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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-04
(45)【発行日】2024-07-12
(54)【発明の名称】光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び移動体
(51)【国際特許分類】
H01L 31/107 20060101AFI20240705BHJP
H01L 31/0232 20140101ALI20240705BHJP
G01S 7/4914 20200101ALI20240705BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240705BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240705BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 B
H01L31/02 D
G01S7/4914
G01C3/06 120Q
H01L27/146 A
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2021004297
(22)【出願日】2021-01-14
(65)【公開番号】P2022109009
(43)【公開日】2022-07-27
【審査請求日】2023-02-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ
(72)【発明者】
【氏名】権 鎬楠
(72)【発明者】
【氏名】清水 真理子
(72)【発明者】
【氏名】岡本 和晃
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 和拓
【審査官】佐竹 政彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２０４５６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１０－５３６１６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０１３９５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２５８６９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記第１半導体領域とｐｎ接合面を形成する第２導電形の第２半導体領域と、を含み、前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に対して垂直であり且つ相互に直交する第２方向及び第３方向に沿って複数設けられた接合領域と、前記第２方向又は前記第３方向において隣り合う前記接合領域の間に設けられ、前記第１方向に対して傾斜した傾斜面を有し、空洞を含む第１絶縁部であって、前記傾斜面は前記第２方向又は前記第３方向において前記接合領域と対向する、前記第１絶縁部と、
前記第１絶縁部の上に設けられ、絶縁材料を含み、一部が前記第２半導体領域と同じ高さに位置する第２絶縁部と、
前記接合領域、前記第１絶縁部、及び前記第２絶縁部の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられ、樹脂を含むレンズと、
前記第２半導体領域と電気的に接続されたクエンチ部と、
を備え、
前記第１絶縁部の一部の前記第２方向における長さは、前記第１絶縁部の前記一部よりも上方に位置する前記第１絶縁部の別の一部の前記第２方向における長さよりも短く、
前記第２絶縁部及び前記絶縁層には、前記空洞と通じる第１開口が設けられた、光検出器。
【請求項2】
前記第１絶縁部は、前記傾斜面と前記空洞との間に設けられた絶縁領域を含み、前記絶縁領域は、前記樹脂、酸化物、又は窒化物を含む、請求項１記載の光検出器。
【請求項3】
前記第１方向に垂直な第１面において前記絶縁層に囲まれ、前記樹脂を含む絶縁体をさらに備えた、請求項１記載の光検出器。
【請求項4】
前記第１絶縁部は、前記傾斜面と前記空洞との間に設けられた絶縁領域を含み、前記絶縁領域は、前記樹脂を含み、前記絶縁体と連なる、請求項３記載の光検出器。
【請求項5】
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半導体領域とｐｎ接合面を形成する第２導電形の第２半導体領域と、を含む接合領域と、
前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に垂直な第１面において前記接合領域の周りに互いに離れて複数設けられ、前記第１方向に対して傾斜した傾斜面を有し、空洞を含む第１絶縁部であって、前記傾斜面は前記第１方向に対して垂直な第２方向において前記接合領域と対向する、前記第１絶縁部と、
前記第１絶縁部の上に設けられ、絶縁材料を含み、一部が前記第２半導体領域と同じ高さに位置する第２絶縁部と、
前記接合領域と複数の前記第１絶縁部との間に設けられ、絶縁材料を含む第３絶縁部と、
前記第２半導体領域と電気的に接続されたクエンチ部と、
を備え、
前記第１絶縁部の一部の前記第２方向における長さは、前記第１絶縁部の前記一部よりも上方に位置する前記第１絶縁部の別の一部の前記第２方向における長さよりも短く、
前記第２絶縁部には、前記空洞と通じる第１開口が設けられ、
前記第３絶縁部の前記第１方向における長さは、前記第１絶縁部の前記第１方向における長さよりも長い、光検出器。
【請求項6】
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半導体領域とｐｎ接合面を形成する第２導電形の第２半導体領域と、を含む接合領域と、
前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に垂直な第１面において前記接合領域の周りに互いに離れて複数設けられ、前記第１方向に対して傾斜した傾斜面を有し、空洞を含む第１絶縁部であって、前記傾斜面は前記第１方向に対して垂直な第２方向において前記接合領域と対向する、前記第１絶縁部と、
前記第１絶縁部の上に設けられ、絶縁材料を含み、一部が前記第２半導体領域と同じ高さに位置する第２絶縁部と、
前記第１面において複数の前記第１絶縁部の周りに設けられ、絶縁材料を含む第３絶縁部と、
前記第２半導体領域と電気的に接続されたクエンチ部と、
を備え、
前記第１絶縁部の一部の前記第２方向における長さは、前記第１絶縁部の前記一部よりも上方に位置する前記第１絶縁部の別の一部の前記第２方向における長さよりも短く、
前記第２絶縁部には、前記空洞と通じる第１開口が設けられ、
前記第３絶縁部の前記第１方向における長さは、前記第１絶縁部の前記第１方向における長さよりも長い、光検出器。
【請求項7】
前記接合領域は、前記第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、
複数の前記接合領域のそれぞれの周りに、前記複数の第１絶縁部が設けられた、請求項５又は６に記載の光検出器。
【請求項8】
前記第１方向から見た時に、前記第１開口の位置は、前記クエンチ部の位置と異なる、請求項１～７のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項9】
前記傾斜面の前記第１方向に対する角度は、４５度よりも大きく７４度よりも小さい、請求項１～８のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項10】
