BCDプロセスに基づく微弱光信号検出用単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）および前段消光-リセット回路（QRC）を提案した。エッジ破壊のリスクを低減し応答度を向上させるために、円形のP+/Nwell/Deep Nwell構造のSPADを設計した。Deep Nwellと基板間のpn接合により、p基板からアバランシェ領域への暗電流を効果的に減少させ、暗計数率を低減し、縦方向の通過時間を小さく保ち応答速度を向上させた。同時にPウエル保護リングを設計し、素子の破壊電圧を増大させた。silvacoを用いて素子の2次元シミュレーションを行い、従来のP+/Nwell構造およびP+/Nwell/BNwell構造と比較し、破壊電圧および応答度における設計構造の優位性を検証した。光電検出器と集積回路の協調設計を実現するために、APD光電素子の等価回路モデルを改良し、これに基づき能動消光リセット回路を設計した。デッドタイムは約2.6 nsであり、高速検出が可能である。試験結果は、P+/Nwell/DNwell構造のアバランシェ破壊電圧が15.8 Vであり、過電圧0.2 V、波長650 nmの照射下で応答度は約0.80 A/W、暗計数率は20 kHzであることを示している。

単一光子アバランシェフォトダイオード;光電集積;BCDプロセス;応答度;飛行時間センサー