JP7466493B2 - 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び移動体 - Google Patents
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Description
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。
以下の説明及び図面において、n+及びp、p-の表記は、各不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」及び「-」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「-」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。これらの表記は、それぞれの領域にp形不純物とn形不純物の両方が含まれている場合には、それらの不純物が補償しあった後の正味の不純物濃度の相対的な高低を表す。
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。
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の一部を拡大した模式的平面図である。図3は、図2における部分IIIの拡大平面図である。図4は、図3のIV-IV断面図である。
第1実施形態に係る光検出器1は、図1及び図2に示すように、セル領域CR、外周領域OR、第1配線41、第2配線42、第1パッド51、及び第2パッド52を含む。
外周領域ORは、セル領域CRの周りに設けられる。図5及び図6に示すように、外周領域ORは、p-形半導体領域14、n+形半導体領域15、絶縁層23~26、及び第2配線42を含む。p-形半導体領域14、n+形半導体領域15、絶縁層23~26は、セル領域CRの他に、外周領域ORにさらに設けられる。図5では、絶縁層23~26が省略されている。
上方から素子10に光が入射すると、素子10で電荷が発生する。電荷が発生すると、第1クエンチ部31及び第1配線41に電流が流れる。第1配線41に流れる電流を検出することで、素子10への入射光に対応する出力電流を検出できる。
p-形半導体領域11、p形半導体領域12、n+形半導体領域13、p-形半導体領域14、n+形半導体領域15などの各半導体領域は、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。
図7(a)~図12(b)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13(a)は、参考例に係る光検出器の特性を示す模式図である。図13(b)は、第1実施形態に係る光検出器の特性を示す模式図である。
図13(a)に示す参考例に係る光検出器1rでは、n+形半導体領域15が設けられていない。図13(a)及び図13(b)において、破線の矢印A1及びA2は、p-形半導体領域11又はp-形半導体領域14で発生した電子の流れを示している。
図14において、横軸は、第1パッド51及び第2パッド52に対して電極21に印加される負の電圧Vopを示す。縦軸は、各電圧Vopにおいて得られたダークカウントレートDCRを示す。横軸の値及び縦軸の値は、相対値で表されている。実線は、第1実施形態の光検出器に関する実験結果である。具体的には、実線は、第2パッド52の電位を、第1パッド51の電位と同じに設定したときの、ダークカウントレートDCRの測定結果を示す。第2パッド52の電位が固定され、電極21に電圧Vopが印加されると、p-形半導体領域14とn+形半導体領域15との間に電圧Vが印加される。破線は、参考例の光検出器に関する実験結果である。具体的には、破線は、第2パッド52の電位が固定されず、第2パッド52の電位がフローティングであるときの、ダークカウントレートDCRの測定結果を示す。この場合、p-形半導体領域14とn+形半導体領域15との間に電圧Vが印加されない。第2パッド52の電位がフローティングである状態は、n+形半導体領域15や、第2配線42、第2パッド52などが設けられていない形態に対応する。
例えば、分離部20は、Z方向から見たときに、5角以上の多角形である。図15に示す例では、分離部20は、Z方向から見たときに、八角形状である。具体的には、分離部20は、X方向に沿って延びる一対の第1延在部分20a、Y方向に沿って延びる一対の第2延在部分20b、及び複数の連結部分20cを含む。素子10は、Y方向において、一対の第1延在部分20aの間に設けられる。素子10は、X方向において、一対の第2延在部分20bの間に設けられる。それぞれの連結部分20cは、第1延在部分20aの一端と、第2延在部分20bの一端と、を連結している。
図17及び図18は、第2実施形態に係る光検出器を示す模式的断面図である。
図17に示すように、第2実施形態に係る光検出器2は、光検出器1と比べて、レンズ35をさらに含む。レンズ35は、平坦化された絶縁層26の上に設けられ、素子10の上に位置する。複数のレンズ35が、複数の素子10の上にそれぞれ位置する。レンズ35の上面は、凸状に湾曲している。レンズ35の下面は、例えば、X-Y面に平行である。
図19は、第3実施形態に係る光検出器を示す模式的断面図である。
第3実施形態に係る光検出器3は、光検出器1と比べて、分離部20の下端が半導体層22に接する。例えば、分離部20の下端は、X-Y面において半導体層22に囲まれる。p-形半導体領域11とp-形半導体領域14は、分離部20によって分離される。
図20は、第4実施形態に係る光検出器を示す模式的断面図である。
