JP2021072347A - 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 - Google Patents

光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 Download PDF

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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】実施形態に係る光検出器は、フォトダイオードを含む複数の素子を含む。前記複数の素子の少なくとも一部は、前記フォトダイオードを囲み、且つ前記フォトダイオードと異なる屈折率を有する構造体をそれぞれ含む。それぞれの前記構造体の少なくとも一部は、互いに離れている。【選択図】図１

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、フォトダイオード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。
特開２００１−３５２０９５号公報
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、実施形態に係る光検出器は、フォトダイオードを含む複数の素子を含む。前記複数の素子の少なくとも一部は、前記フォトダイオードを囲み、且つ前記フォトダイオードと異なる屈折率を有する構造体をそれぞれ含む。それぞれの前記構造体の少なくとも一部は、互いに離れている。
図１は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２は、図１のＡ１−Ａ２断面図である。 図３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４は、第１実施形態に係る光検出器の一部を表す平面図である。 図５は、第１実施形態に係る光検出器の一部を表す平面図である。 図６（ａ）及び図６（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図である。 図７（ａ）及び図７（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図である。 図８（ａ）及び図８（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図である。 図９（ａ）及び図９（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図である。 図１０（ａ）及び図１０（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図である。 図１１（ａ）及び図１１（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図である。 図１２（ａ）及び図１２（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図である。 図１３（ａ）及び図１３（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図である。 図１４（ａ）及び図１４（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図である。 図１５（ａ）及び図１５（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図である。 図１６（ａ）及び図１６（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図である。 図１７（ａ）及び図１７（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図である。 図１８（ａ）及び図１８（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図である。 図１９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図である。 図２０は、第１実施形態の変形例に係る光検出器を例示する模式的平面図である。 図２１は、図２０のＡ１−Ａ２断面図である。 図２２は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２３は、図２２のＡ１−Ａ２断面図である。 図２４は、図２２のＢ１−Ｂ２断面図である。 図２５は、第２実施形態の第１変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２６は、第２実施形態の第１変形例に係る光検出器の特性を例示するグラフである。 図２７は、第２実施形態の第２変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２８は、第２実施形態の第２変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２９は、第２実施形態の第２変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図３０は、第３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。 図３１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。 第３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。
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、各部分の厚みと幅との関係、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の一部を例示する模式的平面図である。
図２は、図１のＡ１−Ａ２断面図である。
図３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１に示すように、第１実施形態に係る光検出器１００は、複数の素子１を含む。複数の素子１は、互いに交差する第１方向及び第２方向に沿って配列されている。
第１方向及び第２方向を含む面と交差する一方向を第３方向とする。例えば、第１方向は、図１及び図２に示すＸ方向に沿う。第２方向は、Ｘ方向に対して垂直なＹ方向に沿う。第３方向は、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直なＺ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、Ｙ方向、及びＺ方向に沿う場合について説明する。
各素子１は、半導体部１０を含む。半導体部１０は、第１導電形の第１半導体層１１、第２導電形の第２半導体層１２、及び第２導電形の第３半導体層１３を含む。第２半導体層１２は、Ｚ方向において第１半導体層１１と第３半導体層１３との間に設けられる。第１半導体層１１と第２半導体層１２は、物理的且つ電気的に互いに接しており、フォトダイオードＰＤを形成している。
第１導電形は、ｐ形及びｎ形の一方である。第２導電形は、ｐ形及びｎ形の他方である。以下では、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形の場合について説明する。
第３半導体層１３におけるｐ形不純物濃度は、第２半導体層１２におけるｐ形不純物濃度よりも低い。例えば、第２半導体層１２におけるｐ形不純物濃度は、第１半導体層１１におけるｎ形不純物濃度よりも高い。
