CN115039228A - 光电转换装置、光电转换***和可移动物体 - Google Patents

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Abstract

提供了包括第一导电类型的第一半导体区域的第一雪崩二极管以及包括第一导电类型的第二半导体区域的第二雪崩二极管。第一隔离部分布置在第一半导体区域与第二半导体区域之间。第一隔离部分由第一导电类型的第三半导体区域、或第二导电类型的第四半导体区域和被布置为在俯视图中夹着第四半导体区域的第三半导体区域构成。第四半导体区域满足表达式1，其中Nd为第三半导体区域的杂质浓度、Na为第四半导体区域的杂质浓度、q为元电荷、ε为半导体的介电常数、V为第三半导体区域与第四半导体区域的P‑N结之间的电位差，并且D为由第四半导体区域夹着的第三半导体区域的长度，
Figure DDA0003771909340000011

Description

光电转换装置、光电转换***和可移动物体
技术领域
本发明涉及光电转换装置、光电转换***和可移动物体。
背景技术
已知如下光电转换装置，其对到达光接收部的光子的数量进行数字计数，并将其计数值作为数字信号从像素输出。专利文献1公开了一种使用雪崩二极管的光检测装置，该雪崩二极管在构成光电转换部的半导体区域的P-N结区域中引起雪崩倍增。在专利文献1的光检测装置中，在彼此相邻的雪崩二极管的N型半导体区域之间布置有用于形成电接触的高浓度P型半导体区域。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本特开2018-201005号公报
发明内容
技术问题
根据专利文献1，当像素尺寸减小时，构成雪崩二极管的P型半导体区域与N型半导体区域之间的距离减小。当在该状态下向雪崩二极管提供电位时，由N型半导体区域和用于形成电接触的高浓度P型半导体区域形成局部高电场区域，并且很可能生成暗电流。
解决问题的技术方案
根据本发明的一方面的光电转换装置包括：第一雪崩二极管，其包括多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域；以及第二雪崩二极管，其包括所述第一导电类型的第二半导体区域并且被布置为与所述第一雪崩二极管相邻，其中第一隔离部分布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间，所述第一隔离部分由所述第一导电类型的第三半导体区域、或第二导电类型的第四半导体区域和所述第三半导体区域构成，所述第三半导体区域被布置为在俯视图中夹着所述第四半导体区域，并且在所述第四半导体区域中，所述第三半导体区域的杂质浓度Nd、所述第四半导体区域的杂质浓度Na、元电荷q、半导体的介电常数ε、所述第三半导体区域与所述第四半导体区域的P-N结之间的电位差V、以及由所述第四半导体区域夹着的所述第三半导体区域的长度D满足以下表达式，并且包括第一雪崩二极管，其包括多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域；以及第二雪崩二极管，其包括所述第一导电类型的第二半导体区域并且被布置为与所述第一雪崩二极管相邻，其中第一隔离部分布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间，所述第一隔离部分由所述第一导电类型的第三半导体区域、或第二导电类型的第四半导体区域和所述第三半导体区域构成，并且在所述第四半导体区域中，所述第三半导体区域的杂质浓度Nd、所述第四半导体区域的杂质浓度Na、元电荷q、半导体的介电常数ε、所述第三半导体区域与所述第四半导体区域的P-N结之间的电位差V以及由所述第四半导体区域夹着的所述第三半导体区域的长度D满足以下表达式。
[表达式1]
Figure BDA0003771909320000021
根据本发明的一方面的光电转换装置包括：基板，其具有第一面和与所述第一面相对的第二面；第一雪崩二极管，其包括布置在所述基板的第一深度的、多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域以及布置在所述第一深度与所述第二面之间的第二深度的、第二导电类型的第五半导体区域，所述第二导电类型是不同于所述第一导电类型的导电类型；以及第二雪崩二极管，其包括布置在所述基板的所述第一深度的、所述第一导电类型的第二半导体区域以及布置在所述第二深度的、所述第二导电类型的第六半导体区域，第二雪崩二极管被布置为与所述第一雪崩二极管相邻，其中第一隔离部分布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间的所述第一深度，本征半导体区域、所述第一导电类型的第三半导体区域和所述第二导电类型的第四半导体区域中的至少一个布置在所述第一隔离部分中，所述第二导电类型的第七半导体区域布置在所述第五半导体区域与所述第六半导体区域之间的所述第二深度，并且在穿过所述第一隔离部分和所述第七半导体区域的线路上，相对于所述信号电荷的电位高度从所述第七半导体区域朝向所述第一隔离部分降低，并且所述第一半导体区域中相对于所述信号电荷的电位高度与所述第五半导体区域中相对于所述信号电荷的电位高度之间的差大于所述第一隔离部分中相对于所述信号电荷的电位高度与所述第七半导体区域中相对于所述信号电荷的电位高度之间的差。
根据本发明的一方面的光电转换装置包括：第一雪崩二极管，其包括多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域；以及第二雪崩二极管，其包括所述第一导电类型的第二半导体区域并且被布置为与所述第一雪崩二极管相邻，并且所述光电转换装置包括：第一计数器电路，其被构造为对由所述第一雪崩二极管中的雪崩倍增生成的雪崩电流进行计数；以及第二计数器电路，其与所述第一计数器电路不同，并且被构造为对由所述第二雪崩二极管中的雪崩倍增生成的雪崩电流进行计数，并且在俯视图中，向所述第一雪崩二极管的一个节点施加偏压的接触插塞未布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间。
本发明的有利效果
根据本发明，在使用雪崩二极管的光电转换装置中，可以在抑制暗电流的增加的同时减小像素尺寸。
附图说明
[图1]图1是光电转换装置的框图。
[图2]图2是像素的框图。
[图3]图3是第一实施例的光电转换装置的部分放大俯视图。
[图4A]图4A是第一实施例的光电转换装置的截面图。
[图4B]图4B是第一实施例的光电转换装置的截面图。
[图5A]图5A是第一实施例的光电转换装置的电位图。
[图5B]图5B是第一实施例的光电转换装置的电位图。
[图5C]图5C是第一实施例的光电转换装置的电位图。
[图6A]图6A是比较例的光电转换装置的截面图。
[图6B]图6B是比较例的光电转换装置的电位图。
[图7]图7是第二实施例的光电转换装置的部分放大俯视图。
[图8]图8是第二实施例的光电转换装置的截面图。
[图9]图9是第三实施例的光电转换装置的部分放大俯视图。
[图10]图10是第三实施例的光电转换装置的截面图。
[图11]图11是第三实施例的变型例。
[图12]图12是第四实施例的光电转换装置的部分放大俯视图。
[图13]图13是第四实施例的光电转换装置的截面图。
[图14]图14是第五实施例的光电转换装置的截面图。
[图15]图15是第六实施例的光电转换装置的部分放大俯视图。
[图16]图16是第六实施例的光电转换装置的部分放大俯视图。
[图17]图17是第七实施例的光电转换装置的部分放大俯视图。
[图18]图18是第七实施例的光电转换装置的截面图。
[图19]图19是第八实施例的光电转换装置的截面图。
[图20]图20是第九实施例的光电转换装置的截面图。
[图21]图21是根据第十实施例的光电转换***。
[图22]图22是根据第十一实施例的光电转换***。
[图23A]图23A是第十二实施例的光电转换***和可移动物体的示意图。
[图23B]图23B是第十二实施例的光电转换***和可移动物体的示意图。
[图24]图24是示出第十二实施例的光电转换***的操作的流程图。
[图25]图25是根据第十三实施例的光电转换***。
[图26]图26是根据第十四实施例的光电转换***。
[图27]图27是根据第十四实施例的光电转换***的框图。
[图28A]图28A是根据第十五实施例的光电转换***。
[图28B]图28B是根据第十五实施例的光电转换***。
[图28C]图28C是根据第十五实施例的光电转换***。
[图29]图29是根据第十五实施例的光电转换***。
[图30A]图30A是根据第十五实施例的光电转换***的实验示例。
[图30B]图30B是根据第十五实施例的光电转换***的实验示例。
[图30C]图30C是根据第十五实施例的光电转换***的实验示例。
[图31A]图31A是根据第十六实施例的光电转换装置。
[图31B]图31B是根据第十六实施例的光电转换装置。
[图32]图32是根据第十七实施例的滤光器的光谱透射率。
[图33A]图33A是根据第十七实施例的像素和滤光器的布置示例。
[图33B]图33B是根据第十七实施例的像素和滤光器的布置示例。
[图34]图34是根据第十七实施例的像素和滤光器的布置示例。
[图35A]图35A是根据第十七实施例的像素和滤光器的布置示例。
[图35B]图35B是根据第十七实施例的像素和滤光器的布置示例。
具体实施方式
以下将例示的实施例用于体现本发明的技术构思，并不用于限制本发明。为了便于描述，各图中所示的构件的尺寸和位置关系可能被夸大。在以下的描述中，对相同的构造分配相同的编号，并可以省略其描述。
以下将例示的实施例尤其涉及包括对入射在雪崩二极管上的光子的数量进行计数的SPAD(单光子雪崩二极管)的光电转换装置。光电转换装置至少包括雪崩二极管。
在以下描述中，雪崩二极管的阳极具有固定电位，并且从阴极侧获取信号。因此，第一导电类型的半导体区域是指N型半导体区域，而第二导电类型的半导体区域是指P型半导体区域，在第一导电类型的半导体区域中，多数载流子是与信号电荷相同导电类型的电荷载流子。注意，即使在雪崩二极管的阴极具有固定电位并且从阳极侧获取信号的情况下，本发明也成立。在这种情况下，第一导电类型的半导体区域是指P型半导体区域，而第二导电类型的半导体区域是指N型半导体区域，在第一导电类型的半导体区域中，多数载流子是与信号电荷相同导电类型的电荷载流子。下面将描述在雪崩二极管的节点中的一个节点处设置固定电位但两个节点处的电位均可能波动的情况。
