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公開番号2024059430
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-01
出願番号2022167104
出願日2022-10-18
発明の名称光検出装置
出願人ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
代理人弁理士法人つばさ国際特許事務所
主分類H01L 27/146 20060101AFI20240423BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】感度の向上と共に色バランスを改善することが可能な光検出装置を提供する。
【解決手段】本開示の一実施形態の第1の光検出装置は、対向する第1の面および第2の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第1の画素および第2の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第1の面側に第1の画素および第2の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第1の画素では入射光を第1の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第1の波長成分を選択的に第1の画素に導き、第2の画素では入射光を第2の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第2の波長成分を選択的に第2の画素に導く波長分離構造と、第1の面側に設けられ、第1の画素および第2の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造と
を備えた光検出装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記波長分離構造は、前記第１の画素および前記第２の画素に対する共通層として形成される第１の媒質と、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに設けられた第２の媒質とを有し、
前記第２の媒質は前記入射光の所定の波長以下の大きさの柱状構造を有し、前記第１の媒質よりも高い屈折率を有する、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記第２の媒質は、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに１または複数設けられると共に、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに異なる径を有する、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記第１の媒質は、前記入射光に対して１．５以下の屈折率を有する、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記第１の媒質は、シリコン酸化物、フッ素を添加したシリコン酸化物、フッ素樹脂、多孔質シリカまたはそれらの混合素材からなる、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記第２の媒質は、前記入射光に対して１．７以上の屈折率を有する、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記第２の媒質は、酸化チタン、酸化アルミニウム、シリコン窒化物、アモルファスシリコンまたはそれらの混合素材からなる、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記開口調整構造は、前記一方の画素に選択的に設けられる集光素子からなる、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記集光素子は、前記波長分離構造よりも光入射側に配置されるオンチップレンズである、請求項８に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記集光素子は、前記第１の面と前記波長分離構造との間に配置されるインナーレンズである、請求項８に記載の光検出装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長分離構造を有する光検出装置に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１では、ナノポスト構造により光を散乱または回折させ、空間的に波長分離することにより光利用効率の向上を図ったイメージセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－０６９１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光検出装置では、色バランスの改善が求められている。
【０００５】
感度の向上と共に色バランスを改善することが可能な光検出装置を提供することが望ましい。
【０００６】
本開示の一実施形態としての第１の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面側に設けられ、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造とを備えたものである。
【０００７】
本開示の一実施形態としての第２の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面側において、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に設けられた集光素子とを備えたものである。
【０００８】
本開示の一実施形態としての第３の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面と波長分離構造との間において、隣り合う第１の画素と第２の画素との境界に設けられ、第の画素および第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、開口内に充填された、第１の画素および第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層とを備えたものであり、開口のサイズは光感度が相対的に低い画素の開口が他の画素の開口よりも大きい。
【０００９】
本開示の一実施形態としての第１の光検出装置では、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板の光入射面となる第１の面側に波長分離構造および開口調整構造を設けるようにした。波長分離構造は、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられており、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く。開口調整構造は、第１の面側に設けられ、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする。本開示の一実施形態としての第２の光検出装置では、開口調整構造として、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に集光素子を設けるようにした。本開示の一実施形態としての第３の光検出装置では、第１の面と波長分離構造との間に、隣り合う第１の画素と第２の画素との境界に設けられ、第の画素および第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、開口内に充填された、第１の画素および第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層を開口調整構造として、光感度が相対的に低い画素の開口サイズを他の画素の開口サイズよりも大きくした。これにより、相対的に光感度が低い画素における量子効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の第１の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
図１に示した光検出装置の全体構成を表すブロック図である。
図１に示した単位画素の等価回路図である。
図１に示した光検出装置の平面レイアウトの一例を表す模式図である。
図４に示した平面レイアウトを有する光検出装置を模式的に表した斜視図である。
参考例１としての光検出装置の断面模式図である。
参考例２としての光検出装置の断面模式図である。
図６に示した光検出装置におけるＲ，Ｇ，Ｂの量子効率を表す特性図である。
図７に示した光検出装置におけるＲ，Ｇ，Ｂの量子効率を表す特性図である。
図１に示した光検出装置におけるＲ，Ｇ，Ｂの量子効率を表す特性図である。
本開示の変形例１に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
本開示の変形例２に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。
本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。
本開示の変形例４に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
本開示の第２の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
図１７に示した光検出装置の平面レイアウトの一例を表す模式図である。
図１に示した光検出装置を有する電子機器の構成例を表すブロック図である。
図１等に示した光検出装置を用いた光検出システムの全体構成の一例を表す模式図である。
図２０Ａに示した光検出システムの回路構成の一例を表す図である。
車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
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。
カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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