JP2023077741A - Photoelectric conversion device - Google Patents
Photoelectric conversion device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023077741A JP2023077741A JP2021191148A JP2021191148A JP2023077741A JP 2023077741 A JP2023077741 A JP 2023077741A JP 2021191148 A JP2021191148 A JP 2021191148A JP 2021191148 A JP2021191148 A JP 2021191148A JP 2023077741 A JP2023077741 A JP 2023077741A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- insulator
- conversion device
- light
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device.
特許文献1には、固体撮像装置において、入射光に対する感度を向上するために、フォトダイオードが形成される半導体層の受光面側の界面に微小な凹凸構造を設ける構造が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200000 discloses a structure in which a fine uneven structure is provided at the interface of a semiconductor layer on which a photodiode is formed on the light receiving surface side in order to improve the sensitivity to incident light in a solid-state imaging device.
特許文献1の構造の光電変換領域の半導体層においては、界面及びその近傍にある欠陥準位により、暗電流ノイズが増加することがあり得る。
In the semiconductor layer of the photoelectric conversion region having the structure of
本発明は、暗電流ノイズの低減及び感度の向上が実現された光電変換装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that achieves reduction in dark current noise and improvement in sensitivity.
本発明の一観点によれば、第1面及び第2面を有する基板と、前記第1面側に配された絶縁層と、前記基板内に配され、前記絶縁層を通過して入射された入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、を有し、前記絶縁層は、前記絶縁層に平行な方向において、第1絶縁体と第2絶縁体とが交互に繰り返される構造を有しており、前記第1絶縁体及び前記第2絶縁体は、前記絶縁層を通過した前記入射光が1つの前記光電変換部に入射され得る領域において、前記絶縁層に平行な方向に複数組配されており、前記第2絶縁体を構成する材料と、前記第1絶縁体を構成する材料が異なることを特徴とする光電変換装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a substrate having a first surface and a second surface, an insulating layer arranged on the side of the first surface, and an insulating layer arranged in the substrate and incident through the insulating layer and a photoelectric conversion unit that generates electric charge according to incident light, and the insulating layer has a structure in which first insulators and second insulators are alternately repeated in a direction parallel to the insulating layer. and the first insulator and the second insulator are arranged in a plurality in a direction parallel to the insulating layer in a region where the incident light passing through the insulating layer can be incident on one photoelectric conversion unit. The photoelectric conversion device is provided, wherein the material forming the second insulator and the material forming the first insulator are different.
本発明によれば、暗電流ノイズの低減及び感度の向上が実現された光電変換装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion apparatus with which the reduction of a dark current noise and the improvement of the sensitivity were implement|achieved is provided.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさ及び位置関係は、説明を明確にするために誇張されていることがある。複数の図面にわたって同一の要素又は対応する要素には共通の符号が付されており、その説明は省略又は簡略化されることがある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiments shown below are for embodying the technical idea of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The sizes and positional relationships of members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. The same or corresponding elements are denoted by common reference numerals across multiple drawings, and their description may be omitted or simplified.
以下の説明では、必要に応じて特定の方向又は位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語)が用いられる。それらの用語の使用は図面を参照した実施形態の理解を容易にするためのものであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。 In the following description, terms indicating specific directions or positions (eg, "upper", "lower", "right", "left", and other terms containing those terms) are used where appropriate. The use of these terms is for the purpose of facilitating the understanding of the embodiments with reference to the drawings, and the technical scope of the present invention is not limited by the meanings of these terms.
[第1実施形態]
図1は、本実施形態に係る光電変換装置100の全体構成を示す概略図である。光電変換装置100は、例えば、固体撮像装置、焦点検出装置、測距装置、TOF(Time-Of-Flight)カメラ等であり得る。光電変換装置100は、互いに積層されたセンサ基板11(第1基板)と、回路基板21(第2基板)とを有する。センサ基板11と回路基板21とは、電気的に相互に接続されている。センサ基板11は、複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素101が配された画素領域12を有している。回路基板21は、複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素信号処理部103が配された第1回路領域22と、第1回路領域22の外周に配された第2回路領域23とを有している。第2回路領域23は、複数の画素信号処理部103を制御する回路等を含み得る。センサ基板11は、入射光を受ける光入射面と、光入射面に対向する接続面とを有している。センサ基板11は、接続面側において回路基板21と接続されている。すなわち、光電変換装置100は、いわゆる裏面照射型である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a
本明細書において、「平面視」とは、光入射面とは反対側の面に対して垂直な方向から視ることを指す。また、断面とは、センサ基板11の光入射面とは反対側の面に対して垂直な方向における面を指す。なお、微視的に見て光入射面が粗面である場合もあり得るが、その場合には巨視的に見たときの光入射面を基準として平面視を定義する。
In this specification, "planar view" refers to viewing from a direction perpendicular to the surface opposite to the light incident surface. Further, the cross section refers to a surface in a direction perpendicular to the surface of the
以下では、センサ基板11と回路基板21とは、ダイシングされたチップであるものとして説明するが、センサ基板11と回路基板21とは、チップに限定されるものではない。例えば、センサ基板11と回路基板21とは、ウエハであってもよい。また、センサ基板11と回路基板21とがダイシング済みのチップである場合には、光電変換装置100は、ウエハ状態で積層した後にダイシングされることにより製造されてもよく、ダイシングされた後に積層されることにより製造されてもよい。
In the following description, the
図2は、センサ基板11の配置例を示す概略ブロック図である。画素領域12には、複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素101が配されている。複数の画素101の各々は、光電変換素子としてアバランシェフォトダイオード(以下、APDと呼ぶ)を含む光電変換部102を基板内に有している。光電変換装置100が撮像装置である場合には、複数の画素101は、光電変換により画像用の信号を生成する素子であり得る。しかしながら、光電変換装置100がTOF等の技術を用いた測距装置である場合には、画素101は、光が到達した時刻と光量を測定するための素子であり得る。すなわち、複数の画素101の用途は画像の取得に限定されない。
FIG. 2 is a schematic block diagram showing an arrangement example of the
APDで生じる電荷対のうち信号電荷として用いられる電荷の導電型を第1導電型と呼ぶ。第1導電型とは、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする導電型を指す。また、第1導電型と反対の導電型、すなわち、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする導電型を第2導電型と呼ぶ。以下の説明のAPDにおいては、APDのアノードは固定電位とされており、APDのカソードから信号が取り出される。したがって、第1導電型の半導体領域とはN型半導体領域であり、第2導電型の半導体領域とはP型半導体領域である。なお、APDのカソードが固定電位とされ、APDのアノードから信号が取り出される構成であってもよい。この場合は、第1導電型の半導体領域とはP型半導体領域であり、第2導電型の半導体領域とはN型半導体領域である。また、以下では、APDの一方のノードを固定電位とする場合について説明するが、両方のノードの電位が変動する構成であってもよい。 The conductivity type of the charge used as the signal charge among the charge pairs generated in the APD is called the first conductivity type. The first conductivity type refers to a conductivity type in which majority carriers are charges of the same polarity as the signal charges. A conductivity type opposite to the first conductivity type, that is, a conductivity type in which charges having a polarity different from that of signal charges are majority carriers is referred to as a second conductivity type. In the APD described below, the anode of the APD is at a fixed potential, and a signal is taken out from the cathode of the APD. Therefore, the semiconductor region of the first conductivity type is the N-type semiconductor region, and the semiconductor region of the second conductivity type is the P-type semiconductor region. It should be noted that the cathode of the APD may be at a fixed potential, and the signal may be extracted from the anode of the APD. In this case, the semiconductor region of the first conductivity type is a P-type semiconductor region, and the semiconductor region of the second conductivity type is an N-type semiconductor region. Moreover, although the case where one node of the APD is set to a fixed potential will be described below, the configuration may be such that the potentials of both nodes fluctuate.
本明細書において、単に「不純物濃度」という用語が使われた場合には、逆導電型の不純物によって補償された分を差し引いた正味の不純物濃度を意味している。すなわち、「不純物濃度」とは、NETドーピング濃度を指す。P型の添加不純物濃度がN型の添加不純物濃度より高い領域はP型半導体領域である。反対に、N型の添加不純物濃度がP型の添加不純物濃度より高い領域はN型半導体領域である。 In this specification, when the term "impurity concentration" is simply used, it means the net impurity concentration after subtracting the amount compensated by the impurity of the opposite conductivity type. That is, "impurity concentration" refers to NET doping concentration. A region in which the P-type impurity concentration is higher than the N-type impurity concentration is a P-type semiconductor region. On the contrary, a region where the N-type impurity concentration is higher than the P-type impurity concentration is an N-type semiconductor region.
