JP2017198579A - 光検出装置およびライダー装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】近赤外の波長帯域における光の検出感度が高い光検出装置およびその光検出装置を用いたライダー装置を提供する。
【解決手段】光検出装置１００３は、第１の受光面をもつ第１の半導体層５ａを有する第１の光検出器１００３ａと、第２の受光面をもつ第２の半導体層５ｂ（５ｃ）を有する第２の光検出器１００３ｂ（１００３ｃ）と、第１の半導体層５ａの第１の受光面および第２の半導体層５ｂ（５ｃ）の第２の受光面のそれぞれに配置され、光を透過する基板９０と、を備え、第１の半導体層５ａの厚さと第２の半導体層５ｂ（５ｃ）の厚さが異なる。
【選択図】図３

Description

光検出装置およびライダー装置に関する。
アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いた光検出器は、微弱な光を検出し、出力する信号を増幅する。ＡＰＤがシリコン（Ｓｉ）で作製された場合、光検出器の光感度特性はシリコンの吸収特性に大きく依存する。シリコンで作製されたＡＰＤは、４００〜６００ｎｍの波長の光を最も吸収する。近赤外の波長帯域の光ではほとんど感度を有さない。近赤外の光の感度を向上させるために、空乏層を数十μｍとなるように非常に厚くすることが知られている。しかし、光検出器の駆動電圧が数百Ｖと非常に高くなってしまう。
したがって、シリコンを用いた光検出器において、近赤外の光の検出効率を高めるために、光検出器の内部に光を閉じ込める構造が検討されている。
特開２０１０−２２６０７１号公報
本発明が解決しようとする課題は、近赤外の光を内部に閉じ込める構造を有する光検出装置およびその光検出装置を備えたライダー装置を提供する。
本発明の光検出装置は、第１の受光面をもつ第１の半導体層を有する第１の光検出器と、第２の受光面をもつ第２の半導体層を有する第２の光検出器と、前記第１の半導体層の第１の受光面および前記第２の半導体層の第２の受光面のそれぞれに配置され、光を透過する基板と、を備え、前記第１の半導体層の厚さと前記第２の半導体層の厚さが異なる。
光検出器の構造。 比較例の光検出器。 第１の実施形態の光検出装置。 第１の実施形態の光検出装置の光の吸収効率と光の波長の関係図。 第２の実施形態の光検出装置。 第２の実施形態の光検出装置の光の吸収効率と光の波長の関係図。 光学調整層の厚さの周期と光の波長の関係図。 第３の実施形態の光検出装置。 第４の実施形態の光検出装置。 第５の実施形態の光検出装置。 光検出器の作製図。 光検出装置の作製図。 型の作製図。 測定システムの構成図。 ライダー装置図。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
図１に光検出器１０００を示す。
光検出器１０００は、ｐ＋型半導体層３２、ｐ−型半導体層３０、ｐ＋型半導体層３１、ｎ型半導体層４０、第１電極１０、１１、絶縁層５０、５１、および第２電極２０で構成される。
ｐ＋型半導体層３２、ｐ−型半導体層３０、ｐ＋型半導体層３１、およびｎ型半導体層４０をまとめて半導体層５と呼ぶ。半導体層５は、受光面側のｐ＋型半導体層３２からｐ＋型半導体層３２、ｐ−型半導体層３０、ｐ＋型半導体層３１、およびｎ型半導体層４０の順で構成される。
光検出器１０００において半導体層５は、例えば、Ｓｉ（シリコン）で構成される。半導体層５の材料としてＳｉを選ぶと、製造コストが安価になりより好ましい。
絶縁層５０、５１は、光検出器１０００の受光面となるｐ＋型半導体層３２と同じ側に設けられている。
第１電極１０、１１は、光検出器１０００の受光面となるｐ＋型半導体層３２と同じ側に設けられている。第１電極１０は、ｐ＋型半導体層３２の一部と絶縁層５０を覆うように設けられる。第１電極１１は、ｐ＋型半導体層３２の一部と絶縁層５１を覆うように設けられる。
第２電極２０は、光検出器１０００の受光面となるｐ＋型半導体層３２とは反対側の半導体層５に設けられている。
光は光検出器１０００の受光面となるｐ＋型半導体層３２から入射する。入射した光は、ｐ−型半導体３０、ｐ＋型半導体層３１、およびｎ型半導体層４０で形成される空乏層に吸収される。入射した光は、空乏層において、電子‐正孔対に変換される。
第１電極１０、１１と第２電極２０の間に、ｐ−型半導体３０とｎ型半導体４０の積層方向に、逆バイアスとなる電圧を印加すると、電子−正孔対の電子はｎ型半導体４０の方向に流れる。電子−正孔対の正孔はｐ＋型半導体３２の方向に流れる。このとき、第１電極１０、１１と第２電極２０の間の電圧を大きくすると、空乏層内において、電子および正孔の流れる速度は加速される。特に、ｐ＋型半導体３１において、電子は、ｐ−型半導体３０の原子と衝突して新たな電子‐正孔対を生成する。この現象を雪崩増幅という。雪崩増幅は、連鎖して起こる反応である。雪崩増幅が起こることで、光検出器１０００は、微弱な光を検出できる。
第１電極１０、１１と第２電極２０間の距離ｄは、例えば、１〜１５μｍである。第１電極１０、１１と第２電極２０間の距離ｄが１μｍより小さいと、空乏層の領域が小さくなる。したがって、光検出器１０００の光の検出効率と増幅率が低くなる。第１電極１０、１１と第２電極２０間の距離ｄが１５μｍより大きいと、第１電極１０、１１と第２電極２０の間の電圧を高電圧に印加しなければならない。また、空乏層以外での光の吸収が増えてしまうため、光の検出効率の低下を招く。
光検出器１０００は、雪崩増幅が起こった後、光を検出できない不感時間が生じる。光検出器１０００の不感時間を短くすることで、光検出器１０００は、効率良く光を検出することができる。光検出器１０００の不感時間を短くするためには、光検出器１０００の内部にある電子と正孔を速やかに外部に取り出す必要がある。このとき、電子と正孔が光検出器１０００の外部に取り出される速度は、光検出器１０００の静電容量Ｃで決められる。静電容量Ｃは、受光面となるｐ＋型半導体３２の面積Ｓに依存する。受光面となるｐ＋型半導体３２の面積Ｓが小さい程、光検出器１０００の静電容量Ｃは小さくなる。受光面となるｐ＋型半導体３２の面積Ｓが小さい程、光検出器１０００の内部にある電子と正孔を速やかに外部に取り出すことができる。
このため、受光面となるｐ＋型半導体３２の面積Ｓは１００μｍ×１００μｍ以下であることが望ましい。一方、受光面となるｐ＋型半導体３２の面積Ｓが小さすぎる場合、光検出器１０００の検出感度が低下する。受光面となるｐ＋型半導体３２の面積Ｓは、不感時間の低減と光の検出感度を両立させるため、例えば、２５μｍ×２５μｍである。
（比較例）
図２（ａ）に光検出器１００１、図２（ｂ）に光検出器１００１の光の吸収効率、および図２（ｃ）に光検出器１００２を示す。
図２（ａ）において、光検出器１００１は、上述した半導体層５に、基板９０と反射材２１をさらに備えて構成される。
図１と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
なお、半導体層５は、ｐ＋型半導体層３２、ｐ−型半導体層３０、ｐ＋型半導体層３１、およびｎ型半導体層４０は省略して、単に半導体層５と示す。
基板９０は、半導体層５の受光面であるｐ＋型半導体層３２に設けられる。
光４００は、基板９０を透過し、半導体層５の受光面であるｐ＋型半導体層３２に入射する。光４００の一部は、半導体層５の内部の空乏層７１に吸収される。空乏層７１で吸収されなかった光４００は、反射材２１で反射され、空乏層７１に再び入り、空乏層７１に吸収される。反射材２１を設けると反射率をさらに高くすることができるので、反射材２１を設けるとより吸収効率を上げることができる。なお、半導体層５と外部の屈折率は異なる。そのため、反射材２１が設けられていない場合であっても、半導体層５と外部との界面で光４００は反射する。したがって、反射材２１は設けなくてもよい。
図２（ｂ）は、光検出器１００１における空乏層７１の光の吸収効率と光の波長の関係を示している。
図２（ｂ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件は、基板９０を厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５はＳｉで半導体層の厚さを８μｍ、反射材２１を厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）、空乏層７１は基板９０と半導体層５の界面から０．５μｍ〜２．５μｍの位置にあるとし、空乏層７１の厚みは２μｍとした。
光検出器１００１の光の吸収効率は、光学干渉効果により大きな波長依存性がある。光検出器１００１の波長依存性が大きい場合、入射する光の波長によって光検出器１００１の光の検出効率が大きく変化してしまう。
図２（ｃ）の光検出器１００２は、基板９０がある側とは反対側の半導体層５が凹凸の形状をしており、その表面を反射材２１が覆っている。
光検出器１００２に入射した光４００は、半導体層５の凹凸で散乱される。したがって、光検出器１００２において、光４００の光学干渉による波長依存性の低下が期待される。しかし、光検出器１００２は、半導体層５に凹凸構造を設けるため、半導体層５に欠陥が生じやすい。したがって、光検出器１００２は、暗電流の増加などの電気的な特性劣化が生じる。
（第１の実施形態）
