CN105009289B - 检测器、pet装置和x射线ct装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的检测器的各个半导体芯片具备：半导体基板，其具有多个光检测部；绝缘层，其形成在半导体基板的表面上；共用电极，其配置在绝缘层上；读出配线，其将各个光检测部的降压电阻与共用电极电连接；以及贯通电极，其从共用电极经由半导体基板的贯通孔而延伸至半导体基板的背面。
Description
技术领域
本发明涉及检测器以及使用该检测器的PET装置和X射线CT装置。
背景技术
X射线CT(Computed Tomography：计算机断层显像)装置从生物体的外部照射X射线，并由检测器检测透过了生物体内的X射线。CT装置具备环状的机架(架台)、托架(床位)、操作用的计算机。在机架的内部，配置有X射线源和多个检测器，这些一边在机架内进行旋转，一边进行摄影。
另一方面，正电子CT装置(Positron Emission Tomography(正电子放射型断层显像)：PET装置)将由释放正电子(阳电子)的同位素标记的药剂导入至生物体内，由多个检测器检测因药剂而产生的γ射线。PET装置也具备环状的机架(架台)、托架(床位)、操作用的计算机，并且在机架内部，内置有配置在生物体周围的多个检测器。
X射线或γ射线有效的检测器可以通过将闪烁器与光检测器组合而构成。
再者，也考虑有将X射线CT装置与PET装置组合而成的CT/PET装置、或将MRI(磁共振图像诊断)装置组合到这些而成的复合诊断装置。
适用于上述那样的诊断装置的光检测器(光电二极管阵列)例如记载在专利文献1和专利文献2。在SiPM(Silicon Photo Multiplier，硅光电倍增器)或PPD(PixelatedPhoton Detector，像素化光子检测器)等光电二极管阵列中，矩阵状地配置APD(AvalanchePhoto Diode，雪崩光电二极管)，并将多个APD并联连接，读出APD输出之和。若使APD以盖革模式动作，则能够检测微弱的光。即，在光子(photon)入射至APD的情况下，在APD内部产生的载流子经由降压(quenching)电阻和信号读出用的配线图案而输出至外部。在APD中的产生电子雪崩的像素有电流流过，而在串联连接于像素的数百kΩ左右的降压电阻产生电压降。由于该电压降，对APD的放大区域的施加电压会降低，从而由电子雪崩所致的倍增作用结束。如此，通过1个光子的入射，从而从APD输出1个脉冲信号。关于光电二极管的结构，正在进行若干改良(参照非专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：欧州专利申请公开1755171号公报
专利文献2：美国专利申请公开2006/175529号公报
非专利文献
非专利文献1："Improvement of Multi-PixelPhoton Counter(MPPC)",T.Nagano,K.Yamamoto,K.Sato,N.Hosokawa,A.Ishida,T.Baba,IEEE Nuclear ScienceSymposium and Medical Imaging Conference,Conference Publications,p.1657-1659,2011。
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在现有的检测器中，存在检测器整体的时间分辨率等特性并不充分的问题。本发明是有鉴于上述问题而完成者，其目的在于提供一种可以改善上述特性的检测器、以及使用其的PET装置和X射线CT装置。
解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明所涉及的检测器，其特征在于，是具备配线基板、二维状相互隔开地配置在上述配线基板上的多个半导体芯片、以及配置在各个上述半导体芯片与上述配线基板之间的第1和第2凸块电极的检测器，各个所述半导体芯片具备：半导体基板，其具有二维状配置的多个光检测部；绝缘层，其形成在所述半导体基板的表面上；共用电极，其配置在所述绝缘层上；读出配线，其将各个所述光检测部的降压电阻与所述共用电极电连接；以及贯通电极，其从所述共用电极经由所述半导体基板的贯通孔而延伸至所述半导体基板的背面，各个所述光检测部具备：APD(雪崩光电二极管)，其具备第1导电型的第1半导体区域、以及与所述第1半导体区域构成pn结且输出载流子的第2导电型的第2半导体区域；以及所述降压电阻，其与所述APD的所述第2半导体区域电连接，所述第1凸块电极将所述贯通电极与所述配线基板电连接；所述第2凸块电极将所述APD的所述第1半导体区域与所述配线基板电连接。
对各个光检测部中所包含的APD(雪崩光电二极管)的两端，经由第1和第2凸块电极而提供以盖革模式动作的偏压。通过光(能量线)的入射而在多个APD中产生的载流子经由各个降压电阻而流到半导体基板上的共用电极，从共用电极通过贯通电极和第1凸块电极而到达配线基板，并被取出至外部。
在该结构的APD中，由于具有使用贯通电极等的载流子传输路径缩短化结构，因此配线电阻减小。因此，来自APD的载流子的传输速度即时间分辨率提高。在多个光子入射至具备多个该APD的1个半导体芯片的情况下，通过提高时间分辨率，能够进行更高精度的光子检测。另外，其他半导体芯片因制造偏差误差等原因，而无法保障成为相同的时间分辨率，但是若在组装时，选择制品特性为一定范围内的半导体芯片并且经由凸块电极而与配线基板接合，则可以减小每个半导体芯片的特性偏差。
