(57)【要約】  光検出装置は、半導体基板と、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二次元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貫通電極と、を備えている。貫通電極は、複数のアバランシェフォトダイオードが二次元配列されている領域内で半導体基板を貫通している貫通孔に配置されている。半導体基板の第一主面側には、貫通孔を囲んでいる溝が、貫通孔と貫通孔と隣り合う受光領域との間の領域に形成されている。溝の縁と、溝によって囲まれている貫通孔の縁との第一距離は、溝の縁と、溝によって囲まれている貫通孔と隣り合う受光領域の縁との第二距離よりも長い。
2018021413.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二次元配列されており、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いる貫通電極と、
を備え、
前記貫通電極は、前記複数のアバランシェフォトダイオードが二次元配列されている領域内で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、
前記半導体基板の前記第一主面側には、前記貫通孔を囲んでいる溝が、前記貫通孔と前記貫通孔と隣り合う前記受光領域との間の領域に形成されており、
前記溝の縁と、前記溝によって囲まれている前記貫通孔の縁との第一距離は、前記溝の縁と、前記溝によって囲まれている前記貫通孔と隣り合う前記受光領域の縁との第二距離よりも長い。
【請求項２】
請求項１に記載の光検出装置であって、
各前記アバランシェフォトダイオードは、
前記半導体基板の前記第一主面側に位置している第一導電型の第一半導体領域と、
前記半導体基板の前記第二主面側に位置している第二導電型の第二半導体領域と、
前記第一半導体領域と前記第二半導体領域との間に位置し、前記第二半導体領域よりも不純物濃度が低い第二導電型の第三半導体領域と、
前記第一半導体領域内に形成されており、前記第一半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型の第四半導体領域と、を有し、
前記第四半導体領域が、前記受光領域であり、
前記溝の底面が、前記第二半導体領域により構成されている。
【請求項３】
請求項１に記載の光検出装置であって、
各前記アバランシェフォトダイオードは、
前記半導体基板の前記第一主面側に位置している第一導電型の第一半導体領域と、
前記半導体基板の前記第二主面側に位置し、前記第一半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型の第二半導体領域と、
前記第一半導体領域の前記第一主面側に形成されている第二導電型の第三半導体領域と、
前記第三半導体領域と接するように前記第一半導体領域に形成されており、前記第一半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型の第四半導体領域と、を有し、
前記第三半導体領域が、前記受光領域であり、
前記溝の底面が、前記第二半導体領域により構成されている。
【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、
前記第一主面上に配置されており、前記貫通電極と電気的に接続されている電極パッドを更に備え、
前記電極パッドは、前記第一主面に直交する方向から見て、前記溝によって囲まれている領域内に位置し、かつ、前記溝から離間している。
【請求項５】
請求項１〜４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と共に、前記受光領域は多角形形状を呈している。
【請求項６】
請求項１〜５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方向から見て、前記貫通孔の開口は円形形状であり、
前記貫通孔の内周面には、絶縁層が配置されている。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
前記複数のアバランシェフォトダイオードは、行列状に配列されており、
前記貫通孔は、前記複数のアバランシェフォトダイオード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によって囲まれる領域毎に形成され、
前記貫通孔には、互いに隣り合う前記四つのアバランシェフォトダイオードのうちの一つのアバランシェフォトダイオードの前記受光領域と電気的に接続されている前記貫通電極が配置され、
前記溝は、互いに隣り合う前記四つのアバランシェフォトダイオードの各前記受光領域と前記貫通孔との間の領域に形成されている。
【請求項８】
請求項７に記載の光検出装置であって、
前記受光領域は、前記第一主面に直交する方向から見て、多角形形状を呈しており、
前記溝は、前記第一主面に直交する前記方向から見て、前記貫通孔と隣り合う前記四つのアバランシェフォトダイオードの各前記受光領域が有している複数の辺のうちの前記貫通孔と隣り合う辺に沿って延在している。
【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貫通孔に配置されている。
【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への表面リーク電流の流れ込みが低減されており、半導体基板における貫通孔の周囲に構造欠陥が生じ難い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、複数のアバランシェフォトダイオードが二次元配列されている第一領域内に配置される。貫通電極が第一領域外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】
貫通電極が配置される貫通孔は、光検出に関してデッドスペースになる。このため、貫通電極が第一領域内に配置されている場合、貫通電極が第一領域外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、すなわち、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、アバランシェフォトダイオードと貫通孔（貫通電極）との間隔を小さくすることにより、開口率が確保される。しかしながら、アバランシェフォトダイオードと貫通孔との間隔が小さい場合、アバランシェフォトダイオードと貫通孔との間隔が大きい場合に比して、貫通孔からアバランシェフォトダイオードに表面リーク電流が流れ込みやすい。この結果、光検出装置での検出精度に悪影響を与えるおそれがある。【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への表面リーク電流の流れ込みが低減されている構成について鋭意研究を行った。【００１０】
本発明者らは、半導体基板の第一主面側に、貫通孔を囲んでいる溝が、貫通孔と当該貫通孔と隣り合うアバランシェフォトダイオードの受光領域との間の領域に形成されている構成を見出した。この構成では、貫通孔を囲んでいる溝が、貫通孔と当該貫通孔と隣り合うアバランシェフォトダイオードの受光領域との間の領域に形成されているので、受光領域と貫通電極（貫通孔）との間隔が小さい場合でも、貫通孔から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。【００１１】
