WO2022163373A1 - 光検出装置および測距装置 - Google Patents

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semiconductor layer
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semiconductor substrate
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悠介 大竹
壽史 若野
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Definitions

  • the present disclosure relates to, for example, a photodetector using an avalanche photodiode and a rangefinder including the same.
  • Patent Document 1 discloses a photodetector in which an avalanche photodiode is provided for each pixel, and adjacent pixels are separated by providing a semiconductor region surrounding the avalanche photodiode.
  • a photodetector includes a semiconductor substrate having a first surface and a second surface facing each other and having a pixel array section in which a plurality of pixels are arranged in an array; a semiconductor layer provided on the first surface side; a light-receiving section provided inside the semiconductor substrate for each pixel and generating carriers according to the amount of light received by photoelectric conversion; a multiplication section having a first conductivity type region and a second conductivity type region, wherein at least the second conductivity type region is provided in a semiconductor layer and avalanche multiplies carriers generated in the light receiving section; a first electrode provided on the first surface side and electrically connected to the light receiving section; and a second electrode provided on the first surface side and electrically connected to the multiplier section. It is.
  • a distance measuring device includes an optical system, a photodetector, and a signal processing circuit that calculates a distance to an object to be measured from an output signal of the photodetector. As a device, it has the photodetector of one embodiment of the present disclosure.
  • a semiconductor layer is provided on the first surface side of a semiconductor substrate having a first surface and a second surface facing each other, and a multiplier section At least the second conductivity type region of the first conductivity type region and the second conductivity type region constituting the semiconductor layer is provided in the semiconductor layer. This secures a space between the first electrode electrically connected to the light receiving section and the second conductivity type region forming the multiplication section.
  • FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram showing a configuration example of a photodetector according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the photodetector shown in FIG. 1
  • FIG. 2 is an example of an equivalent circuit diagram of a unit pixel of the photodetector shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 1 of the present disclosure;
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 2 of the present disclosure
  • 6 is a schematic diagram showing an example of a planar shape of a semiconductor layer in a unit pixel of the photodetector shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the planar shape of the semiconductor layer in the unit pixel of the photodetector shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the planar shape of the semiconductor layer in the unit pixel of the photodetector shown in FIG. 5.
  • FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 3 of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 4 of the present disclosure
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 5 of the present disclosure
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 6 of the present disclosure
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 7 of the present disclosure
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 8 of the present disclosure
  • 13 is a schematic plan view showing a planar layout example of a p-type semiconductor region and an n-type semiconductor region in a unit pixel of the photodetector shown in FIG. 12.
  • FIG. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 9 of the present disclosure
  • 15 is a schematic plan view showing an example of a layout of a reflective layer in a unit pixel of the photodetector shown in FIG. 14.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 10 of the present disclosure
  • 17 is a schematic plan view showing an example of a wiring layout for a reflective layer in a unit pixel of the photodetector shown in FIG. 16.
  • FIG. FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a photodetector according to Modification 11 of the present disclosure
  • 2 is a functional block diagram showing an example of an electronic device using the photodetector shown in FIG. 1 and the like
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside information detection unit and an imaging unit;
  • Embodiment photodetector in which an n-type semiconductor region constituting a multiplier section is provided in a semiconductor layer provided on a semiconductor substrate
  • Configuration of photodetector 1-2 Manufacturing method of photodetector 1-3.
  • Action and effect 2.
  • Modification 2-1 Modification 2-1.
  • Modification 1 Example in which an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region that constitute a multiplier section are provided in a semiconductor layer
  • Modification 2 Example in which a semiconductor layer is provided for each pixel and an insulating layer is provided around it
  • Modification 3 Example in which an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, which constitute a multiplication section, are provided in a semiconductor layer provided for each pixel
  • Modification 4 Example in which the pixel separation part protrudes into the semiconductor layer
  • Modification 5 Example in which the side surface of the semiconductor layer is an inclined surface
  • Modification 6 (Example in which an n-type semiconductor region forming a multiplier section is provided inside the side surface of the semiconductor layer) 2-7.
  • Modification 7 (Example in which an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region forming a multiplier are provided inside the side surface of the semiconductor layer) 2-8.
  • Modification 8 (Example in which a plurality of n-type semiconductor regions constituting a multiplier section are provided in the semiconductor layer) 2-9.
  • Modification 9 (Example of providing a reflective layer in the insulating layer around the semiconductor layer) 2-10.
  • Modification 10 (Example of using the reflective layer as a resistance element of the readout circuit) 2-11.
  • Modification 11 (Example of using wiring in a multilayer wiring layer as a reflective layer) 3.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1) according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the photodetector 1 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 shows an example of an equivalent circuit of the unit pixel P of the photodetector 1 shown in FIG. is.
  • the photodetector 1 is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000 described later, see FIG. 19), an image sensor, or the like, which measures distance by the ToF (Time-of-Flight) method.
  • ToF Time-of-Flight
  • the photodetector 1 has, for example, a pixel array section 100A in which a plurality of unit pixels P are arranged in an array in row and column directions.
  • the photodetector 1 has a pixel array section 100A and a bias voltage application section 110, as shown in FIG.
  • the bias voltage applying section 110 applies a bias voltage to each unit pixel P of the pixel array section 100A. In this embodiment, a case of reading electrons as signal charges will be described.
  • the unit pixel P includes a light receiving element 12, a quenching resistance element 120 composed of a p-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), and an inverter 130 composed of, for example, a complementary MOSFET. and
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • the light receiving element 12 converts incident light into an electric signal by photoelectric conversion and outputs the electric signal. Additionally, the light-receiving element 12 converts incident light (photons) into an electrical signal by photoelectric conversion, and outputs a pulse corresponding to the incidence of the photons.
  • the light-receiving element 12 is, for example, a SPAD element, and the SPAD element forms an avalanche multiplication region (depletion layer) 12X, for example, by applying a large negative voltage to the cathode, and generates in response to the incidence of one photon. It has the characteristic that electrons cause avalanche multiplication and a large current flows.
  • the light receiving element 12 has, for example, an anode connected to the bias voltage application section 110 and a cathode connected to the source terminal of the quenching resistance element 120 .
  • a device voltage VB is applied to the anode of the light receiving element 12 from a device voltage applying section.
  • the quenching resistance element 120 is connected in series with the light receiving element 12, has a source terminal connected to the cathode of the light receiving element 12, and a drain terminal connected to a power supply (not shown).
  • An excitation voltage VE is applied to the drain terminal of the quenching resistance element 120 from a power supply.
  • VBD negative voltage
  • the inverter 130 has an input terminal connected to the cathode of the light receiving element 12 and the source terminal of the quenching resistance element 120, and an output terminal connected to a subsequent arithmetic processing section (not shown).
  • the inverter 130 outputs a received light signal based on the carrier (signal charge) multiplied by the light receiving element 12 . More specifically, the inverter 130 shapes the voltage generated by the electrons multiplied by the light receiving element 12 . Starting from the arrival time of one font, the inverter 130 outputs a light reception signal (APD OUT) generating a pulse waveform shown in FIG. 3, for example, to the arithmetic processing unit.
  • APD OUT light reception signal
  • the arithmetic processing unit performs arithmetic processing to obtain the distance to the subject based on the timing at which a pulse indicating the arrival time of one font is generated in each light receiving signal, and obtains the distance for each unit pixel P. Based on these distances, a distance image is generated in which the distances to the subject detected by the plurality of unit pixels P are arranged in a plane.
  • the logic substrate 20 is laminated on the surface side of the sensor substrate 10 (for example, the surface (first surface 11S1) side of the semiconductor substrate 11 constituting the sensor substrate 10), and the rear surface side of the sensor substrate 10 is stacked. It is a so-called back-illuminated photodetector that receives light from the back surface (second surface 11S2) of the semiconductor substrate 11 constituting the sensor substrate 10, for example.
  • the photodetector 1 of this embodiment has a light receiving element 12 for each unit pixel P. As shown in FIG.
  • the light-receiving element 12 has a light-receiving portion 13 and a multiplier portion 14 , and the light-receiving portion 13 is embedded in the semiconductor substrate 11 .
  • the semiconductor substrate 11 further includes, on the first surface 11S1, a p-type semiconductor region (p + ) of the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y that constitute the multiplier section 14 . 14X is provided.
  • a semiconductor layer 15 is provided on the side of the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11, and the semiconductor layer 15 is provided with an n-type semiconductor region (n + ) 14Y that constitutes the multiplication section .
  • the sensor substrate 10 has, for example, a semiconductor substrate 11 made of a silicon substrate, a semiconductor layer 15, and a multilayer wiring layer 18.
  • the semiconductor substrate 11 has a first surface 11S1 and a second surface 11S2 facing each other.
  • the semiconductor substrate 11 has a p-well (p) 111 common to a plurality of unit pixels P.
  • the semiconductor substrate 11 is provided with an n-type semiconductor region (n) 112 whose impurity concentration is controlled to be n-type, for example, for each unit pixel P, thereby forming a light receiving element 12 for each unit pixel P.
  • n semiconductor region
  • the semiconductor substrate 11 is further provided with a pixel separating portion 17 extending between the first surface 1S1 and the second surface 11S2.
  • the light receiving element 12 has a multiplication region (avalanche multiplication region) that avalanche multiplies carriers by a high electric field region. It is a SPAD element capable of forming a depletion layer) and avalanche-multiplying electrons generated by the incidence of one photon.
