JP2023178687A - 光電変換装置、光電変換システム - Google Patents

光電変換装置、光電変換システム Download PDF

Info

Publication number
JP2023178687A
JP2023178687A JP2022091511A JP2022091511A JP2023178687A JP 2023178687 A JP2023178687 A JP 2023178687A JP 2022091511 A JP2022091511 A JP 2022091511A JP 2022091511 A JP2022091511 A JP 2022091511A JP 2023178687 A JP2023178687 A JP 2023178687A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor region
photoelectric conversion
depth
conversion device
conductivity type
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
Application number
JP2022091511A
Other languages
English (en)
Inventor
大貴 白髭
Daiki Shirahige
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2022091511A priority Critical patent/JP2023178687A/ja
Priority to US18/326,711 priority patent/US20230395620A1/en
Publication of JP2023178687A publication Critical patent/JP2023178687A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

【課題】ＤＣＲの抑制と画素の微細化【解決手段】第１の面と、第１の面に対向する第２の面と、第１の面と第２の面の間に位置する第３の面と有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、第１の深さよりも第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された第３の半導体領域と、第３の半導体領域に接する第４の半導体領域と、半導体層の第２の面と接し、第１の半導体領域に第１の電圧を供給する第１のコンタクト電極と、半導体層の第３の面と接し、第４の半導体領域に第１の電圧とは異なる第２の電圧を供給する第２のコンタクト電極と、を有し、第３の面は、第２の半導体領域と第２の面の間に位置することを特徴とする光電変換装置。【選択図】図６

Description

本発明は、光電変換装置及び該光電変換装置を用いた光電変換システムに関するものである。
特許文献１には、カソード電極とアノード電極の間に垂直方向に距離を設けることでトンネル効果の発生を回避しつつ画素サイズの増大を防ぐ単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）について記載されている。
特開２０２２－０５５２１４号公報
特許文献１に記載の構造において、カソード電極とアバランシェ増倍が発生する領域が近接するためＤＣＲ（Ｄａｒｋ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ）が悪化するという課題があった。
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ＤＣＲを抑制しながら画素を微細化することを目的とするものである。
本発明の一つの側面は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間に位置する第３の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域に接する第４の半導体領域と、前記半導体層の前記第２の面と接し、前記第１の半導体領域に第１の電圧を供給する第１のコンタクト電極と、前記半導体層の前記第３の面と接し、前記第４の半導体領域に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を供給する第２のコンタクト電極と、を有し、前記第３の面は、前記第２の半導体領域と前記第２の面の間に位置することを特徴とする光電変換装置。
本発明の別の側面は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間にある第３の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域に接する第４の半導体領域と、前記半導体層の前記第２の面と接し、前記第１の半導体領域に第１の電圧を供給する第１のコンタクト電極と、前記半導体層の前記第３の面と接し、前記第４の半導体領域に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を供給する第２のコンタクト電極と、前記第１の導電型の不純物濃度が、前記第１の半導体領域の前記第１の導電型の不純物濃度よりも低い第５の半導体領域と、を有し、前記第５の半導体領域は前記第３の面を有するトレンチ構造の側壁の一部と接することを特徴とする光電変換装置。
本発明によれば、ＤＣＲを抑制しながら画素を微細化することができる。
実施形態にかかる光電変換装置の概略図である。 実施形態にかかる光電変換装置のＰＤ基板の概略図である。 実施形態にかかる光電変換装置の回路基板の概略図である。 実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の構成例である。 実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子のポテンシャル図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子の不純物濃度を示す図である。 第２の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第３の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第３の実施形態にかかる光電変換素子のポテンシャル図である。 第３の実施形態にかかる光電変換素子の不純物濃度を示す図である。 第４の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第４の実施形態にかかる光電変換装置の平面図である。 第４の実施形態にかかる光電変換素子のポテンシャル図である。 第５の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第５の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。 第６の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第７の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第９の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第１０の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
以下に示す形態は、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や位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略することがある。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。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。
本明細書において、平面視とは、半導体層の光入射面に対して垂直な方向から視ることである。また、断面視とは、半導体層の光入射面と垂直な方向における面をいう。なお、微視的に見て半導体層の光入射面が粗面である場合は、巨視的に見たときの半導体層の光入射面を基準として平面視を定義する。
以下の説明において、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアノードを固定電位とし、カソード側から信号を取り出している。したがって、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第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のカソードを固定電位とし、アノード側から信号を取り出す場合でも本発明は成立する。この場合は、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域はＰ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域である。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してもよい。
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、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。つまり、「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。
