JP2022089651A - 光検出装置および測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暗電流の発生を低減することが可能な光検出装置および測距装置を提供する。【解決手段】光検出装置１は、対向する第１の面１１Ｓ１および第２の面１１Ｓ２を有すると共に、複数の画素Ｐがアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板２１と、画素Ｐ毎に半導体基板２１の第１の面側１１Ｓ１に埋め込み形成され、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成すると共に、半導体基板２１よりもバンドギャップが狭い半導体からなる受光部１３と、半導体基板２１の第１の面１１Ｓ１と略同一面を形成する受光部１３の表面近傍に設けられ、受光部１３において生成されたキャリアをアバランシェ増倍すると共に、半導体基板２１よりもバンドギャップが狭い半導体からなる増倍部１４とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、例えば、アバランシェフォトダイオードを用いた光検出装置およびこれを備えた測距装置に関する。

例えば、特許文献１では、画素毎にアバランシェフォトダイオードが設けられ、アバランシェフォトダイオードの周囲を囲う半導体領域を設けることにより隣り合う画素間を分離する光検出器が開示されている。

国際公開第２０１８／０７４５３０号

ところで、測距装置を構成する光検出装置では、暗電流の発生の低減が求められている。

暗電流の発生を低減することが可能な光検出装置および測距装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施形態の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、画素毎に半導体基板の第１の面側に埋め込み形成され、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成すると共に、半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体からなる受光部と、半導体基板の第１の面と略同一面を形成する受光部の表面近傍に設けられ、受光部において生成されたキャリアをアバランシェ増倍すると共に、半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体からなる増倍部とを備えたものである。

本開示の一実施形態の測距装置は、光学系と、光検出装置と、光検出装置の出力信号から測定対象物までの距離を算出する信号処理回路とを備えたものであり、光検出装置として、上記本開示の一実施形態の光検出装置を有する。

本開示の一実施形態の光検出装置および一実施形態の測距装置では、対向する第１の面および第２の面を有する半導体基板の第１の面側に埋め込み形成された受光部と、半導体基板の第１の面と略同一面を形成する受光部の表面近傍に設けられた増倍部とを、それぞれ半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体を用いて形成することにより、受光部と増倍部との界面における格子不整合を緩和する。

本開示の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 図１に示した光検出装置の画素アレイ部の構成の一例を表す平面模式図である。 図１に示した光検出装置の概略構成の一例を表すブロック図である。 図１に示した光検出装置の単位画素の等価回路図の一例である。 図１に示した光検出装置の単位画素の平面構成の他の例を表す平面模式図である。 図１に示した光検出装置の単位画素の平面構成の他の例を表す平面模式図である。 図１に示した光検出装置の単位画素の平面構成の他の例を表す平面模式図である。 本開示の変形例１に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例１に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の変形例１に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の変形例２に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例４に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例５に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例６に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例６に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の変形例７に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例８に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例９に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例１０に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例１０に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。 図１等に示した光検出装置を用いた電子機器の一例を表す機能ブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．実施の形態（受光部および増倍部がＳｉ基板よりもバンドギャップが狭い材料によけ形成された光検出装置）
１－１．光検出装置の構成
１－２．光検出装置の製造方法
１－３．作用・効果
２．変形例
２－１．変形例１（受光部の外縁にｎ型拡散領域を設けた例）
２－２．変形例２（増倍部の周囲にガードリングを設けた例）
２－３．変形例３（受光部上および増倍部上にそれぞれコンタクト電極を設けた例）
２－４．変形例４（受光部上に増倍部を設けた例）
２－５．変形例５（増倍部の側面を傾斜面とした例）
２－６．変形例６（増倍部を小さくした例）
２－７．変形例７（半導体基板と受光部との間にバッファ層を設けた例）
２－８．変形例８（多層配線層の受光素子と対向する位置に光反射層を設けた例）
２－９．変形例９（半導体基板の光入射面に凹凸構造を設けた例）
２－１０．変形例１０（画素分離部の構成の他の例）
３．適用例
４．応用例

＜１．実施の形態＞
図１は、本開示の一実施の形態に係る光検出装置（光検出装置１）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２は、図１に示した光検出装置１の画素アレイ部１００Ａの平面構成の一例を模式的に表したものである。図３は、図１に示した光検出装置１の概略構成を表したブロック図であり、図４は、図１に示した光検出装置１の単位画素Ｐの等価回路の一例を表したものである。光検出装置１は、例えば、ＴｏＦ（Time-of-Flight）法により距離計測を行う距離画像センサ（後述の距離画像装置１０００、図２０参照）やイメージセンサ等に適用されるものである。

（１－１．光検出装置の構成）
光検出装置１は、例えば、複数の単位画素Ｐが行方向および列方向にアレイ状に配置された画素アレイ部１００Ａを有している。光検出装置１は、図３に示したように、画素アレイ部１００Ａと共にバイアス電圧印加部１１０を有している。バイアス電圧印加部１１０は、画素アレイ部１００Ａの単位画素Ｐ毎にバイアス電圧を印加するものである。本実施の形態では、正孔を信号電荷として読み出す場合について説明する。

単位画素Ｐは、図４に示したように、例えば、受光素子１２と、インバータ１２０と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）１３０，１４０と、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１５０と、バッファ回路１６０とを有している。

