JP2023038038A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アバランシェ発光による光子がモスアイ構造のＳｉ裏面で反射され、迷光としてクロストークを誘起する。【解決手段】 第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、前記複数の凹凸構造の実効周期はｈｃ／Ｅａｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅａ：基板のバンドギャップ［Ｊ］よりも小さいことを特徴とする光電変換装置。【選択図】 図６

Description

本発明は、光電変換装置及び光電変換システムに関するものである。

光電変換素子の受光面に凹凸構造を設け、入射光を屈折させることにより、光電変換素子内における入射光の光路長を長くして量子効率を向上させる光電変換装置がある。特許文献１には、基板の光入射面側にモスアイ構造と呼ばれる凹凸構造を有する単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）について記載されている。

特開２０２１－００２５４２号

しかしながら、特許文献１に記載の構造においてアバランシェ発光による光子がモスアイ構造のＳｉ裏面で反射され、迷光としてクロストークを誘起するという課題があった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、アバランシェフォトダイオードを用いた光電変換装置におけるクロストークの低減を目的とするものである。

本発明の一つの側面は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、前記複数の凹凸構造の実効周期はｈｃ／Ｅ_ａ（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ_ａ：基板のバンドギャップ［Ｊ］）よりも小さいことを特徴とする光電変換装置である。

本発明の別の側面は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、前記複数の凹凸構造の実効周期は１．１μｍよりも小さいことを特徴とする光電変換装置である。

本発明によれば、アバランシェフォトダイオードを用いた光電変換装置のクロストークを低減させることができる。

実施形態にかかる光電変換装置の概略図である。 実施形態にかかる光電変換装置のＰＤ基板の概略図である。 実施形態にかかる光電変換装置の回路基板の概略図である。 実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の構成例である。 実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子のポテンシャル図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子のトレンチ構造の断面図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子の比較例である。 第１の実施形態にかかる光電変換素子の断面である。 第２の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。 第２の実施形態の変形例にかかる光電変換素子の平面図である。 第３の実施形態にかかる光電変換装置の平面図である。 第３の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。 第３の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第３の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第４の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第４の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。 第４の実施形態にかかる光電変換素子の比較例である。 第５の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第６の実施形態にかかる光電変換素子のトレンチ構造の断面図である。 第７の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。 第７の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。 第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第９の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第１０の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第１１の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第１２の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。

以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略することがある。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した実施形態の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。

本明細書において、平面視とは、半導体層の光入射面に対して垂直な方向から視ることである。また、断面視とは、半導体層の光入射面と垂直な方向における面をいう。なお、微視的に見て半導体層の光入射面が粗面である場合は、巨視的に見たときの半導体層の光入射面を基準として平面視を定義する。

以下の説明において、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアノードを固定電位とし、カソード側から信号を取り出している。したがって、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の半導体領域とはＰ型半導体領域である。なお、ＡＰＤのカソードを固定電位とし、アノード側から信号を取り出す場合でも本発明は成立する。この場合は、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域はＰ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域である。以下では、ＡＰＤの一方のノードを固定電位とする場合について説明するが、両方のノードの電位が変動してもよい。

本明細書において、単に「不純物濃度」という用語が使われた場合、逆導電型の不純物によって補償された分を差し引いた正味の不純物濃度を意味している。つまり、「不純物濃度」とは、ＮＥＴドーピング濃度を指す。Ｐ型の添加不純物濃度がＮ型の添加不純物濃度より高い領域はＰ型半導体領域である。反対に、Ｎ型の添加不純物濃度がＰ型の添加不純物濃度より高い領域はＮ型半導体領域である。

本発明に係る光電変換装置及びその駆動方法の各実施形態に共通する構成について、図１から図５を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る積層型の光電変換装置１００の構成を示す図である。光電変換装置１００は、センサ基板１１と、回路基板２１の２つの基板が積層され、且つ電気的に接続されることにより構成される。センサ基板１１は、後述する光電変換素子１０２を有する第１半導体層と、第１配線構造と、を有する。回路基板２１は、後述する信号処理部１０３等の回路を有する第２半導体層と、第２配線構造と、を有する。光電変換装置１００は、第２半導体層、第２配線構造、第１配線構造、第１半導体層の順に積層して構成される。各実施形態に記載の光電変換装置は、第１面から光が入射し、第２面に回路基板が配される、裏面照射型の光電変換装置である。

以下では、センサ基板１１と回路基板２１とは、ダイシングされたチップで説明するが、チップに限定されない。例えば、各基板はウエハであってもよい。また、各基板はウエハ状態で積層した後にダイシングされていてもよいし、チップ化した後にチップを積層して接合してもよい。

センサ基板１１には、画素領域１２が配され、回路基板２１には、画素領域１２で検出された信号を処理する回路領域２２が配される。

図２は、センサ基板１１の配置例を示す図である。アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）を含む光電変換素子１０２を有する画素１０１が平面視で二次元アレイ状に配列され、画素領域１２を形成する。

画素１０１は、典型的には、画像を形成するための画素であるが、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）に用いる場合には、必ずしも画像を形成しなくてもよい。すなわち、画素１０１は、光が到達した時刻と光量を測定するための画素であってもよい。

図３は、回路基板２１の構成図である。図２の光電変換素子１０２で光電変換された電荷を処理する信号処理部１０３、読み出し回路１１２、制御パルス生成部１１５、水平走査回路部１１１、信号線１１３、垂直走査回路部１１０を有している。

図２の光電変換素子１０２と、図３の信号処理部１０３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１１０は、制御パルス生成部１１５から供給された制御パルスを受け、各画素に制御パルスを供給する。垂直走査回路部１１０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。

画素の光電変換素子１０２から出力された信号は、信号処理部１０３で処理される。信号処理部１０３は、カウンタやメモリなどが設けられており、メモリにはデジタル値が保持される。

水平走査回路部１１１は、デジタル信号が保持された各画素のメモリから信号を読み出すために、各列を順次選択する制御パルスを信号処理部１０３に入力する。

信号線１１３には、選択されている列について、垂直走査回路部１１０により選択された画素の信号処理部１０３から信号が出力される。

信号線１１３に出力された信号は、出力回路１１４を介して、光電変換装置１００の外部の記録部または信号処理部に出力する。

図２において、画素領域における光電変換素子の配列は１次元状に配されていてもよい。また、画素が１つでもあっても本発明の効果を得ることは可能であり、画素が１つの場合も本発明に含まれる。信号処理部の機能は、必ずしも全ての光電変換素子に１つずつ設けられる必要はなく、例えば、複数の光電変換素子によって１つの信号処理部が共有され、順次信号処理が行われてもよい。

図２および図３に示すように、平面視で画素領域１２に重なる領域に、複数の信号処理部１０３が配される。そして、平面視で、センサ基板１１の端と画素領域１２の端との間に重なるように、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、列回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部１１５が配される。言い換えると、センサ基板１１は、画素領域１２と画素領域１２の周りに配された非画素領域とを有し、平面視で非画素領域に重なる領域に、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、列回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部１１５が配される。