本発明者らは、貫通孔を囲んでいる溝が半導体基板に形成されることによって、新たな問題点が生じることも見出した。貫通孔を囲んでいる溝は、貫通孔と受光領域との間の狭い領域に形成される。このため、半導体基板における、溝と当該溝によって囲まれている貫通孔との間の領域に、構造欠陥が生じるおそれがある。構造欠陥は、たとえば、半導体基板の割れ又は欠けなどである。溝の縁から当該溝によって囲まれている貫通孔の縁までの第一距離が、溝の縁から当該溝によって囲まれている貫通孔と隣り合う受光領域の縁までの第二距離以下である場合、第一距離が第二距離よりも長い場合に比して、構造欠陥が生じやすい。【００１２】
本発明者らは、第一距離が第二距離よりも長い構成を見出した。この構成によれば、受光領域の縁と当該受光領域と隣り合う貫通孔の縁との間隔が小さく、かつ、半導体基板における、受光領域と当該受光領域と隣り合う貫通孔との間に当該貫通孔を囲んでいる溝が形成される場合でも、半導体基板における、溝と当該溝によって囲まれている貫通孔との間の領域に、構造欠陥が生じ難い。【００１３】
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、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、半導体基板に二次元配列されている。貫通電極は、対応する受光領域と電気的に接続されている。貫通電極は、複数のアバランシェフォトダイオードが二次元配列されている領域内で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る。半導体基板の第一主面側には、貫通孔を囲んでいる溝が、貫通孔と貫通孔と隣り合う受光領域との間の領域に形成されている。溝の縁と、溝によって囲まれている貫通孔の縁との第一距離は、溝の縁と、溝によって囲まれている貫通孔と隣り合う受光領域の縁との第二距離よりも長い。【００１４】
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、貫通孔を囲んでいる溝が、貫通孔と貫通孔と隣り合う受光領域との間の領域に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への表面リーク電流の流れ込みが低減される。第一距離が第二距離よりも長いので、半導体基板における貫通孔の周囲に構造欠陥が生じ難い。【００１５】
本一態様に係る光検出装置では、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位置している第一導電型の第一半導体領域と、半導体基板の第二主面側に位置している第二導電型の第二半導体領域と、第一半導体領域と第二半導体領域との間に位置し、第二半導体領域よりも不純物濃度が低い第二導電型の第三半導体領域と、第一半導体領域内に形成されており、第一半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型の第四半導体領域と、を有していてもよい。この場合、第四半導体領域が、受光領域であってもよく、溝の底面が、第二半導体領域により構成されていてもよい。本形態では、溝の底面が、第三半導体領域より深い位置にある。このため、半導体基板における溝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に移動するのが抑制される。溝の底面が半導体基板内に形成されている、すなわち、溝が半導体基板の第二主面に達していないので、半導体基板が溝の位置で分離するおそれはない。したがって、光検出装置の製造過程での半導体基板の取り扱いが容易である。【００１６】
本一態様に係る光検出装置では、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位置している第一導電型の第一半導体領域と、半導体基板の第二主面側に位置し、第一半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型の第二半導体領域と、第一半導体領域の第一主面側に形成されている第二導電型の第三半導体領域と、第三半導体領域と接するように第一半導体領域に形成されており、第一半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型の第四半導体領域と、を有していてもよい。この場合、第三半導体領域が、受光領域であってもよく、溝の底面が、第二半導体領域により構成されていてもよい。本形態では、溝の底面が第三半導体領域より深いので、半導体基板における溝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に移動するのが抑制される。溝の底面が半導体基板内に形成されている、すなわち、溝が半導体基板の第二主面に達していないので、半導体基板が溝の位置で分離するおそれはない。したがって、光検出装置の製造過程での半導体基板の取り扱いが容易である。【００１７】
本一態様に係る光検出装置は、第一主面上に配置されており、貫通電極と電気的に接続されている電極パッドを備えていてもよい。この場合、電極パッドは、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内に位置し、かつ、溝から離間していてもよい。本形態では、金属が溝に充填される構成が採用される場合、電極パッドと溝内の金属との間に生じる寄生容量が低減される。【００１８】
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は多角形形状を呈していてもよく、受光領域は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。【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、貫通孔の開口は円形形状であってもよく、貫通孔の内周面には、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。【００２０】
本一態様に係る光検出装置では、複数のアバランシェフォトダイオードは、行列状に配列されていてもよい。この場合、貫通孔は、複数のアバランシェフォトダイオード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によって囲まれる領域毎に形成されていてもよい。貫通孔には、互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードのうちの一つのアバランシェフォトダイオードの受光領域と電気的に接続されている貫通電極が配置されていてもよい。溝は、互いに隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードの各受光領域と貫通孔との間の領域に形成されていてもよい。本形態では、貫通電極と当該貫通電極に電気的に接続される受光領域との間の配線距離が比較的短いので、配線抵抗及び寄生容量の影響を受け難い。したがって、光検出装置での検出精度の劣化が抑制される。【００２１】
