JP7431699B2 - 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 - Google Patents

光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車に関する。
半導体領域に入射した光を検出する光検出器がある。光検出器について、信頼性の向上が望まれている。
特許第５８３２８５２号公報
本発明の実施形態は、信頼性を向上可能な、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を提供する。
実施形態に係る光検出器は、第１導電形の第１半導体層と、第１領域と、クエンチ部と、第２領域と、第１層と、を含む。前記第１領域は、前記第１半導体層の一部の上に設けられる。前記第１領域は、前記第１半導体層よりも高い第１導電形の不純物濃度を有する第１導電形の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の上に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、を含む。前記クエンチ部は、前記第２半導体領域と電気的に接続される。前記第２領域は、前記第１半導体層の別の一部の上に設けられる。前記第２領域は、第２導電形の第３半導体領域と、前記第３半導体領域の一部の上に設けられた第１導電形の第４半導体領域と、を含む。前記第１層は、前記第２領域の上に設けられ、光を吸収又は反射する樹脂を含む。
図１は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。 図２は、図１における部分IIの拡大平面図である。 図３は、図２のIII－III断面図である。 図４は、図２のIV－IV断面図である。 図５は、図１のV－V断面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を表す模式的断面図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を表す模式的断面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を表す模式的断面図である。 図９は、第２実施形態に係る光検出器の一部を表す模式的断面図である。 図１０は、第３実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。 図１１は、ライダー装置の検出対象の検出を説明するための図である。 図１２は、第３実施形態に係るライダー装置を備えた車の上面略図である。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
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率などは、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率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２は、図１における部分IIの拡大平面図である。図３は、図２のIII－III断面図である。図４は、図２のIV－IV断面図である。図５は、図１のV－V断面図である。
第１実施形態に係る光検出器１００は、図１～図５に示すように、第１半導体層１、第２半導体層２、第１領域１０、第２領域２０、絶縁領域３０、クエンチ部３５、絶縁層３６、第１層５１、レンズ５２、第１部材６０、第１フィルタ層６１、第２フィルタ層６２、第１電極７１、第２電極７２、及び導電部７３を含む。
図３に表したように、第１領域１０は、第１導電形の第１半導体層１の一部の上に設けられる。第１領域１０は、第１導電形の第１半導体領域１１及び第２導電形の第２半導体領域１２を含む。第２半導体領域１２は、第１半導体領域１１の上に設けられる。第１導電形は、ｐ形及びｎ形の一方である。第２導電形は、ｐ形及びｎ形の他方である。以下では、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形の場合について説明する。
ここでは、第１半導体領域１１から第２半導体領域１２に向かう方向をＺ方向（第１方向）とする。Ｚ方向に垂直であり、相互に直交する２方向をＸ方向（第２方向）及びＹ方向（第３方向）とする。また、説明のために、第１半導体領域１１から第２半導体領域１２に向かう方向を「上」と言い、その反対方向を「下」と言う。これらの方向は、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との相対的な位置関係に基づき、重力の方向とは無関係である。
第１半導体領域１１におけるｐ形不純物濃度は、第１半導体層１におけるｐ形不純物濃度よりも高い。第２半導体領域１２におけるｎ形不純物濃度は、第１半導体層１におけるｐ形不純物濃度よりも高い。第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間には、ｐｎ接合面が形成される。例えば、ｐｎ接合面は、Ｘ方向及びＹ方向に平行である。第１領域１０は、例えば、アバランシェフォトダイオードとして機能する。
