CN106449669B - 光电转换器件、测距装置和信息处理系统 - Google Patents

光电转换器件、测距装置和信息处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光电转换器件、测距装置和信息处理系统。一种光电转换器件包括：被配置为产生电子的第一光电转换部分；被配置为产生空穴的第二光电转换部分；包含被配置为收集产生的电子的n型第一半导体区域和被配置为收集产生的空穴的p型第二半导体区域的电荷‑电压转换部分，电荷‑电压转换部分被配置为将基于电子和空穴的电荷转换成电压；和被配置为产生与电压对应的信号的信号产生部分，信号产生部分包含放大晶体管。

Description

光电转换器件、测距装置和信息处理系统
技术领域
本技术涉及光电转换器件。
背景技术
存在利用飞行时间(TOF)方法的测距装置(距离传感器)。在TOF方法中，用由光源发射的光照射距离测量的目标，并且接收被目标反射的光。基于光速与从照射到光接收的时段之间的关系，计算到目标的距离。这里，由用于测距的光源发射并且被目标反射的光被称为信号光。除了信号光以外，接收的光还包含源自与用于测距的光源不同的光源的光(环境光)，诸如自然光或人工光。为了提高测距精度，使环境光与信号光相互分开是有效的。
日本专利公开No.2005-303268(美国专利申请No.2007/0103748)公开了通过用光检测元件执行测距的装置来去除与环境光对应的成分的技术。根据该申请的第二实施例，光检测元件包含具有适于取出空穴的结构的第一感光单元和具有适于取出电子的结构的第二感光单元。在第一感光单元处产生的空穴通过门单元由空穴保持单元保持，在第二感光单元处产生的电子通过门单元由电子保持单元保持。由空穴保持单元保持的空穴和由电子保持单元保持的电子通过再组合单元被再组合，并且，在再组合之后残留的载流子作为目的载流子通过输出单元被取出。
日本专利公开No.2008-89346(美国专利申请No.2008/0079833)公开了通过选择性地导通多个电荷存储部分和多个电容器以提取存储于多个电荷存储部分中的电荷的差值成分而去除源自背景光(环境光)的噪声的技术。
发明内容
根据本公开的光电转换器件包括：被配置为产生电子的第一光电转换部分；被配置为产生空穴的第二光电转换部分；包含被配置为收集电子的n型第一半导体区域和被配置为收集空穴的p型第二半导体区域的电荷-电压转换部分，电荷-电压转换部分被配置为将基于电子和空穴的电荷转换成电压；以及被配置为产生与电压对应的信号的信号产生部分，信号产生部分包含放大晶体管。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1A和图1B是用于描述光电转换器件、测距装置和信息处理系统的示意图。
图2是用于描述光电转换器件的操作的示意图。
图3是用于描述光电转换器件的电路的示意图。
图4A～4C是用于描述光电转换器件的操作的示意图。
图5A～5D是用于描述光电转换器件的结构的示意图。
图6A～6D是用于描述光电转换器件的结构的示意图。
图7是用于描述光电转换器件的电路的示意图。
图8是用于描述光电转换器件的操作的示意图。
具体实施方式
实施例提供能够提高信号的精度的光电转换器件。
在根据日本专利公开No.2005-303268(美国专利申请No.2007/0103748)的技术中，没有充分考虑使用用于空穴的光电转换单元(感光单元)和用于电子的光电转换单元(感光单元)的情况下的电子和空穴的移动。因此，存在电子和空穴不被有效地收集且基于电子和空穴产生的信号的精度下降的可能性。因此，实施例提供能够提高基于电子和空穴产生的信号的精度的光电转换器件。
根据实施例的第一方面的光电转换器件包括产生电子的第一光电二极管、产生空穴的第二光电二极管、收集由第一光电二极管产生的电子的n型第一半导体区域、收集由第二光电二极管产生的空穴的p型第二半导体区域、与第一半导体区域和第二半导体区域共连的信号产生部分、向第一光电二极管的阳极供给第一电势的第一电势供给部分、以及向第二光电二极管的阴极供给第二电势的第二电势供给部分。第二电势比第一电势高。
根据第一方面，提供能够提高基于电子和空穴产生的信号的精度的光电转换器件。
在根据日本专利公开No.2008-89346(美国专利申请No.2008/0079833)的技术中，如在段落0109和0110中描述的那样，在选择性地切换多个电荷存储部分和多个电容器的导通时产生的切换噪声(kCT噪声)使信噪比劣化。因此，在该技术中，难以精确地提取存储于多个电荷存储部分中的电荷的差值成分。因此，实施例提供精确地产生与多个光电转换部分之间的电荷差对应的信号的光电转换器件。
根据实施例的第二方面的光电转换器件包括产生电子的第一光电转换部分、产生空穴的第二光电转换部分、收集由第一光电转换部分产生的电子的n型第一半导体区域、收集由第二光电转换部分产生的空穴的p型第二半导体区域、以及与第一半导体区域与第二半导体区域共连的信号产生部分。复位时段中的供给到第一半导体区域的第一电势与供给到第二半导体区域的第二电势之间的差值小于0.10V。
根据第二方面，提供精确地产生与多个光电转换部分之间的电荷差对应的信号的光电转换器件。
在根据日本专利公开No.2005-303268(美国专利申请No.2007/0103748)的技术中，没有对于单独地设置空穴保持单元和电子保持单元的情况下的再组合单元的配置给予充分的考虑。因此，实施例提供能够以简单的配置获得与由多个光电转换部分产生的信号电荷的量的差对应的信号的光电转换器件。
根据实施例的第三方面的光电转换器件包括产生电子的第一光电转换部分、产生空穴的第二光电转换部分、收集由第一光电转换部分产生的电子的n型第一半导体区域、收集由第二光电转换部分产生的空穴的p型第二半导体区域、以及与第一半导体区域和第二半导体区域共连的信号产生部分。第一半导体区域和第二半导体区域通过导体相互连接。
根据第三方面，提供能够以简单的配置获得与由多个光电转换部分产生的信号电荷的量的差对应的信号的光电转换器件。
在根据日本专利公开No.2005-303268(美国专利申请No.2007/0103748)的技术中，定时控制单元控制施加的电压，由此，各单个门单元可被交替打开。但是，难以高速地精确控制施加的电压。特别地，如果两个门单元之间的ON/OFF切换的时间滞后大，那么基于电子和空穴产生的信号的精度会下降。因此，实施例提供能够提高基于电子和空穴产生的信号的精度的光电转换器件。
根据实施例的第四方面的光电转换器件包括产生电子的第一光电转换部分、产生空穴的第二光电转换部分、向n型第一半导体区域传送由第一光电转换部分产生的电子的第一传送部分、以及向p型第二半导体区域传送由第二光电转换部分产生的空穴的第二传送部分。第一传送部分和第二传送部分与同一节点连接，响应于向该节点供给第一电势，第一传送部分进入ON状态且第二传送部分进入OFF状态，并且，响应于向该节点供给第二电势，第一传送部分进入OFF状态且第二传送部分进入ON状态。
根据第四方面，提供能够提高基于电子和空穴产生的信号的精度的光电转换器件。
在根据日本专利公开No.2005-303268(美国专利申请No.2007/0103748)的技术中，没有充分考虑如何布置用于空穴的光电转换单元(感光单元)和用于电子的光电转换单元(感光单元)。因此，实施例提供以简单的配置产生基于电子和空穴的信号的光电转换器件。
根据实施例的第五方面的光电转换器件包含产生电子的第一光电二极管、产生空穴的第二光电二极管、收集由第一光电二极管产生的电子的n型第一半导体区域、收集由第二光电二极管产生的空穴的p型第二半导体区域、以及与第一半导体区域和第二半导体区域共连的信号产生部分。构成第一光电二极管的阳极的p型第三半导体区域和构成第二光电二极管的阴极的n型第四半导体区域通过p-n结相互电隔离。
根据第五方面，提供以简单的配置产生基于电子和空穴的信号的光电转换器件。
以下，将参照附图详细描述实施例。在以下的描述和附图中，相同的要素在多个附图中由相同的附图标记表示。因此，将参照多个附图描述相同的要素，并且，适当地省略由相同的附图标记表示的要素的描述。
参照图1A，将描述光电转换器件11和包含光电转换器件11的信息处理系统SYS。信息处理系统SYS包括测距装置1并且还可包括信息处理装置2、控制装置3、驱动装置4、图像捕获装置5、显示装置6和通信装置7中的至少任一个。在信息处理系统SYS中，光电转换器件11包含于测距装置1中。图像捕获装置5可包含与测距装置1的光电转换器件11不同的光电转换器件。作为替代方案，光电转换器件11可用作测距装置1的光电转换器件和图像捕获装置5的光电转换器件。将在后面描述信息处理系统SYS的应用例。
测距装置1包括光接收单元10。测距装置1可包括发光单元20。光接收单元10包含光电转换器件11和控制光电转换器件11上的入射光的光学系统12。发光单元20包含用作光源的发光器件21和控制从发光器件21出射的光的光学系统22。作为发光器件21，可以使用发光二极管，原因是它能够高速地重复闪烁。出于减少与主要包含可见光的环境光的颜色混合的目的，由发光器件21发射的光的波长可以为红外光。红外光难以被人视觉识别，因此可被舒适地使用。但是，实施例不限于红外光。光学系统12和22分别包含透镜、光阑、机械快门、散射板、光学低通滤波器和波长选择滤波器等。例如，光学系统12可包含对红外光的透过率比对可见光的透过率高的滤波器。图1A所示的测距装置1包括光学系统12和22，但是这些光学系统中的至少任一个可被省略。在使用激光作为光源的情况下，光学系统22可包含用于向预定区域扫描由发光单元20发射的光的扫描光学系统。测距装置1可包括与光接收单元10和发光单元20中的至少一个连接的控制单元30。控制单元30驱动和/或控制光接收单元10和发光单元20中的至少一个。根据实施例的与光接收单元10和发光单元20连接的控制单元30能够驱动和/或控制光接收单元10和发光单元20，并且特别能够同步地驱动和/或控制这两者。控制单元30还能够响应于从信息处理装置2接收的信号而操作。测距装置1可包括与光接收单元10连接的处理单元40。处理单元40处理从光接收单元10输出的信号。由处理单元40处理的信号可被传送到信息处理装置2。控制单元30和处理单元40中的至少一个能够响应于从信息处理装置2接收的信号而操作。
由发光单元20发射的光81被施加到目标9、被目标9反射，并且，作为信号光82被光接收单元10接收。在发光单元20上的发光时间与光接收单元10上的光接收时间之间，产生基于从测距装置1到目标9的距离和光速(3×108m/s)的差异。通过检测与时间差对应的物理量，可获得从测距装置1到目标9的距离或者基于从测距装置1到目标9的距离的信息作为例如图像数据。测距装置1是利用飞行时间(TOF)方法的测距装置。可通过测量周期性改变的光的相位差或光脉冲的数量，检测上述的时间差的程度。发光单元20与光接收单元10之间的大的间隔可使得测距算法复杂化，因此，发光单元20和光接收单元10之间的间隔可被设定为比与希望的测距精度对应的间隔短。例如，发光单元20与光接收单元10之间的间隔被设定为1m或更小。
