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JP7379230B2 - 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 - Google Patents

光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車に関する。
光検出器は、第１導電形の半導体領域及び第２導電形の半導体領域を含む素子に入射した光を検出する。光検出器について、不感時間の短縮が望まれている。
特開２００１－３５２０９４号公報
本発明の実施形態は、不感時間を短縮可能な、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を提供する。
実施形態に係る光検出器は、第１導電形の第１半導体領域と、第１素子と、第２素子と、絶縁体と、第１配線と、第２配線と、を含む。前記第１素子は、第１導電形の第２半導体領域及び第２導電形の第３半導体領域を含む。前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域の上に設けられる。前記第３半導体領域は、前記第２半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域に接する。前記第２素子は、第１導電形の第４半導体領域及び第２導電形の第５半導体領域を含む。前記第４半導体領域は、前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域よりも低い第１導電形の不純物濃度を有する。前記第５半導体領域は、前記第４半導体領域の上に設けられ、前記第４半導体領域に接する。前記第２素子は、前記第１半導体領域から前記第１素子に向かう第１方向に垂直な方向において前記第１素子と並ぶ。前記絶縁体は、前記第１素子と前記第２素子との間に設けられる。前記第１配線は、前記第３半導体領域と電気的に接続される。前記第２配線は、前記第５半導体領域と電気的に接続される。
図１は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２は、図１における部分IIの拡大平面図である。 図３は、図２のIII－III断面図である。 図４は、図２のIV－IV断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１７は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式的図である。 図１８は、第１実施形態に係る光検出器の一部を示す模式的断面図である。 図１９は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２０は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２１は、参考例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２２は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２３は、図２２における部分XXIIIの拡大平面図である。 図２４は、図２３のXXVII－XXVI断面図である。 図２５は、第２実施形態に係る光検出器の一部を示す模式的断面図である。 図２６は、第３実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。 図２７は、ライダー装置の検出対象の検出を説明するための図である。 図２８は、第３実施形態に係るライダー装置を備えた車の上面略図である。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のｐ形とｎ形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２は、図１における部分IIの拡大平面図である。図３は、図２のIII－III断面図である。図４は、図２のIV－IV断面図である。
第１実施形態に係る光検出器１００は、図１～図４に示すように、第１導電形の第１半導体領域１、第１素子１１、第２素子１２、電極２１、導電層２２、絶縁体３０、絶縁層４１～４４、第１クエンチ部５１、第１配線６１、第２配線６２、第１パッド７１、及び第２パッド７２を含む。
ここでは、第１半導体領域１から第１素子１１に向かう方向を第１方向Ｄ１とする。第１方向Ｄ１に垂直であり、相互に直交する２方向を第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３とする。第１方向Ｄ１に垂直であり、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３に対して傾斜した方向を第４方向Ｄ４とする。また、説明のために、第１半導体領域１から第１素子１１に向かう方向を「上」と言い、その反対方向を「下」と言う。これらの方向は、第１半導体領域１と第１素子１１との相対的な位置関係に基づき、重力の方向とは無関係である。
図３に示すように、導電層２２は、電極２１の上に設けられる。第１半導体領域１は、導電層２２の上に設けられる。第１素子１１、第２素子１２、及び絶縁体３０は、第１半導体領域１の上に設けられる。
第１素子１１は、第１導電形の第２半導体領域２及び第２導電形の第３半導体領域３を含む。第１導電形は、ｐ形及びｎ形の一方である。第２導電形は、ｐ形及びｎ形の他方である。以下では、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形の場合について説明する。
第３半導体領域３は、第２半導体領域２の上に設けられ、第２半導体領域２に接する。第２半導体領域２と第３半導体領域３との間で、ｐｎ接合が形成される。例えば、ｐｎ接合面は、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３に平行である。
第１素子１１は、半導体領域６をさらに含んでも良い。第２半導体領域２及び第３半導体領域３は、半導体領域６の上に設けられる。第２半導体領域２は、半導体領域６、第１半導体領域１、及び導電層２２を介して電極２１と電気的に接続される。
図４に示すように、第２素子１２は、第１導電形の第４半導体領域４及び第２導電形の第５半導体領域５を含む。第５半導体領域５は、第４半導体領域４の上に設けられ、第４半導体領域４に接する。第４半導体領域４と第５半導体領域５との間で、ｐｎ接合が形成される。例えば、ｐｎ接合面は、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３に平行である。第４半導体領域４は、第１半導体領域１及び導電層２２を介して電極２１と電気的に接続される。
