(57)【要約】      （修正有）【課題】電荷検出領域の面積が最小化され、かつ、波長の短い光を含む光の光電変換により生成された電荷の電荷検出領域への収集量を向上した光検出装置を提供する。【解決手段】アバランシェダイオードが、半導体基板１５中、信号電荷と同じ第１導電型の第１半導体領域７１と、第２導電型の第２半導体領域７６と、を有し、より深い位置において、第１半導体領域よりも第１導電型の不純物濃度が低い第３半導体領域７４と、第２半導体領域よりも第２導電型の不純物濃度が低い第４半導体領域７２と、を有し、より深い位置で、第１導電型の不純物濃度が第３半導体領域より低い第５半導体領域７５と、を有する。平面視において、第１半導体領域７１は、第３半導体領域７４の少なくとも一部と重なり、第２半導体領域７６は、第４半導体領域７２の少なくとも一部と重なり、第３及び第４半導体領域は、第５半導体領域７５と重なる光検出装置に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アバランシェダイオードを含む画素が配され、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを有する半導体基板を有する光検出装置であって、
前記アバランシェダイオードは、
前記半導体基板の第１の深さにおいて、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の半導体領域と接して配された、前記第１導電型とは極性の異なる第２導電型の第２半導体領域と、を有し、
前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第１の深さよりも深い第２の深さにおいて、前記第１半導体領域よりも前記第１導電型の不純物濃度が低い第３半導体領域と、前記第３半導体領域と接して配され、前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が低い前記第２導電型の第４半導体領域と、を有し、
前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第２の深さよりも深い第３の深さにおいて、前記第１導電型の不純物濃度が前記第３半導体領域より低い第５半導体領域と、を有し、
平面視において、
前記第１半導体領域は前記第３半導体領域の少なくとも一部と重なり、
前記第２半導体領域は前記第４半導体領域の少なくとも一部と重なり、
前記第３半導体領域及び前記第４半導体領域は前記第５半導体領域と重なることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間に第６半導体領域を有し、
前記第６半導体領域は、前記第１導電型の不純物濃度が前記第１半導体領域よりも低く、前記第２導電型の不純物濃度が前記第２半導体領域よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
アバランシェダイオードを含む画素が配され、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを有する半導体基板を有する光検出装置であって、
前記アバランシェダイオードは、
前記半導体基板の第１の深さにおいて、信号電荷と同じ第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の半導体領域に接して配された、前記第１導電型とは極性の異なる第２導電型の第２半導体領域と、を有し、
前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第１の深さより深い第２の深さにおいて、第３半導体領域と、前記第３半導体領域と接して配され、前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が低い第４半導体領域と、を有し、
前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第２の深さよりも深い第３の深さに配された第５半導体領域を有し、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間に第６半導体領域を有し、
平面視において、
前記第１半導体領域は前記第３半導体領域の少なくとも一部と重なり、
前記第２半導体領域は前記第４半導体領域の少なくとも一部と重なり、
前記第３半導体領域及び前記第４半導体領域は前記第５半導体領域と重なり、
前記第３半導体領域の信号電荷に対するポテンシャルの高さが、前記第４半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルの高さよりも低く、
前記第４半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルの高さが、前記第５半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルの高さよりも高いことを特徴とする光検出装置。
【請求項４】
前記平面視において、前記第１半導体領域は前記第２半導体領域に内包されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記平面視において、前記第３半導体領域は前記第４半導体領域に内包されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記第３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乃至５のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記第５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乃至６のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記第３半導体領域は、前記第４半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が低い前記第２導電型の半導体領域であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記第５半導体領域は、前記第４半導体領域よりも前記第２の不純物濃度が低い前記第２導電型の半導体領域であることを特徴とする請求項１乃至５及び８のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記半導体基板の深さ方向において、前記第２半導体領域と前記第４半導体領域の間に、前記第２半導体領域より前記第２導電型の不純物濃度が低く、前記第４半導体領域より前記第２導電型の不純物濃度より高い、前記第２導電型の半導体領域を更に有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記画素を複数有し、
前記複数の画素の各々を分離する分離部を有し、
前記分離部は、前記平面視において前記第２半導体領域を内包して前記第２半導体領域と接し、前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度の高い前記第２導電型の第７半導体領域を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１２】
前記分離部は、前記平面視において前記第４半導体領域を内包して前記第４半導体領域と接し、前記第７半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度の低い第８半導体領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
前記半導体基板は、前記第１面から前記第５半導体領域よりも深い第４の深さにおいて、前記第２導電型の第９半導体領域を有し、前記第９半導体領域と前記分離部に含まれる前記第２導電型の半導体領域とが電気的に接続していることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記分離部は、前記半導体基板の深さ方向において、前記第７半導体領域と前記第８半導体領域の間に、前記第７半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が低く、前記第２半導体領域、及び前記第８半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が高い、前記第２導電型の第１０半導体領域を有することを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１５】
前記第３半導体領域と前記第４半導体領域とが、ＰＮ接合を構成し、
前記第３半導体領域の不純物濃度は、前記ＰＮ接合に逆バイアスとなる電位を供給した際に、前記第３半導体領域のすべての領域が空乏化する不純物濃度であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１６】
前記半導体基板とは異なる半導体基板を有し、
前記異なる半導体基板には、前記第１半導体領域に供給される電位を制御する制御部が配され、
前記半導体基板と、前記異なる半導体基板とが積層され、
前記第１半導体領域と、前記制御部とが、配線を介して電気的に接続していることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の光検出装置を複数有する光検出システムであって、