  • a multiplication region that avalanche multiplies carriers by a high electric field region. It is a SPAD element capable of forming a depletion layer) and avalanche-multiplying electrons generated by the incidence of one photon.
  • the light-receiving element 12 is composed of a light-receiving section 13 and a multiplier section 14 .
  • the light receiving unit 13 corresponds to a specific example of the “light receiving unit” of the present disclosure, and has a photoelectric conversion function of absorbing light incident from the second surface 11S2 side of the semiconductor substrate 11 and generating carriers according to the amount of received light. It has The light receiving portion 13 includes the n-type semiconductor region (n) 112 whose impurity concentration is controlled to be n-type, as described above. is transferred to the multiplication unit 14 by .
  • the multiplication unit 14 corresponds to a specific example of the “multiplication unit” of the present disclosure, and avalanche multiplies the carriers (here, electrons) generated in the light receiving unit 13 .
  • the multiplication unit 14 includes, for example, a p-type semiconductor region (p + ) 14X having an impurity concentration higher than that of the p-well (p) 111 and an n-type semiconductor region ( n + ) 14Y.
  • the p-type semiconductor region (p + ) 14X is provided in the semiconductor substrate 11 so as to face the first surface 11S1.
  • the n-type semiconductor region (n + ) 14Y is provided so as to protrude from the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 .
  • it is embedded in the semiconductor layer 15 provided on the first surface of the semiconductor substrate 11 so as to face the second surface 15S2 of the semiconductor layer 15 .
  • a p-type semiconductor region (p + ) 14X provided facing the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 and an n-type semiconductor region provided facing the second surface 15S2 of the semiconductor layer 15 are formed.
  • An avalanche multiplication region 12X is formed at the junction with (n + ) 14Y.
  • the avalanche multiplication region 12X is a high electric field region (depletion layer) formed at the interface between the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y by a large negative voltage applied to the cathode. is.
  • electrons (e ⁇ ) generated by one photon incident on the light receiving element 12 are multiplied.
  • the semiconductor layer 15 is a semiconductor layer made of silicon, for example, formed on the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 using, for example, an epitaxial crystal growth method, and corresponds to a specific example of the "semiconductor layer" of the present disclosure. It is.
  • the semiconductor layer 15 has a first surface 15S1 and a second surface 15S2 facing each other.
  • the first surface 15 S 1 faces the multilayer wiring layer 18 and the second surface 15 S 2 faces the semiconductor substrate 11 .
  • the semiconductor layer 15 is embedded with the n-type semiconductor region (n + ) 14Y facing the second surface 15S2.
  • the semiconductor layer 15 further includes a contact electrode 16 for electrically connecting the cathode, which corresponds to a specific example of the "second electrode" of the present disclosure, to the multiplier section 14.
  • the n-type semiconductor region ( n + ) 14Y so as to face the first surface 15S1.
  • the contact electrode 16 is composed of, for example, an n-type semiconductor region (n ++ ) having a higher impurity concentration than the n-type semiconductor region (n + ) 14Y.
  • the pixel separating section 17 electrically and/or optically separates adjacent unit pixels P, and is provided in a grid pattern in the pixel array section 100A, for example.
  • the pixel separating portion 17 includes, for example, a light shielding film 17A extending between the first surface 11S1 and the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11, an insulating film 17B provided between the light shielding film 17A and the semiconductor substrate 11, 17C.
  • the light-shielding film 17A has a light-shielding portion 17X formed on the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11 to extend.
  • the light shielding portion 17X suppresses crosstalk of obliquely incident light between adjacent unit pixels P. As shown in FIG.
  • the light shielding film 17A and the light shielding portion 17X are formed using, for example, a conductive material having a light shielding property. Examples of such materials include tungsten (W), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), an alloy of Al and copper (Cu), and the like.
  • the insulating films 17B and 17C are formed using, for example, a silicon oxide (SiO x ) film or the like.
  • a p-type semiconductor region (p + ) 113 having an impurity concentration higher than that of the p-well 111 is provided around the pixel isolation portion 17 .
  • the p-type semiconductor region (p + ) 113 extends toward the inside of the unit pixel P in the vicinity of the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 (extended portion 113X).
  • the extended portion 113X also serves as a contact electrode that electrically connects the anode corresponding to one specific example of the “first electrode” of the present disclosure and the light receiving portion 13 .
  • the p-type semiconductor region (p + ) 113 further extends, for example, over the pixel array section 100A in the vicinity of the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11 .
  • a multilayer wiring layer 18 is provided on the first surface 11S1 side opposite to the light incident surface (second surface 11S2) of the semiconductor substrate 11 with the semiconductor layer 15 interposed therebetween.
  • a wiring layer 181 made up of one or more wirings is formed within an interlayer insulating layer 182 .
  • the wiring layer 181 is for, for example, supplying a voltage to be applied to the semiconductor substrate 11 and the light receiving element 12 and extracting carriers generated in the light receiving element 12 .
  • a part of the wiring of the wiring layer 181 is electrically connected to the contact electrode 16 and the extended portion 113X through the via V1.
  • a plurality of pad electrodes 183 are embedded in the surface of the interlayer insulating layer 182 opposite to the semiconductor substrate 11 side (the surface 18S1 of the multilayer wiring layer 18).
  • the plurality of pad electrodes 183 are electrically connected to some wirings of the wiring layer 181 via vias V2.
  • FIG. 1 shows an example in which one wiring layer 181 is formed in the multilayer wiring layer 18, the total number of wiring layers in the multilayer wiring layer 18 is not limited, and two or more wiring layers are formed. may be formed.
  • the interlayer insulating layer 182 is, for example, a single layer film made of one of silicon oxide (SiO x ), TEOS, silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiO x N y ), or the like, or It is composed of a laminated film composed of two or more kinds.
  • the wiring layer 181 is formed using, for example, aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), or the like.
  • the pad electrode 183 is exposed on the joint surface (surface 18S1 of the multilayer wiring layer 18) with the logic substrate 20, and is used for connection with the logic substrate 20, for example.
  • the pad electrode 183 is formed using copper (Cu), for example.
  • the logic board 20 has, for example, a semiconductor substrate 21 made of a silicon substrate and a multilayer wiring layer 22 .
  • the logic board 20 includes, for example, the above-described bias voltage application section 110, a readout circuit for outputting pixel signals based on charges output from the unit pixels P of the pixel array section 100A, a vertical drive circuit, a column signal processing circuit, A logic circuit including a horizontal driving circuit, an output circuit, and the like is configured.
  • the multi-layered wiring layer 22 includes, for example, a gate wiring 221 of a transistor constituting a readout circuit and wiring layers 222, 223, 224, and 225 including one or a plurality of wirings with an interlayer insulating layer 226 interposed therebetween on the semiconductor substrate 21 side. are stacked in order from A plurality of pad electrodes 227 are embedded in the surface of the interlayer insulating layer 226 opposite to the semiconductor substrate 21 (the surface 22S1 of the multilayer wiring layer 22). The plurality of pad electrodes 227 are electrically connected to some wirings of the wiring layer 225 via vias V3.
  • the interlayer insulating layer 117 is made of, for example, one of silicon oxide (SiO x ), TEOS, silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiO x N y ), and the like. It is composed of a layered film or a laminated film composed of two or more of these.
  • the gate wiring 221 and the wiring layers 222, 223, 224, and 225 are formed using, for example, aluminum (Al), copper (Cu), or tungsten (W), like the wiring layer 181.
  • the pad electrode 227 is exposed on the joint surface (surface 22S1 of the multilayer wiring layer 22) with the sensor substrate 10, and is used for connection with the sensor substrate 10, for example.
  • the pad electrode 227 is formed using copper (Cu), for example, like the pad electrode 183 .
  • the pad electrode 183 and the pad electrode 227 are, for example, CuCu bonded.
  • the cathode of the light receiving element 12 is electrically connected to the quenching resistance element 120 provided on the logic substrate 20 side, and the anode of the light receiving element 12 is electrically connected to the bias voltage applying section 110 .
  • a microlens 33 is provided, for example, for each unit pixel P via a passivation film 31 and a color filter 32, for example.
  • the microlens 33 converges the light incident from above onto the light receiving element 12, and is made of, for example, silicon oxide ( SiOx ).
  • the sensor substrate 10 can be manufactured, for example, as follows. First, by ion implantation, a p-well (p) 111, an n-type semiconductor region (n) 112 and a p-type semiconductor region (p + ) 14X are formed in the semiconductor substrate 11 by controlling the concentration of p-type or n-type impurities. do. Next, after patterning an oxide film such as silicon oxide (SiO x ) or a nitride film such as (SiN x ) as a hard mask on the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11, the semiconductor substrate 11 is etched, for example. A through-hole is formed.
  • the insulating films 17B and 17C and the light shielding film 17A are sequentially formed in the through holes by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a PVD (Physical Vapor Deposition) method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, or a vapor deposition method. do.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • a semiconductor layer 15 made of, for example, silicon (Si) is formed on the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 by an epitaxial crystal growth method such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. do.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the semiconductor layer 15 is then implanted with ions to form an n-type semiconductor region (n + ) 14Y and a contact electrode 16 (n-type).
  • a semiconductor region (n ++ )) is formed.
