(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出光の入射面の反対面側にｐｎ接合型の複数のホトダイオードが形成された半導体基板を備え、
前記半導体基板の前記入射面の反対面側において、前記複数のホトダイオードのうち隣接するホトダイオード間にｐｎ接合領域が形成され、かつ、前記ｐｎ接合領域と前記ホトダイオードとの間に、前記半導体基板と同一導電型の高濃度不純物半導体領域が形成されており、
前記ｐｎ接合領域は、前記高濃度不純物半導体領域の間に挟まれるように配置されて、隣接するホトダイオード間に、前記高濃度不純物半導体領域、前記ｐｎ接合領域、及び前記高濃度不純物半導体領域がこの順で配置されるように構成され、
前記高濃度不純物半導体領域は、前記反対面側から見て、前記ホトダイオードを取り囲むように形成されていることを特徴とする半導体光検出素子。
【請求項２】
前記ｐｎ接合領域は、前記反対面側から見て、前記ホトダイオードを取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光検出素子。
【請求項３】
前記半導体基板の前記反対面側に、前記複数のホトダイオードのそれぞれに電気的に接続され、バンプ電極を含む電極が形成されているとともに、
前記半導体基板に対向する面側に前記複数のホトダイオードのそれぞれと対応するように電極パッドが形成された支持部材を備え、前記複数のホトダイオードのそれぞれは、前記バンプ電極を介して前記支持部材の対応する前記電極パッドに電気的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光検出素子。
【請求項４】
前記半導体基板の前記入射面側の所定領域に突出部が形成され、
前記半導体基板の前記反対面側において、前記ｐｎ接合領域、及び前記ｐｎ接合領域を挟む両側の前記高濃度不純物半導体領域は、前記突出部に対応する領域内に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体光検出素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体光検出素子と、
前記半導体基板の前記入射面側に位置し、放射線の入射により発光するシンチレータと
を備えることを特徴とする放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光検出素子、及び、当該半導体光検出素子を備えた放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の半導体光検出素子として、半導体基板の一方面側に複数のホトダイオードを形成し、他方面を光入射面とした裏面入射型ホトダイオードアレイが知られている（例えば、文献１：特開平１１−７４５５３号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７４５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
裏面入射型ホトダイオードアレイでは、半導体基板の空乏層以外の領域で発生したキャリアが拡散移動する距離（発生した位置から空乏層までの距離）が長い。このため、ホトダイオード間近傍に発生したキャリアは、電界に依存しない拡散移動によって隣接するホトダイオードに流れ込む確率が高くなる。この結果、ホトダイオード間においてクロストークが発生しやすくなってしまう。
【０００５】
ところで、上記文献１に記載された裏面入射型ホトダイオードアレイでは、隣接するホトダイオード間にＸ線を吸収するための薄層が形成されている。しかしながら、文献１における薄層は、散乱Ｘ線を除去するためのものであり、上述したクロストークを考慮したものではない。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、クロストークの発生を良好に抑制することが可能な半導体光検出素子及び放射線検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体光検出素子は、被検出光の入射面の反対面側に、ｐｎ接合型の複数のホトダイオードが形成された半導体基板を備え、半導体基板の入射面の反対面側において、複数のホトダイオードのうち隣接するホトダイオード間にｐｎ接合領域が形成され、かつ、ｐｎ接合領域とホトダイオードとの間に、半導体基板と同一導電型の高濃度不純物半導体領域が形成されており、ｐｎ接合領域は、高濃度不純物半導体領域の間に挟まれるように配置されて、隣接するホトダイオード間に、高濃度不純物半導体領域、ｐｎ接合領域、及び高濃度不純物半導体領域がこの順で配置されるように構成され、高濃度不純物半導体領域は、反対面側から見て、ホトダイオードを取り囲むように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記した半導体光検出素子では、半導体基板の入射面の反対面側において、複数のホトダイオードのうち隣接するホトダイオード間にｐｎ接合領域が形成されているので、隣接するホトダイオード近傍に発生し、拡散移動により隣接するホトダイオードに流れ込もうとするキャリアは、ｐｎ接合領域から吸い出されることとなる。これにより、拡散移動により隣接するホトダイオードに流れ込もうとするキャリアが除去され、ホトダイオード間におけるクロストークの発生を良好に抑制することができる。
