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公開番号2019197833
公報種別公開特許公報(A)
公開日20191114
出願番号2018091623
出願日20180510
発明の名称裏面入射型半導体光検出装置
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 31/107 20060101AFI20191018BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】微弱光の検出精度を確保できる裏面入射型半導体光検出装置を提供する。
【解決手段】裏面入射型半導体光検出装置1は、二次元配列されている複数の画素Uを有する光検出基板10と、対応する画素Uからの出力信号を処理する複数の信号処理部を有する回路基板とを備える。光検出基板10は、画素U毎に、半導体基板50の第一主面1Nb側に設けられた受光領域Sをそれぞれ有していると共に、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APDを有する。半導体基板50では、溝13が、第一主面1Nbに直交する方向から見て、画素U毎に、受光領域Sを含む少なくとも1つの領域αを囲む。複数の信号処理部の数は、各画素Uでの受光領域Sの数よりも多く、各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は、当該画素Uでの受光領域Sの数以下である。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
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を有すると共に、前記半導体基板に二次元配列されている複数の画素を有する光検出基板と、
前記光検出基板に接続されていると共に、対応する前記画素からの出力信号を処理する複数の信号処理部を有する回路基板と、を備え、
前記光検出基板は、前記画素毎に、
前記半導体基板の前記第一主面側に設けられた受光領域をそれぞれ有していると共に、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、
前記半導体基板の前記第一主面側に配置されていると共に、対応する前記アバランシェフォトダイオードに電気的に直列接続されている複数のクエンチング抵抗と、
前記半導体基板の前記第一主面側に配置されていると共に、前記複数のクエンチング抵抗に電気的に接続されているパッド電極と、
を有し、
前記複数のアバランシェフォトダイオードの前記受光領域は、前記画素毎で、二次元配列されており、
前記半導体基板には、前記第一主面に開口する溝が形成されており、
前記溝は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記画素毎に、前記受光領域を含む少なくとも1つの領域を囲み、
各前記信号処理部は、対応する前記パッド電極を通して前記複数のアバランシェフォトダイオードが電気的に接続されていると共に前記複数のアバランシェフォトダイオードからの出力信号に対応する信号を出力するフロントエンド回路であり、
前記回路基板が有している前記複数の信号処理部の数は、各前記画素での前記受光領域の数よりも多く、
各前記画素での前記溝で囲まれた領域の数は、当該画素での前記受光領域の数以下であり、
前記第二主面が前記半導体基板への光入射面である、裏面入射型半導体光検出装置。
続きを表示(約 810 文字)【請求項2】
前記溝は、前記半導体基板を貫通して前記第二主面に開口している、請求項1に記載の裏面入射型半導体光検出装置。
【請求項3】
前記パッド電極は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記画素が有する前記複数のアバランシェフォトダイオードの全てと重なるように前記第一主面側に配置されている、請求項1又は2に記載の裏面入射型半導体光検出装置。
【請求項4】
前記溝は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記画素毎に、当該画素が形成されている領域を囲んでいる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の裏面入射型半導体光検出装置。
【請求項5】
前記溝は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記画素毎に、各前記受光領域を囲んでいる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の裏面入射型半導体光検出装置。
【請求項6】
各前記信号処理部は、対応する前記パッド電極を通して前記複数のアバランシェフォトダイオードが電気的に接続されていると共に前記複数のアバランシェフォトダイオードからの出力信号に対応する信号を出力するカレントミラー回路を有している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の裏面入射型半導体光検出装置。
【請求項7】
各前記信号処理部は、対応する前記パッド電極と前記カレントミラー回路との間に挿入されていると共に、対応する前記パッド電極を通して前記複数のアバランシェフォトダイオードからの出力信号が入力されるゲート接地回路を更に有し、
前記カレントミラー回路には、前記ゲート接地回路からの出力信号が入力される、請求項6に記載の裏面入射型半導体光検出装置。
【請求項8】