前記第１絶縁部の屈折率は、１．５よりも大きく且つ２．０よりも小さく、前記傾斜面の前記第１方向に対する角度は、４５度よりも大きく７４度よりも小さい、請求項１～８のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項11】
前記傾斜面の一部は、前記ｐｎ接合面と同じ高さに設けられた請求項１～１０のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項12】
前記接合領域及び前記第１絶縁部は、半導体層の上に設けられ、前記半導体層は、シリコンを含み、
前記シリコンの（１００）面は、前記第１方向に垂直である請求項１～１１のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項13】
前記第１半導体領域及び前記第２半導体領域は、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構成する請求項１～１２のいずれか１つに記載の光検出器。
【請求項14】
請求項１～１３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。
【請求項15】
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１４記載の光検出システムと、
を備えたライダー装置。
【請求項16】
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１５記載のライダー装置。
【請求項17】
請求項１５又は１６に記載のライダー装置を備えた移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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、及び移動体に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体領域に入射した光を検出する光検出器がある。光検出器について、クロストークは小さいことが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５６１６５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、クロストークを低減可能な、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び移動体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係る光検出器は、接合領域と、第１絶縁部と、クエンチ部と、を含む。前記接合領域は、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半導体領域とｐｎ接合面を形成する第２導電形の第２半導体領域と、を含む。前記第１絶縁部は、前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に対して傾斜した傾斜面を有する。前記第１絶縁部は、空洞を含む。前記傾斜面は、前記接合領域の少なくとも一部と同じ高さに設けられ且つ前記接合領域から前記第１絶縁部に向かう第２方向と交差する。前記クエンチ部は、前記第２半導体領域と電気的に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態に係る光検出器を示す平面図である。
【図2】第１実施形態に係る光検出器を示す平面図である。
【図3】第１実施形態に係る光検出器を示す平面図である。
【図5】第１実施形態に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図6】第１実施形態に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図7】第１実施形態に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図8】第１実施形態に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図9】第１実施形態に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図11】第１実施形態の第１変形例に係る光検出器を示す断面図である。
【図12】第１実施形態の第２変形例に係る光検出器を示す断面図である。
【図13】第１実施形態の第３変形例に係る光検出器を示す断面図である。
【図14】第１実施形態の第４変形例に係る光検出器を示す平面図である。
【図17】第１実施形態の第４変形例に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図18】第１実施形態の第４変形例に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図19】第１実施形態の第４変形例に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図20】第１実施形態の第４変形例に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
【図21】第１実施形態の第５変形例に係る光検出器を示す平面図である。
【図22】第１実施形態の第５変形例に係る光検出器を示す平面図である。
【図25】第１実施形態の第５変形例に係る別の光検出器を示す断面図である。
【図26】第１実施形態の第６変形例に係る光検出器を示す平面図である。
【図27】第１実施形態の第６変形例に係る光検出器を示す平面図である。
【図30】第１実施形態の第７変形例に係る光検出器を示す平面図である。
【図31】第１実施形態の第７変形例に係る光検出器を示す平面図である。
【図33】第２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34】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35】第２実施形態に係るライダー装置を備えた移動体の上面略図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
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、各部分の厚さと幅との関係、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。同じ部分を示す場合であっても、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。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、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。同じ部分を示す場合であっても、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。
【0008】
図１～図３は、第１実施形態に係る光検出器を示す平面図である。
図４は、図１～図３のＡ１－Ａ２断面図である。
図１～図４に示すように、第１実施形態に係る光検出器１００は、半導体層１、半導体層２、接合領域１０、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１を含む。
図４は、図１～図３のＡ１－Ａ２断面図である。
図１～図４に示すように、第１実施形態に係る光検出器１００は、半導体層１、半導体層２、接合領域１０、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１を含む。
【0009】