  • the n-type semiconductor region (n + ) 14Y can be formed with a film thickness of 1 ⁇ m or less, for example.
  • the multilayer wiring layer 18 is formed on the first surface 15S1 of the semiconductor layer 15.
  • a logic substrate 20 prepared separately is pasted together.
  • the plurality of pad electrodes 183 exposed on the bonding surface (surface 18S1) of the multilayer wiring layer 18 and the plurality of pad portions 217 exposed on the bonding surface (surface 22S) of the multilayer wiring layer 22 on the logic substrate 20 side are CuCu bonding.
  • the photodetector 1 shown in FIG. 1 is completed.
  • a semiconductor layer 15 is provided on a first surface 1S1 of a semiconductor substrate 11, and an n-type semiconductor region (n + ) 14Y constituting a multiplier section 14 is formed in the semiconductor layer 15. I set it up. This secures a space between the anode electrically connected to the light receiving section 13 and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y and the cathode forming the multiplier section 14 . This will be explained below.
  • a lateral distance between the anode and the n-type semiconductor region of the avalanche photodiode (APD) is required to suppress edge breakdown. . Therefore, it is unsuitable for miniaturization.
  • a possible solution to this problem is an embedded structure in which the anode is embedded inside the silicon substrate.
  • this structure complicates the manufacturing process because the contact ion implantation is performed after the anode opening is formed in the silicon substrate.
  • the semiconductor layer 15 is provided on the first surface 1S1 of the semiconductor substrate 11 by using, for example, an epitaxial crystal growth method, and the multiplication section 14 is formed in the semiconductor layer 15.
  • type semiconductor region (n + ) 14Y is provided by ion implantation.
  • the n-type semiconductor region (n + ) 14Y and the cathode can be secured, and unintended edge breakdown can be suppressed.
  • the n-type semiconductor region (n + ) 14Y forming the multiplier section 14 is provided in the semiconductor layer 15, so that the n-type semiconductor region (n + ) 14Y Accordingly, the light receiving area (light receiving portion 13) can be enlarged. Therefore, sensitivity can be improved.
  • FIG. 4 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1A) according to Modification 1 of the present disclosure.
  • the photodetector 1A is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the photodetector 1A of this modified example is characterized in that both the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y constituting the multiplication section 14 are provided in the semiconductor layer 15. , is different from the above embodiment.
  • both the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y that constitute the multiplier section 14 are formed in the semiconductor layer 15. I made it thereby, in addition to the effects of the above embodiment, the light receiving region (light receiving portion 13) can be further enlarged by the p-type semiconductor region (p + ) 14X. Therefore, it becomes possible to further improve the sensitivity.
  • FIG. 5 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1B) according to Modification 2 of the present disclosure.
  • the photodetector 1B is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the photodetector 1B of this modified example differs from the above embodiment in that the semiconductor layer 15 is partially provided on the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 for each unit pixel P.
  • FIG. 6A to 6C schematically show an example of the planar shape of the semiconductor layer 15.
  • the semiconductor layer 15 may have a rectangular shape like the unit pixel P as shown in FIG. 6A, or may have a polygonal shape other than a rectangle as shown in FIG. 6B. Alternatively, it may be circular as shown in FIG. 6C.
  • the circular shape shown in FIG. 6C is preferable from the viewpoint of alleviating the edge electric field in the horizontal direction (for example, the XY plane direction).
  • Such a semiconductor layer 15 can be manufactured as follows. For example, a p-well (p) 111, an n-type semiconductor region (n) 112 and a p-type semiconductor region (p + ) 14X are formed in the semiconductor substrate 11 in the same manner as in the above embodiments. Subsequently, an insulating layer 19 having openings at predetermined positions is patterned on the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 .
  • the insulating layer 19 can be formed using, for example, silicon oxide (SiO x ) or silicon nitride (SiN x ). After that, a semiconductor layer 15 is formed in the opening by an epitaxial crystal growth method.
  • the semiconductor substrate 11 may be processed to form a convex structure, and this convex structure portion may be used as the semiconductor layer 15. can.
  • the semiconductor layer 15 is embedded in the insulating layer 19 for each unit pixel P, and the semiconductor layer 15 contains the n-type semiconductor region that constitutes the multiplier section 14. (n + ) 14Y is provided.
  • the distance between the anode and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y forming the multiplier section 14 can be secured more reliably than in the above embodiment. Therefore, in addition to the effects of the above embodiment, it is possible to further suppress unintended edge breakdown.
  • FIG. 7 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1C) according to Modification 3 of the present disclosure.
  • the photodetector 1C is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the photodetector 1C of this modified example is a combination of the modified examples 1 and 2.
  • the semiconductor layer 15 is partially provided on the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 for each unit pixel P, Both the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y that constitute the multiplier section 14 are provided in the semiconductor layer 15 .
  • the semiconductor layer 15 is partially provided for each unit pixel P, and in the semiconductor layer 15, the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14X constituting the multiplier section 14 are provided. 14Y may be provided.
  • the distance between the anode and the n - type semiconductor region (n + ) 14Y forming the multiplier section 14 can be more reliably secured, and the light-receiving region (light-receiving section 13) can be further expanded. Therefore, unintended edge breakdown can be further suppressed, and sensitivity can be further improved.
  • FIG. 8 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1D) according to Modification 4 of the present disclosure.
  • the photodetector 1D is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that measures distance by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the photodetector 1 ⁇ /b>D of this modified example differs from the above embodiment in that the pixel separation section 17 further extends into the semiconductor layer 15 and the pixel separation section 17 penetrates the semiconductor layer 15 .
  • the p-type semiconductor region (p + ) 113 extends into the semiconductor layer 15 together with the pixel separation portion 17, and extends inside the unit pixel P in the vicinity of the first surface 15S1 of the semiconductor layer 15. It is extended toward (extended portion 113X).
  • the pixel separating portion 17 extends from the semiconductor substrate 11 to the inside of the semiconductor layer 15, and the semiconductor layer 15 is separated for each unit pixel P by the pixel separating portion 17. did. This makes it possible to suppress crosstalk due to light emission during avalanche multiplication in the multiplication section 14 . Therefore, it is possible to improve device characteristics in addition to the effects of the above embodiments.
  • FIG. 9 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1E) according to Modification 5 of the present disclosure.
  • the photodetector 1E is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the photodetector 1E of this modified example has a configuration in which the modified examples 1 and 2 are combined. different from the form of
  • the angle of the side surface of the semiconductor layer 15 partially provided for each unit pixel P is not particularly limited, and may be perpendicular to the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 or may be inclined.
  • FIG. 10 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1F) according to Modification 6 of the present disclosure.
  • the photodetector 1F is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the photodetector 1F of this modified example is a further modified example of the above-described modified example 2, and the end face of the n-type semiconductor region (n + ) 14Y formed in the semiconductor layer 15 partially provided for each unit pixel P is It is different from the above embodiment in that it is formed inside the side surface of the semiconductor layer 15 .
  • the end surface of the n-type semiconductor region (n + ) 14Y is formed inside the side surface of the semiconductor layer 15 provided for each unit pixel P, A region where the n-type semiconductor region (n + ) 14Y is not formed is provided in the peripheral portion. This makes it possible to reduce the avalanche multiplication of the dark current generated at the interface on the side surface of the semiconductor layer 15 .
  • FIG. 11 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1G) according to Modification 7 of the present disclosure.
  • the photodetector 1G is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the photodetector 1G of this modified example is a combination of the modified examples 1 and 6.
  • the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y are formed inside the side surfaces of the semiconductor layer 15 partially provided for each unit pixel P. As shown in FIG.
  • FIG. 12 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1H) according to Modification 8 of the present disclosure.
  • FIG. 13 schematically shows a planar layout of the p-type semiconductor region (p + ) 14X and the n-type semiconductor region (n + ) 14Y in the unit pixel P of the photodetector 1H shown in FIG.
  • the photodetector 1H is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • a plurality of semiconductor layers 15 each having an n-type semiconductor region (n + ) 14Y forming a multiplier 14 are provided for each unit pixel P, which is different from that of the modified example 2 described above. different from
  • a plurality of semiconductor layers 15 formed with the n-type semiconductor regions (n + ) 14Y constituting the multiplication section 14 may be provided in the unit pixel P.
  • FIG. This makes it possible to improve the light absorption efficiency in addition to the effects of the above embodiments.
  • FIG. 14 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1I) according to Modification 9 of the present disclosure.
  • FIG. 15 schematically shows an example of a planar layout of the reflective layer 41 in the unit pixel P of the photodetector 1I shown in FIG.
  • the photodetector 1I is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • a reflective layer 41 is provided in the insulating layer 19 provided around the semiconductor layer 15 so as to surround the semiconductor layer 15, for example. It is.
  • the reflective layer 41 can be formed using, for example, a wiring material having light reflectivity such as aluminum (Al).
  • the reflective layer 41 surrounding the semiconductor layer 15 is provided in the insulating layer 19 provided around the semiconductor layer 15 .
  • the light transmitted through the light receiving section 13 without being absorbed is reflected by the reflective layer 41 and enters the light receiving section 13 again. Therefore, in addition to the effects of Modification 2, sensitivity can be further improved.
  • FIG. 16 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1J) according to Modification 10 of the present disclosure.
  • FIG. 17 schematically shows an example of wiring layout for the reflective layer 41 shown in FIG.
