CN109218577B - 光检测装置及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

提供能提高检测光入射的定时中的时间分辨率的光检测装置及摄像装置。光检测装置具备：光电转换部；第一电荷转送路径，具有第一端和第二端，第一端与光电转换部连接，在从第一端向第二端的第一方向上转送来自光电转换部的电荷；第二电荷转送路径，从第一电荷转送路径的第一位置分支；第三电荷转送路径，从第一电荷转送路径的在第一方向上与第一位置相比离光电转换部更远的第二位置分支；第一电荷积蓄部；第二电荷积蓄部；以及至少一个第一栅极电极，对第二及第三电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，在平面视时，第一端处的第一电荷转送路径的宽度比第二端处的第一电荷传输路径的宽度更宽。

Description

光检测装置及摄像装置
技术领域
本公开涉及对光进行检测的光检测装置。
背景技术
已知检测光入射的定时的光检测装置(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:(日本)特开2017-17583号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据上述参考例的光检测装置(例如为摄像元件)，能够以一定程度的精度来检测光入射的定时。但是，在检测光入射的定时中，期望进一步提高时间分辨率。
因此，本公开的目的在于，提供能提高检测光入射的定时中的时间分辨率的光检测装置及摄像装置。
用于解决课题的手段
本公开的一方式所涉及的光检测装置具备：光电转换部，生成电荷；第一电荷转送路径，具有第一端和第二端，所述第一端与所述光电转换部连接，所述第一电荷转送路径在从所述第一端向所述第二端的第一方向上转送来自所述光电转换部的电荷；第二电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的第一位置分支；第三电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的第二位置分支，在所述第一方向上所述第二位置离所述光电转换部比所述第一位置离所述光电转换部更远；第一电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第二电荷转送路径转送的电荷；第二电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第三电荷转送路径转送的电荷；以及至少一个第一栅极电极，对所述第二电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，以及对所述第三电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，在平面视时，所述第一端处的所述第一电荷转送路径的宽度比所述第二端处的所述第一电荷传输路径的宽度更宽。
本公开的一方式所涉及的摄像装置具备阵列状地配置由上述光检测装置构成的多个像素的像素阵列。
发明效果
根据上述结构的光检测装置及摄像装置，能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
附图说明
图1是实施方式所涉及的光检测装置的平面图。
图2是实施方式所涉及的光检测装置的X1-X2线上的截面图。
图3是实施方式所涉及的光检测装置的Y1-Y2线上的截面图。
图4是在实施方式所涉及的光检测装置中形成的电荷转送路径的示意图。
图5是表示第一电荷转送路径转送电荷的情形的示意图。
图6是表示第二电荷转送路径转送电荷的情形的示意图。
图7是表示实施方式所涉及的摄像装置的结构的框图。
图8A是表示C1-C2线的截面中的第一电荷转送路径的电势的示意图。
图8B是表示D1-D2线的截面中的第一电荷转送路径的电势的示意图。
图9是表示在第一电荷转送路径中正行进的电荷群中，电荷密度的分布的扩散被抑制的情形的示意图。
图10是变形例1所涉及的光检测装置的平面图。
图11是在变形例1所涉及的光检测装置中形成的电荷转送路径的示意图。
图12是变形例2所涉及的光检测装置的平面图。
图13是其他变形例所涉及的光检测装置的平面图。
图14是其他变形例所涉及的光检测装置的平面图。
图15是其他变形例所涉及的光检测装置的平面图。
图16是参考例所涉及的光检测装置的结构图。
图17是表示参考例所涉及的光检测装置中的正行进的电荷群的分布的示意图。
标号说明：
1 摄像装置
10、10a、10b 光检测装置
11 第一栅极电极
12、12a、12b、12c、12d、12e 第二栅极电极
13 光电转换部
14、14a 电荷扫掠部
15、15a 注入区域(扩散区域)
21 第一电荷积蓄部
22 第二电荷积蓄部
23 第三电荷积蓄部
24 第四电荷积蓄部
25 第五电荷积蓄部
41、41a 第一电荷转送路径
42 第二电荷转送路径
43 第三电荷转送路径
44 第四电荷转送路径
45 第五电荷转送路径
46 第六电荷转送路径
50 像素阵列
51 垂直扫描电路
52 读出电路
53 信号处理部。
具体实施方式
(达成本公开的一方式的知识)
在此，首先说明参考例的光检测装置。
图16是参考例所涉及的光检测装置(即，摄像元件101)的结构图。
在参考例的光检测装置中，首先，对第一栅极电极111的电位进行控制，从而在第一栅极电极111下形成通道(也称为转送通道)。并且，使光入射到受光部113从而生成的电荷群在该转送通道内从受光部113侧向电荷扫掠部114侧行进。并且，在电荷群正行进时，对第二栅极电极112的电位进行控制，从而将该正行进的电荷群的至少一部分，分别导入至与读出电路(120a～120e)连接的多个FD。并且，通过确定正行进的电荷群的至少一部分从哪个位置的FD被读出，来检测产生了该电荷群的时刻、即光入射的定时。