図３（ａ）に光検出装置１００３の模式図、図３（ｂ）に光検出装置１００３の断面図、図３（ｃ）に光検出装置１００３の等価回路を示す。
図３（ａ）において、光検出装置１００３は、光検出器１００３ａ、光検出器１００３ｂ、および光検出器１００３ｃで構成される。光検出装置１００３において、光検出器１００３ａ、光検出器１００３ｂ、および光検出器１００３ｃは、例えば、図３（ａ）のように配列される。また、光検出装置１００３において、光検出器１００３ａ、光検出器１００３ｂ、および光検出器１００３ｃは、図３（ａ）のように一列に配列していなくてもよく、光検出器１００３ａ、光検出器１００３ｂ、および光検出器１００３ｃのそれぞれは離れた位置にあってもよい。
図３（ｂ）において、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは、上述した半導体層５と同様のものである。反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、上述した反射材２１と同様のものである。
光検出器（第１の光検出器）１００３ａは、基板９０、半導体層５ａ、および反射材（第１の反射材）２１ａで構成される。基板９０は、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。光検出器１００３ａのｐ＋型半導体層３２は、受光面（第１の受光面）となる。反射材２１ａは、半導体層５ａの受光面側とは反対側に設けられている。半導体層５ａの内部には、空乏層７１ａが存在する。
光検出器（第２の光検出器）１００３ｂは、基板９０、半導体層５ｂ、および反射材（第２の反射材）２１ｂで構成される。基板９０は、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。光検出器１００３ｂのｐ＋型半導体層３２は、受光面（第２の受光面）となる。反射材２１ｂは、半導体層５ｂの受光面側とは反対側に設けられている。半導体層５ｂの内部には、空乏層７１ｂが存在する。
光検出器１００３ｃは、基板９０、半導体層５ｃ、および反射材２１ｃで構成される。基板９０は、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｃは、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｃの内部には、空乏層７１ｃが存在する。
半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは、ｐ＋型半導体層３２側からｐ＋型半導体層３２側とは反対方向に向かって、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の順に構成される。
半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは、ｐ＋型半導体層３２側からｐ＋型半導体層３２側とは反対方向に向かって、ｐ＋型半導体層３２、ｐ−型半導体層３０、ｐ＋型半導体層３１、ｎ型半導体層４０の順で構成される。半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは、ｐ＋型半導体層３１，３２を設けなくても良く、ｐ型半導体とｎ型半導体の積層構造でも良い。半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは、ｐ＋型半導体層３２側からｐ＋型半導体層３２側とは反対方向に向かって、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の順に構成されてもよい。
半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは、ｐ＋型半導体層３２側からｐ＋型半導体層３２側とは反対方向に向かって、ｎ＋型半導体層、ｎ−型半導体層、ｎ＋型半導体層、ｐ型半導体層の順で構成されてもよい。
半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは、Ｓｉ（シリコン）で構成される。
受光面であるｐ＋型半導体層３２に入射する光の波長は、７５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下を想定している。
光検出器１００３ａの受光面（第１の受光面）、光検出器１００３ｂの受光面（第２の受光面）、光検出器１００３ｃの受光面のそれぞれの面積は異なっていてもよい。
基板９０は、光検出器１００３ａ、光検出器１００３ｂ、および光検出器１００３ｃにおいて、共通で用いられてもよい。
基板９０と半導体層５ａの間、基板９０と半導体層５ｂの間、および基板９０と半導体層５ｃの間には、図示していない保護層あるいは接着層を設けても良い。保護層は、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃを保護するために設けられる。保護層は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。接着層は、基板９０と半導体層５ａ、５ｂ、５ｃとの密着性、あるいは、基板９０と保護層との密着性を向上させるために設けられる。
光検出装置１００３において、光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１００３ｃの半導体層５ｃの厚さは、それぞれ異なる。光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１００３ｃの半導体層５ｃの厚さがそれぞれ異なることで、光検出器１００３ａ、光検出器１００３ｂ、および光検出器１００３ｃのそれぞれの光の波長に対する光の吸収効率も異なる。そのため、光検出装置１００３の光の吸収効率の光の波長依存性を小さくすることができる。
図３（ｃ）に示すように、光検出装置１００３は、クエンチ抵抗２００ａ、２００ｂ、２００ｃを含む。クエンチ抵抗２００ａは、光検出器１００３ａに含まれ、光検出器１００３ａと直列に接続される。クエンチ抵抗２００ｂは、光検出器１００３ｂに含まれ、光検出器１００３ｂと直列に接続される。クエンチ抵抗２００ｃは、光検出器１００３ｃに含まれ、光検出器１００３ｃと直列に接続される。
クエンチ抵抗２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、光検出器１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃにおいて、アバランシェ増幅で生じた電流を引き抜く時の速度を調整するために設けられる。光検出器１００３ａのクエンチ抵抗２００ａ、光検出器１００３ｂのクエンチ抵抗２００ｂ、および光検出器１００３ｃのクエンチ抵抗２００ｃのそれぞれは並列に接続される。後述する光検出装置のそれぞれの光検出器にはクエンチ抵抗が含まれる。後述する光検出装置においても、それぞれの光検出器のクエンチ抵抗は並列に接続される。
図４（ａ）に光検出装置１００３の光の吸収効率と光の波長の関係、図４（ｂ）に光検出装置１００３の光の吸収効率と光の波長の関係、図４（ｃ）に光検出器１００３ａの光の吸収効率と半導体層５ａの厚さの関係、および図４（ｄ）に光の吸収効率が周期的になる時の半導体層５ａの厚さと光の波長の関係を示す。
図４（ａ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃはＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さは４．７μｍ、光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さは４．７４２μｍ、および光検出器１００３ｃの半導体層５ｃの厚さは４．７８６μｍである。
図４（ａ）において、光検出器１００３ａの光の吸収効率、光検出器１００３ｂの光の吸収効率、および光検出器１００３ｃの光の吸収効率をそれぞれ示す。
光検出器１００３ａの光の吸収効率、光検出器１００３ｂの光の吸収効率、および光検出器１００３ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。
さらに図４（ａ）に、光検出器１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００３の光の吸収効率は、光検出器１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出器１００３の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の場合とは異なり、光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１００３ｃの半導体層５ｃの厚さのそれぞれを変えたものである。
図４（ｂ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃはＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さは７．７μｍ、光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さは７．７４２μｍ、および光検出器１００３ｃの半導体層５ｃの厚さは７．７８６μｍである。
