[发明专利]雪崩光电二极管传感器

说明书

雪崩光电二极管传感器包括设置在基板中并将入射光转换成电荷的光电转换区域。雪崩光电二极管传感器包括位于光电转换区域上的第一导电类型的第一区域，以及以与第一区域相邻的方式设置在基板中并连接到光电转换区域的阴极。雪崩光电二极管传感器包括以与阴极相邻的方式设置在基板中的阳极，以及设置在基板中的第一导电类型的触点。第一区域的杂质浓度不同于触点的杂质浓度。

技术领域

本技术涉及一种雪崩光电二极管传感器，特别地涉及一种对弱光进行检测的雪崩光电二极管传感器。

背景技术

近来，已经开发并研究了被称为单光子雪崩二极管(SPAD：single photonavalanche diode)的装置，其通过捕获非常弱的光信号实现光通信、测距、光子计数等。SPAD对由入射光子生成的电荷进行雪崩放大。因此，即使光很弱，SPAD也能够检测光。然而，在SPAD中，当在硅基板表面上生成的暗电流被放大时，诸如暗计数率(DCR：dark countrate)等的暗电流特性会劣化。这里，提出了在硅基板表面上形成钉扎区域(pinningregion)以抑制暗电流的SPAD(例如，参考专利文献1)。钉扎区域是这样的区域：在该区域中，调节杂质浓度的区域，使得在钉扎区域和进行雪崩放大的放大区域之间产生势垒。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP 2015-041746A

发明内容

技术问题

在现有技术中，由于钉扎区域和放大区域之间的势垒防止暗电流流入放大区域(或者可选地，减小了暗电流到放大区域的流入)，因此可以抑制暗电流特性的劣化。然而，钉扎区域和阴极之间的电势差越大，钉扎区域和阴极之间的耗尽层宽度越小。因此，像素容量增加。这里，像素容量表示设置有SPAD的像素的静电容量。当像素容量增加时，取出在像素中收集的电荷以进行再充电所需的时间被延长，因此难以提高帧速率。当未设置钉扎区域时，虽然像素容量减小，但暗电流特性劣化。因此，存在难以在抑制暗电流的同时减小像素容量的问题。

考虑到上述情况已经做出了本技术，并且期望在进行电荷放大的光电二极管中，在抑制暗电流的同时减小像素容量。

解决问题的方案

已经做出本技术来解决上述问题。根据第一方面，雪崩光电二极管传感器包括：光电转换区域，其设置在基板中并将入射光转换成电荷；第一导电类型的第一区域，其位于所述光电转换区域上；阴极，其以与第一区域相邻的方式设置在基板中，并且该阴极连接到光电转换区域；阳极，其以与阴极相邻的方式设置在基板中；以及第一导电类型的触点，其设置在基板中。第一区域的杂质浓度不同于触点的杂质浓度。例如，第一区域的杂质浓度低于触点的杂质浓度。雪崩光电二极管传感器还包括第一导电类型的第二区域，其设置在基板中并且位于光电转换区域和第一区域之间。第一区域的杂质浓度高于第二区域的杂质浓度。雪崩光电二极管传感器还包括形成基板中且位于光电转换区域和相邻的光电转换区域之间的绝缘结构。阴极位于阳极和第一区域之间。雪崩光电二极管传感器还包括位于基板的受光面上的膜。该膜位于绝缘结构的侧表面上。在平面图中，第一区域围绕触点，并且阴极围绕第一区域。在平面图中，阳极围绕阴极。在平面图中，触点位于第一区域的中心区域。触点和阴极连接到接收第一电压的第一信号线，阳极连接到接收第二电压的第二信号线。阳极、阴极和第一区域是矩形或圆形。在平面图中，第一区域围绕阴极，触点围绕第一区域，且阳极围绕触点。雪崩光电二极管传感器还包括：晶体管，其包括形成在第一区域中的源极和漏极；氧化层，其位于第一区域上；和栅极，其位于氧化层上。

根据本技术的第二方面，雪崩光电二极管传感器包括：光电转换区域，其设置在基板中并将入射光转换成电荷；第一导电类型的第一区域，其设置在基板中；阴极，其以与第一区域相邻的方式设置在基板中，并且该阴极连接到光电转换区域；阳极，其以与阴极相邻的方式设置在基板中；以及第一导电类型的触点，其设置在第一区域中。第一区域的杂质浓度低于触点的杂质浓度。