【０００９】
また、裏面入射型ホトダイオードアレイにおいて、あるホトダイオードが初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等による接続点の破損によって、電気的にフローティングな状態になることが起こりうる。このような場合、そのホトダイオードから溢れ出したキャリアが周囲のホトダイオードに流れ込み、周囲のホトダイオードが正常な信号を出力することを妨げることになる。上記文献１に記載された裏面入射型ホトダイオードアレイでは、このようなことは全く述べられていない。
【００１０】
これに対して、上記した半導体光検出素子では、接続点の破損によってあるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードに流れ込もうとするキャリアはｐｎ接合領域から吸い出されることとなる。これにより、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みを良好に抑制することができる。
【００１１】
また、上記した半導体光検出素子では、半導体基板の入射面の反対面側において、ｐｎ接合領域とホトダイオードとの間に、半導体基板と同一導電型の高濃度不純物半導体領域が形成されている。この場合、高濃度不純物半導体領域は、隣接するホトダイオードを分離する機能を有することとなり、隣接するホトダイオードが電気的に分離される。この結果、ホトダイオード間のクロストークをより一層低減できる。また、接続点の破損によってあるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みをより一層低減できる。
【００１２】
また、上記した半導体光検出素子では、高濃度不純物半導体領域は、入射面の反対面側から見て、ホトダイオードを取り囲むように形成されている。この場合、隣接するホトダイオードを電気的に確実に分離することができる。
【００１３】
また、ｐｎ接合領域は、反対面側から見て、ホトダイオードを取り囲むように形成されていることが好ましい。この場合、隣接するホトダイオードに流れ込もうとするキャリアが確実に除去されることとなり、クロストークの発生をより一層良好に抑制することができる。また、接続点の破損によってあるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みをより一層良好に抑制することができる。
【００１４】
また、半導体基板の入射面の反対面側に、ｐｎ接合領域と高濃度不純物半導体領域とに電気的に接続される電極が形成されており、電極を構成する電極配線は、ｐｎ接合領域、及びｐｎ接合領域を挟む両側の高濃度不純物半導体領域を覆うように形成されていることが好ましい。この場合、ｐｎ接合領域を接地電位に接続するための電極と、高濃度不純物半導体領域を接地電位に接続するための電極との共用化が図られることとなり、電極数が増加するのを防ぐことができる。ｐｎ接合領域から吸い出されたキャリアは、半導体光検出素子の内部で消失することとなる。この結果、ホトダイオード間のクロストークが低減される。また、接続点の破損によってあるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みが低減される。
【００１５】
また、半導体基板の入射面の反対面側に、ｐｎ接合領域に電気的に接続される第１電極と高濃度不純物半導体領域に電気的に接続される第２電極とが形成されており、第１電極と第２電極とは、互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。この場合、ｐｎ接合領域と高濃度不純物半導体領域とは、半導体光検出素子の内部において電気的に分離されることとなる。これにより、ｐｎ接合領域側の電位が変動するようなことはなく、ホトダイオードとｐｎ接合領域との電位差による電流の流れ込みを抑制することができる。この結果、ホトダイオードからの出力信号に電気的な影響は生じ難くなり、安定した信号出力を実現することができる。
【００１６】
また、半導体基板は第１導電型であって、複数のホトダイオード及びｐｎ接合領域は第２導電型不純物半導体領域と半導体基板とで構成されることが好ましい。また、高濃度不純物半導体領域は第１導電型であることが好ましい。
【００１７】
