CN118044219A - 光检测装置和电子设备 - Google Patents

光检测装置和电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN118044219A
CN118044219A CN202280065431.9A CN202280065431A CN118044219A CN 118044219 A CN118044219 A CN 118044219A CN 202280065431 A CN202280065431 A CN 202280065431A CN 118044219 A CN118044219 A CN 118044219A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photoelectric conversion
pixel
region
light
carrier generating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280065431.9A
Other languages
English (en)
Inventor
佃恭范
岛田翔平
扬尼克·贝恩斯
松沼健司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of CN118044219A publication Critical patent/CN118044219A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明旨在能够不依赖于光的入射光量而精确地调整光电转换元件的偏压电压。本发明的光电检测装置包括：具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件的第一像素；具有通过光电转换以外的因素生成载流子的载流子产生部的第二像素；以及基于由第二像素产生的载流子来控制施加至光电转换元件和载流子产生部的偏压电压的控制电路。光电转换元件包括能够进行光电转换的第一光电转换区域和被设置在与第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜。载流子产生部包括能够进行光电转换的第二光电转换区域。在载流子产生部中，在与第二光电转换区域相接的位置处具有被局部去除的第二钉扎膜，或者在第二光电转换区域的整个区域中不具备用于减少暗电流的构件。

Description

光检测装置和电子设备
技术领域
本发明涉及光检测装置和电子设备。
背景技术
为了精确地检测弱光，某些检测技术会使用SPAD(单光子雪崩二极管：SinglePhoton Avalanche Diode)。SPAD被广泛用于ToF(飞行时间：Time of Flight)传感器等。在SPAD中，在对SPAD的阳极与阴极之间施加了等于或高于崩溃电压的反向偏压电压的状态下进行光检测。当检测到光时，SPAD的阴极电位急剧降低。一旦SPAD的阴极电位降低到底部电位(也称为猝灭电压(quench voltage))，就无法再进行光检测，直至后续恢复到原来的电压电平为止。SPAD的底部电位会根据温度或其他因素而变化，并且也会影响SPAD的灵敏度。SPAD的底部电位可通过调整诸如SPAD的阴极电位等偏压电压而成为可变地可控的。
因此，曾经公开了这样一种技术：在该技术中，与用于产生像素信号的SPAD独立地设置有用于监视的SPAD，藉此，通过使用用于监视的SPAD来检测上述底部电位，并且基于所检测出的底部电位来调整SPAD的偏压电压(参考专利文献1)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2021-056061号
发明内容
要解决的技术问题
在专利文献1中，让光从外部入射到用于监视的SPAD中，并且对底部电位进行检测。如上所述，底部电位是根据温度等而变化的。因此，在专利文献1中，多次测量出底部电位，并且执行用于将各次测量出来的底部电位进行平均化的处理，以提高偏压电压的精度。
然而，在入射至用于监视的SPAD中的光的光量不足的情况下，测量很容易受到噪声光的影响。即使已经进行了平均化处理，底部电位随时间的变化仍然变大了。在这种情况下，PDE(光子探测效率：Photon Detection Efficiency)随时间的变化也变大了。
因此，本发明提供了能够不依赖于光的入射光量而精确地调整光电转换元件的偏压电压的光检测装置和电子设备。
解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明提供了一种光检测装置，包括：第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；第二像素，其具有通过光电转换以外的因素产生载流子的载流子产生部；和控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压。所述光电转换元件包括：能够进行光电转换的第一光电转换区域；和设置在与所述第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜。所述载流子产生部包括能够进行光电转换的第二光电转换区域。而且，所述载流子产生部在与所述第二光电转换区域相接的位置处具有被局部去除的第二钉扎膜，或者在所述第二光电转换区域的整个区域中不具备用于减少暗电流的构件。
所述第二钉扎膜可以是从所述载流子产生部的与配线区域相反的表面侧和/或与相邻像素的边界区域被局部去除的。
所述载流子产生部可以通过在所述第二光电转换区域内产生的界面态来产生所述载流子。
可以设置有遮光构件，其遮蔽向所述第二像素入射的光。
所述遮光构件的材料可以包含与像素分离部的材料相同的材料，所述像素分离部被设置在所述第二像素的边界区域中并且用于遮蔽来自相邻像素的光。
可以设置有用于将光会聚至所述第一像素的片上透镜和用于发射光的发光元件。所述第二像素可以被设置在与下列两个区域不同的位置处：允许由所述发光元件发射的光通过的区域；以及允许已透过所述片上透镜的光通过的区域。
可以设置有支撑件，其支撑所述第一像素、所述第二像素、所述片上透镜和所述发光元件。所述支撑件的一部分可以起到所述遮光构件的作用。
所述载流子产生部可以具有相互接合的P区域和N区域。当在对所述P区域和所述N区域之间施加了与所述偏压电压对应的电位差的状态下产生所述载流子时，所述载流子产生部会引发崩溃。
可以设置有读出电路，其产生与由所述第二像素产生的所述载流子对应的像素信号。所述控制电路可以依据所述像素信号的电位电平来控制所述偏压电压。
可以设置有计数电路和次数比较及判定电路。所述计数电路对所述载流子产生部已引发崩溃的次数进行计数。所述次数比较及判定电路判定由所述计数电路计数的次数是否已达到预定的基准次数，并且当判定为所计数的次数已达到所述基准次数时就改变所述第二像素的操作条件。
当所计数的次数已达到所述基准次数时，所述次数比较及判定电路可以以不让所述载流子产生部发生崩溃的方式控制所述电位差。
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路可以是以每个所述第二像素为单位而设置的或者是以多个所述第二像素为单位而设置的。
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路可以被设置在与设置有所述第一像素和所述第二像素的基板为同一个的基板上。
可以设置有第一基板和第二基板。在所述第一基板上可以设置有所述第一像素和所述第二像素。在所述第二基板上可以设置有所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路中的至少一部分。所述第一基板和所述第二基板可以层叠着，并且可以通过导电构件而相互接合以执行信号传输。
可以设置有像素阵列部，其具有多个所述第一像素和多个所述第二像素。所述多个第一像素和所述多个第二像素可以被设置为使得：所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任一者对应，所述多个第二像素中的各者与所述多个第一像素中的任意两者以上对应，或者所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任意两者以上对应。
所述像素阵列部可以被形成为使得：所述像素阵列部包括设置有所述多个第一像素的第一像素区域和设置有所述多个第二像素的第二像素区域，或者所述多个第二像素设置在设置有所述多个第一像素的像素区域内，或者所述多个第一像素设置在设置有所述多个第二像素的像素区域内。
本发明提供了一种光检测装置，包括：第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；第二像素，其具有载流子产生部，所述载流子产生部在用于产生载流子的结构方面与所述光电转换元件不同；和控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压。
所述光电转换元件可以具有能够进行光电转换的第一光电转换区域，所述载流子产生部可以具有能够进行光电转换的第二光电转换区域。所述第二光电转换区域可以具有载流子产生源，所述载流子产生源通过光入射以外的因素产生所述载流子。
所述载流子产生源可以包括：设置在所述第二光电转换区域内且比所述第二光电转换区域具有更高的杂质浓度的浮动扩散区域。
所述载流子产生源可以包括：所述第二光电转换区域内的晶体缺陷部位和/或重金属存在部位。
所述载流子产生源可以包括：通过将所述第二光电转换区域的表面局部去除而获得的部位。
所述载流子产生源可以包括：连接至所述第二光电转换区域且处于浮动状态的导电构件。
所述载流子产生部可以具有：将应力施加至所述第二光电转换区域的应力施加构件。此外，所述载流子产生源可以包括：所述第二光电转换区域内的受到由所述应力施加构件施加的应力而变形的部位。
所述载流子产生部可以具有设置于所述第二光电转换区域中的晶体管。所述载流子产生源可以通过控制所述晶体管的栅极电压来产生所述载流子。
所述载流子产生部可以具有连接至所述第二光电转换区域的电极。所述载流子产生源可以通过向所述电极施加预定电压来产生所述载流子。
所述第二光电转换区域可以具有：在平面方向上以彼此之间留有距离的方式布置的多个扩散层。所述载流子产生源可以通过对所述多个扩散层之间施加电位差来产生在所述多个扩散层之间移动的所述载流子。
所述载流子产生部可以包括：第一导电型的第一半导体层；第二导电型的第二半导体层，其被设置成与所述第一半导体层相接且被构造为使所述载流子倍增；第二导电型的第三半导体层，其被设置成包围所述第一半导体层及所述第二半导体层的至少一部分；用于阴极连接的第一触点电极，其连接至所述第一半导体层；以及用于阳极连接的第二触点电极，其连接至所述第三半导体层。所述第一触点电极与所述第一半导体层之间的连接和/或所述第二触点电极与所述第三半导体层之间的连接可以是通过肖特基接合来实现的。所述载流子产生源包括利用所述肖特基接合而被连接的部分。
本发明提供了一种电子设备，其可以包括光检测装置和信号处理部。所述光检测装置可以输出与通过光电转换产生的载流子对应的像素信号。所述信号处理部可以对所述像素信号执行预定的信号处理。所述光检测装置可以包括：第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；第二像素，其具有通过光电转换以外的因素产生载流子的载流子产生部；和控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压。所述光电转换元件可以包括：能够进行光电转换的第一光电转换区域；和设置在与所述第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜。所述载流子产生部可以包括能够进行光电转换的第二光电转换区域。所述载流子产生部可以在与所述第二光电转换区域相接的位置处具有被局部去除的第二钉扎膜，或者可以在所述第二光电转换区域的整个区域中不具备用于减少暗电流的构件。
附图说明
图1是示出了根据第一实施方案的光检测装置的示意性构造的框图。
图2是示出了阴极电位随时间而变化的状况的曲线图。
图3A是成像像素的剖面图。
图3B是监视像素的剖面图。
图4是根据图3B的一个变形例的监视像素的剖面图。
图5是ToF传感器的示意性剖面图。
图6是示出了包括图5的ToF传感器的测距装置的示意性构造的框图。
图7A是示出了像素阵列部的一部分的平面图。
图7B是示出了将一个读出电路及一个判定电路与多个SPAD像素建立对应关系的像素阵列部的示例的图。
图7C是示出了第一基板和第二基板层叠起来的示例的图。
图7D是示出了图7C的一个变形例的示意图。
图8A是示出了成像像素和监视像素的布置位置的第一示例的示意性平面图。
图8B是示出了成像像素和监视像素的布置位置的第二示例的示意性平面图。
图8C是示出了成像像素和监视像素的布置位置的第三示例的示意性平面图。
图8D是示出了成像像素和监视像素的布置位置的第四示例的示意性平面图。
图8E是示出了成像像素和监视像素的布置位置的第五示例的示意性平面图。
图9A是示出了遮光结构的第一示例的平面图。
图9B是示出了遮光结构的第二示例的平面图。
图9C是示出了遮光结构的第三示例的平面图。
图9D是示出了遮光结构的第四示例的平面图。
图9E是示出了遮光结构的第五示例的平面图。
图10A是示出了监视像素的操作条件的变更的第一示例的图。
图10B是示出了监视像素的操作条件的变更的第二示例的图。
图11是示出了在使监视像素配合ToF传感器的操作而进行操作的情况下所执行的处理操作的流程图。
图12是示出了在使成像像素和监视像素并行地操作的情况下所执行的处理操作的流程图。
