JP7799488B2 - 光電変換装置、光電変換システム、および機器 - Google Patents

光電変換装置、光電変換システム、および機器

Info

Publication number
JP7799488B2
JP7799488B2 JP2022000023A JP2022000023A JP7799488B2 JP 7799488 B2 JP7799488 B2 JP 7799488B2 JP 2022000023 A JP2022000023 A JP 2022000023A JP 2022000023 A JP2022000023 A JP 2022000023A JP 7799488 B2 JP7799488 B2 JP 7799488B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor region
photoelectric conversion
conversion device
conductivity type
avalanche photodiode
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.)
Active
Application number
JP2022000023A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023099395A (ja
Inventor
寛 関根
和浩 森本
旬史 岩田
愛満 アブデルガファ
宏之 土屋
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 JP2022000023A priority Critical patent/JP7799488B2/ja
Priority to US18/147,079 priority patent/US12408446B2/en
Publication of JP2023099395A publication Critical patent/JP2023099395A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7799488B2 publication Critical patent/JP7799488B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/014—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of CMOS image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/199—Back-illuminated image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H10F39/8033—Photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H10F39/8037—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements the integrated elements comprising a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/807—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/809—Constructional details of image sensors of hybrid image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/811—Interconnections

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

本発明は、光電変換装置、光電変換システム、およびそれを備えた機器に関する。
アバランシェ（電子なだれ）増倍を利用し、単一光子レベルの微弱光を検出可能なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を光電変換装置が知られている。ＡＰＤでは、Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域とを接合して高電界領域（アバランシェ増倍部）が形成される。
特開２０１８－２０１００５号公報
特許文献１には、シリコン酸化膜による分離構造をアバランシェ増倍部を取り囲むように配置しているＡＰＤが開示されている。このような分離構造は、隣接する画素間のクロストークの低減に効果が期待できる。
しかしながら、画素サイズの微細化により分離構造とアバランシェ増倍部とが近接すると、両者の間に局所的な高電界が作用したときにダークカウントレート（ＤＣＲ）が増大する可能性がある。また、分離構造自体は不感領域である（つまり、分離構造内で発生した電荷はアバランシェ増倍部に集まらず、検知されない。）ため、ＡＰＤに比して分離構造の占める領域が大きくなるほど、感度の低下につながるという問題もある。とはいえ、分離構造をいたずらに細く（薄く）すると、分離構造とアノードの間の電気的な接続が悪くなるという別の問題が生じ得る。
それゆえ、高精細な光電変換装置においては、画素間の分離性能を維持しつつ、ＤＣＲの抑制や感度低下の抑制を図ることが課題であった。
本開示は、
信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域をそれぞれが有する第１のアバランシェフォトダイオードおよび第２のアバランシェフォトダイオードと、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードの間に配置される分離部であって、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２半導体領域を含む分離部と、
アノード配線のコンタクトプラグと前記分離部の前記第２半導体領域との間を電気的に接続する接続部と、を備え、
前記接続部は、
前記アノード配線のコンタクトプラグと接続される前記第２導電型の第３半導体領域と、
前記第３半導体領域と前記第２半導体領域との間に配置される前記第２導電型の第４半導体領域と、を有し、
前記第３半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度よりも高く、
前記第４半導体領域の不純物濃度は、前記第３半導体領域の不純物濃度よりも低く、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードが並ぶ方向である第１方向に関して、前記分離部の幅は、前記接続部の幅よりも小さく、
前記第４半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度と同じかそれよりも低い、
光電変換装置を含む。
本開示は、
信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域をそれぞれが有する第１のアバランシェフォトダイオードおよび第２のアバランシェフォトダイオードと、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードの間に配置される分離部であって、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２半導体領域を含む分離部と、
アノード配線のコンタクトプラグと前記分離部の前記第２半導体領域との間を電気的に接続する前記第２導電型の接続部と、
前記第１半導体領域よりも光の入射側に配置される前記第２導電型の第５半導体領域と、
前記第１半導体領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する前記第１導電型の半導体領域であるか、または、前記第５半導体領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する前記第２導電型の半導体領域からなる第６半導体領域と、を備え、
前記第１半導体領域と前記第５半導体領域とによりアバランシェ増倍部が形成されており、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードが並ぶ方向である第１方向に関して、前記分離部の幅は、前記接続部の幅よりも小さく、
前記第６半導体領域は、前記接続部と前記第５半導体領域の間にも配置されており、
前記第６半導体領域は、前記第１導電型の半導体領域であり、対角方向においては前記接続部まで延びており、対辺方向においては前記分離部まで延びている、
光電変換装置を含む。
本開示は、前記光電変換装置を備える光電変換システムおよび機器を含む。
本発明によれば、高精細な光電変換装置において、画素間の分離性能を維持しつつ、ＤＣＲの抑制と感度低下の抑制を図ることができる。
光電変換装置の概略図である。 光電変換装置のセンサ基板の概略図である。 光電変換装置の回路基板の概略図である。 光電変換装置の画素回路の構成例である。 光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。 実施例１に係る光電変換装置の平面図である。 実施例１に係る光電変換装置の対角方向の断面図である。 実施例１に係る光電変換装置の対辺方向の断面図である。 実施例１に係る光電変換装置の要部拡大図である。 実施例２に係る光電変換装置の平面図である。 実施例２に係る光電変換装置の対角方向の断面図である。 実施例２に係る光電変換装置の対辺方向の断面図である。 実施例３に係る光電変換装置の平面図である。 実施例４に係る光電変換装置の平面図である。 実施例４に係る光電変換装置の対角方向の断面図である。 実施例５に係る光電変換装置の対角方向と対辺方向の断面図である。 実施例６に係る光電変換装置の平面図である。 実施例６に係る光電変換装置の対角方向の断面図である。 実施例６に係る光電変換装置の対辺方向の断面図である。 実施例７に係る光電変換装置の平面図である。 実施例８に係る光電変換装置の断面図である。 実施例９に係る光電変換システムの模式図である。 実施例１０に係る光電変換システムの模式図である。 実施例１１に係る光電変換システムの模式図である。 実施例１２に係る光電変換システムの模式図である。 実施例１３に係る光電変換システムの模式図である。 実施例１４に係る光電変換システムの模式図である。
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。
半導体層は、第１面と、第１面とは反対側の面であり光が入射する第２面とを有する。本明細書において、深さ方向は、ＡＰＤが配される半導体層の第１面から第２面に向かう方向である。以下では、「第１面」を「表面」という場合があり、「第２面」を「裏面」という場合がある。半導体層内のある点又はある領域の「深さ」とは、その点又は領域の第１面（表面）からの距離を意味する。第１面からの距離（深さ）がｄ１である点（又は領域）Ｚ１と、第１面からの距離（深さ）がｄ２である点（又は領域）Ｚ２があり、ｄ１＞ｄ２のとき、「Ｚ１はＺ２より深い」又は「Ｚ２はＺ１より浅い」と表現することもある。また、第１面からの距離（深さ）がｄ３である点（又は領域）Ｚ３があり、ｄ１＞ｄ３＞ｄ２が成り立つとき、「Ｚ３は、Ｚ１とＺ２の間の深さにある」又は「Ｚ３は、深さ方向に関して、Ｚ１とＺ２の間にある」などと表現することもある。
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。
まず、各実施形態に共通する構成を図１から図５を用いて説明する。