前記光検出装置によって検出される光を発光する発光部と、
前記光検出装置に保持されたデジタル信号を用いて距離算出を行う距離算出手段と、を有することを特徴とする光検出システム。
【請求項１８】
移動体であって、
請求項１から１７のいずれか１項に記載の光検出装置と、
前記光検出装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置、光検出システム、及び移動体の少なくとも１つに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アバランシェ（電子なだれ）増幅を利用し、単一光子レベルの微弱光を検出可能な光検出装置が知られている。
【０００３】
特許文献１では、光電変換部を構成する半導体領域のＰＮ接合領域において、単一光子に起因する光電荷がアバランシェ増幅を起こすＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｄｉｏｄｅ）を開示している。
【０００４】
また、特許文献１のＳＰＡＤは、半導体基板の表面に高い不純物濃度のＰ型半導体領域が配され、Ｐ型半導体領域の下部にはＮ型半導体領域が配されている。Ｎ型半導体領域はＮ型のエピタキシャル層に含まれるように配される。Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域とはＰＮ接合を構成し、ＰＮ接合には高い逆バイアス電圧が印加されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９２０９３３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のＳＰＡＤにおいて、電荷検出領域はＰＮ接合領域となる。電荷検出領域には、強電界が生じているため、強電界によってＰＮ接合間にトンネル効果が生じるおそれがある。トンネル効果によって生じた電荷は、電荷検出領域で偽信号として検出され、ノイズとなるおそれがある。このトンネル効果によって生じる電荷は、電荷検出領域の面積に比例して多くなる。
【０００７】
一方で、電荷検出領域の面積を小さくした場合には、トンネル効果によって生じる電荷を抑制することが可能である。しかし、電荷検出領域の面積を小さくすると、光検出効率が下がってしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、ノイズを抑制しつつ、光検出効率の低下を抑制することが可能な光検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一様態は、アバランシェダイオードを含む画素が配され、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを有する半導体基板を有する光検出装置であって、前記アバランシェダイオードは、前記半導体基板の第１の深さにおいて、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の半導体領域と接して配された、前記第１導電型とは極性の異なる第２導電型の第２半導体領域と、を有し、前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第１の深さよりも深い第２の深さにおいて、前記第１半導体領域よりも前記第１導電型の不純物濃度が低い第３半導体領域と、前記第３半導体領域と接して配され、前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が低い前記第２導電型の第４半導体領域と、を有し、前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第２の深さよりも深い第３の深さにおいて、前記第１導電型の不純物濃度が前記第３半導体領域より低い第５半導体領域と、を有し、平面視において、前記第１半導体領域は前記第３半導体領域の少なくとも一部と重なり、前記第２半導体領域は前記第４半導体領域の少なくとも一部と重なり、前記第３半導体領域及び前記第４半導体領域は前記第５半導体領域と重なることを特徴とする光検出装置に関する。
【００１０】
また、本発明の別の一様態は、アバランシェダイオードを含む画素が配され、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを有する半導体基板を有する光検出装置であって、前記アバランシェダイオードは、前記半導体基板の第１の深さにおいて、信号電荷と同じ第１導電型の第１半導体領域と、前記第１の半導体領域に接して配された、前記第１導電型とは極性の異なる第２導電型の第２半導体領域と、を有し、前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第１の深さより深い第２の深さにおいて、第３半導体領域と、前記第３半導体領域と接して配され、前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が低い第４半導体領域と、を有し、前記半導体基板の、前記第１面からの深さが前記第２の深さよりも深い第３の深さに配された第５半導体領域を有し、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間に第６半導体領域を有し、平面視において、前記第１半導体領域は前記第３半導体領域の少なくとも一部と重なり、前記第２半導体領域は前記第４半導体領域の少なくとも一部と重なり、前記第３半導体領域及び前記第４半導体領域は前記第５半導体領域と重なり、前記第３半導体領域の信号電荷に対するポテンシャルの高さが、前記第４半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルの高さよりも低く、前記第４半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルの高さが、前記第５半導体領域の前記信号電荷に対するポテンシャルの高さよりも高いことを特徴とする光検出装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
ノイズを抑制しつつ、光検出効率の低下を抑制することが可能な光検出装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】アバランシェダイオードの断面模式図
【図２】アバランシェダイオードの平面模式図
【図３】アバランシェダイオードのポテンシャル図
【図４】光検出装置のブロック図
【図５】等価回路を含む画素のブロック図
【図６】実施例１に係る断面模式図
【図７】実施例１に係る平面模式図
【図８】実施例１に係る製造方法
【図９】等価回路図
【図１０】実施例２に係る断面模式図
【図１１】実施例３に係る断面模式図
【図１２】アバランシェダイオードの断面模式図
【図１３】光検出システムのブロック図
【図１４】光検出システムのブロック図
【図１５】光検出システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３を用いて本実施形態における光検出装置について説明する。本実施形態の光検出装置はアバランシェダイオードを含む画素を有する。アバランシェダイオードで生じる電荷対のうち信号電荷として用いられる電荷の導電型を第１導電型と呼ぶ。また、第１導電型と反対導電型を第２導電型と呼ぶ。
【００１４】
図１は、本実施形態におけるアバランシェダイオードの断面模式図である。本実施形態のアバランシェダイオードは、半導体基板１５に配される。半導体基板１５は第１面と、第１面に対向する第２面を有する。例えば、第１面は半導体基板１５の表面であり、第２面は半導体基板１５の裏面である。本実施形態では、第１面から第２面へ向かって深さ方向とする。半導体基板１５の第１面側（表面側）には、トランジスタのゲート電極や多層配線構造が配される。
【００１５】
図１において、分離部１６に挟まれた領域に、第１導電型の第１半導体領域７１、第３半導体領域７４、第５半導体領域７５、第６半導体領域８１が配される。また、分離部１６に挟まれた領域に、第２導電型の第２半導体領域７６、第４半導体領域７２が配される。
【００１６】
半導体基板１５において、第１の深さＸに、第１半導体領域７１、第２半導体領域７６、及び第６半導体領域８１が配される。第１半導体領域７１と第６半導体領域８１、及び第６半導体領域８１と第２半導体領域７６は、平面視において接している。ここで、第１半導体領域７１及び第２半導体領域７６が第１の深さＸに配されるとは、例えば、深さＸにおける断面に、第１半導体領域７１及び第２半導体領域７６が存在することを指す。なお、平面視とは、第１面に対する平面視である。また、所定領域の所定不純物の不純物濃度とは、該所定の不純物の正味の不純物濃度のことであり、所謂ＮＥＴ不純物濃度を指す。
【００１７】
半導体基板１５において、第１面に対して第１の深さＸよりも深い第２の深さＹに、第３半導体領域７４及び第４半導体領域７２が配される。第３半導体領域７４と第４半導体領域７２は、平面視において互いに接している。第４半導体領域７２は、第３半導体領域７４と分離部１６との間に配される。
【００１８】
半導体基板１５において、第１面に対して第２の深さＹよりも深い第３の深さＺに、第５半導体領域７５が配される。
【００１９】
