特許 7454917 光検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-14

(45)【発行日】2024-03-25

(54)【発明の名称】光検出装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240315BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20240315BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20240315BHJP

   H01L 31/107 20060101ALI20240315BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

H01L31/10 H

H01L31/02 B

H01L27/146 D

H01L31/10 B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019111528

(22)【出願日】2019-06-14

(65)【公開番号】P2020096157

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2022-06-08

(31)【優先権主張番号】P 2018232892

(32)【優先日】2018-12-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2018232895

(32)【優先日】2018-12-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】園部 弘典

(72)【発明者】

【氏名】西尾 文孝

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 勇治

(72)【発明者】

【氏名】前北 和晃

【審査官】柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０３８１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２５６３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２６６２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０３８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１１１４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２３５３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８０４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－０３８９７５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６１－２８９６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２０７２８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ３１／１０７

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

Ｈ０１Ｌ ３１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する第一及び第二主面を含むと共に、各々が少なくとも一つのアバランシェフォトダイオードを含む複数のセルを有する半導体基板と、
前記複数のセルから離間して前記第一主面に配置されている複数のパッド電極と、
前記第一主面に配置されていると共に、互いに対応する前記セルと前記パッド電極とを電気的に接続する複数の配線部と、を備え、
前記半導体基板は、周辺に位置するキャリアを吸収する周辺キャリア吸収部を有し、
前記周辺キャリア吸収部は、前記第一主面に直交する方向から見て、各前記パッド電極及び各前記配線部の周囲に設けられており、
各前記配線部の幅は、前記パッド電極の径よりも小さく、
各前記セルの縁と当該セルに対応する前記パッド電極の縁との最短距離は、当該パッド電極の径よりも大きい、光検出装置。

【請求項2】

前記周辺キャリア吸収部は、連続的に各前記パッド電極及び各前記配線部を囲んでいる、請求項１に記載の光検出装置。

【請求項3】

前記周辺キャリア吸収部は、断続的に各前記パッド電極及び各前記配線部を囲んでいる、請求項１に記載の光検出装置。

【請求項4】

各前記セルの縁と当該セルに対応する前記パッド電極の縁との最短距離は、５０μｍ以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の光検出装置。

【請求項5】

前記周辺キャリア吸収部は、前記周辺キャリア吸収部の縁と各前記配線部の縁との間隔が２５～５０μｍとなるように前記各配線部を囲んでいる、請求項１～４のいずれか一項に記載の光検出装置。

【請求項6】

各前記セルに接続されている電極部を更に備え、
前記複数の配線部の各々は、対応する前記セルに接続されている前記電極部に接続されており、
前記電極部の縁と前記配線部の縁との接続部分は、湾曲しており、
前記接続部分の曲率半径は、前記半導体基板の厚さ方向における前記アバランシェフォトダイオードの空乏層の厚さ以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検出装置。

【請求項7】

各前記セルに接続されている電極部を更に備え、
前記複数の配線部の各々は、対応する前記セルに接続されている前記電極部に接続されており、
前記周辺キャリア吸収部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記電極部の縁と前記配線部の縁との接続部分に対向すると共に湾曲した縁を有しており、
前記周辺キャリア吸収部の前記縁の曲率半径は、前記半導体基板の厚さ方向における前記アバランシェフォトダイオードの空乏層の厚さ以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検出装置。

【請求項8】

前記周辺キャリア吸収部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記電極部の縁と前記配線部の縁との接続部分に対向すると共に湾曲した縁を有しており、
前記周辺キャリア吸収部の前記縁の曲率半径は、前記半導体基板の厚さ方向における前記アバランシェフォトダイオードの空乏層の厚さ以上である、請求項６に記載の光検出装置。

【請求項9】

各前記セルに接続されている電極部を更に備え、
前記アバランシェフォトダイオードは、光吸収領域を含み、
前記複数の配線部の各々は、対応する前記セルに接続されている前記電極部に接続されており、
前記電極部の縁と前記配線部の縁との接続部分は湾曲しており、
前記接続部分の曲率半径は、前記半導体基板の厚さ方向における前記光吸収領域の厚さ以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検出装置。

【請求項10】

各前記セルに接続されている電極部を更に備え、
前記アバランシェフォトダイオードは、光吸収領域を含み、
前記複数の配線部の各々は、対応する前記セルに接続されている前記電極部に接続されており、
前記周辺キャリア吸収部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記電極部の縁と前記配線部の縁との接続部分に対向すると共に湾曲した縁を有しており、
前記周辺キャリア吸収部の前記縁の曲率半径は、前記半導体基板の厚さ方向における前記光吸収領域の厚さ以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検出装置。