由于二维状排列的半导体芯片相隔开，因此可以抑制向特定的半导体芯片入射的光向其他半导体芯片泄漏而产生串扰的影响，并且半导体芯片间的间隙能够缓和因配线基板的膨胀/收缩而引起的配线基板的翘曲对半导体芯片的影响。即，作为检测器整体的时间分辨率、对串扰、温度变化的耐性等特性得以显著改善。
另外，其特征在于，闪烁器隔着绝缘体而位于各个所述半导体芯片的表面上。
闪烁器根据入射至其中的X射线或γ射线等放射线的入射，而产生比这些更长波长的光。在可见光或红外光入射至Si的情况下，会在Si内部有效率地产生光电转换。在APD由Si构成的情况下，能够使可见光或红外光的灵敏度提高。绝缘体由玻璃板或树脂构成，能够保护APD的表面，并且能够使来自闪烁器的光在到达APD之前使其些许扩散。树脂也可以具有将闪烁器与半导体芯片粘接的功能。
另外，其特征在于，各个所述光检测部具备与所述第2半导体区域电连接且沿着其外缘包围所述第2半导体区域的表面电极。
根据光向第1和第2半导体区域的入射而产生的载流子从第2半导体区域依次经由表面电极、降压电阻、读出配线而到达共用电极。表面电极能够使第2半导体区域的外缘产生固定的电场，从而能够使APD的输出稳定性提高。
其特征在于，在令包含所述第2半导体区域的表面的平面为基准平面的情况下，从该基准平面到所述读出配线的距离大于从该基准平面到所述表面电极的距离，且所述读出配线位于邻接的所述APD之间。由于读出配线形成在比表面电极更上层的位置，因此因表面电极而产生的空间上的制约被解除，能够使其宽度等变宽，因此，能够减小时间常数，使信号读出速度提高。
其特征在于，具备：第1接触电极，其与所述第2半导体区域接触；以及第2接触电极，其具备与所述第1接触电极不同的材料，并且配置在与所述第1接触电极重叠的位置且与所述第1接触电极接触，所述降压电阻与所述第2接触电极连续。通过光子的入射而在pn结产生的载流子经由第1接触电极和第2接触电极而流到降压电阻，并经由与降压电阻连接的读出配线、共用电极、贯通电极而到达配线基板。
通过将第2接触电极配置在与第1接触电极重叠的位置，从而能够使降压电阻与第1接触电极的连接所需要的空间最小化。当然，第1接触电极与第2接触电极必然不在同一平面上，而是高度方向的位置不同，且降压电阻从第2接触电极连续地延伸。由此，能够省略光检测部内的配线，并且可以使光检测部的开口率显著增加。
另外，优选为所述第2接触电极和所述降压电阻具备SiCr。由于SiCr的光透过率高，因此即便在光检测部内存在降压电阻，所入射的光子也会透过降压电阻，因此能够使有效开口率增加。
本发明的PET装置，其特征在于，具备：托架；以及机架，其包含所述托架所处的开口，以包围所述机架的开口的方式配置有多个所述任一个检测器。在托架配置有被检体。由于以包围机架的开口的方式配置检测器，因此从被检体出射的γ射线可由多个检测器检测出，通过对检测信号进行图像处理，从而能够获得关于被检体的内部信息的图像。在该PET装置中，由于检测器的整体特性得以显著改善，因此可以取得高品质的图像。
本发明的X射线CT装置，其特征在于，具备：托架；以及机架，其具有所述托架所处的开口，并内置向所述开口内出射X射线的X射线源，在来自所述X射线源的X射线所入射的位置，配置有多个所述任一个检测器。在位于机架的开口内的托架配置有被检体，从X射线源对被检体照射X射线。透过被检体的X射线能够由多个检测器检测出，通过对检测信号进行图像处理，从而能够获得关于被检体的内部信息的图像。在该X射线CT装置中，由于检测器的整体特性得以显著改善，因此可以取得高品质的图像。
发明的效果
本发明的检测器整体的时间分辨率等特性可以提高，在使用其的PET装置和X射线CT装置中能够取得高品质的图像，因此可以使该装置特性提高。
附图说明
图1是PET装置、CT装置等被检体诊断装置的概略图。
图2是PET装置的框图。
图3是X射线CT装置的框图。
图4是检测器D的立体图。
图5是用于说明检测器D的检测芯片S的间隔的图。
图6是检测器D'的立体图。
图7是检测器D"的立体图。
图8是检测芯片S的立体图。
图9是检测芯片S的立体图。
图10是半导体芯片S1的俯视图。
图11是半导体芯片S1的共用电极周边部的放大图。
图12是检测器的电路图。
图13是共用电极周边部的光检测部的俯视图。
图14是共用电极周边部的截面图。
图15是图14的半导体芯片S1的仰视图。
图16是改良的半导体芯片S1的仰视图。
图17是配线基板的基本构成要素的立体图(A)和仰视图(B)。
图18是配线基板的俯视图(A)和仰视图(B)。
图19是配线基板的俯视图(A)和仰视图(B)。
图20是共用电极周边部的截面图。
图21是图20的半导体芯片S1的仰视图。
图22是改良的半导体芯片S1的仰视图。
图23是配线基板的基本构成要素的立体图(A)和仰视图(B)。
图24是配线基板的俯视图(A)和仰视图(B)。
图25是配线基板的仰视图。
图26是配线基板的俯视图(A)和仰视图(B)。
图27是半导体芯片S1的俯视图。
图28是图27所示的半导体芯片S1的仰视图。
图29是改良的半导体芯片S1的仰视图。
图30是用于说明检测器的制造方法的图。
图31是用于说明检测器的制造方法的图。
图32是表示同时入射的光子的个数与信号强度(a.u.)的关系的图表。
图33是表示动作电压的偏差ΔV(V)与相对频度(制品数比率)FR的关系的图表((A)是分立阵列，(B)是单片阵列)。
图34是光电二极管阵列的立体图。
图35是光电二极管阵列的A-A箭头纵截面图。
图36是表示向SiCr的入射光的波长(nm)与透过率(％)的关系的图表。
图37(A)是表示光检测部(50μm间隔配置)的图，(B)是表示光检测部(25μm间隔配置)的图，(C)是表示光检测部(20μm间隔配置)的图，(D)是表示光检测部(15μm间隔配置：类型A)的图，(E)是表示光检测部(15μm间隔配置：类型B)的图，(F)是表示光检测部(10μm间隔配置)的图。