第４半導体領域４における第１導電形の不純物濃度は、第２半導体領域２における第１導電形の不純物濃度よりも低い。例えば、第２半導体領域２の第１方向Ｄ１における厚みは、第４半導体領域４の第１方向Ｄ１における厚みよりも小さい。例えば、第４半導体領域４の第１方向Ｄ１における厚みは、第２半導体領域２の第１方向Ｄ１における厚みと、半導体領域６の第１方向Ｄ１における厚みと、の和に等しい。
電極２１の電位を制御することで、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間、及び第４半導体領域４と第５半導体領域５との間に電圧が印加される。第１素子１１及び第２素子１２は、例えば、アバランシェフォトダイオードとして機能する。
第１素子１１は、図２に示すように、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３において複数設けられる。第２素子１２は、第４方向Ｄ４において隣り合う第１素子１１同士の間に設けられる。第２素子１２の第５半導体領域５が、第２方向Ｄ２において隣り合う別の第２素子１２の第５半導体領域５に向けて延び、連接していても良い。
例えば、第１方向Ｄ１から見たときに、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間のｐｎ接合面の形状は、第４半導体領域４と第５半導体領域５との間のｐｎ接合面の形状と異なる。第１方向Ｄ１から見たときに、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間のｐｎ接合面の面積は、第４半導体領域４と第５半導体領域５との間のｐｎ接合面の面積よりも大きい。
第１半導体領域１の一部は、第１素子１１及び第２素子１２の下に位置する。第１半導体領域１の別の一部は、絶縁体３０の下に位置する。第１半導体領域１の前記一部におけるｐ形不純物濃度が、第１半導体領域１の前記別の一部におけるｐ形不純物濃度と異なっていても良い。例えば、第１半導体領域１の前記別の一部におけるｐ形不純物濃度が、第１半導体領域１の前記一部におけるｐ形不純物濃度よりも高くても良い。
絶縁体３０は、第１素子１１同士の間、及び第１素子１１と第２素子１２との間に設けられる。例えば図２に示すように、絶縁体３０は、複数の第１絶縁部３１を含む。複数の第１絶縁部３１は、第１方向Ｄ１に垂直な第１面に沿って、複数の第１素子１１の周りにそれぞれ設けられる。複数の第１絶縁部３１は、互いに離れている。
第２半導体領域２及び第３半導体領域３は、第１絶縁部３１に接しても良いし、第１絶縁部３１から離れていても良い。第２半導体領域２及び第３半導体領域３が第１絶縁部３１から離れている場合、半導体領域６の一部が、第２半導体領域２と第１絶縁部３１との間、及び第３半導体領域３と第１絶縁部３１との間に設けられる。
第５半導体領域５は、第１絶縁部３１に接しても良いし、第１絶縁部３１から離れていても良い。第５半導体領域５が第１絶縁部３１から離れている場合、第４半導体領域４の一部が、第５半導体領域５と第１絶縁部３１との間に設けられる。
図３に示すように、第１導電形の半導体領域７が、隣り合う第１絶縁部３１同士の間に設けられても良い。図２に示すように、半導体領域７は、第２方向Ｄ２又は第３方向Ｄ３において、第２素子１２と並ぶ。
絶縁層４１は、第１素子１１、第２素子１２、及び絶縁体３０の上に設けられる。絶縁層４２は、絶縁層４１の上に設けられる。絶縁層４３は、絶縁層４２の上に設けられる。絶縁層４４は、絶縁層４３の上に設けられる。
図２に示すように、第３半導体領域３は、第１配線６１と電気的に接続される。例えば、第３半導体領域３は、プラグ６１ａ、配線６１ｂ、プラグ６１ｃ、第１クエンチ部５１、及びプラグ６１ｄを介して、第１配線６１と電気的に接続される。
第５半導体領域５は、第２配線６２と電気的に接続される。例えば、複数の第５半導体領域５の一部は、プラグ６２ａ及び配線６２ｂを介して、第２配線６２と電気的に接続される。複数の第５半導体領域５の別の一部は、プラグ６２ｃを介して第２配線６２と電気的に接続される。
第１クエンチ部５１の電気抵抗は、プラグ６１ａ、配線６１ｂ、プラグ６１ｃ、及びプラグ６１ｄのそれぞれの電気抵抗よりも大きい。第１クエンチ部５１の電気抵抗は、５０ｋΩ以上２ＭΩ以下であることが好ましい。
例えば、第１クエンチ部５１の少なくとも一部は、半導体領域７又は絶縁体３０の上に設けられる。第１クエンチ部５１は、第１素子１１の上には設けられない。これにより、第１素子１１に向けて進行した光が、第１クエンチ部５１によって遮られることを抑制できる。
第１クエンチ部５１は、第１素子１１に光が入射し、アバランシェ降伏が発生した際に、アバランシェ降伏の継続を抑制するために設けられる。アバランシェ降伏が発生し、第１クエンチ部５１に電流が流れると、第１クエンチ部５１の電気抵抗に応じて電圧降下が生じる。電圧降下により、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間の電位差が小さくなり、アバランシェ降伏が停止する。これにより、次に第１素子１１へ入射した光を検出できるようになる。
例えば、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間、及び第４半導体領域４と第５半導体領域５との間には、降伏電圧を超える逆電圧が印加され、第１素子１１は、ガイガーモードで動作する。ガイガーモードで動作することにより、高いゲインと短い時定数を持ったパルス状の信号が出力される。
上述したように、大きな電圧降下を生じさせる抵抗体が第１クエンチ部５１として設けられても良いし、抵抗体に代えて電流を遮断する制御回路が第１クエンチ部５１として設けられても良い。例えば、制御回路は、コンパレータ、制御ロジック部、及び２つのスイッチング素子を含む。制御回路には、アクティブクエンチ回路と呼ばれる公知の構成を適用可能である。
第１配線６１と第２配線６２は、第２方向Ｄ２に沿って延びる。例えば図１に示すように、第３方向Ｄ３において、複数の第１配線６１と複数の第２配線６２は、交互に設けられる。複数の第１配線６１は、第１パッド７１と電気的に接続される。複数の第２配線６２は、第２パッド７２と電気的に接続される。第２パッド７２は、第１パッド７１から離れている。
第２配線６２は、第１配線６１から離れ、第１配線６１とは電気的に分離されている。このため、第１パッド７１からは、第２配線６２を流れる信号とは異なる信号を取り出すことができる。第２パッド７２からは、第１配線６１を流れる信号とは異なる信号を取り出すことができる。
各要素の材料の一例を説明する。
第１半導体領域１、第２半導体領域２、第３半導体領域３、第４半導体領域４、第５半導体領域５、半導体領域６、及び半導体領域７は、シリコン、炭化シリコン、ガリウムヒ素、及び窒化ガリウムからなる群より選択される少なくとも１つの半導体材料を含む。これらの半導体領域がシリコンを含むとき、リン、ヒ素、又はアンチモンがｎ形不純物として用いられる。ホウ素又はフッ化ホウ素がｐ形不純物として用いられる。