半導体部１０に光が入射すると、キャリアが生成される。光検出器１００は、各半導体部１０に入射した光を電気信号として検出する。
図２に示すように、導電層５は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って広がり、複数の半導体部１０とＺ方向において並んでいる。導電層５は、例えば、導電性の基板である。導電層５は、電極５０と複数の半導体部１０との間に設けられる。導電層５は、電極５０と電気的に接続される。
各半導体部１０は、導電層５を介して電極５０と電気的に接続されている。電極５０の電位を制御することで、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間に電圧が印加される。各フォトダイオードＰＤ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。
複数の素子１の少なくとも一部は、構造体２１をさらに含む。構造体２１は、Ｘ−Ｙ面に沿ってフォトダイオードＰＤを囲む。構造体２１の屈折率は、フォトダイオードＰＤ（第１半導体層１１及び第２半導体層１２）の屈折率と異なる。
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。
構造体２１は、絶縁性である。構造体２１は、半導体部１０同士の間における電気的な導通及び光学的な干渉を抑制するために設けられる。構造体２１により、半導体部１０同士の間における二次光子及びキャリアの移動が抑制される。各素子１の構造体２１は、互いに物理的に接触しておらず離れている。例えば、複数のフォトダイオードＰＤの１つ（第１フォトダイオード）を囲む構造体２１（第１構造体）は、複数のフォトダイオードＰＤの別の１つ（第２フォトダイオード）を囲む別の構造体２１（第２構造体）から離れている。第１構造体と第２構造体は、Ｘ方向又はＹ方向において隣り合う。例えば、これらの構造体の間には、半導体領域２５が設けられ、半導体領域２５は、第１構造体及び第２構造体と接触する。
Ｚ方向において導電層５と構造体２１との間にｐ形の半導体領域２３が設けられても良い。半導体領域２３におけるｐ形不純物濃度は、第３半導体層１３におけるｐ形不純物濃度よりも高い。
例えば、第１半導体層１１及び第２半導体層１２は、構造体２１に接する。これにより、第１半導体層１１及び第２半導体層１２が構造体２１から離れている場合に比べて、光子検出効率を向上させることができる。
隣り合う素子１同士の間には、半導体領域２５が設けられる。例えば、半導体領域２５は、Ｘ方向において隣り合う素子１同士の間をＹ方向に延びている。半導体領域２５は、Ｙ方向において隣り合う素子１同士の間をＸ方向に延びている。半導体領域２５は、例えば、構造体２１に接している。
各素子１は、クエンチ抵抗３０をさらに含む。クエンチ抵抗３０は、各フォトダイオードＰＤの第１半導体層１１に電気的に接続される。例えば、Ｚ方向から見たときに、クエンチ抵抗３０は、フォトダイオードＰＤと異なる位置に存在する。例えば、クエンチ抵抗３０は、Ｚ方向において、構造体２１又は半導体領域２５と並ぶ。クエンチ抵抗３０の他端は、第１配線５１と電気的に接続される。
クエンチ抵抗３０は、コンタクト３１及び接続配線３３を介して第１半導体層１１と電気的に接続され、コンタクト３１を介して第１配線５１と電気的に接続される。例えば、クエンチ抵抗３０のＺ方向における位置は、第１半導体層１１のＺ方向における位置と、第１配線５１のＺ方向における位置と、の間にある。１つの第１配線５１は、Ｙ方向に並ぶ複数のフォトダイオードＰＤと電気的に接続される。
クエンチ抵抗３０の電気抵抗は、コンタクト３１、コンタクト３２、及び接続配線３３のそれぞれの電気抵抗よりも大きい。クエンチ抵抗３０の電気抵抗は、５０ｋΩ以上２ＭΩ以下であることが好ましい。
クエンチ抵抗３０は、半導体部１０に光が入射し、アバランシェ降伏が発生した際に、アバランシェ降伏の継続を抑制するために設けられる。アバランシェ降伏が発生し、クエンチ抵抗３０に電流が流れると、クエンチ抵抗３０の電気抵抗に応じて電圧降下が生じる。電圧降下により、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間の電位差が小さくなり、アバランシェ降伏が停止する。これにより、次に半導体部１０へ入射した光を検出できるようになる。
例えば、フォトダイオードＰＤに降伏電圧を超える逆電圧が印加されると、フォトダイオードＰＤは、ガイガーモードで動作する。ガイガーモードで動作することにより、高いゲインと短い時定数を持ったパルス状の信号として出力することができ、１光子から広いダイナミックレンジを有する光検出器とすることができる。
光検出器１００は、例えば、絶縁層４１〜４４を含む。絶縁層４１〜４３は、Ｚ方向において複数の素子１と絶縁層４４との間に設けられる。絶縁層４１及び４２は、Ｚ方向において複数の素子１と絶縁層４３との間に設けられる。絶縁層４１は、Ｚ方向において複数の素子１と絶縁層４２との間に設けられる。
コンタクト３１及び３２は、Ｘ−Ｙ面に沿って、絶縁層４１、絶縁層４２、及び絶縁層４３に囲まれる。絶縁層４１の一部は、Ｚ方向において半導体領域２５とクエンチ抵抗３０との間に設けられる。第１配線５１及び接続配線３３は、絶縁層４４に囲まれる。なお、図１では、絶縁層４１〜４４の図示が省略されている。
図５に示すように、光検出器１００は、共通配線５４及びパッド５５をさらに含む。なお、図１は、図５に示す部分Ｐを示す。Ｙ方向に並ぶ複数の素子１に、１つの第１配線５１が電気的に接続される。Ｘ方向に並ぶ複数の第１配線５１は、共通配線５４と電気的に接続される。共通配線５４は、１つ以上のパッド５５と電気的に接続される。パッド５５には、外部のデバイスの配線が電気的に接続される。
図３及び図４は、第１実施形態に係る光検出器の一部を表す平面図である。
図３に示すように、構造体２１は、Ｚ方向から見たときに、５角以上の多角形である。図３の例では、構造体２１は、Ｚ方向から見たときに、八角形である。例えば、構造体２１は、Ｙ方向に延びる一対の第１延在部２１−１、Ｘ方向に延びる一対の第２延在部２１−２、及び複数の連結部２１Ｃを含んでも良い。第１半導体層１１（フォトダイオードＰＤ）は、Ｘ方向において、一対の第１延在部２１−１の間に設けられる。第１半導体層１１は、Ｙ方向において、一対の第２延在部２１−２の間に設けられる。各連結部２１Ｃは、第１延在部２１−１の一端と、第２延在部２１−２の一端と、を連結している。
第１延在部２１−１のＹ方向における長さは、連結部２１ＣのＹ方向における長さよりも長い。第２延在部２１−２のＸ方向における長さは、連結部２１ＣのＸ方向における長さよりも長い。例えば、Ｚ方向から見たときに、連結部２１Ｃは直線状であり、構造体２１は八角形である。Ｚ方向から見たときに、構造体２１の形状は、八角以上であることが好ましい。すなわち、第１延在部２１−１と連結部２１Ｃとの間の角度θ１は、１３５度以上が好ましい。第２延在部２１−２と連結部２１Ｃとの間の角度θ２は、１３５度以上が好ましい。
連結部２１ＣのＸ方向における長さＬ１及び連結部２１ＣのＹ方向における長さＬ２は、それぞれ１μｍ以上であることが好ましい。
又は、図４に示すように、構造体２１は、Ｚ方向から見たときに、角が湾曲した多角形であっても良い。すなわち、Ｚ方向から見たときに、連結部２１Ｃが湾曲していても良い。図４の例では、構造体２１は、Ｚ方向から見たときに、角丸の四角形である。例えば、第１延在部２１−１と連結された連結部２１Ｃの一端は、Ｙ方向に沿う。第２延在部２１−２と連結された連結部２１Ｃの他端ｈは、Ｘ方向に沿う。これにより、連結部２１Ｃは、第１延在部２１−１及び第２延在部２１−２と滑らかに連結される。同様に、Ｚ方向から見たときに、連結部２２Ｃが湾曲していても良い。