受光領域は、第一主面に直交する方向から見て、多角形形状を呈していてもよい。この場合、溝は、第一主面に直交する方向から見て、貫通孔と隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードの各受光領域が有している複数の辺のうちの貫通孔と隣り合う辺に沿って延在していてもよい。本形態では、溝が、受光領域の辺に沿って延在しているので、隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードによって囲まれる領域毎に貫通孔が形成されている場合でも、貫通孔と受光領域との間隔が狭く設定された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。
【発明の効果】
【００２２】
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への表面リーク電流の流れ込みが低減されており、半導体基板における貫通孔の周囲に構造欠陥が生じ難い光検出装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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、半導体光検出素子の概略拡大図である。
【図４】図４は、図２に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を説明するための図である。
【図５】図５は、搭載基板の概略平面図である。
【図６】図６は、光検出装置の回路図である。
【図７】図７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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２５】
まず、図１〜図４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、半導体光検出素子の概略拡大図である。図４は、図２に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を説明するための図である。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
次に、図２及び図３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３は、溝が形成されている領域を示している。
【００３５】
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軸方向から見て略正八角形形状を有している。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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３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４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。
【００３９】
配線Ｆは、図４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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、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、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。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。半導体基板５０Ａには、複数の貫通孔ＴＨが形成されている。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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によって囲まれる領域毎に形成されている。貫通孔ＴＨには、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貫通電極ＴＥが配置される。すなわち、貫通電極ＴＥは、貫通電極ＴＥが配置された貫通孔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。
【００４６】
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。
【００４７】
受光領域Ｓ１の八辺のうちの四辺は、隣に位置する受光領域Ｓ１の一辺と対向しており、残りの四辺は隣に位置する貫通孔ＴＨに対向している。一つの貫通孔ＴＨは、Ｚ軸方向から見て、四つの受光領域Ｓ１の一辺によって囲まれている。接続部Ｃは、受光領域Ｓ１の八辺のうち、貫通孔ＴＨに対向する四辺に設けられている。
【００４８】
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。
【００４９】
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に囲まれている貫通孔ＴＨとの間の中間領域Ｓ２には、溝１３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の複数の辺のうちの貫通孔ＴＨと隣り合う辺に沿って延在している。半導体光検出素子１０Ａでは、溝１３は、Ｚ軸方向から見て、貫通孔ＴＨの全周を囲んでいる。溝１３によって囲まれている領域ＡＲ１は、Ｚ軸方向から見て、略正方形である。一つの領域ＡＲ１に、一つの貫通孔ＴＨが形成されている。
【００５０】
互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２には、溝１４が形成されている。溝１４は、Ｚ軸方向から見て、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の互いに対向している二辺に沿って延在している。溝１４は、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１０Ａでは、受光領域Ｓ１の全周が、溝１３，１４によって囲まれている。一つの領域ＡＲ２には、一つの受光領域Ｓ１が配置されている。領域ＡＲ２は、受光領域Ｓ１の形状と同じ略正八角形形状である。領域ＡＲ１，ＡＲ２は、Ｚ軸方向から見て、多角形形状を呈している。
【００５１】
溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域で、一直線状に延在している。隣り合う二つの受光領域Ｓ１を囲んでいる溝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。隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域に位置している溝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。
【００５２】
図３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までの距離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。
【００５３】
次に、図４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４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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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４では、溝１４と、溝１４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。