图1是本实施例的光电转换装置1000的框图。光电转换装置1000具有像素区域111、水平扫描电路部105、信号线104和垂直扫描电路部103。
多个像素110二维布置在像素区域111中。一个像素110由光电转换部101和像素信号处理部102构成。光电转换部101将光转换为电信号。像素信号处理部102将转换后的电信号输出到信号线104。
垂直扫描电路部103和水平扫描电路部105向各像素110提供控制脉冲。诸如移位寄存器或地址解码器的逻辑电路被用作垂直扫描电路部103。
各信号线104将从由垂直扫描电路部103选择的像素110输出的数字信号作为电位信号提供给像素110的后级电路。
在图1中，像素区域111中的像素110的阵列可以是一维布置的。另外，可以将像素区域111划分为各自具有多个像素列的块，并针对各块布置垂直扫描电路部103和水平扫描电路部105。此外，可以针对各像素列布置垂直扫描电路部103和水平扫描电路部105。
不必针对各像素110设置像素信号处理部102的功能，例如可以由多个像素110共享单个像素信号处理部102，并且可以依次进行信号处理。另外，为了增大光电转换部101的开口率，像素信号处理部102的至少一部分可以设置在与光电转换部101不同的半导体基板(第二基板)上。在这种情况下，光电转换部101和像素信号处理部102经由针对各像素设置的连接线彼此电连接。光电转换部101的雪崩二极管优选布置在第一基板上，并且其他构造优选布置在第二基板上。垂直扫描电路部103、水平扫描电路部105和信号线104可以设置在第二基板上。
图2是根据本实施例的包括等效电路的像素110的框图。在图2中，单个像素110由光电转换部101和像素信号处理部102构成。
光电转换部101具有一个或多个排列的雪崩二极管201、淬灭元件202和波形整形部203。
雪崩二极管201通过光电转换根据入射光生成电荷对。向雪崩二极管201的阴极提供基于比提供给阳极的电位VL高的电位VH的电位。然后，向雪崩二极管201的阳极和阴极提供具有这种反向偏压的电位，使得入射在雪崩二极管201上的光子经受雪崩倍增。当在提供反向偏压的电位的状态下进行光电转换时，由入射光生成的电荷引起雪崩倍增，以生成雪崩电流。
在提供反向偏压的电位的情况下，当阳极与阴极之间的电位差大于击穿电压时，雪崩二极管进入盖革模式操作。使用盖革模式操作对单光子级的微弱信号进行快速检测的雪崩二极管是SPAD(单光子雪崩二极管)。
淬灭元件202与提供高电位VH的电源和雪崩二极管201连接。淬灭元件202由P型MOS晶体管或诸如多晶硅电阻的电阻元件构成。另外，淬灭元件202可以由多个串联的MOS晶体管构成。当光电流通过雪崩二极管201中的雪崩倍增而倍增时，通过倍增的电荷获得的电流流向雪崩二极管201与淬灭元件202之间的连接节点。因为由该电流引起的电压降，所以在雪崩二极管201的阴极处的电位减小，并且雪崩二极管201不再形成电子雪崩。以此方式，雪崩二极管201的雪崩倍增停止。之后，由于电源的电位VH经由淬灭元件202提供到雪崩二极管201的阴极，因此提供到雪崩二极管201的阴极的电位返回到电位VH。也就是说，雪崩二极管201的操作区域再次进入盖革模式操作。以此方式，淬灭元件202在通过雪崩倍增的电荷倍增时用作负载电路(淬灭电路)，并且抑制雪崩倍增(淬灭操作)。此外，淬灭元件使雪崩二极管的操作区域在雪崩倍增被抑制后再次进入盖革模式。
波形整形部203连接到雪崩二极管201的节点与淬灭元件202的节点之间的连接节点。通过对在光子检测时获得的、雪崩二极管201的阴极处的电位变化进行整形，来输出矩形脉冲信号。例如，使用逆变器电路作为波形整形部203。例示了使用单个逆变器作为波形整形部203的示例，但也可以使用通过串联连接多个逆变器而获得的电路。不仅可以使用逆变器，还可以使用具有波形整形效果的其他电路。
像素信号处理部102具有计数器电路204和选择电路205。
计数器电路204连接到波形整形部203。从波形整形部203输出的脉冲信号由计数器电路204计数。在计数器电路204是例如N位计数器(N：正整数)的情况下，单个光子的脉冲信号最大可以计数到大约2的N次方。计数信号被保持为检测信号。此外，当经由控制线提供控制脉冲Res时，保持在计数器电路204中的信号被复位。
选择电路205连接到计数器电路204和信号线104。经由控制线从图1的垂直扫描电路部103向选择电路205提供控制脉冲Sel，并且对是否将计数器电路204的计数值输出到信号线104进行切换。选择电路205例如包括被构造为输出信号的缓冲电路等。
注意，可以在淬灭元件202与雪崩二极管201之间布置诸如晶体管的开关，以在雪崩二极管201能够进行雪崩倍增的模式与雪崩二极管201无法进行雪崩倍增的模式之间切换。类似地，可以使用诸如晶体管的开关来电切换向雪崩二极管201提供的高电位VH或低电位VL的电位的供给。另外，诸如晶体管的开关可以布置在光电转换部101与像素信号处理部102之间，以控制从光电转换部101向计数器电路204的信号输入。
在多个像素110以矩阵形状布置的像素区域111中，可以通过滚动快门操作来获得拍摄图像，在滚动快门操作中，针对各行依次复位计数器电路204的计数，并且针对各行依次输出保持在计数器电路204中的信号。
另选地，可以通过全局电子快门操作来获得拍摄图像，在全局电子快门操作中，同时复位计数器电路204针对所有像素行的计数，并且针对各行依次输出保持在计数器电路204中的信号。注意，在进行全局电子快门操作的情况下，优选配设用于在进行计数器电路204的计数的情况与不进行计数的情况之间切换的部件。用于切换的部件例如是指上述开关。
图2示出了使用计数器电路204的构造。代替计数器电路204，可以采用用于使用时间数字转换电路(时间数字转换器：以下称为TDC)或存储器来获得脉冲检测定时的构造。
此时，从波形整形部203输出的脉冲信号的生成定时由TDC转换为数字信号。为了测量脉冲信号的定时，经由驱动线将控制脉冲Ref(参考信号)从图1的垂直扫描电路部103提供给TDC。通过使用控制脉冲pREF作为基准，TDC获得当经由波形整形部203从各像素输出的信号的输入定时被设置为相对时间时的信号，作为数字信号。
<第一实施例>
将使用图3至图5描述根据第一实施例的光电转换装置的构造。
图3是根据第一实施例的光电转换装置的像素区域的部分放大俯视图。图4A是沿图3中的A-A'截取的示意图截面图，图4B是沿图3中的B-B'截取的示意图截面图。图5A是沿图4A中的X-X'和Y-Y'的电位图。图5B是沿图4A中V-V'的电位图。图5C是沿图4B中W-W'的电位图。
图3示出了四个像素，包括在俯视图中的第一方向上的两个像素和与第一方向正交的第二方向上的两个像素。可以提及的是，第一方向是指沿像素行的方向(行方向)。也就是说，第一方向是指在第一行中具有多个像素的情况下、与从一个像素向另一个像素观察的方向相对应的方向。此外，可以提及的是，第二方向是指沿像素列的方向(列方向)。与第一方向和第二方向相交的方向是指第三方向。以下，为了便于描述，在图3中，将第一行第一列的雪崩二极管称为第一雪崩二极管，将第一行第二列的雪崩二极管称为第二雪崩二极管，并第二行第二列的雪崩二极管称为第三雪崩二极管。根据本实施例，像素由计数器和用于生成要从单个计数器读取的信号的灵敏度区域构成。在本说明书中，“俯视图”是指在与平行于基板的光入射面的平面垂直的方向上的视图。
如图4所示，雪崩二极管形成在基板40内部。基板40具有第一面40A和与第一面40A相对的第二面40B。第一面40A是形成有接触插塞6和接触插塞7的一侧的面。此外，晶体管的栅电极可以布置在第一面40A侧。将在假设光从基板40的第二面40B侧入射的情况下提供描述，但是光可以从基板40的第一面40A侧入射。在本说明书中，“深度”是指从第一面40A朝向第二面40B的深度。
各雪崩二极管至少具有形成在第一深度处的第一导电类型的半导体区域(N型半导体区域1)和形成在第二深度处的第二导电类型的半导体区域(P型半导体区域5)，第二深度距第一面的深度比第一深度深。N型半导体区域1和P型半导体区域5(第七半导体区域)形成P-N结。P型半导体区域5例如是阱区域。
经由淬灭元件202提供电位VH的接触插塞6连接到N型半导体区域1。提供电位VL的接触插塞7连接到P型半导体区域4。经由接触插塞7和P型半导体区域4向P型半导体区域5提供电位VL。
在穿过多个N型半导体区域1的截面中，第一隔离部分20布置在N型半导体区域1与N型半导体区域1之间。另外，在与上述特定截面不同的截面中，第二隔离部分30布置在N型半导体区域1与N型半导体区域1之间。例如，在图3和图4中，在穿过第一雪崩二极管的N型半导体区域1和第二雪崩二极管的N型半导体区域1的截面中，第一隔离部分20布置在各个N型半导体区域之间。在穿过第二雪崩二极管的N型半导体区域1和第三雪崩二极管的N型半导体区域1的截面中，第一隔离部分20布置在各个N型半导体区域1之间。在穿过第一雪崩二极管的N型半导体区域1和第三雪崩二极管的N型半导体区域1的截面中，第二隔离部分30布置在各个N型半导体区域1之间。第二隔离部分30至少包括P型半导体区域4。
如图5A所示，N型半导体区域3中相对于电子的电位高度与P型半导体区域5中相对于电子的电位高度之间的差，小于N型半导体区域1中相对于电子的电位高度与P型半导体区域5中相对于电子的电位高度之间的差。N型半导体区域1中相对于电子的电位高度与P型半导体区域5中相对于电子的电位高度之间的沿X-X'的差被构造为使得能够进行雪崩倍增。第一隔离部分20中相对于电子的电位高度与P型半导体区域5中相对于电子的电位高度之间的沿Y-Y'的差被构造为不引起雪崩倍增。沿Y-Y'的相对于电子的最大电位高度低于沿X-X'的相对于电子的最大电位高度。