また、半導体基板の入射面の反対面側に、複数のホトダイオードのそれぞれに電気的に接続され、バンプ電極を含む電極が形成されているとともに、半導体基板に対向する面側に複数のホトダイオードのそれぞれと対応するように電極パッドが形成された支持部材を備え、複数のホトダイオードのそれぞれは、バンプ電極を介して支持部材の対応する電極パッドに電気的に接続されることとしても良い。
【００１８】
また、半導体基板の入射面側の所定領域に突出部が形成され、半導体基板の反対面側において、ｐｎ接合領域、及びｐｎ接合領域を挟む両側の高濃度不純物半導体領域は、突出部に対応する領域内に形成されていることとしても良い。
【００１９】
本発明に係る放射線検出装置は、上記半導体光検出素子と、半導体基板の入射面側に位置し、放射線の入射により発光するシンチレータと、を備えることを特徴とする。上記した放射線検出装置では、半導体光検出素子が上記半導体光検出素子とされるので、上述したように、ホトダイオード間におけるクロストークの発生を良好に抑制することができる。また、接続点の破損によってあるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みを抑制することができる。この結果、高い解像度を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、クロストークの発生を良好に抑制することが可能な半導体光検出素子及び放射線検出装置を提供することができる。また、初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等による接続点の破損によって、あるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みを抑制することが可能な半導体光検出素子及び放射線検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る半導体光検出素子を示す概略平面図である。
【図２】図２は、図１におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための模式図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る半導体光検出素子を示す概略平面図である。
【図４】図４は、図３におけるIV−IV線に沿った断面構成を説明するための模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る半導体光検出素子の変形例の断面構成を説明するための模式図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る半導体光検出素子の変形例の断面構成を説明するための模式図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る放射線検出装置の断面構成を説明するための模式図である。
【図８】図８は、図２に示した半導体光検出素子の変形例の断面構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態に係る半導体光検出素子及び放射線検出装置について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２３】
（第１実施形態）
【００２４】
図１は、第１実施形態に係る半導体光検出素子を示す概略平面図である。図２は、図１におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための模式図である。なお、以下の説明においては、光Ｌの入射面（図２における上側）を裏面、その反対側の面（図２における下側）を表面としている。
【００２５】
半導体光検出素子としてのホトダイオードアレイＰＤ１は、表面側において、複数のｐｎ接合領域３が２次元的に縦横に規則正しくアレイ状に配列されており、ｐｎ接合領域３の一つ一つがホトダイオードの光感応画素としての機能を有している。
【００２６】
ホトダイオードアレイＰＤ１は、シリコン（Ｓｉ）からなるｎ型（第１導電型）の半導体基板５を備えている。ｎ型半導体基板５は、その厚みが３０〜３００μｍ（好ましくは、１００μｍ程度）で、その不純物濃度は、１×１０１２〜１０１５／ｃｍ３である。
【００２７】
ｎ型半導体基板５にはその表面側において、ｐ型（第２導電型）領域７が縦横の規則正しいアレイ状に２次元配列されている。この各ｐ型領域７とｎ型半導体基板５との間で形成されるｐｎ接合領域３により、各ホトダイオードの光感応画素が構成されている。ｐ型領域７の不純物濃度は１×１０１３〜１０２０／ｃｍ３であり、深さが０．０５〜２０μｍ（好ましくは、０．２μｍ程度）である。
【００２８】
隣接するｐ型領域７同士の間には、高濃度不純物半導体領域としての高濃度ｎ型領域（分離層）９及びｐ型領域１１が配置されている。
【００２９】