図４は、図２及び図３の等価回路を含むブロック図の一例である。

図２において、ＡＰＤ２０１を有する光電変換素子１０２は、センサ基板１１に設けられており、その他の部材は、回路基板２１に設けられている。

ＡＰＤ２０１は、光電変換により入射光に応じた電荷対を生成する。ＡＰＤ２０１のアノードには、電圧ＶＬ（第１電圧）が供給される。また、ＡＰＤ２０１のカソードには、アノードに供給される電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＨ（第２電圧）が供給される。アノードとカソードには、ＡＰＤ２０１がアバランシェ増倍動作をするような逆バイアス電圧が供給される。このような電圧を供給した状態とすることで、入射光によって生じた電荷がアバランシェ増倍を起こし、アバランシェ電流が発生する。

尚、逆バイアスの電圧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な電位差で動作させるガイガーモードと、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧近傍、もしくはそれ以下の電圧差で動作させるリニアモードがある。

ガイガーモードで動作させるＡＰＤをＳＰＡＤと呼ぶ。例えば、電圧ＶＬ（第１電圧）は、－３０Ｖ、電圧ＶＨ（第２電圧）は、１Ｖである。ＡＰＤ２０１は、リニアモードで動作させてもよいし、ガイガーモードで動作させてもよい。ＳＰＡＤの場合はリニアモードのＡＰＤに比べて電位差が大きくなり耐圧の効果が顕著となるため、ＳＰＡＤであることが好ましい。

クエンチ素子２０２は、電圧ＶＨを供給する電源とＡＰＤ２０１に接続される。クエンチ素子２０２は、アバランシェ増倍による信号増倍時に負荷回路（クエンチ回路）として機能し、ＡＰＤ２０１に供給する電圧を抑制して、アバランシェ増倍を抑制する働きを持つ（クエンチ動作）。また、クエンチ素子２０２は、クエンチ動作で電圧降下した分の電流を流すことにより、ＡＰＤ２０１に供給する電圧を電圧ＶＨへと戻す働きを持つ（リチャージ動作）。

信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２を有する。本明細書において、信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２のいずれかを有していればよい。

波形整形部２１０は、光子検出時に得られるＡＰＤ２０１のカソードの電位変化を整形して、パルス信号を出力する。波形整形部２１０としては、例えば、インバータ回路が用いられる。図４では、波形整形部２１０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。

カウンタ回路２１１は、波形整形部２１０から出力されたパルス信号をカウントし、カウント値を保持する。また、駆動線２１３を介して制御パルスｐＲＥＳが供給されたとき、カウンタ回路２１１に保持された信号がリセットされる。

選択回路２１２には、図３の垂直走査回路部１１０から、図４の駆動線２１４（図３では不図示）を介して制御パルスｐＳＥＬが供給され、カウンタ回路２１１と信号線１１３との電気的な接続、非接続を切り替える。選択回路２１２には、例えば、信号を出力するためのバッファ回路などを含む。

クエンチ素子２０２とＡＰＤ２０１との間や、光電変換素子１０２と信号処理部１０３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、光電変換素子１０２に供給される電圧ＶＨまたは電圧ＶＬ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。

本実施形態では、カウンタ回路２１１を用いる構成を示した。しかし、カウンタ回路２１１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電変換装置１００としてもよい。このとき、波形整形部２１０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１の垂直走査回路部１１０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２１０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。

図５は、ＡＰＤの動作と出力信号との関係を模式的に示した図である。

図５（ａ）は、図４のＡＰＤ２０１、クエンチ素子２０２、波形整形部２１０を抜粋した図である。ここで、波形整形部２１０の入力側をｎｏｄｅＡ、出力側をｎｏｄｅＢとする。図５（ｂ）は、図５（ａ）のｎｏｄｅＡの波形変化を、図５（ｃ）は、図５（ａ）のｎｏｄｅＢの波形変化をそれぞれ示す。

時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において、図５（ａ）のＡＰＤ２０１には、ＶＨ－ＶＬの電位差が印加されている。時刻ｔ１において光子がＡＰＤ２０１に入射すると、ＡＰＤ２０１でアバランシェ増倍が生じ、クエンチ素子２０２にアバランシェ増倍電流が流れ、ｎｏｄｅＡの電圧は降下する。電圧降下量がさらに大きくなり、ＡＰＤ２０１に印加される電位差が小さくなると、時刻ｔ２のようにＡＰＤ２０１のアバランシェ増倍が停止し、ｎｏｄｅＡの電圧レベルはある一定値以上降下しなくなる。その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間において、ｎｏｄｅＡには電圧ＶＬから電圧降下分を補う電流が流れ、時刻ｔ３においてｎｏｄｅＡは元の電位レベルに静定する。このとき、ｎｏｄｅＡにおいて出力波形がある閾値を越えた部分は、波形整形部２１０で波形整形され、ｎｏｄｅＢで信号として出力される。

なお、信号線１１３の配置、列回路１１２、出力回路１１４の配置は図３に限定されない。例えば、信号線１１３はが行方向に延びて配されており、列回路１１２が信号線１１３の延びる先に配されていてもよい。

以下では、各実施形態の光電変換装置について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る光電変換装置について図６から図１１までを用いて説明する。

図６は、第１の実施形態にかかる光電変換装置の光電変換素子１０２二画素分の、基板の面方向に垂直な方向の断面図である。

光電変換素子１０２の構造と機能について説明する。光電変換素子１０２はＮ型の第１半導体領域３１１、第４半導体領域３１４、第６半導体領域３１６、第７半導体領域３１７を有する。更にＰ型の第２半導体領域３１２、第３半導体領域３１３、第５半導体領域３１５を含む。

本実施形態では、図６に示す断面において、光入射面に対向する面の近傍にＮ型の第１半導体領域３１１が形成され、その周辺にＮ型の第７半導体領域３１７が形成される。第１半導体領域および第２半導体領域に平面視で重なる位置にＰ型の第２半導体領域３１２が形成される。第２半導体領域３１２に平面視で重なる位置には更にＮ型の第４半導体領域３１４が配置され、その周辺にＮ型の第６半導体領域３１６が形成される。

第１半導体領域３１１は、第４半導体領域３１４及び第７半導体領域３１７よりもＮ型の不純物濃度が高い。Ｐ型の第２半導体領域３１２とＮ型の第１半導体領域３１１との間にはＰＮ接合が形成されるが、第２半導体領域３１２の不純物濃度を第１半導体領域３１１の不純物濃度よりも低くすることで、第２半導体領域３１２のすべての領域が空乏層領域となる。さらに、この空乏層領域が第１半導体領域３１１の一部の領域まで延在し、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、第１半導体領域３１１の一部の領域まで延びた空乏層領域においてアバランシェ増倍が生じ、増幅された電荷に基づく電流が信号電荷として出力される。光電変換装置１０２に入射した光が光電変換され、この空乏層領域（アバランシェ増倍領域）でアバランシェ増倍が起こると、生成された第１導電型の電荷は第１半導体領域３１１に収集される。