图38是表示入射光的波长(nm)与光子的检测效率(％)的关系的图表。
图39是表示光电二极管的输出与时间的关系的图表。
图40是用于对光电二极管的制造方法进行说明的图。
图41是变更基板的结构后的光电二极管阵列的纵截面图。
图42是光电二极管阵列的俯视图。
图43是光电二极管阵列的俯视图。
图44是光电二极管阵列的截面图。
图45是表示电极和配线等的连接关系的图。
图46是表示电极和配线等的连接关系的图。
图47是光电二极管阵列(第1例)的局部俯视图。
图48是光电二极管阵列(第1例)的A-A箭头截面图。
图49是光电二极管阵列(第2例)的局部俯视图。
图50是光电二极管阵列(第2例)的A-A箭头截面图。
图51是光电二极管阵列(第3例)的局部俯视图。
图52是光电二极管阵列(第3例)的A-A箭头截面图。
图53是表示电极和配线等的连接关系的图。
图54是光电二极管阵列(第4例)的局部俯视图。
图55是光电二极管阵列(第4例)的A-A箭头截面图。
图56是光电二极管阵列(第5例)的局部俯视图。
图57是光电二极管阵列(第5例)的A-A箭头截面图。
图58是光电二极管阵列(第6例)的局部俯视图。
图59是光电二极管阵列(第6例)的A-A箭头截面图。
图60是光电二极管阵列(第7例)的局部俯视图。
图61是光电二极管阵列(第7例)的A-A箭头截面图。
图62是变更基板的结构后的光电二极管阵列的纵截面图。
图63是光电二极管阵列的俯视图。
图64是表示光电二极管阵列的表面的SEM照片的图。
图65是表示光电二极管阵列的截面的SEM照片的图。
图66是光电二极管阵列的一部分的俯视图。
图67是图66所示的光电二极管阵列(第2例)的A-A箭头截面图。
图68是表示从各光电二极管至电极焊垫(共用电极)的距离以及信号传输时间与基准相距的差tp(ps)的图表(实施例)。
图69是表示从各光电二极管至电极焊垫(共用电极)的距离以及信号传输时间与基准相距的差tp(ps)的图表(比较例)。
图70是表示电压Vover与FWHM(ps)的关系的图表。
图71是表示时间tβ(ps)与计数个数的关系的图表。
图72是对激光光束照射进行说明的图。
图73是表示时间tα(ns)与输出OUT(a.u.)的关系的图表。
图74是共用电极周边部的截面图。
图75是共用电极周边部的截面图。
图76是表示检测器的立体结构的照片的图。
符号的说明：
1Na、1Nb…主面，12…第1半导体区域，14(13)…第2半导体区域，BE、B2…凸块电极，E3…共用电极，PDA…光电二极管阵列，R1…降压电阻，TE…贯通电极，20…配线基板。
具体实施方式
以下，对实施方式的检测器、PET装置及X射线CT装置进行说明。再者，对于相同要素或具有相同功能的要素使用相同符号，并省略重复的说明。
图1是PET装置、CT装置等被检体诊断装置的概略图。
被检体诊断装置具备：托架(cradle)101、具有托架101位于内部的开口的机架102、以及控制装置103。控制装置103通过驱动电机控制信号来控制使托架101移动的驱动电机104，并使托架101相对于机架102的相对位置变化。在托架101上，配置有进行诊断的被检体105。通过驱动电机104的驱动，将被检体105向机架102的开口的内部搬送。驱动电机104可以使托架101移动，也可以使机架102移动。
以包围机架102的开口的方式配置有多个检测装置106。检测装置106分别具有多个检测器D(参照图2、图3)。控制检测装置106的控制信号从控制装置103输出至机架102，并且来自检测装置106的检测信号从机架102输入至控制装置103。
图2是具备图1的结构的PET装置的框图。
在PET装置中，多个检测器D以包围机架的开口的方式环状地配置。在被检体105中，注入有释放阳电子(正电子)类型的放射性同位素(RI)(阳电子释放核种)。阳电子与体内的阴电子结合而产生湮灭辐射(annihilation radiation)(γ射线)。即，从被检体105出射γ射线。检测器D检测出所出射的γ射线，通过控制装置103中的图像处理电路103g对检测信号进行图像处理，并制作与被检体105的内部信息相关的图像即断层化的图像。再者，PET装置中所使用的RI为碳、氧、氟、氮等存在于生物体中的元素。
从被检体105出射的γ射线能够由多个检测器D检测出。该PET装置中，由于检测器D的整体特性得以显著改善，因此可以取得高品质的图像。关于检测器D在后面叙述。
从被检体105的内部的RI位置P朝向一个方向和与其相反的方向出射γ射线。多个检测器D环状地配置，并且γ射线入射至特定的检测器D(n)、以及夹持RI位置而与其相对的检测器D(k)。在将N个检测器D配置在1个环上的情况下，γ射线入射至从位于最高位置的检测器D起顺时针数的第n个检测器D(n)、以及第k个检测器D(k)，而在RI位置P位于环的中心且在环的面内γ射线朝向彼此相反的方向的情况下，k＝n+(2/N)。再者，n、k、N为自然数。
在PET装置为TOF型(Time Of Flight：飞行时间)的情况下，其是将包含RI的物质对人体或动物和植物等给药，并计测在该测定对象由电子-阳电子对湮灭而产生的放射线对(γ射线)，由此获得关于测定对象内的该给药物质的分布或移动的信息。TOF-PET装置具备：由多个检测器D构成的放射线检测器阵列(检测装置106)、多个前置放大器103a,103a'、多个求和放大器103b,103b'、能量鉴别电路103e、时序提取电路103c,103c'、以及符合计数电路103f。
另外，被检体105配置在放射线检测器阵列(检测装置106)的大致中心。从被检体105放射γ射线对。γ射线在相互相反方向上放射。多个检测器D配置在以被检体105为大致中心的圆周上。再者，检测器D包含将放射线(γ射线、X射线)转换为萤光的闪烁器、以及检测萤光的光检测器。