不仅信号光82，而且由作为光源的发光器件21发射的光以外的源自光源的环境光83入射到光接收单元10。环境光83的光源是自然光或人工光。环境光83是执行测距时的噪声成分。因此，如果环境光83与接收光的比率高，那么基于信号光82的信号的动态范围减小或者S/N比减小，并且难以精确地从信号光82获得距离信息。根据实施例的光电转换器件11能够从基于由光电转换器件11接收的光产生的信号去除源自环境光83的成分的至少一部分。因此，测距精度可提高。虽然将在后面描述细节，但是，在实施例中，通过使用与由多个光电转换部分产生的信号电荷的量的差对应的信号，去除源自环境光83的成分的至少一部分。而且，通过使用电子和空穴作为信号电荷，可通过使用简单的结构精确地检测电荷量的差。因此，可以提高测距精度。
将参照图1B描述根据实施例的光电转换器件11的概要。光电转换器件11在半导体基板100上包含单元(cell)阵列110。单元阵列110包含以由多个行和多个列形成的矩阵方式布置的多个光电转换单元111。光电转换器件11还在半导体基板100上包含行布线120、列布线130、驱动部分140、控制部分150、信号处理部分160、扫描部分170和输出部分180。单元阵列110中的多个光电转换单元111以行为单位通过位于半导体基板100上的行布线120与驱动部分140连接。驱动部分140依次或同时向多个光电转换单元111选择性地输入诸如传送信号或复位信号的驱动信号。单元阵列110中的多个光电转换单元111以列为单位通过位于半导体基板100上的列布线130与信号处理部分160连接。信号处理部分160处理通过列布线130从光电转换单元111输出的信号。信号处理部分160可对单元阵列110的各列包含CDS电路、放大电路和AD转换电路。扫描部分170使得通过各单个列布线130从单元阵列110输出到信号处理部分160并且被信号处理部分160处理的、与各单个列对应的信号依次从信号处理部分160被输出到输出部分180。输出部分180将从信号处理部分160接收的信号输出到光电转换器件11的外面，输出部分180可包含放大电路、保护电路和用于建立与外部电路的连接的电极。控制部分150产生控制信号并且通过使用控制信号控制驱动部分140、信号处理部分160、扫描部分170和输出部分180的操作定时。
芯片上透镜阵列(微透镜阵列)和波长滤波器可被设置在半导体基板100的入射表面侧。该入射表面侧可与在半导体基板100上设置行布线120和列布线130的一侧(前表面侧)相同。通过该布置，可以获得前表面照射型光电转换器件。如果入射表面侧与在半导体基板100上设置行布线120和列布线130的一侧(后表面侧)相反，那么可以获得后表面照射型光电转换器件。
图2示出单元阵列110包含八个行的光电转换单元111的情况下的八个行中的操作。在图2所示的例子中，在第一行R1～第八行R8上执行前进的(progressive)扫描。作为替代方案，可以执行交错(interlace)扫描。
一个光电转换单元111的驱动时段Tdr包含执行复位操作的复位时段Trs、执行用于基于信号光82蓄积电荷的蓄积操作的蓄积时段Tac、和执行用于基于蓄积的电荷读取信号的读取操作的读取时段Tsr。读取时段Tsr也可被称为执行从光电转换单元到列布线的输出的时段。驱动时段Tdr还可包含执行另一希望的操作的时段。在本例子中，属于同一行的多个光电转换单元111在单个驱动时段Tdr内被同时驱动。如以上参照图1B描述的那样，从属于单元阵列110的同一行的多个光电转换单元111输出的信号被信号处理部分160处理并且被输出到输出部分180。
帧时段是在构成单元阵列110的光电转换单元111的所有行中执行复位操作、蓄积操作和读取操作的时段。例如，第一帧时段F1的开始点是开始第一行R1中的复位操作的时间点，第一帧时段F1的结束点是结束第八行R8中的光电转换单元111中的读取操作的时间点。第二帧时段F2的开始点是在第一帧时段F1中结束第一行R1中的读取操作之后第一次开始第一行R1中的复位操作的时间点。第二帧时段F2的结束点是在第一帧时段F1中结束第八行R8中的读取操作之后第一次结束第八行R8中的读取操作的时间点。
如图2所示，多个行(在本例子中，为三到四个行)中的蓄积操作被并行执行，因此，蓄积时段可扩展，并且，在蓄积时段中获得的信号的输出可增加。即使当多个行中的蓄积操作被并行执行时，也可通过使得读取操作定时在行之间不同而使多个行中的信号相互分开。
而且，作为如图2所示的那样执行一系列的操作使得第一帧时段F1的一部分与第二帧时段F2的一部分重叠的结果，帧率可增大，或者一个帧时段可延长。即，在图2中，在第一帧时段F1中结束第一到第四行中的读取操作的时间，开始第一行中的复位操作和蓄积操作。
实施例不限于本例子。在一个行中的所有复位操作、蓄积操作和读取操作结束之后，可开始下一行中的复位操作、蓄积操作和读取操作。作为替代方案，在最后一行(第八行)中的读取操作结束之后，可开始第一行中的复位操作。
下面，将描述各光电转换单元111的示例性结构。图3示出光电转换单元111的等价电路。在图3中，包含于作为矩阵的重复单位的光电转换单元111中的要素被链线包围。注意，关于被虚线包围的要素，这些要素的一部分可位于单元阵列110外面(例如，驱动部分140)。
光电转换单元111包含光电转换部分301和光电转换部分302。光电转换部分301通过光电转换产生作为信号电荷的电子，而光电转换部分302通过光电转换产生作为信号电荷的空穴。即，由光电转换部分301产生的信号电荷的正/负符号与由光电转换部分302产生的信号电荷的正/负符号相反。但是，光电转换部分301产生空穴以及电子，并且，光电转换部分302产生电子以及空穴。光电转换部分301和302中的每一个是PN光电二极管或PIN光电二极管，并且，考虑减少暗电流，其可以是埋入型光电二极管。使用埋入型光电二极管作为光电转换部分301和302与使用光电门(photogate)作为光电转换部分301和302的情况相比有益于减少暗电流，并且增大对接收弱的信号光来说重要的S/N比。用作光电转换部分301的光电二极管包含其中电子是多数载流子的n型半导体区域的阴极201和其中电子是少数载流子的p型半导体区域的阳极211。用作光电转换部分302的光电二极管包含作为其中空穴是多数载流子的p型半导体区域的阳极202和作为其中空穴是少数载流子的n型半导体区域的阴极212。
光电转换单元111包含能够保持作为信号电荷由光电转换部分301产生的电子的电容器部分307和能够保持作为信号电荷由光电转换部分302产生的空穴的电容器部分310。
电容器部分307包含基准节点217和收集节点207。收集节点207收集作为信号电荷由光电转换部分301产生的电子。电容器部分307被配置为使得在收集节点207与基准节点217之间出现与由电容器部分307保持的电荷的量对应的电势差。即，电容器部分307用作将该电荷的量转换成电压的电荷-电压转换部分。电容器部分310包含基准节点200和收集节点210。收集节点210收集作为信号电荷由光电转换部分302产生的空穴。电容器部分310被配置为使得在收集节点210与基准节点200之间出现与由电容器部分310保持的电荷的量对应的电势差。即，电容器部分310用作将该电荷的量转换成电压的电荷-电压转换部分。
电容器部分307和310均具有p-n结二极管结构。基准节点217和收集节点210是p型半导体区域，而基准节点200和收集节点207是n型半导体区域。保持信号电荷的收集节点207和210是电气浮置的浮置节点。构成收集节点207和210的半导体区域是处于浮置状态的杂质扩散区域，即，浮置扩散。作为n型半导体区域的收集节点207可收集作为信号电荷的电子并且保持电子。作为p型半导体区域的收集节点210可收集作为信号电荷的空穴并且保持空穴。虽然将在后面描述细节，但是光电转换器件11能够操作，使得信号电荷被收集节点207和210中的一个选择性地保持。
为了将由光电转换部分301产生的电子和空穴中的电子有效地收集到电容器部分307的收集节点207，光电转换单元111包含传送部分303。此外，为了将由光电转换部分302产生的电子和空穴中的空穴有效地收集到电容器部分310的收集节点210，光电转换单元111包含传送部分306。因此，收集节点207和210也可分别被称为信号电荷从光电转换部分301和302所传送到的节点。由于收集节点207和210能够保持从光电转换部分301和302传送的电荷，因此，收集节点(电容器部分)也可被称为电荷保持部分。
传送部分303和306均具有MIS栅极结构。具体而言，传送部分303和306具有包含半导体区域(沟道区域)、栅极绝缘膜和栅电极的多层结构。因此，传送部分303和306也可被称为传送栅极。当传送部分303处于ON状态(导通状态)时，反转(inversion)在半导体区域中形成n型沟道。当传送部分306处于ON状态时，反转在半导体区域中形成p型沟道。以这种方式，传送部分303和306的导电类型相互不同。
在本例子中，传送部分303的栅电极和传送部分306的栅电极与传送节点218共连。传送节点218与传送信号输出部分428连接，传送信号TX1从传送信号输出部分428被输入到传送节点218。传送部分303和306具有不同的导电类型并且被配置为互补地操作。即，在传送部分303响应于传送信号TX1而处于ON状态的时段中，传送部分306处于OFF状态(非导通状态)，而在传送部分303响应于传送信号TX1而处于OFF状态的时段中，传送部分306处于ON状态。
阈值可被设定，使得传送部分303和306在传送节点218处于预定电势时进入OFF状态。预定电势可以是传送部分303处于ON状态且传送部分306处于OFF状态的电势与传送部分303处于OFF状态且传送部分306处于ON状态的电势之间的电势。这种预定电势根据MIS栅极结构中的半导体区域中的电势和MIS栅极结构的阈值被确定。传送部分303处于ON状态的电势电平High与传送部分303处于OFF状态的电势电平Mid之间的差值为例如1～5V。传送部分306处于ON状态的电势电平Low与传送部分303处于OFF状态的电势电平Mid之间的差值为例如1～5V。电势电平High可被设定为比地电势GND(0V)高的电势(正电势)，并且，电势电平Low可被设定为比地电势GND低的电势(负电势)。例如，电势电平Mid可被设定为地电势GND。电势电平High和Low均可被设定为正电势，或者电势电平High和Low均可被设定为负电势，以减小电路规模。