【００５８】
溝１３，１４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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
次に、図５を参照して、本実施形態に係る搭載基板について説明する。図５は、搭載基板の概略平面図である。搭載基板２０は、図５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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
次に、図６を参照して、光検出装置１の回路構成を説明する。図６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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
以上のように、光検出装置１では、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａ側に、貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３が、貫通孔ＴＨと貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２に形成されている。このため、貫通電極ＴＥと受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２において、半導体基板５０Ａの主面１Ｎａが分断される。この結果、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの開口率を確保するために受光領域Ｓ１と貫通電極ＴＥとが近接している場合でも、貫通電極ＴＥから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。
【００７３】
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。
【００７４】
溝１３の底面１３ｄは、第二半導体領域１ＮＡにより構成されている。溝１３の底面１３ｄは、第三半導体領域１ＮＢよりも深い位置にある。このため、半導体基板５０Ａにおける溝１３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５０Ａ内に溝１３の底面１３ｄが形成されている、すなわち、溝１３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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、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。
【００７７】
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。
【００７８】
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との配線距離が比較的短いので、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。
【００７９】
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。溝１３は、Ｚ軸方向から見て、貫通孔ＴＨと隣り合う四つのアバランシェフォトダイオードＡＰＤの各々の受光領域Ｓ１の複数の辺のうちの貫通孔ＴＨと隣り合う辺に沿って延在している。溝１３が、受光領域Ｓ１の辺に沿って延在しているので、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によって囲まれる領域毎に貫通孔ＴＨが形成されている場合でも、貫通孔ＴＨと受光領域Ｓ１との間隔が狭く設定することが可能である。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。
【００８０】
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、光検出装置１では、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場合に比して開口率が向上する。
【００８１】
溝１３，１４内に配置されている充填材１３ａが金属からなる場合、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。光検出装置１では、溝１３，１４が、Ｚ軸方向から見て、溝１３，１４の縁が受光領域Ｓ１の縁Ｄ１に沿うように形成されている。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、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る。
【００８２】
隣り合う二つの受光領域Ｓ１を囲んでいる溝１４は、当該溝１４の縁が受光領域Ｓ１の縁Ｄ１に沿うように形成されている。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。このため、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る。また、主面１Ｎａの領域が有効に活用されるので、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤの受光領域Ｓ１が密に配置される。この結果、アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量の影響低減と開口率の向上とが両立されている。
【００８３】
次に、図７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７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は、図２に示されたＩＶ−ＩＶ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７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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。溝２３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、貫通孔ＴＨと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の複数の辺のうちの貫通孔ＴＨと隣り合う辺に沿って延在している。半導体光検出素子１０Ｂでは、溝２３は貫通孔ＴＨの全周を囲んでいる。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。本変形例でも、一つの領域ＡＲ１に、一つの貫通孔ＴＨが形成されている。
【００８６】
