WO2024070803A1 - 測距装置及びその製造方法 - Google Patents

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WO2024070803A1
WO2024070803A1 PCT/JP2023/033872 JP2023033872W WO2024070803A1 WO 2024070803 A1 WO2024070803 A1 WO 2024070803A1 JP 2023033872 W JP2023033872 W JP 2023033872W WO 2024070803 A1 WO2024070803 A1 WO 2024070803A1
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substrate
light
light emitting
distance measuring
measuring device
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PCT/JP2023/033872
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French (fr)
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涼介 鈴木
寛 福永
悠介 大竹
壽史 若野
豪 浅山
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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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Filing date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements

Definitions

  • This disclosure relates to a distance measuring device and a manufacturing method thereof.
  • ToF Time of Flight
  • LiDAR Light Detection and Ranging
  • the light-emitting unit and the light-receiving unit have different structures, they are often manufactured separately and then mounted on a common support substrate. This makes LiDAR manufacturing time-consuming, makes miniaturization difficult, and makes it impossible to reduce power consumption.
  • the present disclosure provides a distance measuring device that can be made smaller and less expensive, and that can perform distance measuring processing with low power consumption, and a method for manufacturing the same.
  • a distance measuring device that receives a reflected light signal generated when an optical pulse signal emitted from a light emitting unit is reflected by an object and is received by a light receiving unit, and measures a distance to the object based on the reflected light signal received by the light receiving unit, comprising: a first substrate made of a Group 4 material on which the light receiving portion and the light emitting portion are integrally disposed; A distance measuring device is provided, comprising: a second substrate laminated on the first substrate, on which a readout circuit for reading out a light reception signal received by the light receiving portion is disposed.
  • the light receiving section and the light emitting section may be monolithically arranged on the first substrate.
  • the first substrate may be a silicon substrate.
  • the light emitting portion may include a compound semiconductor material or a mixed crystal of the compound semiconductor material.
  • a buffer layer disposed on the first substrate and made of a Group 4 material different from a material of the first substrate; the light emitting portion is disposed on the buffer layer,
  • the material of the buffer layer may have a lattice spacing closer to the lattice spacing of the light emitting portion than the material of the first substrate.
  • the light receiving portion may include a photodiode, an avalanche photodiode, or a SPAD (Single Photon Avalanche Diode).
  • At least a portion of the light receiving unit may be positioned to overlap with the readout circuit.
  • the light emitting portion may be disposed on the first substrate by selective epitaxial growth.
  • the device may also include a light-shielding member containing a metal material that is disposed between the area in which the light-receiving unit is disposed on the first substrate and the area in which the light-emitting unit is disposed on the first substrate.
  • the light-emitting portion may be disposed along a surface of the first substrate opposite to a surface facing the second substrate.
  • the light-emitting portion may be disposed inside the first substrate.
  • the second substrate may have a drive circuit that supplies a drive voltage to the light-emitting unit.
  • At least a portion of the light-emitting unit may be positioned to overlap the drive circuit.
  • a bonding member extending in a depth direction of the first substrate for connecting the light emitting unit and the drive circuit, When viewed in a plan view from a normal direction to a substrate surface of the first substrate, at least a portion of the bonding member may be disposed in a region overlapping with the light emitting portion.
  • a bonding member extending in a depth direction of the first substrate for connecting the light emitting unit and the drive circuit, When viewed in a plan view from a normal direction to a substrate surface of the first substrate, at least a part of the bonding member may be disposed in an area that does not overlap with the light emitting portion.
  • the drive circuit may be disposed in an area that does not overlap with the light-emitting unit when viewed in a plan view from the normal direction of the substrate surface of the first substrate.
  • the light receiving unit has a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional direction, each of which receives light;
  • the partial circuit may include a plurality of pixel circuits connected to the plurality of photoelectric conversion elements, respectively.
  • the first substrate has the light emitting portion and the light receiving portion arranged adjacent to each other,
  • the light emitting unit has a plurality of light emitting elements arranged closely to each other,
  • the light receiving section may include a plurality of photoelectric conversion elements arranged adjacent to each other.
  • the light emitting unit has a plurality of light emitting elements
  • the light receiving section may have a plurality of light receiving elements arranged between the plurality of light emitting elements, arranged so as to surround the plurality of light emitting elements, or arranged so as to be surrounded by the plurality of light emitting elements.
  • the light emitting portion may be a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser).
  • a method for fabricating a semiconductor device includes forming a light receiving portion in a first region of a first substrate made of a Group 4 material; forming a buffer layer on an upper surface of the second region of the first substrate, the buffer layer being made of a Group 4 material different from a material of the first substrate; forming a light emitting portion made of a compound semiconductor material on the buffer layer by selective epitaxial growth;
  • a method for manufacturing a distance measuring device comprising the step of bonding a second substrate to the first substrate, the second substrate having a readout circuit for reading out a light reception signal received by the light receiving portion and a drive circuit for supplying a drive voltage to the light emitting portion formed thereon.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the distance measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the light receiving section of FIG. 1 .
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing a manufacturing process of the distance measuring device according to the first embodiment.
  • 4A to 4C are plan views showing a manufacturing process of the distance measuring device according to the first embodiment.
  • 3B is a cross-sectional view showing the process following FIG. 3A.
  • 3C is a process plan view following FIG. 3B.
  • 3C a cross-sectional view showing the process;
  • FIG. 3D is a process plan view.
  • Cross-sectional view of the process following Figure 3E. 3F a process plan view following FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a distance measuring device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a distance measuring device according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a distance measuring device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a distance measuring device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view of a light receiving portion of the first substrate.
  • FIG. 13 is a plan view of a distance measuring device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 23 is a plan view of a distance measuring device according to a first modified example of the seventh embodiment.
  • FIG. 23 is a plan view of a distance measuring device according to a second modified example of the seventh embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring device according to first to seventh embodiments.
  • 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 the installation positions of an outside-vehicle information detection unit and an imaging unit.
  • First Embodiment Fig. 1 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure of a distance measuring device 1 according to a first embodiment.
  • the distance measuring device 1 in Fig. 1 is configured to receive a reflected light signal generated when an optical pulse signal emitted from a light emitting unit 2 is reflected by an object and received by a light receiving unit 3, and to measure the distance to the object based on the reflected light signal received by the light receiving unit 3.
  • the distance measuring device 1 is characterized in that the light emitting section 2 and the light receiving section 3 are monolithically formed on the same substrate.
  • “Monolithic” means that the light emitting section 2 and the light receiving section 3 are formed on the same substrate by a semiconductor process.
  • the constituent materials of the light emitting section 2 and the light receiving section 3 may be the same or different.
  • the distance measuring device 1 in FIG. 1 has a structure in which a first substrate 4 is bonded to a second substrate 5.
  • various bonding forms such as Cu-Cu bonding, bumps, and vias can be applied.
  • the first substrate 4 is formed of a Group 4 material.
  • the first substrate 4 is formed of silicon (Si) or germanium (Ge).
  • Si silicon
  • Ge germanium
  • the light emitting section 2 is, for example, a semiconductor laser formed of a compound semiconductor material or a mixed crystal of a compound semiconductor material.
  • the compound semiconductor material of the light emitting section 2 is, for example, a III-V group material, specifically, GaAs, InGaAs, InAlGaAs, GaAsSb, GaP, InP, InGaAsP, GaInNAs, etc.
  • the light-emitting unit 2 may be a surface-emitting device having multiple light-emitting elements.
  • a typical example of the light-emitting unit 2 is a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL).
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • a VCSEL has multiple light-emitting elements arranged in one or two dimensions, and can emit surface-emitting light.
  • the light emitting section 2 is formed, for example, by selective epitaxial growth on the first substrate 4. More specifically, as shown in FIG. 1, the light emitting section 2 is formed, for example, by selective epitaxial growth on the surface of the first substrate 4 opposite the surface facing the second substrate 5.
  • the light receiving section 3 is formed in a diffusion region formed by injecting impurities into a portion of the first substrate 4. Alternatively, the light receiving section 3 may be formed by stacking on the first substrate 4. Alternatively, the light receiving section 3 may be formed so as to be embedded inside the first substrate 4.
  • the light receiving section 3 may be a photoelectric conversion element 3a, and the specific structure of the light receiving section 3 is not important.
  • the light receiving section 3 may include multiple photoelectric conversion elements 3a.
  • the light receiving section 3 is, for example, a photoelectric conversion element 3a for a PD (Photo-Diode), APD (Avalanche Photo-Diode), SPAD (Single Photon Avalanche Diode), or ToF (Time of Flight) device.
  • the material of the photoelectric conversion element 3a is, for example, a silicon-based material, a multi-element material, a perovskite, an organic material, or a quantum dot-based material.
  • the silicon-based material is, for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, or amorphous silicon. Germanium may be used instead of silicon.
  • the multi-element material is, for example, CuInSe 2 , CdGeP 2 , or CaGa 2 Se 4.
  • the organic material is, for example, PEDOT:PSS, or PCBM.
  • the quantum dot-based material is, for example, PbS. Note that these are only examples, and materials other than those exemplified above may be used.
  • a readout circuit 6 that reads out the light receiving signal received by the light receiving section 3 is disposed on the second substrate 5.
  • the light receiving section 3 and the readout circuit 6 are bonded with a bonding member 10 such as a Cu-Cu bond, a bump or a via.
  • the readout circuit 6 is disposed so that at least a portion of the light receiving section 3 overlaps with the readout circuit 6 when viewed in a plan view from the normal direction of the substrate surface of the first substrate 4. In this way, by disposing the bonding member 10 that extends directly below the light receiving section 3, the light receiving section 3 and the readout circuit 6 can be bonded with the bonding member 10.
  • the light emitting section 2 is formed on the first substrate 4, it is necessary to raise the temperature to a high temperature.
  • the readout circuit 6 may be damaged by heat.
  • the light emitting section 2 is formed on the first substrate 4, and the readout circuit 6 is formed on the second substrate 5, and then the first substrate 4 and the second substrate 5 are bonded together. This prevents the readout circuit 6 from being damaged by heat, improving the reliability of the distance measuring device 1.
  • the light receiving section 3 has a plurality of pixels 60 arranged in a two-dimensional direction.
  • the number of pixels 60 in the light receiving section 3 is arbitrary.
  • Each pixel 60 may be physically separated by an element isolation region, or a diffusion region may be disposed in the boundary region between two adjacent pixels 60.
  • Each pixel 60 has a photoelectric conversion element 3a and a pixel circuit.
  • the pixel circuit outputs a pixel signal according to the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 3a. For example, if the photoelectric conversion element 3a is a SPAD, the SPAD outputs a pixel signal indicating whether or not one photon has been detected.
  • the pixel signal output from each pixel 60 is input to the readout circuit 6 of the second substrate via the bonding member 10.
  • a drive circuit 9 that supplies a drive voltage to the light-emitting unit 2 is disposed on the second substrate 5 in FIG. 1.
  • the drive circuit is also called an LDD (Laser Diode Driver) 9.
  • the LDD 9 may be disposed so that at least a portion of the light-emitting unit 2 overlaps with the drive circuit when viewed in a plan view from the normal direction of the substrate surface of the first substrate 4. This allows the distance measuring device 1 to be made smaller than when the light-emitting unit 2 and LDD 9 are placed flat.
  • the light-emitting unit 2 in FIG. 1 is a VCSEL, and has a laminated film 11 disposed on a first substrate 4, a plurality of light-emitting elements 2a formed using the laminated film 11, and an electrode 13.
  • the laminated film 11 is, for example, a III-V compound semiconductor material such as GaAs.
  • the lower surface side of the laminated film 11 in FIG. 1 is called the front surface, and the upper surface side is called the back surface.
  • the laminated film 11 includes a GaAs layer 27, a first multilayer reflector 14, an active layer 16, and a second multilayer reflector 18, and the laser light generated in the active layer 16 is resonated between the first multilayer reflector 14 and the second multilayer reflector 18 to increase the light intensity and is emitted from the back side of the first substrate 4.
  • the first multilayer reflector 14 and the second multilayer reflector 18 are also called DBRs (Distributed Bragg Reflectors) and are made of, for example, AlGaAs.
  • the active layer 16 is made of, for example, InGaAs, GainNAs, or GainNSb.
  • the light emitting section 2 in Figure 3 is a back-illuminated type, as light is emitted from the back side.
  • the first multilayer reflector 14, the active layer 16, the second multilayer reflector 18, and the cathode electrode 13, which are representative layers of the laminated film 11 that constitutes the light-emitting element 2a, are shown, and other layers are omitted.
  • the multiple light-emitting elements 2a are formed by processing the laminated film 11 into a mesa shape.