図４（ｂ）において、光検出器１００３ａの光の吸収効率、光検出器１００３ｂの光の吸収効率、および光検出器１００３ｃの光の吸収効率をそれぞれ示す。
光検出器１００３ａの光の吸収効率、光検出器１００３ｂの光の吸収効率、および光検出器１００３ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。光検出器１００３ａの光の吸収効率、光検出器１００３ｂの光の吸収効率、および光検出器１００３ｃの光の吸収効率のそれぞれは、図４（ａ）と同様に、光の波長に大きく依存している。
さらに図４（ｂ）に、光検出器１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００３の光の吸収効率は、光検出器１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出器１００３の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
図４（ｃ）は光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さと光検出器１００３ａの光の吸収効率を示している。図４（ｃ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａはＳｉ、反射材２１ａは厚さ１５０ｎｍのＡｌとした。図４（ｃ）は、波長９０５ｎｍの光の吸収効率である。半導体層５ａの厚さを変えていくと、光の吸収効率は、半導体層５ａの厚さが約１３０ｎｍ変わるごとに極大値をとる。
このように、光検出器１００３ａは半導体層５ａの厚さが１３０ｎｍ変わる毎に、光の吸収効率が周期的に変動する。波長９０５ｎｍの光の場合、光検出器１００３ｂ、１００３ｃも光検出器１００３ａと同様に、半導体層５ｂ、５ｃの厚さが１３０ｎｍ変わる毎に、光の吸収効率が周期的に変動する。
そのため、光の波長が９０５ｎｍの場合、光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さと光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さの差は少なくとも１３０ｎｍの厚み差の範囲内で調整すれば、光検出器１００３ａと光検出器１００３ｂの光の吸収特性を変えることができる。
図４（ｄ）に７５０〜１０００ｎｍの波長の光における光の吸収効率が周期的に極大値をとるときの半導体層５ａの厚さを示す。
光の波長が長波長になると、光の吸収効率が周期的に極大値をとるときにおける半導体層５ａの厚さは厚くなることがわかる。
光の波長が１０００ｎｍの場合は、光検出器１００３ａは半導体層５ａの厚さが１４０ｎｍ変わる毎に、光の吸収効率が極大値となる。そのため、光の波長が１０００ｎｍの場合、光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さと光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さの差は少なくとも１４０ｎｍの厚み差の範囲内で調整すれば、光検出器１００３ａと光検出器１００３ｂの光の吸収特性を変えることができる。
したがって、光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さと光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さの差を１４０ｎｍの厚みの差の範囲内で調整すれば、７５０〜１０００ｎｍの波長の光に対して、光検出器１００３ａと光検出器１００３ｂの光の吸収特性を変えることができる。
ただし、半導体層５ａと半導体層５ｂの厚み差が少ないと、吸収特性を変化させることが難しいため、少なくとも１０ｎｍ以上の差があることが望ましい。よって、光検出器１００３ａの半導体層５ａの厚さと光検出器１００３ｂの半導体層５ｂの厚さの差を１０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下にすることが好ましい。また厚さの差が１４０ｎｍで光の吸収効率の振る舞いが１周期となることから、これ以上の厚さの差でも光検出器１００３ａと光検出器１００３ｂの吸収特性を変化させることができる。例えば、半導体層５ａと半導体層５ｂの厚さの差を１０ｎｍ以上１０μｍ以下とするとよい。厚さの差を過剰に付けると、厚さの分だけ、空乏層以外での光の吸収損失が増えてしまうため、１０μｍより大きくするのは好ましくない。
光検出装置１００３は、画素単位での構造を作成すれば良いため微細な加工を必要とせず容易に作製可能である。
（第２の実施形態）
図５（ａ）に光検出装置１００６、図５（ｂ）に光検出装置１００６の光の吸収効率、図５（ｃ）に光検出装置１００６の光の吸収効率と光学調整層の厚さの関係を示す。
図５（ａ）において、光検出装置１００６は、光検出装置１００３に光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃを備えたものである。図３と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
光検出器（第１の光検出器）１００６ａは、基板９０、半導体層（第１の半導体層）５ａ、光学調整層６０ａ、および反射材（第１の反射材）２１ａで構成される。基板９０は、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２は受光面（第１の受光面）となる。反射材２１ａは、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ａの内部には、空乏層７１ａが存在する。半導体層５ａと反射材２１ａの間には、光学調整層（第１の光学調整層）６０ａが設けられる。
光検出器（第２の光検出器）１００６ｂは、基板９０、半導体層（第２の半導体層）５ｂ、光学調整層６０ｂ、および反射材（第２の反射材）２１ｂで構成される。基板９０は、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２は受光面（第２の受光面）となる。反射材２１ｂは、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｂの内部には、空乏層７１ｂが存在する。半導体層５ｂと反射材２１ｂの間には、光学調整層（第２の光学調整層）６０ｂが設けられる。
光検出器１００６ｃは、基板９０、半導体層５ｃ、光学調整層６０ｃ、および反射材２１ｃで構成される。基板９０は、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｃは、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｃの内部には、空乏層７１ｃが存在する。半導体層５ｃと反射材２１ｃの間には、光学調整層６０ｃが設けられる。
基板９０は、光検出器１００６ａ、光検出器１００６ｂ、および光検出器１００６ｃにおいて、共通で用いられてもよい。
光検出器１００６ａの受光面（第１の受光面）、光検出器１００６ｂの受光面（第２の受光面）、光検出器１００６ｃの受光面のそれぞれの面積は異なっていてもよい。
基板９０と半導体層５ａの間、基板９０と半導体層５ｂの間、および基板９０と半導体層５ｃの間には、図示していない保護層あるいは接着層を設けても良い。保護層は、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃを保護するために設けられる。保護層は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。接着層は、基板９０と半導体層５ａ、５ｂ、５ｃとの密着性、あるいは、基板９０と保護層との密着性を向上させるために設けられる。
光検出装置１００６において、光検出器１００６ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１００６ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１００６ｃの半導体層５ｃの厚さは、それぞれ等しい。
光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さ、光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さ、および光検出器１００６ｃの光学調整層６０ｃの厚さはそれぞれ異なる。
光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さ、光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さ、および光検出器１００６ｃの光学調整層６０ｃの厚さがそれぞれ異なることで、光検出器１００６ａ、光検出器１００６ｂ、および光検出器１００６ｃのそれぞれの光の波長に対する光の吸収効率も異なる。そのため、光検出装置１００６の光の吸収効率の光の波長依存性を小さくすることができる。