各前記信号処理部は、前記カレントミラー回路からの出力信号が入力されるコンパレータを更に有する、請求項6又は7に記載の裏面入射型半導体光検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、裏面入射型半導体光検出装置に関する。
続きを表示(約 11,000 文字)【背景技術】
【0002】
二次元配列されている複数の画素と、対応する画素からの出力信号を処理する複数の信号処理部と、を有する半導体光検出装置が知られている(たとえば、特許文献1及び2参照)。各画素は、フォトダイオードを含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2005−265607号公報
特開2006−332796号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
微弱光を検出するため、特許文献1及び2に記載された半導体光検出装置のように二次元配列された画素の各々を、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードによって構成することが考えられる。ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードでは、ブレークダウン電圧以上の逆方向電圧が印加されているため、画素の大きさが同じ一般的なフォトダイオードよりも格段に高い光感度を有する。
【0005】
しかしながら、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、複数のアバランシェフォトダイオードが近接して配置された場合に、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。この場合、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が半導体光検出装置から出力されるおそれがある。このような、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の受光によるクロストークを抑制するために、互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードの間を広げるほど開口率が低下する。
【0006】
本発明の一態様は、微弱光の検出精度を確保できる裏面入射型半導体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】
【0007】
本発明の一態様は、裏面入射型半導体光検出装置であって、光検出基板と、光検出基板に接続されている回路基板と、を備えている。光検出基板は、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を有すると共に、半導体基板に二次元配列されている複数の画素を有している。回路基板は、対応する画素からの出力信号を処理する複数の信号処理部を有している。光検出基板は、画素毎に、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、複数のクエンチング抵抗と、複数のクエンチング抵抗に電気的に接続されているパッド電極と、を有している。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設けられた受光領域をそれぞれ有している。複数のクエンチング抵抗は、半導体基板の第一主面側に配置されていると共に、対応するアバランシェフォトダイオードに電気的に直列接続されている。パッド電極は、上記半導体基板の第一主面側に配置されている。複数のアバランシェフォトダイオードの受光領域は、画素毎で、二次元配列されている。半導体基板には、溝が第一主面に開口している。溝は、第一主面に直交する方向から見て、画素毎に、受光領域を含む少なくとも1つの領域を囲む。各信号処理部は、対応するパッド電極を通して複数のアバランシェフォトダイオードが電気的に接続されているフロントエンド回路である。フロントエンド回路は、複数のアバランシェフォトダイオードからの出力信号に対応する信号を出力する。回路基板が有している複数の信号処理部の数は、各画素での受光領域の数よりも多い。各画素での溝で囲まれた領域の数は、当該画素での受光領域の数以下である。第二主面は、半導体基板への光入射面である。
【0008】
本一態様に係る裏面入射型半導体光検出装置では、上記半導体基板の第一主面側に溝が形成されている。溝は、第一主面に直交する方向から見て、画素毎に、受光領域を含む少なくとも1つの領域を囲む。各画素での溝で囲まれた領域の数は、当該画素での受光領域の数以下である。この場合、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の受光によるクロストークの発生が溝によって抑制されつつ、開口率も確保され得る。このため、上述した裏面入射型半導体光検出装置は、微弱光の検出精度を確保することができる。
【0009】
本一態様に係る裏面入射型半導体光検出装置では、溝は、上記半導体基板を貫通して第二主面に開口していてもよい。この場合、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の受光によるクロストークの発生が更に抑制され得る。
【0010】
本一態様に係る裏面入射型半導体光検出装置では、パッド電極が、第一主面に直交する方向から見て、画素が有する得複数のアバランシェフォトダイオードの全てと重なるように第一主面側に配置されてもよい。この場合、光検出基板に入射した光の第一主面からの出射が抑制され得る。この結果、波長が長い光に対する感度が向上し得る。