图13是示出了以独立于成像像素而执行操作的方式由监视像素执行的处理操作的流程图。
图14A是示出了钉扎膜的第一示例的平面图。
图14B是示出了钉扎膜的第二示例的平面图。
图14C是把与配线层相反的一侧的钉扎膜全部去除的平面图。
图14D是在钉扎膜内的多个部位处设置有局部去除部位的情况下的平面图。
图14E是在钉扎膜中设置有狭缝形状的去除部位的情况下的平面图。
图14F是在钉扎膜内的左、右、上、下各处均等地设置有多个去除部位的情况下的平面图。
图14G是在钉扎膜内设置有网格形状的去除部位的情况下的平面图。
图15是根据第二实施方案的一个变形例的载流子产生部的剖面图。
图16是根据第三实施方案的载流子产生部的剖面图。
图17是根据第三实施方案的第一变形例的载流子产生部的剖面图。
图18A是根据第三实施方案的第二变形例的载流子产生部的剖面图。
图18B是根据图18A的一个变形例的剖面图。
图19A是根据第三实施方案的第三变形例的载流子产生部的剖面图。
图19B是根据图19A的一个变形例的剖面图。
图20是根据第三实施方案的第四变形例的载流子产生部的剖面图。
图21A是根据第三实施方案的第五变形例的载流子产生部的剖面图。
图21B是根据图21A的一个变形例的剖面图。
图22是根据第三实施方案的第六变形例的载流子产生部的剖面图。
图23是根据第三实施方案的第七变形例的载流子产生部的剖面图。
图24是根据第三实施方案的第八变形例的载流子产生部的剖面图。
图25A是根据第四实施方案的SPAD的剖面图。
图25B是在图25A中的空穴累积层与阳极之间的连接部位的等效电路图。
图26A是根据第四实施方案的第一变形例的SPAD的剖面图。
图26B是与图26A中的SPAD连接的线路的等效电路图。
图27A是根据第四实施方案的第二变形例的SPAD的剖面图。
图27B是与图27A中的SPAD连接的线路的等效电路图。
图28是示出了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图29是用于辅助说明车外信息检测单元和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
下文中将参照附图来说明根据实施方案的光检测装置和电子设备。虽然在以下说明中将会主要说明光检测装置和电子设备的主要组成部分，但是光检测装置和电子设备可能还具有未图示或者未说明的组成部分或功能。以下说明中并未排除未图示或未说明的组成部分和功能。
(第一实施方案)
图1是示出了根据第一实施方案的光检测装置1的示意性构造的框图。图1中的光检测装置1包括成像像素(第一像素)2、监视像素(第二像素)3、第一读出电路4、第二读出电路5、计数电路6、次数比较及判定电路7以及控制电路8。
成像像素2是用于检测入射光的像素，并且具有通过光电转换而产生载流子的光电转换元件9。这里的载流子是通过光电转换而产生的电子或空穴。例如，可以设置有多个成像像素2。光电转换元件9包括：能够进行光电转换的第一光电转换区域；和设置在与第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜。光电转换元件9是可在盖革(Geiger)模式下工作的SPAD(单光子雪崩二极管)。这里，盖革模式是指：在向SPAD的阳极与阴极之间施加了具有超过崩溃电压的电位差的反向偏压的状态下对光子进行检测的模式。在下文中，有时将光电转换元件9称为SPAD 9。稍后将会说明光电转换元件9的剖面结构。
监视像素3具有载流子产生部10，该载流子产生部10可以通过光电转换以外的因素来实现载流子的产生。监视像素3的特征在于：即使在没有光入射的情况下也能够产生载流子。例如，可以设置有多个监视像素3。载流子产生部10具有能够进行光电转换的第二光电转换区域。用于构成第二光电转换区域的层配置及材料可以与第一光电转换区域的层配置及材料相同。如上所述，监视像素3的特征在于：能够通过光电转换以外的因素产生载流子。然而，监视像素3具有与成像像素2的元件结构类似的元件结构，并且当光入射至监视像素3时监视像素3也可以通过光电转换产生载流子。载流子产生部10具有可在盖革模式下工作的SPAD。该SPAD即使在没有光入射的情况下也能够产生载流子并且引发崩溃。在某些情况下，在下文中可能会将载流子产生部10称为SPAD 10。
在本说明书中，假设成像像素2具有光电转换元件9，而且，与成像像素2连接的第一读出电路4执行用于生成与由光电转换元件9产生的载流子对应的像素信号的处理。类似地，在本说明书中，假设监视像素3具有载流子产生部10，而且，与监视像素3连接的第二读出电路5执行用于生成与由载流子产生部10产生的载流子对应的像素信号的处理。
载流子产生部10可以具有设置于与第二光电转换区域相接的位置处的第二钉扎膜。第二钉扎膜的特征在于：该第二钉扎膜的至少一部分被局部去除了。如同稍后将会说明的那样，通过这样将第二钉扎膜局部去除，能够容易地产生暗电流。于是，能够通过光电转换以外的因素产生载流子，藉此，即使在没有光入射的情况下，载流子产生部10的崩溃也是可实现的。
注意，如同稍后将会说明的那样，第二钉扎膜并非是载流子产生部10的不可缺少的组成部件。例如，载流子产生部10可以不具备诸如第二钉扎膜等会减少(抑制)暗电流的部件。通过不具备会减少暗电流的构件，使得在第二光电转换区域的表面或内部容易产生暗电流，因此就使得能够容易地因光电转换以外的因素产生载流子。
第一读出电路4生成与通过由成像像素2执行的光电转换而产生的载流子对应的像素信号。第一读出电路4具有起到电流源作用的PMOS(P型金属氧化物半导体)晶体管11且具有反相器12。可以设置多个晶体管来代替PMOS晶体管11和反相器12。例如，多个晶体管可以包括传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管。
第二读出电路5生成与由监视像素3产生的载流子对应的像素信号。第二读出电路5具有起到电流源作用的PMOS晶体管13且具有缓冲器14、时序检测电路15、采样保持电路16和缓冲器17。
设置于采样保持电路16的前级侧的缓冲器14是为了使得采样保持电路16的输入节点的电容与连接至成像像素2的第一读出电路4所包括的反相器12的输出节点的电容相等而被设置的。这样设置的缓冲器14可以使得：成像像素2所包括的光电转换元件9的崩溃电压与监视像素3所包括的载流子产生部10的崩溃电压相等。
时序检测电路15监测载流子产生部10的阴极电位。在载流子产生部10未产生载流子的状态下，该阴极电位是电源电位。时序检测电路15检测出自上述阴极电位开始从电源电位下降的时刻起经过预定时段的时序。采样保持电路16按照由时序检测电路15检测出的时序来获取上述阴极电位，并且保持所获取的阴极电位。采样保持电路16将所保持的电位输出至缓冲器17。
计数电路6对时序检测电路15检测出上述时序的次数进行计数。该次数表示载流子产生部10已引发崩溃的次数。
次数比较及判定电路7判定由计数电路6计数的次数是否已达到了预定的基准次数。当判定所计数的次数已达到了预定次数时，次数比较及判定电路7变更监视像素3的操作条件。
监视像素3的操作条件的变更的第一示例是：禁止监视像素3产生载流子。在这种情况下，载流子产生部10不会引发崩溃，因此实现了监视像素3的电力消耗的削减。此外，监视像素3的操作条件的变更的第二示例是：通过在监视像素3所包括的载流子产生部10的阳极与阴极之间赋予具有比盖革模式下的电位差小的电位差的反向偏压，使监视像素3在非盖革模式下工作。在这种情况下，通过使载流子产生部10在非盖革模式下工作，载流子产生部10即使在产生载流子时也不会引发崩溃。因此，与在盖革模式下工作的情况相比，能够实现电力消耗的更多削减。
控制电路8包括像素间平均值获取部21、时间获取部22和电位控制部23。像素间平均值获取部21获取多个监测图像的保持电位的平均值以作为像素间平均值。时间获取部22求出像素间平均值的时间平均值。电位控制部23将阴极电位的时间平均值与预先设定的目标电压进行比较，并且随着阴极电位的时间平均值的增大而将阳极电位降低。多个监视像素3和多个成像像素2的所有阳极都连接至电位控制部23的公共输出节点。因此，电位控制部23能够控制各个阳极电位。
注意，监视像素3可以不是对阴极电位进行监测，而是对阳极电位进行监测。在这种情况下，电位控制部23控制各个阴极电位。
(SPAD的阴极电位和超额偏压)
图2是示出了阴极电位Vs随时间而变化的状况的曲线图。具体地，图2示出了阴极电位Vs、阳极电位VSPAD及底部电位(猝灭电压)VBT之间的大小关系。
如图1所示，从PMOS晶体管13向载流子产生部10的阴极供给电源电压。因此，在恒常状态下，该阴极电位是电源电位。当载流子产生部10通过光电转换以外的因素产生载流子时，阴极电位Vs降低到底部电位VBT。此后，通过使用PMOS晶体管13进行再充电，载流子产生部10的阴极电位Vs恢复到原来的电源电位。
这里，将电源电位与底部电位VBT之间的电位差称为超额偏压(excess bias)VEX。另外，将底部电位VBT与阳极电位VSPAD之间的电位差称为崩溃电压(breakdown voltage)VBD。假设电源电位和阳极电位VSPAD是不可变的，则超额偏压VEX是根据崩溃电压VBD的变化或温度而可变的。
当崩溃电压VBD增大时，作为由载流子产生部10引发的崩溃的结果而到达的底部电位VBT就变大了。换言之，超额偏压VEX就变小了。当超额偏压VEX变小时，载流子产生部10的灵敏度就降低。在这种情况下，载流子检测效率也就降低。为了提高载流子检测效率，在采样保持电路16所保持的电位高于预定的底部电位VBT的目标值的情况下，通过控制电路8来降低阳极电位VSPAD。另一方面，在采样保持电路16所保持的电位低于底部电位VBT的目标值的情况下，就存在着因超过第二读出电路5的可允许的最大电位而导致元件损坏的可能性。因此，将阳极电位VSPAD设定为较高的值。通过这种电压控制，能够实现预期的载流子检测效率。
(SPAD的剖面结构)
图3A是成像像素2的剖面图，而且图3B是监视像素3的剖面图。图3A所示的成像像素2具有把传感器基板41、传感器侧配线层42和逻辑侧配线层43层叠起来的层叠结构。在逻辑侧配线层43中层叠有未图示的逻辑电路基板。图1中所示的第一读出电路4、第二读出电路5、计数电路6、次数比较及判定电路7以及控制电路8均可以被设置在该逻辑电路基板上。注意，第一读出电路4、第二读出电路5、计数电路6、次数比较及判定电路7以及控制电路8中的至少一部分也可以被设置在传感器基板41侧。
例如，传感器基板41是通过将单晶硅切成薄片而得到的半导体基板。沿着传感器基板41的基板面设置有多个光电转换元件9。图3A示出了包括一个光电转换元件9的一个成像像素2的剖面结构。光电转换元件9具有均被设置于传感器基板41中的N型阱51、P型扩散层52、N型扩散层53、空穴累积层54、钉扎膜(第一钉扎膜)55和高浓度P型扩散膜56。利用形成于把P型扩散层52和N型扩散层53连接起来的区域中的耗尽层(depletion layer)来构成雪崩倍增区域57。图3A的下端侧对应于光入射面侧，并且在本说明书中被称为背面。
N型阱51是向传感器基板41中注入有且扩散有N型杂质离子的区域。N型阱51形成了用于把由光电转换元件9产生的电子输送至雪崩倍增区域57的电场。如同稍后将会说明的那样的，可以不是设置有N型阱51，而是设置有注入有且扩散有P型杂质离子的P型阱。
P型扩散层52是被设置于传感器基板41的正面附近并且相对于N型扩散层53而言被形成在背面侧的高浓度P型(P+)扩散层。N型扩散层53是被设置于传感器基板41的正面附近并且相对于P型扩散层52而言被形成在正面侧的高浓度N型(N+)扩散层。N型扩散层53连接至用于阴极连接的触点电极71。
空穴累积层54是以围绕N型阱51的侧面和底面的方式而被形成的P型扩散层，其用于累积空穴。另外，空穴累积层54被连接至光电转换元件9所包括的用于阳极连接的触点电极72，并且空穴累积层54被构造用于实现偏压电压的调整。因此，空穴累积层54的空穴浓度能够被强化，并且因含有钉扎膜55而带来的钉扎能够被加强，从而抑制(减少)暗电流的产生。
钉扎膜55是被形成在空穴累积层54的外侧表面上(更具体地，传感器基板41的背面及传感器基板41的与绝缘膜62接触的侧面上)的高浓度P型(P+)扩散层，并且与空穴累积层54类似地，能够减少暗电流的产生。
高浓度P型扩散层56是被形成在传感器基板41的正面附近并且以围绕N型阱51的外周的方式而被形成的高浓度P(P++)型扩散层，并且被设置用于将空穴累积层54连接至光电转换元件9所包括的用于阳极连接的触点电极72。
雪崩倍增区域57是利用经由用于阴极连接的触点电极71施加至N型扩散层53的电压而在P型扩散层52与N型扩散层53之间的边界面处形成的高电场区域，并且用于倍增由入射至光电转换元件9的一个光子产生的电子。
在彼此相邻的光电转换元件9之间设置有像素分离部63，像素分离部63具有由金属膜61和绝缘膜62形成的二重结构。彼此相邻的光电转换元件9利用如上所述设置而成的像素分离部63而彼此绝缘且分离。例如，像素分离部63被形成得从传感器基板41的背面穿透传感器基板41而到达传感器基板41的正面。
金属膜61是包括能够反射光或吸收光的金属(例如，钨)的膜。绝缘膜62是具有绝缘特性的膜，例如是含有SiO2的膜等。例如，通过以金属膜61的表面被绝缘膜62覆盖着的方式将金属膜61埋入到传感器基板41中，来形成像素分离部63。利用像素分离部63，将彼此相邻的光电转换元件9彼此电性分离且光学性分离。
传感器侧配线层42包括触点电极71至73、金属配线74至76、触点电极77至79、以及金属焊盘80至82。
触点电极71把N型扩散层53和金属配线74连接起来。触点电极72把高浓度P型扩散层56和金属配线75连接起来。触点电极73把金属膜61和金属配线76连接起来。