高濃度ｎ型領域９は、表面側から見てｐ型領域７（ホトダイオード）を取り囲むように、基板５の表面側からｎ型不純物を拡散して形成されている。この高濃度ｎ型領域９は、隣接するホトダイオードを電気的に分離する機能を有するものである。高濃度ｎ型領域９を設けることにより、隣接するホトダイオードが電気的に確実に分離され、ホトダイオード同士のクロストークを低減することができ、また、ブレークダウン電圧（逆方向耐圧）を制御することもできる。高濃度ｎ型領域９の不純物濃度は１×１０１３〜１０２０／ｃｍ３であり、厚みは０．１〜数１０μｍ（好ましくは、３μｍ程度）である。
【００３０】
ｐ型領域１１は、表面側から見てｐ型領域７（ホトダイオード）及び高濃度ｎ型領域９を取り囲むように、基板５の表面側からｐ型不純物を拡散して形成されている。この各ｐ型領域１１とｎ型半導体基板５との間で、ｐｎ接合領域１３が形成されることとなる。また、ｐｎ接合領域１３とｐ型領域７（ホトダイオード）との間に、高濃度ｎ型領域９が形成されることとなる。ｐ型領域１１の不純物濃度は１×１０１３〜１０２０／ｃｍ３であり、深さが０．０５〜２０μｍ（好ましくは、０．２μｍ程度）である。
【００３１】
半導体基板５の端部（チップエッジ）に位置するｐ型領域７は、そのチップエッジ側に隣接するｐ型領域７が存在しないことから、チップエッジ側に高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１を形成する必要はない。
【００３２】
ｎ型半導体基板５の表面には、パッシベーション膜及び電気絶縁膜としての熱酸化膜（図示せず）が形成されている。また、ｎ型半導体基板５の裏面には、裏面を保護すると共に、光Ｌの反射を抑制するＡＲ膜（図示せず）が形成されている。ホトダイオードアレイＰＤ１におけるｎ型半導体基板５の裏面側は、略平面とされている。
【００３３】
ｎ型半導体基板５の表面側には、ｐ型領域７に電気的に接続される電極１５が形成されている。電極１５は、電極パッド、アンダーバンプメタル（ＵＢＭ）及びバンプ電極１７を含む（なお、電極パッド及びＵＢＭの図示は省略する。）。電極パッドは、例えばアルミニウム膜からなり、熱酸化膜に形成されたコンタクトホールを通してｐ型領域７に電気的に接続される。ＵＢＭは、電極配線上に例えばＮｉ、Ａｕを順次メッキすることにより形成される。バンプ電極１７は、半田からなり、ＵＢＭ上に形成される。
【００３４】
ｎ型半導体基板５の表面側には、高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１に電気的に接続される電極１９が形成されている。電極１９は、電極配線２１、ＵＢＭ（図示せず）及びバンプ電極２３を含む。電極配線２１は、例えばアルミニウム膜からなり、熱酸化膜に形成されたコンタクトホールを通して高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１に電気的に接続される。電極配線２１は、図２にも示されるように、ｎ型半導体基板５の表面側から見て高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１を覆うように形成されている。ＵＢＭは、電極配線２１上に例えばＮｉ、Ａｕを順次メッキすることにより形成される。バンプ電極２３は、半田からなり、ＵＢＭ上に形成される。電極１９は、接地電位に接続されている。
【００３５】
ホトダイオードアレイＰＤ１においては、ホトダイオードのアノードの電極取り出しが電極１５により実現され、ホトダイオードのカソードの電極取り出しが電極１９により実現されている。そして、ホトダイオードアレイＰＤ１においては、ｐｎ接合領域３，１３の境界に空乏層２５が形成されることとなる。
【００３６】
そして、ホトダイオードアレイＰＤ１は、裏面側から被検出光Ｌが入射すると、その入射光に応じたキャリアを各ホトダイオードが生成する。生成されたキャリアによる光電流は、ｐ型領域７に接続された電極１５（バンプ電極１７）から取り出される。この電極１５からの出力は、図２にも示されるように、差動アンプ２７の反転入力端子に接続される。差動アンプ２７の非反転入力端子は、電極１９と共通な接地電位に接続されている。
【００３７】
図８は、図２に示した半導体光検出素子の変形例の断面構成を説明するための模式図である。ここでは、半導体光検出素子としてのホトダイオードアレイＰＤ５は、半導体基板５に加えて、半導体基板５を支持する支持部材として配線基板８０を備えている。
【００３８】
半導体基板５の表面側には、上記したように、ｐ型領域７に電気的に接続される電極１５が形成されている。電極１５は、図８に示した例では、電極パッド１５ａ、ＵＢＭ１５ｂ、及びバンプ電極１７によって構成されている。また、半導体基板５の表面側には、高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１に電気的に接続される電極１９が形成されている。電極１９は、図８に示した例では、電極パッド１９ａ、ＵＢＭ１９ｂ、及びバンプ電極２３によって構成されている。