図3は、回路基板21の構成例を示す概略ブロック図である。回路基板21は、複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素信号処理部103が配された第1回路領域22を有している。
FIG. 3 is a schematic block diagram showing a configuration example of the
また、回路基板21には、垂直走査回路110、水平走査回路111、読み出し回路112、画素出力信号線113、出力回路114及び制御信号生成部115が配されている。図2に示されている複数の光電変換部102と、図3に示されている複数の画素信号処理部103は、それぞれ、画素101ごとに設けられた接続配線を介して電気的に接続されている。
A
制御信号生成部115は、垂直走査回路110、水平走査回路111及び読み出し回路112を駆動する制御信号を生成し、これらの各部に供給する制御回路である。これにより、制御信号生成部115は、各部の駆動タイミング等の制御を行う。
The control
垂直走査回路110は、制御信号生成部115から供給された制御信号に基づいて、複数の画素信号処理部103の各々に制御信号を供給する。垂直走査回路110は、第1回路領域22の行ごとに設けられている駆動線を介して各画素信号処理部103に対して行ごとに制御信号を供給する。なお、後述するように、この駆動線は各行について複数本であり得る。垂直走査回路110にはシフトレジスタ、アドレスデコーダ等の論理回路が用いられ得る。これにより、垂直走査回路110は、画素信号処理部103から信号を出力させる行の選択を行う。
The
画素101の光電変換部102から出力された信号は、画素信号処理部103で処理される。画素信号処理部103は、光電変換部102に含まれるAPDから出力されるパルスの数をカウントすることにより複数のビットを有するデジタル信号を取得して保持する。
A signal output from the
水平走査回路111は、制御信号生成部115から供給された制御信号に基づいて、読み出し回路112に制御信号を供給する。画素信号処理部103は、第1回路領域22の列ごとに設けられている画素出力信号線113を介して読み出し回路112に接続されている。1つの列の画素出力信号線113は、対応する列の複数の画素信号処理部103に共有されている。画素出力信号線113は、複数の配線を含んでおり、少なくとも、各画素信号処理部103からデジタル信号を読み出し回路112に出力する機能と、信号を出力させる列を選択するための制御信号を画素信号処理部103に供給する機能とを有している。読み出し回路112は、制御信号生成部115から供給された制御信号に基づいて、出力回路114を介して光電変換装置100の外部の記憶部又は信号処理部に信号を出力する。
The
画素領域12における光電変換部102の配列は1次元状に配されていてもよい。また、画素信号処理部103の機能は、必ずしもすべての画素101に1つずつ設けられていなくてもよい。例えば、複数の画素101によって1つの画素信号処理部103が共有されていてもよい。この場合、画素信号処理部103は、各光電変換部102から出力された信号を順次処理することにより、各画素101に対して信号処理の機能を提供する。
The arrangement of the
図2及び図3に示されているように、平面視で画素領域12に重なる領域に、複数の画素信号処理部103が配された第1回路領域22が配される。そして、平面視において、センサ基板11の端と画素領域12の端との間に重なるように、垂直走査回路110、水平走査回路111、読み出し回路112、出力回路114、制御信号生成部115が配される。言い換えると、センサ基板11は、画素領域12と画素領域12の周りに配された非画素領域とを有する。そして、回路基板21において、平面視で非画素領域に重なる領域に、垂直走査回路110、水平走査回路111、読み出し回路112、出力回路114及び制御信号生成部115が配された第2回路領域23が配されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
なお、画素出力信号線113の配置、読み出し回路112の配置及び出力回路114の配置は図3に示されているものに限定されない。例えば、画素出力信号線113が行方向に延びて配されており、対応する行の複数の画素信号処理部103に共有される配置であってもよい。そして、各行の画素出力信号線113が接続されるように読み出し回路112が配されていてもよい。
Note that the arrangement of the pixel
図4は、本実施形態に係る光電変換部102及び画素信号処理部103の1画素分の構成例を示す概略ブロック図である。図4には、センサ基板11に配された光電変換部102と回路基板21に配された画素信号処理部103との接続関係を含むより具体的な構成例が模式的に示されている。なお、図4においては図3における垂直走査回路110と画素信号処理部103との間の駆動線を駆動線213、214として示している。
FIG. 4 is a schematic block diagram showing a configuration example for one pixel of the
光電変換部102は、APD201を有している。画素信号処理部103は、クエンチ素子202、波形整形部210、カウンタ回路211及び選択回路212を有している。なお、画素信号処理部103は、波形整形部210、カウンタ回路211及び選択回路212の少なくとも1つを有していればよい。
The
APD201は、光電変換により入射光に応じた電荷対を生成する。APD201のアノードには、電圧VL(第1電圧)が供給される。また、APD201のカソードは、クエンチ素子202の第1端子及び波形整形部210の入力端子に接続されている。APD201のカソードには、アノードに供給される電圧VLよりも高い電圧VH(第2電圧)が供給される。これにより、APD201のアノードとカソードには、APD201がアバランシェ増倍動作をするような逆バイアス電圧が供給される。逆バイアス電圧が供給されているAPD201において、入射光により電荷が生じると、この電荷がアバランシェ増倍を起こし、アバランシェ電流が発生する。
The
なお、APD201に逆バイアスの電圧が供給される場合の動作モードには、ガイガーモードとリニアモードとがある。ガイガーモードはアノード及びカソードの電位差が降伏電圧より大きい電位差で動作させるモードであり、リニアモードはアノード及びカソードの電位差が降伏電圧近傍又はそれ以下で動作させるモードである。
Operation modes in the case where a reverse bias voltage is supplied to the
ガイガーモードで動作させるAPDをSPAD(Single Photon Avalanche Diode)と呼ぶ。このとき、例えば、電圧VL(第1電圧)が-30Vであり、電圧VH(第2電圧)が1Vである。APD201は、リニアモードで動作させてもよく、ガイガーモードで動作させてもよい。SPADの場合はリニアモードのAPDに比べて電位差が大きくなりアバランシェ増倍の効果が顕著となるため、SPADであることが好ましい。
An APD operated in Geiger mode is called a SPAD (Single Photon Avalanche Diode). At this time, for example, the voltage VL (first voltage) is -30V and the voltage VH (second voltage) is 1V.
クエンチ素子202は、アバランシェ増倍による信号増倍時に負荷回路(クエンチ回路)として機能する。クエンチ素子202は、APD201に供給する電圧を抑制して、アバランシェ増倍を抑制する(クエンチ動作)。また、クエンチ素子202は、クエンチ動作による電圧降下に応じた電流を流すことにより、APD201に供給する電圧を電圧VHへと戻す(リチャージ動作)。クエンチ素子202は、例えば、抵抗素子であり得る。
The quench
波形整形部210は、光子検出時に得られるAPD201のカソードの電位変化を整形して、パルス信号を出力する。波形整形部210としては、例えば、インバータ回路が用いられる。図4には、波形整形部210としてインバータを1つ用いた例が示されているが、波形整形部210は、複数のインバータを直列接続した回路を用いてもよく、波形整形効果を有するその他の回路であってもよい。
A
カウンタ回路211は、波形整形部210から出力されたパルス信号をカウントし、カウント値を示すデジタル信号を保持する。また、駆動線213を介して垂直走査回路110から制御信号が供給されたとき、カウンタ回路211は保持している信号をリセットする。
The
選択回路212には、図3に示されている垂直走査回路110から、図4に示されている駆動線214を介して制御信号が供給される。この制御信号に応じて、選択回路212は、カウンタ回路211と画素出力信号線113との電気的な接続、非接続を切り替える。選択回路212は、例えば、カウンタ回路211に保持されている値に応じた信号を出力するためのバッファ回路等を含む。
A control signal is supplied to the
なお、図4の例では、選択回路212においてカウンタ回路211と画素出力信号線113との電気的な接続、非接続の切り替えが行われているが、画素出力信号線113への信号出力を制御する手法はこれに限定されない。例えば、クエンチ素子202とAPD201との間、光電変換部102と画素信号処理部103との間等のノードにトランジスタ等のスイッチを配し、電気的な接続、非接続を切り替えることにより、画素出力信号線113への信号出力を制御してもよい。また、光電変換部102に供給される電圧VH又は電圧VLの値をトランジスタ等のスイッチを用いて変えることにより画素出力信号線113への信号出力を制御してもよい。
In the example of FIG. 4, the
図4では、カウンタ回路211を用いる構成例を示している。しかしながら、カウンタ回路211の代わりに、時間・デジタル変換回路(Time to Digital Converter:以下、TDC)、メモリを用いて、パルスを検出するタイミングを取得してもよい。このとき、波形整形部210から出力されたパルス信号の発生タイミングは、TDCによってデジタル信号に変換される。この場合、図3の垂直走査回路110から駆動線を介して、TDCに制御信号(参照信号)が供給され得る。TDCは、制御信号を基準とするパルスの入力タイミングの相対時間を示す信号をデジタル信号として取得する。
FIG. 4 shows a configuration example using the
図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、本実施形態に係るAPD201の動作を説明する図である。図5(a)は、図4におけるAPD201、クエンチ素子202、波形整形部210を抜き出して示した図である。図5(a)に示されるように、APD201、クエンチ素子202及び波形整形部210の入力端子の接続ノードをnodeAとする。また、図5(a)に示されるように、波形整形部210の出力側をnodeBとする。
5(a), 5(b) and 5(c) are diagrams for explaining the operation of the
