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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】2025-03-06
(45)【発行日】2025-03-14
(54)【発明の名称】測距装置
(51)【国際特許分類】
H10F 39/18 20250101AFI20250307BHJP
H10F 30/20 20250101ALI20250307BHJP
H04N 25/70 20230101ALI20250307BHJP
H04N 25/77 20230101ALI20250307BHJP
【ＦＩ】
H10F39/18 A
H10F30/20
H04N25/70
H04N25/77
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2022527643
(86)(22)【出願日】2021-05-11
(86)【国際出願番号】 JP2021017805
(87)【国際公開番号】W WO2021241191
(87)【国際公開日】2021-12-02
【審査請求日】2024-03-21
(31)【優先権主張番号】P 2020091550
(32)【優先日】2020-05-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(72)【発明者】
【氏名】安 陽太郎
【審査官】柴山 将隆
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１８７３７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１９１５３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－０４７６５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３５６２４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１８３６３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１２８３８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０１５４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２６１３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１１９２３４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００６－１２０８４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０１３９０９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｆ ３９／１８
Ｈ１０Ｆ ３０／２０
Ｈ０４Ｎ ２５／７０
Ｈ０４Ｎ ２５／７７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面および該第１面に対して反対側にある第２面を有する半導体層と、前記第２面側に設けられたレンズと、
前記第１面側において前記半導体層内に設けられた第１および第２電荷蓄積部と、
前記第１面側において前記半導体層と接触し、該半導体層よりも量子効率または光電変換効率の高い材料からなる光電変換部と、
前記第１および第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記半導体層に電圧を印加する第１および第２電圧印加部と、
前記第１面側に設けられ、前記光電変換部に電気的に接続された第１配線と、を備え、
前記光電変換部は、前記半導体層の前記第２面の上方から見たときに、前記レンズから前記半導体層へ入射光を通過させる開口部よりも面積において小さい、測距装置。
【請求項2】
前記第１面側において前記半導体層内に設けられ、前記光電変換部と接触する不純物層をさらに備え、前記光電変換部は、前記半導体層の前記第２面の上方から見たときに、前記不純物層よりも面積において小さい、請求項１に記載の測距装置。
【請求項3】
前記半導体層には、シリコンが用いられており、前記光電変換部には、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＣＩＧＳ（CopperIndiumGalliumDiSelenide）、Ｑｄｏｔ（Quantumdot）が用いられている、請求項１に記載の測距装置。
【請求項4】
第１面および該第１面に対して反対側にある第２面を有する半導体層と、
前記第２面側に設けられたレンズと、
前記第１面側において前記半導体層内に設けられた第１および第２電荷蓄積部と、
前記第１面側において前記半導体層と接触し、該半導体層よりも量子効率または光電変換効率の高い材料からなる光電変換部と、
前記第１および第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記半導体層に電圧を印加する第１および第２電圧印加部と、
前記第１面側に設けられ、前記光電変換部に電気的に接続された第１配線と、を備え、
導電性かつ光を反射する材料からなり、前記光電変換部と前記半導体層との間の接触部以外において該光電変換部の周囲を被覆している金属層をさらに備えた、測距装置。
【請求項5】
前記金属層は、前記光電変換部と前記第１配線との間を電気的に接続する電極である、請求項４に記載の測距装置。
【請求項6】
前記金属層は、前記光電変換部に向かって突出または窪む凹凸部を有する、請求項４に記載の測距装置。
【請求項7】
第１面および該第１面に対して反対側にある第２面を有する半導体層と、
前記第２面側に設けられたレンズと、
前記第１面側において前記半導体層内に設けられた第１および第２電荷蓄積部と、
前記第１面側において前記半導体層と接触し、該半導体層よりも量子効率または光電変換効率の高い材料からなる光電変換部と、
前記第１および第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記半導体層に電圧を印加する第１および第２電圧印加部と、
前記第１面側に設けられ、前記光電変換部に電気的に接続された第１配線と、
前記光電変換部と前記半導体層との間に設けられ、前記光電変換部の材料と前記半導体層の材料とが混合された混合層とを備える、測距装置。
【請求項8】
前記第１配線と電気的に接続する前記光電変換部のコンタクト部分に設けられ、前記光電変換部よりも不純物濃度の高い高濃度不純物層をさらに備える、請求項１、請求項４、請求項７のいずれか一項に記載の測距装置。
【請求項9】
前記第１電圧印加部は、前記第１電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記第１面上に設けられ、前記半導体層から絶縁された第１ゲート電極であり、前記第２電圧印加部は、前記第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記第１面上に設けられ、前記半導体層から絶縁された第２ゲート電極であり、前記第１面側に設けられ、前記第１電圧印加部に接続された第２配線と、
前記第１面側に設けられ、前記第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備える、請求項１、請求項４、請求項７のいずれか一項に記載の測距装置。
【請求項10】
前記第１および第２電圧印加部は、前記半導体層の前記第１面上に絶縁膜を介して設けられている、請求項９に記載の測距装置。
【請求項11】
前記第１および第２電圧印加部は、前記半導体層の前記第１面から該半導体層内へ埋め込まれている、請求項９に記載の測距装置。
【請求項12】
前記第１電圧印加部は、前記第１面において前記第１電荷蓄積部に隣接し、該第１電荷蓄積部に対して導電型の異なる第１不純物層であり、前記第２電圧印加部は、前記第１面において前記第２電荷蓄積部に隣接し、該第２電荷蓄積部に対して導電型の異なる第２不純物層であり、
前記第１面側に設けられ、前記第１電圧印加部に接続された第２配線と、
前記第１面側に設けられ、前記第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備える、請求項１、請求項４、請求項７のいずれか一項に記載の測距装置。
【請求項13】
前記半導体層内に前記第２面から前記光電変換部へ延び、前記半導体層と異なる材料からなる導波部をさらに備える、請求項１、請求項４、請求項７のいずれか一項に記載の測距装置。
【請求項14】
前記導波部は、前記第２面側において、前記レンズから前記半導体層へ入射光を通過させる開口部と等しいかそれ以上の面積を有し、前記第１面側において、前記光電変換部と等しいかそれ以下の面積を有し、前記第１面と前記第２面との間にある側面がテーパー形状を有する、請求項１３に記載の測距装置。
【請求項15】
前記導波部の屈折率は、前記半導体層の屈折率よりも高い、請求項１３に記載の測距装置。
【請求項16】
前記導波部の屈折率は、前記レンズの屈折率よりも低い、請求項１５に記載の測距装置。
【請求項17】
前記導波部の側面に設けられた金属膜をさらに備える、請求項１３に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、測距装置に関する。
【背景技術】
【0002】
間接ＴｏＦ（indirect Time of Flight:iToF）方式を用いた測距装置が開発されている。間接ＴｏＦの測距装置は、測距装置から対象物までの距離を、照射光と反射光との位相差に基づいて間接的に算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０２０－０１３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の間接ＴｏＦ方式を用いた測距装置は、シリコン基板内にフォトダイオードを有しており、充分な量子効率Ｑｅ（感度）を得ることができなかった。また、赤外線の透過率が高いシリコン基板を用いた測距装置においては、量子効率を上げるためには、シリコン基板を厚膜化する必要がある。しかし、シリコン基板を厚くすると、隣接する画素間での電気的もしくは光学的な分離が困難となり、ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）を劣化させ解像度が低下してしまうという問題もあった。
【0005】
そこで、本開示は、このような課題を鑑みてなされたものであり、量子効率および解像度を改善することができる測距装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一側面の測距装置は、第１面および該第１面に対して反対側にある第２面を有する半導体層と、第２面側に設けられたレンズと、第１面側において半導体層内に設けられた第１および第２電荷蓄積部と、第１面側において半導体層と接触し、該半導体層と異なる材料からなる光電変換部と、第１および第２電荷蓄積部と光電変換部との間の半導体層に電圧を印加する第１および第２電圧印加部と、第１面側に設けられ、光電変換部に電気的に接続された第１配線と、を備える。
【0007】
光電変換部は、半導体層の第２面の上方から見たときに、レンズから半導体層へ入射光を通過させる開口部よりも面積において小さくてもよい。
【0008】
第１面側において半導体層内に設けられ、光電変換部と接触する不純物層をさらに備え、光電変換部は、半導体層の第２面の上方から見たときに、不純物層よりも面積において小さくてもよい。
【0009】
半導体層には、シリコンが用いられており、光電変換部には、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＣＩＧＳ、Ｑｄｏｔが用いられていてもよい。
【0010】
導電性かつ光を反射する材料からなり、光電変換部と半導体層との間の接触部以外において該光電変換部の周囲を被覆している金属層をさらに備えてもよい。
【0011】
金属層は、光電変換部と第１配線との間を電気的に接続する電極でもよい。
【0012】
金属層は、光電変換部に向かって突出または窪む凹凸部を有してもよい。
【0013】
光電変換部と半導体層との間に設けられ、光電変換部の材料と半導体層の材料とが混合された混合層をさらに備えてもよい。