互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の中間領域Ｓ２には、溝１４が形成されている。図７では、溝１４は示されていない。溝１４は、Ｚ方向から見て、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の互いに対向している二辺に沿って延在している。溝１４は、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝２３を連結している。半導体光検出素子１０Ｂでも、受光領域Ｓ１の全周が、溝２３，１４によって囲まれている。溝２３，１４によって囲まれた領域ＡＲ２は、受光領域Ｓ１の形状と同じ略正八角形形状である。本変形例でも、領域ＡＲ１，ＡＲ２は、Ｚ軸方向から見て、多角形形状を呈している。一つの領域ＡＲ２には、一つの受光領域Ｓ１が配置されている。
【００８７】
本変形例でも、溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域で、一直線状に延在している。隣り合う二つの受光領域Ｓ１を囲んでいる溝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。
【００８８】
図７に示されるように、溝２３の縁２３ｅから溝２３によって囲まれた貫通孔ＴＨの縁Ｄ２までの距離βは、溝２３の縁２３ｆから当該貫通孔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。本変形例では、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２３の縁２３ｆから当該貫通孔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２３の縁２３ｅから溝２３によって囲まれた貫通孔ＴＨの縁Ｄ２までの最短距離である。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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７では、上述したように、溝１４と、溝１４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。
【００９３】
溝２３，１４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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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７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。
【００９８】
配線Ｆは、図７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。
【００９９】
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。
【０１００】
以上のように、本変形例においても、半導体基板５０Ｂの主面１Ｎａ側に、貫通孔ＴＨを囲んでいる溝２３が、貫通孔ＴＨと貫通孔ＴＨと隣り合う受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２に形成されている。このため、貫通電極ＴＥと受光領域Ｓ１との間の中間領域Ｓ２において、半導体基板５０Ｂの主面１Ｎａが分断される。この結果、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの開口率を確保するために受光領域Ｓ１と貫通電極ＴＥとが近接している場合でも、貫通電極ＴＥから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。
【０１０１】
距離βは、距離αよりも長い。このため、半導体基板５０Ｂにおける貫通孔ＴＨの周囲に構造欠陥が生じ難い。
【０１０２】
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。
【０１０３】
次に、図８〜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８〜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。
【０１０４】
半導体光検出素子１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ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。
【０１０５】
図８に示された半導体光検出素子１０Ｃ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。
【０１０６】
図９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。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。
【０１０７】
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１０Ａに比して、小さい。半導体光検出素子１０Ｄでは、半導体光検出素子１０Ａ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７０μｍである。
【０１０８】
半導体光検出素子１０Ｄでは、半導体光検出素子１０Ａと同様に、溝１３は貫通孔ＴＨを囲っている。溝１４も、半導体光検出素子１０Ａと同様に、Ｚ軸方向から見て、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の互いに対向している二辺に沿って延在している。溝１４は、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１０Ｄでも、受光領域Ｓ１の全周が、溝１３，１４によって囲まれている。
【０１０９】
半導体光検出素子１０Ｄでは、半導体光検出素子１０Ａに比べて、貫通電極ＴＥ及び受光領域Ｓ１の各ピッチが小さい。半導体光検出素子１０Ｄでも、半導体光検出素子１０Ａと同様に、隣り合う二つの受光領域Ｓ１を囲んでいる溝１４は、溝１４の縁が受光領域Ｓ１の縁Ｄ１に沿うように形成されている。溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有される。このため、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る。また、主面１Ｎａの領域が有効に活用されるので、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤの受光領域Ｓ１が密に配置される。
【０１１０】
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１３，１４内の充填材１３ａとの間で生じる寄生容量を低減するため、溝１３，１４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。
【０１１１】
これらの条件の下、半導体光検出素子１０Ｄ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。具体的には、半導体光検出素子１０Ｄの受光領域Ｓ１は、隣り合う受光領域Ｓ１と対向する辺の長さが、隣り合う貫通孔ＴＨに対向する辺の長さよりも短い多角形形状を呈している。
