WO2025253790A1 - 光検出素子および光検出装置 - Google Patents

光検出素子および光検出装置

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WO2025253790A1
WO2025253790A1 PCT/JP2025/015019 JP2025015019W WO2025253790A1 WO 2025253790 A1 WO2025253790 A1 WO 2025253790A1 JP 2025015019 W JP2025015019 W JP 2025015019W WO 2025253790 A1 WO2025253790 A1 WO 2025253790A1
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photoelectric conversion
electrode
photodetector element
light
conversion layer
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PCT/JP2025/015019
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理之 鈴木
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors

Definitions

  • This disclosure relates to a photodetector element and a photodetector device equipped with the same.
  • Patent Document 1 discloses an imaging element in which a photoelectric conversion section is formed by stacking a first electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode in this order, and further includes a charge storage electrode that is disposed apart from the first electrode and faces the photoelectric conversion layer with an insulating layer interposed between them.
  • a photodetector element includes a photoelectric conversion layer, a first structure having a refractive index higher than the surrounding area and disposed above a first region on the light incident side of the photoelectric conversion layer where carriers generated by photoelectric conversion accumulate, and a second structure having a refractive index higher than the surrounding area and disposed above a second region on the light incident side of the photoelectric conversion layer where carriers do not accumulate.
  • a photodetector device includes a plurality of pixels, each of which is provided with an image sensor having one or more photoelectric conversion units, and the one or more photoelectric conversion units include the photodetector element according to one embodiment of the present disclosure.
  • a first structure and a second structure with different refractive indices are arranged on the light incident side of the photoelectric conversion layer.
  • the first structure has a higher refractive index than its surroundings and is arranged above a first region that can accumulate carriers generated by photoelectric conversion.
  • the second structure has a lower refractive index than its surroundings and is arranged above a second region that does not accumulate carriers generated by photoelectric conversion. This allows incident light to be guided to the desired region of the photoelectric conversion layer.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a main part of a photodetector according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a pixel configuration of the photodetector element shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a detailed configuration of a photodetector according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the photodetector element shown in FIG. 4 is a schematic diagram showing the arrangement of a lower electrode of the photodetector element shown in FIG. 3 and a transistor constituting a control section.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a main part of a photodetector according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a pixel configuration of the photodetector element shown in FIG.
  • FIG. 6A to 6C are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the photodetector element shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG.
  • FIG. 13 is a timing chart showing an example of the operation of the photodetector element shown in FIG. FIG.
  • FIG. 14A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a photodetector according to Modification 1 of the present disclosure.
  • FIG. 14B is a schematic diagram illustrating a planar configuration of the photodetector shown in FIG. 14A.
  • FIG. 15A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a photodetector according to Modification 2 of the present disclosure.
  • FIG. 15B is a schematic diagram illustrating a planar configuration of the photodetector shown in FIG. 15A.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a photodetector according to Modification 3 of the present disclosure.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to Modification 4 of the present disclosure.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to Modification 5 of the present disclosure.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to the sixth modification of the present disclosure.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to Modification 7 of the present disclosure.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to Modification 8 of the present disclosure.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to Modification 9 of the present disclosure.
  • FIG. 23A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a main part of a photodetector according to a tenth modification of the present disclosure.
  • FIG. 23B is a schematic plan view illustrating an example of a pixel configuration of the photodetector element shown in FIG. 23A.
  • FIG. 24A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a main part of a photodetector according to Modification 11 of the present disclosure.
  • FIG. 24B is a schematic plan view illustrating an example of a pixel configuration of the photodetector element shown in FIG. 24A.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to Modification 12 of the present disclosure.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a main part of a photodetector according to Modification 13 of the present disclosure.
  • FIG. 27A is a plan view schematic diagram illustrating an example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27B is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27C is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27D is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27A is a plan view schematic diagram illustrating an example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27B
  • FIG. 27E is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27F is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27G is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27E is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 27G is a plan view schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index members and the low-refractive-index members according to Modification 14 of the present disclosure.
  • FIG. 28A is a cross-sectional schematic diagram illustrating an example of the shapes of a high-refractive-index member and a low-refractive-index member according to Modification 15 of the present disclosure.
  • FIG. 28B is a cross-sectional schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index member and the low-refractive-index member according to the fifteenth modification of the present disclosure.
  • FIG. 28C is a cross-sectional schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index member and the low-refractive-index member according to the fifteenth modification of the present disclosure.
  • FIG. 28A is a cross-sectional schematic diagram illustrating an example of the shapes of a high-refractive-index member and a low-refractive-index member according to Modification 15 of the present disclosure.
  • FIG. 28B is a cross-sectional schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index member and the low-refractive-index member
  • FIG. 28D is a cross-sectional schematic diagram illustrating another example of the shapes of the high-refractive-index member and the low-refractive-index member according to the fifteenth modification of the present disclosure.
  • FIG. 29 is a block diagram showing the overall configuration of a photodetector including the photodetector element shown in FIG. 3 and the like.
  • FIG. 30 is a block diagram showing an example of the configuration of an electronic device using the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 31A is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a photodetection system using the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 31B is a diagram illustrating an example of the circuit configuration of the light detection system illustrated in FIG. 31A.
  • FIG. 32 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system.
  • FIG. 33 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head and the CCU.
  • FIG. 34 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
  • FIG. 35 is an explanatory diagram showing an example of the installation positions of the outside-vehicle information detection unit and the imaging unit.
  • Embodiment Example of a photodetector element in which a structure with a different refractive index is arranged on the light incident side of a photoelectric conversion layer
  • Modifications 2-1.
  • Modification 1 another example of the configuration of the photodetector element
  • Modification 2 another example of the configuration of the photodetector element 2-3.
  • Modification 3 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-4.
  • Modification 4 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-5.
  • Modification 5 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-6.
  • Modification 6 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-7.
  • Modification 7 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-8.
  • Modification 8 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-9.
  • Modification 9 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-10.
  • Modification 10 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-11.
  • Modification 11 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-12.
  • Modification 12 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-13.
  • Modification 13 (another example of the configuration of the photodetector element) 2-14.
  • Modification 14 (other examples of shapes of high refractive index members and low refractive index members) 2-15.
  • Modification 15 (other examples of shapes of high refractive index members and low refractive index members) 3.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector element (photodetector element 1) according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a pixel configuration of a photodetector device 100 including the photodetector element 1 illustrated in FIG. 1, where FIG. 1 illustrates a cross section corresponding to line II-I in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a detailed cross-sectional configuration of the photodetector element 1 corresponding to line II-II in FIG. 2.
  • the photodetector element 1 constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in a pixel section 100A of a photodetector device (e.g., photodetector device 100, see FIG. 29 ) such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • a photodetector device e.g., photodetector device 100, see FIG. 29
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the photodetector element 1 of this embodiment includes a photoelectric conversion unit 10 having a photoelectric conversion layer 14.
  • a high refractive index member 53 which has a refractive index higher than its surroundings, is arranged above an effective region X1 where carriers generated by photoelectric conversion can be accumulated
  • a low refractive index member 54 which has a refractive index lower than its surroundings, is arranged above an ineffective region X2 where carriers are not accumulated.
  • the photoelectric conversion layer 14 corresponds to a specific example of a "photoelectric conversion layer” as one embodiment of the present disclosure.
  • the effective region X1 corresponds to a specific example of a "first region” as one embodiment of the present disclosure
  • the ineffective region X2 corresponds to a specific example of a "second region” as one embodiment of the present disclosure.
  • the high refractive index member 53 corresponds to a specific example of a "first structure” as one embodiment of the present disclosure
  • the low refractive index member 54 corresponds to a specific example of a "second structure” as one embodiment of the present disclosure.
  • the photodetector element 1 is a so-called vertical spectroscopic photodetector element in which, for example, one photoelectric conversion unit 10 and two photoelectric conversion regions 32B and 32R are stacked vertically.
  • the photoelectric conversion unit 10 is provided on the back surface (first surface 30A) of the semiconductor substrate 30.
  • the photoelectric conversion regions 32B and 32R are embedded in the semiconductor substrate 30 and stacked in the thickness direction of the semiconductor substrate 30.
  • the photoelectric conversion unit 10 and photoelectric conversion regions 32B and 32R selectively detect light in different wavelength ranges and perform photoelectric conversion. For example, the photoelectric conversion unit 10 acquires a green (G) color signal.
  • the photoelectric conversion regions 32B and 32R acquire blue (B) and red (R) color signals, respectively, due to differences in absorption coefficients. This makes it possible for the photodetector element 1 to acquire multiple types of color signals in a single pixel without using color filters.
  • the semiconductor substrate 30 is, for example, composed of an n-type silicon (Si) substrate and has a p-well 31 in a predetermined region.
  • the surface (second surface 30B) of the semiconductor substrate 30 is provided with, for example, floating diffusions FD1 (region 36B within the semiconductor substrate 30), FD2 (region 37C within the semiconductor substrate 30), and FD3 (region 38C within the semiconductor substrate 30), transfer transistors Tr2 and Tr3, an amplifier transistor (modulation element) AMP, a reset transistor RST, and a selection transistor SEL.
  • the second surface 30B of the semiconductor substrate 30 is further provided with a multilayer wiring layer 40 via a gate insulating layer 33.
  • the multilayer wiring layer 40 has, for example, a configuration in which wiring layers 41, 42, and 43 are stacked within an insulating layer 44.
  • first surface 30A a layer that holds a fixed charge (fixed charge layer 21)
  • insulating dielectric layer 22 an insulating dielectric layer 22
  • interlayer insulating layer 23 are stacked in this order from the first surface 30A side of the semiconductor substrate 30.
  • a through electrode 34 is provided between the first surface 30A and second surface 30B of the semiconductor substrate 30.
  • optical components such as an on-chip lens 52 are disposed with a protective layer 51 in between.
  • a protective layer 51 for example, high-refractive-index members 53 and low-refractive-index members 54, as well as wiring 16 that electrically connects the upper electrode 15 to the peripheral circuit unit around the pixel unit 100A, are provided.
  • the first surface 30A of the semiconductor substrate 30 is represented as the light incident side S1
  • the second surface 30B is represented as the wiring layer side S2.
  • the photoelectric conversion layer 14 In the photodetector element 1, light incident on the photoelectric conversion section 10 from the light incident side S1 is absorbed by the photoelectric conversion layer 14. The excitons generated thereby migrate to the interface between the electron donors and electron acceptors that make up the photoelectric conversion layer 14, where they undergo exciton dissociation, i.e., dissociation into electrons and holes.
  • the carriers (electrons and holes) generated here are transported to different electrodes by diffusion due to differences in carrier concentration and by an internal electric field caused by the difference in work function between the anode (e.g., upper electrode 15) and cathode (e.g., lower electrode 11), and are detected as photocurrent.
  • the transport direction of the electrons and holes can also be controlled by applying a potential between the lower electrode 11 and upper electrode 15.
  • the photoelectric conversion unit 10 is an organic photoelectric conversion element that absorbs, for example, green light corresponding to part or all of a selective wavelength range (for example, 450 nm or more and 650 nm or less) and generates excitons.
  • the photoelectric conversion unit 10 comprises a lower electrode 11, an insulating layer 12, an oxide semiconductor layer 13, a photoelectric conversion layer 14, and an upper electrode 15, stacked in this order from the semiconductor substrate 30 side.
  • the photoelectric conversion layer 14 is composed of, for example, a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and has a bulk heterojunction structure within the layer.
  • the bulk heterojunction structure is a p/n junction surface formed by mixing p-type and n-type semiconductors.
  • the lower electrode 11 has, for example, a charge readout electrode 11A and a charge storage electrode 11B arranged in parallel on the interlayer insulating layer 23.
  • the charge readout electrode 11A is used to transfer signal charges (e.g., electrons) from the carriers generated in the photoelectric conversion layer 14 to the floating diffusion FD1. As shown in FIG. 2, for example, one charge readout electrode 11A is provided for each pixel unit 1a consisting of four unit pixels P arranged in two rows and two columns. The charge readout electrode 11A is connected to the floating diffusion FD1 via, for example, the upper second contact 27A, pad portion 26A, upper first contact 25, pad portion 24, through electrode 34, connection portion 41A, and lower second contact 46.
  • signal charges e.g., electrons
  • the charge storage electrode 11B stores signal charges (e.g., electrons) among the carriers generated in the photoelectric conversion layer 14, and is provided for each unit pixel P.
  • the charge storage electrode 11B is provided for each unit pixel P in an area that directly faces the light-receiving surfaces of the photoelectric conversion regions 32B, 32R formed in the semiconductor substrate 30 and covers these light-receiving surfaces.
  • the charge storage electrode 11B is preferably larger than the charge readout electrode 11A, allowing a larger number of carriers to be stored.
  • the voltage application unit 17 is connected to the charge storage electrode 11B via wiring such as the upper third contact 27B and pad portion 26B.
  • the lower electrode 11 further has a shield electrode 11C.
  • the shield electrode 11C is intended to prevent capacitive coupling between adjacent pixel units 1a.
  • the shield electrode 11C is provided, for example, between adjacent pixel units 1a, and a fixed potential is applied to it.
  • the shield electrode 11C further extends between adjacent pixels in the row direction (Y-axis direction) and column direction (X-axis direction) of the four unit pixels P arranged in 2 rows and 2 columns that make up the pixel unit 1a, as shown in FIG. 2, for example.
  • the lower electrode 11 is formed, for example, of a light-transmitting conductive film.
  • the lower electrode 11 preferably has a work function of, for example, 4.0 eV or more and 5.5 eV or less.
  • materials for the lower electrode 11 include indium tin oxide (ITO), which is In 2 O 3 doped with tin (Sn) as a dopant.
  • ITO film may have high or low crystallinity (close to amorphous).
  • Other examples of materials for the lower electrode 11 include tin oxide (SnO 2 )-based materials doped with a dopant, such as ATO doped with antimony (Sb) and FTO doped with fluorine (F).
  • Zinc oxide (ZnO) or zinc oxide-based materials doped with a dopant may also be used.
  • ZnO-based materials include aluminum zinc oxide (AZO) doped with aluminum (Al), gallium zinc oxide (GZO) doped with gallium (Ga), boron zinc oxide doped with boron (B), and indium zinc oxide (IZO) doped with indium (In).
  • AZO aluminum zinc oxide
  • Ga gallium zinc oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • IGZO, In-GaZnO zinc oxide doped with indium and gallium
  • Materials such as CuI, InSbO , ZnMgO , CuInO, MgIN , O, CdO, ZnSnO , or TiO may also be used, as well as spinel oxides and oxides having a YbFeO structure .
  • alkali metals for example, lithium (Li), sodium (Na), and potassium (K)
  • alkaline earth metals for example, magnesium (Mg) and calcium (Ca)
  • Al aluminum
  • Al-Si-Cu alloy zinc (Zn), tin (Sn), thallium (Tl), Na-K alloy, Al-Li alloy, Mg-Ag alloy, and rare earth metals such as In and ytterbium (Yb), or alloys thereof.
  • Materials that can be used to form the lower electrode 11 include metals such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), iron (Fe), cobalt (Co), and molybdenum (Mo), as well as alloys containing these metal elements. These materials can also be used to form conductive particles, conductive particles of alloys containing these metals, impurity-containing polysilicon, carbon-based materials, oxide semiconductors, carbon nanotubes, graphene, and other conductive materials.
  • metals such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), t
  • Other materials that can be used to form the lower electrode 11 include organic materials (conductive polymers) such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polystyrene sulfonate (PEDOT/PSS). These materials can also be mixed with a binder (polymer) to form a paste or ink, which can then be cured and used as an electrode.
  • organic materials such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polystyrene sulfonate (PEDOT/PSS).
  • PEDOT/PSS polystyrene sulfonate
  • the lower electrode 11 can be formed as a single layer or a laminated film made of the above materials.
  • the film thickness of the lower electrode 11 in the lamination direction (hereinafter simply referred to as thickness) is, for example, 20 nm or more and 200 nm or less, and preferably 30 nm or more and 150 nm or less.
  • the insulating layer 12 serves to electrically separate the charge storage electrode 11B from the oxide semiconductor layer 13.
  • the insulating layer 12 is provided, for example, on the interlayer insulating layer 23 so as to cover the lower electrode 11.
  • An opening 12H is provided in the insulating layer 12 above the charge readout electrode 11A of the lower electrode 11, and the charge readout electrode 11A and the oxide semiconductor layer 13 are electrically connected through this opening 12H.
  • the insulating layer 12 is formed, for example, of a single layer film made of one of silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), etc., or a stacked film made of two or more of these materials.
  • the insulating layer 12 has a thickness of, for example, 20 nm to 500 nm.
  • the oxide semiconductor layer 13 corresponds to a specific example of an "oxide semiconductor layer" according to an embodiment of the present disclosure.
  • the oxide semiconductor layer 13 is intended to accumulate carriers generated in the photoelectric conversion layer 14. Note that the carriers generated in the photoelectric conversion layer 14 may also accumulate in the photoelectric conversion layer 14 together with the oxide semiconductor layer 13.
  • the oxide semiconductor layer 13 may be formed using an oxide semiconductor containing at least one element selected from the group consisting of indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), aluminum (Al), and tin (Sn). In this embodiment, electrons among the carriers generated in the photoelectric conversion layer 14 are used as signal charges. For this reason, the oxide semiconductor layer 13 may be formed using an n-type oxide semiconductor material.
  • oxide semiconductor layer 13 examples include IGZO (In—Ga—Zn—O-based oxide semiconductor), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), ZTO (Zn—Sn—O-based oxide semiconductor), IZO (In—Zn—O-based oxide semiconductor), ITO, indium gallium aluminum oxide (InGaAlO), and indium gallium silicon oxide (InGaSiO).
  • the thickness of the oxide semiconductor layer 13 is, for example, 10 nm to 300 nm.
  • the photoelectric conversion layer 14 converts light energy into electrical energy. It is composed, for example, of two or more organic materials (p-type semiconductor materials or n-type semiconductor materials) that function as p-type or n-type semiconductors, respectively.
  • the photoelectric conversion layer 14 has a junction (p/n junction) between the p-type and n-type semiconductor materials within the layer.
  • the p-type semiconductor functions relatively as an electron donor, while the n-type semiconductor functions relatively as an electron acceptor.
  • the photoelectric conversion layer 14 provides a site where excitons generated upon light absorption separate into electrons and holes. Specifically, the excitons separate into electrons and holes at the interface (p/n junction) between the electron donor and electron acceptor.
  • photoelectric conversion layer 14 may also be composed of an organic material, known as a dye material, that photoelectrically converts light in a specific wavelength range while transmitting light in other wavelength ranges.
  • organic material known as a dye material
  • photoelectric conversion layer 14 is formed using three types of organic materials, p-type semiconductor material, n-type semiconductor material, and dye material, it is preferable that the p-type and n-type semiconductor materials be materials that are optically transparent in the visible range (e.g., 450 nm to 800 nm).
  • the thickness of photoelectric conversion layer 14 is, for example, 50 nm to 500 nm.
  • Examples of organic materials that make up the photoelectric conversion layer 14 include quinacridone derivatives, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, and fluoranthene derivatives.
  • the photoelectric conversion layer 14 is made up of a combination of two or more of the above organic materials. Depending on the combination, the above organic materials function as p-type or n-type semiconductors.
  • the organic material that constitutes the photoelectric conversion layer 14 is not particularly limited.
  • Examples of organic materials that can be used to constitute the photoelectric conversion layer 14 include polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, and diacetylene, as well as derivatives thereof.
  • organic materials constituting the photoelectric conversion layer 14 include metal complex dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, phenylxanthene dyes, triphenylmethane dyes, rhodacyanine dyes, xanthene dyes, macrocyclic azaannulene dyes, azulene dyes, naphthoquinone dyes, anthraquinone dyes, condensed polycyclic aromatic compounds such as pyrene, chain compounds in which aromatic rings or heterocyclic compounds are condensed, quinolines having a squarylium group and a croconite methine group as a bonding chain, benzothiazoles, benzoxazoles, and other nitrogen-containing heterocycles, or cyanine-like dyes bonded by a squarylium group and a croconite methine group.
  • Metal complex dyes include dithiol metal complex dyes, metal phthalocyanine dyes, metal porphyrin dyes, and ruthenium complex dyes. Among these, ruthenium complex dyes are particularly preferred, but are not limited to these. However, the photoelectric conversion layer 14 may also be made of quantum dots or other materials in addition to organic materials.
  • the upper electrode 15 is formed, for example, of a light-transmitting conductive film.
  • materials for the upper electrode 15 include ITO, which is In 2 O 3 doped with Sn. The crystallinity of the ITO film may be high or low (close to amorphous).
  • materials for the upper electrode 15 include SnO 2 -based materials doped with a dopant, such as ATO doped with Sb and FTO doped with fluorine.
  • ZnO or zinc oxide-based materials doped with a dopant may also be used. Examples of ZnO-based materials include AZO doped with Al, GZO doped with Ga, boron zinc oxide doped with B, and IZO doped with In.
  • IGZO In-GaZnO 4
  • the constituent material of the lower electrode 11 may be CuI, InSbO4 , ZnMgO, CuInO2 , MgIN2O4 , CdO , ZnSnO3 , TiO2 , or the like, or may be a spinel oxide or an oxide having a YbFe2O4 structure .
  • Specific examples include Au, Ag, Cr, Ni, Pd, Pt, Fe, iridium (Ir), germanium (Ge), osmium (Os), rhenium (Re), tellurium (Te), and alloys thereof.
  • materials that can be used to form the upper electrode 15 include metals such as Pt, Au, Pd, Cr, Ni, Al, Ag, Ta, W, Cu, Ti, In, Sn, Fe, Co, and Mo, or alloys containing these metal elements, or conductive particles made of these metals, conductive particles of alloys containing these metals, polysilicon containing impurities, carbon-based materials, oxide semiconductors, carbon nanotubes, graphene, and other conductive substances.