在γ射线入射的一个检测器D，连接于多个前置放大器103a(图上代表性地示出1个)，前置放大器103a的各个均连接于求和放大器103b和求和放大器103b2两者。前置放大器103a将来自光检测器D的输出信号高速放大，求和放大器103b、103b2分别输出前置放大器103a的输出信号的逻辑和。
在γ射线入射的另一个检测器D，连接于多个前置放大器103a'(图上代表性地示出1个)，前置放大器103a'的各个均连接于求和放大器103b'和求和放大器103b2'两者。前置放大器103a'将来自光检测器D的输出信号高速放大，求和放大器103b'、103b2'分别输出前置放大器103a'的输出信号的逻辑和。
这些结构被采用在环状配置的所有检测器D，但是为了说明的明了化，在该图中仅示出1组。
能量鉴别电路103e连接于求和放大器103b2、103b2'。能量鉴别电路103e将规定的阈值(以下称为阈值SH)以上的信号判定为由γ射线的入射而引起的信号，并且将判定结果输出至符合计数电路103f。即，将通过求和放大器103b2、103b2'进行的逻辑和运算的运算结果输出至能量鉴别电路103e，能量鉴别电路103e判定从这些求和放大器输入的信号是否为由具有阈值SH以上的能量的γ射线所引起的信号，并且将判定结果输出至符合计数电路103f。
阈值SH设定于例如伴随电子-阳电子对湮灭而产生的一对γ射线的光子能量511keV的附近。由此，电气噪声信号、或由于散射伽马射线(是湮灭γ射线的一者或两者因散射物质而改变方向后的γ射线，其能量由于散射而减少)而产生的噪声信号等被去除。再者，能量鉴别电路103e包含将从前置放大器103a、103a'经由求和放大器103b2、103b2'而输出的信号进行积分，并且以使振幅与能量成为比例关系的方式形成波形的电路。
时序提取电路103c、103c'分别基于从求和放大器103b、103b'输出的信号而输出第1时序信号、第2时序信号。第1和第2时序信号被输入至符合计数电路103f。再者，作为时序提取方法，可以使用前沿(leading edge)方式或恒比(constant fraction)方式。
符合计数电路103f连接于能量鉴别电路103e、时序提取电路103c,103c'。符合计数电路103f判定由检测器D(n)、D(k)检测出的γ射线对是否为伴随同一电子-阳电子对湮灭而产生的γ射线对。该判定通过在一个检测器D(n)中检测出γ射线的检测时刻的前后的一定时间的期间，在另一个检测器D(k)中是否检测出γ射线来进行。在该条件下检测出的情况下，能够判定为伴随同一电子-阳电子对湮灭而产生的γ射线对。
在通过能量鉴别电路103e判定为具有阈值SH以上的能级的信号当中，将通过符合计数电路103f判定为由于由电子-阳电子对湮灭而产生的γ射线对所引起的信号作为真的数据予以采用。
真的数据被输入至图像处理电路103g，并制作与被检体的内部信息相关的图像即断层图像。所制成的图像可以储存在存储装置103k内，并显示在显示器103h上。在存储装置103k，储存有进行图像处理等的程序，该程序根据来自中央处理装置(CPU)103i的指令而运行。检查所需要的一连串的操作(控制信号(检测器的接通(ON)/断开(OFF))的向检测器D的输出、驱动电机的控制、来自检测器D的检测信号的取入、符合计数后的图像处理、制成图像向存储装置中的储存、向显示器的显示)可以通过输入装置103j进行。
图3是具备图1的结构的X射线CT装置的框图。
X射线CT装置也具备上述结构的托架和机架，并且机架内置有出射X射线的X射线源103m。在来自X射线源103m的X射线所入射的位置，配置有多个检测器D而构成检测装置106。
在图1的位于机架102的开口内的托架101配置有被检体105，从X射线源103m对被检体105照射X射线。透过了被检体105的X射线由多个检测器D检测出，通过对该检测信号进行图像处理，从而能够获得与被检体105的内部信息相关的图像即计算机断层图像。在使PET装置与X射线CT装置一体化的情况下，控制装置103可以使由PET装置获得的图像与由X射线CT装置获得的图像重叠。在X射线CT装置中，由于使用有整体特性得以显著改善的检测器D，因此可以取得高品质的图像。
被检体105配置在环状配置的检测装置106的中心。检测装置106以旋转轴AX为中心旋转。从X射线源103m对被检体105照射X射线，透过了其的X射线入射至多个检测器D(n)。各检测器的输出经过前置放大器103a和求和放大器103b而被输入至图像处理电路103g。X射线CT装置的控制装置103具备与PET装置同样地发挥功能的显示器103h、CPU103i、存储装置103k、输入装置103j。若通过输入装置103j指示摄影的开始，则储存于存储装置103k中的程序启动，控制X射线源驱动电路103n，从该驱动电路对X射线源103m输出驱动信号。从X射线源103m出射X射线。另外，储存于存储装置103k中的程序启动，驱动机架驱动电机103p，使检测装置106绕着旋转轴AX旋转，进而，将控制信号(检测器的接通(ON)/断开(OFF))输出至检测器D，使检测器D接通，将检测信号经由前置放大器103a、求和放大器103b而输入至图像处理电路103g。在图像处理电路103g中，依照输入至存储装置103k的断层图像制作程序来制作计算机断层图像。所制成的图像可以储存于存储装置103k，并且显示在显示器103h。
如上所述，在存储装置103k中，储存有进行图像处理等的程序，该程序根据来从中央处理装置(CPU)103i的指令而运行。检查所需的一连串的操作(控制信号(检测器的接通/断开)向检测器D的输出、各种驱动电机的控制、从检测器D的检测信号的取入、检测信号的图像处理、制成图像向存储装置中的储存、于显示器的显示)可通过输入装置103j而进行。
