JP2021034698A - 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 - Google Patents
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Abstract
【課題】性能を向上できる、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を提供する。【解決手段】光検出器１１０は、導電層１０と、第１素子２１と、第２素子２２と、導電性の第１部材４０ａと、第１絶縁部３１と、第２絶縁部３２と、を含む。導電層１０は、第１導電部分１１及び第２導電部分１２を含む。第１部材４０ａは、第１素子２１と第２素子２２との間に設けられる。第１部材４０ａは、導電層１０と電気的に接続される。第１絶縁部３１は、第１素子２１と第１部材４０ａとの間に設けられる。第２絶縁部３２は、第２素子２２と第１部材４０ａとの間に設けられる。【選択図】図２
Description
本発明の実施形態は、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車に関する。
光検出器は、半導体を含む素子に入射した光を検出する。光検出器について、性能の向上が望まれている。
本発明の実施形態は、性能を向上できる、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を提供する。
実施形態に係る光検出器は、導電層と、第１素子と、第２素子と、導電性の第１部材と、第１絶縁部と、第２絶縁部と、を含む。前記導電層は、第１導電部分及び第２導電部分を含む。前記第１素子は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、を含む。前記第２半導体層は、前記第１導電部分から前記第２導電部分に向かう第１方向と交差する第２方向において、前記第１導電部分と前記第１半導体層との間に設けられる。前記第２素子は、前記第１導電形の第４半導体層と、前記第２導電形の第５半導体層と、を含む。前記第５半導体層は、前記第２方向において前記第２導電部分と前記第４半導体層との間に設けられる。前記第１部材は、前記第１素子と前記第２素子との間に設けられる。前記第１部材は、前記導電層と電気的に接続される。前記第１絶縁部は、前記第１素子と前記第１部材との間に設けられる。前記第２絶縁部は、前記第２素子と前記第１部材との間に設けられる。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。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率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。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率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）は、図１のＡ１−Ａ２断面を示す。図２（ｂ）は、図１のＢ１−Ｂ２断面を示す。
図１は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）は、図１のＡ１−Ａ２断面を示す。図２（ｂ）は、図１のＢ１−Ｂ２断面を示す。
図１及び図２（ａ）に示すように、第１実施形態に係る光検出器１１０は、導電層１０、第１素子２１、第２素子２２、第１絶縁部３１、第２絶縁部３２、及び導体４０を含む。第１絶縁部３１は第１素子２１を囲み、第２絶縁部３２は第２素子２２を囲んでいる。導体４０は、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２を囲んでいる。第１素子２１、第２素子２２、第１絶縁部３１、第２絶縁部３２、及び導体４０は、導電層１０の上に設けられている。なお、ここでは、図１において紙面の奥から手前に向かう方向を「上」としている。
第１素子２１に光が入射すると、第１素子２１でキャリアが生成される。同様に、第２素子２２に光が入射すると、第２素子２２でキャリアが生成される。光検出器１１０は、各素子に入射した光を電気信号として検出する。
導電層１０は、第１導電部分１１及び第２導電部分１２を含む。第１導電部分１１から第２導電部分１２に向かう方向を第１方向とする。第１方向は、例えば、図１に示すＸ方向に沿う。Ｘ方向に対して垂直な１つの方向をＹ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な方向をＺ方向とする。第１方向と交差する方向を第２方向とする。第２方向は、例えばＺ方向に沿う。第１方向及び第２方向に平行な面と交差する方向を第３方向とする。第３方向は、例えばＹ方向に沿う。以下では、第１方向、第２方向、及び第３方向が、それぞれ、Ｘ方向、Ｚ方向、及びＹ方向に沿う場合について説明する。
第１素子２１は、第１導電形の第１半導体層２１ａ、第２導電形の第２半導体層２１ｂ、及び第２導電形の第３半導体層２１ｃを含む。第１半導体層２１ａ、第２半導体層２１ｂ、及び第３半導体層２１ｃは、Ｘ方向及びＹ方向に沿って広がっている。第１半導体層２１ａと第１導電部分１１との間に第２半導体層２１ｂ及び第３半導体層２１ｃが設けられることで、第１半導体層２１ａは、Ｚ方向において第１導電部分１１から離れている。第２半導体層２１ｂは、Ｚ方向において第１導電部分１１と第１半導体層２１ａとの間に設けられる。第３半導体層２１ｃは、Ｚ方向において第１導電部分１１と第２半導体層２１ｂとの間に設けられるるとともに、Ｘ−Ｙ面に沿って第１半導体層２１ａ及び第２半導体層２１ｂを囲んでいる。例えば、第１半導体層２１ａは、第１導電部分１１と接する。第１半導体層２１ａ、第２半導体層２１ｂ、及び第３半導体層２１ｃは、第１導電部分１１と電気的に接続される。
第２素子２２は、第１導電形の第４半導体層２２ｄ、第２導電形の第５半導体層２２ｅ、及び第２導電形の第６半導体層２２ｆを含む。第４半導体層２２ｄ、第５半導体層２２ｅ、及び第６半導体層２２ｆは、Ｘ方向及びＹ方向に沿って広がっている。Ｚ方向において第４半導体層２２ｄと第２導電部分１２との間に第５半導体層２２ｅ及び第６半導体層２２ｆが設けられることで、第４半導体層２２ｄは、Ｚ方向において、第２導電部分１２から離れている。第５半導体層２２ｅは、Ｚ方向において第２導電部分１２と第４半導体層２２ｄとの間に設けられる。第６半導体層２２ｆは、Ｚ方向において第１導電部分１１と第５半導体層２２ｅとの間に設けられるとともに、Ｘ−Ｙ面に沿って第４半導体層２２ｄ及び第５半導体層２２ｅを囲んでいる。例えば、第４半導体層２２ｄは、第２導電部分１２と接する。第４半導体層２２ｄ、第５半導体層２２ｅ、及び第６半導体層２２ｆは、第２導電部分１２と電気的に接続される。
導電層１０は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って広がり、第１素子２１及び第２素子２２とＺ方向において並んでいる。例えば、導電層１０の電位は、後述する導体４０を介して制御される。また、導電層１０の電位を制御することで、第２半導体層２１ｂの電位及び第５半導体層２２ｅの電位を制御できる。第２半導体層２１ｂの電位及び第５半導体層２２ｅの電位を制御することで、第１半導体層２１ａと第２半導体層２１ｂとの間、及び第４半導体層２２ｄと第５半導体層２２ｅとの間には、電圧が印加される。第１素子２１及び第２素子２２は、例えば、アバランシェフォトダイオードとして機能する。
例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。第１導電形はｐ形であり、第２導電形はｎ形であっても良い。第３半導体層２１ｃにおける第２導電形の不純物濃度は、第２半導体層２１ｂにおける第２導電形の不純物濃度よりも低い。これにより、第３半導体層２１ｃで発生したキャリアが第２半導体層２１ｂへ移動し、アバランシェ増倍される。第６半導体層２２ｆにおける第２導電形の不純物濃度は、第５半導体層２２ｅにおける第２導電形の不純物濃度よりも低い。これにより、第６半導体層２２ｆで発生したキャリアが第５半導体層２２ｅへ移動し易くなり、クロストークを低減できる。
第１素子２１から第２素子２２へ向かう方向は、Ｘ方向に沿う。例えば、第１半導体層２１ａから第４半導体層２２ｄへ向かう方向は、Ｘ方向に沿う。第２半導体層２１ｂから第５半導体層２２ｅへ向かう方向は、Ｘ方向に沿う。第３半導体層２１ｃから第６半導体層２２ｆへ向かう方向は、Ｘ方向に沿う。