なお、光検出器１００の構造は、図示した例に限らず、種々の変形が可能である。例えば、Ｚ方向から見たときに、複数のフォトダイオードＰＤの１つ（第１フォトダイオード）を囲む構造体２１（第１構造体）の形状は、複数のフォトダイオードＰＤの別の１つ（第２フォトダイオード）を囲む別の構造体２１（第２構造体）の形状と異なっていても良い。例えば、クエンチ抵抗３０、第１配線５１などの配置に応じて、構造体２１の形状を変化させることで、クエンチ抵抗３０、第１配線５１などの配置が容易となる。Ｚ方向から見たときに、第１フォトダイオードの形状は、第２フォトダイオードの形状と異なっていても良い。Ｚ方向から見たときに、第１フォトダイオードの面積は、第２フォトダイオードの面積と異なっていても良い。第１フォトダイオードと電気的に接続されたクエンチ抵抗３０の電気抵抗と第２フォトダイオードと電気的に接続されたクエンチ抵抗３０の電気抵抗が、互いに異なっていても良い。第１フォトダイオードと電気的に接続された第１配線５１と第２フォトダイオードと電気的に接続された第１配線５１に、互いに異なる動作電圧が印加されても良い。第１フォトダイオードと電気的に接続された第１配線５１の信号と、第２フォトダイオードと電気的に接続された第１配線５１の信号が、分けて読み出されても良い。第１フォトダイオードと電気的に接続されたクエンチ抵抗３０の電気抵抗と第２フォトダイオードと電気的に接続されたクエンチ抵抗３０の電気抵抗が、互いに異なっていても良い。
各要素の材料の一例を説明する。
第１半導体層１１、第２半導体層１２、第３半導体層１３、及び半導体領域２５は、シリコン、炭化シリコン、ガリウムヒ素、及び窒化ガリウムからなる群より選択される少なくとも１つの半導体材料を含む。これらの半導体領域がシリコンを含むとき、リン、ヒ素、又はアンチモンがｎ形不純物として用いられる。ボロンがｐ形不純物として用いられる。
第１半導体層１１におけるｎ形不純物濃度は、例えば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１１における電気抵抗を低減し、第２半導体層１２におけるキャリアの損失を低減できる。
第２半導体層１２におけるｐ形不純物濃度は、例えば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１２を、第１半導体層１１とｐｎ接合させ、且つ第２半導体層１２において空乏層を広がり易くできる。
第３半導体層１３におけるｐ形不純物濃度は、例えば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１３で空乏層を十分に広げ、光子検出効率又は受光感度を高めることができる。
導電層５は、例えば、ｐ形の半導体層である。導電層５は、上述した半導体材料を含む。導電層５におけるｐ形不純物濃度は、１．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。導電層５は、金属を含んでも良い。例えば、導電層５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。
構造体２１は、絶縁材料を含む。例えば、構造体２１は、酸素及び窒素からなる群より選択される１つと、シリコンと、を含む。例えば、構造体２１は、酸化シリコン又は窒化シリコンを含む。構造体２１は、図２に示すように、第１絶縁層ＩＬ１及び第２絶縁層ＩＬ２を含んでも良い。第２絶縁層ＩＬ２は、第１絶縁層ＩＬ１と半導体部１０との間、及び第１絶縁層ＩＬ１と導電層５との間に設けられる。例えば、第１絶縁層ＩＬ１及び第２絶縁層ＩＬ２は酸化シリコンを含み、第２絶縁層ＩＬ２は第１絶縁層ＩＬ１に比べて緻密な構造を有する。
クエンチ抵抗３０は、半導体材料としてポリシリコンを含む。クエンチ抵抗３０には、ｎ形不純物又はｐ形不純物が添加されていても良い。
コンタクト３１及び３２は、金属材料を含む。例えば、コンタクト３１及び３２は、チタン、タングステン、銅、及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。コンタクト３１及び３２は、チタン、タングステン、銅、及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つの窒化物又はシリコン化合物からなる導電体を含んでも良い。図２に示すように、コンタクト３１は、金属層３１ａ及び金属層３１ｂを含んでも良い。コンタクト３２は、金属層３２ａ及び金属層３２ｂを含んでも良い。金属層３１ｂは、金属層３１ａと絶縁層４１との間、金属層３１ａと絶縁層４２との間、及び金属層３１ａと絶縁層４３との間に設けられる。金属層３２ｂは、金属層３２ａと絶縁層４２との間、及び金属層３２ａと絶縁層４３との間に設けられる。例えば、金属層３１ａ及び３２ａは、タングステンを含む。金属層３１ｂ及び３２ｂは、チタンを含む。金属層３１ｂは、チタン層と、チタン層と金属層３１ａとの間に設けられた窒化チタン層と、を含んでも良い。金属層３２ｂは、チタン層と、チタン層と金属層３２ａとの間に設けられた窒化チタン層と、を含んでも良い。
接続配線３３、電極５０、及び第１配線５１は、銅及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。絶縁層４１〜４４は、絶縁材料を含む。例えば、絶縁層４１〜４４は、酸素及び窒素からなる群より選択される１つと、シリコンと、を含む。例えば、絶縁層４１〜４４は、酸化シリコンを含む。
図６〜図１９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図である。
図６（ａ）〜図１８（ａ）は、図６（ｂ）〜図１８（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面をそれぞれ示す。図６〜図１９を参照して、第１実施形態に係る光検出器の製造工程の一例を説明する。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１００ａ及びシリコンエピ層１０１を含む基板を用意する。シリコンエピ層１０１は、シリコン基板１００ａの上に、シリコンをエピタキシャル成長させることで形成される。シリコン基板１００ａ及びシリコンエピ層１０１は、ホウ素がドープされた単結晶ｐ形シリコンを含む。シリコン基板１００ａにおけるホウ素濃度は、４．０×１０１８ｃｍ−３である。シリコンエピ層１０１におけるホウ素濃度は、１．０×１０１５ｃｍ−３である。シリコンエピ層１０１の厚さは、１０μｍである。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、シリコンエピ層１０１の表面を酸化し、１００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１０２を形成する。減圧熱ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１０２の上に、１５０ｎｍのシリコン窒化膜１０３を堆積させる。減圧熱ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜１０３の上に、シリコン酸化膜１０３１を１０００ｎｍ堆積させる。素子分離領域１０４を規定するレジスト１０５をリソグラフィ工程によって形成する。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、レジスト１０５の開口部を通してシリコン酸化膜１０３１、シリコン窒化膜１０３、及びシリコン酸化膜１０２をエッチングする。素子分離領域１０４の幅は、１．８μｍである。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、レジスト１０５を剥離する。