(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024163157
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】光電変換装置、光電変換システム
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20241114BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 A
【審査請求】有
【請求項の数】24
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024148315
(22)【出願日】2024-08-30
(62)【分割の表示】P 2021157065の分割
【原出願日】2021-09-27
(31)【優先権主張番号】P 2020180165
(32)【優先日】2020-10-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2021047087
(32)【優先日】2021-03-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100126240
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 琢磨
(74)【代理人】
【識別番号】100223941
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 佳子
(74)【代理人】
【識別番号】100159695
【弁理士】
【氏名又は名称】中辻 七朗
(74)【代理人】
【識別番号】100172476
【弁理士】
【氏名又は名称】冨田 一史
(74)【代理人】
【識別番号】100126974
【弁理士】
【氏名又は名称】大朋 靖尚
(72)【発明者】
【氏名】アブデルガファ アイマン
(72)【発明者】
【氏名】岩田 旬史
(72)【発明者】
【氏名】森本 和浩
(57)【要約】
【課題】 特有のデバイス構造に適した構造を提供することができる。
【解決手段】 複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、第１の深さよりも深い第２の深さに配され、第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の第２半導体領域と、により形成されるアバランシェ増倍部を含む。第２導電型の第３半導体領域よりも浅い位置に、第３半導体領域と導電型および不純物濃度の少なくとも一方が異なる第４半導体領域が配され、第３半導体領域と前記第４半導体領域との境界部の深さは、アバランシェ増倍部よりも深い。
【選択図】 図７
【解決手段】 複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、第１の深さよりも深い第２の深さに配され、第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の第２半導体領域と、により形成されるアバランシェ増倍部を含む。第２導電型の第３半導体領域よりも浅い位置に、第３半導体領域と導電型および不純物濃度の少なくとも一方が異なる第４半導体領域が配され、第３半導体領域と前記第４半導体領域との境界部の深さは、アバランシェ増倍部よりも深い。
【選択図】 図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体層と、
前記半導体層に配され、第１のアバランシェフォトダイオードおよび第２のアバランシェフォトダイオードを含む複数のアバランシェフォトダイオードと、
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとし、第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の深さよりも深い第２の深さに配され、前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の第２半導体領域と、により形成されるアバランシェ増倍部を含み、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２導電型の第３半導体領域が配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間であって、前記第３半導体領域よりも浅い位置に第４半導体領域が配され、
前記第４半導体領域は、前記第２導電型の半導体領域であって且つ前記第２導電型の不純物濃度が前記第３半導体領域の第２導電型の不純物濃度よりも低い半導体領域、またはあ、前記第１導電型の半導体領域であることを特徴とする光電変換装置。
前記半導体層に配され、第１のアバランシェフォトダイオードおよび第２のアバランシェフォトダイオードを含む複数のアバランシェフォトダイオードと、
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとし、第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の深さよりも深い第２の深さに配され、前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の第２半導体領域と、により形成されるアバランシェ増倍部を含み、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２導電型の第３半導体領域が配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間であって、前記第３半導体領域よりも浅い位置に第４半導体領域が配され、
前記第４半導体領域は、前記第２導電型の半導体領域であって且つ前記第２導電型の不純物濃度が前記第３半導体領域の第２導電型の不純物濃度よりも低い半導体領域、またはあ、前記第１導電型の半導体領域であることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光電変換装置、および光電変換システムに関する。
【背景技術】
【0002】
アバランシェ（電子なだれ）増倍を利用し、単一光子レベルの微弱光を検出可能なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いた光検出装置が知られている。ＡＰＤは、信号電荷と同じ極性の第１導電型の第１半導体領域と、信号電荷と異なる極性の第２導電型の第２半導体領域とにより高電界領域（アバランシェ増倍部）を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－２０１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１では、画素間を分離する第３半導体領域が、断面視でアバランシェ増倍部と同じ深さの位置まで設けられており、平面視でアバランシェ増倍部を取り囲むように配されている。
【0005】
画素サイズが微細化されると、第３半導体領域とアバランシェ増倍部との距離が近づく。したがって、第３半導体領域と第１半導体領域との間で局所的な高電界領域が形成され、ダークカウントレート（以下、ＤＣＲ）が増加する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一形態にかかる光電変換装置は、半導体層と、前記半導体層に配され、第１のアバランシェフォトダイオードおよび第２のアバランシェフォトダイオードを含む複数のアバランシェフォトダイオードと、前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとし、第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の深さよりも深い第２の深さに配され、前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の第２半導体領域と、により形成されるアバランシェ増倍部を含み、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２導電型の第３半導体領域が配され、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間であって、前記第３半導体領域よりも浅い位置に、前記第３半導体領域と導電型および不純物濃度の少なくとも一方が異なる第４半導体領域が配され、前記第３半導体領域と前記第４半導体領域との境界部の深さは、前記アバランシェ増倍部よりも深いことを特徴とする。
【0007】
また他の一形態にかかる光電変換装置は、複数の光電変換素子を含み、第１面と、前記第１面とは反対側の面であり光が入射する第２面とを有する半導体層を備え、前記複数の光電変換素子のそれぞれは、アバランシェフォトダイオードを含み、前記アバランシェフォトダイオードは、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、第２導電型の第２半導体領域とを有し、前記複数の光電変換素子のそれぞれは、前記第２導電型の第３半導体領域を含む分離部により分離されており、前記第２半導体領域は、前記第３半導体領域と接して配されており、前記複数の光電変換素子は、第１の方向に並ぶ、第１光電変換素子と、前記第１光電変換素子と隣り合って配された第２光電変換素子と、を有し、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間において、前記第３半導体領域の一端が前記第１面よりも前記第２面の側で且つ前記第２半導体領域よりも前記第１面の側に位置するように、前記第３半導体領域が配されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係る光電変換装置によれば、画素サイズの微細化を図ることができる光電変換装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】光電変換装置の構成を示す図
【図2】センサ基板の配置例
【図3】回路基板の配置例
【図4】光電変換素子の等価回路を含むブロック図
【図5】ＡＰＤの動作と出力信号との関係を示す図
【図6】第１の実施形態に係る画素平面図
【図7】第１の実施形態に係る画素断面図
【図8】第２の実施形態に係る画素平面図
【図9】第２の実施形態に係る画素断面図
【図10】第３の実施形態に係る画素平面図
【図11】第３の実施形態に係る画素断面図
【図12】第４の実施形態に係る画素平面図
【図13】第４の実施形態に係る画素断面図
【図14】第５の実施形態に係る画素平面図
【図15】第５の実施形態に係る画素断面図
【図16】第６の実施形態に係る画素平面図
【図17】第６の実施形態に係る画素断面図
【図18】第７の実施形態に係る画素平面図
【図19】第７の実施形態に係る画素断面図
【図20】第８の実施形態に係る光電変換システム
【図21】第９の実施形態に係る光電変換装置の概略平面図
【図22】第９の実施形態に係る光電変換装置の概略断面図
【図23】第９の実施形態に係る光電変換装置の画素のポテンシャル図
【図24】第１０の実施形態に係る光電変換装置の概略平面図
【図25】第１０の実施形態に係る光電変換装置の概略断面図
【図26】第１０の実施形態に係る光電変換装置の概略断面図
【図27】第１１の実施形態に係る光電変換装置の概略平面図
【図28】第１１の実施形態に係る光電変換装置の概略断面図
【図29】第１１の実施形態に係る光電変換装置の概略平面図
【図30】第１１の実施形態に係る光電変換装置の概略断面図
【図31】第１２の実施形態に係る光電変換装置の概略平面図
【図32】第１２の実施形態に係る光電変換装置の概略断面図
【図33】第１３の実施形態に係る光電変換装置の概略断面図
【図34】第１４の実施形態に係る光電変換装置の製造方法
【図35】第１５の実施形態の光電変換システムのブロック図
【図36】第１６の実施形態の光電変換システムのブロック図
【図37】第１７の実施形態の光電変換システムのブロック図
【図38】第１８の実施形態の光電変換システムのブロック図
【図39】第１９の実施形態の光電変換システムの具体例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略することがある。また、各実施形態で説明した構成は、技術的に問題がない限り、その他の実施形態で説明した構成と相互に置換したり組み合わせたりすることが可能である。
【0011】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【0012】
以下の説明において、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアノードを固定電位とし、カソード側から信号を取り出している。したがって、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の半導体領域とはＰ型半導体領域である。なお、ＡＰＤのカソードを固定電位とし、アノード側から信号を取り出す場合でも本発明は成立する。この場合は、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域はＰ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域である。以下では、ＡＰＤの一方のノードを固定電位とする場合について説明するが、両方のノードの電位が変動してもよい。
【0013】
本明細書において、単に「不純物濃度」という用語が使われた場合、逆導電型の不純物によって補償された分を差し引いた正味の不純物濃度を意味している。つまり、「不純物濃度」とは、ＮＥＴ濃度を指す。Ｐ型の添加不純物濃度がＮ型の添加不純物濃度より高い領域はＰ型半導体領域である。反対に、Ｎ型の添加不純物濃度がＰ型の添加不純物濃度より高い領域はＮ型半導体領域である。
【0014】
本明細書において、「平面視」とは、後述する半導体層の光入射面又は光入射面とは反対側の面に対して垂直な方向から視ることを指す。また、断面とは、半導体層の光入射面と垂直な方向における面を指す。なお、微視的に見て半導体層の光入射面が粗面である場合は、巨視的に見たときの半導体層の光入射面を基準として平面視を定義する。
【0015】
半導体層３０１は、第１面と、第１面とは反対側の面であり光が入射する第２面とを有する。本明細書において、深さ方向は、ＡＰＤが配される半導体層３０１の第１面から第２面に向かう方向である。以下では、「第１面」を「表面」という場合があり、「第２面」を「裏面」という場合がある。半導体層３０１の所定の位置から、半導体層３０１の裏面方向に向かう方向を、「深い」と表現することもある。また、半導体層３０１の所定の位置から、半導体層３０１の表面方向に向かう方向を、「浅い」と表現することもある。
【0016】
【0017】
図１は、積層型の光電変換装置１００の構成を示す図である。光電変換装置１００は、センサ基板１１と、回路基板２１の２つの基板が積層され、且つ電気的に接続されることにより構成される。センサ基板１１は、後述する光電変換素子１０２を有する第１半導体層（半導体層３０１）と、第１配線構造と、を有する。回路基板２１は、後述する信号処理部１０３等の回路を有する第２半導体層と、第２配線構造と、を有する。光電変換装置１００は、第２半導体層、第２配線構造、第１配線構造、第１半導体層の順に積層して構成される。各実施形態に記載の光電変換装置は、第２面から光が入射し、第１面に回路基板が配される、裏面照射型の光電変換装置である。
【0018】
以下では、センサ基板１１と回路基板２１とは、ダイシングされたチップで説明するが、チップに限定されない。例えば、各基板はウエハであってもよい。また、各基板はウエハ状態で積層した後にダイシングされていてもよいし、ウエハ状態からチップ化した後に各チップを積層して接合してもよい。
【0019】
センサ基板１１には、画素領域１２が配され、回路基板２１には、画素領域１２で検出された信号を処理する回路領域２２が配される。
【0020】
図２は、センサ基板１１の配置例を示す図である。ＡＰＤを含む光電変換素子１０２を有する画素１０４が平面視で二次元アレイ状に配列され、画素領域１２を形成する。
【0021】
画素１０４は、典型的には、画像を形成するための画素であるが、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）に用いる場合には、必ずしも画像を形成しなくてもよい。すなわち、画素１０４は、光が到達した時刻と光量を測定するためのものであってもよい。