図5(b)は、図5(a)におけるnodeAの電位の時間変化を示すグラフである。図5(c)は、図5(a)におけるnodeBの電位の時間変化を示すグラフである。時刻t0から時刻t1の期間において、図5(a)のAPD201には、VH-VLの電圧が印加されている。時刻t1において光子がAPD201に入射すると、APD201においてアバランシェ増倍が生じる。これにより、クエンチ素子202にアバランシェ電流が流れ、nodeAの電位は降下する。その後、電位降下量が更に大きくなり、APD201に印加される電圧が徐々に小さくなる。そして、時刻t2においてAPD201におけるアバランシェ増倍が停止する。これにより、nodeAの電圧レベルはある一定値よりも降下しなくなる。その後、時刻t2から時刻t3の期間において、nodeAには電圧VHのノードから電圧降下分を補う電流が流れ、時刻t3においてnodeAは元の電位に整定する。
FIG. 5(b) is a graph showing the time change of the potential of node A in FIG. 5(a). FIG. 5(c) is a graph showing temporal changes in the potential of node B in FIG. 5(a). During the period from time t0 to time t1, a voltage of VH-VL is applied to the
上述の過程において、nodeAの電位がある閾値よりも低い期間においてnodeBの電位はハイレベルになる。このようにして、光子の入射によって生じたnodeAの電位の降下の波形は、波形整形部210によって整形され、nodeBにパルスとして出力される。
In the above process, the potential of nodeB becomes high level while the potential of nodeA is lower than a certain threshold. In this way, the waveform of the potential drop of nodeA caused by incident photons is shaped by the
図6(a)及び図6(b)は、本実施形態に係るAPD201の構造を示す図である。図6(a)は、APD201の断面模式図である。図6(b)は、半導体層300のアバランシェ増倍領域近傍の構造を示す平面模式図である。図6(a)及び図6(b)を相互に参照しつつ、APD201の構造を説明する。
6A and 6B are diagrams showing the structure of the
APD201を構成する複数の半導体領域は、センサ基板11の半導体層300に配されている。図6は、入射光が入射する方向が上側となるように図示されている。半導体層300は、光が入射する第1面と、第1面とは反対側の面である第2面とを有する。本明細書において、深さ方向は、APD201が配される半導体層300の第1面から第2面に向かう方向である。以下では、「第1面」を「裏面」という場合があり、「第2面」を「表面」という場合がある。半導体層300の所定の位置から、半導体層300の表面方向に向かう方向を、「深い」と表現することもある。また、半導体層300の所定の位置から、半導体層300の裏面方向に向かう方向を、「浅い」と表現することもある。
A plurality of semiconductor regions forming the
図6(a)に示されているように、APD201は、センサ基板11の半導体層300と、その第1面側に配されている絶縁層304と、絶縁層304の入射側に配されたマイクロレンズ323とを含む。APD201にはフィルタ層が更に配されていてもよい。フィルタ層の例としては、カラーフィルタ、赤外光カットフィルタ、モノクロフィルタ等の光学フィルタが挙げられる。カラーフィルタは、例えば、RGBカラーフィルタ、RGBWカラーフィルタ等であり得る。
As shown in FIG. 6( a ), the
半導体層300は、第1半導体領域311、第2半導体領域312、第3半導体領域313、第4半導体領域314、第5半導体領域315、第6半導体領域316、第7半導体領域317及び画素分離部324を有している。APD201は、第1導電型の第1半導体領域311と、第2導電型の第2半導体領域312を少なくとも含む。第1半導体領域311と第2半導体領域312とは、PN接合を形成している。第1半導体領域311の不純物濃度は、第2半導体領域312の不純物濃度よりも高い。また、第1半導体領域311と第2半導体領域312とには所定の逆バイアス電圧が印加され、これによりアバランシェ増倍領域が形成される。
The
図6(a)に示されているように、深さ方向において第1半導体領域311と第2半導体領域312の間には、第1導電型の第3半導体領域313が配され得る。第3半導体領域313は、電界緩和の機能を有している。電界緩和の機能を実現可能であれば、第3半導体領域313は、第2導電型であってもよい。また、図6(b)に示されているように、第1半導体領域311は平面視において円形であり得る。また、第3半導体領域313は平面視において第1半導体領域311を囲うような同心円状であり得る。
As shown in FIG. 6A, a
図6(a)に示されているように、第2半導体領域312よりも浅い位置には、第2導電型の第5半導体領域315が配されている。第5半導体領域315は、第2導電型の第4半導体領域314と接するように配されている。図6(b)に示されているように、平面視において、第4半導体領域314は、第1半導体領域311、第2半導体領域312及び第3半導体領域313を囲うように配されている。図6(a)及び図6(b)に示されているように、平面視において、APD201の全面に第5半導体領域315が配されていてもよく、第5半導体領域315の一部が第4半導体領域314と重なっていてもよい。第4半導体領域314は、半導体層300の全深さにわたって配されていてもよく、第4半導体領域314の一部が第5半導体領域315と同じ深さにあってもよい。
As shown in FIG. 6A, a
複数のAPD201(画素101)のうちの互いに隣接するAPD201の間の部分には、半導体層300に絶縁体(誘電体)が埋め込まれた構造を有する画素分離部324が配されている。画素分離部324には、図6(a)及び図6(b)に示されているように、深い溝に酸化シリコン等の絶縁体が埋め込まれているディープトレンチアイソレーション(DTI)構造が用いられ得る。深い溝には、絶縁体以外にも、金属が埋め込まれていてもよい。また、深い溝の側壁に薄い絶縁体層を形成し、この深い溝及び絶縁体層の中に金属を充填してもよい。画素分離部324は、平面視において、1つのAPD201を囲う長方形(正方形を含む)をなしている。これにより、画素分離部324は、1つのAPD201を他の素子から分離している。なお、画素分離部324は平面視においてAPD201の全周囲を囲うように配されていてもよく、対辺部のみ等のように周囲の一部のみを囲うように配されていてもよい。
Between the
第2半導体領域312と第5半導体領域315の間には、第1導電型の第7半導体領域317が設けられている。第7半導体領域317の不純物濃度は、第7半導体領域317の周囲に設けられている第6半導体領域316の不純物濃度よりも高い。この構成により、信号電荷にとって、第6半導体領域316のポテンシャルよりも第7半導体領域317のポテンシャルの方が低くなり、より多くの電荷をアバランシェ増倍領域に収集することが可能となる。第7半導体領域317は、必要に応じて設けられる半導体領域であり、設けられていなくてもよい。また、図6(a)において、第7半導体領域317の一部と第2半導体領域312とが接触しているが、第7半導体領域317は第2半導体領域312から離間して設けられていてもよい。
A
絶縁層304には、半導体層300の第1面側に、ピニング層321及び反射防止層325(第1反射防止層)がこの順に配されている。反射防止層325の入射側には、第1絶縁体327及び第2絶縁体328が配されている。第1絶縁体327及び第2絶縁体328の入射側には、反射防止層326(第2反射防止層)及び平坦化層322がこの順に配されている。第1絶縁体327及び第2絶縁体328は、これらが絶縁層304に平行な方向に交互に繰り返されるように周期的にパターニングされたトレンチ構造をなしている。言い換えると、入射光が1つのAPD201に入射され得る領域において、第1絶縁体327及び第2絶縁体328が絶縁層304に平行な方向に複数組配されている。このトレンチ構造は、例えば、第1絶縁体327に形成されたトレンチに第2絶縁体328を埋め込むように成膜することによって形成され得る。
A pinning
第1絶縁体327及び第2絶縁体328の各々の材料は、光を透過するとともに屈折率が異なる絶縁材料であればよい。典型的には、第2絶縁体328の屈折率n2は、第1絶縁体327の屈折率n1よりも大きい(n2>n1)。このように、屈折率が周期的に変化するトレンチ構造を絶縁層304内に配することにより、絶縁層304を通過する入射光が回折する。なお、屈折率の大小関係は逆であってもよい。
The material of each of the
絶縁層304が入射光を回折させることによる効果について説明する。APD201に入射された光が十分に光電変換されるためには、光が半導体層300内を十分な距離(以下、光路長)を伝搬することが必要である。したがって、光電変換の効率を向上させるためには、半導体層300の厚さを十分に確保することが求められる。光電変換の効率向上に要する光路長は、青色光等の比較的波長の短い光の場合には短く、赤色光、近赤外光等の比較的波長の長い光の場合には長い。したがって、APD201が赤色光又は近赤外光に感度を有するものである場合には、APD201が青色光に感度を有するものである場合と比較して、半導体層300がより厚いことが求められる。
The effect of diffracting incident light by the insulating
APD201が単結晶シリコン基板に配されている場合の半導体層300の厚さの具体例について述べる。可視領域の光のうち青色光又は緑色光については、図6(a)に示されている半導体層300内の光電変換領域(第1面から第2半導体領域312まで)の深さが4μm程度あれば99%以上の入射光が光電変換される。しかしながら、赤色光又は近赤外光については、入射光の99%以上を光電変換するためには光電変換領域を更に厚くする必要がある。一般的にはAPD201の光電変換領域の深さは数μm程度であるため、特に赤色光、近赤外光等の比較的波長の長い光においては、光電変換の効率が十分でない場合がある。
A specific example of the thickness of the
これに対し、本実施形態では、トレンチ構造を絶縁層304内に配することにより、絶縁層304を通過する入射光が回折する。これにより、入射光が半導体層300内を伝搬する距離が長くなり、光電変換されやすくなる。したがって、本実施形態によれば、光電変換装置の感度が向上し得る。
In contrast, in the present embodiment, incident light passing through the insulating
上述のトレンチ構造のような凹凸が半導体層300に形成されていると、界面及びその近傍に生じる欠陥準位が暗電流ノイズの増加要因となる場合がある。これに対し、本実施形態では、トレンチ構造は半導体層300ではなく絶縁層304に形成されているため、上述のような要因による暗電流ノイズが低減されている。以上のように、本実施形態によれば、暗電流ノイズの低減及び感度の向上が実現された光電変換装置が提供される。