发明人关于上述参考例的光检测装置，为了进一步提高检测光入射的定时中的时间分辨率而反复进行研究。
图17是表示参考例的光检测装置中的正行进的电荷群的分布的示意图。
如同图所示，正行进的电荷群的行进距离越长、即行进至离受光部113越远，则其电荷密度的分布越宽。因此，行进至离受光部113比较远的位置(例如为图17中的TG5附近)的电荷群有时由多个读出电路读出。
发明人发现了：在光检测装置中，通过抑制这样的电荷密度的分布的扩散，能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
发明人反复进行这样的研究，其结果是想到了下述光检测装置及摄像装置。
本公开的一方式所涉及的光检测装置具备：光电转换部，生成电荷；第一电荷转送路径，具有第一端和第二端，所述第一端与所述光电转换部连接，所述第一电荷转送路径在从所述第一端向所述第二端的第一方向上转送来自所述光电转换部的电荷；第二电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的第一位置分支；第三电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的在所述第一方向上与所述第一位置相比离所述光电转换部更远的第二位置分支；第一电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第二电荷转送路径转送的电荷；第二电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第三电荷转送路径转送的电荷；以及至少一个第一栅极电极，对所述第二电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，以及对所述第三电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，在平面视时，所述第一端处的所述第一电荷转送路径的宽度比所述第二端处的所述第一电荷传输路径的宽度更宽。
在上述结构的光检测装置中，光电转换部(受光部)侧的第一端的宽度比离光电转换部较远一侧的第二端的宽度更宽。因此，对第一电荷转送路径施加的电场由于边缘电场的影响，第二端侧的电场比第一端侧的电场更大。一般来说，已知空间的电场强度越大，则该空间中的电荷分散越被抑制。因此，在第一电荷转送路径中正行进的电荷群中，位于离光电转换部越远的电荷，如上述那样电荷分散越被更强地抑制。因此，上述结构的光检测装置能抑制行进至离光电转换部比较远的位置的电荷群中的电荷密度的分布的扩散。
从而，根据上述结构的光检测装置，能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
本公开的一方式所涉及的摄像装置具备阵列状地配置由上述光检测装置构成的多个像素的像素阵列。
上述结构的摄像装置具备的多个像素由能提高检测光入射的定时中的时间分辨率的光检测装置构成。
从而，根据上述结构的摄像装置，能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
本公开的一方式的概要如以下那样。
[项目1]
一种光检测装置，具备：
光电转换部，生成电荷；
第一电荷转送路径，具有第一端和第二端，所述第一端与所述光电转换部连接，所述第一电荷转送路径在从所述第一端向所述第二端的第一方向上转送来自所述光电转换部的电荷；
第二电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的第一位置分支；
第三电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的第二位置分支，在所述第一方向上所述第二位置离所述光电转换部比所述第一位置离所述光电转换部更远；
第一电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第二电荷转送路径转送的电荷；
第二电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第三电荷转送路径转送的电荷；以及
至少一个第一栅极电极，对所述第二电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，以及对所述第三电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，
在平面视时，所述第一端处的所述第一电荷转送路径的宽度比所述第二端处的所述第一电荷转送路径的宽度更宽。
[项目2]
如项目1所述的光检测装置，
所述第一位置上的所述第一电荷转送路径的宽度比所述第二位置上的所述第一电荷转送路径的宽度更宽。
[项目3]
如项目1或2所述的光检测装置，
所述第一电荷转送路径的宽度从所述第一端向所述第二端单调减小。
[项目4]
如项目1至3的任一项所述的光检测装置，还具备：
第二栅极电极，覆盖所述第一电荷转送路径，对所述第一电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，
所述第二栅极电极具有位于所述第一端侧的第三端和位于所述第二端侧的第四端，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度比所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度更宽。