受光素子１２は、入射された光を光電変換により電気信号に変換して出力する。付帯的には、受光素子１２は、入射された光（フォトン）を光電変換により電気信号に変換し、フォトンの入射に応じたパルスを出力する。受光素子１２は、例えばＳＰＡＤ素子であり、ＳＰＡＤ素子は、例えば、カソードにアバランシェ増倍が発生する大きな正電圧が印加されると、１フォトンの入射に応じて発生した電子がアバランシェ増倍を生じ、大電流が流れる特性を有している。受光素子１２は、例えば、カソードが受光素子１２の降伏電圧に対応する電圧Ｖｏｐの電源に接続され、アノードが電流源となるＮ型ＭＯＳＦＥＴ１３０に接続されている。

Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１３０のソースは、接地電位ＧＮＤに接続されている。ここで、電圧Ｖｏｐは、受光素子１２の降伏電圧である電圧Ｖｂｄに、過剰バイアス電圧Ｖｅを加算した電圧である。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１３０のゲートには、基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１３０は、接地電位ＧＮＤおよび基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電流をドレインから出力する電流源である。

受光素子１２のアノードはＮ型ＭＯＳＦＥＴ１３０のドレインと接続されており、その接続点から取り出された電圧Ｖａｎが、インバータ１２０に入力される。インバータ１２０は、入力された電圧Ｖａｎに対して例えば判定を行い、当該電圧Ｖａｎが閾値電圧Ｖｔｈを正方向または負方向に超える毎に反転する信号Ｖｉｎｖを出力する。インバータ１２０から出力された信号Ｖｉｎｖは、例えばバッファ回路１６０を介して、信号Ｖｐｌｓとして出力される。

受光素子１２のアノードとＮ型ＭＯＳＦＥＴ１３０のドレインとが接続される接続点は、さらに、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１４０のドレインと、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１５０のドレインとが接続されている。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１５０はソースが過剰バイアス電圧Ｖｅに対応する電源電圧ＶＤＤに接続され、ゲートに信号ＳＴＢＹが入力される。信号ＳＴＢＹがロー状態でＰ型ＭＯＳＦＥＴ１５０のソース－ドレイン間がオン状態となり、受光素子１２のアノードの電圧Ｖａｎが強制的に電圧ＶＤＤとされる。これにより、受光素子１２のカソード－アノード間の電圧Ｖ_{ＣＴＨ－ＡＮ}が電圧Ｖｂｄとされる。

Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１４０のソースは接地電位ＧＮＤに接続されている。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１４０のゲートには、インバータ１２０から出力された信号Ｖｉｎｖが制御信号Ｖｃｔｒｌとして入力される。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１４０は、信号Ｖｉｎｖ、即ち、制御信号Ｖｃｔｒｌがハイ状態でオン状態となり、受光素子１２のアノードを接地電位ＧＮＤに接続する。

光検出装置１は、例えば、センサ基板１０の表面側（例えば、センサ基板１０を構成する半導体基板１１の表面（第１面１１Ｓ１）側）にロジック基板２０が積層され、センサ基板１０の裏面側（例えば、センサ基板１０を構成する半導体基板１１の裏面（第２面１１Ｓ２））から光を受光する、所謂裏面照射型の光検出装置である。本実施の形態の光検出装置１は、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側に受光素子１２を構成する受光部１３が埋め込み形成され、受光部１３の表面１３Ｓ１近傍、具体的には、受光部１３内部の表面１３Ｓ１に、受光部１３と共に受光素子１２を構成する増倍部１４が形成され、それぞれが半導体基板１１よりもバンドギャップが狭い半導体を用いて形成されたものである。

センサ基板１０は、例えば、シリコン基板で構成された半導体基板１１と、多層配線層１８とを有している。半導体基板１１は、対向する第１面１１Ｓ１および第２面１１Ｓ２を有し、第１面１１Ｓ１に受光素子１２が単位画素Ｐ毎に埋め込み形成されている。

受光素子１２は、上述したように、高電界領域によりキャリアをアバランシェ増倍させる増倍領域（アバランシェ増倍領域）を有するものであり、例えば、カソードに大きな正電圧を印加することによってアバランシェ増倍領域（空乏層）を形成し、１フォトンの入射で発生する電子をアバランシェ増倍させることが可能なＳＰＡＤ素子である。

受光素子１２は、例えば、受光部１３と、増倍部１４とを有している。受光部１３および増倍部１４は、それぞれ、上記のように半導体基板１１よりもバンドギャップが狭い半導体によって形成されている。具体的には、受光部１３および増倍部１４は、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ））を用いて形成されている。

受光部１３は、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２側から入射した光を吸収し、その受光量に応じたキャリアを生成する光電変換機能を有するものである。受光部１３は、例えば半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側に埋め込み形成され、その表面１３Ｓ１は、例えば半導体基板１１の第１面１１Ｓ１を略同一面を形成している。受光部１３は、例えば、不純物濃度がｎ型に制御されたｎ型半導体領域（ｎ）１３１によって構成されている。受光部１３において生成されたキャリア（電子）は、ポテンシャル勾配によって増倍部１４へ転送される。

増倍部１４は、受光部１３において生成されたキャリア（電子）をアバランシェ増倍する。増倍部１４は、例えば、受光部１３の表面１３Ｓ１近傍に設けられた、例えば、不純物濃度がｐ型に制御されたｐ型半導体領域（ｐ^＋）１４１によって構成されている。