If the
第1絶縁体327及び第2絶縁体328の各々の材料には、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、酸化タンタル(Ta2O5)等が上述の屈折率の条件を満たすように用いられ得る。酸化シリコンの屈折率は1.5程度であり、酸窒化シリコンの屈折率は1.8程度であり、窒化シリコンの屈折率は2程度であり、酸化タンタルの屈折率は2程度である。例えば、第1絶縁体327の材料が酸化シリコンである場合には、第2絶縁体328の材料には、酸化シリコンよりも大きな屈折率を有している窒化シリコン、酸窒化シリコン又は酸化タンタルが用いられ得る。屈折率の比を大きくすることで回折効果を大きくする観点から、第2絶縁体328の材料には窒化シリコン又は酸化タンタルが用いられることがより好適である。
Silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), or the like is used as the material of each of the
図7(a)から図7(h)は、本実施形態に係るトレンチ構造を拡大して示す断面模式図である。図7(a)は、断面において長方形状をなしている第2絶縁体328が反射防止層325に接する位置に配される構造の例である。図7(b)は、第2絶縁体328が反射防止層326の近傍に配される構造の例である。図7(c)は、第2絶縁体328が第1絶縁体327の厚さ方向の中心付近に配される構造の例である。
FIGS. 7A to 7H are cross-sectional schematic diagrams showing enlarged trench structures according to the present embodiment. FIG. 7A shows an example of a structure in which a
第1絶縁体327及び第2絶縁体328がなすトレンチ構造が繰り返される実効周期は、hc/Eaよりも小さいことが望ましい。ここで、hはプランク定数[J・s]であり、cは光速[m/s]であり、Eaは基板のバンドギャップ[J]である。センサ基板11がシリコン基板である場合には、hc/Eaは、1.1μm程度である。APD201において入射光の光電変換が主に生じる波長はhc/Eaよりも小さい範囲である。したがって、上述のようにトレンチ構造の実効周期を設定することにより、APD201が感度を有する入射光を効果的に回折させることができるトレンチ構造が実現される。なお、トレンチ構造の周期は、断面視において1つのトレンチの重心からそれと隣接する他のトレンチの重心までの距離として定義され得る。また、実効周期は、トレンチ構造全体にわたる周期の平均として定義され得る。
It is desirable that the effective period of repetition of the trench structure formed by the
また、図7(a)に示されているように、第2絶縁体328の幅W1は、トレンチ構造が繰り返される実効周期の半分程度であり得る。すなわち、第2絶縁体328の幅W1は、上述のhc/Eaの半分であるhc/2Eaよりも小さいことが望ましい。これにより、上述の実効周期を実現することができる。
Also, as shown in FIG. 7(a), the width W1 of the
図7(d)は、第2絶縁体328の幅W2がトレンチ構造が繰り返される実効周期の半分よりも大きい場合の例(すなわち、W2>W1)である。図7(e)は、第2絶縁体328の幅W3がトレンチ構造が繰り返される実効周期の半分よりも小さい場合の例(すなわち、W3<W1)である。このように、第2絶縁体328の幅は実効周期の半分よりも大きくてもよく、小さくてもよい。
FIG. 7(d) is an example where the width W 2 of the
図7(f)は、第2絶縁体328の高さが図7(a)の例よりも高い場合の例である。図7(g)は、第2絶縁体328の高さが図7(a)の例よりも低い場合の例である。これらのように、トレンチ構造における第2絶縁体328の高さは適宜設定され得る。
FIG. 7(f) is an example in which the height of the
図7(h)は、第2絶縁体328が断面において三角形をなしている場合の例である。このように、トレンチ構造における第2絶縁体328の形状は長方形に限られない。トレンチ構造における第2絶縁体328の形状は、入射側が狭い逆テーパー状であってもよい。この場合、回折効果が強くなり、感度が向上し得る。また、トレンチ構造における第2絶縁体328の形状は、半球状、円弧状、階段状等であってもよい。この場合、トレンチ構造における屈折率の急峻な変化が抑えられることで不要な反射が低減され、感度が向上し得る。
FIG. 7(h) is an example in which the
図8(a)及び図8(b)は、本実施形態に係るAPD201の平面模式図である。図8(a)に示されているように、第2絶縁体328は、平面視において、格子状に配されている。図8(a)においては、第2絶縁体328は、平面視において一様な周期である。しかしながら、第2絶縁体328は一様な周期でなくてもよい。図8(b)に示されているように、第2絶縁体328は外周に近いほど周期が大きい格子状をなしていてもよい。また、第2絶縁体328は、平面視においてランダムに配置されていてもよく、これにより回折光の角度分布が均一化される。
8A and 8B are schematic plan views of the
図8(a)及び図8(b)に示されているように2つのAPD201の間には、画素分離部324が配されている。絶縁層304で回折された光の一部が隣接するAPD201に向かって進む場合があるが、画素分離部324はそのような光が隣接するAPD201に入射される量を低減する。したがって、画素分離部324を配することにより、隣接画素へのクロストークが低減され得る。
A
本実施形態では、光電変換部102は、APD201を含む例を挙げているが、光電変換部102は、APD以外のフォトダイオードを含むものであってもよく、APDを用いるものに限定されない。
Although the
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の説明において、第1実施形態と共通する要素については説明を省略することがある。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, the description of elements common to the first embodiment may be omitted.
図9(a)及び図9(b)は、第2実施形態に係るAPD201の構造を示す図である。図9(a)は、第2実施形態に係るAPD201の断面模式図である。図9(b)は、第2実施形態に係るAPD201の平面模式図である。本実施形態のAPD201は、第5半導体領域315に凹凸構造329が配されている点で第1実施形態のAPD201と相違する。
9A and 9B are diagrams showing the structure of the
凹凸構造329は、図9(b)に示されているように平面視において格子状をなしており、図9(a)に示されているように断面視において凹凸をなしているトレンチ構造である。凹凸構造329は、第1半導体領域311及び第7半導体領域317に平面視において重なるように形成され、凹凸構造329の重心位置は平面視においてアバランシェ増倍領域に内包される。図9(b)に示されているような格子状のトレンチ構造では、トレンチが交差する部分におけるトレンチ深さはトレンチが単独で延びる部分のトレンチ深さよりも深くなる。ただし、トレンチが交差する部分におけるトレンチの底部は、半導体層300の厚みの半分よりも入射側に近い位置にある。ここでトレンチ深さとは半導体層300の第1面からトレンチの底部までの深さであり、凹凸構造329の凹部の深さということもできる。
The concave-
凹凸構造329のトレンチ構造は第5半導体領域315とは異なる材料を含んで構成される。例えば第5半導体領域315の材料がシリコンである場合、トレンチ構造を構成する主な部材は、シリコンよりも屈折率が小さい酸化シリコン又は窒化シリコンであり得る。しかしながら、トレンチ構造には金属又は有機材料が含まれていてもよい。また、トレンチ構造の内部に空隙があってもよい。空隙は他の材料に比べて屈折率が小さいため、回折効果が向上し得る。トレンチは、例えば半導体層300に0.1μmから0.6μmの深さで形成される。入射光の回折を十分に高めるためには、トレンチの幅よりもトレンチの深さの方が大きいことが望ましい。ここでトレンチの幅とはトレンチ断面の重心部を通る平面における、ピニング層321と第3半導体領域313との界面からピニング層321と第3半導体領域313との界面までの幅であり、トレンチの深さとは光入射面からトレンチ底部までの深さである。
The trench structure of the
凹凸構造329を配することによる効果とトレンチ構造周期の好適な例について説明する。APD201に光が入射すると、アバランシェ増倍領域においてアバランシェ発光が起こる場合がある。アバランシェ発光とは、アバランシェ増倍によって発生した多量の電子又はホールが極性の異なる電荷と再結合することによって光子が生じる現象である。アバランシェ発光によって生じた光子が隣り合う画素に漏れ込むことにより隣接画素において偽信号が生じ、画質の低下が生じることがある。
The effect of arranging the concave-
アバランシェ発光光のスペクトルは短波長から長波長まである程度の広がりを持つが、波長の短い成分は基板中での吸収長が短く、発光領域から近い位置において光電変換されるため、隣接画素に到達して偽信号を発生する確率が低い。一方で、波長の長い成分は基板中での吸収長が長く、発光領域からより遠い位置において偽信号を発生する確率が高いため、上述の画質低下の支配的な要因となる。このため、アバランシェ発光光のスペクトルのうち波長が最大となる成分を、前記の画質低下の代表的な要因と近似的にみなすことができる。アバランシェ発光の波長の最大値は基板材料のバンドギャップで決まり、hc/Ea(h:プランク定数[J・s]、c:光速[m/s]、Ea:基板のバンドギャップ[J])によって求められるものとする。例えば、センサ基板11がシリコンである場合、アバランシェ発光光の波長の最大値は1.1μm程度である。