[项目5]
如项目4所述的光检测装置，
所述第二栅极电极的宽度从所述第三端向所述第四端单调减小。
[项目6]
如项目4或5所述的光检测装置，具备：
半导体基板，包含扩散区域，
所述第一电荷转送路径被形成在所述扩散区域。
[项目7]
如项目6所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度与所述第三端的正下方的所述扩散区域的宽度之差，比所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度与所述第四端的正下方的所述扩散区域的宽度之差更小。
[项目8]
如项目7所述的光检测装置，
所述第三端的正下方的所述扩散区域的宽度与所述第四端的正下方的所述扩散区域的宽度相等。
[项目9]
如项目6所述的光检测装置，
所述第三端的正下方的所述扩散区域的宽度比所述第四端的正下方的所述扩散区域的宽度更宽。
[项目10]
如项目1至3的任一项所述的光检测装置，具备：
半导体基板，包含扩散区域，
所述第一电荷转送路径被形成在所述扩散区域，
沿着所述第一端的所述扩散区域的第一宽度比沿着所述第二端的所述扩散区域的第二宽度更宽。
[项目11]
如项目10所述的光检测装置，还具备：
第二栅极电极，覆盖所述第一电荷转送路径，对所述第一电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，
所述第二栅极电极具有位于所述第一端侧的第三端和位于所述第二端侧的第四端。
[项目12]
如项目11所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度比所述扩散区域的所述第一宽度更宽。
[项目13]
如项目11或12所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度与所述扩散区域的所述第一宽度之差，比所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度与所述扩散区域的所述第二宽度之差更小。
[项目14]
如项目11至13的任一项所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度与所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度相等。
[项目15]
如项目1至14的任一项所述的光检测装置，还具备：
电荷扫掠部，与所述第一电荷转送路径的所述第二端连接。
[项目16]
一种摄像装置，具备：
像素阵列，阵列状地配置由项目1至15的任一项所述的光检测装置构成的多个像素。
以下，参照附图说明本公开的一方式所涉及的光检测装置及摄像装置的具体例。在此所示的实施方式都表示本公开的一具体例。从而，以下的实施方式所示的数值、形状、结构要素、结构要素的配置及连接方式、以及步骤(工序)及步骤的顺序等是一例，并非限定本公开。关于以下的实施方式中的结构要素之中在独立权利要求中未记载的结构要素，是可任意地附加的结构要素。此外，各图是示意图，并非必须严格地被图示。
(实施方式)
以下，参照附图说明实施方式所涉及的摄像装置。该摄像装置具备阵列状地配置由实施方式所涉及的光检测装置构成的多个像素的像素阵列。
[1-1.结构]
在此，首先说明实施方式所涉及的光检测装置。
图1是实施方式所涉及的光检测装置10的平面图。图2是实施方式所涉及的光检测装置10的在图1所示的X1-X2线上的截面图。图3是实施方式所涉及的光检测装置10的在图1所示的Y1-Y2线上的截面图。
如图1、图2、图3所示，光检测装置10包含第一栅极电极11、第二栅极电极12、光电转换部13、电荷扫掠部14、注入区域15、第一电荷积蓄部21、第二电荷积蓄部22、第三电荷积蓄部23、第四电荷积蓄部24和第五电荷积蓄部25而构成。
另外，图1、图2、图3只是用于说明的示意性的图，附图中的各部的尺寸不必须反映现实的尺寸。关于其他附图也同样，有时附图中所示的要素的尺寸和该要素的现实的尺寸不一致。
光电转换部13包含能够接受所入射的光而生成电荷的光电转换元件。在此，作为光电转换元件而例示光电二极管。
如图2及图3所示，在该例中，光电转换部13、电荷扫掠部14、注入区域15、第一电荷积蓄部21、第二电荷积蓄部22、第三电荷积蓄部23、第四电荷积蓄部24及第五电荷积蓄部25被形成在硅(Si)基板等半导体基板2内。半导体基板2不限定于其整体为半导体的基板，也可以是在形成感光区域一侧的表面设置了半导体层的绝缘性基板等。以下，作为半导体基板2而例示p型硅基板。在该例中，通过在p型硅基板中形成杂质区域(在此为N型区域)，形成有光电转换部13。此外，通过在p型硅基板中形成与光电转换部13等同、或者高浓度的杂质区域(在此为N型区域)，形成有注入区域15(扩散区域)。并且，通过在p型硅基板中形成比注入区域15更高浓度的杂质区域(在此为N型区域)，形成第一电荷积蓄部21、第二电荷积蓄部22、第三电荷积蓄部23、第四电荷积蓄部24和第五电荷积蓄部25。
如图1所示，注入区域15由主部30、第一指部31、第二指部32、第三指部33、第四指部34和第五指部35构成。主部30是带锥形的长条状。主部30的一端与光电转换部13连接，另一端与电荷扫掠部14连接。第一指部31从主部30分支而与第一电荷积蓄部21连接。第二指部32从主部30分支而与第二电荷积蓄部22连接。第三指部33从主部30分支而与第三电荷积蓄部23连接。第四指部34从主部30分支而与第四电荷积蓄部24连接。第五指部35从主部30分支而与第五电荷积蓄部25连接。