なお、図６においては第４半導体領域３１４と第７半導体領域３１７とは同程度の大きさで形成されているが、各半導体領域の大きさはこれに限られない。例えば第４半導体領域３１４を第７半導体領域３１７よりも大きく形成し、より広範囲から電荷を第１半導体領域３１１に収集してもよい。

半導体層の光入射面側の表面にはトレンチによる凹凸構造３２５が形成される。凹凸構造３２５はＰ型の第３半導体領域３１３によって囲まれ、光電変換素子１０２に入射した光を散乱させる。入射光は光電変換素子内を斜めに進むため、半導体層３０１の厚み以上の光路長を確保することができ、凹凸構造３２５を有さない場合と比べて、より長波長の光を光電変換することが可能である。また、凹凸構造３２５によって、基板内での入射光の反射が防止されるため、入射光の光電変換効率を向上させる効果が得られる。

第４半導体領域３１４と凹凸構造３２５とは平面視において重複するように形成される。第４半導体領域３１４と凹凸構造３２５とが平面視で重なる面積は、第４半導体領域３１４のうち凹凸構造３２５と重ならない部分の面積よりも大きい。第１半導体領域３１１と第４半導体領域３１４との間に形成されるアバランシェ増倍領域から遠い位置で発生した電荷は、前記アバランシェ増倍領域から近い位置で発生した電荷と比較してアバランシェ増倍領域に到達するまでの移動時間が長くなる。そのため、タイミングジッターが悪化する可能性がある。第４半導体領域３１４と凹凸構造３２５とを平面視で重なる位置に配することで、フォトダイオード深部の電界を高めることができ、アバランシェ増倍領域から遠い位置で発生した電荷の収集時間を短縮できるため、タイミングジッターの低減が可能である。

また、第３半導体領域３１３が凹凸構造を３次元的に覆うことで、凹凸構造の界面部における熱励起電荷の発生が抑制できる。これにより、光電変換素子のＤＣＲ（Ｄａｒｋ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ）が抑制される。

画素と画素との間はトレンチ構造の画素分離部３２４によって分離され、その周辺に形成されたＰ型の第５半導体領域３１５が、隣り合う光電変換素子同士をポテンシャル障壁によって分離する。光電変換素子間は第５半導体領域３１５のポテンシャルによっても分離されているため、画素分離部として画素分離部３２４のようなトレンチ構造は必須ではない。また、画素分離部３２４を設ける際もその深さや位置は図６の構成に限定されない。画素分離部３２４は半導体層を貫通するＤＴＩ（ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）であってもよいし、半導体層を貫通しないＤＴＩでもよい。ＤＴＩ内に金属を埋め込み、遮光性能の向上を図ってもよい。画素分離部３２４が平面視で光電変換素子の全周囲を囲うように構成してもよいし、例えば光電変換素子の対辺部のみに構成してもよい。

画素分離部から、隣接する画素あるいは最近接位置に設けられた画素の画素分離部までの距離を１つの光電変換素子１０２の大きさとみなすこともできる。１つの光電変換素子１０２の大きさをＬとしたとき、光入射面からアバランシェ増倍領域までの距離ｄは、Ｌ√２／４＜ｄ＜Ｌ×√２を満たす。光電変換素子の大きさと深さがこの関係式を満たす場合、第１の半導体領域３１１近傍における深さ方向の電界の強さと平面方向の電界の強さが同程度になる。電荷収集にかかる時間のばらつきを抑えられるため、タイミングジッターの発生を低減できる。

半導体層の光入射面側には、さらにピニング膜３２１、平坦化膜３２２、マイクロレンズ３２３が形成される。光入射面側にはさらに不図示のフィルタ層などが配置されていてもよい。フィルタ層には、カラーフィルタ、赤外光カットフィルタ、モノクロフィルタ等種々の光学フィルタを用いることができる。カラーフィルタには、ＲＧＢカラーフィルタ、ＲＧＢＷカラーフィルタ等を用いることができる。

図７は図６に示す光電変換素子１０２のポテンシャル図である。

図７の点線７０は、図６の線分ＦＦ’のポテンシャル分布を示し、図７の実線７１は、図６の線分ＥＥ’のポテンシャル分布を示す。図７では、Ｎ型半導体領域の主たるキャリア電荷である電子からみたポテンシャルを示す。主たるキャリア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。また図７における深さＡは、図６の高さＡに相当する。以下同様に、深さＢは高さＢ、深さＣは高さＣ、深さＤは高さＤにそれぞれ相当する。

図７において、深さＡにおける実線７１のポテンシャル高さをＡ１、点線７０のポテンシャル高さをＡ２、深さＢにおける実線７１のポテンシャル高さをＢ１、点線７０のポテンシャル高さをＢ２とする。また、深さＣにおける実線７１のポテンシャル高さをＣ１、点線７０のポテンシャル高さをＣ２、深さＤにおける実線７１のポテンシャル高さをＤ１、点線７０のポテンシャル高さをＤ２とする。

図６および図７より、第１半導体領域３１１のポテンシャル高さはＡ１に相当し、第２半導体領域３１２中央部付近のポテンシャル高さはＢ１に相当する。また、第７半導体領域３１７のポテンシャル高さはＡ２に相当し、第２半導体領域３１２外縁部のポテンシャル高さはＢ２に相当する。

図７の点線７０に関して、深さＤから深さＣに向けて徐々にポテンシャルが下がる。そして、深さＣから深さＢに向けて徐々にポテンシャルが上がり、深さＢではポテンシャルはＢ２レベルとなる。さらに、深さＢから深さＡに向けてポテンシャルが下がり、深さＡにおいてＡ２レベルとなる。

一方、実線７１に関して、深さＤから深さＣ、及び深さＣから深さＢに向けて徐々にポテンシャルが下がり、深さＢではＢ１レベルとなる。そして、深さＢから深さＡに向けてポテンシャルは急峻に下がり、深さＡにおいてポテンシャルはＡ１レベルとなる。深さＤにおいて、点線７０と実線７１のポテンシャルはほぼ同じ高さとなっており、線分ＥＥ’および線分ＦＦ’で示す領域において、半導体層３０１の第２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面の側に移動する。

ここで、本実施形態のアバランシェダイオードは、Ｎ型の第１半導体領域３１１よりもＰ型の第２半導体領域３１２の方が不純物濃度が低く、且つ第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２には互いに逆バイアスとなるような電位が供給される。これにより、空乏層領域が第２半導体領域３１２の側へ形成される。このような構造により、第４半導体領域３１４で光電変換された電荷にとって第２半導体領域３１２がポテンシャル障壁となることで、電荷が第１半導体領域３１１に収集されやすい構造となる。