The spectrum of avalanche emission light spreads to some extent from short wavelengths to long wavelengths, but short wavelength components have a short absorption length in the substrate and are photoelectrically converted at positions close to the light emitting region, so they do not reach adjacent pixels. low probability of generating false signals. On the other hand, long-wavelength components have a long absorption length in the substrate, and have a high probability of generating false signals at positions farther from the light-emitting region, which is a dominant factor in the deterioration of the image quality described above. For this reason, the component with the maximum wavelength in the spectrum of the avalanche emitted light can be approximately regarded as a representative factor of the deterioration of the image quality. The maximum value of the wavelength of avalanche emission is determined by the bandgap of the substrate material, hc/ Ea (h: Planck's constant [J s], c: speed of light [m/s], Ea : bandgap of substrate [J] ) shall be required by For example, when the
凹凸構造329の実効周期がアバランシェ発光波長よりも大きい場合、アバランシェ発光光は凹凸構造329に対して粒子的にふるまう。基板深さに対する実効屈折率の変化が急峻になるため、アバランシェ発光光は凹凸構造329の底部で反射され、反射光は画素内で迷光となる。
When the effective period of the
これに対し、凹凸構造329の周期がアバランシェ発光波長よりも小さい場合には、アバランシェ発光光は波動的にふるまう。半導体層300の深さに対する実効屈折率の変化が緩やかになるため、アバランシェ発光光の凹凸構造329の底部での反射が小さくなり、凹凸構造329に入射したアバランシェ発光光は基板外に向かって進むため、画素内の迷光が抑制される。このとき半導体層300の光入射面におけるアバランシェ発光光の光強度が高い光電変換素子中央部に凹凸構造329を配することでより効率的に迷光を抑制する効果が得られる。以上の理由により、凹凸構造329の周期は、hc/Eaよりも小さいことが望ましく、より好適に迷光を抑制する効果が得られ、画素間のクロストークを低減することができる。言い換えると、トレンチの幅は、hc/2Eaよりも小さいことが望ましい。
On the other hand, when the period of the
以上のように、半導体層300に凹凸構造329を形成することで、クロストークを低減する効果が得られるものの、第1実施形態においても述べたように、半導体層300の表面の凹凸は暗電流ノイズの原因になることがある。これに対し、本実施形態では、半導体層300の凹凸構造329に加えて、絶縁層304に配された第1絶縁体327及び第2絶縁体328による凹凸構造を更に有している。この絶縁層304内のトレンチ構造も凹凸構造329と同様のメカニズムによりクロストーク低減効果を有し得る。そこで、本実施形態では、半導体層300の凹凸構造329と第1絶縁体327及び第2絶縁体328による凹凸構造が併用されている。これにより、第1絶縁体327及び第2絶縁体328による凹凸構造がない場合と比べて凹凸構造329の面積が少なくても十分なクロストーク低減効果を得ることができるため、凹凸構造329の面積を削減して暗電流ノイズを低減することができる。
As described above, by forming the
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られることに加え、画素間のクロストークが低減された光電変換装置が提供される。 According to this embodiment, in addition to obtaining the same effects as in the first embodiment, a photoelectric conversion device with reduced crosstalk between pixels is provided.
反射防止層325には、凹凸構造329の実効屈折率よりも低い材料が用いられることが望ましい。ここで実効屈折率とはトレンチが形成された基板とトレンチ内を埋め込む部材とを合わせた凹凸構造329全体の実質的な屈折率である。例えば半導体層300は屈折率が4のシリコンであり、第1絶縁体327は屈折率が1.5程度の酸化シリコンである場合、凹凸構造329の実効屈折率は2.8から3.8程度である。この場合、反射防止層325には屈折率が2程度である酸化タンタルが用いられ得る。半導体層300と第1絶縁体327の間に反射防止層325を配することにより、半導体層300から第1絶縁体327にかけての屈折率の変化をなだらかにすることができる。これにより、アバランシェ発光光の半導体層裏面での反射を防ぎ、アバランシェ発光光によるクロストークをより低減することができる。
The
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態の説明において、第1実施形態と共通する要素については説明を省略することがある。
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, the description of elements common to the first embodiment may be omitted.
図10は、本実施形態に係るAPD201の断面模式図である。本実施形態のAPD201は、絶縁層304の第1絶縁体327の内部に遮光部330が配されている点で第1実施形態のAPD201と相違する。なお、遮光部330には、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、窒化タングステン(WN)等の材料を含む金属膜が用いられる。遮光部330は、上述の材料の単層膜であってもよく、これらの材料を含む積層膜であってもよい。例えば、遮光部330には、チタンとタングステンの積層膜、窒化チタンとタングステンの積層膜等が用いられ得る。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the
本実施形態では、2つのAPD201の間の絶縁層内に遮光部330を配することにより、第1絶縁体327及び第2絶縁体328によるトレンチ構造で回折された光の一部が遮蔽される。これにより、上述の回折光が隣接画素に入ることによるクロストークが低減される。遮光部330は、第1絶縁体327及び第2絶縁体328によるトレンチ構造の上端(第1面から最も遠い端部)が遮光部330の下端(第1面に最も近い端部)よりも高くなるように配することがより望ましい。これにより、回折光がより遮蔽されやすくなるため、隣接画素へのクロストークを低減する効果が向上する。
In this embodiment, by arranging the
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られることに加え、画素間のクロストークが低減された光電変換装置が提供される。 According to this embodiment, in addition to obtaining the same effects as in the first embodiment, a photoelectric conversion device with reduced crosstalk between pixels is provided.
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態の説明において、第1実施形態と共通する要素については説明を省略することがある。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, the description of elements common to the first embodiment may be omitted.
図11は、本実施形態に係るAPD201の断面模式図である。本実施形態のAPD201は、絶縁層304に第1絶縁体327及び第2絶縁体328に加えて第2絶縁体331が配されている点で第1実施形態のAPD201と相違する。第1絶縁体327及び第2絶縁体331は、周期的にパターニングされたトレンチ構造をなしている。第1絶縁体327及び第2絶縁体331がなすトレンチ構造(第2層)は、第1絶縁体327及び第2絶縁体328がなすトレンチ構造(第1層)よりも入射側に配されている。言い換えると、絶縁層304には深さ方向に2層のトレンチ構造が配されている。第2絶縁体331の材料は第2絶縁体328の材料と同様の観点により選定され得る。第2絶縁体331の材料は第2絶縁体328の材料と同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the
図11に示されている例では絶縁層304には深さ方向に2層のトレンチ構造が配されているが、トレンチ構造は3層以上であってもよい。
In the example shown in FIG. 11, the insulating
図11に示されている例では第2絶縁体328と第2絶縁体331は、断面視において横方向にずれた位置に配されている。すなわち、これらは平面視において重ならない位置に配されている。しかしながら第2絶縁体328と第2絶縁体331は、断面視において横方向に同じ位置に配されていてもよい。すなわち、これらは平面視において重なる位置に配されていてもよい。
In the example shown in FIG. 11, the
本実施形態では、入射された光が、第1絶縁体327及び第2絶縁体331がなすトレンチ構造で回折を起こす。その回折光は、次に第1絶縁体327及び第2絶縁体328がなすトレンチ構造で回折を起こす。このように、複数回の回折が起きることによって、第1実施形態の構成よりも大きな回折効果が得られる。本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られることに加え、より感度が向上され得る光電変換装置が提供される。
In this embodiment, incident light is diffracted by the trench structure formed by the
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態の説明において、第1実施形態又は第4実施形態と共通する要素については説明を省略することがある。
[Fifth embodiment]
A fifth embodiment of the present invention will be described. In the description of this embodiment, the description of elements common to the first embodiment or the fourth embodiment may be omitted.