  • the photodetector 1J is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the reflective layer 41 is partially divided, one end of which is electrically connected to the cathode (contact electrode 16) via, for example, a via V1, and the other end is electrically connected to the readout circuit. good too. Thereby, the reflective layer 41 can be used as a resistance element of the readout circuit. Therefore, it is possible to improve the area efficiency of the readout circuit.
  • FIG. 18 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a photodetector (photodetector 1K) according to Modification 11 of the present disclosure.
  • the photodetector 1K is applied to, for example, a distance image sensor (distance image apparatus 1000) or an image sensor that performs distance measurement by the ToF method, as in the above embodiments.
  • the reflective layer 41 is provided in the insulating layer 19 provided around the semiconductor layer 15 so that the light that has passed through the light receiving section 13 without being absorbed is made to enter the light receiving section 13 again.
  • FIG. 19 shows an example of a schematic configuration of a distance imaging device 1000 as an electronic device including the photodetector (for example, photodetector 1) according to the embodiment and Modifications 1 to 11 described above.
  • This range imaging device 1000 corresponds to a specific example of the "range finding device" of the present disclosure.
  • the distance imaging device 1000 has, for example, a light source device 1100, an optical system 1200, a photodetector device 1, an image processing circuit 1300, a monitor 1400, and a memory 1500.
  • the distance imaging device 1000 projects light from the light source device 1100 toward the object to be irradiated 2000 and receives light (modulated light or pulsed light) reflected from the surface of the object to be irradiated 2000 . It is possible to acquire a distance image corresponding to the distance of .
  • the optical system 1200 includes one or more lenses, guides the image light (incident light) from the irradiation object 2000 to the photodetector 1, and directs it to the light receiving surface (sensor section) of the photodetector 1. to form an image.
  • the image processing circuit 1300 performs image processing for constructing a distance image based on the distance signal supplied from the photodetector 1, and the distance image (image data) obtained by the image processing is supplied to the monitor 1400. It is displayed, or is supplied to the memory 1500 and stored (recorded).
  • the distance imaging device 1000 configured in this way, by applying the above-described photodetector (for example, the photodetector 1), the irradiation object 2000 can be detected based only on the light reception signal from the unit pixel P with high stability. It is possible to calculate the distance to and generate a highly accurate distance image. That is, the distance imaging device 1000 can acquire a more accurate distance image.
  • the photodetector for example, the photodetector 1
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to any type of movement such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, robots, construction machinery, agricultural machinery (tractors), etc. It may also be implemented as a body-mounted device.
  • FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • a vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an exterior information detection unit 12030, an interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio/image output section 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices equipped on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • the body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 detects information outside the vehicle in which the vehicle control system 12000 is installed.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected with an imaging section 12031 .
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output the electric signal as an image, and can also output it as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared rays.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 calculates control target values for the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on information on the inside and outside of the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and controls the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010 .
  • the microcomputer 12051 realizes the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the information detection unit 12030 outside the vehicle.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.
  • the audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 12100, for example.
  • An imaging unit 12101 provided in the front nose and an imaging unit 12105 provided above the windshield inside the vehicle mainly acquire images of the front of the vehicle 12100 .
  • Imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 12100 .
  • An imaging unit 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100 .
  • the imaging unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment is mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
  • FIG. 21 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 The imaging range of an imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 determines the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity with respect to the vehicle 12100). , it is possible to extract, as the preceding vehicle, the closest three-dimensional object on the course of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100. can. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.
  • automatic brake control including following stop control
  • automatic acceleration control including following start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to three-dimensional objects to other three-dimensional objects such as motorcycles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, and utility poles. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, an audio speaker 12061 and a display unit 12062 are displayed. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not the pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 .
  • recognition of a pedestrian is performed by, for example, a procedure for extracting feature points in images captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian.
  • the audio image output unit 12052 outputs a rectangular outline for emphasis to the recognized pedestrian. is superimposed on the display unit 12062 . Also, the audio/image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the photodetector of the present disclosure need not include all of the constituent elements described in the above embodiments and the like, and conversely, may include other layers.
  • the photodetector 1 detects light other than visible light (for example, near-infrared light (IR))
  • the color filter 32 may be omitted.
  • the polarities of the semiconductor regions forming the photodetector of the present disclosure may be reversed.
  • the photodetector of the present disclosure may use holes as signal charges.
  • the respective potentials are not limited as long as avalanche multiplication is caused by applying a reverse bias between the anode and the cathode.
  • the semiconductor substrate 11 and the semiconductor layer 15 may be, for example, germanium (Ge) or silicon (Si) and germanium ( Ge) and compound semiconductors (eg, silicon germanium (SiGe)) can also be used.
  • a semiconductor layer is provided on the first surface side of a semiconductor substrate having a first surface and a second surface facing each other, and a first conductivity type region and a Of the second conductivity type regions, at least the second conductivity type region is provided in the semiconductor layer.
  • a semiconductor substrate having first and second surfaces facing each other and having a pixel array section in which a plurality of pixels are arranged in an array; a semiconductor layer provided on the first surface side of the semiconductor substrate; a light receiving unit provided inside the semiconductor substrate for each pixel and configured to generate carriers according to the amount of light received by photoelectric conversion; having a first conductivity type region and a second conductivity type region stacked in order on the first surface side, at least the second conductivity type region being provided in the semiconductor layer; a multiplication unit that avalanche multiplies the generated carrier; a first electrode provided on the first surface side and electrically connected to the light receiving section; and a second electrode provided on the first surface side and electrically connected to the multiplier section.
  • the semiconductor substrate further includes a pixel separating portion penetrating between the first surface and the second surface while partitioning each of the plurality of pixels.
  • the photodetector according to (6), wherein the pixel separation section further penetrates the semiconductor layer.
  • Photodetector. (10) further having a second conductivity type impurity region in the semiconductor layer; According to any one of (1) to (9), the multiplication section and the second electrode are electrically connected via the impurity region of the second conductivity type.
  • photodetector. (11) The photodetector according to any one of (3) to (10), further comprising a reflective layer provided within the insulating layer and surrounding the semiconductor layer.
  • the photodetector is a semiconductor substrate having first and second surfaces facing each other and having a pixel array section in which a plurality of pixels are arranged in an array; a semiconductor layer provided on the first surface side of the semiconductor substrate; a light receiving unit provided inside the semiconductor substrate for each pixel and configured to generate carriers according to the amount of light received by photoelectric conversion; having a first conductivity type region and a second conductivity type region stacked in order on the first surface side, at least the second conductivity type region being provided in the semiconductor layer; a multiplication unit that avalanche multiplies the generated carrier; a first electrode provided on the first surface side and electrically connected to the light receiving section; and a second electrode provided on the first surface side and electrically connected to the multiplier.

