(57)【要約】  光検出装置は、半導体基板と、受光領域を有していると共に半導体基板に行列状に配列されている複数のアバランシェフォトダイオードと、対応する受光領域と電気的に接続されている複数の貫通電極と、を備えている。複数の貫通電極は、複数のアバランシェフォトダイオードのうち互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードで囲まれる領域毎に配置されている。各受光領域は、半導体基板の第一主面に直交する方向から見て、行方向で互いに対向し、かつ、列方向に延在している一対の第一辺と、受光領域を囲う四つの貫通電極と対向し、かつ、行方向及び列方向に交差する方向にそれぞれ延在している四つの第二辺と、を含む多角形形状を呈している。第一辺の長さは、第二辺の長さよりも短い。
2018021411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出装置であって、
互いに対向する第一主面及び第二主面を有している半導体基板と、
前記半導体基板の前記第一主面側に配置されている受光領域を有していると共に前記半導体基板に行列状に配列されており、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードと、
対応する前記受光領域と電気的に接続されており、前記半導体基板を厚み方向に貫通している複数の貫通電極と、
を備え、
前記複数の貫通電極は、前記複数のアバランシェフォトダイオードのうち互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードで囲まれる領域毎に配置され、
各前記受光領域は、前記第一主面に直交する方向から見て、行方向で互いに対向し、かつ、列方向に延在している一対の第一辺と、前記受光領域を囲う四つの前記貫通電極と対向し、かつ、前記行方向及び前記列方向に交差する方向にそれぞれ延在している四つの第二辺と、を含む多角形形状を呈しており、
前記第一辺の長さは、前記第二辺の長さよりも短い。
【請求項２】
請求項１に記載の光検出装置であって、
各前記受光領域が呈する前記多角形形状は、前記列方向で互いに対向し、かつ、前記行方向に延在している一対の第三辺を更に含んでおり、
前記第三辺の長さは、前記第二辺の長さよりも短い。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光検出装置であって、
前記四つの第二辺の合計長さは、前記受光領域の全周の５０％以上である。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
前記半導体基板の前記第一主面側には、前記第一主面に直交する前記方向から見て前記受光領域を囲むように、溝が形成されている。
【請求項５】
請求項４に記載の光検出装置であって、
前記溝は、前記第一主面に直交する前記方向から見て、対応する前記受光領域の全周を囲んでいる。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の光検出装置であって、
前記行方向で隣り合う二つの前記受光領域をそれぞれ囲むように形成された前記溝は、前記行方向で隣り合う前記二つの受光領域の間に形成された部位を共有している。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
前記列方向で隣り合う二つの前記受光領域をそれぞれ囲むように形成された前記溝は、前記列方向で隣り合う前記二つの受光領域の間に形成された部位を共有している。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
前記第一主面に直交する前記方向から見て、前記溝によって囲まれている領域は多角形形状を呈している。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
前記貫通電極は、前記半導体基板を厚み方向に貫通している貫通孔に配置されており、
前記第一主面に直交する前記方向から見て、前記貫通孔の開口は円形形状を呈しており、
前記貫通孔の内周面には、絶縁層が配置されている。
【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】
互いに対向する第一主面及び第二主面を含む半導体基板を有する光検出装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の光検出装置は、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードと、対応するアバランシェフォトダイオードと電気的に接続されている貫通電極と、を備えている。複数のアバランシェフォトダイオードは、半導体基板に二次元配列されている。各アバランシェフォトダイオードは、半導体基板の第一主面側に配置されている受光領域を有している。貫通電極は、半導体基板を厚み方向に貫通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６１０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一態様は、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が抑制されている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】
【０００５】
本発明者らは、調査研究の結果、以下のような事実を新たに見出した。【０００６】
光検出装置が複数のアバランシェフォトダイオードを備えている場合、たとえば、アバランシェフォトダイオードからの配線距離を短くするために、貫通電極は、隣り合う複数のアバランシェフォトダイオードで囲まれる第一領域内に配置される。貫通電極がアバランシェフォトダイオードから離れた第二領域内に配置されている場合、貫通電極が第一領域内に配置されている場合に比して、アバランシェフォトダイオードから貫通電極までの配線距離が長く、かつ、アバランシェフォトダイオード間での配線距離の差が大きい。配線距離は、配線抵抗及び寄生容量などと関連しており、光検出装置での検出精度に影響を与える。【０００７】
貫通電極は、光検出に関してデッドスペースになる。貫通電極が第一領域内に配置されている場合、貫通電極が第二領域内に配置されている場合に比べて、光検出に有効な面積が小さい。このため、貫通電極が第一領域内に配置されている場合、開口率が低下するおそれがある。開口率が低下すると、光検出装置の光検出特性が低下する。【０００８】
開口率の低下を抑制するためには、デッドスペースは、できる限り小さいことが望ましい。たとえば、複数のアバランシェフォトダイオードの間隔（ピッチ）が小さい場合、複数のアバランシェフォトダイオードの間隔が大きい場合に比して、開口率が確保される。しかしながら、複数のアバランシェフォトダイオードの間隔が小さい場合、複数のアバランシェフォトダイオードの間隔が大きい場合に比べて、隣り合うアバランシェフォトダイオードの間でのクロストークにより、光検出装置の検出精度が悪化するおそれがある。たとえば、ガイガーモード型のアバランシェフォトダイオードでは、なだれ増倍による発光が起こり得るため、アバランシェフォトダイオードは、隣に位置するアバランシェフォトダイオードが発した光を受光するおそれがある。したがって、光検出装置は、アバランシェフォトダイオード自体の発光の影響を受けた検出結果を出力するおそれがある。【０００９】
そこで、本発明者らは、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が抑制される構成について鋭意研究を行った。【００１０】
本発明者らは、以下の構成を見出した。行列状に配列された複数のアバランシェフォトダイオードの各受光領域が、第一主面に直交する方向から見て、一対の第一辺と四つの第二辺とを含む多角形形状を呈している。一対の第一辺は、行方向で互いに対向し、かつ、列方向に延在している。四つの第二辺は、受光領域を囲う四つの貫通電極と対向し、かつ、行方向及び列方向に交差する方向にそれぞれ延在している。第一辺の長さは、第二辺の長さよりも短い。上記構成では、行方向で隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードの受光領域の第一辺は、行方向で互いに対向する。第一辺の長さが短い場合、第一辺の長さが長い場合に比して、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードにおいてクロストークが発生する領域は小さい。したがって、上記構成では、第一辺の長さは、第二辺の長さよりも短いので、第一辺の長さが第二辺の長さ以上である構成に比して、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が抑制される。【００１１】
本発明の一態様は、光検出装置であって、互いに対向する第一主面及び第二主面を有している半導体基板と、ガイガーモードで動作する複数のアバランシェフォトダイオードと、複数の貫通電極と、を備えている。複数のアバランシェフォトダイオードは、半導体基板の第一主面側に配置されている受光領域を有していると共に、半導体基板に行列状に配列されている。複数の貫通電極は、対応する受光領域と電気的に接続されており、半導体基板を厚み方向に貫通している。複数の貫通電極は、複数のアバランシェフォトダイオードのうち互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードで囲まれる領域毎に配置されている。各受光領域は、第一主面に直交する方向から見て、一対の第一辺と四つの第二辺とを含む多角形形状を呈している。一対の第一辺は、行方向で互いに対向し、かつ、列方向に延在している。四つの第二辺は、受光領域を囲う四つの貫通電極と対向し、かつ、行方向及び列方向に交差する方向にそれぞれ延在している。第一辺の長さは、第二辺の長さよりも短い。【００１２】
本一態様に係る光検出装置では、第一辺の各長さが、第二辺の長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、隣り合うアバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が抑制されている。【００１３】
本一態様に係る光検出装置では、各受光領域が呈する多角形形状が、列方向で互いに対向し、かつ、行方向に延在している一対の第三辺を更に含んでいてもよい。この場合、第三辺の長さが、第二辺の長さよりも短くてもよい。本形態では、各受光領域が呈する多角形形状が、一対の第三辺を含んでいるので、列方向で隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードの受光領域の第三辺は、列方向で互いに対向する。第三辺の長さが短い場合、第三辺の長さが長い場合に比して、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードにおいてクロストークが発生する領域は小さい。したがって、本形態では、第三辺の長さが第二辺の長さよりも短いので、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が抑制される。本形態では、開口率が確保されていると共に、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が抑制される。【００１４】
本一態様に係る光検出装置では、四つの第二辺の合計長さが、受光領域の全周の５０％以上であってもよい。この場合、隣り合うアバランシェフォトダイオード間の領域を規定する辺の合計長さは、受光領域の全周の半分未満である。したがって、本形態では、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が更に抑制される。【００１５】
本一態様に係る光検出装置では、半導体基板の第一主面側に、第一主面に直交する方向から見て受光領域を囲むように、溝が形成されていてもよい。この場合、溝により受光領域が他の領域から光学的に分断されるので、アバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が更に抑制される。【００１６】
