WO2022244384A1 - 光検出装置および測距装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to, for example, a photodetector using an avalanche photodiode and a rangefinder including the same.
  • Patent Document 1 a first photoelectric conversion element made of silicon and a second photoelectric conversion element made of a semiconductor material having a bandgap smaller than that of silicon are provided on the main surface of a silicon semiconductor substrate. is disclosed.
  • a photodetector has a first surface that serves as a light receiving surface and a second surface that faces the first surface.
  • a first substrate having a light-receiving portion that generates an amount of charge by photoelectric conversion; a third surface disposed on the second surface side of the first substrate and facing the second surface; a second substrate having a fourth surface facing the second substrate, having a bandgap wider than that of the first substrate, and having a multiplication section for each pixel for avalanche-multiplying the charge generated in the light-receiving section; a first electrode provided on the first surface of the first substrate and electrically connected to the light receiving section; and a first electrode provided on the fourth surface of the second substrate and electrically connected to the multiplier section. and a second electrode.
  • 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.
  • the light receiving section is provided on the first substrate with a narrow bandgap
  • the multiplication section is provided on the second substrate with a wider bandgap than the first substrate. I tried to set it on the board of As a result, generation of dark current in the multiplication section is reduced while improving the quantum efficiency for near infrared (NIR) and short infrared (SWIR) wavelengths.
  • NIR near infrared
  • SWIR short infrared
  • FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram showing an example of a configuration of a photodetector according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of an overall 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. 2 is a schematic plan view for explaining the layout of the anode of the photodetector shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the configuration of a multiplication section in a unit pixel of the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 1; 2 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of routing of an anode electrode of the photodetector shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the flow of charges in the photodetector shown in FIG. 1;
  • FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the flow of charges in a photodetector as a comparative example;
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the photodetector according to the embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a photodetector according to Modification 1 of the present disclosure;
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a photodetector according to Modification 2 of the present disclosure
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a photodetector according to Modification 3 of the present disclosure
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a photodetector according to Modification 4 of the present disclosure
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the photodetector according to Modification 4 of the present disclosure
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a photodetector according to Modification 5 of the present disclosure
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the photodetector according to Modification 5 of the present disclosure
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the photodetector according to Modification 5 of the present disclosure
  • FIG. 11 is a cross-sectional schematic diagram illustrating an example of a configuration of a photodetector according to Modification 6 of the present disclosure
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the photodetector according to Modification 6 of the present disclosure
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the photodetector according to Modification 6 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. 4 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside information detection unit and an imaging unit;
  • Embodiment photodetection device in which a light receiving section is provided on a Ge substrate, a multiplication section is provided on a Si substrate, and an anode is provided on the light receiving surface side of the Ge 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 a p-type contact layer is provided on the entire light-receiving surface of the Ge substrate
  • Modification 2 Example in which a SiGe layer is provided between a Ge substrate and a Si substrate
  • Modification 3 Example in which an impurity diffusion region is provided on the entire surface of the Si substrate facing the Ge substrate
  • Modification 4 Example in which an element isolation portion is provided between adjacent unit pixels on a Si substrate
  • Modification 5 Example in which an avalanche multiplication region is locally provided in the center of the unit pixel P
  • Modification 6 (An example in which an element isolation portion is further provided between adjacent unit pixels of the Ge substrate) 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. 20), 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 the row direction and the column direction, and a peripheral section 100B around the pixel array section 100A. As shown in FIG. 2, the peripheral portion 100B is provided with, for example, a bias voltage application portion 210. As shown in FIG. The bias voltage applying section 210 applies a bias voltage to each unit pixel P of the pixel array section 100A. In this embodiment, a case of reading electrons (e) as signal charges will be described.
  • the unit pixel P includes a light receiving element 101, a quenching resistance element 102 made of a p-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), and an inverter 103 made of, for example, a complementary MOSFET. and
  • a quenching resistance element 102 made of a p-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)
  • an inverter 103 made of, for example, a complementary MOSFET.
  • the light receiving element 101 converts incident light into an electric signal by photoelectric conversion and outputs the electric signal. Additionally, the light receiving element 101 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 101 is, for example, a SPAD element, and forms an avalanche multiplication region (depletion layer) 120X by, for example, applying a large positive voltage to the cathode, and electrons generated in response to the incidence of one photon undergo avalanche multiplication. It has the characteristic of generating a double current and allowing a large current to flow.
  • the light receiving element 101 has, for example, an anode connected to the bias voltage applying section 210 and a cathode connected to the source terminal of the quenching resistance element 102 .
  • a device voltage V B (for example, a negative voltage) is applied to the anode of the light receiving element 101 from a device voltage applying section.
  • the quenching resistance element 102 is connected in series with the light receiving element 101, has a source terminal connected to the cathode of the light receiving element 101, 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 102 from a power supply.
  • the quenching resistance element 102 emits the electrons multiplied by the light receiving element 101 to return the voltage to the initial voltage. ching.
  • the inverter 103 has an input terminal connected to the cathode of the light receiving element 101 and the source terminal of the quenching resistance element 102, and an output terminal connected to a post-processing unit (not shown).
  • the inverter 103 outputs a received light signal based on the charge (signal charge) multiplied by the light receiving element 101 . More specifically, the inverter 103 shapes the voltage generated by the electrons multiplied by the light receiving element 101 . Starting from the arrival time of one font, the inverter 103 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 photodetector 1 is, for example, a so-called back-illuminated photodetector in which the logic board 20 is laminated on the front side of the sensor substrate 10 and light is received from the back side of the sensor substrate 10 .
  • the sensor substrate 10 includes a Ge substrate 11 having a pair of opposing surfaces (first surface 11S1 and second surface 11S2) and a Si substrate 12 having a pair of opposing surfaces (third surface 12S1 and fourth surface 12S2). have.
  • the Ge substrate 11 is arranged on the light incident side S1 with the second surface 11S2 as a light receiving surface. They are arranged to face each other.
  • the photodetector 1 has a light receiving element 101 for each unit pixel P. As shown in FIG.
  • the light receiving element 101 has a light receiving section 110 and a multiplying section 120.
  • the light receiving section 110 is provided on the Ge substrate 11, and the multiplying section 120 is provided on the Si substrate 12, respectively.
  • An anode 141 electrically connected to the light receiving section 110 is provided on the second surface 11S2 of the Ge substrate, and a cathode 225A is provided on the third surface 12S1 of the Si substrate 12 side.
  • the sensor substrate 10 has, for example, a Ge substrate 11, a Si substrate 12, and a multilayer wiring layer 13. As shown in FIG. A light receiving section 110 is formed for each unit pixel P on the Ge substrate 11, for example.
  • the Si substrate 12 is provided with a p-type semiconductor region (p + ) 121 on the side of the third surface 12S1 and an n-type semiconductor region (n + ) 122 on the side of the fourth surface 12S2. 120 are formed.
  • the substrate on which the light receiving section 110 is formed may be a substrate other than germanium (Ge) as long as it has a narrower bandgap than the substrate (Si substrate 12) on which the multiplier section 120 is formed.
  • a compound semiconductor substrate of (Si) and Ge for example, a SiGe substrate
  • a substrate of indium (In), gallium (Ga), and arsenic (As) may be used.
  • the light receiving element 101 has a multiplication region (avalanche multiplication region) that avalanche multiplies charges by a high electric field region.
  • (Depletion layer) 120X is formed, and the SPAD element is capable of avalanche-multiplying electrons generated by incidence of one photon.
  • the light-receiving element 101 is composed of a light-receiving section 110 and a multiplier section 120 .
  • the light receiving unit 110 corresponds to a specific example of the “light receiving unit” of the present disclosure, and has a photoelectric conversion function that absorbs light incident from the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 and generates charges according to the amount of light received. have. Charges (electrons) generated in the light receiving section 110 are transferred to the multiplier section 120 due to the potential gradient.
  • the multiplication section 120 corresponds to a specific example of the “multiplication section” of the present disclosure, and performs avalanche multiplication of charges (here, electrons (e)) generated in the light receiving section 110 .
  • the multiplication section 120 includes the p-type semiconductor region (p + ) 121 and the n-type semiconductor region (n + ) 122 as described above.
  • a p-type semiconductor region (p + ) 121 is provided near the interface of the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 .
  • the n-type semiconductor region (n + ) 122 is formed near the interface of the third surface 12S1 of the Si substrate 12 .
  • a p-type semiconductor region (p + ) 121 provided near the interface of the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12, and an n-type semiconductor region provided near the interface of the third surface 12S1 of the Si substrate 12.
