JP6862386B2 - 光検出器、ライダー装置、及び光検出器の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、光検出器、ライダー装置、及び光検出器の製造方法に関する。
ライダー(LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging)装置はレーザ光がターゲット
までを往復する時間を計測し、距離に換算する光飛行時間測距法(TOF: Time of Flight)
を採用した距離画像センシングシステムであり、車載ドライブ−アシストシステム、リモ
ートセンシング等に応用される。
までを往復する時間を計測し、距離に換算する光飛行時間測距法(TOF: Time of Flight)
を採用した距離画像センシングシステムであり、車載ドライブ−アシストシステム、リモ
ートセンシング等に応用される。
ライダー装置で用いられる光検出器は、一つ以上の光検出素子を含んでいる。光検出素
子は、光検出素子を駆動させる駆動電圧が印加されて光を検出する。一般の光検出素子は
、イオン注入条件が均一であるため、駆動電圧範囲が全素子でほぼ同じとなっている。
子は、光検出素子を駆動させる駆動電圧が印加されて光を検出する。一般の光検出素子は
、イオン注入条件が均一であるため、駆動電圧範囲が全素子でほぼ同じとなっている。
本発明の実施形態は、異なる駆動電圧範囲を持ち、素子特性を向上させた光検出器を提
供する。
供する。
上記の課題を達成するために、実施形態の光検出器は、第１導電型を含む第１半導体層
と、第１導電型とは異なる第２導電型を含む第２半導体層と、を有し、第１の駆動電圧範
囲を持つ複数の第１の光検出素子と、第１導電型を含む第３半導体層と、第２導電型を含
む第４半導体層と、を有し、第１の光検出素子同士の間に設けられ、第１の駆動電圧範囲
とは異なる第２の駆動電圧範囲を持つ少なくとも１つ以上の第２光検出素子と、を具備す
る。
と、第１導電型とは異なる第２導電型を含む第２半導体層と、を有し、第１の駆動電圧範
囲を持つ複数の第１の光検出素子と、第１導電型を含む第３半導体層と、第２導電型を含
む第４半導体層と、を有し、第１の光検出素子同士の間に設けられ、第１の駆動電圧範囲
とは異なる第２の駆動電圧範囲を持つ少なくとも１つ以上の第２光検出素子と、を具備す
る。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは、
互いに対応するものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚
みと幅との関係、部分間の大きさの比などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。
また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場
合もある。
互いに対応するものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚
みと幅との関係、部分間の大きさの比などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。
また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場
合もある。
(第１の実施形態)
図１は、第１の実施形態に係る光検出器を光の入射側から見た図である。この光検出器
は駆動電圧範囲が異なる２種類の光検出素子を備えている。駆動電圧範囲とは、光検出素
子に光が入射した際に光電変換ができる電圧の範囲のことである。
図１は、第１の実施形態に係る光検出器を光の入射側から見た図である。この光検出器
は駆動電圧範囲が異なる２種類の光検出素子を備えている。駆動電圧範囲とは、光検出素
子に光が入射した際に光電変換ができる電圧の範囲のことである。
図１において、光検出器は複数の第１の光検出素子１と、第１の光検出素子１同士の間
に設けられた、少なくとも１つ以上の第２の光検出素子２と、第１の光検出素子１同士の
間、及び第１の光検出素子１と第２の光検出素子２の間に設けられた非光検出領域３と、
を含む。また、第２の光検出素子２同士が隣接しないように配置され、本実施形態では、
第１の光検出素子１の個数と第２の光検出素子２の個数との比が、３：１となるように配
置される。また、第１の光検出素子１の駆動電圧範囲は、第２の光検出素子２の駆動電圧
範囲よりも広いものとする。
に設けられた、少なくとも１つ以上の第２の光検出素子２と、第１の光検出素子１同士の
間、及び第１の光検出素子１と第２の光検出素子２の間に設けられた非光検出領域３と、
を含む。また、第２の光検出素子２同士が隣接しないように配置され、本実施形態では、
第１の光検出素子１の個数と第２の光検出素子２の個数との比が、３：１となるように配
置される。また、第１の光検出素子１の駆動電圧範囲は、第２の光検出素子２の駆動電圧
範囲よりも広いものとする。