【0014】
第１配線と電気的に接続する光電変換部のコンタクト部分に設けられ、光電変換部よりも不純物濃度の高い高濃度不純物層をさらに備えてもよい。
【0015】
第１電圧印加部は、第１電荷蓄積部と光電変換部との間の第１面上に設けられ、半導体層から絶縁された第１ゲート電極であり、第２電圧印加部は、第２電荷蓄積部と光電変換部との間の第１面上に設けられ、半導体層から絶縁された第２ゲート電極であり、第１面側に設けられ、第１電圧印加部に接続された第２配線と、第１面側に設けられ、第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備えてもよい。
【0016】
第１および第２電圧印加部は、半導体層の第１面上に絶縁膜を介して設けられてもよい。
【0017】
第１および第２電圧印加部は、半導体層の第１面から該半導体層内へ埋め込まれていてもよい
【0018】
第１電圧印加部は、第１面において第１電荷蓄積部に隣接し、該第１電荷蓄積部に対して導電型の異なる第１不純物層であり、第２電圧印加部は、第１面において第２電荷蓄積部に隣接し、該第２電荷蓄積部に対して導電型の異なる第２不純物層であり、第１面側に設けられ、第１電圧印加部に接続された第２配線と、第１面側に設けられ、第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備えてもよい。
【0019】
半導体層内に第２面から光電変換部へ延び、半導体層と異なる材料からなる導波部をさらに備えてもよい。
【0020】
導波部は、第２面側において、レンズから半導体層へ入射光を通過させる開口部と等しいかそれ以上の面積を有し、第１面側において、光電変換部と等しいかそれ以下の面積を有し、第１面と第２面との間にある側面がテーパー形状を有してもよい。
【0021】
導波部の屈折率は、半導体層の屈折率よりも高くてもよい。
【0022】
導波部の屈折率は、レンズの屈折率よりも低くてもよい。
【0023】
導波部の側面に設けられた金属膜をさらに備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第１実施形態による測距装置の構成例を示すブロック図。
【図2】第１実施形態による測距装置の受光素子の概略構成例を示すブロック図。
【図3】画素の回路構成の一例を示す図。
【図5】第１実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図6】第１実施形態による測距装置の動作の一例を示すタイミング図。
【図7】第２実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図8】第３実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図9】第４実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図10】第５実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図11】第６実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図12】第７実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図13】第８実施形態による受光素子の構成例を示す断面図。
【図14】第９実施形態による画素の構成例を示す断面図。
【図15】導波部の側面に金属膜を備えた受光素子の断面図。
【図16】本開示による画素のレイアウトの一例を示した平面図。
【図17】本開示による画素のレイアウトの他の例を示した平面図。
【図18】本技術を適用した電子機器としての、スマートフォンの構成例を示すブロック図。
【図19】本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図。
【図20】撮像部の設置位置の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述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。
【0026】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による測距装置の構成例を示すブロック図である。測距装置１００は、間接ＴｏＦ（以下、ｉＴｏＦともいう）方式による測距装置であり、例えば、車両に搭載され、車外にある対象物までの距離を測定する車載用のシステム等に用いる。また、測距装置１００は、例えば、顔認証等の個人を特定するシステム等にも用いてもよい。
図１は、第１実施形態による測距装置の構成例を示すブロック図である。測距装置１００は、間接ＴｏＦ（以下、ｉＴｏＦともいう）方式による測距装置であり、例えば、車両に搭載され、車外にある対象物までの距離を測定する車載用のシステム等に用いる。また、測距装置１００は、例えば、顔認証等の個人を特定するシステム等にも用いてもよい。
【0027】
測距装置１００は、受光素子１と、発光素子２と、変調器３と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）４とを備えている。ＰＬＬ４は、パルス信号を生成する。変調器３は、ＰＬＬ４からのパルス信号を変調し、制御信号を生成する。制御信号の周波数は、例えば、５メガＨｚ～２０メガＨｚでよい。発光素子２は、変調器からの制御信号に従って発光する。発光素子２は、光源として、波長が７８０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の赤外光を発する発光ダイオードを有し、矩形波あるいはサイン波の制御信号に同期して、照射光を発生する。発光素子２で生成される光は、例えば、短波赤外光（ＳＷＩＲ（Short Wave Infrared Radiometer））等でよい。発光素子２から発光された照射光は、物体Ｍに反射して受光素子１で受光される。
【0028】
受光素子１で受光され反射光は、発光素子２が発光したタイミングから、物体Ｍまでの距離に応じて遅延する。照射光に対する反射光の遅延時間によって、照射光と反射光との間に位相差が生じる。ｉＴｏＦ方式では、測距装置１００は、この照射光と反射光との間の位相差を演算して、この位相差に基づいて測距装置１００から物体Ｍまでの距離（デプス情報）を求める。
【0029】
【0030】
受光素子１は、光源としての発光素子２で生成された照射光が物体にあたって反射して返ってきた光（反射光）を受光し、物体までの距離情報をデプス値として表したデプス画像を出力する。
【0031】
受光素子１は、図示しない半導体基板上に設けられた画素アレイ部２１と、同じ半導体基板上に設けられた周辺回路部とを有する。周辺回路部は、例えば、垂直駆動部２２、カラム処理部２３、水平駆動部２４、およびシステム制御部２５、信号処理部２６およびデータ格納部２７等から構成されている。尚、周辺回路部の全部または一部は、受光素子１と同じ半導体基板上に設けてもよいし、受光素子１とは別の基板上に設けてもよい。
【0032】
画素アレイ部２１は、行方向および列方向の行列状に２次元配置された複数の画素１０を有する。画素１０は、受光した光量に応じた電荷を生成し、その電荷に応じた信号を出力する。すなわち、画素１０は、入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する。画素１０の詳細については、後述する。尚、行方向は、図２において横方向であり、列方向は縦方向である。
【0033】
画素アレイ部２１においては、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線２８が行方向に沿って配線されるとともに、各画素列に２つの垂直信号線２９が列方向に沿って配線されている。例えば、画素駆動線２８は、画素１０から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。なお、図２では、画素駆動線２８について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線２８の一端は、垂直駆動部２２の各行に対応した出力端に接続されている。
【0034】
垂直駆動部２２は、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部２１の各画素１０を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部２２は、垂直駆動部２２を制御するシステム制御部２５とともに、画素アレイ部２１の各画素１０の動作を制御する駆動部を構成している。
【0035】
垂直駆動部２２による駆動制御に応じて画素行の各画素１０から出力される検出信号は、垂直信号線２９を通してカラム処理部２３に入力される。カラム処理部２３は、各画素１０から垂直信号線２９を通して出力される検出信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の検出信号を一時的に保持する。具体的には、カラム処理部２３は、信号処理としてノイズ除去処理やＡＤ（Analog-to-Digital）変換処理等を行う。
【0036】
水平駆動部２４は、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等によって構成され、カラム処理部２３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。水平駆動部２４による選択走査により、カラム処理部２３において単位回路ごとに信号処理された検出信号が順番に出力される。
【0037】
システム制御部２５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部２２、カラム処理部２３、および水平駆動部２４などの駆動制御を行う。
【0038】
信号処理部２６は、演算処理機能を有し、カラム処理部２３から出力される検出信号に基づいて演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部２７は、信号処理部２６での信号処理に必要なデータを一時的に格納する。
【0039】
以上のように構成される受光素子１は、物体までの距離情報をデプス値として画素値に含め、この画素値をデプス画像として出力する。受光素子１は、例えば、車両に搭載され、車外にある対象物までの距離を測定する車載用のシステム等に搭載することができる。
【0040】
図３は、画素１０の回路構成の一例を示す図である。画素１０は、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２と、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２と、付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２と、切替トランジスタＦＤＧ１、ＦＤＧ２と、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２と、リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２と、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２と、電荷排出トランジスタＯＦＧとを備える。
【0041】
フォトダイオードＰＤは、受けた光に応じて電荷を生成する光電変換素子である。
【0042】
転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２、切替トランジスタＦＤＧ１、ＦＤＧ２、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２、リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２、および、電荷排出トランジスタＯＦＧは、例えば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）で構成される。
【0043】