  • An electrode 13 is disposed on the upper surface (rear surface) side of each light-emitting element 2a.
  • the electrode 13 is an anode electrode or a cathode electrode. In FIG. 1, the arrangement of the electrodes 13 is illustrated in a simplified manner.
  • the second substrate 5 has an LDD 9 for supplying a drive signal to the multiple light-emitting elements 2a of the first substrate 4.
  • a bonding member 7 is disposed on the LDD 9, and the LDD 9 of the second substrate 5 is electrically connected to the corresponding anode electrode or cathode electrode of the first substrate 4 via the bonding member 7.
  • FIGS. 3A to 3M are process cross-sectional views and plan views showing the manufacturing process of the distance measuring device 1 according to the first embodiment.
  • FIGS. 3A, 3C, 3E, 3G, 3I, 3K, 3L, and 3M are process cross-sectional views
  • FIGS. 3B, 3D, 3F, 3H, and 3J are plan views.
  • a first semiconductor layer 22 is formed on a first support substrate 21 for supporting a first substrate 4, and a second semiconductor layer 23 is further formed inside or on the first semiconductor layer 22.
  • the first semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 23 are, for example, stacked on the first support substrate 21.
  • the second semiconductor layer 23 may be a diffusion region formed by injecting impurities into a part of the first semiconductor layer 22.
  • the second semiconductor layer 23 may be stacked in a trench formed in a part of the first semiconductor layer 22.
  • the first semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 23 are formed of a semiconductor material such as silicon or germanium. The specific material of the first semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 23 is not limited.
  • a part of the first semiconductor layer 22 is disposed in the region where the light emitting section 2 is formed, and the second semiconductor layer 23 is disposed in the region where the light receiving section 3 is formed.
  • the photoelectric conversion element 3a of the light receiving section 3 is formed using the second semiconductor layer 23.
  • an element isolation region is disposed in the boundary region of each pixel 60.
  • the element isolation region may be formed, for example, from an insulating layer, or may be formed from a diffusion region formed by injecting impurities.
  • the light receiving section 3 is formed having a plurality of pixels 60 arranged, for example, in a two-dimensional direction.
  • a hard mask layer 25 containing, for example, carbon is disposed on the upper surfaces of the first semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 23, and then patterned.
  • the hard mask layer 25 is patterned on the upper surface of the first semiconductor layer 22, where the light emitting portion 2 is to be formed.
  • the size of each of the multiple openings 25a formed by patterning the hard mask layer 25 is adjusted to the size of the light emitting element 2a.
  • the multiple openings 25a are formed, for example, in multiple rows, as shown in FIG. 3D.
  • a buffer layer 26 is formed on the first semiconductor layer 22.
  • the buffer layer 26 is formed so as to contact the first semiconductor layer 22 through each of a plurality of openings 25a formed by patterning the hard mask layer 25.
  • the material of the buffer layer 26 is, for example, a Group 4 material different from that of the first semiconductor layer 22.
  • the buffer layer 26 may be germanium (Ge).
  • the buffer layer 26 is formed so as to fill the inside of the openings 25a as shown in FIG. 3F. The size of the openings 25a does not matter.
  • the reason for forming the buffer layer 26 on the first semiconductor layer 22 is to make it closer to the lattice spacing of the compound semiconductor material that constitutes the light-emitting portion 2.
  • a buffer layer made of germanium is disposed on the first substrate 4 so that the buffer layer 26 comes into contact with the compound semiconductor material layer that constitutes the light-emitting portion 2. This makes it possible to suppress distortion and crystal defects in the first substrate 4 compared to when the first semiconductor layer 22 on the first substrate 4 is in direct contact with the compound semiconductor material layer.
  • the light-emitting portion 2 is formed on the buffer layer 26 by selective epitaxial growth.
  • the light-emitting portion 2 is, for example, the VCSEL shown in FIG. 1, and has a laminated film 11, an anode electrode, and a cathode electrode.
  • the laminated film 11 is, for example, a laminate of a first multilayer reflector 14, an active layer 16, and a second multilayer reflector 18.
  • a GaAs layer may be disposed between the first multilayer reflector 14 and the buffer layer 26.
  • the first multilayer reflector 14 is laminated on the buffer layer 26.
  • the first and second multilayer reflectors 14, 18 are made of a material such as AlGaAs.
  • the active layer 16 is made of a material such as InGaAs or GaInNAs(Sb).
  • An AlAs layer may be disposed between the active layer 16 and the multilayer reflector above it.
  • the sidewalls of the laminated film 11 are protected by an insulating layer 29 such as SiO2 or SiN.
  • each layer that makes up the laminated film 11 is made of a compound semiconductor material, and is stacked in order by selective epitaxial growth on top of a buffer layer made of germanium.
  • a buffer layer made of germanium By using the selective epitaxial growth method, it is possible to form multiple homogeneous thin films.
  • an electrode e.g., a cathode electrode 13
  • the light-emitting section 2 has a plurality of light-emitting element groups 2b each arranged along the first direction X and extending in the second direction Y, and each light-emitting element group 2b has a plurality of light-emitting elements 2a.
  • a cathode electrode 13 is provided for each light-emitting element group 2b. The number and shape of the light-emitting element groups 2b are arbitrary.
  • the first substrate 4 with the cathode electrode 13 of FIG. 3J facing downward is attached to the second support substrate 28 disposed below it.
  • An insulating layer 30 such as SiO2 or SiN is formed between the second support substrate 28 and the light-emitting portion 2.
  • the first support substrate 21 is peeled off, and a wiring layer 31 is formed on the first substrate 4 in a post-process.
  • a wiring layer 31 is formed on the first substrate 4 in a post-process.
  • an insulating layer 32 made of SiO 2 is formed, a trench 33 is formed in the insulating layer 32, and a metal material is filled in the trench 33 to form the wiring layer 31.
  • the second support substrate 28 is peeled off, and the first semiconductor layer 22 is thinned by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like, and then the second substrate 5 on which the logic circuit is formed is bonded.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • the logic circuit formed on the second substrate 5 has an LDD 9 connected to the light-emitting portion 2 and a readout circuit 6 connected to the light-receiving portion 3.
  • the second substrate 5 on which the logic circuit is formed is formed by a manufacturing process separate from the manufacturing processes of Figures 3A to 3G, and is bonded to the first substrate 4 in the process of Figure 3H.
  • the light emitting section 2 of the first substrate 4 and the LDD 9 of the second substrate 5 are joined by a joining member 7 that extends in the depth direction of the first substrate 4, and the light receiving section 3 of the first substrate 4 and the readout circuit 6 of the second substrate 5 are joined by a joining member 10 that extends in the depth direction of the first substrate 4.
  • the first substrate 4 and the second substrate 5 that have been bonded together are packaged by, for example, covering the periphery with resin.
  • the light emitting unit 2 and the light receiving unit 3 are monolithically formed on the first substrate 4, which simplifies the manufacturing process and allows for miniaturization compared to when the light emitting unit 2 and the light receiving unit 3 are fabricated separately and mounted on the same substrate. By simplifying the manufacturing process, the manufacturing cost of the distance measuring device 1 can be reduced.
  • the distance measuring device 1 has a light blocking member disposed between a light emitting section 2 and a light receiving section 3 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the distance measuring device 1 according to the second embodiment.
  • components common to FIG. 1 are given the same reference numerals, and the following description will focus on the differences.
  • a light-shielding member 40 is disposed between the light-emitting unit 2 and the light-receiving unit 3.
  • the light-shielding member 40 is disposed, for example, so as to penetrate the first substrate 4 in the depth direction.
  • the light-shielding member 40 is formed of a metal material, such as tungsten, that has light-shielding properties against visible light and infrared light.
  • the light-shielding member 40 is arranged, for example, in the boundary region in the direction in which the light-emitting unit 2 and the light-receiving unit 3 are arranged.
  • the light-shielding member 40 may be arranged so as to surround at least one of the light-receiving unit 3 or the light-emitting unit 2.
  • the light blocking member 40 may have a height approximately equal to or greater than the height of the light emitting unit 2. This improves the light blocking efficiency even if the light emitting unit 2 is formed at a higher position than the light receiving unit 3.
  • the light-shielding member 40 it is possible to prevent the light emitted from the light-emitting unit 2 from directly entering the light-receiving unit 3, which prevents the light-receiving unit 3 from being affected by crosstalk and improves the light-receiving characteristics of the light-receiving unit 3.
  • the light emitting portion 2 is disposed immediately above and adjacent to the LDD 9 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a distance measuring device 1 according to a third embodiment.
  • components common to FIG. 1 are given the same reference numerals, and the following description will focus on the differences.
  • the light emitting unit 2 is disposed inside the first substrate 4, and the light emitting unit 2 in FIG. 5 is disposed closer to the second substrate 5 than the light emitting unit 2 in FIG. 1. More specifically, the light emitting unit 2 in FIG. 5 is disposed immediately above and in close proximity to the LDD 9.
  • the height positions of the bottom surface of the light-emitting section 2 and the bottom surface of the light-receiving section 3 may be aligned. This allows the height of the joining member 7 that joins the light-emitting section 2 to the LDD 9 to be aligned with the height of the joining member 10 that joins the light-receiving section 3 to the readout circuit 6, making the process of forming the joining members 7 and 10 easier.
  • the height of the first substrate 4 can be reduced, and the height of the distance measuring device 1 when the second substrate 5 is bonded to the first substrate 4 can be reduced, resulting in a lighter, thinner, shorter, and smaller device.
  • the joining member 7 joining the light emitting element 2a to the LDD 9 and the joining member 10 joining the light receiving unit 3 to the readout circuit 6 can be shortened, so the resistance values of the joining members 7 and 10 can be reduced, suppressing power loss.
  • the joining member 7 is not disposed directly below the light emitting portion 2 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a distance measuring device 1 according to a fourth embodiment.
  • components common to FIG. 1 are given the same reference numerals, and the following description will focus on the differences.
  • the light emitting unit 2 is disposed on the first substrate 4, as in FIG. 1.
  • a diffusion region 41 is disposed in a portion near the top surface of the first substrate 4, directly below the light emitting unit 2. This diffusion region 41 is connected to the cathode electrode or anode electrode of the light emitting unit 2.
  • the diffusion region 41 is a region in which impurity ions are injected and diffused, and by adjusting the amount of impurity ions injected, the conductivity of the diffusion region 41 can be increased and used as a conductive region.
  • a bonding member 7a is disposed from the end of the diffusion region 41, extending in the depth direction of the first substrate 4. This bonding member 7a extends to the second substrate 5.
  • a bonding member 7b is disposed on the second substrate 5, extending from the LDD 9 in a direction substantially parallel to the substrate surface, and this bonding member 7b is bonded to the bonding member 7a described above.
  • the distance measuring device 1 in FIG. 6 has the above-mentioned joining members 7a and 7b, so there is no need to place the joining member 7 directly below the light emitting unit 2. Therefore, the area directly below the light emitting unit 2 can be used for purposes other than placing the joining member 7, which increases the freedom of design. In addition, there are fewer restrictions on the location of the joining member 7 that joins the light emitting unit 2 and the LDD 9.
  • the joining members 7a and 7b that join the light emitting portion 2 and the LDD 9 are placed near the end of the light emitting portion 2, rather than directly below the light emitting portion 2. This allows the area directly below the light emitting portion 2 to be used for purposes other than placing the joining members 7, and also reduces restrictions on the placement of the joining members 7, allowing for greater freedom in design.
  • the light emitting portion 2 and the LDD 9 are arranged so as to overlap each other when viewed in a plan view from the normal direction of the substrate surface of the first substrate 4.
  • the light emitting portion 2 and the LDD 9 are arranged so as not to overlap each other.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a distance measuring device 1 according to the fifth embodiment.
  • components that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the following description will focus on the differences.
  • the light emitting portion 2 and the LDD 9 are arranged so that they do not overlap when viewed in a plan view from the normal direction of the substrate surface of the first substrate 4.
  • the LDD 9 of the second substrate 5 is arranged in a location shifted from directly below the light emitting portion 2 of the first substrate 4, for example, near the end of the second substrate 5.
  • a joining member 7a is provided extending in the depth direction of the first substrate 4 from near the end of the light emitting portion 2. This joining member 7a extends to the second substrate 5.
  • a joining member 7b is arranged on the second substrate 5, extending from the LDD 9 approximately parallel to the substrate surface, and this joining member 7b is joined to the joining member 7a described above.
  • the location of the LDD 9 is not necessarily limited to directly below the light-emitting section 2, and it may be located anywhere on the second substrate 5.
  • the readout circuit 6 provided on the second substrate 5 requires a larger area than the light-receiving section 3 provided on the first substrate 4, it is possible to arrange the readout circuit 6 up to directly below the light-emitting section 2 on the first substrate 4. In this case, it is not possible to arrange the LDD 9 on the second substrate 5 so as to overlap with the light-emitting section 2.