図１は、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、第１部材１１と第２部材２１の２つの部材が積層され、且つ電気的に接続されることにより構成される。第１部材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配線構造体と、を有する。第２部材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配線構造体と、を有する。光電変換装置１００は、第２半導体層、第２配線構造体、第１配線構造体、第１半導体層の順に積層して構成される。光電変換装置１００は、第２面から光が入射し、第１面側に第２部材２１が配される、裏面照射型の光電変換装置である。なお、各実施形態・実施例に係る発明は、表面照射型の構造を有する光電変換装置に適用することも可能であり、積層型ではなく単層からなる光電変換装置にも適用することができる。
以下では、第１部材１１と第２部材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、各部材はウエハであってもよい。また、各部材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、ウエハ状態からチップ化した後に第１部材チップと第２部材チップを接合してもよい。
第１部材１１には、センサ機能をもつ画素領域１２が配される。したがって、第１部材１１は、センサ部材、センサ基板、センサチップなどと呼んでもよい。第２部材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。第２部材２１は、回路部材、回路基板、回路チップなどと呼んでもよい。
図２は、第１部材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（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。ここで、図２における左右の方向を「行方向」、「水平方向」、「ｘ方向」などと表現し、図２における上下の方向を「列方向」、「垂直方向」、「ｙ方向」などと表現する。また、図２の紙面に対して垂直な方向を「深さ方向」、「ｚ方向」などと表現する。
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ものであってもよい。
図３は、第２部材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、駆動線１１６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、駆動線１１６を介して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。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、第１部材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、読み出し回路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、第１部材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、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、読み出し回路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４において、ＡＰＤ２０１を有する光電変換素子１０２は、第１部材１１に設けられており、その他の部材は、第２部材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、アノードとカソードの間の電位差が降伏電圧より大きい状態で動作させるガイガーモードと、アノードとカソードの間の電位差が降伏電圧近傍もしくはそれ以下の状態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をシングルフォトンアバランシェダイオード（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３の垂直走査回路部１１０から駆動線２１３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５Ａ及び図５Ｂは、ＡＰＤの動作と出力信号との関係を模式的に示している。図５Ａ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５Ｂの上段はｎｏｄｅＡの波形変化を、下段は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、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、読み出し回路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が行方向に延びて配され、信号線１１３の延びる先に読み出し回路１１２が配されていてもよい。
以下では、各実施例の光電変換装置について説明する。
（実施例１）
図６、図７、図８は、実施例１に係る光電変換装置の第１部材１１（センサ基板）の構造を示している。図６は、画素領域の構成を示す平面図であり、第１部材１１の半導体層３００を第１面側から視た様子を模式的に示している。図７は、図６のＡ－Ａ線（対角方向）における断面図であり、図８は、図６のＢ－Ｂ線（対辺方向）における断面図である。
図６に示すように、半導体層３００には、行方向（図６の左右方向）と列方向（図６の上下方向）の２次元アレイ状に複数のＡＰＤ２０１が配置されている。図６では、図示の便宜から３行×３列の９個のＡＰＤ２０１のみ描かれているが、実際の製品では、例えば、数十万から数百万個のＡＰＤ２０１が形成される。１つのＡＰＤ２０１が１つの画素に対応する。
半導体層３００には、隣接するＡＰＤ２０１，２０１の間のクロストークを低減するための分離構造である分離部３３０が設けられる。分離部３３０は、行方向に延びる複数の行方向分離部３３０Ｘと列方向に延びる複数の列方向分離部３３０Ｙにより格子状に形成されている。この格子状の分離部３３０によって区分けされた区画のそれぞれにＡＰＤ２０１が配置される。本実施例では、１つの画素に対応する区画は、平面視で略正方形の形状を呈する。区画の境界は、例えば分離部３３０に重なるように設けられる。配線構造体３２０に形成されたカソード配線のコンタクトプラグ３２６は、画素（区画）の略中央に配置され、アノード配線のコンタクトプラグ３２４は、画素の四隅の位置に配置されている。すなわち、本実施例では、１つの画素に対し、アノードのコンタクトプラグ３２４が４つ設けられている。
図７および図８に示すように、第１部材１１（センサ基板）は、半導体層３００と配線構造体３２０とが積層された構造である。半導体層３００の配線構造体３２０側の面を第１面、第１面とは反対側の面を第２面と呼ぶ。半導体層３００は例えばシリコンからなる。半導体層３００の第２面上には、固定電荷膜３１０、絶縁膜３１１、平坦化膜３１２などが順に積層され、さらにその上方に各画素に対応するマイクロレンズ３１３が設けられている。すなわち、本実施例の光電変換装置は、第２面側から半導体層３００に光が入射する、いわゆる裏面照射型の構造を有する。第２面を光入射面と呼ぶこともある。また、光入射面に対して、次のような構造を適用することができる。例えば、光入射面である第２面に少なくとも１以上の凹部あるいは凸部といった凹凸構造を配置させる。凹凸構造は、半導体層３００を構成するシリコンと他の部材によって構成させる。例えば、半導体層３００に設けられた凹部に、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜などの絶縁体が配置される。第２面に対して平行でない屈折率差のある界面が形成される。このような構成によって、入射光が回折するため、赤外の領域の光に対する感度を向上させることができる。
固定電荷膜３１０は、負の固定電荷を有する誘電体からなり、半導体層３００の第２面全体に配置される。固定電荷膜３１０の材料は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ルテニウムから選択され、中
でも、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムであることが好ましい。固定電荷膜３１０は複数の層からなる構成であってもよい。絶縁膜３１１は固定電荷膜３１０の上に、第２面全体に配置される。絶縁膜３１１は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜を好適に用いることができる。絶縁膜３１１は複数の層からなる構成であってもよい。なお、図示していないが、半導体層３００の第２面側には、平坦化膜３１２に加え、カラーフィルタや赤外光カットフィルタなどのフィルタ層を設けてもよい。
配線構造体３２０は、絶縁層３２９内に、複数層の配線３２１、３２２、３２３、配線間を接続するビアプラグ３２５、３２７、アノード配線のコンタクトプラグ３２４、カソード配線のコンタクトプラグ３２６などが配置された構造体である。配線構造体３２０の下側（半導体層３００とは反対側）の面は第２部材２１との接合面であり、接合面上には複数の接合部３２８が設けられている。
半導体層３００は、第１半導体領域３０１、第２半導体領域３０２、第３半導体領域３０３、第４半導体領域３０４、第５半導体領域３０５、第６半導体領域３０６、第７半導体領域３０７、第８半導体領域３０８、第９半導体領域３０９を有する。各半導体領域は、イオン注入により不純物が添加された領域、または半導体基板の作製・エピタキシャル成長時に不純物が付加された領域である。ここで、第１半導体領域３０１、第６半導体領域３０６、第７半導体領域３０７、および、第８半導体領域３０８が、第１導電型（本実施例ではＮ型）の半導体領域である。第２半導体領域３０２、第３半導体領域３０３、第４半導体領域３０４、第５半導体領域３０５、および、第９半導体領域３０９が、第２導電型（本実施例ではＰ型）の半導体領域である。
第１半導体領域３０１は、第１導電型（本実施例ではＮ型）の半導体領域であって、半導体層３００の第１面に設けられている。本実施例の第１半導体領域３０１は、図６に示すように、平面視において、画素（区画）の中央部に円形状に形成されている。第１半導体領域３０１の中心位置にカソードのコンタクトプラグ３２６が接続している。
第５半導体領域３０５は、第２導電型（本実施例ではＰ型）の半導体領域であって、第１半導体領域３０１よりも光の入射側（第２面に近い側）に配置されている。第５半導体領域３０５は、１つの画素（区画）における第１導電型のエピタキシャル層を上下に分けるように、所定の深さに層状に形成されている。第５半導体領域３０５の周縁は画素を取り囲む分離部３３０に接している。第５半導体領域３０５よりも第１面側にある第１導電型のエピタキシャル層が第６半導体領域３０６であり、第２面側にある第１導電型のエピタキシャル層が第８半導体領域３０８である。
第１導電型の第１半導体領域３０１と第２導電型の第５半導体領域３０５は、ＰＮ接合により、アバランシェ増倍部ＡＭを形成する。光電変換によって第８半導体領域３０８内に発生した信号電荷は、アバランシェ増倍部ＡＭに収集される。ＡＰＤ２０１の感度を向上するためには、感度領域に相当する第８半導体領域３０８のサイズを大きくすることが好ましい。
第７半導体領域３０７は、第１半導体領域３０１の周囲に形成された第１導電型の半導体領域である。第７半導体領域３０７も、平面視において、円形状に形成されている。ここで、第１半導体領域３０１、第７半導体領域３０７、および、第６半導体領域３０６の不純物濃度は、