第１の光検出素子１及び第２の光検出素子２は、光（例えば、近赤外光）を電気信号に
変換することで検出する。例えばアバランシェフォトダイオード（APD :Avalanche Photo
diode）である。また、第１の光検出素子１及び第２の光検出素子２は、本実施形態では
、同程度の開口面積を持つ。本実施形態における同程度は、±５％の誤差も同程度に含む
。開口面積とは、光の入射側から見た場合における非光検出領域３に囲まれた光検出素子
の面積のことである。近赤外光とは、例えば７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長領域
の光を指す。
変換することで検出する。例えばアバランシェフォトダイオード（APD :Avalanche Photo
diode）である。また、第１の光検出素子１及び第２の光検出素子２は、本実施形態では
、同程度の開口面積を持つ。本実施形態における同程度は、±５％の誤差も同程度に含む
。開口面積とは、光の入射側から見た場合における非光検出領域３に囲まれた光検出素子
の面積のことである。近赤外光とは、例えば７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長領域
の光を指す。
非光検出領域３は、入射した光を検出できない領域である。非光検出領域３は、光検出
素子１、２が変換した電気信号をそれぞれ後述する駆動・読み出し部へと配線するため、
電極が存在する領域でもある。
素子１、２が変換した電気信号をそれぞれ後述する駆動・読み出し部へと配線するため、
電極が存在する領域でもある。
図２(a)は、図１で示した光検出器のｐ−ｐ´断面を示す図である。
図２(a)において、光検出器は、裏面電極９と、裏面電極９上に設けられる高濃度ｐ型
基板１１と、高濃度ｐ型基板１１上に設けられるｐ型半導体層１２と、を含む。ここで、
「上」とは、光が入射する側のことである。光が入射する側とは、図２(a)において、上
方のことである。
基板１１と、高濃度ｐ型基板１１上に設けられるｐ型半導体層１２と、を含む。ここで、
「上」とは、光が入射する側のことである。光が入射する側とは、図２(a)において、上
方のことである。
ｐ型半導体層１２の上面には、第１の光検出素子１と第２の光検出素子２が交互に設け
られ、さらに、第１の光検出素子１と第２の光検出素子２の上面の端部に電気的に接続さ
れる電極１０と、この電極１０を覆うように設けられる保護層７０とが設けられる。ここ
で、電極１０は図１の非光検出領域３にも配置されている。
られ、さらに、第１の光検出素子１と第２の光検出素子２の上面の端部に電気的に接続さ
れる電極１０と、この電極１０を覆うように設けられる保護層７０とが設けられる。ここ
で、電極１０は図１の非光検出領域３にも配置されている。
例えば、第１の光検出素子１は、ｐ+型半導体層５（第１半導体層に相当）と、ｐ+型半
導体層５の光の入射側に設けられるｎ+型半導体層６（第２半導体層に相当）と、を有し
、ｐ+型半導体層５とｎ+型半導体層６の界面がｐｎ接合をしている。積層方向に交差する
方向において、ｎ+型半導体層６の幅は、ｐ+型半導体層５の幅よりも大きい。ここで、交
差とは本実施形態において、ほぼ直交を意味する。電極１０は、第１の光検出素子１のｎ
+型半導体層６の上面の端部と電気的に接続される。
導体層５の光の入射側に設けられるｎ+型半導体層６（第２半導体層に相当）と、を有し
、ｐ+型半導体層５とｎ+型半導体層６の界面がｐｎ接合をしている。積層方向に交差する
方向において、ｎ+型半導体層６の幅は、ｐ+型半導体層５の幅よりも大きい。ここで、交
差とは本実施形態において、ほぼ直交を意味する。電極１０は、第１の光検出素子１のｎ
+型半導体層６の上面の端部と電気的に接続される。
例えば、第２の光検出素子２は、ｐ+型半導体層７（第３半導体層に相当）と、ｐ+型半
導体層７の光の入射側に設けられるｎ+型半導体層８（第４半導体層に相当）を有し、ｐ+
型半導体層７とｎ+型半導体層８の界面がｐｎ接合をしている。積層方向に交差する方向
において、ｎ+型半導体層８の幅は、ｐ+型半導体層７の幅よりも大きい。電極１０は、第
２の光検出素子２のｎ+型半導体層８の上面の端部と電気的に接続される。
導体層７の光の入射側に設けられるｎ+型半導体層８（第４半導体層に相当）を有し、ｐ+
型半導体層７とｎ+型半導体層８の界面がｐｎ接合をしている。積層方向に交差する方向
において、ｎ+型半導体層８の幅は、ｐ+型半導体層７の幅よりも大きい。電極１０は、第
２の光検出素子２のｎ+型半導体層８の上面の端部と電気的に接続される。
第１の光検出素子１と第２の光検出素子２の違いは、ｐ+型半導体層５の積層方向にお
ける厚さｄ１が、ｐ+型半導体層７の積層方向における厚さｄ２よりも大きいことである
（ｄ１＞ｄ２）。積層方向におけるｐ+型半導体層７の深さが、ｐ+型半導体層５の深さよ
りも浅いともいえる。
ける厚さｄ１が、ｐ+型半導体層７の積層方向における厚さｄ２よりも大きいことである
