[发明专利]光电转换元件及光学测定装置

说明书

本发明实现了使用硅基板的光电转换元件的高灵敏度化、低噪声化、低耗电化、高分辨率化、分光灵敏度的长波长化、减少环境光、或者不易受像素间串扰影响的结构。在以形成有集成电路的硅基板(1)的侧端部为受光面的光电转换区域中掺杂锗，并且在光电转换区域的周围配置金属反射膜(31)。

技术领域

本发明涉及适合检测X射线等放射线或近红外光等的光电转换元件以及使用该光电转换元件光学测定装置。

背景技术

专利文献1公开了一个分光分析的例子，其中，从面向与半导体基板面垂直的厚度方向的半导体基板侧面部射入X射线，在X射线于半导体基板内部沿与半导体基板面平行的方向行进期间进行光电转换，从而有效率地对入射X射线进行光电转换。同样，专利文献2也公开了一个分光分析的例子，其中，从半导体基板的侧面部射入可见光或红外光，在红外光等于半导体基板内部沿与半导体基板面平行的方向行进期间进行光电转换。像数码相机等这样的设备仅以可见光为对象，通常相对于构成半导体摄像元件的半导体基板面垂直或具有一定入射角度地对半导体基板表面照射来自透镜的光。这是因为对于可见光波长，可在与半导体基板面垂直的方向、即半导体基板深度方向约5微米(μm)的范围内进行光电转换。与此相对，近红外光、X射线等则需要使上述基板深度方向更深，例如数十μm至数百μm左右。

专利文献3公开了一种光电转换元件的结构及其制造方法，其适合于从垂直于半导体基板面的半导体基板侧面部射入X射线或近红外光(NIR)等并作为电信号进行检测。另外，专利文献4公开了使用该光电转换元件的计算机断层扫描装置等。此外，专利文献5公开了一种摄像模块及使用该摄像模块的摄像装置，该摄像模块是以相对于形成有集成电路的半导体基板面垂直方向的半导体基板的侧面部作为受光面的半导体摄像元件，在半导体基板面或侧面部上配置有光源部。

另一方面，光电转换元件材料使用硅基板时，因其物性上的制约，对900纳米(nm)以上的长波长光或X射线等高能量光的灵敏度未必充分。专利文献6公开了为检测红外光而采用硅锗光电二极管作为光电二极管，但对硅锗光电二极管的具体结构没有任何记载。另外，特别是像近红外光这种与可见光相比，在长波长区域电荷混入邻接像素的现象(串扰)不容忽视，例如在飞行时间(TOF)方式的测距装置中是造成测定结果误差的主要原因。专利文献7公开了一种结构，其在光电二极管与微透镜间的中间层利用折射率小的物质将各像素间分离，使利用微透镜改变光路后的入射光在上述分离形成的边界发生全反射，从而防止灵敏度降低。该结构即为以各像素的上部作为光波导结构而将入射光更多地导入各自的光电二极管的结构。但是对于硅基板深部像素间的串扰还没有找到有效的解决办法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭55-144576

专利文献2：日本特开2011-205085

专利文献3：WO2016/114377

专利文献4：日本特开2016-107062

专利文献5：日本特开2017-201687

专利文献6：日本特开2016-126472

专利文献7：日本特开平6-53451

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的是实现使用了半导体材料例如硅基板的光电转换元件的高灵敏度化、低噪声化、高速读取、低耗电化、高分辨率化、分光灵敏度的长波长化、以及降低环境光和串扰，进而实现使用了该光电转换元件的小型且高精度的光学测定装置。

解决课题的技术手段

本发明的光电转换元件具有以硅基板的侧端部为受光面的光电转换区域，在光电转换区域设有含锗的硅锗区域。硅锗区域是硅基板厚度方向上的锗最大浓度峰值位置位于硅基板中心附近的结构。