なお、図１では、レンズ４０が破線で示され、絶縁層３０が省略されている。図２では、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略されている。図３では、第２絶縁部２２、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略され、第１半導体領域１１及び第１開口ＯＰ１が破線で示されている。
【0010】
図４に示すように、接合領域１０は、第１半導体領域１１及び第２半導体領域１２を含む。ここでは、第１半導体領域１１から第２半導体領域１２に向かう方向をＺ方向（第１方向）とする。Ｚ方向に垂直であり、相互に直交する２方向をＸ方向（第２方向）及びＹ方向（第３方向）とする。また、説明のために、第１半導体領域１１から第２半導体領域１２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１１と第２半導体領域１２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。
【0011】
図４に示すように、半導体層２は、半導体層１の上に設けられている。第１半導体領域１１は、半導体層２の一部の上に設けられている。第１半導体領域１１は、半導体層２を介して、半導体層１と電気的に接続されている。第２半導体領域１２は、第１半導体領域１１の上に設けられている。第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間には、ｐｎ接合面が形成される。例えば、ｐｎ接合面は、Ｘ方向及びＹ方向に平行である。第１半導体領域１１の上面又はｐｎ接合面は、Ｚ方向に対して垂直である。
【0012】
半導体層１、半導体層２、及び第１半導体領域１１は、第１導電形である。第２半導体領域１２は、第２導電形である。半導体層２における第１導電形の不純物濃度は、半導体層１における第１導電形の不純物濃度よりも低い。第１半導体領域１１における第１導電形の不純物濃度は、半導体層２における第１導電形の不純物濃度よりも高い。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。
【0013】
第１絶縁部２１は、半導体層２の別の一部の上に設けられている。第１絶縁部２１は、Ｚ方向に対して傾斜した傾斜面２１Ｓを有する。傾斜面２１Ｓは、第２方向において接合領域１０と対向する。すなわち、傾斜面２１Ｓは、接合領域１０から第１絶縁部２１に向かう方向と交差し、接合領域１０に面する。また、傾斜面２１Ｓは、接合領域１０の少なくとも一部と同じ高さに設けられている。傾斜面２１ＳのＺ方向における位置は、接合領域１０の少なくとも一部のＺ方向における位置と同じである。例えば、傾斜面２１Ｓの一部は、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間のｐｎ接合面と同じ高さに設けられている。
【0014】
第１絶縁部２１は、空洞２１ａを含む。光検出器１００では、第１絶縁部２１は、空洞２１ａのみから構成されている。例えば、第１絶縁部２１は、互いに対向する一対の傾斜面２１Ｓを有する。空洞は、一対の傾斜面２１Ｓの間に位置している。傾斜面２１Ｓは、半導体層２と空洞２１ａとの間の界面である。
【0015】
傾斜面２１Ｓが設けられた部分では、第１絶縁部２１の一部の幅は、第１絶縁部２１の当該一部よりも上方に位置する第１絶縁部２１の別の一部の幅よりも狭い。例えば、第１絶縁部２１の下部の幅は、第１絶縁部２１の上部の幅よりも狭い。傾斜面２１Ｓの上部と接合領域１０のＸ－Ｙ面（第１面）における中心との間の距離は、傾斜面２１Ｓの下部と当該中心との間の距離に比べて短い。「幅」は、接合領域１０から第１絶縁部２１に向かう方向における長さである。例えば、接合領域１０から第１絶縁部２１に向かう方向がＸ方向に平行であるとき、「幅」は、Ｘ方向における長さである。
【0016】
第１半導体領域１１及び第２半導体領域１２は、第１絶縁部２１から離れている。接合領域１０と第１絶縁部２１との間には、半導体層２の一部が設けられている。傾斜面２１Ｓは、半導体層２と第１絶縁部２１との境界面である。
【0017】
第２絶縁部２２は、第１絶縁部２１の上に設けられている。第２絶縁部２２の下端は、第２半導体領域１２と同じ高さに設けられている。第２絶縁部２２は、絶縁材料を含む。例えば、第２絶縁部２２の幅は、第１絶縁部２１の幅よりも広い。
【0018】
絶縁層３０は、光透過性であり、接合領域１０、第１絶縁部２１、及び第２絶縁部２２の上に設けられている。クエンチ部３６は、絶縁層３０中に設けられ、第２絶縁部２２の上に位置している。
【0019】
図１に示すように、クエンチ部３６の一端は、コンタクトプラグ３６ａ、配線３６ｂ、及びコンタクトプラグ３６ｃを介して、第２半導体領域１２と電気的に接続されている。クエンチ部３６の他端は、コンタクトプラグ３６ｄを介して、絶縁層３０中に設けられた第１配線４１と電気的に接続されている。クエンチ部３６の電気抵抗は、コンタクトプラグ３６ａ、配線３６ｂ、コンタクトプラグ３６ｃ、及びコンタクトプラグ３６ｄのそれぞれの電気抵抗よりも大きい。クエンチ部３６の電気抵抗は、５０ｋΩ以上２ＭΩ以下であることが好ましい。
【0020】
レンズ４０は、絶縁層３０の上に設けられ、接合領域１０の上に位置している。レンズ４０の上面は、上方に向けて凸である。レンズ４０は、接合領域１０に向けて光を集める。レンズ４０の形状は、Ｚ方向から見た時に、概ね、四角形、角丸四角形、又は円形である。
【0021】
図３に示すように、複数の第１絶縁部２１が、Ｘ－Ｙ面において、１つの接合領域１０の周りに設けられている。複数の第１絶縁部２１は、互いに離れている。図２に示すように、１つの共通の第２絶縁部２２が、複数の第１絶縁部２１の上に設けられている。
【0022】
図１～図３に示すように、接合領域１０は、Ｘ方向及びＹ方向において複数設けられている。Ｘ方向に並んだ複数の接合領域１０は、複数のクエンチ部３６をそれぞれ介して、１つの第１配線４１と電気的に接続されている。隣り合う接合領域１０同士の間には、１つ以上の第１絶縁部２１が設けられている。図３に示す例では、Ｘ方向において、１つの第１絶縁部２１が、１つの接合領域１０と交互に並んでいる。Ｙ方向において、２つの第１絶縁部２１が、１つの接合領域１０と交互に並んでいる。
【0023】
図２に示すように、第２絶縁部２２及び絶縁層３０には、複数の第１開口ＯＰ１が設けられている。複数の第１開口ＯＰ１は、互いに離れている。１つの第１開口ＯＰ１は、１つの空洞２１ａに繋がっている。図１に示すように、Ｚ方向から見た時に、第１開口ＯＰ１の形は、Ｉ字状又はＪ字状である。Ｚ方向から見た時に、第１開口ＯＰ１の位置は、接合領域１０の位置、クエンチ部３６の位置、及び第１配線４１の位置とは異なる。Ｚ方向から見た時に、第１開口ＯＰ１の少なくとも一部の位置は、レンズ４０の一部の位置と同じでも良い。又は、第１開口ＯＰ１の位置は、レンズ４０の位置と異なっていても良い。
【0024】
光検出器１００の動作を説明する。
上方から接合領域１０に光が入射すると、半導体層２又は接合領域１０で電荷が発生する。電荷が発生すると、クエンチ部３６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、接合領域１０への光の入射を検出できる。
上方から接合領域１０に光が入射すると、半導体層２又は接合領域１０で電荷が発生する。電荷が発生すると、クエンチ部３６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、接合領域１０への光の入射を検出できる。
【0025】