第１半導体領域３０１＞第７半導体領域３０７＞第６半導体領域３０６

の関係を満たすように設定されている。すなわち、第１半導体領域３０１の不純物濃度が
最も高く、第７半導体領域３０７の不純物濃度が第１半導体領域３０７と第６半導体領域３０６の間の濃度となるように設定されている。これにより、カソードと第１半導体領域３０１（つまりＡＰＤ２０１）との電気的な接続を確保することができる。また、第７半導体領域３０７は電界緩和のためのガードリングの役割を果たす。
第９半導体領域３０９は、半導体層３００の第２面の全体に設けられた第２導電型の埋め込み層である。第９半導体領域３０９は、第２面側からのノイズを抑制する役割を担う。また、第９半導体領域３０９には、第２半導体領域３０２を介してアノード配線からの電圧ＶＬが供給されうる。この場合には、電荷を収集させるためのポテンシャル勾配を形成することができる。
本実施例の分離部３３０は、第２導電型の第２半導体領域３０２により形成され、ポテンシャル障壁によって画素間の電子の移動を抑制する。図８に示すように、第２半導体領域３０２は、第１面からの深さ方向で考えたときに、所定の深さＤ１の位置から第９半導体領域３０９に接する位置まで設けられている。第２半導体領域３０２を深さＤ１の位置までにとどめ第１面に露出しないようにしたことにより、第１面近傍で発生した電荷（ノイズ）が第２導電型の半導体領域を伝って感度領域へ進入してしまうことを防止することができる。ここで、深さＤ１（第２半導体領域３０２の第１面側の端部の位置）は、第５半導体領域３０５よりも浅い位置である。言い換えると、分離部３３０の第２半導体領域３０２は、少なくとも、感度領域である第８半導体領域３０８とアバランシェ増倍部ＡＭを形成する第５半導体領域３０５について、隣接画素の間を分離するように配されるとよい。第２半導体領域３０２は、少なくとも複数のアバランシェ増倍部ＡＭの間に位置するともいえる。
半導体層３００の第１面には、アノード配線のコンタクトプラグ３２４と分離部３３０の第２半導体領域３０２との間を電気的に接続するための接続部（３０３，３０４）が設けられている。本実施例の接続部は、コンタクトプラグ３２４と接続される第３半導体領域３０３と、この第３半導体領域３０３と第２半導体領域３０２との間に配置される第４半導体領域３０４とで構成されている。第２半導体領域３０２、第３半導体領域３０３、第４半導体領域３０４はいずれも第２導電型（本実施例ではＰ型）であり、その不純物濃度は、

第３半導体領域３０３＞第２半導体領域３０２
第３半導体領域３０３＞第４半導体領域３０４

の関係を満たすように設定される。すなわち、第３半導体領域３０３の不純物濃度が最も高い。具体的には、第３半導体領域３０３の不純物濃度は、第２半導体領域３０２や第４半導体領域３０４の不純物濃度に比べ、１ケタ以上高いとよい。これにより、アノード配線のコンタクトプラグ３２４と第３半導体領域３０３との安定的なオーミック接合が実現できる。また、第４半導体領域３０４の不純物濃度を低くすることで、第４半導体領域３０４の深さにポテンシャルの谷を形成することができ、コンタクトプラグ３２４上で発生した電荷（ノイズ）が感度領域に進入することを抑制できる（詳細は後述）。
第２半導体領域３０２と第４半導体領域３０４の不純物濃度の関係は任意であるが、第４半導体領域３０４の不純物濃度を第２半導体領域３０２の不純物濃度と同じかそれより低い値に設定することが好適である。すなわち、