作为替代方案，传送部分303和306可与不同的传送节点连接，传送部分303和306的ON/OFF状态可通过使用相互无关的传送信号而被控制。但是，使传送部分303和306与同一传送节点218连接并且将同一传送信号TX1输入到传送部分303和306的栅电极可能更好。因此，传送部分303和306的ON/OFF状态的定时控制的精度可提高。而且，由于传送部分303和306可通过相同的驱动电路和布线被驱动，因此，光电转换器件11的配置可被简化。
以上述的方式，收集节点207通过传送部分303与阴极201连接。此外，收集节点210通过传送部分306与阳极202连接。
收集节点207可不通过诸如传送部分303的有源元件(active element)而与阴极201连接。此外，收集节点210可不通过诸如传送部分306的有源元件而与阳极202连接。例如，通过在光电转换部分301处的电势与电容器部分307处的电势之间维持适当的关系，即使传送部分303被省略，由光电转换部分301产生的电子也可被收集到收集节点207。此外，通过在光电转换部分302处的电势与电容器部分310处的电势之间维持适当的关系，即使传送部分306被省略，由光电转换部分302产生的空穴也可被收集到收集节点210。而且，光电转换部分301可被配置为还用作具有与其结电容对应的电容的电容器部分307，并且，光电转换部分302可被配置为还用作具有与其结电容对应的电容的电容器部分310。例如，n型杂质浓度比其它区域高的高浓度区域可被设置在光电二极管的n型半导体区域的一部分中，并且，高浓度区域可被用作收集节点。作为通过传送部分303和306进行来自光电转换部分301和302的电荷的传送与不传送的切换的替代方案，可以使用从与光电转换部分301和302连接的排出部分排出与不排出来自光电转换部分301和302的电荷之间的切换。但是，与不使用传送部分303和306的情况相比，使用传送部分303和306的在电荷的传送与不传送之间的切换使得能够精确地控制电荷。
基准电势供给部分411与光电转换部分301的阳极211和电容器部分307的基准节点217连接。基准电势VF1从基准电势供给部分411被共同供给到光电转换部分301的阳极211与电容器部分307的基准节点217。基准电势供给部分412与光电转换部分302的阴极212和电容器部分310的基准节点200连接。基准电势VF2从基准电势供给部分412被共同供给到光电转换部分302的阴极212和电容器部分310的基准节点200。
如上所述，光电转换部分301还产生空穴，但空穴被排出到阳极211侧。光电转换部分302还产生电子，但电子被排出到阴极212侧。
电容器部分307的收集节点207和电容器部分310的收集节点210与检测节点220共连。在收集节点207和检测节点220处出现与从光电转换部分301传送到电容器部分307的电子的量和电容器部分307的电容对应的电势。此外，在收集节点210和检测节点220处出现与从光电转换部分302传送到电容器部分310的空穴的量和电容器部分310的电容对应的电势。作为结果，在检测节点220处出现以下电势：该电势为可由于由收集节点207收集的电子而在检测节点220处出现的电势与可由于由收集节点210收集的空穴而在检测节点220处出现的电势的组合。
收集节点207和210相互电连接。收集节点207和210之间的电连接由导体(电气导体)建立。一般地，收集节点207和210通过导体直接相互连接。导体具有104S/m或更大的电导率(10-4Ω·m或更小的电阻率)。绝缘体具有10-7S/m或更小的电导率(107Ω·m或更大的电阻率)。半导体具有10-7S/m～104S/m的电导率(10-4Ω·m～107Ω·m的电阻率)。导体的例子包括金属、金属化合物、石墨和多晶硅。具有高的杂质浓度(1019/cm3或更大)的硅也被认为具有导电性能。由于收集节点207和210通过导体相互连接，因此，在收集节点207与210之间平稳地传送和接收电荷。这缩短直到收集节点207和210处的电势变得静止的(static)时间。
考虑将过渡性地出现以下现象。首先，在由收集节点207收集的电子的量与由收集节点210收集的空穴的量之间出现差值。根据该差值，在收集节点207与210之间出现电势差。电子通过导体在收集节点207与210之间移动，以减小电势差。然后，电子和空穴在收集节点210处再组合(偶湮没(pair annihilation))。因此，在检测节点220处出现与作为由收集节点207收集的电子的量与由收集节点210收集的空穴的量之间的差值的电荷量对应的电势。
在本例子中，由于收集节点207与210通过导体直接相互连接，因此，收集节点207与210和检测节点220处的电势可被认为相同。此外，例如，可在收集节点207与检测节点220之间和/或在收集节点210与检测节点220之间提供切换。因此，可以暂时执行驱动，使得收集节点207与210和检测节点220中的至少两个具有不同的电势。
检测节点220处的电势由VN代表，收集节点207处的电势由VN1代表，收集节点210处的电势由VN2代表。这里，各个电势VN、VN1和VN2是可变电势。如上所述，在实施例中，收集节点207与210与检测节点220共连，因此，满足VN≈VN1≈VN2。考虑通过收集节点207收集光电转换部分301的阴极201的电子的便利性，满足VF1<VN1会更好。此外，考虑通过收集节点210收集光电转换部分302的阳极202的空穴的便利性，满足VN2<VF2会更好。关于VF1<VN1和VN2<VF2，由于VN1＝VN2，因此，满足VF1<VF2。与基准电势VF2等于或低于基准电势VF1(VF1≥VF2)的关系相比，这种基准电势VF2比基准电势VF1高(VF1<VF2)的关系更有益于提高测距精度。以这种方式，收集电荷的效率增大，并且，还可实现高速操作和高度精确的信号获取。从实践的观点来看，在实施例中，基准电势VF1与VF2之间的电势差可以为0.10V或更大。出于这种目的，在本例子中单独地设置基准电势供给部分411和412。基准电势VF1与VF2之间的电势差一般为大于或等于1V且小于或等于5V。基准电势VF1可被设定为低于0V的地电势GND(VF1<GND)，基准电势VF2可被设定为高于0V的地电势GND(GND<VF2)。即，基准电势VF1可以是负电势，基准电势VF2可以是正电势。
检测节点220与信号产生部分315连接。在本例子中，信号产生部分315是包含栅极、源极和漏极的MOS晶体管(放大晶体管)。检测节点220与信号产生部分315(放大晶体管)的栅极连接。
信号产生部分315的漏极与电源部分432连接，从电源部分432向信号产生部分315的漏极供给电源电势VDD。信号产生部分315的源极通过MOS晶体管(选择晶体管)316与恒流源430连接，信号产生部分315与恒流源430一起构成源跟随器电路。在读取操作的时间，从与选择晶体管316的栅极连接的选择信号供给部分426输出选择信号SL，使得选择晶体管316进入ON状态。因此，信号产生部分315产生与检测节点220处的电势对应的像素信号，并且将该像素信号输出到包含于图1B所示的列布线130中的输出线431。
在本例子中，电气低通滤波器433被设置在检测节点220与信号产生部分315之间。通过设置电气低通滤波器433，即使检测节点220处的电势波动，来自信号产生部分315的输出也可被稳定化，并且，可提高测距精度。电气低通滤波器433可由与放大晶体管的栅极串联连接的电阻器和与栅极并联连接的电容器形成，但是配置不限于此。作为替代方案，电气低通滤波器433可被省略。
复位电势供给部分413通过MOS晶体管(复位晶体管)313与收集节点207和210共连。复位电势供给部分413输出复位电势VS1。从复位信号输出部分423输出到复位晶体管313的栅极的复位信号RS1使得复位晶体管313处于ON状态。因此，与复位电势VS1对应的电势VS11从复位电势供给部分413被供给到收集节点207。即，收集节点207处的电势VN1变得等于电势VS11(VN1＝VS11)。此外，与复位电势VS1对应的电势VS12从复位电势供给部分413被供给到收集节点210。即，收集节点210处的电势VN2变得等于电势VS12(VN2＝VS12)。
在复位操作的时间，电势VS11被供给到电容器部分307的收集节点207，由此，由电容器部分307保持的电子被排出到复位电势供给部分413。电势VS12被供给到电容器部分310的收集节点210，由此，由电容器部分310保持的空穴被排出到复位电势供给部分413。
为了提高测距精度，与电势VS11与电势VS12之间的电势差为0.10V或更大的情况相比，该电势差小于0.10V是有益的。当电势VS11与电势VS12之间的电势差关于与检测节点220共连的收集节点207与210小于0.10V时，复位时段Trs之后的蓄积时段Tac中的操作可被稳定化。为了使得电势VS11与电势VS12之间的电势差小于0.10V，收集节点207与210可通过具有高电导率的导体相互连接。此外，为了使得电势VS11与电势VS12之间的电势差小于0.10V，使得电势VS11与电势VS12之间的差值为0.10V或更大的电阻器不得位于收集节点207与210之间。注意，可由不可避免地产生的电阻或制造误差导致的小于0.10V的轻微电势差是允许的。
在本例子中，向收集节点207施加电势VS11，并且同时向收集节点210施加电势VS12。可在复位信号输出部分423与收集节点207之间以及在复位信号输出部分423与收集节点210之间设置开关。在这种情况下，向收集节点207施加电势VS11的定时可与向收集节点210施加电势VS12的定时不同。
电势VS11可比基准电势VF1高(VF1<VS11)。在这种情况下，可提高复位时段Trs之后的收集节点207收集电子的效率。此外，电势VS12可低于基准电势VF2(VS12<VF2)。在这种情况下，可提高复位时段Trs之后的收集节点210收集空穴的效率。如上所述，当满足VS11＝VS12＝VS1时，为了同时满足VF1<VS11和VS12<VF2，复位电势VS1可以是基准电势VF1与基准电势VF2之间的电势(VF1<VS1<VF2)。
电势VS11可选自-5～+5V的范围。在一个实施例中，例如，电势VS11选自-2～+2V的范围。此外，电势VS12可选自-5～+5V的范围，并且，在一个实施例中，例如，电势VS12选自-2～+2V的范围。电势VS11与电势VS12之间的差值要为0。电路可被设计为在基准电势VF1和VF2的上述范围内以及在电势VS11和VS12的上述范围内满足VF1<VS11和VS12<VF2。