【請求項11】

前記周辺キャリア吸収部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記電極部の縁と前記配線部の縁との接続部分に対向すると共に湾曲した縁を有しており、
前記周辺キャリア吸収部の前記縁の曲率半径は、前記半導体基板の厚さ方向における前記光吸収領域の厚さ以上である、請求項９に記載の光検出装置。

【請求項12】

前記電極部の縁と前記配線部の縁との接続部分は、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲している、請求項６又は９に記載の光検出装置。

【請求項13】

前記周辺キャリア吸収部の前記縁は、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲している、請求項７，８，１０及び１１のいずれか一項に記載の光検出装置。

【請求項14】

各前記パッド電極に接続されたワイヤを更に備え、
各前記パッド電極には、前記ワイヤのボールボンドが接合されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の光検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

受光部への入射光に応じた信号を出力する装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された装置は、受光部に電気的に接続されたワイヤを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－２７５６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

フォトダイオードによって受光部が構成された光検出装置においてフォトダイオードの周辺にワイヤが接続されている場合、当該ワイヤにおける光の反射による迷光が間接的にだけでなく直接的にフォトダイオードに入射するおそれがある。この場合、迷光によるノイズが検出結果に影響を及ぼすおそれがある。特に、検出対象の光の光量が大きい場合、及び、フォトダイオードの増倍率が大きい場合には、上記ノイズが顕著に表れるおそれがある。

【0005】

本発明の一つの態様は、光検出の精度が向上された光検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一つの態様に係る光検出装置は、半導体基板と、複数のパッド電極と、複数の配線部とを備える。半導体基板は、互いに対向する第一及び第二主面を含む。半導体基板は、複数のセルを有する。複数のセルの各々は、少なくとも一つのアバランシェフォトダイオードを含む。複数のパッド電極は、複数のセルから離間して第一主面に配置されている。複数の配線部は、第一主面に配置されている。複数の配線部は、互いに対応するセルとパッド電極とを接続する。半導体基板は、周辺に位置するキャリアを吸収する周辺キャリア吸収部を有する。周辺キャリア吸収部は、第一主面に直交する方向から見て、各パッド電極及び各配線部の周囲に設けられている。

【0007】

上記一つの態様では、セルとパッド電極とが離間して配置され、配線部で接続されている。このため、パッド電極に接続されたワイヤで反射した迷光がセルに入射し難い。

【0008】

アバランシェフォトダイオードには比較的高い電圧が印加されるため、半導体基板においてパッド電極に接している部分の電子又は正孔の濃度が変化してしまうおそれがある。同様に、半導体基板において配線部に接している部分の電子又は正孔の濃度も変化してしまうおそれがある。この場合、上記部分に光が入射することによって、キャリアが発生するおそれがある。この部分でキャリアが発生すると、検出結果においてノイズとなる。上記光検出装置では、各配線部の周囲に周辺キャリア吸収部が設けられている。したがって、上記部分で不要なキャリアが発生しても、発生したキャリアは周辺キャリア吸収部で吸収される。この光検出装置では、光検出の精度が向上されている。

【0009】

上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部は、連続的に各パッド電極及び各配線部を囲んでいてもよい。

【0010】

上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部は、断続的に各パッド電極及び各配線部を囲んでいてもよい。

【0011】

上記一つの態様では、各配線部の幅は、パッド電極の径よりも小さくてもよい。この場合、半導体基板と配線部とが接する部分が小さい。したがって、配線部に印加される電圧に起因して、半導体基板において電子又は正孔の濃度が変化してしまうことを抑制できる。

【0012】

上記一つの態様では、各セルの縁と当該セルに対応するパッド電極の縁との最短距離は、当該パッド電極の径よりも大きくてもよい。この場合、パッド電極に接続されたワイヤで反射した光がセルにさらに入射し難い。

【0013】

上記一つの態様では、各セルの縁と当該セルに対応するパッド電極の縁との最短距離は、５０μｍ以上であってもよい。この場合、パッド電極に接続されたワイヤで反射した光がセルにさらに入射し難い。

【0014】

上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部は、周辺キャリア吸収部の縁と各配線部の縁との間隔が２５～５０μｍとなるように各配線部を囲んでいてもよい。この場合、周辺キャリア吸収部と配線部とのショートがさらに抑制されながら、周辺キャリア吸収部において不要なキャリアがさらに吸収される。