受光部１３の表面１３Ｓ１には、さらに、カソードと電気的に接続されるｎ型コンタクト電極１５が設けられている。ｎ型コンタクト電極１５は、例えば、ｎ型半導体領域１３１よりも不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ^＋＋）１５１によって構成されており、例えば、平面視において、所定の間隔を空けて増倍部１４の周囲に連続して形成されている。増倍部１４の表面１４Ｓ１には、アノードと電気的に接続されるｐ型コンタクト電極１６が設けられている。ｐ型コンタクト電極１６は、例えば、ｐ型半導体領域１４１よりも不純物濃度の高いｐ型半導体領域（ｐ^＋＋）１６１によって構成されており、例えば、平面視において、増倍部１４の略中央に形成されている。

受光素子１２では、受光部１３を構成するｎ型半導体領域１３１と、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域１４１との接合部にアバランシェ増倍領域１２Ｘが形成される。アバランシェ増倍領域１２Ｘは、カソードに印加される大きな正電圧によってｎ型半導体領域１３１およびｐ型半導体領域１４１の境界面に形成される高電界領域（空乏層）である。アバランシェ増倍領域１２Ｘでは、受光素子１２に入射する１フォトンで発生する電子（ｅ^－）が増倍される。

なお、図２では、略矩形状の平面形状を有する受光部１３の内側に、同様に略矩形状の増倍部１４およびｐ型コンタクト電極１６、同様に略矩形状の外径を有する枠状のｎ型コンタクト電極１５を増倍部１４の周囲に設けた例を示したが、増倍部１４、ｎ型コンタクト電極１５およびｐ型コンタクト電極１６の形状はこれに限定されるものではない。例えば、増倍部１４およびｐ型コンタクト電極１６は、図５Ａに示したように矩形以外の多角形状を有していてもよい。特に画素サイズが小さい場合には、横方向（例えば、ＸＹ平面方向）のエッジ電界緩和の観点から、図５Ｂに示したように、増倍部１４およびｐ型コンタクト電極１６は円形状とすることが好ましい。更に、画素サイズが小さい場合には、図５Ｃに示したように、ｎ型コンタクト電極１５を受光部１３の四隅に断続的に設けるようにしてもよい。これにより、増倍部１４以外の領域での意図しないブレイクダウンが低減される。

半導体基板１１には、さらに、画素分離部１７が設けられている。画素分離部１７は、隣り合う単位画素Ｐの間を電気的および／または光学的に分離するものであり、例えば画素アレイ部１００Ａに格子状に設けられている。画素分離部１７は、例えば、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１と第２面１１Ｓ２との間を延伸する遮光膜１７Ａと、遮光膜１７Ａと半導体基板１１との間に設けられた絶縁膜１７Ｂとから構成されている。遮光膜１７Ａは、例えば、遮光性を有する導電材料を用いて形成されている。このような材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌと銅（Ｃｕ）との合金等が挙げられる。絶縁膜１７Ｂは、例えば、シリコン酸化（ＳｉＯ_ｘ）膜等を用いて形成されている。

半導体基板１１の光入射面（第２面１１Ｓ２）とは反対側の第１面１１Ｓ１に多層配線層１８が設けられている。多層配線層１８では、１または複数の配線からなる配線層１８１，１８２が層間絶縁層１８３を間に積層されている。配線層１８１，１８２は、例えば、半導体基板１１や受光素子１２に印加する電圧を供給したり、受光素子１２において発生したキャリアを取り出すためのものである。配線層１８１と配線層１８２とはビアＶ２を介して電気的に接続されており、配線層１８１の一部の配線はさらにビアＶ１を介してｎ型コンタクト電極１５やｐ型コンタクト電極１６と電気的に接続されている。層間絶縁層１８３の、半導体基板１１側とは反対側の表面（多層配線層１８の表面１８Ｓ１）には、複数のパッド電極１８４が埋め込まれている。複数のパッド電極１８４は、配線層１８２の一部の配線とビアＶ３を介して電気的に接続されている。なお、図１では、多層配線層１８内に２つの配線層１８１，１８２が形成されている例を示したが、多層配線層１８内の配線層の総数は限定されず、単層でもよいし、あるいは３層以上の配線層が形成されていてもよい。

層間絶縁層１８３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、ＴＥＯＳ、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）等のうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。

配線層１８１，１８２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはタングステン（Ｗ）等を用いて形成されている。

パッド電極１８４は、ロジック基板２０との接合面（多層配線層１８の表面１８Ｓ１）に露出しており、例えば、ロジック基板２０との接続に用いられるものである。パッド電極１８４は、例えば、銅（Ｃｕ）を用いて形成されている。

ロジック基板２０は、例えば、シリコン基板で構成された半導体基板２１と、多層配線層２２とを有している。ロジック基板２０には、例えば、上述したバイアス電圧印加部１１０や、例えば単位画素Ｐ毎に設けられるインバータ１２０、Ｎ型ＭＯＳトＦＥＴ１３０，１４０、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１５０およびバッファ回路１６０等が設けられている。

多層配線層２２は、インバータ１２０、Ｎ型ＭＯＳトＦＥＴ１３０，１４０、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１５０およびバッファ回路１６０を構成するトランジスタのゲート配線２２１と、１または複数の配線を含む配線層２２２，２２３，２２４，２２５とが層間絶縁層２２６を間に、半導体基板２１側から順に積層されている。層間絶縁層２２６の、半導体基板２１側とは反対側の表面（多層配線層２２の表面２２Ｓ１）には、複数のパッド電極２２７が埋め込まれている。複数のパッド電極２２７は、配線層２２５の一部の配線とビアＶ４を介してと電気的に接続されている。

層間絶縁層１１７は、層間絶縁層１８３と同様に、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、ＴＥＯＳ、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）等のうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。

ゲート配線２２１および配線層２２２，２２３，２２４，２２５は、配線層１８１，１８２と同様に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはタングステン（Ｗ）等を用いて形成されている。