第１半導体領域１、第４半導体領域４、半導体領域６、及び半導体領域７のそれぞれにおけるｐ形不純物濃度は、例えば１．０×１０１３ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。第２半導体領域２におけるｐ形不純物濃度は、例えば１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。第３半導体領域３及び第５半導体領域５のそれぞれにおけるｎ形不純物濃度は、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。
導電層２２は、例えば、ｐ形の半導体領域である。導電層２２は、上述した半導体材料を含む。導電層２２におけるｐ形不純物濃度は、１．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。又は、導電層２２は、金属を含んでも良い。例えば、導電層２２は、アルミニウム、銅、チタン、金、及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
絶縁体３０及び絶縁層４１～４４は、絶縁材料を含む。例えば、絶縁体３０及び絶縁層４１～４４は、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択される１つと、を含む。例えば、絶縁体３０及び絶縁層４１～４４は、酸化シリコン又は窒化シリコンを含む。絶縁体３０は、図３及び図４に示すように、絶縁層３０ａ及び絶縁層３０ｂを含んでも良い。絶縁層３０ｂは、絶縁層３０ａと第１半導体領域１との間、絶縁層３０ａと第１素子１１との間、絶縁層３０ａと第２素子１２との間、及び絶縁層３０ａと半導体領域７との間に設けられる。例えば、絶縁層３０ａ及び３０ｂは酸化シリコンを含み、絶縁層３０ｂは絶縁層３０ａに比べて緻密な構造を有する。
抵抗体としての第１クエンチ部５１は、半導体材料としてポリシリコンを含む。第１クエンチ部５１には、ｎ形不純物又はｐ形不純物が添加されていても良い。
プラグ６１ａ、６１ｃ、６１ｄ、６２ａ、及び６２ｃは、金属材料を含む。例えば、プラグ６１ａ、６１ｃ、６１ｄ、６２ａ、及び６２ｃは、チタン、タングステン、銅、及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。プラグ６１ａ、６１ｃ、６１ｄ、６２ａ、及び６２ｃは、チタン、タングステン、銅、及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つの窒化物又はシリコン化合物からなる導電体を含んでも良い。図３及び図４に示すように、各プラグは、金属層ＭＬ１及びＭＬ２を含んでも良い。金属層ＭＬ２は、金属層ＭＬ１と各絶縁層との間に設けられる。例えば、金属層ＭＬ１は、タングステンを含む。金属層ＭＬ２は、チタンを含む。金属層ＭＬ２は、チタン層と、チタン層と金属層ＭＬ１との間に設けられた窒化チタン層と、を含んでも良い。
電極２１、第１配線６１、配線６１ｂ、第２配線６２、配線６２ｂ、第１パッド７１、及び第２パッド７２は、銅及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
図５～図１７は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。
図５（ａ）～図１６（ａ）は、図５（ｂ）～図１６（ｂ）のＡ１－Ａ２断面をそれぞれ示す。図５～図１７を参照して、第１実施形態に係る光検出器の製造工程の一例を説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、シリコン基板１００ａ及びｐ形のシリコンエピ層１０１を含む基板を用意する。シリコン基板１００ａからシリコンエピ層１０１に向かう方向は、第１方向Ｄ１に対応する。シリコンエピ層１０１は、シリコン基板１００ａの上に、シリコンをエピタキシャル成長させることで形成される。シリコン基板１００ａ及びシリコンエピ層１０１は、ホウ素がドープされた単結晶ｐ形シリコンを含む。シリコン基板１００ａにおけるホウ素濃度は、４．０×１０１８ｃｍ－３である。シリコンエピ層１０１におけるホウ素濃度は、１．０×１０１５ｃｍ－３である。シリコンエピ層１０１の厚さは、１０μｍである。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、シリコンエピ層１０１の表面を酸化し、１００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１０２を形成する。減圧熱ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１０２の上に、１５０ｎｍのシリコン窒化膜１０３を堆積させる。減圧熱ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜１０３の上に、シリコン酸化膜１０３１を１μｍ堆積させる。素子分離領域１０４を規定するレジスト１０５をリソグラフィ工程によって形成する。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、レジスト１０５の開口部を通してシリコン酸化膜１０３１、シリコン窒化膜１０３、及びシリコン酸化膜１０２をエッチングする。素子分離領域１０４の幅は、１．６μｍである。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、レジスト１０５を剥離する。素子分離領域１０４のシリコンエピ層１０１を、シリコン酸化膜１０３１をマスクとして用いてエッチングする。これにより、第１トレンチ１０６が形成される。この時、エッチングの深さは、シリコンエピ層１０１の厚さと、シリコン基板１００ａに含まれるホウ素のシリコンエピ層１０１への拡散量と、により決定される。拡散量は、プロセス全体での熱工程を考慮して決定される。エッチング深さは、例えば８μｍである。第１トレンチ１０６の形成に際しては、約２°のテーパ角度を付けることが好ましい。テーパ角度は、第１方向Ｄ１に対する第１トレンチ１０６の側面の傾きである。これにより、後の酸化膜埋め込み時のボイド発生を抑制することができる。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第１トレンチ１０６の表面を酸化し、５０ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１０６１を形成する。イオン注入を基板全面に行うことで、第１トレンチ１０６の底部に被注入領域１０６２を形成しても良い。被注入領域１０６２は、ホウ素を注入加速電圧４００ｋｅＶ、注入ドーズ量２．５×１０１２ｃｍ－２、基板鉛直方向との角度を０度に設定したイオン注入によって形成される。この時、前記角度を±３０度とすれば、図８（ａ）に示すように、第１トレンチ１０６の底部側面にも被注入領域１０６２が形成される。ＲＩＥにより第１トレンチ１０６を形成する際、シリコンエピ層１０１には、結晶欠陥が発生する。