雪崩光电二极管阵列的制作方法

本发明涉及一种雪崩光电二极管阵列。

背景技术：

1、已知有雪崩光电二极管阵列(例如，专利文献1)。雪崩光电二极管阵列例如具有多个雪崩光电二极管。在专利文献1的雪崩光电二极管阵列中，在半导体基板中排列有多个雪崩光电二极管。

2、现有技术文献

3、专利文献：

4、专利文献1：日本特表2019-530215号公报

技术实现思路

1、发明想要解决的技术问题

2、在使用雪崩光电二极管阵列的光检测装置中，在彼此相邻的雪崩光电二极管之间存在无法检测光的死区。专利文献1的光检测装置具备微透镜阵列，构成为如果没有微透镜阵列则使入射向死区的光经由微透镜而折射并导引至可检测的区域。由此，实质上可扩大受光范围。

3、然而，在使用微透镜阵列的构成中，相应于微透镜阵列的量而成本变高，制造过程的工序数变多。因此，在这样的构成中，不易削减成本及制造过程的工序数。进一步，在使用微透镜阵列的构成中，相对于透过微透镜的电磁波及电子束等粒子束，不希望死区的削减效果。因此，期待一种一面是削减微透镜阵列等的构件的简单的构成，一面又可削减死区，并且可以实现所期望的电磁波或粒子束的检测的雪崩光电二极管阵列。

4、本发明的一个方式的目的在于提供一种通过简单的构成，可削减死区并且能够实现所期望的电磁波或粒子束的检测的雪崩光电二极管阵列。

5、解决技术问题的手段

6、本发明的一个方式的雪崩光电二极管阵列具备半导体基板。半导体基板具有彼此相对的第一面和第二面。半导体基板包含设置于第一面侧的第一导电型的半导体区域。半导体基板具有多个雪崩光电二极管。多个雪崩光电二极管沿着第一面排列。多个雪崩光电二极管包含：第一导电型的第一半导体层、第二导电型的多个第二半导体层、及倍增层。第一半导体层设置于较半导体区域更靠第二面侧。多个第二半导体层沿着第一面排列。各第二半导体层在从与第一面正交的方向观察时由半导体区域包围。倍增层设置于半导体区域内，且在与第一面正交的方向上设置于多个第二半导体层与第一半导体层之间。在从与第一面正交的方向观察时，多个第二半导体层、及倍增层设置于第一半导体层所在的范围内。倍增层包含彼此相对的第二导电型的第三半导体层与第二导电型的第四半导体层。第三半导体层设置于较第四半导体层更靠第一面侧。第三半导体层与第四半导体层的各自在从与第一面正交的方向观察时，以与多个第二半导体层重叠的方式连续设置。

7、在上述一个方式中，多个雪崩光电二极管包含：第一导电型的第一半导体层、第二导电型的多个第二半导体层、及倍增层。倍增层的第三半导体层与第四半导体层的各自在从与第一面正交的方向观察时，以与多个第二半导体层重叠的方式连续设置。在该情况下，通过检测对象的电磁波或粒子束的入射而产生的载流子被以与多个第二半导体层重叠的方式连续设置的倍增层倍增。在倍增层中经倍增的载流子从各第二半导体层输出。根据该构成，可削减死区。由于在多个第二半导体层之外另外设置有倍增层，因此各第二半导体层中的电场的集中被抑制。因此，在各第二半导体层中边缘击穿也被抑制。因此，可在无微透镜阵列等的简单的构成中，削减死区，能检测所期望的电磁波或粒子束。根据该构成，可将敏感层构成地较宽。因此，尤其是能够实现需要较宽的敏感层的电磁波或粒子束的检测。

8、在上述一个方式中，第一半导体层的杂质浓度及第四半导体层的杂质浓度可比半导体区域的杂质浓度高。第一半导体层的杂质浓度可比第四半导体层的杂质浓度高。各第二半导体层的杂质浓度可比第三半导体层的杂质浓度高。

9、在上述一个方式中，在与第一面正交的方向上，第一半导体层与第四半导体层的最短距离可大于多个第二半导体层与第三半导体层的最短距离。在该情况下，可确保第一半导体层与第四半导体层之间的敏感层较宽。因此，可提高需要较宽的敏感层的电磁波或粒子束的检测精度。

10、在上述一个方式中，第三半导体层的杂质浓度比第四半导体层的杂质浓度高。在该情况下，在动作时，第一半导体层与第四半导体层之间的电场强度大于第一面与第三半导体层之间的电场强度。因此，在第一半导体层与第四半导体层之间，可确保产生的载流子的移动速度，可实现高速应答。可进一步抑制多个第二半导体层与倍增层之间的边缘击穿。