素子分離領域１０４のシリコンエピ層１０１を、シリコン酸化膜１０３１をマスクとして用いてエッチングする。これにより、第１トレンチ１０６が形成される。この時、エッチングの深さは、シリコンエピ層１０１の厚さと、シリコン基板１００ａに含まれるホウ素のシリコンエピ層１０１への拡散量と、により決定される。拡散量は、プロセス全体での熱工程を考慮して決定される。エッチング深さは、例えば９μｍである。第１トレンチ１０６の形成に際しては、約２°のテーパ角度を付けることが好ましい。テーパ角度は、Ｚ方向に対する第１トレンチ１０６の側面の傾きである。これにより、後の酸化膜埋め込み時のボイド発生を抑制することができる。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第１トレンチ１０６の表面を酸化し、５０ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１０６１を形成する。イオン注入を基板全面に行うことで、第１トレンチ１０６の底部に被注入領域１０６２を形成しても良い。被注入領域１０６２は、ホウ素を注入加速電圧４０ｋｅＶ、注入ドーズ量３．０×１０１２ｃｍ−２、基板鉛直方向との角度を０度に設定したイオン注入によって形成される。この時、前記角度を±３０度とすれば、図９（ａ）に示すように、第１トレンチ１０６の底部側面にも被注入領域１０６２が形成される。ＲＩＥにより第１トレンチ１０６を形成する際、シリコンエピ層１０１には、結晶欠陥が発生する。第１トレンチ１０６の底部側面に被注入領域１０６２を形成することで、欠陥に起因するノイズ成分を抑制することができる。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、埋め込み酸化膜１０６３をプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法により１．２μｍ堆積する。１０００℃の窒素アニールを実行し、埋め込み酸化膜１０６３の構造を緻密化する。シリコン窒化膜１０３をストッパとして用いて、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理により埋め込み酸化膜１０６３を平坦化した。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、フッ酸処理によりシリコン窒化膜１０３上のシリコン酸化膜１０３１を除去する。熱燐酸処理によりシリコン窒化膜１０３を剥離する。フッ酸処理によりシリコン酸化膜１０２を剥離する。以上により、後述する第２分離構造よりも深い第１分離構造１０６４が形成される。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、ｐ形シリコンエピ層１０１の表面を酸化し、５０ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１０７を形成する。０．２μｍの厚さのポリシリコン膜を減圧熱ＣＶＤ法により成膜する。リソグラフィ工程とＲＩＥ工程により、シリコン酸化膜１０７及びポリシリコン膜を所定の形状に加工し、クエンチ抵抗１１２を形成する。クエンチ抵抗１１２の抵抗を調整するために、例えばホウ素を、注入加速電圧２０ｋｅＶで、１．０×１０１５ｃｍ−２の不純物を注入し、活性化アニールを行う。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程及びイオン注入工程により、素子領域１０８内に、ｐ形アバランシェ層１０９をパターン形成する。以降の図１３（ｂ）〜図１８（ｂ）では、シリコン酸化膜１０７の図示を省略する。ｐ形アバランシェ層１０９は、ホウ素のイオン注入により形成される。ホウ素のピーク深さが０．８μｍであり、ピーク濃度が１．０×１０１７ｃｍ−３となるように、ｐ形アバランシェ層１０９を形成する。
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程、及びイオン注入工程により、素子領域１０８内にｎ形アバランシェ層１１３をパターン形成する。ｎ形アバランシェ層１１３は、金属を含む配線と半導体層とのオーミック電極部を兼ねる。ｎ形アバランシェ層１１３は、リンのイオン注入により形成される。リンのピークが基板の表面に位置し、ピーク濃度が１．５×１０２０ｃｍ−３となるように、ｎ形アバランシェ層１１３を形成する。ｎ形アバランシェ層１１３を活性化するために、Ｎ２雰囲気中でアニール処理を行った。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、絶縁膜１１４をＣＶＤ法により０．５ｕｍ成膜した。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により絶縁膜１１８を３００ｎｍ堆積させる。リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により、クエンチ抵抗１１２及びｎ形アバランシェ層１１３の上にコンタクトホール１１９を形成する。
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、チタン膜１２０及び窒化チタン膜１２１をスパッタ法によりそれぞれ１０ｎｍ成膜する。タングステン膜１２２をＣＶＤ法により３００ｎｍ成膜する。絶縁膜１１８をストッパとして用いて、ＣＭＰによりタングステン膜１２２、窒化チタン膜１２１及びチタン膜１２０を平坦化し、コンタクトホール１１９の埋め込みを行った。
図１８（ａ）、図１８（ｂ）、及び図１９に示すように、アルミ電極１２３をスパッタ法により０．５ｕｍ成膜し、リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により所定の形状に加工する。パッシベーション膜１２４としてシリコン窒化膜をＣＶＤ法により０．３ｕｍ成膜し、読出しパッド１２４１をＲＩＥ法により開口する。単結晶ｐ形シリコン基板１００ａの厚さが６００μｍになるまで裏面研磨を行う。裏面電極１２５としてＴｉ膜及びＡｕ膜を成膜する。これにより、読出しパッド１２４１側がアバランシェフォトダイオードのアノード電極、裏面電極１２５側がカソード電極となる。以上の工程により、実施形態に係る光検出器１００が製造される。
光検出器１００において、導電層５は、上述した製造工程のシリコン基板１００ａに対応する。第３半導体層１３及び半導体領域２５は、シリコンエピ層１０１の一部に対応する。構造体２１は、シリコン酸化膜１０６１及び酸化膜１０６３を含む第１分離構造１０６４に対応する。半導体領域２３は、被注入領域１０６２に対応する。絶縁層４１は、シリコン酸化膜１０７に対応する。第２半導体層１２は、ｐ形アバランシェ層１０９に対応する。クエンチ抵抗３０は、クエンチ抵抗１１２に対応する。第１半導体層１１は、ｎ形アバランシェ層１１３に対応する。絶縁層４２は、絶縁膜１１４に対応する。絶縁層４３は、絶縁膜１１８に対応する。コンタクト３１及び３２は、チタン膜１２０、窒化チタン膜１２１、及びタングステン膜１２２に対応する。接続配線３３及び第１配線５１は、アルミ電極１２３に対応する。絶縁層４４は、パッシベーション膜１２４に対応する。パッド５５は、パッド１２４１に対応する。電極５０は、裏面電極１２５に対応する。
第１実施形態の効果を説明する。
光検出器１００では、各素子１に、構造体２１が設けられる。構造体２１の屈折率は、フォトダイオードＰＤの屈折率と異なる。フォトダイオードＰＤに光が入射し、二次光子が発生したとき、隣り合うフォトダイオードＰＤへ進む二次光子は、構造体２１の界面で反射される。構造体２１が設けられることで、クロストークノイズを低減できる。