導体４０は、Ｘ−Ｙ面に沿って第１素子２１及び第２素子２２のそれぞれの周りに設けられる。すなわち、導体４０は、第１素子２１及び第２素子２２を囲んでいる。図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示す例では、第１素子２１及び第２素子２２のそれぞれの周りに、１つの導体４０が、途切れること無く連続的に設けられている。この例に限らず、第１素子２１及び第２素子２２のそれぞれの周りに複数の導体４０が互いに離れて並び、複数の導体４０によって第１素子２１及び第２素子２２のそれぞれが囲まれていても良い。ただし、導体４０の低抵抗化及びクロストークの低減のためには、第１素子２１及び第２素子２２のそれぞれが１つの導体４０によって連続的に囲まれていることが好ましい。
ここでは、「囲む」とは、ある構成要素が、別の構成要素を途切れること無く連続的に囲んでいる場合だけで無く、互いに離れて設けられた複数の前記構成要素が、前記別の構成要素の周りに並んで設けられる場合も含む。例えば、前記複数の構成要素を辿って得られる軌跡の内側に前記別の構成要素が位置する場合、前記別の構成要素は、前記複数の構成要素によって囲まれていると見なすことができる。
ここでは、「囲む」とは、ある構成要素が、別の構成要素を途切れること無く連続的に囲んでいる場合だけで無く、互いに離れて設けられた複数の前記構成要素が、前記別の構成要素の周りに並んで設けられる場合も含む。例えば、前記複数の構成要素を辿って得られる軌跡の内側に前記別の構成要素が位置する場合、前記別の構成要素は、前記複数の構成要素によって囲まれていると見なすことができる。
導体４０のＺ方向における長さは、第１素子２１のＺ方向における長さよりも長く、第２素子２２のＺ方向における長さよりも長いことが好ましい。導体４０のＺ方向における長さは、第１半導体層２１ａ、第２半導体層２１ｂ、及び第３半導体層２１ｃのそれぞれのＺ方向における厚さの合計よりも長く、導体４０は、導電層１０に接している。導体４０の一部が、導電層１０を貫通していても良い。Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて、第１素子２１の全体及び第２素子２２の全体が、導体４０によって覆われる。すなわち、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれから見たとき、第１素子２１の全体及び第２素子２２の全体が、導体４０と重なる。
導体４０は、Ｘ方向において第１素子２１と第２素子２２との間に位置する第１部材４０ａを含む。第１絶縁部３１は、Ｘ方向において第１素子２１と第１部材４０ａとの間に設けられる。例えば、第１絶縁部３１は、Ｘ−Ｙ面に沿って第１素子２１の周りに設けられる。すなわち、第１絶縁部３１は、第１素子２１を囲んでいる。第１素子２１の周りに複数の第１絶縁部３１が並び、複数の第１絶縁部３１によって第１素子２１が囲まれていても良い。
第２絶縁部３２は、Ｘ方向において第２素子２２と第１部材４０ａとの間に設けられる。例えば、第２絶縁部３２は、Ｘ−Ｙ面に沿って第２素子２２の周りに設けられる。すなわち、第２絶縁部３２は、第２素子２２を囲んでいる。第２素子２２の周りに複数の第２絶縁部３２が並び、複数の第２絶縁部３２によって第２素子２２が囲まれていても良い。
例えば、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２は、導電層１０に接する。第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２が導電層１０に接することで、導体４０と各素子との間のリーク電流の低減、及びクロストークの低減が可能となる。
第２絶縁部３２は、Ｘ方向において第２素子２２と第１部材４０ａとの間に設けられる。例えば、第２絶縁部３２は、Ｘ−Ｙ面に沿って第２素子２２の周りに設けられる。すなわち、第２絶縁部３２は、第２素子２２を囲んでいる。第２素子２２の周りに複数の第２絶縁部３２が並び、複数の第２絶縁部３２によって第２素子２２が囲まれていても良い。
例えば、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２は、導電層１０に接する。第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２が導電層１０に接することで、導体４０と各素子との間のリーク電流の低減、及びクロストークの低減が可能となる。
Ｘ方向において第１絶縁部３１と第１部材４０ａとの間には、半導体部２５ａが設けられる。Ｘ方向において第２絶縁部３２と第１部材４０ａとの間には、半導体部２５ｂが設けられる。例えば、半導体部２５ａ及び２５ｂは、第２導電形である。
図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に例示した光検出器１１０は、第３素子２３、第４素子２４、第３絶縁部３３、第４絶縁部３４、第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄ、第１接続配線部５２ａ、第２接続配線部５２ｂ、第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄ、配線部５４、及び第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３をさらに含む。図１では、第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３が省略されている。図１において、破線で示す領域は、第１素子２１、第２素子２２、第３素子２３、第４素子２４、導体４０、第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄ、第１接続配線部５２ａ、第２接続配線部５２ｂ、第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄ、及び配線部５４が互いに接している領域を示している。
図２（ｂ）に示すように、導電層１０は、第３導電部分１３をさらに含む。第１導電部分１１から第３導電部分１３へ向かう方向は、Ｙ方向に沿う。
第３素子２３は、第１導電形の第７半導体層２３ｇ、第２導電形の第８半導体層２３ｈ、及び第２導電形の第９半導体層２３ｉを含む。第７半導体層２３ｇは、Ｚ方向において、第３導電部分１３から離れている。第８半導体層２３ｈは、Ｚ方向において第３導電部分１３と第７半導体層２３ｇとの間に設けられる。第９半導体層２３ｉは、Ｚ方向において第３導電部分１３と第８半導体層２３ｈとの間に設けられるとともに、Ｘ−Ｙ面に沿って第７半導体層２３ｇ及び第８半導体層２３ｈを囲んでいる。第９半導体層２３ｉにおける第２導電形の不純物濃度は、第８半導体層２３ｈにおける第２導電形の不純物濃度よりも低い。例えば、第３素子２３は、第３導電部分１３と接する。
導体４０は、Ｙ方向において第１素子２１と第３素子２３との間に位置する第２部材４０ｂをさらに含む。Ｙ方向において第１素子２１と第２部材４０ｂとの間には、第１絶縁部３１の一部が設けられる。Ｙ方向において第３素子２３と第２部材４０ｂとの間には、第３絶縁部３３が設けられる。例えば、第３絶縁部３３は、Ｘ−Ｙ面に沿って第３素子２３の周りに設けられる。例えば、第３絶縁部３３の一部は、Ｙ方向において第１導電部分１１と第３導電部分１３との間に設けられる。
Ｙ方向において第１絶縁部３１と第２部材４０ｂとの間には、半導体部２５ａが設けられる。Ｙ方向において第３絶縁部３３と第２部材４０ｂとの間には、半導体部２５ｃが設けられる。例えば、半導体部２５ｃは、第２導電形である。
第２素子２２から第４素子２４に向かう方向は、Ｙ方向に沿う。第３素子２３から第４素子２４に向かう方向は、Ｘ方向に沿う。第４絶縁部３４は、Ｘ−Ｙ面に沿って第４素子２４の周りに設けられる。第４素子２４の構造は、例えば第１素子２１の構造と同じである。
第１配線部５１ａは、第１半導体層２１ａと電気的に接続される。第２配線部５１ｂは、第４半導体層２２ｄと電気的に接続される。第３配線部５１ｃは、第７半導体層２３ｇと電気的に接続される。第４配線部５１ｄは、第４素子２４の第１導電形の半導体層と電気的に接続される。
第１素子２１及び第１絶縁部３１は、図１及び図２（ａ）に示すように、Ｚ方向において、第１導電部分１１と第１配線部５１ａとの間、第１導電部分１１と第１絶縁領域６１との間、及び第１導電部分１１と第１接続配線部５２ａとの間に設けられる。第２素子２２及び第２絶縁部３２は、Ｚ方向において、第２導電部分１２と第２配線部５１ｂとの間、第２導電部分１２と第２絶縁領域６２との間、及び第２導電部分１２と第２接続配線部５２ｂとの間に設けられる。第３素子２３及び第３絶縁部３３は、図１及び図２（ｂ）に示すように、Ｚ方向において、第３導電部分１３と第３配線部５１ｃとの間、第３導電部分１３と第３絶縁領域６３との間、及び第３導電部分１３と第１接続配線部５２ａとの間に設けられる。