第２領域２０は、第１半導体層１の別の一部の上に設けられる。第２領域２０は、ｎ形の第３半導体領域２３を含む。例えば、第３半導体領域２３は、第２半導体領域１２よりも深くまで設けられる。換言すると、第３半導体領域２３の下端は、第２半導体領域１２の下端よりも下方に位置する。
第２領域２０の上には、任意の回路素子が設けられる。第３半導体領域２３の上には、回路素子の少なくとも一部を構成する半導体領域が設けられる。例えば図３に示すように、第２領域２０は、ｐ形の第４半導体領域２４、ｎ形の半導体領域２５、及びｎ形の半導体領域２６を含む。第４半導体領域２４、半導体領域２５、及び半導体領域２６は、第３半導体領域２３の上に設けられる。第４半導体領域２４は、Ｙ方向において半導体領域２５と２６との間に設けられる。半導体領域２５及び２６におけるそれぞれのｎ形不純物濃度は、第３半導体領域２３におけるｎ形不純物濃度よりも高い。
第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間には、逆方向の電圧が印加される。第１半導体領域１１には、第１半導体層１を介して電圧が印加される。第１半導体層１の導電形と反対のｎ形の第３半導体領域２３を設けることで、第１半導体層１の電位が、第４半導体領域２４、半導体領域２５、及び半導体領域２６のそれぞれの電位へ与える影響を低減できる。例えば、第３半導体領域２３が第２半導体領域１２よりも深く設けられることで、第４半導体領域２４、半導体領域２５、及び半導体領域２６を、第１半導体層１とは、安定して電気的に分離できる。これにより、第３半導体領域２３の上に設けられる回路素子の動作を安定化できる。
例えば図４に示すように、第２領域２０は、ｎ形の半導体領域２４ａ及び２４ｂをさらに含む。半導体領域２４ａ及び２４ｂは、第４半導体領域２４の上に設けられる。例えば、半導体領域２４ａ及び２４ｂにおけるそれぞれのｎ形不純物濃度は、第４半導体領域２４におけるｐ形不純物濃度よりも高い。第４半導体領域２４の一部は、Ｘ方向において半導体領域２４ａと２４ｂの間に設けられる。第４半導体領域２４の当該一部の上には、絶縁層を介して電極２４ｇが設けられる。半導体領域２４ａ、半導体領域２４ｂ、及び電極２４ｇは、電界効果トランジスタＴｒを構成している。
第２領域２０の上に設けられる回路素子の種類、回路素子の数、配線の数などは、任意である。半導体領域２５及び２６の上にも、それぞれトランジスタが設けられても良い。トランジスタ以外に、コンデンサ、ダイオードなどの回路素子が、第４半導体領域２４、半導体領域２５、及び半導体領域２６の上に設けられても良い。
第１領域１０は、Ｘ方向及びＹ方向において複数設けられる。図１及び図２に示す例では、第２領域２０は、Ｙ方向において隣り合う第１領域１０同士の間をＸ方向に延びている。第２領域２０のトランジスタは、フォトダイオードを選択するための制御素子として用いられる。すなわち、光検出器１００は、セル（第１領域１０又はフォトダイオード）がＸ方向及びＹ方向に複数配列されたセルアレイ部と、制御素子を含む制御回路部（第２領域２０）と、が混載された回路混載型の構造を有する。
絶縁領域３０は、Ｘ方向及びＹ方向において、第１領域１０の周り及び第２領域２０の周りに設けられる。絶縁領域３０は、例えば、第１絶縁領域３１及び第２絶縁領域３２を含む。第１絶縁領域３１は、Ｘ方向及びＹ方向において、第１領域１０の周りに設けられる。第２絶縁領域３２は、第１絶縁領域３１の少なくとも一部の上に位置し、第１半導体層１の上面に沿って設けられる。
複数の第１絶縁領域３１が、それぞれ複数の第１領域１０の周りに設けられる。１つの第２絶縁領域３２が、複数の第１絶縁領域３１の上に位置し、それぞれの第１領域１０の周りに設けられる。
複数の第１絶縁領域３１は、互いに離れている。隣り合う第１絶縁領域３１同士の間には、第１半導体層１の一部が設けられる。第１半導体層１の当該一部におけるｐ形不純物濃度は、第１半導体層１の他部におけるｐ形不純物濃度と同じでも良いし、異なっていても良い。
絶縁領域３０は、第１絶縁領域３１及び第２絶縁領域３２の一方のみを含んでも良い。絶縁領域３０が第１絶縁領域３１及び第２絶縁領域３２の両方を含む場合、第１領域１０同士の間の絶縁性、及び第１領域１０と第２領域２０との間の絶縁性を向上できる。
クエンチ部３５は、第２半導体領域１２よりも上方に位置し、第２半導体領域１２と電気的に接続される。クエンチ部３５は、絶縁領域３０の上に設けられる。例えば図２に示すように、クエンチ部３５は、Ｚ方向に延びるコンタクトプラグ及び配線３５ａを介して第２半導体領域１２と電気的に接続される。クエンチ部３５の電気抵抗は、コンタクトプラグ及び配線３５ａのそれぞれの電気抵抗よりも大きい。クエンチ部３５の電気抵抗は、５０ｋΩ以上２ＭΩ以下であることが好ましい。
クエンチ部３５は、第１領域１０に光が入射し、アバランシェ降伏が発生した際に、アバランシェ降伏の継続を抑制するために設けられる。アバランシェ降伏が発生し、クエンチ部３５に電流が流れると、クエンチ部３５の電気抵抗に応じて電圧降下が生じる。電圧降下により、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間の電位差が小さくなり、アバランシェ降伏が停止する。これにより、次に第１領域１０へ入射した光を検出できるようになる。