【0022】
図３は、回路基板２１の構成図である。図２の光電変換素子１０２で光電変換された電荷を処理する信号処理部１０３、読み出し回路１１２、制御パルス生成部１１５、水平走査回路部１１１、信号線１１３、垂直走査回路部１１０を有している。
【0023】
【0024】
垂直走査回路部１１０は、制御パルス生成部１１５から供給された制御パルスを受け、各画素に制御パルスを供給する。垂直走査回路部１１０にはシフトレジスタやアドレスデコーダといった論理回路が用いられる。
【0025】
画素の光電変換素子１０２から出力された信号は、信号処理部１０３で処理される。信号処理部１０３は、カウンタやメモリなどが設けられており、メモリにはデジタル値が保持される。
【0026】
水平走査回路部１１１は、デジタル信号が保持された各画素のメモリから信号を読み出すために、各列を順次選択する制御パルスを信号処理部１０３に入力する。
【0027】
信号線１１３には、選択されている列について、垂直走査回路部１１０により選択された画素の信号処理部１０３から信号が出力される。
【0028】
信号線１１３に出力された信号は、出力回路１１４を介して、光電変換装置１００の外部の記録部または信号処理部に出力する。
【0029】
図２において、画素領域における光電変換素子の配列は１次元状に配されていてもよい。信号処理部の機能は、必ずしも全ての光電変換素子に１つずつ設けられる必要はなく、例えば、複数の光電変換素子によって１つの信号処理部が共有され、順次信号処理が行われてもよい。
【0030】
図２および図３に示すように、平面視で画素領域１２に重なる領域に、複数の信号処理部１０３が配される。そして、平面視で、センサ基板１１の端と画素領域１２の端との間に重なるように、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、読み出し回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部１１５が配される。言い換えると、センサ基板１１は、画素領域１２と画素領域１２の周りに配された非画素領域とを有する。そして、平面視で非画素領域に重なる領域に、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、読み出し回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部１１５が配される。
【0031】
【0032】
図２において、ＡＰＤ２０１を有する光電変換素子１０２は、センサ基板１１に設けられており、その他の部材は、回路基板２１に設けられている。
【0033】
ＡＰＤ２０１は、光電変換により入射光に応じた電荷対を生成する。ＡＰＤ２０１のアノードには、電圧ＶＬ（第１電圧）が供給される。また、ＡＰＤ２０１のカソードには、アノードに供給される電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＨ（第２電圧）が供給される。アノードとカソードには、ＡＰＤ２０１がアバランシェ増倍動作をするような逆バイアス電圧が供給される。このような電圧を供給した状態とすることで、入射光によって生じた電荷がアバランシェ増倍を起こし、アバランシェ電流が発生する。
【0034】
なお、逆バイアスの電圧が供給される場合において、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧より大きい電位差で動作させるガイガーモードと、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧近傍、もしくはそれ以下の電圧差で動作させるリニアモードがある。
【0035】
ガイガーモードで動作させるＡＰＤをＳＰＡＤ（シングルフォトンアバランシェダイオード）と呼ぶ。例えば、電圧ＶＬ（第１電圧）は、－３０Ｖ、電圧ＶＨ（第２電圧）は、３Ｖである。ＡＰＤ２０１は、リニアモードで動作させてもよいし、ガイガーモードで動作させてもよい。
【0036】
クエンチ素子２０２は、電圧ＶＨを供給する電源とＡＰＤ２０１に接続される。クエンチ素子２０２は、アバランシェ増倍による信号増倍時に負荷回路（クエンチ回路）として機能し、ＡＰＤ２０１に供給する電圧を抑制して、アバランシェ増倍を抑制する働きを持つ（クエンチ動作）。また、クエンチ素子２０２は、クエンチ動作で電圧降下した分の電流を流すことにより、ＡＰＤ２０１に供給する電圧を電圧ＶＨへと戻す働きを持つ（リチャージ動作）。
【0037】
信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２を有する。本明細書において、信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２のいずれかを有していればよい。
【0038】
波形整形部２１０は、光子検出時に得られるＡＰＤ２０１のカソードの電位変化を整形して、パルス信号を出力する。波形整形部２１０としては、例えば、インバータ回路が用いられる。図４では、波形整形部２１０としてインバータを一つ用いた例を示したが、複数のインバータを直列接続した回路を用いてもよいし、波形整形効果があるその他の回路を用いてもよい。
【0039】
カウンタ回路２１１は、波形整形部２１０から出力されたパルス信号をカウントし、カウント値を保持する。また、駆動線２１３を介して制御パルスｐＲＥＳが供給されたとき、カウンタ回路２１１に保持された信号がリセットされる。
【0040】
選択回路２１２には、図３の垂直走査回路部１１０から、図４の駆動線２１４（図３では不図示）を介して制御パルスｐＳＥＬが供給され、カウンタ回路２１１と信号線１１３との電気的な接続、非接続を切り替える。選択回路２１２には、例えば、信号を出力するためのバッファ回路などを含む。
【0041】
クエンチ素子２０２とＡＰＤ２０１との間や、光電変換素子１０２と信号処理部１０３との間にトランジスタ等のスイッチを配して、電気的な接続を切り替えてもよい。同様に、光電変換素子１０２に供給される電圧ＶＨまたは電圧ＶＬの供給をトランジスタ等のスイッチを用いて電気的に切り替えてもよい。
【0042】
本実施形態では、カウンタ回路２１１を用いる構成を示した。しかし、カウンタ回路２１１の代わりに、時間・デジタル変換回路（Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下、ＴＤＣ）、メモリを用いて、パルス検出タイミングを取得する光電変換装置１００としてもよい。このとき、波形整形部２１０から出力されたパルス信号の発生タイミングは、ＴＤＣによってデジタル信号に変換される。ＴＤＣには、パルス信号のタイミングの測定に、図１の垂直走査回路部１１０から駆動線を介して、制御パルスｐＲＥＦ（参照信号）が供給される。ＴＤＣは、制御パルスｐＲＥＦを基準として、波形整形部２１０を介して各画素から出力された信号の入力タイミングを相対的な時間としたときの信号をデジタル信号として取得する。
【0043】
図５は、ＡＰＤの動作と出力信号との関係を模式的に示した図である。
【0044】
図５（ａ）は、図４のＡＰＤ２０１、クエンチ素子２０２、波形整形部２１０を抜粋した図である。ここで、波形整形部２１０の入力側をｎｏｄｅＡ、出力側をｎｏｄｅＢとする。図５（ｂ）は、図５（ａ）のｎｏｄｅＡの波形変化を、図５（ｃ）は、図５（ａ）のｎｏｄｅＢの波形変化をそれぞれ示す。
【0045】
時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において、図５（ａ）のＡＰＤ２０１には、ＶＨ－ＶＬの電位差が印加されている。時刻ｔ１において光子がＡＰＤ２０１に入射すると、ＡＰＤ２０１でアバランシェ増倍が生じ、クエンチ素子２０２にアバランシェ増倍電流が流れ、ｎｏｄｅＡの電圧は降下する。電圧降下量がさらに大きくなり、ＡＰＤ２０１に印加される電位差が小さくなると、時刻ｔ２のようにＡＰＤ２０１のアバランシェ増倍が停止し、ｎｏｄｅＡの電圧レベルはある一定値以上降下しなくなる。その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間において、ｎｏｄｅＡには電圧ＶＬから電圧降下分を補う電流が流れ、時刻ｔ３においてｎｏｄｅＡは元の電位レベルに静定する。このとき、ｎｏｄｅＡにおいて出力波形がある閾値を越えた部分は、波形整形部２１０で波形整形され、ｎｏｄｅＢで信号として出力される。
【0046】
なお、信号線１１３の配置、読み出し回路１１２、出力回路１１４の配置は図３に限定されない。例えば、信号線１１３が行方向に延びて配されており、信号線１１３が延びる先に読み出し回路１１２が配されていてもよい。
【0047】
以下では、各実施形態の光電変換装置について説明する。
【0048】
（第１の実施形態）
図６は、第１の実施形態に係る光電変換装置の画素部を拡大した平面図である。図６では、ＡＰＤが二次元平面状に配列された図である。本実施形態では、各画素が１つのＡＰＤを有するため、図６は、２×２画素配列された画素部の平面図である。図６の破線Ａ―Ａ’の断面図を図７（ａ）に示し、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図７（ｂ）にそれぞれ示す。図６に付与する番号は、図７（ａ）（ｂ）の番号と対応する。各部位の詳細については、図７（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
図６は、第１の実施形態に係る光電変換装置の画素部を拡大した平面図である。図６では、ＡＰＤが二次元平面状に配列された図である。本実施形態では、各画素が１つのＡＰＤを有するため、図６は、２×２画素配列された画素部の平面図である。図６の破線Ａ―Ａ’の断面図を図７（ａ）に示し、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図７（ｂ）にそれぞれ示す。図６に付与する番号は、図７（ａ）（ｂ）の番号と対応する。各部位の詳細については、図７（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【0049】
平面視で、第１の方向に、第１ＡＰＤおよび第３ＡＰＤが配され、第１の方向に直交する第２の方向に第３ＡＰＤおよび第２ＡＰＤが配される。図４においては、第１ＡＰＤと第３ＡＰＤが対辺方向に配され、第１ＡＰＤと第２ＡＰＤが対角方向に配される。例えば、図６において、左上のＡＰＤが第１ＡＰＤ、右上のＡＰＤが第３ＡＰＤ、左下のＡＰＤが第２ＡＰＤである。また、図６においては、第１ＡＰＤの第１半導体領域３１１と第２ＡＰＤの第１半導体領域３１１との間の距離が、第１ＡＰＤの第１半導体領域３１１と第３ＡＰＤの第１半導体領域３１１との間の距離よりも長い。
【0050】
図７（ａ）の半導体層３０１には、第１導電型の第１半導体領域３１１と第２導電型の第２半導体領域３１２が配される。第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２はＰＮ接合を形成し、アバランシェ増倍部を形成するＡＰＤを構成する。また、第１半導体領域３１１には、電圧ＶＬを供給するコンタクトプラグ３４１が形成される。半導体層３０１は、コンタクトプラグが形成される側の面（第１面）３０２と第１面３０２と対向する面（第２面）３０３とを有する。本実施形態では、第２面３０３が光入射面となる。上述の通り、光入射面とは巨視的に視た場合の面であり、第１面３０２と第２面３０３とは平行な面でなくてもよい。
【0051】
図７（ａ）の隣接画素間には、アバランシェクロストークを低減するための分離領域３３１が形成される。分離領域３３１は、トレンチ構造を含む。トレンチ構造の内部には、アバランシェ増倍部３１４で発生したフォトンに対する反射率を高める材料、または、発生したフォトンを吸収する材料で構成されることが好ましい。分離領域３３１は、例えば、ＤＴＩ（Ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｒａｔｉｏｎ）とＤＴＩの内部に配された絶縁材料により構成される。この絶縁材料による分離領域３３１は、アバランシェ増倍部３１４の高電界領域で発光するフォトンが隣接画素へ混入することを低減する。これに限られず、分離領域３３１には、トレンチ構造の内部に銅、タングステンなどの金属材料が配されたものを用いてもよい。これにより、画素間の遮光性能を向上させることができる。また、分離領域３３１には、トレンチ構造が配され、トレンチ構造の内部に空気（例えば、真空）がある構成も用いてもよい。
【0052】
ＤＴＩは第１面３０２から第２面３０３まで貫通していてもよいし、第２面からＤＴＩを形成する場合には、第１面３０２に達する前に半導体層３０１の途中にＤＴＩの端部が位置するように配されていてもよい。この場合は、少なくともアバランシェ増倍部３１４の深さよりも浅い位置にＤＴＩの端部が位置することが好ましい。本明細書において、深さ方向は、第１面３０２から第２面３０３に向かう方向である。このようなＤＴＩの端部の配置とすることにより、アバランシェクロストークを低減することができる。好ましくは半導体層を貫通するようにＤＴＩは設けられる。なお、本実施形態では、分離領域３３１として、ＤＴＩを含むトレンチ構造を設ける例を説明したが、分離領域３３１は選択的に設けられる部材であり、分離領域３３１を設けない形態も本発明は包含する。
【0053】
分離領域３３１の側壁部には、第２導電型の第３半導体領域３２１が配される。第３半導体領域３２１は、隣接画素間を分離する役割を有する。また、分離領域３３１を設ける場合には、分離領域３３１の側壁部で発生する暗電流を低減する役割も有する。
【0054】
本実施形態では、第３半導体領域３２１は、深さ４０２を境界として、第２面３０３側に配される。このように、第１導電型の第１半導体領域３１１と第２導電型の第３半導体領域３２１とは、形成される深さが異なる。第３半導体領域３２１は、分離領域３３１の側壁に接するように、第２面３０３から深さ４０２まで配されており、深さ４０２から第１面３０２には配されていない。
【0055】
第１導電型の第１半導体領域３１１と第２導電型の第３半導体領域３２１の一部が同じ深さに形成される場合、画素サイズの微細化に伴って、第１半導体領域３１１と第３半導体領域３２１の距離が狭まる。これにより、第１半導体領域３１１と第３半導体領域３２１の間で電界集中が生じ、ＤＣＲが増加する。
【0056】
これに対して、本実施形態の構造では、第１導電型の第１半導体領域３１１と第２導電型の第３半導体領域３２１の形成される深さが異なる。例えば、図７（ａ）では、第１導電型の第１半導体領域３１１の下面よりも、第２導電型の第３半導体領域３２１の上面が下に位置している。したがって、画素サイズが微細化された場合でも、前記２つの半導体領域が同一深さで形成された場合と比較して、その間の距離を離すことができる。その結果、第１半導体領域３１１と、第３半導体領域３２１の間の電界集中によるＤＣＲ増加を低減できる。
【0057】
深さ４０２は、ＡＰＤのＰＮ接合面である深さ４０１よりも深い位置にある。一方で、深さ４０２は、第２半導体領域３１２が配される深さ４０３よりも浅い位置にある。ここで、深さ４０３は、第２半導体領域３１２が占める深さの半分の位置を示している。
【0058】
分離領域３３１の側壁部で発生する暗電流のうち、深さ４０２よりも浅い位置で発生する暗電流電荷は、アバランシェ増倍部３１４よりもポテンシャルの低い第５半導体領域３１３を通じて第１半導体領域３１１に流れ込む。この暗電流成分は、アバランシェ増倍部３１４を通らない。したがって、暗電流電荷はアバランシェ増倍されず、ＡＰＤの信号として検出されないため、ＤＣＲとしてカウントされない。そのため、第２半導体領域３１２の上面が第１面３０２に到達していなくとも、ＤＣＲの問題は生じない。
【0059】
第１半導体領域３１１の両端部には、電界集中を緩和するための第１導電型または第２導電型の第５半導体領域３１３が配される。このとき、第５半導体領域３１３の不純物濃度は、第１半導体領域３１１の不純物濃度よりも低く設定する。例えば、第１半導体領域３１１の不純物濃度が６．０×１０１８［ａｔｍｓ／ｃｍ３］以上の場合に、第５半導体領域３１３の不純物濃度は１．０×１０１６［ａｔｍｓ／ｃｍ３］以上、１．０×１０１８［ａｔｍｓ／ｃｍ３］以下とする。本明細書において、不純物濃度とは、所定の不純物の正味の不純物濃度のことであり、所謂ＮＥＴドーピング濃度を指す。
【0060】