第１接続配線部５２ａと第１配線部５１ａとの間には、第１導電部５３ａが接続される。第１接続配線部５２ａと第２配線部５１ｂとの間には、第２導電部５３ｂが接続される。第１接続配線部５２ａと第３配線部５１ｃとの間には、第３導電部５３ｃが接続される。第２接続配線部５２ｂと第４配線部５１ｄとの間には、第４導電部５３ｄが接続される。第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄのそれぞれの電気抵抗は、各配線部の電気抵抗よりも高く、各接続配線部の電気抵抗よりも高い。第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄは、例えば、クエンチング抵抗として機能する。例えば、第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄのそれぞれの電気抵抗は、５０ｋΩ以上２ＭΩ以下であることが好ましい。
第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄ、第１接続配線部５２ａ、第２接続配線部５２ｂ、及び第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄは、導体４０と電気的に分離される。例えば図２（ａ）に示すように、導体４０と第１接続配線部５２ａとの間には、第１絶縁領域６１の一部が設けられる。
導体４０は、配線部５４と電気的に接続される。導体４０と配線部５４とを接続する位置は、任意である。配線部５４から第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄのいずれかへ向かう方向は、Ｘ−Ｙ面に平行な方向に沿う。
各構成要素の材料の一例を以下で説明する。
第１素子２１〜第４素子２４は、シリコンを含む。第１素子２１〜第４素子２４がシリコンを含むときには、ヒ素、リン、及びアンチモンからなる群より選択された少なくとも１つが、第１導電形の不純物として用いられる。ボロンが、第２導電形の不純物として用いられる。
半導体部２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃは、例えばシリコン及びボロンを含む。半導体部２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃの材料は、同じでも良いし、互いに異なっていても良い。
第１素子２１〜第４素子２４は、シリコンを含む。第１素子２１〜第４素子２４がシリコンを含むときには、ヒ素、リン、及びアンチモンからなる群より選択された少なくとも１つが、第１導電形の不純物として用いられる。ボロンが、第２導電形の不純物として用いられる。
半導体部２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃは、例えばシリコン及びボロンを含む。半導体部２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃの材料は、同じでも良いし、互いに異なっていても良い。
各半導体層の不純物濃度は、例えば以下の通りである。
第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇのそれぞれの第１導電形の不純物濃度は、１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。この濃度範囲に設定することで、第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇにおける電気抵抗を低減し、これらの半導体層におけるキャリアの損失を低減できる。
第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈのそれぞれの第２導電形の不純物濃度は、１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。この濃度範囲に設定することで、第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈを、第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇとそれぞれｐｎ接合させ、且つ第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈにおいて空乏層を広がり易くできる。
第３半導体層２１ｃ、第６半導体層２２ｆ、及び第９半導体層２３ｉのそれぞれの第２導電形の不純物濃度は、１．０×１０１３ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。この濃度範囲に設定することで、第３半導体層２１ｃ、第６半導体層２２ｆ、及び第９半導体層２３ｉにおいて空乏層を十分に広げ、光検出効率又は受光感度を高めることができる。
第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇのそれぞれの第１導電形の不純物濃度は、１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。この濃度範囲に設定することで、第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇにおける電気抵抗を低減し、これらの半導体層におけるキャリアの損失を低減できる。
第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈのそれぞれの第２導電形の不純物濃度は、１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。この濃度範囲に設定することで、第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈを、第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇとそれぞれｐｎ接合させ、且つ第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈにおいて空乏層を広がり易くできる。
第３半導体層２１ｃ、第６半導体層２２ｆ、及び第９半導体層２３ｉのそれぞれの第２導電形の不純物濃度は、１．０×１０１３ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。この濃度範囲に設定することで、第３半導体層２１ｃ、第６半導体層２２ｆ、及び第９半導体層２３ｉにおいて空乏層を十分に広げ、光検出効率又は受光感度を高めることができる。
導電層１０は、第２導電形の半導体層である。導電層１０における第２導電形の不純物濃度は、１．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。導電層１０は、金属を含んでも良い。例えば、導電層１０は、アルミニウム、銅、チタン、金、及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
第１絶縁部３１〜第４絶縁部３４は、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。
第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄ、第１接続配線部５２ａ、第２接続配線部５２ｂ、及び配線部５４は、アルミニウム及び銅からなる群より選択された少なくとも１つを含む。第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄ、第１接続配線部５２ａ、第２接続配線部５２ｂ、及び配線部５４は、アルミニウム化合物を含んでも良い。
第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄは、ポリシリコンを含む。第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄは、第１導電形又は第２導電形の不純物をさらに含んでも良い。