再者，各种程序可以使用现有的装置中所搭载者。
图4是检测器D的立体图。
检测器D具备：配线基板20、以及二维状相互隔开地配置、固定于配线基板20上的多个检测芯片S(半导体芯片S1)。再者，第1凸块电极BE和第2凸块电极B2(参照图15)介于各个检测芯片S(半导体芯片S1)与配线基板20之间。在该图中，配置有4×4个检测芯片S，但是检测芯片S的个数只要为多个，便可以采用除此以外的个数。在该图中，显示了XYZ三维正交坐标系统，机架的开口中心(被检体105)位于+Z方向的延长线上。即，γ射线或X射线在Z轴的负方向上行进而入射至检测芯片S，其输出信号经由凸块电极而被输入至配线基板20，来自配线基板20的输出被输入至上述前置放大器。
图5是用于说明检测器D中的检测芯片S的间隔的图。
检测芯片S在X轴方向、Y方向均仅隔开距离d1而配置。检测芯片S是在半导体芯片S1上具备闪烁器者，但是在该图中省略了闪烁器的记载。半导体芯片S1在表面侧具有成为检测通道的半导体区域14。半导体区域14是半导体芯片S1中的与半导体基板一并构成pn结的区域的表面侧的区域。
令邻接的半导体芯片S1间的半导体区域14的隔开距离的最小值为d2。
距离d1(半导体芯片S1的侧面间距离)设定为100μm，距离d2设定为200～300μm，半导体芯片S1的侧面与半导体区域14的隔开距离的最小值d3设定为50～100μm。若距离d1＝X1μm，则满足d2＝X1+2×d3＝X1+100～200μm。
1个半导体芯片S1二维状地具备多个半导体检测区域14，但是在令一群半导体区域14为1个检测通道并且具备单一的检测通道的情况下，检测器D构成分立阵列。在1个半导体芯片S1具备多个检测通道的情况下，检测器D构成单片阵列。在分立阵列的情况下，在半导体芯片的侧面添加高浓度的杂质(与半导体基板相同的导电型：N型)而构成杂质添加区域IS。在单片阵列的情况下，在半导体芯片的侧面与检测通道之间添加高浓度的杂质(与半导体基板相同的导电型：N型)而构成杂质添加区域IS。
再者，单片阵列的情况下的检测通道间的隔开距离(邻接的检测通道中的半导体区域14间的距离的最小值)可以设定为与距离d1相等。在该情况下，具有所有半导体区域14的隔开距离变得相等这样的优点。
图6是检测器D'的立体图。
多个图4所示的配线基板20配置、固定在主配线基板或支撑基板20'上，并且整体上并排有8×8个检测芯片S。通过采用这样的结构，从而能够达到检测器的大型化。
图7是检测器D"的立体图。
使图4所示的配线基板20共用化，整体上并排有8×8个检测芯片S，并且配置、固定在配线基板20上。通过采用这样的结构，从而能够达到检测器的大型化。另外，图76是表示并排有多个检测芯片的检测器的立体结构的照片的图，能够试制更大面积的检测器。
其次，对检测芯片进行说明。
图8是检测芯片S的立体图。
在半导体芯片S1上，经由粘接层S2而设置有闪烁器S3。粘接层S2例如为EpoxyTechnologies公司制造的Epo-Tek301(商标)等树脂。闪烁器S3包含选自Lu2-xYxSiO5：Ce(LYSO)、钆铝镓石榴石(GAGG)、NaI(TI)、Pr：LuAG、LaBr2、LaBr3、以及(LuxTb1-x-yCey)3Al5O12(即，LuTAG)当中的至少1种或这些任意2种以上的混合材料。再者，LuTAG中的Lu的组成比“x”处于0.5～1.5的范围且Ce的组成比“y”处于0.01～0.15的范围。入射至闪烁器S3的放射线被闪烁器S3转换成萤光，并经由粘接层S2而入射至半导体芯片S1。
图9是另一个结构的检测芯片S的立体图。
在半导体芯片S1上，经由粘接层S21而设置有玻璃板S22。在玻璃板S22上，经由粘接层S23而设置有闪烁器S3。粘接层和闪烁器的材料如上所述。入射至闪烁器S3的放射线被闪烁器S3转换成萤光，并经由粘接层S23、玻璃板S22、粘接层S21而入射至半导体芯片S1。
如上所述，闪烁器S3隔着绝缘体(S2、S21、S22、S23)而位于各个半导体芯片S1的表面上。闪烁器S3根据入射于此的X射线或γ射线等放射线的入射，而产生比这些更长波长的光。在可见光或红外光入射至Si的情况下，在Si内部会有效率地产生光电转换。在半导体芯片S1内部的APD由Si构成的情况下，能够提高可见光或红外光的灵敏度。如上所述，绝缘体由玻璃板或树脂构成，能够保护APD的表面，并且来自闪烁器的光在到达APD之前使其稍微扩散。树脂也可以具有将闪烁器与半导体芯片粘接的功能。
图10是半导体芯片S1的俯视图。
在半导体芯片S1的表面，沿着X轴和Y轴排列有多个光检测部10。在半导体芯片S1的中央部，配置有收集来自各光检测部10的信号的共用电极E3。再者，在半导体芯片S1的整个面上形成有光检测部10，但在该图中，为了使共用电极明了化，仅在两端部周边图示了光检测部10。
图11是半导体芯片S1的共用电极周边部(图10的区域RS1)的放大图。
光检测部10具备APD、以及与APD的一端(正极)连接的降压电阻R1(电阻层)。降压电阻R1经由读出配线TL而与共用电极E3连接。即，多个光检测部10中的各APD经由各个降压电阻R1和读出配线TL而全部与共用电极E3连接。
图12是检测器的电路图。
半导体芯片S1包含1个或多个光电二极管阵列PDA。光电二极管阵列PDA由多个光检测部10(APD、降压电阻R1)构成。在光电二极管阵列PDA中，使各个APD以盖革模式动作。在盖革模式下，将比APD的击穿电压更大的反向电压(反向偏压)施加在APD的正极/负极间。即，对正极施加(-)电位V1，对负极施加(+)电位V2。这些电位的极性是相对的，也可以将一个电位设为接地电位。