图5B和图5C示出了沿V-V'的相对于信号电荷的电位分布和沿W-W'的相对于信号电荷的电位分布。根据本实施例，在稳定雪崩二极管的电位以等待光子的状态(静态)中，N型半导体区域1相对于信号电荷的电位高度处于最低状态。然后，当建立检测到光子或暗电荷并且在雪崩二极管中引起雪崩倍增的状态(猝灭)时，N型半导体区域1中相对于信号电荷的电位高度逐渐增大。第一隔离部分20中的位垒的高度优选高于当引起雪崩倍增时的N型半导体区域1中相对于信号电荷的电位高度。这是因为，以此方式，可以降低相邻雪崩二极管之间的电荷串扰，并且有助于作为隔离部分发挥作用。注意，在不需要增大光电转换装置的分辨率的情况下，可以在第一隔离部分20中不形成位垒。即，在要引起雪崩倍增的状态下，第一隔离部分20的电位高度可以与N型半导体区域1的电位高度基本相同。
根据本实施例，由第一隔离部分20形成的位垒低于由第二隔离部分30形成的位垒。同样在这种情况下，像素尺寸的减小有助于降低串扰。下面将在将专利文献1中描述的光检测装置与图6所示的比较例进行比较的同时描述其原因。
在图6A所示的比较例中，N型半导体区域3布置在N型半导体区域1与N型半导体区域1之间。另外，N型半导体区域3被布置为夹着P型半导体区域8。
在专利文献1描述的光检测装置中，杂质浓度高的P型半导体区域被布置为，在俯视图中，围绕构成雪崩二极管的N型半导体区域的全周。在这种情况下，各半导体区域需要以预定距离布置以确保N型半导体区域与P型半导体区域之间的耐压。因此，各雪崩二极管的N型半导体区域不能彼此靠近，并且不能减小像素间距。
另外，在比较例所示的光电转换装置中，P型半导体区域8的杂质浓度低，但P型半导体区域仍为中性区域。因此，如图6B所示，沿Y-Y'，相对于信号电荷的电位随着接近Y而增大。在该结构中，在P型半导体区域8与P型半导体区域11之间的区域中生成的电子也被读取为信号电荷。也就是说，在P型半导体区域8与P型半导体区域11之间的半导体区域13中，不能针对各N型半导体区域1分离灵敏度区域。
注意，当仅在本说明书中使用时，术语“杂质浓度”是指由反向导电型杂质的杂质补偿的净杂质浓度。也就是说，“杂质浓度”是指NET浓度。P型添加杂质浓度高于N型添加杂质浓度的区域是P型半导体区域。相反，N型添加杂质浓度高于P型添加杂质浓度的区域是N型半导体区域。
根据本实施例，N型半导体区域1之间的区域被耗尽的这种半导体区域被布置为多个N型半导体区域1之间的第一隔离部分20。由于第一隔离部分20被耗尽，因此如图5A所示，沿Y-Y'的电位分布从P型半导体区域5朝向第一隔离部分20减小。换句话说，沿Y-Y'的电位分布从P型半导体区域朝向第一隔离部分20单调减小。因此，建立电荷也流向第一隔离部分20的状态。已经流向第一隔离部分20的电荷流过N型半导体区域1，但是由于N型半导体区域1与隔离部分20之间的电位差是不会引起雪崩倍增的这种程度的电位差，因此雪崩电流不会生成并且不被计数器电路计数。因此，电位差不会被读取为信号。也就是说，不仅第一隔离部分20，而且第一隔离部分20与第二面之间的区域也基本上用作死区，并且可以被用作隔离部分。因此，即使当像素间距减小时，也可以在降低串扰的同时针对各像素读取信号。
根据本实施例，杂质浓度低于N型半导体区域1的N型半导体区域3被布置为第一隔离部分20。换言之，采用如下构造，其中，代替通过P型半导体区域4在俯视图中围绕N型半导体区域1的全周，P型半导体区域4布置在N型半导体区域1的周边的一部分中，并且P型半导体区域4未布置在其他部分中。即，采用如下构造，其中，需要确保耐压的P型半导体区域4仅被部分地布置，而在其他部分中，将位垒的高度设置为信号电荷***漏的程度。不限于此，只要第一隔离部分20被耗尽，P型半导体区域4和布置成夹着P型半导体区域4的N型半导体区域3可以布置为第一隔离部分20，与将在下面描述的实施例中一样。此外，本征半导体区域(i型半导体区域)可以布置在其至少一部分中。此外，可以在N型半导体区域1之间仅布置P型半导体区域4。
第一隔离部分20在第一方向上的长度比第二隔离部分30在第三方向上的长度短。换言之，N型半导体区域1之间在第一方向上的距离比N型半导体区域1之间在第三方向上的距离短。例如，第一隔离部分20的长度与第二隔离部分30的长度之比小于1且等于或大于1/8。例如，雪崩倍增部分之间在第一方向上的距离优选为1μm或更大。为了确保耐压，雪崩倍增部分之间在第一方向上的距离例如可以设置为0.5μm或更大，并且优选设置为1μm或更大。另一方面，为了减小像素区域的面积，雪崩倍增部分之间在第一方向上的距离例如可以设置为10μm或更小，并且优选设置为4μm或更小。
N型半导体区域3的杂质浓度优选低于布置在在俯视图中与N型半导体区域3交叠的位置处的P型半导体区域5的杂质浓度。以此方式，N型半导体区域3可以在朝向第二面的纵向方向上耗尽。例如，N型半导体区域3的杂质浓度相对于P型半导体区域5的杂质浓度相差2倍或更大。N型半导体区域3的杂质浓度例如设置为1E18 cm-3或更小。N型半导体区域3优选满足以下表达式(1)。在以下表达式(1)中，将N型半导体区域3的杂质浓度设置为杂质浓度Nd2，将P型半导体区域5的杂质浓度设置为Na2，并将元电荷设置为q。此外，将半导体的介电常数设置为ε，将N型半导体区域3与P型半导体区域5的P-N结之间的电位差设置为电位差V，并将N型半导体区域3的深度设置为H。这里，深度是指N型半导体区域3在从第一面朝向第二面的方向上的厚度。
[表达式2]
Figure BDA0003771909320000141
N型半导体区域3由相邻的多个雪崩二极管共享。第二隔离部分30由N型半导体区域3和P型半导体区域4构成。
杂质浓度低于N型半导体区域1的N型半导体区域2优选布置在N型半导体区域1与P型半导体区域4之间。以此方式，有助于将N型半导体区域2附近的电荷移动到N型半导体区域1中靠近接触插塞6的位置。可以将N型半导体区域2设置为具有与N型半导体区域3相同的杂质浓度。
在图4中，N型半导体区域2和P型半导体区域4彼此接触，但是N型半导体区域2和P型半导体区域4可以物理上彼此分离。另外，为了提高N型半导体区域2与P型半导体区域4之间的耐压性，可以在N型半导体区域2与P型半导体区域4之间应用沟槽隔离。例如，可以在N型半导体区域2与P型半导体区域4之间应用STI(浅沟槽隔离)。
注意，图4示出了布置不具有杂质浓度梯度的P型半导体区域5的构造，但是P型半导体区域5可以是具有杂质浓度梯度的区域。例如，可以采用如下构造，其中，与特定深度处的杂质浓度相比，将比特定深度更深的深度处的杂质浓度设置得更高。
在这种情况下，用于调整P-N结电场的第一导电类型或第二导电类型的杂质区域可以布置在N型半导体区域1的正下方。
在图4中，在第一方向或第二方向上对准的两个雪崩二极管共享半导体区域3，但是在第一方向或第二方向上对准的三个或更多个雪崩二极管可以共享N型半导体区域3。
此外，在图4中，在第三方向上，P型半导体区域4和接触插塞7布置在各N型半导体区域1之间，但是P型半导体区域4和接触插塞7可以稀疏布置。
在图3和图4中，在俯视图中，四个接触插塞6之间的距离等于或大于LC，并且四个接触插塞6与接触插塞7之间的距离等于或小于LC。L表示在第一方向对准的接触插塞7之间的距离，并且LC为L/√2。换言之，在图3和图4中，接触插塞7相对于所有四个接触插塞6布置在等于或小于LC的距离处。以此方式，在各雪崩二极管的N型半导体区域1与P型半导体区域4之间的距离以等间隔设置的同时，接触插塞7可以被雪崩二极管共享。接触插塞之间的距离例如可以是最短距离的接触插塞之间的距离。例如，在多个接触插塞连接到P型半导体区域4并且多个接触插塞6连接到N型半导体区域1的情况下，最短距离处的接触插塞6和接触插塞7满足上述表达式就足够了。各雪崩二极管的N型半导体区域1与最靠近N型半导体区域1的接触插塞7之间的最短距离优选设置为相等间隔。
另外，如图3和图4所示，在俯视图中依次沿第三方向布置接触插塞7、接触插塞6、接触插塞7、接触插塞6和接触插塞7。沿第三方向的截面依次布置接触插塞7、P型半导体区域5、N型半导体区域2、N型半导体区域1和N型半导体区域2。接着，进而依次布置接触插塞7、N型半导体区域3、N型半导体区域1、N型半导体区域3、P型半导体区域5和接触插塞7。以此方式，根据本实施例，在接触插塞7由雪崩二极管共享的情况下，各构造被布置为在第三方向上彼此对称。以此方式，可以减少雪崩二极管之间的信号读出的波动。
<第二实施例>
将使用图7和图8描述根据第二实施例的光电转换装置的构造。第二实施例与第一实施例的不同之处在于，第一隔离部分20由N型半导体区域3和杂质浓度低于P型半导体区域4的P型半导体区域8构成。除以下描述的项目以外的项目基本上可以采用与第一实施例类似的构造。
同样根据本实施例，由第二隔离部分30形成的位垒的高度高于由第一隔离部分20形成的位垒的高度。另外，同样根据本实施例，第一隔离部分20被构造为完全耗尽。
P型半导体区域8的杂质浓度低于P型半导体区域4的杂质浓度。
在以下表达式(2)中示出了P型半导体区域8将被完全耗尽的构造中的条件。这里，将N型半导体区域3的杂质浓度设置为Nd，将P型半导体区域8的杂质浓度设置为Na，并将元电荷设置为q。此外，将半导体的介电常数设置为ε，将N型半导体区域3与P型半导体区域8的P-N结之间的电位差设置为V，并将由N型半导体区域3夹在中间的P型半导体区域8的长度设置为D。
[表达式3]
Figure BDA0003771909320000161
在上述表达式(2)中，D的维度是[m]，q的维度是[C]，Nd和Na的维度是[m-3]，ε的维度是[F/m]，并且V的维度是[V]。即，当提取上述表达式(2)的维度时，以下表达式(3)成立。
[表达式4]
Figure BDA0003771909320000162
另外，由于因Q＝CV而使[C]＝[F][V]，因此当展开上述表达式(3)时，以下表达式(4)成立。
[表达式5]
Figure BDA0003771909320000171
在图6中，N型半导体区域3和P型半导体区域8形成在相同深度处，但P型半导体区域8可以形成在比N型半导体区域3浅的位置处。另外，P型半导体区域8被构造为构成第一面40A的一部分，但也可以形成为远离第一面40A。
在图6中，P型半导体区域8不具有杂质浓度梯度，但可以在平行于第一面40A的方向和深度方向中的至少一个方向上具有杂质浓度梯度。
同样根据本实施例，与第一实施例类似，与专利文献1相比，可以减小像素间距。另外，由于可以设置为使得在第一隔离部分20与第二面之间的区域中生成的电荷不被读取为信号，因此可以针对各N型半导体区域1划分灵敏度区域，并且可以分离信号。
<第三实施例>
