JP2021150359A - 光検出素子、光検出システム、ライダー装置、および移動体 - Google Patents

光検出素子、光検出システム、ライダー装置、および移動体 Download PDF

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昌己 熱田
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和拓 鈴木
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Ikuo Fujiwara
郁夫 藤原
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Abstract

【課題】ノイズを抑制可能な光検出素子、光検出システム、ライダー装置、および移動体を提供する。【解決手段】光検出素子１０Ａは、光の入射する第１面に、光検出部が複数配列された領域である光検出領域Ｅ１と、光検出領域の周囲に設けられ光検出部を含まない半導体領域である周辺領域Ｅ２と、を有する第１半導体層１２を備える。周辺領域Ｅ２の厚み方向における少なくとも一部の第１層領域４０の格子欠陥の密度が、光検出領域Ｅ１における該第１層領域に対して厚み方向に交差する方向に隣接する第２層領域１５の格子欠陥の密度より高い。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、光検出素子、光検出システム、ライダー装置、および移動体に関する。
複数のＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を配列したＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）等の光検出素子が知られている。ＳｉＰＭは、ＡＰＤの降伏電圧よりも高い逆バイアス電圧条件でＡＰＤを動作させることで、ガイガーモードと呼ばれる領域で駆動する。ガイガーモード動作時のＡＰＤの利得は、１０５〜１０６と非常に高く、光子（フォトン）１個の微弱な光であっても計測することができる。
ＳｉＰＭを構成するＡＰＤでは、フォトンが入射した際になだれ降伏（アバランシェブレイクダウン：ＡＢＤ）が生じることで、Ｓｉ（シリコン）結晶内で二次光子が発生する。この二次光子は周辺に伝搬し、光励起により電子正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｈｏｌｅ ｐａｉｒ：ＥＨＰ）を生成する。
特開２００１−３５２０９５号公報
Ｆａｂｉｏ Ａｃｅｒｂｉ ｅｔ ａｌ，"Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ，Ｖｉｓｉｂｌｅ ａｎｄ Ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｎｇｅ"，Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ２０１９，３，１５；ｄｏｉ：１０．３３９０／ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ３０１００１５ ｗｗｗ．ｍｄｐｉ．ｃｏｍ／ｊｏｕｒｎａｌ／ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
従来では、生成された電子正孔対の電子または正孔が拡散し、拡散に要した時間だけ遅れて元のＡＰＤに到達して再びＡＢＤを起こすことで、アフターパルスと称される遅延性ノイズが発生する場合があった。また、生成された電子正孔対の電子または正孔が拡散し、拡散に要した時間だけ遅れて元とは別のＡＰＤに到達してＡＢＤを起こすことで、遅延性クロストークと称されるノイズが発生する場合があった。すなわち、従来では、ノイズが発生する場合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズを抑制可能な光検出素子、光検出システム、ライダー装置、および移動体を提供することを目的とする。
実施形態の光検出素子は、光の入射する第１面に、光検出部が複数配列された領域である光検出領域と、前記光検出領域の周囲に設けられ光検出部を含まない半導体領域である周辺領域と、を有する第１半導体層を備える。前記周辺領域の厚み方向における少なくとも一部の第１層領域の格子欠陥の密度が、前記光検出領域における該第１層領域に対して前記厚み方向に交差する方向に隣接する第２層領域の格子欠陥の密度より高い。
第１の実施形態に係る光検出素子を示す図。 第１の実施形態に係る光検出素子の模式図。 第１の実施形態に係る光検出素子の模式図。 従来の光検出素子を示す模式図。 第２の実施形態に係る光検出素子を示す図。 第３の実施形態に係る光検出素子を示す図。 第４の実施形態に係る光検出素子の平面図。 第４の実施形態に係る光検出素子の平面図。 第４の実施形態に係る光検出素子の模式図。 第５の実施形態に係る光検出素子の模式図。 第６の実施形態に係る光検出素子を示す図。 第６の実施形態に係る光検出素子の模式図。 第７の実施形態に係るライダー装置の模式図。 第７の実施形態に係るライダー装置による検出対象の検出の説明図。 第７の実施形態に係る移動体の上面略図。
（第１の実施形態）
以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。図１は、光検出素子１０Ａの一例を示す図である。
光検出素子１０Ａは、第１半導体層１２と、第２半導体層１４と、を備える。
第１半導体層１２は、光を検出する。第１半導体層１２は、光検出部である複数のＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）３０を配列したＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である。
ＡＰＤ３０は、ｐｎ接合を含み、ｐｎ型ダイオードとして形成されたアバランシェフォトダイオードである。本実施の形態では、ＡＰＤ３０をガイガーモードで駆動させる。
複数のＡＰＤ３０は、光の入射する第１面Ｓに沿ってマトリクス状に配列されている。第１面Ｓは、光の入射面であり、図１中、矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向からなる二次元平面である。矢印Ｘ方向と矢印Ｙ方向とは、互いに直交する方向である。第１面Ｓは、第１半導体層１２における光入射側の端面に相当する。第１半導体層１２は、１または複数のＡＰＤ３０を１画素の画素領域とし、該画素領域をマトリクス状に複数配列した構成であってもよい。マトリクス状に配列とは、Ｘ方向およびＹ方向の双方に沿って配列されていることを意味する。
光検出素子１０Ａは、光検出領域Ｅ１と、周辺領域Ｅ２と、を有する。光検出領域Ｅ１は、複数のＡＰＤ３０が配列された領域である。周辺領域Ｅ２は、光検出領域Ｅ１の周囲に設けられ、光検出部であるＡＰＤを含まない半導体領域である。