【0015】

上記一つの態様では、各セルに接続されている電極部を更に備えてもよい。複数の配線部の各々は、対応するセルに接続されている電極部に接続されていてもよい。電極部の縁と配線部の縁との接続部分は、湾曲していてもよい。接続部分の曲率半径は、半導体基板の厚さ方向における、アバランシェフォトダイオードの空乏層の厚さ以上であってもよい。この場合、上記接続部分における電界の集中が抑制される。ＥＳＤ耐性も向上する。

【0016】

上記一つの態様では、各セルに接続されている電極部を更に備えてもよい。複数の配線部の各々は、対応するセルに接続されている電極部に接続されていてもよい。周辺キャリア吸収部は、第一主面に直交する方向から見て、電極部の縁と配線部の縁との接続部分に対向すると共に湾曲した縁を有していてもよい。周辺キャリア吸収部の縁の曲率半径は、半導体基板の厚さ方向におけるアバランシェフォトダイオードの空乏層の厚さ以上であってもよい。この場合、周辺キャリア吸収部の上記縁における電界の集中が抑制される。ＥＳＤ耐性も向上する。

【0017】

上記一つの態様では、各セルに接続されている電極部を更に備えてもよい。アバランシェフォトダイオードは、光吸収領域を含んでもよい。複数の配線部の各々は、対応するセルに接続されている電極部に接続されていてもよい。電極部の縁と配線部の縁との接続部分は湾曲していてもよい。接続部分の曲率半径は、半導体基板の厚さ方向における光吸収領域の厚さ以上であってもよい。この場合、上記接続部分における電界の集中が抑制される。ＥＳＤ耐性も向上する。

【0018】

上記一つの態様では、各セルに接続されている電極部を更に備えてもよい。アバランシェフォトダイオードは、光吸収領域を含んでもよい。複数の配線部の各々は、対応するセルに接続されている電極部に接続されていてもよい。周辺キャリア吸収部は、第一主面に直交する方向から見て、電極部の縁と配線部の縁との接続部分に対向すると共に湾曲した縁を有していてもよい。周辺キャリア吸収部の縁の曲率半径は、半導体基板の厚さ方向における光吸収領域の厚さ以上であってもよい。この場合、周辺キャリア吸収部の上記縁における電界の集中が抑制される。ＥＳＤ耐性も向上する。

【0019】

上記一つの態様では、光検出装置は、電極部の縁と配線部の縁との接続部分は、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲していてもよい。この場合、上記接続部分における電界の集中が抑制される。ＥＳＤ耐性も向上する。

【0020】

上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部の縁は、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲していてもよい。この場合、周辺キャリア吸収部の上記縁における電界の集中が抑制される。ＥＳＤ耐性も向上する。

【0021】

各パッド電極に接続されたワイヤを更に備えてもよい。各パッド電極には、ワイヤのボールボンドが接合されていてもよい。この場合、パッド電極の大きさが縮小され得ると共に、ワイヤボンディングにおいて半導体基板に生じるダメージが軽減される。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一つの態様は、光検出の精度が向上された光検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施形態に係る光検出装置の平面図である。

【図2】受光素子の平面図である。

【図3】受光素子の断面図である。

【図4】受光素子の断面図である。

【図5】本実施形態の変形例に係る受光素子の平面図である。

【図6】本実施形態の変形例に係る受光素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有している要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0025】

まず、図１から図４を参照して、本実施形態に係る光検出装置を説明する。図１は、本実施形態に係る光検出装置の平面図である。図２は、受光素子１０の平面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

【0026】

光検出装置１は、受光素子１０と、ＩＣチップ５０と、を備える。受光素子１０とＩＣチップ５０とは、ワイヤボンディングによって設けられた複数のワイヤＷを介して接続されている。図１に示されているように、受光素子１０にはボールボンドが接合されている。ＩＣチップ５０にもボールボンドが接合されている。受光素子１０及びＩＣチップ５０に接合されたワイヤＷにおいて、ボールボンドの他端にはスティッチボンドが設けられている。受光素子１０に接合されたワイヤＷのスティッチボンドは、光検出装置１に設けられたプリント配線によってＩＣチップ５０に接合されたワイヤＷのスティッチボンドに電気的に接続されている。

