[发明专利]光检测元件和光检测装置

说明书

一种光检测元件，具备：半导体基板、形成于半导体基板上的第一导电型的光吸收层、形成于光吸收层上的第一导电型的盖层，以及形成于盖层内，与盖层形成pn结的第二导电型的半导体区域。形成于半导体区域的周围的耗尽层，在不向pn结施加反方向偏置的情况下，未达到光吸收层，在向pn结施加20V的反方向偏置的情况下，从盖层侧超过光吸收层的厚度的50％的位置。

技术领域

本公开涉及光检测元件和光检测装置。

背景技术

作为利用间接TOF(飞行时间)方式来获得对象物的距离图像的传感器，已知有距离图像传感器，其具备：设置有感光区域的半导体基板、形成于半导体基板上的绝缘层，以及形成于绝缘层上每个像素的光栅电极和传送电极(例如，参见专利文献1)。在专利文献1中记载的距离图像传感器的示例中，半导体基板由硅制成，并且光栅电极和传送电极由多晶硅制成。

专利文献

专利文献1：特开2011-133464号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

近年来，例如为了在雾或烟中获得对象物的距离图像，需要一种可以检测具有1.5μm左右波长的光的距离图像传感器。然而，如果构成距离图像传感器的半导体基板由硅形成，则对于具有1.5μm左右波长的光不能获得足够的灵敏度。因此，为了对具有1.5μm左右波长的光获得足够的灵敏度，可以想到使用化合物半导体基板作为构成距离图像传感器的半导体基板。然而，在这种情况下，难以在化合物半导体基板上形成光栅电极和传送电极。

另外，还可以想到在设置于距离图像传感器的后段的CMOS中执行检测信号的输出控制(传送控制)。然而，因为在CMOS中，μs级的检测信号的输出控制是极限，因此，通过CMOS的检测信号的输出控制对于间接TOF方式是不够的，间接TOF方式需要数十ns级的高速的检测信号的输出控制。

本公开的目的在于提供一种光检测元件和光检测装置，能够以简易的结构实现高速的检测信号输出控制。

用于解决技术问题的手段

本公开的一个方面的光检测元件具备：半导体基板、形成于半导体基板上的第一导电型的光吸收层、形成于光吸收层上的第一导电型的盖层，以及形成于盖层内，与盖层形成pn结的第二导电型的半导体区域，并且形成于半导体区域的周围的耗尽层，在不向pn结施加反方向偏置的情况下，未达到光吸收层，在向pn结施加20V的反方向偏置的情况下，从盖层侧超过光吸收层的厚度的50％的位置。

在该光检测元件中，当不向pn结施加反向偏置时，因为耗尽层未达到光吸收层，所述通过检测对象的光的入射，即使在光吸收层产生载流子(电子和空穴)，也没有电流流过pn结。即，例如通过不向pn结施加反方向偏置，可以不使检测信号从光检测元件向外输出。另一方面，当向pn结施加20V的反方向偏置时，因为耗尽层从盖层侧超过光吸收层的厚度的50％的位置，所述通过检测对象的光的入射，当在光吸收层中耗尽层扩散的区域产生载流子时，电流流过pn结。即，例如通过向pn结施加20V的反方向偏置，可以使检测信号从光检测元件向外输出。在此，20V的电位差例如是难以影响CMOS等的后级的电路的设计的电位差，并且是可以以数十ns级的高速调制的电位差。因此，根据该光检测元件，可以以简易的结构实现高速的检测信号的输出控制。

在本公开的一个方面的光检测元件中，在向pn结施加20V的反方向偏置的情况下，耗尽层也可以从盖层侧超过光吸收层的厚度的80％。由此，可以谋求灵敏度和响应性的提高。特别是，对使光从半导体基板侧入射的结构有效。

本公开的一个方面的光检测元件还具备形成于光吸收层和盖层之间的第一导电型的缓和层。由此，可以使在光吸收层中耗尽层扩散的区域产生的载流子平滑地移动。

在本公开的一个方面的光检测元件中，光吸收层和盖层也可以相互接触。由此，可以减小耗尽层从盖层侧超过光吸收层的厚度的至少50％的位置所需的反方向偏置。