転送トランジスタＴＲＧ１は、ゲート電極ＴＲＧ１ｇに印加される転送信号がアクティブ状態（例えば、ハイレベル）になると導通状態になり、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷を浮遊拡散領域ＦＤ１に転送する。転送トランジスタＴＲＧ２は、ゲート電極ＴＲＧ２ｇに印加される転送信号がアクティブ状態になると導通状態になり、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷を浮遊拡散領域ＦＤ２に転送する。
【0044】
浮遊拡散領域ＦＤ１およびＦＤ２は、フォトダイオードＰＤから転送された電荷を蓄積可能な電荷蓄積部である。
【0045】
切替トランジスタＦＤＧ１は、切替信号ＦＤＧ１ｇがアクティブ状態になると導通状態になり、付加容量ＦＤＬ１を浮遊拡散領域ＦＤ１に接続する。切替トランジスタＦＤＧ２は、切替信号ＦＤＧ２ｇがアクティブ状態になると導通状態になり、付加容量ＦＤＬ２を浮遊拡散領域ＦＤ２に接続する。付加容量ＦＤＬ１およびＦＤＬ２は、例えば、ＭｏＭ（Metal-on-Metal）、ＭＩＭ(Metal-Insulator-Metal) またはＭＯＳキャパシタ等の容量素子で構成すればよい。尚、切替トランジスタＦＤＧ１、ＦＤＧ２は、ｉＴｏＦにおいて、入射光による電荷を蓄積するときには導通状態となっており、それぞれ浮遊拡散領域ＦＤ１，ＦＤ２と電気的に接続されている。これにより、画素１０は、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２における信号電荷の飽和を抑制することができ、電荷を蓄積することができる。
【0046】
リセットトランジスタＲＳＴ１は、リセット駆動信号ＲＳＴｇがアクティブ状態になると導通状態になり、浮遊拡散領域ＦＤ１の電位をリセットする。リセットトランジスタＲＳＴ２は、リセット駆動信号ＲＳＴｇがアクティブ状態になると導通状態になり、浮遊拡散領域ＦＤ２の電位をリセットする。なお、リセットトランジスタＲＳＴ１およびＲＳＴ２がアクティブ状態とされるとき、切替トランジスタＦＤＧ１およびＦＤＧ２も同時にアクティブ状態とされ、付加容量ＦＤＬ１およびＦＤＬ２もリセットされる。
【0047】
例えば、ｉＴｏＦにおいて、入射光による電荷を蓄積する場合、垂直駆動部２２は、切替トランジスタＦＤＧ１およびＦＤＧ２を導通状態として、浮遊拡散領域ＦＤ１と付加容量ＦＤＬ１を接続するとともに、浮遊拡散領域ＦＤ２と付加容量ＦＤＬ２を接続する。これにより、多くの電荷を蓄積することができる。
【0048】
一方、量子効率を上げる場合には、垂直駆動部２２は、切替トランジスタＦＤＧ１およびＦＤＧ２を非導通状態として、付加容量ＦＤＬ１およびＦＤＬ２を、それぞれ、浮遊拡散領域ＦＤ１およびＦＤ２から切り離してもよい。このように、切替トランジスタＦＤＧ１、ＦＤＧ２を切り替えることによって、受光素子１のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【0049】
電荷排出トランジスタＯＦＧは、排出信号ＯＦＧ１ｇがアクティブ状態になると導通状態になり、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を排出する。強い入射光によってフォトダイオードＰＤの電荷がオーバーフローする場合に、電荷排出トランジスタＯＦＧが用いられる。
【0050】
増幅トランジスタＡＭＰ１のソース電極は、選択トランジスタＳＥＬ１を介して垂直信号線２９Ａに接続される。これにより、増幅トランジスタＡＭＰ１は、不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタＡＭＰ２のソース電極は、選択トランジスタＳＥＬ２を介して垂直信号線２９Ｂに接続される。これにより、増幅トランジスタＡＭＰ２は、不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。
【0051】
選択トランジスタＳＥＬ１は、増幅トランジスタＡＭＰ１のソース電極と垂直信号線２９Ａとの間に接続されている。選択トランジスタＳＥＬ１は、選択信号ＳＥＬ１ｇがアクティブ状態になると導通状態となり、増幅トランジスタＡＭＰ１から出力される検出信号ＶＳＬ１を垂直信号線２９Ａに出力する。
【0052】
選択トランジスタＳＥＬ２は、増幅トランジスタＡＭＰ２のソース電極と垂直信号線２９Ｂとの間に接続されている。選択トランジスタＳＥＬ２は、選択信号ＳＥＬ２ｇがアクティブ状態になると導通状態となり、増幅トランジスタＡＭＰ２から出力される検出信号ＶＳＬ２を垂直信号線２９Ｂに出力する。
【0053】
画素１０の転送トランジスタＴＲＧ１およびＴＲＧ２、切替トランジスタＦＤＧ１およびＦＤＧ２、増幅トランジスタＡＭＰ１およびＡＭＰ２、選択トランジスタＳＥＬ１およびＳＥＬ２、並びに、電荷排出トランジスタＯＦＧは、垂直駆動部２２によって制御される。
【0054】
尚、上述の通り、ｉＴｏＦにおいて入射光による電荷を蓄積する場合、付加容量ＦＤＬ１およびＦＤＬ２は、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２にそれぞれ接続されている。従って、ｉＴｏＦの画素１０では、切替トランジスタＦＤＧ１およびＦＤＧ２は省略してもよい。
【0055】
次に、画素１０の動作について簡単に説明する。
【0056】
まず、受光を開始する前に、画素１０の電荷をリセットするリセット動作が全画素で行われる。即ち、電荷排出トランジスタＯＦＧと、リセットトランジスタＲＳＴ１およびＲＳＴ２、並びに、切替トランジスタＦＤＧ１およびＦＤＧ２が導通状態になり、フォトダイオードＰＤ、浮遊拡散領域ＦＤ１およびＦＤ２、並びに、付加容量ＦＤＬ１およびＦＤＬ２の蓄積電荷を排出する。
【0057】
蓄積電荷の排出後、受光が開始される。
【0058】
受光期間では、転送トランジスタＴＲＧ１とＴＲＧ２とが交互に駆動される。例えば、第１期間において、転送トランジスタＴＲＧ１が導通状態（以下、オン）になり、転送トランジスタＴＲＧ２が非導通状態（以下、オフ）になる。このとき、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は、浮遊拡散領域ＦＤ１および付加容量ＦＤＬ１に転送される。第１期間の次の第２期間において、転送トランジスタＴＲＧ１がオフになり、転送トランジスタＴＲＧ２がオンになる。第２期間では、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は、浮遊拡散領域ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ２に転送される。これにより、フォトダイオードＰＤで発生した電荷が、浮遊拡散領域ＦＤ１とＦＤ２とに振り分けられ、蓄積される。
【0059】
第１および第２期間は、発光素子２からの照射光と同期して周期的に交互に繰り返される。これにより、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２は、発光素子２からの照射光と受光素子１で受光される反射光との位相差に応じた電荷を蓄積することができる。位相差と、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２に蓄積される電荷との関係については後述する。
【0060】
そして、受光期間が終了すると、画素アレイ部２１の各画素１０が、順次に選択される。選択された画素１０では、選択トランジスタＳＥＬ１およびＳＥＬ２がオンする。これにより、浮遊拡散領域ＦＤ１および付加容量ＦＤＬ１に蓄積された電荷が、検出信号ＶＳＬ１として、垂直信号線２９Ａを介してカラム処理部２３に出力される。浮遊拡散領域ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ２に蓄積された電荷は、検出信号ＶＳＬ２として、垂直信号線２９Ｂを介してカラム処理部２３に出力される。
【0061】
このように１回の受光動作が終了すると、リセット動作から始まる次の受光動作が実行される。
【0062】
画素１０が受光する反射光は、光源が照射したタイミングから、対象物までの距離に応じて遅延する。対象物までの距離に応じた遅延時間によって、照射光と反射光との間に位相差が生じ、付加容量ＦＤＬ１と付加容量ＦＤＬ２と（または浮遊拡散領域ＦＤ１と浮遊拡散領域ＦＤ２と）に蓄積される電荷の配分比が変化する。これにより、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２の電位を検出することによって、照射光と反射光との間の位相差が算出され、この位相差に基づいて物体までの距離を求めることができる。
【0063】
【0064】
図４に示されるように、Ｎ型の半導体層５１内にＮ＋型の不純物層５２が設けられている。不純物層５２内にフォトダイオードＰＤが設けられている。半導体層５１の表面上方から見たときに、不純物層５２およびフォトダイオードＰＤは、略矩形の外形を有し、フォトダイオードＰＤは、不純物層５２の内側に設けられている。
【0065】
不純物層５２の外側であって、矩形の画素１０の四辺の所定の一辺に沿って、転送トランジスタＴＲＧ１、切替トランジスタＦＤＧ１、リセットトランジスタＲＳＴ１、増幅トランジスタＡＭＰ１、及び、選択トランジスタＳＥＬ１が直線的に並んで配置されている。また、矩形の画素１０の四辺の他の一辺に沿って、転送トランジスタＴＲＧ２、切替トランジスタＦＤＧ２、リセットトランジスタＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ２、及び、選択トランジスタＳＥＬ２が直線的に並んで配置されている。さらに、電荷排出トランジスタＯＦＧは、転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２等が設けられた画素１０の二辺とは別の辺に配置されている。例えば、電荷排出トランジスタＯＦＧは、転送トランジスタＴＲＧ１、ＦＤＧ１、ＲＳＴ１、ＡＭＰ１、ＳＥＬ１が設けられた画素１０の辺に対して対向する辺に配置されている。尚、図４に示した画素回路の配置は、この例に限られず、その他の配置としてもよい。
【0066】
【0067】
画素１０は、半導体層５１と、オンチップレンズ４７と、反射防止膜４３と、遮光膜４５と、画素間分離部６１と、不純物層５２と、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２と、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２と、ビアＶ１～Ｖ４、Ｖｂｉａｓと、配線Ｍ１～Ｍ４、Ｍｂｉａｓと、付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２とを備えている。
【0068】
半導体層５１は、例えば、シリコンで構成され、例えば１μｍ～６μｍの厚みを有している。半導体層５１は、例えば、Ｎ型半導体層である。半導体層５１は、第１面としての表面Ｆ１と、表面Ｆ１に対して反対側にある第２面としての裏面Ｆ２とを有する。表面Ｆ１側には、配線Ｍ１～Ｍ４、Ｍｂｉａｓを含む多層配線構造が設けられている。裏面Ｆ２側には、光を受けるためのオンチップレンズ４７が設けられている。従って、本開示による受光素子１は、裏面照射型素子であり、配線Ｍ１～Ｍ４、Ｍｂｉａｓが設けられている表面Ｆ１とは反対側の裏面Ｆ２で受光する。半導体層５１の裏面Ｆ２が、光の入射面となる。
【0069】
半導体層５１の裏面Ｆ２上には、反射防止膜４３が設けられている。反射防止膜４３は、固定電荷膜および酸化膜を積層した積層構造でよい。例えば、反射防止膜４３は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法による高誘電率（High-k）絶縁膜でよい。より詳細には、反射防止膜４３には、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、ＳＴＯ（Strontium Titan Oxide）等の金属酸化膜を用いることができる。
【0070】
半導体層５１の裏面Ｆ２上の反射防止膜４３以外の領域には、遮光膜４５が設けられている。遮光膜４５は、反射防止膜４３の周囲に隣接して設けられており、反射防止膜４３以外の領域から入射光が入ることを抑制する。即ち、遮光膜４５は、オンチップレンズ４７から半導体層５１へ入射光を通過させる開口部ＯＰを規定する。遮光膜４５は、遮光材料で構成され、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料で構成され得る。
【0071】