第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３は、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３のそれぞれは、複数の層を含んでも良い。例えば、第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３のそれぞれは、酸化シリコンを含む層と、酸化シリコン、ボロン、及びリンを含む層と、酸化シリコンを含む層と、を含む。
第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄ、第１接続配線部５２ａ、第２接続配線部５２ｂ、及び配線部５４は、アルミニウム及び銅からなる群より選択された少なくとも１つを含む。第１配線部５１ａ〜第４配線部５１ｄ、第１接続配線部５２ａ、第２接続配線部５２ｂ、及び配線部５４は、アルミニウム化合物を含んでも良い。
第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄは、ポリシリコンを含む。第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄは、第１導電形又は第２導電形の不純物をさらに含んでも良い。
第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３は、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３のそれぞれは、複数の層を含んでも良い。例えば、第１絶縁領域６１〜第３絶縁領域６３のそれぞれは、酸化シリコンを含む層と、酸化シリコン、ボロン、及びリンを含む層と、酸化シリコンを含む層と、を含む。
導体４０は、例えば、タングステン、ポリシリコン、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、及びクロムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。これにより、導体４０に導電性を付与できる。導体４０は、アルミニウム及び銅を含む合金を含んでも良い。
又は、導体４０は、タングステン、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、及びクロムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。これにより、導体４０の光透過率を、第３半導体層２１ｃの光透過率よりも低く、且つ第６半導体層２２ｆの光透過率よりも低くできる。
好ましくは、導体４０は、タングステン、アルミニウム、及び銅からなる群より選択された少なくとも１つを含む。これにより、導体４０に導電性を付与し、且つ導体４０の光透過率を各半導体層の光透過率よりも低くできる。
又は、導体４０は、タングステン、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、及びクロムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。これにより、導体４０の光透過率を、第３半導体層２１ｃの光透過率よりも低く、且つ第６半導体層２２ｆの光透過率よりも低くできる。
好ましくは、導体４０は、タングステン、アルミニウム、及び銅からなる群より選択された少なくとも１つを含む。これにより、導体４０に導電性を付与し、且つ導体４０の光透過率を各半導体層の光透過率よりも低くできる。
各構成要素の長さの一例を説明する。
第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇのそれぞれのＺ方向における厚さは、１０ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈは、第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇのそれぞれの下部に位置する。第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈのそれぞれのＺ方向における厚さは、１０ｎｍ以上、５０００ｎｍ以下である。
第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇのそれぞれのＺ方向における厚さは、１０ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈは、第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇのそれぞれの下部に位置する。第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈのそれぞれのＺ方向における厚さは、１０ｎｍ以上、５０００ｎｍ以下である。
第３半導体層２１ｃのＺ方向における厚さは、第１半導体層２１ａのＺ方向における厚さと第２半導体層２１ｂのＺ方向における厚さとの合計よりも厚く、１５μｍ以下である。第６半導体層２２ｆのＺ方向における厚さは、第４半導体層２２ｄのＺ方向における厚さと第５半導体層２２ｅのＺ方向における厚さとの合計よりも厚く、１５μｍ以下である。第９半導体層２３ｉのＺ方向における厚さは、第７半導体層２３ｇのＺ方向における厚さと第８半導体層２３ｈのＺ方向における厚さとの合計よりも厚く、１５μｍ以下である。
第１絶縁部３１のＺ方向における長さは、第１半導体層２１ａのＺ方向における厚さと第２半導体層２１ｂのＺ方向における厚さとの合計よりも長く、２０μｍ以下である。
第２絶縁部３２のＺ方向における長さは、第４半導体層２２ｄのＺ方向における厚さと第５半導体層２２ｅのＺ方向における厚さとの合計よりも長く、２０μｍ以下である。
第３絶縁部３３のＺ方向における長さは、第７半導体層２３ｇのＺ方向における厚さと第８半導体層２３ｈのＺ方向における厚さとの合計よりも長く、２０μｍ以下である。
第２絶縁部３２のＺ方向における長さは、第４半導体層２２ｄのＺ方向における厚さと第５半導体層２２ｅのＺ方向における厚さとの合計よりも長く、２０μｍ以下である。
第３絶縁部３３のＺ方向における長さは、第７半導体層２３ｇのＺ方向における厚さと第８半導体層２３ｈのＺ方向における厚さとの合計よりも長く、２０μｍ以下である。
例えば、第１半導体層２１ａ、第４半導体層２２ｄ、及び第７半導体層２３ｇのそれぞれのＺ方向における厚さをＴ１とする。第２半導体層２１ｂ、第５半導体層２２ｅ、及び第８半導体層２３ｈのそれぞれのＺ方向における厚さをＴ２とする。第３半導体層２１ｃ、第６半導体層２２ｆ、及び第９半導体層２３ｉのそれぞれのＺ方向における厚さをＴ３とする。第１絶縁部３１、第２絶縁部３２、及び第３絶縁部３３のそれぞれのＺ方向における長さをＬ１とする。このとき、以下の式（１）及び式（２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｔ１＋１．１×Ｔ２＜Ｌ１ ・・・（１）
Ｌ１＜Ｔ１＋Ｔ２＋１．１×Ｔ３ ・・・（２）
Ｔ１＋１．１×Ｔ２＜Ｌ１ ・・・（１）
Ｌ１＜Ｔ１＋Ｔ２＋１．１×Ｔ３ ・・・（２）
式（１）を満たすように長さＬ１が設定されることで、各ｐｎ接合面で発生したキャリアが導体４０へ流れることを十分に抑制できる。また、式（２）を満たすように長さＬ１が設定されることで、第１絶縁部３１〜第３絶縁部３３の形成が容易となる。このため、光検出器１１０の歩留まりを向上させることができる。
ただし、厚さＴ２が厚さＴ３の１０倍よりも大きいときは、以下の式（３）及び式（４）の関係を満たすことが好ましい。
Ｔ１＋１．１×Ｔ２＜Ｌ１ ・・・（３）
Ｔ１＋Ｔ２＋１．１×Ｔ３＜Ｌ１ ・・・（４）
式（３）及び式（４）を満たすように長さＬ１が設定されることで、各ｐｎ接合面で発生したキャリアが導体４０へ流れることを抑制しつつ、検出装置１１０の歩留まりを向上させることができる。
Ｔ１＋１．１×Ｔ２＜Ｌ１ ・・・（３）
Ｔ１＋Ｔ２＋１．１×Ｔ３＜Ｌ１ ・・・（４）
式（３）及び式（４）を満たすように長さＬ１が設定されることで、各ｐｎ接合面で発生したキャリアが導体４０へ流れることを抑制しつつ、検出装置１１０の歩留まりを向上させることができる。
第１部材４０ａ及び第２部材４０ｂのそれぞれのＺ方向における長さは、第３半導体層２１ｃ、第６半導体層２２ｆ、及び第９半導体層２３ｉのそれぞれのＺ方向における厚さよりも長いことが好ましい。これにより、クロストークを低減できる。一方、第１部材４０ａ及び第２部材４０ｂのそれぞれのＺ方向における長さは、これらの部材の加工を容易とするために、２０μｍ以下であることが好ましい。