図20に示した光検出器4のように、p形半導体領域12及びn+形半導体領域13は、分離部20から離れていても良い。p-形半導体領域11の一部が、p形半導体領域12と分離部20との間、及びn+形半導体領域13と分離部20との間に設けられる。
図21は、第5実施形態に係る光検出器を示す模式的平面図である。
図21に示す光検出器5のように、分離部20は、絶縁領域20I及び金属領域20Mを含んでも良い。絶縁領域20Iは、素子10と金属領域20Mとの間、p-形半導体領域14と金属領域20Mとの間、及びn+形半導体領域15と金属領域20Mとの間に設けられる。
図22は、第6実施形態に係る光検出器を示す模式的平面図である。
図22に示す光検出器6のように、分離部20は、絶縁領域20I及び空隙Vを含んでも良い。絶縁領域20Iは、素子10と空隙Vとの間、p-形半導体領域14と空隙Vとの間、及びn+形半導体領域15と空隙Vとの間に設けられる。
図23は、第7実施形態に係る光検出器を示す模式的平面図である。
第7実施形態に係る光検出器7は、図23に示すように、第2クエンチ部32をさらに含む点で、光検出器1とは異なる。第2クエンチ部32は、第2配線42と電気的に接続される。図23の例では、第2クエンチ部32は、第2配線42と第2パッド52との間に設けられ、これらと電気的に接続される。
図24は、第8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。
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。
図26の例では、移動体は、車である。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。
Claims (15)
- セル領域に設けられ、第1方向と、前記第1方向と交差する第2方向と、に沿って並ぶ複数の素子であって、前記複数の素子のそれぞれは、
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、前記第1半導体領域よりも高い第1導電形の不純物濃度を有する第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た第2導電形の第3半導体領域と、
を含む、前記複数の素子と、
前記第1方向及び前記第2方向に平行な第1面において、前記複数の素子の周りにそれぞれ設けられた複数の分離部と、
前記第1面において前記複数の分離部のそれぞれの周りに設けられ、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た第2導電形の第5半導体領域と、
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、
前記第1配線と電気的に接続された第1クエンチ部と、
前記セル領域の周りにおいて前記第5半導体領域と電気的に接続された第2配線と、
を備えた光検出器。 - 前記複数の素子、前記複数の分離部、及び前記第5半導体領域の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられ、前記複数の素子の上にそれぞれ位置する複数のレンズと、
をさらに備えた、請求項1記載の光検出器。 - 前記複数の素子の1つにおいて、前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域は、前記複数の素子の前記1つの周りに設けられた前記複数の分離部の1つから離れている、請求項1又は2に記載の光検出器。
- 電極と、
前記電極の上に設けられた第1導電形の半導体層と、
をさらに備え、
前記複数の素子、前記複数の分離部、及び前記第4半導体領域は、前記半導体層の上に設けられた、請求項1~3のいずれか1つに記載の光検出器。 - 前記複数の分離部の1つ以上の下端は、前記半導体層に接する、請求項4記載の光検出器。
- 前記複数の分離部の1つ以上は、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向から見たときに、角丸の四角形状又は五角以上の多角形である、請求項1~5のいずれか1つに記載の光検出器。
- 前記複数の分離部の1つ以上は、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な第3方向から見たときに、八角形である、請求項1~5のいずれか1つに記載の光検出器。
- 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1~7のいずれか1つに記載の光検出器。 - 前記第2配線と電気的に接続された第2クエンチ部をさらに備えた、請求項1~8のいずれか1つに記載の光検出器。
- 前記複数の素子の1つ以上は、アバランシェフォトダイオードである、請求項1~9のいずれか1つに記載の光検出器。
- 前記複数の素子の1つ以上は、ガイガーモードで動作される、請求項1~10のいずれか1つに記載の光検出器。
- 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。 - 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。 - 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をさらに備える請求項13記載のライダー装置。
- 請求項13又は14に記載のライダー装置を備えた移動体。
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