金属配线74被形成得比雪崩倍增区域57宽，以便至少覆盖雪崩倍增区域57。金属配线74把已经透过光电转换元件9的光在朝着光电转换元件9的方向上反射。
金属配线75被形成得包围金属配线74的外周，并且与高浓度P型扩散层56重叠。金属配线76被形成得在光电转换元件9的四个角处连接至金属膜61。
触点电极77把金属配线74和金属焊盘80连接起来。触点电极78把金属配线75和金属焊盘81连接起来。触点电极79把金属配线76和金属焊盘82连接起来。
金属焊盘80至82分别通过Cu-Cu接合(Cu-Cu junction)而连接至形成于逻辑侧配线层43中的金属焊盘93至95。
逻辑侧配线层43包括电极焊盘83至85、绝缘层86、触点电极87至92、以及金属焊盘93至95。
电极焊盘83至85被设置用于与逻辑电路基板连接。绝缘层86使电极焊盘83至85相互绝缘。
触点电极87和88把电极焊盘83和金属焊盘93连接起来。触点电极89和90把电极焊盘84和金属焊盘94连接起来。触点电极91和92把电极焊盘85和金属焊盘95连接起来。
金属焊盘93接合至金属焊盘80。金属焊盘94接合至金属焊盘81。金属焊盘95接合至金属焊盘82。
例如，利用上述这种配线结构，光电转换元件9所包括的用于阴极连接的电极焊盘83经由触点电极87和88、金属焊盘93、金属焊盘80、触点电极77、金属配线74以及触点电极71而电连接至N型扩散层53。此外，利用上述这种配线结构，光电转换元件9所包括的用于阳极连接的电极焊盘84经由触点电极89和90、金属焊盘94、金属焊盘81、触点电极78、金属配线75以及触点电极72而电连接至高浓度P型扩散层56。例如，可以通过向电极焊盘83施加偏压电压来调整光电转换元件9的阴极电位。
此外，电极焊盘85被构造为经由触点电极91和92、金属焊盘95、金属焊盘82、触点电极79、金属配线76以及触点电极73连接至金属膜61。因此，光电转换元件9能够将从逻辑电路基板供给至电极焊盘85的偏压电压施加至金属膜61。以这种方式，可以将彼此相邻的像素之间的边界区域处的电位设定为所期望的电位电平。
图3B所示的监视像素3的剖面结构与图3A的剖面结构类似，并且相应的构件被赋予相同的附图标记。例如，从图3B所示的监视像素3中将钉扎膜(第二钉扎膜)55局部地去除了。图3B示出了设置于传感器基板41的与传感器侧配线层42侧相反的一侧的表面(光入射面)上的钉扎膜55被局部去除的示例。如同稍后将会说明的那样，钉扎膜55被局部去除的地方也可以是除了沿着光入射面的地方以外的地方。此外，钉扎膜55被局部去除的部位可以具有任何尺寸和形状。此外，可以从多个部位对钉扎膜55进行局部去除。
在钉扎膜被局部去除的地方容易产生暗电流。以这种方式，使得载流子产生部10基于暗电流来产生电子。
无论是否有光入射并且与入射光量无关地，根据本实施方案的监视像素3能够引起载流子产生部10的崩溃。
注意，当光入射到载流子产生部10中时，与没有光入射到载流子产生部10中的情况相比而言，上述底部电位是有所变化的。底部电位的这些变化可能会在阳极电压的调整中产生误差。因此，监视像素3可以具有能够防止光的入射的结构。
(载流子产生部10的遮光结构)
图4是根据图3B的一个变形例的监视像素3的剖面图。图4中的监视像素3具有遮光构件25，该遮光构件25被设置在光入射面侧的钉扎膜55上。图4中的遮光构件25也被称为OPB(光学黑：Optical Black)。图4中的遮光构件25可以由与像素分离部63的材料相同的材料形成。虽然在图4中去除了光入射面侧的钉扎膜55的一部分，但是如前所述，钉扎膜被局部去除的地方可以是与光入射面不同的地方(例如，像素的边界区域)。或者，可以将钉扎膜55全部去除。
在监视像素3的光入射面侧被遮光构件25覆盖的状态下，光不会入射至监视像素3所包括的载流子产生部10中。因此，能够使得：载流子产生部10可以仅通过光电转换以外的因素来产生载流子。利用这种构造，能够抑制在监视像素3所包括的载流子产生部10发生崩溃的情况下底部电位和超额偏压的变化，因此，能够精确地调整光电转换元件9和载流子产生部10各者的偏压电压。
(ToF传感器的应用例)
根据本实施方案的光检测装置1可应用到测距用的ToF传感器中。图5是ToF传感器26的示意性剖面图。图5中的ToF传感器26包括：用于将光照射至作为测距对象的物体的发光部27；和用于接收来自物体的反射光的光接收部28。根据本实施方案的光检测装置1被包含于图5中的光接收部28内。光接收部28和发光部27由支撑构件29支撑。在发光部27与光接收部28之间设置有遮光壁30，使得从发光部27发射的光不会被光接收部28接收到。遮光壁30可以与支撑构件29一体地形成。
图5中的光接收部28具有成像像素2和监视像素3。在成像像素2的光入射面侧设置有片上透镜(on-chip lenses)2a，而且在光轴方向上在成像像素2的前方设置有会聚透镜31。入射至会聚透镜31的光被会聚并且被引导至成像像素2中。此外，遮光壁30被设置在监视像素3的光入射面侧并且与监视像素3面对着，以防止由会聚透镜31会聚的光及从发光部27发射的光入射到监视像素3中。
成像像素2和监视像素3可以通过共同的半导体工艺而被形成在同一个基板上。在这种情况下，存在着成像像素2和监视像素3彼此靠近的可能性。因此，如图5所示，在监视像素3周围，即，例如在成像像素2与监视像素3之间的位置处，可以设置有虚设像素32。虚设像素32各者是既不用作成像像素2也不用作监视像素3的像素。虚设像素32可以用于其他目的。利用如上所述被设置于监视像素3周围的虚设像素32，能够进一步降低光入射到监视像素3中的可能性。
图6是示出了包括图5所示的ToF传感器26的测距装置40的示意性构造的框图。测距装置40包括发光部27、光接收部28、接收侧光学系统(会聚透镜)31、驱动部33、电源电路34、发光侧光学系统35、信号处理部36、控制部37和温度检测部38。
发光部27通过使用多个光源来发射光。例如，发光部27具有多个发光元件，各发光元件包括作为各光源的VCSEL(垂直共振腔面发射激光器(Vertical Cavity SurfaceEmitting LASER))，并且发光部27包括这些发光元件的诸如矩阵状等预定形式的阵列。发光部27相当于图1中的光检测装置1，并且各个发光元件相当于光电转换元件9。
驱动部33设有用于驱动发光部27的电源电路34。例如，电源电路34基于来自设置于测距装置40上的电池(未图示)等的输入电压来产生用于驱动部33的电源电压。驱动部33根据该电源电压对发光部27进行驱动。
从发光部27发射的光经由发光侧光学系统35被照射至作为测距对象的被摄体S。该照射光由被摄体S反射而得到的反射光经由接收侧光学系统31入射至光接收部28的光接收面。
如上所述，光接收部28具有多个成像像素2。有反射光入射过来的各个成像像素2接收经由接收侧光学系统31入射过来的来自被摄体S的反射光，将该反射光转换为电气信号，并且将该电气信号输出。
为了输出通过对所接收到的光进行光电转换而获得的电气信号，光接收部28例如把由崩溃产生的电压变化转换为数字信号，并且将数字信号输出至设置于后级处的信号处理部36。
此外，根据本实施方案的光接收部28将帧同步信号输出至驱动部33。以这种方式，驱动部33致使发光部27的发光元件在与光接收部28的帧周期对应的时序下发光。
例如，信号处理部36由DSP(数字信号处理器：Digital Signal Processor)等作为信号处理用处理器而构成。信号处理部36对从光接收部28输入过来的数字信号执行各种信号处理。
例如，控制部37包括具有CPU(中央处理单元：Central Processing Unit)、ROM(只读存储器：Read Only Memory)及RAM(随机存取存储器：Random Access Memory)等的微型计算机，或者包括诸如DSP等信息处理装置，并且控制部37被构造用于控制对发光部27的发光操作进行控制的驱动部33且用于控制光接收部28的光接收操作。
控制部37具有作为测距部39的功能。测距部39基于经由信号处理部36输入过来的信号(即，通过接收来自被摄体S的反射光而获得的信号)来测量与被摄体S相距的距离。根据本实施方案的测距部39测量与被摄体S的各个部分相距的距离，以便能够明确被摄体S的三维形状。
温度检测部38检测发光部27的温度。例如，温度检测部38可以被构造为通过使用二极管来实现温度检测。
与由温度检测部38检测到的温度有关的信息被供给至驱动部33。因此，已接收到与温度有关的信息的驱动部33能够基于该温度信息来驱动发光部27。
在采用所谓直接ToF(dTOF：direct ToF)方式作为ToF方式的情况下，发光部27执行脉冲驱动。在这种情况下，测距部39根据经由信号处理部36输入过来的信号，基于从发光部27发射且由光接收部28接收的光来计算光发射与光接收之间的时间差，并且基于所计算出的时间差和光的速度来计算距被摄体S的各个部分的距离。
另外，在采用所谓间接ToF(iTOF：indirect ToF)方式(相位差方法)作为ToF方式的情况下，根据由光接收部28接收到的光的信号之间的相位差来检测各个距离。
(光检测装置1的布局)
根据本实施方案的光检测装置1包括具有多个成像像素2和多个监视像素3的像素阵列部45。图7A是示出了像素阵列部45的一部分的平面图。在图7A中，将各个监视像素3称为SPAD像素46。此外，在图7A中，将分别与一个SPAD像素46对应的第二读出电路5称为读出电路47。此外，将各自分别与一个SPAD像素46对应的计数电路6、次数比较及判定电路7以及控制电路8统称为判定电路48。
在图7A中，SPAD像素46、读出电路47和判定电路48构成一个像素，并且它们三者彼此相邻地布置。虽然图7A示出了四个像素的布局，但是像素阵列部45中所包括的像素的数量可以是任何数量。
图7B示出了将一个读出电路47及一个判定电路48与多个SPAD像素46建立对应关系的像素阵列部45的示例。在图7B的情况下，多个SPAD像素46共用一个读出电路47和一个判定电路48。在这种情况下，提高了至少一个像素的崩溃的概率。因此，以高频率来获取底部电位VBT是容易实现的。结果，能够在短时段内完成对电位控制的执行。
图7C示出了第一基板49a和第二基板49b层叠起来的示例，第一基板49a包括具有SPAD像素46的像素阵列部45，第二基板49b包括读出电路47和判定电路48。第一基板49a和第二基板49b例如通过Cu-Cu接合而彼此连接，籍此这两个基板相互传输信号。在图7C的情况下，第一基板49a上的一个SPAD像素46与第二基板49b上的一个读出电路47及一个判定电路48建立对应关系。
图7D是图7C的一个变形例。在该变形例中，第一基板49a上的多个SPAD像素46与第二基板49b上的一个读出电路47及一个判定电路48建立对应关系。在图7D的情况下，可实现第二基板49b的集成度的降低。因此，使得其他电路能够被设置在第二基板49b上。
虽然参照图7C和图7D示出了将SPAD像素46设置在第一基板49a上、且将读出电路47和判定电路48设置在第二基板49b上的示例，但是也可以层叠有三个以上基板以将读出电路47和判定电路48单独设置在两个以上基板上。
设置于像素阵列部45中的多个成像像素2和多个监视像素3的具体布置位置可以是从各种可能的布置位置中选择的任何位置。
(成像像素2和监视像素3的布局)
图8A是示出了像素阵列部45中所包括的成像像素2和监视像素3的布置位置的第一示例的示意性平面图。图8A示出了包括用于成像像素2的第一像素阵列部45a和用于监视像素3的第二像素阵列部45b的示例。第一像素阵列部45a和第二像素阵列部45b被设置在与基板49a为同一个的基板上的彼此隔开的位置处。此外，在将第一像素阵列部45a中所包括的多个成像像素2二维地布置着的同时，将第二像素阵列部45b中所包括的多个监视像素3以线型形状沿一个方向布置着。
图8B是示出了像素阵列部45中所包括的成像像素2和监视像素3的布置位置的第二示例的示意性平面图。图8B与图8A的不同之处在于，第二像素阵列部45b中所包括的多个监视像素3是二维地布置着的。
图8C是示出了像素阵列部45中所包括的成像像素2和监视像素3的布置位置的第三示例的示意性平面图。图8C示出了将多个成像像素2和多个监视像素3在同一像素阵列部45中彼此邻近地布置着的示例。虽然在图8C中多个监视像素3被设置于像素阵列部45的上端附近，但是像素阵列部45中所包括的多个监视像素3可以被设置在任何位置。
图8D是示出了像素阵列部45中所包括的成像像素2和监视像素3的布置位置的第四示例的示意性平面图。图8D示出了将多个成像像素2和多个监视像素3在同一像素阵列部45中彼此隔开地布置着的示例。例如，在像素阵列部45中在多个成像像素2与多个监视像素3之间设置有虚设像素32。虚设像素32各者是既不用作成像像素2也不用作监视像素3的像素。
图8E是示出了像素阵列部45中所包括的成像像素2和监视像素3的布置位置的第五示例的示意性平面图。在图8E中，在设置有多个成像像素2的像素阵列部45内，监视像素3被设置在多个成像像素2的布置位置之间的空隙处。因此，监视像素3分散地设置于像素阵列部45内。
如图5所示，期望能够允许光入射到成像像素2中但禁止光入射到监视像素3中的这种构造。因此，在成像像素2与监视像素3之间可以设置有遮光构件25。关于根据本实施方案的光检测装置1的遮光结构，可以采用多种模式。
(遮光结构)
图9A是示出了遮光结构的第一示例的平面图。根据图9A中的遮光结构，遮光构件25被设置在包括多个成像像素2的第一像素阵列部45a与包括多个监视像素3的第二像素阵列部45b之间。遮光构件25在基板49a的深度方向上延伸，并且已透过各个成像像素2中所包括的第一光电转换区域的光被遮光构件25遮蔽，以防止该光入射到各个监视像素3中所包括的第二光电转换区域。