  • the LDD 9 can be placed on the second substrate 5 regardless of the location of the light emitting portion 2 on the first substrate 4, which allows for greater design freedom.
  • the location of the joining member 7 for joining to the light emitting portion 2 can be determined according to the location of the LDD 9.
  • the readout circuit 6 is provided on the second substrate 5, but in some cases it may be desirable in terms of electrical characteristics to place part of the readout circuit 6 close to the light receiving section 3. For example, it is desirable to place a source follower circuit, which is part of the readout circuit 6, close to the light receiving section 3 for the purpose of noise reduction, etc.
  • the source follower circuit is a circuit that transmits a voltage signal generated by photoelectric conversion in the light receiving section 3 with low impedance to a signal wiring connected to the readout circuit 6. Therefore, in the distance measuring device 1 according to the sixth embodiment, part of the readout circuit, such as the source follower circuit, is placed on the first substrate 4.
  • FIG. 8 is a plan view of the light receiving section 3 of the first substrate 4. As shown in FIG. 8, the light emitting section 2, the light receiving section 3, and a part 6a of the readout circuit 6 are arranged on the first substrate 4.
  • the part 6a of the readout circuit includes, for example, a source follower circuit. Since a source follower circuit is provided for each pixel 60, the part 6a of the readout circuit including a source follower circuit is arranged on the first substrate 4 in correspondence with each of the multiple photoelectric conversion elements 3a that make up the light receiving section 3.
  • a part 6a of the readout circuit provided on the first substrate 4 and the readout circuit on the second substrate 5 are joined by a joining member 7 such as a Cu-Cu joint, a bump, or a via.
  • the light emitting unit 2 side of the distance measuring device 1 in FIG. 8 is configured in the same way as in FIG. 1. Note that the light emitting unit 2 side of the distance measuring device 1 in FIG. 8 may be configured in the same way as in FIG. 5, and the first board 4 may be made low-profile.
  • a part 6a of the readout circuit provided on the second substrate 5 is provided on the first substrate 4, so that a source follower circuit or the like can be arranged near the light receiving portion 3, thereby improving the light receiving characteristics of the light receiving portion 3.
  • Seventh Embodiment 9 is a plan view of a distance measuring device 1 according to a seventh embodiment.
  • the light emitting unit 2 has a plurality of light emitting elements 2a.
  • the plurality of light emitting elements 2a are arranged adjacent to each other in the first direction X and the second direction Y.
  • the light receiving unit 3 has a plurality of photoelectric conversion elements 3a.
  • the plurality of photoelectric conversion elements 3a are arranged adjacent to each other in the first direction X and the second direction Y.
  • the light-emitting unit 2 and the light-receiving unit 3 are arranged adjacent to each other in the first direction X on the first substrate 4.
  • the multiple light-emitting elements 2a that make up the light-emitting unit 2 are arranged closely to each other, so the light-emitting unit 2 can emit planar light.
  • the multiple photoelectric conversion elements 3a that make up the light-receiving unit 3 are arranged closely to each other, so planar light can be received by the multiple photoelectric conversion elements 3a. This makes it possible to measure the distance to objects located over a wide range.
  • Fig. 10 is a plan view of a distance measuring device 1 according to a first modified example of the seventh embodiment.
  • an arrangement area for a plurality of photoelectric conversion elements 3a in the light receiving section 3 is provided adjacent to an arrangement area for a plurality of light emitting elements 2a in the light emitting section 2, but in Fig. 10, the plurality of light emitting elements 2a and the plurality of photoelectric conversion elements 3a are arranged together in the same arrangement area.
  • the distance between the light-emitting element 2a and the photoelectric conversion element 3a can be narrower than in FIG. 9, making it possible to make the distance measuring device smaller than the distance measuring device 1 in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a plan view of a distance measuring device 1 according to a second modified example of the seventh embodiment.
  • multiple photoelectric conversion elements 3a in the light receiving unit 3 are arranged close to each other in the first direction X and the second direction Y, and multiple light emitting elements 2a in the light emitting unit 2 are arranged so as to surround the light receiving unit 3.
  • multiple light emitting elements 2a in the light emitting unit 2 may be arranged close to each other in the first direction X and the second direction Y, and multiple photoelectric conversion elements 3a in the light receiving unit 3 may be arranged so as to surround the light emitting unit 2.
  • the multiple light-emitting elements 2a and the multiple photoelectric conversion elements 3a can be arranged in any configuration, thereby increasing the freedom of design.
  • the distance measuring device 1 can be applied to both the dToF (direct ToF) method and the iToF (indirect ToF) method.
  • the dToF method is a method for measuring distance based on the time difference between the light emission timing of the light emitting unit 2 and the light reception timing of the light receiving unit 3.
  • the iToF method is a method for measuring distance based on the phase difference between the phase of the light emission signal of the light emitting unit 2 and the phase of the light reception signal of the light receiving unit 3.
  • FIG. 12 is a block diagram of the distance measuring device 1 according to the first to seventh embodiments.
  • FIG. 12 shows the block configuration of the distance measuring device 1 using the dToF method.
  • the distance measuring device 1 in FIG. 1 includes a light emitting unit 2, a distance measuring unit 51, and an overall control unit 52.
  • the light-emitting unit 2 has multiple light-emitting elements 2a, a drive circuit 53, a clock generation unit 54, and a light-emitting control unit 55.
  • the multiple light-emitting elements 2a are arranged in a first direction X and a second direction Y that intersect with each other.
  • the multiple light-emitting elements 2a repeatedly emit light emission pulse signals at a predetermined time interval.
  • the light-emitting unit 2 can scan the optical signals emitted by the multiple light-emitting elements 2a in a predetermined two-dimensional space. There is no restriction on the specific method for scanning the optical signals.
  • the multiple light-emitting elements 2a are, for example, VCSELs.
  • the drive circuit 53 drives the multiple light-emitting elements 2a based on a control signal from the light-emission control unit 55.
  • the drive circuit 53 controls at least one of the light-emission timing and light-emission waveform of the optical pulse signal based on the control signal from the light-emission control unit 55.
  • the drive circuit 53 controls the voltage level of the voltage applied to the anode or cathode of the multiple light-emitting elements 2a based on the control signal from the light-emission control unit 55, thereby controlling at least one of the signal intensity, optical peak intensity, pulse width, rising edge timing, falling edge timing, and slew rate of the optical pulse signal from the multiple light-emitting elements 2a.
  • the clock generating unit 54 generates a clock signal synchronized with a reference clock signal.
  • the reference clock signal is, for example, a signal input from outside the distance measuring device 1. Alternatively, the reference clock signal may be generated inside the distance measuring device 1.
  • the light emission control unit 55 generates a control signal for controlling at least one of the light emission timing and light emission waveform of each light emitting element 2a in synchronization with the clock signal. At least one of the drive circuit 53, the clock generation unit 54, and the light emission control unit 55 is provided in the LDD 9.
  • the overall control unit 52 controls the light emitting unit 2 and the distance measuring unit 51. At least one of the light emitting unit 2 and the overall control unit 52 may be integrated into the distance measuring unit 51.
  • the distance measurement unit 51 has a pixel array unit 61, a distance measurement processing unit 62, a control unit 63, a clock generation unit 64, a light emission timing control unit 65, a drive circuit 66, and an output buffer 67.
  • the pixel array unit 61 constitutes the light receiving unit 3.
  • the pixel array section 61 has a plurality of pixels 60 arranged in a first direction X and a second direction Y.
  • the plurality of pixels 60 receive a reflected light signal from the object 50.
  • the plurality of pixels 60 output a voltage signal in response to the arrival of photons. It is also possible to detect the light intensity of the reflected light signal by averaging the results of repeatedly receiving the reflected light signal at each pixel 60.
  • Each of the multiple pixels 60 has a photoelectric conversion element 3a.
  • the photoelectric conversion element 3a is, for example, a SPAD (Single Photon Avalanche photo Diode).
  • Each pixel 60 may have a quench circuit (not shown). In the initial state, the quench circuit supplies a reverse bias voltage between the anode and cathode of the SPAD, the potential difference of which exceeds the breakdown voltage. After the SPAD detects a photon, the drive circuit 66 supplies a reverse bias voltage to the SPAD via the corresponding quench circuit, in preparation for detecting the next reflected light pulse signal.
  • the ranging processing unit 62 has a time-to-digital converter (TDC) 71, a histogram generating unit 72, a signal processing unit 73, and a ranging control unit 74.
  • TDC time-to-digital converter
  • the TDC 71 generates a time digital signal corresponding to the reception time of the reflected light pulse signal received by the SPAD with a predetermined time resolution.
  • the histogram generation unit 72 generates a histogram with a bin width corresponding to the time resolution of the TDC 71 based on the time digital signal generated by the TDC 71.
  • the bin width is the width of each frequency unit that makes up the histogram. The higher the time resolution of the TDC 71, the narrower the bin width can be, resulting in a histogram that more accurately reflects the time frequency of receiving the reflected light pulse signal.
  • the signal processing unit 73 calculates the distance to the object 50 by, for example, calculating the center of gravity position of the reflected light pulse signal based on the histogram, and outputs the calculated distance via the output buffer 67.
  • the control unit 63 controls the processing operations of each unit in the distance measurement unit 51.
  • the distance measurement control unit 74 controls the TDC 71, histogram generation unit 72, and signal processing unit 73 in the distance measurement processing unit 62.
  • the light emission timing control unit 65 controls the light emission control unit 55 in the light emission unit 2, and also controls the drive circuit 66.
  • the drive circuit 66 performs quench control to return the cathode voltage to its original voltage when multiple pixels 60 in the pixel array unit 61 detect light and the cathode voltage drops.
  • the clock generating unit 64 generates a clock signal used by the TDC 71 and the histogram generating unit 72.
  • the clock generating unit 64 generates the clock signal using, for example, a PLL circuit (not shown).
  • At least one of the drive circuit 66, the distance measurement processing unit 62, the control unit 63, the clock generation unit 64, and the light emission timing control unit 65 is provided in the readout circuit 6 of the second substrate 5.
  • the distance measurement processing unit 62, the control unit 63, the clock generation unit 64, and the light emission timing control unit 65 those parts that are not included in the readout circuit 6 may be disposed on the first substrate 4.
  • the overall control unit 52 is provided in the LDD 9 or the readout circuit 6. Alternatively, the overall control unit 52 may be disposed on the first substrate 4.
  • the distance measuring device 1 in FIG. 12 can be arranged on the first substrate 4 and the second substrate 5, and can be configured on a single semiconductor chip.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving body, such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility device, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, or an agricultural machine (tractor).
  • FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000, which is an example of a mobile control system to which the technology disclosed herein can be applied.
  • the vehicle control system 7000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 7010.
  • the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an outside vehicle information detection unit 7400, an inside vehicle information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600.
  • the communication network 7010 connecting these multiple control units may be, for example, an in-vehicle communication network conforming to any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay (registered trademark).
  • CAN Controller Area Network
  • LIN Local Interconnect Network
  • LAN Local Area Network
  • FlexRay registered trademark
  • Each control unit includes a microcomputer that performs arithmetic processing according to various programs, a storage unit that stores the programs executed by the microcomputer or parameters used in various calculations, and a drive circuit that drives various devices to be controlled.
  • Each control unit includes a network I/F for communicating with other control units via a communication network 7010, and a communication I/F for communicating with devices or sensors inside and outside the vehicle by wired or wireless communication.
  • the functional configuration of the integrated control unit 7600 includes a microcomputer 7610, a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, an audio/image output unit 7670, an in-vehicle network I/F 7680, and a storage unit 7690.
  • Other control units also include a microcomputer, a communication I/F, a storage unit, and the like.
  • the drive system control unit 7100 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 7100 functions as a control device for a drive force generating device for generating a drive force for the vehicle, such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to the wheels, a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle, and a braking device for generating a braking force for the vehicle.
  • the drive system control unit 7100 may also function as a control device such as an ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).
  • the drive system control unit 7100 is connected to a vehicle state detection unit 7110.
  • the vehicle state detection unit 7110 includes at least one of the following: a gyro sensor that detects the angular velocity of the axial rotational motion of the vehicle body, an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle, or a sensor for detecting the amount of operation of the accelerator pedal, the amount of operation of the brake pedal, the steering angle of the steering wheel, the engine speed, or the rotation speed of the wheels.
  • the drive system control unit 7100 performs arithmetic processing using the signal input from the vehicle state detection unit 7110, and controls the internal combustion engine, the drive motor, the electric power steering device, the brake device, etc.
  • the body system control unit 7200 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 7200 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, tail lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps.