図２は、光検出素子１０Ａの断面の一例を示す模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面に相当する。
光検出素子１０Ａは、共通電極３４、第２半導体層１４、第１半導体層１２、反射防止膜２６または絶縁膜２８、およびクエンチ抵抗２４、をこの順に積層した積層構造である。
第２半導体層１４は、光検出部を含まない半導体層である。第２半導体層１４は、例えば、Ｐ＋型の半導体層である。第２半導体層１４は、半導体層であればよく、基板状、膜状、の何れであってもよい。また、第２半導体層１４は、ｎ型の半導体層であってもよい。基板状である場合、例えば、第２半導体層１４は、Ｓｉ基板で構成すればよい。
第１半導体層１２は、光検出部であるＡＰＤを含む半導体層である。すなわち、第１半導体層１２は、光検出領域Ｅ１にＡＰＤ３０が配列された半導体層である。本実施形態では、ＡＰＤ３０は、ｐ−半導体層１６上に形成されたｐ＋半導体層１８と、ｎ＋半導体層２０と、によるｐｎ接合を含む。
第１半導体層１２における、ＡＰＤ３０の間には、ダイオード分離領域３２が形成されている。ダイオード分離領域３２は、隣接するＡＰＤ３０を素子分離するための領域である。ダイオード分離領域３２は、第１半導体層１２の第１面Ｓに連続する領域である。ダイオード分離領域３２上には、絶縁膜２８が設けられている。絶縁膜２８は、絶縁性の材料で構成されている。絶縁膜２８は、第１半導体層１２へ入射する光を透過し、且つ、絶縁性を有する材料で構成されている。
複数のＡＰＤ３０の各々上には、反射防止膜２６が設けられている。反射防止膜２６は、ＡＰＤ３０で変換された光子を反射する層である。反射防止膜２６は、光子の反射機能を有する材料で構成されていればよい。なお、光検出素子１０Ａは、反射防止膜２６を備えない構成であってもよい。
複数のＡＰＤ３０の各々上には、反射防止膜２６を介してクエンチ抵抗２４が設けられている。クエンチ抵抗２４は、コンタクト層２２を介してＡＰＤ３０に直列に接続されている。クエンチ抵抗２４は、ＡＰＤ３０において増幅された電荷の、通り道となる。すなわち、クエンチ抵抗２４は、ＡＰＤ３０をガイガーモード駆動させるために必要である。
例えば、１個の光子が入射してＡＰＤ３０がガイガー放電したときに、クエンチ抵抗２４による電圧降下によって、増幅作用が終端する。このため、ＡＰＤ３０では、パルス状の出力信号が得られる。第１半導体層１２では、各ＡＰＤ３０がこの働きをする。このため、複数のＡＰＤ３０においてガイガー放電が生じた場合には、１つのＡＰＤ３０の出力信号に対して、ガイガー放電したＡＰＤ３０の数倍の電荷量またはパルス波高値の出力信号が得られる。よって、出力信号からガイガー放電したＡＰＤ３０の数、すなわち第１半導体層１２に入射した光子の数が計測できるため、光子１個１個の光子計測が可能となる。クエンチ抵抗２４には、例えば、ポリシリコンを用いる。
クエンチ抵抗２４は、図示を省略する信号電極に接続されている。このため、各ＡＰＤ３０から出力されたパルス状の信号は、クエンチ抵抗２４を介して信号電極に出力される。
一方、周辺領域Ｅ２は、上述したように、光検出部を含まない半導体領域である。本実施形態では、第１半導体層１２における周辺領域Ｅ２が、第１層領域４０を含む。第１層領域４０上には、絶縁膜２８が設けられている。
第１層領域４０は、周辺領域Ｅ２の厚み方向（矢印Ｚ方向）における少なくとも一部の層領域である。層領域とは、ＸＹ平面（第１面Ｓに略平行な平面）に沿った層状の領域である。矢印Ｚ方向は、矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向に直交する方向である。
図２には、第１層領域４０が、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２を占める領域である形態を一例として示した。なお、第１層領域４０は、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の一部を占める層領域であってもよい。また、第１層領域４０は、光検出素子１０Ａの周辺領域Ｅ２の厚み方向における、第１半導体層１２および第２半導体層１４の少なくとも一部の層領域であってもよい。
第１層領域４０は、例えば、ｐ＋型の半導体層である。なお、第１層領域４０は、ｎ型の半導体層であってもよい。
第１層領域４０の格子欠陥の密度は、第２層領域１５より高い。第２層領域１５は、第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１における、該第１層領域４０に対して厚み方向Ｚに交差する方向（矢印Ｘ方向または矢印Ｙ方向）に隣接する層領域である。本実施形態では、第２層領域１５は、第１層領域４０に隣接するｐ−半導体層１６に相当する。
第１層領域４０は、第２層領域１５より格子欠陥の密度が高ければよいが、１．１倍以上高い事が好ましく、２倍以上高い事が更に好ましい。
格子欠陥とは、点欠陥を意味する。格子欠陥の密度は、水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈｅ）または電子線の照射量、または、不純物のドープ量、または、格子間シリコン（Ｓｉ）の量を調整することで実現される。本実施形態では第２層領域１５より第１層領域４０の格子欠陥の密度が高くなるように、ヘリウムまたは電子線の照射量、または、不純物のドープ量、を調整すればよい。なお、ドープする不純物は、第１層領域４０と第２層領域１５とで同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、第１層領域４０にドープする不純物は、少数キャリアライフタイム（少数キャリア寿命）を短縮させる不純物であればよく、Ｎ型またはＰ型用の不純物に限定されない。また、第１層領域４０にドープする不純物は、シリコン中の拡散係数が大きくない不純物好ましい。すなわち、第１層領域４２にドープする不純物は、キャリアまたはドナーとして機能しない不純物（例えば、炭素（Ｃ）など）であってもよい。具体的には、例えば、第１層領域４０にドープする不純物は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選択される少なくとも１種以上である。
格子欠陥の密度は、公知の方法で測定すればよい。例えば、格子欠陥の密度の測定方法としては、検査面に対して光（フォトルミネッセンス光、エレクトロルミネッセンス光等）を照射して検査面全体に存在する結晶欠陥の種類と密度を画像解析によりマッピングする方法、フォトルミネッセンス法により非破壊・非接触で試料の結晶構造欠陥の二次元分布評価を行なう方法、音響波を光音響分光装置で測定する方法、検査面から反射された散乱光像から表層欠陥を検出する方法、などが挙げられる。
第１層領域４０の厚み、および、光検出素子１０Ａの厚み方向における第１層領域４０の位置は、限定されない。第１層領域４０の厚みとは、第１層領域４０の矢印Ｚ方向の長さである。なお、第１層領域４０の厚み、および、光検出素子１０Ａの厚み方向（矢印Ｚ方向）における第１層領域４０の位置は、以下であることが好ましい。詳細には、光検出素子１０Ａの周辺領域Ｅ２の厚み方向における、第１層領域４０の位置は、第１半導体層１２の第１面Ｓに連続する位置であることが好ましい。すなわち、第１層領域４０は、周辺領域Ｅ２において第１面Ｓに連続する領域であることが好ましい。また、第１層領域４０の厚みは、第１半導体層１２の第１面Ｓに連続する領域であるダイオード分離領域３２の厚みより大きい事が好ましい。