図５（ｂ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは厚さ８μｍのＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さは０ｎｍ、光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さは１２０ｎｍ、および光検出器１００６ｃの光学調整層６０ａの厚さは２６０ｎｍである。光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃそれぞれの屈折率は、１．５である。
図５（ｂ）において、光検出器１００６ａの光の吸収効率、光検出器１００６ｂの光の吸収効率、および光検出器１００６ｃの光の吸収効率をそれぞれ示す。
光検出器１００６ａの光の吸収効率、光検出器１００６ｂの光の吸収効率、および光検出器１００６ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。
さらに図５（ｂ）に、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００６の光の吸収効率は、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出器１００６の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
図５（ｃ）は光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ａの光の吸収効率を示している。図５（ｃ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａは厚さ８μｍのＳｉ、反射材２１ａは厚さ１５０ｎｍのＡｌとした。光学調整層６０ａの屈折率は１．５である。図５（ｃ）は、波長９０５ｎｍの光の吸収効率である。光学調整層６０ａの厚さを変えていくと、光の吸収効率は、光学調整層６０ａの厚さが約３００ｎｍごとに極大値をとる。光学調整層６０ａの厚さが３００ｎｍ変わる毎に、光検出器１００６ａの光の吸収効率は周期的に変動する。光学調整層６０ｂ、６０ｃが光学調整層６０ａと同様の材料で構成されている場合、光検出器１００６ａと同様に、光学調整層６０ｂ、６０ｃの厚さが３００ｎｍ変わる毎に、光検出器１００６ｂ、１００６ｃの光の吸収効率は周期的に変動する。
図６（ａ）に光検出装置１００６の光の吸収効率と光の波長の関係、図６（ｂ）に光検出器１００６ａの光の吸収効率と光学調整層６０ａの厚さの関係、図６（ｃ）に光検出装置１００６の光の吸収効率と光の波長の関係、図６（ｄ）に光検出装置１００６の光の吸収効率と光の波長の関係を示す。
図６（ａ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは厚さ８μｍのＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さは０ｎｍ、光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さは８０ｎｍ、および光検出器１００６ｃの光学調整層６０ａの厚さは１８０ｎｍである。光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃそれぞれの屈折率は、２．０である。
図６（ａ）において、光検出器１００６ａの光の吸収効率、光検出器１００６ｂの光の吸収効率、および光検出器１００６ｃの光の吸収効率をそれぞれ示す。
光検出器１００６ａの光の吸収効率、光検出器１００６ｂの光の吸収効率、および光検出器１００６ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。
さらに図６（ａ）に、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００６の光の吸収効率は、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出器１００６の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
図６（ｂ）は光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ａの光の吸収効率を示している。図６（ｂ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａは厚さ８μｍのＳｉ、反射材２１ａは厚さ１５０ｎｍのＡｌとした。光学調整層６０ａの屈折率は２．０である。図６（ｂ）は、波長９０５ｎｍの光の吸収効率である。光学調整層６０ａの厚さを変えていくと、光の吸収効率は、光学調整層６０ａの厚さが約２２０ｎｍごとに極大値をとる。光学調整層６０ａの厚さが２２０ｎｍ変わる毎に、光検出器１００６ａの光の吸収効率は周期的に変動する。光学調整層６０ｂ、６０ｃが光学調整層６０ａと同様の材料で構成されている場合、光検出器１００６ａと同様に、光学調整層６０ｂ、６０ｃの厚さが２２０ｎｍ変わる毎に、光検出器１００６ｂ、１００６ｃの光の吸収効率は周期的に変動する。
図６（ｃ）において、光検出装置１００６の光の吸収効率を示す。
図６（ｃ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは厚さ８μｍのＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さは２０ｎｍ、光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さは１８０ｎｍ、および光検出器１００６ｃの光学調整層６０ｃの厚さは２８０ｎｍである。光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃそれぞれの屈折率は、１．５である。
光検出器１００６ａの光の吸収効率、光検出器１００６ｂの光の吸収効率、および光検出器１００６ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。
さらに図６（ｃ）に、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００６の光の吸収効率は、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出器１００６の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
図６（ｄ）において、光検出装置１００６の光の吸収効率をそれぞれ示す。
図６（ｄ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは厚さ８μｍのＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さは２０ｎｍ、光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さは１２０ｎｍ、および光検出器１００６ｃの光学調整層６０ａの厚さは２００ｎｍである。光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃそれぞれの屈折率は、２．０である。
光検出器１００６ａの光の吸収効率、光検出器１００６ｂの光の吸収効率、および光検出器１００６ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。
さらに図６（ｄ）に、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００６の光の吸収効率は、光検出器１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出器１００６の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
図７（ａ）に光学調整層の屈折率が１．５の場合における光学調整層の厚さと光の波長の関係、図７（ｂ）に光学調整層の屈折率が２．０の場合における光学調整層の厚さと光の波長の関係を示す。
図７（ａ）に７５０〜１０００ｎｍの波長の光において、光の吸収効率が周期的に極大値をとるときの光学調整層６０ａの厚さを示す。
光の波長が長波長になると、光の吸収効率が周期的に極大値をとるときの光学調整層６０ａの厚さは厚くなることがわかる。
光の波長が１０００ｎｍの場合は、光検出器１００６ａは光学調整層６０ａの厚さが３３０ｎｍ変わる毎に、光の吸収効率が極大値となる。そのため、光の波長が１０００ｎｍの場合、光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差は少なくとも３３０ｎｍの厚み差の範囲内で調整すれば、光検出器１００６ａと光検出器１００６ｂの光の吸収特性を変えることができる。
したがって、光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差を３３０ｎｍの厚みの差の範囲内で調整すれば、７５０〜１０００ｎｍの波長の光に対して、光検出器１００６ａと光検出器１００６ｂの光の吸収特性を変えることができる。