なお、図６において第２半導体領域３１２は光電変換素子の全面に形成されているが、例えば平面視で第１半導体領域３１１に重なる部分には第２半導体領域３１２が設けられず、第４半導体領域３１４が延在するスリットが形成される構成としてもよい。その場合、第２半導体領域３１２とスリット部のポテンシャル差により、図６の深さＣにおいて、線分ＦＦ’から線分ＥＥ’の方向にかけてポテンシャルが低くなる。これにより、第４半導体領域３１４で光電変換された電荷の移動する過程において、第１半導体領域３１１の方向へ電荷が移動しやすくなる。一方、図６のように全面に第２半導体領域３１２を形成する場合、スリットを形成する場合と比べアバランシェ増倍に必要な強電界を得るための印加電圧を低くすることができ、局所的な強電界領域の形成によるノイズを抑制することができる。

第２半導体領域３１２付近に移動した電荷は、図７の実線７１の深さＢから深さＡにかけての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ることで、アバランシェ増倍される。

これに対し、図６の第７半導体領域３１７とＰ型の第２半導体領域３１２の間、すなわち図７の点線７０の深さＢから深さＡにかけては、アバランシェ増倍が起こらないポテンシャル分布となっている。そのため、フォトダイオードのサイズに対して強電界領域（アバランシェ増倍領域）の面積を大きくすることなく、第４半導体領域３１４で発生した電荷を信号電荷としてカウントすることができる。なお、ここまで第７半導体領域３１７の導電型はＮ型であるとして説明してきたが、上述のポテンシャル関係を満たす濃度であればＰ型の半導体領域であってもよい。

また、第２半導体領域３１２で光電変換された電荷は、図７の点線７０の深さＢから深さＣにかけてのポテンシャル勾配により、第４半導体領域３１４に流れ込む。第４半導体領域３１４内の電荷は、前述の理由により、第２半導体領域３１２に移動しやすい構造となっている。このため、第２半導体領域３１２で光電変換された電荷は、第１半導体領域３１１に移動し、アバランシェ増倍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３１２で光電変換された電荷に対する感度を有する。

また、図７の点線７０は、図３の線分ＦＦ’の断面ポテンシャルを示す。点線７０において、図６の高さＡと線分ＦＦ’が交わる箇所をＡ２、高さＢと線分ＦＦ’が交わる箇所をＢ２、高さＣと線分ＦＦ’が交わる箇所をＣ２、高さＤと線分ＦＦ’が交わる箇所をＤ２とする。図６の第４半導体領域３１４で光電変換された電子は、図７のポテンシャルＤ２からＣ２に沿って移動するが、Ｃ２からＢ２にかけては、電子にとってポテンシャル障壁となるため、乗り越えることができない。そのため、電子は、図６の第４半導体領域３１４のうち線分ＥＥ’で示す中央付近に移動する。移動した電子は、図７のポテンシャル勾配Ｃ１からＢ１に沿って移動し、Ｂ１からＡ１にかけての急峻なポテンシャル勾配でアバランシェ増倍され、第１半導体領域３１１を通過した後、信号電荷として検出される。

また、図６の第３半導体領域３１３と第６半導体領域３１６の境界付近で発生した電荷は、図７のポテンシャルＢ２からＣ２へのポテンシャル勾配に沿って移動する。その後、前述の通り、図６の第４半導体領域３１４の線分ＥＥ’で示す中央付近に移動する。そして、Ｂ１からＡ１にかけての急峻なポテンシャル勾配でアバランシェ増倍される。アバランシェ増倍された電荷は、第１半導体領域３１１を通過した後、信号電荷として検出される。

図８は、第１の実施形態にかかる光電変換装置の凹凸構造３２５を形成するトレンチのうち２つを拡大した断面図である。

トレンチ構造は第３半導体領域３１３とは異なる材料を含んで構成される。例えば第３半導体領域３１３がシリコンである場合、トレンチ構造を構成する主な部材はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であるが、金属や有機材料が含まれていてもよい。トレンチは例えば半導体層表面から０．１～０．６μｍの深さで形成される。入射光の回折を十分に高めるためには、トレンチの幅よりもトレンチの深さの方が大きいことが望ましい。ここでトレンチの幅とはトレンチ断面の重心部を通る平面における、ピニング膜３２１と第３半導体領域３１３との界面からピニング膜３２１と第３半導体領域３１３との界面までの幅であり、トレンチの深さとは光入射面からトレンチ底部までの深さである。

また、図８中に矢印で示す周期ｐは複数のトレンチによって構成される凹凸構造３２５の１周期を示す。凹凸構造の一つであるトレンチの重心から、断面図において該トレンチの隣にある別のトレンチの重心までの距離を凹凸構造３２５の周期とし、凹凸構造３２５全体の凹凸の周期の平均を実効周期とする。

トレンチの形成工程を説明する。まず、半導体層の第３半導体領域３１３にエッチングによって溝を形成する。その後、第３半導体領域３１３の表面とトレンチ内部に化学気相成長法などの方法でピニング膜３２１が形成される。ピニング膜３２１で覆われたトレンチ内部は充填部材３３２で埋め込まれる。凹凸構造３２５を形成するトレンチは、画素分離部を構成するトレンチと同じプロセスで埋め込むことができる。この場合、凹凸構造３２５を形成するトレンチの側壁部と画素分離部を構成するトレンチの側壁部は同等の不純物濃度を有することとなる。

充填部材３３２はその内部に空隙３３１を有してもよい。空隙３３１の屈折率は、充填部材３３２の屈折率に比べ低いため、空隙を通過した光とそれ以外の部位を通過した光に光路差が生じる。充填部材内に空隙を設けない場合と比べ、凹凸構造３２５全体の屈折率差が大きくなり、凹凸構造３２５を透過した光に生じる位相差も大きくなるため、入射光の回折を強めやすくなる。つまり、充填部材内に空隙を設けることで、特定の位相で入射光の強度が高まり、感度を向上させる効果が得られる。

図９は第１の実施形態にかかる光電変換装置の二画素分の画素平面図である。図９（ａ）は光入射面に対抗する面からの平面視による平面図であり、図９（ｂ）は光入射面側からの平面視による平面図である。

図９（ａ）において、第１半導体領域３１１及び第４半導体領域３１４、第７半導体領域３１７は円形であり、同心円状に配置されている。このような構造にすることで、第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２の間の強電界領域の端部における局所的な電界集中を抑制しＤＣＲを低減する効果が得られる。各半導体領域の形状は円形に限られず、例えば重心位置を揃えた多角形でもよい。