画素間分離部６１は、半導体層５１内において隣接する複数の画素１０間の境界部に設けられており、隣接する複数の画素１０間を分離する。画素間分離部６１は、入射光が隣接画素へ漏れること（即ち、クロストーク）を抑制する。画素間分離部６１も、遮光材料で構成され、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料で構成され得る。尚、図示しないが、画素間分離部６１の底面および側面は、光を反射する材料で被覆されてもよい。これにより、フォトダイオードＰＤに入射する光が多くなり、画素１０の量子効率が向上する。
【0072】
反射防止膜４３および遮光膜４５上には、平坦化膜４６が設けられている。平坦化膜４６には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の絶縁膜、または、樹脂などの有機材料を用いている。
【0073】
平坦化膜４６上には、オンチップレンズ４７が画素１０ごとに設けられている。オンチップレンズ４７は、半導体層５１の裏面Ｆ２上に設けられており、オンチップレンズ４７には、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料を用いている。オンチップレンズ４７によって集光された光は、反射防止膜４３および半導体層５１を介してフォトダイオードＰＤに入射される。
【0074】
一方、半導体層５１の表面Ｆ１側には、光電変換部の一例としてフォトダイオードＰＤが設けられている。フォトダイオードＰＤは、半導体層５１の表面Ｆ１上に半導体層５１に接触するように設けられ、半導体層５１とは異なる材料で構成されている。フォトダイオードＰＤには、シリコンよりも量子効率（光電変換効率）の高い材料が用いられ、例えば、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＣＩＧＳ（CopperIndiumGalliumDiSelenide）またはＱｄｏｔ（Quantumdot）が用いられている。フォトダイオードＰＤは、受光した光量に応じた電荷を生成する。さらに、フォトダイオードＰＤは、表面Ｆ１から裏面Ｆ２へ向かって半導体層５１または不純物層５２内に幾分突出し食い込んでいる。これにより、フォトダイオードＰＤから転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２を経由して浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２までの経路が短縮され、電荷の転送効率および転送速度が向上する。
【0075】
フォトダイオードＰＤは、第１配線としてのビアＶｂｉａｓを介して配線Ｍｂｉａｓに接続されている。配線Ｍｂｉａｓは、表面Ｆ１側に設けられ、所定のバイアス電圧をフォトダイオードＰＤに印加するために、フォトダイオードＰＤに電気的に接続されている。例えば、配線Ｍｂｉａｓに正電圧（例えば、約＋０．５Ｖ）を印加することによって、フォトダイオードＰＤで光電変換された電荷（例えば、電子）が不純物層５２へ取り込まれ易くなる。
【0076】
フォトダイオードＰＤは、図４および図５に示すように、半導体層５１の裏面Ｆ２の上方から見たときに、開口部ＯＰおよび不純物層５２よりも面積において小さい。これにより、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との接触面積が小さくなり、後述するように、暗電流を小さくすることができる。
【0077】
不純物層５２は、半導体層５１内の表面Ｆ１側に設けられており、フォトダイオードＰＤと接触している。不純物層５２は、例えば、半導体層５１よりも不純物濃度において高いＮ型不純物層であり、フォトダイオードＰＤで光電変換された電荷を取り込む。
【0078】
第１および第２電荷蓄積部の一例として浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２が不純物層５２の両側に設けられている。浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２は、表面Ｆ１側において半導体層５１内に設けられており、フォトダイオードＰＤから転送された電荷を一時保持あるいは蓄積する。浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２は、例えば、Ｎ型不純物層であり、半導体層５１よりも不純物濃度の高い高濃度の不純物を含む。
【0079】
第１電圧印加部の一例として転送トランジスタＴＲＧ１のゲート電極ＴＲＧ１ｇが、浮遊拡散領域ＦＤ１とフォトダイオードＰＤまたは不純物層５２との間の表面Ｆ１上に設けられている。ゲート電極ＴＲＧ１ｇは、表面Ｆ１上にゲート絶縁膜を介して設けられており、半導体層５１から電気的に絶縁されている。ゲート電極ＴＲＧ１ｇは、浮遊拡散領域ＦＤ１とフォトダイオードＰＤまたは不純物層５２との間の半導体層５１に電圧を印加し、転送トランジスタＴＲＧ１を導通状態または非導通状態にすることができる。ゲート電極ＴＲＧ１ｇには、例えば、金属またはアクセプター若しくはドナーとなる不純物がドープされたポリシリコン等の導電性材料が用いられる。
【0080】
第２電圧印加部の一例として転送トランジスタＴＲＧ２のゲート電極ＴＲＧ２ｇが、浮遊拡散領域ＦＤ２とフォトダイオードＰＤまたは不純物層５２との間の表面Ｆ１上に設けられている。ゲート電極ＴＲＧ２ｇは、表面Ｆ１上にゲート絶縁膜を介して設けられており、半導体層５１から電気的に絶縁されている。ゲート電極ＴＲＧ２ｇは、浮遊拡散領域ＦＤ２とフォトダイオードＰＤまたは不純物層５２との間の半導体層５１に電圧を印加し、転送トランジスタＴＲＧ２を導通状態または非導通状態にすることができる。ゲート電極ＴＲＧ２ｇには、例えば、金属またはドープドポリシリコン等の導電性材料が用いられる。
【0081】
ゲート電極ＴＲＧ１ｇ、不純物層５２および浮遊拡散領域ＦＤ１は、転送トランジスタＴＲＧ１を構成し、ゲート電極ＴＲＧ１ｇに印加されるゲート電圧によって、不純物層５２から浮遊拡散領域ＦＤ１へ電荷を転送することができる。
【0082】
ゲート電極ＴＲＧ２ｇ、不純物層５２および浮遊拡散領域ＦＤ２は、転送トランジスタＴＲＧ２を構成し、ゲート電極ＴＲＧ２ｇに印加されるゲート電圧によって、不純物層５２から浮遊拡散領域ＦＤ２へ電荷を転送することができる。
【0083】
【0084】
ゲート電極ＴＲＧ１ｇは、ビアＶ１１、Ｖ２１、Ｖ３１、Ｖ４１および配線Ｍ１１、Ｍ２１、Ｍ３１を介して第２配線としての配線Ｍ４１に電気的に接続される。即ち、配線Ｍ４１は、表面Ｆ１側に設けられ、ゲート電極ＴＲＧ１ｇに接続されている。ゲート電極ＴＲＧ２ｇは、ビアＶ１２、Ｖ２２、Ｖ３２、Ｖ４２および配線Ｍ１２、Ｍ２２、Ｍ３２を介して第３配線としての配線Ｍ４２に電気的に接続される。即ち、配線Ｍ４２は、表面Ｆ１側に設けられ、ゲート電極ＴＲＧ２ｇに接続されている。図２の垂直駆動部２２が配線Ｍ４１，Ｍ４２に接続されており、配線Ｍ４１，Ｍ４２を介してゲート電極ＴＲＧ１ｇ、ＴＲＧ２ｇの電位を制御する。これにより、垂直駆動部２２は転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２を駆動させることができる。配線Ｍ１１～Ｍ４２、Ｍｂｉａｓ、ビアＶ１１～４２、Ｖｂｉａｓには、例えば、銅等の導電性金属が用いられる。図５において、配線Ｍ１１～Ｍ４２は、４層構造となっているが、配線層の数は、限定されず、４層より少なくても、多くても構わない。
【0085】
尚、配線Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍｂｉａｓは同一配線層に構成され、配線Ｍ２１、Ｍ２２は同一配線層に構成される。配線Ｍ３１、Ｍ３２は同一配線層に構成され、配線Ｍ４１、Ｍ４２は同一配線層に構成される。配線Ｍ１１、Ｍ１２は、それぞれ転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２のゲート電極ＴＲＧ１ｇ、ＴＲＧ２ｇにビアＶ１１、Ｖ１２を介して電気的に接続された配線である。
【0086】
付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２は、例えば、配線Ｍ２１、Ｍ２２または配線Ｍ３１、３２と同一層の配線で構成されたＭｏＭ、ＭＩＭまたはＭＯＳキャパシタでよい。付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２は、ここでは図示しないが、それぞれ浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に電気的に接続され、電荷を浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２とともに蓄積することができる。また、付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２は、表面Ｆ１側からの平面視において、フォトダイオードＰＤとオーバーラップしている。これにより、画素１０の配置面積を小さくすることができる。勿論、付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２は、配線Ｍ２１、Ｍ２２および配線Ｍ３１、３２とは異なる導電層で構成されていてもよい。
【0087】
層間絶縁膜６２は、半導体層５１の表面Ｆ１上に設けられ、配線Ｍ１１～Ｍ４２、Ｍｂｉａｓ、ビアＶ１１～４２、Ｖｂｉａｓ等を被覆している。層間絶縁膜６２には、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁膜が用いられる。
【0088】
次に、測距装置１００の動作について説明する。
【0089】
図６は、第１実施形態による測距装置の動作の一例を示すタイミング図である。横軸は時間を示す。縦軸は、照射光の信号レベル（強度）、反射光の信号レベル（強度）、ゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２、並びに、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２または付加容量ＦＤＬ１、ＦＬＤ２に蓄積される電荷量ＱＦＤ１、ＱＦＤ２を示す。尚、ゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２は、それぞれ図３または図５に示すゲート電極ＴＲＧ１ｇ、ＴＲＧ２ｇに印加される信号である。
【0090】
まず、受光素子１は、リセット状態にあるものとする。発光素子２が、照射光を発光する。照射光の周波数は、Ｆｍｏｄとする。照射光は、物体Ｍに反射して受光素子１で受光される。反射光の周波数は、照射光のそれと同じであり、Ｆｍｏｄのままである。一方、照射光が発光されてから物体Ｍに反射して反射光として戻ってくるまでにかかる時間Δｔが、照射光に対する反射光の遅延時間（ＴｏＦ）となる。遅延時間Δｔが判明すれば、光速ｃに基づいて、測距装置１００から物体Ｍまでの距離は計算され得る。しかし、遅延時間Δｔ（ｔ１～ｔ２）に応じて、照射光と反射光との間には位相差が生じるので、ｉＴｏＦでは、照射光と反射光との位相差αを用いて測距装置１００から物体Ｍまでの距離（デプス情報）Ｄを算出する。
【0091】
距離Ｄは式１で表される。
Ｄ＝（ｃ×Δｔ）／２＝（ｃ×α）／（４π×Ｆｍｏｄ） （式１）
位相差αが分かれば、式１により距離Ｄを算出することができる。
Ｄ＝（ｃ×Δｔ）／２＝（ｃ×α）／（４π×Ｆｍｏｄ） （式１）
位相差αが分かれば、式１により距離Ｄを算出することができる。
【0092】
また、位相差αは、式２で表される。
α＝ａｒｃｔａｎ（（Ｑ９０－Ｑ２７０）／（Ｑ０－Ｑ１８０）） （式２）
Ｑθ（θ＝０、９０、１８０、２７０）は、照射光に対してゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２の位相をθだけずらしたときに、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２または付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２に蓄積される電荷量の差（電位差）を示す。即ち、ｉＴｏＦ方式では、照射光に対するゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２の位相を所定値（例えば、０度、９０度、１８０度、２７０度）ずらしたときに得られる４つの画像データを用いて位相差αを演算する。そして、この位相差αを用いて距離Ｄを算出する。この演算は、図２の信号処理部２６で実行すればよい。