如图1所示，主部30具有位于光电转换部13侧的一端(以下也称为“第五端”)和位于电荷扫掠部14侧的另一端(以下也称为“第六端”)，第五端的宽度比第六端的宽度更宽。并且，主部30的宽度从第五端向第六端单调减小。此外，第五指部35与第四指部34相比，在离光电转换部13更远的位置上从主部30分支。第四指部34与第三指部33相比，在离光电转换部13更远的位置上从主部30分支。第三指部33与第二指部32相比，在离光电转换部13更远的位置上从主部30分支。第二指部32与第一指部31相比，在离光电转换部13更远的位置上从主部30分支。
如图1～图3所示，第一栅极电极11为矩形，跨越第一指部31～第五指部35，在它们的上方重叠而配置。并且，第二栅极电极12为矩形，在主部30的上方重叠而配置。如图1所示，第二栅极电极12的位于光电转换部13侧的一端及位于电荷扫掠部14侧的一端分别比它们的正下方的主部30的宽度更宽。
在此，将由第一栅极电极11和第一指部31形成的晶体管称为TG1。将由第一栅极电极11和第二指部32形成的晶体管称为TG2。将由第一栅极电极11和第三指部33形成的晶体管称为TG3。将由第一栅极电极11和第四指部34形成的晶体管称为TG4。将由第一栅极电极11和第五指部35形成的晶体管称为TG5。
注入区域15由于位于其上部的栅极电极(在此，例如为第一栅极电极11或第二栅极电极12)被施加规定电位，而在其表面部分形成反转层。该反转层作为将由光电转换部13生成的电荷向电荷扫掠部14、第一电荷积蓄部21、第二电荷积蓄部22、第三电荷积蓄部23、第四电荷积蓄部24或第五电荷积蓄部25中的任一个转送的电荷转送路径而发挥作用。
图4是示意性地图示在向第一栅极电极11施加第一规定电位，且向第二栅极电极12施加第二规定电位的情况下形成的电荷转送路径的示意图。在此，第一规定电位是用于在位于第一栅极电极11之下的注入区域15的表面形成反转层的电位。此外，第二规定电位是用于在位于第二栅极电极12之下的注入区域15的表面形成反转层的电位。
如图4所示，在注入区域15的表面形成的电荷转送路径由带锥形的长条状的第一电荷转送路径41、第二电荷转送路径42、第三电荷转送路径43、第四电荷转送路径44、第五电荷转送路径45和第六电荷转送路径46构成。第一电荷转送路径的一端和另一端分别与光电转换部13和电荷扫掠部14连接。第二电荷转送路径42从第一电荷转送路径41分支而与第一电荷积蓄部21连接。第三电荷转送路径43从第一电荷转送路径41分支而与第二电荷积蓄部22连接。第四电荷转送路径44从第一电荷转送路径41分支而与第三电荷积蓄部23连接。第五电荷转送路径45从第一电荷转送路径41分支而与第四电荷积蓄部24连接。第六电荷转送路径46从第一电荷转送路径41分支而与第五电荷积蓄部25连接。此外，如图4所示，第一电荷转送路径41具有位于光电转换部13侧的一端(以下也称为“第一端”)和位于电荷扫掠部14侧的另一端(以下也称为“第二端”)，第一端的宽度比第二端的宽度更宽。并且，第一电荷转送路径41的宽度从第一端向第二端单调减小。此外，第六电荷转送路径46与第五电荷转送路径45相比，在离光电转换部13更远的位置上从第一电荷转送路径41分支。第五电荷转送路径45与第四电荷转送路径44相比，在离光电转换部13更远的位置上从第一电荷转送路径41分支。第四电荷转送路径44与第三电荷转送路径43相比，在离光电转换部13更远的位置上从第一电荷转送路径41分支。第三电荷转送路径43与第二电荷转送路径42相比，在离光电转换部13更远的位置上从第一电荷转送路径41分支。并且，第二电荷转送路径42从第一电荷转送路径41分支的第一分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度比第三电荷转送路径43从第一电荷转送路径41分支的第二分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度更宽。第二分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度比第四电荷转送路径44从第一电荷转送路径41分支的第三分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度更宽。第三分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度比第五电荷转送路径45从第一电荷转送路径41分支的第四分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度更宽。第四分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度比第六电荷转送路径46从第一电荷转送路径41分支的第五分支位置上的第一电荷转送路径41的宽度更宽。
通过将电荷扫掠部14的电位设为比光电转换部13的电位更低的规定的电位，第一电荷转送路径41将由光电转换部13产生的电荷转送至电荷扫掠部14。
图5是表示在图4所示的A1-A2线的截面中，第一电荷转送路径41转送电荷的情形的示意图。实线所示的是图4所示的A1-A2线的截面中的电势。
如同图所示，通过将电荷扫掠部14的电位设为比光电转换部13的电位更低的规定的电位，第一电荷转送路径41内的电势从光电转换部13侧向电荷扫掠部14侧倾斜。由此，第一电荷转送路径41将由光电转换部13产生的电荷转送至电荷扫掠部14。
图6是表示在图4所示的B1-B2线的截面中，第二电荷转送路径42转送电荷的情形的示意图。实线所示的是图4所示的B1-B2线的截面中的、晶体管TG1截止时的电势。虚线所示的是图4所示的B1-B2线的截面中的、晶体管TG1导通时的电势。