図２は平面模式図であり、図２（ａ）は第１の深さＸにおける点線Ａ−Ｂに沿った平面模式図、図２（ｂ）は第２の深さＹにおける点線Ｃ−Ｄに沿った平面模式図を示す。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、第１の深さＸにおいて、第１半導体領域７１は第６半導体領域８１に内包され、第６半導体領域８１は第２半導体領域７６に内包される。すなわち、第１半導体領域７１は、第２半導体領域７６に内包される。また、第２半導体領域７６は分離部１６に内包される。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、第２の深さＹにおいて、第３半導体領域７４は第４半導体領域７２に内包される。そして、第４半導体領域７２は分離部１６に内包される。図１、２から明らかなように、平面視において、第１半導体領域７１は第３半導体領域７４の少なくとも一部と重なり、第３半導体領域７４及び第４半導体領域７２は第５半導体領域７５と重なる。さらに、第２半導体領域７６は第４半導体領域７２の少なくとも一部と重なる。
【００２２】
図３にアバランシェダイオードのポテンシャル図を示す。図３は、図１に示される断面図の線分ＧＨ及び線分ＪＫのポテンシャル分布の一例を示す。点線２０は、線分ＧＨのポテンシャル分布を示し、実線２１は、線分ＪＫのポテンシャル分布を示す。ここでは、信号電荷である電子からみたポテンシャルを示す。なお、信号電荷が正孔である場合にはポテンシャルの高低の関係が逆になる。
【００２３】
また図３において、深さＸ、Ｙ、Ｗ、及びＺは、図１に示した各深さに対応しており、深さＷは深さＹと深さＺとの間の任意の深さである。
【００２４】
ポテンシャルの高さＸＨは、第４半導体領域７２のポテンシャルの高さを示す。ポテンシャルの高さＨは、第３半導体領域７４のポテンシャルの高さを示す。ポテンシャルの高さＭは、第２半導体領域７６のポテンシャルの高さを示す。ポテンシャルの高さＬは、第１半導体領域７１のポテンシャルの高さを示す。
【００２５】
図３の点線２０より、深さＺにおける線分ＧＨのポテンシャルの高さは、ＸＨレベルとＨレベルの間のポテンシャルの高さである。深さＺから深さＷに近づくと徐々にポテンシャルが下がる。そして、深さＷから深さＹに近づくと徐々にポテンシャルが上がり、深さＹではＸＨレベルとなる。深さＹから深さＸに近づくと徐々にポテンシャルが上がる。深さＸにおいて、Ｍレベルのポテンシャルとなる。
【００２６】
図３の実線２１より、深さＺにおける線分ＪＫのポテンシャルの高さは、ＸＨレベルとＨレベルの間のポテンシャルの高さである。深さＺから深さＹに近づくまで徐々にポテンシャルが下がる。深さＹに近づくと、ポテンシャルの高さが、急峻に下がり始め、深さＹのときに、Ｈレベルのポテンシャルの高さとなる。深さＹから深さＸに近づくまで、ポテンシャルの高さは急峻に下がる。そして、深さＸにおいてＬレベルのポテンシャルの高さとなる。
【００２７】
深さＺにおいて、点線２０と実線２１で表されるポテンシャルはほぼ同じ高さとなっている。図３において、深さＹより深さＺに近い深さでは、線分ＧＨ及び線分ＪＫで示す領域において半導体基板１５の第１面の側に向かって緩やかに低くなるポテンシャル勾配をもつ。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、第２面側から第１面側に移動する。
【００２８】
図３において、深さＷから深さＹに近づくにつれて、実線２１では、緩やかに低くなるポテンシャル勾配をもち、電荷が第１面の側に移動する。一方で点線２０では、第１面に向かう電荷に対して、ポテンシャル障壁となるポテンシャル勾配が形成されている。このポテンシャル障壁が、第５半導体領域７５から第２半導体領域７６に電荷が移動することを抑制する。このポテンシャル障壁に対して、線分ＧＨの領域から線分ＪＫの領域に移動する方向のポテンシャルが低いため、深さＷから深さＹにおいて、線分ＧＨの領域に存在する電荷は、第１面に移動する過程で線分ＪＫの領域付近に移動しやすくなる。
【００２９】
線分ＪＫの領域付近に移動した電荷は、深さＹから深さＸにかけて、急峻なポテンシャル勾配、すなわち強電界によって加速され、加速された電荷が第１半導体領域７１に到達する。深さＹからＸの領域においてアバランシェ増幅が生じる。これに対し、線分ＧＨで示した領域においては、アバランシェ降伏を起こさない、もしくは線分ＪＫで示した領域、特に線分ＪＫの深さＹからＸの領域よりもアバランシェ降伏が起きにくいポテンシャル分布となっている。
【００３０】
このようなポテンシャル構造とすることにより、特許文献１に示すようなフォトダイオード全体でアバランシェ降伏が起こる構成に比べて、上述したトンネル効果により生じるノイズ電荷を低減させることが可能となる。加えて、本実施形態のアバランシェダイオードによれば、主に波長の長い光の感度の低下を招くことはない。それは、第５半導体領域７５のうち第４半導体領域７２に重なる領域に存在する信号電荷が、第３半導体領域７４を介して第１半導体領域に移動しやすいポテンシャル構造となっているためである。
【００３１】
具体的には、第３半導体領域７４のポテンシャルの高さが、第４半導体領域７２のポテンシャルの高さよりも低いためである。つまり、第４半導体領域７２が第５半導体領域７５に存在する信号電荷に対するポテンシャルバリアとして機能し、結果として、第３半導体領域７４を介して、第１半導体領域７１に電荷が移動しやすくなるのである。
【００３２】
一方、第２半導体領域７６、及び第４半導体領域７２で光電変換された電荷は、点線２０の深さＸから深さＷにかけてのポテンシャル勾配により、第５半導体領域７５に流れ込む。第５半導体領域７５内の電荷は、上述の理由により第３半導体領域７４に移動しやすい構造となっている。結果として、第２半導体領域７６、及び第４半導体領域７２で光電変換された電荷は、第３半導体領域７４を介して第１半導体領域に移動し、アバランシェ増幅によって信号電荷として検出される。従って、第２半導体領域７６、及び第４半導体領域７２で光電変換された電荷を、感度として検出することが可能となる。すなわち、波長の短い光についても、感度を向上することができる。
【００３３】
なお、平面視において第１半導体領域７１のすべての領域が、第３半導体領域７４に重なる方がよい。このような構成によれば、第１半導体領域７１と第４半導体領域７２とのＰＮ接合が形成されない。そのため、第１半導体領域７１と第４半導体領域７２とのＰＮ接合においてアバランシェ増幅が生じ、トンネル効果によるノイズが生じることを抑制することが可能となる。
【００３４】
上記のポテンシャルの関係を実現するための不純物領域の構成の例について図１を用いて説明する。ここでは、信号電荷が電子である場合について説明する。信号電荷が正孔である場合には、不純物の導電型は逆となる。
【００３５】
図１において、半導体基板１５が、第１面と、第１面と反対に位置する第２面を有し、信号電荷が第１面側に接続された電極を介して取り出される構成を例として説明する。
【００３６】
半導体基板１５は、第１面からの深さＸにおいて、信号電荷が取り出される電極が接続されるＮ型の第１半導体領域７１と、第１半導体領域と極性が異なる、Ｐ型の第２半導体領域７６を有する。また、半導体基板１５は、第１面からの深さＹにおいて、Ｎ型を付与する不純物（Ｎ型の不純物）の濃度が第１半導体領域７１より低い第３半導体領域７４と、Ｐ型の第４半導体領域７２を有する。第４半導体領域７２の第２導電型の不純物濃度は、第２半導体領域７６の第２導電型の不純物濃度より低い。また、深さＹは深さＸより第１面からの深さが深い。
【００３７】
なお、第３半導体領域は、Ｎ型の不純物濃度が第１半導体領域７１より低ければよく、Ｎ型半導体領域であっても、Ｐ型半導体領域であっても良い。例えば、第３半導体領域は、Ｎ型半導体領域であり第４半導体領域７２と接していても良く、また、第４半導体領域７２の不純物の拡散等により、第４半導体領域から連続するＰ型半導体領域となっていてもよい。この場合、第３半導体領域の第２導電型の不純物濃度は、第４半導体領域７２の第２導電型の不純物濃度より低い。いずれの場合でも、第３半導体領域のＮ型の不純物濃度は、第１半導体領域より低い。これにより、第１半導体領域７１の電子に対するポテンシャルが、第３半導体領域７４の電子に対するポテンシャルより低くなる。よって、第３半導体領域７４の電子は、第１半導体領域７１に収集されやすくなる。
【００３８】
更に、半導体基板１５は、第１面からの深さＷにおいて、Ｎ型の不純物濃度が第３半導体領域より低い第５半導体領域７５を有する。深さＷは、第１面からの深さが深さＹより深い。これにより、電子に対するポテンシャルは、第３半導体領域７４が第５半導体領域７５より低くなる。よって、第５半導体領域７５で発生した電子は、第３半導体領域７４に移動しやすくなる。なお、第５半導体領域７５は、Ｎ型の不純物濃度が第３半導体領域７４より低ければよく、Ｎ型半導体領域であっても、Ｐ型半導体領域であっても良い。
【００３９】
また、半導体基板１５は、第１半導体領域７１と第２半導体領域７６との間に、電界緩和層として機能する第６半導体領域を有する。第６半導体領域は、第１半導体領域７１と第２半導体領域７６との間の電界を緩和して、これらの間でＰＮ接合が生成することで発生する暗電流などのノイズを抑制することができる濃度、幅とすることができる。第６半導体領域は、該機能を満たせは、Ｎ型半導体領域であってもＰ型半導体領域であっても良い。
【００４０】
第１面に対する平面視において、第１半導体領域７１は、第３半導体領域７４の少なくともと重なり、第２半導体領域７６は、第４半導体領域７２の少なくとも一部と重なる。また、該平面視において、第３半導体領域７４及び第４半導体領域７２は、第５半導体領域７５と重なる。
【００４１】
このような構成とすることで、上述のようなポテンシャル構造を有するアバランシェダイオードを構成することができる。