本発明に係る光電変換装置及びその駆動方法の各実施形態に共通する構成について、図１から図５を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る積層型の光電変換装置１００の構成を示す図である。光電変換装置１００は、センサ基板１１と、回路基板２１の２つの基板が積層され、且つ電気的に接続されることにより構成される。センサ基板１１は、後述する光電変換素子１０２を有する第１半導体層と、第１配線構造と、を有する。回路基板２１は、後述する信号処理部１０３等の回路を有する第２半導体層と、第２配線構造と、を有する。光電変換装置１００は、第２半導体層、第２配線構造、第１配線構造、第１半導体層の順に積層して構成される。各実施形態に記載の光電変換装置は、第１面から光が入射し、第２の面に回路基板が配される、裏面照射型の光電変換装置である。
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説明するが、チップに限定されない。例えば、各基板はウエハであってもよい。また、各基板はウエハ状態で積層した後にダイシングされていてもよいし、チップ化した後にチップを積層して接合してもよい。
センサ基板１１には、画素領域１２が配され、回路基板２１には、画素領域１２で検出された信号を処理する回路領域２２が配される。
図２は、センサ基板１１の配置例を示す図である。アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）を含む光電変換素子１０２を有する画素１０１が平面視で二次元アレイ状に配列され、画素領域１２を形成する。
画素１０１は、典型的には、画像を形成するための画素であるが、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）に用いる場合には、必ずしも画像を形成しなくてもよい。すなわち、画素１０１は、光が到達した時刻と光量を測定するための画素であってもよい。
図３は、回路基板２１の構成図である。図２の光電変換素子１０２で光電変換された電荷を処理する信号処理部１０３、読み出し回路１１２、制御パルス生成部１１５、水平走査回路部１１１、信号線１１３、垂直走査回路部１１０を有している。
図２の光電変換素子１０２と、図３の信号処理部１０３は、画素毎に設けられた接続配線を介して電気的に接続される。
垂直走査回路部１１０は、制御パルス生成部１１５から供給された制御パルスを受け、各画素に制御パルスを供給する。垂直走査回路部１１０にはシフトレジスタやアドレスデコーダといった論理回路が用いられる。
画素の光電変換素子１０２から出力された信号は、信号処理部１０３で処理される。信号処理部１０３は、カウンタやメモリなどが設けられており、メモリにはデジタル値が保持される。
水平走査回路部１１１は、デジタル信号が保持された各画素のメモリから信号を読み出すために、各列を順次選択する制御パルスを信号処理部１０３に入力する。
信号線１１３には、選択されている列について、垂直走査回路部１１０により選択された画素の信号処理部１０３から信号が出力される。
信号線１１３に出力された信号は、出力回路１１４を介して、光電変換装置１００の外部の記録部または信号処理部に出力する。
図２において、画素領域における光電変換素子の配列は１次元状に配されていてもよい。また、画素が１つでもあっても本発明の効果を得ることは可能であり、画素が１つの場合も本発明に含まれる。信号処理部の機能は、必ずしも全ての光電変換素子に１つずつ設けられる必要はなく、例えば、複数の光電変換素子によって１つの信号処理部が共有され、順次信号処理が行われてもよい。
図２および図３に示すように、平面視で画素領域１２に重なる領域に、複数の信号処理部１０３が配される。そして、平面視で、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、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、列回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部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し、平面視で非画素領域に重なる領域に、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、列回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部１１５が配される。
図４は、図２及び図３の等価回路を含むブロック図の一例である。
図２において、ＡＰＤ２０１を有する光電変換素子１０２は、センサ基板１１に設けられており、その他の部材は、回路基板２１に設けられている。
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。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。このような電圧を供給した状態とすることで、入射光によって生じた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。
尚、逆バイアスの電圧が供給される場合において、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧より大きいな電位差で動作させるガイガーモードと、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧近傍、もしくはそれ以下の電圧差で動作させるリニアモードがある。
ガイガーモードで動作させるＡＰＤをＳＰＡＤと呼ぶ。例えば、電圧ＶＬ（第１電圧）は、－３０Ｖ、電圧ＶＨ（第２電圧）は、１Ｖである。ＡＰＤ２０１は、リニアモードで動作させてもよいし、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耐圧の効果が顕著となるため、ＳＰＡＤであることが好ましい。
クエンチ素子２０２は、電圧ＶＨを供給する電源とＡＰＤ２０１に接続される。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）として機能し、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働きを持つ（クエンチ動作）。また、クエンチ素子２０２は、クエンチ動作で電圧降下した分の電流を流すことにより、ＡＰＤ２０１に供給する電圧を電圧ＶＨへと戻す働きを持つ（リチャージ動作）。
信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２を有する。本明細書において、信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２のいずれかを有していればよい。
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では、波形整形部２１０としてインバータを一つ用いた例を示したが、複数のインバータを直列接続した回路を用いてもよいし、波形整形効果があるその他の回路を用いてもよい。
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、カウント値を保持する。また、駆動線２１３を介して制御パルスｐＲＥＳが供給されたとき、カウンタ回路２１１に保持された信号がリセットされる。
選択回路２１２には、図３の垂直走査回路部１１０から、図４の駆動線２１４（図３では不図示）を介して制御パルスｐＳＥＬが供給され、カウンタ回路２１１と信号線１１３との電気的な接続、非接続を切り替える。選択回路２１２には、例えば、信号を出力するためのバッファ回路などを含む。
クエンチ素子２０２とＡＰＤ２０１との間や、光電変換素子１０２と信号処理部１０３との間にトランジスタ等のスイッチを配して、電気的な接続を切り替えてもよい。同様に、光電変換素子１０２に供給される電圧ＶＨまたは電圧ＶＬの供給をトランジスタ等のスイッチを用いて電気的に切り替えてもよい。
本実施形態では、カウンタ回路２１１を用いる構成を示した。しかし、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、パルス検出タイミングを取得する光電変換装置１００としてもよい。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。ＴＤＣには、パルス信号のタイミングの測定に、図１の垂直走査回路部１１０から駆動線を介して、制御パルスｐＲＥＦ（参照信号）が供給される。ＴＤＣは、制御パルスｐＲＥＦを基準として、波形整形部２１０を介して各画素から出力された信号の入力タイミングを相対的な時間としたときの信号をデジタル信号として取得する。
図５は、ＡＰＤの動作と出力信号との関係を模式的に示した図である。
図５（ａ）は、図４のＡＰＤ２０１、クエンチ素子２０２、波形整形部２１０を抜粋した図である。ここで、波形整形部２１０の入力側をｎｏｄｅＡ、出力側をｎｏｄｅＢとする。図５（ｂ）は、図５（ａ）のｎｏｄｅＡの波形変化を、図５（ｃ）は、図５（ａ）のｎｏｄｅＢの波形変化をそれぞれ示す。
時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において、図５（ａ）のＡＰＤ２０１には、ＶＨ－ＶＬの電位差が印加されている。時刻ｔ１において光子がＡＰＤ２０１に入射すると、ＡＰＤ２０１でアバランシェ増倍が生じ、クエンチ素子２０２にアバランシェ増倍電流が流れ、ｎｏｄｅＡの電圧は降下する。電圧降下量がさらに大きくなり、ＡＰＤ２０１に印加される電位差が小さくなると、時刻ｔ２のようにＡＰＤ２０１のアバランシェ増倍が停止し、ｎｏｄｅＡの電圧レベルはある一定値以上降下しなくなる。その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間において、ｎｏｄｅＡには電圧ＶＬから電圧降下分を補う電流が流れ、時刻ｔ３においてｎｏｄｅＡは元の電位レベルに静定する。このとき、ｎｏｄｅＡにおいて出力波形がある閾値を越えた部分は、波形整形部２１０で波形整形され、ｎｏｄｅＢで信号として出力される。
なお、信号線１１３の配置、列回路１１２、出力回路１１４の配置は図３に限定されない。例えば、信号線１１３はが行方向に延びて配されており、列回路１１２が信号線１１３の延びる先に配されていてもよい。