第１層領域４０の厚みは、例えば、ダイオード分離領域３２の厚みの１．１倍以上であることが好ましく、２倍以上であることが更に好ましい。
図２に示すように、第１層領域４０は、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の厚み方向（矢印Ｚ方向）の全領域を占める層であってもよい。また、光検出素子１０Ａは、図３に示す構成であってもよい。図３は、光検出素子１０Ａ’の一例の模式図である。光検出素子１０Ａ’は、光検出素子１０Ａの変形例である。光検出素子１０Ａ’は、第１層領域４０の厚みが異なる点以外は、光検出素子１０Ａと同様の構成である。
図３に示すように、第１層領域４０は、周辺領域Ｅ２において第１面Ｓに連続する領域であり、且つ、第１半導体層１２の第１面Ｓに連続する領域であるダイオード分離領域３２の厚みより大きい事が好ましい。また、図３に示すように、第１半導体層１２における周辺領域Ｅ２は、ｐ−半導体層１６上に第１層領域４０を積層した構成であってもよい。図２に戻り説明を続ける。
次に、本実施形態の光検出素子１０Ａの製造方法の一例を説明する。
まず、第２半導体層１４を用意し、第２半導体層１４上に共通電極３４を形成する。次に、第２半導体層１４における、共通電極３４の反対側の面上に、エピタキシャル成長によりｐ−半導体層１６を形成する。そして、光検出領域Ｅ１については、ｐ−半導体層１６の一部がｐ＋半導体層１８となるように、不純物（例えば、ボロン）をドープする。さらに、不純物のドープによって、ｐ＋半導体層１８上にｎ＋半導体層２０を形成する。これらの工程によって、第２半導体層１４上に、複数のＡＰＤ３０を備えた第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１を形成する。
次に、各ＡＰＤ３０が互いに電気的に干渉しないように、各ＡＰＤ３０の素子分離を行う。素子分離は、各ＡＰＤ３０の間の領域を、例えばＤｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ構造や不純物（例えば、リン）の注入によるチャネルストッパー構造とすることによって行う。素子分離により、各ＡＰＤ３０の間には、チャネルストッパー領域２８Ａが形成される。
一方、第２半導体層１４上における周辺領域Ｅ２に、エピタキシャル成長により第１層領域４０を形成する。このとき、第１層領域４０の格子欠陥の密度が、第２層領域１５であるｐ−半導体層１６より高くなるように、ヘリウム（Ｈｅ）または電子線の照射量、または、不純物のドープ量、を調整する。
次に、第１半導体層１２上に絶縁膜２８を形成する。次に、絶縁膜２８における、隣接するＡＰＤ３０間に相当する領域をエッチングなどにより除去し、反射防止膜２６を形成する。例えば、酸化膜上に窒化膜を積層することで、反射防止膜２６を形成する。
次に、ＡＰＤ３０とクエンチ抵抗２４とを導通させるためのコンタクト層２２を形成し、コンタクト層２２を介してＡＰＤ３０とクエンチ抵抗２４とを導通させる。
これらの工程を経ることで、光検出素子１０Ａが製造される。
次に、本実施形態の光検出素子１０Ａの作用を説明する。
まず、従来の光検出素子１００について説明する。図４は、従来の光検出素子１００の一例を示す模式図である。光検出素子１０は、第１半導体層１２に代えて比較第１半導体層１２０を備える。比較第１半導体層１２０は、周辺領域Ｅ２が、光検出領域Ｅ１のｐ−半導体層１６と同じｐ−半導体層１６で構成されている点以外は、第１半導体層１２と同様の構成である。
比較第１半導体層１２０のＡＰＤ３０に光子が入射すると、ＡＢＤ（アバランシェブレイクダウン）により二次光子Ｐが発生する。この二次光子Ｐは周辺に伝搬し、光励起により電子正孔対ＥＨＰを生成する。従来の光検出素子１００では、ＥＨＰの電子または正孔が拡散して、拡散に要した時間だけ遅れて元のＡＰＤ３０に到達すると、再びＡＢＤを起こし、アフターパルスと称される遅延性のノイズが発生する場合があった。また、従来では、ＥＨＰの電子または正孔が拡散して、拡散に要した時間だけ遅れて、元とは別のＡＰＤ３０に到達してＡＢＤを起こすと、遅延性クロストークと称されるノイズとなる場合があった。
図２に戻り説明を続ける。本実施形態の光検出素子１０Ａにおいて、ＡＰＤ３０に入射した光子により発生した二次光子Ｐが、第１半導体層１２における光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ伝搬する場合を想定する。
本実施形態では、周辺領域Ｅ２の第１層領域４０の格子欠陥の密度は、光検出領域Ｅ１の第２層領域１５（ｐ−半導体層１６）の格子欠陥の密度より高い。このため、この格子欠陥の密度の高い第１層領域４０が、少数キャリアのライフタイムキラーとして機能すると考えられる。詳細には、光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ伝搬した二次光子Ｐから生成された電子正孔対ＥＨＰ（図２中、ＥＨＰ１、ＥＨＰ２参照）は、格子欠陥の密度の高い第１層領域４０において多数キャリアと再結合し、消失すると考えられる。このため、本実施形態の光検出素子１０Ａでは、少数キャリアライフタイムの低減を図ることができ、遅延性ノイズや遅延性クロストークなどのノイズの発生を抑制することができると考えられる。
従って、本実施形態の光検出素子１０Ａは、ノイズの発生を抑制することができる。
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１層領域４０の不純物濃度を調整することで、第１層領域４０を少数キャリアのライフタイムキラーとして機能させる形態を説明する。
図５は、光検出素子１０Ｂの一例を示す図である。光検出素子１０Ｂは、上記実施形態の光検出素子１０Ａと同様に、第１半導体層１２と、第２半導体層１４と、を備える。光検出素子１０Ｂの平面図は、上記実施形態の光検出素子１０Ａと同様である（図１参照）。
光検出素子１０Ｂは、共通電極３４上に、第２半導体層１４、第１半導体層１２、反射防止膜２６または絶縁膜２８、および、クエンチ抵抗２４、をこの順に積層した積層構成である。共通電極３４、第２半導体層１４、および、第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１、は、上記実施形態の光検出素子１０Ａと同様である。
本実施形態では、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２は、第１層領域４０に代えて第１層領域４２を含む。第１層領域４２は、光検出部を含まない半導体領域である。第１層領域４２上には、絶縁膜２８が積層されている。