パッド電極２２７は、センサ基板１０との接合面（多層配線層２２の表面２２Ｓ１）に露出しており、例えば、センサ基板１０との接続に用いられるものである。パッド電極２２７は、パッド電極１８４と同様に、例えば、銅（Ｃｕ）を用いて形成されている。

光検出装置１では、パッド電極１８４とパッド電極２２７との間で、例えばＣｕＣｕ接合がなされている。これにより、受光素子１２のカソードは、ロジック基板２０側に設けられた受光素子１２の降伏電圧に対応する電圧Ｖｏｐの電源と電気的に接続され、受光素子１２のアノードは、ロジック基板２０側に設けられた電流源となるＮ型ＭＯＳＦＥＴ１３０と電気的に接続される。

半導体基板１１の光入射面（第２面１１Ｓ２）側には、例えば、パッシベーション膜（図示せず）を介してマイクロレンズ３１が、例えば単位画素Ｐ毎に設けられている。また、隣り合うマイクロレンズ３１の間には、遮光部３２が設けられている。

マイクロレンズ３１は、その上方から入射した光を受光素子１２へ集光させるものであり、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）等を用いて形成されている。

遮光部３２は、隣接画素間における斜入射光のクロストークを抑えるものである。遮光部３２は、例えば、画素アレイ部１００Ａにおいて隣り合う単位画素Ｐの間に設けられ、例えば、画素分離部１７と同様に、画素アレイ部１００Ａに格子状に設けられている。遮光部３２は、遮光膜１７Ａと同様に、遮光性を有する導電材料を用いて形成されている。具体的には、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌと銅（Ｃｕ）との合金等を用いて形成されている。

（１－２．光検出装置の製造方法）
光検出装置１は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、シリコン基板からなる半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に、単位画素Ｐ毎に所定の深さを有する開口を形成する。この際、例えば、シリコン基板としてＳＯＩ基板等の材質が異なる２層以上の半導体基板を用いることにより、層内のＳｉＯ_２層がストッパとなって開口の深さを制御することができる。続いて、例えば有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：ＭＯＣＶＤ）法等のエピタキシャル結晶成長法により、開口内に、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなる半導体層を形成する。次に、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により、半導体層の表面を平坦化した後、イオン注入により、半導体層にｐ型またはｎ型の不純物濃度を制御し、ｎ型半導体領域１３１（受光部１３），１５１（ｎ型コンタクト電極）およびｐ型半導体領域１４１（増倍部１４），１６１（ｐ型コンタクト電極１６）を形成する。

続いて、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）等の酸化膜または（ＳｉＮ_ｘ）等の窒化膜をハードマスクとしてパターニングした後、エッチングにより、例えば半導体基板１１を貫通する貫通孔を形成する。次に、貫通孔内に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法または蒸着法等により絶縁膜１７Ｂおよび遮光膜１７Ａを順に成膜する。続いて、例えばＣＭＰにより、ハードマスクをストッパとして半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に成膜された遮光膜１７Ａおよび絶縁膜１７Ｂを除去した後、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１上に多層配線層１８を形成する。その後、別途作成したロジック基板２０を貼り合わせる。このとき、多層配線層１８の接合面（表面１８Ｓ１）に露出した複数のパッド電極１８４と、ロジック基板２０側の多層配線層２２の接合面（表面２２Ｓ）に露出した複数のパッド部２１７とがＣｕＣｕ接合される。続いて、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２を、例えばＣＭＰにより研磨した後、パッシベーション膜、遮光部３２およびマイクロレンズ３１を順に形成する。これにより、図１に示した光検出装置１が完成する。

（１－３．作用・効果）
本実施の形態の光検出装置１は、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側に埋め込み形成された受光部１３と、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１と略同一面を形成する受光部１３の表面１３Ｓ１に設けられた増倍部１４とを、それぞれ半導体基板１１よりもバンドギャップが狭い半導体（例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体）を用いて形成し、受光部１３と増倍部１４との界面における格子不整合を緩和した。以下、これについて説明する。

近年、光検出装置として、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサが注目されている。距離画像センサは、複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部を備えており、画素の寸法や画素構造によってデバイス全体の効率が決まる。

ところで、アバランシェフォトダイオード素子を単位画素Ｐ毎に有する光検出装置において近赤外光に対する高度を向上させる方法としては、アバランシェ領域が形成される半導体層の厚さを厚くすることが考えられる。しかしながら、半導体層を厚くすると、タイミングジッタ特性が劣化する虞がある。

上記光検出装置において近赤外光に対する高度を向上させる他の方法としては、バンドギャップの狭い半導体を用いて受光部を形成することが考えられる。例えば、受光部を低バンドギャップ半導体である、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を用いて形成し、シリコン基板との接合部にアバランシェ増倍領域を形成する。しかしながら、ヘテロ接合部にアバランシェ増倍領域を形成した場合、格子不整合によって接合界面に暗電流が増加する虞がある。

これに対して、本実施の形態では、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側に埋め込み形成される受光部１３および増倍部１４を、半導体基板１１よりもバンドギャップが狭い半導体（例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体）を用いて形成するようにした。これにより、受光部１３と増倍部１４との界面における格子不整合が緩和される。

以上により、本実施の形態の光検出装置１では、受光部１３および増倍部１４を共に、半導体基板１１よりもバンドギャップが狭い、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体を用いて形成するようにしたので、受光部１３と増倍部１４との界面における暗電流の発生を低減することが可能となる。