以下では、各実施形態の光電変換装置について説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る光電変換装置について図６から図９までを用いて説明する。
図６は、第１の実施形態にかかる光電変換装置の光電変換素子１０２二画素分の、基板の面方向に垂直な方向の断面図であり、図７のＡ－Ａ’断面に対応している。
光電変換素子１０２の構造と機能について説明する。光電変換素子１０２はＮ型の第１の半導体領域３１１、第３の半導体領域３１３、第６の半導体領域３１６、第８の半導体領域３１８を含む。また、Ｐ型の第２の半導体領域３１２、第４の半導体領域３１４、第７の半導体領域３１７を有する。
本実施形態では、図６に示す断面において、光入射面である第１の面に対向する第２の面の近傍（高さＡ）にＮ型の第１の半導体領域３１１が形成され、その周辺にＮ型の第８の半導体領域３１８が形成される（高さＢ）。第１の半導体領域３１１および第８の半導体領域３１８に平面視で重なる位置（高さＣ）にＰ型の第２の半導体領域３１２が形成される。第２の半導体領域３１２に平面視で重なる位置（高さＤ）には更にＮ型の第３の半導体領域３１３が配置され、その周辺にＮ型の第６の半導体領域３１６が形成される。さらに第１の面側（高さＥ）に、第６の半導体領域３１６に平面視で重なるＰ型の第７の半導体領域３１７が形成される。
第１の半導体領域３１１は、第６の半導体領域３１６及び第３の半導体領域３１３よりもＮ型の不純物濃度が高い。Ｐ型の第２の半導体領域３１２とＮ型の第１の半導体領域３１１との間にはＰＮ接合が形成される。第２の半導体領域３１２の不純物濃度を第１の半導体領域３１１の不純物濃度よりも低くすることで、第２の半導体領域３１２のうち平面視で第１半導体領域の中心に重なるすべての領域が空乏層領域となる。このとき、第１の半導体領域３１１と第２の半導体領域３１２とのポテンシャル差は第２の半導体領域３１２と第３の半導体領域３１３とのポテンシャル差よりも大きくなる。さらに、この空乏層領域が第１の半導体領域３１１の一部の領域まで延在し、延在した空乏層領域に強電界が誘起される。この強電界により、第１の半導体領域３１１の一部の領域まで延びた空乏層領域においてアバランシェ増倍が生じ、増幅された電荷に基づく電流が信号電荷として出力される。光電変換装置１０２に入射した光が光電変換され、この空乏層領域（アバランシェ増倍領域）でアバランシェ増倍が起こると、生成された第１導電型の電荷は第１の半導体領域３１１に収集される。
なお、図６においては第８の半導体領域３１８と第３の半導体領域３１３とは同程度の大きさで形成されているが、各半導体領域の大きさはこれに限られない。例えば第３の半導体領域３１３を第８の半導体領域３１８よりも大きく形成し、より広範囲から電荷を第１の半導体領域３１１に収集してもよい。
また、第８の半導体領域３１８は、Ｎ型ではなく、Ｐ型の半導体領域であってもよい。この場合、第８の半導体領域３１８のＰ型の不純物濃度は、第２の半導体領域３１２のＰ型の不純物濃度よりも低く設定する。第８の半導体領域３１８の不純物濃度が高すぎると、第８の半導体領域３１８と第１の半導体領域３１１との間にアバランシェ増倍領域が形成され、ＤＣＲ（Ｄａｒｋ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ）が増加してしまうためである。
画素と画素との間はトレンチ構造の画素分離部３２５によって分離され、その周辺に形成されたＰ型の第４の半導体領域３１４が、隣り合う光電変換素子同士をポテンシャル障壁によって分離する。光電変換素子間は第４の半導体領域３１４のポテンシャルによっても分離されているため、画素分離部として画素分離部３２５のようなトレンチ構造は必須ではなく、トレンチ構造の画素分離部３２５を設ける際もその深さや位置は図６の構成に限定されない。画素分離部３２５は半導体層を貫通するＤＴＩ（ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）であってもよいし、半導体層を貫通しないＤＴＩでもよい。ＤＴＩ内に金属を埋め込み、遮光性能の向上を図ってもよい。画素分離部３２５はＳｉＯ、固定電荷膜、金属部材、Ｐｏｌｙ－Ｓｉ、ないしそれらの複数の組み合わせから成っていてもよい。画素分離部３２５が平面視で光電変換素子の全周を囲うように構成してもよいし、例えば光電変換素子の対辺部のみに構成してもよい。埋め込んだ部材に電圧を印加してトレンチ界面に電荷を誘起し、ＤＣＲの抑制を図ってもよい。
半導体層の光入射面側には、さらにピニング膜３２１、平坦化膜３２２、マイクロレンズ３２３が形成される。光入射面側にはさらに不図示のフィルタ層などが配置されていてもよい。フィルタ層には、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種々の光学フィルタを用いることができる。カラーフィルタには、ＲＧＢカラーフィルタ、ＲＧＢＷカラーフィルタ等を用いることができる。
半導体層の光入射面に対向する面には、導電体と絶縁膜を含む配線構造が設けられている。配線と半導体層との間及び配線層同士の間には絶縁膜である層間膜３３３が設けられている。
カソード配線３３２は第１のコンタクト電極３２０を介して第１の半導体領域３１１に第１の電圧（カソード電圧）を供給する。アノード配線３３１は第２のコンタクト電極３１９であるＰ型の第９の半導体領域３１９を介して第４の半導体領域３１４に第２の電圧（アノード電圧）を供給する。半導体層の第２の面から第１の面に向けて形成されたトレンチ構造を有する。トレンチ構造の底部は、半導体層の第３の面を構成し、第３の面に接して第９の半導体領域３１９が設けられている。第３の面が設けられるトレンチ構造の例としてＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が挙げられる。配線は例えばＣｕやＡｌなどの金属を含む導電体で構成されている。
図７は第１の実施形態にかかる光電変換装置の二画素分の画素平面図である。光入射面に対抗する面からの平面視による平面図を示す。
図７において、第１の半導体領域３１１及び第８の半導体領域３１８は円形であり、同心円状に配置されている。このような構造にすることで、第１の半導体領域３１１と第２の半導体領域３１２の間の強電界領域の端部における局所的な電界集中を抑制し、ＤＣＲを低減する効果が得られる。各半導体領域の形状は円形に限られず、例えば重心位置を揃えた多角形でもよい。
第４の半導体領域３１４は図７のＡ－Ａ´方向（画素の対角方向）の断面に形成されるが、Ｂ－Ｂ´方向（画素の対辺方向）の断面には第２のコンタクト電極３１９が形成されるため、第４の半導体領域３１４が第２の面まで延在して形成されなくともよい。
図８は図６に示す光電変換素子１０２のポテンシャル図である。
図８の点線Ｇは、図６の線分ＧＧ’のポテンシャル分布を示し、図８の実線Ｆは、図６の線分ＦＦ’のポテンシャル分布を示す。さらに、図８の一点鎖線ＨはＨＨ’のポテンシャル分布を示す。図８では、Ｎ型半導体領域の主たるキャリア電荷である電子からみたポテンシャルを示す。主たるキャリア電荷が正孔である場合には、ポテンシャルの高低の関係が逆になる。
図８において、高さＡにおける実線Ｆのポテンシャル高さをＡ１、点線Ｇのポテンシャル高さをＡ２、一点鎖線ＨのポテンシャルをＡ３とする。また、高さＤにおける実線Ｆのポテンシャル高さをＢ１、点線Ｇのポテンシャル高さをＢ２、一点鎖線ＨのポテンシャルをＢ３とする。高さＣにおける実線Ｆのポテンシャル高さをＣ１、点線Ｇのポテンシャル高さをＣ２、一点鎖線ＨのポテンシャルをＣ３とする。高さＤにおける実線Ｆのポテンシャル高さをＤ１、点線Ｇのポテンシャル高さをＤ２、一点鎖線ＨのポテンシャルをＤ３とする。深さＥにおける実線Ｆのポテンシャル高さをＥ１、鎖線Ｇのポテンシャル高さをＥ２、一点鎖線Ｈのポテンシャル高さをＥ３とする。
図６および図８より、第１の半導体領域３１１のポテンシャル高さはＡ１に相当し、第２の半導体領域３１２中央部付近のポテンシャル高さはＣ１に相当する。また、第３の半導体領域３１３のポテンシャル高さはＤ２に相当し、第２の半導体領域３１２外縁部のポテンシャル高さはＣ２に相当する。
図８の点線Ｇに関して、高さＥから高さＤに向けて徐々にポテンシャルが下がる。そして、高さＤから高さＣに向けて徐々にポテンシャルが上がり、高さＣではポテンシャルはＣ２レベルとなる。さらに、高さＣから高さＡに向けてポテンシャルが下がり、高さＡにおいてＡ２レベルとなる。
一方、実線Ｆに関して、高さＥから高さＤ、及び高さＤから高さＣに向けて徐々にポテンシャルが下がり、高さＣではＣ１レベルとなる。そして、高さＣから高さＡに向けてポテンシャルは急峻に下がり、高さＡにおいてポテンシャルはＡ１レベルとなる。高さＤにおいて、点線Ｇと実線Ｆのポテンシャルはほぼ同じ高さとなっており、線分ＦＦ’および線分ＧＧ’で示す領域において、半導体層３０１の第２の面の側に向かって緩やかに低くなるポテンシャル勾配をもつ。そのため光検出装置において生じた電荷は、緩やかなポテンシャル勾配によって第２の面の側に移動する。
一点鎖線Ｈは高さＥから高さＢまで、ほぼ一定のポテンシャル高さを保つ。
ここで、本実施形態のアバランシェダイオードは、Ｎ型の第１の半導体領域３１１よりもＰ型の第２の半導体領域３１２の方がＮ型の不純物濃度が低く、且つ第１の半導体領域３１１と第２の半導体領域３１２には互いに逆バイアスとなるような電位が供給される。これにより、空乏層領域が第２の半導体領域３１２の側へ形成される。第７の半導体領域３１７で光電変換された電荷にとって第２の半導体領域３１２がポテンシャル障壁となることで、電荷が第１の半導体領域３１１に収集されやすい構造となる。
なお、図６において第２の半導体領域３１２は光電変換素子の全面に形成されているが、例えば平面視で第１の半導体領域３１１に重なる部分にはＰ型半導体領域である第２の半導体領域３１２を設けずに、Ｎ型半導体領域としてもよい。このＮ型半導体領域の不純物濃度は、第１の半導体領域３１１の不純物濃度よりも低く設定する。Ｎ型の半導体層を用いる場合、平面視で第１半導体領域３１１に重なる部分に第２の半導体領域３１２が設けない構成とすればよい。この場合、スリットを有する第７の半導体領域３１７が形成されていると認識することも可能である。その場合、第２の半導体領域３１２とスリット部のポテンシャル差により、図６の高さＣにおいて、線分ＧＧ’から線分ＦＦ’の方向にかけてポテンシャルが低くなる。これにより、第７の半導体領域３１７で光電変換された電荷の移動する過程において、第１の半導体領域３１１の方向へ電荷が移動しやすくなる。一方、図６のように全面に第２の半導体領域３１２を形成する場合、スリットを形成する場合と比べアバランシェ増倍に必要な強電界を得るための印加電圧を低くすることができ、局所的な強電界領域の形成によるノイズを抑制することができる。