【0027】

受光素子１０は、半導体基板２０を備える。半導体基板２０は、複数のセル２２を有している。複数のセル２２は、一方向に配列されている。各セル２２は、受光部として機能する。各セル２２には、少なくとも一つのアバランシェフォトダイオードが含まれている。以下、「アバランシェフォトダイオード」を「ＡＰＤ」と称する。本実施形態では、各ＡＰＤ２３は、リニアモードで動作する。各セル２２に含まれるＡＰＤは、ガイガーモードで動作するものであってもよい。ＡＰＤ２３がガイガーモードで動作する構成では、ＡＰＤ２３にクエンチング抵抗が接続される。

【0028】

光検出装置１に入射した光は、複数のセル２２に導かれる。各セル２２に光が入射すると、ＡＰＤ２３において光子が電子に変換され増倍される。ＡＰＤ２３で増倍された電子は、信号として出力される。各セル２２から出力された信号は、対応するワイヤＷを通して、ＩＣチップ５０に入力される。

【0029】

半導体基板２０は、互いに対向する主面２０ａ，２０ｂを有する。半導体基板２０は、主面２０ａ側に複数のセル２２を有する。本実施形態では、各セル２２は、１つのＡＰＤ２３を含んでいる。各セル２２は、複数のＡＰＤ２３を含んでいてもよい。各ＡＰＤ２３は、リーチスルー型のＡＰＤであってもよいし、リバース型のＡＰＤであってもよい。以下、一例として、各ＡＰＤ２３がリーチスルー型のＡＰＤである場合の半導体基板２０の構成について説明する。

【0030】

半導体基板２０は、ＡＰＤ２３を含む複数のセル２２に加えて、周辺キャリア吸収部２４を有する。周辺キャリア吸収部２４は、ＡＰＤ２３を囲んでいる。周辺キャリア吸収部２４は、周辺に位置するキャリアを吸収する領域である。

【0031】

半導体基板２０は、半導体領域３１と、複数の半導体層３２と、複数の半導体層３３と、半導体層３４，３５，３６とを含む。ＡＰＤ２３は、半導体領域３１及び半導体層３２，３３，３６を含む。周辺キャリア吸収部２４は、半導体領域３１及び半導体層３４，３６を含む。周辺キャリア吸収部２４は、半導体層３４において周辺に位置するキャリアを吸収する。すなわち、半導体層３４は、周辺のキャリアを吸収する周辺キャリア吸収層として機能する。

【0032】

半導体領域３１及び半導体層３３，３５，３６は第一導電型であり、半導体層３２，３４は第二導電型である。半導体の不純物は、たとえば拡散法又はイオン注入法によって添加される。本実施形態では、第一導電型はＰ型であり、第二導電型はＮ型である。半導体基板２０がＳｉをベースとする場合、Ｐ型不純物としてはＢなどのＩＩＩ族元素が用いられ、Ｎ型不純物としてはＮ、Ｐ又はＡｓなどのＶ族元素が用いられる。

【0033】

半導体領域３１は、半導体基板２０の主面２０ａ側に位置している。半導体領域３１は、主面２０ａの一部を構成している。半導体領域３１は、たとえばＰ^－型である。本実施形態では、半導体領域３１は、ＡＰＤ２３における光吸収領域を構成する。

【0034】

各半導体層３２は、主面２０ａの一部を構成している。各半導体層３２は、主面２０ａに直交する方向から見て、半導体領域３１に接し、半導体領域３１に囲まれている。各半導体層３２は、対応するＡＰＤ２３を構成する。したがって、半導体層３２は、ＡＰＤ２３の数だけ設けられている。半導体層３２は、たとえばＮ^＋型である。本実施形態では、半導体層３２は、ＡＰＤ２３においてカソードを構成する。

【0035】

各半導体層３３は、対応する半導体層３２と半導体領域３１との間に位置している。半導体層３３は、主面２０ａ側で半導体層３２に接し、主面２０ｂ側で半導体領域３１に接している。各半導体層３３は、対応するＡＰＤ２３を構成する。したがって、半導体層３３は、ＡＰＤ２３の数だけ設けられている。半導体層３３は、半導体領域３１よりも不純物濃度が高い。半導体層３３は、たとえばＰ型である。半導体層３３は、ＡＰＤ２３においてアバランシェ領域を構成する。

【0036】

半導体層３４は、主面２０ａの一部を構成している。半導体層３４は、主面２０ａに直交する方向から見て、半導体領域３１に接し、半導体領域３１に囲まれている。半導体層３４は、半導体領域３１を介して、複数の半導体層３２を囲んでいる。上述したように、半導体層３４は、周辺キャリア吸収部２４を構成する。半導体層３４は、半導体基板２０において半導体領域３１のみと接している。周辺キャリア吸収部２４は、アバランシェ領域に相当する層を含んでいない。本実施形態では、半導体層３４は、半導体層３２と同一の不純物濃度である。半導体層３４は、たとえばＮ^＋型である。