（ｄ１＞ｄ２）。積層方向におけるｐ+型半導体層７の深さが、ｐ+型半導体層５の深さよ
りも浅いともいえる。
ｐ+半導体層５、７の深さは、イオン注入の加速エネルギーを変化させることで調節で
きる。イオン注入の加速エネルギーを大きくすると、ｐ+半導体層は、深く形成できる。
きる。イオン注入の加速エネルギーを大きくすると、ｐ+半導体層は、深く形成できる。
ｐ+型半導体層５、７は、例えばシリコンにボロン（Ｂ）の不純物を注入することで得
られる。
られる。
ｎ+型半導体層６、８は、例えばシリコンにリン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）またはヒ
素(Ａｓ)の不純物を注入することで得られる。本実施形態では、ｎ+型半導体層６、８は
同程度の不純物濃度かつ同程度の厚さである。
素(Ａｓ)の不純物を注入することで得られる。本実施形態では、ｎ+型半導体層６、８は
同程度の不純物濃度かつ同程度の厚さである。
電極１０及び裏面電極９は、ｐ+型半導体層５、７、ｎ+型半導体層６、８に電圧を印可
して、第１の光検出素子１及び第２の光検出素子２を駆動させ、ｐ+型半導体層５、７、
ｎ+型半導体層６、８の間で光電変換した電気信号を駆動・読み出し部（図面には省略）
に出力する。電極１０、裏面電極９の材料は、例えばアルミもしくはアルミ含有材料、銅
もしくは銅含有材料、金もしくは金含有材料、酸化インジウムスズ（ITO: Indium Tin Ox
ide）、またはその材料と組み合わせた他の金属材料である。
して、第１の光検出素子１及び第２の光検出素子２を駆動させ、ｐ+型半導体層５、７、
ｎ+型半導体層６、８の間で光電変換した電気信号を駆動・読み出し部（図面には省略）
に出力する。電極１０、裏面電極９の材料は、例えばアルミもしくはアルミ含有材料、銅
もしくは銅含有材料、金もしくは金含有材料、酸化インジウムスズ（ITO: Indium Tin Ox
ide）、またはその材料と組み合わせた他の金属材料である。
保護層７０は、電極１０が外部と接触して短絡しないように保護する役割で設けられて
いる。保護層７０の材料は例えばシリコン酸化膜、窒化膜、またはその積層膜である。
いる。保護層７０の材料は例えばシリコン酸化膜、窒化膜、またはその積層膜である。
図２(b)は、第１の光検出素子１のａ―ａ´断面における不純物濃度分布を示す図であ
る。また、図２(c)は、第２の光検出素子２のｂ―ｂ´断面における不純物濃度分布を示
す図である。
る。また、図２(c)は、第２の光検出素子２のｂ―ｂ´断面における不純物濃度分布を示
す図である。
図２(b)において、ｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が高い領域が、ｐ+型半導体層５
であり、ｐ+不純物濃度よりもｎ+不純物濃度が高い領域が、ｎ+型半導体層６である。ま
た、図２(c)において、ｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が高い領域が、ｐ+型半導体層
７であり、ｐ+不純物濃度よりもｎ+不純物濃度が高い領域が、ｎ+型半導体層８である。
であり、ｐ+不純物濃度よりもｎ+不純物濃度が高い領域が、ｎ+型半導体層６である。ま
た、図２(c)において、ｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が高い領域が、ｐ+型半導体層
７であり、ｐ+不純物濃度よりもｎ+不純物濃度が高い領域が、ｎ+型半導体層８である。
図２(c)よりも図２(b)の方が高い加速エネルギーでｐ+不純物を注入しているため、図
２(b)の方が深い位置までｐ+不純物が存在する。ｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が高
い領域を比べると、図２(b)の方がｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が高い領域が大き
い。すなわち、ｐ+型半導体層７の深さは、ｐ+型半導体層５の深さよりも浅いところに形
成される。また、図２(b)と図２(c)は、ｎ+不純物を同程度の注入エネルギーで注入して
いるため、同程度の深さにｎ+不純物が存在する。ｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が
高い領域を比べても、その領域は同程度の大きさである。すなわち、ｎ+型半導体層６と
ｎ+型半導体層８の深さは、同程度の深さである。
２(b)の方が深い位置までｐ+不純物が存在する。ｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が高
い領域を比べると、図２(b)の方がｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が高い領域が大き
い。すなわち、ｐ+型半導体層７の深さは、ｐ+型半導体層５の深さよりも浅いところに形
成される。また、図２(b)と図２(c)は、ｎ+不純物を同程度の注入エネルギーで注入して