第２の半導体領域３１２付近に移動した電荷は、図８の実線Ｆの高さＣから高さＡにかけての急峻なポテンシャル勾配、すなわち強電界によって加速されることで、アバランシェ増倍される。
これに対し、図６の第３の半導体領域３１３とＰ型の第２の半導体領域３１２の間、すなわち図８の点線Ｇの高さＤから高さＣにかけては、アバランシェ増倍が起こらないポテンシャル分布となっている。そのため、フォトダイオードのサイズに対して強電界領域（アバランシェ増倍領域）の面積を大きくすることなく、第７の半導体領域３１７で発生した電荷を信号電荷としてカウントすることができる。なお、ここまで第３の半導体領域３１３の導電型はＮ型であるとして説明してきたが、上述のポテンシャル関係を満たす濃度であればＰ型の半導体領域であってもよい。
また、第２の半導体領域３１２で光電変換された電荷は、図８の点線Ｇの高さＤから高さＣにかけてのポテンシャル勾配により、第７の半導体領域３１７に流れ込む。第４の半導体領域３１７内の電荷は、前述の理由により、第２の半導体領域３１２に移動しやすい構造となっている。このため、第２の半導体領域３１２で光電変換された電荷は、第１の半導体領域３１１に移動し、アバランシェ増倍によって信号電荷として検出される。従って、第２の半導体領域３１２で光電変換された電荷に対する感度を有する。
また、図８の点線Ｇは、図３の線分ＧＧ’の断面ポテンシャルを示す。点線Ｇにおいて、図６の高さＡと線分ＧＧ’が交わる箇所をＡ２、高さＢと線分ＧＧ’が交わる箇所をＢ２、高さＣと線分ＧＧ’が交わる箇所をＣ２、高さＤと線分ＧＧ’が交わる箇所をＤ２とする。図６の第７の半導体領域３１７で光電変換された電子は、図８のポテンシャルＤ２からＣ２に沿って移動するが、Ｃ２からＢ２にかけては、電子にとってポテンシャル障壁となるため、乗り越えることができない。そのため、電子は、図６の第７の半導体領域３１７のうち線分ＦＦ’で示す中央付近に移動する。移動した電子は、図８のポテンシャル勾配Ｄ１からＢ１に沿って移動し、Ｂ１からＡ１にかけての急峻なポテンシャル勾配でアバランシェ増倍され、第１半導体領域３１１を通過した後、信号電荷として検出される。
また、図６の第８の半導体領域３１８と第６の半導体領域３１６の境界付近で発生した電荷は、図８のポテンシャルＢ２からＣ２へのポテンシャル勾配に沿って移動する。その後、前述の通り、図６の第７の半導体領域３１７の線分ＦＦ’で示す中央付近に移動する。そして、Ｂ１からＡ１にかけての急峻なポテンシャル勾配でアバランシェ増倍される。アバランシェ増倍された電荷は、第１半導体領域３１１を通過した後、信号電荷として検出される。
さらに、図９を用いて図６の線分ＧＧ’、ＨＨ’における不純物濃度の分布を示す。点線Ｇが線分ＧＧ’に対応し、一点鎖線Ｈが線分ＨＨ’に対応し、光電変換素子１０２の深さＡ、深さＢ、深さＣのそれぞれにおける不純物濃度を示す。図９の縦軸はＰ型の不純物濃度である。
線分ＧＧ’のＰ型の不純物濃度は、第２の半導体領域３１２の設けられた深さＣにおいてピーク値を示す。深さＣから深さＡにかけてＰ型不純物濃度は減少する。
線分ＨＨ’では、第５の半導体領域３１５の設けられた深さにおいてＰ型の不純物濃度は略一定である。深さＢに設けられる第２のコンタクト電極３１９は濃いＰ型の領域であるため、深さＢに不純物濃度のピークが生じる。
第２のコンタクト電極３１９は半導体基板の第１の面（光入射面）と第２の面（光入射面に対向する面）との間の第３の面を底面とするトレンチ構造上に設けられる。すなわち、第３の面の第２の面に対する深さはトレンチ構造の深さによって決定される。ここで、第３の面を第２の半導体領域３１２よりも第１の面に近い位置に設けた場合、第２のコンタクト電極３１９周辺で生じる暗電子が第２の半導体領域３１２よりも第１の面側の感度領域に流れる可能性がある。感度領域に流れた暗電子はアバランシェ増倍されるため、ＤＣＲの悪化が懸念される。
そこで本実施形態では、第２のコンタクト電極３１９と半導体層との接触面よりも第１の面側に、第２の半導体領域３１２を設ける。言い換えれば、第２のコンタクト電極３１９と半導体層との接触面を第２の面と第２の半導体領域３１２との間の深さに設けられるよう、半導体基板の第３の面を第２の面と第２の半導体領域３１２との間の深さに設ける。このような構造では、第２のコンタクト電極周辺で生じた暗電子はアバランシェ増倍が発生するＰＮ接合部を介さず第１の半導体領域３１１に吸収されるため、ＤＣＲの悪化を防ぐことができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る光電変換装置について図１０を用いて説明する。
第１の実施形態と説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、第２の半導体領域３１２が第１の実施形態と比べ深さを有する幅広の部材として設けられている。
図１０は第２の実施形態にかかる光電変換装置の光電変換素子１０２二画素分の、基板の面方向に垂直な方向の断面図である。
第１の実施形態において、第２のコンタクト電極３１９は第２の半導体領域３１２と第２の面との間に設けられていた。本実施形態においては、第２のコンタクト電極３１９は第２の半導体領域３１２の一部に重なる深さに設けられている。第２のコンタクト電極３１９が設けられる位置は、第２の半導体領域３１２のＰ型の不純物の不純物濃度ピーク位置よりも第２の面に近い。つまり、本実施形態において第２のコンタクト電極３１９は第２の半導体領域３１２の不純物濃度のピーク位置と第２の面との間に設けられている。
第１の実施形態に示した光電変換素子１０２において、第２のコンタクト電極と第１の半導体領域３１１との間の距離を確保するために第２のコンタクト電極３１９をより第１の面に近い位置に形成する場合を考える。第２のコンタクト電極３１９は第２の面と第２の半導体領域３１２との間に設けられるため、第２のコンタクト電極３１９の位置が第１の面に近づけば、第２の半導体領域３１２の位置も第１の面に近くなる。このとき、第２の半導体領域３１２と第１の半導体領域３１１との間に距離が生じてしまい、第２の半導体領域３１２と第１の半導体領域３１１との間の急峻なポテンシャル勾配を有するＰＮ接合の形成が困難となる。
本実施形態の構成では、第２のコンタクト電極３１９を第１の面に近い深さに設ける場合に、それに合わせて第２の半導体領域３１２の幅を広くしている。第２の半導体領域３１２端部と第１の半導体領域３１１との距離が広がらないため、半導体領域間に急峻なポテンシャル勾配を形成できる。また、第２のコンタクト電極が設けられる位置から感度領域までに距離が生じるため、感度領域への暗電子の流入を軽減することができる。なお、第２の半導体領域３１２の一部と第２のコンタクト電極３１９とが同じ深さに設けられていた場合であっても、第２のコンタクト電極３１９から感度領域までの距離が保たれている。そのため、第２のコンタクト電極３１９周辺で発生した暗電子は感度領域に到達しにくい。
以上説明した通り、第２の半導体領域３１２を幅広の部材として設けることで感度領域への暗電子の流入を防ぎつつ第１の半導体領域３１１と第２の半導体領域３１２との間のＰＮ接合の形成を容易にすることができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る光電変換装置について図１１～図１３を用いて説明する。
第１及び第２の実施形態と説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、段差状の第２の半導体領域３１２を設ける場合について説明する。
図１１は本変形例にかかる光電変換装置の光電変換素子１０２二画素分の、基板の面方向に垂直な方向の断面図である。本実施形態では、第２の実施形態と同様に感度領域への暗電子の流入の低減とＰＮ接合の形成の両立を目的として、段差状の第２の半導体領域３１２を形成する。
図１１に示す第２の半導体領域３１２は、第１の半導体領域３１１に平面視で重なる第１の部分と、それ以外の第２の部分を有している。第２の半導体領域３１２の第１の部分は、第２の部分と第２の面との間の深さに形成されている。また、第２のコンタクト電極３１９は、第２の半導体領域３１２の第２の部分と第２の面との間の深さに形成されている。
上記のような形状であれば、第２のコンタクト電極３１９を基板深くに形成し、かつ第２の半導体領域３１２によって第２のコンタクト電極３１９を感度領域から隔てることができる。さらに、ＰＮ接合が形成される部分では第２の半導体領域３１２と第１の半導体領域３１１とを近接して形成することができる。なお、図１１では２つの高さに分かれた２段構成の第２の半導体領域３１２を形成しているが、３段以上に分かれた形状としてもよい。
図１２は図１１に示す光電変換素子１０２のポテンシャル図である。
図１１に示すように、第１の実施例と比較して深さＢ、深さＣにあたる位置が第２の面に近くなっている。さらに、線分ＦＦ’における第１の半導体領域３１１と第２の半導体領域３１２との距離が第１の実施形態と比較して近くなったため、深さＣよりも第２の面に近い位置に急峻なポテンシャル勾配が形成されている。第２のコンタクト電極３１９を第１の面に近い位置にしても第１の半導体領域３１１と第２の半導体領域３１２との間で急峻なポテンシャル勾配を有するＰＮ接合が形成可能である。
なお、図１１では第２のコンタクト電極と第２の半導体領域３１２の第１の部分が第２の面に対して同じ深さに形成されているが、どちらを深い位置に形成してもよい。
さらに、図１３を用いて図１１の線分ＦＦ’、ＧＧ’、ＨＨ’における不純物濃度の分布を示す。実線Ｆが線分ＦＦ’に対応し、点線Ｇが線分ＧＧ’に対応し、一点鎖線Ｈが線分ＨＨ’に対応する。光電変換素子１０２の深さＡ、深さＢ、深さＣのそれぞれにおける不純物濃度を示す。図９の縦軸はＰ型の不純物濃度である。