図12は、本実施形態に係るAPD201の断面模式図である。本実施形態のAPD201は、2層のトレンチ構造が形成されている点は第4実施形態と同様である。しかしながら、本実施形態のAPD201は、反射防止層326が第2絶縁体331の機能を兼ねている点で第4実施形態のAPD201と相違する。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the
反射防止層326は、第1絶縁体327に形成されたトレンチを埋めるように成膜される。これにより、第1絶縁体327及び反射防止層326は、周期的にパターニングされたトレンチ構造をなしている。反射防止層326の材料は第2絶縁体328の材料と同様の観点により選定され得る。反射防止層326の材料は第2絶縁体328の材料と同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
The
本実施形態では、入射された光が、第1絶縁体327及び反射防止層326がなすトレンチ構造で回折を起こす。その回折光は、次に第1絶縁体327及び第2絶縁体328がなすトレンチ構造で回折を起こす。このように、複数回の回折が起きることによって、第1実施形態の構成よりも大きな回折効果が得られる。本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られることに加え、より感度が向上され得る光電変換装置が提供される。
In this embodiment, incident light is diffracted in the trench structure formed by the
[第6実施形態]
本発明の第6実施形態に係る光検出システムについて、図13を用いて説明する。図13は、本実施形態に係る光検出システムのブロック図である。本実施形態の光検出システムは、入射光に基づく画像を取得する撮像システムである。
[Sixth embodiment]
A photodetection system according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a block diagram of a photodetection system according to this embodiment. The photodetection system of this embodiment is an imaging system that acquires an image based on incident light.
上述の実施形態における光電変換装置は種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、監視カメラ等があげられる。図13に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。 The photoelectric conversion devices in the above-described embodiments are applicable to various imaging systems. Examples of imaging systems include digital still cameras, digital camcorders, camera heads, copiers, facsimiles, mobile phones, on-vehicle cameras, observation satellites, surveillance cameras, and the like. FIG. 13 shows a block diagram of a digital still camera as an example of an imaging system.
図13に示す撮像システム7は、バリア706、レンズ702、絞り704、撮像装置70、信号処理部708、タイミング発生部720、全体制御・演算部718、メモリ部710、記録媒体制御I/F部716、記録媒体714、外部I/F部712を含む。バリア706はレンズを保護し、レンズ702は被写体の光学像を撮像装置70に結像させる。絞り704はレンズ702を通った光量を可変にする。撮像装置70は上述の実施形態の光電変換装置のように構成され、レンズ702により結像された光学像を画像データに変換する。信号処理部708は撮像装置70より出力された撮像データに各種の補正、データ圧縮等の処理を行う。
The
タイミング発生部720は、撮像装置70及び信号処理部708に、各種タイミング信号を出力する。全体制御・演算部718はデジタルスチルカメラ全体を制御し、メモリ部710は画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御I/F部716は記録媒体714に画像データの記録又は読み出しを行うためのインターフェースであり、記録媒体714は画像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。外部I/F部712は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェースである。タイミング信号等は撮像システム7の外部から入力されてもよく、撮像システム7は、少なくとも撮像装置70と、撮像装置70から出力された画像信号を処理する信号処理部708とを有すればよい。
The
本実施形態では、撮像装置70と信号処理部708とが同一の半導体基板に配されていてもよい。また、撮像装置70と信号処理部708とが別の半導体基板に配されていてもよい。
In this embodiment, the
また、撮像装置70のそれぞれの画素が第1光電変換部と、第2光電変換部を含んでもよい。信号処理部708は、第1光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号と、第2光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号とを処理し、撮像装置70から被写体までの距離情報を取得し得る。
Also, each pixel of the
[第7実施形態]
図14は、本実施形態に係る光検出システムのブロック図である。より具体的には、図14は、上述の実施形態に記載の光電変換装置を用いた距離画像センサのブロック図である。
[Seventh embodiment]
FIG. 14 is a block diagram of a photodetection system according to this embodiment. More specifically, FIG. 14 is a block diagram of a distance image sensor using the photoelectric conversion device described in the above embodiments.
図14に示すように、距離画像センサ401は、光学系402、光電変換装置403、画像処理回路404、モニタ405及びメモリ406を備える。距離画像センサ401は、光源装置411から被写体に向かって発光され、被写体の表面で反射された光(変調光、パルス光)を受光する。距離画像センサ401は、発光から受光までの時間に基づき、被写体までの距離に応じた距離画像を取得することができる。
As shown in FIG. 14, the
光学系402は、1枚又は複数枚のレンズを含み、被写体からの像光(入射光)を光電変換装置403に導き、光電変換装置403の受光面(センサ部)に結像させる。
The
光電変換装置403としては、上述した各実施形態の光電変換装置が適用され得る。光電変換装置403は、受光信号から求められる距離を示す距離信号を画像処理回路404に供給する。
As the
画像処理回路404は、光電変換装置403から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行う。画像処理により得られた距離画像(画像データ)は、モニタ405に表示され、メモリ406に記憶(記録)され得る。
The
このように構成されている距離画像センサ401は、上述した光電変換装置を適用することで、正確な距離画像を取得することができる。
The
[第8実施形態]
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、光検出システムの一例である内視鏡手術システムに適用されてもよい。
[Eighth Embodiment]
The technology according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system, which is an example of a light detection system.
図15は、本実施形態における内視鏡手術システムの概略図である。図15は、術者(医師)1131が、内視鏡手術システム1103を用いて、患者ベッド1133上の患者1132に手術を行っている様子を示している。図示するように、内視鏡手術システム1103は、内視鏡1100、術具1110、アーム1121、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート1134を備える。
FIG. 15 is a schematic diagram of an endoscopic surgery system according to this embodiment. FIG. 15 shows an operator (doctor) 1131 performing surgery on a
内視鏡1100は、先端から所定の長さの領域が患者1132の体腔内に挿入される鏡筒1101と、鏡筒1101の基端に接続されるカメラヘッド1102とを備える。図15は、硬性の鏡筒1101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡1100を示しているが、内視鏡1100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
An
鏡筒1101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡1100には光源装置1203が接続されている。光源装置1203によって生成された光は、鏡筒1101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者1132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡1100は、直視鏡であってもよく、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
The tip of the
カメラヘッド1102の内部には光学系及び光電変換装置が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該光電変換装置に集光される。光電変換装置によって観察光は光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。光電変換装置としては、上述の各実施形態に記載の光電変換装置が用いられ得る。画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU:Camera Control Unit)1135に送信される。
An optical system and a photoelectric conversion device are provided inside the
CCU1135は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡1100及び表示装置1136の動作を統括的に制御する。更に、CCU1135は、カメラヘッド1102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等、画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
The
表示装置1136は、CCU1135からの制御により、当該CCU1135によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
The
光源装置1203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源を備え、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡1100に供給する。
The
入力装置1137は、内視鏡手術システム1103に対する入力インターフェースである。ユーザは、入力装置1137を介して、内視鏡手術システム1103に対して各種の情報の入力及び指示入力を行うことができる。
処置具制御装置1138は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具1112の駆動を制御する。 The treatment instrument control device 1138 controls driving of the energy treatment instrument 1112 for tissue cauterization, incision, blood vessel sealing, or the like.
光源装置1203は、内視鏡1100に術部を撮影する際の照射光を供給可能であって、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによる白色光源であり得る。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができる。このため、光源装置1203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド1102の撮像素子の駆動を制御してもよい。これにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。このような方法によれば、撮像素子にカラーフィルタが設けられることなく、カラー画像を得ることができる。
The
また、光源装置1203から出力される光の強度が所定の時間ごとに変更されるように、光源装置1203の駆動が制御されてもよい。光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド1102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
Further, driving of the
更に、光源装置1203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用することができる。具体的には、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置1203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
Furthermore, the
[第9実施形態]
本実施形態の光検出システム及び移動体について、図16、図17(a)、図17(b)、図17(c)及び図18を用いて説明する。本実施形態では、光検出システムとして、車載カメラの一例を示す。
[Ninth Embodiment]
A photodetection system and a moving object according to this embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an example of an in-vehicle camera is shown as a light detection system.