  • radio waves or signals from various switches transmitted from a portable device that replaces a key can be input to the body system control unit 7200.
  • the body system control unit 7200 accepts the input of these radio waves or signals and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
  • the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310, which is the power supply source for the drive motor, according to various programs. For example, information such as the battery temperature, battery output voltage, or remaining capacity of the battery is input to the battery control unit 7300 from a battery device equipped with the secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs calculations using these signals, and controls the temperature regulation of the secondary battery 7310 or a cooling device or the like equipped in the battery device.
  • the outside vehicle information detection unit 7400 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 7000.
  • the imaging unit 7410 and the outside vehicle information detection unit 7420 is connected to the outside vehicle information detection unit 7400.
  • the imaging unit 7410 includes at least one of a ToF (Time Of Flight) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras.
  • the outside vehicle information detection unit 7420 includes at least one of an environmental sensor for detecting the current weather or climate, or a surrounding information detection sensor for detecting other vehicles, obstacles, pedestrians, etc., around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000.
  • the environmental sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rain, a fog sensor that detects fog, a sunshine sensor that detects the level of sunlight, and a snow sensor that detects snowfall.
  • the surrounding information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device.
  • the imaging unit 7410 and the outside vehicle information detection unit 7420 may each be provided as an independent sensor or device, or may be provided as a device in which multiple sensors or devices are integrated.
  • the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, and 7918 are provided, for example, at least one of the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7910 provided on the front nose and the imaging unit 7918 provided on the upper part of the windshield inside the vehicle cabin mainly acquire images of the front of the vehicle 7900.
  • the imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors mainly acquire images of the sides of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7916 provided on the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7918 provided on the upper part of the windshield inside the vehicle cabin is mainly used to detect leading vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
  • FIG. 14 shows an example of the imaging ranges of the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916.
  • Imaging range a indicates the imaging range of the imaging unit 7910 provided on the front nose
  • imaging ranges b and c indicate the imaging ranges of the imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors, respectively
  • imaging range d indicates the imaging range of the imaging unit 7916 provided on the rear bumper or back door.
  • an overhead image of the vehicle 7900 viewed from above is obtained by superimposing the image data captured by the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916.
  • External information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, and 7930 provided on the front, rear, sides, corners, and upper part of the windshield inside the vehicle 7900 may be, for example, ultrasonic sensors or radar devices.
  • External information detection units 7920, 7926, and 7930 provided on the front nose, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle 7900 may be, for example, LIDAR devices. These external information detection units 7920 to 7930 are mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, etc.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 causes the imaging unit 7410 to capture an image outside the vehicle and receives the captured image data.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 also receives detection information from the connected outside-vehicle information detection unit 7420. If the outside-vehicle information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device, the outside-vehicle information detection unit 7400 transmits ultrasonic waves or electromagnetic waves and receives information on the received reflected waves.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received information.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 may perform environmental recognition processing for recognizing rainfall, fog, road surface conditions, etc. based on the received information.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 may calculate the distance to an object outside the vehicle based on the received information.
  • the outside vehicle information detection unit 7400 may also perform image recognition processing or distance detection processing to recognize people, cars, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image data.
  • the outside vehicle information detection unit 7400 may perform processing such as distortion correction or alignment on the received image data, and may also generate an overhead image or a panoramic image by synthesizing image data captured by different imaging units 7410.
  • the outside vehicle information detection unit 7400 may also perform viewpoint conversion processing using image data captured by different imaging units 7410.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 detects information inside the vehicle.
  • a driver state detection unit 7510 that detects the state of the driver is connected to the in-vehicle information detection unit 7500.
  • the driver state detection unit 7510 may include a camera that captures an image of the driver, a biosensor that detects the driver's biometric information, or a microphone that collects sound inside the vehicle.
  • the biosensor is provided, for example, on the seat or steering wheel, and detects the biometric information of a passenger sitting in the seat or a driver gripping the steering wheel.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, or may determine whether the driver is dozing off.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling on the collected sound signal.
  • the integrated control unit 7600 controls the overall operation of the vehicle control system 7000 according to various programs.
  • the input unit 7800 is connected to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 is realized by a device that can be operated by the passenger, such as a touch panel, a button, a microphone, a switch, or a lever. Data obtained by voice recognition of a voice input by a microphone may be input to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 may be, for example, a remote control device using infrared or other radio waves, or an externally connected device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant) that supports the operation of the vehicle control system 7000.
  • PDA Personal Digital Assistant
  • the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information by gestures. Alternatively, data obtained by detecting the movement of a wearable device worn by the passenger may be input. Furthermore, the input unit 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by the passenger using the above-mentioned input unit 7800 and outputs the input signal to the integrated control unit 7600. Passengers and others can operate the input unit 7800 to input various data and instruct processing operations to the vehicle control system 7000.
  • the memory unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) that stores various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) that stores various parameters, calculation results, sensor values, etc.
  • the memory unit 7690 may also be realized by a magnetic memory device such as a HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor memory device, an optical memory device, or a magneto-optical memory device, etc.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is a general-purpose communication I/F that mediates communication between various devices present in the external environment 7750.
  • the general-purpose communication I/F 7620 may implement cellular communication protocols such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution) or LTE-A (LTE-Advanced), or other wireless communication protocols such as wireless LAN (also called Wi-Fi (registered trademark)) and Bluetooth (registered trademark).
  • GSM Global System of Mobile communications
  • WiMAX registered trademark
  • LTE registered trademark
  • LTE-A Long Term Evolution
  • Bluetooth registered trademark
  • the general-purpose communication I/F 7620 may connect to devices (e.g., application servers or control servers) present on an external network (e.g., the Internet, a cloud network, or an operator-specific network) via, for example, a base station or an access point.
  • the general-purpose communication I/F 7620 may connect to a terminal located near the vehicle (e.g., a driver's, pedestrian's, or store's terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal) using, for example, P2P (Peer To Peer) technology.
  • P2P Peer To Peer
  • the dedicated communication I/F 7630 is a communication I/F that supports a communication protocol developed for use in a vehicle.
  • the dedicated communication I/F 7630 may implement a standard protocol such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC (Dedicated Short Range Communications), or a cellular communication protocol, which is a combination of the lower layer IEEE 802.11p and the higher layer IEEE 1609.
  • the dedicated communication I/F 7630 typically performs V2X communication, which is a concept that includes one or more of vehicle-to-vehicle communication, vehicle-to-infrastructure communication, vehicle-to-home communication, and vehicle-to-pedestrian communication.
  • the positioning unit 7640 performs positioning by receiving, for example, GNSS signals from GNSS (Global Navigation Satellite System) satellites (for example, GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites), and generates position information including the latitude, longitude, and altitude of the vehicle.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • GPS Global Positioning System
  • the positioning unit 7640 may determine the current position by exchanging signals with a wireless access point, or may obtain position information from a terminal such as a mobile phone, PHS, or smartphone that has a positioning function.
  • the beacon receiver 7650 receives, for example, radio waves or electromagnetic waves transmitted from radio stations installed on the road, and acquires information such as the current location, congestion, road closures, and travel time.
  • the functions of the beacon receiver 7650 may be included in the dedicated communication I/F 7630 described above.
  • the in-vehicle device I/F 7660 is a communication interface that mediates the connection between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 present in the vehicle.
  • the in-vehicle device I/F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • the in-vehicle device I/F 7660 may also establish a wired connection such as USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface), or MHL (Mobile High-definition Link) via a connection terminal (and a cable, if necessary) not shown.
  • USB Universal Serial Bus
  • HDMI High-Definition Multimedia Interface
  • MHL Mobile High-definition Link
  • the in-vehicle device 7760 may include, for example, at least one of a mobile device or wearable device owned by a passenger, or an information device carried into or attached to the vehicle.
  • the in-vehicle device 7760 may also include a navigation device that searches for a route to an arbitrary destination.
  • the in-vehicle device I/F 7660 exchanges control signals or data signals with these in-vehicle devices 7760.
  • the in-vehicle network I/F 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010.
  • the in-vehicle network I/F 7680 transmits and receives signals in accordance with a specific protocol supported by the communication network 7010.
  • the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 controls the vehicle control system 7000 according to various programs based on information acquired through at least one of the general-purpose communication I/F 7620, the dedicated communication I/F 7630, the positioning unit 7640, the beacon receiving unit 7650, the in-vehicle device I/F 7660, and the in-vehicle network I/F 7680.
  • the microcomputer 7610 may calculate the control target value of the driving force generating device, the steering mechanism, or the braking device based on the acquired information inside and outside the vehicle, and output a control command to the drive system control unit 7100.
  • the microcomputer 7610 may perform cooperative control for the purpose of realizing the functions of an ADAS (Advanced Driver Assistance System), including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following driving based on the distance between vehicles, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, etc.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 7610 may control the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on the acquired information about the surroundings of the vehicle, thereby performing cooperative control for the purpose of automatic driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on the driver's operation.
  • the microcomputer 7610 may generate three-dimensional distance information between the vehicle and objects such as surrounding structures and people based on information acquired via at least one of the general-purpose communication I/F 7620, the dedicated communication I/F 7630, the positioning unit 7640, the beacon receiving unit 7650, the in-vehicle equipment I/F 7660, and the in-vehicle network I/F 7680, and may create local map information including information about the surroundings of the vehicle's current position.
  • the microcomputer 7610 may also predict dangers such as vehicle collisions, the approach of pedestrians, or entry into closed roads based on the acquired information, and generate warning signals.
  • the warning signals may be, for example, signals for generating warning sounds or turning on warning lights.
  • the audio/image output unit 7670 transmits at least one of audio and image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 7710, a display unit 7720, and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices.
  • the display unit 7720 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • the display unit 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
  • the output device may be other devices such as headphones, a wearable device such as a glasses-type display worn by the passenger, a projector, or a lamp, in addition to these devices.
  • the output device When the output device is a display device, the display device visually displays the results obtained by various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from other control units in various formats such as text, images, tables, graphs, etc.
  • the output device is an audio output device, the audio output device converts an audio signal consisting of reproduced audio data or acoustic data into an analog signal and audibly outputs it.
  • At least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated into one control unit.
  • each control unit may be composed of multiple control units.
  • the vehicle control system 7000 may include another control unit not shown.
  • some or all of the functions performed by any of the control units may be provided by the other control units.
  • a predetermined calculation process may be performed by any of the control units.
  • a sensor or device connected to any of the control units may be connected to another control unit, and multiple control units may transmit and receive detection information to each other via the communication network 7010.
  • the distance measuring device 1 according to this embodiment described using FIG. 1 etc. can be applied to the integrated control unit 7600 of the application example shown in FIG. 13.
  • the components of the distance measuring device 1 described using FIG. 1 etc. may be realized in a module (e.g., an integrated circuit module configured on a single die) for the integrated control unit 7600 shown in FIG. 13.
  • a module e.g., an integrated circuit module configured on a single die
  • the present technology can be configured as follows.
  • a distance measuring device that receives a reflected light signal generated by an optical pulse signal emitted from a light emitting unit and reflected by an object at a light receiving unit, and measures a distance to the object based on the reflected light signal received by the light receiving unit, a first substrate made of a Group 4 material on which the light receiving portion and the light emitting portion are integrally disposed; a second substrate laminated on the first substrate and having a readout circuit disposed thereon for reading out a light reception signal received by the light receiving portion.
  • the distance measuring device is a silicon substrate.
  • the light emitting portion includes a compound semiconductor material or a mixed crystal of the compound semiconductor material.
  • a buffer layer is disposed on the first substrate and is made of a Group 4 material different from a material of the first substrate; the light emitting portion is disposed on the buffer layer, The distance measuring device according to (4), wherein a material of the buffer layer has a lattice spacing closer to a lattice spacing of the light emitting portion than a material of the first substrate.
  • the distance measuring device according to any one of (1) to (5), wherein the light receiving unit includes a photodiode, an avalanche photodiode, or a SPAD (Single Photon Avalanche Diode).
  • the light receiving unit includes a photodiode, an avalanche photodiode, or a SPAD (Single Photon Avalanche Diode).
  • the light emitting portion is arranged on the first substrate by selective epitaxial growth.
  • a distance measuring device described in any one of (1) to (8) comprising a light-shielding member containing a metal material arranged between an area in which the light receiving unit is arranged on the first substrate and an area in which the light emitting unit is arranged on the first substrate.
  • the second substrate has a drive circuit that supplies a drive voltage to the light emitting portion.
  • the distance measuring device (13) The distance measuring device according to (12), wherein at least a portion of the light emitting portion is positioned to overlap with the drive circuit when viewed in a planar view from a normal direction to the substrate surface of the first substrate.