図９（ｂ）において、凹凸構造３２５は平面視で格子状に形成されている。凹凸構造３２５は第１半導体領域３１１及び第４半導体領域３１４に重複して形成され、凹凸構造３２５の重心位置は平面視においてアバランシェ増倍領域に内包される。図９（ｂ）に示すような格子状のトレンチ構造では、トレンチが交差する部分におけるトレンチ深さはトレンチが単独で延びる部分のトレンチ深さよりも深くなる。ただし、トレンチが交差する部分におけるトレンチの底部は、半導体層の厚みの半分よりも光入射面側に近い位置にある。ここでトレンチ深さとは前記第２の面から前記底部までの深さであり、凹凸構造３２５の凹部の深さということもできる。

図１０は第１の実施形態にかかる光電変換装置１０２の比較例である。図１０では光電変換装置１０２を簡略化して示す。光電変換装置１０２はアバランシェ増倍領域５０１と配線層５０２、凹凸構造３２５を有する光電変換装置である。

このような光電変換素子に光が入射すると、アバランシェ増倍領域５０１においてアバランシェ発光が起こる場合がある。アバランシェ発光とはアバランシェ増倍によって発生した多量の電子ないしホールが、極性の異なる電荷と再結合することでフォトンが生じる現象である。アバランシェ発光によって生じたフォトンが隣り合う画素に漏れこむことで偽信号が生じ、画質の低下につながる。

図１０に示す光電変換素子は、半導体層の光入射面側に形成された凹凸構造３２５の実効周期がアバランシェ発光波長よりも大きい。ここでアバランシェ発光光のスペクトルは短波長から長波長まである程度の広がりを持つが、波長の短い成分は基板中での吸収長が短く、発光領域から近い位置で光電変換されるため、隣接画素に到達して偽信号を発生する確率が低い。一方で、波長の長い成分は基板中での吸収長が長く、発光領域からより遠い位置で偽信号を発生する確率が高いため、前記の画質低下の支配的な要因となる。このため、アバランシェ発光光のスペクトルのうち波長が最大となる成分を、前記の画質低下の代表的な要因と近似的にみなすことができる。アバランシェ発光の波長の最大値は基板材料のバンドギャップで決まり、ｈｃ／Ｅ_ａ（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ_ａ：基板のバンドギャップ［Ｊ］）によって求められるものとする。例えばセンサ基板がシリコンである場合、アバランシェ発光光の波長の最大値は１．１μｍ程度である。

凹凸構造の実効周期がアバランシェ発光波長よりも大きい場合、アバランシェ発光光は凹凸構造に対して粒子的にふるまう。基板深さに対する実効屈折率の変化が急峻になるため、アバランシェ発光光は凹凸構造底部で反射され、反射光は画素内で迷光となる。

図１１は第１の実施形態にかかる光電変換装置の実施例である。図１１においても、図１０と同様に光電変換装置１０２を簡略化して示す。

図１１に示す光電変換素子は、半導体層の光入射面側に形成された凹凸構造の周期がアバランシェ発光波長よりも小さい。センサ基板がシリコンである場合、凹凸構造は１．１μｍ～０．２μｍの周期で形成される。このような光電変換素子でアバランシェ発光が発生した場合、アバランシェ発光光は波動的にふるまう。半導体層深さに対する実効屈折率の変化が緩やかになるため、アバランシェ発光光の凹凸構造底部での反射が小さくなり、凹凸構造に入射したアバランシェ発光光は基板外に向かって進むため、画素内の迷光が抑制される。このとき半導体層の光入射面におけるアバランシェ発光光の光強度が高い光電変換素子中央部に凹凸構造を配することでより効率的に迷光を抑制する効果が得られる。

なお、図１１に例示した凹凸構造を形成するトレンチはテーパー状であり、一律の幅を有さない。このような凹凸構造では、断面構造における平均的な幅（図１１においてはトレンチ深さの半分の深さにおける幅）においてアバランシェ発光波長よりも小さい周期となる条件を満たしていれば本願の効果を得ることができる。言い換えれば、トレンチ幅はｈｃ／２Ｅ_ａ（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ_ａ：基板のバンドギャップ［Ｊ］）を満たし、例えばセンサ基板がシリコンである場合のトレンチ幅は０．５５μｍ以下である。半導体基板の光吸収長と、光入射面から第１の半導体領域と第２の半導体領域との界面までの距離とが等しくなる波長よりも実効周期が小さいということもできる。

また、配線層５０２はＡＬ配線などを含み、半導体層３０１を透過した光を画素内部に反射させる反射部材として機能する。

このように、半導体層の光入射面側に構成された凹凸構造の周期をアバランシェ発光光よりも小さくすることによってクロストークを低減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る光電変換装置について図１２を用いて説明する。

第１の実施形態と説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では凹凸構造が平面視でＴ字状に重なる点を有するように形成される。

図１２は第２の実施形態に係る光電変換装置の二画素分の画素平面図である。

光入射面側からの平面視において、凹凸構造３２５を構成するトレンチはＴ字状の構成が繰り返されることで複数の矩形が連なった形状を成すように配置されている。凹凸構造３２５の構造は図９に示す格子状のトレンチ構造を１行ごとに半ピッチずらした格子状の構造であると言い換えることもできる。

このような構成では、凹凸構造３２５が縦横に交差する格子を形成する場合と比較して、トレンチ形成のためのエッチング過程でトレンチが重なりオーバーエッチされている部分の数が少ない。そのため、エッチングにより半導体層に格子欠陥などのダメージが生じ、暗電流の原因となることでＤＣＲが悪化する可能性を低減できる。

（第２の実施形態の変形例）
図１３に第２の実施形態の変形例に係る光電変換装置の二画素分の画素平面図を示す。

光入射面側からの平面視において、凹凸構造３２５を形成するトレンチは、Ｔ字状の構成が繰り返されることで面積の異なる複数の矩形が連なった形状を成すように配置されている。

このような構成でも、凹凸構造３２５が縦横に重なる格子を形成する場合と比較して、トレンチが重なりオーバーエッチされている部分の数が少なくなる。そのため、エッチングにより半導体層に格子欠陥などのダメージが生じ、暗電流の原因となることでＤＣＲが悪化する可能性を低減できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る光電変換装置について図１４から図１７を用いて説明する。

第１の実施形態及び第２の実施形態と説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。

図１４は第３の実施形態に係る光電変換装置四画素分の、光入射面に対向する面からの平面視による画素平面図である。第７半導体領域３１７の周囲にＮ型の第８半導体領域３１８が設けられている点が第１及び第２の実施形に係る光電変換装置と異なっている。光入射面に対向する面に形成された第８の半導体領域３１８のＮ型の不純物濃度は、第１の半導体領域３１１のＮ型の不純物濃度よりも低い。

図１５は、第３の実施形態に係る光電変換装置四画素分の、光入射面側からの平面視による画素平面図である。

光入射面側からの平面視において、凹凸構造３２５はランダムに配されたトレンチによる非周期的な構造を有する。この場合も、凹凸構造３２５の実効周期はアバランシェ発光光の波長よりも短くなるよう構成される。