例えば、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間には、逆電圧が印加される。接合領域１０は、アバランシェフォトダイオードとして機能する。第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間には、降伏電圧を超える逆電圧が印加されても良い。すなわち、接合領域１０は、ガイガーモードで動作しても良い。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。これにより、光検出器１００の受光感度を向上できる。
【0026】
クエンチ部３６は、接合領域１０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、クエンチ部３６に電流が流れると、クエンチ部３６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１半導体領域１１と第２半導体領域１２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、次に接合領域１０へ入射した光を検出できるようになる。
【0027】
上述したように、大きな電圧降下を生じさせる抵抗体がクエンチ部３６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クエンチ部３６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つのスイッチング接合領域を含む。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。
【0028】
各要素の材料の一例を説明する。
半導体層１、半導体層２、第１半導体領域１１、及び第２半導体領域１２は、シリコンを含む。例えば、半導体層１、半導体層２、第１半導体領域１１、及び第２半導体領域１２は、シリコンを含む。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。ボロンがｐ形不純物として用いられる。半導体層１及び２に含まれるシリコン単結晶の（１００）面は、Ｚ方向に対して垂直である。
半導体層１、半導体層２、第１半導体領域１１、及び第２半導体領域１２は、シリコンを含む。例えば、半導体層１、半導体層２、第１半導体領域１１、及び第２半導体領域１２は、シリコンを含む。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。ボロンがｐ形不純物として用いられる。半導体層１及び２に含まれるシリコン単結晶の（１００）面は、Ｚ方向に対して垂直である。
【0029】
第２絶縁部２２及び絶縁層３０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。図４に示すように、絶縁層３０は、第１層３１～第３層３３を含んでも良い。第２層３２は、第１層３１の上に設けられている。第３層３３は、第２層３２の上に設けられている。例えば、第２絶縁部２２、第１層３１、及び第３層３３は、酸化シリコンを含む。第２層３２は、窒化シリコンを含む。
【0030】
抵抗体としてのクエンチ部３６は、ポリシリコンを含む。クエンチ部３６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。コンタクトプラグ及び各配線は、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つの金属を含む。
【0031】
レンズ４０は、光透過性の樹脂を含む。樹脂は、アクリル系樹脂が好ましい。アクリル系樹脂は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを混ぜた樹脂であってもよい。
【0032】
例えば、第１導電形はｐ形であり、第２導電形はｎ形である。ｐ形不純物であるボロンは、シリコンへの注入及びシリコン中での拡散が、ｎ形不純物に比べて容易である。このため、第１導電形がｐ形である場合、第１半導体領域１１の形成が容易となる。また、光検出器１００の感度を向上できる。
【0033】
第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形であっても良い。この場合、半導体層２で発生した電子が、正孔に比べてより早く第２半導体領域１２に向けて移動でき、アバランシェ倍増を促進できる。また、電子がより早く第２半導体領域１２に向けて移動することで、ロングテールノイズの時間を短縮できる。ロングテールノイズは、接合領域１０に光が入射してパルス状の信号が現れた後に発生する、微少な信号である。
【0034】
図５～図９は、第１実施形態に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、及び図９（ｂ）は、それぞれ、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、及び図９（ａ）のＢ１－Ｂ２断面を示す。図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、及び図９（ａ）では、絶縁層３０が省略されている。
図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、及び図９（ｂ）は、それぞれ、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、及び図９（ａ）のＢ１－Ｂ２断面を示す。図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、及び図９（ａ）では、絶縁層３０が省略されている。
【0035】
公知の方法により、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、半導体層２、接合領域１０、第２絶縁部２２、絶縁層３０、及びクエンチ部３６を、半導体基板である半導体層１の上に形成する。例えば、半導体層２は、半導体層１の（１００）面へのエピタキシャル成長によって形成される。第１半導体領域１１及び第２半導体領域１２は、半導体層２へのイオン注入により形成される。第２絶縁部２２は、LOCal Oxidation of Silicon（ＬＯＣＯＳ）により形成される。絶縁層３０及びクエンチ部３６は、化学気相堆積（ＣＶＤ）により形成される。
【0036】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、第２絶縁部２２及び絶縁層３０を貫通する複数の第１開口ＯＰ１を形成する。複数の第１開口ＯＰ１は、接合領域１０、クエンチ部３６、及び第１配線４１を避けて形成される。第１開口ＯＰ１の底部では、半導体層２が露出する。
【0037】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ウェットエッチングにより、第１開口ＯＰ１を通して、半導体層２の一部を除去する。水酸化カリウム（ＫＯＨ）又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）が、薬液として用いられる。ウェットエッチングにより、空洞２１ａを含む第１絶縁部２１が形成される。図７（ａ）に示すように、Ｚ方向から見た時、第１絶縁部２１の形状は、１つの第１開口ＯＰ１に外接する四角形となる。また、図７（ｂ）に示すように、第１絶縁部２１の側面には、Ｚ方向に対して傾斜したシリコンの（１１１）面が現れる。これにより、傾斜面２１Ｓを有する第１絶縁部２１が形成される。例えば、（１１１）面のＸ方向に対する傾きは、５４度～５５度である。
【0038】
絶縁層３０の上に、樹脂を塗布し、樹脂層４０ａを形成する。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及びＲＩＥによって、第１開口ＯＰ１上に位置する樹脂層４０ａの一部を除去する。これにより、樹脂層４０ａが複数に分離される。この結果、後のリフロー工程において、樹脂が第１開口ＯＰ１及び空洞２１ａへ流れ込むことを抑制できる。