将使用图9至图11描述根据第三实施例的光电转换装置的构造。第三实施例与第一实施例的不同之处在于，第一隔离部分20由N型半导体区域3和沟槽隔离部分9构成。除了下面要描述的项目之外的项目可以基本上采用与第一实施例类似的构造。
图8是根据第三实施例的光电转换装置的像素区域的部分放大俯视图。图10和图11是沿图9中的A-A'截取的示意性截面图。
可以通过如图10所示的STI或如图11所示的DTI(深沟槽隔离)形成沟槽隔离部分9。例如，沟槽隔离部分9的一端形成到比N型半导体区域1更深的位置。
由氧化物形成的介电材料、经由介电膜布置的多晶硅和金属中的至少一种嵌入沟槽隔离部分9中。
第一导电类型的杂质区域可以布置在沟槽隔离部分9的侧面，该第一导电类型的杂质区域用于使可能形成在沟槽隔离部分9与半导体区域3之间的界面上的缺陷失活。
此外，在背面照射型传感器的情况下，可以从第二面侧形成沟槽。
同样根据本实施例，与第一实施例类似，与专利文献1相比，能够减小像素间距。另外，在通过DTI形成沟槽隔离部分9的情况下，能够减少由于雪崩二极管中的发光的影响而导致的相邻像素之间的混色。
第四实施例
将使用图12和图13描述根据第四实施例的光电转换装置的构造。根据第四实施例，雪崩二极管由N型半导体区域1、N型半导体区域10和P型半导体区域11构成。P型半导体区域11也设置在比N型半导体区域2和3以及P型半导体区域5更深的位置处。另外，P型半导体区域4和P型半导体区域11经由P型半导体区域5相互联接。除此之外的构造与第一实施例类似。除了以下将要描述的项目以外的项目可以基本上采用与第一实施例类似的构造。
N型半导体区域10是杂质浓度低于N型半导体区域1的半导体区域。另外，N型半导体区域10是杂质浓度高于N型半导体区域3的半导体区域。当在N型半导体区域1与P型半导体区域11之间形成N型半导体区域10时，可以调整在N型半导体区域1与P型半导体区域11之间生成的电场强度。另外，由于布置了N型半导体区域10，因此与第一实施例相比，有助于检测在深部生成的光电荷，并且能够提高长波长灵敏度。
P型半导体区域11在特定截面中从一个接触插塞7下方的位置连续布置到另一个接触插塞7下方的位置。由于布置了P型半导体区域11，因此可以防止可能在基板的第二面40B上生成的不必要的信号电荷被读取到N型半导体区域1。在图12中，两组四个雪崩二极管布置在由P型半导体区域4、5和11分隔的分隔区域中。
P型半导体区域5可以经由P型半导体区域4向P型半导体区域11提供电位。P型半导体区域5是杂质浓度比P型半导体区域4低的半导体区域。
P型半导体区域11可以在深度方向上具有浓度梯度。另外，在图12中，可以在P型半导体区域4与N型半导体区域2之间布置用于确保耐压的沟槽隔离部分。
同样根据本实施例，与第一实施例类似，与专利文献1相比，能够减小像素间距。另外，与第一实施例相比，有助于检测在深部生成的光电荷，并且能够提高长波长灵敏度。
<第五实施例>
将使用图14描述根据第五实施例的光电转换装置的构造。根据第五实施例，第二隔离部分20由N型半导体区域3和P型半导体区域8构成。由于P型半导体区域8与第二实施例的P型半导体区域8类似，因此将省略其描述。另外，由于除了第二隔离部分20以外的构造与根据第四实施例描述的相同，因此将省略其描述。
同样根据本实施例，与第一实施例类似，与专利文献1相比，能够减小像素间距。另外，与第一实施例相比，有助于检测在深部生成的光电荷，并且能够提高长波长灵敏度。
<第六实施例>
将使用图15和图16描述根据第六实施例的光电转换装置的构造。图15是根据第六实施例的光电转换装置的像素区域的部分放大俯视图。图16是沿图15中的A-A'截取的示意性截面图。根据第六实施例，布置了用于将各像素的灵敏度区域物理分离的P型半导体区域。另外，P型半导体区域12布置在N型半导体区域1与P型半导体区域11之间，并且光电转换区域13布置在P型半导体区域12与P型半导体区域11之间。此外，P型半导体区域5布置在第一隔离部分20与P型半导体区域11之间。除此之外的构造类似于第四实施例。除了以下将要描述的项目以外的项目可以基本上采用与第四实施例类似的构造。
P型半导体区域12与N型半导体区域1形成P-N结。可能在该P-N结附近引起雪崩倍增。P型半导体区域12在截面图中从一个P型半导体区域5连续布置到另一个P型半导体区域5。
光电转换区域13布置在P型半导体区域12与P型半导体区域11之间。
光电转换区域13由杂质浓度低于N型半导体区域1的N型半导体区域或杂质浓度低于P型半导体区域5和P型半导体区域11的P型半导体区域构成。
在图15中，P型半导体区域4与N型半导体区域2彼此分离，但P型半导体区域4与N型半导体区域2可以彼此接触。
同样根据本实施例，与第一实施例类似，与专利文献1相比，能够减小像素间距。另外，根据本实施例，由于光电转换区域由P型半导体区域5物理分离，因此有助于降低电荷的串扰。此外，由于与第一实施例相比能够减小雪崩倍增区域，因此能够在维持灵敏度的同时减少暗电流。
<第七实施例>
将使用图17和图18描述根据第七实施例的光电转换装置的构造。图17是根据第七实施例的光电转换装置的像素区域的部分放大俯视图。图18是沿图17中的A-A'截取的示意性截面图。根据第七实施例，第一隔离部分20由N型半导体区域3和P型半导体区域8构成。另外，P型半导体区域14在平行于第一面的方向上布置在P型半导体区域12之间，并且N型半导体区域15布置在光电转换区域之间。除此之外的构造类似于第六实施例。除了以下将要描述的项目以外的项目与第六实施例基本类似。
在俯视图中，P型半导体区域14由P型半导体区域12围绕。P型半导体区域14是杂质浓度低于P型半导体区域12的P型半导体区域。P型半导体区域14和N型半导体区域1形成P-N结，并且信号电荷在P-N结附近经受雪崩倍增。与P型半导体区域12相比，P型半导体区域14相对于电子具有低的电位高度。因此，容易将生成的信号电荷聚集在P型半导体区域14中，并且容易穿过P型半导体区域14与N型半导体区域1之间的P-N结界面。
N型半导体区域15布置在P型半导体区域14与P型半导体区域11之间。N型半导体区域15的杂质浓度低于半导体区域1的杂质浓度。在半导体区域14为N型半导体区域的情况下，设置低于半导体区域14的杂质浓度。
同样根据本实施例，与第一实施例类似，与专利文献1相比，能够减小像素间距。另外，与第六实施例类似，能够抑制电荷的串扰。此外，有助于将电荷聚集在N型半导体区域1中。
<第八实施例>
将使用图19描述根据第八实施例的光电转换装置。在根据本实施例的光电转换装置中，布置有图2的像素110的雪崩二极管201的基板和布置有计数器电路204和淬灭元件202的基板彼此分离。然后，通过层叠和接合基板来构成光电转换装置。
根据本实施例，各微透镜被布置为在俯视图中与各雪崩二极管交叠。
图19示出了光从与未连接接触插塞的一侧的面相对应的第二面侧入射的状态。因此，微透镜18和滤色器19布置在基板16的第二面的一侧。在使光从基板16的第一面侧入射的情况下，微透镜18和滤色器19布置在第一面侧。
同样根据本实施例，与第一实施例类似，与专利文献1相比，能够减小像素间距。另外，通过在基板17的一侧布置电路部，能够减小基板16的面积。
在图19中，除了上述构造以外的构造采用根据第七实施例描述的雪崩二极管的构造。注意，可以采用根据第一实施例至第六实施例描述的雪崩二极管的构造。在这种情况下，与图19类似，接触插塞6连接到在各实施例中描述的N型半导体区域1。
<第九实施例>
将使用图20描述第九实施例的光电转换装置。根据本实施例的光电转换装置被构造为，使得已经穿过单个微透镜的光入射到多个雪崩二极管上。除此之外的构造与第七实施例类似。
根据本实施例，在减小像素间距的同时，可以进行深度检测。
<第十实施例>
将使用图21描述使用各实施例的光电转换装置的光电转换***的示例。将使用图21描述与光检测***的示例相对应的不可见光检测***和诸如PET的医疗诊断***。对具有与图1至图20类似的功能的部分赋予类似的附图标记，并将省略其详细描述。注意，本实施例的像素具有TDC和存储器，来代替图2的计数器电路。这里，将提供如下描述，其中，将TDC设置为TDC 204并且将存储器设置为存储器205。
图21是用于描述不可见光检测***的构造的框图。不可见光检测***具有波长转换部301和数据处理部307，并具有多个光电转换装置1010。
照射物体300发射与不可见光相对应的波长带的光。波长转换部301接收从照射物体300发射的与不可见光相对应的波长带的光，并发射可见光。
如下雪崩二极管201进行光电转换，从波长转换部301发射的可见光入射到该雪崩二极管201。然后，光电转换装置1010经由控制部202、波形整形部203和TDC 204，将基于根据光电转换电荷的信号的数字信号保持在存储器205中。多个光电转换装置1010可以形成为单个装置，或者可以由多个装置的阵列形成。
由数据处理部1207对保持在多个光电转换装置1010的存储器205中的多个数字信号进行信号处理。这里，作为信号处理部件，进行从多个数字信号获得的多个图像的合成处理。
接下来，将描述诸如PET的医疗诊断***的构造作为不可见光检测***的具体示例。
与照射物体300相对应的被检体从活体内部释放放射线对。波长转换部301构成闪烁体，并且闪烁体在从被检体释放的放射线对入射时发射可见光。
从闪烁体发射的可见光入射到其上的雪崩二极管201进行光电转换，并且光电转换装置1010经由控制部202、波形整形部203和TDC 204，将基于根据光电转换电荷的信号的数字信号保持在存储器205中。也就是说，光电转换装置1010被布置为，检测从被检体释放的放射线对的到达时间，并检测从闪烁体发射的可见光以将数字信号保持在存储器205中。
在数据处理部307中，对保持在多个光电转换装置1010的存储器205中的数字信号进行信号处理。这里，进行诸如图像重构的合成处理，作为使用从多个数字信号获得的多个图像来形成被检体的活体内部的图像的信号处理部件。
<第十一实施例>
图22是示出根据本实施例的光电转换***1200的构造的框图。本实施例的光电转换***1200包括光电转换装置1215。这里，根据上述实施例描述的任何光电转换装置都可以应用于光电转换装置1215。光电转换***1200可以用作例如摄像***。摄像***的具体示例包括数字静态相机、数字摄像机、监视相机等。图21示出了作为光电转换***1200的数字静态相机的示例。