  • Other materials that can be used to form the upper electrode 15 include organic materials (conductive polymers) such as PEDOT/PSS.
  • the above materials can be mixed with a binder (polymer) to form a paste or ink, which can then be hardened and used as an electrode.
  • the upper electrode 15 can be formed as a single layer or a laminated film made of the above materials.
  • the thickness of the upper electrode 15 is, for example, 20 nm or more and 200 nm or less, and preferably 30 nm or more and 150 nm or less.
  • the photoelectric conversion unit 10 may have other layers between the lower electrode 11 and the photoelectric conversion layer 14 and between the photoelectric conversion layer 14 and the upper electrode 15.
  • a hole blocking layer may be provided between the lower electrode 11 and the photoelectric conversion layer 14.
  • the hole blocking layer prevents holes from moving from the lower electrode 11 to the photoelectric conversion layer 14 and efficiently transports electrons, among carriers generated in the photoelectric conversion layer 14, to the lower electrode 11.
  • An electron blocking layer or a work function adjustment layer may be provided between the photoelectric conversion layer 14 and the upper electrode 15.
  • the electron blocking layer prevents electrons from moving from the upper electrode 15 to the photoelectric conversion layer 14 and efficiently transports holes, among carriers generated in the photoelectric conversion layer 14, to the upper electrode 15.
  • the work function adjustment layer has an electron affinity or work function greater than the work function of the upper electrode 15 and improves the electrical connection between the photoelectric conversion layer 14 and the upper electrode 15.
  • the photoelectric conversion layer 14 may have a pin bulk hetero structure in which, for example, a p-type blocking layer, a layer containing a p-type semiconductor and an n-type semiconductor (i-layer), and an n-type blocking layer are stacked.
  • FIGS. 1 and 3 show an example in which the insulating layer 12, oxide semiconductor layer 13, photoelectric conversion layer 14, and upper electrode 15 are formed separately for each photodetector element 1, the oxide semiconductor layer 13, photoelectric conversion layer 14, and upper electrode 15 may also be formed separately for each unit pixel P, for example.
  • the fixed charge layer 21 serves to reduce the interface state with the semiconductor substrate 30 and to suppress the generation of dark current from the interface with the semiconductor substrate 30.
  • the fixed charge layer 21 may be a film having positive fixed charges or a film having negative fixed charges.
  • the fixed charge layer 21 is preferably formed using a semiconductor material or a conductive material having a wider band gap than the semiconductor substrate 30. This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface with the semiconductor substrate 30.
  • Examples of materials constituting the fixed charge layer 21 include hafnium oxide (HfO x ), aluminum oxide (AlO x ), zirconium oxide (ZrO x ), tantalum oxide (TaO x ), titanium oxide (TiO x ), lanthanum oxide (LaO x ), praseodymium oxide (PrO x ), cerium oxide (CeO x ), neodymium oxide (NdO x ), promethium oxide (PmO x ), samarium oxide (SmO x ), europium oxide (EuO x ), gadolinium oxide (GdO x ), terbium oxide (TbO x ), dysprosium oxide (DyO x ), holmium oxide (HoO x ), thulium oxide (TmO x ), ytterbium oxide (YbO x ), lutetium oxide (LuO x ), and
  • HfN x hafnium nitride
  • AlN x aluminum nitride
  • HfO x N y hafnium oxynitride
  • AlO x N y aluminum oxynitride
  • the dielectric layer 22 is intended to prevent light reflection caused by the difference in refractive index between the semiconductor substrate 30 and the interlayer insulating layer 23.
  • the dielectric layer 22 is preferably formed using a material with a refractive index between that of the semiconductor substrate 30 and that of the interlayer insulating layer 23. Examples of materials that can be used to form the dielectric layer 22 include silicon oxide, TEOS, silicon nitride, and silicon oxynitride (SiON).
  • Interlayer insulating layer 23 is composed of, for example, a single layer film made of one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, or a laminated film made of two or more of these. Pad portions 24, 26A, and 26B, an upper first contact 25, an upper second contact 27A, and an upper third contact 27B are provided within interlayer insulating layer 23.
  • Photoelectric conversion regions 32B and 32R are configured, for example, by PIN (Positive Intrinsic Negative) photodiodes, each having a pn junction in a predetermined region of semiconductor substrate 30. Photoelectric conversion regions 32B and 32R make it possible to split light vertically by taking advantage of the fact that the wavelength of light absorbed varies depending on the depth of incidence of the light in the silicon substrate.
  • PIN Positive Intrinsic Negative
  • Photoelectric conversion region 32B selectively detects blue light and accumulates signal charges corresponding to blue, and is located at a depth that allows efficient photoelectric conversion of blue light.
  • Photoelectric conversion region 32R selectively detects red light and accumulates signal charges corresponding to red, and is located at a depth that allows efficient photoelectric conversion of red light.
  • blue (B) is a color that corresponds to, for example, a wavelength range of 400 nm or more and less than 495 nm
  • red (R) is a color that corresponds to, for example, a wavelength range of 620 nm or more and less than 750 nm.
  • Photoelectric conversion regions 32B and 32R may each be capable of detecting light in some or all of their respective wavelength ranges.
  • photoelectric conversion region 32B and photoelectric conversion region 32R each have, for example, a p+ region that serves as a hole accumulation layer and an n region that serves as an electron accumulation layer (having a p-n-p stacked structure).
  • the n region of photoelectric conversion region 32B is connected to vertical transistor Tr2.
  • the p+ region of photoelectric conversion region 32B bends along vertical transistor Tr2 and connects to the p+ region of photoelectric conversion region 32R.
  • the gate insulating layer 33 is composed of, for example, a single layer film made of one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, etc., or a laminated film made of two or more of these materials.
  • the through electrode 34 is provided between the first surface 30A and the second surface 30B of the semiconductor substrate 30, and functions as a connector between the photoelectric conversion unit 10 and the gate Gamp of the amplifier transistor AMP and the floating diffusion FD1, as well as providing a transmission path for carriers generated in the photoelectric conversion unit 10.
  • the reset gate Grst of the reset transistor RST is located next to the floating diffusion FD1 (one of the source/drain regions 36B of the reset transistor RST). This makes it possible for the reset transistor RST to reset carriers accumulated in the floating diffusion FD1.
  • the upper end of the through electrode 34 is connected to the charge readout electrode 11A via, for example, a pad portion 24, an upper first contact 25, a pad portion 26A, and an upper second contact 27A provided in the interlayer insulating layer 23.
  • the lower end of the through electrode 34 is connected to a connection portion 41A in the wiring layer 41, and the connection portion 41A is connected to the gate Gamp of the amplifier transistor AMP via a lower first contact 45.
  • the connection portion 41A is connected to the floating diffusion FD1 (region 36B) via, for example, a lower second contact 46.
  • the pad portions 24, 26A, 26B, upper first contact 25, upper second contact 27A, upper third contact 27B, lower first contact 45, lower second contact 46 and wiring 16 can be formed using, for example, a silicon material doped with impurities such as PDAS (Phosphorus Doped Amorphous Silicon), or a metal material such as aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), cobalt (Co), hafnium (Hf) and tantalum (Ta).
  • PDAS Phosphorus Doped Amorphous Silicon
  • metal material such as aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), cobalt (Co), hafnium (Hf) and tantalum (Ta).
  • the protective layer 51 protects the upper surface of the upper electrode 15 and also flattens the surface on the light incident side S1 of the photoelectric conversion body 10.
  • the protective layer 51 is made of a light-transmitting material, such as silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (AlO x ), etc.
  • the thickness of this protective layer 51 is, for example, 100 nm to 30,000 nm.
  • high refractive index members 53 and low refractive index members 54 are provided within the protective layer 51.
  • the lower electrode 11 has a charge storage electrode 11B for storing signal charge (e.g., electrons) from among the carriers generated in the photoelectric conversion layer 14, and a charge readout electrode 11A for transferring the signal charge (e.g., electrons) stored above the charge storage electrode 11B to the floating diffusion FD1.
  • signal charge e.g., electrons
  • charge readout electrode 11A for transferring the signal charge (e.g., electrons) stored above the charge storage electrode 11B to the floating diffusion FD1.
  • carriers generated in the photoelectric conversion layer 14 above this charge readout electrode 11A cannot be stored, which is one of the causes of reduced sensitivity.
  • the area above this charge readout electrode 11A that cannot store carriers generated by photoelectric conversion is referred to as the invalid area X2, and the area of the pixel unit 100A that can store carriers generated by photoelectric conversion, including above the charge storage electrode 11B and excluding the free area X2, is referred to as the effective area X1.
  • the high-refractive-index member 53 guides light incident on the on-chip lens 52 to the effective area X1 of the photoelectric conversion layer 14. As shown in FIG. 2, for example, the high-refractive-index member 53 has substantially the same shape as the charge storage electrode 11B and is disposed above the charge storage electrode 11B.
  • the high-refractive-index member 53 is made of a material with a higher refractive index than the protective layer 51 provided around it.
  • the low-refractive index member 54 guides light incident on the on-chip lens 52 to the effective area X1, avoiding the ineffective area X2 of the photoelectric conversion layer 14.
  • the low-refractive index member 54 is disposed above the charge readout electrode 11A.
  • the low-refractive index member 54 is made of a material with a lower refractive index than the protective layer 51 provided around it.
  • Examples of materials that can be used for the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 include titanium oxide (TiO x ), niobium oxide, tantalum oxide (TaO x ), aluminum oxide (AlO x ), hafnium oxide (HfO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxide (SiO x ), silicon oxynitride (SiON), silicon carbide (SiC), silicon oxide carbide (SiOC), silicon nitride carbide (SiNC), and zirconium oxide (ZrO x ).
  • the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 are selected from the above materials in consideration of the difference in refractive index from the protective layer 51.
  • the low-refractive-index member 54 may also have a hollow structure, for example.
  • the on-chip lens 52 is made of an optically transparent material, such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.
  • An anti-reflection film may be provided on the surface of the on-chip lens 52.
  • Figure 4 is an equivalent circuit diagram of the photodetector element 1 shown in Figure 3.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the arrangement of the lower electrode 11 and transistors that make up the control unit of the photodetector element 1 shown in Figure 3.
  • the reset transistor RST reset transistor TR1rst resets carriers transferred from the photoelectric conversion unit 10 to the floating diffusion FD1, and is composed of, for example, a MOS transistor.
  • the reset transistor TR1rst is composed of a reset gate Grst, a channel formation region 36A, and source/drain regions 36B and 36C.
  • the reset gate Grst is connected to the reset line RST1, and one source/drain region 36B of the reset transistor TR1rst also serves as the floating diffusion FD1.
  • the other source/drain region 36C constituting the reset transistor TR1rst is connected to the power supply line VDD.
  • the amplifier transistor AMP (amplifier transistor TR1amp) is a modulation element that modulates the amount of charge generated in the photoelectric conversion unit 10 into a voltage, and is composed of, for example, a MOS transistor. Specifically, the amplifier transistor AMP is composed of a gate Gamp, a channel formation region 35A, and source/drain regions 35B and 35C.
  • the gate Gamp is connected to the charge readout electrode 11A and one source/drain region 36B (floating diffusion FD1) of the reset transistor TR1rst via a lower first contact 45, a connection portion 41A, a lower second contact 46, and a through electrode 34.
  • one source/drain region 35B shares an area with the other source/drain region 36C that constitutes the reset transistor TR1rst, and is connected to the power supply line VDD.
  • the select transistor SEL select transistor TR1sel
  • the gate Gsel is connected to a select line SEL1.
  • One source/drain region 34B shares an area with the other source/drain region 35C that constitutes the amplifier transistor AMP, and the other source/drain region 34C is connected to a signal line (data output line) VSL1.
  • the transfer transistor TR2 transfers the signal charge corresponding to blue that is generated and accumulated in the photoelectric conversion region 32B to the floating diffusion FD2. Because the photoelectric conversion region 32B is formed deep below the second surface 30B of the semiconductor substrate 30, the transfer transistor TR2trs in the photoelectric conversion region 32B is preferably configured as a vertical transistor.
  • the transfer transistor TR2trs is connected to a transfer gate line TG2.
  • a floating diffusion FD2 is provided in region 37C near the gate Gtrs2 of the transfer transistor TR2trs. Carriers accumulated in the photoelectric conversion region 32B are read out to the floating diffusion FD2 via a transfer channel formed along the gate Gtrs2.
  • the transfer transistor TR3 transfers the signal charge corresponding to red that is generated and accumulated in the photoelectric conversion region 32R to the floating diffusion FD3, and is configured, for example, as a MOS transistor.
  • the transfer transistor TR3trs is connected to the transfer gate line TG3.
  • a floating diffusion FD3 is provided in the region 38C near the gate Gtrs3 of the transfer transistor TR3trs. Carriers accumulated in the photoelectric conversion region 32R are read out to the floating diffusion FD3 via a transfer channel formed along the gate Gtrs3.
  • a reset transistor TR2rst Further provided on the second surface 30B side of the semiconductor substrate 30 are a reset transistor TR2rst, an amplifier transistor TR2amp, and a selection transistor TR2sel that constitute the control section of the photoelectric conversion region 32B. Furthermore, a reset transistor TR3rst, an amplifier transistor TR3amp, and a selection transistor TR3sel that constitute the control section of the photoelectric conversion region 32R are provided.
  • the reset transistor TR2rst is composed of a gate, a channel formation region, and source/drain regions.
  • the gate of the reset transistor TR2rst is connected to the reset line RST2, and one of the source/drain regions of the reset transistor TR2rst is connected to the power supply line VDD.
  • the other source/drain region of the reset transistor TR2rst also serves as the floating diffusion FD2.
  • the amplifier transistor TR2amp consists of a gate, a channel formation region, and source/drain regions.
  • the gate is connected to the other source/drain region (floating diffusion FD2) of the reset transistor TR2rst.
  • One of the source/drain regions constituting the amplifier transistor TR2amp shares an area with one of the source/drain regions constituting the reset transistor TR2rst, and is connected to the power supply line VDD.
  • the selection transistor TR2sel is composed of a gate, a channel formation region, and source/drain regions.
  • the gate is connected to the selection line SEL2.
  • One of the source/drain regions constituting the selection transistor TR2sel shares an area with the other source/drain region constituting the amplifier transistor TR2amp.
  • the other source/drain region constituting the selection transistor TR2sel is connected to the signal line (data output line) VSL2.
  • the reset transistor TR3rst is composed of a gate, a channel formation region, and source/drain regions.
  • the gate of the reset transistor TR3rst is connected to the reset line RST3, and one of the source/drain regions constituting the reset transistor TR3rst is connected to the power supply line VDD.
  • the other source/drain region constituting the reset transistor TR3rst also serves as the floating diffusion FD3.
  • the amplifier transistor TR3amp consists of a gate, a channel formation region, and source/drain regions.
  • the gate is connected to the other source/drain region (floating diffusion FD3) that constitutes the reset transistor TR3rst.
  • One of the source/drain regions that constitutes the amplifier transistor TR3amp shares an area with one of the source/drain regions that constitutes the reset transistor TR3rst, and is connected to the power supply line VDD.
  • the selection transistor TR3sel is composed of a gate, a channel formation region, and source/drain regions.
  • the gate is connected to the selection line SEL3.
  • One of the source/drain regions constituting the selection transistor TR3sel shares an area with the other source/drain region constituting the amplifier transistor TR3amp.
  • the other source/drain region constituting the selection transistor TR3sel is connected to the signal line (data output line) VSL3.
  • the reset lines RST1, RST2, and RST3, the selection lines SEL1, SEL2, and SEL3, and the transfer gate lines TG2 and TG3 are each connected to a vertical drive circuit that constitutes a drive circuit.
  • the signal lines (data output lines) VSL1, VSL2, and VSL3 are connected to a column signal processing circuit 112 that constitutes a drive circuit.
  • the photodetector element 1 of this embodiment can be manufactured, for example, as follows.
  • FIGS. 6 to 12 show the manufacturing method of the photodetector element 1 in order of steps.
  • a p-well 31 is formed in the semiconductor substrate 30, and for example, n-type photoelectric conversion regions 32B and 32R are formed in this p-well 31.
  • a p+ region is formed near the first surface 30A of the semiconductor substrate 30.
  • n+ regions that will become floating diffusions FD1 to FD3 are formed on the second surface 30B of the semiconductor substrate 30, and then a gate insulating layer 33 and a gate wiring layer 47 including the gates of the transfer transistor Tr2, transfer transistor Tr3, select transistor SEL, amplifier transistor AMP, and reset transistor RST are formed.
  • a multilayer wiring layer 40 consisting of wiring layers 41 to 43 including a lower first contact 45, a lower second contact 46, and a connection portion 41A, and an insulating layer 44, is formed on the second surface 30B of the semiconductor substrate 30.
  • the base of the semiconductor substrate 30 is, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate, which is a stack of the semiconductor substrate 30, a buried oxide film (not shown), and a holding substrate (not shown). Although not shown in Figure 6, the buried oxide film and holding substrate are bonded to the first surface 30A of the semiconductor substrate 30. After ion implantation, an annealing process is performed.
  • SOI Silicon on Insulator
  • a support substrate (not shown) or another semiconductor substrate is bonded to the multilayer wiring layer 40 provided on the second surface 30B of the semiconductor substrate 30, and the substrate is then inverted.
  • the semiconductor substrate 30 is separated from the buried oxide film of the SOI substrate and the support substrate, exposing the first surface 30A of the semiconductor substrate 30.
  • CMOS processes such as ion implantation and CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • the semiconductor substrate 30 is processed from the first surface 30A side by, for example, dry etching, to form, for example, an annular opening 34H.
  • the depth of the opening 34H penetrates from the first surface 30A to the second surface 30B of the semiconductor substrate 30, and reaches, for example, the connection portion 41A.
  • a negative fixed charge layer 21 and a dielectric layer 22 are formed in sequence on the first surface 30A of the semiconductor substrate 30 and the side surfaces of the opening 34H.
  • the fixed charge layer 21 can be formed, for example, by depositing an HfOx film using atomic layer deposition (ALD).
  • the dielectric layer 22 can be formed, for example, by depositing an SiOx film using plasma CVD.
  • a pad portion 24 is formed at a predetermined position on the dielectric layer 22.
  • the pad portion 24 includes a barrier metal layer made of, for example, a titanium/titanium nitride layer (Ti/TiN film) and a W film.
  • an interlayer insulating layer 23 is formed on the dielectric layer 22 and the pad portion 24, and the surface of the interlayer insulating layer 23 is planarized using CMP (chemical mechanical polishing).
  • an opening 23H is formed on the pad portion 24, and then a conductive material such as Al is filled into this opening 23H to form the upper first contact 25.
  • pad portions 26A and 26B are formed in the same manner as for the pad portion 24, and then the interlayer insulating layer 23 and the upper second contact 27A and upper third contact 27B are formed in this order.
  • a conductive film 11X is formed on the interlayer insulating layer 23 using, for example, a sputtering method, and then patterned using photolithography. Specifically, a photoresist PR is formed in a predetermined position on the conductive film 11X, and then the conductive film 11X is processed using dry etching or wet etching. The photoresist PR is then removed, thereby forming the charge readout electrode 11A and the charge storage electrode 11B, as shown in FIG. 10.
  • the insulating layer 12, oxide semiconductor layer 13, photoelectric conversion layer 14, and upper electrode 15 are formed in this order.
  • the insulating layer 12 is formed by depositing a silicon oxide film using, for example, the ALD method, and then planarizing the surface of the insulating layer 12 using the CMP method. An opening 12H is then formed on the charge readout electrode 11A using, for example, wet etching.
  • the oxide semiconductor layer 13 can be formed using, for example, the sputtering method.
  • the photoelectric conversion layer 14 is formed using, for example, the vacuum deposition method.
  • the upper electrode 15, like the lower electrode 11, is formed using, for example, the sputtering method.
  • a high-refractive-index member 53 is formed above the charge storage electrode 11B, and a low-refractive-index member 54 is formed above the charge readout electrode 11A.
  • the high-refractive-index member 53 can be formed by depositing a high-refractive-index film using a sputtering method and then patterning it using photolithography.
  • the low-refractive-index member 54 can similarly be formed by depositing a low-refractive-index film using a sputtering method and then patterning it using photolithography.
  • a protective layer 51 is formed to cover the upper electrode 15, the high-refractive-index member 53, and the low-refractive-index member 54, and then an on-chip lens 52 is disposed on the protective layer 51. This completes the photodetector element 1 shown in FIG. 3.
  • Conductive films such as the photoelectric conversion layer 14, lower electrode 11, and upper electrode 15 can be formed using dry or wet film deposition methods.
  • Dry film deposition methods include vacuum deposition using resistance heating or high-frequency heating, electron beam (EB) deposition, various sputtering methods (magnetron sputtering, RF-DC coupled bias sputtering, ECR sputtering, facing target sputtering, and high-frequency sputtering), ion plating, laser ablation, molecular beam epitaxy, and laser transfer.
  • Other dry film deposition methods include chemical vapor deposition methods such as plasma CVD, thermal CVD, MOCVD, and photo-CVD.
  • Wet film deposition methods include spin coating, inkjet printing, spray coating, stamping, microcontact printing, flexographic printing, offset printing, gravure printing, and dipping.
  • etching in addition to photolithography techniques, chemical etching such as shadow masks and laser transfer, and physical etching using ultraviolet light or lasers can be used.
  • planarization techniques in addition to CMP, laser planarization and reflow methods can be used.
  • green light (G) is first selectively detected (absorbed) by the photoelectric conversion section 10 and photoelectrically converted.
  • the photoelectric conversion unit 10 is connected to the gate Gamp of the amplifier transistor AMP and the floating diffusion FD1 via the through electrode 34. Therefore, electrons from the excitons generated in the photoelectric conversion unit 10 are extracted from the lower electrode 11 side, transferred to the second surface 30B side of the semiconductor substrate 30 via the through electrode 34, and stored in the floating diffusion FD1. At the same time, the amount of charge generated in the photoelectric conversion unit 10 is modulated into a voltage by the amplifier transistor AMP.
  • the reset gate Grst of the reset transistor RST is placed next to the floating diffusion FD1.
  • the charge accumulated in the floating diffusion FD1 is reset by the reset transistor RST.
  • the photoelectric conversion unit 10 is connected not only to the amplifier transistor AMP but also to the floating diffusion FD1 via the through electrode 34, making it possible to easily reset the charge accumulated in the floating diffusion FD1 using the reset transistor RST.
  • Figure 13 shows an example of the operation of the photodetector element 1.
  • A shows the potential at the charge storage electrode 11B
  • B shows the potential at the floating diffusion FD1 (charge readout electrode 11A)
  • C shows the potential at the gate (Gsel) of the reset transistor TR1rst.
  • voltages are applied to the charge readout electrode 11A and the charge storage electrode 11B individually.
  • the drive circuit applies a potential V1 to the charge readout electrode 11A and a potential V2 to the charge storage electrode 11B.
  • V1 and V2 the relationship between potentials V1 and V2 is V2 > V1.
  • the charge (signal charge; electrons) generated by photoelectric conversion is attracted to the charge storage electrode 11B and stored in the region of the oxide semiconductor layer 13 facing the charge storage electrode 11B (accumulation period).
  • the potential of the region of the oxide semiconductor layer 13 facing the charge storage electrode 11B becomes more negative as the photoelectric conversion time passes. Note that holes are sent from the upper electrode 15 to the drive circuit.
  • a reset operation is performed in the latter half of the accumulation period. Specifically, at timing t1, the scanning unit changes the voltage of the reset signal RST from low to high. This causes the reset transistor TR1rst in the unit pixel P to turn on, and as a result, the voltage of the floating diffusion FD1 is set to the power supply voltage and the voltage of the floating diffusion FD1 is reset (reset period).
  • the drive circuit applies a potential V3 to the charge readout electrode 11A, and a potential V4 to the charge storage electrode 11B.