第１絶縁部３１と第２絶縁部３２との間のＸ方向における距離は、第１素子１０及び第２素子２０のＸ−Ｙ面における面積を大きくし、光検出効率を高めるために、１０μｍ以下であることが好ましい。一方、距離が短すぎると、第１部材４０ａを設けることが困難となる。このため、第１絶縁部３１と第２絶縁部３２との間のＸ方向における距離は、０．５μｍ以上であることが好ましい。
また、第１絶縁部３１、第２絶縁部３２、第１部材４０ａ、及び第２部材４０ｂのそれぞれの側面は、Ｚ方向に対して傾斜していることが好ましい。すなわち、第１絶縁部３１、第２絶縁部３２、第１部材４０ａ、及び第２部材４０ｂの幅が、導電層１０に向かうほど狭くなっていることが好ましい。この形状によれば、第１絶縁部３１、第２絶縁部３２、第１部材４０ａ、及び第２部材４０ｂを形成する際の絶縁材料又は導電材料の埋め込みが容易となる。このため、検出装置１１０の歩留まりを向上させることができる。
図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式的断面図である。
第２導電形の半導体層１０Ｌの上に、第２導電形の半導体層２０Ｌを形成する。半導体層２０Ｌは、例えば、シリコンのエピタキシャル成長により形成される。半導体層２０Ｌを貫通する複数のトレンチを形成する。トレンチは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成される。各トレンチは、半導体層２０Ｌの一部を囲む。各トレンチの内部に、絶縁層を形成する。絶縁層は、例えば、テトラエトキシシランを用いた化学気相堆積（ＣＶＤ）により形成される。これにより、図３（ａ）に示すように、絶縁層３１Ｌ及び絶縁層３２Ｌが形成される。絶縁層を形成する際、半導体層２０Ｌを熱処理しても良い。これにより、トレンチを形成する際に発生した半導体層２０Ｌの欠陥を修復できる。
第２導電形の半導体層１０Ｌの上に、第２導電形の半導体層２０Ｌを形成する。半導体層２０Ｌは、例えば、シリコンのエピタキシャル成長により形成される。半導体層２０Ｌを貫通する複数のトレンチを形成する。トレンチは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成される。各トレンチは、半導体層２０Ｌの一部を囲む。各トレンチの内部に、絶縁層を形成する。絶縁層は、例えば、テトラエトキシシランを用いた化学気相堆積（ＣＶＤ）により形成される。これにより、図３（ａ）に示すように、絶縁層３１Ｌ及び絶縁層３２Ｌが形成される。絶縁層を形成する際、半導体層２０Ｌを熱処理しても良い。これにより、トレンチを形成する際に発生した半導体層２０Ｌの欠陥を修復できる。
各絶縁層に囲まれた半導体層２０Ｌの一部に、第１導電形の不純物と第２導電形の不純物を順次イオン注入し、第１導電形の半導体層及び第２導電形の半導体層を形成する。例えば、絶縁層３１Ｌの内側に、第１導電形の半導体層２１Ｌ及び第２導電形の半導体層２２Ｌが形成される。絶縁層３２Ｌの内側に、第１導電形の半導体層２４Ｌ及び第２導電形の半導体層２５Ｌが形成される。ＣＶＤにより、半導体層２０Ｌを覆う絶縁層６１Ｌを形成する。図３（ｂ）に示すように、絶縁層６１Ｌの上に絶縁層６２Ｌを形成する。例えば、絶縁層６１Ｌは、酸化シリコンを含む。絶縁層６２Ｌは、酸化シリコン、ボロン、及びリンを含む。
絶縁層６２Ｌを溶融させた後、溶融した絶縁層６２Ｌを凝固させる。これにより、絶縁層６２Ｌの表面の平坦性が向上する。絶縁層６２Ｌの上に、不図示のポリシリコン層を形成し、このポリシリコン層をパターニングする。これにより、クエンチング抵抗に対応する導電層が形成される。図４（ａ）に示すように、絶縁層６２Ｌ及び導電層の上に、ＣＶＤにより、絶縁層６３Ｌを形成する。絶縁層６３Ｌは、例えば酸化シリコンを含む。
半導体層２０Ｌを貫通する絶縁層同士の間に、トレンチを形成する。トレンチは、半導体層１０Ｌに達する。ＣＶＤにより、トレンチ内に金属層４０Ｌを形成する。金属層４０Ｌは、例えば、タングステンを含む。次に、絶縁層６１Ｌの一部、絶縁層６２Ｌの一部、及び絶縁層６３Ｌの一部をＲＩＥにより除去し、開口を形成する。第１導電形の半導体層が、開口を通して露出する。絶縁層６３Ｌの上に、金属層５０Ｌを形成する。開口は、金属層５０Ｌにより埋め込まれる。例えば、金属層５０Ｌは、アルミニウムを含み、スパッタリングにより形成される。図４（ｂ）に示すように、金属層５０Ｌをパターニングし、複数の配線部を形成する。以上により、第１実施形態に係る光検出器が製造される。
第１実施形態によれば、以下の通り、光検出器１１０の性能を向上できる。
第１実施形態において、導体４０は、導電性であり、導電層１０と電気的に接続される。例えば、第１部材４０ａの一部が、第１導電部分１１と第２導電部分１２との間に設けられる。これにより、導体４０を介して、導電層１０の電位を制御できる。導電層１０の電位の制御が容易となる。さらに、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２が設けられることで、導体４０と第１素子２１との間のリーク電流の発生、及び導体４０と第２素子２２との間のリーク電流の発生を抑制できる。
第１実施形態において、導体４０は、導電性であり、導電層１０と電気的に接続される。例えば、第１部材４０ａの一部が、第１導電部分１１と第２導電部分１２との間に設けられる。これにより、導体４０を介して、導電層１０の電位を制御できる。導電層１０の電位の制御が容易となる。さらに、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２が設けられることで、導体４０と第１素子２１との間のリーク電流の発生、及び導体４０と第２素子２２との間のリーク電流の発生を抑制できる。
又は、第１実施形態において、第１部材４０ａの光透過率は、第３半導体層２１ｃの光透過率よりも低く、第６半導体層２２ｆの光透過率よりも低い。例えば、第１部材４０ａの光透過率は、第１絶縁部３１の光透過率よりも低く、第２絶縁部３２の光透過率よりも低い。これにより、第１素子２１及び第２素子２２の一方で発生した二次光子が、第１素子２１及び第２素子２２の他方へ入射することを抑制できる。この結果、クロストークを低減できる。
上述した構成を組み合わせても良い。すなわち、第１実施形態において、導体４０は導電性であり、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２が設けられ、且つ第１部材４０ａの光透過率は第３半導体層２１ｃの光透過率よりも低く、第６半導体層２２ｆの光透過率よりも低い。従って、導電層１０の電位の制御を容易とし、リーク電流の発生を抑制しつつ、クロストークを低減できる。
［第２実施形態］
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す第２実施形態に係る光検出器１２０では、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２が、導体４０の第１部材４０ａに接している。第１絶縁部３１及び第３絶縁部３３が、導体４０の第２部材４０ｂに接している。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す第２実施形態に係る光検出器１２０では、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２が、導体４０の第１部材４０ａに接している。第１絶縁部３１及び第３絶縁部３３が、導体４０の第２部材４０ｂに接している。
又は、第１絶縁部３１と第１部材４０ａとの間、及び第２絶縁部３２と第１部材４０ａとの間の一方に、半導体部２５ａ及び２５ｂの一方が設けられても良い。第１絶縁部３１と第２部材４０ｂとの間、及び第３絶縁部３３と第２部材４０ｂとの間の一方に、半導体部２５ａ及び２５ｃの一方が設けられても良い。
光検出器１２０では、光検出器１１０に比べて、第１部材４０ａのＸ方向における長さが長く、第２部材４０ｂのＹ方向における長さが長い。第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。
導体４０が導電性である場合、導体４０の電気抵抗を低減できる。これにより、導体４０を介して導電層１０の電位を制御する際、導電層１０の電位の変動を抑制できる。又は、導体４０の光透過率が各半導体層の光透過率よりも低い場合、二次光子が導体４０を透過し難くなる。これにより、クロストークを低減できる。
また、第２実施形態によれば、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示した金属層４０Ｌを形成する際、第１実施形態に比べて、絶縁層３１Ｌと３２Ｌとの間に形成されるトレンチの幅を広くできる。すなわち、トレンチの深さに対するトレンチの幅の比が、第１実施形態に比べて大きくなる。これにより、トレンチ及び金属層４０Ｌの形成が容易となる。この結果、例えば、光検出器１２０の歩留まりを向上できる。