また、第２半導体領域３１２よりも深い領域には、第２導電型の第６半導体領域３１５が配され、第６半導体領域３１５よりも深い領域には、第２導電型の第７半導体領域３１６が配される。このとき、第６半導体領域３１５よりも、第７半導体領域３１６の方が、第２導電型の不純物濃度が高くなるようにする。そうすることで、第６半導体領域３１５で光電変換された電荷は、第２面３０３側に抜けることなく、第１面３０２側に配されるアバランシェ増倍部３１４を通過する。これにより、信号電荷を効率的に読み出してＡＰＤの信号としてカウントすることができる。
【0061】
図７（ｂ）は、図６の対角方向である破線Ｂ―Ｂ’の断面図である。図７（ａ）と異なる点は、隣接するアバランシェ増倍部間に分離領域３３１が配されない点である。アバランシェクロストークは、隣接するアバランシェ増倍部の距離が近いほど増加するため、対角方向よりも対辺方向の隣接するアバランシェ増倍部間に分離領域を形成する方が、その抑制効果が高くなる。また、分離領域３３１は前記のとおり、酸化膜等の絶縁膜による分離領域である。対角に配置されたアバランシェ増倍部間に分離領域３３１を配さない構造とすることで、ＡＰＤに電位ＶＨを供給するためのコンタクトプラグ３４２を形成することができる。そして、コンタクトプラグ３４２を異なるアバランシェ増倍部間で共有することができる。
【0062】
キャリアがアバランシェ増倍される際に、高電界領域で発光するフォトンが隣接画素へ漏れ込むアバランシェクロストークが生じることがある。特許文献１には、画素間分離領域としてトレンチ構造を設け、トレンチ構造の内部に絶縁物を配置し、アバランシェクロストークを低減することが開示されている。また、特許文献１には、画素間分離領域の側壁部に、第２導電型の第３半導体領域を形成し、アノードに接続されたコンタクトから第３半導体領域に電圧を供給することが開示されている。
【0063】
コンタクトプラグ３４２の下部には、半導体層３０１との接触抵抗を低減するために、第２導電型の第８半導体領域３２３が配される。このとき、第８半導体領域３２３の不純物濃度は、第３半導体領域３２１の不純物濃度と同程度であってもよい。あるいは、第８半導体領域３２３の不純物濃度は、第３半導体領域３２１の不純物濃度よりも高くてもよい。また、第８半導体領域３２３と第１半導体領域３１１との距離は、対角方向の方が対辺方向よりも遠くなる。これにより、第１半導体領域３１１と第８半導体領域３２３の間での電界集中が発生しにくく、それに起因するＤＣＲ増加を低減することができる。そこで、図６に示すように、コンタクトプラグ３４２および第８半導体領域３２３は、平面視において、対辺方向の画素間ではなく、対角方向の画素間に配置している。
【0064】
また、図７（ｂ）において、電圧ＶＬがコンタクトプラグ３４１を通じて第１半導体領域１３１１に印加され、電圧ＶＨがコンタクトプラグ３４２を通じて第８半導体領域３２３に印加される。第８半導体領域３２３に印加される電位は、第３半導体領域３２１、第６半導体領域３１５を通じて、第２半導体領域３１２に供給される。その結果、第１導電型の第１半導体領域１３１１と第２導電型の第２半導体領域３１２には、逆バイアスとなる電圧が印加され、アバランシェ増倍部３１４を形成することができる。
【0065】
なお、図７（ｂ）では、コンタクトプラグ３４２を第１面３０２の側に配しているが、第２面３０３の側から第３半導体領域３２１に電位を供給してもよい。この場合は、第８半導体領域３２３を配する必要がなくなるため、対角方向において、アバランシェ増倍部３１４間の距離をより近づけることが可能となる。
【0066】
また、図６では、アバランシェ増倍部が円形に配され、第８半導体領域３２３の下に設けられる第３半導体領域３２１が平面視で矩形に配されているが、本実施形態は、これに限定されない。例えば、第１半導体領域３１１と第３半導体領域３２１の平面視における形状とを同じにしてもよい。この場合には、コンタクトプラグ３４２を第２面３０３の側に配することが好ましい。
【0067】
なお、図示していないが、半導体層３０１の裏面には、平坦化層、フィルタ層、マイクロレンズなどが配置されていてもよい。フィルタ層には、カラーフィルタ、赤外光カットフィルタ、モノクロフィルタ等種々の光学フィルタを用いることができる。カラーフィルタには、ＲＧＢカラーフィルタ、ＲＧＢＷカラーフィルタ等を用いることができる。
【0068】
以上の構成により、第１の実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域３３１を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。
【0069】
（第２の実施形態）
図８、図９（ａ）、および図９（ｂ）を参照しながら、第２の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図８は、本実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図８の破線Ａ－Ａ’の断面図を図９（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図９（ｂ）にそれぞれ示す。
図８、図９（ａ）、および図９（ｂ）を参照しながら、第２の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図８は、本実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図８の破線Ａ－Ａ’の断面図を図９（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図９（ｂ）にそれぞれ示す。
【0070】
本実施形態に係る光電変換装置は、分離領域３３１の側壁部において、第１面３０２と深さ４０２との間に第４半導体領域３２２が配されている点が第１の実施形態と異なる。この点および以下で説明する点以外は、第１の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
【0071】
第４半導体領域３２２は、深さ４０２を境界として、第１面３０２の側に配される。第４半導体領域３２２は、導電型および不純物濃度の少なくとも一方が第３半導体領域３２１と異なる。第４半導体領域３２２は、第１導電型の半導体領域であっても、第２導電型の半導体領域であっても、真性半導体領域であってもよい。なお、第４半導体領域３２２が第２導電型の半導体領域の場合は、第４半導体領域３２２は、第３半導体領域３２１よりも、第２導電型の不純物濃度が低くなるように設定する。例えば、第３半導体領域３２１の不純物濃度と第４半導体領域３２２の不純物濃度とは４倍以上異なる。一例として、第３半導体領域３２１の不純物濃度が１．０×１０１７［ａｔｍｓ／ｃｍ３］の場合、第４半導体領域３２２の不純物濃度は１．０×１０１６［ａｔｍｓ／ｃｍ３］である。また、第４半導体領域が第１導電型の場合、第４半導体領域３２２は、第１半導体領域３１１よりも、第１導電型の不純物濃度が低くなるように設定する。例えば、第４半導体領域３２２と第１半導体領域３１１とは１０倍以上異なる。一例として、第１半導体領域３１１の不純物濃度が６．０×１０１８［ａｔｍｓ／ｃｍ３］の場合、第４半導体領域３２２の不純物濃度は１．０×１０１６［ａｔｍｓ／ｃｍ３］である。また、第４半導体領域の不純物濃度は、その極性によらず、半導体層３０１と同程度であってもよい。
【0072】
第４半導体領域３２２は、第２導電型の半導体領域であることが好ましい。深さ４０２が、深さ４０３よりも深い位置に配される場合、分離領域３３１の側壁部で発生する暗電流のうち、第３半導体領域３２１が配されない深さで発生する暗電流の一部は、アバランシェ増倍部３１４を通過するため、ＤＣＲ増加を引き起こす。
【0073】
しかしながら、図９（ａ）に示すように、深さ４０２が、深さ４０３よりも浅い位置に配されることにより、分離領域３３１の側壁部で発生する暗電流のうち、深さ４０２より深い位置で発生する暗電流電荷は、第２導電型の第３半導体領域３２１で再結合される。したがって、ＤＣＲ増加を低減することができる。
【0074】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域３３１を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。
【0075】
（第３の実施形態）
図１０、図１１（ａ）、および図１１（ｂ）を参照しながら、第３の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１０は、本実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１０の破線Ａ－Ａ’の断面図を図１１（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１１（ｂ）にそれぞれ示す。
図１０、図１１（ａ）、および図１１（ｂ）を参照しながら、第３の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１０は、本実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１０の破線Ａ－Ａ’の断面図を図１１（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１１（ｂ）にそれぞれ示す。
【0076】
本実施形態に係る光電変換装置は、平面視において、第４半導体領域３２２の幅が、第３半導体領域３２１の幅よりも狭い点が第２の実施形態と異なる。この点および以下で説明する点以外は、第２の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
【0077】
なお、本明細書において、「半導体領域の幅」とは、深さ方向に対して直交する方向における長さを指す。例えば、図１１（ａ）における第４半導体領域３２２の幅とは、深さ方向における一断面において、分離領域３３１と第４半導体領域３２２との界面から第５半導体領域３１１に向かう方向における長さである。
【0078】
図１０および図１１（ａ）に示すように、分離領域３３１に対する第３半導体領域３２１の幅（張り出し量）よりも、第４半導体領域３２２の幅（張り出し量）の方が、オフセットＣだけ小さい。つまり、平面視において、分離領域３３１から第４半導体領域３２２の第１半導体領域３１１側の端までの距離は、分離領域３３１から第３半導体領域３２１の第１半導体領域３１１側の端までの距離よりも小さい。ここで、第４半導体領域３２２の第１半導体領域３１１側の端とは、第５半導体領域３１３と第４半導体領域３２２との間の半導体領域３２４と第４半導体領域３２２との界面を指す。半導体領域３２４は、第４半導体領域３２２および第５半導体領域３１３と導電型および不純物濃度の少なくとも一方が異なる半導体領域である。例えば、第１導電型で、第５半導体領域３１３よりも不純物濃度の低い半導体領域である。また、第３半導体領域３２１の第１半導体領域３１１側の端とは、第３半導体領域３２１と第６半導体領域３１５との界面を指す。
【0079】
なお、本実施形態においては、第４半導体領域３２２が第１導電型の場合に、第４半導体領域３２２は第１半導体領域３１１と同等の不純物濃度であってもよい。また、本実施形態においては、第４半導体領域３２２が第２導電型の場合に、第４半導体領域３２２は第３半導体領域３２１と同等の不純物濃度であってもよい。
【0080】
各半導体領域と同等の不純物濃度であっても、第１半導体領域３１１と第４半導体領域３２２との距離Ｅが、第１半導体領域３１１と第３半導体領域３２１との距離Ｄと同等であれば、第１の実施形態と同様の効果を実現することができる。
【0081】
第４半導体領域３２２は、真性半導体領域であってもよいし、第１半導体領域３１１よりも不純物濃度の低い第１導電型の半導体領域であってもよいし、第３半導体領域３２１よりも不純物濃度の低い第２導電型の半導体領域であってもよい。
【0082】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域３３１を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。さらに、第４半導体領域３２２の幅を小さくしているため、第２の実施形態よりも、画素サイズの微細化が可能となる。
【0083】
（第４の実施形態）
図１２、図１３（ａ）、および図１３（ｂ）を参照しながら、第４の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１２は、第４の実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１２の破線Ａ―Ａ’の断面図を図１３（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１３（ｂ）にそれぞれ示す。図１２に付与する番号は、図１３（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
図１２、図１３（ａ）、および図１３（ｂ）を参照しながら、第４の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１２は、第４の実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１２の破線Ａ―Ａ’の断面図を図１３（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１３（ｂ）にそれぞれ示す。図１２に付与する番号は、図１３（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
【0084】
本実施形態に係る光電変換装置は、図１２の破線Ｂ―Ｂ’において、対角方向の隣接画素間にも分離領域３３１が配される点が第２の実施形態と異なる。この点および以下で説明する点以外は、第２の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
【0085】
本実施形態では、平面視において、対辺方向だけでなく対角方向も含めて画素の周囲全てに分離領域３３１が配されている。つまり、破線Ｂ－Ｂ’の断面においても、ＡＰＤ間に分離領域３３１が配される。
【0086】
第２の実施形態では、対角方向の隣接画素間に配されるコンタクトプラグ３４２を４つの画素で共有しており、電圧ＶＨを与えるコンタクトプラグは、１画素につき実質１個である。一方で、本実施形態では、対角方向の隣接画素間に絶縁膜が埋め込まれた分離領域３３１が配されるため、図１２のように、対角方向の隣接画素間の中心から平面視でオフセットを設けて配置する必要がある。図１２の例では、１画素につき４個のコンタクトプラグ３４２が割り当てられるが、必ずしも４個である必要はなく、電圧ＶＨを与えるコンタクトプラグは１画素につき１個あればよい。あるいは、複数画素で１個の電圧ＶＨを与えるコンタクトプラグを共有してもよい。
【0087】
第２の実施形態では、アバランシェ増倍部３１４で発光するフォトンのうち、対角方向、すなわち、図１２の破線Ｂ―Ｂ’に進むフォトンは、アバランシェクロストークを引き起こす可能性がある。本実施形態では、対角方向も含めて画素の周囲に分離領域３３１が配されている。したがって、対角方向の隣接画素間でのアバランシェクロストークを低減することができる。
【0088】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。特に、対角方向の隣接画素間でのアバランシェクロストークも低減することができる。
【0089】
（第５の実施形態）
図１４、図１５（ａ）、および図１５（ｂ）を参照しながら、第５の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１４は、第５の実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１４の破線Ａ―Ａ’の断面図を図１５（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１５（ｂ）にそれぞれ示す。図１４に付与する番号は、図１５（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
図１４、図１５（ａ）、および図１５（ｂ）を参照しながら、第５の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１４は、第５の実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１４の破線Ａ―Ａ’の断面図を図１５（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１５（ｂ）にそれぞれ示す。図１４に付与する番号は、図１５（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