图9B是示出了遮光结构的第二示例的平面图。根据图9B中的遮光结构，遮光构件25被设置在设置有多个监视像素3的第二像素阵列部45b的上方(光入射方向上)，并且覆盖第二像素阵列部45b的整个区域。以这种方式，入射至第一像素阵列部45a的光被遮光构件25遮蔽，因而防止该光入射至第二像素阵列部45b中。
图9C是示出了遮光结构的第三示例的平面图。根据图9C中的遮光结构，将多个成像像素2和多个监视像素3在同一像素阵列部45中彼此隔开地设置着。另外，例如，在多个成像像素2与多个监视像素3之间设置有虚设像素32。在虚设像素32的上方(光入射方向上)设置有遮光构件25。利用图9C中的遮光构件25，能够防止已入射至多个成像像素2中的光进一步入射至多个监视像素3中。
图9D是示出了遮光结构的第四示例的平面图。图9D中的遮光结构是图9C的一个变形例。在该结构中，设置于虚设像素32上方(光入射方向上)的遮光构件25被设置得不仅覆盖虚设像素32，而且还覆盖多个监视像素3。因此，与图9C中的遮光构件25相比，图9D中的遮光构件25使光更难以入射至监视像素3中，因而能够实现更高的遮光性能。
图9E是示出了遮光结构的第五示例的平面图。图9E示出了采用图5所示的ToF传感器26的示例。在图9E中，包括多个成像像素2的第一像素阵列部45a和包括多个监视像素3的第二像素阵列部45b被布置得彼此隔开。遮光构件25被设置在第二像素阵列部45b与发光部27之间。遮光构件25在基板49a的深度方向上延伸。因此，从发光部27发射的光被遮光构件25遮蔽从而不会入射至监视像素3。
(监视像素3的操作条件的变更)
在监视像素3所包括的载流子产生部10的阴极电位达到底部电位的次数达到了预定的基准次数的情况下，图1的光检测装置1中所包括的次数比较及判定电路7就变更监视像素3的操作条件。图10A是示出了监视像素3的操作条件的变更的第一示例的图。在图10A中，在次数达到了基准次数的情况下，例如，把设置于监视像素3中的且包含PMOS晶体管的电流源13a关断。籍此，载流子产生部10的阴极电位很难上升，于是，不会引起监视像素3的崩溃。或者，包含NMOS晶体管等的阴极电位控制电路8可以连接至载流子产生部10的阴极和接地节点并且被连接在载流子产生部10的阴极与接地节点之间，籍此，将载流子产生部10的阴极电位设定为使载流子产生部10不会在盖革模式下工作的电位。当载流子产生部10的阴极与阳极之间被施加了等于或高于崩溃电压的电压时，载流子产生部10在盖革模式下工作。因此，阴极电位控制电路8将载流子产生部10的阴极电位设定为如下的电位：其使得在载流子产生部10的阴极与阳极之间施加了小于崩溃电压的电位差。
图10B是示出了监视像素3的操作条件的变更的第二示例的图。在图10B的示例中，对载流子产生部10的阳极电位进行控制。在图10B中，在次数达到了基准次数的情况下，例如，把设置于监视像素3中的且包含NMOS晶体管的电流源13b关断。籍此，载流子产生部10的阳极电位很难降低，于是，不会引起监视像素3的崩溃。或者，包含PMOS晶体管等的阳极电压控制电路8a可以连接至载流子产生部10的阳极和电源节点并且被连接在载流子产生部10的阳极与电源节点之间，籍此，将载流子产生部10的阳极电位设定为使载流子产生部10不会在盖革模式下工作的电位。
(光检测装置1的处理操作)
如图5和图6所示，根据本实施方案的光检测装置1可应用于ToF传感器26。或者，根据本实施方案的光检测装置1也可应用于除了ToF传感器26以外的用途。例如，监视像素3可以被用于为了检测弱光而对设置于成像像素2内的光电转换元件9的偏压电压进行调整的目的。或者，监视像素3可以独立于成像像素2而进行操作。
图11是示出了在使监视像素3配合ToF传感器26的操作而进行操作的情况下所执行的处理操作的流程图。首先，开始测距操作(步骤S1)。具体地，并行地开始由ToF传感器26中所包括的发光部27执行的发光处理、由成像像素2执行的像素信号产生处理和由监视像素3执行的偏压电压产生处理。
发光部27判定发光次数是否达到了预定次数(步骤S2)，并且在次数达到预定次数之前就一直周期性地发射脉冲状的光信号(步骤S3)。
另一方面，将成像像素2激活以进入能够实现光电转换的状态(步骤S4)。这里的激活是指在光电转换元件9的阳极与阴极之间施加了等于或大于崩溃电压的电位差的操作。
然后，判定成像像素2中包括的光电转换元件9的光接收次数(触发次数)是否已达到了预定次数(步骤S5)。在次数达到预定次数之前就一直重复对光电转换元件9的触发时刻或触发次数进行检测的处理(步骤S6)。注意，这里的触发是指光电转换元件9接收光子并且引发崩溃的状态。如果在步骤S5中判定为次数已经达到了预定次数，则使成像像素2失活(步骤S7)。这里的失活是指在光电转换元件9的阳极与阴极之间施加了小于崩溃电压的电位差的操作。
再一方面，将监视像素3激活以进入载流子可被检测的状态(步骤S8)，并且判定是否已经经过了预定时长(步骤S9)。若还未经过预定时长，则一直对载流子产生部10的触发次数进行计数，并且对载流子产生部10的阴极成为底部电位的情形进行检测(步骤S10)。接着，判定触发次数是否已经达到了预定次数(步骤S11)。在次数达到预定次数之前，就一直重复步骤S9及后续的处理。在次数已经达到了预定次数的情形下，或者在步骤S9中判定为已经经过了预定时长的情形下，使监视像素3失活(步骤S12)。
在步骤S2中判定为已经执行了预定次数的发光的情形下，或者在步骤S7或S12的处理已经完成之后，结束测距操作(步骤S13)。
接下来，基于发光部27发射出光信号的时刻和步骤S6中光电转换元件9触发的时刻，来执行距离测量(步骤S14)。与步骤S14的处理并行的，控制电路8对载流子产生部10的阴极的底部电位执行诸如平均化处理和AD(模数)转换处理等处理，以生成光电转换元件9和载流子产生部10各者的偏压电压(例如，阳极电位)(步骤S15)。接着，对光电转换元件9和载流子产生部10各者的偏压电压(例如，阳极电位)进行调整(步骤S16)。
图12是示出了在成像像素2和监视像素3并行地操作的情况下所执行的处理操作的流程图。图12中的处理操作不是应用于ToF传感器26中的操作，而是用于在成像像素2进行光检测的同时对光电转换元件9的偏压电压进行调整的操作。
首先，成像像素2和监视像素3并行地开始曝光操作(步骤S21)。成像像素2执行与图11中的步骤S4至S7中的操作类似的操作，以对光电转换元件9的触发次数进行计数(步骤S22至S25)。在步骤S24中，不需要检测光电转换元件9的触发时刻，只需要对光电转换元件9的触发次数进行计数即可。
监视像素3执行与图11中的步骤S8至S12中的操作类似的操作，以检测载流子产生部10的触发次数和载流子产生部10的阴极的底部电位(步骤S26至S30)。
在步骤S25和S30中的处理已经完成之后，结束曝光(步骤S31)，并且输出由成像像素2产生的像素信号(步骤S32)。如同图11中的步骤S15和S16一样，与步骤S32中的处理并行的，控制电路8执行用于对光电转换元件9和载流子产生部10各者的偏压电压(例如，阳极电位)进行调整的处理(步骤S33和S34)。
图13是示出了以独立于成像像素2而执行操作的方式由监视像素3实现的处理操作的流程图。监视像素3执行与图11中的步骤S8至S13、S15、S16的操作类似的操作(步骤S41至S49)。这样，使监视像素3独立于成像像素2而对载流子产生部10的阴极的底部电位进行检测，并且基于所检测出的底部电位来控制载流子产生部10的偏压电压(例如，阳极电位)。
如上所述，根据第一实施方案，监视像素3与成像像素2分开设置着。监视像素3所包括的载流子产生部10通过光电转换以外的因素产生载流子，以利用所产生的载流子引发崩溃。对载流子产生部10引发崩溃时的阴极的底部电位进行检测。基于所检测出的底部电位来调整成像像素2所包括的光电转换元件9和监视像素3所包括的载流子产生部10各者的偏压电压(例如，阳极电位)。以这种方式，就不会出现由于入射到监视像素3中的光量而导致偏压电压发生变化的可能性。因此，使得偏压电压稳定化。
此外，根据本实施方案，在通过使监视像素3内的载流子产生部10触发预定次数来产生光电转换元件9和载流子产生部10各者的偏压电压的情况下，变更监视像素3的操作条件。以这种方式，能够削减监视像素3的电力消耗。
此外，遮光构件25被布置得能够防止光入射到监视像素3中。因此，能够抑制通过使用监视像素3而产生的偏压电压的变化。
(第二实施方案)
如第一实施方案中所说明的，成像像素2的结构和监视像素3的结构彼此不同。根据结构上的这种差异，成像像素2执行与入射光对应的光电转换，与此对照而言，监视像素3通过光电转换以外的因素产生载流子。下面说明的第二实施方案明示出了监视像素3的结构的具体示例。
在图3B中，位于与配线层侧相反的一侧处的钉扎膜(第二钉扎膜)55被局部去除，以便利用暗电流产生载流子(例如，电子)。钉扎膜55被去除的尺寸越增大，则越容易产生暗电流。然而，钉扎膜55被去除的地方、被去除的尺寸和被去除的形状可以是任何地方、尺寸和形状。虽然以下将会说明与配线层侧相反的一侧处的表面(相当于光入射面的表面)上的钉扎膜55被局部去除的示例，但是例如，也可以把沿着像素分离部63的面而设的钉扎膜55局部去除。
图14A是示出了钉扎膜55的第一示例的平面图，而且，图14B是示出了钉扎膜55的第二实例的平面图。图14A示出了一个像素的钉扎膜55。像素分离部63被设置在钉扎膜55的外周附近的部分上。在图14A中，按照矩形形状55a将钉扎膜55的大致中央部分去除。被去除的矩形尺寸55a可以是任何尺寸。例如，如图14B所示，可以按照一个像素的一边的三分之一左右的尺寸55a对钉扎膜55进行去除。当钉扎膜55被局部去除后，在去除部位中比在未去除部位中更容易产生暗电流。在载流子产生部10中，因暗电流而产生的电子朝着阴极而被吸引。在这种情况下，在雪崩倍增区域57中使电子倍增，并且由载流子产生部10引发崩溃。
与图3B中的空穴累积层54接触的钉扎膜55的面积越小，越容易产生暗电流。因此，例如，如图14C所示，与配线层侧相反的一侧处的表面上的钉扎膜55可以全部被去除。根据图14C所示的示例，由于去除了与配线层侧相反的一侧处的表面上的钉扎膜55，因此露出了空穴累积层54。
此外，如图14D所示，在钉扎膜55内部的多个部位处可以设置有局部的去除部位55a。利用在钉扎膜55内部的多个部位处设置有去除部位55a的构造，可以使得在载流子产生部10的光电转换区域内的多个部位处产生载流子，因此能够提高载流子检测效率。
另外，各个去除部位55a可以不是矩形形状，而是如图14E所示的狭缝形状。
或者，如图14F所示，可以在左、右、上、下各处均等地布置有多个呈矩形形状的去除部位55a。或者，如图14G所示，可以在钉扎膜55内部设置有呈网格形状的去除部位55a。
如上所述，在已经去除了钉扎膜55的去除部位55a处，能够容易地产生因暗电流而产生的载流子。为了产生更多的载流子，可以对已经去除了钉扎膜55的去除部位55a赋予等离子体损伤，以形成界面态(interface state)。
图15是根据第二实施方案的一个变形例的载流子产生部10的剖面图。在图15中，设置有P型阱51a以代替图3B中的N型阱51。此外，图15中所包括的且与图3B中的相应部分相同的组成部分被赋予相同的附图标记，并且下面将会主要说明不同点。
尽管从图15的示例所示的载流子产生部10中去除了与配线层侧相反的一侧处的表面上的整个钉扎膜55，但是可以仅去除与配线层侧相反的一侧处的表面上的钉扎膜55的一部分。
在图15中，使等离子体中所包含的离子与已经去除钉扎膜55的去除部位碰撞，从而造成该去除部位的损伤，并且产生界面态55b。这里，界面态55b构成载流子产生源。因此，载流子产生部10通过在与配线层侧相反的一侧处的表面附近形成的界面态55b中产生的载流子而引发崩溃。
由利用等离子体引起的损伤形成的界面态55b可应用于图14A至图14G中的任何一者。利用含有在已经去除钉扎膜55的去除部位处形成的界面态55b的构造，能够更容易地产生载流子，因此，能够更容易地使载流子产生部10崩溃。
如上所述，根据第二实施方案，监视像素3所包括的载流子产生部10的钉扎膜55被局部去除。利用该构造，可以通过光电转换以外的因素实现载流子的产生。借助于蚀刻，能够相对容易地实现钉扎膜55的局部去除。在这种情况下，监视像素3是可以通过与成像像素2的制造步骤相同的制造步骤来予以形成的，因此可容易地予以制造。此外，按照用于引起监视像素3所包括的载流子产生部10的崩溃的最佳尺寸将钉扎膜55局部去除，也是相对容易实现的。
此外，根据第二实施方案，可以通过在已经去除钉扎膜55的去除部位处的利用等离子体引起的损伤，来形成界面态55b。这种构造实现了更多载流子的产生，因此更容易实现载流子产生部10的崩溃。
(第三实施方案)
根据第三实施方案，利用除了将钉扎膜55局部去除以外的结构特征，来使监视像素3所包括的载流子产生部10通过光电转换以外的因素产生载流子。
图16是根据第三实施方案的载流子产生部10的剖面图。在图16和下面参照的图18至图24中，设置有P型阱51a以代替图3B中的N型阱51。此外，图16至图24中所包括的且与图3B中的相应部分相同的组成部分被赋予相同的附图标记，并且在以下说明中将会主要说明不同点。
图16中的载流子产生部10包括：在配线层42侧的P型阱51a内设置的处于浮动状态的高浓度杂质区域64。这里，高浓度杂质区域64例如是从配线层42注入P型杂质离子并且使该P型杂质离子扩散的区域。这样设置而成的高浓度杂质区域64使得更多电子朝着阴极而被吸引，并且因此提高了电子检测效率。
原本在配线层42附近的空穴累积层54上就以与触点电极72连接的方式形成有高浓度P型扩散层56。在这种情况下，高浓度杂质区域64可以是在用于形成上述高浓度P型扩散层56的步骤期间而被形成的。因此，该构造使得无需额外地提供用于形成图16中的高浓度杂质区域64的制造步骤。因此，图16中的载流子产生部10是可以在不改变制造过程的情况下而被制造出来的。