在配线基板20，也可以设置对来自光电二极管阵列PDA的信号进行处理的信号处理部SP。信号处理部SP构成ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)。信号处理部SP可以包含将来自光电二极管阵列PDA(通道)的输出信号转换为数字脉冲的CMOS电路。
图13是共用电极周边部的光检测部的俯视图。
APD具有分别配置在半导体基板的主面侧的电极E1。电极E1与第2半导体区域14电连接。位于第2半导体区域14的正下方的第1半导体区域经由第2半导体区域14而与电极E1电连接。
在第2半导体区域14的外侧的半导体基板上，隔着绝缘层而形成有读出配线(信号线)TL和共用电极E3。共用电极E3位于各通道(光电二极管阵列PDA)的中央区域。
读出配线TL包含多根信号线TL1和多根信号线TL2。各信号线TL1在俯视时在邻接的APD间在Y轴方向上延伸。各读出配线TL2在邻接的APD间在X轴方向上延伸，并且将多根读出配线TL1彼此电连接。读出配线TL2连接于共用电极E3。读出配线TL1除了直接连接于共用电极E3者以外，还经由读出配线TL2而电连接于共用电极E3。
在光电二极管阵列PDA中，针对每个APD而具有隔着绝缘层而形成在第2半导体区域14的外侧的半导体基板上的降压电阻R1。即，降压电阻R1配置在半导体基板的主面侧。降压电阻R1其一端连接于电极E1，其另一端连接于读出配线TL1。
图14是共用电极周边部的截面图。
构成半导体基板的半导体区域12包含相互相对的主面1Na和主面1Nb。半导体区域12是由Si构成的N型(第1导电型)的半导体基板。
各光电二极管阵列PDA包含形成在半导体区域12的多个APD。APD的正极为P型半导体区域13(14)，负极为N型半导体区域12。若光子入射至APD，则在基板内部进行光电转换而产生光电子。在第1半导体区域13的pn结界面的附近区域进行雪崩倍增，放大后的电子群流向形成在半导体区域12的背面的电极。即，若光子入射至光电二极管阵列PDA的任一个像素(雪崩光电二极管APD)，则被倍增且作为信号而从电极E3(贯通电极TE)被取出。
在各个APD，串联连接有降压电阻R1。一个APD构成各光电二极管阵列PDA的一个像素。各APD以分别与降压电阻R1串联连接的形态全部并联连接，并且从电源被施加反向偏压。
各个APD具有P型(第2导电型)的第1半导体区域13、以及P型(第2导电型)的第2半导体区域14。第1半导体区域13形成在半导体区域12的主面1Na侧。第2半导体区域14形成在第1半导体区域13内且杂质浓度比第1半导体区域13高。第2半导体区域14的平面形状例如为多边形(本实施方式中为四边形)。第1半导体区域13的深度比第2半导体区域14深。
半导体区域12具有N型(第1导电型)的半导体区域1PC。半导体区域1PC形成在半导体区域12的主面1Na侧。半导体区域1PC防止形成在N型的半导体区域12与P型的第1半导体区域13之间的PN结露出于配置有贯通电极TE的贯通孔TH。半导体区域1PC形成在与贯通孔TH(贯通电极TE)对应的位置。
在第2半导体区域14的表面上形成有绝缘层16，并且在其上形成有共用电极E3和读出配线TL。共用电极E3与读出配线TL由绝缘层17覆盖。半导体区域12的背面1Nb由绝缘层L3覆盖。绝缘层L3具有开口，贯通电极TE穿过开口内。共用电极E3与贯通电极TE接触且电连接，第1凸块电极BE经由凸块下金属(Under Bump Metal)BM而接触于贯通电极TE上。设置在半导体区域12的贯通孔TH的内面由绝缘层L2覆盖，绝缘层L2与绝缘层L3连续。贯通电极TE和绝缘层L3由钝化膜(保护膜)PF覆盖。凸块下金属(UBM)的形成方法可以使用无电镀法。凸块电极BE的形成方法可以使用搭载焊球的方法或印刷法。
如上所述，各个半导体芯片具备：具有二维状配置的多个光检测部10的半导体区域12、形成在半导体区域12的表面上的绝缘层16、配置在绝缘层16上的共用电极E3、将各个光检测部10的降压电阻R1与共用电极E3电连接的读出配线TL、以及从共用电极E3经由半导体区域12的贯通孔TH而延伸至半导体区域12的背面的贯通电极TE。
各光电二极管阵列PDA包含贯通电极TE。贯通电极TE针对每个光电二极管阵列PDA而设置，即，针对每个通道而设置。贯通电极TE从主面1Na侧至主面1Nb侧贯通半导体区域12而形成。即，贯通电极TE配置在贯通半导体区域12的贯通孔TH内。绝缘层L2也形成在贯通孔TH内。因此，贯通电极TE隔着绝缘层L2而配置在贯通孔TH内。贯通电极TE其一端连接于共用电极E3，并将读出配线TL与贯通电极TE连接。
各个光检测部10具备APD，而各APD具备第1导电型的半导体区域12(第1半导体区域)、以及与半导体区域12构成pn结并输出载流子的第2导电型的第2半导体区域(13、14)。在APD的第2半导体区域14，电连接有降压电阻R1。
第1凸块电极BE将贯通电极TE与配线基板20电连接，第2凸块电极B2(参照图15等)将APD的半导体区域12(第1半导体区域)与配线基板20电连接。
降压电阻R1的电阻率比与其连接的电极E1、共用电极E3高。降压电阻R1例如由多晶硅等构成。作为降压电阻R1的形成方法，可以使用CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法。作为构成降压电阻R1的电阻体，除此以外，还可以列举SiCr、NiCr、TaNi、FeCr等。
电极E1、E3和贯通电极TE由铝等金属构成。在半导体基板由Si构成的情况下，作为电极材料，除铝以外，还可以使用AuGe/Ni等。作为电极E1、E3和贯通电极TE的形成方法，可以使用溅射法。