いるため、同程度の深さにｎ+不純物が存在する。ｎ+不純物濃度よりもｐ+不純物濃度が
高い領域を比べても、その領域は同程度の大きさである。すなわち、ｎ+型半導体層６と
ｎ+型半導体層８の深さは、同程度の深さである。
次に、第１の光検出素子１と第２の光検出素子２を含む光検出器の光検出動作を説明す
る。
る。
第１の光検出素子１と第２の光検出素子２は、検出待機状態では、その降伏逆電圧より
も高い逆電圧が電極１０と裏面電極９の間に印加され、ガイガーモードと呼ばれる領域で
駆動する。ガイガーモード駆動時の光検出素子の利得は105〜106乗と非常に高いため、光
子1個という微弱な光をも計測可能となる。このガイガーモードで放電する放電現象のこ
とをガイガー放電という。
も高い逆電圧が電極１０と裏面電極９の間に印加され、ガイガーモードと呼ばれる領域で
駆動する。ガイガーモード駆動時の光検出素子の利得は105〜106乗と非常に高いため、光
子1個という微弱な光をも計測可能となる。このガイガーモードで放電する放電現象のこ
とをガイガー放電という。
各光検出素子には抵抗（図示せず）が直列に接続しており、光子１個が入射されガイガ
ー放電した際に、抵抗による電圧降下によって、ｐｎ接合による増幅作用が終端するため
、パルス状の電荷が電極１０と裏面電極９の間に得られる。この電荷を電極１０から取り
出す。
ー放電した際に、抵抗による電圧降下によって、ｐｎ接合による増幅作用が終端するため
、パルス状の電荷が電極１０と裏面電極９の間に得られる。この電荷を電極１０から取り
出す。
それぞれの光検出素子を併設接続した光検出器では各光検出素子がこの働きをするため
、複数の光検出素子においてガイガー放電が生じた場合は、光検出素子１つの電荷に対し
て、ガイガー放電した光検出素子数倍の電荷量またはパルス波高値の電荷が得られる。従
って、電荷からガイガー放電した光検出素子数、つまりは光検出器に入射した光子数が計
測できるため、光子１個１個の光子計測が可能となる。
、複数の光検出素子においてガイガー放電が生じた場合は、光検出素子１つの電荷に対し
て、ガイガー放電した光検出素子数倍の電荷量またはパルス波高値の電荷が得られる。従
って、電荷からガイガー放電した光検出素子数、つまりは光検出器に入射した光子数が計
測できるため、光子１個１個の光子計測が可能となる。
図３は、第１の実施形態に係る光検出器の引き出し配線を示す図である。
図３に示すように、電極１０は、第１の光検出素子１と第２の光検出素子２が光電変換
した電気信号を取り出すために設けられる。また、電極１０は、第１の光検出素子１と第
２の光検出素子２から出力された電気信号をまとめて、駆動・読み出し部１３へと出力す
る。
した電気信号を取り出すために設けられる。また、電極１０は、第１の光検出素子１と第
２の光検出素子２から出力された電気信号をまとめて、駆動・読み出し部１３へと出力す
る。
次に第１の実施形態に係る光検出器の作用を説明する。
図４において、横軸は電極１０と裏面電極９との間の印加電圧を示し、縦軸は光検出器
を流れる電流を示している。
を流れる電流を示している。
（ａ）は第１の光検出素子７５個の電極１０と裏面電極９との間に電圧を印加した場合
、（ｂ）は第２の光検出素子２５個の電極１０と裏面電極９との間に電圧を印加した場合
、（ｃ）は第１の光検出素子７５個及び第２の光検出素子２５個の電極１０と裏面電極９
との間に電圧を印加した場合を示している。
、（ｂ）は第２の光検出素子２５個の電極１０と裏面電極９との間に電圧を印加した場合
、（ｃ）は第１の光検出素子７５個及び第２の光検出素子２５個の電極１０と裏面電極９
との間に電圧を印加した場合を示している。
ただし、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、第１の光検出素子１及び第２の光検出素子
２の開口面積は同程度であり、それぞれの素子間距離も同程度とする。
２の開口面積は同程度であり、それぞれの素子間距離も同程度とする。
電流が上昇し始める電圧を電圧V１とし、電流がさらに急上昇する電圧を電圧V２とする
。ただし、電圧V１は、光検出素子が光電変換するのに必要な最小の電圧であり、電圧V２
は、光電変換効率が最も良くなる電圧である。電圧V１と電圧V２の間が駆動電圧範囲であ
る。言い換えると、駆動電圧範囲＝電圧V２―電圧V１ともいえる。
。ただし、電圧V１は、光検出素子が光電変換するのに必要な最小の電圧であり、電圧V２
は、光電変換効率が最も良くなる電圧である。電圧V１と電圧V２の間が駆動電圧範囲であ
る。言い換えると、駆動電圧範囲＝電圧V２―電圧V１ともいえる。
また、図５に示すように、光検出素子の個数が多いほど、駆動電圧範囲は狭くなる傾向
にある。
にある。
図６に示すように、第１の光検出素子１のｐ+型半導体層５よりも第２の光検出素子２
のｐ+型半導体層７の深さの方が浅い。ｐ+型半導体層の深さが浅くなるほど、駆動電圧範
囲はほぼ変わらずに電圧V１、電圧V２が小さくなる傾向にあるといえる。また、ｐ+型半