第３半導体領域３０３≫第２半導体領域３０２≧第４半導体領域３０４

の関係を満たすことが好ましい。例えば、第３半導体領域３０３の不純物濃度は１．０Ｅ
１９［ａｔｍｓ／ｃｍ３］のオーダー、第２半導体領域３０２と第４半導体領域３０４の不純物濃度は１．０Ｅ１７～１．０Ｅ１８［ａｔｍｓ／ｃｍ３］のオーダーに設定するとよい。
図６に示すように、接続部（３０３，３０４）は、行方向分離部３３０Ｘと列方向分離部３３０Ｙとの交差部に対応した位置に配置されている。接続部（第３半導体領域３０３）以外の領域では、第２導電型の半導体領域は第１面上に露出していない。
アノード配線のコンタクトプラグ３２４は、平面視において、１つの画素の区画の四隅に、分離部３３０の交差部から所定の距離だけ離れた位置に配置される。そして、第３半導体領域３０３は、１つの交差部の周りに配置された４つのコンタクトプラグ３２４と物理的かつ電気的な接続をとるために、４つのコンタクトプラグ３２４の外接矩形よりもひとまわり大きなフットプリントを有する。本実施例の第３半導体領域３０３のフットプリント形状（第１面に投影したときの平面形状）は略正方形である。
図６の平面視において、対角方向（第１方向）に並ぶ２つのＡＰＤ２０１は、分離部３３０の交差部および第３半導体領域３０３を間に挟んで、対称な位置にある。図６および図７に示すように、この第１方向に関する幅を比べたときに、分離部３３０（交差部）の幅Ｗ１が第３半導体領域３０３（接続部）の幅Ｗ２よりも小さくなるように、分離部３３０および第３半導体領域３０３のサイズが設定されている。
このような構成によれば、平面視における分離部３３０の幅を可及的に小さくできるため、画素サイズを微細化した場合であっても、分離部３３０とアバランシェ増倍部ＡＭの間の距離を十分に確保することができる。したがって、画素間の分離性能を維持したまま、画素の微細化（高精細化）とＤＣＲの抑制の両立を図ることができる。また、不感領域となる分離部３３０の幅を小さくすることで、感度領域のサイズを相対的に大きくし、画素の開口率を高めることができる。したがって、光電変換装置の感度の向上を図ることもできる。一方で、分離部３３０とアノード配線を接続するための第３半導体領域３０３に関しては、分離部３３０に比べて幅広に形成するとともに、分離部３３０の第２半導体領域３０２よりも不純物濃度を高くしている。したがって、アノード配線との間に安定したオーミック接合を実現することが可能となる。
また、第４半導体領域３０４は第３半導体領域３０３と同一のフットプリントをもち、第４半導体領域３０４の第１方向の幅も第３半導体領域３０３の幅と同じＷ２である。このようにフットプリント形状を同一にすると、半導体層３００の製造時に、第３半導体領域３０３と第４半導体領域３０４を同じマスクを用いて作製することができるため、製造が容易になるという利点がある。ただし、第３半導体領域３０３と第４半導体領域３０４のフットプリント形状や幅を同一にすることは必須ではなく、第４半導体領域３０４のフットプリントや幅を第３半導体領域３０３のものより小さくしてもよい。例えば、第４半導体領域３０４のフットプリントや幅を分離部３３０の交差部のものと一致させてもよい。
図９は、図７の要部拡大図であり、アノード配線のコンタクトプラグ３２４の直上における半導体領域の層構造とそのポテンシャルを模式的に示している。コンタクトプラグ３２４の直上（図９の一点鎖線）においては、第１面から順に、第３半導体領域３０３、第４半導体領域３０４、第６半導体領域３０６、第５半導体領域３０５が配置されている。ここで、第３半導体領域３０３、第４半導体領域３０４、および第５半導体領域３０５は第２導電型（本実施例ではＰ型）であり、間に挟まれた第６半導体領域３０６は第１導電型（本実施例ではＮ型）である。さらに、第３半導体領域３０３と第４半導体領域３０４を比べたときに、第４半導体領域３０４の方が不純物濃度が１ケタ以上低い。そのため、
コンタクトプラグ３２４の直上領域では、第６半導体領域３０６の深さにおいてポテンシャルの谷が形成される。
この構成によれば、コンタクトプラグ３２４との接合部分で電荷３７０が発生したとしても、その電荷３７０はポテンシャルの谷を超えられず、図９の点線矢印で示すようにカソードへと捕集される。したがって、アノードの接合部分で発生した電荷（ノイズ）が感度領域である第８半導体領域３０８に進入することを抑制することができる。
以上述べた本実施例の構造を採用することにより、高精細かつ高性能な光電変換装置を提供することが可能となる。
なお、上記実施例では、第６半導体領域３０６を、第１半導体領域３０１の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第１導電型の半導体領域により形成しているが、第６半導体領域３０６の構成はこれに限られない。例えば、第６半導体領域３０６を、第５半導体領域３０５の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第２導電型の半導体領域により形成してもよい。この場合には、第１半導体領域３０１、第７半導体領域３０７、および、第６半導体領域３０６の第１導電型を構成するキャリア濃度は、

第１半導体領域３０１＞第７半導体領域３０７＞第６半導体領域３０６

の関係を満たすように設定されている。また、例えば、第６半導体領域３０６は中性領域であってもよい。同様に、第８半導体領域３０８は、第５半導体領域３０５の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第２導電型の半導体領域により形成されていてもよく、中性領域であってもよい。また、第８半導体領域３０８と第６半導体領域３０６が第１導電型であったとき、第８半導体領域３０８、および、第６半導体領域３０６の不純物濃度は、