【0039】
熱処理により、樹脂層４０ａの流動性を高め、樹脂層４０ａをリフローさせる。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、樹脂層４０ａの上面は、表面張力により湾曲する。樹脂層４０ａが凝固し、レンズ４０が形成される。以上の工程により、第１実施形態に係る光検出器１００が製造される。
【0040】
上述した製造方法において、第１開口ＯＰ１の形成及び第１絶縁部２１の形成は、樹脂層４０ａの形成後に実行されても良い。例えば、第１開口ＯＰ１が形成される位置の樹脂層４０ａを、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより除去する。樹脂層４０ａに形成された開口を通して、第２絶縁部２２及び絶縁層３０を貫通する複数の第１開口ＯＰ１を形成する。ウェットエッチングにより、第１開口ＯＰ１を通して、半導体層２の一部を除去し、第１絶縁部２１を形成する。
【0041】
第１実施形態の利点を説明する。
接合領域１０に光が入射すると、電荷が発生する。一部の電荷は、再結合し、光（二次光子）を発する。二次光子が、別の接合領域１０に入射すると、その別の接合領域１０で電荷が発生する。すなわち、クロストークが発生する。光検出器１００による光子の検出精度を高めるためには、クロストークを抑制できることが望ましい。
接合領域１０に光が入射すると、電荷が発生する。一部の電荷は、再結合し、光（二次光子）を発する。二次光子が、別の接合領域１０に入射すると、その別の接合領域１０で電荷が発生する。すなわち、クロストークが発生する。光検出器１００による光子の検出精度を高めるためには、クロストークを抑制できることが望ましい。
【0042】
図１０は、図４の一部を拡大した断面図である。
第１実施形態に係る光検出器１００は、第１絶縁部２１を含む。第１絶縁部２１は、傾斜面２１Ｓを有する。接合領域１０で発生した二次光子Ｐは、隣接する接合領域１０に向けて進むと、傾斜面２１Ｓによって下方に向けて反射される。これにより、クロストークを抑制できる。
第１実施形態に係る光検出器１００は、第１絶縁部２１を含む。第１絶縁部２１は、傾斜面２１Ｓを有する。接合領域１０で発生した二次光子Ｐは、隣接する接合領域１０に向けて進むと、傾斜面２１Ｓによって下方に向けて反射される。これにより、クロストークを抑制できる。
【0043】
第１絶縁部２１は、空洞２１ａを含む。空洞２１ａは、気体を含み、空洞２１ａの屈折率は、半導体層２の屈折率よりも低い。空洞２１ａを設けることにより、空洞２１ａが無い場合に比べて、第１絶縁部２１の屈折率と半導体層２の屈折率との差が大きくなる。差が大きくなることで、二次光子Ｐが、傾斜面２１Ｓによって反射され易くなる。第１実施形態によれば、クロストークを効果的に抑制でき、光検出器１００による光子の検出精度を向上できる。
【0044】
また、空洞２１ａが設けられることで、光検出器１００に発生した応力を空洞２１ａで緩和できる。このため、光検出器１００を製造する際に、応力による損傷の発生、半導体層１及び２の反りなどを低減でき、光検出器１００の歩留まりを向上できる。
【0045】
図１０に示すように、二次光子Ｐは、主に、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間のｐｎ接合面近傍で発生する。このため、傾斜面２１Ｓの一部は、第１半導体領域１１と第２半導体領域１２との間のｐｎ接合面と同じ高さに設けられることが好ましい。すなわち、傾斜面２１Ｓの一部のＺ方向における位置は、ｐｎ接合面のＺ方向における位置と同じであることが好ましい。
【0046】
傾斜面２１ＳのＺ方向に対する傾きθは、１７度よりも大きいことが好ましい。スネルの法則により、二次光子Ｐが全反射される臨界角θｍ、半導体層２の屈折率ｎｉ、及び第１絶縁部２１の屈折率ｎｏは、ｓｉｎθｍ＝ｎｉ／ｎｏの関係を満たす。半導体層２がシリコンを含む場合、屈折率ｎｉは、３．６である。第１絶縁部２１が空気の空洞２１ａから構成される場合、屈折率ｎｏは、１である。これらの屈折率に基づく臨界角θｍは、約１６度である。傾きθが１７度よりも大きいと、より多くの二次光子Ｐを反射できる。例えば、ｐｎ接合面からＸ－Ｙ面に沿って進行する二次光子Ｐが、傾斜面２１Ｓによって全反射される。これにより、クロストークを効果的に抑制できる。
【0047】
より好ましくは、傾きθは、２５度よりも大きい。レンズ４０を形成する際に、リフローされた樹脂が空洞２１ａに流れ込む可能性がある。この場合、一部の傾斜面２１Ｓは、半導体層２と樹脂との界面となる。例えば、第１絶縁部２１（樹脂）の屈折率ｎｏは、１．５である。屈折率ｎｉ＝３．６、屈折率ｎｏ＝１．５のとき、臨界角θｍは、約２４度である。傾きθが２５度よりも大きいと、より確実に、多くの二次光子Ｐを反射できる。
【0048】
一方で、傾きθが大きくなるに連れて、第１絶縁部２１の上部の幅が広くなる。光検出器１００のサイズが一定の場合、幅が広くなるほど、接合領域１０のＸ－Ｙ面における面積が小さくなり、光検出器１００の受光感度が低下する。又は、接合領域１０の面積が一定の場合、幅が広くなるほど、光検出器１００のサイズが大きくなる。光検出器１００の受光感度又はサイズの観点から、傾きθは、４５度よりも小さいことが好ましい。
【0049】
また、クロストークを効果的に低減するために、第１絶縁部２１（傾斜面２１Ｓ）の一方向の長さは、接合領域１０の一方向の長さよりも長いことが好ましい。例えば図３に示すように、１つの第１絶縁部２１は、１つの接合領域１０とＸ方向において並んでいる。前記１つの第１絶縁部２１のＹ方向における長さＬｙ２は、前記１つの接合領域１０のＹ方向における長さＬｙ１よりも長い。別の１つの第１絶縁部２１は、前記１つの接合領域１０とＹ方向において並んでいる。前記別の１つの第１絶縁部２１のＸ方向における長さＬｘ２は、前記１つの接合領域１０のＸ方向における長さＬｘ１よりも長い。
【0050】
また、第１開口ＯＰ１が設けられることで、光検出器１００に発生した応力を第１開口ＯＰ１で緩和できる。このため、光検出器１００を製造する際に、応力による損傷の発生、半導体層１及び２の反りなどを低減でき、光検出器１００の歩留まりを向上できる。
【0051】
［第１変形例］
図１１は、第１実施形態の第１変形例に係る光検出器を示す断面図である。
第１変形例に係る光検出器１１０では、図１１に示すように、第１開口ＯＰ１内に、絶縁体４２が設けられている。絶縁体４２は、レンズ４０と連なっている。絶縁体４２は、Ｘ－Ｙ面において、絶縁層３０に囲まれている。絶縁体４２に含まれる樹脂は、レンズ４０に含まれる樹脂と同じである。
図１１は、第１実施形態の第１変形例に係る光検出器を示す断面図である。
第１変形例に係る光検出器１１０では、図１１に示すように、第１開口ＯＰ１内に、絶縁体４２が設けられている。絶縁体４２は、レンズ４０と連なっている。絶縁体４２は、Ｘ－Ｙ面において、絶縁層３０に囲まれている。絶縁体４２に含まれる樹脂は、レンズ４０に含まれる樹脂と同じである。
【0052】
レンズ４０のＸ－Ｙ面における中心は、接合領域１０のＸ－Ｙ面における中心からずれていても良い。このスケーリングにより、接合領域１０の中心の感度と、接合領域１０の外周の感度と、の差を低減できる。スケーリングされたレンズ４０を形成する場合、樹脂層４０ａをリフローする時点で、第１開口ＯＰ１は樹脂層４０ａに覆われている。リフロー時に、樹脂が第１開口ＯＰ１内へ流れ込み、絶縁体４２が形成される。
【0053】