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Abstract

本開示の一実施形態の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、半導体基板の第１の面側に設けられた半導体層と、画素毎に半導体基板の内部に設けられ、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成する受光部と、第１の面側に順に積層された第１の導電型領域と第２の導電型領域とを有し、少なくとも第２の導電型領域が半導体層に設けられると共に、受光部において生成されたキャリアをアバランシェ増倍する増倍部と、第１の面側に設けられ、受光部と電気的に接続された第１の電極と、第１の面側に設けられ、増倍部と電気的に接続された第２の電極とを備える。

Description

光検出装置および測距装置
　本開示は、例えば、アバランシェフォトダイオードを用いた光検出装置およびこれを備えた測距装置に関する。
　例えば、特許文献１では、画素毎にアバランシェフォトダイオードが設けられ、アバランシェフォトダイオードの周囲を囲う半導体領域を設けることにより隣り合う画素間を分離する光検出器が開示されている。
国際公開第２０１８／０７４５３０号
　ところで、測距装置を構成する光検出装置では、意図しないエッジブレイクダウンの抑制が求められている。
　意図しないエッジブレイクダウンを抑制することが可能な光検出装置および測距装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、半導体基板の第１の面側に設けられた半導体層と、画素毎に半導体基板の内部に設けられ、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成する受光部と、第１の面側に順に積層された第１の導電型領域と第２の導電型領域とを有し、少なくとも第２の導電型領域が半導体層に設けられると共に、受光部において生成されたキャリアをアバランシェ増倍する増倍部と、第１の面側に設けられ、受光部と電気的に接続された第１の電極と、第１の面側に設けられ、増倍部と電気的に接続された第２の電極とを備えたものである。
　本開示の一実施形態の測距装置は、光学系と、光検出装置と、光検出装置の出力信号から測定対象物までの距離を算出する信号処理回路とを備えたものであり、光検出装置として、上記本開示の一実施形態の光検出装置を有する。
　本開示の一実施形態の光検出装置および一実施形態の測距装置では、対向する第１の面および第２の面を有する半導体基板の第１の面側に半導体層を設け、増倍部を構成する第１の導電型領域および第２の導電型領域のうち、少なくとも第２の導電型領域を半導体層内に設けるようにした。これにより、受光部と電気的に接続される第１の電極と、増倍部を構成する第２の導電型領域との間隔を確保する。
本開示の実施の形態に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 図１に示した光検出装置の概略構成の一例を表すブロック図である。 図１に示した光検出装置の単位画素の等価回路図の一例である。 本開示の変形例１に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 本開示の変形例２に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 図５に示した光検出装置の単位画素における半導体層の平面形状の一例を表す模式図である。 図５に示した光検出装置の単位画素における半導体層の平面形状の他の例を表す模式図である。 図５に示した光検出装置の単位画素における半導体層の平面形状の他の例を表す模式図である。 本開示の変形例３に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 本開示の変形例４に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 本開示の変形例５に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 本開示の変形例６に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 本開示の変形例７に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 本開示の変形例８に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 図１２に示した光検出装置の単位画素におけるｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域の平面レイアウト例を表す平面模式図である。 本開示の変形例９に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 図１４に示した光検出装置の単位画素における反射層のレイアウトの一例を表す平面模式図である。 本開示の変形例１０に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 図１６に示した光検出装置の単位画素における反射層に対する配線レイアウトの一例を表す平面模式図である。 本開示の変形例１１に係る光検出装置の構成例を表す断面模式図である。 図１等に示した光検出装置を用いた電子機器の一例を表す機能ブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．実施の形態
（増倍部を構成するｎ型半導体領域が半導体基板上に設けられた半導体層内に設けられた光検出装置）
　　　１－１．光検出装置の構成
　　　１－２．光検出装置の製造方法
　　　１－３．作用・効果
　２．変形例
　　　２－１．変形例１
（増倍部を構成するｎ型半導体領域およびｐ型半導体領域を半導体層に設けた例）
　　　２－２．変形例２
（画素毎に半導体層を設け、その周囲に絶縁層を設けた例）
　　　２－３．変形例３
（画素毎に設けられた半導体層内に増倍部を構成するｎ型半導体領域およびｐ型半導体領域を半導体層に設けた例）
　　　２－４．変形例４
（画素分離部を半導体層内まで突出させた例）
　　　２－５．変形例５
（半導体層の側面を傾斜面とした例）
　　　２－６．変形例６
（半導体層の側面よりも内側に増倍部を構成するｎ型半導体領域を設けた例）
　　　２－７．変形例７
（半導体層の側面よりも内側に増倍部を構成するｎ型半導体領域およびｐ型半導体領域を設けた例）
　　　２－８．変形例８
（半導体層内に増倍部を構成するｎ型半導体領域を複数設けた例）
　　　２－９．変形例９
（半導体層の周囲の絶縁層内に反射層を設けた例）
　　　２－１０．変形例１０
（反射層を読み出し回路の抵抗素子として用いた例）
　　　２－１１．変形例１１
（多層配線層内の配線を反射層とした例）
　３．適用例
　４．応用例
＜１．実施の形態＞
　図１は、本開示の一実施の形態に係る光検出装置（光検出装置１）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２は、図１に示した光検出装置１の概略構成を表したブロック図であり、図３は、図１に示した光検出装置１の単位画素Ｐの等価回路の一例を表したものである。光検出装置１は、例えば、ＴｏＦ（Time-of-Flight）法により距離計測を行う距離画像センサ（後述の距離画像装置１０００、図１９参照）やイメージセンサ等に適用されるものである。
（１－１．光検出装置の構成）
　光検出装置１は、例えば、複数の単位画素Ｐが行方向および列方向にアレイ状に配置された画素アレイ部１００Ａを有している。光検出装置１は、図２に示したように、画素アレイ部１００Ａと共にバイアス電圧印加部１１０を有している。バイアス電圧印加部１１０は、画素アレイ部１００Ａの単位画素Ｐ毎にバイアス電圧を印加するものである。本実施の形態では、電子を信号電荷として読み出す場合について説明する。
　単位画素Ｐは、図３に示したように、受光素子１２と、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）からなるクエンチング抵抗素子１２０と、例えば相補型のＭＯＳＦＥＴからなるインバータ１３０とを備えている。
　受光素子１２は、入射された光を光電変換により電気信号に変換して出力する。付帯的には、受光素子１２は、入射された光（フォトン）を光電変換により電気信号に変換し、フォトンの入射に応じたパルスを出力する。受光素子１２は、例えばＳＰＡＤ素子であり、ＳＰＡＤ素子は、例えば、カソードに大きな負電圧が印加されることによってアバランシェ増倍領域（空乏層）１２Ｘを形成し、１フォトンの入射に応じて発生した電子がアバランシェ増倍を生じて大電流が流れる特性を有している。受光素子１２は、例えば、アノードがバイアス電圧印加部１１０と接続され、カソードがクエンチング抵抗素子１２０のソース端子と接続されている。受光素子１２のアノードには、デバイス電圧印加部からデバイス電圧ＶＢが印加される。
　クエンチング抵抗素子１２０は、受光素子１２と直列に接続され、ソース端子が受光素子１２のカソードと接続され、ドレイン端子が図示しない電源と接続されている。クエンチング抵抗素子１２０のドレイン端子には、電源から励起電圧ＶＥが印加される。クエンチング抵抗素子１２０は、受光素子１２でアバランシェ増倍された電子による電圧が負電圧ＶＢＤに達すると、受光素子１２で増倍された電子を放出して、当該電圧を初期電圧に戻すクエンチングを行う。
　インバータ１３０は、入力端子が受光素子１２のカソードおよびクエンチング抵抗素子１２０のソース端子と接続され、出力端子が図示しない後段の演算処理部と接続されている。インバータ１３０は、受光素子１２で増倍されたキャリア（信号電荷）に基づいて受光信号を出力する。より具体的には、インバータ１３０は、受光素子１２で増倍された電子により発生する電圧を整形する。そして、インバータ１３０は、１フォントの到来時刻を始点として、例えば図３に示したパルス波形が発生する受光信号（ＡＰＤ　ＯＵＴ）を演算処理部に出力する。例えば、演算処理部は、それぞれの受光信号において１フォントの到来時刻を示すパルスが発生したタイミングに基づいて、被写体までの距離を求める演算処理を行って、単位画素Ｐ毎に距離を求める。そして、それらの距離に基づいて、複数の単位画素Ｐにより検出された被写体までの距離を平面的に並べた距離画像が生成される。
　光検出装置１は、例えば、センサ基板１０の表面側（例えば、センサ基板１０を構成する半導体基板１１の表面（第１面１１Ｓ１）側）にロジック基板２０が積層され、センサ基板１０の裏面側（例えば、センサ基板１０を構成する半導体基板１１の裏面（第２面１１Ｓ２））から光を受光する、所謂裏面照射型の光検出装置である。本実施の形態の光検出装置１は、単位画素Ｐ毎に受光素子１２を有している。受光素子１２は、受光部１３と増倍部１４とを有し、半導体基板１１内に受光部１３が埋め込み形成されている。半導体基板１１にはさらに、第１面１１Ｓ１に、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘとｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙのうちのｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘが設けられている。半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側には半導体層１５が設けられており、この半導体層１５に、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙが設けられている。
　なお、図中の「ｐ」および「ｎ」の記号は、それぞれｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域を表している。さらに、「ｐ」の末尾の「＋」または「－」は、いずれもｐ型半導体領域の不純物濃度を表している。同様に、「ｎ」の末尾の「＋」または「－」は、いずれもｎ型半導体領域の不純物濃度を表している。ここで、「＋」の数が多いほど不純物濃度が高いことを示し、「－」の数が多いほど不純物濃度が低いことを示す。これは、以降の図面についても同様である。
　センサ基板１０は、例えば、シリコン基板で構成された半導体基板１１と、半導体層１５と、多層配線層１８とを有している。半導体基板１１は、対向する第１面１１Ｓ１および第２面１１Ｓ２を有している。半導体基板１１は複数の単位画素Ｐに対して共通のｐウェル（ｐ）１１１を有している。半導体基板１１には、単位画素Ｐ毎に、例えばｎ型に不純物濃度が制御されたｎ型半導体領域（ｎ）１１２が設けられおり、これにより、単位画素Ｐ毎に受光素子１２が形成されている。半導体基板１１には、さらに第１面１Ｓ１と第２面１１Ｓ２との間を延伸する画素分離部１７が設けられている。
　受光素子１２は、高電界領域によりキャリアをアバランシェ増倍させる増倍領域（アバランシェ増倍領域）を有するものであり、上記のように、カソードに大きな正電圧を印加することによってアバランシェ増倍領域（空乏層）を形成し、１フォトンの入射で発生する電子をアバランシェ増倍させることが可能なＳＰＡＤ素子である。
　受光素子１２は、受光部１３と、増倍部１４とから構成されている。
　受光部１３は、本開示の「受光部」の一具体例に相当し、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２側から入射した光を吸収し、その受光量に応じたキャリアを生成する光電変換機能を有するものである。受光部１３は、上記のように、ｎ型に不純物濃度が制御されたｎ型半導体領域（ｎ）１１２を含んで構成されており、受光部１３において生成されたキャリア（電子）は、ポテンシャル勾配によって増倍部１４へ転送される。