图22所示的光电转换***1200具有光电转换装置1215、用于将被摄体的光学图像成像在光电转换装置1215上的透镜1213、用于将穿过透镜1213的光量设置为可变的光圈1214以及用于保护透镜1213的屏障1212。透镜1213和光圈1214是用于将光聚集在光电转换装置1215上的光学***。
光电转换***1200具有对从光电转换装置1215输出的输出信号进行处理的信号处理部1216。信号处理部1216根据需要对输入信号进行各种类型的校正和压缩，并对要输出的信号进行信号处理操作。光电转换***1200还具有用于临时存储图像数据的缓冲存储器部1206以及用于与外部计算机等通信的外部接口部(外部I/F部)1209。此外，光电转换***1200具有用于记录或读取摄像数据的记录介质1211(诸如半导体存储器)以及用于进行到记录介质1211的记录或从记录介质1211的读取的记录介质控制接口部(记录介质控制I/F部)1210。记录介质1211可以内置在光电转换***1200中，或者可以可拆卸地附接到光电转换***1200。另外，可以无线地进行从记录介质控制I/F部1210与记录介质1211的通信和从外部I/F部1209的通信。
光电转换***1200还具有进行各种类型的计算并且还控制整个数字静态相机的总体控制和计算部1208、以及将各种类型的定时信号输出到光电转换装置1215和信号处理部1216的定时生成部1217。在此，定时信号等可以从外部输入，只要光电转换***1200至少具有光电转换装置1215和对从光电转换装置1215输出的输出信号进行处理的信号处理部1216就足够了。如根据第四实施例所述，定时生成部1217可以安装在光电转换装置上。总体控制和计算部1208以及定时生成部1217可以被构造为实现光电转换装置1215的部分或全部控制功能。
光电转换装置1215将图像信号输出到信号处理部1216。信号处理部1216对从光电转换装置1215输出的图像信号实施预定的信号处理并输出图像数据。此外，信号处理部1216使用图像信号生成图像。此外，信号处理部1216可以对从光电转换装置1215输出的信号进行测距计算。注意，信号处理部1216或定时生成部1217可以安装在光电转换装置上。也就是说，信号处理部1216或定时生成部1217可以设置在布置有像素的基板上，或者可以具有设置在其他基板上的构造。通过使用上述各实施例的光电转换装置构成摄像***，可以实现能够获得更高质量图像的摄像***。
<第十二实施例>
将使用图23和图24描述本实施例的光电转换***和可移动物体。图23包括示出根据本实施例的光电转换***和可移动物体的构造示例的示意图。图24是示出根据本实施例的光电转换***的操作的流程图。根据本实施例，作为光电转换***，示出了车载相机的示例。
图23示出了车辆***和安装在其上并进行摄像的光电转换***的示例。光电转换***1301包括光电转换装置1302、图像预处理部1315、集成电路1303和光学***1314。光学***1314将被摄体的光学图像成像在光电转换装置1302上。光电转换装置1302将由光学***1314成像的被摄体的光学图像转换成电信号。光电转换装置1302是上述各个实施例的任一光电转换装置。图像预处理部1315对从光电转换装置1302输出的信号进行预定的信号处理。图像预处理部1315的功能可以嵌入在光电转换装置1302中。至少两对光学***1314、光电转换装置1302和图像预处理部1315设置在光电转换***1301中，并且来自各对的图像预处理部1315的输出被输入到集成电路1303。
集成电路1303是用于摄像***的集成电路，并且包括图像处理部1304(包括存储器1305)、光学测距部1306、测距计算部1307、物体识别部1308和异常检测部1309。图像处理部1304对图像预处理部1315的输出信号进行诸如显影处理或缺陷校正的图像处理。存储器1305存储拍摄图像的一次存储或摄像像素的缺陷位置。光学测距部1306进行被摄体的聚焦或测距。测距计算部1307根据由多个光电转换装置1302获得的多个图像数据来计算测距信息。物体识别部1308进行车辆、道路、路标或诸如人物的被摄体的识别。当检测到光电转换装置1302的异常时，异常检测部1309向主控制部1313发出异常警报。
集成电路1303可以通过专门设计的硬件来实现，可以通过软件模块来实现，或者可以通过它们的组合来实现。另外，集成电路可以通过FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)等来实现，或者可以通过它们的组合来实现。
主控制部1313管理和控制光电转换***1301、车辆传感器1310、控制单元1320等的操作。也可以采用如下方法，其中，光电转换***1301、车辆传感器1310和控制单元1320单独具有通信接口而没有主控制部1313，并且经由通信网络单独进行发送和接收(例如，CAN标准)。
集成电路1303具有如下功能：通过从主控制部1313接收控制信号或通过其自身的控制部，将控制信号或设置值发送到光电转换装置1302。
光电转换***1301与车辆传感器1310连接，并且可以检测其自身的车辆行驶状态(诸如车速、偏航率和舵角)、以及其自身车辆外部的环境和其他车辆和障碍物的状态。车辆传感器1310也是被构造为获得到对象物体的距离信息的距离信息获得部件。另外，光电转换***1301与进行各种驾驶辅助(诸如自动转向、自动巡航和防碰撞功能)的驾驶辅助控制部1311连接。特别地，关于碰撞确定功能，基于光电转换***1301和车辆传感器1310的检测结果来确定与其他车辆和障碍物的碰撞估计以及碰撞的有无。以此方式，进行在估计出碰撞的情况下的回避控制以及碰撞时的安全装置启动。
另外，光电转换***1301还与基于碰撞确定部的确定结果向驾驶员发出警报的警报装置1312连接。例如，在作为碰撞确定部的确定结果碰撞概率高的情况下，主控制部1313进行车辆控制，以通过施加制动、释放油门、抑制引擎输出等来避免碰撞或减轻损坏。警报装置1312通过发出诸如声音的警报、在诸如汽车导航***和仪表板的显示部画面上显示警报信息、向安全带或转向器提供振动等，来向用户发出警告。
根据本实施例，车辆的周围(例如，前侧或后侧)将由光电转换***1301拍摄。图23B示出了在要由光电转换***1301拍摄车辆前侧的情况下的光电转换***1301的布置示例。
两个光电转换装置1302布置在车辆1300的前侧。具体地，优选采用如下布置来获得车辆1300与要拍摄物体之间的距离信息并确定碰撞概率，其中，相对于车辆1300的前后方位或外形(例如，车辆宽度)的中心线被视为对称轴，以将两个光电转换装置1302设置为相对于该对称轴线性对称。另外，光电转换装置1302优选布置在当驾驶员从驾驶座视觉上识别车辆1300外部的状况时驾驶员的视野不会受到干扰的位置。警报装置1312优选布置为使得驾驶员能够容易地看到该警报装置。
接下来，将使用图24描述光电转换***1301中的光电转换装置1302的缺陷检测操作。根据图24所示的步骤S1410至S1480来实施光电转换装置1302的缺陷检测操作。
步骤S1410是在光电转换装置1302启动时进行设置的步骤。即，从光电转换***1301的外部(例如，主控制部1313)或光电转换***1301的内部发送用于光电转换装置1302的操作的设置，并且开始光电转换装置1302的摄像操作和缺陷检测操作。
随后，在步骤S1420中，从有效像素获得像素信号。此外，在步骤S1430中，获得来自被提供用于检测缺陷的缺陷检测像素的输出值。如在有效像素中，该缺陷检测像素类似地包括光电转换部。在该光电转换部中写入预定电压。用于检测缺陷的像素输出与写入该光电转换部中的电压相对应的信号。注意，步骤S1420和步骤S1430可以颠倒。
随后，在步骤S1440中，进行缺陷检测像素的预期输出值与来自缺陷检测像素的实际输出值之间的适当性确定。作为步骤S1440中的适当性确定的结果，在预期输出值与实际输出值匹配的情况下，处理步骤转移到步骤S1450，确定正常进行摄像操作，并且处理步骤转移到步骤S1460。在步骤S1460中，扫描行中的像素信号被发送至存储器1305并被初步保存。此后，处理步骤返回到步骤S1420，并且继续缺陷检测操作。另一方面，作为步骤S1440中的适当性确定的结果，在预期输出值与实际输出值不匹配的情况下，处理步骤转移到步骤S1470。在步骤S1470中，确定在摄像操作中存在异常，向主控制部1313或警报装置1312发出警报。警报装置1312使显示部显示已经检测到异常。此后，光电转换装置1302在步骤S1480中停止，并且光电转换***1301的操作结束。
注意，根据本实施例，已经例示了针对各行循环流程图的示例，但是可以针对多行循环流程图，或者可以针对各帧进行缺陷检测操作。在步骤S1470中，可以经由无线网络向车辆外部通知警报的发出。
此外，根据本实施例，已经描述了避免与其他车辆碰撞的控制，但是本实施例可以应用于跟随其他车辆自动驾驶的控制、自动驾驶以不偏离行车道的控制等。此外，光电转换***1301不限于诸如其自身车辆的车辆，例如也可以适用于诸如船舶、飞机或工业机器人的可移动物体(可移动装置)。此外，本实施例不仅可以应用于可移动物体，还可以应用于广泛利用物体识别的仪器，诸如智能交通***(ITS)。
本发明的光电转换装置可以具有能够进一步获得诸如距离信息的各种类型的信息的构造。
<第十三实施例>
图25是示出与利用根据上述实施例描述的光电转换装置的电子仪器相对应的距离图像传感器的构造示例的框图。
如图25所示，距离图像传感器401被构成为包括光学***402、光电转换装置403、图像处理电路404、监视器405和存储器406。另外，当从光源装置411向被摄体投射光并且接收到在被摄体的表面反射的光(调制光或脉冲光)时，距离图像传感器401可以根据到被摄体的距离获得距离图像。
光学***402被构成为具有一个或多个透镜，并且将来自被摄体的图像光(入射光)引导到光电转换装置403，以在光电转换装置403的光接收面(传感器部)上形成图像。
上述各实施例的光电转换装置被用作光电转换装置403，并且指示根据从光电转换装置403输出的光接收信号获得的距离的距离信号被提供给图像处理电路404。