本一態様に係る光検出装置では、溝が、第一主面に直交する方向から見て、対応する受光領域の全周を囲んでいてもよい。この場合、溝は、受光領域と当該受光領域と隣り合う貫通電極との間の領域にも形成される。したがって、本形態では、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオードへの表面リーク電流の流れ込みが低減される。本形態では、溝により、アバランシェフォトダイオード間でのクロストークが更に低減される。【００１７】
本一態様に係る光検出装置では、行方向で隣り合う二つの受光領域をそれぞれ囲むように形成された溝が、行方向で隣り合う二つの受光領域の間に形成された部位を共有していてもよい。この場合、溝が、二つの受光領域の間に形成された部位を共有していない場合に比して、行方向において、複数の受光領域を密に配置することが可能である。複数の受光領域が密に配置されている場合、開口率が更に向上する。【００１８】
本一態様に係る光検出装置では、列方向で隣り合う二つの受光領域をそれぞれ囲むように形成された溝が、列方向で隣り合う二つの受光領域の間に形成された部位を共有していてもよい。この場合、溝が、二つの受光領域の間に形成された部位を共有していない場合に比して、列方向において、複数の受光領域を密に配置することが可能である。複数の受光領域が密に配置されている場合、開口率が更に向上する。【００１９】
本一態様に係る光検出装置では、第一主面に直交する方向から見て、溝によって囲まれている領域が多角形形状を呈していてもよい。溝によって囲まれている領域と受光領域とが多角形形状である場合、溝によって囲まれた領域の辺と受光領域の辺とが沿うように、溝によって囲まれている領域と受光領域とが配置される構成を採用することが可能である。この構成が採用された光検出装置では、デッドスペースが少なく、かつ、開口率が大きい。【００２０】
本一態様に係る光検出装置では、貫通電極が、半導体基板を厚み方向に貫通している貫通孔に配置されていてもよい。この場合、貫通孔の開口が、第一主面に直交する方向から見て、円形形状を呈していてもよい。貫通孔の内周面に、絶縁層が配置されていてもよい。絶縁層が貫通孔の内周面に配置されている場合、貫通電極と半導体基板とが電気的に絶縁される。貫通孔の開口に角部が存在している場合、絶縁層が形成される際に、角部に形成される絶縁層に亀裂が生じるおそれがある。第一主面に直交する方向から見て貫通孔が円形形状である場合、絶縁層が形成される際に、絶縁層に亀裂が生じ難い。したがって、本形態では、貫通電極と半導体基板との電気的絶縁が確保される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様は、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が抑制されている光検出装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、一実施形態に係る光検出装置を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、半導体光検出素子の概略平面図である。
【図３】図３は、図２に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を説明するための図である。
【図４】図４は、搭載基板の概略平面図である。
【図５】図５は、光検出装置の回路図である。
【図６】図６は、本実施形態の変形例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。
【図７】図７は、半導体光検出素子の変形例を示す概略平面図である。
【図８】図８は、半導体光検出素子の変形例を示す概略平面図である。
【図９】図９は、半導体光検出素子の変形例を示す概略平面図である。
【図１０】図１０は、半導体光検出素子の変形例を示す概略平面図である。
【図１１】図１１は、半導体光検出素子の変形例を示す概略平面図である。
【図１２】図１２は、半導体光検出素子の概略拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
まず、図１〜図３及び図１２を参照して、本実施形態に係る光検出装置１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る光検出装置を示す概略斜視図である。図２は、半導体光検出素子の概略平面図である。図３は、図２に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を説明するための図である。図１２は、半導体光検出素子の概略拡大図である。
【００２５】
光検出装置１は、図１に示されるように、半導体光検出素子１０Ａ、搭載基板２０、及びガラス基板３０を備えている。搭載基板２０は、半導体光検出素子１０Ａと対向している。ガラス基板３０は、半導体光検出素子１０Ａと対向している。半導体光検出素子１０Ａは、搭載基板２０とガラス基板３０との間に配置されている。本実施形態では、半導体光検出素子１０Ａ、搭載基板２０、及びガラス基板３０の各主面と平行な面がＸＹ軸平面であると共に、各主面に直交する方向がＺ軸方向である。
【００２６】
半導体光検出素子１０Ａは、平面視で矩形形状を呈している半導体基板５０Ａを有している。半導体基板５０Ａは、Ｓｉからなり、Ｎ型（第二導電型）の半導体基板である。半導体基板５０Ａは、互いに対向する主面１Ｎａと主面１Ｎｂとを含んでいる。
【００２７】
半導体光検出素子１０Ａは、図２に示されるように、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤと、複数の貫通電極ＴＥとを備えている。複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、半導体基板５０Ａに二次元配列されている。本実施形態では、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、行列状に配列されている。本実施形態では、行方向がＸ軸方向であり、列方向がＹ軸方向である。アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、Ｘ軸方向とＹ軸方向との各方向から見て、直線上に等間隔で並んでいる。
【００２８】
各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、受光領域Ｓ１を有しており、ガイガーモードで動作する。受光領域Ｓ１は、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａ側に配置されている。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、図６にも示されるように、クエンチング抵抗Ｒ１と直列に接続された形態で、並列に接続されている。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤには、電源から逆バイアス電圧が印加される。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤからの出力電流は、信号処理部ＳＰによって検出される。受光領域Ｓ１は、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域（光感応領域）である。すなわち、受光領域Ｓ１は、光検出領域である。
【００２９】
ガラス基板３０は、互いに対向する主面３０ａと主面３０ｂとを有している。ガラス基板３０は、平面視で矩形形状を呈している。主面３０ｂは、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａと対向している。主面３０ａ及び主面３０ｂは、平坦である。ガラス基板３０と半導体光検出素子１０Ａとは、光学接着剤ＯＡにより光学的に接続されている。ガラス基板３０は、半導体光検出素子１０Ａ上に直接形成されていてもよい。
【００３０】
ガラス基板３０の主面３０ａには、シンチレータ（図示省略）が光学的に接続されていてもよい。この場合、シンチレータは、光学接着剤により主面３０ａに接続される。シンチレータからのシンチレーション光は、ガラス基板３０を通り、半導体光検出素子１０Ａに入射する。
【００３１】
搭載基板２０は、互いに対向する主面２０ａと主面２０ｂとを有している。搭載基板２０は、平面視で矩形形状を呈している。主面２０ａは、半導体基板５０Ａの主面１Ｎｂと対向している。搭載基板２０は、主面２０ａに配置された複数の電極を含んでいる。これらの電極は、貫通電極ＴＥに対応して配置されている。
【００３２】
半導体基板５０Ａの側面１Ｎｃとガラス基板３０の側面３０ｃと搭載基板２０の側面２０ｃは、面一とされている。すなわち、平面視で、半導体基板５０Ａの外縁と、ガラス基板３０の外縁と、搭載基板２０の外縁とは、一致している。半導体基板５０Ａの外縁と、ガラス基板３０の外縁と、搭載基板２０の外縁とは、一致していなくてもよい。たとえば、平面視で、搭載基板２０の面積が半導体基板５０Ａ及びガラス基板３０の各面積よりも大きくてもよい。この場合、搭載基板２０の側面２０ｃは、半導体基板５０Ａの側面１Ｎｃ及びガラス基板３０の側面３０ｃよりもＸＹ軸平面方向の外側に位置する。
【００３３】
次に、図２及び図１２を参照して、半導体光検出素子１０Ａの構成を説明する。図２は、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａに直交する方向（Ｚ軸方向）から半導体光検出素子１０Ａを見た図である。図１２は、溝が形成されている領域を示している。
【００３４】
一つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、半導体光検出素子１０Ａにおける一つのセルを構成している。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤの各々は、一つの受光領域Ｓ１を有する。すなわち、半導体光検出素子１０Ａは、複数の受光領域Ｓ１を有している。受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て多角形形状を呈している。半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て、八角形形状を呈している。
【００３５】
複数の受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て、二次元配列されている。本実施形態では、複数の受光領域Ｓ１は、行列状に配列されている。受光領域Ｓ１は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との各方向から見て、直線上に等間隔で並んでいる。本実施形態では、受光領域Ｓ１は、１００μｍのピッチで並んでいる。半導体光検出素子１０Ａでは、隣り合う二つの受光領域Ｓ１が、八角形形状の一辺が互いに対向するように配置されている。
【００３６】
各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、電極Ｅ１を有している。電極Ｅ１は、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａ上に配置されている。電極Ｅ１は、受光領域Ｓ１の輪郭に沿って設けられており、八角形の環形状を有している。
【００３７】
電極Ｅ１は、受光領域Ｓ１と電気的に接続される接続部Ｃを有している。接続部Ｃは、受光領域Ｓ１の四辺に設けられている。接続部Ｃは、受光領域Ｓ１の一辺おきに設けられている。この場合、受光領域Ｓ１からの信号の検出精度が確保される。図１２に示されるように、接続部Ｃは、第一端部Ｅ１ａと第二端部Ｅ１ｂとを含んでおり、ＸＹ軸平面上において受光領域Ｓ１の外縁側から中心側に向けて延在している。電極Ｅ１は、図３にも示されるように、第二端部Ｅ１ｂにおいてＺ軸方向に延在している。このため、電極Ｅ１には、第二端部Ｅ１ｂの位置で、段差が形成されている。電極Ｅ１は、上述した段差から受光領域Ｓ１の中心とは反対方向に延在している。電極Ｅ１は、配線Ｆに電気的に接続される第三端部Ｅ１ｃを含んでいる。
【００３８】
配線Ｆは、図３にも示されるように、第三端部Ｅ１ｃから受光領域Ｓ１の中心とは反対方向に延在している。配線Ｆは、電極Ｅ１と電極パッド１２とを電気的に接続している。配線Ｆは、受光領域Ｓ１の外側の半導体基板５０Ａ上に位置している。配線Ｆは、絶縁層Ｌ１を介して半導体基板５０Ａ上に形成されている。
【００３９】