除了可以采用图16中的结构之外，也可以采用其他的通过光电转换以外的因素产生载流子的多种结构。在以下说明中，将依次说明这些结构中的代表性结构。
图17是根据第三实施方案的第一变形例的载流子产生部10的剖面图。图17中的载流子产生部10包括了设置于在层叠方向上与雪崩倍增区域57(也称为强电场区域)重叠的位置处的凹凸结构65，雪崩倍增区域57是形成在P型扩散层52与N型扩散层53之间的连接区域中的耗尽层。
例如，通过在N型阱51内部的被布置得比雪崩倍增区域57更靠近配线层42的位置处形成多个沟槽，并且用绝缘材料填充这些沟槽的内部，来形成凹凸结构65。凹凸结构65和雪崩倍增区域57被布置为当在层叠方向上观察时它们二者是彼此重叠的。另外，凹凸结构65也可以被设置在N型扩散层53的区域内。
从凹凸结构65所包括的绝缘材料与N型阱51之间的界面产生电子。所产生的电子朝着阴极而被吸引。因此，这种构造提高了电子检测效率，并且能够更容易引起载流子产生部10的崩溃。
图18A和图18B是第三实施方案的第二变形例的载流子产生部10的剖面图。在图18A和图18B两者中，形成于载流子产生部10的一部分区域中的晶体缺陷66被指定为载流子产生源。例如，通过将硅或氩等注入到以硅作为材料的光电转换区域中，可以相对容易地形成晶体缺陷66。
在图18A和图18B中，晶体缺陷66的各个位置被示意性地明示为标记“×”。图18A示出了晶体缺陷66被形成在与配线层42侧相反的一侧的P型阱51a内的示例，而图18B示出了晶体缺陷66被形成在靠近配线层42侧的P型阱51a内的示例。在图18A和图18B任一种情况下，都是在晶体缺陷66的位置处产生电子。所产生的电子朝着阴极而被吸引，并且可使载流子产生部10引发崩溃。
图19A和图19B是第三实施方案的第三变形例的载流子产生部10的剖面图。在图19A和图19B中，包含于载流子产生部10的一部分区域中的重金属67被指定为载流子产生源。重金属67是比重为4以上的诸如钼(Mo)或钇(Y)等金属。可以通过离子注入、溅射或其他方法将重金属67注入到载流子产生部10的一部分区域中。重金属67产生电子。图19A示出了重金属67被注入到配线层42侧的P型阱51a内的示例，同时图19B示出了重金属67被注入到光入射面侧的P型阱51a内的示例。
由重金属67产生的电子朝着阴极而被吸引，并且可使载流子产生部10引发崩溃。
图20是第三实施方案的第四变形例的载流子产生部10的剖面图。在图20中，在形成用于阴极连接的触点电极71以及用于阳极连接的触点电极72等的期间，在配线层42侧的P型阱51a上形成处于浮动状态的触点电极68。因此，无需额外地提供为了形成触点电极68而执行的制造步骤。这里，触点电极68处于浮动状态，并且产生电子。所产生的电子朝着阴极而被吸引，并且可使载流子产生部10引发崩溃。触点电极68的尺寸可以设为比用于阴极连接的触点电极71和用于阳极连接的触点电极72大。通过这种构造，能够增加电子的产生量。注意，可以设置有多个处于浮动状态的触点电极68。
图21A和图21B是第三实施方案的第五变形例的载流子产生部10的剖面图。当向载流子产生部10的光电转换区域施加了应力时，光电转换区域发生变形。结果，就产生载流子(例如，电子)。因此，在第五变形例中，在与光电转换区域即P型阱51a相接的位置处设置有应力施加构件69。应力施加构件69是向P型阱51a施加应力的构件。图21A示出了应力施加构件69与P型阱51a的在与配线层42侧相反的一侧处的端面相接触的示例，而且，图21B示出了应力施加构件69与P型阱51a的在配线层42侧的端面相接触的示例。
在图21A和图21B任一种情况下，都是通过应力施加构件69与P型阱51a之间的接触，在P型阱51a内产生应力。结果，导致发生变形，并且与该变形相关联地就能够产生载流子(例如，电子)。所产生的载流子朝着阴极而被吸引。因此，能够提高载流子检测效率。
图22是第三实施方案的第六变形例的载流子产生部10的剖面图。图22中的载流子产生部10具有形成于配线层42侧的P型阱51a内的晶体管101。晶体管101具有：用于漏极的扩散层101a；用于源极的扩散层101b；以及形成于这两个扩散层之间并且设置于沟道上方的栅极绝缘膜101c和栅极101d。用于漏极的扩散层101a和用于源极的扩散层101b是通过将杂质离子注入到P型阱51a中并且使该杂质离子扩散来形成的。
通过控制晶体管101的栅极电压并且使电流在漏极和源极之间流动，可以在沟道区域中产生载流子(例如，电子)。所产生的载流子朝着阴极而被吸引。因此，能够提高载流子检测效率。
图23是第三实施方案的第七变形例的载流子产生部10的剖面图。图23中的载流子产生部10将触点电极102连接在配线层42侧的P型阱51a上，且向触点电极102施加电源电压。触点电极102是可以在用于形成用于阴极连接的触点电极71和用于阳极连接的触点电极72的步骤期间而被形成的，因此无需额外地提供制造步骤。以这种方式，可以在配线层42侧的P型阱51a中产生载流子(例如，电子)。所产生的载流子朝着阴极而被吸引。因此，能够提高载流子检测效率。
注意，施加至触点电极102的电位电平可以是任何电平。上述触点电极102可以连接至接地节点或专用的电源节点，或者可以连接至预定的偏压电压节点等。
图24是第三实施方案的第八变形例的载流子产生部10的剖面图。根据图24中的载流子产生部10，沿着P型阱51a的与配线层42侧相反的一侧处的端面布置有P型高浓度杂质区域103和N型高浓度掺杂区域104。触点电极105和106分别连接至这样设置而成的杂质区域103和104。在该构造中，通过在这样设置而成的触点电极105和106之间赋予的电位差，使得电流在P型高浓度杂质区域103与N型高浓度杂区域104之间流动。利用该电流产生载流子，并且所产生的载流子(例如电子)可以朝着阴极而被吸引。因此，能够提高载流子检测效率。向这样设置而成的触点电极105和106施加的电位水平可以是任何电位水平。
如图16至图24所示，第三实施方案中的监视像素3中所包括的载流子产生部10具有与成像像素2所包括的光电转换元件9的结构不同的结构。以这种方式，在载流子产生部10内可以通过光电转换以外的因素产生载流子。所产生的载流子可使载流子产生部10引发崩溃。如此一来，通过对由载流子产生部10的崩溃引起的底部电位进行检测，来产生光电转换元件9和载流子产生部10各者的偏压电压是可行的。
(第四实施方案)
如图3A和图3B所示，用作光电转换元件9和载流子产生部10的SPAD具有雪崩倍增区域57，该雪崩倍增区域57是由在P型扩散层52与N型扩散层53之间的接触区域中形成的耗尽层构成的，并且该SPAD被构造为：将阴极经由触点电极71连接至N型扩散层53、且将阳极经由触点电极72连接至空穴累积层54。
为了实现阳极侧的空穴累积层54与触点电极72之间的通过欧姆接合而实现的连接，需要在空穴累积层54的两个端侧上设置有高浓度P型扩散层56。另外，为了实现阴极侧的N型扩散层53与触点电极71之间的通过欧姆接合而实现的连接，N型扩散层53需要具有高浓度。为了使SPAD微细化，必须缩短阳极与阴极之间的距离。在这种情况下，在高浓度P型扩散层56与N型扩散层53之间会产生强电场。当在高浓度P型扩散层56与N型扩散层53之间产生强电场时，难以形成耗尽层。在这种情况下，雪崩倍增区域57的载流子(电子)倍增能力就降低了。
因此，根据本实施方案，与阳极侧的电极和阴极侧的电极之中的至少一者的连接可以不是通过欧姆接合(ohmic junction)而是通过肖特基接合(Schottky junction)来进行的。由此采用的肖特基接合防止了在雪崩倍增区域57附近产生强电场区域，并且因此防止了雪崩倍增区域57的载流子倍增能力的降低。
图25A是根据第四实施方案的SPAD 110的剖面图。图25A中的SPAD 110可应用于成像像素2的光电转换元件9和监视像素3的载流子产生部10中的任意者。在将图25A中的SPAD110应用于载流子产生部10的情况下，如上所述，需要采用通过诸如钉扎膜55的局部去除等光电转换以外的因素产生载流子的结构。
图25A中的SPAD 110具有与图3A的层配置类似的层配置。因此，与图3A中的相应构件相同的构件被赋予相同的附图标记。图25A中的SPAD 110不具备图3A中的高浓度P型扩散层56，并且空穴累积层54直接连接至触点电极72。空穴累积层54和触点电极72通过肖特基接合而彼此连接。此外，在N型扩散层53上方设置有高浓度N型扩散层58。这样设置而成的高浓度N型扩散层58通过欧姆接合而被连接至用于阴极连接的触点电极71。
于是，在不包括图3A中的空穴累积层54的端部处的高浓度P型扩散层的构造中，在该端部附近就不会形成强电场区域。因此，利用这样的构造，不会出现雪崩倍增区域57的载流子倍增能力发生降低的可能性。
图25B是图25A中的空穴累积层54与阳极之间的连接部位的等效电路。在图25A所示的剖面结构的情况下，如图25B所示，所形成的电路包括与SPAD 110的阳极侧连接的P型肖特基势垒二极管(下文中称为SBD(Schottky barrier diode))111。SPAD 110的阳极和SBD 111的阳极彼此连接，而且SBD 111的阴极连接至作为空穴读出端子的触点电极72。SBD111具有较低的顺向电压。因此，空穴累积层54与触点电极72之间的通过肖特基接合而实现的连接对SPAD 110的电特性基本上没有任何电性影响。
图26A是根据第四实施方案的第一变形例的SPAD 110的剖面图。在图26A中的SPAD110中，在阳极侧和阴极侧两者处都通过肖特基接合实现配线连接。在图26A中的SPAD 110中，空穴累积层54直接连接至触点电极72，而且N型扩散层53直接连接至触点电极71。以这种方式，空穴累积层54和触点电极72经由肖特基接合而被相互连接，而且N型扩散层53和触点电极71经由肖特基接合而被相互连接。因此，不仅在空穴累积层54与触点电极72之间的连接部位附近，而且在N型扩散层53与触点电极71之间的连接部位附近，都避免了强电场区域的形成。因此，利用这样的构造，不会出现雪崩倍增区域57的载流子倍增能力发生降低的可能性。
图26B是连接至图26A中的SPAD 110的线路的等效电路图。如该图所示，P型SBD111的阴极连接至作为空穴读出端子的触点电极72，而且P型SBD 111的阳极连接至SPAD110的阳极。N型SBD 112的阴极连接至SPAD110的阴极，而且N型SBD 112的阳极连接至作为电子读出端子的触点电极71。
图27A是根据第四实施方案的第二变形例的SPAD 110的剖面图。在图27A中的SPAD110中，通过肖特基接合实现阴极侧配线连接，而且通过欧姆接合来实现阳极侧配线连接。在图27A中的SPAD 110中，在空穴累积层54的端部处设置有高浓度P型扩散层56，而且该高浓度P型扩散层56通过欧姆接合而被连接至触点电极72。N型扩散层53经由肖特基接合而被连接至触点电极71。因此，在图27A中的SPAD 110的情况下，避免了在N型扩散层53与触点电极71之间的连接部位附近形成强电场。然而，存在着在空穴累积层54的端部附近会形成强电场的可能性。
图27B是与图27A中的SPAD 110连接的线路的等效电路图。如该图所示，SPAD 110的阳极连接至作为空穴侧读出端子的触点电极72，而且N型SBD 112的阴极连接至SPAD 110的阴极。作为电子读出端子的触点电极71连接至N型SBD 112的阳极。
如果在n型硅层中形成有包含金属的触点电极，那么例如通过具有比4.05eV(该4.05eV即为硅的电子亲和力)更大的功函数的金属进行连接，是可实现图25A、图26A和图27A各者中的肖特基接合的。优选的是，作为该金属的材料，期望是能够形成与硅结合的合金(即硅化物)的材料(例如，钴、钛、钽、铝)。
在肖特基接合区域中容易产生暗电流。因此，通过使肖特基接合区域中所产生的载流子(例如，电子)朝着阴极而被吸引，能够提高载流子检测效率。
因此，根据第四实施方案，空穴累积层54与触点电极72之间的连接以及N型扩散层53与触点电极71之间的连接之中的至少一者是通过肖特基接合来实现的，因而在空穴累积层54与触点电极72之间的连接部位附近和在N型扩散层53与触点电极71之间的连接部位附近的至少一者中不会形成强电场区域。通过采用肖特基接合，能够容易地产生暗电流。通过由于产生了暗电流而产生的载流子，是可用于使载流子产生部10崩溃的用途的。
<移动体的应用示例>
根据本发明的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、自动二轮车、自行车、个人机动载具、飞机、无人飞行器、船舶和机器人等任何类型的移动体上的装置。
图28是车辆控制系统的示意性构造示例的框图，该车辆控制系统作为根据本发明的技术可以适用的移动体控制系统的一个示例。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图20所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络I/F(接口)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到诸如下列等各种设备的控制装置的作用：诸如内燃机、驱动马达等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆制动力的制动装置。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制配备于车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020起到诸如下列等各种设备的控制装置的作用：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动车窗装置；或者诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等各种灯。在这种情况下，可以向车身系统控制单元12020输入从代替钥匙的便携装置发出的无线电波或来自各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测搭载有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接有摄像部12031。车外信息检测单元12030致使摄像部12031摄取车辆外部的图像，并接收所摄取的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行诸如人、车、障碍物、标志、路面上的文字等物体的物体检测处理或距该物体的距离的测距处理。