図16は、本実施形態における光検出システムの概略図であって、車両システム及び車両システムに搭載される光検出システムの一例を示している。光検出システム1301は、光電変換装置1302、画像前処理部1315、集積回路1303、光学系1314を含む。光学系1314は、光電変換装置1302に被写体の光学像を結像する。光電変換装置1302は、光学系1314により結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。光電変換装置1302は、上述の各実施形態のいずれかの光電変換装置である。画像前処理部1315は、光電変換装置1302から出力された信号に対して所定の信号処理を行う。画像前処理部1315の機能は、光電変換装置1302内に組み込まれていてもよい。光検出システム1301には、光学系1314、光電変換装置1302及び画像前処理部1315が、少なくとも2組設けられており、各組の画像前処理部1315からの出力が集積回路1303に入力される。
FIG. 16 is a schematic diagram of a photodetection system according to the present embodiment, showing an example of a vehicle system and a photodetection system mounted on the vehicle system. The
集積回路1303は、撮像システム用途向けの集積回路であり、記憶媒体1305を含む画像処理部1304、光学測距部1306、視差演算部1307、物体認知部1308、異常検出部1309を含む。画像処理部1304は、画像前処理部1315の出力信号に対して、現像処理、欠陥補正等の画像処理を行う。記憶媒体1305は、撮像画像の一次記憶を行い、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部1306は、被写体の合焦又は測距を行う。視差演算部1307は、複数の光電変換装置1302により取得された複数の画像データから測距情報の算出を行う。物体認知部1308は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部1309は、光電変換装置1302の異常を検出すると、主制御部1313に異常を発報する。
The
集積回路1303は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
The
主制御部1313は、光検出システム1301、車両センサ1310、制御ユニット1320等の動作を統括・制御する。主制御部1313を持たず、光検出システム1301、車両センサ1310、制御ユニット1320が個別に通信インターフェースを有し、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を例えばCAN規格によって行ってもよい。
The
集積回路1303は、主制御部1313からの制御信号を受け、あるいは自身の制御部によって、光電変換装置1302へ制御信号又は設定値を送信する機能を有する。
The
光検出システム1301は、車両センサ1310に接続されており、車速、ヨーレート、舵角等の自車両走行状態、自車外環境及び他車・障害物の状態を検出することができる。車両センサ1310は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得部でもある。また、光検出システム1301は、自動操舵、自動巡行、衝突防止機能等の種々の運転支援を行う運転支援制御部1311に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、光検出システム1301、車両センサ1310の検出結果を基に他車・障害物との衝突推定・衝突有無を判定する。これにより、衝突が推定される場合の回避制御、衝突時の安全装置起動を行う。
The
また、光検出システム1301は、衝突判定部での判定結果に基づいて、ドライバーに警報を発する警報装置1312にも接続されている。例えば、衝突判定部の判定結果として衝突可能性が高い場合、主制御部1313は、ブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制する等の車両制御を行い、衝突の回避又は被害の軽減を実現する。警報装置1312は、音等の警報の発報、カーナビゲーションシステム及びメーターパネル等の表示部画面における警報情報の表示、シートベルト及びステアリングへの振動付与等の手段を用いて、ユーザに警告を発する。
The
本実施形態における光検出システム1301は、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮影可能である。図17(a)、図17(b)及び図17(c)は、本実施形態における移動体の概略図であって、車両前方を光検出システム1301で撮像する構成を示している。
The
2つの光電変換装置1302は、車両1300の前方に配される。具体的には、車両1300の進退方位又は外形(例えば車幅)に対する中心線を対称軸とみなし、対称軸に対して2つの光電変換装置1302が線対称に配されることが好ましい。これにより、車両1300と被写対象物との間の距離情報の取得及び衝突可能性の判定を効果的に行うことが可能となる。また、光電変換装置1302は、運転者が運転席から車両1300の外の状況を視認する際に運転者の視野を妨げない位置に配されることが好ましい。警報装置1312は、運転者の視野に入りやすい位置に配されることが好ましい。
Two
次に、光検出システム1301における光電変換装置1302の故障検出動作について、図18を用いて説明する。図18は、本実施形態における光検出システムの動作を表すフローチャートである。光電変換装置1302の故障検出動作は、図18に示すステップS1410~S1480に従って実行され得る。
Next, failure detection operation of the
ステップS1410において、光電変換装置1302のスタートアップ時の設定が行われる。すなわち、光検出システム1301の外部(例えば主制御部1313)又は光検出システム1301の内部から、光電変換装置1302の動作のための設定情報が送信され、光電変換装置1302は撮像動作及び故障検出動作を開始する。
In step S1410, startup settings of the
次いで、ステップS1420において、光電変換装置1302は、有効画素から画素信号を取得する。また、ステップS1430において、光電変換装置1302は、故障検出用に設けた故障検出画素からの出力値を取得する。この故障検出画素は、有効画素と同じく光電変換素子を備える。この光電変換素子には、所定の電圧が書き込まれる。故障検出用画素は、この光電変換素子に書き込まれた電圧に対応する信号を出力する。なお、ステップS1420とステップS1430とは逆の順に実行されてもよい。
Next, in step S1420, the
次いで、ステップS1440において、光検出システム1301は、故障検出画素の出力期待値と、実際の故障検出画素からの出力値との該非判定を行う。ステップS1440における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致している場合は、光検出システム1301は、ステップS1450の処理に移行し、撮像動作が正常に行われていると判定し、ステップS1460の処理へと移行する。ステップS1460において、光検出システム1301は、走査行の画素信号を記憶媒体1305に送信して一次保存する。その後、光検出システム1301は、ステップS1420の処理に戻り、故障検出動作を継続する。一方、ステップS1440における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致していない場合は、光検出システム1301はステップS1470の処理に移行する。ステップS1470において、光検出システム1301は、撮像動作に異常があると判定し、主制御部1313又は警報装置1312に警報を発報する。警報装置1312は、表示部に異常が検出されたことを表示させる。その後、ステップS1480において、光検出システム1301は、光電変換装置1302を停止し、光検出システム1301の動作を終了する。
Next, in step S1440, the
なお、本実施形態では、1行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数行毎にフローチャートをループさせてもよいし、1フレーム毎に故障検出動作を行ってもよい。ステップS1470の警報の発報は、無線ネットワークを介して、車両の外部に通知するようにしてもよい。 In the present embodiment, an example in which the flowchart is looped for each line was exemplified, but the flowchart may be looped for each of a plurality of lines, or the failure detection operation may be performed for each frame. The issuance of the warning in step S1470 may be notified to the outside of the vehicle via a wireless network.
また、本実施形態では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、光検出システム1301は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機或いは産業用ロボットなどの移動体(移動装置)に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
In addition, in the present embodiment, the control that does not collide with another vehicle has been described, but it is also applicable to control that automatically drives following another vehicle, control that automatically drives so as not to stray from the lane, and the like. . Furthermore, the
本発明の光電変換装置は、更に、距離情報など各種情報を取得可能な構成であってもよい。 The photoelectric conversion device of the present invention may further have a configuration capable of acquiring various information such as distance information.
[第10実施形態]
図19(a)は、本実施形態における電子機器の具体例を示す図であって、眼鏡1600(スマートグラス)を示している。眼鏡1600には、上述の各実施形態に記載の光電変換装置1602が設けられている。すなわち、眼鏡1600は、上述の各実施形態に記載の光電変換装置1602が適用され得る光検出システムの一例である。レンズ1601の裏面側には、OLED、LED等の発光装置を含む表示装置が設けられていてもよい。光電変換装置1602は1つでもよいし、複数でもよい。また、複数種類の光電変換装置が組み合わされてもよい。光電変換装置1602の配置位置は図19(a)に限定されない。
[Tenth embodiment]
FIG. 19(a) is a diagram showing a specific example of the electronic device according to the present embodiment, showing spectacles 1600 (smart glasses). The
眼鏡1600は更に制御装置1603を備える。制御装置1603は、光電変換装置1602と上述の表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置1603は、光電変換装置1602と表示装置の動作を制御する。レンズ1601には、光電変換装置1602に光を集光するための光学系が配されている。
図19(b)は、1つの適用例に係る眼鏡1610(スマートグラス)を示している。眼鏡1610は、制御装置1612を有しており、制御装置1612に、光電変換装置1602に相当する光電変換装置と、表示装置とが搭載される。レンズ1611には、制御装置1612内の光電変換装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系とが配されており、レンズ1611には画像が投影される。制御装置1612は、光電変換装置及び表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、光電変換装置及び表示装置の動作を制御する。制御装置1612は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下が低減される。
FIG. 19(b) shows glasses 1610 (smart glasses) according to one application. The
制御装置1612は、赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。
The
より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き(回転角度)を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザの視線が検出される。 More specifically, line-of-sight detection processing based on the pupillary corneal reflection method is performed. The user's line of sight is detected by calculating a line-of-sight vector representing the orientation (rotational angle) of the eyeball based on the pupil image and the Purkinje image included in the captured image of the eyeball using the pupillary corneal reflection method. be.
本実施形態の表示装置は、受光素子を有する光電変換装置を有し、光電変換装置からのユーザの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。 The display device of the present embodiment may have a photoelectric conversion device having a light receiving element, and may control a display image of the display device based on the user's line-of-sight information from the photoelectric conversion device.
具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザが注視する第1視界領域と、第1視界領域以外の第2視界領域とを決定する。第1の視界領域、第2視界領域は、表示装置の制御装置によって決定されてもよく、外部の制御装置によって決定されてもよい。表示装置の表示領域において、第1視界領域の表示解像度を第2視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第2視界領域の解像度を第1視界領域よりも低くしてよい。 Specifically, the display device determines a first visual field area that the user gazes at and a second visual field area other than the first visual field area, based on the line-of-sight information. The first viewing area and the second viewing area may be determined by the control device of the display device, or may be determined by an external control device. In the display area of the display device, the display resolution of the first viewing area may be controlled to be higher than the display resolution of the second viewing area. That is, the resolution of the second viewing area may be lower than that of the first viewing area.
また、表示領域は、第1表示領域と、第1表示領域とは異なる第2表示領域とを含み得る。視線情報に基づいて、第1表示領域及び第2表示領域から優先度の高い領域が決定されてもよい。第1視界領域、第2視界領域は、表示装置の制御装置によって決定されもよく、外部の制御装置によって決定されてもよい。優先度の高い領域の解像度は、優先度の高い領域以外の領域の解像度よりも高くなるように制御されてよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度は低くされ得る。 Also, the display area may include a first display area and a second display area different from the first display area. A high priority area may be determined from the first display area and the second display area based on the line-of-sight information. The first viewing area and the second viewing area may be determined by the control device of the display device, or may be determined by an external control device. The resolution of the high priority area may be controlled to be higher than the resolution of the areas other than the high priority area. That is, the resolution of areas with relatively low priority can be reduced.