電極Ｅ１及び貫通電極ＴＥは、金属からなる。電極Ｅ１及び貫通電極ＴＥは、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。半導体基板がＳｉからなる場合には、電極材料として、アルミニウム以外に、銅（Ｃｕ）が用いられる。電極Ｅ１と貫通電極ＴＥとは、一体に形成されていてもよい。電極Ｅ１及び貫通電極ＴＥは、たとえば、スパッタ法により形成される。
【００４０】
半導体光検出素子１０Ａは、複数の貫通電極ＴＥと、複数の電極パッド１２を備えている。各貫通電極ＴＥは、対応するアバランシェフォトダイオードＡＰＤと電気的に接続されている。各電極パッド１２は、対応する貫通電極ＴＥと電気的に接続されている。電極パッド１２は、配線Ｆを通して電極Ｅ１と電気的に接続されている。電極パッド１２は、主面１Ｎａ上に配置されている。各貫通電極ＴＥは、電極パッド１２、配線Ｆ、及び電極Ｅ１を通して、受光領域Ｓ１と電気的に接続されている。電極パッド１２は、Ｚ軸方向から見て、溝１３によって囲まれている領域（溝１３の内側領域）ＡＲ１に位置し、かつ、溝１３から離間している。
【００４１】
貫通電極ＴＥは、半導体基板５０Ａを厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通している貫通孔ＴＨに配置されている。半導体基板５０Ａには、複数の貫通孔ＴＨが形成されている。複数の貫通孔ＴＨは、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤが二次元配列されている領域に位置している。複数の貫通孔ＴＨは、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤのうちの互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤで囲まれる領域毎に形成されている。
【００４２】
貫通孔ＴＨの開口は、ＸＹ軸平面内に位置していると共に、Ｚ軸方向から見て円形形状を呈している。ＸＹ軸平面と平行な切断面での貫通孔ＴＨの断面形状は、円形形状を呈している。半導体光検出素子１０Ａは、貫通孔ＴＨの内周面に、絶縁層Ｌ２を備えている。貫通電極ＴＥは、絶縁層Ｌ２を介して、貫通孔ＴＨ内に配置されている。
【００４３】
複数の貫通孔ＴＨは、開口の中心がＺ軸方向から見て行列状に位置するように、配列されている。本実施形態では、行方向がＸ軸方向であり、列方向がＹ軸方向である。複数の貫通孔ＴＨは、開口の中心が、Ｘ軸方向とＹ軸方向との各方向から見て、直線上に等間隔で並んでいる。貫通孔ＴＨは、１００μｍのピッチで並んでいる。
【００４４】
複数の貫通電極ＴＥは、半導体基板５０Ａを、主面１Ｎａ側から主面１Ｎｂ側まで貫通している。貫通電極ＴＥは、貫通孔ＴＨ毎に配置されている。複数の貫通電極ＴＥは、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤのうち互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤで囲まれる領域毎に配置されている。複数の貫通電極ＴＥは、半導体基板５０Ａを厚み方向に貫通している。貫通電極ＴＥは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ毎に配置されている。貫通電極ＴＥは、対応する受光領域Ｓ１と電気的に接続されている。貫通電極ＴＥは、配置された貫通孔ＴＨを囲む四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤのうちの一つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの受光領域Ｓ１と電気的に接続されている。
【００４５】
複数の貫通孔ＴＨと複数の受光領域Ｓ１とは、Ｚ軸方向から見て、四つの貫通孔ＴＨが一つの受光領域Ｓ１を囲むと共に四つの受光領域Ｓ１が一つの貫通孔ＴＨを囲むように位置している。貫通孔ＴＨ及び受光領域Ｓ１は、Ｘ軸及びＹ軸に交差する方向に、交互に並んでいる。
【００４６】
各受光領域Ｓ１が呈している多角形形状は、Ｚ軸方向から見て、一対の第一辺１６ａと、四つの第二辺１６ｂと、一対の第三辺１６ｃと、を含んでいる。一対の第一辺１６ａは、行方向で互いに対向し、かつ、列方向に延在している。行方向で隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの受光領域Ｓ１の第一辺１６ａは、行方向で互いに対向している。四つの第二辺１６ｂは、受光領域Ｓ１を囲んでいる四つの貫通電極ＴＥに対向し、かつ、行方向及び列方向に交差する方向にそれぞれ延在している（すなわち、四つの第二辺１６ｂそれぞれは、行方向及び列方向の両方に対して斜めに延在している）。各第二辺１６ｂが延在している方向は、異なっている。一対の第三辺１６ｃは、列方向で互いに対向し、かつ、行方向に延在している。列方向で隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃは、列方向で互いに対向している。
【００４７】
受光領域Ｓ１が呈する八角形形状の辺のうち、四つの第一辺１６ａ及び第三辺１６ｃは、隣に位置する受光領域Ｓ１の辺と対向している。四つの第二辺１６ｂは、受光領域Ｓ１の隣に位置する貫通孔ＴＨと対向している。一つの貫通孔ＴＨは、四方向で、四つの受光領域Ｓ１の各第二辺１６ｂによって囲まれている。
【００４８】
接続部Ｃは、貫通孔ＴＨに対向する四つの第二辺１６ｂに設けられている。第一辺１６ａの長さＧ１は、第二辺１６ｂの長さＧ２よりも短い。第三辺１６ｃの長さＧ３は、第二辺１６ｂの長さＧ２よりも短い。四つの第二辺１６ｂの合計長さは、受光領域Ｓ１の全周の５０％以上である。本実施形態では、各第一辺１６ａの長さＧ１が、各第二辺１６ｂの長さＧ２よりも短い。また、各第三辺１６ｃの長さＧ３が、各第二辺１６ｂの長さＧ２よりも短い。各第一辺１６ａは、実質的に同じ長さを有していてもよい。各第二辺１６ｂは、実質的に同じ長さを有していてもよい。各第三辺１６ｃは、実質的に同じ長さを有していてもよい。
【００４９】
半導体基板５０Ａの主面１Ｎａは、受光領域Ｓ１、中間領域Ｓ２、及び開口周辺領域Ｓ３を含んでいる。開口周辺領域Ｓ３は、主面１Ｎａの貫通孔ＴＨの開口周辺に位置する領域である。中間領域Ｓ２は、主面１Ｎａにおいて、受光領域Ｓ１及び開口周辺領域Ｓ３を除いた領域である。
【００５０】
半導体基板５０Ａの中間領域Ｓ２には、各受光領域Ｓ１の全周を囲む溝１３，１４，１５が形成されている。溝１３は、Ｚ軸方向から見て、互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの各受光領域Ｓ１と、これらのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに囲まれた貫通孔ＴＨと、の間の中間領域Ｓ２に形成されている。溝１３は、Ｚ軸方向から見て、各受光領域Ｓ１の第二辺１６ｂに沿って延在している。溝１４，１５は、互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２に形成されている。溝１４は、各受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在している。溝１５は、各受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿って延在している。溝１３，１４，１５は、各受光領域Ｓ１の各辺に沿って延在しており、各受光領域Ｓ１の全周を囲っている。
【００５１】
互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに囲まれた貫通孔ＴＨの全周は、Ｚ軸方向から見て、溝１３によって囲まれている。溝１３は、上記四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの各受光領域Ｓ１の第二辺１６ｂに沿って延在している。溝１４，１５は、Ｚ軸方向から見て、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３同士を連結している。
【００５２】
溝１３によって囲まれた領域ＡＲ１は、Ｚ軸方向から見て、略正方形である。一つの領域ＡＲ１には、一つの貫通孔ＴＨが位置している。溝１３，１４，１５によって囲まれた領域ＡＲ２は、八角形形状である。一つの領域ＡＲ２には、一つの受光領域Ｓ１が位置している。各領域ＡＲ１，ＡＲ２は、Ｚ軸方向から見て、多角形形状を呈している。
【００５３】
各受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在する溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域で、一つの直線上に位置している。溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。溝１４は、一方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝であり、他方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝でもある。各受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿って延在する溝１５は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域で、一つの直線上に位置している。溝１５は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。溝１５は、一方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝であり、他方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝でもある。行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１を囲んでいる溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有している。列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１をそれぞれ囲んでいる溝１５は、列方向で隣り合う二つの受光領域の間に形成された部位を共有している。
【００５４】
図１２に示されるように、溝１３の縁１３ｅから溝１３によって囲まれている貫通孔ＴＨの縁Ｄ２での距離βは、溝１３の縁１３ｆから上記貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１の縁Ｄ１までの距離αよりも長い。本実施形態では、距離αは５．５μｍであり、距離βは７．５μｍである。距離αは、Ｚ軸方向から見た場合の、溝１３の縁１３ｆから上記貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１の縁Ｄ１までの最短距離である。距離βは、Ｚ軸方向から見た場合の、溝１３の縁１３ｅから溝１３によって囲まれている貫通孔ＴＨの縁Ｄ２までの最短距離である。
【００５５】
次に、図３を参照して、本実施形態における半導体光検出素子の断面構成について説明する。図３では、ガラス基板３０と光学接着剤ＯＡとの図示が省略されている。
【００５６】
各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、受光領域Ｓ１を含んでいる。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、Ｐ型（第一導電型）の第一半導体領域１ＰＡと、Ｎ型（第二導電型）の第二半導体領域１ＮＡと、Ｎ型の第三半導体領域１ＮＢと、Ｐ型の第四半導体領域１ＰＢと、を有している。
【００５７】
第一半導体領域１ＰＡは、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａ側に位置している。第二半導体領域１ＮＡは、半導体基板５０Ａの主面１Ｎｂ側に位置している。第三半導体領域１ＮＢは、第一半導体領域１ＰＡと第二半導体領域１ＮＡの間に位置しており、第二半導体領域１ＮＡよりも不純物濃度が低い。第四半導体領域１ＰＢは、第一半導体領域１ＰＡ内に形成されており、第一半導体領域１ＰＡよりも不純物濃度が高い。第四半導体領域１ＰＢは、受光領域Ｓ１である。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、主面１Ｎａ側から、第四半導体領域１ＰＢであるＰ＋層、第一半導体領域１ＰＡであるＰ層、第三半導体領域１ＮＢであるＮ層、第二半導体領域１ＮＡであるＮ＋層の順で構成されている。