上述したように、大きな電圧降下を生じさせる抵抗体がクエンチ部３５として設けられても良いし、抵抗体に代えて電流を遮断する制御回路がクエンチ部３５として設けられても良い。例えば、制御回路は、コンパレータ、制御ロジック部、及び２つのスイッチング素子を含む。制御回路には、アクティブクエンチ回路と呼ばれる公知の構成を適用可能である。例えば、アクティブクエンチ回路は、第２領域２０に設けられる。アクティブクエンチ回路は、光検出器１００の外部に設けられても良い。
例えば、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間には、降伏電圧を超える逆電圧が印加され、第１領域１０は、ガイガーモードで動作する。ガイガーモードで動作することにより、高いゲインと短い時定数を持ったパルス状の信号が出力される。
図２及び図４に示す例では、半導体領域２４ａは、コンタクトプラグ及び配線２４ｗ１を介して、配線４２ａと電気的に接続される。配線４２ａは、コンタクトプラグを介して配線４１ａと電気的に接続される。すなわち、半導体領域２４ａは、１つ以上の第２半導体領域１２と電気的に接続される。半導体領域２４ｂは、コンタクトプラグ及び配線２４ｗ２を介して、配線４２ｂと電気的に接続される。電極２４ｇは、コンタクトプラグ、配線２４ｗ３、及び配線２４ｗ４を介して、配線４１ｂと電気的に接続される。
例えば、第２領域２０の上には、複数のトランジスタが設けられる。複数の配線４１ｂの１つに電圧を印加することで、第２領域２０に設けられる複数のトランジスタの１つが選択される。１つのトランジスタの選択により、複数の第１領域１０の少なくとも一部が、配線４２ｂと導通する。複数の第１領域１０の当該少なくとも一部において、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間に電圧が印加される。光の入射により発生した電荷は、選択されたトランジスタを通して配線４２ｂへ流れる。
絶縁層３６は、光透過性であり、第１領域１０、第２領域２０、及び絶縁領域３０の上に設けられる。上述した配線、プラグ等は、絶縁層３６中に設けられる。絶縁層３６は、複数の絶縁膜を含んでも良い。
図３に示すように、第１層５１は、第２領域２０の上に設けられる。第１層５１は、光を吸収又は反射する樹脂を含む。例えば、Ｚ方向から見たとき、第３半導体領域２３は、第１層５１と重なる。
レンズ５２は、第１領域１０の上に設けられる。レンズ５２は、光透過性である。上方からレンズ５２に入射した光が、第１領域１０に向けて収束するように、レンズ５２の上面は、凸状に湾曲している。例えば、レンズ５２は、マイクロレンズである。複数のレンズ５２が、複数の第１領域１０の上にそれぞれ設けられる。それぞれのレンズ５２の底面は、Ｚ方向から見たときに概ね四角形状又は円形状である。又は、レンズ５２は、レンチキュラーレンズであっても良い。一方向に延びる１つのレンズ５２が、一方向に並ぶ複数の第１領域１０の上に設けられても良い。上面に複数の凸状の湾曲面を有する１つのレンズ５２が、複数の第１領域１０の上に設けられても良い。
又は、第１層５１が、第２領域２０の一部の上に設けられ、レンズ５２が、第２領域２０の別の一部の上にさらに設けられても良い。
第１部材６０は、第１層５１及びレンズ５２の上に設けられる。第１部材６０は、光透過性である。第１フィルタ層６１は、第１部材６０の上に設けられる。第１フィルタ層６１は、第１層５１及びレンズ５２の上に位置する。第２フィルタ層６２は、第１層５１と第１部材６０との間、及びレンズ５２と第１部材６０との間に設けられる。第１部材６０のＺ方向における厚さは、第１層５１、第１フィルタ層６１、及び第２フィルタ層６２のそれぞれのＺ方向における厚さよりも大きい。
例えば図３に示すように、第１半導体層１は、第２半導体層２の上に設けられる。第２半導体層２におけるｐ形不純物濃度は、第１半導体層１におけるｐ形不純物濃度よりも高い。第２半導体層２は、第１電極７１の上に設けられる。第１半導体領域１１は、第１半導体層１及び第２半導体層２を介して第１電極７１と電気的に接続される。
導電部７３は、Ｘ方向及びＹ方向において、絶縁層７３ａを介して第１半導体層１及び第２半導体層２に囲まれる。導電部７３は、第１領域１０及び第２領域２０から離れている。導電部７３は、Ｚ方向に第１半導体層１及び第２半導体層２を貫通している。導電部７３は、光検出器１００の任意の位置に設けられる。図１及び図５に示す例では、導電部７３は、光検出器１００の外周の一部に設けられる。複数の導電部７３が、光検出器１００の外周に沿って設けられても良い。
導電部７３の一端は、第２領域２０の上方に設けられるいずれかの配線と電気的に接続される。例えば、導電部７３は、トランジスタを介して第１領域１０と電気的に接続される。第２電極７２は、導電部７３の下に設けられる。導電部７３の他端は、第２電極７２と電気的に接続される。第２電極７２は、第１電極７１から離れている。また、第２電極７２と第２半導体層２との間には、絶縁層７５が設けられる。第２電極７２は、絶縁層７３ａ及び７５により、第２半導体層２及び第１電極７１とは電気的に分離されている。
トランジスタの選択により第２電極７２と第２半導体領域１２が導通した状態で、第１電極７１及び第２電極７２の電位を制御することで、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間に電圧が印加される。これにより、例えば、第１領域１０をガイガーモードで動作させることができる。