　増倍部１４は、本開示の「増倍部」の一具体例に相当し、受光部１３において生成されたキャリア（ここでは、電子）をアバランシェ増倍するものである。増倍部１４は、例えば、ｐウェル（ｐ）１１１よりも不純物濃度の高いｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘと、ｎ型半導体領域（ｎ）１１２よりも不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙとから構成されている。ｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘは、半導体基板１１内に、第１面１１Ｓ１に面して設けられている。ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙは、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１から突出しして設けられている。具体的には、上記のように、半導体基板１１の第１面に設けられた半導体層１５内に、半導体層１５の第２面１５Ｓ２に面して埋め込み形成されている。
　受光素子１２では、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に面して設けられたｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘと、半導体層１５の第２面１５Ｓ２に面して設けられたｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙとの接合部にアバランシェ増倍領域１２Ｘが形成される。アバランシェ増倍領域１２Ｘは、カソードに印加される大きな負電圧によってｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘとｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙとの境界面に形成される高電界領域（空乏層）である。アバランシェ増倍領域１２Ｘでは、受光素子１２に入射する１フォトンで発生する電子（ｅ－）が増倍される。
　半導体層１５は、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に、例えばエピタキシャル結晶成長法を用いて形成された、例えばシリコンからなる半導体層であり、本開示の「半導体層」の一具体例に相当するものである。半導体層１５は、対向する第１面１５Ｓ１および第２面１５Ｓ２を有している。第１面１５Ｓ１は多層配線層１８に面し、第２面１５Ｓ２は半導体基板１１に面している。半導体層１５には、上記のように、第２面１５Ｓ２に面してｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙが埋め込み形成されている。
　半導体層１５には、さらに、本開示の「第２の電極」の一具体例に相当するカソードと、増倍部１４とを電気的に接続するためのコンタクト電極１６が、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙ上に、第１面１５Ｓ１に面して設けられている。コンタクト電極１６は、例えば、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙよりも不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ＋＋）によって構成されている。
　画素分離部１７は、隣り合う単位画素Ｐの間を電気的および／または光学的に分離するものであり、例えば画素アレイ部１００Ａに格子状に設けられている。画素分離部１７は、例えば、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１と第２面１１Ｓ２との間を延伸する遮光膜１７Ａと、遮光膜１７Ａと半導体基板１１との間に設けられた絶縁膜１７Ｂ，１７Ｃとから構成されている。遮光膜１７Ａは、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２において拡張形成された遮光部１７Ｘを有している。遮光部１７Ｘは、隣り合う単位画素Ｐ間における斜入射光のクロストークを抑えるものである。遮光膜１７Ａおよび遮光部１７Ｘは、例えば、遮光性を有する導電材料を用いて形成されている。このような材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌと銅（Ｃｕ）との合金等が挙げられる。絶縁膜１７Ｂ，１７Ｃは、例えば、シリコン酸化（ＳｉＯｘ）膜等を用いて形成されている。
　画素分離部１７の周囲には、ｐウェル１１１よりも不純物濃度の高いｐ型半導体領域（ｐ＋）１１３が設けられている。ｐ型半導体領域（ｐ＋）１１３は、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１近傍において単位画素Ｐの内側に向かって拡張されている（拡張部１１３Ｘ）。この拡張部１１３Ｘが、本開示の「第１の電極」の一具体例に相当するアノードと、受光部１３とを電気的に接続するコンタクト電極を兼ねている。ｐ型半導体領域（ｐ＋）１１３は、さらに、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２近傍において、例えば画素アレイ部１００Ａに亘って延在している。
　半導体基板１１の光入射面（第２面１１Ｓ２）とは反対側の第１面１１Ｓ１側には、半導体層１５を間にして多層配線層１８が設けられている。多層配線層１８では、１または複数の配線からなる配線層１８１が層間絶縁層１８２内に形成されている。配線層１８１は、例えば、半導体基板１１や受光素子１２に印加する電圧を供給したり、受光素子１２において発生したキャリアを取り出すためのものである。配線層１８１の一部の配線はビアＶ１を介してコンタクト電極１６や拡張部１１３Ｘと電気的に接続されている。層間絶縁層１８２の、半導体基板１１側とは反対側の表面（多層配線層１８の表面１８Ｓ１）には、複数のパッド電極１８３が埋め込まれている。複数のパッド電極１８３は、配線層１８１の一部の配線とビアＶ２を介して電気的に接続されている。なお、図１では、多層配線層１８内に１つの配線層１８１が形成されている例を示したが、多層配線層１８内の配線層の総数は限定されず、２層以上の配線層が形成されていてもよい。
　層間絶縁層１８２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、ＴＥＯＳ、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）等のうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。
　配線層１８１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはタングステン（Ｗ）等を用いて形成されている。
　パッド電極１８３は、ロジック基板２０との接合面（多層配線層１８の表面１８Ｓ１）に露出しており、例えば、ロジック基板２０との接続に用いられるものである。パッド電極１８３は、例えば、銅（Ｃｕ）を用いて形成されている。
　ロジック基板２０は、例えば、シリコン基板で構成された半導体基板２１と、多層配線層２２とを有している。ロジック基板２０には、例えば、上述したバイアス電圧印加部１１０や、画素アレイ部１００Ａの単位画素Ｐから出力された電荷に基づく画素信号を出力する読み出し回路や、垂直駆動回路、カラム信号処理回路、水平駆動回路および出力回路等を含むロジック回路が構成されている。
　多層配線層２２は、例えば、読み出し回路を構成するトランジスタのゲート配線２２１と、１または複数の配線を含む配線層２２２，２２３，２２４，２２５とが層間絶縁層２２６を間に、半導体基板２１側から順に積層されている。層間絶縁層２２６の、半導体基板２１側とは反対側の表面（多層配線層２２の表面２２Ｓ１）には、複数のパッド電極２２７が埋め込まれている。複数のパッド電極２２７は、配線層２２５の一部の配線とビアＶ３を介してと電気的に接続されている。
　層間絶縁層１１７は、層間絶縁層１８２と同様に、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、ＴＥＯＳ、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）等のうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。
　ゲート配線２２１および配線層２２２，２２３，２２４，２２５は、配線層１８１と同様に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはタングステン（Ｗ）等を用いて形成されている。
　パッド電極２２７は、センサ基板１０との接合面（多層配線層２２の表面２２Ｓ１）に露出しており、例えば、センサ基板１０との接続に用いられるものである。パッド電極２２７は、パッド電極１８３と同様に、例えば、銅（Ｃｕ）を用いて形成されている。
　光検出装置１では、パッド電極１８３とパッド電極２２７との間で、例えばＣｕＣｕ接合がなされている。これにより、受光素子１２のカソードは、ロジック基板２０側に設けられたクエンチング抵抗素子１２０と電気的に接続され、受光素子１２のアノードは、バイアス電圧印加部１１０と電気的に接続される。
　半導体基板１１の光入射面（第２面１１Ｓ２）側には、例えば、パッシベーション膜３１およびカラーフィルタ３２を介してマイクロレンズ３３が、例えば単位画素Ｐ毎に設けられている。
　マイクロレンズ３３は、その上方から入射した光を受光素子１２へ集光させるものであり、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等を用いて形成されている。
（１－２．光検出装置の製造方法）
　センサ基板１０は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、イオン注入により、半導体基板１１に、ｐ型またはｎ型の不純物濃度を制御してｐウェル（ｐ）１１１、ｎ型半導体領域（ｎ）１１２およびｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘを形成する。次に、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の酸化膜または（ＳｉＮｘ）等の窒化膜をハードマスクとしてパターニングした後、エッチングにより、例えば半導体基板１１を貫通する貫通孔を形成する。続いて、貫通孔内に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法または蒸着法等により絶縁膜１７Ｂ，１７Ｃおよび遮光膜１７Ａを順に成膜する。
　次に、例えば有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：ＭＯＣＶＤ）法等のエピタキシャル結晶成長法により、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体層１５を形成する。続いて、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により、半導体層１５の表面を平坦化した後、続いて、イオン注入により、半導体層１５にｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙおよびコンタクト電極１６（ｎ型半導体領域（ｎ＋＋））を形成する。これにより、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙは、例えば１μｍ以下の膜厚で形成することができる。
　次に、半導体層１５の第１面１５Ｓ１を、例えばＣＭＰにより研磨した後、半導体層１５の第１面１５Ｓ１上に多層配線層１８を形成する。その後、別途作成したロジック基板２０を貼り合わせる。このとき、多層配線層１８の接合面（表面１８Ｓ１）に露出した複数のパッド電極１８３と、ロジック基板２０側の多層配線層２２の接合面（表面２２Ｓ）に露出した複数のパッド部２１７とがＣｕＣｕ接合される。
　続いて、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２を、例えばＣＭＰにより研磨した後、遮光部１７Ｘ、パッシベーション膜３１、カラーフィルタ３２およびマイクロレンズ３３を順に形成する。これにより、図１に示した光検出装置１が完成する。
（１－３．作用・効果）
　本実施の形態の光検出装置１は、半導体基板１１の第１面１Ｓ１に半導体層１５を設け、この半導体層１５内に、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙを設けるようにした。これにより、受光部１３と電気的に接続されるアノードと、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙおよびカソードとの間隔を確保する。以下、これについて説明する。
　前述したような一般的なＳＰＡＤ構造を有する光検出器では、エッジブレイクダウンを抑制するために、アノードとアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のｎ型半導体領域との横方向の距離を離すことが求められる。このため、微細化には不向きであった。
　この課題を解決する方法として、アノードをシリコン基板の内部に埋め込んだ埋め込み構造が考えられる。しかしながら、この構造では、シリコン基板にアノード用の開口を形成した後にコンタクトイオン注入を行うため、製造プロセスが複雑になる。
　これに対して、本実施の形態では、半導体基板１１の第１面１Ｓ１に、例えばエピタキシャル結晶成長法を用いて半導体層１５を設け、この半導体層１５内に、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙをイオン注入により設けるようにした。これにより、一般的なＳＰＡＤ構造を有する光検出器のように、半導体基板１１内にｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙを形成する場合と比較して不純物の拡散が抑えられ、急峻な電荷を形成することが可能となる。
　以上により、本実施の形態の光検出装置１では、上記埋め込み構造と比較して容易に受光部１３と電気的に接続されるアノードと、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙおよびカソードとの間隔を確保できるようになり、意図しないエッジブレイクダウンを抑制することが可能となる。