第１の半導体領域３１１の形成された光電変換素子中央部分（線分ＦＦ’）とそれ以外の部分（線分ＧＧ’）で第２の半導体領域３１２の深さが異なるため、実線Ｆと点線Ｇでは不純物濃度のピーク位置が異なっている。
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る光電変換装置について図１４～図１６を用いて説明する。
第１の実施形態から第３の実施形態までと説明が重複する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、第２のコンタクト電極３１９を基板内に埋め込むためのトレンチ構造の側壁に薄いＮ型の半導体層（第５の半導体領域３１５）を形成している。第５の半導体領域３１５は、トレンチ構造や第２のコンタクト電極周辺で生じた暗電子をアバランシェ増倍させずに第１のコンタクト電極から排出するための排出構造である。
図１４は第２の実施形態にかかる光電変換装置の光電変換素子１０２二画素分の、基板の面方向に垂直な方向の断面図であり、図１６のＡ－Ａ’断面に対応している。第１の実施形態について説明した通り、第２のコンタクト電極３１９は半導体基板の第１の面（光入射面）と第２の面（光入射面に対向する面）との間の第３の面を底面とするトレンチ構造上に設けられる。第２のコンタクト電極３１９を基板内に埋め込むために用いられるＳＴＩは、その表面において暗電子を発生させる可能性がある。そこで、本実施形態ではトレンチ構造の側壁に接する薄いＮ型の第５の半導体領域３１５を設けている。トレンチ構造及び第２のコンタクト電極周辺で生じた暗電子は第５の半導体領域３１５から排出される。
図１５は図１４に示す光電変換素子１０２のポテンシャル図である。図１４に示すように、第９の半導体領域３１９が形成されることにより、光電変換素子の外縁部寄りの位置（線分ＧＧ’）について、高さＣから第２の面にかけてのポテンシャルが低くなっている。これにより、第２の半導体領域３１２および第２のコンタクト電極３１９付近で発生した暗電子はより第２の面側に移動しやすくなり、暗電子の感度領域への侵入によるＤＣＲの悪化を防ぐことができる。第２の面付近に流れた電荷は、第１の半導体領域３１１を経由してカソード電極である第１のコンタクト電極から排出される。
図１６は第４の実施形態にかかる光電変換装置１０２の二画素分の画素平面図である。
図１６に示される高さＡでの断面において、第２のコンタクト電極３１９が設けられたトレンチ構造の周辺に第５の半導体領域３１５が形成されることがわかる。
このような排出構造を設けることで、暗電子の感度領域への侵入を防ぎ、暗電子をカソード電極へ排出しやすい画素構造となり、ＤＣＲを低減する効果が得られる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る光電変換装置について図１７、図１８を用いて説明する。
第１の実施形態から第４の実施形態までと説明が共通する部分は省略し、主に第４の実施形態と異なる部分について説明する。第４の実施形態においてはトレンチ構造の側壁にＮ型の第５の半導体領域３１５を形成していたが、本実施形では第５の半導体領域３１５を第７の半導体領域３１７まで延在している。
図１７は、第５の実施形態に係る光電変換装置の光電変換素子１０２の半導体層の面方向に垂直な方向の断面図であり、図１８のＡ－Ａ’断面に対応している。本実施形態に係る光電変換装置では、第２のコンタクト電極３１９が設けられたトレンチ構造の側壁に設けられた第５の半導体領域３１５が、第１の半導体領域３１１の周辺に設けられた第７の半導体領域３１７にまで延在している。すなわち、第２のコンタクト電極３１９周辺から第１の半導体領域３１１まで、Ｎ型の領域による電子の経路が形成されている。
図１８は第５の実施形態にかかる光電変換装置の二画素分の画素平面図である。図１６では第２のコンタクト電極３１９が設けられたトレンチ構造の周辺のみに形成されていた第５の半導体領域３１５が、光電変換素子の外周部から第７の半導体領域３１７の端部までの前面に形成されている。
このような構成により、ＤＣＲを軽減する効果をより強く得ることができる。
（第６の実施形態）
本実施形態による光電変換システムについて、図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。
上記第１～第６実施形態で述べた光電変換装置は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図１９には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
図１９に例示した光電変換システムは、光電変換装置の一例である撮像装置１００４、被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ１００２を備える。さらに、レンズ１００２を通過する光量を可変にするための絞り１００３、レンズ１００２の保護のためのバリア１００１を有する。レンズ１００２及び絞り１００３は、撮像装置１００４に光を集光する光学系である。撮像装置１００４は、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置であって、レンズ１００２により結像された光学像を電気信号に変換する。
光電変換システムは、また、撮像装置１００４より出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部１００７を有する。信号処理部１００７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部１００７は、撮像装置１００４が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置１００４とは別の半導体基板に形成されていてもよい。
光電変換システムは、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１０１３を有する。更に光電変換システムは、撮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記録媒体１０１２、記録媒体１０１２に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１０１１を有する。なお、記録媒体１０１２は、光電変換システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
更に光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１００９、撮像装置１００４と信号処理部１００７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１００８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された出力信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。
撮像装置１００４は、撮像信号を信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部１００７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
このように、本実施形態によれば、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。
（第７の実施形態）
本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図２０を用いて説明する。図２０は、本実施形態の光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。
図２０（ａ）は、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム２３００は、撮像装置２３１０を有する。撮像装置２３１０は、上記のいずれかの実施形態に記載の光電変換装置である。光電変換システム２３００は撮像装置２３１０により取得された複数の画像データに対し画像処理を行う画像処理部２３１２と、光電変換システム２３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部２３１４を有する。また、光電変換システム２３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部２３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部２３１８と、を有する。ここで、視差取得部２３１４や距離取得部２３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部２３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、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。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や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。
光電変換システム２３００は車両情報取得装置２３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御部である制御ＥＣＵ２３３０が接続されている。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置２３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部２３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ２３３０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などして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置２３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザーに警告を行う。