在图3所示的例子中，传送部分304和电容器部分308以与传送部分303和电容器部分307类似的方式与光电转换部分301连接。即，传送部分303和电容器部分307的组以及传送部分304和电容器部分308的组与光电转换部分301并联连接。类似地，传送部分305和电容器部分309以与传送部分306和电容器部分310类似的方式与光电转换部分302连接。即，传送部分306和电容器部分310的组以及传送部分305和电容器部分309的组与光电转换部分302并联连接。传送部分304和电容器部分308可具有与传送部分303和电容器部分307类似的配置。传送部分305和电容器部分309可具有与传送部分306和电容器部分310类似的配置。
在本例子中，具有MIS栅极结构且分别包含于传送部分304和305中的栅电极与传送节点219共连。传送节点219与传送信号输出部分429连接。传送信号TX2从传送信号输出部分429被输入到传送节点219。传送部分304和305具有不同的导电类型并且被互补地设置。因此，在传送部分304响应于传送信号TX2而处于ON状态(导通状态)的时段中，传送部分305处于OFF状态(非导通状态)，在传送部分304响应于传送信号TX2而处于OFF状态中的时段中，传送部分305处于ON状态。阈值可被设定，使得传送部分304和305均在传送节点219处于预定电势时进入OFF状态。这种预定电势根据MIS栅极结构中的半导体区域中的电势和MIS栅极结构的阈值被确定。使得传送部分304处于ON状态的电势电平High与使得传送部分304处于OFF状态的电势电平Mid之间的差值为例如1～5V。使得传送部分305处于ON状态的电势电平Low与使得传送部分305处于OFF状态的电势电平Mid之间的差值为例如1～5V。电势电平High可被设定为比地电势GND(0V)高的电势(正电势)，电势电平Low可被设定为比地电势GND低的电势(负电势)。例如，电势电平Mid可被设定为地电势GND。电势电平High和Low均可被设定为正电势，或者电势电平High和Low均可被设定为负电势，以减小电路规模。传送部分304和305可与单独的传送节点连接，并且，可通过使用相互独立的传送信号控制传送部分304和305的ON/OFF状态。与光电转换部分301连接的传送部分303和304可操作，使得ON状态和OFF状态相对于彼此，即互补地，反转。具体而言，当传送部分303响应于传送信号TX1而处于ON状态时，传送部分304响应于传送信号TX2而处于OFF状态。当传送部分303响应于传送信号TX1而处于OFF状态时，传送部分304响应于传送信号TX2而处于ON状态。此外，与光电转换部分302连接的传送部分305和306可操作，使得ON状态和OFF状态相对于彼此，即互补地，反转。具体而言，当传送部分306响应于传送信号TX1而处于ON状态时，传送部分305响应于传送信号TX2而处于OFF状态。当传送部分306响应于传送信号TX1而处于OFF状态时，传送部分305响应于传送信号TX2而处于ON状态。因此，可由与单个光电转换部分连接的两个传送部分交替地传送来自该单个光电转换部分的信号电荷。
电容器部分308使得通过传送部分304从光电转换部分301传送的电子被收集到收集节点208。电容器部分309使得通过传送部分305从光电转换部分302传送的空穴被收集到收集节点209。电容器部分308和309均具有p-n结二极管结构。电容器部分308的收集节点208为n型半导体区域，电容器部分309的收集节点209为p型半导体区域。电容器部分308的基准节点228为p型半导体区域，电容器部分309的基准节点229为n型半导体区域。基准节点228与基准电势供给部分411连接并且被供给基准电势VF1。基准节点229与基准电势供给部分412连接并且被供给基准电势VF2。
收集节点208和209通过MOS晶体管(复位晶体管)314与复位电势供给部分414共连。复位电势供给部分414输出复位电势VS2。从复位信号输出部分424输出的复位信号RS2使得复位晶体管314处于ON状态。因此，收集节点208和209处的电势可被设定为预定复位电势。
在图3所示的例子中，在电容器部分308和309中从光电转换部分传送到收集节点208和209的电荷被排出。但是，与信号产生部分315类似，信号产生部分可与电容器部分308和309连接，并且，基于电容器部分308和309中的电荷的信号可被读取。在使用这种配置的情况下，基于电容器部分308和309中的电荷由信号产生部分产生的信号和基于电容器部分307和310中的电荷由信号产生部分产生的信号可被组合。因此，可增强像素信号的强度。
将描述在上述的电路中使用的电势的例子。地电势GND为0V。在第一例子中，VS1、VS2＝0V，VF1＝-1V，VF2＝+1V，High＝+2V，Mid＝0V，Low＝-2V。在第二例子中，VS1、VS2＝+1V，VF1＝0V，VF2＝+2V，High＝+3V，Mid＝+1V，Low＝-1V。第二例子是通过将第一例子中的各电势偏移S(V)获得的，对应于S＝-1的情况。在第三例子中，VS1、VS2＝0V，VF1＝-2V，VF2＝+2V，High＝+4V，Mid＝0V，Low＝-4V。第三例子是第一例子中的电势乘以T的例子，对应于T＝2的情况。上述的值S可以是正值或负值，上述的值T可小于1。第二例子和第三例子可被组合，即，第一例子可偏移S(V)并乘以T。可在维持从以上三个例子中的各电势把握的电势值之间的关系、电势差、以及电势差之间的关系的同时，适当地调整实际的电势值。
下面，将参照图4A～4C描述测距装置1的一个光电转换单元111的每个驱动时段Tdr的操作。在以下参照图4A～4C给出的描述中，时段p1～p10与时间t0～t10的时段对应。
图4A示出发光器件21的发光水平Le以及光电转换器件11的光接收水平Lr1和Lr2。在发光水平Le与光量Loff对应的时段p1、p4、p5、p7和p9中，发光器件21处于OFF状态。在发光水平Le与光量Lon对应的时段p2、p3、p6和p8中，发光器件21处于ON状态。以这种方式，发光器件21在与时间t1～时间t5的时段Tcy对应的一个周期中重复闪烁。这里，为了简化描述，假定闪烁重复三次。但是，实际上，每当执行测距时，在蓄积时段Tac内重复闪烁100～10000次，由此可确保足够的精度。
当用c(m/s)代表光速时，基于从测距装置1到目标9的距离d(m)的从发光到光接收的延迟时间为2×d/c(s)。从发光到光接收的延迟时间可在一个周期Tcy内被检测。光速为3×108m/s，即0.3m/ns。因此，一个周期Tcy被设定为例如1ns～1000ns，并且，在一个实施例中，一个周期Tcy被设定为10ns～100ns。例如，与0.3m的距离差对应的从发光到光接收的延迟为2ns。因此，如果一个周期Tcy为10ns，那么可在10ns内通过检测与延迟时间对应的物理量来检测0.3m的距离差。根据周期Tcy和重复闪烁的次数，在1μs～10ms的短时间内实施一个测距操作。因此，可在1秒内读取单元阵列110的约10～1000行，即约1～1000帧。例如，如果一个行的驱动时段Tdr为1μs，那么可在1秒内读取1000行中的1000帧。如果一个行的驱动时段Tdr为10ms，那么可在1秒内读取100行中的100帧。
响应于发光器件21的发光而由光电转换器件11接收的光的量由Lra和Lrb代表。由光接收水平Lr1代表的波形指示，根据从测距装置1到目标的距离，光接收在时间t2(其为自开始发光的时间t1起经过了时段Tda的时间)开始，并且，光接收在时间t4(其为自完成发光的时间t3起经过了时段Tda的时间)完成。由光接收水平Lr2代表的波形指示，根据从测距装置1到目标的距离，光接收在时间t2′(其为自开始发光的时间t1起经过了时段Tdb的时间)开始，光接收在时间t4′(其为自完成发光的时间t3起经过了时段Tdb的时间)完成。在本例子中，Tda<Tdb，因此，可以理解，反射由光接收水平Lr1代表的信号光的目标比反射由光接收水平Lr2代表的信号光的目标更接近测距装置1。而且，在本例子中，Lrb<Lra，因此，可以理解，由光接收水平Lr1代表的信号光可能具有比由光接收水平Lr2代表的信号光高的反射率。
在光电转换器件11接收由发光器件21发射的光的时段中，由光电转换器件11接收的光量Lra和Lrb不仅包含图1A所示的信号光82，而且包含所示的环境光83。接收的环境光的量由Lam代表。在光量Lra和Lrb中，通过从其减去Lam而获得的光量与具有实际距离信息的信号光对应。
图4B示出复位信号RS1和RS2(虚线)、选择信号SL(实线)、传送信号TX1(一点链线)、以及传送信号TX2(二点链线)的时间变化。电势电平High比电势电平Low高，电势电平Mid处于电势电平High与电势电平Low之间。电势电平High、电势电平Mid、电势电平Low可各自包含一定范围的电势。例如，电势电平Mid是包含地电势(0V)的一定范围的电势。在图4B中，代表时间的横轴所在的位置处的电势与电势电平Mid对应。关于图4B，将在为了方便而假定与电势电平为High的情况类似地、晶体管在电势电平Mid与电势电平High之间的过渡电势处(在上升或下降电势处)进行操作的情况下进行描述。此外，在假定与电势电平为Low的情况类似地、晶体管在电势电平Mid与电势电平Low之间的过渡电势处(在上升或下降电势处)进行操作的情况下进行描述。使得各晶体管接通和关断的电势电平不一定相同，而是可相互不同。
复位信号RS1和RS2在同一时段中处于电势电平High，但是复位信号RS1和RS2处于电势电平High的时段可相互不同。传送信号TX1和TX2一般为具有相同周期的矩形波或正弦波(其中，正负符号反转)。传送信号TX1和TX2的周期与发光器件21发光的周期Tcy相同。但是，如果接受测距精度下降，那么传送信号的周期可与发光周期稍微不同。
在复位信号RS1和RS2处于比电势电平Mid高的电势处(一般处于电势电平High处)的时段p1中，复位晶体管313和314处于ON状态。在作为复位信号RS1和RS2处于电势电平Mid的时段的时间t1～时间t10，复位晶体管313和314处于OFF状态。在图4A中，在假定复位信号RS1和RS2相同的情况下进行例示。作为替代方案，复位信号RS1和RS2可在未示出的时段中相互不同。
在传送信号TX1处于比电势电平Mid高的电势处(一般处于电势电平High处)的时段p2、p3、p6和p8中，传送部分303处于ON状态，而传送部分306处于OFF状态。在传送信号TX1处于比电势电平Mid低的电势处(一般处于电势电平Low处)的时段p4、p5、p7和p9中，传送部分303处于OFF状态，而传送部分306处于ON状态。从复位晶体管313和314从ON状态变为OFF状态到传送部分303和306中的一个变为ON状态的时段可尽可能地短。