凹凸構造３２５の分布をランダムにすることで、入射光が凹凸構造３２５で回折される際の回折光の角度分布が均一化され、感度向上効果を高めることが可能である。凹凸構造３２５の配置はこれに限られず、例えば面内に独立した複数の島状の構造を形成してもよい。

図１６は第３の実施形態に係る光電変換装置の画素を図１５のＡ－Ａ‘方向に切断した断面図であり、図１７は第３の実施形態に係る光電変換装置の画素を図１５のＢ－Ｂ‘方向に切断した断面図である。

本実施形態に係る画素はＡ－Ａ‘方向の断面（画素の対辺方向）において、光入射面側に対向する面まで延在する第５半導体領域３１５を有さない。第５半導体領域３１５と第８半導体領域３１８とは分離された構造となる。一方、Ｂ－Ｂ‘方向の断面（画素の対角方向）においては、第５半導体領域３１５は光入射面側から光入射面に対向する面まで延在している。

画素の角部に第５半導体領域３１５を設けず、第８半導体領域３１８を設けることによって、平面方向の電界が緩和される。画素の角部で暗電荷が発生した場合の暗電荷は横方向の電界によって第１半導体領域３１１に収集され、アバランシェ増倍を誘起する強電界領域を通過せずに排出されやすくなる。これによりＤＣＲの悪化が軽減される。また、画素の角部に第５半導体領域３１５を設けないことで、第５半導体領域３１５と第１半導体領域３１１との間の横方向電界集中を抑制できるため、画素の微細化を容易にすることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る光電変換装置について図１８から図２０を用いて説明する。

第１の実施形態から第３の実施形態と説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。

図１８は第４の実施形態に係る光電変換装置１０２の二画素分の断面図であり、図１９は第４の実施形態に係る光電変換装置１０２の二画素分の平面図である。図１９（ａ）は光入射面に対抗する面からの平面視による平面図であり、図１９（ｂ）は「光入射面側からの平面視による平面図である。

図１８、図１９に示すように、本実施例に係る光電変換装置では、半導体層３０１と層間膜３２２との間に反射防止膜３２６が設けられている。また、画素間に遮光部３２７が設けられている点、凹凸構造３２５が画素内に密度分布が生ずるように形成されている点で第１から第３の実施形態と異なっている。

第４の実施形態に係る光電変換装置１０２の二画素分の比較図である図２０を用いて第４の実施形態の効果を説明する。図２０では光電変換装置１０２を簡略化して示す。光電変換装置１０２はアバランシェ増倍領域５０１と配線層５０２、凹凸構造３２５、反射防止膜３２６、遮光部３２７を有する光電変換装置である。

反射防止膜３２６の屈折率は、凹凸構造３２５の実効屈折率よりも低い。ここで実効屈折率とはトレンチの形成された基盤とトレンチ内を埋め込む部材とを合わせた凹凸構造３２５全体の実質的な屈折率である。例えば半導体層３０１が屈折率４のＳｉ、層間膜３２２が屈折率１．５のＳｉＯであった場合、凹凸構造３２５の実効屈折率は２．８～３．８である。反射防止膜は例えばＴａ_２Ｏ_５などであり、その屈折率は２前後である。半導体層３０１と層間膜３２２との間に反射防止膜３２６を設けることにより、半導体層３０１から層間膜３２２にかけての屈折率の変化をなだらかにすることができる。これにより、アバランシェ発光光の半導体層裏面での反射を防ぎ、アバランシェ発光光によるクロストークを低減できる。

また、画素間に遮光部３２７を設けることにより、各画素で生じたアバランシェ発光光が画素外に出た際、隣接する画素に入ることによるクロストークを低減できる。

図１９（ａ）に示すように本実施形態における凹凸構造３２５は画素内に密度分布が生ずるように形成されている。具体的には、各画素においてアバランシェ発光光の強度分布の低い画素周縁部のトレンチ密度を低くする。これにより、画素全体に対するトレンチの面積占有率を下げることができる。トレンチが形成された箇所はエッチングによる半導体層へのダメージなどから暗電流の発生源となりうるため、トレンチの面積占有率を下げることでクロストークを抑えながらＤＣＲを低減することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る光電変換装置について図２１を用いて説明する。

第１の実施形態から第４の実施形態と説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。

図２１は第５の実施形態に係る光電変換装置の画素の断面図である。

第５の実施形態に係る光電変換装置では、凹凸構造３２５を形成するトレンチの深さが一律でない。図２１に示す画素では、アバランシェ発光光の強度が高い画素中央部に近い部分ではトレンチは例えば０．１～０．６μｍの深さに形成され、アバランシェ発光光の強度が低い画素の外縁部に近い部分ではトレンチは相対的に浅く形成される。

このように深さが異なる複数のトレンチを含む凹凸構造３２５を形成することで、アバランシェ発光光が強く集まる画素中央付近における発光光の反射を重点的に抑制し、クロストークを低減ことができる。また、凹凸構造３２５の総体積を抑えることができるため、暗電流の発生が抑制され、ＤＣＲ悪化を低減することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態に係る光電変換装置について図２２を用いて説明する。

第１の実施形態から第５の実施形態までと説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。

凹凸構造３２５を形成するトレンチの断面は図８に示す形状に限られず、例えば図２２（ａ）に示すような光入射面側が狭く、光入射面に対向する面に近い側が広い逆テーパー状の形状でも構わない。凹凸構造３２５を形成するトレンチをこのような形状にすることで、回折効果を強め、感度を向上させることができる。

また、凹凸構造３２５を形成するトレンチは図２２（ｂ）に示すような半球状でもよい。屈折率の急峻な変化を抑え、反射防止効果を得ることで、感度の向上が可能である。図２２（ｂ）には断面の中心角が１８０°の半円形状となるような半球が示されているが、断面が円弧状となるような形状であれば同様の効果が得られる。

図２２（ｃ）に示すような階段状のトレンチでも同様に屈折率の急な変化を抑え、反射防止効果により感度を向上させることができる。図２２（ｃ）には光入射面に平行な２つの平面を有する階段状のトレンチが示されているが、並行面の数（階段の段数）はこれに限られない。

（第７の実施形態）
第７の実施形態に係る光電変換装置について図２３、図２４を用いて説明する。

第１の実施形態から第６の実施形態までと説明が共通する部分は省略し、主に第１の実施形態と異なる部分について説明する。

図２３は、第７の実施形態に係る光電変換装置の光電変換素子１０２の半導体層の面方向に垂直な方向の断面図である。本実施形態に係る光電変換装置では、第１の実施形態に係る光電変換装置と比較してＮ型の第１半導体領域３１１が画素の受光面に占める割合が大きく、第７半導体領域３１７は第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２との間に配されている。

また、凹凸構造３２５は、その断面が光入射面を底面とした三角形になるような、四角錘型の形状を有する。

図２４は第７の実施形態にかかる光電変換装置の二画素分の画素平面図である。図２４（ａ）は光入射面に対抗する面からの平面視による平面図であり、図２４（ｂ）は光入射面側からの平面視による平面図である。