摄像部12031是接收光并且输出与所接收到的光的光量对应的电气信号的光学传感器。摄像部12031可以将电气信号作为图像而输出，或者可以将电气信号作为测距信息而输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等非可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040连接有用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041。例如，驾驶员状态检测部12041包括对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入过来的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算出驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以判别出驾驶员是否在打瞌睡。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部或内部的信息，微型计算机12051可以计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现ADAS(高级驾驶员辅助系统：advanced driver assistance system)的功能的协调控制，该ADAS的功能包括车辆的碰撞规避或冲击减缓、基于车间距离的追随行驶、车辆定速行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。
另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部或内部的信息，微型计算机12051可以通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等，来执行旨在实现使车辆无需驾驶员的操作就能自主行驶的自动驾驶等的协调控制。
另外，基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息，微型计算机12051可以将控制指令输出到车身系统控制单元12020。例如，根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或迎面来车的位置，微型计算机12051可以执行例如通过控制前照灯使其从远光切换为近光从而实现防眩目的的协调控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中至少一者的输出信号发送到能够在视觉上或听觉上把信息通知给车辆乘员或车辆外部的输出装置。在图28所示的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。例如，显示部12062可以包括板载显示器和抬头显示器中的至少一者。
图29是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图29中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像部12101、12102、12103、12104和12105被设置在车辆12100的诸如前保险杠、侧视镜、后保险杠、后备箱门以及车厢内挡风玻璃的上部等位置处。设置于前保险杠处的摄像部12101和设置于车厢内挡风玻璃的上部处的摄像部12105主要获取车辆12100前方的图像。设置于侧视镜处的摄像部12102和12103主要获取车辆12100侧方的图像。设置于后保险杠或后备箱门处的摄像部12104主要获取车辆12100后方的图像。设置于车厢内挡风玻璃的上部处的摄像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号灯、交通标志、车道等。
顺便提及，图29示出了摄像部12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置于前保险杠处的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置于侧视镜处的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置于后保险杠或后备箱门处的摄像部12104的摄像范围。例如，通过把由摄像部12101至12104摄取到的图像数据叠加，可以获得车辆12100的从上方观看的俯瞰图像。
摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用像素的摄像元件。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以求出与摄像范围12111至12114内的各立体物相距的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而可以将如下立体物作为前车提取出来：其尤其是车辆12100的行驶路径上的最接近的立体物，并且是在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物。此外，微型计算机12051可以设定关于前车的近前应当预先确保的车间距离，并且可以执行自动制动控制(包括追随停止控制)、自动加速控制(包括追随启动控制)等。因此，能够执行旨在实现使车辆无需驾驶员的操作就能够自主行驶的自动驾驶等的协调控制。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将立体物的立体物数据分类为两轮车、普通汽车、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取分类后的立体物数据，并且使用所提取的立体物数据来自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断表示与各障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险。在碰撞风险等于或大于设定值并且有可能发生碰撞的情形下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员发出警告，或者经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或规避转向。因此，微型计算机12051可以提供用于规避碰撞的驾驶辅助。
摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定在摄像部12101至12104的所摄取图像中是否存在行人来识别行人。例如，这种对行人的识别是通过如下的过程来执行的：从作为红外相机的摄像部12101至12104的所摄取图像中提取特征点的过程；以及对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来判别该物体是否为行人的过程。当微型计算机12051判定在摄像部12101至12104的所摄取图像中存在行人，并由此识别出该行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062使其在所识别出来的行人上叠加地显示用于强调的方形轮廓线。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使其在所期望位置处显示出用于表示行人的图标等。
上面已说明了根据本发明的技术可适用的车辆控制系统的一个示例。根据本发明的技术可应用于上面说明的构造中所包括的摄像部12031等。具体地，本发明的光检测装置1可应用于摄像部12031。将本发明的技术应用于摄像部12031就使得能够获取更清晰的所摄取图像。因此，能够减少驾驶员的疲劳。
注意，本技术可以采用以下技术方案。
(1)一种光检测装置，包括：
第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；
第二像素，其具有通过光电转换以外的因素产生载流子的载流子产生部；和
控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压，
其中，所述光电转换元件包括：
能够进行光电转换的第一光电转换区域；和
被设置在与所述第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜，
所述载流子产生部包括能够进行光电转换的第二光电转换区域，并且，
所述载流子产生部在与所述第二光电转换区域相接的位置处具有被局部去除的第二钉扎膜，或者在所述第二光电转换区域的整个区域中不具备用于减少暗电流的构件。
(2)根据(1)所述的光检测装置，其中，
所述第二钉扎膜是从所述载流子产生部的与配线区域相反的表面侧和/或与相邻像素的边界区域被局部去除的。
(3)根据(1)或(2)所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部通过在所述第二光电转换区域内产生的界面态来产生所述载流子。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光检测装置，包括：
遮光构件，其遮蔽向所述第二像素入射的光。
(5)根据(4)所述的光检测装置，其中，
所述遮光构件的材料包含与像素分离部的材料相同的材料，所述像素分离部被设置在所述第二像素的边界区域中并且用于遮蔽来自相邻像素的光。
(6)根据(4)或(5)所述的光检测装置，包括：
用于将光会聚至所述第一像素的片上透镜；和
用于发射光的发光元件，
其中，所述第二像素被设置在与下列两个区域不同的地方：允许由所述发光元件发射的光通过的区域；以及允许已透过所述片上透镜的光通过的区域。
(7)根据(6)所述的光检测装置，包括：
支撑件，其支撑所述第一像素、所述第二像素、所述片上透镜和所述发光元件，
其中，所述支撑件的一部分起到所述遮光构件的作用。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光检测装置，其中
所述载流子产生部具有相互接合的P区域和N区域，并且
当在对所述P区域和所述N区域之间施加了与所述偏压电压对应的电位差的状态下产生所述载流子时，所述载流子产生部引发崩溃。
(9)根据(8)所述的光检测装置，包括：
读出电路，其产生与由所述第二像素产生的所述载流子对应的像素信号，
其中，所述控制电路依据所述像素信号的电位电平来控制所述偏压电压。
(10)根据(9)所述的光检测装置，包括：
计数电路，其对所述载流子产生部已引发崩溃的次数进行计数；和
次数比较及判定电路，其判定由所述计数电路计数的次数是否已达到预定的基准次数，并且当判定为所计数的次数已达到所述基准次数时就改变所述第二像素的操作条件。
(11)根据(10)所述的光检测装置，其中，
当所计数的次数已达到所述基准次数时，所述次数比较及判定电路以不让所述载流子产生部发生崩溃的方式控制所述电位差。
(12)根据(10)或(11)所述的光检测装置，其中，
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路是以每个所述第二像素为单位而设置的或者是以多个所述第二像素为单位而设置的。
(13)根据(10)至(12)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路被设置在与设置有所述第一像素和所述第二像素的基板为同一个的基板上。
(14)根据(10)至(12)中任一项所述的光检测装置，包括：
第一基板，在所述第一基板上设置有所述第一像素和所述第二像素；和
第二基板，在所述第二基板上设置有所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路中的至少一部分，
其中，所述第一基板和所述第二基板被层叠着，且通过导电构件而相互接合以执行信号传输。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的光检测装置，包括：
像素阵列部，其具有多个所述第一像素和多个所述第二像素，
其中，所述多个第一像素和所述多个第二像素设置为使得：所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任一者建立对应关系，或者所述多个第二像素中的各者与所述多个第一像素中的任意两者以上建立对应关系，或者所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任意两者以上建立对应关系。
(16)根据(15)所述的光检测装置，其中，