【0011】
本一態様に係る裏面入射型半導体光検出装置では、溝は、画素毎に、当該画素が形成されている領域を囲んでいてもよい。この場合、異なる画素間で、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の受光によるクロストークの発生が溝によって抑制され得る。
【0012】
本一態様に係る裏面入射型半導体光検出装置では、溝は、画素毎に、各受光領域を囲んでいてもよい。この場合、各画素に含まれているアバランシェフォトダイオード間の上記クロストークの発生が溝によって抑制され得る。各受光領域において、空乏層の広がりが第一主面と平行な方向において均一となり、各画素内の光検出特性が均一になり得る。
【発明の効果】
【0013】
本発明の一態様は、微弱光の検出精度が確保された裏面入射型光検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
一実施形態に係る裏面入射型半導体光検出装置を示す概略斜視図である。
裏面入射型半導体光検出装置の分解斜視図である。
光検出基板の概略平面図である。
光検出基板の概略拡大図である。
光検出基板の概略拡大図である。
本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置における光検出基板の概略拡大図である。
本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置における光検出基板の概略拡大図である。
裏面入射型半導体光検出装置の断面構成を示す図である。
本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置の断面構成を示す図である。
本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置の断面構成を示す図である。
裏面入射型半導体光検出装置の回路図である。
本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置の回路図である。
回路基板の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る裏面入射型半導体光検出装置の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る裏面入射型半導体光検出装置を示す概略斜視図である。図2は、図1に示された裏面入射型半導体光検出装置の分解斜視図である。
【0017】
裏面入射型半導体光検出装置1は、図1及び図2に示されるように、光検出基板10、回路基板20、及びガラス基板30を備えている。回路基板20は、光検出基板10と対向している。ガラス基板30は、光検出基板10と対向している。光検出基板10は、回路基板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、光検出基板10、回路基板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。
【0018】
光検出基板10は、平面視で矩形形状を呈している半導体基板50を有している。半導体基板50は、Siからなり、P型の半導体基板である。半導体基板50は、互いに対向する主面1Naと主面1Nbとを有している。P型は、第一導電型の一例である。第二導電型の一例は、N型である。主面1Naが、半導体基板50への光入射面である。
【0019】
図2に示されるように、光検出基板10は、複数の画素Uを有している。複数の画素Uは、半導体基板50に行列状に二次元配列されている。裏面入射型半導体光検出装置1は、複数の画素Uで検出された光に対応する信号を出力する。本実施形態では、画素Uの数は、「1024(32×32)」である。画素U間のピッチWUは、行方向及び列方向において、10〜500μmであり、一例としては100μmである。行方向がX軸方向であり、列方向がY軸方向である。
【0020】
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50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と光検出基板10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、光検出基板10上に直接形成されていてもよい。
【0021】
回路基板20は、互いに対向する主面20aと主面20bとを有している。回路基板20は、平面視で矩形形状を呈している。光検出基板10は、回路基板20に接続されている。主面20aと主面1Nbとが対向している。
【0022】
回路基板20は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)を構成している。回路基板20は、図2に示されるように、複数の信号処理部SPを有している。複数の信号処理部SPは、回路基板20の主面20a側に二次元配列されている。各信号処理部SPは、バンプ電極BEを通して、光検出基板10に電気的に接続されている。
【0023】