また、本実施の形態の光検出装置１では、受光部１３および増倍部１４からなる受光素子１２を、低バンドギャップ半導体であるゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ））を用いて形成するようにしたので、シリコン（Ｓｉ）を用いた場合と比較して、近赤外光に対する感度が向上する分、受光部１３の厚みを削減することができる。よって、タイミングジッタ特性を改善することが可能となる。

次に、本開示の変形例１～１０ならびに適用例および応用例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
図６は、本開示の変形例１に係る光検出装置（光検出装置１Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ａは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ａは、受光部１３の半導体基板１１近傍にｎ型半導体領域１３１よりも不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ^＋）１３２を設けた点が、上記実施の形態とは異なる。このｎ型半導体領域１３２が、本開示の「第３半導体領域」の一具体例に相当する。

光検出装置１Ａでは、ｎ型半導体領域１３１よりも不純物濃度の高いｎ型半導体領域１３２は、上記のように、受光部１３の半導体基板１１近傍、具体的には、受光部１３の周縁部に設けられている。本変形例では、カソードに接続されるｎ型コンタクト電極１５は、このｎ型半導体領域１３２に形成されている。

これにより、半導体基板１１近傍、即ち、受光部１３の側面部および増倍部１４とは反対側の底面部に選択的にカソード電位を印加できるようになり、受光部１３の周縁部と、受光部１３の表面１３Ｓ１の平面視において略中央に形成された増倍部１４との間にポテンシャル勾配が形成される。よって、光電変換によって受光部１３に生成されたキャリア（電子）を効率よく増倍部１４へ転送することが可能となる。よって、上記実施の形態の効果に加えて、タイミングジッタ特性をさらに改善することが可能となる。

なお、本変形例では、図６に示したように、ｎ型半導体領域１３１よりも不純物濃度の高く、且つ、均質な不純物濃度を有するｎ型半導体領域１３２を受光部１３の半導体基板１１近傍に設けた例を示したが、受光部１３の半導体基板１１近傍には、異なる不純物濃度または異なる不純物種を有するｎ型半導体領域を形成するようにしてもよい。

具体的には、例えば、図７に示したように、受光部１３の側面部にｎ型半導体領域１３１よりも不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ^＋）１３２を形成し、受光部１３の底面部にｎ型半導体領域１３２よりもさらに不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ^＋＋）１３３を設けるようにしてもよい。このように、受光部１３の底面部にさらに不純物濃度の高いｎ型半導体領域１３３を設けることにより、光電変換によって受光部１３に生成されたキャリア（電子）をさらに効率よく増倍部１４へ転送することが可能となる。

更に、ｎ型半導体領域１３２によって、または、ｎ型半導体領域１３２とｎ型半導体領域１３３とによって囲まれるｎ型半導体領域１３１には、例えば、図８に示したように、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２側から第１面１１Ｓ１に向かって不純物濃度が連続または段階的に低下する不純物濃度勾配を形成するようにしてもよい。これによっても、光電変換によって受光部１３に生成されたキャリアを効率よく増倍部１４へ転送することが可能となる。

（２－２．変形例２）
図９は、本開示の変形例２に係る光検出装置（光検出装置１Ｂ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｂは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｂは、平面視において、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域１４１の周囲にｐ型半導体領域１４１よりも不純物濃度の低いｐ型半導体領域（ｐ）１４２を設けた点が、上記実施の形態とは異なる。このｐ型半導体領域１４２が、本開示の「第４半導体領域」の一具体例に相当する。

ｐ型半導体領域１４２は、ガードリングとして機能するものである。このｐ型半導体領域１４２を、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域１４１の周囲に設けることにより、エッジ電界が緩和される。また、アバランシェ増倍領域１２Ｘは、ｐ型半導体領域１４２の内側のｐ型半導体領域１４１に選択的に形成されるようになる。

このように、本変形例では、増倍部１４の側面に沿ってガードリング構造を設けるようにしたので、上記実施の形態の効果に加えて、意図しないブレイクダウンを低減することが可能となる。

（２－３．変形例３）
図１０は、本開示の変形例３に係る光検出装置（光検出装置１Ｃ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｃは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｃは、ｎ型コンタクト電極１５およびｐ型コンタクト電極１６を、受光部１３上および増倍部１４上にそれぞれ設けた点が、上記実施の形態とは異なる。

本変形例のｎ型コンタクト電極１５およびｐ型コンタクト電極１６は、例えば、エピタキシャル結晶成長法により形成されたエピタキシャル層として、受光部１３および増倍部１４を構成する半導体層上に形成したものである。

このように、本変形例では、受光部１３上および増倍部１４上に、それぞれ、例えばエピタキシャル層からなるｎ型コンタクト電極１５およびｐ型コンタクト電極１６を設けるようにした。これにより、上記実施の形態のように、受光部１３の表面１３Ｓ１および増倍部１４の表面１４Ｓ１、換言すると、受光部１３および増倍部１４を構成する半導体層内にｎ型コンタクト電極１５およびｐ型コンタクト電極１６を設けた場合と比較して、エッジ耐圧が向上する。よって、上記実施の形態の効果に加えて、意図しないブレイクダウンを低減することが可能となる。

（２－４．変形例４）
図１１は、本開示の変形例４に係る光検出装置（光検出装置１Ｄ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｄは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｄは、受光部１３上に増倍部１４を設けた点が、上記実施の形態とは異なる。

本変形例の増倍部１４は、例えば、エピタキシャル結晶成長法により形成されたエピタキシャル層として、受光部１３の表面１３Ｓ１上、即ち、受光部１３を構成する半導体層上に形成されたものである。