【０１１２】
この構成により、半導体光検出素子１０Ｄ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。
【０１１３】
図１０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。
【０１１４】
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。半導体光検出素子１０Ｅでは、互いに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。すなわち、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ない。
【０１１５】
半導体光検出素子１０Ｅの溝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た状態で、貫通孔ＴＨを囲っている。半導体光検出素子１０Ｅの溝１４は、半導体光検出素子１０Ａの溝１４と同様に、Ｚ軸方向から見て、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の互いに対向する辺に沿って延在している。溝１４は、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３を連結している。半導体光検出素子１０Ｅでは、受光領域Ｓ１の全周が、溝１３，１４によって囲まれている。
【０１１６】
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１３，１４は、溝１３，１４の縁が受光領域Ｓ１の縁Ｄ１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１３，１４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１３，１４は電極パッド１２から離間している。
【０１１７】
半導体光検出素子１０Ｅでは、互いに隣り合う二つの受光領域Ｓ１の間の領域に、二つの溝１４が延在しているので、半導体光検出素子１０Ａよりも受光領域Ｓ１間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１０Ｅでは、半導体光検出素子１０Ａよりも受光領域Ｓ１間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。
【０１１８】
図１１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１０と図１１とは、縮尺が異なっている。半導体光検出素子１０Ｆの電極パッド１２の大きさは、半導体光検出素子１０Ｅの電極パッド１２の大きさと同じである。
【０１１９】
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１０Ｅに比して、小さい。半導体光検出素子１０Ｆでは、半導体光検出素子１０Ｅ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。
【０１２０】
半導体光検出素子１０Ｆの溝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た状態で、貫通孔ＴＨを囲っている。半導体光検出素子１０Ｆの溝１４は、半導体光検出素子１０Ｅの溝１４と同様に、Ｚ軸方向から見て、隣り合う二つの受光領域Ｓ１の互いに対向する辺に沿って延在している。溝１４は、異なる貫通孔ＴＨを囲んでいる溝１３を連結している。半導体光検出素子１０Ｆでは、受光領域Ｓ１の全周が、溝１３，１４によって囲まれている。
【０１２１】
アバランシェフォトダイオードＡＰＤへの寄生容量等の影響を低減するため、溝１３，１４は、溝１３，１４の縁が受光領域Ｓ１の縁Ｄ１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１３，１４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１３，１４は電極パッド１２から離間している。
【０１２２】
これらの条件の下、溝１４は、隣り合う二つの受光領域Ｓ１に対して共有されておらず、半導体光検出素子１０Ｆの受光領域Ｓ１は、半導体光検出素子１０Ｅ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１０Ｆの受光領域Ｓ１は、隣り合う受光領域Ｓ１と対向する辺の長さが、隣り合う貫通孔ＴＨに対向する辺の長さよりも短い多角形形状を呈している。
【０１２３】
この構成により、半導体光検出素子１０Ｆでは、半導体光検出素子１０Ｅ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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
上述した実施形態及び変形例では、距離αは５．５μｍであり、距離βは７．５μｍである。距離αと距離βとは、距離βが距離αよりも長ければ、上記の値以外であってもよい。
【０１２９】
上述した実施形態及び変形例では、受光領域Ｓ１は、Ｚ軸方向から見て多角形形状（たとえば、略正八角形形状）であると説明されているが、他の形状が用いられていてもよい。たとえば、受光領域Ｓ１は、円形形状又は他の任意の適切な形状を有していてもよい。上述した実施形態及び変形例では、貫通孔ＴＨは、Ｚ軸方向から見て円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いてもよい。たとえば、貫通孔ＴＨは、多角形形状又は他の任意の適切な形状を有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
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】
【０１３１】
１…光検出装置、１２…電極パッド、１３，２３…溝、１３ｄ，２３ｄ…底面、５０Ａ，５０Ｂ…半導体基板、１Ｎａ，１Ｎｂ…主面、Ｓ１…受光領域、Ｓ２…中間領域、ＡＰＤ…アバランシェフォトダイオード、ＴＨ…貫通孔、ＴＥ…貫通電極、α，β…距離、１ＰＡ…第一半導体領域、１ＰＢ…第四半導体領域、１ＮＡ…第二半導体領域、１ＮＢ…第三半導体領域、２ＰＡ…第一半導体領域、２ＰＢ…第二半導体領域、２ＰＣ…第四半導体領域、２ＮＡ…第三半導体領域、ＡＲ１，ＡＲ２…領域、Ｄ１，Ｄ２，１３ｅ，１３ｆ…縁。
【図１】
2018021413.tif 000003
【図２】
2018021413.tif 000004
【図３】
2018021413.tif 000005
【図４】
2018021413.tif 000006
【図５】
2018021413.tif 000007
【図６】
2018021413.tif 000008
【図７】
2018021413.tif 000009
【図８】
2018021413.tif 000010
【図９】
2018021413.tif 000011
【図１０】
2018021413.tif 000012
【図１１】
2018021413.tif 000013
【国際調査報告】
2018021413.tif 000014
2018021413.tif 000015
2018021413.tif 000016
2018021413.tif 000017
2018021413.tif 000018
2018021413.tif 000019