【００４２】
よって、電荷検出領域の面積が最小化され、かつ、波長の短い光を含む光の光電変換により生成された電荷の電荷検出領域への収集量を向上した光検出装置を実現できる。
【００４３】
以下、本発明の実施形態を具体的な実施例を用いて説明する。各実施例では、信号電荷が電子である構成について説明するが、信号電荷が正孔である場合にも適用可能である。その場合には、各半導体領域及びポテンシャル関係が逆になる。
【００４４】
（実施例１）
図４から図９を用いて、本発明に適用可能な光検出装置の実施例を説明する。また、図１〜図３と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４５】
図４は、本実施例の光検出装置１０１０のブロック図である。光検出装置１０１０は、画素部１０６、制御パルス生成部１０９、水平走査回路部１０４、列回路１０５、信号線１０７、垂直走査回路部１０３を有している。
【００４６】
画素部１０６には、画素１００が行列状に複数配されている。一つの画素１００は、光電変換素子１０１および画素信号処理部１０２から構成される。光電変換素子１０１は光を電気信号へ変換する。画素信号処理部１０２は、変換した電気信号を列回路１０５に出力する。
【００４７】
垂直走査回路部１０３は、制御パルス生成部１０９から供給された制御パルスを受け、各画素１００に制御パルスを供給する。垂直走査回路部１０３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。
【００４８】
信号線１０７は、垂直走査回路部１０３により選択された画素１００から出力された信号を電位信号として画素１００の後段の回路に供給する。
【００４９】
列回路１０５は、信号線１０７を介して各画素１００の信号が入力され、所定の処理を行う。所定の処理とは入力された信号のノイズ除去や増幅などを行い、センサ外部に出力する形に変換する処理である。例えば列回路には、パラレル−シリアル変換回路を有する。
【００５０】
水平走査回路部１０４は、列回路１０５で処理された後の信号を出力回路１０８へ順次出力するための制御パルスを列回路１０５に供給する。
【００５１】
出力回路１０８は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列回路１０５から出力された信号を光検出装置１０１０の外部の記録部または信号処理部に出力する。
【００５２】
図４において画素部１０６における画素１００の配列は１次元状に配されていてもよいし、単一画素のみから構成されていてもよい。また、垂直走査回路部１０３、水平走査回路部１０４、列回路１０５は、画素部１０６を複数の画素列をブロックに分けて、ブロック毎に配置してもよい。また、各画素列に配してもよい。
【００５３】
画素信号処理部１０２の機能は、必ずしも全ての画素１００に１つずつ設けられる必要はなく、例えば複数の画素１００によって１つの画素信号処理部１０２が共有され、順次信号処理が行われてもよい。また、画素信号処理部１０２は、光電変換素子１０１の開口率を高めるために、光電変換素子１０１と異なる半導体基板に設けられていてもよい。この場合、光電変換素子１０１と画素信号処理部１０２は、画素毎に設けられた接続配線を介して電気的に接続される。垂直走査回路部１０３、水平走査回路部１０４、信号線１０７および列回路１０５も上記のように異なる半導体基板に設けられていてもよい。
【００５４】
図５に本実施例における等価回路を含む画素１００のブロック図の一例を示す。図５において、一つの画素１００は光電変換素子１０１および画素信号処理部１０２を有する。
【００５５】
光電変換素子１０１は、光電変換部２０１と制御部２０２を有する。
【００５６】
光電変換部２０１は、光電変換により入射光に応じた電荷対を生成する。光電変換部２０１には、アバランシェダイオードが用いられる。
【００５７】
光電変換部２０１のカソードにはアノードに供給される電位ＶＬよりも高い電位ＶＨに基づく電位が供給される。そして光電変換部２０１のアノードとカソードには、光電変換部２０１がアバランシェダイオードとなるような逆バイアスがかかるように電位が供給される。このような逆バイアスの電位を供給した状態で光電変換することで、入射光によって生じた電荷がアバランシェ増幅を起こしアバランシェ電流が発生する。
【００５８】
なお、逆バイアスの電位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ときには、アバランシェダイオードはガイガーモード動作となる。ガイガーモード動作を用いて単一光子レベルの微弱信号を高速検出するフォトダイオードがＳＰＡＤである。
【００５９】
また、光電変換部２０１のアノードおよびカソードの電位差が、光電変換部２０１に生じた電荷がアバランシェ増幅を起こす電位差以上であって降伏電圧以下の電位差である場合には、アバランシェダイオードは線形モードになる。線形モードにおいて光検出を行うアバランシェダイオードをアバランシェダイオード（ＡＰＤ）と呼ぶ。本実施例において、光電変換部２０１はどちらのアバランシェダイオードとして動作してもよい。なお、アバランシェ増幅を起こす電位差については後述する。
【００６０】
制御部２０２は、高い電位ＶＨを供給する電源電圧と光電変換部２０１に接続される。制御部２０２は、光電変換部２０１で生じたアバランシェ電流の変化を電圧信号に置き換える機能を有する。さらに制御部２０２は、アバランシェ増幅による信号増幅時に負荷回路（クエンチ回路）として機能し、光電変換部２０１に供給する電圧を抑制して、アバランシェ増幅を抑制する働きを持つ（クエンチ動作）。制御部２０２としては、例えば抵抗素子や、アバランシェ電流の増加を検出してフィードバック制御を行うことによりアバランシェ増幅を能動的に抑制する能動クエンチ回路を用いる。
【００６１】
画素信号処理部１０２は、波形整形部２０３、カウンタ回路２０９、選択回路２０６を有する。波形整形部２０３は、光子レベルの信号の検出時に得られる電圧変化を整形して、パルス信号を出力する。波形整形部２０３としては、例えばインバータ回路が用いられる。また、波形整形部２０３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。
【００６２】
波形整形部２０３から出力されたパルス信号は、カウンタ回路２０９によってカウントされる。カウンタ回路２０９には、例えばＮ−ｂｉｔカウンタ（Ｎ：正の整数）の場合、単一光子によるパルス信号を最大で約２のＮ乗個までカウントすることが可能である。カウントした信号は、検出した信号として保持される。また、駆動線２０７を介して制御パルスｐＲＥＳが供給されたとき、カウンタ回路２０９に保持された検出した信号がリセットされる。
【００６３】
選択回路２０６には、図４の垂直走査回路部１０３から駆動線２０８を介して制御パルスｐＳＥＬが供給され、カウンタ回路２０９と信号線１０７との電気的な接続、非接続を切り替える。選択回路２０６には、例えばトランジスタや、画素外に信号を出力するためのバッファ回路などを用いる。
【００６４】
なお、制御部２０２と光電変換部２０１との間や、光電変換素子１０１と画素信号処理部１０２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、制御部２０２に供給される高い電位ＶＨまたは光電変換素子１０１に供給される低い電位ＶＬの電位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。
【００６５】
複数の画素１００が行列状に配された画素部１０６において、カウンタ回路２０９のカウントを行ごとに順次リセットし、カウンタ回路２０９に保持された検出した信号を行ごとに順次出力するローリングシャッタ動作によって撮像画像を取得してもよい。
【００６６】
または、全画素行のカウンタ回路２０９のカウントを同時にリセットし、カウンタ回路２０９に保持された検出した信号を行ごとに順次出力するグローバル電子シャッタ動作によって撮像画像を取得してもよい。なお、グローバル電子シャッタ動作を行う場合には、カウンタ回路２０９のカウントを行う場合と、行わない場合を切り替える手段を設けた方がよい。切り替える手段とは、例えば前述したスイッチである。
【００６７】
本実施例では、カウンタ回路２０９を用いて撮像画像を取得する構成を示した。しかし、カウンタ回路２０９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検出装置１０１０としてもよい。
【００６８】
このとき、波形整形部２０３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４の垂直走査回路部１０３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２０３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。
【００６９】
ＴＤＣの回路には、例えばバッファ回路を直列接続して遅延をつくるＤｅｌａｙ  Ｌｉｎｅ方式、Ｄｅｌａｙ  Ｌｉｎｅをループ状につないだＬｏｏｐｅｄ  ＴＤＣ方式などを用いる。その他の方式を用いてもよいが、光電変換部２０１の時間分解能と同等以上の時間分解能を達成できる回路方式である方がよい。
【００７０】
ＴＤＣで得られたパルス検出タイミングを表すデジタル信号は、１つまたは複数のメモリに保持される。メモリが複数配された場合には、選択回路２０６に複数の信号を供給することで、メモリにおいて保持したデジタル信号を信号線１０７に出力する際に、メモリ毎に信号線１０７への出力を制御することが可能である。