第１トレンチ１０６の底部側面に被注入領域１０６２を形成することで、欠陥に起因するノイズ成分を抑制することができる。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、埋め込み酸化膜１０６３をプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法により１．２μｍ堆積する。１０００℃の窒素アニールを実行し、埋め込み酸化膜１０６３の構造を緻密化する。シリコン窒化膜１０３をストッパとして用いて、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理により埋め込み酸化膜１０６３を平坦化した。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、熱燐酸処理によりシリコン窒化膜１０３を剥離する。フッ酸処理によりシリコン酸化膜１０２を剥離する。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、シリコンエピ層１０１の表面を酸化し、５０ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１０７を形成する。０．２μｍの厚さのポリシリコン膜を減圧熱ＣＶＤ法により成膜する。リソグラフィ工程とＲＩＥ工程により、シリコン酸化膜１０７及びポリシリコン膜を所定の形状に加工し、クエンチ抵抗１１２を形成する。クエンチ抵抗１１２の抵抗を調整するために、例えばホウ素を、注入加速電圧２０ｋｅＶで、１．０×１０１５ｃｍ－２の不純物を注入し、活性化アニールを行う。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程及びイオン注入工程により、素子領域１０８内に、ｐ形アバランシェ層１０９をパターン形成する。以降の図１２（ｂ）～図１７（ｂ）では、シリコン酸化膜１０７の図示を省略する。ｐ形アバランシェ層１０９は、ホウ素のイオン注入により形成される。ホウ素のピーク深さが０．８μｍであり、ピーク濃度が１．０×１０１７ｃｍ－３となるように、ｐ形アバランシェ層１０９を形成する。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程、及びイオン注入工程により、ｎ形アバランシェ層１１３ａ及び１１３ｂをパターン形成する。ｎ形アバランシェ層１１３ａは、素子領域１０８内に形成される。第４方向Ｄ４において隣り合う素子領域１０８同士の間に、ｎ形アバランシェ層１１３ｂが形成される。ｎ形アバランシェ層１１３ａ及び１１３ｂは、金属を含む配線と半導体領域とのオーミック電極部を兼ねる。ｎ形アバランシェ層１１３ａ及び１１３ｂは、リンのイオン注入により形成される。リンのピークが基板の表面に位置し、ピーク濃度が１．５×１０２０ｃｍ－３となるように、ｎ形アバランシェ層１１３ａ及び１１３ｂを形成する。ｎ形アバランシェ層１１３ａ及び１１３ｂを活性化するために、Ｎ２雰囲気中でアニール処理を行う。
ＣＶＤ法により、０．５ｕｍの厚さの絶縁膜１１４を成膜する。ＣＶＤ法により、０．３μｍの厚さの絶縁膜１１８を成膜する。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により、シリコン酸化膜１０７、絶縁膜１１４、及び絶縁膜１１８を貫通する複数のコンタクトホール１１９を形成する。複数のコンタクトホール１１９は、ｎ形アバランシェ層１１３ａ及び１１３ｂの上にそれぞれ形成される。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、チタン膜１２０及び窒化チタン膜１２１をスパッタ法によりそれぞれ１０ｎｍ成膜する。タングステン膜１２２をＣＶＤ法により０．３μｍ成膜する。絶縁膜１１８をストッパとして用いて、ＣＭＰによりタングステン膜１２２、窒化チタン膜１２１及びチタン膜１２０を平坦化し、コンタクトホール１１９の埋め込みを行った。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、スパッタ法により、０．５ｕｍの厚さのアルミニウム層１２３を成膜する。リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により、アルミニウム層１２３を所定の形状に加工する。パッシベーション膜１２４として、０．３μｍの厚さのシリコン窒化膜をＣＶＤ法により成膜する。
図１７に示すように、ＲＩＥ法により、パッシベーション膜１２４に開口を形成し、パッド１５３ａ及び１５３ｂを露出させる。シリコン基板１００ａの厚さが６００μｍになるまで、シリコン基板１００ａの裏面を研磨する。裏面電極１２５としてＴｉ膜及びＡｕ膜を成膜する。これにより、パッド１５３ａ及び１５３ｂ側が、アバランシェフォトダイオードのアノード電極となる。裏面電極１２５側が、カソード電極となる。以上の工程により、実施形態に係る光検出器１００が製造される。
上述した製造工程の裏面電極１２５は、光検出器１００の電極２１に対応する。シリコン基板１００ａは、導電層２２に対応する。シリコンエピ層１０１の一部及び被注入領域１０６２は、第１半導体領域１に対応する。シリコンエピ層１０１の別の一部は、第４半導体領域４、半導体領域６、及び半導体領域７に対応する。ｐ形アバランシェ層１０９は、第２半導体領域２に対応する。ｎ形アバランシェ層１１３ａ及び１１３ｂは、第３半導体領域３及び第５半導体領域５にそれぞれ対応する。シリコン酸化膜１０６１及び埋め込み酸化膜１０６３は、絶縁層３０ａ及び３０ｂにそれぞれ対応する。シリコン酸化膜１０７は、絶縁層４１に対応する。絶縁膜１１４は、絶縁層４２に対応する。絶縁膜１１８は、絶縁層４３に対応する。パッシベーション膜１２４は、絶縁層４４に対応する。クエンチ抵抗１１２は、第１クエンチ部５１に対応する。チタン膜１２０、窒化チタン膜１２１、及びタングステン膜１２２は、プラグに対応する。アルミニウム層１２３は、第１配線６１、配線６１ｂ、第２配線６２、及び配線６２ｂに対応する。パッド１５３ａ及び１５３ｂは、第１パッド７１及び第２パッド７２にそれぞれ対応する。
第１実施形態の効果を説明する。
図１８は、第１実施形態に係る光検出器の一部を示す模式的断面図である。
図１８に示すように、第１素子１１において、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間に逆方向の電圧が印加されたとき、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間の界面から空乏層ＤＬ１が広がる。ガイガーモード動作中の第１素子１１に光が入射し、空乏層ＤＬ１において光電変換が生じると、キャリアが空乏層ＤＬ１をドリフトし、アバランシェ降伏が生じる。第１配線６１及び第１パッド７１には、このアバランシェ降伏に基づく信号が流れる。