又は、光検出器１００のようにスケーリングを実施しない場合であっても、リフロー時に、樹脂が第１開口ＯＰ１内へ流れ込む可能性がある。光検出器１００において、光検出器１１０と同様に、第１開口ＯＰ１内に、絶縁体４２が設けられていても良い。この場合、絶縁体４２は、レンズ４０と連なっていても良いし、レンズ４０から離れていても良い。
【0054】
レンズ４０と絶縁体４２が同じ樹脂を含む場合、レンズ４０と絶縁体４２との間の屈折率の差を小さくできる。また、絶縁体４２がレンズ４０と連なる場合、レンズ４０と絶縁体４２との間には界面が存在しない。レンズ４０の樹脂が絶縁体４２の樹脂と異なる場合に比べて、レンズ４０と絶縁体４２との間で光の反射を抑制できる。例えば、下方に向けて進行した光がレンズ４０と絶縁体４２との間を通過した際に、乱反射されることを抑制し、光検出器１１０の受光感度を向上できる。
【0055】
【0056】
絶縁領域２１ｂは、半導体層２と空洞２１ａとの間に設けられている。傾斜面２１Ｓは、半導体層２と絶縁領域２１ｂとの間の界面である。絶縁領域２１ｂは、絶縁体４２と連なっている。絶縁領域２１ｂは、絶縁性の樹脂を含む。絶縁領域２１ｂに含まれる樹脂は、絶縁体４２に含まれる樹脂及びレンズ４０に含まれる樹脂と同じである。
【0057】
光検出器１２０によれば、光検出器１００と同様に、二次光子Ｐが傾斜面２１Ｓによって下方に向けて反射される。また、傾斜面２１Ｓで反射されたなかった一部の二次光子は、空洞２１ａと絶縁領域２１ｂとの界面によって上方又は下方へ反射される。これにより、光検出器１２０におけるクロストークを抑制できる。
【0058】
傾斜面２１ＳのＺ方向に対する傾きθは、傾斜面２１Ｓでより多くの二次光子を反射させるために、上述した通り、２５度よりも大きいことが好ましい。
【0059】
絶縁領域２１ｂ及び絶縁体４２は、樹脂以外の酸化物又は窒化物を含んでも良い。例えば、絶縁領域２１ｂ及び絶縁体４２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、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す工程の後であって樹脂層４０ａの形成前に、ＣＶＤにより、絶縁領域２１ｂ及び絶縁体４２が形成される。この場合、絶縁体４２は、絶縁領域２１ｂと連なり、レンズ４０とは連なっていない。レンズ４０と絶縁体４２との間には、界面が形成される。
【0060】
例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンの屈折率は、約２．０である。このため、傾斜面２１ＳのＺ方向に対する傾きθが２５度よりも大きければ、絶縁領域２１ｂが、樹脂、酸化物、又は窒化物のいずれを含む場合でも、二次光子を傾斜面２１Ｓによって好適に反射できる。
【0061】
［第３変形例］
図１３は、第１実施形態の第３変形例に係る光検出器を示す断面図である。
図１３に示す第３変形例に係る光検出器１３０のように、一部の第１開口ＯＰ１内に、絶縁体４２が設けられても良い。別の一部の第１開口ＯＰ１内には、絶縁体４２は設けられていない。一部の第１絶縁部２１が、絶縁領域２１ｂを含んでも良い。別の一部の第１絶縁部２１は、絶縁領域２１ｂのみを含み、空洞２１ａを含まなくても良い。さらに別の一部の第１絶縁部２１は、絶縁領域２１ｂを含まず、空洞２１ａのみから構成される。
図１３は、第１実施形態の第３変形例に係る光検出器を示す断面図である。
図１３に示す第３変形例に係る光検出器１３０のように、一部の第１開口ＯＰ１内に、絶縁体４２が設けられても良い。別の一部の第１開口ＯＰ１内には、絶縁体４２は設けられていない。一部の第１絶縁部２１が、絶縁領域２１ｂを含んでも良い。別の一部の第１絶縁部２１は、絶縁領域２１ｂのみを含み、空洞２１ａを含まなくても良い。さらに別の一部の第１絶縁部２１は、絶縁領域２１ｂを含まず、空洞２１ａのみから構成される。
【0062】
複数の第１絶縁部２１の少なくとも一部が空洞２１ａを含むことで、いずれの第１絶縁部２１も空洞２１ａを含まない場合に比べて、光検出器１３０におけるクロストークを抑制できる。
【0063】
［第４変形例］
図１４は、第１実施形態の第４変形例に係る光検出器を示す平面図である。図１５は、図１４のＡ１－Ａ２断面図である。
図１４では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。第４変形例に係る光検出器１４０は、図１４に示すように、第３絶縁部２３をさらに含む。
図１４は、第１実施形態の第４変形例に係る光検出器を示す平面図である。図１５は、図１４のＡ１－Ａ２断面図である。
図１４では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。第４変形例に係る光検出器１４０は、図１４に示すように、第３絶縁部２３をさらに含む。
【0064】
第３絶縁部２３は、Ｘ－Ｙ面において、接合領域１０の周りに設けられている。図１５に示すように、第３絶縁部２３は、接合領域１０と第１絶縁部２１との間に位置する。例えば、第１半導体領域１１及び第２半導体領域１２は、第３絶縁部２３から離れている。第１半導体領域１１及び第２半導体領域１２は、第３絶縁部２３に接していても良い。第３絶縁部２３の下端は、第１絶縁部２１の傾斜面２１Ｓよりも下方に位置する。例えば、第３絶縁部２３の下端は、半導体層１に達している。第３絶縁部２３と半導体層２との間の界面のＺ方向に対する傾きは、傾斜面２１ＳのＺ方向に対する傾きよりも小さい。
【0065】
第１絶縁部２１の下に、空洞２１ａに通じる第２開口ＯＰ２が設けられていても良い。第２開口ＯＰ２は、第１開口ＯＰ１の下に位置する。Ｚ方向から見た時に、第２開口ＯＰ２は、第１開口ＯＰ１と重なる。第２開口ＯＰ２は、隣り合う第３絶縁部２３同士の間に位置している。例えば、第２開口ＯＰ２の下端は、第３絶縁部２３の下端よりも上方に位置する。第２開口ＯＰ２を設けることで、半導体層２に生じる応力を低減できる。例えば、半導体層１又は２に損傷が生じる可能性を低減できる。又は、光検出器１４０の反りを低減できる。
【0066】
図１６は、図１５の一部を拡大した断面図である。
絶縁層３０は、第１層３１～第４層３４を含む。第４層３４は、第３層３３の上に設けられている。第１層３１、第３層３３、及び第４層３４は、酸化シリコンを含む。第２層３２は、窒化シリコンを含む。
絶縁層３０は、第１層３１～第４層３４を含む。第４層３４は、第３層３３の上に設けられている。第１層３１、第３層３３、及び第４層３４は、酸化シリコンを含む。第２層３２は、窒化シリコンを含む。
【0067】
図１６に示すように、接合領域１０で発生した二次光子Ｐの一部は、第３絶縁部２３を第１絶縁部２１に向けて進行し、傾斜面２１Ｓによって反射される。傾斜面２１Ｓよりも下方に進行した二次光子Ｐは、半導体層２と第３絶縁部２３との間の界面によって反射される。第３絶縁部２３が設けられることで、傾斜面２１Ｓよりも下方に進行した二次光子Ｐを反射できる。第４変形例に係る光検出器１４０によれば、光検出器１００に比べて、クロストークをさらに抑制できる。
【0068】
図１７～図２０は、第１実施形態の第４変形例に係る光検出器の製造方法を示す模式図である。
図１７（ｂ）、図１８（ｂ）、１９（ｂ）、及び図２０（ｂ）は、それぞれ、図１７（ａ）、図１８（ａ）、図１９（ａ）、及び図２０（ａ）のＢ１－Ｂ２断面を示す。図１７（ａ）、図１８（ａ）、図１９（ａ）、及び図２０（ａ）では、絶縁層３０が省略されている。
図１７（ｂ）、図１８（ｂ）、１９（ｂ）、及び図２０（ｂ）は、それぞれ、図１７（ａ）、図１８（ａ）、図１９（ａ）、及び図２０（ａ）のＢ１－Ｂ２断面を示す。図１７（ａ）、図１８（ａ）、図１９（ａ）、及び図２０（ａ）では、絶縁層３０が省略されている。
【0069】