【００５８】
第一半導体領域１ＰＡは、Ｚ軸方向から見て、中間領域Ｓ２に位置しており、第四半導体領域１ＰＢ（受光領域Ｓ１）を囲むように位置している。図示していないが、第一半導体領域１ＰＡは、Ｚ軸方向から見て、互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２にも位置している。半導体基板５０Ａの中間領域Ｓ２は、溝１３，１４，１５が成形された部分を除き、主面１Ｎａ側から、第一半導体領域１ＰＡであるＰ層、第三半導体領域１ＮＢであるＮ層、第二半導体領域１ＮＡであるＮ＋層の順で構成されている。
【００５９】
溝１３の内面１３ｂは、第二半導体領域１ＮＡと同じＮ＋層によって成形されている。内面１３ｂ上には、絶縁層１３ｃが設けられている。溝１３内の絶縁層１３ｃによって囲まれている領域には、充填材１３ａが配置されている。充填材１３ａは、たとえば、充填が容易であり、かつ、遮光性が高い材料からなる。本実施形態では、充填材１３ａは、タングステン（Ｗ）からなる。溝１４，１５の内面は、内面１３ｂと同様に、第二半導体領域１ＮＡと同じＮ＋層によって成形されている。溝１４，１５内には、溝１３と同様に、絶縁層１３ｃ及び充填材１３ａが配置されている。図３では、溝１４，１５と、溝１４，１５内に配置されている絶縁層１３ｃ及び充填材１３ａとは、図示されていない。充填材１３ａは、タングステンではなく、銅又はアルミニウムからなっていてもよい。
【００６０】
溝１３，１４，１５の深さ、すなわち、Ｚ軸方向（半導体基板５０Ａの厚み方向）での主面１Ｎａから溝１３，１４，１５の底面までの距離は、Ｚ軸方向での主面１Ｎａから第二半導体領域１ＮＡと第三半導体領域１ＮＢとの界面までの距離より長く、半導体基板５０Ａの厚みよりも短い。溝１３の底面１３ｄは、第二半導体領域１ＮＡにより構成されており、第三半導体領域１ＮＢよりも主面１Ｎｂ寄りに位置している。溝１４，１５の底面も、第二半導体領域１ＮＡにより構成されており、第三半導体領域１ＮＢよりも主面１Ｎｂ寄りに位置している。
【００６１】
半導体基板５０Ａは、Ｎ型の第五半導体領域１ＮＣを有している。第五半導体領域１ＮＣは、Ｚ軸方向から見て、貫通孔ＴＨの縁Ｄ２と第一半導体領域１ＰＡとの間に形成されている。第五半導体領域１ＮＣは、第二半導体領域１ＮＡと同様に、第三半導体領域１ＮＢよりも不純物濃度が高いＮ＋層である。主面１Ｎａにおいて第五半導体領域１ＮＣが形成されている領域が、開口周辺領域Ｓ３である。半導体基板５０Ａの開口周辺領域Ｓ３は、主面１Ｎａ側から、第五半導体領域１ＮＣであるＮ＋層、第二半導体領域１ＮＡであるＮ＋層の順で構成されている。
【００６２】
貫通孔ＴＨの内周面（縁Ｄ２）は、主面１Ｎａ側から、第五半導体領域１ＮＣ、第二半導体領域１ＮＡの順で構成されている。したがって、第一半導体領域１ＰＡと第三半導体領域１ＮＢとによって形成されるＰＮ接合は、貫通孔ＴＨに露出していない。
【００６３】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、電極Ｅ１を有している。電極Ｅ１の接続部Ｃは、第四半導体領域１ＰＢ（受光領域Ｓ１）と接続されている。接続部Ｃは、上述したように、第一端部Ｅ１ａと第二端部Ｅ１ｂとを含んでいる。電極Ｅ１は、第三端部Ｅ１ｃを含んでいる。
【００６４】
第一半導体領域１ＰＡは、第四半導体領域１ＰＢを通して、電極Ｅ１と電気的に接続されている。
【００６５】
電極パッド１２は、貫通電極ＴＥと電気的に接続されている。貫通電極ＴＥは、半導体基板５０Ａの裏面側（主面１Ｎｂ側）に延在している。貫通電極ＴＥには、搭載基板２０側に絶縁層Ｌ３が設けられている。貫通電極ＴＥは、半導体基板５０Ａの裏面側で、バンプ電極ＢＥを通して搭載基板２０と電気的に接続されている。電極Ｅ１と搭載基板２０とは、配線Ｆ、電極パッド１２、貫通電極ＴＥ、及びバンプ電極ＢＥを通して、電気的に接続されている。第四半導体領域１ＰＢは、電極Ｅ１、配線Ｆ、電極パッド１２、貫通電極ＴＥ、及び、バンプ電極ＢＥを通して、搭載基板２０に電気的に接続されている。バンプ電極ＢＥは、たとえば、はんだからなる。
【００６６】
バンプ電極ＢＥは、不図示のＵＢＭ（Under  Bump  Metal）を介して、主面１Ｎｂ上に延在している貫通電極ＴＥ上に形成される。ＵＢＭは、バンプ電極ＢＥと電気的及び物理的に接続が優れた材料からなる。ＵＢＭは、たとえば、無電解めっき法によって形成される。バンプ電極ＢＥは、たとえば、ハンダボールを搭載する手法又は印刷法によって形成される。
【００６７】
次に、図４を参照して、本実施形態に係る搭載基板２０について説明する。図４は、搭載基板の概略平面図である。搭載基板２０は、図４に示されるように、複数の電極Ｅ９と、複数のクエンチング抵抗Ｒ１と、複数の信号処理部ＳＰとを含んでいる。搭載基板２０は、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）を構成している。クエンチング抵抗Ｒ１は、搭載基板２０ではなく、半導体光検出素子１０Ａに配置されていてもよい。
【００６８】
各電極Ｅ９は、バンプ電極ＢＥに電気的に接続されている。電極Ｅ９も、電極Ｅ１及び貫通電極ＴＥと同じく、金属からなる。電極Ｅ９は、たとえば、アルミニウムからなる。電極Ｅ９を構成する材料は、アルミニウム以外に、銅であってもよい。
【００６９】
各クエンチング抵抗Ｒ１は、主面２０ａ側に配置されている。クエンチング抵抗Ｒ１の一端は、電極Ｅ９に電気的に接続されており、クエンチング抵抗Ｒ１の他端は、コモン電極ＣＥに接続されている。クエンチング抵抗Ｒ１は、パッシブクエンチング回路を構成している。コモン電極ＣＥには、複数のクエンチング抵抗Ｒ１が並列に接続されている。
【００７０】
各信号処理部ＳＰは、主面２０ａ側に配置されている。信号処理部ＳＰの入力端は、電極Ｅ９に電気的に接続されており、信号処理部ＳＰの出力端は、信号線ＴＬに接続されている。各信号処理部ＳＰには、電極Ｅ１、貫通電極ＴＥ、バンプ電極ＢＥ、及び電極Ｅ９を通して、対応するアバランシェフォトダイオードＡＰＤ（半導体光検出素子１０Ａ）からの出力信号が入力される。各信号処理部ＳＰは、対応するアバランシェフォトダイオードＡＰＤからの出力信号を処理する。各信号処理部ＳＰは、対応するアバランシェフォトダイオードＡＰＤからの出力信号をデジタルパルスに変換するＣＭＯＳ回路を含んでいる。
【００７１】
次に、図５を参照して、光検出装置１の回路構成を説明する。図５は、光検出装置の回路図である。光検出装置１（半導体光検出素子１０Ａ）には、Ｎ型の第三半導体領域１ＮＢとＰ型の第一半導体領域１ＰＡとの間に形成されるＰＮ接合によって、アバランシェフォトダイオードＡＰＤが形成されている。半導体基板５０Ａは、裏面側に配置された電極（図示省略）に電気的に接続され、第一半導体領域１ＰＡは、第四半導体領域１ＰＢを通して、電極Ｅ１に接続されている。各クエンチング抵抗Ｒ１は、対応するアバランシェフォトダイオードＡＰＤに直列に接続されている。
【００７２】
半導体光検出素子１０Ａでは、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤがガイガーモードで動作する。ガイガーモードでは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのブレークダウン電圧よりも大きな逆方向電圧（逆バイアス電圧）が、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのアノードとカソードとの間に印加される。たとえば、アノードには（−）電位Ｖ１が印加され、カソードには（＋）電位Ｖ２が印加される。これらの電位の極性は相対的なものであり、一方の電位がグラウンド電位であってもよい。
【００７３】
アノードは第一半導体領域１ＰＡであり、カソードは第三半導体領域１ＮＢである。アバランシェフォトダイオードＡＰＤに光（フォトン）が入射すると、基板内部で光電変換が行われて光電子が発生する。第一半導体領域１ＰＡのＰＮ接合界面の近傍領域において、アバランシェ増倍が行われ、増幅された電子群は半導体基板５０Ａの裏面側に配置された電極に向けて走る。半導体光検出素子１０Ａのいずれかのセル（アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）に光（フォトン）が入射すると、増倍されて、信号として電極Ｅ９から取り出される。電極Ｅ９から取り出された信号は、対応する信号処理部ＳＰに入力される。
【００７４】
以上のように、光検出装置１では、各受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て、一対の第一辺１６ａと四つの第二辺１６ｂとを含む多角形形状を呈している。
【００７５】
複数のアバランシェフォトダイオードの間隔が小さい場合、複数のアバランシェフォトダイオードの間隔が大きい場合に比して、開口率が確保されるものの、隣り合うアバランシェフォトダイオードの間でのクロストークにより、光検出装置の検出精度が悪化するおそれがある。ガイガーモード型のアバランシェフォトダイオードではなだれ増倍による発光が起こり得るため、アバランシェフォトダイオードは、隣に位置するアバランシェフォトダイオードが発した光を受光するおそれがある。したがって、光検出装置は、アバランシェフォトダイオード自体の発光の影響を受けた検出結果を出力するおそれがある。
【００７６】
光検出装置１では、各受光領域Ｓ１が呈する多角形形状が、一対の第一辺１６ａを含んでいる。行方向において隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤでは、それぞれの第一辺１６ａが行方向で互いに対向している。このため、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤの間で、上述したクロストークが発生するおそれがある。第一辺１６ａの長さが短い場合、第一辺１６ａの長さが長い場合に比して、行方向で隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤにおいてクロストークが発生する領域は小さい。
【００７７】
加工精度上の問題又は電気的な接続確保のため、貫通電極ＴＥの大きさを小さくすることは難しい。貫通電極ＴＥに対向する第二辺１６ｂの長さが長い場合、貫通電極ＴＥに対向する第二辺１６ｂの長さが短い場合に比して、デットスペースが大きく、開口率が確保され難い。
【００７８】
光検出装置１では、第一辺１６ａの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【００７９】
光検出装置１では、各受光領域Ｓ１が呈する多角形形状は、一対の第三辺１６ｃを含んでいる。列方向において、隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤでは、それぞれの第三辺１６ｃが列方向で互いに対向している。このため、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤの間で、上述したクロストークが発生するおそれがある。第三辺１６ｃの長さが短い場合、第三辺１６ｃの長さが長い場合に比して、列方向で隣り合う二つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤにおいてクロストークが発生する領域は小さい。
【００８０】
光検出装置１では、第三辺１６ｃの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【００８１】
行方向と列方向とに交差する方向での受光領域Ｓ１の間隔は、行方向又は列方向での受光領域Ｓ１の間隔よりも大きい。行方向と列方向とに交差する方向では、二つの受光領域Ｓ１の間に貫通電極ＴＥが存在している。したがって、行方向と列方向とに交差する方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間では、上述したクロストークは生じ難い。
【００８２】