空乏層ＤＬ１は、導電層２２から離れていることが望ましい。空乏層ＤＬ１が導電層２２まで到達すると、導電層２２に存在するキャリアが空乏層ＤＬ１へ拡散してアバランシェ降伏が生じ、ノイズの原因となるためである。一方で、空乏層ＤＬ１が導電層２２から離れていると、第１素子１１に多量の光が入射して多くのキャリアＣが生成されたときに、空乏層ＤＬ１中だけでは無く、空乏層ＤＬ１の下方においてもキャリアＣが生成される。空乏層ＤＬ１の下方で生成されたキャリアＣは、消失するまでの間、半導体領域中を拡散する。
空乏層ＤＬ１に拡散したキャリアＣは、空乏層ＤＬ１内をドリフトし、アバランシェ降伏を発生させる。例えば、複数のキャリアＣが順次空乏層ＤＬ１内へドリフトすると、アバランシェ降伏が連続的に発生する。これにより、第１素子１１には、パイルアップと呼ばれる飽和現象が発生する。例えば、最初のアバランシェ降伏に基づくパルス状の信号が検出された後、連続して発生するアバランシェ降伏により、長いテールがパルス状の信号に付随する。このテールが現れている間は、第１素子１１で十分なゲインが得られず、第１素子１１は不感状態となる。
この課題について、光検出器１００は、第２素子１２をさらに含む。第２素子１２では、第４半導体領域４と第５半導体領域５との間に逆方向の電圧が印加されたとき、第４半導体領域４と第５半導体領域５との間の界面から空乏層ＤＬ２が広がる。第４半導体領域４における第１導電形の不純物濃度は、第２半導体領域２における第１導電形の不純物濃度よりも低い。このため、第２素子１２の空乏層ＤＬ２は、第１素子１１の空乏層ＤＬ１よりも下方に向けて広がり易い。例えば、第１素子１１では、第２半導体領域２の全体が空乏化され、半導体領域６まで空乏層ＤＬ１が広がる。第２素子１２では、第４半導体領域４の全体が空乏化され、第１半導体領域１まで空乏層ＤＬ２が広がる。
空乏層ＤＬ２の広がりにより、空乏層ＤＬ１下方の領域には、横方向の電界が発生する。空乏層ＤＬ１下方に滞留するキャリアＣは、この横方向の電界により、空乏層ＤＬ２へ引き込まれる。キャリアＣは、矢印Ａで示すように、空乏層ＤＬ２をドリフトし、第５半導体領域５へ流れる。第２素子１２によるキャリアＣの排出により、第１素子１１に多量の光が入射したときでも、空乏層ＤＬ１下方でキャリアＣが滞留する時間を短縮できる。この結果、第１素子１１が不感状態となる時間を短縮できる。
第１素子１１におけるアバランシェ降伏によって発生した信号は、第１配線６１を通して、第１パッド７１より取り出される。第２素子１２において発生した信号は、第２配線６２を通して、第２パッド７２から排出される。第１パッド７１から取り出した信号のみを用いることで、例えば、不感時間の短縮、又は光飛行時間の測定精度の向上が可能となる。
また、第１素子１１に光が入射したとき、二次光子が発生する。一部の二次光子は、隣り合う第１素子１１に向けて進行する。絶縁体３０（第１絶縁部３１）の屈折率は、第１素子１１の屈折率とは異なる。このため、少なくとも一部の二次光子は、絶縁体３０の界面で反射される。絶縁体３０が設けられることで、クロストークノイズを低減できる。
絶縁体３０は、好ましくは、図２に示すように、互いに離れた複数の第１絶縁部３１を含む。互いに離れた複数の第１絶縁部３１が設けられる場合、隣り合う第１素子１１同士の間に１つの第１絶縁部３１が設けられる場合に比べて、第１絶縁部３１の界面の数が増える。界面の数の増加により、隣り合う第１素子１１に向けて進む二次光子がさらに反射され易くなる。これにより、クロストークノイズをさらに低減できる。
図１９及び図２０は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
例えば、第１絶縁部３１は、第１方向Ｄ１から見たときに、５角以上の多角形である。図１９に示す例では、第１絶縁部３１は、第１方向Ｄ１から見たときに、八角形状である。具体的には、第１絶縁部３１は、第２方向Ｄ２に沿って延びる一対の第１延在部分３１ａ、第３方向Ｄ３に沿って延びる一対の第２延在部分３１ｂ、及び複数の連結部分３１ｃを含む。第１素子１１は、第３方向Ｄ３において、一対の第１延在部分３１ａの間に設けられる。第１素子１１は、第２方向Ｄ２において、一対の第２延在部分３１ｂの間に設けられる。各連結部分３１ｃは、第１延在部分３１ａの一端と、第２延在部分３１ｂの一端と、を連結している。
第１延在部分３１ａの第２方向Ｄ２における長さは、連結部分３１ｃの第２方向Ｄ２における長さよりも長い。第２延在部分３１ｂの第３方向Ｄ３における長さは、連結部分３１ｃの第３方向Ｄ３における長さよりも長い。例えば、第１方向Ｄ１から見たときに、連結部分３１ｃは、直線状である。第１延在部分３１ａと連結部分３１ｃとの間の角度θ１は、１３５度以上が好ましい。第２延在部分３１ｂと連結部分３１ｃとの間の角度θ２は、１３５度以上が好ましい。
連結部分３１ｃの第２方向Ｄ２における長さＬ１及び連結部分３１ｃの第３方向Ｄ３における長さＬ２は、それぞれ１μｍ以上であることが好ましい。
又は、図２０に示すように、第１方向Ｄ１から見たときに、第１絶縁部３１の角は、湾曲していても良い。すなわち、第１方向Ｄ１から見たときに、連結部分３１ｃが湾曲していても良い。図２０に示す例では、第１絶縁部３１は、第１方向Ｄ１から見たときに、角丸の四角形状である。例えば、第１延在部分３１ａと連結された連結部分３１ｃの一端は、第２方向Ｄ２に沿う。第２延在部分３１ｂと連結された連結部分３１ｃの他端は、第３方向Ｄ３に沿う。これにより、連結部分３１ｃは、第１延在部分３１ａ及び第２延在部分３１ｂと滑らかに連結される。
図２１は、参考例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
図２１に示す参考例に係る光検出器１００ｒでは、絶縁体３０が格子状に設けられている。具体的には、絶縁体３０の一部は、第２方向Ｄ２に沿って延びている。絶縁体３０の別の一部は、第３方向Ｄ３に沿って延びている。絶縁体３０の第２方向Ｄ２に沿って延びる部分と、第３方向Ｄ３に沿って延びる部分と、の交差部分ＣＰ近傍では、第１素子１１の角が略９０度である。この第１素子１１の角の突出により、交差部分ＣＰ近傍では、他の部分に比べて、第１素子１１と絶縁体３０との間に大きな応力が生じる。
第１絶縁部３１が、図１９に示すように、第１方向Ｄ１から見たときに５角以上の多角形である場合、第１絶縁部３１の内角の角度をより大きくできる。例えば、図１９に示す構造によれば、第１延在部分３１ａと連結部分３１ｃとの間の内角の角度、及び第２延在部分３１ｂと連結部分３１ｃとの間の内角の角度を、１３５度以上にできる。又は、第１絶縁部３１が、図２０に示すように、第１方向Ｄ１から見たときに角丸の多角形である場合、第１絶縁部３１の角を湾曲させることができる。これらの構造によれば、第１絶縁部３１の角において、第１素子１１と第１絶縁部３１との間に加わる応力を緩和できる。例えば、応力の緩和により、第１素子１１及び第１絶縁部３１にクラックが発生することを抑制できる。クラックの発生に起因する動作不良を抑制できる。