【0090】
本実施形態に係る光電変換装置は、分離領域３３１が第２面３０３まで到達していない点が第２の実施形態と異なる。この点および以下で説明する点以外は、第２の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
【0091】
一例として、図１５（ａ）は、分離領域３３１が第６半導体領域３１５と第７半導体領域３１６の境界部まで配されている。第１面３０２を基準にした場合、第７半導体領域３１６が配される深さは、例えば２．５μｍ以上である。
【0092】
アバランシェクロストークの原因となるフォトンの発生源は、アバランシェ増倍部３１４であり、そこで発生したフォトンが、第２面３０３の側に配される第７半導体領域３１６を経て隣接画素へ漏れ込む可能性は低い。従って、分離領域３３１は第２面３０３まで到達している必要はなく、図１５（ａ）のように、深さ方向の途中まで形成されていてもよい。その場合、分離領域３３１、及び、第３半導体領域３２１を形成するプロセス工程上の難易度を低減することができる。
【0093】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域３３１を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。また、プロセス工程の難易度を低減することができる。
【0094】
（第６の実施形態）
図１６、図１７（ａ）、および図１７（ｂ）を参照しながら、第６の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１６は、本実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１６の破線Ａ－Ａ’の断面図を図１７（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１７（ｂ）にそれぞれ示す。図１６に付与する番号は、図１７（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
図１６、図１７（ａ）、および図１７（ｂ）を参照しながら、第６の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１６は、本実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１６の破線Ａ－Ａ’の断面図を図１７（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１７（ｂ）にそれぞれ示す。図１６に付与する番号は、図１７（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
【0095】
本実施形態に係る光電変換装置は、ＡＰＤに電圧ＶＨを与えるコンタクトプラグが、第１面３０２の側に配されておらず、第２面３０３の側に配されるコンタクトプラグ３４３を通じて供給される点が第４の実施形態と異なる。この点および以下で説明する点以外は、第４の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
【0096】
コンタクトプラグ３４３から印加される電圧ＶＨは、第７半導体領域３１６、第６半導体領域３１５を通じて、第２半導体領域３１２に供給される。その結果、第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２には、逆バイアスとなる電圧が印加され、アバランシェ増倍部３１４を形成することができる。
【0097】
本実施形態においては、第１面３０２の側に、電圧ＶＨを与えるコンタクトプラグがないため、第１面３０２の側に第８半導体領域３２３を形成する必要はない。したがって、図１７（ａ）および図１７（ｂ）では、第８半導体領域３２３の代わりに第４半導体領域３２２が配されている。分離領域３３１が配されない場合は、第４半導体領域３２２を配さないようにしてもよい。
【0098】
【0099】
また、図１７（ａ）および図１７（ｂ）では、平面視において、アバランシェ増倍部３１４に重なる位置にコンタクトプラグ３４３が配されているが、アバランシェ増倍部３１４に重ならない位置にコンタクトプラグ３４３が配されていてもよい。これにより、第２面３０３側からの入射光を、コンタクトプラグ３４３で遮られることなく半導体層に入射させることができる。
【0100】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域３３１を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。
【0101】
（第７の実施形態）
図１８、図１９（ａ）、および図１９（ｂ）を参照しながら、第７の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１８は、第７の実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１８の破線Ａ―Ａ’の断面図を図１９（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１９（ｂ）にそれぞれ示す。図１８に付与する番号は、図１９（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
図１８、図１９（ａ）、および図１９（ｂ）を参照しながら、第７の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図１８は、第７の実施形態に係る光電変換装置の平面図であり、ＡＰＤが二次元平面状に２×２個分配列された図である。図１８の破線Ａ―Ａ’の断面図を図１９（ａ）に、破線Ｂ―Ｂ’の断面図を図１９（ｂ）にそれぞれ示す。図１８に付与する番号は、図１９（ａ）（ｂ）の番号と対応する。
【0102】
本実施形態に係る光電変換装置は、アバランシェ増倍部３１４を形成するための半導体領域の構成が第１の実施形態と異なる。この点および以下で説明する点以外は、第１の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
【0103】
図１９（ａ）では、第１導電型の第９半導体領域３５１と、第２導電型の第１０半導体領域３５２の間でＰＮ接合が形成され、アバランシェ増倍部３１４が形成される。第９半導体領域３５１の不純物濃度は、例えば、図５（ａ）の第１半導体領域３１１と同程度であり、第１０半導体領域３５２の不純物濃度は、例えば、図５（ａ）の第２半導体領域３１２と同程度である。また、図１９（ａ）において、第１０半導体領域３５２と同じ深さには、第１１半導体領域３５３が配される。第１１半導体領域３５３が第２導電型の場合、その不純物濃度は第１０半導体領域３５２よりも低い。また、第１１半導体領域３５３が第１導電型の場合、その不純物濃度は第９半導体領域３５１よりも低い。さらに、第９半導体領域３５１と同じ深さには、第１２半導体領域３５４が配される。第１２半導体領域３５４が第１導電型の場合、その不純物濃度は第９半導体領域３５１よりも低い。また、第１２半導体領域３５４が第２導電型の場合、その不純物濃度は第１０半導体領域３５２よりも低い。
【0104】
アバランシェ増倍部３１４は、第９半導体領域３５１と第１０半導体領域３５２の間の電界により形成される。本実施形態の構成によれば、第９半導体領域３５１の面積を、画素サイズに依らず一定に保つことが可能となる。信号電荷にとってのポテンシャル高さが、第１０半導体領域３５２よりも第１１半導体領域３５３の方が低く設定される。これにより、第６半導体領域３１５で光電変換された電荷が、第１１半導体領域３５３を通過して、アバランシェ増倍部３１４に収集される。このようなポテンシャル設計により、ノイズ発生源となるアバランシェ増倍部３１４を必要最小限の面積に抑えることができる。
【0105】
また、図１９（ａ）では、平面視において、第９半導体領域３５１と第１０半導体領域３５２は互いに重なっていないが、その一部が重なっていても良い。
【0106】
さらに、信号電荷にとってのポテンシャル高さが、第１０半導体領域３５２よりも第１１半導体領域３５３の方が低ければ、第１０半導体領域３５２と第１１半導体領域３５３の第２導電型の不純物濃度は同じであってもよい。この点に関しては、第９の実施形態においても説明する。
【0107】
なお、図１９（ａ）において、第９半導体領域３５１と第１０半導体領域３５２のＰＮ接合深さを４０１、第１０半導体領域３５２が配される深さを４０３とする場合、それぞれの深さの深さ４０２に対する関係は、第１の実施形態と同じである。
【0108】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域３３１を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。さらに、アバランシェ増倍部３１４の面積を第１の実施形態よりも小さくしながら信号電荷をアバランシェ増倍部３１４に収集できる。したがって、ノイズを減らしながら、光検出効率を高くすることが可能となる。
【0109】
（第８の実施形態）
図２０を参照しながら、第８の実施形態に係る光電変換装置について説明する。本実施形態に係る光電変換装置は、対角方向の隣接画素間に、第１面３０２には達しない分離領域３３１ｂが配されている。第４の実施形態の図１３で説明した分離領域３３１は、対角方向の隣接画素間にも設けられているが、第１面３０２まで達しており、本実施形態とは第１面３０２まで達しているか否かという点で異なる。この点および以下で説明する点以外は、上記の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
図２０を参照しながら、第８の実施形態に係る光電変換装置について説明する。本実施形態に係る光電変換装置は、対角方向の隣接画素間に、第１面３０２には達しない分離領域３３１ｂが配されている。第４の実施形態の図１３で説明した分離領域３３１は、対角方向の隣接画素間にも設けられているが、第１面３０２まで達しており、本実施形態とは第１面３０２まで達しているか否かという点で異なる。この点および以下で説明する点以外は、上記の実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。
【0110】
分離領域３３１ｂは、アバランシェ増倍部３１４が配される深さ４０１に近い深さまで形成されることが好ましい。これにより、対辺方向における隣接画素間におけるアバランシェクロストークを低減することができる。
【0111】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、分離領域を設けていることから、アバランシェクロストークの低減も図ることができる。特に、対角方向の隣接画素間でのアバランシェクロストークも低減することができる。
【0112】
【0113】
【0114】
図２２（ａ）は図２１のＡ－Ａ’、すなわち、第１の方向における概略断面図であり、図２２（ｂ）は図２１のＢ－Ｂ’、すなわち、第１の方向と交差する第２の方向における概略断面図である。図２２において、第１の方向は対辺方向であり、第２の方向は対角方向である。図２２では、センサ基板１１に含まれる半導体層３００と半導体層３００に接続されるコンタクトプラグの一部を示している。
【0115】
図２１に示すように、各画素１０４は少なくとも１つのＡＰＤを含む。なお、以降の説明では、画素１０４が１つのＡＰＤにより構成される形態を説明するが、画素１０４は複数のＡＰＤを含んで構成されていてもよい。以下では、便宜的に、第１ＡＰＤの対辺方向に並ぶＡＰＤを第２ＡＰＤ、第１ＡＰＤの対角方向に並ぶＡＰＤを第３ＡＰＤという。
【0116】
各半導体領域の詳細は後述するが、図２１では、ＡＰＤのアバランシェ増倍領域を形成するための第１導電型（例えば、Ｎ型）の第１半導体領域１３１１が示されている。第１半導体領域１３１１の周囲には、第３半導体領域１３１３が配されている。
【0117】
図２１において、第１ＡＰＤの第１半導体領域１３１１と、第３ＡＰＤの第１半導体領域１３１１との間には、コンタクトプラグが接続される第２導電型（例えば、Ｐ型）の第６半導体領域１３１６が配される。
【0118】
各画素間には第２導電型の第４半導体領域１３１４を含む分離部（分離領域）が配されている。上記実施形態では、分離部（分離領域）をトレンチ構造と半導体領域で構成した例を説明した。他方、本実施形態では、半導体領域のみによって構成されている例を説明する。第２導電型の第４半導体領域１３１４は、対辺および対角方向を分離するように配されている。平面視において、第６半導体領域１３１６は、第４半導体領域１３１４と重なるように配されている。
【0119】
図２２（ａ）に示すように、半導体層３００には画素１０４を構成する各半導体領域が配される。ＡＰＤは、第１導電型の第１半導体領域１３１１と、第２導電型の第２半導体領域１３１２を少なくとも含む。第１半導体領域１３１１と第２半導体領域１３１２とでＰＮ接合を形成している。第１半導体領域１３１１の不純物濃度は、第２半導体領域１３１２の不純物濃度よりも高い。また、第１半導体領域１３１１と第２半導体領域１３１２とに所定の逆バイアス電圧を印加することによりアバランシェ増倍領域１３０２を形成している。第１半導体領域１３１１はコンタクトプラグ１１３０と接続され、コンタクトプラグ１１３０を介して電圧が印加される。なお、コンタクトプラグ１１３０は、複数配されていてもよい。
【0120】
第１半導体領域１３１１と第２半導体領域１３１２との間には、第１半導体領域１３１１よりも不純物濃度の低い第１導電型の半導体領域１３０１が配されていてもよい。半導体領域１３０１は、第１導電型であっても、第２導電型であってもよい。
【0121】
第１半導体領域１３１１の端部には、電界緩和のために、第１導電型の第３半導体領域１３１３が配されている。第３半導体領域１３１３は、電界緩和の目的を達成させることができれば、第２導電型の半導体領域で構成されていてもよい。第３半導体領域１３１３の不純物濃度は、第１導電型の場合には、第１半導体領域１３１１よりも低く、第２導電型の場合には、第２半導体領域１３１２よりも低い。第３半導体領域１３１３と、第１半導体領域１３１１または第２半導体領域１３１２との不純物濃度の差は２倍以上異なる。第３半導体領域は追加的な半導体領域であり、設けなくてもよい。
【0122】
図２２（ａ）、（ｂ）において、各画素間の対辺および対角方向を分離するために、第２導電型の第４半導体領域１３１４が配されている。第２導電型の第２半導体領域１３１２は、第４半導体領域１３１４と接して配されている。
【0123】
第２半導体領域１３１２よりも深い位置には、第２導電型の第５半導体領域１３１５が配されている。第２導電型の第５半導体領域１３１５は、第４半導体領域１３１４と接して配されている。平面視で、画素１０４の全面に第５半導体領域１３１５が配され、その一部が第４半導体領域１３１４と重なっていてもよい。図２２（ａ）、（ｂ）において、第５半導体領域１３１５は、半導体層３００の裏面に接して配されているが、離れて配されていてもよい。なお、図２２（ａ）、（ｂ）では、イオン注入により第２導電型の第５半導体領域１３１５を形成した例を示すがこれに限定されない。例えば、半導体層３００の裏面にピニング膜を配し、第５半導体領域１３１５がイオン注入により形成されていない例とすることもできる。ピニング膜には公知の材料を採用することができる。
【0124】
なお、図示していないが、半導体層３００の裏面には、平坦化層、フィルタ層、マイクロレンズなどが配置されていてもよい。フィルタ層には、カラーフィルタ、赤外光カットフィルタ、モノクロフィルタ等種々の光学フィルタを用いることができる。カラーフィルタには、ＲＧＢカラーフィルタ、ＲＧＢＷカラーフィルタ等を用いることができる。
【0125】
第２半導体領域１３１２と第５半導体領域１３１５の間には、第１導電型の第７半導体領域１３１７が設けられている。第７半導体領域１３１７の不純物濃度は、第７半導体領域１３１７の周囲に設けられている半導体領域１３０１の不純物濃度よりも高い。この構成により、信号電荷にとって、半導体領域１３０１のポテンシャルよりも、第７半導体領域１３１７のポテンシャルが低くなり、より多くの電荷をアバランシェ増倍領域１３０２に収集することが可能となる。第７半導体領域１３１７は、必要に応じて設けられる半導体領域であり、設けなくてもよい。また、図２２の断面図において、第７半導体領域１３１７の一部と第２半導体領域１３１２とが接触しているが、第７半導体領域１３１７は第２半導体領域１３１２から離間して設けられていてもよい。