第８半導体領域３０８＞第６半導体領域３０６

の関係を満たすように設定されていてもよい。
（実施例２）
図１０、図１１、図１２は、実施例２に係る光電変換装置の第１部材１１（センサ基板）の構造を示している。図１０は、画素領域の構成を示す平面図であり、第１部材１１の半導体層３００を第１面側から視た様子を模式的に示している。図１１は、図１０のＡ－Ａ線（対角方向）における断面図であり、図１２は、図１０のＢ－Ｂ線（対辺方向）における断面図である。実施例１と対応する部分には同一の符号を付している。以下、実施例１と異なる構成について説明する。
本実施例の分離部３３０は、絶縁体であるＤＴＩ（Ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）３３１と、ＤＴＩ３３１とＡＰＤ２０１の間に配置される第２半導体領域３０２と、を有して構成される。本実施例のＤＴＩ３３１は、絶縁膜３１１と、絶縁膜３１１と第２導電型の第２半導体領域３０２との間に配置される固定電荷膜３１０とから構成される。絶縁膜３１１は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜などが好適であり、固定電荷膜３１０は、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜などが好適である。例えば、ＤＴＩ３３１は、半導体層３００の第２面から第１面まで貫通する溝（トレンチ）を形成し、溝の内壁を固定電荷膜３１０で覆い、絶縁膜３１１を埋め込むことにより作製される。
かかる構成によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。加えて、Ｄ
ＴＩ３３１を設けたことにより画素間の分離性能をさらに高め、クロストークをより抑制できるものと期待できる。固定電荷膜３１０により、ホール蓄積領域が形成されるため、ＤＣＲやクロストークの抑制効果をさらに高めることができる。
また、本実施例の分離部３３０においては、図１２に示すように、第２半導体領域３０２が、第１面からの深さ方向で考えたときに、所定の深さＤ１の位置から第９半導体領域３０９に接する位置まで設けられている。すなわち、第２導電型の第２半導体領域３０２は第１面まで到達していない。したがって、接続部（３０３，３０４）が存在しない箇所では、ＤＴＩ３３１の第１面側の端部が第２導電型の半導体領域によって覆われておらず、第６半導体領域３０６と接した状態となっている。このような構造により、第１面近傍で発生した電荷（ノイズ）が第２導電型の半導体領域を伝って感度領域へ進入してしまうことを防止することができる。ここで、深さＤ１（第２半導体領域３０２の第１面側の端部の位置）は、第５半導体領域３０５よりも浅い位置である。
なお、本実施例では、ＤＴＩ３３１を第１面側まで貫通させているが、ＤＴＩ３３１を半導体層３００の途中の深さまで形成した構造でも構わない。例えば、ＤＴＩ３３１と第２半導体領域３０２の深さを同一にし、ＤＴＩ３３１の底部が接続部（３０３，３０４）に接する構造でもよい。また、ＤＴＩ３３１の内部に導体を埋め込んでもよい。
（実施例３）
図１３は、実施例３に係る光電変換装置の半導体層３００を第１面側から視た様子を模式的に示している。上述した実施例と対応する部分には同一の符号を付している。以下、上述した実施例と異なる構成について説明する。
実施例１および実施例２では、接続部が各ＡＰＤの区画の四隅に対応する４つの交差部（すなわち、格子状の分離部３３０の全ての交差部）に形成されていた。これに対し、実施例３では、アノード配線のコンタクトプラグ３２４および接続部を間引いている。具体的には、各ＡＰＤの区画の対角に対応する２つの交差部にのみコンタクトプラグ３２４と接続部（第３半導体領域３０３、第４半導体領域３０４）を配置している。
かかる構成によっても、上述した実施例と同様の作用効果を奏することができる。加えて、ノイズの発生源となり得るアノードとのコンタクト部分を減らしたことで、ＤＣＲをより低減することが可能となる。
また、本実施例では、行方向分離部３３０Ｘを挟んでコンタクトプラグ３２４の配置がミラー対称となり、かつ、列方向分離部３３０Ｙを挟んでコンタクトプラグ３２４の配置がミラー対称となるように、コンタクトプラグ３２４を間引いている。これにより、一つの交差部の周囲に４つのコンタクトプラグ３２４が集まる配置となるため、接続部のフットプリントの面積を実施例１、２のものと同等にできる。したがって、アノードとの安定したオーミック接合を実現することができる。また、接続部のフットプリントが小さくなると、マスク（レジスト）の形成が困難となるため製造歩留まりの低下が懸念されるところ、本実施例のような間引き方であればそのような問題は生じない。よって、画素の微細化において本実施例の構成は有利である。
（実施例４）
図１４、図１５は、実施例４に係る光電変換装置の第１部材１１（センサ基板）の構造を示している。図１４は、画素領域の構成を示す平面図であり、第１部材１１の半導体層３００を第１面側から視た様子を模式的に示している。図１５は、図１４のＡ－Ａ線（対角方向）における断面図である。上述した実施例と対応する部分には同一の符号を付している。以下、上述した実施例と異なる構成について説明する。
本実施例では、アノード配線のコンタクトプラグ３２４および接続部をさらに間引いている。具体的には、２行２列の４つのＡＰＤの区画からなるユニットの四隅に対応する位置にのみコンタクトプラグ３２４と接続部（第３半導体領域３０３、第４半導体領域３０４）を配置している。
かかる構成によっても、上述した実施例と同様の作用効果を奏することができる。加えて、ノイズの発生源となり得るアノードとのコンタクト部分をさらに減らしたことで、ＤＣＲをより一層低減することが可能となる。
また、本実施例では、行方向分離部３３０Ｘを挟んでコンタクトプラグ３２４の配置がミラー対称となり、かつ、列方向分離部３３０Ｙを挟んでコンタクトプラグ３２４の配置がミラー対称となるように、コンタクトプラグ３２４を間引いている。これにより、一つの交差部の周囲に４つのコンタクトプラグ３２４が集まる配置となるため、接続部のフットプリントの面積を実施例１、２のものと同等にできる。したがって、アノードとの安定したオーミック接合を実現することができる。また、接続部のフットプリントが小さくなると、マスク（レジスト）の形成が困難となるため製造歩留まりの低下が懸念されるところ、本実施例のような間引き方であればそのような問題は生じない。よって、画素の微細化において本実施例の構成は有利である。
本実施例の構成では、１画素の区画のなかの１つの隅にのみコンタクトプラグ３２４および接続部が存在する。そのため、上述した実施例と同じように区画の略中央にアバランシェ増倍部ＡＭを配置すると、アバランシェ増倍部ＡＭに非対称な電界が作用することとなり、好ましくない。そこで、２行２列の４つの区画それぞれの第１半導体領域３０１および第７半導体領域３０７を、この４つの区画からなるユニットの中心側に偏移した位置に配置するとよい。例えば、図１４に示すように、接続部（３０３）と第１半導体領域３０１の間の距離Ｌ２と、ユニットの中心側に存在する分離部３３０Ｘ，３３０Ｙと第１半導体領域３０１の間の距離Ｌ１とが、略等しくなる位置に、第１半導体領域３０１を配置するとよい。このような配置により、第１半導体領域３０１に局所的な高電界が作用する可能性を低減することができる。
（実施例５）
図１６Ａ、図１６Ｂは、実施例５に係る光電変換装置の第１部材１１（センサ基板）の構造を示している。図１６Ａは、半導体層３００の対角方向における断面図であり、図１６Ｂは、半導体層３００の対辺方向における断面図である。上述した実施例と対応する部分には同一の符号を付している。以下、上述した実施例と異なる構成について説明する。
本実施例では、アノード配線のコンタクトプラグ３２４と分離部３３０の第２半導体領域３０２との間を電気的に接続するための第２導電型の接続部が、第３半導体領域３０３のみで形成されている点が、上述した実施例と異なる。各半導体領域のサイズの相対関係や、不純物濃度の相対関係は、上述した実施例と同じように設定すればよい。かかる構成によっても、上述した実施例と同様の作用効果を奏することができる。
また、図１６Ａと図１６Ｂを比較すると分かるように、本実施例では、接続部である第３半導体領域３０３が配置されている位置における第２半導体領域３０２の深さＤ２に比べ、それ以外の位置における第２半導体領域３０２の深さＤ１が深い。このような構造により、接続部が配置されていない箇所では、第１面近傍で発生した電荷（ノイズ）が第２導電型の半導体領域を伝って感度領域へ進入してしまうことを防止することができる。
（実施例６）
図１７、図１８、図１９は、実施例６に係る光電変換装置の第１部材１１（センサ基板）の構造を示している。図１７は、画素領域の構成を示す平面図であり、第１部材１１の半導体層３００を第１面側から視た様子を模式的に示している。図１８は、図１７のＡ－Ａ線（対角方向）における断面図であり、図１９は、図１７のＢ－Ｂ線（対辺方向）における断面図である。上述した実施例と対応する部分には同一の符号を付している。以下、上述した実施例と異なる構成について説明する。
本実施例では、第１面上に配置された第１導電型の第１半導体領域３４１と、第１半導体領域３４１よりも第２面側に配置される第２導電型の第５半導体領域３４５とにより、アバランシェ増倍部ＡＭが形成されている。ガードリングとして作用する第１導電型の第７半導体領域３４７は、略円形の第１半導体領域３４１の周縁部を覆うようにリング状に形成されている。
第５半導体領域３４５よりも第２面側には第２導電型の半導体領域３４４が配置され、さらに半導体領域３４４の第２面側には第２導電型の第９半導体領域３０９が配置される。このとき、半導体領域３４４の不純物濃度よりも第９半導体領域３０９の不純物濃度が高くなるようにするとよい。そのような設定により、感度領域である半導体領域３４４で光電変換された電荷は、第２面側に抜けることなく、第１面側に配されるアバランシェ増倍部ＡＭに収集される。したがって、信号電荷を効率的に読み出すことが可能となる。
本実施例のＡＰＤ２０１においても、上述した実施例と同様の構造の分離部３３０および接続部を適用することによって、上述した実施例と同様の作用効果を奏することができる。
（実施例７）
図２０Ａ～図２０Ｃを参照して、接続部のフットプリント形状のバリエーションを説明する。
図２０Ａは、略正方形状の第３半導体領域３０３が、正方形の４つ角を４つのコンタクトプラグ３２４の位置に合わせるように配置された例である。図２０Ｂは、略正方形状の第３半導体領域３０３が、正方形の対角線が分離部３３０と重なるように配置された例である。図２０Ｃは、略円形状の第３半導体領域３０３により接続部を形成した例である。
アノードとの間の電気的な接続を確保するために、第３半導体領域３０３に設計上要求されるサイズ（幅）は予め決まる。例えば、図２０Ａ～図２０Ｃのコンタクトプラグ３２４の配置が同じであると仮定した場合、いずれの形状においても、第３半導体領域３０３の対角方向の幅をＷ以上とする必要がある。ここで、それぞれの形状における第３半導体領域３０３の面積を比べると、図２０Ａの形状の面積はＷ２／２、図２０Ｂの形状の面積はＷ２、図２０Ｃの形状の面積はπＷ２／４となり、図２０Ａの形状が最小面積でよいことがわかる。第３半導体領域３０３は暗電流の発生源となるため、その面積は小さい方が好ましい。したがって、面積を最小化する観点からは、図２０Ａの形状が好ましいといえる。
一方、図２０Ｂと図２０Ｃの形状は、画素の区画（開口）内に角部が存在しない、という利点がある。例えば、図２０Ａの形状のように角部３５０が存在すると、その角部３５０に局所的な高電界が作用する可能性がある。そのような電界集中を起こしづらいという観点からは、角部が存在しない図２０Ｂおよび図２０Ｃの形状が好ましいといえる。