各要素の材料の一例を説明する。
第１半導体層１、第２半導体層２、及び各半導体領域は、シリコン、炭化シリコン、ガリウムヒ素、及び窒化ガリウムからなる群より選択される少なくとも１つの半導体材料を含む。第１半導体層１及び各半導体領域がシリコンを含むとき、リン、ヒ素、又はアンチモンがｎ形不純物として用いられる。ボロンがｐ形不純物として用いられる。
例えば、第２半導体層２は、半導体基板の少なくとも一部である。第１半導体層１は、第２半導体層２の上にエピタキシャル成長された層である。各半導体領域は、第２半導体層２へのイオン注入により形成される。
絶縁領域３０、絶縁層３６、及び絶縁層７３ａは、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択される１つと、を含む。例えば、第１絶縁領域３１、第２絶縁領域３２、絶縁層３６、及び絶縁層７３ａは、酸化シリコンを含む。抵抗体としてのクエンチ部３５は、半導体材料としてポリシリコンを含む。クエンチ部３５には、ｎ形不純物又はｐ形不純物が添加されていても良い。コンタクトプラグ及び各配線は、金属を含む。例えば、コンタクトプラグ及び各配線は、チタン、タングステン、銅、及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
第１層５１は、光を吸収又は反射する樹脂を含む。例えば、第１層５１は、赤外光カット剤（ＩＲ吸収剤）を含み、赤外光を吸収する。第１層５１は、光吸収層として設けられる。レンズ５２は、光透過性の無機材料又は有機材料を含む。第１部材６０は、ガラス基板又はサファイア基板である。第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２は、所定の範囲の波長の光を吸収する。第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２の材料は、吸収される波長に応じて適宜選択できる。例えば、第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２は、アルミニウム、銀、金、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、テトラヒドロフラン（ＴｈＦ３又はＴｈＦ４）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＳｉＯ２）、ゲルマニウム、及びセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）からなる群より選択された少なくとも１つを含む。
例えば、第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２において、第１範囲の波長の光に対する透過率は、第２範囲の波長の光に対する透過率よりも高い。第１層５１において、第１範囲の波長の光に対する透過率は、第２範囲の波長の光に対する透過率よりも低い。第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２を透過した光は、第１層５１によって吸収又は反射される。これにより、第２領域２０に入射する光の量を効果的に低減できる。
例えば、第１範囲は、８５０ｎｍよりも長く１１００ｎｍよりも短い。第２範囲は、４００ｎｍよりも長く６５０ｎｍよりも短い。第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２において、第１範囲の波長の光に対する透過率は、第２範囲の波長の光に対する透過率の１０倍よりも大きい。第１層５１において、第２範囲の波長の光に対する透過率は、第１範囲の波長の光に対する透過率の１０倍よりも大きい。第１波長の光に対して、第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２の透過率は、第１層５１の透過率の１０倍以上である。
又は、第１層５１は、金属を含んでも良い。これにより、第１層５１の反射率を高め、第２領域２０に入射する光の量を効果的に低減できる。例えば、第１層５１は、銅及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。第１層５１は、金属を含む層と、樹脂を含む層と、が積層されても良い。樹脂を含む層は、金属を含む層の上に設けられる。
第１電極７１、第２電極７２、及び導電部７３は、金属を含む。第１電極７１、第２電極７２、及び導電部７３は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、金、及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）、図８（ａ）、及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を表す模式的断面図である。
図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）、図８（ａ）、及び図８（ｂ）のそれぞれの左側の図は、図２に示すIII－III断面における製造工程を表す。それぞれの右側の図は、図１に示すV－V断面における製造工程を表す。