  • a bonding member extending in a depth direction of the first substrate for connecting the light emitting portion and the drive circuit is provided, The distance measuring device according to (13), wherein at least a portion of the bonding member is disposed in an area overlapping with the light emitting portion when viewed in a planar view from a normal direction of a substrate surface of the first substrate.
  • a bonding member extending in a depth direction of the first substrate for connecting the light emitting portion and the drive circuit is provided, The distance measuring device according to (13), wherein at least a portion of the bonding member is disposed in an area that does not overlap with the light emitting portion when viewed in a planar view from a normal direction of the substrate surface of the first substrate.
  • the drive circuit is disposed in an area that does not overlap with the light emitting unit when viewed in a planar view from a normal direction to the substrate surface of the first substrate.
  • a part of the circuits included in the readout circuit is disposed on the first substrate; the light receiving unit has a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional direction, each of which receives light; The distance measuring device according to any one of (1) to (16), wherein the partial circuit has a plurality of pixel circuits connected to the plurality of photoelectric conversion elements, respectively.
  • the first substrate has the light emitting portion and the light receiving portion arranged adjacent to each other, The light emitting unit has a plurality of light emitting elements arranged closely to each other, The distance measuring device according to any one of (1) to (17), wherein the light receiving unit has a plurality of photoelectric conversion elements each arranged in close proximity to each other.
  • the light emitting unit has a plurality of light emitting elements, A distance measuring device described in any one of (1) to (17), wherein the light receiving unit has a plurality of light receiving elements that are arranged between the plurality of light emitting elements, or arranged to surround the plurality of light emitting elements, or arranged to be surrounded by the plurality of light emitting elements.
  • the light emitting unit is a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL).
  • a light receiving portion in a first region of a first substrate made of a Group 4 material; forming a buffer layer on an upper surface of the second region of the first substrate, the buffer layer being made of a Group 4 material different from a material of the first substrate; forming a light emitting portion made of a compound semiconductor material on the buffer layer by selective epitaxial growth;
  • a method for manufacturing a distance measuring device comprising a step of bonding a second substrate to the first substrate, the second substrate having a readout circuit that reads out a light reception signal received by the light receiving portion and a drive circuit that supplies a drive voltage to the light emitting portion formed thereon.
  • 1 distance measuring device 2 light emitting section, 2a light emitting element, 2b group of light emitting elements, 3 light receiving section, 3a photoelectric conversion element, 4 first substrate, 5 second substrate, 6 circuit, 7 bonding member, 7a bonding member, 7b bonding member, 9 drive circuit, 10 bonding member, 11 laminated film, 12 anode electrode, 13 cathode electrode, 14 first multilayer film reflector, 14 first multilayer film reflector, 16 active layer, 18 second multilayer film reflector, 21 first support substrate, 22 first semiconductor layer, 23 second semiconductor layer, 25 hard mask layer, 25a opening, 26 buffer layer, 27 GaAs layer, 28 second support substrate, 29 insulating layer, 30 insulating layer, 31 wiring layer, 32 insulating layer, 33 trench, 40 light shielding member, 41 diffusion region, 50 object, 51 distance measurement unit, 52 overall control unit, 53 drive circuit, 54 clock generation unit, 55 light emission control unit, 60 pixel, 61 pixel array unit, 62 distance measurement processing unit, 63 control unit, 64 clock generation unit, 65 light emission

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Abstract

［課題］小型化及び低コスト化が可能で、低消費電力で測距処理を行う。 ［解決手段］測距装置は、発光部から発光された光パルス信号が物体で反射された反射光信号を受光部で受光し、前記受光部で受光された前記反射光信号に基づいて前記物体の距離を計測する測距装置であって、前記受光部及び前記発光部がモノリシックに配置される第４族の材料からなる第１の基板と、前記第１の基板に積層され、前記受光部で受光された受光信号を読み出す読出し回路が配置される第２の基板と、を備える。

Description

測距装置及びその製造方法
　本開示は、測距装置及びその製造方法に関する。
　発光部から発光された光パルス信号を物体に照射し、物体で反射された反射光パルス信号を受光部で受光して物体までの距離を計測するＴｏＦ（Time of Flight）方式のＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）デバイスは、自動運転技術のキーデバイスであり、精度よく距離を計測するために盛んに研究開発が行われている（特許文献１参照）。
特開２０２１－２７３５８号公報
　発光部と受光部は、互いに構造が異なるため、発光部と受光部を別々に製造して、共通の支持基板に実装することが多い。このため、ＬｉＤＡＲの製造に手間がかかり、小型化も困難になり、消費電力も削減できない。
　そこで、本開示では、小型化及び低コスト化が可能で、低消費電力で測距処理を行うことができる測距装置及びその製造方法を提供するものである。
　上記の課題を解決するために、本開示によれば、発光部から発光された光パルス信号が物体で反射された反射光信号を受光部で受光し、前記受光部で受光された前記反射光信号に基づいて前記物体の距離を計測する測距装置であって、
　前記受光部及び前記発光部が一体に配置される第４族の材料からなる第１の基板と、
　前記第１の基板に積層され、前記受光部で受光された受光信号を読み出す読出し回路が配置される第２の基板と、を備える、測距装置が提供される。
　前記受光部及び前記発光部は、前記第１の基板にモノリシックに配置されてもよい。
　前記第１の基板は、シリコン基板であってもよい。
　前記発光部は、化合物半導体材料、又は前記化合物半導体材料の混晶を含んでもよい。
　前記第１の基板の上に配置され、前記第１の基板の材料とは異なる第４族の材料からなるバッファ層を備え、
　前記バッファ層の上に前記発光部が配置され、
　前記バッファ層の材料は、前記第１の基板の材料よりも、前記発光部の格子間隔に近い格子間隔を持ってもよい。
　前記受光部は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、又はＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）を含んでもよい。
　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記受光部の少なくとも一部が前記読出し回路と重なるように配置されてもよい。
　前記発光部は、前記第１の基板上に選択エピタキシャル成長により配置されてもよい。
　前記第１の基板における前記受光部の配置領域と、前記第１の基板における前記発光部の配置領域との間に配置される金属材料を含む遮光部材を備えてもよい。
　前記発光部は、前記第１の基板における前記第２の基板に対向する面とは反対側の面に沿って配置されてもよい。
　前記発光部は、前記第１の基板の内部に配置されてもよい。
　前記第２の基板は、前記発光部に駆動電圧を供給する駆動回路を有してもよい。
　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記発光部の少なくとも一部が前記駆動回路と重なるように配置されてもよい。
　前記発光部と前記駆動回路とを接続するための前記第１の基板の深さ方向に伸びる接合部材を備え、
　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記接合部材の少なくとも一部は、前記発光部と重なる領域に配置されてもよい。
　前記発光部と前記駆動回路とを接続するための前記第１の基板の深さ方向に伸びる接合部材を備え、
　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記接合部材の少なくとも一部は、前記発光部と重ならない領域に配置されてもよい。
　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記駆動回路は前記発光部と重ならない領域に配置されてもよい。
　前記読出し回路に含まれる一部回路は、前記第１の基板に配置され、
　前記受光部は、二次元方向に配置され、それぞれが光を受光する複数の光電変換素子を有し、
　前記一部回路は、前記複数の光電変換素子のそれぞれに接続される複数の画素回路を有してもよい。
　前記第１の基板は、隣り合って配置される前記発光部及び前記受光部を有し、
　前記発光部は、それぞれが近接して配置される複数の発光素子を有し、
　前記受光部は、それぞれが近接して配置される複数の光電変換素子を有してもよい。
　前記発光部は、複数の発光素子を有し、
　前記受光部は、前記複数の発光素子の間に配置されるか、又は前記複数の発光素子を取り囲むように配置されるか、又は前記複数の発光素子によって取り囲まれるように配置される、複数の受光素子と有してもよい。
　前記発光部は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であってもよい。
　本開示によれば、第４族の材料からなる第１の基板の第１の領域に受光部を形成する工程と、
　前記第１の基板の第２の領域の上面に、前記第１の基板の材料とは異なる第４族の材料からなるバッファ層を形成する工程と、
　前記バッファ層の上に、選択的エピタキシャル成長により、化合物半導体材料からなる発光部を形成する工程と、
　前記第１の基板に、前記受光部で受光された受光信号を読み出す読出し回路と、前記発光部に駆動電圧を供給する駆動回路とが形成された第２の基板を貼り合わせる工程と、を備える、測距装置の製造方法が提供される。
第１の実施形態による測距装置の断面構造を示す断面図。 図１の受光部の平面図。 第１の実施形態による測距装置の製造工程を示す工程断面図。 第１の実施形態による測距装置の製造工程を示す工程平面図。 図３Ａに続く工程断面図。 図３Ｂに続く工程平面図。 図３Ｃに続く工程断面図。 図３Ｄに続く工程平面図。 図３Ｅに続く工程断面図。 図３Ｆに続く工程平面図。 図３Ｇに続く工程断面図。 図３Ｈに続く工程平面図。 図３Ｉに続く工程断面図。 図３Ｋに続く工程断面図。 図３Ｌに続く工程断面図。 第２の実施形態による測距装置の断面図。 第３の実施形態による測距装置の断面図。 第４の実施形態による測距装置の断面図。 第５の実施形態による測距装置の断面図。 第１の基板の受光部の平面図。 第７の実施形態による測距装置の平面図。 第７の実施形態の第１変形例による測距装置の平面図。 第７の実施形態の第２変形例による測距装置の平面図。 第１～第７の実施形態による測距装置のブロック図。 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。 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。
　以下、図面を参照して、測距装置及びその製造方法の実施形態について説明する。以下では、測距装置及びその製造方法の主要な構成部分を中心に説明するが、測距装置及びその製造方法には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
　（第１の実施形態）
　図１は第１の実施形態による測距装置１の断面構造を示す断面図である。図１の測距装置１は、発光部２から発光された光パルス信号が物体で反射された反射光信号を受光部３で受光し、受光部３で受光された反射光信号に基づいて物体の距離を計測するものである。