  • An avalanche multiplication region 120X is formed between (n + ) 122 .
  • the avalanche multiplication region 120X is a high electric field region (depletion layer) formed between the p-type semiconductor region (p + ) 121 and the n-type semiconductor region (n + ) 122 by a large positive voltage applied to the cathode. be.
  • electrons (e ⁇ ) generated by one photon incident on the light receiving element 101 are multiplied.
  • FIG. 4A schematically shows a planar layout of the anode 141.
  • the anodes 141 are provided between a plurality of unit pixels P arranged in an array, and are provided in a grid pattern on the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 in plan view.
  • the anode 141 extends to the peripheral portion 100B as shown in FIG. Specifically, the anode 141 extends from the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 to the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 via the side surface in the peripheral portion 100B.
  • the anode 141 penetrates between the third surface 12S1 and the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 and, for example, the bias voltage applying section 210 provided on the logic substrate 20 via a through wiring 142V reaching the wiring layer 131. is electrically connected to
  • the anode 141 is formed using, for example, aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), or the like.
  • the Si substrate 12 is further provided with an n-type contact region (n ++ ) 123 for electrically connecting the cathode 225A and the n-type semiconductor region (n + ) 122 .
  • the n-type contact region (n ++ ) 123 is provided in the Si substrate 12 so as to face the third surface 12S 1 and contact the n-type semiconductor region (n + ) 122 .
  • FIG. 4B schematically shows a planar configuration of the multiplication section 120 in the unit pixel P. As shown in FIG.
  • the p-type semiconductor region (p + ) 121 and the n-type semiconductor region (n + ) 122 are provided approximately in the center of the unit pixel P, for example, in a substantially rectangular shape like the unit pixel P.
  • the n-type semiconductor region (n + ) 122 is formed smaller than the p-type semiconductor region (p + ) 121, and the n-type contact region (n ++ ) 123 is formed even smaller.
  • a multilayer wiring layer 13 is provided on the side opposite to the light incident side S1 of the sensor substrate 10 (specifically, on the side of the third surface 12S1 of the Si substrate 12).
  • a wiring layer 131 composed of one or more wirings is formed within an interlayer insulating layer 132 .
  • the wiring layer 131 is for, for example, supplying a voltage to be applied to the light receiving element 101 and extracting charges generated in the light receiving element 101 .
  • a part of the wiring of the wiring layer 131 is electrically connected to the n-type contact region (n ++ ) 123 through the via V1.
  • a plurality of pad electrodes 133 are embedded in the surface of the interlayer insulating layer 132 opposite to the Si substrate 12 side (the surface 13S1 of the multilayer wiring layer 13).
  • the plurality of pad electrodes 133 are electrically connected to some wirings of the wiring layer 131 via vias V2.
  • FIG. 1 shows an example in which one wiring layer 131 is formed in the multilayer wiring layer 13, the total number of wiring layers in the multilayer wiring layer 13 is not limited, and two or more wiring layers are formed. may be formed.
  • the interlayer insulating layer 132 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. It is composed of a laminated film composed of two or more kinds.
  • the wiring layer 131 is formed using, for example, aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), or the like.
  • the pad electrode 133 is exposed on the joint surface (surface 13S1 of the multilayer wiring layer 13) with the logic substrate 20, and is used for connection with the logic substrate 20, for example.
  • the pad electrode 133 is formed using copper (Cu), for example.
  • the logic board 20 has, for example, a semiconductor substrate 21 made of a Si substrate and a multilayer wiring layer 22 .
  • the logic board 20 includes, for example, the bias voltage application section 210 described above, 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 multilayer wiring layer 22 includes, for example, a gate 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, from the semiconductor substrate 21 side. They are stacked in order.
  • 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 221 and the wiring layers 222, 223, 224, 225 are formed using, for example, aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), or the like, 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 133 .
  • the pad electrode 133 and the pad electrode 227 are, for example, CuCu bonded.
  • the cathode 225A is electrically connected to the quenching resistance element 102 provided on the logic substrate 20 side, and the anode 141 is electrically connected to the bias voltage applying section 210.
  • a protective layer 143 that covers the anode 141 and planarizes the light incident side S1 is provided on the side of the second surface 11S2 of the Ge substrate 11.
  • the condensing lens 31 converges the light incident from above onto the light receiving section 110, and is made of, for example, silicon oxide (SiO x ).
  • the sensor substrate 10 can be manufactured, for example, as follows. First, by ion implantation, a p-type semiconductor region (p + ) 121 and an n-type semiconductor region (n) 122 are formed in the Si substrate 12 by controlling the concentration of p-type or n-type impurities. Next, a multilayer wiring layer 13 is formed on the third surface 12S1 of the Si substrate 12. As shown in FIG. After that, a logic substrate 20 prepared separately is pasted together.
  • the plurality of pad electrodes 133 exposed on the bonding surface (surface 13S1) of the multilayer wiring layer 13 and the plurality of pad portions 217 exposed on the bonding surface (surface 22S1) of the multilayer wiring layer 22 on the logic board 20 side are CuCu bonding.
  • the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 is polished by, for example, CMP to thin it.
  • the Ge substrate 11 is formed on the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 by an epitaxial crystal growth method such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a resist film is patterned on the second surface 11S2 of the Ge substrate 11, and the second surface 11S2 exposed from the resist film is subjected to a MOCVD method, for example.
  • a p-type contact layer (p ++ ) 142 is formed by an epitaxial crystal growth method such as.
  • a metal film is formed using an aluminum (Al) film or the like.
  • the metal film is patterned by photolithography and etching to form the anode 141 .
  • the protective layer 143 and the condensing lens 31 are sequentially formed.
  • the photodetector 1 shown in FIG. 1 is completed.
  • the light receiving section 110 is provided on the Ge substrate 11 with a narrow bandgap
  • the multiplication section 120 is provided on the Si substrate 12 with a wider bandgap than the Ge substrate 11 . This reduces generation of dark current in the multiplier 120 while improving the quantum efficiency for NIR and SWIR. This will be explained below.
  • Ge has a narrower bandgap than Si and high quantum efficiency for NIR and SWIR wavelengths. For this reason, as described above, a light receiving device using Ge as a photoelectric conversion element has been developed. Using this technique, the photoelectric conversion region and the multiplication region are all formed in Ge. However, since Ge has a narrow bandgap, dark current frequently occurs, which causes deterioration of noise.
  • the light receiving section 110 is provided on the Ge substrate 11 having a narrow bandgap, thereby improving the quantum efficiency for NIR and SWIR, while the multiplying section 120 has a narrower bandgap than the Ge substrate 11. It is provided on a wide Si substrate 12 to reduce the generation of dark current.
  • the photodetector 1 of the present embodiment it is possible to reduce the generation of noise while improving the sensitivity to the wavelengths of NIR and SWIR.
  • the anode 141 is provided between adjacent unit pixels P on the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 serving as a light receiving surface.
  • FIG. 6 schematically shows the charge flow when the anode 141 is provided at the center of the unit pixel P on the second surface 11S2 of the Ge substrate 11. As shown in FIG. When the anode 141 is provided in the center of the unit pixel P, the charges photoelectrically converted in the light receiving section 110 are transported to the multiplication section 120 while spreading outward from the center of the unit pixel P. Therefore, the charges transferred to the multiplier 120 pass through the entire avalanche multiplication region 120X, resulting in variations in the multiplication probability.
  • the potential of the peripheral portion of the unit pixel P is pulled to the negative side.
  • the charges photoelectrically converted in the light receiving section 110 are transferred to the multiplication section 120 while moving to the central portion of the unit pixel P, as shown in FIG. Therefore, the charges transferred to the multiplication section 120 concentrate and pass through the center of the avalanche multiplication region 120X, and the multiplication probability is uniformed.
  • the p-type semiconductor region (p + ) constituting the multiplier section 120 is formed at the interface of the fourth surface 12S2 on the light incident side S1, there is a possibility that a transfer barrier may be formed in the charge transfer path from the light receiving section 110.
  • a negative voltage is applied to the anode 141 .
  • the potential difference with the cathode 225A side becomes larger, and charge transfer within the multiplier section 120 is promoted.
  • a condensing lens 31 is provided for each unit pixel P, for example, on the light incident side S1.
  • vignetting caused by the anode 141 can be reduced, and sensitivity to NIR and SWIR wavelengths can be further improved.