ただし、光学調整層６０ａと光学調整層６０ｂの厚み差が少ないと、吸収特性を変化させることが難しいため、少なくとも１０ｎｍ以上の差があることが望ましい。よって、光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差を１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下にすることが好ましい。また厚さの差が３３０ｎｍで光の吸収効率の振る舞いが１周期となることから、これ以上の厚さの差でも光検出器１００６ａと光検出器１００６ｂの吸収特性を変化させることができる。例えば、光学調整層６０ａと光学調整層６０ｂの厚さの差を１０ｎｍ以上１０μｍ以下とするとよい。厚さの差を過剰に付けると、厚さの分だけ、空乏層以外での光の吸収損失が増えてしまうため、１０μｍより大きくするのは好ましくない。
図７（ｂ）に７５０〜１０００ｎｍの波長の光において、光の吸収効率が周期的に極大値をとるときの光学調整層６０ａの厚さを示す。
光の波長が長波長になると、光の吸収効率が周期的に極大値をとるときの光学調整層５ａの厚さは厚くなることがわかる。
光の波長が１０００ｎｍの場合は、光検出器１００６ａは光学調整層６０ａの厚さが２５０ｎｍ変わる毎に、光の吸収効率が極大値となる。そのため、光の波長が１０００ｎｍの場合、光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差は少なくとも２５０ｎｍの厚み差の範囲内で調整すれば、光検出器１００６ａと光検出器１００６ｂの光の吸収特性を変えることができる。
したがって、光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差を２５０ｎｍの厚みの差の範囲内で調整すれば、７５０〜１０００ｎｍの波長の光に対して、光検出器１００６ａと光検出器１００６ｂの光の吸収特性を変えることができる。
ただし、光学調整層６０ａと光学調整層６０ｂの厚み差が少ないと、吸収特性を変化させることが難しいため、少なくとも１０ｎｍ以上の差があることが望ましい。よって、光検出器１００６ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００６ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差を１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下にすることが好ましい。また厚さの差が２５０ｎｍで光の吸収効率の振る舞いが１周期となることから、これ以上の厚さの差でも光検出器１００６ａと光検出器１００６ｂの吸収特性を変化させることができる。例えば、光学調整層６０ａと光学調整層６０ｂの厚さの差を１０ｎｍ以上１０μｍ以下とするとよい。厚さの差を過剰に付けると、厚さの分だけ、空乏層以外での光の吸収損失が増えてしまうため、１０μｍより大きくするのは好ましくない。
（第３の実施形態）
図８（ａ）に光検出装置１００７、図８（ｂ）に光検出器１００７の光の吸収効率、および図８（ｃ）に光検出装置１００８を示す。
図５（ａ）と同様の部分には同様の符号を付して説明を省略する。
図８（ａ）の光検出装置１００７において、光学調整層６０ａと光学調整層６０ｂはそれぞれ異なる材料で構成される。
光検出器（第１の光検出器）１００７ａは、基板９０、半導体層（第１の半導体層）５ａ、光学調整層（第１の光学調整層）６０ａ、および反射材（第１の反射材）２１ａで構成される。半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２は受光面（第１の受光面）となる。基板９０は、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ａは、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ａの内部には、空乏層７１ａが存在する。
光検出器（第２の光検出器）１００７ｂは、基板９０、半導体層（第２の半導体層）５ｂ、光学調整層（第２の光学調整層）６０ｂ、および反射材（第２の反射材）２１ｂで構成される。半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２は受光面（第２の受光面）となる。基板９０は、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｂは、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｂの内部には、空乏層７１ｂが存在する。
光検出器１００７ｃは、基板９０、半導体層５ｃ、および反射材２１ｃで構成される。半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２は受光面となる。基板９０は、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｃは、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｃの内部には、空乏層７１ｃが存在する。光検出器１００７ｃにおいて、半導体層５ｃと反射材２１ｃの間に図示しない光学調整層を設けてもよい。
基板９０は、光検出器１００７ａ、光検出器１００７ｂ、および光検出器１００７ｃにおいて、共通で用いられてもよい。
基板９０と半導体層５ａの間、基板９０と半導体層５ｂの間、および基板９０と半導体層５ｃの間には、図示していない保護層あるいは接着層を設けても良い。保護層は、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃを保護するために設けられる。保護層は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。接着層は、基板９０と半導体層５ａ、５ｂ、５ｃとの密着性、あるいは、基板９０と保護層との密着性を向上させるために設けられる。
光検出装置１００７において、光検出器１００７ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１００７ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１００７ｃの半導体層５ｃの厚さは、それぞれ等しい。
光学調整層６０ａは、光学調整層６０ｂとは異なる材料である。光学調整層６０ａの屈折率は、光学調整層６０ｂの屈折率とは異なる。
光検出器１００７ａの光学調整層６０ａの厚さ、光検出器１００７ｂの光学調整層６０ｂの厚さ、および光検出器１００７ｃの光学調整層６０ｃの厚さはそれぞれ異なる。
たとえば、図８（ａ）において、光検出器１００７ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００７ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差は１０ｎｍ以上１０μｍ以下であるとよい。光検出器１００７ａの光学調整層６０ａの厚さと光検出器１００７ｂの光学調整層６０ｂの厚さの差は１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるとより好ましい。
図８（ｂ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは厚さ８μｍのＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００７ａの光学調整層６０ａの厚さは１２０ｎｍ、および光検出器１００７ｂの光学調整層６０ｂの厚さは１８０ｎｍである。光学調整層６０ａの屈折率は１．５である。光学調整層６０ｂの屈折率は２．０である。
図８（ｂ）において、光検出装置１００７の光の吸収効率をそれぞれ示す。
光検出器１００７ａの光の吸収効率、光検出器１００７ｂの光の吸収効率、および光検出器１００７ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。
さらに図８（ｂ）に、光検出器１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００７の光の吸収効率は、光検出器１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出器１００７の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
図８（ｃ）に光検出器１００８を示す。
図５（ａ）と同様の部分には同様の符号を付して説明を省略する。
図８（ｃ）において、光検出器（第１の光検出器）１００８ａは、基板９０、半導体層（第１の半導体層）５ａ、光学調整層６０ａ、６１ａ、および反射材（第１の反射材）９２１ａで構成される。光学調整層６０ａ、６１ａをまとめて第１の光学調整層とする。基板９０は、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２は受光面（第１の受光面）となる。反射材２１ａは、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ａの内部には、空乏層７１ａが存在する。
光検出器（第２の光検出器）１００８ｂは、基板９０、半導体層（第２の半導体層）５ｂ、光学調整層（第２の光学調整層）６０ｂ、および反射材（第２の反射材）２１ｂで構成される。基板９０は、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２は受光面（第２の受光面）となる。反射材２１ｂは、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｂの内部には、空乏層７１ｂが存在する。