第１層領域４２は、周辺領域Ｅ２の厚み方向（矢印Ｚ方向）における少なくとも一部の層領域である。層領域の定義は、上記実施形態と同様である。図５には、第１層領域４２が、第１半導体層１２における周辺領域Ｅ２を占める領域である形態を一例として示した。なお、第１層領域４２は、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の一部を占める層領域であってもよい。また、第１層領域４２は、周辺領域Ｅ２の厚み方向における、第１半導体層１２および第２半導体層１４の少なくとも一部の層領域であってもよい。
第１層領域４２は、例えば、ｐ＋型の半導体層である。なお、第１層領域４２は、ｎ型の半導体層であってもよい。第１層領域４２に含まれる不純物の濃度は、第２層領域１７に含まれる不純物の濃度より高い。第２層領域１７は、第１層領域４２に対して厚み方向Ｚに交差する方向（矢印Ｘ方向または矢印Ｙ方向）に隣接する層領域である。本実施形態では、第２層領域１７は、第１層領域４２に隣接するｐ−半導体層１６に相当する。
第１層領域４２に含まれる不純物の濃度が第２層領域１７より高い、とは、第１層領域４２に含まれる１または複数種類の不純物の総濃度が、第２層領域１７に含まれる１または複数種類の不純物の総濃度より高い事を意味する。
第１層領域４２は、第２層領域１７より不純物の濃度が高ければよいが、１．１倍以上高い事が好ましく、２倍以上高い事が更に好ましい。
本実施形態では、第２層領域１７より第１層領域４２の不純物の濃度が高くなるように、これらの領域に対する不純物のドープ量を調整すればよい。なお、ドープする不純物は、第１層領域４２と第２層領域１７とで同じであってもよいし、異なっていてもよい。
第１層領域４２にドープする不純物は、少数キャリアライフタイムを短縮させる特定不純物であればよく、Ｎ型用またはＰ型用の不純物に限定されない。すなわち、第１層領域４２にドープする不純物は、キャリアまたはドナーとして機能しない不純物（例えば、炭素（Ｃ）など）であってもよい。具体的には、例えば、第１層領域４２にドープする不純物は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選択される少なくとも１種以上である。
第１層領域４２および第２層領域１７に含まれる不純物の濃度は、公知の方法で測定すればよい。例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定すればよい。
第１層領域４２の厚み、および、光検出素子１０Ｂの厚み方向における第１層領域４２の位置は、限定されない。第１層領域４２の厚みとは、第１層領域４２の矢印Ｚ方向の長さである。なお、第１層領域４２の厚み、および、光検出素子１０Ｂの厚み方向（矢印Ｚ方向）における第１層領域４２の位置は、以下であることが好ましい。詳細には、光検出素子１０Ｂの周辺領域Ｅ２の厚み方向における、第１層領域４２の位置は、第１半導体層１２の第１面Ｓに連続する位置であることが好ましい。すなわち、第１層領域４２は、周辺領域Ｅ２において第１面Ｓに連続する領域であることが好ましい。また、第１層領域４２の厚みは、第１半導体層１２の第１面Ｓに連続する領域であるダイオード分離領域３２の厚みより大きい事が好ましい。
第１層領域４２の厚みは、例えば、ダイオード分離領域３２の厚みの１．１倍以上であることが好ましく、２倍以上であることが更に好ましい。
このため、図５に示すように、第１層領域４２は、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の厚み方向（矢印Ｚ方向）の全領域を占める層であってもよい。また、光検出素子１０Ｂは、図３に示す構成であってもよい。図３に示すように、第１層領域４２は、周辺領域Ｅ２において第１面Ｓに連続する領域であり、且つ、第１半導体層１２の第１面Ｓに連続する領域であるダイオード分離領域３２の厚みより大きい事が好ましい。また、第１半導体層１２における周辺領域Ｅ２は、ｐ−半導体層１６上に第１層領域４２を積層した構成であってもよい。図５に戻り説明を続ける。
本実施形態の光検出素子１０Ｂの製造方法は、第２半導体層１４上における周辺領域Ｅ２に、エピタキシャル成長により第１層領域４２を形成する点以外は、光検出素子１０Ａと同様である。このとき、第１層領域４２の不純物濃度が、第２層領域１７であるｐ−半導体層１６より高くなるように、不純物のドープ量を調整すればよい。
次に、本実施形態の光検出素子１０Ｂの作用を説明する。図５を用いて説明する。
本実施形態の光検出素子１０Ｂにおいて、第１半導体層１２のＡＰＤ３０に入射した光子により発生した二次光子Ｐが、第１半導体層１２における光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ伝搬した場合を想定する。本実施形態では、周辺領域Ｅ２の第１層領域４２の不純物濃度が、光検出領域Ｅ１の第２層領域１７（ｐ−半導体層１６）より高い。このため、不純物濃度の高い第１層領域４２が、少数キャリアのライフタイムキラーとして機能すると考えられる。詳細には、光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ伝搬した二次光子Ｐから生成された電子正孔対ＥＨＰは、不純物の濃度の高い第１層領域４２において多数キャリアと再結合し、消失すると考えられる。このため、本実施形態の光検出素子１０Ｂでは、少数キャリアのキャリアライフタイムの低減を図ることができ、遅延性ノイズや遅延性クロストークなどのノイズの発生を抑制することができると考えられる。
従って、本実施形態の光検出素子１０Ｂは、ノイズの発生を抑制することができる。
（第３の実施形態）
本実施形態では、周辺領域Ｅ２の厚みを調整することで、周辺領域Ｅ２を少数キャリアのライフタイムキラーとして機能させる形態を説明する。
図６は、光検出素子１０Ｃの一例を示す図である。光検出素子１０Ｃは、上記実施形態の光検出素子１０Ａと同様に、第１半導体層１２と、第２半導体層１４と、を備える。光検出素子１０Ｃの平面図は、上記実施形態の光検出素子１０Ａと同様である（図１参照）。
光検出素子１０Ｃは、共通電極３４上に、第２半導体層１４、第１半導体層１２、反射防止膜２６または絶縁膜２８、および、クエンチ抵抗２４、をこの順に積層した構成である。共通電極３４、第２半導体層１４、および、第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１は、上記実施形態の光検出素子１０Ａと同様である。
本実施形態では、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の厚みは、第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１の厚み未満である。
図６には、一例として、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２が半導体層を含まない形態を一例として示した。なお、光検出素子１０Ｃでは、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の厚みが、第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１の厚み未満であればよく、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２が半導体層を含む形態であってもよい。但し、この半導体層は、光検出部を含まない半導体の層であればよい。