  • the potentials V3 and V4 are set to V3 > V4.
  • the charge stored in the region corresponding to the charge storage electrode 11B is read out from the charge readout electrode 11A to the floating diffusion FD1.
  • the charge stored in the oxide semiconductor layer 13 is read out to the control unit (transfer period).
  • the drive circuit again applies potential V1 to the charge readout electrode 11A and potential V2 to the charge storage electrode 11B.
  • the charge generated by photoelectric conversion is attracted to the charge storage electrode 11B and stored in the region of the photoelectric conversion layer 14 facing the charge storage electrode 11B (storage period).
  • blue and red signals by photoelectric conversion regions 32B and 32R Next, of the light transmitted through the photoelectric conversion unit 10, blue light (B) is absorbed and photoelectrically converted in the photoelectric conversion region 32B, and red light (R) is absorbed and photoelectrically converted in the photoelectric conversion region 32R.
  • the photoelectric conversion region 32B electrons corresponding to the incident blue light (B) are accumulated in the n-region of the photoelectric conversion region 32B, and the accumulated electrons are transferred to the floating diffusion FD2 by the transfer transistor Tr2.
  • the photoelectric conversion region 32R electrons corresponding to the incident red light (R) are accumulated in the n-region of the photoelectric conversion region 32R, and the accumulated electrons are transferred to the floating diffusion FD3 by the transfer transistor Tr3.
  • a high-refractive-index member 53 having a higher refractive index than the surrounding area is disposed above the effective area X1 on the light incident side S1 of the photoelectric conversion unit 10, and a low-refractive-index member 54 having a lower refractive index than the surrounding area is disposed above the ineffective area X2. This allows light incident on the on-chip lens 52 to be efficiently guided to the effective area X1. This is described below.
  • an imaging element in a photoelectric conversion section formed by stacking a first electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode in this order, further provides a charge storage electrode that is spaced apart from the first electrode and faces the photoelectric conversion layer with an insulating layer in between, thereby suppressing the occurrence of phenomena such as increased kTC noise, worsening random noise, and a deterioration in image quality.
  • the area of the photoelectric conversion layer above the first electrode used to read out the charge no longer functions as a sensitivity factor for the image sensor. Light absorption in this area results in loss, causing a decrease in sensitivity.
  • a high refractive index member 53 is arranged above the effective area X1, and a low refractive index member 54 is arranged above the ineffective area X2.
  • Light is guided toward the area with a higher refractive index. Therefore, light incident on the on-chip lens 52 is efficiently guided to the effective area X1, avoiding the ineffective area X2.
  • the photodetector element 1 of this embodiment reduces light loss in the ineffective region X2, thereby improving sensitivity.
  • FIG. 14A is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of a photodetector element 2 according to Modification Example 1 of the present disclosure.
  • FIG. 14B is a schematic diagram illustrating an example of the planar configuration of the photodetector element 2 illustrated in FIG. 14A, and
  • FIG. 14A illustrates a cross section corresponding to line III-III illustrated in FIG. 14B.
  • the photodetector element 2 is, for example, a stacked photodetector element in which a photoelectric conversion region 32 and a photoelectric conversion unit 10 are stacked.
  • pixel units 1a each consisting of four pixels arranged in two rows and two columns are repeated in an array formed in the row and column directions, as illustrated in FIG. 14B.
  • a color filter 55 that selectively transmits red light (R), green light (G), and blue light (B) is provided for each unit pixel P above the photoelectric conversion section 10 (light incident side S1).
  • a pixel unit 1a consisting of four pixels arranged in two rows and two columns, two color filters (green filters 55G) that selectively transmit green light (G) are arranged diagonally, and one color filter (red filter 55R and blue filter 55B) that selectively transmits red light (R) and blue light (B) is arranged on each orthogonal diagonal.
  • the corresponding color light is detected, for example, in the photoelectric conversion section 10. That is, in the pixel section 100A, pixels (Pr, Pg, Pb) that detect red light (R), green light (G), and blue light (B) are arranged in a Bayer pattern.
  • the photoelectric conversion unit 10 absorbs light corresponding to some or all of the wavelengths in the visible light region, for example, between 400 nm and 750 nm, to generate excitons (electron-hole pairs), and is made up of a lower electrode 11, an insulating layer 12, an oxide semiconductor layer 13, a photoelectric conversion layer 14, and an upper electrode 15 stacked in this order.
  • the lower electrode 11 has, for example, a charge readout electrode 11A and a charge storage electrode 11B that are independent of each other, and the charge readout electrode 11A is shared by, for example, four pixels.
  • the oxide semiconductor layer 13 may be omitted.
  • the photoelectric conversion region 32 detects, for example, the infrared light region between 750 nm and 1300 nm.
  • a high refractive index member 53 is disposed above the charge storage electrode 11B, and a low refractive index member 54 is disposed above the charge readout electrode 11A.
  • the photodetector element 2 of the light transmitted through the color filter 55, light in the visible light region (red light (R), green light (G), and blue light (B)) is absorbed by the photoelectric conversion unit 10 of the unit pixel (Pr, Pg, Pb) in which each color filter 55R, 55G, 55B is provided, respectively.
  • Other light such as light in the infrared light region (e.g., 750 nm or more and 1000 nm or less) (infrared light (IR)), is transmitted through the photoelectric conversion unit 10.
  • the infrared light (IR) transmitted through the photoelectric conversion unit 10 is detected in the photoelectric conversion region 32 of each unit pixel Pr, Pg, Pb, and signal charges corresponding to the infrared light (IR) are generated.
  • a photodetector device 100 equipped with the photodetector element 2 is capable of simultaneously generating both visible light images and infrared light images.
  • the photodetector device 100 equipped with the photodetector element 2 can acquire visible light images and infrared light images at the same position in the XZ plane. This makes it possible to achieve high integration in the XZ plane.
  • Fig. 15A is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of a photodetector element 3 according to Modification 2 of the present disclosure.
  • Fig. 15B is a schematic diagram illustrating an example of the planar configuration of the photodetector element 3 illustrated in Fig. 15A, and Fig. 15A illustrates a cross section corresponding to the line IV-IV illustrated in Fig. 15B.
  • Modification 1 has illustrated an example in which the color filter 55 is provided above the photoelectric conversion unit 10 (on the light incident side S1), the color filter 55 may be provided, for example, between the photoelectric conversion region 32 and the photoelectric conversion unit 10, as illustrated in Fig. 15A. Except for this point, the photodetector element 3 has substantially the same configuration as the photodetector element 2 according to Modification 1.
  • the color filter 55 has a configuration in which a color filter (red filter 55R) that selectively transmits at least red light (R) and a color filter (blue filter 55B) that selectively transmits at least blue light (B) are arranged diagonally within the pixel unit 1a.
  • the photoelectric conversion layer 14 of the photoelectric conversion unit 10 is configured to selectively absorb light having a wavelength corresponding to green light (G), for example. Light having a wavelength corresponding to red light (R) is selectively absorbed in the photoelectric conversion region 32R, and light having a wavelength corresponding to blue light (B) is selectively absorbed in the photoelectric conversion region 32B.
  • (2-3. Modification 3) 16 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of a photodetector element 4 according to Modification 3 of the present disclosure. Similar to the photodetector element 1 of the above embodiment, the photodetector element 4 is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras. The photodetector element 4 of this modification has two photoelectric conversion units 10, 60 and one photoelectric conversion region 32 stacked in the vertical direction.
  • the photoelectric conversion units 10, 60 and the photoelectric conversion region 32 selectively detect light in different wavelength ranges and perform photoelectric conversion.
  • the photoelectric conversion unit 10 acquires a green (G) color signal.
  • the photoelectric conversion unit 60 acquires a blue (B) color signal.
  • the photoelectric conversion region 32 acquires a red (R) color signal. This makes it possible for the photodetector element 4 to acquire multiple types of color signals in a single pixel without using color filters.
  • the photoelectric conversion unit 60 has the same configuration as the photoelectric conversion unit 10. Specifically, like the photoelectric conversion unit 10, the photoelectric conversion unit 60 has a lower electrode 61, a photoelectric conversion layer 64, and an upper electrode 65 stacked in this order.
  • the lower electrode 61 is made up of multiple electrodes (e.g., a charge readout electrode 61A and a charge storage electrode 61B), and an insulating layer 62 and an oxide semiconductor layer 63 are stacked in this order between the lower electrode 61 and the photoelectric conversion layer 64.
  • the charge readout electrode 61A is electrically connected to the oxide semiconductor layer 63 via an opening 62H provided in the insulating layer 62. Note that the oxide semiconductor layer 63 may be omitted.
  • a through-electrode 66 is connected to the charge readout electrode 61A, which penetrates the interlayer insulating layer 67 and the photoelectric conversion unit 10 and is electrically connected to the charge readout electrode 11A of the photoelectric conversion unit 10. Furthermore, the charge readout electrode 61A is electrically connected to a floating diffusion FD provided in the semiconductor substrate 30 via through-electrodes 34 and 66, and can temporarily store charge generated in the photoelectric conversion layer 64. Furthermore, the charge readout electrode 61A is electrically connected to an amplifier transistor AMP and the like provided in the semiconductor substrate 30 via through-electrodes 34 and 66.
  • a high refractive index member 53 and a low refractive index member 54 are respectively arranged above the photoelectric conversion unit 60, which is located closer to the light incident side S1 of the photoelectric conversion units 10, 60.
  • the charge readout electrode 11A and charge storage electrode 11B of the photoelectric conversion unit 10 and the charge readout electrode 61A and charge storage electrode 61B of the photoelectric conversion unit 60 are respectively arranged in approximately the same position in a planar view.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector (photodetector element 5A) according to Modification 4 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5A is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5A constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device shown in FIG. 29 , for example.
  • the above embodiment illustrates an example in which the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 are provided on the upper electrode 15 of the photoelectric conversion unit 10, this is not limiting.
  • color filters 55R, 55G, and 55B are arranged in a Bayer pattern between the protective layer 51 and the on-chip lens 52 for each unit pixel P.
  • the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 are positioned in the thickness direction (Z-axis direction) within the protective layer 51 depending on the wavelength of light transmitted through the color filters 55R, 55G, and 55B and the position of the unit pixel P in the pixel unit 100A.
  • the above embodiment illustrates an example in which the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 have the same thickness
  • the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 may have different thicknesses and sizes depending on the wavelength of light transmitted through the color filters 55R, 55G, and 55B and the position of the unit pixel P in the pixel unit 100A.
  • the photodetector element 5A has substantially the same configuration as the photodetector element 1 of the above embodiment.
  • the photodetector element 5A of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector (photodetector 5A) according to Modification 5 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5A may perform pupil correction by shifting the on-chip lens 52, high refractive index member 53, low refractive index member 54, and color filters 55R, 55G, and 55B in the direction of incidence of light L, depending on its position (image height position) in the pixel unit 100A. This not only achieves the effects of the above embodiment, but also makes it possible to suppress light loss and color mixing in pixels that are far from the optical center of the pixel unit 100A.
  • (2-6. Modification 6) 19 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector element (photodetector element 5B) according to Modification 6 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5B is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5B constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device shown in FIG. 29, for example.
  • the photodetector element 5B of this modification similar to the above modification 4, color filters 55R, 55G, and 55B are arranged in a Bayer pattern between the protective layer 51 and the on-chip lens 52 for each unit pixel P.
  • the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 are arranged within these color filters 55R, 55G, and 55B, respectively.
  • the photodetector element 5B has substantially the same configuration as the photodetector element 1 of the above embodiment and modification 4.
  • the photodetector element 5B of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • (2-7. Modification 7) 20 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector element (photodetector element 5C) according to Modification 7 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5C is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5C constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device shown in FIG. 29, for example.
  • the photodetector element 5C of this modification similar to the above modification 4, color filters 55R, 55G, and 55B are arranged in a Bayer pattern between the protective layer 51 and the on-chip lens 52 for each unit pixel P.
  • the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54 are arranged on these color filters 55R, 55G, and 55B, respectively.
  • the photodetector element 5C has substantially the same configuration as the photodetector element 1 of the above embodiment and modification 4.
  • the photodetector element 5C of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • (2-8. Modification 8) 21 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector (photodetector element 5D) according to Modification 8 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5D is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5D constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device shown in FIG. 29, for example.
  • the photodetector element 5D of this modified example the high refractive index member 53 and the low refractive index member 54 are embedded in the upper electrode 15 of the photoelectric conversion section 10. Except for this point, the photodetector element 5D has substantially the same configuration as the photodetector element 1 of the above embodiment and modified example 4.
  • the photodetector element 5D of this modification further includes color filters 55R, 55G, and 55B arranged in a Bayer pattern between the protective layer 51 and the on-chip lens 52 for each unit pixel P.
  • the thicknesses of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54 are not limited, and as shown in the fourth to seventh modifications, their formation positions are not particularly limited.
  • the height of the high-refractive-index members 53 is h1
  • the height of the low-refractive-index members 54 is h2
  • the thickness of the upper electrode 15 is h3
  • the thickness of the protective layer 51 is h4
  • the thickness of the color filter 55 is h5
  • the heights of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54 and the thicknesses of the upper electrode 15, the protective layer 51, and the color filter 55 only need to satisfy the relationship of the following mathematical formula (4).
  • a portion of the high-refractive-index member 53 embedded in the upper electrode 15 may protrude into the color filter 55B, as shown in FIG. 21 .
  • Equation 4 Equation 4, h1, h2 ⁇ h3+h4+h5 (4)
  • the photodetector element 5D of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • (2-9. Modification 9) 22 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector (photodetector element 5E) according to Modification 9 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5E is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5E constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device shown in FIG. 29, for example.
  • the photodetector element 5E of this modification similar to the above modification 4, color filters 55R, 55G, and 55B are arranged in a Bayer pattern between the protective layer 51 and the on-chip lens 52 for each unit pixel P, and high-refractive-index members 53 are arranged on one or both of the lower and upper sides of the color filters 55R, 55G, and 55B. Except for this point, the photodetector element 5E has substantially the same configuration as the photodetector element 1 of the above embodiment and modification 4.
  • multiple high-refractive-index members 53 may be provided in the Y-axis direction of each unit pixel P.
  • multiple low-refractive-index members 54 may also be provided in the Y-axis direction of each unit pixel P.
  • the photodetector element 5E of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • FIG. 23A is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector element (photodetector element 5F) according to Modification 10 of the present disclosure.
  • FIG. 23B is a schematic diagram illustrating an example of a pixel configuration of a photodetector device 100 having the photodetector element 1 illustrated in FIG. 23A .
  • the photodetector element 5F is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5F constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device illustrated in FIG. 29 , for example.
  • the photodetection element 5F of this modified example a low refractive index member 54 of the same shape as the charge readout electrode 11A is placed above the charge readout electrode 11A, and high refractive index members 53 are provided around it, continuing to multiple unit pixels P.
  • the high refractive index member 53 and low refractive index member 54 are in contact with each other. Except for this point, the photodetection element 5F has substantially the same configuration as the photodetection element 1 of the above embodiment.
  • the photodetector element 5F of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • FIG. 24A is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector element (photodetector element 5G) according to Modification 11 of the present disclosure.
  • FIG. 24B is a schematic diagram illustrating an example of a pixel configuration of a photodetector device 100 having the photodetector element 1 illustrated in FIG. 24A, and FIG. 24A illustrates a cross section corresponding to line V-V illustrated in FIG. 24B.
  • the photodetector element 5G is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5G constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device illustrated in FIG. 29, for example.
  • the photodetection element 5G of this modified example multiple (four in this case) high-refractive-index members 53 are arranged spaced apart from each other above the charge storage electrode 11B, respectively, for the four unit pixels P that make up the pixel unit 1a. Except for this point, the photodetection element 5G has substantially the same configuration as the photodetection element 1 of the above embodiment.
  • the four high-refractive-index members 53 arranged above the charge storage electrode 11B include high-refractive-index members 53A and 54B with different refractive indices.
  • the refractive index of the protective layer 51 is n1
  • the refractive index of the high-refractive-index member 53A is n2
  • the refractive index of the high-refractive-index member 53B is n3
  • the refractive index of the low-refractive-index member 54 is n4
  • the refractive indices satisfy the relationship n3 > n2 > n1 > n4, for example.
  • the photodetector element 5G of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • (2-12. Modification 12) 25 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector (photodetector element 5H) according to Modification 12 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5H is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5H constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device shown in FIG. 29 , for example.
  • the photodetector element 5H of this modified example has anti-reflection films 56A, 56B, and 56C provided on either or both of the upper and lower surfaces of the high-refractive-index member 53 and the low-refractive-index member 54. Apart from this, the photodetector element 5H has substantially the same configuration as the photodetector element 1 of the above-described embodiment and modified example 4.
  • Anti-reflection films 56A and 56B provided on the upper and lower surfaces of the high-refractive-index member 53 each have a refractive index between that of the protective layer 51 and that of the high-refractive-index member 53.
  • Anti-reflection film 56C provided on the upper surface of the low-refractive-index member 54 has a refractive index between that of the protective layer 51 and that of the low-refractive-index member 54.
  • anti-reflection films 56A, 56B, 56C are provided on either or both of the upper and lower surfaces of the high refractive index member 53 and the low refractive index member 54. This reduces the surface reflection of each of the high refractive index member 53 and the low refractive index member 54 compared to the above embodiment, thereby further improving sensitivity.
  • (2-13. Modification 13) 26 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a main part of a photodetector (photodetector element 5I) according to Modification 13 of the present disclosure.
  • the photodetector element 5I is a photodetector element such as a CMOS image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.
  • the photodetector element 5I constitutes one pixel (unit pixel P) repeatedly arranged in an array in the pixel section 100A of the photodetector device shown in FIG. 29 , for example.
  • a high-refractive-index member 57 having a higher refractive index than the protective layer 51 is provided within the protective layer 51 across multiple unit pixels P, and this high-refractive-index member 57 contains a high-refractive-index member 53 and a low-refractive-index member 54.
  • the photodetector element 5I has a configuration substantially similar to that of the photodetector element 1 of the above-described embodiment and modification 4.
  • the high refractive index member 57 has a refractive index higher than that of the protective layer 51 and higher than that of the high refractive index member 53 contained therein.
  • the photodetector element 5I of this modified example can achieve the same effects as the above embodiment.
  • FIG. 27A to 27G schematically show examples of the planar shapes of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54.
  • the planar shapes of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54 may be rectangular as shown in FIG. 27A or triangular as shown in FIG. 27B.
  • the planar shapes of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54 may be circular as shown in FIG. 27C or elliptical as shown in FIG. 27D.
  • the planar shapes of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54 may be rectangular and circular frames as shown in FIGS. 27E and 28F, or may be cross-shaped as shown in FIG. 27G.
  • FIGS. 28A to 28D are schematic diagrams showing examples of the cross-sectional shapes of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54.
  • the cross-sectional shapes of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54 are not limited to columnar shapes, including cylindrical and polygonal columnar shapes, as shown in the above-described embodiments, but may be conical or polygonal pyramidal as shown in Fig. 28A, or may be substantially hemispherical as shown in Fig. 28B.
  • the cross-sectional shapes of the high-refractive-index members 53 and the low-refractive-index members 54 may have a rounded columnar top surface as shown in Fig. 28C, or may be trapezoidal as shown in Fig. 28D.
  • FIG. 29 shows an example of the overall configuration of a photodetector (photodetector 100) including the photodetector element (for example, the photodetector element 1) shown in FIG. 3 and the like.
  • the photodetector 100 is, for example, a CMOS image sensor that captures incident light (image light) from a subject via an optical lens system (not shown), converts the amount of incident light imaged on the imaging surface into an electrical signal on a pixel-by-pixel basis, and outputs it as a pixel signal.
  • the photodetector 100 has a pixel section 100A as an imaging area on a semiconductor substrate 30, and also has, in the peripheral area of this pixel section 100A, for example, a vertical drive circuit 111, a column signal processing circuit 112, a horizontal drive circuit 113, an output circuit 114, a control circuit 115, and input/output terminals 116.
  • the pixel section 100A has a plurality of unit pixels P arranged two-dimensionally, for example, in a matrix.
  • pixel drive lines Lread (specifically, row selection lines and reset control lines) are wired to each unit pixel P for each pixel row
  • vertical signal lines Lsig are wired to each pixel column.
  • the pixel drive lines Lread transmit drive signals for reading signals from the pixels.
  • One end of the pixel drive line Lread is connected to an output terminal of the vertical drive circuit 111 corresponding to each row.
  • the vertical drive circuit 111 is a pixel drive unit that is composed of a shift register, address decoder, etc., and drives each unit pixel P of the pixel unit 100A, for example, row by row.
  • the signals output from each unit pixel P of a pixel row selected and scanned by the vertical drive circuit 111 are supplied to the column signal processing circuit 112 through each vertical signal line Lsig.
  • the column signal processing circuit 112 is composed of an amplifier, horizontal selection switch, etc., provided for each vertical signal line Lsig.
  • the horizontal drive circuit 113 is composed of a shift register, address decoder, etc., and scans and drives each horizontal selection switch of the column signal processing circuit 112 in sequence. Through selective scanning by this horizontal drive circuit 113, the signals of each pixel transmitted through each vertical signal line Lsig are output in sequence to the horizontal signal line 121, and transmitted to the outside of the semiconductor substrate 30 via this horizontal signal line 121.
  • the output circuit 114 processes and outputs signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 112 via the horizontal signal line 121.