光検出器１００８ｃは、基板９０、半導体層５ｃ、および反射材２１ｃで構成される。基板９０は、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｃは、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｃの内部には、空乏層７１ｃが存在する。
基板９０は、光検出器１００８ａ、光検出器１００８ｂ、および光検出器１００８ｃにおいて、共通で用いられてもよい。
基板９０と半導体層５ａの間、基板９０と半導体層５ｂの間、および基板９０と半導体層５ｃの間には、図示していない保護層あるいは接着層を設けても良い。保護層は、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃを保護するために設けられる。保護層は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。接着層は、基板９０と半導体層５ａ、５ｂ、５ｃとの密着性、あるいは、基板９０と保護層との密着性を向上させるために設けられる。
光検出装置１００８において、光検出器１００８ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１００８ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１００８ｃの半導体層５ｃの厚さは、それぞれ等しい。
光学調整層６１ａは、光学調整層６０ｂと光学調整層６０ａとは異なる材料である。つまり、光検出器１００８ａの光学調整層６０ａ、６１ａのように、第１の光学調整層は、材料の異なる複数の層で構成される。光学調整層６１ａの屈折率は、光学調整層６０ｂの屈折率および光学調整層６０ａの屈折率とは異なる。光検出器１００８ａに光学調整層６１ａを設けることで、光検出器１００８ａの光の波長依存性を変えることができる。
（第４の実施形態）
図９（ａ）に光検出装置１００９、図９（ｂ）に光検出装置１００９の光の吸収効率、および図９（ｃ）に図９（ｂ）の拡大図を示す。
図５（ａ）と同様の部分には同様の符号を付して説明を省略する。
図９（ａ）において、光検出器（第１の光検出器）１００９ａは、基板９０、半導体層（第１の半導体層）５ａ、光学調整層（第１の光学調整層）６０ａ、および反射材（第１の反射材）２１ａで構成される。基板９０は、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２は受光面（第１の受光面）となる。反射材２１ａは、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ａの内部には、空乏層７１ａが存在する。
光検出器（第２の光検出器）１００９ｂは、基板９０、半導体層（第２の半導体層）５ｂ、光学調整層（第２の光学調整層）６０ｂ、および反射材（第２の反射材）２１ｂで構成される。基板９０は、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｂは、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２は受光面（第２の受光面）となる。半導体層５ｂの内部には、空乏層７１ｂが存在する。
光検出器１００９ｃは、基板９０、半導体層５ｃ、光学調整層６０ｃ、および反射材２１ｃで構成される。基板９０は、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｃは、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｃの内部には、空乏層７１ｃが存在する。
基板９０は、光検出器１００９ａ、光検出器１００９ｂ、および光検出器１００９ｃにおいて、共通で用いられてもよい。
基板９０と半導体層５ａの間、基板９０と半導体層５ｂの間、および基板９０と半導体層５ｃの間には、図示していない保護層あるいは接着層を設けても良い。保護層は、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃを保護するために設けられる。保護層は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。接着層は、基板９０と半導体層５ａ、５ｂ、５ｃとの密着性、あるいは、基板９０と保護層との密着性を向上させるために設けられる。
光検出装置１００９において、光検出器１００９ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１００９ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１００９ｃの半導体層５ｃの厚さは、それぞれ等しい。
光検出装置１００９において、光検出器１００９ａの受光面の面積、光検出器１００９ｂの受光面の面積、および光検出器１００９ｃの受光面の面積はそれぞれ異なる。水平方向において、光検出器１００９ａの長さ（幅）をｗ１、光検出器１００９ｂの長さ（幅）をｗ２、および光検出器１００９ｃの長さ（幅）をｗ３とする。
図９（ｂ）はシミュレーションで算出される。シミュレーションの条件として、基板９０は厚さ０．３ｍｍのガラス、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃは厚さ８μｍのＳｉ（シリコン）、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃは厚さ１５０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）とした。
空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれの厚みは２μｍとした。空乏層７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれは、基板９０から０．５μｍ〜２．５μｍ離れた半導体層５ａ、５ｂ、５ｃにあるとした。
光検出器１００９ａの光学調整層６０ａの厚さは０ｎｍ、光検出器１００９ｂの光学調整層６０ｂの厚さは１２０ｎｍ、および光検出器１００９ｃの光学調整層６０ｃの厚さは２６０ｎｍである。光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃそれぞれの屈折率は１．５である。
図９（ｂ）において、光検出装置１００９の光の吸収効率をそれぞれ示す。
光検出器１００９ａの光の吸収効率、光検出器１００９ｂの光の吸収効率、および光検出器１００９ｃの光の吸収効率のそれぞれは、光の波長に依存している。
さらに図９（ｂ）に、光検出器１００９ａ、１００９ｂ、１００９ｃそれぞれの平均の光の吸収効率を示す。光検出装置１００９の光の吸収効率は、光検出器１００９ａ、１００９ｂ、１００９ｃそれぞれの平均の光の吸収効率となる。光検出装置１００９の光の吸収効率は、光の波長の依存性が小さい。
光検出装置１００９の光の吸収効率であるＰＡＶＧ１は、光検出器１００９ａの受光面の面積、光検出器１００９ｂの受光面の面積、および光検出器１００９ｃの受光面の面積のそれぞれが同じ場合である。ＰＡＶＧ２は、光検出器１００９ａの受光面の面積、光検出器１００９ｂの受光面の面積、および光検出器１００９ｃの受光面の面積の比が１．４５：１：１．４である場合である。
図９（ｃ）は図９（ｂ）の波長９０５ｎｍから波長９１８ｎｍの範囲を拡大した図である。光検出装置１００９おいて、光検出器１００９ａの受光面の面積、光検出器１００９ｂの受光面の面積、および光検出器１００９ｃの受光面の面積の比が１．４５：１：１．４であるＰＡＶＧ２は、光検出器１００９ａの受光面の面積、光検出器１００９ｂの受光面の面積、および光検出器１００９ｃの受光面の面積のそれぞれが同じ場合であるＰＡＶＧ１よりも波長変化に伴う光検出装置１００９ｂの光の吸収効率の変動が小さい。
（第５の実施形態）
図１０に光検出器１０１０を示す。
図５（ａ）と同様の部分には同様の符号を付して説明を省略する。
図１０において、光検出器（第１の光検出器）１０１０ａは、基板９０、半導体層（第１の半導体層）５ａ、光学調整層（第１の光学調整層）６０ａ、および反射材（第１の反射材）２１ａで構成される。基板９０は、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２は、受光面（第１の受光面）となる。反射材２１ａは、半導体層５ａのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ａの内部には、空乏層７１ａが存在する。
光検出器（第２の光検出器）１０１０ｂは、基板９０、半導体層（第２の半導体層）５ｂ、光学調整層（第２の光学調整層）６０ｂ、および反射材（第２の反射材）２１ｂで構成される。基板９０は、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２は、受光面（第２の受光面）となる。反射材２１ｂは、半導体層５ｂのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｂの内部には、空乏層７１ｂが存在する。