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム２３００で撮像する。図２０（ｂ）に、車両前方（撮像範囲２３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置２３２０が、光電変換システム２３００ないしは撮像装置２３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、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、光電変換システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機ある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。
（第８の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図２１を用いて説明する。図２１は、本実施形態の光電変換システムである距離画像センサの構成例を示すブロック図である。
図２１に示すように、距離画像センサ４０１は、光学系４０７、光電変換装置４０８、画像処理回路４０４、モニタ４０５、およびメモリ４０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ４０１は、光源装置４１１から被写体に向かって投光され、被写体の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、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。
光学系４０７は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光電変換装置４０８に導き、光電変換装置４０８の受光面（センサ部）に結像させる。
光電変換装置４０８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、光電変換装置４０８から出力される受光信号から求められる距離を示す距離信号が画像処理回路４０４に供給される。
画像処理回路４０４は、光電変換装置４０８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。そして、その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に供給されて表示されたり、メモリ４０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている距離画像センサ４０１では、上述した光電変換装置を適用することで、画素の特性向上に伴って、例えば、より正確な距離画像を取得することができる。
（第９の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図２２を用いて説明する。図２２は、本実施形態の光電変換システムである内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図２２では、術者（医師）１１３１が、内視鏡手術システム１１５０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が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１５０は、内視鏡１１００と、術具１１１０と、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と、から構成される。
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、から構成される。図示する例では、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を図示しているが、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。
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が接続されており、光源装置１２０３によって生成された光が、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いし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
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。当該光電変換装置によって観察光が光電変換され、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。当該光電変換装置としては、前述の各実施形態に記載の光電変換装置を用いることができる。当該画像信号は、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。
ＣＣＵ１１３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や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。さらに、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）等の、当該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。
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。
光源装置１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１００に供給する。
入力装置１１３７は、内視鏡手術システム１１５０に対する入力インターフェースである。ユーザーは、入力装置１１３７を介して、内視鏡手術システム１１５０に対して各種の情報の入力や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。
内視鏡１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。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することにより、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。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その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。
また、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。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。
（第１０の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図２３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図２３（ａ）は、本実施形態の光電変換システムである眼鏡１６００（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６００には、光電変換装置１６０２を有する。光電変換装置１６０２は、上記の各実施形態に記載の光電変換装置である。また、レンズ１６０１の裏面側には、ＯＬＥＤや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を組み合わせて用いてもよい。光電変換装置１６０２の配置位置は図２３（ａ）に限定されない。
眼鏡１６００は、制御装置１６０３をさらに備える。制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と上記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形成されている。
図２３（ｂ）は、１つの適用例に係る眼鏡１６１０（スマートグラス）を説明する。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が形成されており、レンズ１６１１には画像が投影される。制御装置１６１２は、光電変換装置およ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、光電変換装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、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ーの眼球に対して、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、画像品位の低下を低減する。
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ーの視線を検出する。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。
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、ユーザーの視線が検出される。
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ー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。