  • the output circuit 114 may perform only buffering, or it may also perform black level adjustment, column variation correction, and various types of digital signal processing.
  • the circuit portion consisting of the vertical drive circuit 111, column signal processing circuit 112, horizontal drive circuit 113, horizontal signal line 121, and output circuit 114 may be formed directly on the semiconductor substrate 30, or may be disposed on an external control IC. These circuit portions may also be formed on another substrate connected by a cable or the like.
  • the control circuit 115 receives clocks and data instructing the operating mode from outside the semiconductor substrate 30, and outputs data such as internal information of the photodetector device 100.
  • the control circuit 115 also has a timing generator that generates various timing signals, and controls the driving of peripheral circuits such as the vertical drive circuit 111, column signal processing circuit 112, and horizontal drive circuit 113 based on the various timing signals generated by the timing generator.
  • the input/output terminal 116 is used to exchange signals with the outside world.
  • the photodetector 100 as described above can be applied to various electronic devices, such as imaging systems such as digital still cameras and digital video cameras, mobile phones with imaging functions, or other devices with imaging functions.
  • Figure 30 is a block diagram showing an example of the configuration of electronic device 1000.
  • the electronic device 1000 comprises an optical system 1001, a photodetector 100, and a DSP (Digital Signal Processor) 1002.
  • the DSP 1002, memory 1003, display device 1004, recording device 1005, operation system 1006, and power supply system 1007 are connected via a bus 1008, and is capable of capturing still and moving images.
  • the optical system 1001 is composed of one or more lenses, and captures incident light (image light) from the subject and forms an image on the imaging surface of the photodetector 100.
  • the photodetector 100 described above is used as the photodetector 100.
  • the photodetector 100 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the optical system 1001 into an electrical signal on a pixel-by-pixel basis and supplies the signal as a pixel signal to the DSP 1002.
  • the DSP 1002 performs various signal processing on the signal from the photodetector 100 to acquire an image, and temporarily stores the image data in the memory 1003.
  • the image data stored in the memory 1003 is recorded in the recording device 1005 or supplied to the display device 1004 to display the image.
  • the operation system 1006 accepts various operations by the user and supplies operation signals to each block of the electronic device 1000, and the power supply system 1007 supplies the power necessary to drive each block of the electronic device 1000.
  • Fig. 31A schematically illustrates an example of the overall configuration of a light detection system 2000 including the light detection device 100.
  • Fig. 31B illustrates an example of the circuit configuration of the light detection system 2000.
  • the light detection system 2000 includes a light emitting device 2001 serving as a light source unit that emits infrared light L2, and a light detection device 2002 serving as a light receiving unit having a light detection element.
  • the light detection device 100 described above can be used as the light detection device 2002.
  • the light detection system 2000 may further include a system control unit 2003, a light source driving unit 2004, a sensor control unit 2005, a light source side optical system 2006, and a camera side optical system 2007.
  • the optical detection device 2002 can detect light L1 and light L2.
  • Light L1 is external ambient light reflected by the subject (object to be measured) 2100 ( Figure 31A).
  • Light L2 is light emitted by the light-emitting device 2001 and then reflected by the subject 2100.
  • Light L1 is, for example, visible light
  • light L2 is, for example, infrared light.
  • Light L1 can be detected by the photoelectric conversion unit in the optical detection device 2002, and light L2 can be detected by the photoelectric conversion region in the optical detection device 2002.
  • Image information of the subject 2100 can be obtained from light L1, and distance information between the subject 2100 and the optical detection system 2000 can be obtained from light L2.
  • the optical detection system 2000 can be installed in, for example, an electronic device such as a smartphone or a mobile object such as a car.
  • the light-emitting device 2001 can be composed of, for example, a semiconductor laser, a surface-emitting semiconductor laser, or a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • the method of detecting the light L2 emitted from the light-emitting device 2001 by the photodetector 2002 can be, for example, an iTOF method, but is not limited to this.
  • the photoelectric conversion unit can measure the distance to the subject 2100, for example, by using the time-of-flight (TOF) of light.
  • TOF time-of-flight
  • the method of detecting the light L2 emitted from the light-emitting device 2001 by the photodetector 2002 can also be, for example, a structured light method or a stereo vision method.
  • a structured light method a predetermined pattern of light is projected onto the subject 2100, and the distance between the photodetector system 2000 and the subject 2100 can be measured by analyzing the distortion of the pattern.
  • the stereo vision method for example, two or more cameras are used to acquire two or more images of the subject 2100 viewed from two or more different viewpoints, thereby measuring the distance between the photodetector system 2000 and the subject.
  • the light emitting device 2001 and the light detecting device 2002 can be synchronously controlled by the system control unit 2003.
  • Figure 32 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.
  • Figure 32 shows an operator (doctor) 11131 performing surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic surgery system 11000.
  • the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, a predetermined length of which is inserted from the tip into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may also be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel.
  • An opening into which an objective lens is fitted is provided at the tip of the tube 11101.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 11101, and is then irradiated via the objective lens towards the object to be observed inside the body cavity of the patient 11132.
  • the endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
  • the camera head 11102 contains an optical system and an image sensor, and the optical system focuses reflected light (observation light) from the object being observed onto the image sensor.
  • the image sensor converts the observation light photoelectrically, generating an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image. This image signal is sent to the camera control unit (CCU) 11201 as RAW data.
  • CCU camera control unit
  • the CCU 11201 is configured with a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and comprehensively controls the operations of the endoscope 11100 and the display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102 and performs various types of image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), to display an image based on the image signal.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 Under the control of the CCU 11201, the display device 11202 displays an image based on the image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode), and supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.
  • a light source such as an LED (light emitting diode)
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • the user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user can input instructions to change the imaging conditions (type of illumination light, magnification, focal length, etc.) used by the endoscope 11100.
  • the treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc.
  • the insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure working space for the surgeon.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to the surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to the surgery in various formats, such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 which supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, can be configured from a white light source, such as an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • a white light source such as an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • the white light source is configured from a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, making it possible to adjust the white balance of the captured image in the light source device 11203.
  • the light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals.
  • the operation of the image sensor of the camera head 11102 in synchronization with the timing of the change in light intensity to acquire images in a time-division manner and combining these images, it is possible to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blocked-up shadows and blown-out highlights.
  • the light source device 11203 may also be configured to provide light in a predetermined wavelength range compatible with special light observation.
  • Special light observation for example, utilizes the wavelength dependence of light absorption in body tissues to irradiate light with a narrower band than the light irradiated during normal observation (i.e., white light), thereby capturing high-contrast images of specific tissues, such as blood vessels on the surface of mucous membranes, known as narrow-band imaging.
  • special light observation may involve fluorescence observation, in which images are obtained using fluorescence generated by irradiating excitation light onto the body tissue.
  • Fluorescence observation can involve irradiating excitation light onto the body tissue and observing the fluorescence from the tissue (autofluorescence observation), or by locally injecting a reagent such as indocyanine green (ICG) into the body tissue and irradiating the tissue with excitation light corresponding to the fluorescent wavelength of the reagent to obtain a fluorescent image.
  • the light source device 11203 may be configured to provide narrow-band light and/or excitation light compatible with such special light observation.
  • Figure 33 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in Figure 32.
  • the camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other via a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • Lens unit 11401 is an optical system provided at the connection point with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401. Lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses, including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 may include one imaging element (a so-called single-chip type) or multiple imaging elements (a so-called multi-chip type).
  • each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by combining these signals.
  • the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to a 3D (dimensional) display.
  • the 3D display allows the surgeon 11131 to more accurately grasp the depth of the biological tissue at the surgical site.
  • multiple lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101, immediately after the objective lens.
  • the drive unit 11403 is composed of an actuator, and under the control of the camera head control unit 11405, moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be adjusted as appropriate.
  • the communication unit 11404 is composed of a communication device for sending and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 also receives control signals from the CCU 11201 for controlling the operation of the camera head 11102, and supplies these to the camera head control unit 11405.
  • These control signals include information relating to the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value during imaging, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.
  • the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be specified by the user as appropriate, or may be set automatically by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal.
  • the endoscope 11100 will be equipped with the so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on control signals received from the CCU 11201 via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is composed of a communication device for sending and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives image signals transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 transmits control signals to the camera head 11102 to control the operation of the camera head 11102.
  • Image signals and control signals can be transmitted via electrical communication, optical communication, etc.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing operations on the image signal, which is RAW data, transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display the captured image showing the surgical area, etc., based on the image signal that has been image processed by the image processing unit 11412.
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition technologies.
  • the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist generated when using the energy treatment tool 11112, etc., by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image.
  • the control unit 11413 may use the recognition results to superimpose various surgical support information on the image of the surgical area. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.
  • the transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable for electrical signal communication, an optical fiber for optical communication, or a composite cable of these.
  • communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.
  • 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, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot, construction machinery, or agricultural machinery (tractor).
  • Figure 34 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes multiple electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an inside vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • the functional configuration of the integrated control unit 12050 also includes a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053.
  • the drivetrain control unit 12010 controls the operation of devices related to the vehicle's drivetrain in accordance with various programs.
  • the drivetrain control unit 12010 functions as a control device for a driveforce generating device such as an internal combustion engine or drive motor that generates vehicle driveforce, a driveforce transmission mechanism that transmits driveforce to the wheels, a steering mechanism that adjusts the vehicle's steering angle, and a braking device that generates vehicle braking force.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, backup lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps.
  • radio waves transmitted from a portable device that serves as a key or signals from various switches can be input to the body system control unit 12020.
  • the body system control unit 12020 accepts these radio waves or signal inputs and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 is connected to an imaging unit 12031.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture images outside the vehicle and receives the captured images.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, characters on the road surface, etc. based on the received images.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of light received.
  • the imaging unit 12031 can output the electrical signal as an image, or as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light, or may be invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects information inside the vehicle. Connected to the in-vehicle information detection unit 12040 is, for example, a driver state detection unit 12041 that detects the driver's state.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 may calculate the driver's level of fatigue or concentration based on the detection information input from the driver state detection unit 12041, or may determine whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 can calculate control target values for the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on information inside and outside the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, and output control commands to the drive system control unit 12010.
  • the microcomputer 12051 can perform cooperative control aimed at 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, maintaining vehicle speed, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on information about the vehicle's surroundings acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, thereby enabling cooperative control aimed at autonomous driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on driver operation.
  • the microcomputer 12051 can output control commands to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 can control the headlamps according to the position of a preceding vehicle or an oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and perform cooperative control aimed at preventing glare, such as switching from high beams to low beams.
  • the audio/video output unit 12052 transmits at least one audio and/or video output signal to an output device capable of visually or audibly notifying vehicle occupants or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • Figure 35 shows an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, on the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and the top of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided on the front nose and the imaging unit 12105 provided on the top of the windshield inside the vehicle cabin mainly capture images of the front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors mainly capture images of the sides of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door mainly captures images of the rear of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12105 provided on the top of the windshield inside the vehicle cabin is mainly used to detect leading vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
  • Imaging range 12111 indicates the imaging range of imaging unit 12101 provided on the front nose
  • imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • imaging range 12114 indicates the imaging range of imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door.
  • At least one of the image capturing units 12101 to 12104 may have a function for acquiring distance information.
  • at least one of the image capturing units 12101 to 12104 may be a stereo camera consisting of multiple image capturing elements, or an image capturing element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 can calculate the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and the change in this distance over time (relative speed with respect to the vehicle 12100), thereby extracting as a preceding vehicle, in particular, the closest three-dimensional object on the path of the vehicle 12100 that is traveling in approximately the same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (e.g., 0 km/h or higher). Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance that should be maintained in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic braking control (including follow-up stop control) and automatic acceleration control (including follow-up start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on driver operation.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 can classify and extract three-dimensional object data regarding three-dimensional objects into categories such as motorcycles, standard vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects, and use this data for automatic obstacle avoidance. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk, which indicates the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or exceeds a set value and a collision is possible, it can provide driving assistance to avoid a collision by outputting an alarm to the driver via the audio speaker 12061 or the display unit 12062, or by performing forced deceleration or evasive steering via the drivetrain control unit 12010.
  • At least one of the image capturing units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize pedestrians by determining whether or not a pedestrian is present in the images captured by the image capturing units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is performed, for example, by extracting feature points in the images captured by the image capturing units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points that indicate the outline of an object to determine whether or not the object is a pedestrian.
  • the audio/video output unit 12052 controls the display unit 12062 to superimpose a rectangular outline on the recognized pedestrian for emphasis.
  • the audio/video output unit 12052 may also control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating the pedestrian in a desired position.
  • the foregoing describes an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
  • the technology disclosed herein can be applied to the imaging unit 12031 of the above-described configuration.
  • the photodetector element e.g., photodetector element 1
  • the technology disclosed herein to the imaging unit 12031, it is possible to obtain high-resolution captured images with little noise, enabling highly accurate control to be performed using the captured images in the mobile object control system.
  • the photodetector element 1 is configured by stacking a photoelectric conversion unit 10 made of an organic material that detects green light (G) and a photoelectric conversion region 32B and a photoelectric conversion region 32R that detect blue light (B) and red light (R), respectively.
  • a photoelectric conversion unit made of an organic material may be configured to detect red light (R) or blue light (B), or a photoelectric conversion region made of an inorganic material may be configured to detect green light (G).
  • the number and ratio of photoelectric conversion sections made of organic materials and photoelectric conversion regions made of inorganic materials are not limited. Furthermore, the photoelectric conversion sections made of organic materials and photoelectric conversion regions made of inorganic materials are not limited to being stacked vertically, and may be arranged in parallel along the substrate surface.
  • the photodetector element 1 and the photodetector device 100 disclosed herein do not need to include all of the components described in the above embodiments, and may instead include other components.
  • the photodetector device 100 may be provided with a shutter for controlling the incidence of light on the photodetector element 1, or may be equipped with an optical cut filter depending on the purpose of the photodetector device 100.
  • the arrangement of the pixels (Pr, Pg, Pb) that detect red light (R), green light (G), and blue light (B) may be an interline arrangement, a G-stripe RB checkerboard arrangement, a G-stripe RB complete checkerboard arrangement, a checkerboard complementary color arrangement, a stripe arrangement, a diagonal stripe arrangement, a primary color color difference arrangement, a field color difference sequential arrangement, a frame color difference sequential arrangement, a MOS type arrangement, an improved MOS type arrangement, a frame interleaved arrangement, or a field interleaved arrangement, in addition to the Bayer arrangement.
  • the photodetector element 1 may also be applied to solar cells.
  • the photoelectric conversion layer is preferably designed to broadly absorb wavelengths from 400 nm to 800 nm, for example.
  • the present technology can also be configured as follows: According to the present technology configured as follows, incident light is guided to a desired region of the photoelectric conversion layer, thereby making it possible to improve sensitivity. [1] a photoelectric conversion layer; a first structure having a refractive index higher than that of its surroundings and disposed above a first region on the light incident side of the photoelectric conversion layer, where carriers generated by photoelectric conversion are accumulated; a second structure having a refractive index higher than the surrounding area and disposed above the second region in which carriers are not accumulated on the light incident side of the photoelectric conversion layer. [2] The photodetector element according to [1], wherein the first structure and the second structure are provided at different positions in a thickness direction of the photoelectric conversion layer.
  • a first electrode disposed on the opposite side of the photoelectric conversion layer from the light incident side; a second electrode disposed opposite the first electrode with the photoelectric conversion layer interposed therebetween, the first electrode includes a charge storage electrode above which the carriers can be stored and a charge readout electrode above which the carriers are read out; one or more first structures are disposed above the charge storage electrode;
  • the photodetector element according to any one of [1] to [8], wherein one or more of the second structures are disposed above the charge readout electrode.
  • the light detection element according to [9] wherein the plurality of first structures have refractive indices different from each other.
  • a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array, The photodetector element according to any one of [9] to [11], wherein the charge storage electrode, the charge readout electrode, the first structure, and the second structure are provided for each pixel.
  • a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array, the charge storage electrode and the first structure are provided for each pixel, The photodetector element according to any one of [9] to [11], wherein the charge readout electrode and the second structure are each arranged one for every four of the pixels arranged in two rows and two columns.
  • the third structure Further comprising a third structure having a refractive index lower than that of the first structure and higher than that of the second structure, The photodetector element according to any one of [1] to [13], wherein the third structure includes the first structure and the second structure therein.
  • [15] The light detection element according to any one of [1] to [14], wherein at least one of the first structure and the second structure has an anti-reflection film on at least one of the light incident side and the side opposite to the light incident side.
  • a plurality of pixels including a first pixel and a second pixel that photoelectrically convert light of different wavelength bands are arranged in a two-dimensional array;
  • a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array,
  • a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array, The photodetector element according to any one of [1] to [20], wherein when a width of the first structure is W1, a width of the second structure is W2, and a width of one side of the pixel is W3, the respective widths of the first structure, the second structure, and the pixel have a relationship represented by the following mathematical formula (1): (Equation 1) W1, W2 ⁇ 2W3 (1) [22] Furthermore, when the width of the first region is W4 and the width of the second region is W5, the respective widths of the first structure, the second structure, the first region, and the second region have a relationship represented by the following formula (2) and formula (3).
  • the photodetector element is a photoelectric conversion layer; a first structure having a refractive index higher than that of its surroundings and disposed above a first region on the light incident side of the photoelectric conversion layer, where carriers generated by photoelectric conversion are accumulated; a second structure having a refractive index higher than the surrounding area and disposed above the second region in which carriers are not accumulated on the light incident side of the photoelectric conversion layer.