図６（ａ）に示すように、第１半導体層１、第２半導体層２、第１領域１０、第２領域２０、絶縁領域３０、クエンチ部３５、絶縁層３６、各コンタクトプラグ、及び各配線が形成された構造体ＳＴを用意する。構造体ＳＴは、公知の製造方法により製造される。
図６（ｂ）に示すように、絶縁層３６の一部の上に、レンズ５２を形成する。レンズ５２は、第１領域１０の上に位置する。図７（ａ）に示すように、絶縁層３６の別の一部の上に、接着剤として第１層５１を形成する。第１層５１は、第２領域２０の上に位置する。第１層５１は、レンズ５２が設けられた位置以外に形成される。
第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２が設けられた第１部材６０を用意する。第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２は、第１部材６０の上面及び下面にそれぞれ設けられる。図７（ｂ）に示すように、第１層５１を介して、構造体ＳＴに第１部材６０を貼り合わせる。第１部材６０を貼り合わせることで、構造体ＳＴの強度が向上する。また、構造体ＳＴのハンドリングが容易となる。
第２半導体層２の下に部分的に絶縁層７５を形成する。第１半導体層１の一部、第２半導体層２の一部、第２絶縁領域３２の一部、絶縁層３６の一部、及び絶縁層７５の一部を除去し、構造体ＳＴの裏面に開口を形成する。絶縁層７５及び開口の形成前に、第２半導体層２の厚さを小さくしても良い。これにより、開口の形成が容易となる。構造体ＳＴに設けられた配線が、開口を通して露出する。開口の数及び形状は、任意である。開口の側壁に沿って絶縁層７３ａを形成する。図８（ａ）に示すように、絶縁層７３ａの上に、開口を埋め込む導電部７３を形成する。
図８（ｂ）に示すように、第１電極７１及び第２電極７２を、第２半導体層２の下および導電部７３の下にそれぞれ形成する。以上の工程により、第１実施形態に係る光検出器１００が製造される。
第１実施形態の効果を説明する。
第１実施形態に係る光検出器１００は、第１領域１０及び第２領域２０を含む。第１領域１０は、フォトダイオードを構成する第１半導体領域１１及び第２半導体領域１２を含む。第２領域２０は、第３半導体領域２３及び第４半導体領域２４を含む。第２領域２０には、第１領域１０と電気的に接続される回路素子が設けられる。第１領域１０及び第２領域２０は、第１半導体層１の上に設けられる。第１領域１０及び第２領域２０を、同じ第１半導体層１の上に設けることで、光検出器１００の性能を向上できる。例えば、第１領域１０と第２領域２０とを接続する配線の長さを短くでき、ＳＮ比を向上できる。
光検出器１００は、第１層５１をさらに含む。第１層５１は、光を吸収又は反射する樹脂を含む。又は、第１層５１は、金属を含む。第１層５１は、第２領域２０の上に設けられる。第２領域２０の上に第１層５１が設けられることで、第２領域２０に入射する光量を低減できる。これにより、第２領域２０に設けられる回路素子の誤動作を抑制できる。光検出器１００の信頼性を向上できる。
また、光検出器１００は、第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２を含む。これらのフィルタ層は、光を吸収又は反射し、第２領域２０の上に設けられる。第２領域２０の上に第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２が設けられることで、第２領域２０に入射する光量を低減できる。
光検出器１００は、第１層５１、第１フィルタ層６１、及び第２フィルタ層６２の１つのみを含んでも良い。第１層５１、第１フィルタ層６１、及び第２フィルタ層６２のいずれかが第２領域２０の上に設けられることで、第２領域２０に入射する光量を低減できる。
好ましくは、光検出器１００は、第１層５１と、第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２の少なくとも一方と、を含む。これにより、第２領域２０に入射する光量をより大きく低減できる。
第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２の一方のみが設けられても良い。好ましくは、光検出器１００は、第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２の両方を含む。第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２の両方を設けることで、第１部材６０の上方及び下方で生じる応力の差を小さくできる。これにより、第１部材６０の反りを小さくできる。例えば、光検出器１００の反りを小さくできる。光検出器１００において、クラック等が発生することを抑制し、光検出器１００の信頼性を向上できる。
第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２は、第１領域１０の上にも設けられることが好ましい。第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２を設けることで、主に第１範囲の波長の光を第１領域１０に入射させることができる。これにより、第１範囲の波長の光に対する光検出器１００の感度を向上できる。