【００７１】
図６、図７を用いて、本アイデアの第１の実施形態の断面模式図及び平面模式図を説明する。なお、図６において、図１の第１半導体領域７１が配される領域には、Ｎ型半導体領域１が配され、図１の第２半導体領域７６が配される領域には、Ｐ型半導体領域６が配される。図６において、図１の第３半導体領域７４が配される領域には、Ｎ型半導体領域４が配され、図１の第４半導体領域７２が配される領域には、Ｐ型半導体領域２が配される。図６において、図１の第５半導体領域７５が配される領域には、Ｎ型半導体領域５が配される。
【００７２】
まず図６を用いて、分離部１６及び分離部１６に挟まれた光電変換領域の断面構造について説明する。
【００７３】
分離部１６は第１面から深さ方向に向かって配されたＰ型の半導体領域によって構成されている。具体的には、分離部１６として、Ｐ型半導体領域３と、Ｐ型半導体領域７と、が、第１面から深さ方向にこの順に配され、接している。なお、Ｐ型半導体領域３は、Ｐ型半導体領域７、Ｐ型半導体領域８、Ｐ型半導体領域２、及びＰ型半導体領域６と電気的に接続されている。
【００７４】
Ｐ型半導体領域３の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域６、Ｐ型半導体領域７、Ｐ型半導体領域８、及びＰ型半導体領域２の各々の不純物濃度よりも高い。これにより、Ｐ型半導体領域７とコンタクトプラグ１７を接続するよりも、Ｐ型半導体領域３とコンタクトプラグ１７を接続する方が接触抵抗を低くすることが可能となる。例えば、Ｐ型半導体領域３の不純物濃度は１×１０１９〜１０２０ｃｍ−３程度とすることができる。
【００７５】
Ｎ型半導体領域１は、Ｎ型半導体領域４、後述のＮ型半導体領域５よりも不純物濃度の高い領域である。例えば、Ｎ型半導体領域１の不純物濃度は、６×１０１８以上であり、Ｎ型半導体領域１には、分離部１６に対して逆バイアスとなる電位が供給される。
【００７６】
Ｎ型半導体領域４の不純物濃度は、Ｎ型半導体領域１の不純物濃度よりも低い。例えば、Ｎ型半導体領域４の不純物濃度は、１×１０１７以下でとすることができる。これにより、Ｎ型半導体領域４の付近の電荷がＮ型半導体領域１に移動しやすくする。
【００７７】
Ｐ型半導体領域６の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度よりも高い。例えば、Ｐ型半導体領域６の不純物濃度は、１×１０１８〜５×１０１８ｃｍ−３程度であり、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度は、５×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３程度とすることができる。これにより、Ｐ型半導体領域６で光電変換された電荷が、Ｐ型半導体領域２を通って、Ｎ型半導体領域５に移動しやすくなる。
【００７８】
Ｎ型半導体領域１９は、Ｎ型半導体領域１よりも不純物濃度が低い。例えば、Ｎ型半導体領域１９の不純物濃度は、１×１０１７〜１０１８ｃｍ−３程度とすることができる。これにより、Ｎ型半導体領域１とＰ型半導体領域６の間で発生する高電界を緩和することが可能となり、Ｎ型半導体領域１とＰ型半導体領域６の間で電荷がアバランシェ増幅されることを抑制することができる。
【００７９】
Ｐ型半導体領域２の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域７の不純物濃度より低い。Ｐ型半導体領域２とＮ型半導体領域４とは、ＰＮ接合を形成する。このＰＮ接合によって、Ｎ型半導体領域４のすべての領域が空乏層領域となる。さらに、この空乏層領域がＮ型半導体領域１の一部の領域まで延在する。延在した空乏層領域に強電界が誘起される。この強電界により、Ｎ型半導体領域１の一部の領域まで延びた空乏層領域に電子が移動すると、アバランシェ増幅が生じ、増幅された電荷に基づく電流がコンタクトプラグ１８を介して配線９から出力される。つまり、本実施例において光検出領域は、Ｎ型半導体領域１の一部の領域における空乏層領域となる。
【００８０】
なお、本実施例において、Ｎ型半導体領域４をＰ型の領域ではなく、Ｎ型の領域で構成しているのは、空乏層をよりＮ型半導体領域５の深部までより深く広げることにより、より深部からの電荷取得を可能とするためである。
【００８１】
さらに、Ｎ型半導体領域１、Ｎ型半導体領域４、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度は、Ｎ型半導体領域１の一部に生じる空乏層領域においてアバランシェ増幅を起こす電位差を供給した際に、Ｎ型半導体領域１のすべての領域が空乏化しない不純物濃度に設定する。これは、半導体基板１５の第１面に接するほど空乏層領域が広がると、半導体基板１５の第１面にノイズが生じるおそれがあるからである。一方で、Ｎ型半導体領域４のすべての領域は空乏化するような不純物濃度に設定する。
【００８２】
Ｎ型半導体領域４のすべての領域が空乏化する条件を数式１に示す。ここでは、Ｎ型半導体領域４の不純物濃度を不純物濃度Ｎｄとし、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度を不純物濃度Ｎａとし、電気素量を電気素量ｑとする。さらに、半導体の誘電率を誘電率εとし、Ｎ型半導体領域４とＰ型半導体領域２のＰＮ接合間の電位差を電位差Ｖとし、Ｐ型半導体領域２に挟まれたＮ型半導体領域４の長さを長さＤとする。
【００８３】
【数１】
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【００８４】
Ｎ型半導体領域１のすべての領域が空乏化しない不純物濃度を例えばＮ型半導体領域１の不純物濃度は６．０×１０１８［ａｔｍｓ／ｃｍ３］以上とする。その場合に、これらの空乏化条件を満たすような不純物濃度とは、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度は１．０×１０１６［ａｔｍｓ／ｃｍ３］以上である。また、Ｎ型半導体領域４の不純物濃度は、１．０×１０１７［ａｔｍｓ／ｃｍ３］以下である。ただし、これらの不純物濃度に限られない。
【００８５】
そして、空乏層に誘起される深さ方向の電界が充分大きくなるように、Ｎ型半導体領域１及び分離部１６の電位差を設定する。ここで、充分大きくなる電位差とは、電界の影響を受けた電荷がアバランシェ増幅を起こす電位差である。つまり、本構造の光検出素子がアバランシェダイオード（ＡＰＤまたはＳＰＡＤ）としての動作を実現するＮ型半導体領域１及びＰ型半導体領域３の電位差である。
【００８６】
具体的には、Ｎ型半導体領域１及びＰ型半導体領域２の電位差は６Ｖ以上である。このとき、上述したように、Ｎ型半導体領域１と電気的に接続されたＮ型半導体領域４のすべての領域が、空乏層領域となり、且つＮ型半導体領域１の一部の領域まで延在した空乏層領域に、アバランシェ増幅が生じるような強電界が生じる。
【００８７】
また、より好ましくは、Ｎ型半導体領域１及びＰ型半導体領域３の電位差は１０Ｖ以上であり、３０Ｖ以下である。このとき、例えば、Ｎ型半導体領域１には、１０Ｖ以上の電位が供給され、Ｐ型半導体領域３には０Ｖ以下の電位が供給される。ただし、電位差が６Ｖ以上となれば、これらの電位の値には限られない。
【００８８】
ところで、本実施例は、電荷をＮ型半導体領域５で発生させ、Ｎ型半導体領域１で収集して読み出す。すなわち、第１導電型の半導体領域で発生した電荷を、第１導電型の半導体領域から読み出している。
【００８９】
また、Ｐ型半導体領域６やＰ型半導体領域２で光電変換により発生した電荷も、Ｎ型半導体領域５及びＮ型半導体領域４を介してＮ型半導体領域１で収集して読み出すことができる。
【００９０】
これに対して、米国特許第９２０９３３６号明細書に記載のデバイスは、Ｎ型のエピタキシャル層２で発生した電荷をＮ型のエピタキシャル層２とｐ型のアノード領域１４との界面でアバランシェ増幅させ、ｐ型のアノード領域１４から電荷を読み出している。すなわち、第１導電型の半導体領域で発生した電荷を、第２導電型の半導体領域から読み出している。この点においても、本実施形態は米国特許第９２０９３３６号明細書に記載されたデバイスとは異なる。
【００９１】
図６において、Ｐ型半導体領域２とＮ型半導体領域４を設けずに、不純物濃度が濃いＮ型半導体領域１のすぐ下部に、Ｎ型半導体領域１よりも不純物濃度の低いＮ型半導体領域５を配することを想定する。この場合、Ｎ型半導体領域５で電荷を発生させ、Ｎ型半導体領域１から電荷を読み出すことは可能であるが、本実施例と同等の電圧条件下でアバランシェ増幅させることは難しい。これは、Ｎ型半導体領域１及びＰ型半導体領域３の間に印加した電位差の大部分がＮ型半導体領域５の空乏層領域にかかることにより、Ｎ型半導体領域１近傍のアバランシェ増幅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、本実施例では、Ｎ型半導体領域５はＮ型半導体領域４と接する箇所を除いた各方位でＰ型半導体領域に囲まれるため、Ｎ型半導体領域５のポテンシャルはＮ型半導体領域１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型半導体領域２で基板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型半導体領域１近傍のアバランシェ増幅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幅させることができる。
【００９２】