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Abstract

本開示の一実施形態の光検出素子は、光電変換層と、周囲よりも高い屈折率を有すると共に、光電変換層の光入射側において、光電変換により生成されたキャリアが蓄積される第１領域の上方に配置された第１構造物と、周囲よりも高い屈折率を有すると共に、光電変換層の光入射側において、キャリアが蓄積されない第２領域の上方に配置された第２構造物とを備える。

Description

光検出素子および光検出装置
　本開示は、光検出素子およびこれを備えた光検出装置に関する。
　例えば、特許文献１では、第１電極、光電変換層および第２電極がこの順に積層されて成る光電変換部において、さらに、第１電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向配置された電荷蓄積用電極を設けた撮像素子が開示されている。
特開２０１７－１５７８１６号公報
　ところで、撮像装置としても用いられる光検出装置では感度の向上が求められている。
　感度を向上させることが可能な光検出素子および光検出装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の光検出素子は、光電変換層と、周囲よりも高い屈折率を有すると共に、光電変換層の光入射側において、光電変換により生成されたキャリアが蓄積される第１領域の上方に配置された第１構造物と、周囲よりも高い屈折率を有すると共に、光電変換層の光入射側において、キャリアが蓄積されない第２領域の上方に配置された第２構造物とを備えたものである。
　本開示の一実施形態の光検出装置は、１または複数の光電変換部を有する撮像素子がそれぞれ設けられた複数の画素を備え、１または複数の光電変換部として、上記本開示の一実施形態の光検出素子を有するものである。
　本開示の一実施形態の光検出素子および一実施形態の光検出装置では、光電変換層の光入射側に、屈折率の異なる第１構造物および第２構造物を配置するようにした。第１構造物は、周囲よりも高い屈折率を有し、光電変換により生成されたキャリアを蓄積可能な第１領域の上方に配置される。第２構造物は、周囲よりも低い屈折率を有し、光電変換により生成されたキャリアが蓄積されない第２領域の上方に配置される。これにより、入射光を光電変換層の所望の領域へ導く。
図１は、本開示の実施の形態に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２は、図１に示した光検出素子の画素構成の一例を表す平面模式図である。 図３は、本開示の実施の形態に係る光検出素子の詳細な構成の一例を表す断面模式図である。 図４は、図３に示した光検出素子の等価回路図である。 図３に示した光検出素子の下部電極および制御部を構成するトランジスタの配置を表わす模式図である。 図６は、図３に示した光検出素子の製造方法を説明するための断面図である。 図７は、図６に続く工程を表す断面図である。 図８は、図７に続く工程を表す断面図である。 図９は、図８に続く工程を表す断面図である。 図１０は、図９に続く工程を表す断面図である。 図１１は、図１０に続く工程を表す断面図である。 図１２は、図１１に続く工程を表す断面図である。 図１３は、図３に示した光検出素子の一動作例を表すタイミング図である。 図１４Ａは、本開示の変形例１に係る光検出素子の構成の一例を表す断面模式図である。 図１４Ｂは、図１４Ａに示した光検出素子の平面構成を表す模式図である。 図１５Ａは、本開示の変形例２に係る光検出素子の構成の一例を表す断面模式図である。 図１５Ｂは、図１５Ａに示した光検出素子の平面構成を表す模式図である。 図１６は、本開示の変形例３に係る光検出素子の構成の一例を表す断面模式図である。 図１７は、本開示の変形例４に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図１８は、本開示の変形例５に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図１９は、本開示の変形例６に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２０は、本開示の変形例７に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２１は、本開示の変形例８に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２２は、本開示の変形例９に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２３Ａは、本開示の変形例１０に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２３Ｂは、図２３Ａに示した光検出素子の画素構成の一例を表す平面模式図である。 図２４Ａは、本開示の変形例１１に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２４Ｂは、図２４Ａに示した光検出素子の画素構成の一例を表す平面模式図である。 図２５は、本開示の変形例１２に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２６は、本開示の変形例１３に係る光検出素子の要部の構成の一例を表す断面模式図である。 図２７Ａは、本開示の変形例１４に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の一例を表す平面模式図である。 図２７Ｂは、本開示の変形例１４に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す平面模式図である。 図２７Ｃは、本開示の変形例１４に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す平面模式図である。 図２７Ｄは、本開示の変形例１４に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す平面模式図である。 図２７Ｅは、本開示の変形例１４に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す平面模式図である。 図２７Ｆは、本開示の変形例１４に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す平面模式図である。 図２７Ｇは、本開示の変形例１４に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す平面模式図である。 図２８Ａは、本開示の変形例１５に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の一例を表す断面模式図である。 図２８Ｂは、本開示の変形例１５に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す断面模式図である。 図２８Ｃは、本開示の変形例１５に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す断面模式図である。 図２８Ｄは、本開示の変形例１５に係る高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例を表す断面模式図である。 図２９は、図３等に示した光検出素子を備えた光検出装置の全体構成を表すブロック図である。 図３０は、図２９に示した光検出装置を用いた電子機器の構成の一例を表すブロック図である。 図３１Ａは、図２９に示した光検出装置を用いた光検出システムの全体構成の一例を表す模式図である。 図３１Ｂは、図３１Ａに示した光検出システムの回路構成の一例を表す図である。 図３２は、内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図３３は、カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 図３４は、車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図３５は、車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．実施の形態（光電変換層の光入射側に屈折率の異なる構造物が配置された光検出素子の例）
　２．変形例
　　　２－１．変形例１（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－２．変形例２（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－３．変形例３（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－４．変形例４（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－５．変形例５（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－６．変形例６（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－７．変形例７（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－８．変形例８（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－９．変形例９（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－１０．変形例１０（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－１１．変形例１１（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－１２．変形例１２（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－１３．変形例１３（光検出素子の構成の他の例）
　　　２－１４．変形例１４（高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例）
　　　２－１５．変形例１５（高屈折率部材および低屈折率部材の形状の他の例）
　３．適用例
　４．応用例
＜１．実施の形態＞
　図１は、本開示の一実施の形態に係る光検出素子（光検出素子１）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２は、図１に示した光検出素子１を有する光検出装置１００の画素構成の一例を模式的に表したものであり、図１は、図２に示したＩ－Ｉ線に対応する断面を表している。図３は、図２に示したＩＩ－ＩＩ線に対応する光検出素子１の詳細な断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子１は、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の光検出装置（例えば、光検出装置１００、図２９参照）の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。画素部１００Ａでは、図２に示したように、例えば２行×２列で配置された４つの単位画素Ｐからなる画素ユニット１ａが繰り返し単位となり、行方向と列方向とからなるアレイ状に繰り返し配置されている。
　本実施の形態の光検出素子１は、光電変換層１４を有する光電変換部１０を備えたものである。本実施の形態では、光電変換部１０の光入射側Ｓ１において、周囲よりも高い屈折率を有する高屈折率部材５３が、光電変換により生成されたキャリアを蓄積可能な有効領域Ｘ１の上方に、周囲よりも低い屈折率を有する低屈折率部材５４が、キャリアが蓄積されない無効領域Ｘ２の上方に、それぞれ配置されている。
　ここで、光電変換層１４は、本開示の一実施態様としての「光電変換層」の一具体例に相当するものである。有効領域Ｘ１は、本開示の一実施態様としての「第１領域」の一具体例に相当するものであり、無効領域Ｘ２は、本開示の一実施態様としての「第２領域」の一具体例に相当するものである。高屈折率部材５３は、本開示の一実施態様としての「第１構造物」の一具体例に相当するものであり、低屈折率部材５４は、本開示の一実施態様としての「第２構造物」の一具体例に相当するものである。
［光検出素子の構成］
　光検出素子１は、例えば、１つの光電変換部１０と、２つの光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒとが縦方向に積層された、いわゆる縦方向分光型の光検出素子である。光電変換部１０は、半導体基板３０の裏面（第１面３０Ａ）側に設けられている。光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒは、半導体基板３０内に埋め込み形成されており、半導体基板３０の厚み方向に積層されている。
　光電変換部１０と、光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒとは、互いに異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行うものである。例えば、光電変換部１０では、緑（Ｇ）の色信号を取得する。光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒでは、吸収係数の違いにより、それぞれ、青（Ｂ）および赤（Ｒ）の色信号を取得する。これにより、光検出素子１では、カラーフィルタを用いることなく一つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。
　なお、本実施の形態では、光電変換によって生じる電子と正孔との対（励起子）のうち、電子を信号電荷として読み出す場合（ｎ型半導体領域を光電変換層とする場合）について説明する。また、図中において、「ｐ」、「ｎ」に付した「＋（プラス）」は、ｐ型またはｎ型の不純物濃度が高いことを表している。
　半導体基板３０は、例えば、ｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板により構成され、所定の領域にｐウェル３１を有している。半導体基板３０の表面（第２面３０Ｂ）には、例えば、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）ＦＤ１（半導体基板３０内の領域３６Ｂ），ＦＤ２（半導体基板３０内の領域３７Ｃ），ＦＤ３（半導体基板３０内の領域３８Ｃ）と、転送トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３と、アンプトランジスタ（変調素子）ＡＭＰと、リセットトランジスタＲＳＴと、選択トランジスタＳＥＬとが設けられている。半導体基板３０の第２面３０Ｂには、さらに、ゲート絶縁層３３を介して多層配線層４０が設けられている。多層配線層４０は、例えば、配線層４１，４２，４３が絶縁層４４内に積層された構成を有している。半導体基板３０の周辺部、即ち、画素部１００Ａの周囲には、後述する垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、出力回路１１４、制御回路１１５および入出力端子１１６等が設けられている。
　半導体基板３０の裏面（第１面３０Ａ）と光電変換部１０との間には、例えば、固定を電荷する層（固定電荷層２１）と、絶縁性を有する誘電体層２２と、層間絶縁層２３とが、半導体基板３０の第１面３０Ａ側からこの順に積層されている。半導体基板３０の第１面３０Ａと第２面３０Ｂとの間には、貫通電極３４が設けられている。
　光電変換部１０の上方には、保護層５１を間にオンチップレンズ５２等の光学部材が配設されている。保護層５１内には、例えば、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４や、画素部１００Ａの周囲において上部電極１５と周辺回路部とを電気的に接続する配線１６等が設けられている。
　なお、図面では、半導体基板３０の第１面３０Ａ側を光入射側Ｓ１、第２面３０Ｂ側を配線層側Ｓ２と表している。
　光検出素子１では、光入射側Ｓ１から光電変換部１０に入射した光は、光電変換層１４で吸収される。これによって生じた励起子は、光電変換層１４を構成する電子供与体と電子受容体との界面に移動し、励起子分離、即ち、電子と正孔とに解離される。ここで発生したキャリア（電子および正孔）は、キャリアの濃度差による拡散や、陽極（例えば、上部電極１５）と陰極（例えば、下部電極１１）との仕事関数の差による内部電界によって、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流として検出される。また、電子および正孔の輸送方向は、下部電極１１と上部電極１５との間に電位を印加することによっても制御することができる。
　以下、各部の構成や材料等について詳細に説明する。
　光電変換部１０は、選択的な波長域（例えば、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下）の一部または全部の波長域に対応する、例えば緑色光を吸収して、励起子を発生させる有機光電変換素子である。光電変換部１０は、下部電極１１と、絶縁層１２と、酸化物半導体層１３と、光電変換層１４と、上部電極１５とが、半導体基板３０側から順に積層されている。光電変換層１４は、例えばｐ型半導体およびｎ型半導体を含んで構成され、層内にバルクヘテロ接合構造を有する。バルクヘテロ接合構造は、ｐ型半導体およびｎ型半導体が混ざり合うことで形成されたｐ／ｎ接合面である。
　下部電極１１は、例えば、層間絶縁層２３上に並列配置された電荷読み出し電極１１Ａおよび電荷蓄積電極１１Ｂを有する。
　電荷読み出し電極１１Ａは、光電変換層１４内で発生したキャリアのうち、信号電荷（例えば、電子）をフローティングディフュージョンＦＤ１に転送するためのものである。電荷読み出し電極１１Ａは、例えば図２に示したように、２行×２列で配置された４つの単位画素Ｐからなる画素ユニット１ａ毎に１つずつ設けられている。電荷読み出し電極１１Ａは、例えば、上部第２コンタクト２７Ａ、パッド部２６Ａ、上部第１コンタクト２５、パッド部２４、貫通電極３４、接続部４１Ａおよび下部第２コンタクト４６を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。
　電荷蓄積電極１１Ｂは、光電変換層１４内で発生したキャリアのうち、信号電荷（例えば、電子）を蓄積するためのものであり、単位画素Ｐ毎にそれぞれ設けられている。電荷蓄積電極１１Ｂは、単位画素Ｐ毎に、半導体基板３０内に形成された光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒの受光面と正対して、これらの受光面を覆う領域に設けられている。電荷蓄積電極１１Ｂは、電荷読み出し電極１１Ａよりも大きいことが好ましい。これにより、多くのキャリアを蓄積することができる。電荷蓄積電極１１Ｂには、図５に示したように、例えば上部第３コンタクト２７Ｂおよびパッド部２６Ｂ等の配線を介して電圧印加部１７が接続されている。
　下部電極１１は、さらに、シールド電極１１Ｃを有する。シールド電極１１Ｃは、隣り合う画素ユニット１ａ間における容量結合を防ぐためのものである。シールド電極１１Ｃは、例えば、隣り合う画素ユニット１ａの間に設けられ、固定電位が印加されている。シールド電極１１Ｃは、さらに、例えば図２に示したように、画素ユニット１ａを構成する２行×２列で配置された４つの単位画素Ｐの、行方向（Ｙ軸方向）および列方向（Ｘ軸方向）に隣り合う画素間に延在している。
　下部電極１１は、例えば、光透過性を有する導電膜により構成されている。下部電極１１は、例えば４．０ｅＶ以上５．５ｅＶ以下の仕事関数を有することが好ましい。このような下部電極１１の構成材料としては、例えば、ドーパントとして錫（Ｓｎ）を添加したＩｎ２Ｏ３であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が挙げられる。ＩＴＯ膜は、結晶性が高くても、低く（アモルファスに近く）てもよい。下部電極１１の構成材料としては、上記以外にも、ドーパントを添加した酸化錫（ＳｎＯ２）系材料例えば、ドーパントとしてアンチモン（Ｓｂ）を添加したＡＴＯ、ドーパントとしてフッ素（Ｆ）を添加したＦＴＯが挙げられる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）あるいはドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。ＺｎＯ系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）を添加したガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、ホウ素（Ｂ）を添加したホウ素亜鉛酸化物およびインジウム（Ｉｎ）を添加したインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が挙げられる。更に、ドーパントとしてインジウムとガリウムを添加した亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ，Ｉｎ－ＧａＺｎＯ４）を用いてもよい。下部電極１１の構成材料としては、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ４、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ２、ＭｇＩＮ２Ｏ４、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ３またはＴｉＯ２等を用いてもよいし、スピネル形酸化物やＹｂＦｅ２Ｏ４構造を有する酸化物を用いてもよい。
　下部電極１１に光透過性が不要である場合（例えば、上部電極１５側から光が入射し、電荷蓄積電極１１Ｂの下方に光電変換領域３２Ｒ，３２Ｂが設けられていない場合）には、小さい仕事関数（例えば、φ＝３．５ｅＶ～４．５ｅＶ）を有する単金属または合金を用いることができる。具体的には、アルカリ金属（例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）等）およびそのフッ化物または酸化物、アルカリ土類金属（例えば、マグネシウム（Ｍｇ）およびカルシウム（Ｃａ）等）およびそのフッ化物または酸化物が挙げられる。この他、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、Ｎａ－Ｋ合金、Ａｌ－Ｌｉ合金、Ｍｇ－Ａｇ合金、Ｉｎおよびイッテリビウム（Ｙｂ）等の希土類金属、または、それらの合金が挙げられる。
　下部電極１１を構成する材料としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびモリブデン（Ｍｏ）等の金属、または、それらの金属元素を含む合金、あるいは、それらの金属からなる導電性粒子、それらの金属を含む合金の導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン、炭素系材料、酸化物半導体、カーボン・ナノ・チューブ、グラフェン等の導電性物質が挙げられる。この他、下部電極１１を構成する材料としては、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］といった有機材料（導電性高分子）が挙げられる。また、上記材料をバインダー（高分子）に混合してペーストまたはインクとしたものを硬化させ、電極として用いてもよい。
　下部電極１１は、上記材料からなる単層膜あるいは積層膜として形成することができる。下部電極１１の積層方向の膜厚（以下、単に厚みとする）は、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
　絶縁層１２は、電荷蓄積電極１１Ｂと酸化物半導体層１３とを電気的に分離するためのものである。絶縁層１２は、下部電極１１を覆うように、例えば層間絶縁層２３上に設けられている。絶縁層１２には、下部電極１１のうち、電荷読み出し電極１１Ａ上に開口１２Ｈが設けられており、この開口１２Ｈを介して、電荷読み出し電極１１Ａと酸化物半導体層１３とが電気的に接続されている。絶縁層１２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜あるいは２種以上よりなる積層膜により構成されている。絶縁層１２の厚みは、例えば、２０ｎｍ～５００ｎｍである。
　酸化物半導体層１３は、本開示の一実施態様としての「酸化物半導体層」の一具体例に相当するものである。酸化物半導体層１３は、光電変換層１４で発生したキャリアを蓄積するためのものである。なお、光電変換層１４で発生したキャリアは、酸化物半導体層１３と共に光電変換層１４に蓄積されることもある。酸化物半導体層１３は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）および錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも１種類の元素を含む酸化物半導体を用いて形成することができる。本実施の形態では、光電変換層１４で発生したキャリアのうち電子を信号電荷として用いる。このため、酸化物半導体層１３は、ｎ型の酸化物半導体材料を用いて形成することができる。具体的には、酸化物半導体層１３の構成材料としては、ＩＧＺＯ（Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系酸化物半導体）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ＺＴＯ（Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ系酸化物半導体）、ＩＺＯ（Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ系酸化物半導体）、ＩＴＯ、インジウムガリウムアルミニウム酸化物（ＩｎＧａＡｌＯ）およびインジウムガリウムシリコン酸化物（ＩｎＧａＳｉＯ）等が挙げられる。酸化物半導体層１３の厚みは、例えば１０ｎｍ～３００ｎｍである。
　光電変換層１４は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。光電変換層１４は、例えば、それぞれｐ型半導体またはｎ型半導体として機能する有機材料（ｐ型半導体材料またはｎ型半導体材料）を２種以上含んで構成されている。光電変換層１４は、層内に、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料との接合面（ｐ／ｎ接合面）を有する。ｐ型半導体は、相対的に電子供与体として機能するものであり、ｎ型半導体は、相対的に電子受容体として機能するものである。光電変換層１４は、光を吸収した際に生じる励起子が電子と正孔とに分離する場を提供するものであり、具体的には、電子供与体と電子受容体との界面（ｐ／ｎ接合面）において、励起子が電子と正孔とに分離する。
　光電変換層１４は、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料の他に、所定の波長域の光を光電変換する一方、他の波長域の光を透過させる有機材料、いわゆる色素材料を含んで構成されていてもよい。光電変換層１４をｐ型半導体材料、ｎ型半導体材料および色素材料の３種類の有機材料を用いて形成する場合には、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料は、可視領域（例えば、４５０ｎｍ～８００ｎｍ）において光透過性を有する材料であることが好ましい。光電変換層１４の厚みは、例えば、５０ｎｍ～５００ｎｍである。
　光電変換層１４を構成する有機材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体およびフルオランテン誘導体が挙げられる。光電変換層１４は、上記有機材料を２種以上組み合わせて構成されている。上記有機材料は、その組み合わせによってｐ型半導体またはｎ型半導体として機能する。
　なお、光電変換層１４を構成する有機材料は特に限定されない。光電変換層１４を構成する有機材料としては、例えば、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレンおよびジアセチレン等の重合体あるいはその誘導体を用いることができる。光電変換層１４を構成する有機材料としては、金属錯体色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、ピレン等の縮合多環芳香族、芳香環または複素環化合物が縮合した鎖状化合物、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基を結合鎖として有するキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の２つの含窒素複素環あるいはスクアリリウム基およびクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を用いることができる。なお、金属錯体色素としては、ジチオール金属錯体系色素、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素あるいはルテニウム錯体色素が挙げられる。これらのうち、ルテニウム錯体色素が特に好ましいが、上記に限定するものではない。これに限らず、光電変換層１４は、有機材料の他に、量子ドット等を用いて構成されていてもよい。
　上部電極１５は、下部電極１１と同様に、例えば、光透過性を有する導電膜により構成されている。上部電極１５の構成材料としては、例えば、ドーパントとしてＳｎを添加したＩｎ２Ｏ３であるＩＴＯが挙げられる。そのＩＴＯ膜の結晶性は、結晶性が高くても、低く（アモルファスに近く）てもよい。上部電極１５の構成材料としては、上記以外にも、ドーパントを添加したＳｎＯ２系材料、例えば、ドーパントとしてＳｂを添加したＡＴＯ、ドーパントとしてフッ素を添加したＦＴＯが挙げられる。また、ＺｎＯあるいはドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。ＺｎＯ系材料としては、例えば、ドーパントとしてＡｌを添加したＡＺＯ、Ｇａを添加したＧＺＯ、Ｂを添加したホウ素亜鉛酸化物およびＩｎを添加したＩＺＯが挙げられる。さらにドーパントとしてインジウムとガリウムを添加しＩＧＺＯ（Ｉｎ－ＧａＺｎＯ4）を用いてもよい。下部電極１１の構成材料としては、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ４、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ２、ＭｇＩＮ２Ｏ４、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ３またはＴｉＯ２等を用いてもよいし、スピネル形酸化物やＹｂＦｅ２Ｏ４構造を有する酸化物を用いてもよい。
　また、上部電極１５に光透過性が不要である場合には、大きい仕事関数（例えば、φ＝４．５ｅＶ～５．５ｅＶ）を有する単金属または合金を用いることができる。具体的には、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｆｅ，イリジウム（Ｉｒ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、テルル（Ｔｅ）およびそれらの合金が挙げられる。
　更に、上部電極１５を構成する材料としては、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｆｅ，ＣｏおよびＭｏ等の金属、または、それらの金属元素を含む合金、あるいは、それらの金属からなる導電性粒子、それらの金属を含む合金の導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン、炭素系材料、酸化物半導体、カーボン・ナノ・チューブ、グラフェン等の導電性物質が挙げられる。この他、上部電極１５を構成する材料としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳといった有機材料（導電性高分子）が挙げられる。また、上記材料をバインダー（高分子）に混合してペーストまたはインクとしたものを硬化させ、電極として用いてもよい。
　上部電極１５は、上記材料からなる単層膜あるいは積層膜として形成することができる。上部電極１５の厚みは、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
　なお、光電変換部１０は、下部電極１１と光電変換層１４との間および光電変換層１４と上部電極１５との間に他の層が設けられていてもよい。例えば、下部電極１１と光電変換層１４との間には、正孔ブロック層を設けるようにしてもよい。正孔ブロック層は、下部電極１１側から光電変換層１４への正孔の移動を防ぐと共に、光電変換層１４で発生したキャリアのうち、電子を下部電極１１側へ効率よく輸送するためのものである。光電変換層１４と上部電極１５との間には、電子ブロック層や仕事関数調整層を設けるようにしてもよい。電子ブロック層は、上部電極１５側から光電変換層１４への電子の移動を防ぐと共に、光電変換層１４で発生したキャリアのうち、正孔を上部電極１５側へ効率よく輸送するためのものである。仕事関数調整層は、上部電極１５の仕事関数よりも大きな電子親和力または仕事関数を有するものであり、光電変換層１４と上部電極１５との電気的な接合性を向上させるものである。
　また、光電変換層１４は、例えば、ｐ型ブロッキング層、ｐ型半導体およびｎ型半導体を含む層（ｉ層）およびｎ型ブロッキング層が積層されたｐｉｎバルクヘテロ構造としてもよい。更に、図１および図３では、絶縁層１２、酸化物半導体層１３、光電変換層１４および上部電極１５が、光検出素子１毎に分離形成されている例を示したが、酸化物半導体層１３、光電変換層１４および上部電極１５は、例えば、単位画素Ｐ毎に分離形成されていてもよい。
　固定電荷層２１は、半導体基板３０との界面準位を低減させると共に、半導体基板３０との界面からの暗電流の発生を抑制するためのものである。固定電荷層２１は、正の固定電荷を有する膜でもよいし、負の固定電荷を有する膜でもよい。固定電荷層２１の構成材料としては、半導体基板３０よりもバンドギャップの広い半導体材料または導電材料を用いて形成することが好ましい。これにより、半導体基板３０の界面における暗電流の発生を抑えることができる。固定電荷層２１の構成材料としては、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ランタン（ＬａＯｘ）、酸化プラセオジム（ＰｒＯｘ）、酸化セリウム（ＣｅＯｘ）、酸化ネオジム（ＮｄＯｘ）、酸化プロメチウム（ＰｍＯｘ）、酸化サマリウム（ＳｍＯｘ）、酸化ユウロピウム（ＥｕＯｘ）、酸化ガドリニウム（ＧｄＯｘ）、酸化テルビウム（ＴｂＯｘ）、酸化ジスプロシウム（ＤｙＯｘ）、酸化ホルミウム（ＨｏＯｘ）、酸化ツリウム（ＴｍＯｘ）、酸化イッテルビウム（ＹｂＯｘ）、酸化ルテチウム（ＬｕＯｘ）、酸化イットリウム（ＹＯｘ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮｘ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯｘＮｙ）および酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）等が挙げられる。
　誘電体層２２は、半導体基板３０と層間絶縁層２３との間の屈折率差によって生じる光の反射を防止するためのものである。誘電体層２２は、半導体基板３０の屈折率と層間絶縁層２３の屈折率との間の屈折率を有する材料を用いて形成することが好ましい。誘電体層２２の構成材料としては、例えば、酸化シリコン、ＴＥＯＳ、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等が挙げられる。
　層間絶縁層２３は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等のうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。層間絶縁層２３の層内には、パッド部２４，２６Ａ，２６Ｂ、上部第１コンタクト２５、上部第２コンタクト２７Ａおよび上部第３コンタクト２７Ｂ等が設けられている。
　光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒは、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative）型のフォトダイオードによって構成されており、それぞれ、半導体基板３０の所定の領域にｐｎ接合を有する。光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒは、シリコン基板において光の入射深さに応じて吸収される光の波長が異なることを利用して縦方向に光を分光することを可能としたものである。
　光電変換領域３２Ｂは、例えば、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、青色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。光電変換領域３２Ｒは、例えば、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、赤色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。なお、青（Ｂ）は、例えば４００ｎｍ以上４９５ｎｍ未満の波長域、赤（Ｒ）は、例えば６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の波長域にそれぞれ対応する色である。光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒはそれぞれ、各波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能となっていればよい。
　光電変換領域３２Ｂおよび光電変換領域３２Ｒは、具体的には、図３に示したように、それぞれ、例えば、正孔蓄積層となるｐ＋領域と、電子蓄積層となるｎ領域とを有する（ｐ－ｎ－ｐの積層構造を有する）。光電変換領域３２Ｂのｎ領域は、縦型トランジスタＴｒ２に接続されている。光電変換領域３２Ｂのｐ＋領域は、縦型トランジスタＴｒ２に沿って屈曲し、光電変換領域３２Ｒのｐ＋領域につながっている。
　ゲート絶縁層３３は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等のうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。
　貫通電極３４は、半導体基板３０の第１面３０Ａと第２面３０Ｂとの間に設けられ、光電変換部１０とアンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐおよびフローティングディフュージョンＦＤ１とのコネクタとしての機能を有すると共に、光電変換部１０において生じたキャリアの伝送経路となるものである。フローティングディフュージョンＦＤ１（リセットトランジスタＲＳＴの一方のソース／ドレイン領域３６Ｂ）の隣にはリセットトランジスタＲＳＴのリセットゲートＧｒｓｔが配置されている。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積されたキャリアを、リセットトランジスタＲＳＴによりリセットすることが可能となる。
　貫通電極３４の上端は、例えば、層間絶縁層２３内に設けられたパッド部２４、上部第１コンタクト２５、パッド部２６Ａおよび上部第２コンタクト２７Ａを介して電荷読み出し電極１１Ａに接続されている。貫通電極３４の下端は、配線層４１内の接続部４１Ａに接続されており、接続部４１Ａと、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐとは、下部第１コンタクト４５を介して接続されている。接続部４１Ａと、フローティングディフュージョンＦＤ１（領域３６Ｂ）とは、例えば、下部第２コンタクト４６を介して接続されている。
　パッド部２４，２６Ａ，２６Ｂ、上部第１コンタクト２５、上部第２コンタクト２７Ａ、上部第３コンタクト２７Ｂ、下部第１コンタクト４５、下部第２コンタクト４６および配線１６は、例えば、ＰＤＡＳ（Phosphorus Doped Amorphous Silicon）等の不純物がドープされたシリコン材料、または、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびタンタル（Ｔａ）等の金属材料を用いて形成することができる。
　保護層５１は、上部電極１５の上面を保護すると共に、光電変換部１０の光入射側Ｓ１の面を平坦化するためのものである。保護層５１は、光透過性を有する材料により構成され、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）および酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等のうちのいずれかにより構成されている。この保護層５１の厚みは、例えば、１００ｎｍ～３００００ｎｍである。
　保護層５１の層内には、上記のように、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４が設けられている。
　下部電極１１は、上記のように、光電変換層１４内で発生したキャリアのうち、信号電荷（例えば、電子）を蓄積するための電荷蓄積電極１１Ｂと、電荷蓄積電極１１Ｂの上方に蓄積された信号電荷（例えば、電子）をフローティングディフュージョンＦＤ１に転送する電荷読み出し電極１１Ａとを有する。光検出素子１では、この電荷読み出し電極１１Ａの上方の光電変換層１４内で発生したキャリアは蓄積できず、感度低下の要因の１つとなる。本実施の形態では、この電荷読み出し電極１１Ａの上方の、光電変換により生成されたキャリアを蓄積できない領域を無効領域Ｘ２とし、光電変換により生成されたキャリアを蓄積可能な、電荷蓄積電極１１Ｂの上方を含み、無料領域Ｘ２を除く画素部１００Ａの領域を有効領域Ｘ１とする。
　高屈折率部材５３は、オンチップレンズ５２に入射した光を光電変換層１４の有効領域Ｘ１へ導くためのものである。高屈折率部材５３は、例えば図２に示したように、電荷蓄積電極１１Ｂと略同じ形状を有し、電荷蓄積電極１１Ｂの上方に配置されている。高屈折率部材５３は、その周囲に設けられる保護層５１よりも高い屈折率を有する材料を用いて構成されている。
　低屈折率部材５４は、オンチップレンズ５２に入射した光を光電変換層１４の無効領域Ｘ２を避けて有効領域Ｘ１へ導くためのものである。低屈折率部材５４は、電荷読み出し電極１１Ａの上方に配置されている。低屈折率部材５４は、その周囲に設けられる保護層５１よりも低い屈折率を有する材料を用いて構成されている。