さらに、光検出器１００では、構造体２１の少なくとも一部同士が、互いに離れている。これにより、隣り合う素子１同士の間に１つの分離構造が設けられる場合に比べて、隣り合うフォトダイオードＰＤ同士の間において、構造体２１の界面の数が増加する。界面の数の増加により、フォトダイオードＰＤで二次光子が発生したとき、隣り合うフォトダイオードＰＤに向けて進む二次光子がより反射され易くなる。これにより、クロストークノイズをさらに低減できる。クロストークノイズのさらなる低減のためには、構造体２１の全体同士が、互いに離れていることが好ましい。
構造体２１は、図３及び図４に示すように、Ｚ方向から見たとき、５角以上の多角形又は角丸の多角形である。この構造によれば、構造体２１の角の角度をより大きくし、構造体２１の角における応力を緩和できる。例えば、応力の緩和により、半導体領域２５にクラックが発生することを抑制でき、クラックの発生に起因する動作不良を抑制できる。また、構造体２１（第１分離構造１０６４）の形成時に、シリコンエピ層１０１にクラックが発生すると、この後のフォトリソグフィ工程において、レジストがクラックに入り込む可能性がある。レジストがクラックに入ると、レジストを剥離する際に、クラック内にレジストの残差が発生しうる。レジストの残差は、その後の酸化等熱工程において酸化炉の有機汚染を引き起こす。構造体２１の角における応力を緩和することで、これらの課題を解決できる。
例えば図３及び図４に示すように、構造体２１は、第１延在部２１−１、第２延在部２１−２、及び連結部２１Ｃを含む。第１延在部２１−１と連結部２１Ｃとの間の角度、及び第２延在部２１−２と連結部２１Ｃとの間の角度は、１３５度以上であることが好ましい。これにより、第１延在部２１−１と連結部２１Ｃとの間の外角、及び第２延在部２１−２と連結部２１Ｃとの間の外角の角度をより大きくできる。これらの外角の角度が大きくなることで、構造体２１の角における応力を緩和できる。図４に示すように、構造体２１において、少なくとも一部の連結部２１Ｃが湾曲していても良い。連結部２１Ｃを湾曲させることで、構造体２１における応力の集中をさらに緩和できる。
連結部２１ＣのＸ方向及びＹ方向におけるそれぞれの長さは、１μｍ以上であることが好ましい。これにより、連結部２１Ｃで発生する応力をさらに緩和できる。
発明者らは、第１実施形態に係る光検出器１００の電極５０に負の動作電圧（Ｖｏｐ）を印加し、パッド５５からパルス信号を読み出した。動作電圧は、−２５Ｖから−３５Ｖの範囲に設定した。光検出器１００では、各素子１にフォトダイオードＰＤを囲う構造体２１が設けられている。換言すると、隣り合うフォトダイオードＰＤ同士の間には、２つの構造体２１が存在する。この２つの構造体２１により、二次光子がより屈折され易くなる。例えば、参考例として、Ｘ方向及びＹ方向に並ぶ複数のフォトダイオードＰＤ同士の間に、Ｘ方向及びＹ方向に延びる格子状の分離構造が設けられた光検出器が挙げられる。この参考例に比べて、クロストークノイズが低減されることを確認した。例えば、第１に係る光検出器１００を、以下の条件で作製した。構造体２１の形状は、Ｚ方向から見たときに八角形とした。フォトダイオードＰＤの中心同士の間隔は、２５μｍとした。構造体２１の径方向における長さは、１．６μｍとした。導電層５のＸ−Ｙ面における面積に対する、複数のフォトダイオードＰＤのＸ−Ｙ面における面積の和の比は、０．６とした。フォトダイオードＰＤのｐｎ接合面から導電層５に向けて３μｍの空乏層が延びるように設計した。この光検出器１００におけるクロストークノイズと、参考例に係る光検出器のクロストークノイズを比較した結果、光検出器１００におけるクロストークノイズは、参考例に係る光検出器のクロストークノイズよりも３０％小さかった。
（変形例）
図２０は、第１実施形態の変形例に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２１は、図２０のＡ１−Ａ２断面図である。
図２０では、素子１、クエンチ抵抗３０、及び第１配線５１などを示すために、絶縁層４１〜４４が省略されている。
本変形例では、クエンチ抵抗３０が構造体２１とＺ方向において並ぶ。クエンチ抵抗３０が構造体２１とＺ方向において並ぶと、図２に示すようにクエンチ抵抗３０が半導体領域２５とＺ方向において並ぶ場合に比べて、半導体領域２５とクエンチ抵抗３０との間の距離が長くなる。半導体領域２５とクエンチ抵抗３０との間には、絶縁層４１よりも厚い構造体２１が存在する。このため、クエンチ抵抗３０の電圧が上昇した際に絶縁破壊が生じる可能性を低減できる。例えば、フォトダイオードＰＤにおけるブレークダウン電圧の設計自由度が上がる。
［第２実施形態］
図２２は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
図２３は、図２２のＡ１−Ａ２断面図である。
図２４は、図２２のＢ１−Ｂ２断面図である。
図２２では、素子１、クエンチ抵抗３０、第１配線５１、及び第２配線５２などを示すために、絶縁層４１〜４４が省略されている。
図２２及び図２３に示すように、第２実施形態に係る光検出器２００では、複数の素子１は、複数の第１素子１ａ及び複数の第２素子１ｂを含む。複数の第１素子１ａ及び複数の第２素子１ｂは、Ｘ方向及びＹ方向において、交互に並んでいる。換言すると、複数の第１素子１ａ及び複数の第２素子１ｂは、千鳥格子状に設けられている。
第１素子１ａは、フォトダイオードＰＤを囲む構造体２１を含む。第２素子１ｂは、構造体２１を含まない。このため、Ｘ方向又はＹ方向において隣り合うフォトダイオードＰＤ同士の間には、１つの構造体２１が設けられる。Ｚ方向において垂直であり、Ｘ方向及びＹ方向と交差する第４方向Ｄ４において、第１素子１ａのフォトダイオードＰＤ同士の間には、１つの構造体２１が設けられる。第４方向Ｄ４において、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤ同士の間には、構造体２１は設けられない。
例えば図２４に示すように、第４方向Ｄ４において、第２素子１ｂ同士の間には、半導体領域２５が設けられる。半導体領域２５は、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤに接する。第４方向Ｄ４において、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤ同士の間に、ｐ形の半導体領域２６が設けられても良い。半導体領域２６におけるｐ形不純物濃度は、第３半導体層１３及び半導体領域２５のそれぞれにおけるｐ形不純物濃度よりも高い。半導体領域２６により、第２素子１ｂ同士の間での電子の移動が抑制され、クロストークノイズを低減できる。
例えば、半導体領域２６は、第２素子１ｂ同士の間にホウ素をイオン注入することで形成される。フォトリソグラフィにより半導体領域２６を形成する領域を規定した後、ホウ素を注入加速電圧７０ｋｅＶで、３．０×１０１２ｃｍ−２の条件にて注入することで、半導体領域２６を形成できる。
第１素子１ａのフォトダイオードＰＤ及び第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤには、それぞれクエンチ抵抗３０が電気的に接続される。例えば、複数のクエンチ抵抗３０は、複数の第１クエンチ抵抗３０ａ及び複数の第２クエンチ抵抗３０ｂを含む。第１クエンチ抵抗３０ａは、第１素子１ａのフォトダイオードＰＤと電気的に接続される。第２クエンチ抵抗３０ｂは、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤと電気的に接続される。例えば、第１素子１ａのフォトダイオードＰＤ（第１フォトダイオード）は、構造体２１（第１構造体）に囲まれる。第１フォトダイオードには、第１クエンチ抵抗３０ａが電気的に接続される。第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤ（第２フォトダイオード）には、第２クエンチ抵抗３０ｂが電気的に接続される。