  • FIG. 1 and the like show an example in which an impurity-free region is provided between the p-type semiconductor region (p + ) 121 and the n-type semiconductor region (n + ) 122 that constitute the multiplier section 120, , but not limited to this.
  • the p-type semiconductor region (p + ) 121 and the n-type semiconductor region (n + ) 122 forming the multiplication section 120 may be in contact with each other within the Si substrate 12 as shown in FIG. 8, for example. This makes it possible to improve timing jitter characteristics.
  • the thickness of the Si substrate 12 in the Z-axis direction can be reduced, and the height can be reduced.
  • FIG. 9 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.
  • a photodetector device 1A of this modified example differs from the above-described embodiment in that a p-type contact layer (p ++ ) 142 is formed on the entire second surface 11S2 of the Ge substrate 11 .
  • the p-type contact layer (p ++ ) 142 is provided over the entire second surface 11S2 of the Ge substrate 11 .
  • an electric field gradient can be formed not only in the vicinity of the anode 141 but also in the central portion of the unit pixel P, thereby promoting charge transfer within the light receiving section 110 .
  • the vicinity of the interface of the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 is filled with high-concentration holes, it is possible to suppress the generation of dark current at the interface of the second surface 11S2.
  • FIG. 10 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 SiGe layer 14 having a bandgap between the bandgaps of the substrates 11 and 12 is arranged between the Ge substrate 11 and the Si substrate 12. different from the form.
  • the SiGe layer 14 corresponding to a specific example of the "semiconductor layer" of the present disclosure is arranged between the Ge substrate 11 and the Si substrate 12. This suppresses the generation of interface states due to lattice mismatch at the interface between the Ge substrate 11 and the Si substrate 12 . Therefore, generation of dark current at the interface between the Ge substrate 11 and the Si substrate 12 can be reduced.
  • FIG. 11 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 device 1C of this modification has the p-type semiconductor region (p + ) 124 provided on the entire fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 on which the p-type semiconductor region (p + ) 121 is formed. It differs from the embodiment.
  • the p-type semiconductor regions (p + ) 121 and 124 are provided over the entire fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 .
  • the vicinity of the interface of the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 is filled with high-concentration holes. can be reduced.
  • the impurity concentration of the p-type semiconductor regions (p + ) 121 and 124 may be uniform over the entire surface of the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12, but the impurity concentration of the p-type semiconductor region (p + ) 124 is equal to the unit pixel P It is preferably relatively lower than the p-type semiconductor region (p + ) 121 provided for each. This makes it possible to selectively form a strong electric field in the center of the unit pixel P.
  • FIG. 12 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 1D of this modified example differs from the third modified example in that an element separation section 125 is provided between the adjacent unit pixels P of the Si substrate 12 on which the multiplication section 120 is formed.
  • the element isolation portion 125 electrically isolates adjacent unit pixels P, and corresponds to a specific example of the “isolation portion” of the present disclosure.
  • the element isolation section 125 is arranged such that the p-type semiconductor regions (p + ) 124 provided between the adjacent p-type semiconductor regions (p + ) 121 in Modification 3 are placed between the adjacent unit pixels P in the second direction. It can be formed by extending toward the three surfaces 12S1.
  • the element isolation part 125 is formed in the p-type semiconductor region (p + ) 124 extending from the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12 toward the third surface 12S1. may be formed by burying the light shielding film 126 with the .
  • the light shielding film 126 is formed using, for example, a light shielding conductive material. 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 film 127 is formed using, for example, a silicon oxide (SiO x ) film or the like.
  • the adjacent unit pixels P can be electrically and optically separated, and the self-luminous components in the avalanche multiplication region 120X can be prevented from leaking into the adjacent unit pixels P and causing color mixture. becomes possible.
  • voltage may be independently applied to the light shielding film 126 .
  • the vicinity of the interface of the element isolation portion 125 is filled with holes, so that it is possible to reduce the occurrence of dark current at the interface of the element isolation portion 125. Become.
  • FIG. 14 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 p-type semiconductor region (p + ) 124 extending on the side surface of the element isolation portion 125 extends toward the center of the unit pixel P inside the Si substrate 12,
  • the modification is characterized in that an extension portion 124X having an opening 124H is provided in the central portion of the unit pixel P, and the p-type semiconductor region (p + ) 121 is locally provided on the third surface 12S1 side in contact with the extension portion 124X. different from 4.
  • the p-type semiconductor region (p + ) 121 is separated from the interface of the fourth surface 12S2 of the Si substrate 12, for example, near the interface of the third surface 12S1 of the Si substrate 12. It is locally provided so as to be in contact with the n-type semiconductor region (n + ) 122 provided in the . This makes it possible to prevent the dark current generated at the interface between the Ge substrate 11 and the Si substrate 12 and the interface of the element isolation portion 125 from being multiplied in the avalanche multiplication region 120X.
  • the p-type semiconductor region (p + ) 121 is provided near the third surface 12S1 of the Si substrate 12, for example, the light that has not been absorbed by the light receiving portion 110 of the Ge substrate 11 is transferred to p can be absorbed in the Si substrate 12 above the type semiconductor region (p + ) 121 .
  • the photoelectric conversion efficiency can be improved and the sensitivity can be further improved as compared with the above embodiments and the like.
  • photodetector 1E of this modified example may be configured as follows.
  • the photodetector 1E forms a p-type semiconductor region (p + ) 121 over the entire surface of the unit pixel P and extends to the side surface of the element isolation portion 125 instead of the extension portion 124X. It may be in contact with the existing p-type semiconductor region (p + ) 124 . This makes it possible to suppress variations in sensitivity caused by variations in overlapping of the p-type impurities between the extension portion 124X and the p-type semiconductor region (p + ) 121 .
  • the photodetector 1E may replace the extension 124X with a p-type semiconductor region (p + ) 121 as shown in FIG.
  • a p-type semiconductor region (p + ) 121 is formed in the Si substrate 12, for example, on the entire surface of the unit pixel P apart from the n-type semiconductor region (n + ) 122, and an opening 121H is provided in the substantially central portion. You may do so.
  • a strong electric field is formed by a fringe electric field between the p-type semiconductor region (p + ) 121 and the n-type semiconductor region (n + ) 122 .
  • FIGS As a result, compared to the case where the p-type semiconductor region (p + ) 121 is provided in the center of the unit pixel P, for example, as shown in FIGS. This improves the possibility that the transfer of electric charges in the .
  • FIG. 17 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.
  • a distance image sensor distance image apparatus 1000
  • an image sensor that performs distance measurement by the ToF method
  • a distance image apparatus 1000 distance image apparatus 1000
  • a p-type impurity diffusion region (p ++ ) 113 is provided on the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 on which the light receiving portion 110 is formed.
  • a p-type semiconductor region (p + ) 114 penetrating between, for example, the first surface 11S1 and the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 is provided around it, which is different from the modification 5 above.
  • the p-type impurity diffusion region (p ++ ) 113 is embedded in the interface of the second surface 11S2 of the Ge substrate 11, and the anode 141 is formed. It is provided directly on the second surface 11S2 of the Ge substrate 11.
  • FIG. 1 since the position of the anode 141 is relatively close to the light receiving section 110, it is possible to reduce the occurrence of color mixture due to charge leaking into adjacent unit pixels P in the light receiving section 110.
  • a p-type semiconductor region (p + ) 114 penetrating between the first surface 11S1 and the second surface 11S2 of the Ge substrate 11 is formed around the p-type impurity diffusion region (p ++ ) 113. Since it is provided, it is possible to reduce the occurrence of color mixture due to leakage of electric charges from adjacent unit pixels P in the light receiving section 110 .
  • the p-type semiconductor region (p + ) 114 provided around the p-type impurity diffusion region (p ++ ) 113 is located on the side of the first surface 11S1 of the Ge substrate 11, as shown in FIG. is preferably in contact with the p-type semiconductor region (p + ) 124 provided in the . This makes it possible to efficiently transmit the voltage applied to the anode 141 to the avalanche multiplication region 120X.
  • photodetector 1F of this modified example may be configured as follows.
  • a part of the anode 141 may be embedded in the Ge substrate 11 as shown in FIG. As a result, it is possible to reduce the occurrence of color mixture due to leakage of electric charges from adjacent unit pixels P in the light receiving section 110 .
  • a part of the anode 141 may pass through the Ge substrate 11 and the Si substrate 12 as shown in FIG.
  • adjacent unit pixels P can be electrically and optically separated by both the light receiving section 110 and the multiplication section 120, and it is possible to further prevent the occurrence of color mixture.