また、光検出素子１０Ｅは、上記構成に加えて、周辺領域Ｅ２に第２半導体層１４を更に含まない構成であってもよい。この場合、光検出素子１０Ｃの周辺領域Ｅ２は、例えば、共通電極３４と、ガラス基板と、絶縁膜２８とを、この順に積層した構成とすればよい。また、この場合、光検出素子１０Ｃの周辺領域Ｅ２は、絶縁膜２８を備えない構成であってもよい。
本実施形態の光検出素子１０Ｃは、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の厚みを、第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１未満とする点以外は、光検出素子１０Ａと同様にして製造すればよい。
次に、本実施形態の光検出素子１０Ｃの作用を説明する。
本実施形態の光検出素子１０Ｃにおいて、第１半導体層１２のＡＰＤ３０に入射した光子により発生した二次光子Ｐが、第１半導体層１２における光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ向かって伝搬した場合を想定する。本実施形態では、第１半導体層１２の周辺領域Ｅ２の厚みが、第１半導体層１２の光検出領域Ｅ１の厚み未満である。このため、光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ伝搬した二次光子Ｐから生成された電子正孔対ＥＨＰが、再度、光検出領域Ｅ１内のＡＰＤ３０へ到る事が抑制されると考えられる。このため、本実施形態の光検出素子１０Ｃでは、少数キャリアのキャリアライフタイムの低減を図ることができ、遅延性ノイズや遅延性クロストークなどのノイズの発生を抑制することができると考えられる。
従って、本実施形態の光検出素子１０Ｃは、ノイズの発生を抑制することができる。
（第４の実施形態）
本実施形態では、光検出領域Ｅ１の周縁に沿って配列されたＡＰＤ３０の少なくとも１つの感度を中央側に配置された他のＡＰＤ３０より低くすることで、該感度の低いＡＰＤ３０を少数キャリアのライフタイムキラーとして機能させる形態を説明する。
図８は、本実施形態の光検出素子１０Ｄ’の一例を示す平面図である。
光検出素子１０Ｄ’は、第１半導体層１３と、第２半導体層１４と、を備える。第２半導体層１４は、第１の実施形態と同様である。
第１半導体層１３は、光を検出する。第１半導体層１３は、光検出部である複数のＡＰＤ３０を配列したＳｉＰＭである。ＡＰＤ３０は、上記実施形態と同様である。上記実施形態と同様に、複数のＡＰＤ３０は、光の入射する第１面Ｓに沿ってマトリクス状に配列されている。
光検出素子１０Ｄ’は、第１面Ｓに沿って、光検出領域Ｅ１と、周辺領域Ｅ２と、を有する。光検出領域Ｅ１および周辺領域Ｅ２の定義は、上記実施形態と同様である。
本実施形態では、光検出領域Ｅ１に配列された複数のＡＰＤ３０の内、周縁ＡＰＤ３０Ａの感度が、該周縁ＡＰＤ３０Ａに対して光検出領域Ｅ１の中央Ｃ側に配置された他のＡＰＤ３０である中央ＡＰＤ３０Ｂより感度が低い。感度とは、ＡＰＤ３０の、光（光子）に対する感度を意味する。
周縁ＡＰＤ３０Ａは、周縁光検出部の一例である。周縁ＡＰＤ３０Ａとは、光検出領域Ｅ１の周縁に沿って配列されたＡＰＤ３０の少なくとも１つである。光検出領域Ｅ１の周縁に沿って配列されたＡＰＤ３０とは、第１半導体層１３の第１面Ｓ１における光検出領域Ｅ１の周縁に沿って一列に配列されたＡＰＤ３０の群である。
光検出領域Ｅ１の中央Ｃとは、第１面Ｓに沿ってマトリクス状に配列されたＡＰＤ３０の群による領域の、中央Ｃを意味する。
図８には、一例として、周縁ＡＰＤ３０Ａが、光検出領域Ｅ１の周縁に沿って一列に配列されたＡＰＤ３０の群である形態を一例として示した。また、図８には、光検出領域Ｅ１における該周縁ＡＰＤ３０Ａ以外のＡＰＤ３０が、中央ＡＰＤ３０Ｂである形態を一例として示した。
本実施形態では、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合の第１面Ｓに沿った方向の面積が、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合の第１面Ｓに沿った方向の面積より小さい形態を説明する。このため、周縁ＡＰＤ３０Ａの感度は、中央ＡＰＤ３０Ｂより低い。ｐｎ接合の第１面Ｓに沿った方向の面積とは、ｐｎ接合を構成するＰ層（例えばｐ＋半導体層１８）とＮ層（例えば、ｎ＋半導体層２０）との接合面の、第１面Ｓに沿った方向の面積を意味する。
本実施形態では、具体的には、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合を構成するｐ＋半導体層１８のｎ＋半導体層２０に対する面積率が、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合を構成するｐ＋半導体層１８のｎ＋半導体層２０に対する面積率未満である。ｐ＋半導体層１８のｎ＋半導体層２０に対する面積率とは、ｐｎ接合を構成するｎ＋半導体層２０の第１面Ｓに沿った二次元平面の面積に対する、該ｐｎ接合を構成するｐ＋半導体層１８の第１面Ｓに沿った二次元平面の面積の割合を意味する。
また、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合を構成するｎ＋半導体層２０に対するｐ＋半導体層１８の位置が、中央ＡＰＤ３０Ｂに比べて中央Ｃ側に配置されてなる事が好ましい。
このため、複数の周縁ＡＰＤ３０Ａの内、矩形状の領域である光検出領域Ｅ１の角部に配置された周縁ＡＰＤ３０Ａ１のｐ＋半導体層１８は、中央Ｃ側に偏って配置された状態となる。また、複数の周縁ＡＰＤ３０Ａの内、光検出領域Ｅ１の角部以外に配置された周縁ＡＰＤ３０Ａ２のｐ＋半導体層１８は、中央Ｃ側に偏って配置された状態となる。
なお、図７には、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐ＋半導体層１８が、周縁ＡＰＤ３０Ａ間で分離して配置された例を一例として示した。しかし、光検出素子１０Ｄ’は、図８に示すように、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐ＋半導体層１８は、周縁ＡＰＤ３０Ａ間で連続して配置された構成の光検出素子１０Ｄであってもよい。なお、光検出素子１０Ｄは、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐ＋半導体層１８が、周縁ＡＰＤ３０Ａ間で連続して配置されている点以外は、光検出素子１０Ｄ’と同様である。以下、光検出素子１０Ｄを一例として説明する。
図９は、光検出素子１０Ｄの断面の一例を示す模式図である。なお、図９は、図８のＢ−Ｂ’断面に相当する。
