JP7153106B2 - 光検出器およびこれを用いたライダー装置 - Google Patents
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Description
第1実施形態による光検出器の模式的な断面を図1に示す。この第1実施形態の光検出器1は、SOI(Silicon On Insulator)基板10に設けられ、光を検出し電気信号に変換する複数(図1上では2個)の光検出素子20a、20bを備えた光検出領域30と、光検出素子20a、20bによって変換された電気信号を処理するトランジスタ50、60を含む周辺回路(CMOS回路とも云う)を備えた周辺領域40と、を有している。SOI基板10は、シリコン支持基板11と、埋め込み酸化膜(以下、BOXともいう)12と、活性層となるn型半導体層13とが、この順序で積層された積層構造を有している。
開口78が設けられた側から光が光検出器1に入射する。
また、各光検出素子20a、20b、20c、20dは、アバランシェフォトダイオード(以下、APDとも云う)となる。
次に、第1実施形態の光検出器の製造方法について図3乃至図11を参照して説明する。
上記第1マスクを除去した後、p-半導体層22上に図示しない第2マスクを形成する。
この第2マスクを用いてp型不純物を注入することにより、光検出領域となるp-半導体層22にp+半導体層23a、23bを形成する。これにより、光検出素子20a、20bの光検出部が形成される。上記第2マスクを除去した後、ソース52aとドレイン52bとの間のチャネルとなるp-半導体層22上にゲート絶縁膜54を形成するとともに、ソース62aとドレイン62bとの間のチャネルとなるp-半導体層22上にゲート絶縁膜64を形成する。続いて、ゲート絶縁膜54、64上にゲート電極56、66をそれぞれ形成する。
このクエンチ抵抗27a、27bは、図4に示すように、素子分離29上にも形成される。
このとき、開孔76a、76bの底面に、例えば厚さが1μmの薄い絶縁層77a、77bを残置する。この残置する絶縁層77a、77bの制御には、ドライエッチングの時間を制御することにより行う。
反射部材24a、24bは、AuめっきまたはCuめっきで形成することができる。また、Ag、Al、Au、Cu、Ni、Pt、Ti、Cr、W等から選択された少なくとも1つの金属元素をスパッタリングにより形成しても良い。
第2実施形態による光検出器の断面を図14に示す。
光検出領域30における層間絶縁膜72上に配線26a、26bが設けられている。配線26aの一端は、層間絶縁膜72に設けられたコンタクト25aを介してp+半導体層23aに接続し、他端は、層間絶縁膜72に設けられたコンタクト25cを介してクエンチ抵抗27aに接続する。配線26bの一端は、層間絶縁膜72に設けられたコンタクト25bを介してp+半導体層23bに接続し、他端は、層間絶縁膜72に設けられたコンタクト25dを介してクエンチ抵抗27bに接続する。
これらの反射部材24a、24bはそれぞれ、薄い絶縁層77a、77bを介してp+半導体層23a、23b上に設けられる。
トランジスタ260は、p型半導体層200に離間して設けられたソース262aおよびドレイン262bと、ソース262aとドレイン262bとの間に設けられたゲート絶縁膜264と、ゲート絶縁膜264上に設けられたゲート電極266と、を備えている。トランジスタ270は、p型半導体層200に離間して設けられたソース272aおよびドレイン272bと、ソース272aとドレイン272bとの間に設けられたゲート絶縁膜274と、ゲート絶縁膜274上に設けられたゲート電極276と、を備えている。
第3実施形態によるライダー(Laser Imaging Detection and Ranging)装置を図15に示す。この第3実施形態のライダー装置は、レーザ光がターゲット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(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。
10 SOI基板
11 支持基板
12 埋め込み絶縁膜(BOX)
13、13A n型半導体層
20a、20b 光検出素子
21a、21b p+半導体層
22 p-型半導体層(エピタキシャル層)
23a、23b p+半導体層
24a、24b 反射部材
25a、25b、25c、25d コンタクト
26a、26b 配線
27a、27b クエンチ抵抗
29 絶縁膜(素子分離)
30 光検出領域
40 周辺領域(CMOS回路領域)
50 トランジスタ
52a ソース
52b ドレイン
54 ゲート絶縁膜
56 ゲート電極
60 トランジスタ
62a ソース
62b ドレイン