なお、図２０Ａ～図２０Ｃの形状はあくまで一例であり、接続部（第３半導体領域３０３）の形状はこれらに限られない。
（実施例８）
図２１は、積層型の光電変換装置１００の構成例を示す断面図である。
第１部材１１（センサ基板）は、第１半導体層３００と第１配線構造体３２０を有している。第１半導体層３００には、上記各実施例に記載されたＡＰＤ２０１、分離部３３０、接続部（３０３，３０４）などが形成されている。第１部材１１には、第１面（光入射面）側から第１配線構造体３２０の中途まで到達する開口３６０が形成されており、開口３６０の底にパッド３６１が露出している。このパッド３６１は、外部装置との接続のために用いられるアルミニウム電極であり、例えば、不図示のボンディングワイヤーが設置される。
第２部材２１（回路基板）は、第２半導体層４２０と第２配線構造体４１０を有している。第２半導体層４２０には、複数の半導体素子を有する信号処理部４０２が形成されている。また、第２配線構造体４１０には、信号処理部４０２に関わる配線が４０１が形成されている。
第１部材１１と第２部材２１を、互いの配線構造体３２０、４１０が向き合うように積層することにより、光電変換装置１００が作製される。第１部材１１と第２部材２１の間の電気的な接続は、接合部３２８を介して行われる。
（実施例９）
実施例９による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、実施例９に関わ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。
上記実施例１～実施例８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。光電変換システムは、上記実施例に係る光電変換装置と、その光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、を少なくとも備える。このような光電変換システムを適用可能な機器の例としては、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、センサ、計測器などが挙げられる。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、光電変換システムを適用した機器に含まれる。図２２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２２に撮像装置ＩＳを用いて構築された撮像システムＳＹＳの構成の一例を示す。撮像システムＳＹＳは、カメラや撮影機能を有する情報端末である。撮像装置ＩＳは撮像デバイスＩＣを収容するパッケージＰＫＧをさらに備えることもできる。パッケージＰＫＧは、撮像デバイスＩＣが固定された基体と、撮像デバイスＩＣに対向する蓋体と、基体に設けられた端子と撮像デバイスＩＣに設けられた端子とを接続する接続部材と、を含みうる。撮像装置ＩＳは共通のパッケージＰＫＧに複数の撮像デバイスＩＣを並べて搭載することもできる。また、撮像装置ＩＳは共通のパッケージＰＫＧに撮像デバイスＩＣと他の半導体デバイスＩＣとを重ねて搭載することもできる。
撮像システムＳＹＳは、撮像装置ＩＳに結像する光学系ＯＵを備え得る。また、撮像システムＳＹＳは、撮像装置ＩＳを制御する制御装置ＣＵ、撮像装置ＩＳから得られた信号を処理する処理装置ＰＵ、撮像装置ＩＳから得られた画像を表示する表示装置ＤＵ、撮像装置ＩＳから得られた画像を記憶する記憶装置ＭＵの少なくともいずれかを備え得る。
（実施例１０）
実施例１０の光電変換システムを適用した機器について、図２３Ａおよび図２３Ｂを用
いて説明する。図２３Ａおよび図２３Ｂは、本実施例の光電変換システム及び機器の構成を示す図である。
図２３Ａ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例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計測部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や距離計測部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。
本実施例では、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２３Ｂ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２３００を示す。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、光電変換システムは、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。
（実施例１１）
実施例１１に関わる光電変換システムを適用した機器について、図２４を用いて説明する。図２４は、本実施例の光電変換システムを適用した機器の一例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２４に示すように、距離画像センサ１４０１は、光学系１４０２、光電変換装置１４
０３、画像処理回路１４０４、モニタ１４０５、およびメモリ１４０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ１４０１は、光源装置１４１１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１４０２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１４０３に導き、光電変換装置１４０３の受光面（センサ部）に結像させる。
光電変換装置１４０３としては、上述した各実施例の光電変換装置が適用され、光電変換装置１４０３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１４０４に供給される。
画像処理回路１４０４は、光電変換装置１４０３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１４０５に供給されて表示されたり、メモリ１４０６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１４０１では、上述した光電変換装置を適用することで、より正確な距離画像を取得することができる。
（実施例１２）
実施例１２に関わる光電変換システムを適用した機器について、図２５を用いて説明する。図２５は、本実施例の光電変換システムを適用した機器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２５では、術者（医師）１１３１が、内視鏡手術システム１００３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１００３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、前述の各実施例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１００３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１００３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。
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。
（実施例１３）
実施例１３に関わる光電変換システムを適用した機器について、図２６Ａ、図２６Ｂを
用いて説明する。
図２６Ａは、本実施例の光電変換システムを適用した機器である眼鏡１６００（スマートグラス）を示す。眼鏡１６００は、光電変換装置１６０２を有する。光電変換装置１６０２は、上記の各実施例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２６Ａ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。また、制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２から出力される信号を処理する信号処理部として機能する。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２６Ｂは、本実施例の光電変換システムを適用した機器である眼鏡１６１０（スマートグラス）を示す。図２６Ａとは光電変換システムの配置が異なる。眼鏡１６１０は、制御装置１６１２を有している。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。
本実施例の表示装置は、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。
（実施例１４）
上述した光電変換装置及び光電変換システムは、例えば、いわゆるスマートフォンやタブレットなどの電子機器に適用してもよい。
図２７Ａ及び図２７Ｂは、光電変換装置が搭載された電子機器１５００の一例を示す図である。図２７Ａには、電子機器１５００の表面側が示されており、図２７Ｂには、電子機器１５００の背面側が示されている。
図２７Ａに示すように、電子機器１５００の表面の中央には、画像を表示するディスプレイ１５１０が配置されている。そして、電子機器１５００の表面の上辺に沿って、光電変換装置が用いられるフロントカメラ１５２１，１５２２、赤外光を発光するＩＲ光源１５３０、及び、可視光を発光する可視光源１５４０が配置されている。
また、図２７Ｂに示すように、電子機器１５００の背面の上辺に沿って、光電変換装置が用いられるリアカメラ１５５１，１５５２、赤外光を発光するＩＲ光源１５６０、及び、可視光を発光する可視光源１５７０が配置されている。
このように構成されている電子機器１５００では、上述した光電変換装置を適用することで、例えば、より高品位な画像を撮像することができる。なお、光電変換装置は、その他、赤外線センサや、アクティブ赤外線光源を用いた測距センサ、セキュリティカメラ、個人または生体認証カメラなどの電子機器に適用することができる。これにより、それらの電子機器の精度や性能などの向上を図ることができる。
（その他）
上記の実施例で種々の機器を説明したが、さらに機械装置を備えても良い。カメラにおける機械装置はズーミングや合焦、シャッター動作のために光学系の部品を駆動することができる。あるいは、カメラにおける機械装置は防振動作のために光電変換装置を移動することができる。
また、機器は、車両や船舶、飛行体などの輸送機器であり得る。輸送機器における機械装置は移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器は、光電変換装置を輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置は、光電変換装置で得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置を操作するための処理を行うことができる。
本発明は、上記実施例に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施例の一部の構成を他の実施例に追加した例や、他の実施例の一部の構成と置換した例も、本発明の実施例に含まれる。なお、上記実施例は、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。
１００：光電変換装置
２０１：アバランシェフォトダイオード
３０１：第１半導体領域
３０２：第２半導体領域
３０３：第３半導体領域
３０４：第４半導体領域
３２４：アノード配線のコンタクトプラグ
３３０：分離部