第１クエンチ抵抗３０ａ及び第２クエンチ抵抗３０ｂは、構造体２１とＺ方向において並ぶ。具体的には、第１クエンチ抵抗３０ａは、その第１クエンチ抵抗３０ａと電気的に接続された第１素子１ａの構造体２１と、Ｚ方向において並ぶ。第２クエンチ抵抗３０ｂは、その第２クエンチ抵抗３０ｂと電気的に接続された第２素子１ｂと隣り合う第１素子１ａの構造体２１と、Ｚ方向において並ぶ。
Ｘ方向に並んだ複数の第１クエンチ抵抗３０ａは、１つの第１配線５１と電気的に接続される。Ｘ方向に並んだ複数の第２クエンチ抵抗３０ｂは、１つの第２配線５２と電気的に接続される。例えば、複数の第１配線５１と複数の第２配線５２が、Ｙ方向において交互に設けられる。
例えば、複数の第１配線５１と複数の第２配線５２は、互いに異なるパッドと電気的に接続される。これにより、第１素子１ａで検出された信号と、第２素子１ｂで検出された信号と、を別々に読み出すことが可能となる。
第２実施形態に係る光検出器２００では、第１実施形態と比べて、単位面積あたりの構造体２１の数が少ない。このため、第２実施形態によれば、第１実施形態に比べて、各フォトダイオードＰＤの面積を大きくし、光子検出効率を高めることができる。
第１配線５１と第２配線５２に互いに異なる動作電圧を印加しても良い。これにより、第１素子１ａのフォトダイオードＰＤの動作条件と第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤの動作条件を異ならせることができる。例えば、フォトダイオードＰＤの動作条件が異なることで、第１素子１ａの光子検出効率と第２素子１ｂの光子検出効率を異ならせることができる。例えば、要求される検出効率に応じて処理ごとに、第１配線５１を流れる信号と、第２配線５２を流れる信号と、を使い分けることができる。
例えば、各実施形態に係る光検出器は、光源から光を発した後に、その反射光を検出するために用いられる。光を発してから反射光が検出されるまでの時間は、光源と光を反射した物体との間の距離を算出するための光飛行時間測距（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：ＴｏＦ）法に用いられる。例えば、反射光の光子数が比較的多い近接した位置の距離を撮像するときには、第１配線５１及び第２配線５２の信号をまとめて読出し、ダイナミックレンジを確保する。光子数が比較的少ない遠方の位置の距離を撮像するときには、第１配線５１及び第２配線５２の信号を別々に読出し、距離の精度を確保する。例えば、第２配線５２の信号は、Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ（ＴＤＣ）に入力し、出力パルス波高をもちいたＴｏＦ法により距離計測を行う。第１配線５１の信号は、アナログデジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ：ＡＤＣ）で処理し、より正確な光子数の測定によって距離精度を向上させる。
（第１変形例）
図２５は、第２実施形態の第１変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
図２５では、素子１、クエンチ抵抗３０、第１配線５１、及び第２配線５２などを示すために、絶縁層４１〜４４が省略されている。
図２５に示す光検出器２１０では、第１クエンチ抵抗３０ａは、Ｚ方向において構造体２１と並ぶ。第２クエンチ抵抗３０ｂは、Ｚ方向において構造体２１と並ばない。換言すると、Ｚ方向から見たときに、第２クエンチ抵抗３０ｂは、構造体２１と異なる位置に設けられる。第２クエンチ抵抗３０ｂは、Ｚ方向においてフォトダイオードＰＤと並ぶ。
第２クエンチ抵抗３０ｂと、その第２クエンチ抵抗３０ｂに電気的に接続されたフォトダイオードＰＤと、の間の電気的な第２容量は、第１クエンチ抵抗３０ａと、その第１クエンチ抵抗３０ａに電気的に接続されたフォトダイオードＰＤと、の間の電気的な第１容量よりも大きい。容量の違いにより、第２素子１ｂで検出された信号の時定数は、第１素子１ａで検出された信号の時定数よりも小さくなる。
図２６は、第２実施形態の第１変形例に係る光検出器の特性を例示するグラフである。
図２６において、横軸は、光子を検出してから経過した時間を示す。縦軸は、光子を検出したときの出力を表す。実線で示されるパルスＰ１は、第１素子１ａからの出力パルスを示す。破線で示されるパルスＰ２は、第２素子１ｂからの出力パルスを示す。
図２６に示すように、パルスＰ２では、第１半導体層１１とクエンチ抵抗３０ｂとの間の容量成分によって、時定数の短い高速のパルス成分Ｐｃが強く出現する。この結果、例えば、ＴＤＣを用いて距離を計測する第２素子１ｂに関しては、しきい値電圧の設定マージンが広がり、且つ時間分解能が向上する。寄生容量により発生するパルス成分Ｐｃは、擬似的なクロストーク成分となる。このクロストーク成分は、ＡＤＣを用いて距離を計測する場合には、距離の誤検出の原因となる。このため、ＡＤＣを用いて距離を計測する場合、第１素子１ａから出力されるパルスＰ１を用いることが望ましい。
（第２変形例）
図２７〜図２９は、第２実施形態の第２変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
なお、図２７〜図２９では、各クエンチ抵抗及び各コンタクトの配置を示すために、これらを第１配線５１及び第２配線５２よりも紙面手前側に図示している。また、素子１、クエンチ抵抗３０、第１配線５１、及び第２配線５２などを示すために、絶縁層４１〜４４が省略されている。
図２７に示す光検出器２２１は、光検出器２００と比べて、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤのＸ−Ｙ面における面積が、第１素子１ａのフォトダイオードＰＤのＸ−Ｙ面における面積よりも小さい。
第２変形例によれば、第２素子１ｂにおけるｐｎ接合の容量を低減できる。これにより、クロストークノイズを低減できる。また、第２素子１ｂから出力された出力パルスの時定数が短くなることで、出力パルスをより高速で読み出し、ダイナミックレンジを向上させることができる。この結果、例えば、光検出器２２１から比較的近い位置に、高い反射率を有する被写体が存在する場合に、光検出器とその被写体との間の距離をより高精度に算出できる。
光検出器２２１では、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤの形状が、Ｚ方向から見たときに八角形である。第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤの形状は、八角形以外の形状であっても良い。例えば、図２８に示す光検出器２２２では、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤの形状が、Ｚ方向から見たときに四角形である。光検出器２２２によれば、光検出器２２１に比べて、第２素子１ｂのフォトダイオードＰＤのＸ−Ｙ面における面積を増大できる。これにより、第２素子１ｂにおける光子検出効率を向上させることができる。