  • the anode 141 and the bias voltage application section 210 can be connected in the pixel array section 100A without routing the anode 141 to the peripheral section 100B.
  • FIG. 19 shows an example in which the anodes 141A and 141B penetrating the Ge substrate 11 and the Si substrate 12 are formed with the same line width, but the present invention is not limited to this.
  • the anodes 141A and 141B penetrating the Ge substrate 11 and the Si substrate 12 may have different line widths, for example, by forming them in separate processes.
  • FIG. 20 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 above embodiment and Modifications 1 to 6.
  • 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. 21 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 outside information detection unit 12030, an inside 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 the information inside and outside 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 maintenance driving
  • 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. 22 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 of the vehicle 12100, the side mirrors, the rear bumper, the back door, and the upper part of the windshield in the vehicle interior, for example.
  • An image pickup unit 12101 provided in the front nose and an image pickup unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire images in 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 for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
  • FIG. 22 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, the obstacle is detected through the audio speaker 12061 and the display unit 12062. 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 assistance 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 present technology has been described with an example of a stacked photodetector device in which the sensor substrate 10 and the logic substrate 20 are stacked, but the present technology is not limited to this.
  • the logic circuit including the bias voltage applying unit 210 and the readout circuit provided on the logic substrate 20 in the above-described embodiments and the like, the vertical drive circuit, the column signal processing circuit, the horizontal drive circuit, the output circuit, and the like is used. A similar effect can be obtained in the photodetector provided in the peripheral portion 100B.
  • the present disclosure may be configured as follows.
  • the light receiving section is provided on the first substrate with a narrow bandgap
  • the multiplication section is provided on the second substrate with a wider bandgap than the first substrate.
  • NIR near infrared
  • SWIR short infrared
  • (1) It has a first surface serving as a light-receiving surface and a second surface facing the first surface, and a plurality of pixels are arranged in an array, and each pixel generates an electric charge according to the amount of light received by photoelectric conversion.
  • a first substrate having a light receiving portion for The first substrate is arranged on the second surface side of the first substrate and has a third surface facing the second surface and a fourth surface facing the third surface.
  • a second substrate having a bandgap wider than that of the second substrate and having a multiplication section for avalanche-multiplying charges generated in the light-receiving section for each of the pixels; a first electrode provided on the first surface of the first substrate and electrically connected to the light receiving section; and a second electrode provided on the fourth surface of the second substrate and electrically connected to the multiplier section.
  • the multiplication section has a first conductivity type region provided on the third surface side and a second conductivity type region provided on the fourth surface side, the above (1) to ( The photodetector according to any one of 6).
  • the multiplication section further includes a first first conductivity type layer having an impurity concentration relatively lower than that of the first conductivity type region in the vicinity of the interface of the third surface. photodetector.
  • the second substrate further has an isolation portion that electrically isolates the adjacent pixels; (8), wherein the separation section is formed by extending the first first-conductivity-type layer from the third surface toward the fourth surface between the adjacent pixels; A photodetector as described.
  • the second substrate further has an isolation portion that electrically isolates the adjacent pixels;
  • the first first conductivity type layer further having an extension extending toward the center of the pixel within the second substrate and having a first opening at the center of the pixel;
  • the first conductivity type region is the pixel so as to be in contact with the first first conductivity type layer extending from the third surface toward the fourth surface inside the second substrate.
  • the first surface is further provided with a condensing lens for condensing incident light onto the light receiving section for each of the pixels. photodetector.
  • the photodetector is It has a first surface serving as a light-receiving surface and a second surface facing the first surface, and a plurality of pixels are arranged in an array, and each pixel generates an electric charge according to the amount of light received by photoelectric conversion.
  • a first substrate having a light receiving portion for The first substrate is arranged on the second surface side of the first substrate and has a third surface facing the second surface and a fourth surface facing the third surface.
  • a second substrate having a bandgap wider than that of the second substrate and having a multiplication section for avalanche-multiplying charges generated in the light-receiving section for each of the pixels; a first electrode provided on the first surface of the first substrate and electrically connected to the light receiving section; and a second electrode provided on the fourth surface of the second substrate 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、受光面となる第１の面および第１の面と対向する第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、画素毎に受光量に応じた電荷を光電変換により生成する受光部を有する第１の基板と、第１の基板の第２の面側に配置され、第２の面に正対する第３の面および第３の面と対向する第４の面を有すると共に、第１の基板よりもバンドギャップが広く、受光部において生成された電荷をアバランシェ増倍する増倍部を画素毎に有する第２の基板と、第１の基板の第１の面に設けられ、受光部と電気的に接続された第１の電極と、第２の基板の第４の面に設けられ、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、シリコン半導体基板の主表面に、シリコンで構成される第１の光電変換素子と、シリコンよりも小さいバンドギャップを有する半導体材料を含んで構成される第２の光電変換素子とを有する受光装置が開示されている。