【0126】
図２２（ａ）において、第２導電型の第４半導体領域１３１４の一端（上面）は、第２半導体領域１３１２よりも浅い位置であって、且つ、半導体層３００の第１面よりも深い位置に配されている。言い換えると、第１ＡＰＤを有する第１光電変換素子と第２ＡＰＤを有する第２光電変換素子との間において、第４半導体領域１３１４の一端が第１面よりも第２面の側で且つ第２半導体領域１３１２よりも第１面の側に位置する。第４半導体領域１３１４の一端は、図２２（ａ）に示すように、対辺方向においては、第４半導体領域１３１４が第２面から第１面まで連続的に配されておらず、第１面から離間して配されている。
【0127】
第１ＡＰＤと、第２ＡＰＤとの間において、第４半導体領域１３１４が第２面から第１面まで連続的に配された場合には、第１半導体領域１３１１又は第３半導体領域１３１３と第４半導体領域１３１４とにより横方向の電界集中が生じる可能性がある。一方で、第４半導体領域１３１４の一端が第２半導体領域１３１２の上面よりも下に位置すると、第１ＡＰＤの第１半導体領域１３１１と第２ＡＰＤの第１半導体領域１３１１との間で横方向に空乏層が広がりうる。この結果、空乏層がつながることにより、画素間でパンチスルーが生じる可能性がある。
【0128】
これに対して、本実施形態によれば、対辺方向においては、第４半導体領域１３１４の上端が第１面よりも深く第２半導体領域１３１２よりも浅い位置に配される。したがって、横方向の電界集中を低減しながら、パンチスルーを生じにくくすることができる。
【0129】
図２２（ｂ）に示すように、対角方向においては、第４半導体領域１３１４が、第１面から第５半導体領域１３１５が配される深さと同じ深さまで連続的に配されている。対角方向においては、対辺方向に比べて第４半導体領域１３１４と第１半導体領域１３１１又は第３半導体領域１３１３との距離を確保しやすい。したがって、第４半導体領域１３１４と第１半導体領域１３１１又は第３半導体領域１３１３との距離が対辺方向に比べて長くなる。このため、対角方向は、第４半導体領域１３１４が第１面まで配されていたとしても、対辺方向に比べて横方向の電界集中は生じにくい。図２２（ｂ）に示すように、対角方向においては、後述するようにコンタクトプラグ１３１を介して第２半導体領域１３１２に電圧を印加する必要があるため、対角方向では第４半導体領域１３１４を第１面まで連続的に配している。なお、第４半導体領域１３１４は第６半導体領域１３１６と接していればよいため、第１面まで連続的に形成されている必要はない。少なくとも、第４半導体領域１３１４と第６半導体領域１３１６とが接していればよい。
【0130】
【0131】
第６半導体領域１３１６の不純物濃度は、第４半導体領域１３１４の不純物濃度よりも高い。この構成により、第６半導体領域１３１６とコンタクトプラグ１３１を接続することにより、第４半導体領域１３１４とコンタクトプラグ１３１を接続した場合の接触抵抗よりも、金属と半導体間の接触抵抗を低くすることが可能となる。
【0132】
第６半導体領域１３１６と接続したコンタクトプラグ１３１と、第１半導体領域１３１１と接続したコンタクトプラグ１３０との間に所定の逆バイアス電圧を印加することにより、アバランシェ増倍領域３０２を形成することができる。
【0133】
（各位置の半導体領域の整理とポテンシャルの関係）
第１の深さＤ１には、第１導電型の第１半導体領域１３１１、第１導電型または第２導電型の第３半導体領域１３１３、第１導電型または第２導電型の半導体領域１３０１、第２導電型の第４半導体領域１３１４、第２導電型の第６半導体領域１３１６が配される。
第１の深さＤ１には、第１導電型の第１半導体領域１３１１、第１導電型または第２導電型の第３半導体領域１３１３、第１導電型または第２導電型の半導体領域１３０１、第２導電型の第４半導体領域１３１４、第２導電型の第６半導体領域１３１６が配される。
【0134】
第１半導体領域１３１１と第３半導体領域１３１３は、平面視で互いに接している。また、第３半導体領域１３１３と半導体領域１３０１は、平面視で互いに接している。
【0135】
ここで、各半導体領域が第１の深さＤ１に配されるとは、例えば、イオン注入された不純物の濃度ピークが第１の深さＤ１に配されることをいう。しかし、必ずしも、ピークが第１の深さＤ１に配されている必要はなく、不純物が拡散されていると認識できる領域が第１の深さＤ１に設けられていればよい。
【0136】
第２の深さＤ２は、第１の深さＤ１よりも深い位置である。換言すれば、第２の深さＤ２は、第１の深さＤ１よりも、半導体層３００の裏面側の位置である。第２の深さＤには、第２半導体領域１３１２及び第４半導体領域１３１４が配される。
【0137】
第３の深さＤ３は、第２の深さＤ２よりも深い位置である。換言すれば、第３の深さＤ３は、第２の深さＤ２よりも、半導体層３００の裏面側の位置である。第３の深さＤ３には、第７半導体領域１３１７、半導体領域１３０１、第４半導体領域１３１４が配される。
【0138】
第４の深さＤ４は、第３の深さＤ３よりも深い位置である。換言すれば、第４の深さＤ４は、第３の深さＤ３よりも、半導体層３００の裏面側の位置である。第４の深さＤ４には、第５半導体領域１３１５、第４半導体領域１３１４が配される。
【0139】
【0140】
【0141】
図２３の点線２０に関して、深さＤ４から深さＤ３に向けて徐々にポテンシャルが下がる。そして、深さＤ３に配されている第７半導体領域１３１７は第１導電型であり、深さＤ２に配されている第２半導体領域１３１２は第２導電型であるため、深さＤ３から深さＤ２に向けて徐々にポテンシャルが上がる。他方、深さＤ１に配されている第３半導体領域１３１３は、第１導電型であるか、あるいは、第２半導体領域１３１２よりも不純物濃度の低い第２導電型である。そのため、深さＤ２から深さＤ１に向けてポテンシャルが下がる。
【0142】
他方、実線３０に関して、深さＤ４から深さＤ３に向けて徐々にポテンシャルが下がる点は、実線３０と同じ傾向となる。しかし、実線３０では、深さＤ３から深さＤ２に向けて徐々にポテンシャルが下がる。また、深さＤ２から深さＤ１に向けて、ポテンシャルは急峻に下がる。深さＤ４からＤ３に関しては、点線２０と実線３０のポテンシャル勾配はほぼ同じ傾向を示し、ポテンシャル勾配は緩やかに低くなっていく。そのため、光検出装置において生じた電荷は、緩やかなポテンシャル勾配によって、半導体層３００の表面側（第１面側）に移動する。
【0143】
ここで、前述のとおり、第１半導体領域１３１１と第２半導体領域１３１２はＰＮ接合を構成するが、第２半導体領域１３１２の不純物濃度は、第１半導体領域１３１１の不純物濃度よりも低い。このため、逆バイアスとなるような電位を第１半導体領域１３１１と第２半導体領域１３１２に供給すると、空乏層領域が第２半導体領域１３１２の側へ形成される。この場合、アバランシェ増倍領域３０２周辺の第２半導体領域１３１２の中央部には電界が大きくかかるのに対して、第２半導体領域１３１２の周辺部では小さな電界しかかからない。そのため、深さＤ２の位置では、実線３０のポテンシャルが大きく引き下げられ、深さＤ２においては、点線２０のポテンシャルよりも実線３０のポテンシャルの方が低くなる。他方、第２半導体領域１３１２の周辺部では小さな電界しかかからないため、各半導体領域の導電型の違い、あるいは、不純物濃度の違いに対応したポテンシャルの関係が維持される。
【0144】
このような構造により、図２３の深さＤ２における点線２０と実線３０が示すように、信号電荷である電子にとってのポテンシャル高さは、第２半導体領域１３１２の周辺部よりも中央部の方が低くなる。これにより、第２半導体領域１３１２の中央部の方向に光電変換された電荷が移動しやすくなる。
【0145】
第２半導体領域１３１２の中央部付近に移動した電荷は、図２３の実線３０の深さＤ２から深さＤ１にかけて急峻なポテンシャル勾配によって加速されることで、アバランシェ増倍領域１３０２でアバランシェ増倍される。
【0146】
これに対し、図２３の点線２０の深さＤ２から深さＤ１にかけては、アバランシェ増倍を起こさないポテンシャル分布となっている。そのため、画素サイズに対してアバランシェ増倍領域１３０２の面積を大きくすることなく、発生した電荷を信号電荷としてカウントすることができる。
【0147】
以下、各半導体領域の不純物濃度の例について、具体的に説明する。ここでは、第１導電型をＮ型とし、第２導電型をＰ型とする。
【0148】
図２２における第６半導体領域１３１６の不純物濃度は１×１０１９～１０２０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］程度である。
【0149】
Ｎ型の第１半導体領域１３１１は、Ｎ型の第７半導体領域１３１７よりも不純物濃度の高い領域である。例えば、Ｎ型の第１半導体領域１３１１の不純物濃度は、１×１０１８［ａｔｏｍｓ／（ｃｍ３）］以上であり、Ｎ型の第１半導体領域１３１１には、第４半導体領域１３１４に対して逆バイアスとなる電位が供給される。
【0150】
Ｎ型の第３半導体領域１３１３は、Ｎ型の第１半導体領域１３１１よりも不純物濃度を低くする。例えば、Ｎ型の第３半導体領域１３１３の不純物濃度は、１×１０１６～５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］程度である。仮に、第３半導体領域１３１３をＰ型とした場合、第３半導体領域１３１３の不純物濃度によっては、第１半導体領域１３１１と第３半導体領域１３１３の間でアバランシェ増倍電界が形成され、ノイズ増加の要因となる。
【0151】
Ｐ型の第２半導体領域１３１２の不純物濃度は、Ｐ型の第４半導体領域１３１４より不純物濃度を低くする。例えば、Ｐ型の第２半導体領域１３１２の不純物濃度は、１×１０１６～５×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］程度である。
【0152】
ところで、図２２において、Ｐ型の第２半導体領域１３１２を設けずに、Ｎ型の第１半導体領域１３１１のすぐ下部に、Ｎ型の第１半導体領域１３１１よりも不純物濃度の低いＮ型の第７半導体領域１３１７を配することを想定する。この場合、第７半導体領域１３１７で電荷を発生させ、Ｎ型の第１半導体領域１３１１から電荷を読み出すことは可能である。
【0153】
しかし、本実施形態と同等の電圧条件下でアバランシェ増倍させることは難しい。これは、逆バイアスの電位差の大部分がＮ型の第７半導体領域１３１７の空乏層領域にかかることにより、Ｎ型の第１半導体領域１３１１近傍のアバランシェ増倍領域にかかる電位差が小さくなってしまうためである。他方、本実施形態では、Ｎ型の第７半導体領域１３１７は各方位でＰ型半導体領域に囲まれるため、Ｎ型の第７半導体領域１３１７のポテンシャルはＮ型の第１半導体領域１３１１よりも、周囲のＰ型半導体領域に近いレベルとなる。すなわち、Ｐ型の第２半導体領域１３１２で半導体層深部への空乏層の過度な広がりを抑制することで、上記の印加する電位差の大部分をＮ型の第１半導体領域１３１１近傍のアバランシェ増倍領域に集中させることが可能となる。この結果、より低電圧で光電荷をアバランシェ増倍させることができる。このとき、Ｎ型の第７半導体領域１３１７の不純物濃度は、Ｎ型の第１半導体領域１３１１の不純物濃度よりも低くする必要がある。
【0154】
図２２では、Ｎ型の第７半導体領域１３１７は、一例として同一の不純物濃度からなる領域を示した。しかし、Ｎ型の第７半導体領域１３１７は、半導体層３００の第１面の側に電荷が移動するようなポテンシャル構造になるように不純物濃度の勾配を有していた方がよい。そのような不純物濃度の勾配とすることで、Ｎ型の第７半導体領域１３１７に電荷を移動しやすくすることが可能である。
【0155】
また、図２２では、Ｐ型の第２半導体領域１３１２は、同一の不純物濃度からなる不純物領域を示した。しかし、第２半導体領域１３１２の中央部のポテンシャルを、周辺部のポテンシャルよりも低くする構成であれば、どのような構成も採用しうる。例えば、Ｐ型の第２半導体領域１３１２の中央部の不純物濃度よりも、第２半導体領域１３１２の周辺部の不純物濃度を高くするという構成も採用しうる。さらに、第２半導体領域１３１２の中央部について、Ｎ型の半導体領域としてもよい。
【0156】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、第１半導体領域１３１１又は第３半導体領域１３１３と第４半導体領域１３１４とでの電界の発生を低減しつつ、第１ＡＰＤの第１半導体領域１３１１、第２ＡＰＤの第１半導体領域１３１１間でのパンチスルーを低減することができる。
【0157】
（第１０の実施形態）
図２４及び図２５（ａ）、（ｂ）を参照しながら、第１０の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図２４は、本実施形態に係る光電変換装置のＡＰＤが配された半導体層３００の概略平面図である。図２５（ａ）は図２４のＡ－Ａ’における概略断面図であり、図２５（ｂ）は図２４のＢ－Ｂ’における概略断面図である。本実施形態に係る光電変換装置は、半導体層３００の第１面の近傍に第１導電型の第９半導体領域１３１９が配される点が第１０の実施形態とは異なる。この点及び以下で説明する事項以外は、実質的に第１０の実施形態と同様であるため、第１０の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する場合がある。
図２４及び図２５（ａ）、（ｂ）を参照しながら、第１０の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図２４は、本実施形態に係る光電変換装置のＡＰＤが配された半導体層３００の概略平面図である。図２５（ａ）は図２４のＡ－Ａ’における概略断面図であり、図２５（ｂ）は図２４のＢ－Ｂ’における概略断面図である。本実施形態に係る光電変換装置は、半導体層３００の第１面の近傍に第１導電型の第９半導体領域１３１９が配される点が第１０の実施形態とは異なる。この点及び以下で説明する事項以外は、実質的に第１０の実施形態と同様であるため、第１０の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する場合がある。
【0158】
図２４に示すように、第９半導体領域１３１９は、平面視で、第１半導体領域３１３及び第３半導体領域１３１３を取り囲むように配されている。第９半導体領域１３１９は、第３半導体領域１３１３に対して同等以下であることが望ましい。例えば、第９半導体領域１３１９は、第３半導体領域１３１３と不純物濃度が異なる場合には第３半導体領域１３１３よりも２倍以上不純物濃度が低いことが好ましい。
【0159】
第９半導体領域１３１９が配されることにより、半導体層３００の第１面の界面や第１面の近傍にある欠陥準位により生じ得る暗電子による信号へのノイズを低減することができる。第９半導体領域１３１９が配されると、第９半導体領域１３１９から第１半導体領域１３１１に向かって暗電子に対してポテンシャルが低くなる領域が形成される。言い換えると、半導体層３００の第１面の界面等で生じる暗電子は、第１半導体領域１３１１へと移動しやすくなり、半導体領域１３０１や第７半導体領域１３１７には移動しにくくなる。したがって、暗電子がアバランシェ増倍領域１３０２を通ることを低減でき、ノイズを低減することが可能となる。なお、第３半導体領域１３１３を介して第１半導体領域１３１１へと移動した暗電子はアバランシェ増倍領域１３０２を通ることなく読み出され、信号として判定されない。したがって、読み出してもノイズとならない。
【0160】
第９半導体領域１３１９は第１半導体領域１３１１から離れるにつれて不純物濃度が低くなるように配されていてもよいし、同じ不純物濃度で配されていてもよい。また、深さ方向に濃度勾配を有していてもよい。
【0161】
図２５（ａ）に示すように、対辺方向において、第９半導体領域１３１９は、隣り合う画素間において、ある画素１０４の第３半導体領域１３１３から隣の画素の第３半導体領域１３１３まで連続的に配されていることが好ましい。図９に示すように、第９半導体領域１３１９は、第１半導体領域１３１１、第３半導体領域１３１３、第６半導体領域１３１６、及び第４半導体領域１３１４を平面視で取り囲むように配されることが好ましい。例えば、平面視で第１半導体領域１３１１、第３半導体領域１３１３、第６半導体領域１３１６、及び第４半導体領域１３１４を除く領域に配されることが好ましい。これにより、暗電子による信号ノイズ増加の影響を低減しやすくなる。
【0162】