Claims (17)

  1. 信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域をそれぞれが有する第１のアバランシェフォトダイオードおよび第２のアバランシェフォトダイオードと、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードの間に配置される分離部であって、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２半導体領域を含む分離部と、
    アノード配線のコンタクトプラグと前記分離部の前記第２半導体領域との間を電気的に接続する接続部と、を備え、
    前記接続部は、
    前記アノード配線のコンタクトプラグと接続される前記第２導電型の第３半導体領域と、
    前記第３半導体領域と前記第２半導体領域との間に配置される前記第２導電型の第４半導体領域と、を有し、
    前記第３半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度よりも高く、
    前記第４半導体領域の不純物濃度は、前記第３半導体領域の不純物濃度よりも低く、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードが並ぶ方向である第１方向に関して、前記分離部の幅は、前記接続部の幅よりも小さく、
    前記第４半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度と同じかそれよりも低い、
    光電変換装置。
  2. 前記第１半導体領域よりも光の入射側に配置される前記第２導電型の第５半導体領域をさらに有し、
    前記第１半導体領域と前記第５半導体領域とによりアバランシェ増倍部が形成されている、
    請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記接続部と前記第５半導体領域の間に配置される第６半導体領域をさらに有し、
    前記第６半導体領域は、前記第１半導体領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する前記第１導電型の半導体領域であるか、または、前記第５半導体領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する前記第２導電型の半導体領域である、
    請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 前記第３半導体領域の前記第１方向の幅と、前記第４半導体領域の前記第１方向の幅とが同じである、
    請求項１～３のうちいずれか１項に記載の光電変換装置。
  5. 信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域をそれぞれが有する第１のアバランシェフォトダイオードおよび第２のアバランシェフォトダイオードと、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードの間に配置される分離部であって、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２半導体領域を含む分離部と、
    アノード配線のコンタクトプラグと前記分離部の前記第２半導体領域との間を電気的に接続する前記第２導電型の接続部と、
    前記第１半導体領域よりも光の入射側に配置される前記第２導電型の第５半導体領域と、
    前記第１半導体領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する前記第１導電型の半導体領域であるか、または、前記第５半導体領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する前記第２導電型の半導体領域からなる第６半導体領域と、を備え、
    前記第１半導体領域と前記第５半導体領域とによりアバランシェ増倍部が形成されており、
    前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードが並ぶ方向である第１方向に関して、前記分離部の幅は、前記接続部の幅よりも小さく、
    前記第６半導体領域は、前記接続部と前記第５半導体領域の間にも配置されており、
    前記第６半導体領域は、前記第１導電型の半導体領域であり、対角方向においては前記接続部まで延びており、対辺方向においては前記分離部まで延びている、
    光電変換装置。
  6. 前記接続部は、半導体層の第１面に配置され、
    前記第２半導体領域は、前記第１面からみたときに、前記半導体層内の前記接続部よりも深い位置に配置されており、
    前記接続部が配置されている位置における前記第２半導体領域の深さと、それ以外の位置における前記第２半導体領域の深さとが異なる、
    請求項５に記載の光電変換装置。
  7. 前記接続部が配置されている位置における前記第２半導体領域の深さに比べ、それ以外の位置における前記第２半導体領域の深さが深い、
    請求項６に記載の光電変換装置。
  8. 前記分離部は、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードの間を分離する絶縁体をさらに有し、
    前記第２半導体領域は、前記絶縁体と各アバランシェフォトダイオードの間に配置されている、
    請求項１～７のうちいずれか１項に記載の光電変換装置。
  9. 前記絶縁体は、前記第２半導体領域の間に配置される固定電荷膜を有する、
    請求項８に記載の光電変換装置。
  10. 前記絶縁体は、前記第２導電型の半導体領域によって覆われていない部分を有する、
    請求項８または９に記載の光電変換装置。
  11. 前記分離部は、行方向に延びる複数の行方向分離部と列方向に延びる複数の列方向分離部により格子状に形成されており、
    前記格子状の前記分離部によって区分けされた区画のそれぞれにアバランシェフォトダイオードが配置され、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードは前記区画の対角方向に並んだアバランシェフォトダイオードであり、
    前記接続部は、前記行方向分離部と前記列方向分離部との交差部に形成されている、
    請求項１～１０のうちいずれか１項に記載の光電変換装置。
  12. 前記接続部は、各アバランシェフォトダイオードの区画の四隅に対応する４つの前記交差部に形成されている、
    請求項１１に記載の光電変換装置。
  13. 前記接続部は、各アバランシェフォトダイオードの区画の対角に対応する２つの前記交差部に形成されている、
    請求項１１に記載の光電変換装置。
  14. 前記接続部は、２行２列の４つの区画からなるユニットの四隅に対応する４つの前記交差部に形成されている、
    請求項１１に記載の光電変換装置。
  15. 前記ユニットを構成する前記４つの区画それぞれの前記第１半導体領域が、前記ユニットの中心側に偏移して配置されている、
    請求項１４に記載の光電変換装置。
  16. 請求項１～１５のうちいずれか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を処理する信号処理部と、
    を有する光電変換システム。
  17. 請求項１～１５のうちいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置に対応した光学系、
    前記光電変換装置を制御する制御装置、
    前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、および、
    前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかと、
    を備える機器。
JP2022000023A 2022-01-01 2022-01-01 光電変換装置、光電変換システム、および機器 Active JP7799488B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022000023A JP7799488B2 (ja) 2022-01-01 2022-01-01 光電変換装置、光電変換システム、および機器
US18/147,079 US12408446B2 (en) 2022-01-01 2022-12-28 Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, and equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022000023A JP7799488B2 (ja) 2022-01-01 2022-01-01 光電変換装置、光電変換システム、および機器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023099395A JP2023099395A (ja) 2023-07-13
JP7799488B2 true JP7799488B2 (ja) 2026-01-15

Family

ID=86990985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022000023A Active JP7799488B2 (ja) 2022-01-01 2022-01-01 光電変換装置、光電変換システム、および機器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US12408446B2 (ja)
JP (1) JP7799488B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11967664B2 (en) * 2022-04-20 2024-04-23 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Photodiodes with serpentine shaped electrical junction

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015041746A (ja) 2013-08-23 2015-03-02 株式会社豊田中央研究所 シングルフォトンアバランシェダイオード
JP2016219514A (ja) 2015-05-15 2016-12-22 株式会社デンソー 固体撮像素子
JP2018201005A (ja) 2016-10-18 2018-12-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出器
JP2019033136A (ja) 2017-08-04 2019-02-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子
WO2019098035A1 (ja) 2017-11-15 2019-05-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出素子およびその製造方法
JP2019102618A (ja) 2017-11-30 2019-06-24 キヤノン株式会社 光検出装置、光検出システム、及び移動体
JP2021034559A (ja) 2019-08-23 2021-03-01 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
JP2021068811A (ja) 2019-10-24 2021-04-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置及び電子機器
WO2021186817A1 (ja) 2020-03-18 2021-09-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、および、電子装置