例えば図２に示すように、第２領域２０の一部は、Ｙ方向において第１領域１０同士の間に設けられる。Ｚ方向から見たとき、第１層５１の一部は、第２領域２０の当該一部と重なる。第１層５１の当該一部のＹ方向における長さは、第２領域２０の当該一部のＹ方向における長さよりも長いことが好ましい。これにより、第２領域２０へ入射する光量を効果的に低減できる。
好ましくは、Ｚ方向から見たとき、第２領域２０の全体が、第１層５１と重なる。これにより、第２領域２０へ入射する光量をさらに低減できる。
光検出器１００は、レンズ５２を含む。レンズ５２により、光検出器１００に入射した光を、第１領域１０に向けて収束できる。これにより、光検出器１００の感度を向上できる。
光検出器１００は、導電部７３を含む。導電部７３を設けることで、第１領域１０及び第２領域２０の上方に、電極やボンディングワイヤなどを設ける必要が無い。これにより、電極やボンディングワイヤなどによって、第１領域１０に入射する光が遮られることを抑制できる。光検出器１００の感度を向上できる。
また、第１部材６０を設けることで、導電部７３を形成する際に、第１半導体層１、第１領域１０、及び第２領域２０等を含む構造体の強度を向上できる。これにより、導電部７３を形成する際に、構造体の破損を抑制でき、光検出器１００の歩留まりを向上できる。
［第２実施形態］
図９は、第２実施形態に係る光検出器の一部を表す模式的断面図である。
図９に示す第２実施形態に係る光検出器２００は、光検出器１００と比較して、第１層５１及び第１部材６０を含まない。光検出器２００は、第１フィルタ層６１及び第２フィルタ層６２に代えて、フィルタ層６５を含む。
フィルタ層６５は、絶縁層３６の上に設けられる。フィルタ層６５は、第１領域１０及び第２領域２０の上に設けられ、光を吸収又は反射する。レンズ５２は、フィルタ層６５の上に設けられる。例えば、フィルタ層６５において、第１範囲の波長の光に対する透過率は、第２範囲の波長の光に対する透過率よりも高い。
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、第２領域２０の上に、光を吸収又は反射するフィルタ層６５が設けられる。フィルタ層６５が設けられることで、第２領域２０に入射する光量を低減できる。これにより、第２領域２０に設けられる回路素子の誤動作を抑制でき、光検出器１００の信頼性を向上できる。
［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。
この実施形態は、ライン光源、レンズと構成され長距離被写体検知システム（ＬＩＤＡＲ）などに応用できる。ライダー装置５００１は、対象物４１１に対してレーザ光を投光する投光ユニットＴと、対象物４１１からのレーザ光を受光しレーザ光が対象物４１１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する受光ユニットＲ（光検出システムともいう）と、を備えている。
投光ユニットＴにおいて、レーザ光発振器（光源ともいう）４０４はレーザ光を発振する。駆動回路４０３は、レーザ光発振器４０４を駆動する。光学系４０５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４０６を介して対象物４１１に照射する。ミラーコントローラ４０２は、ミラー４０６を制御して対象物４１１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Ｒにおいて、参照光用光検出器４０９は、光学系４０５によって取り出された参照光を検出する。光検出器４１０は、対象物４１１からの反射光を受光する。距離計測回路４０８は、参照光用光検出器４０９で検出された参照光と光検出器４１０で検出された反射光に基づいて、対象物４１１までの距離を計測する。画像認識システム４０７は、距離計測回路４０８で計測された結果に基づいて、対象物４１１を認識する。
ライダー装置５００１は、レーザ光が対象物４１１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）を採用している。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４１０として上述した実施形態の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１１は、ライダー装置の検出対象の検出を説明するための図である。
光源３０００は、検出対象となる物体６００に光４１２を発する。光検出器３００１は、物体６００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、上述した本実施形態に係る光検出器を用いると、高感度な検出を実現できる。なお、光検出器４１０および光源４０４のセットを複数設け、その配置関係を前もってソフトウェア（回路でも代替可）に設定しておくことが好ましい。光検出器４１０および光源４０４のセットの配置関係は、例えば、等間隔で設けられることが好ましい。それにより、各々の光検出器４１０の出力信号を補完しあうことにより、正確な三次元画像を生成することができる。
図１２は、第３実施形態に係るライダー装置を備えた車の上面略図である。