このように、本変形例では、受光部１３上に増倍部１４を設けるようにした。これにより、上記実施の形態のように、受光部１３内の表面１３Ｓ１近傍に増倍部１４を設けた場合と比較して、受光部１３に設けられるｎ型コンタクト電極１５と、増倍部１４に設けられるｐ型コンタクト電極１６との距離が離れるため、エッジ電界が緩和される。よって、上記実施の形態の効果に加えて、意図しないブレイクダウンを低減することが可能となる。

（２－５．変形例５）
図１２は、本開示の変形例５に係る光検出装置（光検出装置１Ｅ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｅは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。増倍部１４の側面１４Ｓ３は傾斜面となっていてもよい。具体的には、増倍部１４は、表面１４Ｓ１と側面１４Ｓ３との成す角が鋭角となるように側面１４Ｓ３が傾斜していてもよい。

（２－６．変形例６）
図１３は、本開示の変形例６に係る光検出装置（光検出装置１Ｆ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｆは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。増倍部１４および受光部１３を構成するｎ型半導体領域１３１と、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域１４１との接合部に形成されるアバランシェ増倍領域１２Ｘの大きさは限定されるものではない。

上記実施の形態では、受光部１３および増倍部１４を低バンドギャップ半導体であるゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ））を用いて形成するようにした。このため、本変形例の光検出装置１Ｆのように、電界が高い増倍部１４の体積を削減することにより、トンネル電流を低減することが可能となる。

また、図１４に示したように、上記変形例４と組み合わせて受光部１３の表面１３Ｓ１上に増倍部１４を設けた場合には、意図しないブレイクダウンを低減することが可能となる。

（２－７．変形例７）
図１５は、本開示の変形例７に係る光検出装置（光検出装置１Ｇ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｇは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｇは、半導体基板１１と受光部１３との間にバッファ層１９を設けた点が、上記実施の形態とは異なる。

バッファ層１９は、半導体基板１１と受光部１３との界面の格子不整合を緩和するためのものである。バッファ層１９は、例えば、半導体基板１１を構成するシリコン基板の格子定数と、受光部１３を構成するゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ））の格子定数との間の格子定数を有する半導体によって形成することができる。具体的には、例えば、バッファ層１９は、例えば、単一乃至複数のシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との濃度比率を変えたシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層によって形成されている。これにより、シリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との間の格子不整合を緩和することができる。バッファ層１９は、例えば、エピタキシャル結晶成長法によって形成することができる。

このように、本変形例では、半導体基板１１と受光部１３との間に、それぞれの格子定数の間の格子定数を有する半導体からなるバッファ層１９を設けるようにしたので、半導体基板１１と受光部１３との界面における暗電流の発生を低減することが可能となる。

（２－８．変形例８）
図１６は、本開示の変形例８に係る光検出装置（光検出装置１Ｈ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｈは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｈは、層間絶縁層１８３内に設けられた、複数の配線層１８１，１８２の一部の配線（例えば、配線１８１Ａ）を受光素子１２と対向するようにＸＹ平面方向に延在形成した点が、上記実施の形態とは異なる。この配線１８１Ａが、本開示の「光反射部」の一具体例に相当する。

このように、本変形例では、多層配線層１８を構成する複数の配線層１８１，１８２の一部の配線（例えば、配線１８１Ａ）を利用して、受光素子１２と対向する位置に光反射部を設けるようにした。これにより、受光部１３において吸収されずに多層配線層１８に透過した光が配線１８１Ａによって反射されて受光部１３に再入射するようになる。よって、上記実施の形態の効果に加えて、感度をさらに向上させることが可能となる。

（２－９．変形例９）
図１７は、本開示の変形例９に係る光検出装置（光検出装置１Ｉ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｉは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｉは、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２に凹凸構造を設けた点が、上記実施の形態とは異なる。

このように、本変形例では、光入射面である半導体基板１１の第２面１１Ｓ２に凹凸構造を設けるようにしたので、受光部１３に入射する光が乱反射され、受光部１３に入射する光量が２次元平面において均質化される。よって、上記実施の形態の効果に加えて、感度をさらに向上させることが可能となる。

（２－１０．変形例１０）
図１８は、本開示の変形例１０に係る光検出装置（光検出装置１Ｊ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｊは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｊは、半導体基板１１を支持基板（成長基板）として、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１の全面に、例えば、エピタキシャル結晶成長法により、ゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ））からなる半導体層４１を形成し、隣り合う単位画素Ｐの間に、上記実施の形態における画素分離部１７に代えて、ｐウェル４１１を設けた点が上記実施の形態とは異なる。

このように、本変形例では、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１の全面に、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなる半導体層４１を形成し、隣り合う単位画素Ｐの間にｐウェル４１１を設け、これを隣り合う単位画素Ｐを電気的に分離する分離部とした。これにより、上記実施の形態のように、遮光膜１７Ａと絶縁膜１７Ｂとからなる画素分離部１７を設けた場合と比較して、受光部１３の面積を拡大することができる。よって、上記実施の形態の効果に加えて、感度を向上させることが可能となる。

なお、図１９に示したように、半導体基板１１の隣り合う単位画素Ｐの間に設けられる画素分離部１７を省略するようにしてもよい。これにより、受光部１３の面積を拡大できるようになり、感度を向上させることが可能となる。

＜３．適用例＞
図２０は、上記実施の形態および変形例１～１０に係る光検出装置（例えば、光検出装置１）を備えた電子機器としての距離画像装置１０００の概略構成の一例を表したものである。この距離画像装置１０００が、本開示の「測距装置」の一具体例に相当する。