溝１３，１４，１５は、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａ側で、受光領域Ｓ１の全周を囲んでいる。受光領域Ｓ１と当該受光領域Ｓ１と隣り合う貫通電極ＴＥとの間の中間領域Ｓ２に溝１３が形成されているので、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの表面リーク電流の流れ込みが低減される。隣り合う受光領域Ｓ１の間に溝１４，１５が形成されているので、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークが更に低減されている。
【００８３】
溝１３，１４，１５には、遮光性が高い充填材１３ａが配置されている。このため、光検出装置１では、隣に位置するアバランシェフォトダイオードＡＰＤが発した光による、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ間のクロストークが低減されている。
【００８４】
溝１３，１４，１５内に配置されている充填材１３ａが金属であるので、充填材１３ａと受光領域Ｓ１との間に寄生容量が生じ得る。寄生容量の値が、充填材１３ａと受光領域Ｓ１との間の位置に応じて異なっている、すなわち、寄生容量の値に偏りが生じている場合、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの光検出精度が低下するおそれがある。
【００８５】
溝１３，１４，１５は、各受光領域Ｓ１の各辺に沿って延在しており、各受光領域Ｓ１を囲っている。このため、充填材１３ａと受光領域Ｓ１との間に寄生容量が生じる場合でも、寄生容量の値に偏りが生じ難い。この結果、光検出装置１では、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響が低減されている。
【００８６】
溝１３には、タングステンからなる充填材１３ａが配置されている。電極パッド１２は、溝１３から離間しているので、電極パッド１２と充填材１３ａとの間で発生する寄生容量が低減される。
【００８７】
溝１３は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１で互いに対向する第二辺１６ｂに沿って延在している。溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１で互いに対向する第一辺１６ａに沿って延在している。溝１５は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１で互いに対向する第三辺１６ｃに沿って延在している。溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。すなわち、溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有している。この場合、溝が、二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有していない場合に比して、行方向において、複数の受光領域Ｓ１が密に配置されている。
【００８８】
溝１５は、列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。すなわち、溝１５は、列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有している。この場合、溝が、二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有していない場合に比して、列方向において、複数の受光領域Ｓ１が密に配置されている。光検出装置１では、行方向及び列方向で、複数の受光領域Ｓ１が密に配置されているので、開口率が更に向上する。光検出装置１では、上述したように、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響が低減されている。
【００８９】
四つの第二辺１６ｂの合計長さは、受光領域Ｓ１の全周の５０％以上である。この場合、隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間の領域を規定する辺（一対の第一辺１６ａ及び一対の第三辺１６ｃ）の合計長さが、受光領域Ｓ１の全周の半分未満である。したがって、光検出装置１では、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオード間でのクロストークの発生が更に抑制される。
【００９０】
溝１３は、貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１との間の狭い領域に形成される。このため、半導体基板５０Ａにおける、溝１３と貫通孔ＴＨとの間の領域に、構造欠陥が生じるおそれがある。構造欠陥は、たとえば、半導体基板５０Ａの割れ又は欠けなどである。溝１３の縁１３ｅから貫通孔ＴＨの縁Ｄ２までの距離βが、溝１３の縁１３ｅから受光領域Ｓ１の縁Ｄ１までの距離α以下である場合、距離βが距離αよりも長い場合に比して、構造欠陥が生じやすい。
【００９１】
光検出装置１では、距離βは、距離αよりも長い。このため、半導体基板５０Ａにおける貫通孔ＴＨの周囲に構造欠陥が生じ難い。
【００９２】
溝１３，１４，１５の底面は、第二半導体領域１ＮＡにより構成されている。第三半導体領域１ＮＢよりも溝１３の底面１３ｄが深いため、領域ＡＲ１で電荷が生じる場合でも、領域ＡＲ１で生じた電荷がアバランシェフォトダイオードＡＰＤに移動するのが抑制される。アバランシェフォトダイオードＡＰＤの発光による隣り合うアバランシェフォトダイオード間のクロストークは、溝１４，１５によって低減される。半導体基板５０Ａ内に溝１３，１４，１５の底面１３ｄが形成されている、すなわち、溝１３，１４，１５が半導体基板５０Ａの主面１Ｎｂに達していないため、半導体基板５０Ａが溝１３，１４，１５の位置で分離するおそれはない。したがって、光検出装置１の製造過程では、半導体基板５０Ａの取り扱いが容易である。
【００９３】
Ｚ軸方向から見て、領域ＡＲ１及び領域ＡＲ２は多角形形状を呈していると共に、受光領域Ｓ１は多角形形状を呈している。受光領域Ｓ１が円形形状である場合、電界が集中するような角は存在しない。受光領域Ｓ１が円形形状である場合、受光領域Ｓ１が多角形形状である場合に比して、受光領域Ｓ１と貫通孔ＴＨとの間に生じるデッドスペースが大きいので、開口率は確保され難い。領域ＡＲ１，ＡＲ２と受光領域Ｓ１とは、多角形形状である。領域ＡＲ１，ＡＲ２の辺と受光領域Ｓ１の辺とが沿うように、領域ＡＲ１，ＡＲ２と受光領域Ｓ１とが配置されている。このため、領域ＡＲ１，ＡＲ２と受光領域Ｓ１とが多角形形状でない場合、又は、領域ＡＲ１，ＡＲ２の辺と受光領域Ｓ１の辺とが沿っていない場合に比して、光検出装置１では、貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１との間隔が狭い。したがって、光検出装置１では、デッドスペースが少なく、かつ、開口率が大きい。
【００９４】
Ｚ軸方向から見て、貫通孔ＴＨの開口は円形形状であり、貫通孔ＴＨの内周面には絶縁層Ｌ２が配置されている。貫通孔ＴＨの内周面に絶縁層Ｌ２が配置されていることにより、貫通電極ＴＥと半導体基板５０Ａとが電気的に絶縁される。貫通孔ＴＨの開口に角部が存在すると、絶縁層Ｌ２が形成される際、角部に形成される絶縁層Ｌ２に亀裂が生じるおそれがある。本実施形態では、主面１Ｎａに直交する方向から見て貫通孔ＴＨが円形形状であるため、絶縁層Ｌ２が形成される際に、絶縁層Ｌ２に亀裂が生じ難い。したがって、光検出装置１では、貫通電極ＴＥと半導体基板５０Ａとの電気的絶縁が確保される。
【００９５】
貫通電極ＴＥは、互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤのうちの一つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの受光領域Ｓ１と電気的に接続されている。この場合、貫通電極ＴＥと当該貫通電極ＴＥに電気的に接続される受光領域Ｓ１との配線距離が短いので、配線抵抗及び寄生容量の影響を受け難い。したがって、光検出装置１での検出精度の劣化が抑制される。
【００９６】
受光領域Ｓ１がＺ軸方向から見て四角形形状又は六角形形状を呈している場合、以下の問題が生じるおそれがある。この場合、互いに隣り合う受光領域Ｓ１の間で、電界強度の比較的高い角が互いに対向するので、光検出装置１での検出結果が電界の影響を受ける。本実施形態では、受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て八角形形状を呈しているので、互いに隣り合う受光領域Ｓ１の間で、第一辺１６ａ及び第三辺１６ｃのみが対向する。したがって、光検出装置１での検出結果が、電界の影響を受け難い。受光領域Ｓ１がＺ軸方向から見て八角形形状を呈している場合、主面１Ｎａにおける貫通電極ＴＥ以外の領域を有効に活用することが可能である。したがって、貫通電極ＴＥと受光領域Ｓ１との間の配線距離が短い構成が実現されていると共に、受光領域Ｓ１が他の形状を呈しているに比して開口率が向上する。
【００９７】
次に、図６を参照して、本実施形態の変形例に係る光検出装置の構成を説明する。図６は、本実施形態の変形例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。図６は、図２に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応する平面で本変形例に係る光検出装置を切断したときの断面構成を示している。図６でも、ガラス基板３０と光学接着剤ＯＡとの図示が省略されている。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が、以下に説明するように、本変形例は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの構成に関して、上述した実施形態と相違する。
【００９８】
本変形例に係る光検出装置は、半導体光検出素子１０Ｂを備えている。半導体光検出素子１０Ｂは、搭載基板２０とガラス基板３０との間に配置されている。半導体光検出素子１０Ｂは、平面視で矩形形状を呈している半導体基板５０Ｂを有している。半導体基板５０Ｂは、Ｓｉからなり、Ｎ型（第二導電型）の半導体基板である。半導体基板５０Ｂは、互いに対向する主面１Ｎａと主面１Ｎｂとを含む。半導体光検出素子１０Ｂは、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤと、複数の貫通電極ＴＥとを備えている。複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、半導体基板５０Ｂに二次元配列されている。本変形例では、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、行列状に配列されている。
【００９９】
半導体光検出素子１０Ｂに形成される溝２３は、半導体光検出素子１０Ａに形成される溝１３と同様の構成を有している。半導体基板５０Ｂの中間領域Ｓ２には、各受光領域Ｓ１の全周を囲む溝２３，１４，１５が形成されている。溝２３は、Ｚ軸方向から見て、互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの各受光領域Ｓ１と、これらのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに囲まれた貫通孔ＴＨと、の間の中間領域Ｓ２に形成されている。溝２３は、Ｚ軸方向から見て、各受光領域Ｓ１の第二辺１６ｂに沿って延在している。
【０１００】
溝１４，１５は、互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２に形成されている。溝１４は、各受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在している。溝１５は、各受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿って延在している。溝２３，１４，１５は、各受光領域Ｓ１の各辺に沿って延在しており、各受光領域Ｓ１の全周を囲っている。
【０１０１】
互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに囲まれた貫通孔ＴＨの全周は、Ｚ軸方向から見て、溝２３によって囲まれている。溝１４，１５は、Ｚ軸方向から見て、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝２３同士を連結している。