半導体基板50の側面1Ncとガラス基板30の側面30cと回路基板20の側面20cとは、面一とされている。すなわち、平面視で、半導体基板50の外縁と、ガラス基板30の外縁と、回路基板20の外縁とは、一致している。半導体基板50の外縁と、ガラス基板30の外縁と、回路基板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、回路基板20の面積が半導体基板50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、回路基板20の側面20cは、半導体基板50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。
【0024】
次に、図3〜図5を参照して、光検出基板10の構成を説明する。図3は、主面1Nbに直交する方向(Z軸方向)から光検出基板10の主面1Nbを見た図である。図4は、各画素Uに対応してパッド電極PE1及びバンプ電極BEが設けられている領域を示している。図5は、後述する電極E2よりも上の層(回路基板20側の層)を排除した状態の1つの画素Uを示している。光検出基板10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APDと、複数のクエンチング抵抗21と、パッド電極PE1,PE2とを有している。光検出基板10には、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APD、複数のクエンチング抵抗21、及び少なくとも1つのパッド電極PE1が、画素U毎に設けられている。本実施形態では、画素U毎に1つのパッド電極PE1が設けられている。
【0025】
複数のアバランシェフォトダイオードAPDは、半導体基板50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APDは、主面1Na側から入射した光を受光する受光領域Sを有している。受光領域Sは、半導体基板50の主面1Nb側に設けられている。図4及び図5に示されるように、光検出基板10では、各画素Uが複数の受光領域Sを含んでいる。複数の受光領域Sは、各画素Uで、二次元配列されている。1つの画素U内での受光領域SのピッチWSは、行方向及び列方向において、5〜50μmであり、一例としては25μmである。受光領域S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Sは、光検出領域である。
【0026】
図5に示されるように、各受光領域Sは、Z軸方向から見て矩形形状を呈している。半導体基板50には、溝13が、Z軸方向から見て、画素U毎に、受光領域Sを含む少なくとも1つの領域αを囲む。各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は、各画素Uでの受光領域Sの数以下である。本実施形態では、溝13は、Z軸方向から見て、画素U毎に、各受光領域Sの全周を囲むように主面1Nb側に形成されている。換言すれば、溝13は、Z軸方向から見て、各受光領域Sの間を通るように格子状に設けられている。図5に示されている例では、各画素Uでの受光領域Sの数は16個であり、各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は16個である。すなわち、本実施形態では、各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は、各画素Uでの受光領域Sの数と同じである。溝13は、主面1Nbに開口している。溝13によって囲まれた領域αは、受光領域Sと同様に、Z軸方向から見て矩形形状を呈している。
【0027】
溝13は、Z軸方向から見て、画素U毎に、複数の受光領域Sを囲むように主面1Nb側に形成されてもよい。たとえば、溝13は、図6に示されているように、1つの画素Uを構成する全ての受光領域Sを纏めて囲ってもよい。換言すれば、溝13は、1つの画素Uを構成する複数の受光領域Sの間に形成されずに、1つの画素Uが形成されている領域の全周を囲むように形成されてもよい。図6に示されている例では、各画素Uでの受光領域Sの数は16個であり、溝13は16個の受光領域Sを纏めて囲っている。このため、各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は1個である。この場合、各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は、各画素Uでの受光領域Sの数より少ない。図6は、本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置における光検出基板の概略拡大図であり、1つの画素Uを示している。
【0028】
溝13は、各画素Uで任意の数の受光領域Sを纏めて囲ってもよい。たとえば、溝13は、図6に示されている構成から更に、Z軸方向から見て各画素Uを四分割するように設けられてもよい。この場合、溝13は、各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は4個であり、各領域αにおいて4個の受光領域Sが纏めて囲われる。この場合も、各画素Uでの溝13で囲まれた領域αの数は、各画素Uでの受光領域Sの数より少ない。
【0029】
光検出基板10は、画素U毎に、複数の電極E1と、電極E2とを有している。各電極E1は、対応する受光領域Sに接続されている。電極E1は、半導体基板50の主面1Nb側に配置されており、受光領域Sの外側に延在している。電極E1は、クエンチング抵抗21に接続されている。電極E1は、互いに対応する受光領域Sとクエンチング抵抗21とを接続している。電極E1は、受光領域Sに接続される端部と、クエンチング抵抗21に接続される端部とを有している。
【0030】