所述像素阵列部被形成为使得：
所述像素阵列部包括设置有所述多个第一像素的第一像素区域和设置有所述多个第二像素的第二像素区域，或者
所述多个第二像素被设置在设置有所述多个第一像素的像素区域内，或者
所述多个第一像素被设置在设置有所述多个第二像素的像素区域内。
(17)一种光检测装置，包括：
第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；
第二像素，其具有载流子产生部，所述载流子产生部在用于产生载流子的结构方面与所述光电转换元件不同；和
控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压。
(18)根据(17)所述的光检测装置，其中，
所述光电转换元件具有能够进行光电转换的第一光电转换区域，
所述载流子产生部具有能够进行光电转换的第二光电转换区域，并且
所述第二光电转换区域具有载流子产生源，所述载流子产生源通过光入射以外的因素产生所述载流子。
(19)根据(18)所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：设置在所述第二光电转换区域内且比所述第二光电转换区域具有更高的杂质浓度的浮动扩散区域。
(20)根据(18)或(19)所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：所述第二光电转换区域内的晶体缺陷部位和/或重金属存在部位。
(21)根据(18)至(20)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：通过将所述第二光电转换区域的表面局部去除而获得的部位。
(22)根据(18)至(21)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：连接至所述第二光电转换区域且处于浮动状态的导电构件。
(23)根据(18)至(22)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有：将应力施加至所述第二光电转换区域的应力施加构件，并且
所述载流子产生源包括：所述第二光电转换区域内的受到由所述应力施加构件施加的应力而变形的部位。
(24)根据(18)至(23)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有设置于所述第二光电转换区域中的晶体管，并且
所述载流子产生源通过控制所述晶体管的栅极电压来产生所述载流子。
(25)根据(18)至(24)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有连接至所述第二光电转换区域的电极，并且
所述载流子产生源通过向所述电极施加预定电压来产生所述载流子。
(26)根据(18)至(25)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述第二光电转换区域具有：在平面方向上以彼此之间留有距离的方式布置的多个扩散层，并且
所述载流子产生源通过对所述多个扩散层之间施加电位差来产生在所述多个扩散层之间移动的所述载流子。
(27)根据(18)至(24)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部包括：
第一导电型的第一半导体层；
第二导电型的第二半导体层，其被设置成与所述第一半导体层
相接且被构造为使所述载流子倍增；
第二导电型的第三半导体层，其被设置成包围所述第一半导体
层及所述第二半导体层的至少一部分；
用于阴极连接的第一触点电极，其连接至所述第一半导体层；
以及
用于阳极连接的第二触点电极，其连接至所述第三半导体层，
所述第一触点电极与所述第一半导体层之间的连接和/或所述第二触点电极与所述第三半导体层之间的连接是通过肖特基接合来实现的，并且
所述载流子产生源包括利用所述肖特基接合而被连接的部分。
(28)根据(18)至(27)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：已把设置于所述第二光电转换区域中的钉扎膜的至少一部分去除的部位。
(29)根据(28)所述的光检测装置，其中，
所述钉扎膜是从所述载流子产生部的与配线区域相反的表面侧和/或与相邻像素的边界区域被局部去除的。
(30)根据(27)至(29)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部通过在所述第二光电转换区域内产生的界面态来产生所述载流子。
(31)根据(27)至(30)中任一项所述的光检测装置，包括：
遮光构件，其遮蔽向所述第二像素入射的光。
(32)根据(31)所述的光检测装置，其中，
所述遮光构件的材料包含与像素分离部的材料相同的材料，所述像素分离部被设置在所述第二像素的边界区域中并且用于遮蔽来自相邻像素的光。
(33)根据(31)或(32)所述的光检测装置，包括：
片上透镜，其将光会聚至所述第一像素；和
发光元件，其发射光，
其中，所述第二像素被设置在与下列两个区域不同的地方：允许由所述发光元件发射的光通过的区域；以及允许已透过所述片上透镜的光通过的区域。
(34)根据(33)所述的光检测装置，包括：
支撑件，其支撑所述第一像素、所述第二像素、所述片上透镜和所述发光元件，
其中，所述支撑件的一部分起到所述遮光构件的作用。
(35)根据(27)至(34)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有相互接合的P区域和N区域，并且
当在对所述P区域和所述N区域之间施加了与所述偏压电压对应的电位差的状态下产生所述载流子时，所述载流子产生部引发崩溃。
(36)根据(35)所述的光检测装置，包括：
读出电路，其产生与由所述第二像素产生的所述载流子对应的像素信号，
其中，所述控制电路依据所述像素信号的电位电平来控制所述偏压电压。
(37)根据(36)所述的光检测装置，包括：
计数电路，其对所述载流子产生部已引发崩溃的次数进行计数；和
次数比较及判定电路，其判定由所述计数电路计数的次数是否已达到预定的基准次数，并且当判定为所计数的次数已达到所述基准次数时就改变所述第二像素的操作条件。
(38)根据(37)所述的光检测装置，其中，
当所计数的次数已达到所述基准次数时，所述次数比较及判定电路以不让所述载流子产生部发生崩溃的方式控制所述电位差。
(39)根据(37)或(38)所述的光检测装置，其中，
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路是以每个所述第二像素为单位而设置的或者是以多个所述第二像素为单位而设置的。
(40)根据(37)至(39)中任一项所述的光检测装置，其中，
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路被设置在与设置有所述第一像素和所述第二像素的基板为同一个的基板上。
(41)根据(37)至(39)中任一项所述的光检测装置，包括：
第一基板，在所述第一基板上设置有所述第一像素和所述第二像素；和
第二基板，在所述第二基板上设置有所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路中的至少一部分，
其中，所述第一基板和所述第二基板被层叠着，且通过导电构件而相互接合以执行信号传输。
(42)根据(27)至(41)中任一项所述的光检测装置，包括：
像素阵列部，其具有多个所述第一像素和多个所述第二像素，
其中，所述多个第一像素和所述多个第二像素被设置为使得：所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任一者建立对应关系，或者所述多个第二像素中的各者与所述多个第一像素中的任意两者以上建立对应关系，或者所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任意两者以上建立对应关系。
(43)根据(42)所述的光检测装置，其中，
所述像素阵列部被形成为使得：
所述像素阵列部包括设置有所述多个第一像素的第一像素区域和设置有所述多个第二像素的第二像素区域，或者
所述多个第二像素被设置在设置有所述多个第一像素的像素区域内，或者
所述多个第一像素被设置在设置有所述多个第二像素的像素区域内。
(44)一种电子设备，包括：
光检测装置，其输出与通过光电转换产生的载流子对应的像素信号；和
信号处理部，其对所述像素信号执行预定的信号处理，
其中，所述光检测装置包括：
第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；
第二像素，其具有通过光电转换以外的因素产生载流子的载流子产生部；和
控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压，其中，所述光电转换元件包括：
能够进行光电转换的第一光电转换区域；和
被设置在与所述第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜，
所述载流子产生部包括能够进行光电转换的第二光电转换区域，并且，
所述载流子产生部在与所述第二光电转换区域相接的位置处具有被局部去除的第二钉扎膜，或者在所述第二光电转换区域的整个区域中不具备用于减少暗电流的构件。
(45)一种电子设备，包括：
光检测装置，其输出与通过光电转换产生的载流子对应的像素信号；和
信号处理部，其对所述像素信号执行预定的信号处理，
其中，所述光检测装置包括：
第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件，
第二像素，其具有载流子产生部，所述载流子产生部在用于产生载流子的结构方面与所述光电转换元件不同；和
控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压。
本发明的方案不限于上述各个实施方案，也包括本领域技术人员可以想到的各种变形例。另外，本发明的有益效果不限于上面所记载的有益效果的具体内容。即，在不脱离从权利要求所规定的内容及其等同物中推导出的本发明的概念性思想及主旨的范围的情况下，可以进行各种添加、改变和局部删除。
[附图标记说明]
1：光检测装置
2：成像像素
2a：片上透镜(on-chip lens)
3：监视像素
4：第一读出电路
5：第二读出电路
6：计数电路
7：次数比较及判定电路
8：控制电路
8a：阳极电压控制电路
9：光电转换元件
10：载流子产生部
11：PMOS晶体管
12：反相器(inverter)
13：PMOS晶体管
13a：电流源
13b：电流源
14：缓冲器
15：时序检测电路
16：采样保持电路
17：缓冲器
21：像素间平均值获取部
22：时间获取部
23：电位控制部
25：遮光构件
26：ToF(飞行时间)传感器
27：发光部
28：光接收部
29：支撑构件
30：遮光壁(light shielding wall)
31：会聚透镜(光接收侧光学系统)
32：虚设像素
33：驱动部
34：电源电路
35：发光侧光学系统
36：信号处理部
37：控制部
38：温度检测部
39：测距部
40：测距装置
41：传感器基板
42：配线层(传感器侧配线层)
43：逻辑侧配线层
45：像素阵列部
45a：第一像素阵列部
45b：第二像素阵列部
46：SPAD像素
47：读出电路
48：判定电路
49a：第一基板
49b：第二基板
51：N型阱
51a：P型阱
52：P型扩散层
53：N型扩散层
54：空穴累积层
55：钉扎膜(pinning film)
55a：去除部位(removal portion)
55b：界面态(interface state)
56：高浓度P型扩散层
57：雪崩倍增区域
58：高浓度N型扩散层
61：金属膜
62：绝缘膜
63：像素分离部
64：高浓度杂质区域
65：凹凸结构
66：晶体缺陷
67：重金属
68：触点电极
69：应力施加构件
71：触点电极
72：触点电极
73：触点电极
74：金属配线
75：金属配线
76：金属配线
77：触点电极
78：触点电极
79：触点电极
80：金属焊盘
81：金属焊盘
82：金属焊盘
83：电极焊盘
84：电极焊盘
85：电极焊盘
86：绝缘层
87：触点电极
88：触点电极
89：触点电极
90：触点电极
91：触点电极
92：触点电极
93：金属焊盘
94：金属焊盘
95：金属焊盘
101：晶体管
101a：扩散层
101b：扩散层
101c：栅极绝缘膜
101d：栅极
102：触点电极
103：P型高浓度杂质区域
104：N型高浓度杂质区域
105：触点电极
106：触点电极
111：肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode)。

Claims (28)

1.光检测装置，包括：
第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；
第二像素，其具有通过光电转换以外的因素产生载流子的载流子产生部；和
控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压，
其中，所述光电转换元件包括：
能够进行光电转换的第一光电转换区域；和
被设置在与所述第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜，
所述载流子产生部包括能够进行光电转换的第二光电转换区域，并且，
所述载流子产生部在与所述第二光电转换区域相接的位置处具有被局部去除的第二钉扎膜，或者在所述第二光电转换区域的整个区域中不具备用于减少暗电流的构件。