作为使用Si的情况下的P型杂质，可以使用B等3族元素，作为N型杂质，可以使用N、P或As等5族元素。即便半导体的导电型即N型与P型相互交换而构成元件，也可以使该元件发挥功能。作为这些杂质的添加方法，可以使用扩散法或离子注入法。
作为上述绝缘层的材料，可以使用SiO2或SiN，作为绝缘层的形成方法，在各绝缘层包含SiO2的情况下，可以使用热氧化法或溅射法。
在上述结构的情况下，通过在N型的半导体区域12与P型的第1半导体区域13之间构成pn结而形成APD。半导体区域12直接与基板1N的背面电连接，或与形成在背面的电极(图示省略)电连接。第1半导体区域13依次经由第2半导体区域14、电极E1、降压电阻R1、读出配线TL、共用电极E3、贯通电极TE、凸块电极BE而与配线基板20连接。半导体区域12的背面经由凸块电极B2而与配线基板20连接。再者，降压电阻R1与APD串联连接。
图15是图14的半导体芯片S1的仰视图。
半导体基板的背面的钝化膜PF的一部分被去除，而露出半导体区域12的背面。在该露出区域，配置有第2凸块电极B2。第1凸块电极BE位于半导体区域12的中央。第2凸块电极B2配置在与四边形的半导体区域12的4个角部对应的位置。
图16是改良的半导体芯片S1的仰视图。
该结构与图15所示者相比较，不同点在于，在通过去除钝化膜PF而露出的半导体区域12的背面上形成导电膜M，并且在导电膜M上配置凸块电极B2，而其他方面相同。导电膜M的形状为矩形环状，材料可以设为与电极材料相同。再者，凸块电极的材料可以使用焊料。
如上所述，对各个光检测部10中所包含的APD的两端，经由第1凸块电极BE和第2凸块电极B2而赋予以盖革模式动作的偏压。通过光(能量线)的入射而在多个APD中产生的载流子经由各个降压电阻R1而流到半导体区域12上的共用电极E3，从共用电极E3通过贯通电极TE和第1凸块电极BE而到达配线基板20，并被取出至外部。
在该结构的APD中，由于具有使用贯通电极等的载流子传输路径缩短化结构，因此配线电阻减小。因此，来自APD的载流子的传输速度即时间分辨率提高。在多个光子入射至具备多个该APD的1个半导体芯片的情况下，通过时间分辨率的提高，能够进行更高精度的光子检测。另外，其他半导体芯片中，由于制造误差等原因而无法保障成为相同的时间分辨率，但是如果在组装时选择产品特性为一定范围内的半导体芯片，并经由凸块电极而与配线基板接合(bonding)，则可以减小每一半导体芯片的特性偏差。
由于二维状并排的半导体芯片S1相隔开，因此能够抑制向特定的半导体芯片入射的光向其他半导体芯片泄漏而产生串扰的影响，并且半导体芯片间的间隙能够缓和由配线基板20的膨胀/收缩引起的配线基板的翘曲对半导体芯片的影响。即，作为检测器整体的时间分辨率、对串扰、温度变化的耐性等特性得以显著改善。
图17是配线基板的基本构成要素的立体图(A)和仰视图(B)。
配线基板20具备设置在绝缘基板20C的表面上且与第1凸块电极BE接触的电极20a、与4个第2凸块电极B2接触的电极21a。在绝缘基板20C的背面，设置有经由穿过绝缘基板20C的内部的贯通电极20b而与电极20a电连接的电极焊垫20d。贯通电极20b与电极焊垫20d经由连接电极20c而连接。
在绝缘基板20C的背面，设置有经由穿过绝缘基板20C的内部的贯通电极21b而与电极21a电连接的电极焊垫21d。贯通电极21b与电极焊垫21d经由连接电极21c而连接。
再者，设置在绝缘基板20C的电极均为印刷而成的配线图案。
表面上的第1电极20a的形状为四边形，第2电极21a以与第1电极20a的3边邻接且将其包围的方式设置。
图18是配线基板的俯视图(A)和仰视图(B)。
该配线基板20是将图17所示的配线图案沿着X轴和Y轴排列多个而成者。左2列的第2电极21a以下侧开放的方式配置，右2列的第2电极21a是使左2列以与配线基板的厚度平行的轴为中心旋转180°而成者，且以上侧开放的方式配置。
图19是配线基板的俯视图(A)和仰视图(B)。
该配线基板20是将图17所示的配线图案沿着X轴和Y轴排列多个，同时使第2电极21a当中在X轴方向上邻接者彼此连续来作为电极210a者。电极210a成为沿着Y轴延伸且将所有第2电极21a在表面侧电连接的结构。在该情况下，由于只要在电极210a的一处的正下方设置贯通电极210d并使其露出于背面即可，因此具有使变得简单这样的优点。
图20是共用电极周边部的截面图。
在上述中，将第1凸块电极BE配置在设置在半导体区域12的贯通孔内，但也可以设置在与此不同的位置。贯通电极TE沿着贯通孔的内面而位于半导体基板的背面上的绝缘层L3上。可以在绝缘层L3形成接触孔，使贯通电极TE露出，并在该露出面上各种凸块下金属BM而设置第1凸块电极BE。再者，可以去除贯通孔TH的底部的钝化膜PF，并且以与去除后的区域的贯通电极TE接触的方式设置凸块下金属BM。根据设计，在底部的凸块下金属BM上也可以配置凸块电极。
图21是图20的半导体芯片S1的仰视图。
半导体区域12的背面的钝化膜PF的一部分被去除，而露出半导体区域12的背面。在该露出区域，配置有第2凸块电极B2。4个第1凸块电极BE位于半导体区域12的中央的周边。第2凸块电极B2配置在与四边形的半导体区域12的4个角部对应的位置。第1凸块电极BE以与开口形状为四边形的贯通孔的各边邻接的方式设置。再者，贯通孔的形状为四角锥台。
图22是改良的半导体芯片S1的仰视图。
该结构与图21所示者相比较，不同点在于，在通过去除钝化膜PF而露出的半导体区域12的背面上形成有导电膜M，并且在该导电膜M上配置凸块电极B2，而其他方面相同。导电膜M的形状为矩形环状，材料可以设为与电极材料相同。再者，凸块电极的材料可以使用焊料。