　また、本実施の形態の光検出装置１では、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙを半導体層１５内に設けるようにしたので、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙ分、受光領域（受光部１３）を拡大することができる。よって、感度を向上させることが可能となる。
　次に、本開示の変形例１～１１ならびに適用例および応用例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
　図４は、本開示の変形例１に係る光検出装置（光検出装置１Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ａは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ａは、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘと、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙとの両方を半導体層１５内に設けた点が、上記実施の形態とは異なる。
　このように、本変形例の光検出装置１Ａでは、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘおよびｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙの両方を、半導体層１５内に形成するようにした。これにより、上記実施の形態の効果に加えて、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘの分、受光領域（受光部１３）をさらに拡大することができる。よって、感度をより向上させることが可能となる。
（２－２．変形例２）
　図５は、本開示の変形例２に係る光検出装置（光検出装置１Ｂ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｂは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｂは、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に半導体層１５を単位画素Ｐ毎に部分的に設けた点が、上記実施の形態とは異なる。
　図６Ａ～図６Ｃは、半導体層１５の平面形状の一例を模式的に表したものである。半導体層１５は、例えば、図６Ａに示したように、単位画素Ｐと同様に矩形状としてもよいし、図６Ｂに示したように、矩形以外の多角形状としてもよい。あるいは、図６Ｃに示したように、円形状としてもよい。特に画素サイズが小さい場合には、横方向（例えば、ＸＹ平面方向）のエッジ電界緩和の観点から、図６Ｃに示した円形状とすることが好ましい。
　このような半導体層１５は、以下のようにして製造することができる。例えば、上記実施の形態と同様にして、半導体基板１１にｐウェル（ｐ）１１１、ｎ型半導体領域（ｎ）１１２およびｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘを形成する。続いて、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に所定の位置に開口を有する絶縁層１９をパターン形成する。絶縁層１９は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用いて形成することができる。その後、開口内にエピタキシャル結晶成長法により半導体層１５を形成する。
　また、本変形例のように半導体層１５を単位画素Ｐ毎に部分的に設ける場合には、半導体基板１１を加工して凸構造を形成し、この凸構造部分を半導体層１５として用いることもできる。
　このように、本変形例の光検出装置１Ｂでは、半導体層１５を単位画素Ｐ毎に絶縁層１９内に埋め込み形成し、その半導体層１５内に、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙを設けるようにした。これにより、上記実施の形態と比較して、アノードと、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙとの間隔をより確実に確保できるようになる。よって、上記実施の形態の効果に加えて、意図しないエッジブレイクダウンをさらに抑制することが可能となる。
（２－３．変形例３）
　図７は、本開示の変形例３に係る光検出装置（光検出装置１Ｃ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｃは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｃは、上記変形例１と変形例２とを組み合わせたものであり、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に半導体層１５を単位画素Ｐ毎に部分的に設けると共に、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘと、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙとの両方を半導体層１５内に設けたものである。
　このように、半導体層１５を単位画素Ｐ毎に部分的に設け、その半導体層１５内に、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘおよびｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙの両方を設けるようにしてもよい。これにより、アノードと、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙとの間隔をより確実に確保できると共に、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘの分、受光領域（受光部１３）をさらに拡大することができる。よって、意図しないエッジブレイクダウンをさらに抑制できると共に、感度をより向上させることが可能となる。
（２－４．変形例４）
　図８は、本開示の変形例４に係る光検出装置（光検出装置１Ｄ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｄは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｄは、画素分離部１７をさらに半導体層１５内まで延在させ、画素分離部１７が半導体層１５を貫通している点が、上記実施の形態とは異なる。
　また、本変形例では、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１１３は、画素分離部１７と共に半導体層１５内まで延在しており、半導体層１５の第１面１５Ｓ１近傍において単位画素Ｐの内側に向かって拡張されている（拡張部１１３Ｘ）。
　このように、本変形例の光検出装置１Ｄでは、画素分離部１７を半導体基板１１から半導体層１５内まで延在させ、半導体層１５を画素分離部１７によって単位画素Ｐ毎に分離するようにした。これにより、増倍部１４でのアバランシェ増倍時の発光によるクロストークを抑制することが可能となる。よって、上記実施の形態の効果に加えてデバイス特性を向上させることが可能となる。
（２－５．変形例５）
　図９は、本開示の変形例５に係る光検出装置（光検出装置１Ｅ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｅは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｅは、上記変形例１と変形例２とを組み合わせた構成において、単位画素Ｐ毎に部分的に設けた半導体層１５の側面を傾斜面とした点が、上記実施の形態とは異なる。
　このように、単位画素Ｐ毎に部分的に設けられた半導体層１５の側面の角度は特に限定されず、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１に対して垂直であってもよいし、傾斜していてもよい。
（２－６．変形例６）
　図１０は、本開示の変形例６に係る光検出装置（光検出装置１Ｆ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｆは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｆは、上記変形例２のさらなる変形例であり、単位画素Ｐ毎に部分的に設けられた半導体層１５に形成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙの端面が半導体層１５の側面よりも内側に形成されるようにした点が、上記実施の形態とは異なる。
　このように、本変形例の光検出装置１Ｆでは、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙの端面を単位画素Ｐ毎に設けられた半導体層１５の側面よりも内側に形成し、半導体層１５の周縁部にｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙの未形成領域を設けるようにした。これにより、半導体層１５の側面の界面において発生する暗電流のアバランシェ増倍を低減することが可能となる。
（２－７．変形例７）
　図１１は、本開示の変形例７に係る光検出装置（光検出装置１Ｇ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｇは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｇは、上記変形例１と変形例６とを組み合わせたものであり、増倍部１４を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘおよびｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙの両方の端面を、単位画素Ｐ毎に部分的に設けられた半導体層１５の側面よりも内側に形成するようにしたものである。
　これにより、受光領域（受光部１３）をさらに拡大しつつ、半導体層１５の側面の界面において発生する暗電流のアバランシェ増倍を低減することが可能となる。
（２－８．変形例８）
　図１２は、本開示の変形例８に係る光検出装置（光検出装置１Ｈ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１３は、図１２に示した光検出装置１Ｈの単位画素Ｐにおけるｐ型半導体領域（ｐ＋）１４Ｘおよびｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙの平面レイアウトを模式的に表したものである。光検出装置１Ｈは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｈは、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙが形成された半導体層１５を、単位画素Ｐ毎に複数設けた点が、上記変形例２とは異なる。
　このように、増倍部１４を構成するｎ型半導体領域（ｎ＋）１４Ｙが形成された半導体層１５を単位画素Ｐに複数設けるようにしてもよい。これにより、上記実施の形態の効果に加えて、光の吸収効率を向上させることが可能となる。
（２－９．変形例９）
　図１４は、本開示の変形例９に係る光検出装置（光検出装置１Ｉ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１５は、図１４に示した光検出装置１Ｉの単位画素Ｐにおける反射層４１の平面レイアウトの一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｉは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。本変形例の光検出装置１Ｉは、上記変形例２の構成に加えて、半導体層１５の周囲に設けられた絶縁層１９内に、例えば、半導体層１５を囲むように反射層４１を設けたものである。
　反射層４１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等の光反射性を有する配線材料を用いて形成することができる。
　このように、本変形例の光検出装置１Ｉでは、半導体層１５の周囲に設けられた絶縁層１９内に、例えば、半導体層１５を囲む反射層４１を設けるようにした。これにより、受光部１３において吸収されずに透過した光が反射層４１によって反射されて受光部１３に再入射するようになる。よって、上記変形例２の効果に加えて、感度をより向上させることが可能となる。
（２－１０．変形例１０）
　図１６は、本開示の変形例１０に係る光検出装置（光検出装置１Ｊ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１７は、図１６に示した反射層４１に対する配線レイアウトの一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｊは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。上記反射層４１は、一部を分断し、その一端とカソード（コンタクト電極１６）とを、例えばビアＶ１を介して電気的に接続し、他端を読み出し回路に電気的に接続するようにしてもよい。これにより、反射層４１を、読み出し回路の抵抗素子として用いることができる。よって、読み出し回路の面積効率を向上させることが可能となる。
（２－１１．変形例１１）