【００３９】
これらの半導体基板５側の電極１５、１９に対して、配線基板８０の半導体基板５に対向する面側には、ｐ型領域７（ホトダイオード）と対応するように電極パッド８１が形成されている。半導体基板５のｐ型領域７は、図８に示すように、電極１５のバンプ電極１７を介して、配線基板８０の電極パッド８１に電気的に接続される。
【００４０】
また、配線基板８０の半導体基板５に対向する面側には、高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１と対応するように電極パッド８２が形成されている。半導体基板５の高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１は、図８に示すように、電極１９のバンプ電極２３を介して、配線基板８０の電極パッド８２に電気的に接続される。
【００４１】
以上のように、本第１実施形態においては、ｎ型半導体基板５の表面側において、複数のｐ型領域７（ホトダイオード）のうち隣接するｐ型領域７の間にｐ型領域１１（ｐｎ接合領域１３）が形成されている。これにより、ｎ型半導体基板５内の空乏層２５以外の領域において、隣接するｐ型領域７近傍にキャリアＣが発生した場合でも、拡散移動により隣接するｐ型領域７に流れ込もうとするキャリアＣは、図２における矢印Ａにて示されるように、ｐ型領域１１から吸い出されることとなる。この結果、拡散移動により隣接するｐ型領域７に流れ込もうとするキャリアＣが除去され、ｐ型領域７の間におけるクロストークの発生を良好に抑制することができる。
【００４２】
また、光Ｌの入射面を裏面とする裏面入射型のホトダイオードアレイＰＤ１では、図８にその接続構成を例示したように、配線基板などの支持部材に対する接続において、バンプ電極を用いたバンプ接続が好適に用いられる。このようにバンプ接続を用いる構成では、初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等によって接続点の破損を生じ、その結果、あるｐ型領域７（ホトダイオード）が電気的にフローティングな状態になることが起こりうる。
【００４３】
これに対して、上記構成のホトダイオードアレイＰＤ１によれば、初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等による接続点の破損によって、あるｐ型領域７が電気的にフローティングな状態になった場合においても、そのｐ型領域７から溢れ出したキャリアは、ｐ型領域１１から吸い出されることになる。これにより、隣接するｐ型領域７にキャリアが流れ込むことを良好に抑制することができる。なお、このような構成は、バンプ接続以外の接続構成を用いた場合にも、同様に有効である。
【００４４】
また、本第１実施形態においては、ｐ型領域１１は、ｎ型半導体基板５の表面側から見て、ｐ型領域７を取り囲むように形成されている。これにより、拡散移動により隣接するｐ型領域７に流れ込もうとするキャリアＣが確実に除去されることとなり、クロストークの発生をより一層良好に抑制することができる。
【００４５】
また、上記のように、接続点の破損によってあるｐ型領域７が電気的にフローティングな状態になった場合においても、そのｐ型領域７から溢れ出したキャリアは、ｐ型領域７を取り囲むｐ型領域１１から吸い出されることになる。これにより、隣接するｐ型領域７にキャリアが流れ込むことをより一層良好に抑制することができる。
【００４６】
また、本第１実施形態では、ｎ型半導体基板５の表面側において、ｐ型領域７とｐ型領域１１との間に、高濃度ｎ型領域９が形成されている。これにより、隣接するｐ型領域７が電気的に分離され、ｐ型領域７間のクロストークをより一層低減できる。また、接続点の破損によってあるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みをより一層低減できる。
【００４７】
また、本第１実施形態において、高濃度ｎ型領域９は、ｎ型半導体基板５の表面側から見て、ｐ型領域７を取り囲むように形成されている。これにより、隣接するｐ型領域７を電気的に確実に分離することができる。
【００４８】
また、本第１実施形態においては、ｎ型半導体基板５の表面側に、高濃度ｎ型領域９とｐ型領域１１とに電気的に接続される電極１９が形成されており、この電極１９が接地電位に接続される。これにより、ｐ型領域１１を接地電位に接続するための電極と、高濃度ｎ型領域９を接地電位に接続するための電極との共用化が図られることとなり、電極数が増加するのを防ぐことができる。この場合、ｐ型領域１１から吸い出されたキャリアＣは、ホトダイオードアレイＰＤ１の内部で消失することとなる。
【００４９】
また、本第１実施形態において、ｐ型領域１１は、ｐ型領域７と同じ工程で形成することが可能である。この場合、ホトダイオードアレイＰＤ１の製造工程が複雑化するようなことはない。