如同图所示，通过将第一电荷积蓄部21的电位设为比第一电荷转送路径41中的向第二电荷转送路径42的分支点的电位更低的规定的电位，从而第二电荷转送路径42内的电势如图6中的虚线所示，从第一电荷转送路径41侧向第一电荷积蓄部21侧倾斜。因此，第二电荷转送路径42将在第一电荷转送路径41中正转送的电荷群的一部分电荷，转送至第一电荷积蓄部21。
另一方面，在TG1截止的情况下，没有形成第二电荷转送路径42。在该情况下，第一电荷转送路径41中的向第二电荷转送路径42的分支点和第一电荷积蓄部21之间的电势如图6中的实线所示。因此，在该情况下，在第一电荷转送路径41中正行进的电荷不会被转送至第一电荷积蓄部21。
同样，通过将第二电荷积蓄部22～第五电荷积蓄部25的电位分别设为比第一电荷转送路径41中的向第三电荷转送路径43～第六电荷转送路径46的分支点的电位更低的规定的电位，从而第三电荷转送路径43～第六电荷转送路径46分别将在第一电荷转送路径41中正转送的电荷群的一部分电荷，转送至第二电荷积蓄部22～第五电荷积蓄部25。
第一电荷积蓄部21积蓄经由第二电荷转送路径42转送的电荷。第二电荷积蓄部22积蓄经由第三电荷转送路径43转送的电荷。第三电荷积蓄部23积蓄经由第四电荷转送路径44转送的电荷。第四电荷积蓄部24积蓄经由第五电荷转送路径45转送的电荷。第五电荷积蓄部25积蓄经由第六电荷转送路径46转送的电荷。
如图1所示，第一电荷积蓄部21～第五电荷积蓄部25各自经由源极跟随器晶体管60a～源极跟随器晶体管60e，与读出所积蓄的电荷的电荷量的读出电路70a～读出电路70e连接。
第一栅极电极11和第二栅极电极12例如由通过被注入杂质而赋予导电性的多晶硅形成。
第一栅极电极11通过切换施加电压，从而能够切换是否在位于第一栅极电极11之下的注入区域15的表面形成反转层。
即，第一栅极电极11通过切换施加电压，从而能够对经由第二电荷转送路径42的电荷的转送及阻断进行切换，对经由第三电荷转送路径43的电荷的转送及阻断进行切换，对经由第四电荷转送路径44的电荷的转送及阻断进行切换，以及对经由第五电荷转送路径45的电荷的转送及阻断进行切换。
同样，第二栅极电极12通过切换施加电压，从而能够切换是否在位于第二栅极电极12之下的注入区域15的表面形成反转层。
即，第二栅极电极12通过切换施加电压，从而对经由第一电荷转送路径41的电荷的转送及阻断进行切换。
此外，如上所述，第一电荷转送路径41是注入区域15之中的在位于第二栅极电极12之下的部分形成的区域。因此，可以说第二栅极电极12在第一电荷转送路径41的上方重叠而配置。
接着，说明包含上述结构的光检测装置10而构成的实施方式所涉及的摄像装置。
图7是表示实施方式所涉及的摄像装置1的结构的框图。
如同图所示，摄像装置1具备像素阵列50、垂直扫描电路51、读出电路52和信号处理部53。
阵列状(例如为矩阵状)地配置多个由光检测装置10构成的像素而构成像素阵列50。
在各光检测装置10中，第一电荷积蓄部21～第五电荷积蓄部25各自经由源极跟随器晶体管60a～源极跟随器晶体管60e、以及读出线61a～读出线61e与读出电路52连接。即，图1中的读出电路70a～读出电路70e分别对应于图7中的读出电路52。在此，读出线61a～读出线61e成为以列为单位而公共的信号线。
此外，各光检测装置10经由以行为单位而公共的多个控制信号线(未图示)与垂直扫描电路51连接。
垂直扫描电路51针对像素阵列50，经由以行为单位而公共的多个控制信号线(未图示)，以行为单位控制各光检测装置10的动作。
垂直扫描电路51以规定周期反复进行从像素阵列50的最上位侧的行向最下位侧的行依次基于行单位对光检测装置10的控制。
读出电路52与垂直扫描电路51同步地进行动作，从像素阵列50，以由垂直扫描电路51控制的行为单位，读出与位于该行的各光检测装置10中的第一电荷积蓄部21～第五电荷积蓄部25所积蓄的电荷的量相应的信号。并且，将所读出的信号输出至信号处理部53。
信号处理部53对从读出电路52输出的信号进行各种信号处理。作为一例，信号处理部53既可以包含处理器和存储器而构成，通过处理器执行存储器中存储的程序来实现，也可以通过专用硬件来实现。
[1-2.考察]
以下，考察光检测装置10。
图8A是表示图4所示的C1-C2线的截面中的第一电荷转送路径41的电势的示意图，图8B是表示图4所示的D1-D2线的截面中的第一电荷转送路径41的电势的示意图。
如上述那样，第一电荷转送路径41的宽度从第一端侧向第二端侧以锥状的方式变细。因此，如图8A、图8B所示，第一电荷转送路径41的电场由于边缘电场的影响，第二端侧的每单位面积的电场比第一端侧的每单位面积的电场更大。一般来说，已知电场强度越大，则电荷分散越被抑制。因此，在第一电荷转送路径41中正行进的电荷群行进至离光电转换部13越远，上述电荷分散的抑制越强地作用。
图9是表示由于第一电荷转送路径41的宽度从第一端侧向第二端侧以锥状的方式变细，在离光电转换部13比较远的位置(在此，例如为TG5附近)的第一电荷转送路径41中正行进的电荷群中，电荷密度的分布的扩散被抑制的情形的示意图。在同图中，实线所示的波形91表示如上述那样，在第一电荷转送路径41的宽度以锥状的方式变细的情况下的正行进的电荷群中的电荷密度的分布的扩散。虚线所示的波形92表示如参考例那样，被设想为第一电荷转送路径41的宽度没有以锥状的方式变细的情况下的电荷密度的分布。
从图9也可理解，实施方式所涉及的光检测装置10能抑制行进至离光电转换部13比较远的位置的电荷群中的电荷密度的分布的扩散。
从而，根据实施方式所涉及的光检测装置10，能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