Ｎ型半導体領域５の不純物濃度は、Ｎ型半導体領域４の不純物濃度以下、もしくは同等の不純物濃度である。少なくとも、Ｎ型半導体領域５の不純物濃度はＮ型半導体領域１の不純物濃度よりも少なければよい。
【００９３】
図６では、Ｎ型半導体領域５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型半導体領域５は、半導体基板１５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型半導体領域１に電荷を移動しやすくすることが可能である。
【００９４】
また、半導体基板１５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する場合に、Ｎ型半導体領域５が配された領域において第１面の側がＮ型半導体領域であり、第２面の側がＰ型半導体領域となってもよい。
【００９５】
もしくは、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度よりも不純物濃度が低いＰ型半導体領域が、Ｎ型半導体領域５の代わりに配されてもよい。その場合においても半導体基板１５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ることが好ましい。
【００９６】
例えば、このＰ型半導体領域は、第１領域と、第１面に対して第１領域よりも深い位置に配された第２領域と、第１面に対して第２領域よりも深い位置に配された第３領域とを有する。そして、第１領域を第１不純物濃度、第２領域を第２不純物濃度、第３領域を第３不純物濃度とした時に、第１不純物濃度＜第２不純物濃度＜第３不純物濃度としてもよい。なお、第１不純物濃度は、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度よりも低くなる。ここでは、Ｎ型半導体領域５の代わりに配したＰ型半導体領域を３つの領域に分けたが、この限りではない。
【００９７】
Ｐ型半導体領域８は、Ｎ型半導体領域５よりも深い位置に配されており、光電変換領域の深さを定義する。Ｎ型半導体領域５は、Ｐ型半導体領域２とＰ型半導体領域７とＰ型半導体領域８との各々とＰＮ接合を形成する。Ｐ型半導体領域８の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域２の不純物濃度よりも高くする。これにより、Ｐ型半導体領域８の付近で生じた電荷は、第１面方向に移動しやすくなる。
【００９８】
Ｎ型半導体領域１にはコンタクトプラグ１８が接続され、コンタクトプラグ１８には配線９が接続される。また、Ｐ型半導体領域３にはコンタクトプラグ１７が接続され、コンタクトプラグ１７には配線１０が接続される。配線９または配線１０は、クエンチ動作を行うための抵抗素子などの制御部２０２に接続される。以下では、制御部２０２が配線９に接続されるものとして説明する。
【００９９】
図６では、コンタクトプラグ１７及び配線１０が第１面の側に配されるものとして説明した。しかし、コンタクトプラグ１７及び配線１０が第２面の側に配されてもよい。
【０１００】
コンタクトプラグ１７及び配線１０が第２面の側に配される場合において、Ｐ型半導体領域８のうちコンタクトプラグ１７が配される領域の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域７の不純物濃度よりも高い方がよい。つまりＰ型半導体領域３となる。このとき、第１面側に配されているＰ型半導体領域３には、コンタクトプラグ１７が接続されなくなる。よって、Ｐ型不純物の黄土が、Ｐ型半導体領域７の方がＰ型半導体領域６より高い場合には、Ｐ型半導体領域３の不純物濃度をＰ型半導体領域７と同程度としてもよい。
【０１０１】
また、分離部１６が第１面側に絶縁分離部を有する場合においても、コンタクトプラグ１７及び１０は、第２面側に配される。このとき、分離部１６は、第１面から深さ方向に絶縁分離部、Ｐ型半導体領域７、Ｐ型半導体領域３の順に重なるように接して配される。
【０１０２】
次に、図７を用いて、図６の断面構造の任意の深さにおける分離部１６及び分離部１６に挟まれた光電変換領域の平面構造について説明する。図７では各半導体領域の境界を円形で描いているが、これに限られない。
【０１０３】
図７（ａ）は、図６の深さＸにおける線分ＡＢの平面模式図を示す。Ｎ型半導体領域１は、Ｎ型半導体領域１９に内包される。また、Ｎ型半導体領域１９は、Ｐ型半導体領域６に内包され、Ｐ型半導体領域６は、Ｐ型半導体領域３に内包される。また、Ｐ型半導体領域６の面積は、Ｎ型半導体領域１の面積よりも大きい。
【０１０４】
図７（ｂ）は、図６の深さＹにおける線分ＣＤの平面模式図を示す。Ｎ型半導体領域４は、Ｐ型半導体領域２に内包される。Ｐ型半導体領域２は、Ｐ型半導体領域３に内包される。
【０１０５】
図７（ｃ）は、図６の深さＺにおける線分ＥＦの平面模式図を示す。Ｎ型半導体領域５は、Ｐ型半導体領域７に内包される。なお、図７（ｂ）と図７（ｃ）を重ねたとき、平面視においてＮ型半導体領域４及びＰ型半導体領域２は、Ｎ型半導体領域５と重なる。
【０１０６】
また、図７（ａ）と図７（ｂ）を重ねたとき、平面視においてＮ型半導体領域１は、Ｎ型半導体領域４の少なくとも一部の領域と重なり、Ｐ型半導体領域６はＰ型半導体領域２の少なくとも一部と重なる。
【０１０７】
このような構成とすることで、電荷検出領域の面積が最小化され、かつ、波長の短い光を含む光の光電変換により生成された電荷の電荷検出領域への収集量を向上した光検出装置を実現できる。
【０１０８】
次に、図８を用いて、図６に示した断面模式図における、アバランシェダイオードの製造方法を説明する。特に順番に関して説明のない工程に関しては適宜順序を入れ替えてもよい。また、図８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。
【０１０９】
図８（ａ）に示すように、半導体基板１５の第１面に対する法線方向から、Ｎ型半導体領域５となる領域にＰ型の不純物イオン注入（以下、イオン注入）を行う。これにより、半導体基板１５の第１面に対して深い位置にＰ型半導体領域８を形成する。
【０１１０】
次に図８（ｂ）に示すように、半導体基板１５の第１面にマスク７７を形成する。マスク７７には、開口部３０を有する。そして、半導体基板１５の第１面に対して法線方向から、Ｐ型のイオン注入を行うことでＰ型半導体領域３及びＰ型半導体領域７を、第１面からこの順に配されるように形成する。このとき、Ｐ型半導体領域７とＰ型半導体領域８の一部が接続する。また、Ｐ型半導体領域７の不純物濃度よりもＰ型半導体領域３の不純物濃度が高くなるようにする。具体的には、異なるイオン注入エネルギーで複数回イオン注入を行うなどの方法がある。
【０１１１】
次にマスク７７を除去し、マスク７８を配する。マスク７８は、開口部３２を有する。そして、図８（ｃ）に示すように、半導体基板１５の第１面に対して法線方向に平行な方向から、Ｐ型のイオン注入を行うことでＰ型半導体領域２となる領域を形成する。その後、Ｐ型半導体領域２となる領域を形成するために行ったＰ型のイオン注入を行った位置よりも第１面に対して浅い位置に、同じくＰ型のイオン注入を行いＰ型半導体領域６となる領域を形成する。ここでは、Ｐ型半導体領域２となる領域を形成した後に、Ｐ型半導体領域６となる領域を形成したが逆でもよい。
【０１１２】
次にマスク７８を除去し、マスク７９を配する。マスク７９は開口部３３を有する。図８（ｄ）に示すように、半導体基板１５の第１面に対する法線方向に平行な方向から、Ｐ型半導体領域２となる領域が配される深さにＮ型のイオン注入を行うことで、Ｐ型半導体領域２となる領域の一部にＮ型半導体領域４を形成する。
【０１１３】
次にマスク７９を除去し、マスク８０を配する。マスク８０は開口部３４を有する。半導体基板１５の第１面に対して法線方向に平行な方向から、半導体基板１５の第１面の側にＮ型のイオン注入を行うことでＮ型半導体領域１９を形成する。ここでは、Ｎ型半導体領域４を先に形成したが、Ｎ型半導体領域１９を先に形成してもよい。
【０１１４】
次にマスク８０を除去し、マスク８１を配する。マスク８１は開口部３５を有する。半導体基板１５の第１面に対して法線方向に平行な方向から、半導体基板１５の第１面の側にＮ型のイオン注入を行うことでＮ型半導体領域１を形成する。ここでは、Ｎ型半導体領域１９を先に形成したが、Ｎ型半導体領域１を先に形成してもよい。
【０１１５】
なお、Ｎ型半導体領域１、Ｎ型半導体領域４、及びＮ型半導体領域１９を形成するために注入する不純物イオンとして、異なる熱拡散係数を有する不純物イオンを用いてもよい。このような構成によれば、Ｎ型半導体領域１、Ｎ型半導体領域４、及びＮ型半導体領域１９が配される領域における、ポテンシャル設計の自由度が向上する。
【０１１６】
また、図８（ｄ）の工程を経ずに、図８（ｆ）の工程でＮ型半導体領域４を形成してもよい。その場合、入射面である第１面に対して浅い位置へのイオン注入であるＮ型半導体領域１よりも、第１面に対して深い位置へのイオン注入であるＮ型半導体領域４の方が、第１面に対する平行な方向への不純物イオンの拡散が大きくなる。結果として、Ｎ型半導体領域１は平面視でＮ型半導体領域４に内包される。また、同一マスクを用いてＮ型半導体領域１及びＮ型半導体領域４を形成するため、両半導体領域の位置ズレを抑制することが可能であり、位置ズレにより生じ得るトンネル効果を抑制することが可能となる。
【０１１７】