導体４０が導電性である場合、導体４０の電気抵抗を低減できる。これにより、導体４０を介して導電層１０の電位を制御する際、導電層１０の電位の変動を抑制できる。又は、導体４０の光透過率が各半導体層の光透過率よりも低い場合、二次光子が導体４０を透過し難くなる。これにより、クロストークを低減できる。
また、第２実施形態によれば、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示した金属層４０Ｌを形成する際、第１実施形態に比べて、絶縁層３１Ｌと３２Ｌとの間に形成されるトレンチの幅を広くできる。すなわち、トレンチの深さに対するトレンチの幅の比が、第１実施形態に比べて大きくなる。これにより、トレンチ及び金属層４０Ｌの形成が容易となる。この結果、例えば、光検出器１２０の歩留まりを向上できる。
［第３実施形態］
図６は、第３実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図６に示す第３実施形態に係る光検出器１３０では、第１接続配線部５２ａ及び第２接続配線部５２ｂが、Ｚ方向において導体４０と重ならない。
図６は、第３実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図６に示す第３実施形態に係る光検出器１３０では、第１接続配線部５２ａ及び第２接続配線部５２ｂが、Ｚ方向において導体４０と重ならない。
例えば、Ｘ方向において、複数の導体４０が設けられる。Ｚ方向から見たときに、第１接続配線部５２ａは、Ｘ方向において、複数の導体４０の１つと、複数の導体４０の別の１つとの間に位置する。Ｚ方向から見たときに、第２接続配線部５２ｂは、Ｘ方向において、複数の導体４０の別の１つと、複数の導体４０のさらに別の１つとの間に位置する。
光検出器１３０によれば、接続配線部と導体４０との間に発生する寄生容量を低減できる。このため、第３実施形態によれば、第１実施形態又は第２実施形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。例えば、各素子で光を検出する際に、感度を向上させることができる。また、寄生容量による出力パルスの時定数への影響を低減し、寄生容量によるクロストーク発生を抑制できる。
［第４実施形態］
図７は、第４実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図７に示す第４実施形態に係る光検出器１４０は、第１部材４１及び第２部材４２を含む。
図７は、第４実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図７に示す第４実施形態に係る光検出器１４０は、第１部材４１及び第２部材４２を含む。
第１部材４１は、Ｘ方向において第１素子２１と第２素子２２との間及び第３素子２３と第４素子２４との間に設けられた第１領域４１ａを含む。第１部材４１は、複数の第３領域４１ｃをさらに含む。各第３領域４１ｃのＸ方向における一端は、第１領域４１ａと接続されている。
第２部材４２は、Ｙ方向において第１素子２１と第３素子２３との間に設けられた第２領域４２ｂを含む。第２領域４２ｂは、Ｙ方向において、第３領域４１ｃ同士の間に位置する。第１素子２１は、第２領域４２ｂと、複数の第３領域４１ｃの１つと、の間に位置する。第３素子２３は、第２領域４２ｂと、複数の第３領域４１ｃの別の１つと、の間に位置する。
第２部材４２は、第４領域４２ｄをさらに含む。第２領域４２ｂのＸ方向における一端は、第４領域４２ｄと接続されている。第１素子２１及び第３素子２３は、Ｘ方向において、第１領域４１ａと第４領域４２ｄとの間に位置する。
例えば、第１部材４１及び第２部材４２は、導電性であり、導電層１０と電気的に接続される。例えば、第１部材４１及び第２部材４２は、タングステンを含む。
第１部材４１と第２部材４２は、互いに離れている。これにより、第２領域４２ｂの他端と第１領域４１ａとの間において、半導体部２５ａと半導体部２５ｃが繋がっている。第１部材４１及び第２部材４２には、複数の配線部５４がそれぞれ電気的に接続される。
第１接続配線部５２ａは、Ｚ方向において、第１部材４１及び第２部材４２と重ならない。すなわち、Ｚ方向から見たときに、第１接続配線部５２ａの位置は、第１部材４１の位置及び第２部材４２の位置と異なる。第１接続配線部５２ａの各部のＸ方向における位置及びＹ方向における位置は、第１部材４１のＸ方向における位置及びＹ方向における位置と異なる。また、第１接続配線部５２ａの各部のＸ方向における位置及びＹ方向における位置は、第２部材４２のＸ方向における位置及びＹ方向における位置と異なる。例えば、Ｚ方向から見たときに、第１接続配線部５２ａの一部は、各第３領域４１ｃと第４領域４２ｄとの間に位置する。Ｚ方向から見たときに、第１接続配線部５２ａの別の一部は、第１領域４１ａと第２領域４２ｂとの間に位置する。これにより、第１接続配線部５２ａと第１部材４１との間の寄生容量及び第１接続配線部５２ａと第２部材４２との間の寄生容量を低減できる。
例えば、第１部材４１及び第２部材４２のそれぞれの光透過率は、第３半導体層２１ｃ、第６半導体層２２ｆ、及び第９半導体層２３ｉのそれぞれの光透過率よりも低い。さらに、図７に示すように、第１領域４１ａと第２領域４２ｂとの間の間隙のＸ方向における位置が、第３領域４１ｃと第４領域４２ｄとの間の間隙のＸ方向における位置と異なる。第４実施形態によれば、第１実施形態〜第３実施形態の少なくともいずれかの効果に加えて、いずれかの素子で発生した二次光子が、隣接する素子へ入射することを抑制できる。この結果、クロストークをさらに低減できる。
［第５実施形態］
図８は、第５実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第５実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図９（ａ）は、図８のＡ１−Ａ２断面を示す。図９（ｂ）は、図８のＢ１−Ｂ２断面を示す。
図８、図９（ａ）、及び図９（ｂ）に示す光検出器１５０は、絶縁層４５及び第１接続部５５ａ〜第４接続部５５ｄを含む。
図８は、第５実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第５実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図９（ａ）は、図８のＡ１−Ａ２断面を示す。図９（ｂ）は、図８のＢ１−Ｂ２断面を示す。
図８、図９（ａ）、及び図９（ｂ）に示す光検出器１５０は、絶縁層４５及び第１接続部５５ａ〜第４接続部５５ｄを含む。
第５実施形態に係る光検出器１５０において、導体４０は、導電性である。図８に示すように、第１接続部５５ａ〜第４接続部５５ｄは、導体４０と電気的に接続される。第１配線５１ａ〜第４配線５１ｄは、第１導電部５３ａ〜第４導電部５３ｄを介して、第１接続部５５ａ〜第４接続部５５ｄとそれぞれ電気的に接続される。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、絶縁層４５は、導体４０と導電層１０との間に設けられる。導体４０は、絶縁層４５により、導電層１０と電気的に分離されている。
例えば、絶縁層４５は、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。例えば、第１接続部５５ａ〜第４接続部５５ｄは、アルミニウム、タングステン、銅、及びチタンからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
光検出器１５０では、導体４０が配線として用いられる。第５実施形態によれば、第１実施形態〜第４実施形態の少なくともいずれかの効果に加えて、各素子の上に設けられる配線の量を低減できる。この結果、例えば、光検出器を小型化できる。
［第６実施形態］
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第６実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す第６実施形態に係る光検出器１６０では、第１部材４０ａが第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２と接している。第２部材４０ｂが第１絶縁部３１及び第３絶縁部３３と接している。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第６実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す第６実施形態に係る光検出器１６０では、第１部材４０ａが第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２と接している。第２部材４０ｂが第１絶縁部３１及び第３絶縁部３３と接している。