α＝ａｒｃｔａｎ（（Ｑ９０－Ｑ２７０）／（Ｑ０－Ｑ１８０）） （式２）
Ｑθ（θ＝０、９０、１８０、２７０）は、照射光に対してゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２の位相をθだけずらしたときに、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２または付加容量ＦＤＬ１、ＦＤＬ２に蓄積される電荷量の差（電位差）を示す。即ち、ｉＴｏＦ方式では、照射光に対するゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２の位相を所定値（例えば、０度、９０度、１８０度、２７０度）ずらしたときに得られる４つの画像データを用いて位相差αを演算する。そして、この位相差αを用いて距離Ｄを算出する。この演算は、図２の信号処理部２６で実行すればよい。
【0093】
以下、図６を参照して、Ｑθの算出について説明する。
【0094】
転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２のゲート電極ＴＲＧ１ｇ、ＴＲＧ２ｇには、ゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２が印加される。ゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２は、照射光と同じ周波数Ｆｍｏｄのパルス信号である。ゲート信号ＳＴＲＧ１とゲート信号ＳＴＲＧ２は、互いに１８０度ずれた逆相の信号であり、照射光から所定の位相θ（０度、９０度、１８０度および２７０度のいずれか）だけシフトするように設定される。例えば、図６では、ゲート信号ＳＴＲＧ１の位相は、照射光の位相から９０度（θ＝９０）だけシフトするように設定されている。ゲート信号ＳＴＲＧ２は、ゲート信号ＳＴＲＧ１の逆相信号であるので、ゲート信号ＳＴＲＧ２の位相もゲート信号ＳＴＲＧ１の位相ともにシフトしている。
【0095】
ゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２は、互いに逆相信号であるので、図３、図５の転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２は、交互に導通状態になる。例えば、ｔ０～ｔ３において、ゲート信号ＳＴＲＧ１がハイレベルであるので、転送トランジスタＴＲＧ１が導通状態となる。一方、ゲート信号ＳＴＲＧ２がロウレベルであるので、転送トランジスタＴＲＧ２が非導通状態となる。このとき、フォトダイオードＰＤで発生した電荷ｑａは、転送トランジスタＴＲＧ１を介して浮遊拡散領域ＦＤ１および付加容量ＦＤＬ１へ転送される。一方、電荷ｑａは、浮遊拡散領域ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ２へは転送されない。浮遊拡散領域ＦＤ１および付加容量ＦＤＬ１の電荷量をＱＦＤ１とすると、電荷量ＱＦＤ１は電荷量ｑａの分だけ変化（低下）する。一方、電荷は、浮遊拡散領域ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ２へは転送されない。従って、浮遊拡散領域ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ２の電荷量をＱＦＤ２とすると、電荷量ＱＦＤ２は変化しない。
【0096】
次に、ｔ３～ｔ４において、ゲート信号ＳＴＲＧ２がハイレベルとなり、転送トランジスタＴＲＧ２が導通状態となる。一方、ゲート信号ＳＴＲＧ１がロウレベルとなり、転送トランジスタＴＲＧ１が非導通状態となる。このとき、フォトダイオードＰＤで発生した電荷ｑｂは、転送トランジスタＴＲＧ２を介して浮遊拡散領域ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ２へ転送される。一方、電荷ｑｂは、浮遊拡散領域ＦＤ１および付加容量ＦＤＬ１へは転送されない。従って、電荷量ＱＦＤ２は電荷量ｑｂの分だけ変化（低下）する。一方、電荷は、浮遊拡散領域ＦＤ１および付加容量ＦＤＬ１へは転送されない。従って、電荷量ＱＦＤ１は変化しない。
【0097】
ｔ４～ｔ５、ｔ６～ｔ７における受光素子１の動作は、ｔ０～ｔ３における受光素子１の動作と同様である。また、ｔ５～ｔ６、ｔ７～ｔ８における受光素子１の動作は、ｔ３～ｔ４における受光素子１の動作と同様である。このように、転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２は導通状態と非導通状態とを互い違いに周期的に繰り返す。これにより、フォトダイオードＰＤで発生する電荷ｑａは、浮遊拡散領域ＦＤ１および付加容量ＦＤＬ１へ次第に蓄積（積分）され、フォトダイオードＰＤで発生する電荷ｑｂは、浮遊拡散領域ＦＤ２および付加容量ＦＤＬ２へ次第に蓄積（積分）される。フォトダイオードＰＤで発生する電荷ｑａ、ｑｂを、照射光および反射光の周波数Ｆｍｏｄに基づいて振り分けることによって、照射光に対する反射光の位相差αに応じた電荷量の差Ｑ９０が大きくなる。電荷量差Ｑ９０が充分に大きくなったところで、受光素子１は、図３の垂直信号線２９Ａ、２９Ｂを介して浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２の電位を出力する。
【0098】
上記受光処理は、θ＝０、９０、１８０、２７０のそれぞれについて実行され、電荷量差Ｑ０、Ｑ９０、Ｑ１８０、Ｑ２７０を検出する。これにより、照射光に対するゲート信号ＳＴＲＧ１、ＳＴＲＧ２の位相をずらしたときに得られる４つの画像データ（即ち、Ｑ０、Ｑ９０、Ｑ１８０、Ｑ２７０）が得られる。信号処理部２６は、この４つの画像データ（Ｑ０、Ｑ９０、Ｑ１８０、Ｑ２７０）を用いて式２から位相差αを演算する。さらに、信号処理部２６は、位相差αを用いて式１から距離Ｄを算出する。
【0099】
このようにして、本開示による測距装置１００は、ｉＴｏＦ方式を用いて距離Ｄ（デプス情報）を得る。
【0100】
以上のように、本実施形態による受光素子１は、配線構造を半導体層５１の表面Ｆ１に有し、オンチップレンズ４７を裏面Ｆ２に有する裏面照射型構造となっている。従って、入射光は、配線Ｍ１１～Ｍ４２、Ｍｂｉａｓ等によって阻止されず、高透過率のオンチップレンズ４７および半導体層５１を介してさほど減衰されずにフォトダイオードＰＤに届く。従って、半導体層５１内で光電変換される光量をより多くし、量子効率（Ｑｅ）、即ち、画素１０の感度を向上させることができる。
【0101】
また、本実施形態によれば、フォトダイオードＰＤは、半導体層５１（例えば、シリコン基板）内の不純物拡散層で構成されず、半導体層５１の裏面Ｆ２に接触する半導体層５１とは別材料で構成されている。フォトダイオードＰＤとして、シリコンよりも量子効率（光電変換効率）の高い材料（例えば、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＣＩＧＳまたはＱｄｏｔ）を用いることによって、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との接触面積を小さくすることができる。例えば、図４に示すように、半導体層５１の裏面Ｆ２の上方から見たときに、フォトダイオードＰＤの面積は、開口部ＯＰの面積または不純物層５２の面積よりも小さい。この場合、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との接触面積は、フォトダイオードＰＤと開口部ＯＰまたは不純物層５２との重複領域であり、フォトダイオードＰＤの面積に依存する。よって、フォトダイオードＰＤのレイアウト面積を小さくすることによって、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との接触面積も小さくなる。これにより、各画素１０のレイアウト面積が小さくなり、受光素子１の小型化に繋がる。また、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との界面は、互いの材料の格子定数の相違によって、暗電流を発生させる原因になり得る。しかし、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との接触面積を小さくすることによって、暗電流を低減させることができる。
【0102】
また、フォトダイオードＰＤが、半導体層５１とは別に設けられているので、量子効率の向上を考慮して半導体層５１を厚くする必要が無い。半導体層５１を薄くすることができるので、画素間分離部６１を深く形成する必要がなくなり、画素間分離部６１の形成が容易になる。また、画素間分離部６１は比較的浅くても隣接画素への入射光の漏れを効率的に抑制し、クロストークを効果的に抑制することができる。これにより、ＳＮＲを向上させ、解像度を改善することができる。
【0103】
また、フォトダイオードＰＤには、配線ＭｂｉａｓおよびビアＶｂｉａｓを介してバイアス電圧が印加されている。これにより、フォトダイオードＰＤにおいて光電変換された電荷は、不純物層５２に容易に取り込まれ、転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２を介して浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２へ素早く転送される。即ち、本実施形態によれば、フォトダイオードＰＤから浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２への電荷の転送速度を高めることができる。
【0104】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第２実施形態による画素１０は、金属層６５をさらに備えている。金属層６５には、導電性かつ光を反射する金属材料が用いられ、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。金属層６５は、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間の接触部以外において、フォトダイオードＰＤの周囲を被覆している。即ち、金属層６５は、フォトダイオードＰＤの上面以外の、底面および４方の側面を被覆しており、方形状の器形の形状を有する。また、金属層６５は、フォトダイオードＰＤとビアＶｂｉａｓまたは配線Ｍｂｉａｓとの間に設けられており、フォトダイオードＰＤと配線Ｍｂｉａｓとの間を電気的に接続する電極としても機能する。
図７は、第２実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第２実施形態による画素１０は、金属層６５をさらに備えている。金属層６５には、導電性かつ光を反射する金属材料が用いられ、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。金属層６５は、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間の接触部以外において、フォトダイオードＰＤの周囲を被覆している。即ち、金属層６５は、フォトダイオードＰＤの上面以外の、底面および４方の側面を被覆しており、方形状の器形の形状を有する。また、金属層６５は、フォトダイオードＰＤとビアＶｂｉａｓまたは配線Ｍｂｉａｓとの間に設けられており、フォトダイオードＰＤと配線Ｍｂｉａｓとの間を電気的に接続する電極としても機能する。
【0105】
金属層６５は、フォトダイオードＰＤに入射した光をフォトダイオードＰＤ内で反射させ、フォトダイオードＰＤ内における光路をできるだけ長くする。これにより、フォトダイオードＰＤにおける量子効率を上昇させることができる。即ち、金属層６５は、フォトダイオードＰＤ内における光閉じ込め効果を有し、量子効率（感度）を上昇させることができる。
【0106】
また、金属層６５は、フォトダイオードＰＤの電極としても機能する。従って、配線Ｍｂｉａｓからのバイアス電圧は、金属層６５を介してフォトダイオードＰＤの底面および側面の全体からフォトダイオードＰＤへ印加される。これにより、フォトダイオードＰＤの電荷が不純物層５２へさらに容易に取り込まれ、電荷の転送速度もさらに高速化される。
【0107】