　第１の実施形態による測距装置１は、発光部２と受光部３を同一基板上にモノリシックに形成することを特徴とする。モノリシックとは、同一基板上に、半導体プロセスにより、発光部２と受光部３を形成するものである。発光部２と受光部３の構成材料は同じでもよいし、異なっていてもよい。
　図１の測距装置１は、第１の基板４に第２の基板５を貼り合わせた構造を備えている。第１の基板４に第２の基板５を貼り合わせる際には、Ｃｕ－Ｃｕ接合、バンプ、ビアなどの種々の接合形態を適用可能である。
　第１の基板４は、第４族の材料で形成される。例えば、第１の基板４は、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）で形成される。上述したように、本実施形態では、第１の基板４に発光部２と受光部３をモノリシックに形成することを想定しており、第１の基板４の材料は、発光素子と光電変換素子３ａの構成材料との兼ね合いで選定する必要がある。
　発光部２は、例えば化合物半導体材料、又は化合物半導体材料の混晶で形成された半導体レーザである。発光部２の化合物半導体材料は、例えば、III－Ｖ族であり、具体的には、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓなどである。
　発光部２は、複数の発光素子を有する面発光素子でもよい。発光部２の代表例は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。ＶＣＳＥＬは、一次元又は二次元方向に配置された複数の発光素子を有し、面発光光を発光させることができる。
　発光部２は、例えば第１の基板４上に選択エピタキシャル成長により形成される。より具体的には、例えば図１に示すように、発光部２は、第１の基板４における第２の基板５に対向する面とは反対側の面の上に選択エピタキシャル成長により形成される。
　受光部３は、第１の基板４の一部に不純物を注入して形成される拡散領域内に形成される。あるいは、受光部３は、第１の基板４上に積層して形成されてもよい。あるいは、受光部３は、第１の基板４の内部に埋め込まれるように形成されてもよい。受光部３は、光電変換素子３ａであればよく、受光部３の具体的な構造は問わない。受光部３は、複数の光電変換素子３ａを備えていてもよい。受光部３は、例えば、ＰＤ（Photo-Diode）、ＡＰＤ（Avalanche Photo-Diode）、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）、又はＴｏＦ（Time of Flight）デバイス用の光電変換素子３ａである。
　光電変換素子３ａの材料は、例えば、シリコン系材料、多元系材料、ペロブスカイト、有機材料、又は量子ドット系材料などである。シリコン系材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、又はアモルファスシリコンなどである。また、シリコンの代わりにゲルマニウムを用いてもよい。多元系材料は、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｄＧｅＰ２、ＣａＧａ２Ｓｅ４などである。有機材料は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ＰＣＢＭなどである。量子ドット系材料はＰｂＳなどである。なお、これらは一例であり、上記に例示した以外の材料を用いてもよい。
　第２の基板５には、受光部３で受光された受光信号を読み出す読出し回路６が配置される。受光部３と読出し回路６は、Ｃｕ－Ｃｕ接合、バンプ又はビアなどの接合部材１０で接合される。第１の基板４の基板面の法線方向から平面視したときに、受光部３の少なくとも一部が読出し回路６と重なるように、読出し回路６は配置される。これにより、受光部３の直下に伸びる接合部材１０を配置することで、受光部３と読出し回路６を接合部材１０にて接合することができる。第１の基板４に発光部２を形成する際には、高温にする必要がある。このため、例えば第１の基板４に発光部２に加えて読出し回路６を形成すると、読出し回路６が熱によるダメージを受けるおそれがある。これに対して、本実施形態では、第１の基板４に発光部２を形成するとともに、第２の基板５に読出し回路６を形成した後に、第１の基板４と第２の基板５を貼り合わせるため、読出し回路６が熱によるダメージを受けなくなり、測距装置１の信頼性を向上できる。
　図２は図１の受光部３の平面図である。図２に示すように、受光部３は二次元方向に配列された複数の画素６０を有する。受光部３が有する画素６０の数は任意である。各画素６０は、素子分離領域により物理的に区切られていてもよいし、隣接する２つの画素６０の境界領域に拡散領域を配置してもよい。各画素６０は、光電変換素子３ａと画素回路を有する。画素回路は、光電変換素子３ａが光電変換した電荷に応じた画素信号を出力する。例えば、光電変換素子３ａがＳＰＡＤの場合、ＳＰＡＤは１つの光子を検出したか否かを示す画素信号を出力する。各画素６０から出力された画素信号は、接合部材１０を介して、第２お基板の読出し回路６に入力される。
　この他、図１の第２の基板５には、発光部２に駆動電圧を供給する駆動回路９が配置される。発光部２がＶＣＳＥＬ等の半導体レーザの場合、駆動回路は、ＬＤＤ（Laser Diode Driver）９とも呼ばれる。ＬＤＤ９は、第１の基板４の基板面の法線方向から平面視したときに、発光部２の少なくとも一部が駆動回路と重なるように配置されてもよい。これにより、発光部２とＬＤＤ９を平置きする場合と比べて、測距装置１を小型化できる。
　図１の発光部２は、ＶＣＳＥＬであり、第１の基板４の上に配置される積層膜１１と、積層膜１１を用いて形成される複数の発光素子２ａと、電極１３とを有する。
　積層膜１１は、例えばＧａＡｓ等のIII－Ｖ族の化合物半導体材料である。本明細書では、図１の積層膜１１の下面側を表（おもて）面と呼び、上面側を裏面と呼ぶ。
　積層膜１１は、ＧａＡｓ層２７、第１の多層膜反射鏡１４、活性層１６、及び第２の多層膜反射鏡１８などを含んでおり、活性層１６で発生されたレーザ光を第１の多層膜反射鏡１４と第２の多層膜反射鏡１８の間で共振させて光強度を向上させ、第１の基板４の裏面側から出射する。第１の多層膜反射鏡１４と第２の多層膜反射鏡１８は、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）とも呼ばれ、例えば、ＡｌＧａＡｓで形成される。活性層１６は、例えばＩｎＧａＡｓ、ＧａｉｎＮＡｓ、又はＧａｉｎＮＳｂなどで形成される。図３の発光部２は、裏面側から光が発光されるため、裏面照射型である。図１では、発光素子２ａを構成する積層膜１１の代表的な層である第１の多層膜反射鏡１４、活性層１６、第２の多層膜反射鏡１８、及びカソード電極１３を図示し、その他の層を省略している。
　複数の発光素子２ａは、積層膜１１をメサ形状に加工して形成される。各発光素子２ａの上面（裏面）側には電極１３が配置される。電極１３は、アノード電極又はカソード電極である。図１では、電極１３の配置を簡略して図示している。
　第２の基板５は、第１の基板４の複数の発光素子２ａに駆動信号を供給するためのＬＤＤ９を有する。ＬＤＤ９の上には、接合部材７が配置されており、接合部材７を介して、第２の基板５のＬＤＤ９と、第１の基板４の対応するアノード電極又はカソード電極とが電気的に接続される。
　図３Ａ～図３Ｍは第１の実施形態による測距装置１の製造工程を示す工程断面図及び平面図である。図３Ａ、図３Ｃ、図３Ｅ、図３Ｇ、図３Ｉ、図３Ｋ、図３Ｌ、及び図３Ｍは工程断面図、図３Ｂ、図３Ｄ、図３Ｆ、図３Ｈ、図３Ｊは平面図である。
　まず、図３Ａに示すように、第１の基板４を支持するための第１の支持基板２１上に、第１の半導体層２２を形成し、さらに第１の半導体層２２の内部又は上部に第２の半導体層２３を形成する。第１の半導体層２２と第２の半導体層２３は、例えば、第１の支持基板２１上に積層される。第２の半導体層２３は、第１の半導体層２２の一部に不純物を注入して形成される拡散領域でもよい。あるいは、第２の半導体層２３は、第１の半導体層２２の一部に形成されたトレンチ内に積層されてもよい。第１の半導体層２２及び第２の半導体層２３は、例えば、シリコン又はゲルマニウムなどの半導体材料で形成される。なお、第１の半導体層２２及び第２の半導体層２３の具体的な材料は問わない。
　第１の半導体層２２の一部は発光部２の形成領域に配置され、第２の半導体層２３は受光部３の形成領域に配置される。図３Ａの工程では、第２の半導体層２３を用いて受光部３の光電変換素子３ａを形成する。受光部３が複数の画素６０を有する場合には、各画素６０の境界領域に素子分離領域を配置する。素子分離領域は、例えば絶縁層で形成されてもよく、また不純物を注入して形成される拡散領域で形成されてもよい。これにより、図３Ｂに示すように、例えば二次元方向に配列された複数の画素６０を有する受光部３が形成される。
　次に、図３Ｃに示すように、第１の半導体層２２と第２の半導体層２３の上面に、例えばカーボンなどを含むハードマスク層２５を配置して、パターニングする。ハードマスク層２５をパターニングする場所は、発光部２の形成箇所である第１の半導体層２２の上面部分である。ハードマスク層２５をパターニングして形成される複数の開口部２５ａのそれぞれのサイズは、発光素子２ａのサイズに調整される。複数の開口部２５ａは、図３Ｄに示すように、例えば複数列にわたって形成される。
　次に、図３Ｅに示すように、第１の半導体層２２の上にバッファ層２６を形成する。バッファ層２６は、ハードマスク層２５をパターニングして形成される複数の開口部２５ａのそれぞれを介して、第１の半導体層２２と接触するように形成される。バッファ層２６の材料は、例えば第１の半導体層２２とは異なる第４族の材料で形成される。具体的には、バッファ層２６は、ゲルマニウム（Ｇｅ）であってもよい。バッファ層２６は、図３Ｆに示すように、開口部２５ａの内部を充填するように形成される。なお、開口部２５ａのサイズは問わない。
　第１の半導体層２２の上にバッファ層２６を形成する理由は、発光部２を構成する化合物半導体材料の格子間隔により近づけるためである。すなわち、シリコンの格子間隔よりもゲルマニウムの格子間隔の方が化合物半導体材料の格子間隔に近いことから、ゲルマニウムからなるバッファ層を第１の基板４の上に配置して、バッファ層２６と発光部２を構成する化合物半導体材料層とを接触させるようにする。これにより、第１の基板４上の第１の半導体層２２を化合物半導体材料層に直接接触させる場合と比べて、第１の基板４の歪みと結晶欠陥を抑制できる。
　次に、図３Ｇの断面図及び図３Ｈの平面図に示すように、バッファ層２６の上に選択エピタキシャル成長により発光部２を形成する。発光部２は、例えば図１に示すＶＣＳＥＬであり、積層膜１１と、アノード電極と、カソード電極とを有する。積層膜１１は、例えば、第１の多層膜反射鏡１４と、活性層１６と、第２の多層膜反射鏡１８とを積層したものである。後述するように、第１の多層膜反射鏡１４とバッファ層２６の間にＧａＡｓ層を配置してもよい。
　第１の多層膜反射鏡１４は、バッファ層２６の上に積層される。第１及び第２の多層膜反射鏡１４、１８は、例えばＡｌＧａＡｓなどの材料で形成される。活性層１６は、ＩｎＧａＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）などの材料で形成される。また、活性層１６と、その上の多層膜反射鏡の間には、ＡｌＡｓ層が配置される場合もある。積層膜１１の側壁部分はＳｉＯ２又はＳｉＮなどの絶縁層２９で保護される。
　このように、積層膜１１を構成する各層は、いずれも化合物半導体材料であり、ゲルマニウムからなるバッファ層の上に、選択エピタキシャル成長により順に積層される。選択エピタキシャル成長法を採用することで、均質で薄い膜を多層に形成できる。
　次に、図３Ｉに示すように、発光部２の上面に電極（例えば、カソード電極１３）が形成される。図３Ｊに示すように、発光部２は、それぞれが第１方向Ｘに沿って配置され、それぞれが第２方向Ｙに伸びる複数の発光素子群２ｂを有し、各発光素子群２ｂは複数の発光素子２ａを有する。発光素子群２ｂごとにカソード電極１３が設けられている。なお、発光素子群２ｂの数及び形状は任意である。
　次に、図３Ｋに示すように、図３Ｊのカソード電極１３を下にした第１の基板４を、その下方に配置される第２の支持基板２８に貼り合わせる。第２の支持基板２８と発光部２の間にはＳｉＯ２又はＳｉＮ等の絶縁層３０が形成される。
　次に、図３Ｌに示すように、第１の支持基板２１を剥離して、後工程プロセスにて、第１の基板４に配線層３１を形成する。例えば、第１の支持基板２１を剥離した後にＳｉＯ２からなる絶縁層３２を形成し、この絶縁層３２にトレンチ３３を形成して、トレンチ３３内に金属材料を充填して配線層３１を形成する。
　次に、図３Ｍに示すように、第２の支持基板２８を剥離して、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により第１の半導体層２２を薄肉化した後、ロジック回路が形成された第２の基板５を貼り合わせる。
　第２の基板５に形成されたロジック回路は、発光部２に接続されるＬＤＤ９と、受光部３に接続される読出し回路６とを有する。ロジック回路が形成された第２の基板５とは、図３Ａ～図３Ｇの製造工程とは別の製造プロセスにより形成しておき、図３Ｈの工程で、第１の基板４に貼り合わされる。
　第１の基板４の発光部２と第２の基板５のＬＤＤ９は、第１の基板４の深さ方向に伸びる接合部材７で接合され、第１の基板４の受光部３と第２の基板５の読出し回路６は、第１の基板４の深さ方向に伸びる接合部材１０で接合される。その後、貼りあわされた第１の基板４及び第２の基板５の周囲を樹脂で覆うなどして、パッケージングを行う。
　このように、第１の実施形態では、第１の基板４の上に、発光部２と受光部３をモノリシックに形成するため、発光部２と受光部３を別個に作製して、同一の基板に実装する場合に比べて、製造プロセスを簡略化でき、小型化を図れる。製造プロセスを簡略化できることで、測距装置１の製造コストを削減できる。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態による測距装置１は、発光部２と受光部３の間に遮光部材を配置するものである。
　図４は第２の実施形態による測距装置１の断面図である。図４では、図１と共通する構成部材には同一の符号を付しており、以下では、相違点を中心に説明する。
　図４の測距装置１では、発光部２と受光部３の間に遮光部材４０が配置される。遮光部材４０は、例えば、第１の基板４を深さ方向に貫通するように配置される。
　遮光部材４０は、例えば、タングステンなどの可視光及び赤外光に対して遮光性のある金属材料で形成される。遮光部材４０は、例えば、発光部２と受光部３が配置される方向の境界領域に配置される。あるいは、遮光部材４０は、受光部３又は発光部２の少なくとも一方を取り囲むように配置されてもよい。
　遮光部材４０は、発光部２の高さ程度、あるいはそれ以上の高さを有していてもよい。これにより、受光部３より発光部２の方が高い位置に形成されていても、遮光効率を向上できる。
　このように、遮光部材４０を設けることにより、発光部２から発光された光が直接、受光部３に入り込むのを防止でき、受光部３がクロストークの影響を受けなくなり、受光部３の受光特性が向上する。
　（第３の実施形態）
　第３の実施形態では、ＬＤＤ９の直上に近接して発光部２を配置するものである。
　図５は第３の実施形態による測距装置１の断面図である。図５では、図１と共通する構成部材には同一の符号を付しており、以下では、相違点を中心に説明する。
　図５の測距装置１では、発光部２を第１の基板４の内部に配置しており、図５の発光部２は図１の発光部２よりも第２の基板５に近い側に配置される。より具体的には、図５の発光部２は、ＬＤＤ９の直上に近接して配置される。
　発光部２の底面と受光部３の底面の高さ位置を一致させてもよい。これにより、発光部２とＬＤＤ９とを接合する接合部材７の高さを、受光部３と読出し回路６とを接合する接合部材１０の高さと一致させることができ、接合部材７、１０の形成プロセスが容易になる。
　このように、発光部２を第２の基板５に近づけて配置することで、第１の基板４を低背化することができ、第１の基板４に第２の基板５を貼り合わせた状態での測距装置１の高さを低くでき、軽薄短小化を図れる。また、発光素子２ａとＬＤＤ９とを接合する接合部材７と受光部３と読出し回路６とを接合する接合部材１０を短くできるため、接合部材７、１０の抵抗値を小さくできて、電力損失を抑制できる。
　（第４の実施形態）
　第５の実施形態では、発光部２の直下に接合部材７を配置しないようにするものである。
　図６は第４の実施形態による測距装置１の断面図である。図６では、図１と共通する構成部材には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
　図６の測距装置１では、図１と同様に、第１の基板４の上に発光部２が配置される。発光部２の直下である第１の基板４の上面付近の一部には拡散領域４１が配置される。この拡散領域４１は、発光部２のカソード電極又はアノード電極と接続される。拡散領域４１は、不純物イオンを注入して拡散させた領域であり、不純物イオンの注入量を調整することで、拡散領域４１の導電性を高めて導電領域として用いることができる。
　拡散領域４１の端部から、第１の基板４の深さ方向に伸びる接合部材７ａが配置される。この接合部材７ａは、第２の基板５まで伸びている。第２の基板５には、ＬＤＤ９から、基板面に略平行に伸びる接合部材７ｂが配置されており、この接合部材７ｂは上述した接合部材７ａと接合されている。