導体層の深さが変化しても駆動電圧範囲は、ほとんど変化しないことがわかる。
のｐ+型半導体層７の深さの方が浅い。ｐ+型半導体層の深さが浅くなるほど、駆動電圧範
囲はほぼ変わらずに電圧V１、電圧V２が小さくなる傾向にあるといえる。また、ｐ+型半
導体層の深さが変化しても駆動電圧範囲は、ほとんど変化しないことがわかる。
図４に示すように、（ａ）の第１の光検出素子７５個の光検出器では、電圧V１が２６
V程度であり、電圧V２が３４ V程度であった。 (ｂ) の第２の光検出素子２５個の光検出
器では、電圧V１が２５ V程度であり、電圧V２が３４ V程度であった。 本実施形態であ
る(ｃ)の第１の光検出素子７５個及び第２の光検出素子２５個の光検出器では、電圧V１
が２５ V程度であり、電圧V２が３４ V程度であった。以上の実験値から(ｂ)と(ｃ)は、
（ａ）よりも電圧V１が１V程度（（ａ）の電圧V１と(ｂ)、(ｃ)の電圧V１の間の電圧の範
囲をΔV１という）小さい。よって、駆動電圧範囲は、(ｂ)及び(ｃ)の光検出器の方が広
いことがいえる。
V程度であり、電圧V２が３４ V程度であった。 (ｂ) の第２の光検出素子２５個の光検出
器では、電圧V１が２５ V程度であり、電圧V２が３４ V程度であった。 本実施形態であ
る(ｃ)の第１の光検出素子７５個及び第２の光検出素子２５個の光検出器では、電圧V１
が２５ V程度であり、電圧V２が３４ V程度であった。以上の実験値から(ｂ)と(ｃ)は、
（ａ）よりも電圧V１が１V程度（（ａ）の電圧V１と(ｂ)、(ｃ)の電圧V１の間の電圧の範
囲をΔV１という）小さい。よって、駆動電圧範囲は、(ｂ)及び(ｃ)の光検出器の方が広
いことがいえる。
本実施形態である（ｃ）の光検出器は、異なる駆動電圧範囲をもつ光検出素子１、２を
含んでいるため、加える電圧がΔV１の範囲内であれば、第１の光検出素子１は駆動しな
いが、第２の光検出素子２は駆動する。ΔV１の範囲において、第１の光検出素子１は駆
動しないのでスペーサーの役割を担い、第２の光検出素子２が駆動しても第２の光検出素
子２同士間で距離が離れているため、クロストークなどのノイズの発生を抑えることがで
きる。
含んでいるため、加える電圧がΔV１の範囲内であれば、第１の光検出素子１は駆動しな
いが、第２の光検出素子２は駆動する。ΔV１の範囲において、第１の光検出素子１は駆
動しないのでスペーサーの役割を担い、第２の光検出素子２が駆動しても第２の光検出素
子２同士間で距離が離れているため、クロストークなどのノイズの発生を抑えることがで
きる。
（ｂ）の光検出器は、隣接する光検出素子が同じであるため、光検出素子が駆動する際に
隣接した光検出素子と干渉してクロストークなどのノイズが発生してしまう。
隣接した光検出素子と干渉してクロストークなどのノイズが発生してしまう。
次に、本実施形態である（ｃ）の光検出器において、光検出素子１、２がどちらも駆動
する場合について説明する。
する場合について説明する。
V１以上の任意の印加電圧とV１の差のことをオーバー電圧という。例えば、図４におい
て、印加電圧が２８Vの場合における第１の光検出素子１と第２の光検出素子２のオーバ
ー電圧を算出すると、第１の光検出素子１のオーバー電圧が２V、第２の光検出素子２の
オーバー電圧が３Vとなり、第１の光検出素子１の方がオーバー電圧が小さい。図４から
このオーバー電圧が大きいほど光検出器を流れる電流が流れやすくなる。電流が流れやす
いほど隣接した素子間で干渉してノイズが発生した場合に、そのノイズを出力しやすくな
るので、クロストークが増大してしまう。そのため、第１の光検出素子１と第２の光検出
素子２が駆動する場合では、オーバー電圧が大きい第２の光検出素子２の個数よりも、オ
ーバー電圧が小さい第１の光検出素子１の個数の方が多いため、比較的オーバー電圧が小
さくなり、クロストークも少なくなる。
て、印加電圧が２８Vの場合における第１の光検出素子１と第２の光検出素子２のオーバ
ー電圧を算出すると、第１の光検出素子１のオーバー電圧が２V、第２の光検出素子２の
オーバー電圧が３Vとなり、第１の光検出素子１の方がオーバー電圧が小さい。図４から
このオーバー電圧が大きいほど光検出器を流れる電流が流れやすくなる。電流が流れやす
いほど隣接した素子間で干渉してノイズが発生した場合に、そのノイズを出力しやすくな
るので、クロストークが増大してしまう。そのため、第１の光検出素子１と第２の光検出
素子２が駆動する場合では、オーバー電圧が大きい第２の光検出素子２の個数よりも、オ
ーバー電圧が小さい第１の光検出素子１の個数の方が多いため、比較的オーバー電圧が小
さくなり、クロストークも少なくなる。
以上のことから、（ｃ）の光検出器は、駆動電圧範囲が広く、クロストークなどのノイ
ズを抑えることができる。
ズを抑えることができる。
なお、第１の光検出素子１の個数と第２の光検出素子２の個数との比が、３以上２４以
下であることが好ましい。個数の比が３未満の場合には、第２の光検出素子２同士の割合
が多くなり、第２の光検出素子２同士が干渉してクロストークなどのノイズを生じてしま