【0037】

半導体層３５は、主面２０ａの一部を構成している。半導体層３５は、主面２０ａに直交する方向から見て、半導体領域３１に接している。半導体層３５は、半導体基板２０の縁２０ｃに沿って設けられている。半導体層３５は、半導体領域３１を介して半導体層３２，３３を囲んでいる。本実施形態では、半導体層３５は、半導体領域３１及び半導体層３３よりも不純物濃度が高い。半導体層３５は、たとえばＰ^＋型である。半導体層３５は、図示されていない部分で半導体層３６に接続されている。半導体層３５は、光検出装置１のアノードを構成する。半導体層３５は、たとえば、ＡＰＤ２３及び周辺キャリア吸収部２４のアノードを構成する。

【0038】

半導体層３６は、半導体領域３１よりも半導体基板２０の主面２０ｂ側に位置している。半導体層３６は、主面２０ｂの全面を構成している。半導体層３６は、主面２０ａ側で半導体領域３１に接している。本実施形態では、半導体層３６は、半導体領域３１及び半導体層３３よりも不純物濃度が高い。半導体層３６は、たとえばＰ^＋型である。半導体層３６は、光検出装置１のアノードを構成する。半導体層３６は、たとえば、ＡＰＤ２３及び周辺キャリア吸収部２４のアノードを構成する。

【0039】

光検出装置１は、複数の電極部４１と、複数のパッド電極４２と、複数の配線部４３と、電極部４４と、電極部４５とを備える。複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、複数の配線部４３、電極部４４、及び、電極部４５は、主面２０ａに配置されている。複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、複数の配線部４３、電極部４４、及び、電極部４５は、いずれも、アルミニウムなどの金属からなる。

【0040】

各電極部４１は、主面２０ａに直交する方向から見て、対応するセル２２を囲んでいる。各電極部４１は、対応するセル２２に接続されている。本実施形態では、各電極部４１は、環状であるがこれに限定されない。たとえば、本実施形形態では、各電極部４１は、連続的に対応するセル２２を囲んでいるが、断続的に対応するセル２２を囲んでいてもよい。各電極部４１が連続的に対応するセル２２を囲む場合には、各セル２２は１つの部分からなる電極部４１に囲まれる。各電極部４１が断続的に対応するセル２２を囲む場合には、各セル２２は複数の部分からなる電極部４１に囲まれる。

【0041】

セル２２の少なくとも一部は、電極部４１から露出している。各電極部４１は、対応するセル２２に含まれるＡＰＤ２３に電位を印加する。各電極部４１は、対応するセル２２を構成する半導体層３２に接している。本実施形態では、各電極部４１は、セル２２のカソードを構成する。

【0042】

複数のパッド電極４２は、複数のセル２２の配列方向に沿って配列されている。複数のパッド電極４２は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数のパッド電極４２と重なる領域には、半導体領域３１が設けられ、半導体層３２は設けられていない。複数のパッド電極４２は、不図示の絶縁膜を介して半導体領域３１上に配置される。各パッド電極４２は、主面２０ａに直交する方向から見て円形である。各パッド電極４２は、円形でなくてもよく、たとえば、主面２０ａに直交する方向から見て楕円形又は矩形でもよい。

【0043】

複数のパッド電極４２は、複数のセル２２及び複数の電極部４１から離間している。各セル２２の縁と当該セル２２に対応するパッド電極４２の縁との最短距離は、たとえば、５０μｍ以上である。セル２２の縁とは、主面２０ａに直交する方向から見た場合における半導体領域３１と半導体層３２との境界をいう。

【0044】

各パッド電極４２の径は、たとえば、１００μｍ～１２０μｍである。本発明において、パッド電極４２の径とは、平面視でパッド電極４２の重心位置を通る直線上におけるパッド電極４２の縁から縁までの最小距離である。したがって、パッド電極４２が矩形である場合には、短辺の長さがパッド電極４２の径である。各セル２２の縁と当該セル２２に対応するパッド電極４２の縁との最短距離は、当該パッド電極４２の径よりも大きい。