図９に示すように、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合を構成するｐ＋半導体層１８のｎ＋半導体層２０に対する面積率は、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合を構成するｐ＋半導体層１８のｎ＋半導体層２０に対する面積率未満である。
周縁ＡＰＤ３０Ａの上記面積率は、中央ＡＰＤ３０Ｂの上記面積率未満であればよいが、好ましくは、周縁ＡＰＤ３０Ａの上記面積率は、中央ＡＰＤ３０Ｂの上記面積率の９／１０以下であることが好ましく、１／２以下であることが更に好ましい。
また、図９に示すように、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合を構成する、ｎ＋半導体層２０に対するｐ＋半導体層１８の位置が、中央ＡＰＤ３０Ｂに比べて中央Ｃ側に偏って配置されてなる事が好ましい。
本実施形態の光検出素子１０Ｄの製造方法は、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合の第１面Ｓに沿った方向の面積が、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合の第１面Ｓに沿った方向の面積より小さくなるように、ＡＰＤ３０を形成する点以外は、光検出素子１０Ａと同様である。
次に、本実施形態の光検出素子１０Ｄの作用を説明する。
本実施形態の光検出素子１０Ｄにおいて、第１半導体層１３のＡＰＤ３０に入射した光子により発生した二次光子Ｐが、第１半導体層１２における光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ向かって伝搬する場合を想定する。本実施形態では、光検出領域Ｅ１の周縁に沿って配列された少なくとも１つのＡＰＤ３０である周縁ＡＰＤ３０Ａの感度が、中央ＡＰＤ３０Ｂより低い。
このため、光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ向かって、二次光子Ｐが伝搬することが抑制されると考えられる。このため、本実施形態の光検出素子１０Ｄでは、少数キャリアのキャリアライフタイムの低減を図ることができ、遅延性ノイズや遅延性クロストークなどのノイズの発生を抑制することができると考えられる。
従って、本実施形態の光検出素子１０Ｄは、ノイズの発生を抑制することができる。
（第５の実施形態）
本実施形態では、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合の不純物濃度を調整することで、周縁ＡＰＤ３０Ａの感度を中央ＡＰＤ３０Ｂより低くする形態を説明する。
図１０は、本実施形態の光検出素子１０Ｅの一例を示す図である。光検出素子１０Ｅは、第１半導体層１９と、第２半導体層１４と、を備える。第２半導体層１４は、第１の実施形態と同様である。光検出素子１０Ｅの平面図は、上記実施形態の光検出素子１０Ｄと同様である（図８参照）。
第１半導体層１９は、光を検出する。第１半導体層１９は、光検出部である複数のＡＰＤ３０を配列したＳｉＰＭである。ＡＰＤ３０は、上記実施形態と同様である。上記実施形態と同様に、複数のＡＰＤ３０は、光の入射する第１面Ｓに沿ってマトリクス状に配列されている。
光検出素子１０Ｅは、第１面Ｓに沿って、光検出領域Ｅ１と、周辺領域Ｅ２と、を有する。光検出領域Ｅ１および周辺領域Ｅ２の定義は、上記実施形態と同様である。
本実施形態では、光検出領域Ｅ１に配列された複数のＡＰＤ３０の内、周縁ＡＰＤ３０Ａの感度が、該周縁ＡＰＤ３０Ａに対して光検出領域Ｅ１の中央Ｃ側に配置された中央ＡＰＤ３０Ｂより低い。周縁ＡＰＤ３０Ａおよび中央ＡＰＤ３０Ｂの定義は、上記実施形態と同様である。
本実施形態では、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合を構成する、ｐ＋半導体層１８およびｎ＋半導体層２０の少なくとも一方の不純物濃度が、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合を構成する、ｐ＋半導体層１８およびｎ＋半導体層２０の少なくとも一方の不純物濃度より低い。
図１０には、周縁ＡＰＤ３０Ａのｐｎ接合が、ｐ−半導体層１６とｎ＋半導体層２０により構成され、中央ＡＰＤ３０Ｂのｐｎ接合が、ｐ＋半導体層１８とｎ＋半導体層２０により構成された形態を一例として示した。
なお、光検出素子１０Ｅは、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合を構成するｐ層およびｎ層の少なくとも一方の不純物濃度が、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合を構成するｐ層およびｎ層の少なくとも一方の不純物濃度より低ければよい。周縁ＡＰＤ３０Ａおよび中央ＡＰＤ３０Ｂの各々に含まれる不純物の種類は限定されない。
例えば、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合を構成するｐ層およびｎ層の少なくとも一方の不純物濃度が、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合を構成するｐ層およびｎ層の少なくとも一方の不純物濃度の、９／１０以下であることが好ましく、１／２以下であることが更に好ましい。
本実施形態の光検出素子１０Ｅの製造方法は、周縁ＡＰＤ３０Ａに含まれるｐｎ接合の不純物濃度が、中央ＡＰＤ３０Ｂに含まれるｐｎ接合の不純物濃度より低くなるように、ＡＰＤ３０を形成する点以外は、光検出素子１０Ａと同様である。
次に、本実施形態の光検出素子１０Ｅの作用を説明する。
本実施形態の光検出素子１０Ｅにおいて、第１半導体層１９のＡＰＤ３０に入射した光子により発生した二次光子Ｐが、第１半導体層１９における光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ向かって伝搬する場合を想定する。本実施形態では、光検出領域Ｅ１の周縁に沿って配列された少なくとも１つのＡＰＤ３０である周縁ＡＰＤ３０Ａの感度が、中央ＡＰＤ３０Ｂより低い。
このため、光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ向かって、二次光子Ｐが伝搬することが抑制されると考えられる。このため、本実施形態の光検出素子１０Ｅでは、少数キャリアのキャリアライフタイムの低減を図ることができ、遅延性ノイズや遅延性クロストークなどのノイズの発生を抑制することができると考えられる。
従って、本実施形態の光検出素子１０Ｅは、ノイズの発生を抑制することができる。
（第６の実施形態）
本実施形態では、周縁ＡＰＤ３０Ａの光入射面の少なくとも一部を遮光膜で覆うことで、周縁ＡＰＤ３０Ａの感度を中央ＡＰＤ３０Ｂより低くする形態を説明する。