特開２０１８－０３２８１０号公報
　ところで、測距装置等を構成する光検出装置では、近赤外および短波赤外の波長の感度の向上と、ノイズの発生の低減とが求められている。
　近赤外および短波赤外の波長の感度を向上させつつ、ノイズの発生を低減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、受光面となる第１の面および第１の面と対向する第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、画素毎に受光量に応じた電荷を光電変換により生成する受光部を有する第１の基板と、第１の基板の第２の面側に配置され、第２の面に正対する第３の面および第３の面と対向する第４の面を有すると共に、第１の基板よりもバンドギャップが広く、受光部において生成された電荷をアバランシェ増倍する増倍部を画素毎に有する第２の基板と、第１の基板の第１の面に設けられ、受光部と電気的に接続された第１の電極と、第２の基板の第４の面に設けられ、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、受光部をバンドギャップの狭い第１の基板に設け、増倍部を第１の基板よりもバンドギャップの広い第２の基板に設けるようにした。これにより、近赤外（ＮＩＲ）および短波赤外（ＳＷＩＲ）の波長に対する量子効率を向上させつつ、増倍部での暗電流の発生を低減する。
本開示の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 図１に示した光検出装置の全体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。 図１に示した光検出装置のアノードのレイアウトを説明する平面模式図である。 図１に示した光検出装置の単位画素での増倍部の構成を説明する平面模式図である。 図１に示した光検出装置のアノード電極の引き回しの一例を説明する断面模式図である。 図１に示した光検出装置での電荷の流れを説明する模式図である。 比較例としての光検出装置での電荷の流れを説明する模式図である。 本開示の実施の形態に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の変形例１に係る光検出装置の構成の一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の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の一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の一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の他の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の一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の他の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の他の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の一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の他の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の他の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
（Ｇｅ基板に受光部を、Ｓｉ基板に増倍部を設けると共に、Ｇｅ基板の受光面側にアノードを設けた光検出装置）
　　　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
（Ｇｅ基板の受光面の全面にｐ型コンタクト層を設けた例）
　　　２－２．変形例２
（Ｇｅ基板とＳｉ基板との間にＳｉＧｅ層を設けた例）
　　　２－３．変形例３
（Ｓｉ基板のＧｅ基板との対向面全面に不純物拡散領域を設けた例）
　　　２－４．変形例４
（Ｓｉ基板の隣接する単位画素の間に素子分離部を設けた例）
　　　２－５．変形例５
（アバランシェ増倍領域を単位画素Ｐの中央に局所的に設けた例）
　　　２－６．変形例６
（さらにＧｅ基板の隣接する単位画素の間に素子分離部を設けた例）
　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２０参照）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と、その周囲に周辺部１００Ｂとを有している。周辺部１００Ｂには、図２に示したように、例えばバイアス電圧印加部２１０が設けられている。バイアス電圧印加部２１０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（ｅ）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１０１と、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）からなるクエンチング抵抗素子１０２と、例えば相補型のＭＯＳＦＥＴからなるインバータ１０３とを備えている。
　受光素子１０１は、入射し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１０１は、入射した光（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１０１は、例えばＳＰＡＤ素子であり、例えば、カソードに大きな正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）１２０Ｘ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１０１は、例えば、アノードがバイアス電圧印加部２１０と接続され、カソードがクエンチング抵抗素子１０２のソース端子と接続されている。受光素子１０１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（例えば、負電圧）が印加される。
　クエンチング抵抗素子１０２は、受光素子１０１と直列に接続され、ソース端子が受光素子１０１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１０２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１０２は、受光素子１０１でアバランシェ増倍された電子による電圧が正電圧ＶＢＤに達すると、受光素子１０１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１０３は、入力端子が受光素子１０１のカソードおよびクエンチング抵抗素子１０２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１０３は、受光素子１０１で増倍された電荷（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１０３は、受光素子１０１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１０３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の表面側にロジック基板２０が積層され、センサ基板１０の裏面側から光を受光する、所謂裏面照射型の光検出装置である。センサ基板１０は、対向する一対の面（第１面１１Ｓ１および第２面１１Ｓ２）を有するＧｅ基板１１と、対向する一対の面（第３面１２Ｓ１および第４面１２Ｓ２）を有するＳｉ基板１２とを有している。Ｇｅ基板１１は、第２面１１Ｓ２を受光面として光入射側Ｓ１に配置され、Ｓｉ基板１２は光入射側Ｓ１とは反対側に、第４面１２Ｓ２とＧｅ基板１１の第１面１１Ｓ１とが正対するように配置されている。光検出装置１は、単位画素Ｐ毎に受光素子１０１を有している。受光素子１０１は、受光部１１０と増倍部１２０とを有し、受光部１１０はＧｅ基板１１に、増倍部１２０はＳｉ基板１２にそれぞれ設けられている。Ｇｅ基板の第２面１１Ｓ２には受光部１１０と電気的に接続されるアノード１４１が設けられており、カソード２２５Ａは、Ｓｉ基板１２の第３面１２Ｓ１側に設けられている。
　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、Ｇｅ基板１１と、Ｓｉ基板１２と、多層配線層１３とを有している。Ｇｅ基板１１には、例えば、単位画素Ｐ毎に受光部１１０が形成される。Ｓｉ基板１２には、第３面１２Ｓ１側にｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１が、第４面１２Ｓ２側にｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２が設けられており、これにより、増倍部１２０が形成されている。
　なお、受光部１１０が形成される基板は、増倍部１２０が形成される基板（Ｓｉ基板１２）よりもバンドギャップが狭いものであれば、ゲルマニウム（Ｇｅ）以外の基板でもよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）とＧｅとの化合物半導体基板（例えば、ＳｉＧｅ基板）やインジウム（Ｉｎ）・ガリウム（Ｇａ）・ヒ素（Ａｓ）からなる基板を用いてもよい。
　受光素子１０１は、高電界領域により電荷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２２５Ａ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）１２０Ｘ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１０１は、受光部１１０と、増倍部１２０とから構成されている。
　受光部１１０は、本開示の「受光部」の一具体例に相当し、Ｇｅ基板１１の第２面１１Ｓ２から入射した光を吸収し、その受光量に応じた電荷を生成する光電変換機能を有するものである。受光部１１０において生成された電荷（電子）は、ポテンシャル勾配によって増倍部１２０へ転送される。
　増倍部１２０は、本開示の「増倍部」の一具体例に相当し、受光部１１０において生成された電荷（ここでは、電子（ｅ））をアバランシェ増倍するものである。増倍部１２０は、上記のように、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１と、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２とを含んで構成されている。ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１は、Ｓｉ基板１２の第４面１２Ｓ２の界面近傍に設けられている。ｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２は、Ｓｉ基板１２の第３面１２Ｓ１の界面近傍に形成されている。
　受光素子１０１では、Ｓｉ基板１２の第４面１２Ｓ２の界面近傍に設けられたｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１と、Ｓｉ基板１２の第３面１２Ｓ１の界面近傍に設けられたｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２との間にアバランシェ増倍領域１２０Ｘが形成される。アバランシェ増倍領域１２０Ｘは、カソードに印加される大きな正電圧によってｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１とｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２との間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１２０Ｘでは、受光素子１０１に入射する１フォトンで発生する電子（ｅ－）が増倍される。
　Ｇｅ基板１１の第２面１１Ｓ２には、デバイス電圧ＶＢが印加されるアノード１４１がｐ型コンタクト層（ｐ＋＋）１４２を介して設けられている。図４Ａは、アノード１４１の平面レイアウトを模式的に表したものである。本実施の形態では、アノード１４１は、アレイ状に配置された複数の単位画素Ｐの間に設けられており、平面視においてＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２に格子状に設けられている。また、アノード１４１は、図５に示したように、周辺部１００Ｂまで延在している。具体的には、アノード１４１は、周辺部１００ＢにおいてＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２から側面を介してＳｉ基板１２の第４面１２Ｓ２まで延在している。アノード１４１は、Ｓｉ基板１２の第３面１２Ｓ１と第４面１２Ｓ２との間を貫通し、例えば、配線層１３１にまで達する貫通配線１４２Ｖを介してロジック基板２０に設けられたバイアス電圧印加部２１０と電気的に接続されている。