第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第２実施形態は、第１実施形態の構成をさらに有する。
【0108】
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第３実施形態による画素１０は、金属層６５の内部の底面に、フォトダイオードＰＤに向かって突出する突出部６５ａを有する。突出部６５ａは、金属層６５と同じ材料で形成されている。また、突出部６５ａは、金属層６５と一体形成されていてもよい。
図８は、第３実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第３実施形態による画素１０は、金属層６５の内部の底面に、フォトダイオードＰＤに向かって突出する突出部６５ａを有する。突出部６５ａは、金属層６５と同じ材料で形成されている。また、突出部６５ａは、金属層６５と一体形成されていてもよい。
【0109】
突出部６５ａは、フォトダイオードＰＤに入射した光をフォトダイオードＰＤ内でさらに乱反射させ、フォトダイオードＰＤ内における光路をさらに長くすることができる。これにより、フォトダイオードＰＤにおける量子効率をさらに上昇させることができる。即ち、突出部６５ａは、フォトダイオードＰＤ内における金属層６５の光閉じ込め効果をさらに向上させ、感度を上昇させることができる。
【0110】
第３実施形態では、突出部６５ａが金属層６５の内部の底面に設けられているが、窪み部（図示せず）が金属層６５の内部の底面に設けられていても同様の効果を得ることができる。即ち、金属層６５の内部の底面には、フォトダイオードＰＤに向かって突出または窪む凹凸部は、規則的に設けられていてもよく、あるいは、不規則に設けられていてもよい。また、フォトダイオードＰＤに向かって突出または窪む凹凸部は、金属層６５の底面だけでなく、内側面にも設けられていてもよい。
【0111】
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第４実施形態によれば、ゲート電極ＴＧＲ１ｇ、ＴＧＲ２ｇが表面Ｆ１から半導体層５１内に埋め込まれ、縦型ゲート構造となっている。これにより、転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２が低いゲート電圧でも導通状態となることができ、電荷の転送速度をさらに高めることができる。
図９は、第４実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第４実施形態によれば、ゲート電極ＴＧＲ１ｇ、ＴＧＲ２ｇが表面Ｆ１から半導体層５１内に埋め込まれ、縦型ゲート構造となっている。これにより、転送トランジスタＴＲＧ１、ＴＲＧ２が低いゲート電圧でも導通状態となることができ、電荷の転送速度をさらに高めることができる。
【0112】
また、ゲート電極ＴＧＲ１ｇ、ＴＧＲ２ｇは、不純物層５２またはフォトダイオードＰＤと浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２との間に設けられるので、入射光が浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２へ直接進入することを抑制することができる。これにより、ＰＬＳ（Parasitic Light Sensitivity)を低減することができる。
【0113】
（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第５実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間に設けられ、フォトダイオードＰＤの材料と半導体層５１の材料とが混合された混合層６６をさらに備えている。例えば、半導体層５１がシリコンであり、フォトダイオードＰＤがゲルマニウムである場合、混合層６６は、ＳｉＧｅ層となる。このように、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間に混合層６６が設けられていても、本開示の効果は失われない。第５実施形態によれば、混合層６６としてＳｉＧｅ層が設けられている場合、ゲルマニウム（Ｇｅ）の添加比率を制御することにより、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間のバンドギャップを連続的に変化させることができるという効果がある。
図１０は、第５実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第５実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間に設けられ、フォトダイオードＰＤの材料と半導体層５１の材料とが混合された混合層６６をさらに備えている。例えば、半導体層５１がシリコンであり、フォトダイオードＰＤがゲルマニウムである場合、混合層６６は、ＳｉＧｅ層となる。このように、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間に混合層６６が設けられていても、本開示の効果は失われない。第５実施形態によれば、混合層６６としてＳｉＧｅ層が設けられている場合、ゲルマニウム（Ｇｅ）の添加比率を制御することにより、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との間のバンドギャップを連続的に変化させることができるという効果がある。
【0114】
（第６実施形態）
図１１は、第６実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第６実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤの上部が半導体層５１の表面Ｆ１から不純物層５２へ埋め込まれている。フォトダイオードＰＤの上部が不純物層５２へ埋め込まれていることによって、電荷がフォトダイオードＰＤから不純物層５２へ取り込まれ易くなる。これにより、電荷の転送速度がさらに高速化される。
図１１は、第６実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第６実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤの上部が半導体層５１の表面Ｆ１から不純物層５２へ埋め込まれている。フォトダイオードＰＤの上部が不純物層５２へ埋め込まれていることによって、電荷がフォトダイオードＰＤから不純物層５２へ取り込まれ易くなる。これにより、電荷の転送速度がさらに高速化される。
【0115】
（第７実施形態）
図１２は、第７実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第７実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤ内に設けられた高濃度不純物層６７を備えている。高濃度不純物層６７は、配線Ｍｂｉａｓ、ビアＶｂｉａｓまたは金属層６５とフォトダイオードＰＤとの間の領域に設けられ、フォトダイオードＰＤよりも高濃度の不純物を含む。高濃度不純物層６７は、配線Ｍｂｉａｓ、ビアＶｂｉａｓまたは金属層６５が接触するフォトダイオードＰＤの部分（例えば、ビアＶｂｉａｓのコンタクト部分）でよい。高濃度不純物層６７に含まれる不純物は、高濃度のＰ型不純物（例えば、ボロン等）でよい。高濃度不純物層６７によって、配線ＭｂｉａｓとフォトダイオードＰＤとの接触抵抗が低下し、電荷の転送速度がさらに高速化される。
図１２は、第７実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第７実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤ内に設けられた高濃度不純物層６７を備えている。高濃度不純物層６７は、配線Ｍｂｉａｓ、ビアＶｂｉａｓまたは金属層６５とフォトダイオードＰＤとの間の領域に設けられ、フォトダイオードＰＤよりも高濃度の不純物を含む。高濃度不純物層６７は、配線Ｍｂｉａｓ、ビアＶｂｉａｓまたは金属層６５が接触するフォトダイオードＰＤの部分（例えば、ビアＶｂｉａｓのコンタクト部分）でよい。高濃度不純物層６７に含まれる不純物は、高濃度のＰ型不純物（例えば、ボロン等）でよい。高濃度不純物層６７によって、配線ＭｂｉａｓとフォトダイオードＰＤとの接触抵抗が低下し、電荷の転送速度がさらに高速化される。
【0116】
（第８実施形態）
図１３は、第８実施形態による受光素子１の構成例を示す断面図である。第８実施形態による受光素子１は、画素１０の半導体チップと、他の周辺回路の半導体チップ２０とを備えている。半導体チップ２０は、例えば、画素１０のコントローラでよく、半導体基板上に設けられたＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）ロジック回路等を有する。画素１０の半導体チップと半導体チップ２０とは、配線同士で直接接合（Ｃｕ－Ｃｕ接合）されており、１つのデバイス（モジュール）として機能する。このように、受光素子１は、複数の半導体チップを積層したモジュールであってもよい。
図１３は、第８実施形態による受光素子１の構成例を示す断面図である。第８実施形態による受光素子１は、画素１０の半導体チップと、他の周辺回路の半導体チップ２０とを備えている。半導体チップ２０は、例えば、画素１０のコントローラでよく、半導体基板上に設けられたＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）ロジック回路等を有する。画素１０の半導体チップと半導体チップ２０とは、配線同士で直接接合（Ｃｕ－Ｃｕ接合）されており、１つのデバイス（モジュール）として機能する。このように、受光素子１は、複数の半導体チップを積層したモジュールであってもよい。
【0117】
尚、図示しないが、上記実施形態において、第１電圧印加部の一例として、ゲート電極ＴＧＲ１ｇが開示されている。しかし、第１電圧印加部は、表面Ｆ１において浮遊拡散領域ＦＤ１に隣接し、浮遊拡散領域ＦＤ１に対して逆導電型の第１不純物層（図示せず）であってもよい。第２電圧印加部の一例として、ゲート電極ＴＧＲ２ｇが開示されている。しかし、第２電圧印加部は、表面Ｆ１において浮遊拡散領域ＦＤ２に隣接し、浮遊拡散領域ＦＤ２に対して逆導電型の第２不純物層（図示せず）であってもよい。この場合、第１電圧印加部としての第１不純物層には、第１面側に設けられた第２配線（例えば、配線Ｍ４１）が電気的に接続される。第２電圧印加部としての第２不純物層には、第１面側に設けられた第３配線（例えば、配線Ｍ４２）が接続される。第１および第２不純物層に流れる電流の方向を周期的に切り替えることによって、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２へ電荷を振り分けることができる。これにより、上記実施形態と同様に、測距装置１００は、ｉＴｏＦ方式で距離Ｄを測定することができる。
【0118】
（第９実施形態）
図１４は、第９実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第９実施形態による画素１０は、半導体層５１内に導波部５５をさらに備えている。導波部５５は、半導体層５１の裏面Ｆ２から表面Ｆ１側のフォトダイオードＰＤへ向かって次第に細くなるように延伸している。導波部５５は、不純物層５２の表面近傍まで設けられているが、フォトダイオードＰＤまでは達していない。即ち、導波部５５とフォトダイオードＰＤとの間には、電荷転送のために不純物層５２が存在している。導波部５５は、半導体層５１とは異なる材料からなる。導波部５５には、オンチップレンズ４７と同様に、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料が用いられる。また、導波部５５には、低屈折率材料として、ＳｉＯ２、ＭｇＦ、ＳｉＯＣ等でもよく、高屈折率材料として、ａ－Ｓｉ、ＰｏｌｙＳｉ、ＳｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ２５等でもよい。