　図６の測距装置１は、上述した接合部材７ａ、７ｂを有するため、発光部２の直下には接合部材７を配置する必要がない。よって、発光部２の直下の領域を、接合部材７の配置以外の目的で利用でき、設計の自由度を広げることができる。また、発光部２とＬＤＤ９とを接合する接合部材７の配置場所についての制約も少なくなる。
　このように、第４の実施形態による発光部２とＬＤＤ９とを接合する接合部材７ａ、７ｂを、発光部２の直下ではなく、発光部２の端部付近に配置するため、発光部２の直下の領域を、接合部材７の配置以外の目的に利用できるとともに、接合部材７の配置場所についての制約も少なくなり、設計の自由度を広げることができる。
　（第５の実施形態）
　第１～第４の実施形態では、第１の基板４の基板面の法線方向から平面視したときに、発光部２とＬＤＤ９が重なるように配置される。これに対して、第５の実施形態では、発光部２とＬＤＤ９が重ならないように配置するものである。
　図７は第５の実施形態による測距装置１の断面図である。図７では、図１と共通する構成部材には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
　図７の測距装置１では、第１の基板４の基板面の法線方向から平面視したときに、発光部２とＬＤＤ９が重ならないように配置される。例えば、第２の基板５のＬＤＤ９は、第１の基板４の発光部２の直下からずれた場所、例えば第２の基板５の端部付近に配置される。発光部２の端部付近から、第１の基板４の深さ方向に伸びる接合部材７ａが設けられている。この接合部材７ａは、第２の基板５まで伸びている。第２の基板５には、ＬＤＤ９から基板面に略平行に伸びる接合部材７ｂが配置され、この接合部材７ｂは上述した接合部材７ａと接合されている。
　このように、ＬＤＤ９の配置場所は必ずしも発光部２の直下に限らず、第２の基板５の任意の場所に配置してもよい。例えば、第２の基板５に設けられる読出し回路６が、第１の基板４に設けられる受光部３よりも広い面積が必要な場合、第１の基板４の発光部２の直下まで、読出し回路６が配置されることも考えられる。この場合、発光部２と重なるように第２の基板５にＬＤＤ９を配置できないことになる。
　本実施形態では、第１の基板４の発光部２の場所とは無関係に、第２の基板５にＬＤＤ９を配置できるため、設計の自由度を広げることができる。本実施形態では、ＬＤＤ９の配置場所に合わせて、発光部２と接合するための接合部材７の配置場所を決めることができる。
　（第６の実施形態）
　第１～第５の実施形態では、第２の基板５に読出し回路６を設けているが、読出し回路６の一部は受光部３に近接して配置した方が電気特性上望ましい場合がある。例えば、読出し回路６の一部であるソースフォロワ回路は、ノイズ低減等の目的で、受光部３に近接して配置するのが望ましい。ソースフォロワ回路は、受光部３で光電変換により生じた電圧信号を低インピーダンスで読出し回路６に繋がる信号配線に伝送する回路である。そこで、第６の実施形態による測距装置１は、ソースフォロワ回路などの読出し回路の一部を第１の基板４に配置する。
　図８は第１の基板４の受光部３の平面図である。図８に示すように、第１の基板４には、発光部２及び受光部３と、読出し回路６の一部６ａが配置される。読出し回路の一部６ａは、例えばソースフォロワ回路を含んでいる。ソースフォロワ回路は、画素６０ごとに設けられるため、第１の基板４には、受光部３を構成する複数の光電変換素子３ａのそれぞれに対応づけて、ソースフォロワ回路を含む読出し回路の一部６ａが配置される。
　第１の基板４に設けられる読出し回路の一部６ａと、第２の基板５の読出し回路とは、Ｃｕ－Ｃｕ接合、バンプ、又はビア等の接合部材７により接合される。
　図８の測距装置１の発光部２側は、図１と同様に構成されている。なお、図８の測距装置１の発光部２側を図５と同様にして、第１の基板４を低背化してもよい。
　このように、第６の実施形態では、第２の基板５に設けられる読出し回路の一部６ａを第１の基板４に設けるため、受光部３の近傍にソースフォロワ回路などを配置でき、受光部３の受光特性を向上できる。
　（第７の実施形態）
　図９は第７の実施形態による測距装置１の平面図である。発光部２は、複数の発光素子２ａを有する。複数の発光素子２ａは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに近接して配置される。受光部３は、複数の光電変換素子３ａを有する。複数の光電変換素子３ａは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに近接して配置される。
　図９では、発光部２と受光部３を第１の基板４の第１方向Ｘに隣接して配置している。発光部２を構成する複数の発光素子２ａは、それぞれが近接して配置されるため、発光部２は面発光光を発光することができる。受光部３を構成する複数の光電変換素子３ａは、それぞれが近接して配置されるため、面状の光を複数の光電変換素子３ａで受光できる。これにより、広い範囲に位置する物体の測距を行うことができる。
　図１０は第７の実施形態の第１変形例による測距装置１の平面図である。図９では、発光部２内の複数の発光素子２ａの配置領域に隣接して、受光部３内の複数の光電変換素子３ａの配置領域を設けているが、図１０では、複数の発光素子２ａと複数の光電変換素子３ａが同一の配置領域内に混じり合って配置される。
　図１０の場合、発光素子２ａと光電変換素子３ａとの間隔を図９より狭めることができ、図９の測距装置１よりも小型化を図ることができる。
　図１１は第７の実施形態の第２変形例による測距装置１の平面図である。図１１では、受光部３内の複数の光電変換素子３ａを第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに近接して配置し、受光部３を取り囲むように発光部２内の複数の発光素子２ａを配置している。なお、図１１とは逆に、発光部２内の複数の発光素子２ａを第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに近接して配置し、発光部２を取り囲むように受光部３内の複数の光電変換素子３ａを配置してもよい。
　このように、第７の実施形態では、発光部２が複数の発光素子２ａを有し、受光部３が複数の光電変換素子３ａを有する場合に、複数の発光素子２ａと複数の光電変換素子３ａを任意の配置形態で配置できるため、設計の自由度を広げることができる。
　（測距装置１の具体的構成）
　第１～第７の実施形態による測距装置１は、ｄＴｏＦ（direct ToF）方式にも適用できるし、ｉＴｏＦ（indirect ToF）方式にも適用できる。ｄＴｏＦ方式は、発光部２の発光タイミングから受光部３の受光タイミングまでの時間差に基づいて距離を計測する方式である。ｉＴｏＦ方式は、発光部２の発光信号の位相と、受光部３の受光信号の位相との位相差に基づいて距離を計測する方式である。
　図１２は第１～第７の実施形態による測距装置１のブロック図である。図１２はｄＴｏＦ方式の測距装置１のブロック構成を示している。図１の測距装置１は、発光部２と、測距部５１と、全体制御部５２とを備えている。
　発光部２は、複数の発光素子２ａと、駆動回路５３と、クロック生成部５４と、発光制御部５５とを有する。
　複数の発光素子２ａは、互いに交差する第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに複数個ずつ配置される。複数の発光素子２ａは、所定の時間間隔で発光パルス信号を繰り返し発光する。発光部２は、複数の発光素子２ａが発光した光信号を所定の二次元空間上で走査することができる。光信号を走査させる具体的な手法は問わない。複数の発光素子２ａは、例えばＶＣＳＥＬである。
　駆動回路５３は、発光制御部５５からの制御信号に基づいて、複数の発光素子２ａを駆動する。例えば、駆動回路５３は、発光制御部５５からの制御信号に基づいて、光パルス信号の発光タイミングと発光波形の少なくとも一方を制御する。より詳細には、駆動回路５３は、発光制御部５５からの制御信号に基づいて、複数の発光素子２ａのアノード又はカソードに印加する電圧の電圧レベルを制御して、複数の発光素子２ａからの光パルス信号の信号強度、光ピーク強度、パルス幅、立ち上がりエッジタイミング、立ち下がりエッジタイミング、及びスルーレートの少なくとも一つを制御する。
　クロック生成部５４は、基準クロック信号に同期したクロック信号を生成する。基準クロック信号は、例えば測距装置１の外部から入力される信号である。あるいは、測距装置１の内部で基準クロック信号を生成してもよい。
　発光制御部５５は、クロック信号に同期させて、各発光素子２ａの発光タイミングと発光波形の少なくとも一方を制御するための制御信号を生成する。駆動回路５３、クロック生成部５４、及び発光制御部５５のうち少なくとも一つは、ＬＤＤ９に設けられる。
　全体制御部５２は、発光部２と測距部５１を制御する。発光部２と全体制御部５２の少なくとも一方は、測距部５１に統合してもよい。
　測距部５１は、画素アレイ部６１と、測距処理部６２と、制御部６３と、クロック生成部６４と、発光タイミング制御部６５と、駆動回路６６と、出力バッファ６７とを有する。画素アレイ部６１は受光部３を構成している。
　画素アレイ部６１は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに複数個ずつ配置された複数の画素６０を有する。複数の画素６０は、物体５０からの反射光信号を受光する。複数の画素６０は、光子到来に反応して電圧信号を出力する。各画素６０で繰り返し反射光信号を受光した結果を平均化することで、反射光信号の光強度を検出することも可能である。
　複数の画素６０のそれぞれは光電変換素子３ａを有する。光電変換素子３ａは、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche photo Diode）である。各画素６０は、不図示のクエンチ回路を有していてもよい。クエンチ回路は、初期状態では、ＳＰＡＤのアノードとカソード間にブレークダウン電圧を超える電位差の逆バイアス電圧を供給する。駆動回路６６は、ＳＰＡＤが光子を検出した後に、対応するクエンチ回路を介してＳＰＡＤに逆バイアス電圧を供給して、次の反射光パルス信号の検出に備える。
　測距処理部６２は、時間デジタル変換器（ＴＤＣ）７１と、ヒストグラム生成部７２と、信号処理部７３と、測距制御部７４とを有する。
　ＴＤＣ７１は、ＳＰＡＤが受光した反射光パルス信号の受光時間に応じた時間デジタル信号を所定の時間分解能で生成する。ヒストグラム生成部７２は、ＴＤＣ７１が生成した時間デジタル信号に基づいて、ＴＤＣ７１の時間分解能に応じたビン幅のヒストグラムを生成する。ビン幅とは、ヒストグラムを構成する各頻度単位の幅である。ＴＤＣ７１の時間分解能が高いほど、ビン幅を狭くでき、反射光パルス信号を受光した時間頻度をより精度よく反映させたヒストグラムが得られる。
　信号処理部７３は、ヒストグラムに基づいて反射光パルス信号の重心位置を計算する等して、物体５０の距離を計算し、出力バッファ６７を介して出力する。
　制御部６３は、測距部５１内の各部の処理動作を制御する。測距制御部７４は、測距処理部６２内のＴＤＣ７１、ヒストグラム生成部７２、及び信号処理部７３を制御する。発光タイミング制御部６５は、発光部２内の発光制御部５５を制御するとともに、駆動回路６６を制御する。駆動回路６６は、画素アレイ部６１内の複数の画素６０が光を検知して、カソード電圧が下がったときに、カソード電圧を元の電圧に復帰させるクエンチ制御などを行う。
　クロック生成部６４は、ＴＤＣ７１とヒストグラム生成部７２が使用するクロック信号を生成する。クロック生成部６４は、例えば不図示のＰＬＬ回路を用いてクロック信号を生成する。
　駆動回路６６、測距処理部６２、制御部６３、クロック生成部６４、及び発光タイミング制御部６５の少なくとも一つは第２の基板５の読出し回路６に設けられる。駆動回路６６、測距処理部６２、制御部６３、クロック生成部６４、及び発光タイミング制御部６５のうち、読出し回路６に含まれない部分は第１の基板４に配置されてもよい。
　全体制御部５２は、ＬＤＤ９または読出し回路６に設けられる。あるいは、全体制御部５２を第１の基板４に配置されてもよい。
　このように、図１２の測距装置１は、第１の基板４及び第２の基板５に配置でき、一つの半導体チップで構成可能である。
　（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１３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７０００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７０００は、通信ネットワーク７０１０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１３に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller　Area　Network）、ＬＩＮ（Local　Interconnect　Network）、ＬＡＮ（Local　Area　Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１３では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
　駆動系制御ユニット７１００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７１００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。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock　Brake　System）又はＥＳＣ（Electronic　Stability　Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
　ボディ系制御ユニット７２００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７２００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７２００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７２００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。
　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００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７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time　Of　Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
　環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light　Detection　and　Ranging、Laser　Imaging　Detection　and　Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
　ここで、図１４は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００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のうちの少なくとも一つ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７９１０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７９１８は、主として車両７９００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７９１２，７９１４は、主として車両７９００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７９１６は、主として車両７９００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７９１８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１４には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６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７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、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に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