【0045】

複数の配線部４３は、複数のセル２２の配列方向に沿って配列されている。複数の配線部４３は、主面２０ａに沿って配列方向と直交する方向に延在している。複数の配線部４３は、互いに対応するセル２２と電極部４１とを電気的に接続する。複数の配線部４３は、半導体領域３１と接している。主面２０ａに直交する方向から見て、複数の配線部４３と重なる領域には、半導体領域３１が設けられ、半導体層３２は設けられていない。複数の配線部４３は、不図示の絶縁膜を介して半導体領域３１上に配置される。本実施形態では、複数の配線部４３は、同一方向に、互いに平行に延在している。

【0046】

各配線部４３の一端は、パッド電極４２に接続されている。各配線部４３の幅は、パッド電極４２の径よりも小さい。各配線部４３の幅は、たとえば、１０μｍ～５０μｍである。配線部４３の幅とは、たとえば、配線部４３が延在している方向に直交する方向での、配線部４３の長さである。

【0047】

各配線部４３の他端は、対応する電極部４１に接続されており、当該電極部４１を介して対応するセル２２に電気的に接続されている。各配線部４３は、電極部４１の縁と配線部４３の縁との接続部分４７は、滑らかに湾曲している。接続部分４７は、ＡＰＤ２３の動作電圧印加時に生じる空乏層の厚さ以上の曲率半径で湾曲している。すなわち、この曲率半径は、主面２０ａに直交する方向における、主面２０ａと半導体層３６との間の距離以上である。したがって、上記曲率半径は、少なくとも、半導体基板２０の厚さ方向における光吸収領域の厚さ以上である。本実施形態では、光吸収領域は、半導体層３３と半導体層３６との間において半導体領域３１によって構成される。接続部分４７は、たとえば、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲している。

【0048】

各パッド電極４２に電位を印加することで、当該パッド電極４２に接続された配線部４３及び電極部４１を通して、対応するセル２２に電位が印加される。本実施形態では、各パッド電極４２は、カソード用のパッド電極である。パッド電極４２には、たとえば、ワイヤボンディングによってワイヤＷが接続される。本実施形態では、ボールボンディングによってパッド電極４２にワイヤＷが接続される。パッド電極４２には、１ｓｔボンドが形成される。したがって、パッド電極４２には、ボールボンドが接合される。

【0049】

電極部４４は、主面２０ａにおいて半導体層３４に接しており、半導体層３４を覆っている。電極部４４は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、及び複数の配線部４３を囲んでいる。電極部４４は、半導体層３４に電位を印加する。電極部４４は、電極部４１、パッド電極４２、及び電極部４５から離間している。本実施形態では、電極部４４は、周辺キャリア吸収部２４のカソードを構成する。

【0050】

電極部４４は、主面２０ａに直交する方向から見て、電極部４１の縁と配線部４３の縁との接続部分４７に対向する縁４４ａを有している。縁４４ａは、湾曲している。縁４４ａは、ＡＰＤ２３の動作電圧印加時に生じる空乏層の厚さ以上の曲率半径で湾曲している。すなわち、この曲率半径は、主面２０ａに直交する方向における、主面２０ａと半導体層３６との間の距離以上である。したがって、上記曲率半径は、少なくとも、半導体基板２０の厚さ方向における光吸収領域の厚さ以上である。本実施形態では、光吸収領域は、半導体層３３と半導体層３６との間において半導体領域３１によって構成される。縁４４ａは、たとえば、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲している。

【0051】

電極部４５は、主面２０ａにおいて半導体層３５に接しており、半導体層３５を覆っている。電極部４５は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、及び複数の配線部４３を囲んでいる。電極部４５は、半導体層３５に電位を印加する。電極部４５は、電極部４１、パッド電極４２、配線部４３、及び電極部４４から離間している。本実施形態では、電極部４５は、光検出装置１のアノードを構成する。

【0052】

光検出装置１では、上述したように、周辺キャリア吸収部２４を構成する半導体層３４は、電極部４４に覆われている。電極部４４は、周辺キャリア吸収部２４に電気的に接続されている。半導体層３４の縁は、電極部４４の縁４４ａに沿って配置されている。したがって、主面２０ａに直交する方向から見て、電極部４４が配置されている領域に、半導体層３４を含む周辺キャリア吸収部２４が配置されている。図３に示されているように、周辺キャリア吸収部２４は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数のパッド電極４２及び複数の配線部４３の周囲に設けられている。

