(57)【要約】【課題】簡易な構成で、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる、光検出器を提供する。【解決手段】光検出器１０は、近赤外領域の少なくとも一部の光が入射する第１面１５Ａと第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂとを有し、光を検出する光検出領域１４０と、光検出領域の第２面１５Ｂ側に設けられ、光を反射する反射層２０と、光検出領域１４０にバンプ接合を介さずに直列に接続されたクエンチング抵抗３２と、を備える。反射層２０は、光検出領域１４０とクエンチング抵抗３２との間に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外領域の少なくとも一部の光が入射する第１面と前記第１面の反対側の第２面とを有し、前記光を検出する光検出領域と、
前記光検出領域の前記第２面側に設けられ、前記光を反射する金属を含み、電極として機能する反射層と、
前記光検出領域の前記第１面側に設けられ、前記光検出領域にバンプ接合を介さずに直列に接続されたクエンチング抵抗と、
を備える光検出器。
【請求項２】
前記反射層は、カソード電極として機能し、
前記クエンチング抵抗に接続し、アノード電極として機能する貫通電極をさらに備える、
請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記光検出領域、前記反射層、および、前記クエンチング抵抗をそれぞれ備える複数の光検出層を備える、
請求項１に記載の光検出器。
【請求項４】
前記第１面は、平坦な面である、
請求項１に記載の光検出器。
【請求項５】
前記反射層は、前記第１面と前記第２面との対向方向に直交する直交方向に沿って、前記光検出領域の前記第２面側の少なくとも一部を覆うように設けられた請求項１に記載の光検出器。
【請求項６】
前記反射層は、前記第１面と前記第２面との対向方向に直交する直交方向に沿って、前記光検出領域の前記第２面側の全領域を覆うように設けられた、
請求項１に記載の光検出器。
【請求項７】
前記光検出領域は、Ｓｉを主成分として含むｐ型半導体層とＳｉを主成分として含むｎ型半導体層とを接合したｐｎ接合を含む請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項８】
前記第１面は、前記光検出領域における、前記ｐｎ接合の前記ｐ型半導体層側の面、又は、前記光検出領域における、前記ｐｎ接合の前記ｎ型半導体層側の面である請求項７に記載の光検出器。
【請求項９】
前記光検出領域上に設けられ、前記反射層と前記クエンチング抵抗を含む絶縁層を備える請求項１から８のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項１０】
前記金属は、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ又はその合金である請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項１１】
近赤外領域の少なくとも一部の光が入射する第１面と前記第１面の反対側の第２面とを有し、前記光を検出する複数の光検出領域と、
複数の前記光検出領域それぞれの前記第２面側に設けられ、前記光を反射する金属を含む複数の反射層と、
複数の前記光検出領域それぞれにバンプ接合を介さずに直列に接続された複数のクエンチング抵抗と、
を備える光検出器。
【請求項１２】
近赤外領域の少なくとも一部の光が入射する第１面と前記第１面の反対側の第２面とを有し、前記光を検出する複数の光検出領域と、
複数の前記光検出領域のすべてを覆うように、前記光検出領域の前記第２面側に設けられ、前記光を反射する金属を含む反射層と、
前記光検出領域にバンプ接合を介さずに直列に接続されたクエンチング抵抗と、
を備える光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を検出する光検出素子を備えた光検出器が知られている。光検出器の、近赤外領域の光に対する感度を高める技術として、空乏層の厚みを大きくする技術や、シリコン基板における少なくともｐｎ接合に対向する領域に不規則な凹凸を形成する技術などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９３６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、空乏層の厚みを大きくすると、駆動電圧を高くする必要があった。また、空乏層の厚みを大きくすると、光検出素子の微細アレイ化が困難となる。また、シリコン基板に不規則な凹凸を形成するためには、専用の加工装置が必要であった。すなわち、従来では、簡易な構成で、近赤外領域の光に対する感度を向上させることは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる、光検出器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】
実施形態の光検出器は、近赤外領域の少なくとも一部の光が入射する第１面と第１面の反対側の第２面とを有し、光を検出する光検出領域と、光検出領域の第２面側に設けられ、光を反射する金属を含む反射層と、前記第１面と前記第２面との対向方向に直交する直交方向における位置が前記光検出領域に重複し、光検出領域にバンプ接合を介さずに直列に接続されたクエンチング抵抗と、を備える。反射層は、光検出領域とクエンチング抵抗との間に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】光検出器の一例を示す図。
【図２】光検出器の一例を示す図。
【図３】光検出器の一例を示す図。
【図４】光検出器の一例を示す図。
【図５】光検出器の一例を示す図。
【図６】光の吸収量と空乏層の厚みとの関係を示す線図。
【図７】光検出器の模式図。
【図８】光検出器の一例を示す模式図。
【図９】光検出器の一例を示す模式図。
【図１０】貫通電極の配置の説明図。
【図１１】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１２】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１３】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１４】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１５】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１６】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１７】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１８】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図１９】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図２０】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図２１】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図２２】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図２３】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図２４】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図２５】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【図２６】光検出器の製造方法の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１は、光検出器１０Ａの一例を示す図である。
【００１０】
光検出器１０Ａは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。
【００１１】
第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を含む。第１の光検出領域１４０は、入射した光を検出する。第１の光検出領域１４０は、し、Ｓｉを主成分として含むｐ型半導体層とＳｉを主成分として含むｎ型半導体層とを接合したｐｎ接合を含み、フォトダイオードとして機能する領域である。
【００１２】
本実施の形態では、一例として、第１の光検出領域１４０は、ｎ型半導体基板１４Ｃ上に、ｐ−型半導体層１４Ａとｐ＋型半導体層１４Ｂを交互に積層させることで、ｐｎ型ダイオードとして構成されたアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）である場合を説明する。第１の光検出領域１４０は、例えば、ガイガーモードで駆動する。なお、第１の光検出領域１４０は、光を検出する機能を有する領域であればよく、ＡＰＤに限定されない。
【００１３】
第１の光検出領域１４０には、ｎ型領域（ｎ型半導体基板１４Ｃ）と、ｎ型領域に隣接するｐ型領域（図１では、ｐ−型半導体層１４Ａ）と、によってｐｎ接合が形成されている。第１の光検出領域１４０は、例えば、イオン注入、拡散、またはこれらに類する技術などの既知の技術によって形成される。これらのｎ型半導体基板１４Ｃ（ｎ型半導体層）、および−ｐ型半導体層１４Ａは、シリコンを主成分として含む層である。例えば、これらのｎ型半導体基板１４Ｃ（ｎ型半導体層）、および−ｐ型半導体層１４Ａは、シリコンのエピタキシャル成長や、シリコン基板への不純物のドープなどにより製造される。
【００１４】
第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。第１面１５Ａは、第１の光検出領域１４０の厚み方向両端面における、一方の面である。第１面１５Ａは、第１の光検出領域１４０における光の入射する側の面である。第２面１５Ｂは、第１の光検出領域１４０の厚み方向両端面における、他方の面である。第２面１５Ｂは、第１の光検出層１２Ａにおける光の出射する側の面である。なお、第１の光検出領域１４０の厚み方向と、第１面１５Ａと第２面１５Ｂの対向方向（図１中、矢印Ｘ方向参照）と、は一致する。
【００１５】
本実施の形態では、光検出器１０Ａは、第１の光検出領域１４０における、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとしている。そして、第１の光検出領域１４０における、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第２面１５Ｂとしている。
【００１６】
なお、第１の光検出領域１４０における、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を、第１面１５Ａとしてもよい。
【００１７】
第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を、上記対向方向に交差する交差面に沿って、例えば、マトリクス状に配列した構成である。第１の光検出層１２Ａは、例えば、複数の第１の光検出領域１４０を１画素とした画素領域を、マトリクス状に配列させた構成である。
【００１８】
第１の光検出層１２Ａにおける、第１の光検出領域１４０と第１の光検出領域１４０との間の領域には、素子分離部２９が設けられている。素子分離部２９は、隣接する第１の光検出領域１４０が互いに電気的に干渉することを抑制する。
【００１９】
第１の光検出層１２Ａ上には、絶縁層３０、および支持基板３８がこの順に積層されている。絶縁層３０は、絶縁性の材料によって構成された層である。支持基板３８は、第１の光検出層１２Ａを支持する基板である。支持基板３８は、例えば、シリコン、ガラス、サファイア等で構成する。
【００２０】
絶縁層３０には、第１の光検出層１２Ａ側から順に、反射層２０、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６が設けられている。
【００２１】
反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に設けられている。反射層２０は、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する。近赤外領域の少なくとも一部の光、とは、近赤外領域の波長の内の、少なくとも一部の波長の光を意味する。
【００２２】
近赤外領域の光とは、７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長領域の光を示す。反射層２０は、７８０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長領域の光を少なくとも反射することが好ましい。
【００２３】
反射層２０は、第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａから入射した光（図１中、入射光Ｌ１参照）に含まれる、近赤外領域の少なくとも一部の光を、少なくとも第１の光検出領域１４０の空乏層に到達させる反射を実現するように、厚みや構成材料などを予め調整する。
【００２４】
例えば、反射層２０の厚みは、第１の光検出領域１４０の構成、反射層２０の構成材料、反射層２０の上記対向方向（矢印Ｘ方向）における第１の光検出層１２Ａとの相対位置、などに応じて、上記反射条件を満たすように、適宜調整すればよい。
【００２５】
反射層２０は、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射可能な材料で構成する。具体的には、反射層２０は、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ等の一般的に半導体プロセスで使用される金属及びその合金材料で構成する。
【００２６】
光検出器１０Ａの上記対向方向における、第１の光検出領域１４０と反射層２０との間の領域は、近赤外領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成することが好ましい。
【００２７】
反射層２０は、上記対向方向に直交する直交方向に沿って、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂの少なくとも一部を覆うように設けられていればよい。また、反射層２０は、上記対向方向に直交する直交方向（図１中、矢印Ｘ方向に直交する方向）に沿って、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側の全領域を覆うように設けられた形態であってもよい。また、図１に示すように、反射層２０は、第１の光検出層１２Ａにおける複数の第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側を、上記直交方向に沿って連続して覆うように設けてもよい。
【００２８】
反射層２０の、光検出器１０Ａの上記対向方向（矢印Ｘ方向）における位置は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側であればよいが、第１の光検出層１２Ａとクエンチング抵抗３２との間に設けられることが好ましい。
【００２９】
クエンチング抵抗３２は、第１の光検出領域１４０に直列に接続されている。クエンチング抵抗３２には、例えば、ポリシリコンを用いる。
【００３０】
クエンチング抵抗３２は、各第１の光検出領域１４０のｐｎ接合部において増幅された電荷の通り道となる。すなわち、クエンチング抵抗３２は、第１の光検出領域１４０を流れる電流量を制限する。例えば、１個の光子が入射して第１の光検出領域１４０がガイガー放電したときに、クエンチング抵抗３２による電圧降下により、増幅作用が終端する。このため、第１の光検出領域１４０から、パルス状の出力信号が得られることとなる。
【００３１】
クエンチング抵抗３２には、コンタクト層３４を介して配線層３６および貫通電極４０が接続されている。配線層３６は、アノード電極として機能する。
【００３２】
図１に示す例では、反射層２０は、対向方向（図１中、矢印Ｘ方向参照）における、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６と、第１の光検出領域１４０と、の間に設けられている。なお、反射層２０は、配線層３６と、コンタクト層３４と、クエンチング抵抗３２と、の少なくとも１つと、第１の光検出層１２Ａと、の間に設けられた形態であってもよい。
【００３３】
反射層２０を、上記対向方向における、第１の光検出層１２Ａとクエンチング抵抗３２との間に設けることにより、クエンチング抵抗３２や、クエンチング抵抗３２に接続するコンタクト層３４や、配線層３６、などの配線やレイアウトの自由度を向上させることができる。クエンチング抵抗のレイアウト自由度が増すことで、クエンチング抵抗のシート抵抗値を下げ、加工バラツキに起因する抵抗値バラツキの低減を図ることもできる。
【００３４】
また、反射層２０を、上記対向方向における、第１の光検出層１２Ａと、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６と、の間に設けることで、配線のレイアウトの自由度を更に向上させることができる。また、配線のレイアウトの自由度が向上することから、配線抵抗の低減や、寄生容量の低減を図ることができる。
【００３５】
一方、第１の光検出層１２Ａにおける、配線層３６の反対側の面には、電極層２６が設けられている。光検出器１０Ａでは、電極層２６は、カソード電極として機能する。電極層２６は、貫通電極４２、および電極層３７を介して、貫通電極４４に接続されている。
【００３６】
すなわち、第１の光検出領域１４０を含む第１の光検出層１２Ａ、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、配線層３６、および電極層２６は、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）として機能する。
【００３７】
本実施の形態では、電極層２６は、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側に設けられている。このため、電極層２６における、少なくとも第１の光検出領域１４０に重なる領域は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する透明電極とすることが好ましい。
【００３８】
上述のように構成された光検出器１０Ａに、第１面１５Ａ側から入射した光（図１中、入射光Ｌ１参照）は、第１の光検出領域１４０に入射する。また、第１の光検出領域１４０に入射した光は、反射層２０によって、第１の光検出領域１４０側に反射する（図１中、反射光Ｌ２参照）。
【００３９】
配線層３６と電極層２６との間には、図示を省略する信号処理回路の制御により、第１の光検出領域１４０のｐｎ接合に対して、例えば、逆バイアスの、アバランシェ降伏電圧以上の駆動電圧が印加されている。この状態で、第１の光検出領域１４０に第１面１５Ａから光が入射することによって、第１の光検出領域１４０には逆バイアス方向にパルス状の電流が流れる。そして、この電流は、電気信号として、図示を省略する信号処理回路へ出力される。このようにして、光検出器１０Ａは、光を検出する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態の光検出器１０Ａは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。第１の光検出層１２Ａは、第１の光検出領域１４０を備える。第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有し、Ｓｉを主成分として含むｐ型半導体層とＳｉを主成分として含むｎ型半導体層とを接合したｐｎ接合を含む。反射層２０は、第１の光検出領域１４０における第１面１５Ａ側に設けられ、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する。
【００４１】
ここで、第１の光検出領域１４０における空乏層の厚みが小さいほど、光検出器１０における近赤外領域の分光感度が低いことが知られている。例えば、第１の光検出領域１４０の空乏層の厚みは、第１の光検出領域１４０がＳｉを半導体基板として用いたＡＰＤである場合、２μｍ〜３μｍが一般的である。また、駆動電圧としての逆バイアス電圧は、１００Ｖ以下が一般的である。このような厚みの第１の光検出領域１４０の近赤外領域の分光感度は、１０％未満であった。また、例えば、８５０ｎｍの近赤外光を９０％吸収させるためには、空乏層の厚みを数十μｍ以上（例えば、３０μｍ以上）とする必要があった。
【００４２】
空乏層の厚みが大きくなるほど、駆動電圧を高くする必要があった。例えば、空乏層の厚みが数十μｍ以上であると、駆動電圧は数百Ｖ以上とする必要があった。また、空乏層の厚みが大きくなるほど、微細アレイ化が困難となっていた。
【００４３】
一方、本実施の形態の光検出器１０Ａは、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射層２０を備える。
【００４４】
このため、本実施の形態の光検出器１０Ａでは、第１の光検出領域１４０を通過した入射光Ｌ１の、反射層２０による反射光Ｌ２が、再び第１の光検出領域１４０に到達することとなる。
【００４５】
この反射層２０による光の反射により、第１の光検出領域１４０に入射した光の該第１の光検出領域１４０内における光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
【００４６】
従って、本実施の形態の光検出器１０Ａは、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施の形態の光検出器１０Ａは、第１の光検出領域１４０（具体的には空乏層）の厚みや駆動電圧を調整することなく、光検出器１０Ａにおける、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる。また、本実施の形態の光検出器１０Ａは、光検出器１０Ａのチップサイズを大きくすること無く、また、応答特性を維持したまま、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる。
【００４８】
また、光検出器１０Ａは、第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａ側に、クエンチング抵抗３２やコンタクト層３４が配置されていないことから、第１の光検出層１２Ａにおける第１の光検出領域１４０の開口率を、本構成を用いない場合に比べて大きくすることができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる位置に、反射層２０を配置した形態を説明する。
【００５０】
図２は、光検出器１０Ｂの一例を示す図である。
【００５１】
光検出器１０Ｂは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。
【００５２】
第１の光検出層１２Ａは、第１の実施の形態と同様である。すなわち、第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を有する。第１の光検出領域１４０は、ｎ型半導体基板１４Ｃ上に、ｐ−型半導体層１４Ａとｐ＋型半導体層１４Ｂを交互に積層させた構成である。また、第１の光検出領域１４０には、ｎ型領域（ｎ型半導体基板１４Ｃ）と、ｎ型領域に隣接するｐ型領域（ｐ−型半導体層１４Ａ）と、によってｐｎ接合が形成されている。
【００５３】
第１の光検出層１２Ａにおける、第１の光検出領域１４０と第１の光検出領域１４０との間の領域には、素子分離部２９が設けられている。素子分離部２９は、第１の実施の形態と同様である。
【００５４】
第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしている。
【００５５】
第１の光検出層１２Ａ上には、絶縁層３０、接着層２４、および支持基板３９が、この順に積層されている。
【００５６】
絶縁層３０には、第１の光検出層１２Ａ側から順に、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６が設けられている。絶縁層３０は、反射層２０が設けられていない以外は、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
詳細には、絶縁層３０には、第１の光検出領域１４０に直列接続されたクエンチング抵抗３２が設けられている。また、絶縁層３０には、クエンチング抵抗３２およびコンタクト層３４を介して、クエンチング抵抗３２に接続する配線層３６が設けられている。配線層３６は、貫通電極４０を介して電極層２６に接続されている。本実施の形態では、配線層３６および電極層２６は、アノード電極として機能する。
【００５８】
支持基板３９は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成されている。接着層２４は、支持基板３９と絶縁層３０とを接着する。接着層２４もまた、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成されている。
【００５９】
また、絶縁層３０、配線層３６、コンタクト層３４、およびクエンチング抵抗３２における、少なくとも、各第１の光検出領域１４０の各々に重なる領域は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成されている。
【００６０】
反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に設けられている。上述したように、本実施の形態では、光検出器１０Ｂにおける第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしている。このため、本実施の形態では、反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側であり、かつ、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側に設けられている。
【００６１】
すなわち、本実施の形態では、反射層２０の、光検出器１０Ｂの上記対向方向（図２中、矢印Ｘ方向参照）における位置は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側であり、且つ、第１の光検出領域１４０を介してクエンチング抵抗３２の反対側である。
【００６２】
反射層２０の構成材料および厚みは、第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
なお、本実施の形態では、反射層２０を、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射特性を有すると共に、導電性を備えた構成とする。このため、本実施の形態では、反射層２０は、カソード電極として機能する。
【００６４】
なお、反射層２０上に、電極層を別途設けた構成とし、該電極層をカソード電極として用いてもよい。この場合には、反射層２０は、導電性を備えない構成であってもよい。このように、反射層２０を電極や抵抗として機能させない構成とする場合には、反射層２０には電圧が印加されない構成となる。
【００６５】
反射層２０上に、カソード電極として用いる電極層を積層する場合、該電極層は、以下の特性を備えるように構成する。具体的には、反射層２０と第１の光検出領域１４０との間に該電極層（カソード電極）を設ける場合、該電極層は、近赤外領域の少なくとも一部の光を透過する透明電極とすればよい。一方、反射層２０の、第１の光検出領域１４０とは反対側に該電極層（カソード電極）を設ける場合、該電極層は、導電性を有する層であればよく、透明電極に限定されない。
【００６６】
本実施の形態の光検出器１０Ｂに、第１面１５Ａ側から入射した光（図２中、入射光Ｌ１参照）は、第１の光検出領域１４０に入射する。また、第１の光検出領域１４０に入射した光は、反射層２０によって、第１の光検出領域１４０側に反射する（図２中、反射光Ｌ２参照）。
【００６７】
すなわち、第１の光検出領域１４０を通過した入射光Ｌ１の、反射層２０による反射光Ｌ２が、再び第１の光検出領域１４０に到達することとなる。この反射層２０による光の反射により、第１の光検出領域１４０に入射した光の該第１の光検出領域１４０内における光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
【００６８】
配線層３６と反射層２０（カソード電極）との間には、図示を省略する信号処理回路の制御により、第１の光検出領域１４０のｐｎ接合に対して、例えば、逆バイアスの、アバランシェ降伏電圧以上の駆動電圧が印加されている。この状態で、第１面１５Ａから光が入射することにより、第１の光検出領域１４０には逆バイアス方向にパルス状の電流が流れる。そして、この電流は、電気信号として、図示を省略する信号処理回路へ出力される。このようにして、光検出器１０Ｂは、光を検出する。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態の光検出器１０Ｂは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。第１の光検出層１２Ａは、第１の光検出領域１４０を備える。本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしている。
【００７０】
そして、反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に配置されている。すなわち、反射層２０は、第１の光検出領域１４０に対して、クエンチング抵抗３２の反対側に配置されている。
【００７１】
このように、反射層２０を、第１の光検出領域１４０に対してクエンチング抵抗３２の反対側に配置した場合についても、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に反射層２０を配置することで、光検出器１０Ｂは、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、反射層２０を、第１の光検出領域１４０に対してクエンチング抵抗３２の反対側に配置することで、クエンチング抵抗３２や、コンタクト層３４や、配線層３６などの配線のレイアウトの自由度を向上させることができる。
【００７３】
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、反射層２０を、配線層３６とは別体として構成する場合を説明した。
【００７４】
本実施の形態では、反射層２０を、配線層３６の一部として機能させる場合を説明する。
【００７５】
図３は、光検出器１０Ｃの一例を示す図である。
【００７６】
光検出器１０Ｃは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。
【００７７】
第１の光検出層１２Ａは、第１の実施の形態と同様である。すなわち、第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を有する。第１の光検出領域１４０は、ｎ型半導体基板１４Ｃ上に、ｐ−型半導体層１４Ａとｐ＋型半導体層１４Ｂを交互に積層させた構成である。また、第１の光検出領域１４０には、ｎ型領域（ｎ型半導体基板１４Ｃ）と、ｎ型領域に隣接するｐ型領域（ｐ−型半導体層１４Ａ）と、によってｐｎ接合が形成されている。
【００７８】
第１の光検出層１２Ａにおける、第１の光検出領域１４０と第１の光検出領域１４０との間の領域には、素子分離部２９が設けられている。素子分離部２９は、第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第２面１５Ｂとしている。
【００８０】
第１の光検出層１２Ａ上には、絶縁層３０、および支持基板３８が、この順に積層されている。
【００８１】
絶縁層３０には、第１の光検出領域１４０に直列接続されたクエンチング抵抗３２が設けられている。また、絶縁層３０には、クエンチング抵抗３２およびコンタクト層３４を介して、クエンチング抵抗３２に接続する配線層３６が設けられている。配線層３６は、貫通電極４０に接続されている。本実施の形態では、配線層３６および貫通電極４０は、アノード電極として機能する。
【００８２】
支持基板３８は、第１の実施の形態と同様である。
【００８３】
反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に設けられている。反射層２０の構成材料および厚みは、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、反射層２０は、配線層３６の一部として機能する。このため、本実施の形態では、反射層２０は、導電性を更に有する。
【００８４】
すなわち、配線層３６の内、第１の光検出領域１４０と重なる重複領域について、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射特性を有するように、該重複領域の構成材料を調整すればよい。また、配線層３６の全領域に渡って、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射特性を有する構成としてもよい。
【００８５】
第１の光検出領域１４０の、クエンチング抵抗３２の反対側には、電極層２６が設けられている。本実施の形態では、電極層２６は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する透明電極として構成する。電極層２６は、貫通電極４２に接続されている。本実施の形態では、電極層２６は、カソード電極として機能する。
【００８６】
本実施の形態の光検出器１０Ｃに、第１面１５Ａ側から入射した光（図３中、入射光Ｌ１参照）は、第１の光検出領域１４０に入射する。また、第１の光検出領域１４０に入射した光は、反射層２０によって、第１の光検出領域１４０側に反射する（図３中、反射光Ｌ２参照）。
【００８７】
すなわち、第１の光検出領域１４０を通過した入射光Ｌ１の、反射層２０による反射光Ｌ２が、再び第１の光検出領域１４０に到達することとなる。この反射層２０による光の反射により、第１の光検出領域１４０に入射した光の該第１の光検出領域１４０内における光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
【００８８】
配線層３６および反射層２０（アノード電極）と、電極層２６（カソード電極）と、の間には、図示を省略する信号処理回路の制御により、第１の光検出領域１４０のｐｎ接合に対して、例えば、逆バイアスの、アバランシェ降伏電圧以上の駆動電圧が印加されている。この状態で、第１面１５Ａから光が入射することにより、第１の光検出領域１４０には逆バイアス方向にパルス状の電流が流れる。そして、この電流は、電気信号として、図示を省略する信号処理回路へ出力される。このようにして、光検出器１０Ｃは、光を検出する。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態の光検出器１０Ｃは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。第１の光検出層１２Ａは、第１の光検出領域１４０を備える。本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板（ｎ型半導体基板１４Ｃ）側の面を第１面１５Ａとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第２面１５Ｂとしている。
【００９０】
そして、反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に配置されている。本実施の形態では、反射層２０は、配線層３６の一部として配置されている。
【００９１】
このように、反射層２０を、配線層３６の一部として配置した場合についても、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に反射層２０を配置することで、光検出器１０Ｃは、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、光検出層を積層した光検出器を説明する。
【００９３】
図４は、本実施の形態の光検出器１１の一例を示す図である。本実施の形態では、一例として、２層の光検出層を積層した形態を説明する。
【００９４】
光検出器１１は、複数の光検出層を積層した積層体である。具体的には、光検出器１１は、上記実施の形態で説明した第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２を備えた第２の光検出層１２Ｂと、反射層２０と、を備える。
【００９５】
第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出領域１４０に代えて第２の光検出領域１４２を含む以外は、第１の光検出層１２Ａと同様の構成である。第２の光検出領域１４２には、第１の光検出領域１４０と同様に、Ｓｉを主成分とするｎ型半導体層と、Ｓｉを主成分とするｎ型半導体層に隣接するｐ型半導体層と、によってｐｎ接合が形成されている。
【００９６】
第２の光検出領域１４２は、第１の光検出領域１４０と同様に、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。
【００９７】
第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂとは、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂと、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の検出領域１４２の第２面１５Ｂと、が同一方向を向くように積層されている。
【００９８】
光検出器１１は、反射層２０を備える。反射層２０は、第１の実施の形態と同様に、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する。反射層２０の厚み、および構成材料は、第１の実施の形態と同様である。
【００９９】
本実施の形態では、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に設けられている。
【０１００】
光検出器１１は、さらに、中間層５０を備える。中間層５０は、第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂとの間に設けられている。中間層５０は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する材料で構成されていることが好ましい。第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光、とは、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の光の内、少なくとも一部の波長の光を意味する。
【０１０１】
このため、中間層５０に含まれる電極層５２は、近赤外領域の少なくとも一部の光と、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極であることが好ましい。
【０１０２】
また、光検出器１１における、第１の光検出層１２Ａと中間層５０との層間、中間層５０と第２の検出層１２Ｂとの層間、および、第２の光検出層１２Ｂと反射層２０との層間の内、屈折率差が閾値以上の層間には、反射防止層５４を設けることが好ましい。反射防止層５４は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光、および近赤外領域の反射を防止する層である。この閾値は、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々に入射した光の少なくとも９０％以上の光が、第１の光検出層１２Ａの第１の光検出領域１４０、および第２の光検出層１２Ｂの第２の光検出領域１４２の各々に到達可能となるように、予め調整すればよい。
【０１０３】
なお、反射防止層５４を、中間層５０に含まれる電極層５２と第２の光検出層１２Ｂとの層間に設ける場合には、反射防止層５４は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光の反射を防止すると共に、近赤外領域の光の少なくとも一部を透過する性質を有することが好ましい。すなわち、反射防止層５４と、電極層５２と、を中間層５０として構成する。
【０１０４】
反射防止層５４は、例えば、シリコン酸化膜、窒化膜の単層膜、またはこれらの積層体で構成する。
【０１０５】
光検出器１１には、電源５１から電圧が印加される。なお、光検出器１１を構成する、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の第１面１５Ａは、ｐｎ接合のｎ型半導体層側の面であってもよいし、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面であってもよい。
【０１０６】
このため、光検出器１１に含まれる、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの双方が、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ（ｎ型半導体層）側の面を第１面１５Ａとしたものであってもよい。また、光検出器１１に含まれる、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの双方が、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしたものであってもよい。
【０１０７】
また、光検出器１１を、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａ（または第２の光検出層１２Ｂ）と、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとした第２の光検出層１２Ｂ（または第１の光検出層１２Ａ）と、を混在させて積層した積層体としてもよい。
【０１０８】
これらの場合についても、第１の光検出層１２Ａの第２面１５Ｂと、第２の光検出層１２Ｂの第２面１５Ｂと、が同一方向（図４中、矢印ＸＡ参照）を向くように、積層した構成とすればよい。
【０１０９】
なお、光検出器１１に含まれる光検出層（第１の光検出層１２Ａ、第２の光検出層１２Ｂ）の積層数は、図４に示す２層に限定されない。例えば、光検出器１１に含まれる光検出層の積層数は、３層や５層であってもよい。
【０１１０】
また、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、の内、反射層２０により近い位置に配置された第２の光検出領域１４２の厚みが、第１の光検出領域１４０の厚みより大きいことが好ましい。
【０１１１】
また、光検出器１１に３層以上の光検出層が含まれる場合、反射層２０により近い位置に配置された光検出層ほど、含まれる光検出領域の厚みが大きいことが好ましい。
【０１１２】
図５、図７〜図９は、光検出器１１の具体的な構成の一例を示す模式図である。なお、図５、図７〜図９では、上記実施の形態で説明した光検出器１０Ａ〜光検出器１０Ｄを総称する場合には、光検出器１０と称して説明する。
【０１１３】
図５は、光検出器１１Ａの一例を示す模式図である。光検出器１１Ａは、第１の光検出層１２Ａを備えた光検出器１０１と、第２の光検出層１２Ｂを備えた光検出器１０２と、を積層した光検出器１１である。
【０１１４】
光検出器１０１、および光検出器１０２は、上記実施の形態で説明した光検出器１０と同様である。なお、反射層２０の配置位置などが、光検出器１０とは異なる場合がある。
【０１１５】
詳細には、光検出器１０１は、反射層２０を備えない以外は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。光検出器１０２は、接着層２４を備えない以外は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。
【０１１６】
なお、光検出器１０１では、図２に示す光検出器１０Ｂにおける、カソード電極としても機能する反射層２０に代えて、電極層５２を備えている。電極層５２は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極である。また、電極層５２は貫通電極４２に接続されている。光検出器１０１と、光検出器１０２と、の間には、反射防止層５４が設けられている。
【０１１７】
光検出器１１Ａは、光検出器１１Ａに含まれる第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの双方が、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０および第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の各々における、ｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとして、積層した構成である。
【０１１８】
なお、光検出器１０１の配線層３６は、貫通電極４０１に接続されている。貫通電極４０１は、光検出器１０１のアノード電極として機能する。光検出器１０２の配線層３６は、貫通電極４０２に接続されている。貫通電極４０２は、光検出器１０２のアノード電極として機能する。
【０１１９】
光検出器１１Ａでは、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に設けられている。
【０１２０】
すなわち、光検出器１１Ａでは、反射層２０は、第２の光検出層１２Ｂを含む光検出器１０２における、第１の光検出層１２Ａの第２面１５Ｂ側に設けられている。
【０１２１】
光検出器１０２では、反射層２０は、カソード電極としても機能し、貫通電極４２に接続されている。本実施の形態では、電極層５２、反射層２０および貫通電極４２は、カソード電極として機能する。
【０１２２】
図５に示す例では、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、を第１の光検出層１２Ａの第１面１４Ａに平行な第３面に投影した時に、第１の光検出領域１４０の少なくとも一部は第２の光検出領域１４２と重なる。
【０１２３】
すなわち、第１の光検出領域１４０および第２の光検出領域１４２の少なくとも一部の、図５中、矢印Ｙ方向における位置は、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂ間で一致する。
【０１２４】
光検出器１１Ａに、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側から光（図５中、入射光Ｌ１参照）が入射すると、光は、まず、光検出器１０１の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に入射した後に、光検出器１０２の第１の光検出層１２Ａへ至る。
【０１２５】
そして、光検出器１０２の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ入射した光は、反射層２０によって、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を介して、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０へ向かって反射する（図５中、反射光Ｌ２参照）。
【０１２６】
このように、光検出器１１Ａを、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂを含む積層体とすることで、光の入射方向の最上流側に配置された第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０で検出されなかった光（具体的には、光子）が、該入射方向の下流側に配置された第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２で順次検出される。
【０１２７】
ここで、例えば、光の入射方向の上流側の第１層目に配置された第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に光子が入射し、アバランシェ増倍が生じている最中（デットタイム）に２個目の光子が入射すると、既に増倍現象が生じているため、該第１の光検出領域１４０では、２個目の光子のカウントを行うことができない。しかし、１層目によるアバランシェ増倍中に１層目で検出されなかった光子は、光の入射方向から数えて第２層目に配置された第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２でカウントすることが可能となる。このため、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。
【０１２８】
また、光の入射方向の最下流側に配置された第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の第２面１５Ｂ側には、反射層２０が設けられている。このため、反射層２０による反射により、第１の光検出領域１４０および第２の光検出領域１４２の各々に入射する光の光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
【０１２９】
従って、本実施の形態の光検出器１１は、上記実施の形態と同様の効果が得られると共に、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。具体的には、本実施の形態の、第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出層１２Ｂと、反射層２０と、を含む光検出器１１は、第２の光検出層１２Ｂを含まず（光検出層を積層せず）、且つ反射層２０を備えない構成に比べて、ダイナミックレンジを１．５倍以上増加させることができる。また、光検出層を３層積層した場合には、ダイナミックレンジを１．６７倍増加させることができると考えられる。
【０１３０】
図６は、光検出領域の空乏層の厚みが５μｍである光検出層（第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂと同様の構成）を、４層積層した光検出器１１Ａにおける、近赤外領域の８５０ｎｍの光の吸収量と、空乏層の厚みとの関係を示す線図である。
【０１３１】
線図６０は、波長８５０ｎｍの近赤外領域の波長の光の吸収量（％）を示す。
【０１３２】
図６に示すように、光検出器１１Ａにおける、光の入射側から数えて１層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２１に示すように、近赤外領域の波長の光の吸収量は３０％であった。そして、光の入射側から数えて２層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２２に示すように、近赤外領域の波長の光の吸収量は２０％であった。また、光の入射側から数えて３層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２３に示すように、近赤外領域の波長の光の吸収量は１５％であり、４層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２４に示すように、吸収量は１０％であった。なお、これらのグラフ６２１〜６２４は、１層目の光検出層からの吸収量の累積値を示している。このため、実際の各層の吸収量は、前段のグラフによって示される吸収量との差分となる。
【０１３３】
このように、複数の光検出層を積層することで、光の入射方向の上流側に配置された光検出層で検出されなかった光を、下流側に配置された光検出層で検出することが可能となるといえる。また、１層のみの光検出層で構成した場合の光検出器における近赤外領域の波長の光の吸収量が３０％であったのに比べて、光検出層の積層数が多くなるほど、光検出器１１における近赤外領域の波長の光の吸収量が、３０％、５０％、６５％、７５％と増加した（線図６０参照）。
【０１３４】
また、図５に示すように、２層目の光検出層（光検出器１０２における第２の光検出層１２Ｂ）の第２面１５Ｃ側に反射層２０を形成することで、光子は１層目の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０、２層目の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２、をこの順に通過した後に、反射層２０で反射され、２層目の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２、１層目の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０をこの順に通過する。このため、光子は、実質４層の光検出層（光検出領域）を通過することになる。よって、４層の光検出層で構成したときと同等の吸収効率を実現することができる。
【０１３５】
図５に戻り、なお、図５には、第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂを積層した構成の光検出器１１Ａを示したが、光検出器１１Ａは、上述したように、３層以上の光検出層を積層した構成であってもよい。また、積層した最下層（最も第２面側）に反射層２０を形成することで、上述したとおり、積総数の２倍の光路長としてもよい。
【０１３６】
また、図５には、第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂの双方について、ｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとして、積層した構成の光検出器１１Ａを示した。
【０１３７】
しかし、第１の光検出領域１４０（または第２の光検出領域１４２）におけるｐ型半導体層側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａ（または第２の光検出層１２Ｂ）と、第２の光検出領域１４２（または第１の光検出領域１４０）におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂ（または第２の光検出領域１４２）と、を混在させて積層した光検出器１１としてもよい。
【０１３８】
図７は、光検出器１１Ｂの模式図である。
【０１３９】
光検出器１１Ｂは、第１の光検出層１２Ａを備えた光検出器１０１と、第２の光検出層１２Ｂを備えた光検出器１０３と、を積層した光検出器１１である。
【０１４０】
光検出器１０１は、反射層２０を備えない以外は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。
【０１４１】
なお、光検出器１０１では、図２に示す光検出器１０Ｂにおける、カソード電極としても機能する反射層２０に代えて、電極層５２を備えている。電極層５２は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極である。なお、光検出器１１Ｂでは、電極層５２は、光検出器１０３のカソード電極としても機能する。
【０１４２】
光検出器１０３は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。但し、光検出器１０３は、支持基板３９および接着層２４を備えない構成である。また、光検出器１０３は、光検出器１０Ｂにおける第１の光検出層１２Ａおよび絶縁層３０の積層体を、図２に示す例とは上下反転させて、光検出器１０１の電極層５２側に配置した構成である。そして、光検出器１０３は、第１の光検出層１２Ａに代えて、第２の光検出層１２Ｂを備えた構成である。このため、光検出器１０３では、第２の光検出領域１４２のｐｎ接合における、ｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面が第２面１５Ｂとなり、ｎ型半導体基板１４Ｃ側の面が第１面１５Ａとなっている。
【０１４３】
また、光検出器１０３では、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の第２面１５Ｂ側、すなわち、第２の光検出領域１４２のクエンチング抵抗３２側に、反射層２０が設けられている。
【０１４４】
このように、光検出器１１Ｂは、第１の光検出領域１４０におけるｐ型半導体層側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂと、を積層させた構成である。
【０１４５】
また、光検出器１１Ｂでは、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に配置されている。すなわち、反射層２０は、光検出器１１Ｂに設けられた第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの内、第２の光検出層１２Ｂの第２面１５Ｂ側に設けられている。
【０１４６】
なお、光検出器１０１の配線層３６は、貫通電極４０１に接続されている。貫通電極４０１は、光検出器１０１のアノード電極として機能する。光検出器１０３の配線層３６は、貫通電極４０２に接続されている。貫通電極４０２は、光検出器１０３のアノード電極として機能する。
【０１４７】
電極層５２は、貫通電極４２に接続されている。本実施の形態では、電極層５２、および貫通電極４２は、光検出器１０１および光検出器１０３のカソード電極として機能する。
【０１４８】
光検出器１１Ｂに、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側から光（図７中、入射光Ｌ１参照）が入射すると、光は、まず、光検出器１０１の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に入射した後に、光検出器１０３の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ至る。
【０１４９】
そして、光検出器１０３の第２の光検出領域１４２へ入射した光は、反射層２０によって、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を介して、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０側へ向かって反射する（図７中、反射光Ｌ２参照）。
【０１５０】
このため、光検出器１１Ｂは、光検出器１１Ａと同様に、上記実施の形態と同様の効果が得られると共に、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。
【０１５１】
また、第１の光検出領域１４０におけるｎ型半導体層１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂと、を積層させた構成の光検出器１１としてもよい。
【０１５２】
図８は、光検出器１１Ｃの一例を示す模式図である。光検出器１１Ｃは、第２の光検出層１２Ｂを備えた光検出器１０４と、第１の光検出層１２Ａを備えた光検出器１０５と、を積層した光検出器１１である。
【０１５３】
光検出器１０４は、図３に示す光検出器１０Ｃと同様の構成である。
【０１５４】
なお、光検出器１０４では、図３に示す光検出器１０Ｃにおける、電極層２６は、図３を用いて説明したように、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極であり、電極層５２と同じ機能を有する。光検出器１０４の配線層３６は、貫通電極４０としての貫通電極４０４に接続されている。貫通電極４０４は、光検出器１０４の第２の光検出領域１４２のアノード電極として機能する。
【０１５５】
光検出器１０５は、反射層２０と、支持基板３８と、を備えない以外は、図３に示す光検出器１０Ｃと同様の構成である。光検出器１０５の配線層３６は、貫通電極４０としての貫通電極４０５に接続されている。貫通電極４０５は、光検出器１０５の第１の光検出領域１４０のアノード電極として機能する。
【０１５６】
電極層２６は、カソード電極として機能する。光検出器１０４、および光検出器１０５の電極層２６は、貫通電極４２に接続されている。
【０１５７】
このように、光検出器１１Ｃは、第１の光検出領域１４０におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂとを、積層させた構成である。
【０１５８】
また、光検出器１１Ｃでは、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に設けられている。すなわち、反射層２０は、第１の光検出層１２Ａ及び第２の光検出層１２Ｂの内、第２面１５Ｂの方向（図４中、矢印ＸＡ方向参照）の最下流に配置された第１の光検出層１２Ａの、第２面１５Ｂ側に設けられている。
【０１５９】
光検出器１１Ｃに、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側から光（図８中、入射光Ｌ１参照）が入射すると、光は、まず、光検出器１０５の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に入射した後に、光検出器１０４の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ至る。
【０１６０】
そして、光検出器１０４の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ入射した光は、反射層２０によって、光検出器１０４の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を介して、光検出器１０５の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０側へ向かって反射する（図８中、反射光Ｌ２参照）。
【０１６１】
このため、光検出器１１Ｃは、光検出器１１Ａと同様に、上記実施の形態と同様の効果が得られると共に、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。
【０１６２】
なお、光検出器１１Ａでは、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０、および第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の、各々のアノード電極に、貫通電極４０１、および貫通電極４０２、を用いた（図５参照）。しかし、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０、および第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を、共通のアノード電極に接続してもよい。
【０１６３】
図９は、光検出器１１Ｄの一例を示す模式図である。光検出器１１Ｄは、光検出器１０１と、光検出器１０２と、の積層体である。なお、光検出器１１Ｄは、光検出器１０１の貫通電極４０１（図５参照）と、光検出器１０２の貫通電極４０２（図５参照）と、を共通の貫通電極４０とした以外は、図５の光検出器１１Ａと同様の構成である。なお、図９に示すように、反射層２０には保護膜２７を積層してもよい。
【０１６４】
このように、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々のアノード電極を、共通の貫通電極４０に接続して用いてもよい。
【０１６５】
なお、図５、図７〜図８に示すように、光検出器１１を構成する第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々のアノード電極を、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々ごとに異なる貫通電極４０に接続する場合には、絶縁層３０に貫通電極４０に相当する孔を、千鳥状にずらして形成することで、製造工程の簡易化を図ることができる。
【０１６６】
図１０は、貫通電極４０の配置の説明図である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、複数の貫通電極４０１に対応する貫通孔を千鳥配列させた絶縁層３０と、複数の貫通電極４０２に対応する貫通孔を千鳥配列させた絶縁層３０と、を用意する。そして、これらの２枚の絶縁層３０の内、一方の絶縁層３０を反転させて、他方の絶縁層３０に貼り付ける（図１０（Ｃ）参照）。これにより、複数の光検出層（第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂ）を積層した光検出器１１を、構成することが好ましい。
【０１６７】
なお、図５に示す例では、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、を第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａに平行な第３面に投影した時に、第１の光検出領域１４０の少なくとも一部は、第２の光検出領域１４２と重なる場合を説明した。
【０１６８】
しかし、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、を第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａに平行な第３面に投影した時に、第１の光検出領域１４０の少なくとも一部は、第２の光検出領域１４２と重ならない構成であってもよい。
【０１６９】
（第５の実施の形態）
次に、上記実施の形態の光検出器１０の製造方法を説明する。
【０１７０】
図１１〜図１９は、第１の実施の形態で説明した光検出器１０Ａの製造方法の一例を示す説明図である。
【０１７１】
図１１に示すように、まず、ｎ型半導体基板２８を用意する。そして、ｎ型半導体基板２８に対して、公知の半導体製造プロセスを施すことで、第１の光検出領域１４０を形成する。具体的には、まず、ｎ型半導体基板２８に、シリコンのエピタキシャル成長によりシリコンのエピタキシャル層としてｐ−型半導体層１４Ａを形成する。そして、ｐ−型半導体層１４Ａの一部がｐ＋型半導体層１４Ｂとなるように、不純物（例えば、ボロン）を注入する。これによって、ｎ型半導体基板２８上に複数の第１の光検出領域１４０を形成する。各第１の光検出領域１４０の、各第１の光検出領域１４０の配列方向における長さは、例えば、８００μｍである。
【０１７２】
次に、各第１の光検出領域１４０が互いに電気的に干渉しないように、各第１の光検出領域１４０の素子分離を行う。素子分離は、第１の光検出領域１４０の間の領域を、例えばＤｅｅｐ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ構造や不純物（例えば、リン）の注入によるチャネルストッパー構造とすることによって行う。素子分離により、各第１の光検出領域１４０の間には、素子分離部２９が形成される。なお、素子分離部２９は、ｎ型半導体基板１４Ｃの領域にまで到達させる。
【０１７３】
次に、図１２に示すように、複数の第１の光検出領域１４０上に、絶縁層３０を形成する。次に、第１の光検出領域１４０上に、絶縁層３０を介して反射層２０を形成する。
【０１７４】
次に、図１３に示すように、絶縁層３０を形成した後に、第１の光検出領域１４０に直列接続したクエンチング抵抗３２を形成する。次に、図１４に示すように、更に絶縁層３０を形成した後に、コンタクト層３４を形成する。そして、配線層３６を形成し、コンタクト層３４を介してクエンチング抵抗３２と接続させる。また、電極層３７を形成する。
【０１７５】
次に、図１５に示すように、更に絶縁層３０を形成し、配線層３６に接続させる貫通電極を形成するための領域をパターニングする。次に、絶縁層３０上に、支持基板３８を形成する（図１６参照）。
【０１７６】
一方、ｎ型半導体基板２８を薄層化することで、第１の光検出層１２Ａとする（図１７参照）。
【０１７７】
さらに、図１８に示すように、第１の光検出層１２Ａのｎ型半導体基板１４Ｃ側に電極層２６を形成する。また、電極層２６を、貫通電極４２を介して電極層３７に接続させる。そして、図１９に示すように、配線層３６に接続する貫通電極４０と、電極層３７に接続する貫通電極４４と、を形成することで、光検出器１０Ａを作製する。
【０１７８】
（第６の実施の形態）
図２０〜図２６は、第２の実施の形態で説明した光検出器１０Ｂの製造方法の一例を示す説明図である。
【０１７９】
図２０に示すように、まず、ｎ型半導体基板２８を用意する。そして、ｎ型半導体基板２８に対して、公知の半導体製造プロセスを施すことで、第１の光検出領域１４０を形成する。次に、各第１の光検出領域１４０の間に、素子分離部２９を形成する（第５の実施の形態の図１１と同様）。
【０１８０】
次に、図２１に示すように、絶縁層３０を形成した後に、第１の光検出領域１４０に直列接続したクエンチング抵抗３２を形成する。次に、図２２に示すように、更に絶縁層３０を形成すると共に、コンタクト層３４を形成する。そして、配線層３６を形成し、コンタクト層３４を介してクエンチング抵抗３２と接続させる。
【０１８１】
次に、図２３に示すように、更に絶縁層３０を形成した後に、接着層２４を介して支持基板３９を設ける。
【０１８２】
一方、ｎ型半導体基板２８を薄層化することで、第１の光検出層１２Ａとする（図２４参照）。
【０１８３】
さらに、図２５に示すように、第１の光検出層１２Ａのｎ型半導体基板１４Ｃ側に電極層２６を形成する。また、電極層２６を、貫通電極４０を介して配線層３６に接続させる。
【０１８４】
次に、図２６に示すように、第１の光検出層１２Ａの第２面１５Ｂ側に、反射層２０を形成する。これにより、光検出器１０Ｂを作製する。
【０１８５】
なお、第４の実施の形態で説明した、複数の光検出層（第１の光検出層１２Ａ、第２の光検出層１２Ｂ）を積層した光検出器１１は、上記と同様の処理により製造した光検出器１０を、電極層５２または反射防止層５４などを介して積層することで、製造すればよい。また、反射層２０については、上述した位置に配置すればよい。なお、ｎ型半導体基板２８については、積層後に薄層化してもよい。
【０１８６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１８７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ  光検出器
１２Ａ  第１の光検出層
１２Ｂ  第２の光検出層
１５Ａ  第１面
１５Ｂ  第２面
２０  反射層
３２  クエンチング抵抗
３６  配線層
１４０  第１の光検出領域
１４２  第２の光検出領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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