公知の方法により、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、半導体層２、接合領域１０、第３絶縁部２３、絶縁層３０、及びクエンチ部３６を、半導体基板である半導体層１の上に形成する。例えば、半導体層１、半導体層２、第１層３１、及び第２層３２を貫通する開口をＲＩＥによって形成し、ＣＶＤによってその開口を絶縁材料で埋め込むことで、第３絶縁部２３が形成される。
【0070】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより、絶縁層３０を貫通する複数の第１開口ＯＰ１を形成する。Ｚ方向から見た時に、第３絶縁部２３は、第１開口ＯＰ１と接合領域１０との間に位置する。
【0071】
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すように、ウェットエッチングにより、第１開口ＯＰ１を通して、半導体層２の一部を除去する。これにより、空洞２１ａを含み、且つ傾斜面２１Ｓを有する第１絶縁部２１が形成される。
【0072】
【0073】
以降は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す工程と同様に、樹脂層４０ａを絶縁層３０の上に形成し、樹脂層４０ａをパターニングする。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す工程と同様に、樹脂層４０ａをリフローさせ、レンズ４０を形成する。以上の工程により、第４変形例に係る光検出器１４０が製造される。
【0074】
［第５変形例］
図２１及び図２２は、第１実施形態の第５変形例に係る光検出器を示す平面図である。図２３は、図２１及び図２２のＡ１－Ａ２断面図である。
図２１では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。図２２では、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略されている。
図２１及び図２２は、第１実施形態の第５変形例に係る光検出器を示す平面図である。図２３は、図２１及び図２２のＡ１－Ａ２断面図である。
図２１では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。図２２では、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略されている。
【0075】
第５変形例に係る光検出器１５０は、第１開口ＯＰ１の形状及び第１絶縁部２１の形状について、光検出器１００と差異を有する。図２１に示すように、第５変形例に係る光検出器１５０では、１つの第１開口ＯＰ１の形は、Ｚ方向から見た時に、Ｕ字状である。１つの第１開口ＯＰ１の形は、Ｚ方向から見た時に、Ｌ字状であっても良い。図２２に示すように、１つの第１絶縁部２１の形は、Ｚ方向から見た時に、１つの第１開口ＯＰ１に外接する四角形である。
【0076】
図２２及び図２３に示すように、１つの第１絶縁部２１は、Ｘ－Ｙ面において、１つの第３絶縁部２３の周りに設けられている。第１開口ＯＰ１を通して半導体層２をウェットエッチングしたときに、接合領域１０に向けたエッチングが第３絶縁部２３によって停止する。これにより、第３絶縁部２３の周りに、空洞２１ａからなる第１絶縁部２１が形成される。
【0077】
図２４は、図２３の一部を拡大した断面図である。図２４に示すように、１つの第１絶縁部２１の傾斜面２１Ｓは、Ｘ－Ｙ面において、１つの接合領域１０を囲んでいる。１つの傾斜面２１Ｓは、外方を向いている。外方は、前記１つの接合領域１０から１つの第１絶縁部２１に向かう方向である。
【0078】
例えば、接合領域１０で発生した二次光子Ｐの一部は、その接合領域１０を囲う第１絶縁部２１を通過し、隣接する別の第１絶縁部２１に進む。二次光子Ｐは、別の第１絶縁部２１の傾斜面２１Ｓによって反射される。傾斜面２１Ｓよりも下方に進行した二次光子Ｐは、半導体層２と第３絶縁部２３との間の界面によって反射される。第５変形例に係る光検出器１５０によれば、光検出器１４０と同様に、クロストークを抑制できる。
【0079】
図２５は、第１実施形態の第５変形例に係る別の光検出器を示す断面図である。
図２５に示す光検出器１５１のように、第１開口ＯＰ１は、絶縁層３０の上部によって塞がれていても良い。例えば、絶縁層３０は、第１層３１～第５層３５を含む。第５層３５は、第４層３４の上に設けられ、酸化シリコンを含む。第１開口ＯＰ１は、第１層３１～第３層３３を貫通し、第４層３４及び第５層３５によって覆われている。例えば、空洞２１ａは、光検出器１００の外部の空間とは分離されている。
図２５に示す光検出器１５１のように、第１開口ＯＰ１は、絶縁層３０の上部によって塞がれていても良い。例えば、絶縁層３０は、第１層３１～第５層３５を含む。第５層３５は、第４層３４の上に設けられ、酸化シリコンを含む。第１開口ＯＰ１は、第１層３１～第３層３３を貫通し、第４層３４及び第５層３５によって覆われている。例えば、空洞２１ａは、光検出器１００の外部の空間とは分離されている。
【0080】
光検出器１５１は、以下の方法により製造できる。まず、半導体層２、接合領域１０、第３絶縁部２３、第１層３１、及び第２層３２を形成する。第２層３２の上に、第３層３３を形成する。ＲＩＥにより、第１層３１～第３層３３を貫通する第１開口ＯＰ１を形成する。第１開口ＯＰ１を通して、ウェットエッチングにより、第１絶縁部２１を形成する。第４層３４及び第５層３５を形成し、第１開口ＯＰ１を覆う。レンズ４０を絶縁層３０の上に形成する。この製造方法によれば、レンズ４０を形成する際に、樹脂が空洞２１ａに流れ込むことを防止できる。これにより、傾斜面２１Ｓにおいて、二次光子がより反射され易くなる。
【0081】
［第６変形例］
図２６及び図２７は、第１実施形態の第６変形例に係る光検出器を示す平面図である。図２８は、図２６及び図２７のＡ１－Ａ２断面図である。
図２６では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。図２７では、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略されている。
図２６及び図２７は、第１実施形態の第６変形例に係る光検出器を示す平面図である。図２８は、図２６及び図２７のＡ１－Ａ２断面図である。
図２６では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。図２７では、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略されている。
【0082】
第６変形例に係る光検出器１６０は、第１開口ＯＰ１の形状及び第１絶縁部２１の形状について、光検出器１００と差異を有する。図２６に示すように、第６変形例に係る光検出器１６０では、Ｘ方向に並ぶ複数の接合領域１０に対して、１つの連続した第１開口ＯＰ１が設けられている。第１開口ＯＰ１の形は、Ｚ方向から見た時に、櫛形である。又は、Ｚ方向から見た時にＴ字状である第１開口ＯＰ１が、Ｘ方向において互いに離れて複数並んでいても良い。
【0083】
図２７及び図２８に示すように、１つの第１絶縁部２１が、Ｘ－Ｙ面において、Ｘ方向に並ぶ複数の第３絶縁部２３のそれぞれの周りに設けられている。第１開口ＯＰ１を通して半導体層２をウェットエッチングしたときに、接合領域１０に向けたエッチングが第３絶縁部２３によって止められることで、空洞２１ａからなる第１絶縁部２１が形成される。
【0084】
図２９は、図２８の一部を拡大した断面図である。
図２９に示すように、隣り合う接合領域１０の間には、第１絶縁部２１の一部が設けられている。第１絶縁部２１の当該一部は、互いに対向する一対の傾斜面２１Ｓを有する。
図２９に示すように、隣り合う接合領域１０の間には、第１絶縁部２１の一部が設けられている。第１絶縁部２１の当該一部は、互いに対向する一対の傾斜面２１Ｓを有する。