64 ゲート絶縁膜
66 ゲート電極
72 層間絶縁膜
74 層間絶縁膜
77a、77b 絶縁層
78 開口
80 電極(透明電極)
85a、85b 素子分離(DTI)
90 貫通電極
Claims (11)
- 第1面および前記第1面と向かい合う第2面を持ち、第1導電型の第1半導体領域と前
記第1半導体領域上に設けられた第2導電型の第2半導体領域を含む半導体層を有するア
バランシェフォトダイオードを備えた光検出素子と、
前記アバランシェフォトダイオードを囲むように設けられ、前記半導体層を貫通する素
子分離と、
前記半導体層の前記第1面の第1領域上に絶縁層を介して設けられた反射部材と、
前記半導体層のうち、前記反射部材が設けられた前記半導体層の前記第1面の前記第1
領域と異なる第2領域に電気的に接続する配線と、を備え、
前記光検出素子は、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に設けられた第2
導電型の第3半導体領域を更に備え、前記第2半導体領域は、前記第3半導体領域を覆い
前記第3半導体領域よりも不純物濃度が低い、
光検出器。 - 前記第1半導体領域および前記第2半導体領域を貫通する第1電極を更に備え、前記第
1電極の周囲に絶縁体が設けられた請求項1に記載の光検出器。 - 前記光検出素子は、前記半導体層の前記第2面に設けられ、前記第1電極と電気的に接
続する第2電極と、前記配線に電気的に接続する抵抗と、を更に備えた請求項2に記載の光検出器。 - 第1面および前記第1面と向かい合う第2面を持ち、第1導電型の第1半導体領域と前
記第1半導体領域上に設けられた第2導電型の第2半導体領域を含む半導体層を有するア
バランシェフォトダイオードを備えた光検出素子と、
前記アバランシェフォトダイオードを囲むように設けられ、前記半導体層を貫通する素
子分離と、
前記半導体層の前記第1面の第1領域上に絶縁層を介して設けられた反射部材と、
前記半導体層のうち、前記反射部材が設けられた前記半導体層の前記第1面の前記第1
領域と異なる第2領域に電気的に接続する配線と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域を貫通する第1電極と、
前記半導体層の前記第2面に設けられ、前記第1電極と電気的に接続する第2電極と、
前記配線に電気的に接続する抵抗と、
前記半導体層の前記第2面の前記第2電極が設けられた領域以外の第3領域に設けられ
た基板と、
前記基板と前記半導体層の前記第2面の前記第3領域との間に設けられた絶縁膜と、
を備えた光検出器。 - 前記光検出素子は、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に設けられた第2
導電型の第3半導体領域を更に備え、前記第2半導体領域は、前記第3半導体領域を覆い
前記第3半導体領域よりも不純物濃度が低い請求項4に記載の光検出器。 - 前記光検出素子と、前記光検出素子からの信号を処理するCMOS回路が混載された請
求項1乃至5のいずれかに記載の光検出器。 - 前記半導体層の前記第2面側から光が入射する請求項1乃至6のいずれかに記載の光検出器。
- 前記光検出素子は、前記半導体層の前記第1面の前記第1領域に設けられ前記第2半導
体領域よりも不純物濃度が高い第2導電型の第4半導体領域を更に備えた請求項1乃至7のいずれかに記載の光検出器。 - 前記反射部材は、可視光から近赤外線までの波長範囲の光を反射する材料を含む請求項
1乃至8のいずれかに記載の光検出器。 - 前記半導体層の前記第2面の前記第2電極が設けられた領域以外の第3領域に設けられ
た基板と、前記基板と前記半導体層の前記第2面の前記第3領域との間に設けられた絶縁
膜と、を更に備えた請求項3に記載の光検出器。 - レーザ光を発振するレーザ光発振器と、
発振されたレーザ光を駆動する駆動回路と、
走査ミラーと、
前記駆動回路によって駆動されたレーザ光の一部を参照光として取り出すとともにその
他のレーザ光を前記走査ミラーを介して対象物に照射する光学系と、
前記走査ミラーを制御して前記対象物にレーザ光を照射するコントローラと、
前記光学系によって取り出された参照光を検出する第1光検出器と、
前記対象物からの反射光を受光する第2光検出器と、
第1光検出器によって検出された参照光と前記第2光検出器によって検出された反射光
とに基づいて前記対象物までの測距を行う距離計測回路と、
前記距離計測回路によって測距された結果に基づいて前記対象物を画像として認識する
画像認識システムと、
を備え、前記第2光検出器は請求項1乃至10のいずれかに記載の光検出器であるライダー装置。
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