図１４は、第９実施形態による画素１０の構成例を示す断面図である。第９実施形態による画素１０は、半導体層５１内に導波部５５をさらに備えている。導波部５５は、半導体層５１の裏面Ｆ２から表面Ｆ１側のフォトダイオードＰＤへ向かって次第に細くなるように延伸している。導波部５５は、不純物層５２の表面近傍まで設けられているが、フォトダイオードＰＤまでは達していない。即ち、導波部５５とフォトダイオードＰＤとの間には、電荷転送のために不純物層５２が存在している。導波部５５は、半導体層５１とは異なる材料からなる。導波部５５には、オンチップレンズ４７と同様に、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料が用いられる。また、導波部５５には、低屈折率材料として、ＳｉＯ２、ＭｇＦ、ＳｉＯＣ等でもよく、高屈折率材料として、ａ－Ｓｉ、ＰｏｌｙＳｉ、ＳｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ２５等でもよい。
【0119】
導波部５５は、半導体層５１との界面において入射光の少なくとも一部を反射して、フォトダイオードＰＤへ入射光を案内する。
【0120】
導波部５５は、半導体層５１の裏面Ｆ２側において、開口部ＯＰと等しいかそれ以上の面積を有し、表面Ｆ１側において、フォトダイオードＰＤと等しいかそれ以下の面積を有する。即ち、導波部５５は、裏面Ｆ２から表面Ｆ１へ次第に細くなるように形成されており、表面Ｆ１と裏面Ｆ２との間にある側面においてテーパー形状を有する。これにより、導波部５５は、比較的大きな開口部ＯＰからそれよりも小さなフォトダイオードＰＤへ入射光を案内することができる。
【0121】
導波部５５が入射光をフォトダイオードＰＤへ案内することによって、フォトダイオードＰＤにおける量子効率を上昇させることができる。さらに、第９実施形態では、金属層６５がフォトダイオードＰＤの底面および側面に設けられている。よって、導波部５５および金属層６５の相乗効果により、受光素子１の量子効率を飛躍的に上昇させることができる。
また、導波部５５が入射光を案内することによって、フォトダイオードＰＤの表面Ｆ１上におけるレイアウト面積を小さくしても、フォトダイオードＰＤは多くの入射光を受けることができる。従って、導波部５５が設けられていることによって、フォトダイオードＰＤは、レイアウト面積を小さくしても、高い量子効率および量子効率を維持することができる。フォトダイオードＰＤのレイアウト面積が小さいと、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との接触面積も小さくなるので、暗電流も抑制することができる。即ち、第９実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤの量子効率を維持しつつ暗電流を抑制し、高感度および高解像度の両立を図ることができる。
また、導波部５５が入射光を案内することによって、フォトダイオードＰＤの表面Ｆ１上におけるレイアウト面積を小さくしても、フォトダイオードＰＤは多くの入射光を受けることができる。従って、導波部５５が設けられていることによって、フォトダイオードＰＤは、レイアウト面積を小さくしても、高い量子効率および量子効率を維持することができる。フォトダイオードＰＤのレイアウト面積が小さいと、フォトダイオードＰＤと半導体層５１との接触面積も小さくなるので、暗電流も抑制することができる。即ち、第９実施形態による画素１０は、フォトダイオードＰＤの量子効率を維持しつつ暗電流を抑制し、高感度および高解像度の両立を図ることができる。
【0122】
導波部５５の屈折率は、半導体層５１の屈折率よりも高いことが好ましい。この場合、導波部５５内の入射光が、導波部５５と半導体層５１との界面において全反射可能となるからである。好ましくは、導波部５５の側面のテーパーの角度θｔは、導波部５５と半導体層５１との界面の臨界角より小さい。これにより、裏面Ｆ２に対して垂直方向から入射する光が導波部５５と半導体層５１との界面において全反射し易くなるからである。
【0123】
また、導波部５５の屈折率が半導体層５１の屈折率以下である場合、金属膜５６を導波部５５の側面に設ければよい。図１５は、導波部５５の側面に金属膜５６を備えた受光素子１の断面図である。金属膜５６には、光を反射する金属材料を用いればよく、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。導波部５５が低屈折率であっても、金属膜５６が導波部５５内の入射光を反射するので、導波部５５は入射光をフォトダイオードＰＤへ案内することができる。
【0124】
反射防止膜４３が設けられていない場合、導波部５５の屈折率は、オンチップレンズ４７および平坦化膜４６の屈折率に対して低い方が好ましい。これにより、オンチップレンズ４７または平坦化膜４６と導波部５５との界面において、入射光が反射されず、導波部５５へ入射することができる。
【0125】
上記第１～第９実施形態は、そのうち少なくとも２形態を互いに組み合わせてもよい。
【0126】
次に、本開示による画素１０の平面レイアウトの具体例について説明する。
【0127】
図１６は、本開示による画素１０のレイアウトの一例を示した平面図である。図１６では、不純物層５２の中心部に、１つのフォトダイオードＰＤが設けられている。フォトダイオードＰＤの中心部にビアＶｂｉａｓが設けられている。
【0128】
図１７は、本開示による画素１０のレイアウトの他の例を示した平面図である。図１７では、不純物層５２の中心部に、複数のフォトダイオードＰＤが分割して設けられている。各フォトダイオードＰＤの部分の中心部にビアＶｂｉａｓが設けられている。従って、ビアＶｂｉａｓは、フォトダイオードＰＤと同数だけ設けられている。図１７において、フォトダイオードＰＤは、４つに分割されているが、３つ以下に分割されてもよく、５つ以上に分割されても構わない。
【0129】
フォトダイオードＰＤ間のスリットの幅は、照射光の波長よりも狭くすることが好ましい。これにより、スリットの幅を波長に対して最適化することにより、共振効果を得て光電変換を促進させる効果が期待できる。
【0130】
＜電子機器の構成例＞
受光素子１は、測距装置に適用できる他、例えば、測距機能を備えるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、測距機能を備えたスマートフォンといった各種の電子機器に適用することができる。
受光素子１は、測距装置に適用できる他、例えば、測距機能を備えるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、測距機能を備えたスマートフォンといった各種の電子機器に適用することができる。
【0131】
図１８は、本技術を適用した電子機器としての、スマートフォンの構成例を示すブロック図である。
【0132】
スマートフォン６０１は、図１８に示されるように、測距モジュール６０２、撮像装置６０３、ディスプレイ６０４、スピーカ６０５、マイクロフォン６０６、通信モジュール６０７、センサユニット６０８、タッチパネル６０９、および制御ユニット６１０が、バス６１１を介して接続されて構成される。また、制御ユニット６１０では、ＣＰＵがプログラムを実行することによって、アプリケーション処理部６２１およびオペレーションシステム処理部６２２としての機能を備える。
【0133】
測距モジュール６０２には、測距装置１００が適用され得る。例えば、測距モジュール６０２は、スマートフォン６０１の前面に配置され、スマートフォン６０１のユーザを対象とした測距を行うことにより、そのユーザの顔や手、指などの表面形状のデプス値を測距結果として出力することができる。
【0134】
撮像装置６０３は、スマートフォン６０１の前面に配置され、スマートフォン６０１のユーザを被写体とした撮像を行うことにより、そのユーザが写された画像を取得する。なお、図示しないが、スマートフォン６０１の背面にも撮像装置６０３が配置された構成としてもよい。
【0135】
ディスプレイ６０４は、アプリケーション処理部６２１およびオペレーションシステム処理部６２２による処理を行うための操作画面や、撮像装置６０３が撮像した画像などを表示する。スピーカ６０５およびマイクロフォン６０６は、例えば、スマートフォン６０１により通話を行う際に、相手側の音声の出力、および、ユーザの音声の収音を行う。
【0136】
通信モジュール６０７は、インターネット、公衆電話回線網、所謂４Ｇ回線や５Ｇ回線等の無線移動体用の広域通信網、ＷＡＮ（ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の通信網を介したネットワーク通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等の近距離無線通信などを行う。センサユニット６０８は、速度や加速度、近接などをセンシングし、タッチパネル６０９は、ディスプレイ６０４に表示されている操作画面に対するユーザによるタッチ操作を取得する。
【0137】
アプリケーション処理部６２１は、スマートフォン６０１によって様々なサービスを提供するための処理を行う。例えば、アプリケーション処理部６２１は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの表情をバーチャルに再現したコンピュータグラフィックスによる顔を作成し、ディスプレイ６０４に表示する処理を行うことができる。また、アプリケーション処理部６２１は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、例えば、任意の立体的な物体の三次元形状データを作成する処理を行うことができる。
【0138】
オペレーションシステム処理部６２２は、スマートフォン６０１の基本的な機能および動作を実現するための処理を行う。例えば、オペレーションシステム処理部６２２は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの顔を認証し、スマートフォン６０１のロックを解除する処理を行うことができる。また、オペレーションシステム処理部６２２は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、例えば、ユーザのジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種の操作を入力する処理を行うことができる。
【0139】
このように構成されているスマートフォン６０１では、測距モジュール６０２として、上述した測距装置１００を適用することで、例えば、所定の物体までの距離を測定して表示したり、所定の物体の三次元形状データを作成して表示する処理などを行うことができる。
【0140】
＜移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【0141】
図１９は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【0142】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１９に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【0143】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【0144】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【0145】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、上記測距装置１００を備え、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【0146】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【0147】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【0148】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＤｒｉｖｅｒＡｓｓｉｓｔａｎｃｅＳｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【0149】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0150】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【0151】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１９の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【0152】