【０１０２】
溝２３によって囲まれた領域ＡＲ１は、Ｚ軸方向から見て、略正方形である。溝２３，１４，１５によって囲まれた領域ＡＲ２は、八角形形状である。領域ＡＲ１，ＡＲ２は、Ｚ軸方向から見て、多角形形状を呈している。
【０１０３】
半導体光検出素子１０Ｂでは、各受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在する溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域で、一つの直線上に位置している。溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。溝１４は、一方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝であり、他方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝でもある。各受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿って延在する溝１５は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域で、一つの直線上に位置している。溝１５は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。溝１５は、一方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝であり、他方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝でもある。行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１を囲んでいる溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有している。列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１をそれぞれ囲んでいる溝１５は、列方向で隣り合う二つの受光領域の間に形成された部位を共有している。
【０１０４】
半導体光検出素子１０Ｂでも、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、受光領域Ｓ１を含んでいる。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、Ｐ型（第一導電型）の第一半導体領域２ＰＡと、Ｐ型の第二半導体領域２ＰＢと、Ｎ型の第三半導体領域２ＮＡと、Ｐ型の第四半導体領域２ＰＣと、を有している。
【０１０５】
第一半導体領域２ＰＡは、半導体基板５０Ｂの主面１Ｎａ側に位置している。第二半導体領域２ＰＢは、半導体基板５０Ｂの主面１Ｎｂ側に位置しており、第一半導体領域２ＰＡよりも不純物濃度が高い。第三半導体領域２ＮＡは、第一半導体領域２ＰＡの主面１Ｎａ側に形成されている。第四半導体領域２ＰＣは、第三半導体領域２ＮＡと接するように第一半導体領域２ＰＡに形成されており、第一半導体領域２ＰＡよりも不純物濃度が高い。第三半導体領域２ＮＡは、受光領域Ｓ１である。各アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、主面１Ｎａ側から、第三半導体領域２ＮＡであるＮ＋層、第四半導体領域２ＰＣであるＰ層、第一半導体領域２ＰＡであるＰ−層、第二半導体領域２ＰＢであるＰ＋層の順で構成されている。
【０１０６】
第一半導体領域２ＰＡは、Ｚ軸方向から見て、中間領域Ｓ２に位置しており、受光領域Ｓ１である第三半導体領域２ＮＡを囲むように位置している。図示していないが、第一半導体領域２ＰＡは、Ｚ軸方向から見て、互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２にも位置している。半導体基板５０Ｂの中間領域Ｓ２は、溝２３，１４，１５が成形された部分を除き、主面１Ｎａ側から、第一半導体領域２ＰＡであるＰ−層、第二半導体領域２ＰＢであるＰ＋層の順で構成されている。
【０１０７】
溝２３の内面２３ｂは、第二半導体領域２ＰＢと同じＰ＋層によって成形されている。内面２３ｂ上には、絶縁層２３ｃが設けられている。溝２３内の絶縁層２３ｃによって囲まれている領域には、充填材２３ａが配置されている。充填材２３ａは、たとえば、充填が容易であり、かつ、遮光性が高い材料からなる。本変形例では、充填材２３ａは、充填材１３ａと同じく、タングステン（Ｗ）からなる。溝１４の内面は、内面２３ｂと同様に、第一半導体領域２ＰＡよりも不純物濃度が高いＰ＋層によって成形されている。溝１４内には、溝２３と同様に、絶縁層２３ｃ及び充填材２３ａが配置されている。図６では、上述したように、溝１４，１５と、溝１４，１５内に配置されている絶縁層２３ｃ及び充填材２３ａとは、図示されていない。充填材１３ａは、タングステンではなく、銅又はアルミニウムからなっていてもよい。
【０１０８】
溝２３，１４，１５の深さ、すなわち、Ｚ軸方向（半導体基板５０Ｂの厚み方向）での主面１Ｎａから溝２３，１４，１５の底面までの距離は、Ｚ軸方向での主面１Ｎａから第一半導体領域２ＰＡと第二半導体領域２ＰＢとの界面までの距離より長く、半導体基板５０Ｂの厚さよりも短い。溝２３の底面２３ｄは、第二半導体領域２ＰＢにより構成されており、第一半導体領域２ＰＡよりも主面１Ｎｂ寄りに位置している。溝１４，１５の底面も、第二半導体領域２ＰＢにより構成されており、第一半導体領域２ＰＡよりも主面１Ｎｂ寄りに位置している。
【０１０９】
半導体基板５０Ｂは、Ｐ型の第五半導体領域２ＰＤを有している。第五半導体領域２ＰＤは、Ｚ軸方向から見て、貫通孔ＴＨの縁Ｄ２と第一半導体領域２ＰＡとの間に形成されている。第五半導体領域２ＰＤは、第二半導体領域２ＰＢと同様に、第一半導体領域２ＰＡよりも不純物濃度が高いＰ＋層である。主面１Ｎａにおいて第五半導体領域２ＰＤが形成されている領域が、開口周辺領域Ｓ３である。半導体基板５０Ｂの開口周辺領域Ｓ３は、主面１Ｎａ側から、第五半導体領域２ＰＤであるＰ＋層，第二半導体領域２ＰＢであるＰ＋層の順で構成されている。
【０１１０】
貫通孔ＴＨの内周面（縁Ｄ２）は、主面１Ｎａ側から、第五半導体領域２ＰＤ、第二半導体領域２ＰＢの順で構成されている。したがって、第三半導体領域２ＮＡと第四半導体領域２ＰＣとによって形成されるＰＮ接合は、貫通孔ＴＨに露出していない。
【０１１１】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、電極Ｅ１を有している。電極Ｅ１は、半導体基板５０Ｂの主面１Ｎａ側に配置されている。電極Ｅ１は、本変形例でも、受光領域Ｓ１の輪郭に沿って設けられており、八角形の環形状を有している。
【０１１２】
電極Ｅ１は、受光領域Ｓ１と電気的に接続する接続部Ｃを有している。本変形例でも、図６に示されるように、接続部Ｃは、第一端部Ｅ１ａと第二端部Ｅ１ｂを含んでいる。電極Ｅ１は、配線Ｆに電気的に接続される第三端部Ｅ１ｃを含んでいる。
【０１１３】
配線Ｆは、図６に示されるように、第三端部Ｅ１ｃから受光領域Ｓ１の中心とは反対方向に延在している。配線Ｆは、電極Ｅ１と電極パッド１２とを電気的に接続している。配線Ｆは、受光領域Ｓ１の外側の半導体基板５０Ｂ上に位置している。配線Ｆは、絶縁層Ｌ１を介して半導体基板５０Ｂ上に形成されている。
【０１１４】
本変形例でも、電極パッド１２は、貫通電極ＴＥに電気的に接続されている。貫通電極ＴＥは、半導体基板５０Ｂの裏面側（主面１Ｎｂ側）に延在している。貫通電極ＴＥには、絶縁層Ｌ３が設けられている。貫通電極ＴＥは、バンプ電極ＢＥにより搭載基板２０と電気的に接続されている。電極Ｅ１と搭載基板２０とは、配線Ｆ、電極パッド１２、貫通電極ＴＥ、及びバンプ電極ＢＥを通して、電気的に接続されている。第三半導体領域２ＮＡは、電極Ｅ１、配線Ｆ、電極パッド１２、貫通電極ＴＥ、及びバンプ電極ＢＥを通して、搭載基板２０に電気的に接続されている。
【０１１５】
本変形例においても、第一辺１６ａの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１１６】
第三辺１６ｃの長さも、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１１７】
溝２３の底面２３ｄが、第二半導体領域２ＰＢにより構成されている。溝２３の底面２３ｄは、第一半導体領域２ＰＡよりも深い位置にある。このため、半導体基板５０Ｂにおける溝２３によって囲まれる領域で電荷が生じる場合、当該領域で生じた電荷がアバランシェフォトダイオードＡＰＤに移動するのが抑制される。半導体基板５０Ｂ内に溝２３の底面２３ｄが形成されている、すなわち、溝２３が半導体基板５０Ｂの主面１Ｎｂに達していないため、半導体基板５０Ｂが溝２３の位置で分離するおそれはない。したがって、本変形例に係る光検出装置の製造過程でも、半導体基板５０Ｂの取り扱いが容易である。
【０１１８】
次に、図７〜図１１を参照して、半導体光検出素子の変形例の構成を説明する。図７〜図１１は、半導体光検出素子の変形例を示す概略平面図である。
【０１１９】
半導体光検出素子１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇは、搭載基板２０とガラス基板３０との間に配置されている。半導体光検出素子１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇは、半導体光検出素子１０Ａと同じく、平面視で矩形形状を呈している半導体基板５０Ａを有している。半導体光検出素子１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇは、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤと、複数の貫通電極ＴＥとを備えている。
【０１２０】
図７に示された半導体光検出素子１０Ｃでは、複数の受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て、六角形形状を呈している。複数の受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て、二次元配列されている。本変形例では、複数の受光領域Ｓ１は、行列状に配列されている。行方向がＸ軸方向であり、列方向がＹ軸方向である。受光領域Ｓ１は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との各方向から見て、直線上に等間隔で並んでいる。半導体光検出素子１０Ｃの受光領域Ｓ１は、行方向に６６．６μｍのピッチで並んでいる共に、列方向に１００μｍのピッチで並んでいる。
【０１２１】
半導体光検出素子１０ＣのアバランシェフォトダイオードＡＰＤでは、電極Ｅ１は、受光領域Ｓ１の輪郭に沿って設けられており、六角形の環形状を有している。電極Ｅ１は、受光領域Ｓ１と電気的に接続する接続部Ｃを有している。接続部Ｃは、受光領域Ｓ１の一辺に設けられている。
【０１２２】
半導体光検出素子１０Ｃでは、各受光領域Ｓ１が呈している六角形形状は、一対の第一辺１６ａと、四つの第二辺１６ｂとを含んでいる。一対の第一辺１６ａは、行方向で互いに対向し、かつ、列方向に延在している。四つの第二辺１６ｂは、受光領域Ｓ１を囲んでいる四つの貫通電極ＴＥに対向し、かつ、行方向及び列方向に交差する方向にそれぞれ延在している。
【０１２３】
各第一辺１６ａは、隣に位置する受光領域Ｓ１の辺と対向している。四つの第二辺１６ｂは、受光領域Ｓ１の隣に位置する貫通孔ＴＨと対向している。一つの貫通孔ＴＨは、四方向で、四つの受光領域Ｓ１の各第二辺１６ｂによって囲まれている。接続部Ｃは、第二辺１６ｂに設けられている。第一辺１６ａの長さＧ１は、第二辺１６ｂの長さＧ２よりも短い。四つの第二辺１６ｂの合計長さは、受光領域Ｓ１の全周の５０％以上である。本変形例では、各第一辺１６ａの長さＧ１が、各第二辺１６ｂの長さＧ２よりも短い。各第一辺１６ａは、実質的に同じ長さを有していてもよい。各第二辺１６ｂは、実質的に同じ長さを有していてもよい。
【０１２４】
半導体光検出素子１０Ｃにおいて、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａは、受光領域Ｓ１、中間領域Ｓ２、及び開口周辺領域Ｓ３を含んでいる。開口周辺領域Ｓ３は、主面１Ｎａの貫通孔ＴＨの開口周辺に位置する領域である。中間領域Ｓ２は、主面１Ｎａにおいて、受光領域Ｓ１及び開口周辺領域Ｓ３を除いた領域である。
【０１２５】
半導体基板５０Ａの中間領域Ｓ２には、各受光領域Ｓ１の全周を囲む溝１３，１４が形成されている。溝１３は、Ｚ軸方向から見て、互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの各受光領域Ｓ１と、これらのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに囲まれた貫通孔ＴＨと、の間の中間領域Ｓ２に形成されている。溝１３は、Ｚ軸方向から見て、各受光領域Ｓ１の第二辺１６ｂに沿って延在している。溝１４は、互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２に形成されている。溝１４は、各受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在している。
【０１２６】
互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤに囲まれた貫通孔ＴＨの全周は、Ｚ軸方向から見て、溝１３によって囲まれている。溝１４は、Ｚ軸方向から見て、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３同士を連結している。
【０１２７】
溝１３によって囲まれた領域ＡＲ１は、Ｚ軸方向から見て、略正方形である。溝１３，１４によって囲まれた領域ＡＲ２は、六角形形状である。各領域ＡＲ１，ＡＲ２は、Ｚ軸方向から見て、多角形形状を呈している。
【０１２８】
半導体光検出素子１０Ｃにおいて、各受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在する溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域で、一つの直線上に位置している。溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。溝１４は、一方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝であり、他方の受光領域Ｓ１を囲んでいる溝でもある。行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１を囲んでいる溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有している。
【０１２９】
本変形例でも、第一辺１６ａの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオード間のクロストークの発生が抑制されている。
【０１３０】
溝１３，１４は、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａ側で、受光領域Ｓ１の全周を囲んでいる。受光領域Ｓ１と当該受光領域Ｓ１と隣り合う貫通電極ＴＥとの間の中間領域Ｓ２に溝１３が形成されているので、開口率が確保されていると共に、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの表面リーク電流の流れ込みが低減される。隣り合う受光領域Ｓ１の間に溝１４が形成されているので、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークが更に低減されている。
【０１３１】
溝１３，１４は、各受光領域Ｓ１の各辺に沿って延在しており、各受光領域Ｓ１を囲っている。このため、充填材１３ａと受光領域Ｓ１との間で寄生容量が生じる場合でも、寄生容量の値に偏りが生じ難い。この結果、本変形例でも、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響が低減されている。
【０１３２】
溝１３は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１で互いに対向する第二辺１６ｂに沿って延在している。溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１で互いに対向する第一辺１６ａに沿って延在している。溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有している。この場合、溝が、二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有していない場合に比して、行方向において、複数の受光領域Ｓ１が密に配置されている。本変形例では、上述したように、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響が低減されている。
【０１３３】
Ｚ軸方向から見て、各領域ＡＲ１，ＡＲ２は多角形形状を呈していると共に、受光領域Ｓ１は多角形形状を呈している。受光領域Ｓ１が円形形状である場合、電界が集中するような角は存在しない。受光領域Ｓ１が円形形状である場合、受光領域Ｓ１が多角形形状である場合に比して、受光領域Ｓ１と貫通孔ＴＨとの間に生じるデッドスペースが大きいので、開口率は確保され難い。領域ＡＲ１，ＡＲ２と受光領域Ｓ１とは、多角形形状である。領域ＡＲ１，ＡＲ２の辺と受光領域Ｓ１の辺とが沿うように、領域ＡＲ１，ＡＲ２と受光領域Ｓ１とが配置されている。このため、領域ＡＲ１，ＡＲ２と受光領域Ｓ１とが多角形形状でない場合、又は、領域ＡＲ１，ＡＲ２の辺と受光領域Ｓ１の辺とが沿っていない場合に比して、本変形例では、貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１との間隔が、比較的狭い。したがって、本変形例では、デッドスペースが少なく、かつ、開口率が大きい。
【０１３４】
図８に示された半導体光検出素子１０Ｄでは、貫通孔ＴＨと当該貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２に、溝１３が形成されている。溝１３は、貫通孔ＴＨを囲んでいる。溝１３は、Ｚ軸方向から見て、貫通電極ＴＥと受光領域Ｓ１とを電気的に接続する配線Ｆが配置されている領域には形成されていない。溝１３は、Ｚ軸方向から見て、配線Ｆが配置されている領域で分断された状態で、貫通孔ＴＨを囲っている。
【０１３５】
半導体光検出素子１０Ｄにおいても、第一辺１６ａの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１３６】
第三辺１６ｃの長さも、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１３７】
行方向と列方向とに交差する方向での受光領域Ｓ１の間隔は、行方向又は列方向での受光領域Ｓ１の間隔よりも大きい。行方向と列方向とに交差する方向では、二つの受光領域Ｓ１の間に貫通電極ＴＥが存在している。したがって、行方向と列方向とに交差する方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間では、上述したクロストークは生じ難い。したがって、溝１３が、配線Ｆが配置されている領域で分断されている場合でも、クロストークの発生には影響し難い。
【０１３８】
図９に示された半導体光検出素子１０Ｅでは、貫通孔ＴＨと当該貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２に、溝１３が形成されている。溝１３は、貫通孔ＴＨを囲んでいる。図２と図９とは、縮尺が異なっている。半導体光検出素子１０Ｄの電極パッド１２の大きさは、半導体光検出素子１０Ａの電極パッド１２の大きさと同じである。
【０１３９】
半導体光検出素子１０Ｅでは、貫通孔ＴＨのピッチが半導体光検出素子１０Ａの貫通孔ＴＨのピッチと同じであり、受光領域Ｓ１のピッチが半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１のピッチと同じである。貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１とは、貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１とが一対一の関係で配列されている。半導体光検出素子１０Ｅの受光領域Ｓ１は、半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１と同様に、略八角形形状を呈している。半導体光検出素子１０Ｅの受光領域Ｓ１の面積は、半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１の面積よりも小さい。溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間には、一つの溝１４が形成されている。溝１５は、列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間には、一つの溝１５が形成されている。
【０１４０】
半導体光検出素子１０Ｅでは、溝１３が、半導体光検出素子１０Ａと同様に、貫通孔ＴＨを囲っている。溝１４，１５は、互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２に形成されている。溝１４は、Ｚ軸方向から見て、各受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在している。溝１５は、Ｚ軸方向から見て、各受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿って延在している。溝１４，１５は、Ｚ軸方向から見て、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３同士を連結している。半導体光検出素子１０Ｅにおいて、受光領域Ｓ１の全周が、溝１３，１４，１５によって囲まれている。
【０１４１】
半導体光検出素子１０Ｅでは、貫通孔ＴＨのピッチが半導体光検出素子１０Ａの貫通孔ＴＨのピッチと同じであり、受光領域Ｓ１のピッチが半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１のピッチと同じである。半導体光検出素子１０Ｅでは、溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有され、溝１５は、列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されている。この場合、溝が、二つの受光領域Ｓ１の間に形成された部位を共有していない場合に比して、行方向及び列方向において、複数の受光領域Ｓ１が密に配置されている。本変形例でも、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響が低減されている。
【０１４２】
加工精度上の問題又は電気的な接続確保のため、貫通電極ＴＥの大きさを削減することは難しい。電極パッド１２と溝１３内の充填材１３ａとの間で発生する寄生容量を低減するため、溝１３は電極パッド１２から離間している。開口率を向上させるため、受光領域Ｓ１は多角形形状を呈している。
【０１４３】
これらの条件の下、半導体光検出素子１０Ｅの受光領域Ｓ１は、半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１と異なる形状の多角形形状を呈している。半導体光検出素子１０Ｅの受光領域Ｓ１では、第一辺１６ａの長さが第二辺１６ｂの長さよりも極めて短く、第三辺１６ｃの長さが第二辺１６ｂの長さよりも極めて短い。
【０１４４】
この構成により、半導体光検出素子１０Ｅでは、半導体光検出素子１０Ａよりも解像度が高く、かつ、開口率が確保されている。アバランシェフォトダイオードＡＰＤと充填材１３ａと電極パッド１２との間で生じる寄生容量が低減される。
【０１４５】
半導体光検出素子１０Ｅにおいても、第一辺１６ａの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１４６】
第三辺１６ｃの長さも、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１４７】