　高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の構成材料としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ニオブ、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣ）、窒化炭化シリコン（ＳｉＮＣ）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等が挙げられる。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４は、保護層５１との屈折率差を考慮して、上記材料から選択される。また、低屈折率部材５４は、例えば中空構造としてもよい。
　オンチップレンズ５２は、光透過性を有する材料により構成され、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等により構成されている。オンチップレンズ５２の表面には反射防止膜が設けられていてもよい。
　図４は、図３に示した光検出素子１の等価回路図である。図５は、図３に示した光検出素子１の下部電極１１および制御部を構成するトランジスタの配置を模式的に表したものである。
　リセットトランジスタＲＳＴ（リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔ）は、光電変換部１０からフローティングディフュージョンＦＤ１に転送されたキャリアをリセットするためのものであり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。具体的には、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔは、リセットゲートＧｒｓｔと、チャネル形成領域３６Ａと、ソース／ドレイン領域３６Ｂ，３６Ｃとから構成されている。リセットゲートＧｒｓｔは、リセット線ＲＳＴ１に接続され、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔの一方のソース／ドレイン領域３６Ｂは、フローティングディフュージョンＦＤ１を兼ねている。リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域３６Ｃは、電源線ＶＤＤに接続されている。
　アンプトランジスタＡＭＰ（アンプトランジスタＴＲ１ａｍｐ）は、光電変換部１０で生じた電荷量を電圧に変調する変調素子であり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。具体的には、アンプトランジスタＡＭＰは、ゲートＧａｍｐと、チャネル形成領域３５Ａと、ソース／ドレイン領域３５Ｂ，３５Ｃとから構成されている。ゲートＧａｍｐは、下部第１コンタクト４５、接続部４１Ａ、下部第２コンタクト４６および貫通電極３４等を介して、電荷読み出し電極１１ＡおよびリセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔの一方のソース／ドレイン領域３６Ｂ（フローティングディフュージョンＦＤ１）に接続されている。また、一方のソース／ドレイン領域３５Ｂは、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域３６Ｃと、領域を共有しており、電源線ＶＤＤに接続されている。
　選択トランジスタＳＥＬ（選択トランジスタＴＲ１ｓｅｌ）は、ゲートＧｓｅｌと、チャネル形成領域３４Ａと、ソース／ドレイン領域３４Ｂ，３４Ｃとから構成されている。ゲートＧｓｅｌは、選択線ＳＥＬ１に接続されている。一方のソース／ドレイン領域３４Ｂは、アンプトランジスタＡＭＰを構成する他方のソース／ドレイン領域３５Ｃと、領域を共有しており、他方のソース／ドレイン領域３４Ｃは、信号線（データ出力線）ＶＳＬ１に接続されている。
　転送トランジスタＴＲ２（転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓ）は、光電変換領域３２Ｂにおいて発生し、蓄積された青色に対応する信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送するためのものである。光電変換領域３２Ｂは半導体基板３０の第２面３０Ｂから深い位置に形成されているので、光電変換領域３２Ｂの転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓは縦型のトランジスタにより構成されていることが好ましい。転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓは、転送ゲート線ＴＧ２に接続されている。転送トランジスタＴＲ２ｔｒｓのゲートＧｔｒｓ２の近傍の領域３７Ｃには、フローティングディフュージョンＦＤ２が設けられている。光電変換領域３２Ｂに蓄積されたキャリアは、ゲートＧｔｒｓ２に沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。
　転送トランジスタＴＲ３（転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓ）は、光電変換領域３２Ｒにおいて発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤ３に転送するためのものであり、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されている。転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓは、転送ゲート線ＴＧ３に接続されている。転送トランジスタＴＲ３ｔｒｓのゲートＧｔｒｓ３の近傍の領域３８Ｃには、フローティングディフュージョンＦＤ３が設けられている。光電変換領域３２Ｒに蓄積されたキャリアは、ゲートＧｔｒｓ３に沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンＦＤ３に読み出される。
　半導体基板３０の第２面３０Ｂ側には、さらに、光電変換領域３２Ｂの制御部を構成するリセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔと、アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐと、選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌが設けられている。更に、光電変換領域３２Ｒの制御部を構成するリセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔと、アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐおよび選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌが設けられている。
　リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔのゲートはリセット線ＲＳＴ２に接続され、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔの一方のソース／ドレイン領域は電源線ＶＤＤに接続されている。リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔの他方のソース／ドレイン領域は、フローティングディフュージョンＦＤ２を兼ねている。
　アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔの他方のソース／ドレイン領域（フローティングディフュージョンＦＤ２）に接続されている。アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐを構成する一方のソース／ドレイン領域は、リセットトランジスタＴＲ２ｒｓｔを構成する一方のソース／ドレイン領域と領域を共有しており、電源線ＶＤＤに接続されている。
　選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、選択線ＳＥＬ２に接続されている。選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌを構成する一方のソース／ドレイン領域は、アンプトランジスタＴＲ２ａｍｐを構成する他方のソース／ドレイン領域と領域を共有している。選択トランジスタＴＲ２ｓｅｌを構成する他方のソース／ドレイン領域は、信号線（データ出力線）ＶＳＬ２に接続されている。
　リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔのゲートはリセット線ＲＳＴ３に接続され、リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する一方のソース／ドレイン領域は電源線ＶＤＤに接続されている。リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域は、フローティングディフュージョンＦＤ３を兼ねている。
　アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する他方のソース／ドレイン領域（フローティングディフュージョンＦＤ３）に接続されている。アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐを構成する一方のソース／ドレイン領域は、リセットトランジスタＴＲ３ｒｓｔを構成する一方のソース／ドレイン領域と、領域を共有しており、電源線ＶＤＤに接続されている。
　選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌは、ゲート、チャネル形成領域およびソース／ドレイン領域から構成されている。ゲートは、選択線ＳＥＬ３に接続されている。選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌを構成する一方のソース／ドレイン領域は、アンプトランジスタＴＲ３ａｍｐを構成する他方のソース／ドレイン領域と、領域を共有している。選択トランジスタＴＲ３ｓｅｌを構成する他方のソース／ドレイン領域は、信号線（データ出力線）ＶＳＬ３に接続されている。
　リセット線ＲＳＴ１，ＲＳＴ２，ＲＳＴ３、選択線ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３、転送ゲート線ＴＧ２，ＴＧ３は、それぞれ、駆動回路を構成する垂直駆動回路に接続されている。信号線（データ出力線）ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３は、駆動回路を構成するカラム信号処理回路１１２に接続されている。
［光検出素子の製造方法］
　本実施の形態の光検出素子１は、例えば、次のようにして製造することができる。
　図６～図１２は、光検出素子１の製造方法を工程順に表したものである。まず、図６に示したように、半導体基板３０内に例えばｐウェル３１を形成し、このｐウェル３１内に例えばｎ型の光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒを形成する。半導体基板３０の第１面３０Ａ近傍にはｐ＋領域を形成する。
　半導体基板３０の第２面３０Ｂには、同じく図６に示したように、例えばフローティングディフュージョンＦＤ１～ＦＤ３となるｎ＋領域を形成したのち、ゲート絶縁層３３と、転送トランジスタＴｒ２、転送トランジスタＴｒ３、選択トランジスタＳＥＬ、アンプトランジスタＡＭＰおよびリセットトランジスタＲＳＴの各ゲートを含むゲート配線層４７とを形成する。これにより、転送トランジスタＴｒ２、転送トランジスタＴｒ３、選択トランジスタＳＥＬ、アンプトランジスタＡＭＰおよびリセットトランジスタＲＳＴを形成する。更に、半導体基板３０の第２面３０Ｂ上に、下部第１コンタクト４５、下部第２コンタクト４６および接続部４１Ａを含む配線層４１～４３および絶縁層４４からなる多層配線層４０を形成する。
　半導体基板３０の基体としては、例えば、半導体基板３０と、埋込み酸化膜（図示せず）と、保持基板（図示せず）とを積層したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いる。埋込み酸化膜および保持基板は、図６には図示しないが、半導体基板３０の第１面３０Ａに接合されている。イオン注入後、アニール処理を行う。
　次いで、半導体基板３０の第２面３０Ｂ側に設けられた多層配線層４０上に支持基板（図示せず）または他の半導体基体等を接合して、上下反転する。続いて、半導体基板３０をＳＯＩ基板の埋込み酸化膜および保持基板から分離し、半導体基板３０の第１面３０Ａを露出させる。以上の工程は、イオン注入およびＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等、通常のＣＭＯＳプロセスで使用されている技術にて行うことが可能である。
　次いで、図７に示したように、例えばドライエッチングにより半導体基板３０を第１面３０Ａ側から加工し、例えば環状の開口３４Ｈを形成する。開口３４Ｈの深さは、図７に示したように、半導体基板３０の第１面３０Ａから第２面３０Ｂまで貫通すると共に、例えば、接続部４１Ａまで達するものである。
　続いて、半導体基板３０の第１面３０Ａおよび開口３４Ｈの側面に、例えば負の固定電荷層２１および誘電体層２２を順に形成する。固定電荷層２１は、例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いてＨｆＯｘ膜を成膜することで形成することができる。誘電体層２２は、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＯｘ膜を製膜することで形成することができる。次に、誘電体層２２上の所定の位置に、例えば、チタンと窒化チタンとの積層膜（Ｔｉ／ＴｉＮ膜）からなるバリアメタルとＷ膜とが積層されたパッド部２４を形成する。その後、誘電体層２２およびパッド部２４上に、層間絶縁層２３を形成し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて層間絶縁層２３の表面を平坦化する。
　続いて、図８に示したように、パッド部２４上に開口２３Ｈを形成した後、この開口２３Ｈに、例えばＡｌ等の導電材料を埋め込み、上部第１コンタクト２５を形成する。次に、図８に示したように、パッド部２４と同様にして、パッド部２６Ａ，２６Ｂを形成した後、層間絶縁層２３ならびに上部第２コンタクト２７Ａおよび上部第３コンタクト２７Ｂを順に形成する。
　続いて、図９に示したように、層間絶縁層２３上に、例えば、スパッタリング法を用いて導電膜１１Ｘを成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行う。具体的には、導電膜１１Ｘの所定の位置にフォトレジストＰＲを形成した後、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて導電膜１１Ｘを加工する。その後、フォトレジストＰＲを除去することで、図１０に示したように、電荷読み出し電極１１Ａおよび電荷蓄積電極１１Ｂが形成される。
　次に、図１１に示したように、絶縁層１２、酸化物半導体層１３、光電変換層１４および上部電極１５を順に成膜する。絶縁層１２は、例えば、ＡＬＤ法を用いて酸化シリコン膜を製膜した後、ＣＭＰ法を用いて絶縁層１２の表面を平坦化する。その後、電荷読み出し電極１１Ａ上に、例えば、ウェットエッチングを用いて開口１２Ｈを形成する。酸化物半導体層１３は、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。光電変換層１４は、例えば、真空蒸着法を用いて形成する。上部電極１５は、下部電極１１と同様に、例えば、スパッタリング法を用いて形成する。
　続いて、図１２に示したように、電荷蓄積電極１１Ｂの上方に高屈折率部材５３を、電荷読み出し電極１１Ａの上方に低屈折率部材５４をそれぞれ形成する。高屈折率部材５３は、スパッタリング法を用いて高屈折率膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行うことで形成することができる。低屈折率部材５４も同様に、スパッタリング法を用いて低屈折率膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行うことで形成することができる。最後に、上部電極１５、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４を覆うように、保護層５１を成膜した後、保護層５１上にオンチップレンズ５２を配設する。以上により、図３に示した光検出素子１が完成する。
　なお、光電変換層１４や下部電極１１および上部電極１５等の導電膜は、乾式成膜法または湿式成膜法を用いて形成することができる。乾式成膜法としては、抵抗加熱あるいは高周波加熱を用いた真空蒸着法の他に、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、各種スパッタリング法（マグネトロンスパッタリング法、ＲＦ－ＤＣ結合形バイアススパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法）、イオンプレーティング法、レーザブレーション法、分子線エピタキシー法およびレーザ転写法が挙げられる。この他、乾式成膜法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法および光ＣＶＤ法等の化学的気相成長法が挙げられる。湿式成膜法としては、スピンコート法、インクジェット法、スプレーコート法、スタンプ法、マイクロコンタクトプリント法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法およびディップ法等が挙げられる。
　パターニングについては、フォトリソグラフィ技術の他に、シャドーマスクおよびレーザ転写等の化学的エッチング、紫外線やレーザ等による物理的エッチング等を用いることができる。平坦化技術としては、ＣＭＰ法の他に、レーザ平坦化法やリフロー法等を用いることができる。
［光検出素子の信号取得動作］
　光検出素子１では、光電変換部１０に、オンチップレンズ５２を介して光が入射すると、その光は、光電変換部１０、光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒの順に通過し、その通過過程において緑、青、赤の色光毎に光電変換される。以下、各色の信号取得動作について説明する。
（光電変換部１０による緑色信号の取得）
　光検出素子１へ入射した光のうち、まず、緑色光（Ｇ）が、光電変換部１０において選択的に検出（吸収）され、光電変換される。
　光電変換部１０は、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰのゲートＧａｍｐとフローティングディフュージョンＦＤ１とに接続されている。よって、光電変換部１０で発生した励起子のうちの電子が下部電極１１側から取り出され、貫通電極３４を介して半導体基板３０の第２面３０Ｂ側へ転送され、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積される。これと同時に、アンプトランジスタＡＭＰにより、光電変換部１０で生じた電荷量が電圧に変調される。
　また、フローティングディフュージョンＦＤ１の隣には、リセットトランジスタＲＳＴのリセットゲートＧｒｓｔが配置されている。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された電荷は、リセットトランジスタＲＳＴによりリセットされる。
　光電変換部１０は、貫通電極３４を介して、アンプトランジスタＡＭＰだけでなくフローティングディフュージョンＦＤ１にも接続されているので、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された電荷をリセットトランジスタＲＳＴにより容易にリセットすることが可能となる。
　これに対して、貫通電極３４とフローティングディフュージョンＦＤ１とが接続されていない場合には、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された電荷をリセットすることが困難となり、大きな電圧をかけて上部電極１５側へ引き抜くことになる。そのため、光電変換層１４がダメージを受ける虞がある。また、短時間でのリセットを可能とする構造は暗時ノイズの増大を招き、トレードオフとなるため、この構造は困難である。
　図１３は、光検出素子１の一動作例を表したものである。（Ａ）は、電荷蓄積電極１１Ｂにおける電位を示し、（Ｂ）は、フローティングディフュージョンＦＤ１（電荷読み出し電極１１Ａ）における電位を示し、（Ｃ）は、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔのゲート（Ｇｓｅｌ）における電位を示したものである。光検出素子１では、電荷読み出し電極１１Ａおよび電荷蓄積電極１１Ｂは、それぞれ個別に電圧が印加されるようになっている。
　光検出素子１では、蓄積期間において、駆動回路から電荷読み出し電極１１Ａに電位Ｖ１が印加され、電荷蓄積電極１１Ｂに電位Ｖ２が印加される。ここで、電位Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ２＞Ｖ１とする。これにより、光電変換によって生じた電荷（信号電荷；電子）は、電荷蓄積電極１１Ｂに引きつけられ、電荷蓄積電極１１Ｂと対向する酸化物半導体層１３の領域に蓄積される（蓄積期間）。因みに、電荷蓄積電極１１Ｂと対向する酸化物半導体層１３の領域の電位は、光電変換の時間経過に伴い、より負側の値となる。なお、正孔は、上部電極１５から駆動回路へと送出される。
　光検出素子１では、蓄積期間の後期にリセット動作がなされる。具体的には、タイミングｔ１において、走査部は、リセット信号ＲＳＴの電圧を低レベルから高レベルに変化させる。これにより、単位画素Ｐでは、リセットトランジスタＴＲ１ｒｓｔがオン状態になり、その結果、フローティングディフュージョンＦＤ１の電圧が電源電圧に設定され、フローティングディフュージョンＦＤ１の電圧がリセットされる（リセット期間）。
　リセット動作の完了後、電荷の読み出しが行われる。具体的には、タイミングｔ２において、駆動回路から電荷読み出し電極１１Ａには電位Ｖ３が印加され、電荷蓄積電極１１Ｂには電位Ｖ４が印加される。ここで、電位Ｖ３，Ｖ４は、Ｖ３＞Ｖ４とする。これにより、電荷蓄積電極１１Ｂに対応する領域に蓄積されていた電荷は、電荷読み出し電極１１ＡからフローティングディフュージョンＦＤ１へと読み出される。即ち、酸化物半導体層１３に蓄積された電荷が制御部に読み出される（転送期間）。
　読み出し動作完了後、再び、駆動回路から電荷読み出し電極１１Ａに電位Ｖ１が印加され、電荷蓄積電極１１Ｂに電位Ｖ２が印加される。これにより、光電変換によって生じた電荷は、電荷蓄積電極１１Ｂに引きつけられ、電荷蓄積電極１１Ｂと対向する光電変換層１４の領域に蓄積される（蓄積期間）。
（光電変換領域３２Ｂ，３２Ｒによる青色信号，赤色信号の取得）
　続いて、光電変換部１０を透過した光のうち、青色光（Ｂ）は光電変換領域３２Ｂ、赤色光（Ｒ）は光電変換領域３２Ｒにおいて、それぞれ順に吸収され、光電変換される。光電変換領域３２Ｂでは、入射した青色光（Ｂ）に対応した電子が光電変換領域３２Ｂのｎ領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタＴｒ２によりフローティングディフュージョンＦＤ２へと転送される。同様に、光電変換領域３２Ｒでは、入射した赤色光（Ｒ）に対応した電子が光電変換領域３２Ｒのｎ領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタＴｒ３によりフローティングディフュージョンＦＤ３へと転送される。
［作用・効果］
　本実施の形態の光検出素子１では、光電変換部１０の光入射側Ｓ１において、有効領域Ｘ１の上方に周囲よりも高い屈折率を有する高屈折率部材５３を、無効領域Ｘ２の上方に周囲よりも低い屈折率を有する低屈折率部材５４を、それぞれ配置するようにした。これにより、オンチップレンズ５２に入射した光を有効領域Ｘ１へ効率よく導く。以下、これについて説明する。
　デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等では、画質の向上が求められている。そこで、前述したように、第１電極、光電変換層および第２電極がこの順に積層されて成る光電変換部において、さらに、第１電極と離間して配置され、且つ、絶縁層を介して光電変換層と対向配置された電荷蓄積用電極を設けることにより、ｋＴＣノイズが大きくなり、ランダムノイズが悪化し、撮像画質の低下をもたらすといった現象の発生を抑制した撮像素子が開示されている。
　ところで、上記のように、第１電極側に、第１電極とは離間して配置された電荷蓄積用電極を有する撮像素子では、電荷の読み出しに用いられる第１電極の上の光電変換層の領域が、撮像素子の感度として機能しなくなる。この領域における光の吸収は、損失となって感度の低下を引き起こす。
　これに対して本実施の形態では、上記のように、光電変換部１０の光入射側Ｓ１において、有効領域Ｘ１の上方に高屈折率部材５３を、無効領域Ｘ２の上方に低屈折率部材５４を、それぞれ配置するようにした。光は、屈折率がより高い方へと導波していく。そのため、オンチップレンズ５２に入射した光は、無効領域Ｘ２を避けて有効領域Ｘ１へ効率よく導かれるようになる。
　以上により、本実施の形態の光検出素子１では、無効領域Ｘ２での光損失が減少するため、感度を向上させることが可能となる。
　次に、本開示の変形例１～１５について説明する。なお、上記実施の形態の光検出素子１に対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
　図１４Ａは、本開示の変形例１に係る光検出素子２の断面構成を模式的に表したものである。図１４Ｂは、図１４Ａに示した光検出素子２の平面構成の一例を模式的に表したものであり、図１４Ａは、図１４Ｂに示したＩＩＩ－ＩＩＩ線に対応する断面を表している。光検出素子２は、例えば、光電変換領域３２と、光電変換部１０とが積層された積層型の光検出素子である。この光検出素子２を備えた光検出装置（例えば、光検出装置１００）の画素部１００Ａでは、例えば図１４Ｂに示したように、例えば２行×２列で配置された４つの画素からなる画素ユニット１ａが繰り返し単位となり、行方向と列方向とからなるアレイ状に繰り返し配置されている。
　本変形の光検出素子２では、光電変換部１０の上方（光入射側Ｓ１）には、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）を選択的に透過させるカラーフィルタ５５が、それぞれ、単位画素Ｐ毎に設けられている。具体的には、２行×２列で配置された４つの画素からなる画素ユニット１ａにおいて、緑色光（Ｇ）を選択的に透過させるカラーフィルタ（緑色フィルタ５５Ｇ）が対角線上に２つ配置され、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）を選択的に透過させるカラーフィルタ（赤色フィルタ５５Ｒおよび青色フィルタ５５Ｂ）が、直交する対角線上に１つずつ配置されている。各カラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂが設けられた単位画素（Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ）では、例えば、光電変換部１０において、それぞれ、対応する色光が検出されるようになっている。即ち、画素部１００Ａでは、それぞれ、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）を検出する画素（Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ）が、ベイヤ状に配置されている。
　光電変換部１０は、例えば、４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の可視光領域の波長の一部または全部に対応する光を吸収して励起子（電子正孔対）を発生させるものであり、下部電極１１、絶縁層１２、酸化物半導体層１３、光電変換層１４および上部電極１５がこの順に積層されている。下部電極１１は、上記実施の形態と同様に、例えば、互いに独立した電荷読み出し電極１１Ａおよび電荷蓄積電極１１Ｂを有し、電荷読み出し電極１１Ａは、例えば４つの画素によって共有されている。なお、酸化物半導体層１３は省略しても構わない。
　光電変換領域３２は、例えば、７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の赤外光領域を検出する。
　光電変換部１０の光入射側Ｓ１には、上記実施の形態と同様に、高屈折率部材５３が電荷蓄積電極１１Ｂの上方に、低屈折率部材５４が電荷読み出し電極１１Ａの上方に、それぞれ配置されている。
　光検出素子２では、カラーフィルタ５５を透過した光のうち、可視光領域の光（赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ））は、それぞれ、各カラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂが設けられた単位画素（Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ）の光電変換部１０で吸収され、それ以外の光、例えば、赤外光領域（例えば、７５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下）の光（赤外光（ＩＲ））は、光電変換部１０を透過する。この光電変換部１０を透過した赤外光（ＩＲ）は、各単位画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂの光電変換領域３２において検出され、赤外光（ＩＲ）に対応する信号電荷が生成される。即ち、光検出素子２を備えた光検出装置１００では、可視光画像および赤外光画像の両方を同時に生成可能となっている。
　また、光検出素子２を備えた光検出装置１００では、可視光画像および赤外光画像をＸＺ面内方向において同じ位置で取得することができる。よって、ＸＺ面内方向における高集積化を実現することが可能となる。
（２－２．変形例２）
　図１５Ａは、本開示の変形例２に係る光検出素子３の断面構成を模式的に表したものである。図１５Ｂは、図１５Ａに示した光検出素子３の平面構成の一例を模式的に表したものであり、図１５Ａは、図１５Ｂに示したＩＶ－ＩＶ線に対応する断面を表している。上記変形例１では、カラーフィルタ５５が光電変換部１０の上方（光入射側Ｓ１）に設けられた例を示したが、カラーフィルタ５５は、例えば、図１５Ａに示したように、光電変換領域３２と光電変換部１０との間に設けるようにしてもよい。この点を除き、光検出素子３は、上記変形例１の光検出素子２と実質的に同様の構成を有する。
　光検出素子３では、例えば、カラーフィルタ５５は、画素ユニット１ａ内において、少なくとも赤色光（Ｒ）を選択的に透過させるカラーフィルタ（赤色フィルタ５５Ｒ）および少なくとも青色光（Ｂ）を選択的に透過させるカラーフィルタ（青色フィルタ５５Ｂ）が互いに対角線上に配置された構成を有している。光電変換部１０の光電変換層１４は、例えば緑色光（Ｇ）に対応する波長を有する光を選択的に吸収するように構成されている。光電変換領域３２Ｒでは、赤色光（Ｒ）に対応する波長を有する光が、光電変換領域３２Ｂでは青色光（Ｂ）に対応する波長を有する光が、それぞれ選択的に吸収される。これにより、光電変換部１０およびカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｂの下方にそれぞれ配置された光電変換領域３２（光電変換領域３２Ｒ，３２Ｂ）において赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）または青色光（Ｂ）に対応する信号を取得することが可能となる。本変形例の光検出素子３では、一般的なベイヤ配列を有する光検出素子よりもＲＧＢそれぞれの光電変換部の面積を拡大することができるため、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
（２－３．変形例３）
　図１６は、本開示の変形例３に係る光検出素子４の断面構成を模式的に表したものである。光検出素子４は、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。本変形例の光検出素子４は、２つの光電変換部１０，６０と、１つの光電変換領域３２とが縦方向に積層されたものである。
　光電変換部１０，６０と、光電変換領域３２とは、互いに異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行うものである。例えば、光電変換部１０では緑（Ｇ）の色信号を取得する。例えば、光電変換部６０では青（Ｂ）の色信号を取得する。例えば、光電変換領域３２では赤（Ｒ）の色信号を取得する。これにより、光検出素子４では、カラーフィルタを用いることなく一つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。
　光電変換部６０は、光電変換部１０と同様の構成を有している。具体的には、光電変換部６０は、光電変換部１０と同様に、下部電極６１、光電変換層６４および上部電極６５がこの順に積層されている。下部電極６１は、複数の電極（例えば、電荷読み出し電極６１Ａおよび電荷蓄積電極６１Ｂ）からなり、下部電極６１と光電変換層６４との間には、絶縁層６２および酸化物半導体層６３がこの順に積層されている。下部電極６１のうち、電荷読み出し電極６１Ａは、絶縁層６２に設けられた開口６２Ｈを介して酸化物半導体層６３と電気的に接続されている。なお、酸化物半導体層６３は省略しても構わない。
　電荷読み出し電極６１Ａには、層間絶縁層６７および光電変換部１０を貫通し、光電変換部１０の電荷読み出し電極１１Ａと電気的に接続された貫通電極６６が接続されている。更に、電荷読み出し電極６１Ａは、貫通電極３４，６６を介して、半導体基板３０に設けられたフローティングディフュージョンＦＤと電気的に接続されており、光電変換層６４において生成された電荷を一時的に蓄積することができる。更に、電荷読み出し電極６１Ａは、貫通電極３４，６６を介して、半導体基板３０に設けられたアンプトランジスタＡＭＰ等と電気的に接続されている。
　光検出素子４では、光電変換部１０，６０のうち、より光入射側Ｓ１に配置された光電変換部６０の上方に、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４がそれぞれ配置されている。光検出素子４では、光電変換部１０の電荷読み出し電極１１Ａおよび電荷蓄積電極１１Ｂと、光電変換部６０の電荷読み出し電極６１Ａおよび電荷蓄積電極６１Ｂとは、それぞれ、平面視において略同じ位置に設けられている。そのため、光電変換部６０の、電荷蓄積電極６１Ｂの上方に高屈折率部材５３を、電荷読み出し電極６１Ａの上方に低屈折率部材５４をそれぞれ配置することにより、入射光は、光電変換部１０，６０のそれぞれの有効領域Ｘ１へ導かれるようになる。
（２－４．変形例４）
　図１７は、本開示の変形例４に係る光検出素子（光検出素子５Ａ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ａは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ａは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　上記実施の形態では、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４を光電変換部１０の上部電極１５上に設けた例を示したが、これに限定されるものではない。本変形例の光検出素子５Ａは、上記変形例１と同様に、単位画素Ｐ毎にカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂが保護層５１とオンチップレンズ５２との間にベイヤ状に配置されている。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４は、カラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂを透過した光の波長や、画素部１００Ａにおける単位画素Ｐの位置に応じて保護層５１内における厚み方向（Ｚ軸方向）の位置を変えたものである。また、上記実施の形態では、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４が同じ厚みを有する例を示したが、これに限定されるものではない。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４は、カラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂを透過した光の波長や、画素部１００Ａにおける単位画素Ｐの位置に応じて厚みや大きさが異なっていてもよい。この点を除き、光検出素子５Ａは、上記実施の形態の光検出素子１と実質的に同様の構成を有する。
　このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ａは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－５．変形例５）
　図１８は、本開示の変形例５に係る光検出素子（光検出素子５Ａ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。
　光検出素子５Ａは、画素部１００Ａにおける位置（像高位置）に応じて、オンチップレンズ５２、高屈折率部材５３、低屈折率部材５４およびカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂを光Ｌの入射方向にシフトさせることで瞳補正を施すようにしてもよい。これにより、上記実施の形態の効果に加えて、画素部１００Ａの光学中心から離れた画素の光損失や混色を抑制することが可能となる。
（２－６．変形例６）
　図１９は、本開示の変形例６に係る光検出素子（光検出素子５Ｂ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ｂは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｂは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　上記実施の形態では、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４を保護層５１内に設けた例を示したが、これに限定されるものではない。本変形例の光検出素子５Ｂは、上記変形例４と同様に、単位画素Ｐ毎にカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂが保護層５１とオンチップレンズ５２との間にベイヤ状に配置されている。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４は、このカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂ内にそれぞれ配置されている。この点を除き、光検出素子５Ｂは、上記実施の形態の光検出素子１および変形例４と実質的に同様の構成を有する。
　このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ｂは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－７．変形例７）
　図２０は、本開示の変形例７に係る光検出素子（光検出素子５Ｃ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ｃは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｃは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　上記実施の形態では、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４を保護層５１内に設けた例を示したが、これに限定されるものではない。本変形例の光検出素子５Ｃは、上記変形例４と同様に、単位画素Ｐ毎にカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂが保護層５１とオンチップレンズ５２との間にベイヤ状に配置されている。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４は、このカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂ上にそれぞれ配置されている。この点を除き、光検出素子５Ｃは、上記実施の形態の光検出素子１および変形例４と実質的に同様の構成を有する。
　このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ｃは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－８．変形例８）
　図２１は、本開示の変形例８に係る光検出素子（光検出素子５Ｄ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ｄは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｄは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　上記実施の形態では、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４を保護層５１内に設けた例を示したが、これに限定されるものではない。本変形例の光検出素子５Ｄは、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４が、光電変換部１０の上部電極１５に埋め込まれたものである。この点を除き、光検出素子５Ｄは、上記実施の形態の光検出素子１および変形例４と実質的に同様の構成を有する。
　本変形例の光検出素子５Ｄは、さらに、上記変形例４と同様に、単位画素Ｐ毎にカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂが保護層５１とオンチップレンズ５２との間にベイヤ状に配置されている。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４はの厚みは限定されるものではなく、上記変形例４～７に示したように、その形成位置も特に限定されない。つまり、高屈折率部材５３の高さをｈ１、低屈折率部材５４の高さをｈ２、上部電極１５の厚みをｈ３、保護層５１の厚みをｈ４およびカラーフィルタ５５の厚みをｈ５としたとき、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の高さと、上部電極１５、保護層５１およびカラーフィルタ５５の厚みとは、下記数式（４）の関係を満たしていればよい。例えば、上部電極１５に埋め込まれた高屈折率部材５３の一部（例えば、青色画素Ｐｂに配置された高屈折率部材５３）は、図２１に示したように、カラーフィルタ５５Ｂの内部にまで突出してしてもよい。
 