　図１３に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、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。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０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。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal　Digital　Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random　Access　Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard　Disc　Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global　System　of　Mobile　communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long　Term　Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer　To　Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine　Type　Communication）端末）と接続してもよい。
　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless　Access　in　Vehicle　Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated　Short　Range　Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle　to　Vehicle）通信、路車間（Vehicle　to　Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle　to　Home）の通信及び歩車間（Vehicle　to　Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near　Field　Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless　USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface、又はＭＨＬ（Mobile　High-definition　Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、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７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０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ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、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ってもよい。
　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
　音声画像出力部７６７０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１３の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０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。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented　Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
　なお、図１３に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
　以上説明した車両制御システム７０００において、図１等を用いて説明した本実施形態に係る測距装置１は、図１３に示した応用例の統合制御ユニット７６００に適用することができる。
　また、図１等を用いて説明した測距装置１の少なくとも一部の構成要素は、図１３に示した統合制御ユニット７６００のためのモジュール（例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール）において実現されてもよい。
　なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
　（１）発光部から発光された光パルス信号が物体で反射された反射光信号を受光部で受光し、前記受光部で受光された前記反射光信号に基づいて前記物体の距離を計測する測距装置であって、
　前記受光部及び前記発光部が一体に配置される第４族の材料からなる第１の基板と、
　前記第１の基板に積層され、前記受光部で受光された受光信号を読み出す読出し回路が配置される第２の基板と、を備える、測距装置。
　（２）前記受光部及び前記発光部は、前記第１の基板にモノリシックに配置される、（１）に記載の測距装置。
　（３）前記第１の基板は、シリコン基板である、（１）又は（２）に記載の測距装置。
　（４）前記発光部は、化合物半導体材料、又は前記化合物半導体材料の混晶を含む、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（５）前記第１の基板の上に配置され、前記第１の基板の材料とは異なる第４族の材料からなるバッファ層を備え、
　前記バッファ層の上に前記発光部が配置され、
　前記バッファ層の材料は、前記第１の基板の材料よりも、前記発光部の格子間隔に近い格子間隔を持つ、（４）に記載の測距装置。
　（６）前記受光部は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、又はＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）を含む、（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（７）前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記受光部の少なくとも一部が前記読出し回路と重なるように配置される、（１）乃至（６）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（８）前記発光部は、前記第１の基板上に選択エピタキシャル成長により配置される、（１）乃至（７）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（９）前記第１の基板における前記受光部の配置領域と、前記第１の基板における前記発光部の配置領域との間に配置される金属材料を含む遮光部材を備える、（１）乃至（８）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（１０）前記発光部は、前記第１の基板における前記第２の基板に対向する面とは反対側の面に沿って配置される、（１）乃至（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（１１）前記発光部は、前記第１の基板の内部に配置される、（１）乃至（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（１２）前記第２の基板は、前記発光部に駆動電圧を供給する駆動回路を有する、（１）乃至（１１）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（１３）前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記発光部の少なくとも一部が前記駆動回路と重なるように配置される、（１２）に記載の測距装置。
　（１４）前記発光部と前記駆動回路とを接続するための前記第１の基板の深さ方向に伸びる接合部材を備え、
　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記接合部材の少なくとも一部は、前記発光部と重なる領域に配置される、（１３）に記載の測距装置。
　（１５）前記発光部と前記駆動回路とを接続するための前記第１の基板の深さ方向に伸びる接合部材を備え、
　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記接合部材の少なくとも一部は、前記発光部と重ならない領域に配置される、（１３）に記載の測距装置。
　（１６）前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記駆動回路は前記発光部と重ならない領域に配置される、（１２）に記載の測距装置。
　（１７）前記読出し回路に含まれる一部回路は、前記第１の基板に配置され、
　前記受光部は、二次元方向に配置され、それぞれが光を受光する複数の光電変換素子を有し、
　前記一部回路は、前記複数の光電変換素子のそれぞれに接続される複数の画素回路を有する、（１）乃至（１６）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（１８）前記第１の基板は、隣り合って配置される前記発光部及び前記受光部を有し、
　前記発光部は、それぞれが近接して配置される複数の発光素子を有し、
　前記受光部は、それぞれが近接して配置される複数の光電変換素子を有する、（１）乃至（１７）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（１９）前記発光部は、複数の発光素子を有し、
　前記受光部は、前記複数の発光素子の間に配置されるか、又は前記複数の発光素子を取り囲むように配置されるか、又は前記複数の発光素子によって取り囲まれるように配置される、複数の受光素子と有する、（１）乃至（１７）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（２０）前記発光部は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である、（１）乃至（１９）のいずれか一項に記載の測距装置。
　（２１）第４族の材料からなる第１の基板の第１の領域に受光部を形成する工程と、
　前記第１の基板の第２の領域の上面に、前記第１の基板の材料とは異なる第４族の材料からなるバッファ層を形成する工程と、
　前記バッファ層の上に、選択的エピタキシャル成長により、化合物半導体材料からなる発光部を形成する工程と、
　前記第１の基板に、前記受光部で受光された受光信号を読み出す読出し回路と、前記発光部に駆動電圧を供給する駆動回路とが形成された第２の基板を貼り合わせる工程と、を備える、測距装置の製造方法。
　本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
　１　測距装置、２　発光部、２ａ　発光素子、２ｂ　発光素子群、３　受光部、３ａ　光電変換素子、４　第１の基板、５　第２の基板、６　回路、７　接合部材、７ａ　接合部材、７ｂ　接合部材、９　駆動回路、１０　接合部材、１１　積層膜、１２　アノード電極、１３　カソード電極、１４　第１の多層膜反射鏡、１４　第１の多層膜反射鏡、１６　活性層、１８　第２の多層膜反射鏡、２１　第１の支持基板、２２　第１の半導体層、２３　第２の半導体層、２５　ハードマスク層、２５ａ　開口部、２６　バッファ層、２７　ＧａＡｓ層、２８　第２の支持基板、２９　絶縁層、３０　絶縁層、３１　配線層、３２　絶縁層、３３　トレンチ、４０　遮光部材、４１　拡散領域、５０　物体、５１　測距部、５２　全体制御部、５３　駆動回路、５４　クロック生成部、５５　発光制御部、６０　画素、６１　画素アレイ部、６２　測距処理部、６３　制御部、６４　クロック生成部、６５　発光タイミング制御部、６６　駆動回路、６７　出力バッファ、７１　時間デジタル変換器（ＴＤＣ）、７２　ヒストグラム生成部、７３　信号処理部、７４　測距制御部

Claims (21)

  1. 　発光部から発光された光パルス信号が物体で反射された反射光信号を受光部で受光し、前記受光部で受光された前記反射光信号に基づいて前記物体の距離を計測する測距装置であって、
    　前記受光部及び前記発光部が一体に配置される第４族の材料からなる第１の基板と、
    　前記第１の基板に積層され、前記受光部で受光された受光信号を読み出す読出し回路が配置される第２の基板と、を備える、測距装置。
  2. 　前記受光部及び前記発光部は、前記第１の基板にモノリシックに配置される、請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記第１の基板は、シリコン基板である、請求項１に記載の測距装置。
  4. 　前記発光部は、化合物半導体材料、又は前記化合物半導体材料の混晶を含む、請求項１に記載の測距装置。
  5. 　前記第１の基板の上に配置され、前記第１の基板の材料とは異なる第４族の材料からなるバッファ層を備え、
    　前記バッファ層の上に前記発光部が配置され、
    　前記バッファ層の材料は、前記第１の基板の材料よりも、前記発光部の格子間隔に近い格子間隔を持つ、請求項４に記載の測距装置。
  6. 　前記受光部は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、又はＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）を含む、請求項１に記載の測距装置。
  7. 　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記受光部の少なくとも一部が前記読出し回路と重なるように配置される、請求項１に記載の測距装置。
  8. 　前記発光部は、前記第１の基板上に選択エピタキシャル成長により配置される、請求項１に記載の測距装置。
  9. 　前記第１の基板における前記受光部の配置領域と、前記第１の基板における前記発光部の配置領域との間に配置される金属材料を含む遮光部材を備える、請求項１に記載の測距装置。
  10. 　前記発光部は、前記第１の基板における前記第２の基板に対向する面とは反対側の面に沿って配置される、請求項１に記載の測距装置。
  11. 　前記発光部は、前記第１の基板の内部に配置される、請求項１に記載の測距装置。
  12. 　前記第２の基板は、前記発光部に駆動電圧を供給する駆動回路を有する、請求項１に記載の測距装置。
  13. 　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記発光部の少なくとも一部が前記駆動回路と重なるように配置される、請求項１２に記載の測距装置。
  14. 　前記発光部と前記駆動回路とを接続するための前記第１の基板の深さ方向に伸びる接合部材を備え、
    　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記接合部材の少なくとも一部は、前記発光部と重なる領域に配置される、請求項１３に記載の測距装置。
  15. 　前記発光部と前記駆動回路とを接続するための前記第１の基板の深さ方向に伸びる接合部材を備え、
    　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記接合部材の少なくとも一部は、前記発光部と重ならない領域に配置される、請求項１３に記載の測距装置。
  16. 　前記第１の基板の基板面の法線方向から平面視したときに、前記駆動回路は前記発光部と重ならない領域に配置される、請求項１２に記載の測距装置。
  17. 　前記読出し回路に含まれる一部回路は、前記第１の基板に配置され、
    　前記受光部は、二次元方向に配置され、それぞれが光を受光する複数の光電変換素子を有し、
    　前記一部回路は、前記複数の光電変換素子のそれぞれに接続される複数の画素回路を有する、請求項１に記載の測距装置。
  18. 　前記第１の基板は、隣り合って配置される前記発光部及び前記受光部を有し、
    　前記発光部は、それぞれが近接して配置される複数の発光素子を有し、
    　前記受光部は、それぞれが近接して配置される複数の光電変換素子を有する、請求項１に記載の測距装置。
  19. 　前記発光部は、複数の発光素子を有し、
    　前記受光部は、前記複数の発光素子の間に配置されるか、又は前記複数の発光素子を取り囲むように配置されるか、又は前記複数の発光素子によって取り囲まれるように配置される、複数の受光素子と有する、請求項１に記載の測距装置。
  20. 　前記発光部は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である、請求項１に記載の測距装置。
  21. 　第４族の材料からなる第１の基板の第１の領域に受光部を形成する工程と、
    　前記第１の基板の第２の領域の上面に、前記第１の基板の材料とは異なる第４族の材料からなるバッファ層を形成する工程と、
    　前記バッファ層の上に、選択的エピタキシャル成長により、化合物半導体材料からなる発光部を形成する工程と、
    　前記第１の基板に、前記受光部で受光された受光信号を読み出す読出し回路と、前記発光部に駆動電圧を供給する駆動回路とが形成された第２の基板を貼り合わせる工程と、を備える、測距装置の製造方法。
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