本実施形態に係る車両７００は、車体７１０の４つの隅にライダー装置５００１を備えている。本実施形態に係る車両は、車体の４つの隅にライダー装置を備えることで、車両の全方向の環境をライダー装置によって検出することができる。
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、ＳＣＭ（走査型静電容量顕微鏡）を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいとみなせる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、ＳＣＭを用いて確認することができる。また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により測定することが可能である。
以上で説明した各実施形態によれば、光検出器の信頼性を向上できる。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光検出器に含まれる第１半導体層、第２半導体層、第１領域、第２領域、絶縁領域、クエンチ部、絶縁層、第１層、レンズ、第１部材、フィルタ層、電極、導電部、コンタクトプラグ、配線などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１：第１半導体層、 ２：第２半導体層、 １０：第１領域、 １１：第１半導体領域、 １２：第２半導体領域、 ２０：第２領域、 ２３：第３半導体領域、 ２４：第４半導体領域、 ２４ａ：半導体領域、 ２４ｂ：半導体領域、 ２４ｇ：電極、 ２４ｗ１～２４ｗ４：配線、 ２５，２６：半導体領域、 ３０：絶縁領域、 ３１：第１絶縁領域、 ３２：第２絶縁領域、 ３５：クエンチ部、 ３５ａ：配線、 ３６：絶縁層、 ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ：配線、 ５１：第１層、 ５２：レンズ、 ６０：第１部材、 ６１：第１フィルタ層、 ６２：第２フィルタ層、 ７１：第１電極、 ７２：第２電極、 ７３：導電部、 ７３ａ：絶縁層、 １００：光検出器、 ４０２：ミラーコントローラ、 ４０３：駆動回路、 ４０４：レーザ光発振器、 ４０５：光学系、 ４０６：ミラー、 ４０７：画像認識システム、 ４０８：距離計測回路、 ４０９：参照光用光検出器、 ４１０：光検出器、 ４１１：対象物、 ４１２，４１３：光、 ６００：物体、 ７００：車両、 ７１０：車体、 ３０００：光源、 ３００１：光検出器、 ５００１：ライダー装置、 Ｒ：受光ユニット、 ＳＴ：構造体、 Ｔ：投光ユニット、 Ｔｒ：トランジスタ

Claims (15)

  1. 第１導電形の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の一部の上に設けられた第１領域であって、
    前記第１半導体層よりも高い第１導電形の不純物濃度を有する第１導電形の第１半導体領域と、
    前記第１半導体領域の上に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、
    を含む、前記第１領域と、
    前記第２半導体領域と電気的に接続されたクエンチ部と、
    前記第１半導体層の別の一部の上に設けられた第２領域であって、
    第２導電形の第３半導体領域と、
    前記第３半導体領域の一部の上に設けられた第１導電形の第４半導体領域と、
    を含む、前記第２領域と、
    前記第２領域の上に設けられ、光を吸収又は反射する樹脂を含む第１層と、
    前記第１層の上に設けられた光透過性の第１部材と、
    前記第１部材の上又は前記第１層と前記第１部材との間に設けられ、光を吸収又は反射するフィルタ層と、
    を備え、
    前記第１層において、第１範囲の波長の光に対する透過率は、第２範囲の波長の光に対する透過率よりも低く、
    前記フィルタ層において、前記第１範囲の波長の光に対する透過率は、前記第２範囲の波長の光に対する透過率よりも高い、光検出器。
  2. 第１導電形の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の一部の上に設けられた第１領域であって、
    前記第１半導体層よりも高い第１導電形の不純物濃度を有する第１導電形の第１半導体領域と、
    前記第１半導体領域の上に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、
    を含む、前記第１領域と、
    前記第２半導体領域と電気的に接続されたクエンチ部と、
    前記第１半導体層の別の一部の上に設けられた第２領域であって、
    第２導電形の第３半導体領域と、
    前記第３半導体領域の一部の上に設けられた第１導電形の第４半導体領域と、
    を含む、前記第２領域と、
    前記第２領域の上に設けられ、光を吸収又は反射する樹脂を含む第１層と、
    前記第１層の上に設けられた光透過性の第１部材と、
    前記第１部材の上又は前記第１層と前記第１部材との間に設けられ、光を吸収又は反射するフィルタ層と、
    を備え、
    複数の前記第１領域が、前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に交差する第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に沿う面と交差する第３方向と、に沿って設けられ、