另一方面，还考虑将第一电荷转送路径41整体的电场强度一致地增强的结构。但是，在该结构中，将由光电转换部13产生的电荷经过第一电荷转送路径41转送至电荷扫掠部14的转送时间本身变短。因此，该结构不能说一定在提高检测光入射的定时中的时间分辨率上是有效的。可以说如实施方式所涉及的光检测装置10那样，第一电荷转送路径41的电场强度离光电转换部13越远则变得越强的结构在提高检测光入射的定时中的时间分辨率上更有效。如上述那样，在实施方式所涉及的光检测装置10中，由于其物理形状，第一电荷转送路径41的电场强度被控制为离光电转换部13越远则变得越强。
(变形例1)
在此，说明相对于实施方式所涉及的摄像装置1变更了其结构的一部分而成的变形例1所涉及的摄像装置。
在实施方式中，构成摄像装置1的光检测装置10是注入区域15中的主部30的形状为带锥形的长条状，另一方面，第二栅极电极12为矩形的结构。
相对于此，在变形例1中，构成变形例1所涉及的摄像装置的光检测装置构成为注入区域中的主部的形状为矩形，另一方面，第二栅极电极为带锥形的长条状。
[2-1.结构]
以下，参照附图，以与实施方式所涉及的摄像装置1的不同点为中心，说明变形例1所涉及的摄像装置。
图10是变形例1所涉及的光检测装置10a的平面图。
如同图所示，光检测装置10a相对于实施方式所涉及的光检测装置10，注入区域15被变更为注入区域15a，第二栅极电极12被变更为第二栅极电极12a，电荷扫掠部14被变更为电荷扫掠部14a。
注入区域15a相对于实施方式所涉及的注入区域15，主部30被变更为主部30a。
本变形例1所涉及的主部30a如图10所示成为矩形。
电荷扫掠部14a相对于实施方式一所涉及的电荷扫掠部14，其宽度被变更以使与主部30a中的电荷扫掠部侧14a侧的宽度匹配。
第二栅极电极12a具有位于光电转换部13侧的一端(以下也称为“第三端”)和位于电荷扫掠部14a侧的另一端(以下也称为“第四端”)。第二栅极电极12a为带锥形的长条状，在主部30的上方重叠而配置。如图10所示，第二栅极电极12a的第三端的宽度比第四端的宽度更宽。并且，第二栅极电极12a的宽度从第三端向第四端单调减小。此外，第二栅极电极12a的第三端的宽度与第三端的正下方的注入区域15的宽度之差，比第二栅极电极12a的第四端的宽度与第四端的正下方的注入区域15的宽度之差更小。并且，第二栅极电极12a的第三端的正下方的注入区域15的宽度与第二栅极电极12a的第四端的正下方的注入区域15的宽度相等。
与实施方式的情况同样，在注入区域15a中，对位于其上部的栅极电极(在此，例如为第一栅极电极11或第二栅极电极12a)施加规定电位，从而在其表面部分形成电荷转送路径。
图11是示意性地图示在向第一栅极电极11施加第一规定电位，且向第二栅极电极12a施加第二规定电位的情况下形成的电荷转送路径的示意图。在此，第一规定电位是用于在位于第一栅极电极11之下的注入区域15a的表面形成反转层的电位，第二规定电位是用于在位于第二栅极电极12a之下的注入区域15a的表面形成反转层的电位。
如图11所示，在注入区域15a的表面形成的电荷转送路径相对于实施方式所涉及的电荷转送路径(参照图4)，形成为第一电荷转送路径41被变更为第一电荷转送路径41a。
如同图所示，第一电荷转送路径41a与实施方式所涉及的第一电荷转送路径41同样，为带锥形的长条状。此外，第一电荷转送路径41a具有光电转换部13侧的一端(以下也称为“第一端”)和电荷扫掠部14a侧的另一端(以下也称为“第二端”)，第一端的宽度比第二端的宽度更宽。并且，第一电荷转送路径41a的宽度从第一端向第二端单调减小。
[2-2.考察]
以下，考察光检测装置10a。
如图11所示，第一电荷转送路径41a的宽度与实施方式所涉及的第一电荷转送路径41的情况同样，从第一端侧向第二端侧以锥状的方式变细。
因此，变形例1所涉及的光检测装置10a与实施方式所涉及的光检测装置10的情况同样，能抑制行进至离光电转换部13比较远的位置的电荷群中的电荷密度的分布的扩散。
从而，根据变形例1所涉及的光检测装置10a，能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
此外，一般来说，从制造上的观点来看，与控制制造工序以使杂质的注入区域成为锥形形状相比，控制制造工序以使栅极电极的形状成为锥形形状更容易。因此，在本变形例1所涉及的在光检测装置10a中，能够更容易地进行制造上的工序管理。
(变形例2)
在此，说明相对于实施方式所涉及的摄像装置1变更了其结构的一部分而成的变形例2所涉及的摄像装置。
构成变形例2所涉及的摄像装置的光检测装置成为注入区域中的主部的形状和第二栅极电极这双方为带锥形的长条状的结构。
[3-1.结构]
以下，参照附图，以与实施方式所涉及的摄像装置1的不同点为中心，说明变形例2所涉及的摄像装置。
图12是变形例2所涉及的光检测装置10b的平面图。
如同图所示，光检测装置10b相对于实施方式所涉及的光检测装置10，第二栅极电极12被变更为第二栅极电极12b。
第二栅极电极12b具有位于光电转换部13侧的一端(以下也称为“第三端”)和位于电荷扫掠部14侧的另一端(以下也称为“第四端”)。第二栅极电极12b为带锥形的长条状，在主部30的上方重叠而配置。如图12所示，第二栅极电极12b的第三端的宽度比第四端的宽度更宽。并且，第二栅极电极12b的宽度从第三端向第四端单调减小。此外，第二栅极电极12b的第三端的正下方的注入区域15的宽度比第二栅极电极12b的第四端的正下方的注入区域15的宽度更宽。
与实施方式的情况同样，在注入区域15中，对位于其上部的栅极电极(在此，例如为第一栅极电极11或第二栅极电极12b)施加规定电位，从而在其表面部分形成电荷转送路径。