第９半導体領域１３１９は、第１半導体領域１３１１の下端よりも浅い位置に配されることが好ましい。また、第９半導体領域１３１９の上下方向における長さは、第３半導体領域１３１３の上下方向における長さよりも短いことが好ましい。また、第９半導体領域１３１９の上下方向における長さは、第１半導体領域１３１１の上下方向における長さよりも短いことが好ましい。これにより、意図せずアバランシェ増倍領域１３０２に暗電子が移動することを低減することができる。
【0163】
対辺方向において、第９半導体領域１３１９と第４半導体領域１３１４とは、接していてもよいし、図２５（ａ）に示すように、離れていてもよい。第９半導体領域１３１９と第４半導体領域１３１４とが接する場合は、隣り合う画素に電荷が移動しにくくなり、離れている場合は第４半導体領域１３１４と第１半導体領域１３１１との間において電界集中が生じにくくなる。また、対角方向において、図２５（ｂ）に示すように、第９半導体領域１３１９と第４半導体領域１３１４は接しているが、離れていてもよい。ただし、前述の通り、第９半導体領域１３１９が配されることによるノイズ低減の効果を得るために、第９半導体領域１３１９は第４半導体領域１３１４と接して配されることが好ましい。
【0164】
なお、図２４においては、本実施形態では半導体層３００の第１面の一部を構成するように第９半導体領域１３１９は配されているが必須ではない。例えば、第９半導体領域１３１９は、第１面から離れた位置に配されていてもよい。
【0165】
第３半導体領域１３１３は、図２６に示すように、第２半導体領域１３１２と接して配されていてもよい。また、第３半導体領域１３１３は、図２４及び図２５ではトーラス形状に配されているが、図２６では円状に配されている。例えば、図２６に示すように、第１半導体領域１３１１と第２半導体領域１３１２との間に第１導電型の第３半導体領域１３１３が配されている。これにより、ＰＮ接合面を深くし、アバランシェ増倍領域１３０２において局所的に電界が集中することを低減することができる。なお、概略平面図は図９と同様であり、対角方向における概略断面図は、第１半導体領域１３１１と第２半導体領域１３１２との間に第３半導体領域１３１３が配される以外は同様であるため図を省略している。
【0166】
図２６において、第１半導体領域１３１１の側面近傍における第３半導体領域１３１３の不純物濃度と第１半導体領域１３１１の下面近傍における第３半導体領域１３１３の不純物濃度とは同じであってもよい。ただし、第１半導体領域１３１１から第２半導体領域１３１２に近づくにつれて第３半導体領域１３１３の不純物濃度が低くなるように配されていてもよい。
【0167】
また、第３半導体領域１３１３は、第１半導体領域１３１１の近傍における不純物濃度が第９半導体領域１３１９の近傍における不純物濃度よりも低くてもよい。例えば、第３半導体領域１３１３は、第１半導体領域１３１１に近い側から離れる側にむかって、段階的に不純物濃度が低くなっていてもよい。これにより、横方向への電界集中を緩和することができる。
【0168】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、横方向における電界の発生を低減しつつ、画素間におけるパンチスルーを低減することができる。さらに、アバランシェ増倍領域１３０２における電界分布が空間的に均一に形成されやすくなり、電界集中に起因するノイズを低減することができる。
【0169】
（第１１の実施形態）
図２７及び図２８（ａ）、（ｂ）を参照しながら、実施形態１１に係る光電変換装置について説明する。図２７は、本実施形態に係る光電変換装置のＡＰＤが配された半導体層３００の概略平面図である。図２８（ａ）は図２７のＡ－Ａ’における概略断面図であり、図２８（ｂ）は図２７のＢ－Ｂ’における概略断面図である。本実施形態に係る光電変換装置は、各画素間の対辺方向において、分離部はトレンチ構造１３２１を有する点が第１０の実施形態とは異なる。この点及び以下で説明する事項以外は、実質的に第１１の実施形態と同様であるため、第１０の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する場合がある。
図２７及び図２８（ａ）、（ｂ）を参照しながら、実施形態１１に係る光電変換装置について説明する。図２７は、本実施形態に係る光電変換装置のＡＰＤが配された半導体層３００の概略平面図である。図２８（ａ）は図２７のＡ－Ａ’における概略断面図であり、図２８（ｂ）は図２７のＢ－Ｂ’における概略断面図である。本実施形態に係る光電変換装置は、各画素間の対辺方向において、分離部はトレンチ構造１３２１を有する点が第１０の実施形態とは異なる。この点及び以下で説明する事項以外は、実質的に第１１の実施形態と同様であるため、第１０の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する場合がある。
【0170】
トレンチ構造１３２１は、半導体層３００の第１面に配されていないが、トレンチ構造１３２１の平面的な配置をわかりやすくするために、図２７では、トレンチ構造１３２１が配される位置を破線で示している。
【0171】
トレンチ構造１３２１は、半導体層３００とは異なる材料を含むことが好ましい。トレンチ構造１３２１は、反射材料や光吸収材料を含むことが好ましい。反射材料や吸収材料は、例えば、２０％以上反射又は吸収する材料である。例えば、トレンチ構造１３２１は、絶縁部材、空気、及び金属の少なくともいずれか１つを含む。半導体層３００がシリコンの場合、絶縁部材としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等が挙げられる。これにより、隣り合うＡＰＤへのクロストークを低減することができる。より好ましくは、トレンチ構造１３２１は、絶縁部材および金属の少なくとも一方を含む。アバランシェ増倍領域１３０２では、アバランシェ発光という現象が生じることがある。これは、アバランシェ増倍によって発生したホットキャリアである電子がホールと再結合することにより、フォトンが生じる現象である。このアバランシェ発光によるフォトンが、隣り合う画素に漏れ込み、光電変換されると、電子正孔対を生じる。つまり、入射光ではなくアバランシェ発光により生じたフォトンが隣り合う画素から信号として読み出されることで、偽信号となる。トレンチ構造１３２１が、金属などを含むことにより、アバランシェ発光が起こった場合でも、隣り合う画素へのフォトンの混入を低減することができる。
【0172】
トレンチ構造１３２１は、半導体層３００の第２面から第２半導体領域１３１２と同じ深さまたは第２半導体領域１３１２よりも浅い深さまで配されることが好ましい。これにより、アバランシェ発光により生じるフォトンが隣り合う画素へ混入するクロストークを低減しやすいためである。ただし、トレンチ構造１３２１は第２面から第２半導体領域１３１２よりも深い位置まで配されていてもよい。この場合でも、トレンチ構造１３２１が配されない場合に比べると、アバランシェ発光によるクロストークを低減しやすくなるためである。
【0173】
図２８（ａ）において、半導体層３００の裏面側からトレンチ構造１３２１が形成されている。トレンチ構造１３２１は、第４半導体領域１３１４に内包されるように設けられている。すなわち、対辺方向においては、画素間は、トレンチ構造１３２１と第２導電型の第４半導体領域１３１４の両方で分離されている。
【0174】
他方、図２８（ｂ）を参照すると、対角方向には、トレンチ構造１３２１は設けられておらず、画素間は、第４半導体領域１３１４のみで分離されている。
【0175】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、横方向における電界の発生を低減しつつ、画素間におけるパンチスルーを低減することができる。さらに、アバランシェ増倍領域１３０２における電界分布が空間的に均一に形成されやすくなり、電界集中に起因するノイズを低減することができる。加えて、アバランシェ発光によるクロストークを低減しやすくなる。
【0176】
トレンチ構造１３２１が対角方向における画素間に配されていないことにより、コンタクトプラグ１１３１から第５半導体領域１３１５にかけての電気的な抵抗を低減できる。これにより、半導体層３００と垂直な方向のポテンシャル勾配を形成しやすくなり、信号電荷をアバランシェ増倍領域１３０２に収集する時間を短縮することができる。
【0177】
なお、図２９及び図３０（ａ）、（ｂ）に示すように、トレンチ構造１３２１が対辺方向及び対角方向における画素間に配されていてもよい。図２９も図２７と同様に、トレンチ構造１３２１の平面的な配置をわかりやすくするために、トレンチ構造１３２１が配される位置を破線で示している。この場合は、図２９に示すように、平面視で、第１半導体領域１３１１の全周を取り囲むようにトレンチ構造１３２１が配される。
【0178】
【0179】
（第１２の実施形態）
図３１及び図３２（ａ）、（ｂ）を参照しながら、第１２の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図３１は、本実施形態に係る光電変換装置のＡＰＤが配された半導体層３００の概略平面図である。図３２（ａ）は図３１のＡ－Ａ’における概略断面図であり、図３２（ｂ）は図３１のＢ－Ｂ’における概略断面図である。本実施形態に係る光電変換装置は、各画素間の対辺方向を分離するように、半導体層３００を貫通するトレンチ構造１３２１が設けられている。そして、各画素間の対角方向を分離するように、半導体層３００を貫通しないトレンチ構造１３２１が設けられている。これらの点及び以下で説明する事項以外は、実質的に第１１の実施形態と同様であるため、第１１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する場合がある。
図３１及び図３２（ａ）、（ｂ）を参照しながら、第１２の実施形態に係る光電変換装置について説明する。図３１は、本実施形態に係る光電変換装置のＡＰＤが配された半導体層３００の概略平面図である。図３２（ａ）は図３１のＡ－Ａ’における概略断面図であり、図３２（ｂ）は図３１のＢ－Ｂ’における概略断面図である。本実施形態に係る光電変換装置は、各画素間の対辺方向を分離するように、半導体層３００を貫通するトレンチ構造１３２１が設けられている。そして、各画素間の対角方向を分離するように、半導体層３００を貫通しないトレンチ構造１３２１が設けられている。これらの点及び以下で説明する事項以外は、実質的に第１１の実施形態と同様であるため、第１１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する場合がある。
【0180】
各画素間の対辺方向において、半導体層３００を貫通するトレンチ構造１３２１の一部と接して第２導電型の第４半導体領域１３１４が配されているが、他の一部には第４半導体領域１３１４が配されていない。例えば、図３２（ａ）に示すように、第２半導体領域１３１２よりも浅い位置において、トレンチ構造１３２１の第１部分が第４半導体領域１３１４と接している。また、第２部分が第１導電型の半導体領域１３０１と接しており、第３部分が第９半導体領域１３１９と接する。第１部分、第２部分、第３部分の順に半導体層３００の第１面に近くなる。なお、トレンチ構造１３２１の一部が半導体領域１３０１と接することは必須ではなく、少なくとも第４半導体領域１３１４と第９半導体領域１３１９と接していればよい。このように、トレンチ構造１３２１は、第２導電型の半導体領域に接する部分と第１導電型の半導体領域と接する部分とを有する。図３２（ａ）において、仮にトレンチ構造１３２１に起因して不要電荷が発生しても下方にはポテンシャルの高い第２半導体領域１３１２や第４半導体領域１３１４が配されている。また、上方にはポテンシャルの低い第３半導体領域１３１３や第９半導体領域１３１９が配されている。つまり、不要電荷がアバランシェ増倍領域１３０２へと移動しにくいポテンシャルとなっているため不要電荷が生じても読み出される信号に対しては影響しにくくできる。
【0181】
トレンチ構造１３２１の材料は上記の実施形態で説明したものと同様のものを用いることができる。また、トレンチ構造１３２１において、第１導電型の半導体領域と接する部分を有する場合には、少なくとも第１導電型の半導体領域と接する領域には、ピニング膜が配されることが好ましい。これにより、ピニング膜によりホールがトレンチ構造１３２１の近傍に集まるため、トレンチ構造１３２１の形成に起因して不要電荷が生じてもより信号として読み出されにくくなる。なお、ピニング膜はトレンチ構造１３２１の下端から上端まで連続的に配されていてもよい。
【0182】
各画素間の対角方向における構成については、第１１の実施形態の説明において図３０（ｂ）を用いて説明したものと同様であるため説明を省略する。なお、各画素間の対角方向においては、図２８（ｂ）を用いて説明したようにトレンチ構造１３２１が配されていなくてもよい。
【0183】
本実施形態によれば、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。また、横方向における電界の発生を低減しつつ、画素間におけるパンチスルーを低減することができる。さらに、アバランシェ増倍領域１３０２における電界分布が空間的に均一に形成されやすくなり、電界集中に起因するノイズを低減することができる。加えて、各画素間の対辺方向において半導体層３００を貫通するトレンチ構造１３２１が配されるため、よりアバランシェ発光によるクロストークを低減しやすくなる。
【0184】
【0185】
本実施形態では、第２導電型の第４半導体領域１３１４の上面は、第２半導体領域１３１２が設けられている位置と同じ位置に設けられている点が、上記の実施形態と異なる点である。このような構成によっても、第１導電型の第１半導体領域１３１１の下面よりも、第２導電型の第４半導体領域１３１４の上面が下に位置しているため、横方向の電界集中が抑制できる。これにより、画素サイズの微細化を図るＡＰＤを実現することができる。
【0186】
その他の事項は、実質的に第９の実施形態および第１０の実施形態と同様であるため、これらの実施形態同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【0187】
（第１４の実施形態）
図３４を参照しながら、第１４の実施形態に係る光電変換装置の製造方法について説明する。説明の便宜上、第２の実施形態の製法について説明するが、その他の実施形態についても、同様の製造方法で作成することが可能である。また、図３４では、隣接画素の対辺方向の断面図を用いて説明するが、対角方向の断面についても、同様の考え方で作成することが可能である。さらに、図３４にて説明を省略する工程に関しては、周知の製造方法を適用することが可能である。
図３４を参照しながら、第１４の実施形態に係る光電変換装置の製造方法について説明する。説明の便宜上、第２の実施形態の製法について説明するが、その他の実施形態についても、同様の製造方法で作成することが可能である。また、図３４では、隣接画素の対辺方向の断面図を用いて説明するが、対角方向の断面についても、同様の考え方で作成することが可能である。さらに、図３４にて説明を省略する工程に関しては、周知の製造方法を適用することが可能である。
【0188】
初めに、図３４（ａ）に示すように、半導体層３０１を準備する。
【0189】
次に、図３４（ｂ）に示すように、第１面３０２に対する法線方向から、第７半導体領域３１６となる領域に第２導電型の不純物のイオン注入を行う。これにより、半導体層３０１の第１面３０２に対して深い位置に第７半導体領域３１６を形成する。同様に、第６半導体領域３１５となる領域に第２導電型の不純物のイオン注入を行う。これにより、半導体層３０１の第７半導体領域３１６よりも浅い深さに、第６半導体領域３１５を形成する。
【0190】
次に、図３４（ｃ）に示すように、第１面３０２に対する法線方向から、第３半導体領域３２１となる領域に第２導電型の不純物のイオン注入を行う。これにより、第３半導体領域３２１を形成する。
【0191】
次に、図３４（ｄ）に示すように、隣接画素間の分離領域３３１を形成する。この分離領域３３１は、第３半導体領域３２１が配される領域に形成する。そうすることで、分離領域３３１の側壁部は、第３半導体領域３２１で覆われる構造となる。
【0192】