各クエンチング抵抗21は、半導体基板50の主面1Nb側に配置されている。クエンチング抵抗21は、受光領域Sの外縁に沿って延在している。各クエンチング抵抗21は、電極E1を通して、対応するアバランシェフォトダイオードAPDの受光領域Sと電気的に直列接続されている。クエンチング抵抗21は、パッシブクエンチング回路を構成している。クエンチング抵抗21は、電極E1と電極E2に接続されている。クエンチング抵抗21は、電極E1に接続される端部と、電極E2に接続される端部とを有している。
【0031】
電極E2は、Z軸方向から見て1つの画素Uに含まれる複数の受光領域Sの間を通るように、格子状に設けられている。受光領域Sは、Z軸方向から見て、電極E2に囲まれている。電極E2は、電極E1及びクエンチング抵抗21を通して、1つの画素Uに含まれる全ての受光領域Sと電気的に接続されている。電極E2は、画素Uに対応するパッド電極PE1と接続されている。本実施形態では、電極E2は、対応する画素Uの中央に位置するパッド電極PE1と接続されている。以上の構成によって、1つの画素Uに含まれる全てのクエンチング抵抗21は、電極E2によって、1つのパッド電極PE1に電気的に並列接続されている。すなわち、各パッド電極PE1は、対応する画素Uに含まれる複数のアバランシェフォトダイオードAPD(複数の受光領域S)と、電極E1、クエンチング抵抗21及び電極E2を通して電気的に接続されている。
【0032】
複数のパッド電極PE1は、Z軸方向から見て、複数の画素Uが二次元配列されている領域に位置している。各パッド電極PE1は、Z軸方向から見て、対応する画素Uが有する複数のアバランシェフォトダイオードAPDのうち少なくとも1つのアバランシェフォトダイオードAPDと重なるように、主面1Nb側に配置されている。本実施形態では、図4に示されているように、各パッド電極PE1は、矩形形状であり、1つの画素Uが有する16のアバランシェフォトダイオードAPDのうち、画素Uの中央に位置する4つのアバランシェフォトダイオードAPDと重なるように配置されている。バンプ電極BEは、Z軸方向から見て、各パッド電極PE1の中央に配置されている。
【0033】
本実施形態では、各パッド電極PE1は、Z軸方向から見て各画素Uの中央に位置する4つの受光領域Sを囲う電極E2と接している。パッド電極PE1は、図7に示されているように、画素Uが有する複数のアバランシェフォトダイオードAPDの全てと接していてもよい。この場合、各パッド電極PE1は、たとえば、Z軸方向から見て、画素Uが有する複数のアバランシェフォトダイオードAPDの全てと重なるように、主面1Nb側に配置されてもよい。図7は、本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置における光検出基板の概略拡大図である。
【0034】
パッド電極PE2は、主面1Nb側において、複数の画素Uが配置された領域から離間して配置されている。パッド電極PE2は、主面1Na側からアバランシェフォトダイオードAPDに電圧を印加するためのコモン電極である。本実施形態では、図3に示されているように、パッド電極PE2は、矩形形状であり、主面1Nbの四隅に配置されている。パッド電極PE2にも、バンプ電極BEが配置されている。
【0035】
次に、図8を参照して、本実施形態に係る裏面入射型半導体光検出装置1の構成を説明する。図8は、裏面入射型半導体光検出装置の断面構成を示している。
【0036】
各アバランシェフォトダイオードAPDは、P型の第一半導体領域PAと、P型の第二半導体領域PBと、N型の第三半導体領域NAと、を有している。第一半導体領域PAは、半導体基板50の主面1Nb側に位置している。第二半導体領域PBは、半導体基板50の主面1Na側に位置している。第三半導体領域NAは、第一半導体領域PA内に形成されている。第二半導体領域PBの不純物濃度は、第一半導体領域PAの不純物濃度よりも高い。受光領域Sは、第一半導体領域PAと第三半導体領域NAによって形成される。各アバランシェフォトダイオードAPDは、主面1Na側から、第二半導体領域PBであるP

層、第一半導体領域PAであるP

層、第三半導体領域NAであるN

層の順で構成されている。
【0037】
半導体基板50には、第三半導体領域NAを囲むように、溝13が形成されている。図8に示されるように、溝13は、Z軸方向に第一半導体領域PAを貫通して、第二半導体領域PBに到達している。溝13には、芯材13aが配置されている。芯材13aは、高融点金属からなる。芯材13aは、たとえばタングステンからなる。溝13の表面は、第一半導体領域PAよりも高い不純物濃度を有するP型の半導体層15によって構成されている。すなわち、芯材13aは、半導体基板50内において半導体層15に覆っている。
【0038】
第一半導体領域PA、第三半導体領域NA、及び溝13の上には、絶縁層L1が配置されている。クエンチング抵抗21は、絶縁層L1で覆われている。電極E2は、絶縁層L1上に配置されており、絶縁層L2で覆われている。パッド電極PE1は、絶縁層L2上に配置されている。絶縁層L2は、パッド電極PE1及びパッシベーション層L3によって覆われている。パッシベーション層L3は、パッド電極PE1の一部も覆っている。
【0039】
上述したクエンチング抵抗21は、電極E1を通して、第三半導体領域NAに接続されている。クエンチング抵抗21は、接続部C1を通して、対応する電極E2に接続されている。電極E2は、接続部C2を通して、対応するパッド電極PE1に接続されている。パッド電極PE1は、パッシベーション層L3から露出した部分でバンプ電極BEに接続されている。
【0040】