また、第１絶縁部３１に対応するシリコン酸化膜１０６１及び埋め込み酸化膜１０６３の形成時に、シリコンエピ層１０１、シリコン酸化膜１０６１、又は埋め込み酸化膜１０６３にクラックが発生すると、その後のフォトリソグフィ工程において、レジストがクラックに入り込む可能性がある。レジストがクラックに入ると、レジストを剥離する際に、クラック内にレジストの残差が発生する。レジストの残差は、その後の酸化等熱工程において酸化炉の有機汚染を引き起こす。シリコンエピ層１０１、シリコン酸化膜１０６１、及び埋め込み酸化膜１０６３への応力を緩和することで、クラックの発生を抑制でき、光検出器１００の歩留まりを向上できる。
また、図２１に示す絶縁体３０の構造では、交差部分ＣＰの第４方向Ｄ４における寸法Ｄｉ１が、交差部分ＣＰの第２方向Ｄ２又は第３方向Ｄ３における寸法Ｄｉ２の約１．４倍となる。換言すると、図２１に示す構造を製造する際、図８に対応する工程において、交差部分ＣＰが形成される部分では、第１トレンチ１０６の第４方向Ｄ４における寸法が、第２方向Ｄ２又は第３方向Ｄ３における寸法Ｄｉ２の約１．４倍となる。この寸法差により、第１トレンチ１０６内に埋め込み酸化膜１０６３を形成したとき、交差部分ＣＰでは、第１トレンチ１０６が完全に埋め込まれず、埋め込み酸化膜１０６３中にボイドが発生する。ボイドは、クラックと同様に、ボイドへのレジストの入り込み、及びボイドにおけるレジストの残差を発生させる。図１９及び図２０に示す構造によれば、局所的な第１トレンチ１０６の寸法の増大を回避でき、ボイドの発生を抑制できる。
図１９及び図２０に示す例において、連結部分３１ｃのＸ方向及びＹ方向におけるそれぞれの長さは、１μｍ以上であることが好ましい。これにより、連結部分３１ｃ近傍で発生する応力を効果的に緩和できる。
ここでは、第１絶縁部３１が、一対の第１延在部分３１ａ、一対の第２延在部分３１ｂ、及び複数の連結部分３１ｃを含む例を説明した。第１絶縁部３１は、互いに連設された１つの第１延在部分３１ａ、１つの第２延在部分３１ｂ、及び１つの連結部分３１ｃを少なくとも含んでいれば良い。これにより、１つの第１延在部分３１ａ、１つの第２延在部分３１ｂ、及び１つの連結部分３１ｃが設けられた領域近傍の応力を緩和できる。
［第２実施形態］
図２２は、第２実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２３は、図２２における部分XXIIIの拡大平面図である。図２４は、図２３のXXIV－XXIV断面図である。
第２実施形態に係る光検出器２００では、図２２及び図２３に示すように、複数の第２素子１２が、第１面に沿って複数の第１素子１１の周りに設けられている。例えば、第２方向Ｄ２に沿って並ぶ複数の第１素子１１の列が、第２方向Ｄ２において、一対の第２素子１２の間に設けられる。第３方向Ｄ３に沿って並ぶ複数の第１素子１１の列が、第３方向Ｄ３において、一対の第２素子１２の間に設けられる。
図２３に示すように、第１方向Ｄ１から見たときに、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間のｐｎ接合面の形状は、第４半導体領域４と第５半導体領域５との間のｐｎ接合面の形状と同じでも良い。第１方向Ｄ１から見たときに、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間のｐｎ接合面の面積は、第４半導体領域４と第５半導体領域５との間のｐｎ接合面の面積と同じでも良い。
第５半導体領域５は、第２配線６２と電気的に接続される。例えば、第５半導体領域５は、プラグ６２ｄ、配線６２ｅ、プラグ６２ｆ、第２クエンチ部５２、及びプラグ６２ｇを介して、第２配線６２と電気的に接続される。
第２クエンチ部５２の電気抵抗は、プラグ６２ｄ、配線６２ｅ、プラグ６２ｆ、第２クエンチ部５２、及びプラグ６２ｇのそれぞれの電気抵抗よりも大きい。第２クエンチ部５２の電気抵抗は、５０ｋΩ以上２ＭΩ以下であることが好ましい。プラグ６２ｄ、６２ｆ、及び６２ｇには、プラグ６１ａ、６１ｃ、及び６１ｄと同様の材料及び構造を適用可能である。
図２３及び図２４に示すように、複数の第２素子１２の周りには、第１面に沿って第２絶縁部３２が設けられる。第２絶縁部３２には、絶縁体３０と同様の材料及び構造を適用可能である。第２絶縁部３２の材料は、例えば、絶縁体３０の材料と同じである。
第２絶縁部３２の周りに、第１面に沿って第１導電形の半導体領域８が設けられても良い。半導体領域８は、第１半導体領域１と同じ半導体材料を含む。半導体領域８におけるｐ形不純物濃度は、例えば１．０×１０１３ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。半導体領域８におけるｐ形不純物濃度は、第１半導体領域１におけるｐ形不純物濃度と同じでも良い。
図２４に示すように、半導体領域８の一部は、第２方向Ｄ２又は第３方向Ｄ３において、第３半導体領域３及び第５半導体領域５と並ぶ。換言すると、半導体領域８の上には、ｎ形の半導体領域が設けられていない。
複数の第２素子１２の周りに半導体領域８を設けることで、複数の第２素子１２と光検出器２００の外周端部との間の距離を長くできる。これにより、例えば、光検出器２００の製造工程における半導体基板のダイシング時に、第２素子１２に損傷が発生する可能性を低減できる。
半導体領域８の導電形は、第１半導体領域１と同じ導電形であることが好ましい。これにより、第１半導体領域１を介して半導体領域８における電位を導電層２２の電位に固定できる。半導体領域８の電位がフローティング状態となることを抑制できる。
図２５は、第２実施形態に係る光検出器の一部を示す模式的断面図である。
図２５に示すように、光検出器２００では、光検出器１００と同様に、第１素子１１及び第２素子１２に逆方向の電圧が印加される。第１素子１１は、ガイガーモードで動作可能である。第２素子１２への逆方向電圧の印加時、第４半導体領域４と第５半導体領域５との間の界面から広がった空乏層ＤＬ２は、第１半導体領域１にまで達する。これにより、空乏層ＤＬ１の下方に滞留するキャリアＣが、矢印Ａで示すように、第５半導体領域５へ引き出される。この結果、第１素子１１が不感状態となる時間を短縮できる。
また、第１素子１１に光が入射した際、半導体領域８にも光が入射しうる。このとき、光電変換により、半導体領域８にもキャリアＣが滞留する。第２素子１２が設けられていない場合、滞留したキャリアＣが第１素子１１へ拡散し、第１素子１１の不感状態を発生させる可能性がある。第１素子１１と半導体領域８との間に第２素子１２が設けられることで、半導体領域８で発生したするキャリアＣを第２素子１２を通して排出できる。これにより、半導体領域８のキャリアＣによる第１素子１１の不感状態の発生が、抑制される。
第２実施形態に係る光検出器２００の構成は、第１実施形態に係る光検出器１００の構成と適宜組み合わせ可能である。例えば、第４方向Ｄ４において隣り合う一対の第１素子１１の間に１つの第２素子１２が設けられ、複数の第１素子１１の周りに別の複数の第２素子１２が設けられても良い。前記１つの第２素子１２及び前記複数の第２素子１２は、例えば、複数の第２配線６２を介して、同じ第２パッド７２と電気的に接続されて良い。この組み合わせによれば、より多くの第１素子１１について、不感状態の時間が短縮可能となる。