　図１８は、本開示の変形例１１に係る光検出装置（光検出装置１Ｋ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｋは、例えば上記実施の形態と同様に、ＴｏＦ法により距離計測を行う距離画像センサ（距離画像装置１０００）やイメージセンサ等に適用されるものである。上記変形例９では、半導体層１５の周囲に設けられた絶縁層１９内に反射層４１を設け、受光部１３において吸収されずに透過した光を受光部１３に再入射させるようにした。これに対して、本変形例では、層間絶縁層１８２内に設けられた、配線層１８１の一部の配線（例えば、配線１８１Ａ）をＸＹ平面方向に拡張し、これを反射層として用いるようにした。これにより、上記変形例０と同様に、受光部１３において吸収されずに透過した光を受光部１３に再入射させることができるようになる。
＜３．適用例＞
　図１９は、上記実施の形態および変形例１～１１に係る光検出装置（例えば、光検出装置１）を備えた電子機器としての距離画像装置１０００の概略構成の一例を表したものである。この距離画像装置１０００が、本開示の「測距装置」の一具体例に相当する。
　距離画像装置１０００は、例えば、光源装置１１００と、光学系１２００と、光検出装置１と、画像処理回路１３００と、モニタ１４００と、メモリ１５００とを有している。
　距離画像装置１０００は、光源装置１１００から照射対象物２０００に向かって投光され、照射対象物２０００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、照射対象物２０００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１２００は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、照射対象物２０００からの像光（入射光）を光検出装置１に導き、光検出装置１の受光面（センサ部）に結像させる。
　画像処理回路１３００は、光検出装置１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い、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１４００に供給されて表示されたり、メモリ１５００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た距離画像装置１０００では、上述した光検出装置（例えば、光検出装置１）を適用することで、安定性の高い単位画素Ｐからの受光信号のみに基づいて照射対象物２０００までの距離を演算し、精度の高い距離画像を生成することが可能となる。即ち、距離画像装置１０００は、より正確な距離画像を取得することができる。
＜４．応用例＞
（移動体への応用例）
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図２０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図２１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図２１では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図２１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、実施の形態および変形例１～１１ならびに適用例および応用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、本開示の光検出装置では、上記実施の形態等で説明した各構成要素の全てを備えている必要はなく、また逆に他の層を備えていてもよい。例えば、光検出装置１が可視光以外の光（例えば、近赤外光（ＩＲ））を検出する場合には、カラーフィルタ３２は省略しても構わない。
　また、本開示の光検出装置を構成する半導体領域の極性は反転していてもよい。更に、本開示の光検出装置は、正孔を信号電荷としてもよい。
　更にまた、本開示の光検出装置は、アノードとカソードとの間に逆バイアスを印加することでアバランシェ増倍が起きるような状態であれば、それぞれの電位は限定されない。
　また、上記実施の形態等では、半導体基板１１および半導体層１５としてシリコンを用いた例を示したが、半導体基板１１および半導体層１５は、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との化合物半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ））も用いることができる。
　なお、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
　なお、本開示は、以下のような構成であってもよい。以下の構成の本技術によれば、対向する第１の面および第２の面を有する半導体基板の第１の面側に半導体層を設け、増倍部を構成する第１の導電型領域および第２の導電型領域のうち、少なくとも第２の導電型領域を半導体層内に設けるようにした。これにより、受光部と電気的に接続される第１の電極と、増倍部を構成する第２の導電型領域との間隔が確保されるため、意図しないエッジブレイクダウンを抑制することが可能となる。
（１）
　対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
　前記半導体基板の前記第１の面側に設けられた半導体層と、
　前記画素毎に前記半導体基板の内部に設けられ、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成する受光部と、
　前記第１の面側に順に積層された第１の導電型領域と第２の導電型領域とを有し、少なくとも前記第２の導電型領域が前記半導体層に設けられると共に、前記受光部において生成された前記キャリアをアバランシェ増倍する増倍部と、
　前記第１の面側に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
　前記第１の面側に設けられ、前記増倍部と電気的に接続された第２の電極と
　を備えた光検出装置。
（２）
　前記増倍部は、前記第１の導電型領域および前記第２の導電型領域の両方が前記半導体層に設けられている、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
　前記半導体基板の前記第１の面側に絶縁層をさらに有し、
　前記半導体層は、前記画素毎に前記絶縁層に埋め込み形成されている、前記（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）
　前記半導体層内に形成された前記増倍部は、前記半導体層の側面よりも内側に端面を有している、前記（３）に記載の光検出装置。
（５）
　前記半導体層の側面は、前記第１の面に対して傾斜している、前記（１）乃至（４）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（６）
　前記半導体基板は、前記複数の画素をそれぞれ区画すると共に、前記第１の面と前記第２の面との間を貫通する画素分離部をさらに有する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（７）
　前記画素分離部は、さらに前記半導体層を貫通している、前記（６）に記載の光検出装置。
（８）
　前記画素分離部は遮光性を有する導電膜と、前記導電膜と前記半導体基板との間に設けられた絶縁膜とから構成されている、前記（６）または（７）に記載の光検出装置。
（９）
　前記画素分離部の周囲に第１の導電型の不純物領域をさらに有し、
　前記受光部と前記第１の電極とは、前記第１の導電型の不純物領域を介して電気的に接続されている、前記（６）乃至（８）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１０）
　前記半導体層内に第２の導電型の不純物領域をさらに有し、
　前記増倍部と前記第２の電極とは、前記第２の導電型の不純物領域を介して電気的に接続されている、前記（１）乃至（９）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１１）
　前記絶縁層内に設けられ、前記半導体層を囲む反射層をさらに有する、前記（３）乃至（１０）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１２）
　前記反射層は分断されており、一端は前記第２の電極と接続され、他端は前記増倍部において増倍された前記キャリアを読み出す読み出し回路に接続されている、前記（１１）に記載の光検出装置。
（１３）
　前記半導体基板および前記半導体層はシリコンを含んで形成されている、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１４）
　光学系と、光検出装置と、前記光検出装置の出力信号から測定対象物までの距離を算出する信号処理回路とを備え、
　前記光検出装置は、
　対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
　前記半導体基板の前記第１の面側に設けられた半導体層と、
　前記画素毎に前記半導体基板の内部に設けられ、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成する受光部と、
　前記第１の面側に順に積層された第１の導電型領域と第２の導電型領域とを有し、少なくとも前記第２の導電型領域が前記半導体層に設けられると共に、前記受光部において生成された前記キャリアをアバランシェ増倍する増倍部と、
　前記第１の面側に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
　前記第１の面側に設けられ、前記増倍部と電気的に接続された第２の電極と
　を有する測距装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０２１年１月２７日に出願された日本特許出願番号２０２１－０１１５３５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (14)

  1. 　対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
    　前記半導体基板の前記第１の面側に設けられた半導体層と、
    　前記画素毎に前記半導体基板の内部に設けられ、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成する受光部と、
    　前記第１の面側に順に積層された第１の導電型領域と第２の導電型領域とを有し、少なくとも前記第２の導電型領域が前記半導体層に設けられると共に、前記受光部において生成された前記キャリアをアバランシェ増倍する増倍部と、
    　前記第１の面側に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
    　前記第１の面側に設けられ、前記増倍部と電気的に接続された第２の電極と
    　を備えた光検出装置。
  2. 　前記増倍部は、前記第１の導電型領域および前記第２の導電型領域の両方が前記半導体層に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記半導体基板の前記第１の面側に絶縁層をさらに有し、
    　前記半導体層は、前記画素毎に前記絶縁層に埋め込み形成されている、請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記半導体層内に形成された前記増倍部は、前記半導体層の側面よりも内側に端面を有している、請求項３に記載の光検出装置。
  5. 　前記半導体層の側面は、前記第１の面に対して傾斜している、請求項１に記載の光検出装置。
  6. 　前記半導体基板は、前記複数の画素をそれぞれ区画すると共に、前記第１の面と前記第２の面との間を貫通する画素分離部をさらに有する、請求項１に記載の光検出装置。
  7. 　前記画素分離部は、さらに前記半導体層を貫通している、請求項６に記載の光検出装置。
  8. 　前記画素分離部は遮光性を有する導電膜と、前記導電膜と前記半導体基板との間に設けられた絶縁膜とから構成されている、請求項６に記載の光検出装置。
  9. 　前記画素分離部の周囲に第１の導電型の不純物領域をさらに有し、
    　前記受光部と前記第１の電極とは、前記第１の導電型の不純物領域を介して電気的に接続されている、請求項６に記載の光検出装置。
  10. 　前記半導体層内に第２の導電型の不純物領域をさらに有し、
    　前記増倍部と前記第２の電極とは、前記第２の導電型の不純物領域を介して電気的に接続されている、請求項１に記載の光検出装置。
  11. 　前記絶縁層内に設けられ、前記半導体層を囲む反射層をさらに有する、請求項３に記載の光検出装置。
  12. 　前記反射層は分断されており、一端は前記第２の電極と接続され、他端は前記増倍部において増倍された前記キャリアを読み出す読み出し回路に接続されている、請求項１１に記載の光検出装置。
  13. 　前記半導体基板および前記半導体層はシリコンを含んで形成されている、請求項１に記載の光検出装置。
  14. 　光学系と、光検出装置と、前記光検出装置の出力信号から測定対象物までの距離を算出する信号処理回路とを備え、
    　前記光検出装置は、
    　対向する第１の面および第２の面を有すると共に、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部を有する半導体基板と、
    　前記半導体基板の前記第１の面側に設けられた半導体層と、
    　前記画素毎に前記半導体基板の内部に設けられ、受光量に応じたキャリアを光電変換により生成する受光部と、
    　前記第１の面側に順に積層された第１の導電型領域と第２の導電型領域とを有し、少なくとも前記第２の導電型領域が前記半導体層に設けられると共に、前記受光部において生成された前記キャリアをアバランシェ増倍する増倍部と、
    　前記第１の面側に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
    　前記第１の面側に設けられ、前記増倍部と電気的に接続された第２の電極と
    　を有する測距装置。
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