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2150991B1 (en) * 2007-04-24 2017-09-27 Koninklijke Philips N.V. Method of forming an avalanche photodiode integrated with cmos circuitry and silicon photomultiplier manufactured by said method
JP5723094B2 (ja) 2009-12-11 2015-05-27 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
JP2012109540A (ja) 2010-10-26 2012-06-07 Canon Inc 固体撮像装置の製造方法
US9160949B2 (en) * 2013-04-01 2015-10-13 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced photon detection device with biased deep trench isolation
US9312401B2 (en) * 2014-01-15 2016-04-12 Omnivision Technologies, Inc. Single photon avalanche diode imaging sensor for complementary metal oxide semiconductor stacked chip applications
US9979916B2 (en) 2014-11-21 2018-05-22 Canon Kabushiki Kaisha Imaging apparatus and imaging system
JP2016154166A (ja) 2015-02-20 2016-08-25 キヤノン株式会社 光電変換装置及びその製造方法
JP6541523B2 (ja) 2015-09-11 2019-07-10 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および、撮像装置の制御方法
US10205894B2 (en) 2015-09-11 2019-02-12 Canon Kabushiki Kaisha Imaging device and imaging system
JP2017195215A (ja) 2016-04-18 2017-10-26 キヤノン株式会社 撮像素子及びその製造方法
JP6776011B2 (ja) 2016-06-10 2020-10-28 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
CN116525633A (zh) * 2016-10-18 2023-08-01 索尼半导体解决方案公司 传感器
JP7055544B2 (ja) * 2016-11-29 2022-04-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 センサチップおよび電子機器
JP2018092976A (ja) 2016-11-30 2018-06-14 キヤノン株式会社 撮像装置
JP6957157B2 (ja) 2017-01-26 2021-11-02 キヤノン株式会社 固体撮像装置、撮像システム、および固体撮像装置の製造方法
US10818715B2 (en) 2017-06-26 2020-10-27 Canon Kabushiki Kaisha Solid state imaging device and manufacturing method thereof
JP6987562B2 (ja) 2017-07-28 2022-01-05 キヤノン株式会社 固体撮像素子
JP7066392B2 (ja) 2017-12-14 2022-05-13 キヤノン株式会社 撮像装置
JP7108421B2 (ja) 2018-02-15 2022-07-28 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
JP7361452B2 (ja) 2018-02-19 2023-10-16 キヤノン株式会社 撮像装置およびカメラ
US10833207B2 (en) 2018-04-24 2020-11-10 Canon Kabushiki Kaisha Photo-detection device, photo-detection system, and mobile apparatus
US11393870B2 (en) * 2018-12-18 2022-07-19 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device, imaging system, and mobile apparatus
JP7237622B2 (ja) 2019-02-05 2023-03-13 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP7555703B2 (ja) 2019-02-25 2024-09-25 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム及び移動体
JP2020170812A (ja) 2019-04-05 2020-10-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 アバランシェフォトダイオードセンサおよびセンサ装置
US11508867B2 (en) * 2020-01-28 2022-11-22 Adaps Photonics Inc. Single photon avalanche diode device
JP7720302B2 (ja) * 2020-06-24 2025-08-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置及び電子機器
JP7652543B2 (ja) 2020-07-29 2025-03-27 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP7534902B2 (ja) 2020-09-23 2024-08-15 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像装置、半導体装置及び光電変換システム
US12119334B2 (en) 2020-10-14 2024-10-15 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus, photo-detection system, and movable body
JP2022083067A (ja) * 2020-11-24 2022-06-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、および撮像装置、並びに電子機器
JP2022082882A (ja) * 2020-11-24 2022-06-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、測距システム、および、電子機器
JP7653793B2 (ja) 2021-01-22 2025-03-31 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システムおよび移動体
US12464844B2 (en) * 2021-02-09 2025-11-04 SK Hynix Inc. Image sensing device
US12211871B2 (en) * 2021-03-18 2025-01-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor with scattering structure
JP2023023218A (ja) 2021-08-04 2023-02-16 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP7510396B2 (ja) 2021-08-17 2024-07-03 キヤノン株式会社 光電変換装置、その製造方法及び機器
KR20230032568A (ko) * 2021-08-31 2023-03-07 주식회사 디비하이텍 Spad 구조
JP7467401B2 (ja) * 2021-09-22 2024-04-15 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP7760320B2 (ja) * 2021-10-08 2025-10-27 キヤノン株式会社 光電変換装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015041746A (ja) 2013-08-23 2015-03-02 株式会社豊田中央研究所 シングルフォトンアバランシェダイオード
JP2016219514A (ja) 2015-05-15 2016-12-22 株式会社デンソー 固体撮像素子
JP2018201005A (ja) 2016-10-18 2018-12-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出器
JP2019033136A (ja) 2017-08-04 2019-02-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子
WO2019098035A1 (ja) 2017-11-15 2019-05-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出素子およびその製造方法
JP2019102618A (ja) 2017-11-30 2019-06-24 キヤノン株式会社 光検出装置、光検出システム、及び移動体
JP2021034559A (ja) 2019-08-23 2021-03-01 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
JP2021068811A (ja) 2019-10-24 2021-04-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置及び電子機器
WO2021186817A1 (ja) 2020-03-18 2021-09-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、および、電子装置

Also Published As

Publication number Publication date
US12408446B2 (en) 2025-09-02
JP2023099395A (ja) 2023-07-13
US20230215884A1 (en) 2023-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7791267B2 (ja) 光電変換装置、光電変換システム
JP7635034B2 (ja) 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
JP7467401B2 (ja) 光電変換装置
US12581761B2 (en) Photoelectric conversion apparatus and photoelectric conversion system
JP7799488B2 (ja) 光電変換装置、光電変換システム、および機器
US20250113624A1 (en) Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, mobile body, and apparatus
JP7817835B2 (ja) 光電変換装置および光電変換システム
JP7829326B2 (ja) 光電変換装置および光電変換システム
JP7786823B2 (ja) 光電変換装置及び光電変換システム
JP7806091B2 (ja) 光電変換装置
JP7822790B2 (ja) 光電変換装置
JP7512241B2 (ja) 光電変換装置
US20240355951A1 (en) Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system and movable body
JP7532451B2 (ja) 光電変換装置
JP7743479B2 (ja) 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
US20240355863A1 (en) Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving body
US20250107260A1 (en) Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, moving body, and equipment
US20250113628A1 (en) Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, mobile body, and apparatus
JP2025058884A (ja) 光電変換装置、光電変換システム、移動体、および機器
JP2024164697A (ja) 光電変換装置および機器
JP2025111250A (ja) 光電変換装置、光電変換システム、移動体および機器
JP2024166930A (ja) 光電変換装置、該光電変換装置を用いるシステム
JP2024140524A (ja) 光電変換装置
JP2024153346A (ja) 光電変換装置、該光電変換装置を用いるシステム及び移動体
JP2025064694A (ja) 光電変換装置、移動体および機器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20241127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250922

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250930

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20251121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7799488

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150