［第３実施形態］
図２６は、第３実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。
この実施形態は、ライン光源、レンズと構成され長距離被写体検知システム（ＬＩＤＡＲ）などに応用できる。ライダー装置５００１は、対象物４１１に対してレーザ光を投光する投光ユニットＴと、対象物４１１からのレーザ光を受光しレーザ光が対象物４１１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する受光ユニットＲ（光検出システムともいう）と、を備えている。
投光ユニットＴにおいて、レーザ光発振器（光源ともいう）４０４はレーザ光を発振する。駆動回路４０３は、レーザ光発振器４０４を駆動する。光学系４０５は、レーザ光の一部を参照光として取り出し、そのほかのレーザ光をミラー４０６を介して対象物４１１に照射する。ミラーコントローラ４０２は、ミラー４０６を制御して対象物４１１にレーザ光を投光する。ここで、投光とは、光を当てることを意味する。
受光ユニットＲにおいて、参照光用光検出器４０９は、光学系４０５によって取り出された参照光を検出する。光検出器４１０は、対象物４１１からの反射光を受光する。距離計測回路４０８は、参照光用光検出器４０９で検出された参照光と光検出器４１０で検出された反射光に基づいて、対象物４１１までの距離を計測する。画像認識システム４０７は、距離計測回路４０８で計測された結果に基づいて、対象物４１１を認識する。
ライダー装置５００１は、レーザ光が対象物４１１までを往復してくる時間を計測し距離に換算するＴｏＦ法を採用している。ライダー装置５００１は、車載ドライブ－アシストシステム、リモートセンシング等に応用される。光検出器４１０として上述した実施形態の光検出器を用いると、特に近赤外線領域で良好な感度を示す。このため、ライダー装置５００１は、人が不可視の波長帯域への光源に適用することが可能となる。ライダー装置５００１は、例えば、車向け障害物検知に用いることができる。
図２７は、ライダー装置の検出対象の検出を説明するための図である。
光源３０００は、検出対象となる物体６００に光４１２を発する。光検出器３００１は、物体６００を透過あるいは反射、拡散した光４１３を検出する。
光検出器３００１は、例えば、上述した本実施形態に係る光検出器を用いると、高感度な検出を実現する。なお、光検出器４１０および光源４０４のセットを複数設け、その配置関係を前もってソフトウェア（回路でも代替可）に設定しておくことが好ましい。光検出器４１０および光源４０４のセットの配置関係は、例えば、等間隔で設けられることが好ましい。それにより、各々の光検出器４１０の出力信号を補完しあうことにより、正確な三次元画像を生成することができる。
図２８は、第３実施形態に係るライダー装置を備えた車の上面略図である。
本実施形態に係る車両７００は、車体７１０の４つの隅にライダー装置５００１を備えている。本実施形態に係る車両は、車体の４つの隅にライダー装置を備えることで、車両の全方向の環境をライダー装置によって検出することができる。
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、ＳＣＭ（走査型静電容量顕微鏡）を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいとみなせる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、ＳＣＭを用いて確認することができる。また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により測定することが可能である。
以上で説明した各実施形態によれば、光検出器における不感時間を短縮できる。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光検出器に含まれる、電極、導電層、半導体領域、絶縁体、クエンチ部、プラグ、配線、パッドなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１：第１半導体領域、 ２：第２半導体領域、 ３：第３半導体領域、 ４：第４半導体領域、 ５：第５半導体領域、 ６：半導体領域、 ７：半導体領域、 ８：半導体領域、 １１：第１素子、 １２：第２素子、 ２１：電極、 ２２：導電層、 ３０：絶縁体、 ３０ａ，３０ｂ：絶縁層、 ３１：第１絶縁部、 ３１ａ：第１延在部分、 ３１ｂ：第２延在部分、 ３１ｃ：連結部分、 ３２：第２絶縁部、 ４１～４４：絶縁層、 ５１：第１クエンチ部、 ５２：第２クエンチ部、 ６１：第１配線、 ６１ａ，６１ｃ，６１ｄ：プラグ、 ６１ｂ：配線、 ６２：第２配線、 ６２ａ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｆ，６２ｇ：プラグ、 ６２ｂ，６２ｅ：配線、 ７１：第１パッド、 ７２：第２パッド、 １００：光検出器、 １００ａ：シリコン基板、 １００ｒ：光検出器、 １０１：シリコンエピ層、 １０２：シリコン酸化膜、 １０３：シリコン窒化膜、 １０４：素子分離領域、 １０５：レジスト、 １０６：第１トレンチ、 １０７：シリコン酸化膜、 １０８：素子領域、 １０９：ｐ形アバランシェ層、 １１２：クエンチ抵抗、 １１３ａ，１１３ｂ：ｎ形アバランシェ層、 １１４：絶縁膜、 １１８：絶縁膜、 １１９：コンタクトホール、 １２０：チタン膜、 １２１：窒化チタン膜、 １２２：タングステン膜、 １２３：アルミニウム層、 １２４：パッシベーション膜、 １２５：裏面電極、 １０３１：シリコン酸化膜、 １５３ａ，１５３ｂ：パッド、 １０６１：シリコン酸化膜、 １０６２：被注入領域、 １０６３：埋め込み酸化膜、 ２００：光検出器、 ４０２：ミラーコントローラ、 ４０３：駆動回路、 ４０４：レーザ光発振器、 ４０５：光学系、 ４０６：ミラー、 ４０７：画像認識システム、 ４０８：距離計測回路、 ４０９：参照光用光検出器、 ４１０：光検出器、 ４１１：対象物、 ４１２，４１３：光、 ６００：物体、 ７００：車両、 ７１０：車体、 ３０００：光源、 ３００１：光検出器、 ５００１：ライダー装置、 Ａ：矢印、 Ｃ：キャリア、 Ｄ１：第１方向、 Ｄ２：第２方向、 Ｄ３：第３方向、 Ｄ４：第４方向、 ＤＬ１，ＤＬ２：空乏層、 Ｄｉ１，Ｄｉ２：寸法、 、 ＭＬ１，ＭＬ２：金属層、 Ｒ：受光ユニット、 Ｔ：投光ユニット、 θ１，θ２：角度

Claims (16)

  1. 第１導電形の第１半導体領域と、
    前記第１半導体領域の上に設けられた第１導電形の第２半導体領域と、前記第２半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域に接する第２導電形の第３半導体領域と、を含む第１素子と、