このような構造により、特許文献１に示すようなアバランシェダイオード全体でアバランシェ降伏が起こる構成に比べて、感度特性を悪化させることなく、トンネル効果により生じるノイズ電荷を低減させることが可能となる。さらに、深さＸ〜Ｙにおいて光電変換された電荷は、ポテンシャル勾配によりＮ型半導体領域５に流れ込み、Ｎ型半導体領域４を通ってＮ型半導体領域１の近傍でアバランシェ増幅され、信号としてカウントすることが可能となる。すなわち、基板浅部で光電変換された電荷も感度として検出することができる。
【０１１８】
次に図９を用いて、本実施例の制御部２０２について説明する。本実施例において制御部２０２は、二つの構成を有する。一つ目の構成は図９（ａ）に示すように光電変換部２０１の高い電位ＶＨが供給されるカソードの側に制御部２０２が配される構成である。二つ目の構成は、図９（ｂ）に示すように光電変換部２０１の低い電位ＶＬが供給されるアノードの側に制御部２０２が配される構成である。
【０１１９】
図９（ａ）および図９（ｂ）の構成において、アバランシェ電流により波形整形部２０３の入力電位が変化してから、制御部２０２による電圧降下によって光電変換部２０１の初期状態のバイアスに復帰するまでには一定の時間が必要である。このように、一度電荷を検出してから、次に電荷を検出することが可能なバイアス状態に戻るまでの期間をＤｅａｄ  ｔｉｍｅという。このＤｅａｄ  ｔｉｍｅが短いほど、時間あたりにカウントできる電荷の数が増加し、光検出装置としてのダイナミックレンジが大きくなる。
【０１２０】
例として、制御部２０２が抵抗素子である場合には、本実施例のアバランシェダイオードのＤｅａｄ  ｔｉｍｅ（τｄ［ｓ］）は抵抗（Ｒ［Ω］）と、入力端子の容量（Ｃ［Ｆ］）、の積で決まる。以下の数式で、光電変換部２０１のＰＮ接合容量はＣｐｄ、光電変換部２０１のウエルの容量はＣｗ、配線・拡散層の寄生容量はＣで示す。
【０１２１】
図９（ａ）の場合には、Ｄｅａｄ  ｔｉｍｅは、数式２で求められる。
τｄ＝Ｒ（Ｃｐｄ＋Ｃ）          …（数式２）
【０１２２】
図９（ｂ）の場合には、Ｄｅａｄ  ｔｉｍｅは、数式３で求められる。
τｄ＝Ｒ（Ｃｐｄ＋Ｃｗ＋Ｃ）    …（数式３）
【０１２３】
光電変換部２０１のＰＮ接合容量Ｃｐｄは、アバランシェ増幅を生じさせるために強電界を誘起する光検出領域のＰＮ接合容量である。そのため、ＰＮ接合容量Ｃｐｄは、光検出領域の面積に比例して変化する。つまり、光検出効率をあげるために光検出領域の面積が大きくなると、ＰＮ接合容量Ｃｐｄが大きくなり、Ｄｅａｄ  ｔｉｍｅが増加する。その結果、ダイナミックレンジが低下してしまう。
【０１２４】
すなわち、光検出効率とダイナミックレンジはトレードオフ関係となっている。一方、本実施例の画素構造によれば、光電変換領域の面積を大きく確保しながら、光検出領域の面積を小さくすることができる。そのため、Ｃｐｄを低減し、Ｄｅａｄ  ｔｉｍｅを低減することができる。結果として、高い光検出効率と高いダイナミックレンジを両立することが可能である。
【０１２５】
本実施例の画素構造によるダイナミックレンジの向上効果は、図９の（ｂ）よりも図９（ａ）の構成の方が顕著にあらわれる。例えば、従来のＳＰＡＤ構造に対する本実施例のＳＰＡＤ構造のＣｐｄの比をＡ（０＜Ａ＜１）とすると、図９（ａ）と図９（ｂ）のそれぞれの回路方式におけるダイナミックレンジの向上率△はそれぞれ数式４、数式５で表される。
△１＝（１−Ａ）Ｃｐｄ／（ＡＣｐｄ＋Ｃ）            …（数式４）
△２＝（１−Ａ）Ｃｐｄ／（ＡＣｐｄ＋Ｃｗ＋Ｃ）      …（数式５）
【０１２６】
数式４および数式５において、ダイナミックレンジがＤｅａｄ  ｔｉｍｅに反比例することを利用して計算した。上式から、常に△１＞△２が満たされることがわかる。
【０１２７】
以上のことから、本実施例の構成において図９（ａ）、図９（ｂ）を適応した際にダイナミックレンジの向上率は、図９（ａ）の方が図９（ｂ）より原理的に高くなる。
【０１２８】
ここまでは制御部２０２を抵抗素子として説明したが、能動クエンチ回路の場合でも、同様である。
【０１２９】
以上から、本実施例の画素に対する制御部２０２は、光電変換部２０１のアノードの側に配する場合よりもカソードの側に配する場合の方がダイナミックレンジの向上効果を大きくすることが可能である。
【０１３０】
本実施例の構成によれば、電荷が移動する経路を形成することで光検出効率の低下を抑制することが可能となる。つまり、光検出効率の低下を抑制しながら、ノイズを低減することが可能となる。
【０１３１】
（実施例２）
図１０は、本アイデアにおける第２の実施形態の断面図である。図１〜図８と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０は、図６のＰ型半導体領域６に関して、不純物濃度の異なるＰ型半導体領域６（ａ）とＰ型半導体領域６（ｂ）で構成されている点で異なる。
【０１３２】
図１０において、Ｐ型半導体領域６（ａ）はＰ型半導体領域６（ｂ）よりも不純物濃度が高い（Ｎ型の不純物濃度が低い）。また、Ｐ型半導体領域６（ｂ）はＰ型半導体領域２よりも不純物濃度が高い（Ｎ型の不純物濃度が低い）。これにより、図３に記載する線分ＧＨの深さＸ→Ｙにかけてのポテンシャル勾配が大きくなり、深さＸ〜Ｙの間で光電変換された電荷がＮ型半導体領域５に流れ込みやすくなる。その結果、実施例１の構造と比較して、短波長側の感度が向上する。
【０１３３】
（実施例３）
図１１は、本アイデアにおける第３の実施形態の断面図である。図１〜図８と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１１は、図６のＰ型半導体領域３に関して、不純物濃度の異なるＰ型半導体領域３（ａ）とＰ型半導体領域３（ｂ）で構成されている点で異なる。
【０１３４】
図１１において、Ｐ型半導体領域３（ａ）はＰ型半導体領域３（ｂ）よりも不純物濃度が高いことを特徴とする。図６において、Ｐ型半導体領域３は、コンタクトプラグ１７と基板との間のコンタクト抵抗を下げるために必要であり、同時に、Ｐ型半導体領域６で光電変換された電荷の隣接画素への混入を防止するために必要である。しかし、Ｐ型半導体領域３が深く配置されると、Ｐ型半導体領域３の領域内で発生した発生電荷が、Ｎ型半導体領域５に流れ込みやすくなり、ノイズ特性が悪化する。従って、Ｐ型半導体領域３は、前記目的を満たす範囲であれば浅い方がよい。その場合、Ｐ型半導体領域３の浅化に伴ってＰ型半導体領域７を第１面側へ延在させると、Ｐ型半導体領域６とＰ型半導体領域７が近接する。Ｐ型半導体領域６とＰ型半導体領域７の不純物濃度が同等である場合、Ｐ型半導体領域６の領域内で光電変換された電荷がＰ型半導体領域７を通過して隣接画素へ漏れこみやすくなり、混色成分が増加する。
【０１３５】
前記課題を解決するため、隣接画素間に第１面側から深さ方向へ順に、Ｐ型半導体領域３（ａ）、Ｐ型半導体領域３（ａ）より低濃度のＰ型半導体領域３（ｂ）、Ｐ型半導体領域３（ｂ）より低濃度のＰ型半導体領域７を形成する。その際、Ｐ型半導体領域３（ｂ）はＰ型半導体領域６より不純物濃度が高く、Ｐ型半導体領域７はＰ型半導体領域２より不純物濃度が高いことを特徴とする。これらの構成により、コンタクトプラグ１７と基板との間のコンタクト抵抗低減、隣接画素への混色防止、ノイズ特性の悪化防止を両立することができる。
【０１３６】
（実施例４）
図１２は、本実施例におけるアバランシェダイオードおよび制御部の断面模式図である。図１〜図１５と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１３７】
図１２では、光電変換部２０１と制御部２０２とが異なる半導体基板に配されている。光電変換部２０１を構成するアバランシェダイオードの構成は実施例１と同様である。半導体基板１５には、光電変換部２０１が複数配され、ここでは例として２つのアバランシェダイオードが配された構成を示す。半導体基板１１０２には、制御部２０２と、制御部２０２に接続された配線１１０７が配される。ここでは、半導体基板１１０２に、制御部２０２および配線１１０７が配される構成を示したが、その他の回路が配されていてもよい。
【０１３８】
本実施例のアバランシェダイオードは、裏面照射型の構成である。また、光はＮ型半導体領域５からＮ型半導体領域１に向かう方向に入射される。このとき、光はマイクロレンズ１１０３、カラーフィルタ１１０４を通ってＮ型半導体領域５に入射される。
【０１３９】
前述したようにＮ型半導体領域５で光電変換され、生じた電荷は、Ｎ型半導体領域４を通り、Ｎ型半導体領域１に移動する。Ｎ型半導体領域１と、Ｐ型半導体領域２とＮ型半導体領域４との間に生じる空乏層と、の間の電界によって、アバランシェ増幅が生じ、配線９に電流が流れる。
【０１４０】
配線９は、接続部１１０５を介して、別途作成した半導体基板１１０２に設けられた制御部２０２に接続される。
【０１４１】
アバランシェダイオードごとに検出した信号は、半導体基板１１０２の画素部の周辺に設けられた走査回路などによって信号の処理が行われる。なお、走査回路は、半導体基板１５および半導体基板１１０２と異なる半導体基板に配されてもよい。
【０１４２】
本実施例の構成によれば、アバランシェダイオードが配された半導体基板１５に対して異なる半導体基板１１０２を積層している。そして積層した半導体基板１１０２に、制御部２０２などの処理回路を配することによって、アバランシェダイオードの開口率を高め、光検出効率を向上することが可能となる。
【０１４３】