距離画像装置１０００は、例えば、光源装置１１００と、光学系１２００と、光検出装置１と、画像処理回路１３００と、モニタ１４００と、メモリ１５００とを有している。

距離画像装置１０００は、光源装置１１００から照射対象物２０００に向かって投光され、照射対象物２０００の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、照射対象物２０００までの距離に応じた距離画像を取得することができる。

光学系１２００は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、照射対象物２０００からの像光（入射光）を光検出装置１に導き、光検出装置１の受光面（センサ部）に結像させる。

画像処理回路１３００は、光検出装置１から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行い、その画像処理により得られた距離画像（画像データ）は、モニタ１４００に供給されて表示されたり、メモリ１５００に供給されて記憶（記録）されたりする。

このように構成された距離画像装置１０００では、上述した光検出装置（例えば、光検出装置１）を適用することで、安定性の高い単位画素Ｐからの受光信号のみに基づいて照射対象物２０００までの距離を演算し、精度の高い距離画像を生成することが可能となる。即ち、距離画像装置１０００は、より正確な距離画像を取得することができる。

＜４．応用例＞
（移動体への応用例）
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

図２１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。

車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２１に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（interface）１２０５３が図示されている。

駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。

ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。

撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。

車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。

マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。

音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。

図２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図２２では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。

撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

なお、図２２には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。

以上、実施の形態および変形例１～１０ならびに適用例および応用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、正孔を信号電荷として用いた例を示したが、電子を信号電荷としてもよい。

また、上記実施の形態等では、カソードに負電位が印加される例を示したが、アノードとカソードとの間に逆バイアスを印加することでアバランシェ増倍が起きるような状態であれば、それぞれの電位は限定されない。

また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

なお、本開示は、以下のような構成であってもよい。以下の構成の本技術によれば、対向する第１の面および第２の面を有する半導体基板の第１の面側に埋め込み形成された受光部と、半導体基板の第１の面と略同一面を形成する受光部の表面近傍に設けられた増倍部とを、それぞれ半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体を用いて形成するようにした。これにより、受光部と増倍部との界面における格子不整合が緩和され、暗電流の発生を低減することが可能となる。
（１）
対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
前記画素毎に前記半導体基板の前記第１の面側に埋め込み形成され、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体からなる受光部と、
前記半導体基板の前記第１の面と略同一面を形成する前記受光部の表面近傍に設けられ、前記受光部において生成されたキャリアをアバランシェ増倍すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い前記半導体からなる増倍部と
を備えた光検出装置。
（２）
前記増倍部は、前記受光部の内部または前記受光部上に設けられている、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
前記受光部は第１の導電型を有する第１半導体領域により形成され、
前記増倍部は第２の導電型を有する第２半導体領域により形成され、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との界面にアバランシェ増倍領域が形成される、前記（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）
前記受光部は、前記半導体基板の近傍に前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い前記第１の導電型の第３半導体領域をさらに有する、前記（３）に記載の光検出装置。
（５）
前記第３半導体領域は、前記受光部の側面部と前記半導体基板の前記第２の面に面する底部とで異なる不純物濃度または不純物種を有している、前記（４）に記載の光検出装置。
（６）
前記受光部は、前記半導体基板の前記第２の面側から前記第１の面側に向かって連続または段階的に不純物濃度が低下する不純物濃度勾配を有している、前記（１）乃至（５）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（７）
前記受光部の内部に形成された前記増倍部の側面に沿って設けられ、前記増倍部のエッジ電界を緩和するガードリングをさらに有する、前記（３）乃至（６）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（８）
前記ガードリングは、前記増倍部を形成する前記第２半導体領域と同じ導電型を有すると共に、前記第２半導体領域よりも不純物濃度の低い第４半導体領域により形成されている、前記（７）に記載の光検出装置。
（９）
前記受光部と電気的に接続される第１電極および前記増倍部と電気的に接続される第２電極をさらに有し、
前記第１電極は、前記受光部の表面近傍に設けられた前記第１の導電型を有する第１コンタクト電極を介して前記受光部と電気的に接続され、
前記第２電極は、前記増倍部の表面近傍に設けられた前記第２の導電型を有する第２コンタクト電極を介して前記増倍部と電気的に接続されている、前記（３）乃至（８）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１０）
前記第１コンタクト電極は、前記受光部の内部または前記受光部上に設けられ、
前記第２コンタクト電極は、前記増倍部の内部または前記増倍部上に設けられている、前記（９）に記載の光検出装置。
（１１）
前記第１コンタクト電極は、平面視において前記増倍部の周囲に連続または断続的に設けられている、前記（９）または（１０）に記載の光検出装置。
（１２）
前記増倍部は、平面視において多角形状または円形状を有している、前記（１）乃至（１１）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１３）
前記増倍部の側面は傾斜している、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１４）
前記半導体基板と前記受光部との間に、前記半導体基板を構成する半導体の格子定数と、前記受光部を構成する半導体の格子定数との間の格子定数を有する半導体からなるバッファ層をさらに有する、前記（１）乃至（１３）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１５）
前記半導体基板は、前記複数の画素をそれぞれ区画する分離部をさらに有する、前記（１）乃至（４）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１６）
前記分離部は遮光性を有する導電膜と、前記導電膜と前記半導体基板との間に設けられた絶縁膜とから構成されている、前記（１５）に記載の光検出装置。
（１７）
前記分離部は前記受光部とは異なる導電型の半導体領域によって形成されている、前記（１５）に記載の光検出装置。
（１８）
前記半導体は、ゲルマニウムまたはシリコンゲルマニウムである、前記（１）乃至（１７）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１９）
前記半導体基板はシリコン基板である、前記（１）乃至（１８）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（２０）
光学系と、光検出装置と、前記光検出装置の出力信号から測定対象物までの距離を算出する信号処理回路とを備え、
前記光検出装置は、
対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
前記画素毎に前記半導体基板の前記第１の面側に埋め込み形成され、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体からなる受光部と、
前記半導体基板の前記第１の面と略同一面を形成する前記受光部の表面近傍に設けられ、前記受光部において生成されたキャリアをアバランシェ増倍すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い前記半導体からなる増倍部と
を有する測距装置。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ…光検出装置、１０…センサ基板、１１，２１…半導体基板、１２…受光素子、１２Ｘ…アバランシェ増倍領域、１３…受光部、１４…増倍部、１５…ｎ型コンタクト電極、１６…ｐ型コンタクト電極、１７…画素分離部、１７Ａ…遮光膜、１７Ｂ…絶縁膜、１８，２２…多層配線層、１９…バッファ層、２０…ロジック基板、３１…マイクロレンズ、３２…遮光部、４１…半導体層、１００Ａ…画素アレイ部、１０００…距離画像装置。