    前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域よりも低い第１導電形の不純物濃度を有する第１導電形の第４半導体領域と、前記第４半導体領域の上に設けられ、前記第４半導体領域に接する第２導電形の第５半導体領域と、を含む第２素子と、
    前記第１素子と前記第２素子との間に設けられた絶縁体と、
    前記第３半導体領域と電気的に接続された第１配線と、
    前記第５半導体領域と電気的に接続された第２配線と、
    を備え、
    前記第１半導体領域から前記第１素子に向かう第１方向における前記第３半導体領域の厚さは、前記第１方向における前記第５半導体領域の厚さと同じであり、
    前記第４半導体領域と前記第５半導体領域との間の第１ｐｎ接合から前記第１半導体領域に向けて伸びる空乏層の距離は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間の第２ｐｎ接合から前記第１半導体領域に向けて伸びる空乏層の距離よりも長く、
    前記第１素子は、前記第１方向に垂直な第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向と、において複数設けられ、
    前記絶縁体は、前記第１方向に垂直な第１面に沿って複数の前記第１素子の周りにそれぞれ設けられた複数の第１絶縁部を含み、
    前記複数の第１絶縁部は、互いに離れ、
    前記複数の第１絶縁部のそれぞれの下端は、前記第１ｐｎ接合及び前記第２ｐｎ接合よりも下方に位置し、
    前記第２素子は、前記第１方向に垂直であり且つ前記第２方向及び前記第３方向に対して傾斜した第４方向において、隣り合う前記第１絶縁部同士の間に設けられている、光検出器。
  2. 前記第２素子は、複数設けられ、
    前記複数の第２素子の一部は、前記第４方向において、隣り合う前記第１絶縁部同士の間に設けられ、
    前記複数の第２素子の別の一部は、前記第１面に沿って、前記複数の第１素子の周りに設けられた、請求項１記載の光検出器。
  3. 前記複数の第１絶縁部の少なくとも一部は、
    前記第２方向に沿って延びる第１延在部分と、
    前記第３方向に沿って延びる第２延在部分と、
    前記第１延在部分と前記第２延在部分を連結する連結部分と、
    を含み、
    前記第１素子は、前記第３方向において前記第１延在部分と並び、前記第２方向において前記第２延在部分と並ぶ、請求項１又は２に記載の光検出器。
  4. 前記複数の第１絶縁部の前記少なくとも一部において、前記第１延在部分と前記連結部分との間の角度、及び前記第２延在部分と前記連結部分との間の角度は、１３５度以上である、請求項３記載の光検出器。
  5. 前記複数の第１絶縁部の前記少なくとも一部は、前記第１方向から見たときに、八角形状である、請求項３記載の光検出器。
  6. 前記連結部分は、前記第１方向から見たときに湾曲している、請求項３記載の光検出器。
  7. 前記連結部分の前記第１方向における長さ及び前記第２方向における長さは、１μｍ以上である、請求項３～６のいずれか１つに記載の光検出器。
  8. 前記第３半導体領域と前記第１配線との間に電気的に接続された第１クエンチ部をさらに備えた、請求項１～７のいずれか１つに記載の光検出器。
  9. 前記第１配線と電気的に接続された第１パッドと、
    前記第２配線と電気的に接続され、前記第１パッドから離れた第２パッドと、
    をさらに備えた、請求項１～８のいずれか１つに記載の光検出器。
  10. 第１導電形の第１半導体領域と、
    前記第１半導体領域の上に設けられた第１導電形の第２半導体領域と、前記第２半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域に接する第２導電形の第３半導体領域と、を含む第１素子であって、前記第１半導体領域から前記第１素子に向かう第１方向に垂直な第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向と、において複数設けられた前記第１素子と、
    前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域よりも低い第１導電形の不純物濃度を有する第１導電形の第４半導体領域と、前記第４半導体領域の上に設けられ、前記第４半導体領域に接する第２導電形の第５半導体領域と、を含む複数の第２素子と、
    前記第１素子同士の間、及び前記第１素子と前記第２素子との間に設けられた絶縁体と、
    複数の前記第３半導体領域の少なくとも一部と電気的に接続された第１配線と、
    複数の前記第５半導体領域の少なくとも一部と電気的に接続された第２配線と、
    を備え、
    前記第１方向における前記第３半導体領域の厚さは、前記第１方向における前記第５半導体領域の厚さと同じであり、
    前記第４半導体領域と前記第５半導体領域との間の第１ｐｎ接合から前記第１半導体領域に向けて伸びる空乏層の距離は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間の第２ｐｎ接合から前記第１半導体領域に向けて伸びる空乏層の距離よりも長く、
    前記絶縁体は、前記第１方向に垂直な第１面に沿って複数の前記第１素子の周りにそれぞれ設けられた複数の第１絶縁部を含み、
    前記複数の第１絶縁部は、互いに離れ、
    前記複数の第１絶縁部のそれぞれの下端は、前記第１ｐｎ接合及び前記第２ｐｎ接合よりも下方に位置し、
    前記複数の第２素子の一部は、前記第１面に沿って前記複数の第１素子の周りに設けられ、
    前記複数の第２素子の別の一部は、前記第１方向に垂直であり且つ前記第２方向及び前記第３方向に対して傾斜した第４方向において、隣り合う前記第１絶縁部同士の間に設けられている、光検出器。
  11. 前記第１素子は、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードを含む請求項１～１０のいずれか１つに記載の光検出器。
  12. 請求項１～１１のいずれか１つに記載の光検出器と、
    前記光検出器の出力信号から光の飛行時間を算出する距離計測回路と、
    を備えた光検出システム。
  13. 物体に光を照射する光源と、
    前記物体に反射された光を検出する請求項１２記載の光検出システムと、
    を備えたライダー装置。
  14. 前記光源と前記光検出器の配置関係に基づいて、三次元画像を生成する画像認識システムと、を備える請求項１３記載のライダー装置。
  15. 請求項１３又は１４に記載のライダー装置を備えた車。
  16. 車体の４つの隅のそれぞれに請求項１３又は１４に記載のライダー装置を備えた車。
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