クエンチ抵抗３０ａの電気抵抗とクエンチ抵抗３０ｂの電気抵抗は、互いに異なっても良い。図２９に示す光検出器２２３では、クエンチ抵抗３０ａの電気抵抗が、クエンチ抵抗３０ｂの電気抵抗よりも低い。例えば、Ｚ方向から見たときに、クエンチ抵抗３０ａの長さは、クエンチ抵抗３０ａの長さよりも短い。これにより、第１素子１ａから出力された出力パルスの時定数を短くし、ダイナミックレンジを向上させることができる。ｐｎ接合面積を縮小することで、第２素子１ｂからの出力パルスの時定数を短くできる。クエンチ抵抗値を低くすることで、第１素子１ａからの出力パルスの時定数を短くできる。第１素子１ａ及び第２素子１ｂからの両方の出力パルスの時定数を短くすることで、複数の素子１全体のダイナミックレンジを高めることができる。
［第３実施形態］
図３０は、第３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ＴｏＦ法を採用している。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３１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３２は、第３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半導体部、構造体、第２構造体、クエンチ抵抗、絶縁部、電極、第１配線、第２配線、共通配線、パッド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、光検出システム、ライダー装置、及び車を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車も、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。
１ 素子、 １ａ 第１素子、 １ｂ 第２素子、 ５ 導電層、 １０ 半導体部、 １１ 第１半導体層、 １２ 第２半導体層、 １３ 第３半導体層、 ２１ 構造体、 ２１−１ 第１延在部、 ２１−２ 第２延在部、 ２１Ｃ 連結部、 ２３，２５，２６ 半導体領域、 ３０ クエンチ抵抗、 ３０ａ 第１クエンチ抵抗、 ３０ｂ 第２クエンチ抵抗、 ３１ コンタクト、 ３１ａ，３１ｂ 金属層、 ３２ コンタクト、 ３２ａ，３２ｂ 金属層、 ３３ 接続配線、 ４１〜４４ 絶縁層、 ５０ 電極、 ５１ 第１配線、 ５２ 第２配線、 ５４ 共通配線、 ５５ パッド、 θ１，θ２ 角度、 １００ 光検出器、 １００ａ シリコン基板、 １０１ シリコンエピ層、 １０２ シリコン酸化膜、 １０３ シリコン窒化膜、 １０３１ シリコン酸化膜、 １０４ 素子分離領域、 １０５ レジスト、 １０６ 第１トレンチ、 １０６１ シリコン酸化膜、 １０６２ 被注入領域、 １０６３ 酸化膜、 １０６４ 第１分離構造、 １０７ シリコン酸化膜、 １０８ 素子領域、 １０９ ｐ形アバランシェ層、 １１２ クエンチ抵抗、 １１３ ｎ形アバランシェ層、 １１４ 絶縁膜、 １１８ 絶縁膜、 １１９ コンタクトホール、 １２０ チタン膜、 １２１ 窒化チタン膜、 １２２ タングステン膜、 １２３ アルミ電極、 １２４ パッシベーション膜、 １２４１ パッド、 １２５ 裏面電極、 ２００，２１０，２２１〜２２３ 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、 ４０４ 光源、 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、 ＩＬ１ 第１絶縁層、 ＩＬ２ 第２絶縁層、 Ｌ１，Ｌ２ 長さ、 Ｐ 部分、 Ｐ１，Ｐ２ パルス、 ＰＤ フォトダイオード、 Ｐｃ パルス成分、 Ｒ 受光ユニット、 Ｔ 投光ユニット

Claims (37)

  1. フォトダイオードを含む複数の素子を備え、
    前記複数の素子の少なくとも一部は、前記フォトダイオードを囲み、且つ前記フォトダイオードと異なる屈折率を有する構造体をそれぞれ含み、
    それぞれの前記構造体の少なくとも一部は、互いに離れた光検出器。
  2. 隣り合う前記素子同士の間に設けられた半導体領域をさらに備えた請求項１記載の光検出器。
  3. 前記複数の素子は、第１方向と、前記第１方向に交差する第２方向と、に沿って並び、
    前記構造体は、
    前記第１方向に延びる一対の第１延在部と、
    前記第２方向に延びる一対の第２延在部と、
    前記一対の第１延在部と前記一対の第２延在部をそれぞれ連結する複数の連結部と、
    を含み、
    前記フォトダイオードは、前記第１方向において前記一対の第２延在部の間に設けられ、且つ前記第２方向において前記一対の第１延在部の間に設けられ、
    前記第１延在部と前記連結部との間の角度、及び前記第２延在部と前記連結部との間の角度は、１３５度以上である請求項１又は２に記載の光検出器。
  4. それぞれの前記連結部の前記第１方向における長さ及び前記第２方向における長さは、１μｍである請求項３記載の光検出器。
  5. 前記構造体及び前記第２構造体は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、八角形である請求項３又は４に記載の光検出器。
  6. 前記複数の素子は、第１方向と、前記第１方向に交差する第２方向と、に沿って並び、
    前記構造体は、
    前記第１方向に延びる一対の第１延在部と、
    前記第２方向に延びる一対の第２延在部と、
    前記一対の第１延在部と前記一対の第２延在部をそれぞれ連結する複数の連結部と、
    を含み、
    前記フォトダイオードは、前記第１方向において前記一対の第２延在部の間に設けられ、且つ前記第２方向において前記一対の第１延在部の間に設けられ、
    それぞれの前記連結部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、湾曲している請求項１又は２に記載の光検出器。
  7. 前記複数の素子は、前記構造体を含む第１素子と、第２素子と、を含み、
    複数の前記第１素子及び複数の前記第２素子が、第１方向と、前記第１方向に交差する第２方向と、に沿って交互に設けられ、
    互いに隣り合う前記第２素子同士の間には、前記隣り合う第２素子に接する半導体領域が設けられた請求項１記載の光検出器。
  8. 前記複数の第１素子の少なくとも一部と電気的に接続された第１配線と、
    前記複数の第２素子の少なくとも一部と電気的に接続された第２配線と、
    をさらに備えた請求項７記載の光検出器。
  9. 前記第１配線及び前記第２配線には、互いに異なる動作電圧を印加可能である請求項８記載の光検出器。
  10. 前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、前記複数の第１素子の前記フォトダイオードの形状は、前記複数の第２素子の前記フォトダイオードの形状と異なる、又は、
    前記第３方向から見たときに、前記複数の第１素子の前記フォトダイオードの面積は、前記複数の第２素子の前記フォトダイオードの面積と異なる請求項７〜９のいずれか１つに記載の光検出器。
  11. 前記複数の第１素子は、複数の第１クエンチ抵抗をそれぞれ含み、
    前記複数の第２素子は、複数の第２クエンチ抵抗をそれぞれ含み、
    それぞれの前記第１クエンチ抵抗の電気抵抗は、それぞれの前記第２クエンチ抵抗の電気抵抗と異なる請求項７〜１０のいずれか１つに記載の光検出器。
  12. 前記複数の素子は、第１方向と、前記第１方向に交差する第２方向と、に沿って並び、
    前記複数の素子は、前記フォトダイオードと電気的に接続されたクエンチ抵抗をそれぞれ含み、
    前記複数のクエンチ抵抗の一部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、前記複数のクエンチ抵抗の前記一部と接続された前記フォトダイオードと異なる位置に存在し、