　アノード１４１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。
　Ｓｉ基板１２には、カソード２２５Ａとｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２とを電気的に接続するためのｎ型コンタクト領域（ｎ＋＋）１２３がさらに設けられている。ｎ型コンタクト領域（ｎ＋＋）１２３は、Ｓｉ基板１２内に、第３面１２Ｓ１に面し、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２に接するように設けられている。図４Ｂは、単位画素Ｐでの増倍部１２０の平面構成を模式的に表したものである。ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１およびｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２は、それぞれ、単位画素Ｐの略中央に、例えば単位画素Ｐと同様に略矩形状に設けられている。ｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２はｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１よりも小さく形成されており、ｎ型コンタクト領域（ｎ＋＋）１２３はさらに小さく形成されている。
　センサ基板１０の光入射側Ｓ１とは反対側（具体的には、Ｓｉ基板１２の第３面１２Ｓ１側）には、多層配線層１３が設けられている。多層配線層１３では、１または複数の配線からなる配線層１３１が層間絶縁層１３２内に形成されている。配線層１３１は、例えば、受光素子１０１に印加する電圧を供給したり、受光素子１０１において発生した電荷を取り出すためのものである。配線層１３１の一部の配線はビアＶ１を介してｎ型コンタクト領域（ｎ＋＋）１２３と電気的に接続されている。層間絶縁層１３２の、Ｓｉ基板１２側とは反対側の表面（多層配線層１３の表面１３Ｓ１）には、複数のパッド電極１３３が埋め込まれている。複数のパッド電極１３３は、ビアＶ２を介して配線層１３１の一部の配線と電気的に接続されている。なお、図１では、多層配線層１３内に１つの配線層１３１が形成されている例を示したが、多層配線層１３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１３２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１３１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１３３は、ロジック基板２０との接合面（多層配線層１３の表面１３Ｓ１）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１３３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、Ｓｉ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２１０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１３３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１３３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、カソード２２５Ａ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１０２と電気的に接続され、アノード１４１は、バイアス電圧印加部２１０と電気的に接続される。
　Ｇｅ基板１１の第２面１１Ｓ２側には、アノード１４１を覆うと共に、光入射側Ｓ１を平坦化する保護層１４３が設けられている、保護層１４３上には集光レンズ３１が、例えば単位画素Ｐ毎に設けられている。
　集光レンズ３１は、その上方から入射した光を受光部１１０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、Ｓｉ基板１２に、ｐ型またはｎ型の不純物濃度を制御してｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１およびｎ型半導体領域（ｎ）１２２を形成する。次に、Ｓｉ基板１２の第３面１２Ｓ１上に多層配線層１３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１３の接合面（表面１３Ｓ１）に露出した複数のパッド電極１３３と、ロジック基板２０側の多層配線層２２の接合面（表面２２Ｓ１）に露出した複数のパッド部２１７とがＣｕＣｕ接合される。
　続いて、Ｓｉ基板１２の第４面１２Ｓ２を、例えばＣＭＰにより研磨して薄膜化する。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、Ｓｉ基板１２の第４面１２Ｓ２に、例えば、Ｇｅ基板１１を形成する。
　続いて、Ｇｅ基板１１の第２面１１Ｓ２を、例えばＣＭＰにより研磨した後、Ｇｅ基板１１の第２面１１Ｓ２に、レジスト膜をパターニングし、レジスト膜から露出した第２面１１Ｓ２に、例えばＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル結晶成長法によりｐ型コンタクト層（ｐ＋＋）１４２を形成する。次に、レジスト膜を除去した後、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、例えばタングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）膜等を用いた金属膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより金属膜をパターニングしてアノード１４１を形成する。その後、保護層１４３および集光レンズ３１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、受光部１１０をバンドギャップの狭いＧｅ基板１１に設け、増倍部１２０をＧｅ基板１１よりもバンドギャップの広いＳｉ基板１２に設けるようにした。これにより、ＮＩＲおよびＳＷＩＲに対する量子効率を向上させつつ、増倍部１２０での暗電流の発生を低減する。以下、これについて説明する。
　ＮＩＲやＳＷＩＲ等を検出する光検出装置では、感度の向上が求められている。そのための方法としては、増倍画素にＧｅを用いる技術がある。ＧｅはＳｉに対してバンドギャップが狭く、ＮＩＲおよびＳＷＩＲの波長に対する量子効率が高い。このため、前述したように、光電変換素子にＧｅを用いた受光装置が開発されている。この技術を用いた場合、光電変換領域および増倍領域を全てＧｅ内に形成することになる。しかしながら、Ｇｅはバンドギャップが狭い分暗電流が多発してしまい、ノイズの悪化の原因となる。
　これに対して、本実施の形態では、受光部１１０をバンドギャップの狭いＧｅ基板１１に設けることによりＮＩＲおよびＳＷＩＲに対する量子効率を向上させつつ、増倍部１２０はＧｅ基板１１よりもバンドギャップの広いＳｉ基板１２に設けて暗電流の発生を低減するようにした。
　以上により、本実施の形態の光検出装置１では、ＮＩＲおよびＳＷＩＲの波長の感度を向上させつつ、ノイズの発生を低減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、アノード１４１を受光面となるＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２の隣り合う単位画素Ｐの間に設けるようにした。
　アバランシェ増倍領域１２０Ｘ内に形成される強電界は均一ではないため、受光部１１０で光電変換された電荷が通る位置によって増倍される確率（感度）にばらつきが生じる虞がある。図６は、アノード１４１をＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２の単位画素Ｐの中央に設けた場合の電荷の流れを模式的に表したものである。アノード１４１を単位画素Ｐの中央に設けた場合、受光部１１０で光電変換された電荷は単位画素Ｐの中央から外側に広がりながら増倍部１２０に輸送される。このため、増倍部１２０に転送された電荷は、アバランシェ増倍領域１２０Ｘ全体を通るようになり、増倍確率にばらつきが生じてしまう。
　一方、本実施の形態のように、アノード１４１をＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２の隣り合う単位画素Ｐの間に設けた場合には、単位画素Ｐの周縁部のポテンシャルが負側に引っ張られ、受光部１１０で光電変換された電荷は、図７に示したように、単位画素Ｐの中央部に移動しながら増倍部１２０に転送される。このため、増倍部１２０に転送された電荷は、アバランシェ増倍領域１２０Ｘの中央を集中して通るようになり、増倍される確率が均一化される。
　更に、増倍部１２０を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）を光入射側Ｓ１の第４面１２Ｓ２の界面に形成した場合、受光部１１０からの電荷転送パスに転送障壁が形成される虞がある。しかしながら、本実施の形態では、アノード１４１に、例えば負電圧を印加するようにした。これにより、カソード２２５Ａ側との電位差がより大きくなり、増倍部１２０内での電荷の転送が促進される。
　よって、ＮＩＲおよびＳＷＩＲの波長の感度をさらに向上させることが可能となる。
　更にまた、本実施の形態では、光入射側Ｓ１に、例えば単位画素Ｐ毎に集光レンズ３１を設けるようにした。これにより、アノード１４１による週遮光のケラレを低減することができ、ＮＩＲおよびＳＷＩＲの波長の感度をさらに向上させることが可能となる。
　なお、図１等では、増倍部１２０を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１と、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２との間に不純物を含まない領域を有する例を示したが、これに限らない。増倍部１２０を構成するｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１と、ｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２は、例えば図８に示したように、Ｓｉ基板１２内で互いに接していてもよい。これにより、タイミングジッタ特性を改善することができる。また、Ｓｉ基板１２のＺ軸方向の厚みを削減し、低背化することができる。
　次に、本開示の変形例１～６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９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、ｐ型コンタクト層（ｐ＋＋）１４２をＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２の全面に形成した点が、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１Ａでは、ｐ型コンタクト層（ｐ＋＋）１４２をＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２の全面に設けるようにした。これにより、アノード１４１の近傍だけでなく単位画素Ｐの中央部においても電界勾配を形成することができ、受光部１１０内での電荷の転送が促進される。また、Ｇｅ基板１１の第２面１１Ｓ２界面近傍が高濃度の正孔で満たされるようになるため、第２面１１Ｓ２界面での暗電流の発生を抑制することが可能となる。
（２－２．変形例２）
　図１０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、Ｇｅ基板１１とＳｉ基板１２との間に、それぞれの基板１１，１２のバンドギャップの間のバンドギャップを有するＳｉＧｅ層１４を配置した点が、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１Ｂでは、Ｇｅ基板１１とＳｉ基板１２との間に、本開示の「半導体層」の一具体例に相当するＳｉＧｅ層１４を配置するようにした。これにより、Ｇｅ基板１１とＳｉ基板１２との界面における格子不整合に起因する界面準位の発生が抑制される。よって、Ｇｅ基板１１とＳｉ基板１２との界面での暗電流の発生を低減することが可能となる。
（２－３．変形例３）
　図１１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、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１が形成されるＳｉ基板１２の第４面１２Ｓ２の全面にｐ型半導体領域（ｐ＋）１２４を設けた点が、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１Ｃでは、Ｓｉ基板１２の第４面１２Ｓ２の全面にｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１，１２４を設けるようにした。これにより、Ｇｅ基板１１の第２面１１Ｓ２の界面近傍が高濃度の正孔で満たされるようになるため、Ｇｅ基板１１とＳｉ基板１２との界面における格子不整合に起因する暗電流の発生を低減することが可能となる。