又は、第１絶縁部３１と第１部材４０ａとの間、及び第２絶縁部３２と第１部材４０ａとの間の一方に、半導体部２５が設けられても良い。第１絶縁部３１と第２部材４０ｂとの間、及び第３絶縁部３３と第２部材４０ｂとの間の一方に、半導体部２５が設けられても良い。
光検出器１６０では、光検出器１２０に比べて、第１部材４０ａのＸ方向における長さが長く、第２部材４０ｂのＹ方向における長さが長い。第６実施形態によれば、第１実施形態〜第５実施形態の少なくともいずれかの効果に加えて、以下の効果が得られる。
導体４０が導電性である場合、導体４０の電気抵抗を低減できる。又は、導体４０の光透過率が各半導体層の光透過率よりも低い場合、二次光子が導体４０を透過し難くなる。これにより、クロストークを低減できる。
導体４０が導電性である場合、導体４０の電気抵抗を低減できる。又は、導体４０の光透過率が各半導体層の光透過率よりも低い場合、二次光子が導体４０を透過し難くなる。これにより、クロストークを低減できる。
［第７実施形態］
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、第７実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す第７実施形態に係る光検出器１７０では、第１半導体層２１ａ及び第２半導体層２１ｂが第１絶縁部３１と接している。第４半導体層２２ｄ及び第５半導体層２２ｅが第２絶縁部３２と接している。第７半導体層２３ｇ及び第８半導体層２３ｈが第３絶縁部３３と接している。各半導体層が第１絶縁部３１〜第３絶縁部３３と接する点以外の光検出器１７０の構成は、例えば光検出器１１０と同様である。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、第７実施形態に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す第７実施形態に係る光検出器１７０では、第１半導体層２１ａ及び第２半導体層２１ｂが第１絶縁部３１と接している。第４半導体層２２ｄ及び第５半導体層２２ｅが第２絶縁部３２と接している。第７半導体層２３ｇ及び第８半導体層２３ｈが第３絶縁部３３と接している。各半導体層が第１絶縁部３１〜第３絶縁部３３と接する点以外の光検出器１７０の構成は、例えば光検出器１１０と同様である。
第７実施形態によれば、第１実施形態と同様に、導体４０が導電性のときには、導体４０を介して導電層１０の電位が制御可能となる。また、第１絶縁部３１及び第２絶縁部３２により、導体４０と第１素子２１との間のリーク電流の発生、及び導体４０と第２素子２２との間のリーク電流の発生を抑制できる。又は、第１部材４０ａの光透過率が第３半導体層２１ｃの光透過率よりも低く第６半導体層２２ｆの光透過率よりも低いとき、クロストークを低減できる。
また、第２実施形態〜第６実施形態のいずれかに係る光検出器についても、同様に、各半導体層が第１絶縁部３１〜第３絶縁部３３と接していても良い。
また、第２実施形態〜第６実施形態のいずれかに係る光検出器についても、同様に、各半導体層が第１絶縁部３１〜第３絶縁部３３と接していても良い。
［第８実施形態］
図１２は、第８実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。
この実施形態は、ライン光源、レンズと構成され長距離被写体検知システム（ＬＩＤＡＲ）などに応用できる。ライダー装置５００１は、対象物４１１に対してレーザ光を投光する投光ユニットＴと、対象物４１１からのレーザ光を受光しレーザ光が対象物４１１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する受光ユニットＲ（光検出システムともいう）と、を備えている。
図１２は、第８実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。
この実施形態は、ライン光源、レンズと構成され長距離被写体検知システム（ＬＩＤＡＲ）などに応用できる。ライダー装置５００１は、対象物４１１に対してレーザ光を投光する投光ユニットＴと、対象物４１１からのレーザ光を受光しレーザ光が対象物４１１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する受光ユニットＲ（光検出システムともいう）と、を備えている。
投光ユニットＴにおいて、レーザ光発振器（光源ともいう）４０４はレーザ光を発振する。駆動回路４０３は、レーザ光発振器４０４を駆動する。光学系４０５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４０６を介して対象物４１１に照射する。ミラーコントローラ４０２は、ミラー４０６を制御して対象物４１１にレーザ光を投光する。ここで、投光とは、光を当てることを意味する。
受光ユニットＲにおいて、参照光用光検出器４０９は、光学系４０５によって取り出された参照光を検出する。光検出器４１０は、対象物４１１からの反射光を受光する。距離計測回路４０８は、参照光用光検出器４０９で検出された参照光と光検出器４１０で検出された反射光に基づいて、対象物４１１までの距離を計測する。画像認識システム４０７は、距離計測回路４０８で計測された結果に基づいて、対象物４１１を認識する。
ライダー装置５００１は、レーザ光が対象物４１１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）を採用している。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。光検出器４１０として上述した実施形態の光検出器を用いると、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。
図１３は、ライダー装置の検出対象の検出を説明するための図である。
光源３０００は、検出対象となる物体６００に光４１２を発する。光検出器３００１は、物体６００を透過あるいは反射、拡散した光４１３を検出する。
光源３０００は、検出対象となる物体６００に光４１２を発する。光検出器３００１は、物体６００を透過あるいは反射、拡散した光４１３を検出する。
光検出器３００１は、例えば、上述した本実施形態に係る光検出器を用いると、高感度な検出を実現する。なお、光検出器４１０および光源４０４のセットを複数設け、その配置関係を前もってソフトウェア（回路でも代替可）に設定しておくことが好ましい。光検出器４１０および光源４０４のセットの配置関係は、例えば、等間隔で設けられることが好ましい。それにより、各々の光検出器４１０の出力信号を補完しあうことにより、正確な３次元画像を生成することができる。
図１４は、第８実施形態に係るライダー装置を備えた車の上面略図である。
本実施形態に係る車両７００は、車体７１０の４つの隅にライダー装置５００１を備えている。本実施形態に係る車両は、車体の４つの隅にライダー装置を備えることで、車両の全方向の環境をライダー装置によって検出することができる。
本実施形態に係る車両７００は、車体７１０の４つの隅にライダー装置５００１を備えている。本実施形態に係る車両は、車体の４つの隅にライダー装置を備えることで、車両の全方向の環境をライダー装置によって検出することができる。
以上で説明した各実施形態によれば、性能が向上した光検出器を提供できる。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光検出器に含まれる導電層、素子、半導体層、絶縁部、第１部材、配線部、接続配線部、導電部、接続部、絶縁領域などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した光検出器を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光検出器も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