なお、第1視界領域、優先度が高い領域の決定において、AI(Artificial Intelligence)が用いられてもよい。AIは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。AIプログラムは、表示装置、光電変換装置のいずれに設けられてもよく、外部装置に設けられてもよい。外部装置がAIプログラムを有する場合は、通信を介して、サーバなどから表示装置に送信され得る。 AI (Artificial Intelligence) may be used to determine the first field of view area and the area with high priority. The AI is a model configured to estimate the angle of the line of sight from the eyeball image and the distance to the object ahead of the line of sight, using the image of the eyeball and the direction in which the eyeball of the image was actually viewed as training data. It can be. The AI program may be provided in either the display device or the photoelectric conversion device, or may be provided in an external device. If the external device has an AI program, it can be sent from a server or the like to the display device via communication.
視認検知に基づいて表示制御する場合、本実施形態は、外部を撮像する光電変換装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用され得る。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。 When display control is performed based on visual detection, the present embodiment can be preferably applied to smart glasses that further have a photoelectric conversion device that captures an image of the outside. Smart glasses can display captured external information in real time.
[変形実施形態]
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
[Modified embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, an example in which a part of the configuration of any one of the embodiments is added to another embodiment, and an example in which a part of the configuration of another embodiment is replaced are also embodiments of the present invention.
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus reads and executes the program. It can also be realized by processing to It can also be implemented by a circuit (for example, ASIC) that implements one or more functions.
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 It should be noted that the above-described embodiments are merely examples of specific implementations of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed to be limited by these. That is, the present invention can be embodied in various forms without departing from its technical concept or its main features.
11 センサ基板
201 アバランシェフォトダイオード
300 半導体層
304 絶縁層
327 第1絶縁体
328 第2絶縁体
11
Claims (25)
前記第1面側に配された絶縁層と、
前記基板内に配され、前記絶縁層を通過して入射された入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
を有し、
前記絶縁層は、前記絶縁層に平行な方向において、第1絶縁体と第2絶縁体とが交互に繰り返される構造を有しており、
前記第1絶縁体及び前記第2絶縁体は、前記絶縁層を通過した前記入射光が1つの前記光電変換部に入射され得る領域において、前記絶縁層に平行な方向に複数組配されており、
前記第2絶縁体を構成する材料と、前記第1絶縁体を構成する材料が異なる
ことを特徴とする光電変換装置。 a substrate having a first side and a second side;
an insulating layer disposed on the first surface side;
a photoelectric conversion unit arranged in the substrate and generating charges according to incident light incident through the insulating layer;
has
the insulating layer has a structure in which a first insulator and a second insulator are alternately repeated in a direction parallel to the insulating layer;
A plurality of sets of the first insulator and the second insulator are arranged in a direction parallel to the insulating layer in a region where the incident light passing through the insulating layer can be incident on one photoelectric conversion unit. ,
A photoelectric conversion device, wherein a material forming the second insulator is different from a material forming the first insulator.
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the refractive index of the second insulator is higher than that of the first insulator.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換装置。 The effective period of the first insulator and the second insulator is hc/E a (h: Planck's constant [J s], c: speed of light [m/s], E a : bandgap of the substrate [J ]), the photoelectric conversion device according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The width of at least one of the first insulator and the second insulator is hc/2E a (h: Planck's constant [J·s], c: speed of light [m/s], E a : bandgap of the substrate [J]). The photoelectric conversion device according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second insulator is embedded in a trench formed in the first insulator.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate has an uneven structure arranged on the first surface.
ことを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置。 The effective period of the uneven structure is smaller than hc/ Ea (h: Planck's constant [J s], c: speed of light [m/s], Ea : bandgap of the substrate [J]). The photoelectric conversion device according to claim 6.
前記基板に垂直な方向からの平面視において、前記絶縁層内には2つの光電変換部の間に遮光部が配されている
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光電変換装置。 Having a plurality of photoelectric conversion units,
8. The light shielding part according to any one of claims 1 to 7, characterized in that in a plan view from a direction perpendicular to the substrate, a light shielding part is arranged between two photoelectric conversion parts in the insulating layer. photoelectric conversion device.
ことを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置。 The end of the light shielding portion closest to the first surface is further than either the end of the first insulator furthest from the first surface or the end of the second insulator furthest from the first surface. , near the first surface.
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 In the insulating layer, a structure in which the first insulator and the second insulator are alternately arranged is arranged over two layers of a first layer and a second layer at different depths in the insulating layer. The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that:
ことを特徴とする請求項10に記載の光電変換装置。 The material of the first insulator of the first layer is the same as the material of the first insulator of the second layer, and the material of the second insulator of the first layer is the second insulator of the second layer. 11. The photoelectric conversion device according to claim 10, wherein the material is the same as that of the second insulator.
ことを特徴とする請求項10に記載の光電変換装置。 The material of the first insulator of the first layer is different from the material of the first insulator of the second layer, or the material of the second insulator of the first layer is the material of the second layer. 11. The photoelectric conversion device according to claim 10, wherein the material is different from that of the second insulator.
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光電変換装置。 13. The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 12, wherein the second insulators are arranged in a grid pattern in plan view from a direction perpendicular to the substrate. .
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 13, wherein the second insulators are arranged with a uniform period in plan view from a direction perpendicular to the substrate.
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。 14. The second insulator is arranged so as to have a larger period closer to the outer periphery of the photoelectric conversion part in plan view from a direction perpendicular to the substrate. 1. The photoelectric conversion device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 15, wherein the second insulator contains silicon nitride.
ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 15, wherein the second insulator contains tantalum oxide.
2つの光電変換部の間には、画素分離部が配されている
ことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置。 Having a plurality of photoelectric conversion units,
The photoelectric conversion device according to any one of Claims 1 to 17, wherein a pixel separation section is provided between the two photoelectric conversion sections.
複数の前記光電変換部の各々は、アバランシェフォトダイオードを含む
ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光電変換装置。 Having a plurality of photoelectric conversion units,
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 18, wherein each of the plurality of photoelectric conversion units includes an avalanche photodiode.
前記マイクロレンズに入射された前記入射光は前記絶縁層を通過して前記光電変換部に入射される
ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光電変換装置。 further comprising a microlens arranged on the first surface side;
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 19, wherein the incident light that has entered the microlens passes through the insulating layer and enters the photoelectric conversion section.
ことを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 20, wherein the insulating layer further comprises a first antireflection layer disposed between the first surface and the first insulator. .
ことを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion according to any one of claims 1 to 20, wherein the insulating layer further comprises a second antireflection layer arranged on the side of the first insulator on which the incident light is incident. Device.
ことを特徴とする請求項22に記載の光電変換装置。 23. The photoelectric device according to claim 22, wherein the insulating layer has a structure in which the first insulator and the second antireflection layer are alternately repeated in a direction parallel to the insulating layer. conversion device.
前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする光検出システム。 a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 23;
a signal processing unit that processes a signal output from the photoelectric conversion device;
A light detection system comprising:
請求項1乃至23のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得部と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする移動体。 being mobile,
a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 23;
a distance information acquisition unit that acquires distance information to an object from a signal output from the photoelectric conversion device;
a control unit that controls the moving object based on the distance information;
A mobile object comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021191148A JP2023077741A (en) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | Photoelectric conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021191148A JP2023077741A (en) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | Photoelectric conversion device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023077741A true JP2023077741A (en) | 2023-06-06 |
Family
ID=86622528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021191148A Pending JP2023077741A (en) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | Photoelectric conversion device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023077741A (en) |
-
2021
- 2021-11-25 JP JP2021191148A patent/JP2023077741A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220352234A1 (en) | Photoelectric conversion device and photodetection system | |
US20230097091A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus | |
JP2022146231A (en) | Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, and mobile body | |
JP2022023393A (en) | Light detection device and light detection system | |
JP2023077741A (en) | Photoelectric conversion device | |
US20230395630A1 (en) | Photoelectric conversion device, imaging system, and movable body | |
US20240088186A1 (en) | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device | |
US20230115792A1 (en) | Photoelectric conversion device | |
US20230395620A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion system | |
WO2023132003A1 (en) | Photoelectric conversion device | |
US20230163229A1 (en) | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device | |
JP7377334B2 (en) | Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system | |
US20230069887A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus having avalanche diodes, system and movable body | |
WO2024004516A1 (en) | Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system | |
US20230299221A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus having filler member and airgap arranged in interior of trench portion, photoelectric conversion system, and moving body | |
US20230215893A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion system | |
US20230215899A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion system | |
US20230071669A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus | |
US20230215959A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving body | |
US20230215898A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion system | |
US20230395637A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion system | |
US20220238573A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus and optical detection system | |
JP2023061883A (en) | Photoelectric conversion device | |
JP2023066913A (en) | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device | |
JP2023099382A (en) | Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20220630 |