図１１は、本実施形態の光検出素子１０Ｆの一例を示す図である。光検出素子１０Ｆは、第１半導体層１２と、第２半導体層１４と、遮光膜４４と、を備える。光検出素子１０Ｆは、共通電極３４、第２半導体層１４、第１半導体層１２、反射防止膜２６または絶縁膜２８、クエンチ抵抗２４、および遮光膜４４をこの順に積層した積層構造である。共通電極３４、第２半導体層１４、第１半導体層１２、クエンチ抵抗２４、反射防止膜２６、および絶縁膜２８は、第１の実施形態と同様である。
遮光膜４４は、光検出領域Ｅ１の周縁に沿って配列されたＡＰＤ３０の少なくとも１つである周縁ＡＰＤ３０Ａにおける、光入射面の少なくとも一部上に配置されている。周縁ＡＰＤ３０Ａの定義は、上記実施形態と同様である。
図１１には、遮光膜４４が、周縁ＡＰＤ３０Ａの光入射面の一部を覆うように配置された形態を一例として示した。周縁ＡＰＤ３０Ａの光入射面は、周縁ＡＰＤ３０Ａの第１面Ｓに相当する。
なお、遮光膜４４は、図１２の光検出素子１０Ｆ’に示すように、周辺領域Ｅ２の光入射面の少なくとも一部上に更に配置されてなることが好ましい。図１２は、光検出素子１０Ｆ’の一例を示す模式図である。光検出素子１０Ｆ’は、遮光膜４４の位置が異なる点以外は、光検出素子１０Ｆと同様の構成である。
図１２に示すように、遮光膜４４は、第１半導体層１２の光入射面における、周辺領域Ｅ２から光検出領域Ｅ１の周縁ＡＰＤ３０Ａの少なくとも一部を連続して覆うように配置されていることが好ましい。
遮光膜４４は、ＡＰＤ３０が感度を有する光を遮光する材料で構成されていればよい。遮光膜４４が導電性を有する場合は、信号電極やクエンチ抵抗との間に絶縁膜を設ける。遮光膜４４は、例えば、アルミニウム、銅、カーボンブラックから選択される少なくとも一種を含む材料で構成されていればよい。
光検出素子１０Ｆの製造方法は、光検出素子１０Ａに更に遮光膜４４を設ける点以外は、上記実施形態の光検出素子１０Ａと同様である。
次に、本実施形態の光検出素子１０Ｆの作用を説明する。図１１を用いて説明する。
本実施形態の光検出素子１０Ｆにおいて、第１半導体層１２のＡＰＤ３０に入射した光子により発生した二次光子Ｐが、第１半導体層１２における光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ向かって伝搬する場合を想定する。本実施形態では、光検出領域Ｅ１の周縁に沿って配列された少なくとも１つのＡＰＤ３０である周縁ＡＰＤ３０Ａ上に、遮光膜４４が設けられている。このため、周縁ＡＰＤ３０Ａの感度は、中央ＡＰＤ３０Ｂより低い状態となる。
このため、光検出領域Ｅ１から周辺領域Ｅ２へ向かって、二次光子Ｐが伝搬することが抑制されると考えられる。このため、本実施形態の光検出素子１０Ｆでは、周辺領域Ｅ２において二次光子Ｐにより発生するＥＨＰの低減を図ることができ、遅延性クロストークなどの遅延性ノイズの発生を抑制することができると考えられる。
従って、本実施形態の光検出素子１０Ｆは、ノイズの発生を抑制することができる。
なお、上述した実施形態に係る光検出素子１０Ａ〜光検出素子１０Ｆと、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、キャパシタ等の他の素子と、を同一のシリコン基板上に形成して、システム・オン・チップ（ＳＯＣ）を製造することもできる。
また、本実施形態の光検出素子１０Ｆの構成に、上記第４の実施形態で説明した光検出素子１０Ｄ’または光検出素子１０Ｄの構成を組み合わせた構成としてもよい。詳細には、本実施形態の光検出素子１０Ｆについて、光検出領域Ｅ１に配列された複数のＡＰＤ３０の内、周縁ＡＰＤ３０Ａの感度が、該周縁ＡＰＤ３０Ａに対して光検出領域Ｅ１の中央Ｃ側に配置された他のＡＰＤ３０である中央ＡＰＤ３０Ｂより感度が低い構成としてもよい。ここで、遮光膜４４によって遮光された領域であっても、キャリアによってアバランシェを起こす可能性がある。このため、本実施形態の光検出素子１０Ｆの構成に、光検出素子１０Ｄ’または光検出素子１０Ｄの構成を組み合わせることで、アバランシェを起こす可能性の低減を図ることができる。また、このような組み合わせた構成とすることで、ノイズの更なる低減を図ることができ、信頼性をより高めることができる。
（第７の実施形態）
図１３は、本実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔ
ｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置５０を例示する模式図である。
ライダー装置５０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５０は、対象物６１に対してレーザ光を投光する投光ユニットＴと、対象物６１からのレーザ光を受光しレーザ光が対象物６１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、を備える。
投光ユニットＴにおいて、レーザ光発振器５４はレーザ光を発振する。レーザ光発振器５４は、光源と称される場合がある。駆動回路５３は、レーザ光発振器５４を駆動する。光学系５５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５６を介して対象物６１に照射する。ミラーコントローラ５２は、ミラー５６を制御して対象物６１にレーザ光を投光する。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５９は、光学系５５によって取り出された参照光を検出する。光検出器６０は、対象物６１からの反射光を受光する。距離計測回路５８は、参照光用光検出器５９で検出された参照光と光検出器６０で検出された反射光に基づいて、対象物６１までの距離を計測する。画像認識システム５７は、距離計測回路５８で計測された結果に基づいて、対象物６１を認識する。
ライダー装置５０は、レーザ光が対象物６１までを往復してくる時間を計測し距離に換算するＴｏＦ（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）法を採用している。ライダー装置５０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６０として上述した実施形態の光検出素子１０Ａ〜光検出素子１０Ｆ’を用いることで、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５０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５０は、例えば、車向け障害物検知に用いることができる。
図１４は、ライダー装置５０による検出対象の検出の説明図である。
光源であるレーザ光発振器５４は、検出対象となる対象物６１に光６２を発する。光検出器６０は、対象物６１を透過あるいは反射、拡散した光６３を検出する。
光検出器６０として、上述した本実施形態に係る光検出素子１０Ａ〜光検出素子１０Ｆ’を用いることで、ノイズ抑制された高精度な検出を実現することができる。なお、光検出器６０およびレーザ光発振器５４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６０およびレーザ光発振器５４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６０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１５は、本実施形態に係るライダー装置５０を備えた移動体８０の上面略図である。