在变形例2中，注入区域15和第二栅极电极12b重叠的区域的形状与在实施方式中注入区域15和第二栅极电极12重叠的区域的形状相等。
从而，在向第一栅极电极11施加第一规定电位，且向第二栅极电极12b施加第二规定电位的情况下形成的电荷转送路径与图4所示的在实施方式中形成的电荷转送路径同样。
即，在注入区域15的表面形成的电荷转送路径如图4所示，由第一电荷转送路径41、第二电荷转送路径42、第三电荷转送路径43、第四电荷转送路径44、第五电荷转送路径45和第六电荷转送路径46构成。
[3-2.考察]
以下，考察光检测装置10b。
如上述那样，在光检测装置10b中，形成与在实施方式一所涉及的光检测装置10中形成的电荷转送路径同样的电荷转送路径。
因此，变形例2所涉及的光检测装置10b与实施方式所涉及的光检测装置10的情况同样，能抑制行进至离光电转换部13比较远的位置的电荷群中的电荷密度的分布的扩散。
从而，根据变形例2所涉及的光检测装置10b，能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
此外，在光检测装置10b中，通过第二栅极电极12b中的与读出电路侧对置侧的侧面处的边缘电场，辅助从第一电荷转送路径41向第二电荷转送路径42～第六电荷转送路径46的电荷转送。因此，与如实施方式所涉及的光检测装置10那样，仅将注入区域15中的主部30的形状设为带锥形的长条状的结构相比，如本变形例2所涉及的光检测装置10b那样，将注入区域15中的主部30的形状和第二栅极电极12b这双方设为带锥形的长条状的结构，更能提高检测光入射的定时中的时间分辨率。
(补充)
以上那样，作为在本申请中公开的技术的例示，说明了实施方式、变形例1、变形例2。但是，本公开的技术不限定于此，只要不脱离本公开的宗旨，就能够应用于适当进行了变更、置换、附加、省略等而成的实施方式。
以下，列举本公开中的变形例的一例。
(1)在实施方式中，说明了光检测装置10所具备的电荷积蓄部的数量为五个。但是，只要光检测装置10具备的电荷积蓄部的数量为一个以上即可，不必须限定于为五个的例子。
(2)在实施方式中，说明了光检测装置10所具备的第一栅极电极11的数量为一个构造体。但是，第一栅极电极11不需要必须是一个构造体，也可以被分割为多个而构成。也就是说，第一栅极电极11通过切换施加电压，从而能对经由第二电荷转送路径42的电荷的转送及阻断进行切换，对经由第三电荷转送路径43的电荷的转送及阻断进行切换，对经由第四电荷转送路径44的电荷的转送及阻断进行切换，以及对经由第五电荷转送路径45的电荷的转送及阻断进行切换即可。
(3)在实施方式中，在使用图1等说明光检测装置10时，图示为第一指部31～第五指部35的宽度看上去相等，图示为第一电荷积蓄部21～第五电荷积蓄部25的宽度看上去相等，图示为第二栅极电极16～第六栅极电极20的宽度看上去相等而进行了说明。但是，光检测装置10不限定于第一指部31～第五指部35的宽度相等的结构的例子，不限定于第一电荷积蓄部21～第五电荷积蓄部25的宽度相等的结构的例子，不限定于第二栅极电极16～第六栅极电极20的宽度相等的结构的例子。例如，光检测装置10也可以是第一指部31～第五指部35之中的至少一个的宽度与其他的宽度不同，第一电荷积蓄部21～第五电荷积蓄部25之中的至少一个的宽度与其他的宽度不同，第二栅极电极16～第六栅极电极20之中的至少一个的宽度与其他的宽度不同的结构。
(4)在实施方式、变形例1、变形例2中，在使用附图说明光检测装置10、光检测装置10a、光检测装置10b时，图示为主部30的宽度从第五端向第六端线性地单调减小而进行了说明。图示为第二栅极电极12a、第二栅极电极12b的宽度从第三端向第四端线性地单调减小而进行了说明。图示为第一电荷转送路径41、第一电荷转送路径41a的宽度从第一端向第二端线性地单调减小而进行了说明。但是，关于光检测装置10、光检测装置10a、光检测装置10b，只要第五端的宽度比第六端的宽度更宽即可，不限定于主部30的宽度从第五端向第六端线性地单调减小的结构的例子。只要第三端的宽度比第四端的宽度更宽即可，则不限定于第二栅极电极12a、第二栅极电极12b的宽度从第三端向第四端线性地单调减小的结构的例子。只要第一端的宽度比第二端的宽度更宽即可，则不限定于第一电荷转送路径41、第一电荷转送路径41a的宽度从第一端向第二端线性地单调减小的结构的例子。例如，光检测装置10、光检测装置10a、光检测装置10b也可以是主部30的宽度从第五端向第六端阶梯状或曲线状地单调减小的结构。也可以是第二栅极电极12a、第二栅极电极12b的宽度从第三端向第四端阶梯状或曲线状地单调减小的结构。也可以是第一电荷转送路径41、第一电荷转送路径41a的宽度从第一端向第二端阶梯状或曲线状地单调减小的结构。
(5)在实施方式中，关于光检测装置10，以第二栅极电极12看上去与光电转换部13不交叠的方式，在图1中图示而进行了说明。但是，关于第二栅极电极12，也可以是一部分与光电转换部13交叠。此外，关于光检测装置10，以第二栅极电极12看上去与电荷扫掠部14不交叠的方式在图1中图示而进行了说明。但是，关于第二栅极电极12，也可以是其一部分与电荷扫掠部14交叠。作为一例，光检测装置10如图13所图示，也可以是具备第二栅极电极12c的结构，第二栅极电极12c的一部分与光电转换部13和电荷扫掠部14交叠。
在变形例1中，关于光检测装置10a，以第二栅极电极12a看上去与光电转换部13不交叠的方式，在图10中图示而进行了说明。但是，关于第二栅极电极12a，也可以是一部分与光电转换部13交叠。此外，关于光检测装置10a，以第二栅极电极12a看上去与电荷扫掠部14a不交叠的方式在图10中图示而进行了说明。但是，关于第二栅极电极12a，也可以是其一部分与电荷扫掠部14a交叠。作为一例，光检测装置10a如图14所图示，也可以是具备第二栅极电极12d的结构，第二栅极电极12d的一部分与光电转换部13和电荷扫掠部14a交叠。