　なお、Ｓｉ基板１２の第４面１２Ｓ２の全面にｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１，１２４の不純物濃度は均一でもよいが、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２４の不純物濃度は、単位画素Ｐ毎に設けられたｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１よりも相対的に低いことが好ましい。これにより、強電界を単位画素Ｐの中央に選択的に形成することが可能となる。
（２－４．変形例４）
　図１２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、増倍部１２０が形成されるＳｉ基板１２の隣り合う単位画素Ｐの間に素子分離部１２５を設けた点が、上記変形例３とは異なる。
　素子分離部１２５は、隣り合う単位画素Ｐの間を電気的に分離するものであり、本開示の「分離部」の一具体例に相当するものである。素子分離部１２５は、例えば、上記変形例３において隣り合うｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１の間にもうけられたｐ型半導体領域（ｐ＋）１２４を、隣り合う単位画素Ｐの間において第３面１２Ｓ１に向かって延在させることで形成することができる。
　このように、本変形例では、増倍部１２０が形成されるＳｉ基板１２の隣り合う単位画素Ｐの間に素子分離部１２５を設けるようにしたので、隣接する単位画素Ｐでの電荷の漏れ込みによる混色の発生を低減することが可能となる。
　また、素子分離部１２５は、例えば図１３に示したように、Ｓｉ基板１２の第４面１２Ｓ２から第３面１２Ｓ１に向かって延在するｐ型半導体領域（ｐ＋）１２４に、絶縁膜１２７を間にして遮光膜１２６を埋め込んで形成するようにしてもよい。遮光膜１２６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１２７は、例えば、シリコン酸化（ＳｉＯｘ）膜等を用いて形成されている。
　これにより、隣り合う単位画素Ｐの間を電気的および光学的に分離することができ、アバランシェ増倍領域１２０Ｘでの自発光成分が隣接する単位画素Ｐへ漏れ込むことによる混色の発生を防ぐことが可能となる。
　更に、遮光膜１２６には、独立して電圧を印加できるようにしてもよい。例えば、遮光膜１２６に負電圧を印加することにより、素子分離部１２５の界面近傍が正孔で満たされるようになるため、素子分離部１２５界面での暗電流の発生を低減することが可能となる。
（２－５．変形例５）
　図１４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、素子分離部１２５の側面に延在するｐ型半導体領域（ｐ＋）１２４に、Ｓｉ基板１２の内部において単位画素Ｐの中央に向かって延在すると共に、単位画素Ｐ中央部において開口１２４Ｈを有する拡張部１２４Ｘを設け、この拡張部１２４Ｘに接してｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１を局所的に第３面１２Ｓ１側に設けた点が、上記変形例４とは異なる。
　このように、本変形例の光検出装置１Ｅでは、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１をＳｉ基板１２の第４面１２Ｓ２の界面から離し、例えば、Ｓｉ基板１２の第３面１２Ｓ１の界面近傍に設けられたｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２と接するように局所的に設けるようにした。これにより、Ｇｅ基板１１とＳｉ基板１２との間の界面や、素子分離部１２５の界面で発生した暗電流がアバランシェ増倍領域１２０Ｘにおいて増倍されるのを防ぐことが可能となる。
　また、本変形例では、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１をＳｉ基板１２の第３面１２Ｓ１寄りに設けるようにしたので、例えばＧｅ基板１１の受光部１１０で吸収しきれなかった光をｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１上方のＳｉ基板１２で吸収することができる。これにより、上記実施の形態等と比較して、光電変換効率を向上させることができ、感度をさらに向上させることが可能となる。
　なお、本変形例の光検出装置１Ｅは、以下のような構成としてもよい。
　例えば、光検出装置１Ｅは、図１５に示したように、拡張部１２４Ｘに変えて、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１を単位画素Ｐの全面に形成し、素子分離部１２５の側面に延在するｐ型半導体領域（ｐ＋）１２４と接するようにしてもよい。これにより、拡張部１２４Ｘとｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１とによるｐ型不純物の重ね合わせのばらつきに起因する感度のばらつきを抑制することが可能となる。
　例えば、光検出装置１Ｅは、図１６に示したように、拡張部１２４Ｘをｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１で置き換えてもよい。具体的には、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１をＳｉ基板１２内において例えばｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２から離して単位画素Ｐの全面に形成し、略中央部に開口１２１Ｈを設けるようにしてもよい。図１６に示した光検出装置１Ｅでは、ｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１とｎ型半導体領域（ｎ＋）１２２との間には、フリンジ電界による強電界が形成される。これにより、例えば、図１４や図１５に示したように、単位画素Ｐの中央にｐ型半導体領域（ｐ＋）１２１を設けた場合と比較して、ポテンシャルバリアの発生による増倍部１２０への電荷の転送が阻害される虞が改善される。
（２－６．変形例６）
　図１７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、ｐ型コンタクト層（ｐ＋＋）１４２に変えて受光部１１０が形成されるＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２にｐ型不純物拡散領域（ｐ＋＋）１１３を設けると共に、その周囲に、例えばＧｅ基板１１の第１面１１Ｓ１と第２面１１Ｓ２との間を貫通するｐ型半導体領域（ｐ＋）１１４を設けた点が、上記変形例５とは異なる。
　このように、本変形例では、ｐ型コンタクト層（ｐ＋＋）１４２に変えてｐ型不純物拡散領域（ｐ＋＋）１１３をＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２の界面に埋め込み形成し、アノード１４１をＧｅ基板１１の第２面１１Ｓ２上に直接設けるようにした。これにより、アノード１４１の位置が相対的に受光部１１０に近くなるため、受光部１１０における隣接する単位画素Ｐでの電荷の漏れ込みによる混色の発生を低減することが可能となる。
　また、本変形例では、ｐ型不純物拡散領域（ｐ＋＋）１１３の周囲にばＧｅ基板１１の第１面１１Ｓ１と第２面１１Ｓ２との間を貫通するｐ型半導体領域（ｐ＋）１１４を設けるようにしたので、受光部１１０における隣接する単位画素Ｐでの電荷の漏れ込みによる混色の発生を低減することが可能となる。
　更に、ｐ型不純物拡散領域（ｐ＋＋）１１３の周囲に設けられるｐ型半導体領域（ｐ＋）１１４は、図１７に示したように、Ｇｅ基板１１の第１面１１Ｓ１側において、Ｓｉ基板１２に設けられたｐ型半導体領域（ｐ＋）１２４と接していることが好ましい。これにより、アノード１４１の印加電圧をアバランシェ増倍領域１２０Ｘへ効率よく伝えることが可能となる。
　なお、本変形例の光検出装置１Ｆは、以下のような構成としてもよい。
　例えば、光検出装置１Ｆは、図１８に示したように、アノード１４１の一部をＧｅ基板１１に埋設するようにしてもよい。これにより、受光部１１０における隣接する単位画素Ｐでの電荷の漏れ込みによる混色の発生を低減することが可能となる。
　例えば、光検出装置１Ｆは、図１９に示したように、アノード１４１の一部がＧｅ基板１１およびＳｉ基板１２を貫通するようにしてもよい。これにより、隣り合う単位画素Ｐの間を受光部１１０および増倍部１２０両方で電気的および光学的に分離することができ、混色の発生をさらに防ぐことが可能となる。
　また、図１９に示した光検出装置１Ｆでは、アノード１４１を周辺部１００Ｂに引き回すことなく、アノード１４１とバイアス電圧印加部２１０とを画素アレイ部１００Ａにおいて接続することが可能となる。
　なお、図１９では、Ｇｅ基板１１およびＳｉ基板１２を貫通するアノード１４１Ａ，１４１Ｂが同じ線幅で形成されている例を示したが、これに限らない。Ｇｅ基板１１およびＳｉ基板１２を貫通するアノード１４１Ａ，１４１Ｂは、それぞれ別の工程で形成する等して、異なる線幅となっていても構わない。
＜３．適用例＞
　図２０は、上記実施の形態および変形例１～６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２１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２１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２１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２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図２２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２２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１～６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、センサ基板１０とロジック基板２０とが積層された積層型の光検出装置を例に本技術を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本技術は、上記実施の形態等においてロジック基板２０に設けられたバイアス電圧印加部２１０や読み出し回路や、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周辺部１００Ｂに設けられた光検出装置においても同様の効果を得ることができる。
　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、受光部をバンドギャップの狭い第１の基板に設け、増倍部を第１の基板よりもバンドギャップの広い第２の基板に設けるようにした。これにより、近赤外（ＮＩＲ）および短波赤外（ＳＷＩＲ）の波長に対する量子効率を向上させつつ、増倍部での暗電流の発生を低減する。よって、近赤外および短波赤外の波長の感度を向上させつつ、ノイズの発生を低減することが可能となる。
（１）
　受光面となる第１の面および前記第１の面と対向する第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、前記画素毎に受光量に応じた電荷を光電変換により生成する受光部を有する第１の基板と、
　前記第１の基板の前記第２の面側に配置され、前記第２の面に正対する第３の面および前記第３の面と対向する第４の面を有すると共に、前記第１の基板よりもバンドギャップが広く、前記受光部において生成された電荷をアバランシェ増倍する増倍部を前記画素毎に有する第２の基板と、
　前記第１の基板の前記第１の面に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
　前記第２の基板の前記第４の面に設けられ、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）
　前記第１の電極は、前記複数の画素間に設けられ、前記第１の基板の前記第１の面に格子状に設けられている、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
　前記第１の電極には負電圧が印加される、前記（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）
　前記第１の基板の前記第１の面に設けられた、第１の導電型の不純物を含む不純物拡散層をさらに有し、
　前記第１の電極は、前記不純物拡散層を間にして前記第１の基板の前記第１の面に設けられている、前記（１）乃至（３）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（５）
　前記不純物拡散層は、前記第１の面全体に設けられている、前記（４）に記載の光検出装置。
（６）
　前記第１の基板と前記第２の基板との間には、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれのバンドギャップの間のバンドギャップを有する半導体層がさらに設けられている、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）
　前記増倍部は、前記第３の面側に設けられた第１の導電型領域と、前記第４の面側に設けられた第２の導電型領域とを有する、前記（１）乃至（６）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（８）
　前記増倍部は、前記第３の面の界面近傍に、前記第１の導電型領域よりも相対的に不純物濃度の低い第１の第１導電型層をさらに有する、前記（７）に記載の光検出装置。
（９）
　前記第２の基板は、隣り合う前記画素の間を電気的に分離する分離部をさらに有し、
　前記分離部は、前記第１の第１導電型層が隣り合う前記画素間において前記第３の面から前記第４の面に向かって延在することによって形成されている、前記（８）に記載の光検出装置。