１０ 導電層、 １０Ｌ 半導体層、 １１ 第１導電部分、 １２ 第２導電部分、 １３ 第３導電部分、 ２０Ｌ 半導体層、 ２１ 第１素子、 ２１Ｌ 半導体層、 ２１ａ 第１半導体層、 ２１ｂ 第２半導体層、 ２１ｃ 第３半導体層、 ２２ 第２素子、 ２２Ｌ 半導体層、 ２２ｄ 第４半導体層、 ２２ｅ 第５半導体層、 ２２ｆ 第６半導体層、 ２３ 第３素子、 ２３ｇ 第７半導体層、 ２３ｈ 第８半導体層、 ２３ｉ 第９半導体層、 ２４ 第４素子、 ２４Ｌ 半導体層、 ２５ 半導体部、 ２５Ｌ 半導体層、 ３１ 第１絶縁部、 ３１Ｌ 絶縁層、 ３２ 第２絶縁部、 ３２Ｌ 絶縁層、 ３３ 第３絶縁部、 ３４ 第４絶縁部、 ４０ 導体、 ４０Ｌ 金属層、 ４０ａ 第１領域、 ４０ｂ 第２領域、 ４１ 第１部材、 ４１ａ 第１領域、 ４１ｃ 第３領域、 ４２ 第２部材、 ４２ｂ 第２領域、 ４２ｄ 第４領域、 ４５ 絶縁層、 ５０Ｌ 金属層、 ５１ａ 第１配線部、 ５１ｂ 第２配線部、 ５１ｃ 第３配線部、 ５１ｄ 第４配線部、 ５２ａ 第１接続配線部、 ５２ｂ 第２接続配線部、 ５３ａ 第１導電部、 ５３ｂ 第２導電部、 ５３ｃ 第３導電部、 ５３ｄ 第４導電部、 ５４ 配線部、 ５５ａ 第１接続部、 ５５ｂ 第２接続部、 ５５ｃ 第３接続部、 ５５ｄ 第４接続部、 ６１ 第１絶縁領域、 ６１Ｌ 絶縁層、 ６２ 第２絶縁領域、 ６２Ｌ 絶縁層、 ６３ 第３絶縁領域、 ６３Ｌ 絶縁層、 １１０〜１７０ 光検出器、 ３０００ 光源、 ３００１ 光検出器、 ４０２ ミラーコントローラ、 ４０３ 駆動回路、 ４０４ レーザ光発振器、 ４０５ 光学系、 ４０６ ミラー、 ４０７ 画像認識システム、 ４０８ 距離計測回路、 ４０９ 参照光用光検出器、 ４１０ 光検出器、 ４１１ 対象物、 ４１２ 光、 ４１３ 光、 ５００１ ライダー装置、 ６００ 物体、 ７００ 車両、 ７１０ 車体、 Ｒ 受光ユニット、 Ｔ 投光ユニット
Claims (20)
- 第１導電部分及び第２導電部分を含む導電層と、
第１導電形の第１半導体層と、前記第１導電部分から前記第２導電部分に向かう第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第１半導体層との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、を含む第１素子と、
前記第１導電形の第４半導体層と、前記第２方向において前記第２導電部分と前記第４半導体層との間に設けられた前記第２導電形の第５半導体層と、を含む第２素子と、
前記第１素子と前記第２素子との間に設けられ、前記導電層と電気的に接続された導電性の第１部材と、
前記第１素子と前記第１部材との間に設けられた第１絶縁部と、
前記第２素子と前記第１部材との間に設けられた第２絶縁部と、
を備えた光検出器。 - 第１導電部分及び第２導電部分を含む導電層と、
第１導電形の第１半導体層と、前記第１導電部分から前記第２導電部分に向かう第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第１半導体層との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、前記第１導電部分と前記第２半導体層との間に設けられた前記第２導電形の第３半導体層と、を含む、第１素子と、
前記第１導電形の第４半導体層と、前記第２方向において前記第２導電部分と前記第４半導体層との間に設けられた前記第２導電形の第５半導体層と、前記第２導電部分と前記第５半導体層との間に設けられた前記第２導電形の第６半導体層と、を含む、第２素子と、
前記第１素子と前記第２素子との間に設けられた第１絶縁部と、
前記第１絶縁部と前記第２素子との間に設けられた第２絶縁部と、
前記第１絶縁部と前記第２絶縁部との間に設けられ、光透過率が前記第３半導体層の光透過率よりも低く且つ前記第６半導体層の光透過率よりも低い第１部材と、
を備えた光検出器。 - 前記第１部材は、前記導電層と接する請求項１又は２に記載の光検出器。
- 前記第１半導体層と電気的に接続された第１配線部をさらに備え、
前記第１素子の一部及び前記第１絶縁部の一部は、前記第２方向において、前記導電層と前記第１配線部との間に位置する請求項１〜３のいずれか１つに記載の光検出器。 - 第１接続配線部と、
前記第１配線部と前記第１接続配線部との間に接続された第１導電部と、
をさらに備え、
前記第１導電部の電気抵抗は、前記第１配線部の電気抵抗よりも高く、前記第１接続配線部の電気抵抗よりも高く、
前記第２方向から見たときに、前記第１接続配線部の位置は、前記第１部材の位置と異なる請求項４記載の光検出器。 - 第１導電部分及び第２導電部分を含む導電層と、
第１導電形の第１半導体層と、前記第１導電部分から前記第２導電部分に向かう第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第１半導体層との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、を含む、第１素子と、
前記第１導電形の第４半導体層と、前記第２方向において前記第２導電部分と前記第４半導体層との間に設けられた前記第２導電形の第５半導体層と、を含む、第２素子と、
前記第１素子と前記第２素子との間及び前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられた導電性の第１部材と、
前記導電層と前記第１部材との間に設けられた絶縁層と、
前記第１素子と前記第１部材との間に設けられた第１絶縁部と、
前記第２素子と前記第１部材との間に設けられた第２絶縁部と、
を備えた光検出器。 - 前記第１半導体層及び前記第１部材と電気的に接続された第１配線部をさらに備えた請求項６記載の光検出器。
- 前記第１素子は、前記第１導電部分と前記第２半導体層との間に設けられた前記第２導電形の第３半導体層をさらに含み、
前記第２素子は、前記第２導電部分と前記第５半導体層との間に設けられた前記第２導電形の第６半導体層をさらに含む請求項１、６、及び７のいずれか１つに記載の光検出器。 - 前記第３半導体層における前記第２導電形の不純物濃度は前記第２半導体層における前記第２導電形の不純物濃度よりも低く、
前記第６半導体層における前記第２導電形の不純物濃度は前記第５半導体層における前記第２導電形の不純物濃度よりも低い請求項２及び６〜８のいずれか１つに記載の光検出器。 - 前記第１半導体層の前記第２方向における厚さＴ１、前記第２半導体層の前記第２方向における厚さＴ２、及び前記第３半導体層の前記第２方向における厚さＴ３は、厚さＴ２が厚さＴ３の１０倍以下のとき、
Ｔ１＋１．１×Ｔ２＜Ｌ１
Ｌ１＜Ｔ１＋Ｔ２＋１．１×Ｔ３
をそれぞれ満たし、
厚さＴ２が厚さＴ３の１０倍よりも大きいとき、
Ｔ１＋１．１×Ｔ２＜Ｌ１
Ｔ１＋Ｔ２＋１．１×Ｔ３＜Ｌ１
を満たす請求項２及び６〜９のいずれか１つに記載の光検出器。 - 前記第１部材の前記第２方向における長さは、前記第３半導体層の前記第２方向における厚さよりも長く、２０μｍ以下である請求項２及び６〜１０のいずれか１つに記載の光検出器。
- 前記第１絶縁部と前記第１部材との間及び前記第２絶縁部と前記第１部材との間の少なくとも一方に設けられた半導体部をさらに備えた請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光検出器。
- 前記第１絶縁部及び前記第２絶縁部の少なくとも一方は、前記第１部材と接する請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光検出器。
- 前記第１絶縁部と前記第２絶縁部との間の前記第１方向における距離は、０．５μｍ以上、１０μｍ以下である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光検出器。
- 前記第１部材は、タングステン、アルミニウム、及びアルミニウムと銅を含む合金からなる群より選択された少なくとも１つを含む請求項１〜１４のいずれか１つに記載の光検出器。
- 請求項１から１５のいずれか１つに記載の光検出器と、
前記光検出器の出力信号から光の飛行時間を算出する距離計測回路と、
を備えた光検出システム。 - 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１６記載の光検出システムと、
を備えたライダー装置。 - 前記光源と前記光検出器の配置関係に基づいて、三次元画像を生成する画像認識システムと、を備える請求項１７記載のライダー装置。
- 請求項１７又は１８に記載のライダー装置を備えた車。
- 車体の４つの隅に請求項１７又は１８に記載のライダー装置を備えた車。
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