2.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
所述第二钉扎膜是从所述载流子产生部的与配线区域相反的表面侧和/或与相邻像素的边界区域被局部去除的。
3.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部通过在所述第二光电转换区域内产生的界面态来产生所述载流子。
4.根据权利要求1所述的光检测装置，包括：
遮光构件，其遮蔽向所述第二像素入射的光。
5.根据权利要求4所述的光检测装置，其中，
所述遮光构件的材料包含与像素分离部的材料相同的材料，所述像素分离部被设置在所述第二像素的边界区域中并且用于遮蔽来自相邻像素的光。
6.根据权利要求4所述的光检测装置，包括：
片上透镜，其将光会聚至所述第一像素；和
发光元件，其发射光，
其中，所述第二像素被设置在与下列两个区域不同的地方：允许由所述发光元件发射的光通过的区域；以及允许已透过所述片上透镜的光通过的区域。
7.根据权利要求6所述的光检测装置，包括：
支撑件，其支撑所述第一像素、所述第二像素、所述片上透镜和所述发光元件，
其中，所述支撑件的一部分起到所述遮光构件的作用。
8.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有相互接合的P区域和N区域，并且
当在对所述P区域和所述N区域之间施加了与所述偏压电压对应的电位差的状态下产生所述载流子时，所述载流子产生部引发崩溃。
9.根据权利要求8所述的光检测装置，包括：
读出电路，其产生与由所述第二像素产生的所述载流子对应的像素信号，
其中，所述控制电路依据所述像素信号的电位电平来控制所述偏压电压。
10.根据权利要求9所述的光检测装置，包括：
计数电路，其对所述载流子产生部已引发崩溃的次数进行计数；和
次数比较及判定电路，其判定由所述计数电路计数的次数是否已达到预定的基准次数，并且当判定为所计数的次数已达到所述基准次数时就改变所述第二像素的操作条件。
11.根据权利要求10所述的光检测装置，其中，
当所计数的次数已达到所述基准次数时，所述次数比较及判定电路以不让所述载流子产生部发生崩溃的方式控制所述电位差。
12.根据权利要求10所述的光检测装置，其中，
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路是以每个所述第二像素为单位而设置的或者是以多个所述第二像素为单位而设置的。
13.根据权利要求10所述的光检测装置，其中，
所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路被设置在与设置有所述第一像素和所述第二像素的基板为同一个的基板上。
14.根据权利要求10所述的光检测装置，包括：
第一基板，在所述第一基板上设置有所述第一像素和所述第二像素；和
第二基板，在所述第二基板上设置有所述控制电路、所述读出电路、所述计数电路以及所述次数比较及判定电路中的至少一部分，
其中，所述第一基板和所述第二基板被层叠着，且通过导电构件而相互接合以执行信号传输。
15.根据权利要求1所述的光检测装置，包括：
像素阵列部，其具有多个所述第一像素和多个所述第二像素，
其中，所述多个第一像素和所述多个第二像素被设置为使得：所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任一者建立对应关系，或者所述多个第二像素中的各者与所述多个第一像素中的任意两者以上建立对应关系，或者所述多个第一像素中的各者与所述多个第二像素中的任意两者以上建立对应关系。
16.根据权利要求15所述的光检测装置，其中，
所述像素阵列部被形成为使得：
所述像素阵列部包括设置有所述多个第一像素的第一像素区域和设置有所述多个第二像素的第二像素区域，或者
所述多个第二像素被设置在设置有所述多个第一像素的像素区域内，或者
所述多个第一像素被设置在设置有所述多个第二像素的像素区域内。
17.光检测装置，包括：
第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；
第二像素，其具有载流子产生部，所述载流子产生部在用于产生载流子的结构方面与所述光电转换元件不同；和
控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压。
18.根据权利要求17所述的光检测装置，其中，
所述光电转换元件具有能够进行光电转换的第一光电转换区域，
所述载流子产生部具有能够进行光电转换的第二光电转换区域，并且
所述第二光电转换区域具有载流子产生源，所述载流子产生源通过光入射以外的因素产生所述载流子。
19.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：设置在所述第二光电转换区域内且比所述第二光电转换区域具有更高的杂质浓度的浮动扩散区域。
20.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：所述第二光电转换区域内的晶体缺陷部位和/或重金属存在部位。
21.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：通过将所述第二光电转换区域的表面局部去除而获得的部位。
22.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生源包括：连接至所述第二光电转换区域且处于浮动状态的导电构件。
23.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有：将应力施加至所述第二光电转换区域的应力施加构件，并且
所述载流子产生源包括：所述第二光电转换区域内的受到由所述应力施加构件施加的应力而变形的部位。
24.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有设置于所述第二光电转换区域中的晶体管，并且
所述载流子产生源通过控制所述晶体管的栅极电压来产生所述载流子。
25.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部具有连接至所述第二光电转换区域的电极，并且
所述载流子产生源通过向所述电极施加预定电压来产生所述载流子。
26.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述第二光电转换区域具有：在平面方向上以彼此之间留有距离的方式布置的多个扩散层，并且
所述载流子产生源通过对所述多个扩散层之间施加电位差来产生在所述多个扩散层之间移动的所述载流子。
27.根据权利要求18所述的光检测装置，其中，
所述载流子产生部包括：
第一导电型的第一半导体层；
第二导电型的第二半导体层，其被设置成与所述第一半导体层相接且被构造为使所述载流子倍增；
第二导电型的第三半导体层，其被设置成包围所述第一半导体层及所述第二半导体层的至少一部分；
用于阴极连接的第一触点电极，其连接至所述第一半导体层；以及
用于阳极连接的第二触点电极，其连接至所述第三半导体层，所述第一触点电极与所述第一半导体层之间的连接和/或所述第二触点电极与所述第三半导体层之间的连接是通过肖特基接合来实现的，并且
所述载流子产生源包括利用所述肖特基接合而被连接的部分。
28.电子设备，包括：
光检测装置，其输出与通过光电转换产生的载流子对应的像素信号；以及
信号处理部，其对所述像素信号执行预定的信号处理，
其中，所述光检测装置包括：
第一像素，其具有通过光电转换产生载流子的光电转换元件；
第二像素，其具有通过光电转换以外的因素产生载流子的载流子产生部；和
控制电路，其基于由所述第二像素产生的所述载流子来控制施加至所述光电转换元件和所述载流子产生部各者的偏压电压，
所述光电转换元件包括：
能够进行光电转换的第一光电转换区域；和
设置在与所述第一光电转换区域相接的位置处的第一钉扎膜，所述载流子产生部包括能够进行光电转换的第二光电转换区域，并且，
所述载流子产生部在与所述第二光电转换区域相接的位置处具有被局部去除的第二钉扎膜，或者在所述第二光电转换区域的整个区域中不具备用于减少暗电流的构件。
CN202280065431.9A 2021-10-05 2022-09-29 光检测装置和电子设备 Pending CN118044219A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-164180 2021-10-05
JP2021164180 2021-10-05
PCT/JP2022/036499 WO2023058556A1 (ja) 2021-10-05 2022-09-29 光検出装置及び電子機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118044219A true CN118044219A (zh) 2024-05-14

Family

ID=85803397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280065431.9A Pending CN118044219A (zh) 2021-10-05 2022-09-29 光检测装置和电子设备

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN118044219A (zh)
TW (1) TW202320353A (zh)
WO (1) WO2023058556A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7316764B2 (ja) * 2017-05-29 2023-07-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
JP2019075394A (ja) * 2017-10-12 2019-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、および、電子装置
JP7478526B2 (ja) 2019-09-27 2024-05-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、および、測距システム

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023058556A1 (ja) 2023-04-13
TW202320353A (zh) 2023-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11800251B2 (en) Light receiving device and method for controlling same, and electronic apparatus comprising dual comparison circuits with supplied zero reset signals
CN110036491B (zh) 雪崩光电二极管传感器
CN113764448A (zh) 光接收元件、成像元件和成像装置
KR20220025244A (ko) 광검출기
CN111052404B (zh) 雪崩光电二极管传感器和电子装置
KR20210142617A (ko) 센서 칩, 전자 기기 및 거리측정 장치
US20240072192A1 (en) Optical detection device
CN115244695A (zh) 光接收元件和测距系统
US20230262362A1 (en) Imaging apparatus and imaging method
US20220181363A1 (en) Sensor chip and distance measurement device
CN118044219A (zh) 光检测装置和电子设备
TW202228301A (zh) 受光元件及測距系統
WO2024004222A1 (ja) 光検出装置およびその製造方法
US20220384493A1 (en) Solid-state imaging apparatus and distance measurement system
WO2024090095A1 (en) Photodetection device and electronic equipment
US20240072080A1 (en) Light detection device and distance measurement apparatus
WO2022244384A1 (ja) 光検出装置および測距装置
EP4361670A1 (en) Light-receiving element
WO2023090277A1 (ja) 半導体装置及び光検出装置
WO2022118635A1 (ja) 光検出装置および測距装置
WO2023157497A1 (ja) 光検出装置およびその製造方法
WO2023090053A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
WO2023127110A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
JP2023154356A (ja) 光検出装置および測距装置ならびに撮像装置
CN118160102A (zh) 半导体装置和光检测器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication