特許 7455520 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】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】光検出装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240318BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20240318BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

H01L31/10 H

H01L27/146 A

H01L31/02 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019111529

(22)【出願日】2019-06-14

(65)【公開番号】P2020096158

(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】村松 正典

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 勇治

【審査官】柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０３８１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０３８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８１５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８１４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２７９６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－０１３７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２８９６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４７７１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ３１／０２

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセルが第一方向に配列された受光領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板に配置されていると共に、各々が、前記複数のセルのうち対応する前記セルに電気的に接続されている複数のパッド電極と、
各々が、前記複数のパッド電極のうち対応する前記パッド電極に接続されている複数のワイヤと、
前記半導体基板を挟んで配置されていると共に、前記複数のセルに電気的に接続されている一対のＩＣチップと、を備え、
各前記ワイヤは、対応する前記パッド電極と前記ＩＣチップとを接続し、
前記一対のＩＣチップには、対応する前記ワイヤのボールボンドが形成されおり、
各前記パッド電極には、前記複数のワイヤのうち対応する前記ワイヤのスティッチボンドが形成されており、
各前記パッド電極と当該パッド電極に対応する前記セルとの間の距離は、互いに異なる前記セルに接続された前記複数のパッド電極のうち互いに隣り合うパッド電極間の距離よりも小さく、
前記複数のパッド電極は、前記第一方向と交差する第二方向で前記受光領域を挟んで互いに離間する第一領域と第二領域とに配置されており、
前記複数のセルは、互いに隣り合う第一セル及び第二セルを含む複数のセル群を含み、
前記第一セルに対応する前記パッド電極は、前記第一領域に配置され、
前記第二セルに対応する前記パッド電極は、前記第二領域に配置されている、光検出装置。

【請求項2】

前記複数のパッド電極の少なくとも一部は、前記受光領域を挟んで千鳥配列されている、請求項１に記載の光検出装置。

【請求項3】

前記第一セルに対応する前記パッド電極と、前記第二セルに対応する前記パッド電極とは、前記第二方向に並んでいる、請求項１に記載の光検出装置。

【請求項4】

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、前記半導体基板において前記複数のパッド電極が配置されている面に直交する方向から見て、各前記セルの少なくとも一部を囲んでいる、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、前記半導体基板において前記複数のパッド電極が配置されている面に直交する方向から見て、各前記セルに対応する前記パッド電極の少なくとも一部を囲んでいる、請求項４に記載の光検出装置。

【請求項6】

前記第一領域において互いに隣り合う前記パッド電極の間には、前記半導体基板に絶縁されていると共に接地された電極が配置されている、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】

各前記パッド電極は、前記第一方向と交差する方向に延在する矩形状である、請求項１～６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】

受光領域を有する光検出装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された光検出装置では、受光領域に複数のセルが配列されている。複数のセルには、それぞれパッド電極が接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－３８１５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

受光領域の周辺にパッド電極が接続されている場合、当該パッド電極に接続されたワイヤにおける光の反射に起因して、迷光が受光領域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、パッド電極にワイヤのボールボンドが接続される場合、ボールボンドにおける光の反射が懸念される。ワイヤで反射した迷光が受光領域に入射することを懸念して、電極パッドと受光領域との間の距離を大きくするほど光検出装置のサイズも大きくなる。

【0005】

本発明の一つの態様は、サイズの大型化が抑制されていると共に、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、複数のワイヤとを備える。半導体基板は、複数のセルが第一方向に配列された受光領域を有する。複数のパッド電極は、半導体基板に配置されている。複数のパッド電極の各々は、複数のセルのうち対応するセルに電気的に接続されている。複数のワイヤの各々は、複数のパッド電極のうち対応するパッド電極に接続されている。各パッド電極には、複数のワイヤのうち対応するワイヤのスティッチボンドが形成されている。各パッド電極と当該パッド電極に対応するセルとの間の距離は、互いに異なるセルに接続されたパッド電極間の距離よりも小さい。複数のパッド電極は、第一方向と交差する第二方向で受光領域を挟んで互いに離間する第一領域と第二領域とに配置されている。複数のセルは、互いに隣り合う第一セル及び第二セルを含む複数のセル群を含む。第一セルに対応するパッド電極は、第一領域に配置される。第二セルに対応するパッド電極は、第二領域に配置されている。

【0007】

上記一つの態様では、各パッド電極と当該パッド電極に対応するセルとの間の距離は、互いに異なるセルに接続されたパッド電極間の距離よりも小さい。このため、光検出装置のコンパクト化が図られている。上記光検出装置では、パッド電極にスティッチボンドが形成されている。このため、ボールボンドが形成される場合よりも、ワイヤにおける光の反射が抑制される。したがって、パッド電極と当該パッド電極に対応するセルとの間の距離が縮小されても、各セルに迷光が入射し難い。

【0008】

ボールボンドとパッド電極との接合部位は、スティッチボンドとパッド電極との接合部位よりも小さく形成することができる。パッド電極４２のサイズが大きいほど、スティッチボンドが形成されるパッド電極は、ボールボンドが形成されるパッド電極に比べてサイズを縮小し難い。パッド電極のサイズが大きいほど、隣り合うパッド電極の縁の間の距離が短くなり、パッド電極間のクロストークが懸念される。隣り合うパッド電極の縁の間の距離が短ければ、ワイヤとパッド電極との接続部分で発生する熱による影響も受けやすい。
上記光検出装置では、第一セルに対応するパッド電極は第一領域に配置され、第二セルに対応するパッド電極は、受光領域を挟んで第一領域と離間した第二領域に配置されている。このため、パッド電極間のクロストーク及び熱の影響も抑制されている。

【0009】

上記一つの態様では、複数のパッド電極の少なくとも一部は、受光領域を挟んで千鳥配列されていてもよい。この場合、簡易な構成で、サイズの大型化を抑制しながらパッド電極間のクロストークも抑制できる。

【0010】

上記一つの態様では、第一セルに対応するパッド電極と、第二セルに対応するパッド電極とは、第二方向に並んでいてもよい。この場合、簡易な構成で、サイズの大型化を抑制しながらパッド電極間のクロストークも抑制できる。

【0011】

上記一つの態様では、半導体基板を挟んで配置されていると共に、複数のセルに電気的に接続されている一対の回路部材を更に備えてもよい。各ワイヤは、対応するパッド電極と一対の回路部材とを接続してもよい。一対の回路部材には、対応するワイヤのボールボンドが形成されていてもよい。この場合、各パッド電極と回路部材とが一つのワイヤで接続される。このため、光検出装置のコンパクト化がさらに図られている。

【0012】

上記一つの態様では、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てもよい。周辺キャリア吸収部は、半導体基板において複数のパッド電極が配置されている面に直交する方向から見て、各セルの少なくとも一部を囲んでいてもよい。この場合、セルの周辺で発生したキャリアが周辺キャリア吸収部で吸収される。したがって、光検出の精度がさらに向上される。

【0013】

上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部は、半導体基板において複数のパッド電極が配置されている面に直交する方向から見て、各セルに対応するパッド電極の少なくとも一部を囲んでいてもよい。この場合、パッド電極の周辺で発生したキャリアが周辺キャリア吸収部で吸収される。したがって、光検出の精度がさらに向上される。

【0014】

上記一つの態様では、第一領域において互いに隣り合うパッド電極の間には、半導体基板に絶縁されていると共に接地された電極が配置されていてもよい。この場合、上記パッド電極間のクロストークがさらに低減される。

【0015】

上記一つの態様では、各パッド電極は、第一方向に交差する方向に延在する矩形状であってもよい。この場合、各パッド電極にスティッチボンドが形成される場合であっても、各パッド電極のコンパクト化が図られる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一つの態様は、サイズの大型化が抑制されていると共に、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】

【0017】

【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平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

まず、図１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。光検出装置１は、受光素子１０と、一対のＩＣチップ５０，６０とを備える。一対のＩＣチップ５０，６０は、受光素子１０からの信号を処理する読み出し回路などの回路部材である。一対のＩＣチップ５０，６０は、受光素子１０を挟んで配置されている。受光素子１０と一対のＩＣチップ５０，６０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。

【0020】

図１に示されているように、受光素子１０にはスティッチボンドが接続され、ＩＣチップ５０，６０にはボールボンドが接続されている。各ＩＣチップ５０，６０と受光素子１０とは、配線基板を介さずに、ワイヤＷで接続されている。光の入射に応じて受光素子１０から出力された信号は、複数のワイヤＷを通して、各ＩＣチップ５０，６０に入力される。

【0021】

次に、図２から図４を参照して、受光素子１０について詳細に説明する。図２は、受光素子１０を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

【0022】

受光素子１０は、半導体基板２０を備える。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が配列された受光領域Ｓを有する。複数のセル２２は、受光領域Ｓにおいて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。

【0023】

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。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。

【0024】

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、周辺に位置するキャリアを吸収する領域である。周辺キャリア吸収部２４は、ＡＰＤ２３を囲んでいる。本実施形態では、周辺キャリア吸収部２４は、複数のセル２２を別々に一つずつ囲んでいる。周辺キャリア吸収部２４は、複数のＡＰＤ２３を別々に一つずつ囲んでいる。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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、各半導体層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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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、複数のパッド電極４３と、電極部４４と、電極部４５と、絶縁膜Ｌと、を備える。複数の電極部４１、電極部４４、電極部４５、及び、絶縁膜Ｌは、主面２０ａに配置され、主面２０ａに接している。複数のパッド電極４２及び複数のパッド電極４３は、絶縁膜Ｌに接しており、絶縁膜Ｌを介して主面２０ａ上に配置されている。複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、複数のパッド電極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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

複数のパッド電極４２は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数のセル２２の配列方向と交差する方向で受光領域Ｓを挟んで互いに離間する第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２とに配置されている。第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２は、受光領域Ｓに沿って、複数のセル２２の配列方向に配置されている。各パッド電極４２は、対応する電極部４１に接続されている。各パッド電極４２は、電極部４１を通して、対応するセル２２に電気的に接続されている。たとえば、複数のセル２２の配列方向が、第一方向を構成する場合、当該配列方向と交差する方向は、第二方向を構成する。

【0037】

複数のセル２２は、互いに隣り合うセル２２ａとセル２２ｂとを含む複数のセル群を含む。各セル群は、２つ以上のセル２２で構成される。本実施形態では、隣り合うセル群間の間隔は、同一セル群内の隣り合うセル２２の間隔と同一である。複数のパッド電極４２は、セル２２ａに対応するパッド電極４２ａとセル２２ｂに対応するパッド電極４２ｂとを含む。本実施形態では、セル２２ａとセル２２ｂとは、セル２２の配列方向において、交互に配置されている。たとえば、セル２２ａが、第一セルを構成する場合、セル２２ｂは、第二セルを構成する。

【0038】

セル２２ａに対応するパッド電極４２ａとセル２２ｂに対応するパッド電極４２ｂとのうち、一方が第一領域Ｒ１に配置され、他方が第二領域Ｒ２に配置されている。本実施形態では、複数のパッド電極４２ａは、第一領域Ｒ１に配置されている。複数のパッド電極４２ｂは、第二領域Ｒ２に配置されている。換言すれば、複数のパッド電極４２は、受光領域Ｓを挟んで千鳥配列されている。

【0039】

本実施形態では、各パッド電極４２は、各セル２２の中央を通り、且つ、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に延在する直線上に位置する。パッド電極４２ａは、対応するセル２２ａの中央を通り、且つ、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に延在する直線上に位置する。パッド電極４２ｂは、対応するセル２２ｂの中央を通り、且つ、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に延在する直線上に位置する。本実施形態では、各パッド電極４２は、複数のセル２２の配列方向に直交する主面２０ａに平行な方向から見て、対応するセル２２が位置する範囲内に配置されている。本実施形態では、各パッド電極４２は、各セル２２の中央を通り、且つ、複数のセル２２の配列方向に垂直な垂直線上に位置する。各パッド電極４２は、当該垂直線上に位置せず、垂直線から配列方向にずれていてもよい。

【0040】

図４に示されているように、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、絶縁膜Ｌを介して半導体領域３１上に配置されている。

【0041】

各パッド電極４２と当該パッド電極４２に対応するセル２２との間の距離Ｔ１は、互いに異なるセル２２に接続されたパッド電極４２の間の距離Ｔ２よりも小さい。距離Ｔ１は、主面２０ａに直交する方向から見て、パッド電極４２の縁から、対応するセル２２の縁までの最短距離である。距離Ｔ２は、主面２０ａに直交する方向から見て、互いに異なるセル２２に接続されたパッド電極４２の縁の間の最短距離である。距離Ｔ１は、たとえば、５０μｍ～１５０μｍである。距離Ｔ２は、たとえば、２００μｍ～８００μｍ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。

【0042】

本実施形態では、パッド電極４２ａの縁と当該パッド電極４２ａに対応するセル２２ａの縁との間の最短距離は、当該パッド電極４２ａの縁と、当該セル２２ａと隣り合うセル２２ｂの縁との間の最短距離よりも小さい。本実施形態では、パッド電極４２ｂの縁と当該パッド電極４２ｂに対応するセル２２ｂの縁との間の最短距離は、当該パッド電極４２ｂの縁と、当該セル２２ｂと隣り合うセル２２ａの縁との間の最短距離よりも小さい。

【0043】

各パッド電極４２は、主面２０ａに直交する方向から見て、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に延在する矩形状である。各パッド電極４２は、矩形でなくてもよく、たとえば、主面２０ａに直交する方向から見て楕円形又は円形でもよい。各パッド電極４２の径は、たとえば、１００μｍ～３００μｍ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大距離である。したがって、パッド電極４２が矩形である場合には、長辺の長さがパッド電極４２の径である。

【0044】

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。各パッド電極４２には、ボールボンディングによって、対応するワイヤＷが接続される。パッド電極４２には、２ｓｔボンドが形成される。したがって、パッド電極４２には、対応するワイヤＷのスティッチボンドが形成される。スティッチボンドは、パッド電極４２の長辺に沿って延在する。

【0045】

各パッド電極４２に接続された各ワイヤＷは、一対のＩＣチップ５０，６０に接続されている。第一領域Ｒ１に配置されたパッド電極４２は、対応するワイヤＷを通して、ＩＣチップ５０に電気的に接続されている。第二領域Ｒ２に配置されたパッド電極４２は、対応するワイヤＷを通して、ＩＣチップ６０に電気的に接続されている。一対のＩＣチップ５０，６０のパッド電極には、１ｓｔボンドが形成される。したがって、一対のＩＣチップ５０，６０には、対応するワイヤＷのボールボンドが形成されている。

【0046】

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、対応する電極部４１、対応するパッド電極４２、及び対応するワイヤＷを通して、ＩＣチップ５０，６０に入力される。

【0047】

複数のパッド電極４３は、第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２とに配置されている。複数のパッド電極４３は、複数のセル２２の配列方向に沿って配置されており、当該配列方向において複数のパッド電極４２の間に配置されている。複数のパッド電極４３は、パッド電極４３ａとパッド電極４３ｂとを含む。パッド電極４３ａは、第二領域Ｒ２において互いに隣り合うパッド電極４２ｂの間に配置されている。パッド電極４３ｂは、第一領域Ｒ１において互いに隣り合うパッド電極４２ａの間に配置されている。

【0048】

各パッド電極４３は、絶縁膜Ｌに配置されており、半導体基板２０、複数の電極部４１、パッド電極４２、電極部４４、及び電極部４５と離間している。したがって、各パッド電極４３は、半導体基板２０に対して絶縁されている。各パッド電極４３は、接地されている。

【0049】

本実施形態では、主面２０ａに直交する方向から見て、各パッド電極４３は、セル２２の中央と当該セル２２に対応するパッド電極４２の中央とを通る直線上に位置する。このように、本実施形態では、１つのセル２２と１つのパッド電極４２と１つのパッド電極４３とが、１セットとして纏めて配置されている。パッド電極４３ａは、主面２０ａに直交する方向から見て、セル２２ａの中央と当該セル２２ａに対応するパッド電極４２ａの中央を通る直線上に位置する。パッド電極４３ｂは、主面２０ａに直交する方向から見て、セル２２ｂの中央と当該セル２２ｂに対応するパッド電極４２ｂの中央とを通る直線上に位置する。

【0050】

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、各電極部４１、各パッド電極４２、各パッド電極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。

【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、及び複数のパッド電極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、パッド電極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。半導体層３４の縁は、電極部４４の縁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。

【0053】

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、複数のセル２２の少なくとも一部を囲んでいる。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、各パッド電極４２の少なくとも一部を囲んでいる。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、各電極部４１、各パッド電極４２、及び、各パッド電極４３の周囲に設けられている。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、各セル２２、各電極部４１、各パッド電極４２、及び各パッド電極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、各セル２２，各電極部４１、各パッド電極４２、及び各パッド電極４３を囲んでいる。周辺キャリア吸収部２４が連続的に、各セル２２、各電極部４１、各パッド電極４２、及び各パッド電極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】

次に、図５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１０Ａを示す平面図である。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、複数のセル２２、複数のパッド電極４２、及び複数のパッド電極４３の配列に関して、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。

【0055】

図５に示されているように、本変形例では、複数のセル２２が、配列方向に並ぶ４つのセル２２ごとに間隔をあけて配置されている。換言すれば、本変形例では、各セル群が４つのセル２２で構成されている。隣り合うセル群間の間隔は、同一セル群内の隣り合うセル２２の間隔よりも大きい。以下、この構成について詳細に説明する。

【0056】

複数のセル２２、複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、及び複数のパッド電極４３は、配列方向に並ぶ４つのセル２２と、それらのセル２２に対応する電極部４１、パッド電極４２、及びパッド電極４３とを１つのグループとして配置されている。１つのグループが、２つ又は３つのセル２２と、それらのセル２２に対応する電極部４１、パッド電極４２、及びパッド電極４３とで構成されてもよい。１つのグループが、５つ以上のセル２２と、それらのセル２２に対応する電極部４１、パッド電極４２、及びパッド電極４３とで構成されてもよい。同一グループ内において、複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、及び複数のパッド電極４３は、配列方向におけるセル２２の間隔に合わせて、上述した実施形態と同様の関係で配置されている。

【0057】

同一グループに含まれ且つ互いに隣り合うセル２２の間隔Ｔ３よりも、互いに異なるグループに含まれ且つ互いに隣り合うセル２２の間隔Ｔ４の方が広い。本実施形態では、間隔Ｔ３は、配列方向におけるセル２２の幅よりも小さい。間隔Ｔ４は、配列方向におけるセル２２の幅よりも大きい。複数の電極部４１、複数のパッド電極４２、及び複数のパッド電極４３は、各グループ内のセル２２に配置に合わせて、上述した実施形態と同様に配置されている。複数のパッド電極４２の少なくとも一部は、受光領域Ｓを挟んで千鳥配列されている。本変形例では、少なくとも、同一グループ内の４つのパッド電極４２が受光領域Ｓを挟んで千鳥配列されている。

【0058】

異なるグループに配置され且つ互いの間隔が最も短いパッド電極４２は、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２のうち同一の領域に配置されている。異なるグループに配置され且つ互いの間隔が最も短いパッド電極４３は、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２のうち同一の領域に配置されている。

【0059】

次に、図６を参照して、本実施形態の別の変形例に係る光検出装置について説明する。図６は、受光素子１０Ｂを示す平面図である。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、複数のパッド電極４２の配置及び形状、並びに、複数のパッド電極４３の有無に関して、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。

【0060】

図６に示されているように、本変形例では、セル２２ａに対応するパッド電極４２ａと、セル２２ａに隣り合うセル２２ｂに対応するパッド電極４２ｂとは、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に延在する。セル２２ａに対応するパッド電極４２と、セル２２ｂに対応するパッド電極４２とは、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に並んでいる。本変形例では、セル２２ａに対応するパッド電極４２ａと、セル２２ａに隣り合うセル２２ｂに対応するパッド電極４２ｂとは、複数のセル２２の配列方向に垂直な垂直線上に位置する。この垂直線は、セル２２ａに対応するパッド電極４２ａの中央と、セル２２ａに隣り合うセル２２ｂに対応するパッド電極４２ｂの中央とを通る。換言すれば、セル２２ａに対応するパッド電極４２と、セル２２ａに隣り合うセル２２ｂに対応するパッド電極４２とは、互いに隣り合うセル２２ａ，２２ｂから等距離の位置に配置されている。セル２２ａに対応するパッド電極４２ａと、セル２２ａに隣り合うセル２２ｂに対応するパッド電極４２ｂとは、上述した垂直線上に位置せず、垂直線から配列方向にずれていてもよい。本変形例では、各パッド電極４２は、楕円形状である。

【0061】

本変形例においても、セル２２ａに対応するパッド電極４２は、第一領域Ｒ１に配置される。セル２２ｂに対応するパッド電極４２は、第二領域Ｒ２に配置される。

【0062】

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。

【0063】

各パッド電極４２と当該パッド電極４２に対応するセル２２との間の距離は、互いに異なるセル２２に接続されたパッド電極４２間の距離よりも小さい。このため、光検出装置１のコンパクト化が図られている。上記光検出装置１では、パッド電極４２にスティッチボンドが形成されている。このため、ボールボンドが形成される場合よりも、ワイヤＷにおける光の反射が抑制される。したがって、パッド電極４２と当該パッド電極４２に対応するセル２２との間の距離が縮小されても、各セル２２に迷光が入射し難い。

【0064】

ボールボンドとパッド電極との接合部位は、スティッチボンドとパッド電極との接合部位よりも小さく形成することができる。スティッチボンドが形成されるパッド電極４２は、ボールボンドが形成されるパッド電極に比べてサイズを縮小し難い。パッド電極のサイズが大きいほど、隣り合うパッド電極の縁の間の距離が短くなり、パッド電極間のクロストークが懸念される。隣り合うパッド電極の縁の間の距離が短ければ、ワイヤとパッド電極との接続部分で発生する熱による影響も受けやすい。上記光検出装置１では、セル２２ａに対応するパッド電極４２は第一領域Ｒ１に配置され、セル２２ｂに対応するパッド電極４２は、受光領域Ｓを挟んで第一領域Ｒ１と離間した第二領域Ｒ２に配置されている。このため、パッド電極４２間のクロストーク及び熱の影響も抑制されている。

【0065】

各セルがＡＰＤで構成されている場合には、特に、迷光の入射、パッド電極間のクロストーク、及び、パッド電極における熱の発生が、光検出結果に影響を及ぼしやすい。光検出装置１の各セル２２は、ＡＰＤ２３が含まれている。しかし、光検出装置１は上記構成を有しているため、各セル２２に迷光が入射し難く、パッド電極４２間のクロストーク及び熱の影響も抑制されている。

【0066】

複数のパッド電極４２の少なくとも一部は、受光領域Ｓを挟んで千鳥配列されている。このため、簡易な構成で、サイズの大型化を抑制しながらパッド電極４２間のクロストークも抑制できる。

【0067】

セル２２ａに対応するパッド電極４２と、セル２２ｂに対応するパッド電極４２とは、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に並んでいる。このため、簡易な構成で、サイズの大型化を抑制しながらパッド電極４２間のクロストークも抑制できる。

【0068】

半導体基板２０を挟んで配置されていると共に、複数のセル２２に電気的に接続されている一対のＩＣチップ５０，６０を備えている。各ワイヤＷは、対応するパッド電極４２と一対のＩＣチップ５０，６０とを接続している。一対のＩＣチップ５０，６０には、対応するワイヤＷのボールボンドが形成されている。このため、各パッド電極４２とＩＣチップ５０，６０とが一つのワイヤＷで接続される。したがって、光検出装置１のコンパクト化がさらに図られている。

【0069】

半導体基板２０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２４を有している。周辺キャリア吸収部２４は、半導体基板２０において複数のパッド電極４２が配置されている面に直交する方向から見て、各セル２２の少なくとも一部を囲んでいる。このため、セル２２の周辺で発生したキャリアが周辺キャリア吸収部２４で吸収される。したがって、光検出の精度がさらに向上される。

【0070】

周辺キャリア吸収部２４は、半導体基板２０において複数のパッド電極４２が配置されている面に直交する方向から見て、各セル２２に対応するパッド電極４２の少なくとも一部を囲んでいる。このため、パッド電極４２の周辺で発生したキャリアが周辺キャリア吸収部２４で吸収される。このように、周辺キャリア吸収部２４が設けられることで、セル２２以外で発生したキャリアが吸収され、光検出の精度がさらに向上される。

【0071】

第一領域Ｒ１において互いに隣り合うパッド電極４２の間には、半導体基板２０に絶縁されていると共に接地されたパッド電極４３が配置されている。このため、上記パッド電極４２間のクロストークがさらに低減される。

【0072】

各パッド電極４２は、複数のセル２２の配列方向に交差する方向に延在する矩形状である。このため、各パッド電極４２にスティッチボンドが形成される場合であっても、各パッド電極４２のコンパクト化が図られる。

【0073】

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。

【0074】

例えば、各パッド電極４２が配置される第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２は、上述した実施形態及び変形例とで入れ替わっていてもよい。換言すれば、上述した実施形態及び変形例において、第一領域Ｒ１に配置されていたパッド電極４２が第二領域Ｒ２に配置され、第二領域Ｒ２に配置されていたパッド電極４２が第一領域Ｒ１に配置されてもよい。

【0075】

図２及び図５に示した構成では、複数のパッド電極４３は、複数のセル２２の配列方向において全てのパッド電極４２の間に配置されている。しかし、複数のパッド電極４３は、一部のパッド電極４２の間に配置され、隣り合うパッド電極４２の間においてパッド電極４３が設けられていない部分があってもよい。

【0076】

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、連続的に、各セル２２、各電極部４１、各パッド電極４２、及び各パッド電極４３を囲んでいる。しかし、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、各セル２２，各電極部４１、各パッド電極４２及び各パッド電極４３を断続的に囲んでいてもよい。この場合、周辺キャリア吸収部２４は、各パッド電極４２の周囲に設けられていなくてもよい。周辺キャリア吸収部２４が断続的に、各セル２２、各電極部４１、各パッド電極４２及び各パッド電極４３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。

【0077】

受光素子１０がワイヤＷによって接続される対象は、ＩＣチップに限定されず、配線基板などの回路部材であってもよい。光検出装置１では、各パッド電極４２とＩＣチップ５０，６０とが一つのワイヤＷで接続されている。このため、ＩＣチップ５０，６０で読み出される信号にノイズが発生し難い。

【符号の説明】

【0078】

１…光検出装置、２０…半導体基板、２２，２２ａ，２２ｂ…セル、２４…周辺キャリア吸収部、４２，４２ａ，４２ｂ…パッド電極、４３，４３ａ，４３ｂ…パッド電極、５０，６０…ＩＣチップ、Ｒ１…第一領域、Ｒ２…第二領域、Ｓ…受光領域、Ｔ１，Ｔ２…距離、Ｗ…ワイヤ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】