（数４）ｈ１，ｈ２≦ｈ３＋ｈ４＋ｈ５　・・・（４）
 
　このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ｄは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－９．変形例９）
　図２２は、本開示の変形例９に係る光検出素子（光検出素子５Ｅ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ｅは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｅは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　上記実施の形態では、高屈折率部材５３を単位画素Ｐ毎に１つずつ設けた例を示したが、これに限定されるものではない。本変形例の光検出素子５Ｅは、上記変形例４と同様に、単位画素Ｐ毎にカラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂが保護層５１とオンチップレンズ５２との間にベイヤ状に配置されており、高屈折率部材５３は、カラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂの下面側および上面側に一方または両方に配置されている。この点を除き、光検出素子５Ｅは、上記実施の形態の光検出素子１および変形例４と実質的に同様の構成を有する。
　このように、高屈折率部材５３は、各単位画素ＰのＹ軸方向に複数設けるようにしてもよい。なお、図示していないが、低屈折率部材５４も同様に、各単位画素ＰのＹ軸方向に複数設けるようにしてもよい。このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ｅは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－１０．変形例１０）
　図２３Ａは、本開示の変形例１０に係る光検出素子（光検出素子５Ｆ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２３Ｂは、図２３Ａに示した光検出素子１を有する光検出装置１００の画素構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ｆは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｆは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　上記実施の形態では、高屈折率部材５３を電荷蓄積電極１１Ｂの上方に、低屈折率部材５４を電荷読み出し電極１１Ａの上方に、互いに離間して設けた例を示したが、これに限定されるものではない。本変形例の光検出素子５Ｆは、電荷読み出し電極１１Ａと同形状の低屈折率部材５４を電荷読み出し電極１１Ａ上方に配置し、その周囲に、複数の単位画素Ｐに連続する高屈折率部材５３を設けたものである。本変形例では、高屈折率部材５３と低屈折率部材５４とは、互いに接している。この点を除き、光検出素子５Ｆは、上記実施の形態の光検出素子１と実質的に同様の構成を有する。
　このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ｆは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－１１．変形例１１）
　図２４Ａは、本開示の変形例１１に係る光検出素子（光検出素子５Ｇ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２４Ｂは、図２４Ａに示した光検出素子１を有する光検出装置１００の画素構成の一例を模式的に表したものであり、図２４Ａは、図２４Ｂに示したＶ－Ｖ線に対応する断面を表している。光検出素子５Ｇは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｇは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　上記実施の形態では、高屈折率部材５３を電荷蓄積電極１１Ｂの上方に１つ、低屈折率部材５４を電荷読み出し電極１１Ａの上方に１つ設けた例を示したが、これに限定されるものではない。本変形例の光検出素子５Ｇでは、４つの単位画素Ｐに共有される電荷読み出し電極１１Ａの上方に、単位画素Ｐ毎に１つずつ、画素ユニット１ａ単位では、互いに離間した４つの低屈折率部材５４が配置されている。更に、本変形例の光検出素子５Ｇでは、電荷蓄積電極１１Ｂの上方に互いに離間した複数（ここでは４つ）の高屈折率部材５３が、画素ユニット１ａを構成する４つの単位画素Ｐにそれぞれ配置されている。この点を除き、光検出素子５Ｇは、上記実施の形態の光検出素子１と実質的に同様の構成を有する。
　このように、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４は、高屈折率部材５３の幅をＷ１、低屈折率部材５４の幅をＷ２および画素の一辺の幅をＷ３としたとき、高屈折率部材５３、低屈折率部材５４および画素のそれぞれの幅は、下記数式（１）の関係を満たしていればよい。
 
（数１）Ｗ１，Ｗ２≦２Ｗ３　・・・（１）
 
　更に、有効領域Ｘ１の幅をＷ４および無効領域Ｘ２の幅をＷ５としたとき、高屈折率部材５３、低屈折率部材５４、有効領域Ｘ１および無効領域Ｘ２のそれぞれの幅は、下記数式（２）および数式（３）の関係を満たしていればよい。
 
（数２）Ｗ１，Ｗ２≦Ｗ４　・・・（２）
（数３）Ｗ１，Ｗ２≦Ｗ５　・・・（３）
 
　更にまた、直線上の配列される高屈折率部材５３と低屈折率部材５４との間隔をＰ１、画素のピッチをＰ２、有効領域Ｘ１のピッチをＰ３および無効領域Ｘ２のピッチをＰ４としたとき、高屈折率部材５３と低屈折率部材５４との間隔、画素、有効領域Ｘ１および無効領域Ｘ２のそれぞれのピッチは、下記数式（５）～数式（７）の関係を満たしていればよい。
 