次に、図３４（ｅ）に示すように、第１面３０２に対する法線方向から、第２半導体領域３１２となる領域に第２導電型の不純物のイオン注入を行う。これにより、第２半導体領域３１２を形成する。同様に、第１面３０２に対する法線方向から、深さ方向で第２半導体領域３１２に接するように、第１半導体領域３１１となる領域に第１導電型の不純物のイオン注入を行う。これにより、第１半導体領域３１１を形成する。その結果、第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２の間でＰＮ接合が形成される。このＰＮ接合部に、第１の実施形態で説明した電圧ＶＬと電圧ＶＨが印加されると、アバランシェ増倍部３１４となる。
【0193】
次に、図３４（ｆ）に示すように、第１面３０２に対する法線方向から、第３半導体領域３１３となる領域に不純物のイオン注入を行う。これにより、第３半導体領域３１３を形成する。
【0194】
次に、図３４（ｇ）に示すように、第１半導体領域３１１にコンタクトプラグ３４１を形成する。
【0195】
このような製造方法により、本実施形態の画素を作成することができる。
【0196】
【0197】
上記実施形態で述べた光電変換装置は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図３５には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【0198】
図３５に例示した光電変換システムは、光電変換装置の一例である撮像装置１００４、被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ１００２を有する。近電変換システムは、さらに、レンズ１００２を通過する光量を可変にするための絞り１００３、レンズ１００２の保護のためのバリア１００１を有する。レンズ１００２及び絞り１００３は、撮像装置１００４に光を集光する光学系である。撮像装置１００４は、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置であって、レンズ１００２により結像された光学像を電気信号に変換する。
【0199】
光電変換システムは、また、撮像装置１００４より出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部１００７を有する。信号処理部１００７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部１００７は、撮像装置１００４が設けられた半導体層に形成されていてもよいし、撮像装置１００４とは別の半導体層に形成されていてもよい。また、撮像装置１００４と信号処理部１００７とが同一の半導体層に形成されていてもよい。
【0200】
光電変換システムは、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１０１３を有する。更に光電変換システムは、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体１０１２、記録媒体１０１２に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１０１１を有する。なお、記録媒体１０１２は、光電変換システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【0201】
更に光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１００９、撮像装置１００４と信号処理部１００７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１００８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された出力信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。
【0202】
撮像装置１００４は、撮像信号を信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部１００７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【0203】
このように、本実施形態によれば、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。
【0204】
【0205】
図３６（ａ）は、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム２３００は、撮像装置２３１０を有する。撮像装置２３１０は、上記のいずれかの実施形態に記載の光電変換装置である。光電変換システム２３００は、撮像装置２３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部２３１２を有する。また、光電変換システム２３００は、光電変換システム２３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部２３１４を有する。さらに、光電変換システム２３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部２３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部２３１８と、を有する。ここで、視差取得部２３１４や距離取得部２３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部２３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【0206】
光電変換システム２３００は車両情報取得装置２３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置（制御部）である制御ＥＣＵ２３３０が接続されている。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置２３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部２３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ２３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置２３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【0207】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム２３００で撮像する。図３６（ｂ）に、車両前方（撮像範囲２３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置２３２０が、光電変換システム２３００ないしは撮像装置２３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【0208】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、光電変換システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【0209】
【0210】
図３７に示すように、距離画像センサ４０１は、光学系４０２、光電変換装置４０３、画像処理回路４０４、モニタ４０５、およびメモリ４０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ４０１は、光源装置４１１から被写体に向かって投光され、被写体の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、被写体までの距離に応じた距離画像を取得することができる。
【0211】
光学系４０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光電変換装置４０３に導き、光電変換装置４０３の受光面（センサ部）に結像させる。
【0212】
光電変換装置４０３としては、上述したから実施形態に記載の光電変換装置が適用され、光電変換装置４０３から出力される受光信号から求められる距離を示す距離信号が画像処理回路４０４に供給される。
【0213】
画像処理回路４０４は、光電変換装置４０３から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行う。そして、その画像処理により得られた距離画像（画像データ）は、モニタ４０５に供給されて表示されたり、メモリ４０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
【0214】
このように構成されている距離画像センサ４０１では、上述した光電変換装置を適用することで、画素の特性向上に伴って、例えば、より正確な距離画像を取得することができる。
【0215】
【0216】
図３８では、術者（医師）１１３１が、内視鏡手術システム１００３を用いて、患者ベッド１１３３上の患者１１３２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１００３は、内視鏡１１００と、術具１１１０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１１３４と、から構成される。
【0217】
内視鏡１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１０１と、鏡筒１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１００を図示しているが、内視鏡１１００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。
【0218】
鏡筒１１０１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１１００には光源装置１２０３が接続されており、光源装置１２０３によって生成された光が、鏡筒１１０１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１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１００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。
【0219】
カメラヘッド１１０２の内部には光学系及び光電変換装置が設けられており、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光電変換装置に集光される。当該光電変換装置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。当該光電変換装置としては、前述の実施形態に記載の光電変換装置を用いることができる。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）１１３５に送信される。
【0220】
ＣＣＵ１１３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１００及び表示装置１１３６の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１３５は、カメラヘッド１１０２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。
【0221】
表示装置１１３６は、ＣＣＵ１１３５からの制御により、当該ＣＣＵ１１３５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。
【0222】
光源装置１２０３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１１００に供給する。
【0223】
入力装置１１３７は、内視鏡手術システム１００３に対する入力インターフェースである。ユーザは、入力装置１１３７を介して、内視鏡手術システム１００３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。
【0224】
処置具制御装置１１３８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１１１２の駆動を制御する。
【0225】
内視鏡１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１２０３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１２０３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１１０２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。
【0226】
また、光源装置１２０３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１１０２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。
【0227】
また、光源装置１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯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する。具体的には、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。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、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１２０３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。
【0228】
（第１７の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図３９を用いて説明する。図３９（ａ）は、光電変換システムである眼鏡１６００（スマートグラス）の構成の一例を示す図である。眼鏡１６００には、光電変換装置１６０２を有する。光電変換装置１６０２は、上記のから第１２の実施形態に記載の光電変換装置である。また、レンズ１６０１の裏面側には、ＯＬＥＤやＬＥＤ等の発光装置を含む表示装置が設けられていてもよい。光電変換装置１６０２は１つでもよいし、複数でもよい。また、複数種類の光電変換装置を組み合わせて用いてもよい。光電変換装置１６０２の配置位置は図３９（ａ）に限定されない。
本実施形態の光電変換システムについて、図３９を用いて説明する。図３９（ａ）は、光電変換システムである眼鏡１６００（スマートグラス）の構成の一例を示す図である。眼鏡１６００には、光電変換装置１６０２を有する。光電変換装置１６０２は、上記のから第１２の実施形態に記載の光電変換装置である。また、レンズ１６０１の裏面側には、ＯＬＥＤやＬＥＤ等の発光装置を含む表示装置が設けられていてもよい。光電変換装置１６０２は１つでもよいし、複数でもよい。また、複数種類の光電変換装置を組み合わせて用いてもよい。光電変換装置１６０２の配置位置は図３９（ａ）に限定されない。
【0229】
眼鏡１６００は、制御装置１６０３をさらに備える。制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と上記の表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と表示装置の動作を制御する。レンズ１６０１には、光電変換装置１６０２に光を集光するための光学系が形成されている。
【0230】
図２２（ｂ）は、１つの適用例に係る眼鏡１６１０（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６１０は、制御装置１６１２を有しており、制御装置１６１２に、光電変換装置１６０２に相当する光電変換装置と、表示装置が搭載される。レンズ１６１１には、制御装置１６１２内の光電変換装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ１６１１には画像が投影される。制御装置１６１２は、光電変換装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、光電変換装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザーの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下を低減する。