（１０）
　前記第２の基板は、隣り合う前記画素の間を電気的に分離する分離部をさらに有し、
　前記分離部は、遮光性を有する材料によって形成されている、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）
　前記第１の第１導電型層は、前記第２の基板の内部において前記画素の中央に向かって延在すると共に、前記画素の中央に第１の開口を有する拡張部をさらに有し、
　前記第１の導電型領域は、前記第４の面側において前記拡張部と接している、前記（９）または（１０）に記載の光検出装置。
（１２）
　前記第１の導電型領域は、前記第２の基板の内部において、前記第３の面から前記第４の面に向かって延在する前記第１の第１導電型層に接するように前記画素の全面に形成されている、前記（９）または（１０）に記載の光検出装置。
（１３）
　前記第１の導電型領域は、前記画素の中央に第２の開口を有している、前記（１２）に記載の光検出装置。
（１４）
　前記第１の基板の前記第１の面に埋め込み形成された、第１の導電型の不純物を含む不純物拡散領域と、
　前記不純物拡散領域の周囲に設けられ、前記第１の基板の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通すると共に、前記第１の第１導電型層と電気的に接続された、前記不純物拡散領域よりも不純物濃度の低い第２の第１導電型領域とをさらに有する、前記（８）乃至（１３）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１５）
　前記第１の電極の一部は前記不純物拡散領域に埋め込まれている、前記（１４）に記載の光検出装置。
（１６）
　前記第１の電極の一部は前記第２の基板の前記第４の面まで貫通している、前記（１４）に記載の光検出装置。
（１７）
　前記第１の基板は、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムおよびインジウム・ガリウム・ヒ素からなる基板である、前記（１）乃至（１６）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１８）
　前記第２の基板はシリコン基板である、前記（１）乃至（１７）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１９）
　前記第１の面には、さらに、入射光を前記受光部に集光する集光レンズが前記画素毎に設けられている、前記（１）乃至（１８）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（２０）
　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、
　受光面となる第１の面および前記第１の面と対向する第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、前記画素毎に受光量に応じた電荷を光電変換により生成する受光部を有する第１の基板と、
　前記第１の基板の前記第２の面側に配置され、前記第２の面に正対する第３の面および前記第３の面と対向する第４の面を有すると共に、前記第１の基板よりもバンドギャップが広く、前記受光部において生成された電荷をアバランシェ増倍する増倍部を前記画素毎に有する第２の基板と、
　前記第１の基板の前記第１の面に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
　前記第２の基板の前記第４の面に設けられ、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５月２０日に出願された日本特許出願番号２０２１－０８５６３１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 (20)

  1. 　受光面となる第１の面および前記第１の面と対向する第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、前記画素毎に受光量に応じた電荷を光電変換により生成する受光部を有する第１の基板と、
    　前記第１の基板の前記第２の面側に配置され、前記第２の面に正対する第３の面および前記第３の面と対向する第４の面を有すると共に、前記第１の基板よりもバンドギャップが広く、前記受光部において生成された電荷をアバランシェ増倍する増倍部を前記画素毎に有する第２の基板と、
    　前記第１の基板の前記第１の面に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
    　前記第２の基板の前記第４の面に設けられ、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. 　前記第１の電極は、前記複数の画素間に設けられ、前記第１の基板の前記第１の面に格子状に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記第１の電極には負電圧が印加される、請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記第１の基板の前記第１の面に設けられた、第１の導電型の不純物を含む不純物拡散層をさらに有し、
    　前記第１の電極は、前記不純物拡散層を間にして前記第１の基板の前記第１の面に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
  5. 　前記不純物拡散層は、前記第１の面全体に設けられている、請求項４に記載の光検出装置。
  6. 　前記第１の基板と前記第２の基板との間には、前記第１の基板および前記第２の基板のそれぞれのバンドギャップの間のバンドギャップを有する半導体層がさらに設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
  7. 　前記増倍部は、前記第３の面側に設けられた第１の導電型領域と、前記第４の面側に設けられた第２の導電型領域とを有する、請求項１に記載の光検出装置。
  8. 　前記増倍部は、前記第３の面の界面近傍に、前記第１の導電型領域よりも相対的に不純物濃度の低い第１の第１導電型層をさらに有する、請求項７に記載の光検出装置。
  9. 　前記第２の基板は、隣り合う前記画素の間を電気的に分離する分離部をさらに有し、
    　前記分離部は、前記第１の第１導電型層が隣り合う前記画素間において前記第３の面から前記第４の面に向かって延在することによって形成されている、請求項８に記載の光検出装置。
  10. 　前記第２の基板は、隣り合う前記画素の間を電気的に分離する分離部をさらに有し、
    　前記分離部は、遮光性を有する材料によって形成されている、請求項１に記載の光検出装置。
  11. 　前記第１の第１導電型層は、前記第２の基板の内部において前記画素の中央に向かって延在すると共に、前記画素の中央に第１の開口を有する拡張部をさらに有し、
    　前記第１の導電型領域は、前記第４の面側において前記拡張部と接している、請求項９に記載の光検出装置。
  12. 　前記第１の導電型領域は、前記第２の基板の内部において、前記第３の面から前記第４の面に向かって延在する前記第１の第１導電型層に接するように前記画素の全面に形成されている、請求項９に記載の光検出装置。
  13. 　前記第１の導電型領域は、前記画素の中央に第２の開口を有している、請求項１２に記載の光検出装置。
  14. 　前記第１の基板の前記第１の面に埋め込み形成された、第１の導電型の不純物を含む不純物拡散領域と、
    　前記不純物拡散領域の周囲に設けられ、前記第１の基板の前記第１の面と前記第２の面との間を貫通すると共に、前記第１の第１導電型層と電気的に接続された、前記不純物拡散領域よりも不純物濃度の低い第２の第１導電型領域とをさらに有する、請求項８に記載の光検出装置。
  15. 　前記第１の電極の一部は前記不純物拡散領域に埋め込まれている、請求項１４に記載の光検出装置。
  16. 　前記第１の電極の一部は前記第２の基板の前記第４の面まで貫通している、請求項１４に記載の光検出装置。
  17. 　前記第１の基板は、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムおよびインジウム・ガリウム・ヒ素からなる基板である、請求項１に記載の光検出装置。
  18. 　前記第２の基板はシリコン基板である、請求項１に記載の光検出装置。
  19. 　前記第１の面には、さらに、入射光を前記受光部に集光する集光レンズが前記画素毎に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
  20. 　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、
    　受光面となる第１の面および前記第１の面と対向する第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、前記画素毎に受光量に応じた電荷を光電変換により生成する受光部を有する第１の基板と、
    　前記第１の基板の前記第２の面側に配置され、前記第２の面に正対する第３の面および前記第３の面と対向する第４の面を有すると共に、前記第１の基板よりもバンドギャップが広く、前記受光部において生成された電荷をアバランシェ増倍する増倍部を前記画素毎に有する第２の基板と、
    　前記第１の基板の前記第１の面に設けられ、前記受光部と電気的に接続された第１の電極と、
    　前記第２の基板の前記第４の面に設けられ、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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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230032568A (ko) * 2021-08-31 2023-03-07 주식회사 디비하이텍 Spad 구조

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005532695A (ja) * 2002-07-11 2005-10-27 キネティック リミテッド 光検出器回路
WO2017094362A1 (ja) * 2015-12-03 2017-06-08 ソニー株式会社 固体撮像素子および撮像装置
US20190288026A1 (en) * 2017-03-01 2019-09-19 G-Ray Industries Sa Electromagnetic radiation detector based on wafer bonding
JP2021027358A (ja) * 2019-08-01 2021-02-22 ダブリュアンドダブリュセンス デバイシーズ， インコーポレイテッドＷ＆Ｗｓｅｎｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｉｎｃ． マイクロストラクチャ向上型吸収感光装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6525347B2 (en) * 2001-03-12 2003-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Photodetector and unit mounted with photodetector
JP6189237B2 (ja) * 2014-03-20 2017-08-30 株式会社東芝 光検出器、及び光検出器の製造方法
JP6570844B2 (ja) * 2015-02-26 2019-09-04 株式会社東芝 光検出器、その製造方法、放射線検出器、および放射線検出装置
JP6649207B2 (ja) * 2016-08-26 2020-02-19 株式会社東芝 受光装置
GB201814688D0 (en) * 2018-09-10 2018-10-24 Univ Court Univ Of Glasgow Single photon avaalanche detector method for use therof and method for it's manufacture
DE102018215951A1 (de) * 2018-09-19 2020-03-19 Osram Gmbh Lichtemittierende vorrichtung und verfahren zum herstellen derselben
JP7224823B2 (ja) * 2018-09-19 2023-02-20 キヤノン株式会社 光検出装置
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005532695A (ja) * 2002-07-11 2005-10-27 キネティック リミテッド 光検出器回路
WO2017094362A1 (ja) * 2015-12-03 2017-06-08 ソニー株式会社 固体撮像素子および撮像装置
US20190288026A1 (en) * 2017-03-01 2019-09-19 G-Ray Industries Sa Electromagnetic radiation detector based on wafer bonding
JP2021027358A (ja) * 2019-08-01 2021-02-22 ダブリュアンドダブリュセンス デバイシーズ， インコーポレイテッドＷ＆Ｗｓｅｎｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｉｎｃ． マイクロストラクチャ向上型吸収感光装置

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