11、在上述一个方式中，在将与第一面正交的方向上的距第一面的任意位置设为“x”，将任意位置“x”的第三半导体层的杂质浓度设为“f(x)”，将任意位置“x”的第四半导体层的杂质浓度设为“g(x)”，将与第一面正交的方向上的第三半导体层的厚度设为“lα”，将与第一面正交的方向上的第四半导体层的厚度设为“lβ”，将与第一面正交的方向上的第一面与第三半导体层的最短距离设为“a”，将与第一面正交的方向上的第一面与第四半导体层的最短距离设为“b”时，可满足式(1)。

12、

13、在该情况下，在第一半导体层与第四半导体层之间，可确保产生的载流子的移动速度，能实现高速应答。可在多个第二半导体层与倍增之间进一步抑制边缘击穿。

14、在上述一个方式中，半导体基板可包含第二导电型的第五半导体层，该第二导电型的第五半导体层在从与第一面正交的方向观察时，包围多个第二半导体层排列的区域的整体。在从与第一面正交的方向观察时，第三半导体层与第五半导体层可在至少一部分处相互重叠。在该情况下，可进一步减小各第二半导体层中的增益的不均。进一步，可抑制在检测对象范围外产生的载流子向第二半导体层移动。

15、在上述一个方式中，从与第一面正交的方向观察，各第二半导体层的缘部可由接合终端延长区域覆盖。覆盖各第二半导体层的接合终端延长区域可为具有比第二半导体层的杂质浓度低的杂质浓度的第二导电型的半导体区域。在该情况下，可进一步抑制各第二半导体层中的边缘击穿。

16、在上述一个方式中，各第二半导体层中面向半导体区域的部分可由接合终端延长区域覆盖。该情况下，可进一步抑制各第二半导体层中的边缘击穿。

17、在上述一个方式中，覆盖各第二半导体层的接合终端延长区域可与倍增层隔开。该情况下，各第二半导体层与倍增层之间的电场强度可变得更均一。

18、在上述一个方式中，在从与第一面正交的方向观察时，第五半导体层的缘部可被接合终端延长区域覆盖。覆盖第五半导体层的接合终端延长区域可为具有比第五半导体层的杂质浓度低的杂质浓度的第二导电型的半导体区域。该情况下，可抑制第五半导体层中的边缘击穿。

19、在上述一个方式中，半导体基板可包含第一导电型的第六半导体层。第六半导体层在从与第一面正交的方向观察时，可设置于多个第二半导体层中彼此相邻的第二半导体层之间。第六半导体层的杂质浓度可比半导体区域的杂质浓度高。在该情况下，可抑制彼此相邻的第二半导体层间的载流子的移动。

20、在上述一个方式中，在与第一面正交的方向上，第六半导体层的厚度可小于各第二半导体层的厚度。在该情况下，可抑制第六半导体层与第三半导体层之间的边缘击穿。

21、在上述一个方式中，半导体基板可含有硅。第二导电型可为n型。

22、在上述一个方式中，半导体基板可含有磷化铟。第二导电型可为p型。

23、在上述一个方式中，倍增层在与第一面正交的方向上，可设置于距第一面10μm以下的范围。在该情况下，可具有较容易形成的构成。

24、在上述一个方式中，在沿着第一面的方向上，各第二半导体层的宽度可大于10μm。在该情况下，可确保进行检测的各像素的尺寸。

25、在上述一个方式中，在从与第一面正交的方向观察时，倍增层可包含彼此相对的一对缘部。多个第二半导体层可在一对缘部的相对方向上排列3个以上。在从与第一面正交的方向观察时，在上述相对方向上，多个第二半导体层可位于一对缘部之间。在该情况下，可进一步抑制各第二半导体层中的增益的不均。

26、在上述一个方式中，在从与第一面正交的方向观察时，在多个第二半导体层中，各第二半导体层与倍增层重叠的区域的面积可互为相等。在该情况下，可进一步抑制各第二半导体层中的增益的不均。

27、在上述一个方式中，在从与第一面正交的方向观察时，倍增层的缘部可与遮蔽构件重叠。在该情况下，可抑制产生检测对象区域外的载流子。

28、在上述一个方式中，各雪崩光电二极管可为从第一面入射检测光的表面入射型、或从第二面入射检测光的背面入射型。

29、在上述一个方式中，在从与第一面正交的方向观察时，各第二半导体层中与倍增层重叠的部分可呈沿着第一面的方向延伸的矩形形状。

30、在上述一个方式中，在从与第一面正交的方向观察时，各第二半导体层的宽度可大于彼此相邻的第二半导体层间的最短距离。该情况下，来自第二半导体层的电力线的方向一致，容易将产生的载流子诱导至第二半导体层。

31、发明的效果

32、本发明的一个方式可提供一种通过简单的构成，可削减死区，并且可实现所期望的电磁波或粒子束的检测的雪崩光电二极管阵列。