（数５）Ｐ１≦Ｐ２　・・・（５）
（数６）Ｐ１≦Ｐ３　・・・（６）
（数７）Ｐ１≦Ｐ４　・・・（７）
 
　電荷蓄積電極１１Ｂの上方に配置された４つの高屈折率部材５３は、互いに屈折率の異なる高屈折率部材５３Ａ，５４Ｂを含む。保護層５１の屈折率をｎ１、高屈折率部材５３Ａの屈折率をｎ２、高屈折率部材５３Ｂの屈折率をｎ３、低屈折率部材５４の屈折率をｎ４としたとき、各屈折率は、例えばｎ３＞ｎ２＞ｎ１＞ｎ４の関係を満たす。
　このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ｇは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－１２．変形例１２）
　図２５は、本開示の変形例１２に係る光検出素子（光検出素子５Ｈ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ｈは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｈは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　本変形例の光検出素子５Ｈは、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の上面および下面にどちらか一方または両方に反射防止膜５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃを設けたものである。この点を除き、光検出素子５Ｈは、上記実施の形態の光検出素子１および変形例４と実質的に同様の構成を有する。
　高屈折率部材５３の上面および下面に設けられた反射防止膜５６Ａ，５６Ｂは、それぞれ、保護層５１の屈折率と高屈折率部材５３の屈折率との間の屈折率を有する。低屈折率部材５４の上面に設けられた反射防止膜５６Ｃは、保護層５１の屈折率と低屈折率部材５４の屈折率との間の屈折率を有する。
　このように本変形例の光検出素子５Ｈでは、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の上面および下面にどちらか一方または両方に反射防止膜５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃを設けるようにした。これにより、上記実施の形態と比較して、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４のそれぞれの表面反射を低減することができるため、さらに感度を向上させることが可能となる。
（２－１３．変形例１３）
　図２６は、本開示の変形例１３に係る光検出素子（光検出素子５Ｉ）の要部の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出素子５Ｉは、上記実施の形態の光検出素子１と同様に、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等の光検出素子である。光検出素子５Ｉは、例えば図２９に示した光検出装置の画素部１００Ａにおいてアレイ状に繰り返し配置される１つの画素（単位画素Ｐ）を構成する。
　本変形例の光検出素子５Ｉは、保護層５１内に、保護層５１よりも高い屈折率を有する高屈折率部材５７を複数の単位画素Ｐに亘って設け、この高屈折率部材５７に高屈折率部材５３および低屈折率部材５４を内包させたものである。この点を除き、光検出素子５Ｉは、上記実施の形態の光検出素子１および変形例４と実質的に同様の構成を有する。
　高屈折率部材５７は、保護層５１よりも高く、内包する高屈折率部材５３よりも高い屈折率を有する。
　このような構成においても、本変形例の光検出素子５Ｉは、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（２－１４．変形例１４）
　図２７Ａ～図２７Ｇは、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の平面形状の一例を模式的に表したものである。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の平面形状は、図２７Ａに示したように矩形でもよいし、図２７Ｂに示したように三角形としてもよい。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の平面形状は、図２７Ｃに示したように円形でもよいし、図２７Ｄに示したように楕円形としてもよい。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の平面形状は、図２７Ｅおよび図２８Ｆに示したように矩形および円形の枠体でもよいし、図２７Ｇに示したように十字形としてもよい。
（２－１５．変形例１５）
　図２８Ａ～図２８Ｄは、高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の断面形状の一例を模式的に表したものである。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の断面形状は、上記実施の形態等に示した円柱形状や多角柱形状を含む柱状形状に限らず、図２８Ａに示したように円錐形状や多角錐形状でもよいし、図２８Ｂに示したように略半球状としてもよい。高屈折率部材５３および低屈折率部材５４の断面形状は、図２８Ｃに示したように柱状の上面の丸みを帯びていてもよいし、図２８Ｄに示したように台形状としてもよい。
＜３．適用例＞
（適用例１）
　図２９は、図３等に示した光検出素子（例えば、光検出素子１）を備えた光検出装置（光検出装置１００）の全体構成の一例を表したものである。
　光検出装置１００は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサであり、光学レンズ系（図示せず）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力するものである。光検出装置１００は、半導体基板３０上に、撮像エリアとしての画素部１００Ａを有すると共に、この画素部１００Ａの周辺領域に、例えば、垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、出力回路１１４、制御回路１１５および入出力端子１１６を有している。
　画素部１００Ａには、例えば、行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐを有している。この単位画素Ｐには、例えば、画素行ごとに画素駆動線Ｌｒｅａｄ（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌｓｉｇが配線されている。画素駆動線Ｌｒｅａｄは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌｒｅａｄの一端は、垂直駆動回路１１１の各行に対応した出力端に接続されている。
　垂直駆動回路１１１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１００Ａの各単位画素Ｐを、例えば、行単位で駆動する画素駆動部である。垂直駆動回路１１１によって選択走査された画素行の各単位画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌｓｉｇの各々を通してカラム信号処理回路１１２に供給される。カラム信号処理回路１１２は、垂直信号線Ｌｓｉｇごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
　水平駆動回路１１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム信号処理回路１１２の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この水平駆動回路１１３による選択走査により、垂直信号線Ｌｓｉｇの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１２１に出力され、当該水平信号線１２１を通して半導体基板３０の外部へ伝送される。
　出力回路１１４は、カラム信号処理回路１１２の各々から水平信号線１２１を介して順次供給される信号に対して信号処理を行って出力するものである。出力回路１１４は、例えば、バッファリングのみを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正および各種デジタル信号処理等が行われる場合もある。
　垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、水平信号線１２１および出力回路１１４からなる回路部分は、半導体基板３０上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
　制御回路１１５は、半導体基板３０の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータ等を受け取り、また、光検出装置１００の内部情報等のデータを出力するものである。制御回路１１５はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２および水平駆動回路１１３等の周辺回路の駆動制御を行う。
　入出力端子１１６は、外部との信号のやり取りを行うものである。
（適用例２）
　また、上述したような光検出装置１００は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図３０は、電子機器１０００の構成の一例を表したブロック図である。
　図３０に示すように、電子機器１０００は、光学系１００１、光検出装置１００、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１００２を備えており、バス１００８を介して、ＤＳＰ１００２、メモリ１００３、表示装置１００４、記録装置１００５、操作系１００６および電源系１００７が接続されて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系１００１は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの入射光（像光）を取り込んで光検出装置１００の撮像面上に結像するものである。
　光検出装置１００としては、上述した光検出装置１００が適用される。光検出装置１００は、光学系１００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号としてＤＳＰ１００２に供給する。
　ＤＳＰ１００２は、光検出装置１００からの信号に対して各種の信号処理を施して画像を取得し、その画像のデータを、メモリ１００３に一時的に記憶させる。メモリ１００３に記憶された画像のデータは、記録装置１００５に記録されたり、表示装置１００４に供給されて画像が表示されたりする。また、操作系１００６は、ユーザによる各種の操作を受け付けて電子機器１０００の各ブロックに操作信号を供給し、電源系１００７は、電子機器１０００の各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。
（適用例３）
　図３１Ａは、光検出装置１００を備えた光検出システム２０００の全体構成の一例を模式的に表したものである。図３１Ｂは、光検出システム２０００の回路構成の一例を表したものである。光検出システム２０００は、赤外光Ｌ２を発する光源部としての発光装置２００１と、光検出素子を有する受光部としての光検出装置２００２とを備えている。光検出装置２００２としては、上述した光検出装置１００を用いることができる。光検出システム２０００は、さらに、システム制御部２００３、光源駆動部２００４、センサ制御部２００５、光源側光学系２００６およびカメラ側光学系２００７を備えていてもよい。
　光検出装置２００２は光Ｌ１と光Ｌ２とを検出することができる。光Ｌ１は、外部からの環境光が被写体（測定対象物）２１００（図３１Ａ）において反射された光である。光Ｌ２は発光装置２００１において発光されたのち、被写体２１００に反射された光である。光Ｌ１は例えば可視光であり、光Ｌ２は例えば赤外光である。光Ｌ１は、光検出装置２００２における光電変換部において検出可能であり、光Ｌ２は、光検出装置２００２における光電変換領域において検出可能である。光Ｌ１から被写体２１００の画像情報を獲得し、光Ｌ２から被写体２１００と光検出システム２０００との間の距離情報を獲得することができる。光検出システム２０００は、例えば、スマートフォン等の電子機器や車等の移動体に搭載することができる。発光装置２００１は例えば、半導体レーザ、面発光半導体レーザ、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で構成することができる。発光装置２００１から発光された光Ｌ２の光検出装置２００２による検出方法としては、例えばｉＴＯＦ方式を採用することができるが、これに限定されることはない。ｉＴＯＦ方式では、光電変換部は、例えば光飛行時間（Time-of-Flight；ＴＯＦ）により被写体２１００との距離を測定することができる。発光装置２００１から発光された光Ｌ２の光検出装置２００２による検出方法としては、例えば、ストラクチャード・ライト方式やステレオビジョン方式を採用することもできる。例えばストラクチャード・ライト方式では、あらかじめ定められたパターンの光を被写体２１００に投影し、そのパターンのひずみ具合を解析することによって光検出システム２０００と被写体２１００との距離を測定することができる。また、ステレオビジョン方式においては、例えば２以上のカメラを用い、被写体２１００を２以上の異なる視点から見た２以上の画像を取得することで光検出システム２０００と被写体との距離を測定することができる。なお、発光装置２００１と光検出装置２００２とは、システム制御部２００３によって同期制御することができる。
＜４．応用例＞
（内視鏡手術システムへの応用例）
　本開示に係る技術（本技術）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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図３２は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図３２では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統
括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を
照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織に
その試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図３３は、図３２に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するため
の１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、検出精度が向上する。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
（移動体への応用例）
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図３４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図３５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図３５では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図３５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、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について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記実施の形態およびその変形例１～１５に係る光検出素子（例えば、光検出素子１）は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
　以上、実施の形態、変形例１～１５および適用例および応用例を挙げて本技術を説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、信号電荷として電子が下部電極１１側から読み出される例を示したがこれに限らず、正孔を信号電荷として下部電極１１側から読み出すようにしてもよい。
　また、上記実施の形態では、光検出素子１として、緑色光（Ｇ）を検出する有機材料を用いた光電変換部１０と、青色光（Ｂ）および赤色光（Ｒ）をそれぞれ検出する光電変換領域３２Ｂおよび光電変換領域３２Ｒとを積層させた構成としたが、本開示内容はこのような構造に限定されるものではない。即ち、有機材料を用いた光電変換部において赤色光（Ｒ）あるいは青色光（Ｂ）を検出するようにしてもよいし、無機材料からなる光電変換領域において緑色光（Ｇ）を検出するようにしてもよい。
　更にまた、これらの有機材料を用いた光電変換部および無機材料からなる光電変換領域の数やその比率も限定されるものではない。更に、有機材料を用いた光電変換部および無機材料からなる光電変換領域を縦方向に積層させる構造に限らず、基板面に沿って並列させてもよい。
　更に、上記実施の形態等では、裏面照射型の光検出素子の構成を例示したが、本開示内容は表面照射型の光検出素子にも適用可能である。
　更にまた、本開示の光検出素子１等および光検出装置１００では、上記実施の形態で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また逆に他の構成要素を備えていてもよい。例えば、光検出装置１００には、光検出素子１への光の入射を制御するためのシャッターを配設してもよいし、光検出装置１００の目的に応じて光学カットフィルターを具備してもよい。また、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）を検出する画素（Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ）の配列は、ベイヤ配列の他に、インターライン配列、ＧストライプＲＢ市松配列、ＧストライプＲＢ完全市松配列、市松補色配列、ストライプ配列、斜めストライプ配列、原色色差配列、フィールド色差順次配列、フレーム色差順次配列、ＭＯＳ型配列、改良ＭＯＳ型配列、フレームインターリーブ配列、フィールドインターリーブ配列としてもよい。
　また、上記実施の形態等では、光検出素子１をイメージセンサとして用いた例を示したが、本開示の光検出素子１は、太陽電池に適用してもよい。太陽電池に適用する場合には、光電変換層は、例えば、４００ｎｍ～８００ｎｍの波長をブロードに吸収するように設計することが好ましい。
　なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成の本技術によれば、入射光が光電変換層の所望の領域へ導かれるようになるため、感度を向上させることが可能となる。
［１］
　光電変換層と、
　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、光電変換により生成されたキャリアが蓄積される第１領域の上方に配置された第１構造物と、
　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、前記キャリアが蓄積されない第２領域の上方に配置された第２構造物と
　を備えた光検出素子。
［２］
　前記第１構造物および前記第２構造物は、互いに、前記光電変換層の厚み方向に異なる位置に設けられている、前記［１］に記載の光検出素子。
［３］
　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
　前記第２電極の前記光入射側に積層された保護層とをさらに有し、
　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記保護層内に設けられている、前記［１］または［２］に記載の光検出素子。
［４］
　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
　前記第２電極の前記光入射側に順に積層された保護層およびカラーフィルタとをさらに有し、
　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記カラーフィルタ内に設けられている、前記［１］乃至［３］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［５］
　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
　前記第２電極の前記光入射側に順に積層された保護層およびカラーフィルタとをさらに有し、
　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記カラーフィルタ上に設けられている、前記［１］乃至［３］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［６］
　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極とをさらに有し、
　前記第１構造物および前記第２構造物は、少なくとも一部が前記第２電極に埋め込まれている、前記［１］乃至［３］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［７］
　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
　前記第２電極の前記光入射側に順に積層された保護層およびカラーフィルタとをさらに有し、
　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記保護層内および前記カラーフィルタ上の少なくとも一方にそれぞれ設けられている、前記［１］乃至［３］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［８］
　前記第１構造物と前記第２構造物は、面内方向に互いに接している、前記［１］乃至［７］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［９］
　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極とをさらに有し、
　前記第１電極は、上方に前記キャリアを蓄積可能な電荷蓄積電極および前記キャリアを読み出す電荷読み出し電極を含み、
　前記第１構造物は、前記電荷蓄積電極の上方に１または複数配置され、
　前記第２構造物は、前記電荷読み出し電極の上方に１または複数配置されている、前記［１］乃至［８］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１０］
　複数の前記第１構造物は、互いに異なる屈折率を有する、前記［９］に記載の光検出素子。
［１１］
　前記第１構造物は、平面視において、前記電荷読み出し電極と略同じ平面形状を有する、前記［９］または［１０］に記載の光検出素子。
［１２］
　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
　前記電荷蓄積電極および前記電荷読み出し電極、並びに、前記第１構造物および前記第２構造物は、それぞれ、前記画素毎に設けられている、前記［９］乃至［１１］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１３］
　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
　前記電荷蓄積電極および前記第１構造物は、それぞれ、前記画素毎に設けられ、
　前記電荷読み出し電極および前記第２構造物は、それぞれ、２行×２列で配置された４つの前記画素毎に１つずつ配置されている、前記［９］乃至［１１］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１４］
　前記第１構造物よりも低く、且つ、前記第２構造物よりも高い屈折率を有する第３構造物をさらに有し、
　前記第３構造物は、前記第１構造物および前記第２の構造物を内包している、前記［１］乃至［１３］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１５］
　前記第１構造物および前記第２構造物の少なくとも一方は、前記光入射側および前記光入射側とは反対側の少なくとも一方に反射防止膜を有する、前記［１］乃至［１４］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１６］
　前記第１構造物および前記第２構造物は、それぞれ、円柱形状、多角柱形状、円錐形状、多角錐形状または略半球形状を有する、前記［１］乃至［１５］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１７］
　互いに異なる波長帯域の光を光電変換する第１画素および第２画素を含む複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
　前記第１構造物は、前記第１画素と前記第２画素とで異なる大きさまたは異なる形状を有する、前記［１］乃至［１６］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１８］
　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
　前記第１構造物および前記第２構造物は、それぞれ、前記複数の画素毎に設けられると共に、前記画素の位置に応じて光入射方向にシフトして配置されている、前記［１］乃至［１７］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［１９］
　前記第１領域および前記第２領域は、前記光電変換層の面内に含まれる、前記［９］乃至［１８］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［２０］
　前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられた酸化物半導体層をさらに有し、
　前記第１領域および前記第２領域は、前記酸化物半導体層の面内に含まれる、前記［９］乃至［１８］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
［２１］
　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
　前記第１構造物の幅をＷ１、前記第２構造物の幅をＷ２および前記画素の一辺の幅をＷ３としたとき、前記第１構造物、前記第２構造物および前記画素のそれぞれの幅は、下記数式（１）の関係を有する、前記［１］乃至［２０］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
 
（数１）Ｗ１，Ｗ２≦２Ｗ３　・・・（１）
 
［２２］
　更に、前記第１領域の幅をＷ４および前記第２領域の幅をＷ５としたとき、前記第１構造物、前記第２構造物、前記第１領域および前記第２領域のそれぞれの幅は、下記数式（２）および数式（３）の関係を有する、前記［１］乃至［２１］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
 
（数２）Ｗ１，Ｗ２≦Ｗ４　・・・（２）
（数３）Ｗ１，Ｗ２≦Ｗ５　・・・（３）
 
［２３］
　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
　前記第２電極の前記光入射側に順に積層された保護層およびカラーフィルタとをさらに有し、
　前記第１構造物の高さをｈ１、前記第２構造物の高さをｈ２、前記第２電極の厚みをｈ３、前記保護層の厚みをｈ４および前記カラーフィルタの厚みをｈ５とすると、前記第１構造物および前記第２構造物の高さと、前記第２電極、前記保護層および前記カラーフィルタの厚みとは、下記数式（４）の関係を有する、前記［１］乃至［２２］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
 
（数４）ｈ１，ｈ２≦ｈ３＋ｈ４＋ｈ５　・・・（４）
 
［２４］
　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
　直線上の配列される前記第１構造物と前記第２構造物との間隔をＰ１、前記画素のピッチをＰ２、前記第１領域のピッチをＰ３および前記第２領域のピッチをＰ４としたとき、前記第１構造物と前記第２構造物との間隔、前記画素、前記第１領域および前記第２領域のそれぞれのピッチは、下記数式（５）～数式（７）の関係を有する、前記［１］乃至［２３］のうちのいずれか１つに記載の光検出素子。
 
（数５）Ｐ１≦Ｐ２　・・・（５）
（数６）Ｐ１≦Ｐ３　・・・（６）
（数７）Ｐ１≦Ｐ４　・・・（７）
 
［２５］
　１または複数の光検出素子がそれぞれ設けられた複数の画素を備え、
　前記光検出素子は、
　光電変換層と、
　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、光電変換により生成されたキャリアが蓄積される第１領域の上方に配置された第１構造物と、
　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、前記キャリアが蓄積されない第２領域の上方に配置された第２構造物と
　を有する光検出装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０２４年６月３日に出願された日本特許出願番号２０２４－０９０３１４号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (20)

  1. 　光電変換層と、
    　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、光電変換により生成されたキャリアが蓄積される第１領域の上方に配置された第１構造物と、
    　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、前記キャリアが蓄積されない第２領域の上方に配置された第２構造物と
    　を備えた光検出素子。
  2. 　前記第１構造物および前記第２構造物は、互いに、前記光電変換層の厚み方向に異なる位置に設けられている、請求項１に記載の光検出素子。
  3. 　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
    　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
    　前記第２電極の前記光入射側に積層された保護層とをさらに有し、
    　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記保護層内に設けられている、請求項１に記載の光検出素子。
  4. 　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
    　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
    　前記第２電極の前記光入射側に順に積層された保護層およびカラーフィルタとをさらに有し、
    　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記カラーフィルタ内に設けられている、請求項１に記載の光検出素子。
  5. 　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
    　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
    　前記第２電極の前記光入射側に順に積層された保護層およびカラーフィルタとをさらに有し、
    　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記カラーフィルタ上に設けられている、請求項１に記載の光検出素子。
  6. 　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
    　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極とをさらに有し、
    　前記第１構造物および前記第２構造物は、少なくとも一部が前記第２電極に埋め込まれている、請求項１に記載の光検出素子。
  7. 　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
    　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極と、
    　前記第２電極の前記光入射側に順に積層された保護層およびカラーフィルタとをさらに有し、
    　前記第１構造物および前記第２構造物は、前記保護層内および前記カラーフィルタ上の少なくとも一方にそれぞれ設けられている、請求項１に記載の光検出素子。
  8. 　前記第１構造物と前記第２構造物は、面内方向に互いに接している、請求項１に記載の光検出素子。
  9. 　前記光電変換層の前記光入射側とは反対側に配置された第１電極と、
    　前記光電変換層を間に前記第１電極と対向配置された第２電極とをさらに有し、
    　前記第１電極は、上方に前記キャリアを蓄積可能な電荷蓄積電極および前記キャリアを読み出す電荷読み出し電極を含み、
    　前記第１構造物は、前記電荷蓄積電極の上方に１または複数配置され、
    　前記第２構造物は、前記電荷読み出し電極の上方に１または複数配置されている、請求項１に記載の光検出素子。
  10. 　複数の前記第１構造物は、互いに異なる屈折率を有する、請求項９に記載の光検出素子。
  11. 　前記第１構造物は、平面視において、前記電荷読み出し電極と略同じ平面形状を有する、請求項９に記載の光検出素子。
  12. 　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
    　前記電荷蓄積電極および前記電荷読み出し電極、並びに、前記第１構造物および前記第２構造物は、それぞれ、前記画素毎に設けられている、請求項９に記載の光検出素子。
  13. 　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
    　前記電荷蓄積電極および前記第１構造物は、それぞれ、前記画素毎に設けられ、
    　前記電荷読み出し電極および前記第２構造物は、それぞれ、２行×２列で配置された４つの前記画素毎に１つずつ配置されている、請求項９に記載の光検出素子。
  14. 　前記第１構造物および前記第２構造物の少なくとも一方は、前記光入射側および前記光入射側とは反対側の少なくとも一方に反射防止膜を有する、請求項１に記載の光検出素子。
  15. 　前記第１構造物および前記第２構造物は、それぞれ、円柱形状、多角柱形状、円錐形状、多角錐形状または略半球形状を有する、請求項１に記載の光検出素子。
  16. 　互いに異なる波長帯域の光を光電変換する第１画素および第２画素を含む複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
    　前記第１構造物は、前記第１画素と前記第２画素とで異なる大きさまたは異なる形状を有する、請求項１に記載の光検出素子。
  17. 　複数の画素が２次元アレイ状に配置されており、
    　前記第１構造物および前記第２構造物は、それぞれ、前記複数の画素毎に設けられると共に、前記画素の位置に応じて光入射方向にシフトして配置されている、請求項１に記載の光検出素子。
  18. 　前記第１領域および前記第２領域は、前記光電変換層の面内に含まれる、請求項９に記載の光検出素子。
  19. 　前記第１電極と前記光電変換層との間に設けられた酸化物半導体層をさらに有し、
    　前記第１領域および前記第２領域は、前記酸化物半導体層の面内に含まれる、請求項９に記載の光検出素子。
  20. 　１または複数の光検出素子がそれぞれ設けられた複数の画素を備え、
    　前記光検出素子は、
    　光電変換層と、
    　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、光電変換により生成されたキャリアが蓄積される第１領域の上方に配置された第１構造物と、
    　周囲よりも高い屈折率を有すると共に、前記光電変換層の光入射側において、前記キャリアが蓄積されない第２領域の上方に配置された第２構造物と
    　を有する光検出装置。
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