光検出器１０１０ｃは、基板９０、半導体層５ｃ、光学調整層６０ｃ、および反射材２１ｃで構成される。基板９０は、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側に設けられる。反射材２１ｃは、半導体層５ｃのｐ＋型半導体層３２側とは反対側に設けられている。半導体層５ｃの内部には、空乏層７１ｃが存在する。
基板９０は、光検出器１０１０ａ、光検出器１０１０ｂ、および光検出器１０１０ｃにおいて、共通で用いられてもよい。
基板９０と半導体層５ａの間、基板９０と半導体層５ｂの間、および基板９０と半導体層５ｃの間には、図示していない保護層あるいは接着層を設けても良い。保護層は、半導体層５ａ、５ｂ、５ｃを保護するために設けられる。保護層は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。接着層は、基板９０と半導体層５ａ、５ｂ、５ｃとの密着性、あるいは、基板９０と保護層との密着性を向上させるために設けられる。
光検出装置１０１０において、光検出器１０１０ａの半導体層５ａの厚さ、光検出器１０１０ｂの半導体層５ｂの厚さ、および光検出器１０１０ｃの半導体層５ｃの厚さは、それぞれ等しい。
光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜である。光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃはそれぞれ凹凸の形状である。光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃの凹凸のある表面は、反射材２１ａ、２１ｂ、２１ｃで覆われている。
光学調整層６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、金属をドット状に配置したり、自己組織化材料により自発的に構造をつくる材料としても良い。
（製造方法）
図１１に光検出器１００３ａの製造方法を示す。
まず、図１１（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意する。ＳＯＩ基板は、シリコン支持基板９１、ＢＯＸ（埋め込み酸化層）５２、活性層（ｎ型半導体）４０がこの順序で積層された構造を有している。ｎ型半導体４０上にｐ−型半導体３０をエピタキシャル成長により形成する。
次に、図１１（ｂ）に示すように、ｐ−型半導体層３０の一部の領域に不純物（例えばボロン）を注入する。これによって、ＳＯＩ基板の活性層４０の部分に光検出素子を構成するｐ＋型半導体３１を形成する。
またｐ−半導体層３０上に図示しない第１マスクを形成し、この第１マスクを用いてｐ型不純物を注入することにより、光検出領域となるｐ−型半導体層３０にｐ＋型半導体３２を形成する。上記第１マスクを除去後、ｐ＋型半導体３２上に図示しない第２マスクを形成する。この第２マスクを用いて、ｐ−型半導体３０上に絶縁層５０を形成し、絶縁層５０、５１とｐ＋型半導体３２の周辺部を覆うように第１電極１０、１１を形成する。第１電極１０、１１は、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕなどの金属またはそれらの合金が用いられる。第１電極１０、１１を形成後、第２マスクを除去して、第１電極１０、１１、ｐ＋型半導体３２の一部を覆うように、保護層８２を形成する。保護層８２は、例えば、酸化膜やフォトレジストからなる。
図１１（ｃ）に示すように、保護層８２上に支持基板９２が設けられる。支持基板９２を設けた後、支持基板９１をドライエッチングする。このドライエッチングには、例えば、ＳＦ６などの反応ガスを用いることができる。このドライエッチングにおいて、シリコン支持基板９１とＢＯＸ５２とのエッチング選択比を有する反応ガスを用いた場合、ＢＯＸ５２をエッチングストップ膜として用いることができる。なお、シリコン支持基板９１が十分厚い場合は、バックグライディングおよびＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のような研磨プロセス、またはウェットエッチングを併用しても良い。ウェットエッチングを用いる場合は、エッチャントにＫＯＨまたはＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ−ｍｅｈｔｙｌ−ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を使用することができる。これによりシリコン支持基板９１がエッチングされると、ＢＯＸ５２が露出する。
図１１（ｄ）に示すように、露出したＢＯＸ５２をエッチングにより除去し、ｎ型半導体層４０の一部を露出する。このエッチングは、フッ酸等によるウェットエッチングを用いることができる。このようなウェットエッチングを用いることで、シリコンとのエッチング選択比を十分確保し、露出したＢＯＸ５２を選択的に除去することができる。
光検出器１００３ａを製造するには、複数ある図１１（ｄ）の一部のｎ型半導体４０をさらにエッチングし、ｐ−型半導体３０とｎ型半導体４０の総膜厚を変化させる。ｐ−型半導体３０とｎ型半導体４０の総膜厚が異なる組み合わせを配列し、接続させる。クエンチ抵抗２００は、例えば、図１１（ｂ）の保護層８２を設ける前に、第１電極１０、１１に接続するように設けても良い。
図１２に光検出装置１００６の製造方法を示す。
図１２（ａ）は図１１（ｃ）の光検出器１００３ａと同様のものが複数並び、膜厚制御層５３を設ける。膜厚制御層５３は、例えば、ポリマーなどの有機膜である。
図１２（ｂ）において、膜厚制御層５３に後述する型１００が押し当てられ、厚さの異なる膜厚制御層５３を形成する。
図１２（ｃ）において、ウェットプロセスを用いて膜厚制御層５３およびＢＯＸ５２の一部をエッチングする。この時、ＢＯＸ５２は、膜厚制御層５３の厚さに対応した厚さとなる。
図１２（ｄ）において、ＢＯＸ５２の一部に開口を設けた後に、ＢＯＸ５２に反射材２１を形成する。開口を設けることで、反射材２１と半導体層４０を電気的に接続する。反射材２１を電極として利用することができる。
図１２（ｃ）の工程において、膜厚制御層５３をウェットプロセスでエッチングしたが、図１２（ｂ）の膜厚制御層５３とＢＯＸ５２の一部に開口を設け、反射材２１を形成し、図１２（ｅ）に示す光検出装置１００８とすることもできる。
図１３に型１００の製造方法を示す。
図１３（ａ）において、型１００を作製するために、基板９３上に型形成層８３を設ける。
図１３（ｂ）において、型形成層８３は、例えば、電子ビーム露光装置によって、エッチング後に各領域で異なる深さになるように電子ビームを照射する。さらに、ウェットエッチングで階段上の構造を形成する。
図１３（ｃ）において、階段上の型形成層８３上にＵＶ硬化材料８４を形成後、基板９４を張り合わせ露光を行う。
図１３（ｄ）において、基板９３とＵＶ硬化材料８４からなる型１００を型形成層８３から剥離する。
（第６の実施形態）
図１４（ａ）に測定システム、図１４（ｂ）（ｃ）に測定システムの具体例を示す。
測定システムは、少なくとも光検出装置１０１３および光源３０００で構成される。測定システムにおいて、光源３０００は、測定対象５００に光４１０を発する。光検出装置１０１３は、測定対象５００を透過あるいは反射、拡散した光４１１を検出する。測定システムは、例えば、図１４（ｂ）に示すように、光源３０００と光検出装置１０１３が別々の筐体で構成されても良い。あるいは、図１４（ｃ）に示すように、光源３０００と光検出装置１０１３が同一筐体内にあっても良い。光検出装置１０１３を光検出装置１００３〜１０１０とすることで、波長依存性が低く、光源の波長変動のような光検出装置で検出する光の波長変動に影響されにくい測定システムが実現する。
（第７の実施形態）
図１５にライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置５００１を示す。
ライダー装置５００１は、投光ユニットと受光ユニットとを備えている。
投光ユニットは、光発振器（光源）３０４、駆動回路３０３、光学系３０５、走査ミラー３０６、および走査ミラーコントローラ３０２で構成される。受光ユニットは、参照光用検出器３０９、光検出装置３１０、距離計測回路（計測部）３０８、および画像認識システム３０７で構成される。
投光ユニットにおいて、レーザ光発振器３０４はレーザ光を発振する。駆動回路３０３は、レーザ光発振器３０４を駆動する。光学系３０５は、レーザ光の一部を参照光として取り出し、そのほかのレーザ光をミラー３０６を介して対象物５０１に照射する。走査ミラーコントローラ３０２は、走査ミラー３０６を制御して対象物５０１にレーザ光を照射する。
受光ユニットにおいて、参照光用検出装置３０９は、光学系３０５によって取り出された参照光を検出する。光検出装置３１０は、対象物５０１からの反射光を受光する。距離計測回路３０８は、参照光用光検出装置３０９で検出された参照光と光検出装置３１０で検出された反射光に基づいて、対象物５０１までの距離を計測する。画像認識システム３０７は、距離計測回路３０８で計測された結果に基づいて、対象物５０１を認識する。