Claims (20)

1. 対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
   前記画素毎に前記半導体基板の前記第１の面側に埋め込み形成され、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体からなる受光部と、
   前記半導体基板の前記第１の面と略同一面を形成する前記受光部の表面近傍に設けられ、前記受光部において生成されたキャリアをアバランシェ増倍すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い前記半導体からなる増倍部と
   を備えた光検出装置。
2. 前記増倍部は、前記受光部の内部または前記受光部上に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記受光部は第１の導電型を有する第１半導体領域により形成され、
   前記増倍部は第２の導電型を有する第２半導体領域により形成され、
   前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との界面にアバランシェ増倍領域が形成される、請求項１に記載の光検出装置。
4. 前記受光部は、前記半導体基板の近傍に前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い前記第１の導電型の第３半導体領域をさらに有する、請求項３に記載の光検出装置。
5. 前記第３半導体領域は、前記受光部の側面部と前記半導体基板の前記第２の面に面する底部とで異なる不純物濃度または不純物種を有している、請求項４に記載の光検出装置。
6. 前記受光部は、前記半導体基板の前記第２の面側から前記第１の面側に向かって連続または段階的に不純物濃度が低下する不純物濃度勾配を有している、請求項１に記載の光検出装置。
7. 前記受光部の内部に形成された前記増倍部の側面に沿って設けられ、前記増倍部のエッジ電界を緩和するガードリングをさらに有する、請求項３に記載の光検出装置。
8. 前記ガードリングは、前記増倍部を形成する前記第２半導体領域と同じ導電型を有すると共に、前記第２半導体領域よりも不純物濃度の低い第４半導体領域により形成されている、請求項７に記載の光検出装置。
9. 前記受光部と電気的に接続される第１電極および前記増倍部と電気的に接続される第２電極をさらに有し、
   前記第１電極は、前記受光部の表面近傍に設けられた前記第１の導電型を有する第１コンタクト電極を介して前記受光部と電気的に接続され、
   前記第２電極は、前記増倍部の表面近傍に設けられた前記第２の導電型を有する第２コンタクト電極を介して前記増倍部と電気的に接続されている、請求項３に記載の光検出装置。
10. 前記第１コンタクト電極は、前記受光部の内部または前記受光部上に設けられ、
    前記第２コンタクト電極は、前記増倍部の内部または前記増倍部上に設けられている、請求項９に記載の光検出装置。
11. 前記第１コンタクト電極は、平面視において前記増倍部の周囲に連続または断続的に設けられている、請求項９に記載の光検出装置。
12. 前記増倍部は、平面視において多角形状または円形状を有している、請求項１に記載の光検出装置。
13. 前記増倍部の側面は傾斜している、請求項１に記載の光検出装置。
14. 前記半導体基板と前記受光部との間に、前記半導体基板を構成する半導体の格子定数と、前記受光部を構成する半導体の格子定数との間の格子定数を有する半導体からなるバッファ層をさらに有する、請求項１に記載の光検出装置。
15. 前記半導体基板は、前記複数の画素をそれぞれ区画する分離部をさらに有する、請求項１に記載の光検出装置。
16. 前記分離部は遮光性を有する導電膜と、前記導電膜と前記半導体基板との間に設けられた絶縁膜とから構成されている、請求項１５に記載の光検出装置。
17. 前記分離部は前記受光部とは異なる導電型の半導体領域によって形成されている、請求項１５に記載の光検出装置。
18. 前記半導体は、ゲルマニウムまたはシリコンゲルマニウムである、請求項１に記載の光検出装置。
19. 前記半導体基板はシリコン基板である、請求項１に記載の光検出装置。
20. 光学系と、光検出装置と、前記光検出装置の出力信号から測定対象物までの距離を算出する信号処理回路とを備え、
    前記光検出装置は、
    対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
    前記画素毎に前記半導体基板の前記第１の面側に埋め込み形成され、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い半導体からなる受光部と、
    前記半導体基板の前記第１の面と略同一面を形成する前記受光部の表面近傍に設けられ、前記受光部において生成されたキャリアをアバランシェ増倍すると共に、前記半導体基板よりもバンドギャップが狭い前記半導体からなる増倍部と
    を有する測距装置。
    
    
    
    

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