图像处理电路404基于从光电转换装置403提供的距离信号进行图像处理以构建距离图像。然后，通过图像处理获得的距离图像(图像数据)被提供给监视器405以进行显示，或被提供给存储器406以进行存储(记录)。
在如此构成的距离图像传感器401中，通过伴随着像素的特性改进来应用上述光电转换装置，例如，可以获得更准确的距离图像。
<第十四实施例>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术***。
图26是示出可以应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术***的示意性构造的示例的图。
图26示出了操作者(医生)1131使用内窥镜手术***1000对病床1133上的患者1132进行手术的情形。如图所示，内窥镜手术***1000由内窥镜1100、手术器械1110和装载有用于内窥镜下的手术的各种类型的装置的推车1140。
内窥镜1100由镜筒1101和连接到镜筒1101的近端的摄像头1102构成，镜筒1101具有从远端起预定长度的区域以***到患者1132的体腔中。在图中示出的示例中，在图中示出了被构成为具有刚性镜筒1101的刚性镜的内窥镜1100，但是内窥镜1100可以被构成为具有柔性镜筒的所谓的柔性镜。
在镜筒1101的远端设置有供物镜嵌合的开口部分。光源装置1203与内窥镜1100连接，并且由光源装置1203生成的光由在镜筒1101内部延伸的光导引导至镜筒的远端，并经由物镜向患者1132的体腔内的观察对象发射。注意，内窥镜1100可以是直视镜，也可以是斜视镜或侧视镜。
光学***和光电转换装置设置在摄像头1102的内部，并且来自观察对象的反射光(观察光)通过光学***聚集在光电转换装置上。由光电转换装置对观察光进行光电转换，并且生成与观察光相对应的电信号，即与观察图像相对应的图像信号。根据上述各实施例描述的光电转换装置可以用作光电转换装置。图像信号作为RAW数据被发送到相机控制单元(CCU：相机控制单元)1201。
CCU 1201由CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)等构成，并且以整体方式控制内窥镜1100和显示装置1202的操作。此外，CCU1201接收来自摄像头1102的图像信号，并对图像信号应用用于显示基于图像信号的图像的各种类型的图像处理，诸如显影处理(去马赛克处理)。
显示装置1202通过来自CCU 1201的控制，来显示基于由CCU 1201应用了图像处理的图像信号的图像。
光源装置1203例如由诸如LED(发光二极管)的光源构成，并向内窥镜1100提供用于拍摄手术部位等的照射光。
输入装置1204是用于内窥镜手术***1000的输入接口。用户可以经由输入装置1204对内窥镜手术***1000进行指令输入和各种类型信息的输入。
手术工具控制装置1205控制用于组织烧灼、切口、血管密封等的能量手术工具1112的驱动。
向内窥镜1100提供用于拍摄手术部位的照射光的光源装置1203由白色光源构成，白色光源例如由LED、激光光源或它们的组合构成。在白色光源由RGB激光光源的组合构成的情况下，由于可以高精度地控制各颜色(各波长)的输出强度和输出定时，因此可以在光源装置1203中进行拍摄图像的白平衡的调整。另外，在这种情况下，来自各RGB激光光源的激光以时分方式发射到观察对象，并且与照射定时同步地控制摄像头1102的摄像元件的驱动，使得也可以以时分方式拍摄与RGB中的各个对应的图像。根据该方法，即使在摄像元件中未设置滤色器的情况下，也可以获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置1203的驱动，使得每预定时间改变输出光的强度。与用于改变光的强度的定时同步地控制摄像头1102的摄像元件的驱动，从而以时分方式获得图像，并且将图像合成，使得能够生成不具有所谓的黑色缺陷或白色光晕的高动态范围的图像。
此外，光源装置1203可以被构造为能够提供与特殊光观察相对应的预定波长带中的光。在特殊光观察中，例如，利用身体***中的光的吸收的波长依赖性。具体而言，当与通常观察时的照射光(即白光)相比发射窄带的光时，以高对比度拍摄诸如粘膜表层部分的预定组织。另选地，在特殊光观察中，可以进行荧光观察，其中通过在发射激发光时生成的荧光获得图像。在荧光观察中，可以通过以如下方式将激发光发射到身体***来观察来自身体***的荧光：将诸如吲哚菁绿(ICG)的试剂局部注入到身体***中并且还向身体***发射与试剂的荧光波长相对应的激发光的方式获得荧光图像等。光源装置1203可以被构造为能够提供与上述特殊光观察相对应的窄带光和/或激发光。
图27是示出图26所示的摄像头1102和CCU 1201的功能构造的示例的框图。
摄像头1102具有镜头单元1401、光电转换装置1402、驱动部1403、通信部1404和摄像头控制部1405。CCU 1201具有通信部1411、图像处理部1412和控制部1413。摄像头1102和CCU 1201通过传输线缆1400连接以可相互通信。
镜头单元1401是设置在与镜筒1101的连接部中的光学***。从镜筒1101的远端获取的观察光被引导至摄像头1102，并入射到镜头单元1401上。镜头单元1401由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。
上述各实施例的光电转换装置可以用作光电转换装置1402。光电转换装置1402可以由单个光电转换装置构成，或者可以由多个光电转换装置构成。在光电转换装置1402由多个光电转换装置构成的情况下，例如，可以由各光电转换装置生成与RGB中的各个相对应的图像信号，并且可以将这些图像信号合成以获得彩色图像。另选地，光电转换装置1402可以构成为具有一对光电转换装置，用于分别获得与3D(维度)显示对应的右眼和左眼的图像信号。当进行3D显示时，操作者1131可以更准确地掌握活体组织在手术部位的深度。注意，在光电转换装置1402由多个光电转换装置构成的情况下，可以与各个光电转换装置相对应地设置多个镜头单元1401的***。
驱动部1403由致动器构成，并且通过来自摄像头控制部1405的控制，将镜头单元1401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定距离。以此方式，可以适当调整光电转换装置1402拍摄的图像的倍率和焦点。
通信部1404由被构造为与CCU 1201进行各种类型信息的发送和接收的通信装置构成。通信部1404经由传输线缆1400，将从光电转换装置1402获得的图像信号作为RAW数据发送到CCU 1201。
此外，通信部1404从CCU 1201接收用于控制摄像头1102的驱动的控制信号，并将控制信号提供给摄像头控制部1405。控制信号例如包括与摄像条件有关的信息，诸如指示拍摄图像的帧频的规格的信息、指示摄像时的曝光值的规格的信息和/或指示拍摄图像的倍率和焦点的规格的信息。
注意，诸如帧频、曝光值、倍率和焦点的上述摄像条件可以由用户适当地指定，或者由CCU 1201的控制部1413基于获得的图像信号自动设置。在后一种情况下，所谓的AE(自动曝光)功能、AF(自动聚焦)功能和AWB(自动白平衡)功能安装在内窥镜1100上。
摄像头控制部1405基于经由通信部1404接收到的来自CCU 1201的控制信号来控制摄像头1102的驱动。
通信部1411由被构造为与摄像头1102进行各种类型信息的发送和接收的通信装置构成。通信部1411从摄像头1102接收经由传输线缆1400发送的图像信号。
另外，通信部1411将用于控制摄像头1102的驱动的控制信号发送到摄像头1102。图像信号和控制信号可以通过电通信、光通信等来发送。
图像处理部1412对与从摄像头1102发送的RAW数据相对应的图像信号应用各种类型的图像处理。
控制部1413进行与由内窥镜110对手术部位等的摄像以及通过对手术部位等的摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种类型的控制。例如，控制部1413生成用于控制摄像头1102的驱动的控制信号。
另外，控制部1413基于由图像处理部1412应用了图像处理的图像信号，使显示装置1202显示拍摄了手术部位等的拍摄图像。此时，控制部1413可以使用各种类型的图像识别技术来识别拍摄图像中的各种类型的物体。例如，控制部1413能够通过检测拍摄图像中包括的物体的边缘的形状、颜色等，来识别诸如钳子的手术器械、特定的活体部位、出血、使用能量手术工具1112时的雾等。当使显示装置1202显示拍摄图像时，控制部1413可以使用识别结果使各种类型的手术辅助信息交叠显示在手术部位的图像上。当手术辅助信息被交叠显示以呈现给操作者1131时，可以减轻操作者1131的负担，并且操作者1131可以确定地进行手术。
连接摄像头1102和CCU 1201的传输线缆1400是与电信号的通信相对应的电信号线缆、与光通信相对应的光纤或它们的复合线缆。
在此，在图中示出的示例中，使用传输线缆1400以有线方式进行通信，但是可以无线地进行摄像头1102与CCU 1201之间的通信。
上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术***的示例。根据本公开的技术可以应用于上述构造中的内窥镜1100、摄像头1102(的光电转换装置1402)等。通过将根据本公开的技术应用于内窥镜1100、摄像头1102(的光电转换装置1402)等，可以减少由雪崩倍增生成的后脉冲的影响。
注意，在本文中，描述了内窥镜手术***作为示例，但是根据本公开的技术可以应用于其他***，诸如显微手术***。
<第十五实施例>
将使用图28和图29描述根据第十五实施例的光电转换***。
图28A是示出时间门ToF(飞行时间)的驱动的图。向距离测量对象的物体多次发射激光脉冲光。由物体反射的光与延迟Δt一起被检测器(上述光电转换装置)检测。在典型的时间门测量中，使门窗口(光电转换装置的光检测时段)逐渐移位以进行扫描，并获得连续帧的信息。在各位置的门窗口中，光子计数被积分N次。当精细地进行门扫描时，时间分辨率提高，但存在测量时间延长的缺点。