具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第１の視界領域と、第１の視界領域以外の第２の視界領域とを決定される。第１の視界領域、第２の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第１の視界領域の表示解像度を第２の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の視界領域の解像度を第１の視界領域よりも低くしてよい。
また、表示領域は、第１の表示領域、第１の表示領域とは異なる第２の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第１の表示領域および第２の表示領域から優先度が高い領域を決定されてよい。第１の視界領域、第２の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。
なお、第１の視界領域や優先度が高い領域の決定には、ＡＩを用いてもよい。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、表示装置が有しても、光電変換装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。
視認検知に基づいて表示制御する場合、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できる。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。
［変形実施形態］
本発明は、上記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や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態に含まれる。
また、上記第６の実施形態、第７の実施形態に示した光電変換システムは、光電変換装置を適用しうる光電変換システム例を示したものであって、本発明の光電変換装置を適用可能な光電変換システムは図１９乃至図２０に示した構成に限定されるものではない。第８の実施形態に示したＴｏＦシステム、第９の実施形態に示した内視鏡、第１０の実施形態に示したスマートグラスについても同様である。
なお、上記実施形態は、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。
また、本開示は以下の構成を含む。
（構成１）第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間に位置する第３の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置である。前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有する。前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域に接する第４の半導体領域と、前記半導体層の前記第２の面と接し、前記第１の半導体領域に第１の電圧を供給する第１のコンタクト電極と、を有する。さらに前記半導体層の前記第３の面と接し、前記第４の半導体領域に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を供給する第２のコンタクト電極を有し、前記第３の面は、前記第２の半導体領域と前記第２の面の間に位置することを特徴とする。
（構成２）前記第３の面は、前記第２の面に設けられたトレンチ構造の、前記第２の面に対向する面であることを特徴とする構成１に記載の光電変換装置。
（構成３）前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度は、前記第３の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度よりも高いことを特徴とする構成１または構成２に記載の光電変換装置。
（構成４）前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度が最も高い深さを前記第２の深さとする構成１から３のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成５）前記第２の半導体領域の一部と前記第２のコンタクト電極とが同じ深さに設けられることを特徴とする構成４に記載の光電変換装置。
（構成６）前記第２の半導体領域は、前記第１の半導体領域に平面視で重なる第１の部分と、第２の部分と、を有し、前記第１の部分は前記第２の部分よりも前記第２の面に近い深さに配されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成７）第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間にある第３の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置である。前記アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有する。前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域に接する第４の半導体領域と、前記半導体層の前記第２の面と接し、前記第１の半導体領域に第１の電圧を供給する第１のコンタクト電極と、を有する。前記半導体層の前記第３の面と接し、前記第４の半導体領域に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を供給する第２のコンタクト電極を有する。前記第１の導電型の不純物濃度が、前記第１の半導体領域の前記第１の導電型の不純物濃度よりも低い第５の半導体領域と、を有し、前記第５の半導体領域は前記第３の面を有するトレンチ構造の側壁の一部と接することを特徴とする。
（構成８）前記第５の半導体領域は前記第１の半導体領域に接することを特徴とする構成７に記載の光電変換装置。
（構成９）前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度は、前記第３の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度よりも高いことを特徴とする構成７または構成８に記載の光電変換装置。
（構成１０）前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度が最も高い深さを前記第２の深さとする構成７から９のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成１１）前記第２の半導体領域の一部と前記第２のコンタクト電極とが同じ深さに設けられることを特徴とする構成１０に記載の光電変換装置。
（構成１２）前記第２の半導体領域は、前記第１の半導体領域に平面視で重なる第１の部分と、第２の部分と、を有し、前記第１の部分は前記第２の部分よりも前記第２の面に近い深さに配されることを特徴とする構成７から１１のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成１３）平面視で前記第１の半導体領域に重なる前記第１の導電型の第６の半導体領域を有することを特徴とする構成１から１２のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成１４）前記第３の深さよりも第２の面に対して深い第４の深さに配された第２導電型の第７の半導体領域を有する。前記第２のコンタクト電極は前記第４の半導体領域を介して前記第７の半導体領域に前記第２の電圧を供給することを特徴とする構成１から１３に記載の光電変換装置。
（構成１５）構成１から１４のいずれかに記載の光電変換装置と、前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部と、を有することを特徴とする光電変換システム。
（構成１６）請求項１から１４のいずれかに記載の光電変換装置を備える移動体であって、前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。
１００ 光電変換装置
１０２ アバランシェダイオード
３１１ 第１の半導体領域
３１２ 第２の半導体領域
３１３ 第３の半導体領域

Claims (18)

  1. 第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間に位置する第３の面と、を有する半導体層に配されたアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、
    前記アバランシェダイオードは、
    第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、
    前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、
    前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された第３の半導体領域と、
    前記第３の半導体領域に接する第４の半導体領域と、
    前記半導体層の前記第２の面と接し、前記第１の半導体領域に第１の電圧を供給する第１のコンタクト電極と、
    前記半導体層の前記第３の面と接し、前記第４の半導体領域に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を供給する第２のコンタクト電極と、
    を有し、
    前記第３の面は、前記第２の半導体領域と前記第２の面の間に位置することを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記第３の面は、前記第２の面に設けられたトレンチ構造の、前記第２の面に対向する面であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度は、前記第３の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  4. 前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度が最も高い深さを前記第２の深さとする請求項１に記載の光電変換装置。