【0085】
接合領域１０で発生した二次光子Ｐの一部は、傾斜面２１Ｓによって反射される。傾斜面２１Ｓよりも下方に進行した二次光子Ｐは、半導体層２と第３絶縁部２３との間の界面によって反射される。第６変形例に係る光検出器１６０によれば、光検出器１４０と同様に、クロストークを抑制できる。
【0086】
［第７変形例］
図３０及び図３１は、第１実施形態の第７変形例に係る光検出器を示す平面図である。図３２は、図３０及び図３１のＡ１－Ａ２断面図である。
図３０では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。図３１では、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略されている。
図３０及び図３１は、第１実施形態の第７変形例に係る光検出器を示す平面図である。図３２は、図３０及び図３１のＡ１－Ａ２断面図である。
図３０では、レンズ４０が破線で示され、第１絶縁部２１及び絶縁層３０が省略されている。図３１では、絶縁層３０、クエンチ部３６、レンズ４０、及び第１配線４１が省略されている。
【0087】
第７変形例に係る光検出器１７０では、図３０に示すように、Ｚ方向から見たとき、第１開口ＯＰ１は、接合領域１０と第３絶縁部２３との間に位置する。複数の第１開口ＯＰ１が、接合領域１０の周りに設けられている。複数の第１開口ＯＰ１は、互いに離れている。
【0088】
図３１及び図３２に示すように、第１絶縁部２１は、接合領域１０と第３絶縁部２３との間に設けられている。複数の第１絶縁部２１が、Ｘ－Ｙ面において、接合領域１０の周りに設けられている。複数の第１絶縁部２１は、互いに離れている。
【0089】
光検出器１７０によれば、光検出器１４０と同様に、接合領域１０で発生した二次光子の一部は、傾斜面２１Ｓによって反射される。傾斜面２１Ｓよりも下方に進行した二次光子は、半導体層２と第３絶縁部２３との間の界面によって反射される。これにより、光検出器１７０におけるクロストークを抑制できる。
【0090】
上述した変形例に係る構造は、適宜組み合わせることができる。例えば、光検出器１４０、１５０、１６０、１７０のいずれかにおいて、光検出器１１０と同様に、絶縁体４２が設けられていても良い。光検出器１４０、１５０、１６０、１７０のいずれかにおいて、光検出器１２０と同様に、絶縁領域２１ｂ及び絶縁体４２が設けられていても良い。光検出器１５０、１５１、１６０、１７０のいずれかにおいて、光検出器１４０と同様に、空洞２１ａと通じる第２開口ＯＰ２が設けられていても良い。
【0091】
［第２実施形態］
図３３は、第２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。
図３３は、第２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。
【0092】
投光ユニットＴにおいて、光源４０４は、光を発する。例えば、光源４０４は、レーザ光発振器を含み、レーザ光を発振する。駆動回路４０３は、レーザ光発振器を駆動する。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。
【0093】
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。
【0094】
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光飛行時間測距法（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）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、移動体向け障害物検知に用いることができる。
【0095】
図３４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。
【0096】
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できる。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。
【0097】
図３５は、第２実施形態に係るライダー装置を備えた移動体の上面略図である。
図３５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。
図３５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。
【0098】
移動体は、図３５に表した車以外に、ドローン、ロボットなどであっても良い。ロボットは、例えば、無人搬送車（ＡＧＶ）である。これらの移動体の４つの隅にライダー装置を備えることで、移動体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。
【0099】
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。
【0100】
以上で説明した実施形態によれば、光検出器におけるクロストークを低減可能である。
【0101】
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。
【0102】
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半導体層、第１半導体領域、第２半導体領域、第１絶縁部、第２絶縁部、第３絶縁部、絶縁層、クエンチ部、レンズ、第１配線、絶縁体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。
【0103】
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。
【0104】
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、及び移動体を基にして、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、及び移動体も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【0105】
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。
【0106】
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。
【符号の説明】
【0107】
１：半導体層、 ２：半導体層、 １０：接合領域、 １１：第１半導体領域、 １２：第２半導体領域、 ２１：第１絶縁部、 ２１Ｓ：傾斜面、 ２１ａ：空洞、 ２１ｂ：絶縁領域、 ２２：第２絶縁部、 ２３：第３絶縁部、 ３０：絶縁層、 ３１：第１層、 ３２：第２層、 ３３：第３層、 ３４：第４層、 ３５：第５層、 ３６：クエンチ部、 ３６ａ：コンタクトプラグ、 ３６ｂ：配線、 ３６ｃ：コンタクトプラグ、 ３６ｄ：コンタクトプラグ、 ４０：レンズ、 ４０ａ：樹脂層、 ４１：第１配線、 ４２：絶縁体、 １００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１５１，１６０，１７０：光検出器、 ４０２：ミラーコントローラ、 ４０３：駆動回路、 ４０４：光源、 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、 ＯＰ１：第１開口、 ＯＰ２：第２開口、 Ｐ：二次光子、 Ｒ：受光ユニット、 Ｔ：投光ユニット、 θ：傾き
【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】