图28B示出了转换为直方图的测量结果。直方图包括背景的光子计数值、以及在反射激光脉冲存在于门窗口外部的情况下的暗电流分量的值。在直方图中，在反射光的峰值强度大于背景分量的计数值的情况下，反射光的计数值的曲线(profile)为矩形分布。该矩形分布具有与门窗口的长度相对应的宽度。可以根据计数值的曲线的上升或下降来获得延迟时间Δt。从物体到检测器的距离L由L＝cΔt/2计算。其中c表示光速。
图28C示出了时间门型SPAD像素。用作淬灭元件202的晶体管连接到雪崩二极管201。淬灭元件202是被构造为抑制电子雪崩(雪崩击穿)的元件。当全局门开关280从关断导通时，来自雪崩二极管201的输出信号被选择性地输出到存储器281。门的控制脉冲约为几纳秒，并且与激光脉冲的照射同步控制。为各像素设置的存储器281设置在图2的计数器电路204内部，并且经由输出部282读取存储在存储器281中的信号。注意，可以将特定电压施加到淬灭元件202的门电压VQ。另外，为了在全局门开关280成为导通状态之前对雪崩二极管201进行强制再充电，可以进行向VQ输入脉冲信号的驱动。
图29示出了门窗口曲线、反射光分布和检测强度。检测强度h(t)对应于两个函数的卷积计算(卷积)。即，门窗口曲线f(t)和反射光分布g(t)的卷积对应于检测强度h(t)。在图29中，顶部图示出了一个反射峰值，而底部图示出了两个反射峰值。在实际测量环境中，检测到的强度曲线具有复杂的形状。例如，这是经由半透明物体(半反射物体)等向物体发射激光的情况。在这种情况下，由诸如玻璃或透明塑料的半透明物体反射的光和透过半透明物体并向物体发射的光都被检测到。图29的底部图示出了上述测量示例。由于检测强度h(t)是测量数据并且门窗口曲线f(t)是已知的，因此可以通过反卷积计算(反卷积)获得反射光分布g(t)。当可以获得反射光分布g(t)时，可以获得到半透明物体或物体的距离信息，也可以仅分离到物体的距离信息。
本实施例是根据第十三实施例描述的一种类型的距离图像传感器，并且通过光电转换装置403进行上述检测和距离信息的计算。通过图像处理电路404基于获得的距离信号来进行距离图像的形成。形成的距离图像被提供给监视器405以进行显示，或者被提供给存储器406以进行存储。
(实验示例)
图30示出了第十五实施例的实验示例。
图30A是示出实验的设置的图。从510nm的激光器320以40MHz发射脉冲激光。利用由光扩散构件330扩散的脉冲激光照射物体350。SPAD相机310和激光器320被构造为通过脉冲发生器325彼此同步。由塑料制成的透明板340设置在SPAD相机310与物体350之间。
图30B和图30C示出了在与物体350的特定位置相对应的像素中，门窗口的位置(门位置)与检测到的计数值之间的关系。图30B是在未设置透明板340的情况下的曲线，图30C是在设置了透明板340的情况下的曲线。图30C的曲线具有两个阶段的上升(位置40和位置100)。具有这种两阶段上升的曲线对应于来自透明板340和物体350的双重反射。从图30的测量曲线获得反射光分布，并且从反射光分布获得距离信息。在二维布置的各像素中获得距离信息和光强度分布信息，并且当以单色显示光强度分布信息并且以彩色显示距离信息时，可以进行三维成像。
另外，当获得距离信息时，可以进行指定距离范围的三维成像。例如，将距SPAD相机较近的信号和距SPAD较远的信号彼此分离，使得可以形成单独的三维成像图像。
例如，在透明板是车辆的窗玻璃并且期望仅观察窗玻璃后面的物体的情况下，当使用通常使用的间接式ToF方法等进行窗玻璃和物体二者的距离图像形成时，由于窗玻璃反射的影响，在距离测量中可能会产生误差。在这种情况下，如根据第十二实施例所述，在通过距离测量控制可移动物体(例如：汽车)的情况下，可能会进行非预期的控制，并且在安全性方面可能会出现问题。根据本实施例，由于能够分别对距相机的距离不同的物体进行三维摄像，因此能够减少这样的担心。
<第十六实施例>
将使用图31描述对应于第十六实施例的光电转换装置。
图31A是像素的电路图。具体地，图31A示出了图2的光电转换部101具有的电路。经由通过VQR控制的淬灭晶体管MQ，将雪崩二极管中生成的雪崩电流转换为电压。经由通过VG控制的门晶体管MG，将电压脉冲传送到下拉晶体管MPD。结果，反馈晶体管MFB进入截止状态。以此方式，淬灭晶体管MQ的源极进入非连接状态以禁用SPAD中的淬灭功能。下拉晶体管MPD的漏极电压维持足够长的时间段以接近接地电压(地电压)，直到读取整个芯片上的信号。对于下一次光检测，充电到VDDH-VTH-VDSAT的电位。此后，反馈晶体管MFB从截止状态返回到导通状态。由VSW控制的晶体管MSW连接到下拉晶体管MPD的漏极和晶体管MRS的源极，并且晶体管MRS的源极通过控制信号VRES被预充电至VDD-VTH。当通过VSEL使晶体管MSEL进入导通状态时，晶体管MPDO用于整个列的下拉。例如，行是按照行的顺序选择的。
在此，如虚线所示的晶体管MRS、晶体管MPDO和晶体管MSEL由多个像素(多个雪崩二极管)共享。具体而言，这些晶体管由两行两列的四个像素(四个雪崩二极管)共享。由于多个像素共享同一电路，因此可以在同一区域中布置更多的雪崩二极管。根据上述实施例，如图5所示，当由第一隔离部分20形成的位垒被设置为低于由第二隔离部分30形成的位垒时，像素尺寸减小，同时串扰降低。除此之外，通过使用本实施例的像素电路，由于在阵列时可以进一步减小像素尺寸，因此可以提供具有更多像素的SPAD阵列传感器。
本实施例的像素具有的反馈回路可以防止发生帧中的后续雪崩。反馈回路可以抑制来自阴极电压节点VOP的电流。由于超过100,000个计数的情况可能会影响功耗，因此可以说这在大面积阵列中是有利的。
图31B是示出驱动方法的图。当VQR和VG从H电平转变为L电平时，开始曝光，而当VQR和VG从L电平转变为H电平时，进行一个子帧的曝光。此时，子帧的曝光时段基本上被定义为从VQR从H电平转变为L电平的定时到VG从H电平转变为L电平的定时的时段。当子帧时段重复多次时，即使对于微弱的光信号也可以获得足够的光子计数值。在读取时段期间，首先将VRES设置为H电平，以复位MRS的源极端子。接着，将VSW设置为H电平，以将输出信号写入MRS的源极端子。在曝光时段期间检测到光子的情况对应于L电平，而未检测到光子的情况对应于H电平。此外，将VSEL设置为H电平，以将像素信号输出到垂直信号线。在完成读取之后，将所有的VRES、VSW、VQR和VG同时设置为H电平，以进行复位。
<第十七实施例>
将使用图32和图33至图35描述对应于第十七实施例的光电转换装置的滤光器。图32是表示各滤光器的光谱透射率的曲线图，图33至图35示出了本实施例的光电转换装置中的滤光器的具体布置示例。
用于将特定波长分量的光透射到布置在基板上的雪崩光电二极管的这种滤光器可以设置在光电转换装置中。滤光器例如为滤色器(也可以表示为CF)、红外光滤光器、红外光截止滤光器等。可以单独使用或者可以组合使用这些滤光器。
CF例如是用于透射诸如红色、绿色或蓝色的可见光的滤光器。以下，将红色、绿色和蓝色表示为R、G和B。另外，将布置有R的CF的像素表示为R像素，将布置有G的CF的像素表示为G像素，并将布置有B的CF的像素表示为B像素。此外，在集中表示R像素、G像素和B像素的情况下，可以将它们表示为RGB像素。此外，以下将红外光表示为IR。将其上布置有用于透射IR的滤光器的像素表示为IR像素。
图32示出了滤光器的光谱透射率。图32是横轴表示波长(单位：nm)且纵轴表示光谱透射率(单位：％)的曲线图。首先，可见光的波长范围一般在大于或等于400nm且小于700nm的范围中，而红外光的波长范围为大于或等于750nm且小于或等于1mm。在此，IR滤光器的光谱透射率在至少700nm或更大的波长范围内为50％或更大，而在小于700nm的波长范围内小于50％。也就是说，IR滤光器是指主要透射红外光的滤光器，而截断可见光。如图19中的实线IR所示，IR滤光器的光谱透射率在740nm附近指示90％或更大的值，但在小于或等于700nm处不超过50％。另一方面，可见光滤光器的光谱透射率在小于700nm的波长范围内为50％或更大。也就是说，可见光滤光器是指主要透射可见光的滤光器。可见光滤光器只要透射红外光波长以下的可见光波长范围内的光(例如透射波长小于700nm的光)即可。如图32中的实线R、G和B所示，各个可见光滤光器的光谱透射率在小于700nm的特定波长中超过50％。例如，R滤光器的光谱透射率的峰值在约650nm处，G滤光器的光谱透射率的峰值在约550nm处，而B滤光器的光谱透射率的峰值在约450nm处。可见光滤光器可以部分透射红外光波长范围内的光，但为了去除红外光的影响，可见光滤光器可以设计成不透射红外光波长范围内的光，例如大于或等于700nm的光。也就是说，可见光滤光器可以具有作为所谓的IR截止滤光器的功能。此外，可见光滤光器可以包括红外光截止滤光器，其截止例如大于或等于700nm的光。图32例示了IR截止滤光器透射光的范围。各滤光器的材料可以是有机材料或可以是无机材料。注意，不透光或不透明不限于100％不透光的状态。例如，这样的状态是指透射50％以上的光的状态。
图33A描述了具有所谓的拜耳阵列的布置示例。R:G:B的CF比为1:2:1。
图33B示出了RGBW12的CF的布置示例。根据该阵列，各CF以R:G:B:W＝1:2:1:12的比例布置在4×4像素阵列中。W是指作为没有布置CF的像素的白色像素。W像素被布置为在俯视图中的上下方向、左右方向和倾斜方向中的各个方向上与对应于彩色像素的R像素、G像素和B像素中的任意像素相邻。即，R像素、G像素和B像素中的各个被8个W像素围绕。W像素占据所有像素的3/4。与彩色像素相对应的RGB像素的各个的周围被W像素围绕，并且针对R像素、G像素和B像素的信号中的各个，提高了用于插值W像素的信号的插值精度。
图34是使用IR像素代替图33B的W像素的布置示例。可以使用这样的滤光器布置。
此外，如图35所示，各像素可以布置成蜂窝形状。在图35中，布置了IR像素，但也可以使用W像素来代替IR像素。
以此方式，根据本实施例的光电转换装置可以采用各种滤光器布置。
可以对本发明进行各种变型而不限于上述实施例。例如，将任意实施例的构造的一部分添加到其他实施例的示例以及执行利用其他实施例的构造的一部分的替换的示例也是本发明的实施例。
注意，上述实施例均只是实施本发明时的实施例的示例，并且不应以受这些实施例限制的方式来解释本发明的技术范围。即，本发明可以在不脱离其技术概念或其主要特征的情况下以各种形式实施。