本実施形態では、第二半導体領域PB上、すなわち、主面1Na上に光学接着剤OAが配置されている。ガラス基板30は、光学接着剤OAによって半導体基板50と接合されている。光学接着剤OAは、たとえば、光透過性を有する樹脂である。
【0041】
電極E1,E2、パッド電極PE1,PE2、接続部C1、及び接続部C2は、金属からなる。電極E1,E2、パッド電極PE1,PE2、接続部C1、及び接続部C2は、たとえば、アルミニウム(Al)からなる。半導体基板50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、たとえば、銅(Cu)が用いられる。電極E1,E2、パッド電極PE1、接続部C1、及び接続部C2は、一体に形成されていてもよい。電極E1,E2、パッド電極PE1、接続部C1、及び接続部C2は、たとえば、スパッタ法により形成される。
【0042】
半導体基板50の材料にSiが用いられる場合、P型不純物にはIII族元素(たとえば、B)が用いられ、N型不純物にはV族元素(たとえば、P又はAs)が用いられる。半導体の導体型であるN型とP型とが互いに置換されている素子も、光検出基板10と同様に、裏面入射型半導体光検出装置として機能する。これらの不純物の添加法には、たとえば、拡散法又はイオン注入法が用いられる。
【0043】
絶縁層L1,L2、及びパッシベーション層L3は、たとえば、SiO

、SiN、又は樹脂からなる。絶縁層L1,L2、及びパッシベーション層L3の形成方法には、熱酸化法、スパッタ法、CVD法、又は樹脂コート法が用いられる。
【0044】
回路基板20は、バンプ電極BEによってパッド電極PE1と電気的に接続されている。具体的には、各信号処理部SPがパッド電極PE1に対応して配置されている電極を有しており、当該電極がバンプ電極BEを通して対応するパッド電極PE1に電気的に接続されている。各アバランシェフォトダイオードAPDから出力された信号は、電極E1、クエンチング抵抗21、電極E2、パッド電極PE1、及びバンプ電極BEを通して、対応する信号処理部SPに導かれる。
【0045】
バンプ電極BEは、不図示のUBM(Under Bump Metal)を介して、パッド電極PE1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、印刷法、又は電解めっきによって形成される。バンプ電極BEは、たとえば、はんだ又はインジウムからなる。
【0046】
次に、図9を参照して、本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置の構成について説明する。図9は、本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置の断面構成を示す図である。図9に示されている光検出基板10Aは、電極E2、接続部C2、及び絶縁層L2を有していない点、及び、パッド電極PE1が、Z軸方向から見て、画素Uが有する複数のアバランシェフォトダイオードAPDの全てと重なるように主面1Nb側に配置されている点で、図8に示されている光検出基板10と異なっている。図9に示されている光検出基板10Aでは、クエンチング抵抗21は、電極E2を通さずに、接続部C1を通してパッド電極PE1に接続されている。この構成では、たとえば、1つ画素Uに接続されている全てのクエンチング抵抗21が、接続部C1を通してパッド電極PE1に接続される。
【0047】
次に、図10を参照して、本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置の構成について説明する。図10は、本実施形態の変形例に係る裏面入射型半導体光検出装置の断面構成を示す図である。図10に示されている光検出基板10Bは、溝13が半導体基板50を貫通して主面1Naに開口している点、及び、溝13に配置されている芯材13aに、接続部C3を通して電極E3が接続されている点で、図8に示されている光検出基板10と異なる。電極E3は、パッド電極PE2と電気的に接続されていると共に、接続部C3及び芯材13aを通して第二半導体領域PBにも電気的に接続されている。
【0048】
次に、図2及び図11を参照して、本実施形態に係る回路基板の構成を説明する。図11は、裏面入射型半導体光検出装置1の回路構成を示している。
【0049】
図2に示されるように、回路基板20は、複数の信号処理部SPを有している。複数の信号処理部SPは、回路基板20の主面20a側に二次元配列されている。信号処理部SPは、裏面入射型半導体光検出装置1に接続される後段回路に信号を出力する前段階で、対応するアバランシェフォトダイオードAPDからの信号を処理するフロントエンド回路である。
【0050】
後段回路では、後段回路が有する受動素子に起因して、裏面入射型半導体光検出装置1の出力パルスが劣化するおそれがある。信号処理部SPは、各アバランシェフォトダイオードAPDからの出力信号のパルス波形を後段回路に伝達するように構成されている。信号処理部SPは、低インピーダンスであり、かつ、高い周波数応答を有する。信号処理部SPは、各アバランシェフォトダイオードAPDの出力信号の高速な立ち上がりを後段回路に伝える。したがって、裏面入射型半導体光検出装置1の出力パルスの劣化が抑制される。信号処理部SPの数は、各画素Uが有する複数の受光領域Sの数よりも多い。本実施形態では、信号処理部SPの数は「1024」であり、各画素Uが有する受光領域Sの数は「16」である。
(【0051】以降は省略されています)

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