【0231】
赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザーの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。
【0232】
より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き（回転角度）を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザーの視線が検出される。
【0233】
本実施形態の表示装置は、受光素子を有する光電変換装置を有し、光電変換装置からのユーザーの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。
【0234】
具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第一の視界領域と、第一の視界領域以外の第二の視界領域とを決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第一の視界領域の表示解像度を第二の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第二の視界領域の解像度を第一の視界領域よりも低くしてよい。
【0235】
また、表示領域は、第一の表示領域、第一の表示領域とは異なる第二の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第一の表示領域および第二の表示領域から優先度が高い領域を決定されてよい。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。
【0236】
なお、第一の視界領域や優先度が高い領域の決定には、ＡＩを用いてもよい。ＡＩは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。ＡＩプログラムは、表示装置が有しても、光電変換装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。
【0237】
視認検知に基づいて表示制御する場合、外部を撮像する光電変換装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。
【0238】
以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。また、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態に含まれる。
【符号の説明】
【0239】
３００ 半導体層
３１１ 第１半導体領域
３１２ 第２半導体領域
３１４ アバランシェ増倍部
３２１ 第３半導体領域
３２２ 第４半導体領域
３３１ 分離領域
４０１ 深さ
４０２ 深さ
４０３ 深さ
１３１１ 第１半導体領域
１３１２ 第２半導体領域
１３１４ 第４半導体領域（分離部に含まれる第３半導体領域）
１３１９ 第９半導体領域（第１導電型の第４半導体領域）
３１１ 第１半導体領域
３１２ 第２半導体領域
３１４ アバランシェ増倍部
３２１ 第３半導体領域
３２２ 第４半導体領域
３３１ 分離領域
４０１ 深さ
４０２ 深さ
４０３ 深さ
１３１１ 第１半導体領域
１３１２ 第２半導体領域
１３１４ 第４半導体領域（分離部に含まれる第３半導体領域）
１３１９ 第９半導体領域（第１導電型の第４半導体領域）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【手続補正書】
【提出日】2024-09-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面と、前記第１面とは反対側の面である第２面とを有する半導体層と、
前記半導体層に配され、第１のアバランシェフォトダイオード、第２のアバランシェフォトダイオード、および第３のアバランシェフォトダイオードを含む複数のアバランシェフォトダイオードと、を含み、
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとし、前記第１面に対して第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、前記第１面に対して前記第１の深さよりも深い第２の深さに配され、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２半導体領域と、により形成されるアバランシェ増倍部を含み、
平面視で、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとは第１の方向に隣り合って配され、前記第２のアバランシェフォトダイオードと前記第３のアバランシェフォトダイオードとは前記第１の方向に直交する第２の方向に隣り合って配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２導電型の第３半導体領域が配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間であって、前記第３半導体領域よりも浅い位置に第４半導体領域が配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域と前記第３のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域との間において、前記第１の深さには、前記第２導電型の第５半導体領域が配され、
前記第４半導体領域は、前記第２導電型の半導体領域であって且つ前記第２導電型の不純物濃度が前記第３半導体領域の前記第２導電型の不純物濃度よりも低い半導体領域、または、前記第１導電型の半導体領域であることを特徴とする光電変換装置。
前記半導体層に配され、第１のアバランシェフォトダイオード、第２のアバランシェフォトダイオード、および第３のアバランシェフォトダイオードを含む複数のアバランシェフォトダイオードと、を含み、
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとし、前記第１面に対して第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、前記第１面に対して前記第１の深さよりも深い第２の深さに配され、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２半導体領域と、により形成されるアバランシェ増倍部を含み、
平面視で、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとは第１の方向に隣り合って配され、前記第２のアバランシェフォトダイオードと前記第３のアバランシェフォトダイオードとは前記第１の方向に直交する第２の方向に隣り合って配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に、前記第２導電型の第３半導体領域が配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間であって、前記第３半導体領域よりも浅い位置に第４半導体領域が配され、
前記第１のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域と前記第３のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域との間において、前記第１の深さには、前記第２導電型の第５半導体領域が配され、
前記第４半導体領域は、前記第２導電型の半導体領域であって且つ前記第２導電型の不純物濃度が前記第３半導体領域の前記第２導電型の不純物濃度よりも低い半導体領域、または、前記第１導電型の半導体領域であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項2】
前記第２半導体領域は、前記第３半導体領域と接しており、
前記第３半導体領域の前記第１面の側の面は、前記第１面に対して前記第１半導体領域の前記第２面の側の面よりも深くに配されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
前記第３半導体領域の前記第１面の側の面は、前記第１面に対して前記第１半導体領域の前記第２面の側の面よりも深くに配されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項3】
前記第４半導体領域は前記第２導電型の半導体領域であり、
前記第４半導体領域の幅は、前記第３半導体領域の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
前記第４半導体領域の幅は、前記第３半導体領域の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項4】
前記第４半導体領域は前記第１導電型の半導体領域であることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項5】
前記第３半導体領域と前記第４半導体領域の境界部の深さは、前記第１面に対して前記第２半導体領域の前記第１面の側の面よりも浅いか、あるいは、前記第２半導体領域が設けられている深さと同じであることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項6】
前記第３半導体領域と前記第４半導体領域の境界部の深さは、前記第１面に対して前記第２半導体領域の前記第１面の側の面よりも浅いことを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項7】
前記第１のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域と前記第３のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域との距離は、前記第１のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域と前記第２のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域と間の距離よりも長いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項8】
前記第５半導体領域の前記第２導電型の不純物濃度は、前記第３半導体領域の前記第２導電型の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項9】
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第３のアバランシェフォトダイオードとが並ぶ第３の方向において、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第３のアバランシェフォトダイオードとの間に前記第１のアバランシェフォトダイオードに電位を与えるコンタクトプラグが配されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項10】
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、前記第１面に対して前記第２の深さよりも深い第３の深さに配され、光電変換を行う第６半導体領域を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項11】
前記第３半導体領域は、前記第１のアバランシェフォトダイオードの前記第６半導体領域と前記第２のアバランシェフォトダイオードの前記第６半導体領域との間に配されることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
【請求項12】
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第６半導体領域との間に位置する第１部分と、前記第１部分の周囲に配された第２部分と、を有し、
前記信号電荷に対するポテンシャルの高さは、前記第２半導体領域の第２部分よりも前記第２半導体領域の前記第１部分が低いことを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
前記信号電荷に対するポテンシャルの高さは、前記第２半導体領域の第２部分よりも前記第２半導体領域の前記第１部分が低いことを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項13】
前記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれは、前記第１面に対して前記第３の深さよりも深い第４の深さに配された前記第２導電型の第７半導体領域を含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項14】
前記第７半導体領域と前記第３半導体領域とは接することを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
【請求項15】
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとの間に配されたトレンチ構造を含む分離領域と、を備え、
前記トレンチ構造の側壁部には、前記第３半導体領域と前記第４半導体領域とが配されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
前記トレンチ構造の側壁部には、前記第３半導体領域と前記第４半導体領域とが配されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項16】
前記トレンチ構造は、前記半導体層の前記第２面から前記半導体層の前記第１面まで貫通していることを特徴とする請求項１５に記載の光電変換装置。
【請求項17】
前記トレンチ構造は、前記半導体層の前記第１面から形成されることを特徴とする請求項１５または１６に記載の光電変換装置。
【請求項18】
前記トレンチ構造は、前記半導体層の前記第２面から形成されることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項19】
前記第１のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域と前記第３のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域との間には、前記トレンチ構造は配されないことを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項20】
前記第１のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域と前記第３のアバランシェフォトダイオードの前記第１半導体領域との間には、前記トレンチ構造が配されることを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項21】
前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第３のアバランシェフォトダイオードとを通る断面の深さ方向における前記トレンチ構造の長さと、前記第１のアバランシェフォトダイオードと前記第２のアバランシェフォトダイオードとを通る断面の深さ方向における前記トレンチ構造の長さとは異なることを特徴とする請求項２０に記載の光電変換装置。
【請求項22】
前記トレンチ構造の内部には、金属材料、絶縁材料、および空気の少なくともいずれか１つが配されることを特徴とする請求項１５から２１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項23】
請求項１から２２のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする光電変換システム。
前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする光電変換システム。
【請求項24】
請求項１から２２のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。
前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。