例如，根据第十七实施例示出了布置滤光器的示例，但是可以使用各实施例的光电转换装置作为对单色光进行光电转换的光电转换装置，而不布置CF或IR截止滤光器或可见光截止滤光器。
本申请要求2020年1月31日提交的日本专利申请第2020-015607号、2020年6月24日提交的日本专利申请第2020-108754号以及2020年11月2日提交的日本专利申请第2020-183448号的优先权，这些申请的全部内容通过引用并入本文。

Claims (21)

1.一种光电转换装置，其包括：
第一雪崩二极管，其包括多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域；以及第二雪崩二极管，其包括所述第一导电类型的第二半导体区域并且被布置为与所述第一雪崩二极管相邻，其中
第一隔离部分布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间，
所述第一隔离部分由所述第一导电类型的第三半导体区域构成，
第二导电类型的第七半导体区域布置在俯视图中与所述第三半导体区域交叠并且比所述第三半导体区域更深的位置处，所述第二导电类型是不同于所述第一导电类型的导电类型，
所述第三半导体区域和所述第七半导体区域构成P-N结，并且
所述第三半导体区域的杂质浓度低于所述第七半导体区域的杂质浓度。
2.一种光电转换装置，其包括：
第一雪崩二极管，其包括多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域；以及第二雪崩二极管，其包括所述第一导电类型的第二半导体区域并且被布置为与所述第一雪崩二极管相邻，其中
第一隔离部分布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间，
所述第一隔离部分由第二导电类型的第四半导体区域和所述第一导电类型的第三半导体区域构成，所述第二导电类型是不同于所述第一导电类型的导电类型，所述第三半导体区域被布置为在俯视图中夹着所述第四半导体区域，并且
在所述第四半导体区域中，所述第三半导体区域的杂质浓度Nd、所述第四半导体区域的杂质浓度Na、元电荷q、半导体的介电常数ε、所述第三半导体区域与所述第四半导体区域的P-N结之间的电位差V以及由所述第四半导体区域夹着的所述第三半导体区域的长度D满足表达式1，
[表达式1]
Figure FDA0003771909310000021
3.一种光电转换装置，其包括：
基板，其具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
第一雪崩二极管，其包括布置在所述基板的第一深度的、多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域以及布置在所述第一深度与所述第二面之间的第二深度的、第二导电类型的第五半导体区域，所述第二导电类型是不同于所述第一导电类型的导电类型；以及
第二雪崩二极管，其包括布置在所述基板的所述第一深度的、所述第一导电类型的第二半导体区域以及布置在所述第二深度的、所述第二导电类型的第六半导体区域，第二雪崩二极管被布置为与所述第一雪崩二极管相邻，其中
第一隔离部分布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间的所述第一深度，
本征半导体区域、所述第一导电类型的第三半导体区域和所述第二导电类型的第四半导体区域中的至少一个布置在所述第一隔离部分中，
所述第二导电类型的第七半导体区域布置在所述第五半导体区域与所述第六半导体区域之间的所述第二深度，并且
在穿过所述第一隔离部分和所述第七半导体区域的线路上，相对于所述信号电荷的电位高度从所述第七半导体区域朝向所述第一隔离部分降低，并且所述第一半导体区域中相对于所述信号电荷的电位高度与所述第五半导体区域中相对于所述信号电荷的电位高度之间的差大于所述第一隔离部分中相对于所述信号电荷的电位高度与所述第七半导体区域中相对于所述信号电荷的电位高度之间的差。
4.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，所述第一隔离部分包括所述第三半导体区域。
5.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的光电转换装置，其中，所述第三半导体区域由所述第一雪崩二极管和所述第二雪崩二极管共享。
6.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中，所述第三半导体区域的杂质浓度低于所述第一半导体区域的杂质浓度。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光电转换装置，所述光电转换装置还包括：
第三雪崩二极管，其被布置为与所述第二雪崩二极管相邻，并且包括所述第一导电类型的第八半导体区域，其中
在俯视图中，所述第一雪崩二极管和所述第二雪崩二极管在第一方向上对准，并且所述第二雪崩二极管和所述第三雪崩二极管在与所述第一方向相交的第二方向上对准，并且
在俯视图中，向所述第一雪崩二极管的一个节点提供电位的接触插塞布置在所述第一半导体区域与所述第八半导体区域之间。
8.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中，
所述第二导电类型的第九半导体区域布置在所述第一半导体区域与所述第八半导体区域之间，
所述第二导电类型的第四半导体区域布置在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间，
所述接触插塞连接到所述第九半导体区域，并且
所述第四半导体区域的杂质浓度低于所述第九半导体区域的杂质浓度。
9.根据权利要求7或8所述的光电转换装置，其中，
所述接触插塞形成在基板的第一面上，并且
光从所述基板的与所述第一面相对的第二面侧入射。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的光电转换装置，其中，所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间的第一距离比所述第一半导体区域与所述第八半导体区域之间的第二距离短。
11.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，所述第一距离是所述第二距离的1/8倍或更大。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的光电转换装置，其中，
所述第一半导体区域和所述第二半导体区域布置在基板上，
被构造为检测基于来自所述第一雪崩二极管的信号而生成的雪崩电流的存储器或计数器电路布置在不同于所述基板的第二基板上，并且
所述基板和所述第二基板被层叠。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的光电转换装置，其中，在所述第一半导体区域与所述第二半导体区域之间应用沟槽隔离。
14.根据权利要求13所述的光电转换装置，其中，所述沟槽隔离的一端形成到比所述第一半导体区域深的位置。
15.一种光电转换装置，其包括：
多个雪崩二极管，其包括多数载流子是与信号电荷相同的电荷载流子的、第一导电类型的第一半导体区域；以及
与所述多个雪崩二极管中的各个相对应地布置并且被构造为检测由所述雪崩二极管中的雪崩倍增生成的雪崩电流的存储器、时间数字转换电路和计数器中的至少一者，其中
所述多个雪崩二极管包括，在俯视图中布置在第一方向上的第一雪崩二极管和第二雪崩二极管以及相对于所述第二雪崩二极管在俯视图中布置在与所述第一方向相交的第二方向上的第三雪崩二极管，
在俯视图中，向所述第一雪崩二极管的一个节点提供电位的接触插塞布置在所述第一雪崩二极管中包括的所述第一半导体区域与所述第三雪崩二极管中包括的所述第一半导体区域之间，
在俯视图中，向所述一个节点提供电位的所述接触插塞未布置在所述第一雪崩二极管中包括的所述第一半导体区域与所述第二雪崩二极管中包括的所述第一半导体区域之间，
所述接触插塞连接到第二导电类型的半导体区域，所述第二导电类型是不同于所述第一导电类型的导电类型，所述第二导电类型的半导体区域布置在所述第一雪崩二极管中包括的所述第一半导体区域与所述第三雪崩二极管中包括的所述第一半导体区域之间，并且
所述接触插塞和所述第二导电类型的所述半导体区域由所述第一雪崩二极管、所述第二雪崩二极管和所述第三雪崩二极管共享。
16.根据权利要求15所述的光电转换装置，所述光电转换装置还包括：第二接触插塞，其向雪崩二极管的所述第一半导体区域提供电位，其中向所述第一雪崩二极管的所述第一半导体区域提供电位的所述第二接触插塞与所述接触插塞之间的距离、向所述第二雪崩二极管的所述第一半导体区域提供电位的所述第二接触插塞与所述接触插塞之间的距离和向所述第三雪崩二极管的所述第一半导体区域提供电位的所述第二接触插塞与所述接触插塞之间的距离彼此相等。
17.根据权利要求15或16所述的光电转换装置，其中，所述接触插塞形成在基板的第一面上，并且光从所述基板的与所述第一面相对的第二面侧入射。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的光电转换装置，其中，
所述雪崩二极管在盖革模式下操作。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的光电转换装置，所述光电转换装置还包括：
滤色器，其中
透过所述滤色器的光入射在所述雪崩二极管上。
20.一种光电转换***，其包括：
根据权利要求1至19中的任一项所述的光电转换装置；以及
信号处理单元，其被构造为处理由所述光电转换装置输出的信号。
21.一种可移动物体，其包括：
根据权利要求1至19中的任一项所述的光电转换装置；以及
距离信息获得部件，其被构造为，从基于来自所述光电转换装置的信号的测距信息中获得关于到物体的距离的距离信息，其中
所述可移动物体还包括被构造为基于所述距离信息控制所述可移动物体的控制部件。
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