【００５０】
（第２実施形態）
【００５１】
図３は、第２実施形態に係る半導体光検出素子を示す概略平面図である。図４は、図３におけるIV−IV線に沿った断面構成を説明するための模式図である。第２実施形態に係るホトダイオードアレイＰＤ２は、高濃度ｎ型領域９及びｐ型領域１１の電極構造に関して第１実施形態に係るホトダイオードアレイＰＤ１と相違する。
【００５２】
ｎ型半導体基板５の表面側には、高濃度ｎ型領域９に電気的に接続される電極３１（第２電極に相当）が形成されている。電極３１は、電極配線３３、ＵＢＭ（図示せず）及びバンプ電極３５を含む。電極配線３３は、例えばアルミニウム膜からなり、熱酸化膜に形成されたコンタクトホールを通して高濃度ｎ型領域９に電気的に接続される。電極配線３３は、図４にも示されるように、ｎ型半導体基板５の表面側から見て高濃度ｎ型領域９を覆うように形成されている。ＵＢＭは、電極配線３３上に例えばＮｉ、Ａｕを順次メッキすることにより形成される。バンプ電極３５は、半田からなり、ＵＢＭ上に形成される。電極３１は差動アンプ２７の非反転入力端子に接続され、電極３１と差動アンプ２７の非反転入力端子との途中部分が接地電位に接続されている。これにより、電極３１と差動アンプ２７の非反転入力端子とは共通の接地電位に接続されることとなる。
【００５３】
また、ｎ型半導体基板５の表面側には、ｐ型領域１１に電気的に接続される電極４１（第１電極に相当）が形成されている。電極４１は、電極配線４３、ＵＢＭ（図示せず）及びバンプ電極４５を含む。電極配線４３は、例えばアルミニウム膜からなり、熱酸化膜に形成されたコンタクトホールを通してｐ型領域１１に電気的に接続される。電極配線４３は、図４にも示されるように、ｎ型半導体基板５の表面側から見てｐ型領域１１を覆うように形成されている。ＵＢＭは、電極配線４３上に例えばＮｉ、Ａｕを順次メッキすることにより形成される。バンプ電極４５は、半田からなり、ＵＢＭ上に形成される。電極４１は、電極３１と互いに電気的に絶縁されている。電極４１は、電極３１との電気的絶縁が維持された状態で、ホトダイオードアレイＰＤ２の外部において、電極３１とは異なる接地電位に接続されている。
【００５４】
以上のように、本第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、拡散移動により隣接するｐ型領域７に流れ込もうとするキャリアＣはｐ型領域１１から吸い出されることとなる。これにより、拡散移動により隣接するｐ型領域７に流れ込もうとするキャリアＣが除去され、ｐ型領域７の間におけるクロストークの発生を良好に抑制することができる。
【００５５】
また、初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等による接続点の破損によって、あるｐ型領域７が電気的にフローティングな状態になった場合においても、そのｐ型領域７から溢れ出したキャリアは、ｐ型領域１１から吸い出されることになる。これにより、隣接するｐ型領域７にキャリアが流れ込むことを良好に抑制することができる。
【００５６】
また、本第２実施形態においては、ｎ型半導体基板５の表面側に、高濃度ｎ型領域９に電気的に接続される電極３１とｐ型領域１１に電気的に接続される電極４１とが形成されており、電極３１と電極４１とは、互いに電気的に絶縁された状態で各々が異なる接地電位に接続される。この構成では、高濃度ｎ型領域９とｐ型領域１１とは、ホトダイオードアレイＰＤ２の内部において電気的に分離されることとなる。これにより、例えばグランド電位が変動した場合でも、ｐ型領域１１の電位が変動するようなことはなく、ｐ型領域７とｐ型領域１１との電位差による電流の流れ込みを抑制することができる。この結果、ｐ型領域７からの出力信号に電気的な影響（ノイズの重畳）は生じ難くなり、安定した信号出力を実現することができる。
【００５７】
また、本第２実施形態においては、ｐ型領域１１はｐ型領域７と同じ工程で形成することが可能である一方、電極４１も電極３１及び電極１５と同じ工程で形成することが可能である。この場合、ホトダイオードアレイＰＤ２の製造工程が複雑化するようなことはない。
【００５８】
なお、ホトダイオードアレイＰＤ２においては、電極３１と電極４１とが互いに電気的に絶縁された状態にあるので、逆バイアス電圧の印加も容易となる。このため、信号検出に積分アンプを用いることにより、低信号検出を容易に行うこともできる。
【００５９】
続いて、図５及び図６に基づいて、本実施形態に係る半導体光検出素子の更なる変形例を説明する。図５及び図６は、本実施形態に係る半導体光検出素子の変形例の断面構成を説明するための模式図である。
【００６０】
図５に示された半導体光検出素子としてのホトダイオードアレイＰＤ３は、ｎ型半導体基板５の形状に関して第１実施形態に係るホトダイオードアレイＰＤ１と相違する。図６に示された半導体光検出素子としてのホトダイオードアレイＰＤ４は、ｎ型半導体基板５の形状に関して第２実施形態に係るホトダイオードアレイＰＤ２と相違する。
【００６１】
ホトダイオードアレイＰＤ３，ＰＤ４では、ｎ型半導体基板５の裏面側において、表面側に存在する各ｐｎ接合領域３（ｐ型領域７）に対応する領域に窪み部５１が形成されている。これにより、隣接するｐ型領域７の間に対応する領域には、ｐ型領域７に対応する領域を囲むように突出部５３が形成されることとなる。
【００６２】
上記ホトダイオードアレイＰＤ３，ＰＤ４においても、上述した実施形態と同じく、拡散移動により隣接するｐ型領域７に流れ込もうとするキャリアＣが除去され、ｐ型領域７の間におけるクロストークの発生を良好に抑制することができる。
【００６３】
また、初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等による接続点の破損によって、あるｐ型領域７が電気的にフローティングな状態になった場合においても、そのｐ型領域７から溢れ出したキャリアは、ｐ型領域１１から吸い出されることになる。これにより、隣接するｐ型領域７にキャリアが流れ込むことを良好に抑制することができる。
【００６４】
また、ホトダイオードアレイＰＤ３，ＰＤ４では、機械的強度を維持しつつ、ｎ型半導体基板５の裏面（光Ｌの入射面）からｐｎ接合領域３までの距離を短くすることができる。ｎ型半導体基板５の表面からｐｎ接合領域３までの距離が短いことから、ｎ型半導体基板５内で発生したキャリアＣがｐｎ接合領域３までの移動過程で再結合するのを抑制されることとなる。
【００６５】
次に、図７に基づいて、本実施形態に係る放射線検出装置を説明する。図７は、本実施形態に係る放射線検出装置の断面構成を説明するための模式図である。
【００６６】
放射線検出装置ＲＤは、放射線の入射により発光するシンチレータ６１と、上述したホトダイオードアレイＰＤ１とを備える。なお、ホトダイオードアレイＰＤ１を用いる代わりに、ホトダイオードアレイＰＤ２〜４を用いるようにしてもよい。
【００６７】
シンチレータ６１は、ホトダイオードアレイＰＤ１の裏面側に位置する。シンチレータ６１から出射された光は、ホトダイオードアレイＰＤ１の裏面から当該ホトダイオードアレイＰＤ１に入射する。シンチレータ６１は、ホトダイオードアレイＰＤ１の裏面に接着されている。シンチレータ６１とホトダイオードアレイＰＤ１との接着には、光透過性を有する樹脂（例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等）を用いることができる。
【００６８】
上記放射線検出装置ＲＤでは、ホトダイオードアレイＰＤ１を備えることにより、ｐ型領域７の間におけるクロストークの発生が良好に抑制される。また、初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等による接続点の破損によって、あるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みが良好に抑制される。これにより、高い解像度を得ることができる。
【００６９】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、本発明を複数のｐｎ接合が２次元的に縦横に規則正しく配列されたホトダイオードアレイに適用したが、これに限られることなく、ｐｎ接合が１次元的に配列されたホトダイオードアレイにも本発明を適用することができる。
【００７０】
本実施形態に係るホトダイオードアレイＰＤ１〜４及び放射線検出装置ＲＤは、Ｘ線ＣＴ装置に好適である。
【００７１】
本発明によれば、クロストークの発生を良好に抑制することが可能な半導体光検出素子及び放射線検出装置を提供することができる。また、初期的な接続エラーもしくは温度サイクル等による接続点の破損によって、あるホトダイオードが電気的にフローティングな状態になった場合においても、隣接するホトダイオードへのキャリアの流れ込みを抑制することが可能な半導体光検出素子及び放射線検出装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、クロストークの発生を良好に抑制することが可能な半導体光検出素子及び放射線検出装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
３，１３…ｐｎ接合領域、５…ｎ型半導体基板、７…ｐ型領域、９…高濃度ｎ型領域（高濃度不純物半導体領域）、１１…ｐ型領域、１５，１９，３１，４１…電極、６１…シンチレータ、Ｌ…光、ＰＤ１〜ＰＤ４…ホトダイオードアレイ、ＲＤ…放射線検出装置。
【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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