う可能性がある。個数の比が２４よりも大きい場合には、第２の光検出素子２の数が少な
いため、検出誤差が大きくなってしまう。したがって、個数の比が３以上２４以下である
と、第２の光検出素子２同士の干渉が少なく、検出誤差も少なくなる。
下であることが好ましい。個数の比が３未満の場合には、第２の光検出素子２同士の割合
が多くなり、第２の光検出素子２同士が干渉してクロストークなどのノイズを生じてしま
う可能性がある。個数の比が２４よりも大きい場合には、第２の光検出素子２の数が少な
いため、検出誤差が大きくなってしまう。したがって、個数の比が３以上２４以下である
と、第２の光検出素子２同士の干渉が少なく、検出誤差も少なくなる。
次に製造方法を説明する。
図７は、第１の実施形態に係る光検出器の製造方法を示す図である。
まず、図７（１）が示すように高濃度ｐ型基板１１の裏面側に化学蒸着（CVD: Chemical
Vapor Deposition）を用いて裏面電極９を形成し、光の入射側に低濃度のｐ型シリコンを
エピタキシャル成長させてｐ型半導体層１２を形成する。
まず、図７（１）が示すように高濃度ｐ型基板１１の裏面側に化学蒸着（CVD: Chemical
Vapor Deposition）を用いて裏面電極９を形成し、光の入射側に低濃度のｐ型シリコンを
エピタキシャル成長させてｐ型半導体層１２を形成する。
図７（２）が示すようにｐ型半導体層１２の所定の位置に所定のエネルギーでボロンを
イオン注入することで、積層方向に深いｐ+型半導体層５を形成する。続いて、上述した
所定の位置以外の位置に上述した所定のエネルギーよりも低いエネルギーでボロンをイオ
ン注入することで、ｐ+型半導体層５よりも積層方向に浅いｐ+型半導体層７を形成する。
なお、図７（３）で第１の光検出素子１の個数と第２の光検出素子２の個数との比が、３
以上２４以下になるように考慮して、ｐ+型半導体層５及びｐ+型半導体層７のイオン注入
を行う。第１の光検出素子１の個数と第２の光検出素子２の個数との比を考慮する際に、
第２の光検出素子２同士間の距離が大きくなるように第２の光検出素子２を形成する。
イオン注入することで、積層方向に深いｐ+型半導体層５を形成する。続いて、上述した
所定の位置以外の位置に上述した所定のエネルギーよりも低いエネルギーでボロンをイオ
ン注入することで、ｐ+型半導体層５よりも積層方向に浅いｐ+型半導体層７を形成する。
なお、図７（３）で第１の光検出素子１の個数と第２の光検出素子２の個数との比が、３
以上２４以下になるように考慮して、ｐ+型半導体層５及びｐ+型半導体層７のイオン注入
を行う。第１の光検出素子１の個数と第２の光検出素子２の個数との比を考慮する際に、
第２の光検出素子２同士間の距離が大きくなるように第２の光検出素子２を形成する。
図７（３）が示すようにｐ+型半導体層５、７にリンをイオン注入することで、ｎ+型半
導体層６、８を形成する。この工程によって、第１の光検出素子１と第２の光検出素子２
が形成される。
導体層６、８を形成する。この工程によって、第１の光検出素子１と第２の光検出素子２
が形成される。
ｐ+型半導体層５、７のイオン注入のエネルギーが異なるために、積層方向における深
さは、異なるが、ｎ+型半導体層６、８は、同程度のエネルギーでイオン注入するため、
同程度の深さを持つ。
さは、異なるが、ｎ+型半導体層６、８は、同程度のエネルギーでイオン注入するため、
同程度の深さを持つ。
図７（４）が示すようにｐ型半導体層１２、第１の光検出素子１、第２の光検出素子２
の上方に所定の形状のマスク（図示せず）を形成した後に、CVDによって、ｎ+型半導体層
６、８と電気的に接続されるように電極１０を形成する。なお、この後マスクを除去する
。さらに、CVDによって、ｐ型半導体層１２、第１の光検出素子１、第２の光検出素子２
、電極１０を覆うように保護層７０を形成する。
の上方に所定の形状のマスク（図示せず）を形成した後に、CVDによって、ｎ+型半導体層
６、８と電気的に接続されるように電極１０を形成する。なお、この後マスクを除去する
。さらに、CVDによって、ｐ型半導体層１２、第１の光検出素子１、第２の光検出素子２
、電極１０を覆うように保護層７０を形成する。
以上の工程によって、本実施形態に係る光検出器が容易に製造できる。
第１の実施形態に係る光検出器は、光検出素子のｐ+型半導体層のイオン注入条件を変
化させることで、駆動電圧範囲が広く、ノイズを抑えて、容易に製造できることを可能に
した。
化させることで、駆動電圧範囲が広く、ノイズを抑えて、容易に製造できることを可能に
した。
図２(a)の例によらず、ｐ＋半導体層５、７は、異なる不純物濃度であってもよい。
図２(a)の例によらず、ｐ型とｎ型を逆にすることも可能である。
（第２の実施形態）
図８は第２の実施形態に係るライダー装置５００１を示す図である。
図８は第２の実施形態に係るライダー装置５００１を示す図である。
本実施形態に係るライダー装置５００１は、ライン光源、レンズと構成され長距離被写