なお、本実施例において、各アバランシェダイオードにマイクロレンズ１１０３を配する場合、マイクロレンズ１１０３の光軸が、平面視でＮ型半導体領域４に内包されるような位置関係とする方がよい。例えば光電変換素子１０１の中央部において垂直光が入射する場合、Ｎ型半導体領域５の内部での信号電荷の発生確率の分布は、マイクロレンズ１１０３の光軸付近で最大となる。ここで、マイクロレンズの光軸とは、平面視でマイクロレンズの中心を通る、半導体基板１５に垂直な軸である。
【０１４４】
本実施例の構成にように、マイクロレンズ１１０３の光軸がＮ型半導体領域４に平面的に内包されていれば、Ｎ型半導体領域５において、平面視でＮ型半導体領域４に近い位置で電荷が生じやすくなる。そして、平面的に遠い位置で生じる電荷の発生確率を低減することが可能となり、半導体基板１５の第１面に対して浅い位置で生じた電荷と、深い位置で生じた電荷とで、光検出領域で電荷検出するまでの時間分解能の低下を抑制することが可能となる。
【０１４５】
なお、本実施例では裏面照射型のフォトダイオード構成をとるが、表面照射型であっても本実施例による効果、すなわち高光検出効率と低ＤＣＲの両立を実現することができる。ただし、本実施例では、光電変換部を裏面の側に形成する構成をとるため、表面照射型の場合と比べ裏面照射型の場合の方が、基板の最表面付近（光入射の側）で発生した電荷を高効率で検出できる。すなわち、短波長から長波長までブロードな波長帯で高い光検出効率を実現できるという点から、本実施例の光電変換部２０１は裏面照射型とする方が好ましい。
【０１４６】
本実施例は、すべての実施例に適用可能である。
【０１４７】
（実施例５）
本実施例では、各実施例の光検出装置１０１０を用いた光検出システムの一例を説明する。図１３を用いて光検出システムの一例である不可視光検出システムおよびＰＥＴ等の医療診断システムについて説明する。図１〜図１２と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、本実施例の画素１００は、図５のカウンタ回路２０９の代わりにＴＤＣとメモリを有する。ここでは、ＴＤＣをＴＤＣ２０４とし、メモリをメモリ２０５として説明する。
【０１４８】
図１３は、不可視光検出システムの構成を説明するブロック図である。不可視光検出システムは、波長変換部１２０１、データ処理部１２０７を有し、光検出装置１０１０を複数有する。
【０１４９】
照射物１２００は、不可視光となる波長帯の光を照射する。波長変換部１２０１は、照射物１２００から照射された不可視光となる波長帯の光を受光し、可視光を照射する。
【０１５０】
波長変換部１２０１から照射された可視光が入射された光電変換部２０１は光電変換し、制御部２０２、波形整形部２０３、ＴＤＣ２０４を介して、光検出装置１０１０は光電変換した電荷に基づく信号に基づくデジタル信号をメモリ２０５に保持する。複数の光検出装置１０１０は、一つの装置として形成されていてもよいし複数の装置が配列することで形成されてもよい。
【０１５１】
複数の光検出装置１０１０のメモリ２０５で保持された複数のデジタル信号は、データ処理部１２０７によって信号処理が行われる。ここでは、信号処理手段として複数のデジタル信号から得られる複数の画像の合成処理を行う。
【０１５２】
次に不可視光検出システムの具体的な例としてＰＥＴ等の医療診断システムの構成について説明する。
【０１５３】
照射物１２００である被験者は、生体内から放射線対を放出する。波長変換部１２０１は、シンチレータを構成し、シンチレータは、被験者から放出された放射線対が入射すると可視光を照射する。
【０１５４】
シンチレータから照射された可視光が入射された光電変換部２０１は光電変換し、制御部２０２、波形整形部２０３、ＴＤＣ２０４を介して、光検出装置１０１０は光電変換した電荷に基づく信号に基づくデジタル信号をメモリ２０５に保持する。つまり、光検出装置１０１０は、被験者から放出された放射線対の到達時間を検出するために配され、シンチレータから照射された可視光を検出し、デジタル信号をメモリ２０５に保持する。
【０１５５】
複数の光検出装置１０１０のメモリ２０５で保持されたデジタル信号は、データ処理部１２０７において信号処理される。ここでは、信号処理手段として複数のデジタル信号から得られる複数の画像を用いて画像再構成などの合成処理を行い、被験者の生体内の画像の形成を行う。
【０１５６】
（実施例６）
本実施例では、各実施例の光検出装置１０１０を用いた光検出システムの一例を説明する。図１〜図１２と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１５７】
図１４では、光検出システムの一例である距離検出システムについて説明する。なお、本実施例の画素１００は、図５のカウンタ回路２０９の代わりにＴＤＣとメモリを有する。ここでは、ＴＤＣをＴＤＣ２０４とし、メモリをメモリ２０５として説明する。
【０１５８】
図１４を用いて、本実施例の距離検出システムのブロック図の一例を説明する。距離検出システムは、光源制御部１３０１、発光部１３０２、光学部材１３０３、光検出装置１０１０、距離算出部１３０９を有している。
【０１５９】
光源制御部１３０１は発光部１３０２の駆動を制御する。発光部１３０２は、光源制御部１３０１から信号を受けた際に、撮影方向に対して短パルス（列）の光を照射する。
【０１６０】
発光部１３０２から照射された光は、被写体１３０４に反射する。反射光は光学部材１３０３を通して、光検出装置１０１０の光電変換部２０１で受光し、光電変換された電荷に基づく信号が波形整形部２０３を介してＴＤＣ２０４に入力される。
【０１６１】
ＴＤＣ２０４は、光源制御部１３０１から得られる信号と、波形整形部２０３から入力された信号とを比較する。そして、発光部１３０２がパルス光を発光してから被写体１３０４を反射した反射光を受光するまでの時間を高精度にデジタル変換する。ＴＤＣ２０４から出力されたデジタル信号は、メモリ２０５に保持される。
【０１６２】
距離算出部１３０９は、メモリ２０５に保持された複数回測定分のデジタル信号を元に、光検出装置から被写体までの距離を算出する。この距離検出システムは例えば車載に適用することができる。
【０１６３】
次に、図５のカウンタ回路２０９を用いた場合の光検出システムの一例を図１５に示す。図１５（ａ）及び（ｂ）では、光検出システムの一例である車載カメラに関する光検出システムについて説明する。
【０１６４】
光検出システム１０００は、本発明に係る測距画素および撮像画素を含む光検出システムである。光検出システム１０００は、光検出装置１０１０により取得した複数のデジタル信号に対し、画像処理を行う画像処理部１０３０を有する。さらに、光検出システム１０００は、画像処理部１０３０により取得した複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部１０４０を有する。
【０１６５】
また、光検出システム１０００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計測部１０５０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１０６０と、を有する。ここで、視差算出部１０４０や距離計測部１０５０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。
【０１６６】
衝突判定部１０６０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し、これらの組合せ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）などによって実現されてもよい。さらに、これらの組合せによって実現されてもよい。
【０１６７】
光検出システム１０００は車両情報取得装置１３１０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、光検出システム１０００は、衝突判定部１０６０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である制御ＥＣＵ１４１０と接続されている。
【０１６８】
また、光検出システム１０００は、衝突判定部１０６０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１４２０とも接続されている。例えば、衝突判定部１０６０の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ１４１０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１４２０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。
【０１６９】
本実施例では車両の周囲、例えば前方または後方を光検出システム１０００で撮像する。図１５（ｂ）に、車両前方を撮像する場合の光検出システムを示した。また、上記では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、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。さらに、光検出システムは、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。
【符号の説明】
【０１７０】
７１  第１半導体領域
７２  第４半導体領域
７４  第３半導体領域
７５  第５半導体領域
７６  第２半導体領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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