光入射面側からの平面視において、第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２との間に第３半導体領域３１３が配されている。入射した光は第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２との間でアバランシェ増倍される。そのため、第１半導体領域３１１と第２半導体領域３１２とが露光されるように画素の開口部を設計した場合、本実施形態に係る光電変換装置の開口率は第１～第５の実施形態に係る光電変換装置の開口率と比べ小さくなる。開口率が小さくなることで、信号検出可能な光電変換領域の体積を抑制できるため、クロストークの低減が可能である。

（第８の実施形態）
本実施形態による光電変換システムについて、図２５を用いて説明する。図２５は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。

上記第１～第６実施形態で述べた光電変換装置は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図２５には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

図２５に例示した光電変換システムは、光電変換装置の一例である撮像装置１００４、被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ１００２を備える。さらに、レンズ１００２を通過する光量を可変にするための絞り１００３、レンズ１００２の保護のためのバリア１００１を有する。レンズ１００２及び絞り１００３は、撮像装置１００４に光を集光する光学系である。撮像装置１００４は、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置であって、レンズ１００２により結像された光学像を電気信号に変換する。

光電変換システムは、また、撮像装置１００４より出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部１００７を有する。信号処理部１００７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部１００７は、撮像装置１００４が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置１００４とは別の半導体基板に形成されていてもよい。

光電変換システムは、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１０１３を有する。更に光電変換システムは、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体１０１２、記録媒体１０１２に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１０１１を有する。なお、記録媒体１０１２は、光電変換システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１００９、撮像装置１００４と信号処理部１００７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１００８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された出力信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。

撮像装置１００４は、撮像信号を信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部１００７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

このように、本実施形態によれば、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。

（第９の実施形態）
本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図２６を用いて説明する。図２６は、本実施形態の光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。

図２６（ａ）は、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム１３００は、撮像装置１３１０を有する。撮像装置１３１０は、上記のいずれかの実施形態に記載の光電変換装置である。光電変換システム１３００は撮像装置１３１０により取得された複数の画像データに対し画像処理を行う画像処理部１３１２と、光電変換システム１３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部１３１４を有する。また、光電変換システム１３００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取得部１３１６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１３１８と、を有する。ここで、視差取得部１３１４や距離取得部１３１６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。衝突判定部１３１８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。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等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。

光電変換システム１３００は車両情報取得装置１３２０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、光電変換システム１３００は、衝突判定部１３１８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部である制御ＥＣＵ１３３０が接続されている。また、光電変換システム１３００は、衝突判定部１３１８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１３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部１３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ１３３０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１３４０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ーに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム１３００で撮像する。図２６（ｂ）に、車両前方（撮像範囲１３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置１３２０が、光電変換システム１３００ないしは撮像装置１３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、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。更に、光電変換システムは、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。

（第１０の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図２７を用いて説明する。図２７は、本実施形態の光電変換システムである距離画像センサの構成例を示すブロック図である。

図２７に示すように、距離画像センサ４０１は、光学系４０７、光電変換装置４０８、画像処理回路４０４、モニタ４０５、およびメモリ４０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ４０１は、光源装置４０９から被写体に向かって投光され、被写体の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、被写体までの距離に応じた距離画像を取得することができる。

光学系４０７は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光電変換装置４０８に導き、光電変換装置４０８の受光面（センサ部）に結像させる。

光電変換装置４０８としては、上述した各実施形態の光電変換装置が適用され、光電変換装置４０８から出力される受光信号から求められる距離を示す距離信号が画像処理回路４０４に供給される。

画像処理回路４０４は、光電変換装置４０８から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行う。そして、その画像処理により得られた距離画像（画像データ）は、モニタ４０５に供給されて表示されたり、メモリ４０６に供給されて記憶（記録）されたりする。

このように構成されている距離画像センサ４０１では、上述した光電変換装置を適用することで、画素の特性向上に伴って、例えば、より正確な距離画像を取得することができる。

（第１１の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図２８を用いて説明する。図２８は、本実施形態の光電変換システムである内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。

図２８では、術者（医師）１１３１が、内視鏡手術システム１１５０を用いて、患者ベッド１１３３上の患者１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１５０は、内視鏡１１００と、術具１１１０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１３４と、から構成される。

内視鏡１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１０１と、鏡筒１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１００を図示しているが、内視鏡１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。

鏡筒１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１００には光源装置１２０３が接続されており、光源装置１２０３によって生成された光が、鏡筒１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。

カメラヘッド１１０２の内部には光学系及び光電変換装置が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該光電変換装置に集光される。当該光電変換装置によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該光電変換装置としては、前述の各実施形態に記載の光電変換装置を用いることができる。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ： Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１３５に送信される。

ＣＣＵ１１３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１００及び表示装置１１３６の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１３５は、カメラヘッド１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。

表示装置１１３６は、ＣＣＵ１１３５からの制御により、当該ＣＣＵ１１３５によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。

光源装置１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１００に供給する。

入力装置１１３７は、内視鏡手術システム１１５０に対する入力インターフェースである。ユーザーは、入力装置１１３７を介して、内視鏡手術システム１１５０に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。

処置具制御装置１１３８は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１２の駆動を制御する。

内視鏡１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。

また、光源装置１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。

また、光源装置１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用する。具体的には、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。

（第１２の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図２９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図２９（ａ）は、本実施形態の光電変換システムである眼鏡１６００（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６００には、光電変換装置１６０２を有する。光電変換装置１６０２は、上記の各実施形態に記載の光電変換装置である。また、レンズ１６０１の裏面側には、ＯＬＥＤやＬＥＤ等の発光装置を含む表示装置が設けられていてもよい。光電変換装置１６０２は１つでもよいし、複数でもよい。また、複数種類の光電変換装置を組み合わせて用いてもよい。光電変換装置１６０２の配置位置は図２９（ａ）に限定されない。

眼鏡１６００は、制御装置１６０３をさらに備える。制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と上記の表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と表示装置の動作を制御する。レンズ１６０１には、光電変換装置１６０２に光を集光するための光学系が形成されている。

図２９（ｂ）は、１つの適用例に係る眼鏡１６１０（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６１０は、制御装置１６１２を有しており、制御装置１６１２に、光電変換装置１６０２に相当する光電変換装置と、表示装置が搭載される。レンズ１６１１には、制御装置１６１２内の光電変換装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ１６１１には画像が投影される。制御装置１６１２は、光電変換装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、光電変換装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザーの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下を低減する。

赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザーの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。

より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き（回転角度）を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザーの視線が検出される。

本実施形態の表示装置は、受光素子を有する光電変換装置を有し、光電変換装置からのユーザーの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。

具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第１の視界領域と、第１の視界領域以外の第２の視界領域とを決定される。第１の視界領域、第２の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第１の視界領域の表示解像度を第２の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第２の視界領域の解像度を第１の視界領域よりも低くしてよい。