    別の複数の前記第１領域が、前記第２方向と前記第３方向とに沿って設けられ、
    前記複数の第１領域と、前記別の複数の第１領域と、は前記第３方向において互いに離れ、
    前記第２領域は、前記第３方向において、前記複数の第１領域と、前記別の複数の第１領域と、の間に設けられ、
    前記第１層において、第１範囲の波長の光に対する透過率は、第２範囲の波長の光に対する透過率よりも低く、
    前記フィルタ層において、前記第１範囲の波長の光に対する透過率は、前記第２範囲の波長の光に対する透過率よりも高い、光検出器。
  3. 第１導電形の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の一部の上に設けられた第１領域であって、
    前記第１半導体層よりも高い第１導電形の不純物濃度を有する第１導電形の第１半導体領域と、
    前記第１半導体領域の上に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、
    を含む、前記第１領域と、
    前記第２半導体領域と電気的に接続されたクエンチ部と、
    前記第１半導体層の別の一部の上に設けられた第２領域であって、
    第２導電形の第３半導体領域と、
    前記第３半導体領域の一部の上に設けられた第１導電形の第４半導体領域と、
    を含む、前記第２領域と、
    前記第２領域の上に設けられ、光を吸収又は反射する樹脂を含む第１層と、
    前記第１層の上に設けられた光透過性の第１部材と、
    前記第１部材の上に設けられた第１フィルタ層と、
    前記第１層と前記第１部材との間に設けられた第２フィルタ層と、
    を備え、
    複数の前記第１領域が、前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に交差する第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に沿う面と交差する第３方向と、に沿って設けられ、
    別の複数の前記第１領域が、前記第２方向と前記第３方向とに沿って設けられ、
    前記複数の第１領域と、前記別の複数の第１領域と、は前記第３方向において互いに離れ、
    前記第２領域は、前記第３方向において、前記複数の第１領域と、前記別の複数の第１領域と、の間に設けられ、
    前記第１層において、第１範囲の波長の光に対する透過率は、第２範囲の波長の光に対する透過率よりも低く、
    前記第１フィルタ層及び前記第２フィルタ層のそれぞれにおいて、前記第１範囲の波長の光に対する透過率は、前記第２範囲の波長の光に対する透過率よりも高い、光検出器。
  4. 前記第１領域と前記第１部材との間に設けられ、上面が凸状に湾曲したレンズをさらに備えた請求項１～３のいずれか１つに記載の光検出器。
  5. 前記レンズは、マイクロレンズ又はレンチキュラーレンズである請求項４記載の光検出器。
  6. 前記第１半導体層の下に設けられた第１電極と、
    絶縁層を介して前記第１半導体層に囲まれた導電部と、
    前記導電部の下に設けられ、前記第１電極から離れた第２電極と、
    をさらに備えた請求項１～５のいずれか１つに記載の光検出器。
  7. 前記導電部は、前記第２半導体領域と電気的に接続された、請求項６記載の光検出器。
  8. 前記第１領域は、前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に交差する第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に沿う面と交差する第３方向と、において複数設けられ、
    前記第２領域の少なくとも一部は、隣り合う前記第１領域同士の間に設けられた請求項１に記載の光検出器。
  9. 前記第２方向及び前記第３方向において、複数の前記第１領域の周りに設けられた絶縁領域をさらに備えた請求項８記載の光検出器。
  10. 複数の前記第１領域を含むセルアレイ部と、
    前記第２領域を含む制御回路部と、
    を備えた請求項１～９のいずれか１つに記載の光検出器。
  11. 前記第１領域は、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードを含む請求項１～１０のいずれか１つに記載の光検出器。
  12. 請求項１～１１のいずれか１つに記載の光検出器と、
    前記光検出器の出力信号から光の飛行時間を算出する距離計測回路と、
    を備えた光検出システム。
  13. 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１２記載の光検出システムと、
    を備えたライダー装置。
  14. 前記光源と前記光検出器の配置関係に基づいて、三次元画像を生成する画像認識システムをさらに備える請求項１３記載のライダー装置。
  15. 請求項１３又は１４に記載のライダー装置を備えた車。
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