在传送信号TX2处于比电势电平Mid低的电势处(一般处于电势电平Low处)的时段p2、p3、p6和p8中，传送部分305处于ON状态，而传送部分304处于OFF状态。在传送信号TX2处于比电势电平Mid高的电势处(一般处于电势电平High处)的时段p4、p5、p7和p9中，传送部分305处于OFF状态，而传送部分304处于ON状态。从复位晶体管313和314从ON状态变为OFF状态到传送部分304和305中的一个变为ON状态的时段可尽可能地短。
在传送信号TX1处于电势电平Mid处的时段(或时间)处，传送部分303和306处于OFF状态。在传送信号TX2处于电势电平Mid处的时段(或时间)处，传送部分304和305处于OFF状态。如上所述，电势电平Mid根据传送部分303、304、305和306的特性被确定。
图4C示出检测节点220处的电势的变化。电势变化S1代表根据光接收水平Lr1的电势的变化，电势变化S2代表根据光接收水平Lr2的电势的变化。
在时段p1中，通过复位电势供给部分413，收集节点207和210以及检测节点220处的电势被设定为与复位电势VS1对应的电势(电势VS11和V12)。
在时段p2中，根据环境光83的光量Lam由光电转换部分301产生的电子被传送到电容器部分307。当通过光电转换部分301产生电子时，阴极201处的电势变得比阳极211处的电势高。如果阳极211处的电势为例如VF1＝-2V，那么阴极201处的电势为约-1V。复位电势VS1使得收集节点207处的电势比阳极211处的电势高(VF1<VS1)。因此，当传送部分303处于ON状态时，产生的电子迅速移动到电势比阴极201处的电势高的收集节点207。根据电子的传送，与收集节点207连接的检测节点220处的电势减小。
在时段p3中，根据比环境光83的光量Lam大的包含信号光82的光量Lra由光电转换部分301产生的电子被传送到电容器部分307。根据电子的传送，与收集节点207连接的检测节点220处的电势以比时段p2中的梯度大的梯度减小。这是由于，单位时间的接收光量以信号光82的量增加。
在时段p4中，根据比环境光83的光量Lam大的包含信号光82的光量Lra由光电转换部分302产生的空穴被传送到电容器部分310。根据空穴的传送，与收集节点210连接的检测节点220处的电势增加。
在时段p2和p3中，传送部分305处于ON状态。因此，在时段p2和p3中由光电转换部分302产生的空穴在时段p2和p3中被传送到电容器部分309。因此，在传送部分306在时间t3被接通之后、例如在时段p4中传送到电容器部分310的空穴之中，在时段p4中由光电转换部分302产生的空穴的量比在时段p2和p3中由光电转换部分302产生的空穴的量大。在理想情况下，在时段p2和p3中由光电转换部分302产生的空穴不在时段p4中被传送到电容器部分310。
在时段p5中，根据环境光83的光量Lam由光电转换部分302产生的空穴被传送到电容器部分310。根据空穴的传送，与收集节点210连接的检测节点220处的电势增大。
在时段p6、p7、p8和p9中重复相同的操作。在时段p4和p5中，传送部分304处于ON状态。因此，在时段p4和p5中由光电转换部分301产生的电子在时段p4和p5中被传送到电容器部分308。因此，在传送部分303在时间t5处被接通之后、例如在时段p6中传送到电容器部分307的电子中，在时段p6中由光电转换部分301产生的电子的量比在时段p4和p5中由光电转换部分301产生的电子的量大。在理想情况下，在时段p4和p5中由光电转换部分301产生的电子不在时段p6中被传送到电容器部分307。
通过使得这种周期Tcy被重复若干次，可以获得已从中去除了环境光83的成分且在其中积分信号光82的成分的适于测距的信号。
关于光接收水平Lr1，延迟时间Tda小于周期Tcy的四分之一(Tda<Tcy/4)。因此，检测节点220处的电势由在时段p3中传送的电子有效地主导，检测节点220处的电势变得比复位电势VS1低(绝对值增大)。如果关于光接收水平Lr2，延迟时间Tdb同样地为周期Tcy的四分之一(Tdb＝Tcy/4)，那么在一个周期Tcy内传送到收集节点207和210的电子的量和空穴的量彼此相等，因此，检测节点220处的电势等于复位电势VS1。如果延迟时间Tda>Tcy/4，那么检测节点220处的电势有效地由在时段p4中传送的空穴主导，并且，检测节点220处的电势变得比复位电势VS1高(绝对值增大)。
这里，一个周期Tcy中的发光器件21的ON时段和OFF时段彼此相等，但是ON时段和OFF时段可相互不同。如果ON时段和OFF时段相互不同，那么从信号产生部分315输出的信号可基于ON时段和OFF时段之间的差值被校正。而且，虽然一个周期Tcy中的传送栅极的ON时段和OFF时段在这里彼此相等，但是ON时段和OFF时段可相互不同。如果ON时段和OFF时段相互不同，那么从信号产生部分315输出的信号可基于ON时段与OFF时段之间的差值被校正。
将定量描述在检测节点220处出现的电势。在用作信号电荷的电子中，源自环境光83的成分由(-N)代表，源自信号光82的成分由(-S)代表。在用作信号电荷的空穴中，源自环境光83的成分由(+N)代表，源自信号光82的成分由(+S)代表。与时段p2的长度成比例的系数由a代表，与时段p3的长度成比例的系数由b代表，与时段p4的长度成比例的系数由c代表，与时段p5的长度成比例的系数由d代表。
首先，在假定不在检测节点220处发生电子和空穴的再组合的情况下，计算收集节点207和210处的电荷的量。时段p2中的收集节点207处的电荷量的增加由a×(-N)表达，时间t2处的收集节点207处的电荷量由a×(-N)表达。另一方面，时段p2中的收集节点210处的电荷量的增加为0，时间t2处的收集节点210处的电荷量为0。时段p3中的收集节点207处的电荷量的增加由b×(-N-S)表达，时间t3处的收集节点207处的电荷量由a×(-N)+b×(-N-S)表达。另一方面，时段p3中的收集节点210处的电荷量的增加为0，时间t3处的收集节点210处的电荷量为0。时段p4中的收集节点207处的电荷量的增加为0，时间t4处的收集节点207处的电荷量由a×(-N)+b×(-N-S)表达。时段p4中的收集节点210处的电荷量的增加由c×(+N+S)表达，时间t4处的收集节点210处的电荷量由c×(+N+S)表达。时段p5中的收集节点207处的电荷量的增加为0，时间t5处的收集节点207处的电荷量由a×(-N)+b×(-N-S)表达。另一方面，时段p5中的收集节点210处的电荷量的增加由d×(+N)表达，时间t5处的收集节点210处的电荷量由c×(+N+S)+d×(+N)表达。
时间t5处的检测节点220处的实际电荷量与通过减去电子和空穴获得的量对应，该量由下式表达：a×(-N)+b×(-N-S)+c×(+N+S)+d×(+N)＝(a+b)×(-N)+(c+d)×(+N)+b×(-S)+c×(+S)＝((c+d)-(a+b))×N+(c-b)×S。在时间t1～时间t5的时段中，如果环境光83恒定且如果传送部分303和306互补地处于ON状态的时段相同，那么满足(c+d)-(a+b)＝0。因此，可以理解，作为信号获得在时间t5处在检测节点220处出现的电势，该信号是(c-b)×S，即，已从中去除了环境光83的成分的至少一部分且仅指示信号光82的成分。
图5A～5D示出光电转换单元111的示例性布局。图5A是光电转换单元111的示意性平面图。图5B是沿图5A中的线VB-VB切取的示意性截面图，图5C是沿图5A中的线VC-VC切取的示意性截面图，图5D是沿图5A中的线VD-VD切取的示意性截面图。
半导体基板100具有用作p型阱的p型半导体区域511和用作n型阱的n型半导体区域512。例如，n型半导体区域512是n型外延层，而p型半导体区域511是用p型杂质离子注入到n型外延层中形成的p型杂质扩散区域。构成单个半导体区域的多个部分，即半导体区域511和512中的每一个，具有相同的导电类型且相互连续。这里，该多个部分是X、Y和Z方向中的至少任一个的位置不同的部分。构成半导体区域511和512中的每一个的该多个部分可具有不同的杂质浓度。例如，p型半导体区域511可具有沿半导体基板100的深度方向(Z方向)倾斜的杂质浓度。
在光电转换单元111中，光电转换部分301和光电转换部分302沿半导体基板100的前表面1000被布置。布置光电转换部分301和302的方向是X方向，与前表面1000平行且与X方向垂直的方向是Y方向，与前表面1000垂直的方向是Z方向。
作为与图5A～5D所示的结构不同的结构，光电转换部分301和302可沿Z方向被布置。即，光电转换部分301和302中的一个可位于半导体基板100中的比另一个更深的位置处。例如，光电转换部分301的阴极(n型半导体区域)和光电转换部分302的阳极(p型半导体区域)从前表面1000沿Z方向被定位。此外，光电转换部分301的阳极(p型半导体区域)和光电转换部分302的阴极(n型半导体区域)位于它们之间，以实现p-n结隔离。通过用作与光电转换部分302的阳极连接的电荷移动路径的p型半导体区域向前表面1000延伸，位于深位置处的光电转换部分302的信号电荷可通过电荷移动路径被收集。但是，在这种情况下，经受由较浅位置处的光电转换部分进行的光电转换的光的量与经受由较深位置处的光电转换部分进行的光电转换的光的量不同，因此，在产生的信号电荷的量上出现大的差异。这是由于光在半导体基板100中被吸收并且被衰减。因此，出于减小光电转换部分301和302之间的接收光量的差异的目的，光电转换部分301和302可沿半导体基板100的前表面1000被布置。
在图5A～5D中，粗线代表设置在光电转换单元111中的局部布线。圆代表用于在半导体基板100与局部布线或诸如以上参照图1B描述的行布线120和列布线130的全局布线(未示出)之间建立连接的接触部分的位置。作为典型的接触部分，接触插头和半导体基板100相互连接。这里，局部布线是用于将光电转换单元111中的元件相互电连接的布线。另一方面，全局布线是用于相互连接光电转换单元111或者连接光电转换单元111与单元阵列110外面的电路的布线。以上参照图1B描述的行布线120和列布线130是典型的全局布线。布线是由用于建立电连接的导体构成的部件。在用于建立与半导体区域的连接的接触部分处，半导体区域的与诸如接触插头的导体连接的部分与另一部分相比是高浓度的杂质区域，由此可确保有利的电连接。
如图5B所示，沿Y方向，n型半导体区域507、传送栅电极503、n型半导体区域501、传送栅电极504、以及n型半导体区域508沿线VB-VB依次布置。