在变形例2中，关于光检测装置10b，以第二栅极电极12b看上去与光电转换部13不交叠的方式，在图12中图示而进行了说明。但是，关于第二栅极电极12b，也可以是一部分与光电转换部13交叠。此外，关于光检测装置10b，以第二栅极电极12b看上去与电荷扫掠部14不交叠的方式在图12中图示而进行了说明。但是，关于第二栅极电极12b，也可以是其一部分与电荷扫掠部14交叠。作为一例，光检测装置10b如图15所图示，也可以是具备第二栅极电极12e的结构，第二栅极电极12e的一部分与光电转换部13和电荷扫掠部14交叠。
(6)在实施方式中，作为光电转换元件的例子而例示了光电二极管。但是光电转换元件只要能够接受所入射的光而生成电荷即可，不必须限定于光电二极管。作为一例，光电转换元件也可以是层叠光电转换膜而构成的元件。
工业实用性
本公开所涉及的光检测装置及摄像装置能够广泛地利用于检测所输入的光的装置。

Claims (16)

1.一种光检测装置，具备：
光电转换部，生成电荷；
第一电荷转送路径，具有第一端和第二端，所述第一端与所述光电转换部连接，所述第一电荷转送路径在从所述第一端向所述第二端的第一方向上转送来自所述光电转换部的电荷；
第二电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的第一位置分支；
第三电荷转送路径，从所述第一电荷转送路径的第二位置分支，在所述第一方向上所述第二位置离所述光电转换部比所述第一位置离所述光电转换部更远；
第一电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第二电荷转送路径转送的电荷；
第二电荷积蓄部，积蓄从所述第一电荷转送路径经由所述第三电荷转送路径转送的电荷；以及
至少一个第一栅极电极，对所述第二电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，以及对所述第三电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，
在平面视时，所述第一位置上的所述第一电荷转送路径的宽度比所述第二位置上的所述第一电荷转送路径的宽度更宽。
2.如权利要求1所述的光检测装置，
所述第一端处的所述第一电荷转送路径的宽度比所述第二端处的所述第一电荷转送路径的宽度更宽。
3.如权利要求1所述的光检测装置，
所述第一电荷转送路径的宽度从所述第一端向所述第二端单调减小。
4.如权利要求1所述的光检测装置，还具备：
第二栅极电极，覆盖所述第一电荷转送路径，对所述第一电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，
所述第二栅极电极具有位于所述第一端侧的第三端和位于所述第二端侧的第四端，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度比所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度更宽。
5.如权利要求4所述的光检测装置，
所述第二栅极电极的宽度从所述第三端向所述第四端单调减小。
6.如权利要求4所述的光检测装置，具备：
半导体基板，包含扩散区域，
所述第一电荷转送路径被形成在所述扩散区域。
7.如权利要求6所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度与所述第三端的正下方的所述扩散区域的宽度之差，比所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度与所述第四端的正下方的所述扩散区域的宽度之差更小。
8.如权利要求7所述的光检测装置，
所述第三端的正下方的所述扩散区域的宽度与所述第四端的正下方的所述扩散区域的宽度相等。
9.如权利要求6所述的光检测装置，
所述第三端的正下方的所述扩散区域的宽度比所述第四端的正下方的所述扩散区域的宽度更宽。
10.如权利要求1所述的光检测装置，具备：
半导体基板，包含扩散区域，
所述第一电荷转送路径被形成在所述扩散区域，
沿着所述第一端的所述扩散区域的第一宽度比沿着所述第二端的所述扩散区域的第二宽度更宽。
11.如权利要求10所述的光检测装置，还具备：
第二栅极电极，覆盖所述第一电荷转送路径，对所述第一电荷转送路径中的电荷的转送及阻断进行切换，
所述第二栅极电极具有位于所述第一端侧的第三端和位于所述第二端侧的第四端。
12.如权利要求11所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度比所述扩散区域的所述第一宽度更宽。
13.如权利要求11所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度与所述扩散区域的所述第一宽度之差，比所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度与所述扩散区域的所述第二宽度之差更小。
14.如权利要求11所述的光检测装置，
所述第三端处的所述第二栅极电极的宽度与所述第四端处的所述第二栅极电极的宽度相等。
15.如权利要求1所述的光检测装置，还具备：
电荷扫掠部，与所述第一电荷转送路径的所述第二端连接。
16.一种摄像装置，具备：
像素阵列，阵列状地配置由权利要求1所述的光检测装置构成的多个像素。
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