また、表示領域は、第１の表示領域、第１の表示領域とは異なる第２の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第１の表示領域および第２の表示領域から優先度が高い領域を決定されてよい。第１の視界領域、第２の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。

なお、第１の視界領域や優先度が高い領域の決定には、ＡＩを用いてもよい。ＡＩは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。ＡＩプログラムは、表示装置が有しても、光電変換装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。

視認検知に基づいて表示制御する場合、外部を撮像する光電変換装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態に含まれる。

また、上記第７の実施形態、第８の実施形態に示した光電変換システムは、光電変換装置を適用しうる光電変換システム例を示したものであって、本発明の光電変換装置を適用可能な光電変換システムは図２５乃至図２６に示した構成に限定されるものではない。第１０の実施形態に示したＴｏＦシステム、第１１の実施形態に示した内視鏡、第１２の実施形態に示したスマートグラスについても同様である。

なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００ 光電変換装置
１０１ 画素
３１１ 第１の半導体領域
３１２ 第２の半導体領域
３２５ 凹凸構造

Claims (29)

1. 第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、
   前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、
   前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、
   前記複数の凹凸構造の実効周期はｈｃ／Ｅ_ａ（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ_ａ：基板のバンドギャップ［Ｊ］）よりも小さいことを特徴とする光電変換装置。
2. 前記複数の凹凸構造はトレンチ構造によって形成され、
   前記トレンチ構造の幅はｈｃ／２Ｅ_ａ（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ_ａ：基板のバンドギャップ［Ｊ］）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、
   前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、
   前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、
   前記複数の凹凸構造の実効周期は１．１μｍよりも小さいことを特徴とする光電変換装置。
4. 前記複数の凹凸構造はトレンチ構造によって形成され、
   前記トレンチ構造の幅は０．５５μｍよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
5. 前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された前記第２の導電型の第３の半導体領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
6. 前記第２の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に前記第１の導電型の第４の半導体領域が設けられ、
   前記第４の半導体領域における前記第１の導電型の不純物濃度は前記第１の半導体領域における前記第１の導電型の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
7. 前記第１の面に垂直な方向からの平面視において、
   前記第４の半導体領域と重なる前記複数の凹凸構造の面積は前記第４の半導体領域と重ならない前記複数の凹凸構造の面積よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
8. 前記第１の深さに配され、前記第１の面からの平面視において前記第１の半導体領域を囲む第５の半導体領域が設けられ、
   前記第５の半導体領域における不純物濃度は前記第１の半導体領域における不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光電変換装置。
9. 前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域とのポテンシャル差は前記第２の半導体領域と前記第５の半導体領域とのポテンシャル差よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
10. 前記第１の面に垂直な方向からの平面視において、
    前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に形成される増倍領域は、前記複数の凹凸構造に内包されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光電変換装置。
11. 前記第１の面に垂直な方向の平面視において、
    前記複数の凹凸構造の重心位置は前記増倍領域に内包されることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
12. 前記複数のアバランシェダイオードは、第１のアバランシェダイオードと、前記第１のアバランシェダイオードに隣り合う第２のアバランシェダイオードとを含み、
    前記第１のアバランシェダイオードと前記第２のアバランシェダイオードとの間に画素分離部を有することを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載の光電変換装置。
13. 前記複数のアバランシェダイオードは前記第２のアバランシェダイオードに隣り合う第３のアバランシェダイオードを含み、
    前記第１のアバランシェダイオードと前記第２のアバランシェダイオードとの間に第１の画素分離部を有し、
    前記第２のアバランシェダイオードと前記第３のアバランシェダイオードとの間に第２の画素分離部を有し、
    前記第２のアバランシェダイオードにおける前記第２の半導体領域は、前記第１の面に垂直な断面において前記第１の画素分離部から前記第２の画素分離部まで延在することを特徴とする請求項１２に記載の光電変換装置。
14. 前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれにおいて、前記画素分離部から最近接位置の画素分離部までの距離をＬとしたとき、
    前記第１の面から前記増倍領域までの距離ｄは、Ｌ√２／４＜ｄ＜Ｌ×√２を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
15. 前記複数の凹凸構造の前記第１の面側に積層された反射防止膜を有し、
    前記反射防止膜の屈折率は、前記増倍領域と前記第１の面に垂直な方向の平面視で重なり前記複数の凹凸構造の前記第２の面側の面と前記第１の面との間に挟まれた領域の実効屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
16. 前記第１の面に垂直な方向からの平面視において、
    前記複数の凹凸構造はＴ字状のトレンチ構造を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
17. 前記第１の面に垂直な方向からの平面視において、
    前記複数の凹凸構造は非周期的に構成されたトレンチ構造を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の光電変換装置。
18. 前記複数の凹凸構造の密度分布は前記第１の面内で一律でないことを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の光電変換装置。
19. 前記アバランシェダイオードの中央部における前記複数の凹凸構造の密度は、前記アバランシェダイオードの外縁部における前記凹凸構造の密度よりも高いことを特徴とする請求項１８記載の光電変換装置。
20. 前記複数の凹凸構造は、第１の凹凸構造と、第２の凹凸構造とを有し、前記第１の面から前記第１の凹凸構造の底部までの深さと前記第１の面から前記第２の凹凸構造の底部までの深さとが異なることを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の光電変換装置。
21. 前記アバランシェダイオードの中央部に配された、前記第１の凹凸構造の前記第１の面から前記底部までの深さは、前記アバランシェダイオードの外縁部に配された、前記第２の凹凸構造の前記第１の面から前記底部までの深さよりも深いことを特徴とする請求項２０に記載の光電変換装置。
22. 前記複数の凹凸構造の、第１の方向に延びる凹部と第２の方向に延びる凹部とが交差する部分における前記第１の面から前記底部までの深さは、前記第１の方向に延びる凹部と交差していない前記第２の方向に延びる凹部の前記第１の面から前記底部までの深さよりも深いことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の光電変換装置。
23. 前記交差する部分における前記底部は、
    前記第１の面と前記第２の面との距離の半分よりも前記第１の面に近い位置にあることを特徴とする請求項２２に記載の光電変換装置。
24. 前記複数の凹凸構造は、前記第１の面に垂直な方向の平面視で独立した複数の領域からなることを特徴とする請求項１乃至請求項２３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
25. 前記複数の凹凸構造は空隙を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
26. 前記複数の凹凸構造はピニング膜を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
27. 前記複数の凹凸構造の実効周期は、前記半導体層の光吸収長が前記第１の面から前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間までの距離と等しくなる波長よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項２６のいずれか一項に記載の光電変換装置。
28. 請求項１乃至請求項２７のいずれか一項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部と、を有することを特徴とする光電変換システム。
29. 請求項１乃至請求項２７のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
    前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有する
    ことを特徴とする移動体。

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