【0053】

本実施形態では、周辺キャリア吸収部２４は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数の電極部４１、複数のパッド電極４２及び複数の配線部４３を完全に囲んでいる。換言すれば、周辺キャリア吸収部２４は、断続的でなく、連続的に複数の電極部４１、複数のパッド電極４２及び複数の配線部４３を囲んでいる。周辺キャリア吸収部２４が連続的に複数の電極部４１、複数のパッド電極４２及び複数の配線部４３を囲む場合には、周辺キャリア吸収部２４は１つの部分からなってもよい。

【0054】

本実施形態では、周辺キャリア吸収部２４は、各パッド電極４２及び各配線部４３の縁に沿って、これらの縁に対して一定の間隔で設けられている。主面２０ａと平行かつ配線部４３の延在方向に直交する方向において、周辺キャリア吸収部２４は、配線部４３に向かって突出している。

【0055】

周辺キャリア吸収部２４は、主面２０ａに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部２４の縁と各配線部４３の縁との間隔がたとえば２５～５０μｍとなるように各配線部４３を囲んでいる。同様に、周辺キャリア吸収部２４は、主面２０ａに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部２４の縁と各パッド電極４２の縁との間隔がたとえば２５～５０μｍとなるように各パッド電極４２を囲んでいる。

【0056】

周辺キャリア吸収部２４は、主面２０ａに直交する方向から見て、電極部４１の縁と配線部４３の縁との接続部分４７に対向する縁２４ａを有している。縁２４ａは、湾曲している。縁２４ａは、ＡＰＤ２３の動作電圧印加時に生じる空乏層の厚さ以上の曲率半径で湾曲している。すなわち、この曲率半径は、主面２０ａに直交する方向における、主面２０ａと半導体層３６との間の距離以上である。したがって、上記曲率半径は、少なくとも、半導体基板２０の厚さ方向における光吸収領域の厚さ以上である。本実施形態では、光吸収領域は、半導体層３３と半導体層３６との間において半導体領域３１によって構成される。縁２４ａは、たとえば、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲している。周辺キャリア吸収部２４の縁２４ａは、電極部４４の縁４４ａに沿って配置されている。

【0057】

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の変形例に係る光検出装置について説明する。図５は、受光素子１０の平面図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。本変形例は、周辺キャリア吸収部２４が断続的に複数の電極部４１、複数のパッド電極４２及び複数の配線部４３を囲んでいる点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。

【0058】

図５に示されているように、本変形例においても、周辺キャリア吸収部２４は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数のパッド電極４２及び複数の配線部４３の周囲に設けられている。しかし、本変形例では、周辺キャリア吸収部２４は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数の電極部４１、複数のパッド電極４２及び複数の配線部４３を断続的に囲んでいる。周辺キャリア吸収部２４が断続的に対応するセル２２を囲む場合には、周辺キャリア吸収部２４は複数の部分からなる。本変形例では、周辺キャリア吸収部２４は、各パッド電極４２を囲む部分において、分断されている。本変形例では、周辺キャリア吸収部２４は、複数の領域に分けて設けられている。

【0059】

各配線部４３の延在方向において、パッド電極４２と電極部４５との間の領域αには、周辺キャリア吸収部２４が設けられていない。領域αでは、半導体領域３１が露出している。このため、半導体領域３１が露出している部分が、複数のパッド電極４２の配列方向に直交する方向において、各パッド電極４２から当該パッド電極４２に最も近い電極部４５まで延在している。

【0060】

複数のパッド電極４２の配列方向において、最も端に位置するパッド電極４２と電極部４５との間の領域βには、周辺キャリア吸収部２４が設けられていない。領域βでは、半導体領域３１が露出している。このため、半導体領域３１が露出している部分が、複数のパッド電極４２の配列方向において、最も端に位置するパッド電極４２から当該パッド電極４２に最も近い電極部４５まで延在している。

【0061】

次に、上述した実施形態及び変形例における光検出装置の作用効果について説明する。セル２２の周辺にパッド電極が配置された場合、当該パッド電極に接続されたワイヤＷで光が反射し、迷光によるノイズが検出結果に影響を及ぼすおそれがある。ボールボンドは光が反射する領域が広いため、例えば、ボールボンディングによってセル２２の周辺のパッド電極にボールボンドが接合された場合には迷光がセル２２にさらに入射しやすい。光検出装置１は、セル２２とパッド電極４２とが離間して配置され、配線部４３で接続されている。このため、パッド電極４２に接続されたワイヤで反射した迷光がセル２２に入射し難い。