如图5C所示，沿Y方向，p型半导体区域510、传送栅电极505、p型半导体区域502、传送栅电极506、以及p型半导体区域509沿线VC-VC依次布置。
如图5A所示，沿X方向，复位晶体管313的栅电极513、复位晶体管314的栅电极514、放大晶体管的栅电极515、以及选择晶体管316的栅电极516依次布置。构成信号产生部分315的放大晶体管的栅电极515用作信号产生部分315的输入节点，并且直接或者通过电气低通滤波器433与检测节点220连接。
n型半导体区域507是电容器部分307的一部分并且构成收集节点207。换句话说，n型半导体区域507是第一浮置扩散。半导体区域511与半导体区域507结合形成p-n结，并且，半导体区域511构成电容器部分307的基准节点217。
p型半导体区域510是电容器部分310的一部分并且构成收集节点210。换句话说，p型半导体区域510是第二浮置扩散。半导体区域512与半导体区域510结合形成p-n结，并且，半导体区域512构成电容器部分310的基准节点200。
n型半导体区域501是光电转换部分301的一部分并且构成光电二极管的阴极201。半导体区域501与半导体区域511结合形成p-n结，并且，半导体区域511构成光电二极管的阳极211。n型半导体区域501的杂质浓度可足够低以在内置的电势处被耗尽。因此，在由光电转换部分301产生的电子-空穴对中，作为信号电荷产生的电子不太可能蓄积于光电转换部分301中。作为结果，从光电转换部分301到半导体区域507的电子的传送效率提高。此外，从光产生的电子可完全被传送到半导体区域507，并且，由低传送效率导致的噪声可减少。在光电转换部分301中不被用作信号电荷的空穴通过p型半导体区域511被排出。作为p型半导体区域的前表面区域被设置在n型半导体区域501与半导体基板100的前表面1000之间，并且，n型半导体区域501的位置与前表面1000分开。因此，光电转换部分301用作埋入型光电二极管。在图5A～5D中，用作前表面区域的p型半导体区域与p型半导体区域511一体化。
p型半导体区域502是光电转换部分302的一部分并且构成光电二极管的阳极202。半导体区域502与半导体区域512结合形成p-n结，并且，半导体区域512构成光电二极管的阴极212。p型半导体区域502的杂质浓度可足够低以在内置的电势处被耗尽。因此，在由光电转换部分302产生的电子空穴对中，作为信号电荷产生的空穴不太可能蓄积于光电转换部分302中。作为结果，从光电转换部分302到半导体区域510的空穴的传送效率增大。此外，从光产生的空穴可被完全传送到半导体区域510，并且，由低传送效率导致的噪声可减少。在光电转换部分302中不被用作信号电荷的电子通过p型半导体区域511被排出。作为n型半导体区域的前表面区域被设置在p型半导体区域502与半导体基板100的前表面1000中，并且，p型半导体区域502的位置与前表面1000分开。因此，光电转换部分302用作埋入型光电二极管。在图5A～5D中，用作前表面区域的n型半导体区域与n型半导体区域512一体化。
n型半导体区域508与半导体区域511结合形成p-n结。半导体区域508是电容器部分308的一部分并且构成收集节点208。p型半导体区域509与半导体区域512结合形成p-n结。半导体区域509是电容器部分309的一部分并且构成收集节点209。n型半导体区域501和p型半导体区域502沿前表面1000在X方向上被布置。n型半导体区域501和p型半导体区域502相互隔离，但是可相互接触。在本例子中，p型半导体区域511和n型半导体区域512在n型半导体区域501与p型半导体区域502之间形成p-n结。因此，半导体区域501和半导体区域502相互电隔离(p-n结隔离)。
基准电势VF1从构成基准电势供给部分411的接触插头611被供给到半导体区域511。此外，基准电势VF2从构成基准电势供给部分412的接触插头612被供给到半导体区域512。基准电势VF1比基准电势VF2低，由此，在半导体区域511与512之间施加反转偏压电压。因此，在半导体区域511与512之间产生的耗尽层导致半导体区域511和512相互电隔离。因此，由n型半导体区域501产生的电子和由p型半导体区域502产生的空穴可相互电隔离。因此，可在适当的定时处由相应的收集节点收集电荷，并且，可选择性地再组合用于测距的信号电荷。此外，光电转换部分301和302通过p-n结隔离相互隔离，由此，光电转换部分301和302之间的的间隔可减小(例如，小于1μm)。因此，光电转换部分301和302之间的接收光量的差异可减小。而且，与绝缘体隔离相比，p-n结隔离能够抑制暗电流的出现。
在单元阵列110中，各自具有图5A所示的结构的光电转换单元111被矩阵状配置。n型半导体区域512被设置在多个光电转换单元111之中，用作连续共用阱。另一方面，p型半导体区域511被设置在多个光电转换单元111之中，用作不连续隔离阱。即，某光电转换单元111的p型半导体区域511可通过诸如p-n结隔离的隔离与邻接的光电转换单元111中的至少一个的p型半导体区域511电隔离。与上述的例子相反，n型半导体区域512可用作隔离阱，p型半导体区域511可用作共用阱。以这种方式，通过使用n型半导体区域512和p型半导体区域511中的一个作为共用阱，可简化光电转换单元111的配置。
在平面图中，至少包含位于n型半导体区域501与n型半导体区域507之间的部分的传送栅电极503构成传送部分303。在本例子中，传送栅电极503位于半导体区域501的一部分和半导体区域507的一部分之上。在平面图中，至少包含位于n型半导体区域501和n型半导体区域508之间的部分的传送栅电极504构成传送部分304。在本例子中，传送栅电极504位于半导体区域501的一部分和半导体区域508的一部分之上。
在平面图中，至少包含位于p型半导体区域502与p型半导体区域510之间的部分的传送栅电极505构成传送部分306。在本例子中，传送栅电极505位于半导体区域502的一部分和半导体区域510的一部分之上。在平面图中，至少包含位于p型半导体区域502与p型半导体区域509之间的部分的传送栅电极506构成传送部分305。在本例子中，传送栅电极506位于半导体区域502的一部分和半导体区域509的一部分之上。
绝缘膜500被设置在半导体基板100与传送栅电极503、504、505和506之间。绝缘膜500用作栅绝缘膜。
局部布线618通过接触插头603和605与传送栅电极503和504共连，使得相同的传送信号TX1被供给到传送栅电极503和505。这里，传送栅电极503和505被设置为单独的栅电极。栅电极每当被驱动时执行充电/放电，由此，每当执行切换时，与MOS电容对应的电流流动。在执行高速驱动的情况下，随着晶体管的栅电极的尺寸减小，MOS电容减小，因此，小电流流动，并且节省电力。因此，通过单独地设置传送栅电极503和505，栅电极的尺寸可尽可能多地减小。
作为替代方案，可以设置包含用作传送部分303的部分和用作传送部分305的部分的一体化栅电极。通过该配置，可以减少布线的数量，并且，可以减小布线电容和电阻，因此，可提高传送部分303和305的互补控制的精度。而且，布线的数量减少使得能够实现更高的孔径比和更高的灵敏度。这同样适用于传送栅电极504和506。
包含栅电极513的复位晶体管通过接触插头607和610、局部布线620和接触插头613与半导体区域507和510连接。在本例子中，局部布线620构成检测节点220。栅电极513通过接触插头、局部布线和全局布线与单元阵列外面的复位信号输出部分423连接。接触插头613与和复位晶体管的源极/漏极区域中的一个对应的半导体区域523连接。复位晶体管的其它源极/漏极区域通过全局布线与单元阵列外面的复位电势供给部分413连接。此外，包含栅电极514的复位晶体管通过局部布线和接触插头与半导体区域508和509连接。
包含栅电极515的放大晶体管通过局部布线620和接触插头615与半导体区域507和510连接。接触插头615与放大晶体管的栅电极515连接。放大晶体管的漏极通过接触插头和全局布线与电源部分432连接。放大晶体管的源极与包含栅电极516的选择晶体管316的漏极连接。选择晶体管316的源极通过接触插头与全局布线(列布线130)连接。
接触插头611与半导体区域511连接。接触插头611通过全局布线与单元阵列110外面的基准电势供给部分411连接。接触插头612与半导体区域512连接。接触插头612通过全局布线与单元阵列110外面的基准电势供给部分412连接。以这种方式，基准电势通过布线被供给到半导体区域511和512，由此，可减少单元阵列110中的各个光电转换单元111中的基准电势的变化。作为替代方案，可以在不在光电转换单元111中放置接触插头611和612的情况下供给基准电势。在这种情况下，从单元阵列110内部延伸到其外面的杂质扩散层可被设置在半导体基板100上，基准电势可通过布线和接触插头被供给到单元阵列110外面的杂质扩散层。但是，如上所述，当p型半导体区域511是隔离阱时，难以将p型半导体区域511伸展到单元阵列110的外面。因此，至少关于隔离阱，基准电势可通过诸如全局布线、局部布线和接触插头之类的设置在半导体基板100上的导体被供给到它。这同样适用于n型半导体区域512是隔离阱的情况。
半导体区域507和510通过导体相互连接。在本例子中，连接半导体区域507和510的导体包含局部布线620以及接触插头607和610。连接半导体区域507和510的导体由诸如金属材料、金属化合物或多晶硅之类的电导率比半导体基板100高的材料制成。金属材料和金属化合物材料被用于布线和接触插头，多晶硅被用于栅电极。金属化合物材料可以是诸如硅化物的半导体金属化合物材料。这些材料被单独使用或者被组合使用，以连接半导体区域507和510。以这种方式，半导体区域507和510通过导体相互连接，由此，半导体区域507和510可不使用p-n结而相互连接。一般地，半导体区域507和510可通过欧姆接触相互连接。通过半导体区域507和510通过导体相互连接，获得其中半导体区域507和510不形成p-n结的配置。因此，在再组合电子和空穴的情况下，用于缓和半导体区域507和510之间的电势差的时间可缩短。作为结果，检测节点220的输出可被稳定化，并且可以实现高度精确的测距。