体検知システムなどに応用できる。ライダー装置５００１は、対象物５０１に対してレー
ザ光を投光する投光ユニットと、対象物５０１からのレーザ光を受光する受光ユニットと
、レーザ光が対象物５０１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する光飛行時間測
距装置（図示せず）と、を備えている。
体検知システムなどに応用できる。ライダー装置５００１は、対象物５０１に対してレー
ザ光を投光する投光ユニットと、対象物５０１からのレーザ光を受光する受光ユニットと
、レーザ光が対象物５０１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する光飛行時間測
距装置（図示せず）と、を備えている。
投光ユニットにおいて、レーザ光発振器３０４はレーザ光を発振する。駆動回路３０３
は、レーザ光発振器３０４を駆動する。光学系３０５は、レーザ光の一部を参照光として
取り出し、そのほかのレーザ光をミラー３０６を介して対象物５０１に照射する。ミラー
コントローラ３０２は、ミラー３０６を制御して対象物５０１にレーザ光を投光する。こ
こで、投光とは、光を当てることを意味する。
は、レーザ光発振器３０４を駆動する。光学系３０５は、レーザ光の一部を参照光として
取り出し、そのほかのレーザ光をミラー３０６を介して対象物５０１に照射する。ミラー
コントローラ３０２は、ミラー３０６を制御して対象物５０１にレーザ光を投光する。こ
こで、投光とは、光を当てることを意味する。
受光ユニットにおいて、参照光用光検出器３０９は、光学系３０５によって取り出され
た参照光を検出する。光検出器３１０は、対象物５００からの反射光を受光する。距離計
測回路３０８は、参照光用光検出器３０９が参照光を検出した時刻と、光検出器３１０が
反射光を検出した時刻との差に基づいて、対象物５０１までの距離を計測する。画像認識
システム３０７は、距離計測回路３０８で計測された結果に基づいて、対象物５０１を認
識する。
た参照光を検出する。光検出器３１０は、対象物５００からの反射光を受光する。距離計
測回路３０８は、参照光用光検出器３０９が参照光を検出した時刻と、光検出器３１０が
反射光を検出した時刻との差に基づいて、対象物５０１までの距離を計測する。画像認識
システム３０７は、距離計測回路３０８で計測された結果に基づいて、対象物５０１を認
識する。
ライダー装置５００１は、レーザ光が対象物５０１までを往復してくる時間を計測し距
離に換算する光飛行時間測距法を採用した距離画像センシングシステムである。ライダー
装置５００１は、車載ドライブ−アシストシステム、リモートセンシング等に応用される
。光検出器３１０として第１の実施形態に係る光検出器を用いると、特に近赤外線領域で
良好な感度を示す。このため、ライダー装置５００１は、人が不可視の波長帯域への光源
に適用することが可能となる。ライダー装置５００１は、例えば、車向け障害物検知に用
いることができる。
離に換算する光飛行時間測距法を採用した距離画像センシングシステムである。ライダー
装置５００１は、車載ドライブ−アシストシステム、リモートセンシング等に応用される
。光検出器３１０として第１の実施形態に係る光検出器を用いると、特に近赤外線領域で
良好な感度を示す。このため、ライダー装置５００１は、人が不可視の波長帯域への光源
に適用することが可能となる。ライダー装置５００１は、例えば、車向け障害物検知に用
いることができる。
図９は測定システムを説明するための図である。
測定システムは、光検出器３００１および光源３０００を少なくとも含む。測定システ
ムの光源３０００は、測定対象となる物体５００に光４１２を発する。光検出器３００１
は、物体５００を透過あるいは反射、拡散した光４１３を検出する。
ムの光源３０００は、測定対象となる物体５００に光４１２を発する。光検出器３００１
は、物体５００を透過あるいは反射、拡散した光４１３を検出する。
光検出器３００１は、例えば、第１の実施形態に係る光検出器を用いると、高感度な測
定システムが実現する。
定システムが実現する。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々
な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置
き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、説明の範囲や要旨に含ま
れると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである
。
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々
な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置
き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、説明の範囲や要旨に含ま