移動体８０は、移動可能な物体である。移動体８０は、例えば、車両（自動二輪車、自動四輪車、自転車）、台車、ロボット、船舶、飛翔体（飛行機、無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ドローンなど）である。移動体８０は、例えば、人による運転操作を介して走行する移動体や、人による運転操作を介さずに自動的に走行（自律走行）可能な移動体である。自動走行可能な移動体は、例えば、自動運転車両である。本実施形態の移動体８０は、自律走行可能な車両である場合を一例として説明する。
移動体８０は、車体８１の４つの隅にライダー装置５０を備える。本実施形態に係る移動体８０は、車体８１の４つの隅にライダー装置５０を備えることで、移動体８０の全方向の環境をライダー装置５０によって高精度に検出することができる。
以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、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。これら新規な実施の形態及び変形例は、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。これら実施の形態や変形例は、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。
１０Ａ、１０Ａ’、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｆ’ 光検出素子
１２、１９ 第１半導体層
１４ 第２半導体層
１５、１７ 第２層領域
１６ ｐ−半導体層
２０ ｎ＋半導体層
３０ ＡＰＤ
３２ ダイオード分離領域
５０ ライダー装置
５７ 画像認識システム
８０ 移動体

Claims (16)

  1. 光の入射する第１面に、光検出部が複数配列された領域である光検出領域と、前記光検出領域の周囲に設けられ光検出部を含まない半導体領域である周辺領域と、を有する第１半導体層を備え、
    前記周辺領域の厚み方向における少なくとも一部の第１層領域の格子欠陥の密度が、前記光検出領域における該第１層領域に対して前記厚み方向に交差する方向に隣接する第２層領域の格子欠陥の密度より高い、
    光検出素子。
  2. 光の入射する第１面に、光検出部が複数配列された領域である光検出領域と、前記光検出領域の周囲に設けられ光検出部を含まない半導体領域である周辺領域と、を有する第１半導体層を備え、
    前記周辺領域の厚み方向における少なくとも一部の第１層領域に含まれる不純物の濃度が、前記光検出領域における該第１層領域に対して前記厚み方向に交差する方向に隣接する第２層領域に含まれる不純物の濃度より高い、
    光検出素子。
  3. 前記不純物は、少数キャリアライフタイムを短縮させる特定不純物を含む、
    請求項２に記載の光検出素子。
  4. 前記光検出領域は、隣接する前記光検出部間に設けられたダイオード分離領域を有し、
    前記第１層領域および前記ダイオード分離領域は、前記第１面に連続し、
    前記第１層領域の厚みは、前記ダイオード分離領域の厚みより大きい、
    請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の光検出素子。
  5. 前記第１半導体層に積層された、光検出部を含まない第２半導体層を備え、
    前記周辺領域の厚み方向における、前記第１半導体層および前記第２半導体層の少なくとも一部の層領域が、前記第１層領域である、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の光検出素子。
  6. 光の入射する第１面に、光検出部が複数配列された領域である光検出領域と、前記光検出領域の周囲に設けられ光検出部を含まない半導体領域である周辺領域と、を有する第１半導体層を備え、
    前記第１半導体層における前記周辺領域の厚みが、前記光検出領域の厚み未満である、
    光検出素子。
  7. 光の入射する第１面に、光検出部が複数配列された領域である光検出領域と、前記光検出領域の周囲に設けられ光検出部を含まない半導体領域である周辺領域と、を有する第１半導体層を備え、
    前記光検出領域の周縁に沿って配列された前記光検出部の少なくとも一つである周縁光検出部が、該周縁光検出部に対して前記光検出領域の中央側に配置された他の前記光検出部である中央光検出部より感度が低い、
    光検出素子。
  8. 前記周縁光検出部に含まれるｐｎ接合の前記第１面に沿った方向の面積が、前記中央光検出部に含まれるｐｎ接合の面積未満である、
    請求項７に記載の光検出素子。
  9. 前記周縁光検出部に含まれるｐｎ接合を構成するｐ層のｎ層に対する面積率が、前記中央光検出部に含まれるｐｎ接合を構成するｐ層のｎ層に対する面積率未満であり、且つ、前記周縁光検出部に含まれるｐｎ接合を構成するｎ層に対するｐ層の位置が、前記中央光検出部に比べて前記中央側に配置されてなる、
    請求項７または請求項８に記載の光検出素子。
  10. 前記周縁光検出部に含まれるｐｎ接合を構成するｐ層およびｎ層の少なくとも一方に含まれる不純物の濃度が、前記中央光検出部に含まれるｐｎ接合を構成するｐ層およびｎ層の少なくとも一方に含まれる不純物の濃度より低い、
    請求項７に記載の光検出素子。
  11. 光の入射する第１面に、光検出部が複数配列された領域である光検出領域と、前記光検出領域の周囲に設けられ光検出部を含まない半導体領域である周辺領域と、を有する第１半導体層と、
    前記光検出領域の周縁に沿って配列された前記光検出部の少なくとも一つである周縁光検出部における、光入射面の少なくとも一部上に配置された遮光膜と、
    を備える光検出素子。
  12. 前記周縁光検出部が、該周縁光検出部に対して前記光検出領域の中央側に配置された他の前記光検出部である中央光検出部より感度が低い、
    請求項１１に記載の光検出素子。
  13. 前記遮光膜は、
    前記周辺領域の光入射面の少なくとも一部上に更に配置されてなる、
    請求項１１または請求項１２に記載の光検出素子。
  14. 請求項１〜請求項１３の何れか１項に記載の光検出素子と、
    前記光検出素子の出力信号から対象物までの距離を計測する距離計測部と、
    を備える光検出システム。
  15. 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１４に記載の光検出システムと、
    を備えるライダー装置。
  16. 請求項１５に記載のライダー装置を備えた移動体。
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