图6A～6D示出用于获得半导体区域507和510之间的电连接的示例性结构。图6A～6D与图5A所示的包含传送栅电极503和505以及半导体区域507和510的截面对应。图6A示出用于获得图5A～5D中的半导体区域507和510之间的电连接的结构。图6B～6D示出与图6A中的形式不同的用于获得半导体区域507和510之间的电连接的形式。在图6A～6D中，传送栅电极503和505通过局部布线618相互电连接。局部布线618与传送栅电极503上的接触插头603和传送栅电极505上的接触插头605接触。接触插头603和605延伸通过层间绝缘膜526，并且，局部布线618位于层间绝缘膜526上。局部布线618可以为例如包含主要包含铝的导电部分和包含钛层和/或氮化钛层的势垒金属部分的铝布线。作为替代方案，局部布线618可以是包含主要包含铜的导电部分和包含钽层和/或氮化钽层的势垒金属部分的铜布线。铜布线具有单镶嵌结构或双镶嵌结构。其它的局部布线也可以是铝布线或铜布线。
在图6A所示的形式中，半导体区域507和510通过接触插头607和610以及连接接触插头607和610的局部布线620相互连接。接触插头607通过层间绝缘膜526与半导体区域507连接，接触插头610通过层间绝缘膜526与半导体区域510连接。接触插头607和610各自包含主要包含钨的导电部分和位于导电部分与层间绝缘膜526之间且包含钽层和/或氮化钽层的势垒金属部分。局部布线620是包含主要包含铝的导电部分和位于导电部分与层间绝缘膜526之间且包含钽层和/或氮化钽层的势垒金属部分的铝布线。作为替代方案，局部布线620是包含主要包含铜的导电部分和位于导电部分与层间绝缘膜526之间且包含钽层和/或氮化钽层的势垒金属部分的铜布线。
在图6B所示的形式中，半导体区域507和510通过作为与半导体区域507和510均接触的导体的接触插头623相互连接。接触插头623包含主要包含钨的导电部分和位于导电部分与层间绝缘膜526之间且包含钽层和/或氮化钽层的势垒金属部分。与绝缘膜500和层间绝缘膜526分开的绝缘膜527被设置在接触插头623与半导体基板100之间。绝缘膜527使接触插头623与p型半导体区域511相互绝缘并且使接触插头623与n型半导体区域512相互绝缘。因此，p型半导体区域511与n型半导体区域512之间的电连接可被抑制。
在图6C所示的形式中，半导体区域507和510通过作为与半导体区域507和510均接触的导体的局部布线624相互连接。局部布线624可通过钨膜或硅化物膜的构图形成。局部布线624位于层间绝缘膜526与半导体基板100之间。局部布线624可在形成传送栅电极503和505之后形成，然后，可形成层间绝缘膜526以及接触插头603和605。与绝缘膜500和层间绝缘膜526分开的绝缘膜528被设置在局部布线624与半导体基板100之间。绝缘膜528使局部布线624与p型半导体区域511相互绝缘并且使局部布线624与n型半导体区域512相互绝缘。因此，p型半导体区域511与n型半导体区域512之间的电连接可被抑制。
在图6D所示的形式中，半导体区域507和510通过作为与半导体区域507和510均接触的导体的局部布线625相互连接。局部布线625可通过多晶硅膜的构图形成，并且可与传送栅电极503和505同时形成。局部布线625位于层间绝缘膜526与半导体基板100之间。绝缘膜500位于局部布线625与半导体基板100之间，以实现局部布线625与p型半导体区域511之间的绝缘和局部布线625与n型半导体区域512之间的绝缘。
可通过用通路插头相互连接沿与半导体基板100的前表面1000垂直的方向层叠的多个布线，构成上述的局部布线和全局布线。
下面，将参照图7，描述以上参照图3描述的光电转换单元111的等价电路的变更例。
电容器部分307的收集节点207通过开关晶体管318与检测节点220连接。当从开关信号输出部分438输出的开关信号SW1导致开关晶体管318处于ON状态时，在检测节点220处出现与收集节点207处的电势对应的电势。电容器部分310的收集节点210通过开关晶体管319与检测节点220连接。当从开关信号输出部分439输出的开关信号SW2导致开关晶体管319处于ON状态时，在检测节点220处出现与收集节点210处的电势对应的电势。以这种方式，可在该变更例中切换与收集节点207和210的电连接的ON/OFF。换句话说，收集节点207和210通过开关晶体管318和319相互电连接。作为替代方案，开关晶体管318和319中的一个可被省略。
复位电势供给部分413通过复位晶体管313与电容器部分307的收集节点207连接。从复位信号输出部分423输出的复位信号RS1导致复位晶体管313处于ON状态。因此，复位电势VS1从复位电势供给部分413被供给到电容器部分307的收集节点207。复位电势供给部分417通过复位晶体管317与电容器部分310的收集节点210连接。从复位信号输出部分427输出的复位信号RS3导致复位晶体管317处于ON状态。因此，复位电势VS3从复位电势供给部分417被供给到电容器部分310的收集节点210。
在一个实施例中，复位电势VS1与复位电势VS3之间的电势差要小于0.10V，并且复位电势VS1与复位电势VS3之间的电势差要为0V。但是，允许由于不可避免的电阻或制造误差导致的小于0.10V的轻微电势差。复位电势VS1与复位电势VS3可以为基准电势VF1与基准电势VF2之间的电势。例如，复位电势VS1可以比基准电势VF1高(VF1<VS1)。此外，复位电势VS3可以比基准电势VF2低(VS3<VF2)。复位电势VS1例如为-1～+1V。在一个实施例中，复位电势VS1为-0.5～+0.5V。复位电势VS3为例如-1～+1V，并且，在一个实施例中为-0.5～+0.5V。
通过复位电势VS1供给到电容器部分307，由电容器部分307保持的电子被排出到复位电势供给部分413。通过复位电势VS3供给到电容器部分310，由电容器部分310保持的空穴被排出到复位电势供给部分417。根据本变更例，可从检测节点220选择性地读取基于通过由光电转换部分301执行的光电转换获得的电荷(电子)的信号和基于通过由光电转换部分302执行的光电转换获得的电荷(空穴)的信号。通过这种操作模式，可以获得能够执行图像捕获和测距两者的光电转换器件11。
在本变更例中，电容器部分308和309可被省略，以通过接通/关断传送部分304和305来迅速地排出不必要的电荷。通过该配置，可通过减少布线的数量增大孔径比和光电转换部分的面积，并且，可以提高灵敏度。
图8示出图7所示的电路的操作的例子。在图2所示的蓄积时段Tac与读取时段Tsr之间，存在读取环境光83的读取时段Tnr和去除环境光83的成分的去除时段Tcl。在复位时段Trs之后的蓄积时段Tac中，开关晶体管318处于ON状态且开关晶体管319处于OFF状态。在读取时段Tnr中，选择晶体管316处于ON状态而开关晶体管318保持在ON状态且开关晶体管319保持在OFF状态。因此，出现与收集节点207处的电势对应的电势的检测节点220处的信号被读取。在读取时段Tnr之后，存在去除环境光83的成分的至少一部分的去除时段Tcl。在去除时段Tcl中，选择晶体管316处于OFF状态，并且，图7所示的开关晶体管318和319处于ON状态。因此，电子与空穴之间的再组合抵消环境光83的成分。然后，在检测节点220处出现已去除了环境光83的成分的电势。在读取时段Tsr中，选择晶体管316进入ON状态以读取已去除了环境光83的成分的信号。作为以这种方式读取环境光83的结果，不仅可获得包含距离信息的图像，而且可获得基于环境光83的图像。
将参照图1A描述信息处理系统SYS的应用例。
信息处理系统SYS的第一应用例是将其应用于配有图像捕获图像的照相机的例子。信息处理装置2在从包含诸如聚焦控制单元(例如，聚焦按钮)的输入单元的控制装置3接收到指示执行测距的指令的信号时使测距装置1操作。随后，测距装置1向信息处理装置2输出包含代表到作为对象物的目标9的距离的距离信息的信号。信息处理装置2处理该信号并且产生用于驱动诸如透镜、光阑和快门的机械部件的驱动信号，以设定适于捕获目标9的图像的条件。信息处理装置2然后向驱动透镜、光阑和快门的诸如电动机的驱动装置4输出驱动信号。驱动装置4响应于驱动信号而驱动这些机械部件。在从控制装置3接收到指示捕获图像的指令的信号时，信息处理装置2指示图像捕获装置5捕获图像，因此，图像捕获装置5捕获目标9的图像。信息处理装置2在显示装置6上显示从图像捕获装置5获得的图像。信息处理装置2能够与距离信息一起在显示装置6上显示获得的图像。通信装置7与存储装置或网络通信，并且在存储装置或网络上的存储器中存储图像。
信息处理系统SYS的第二应用例是将其应用于向用户提供混合现实的视频信息处理系统的例子。当信息处理装置2使测距装置1和图像捕获装置5操作时，图像捕获装置5捕获作为对象物的目标9的图像并且将其作为真实图像输出。另一方面，测距装置1输出包含代表到作为对象物的目标9的距离的距离信息的信号。信息处理装置2处理该信号，并且通过基于距离信息组合通过使用计算机图形等形成的虚拟图像和通过图像捕获装置5的捕获获得的真实图像而产生复合图像。信息处理装置2在诸如头安装显示器的显示装置6上显示复合图像。
信息处理系统SYS的第三应用例是将其应用于在电力下移动的运输设备(例如，汽车或火车)的例子。在从包括用于产生启动引擎的信号的器件(例如，启动按钮)和诸如手柄和加速器的输入单元的控制装置3接收到指示移动运输设备或者准备好移动它的指令的信号时，信息处理装置2使测距装置1操作。测距装置1输出包含代表到作为对象物的目标9的距离的距离信息的信号。信息处理装置2处理该信号，并且，如果例如到目标9的距离变短，那么在显示装置6上显示警告。信息处理装置2能够在显示装置6上显示代表到目标9的距离的信息。此外，信息处理装置2能够通过基于距离信息驱动诸如制动器或引擎的驱动装置4来减小或增大运输设备的速度。而且，信息处理装置2能够通过基于距离信息驱动诸如制动器或引擎的驱动装置4来调整到在前面行驶的运输设备的相对距离。
信息处理系统SYS的第四应用例是将其应用于游戏系统的例子。通过使用包含诸如控制器的输入单元的控制装置3，用户指示游戏机的主体使用手势模式。响应于来自用户的指令，信息处理装置2使测距装置1操作。因此，测距装置1检测作为距离信息的用户的移动(手势)。基于获得的距离信息，信息处理装置2产生游戏中的虚拟人物根据用户的移动操作的视频。信息处理装置2在与游戏机(信息处理装置2)的主体连接的显示装置6上显示视频。
如上所述，根据实施例的光电转换器件11包括产生电子的第一光电二极管(光电转换部分301)和产生空穴的第二光电二极管(光电转换部分302)。而且，光电转换器件11包含收集由第一光电二极管(光电转换部分301)产生的电子的n型第一半导体区域507和收集由第二光电二极管(光电转换部分302)产生的空穴的p型第二半导体区域510。而且，光电转换器件11包含与第一半导体区域507和第二半导体区域510共连的信号产生部分315。而且，光电转换器件11包含向第一光电二极管(光电转换部分301)的阳极211供给基准电势VF1的基准电势供给部分411和向第二光电二极管(光电转换部分302)的阴极212供给基准电势VF2的基准电势供给部分412。基准电势VF2比基准电势VF1高。这种光电转换器件能够精确地获得基于电子和空穴的信号。