れると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである
。
１・・第１の光検出素子、２・・第２の光検出素子、３・・非光検出領域、５、７・・ｐ
+型半導体層、６、８・・ｎ+型半導体層、９・・裏面電極、１０・・電極、１１・・高濃
度ｐ型基板、１２・・ｐ型半導体層、１３・・駆動・読み出し部
+型半導体層、６、８・・ｎ+型半導体層、９・・裏面電極、１０・・電極、１１・・高濃
度ｐ型基板、１２・・ｐ型半導体層、１３・・駆動・読み出し部
Claims (15)
- 第１導電型を含む第１半導体層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型を含む第２半導体層と、を有し、
第１の駆動電圧範囲を持つ複数の第１の光検出素子と、
前記第１導電型を含む第３半導体層と、
前記第２導電型を含む第４半導体層と、を有し、
前記第１の光検出素子同士の間に設けられ、前記第１の駆動電圧範囲とは異なる第２の駆動電圧範囲を持つ少なくとも１つ以上の第２の光検出素子と、を備え、
前記第１の駆動電圧範囲の最小の電圧は前記第２の駆動電圧範囲の最小の電圧より大きく、
複数の前記第１の光検出素子の個数は、複数の前記第２の光検出素子の個数より大きい、
光検出器。 - 複数の前記第２の光検出素子のそれぞれは、隣り合う複数の前記第１の光検出素子の間に配置される、
請求項１に記載の光検出器。 - 前記第１の光検出素子及び前記第２の光検出素子に電気的に接続される電極を具備する請求項１に記載の光検出器。
- 前記第１半導体層と前記第２半導体層の界面及び前記第３半導体層と前記第４半導体層の界面がｐｎ接合である請求項１から３のいずれか１項に記載の光検出器。
- 前記第２の駆動電圧範囲は、前記第１の駆動電圧範囲よりも広い請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出器。
- 前記第１の光検出素子の個数と前記第２の光検出素子の個数との比は３以上２４以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の光検出器。
- 前記第３半導体層の積層方向における深さは、前記第１半導体層の積層方向における深さよりも浅い請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出器。
- 複数の前記第２の光検出素子は、互いに隣接しないように配置される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の光検出器。 - 前記第１の光検出素子および前記第２の光検出素子は、近赤外光を検出する、請求項１から８のいずれか１項に記載の光検出器。
- 前記第１半導体層の厚さと、前記第３半導体層の厚さとは異なる、
請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出器。 - 前記第１半導体層の厚さは、前記第３半導体層の厚さより大きい、
請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出器。 - 第１導電型を含む第１半導体層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型を含む第２半導体層と、を有し、
第１の駆動電圧範囲を持つ複数の第１の光検出素子と、
前記第１導電型を含む第３半導体層と、
前記第２導電型を含む第４半導体層と、を有し、
前記第１の光検出素子同士の間に設けられ、前記第１の駆動電圧範囲とは異なる第２の駆動電圧範囲を持つ少なくとも１つ以上の第２の光検出素子と、を備え、
光電変換効率が最も良くなる電圧が前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子で同程度である、
光検出器。 - 物体に光を照射する光源と、
前記物体に反射された光を検出する請求項１から１２のいずれか１項に記載の光検出器と、
を備えるライダー装置。 - 第１半導体層と、前記第１半導体層の上に積層される第２半導体層と、を有する第１の光検出素子と、
前記第１の光検出素子に隣接して、第３半導体層と、前記第３半導体層の上に積層される第４半導体層と、を有する第２の光検出素子と、を備える光検出器の製造方法であって、前記第３半導体層は、所定の位置以外の位置に所定のエネルギーでイオン注入して形成し、
前記第１半導体層は、前記所定の位置に前記所定のエネルギーよりも低いエネルギーでイオン注入して形成し、
第２半導体層及び第４半導体層は、前記第１半導体層及び前記第３半導体層に同程度のエネルギーでイオン注入して形成する光検出器の製造方法。 - 前記第１の光検出素子の個数と前記第２の光検出素子の個数との比は３以上になるように前記第１半導体層及び前記第３半導体層を形成する請求項１４に記載の光検出器の製造方法。
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