  5. 前記第２の半導体領域の一部と前記第２のコンタクト電極とが同じ深さに設けられることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
  6. 前記第２の半導体領域は、前記第１の半導体領域に平面視で重なる第１の部分と、第２の部分と、を有し、
    前記第１の部分は前記第２の部分よりも前記第２の面に近い深さに配されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  7. 第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の間にある第３の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、
    前記アバランシェダイオードは、
    第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、
    前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、
    前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された第３の半導体領域と、
    前記第３の半導体領域に接する第４の半導体領域と、
    前記半導体層の前記第２の面と接し、前記第１の半導体領域に第１の電圧を供給する第１のコンタクト電極と、
    前記半導体層の前記第３の面と接し、前記第４の半導体領域に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を供給する第２のコンタクト電極と、
    前記第１の導電型の不純物濃度が、前記第１の半導体領域の前記第１の導電型の不純物濃度よりも低い第５の半導体領域と、
    を有し、
    前記第５の半導体領域は前記第３の面を有するトレンチ構造の側壁の一部と接することを特徴とする光電変換装置。
  8. 前記第５の半導体領域は前記第１の半導体領域に接することを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  9. 前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度は、前記第３の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  10. 前記第２の半導体領域の前記第２の導電型の不純物濃度が最も高い深さを前記第２の深さとする請求項７に記載の光電変換装置。
  11. 前記第２の半導体領域の一部と前記第２のコンタクト電極とが同じ深さに設けられることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
  12. 前記第２の半導体領域は、前記第１の半導体領域に平面視で重なる第１の部分と、第２の部分と、を有し、
    前記第１の部分は前記第２の部分よりも前記第２の面に近い深さに配されることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  13. 平面視で前記第１の半導体領域に重なる前記第１の導電型の第６の半導体領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  14. 平面視で前記第１の半導体領域に重なる前記第１の導電型の第６の半導体領域を有することを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  15. 前記第３の深さよりも第２の面に対して深い第４の深さに配された第２導電型の第７の半導体領域を有し、
    前記第２のコンタクト電極は前記第４の半導体領域を介して前記第７の半導体領域に前記第２の電圧を供給することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  16. 前記第３の深さよりも第２の面に対して深い第４の深さに配された第２導電型の第７の半導体領域を有し、
    前記第２のコンタクト電極は前記第４の半導体領域を介して前記第７の半導体領域に前記第２の電圧を供給することを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  17. 請求項１乃至１６いずれか一項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部と、を有することを特徴とする光電変換システム。
  18. 請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
    前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有する
    ことを特徴とする移動体。
JP2022091511A 2022-06-06 2022-06-06 光電変換装置、光電変換システム Pending JP2023178687A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022091511A JP2023178687A (ja) 2022-06-06 2022-06-06 光電変換装置、光電変換システム
US18/326,711 US20230395620A1 (en) 2022-06-06 2023-05-31 Photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022091511A JP2023178687A (ja) 2022-06-06 2022-06-06 光電変換装置、光電変換システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023178687A true JP2023178687A (ja) 2023-12-18

Family

ID=88976033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022091511A Pending JP2023178687A (ja) 2022-06-06 2022-06-06 光電変換装置、光電変換システム

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230395620A1 (ja)
JP (1) JP2023178687A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
US20230395620A1 (en) 2023-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220352234A1 (en) Photoelectric conversion device and photodetection system
CN114497096A (zh) 光电转换设备、光电转换系统和可移动体
US20230097091A1 (en) Photoelectric conversion apparatus
US20230215884A1 (en) Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, and equipment
US20220302183A1 (en) Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving object
JP2024004796A (ja) 光電変換装置、光電変換システム
JP2023178687A (ja) 光電変換装置、光電変換システム
WO2024004516A1 (ja) 光電変換装置、光電変換システム
JP7377334B2 (ja) 光電変換装置及び光電変換システム
US20230215959A1 (en) Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving body
JP2023178686A (ja) 光電変換装置、光電変換システム
US20230115792A1 (en) Photoelectric conversion device
US20230395630A1 (en) Photoelectric conversion device, imaging system, and movable body
JP7358410B2 (ja) 光電変換装置及び光検出システム
WO2023132004A1 (ja) 光電変換装置
US20230069887A1 (en) Photoelectric conversion apparatus having avalanche diodes, system and movable body
US20230299221A1 (en) Photoelectric conversion apparatus having filler member and airgap arranged in interior of trench portion, photoelectric conversion system, and moving body
JP2024004798A (ja) 光電変換装置、光電変換システム
JP2023061883A (ja) 光電変換装置
JP2024038645A (ja) 光電変換素子及び光電変換装置
JP2022071828A (ja) 光電変換装置、光電変換システム
JP2023066913A (ja) 光電変換素子及び光電変換装置
JP2023099383A (ja) 光電変換装置および光電変換システム
JP2023099382A (ja) 光電変換装置および光電変換システム
JP2023099381A (ja) 光電変換装置及び光電変換システム

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20221018

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20231213