    前記複数のクエンチ抵抗の別の一部は、前記第３方向から見たときに、前記複数のクエンチ抵抗の前記別の一部と接続された前記フォトダイオードとそれぞれ重なる請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光検出器。
  13. 前記複数のクエンチ抵抗の前記一部と電気的に接続された第１配線と、
    前記複数のクエンチ抵抗の前記別の一部と電気的に接続された第２配線と、
    をさらに備えた請求項１２記載の光検出器。
  14. それぞれの前記フォトダイオードは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードである請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光検出器。
  15. フォトダイオードと、前記フォトダイオードに電気的に接続されたクエンチ抵抗と、第１方向と前記第１方向に交差する第２方向とを含む面に沿って前記フォトダイオードを囲み且つ前記フォトダイオードと異なる屈折率を有する構造体と、を含む素子を備え、
    前記構造体は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、５角以上の多角形又は角丸の多角形である光検出器。
  16. 前記多角形のそれぞれの内角の角度は１３５度以下である、又は、
    前記多角形の少なくとも一部の角は湾曲している請求項１５記載の光検出器。
  17. 前記構造体は、
    前記第１方向に延びる一対の第１延在部と、
    前記第２方向に延びる一対の第２延在部と、
    前記一対の第１延在部と前記一対の第２延在部をそれぞれ連結する複数の連結部と、
    を含み、
    前記フォトダイオードは、前記第１方向において前記一対の第２延在部の間に設けられ、且つ前記第２方向において前記一対の第１延在部の間に設けられ、
    前記第１延在部と前記連結部との間の角度、及び前記第２延在部と前記連結部との間の角度は、１３５度以上である、又は、
    それぞれの前記連結部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、湾曲している請求項１５記載の光検出器。
  18. それぞれの前記第１延在部の前記第１方向における長さは、それぞれの前記連結部の前記第１方向における長さよりも長く、
    それぞれの前記第２延在部の前記第２方向における長さは、それぞれの前記連結部の前記第２方向における長さよりも長い請求項１７記載の光検出器。
  19. それぞれの前記連結部の前記第１方向における長さ及び前記第２方向における長さは、１μｍである請求項１７又は１８に記載の光検出器。
  20. 第１フォトダイオードと、
    第１方向と、前記第１方向に交差する第２方向とを含む面に沿って前記第１フォトダイオードを囲む第１構造体と、
    第２フォトダイオードと、
    前記面に沿って前記第２フォトダイオードを囲む第２構造体と、
    を備え、
    前記第１構造体と前記第２構造体は、前記第１方向又は前記第２方向において離れた光検出器。
  21. 前記第１構造体と前記第２構造体との間に設けられた半導体領域をさらに備え、
    前記半導体領域は、前記第１構造体及び前記第２構造体と接触する請求項２０記載の光検出器。
  22. 前記第１構造体及び前記第２構造体は、前記面と交差する第３方向から見たときに、５角以上の多角形である請求項２０又は２１に記載の光検出器。
  23. 前記第１構造体及び前記第２構造体は、前記第３方向から見たときに、八角形である請求項２２記載の光検出器。
  24. 前記第１構造体は、
    前記第１方向に延びる一対の第１延在部と、
    前記第２方向に延びる一対の第２延在部と、
    前記一対の第１延在部と前記一対の第２延在部をそれぞれ連結する複数の連結部と、
    を含み、
    前記第１フォトダイオードは、前記第１方向において前記一対の第２延在部の間に設けられ、且つ前記第２方向において前記一対の第１延在部の間に設けられ、
    前記第１延在部と前記連結部との間の角度、及び前記第２延在部と前記連結部との間の角度は、１３５度以上である請求項２０〜２３のいずれか１つに記載の光検出器。
  25. 前記第１構造体及び前記第２構造体は、前記面と交差する第３方向から見たときに、前記多角形の少なくとも一部の角は湾曲している請求項２０又は２１に記載の光検出器。
  26. 前記第１構造体は、
    前記第１方向に延びる一対の第１延在部と、
    前記第２方向に延びる一対の第２延在部と、
    前記一対の第１延在部と前記一対の第２延在部をそれぞれ連結する複数の連結部と、
    を含み、
    前記第１フォトダイオードは、前記第１方向において前記一対の第２延在部の間に設けられ、且つ前記第２方向において前記一対の第１延在部の間に設けられ、
    それぞれの前記連結部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、湾曲している請求項２０又は２１に記載の光検出器。
  27. それぞれの前記連結部の前記第１方向における長さ及び前記第２方向における長さは、１μｍである請求項２４又は２６に記載の光検出器。
  28. 前記第１フォトダイオードと電気的に接続された第１配線と、
    前記第２フォトダイオードと電気的に接続された第２配線と、
    をさらに備え、
    前記第１配線及び前記第２配線には、互いに異なる動作電圧を印加可能である請求項２０〜２７のいずれか１つに記載の光検出器。
  29. 前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、前記第１フォトダイオードの形状は、前記第２フォトダイオードの形状と異なる、又は、
    前記第３方向から見たときに、前記第１フォトダイオードの面積は、前記第２フォトダイオードの面積と異なる請求項２０〜２８のいずれか１つに記載の光検出器。
  30. 前記第１フォトダイオードは、第１クエンチ抵抗と電気的に接続され、
    前記第２フォトダイオードは、第２クエンチ抵抗と電気的に接続され、
    前記第１クエンチ抵抗の電気抵抗は、前記第２クエンチ抵抗の電気抵抗と異なる請求項２０〜２９のいずれか１つに記載の光検出器。
  31. 前記第１クエンチ抵抗の一部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む面と交差する第３方向から見たときに、前記第１フォトダイオードと異なる位置に存在し、
    前記第２クエンチ抵抗の一部は、前記第３方向から見たときに、前記第２フォトダイオードと重なる請求項３０記載の光検出器。
  32. 前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードである請求項２０〜３１のいずれか１つに記載の光検出器。
  33. 請求項１〜３２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。
  34. 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３３記載の光検出システムと、
    を備えたライダー装置。
  35. 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３４記載のライダー装置。
  36. 請求項３４又は３５に記載のライダー装置を備えた車。
  37. 車体の４つの隅に請求項３４又は３５に記載のライダー装置を備えた車。
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