如上所述，根据实施例的光电转换器件11包含产生电子的光电转换部分301和产生空穴的光电转换部分302。此外，光电转换器件11包含收集由光电转换部分301产生的电子的n型半导体区域507和收集由光电转换部分302产生的空穴的p型半导体区域510。而且，光电转换器件11包含与半导体区域507和半导体区域510共连的信号产生部分315。复位时段Trs中的供给到半导体区域507的第一电势VS11与供给到半导体区域510的第二电势VS12之间的差值小于0.10V。这种光电转换器件能够精确地获得与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号。此外，光电转换器件能够用简单的配置获得与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号。
如上所述，根据实施例的光电转换器件11包含产生电子的光电转换部分301和产生空穴的光电转换部分302。此外，光电转换器件11包含收集由光电转换部分301产生的电子的n型半导体区域507和收集由光电转换部分302产生的空穴的p型半导体区域510。而且，光电转换器件11包含与半导体区域507和半导体区域510共连的信号产生部分315。半导体区域507和半导体区域510通过作为导体的局部布线620相互连接。这种光电转换器件能够以简单的配置获得与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号。此外，光电转换器件能够精确地获得与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号。
如上所述，根据实施例的光电转换器件11包含产生电子的光电转换部分301和产生空穴的光电转换部分302。此外，光电转换器件11包含向n型半导体区域507传送由光电转换部分301产生的电子的传送部分303和向p型半导体区域510传送由光电转换部分302产生的空穴的传送部分306。而且，光电转换器件11包含与半导体区域507和半导体区域510共连的信号产生部分315。传送部分303和传送部分306与同一传送节点218连接。通过电势电平High供给到传送节点218，传送部分303进入ON状态，传送部分306进入OFF状态。通过电势电平Low供给到传送节点218，传送部分303进入OFF状态，传送部分306进入ON状态。这种光电转换器件能够精确地获得基于电子和空穴的信号。而且，可通过使用简单的配置获得基于电子和空穴的信号。
如上所述，根据实施例的光电转换器件11包含产生电子的第一光电二极管(光电转换部分301)和产生空穴的第二光电二极管(光电转换部分302)。而且，光电转换器件11包含收集由第一光电二极管(光电转换部分301)产生的电子的n型第一半导体区域507和收集由第二光电二极管(光电转换部分302)产生的空穴的p型第二半导体区域510。而且，光电转换器件11包含与第一半导体区域507和第二半导体区域510共连的信号产生部分315。构成第一光电二极管(光电转换部分301)的阳极211的p型半导体区域511和构成第二光电二极管(光电转换部分302)的阴极212的n型半导体区域512通过p-n结相互电隔离。这种光电转换器件能够用简单的配置获得与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号。此外，光电转换器件能够精确地获得与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号。
光电转换器件不限于上述的例子，而是适用于各种信息处理系统SYS。在以上的实施例中，描述了被优化为执行用于测距的驱动的光电转换器件、以及包含该器件的测距装置和图像捕获系统的例子。光电转换器件可执行测距以外的事项的驱动。例如，可通过使用与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号，执行用于检测诸如人脸的对象的轮廓的边缘检测、使用相位差检测的焦点检测、或者测距。可以执行这样的操作是因为可基于根据信号电荷的差异从信号产生部分输出的信号的大小检测多个光电转换部分之间的接收光量的差值。一般地，可能需要诸如差动电路的复杂结构以通过用诸如源跟随器电路的信号产生部分将信号电荷转换成电信号来获得电信号的差值。但是，根据实施例的光电转换器件能够通过使用电子与空穴之间的再组合而容易地获得多个光电转换部分之间的信号电荷的差异。而且，通过用具有简单结构的信号产生部分将信号电荷的差异转换成电信号，光电转换器件能够获得与多个光电转换部分之间的信号电荷的差异对应的信号。通过如图7所示的形式那样将开关晶体管设置在收集节点与检测节点之间，可以与和该差异对应的信号分开地读取与原信号电荷对应的信号而不是与多个光电转换部分之间的差异对应的信号。因此，可以执行图像捕获操作。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (24)

1.一种光电转换器件，其特征在于，包括：
第一光电二极管，被配置为产生电子；
第二光电二极管，被配置为产生空穴；
第一电势供给部分，被配置为向第一光电二极管的阳极供给第一电势；
第二电势供给部分，被配置为向第二光电二极管的阴极供给第二电势；
电荷-电压转换部分，包含被配置为收集电子的n型第一半导体区域和被配置为收集空穴的p型第二半导体区域，电荷-电压转换部分被配置为将基于电子和空穴的电荷转换成电压；以及
信号产生部分，被配置为产生与所述电压对应的信号，信号产生部分包含放大晶体管，
其中第二电势比第一电势高。
2.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中，第二电势与第一电势之间的差值不小于1V且不大于5V。
3.根据权利要求1所述的光电转换器件，还包括通过复位晶体管与第一半导体区域连接的复位电势供给部分，复位电势供给部分被配置为向第一半导体区域供给电势。
4.根据权利要求3所述的光电转换器件，其中，复位电势供给部分通过复位晶体管与第二半导体区域连接。
5.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中，第一半导体区域和第二半导体区域通过导体相互连接。
6.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中，第一半导体区域和第二半导体区域通过导体相互连接，光电转换器件还包含被配置为向导体供给复位电势的复位电势供给部分。
7.根据权利要求5所述的光电转换器件，其中，导体具有104S/m或更大的电导率。
8.根据权利要求5所述的光电转换器件，其中，
第一半导体区域处的电势与第二半导体区域处的电势之间的差值小于第二电势与第一电势之间的差值，
并且其中，
第一半导体区域处的电势比第一电势高，并且第二半导体区域处的电势比第二电势低。
9.根据权利要求4所述的光电转换器件，其中在复位时段中：
由复位电势供给部分供给到第一半导体区域的电势在第一电势与第二电势之间，以及
由复位电势供给部分供给到第二半导体区域的电势在第一电势与第二电势之间。
10.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中，第一电势比地电势低，以及第二电势比地电势高。
11.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中，构成第一光电二极管的阳极的p型第三半导体区域和构成第二光电二极管的阴极的n型第四半导体区域通过p-n结相互电隔离。
12.根据权利要求11所述的光电转换器件，其中，第三半导体区域和第四半导体区域在构成第一光电二极管的阴极的n型第五半导体区域与构成第二光电二极管的阳极的p型第六半导体区域之间形成p-n结。
13.根据权利要求1所述的光电转换器件，还包括：
被配置为向第一半导体区域传送产生的电子的第一传送部分；以及
被配置为向第二半导体区域传送产生的空穴的第二传送部分。
14.根据权利要求13所述的光电转换器件，其中，
第一传送部分和第二传送部分与共用节点连接，以及
通过向该节点供给第五电势，第一传送部分被接通并且第二传送部分被关断，以及通过向该节点供给第六电势，第一传送部分被关断并且第二传送部分被接通。
15.根据权利要求13所述的光电转换器件，还包括：
被配置为向与第一半导体区域不同的n型半导体区域传送产生的电子的第三传送部分；以及
被配置为向与第二半导体区域不同的p型半导体区域传送产生的空穴的第四传送部分。
16.根据权利要求1～15中的任一项所述的光电转换器件，其中，放大晶体管构成源跟随器电路，以及电荷-电压转换部分与放大晶体管的栅电极电连接。
17.根据权利要求1～15中的任一项所述的光电转换器件，其中，第一半导体区域和第二半导体区域中的至少一个通过电气低通滤波器和晶体管中的至少一个与信号产生部分电连接。
18.根据权利要求1～15中的任一项所述的光电转换器件，其中，电荷-电压转换部分将基于由第一半导体区域收集的电子与由第二半导体区域收集的空穴之间的差值的电荷转换成电压。
19.根据权利要求1～15中的任一项所述的光电转换器件，其中，第一光电二极管和第二光电二极管在沿半导体基板的前表面的方向上被布置于该半导体基板上。
20.根据权利要求1～15中的任一项所述的光电转换器件，其中，第一光电二极管、第二光电二极管、电荷-电压转换部分以及信号产生部分被包含于以矩阵形式布置的单元中的每一个中。
21.一种测距装置，包括：
发光器件；以及
根据权利要求1～15中的任一项所述的光电转换器件，
其中，光电转换器件接收由发光器件发射的光。
22.根据权利要求21所述的测距装置，其中，发光器件重复闪烁，并且，将电子收集到第一半导体区域和将空穴收集到第二半导体区域被交替地执行。
23.一种信息处理系统，包括：
测距装置，包含根据权利要求1～15中的任一项所述的光电转换器件；以及
信息处理装置，被配置为处理从测距装置获得的信息。
24.根据权利要求23所述的信息处理系统，其中，信息处理装置执行用于在显示装置上显示由信息处理装置处理的信息的处理和用于基于由信息处理装置处理的信息对驱动装置进行驱动的处理中的至少一个。
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