図１０に示された半導体光検出素子１０Ｆでは、貫通孔ＴＨと当該貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２に、溝１３が形成されている。溝１３は、貫通孔ＴＨを囲んでいる。図２と図１０とは、縮尺が異なっている。半導体光検出素子１０Ｅの電極パッド１２の大きさは、半導体光検出素子１０Ａの電極パッド１２の大きさと同じである。
【０１４８】
半導体光検出素子１０Ｆでは、貫通孔ＴＨのピッチが半導体光検出素子１０Ａの貫通孔ＴＨのピッチと同じであり、受光領域Ｓ１のピッチが半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１のピッチと同じである。貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１とは、貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１とが一対一の関係で配列されている。半導体光検出素子１０Ｆの受光領域Ｓ１は、半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１と同様に、略八角形形状を呈している。第一辺１６ａの長さが第二辺１６ｂの長さよりも短く、第三辺１６ｃの長さが第二辺１６ｂの長さよりも短い。
【０１４９】
半導体光検出素子１０Ｆでは、溝１３は、貫通孔ＴＨが並ぶ行方向及び列方向において分断されて、貫通孔ＴＨを囲っている。溝１４は、Ｚ軸方向から見て、受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在している。溝１５は、Ｚ軸方向から見て、受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿って延在している。溝１４，１５は、Ｚ軸方向から見て、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３同士を連結している。半導体光検出素子１０Ｆにおいて、受光領域Ｓ１の全周が、溝１３，１４，１５によって囲まれている。
【０１５０】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響を低減するため、溝１３は受光領域Ｓ１の第二辺１６ｂに沿うように形成され、溝１４は受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿うように形成され、溝１５は受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿うように形成されている。加工精度上の問題又は電気的な接続確保のため、貫通電極ＴＥの大きさを小さくすることは難しい。電極パッド１２と溝１３内に配置されている充填材１３ａとの間で生じる寄生容量を低減するため、溝１３は電極パッド１２から離間している。
【０１５１】
溝１４は、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されておらず、溝１５は、列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されていない。これらの条件の下では、八角形形状の受光領域Ｓ１の面積は、半導体光検出素子１０Ａの受光領域Ｓ１の面積よりも小さい。半導体光検出素子１０Ｆでは、行方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域に、二つの溝１４が延在している。一方の溝１４が、一方の受光領域Ｓ１を囲んでおり、他方の溝１４が、他方の受光領域Ｓ１を囲んでいる。列方向で隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域に、二つの溝１５が延在している。一方の溝１５が、一方の受光領域Ｓ１を囲んでおり、他方の溝１５が、他方の受光領域Ｓ１を囲んでいる。
【０１５２】
上記構成により、半導体光検出素子１０Ｆでは、半導体光検出素子１０Ａよりも受光領域Ｓ１の間でのクロストークが低減される。したがって、半導体光検出素子１０Ｆでは、半導体光検出素子１０Ａよりも受光領域Ｓ１の間でのクロストークが低減されると共に、アバランシェフォトダイオードＡＰＤと充填材１３ａと電極パッド１２との間で発生する寄生容量が低減される。
【０１５３】
半導体光検出素子１０Ｆにおいても、第一辺１６ａの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１５４】
第三辺１６ｃの長さも、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１５５】
図１１に示された半導体光検出素子１０Ｇでは、貫通孔ＴＨと当該貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２に、溝１３が形成されている。溝１３は、貫通孔ＴＨを囲んでいる。図１０と図１１とは、縮尺が異なっている。半導体光検出素子１０Ｇの電極パッド１２の大きさは、半導体光検出素子１０Ｆの電極パッド１２の大きさと同じである。
【０１５６】
貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１とは、それぞれ二次元配列されている。貫通孔ＴＨ及び受光領域Ｓ１の各ピッチは、半導体光検出素子１０Ｆに比して、小さい。半導体光検出素子１０Ｇでは、半導体光検出素子１０Ｆよりも解像度が高くなるように、貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１とが一対一の関係で配列されている。受光領域Ｓ１及び貫通孔ＴＨの各ピッチは、たとえば５０μｍである。
【０１５７】
半導体光検出素子１０Ｇでは、溝１３は、貫通孔ＴＨが並ぶ行方向及び列方向において分断されて、貫通孔ＴＨを囲っている。溝１４は、Ｚ軸方向から見て、受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿って延在している。溝１５は、Ｚ軸方向から見て、受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿って延在している。溝１４，１５は、Ｚ軸方向から見て、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３同士を連結している。半導体光検出素子１０Ｇにおいて、受光領域Ｓ１の全周が、溝１３，１４，１５によって囲まれている。
【０１５８】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響を低減するため、溝１３は受光領域Ｓ１の第二辺１６ｂに沿うように形成され、溝１４は受光領域Ｓ１の第一辺１６ａに沿うように形成され、溝１５は受光領域Ｓ１の第三辺１６ｃに沿うように形成されている。加工精度上の問題又は電気的な接続確保のため、貫通電極ＴＥの大きさを小さくすることは難しい。電極パッド１２と溝１３内に配置されている充填材１３ａとの間で生じる寄生容量を低減するため、溝１３は電極パッド１２から離間している。
【０１５９】
これらの条件の下、溝１４，１５は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されていない。半導体光検出素子１０Ｇの受光領域Ｓ１は、半導体光検出素子１０Ｆの受光領域Ｓ１と異なる形状の多角形形状を呈している。具体的には、半導体光検出素子１０Ｇの受光領域Ｓ１では、第一辺１６ａの長さが第二辺１６ｂの長さよりも極めて短く、第三辺１６ｃの長さが第二辺１６ｂの長さよりも極めて短い。
【０１６０】
この構成により、半導体光検出素子１０Ｇでは、半導体光検出素子１０Ｆよりも解像度が高く、かつ、開口率が確保されている。アバランシェフォトダイオードＡＰＤと充填材１３ａと電極パッド１２との間で生じる寄生容量が低減される。
【０１６１】
半導体光検出素子１０Ｇにおいても、第一辺１６ａの長さが、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、行方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１６２】
第三辺１６ｃの長さも、第二辺１６ｂの長さよりも短いので、開口率が確保されていると共に、列方向で隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤ間でのクロストークの発生が抑制されている。
【０１６３】
以上、本発明の好適な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。
【０１６４】
上述した実施形態及び変形例では、一つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤが、一つの貫通電極ＴＥ（一つの電極パッド１２）に電気的に接続されているが、これに限られない。複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤが、一つの貫通電極ＴＥ（一つの電極パッド１２）に電気的に接続されていてもよい。
【０１６５】
上述した実施形態及び変形例では、アバランシェフォトダイオードＡＰＤについて、半導体基板５０Ａと半導体基板５０Ｂとの二つ層構造が示されているが、半導体基板の層構造はこれらに限定されない。半導体基板５０Ａに設けられるアバランシェフォトダイオードＡＰＤでは、たとえば、第二半導体領域１ＮＡと第三半導体領域１ＮＢとが、一つの半導体領域で構成されていてもよい。この場合、アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、第１導電型（たとえばＮ型）の半導体領域と、当該第１導電型の半導体領域とｐｎ接合を形成する第２導電型（たとえばＰ型）の半導体領域と、当該第２導電型の半導体領域内に位置し、かつ、当該第２導電型の半導体領域よりも不純物濃度が高い別の第２導電型の半導体領域と、を有する。本構成では、不純物濃度が高い方の第２導電型の半導体領域が、受光領域である。半導体基板５０Ｂに設けられるアバランシェフォトダイオードＡＰＤでは、たとえば、第一半導体領域２ＰＡと第二半導体領域２ＰＢと第四半導体領域２ＰＣとが、一つの半導体領域で構成されていてもよい。この場合、アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、第１導電型（たとえばＰ型）の半導体領域と、当該第１導電型の半導体領域内に位置し、かつ、当該第１導電型の半導体領域とｐｎ接合を形成する第２導電型（たとえばＮ型）の半導体領域と、を有する。本構成では、第２導電型の半導体領域が、受光領域である。
【０１６６】
半導体基板５０Ａ及び半導体基板５０Ｂでは、Ｐ型及びＮ型の各導電型が上述した導電型とは逆になるように入れ替わっていてもよい。半導体基板５０Ａの受光領域Ｓ１は、主面１Ｎａ側から、Ｎ＋層、Ｎ層、Ｐ層、Ｐ＋層の順で構成されてもよい。半導体基板５０Ｂの受光領域Ｓ１は、主面１Ｎａ側から、Ｐ＋層、Ｎ層、Ｎ−層、Ｎ＋層の順で構成されてもよい。
【０１６７】
上述した実施形態及び変形例では、溝１３，１４，１５が半導体基板５０Ａ，５０Ｂに形成されているが、これらの溝１３，１４，１５は形成されていなくてもよい。
【０１６８】
上述した実施形態及び変形例では、受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て六角形形状又は八角形形状であると説明されているが、他の形状が用いられてもよいことが理解される。たとえば、受光領域Ｓ１は、１０又はそれ以上の辺を有する形状が用いられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明は、微弱光を検出する光検出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７０】
１…光検出装置、１３，１４，１５，２３…溝、５０Ａ，５０Ｂ…半導体基板、１Ｎａ，１Ｎｂ…主面、Ｓ１…受光領域、ＡＰＤ…アバランシェフォトダイオード、ＴＨ…貫通孔、ＴＥ…貫通電極、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…長さ、ＡＲ１，ＡＲ２…領域、Ｌ３…絶縁層。
【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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【国際調査報告】
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