図２０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【0153】
図２０では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【0154】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【0155】
なお、図２０には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【0156】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【0157】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0158】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【0159】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【0160】
本技術に係る実施形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。なお、本技術は、以下のような構成をとることができる。
（１）
第１面および該第１面に対して反対側にある第２面を有する半導体層と、
前記第２面側に設けられたレンズと、
前記第１面側において前記半導体層内に設けられた第１および第２電荷蓄積部と、
前記第１面側において前記半導体層と接触し、該半導体層と異なる材料からなる光電変換部と、
前記第１および第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記半導体層に電圧を印加する第１および第２電圧印加部と、
前記第１面側に設けられ、前記光電変換部に電気的に接続された第１配線と、を備えた測距装置。
（２）
前記光電変換部は、前記半導体層の前記第２面の上方から見たときに、前記レンズから前記半導体層へ入射光を通過させる開口部よりも面積において小さい、（１）に記載の測距装置。
（３）
前記第１面側において前記半導体層内に設けられ、前記光電変換部と接触する不純物層をさらに備え、
前記光電変換部は、前記半導体層の前記第２面の上方から見たときに、前記不純物層よりも面積において小さい、（１）または（２）に記載の測距装置。
（４）
前記半導体層には、シリコンが用いられており、
前記光電変換部には、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＣＩＧＳ（CopperIndiumGalliumDiSelenide）、Ｑｄｏｔ（Quantumdot）が用いられている、（１）から（３）のいずれか一項に記載の測距装置。
（５）
導電性かつ光を反射する材料からなり、前記光電変換部と前記半導体層との間の接触部以外において該光電変換部の周囲を被覆している金属層をさらに備えた、（１）から（４）のいずれか一項に記載の測距装置。
（６）
前記金属層は、前記光電変換部と前記第１配線との間を電気的に接続する電極である、（５）に記載の測距装置。
（７）
前記金属層は、前記光電変換部に向かって突出または窪む凹凸部を有する、（５）または（６）に記載の測距装置。
（８）
前記光電変換部と前記半導体層との間に設けられ、前記光電変換部の材料と前記半導体層の材料とが混合された混合層をさらに備える、（１）から（７）のいずれか一項に記載の測距装置。
（９）
前記第１配線と電気的に接続する前記光電変換部のコンタクト部分に設けられ、前記光電変換部よりも不純物濃度の高い高濃度不純物層をさらに備える、（１）から（８）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１０）
前記第１電圧印加部は、前記第１電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記第１面上に設けられ、前記半導体層から絶縁された第１ゲート電極であり、
前記第２電圧印加部は、前記第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記第１面上に設けられ、前記半導体層から絶縁された第２ゲート電極であり、
前記第１面側に設けられ、前記第１電圧印加部に接続された第２配線と、
前記第１面側に設けられ、前記第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備える、（１）から（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１１）
前記第１および第２電圧印加部は、前記半導体層の前記第１面上に絶縁膜を介して設けられている、（１０）に記載の測距装置。
（１２）
前記第１および第２電圧印加部は、前記半導体層の前記第１面から該半導体層内へ埋め込まれている、（１０）に記載の測距装置。
（１３）
前記第１電圧印加部は、前記第１面において前記第１電荷蓄積部に隣接し、該第１電荷蓄積部に対して導電型の異なる第１不純物層であり、
前記第２電圧印加部は、前記第１面において前記第２電荷蓄積部に隣接し、該第２電荷蓄積部に対して導電型の異なる第２不純物層であり、
前記第１面側に設けられ、前記第１電圧印加部に接続された第２配線と、
前記第１面側に設けられ、前記第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備える、（１）から（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１４）
前記半導体層内に前記第２面から前記光電変換部へ延び、前記半導体層と異なる材料からなる導波部をさらに備える、（１）から（１３）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１５）
前記導波部は、前記第２面側において、前記レンズから前記半導体層へ入射光を通過させる開口部と等しいかそれ以上の面積を有し、前記第１面側において、前記光電変換部と等しいかそれ以下の面積を有し、前記第１面と前記第２面との間にある側面がテーパー形状を有する、（１４）に記載の測距装置。
（１６）
前記導波部の屈折率は、前記半導体層の屈折率よりも高い、（１４）または（１５）に記載の測距装置。
（１７）
前記導波部の屈折率は、前記レンズの屈折率よりも低い、（１６）に記載の測距装置。
（１８）
前記導波部の側面に設けられた金属膜をさらに備える、（１４）から（１７）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１）
第１面および該第１面に対して反対側にある第２面を有する半導体層と、
前記第２面側に設けられたレンズと、
前記第１面側において前記半導体層内に設けられた第１および第２電荷蓄積部と、
前記第１面側において前記半導体層と接触し、該半導体層と異なる材料からなる光電変換部と、
前記第１および第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記半導体層に電圧を印加する第１および第２電圧印加部と、
前記第１面側に設けられ、前記光電変換部に電気的に接続された第１配線と、を備えた測距装置。
（２）
前記光電変換部は、前記半導体層の前記第２面の上方から見たときに、前記レンズから前記半導体層へ入射光を通過させる開口部よりも面積において小さい、（１）に記載の測距装置。
（３）
前記第１面側において前記半導体層内に設けられ、前記光電変換部と接触する不純物層をさらに備え、
前記光電変換部は、前記半導体層の前記第２面の上方から見たときに、前記不純物層よりも面積において小さい、（１）または（２）に記載の測距装置。
（４）
前記半導体層には、シリコンが用いられており、
前記光電変換部には、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＣＩＧＳ（CopperIndiumGalliumDiSelenide）、Ｑｄｏｔ（Quantumdot）が用いられている、（１）から（３）のいずれか一項に記載の測距装置。
（５）
導電性かつ光を反射する材料からなり、前記光電変換部と前記半導体層との間の接触部以外において該光電変換部の周囲を被覆している金属層をさらに備えた、（１）から（４）のいずれか一項に記載の測距装置。
（６）
前記金属層は、前記光電変換部と前記第１配線との間を電気的に接続する電極である、（５）に記載の測距装置。
（７）
前記金属層は、前記光電変換部に向かって突出または窪む凹凸部を有する、（５）または（６）に記載の測距装置。
（８）
前記光電変換部と前記半導体層との間に設けられ、前記光電変換部の材料と前記半導体層の材料とが混合された混合層をさらに備える、（１）から（７）のいずれか一項に記載の測距装置。
（９）
前記第１配線と電気的に接続する前記光電変換部のコンタクト部分に設けられ、前記光電変換部よりも不純物濃度の高い高濃度不純物層をさらに備える、（１）から（８）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１０）
前記第１電圧印加部は、前記第１電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記第１面上に設けられ、前記半導体層から絶縁された第１ゲート電極であり、
前記第２電圧印加部は、前記第２電荷蓄積部と前記光電変換部との間の前記第１面上に設けられ、前記半導体層から絶縁された第２ゲート電極であり、
前記第１面側に設けられ、前記第１電圧印加部に接続された第２配線と、
前記第１面側に設けられ、前記第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備える、（１）から（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１１）
前記第１および第２電圧印加部は、前記半導体層の前記第１面上に絶縁膜を介して設けられている、（１０）に記載の測距装置。
（１２）
前記第１および第２電圧印加部は、前記半導体層の前記第１面から該半導体層内へ埋め込まれている、（１０）に記載の測距装置。
（１３）
前記第１電圧印加部は、前記第１面において前記第１電荷蓄積部に隣接し、該第１電荷蓄積部に対して導電型の異なる第１不純物層であり、
前記第２電圧印加部は、前記第１面において前記第２電荷蓄積部に隣接し、該第２電荷蓄積部に対して導電型の異なる第２不純物層であり、
前記第１面側に設けられ、前記第１電圧印加部に接続された第２配線と、
前記第１面側に設けられ、前記第２電圧印加部に接続された第３配線とをさらに備える、（１）から（９）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１４）
前記半導体層内に前記第２面から前記光電変換部へ延び、前記半導体層と異なる材料からなる導波部をさらに備える、（１）から（１３）のいずれか一項に記載の測距装置。
（１５）
前記導波部は、前記第２面側において、前記レンズから前記半導体層へ入射光を通過させる開口部と等しいかそれ以上の面積を有し、前記第１面側において、前記光電変換部と等しいかそれ以下の面積を有し、前記第１面と前記第２面との間にある側面がテーパー形状を有する、（１４）に記載の測距装置。
（１６）
前記導波部の屈折率は、前記半導体層の屈折率よりも高い、（１４）または（１５）に記載の測距装置。
（１７）
前記導波部の屈折率は、前記レンズの屈折率よりも低い、（１６）に記載の測距装置。
（１８）
前記導波部の側面に設けられた金属膜をさらに備える、（１４）から（１７）のいずれか一項に記載の測距装置。
【0161】
尚、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
【符号の説明】
【0162】
１００ 測距装置、１ 受光素子、１０ 画素、ＰＤ フォトダイオード、ＴＲＧ１、ＴＲＧ２ 転送トランジスタ、ＦＤ１、ＦＤ２ 浮遊拡散領域、ＦＤＬ１、ＦＤＬ２ 付加容量、５１ 半導体層、４７ オンチップレンズ、４３ 反射防止膜、４５ 遮光膜、６１ 画素間分離部、５２ 不純物層、Ｖ１～Ｖ４，Ｖｂｉａｓ ビア、Ｍ１～Ｍ４，Ｍｂｉａｓ 配線、６５ 金属層、５５ 導波部
【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】