ライダー装置５００１は、レーザ光がターゲットまでを往復してくる時間を計測し、距離に換算する光飛行時間測距法（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を採用した距離画像センシングシステムである。ライダー装置５００１は、車載ドライブ−アシストシステム、リモートセンシング等に応用される。光検出装置３１０として光検出装置１００３〜１０１０のいずれかを用いると、特に近赤外線領域で良好な感度を示す。このため、ライダー装置５００１は、人が不可視の波長帯域への光源に適用することが可能となる。ライダー装置５００１は、例えば、車向け障害物検知に用いることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、説明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
５ａ、５ｂ、５ｃ 半導体層
１０、１０ａ、１１、１１ａ 第１電極
２０ 第２電極
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 反射材
３０ ｐ−型半導体
３１、３１ａ、３２、３２ａ ｐ＋型半導体
４０ ｎ型半導体
５０、５１ 絶縁層
５２ ＢＯＸ（埋め込み酸化層）
５３ 膜厚制御層
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 光学調整層
６１ａ 光学調整層
６１ シリコン支持基板
７０ 保護層
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ 空乏層
７５ 接着層
８４ ＵＶ硬化材料
８３ 型形成層
９０ 基板
９１ シリコン支持基板
９２ 支持基板
９３、９４ 基板
１００ 型
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ クエンチ抵抗
３１０ 光検出装置
３０２ 走査ミラーコントローラ
３０３ 駆動回路
３０４ レーザ光発振器
３０５ 光学系
３０６ 走査ミラー
３０７ 画像認識システム
３０８ 距離計測回路
３０９ 参照光用光検出装置
４００、４１０、４１１ 光
５００ 測定対象
１００３ 光検出装置
１０００ 光検出器
１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃ 光検出器
１００６ 光検出装置
１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃ 光検出器
１００７ 光検出装置
１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｃ 光検出器
１００８ 光検出装置
１００８ａ、１００８ｂ、１００８ｃ 光検出器
１００９ 光検出装置
１００９ａ、１００９ｂ、１００９ｃ 光検出器
１０１０ 光検出装置
１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ 光検出器
５００１ ライダー装置

Claims (18)

  1. 第１の受光面をもつ第１の半導体層を有する第１の光検出器と、
    第２の受光面をもつ第２の半導体層を有する第２の光検出器と、
    前記第１の半導体層の第１の受光面および前記第２の半導体層の第２の受光面のそれぞれに配置され、光を透過する基板と、
    を備え、
    前記第１の半導体層の厚さと前記第２の半導体層の厚さが異なる光検出装置。
  2. 前記光の波長が７５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である場合、前記第１の半導体層の厚さと前記第２の半導体層の厚さの差が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１に記載の光検出装置。
  3. 前記第１の半導体層の厚さと前記第２の半導体層の厚さの差が１０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下である請求項２に記載の光検出装置。
  4. 前記第１の半導体層の前記第１の受光面とは反対側に設けられ、前記第１の半導体層の前記第１の受光面から入射した前記光を反射する第１の反射材をさらに備える請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光検出装置。
  5. 前記第２の半導体層の前記第２の受光面とは反対側に設けられ、前記第２の半導体層の前記第２の受光面から入射した前記光を反射する第２の反射材をさらに備える請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光検出装置。
  6. 第１の受光面をもつ第１の半導体層を有する第１の光検出器と、
    第２の受光面をもつ第２の半導体層を有する第２の光検出器と、
    前記第１の半導体層の前記第１の受光面および前記第２の半導体層の前記第２の受光面のそれぞれに配置され、光を透過する基板と、
    前記第１の半導体層の前記第１の受光面とは反対側に配置され、前記第１の半導体層の前記第１の受光面から入射した前記光を反射する第１の反射材と、
    前記第２の半導体層の前記第２の受光面とは反対側に配置され、前記第２の半導体層の前記第２の受光面から入射した前記光を反射する第２の反射材と、
    前記第１の半導体層と前記第１の反射材の間に配置された第１の光学調整層と、
    前記第２の半導体層と前記第２の反射材の間に配置された第２の光学調整層と、
    を備え、
    前記第１の光学調整層の厚さと前記第２の光学調整層の厚さが異なる光検出装置。
  7. 前記光の波長が７５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である場合、前記第１の光学調整層の厚さと前記第２の光学調整層の厚さの差が１０ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項６に記載の光検出装置。
  8. 前記第１の光学調整層の厚さと前記第２の光学調整層の厚さの差が１０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下である請求項７に記載の光検出装置。
  9. 前記第１の光学調整層および前記第２の光学調整層のそれぞれは互いに異なる材料で構成される請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の光検出装置。
  10. 前記第１の光学調整層は複数の層で構成され、前記第２の光学調整層は複数の層で構成される請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の光検出装置。
  11. 前記第１の光検出器は第１のクエンチ抵抗を含み、前記第２の光検出器は第２のクエンチ抵抗を含み、前記第１のクエンチ抵抗と前記第２のクエンチ抵抗は接続される請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の光検出装置。
  12. 前記第１の半導体層は前記第１の受光面から前記第１の受光面がある側とは反対方向に向かってｎ＋型半導体層、ｎ−型半導体層、ｎ＋型半導体層、およびｐ型半導体層の順で構成される請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光検出装置。
  13. 前記第１の半導体層は前記第１の受光面から前記第１の受光面がある側とは反対方向に向かってｐ＋型半導体層、ｐ−型半導体層、ｐ＋型半導体層、およびｎ型半導体層の順で構成される請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光検出装置。
  14. 前記第２の半導体層は前記第２の受光面から前記第２の受光面がある側とは反対方向に向かってｐ＋型半導体層、ｐ−型半導体層、ｐ＋型半導体層、およびｎ型半導体層の順で構成される請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の光検出装置。
  15. 前記第２の半導体層は前記第２の受光面から前記第２の受光面がある側とは反対方向に向かってｎ＋型半導体層、ｎ−型半導体層、ｎ＋型半導体層、およびｐ型半導体層の順で構成される請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の光検出装置。
  16. 前記第１の半導体層および前記第２の半導体層はＳｉで構成される請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の光検出装置。
  17. 前記第１の受光面の面積と前記第２の受光面の面積は異なっている請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の光検出装置。
  18. 物体に光を照射する光源と、
    前記物体に反射された光を検出する請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の光検出装置と、
    前記物体と前記光検出器の間の距離を計測する計測部と、
    を備えるライダー装置。
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