【0062】

ＡＰＤ２３には比較的高い電圧が印加されるため、半導体基板２０においてパッド電極４２に接している部分の電子又は正孔の濃度が変化してしまうおそれがある。同様に、半導体基板２０において配線部４３に接している部分の電子又は正孔の濃度も変化してしまうおそれがある。この場合、上記部分に光が入射することによって、キャリアが発生するおそれがある。この部分でキャリアが発生すると、検出結果においてノイズとなる。光検出装置１では、各配線部４３の周囲に周辺キャリア吸収部２４が設けられている。したがって、上記部分で不要なキャリアが発生しても、発生したキャリアは周辺キャリア吸収部２４で吸収される。したがって、光検出装置１では、光検出の精度が向上されている。

【0063】

各配線部４３の幅は、各パッド電極４２の径よりも小さい。この場合、半導体基板２０と配線部４３とが接する部分が小さい。したがって、配線部４３に印加される電圧に起因して、半導体基板２０において電子又は正孔の濃度が変化してしまうことを抑制できる。

【0064】

各セル２２の縁と当該セル２２に対応するパッド電極４２の縁との最短距離は、当該パッド電極４２の径よりも大きい。この場合、パッド電極４２に接続されたワイヤで反射した光がセル２２にさらに入射し難い。

【0065】

各セル２２の縁と当該セル２２に対応するパッド電極４２の縁との最短距離は、５０μｍ以上である。この場合、パッド電極４２に接続されたワイヤで反射した光がセル２２にさらに入射し難い。

【0066】

周辺キャリア吸収部２４は、周辺キャリア吸収部２４の縁と各配線部４３の縁との間隔が２５～５０μｍとなるように各配線部４３を囲んでいる。当該間隔が２５μｍ以上であれば、周辺キャリア吸収部２４と配線部４３とのショートがさらに抑制される。上記間隔が５０μｍ以下ならば、周辺キャリア吸収部２４において不要なキャリアがさらに吸収される。

【0067】

電極部４１は、主面２０ａに配置され、各セル２２に接続されている。複数の配線部４３の各々は、対応するセル２２に接続されている電極部４１に接続されている。電極部４１の縁と配線部４３の縁との接続部分４７は、湾曲している。接続部分４７の曲率半径は、半導体基板２０の厚さ方向における、ＡＰＤ２３の空乏層の厚さ以上である。この場合、上記接続部分４７における電界の集中が抑制される。

【0068】

ＡＰＤ２３は、半導体領域３１によって構成された光吸収領域を含んでいる。接続部分４７の曲率半径は、半導体基板２０の厚さ方向における光吸収領域の厚さより大きい。この場合、上記接続部分４７における電界の集中が抑制される。

【0069】

電極部４１の縁と配線部４３の縁との接続部分４７は、曲率半径６０μｍ～１２０μｍで湾曲している。この場合、上記接続部分４７における電界の集中が抑制される。

【0070】

光検出装置１は、各パッド電極４２に接続されたワイヤを更に備えている。各パッド電極４２には、ワイヤのボールボンドが接合されている。この場合、パッド電極４２の大きさが縮小され得る。ワイヤボンディングにおいて半導体基板２０に生じるダメージが軽減される。しかし、ボールボンドは、スティッチボンドよりも光が反射する領域が広い。ボールボンドはボール状に形成されるため、ボールボンドで反射した光はスティッチボンドで反射した光と比べて半導体基板に向かいやすい。したがって、上述したように、ボールボンディングによってセル２２の周辺のパッド電極にボールボンドが接合された場合には、スティッチボンドがパッド電極４２に接合された場合よりも、迷光がセル２２に入射しやすい。セル２２に入射する迷光の光量が大きいほど、検出結果に表れるノイズも増加する。光検出装置１は、セル２２とパッド電極４２とが離間して配置され、配線部４３で接続されている。このため、パッド電極４２にボールボンドが接合されたとしても、ボールボンドで反射した迷光がセル２２に入射し難い。したがって、パッド電極４２の縮小と、ワイヤボンディングにおいて半導体基板２０に生じるダメージの軽減と、迷光によるノイズの低減とが並立される。

【0071】

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0072】

たとえば、周辺キャリア吸収部２４は、複数のＡＰＤ２３を別々に囲んでいてもよい。換言すれば、周辺キャリア吸収部２４は、複数のＡＰＤを一つずつ囲んでいてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１…光検出装置、２０…半導体基板、２０ａ，２０ｂ…主面、２２…セル、２３…ＡＰＤ、２４…周辺キャリア吸収部、２４ａ，４４ａ…縁、４１…電極部、４２…パッド電極、４３…配線部、４７…接続部分、Ｗ…ワイヤ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】