图23是配线基板的基本构成要素的立体图(A)和仰视图(B)。
配线基板20具备设置在绝缘基板20C的表面上且与4个第1凸块电极BE接触的电极20a、与4个第2凸块电极B2接触的电极21a。在绝缘基板20C的背面，设置有经由穿过绝缘基板20C的内部的贯通电极20b而与电极20a电连接的电极焊垫20d。贯通电极20b与电极焊垫20d经由连接电极20c而连接。
在绝缘基板20C的背面，设置有经由穿过绝缘基板20C的内部的贯通电极21b而与电极21a电连接的电极焊垫21d。贯通电极21b与电极焊垫21d系经由连接电极21c而连接。
再者，设置在绝缘基板20C的电极均为印刷而成的配线图案。
表面上的第1电极20a的形状为十字架形状，第2电极21a具有与第1电极20a邻接且将其包围并且一端开放的大致U字形状。
图24是配线基板的俯视图(A)和配线基板的仰视图(B)。
该配线基板20是将图23所示的配线图案沿着X轴和Y轴排列多个而成者。左2列的第2电极21a以下侧开放的方式配置，右2列的第2电极21a是使左2列以与配线基板的厚度平行的轴为中心旋转180°而成者，且以上侧开放的方式配置。
图25是配线基板的仰视图。
在上述配线基板中，也可以设置将电极焊垫20d彼此连接的配线SR1、以及将电极焊垫21d彼此连接的配线SR2。由此，能够将来自各第1凸块电极BE的输出经由配线SR1而输出至外部，且将来自第2凸块电极B2的输出经由配线SR2而输出至外部。
图26是配线基板的俯视图(A)和仰视图(B)。
该配线基板20是将图23所示的配线图案沿着X轴和Y轴排列多个，同时使第2电极21a当中在X轴方向上邻接者彼此连续来作为电极210a者。电极210a成为沿着Y轴延伸且将所有第2电极21a在表面侧电连接的结构。在该情况下，由于只要于电极210a的一处的正下方设置贯通电极210d并使其露出于背面即可，因此具有使结构变得简单这样的优点。
图27是半导体芯片S1的俯视图。
在半导体芯片S1的表面，沿着X轴和Y轴排列有多个光检测部10。在半导体芯片S1的中央部，配置有多个收集来自各光检测部10的信号的共用电极E3。再者，在半导体芯片S1的整个面上形成有光检测部10，但是在该图中，为了使共用电极明了化，仅在两端部周边图示出光检测部10。
在该图中，在半导体芯片S1显示4个共用电极E3。各个共用电极E3的周边区域RS1的截面结构，与图14或图20所示者相同。
图28是图27所示的半导体芯片S1的仰视图。在该图中，作为截面结构，为了表示使用了图20所示者的情况，第1凸块电极BE的个数针对每个共用电极为4个，但是在采用图14中所使用者的情况下，第1凸块电极BE的个数针对每个共用电极为1个。
半导体基板的背面的钝化膜PF的一部分被去除，而露出半导体区域12的背面(矩形环状的区域、中央部的区域)。在该露出区域的5处配置有第2凸块电极B2。第2凸块电极B2配置在与四边形的半导体区域12的4个角部、以及中央部对应的位置。4个第1凸块电极BE分别位于与半导体区域12的4个共用电极对应的部位。
图29是改良的半导体芯片S1的仰视图。
该半导体芯片S1与图28所示者的不同点在于，使设置第2凸块电极B2的位置仅为半导体芯片S1的中央的一处，而其他结构与图28所示者相同。
其次，参照图30、图31，说明上述检测器的制造方法。
首先，准备形成有与各通道(光电二极管阵列PDA)对应的部分(第1半导体区域13、第2半导体区域14、绝缘层16、降压电阻R1、电极E1、E3、以及信号线TL)的半导体区域12。其次，在半导体区域12的主面1Na侧形成绝缘层17，其后，将半导体区域12从主面1Nb侧薄化(参照图30(A))。绝缘层17由SiO2构成。绝缘层17的形成方法可以使用CVD(Chemical VaporDeposition)法。半导体区域12的薄化方法可以使用机械研磨法或化学研磨法。
继而，在所准备的半导体区域12的背面1Nb侧，形成绝缘层L3(参照图30(B))。绝缘层L3由SiO2构成。绝缘层L3的形成方法可以使用CVD(Chemical Vapor Deposition)法。
其次，去除绝缘层L3中的要形成贯通孔TH的区域(参照图30(C))。绝缘层L3的去除方法可以使用干式蚀刻法。
继而，在半导体区域12形成用于配置贯通电极TE的贯通孔TH(参照图30(D))。在贯通孔TH的形成方法中，可以适当选择并适用干式蚀刻法和湿式蚀刻法。在使用碱性蚀刻法作为湿式蚀刻法的情况下，绝缘层16作为蚀刻阻挡层而发挥功能。由于在通过碱性蚀刻形成贯通孔时，在绝缘层L3会产生底切(undercutting)，因此通过干式蚀刻法而蚀刻绝缘层L3。此时，绝缘层16也同时被蚀刻。
其次，在所准备的半导体区域12的主面1Nb侧形成由SiO2构成的绝缘层L2之后，为了使电极E3露出而去除绝缘层L2的一部分(参照图30(E))。绝缘层L1和绝缘层L2的去除方法可以使用干式蚀刻法。
继而，形成贯通电极TE(参照图30(F))。贯通电极TE的形成方法如上所述可以使用溅射法。
其次，在半导体区域12的主面1Nb侧，形成在与凸块电极BE对应的位置形成有开口的钝化膜PF，其后，形成凸块电极BE(参照图31(G))。由此，获得半导体芯片。在凸块电极BE的形成前，在贯通电极TE中的从钝化膜PF露出的区域，形成凸块下金属(Under BumpMetal)BM。BM由与凸块电极BE电连接和物理连接优异的材料构成。BM的形成方法可以使用无电镀法。凸块电极BE的形成方法可以使用搭载焊球的方法或印刷法。
继而，在半导体芯片S1，经由光学粘接剂而粘接玻璃基板S22(参照图31(H))。由此，将玻璃基板S22与半导体芯片S1光学性连接。玻璃基板S22也与半导体区域12同样地，以包含多个玻璃基板的玻璃基板母材的形态准备。将玻璃基板S22与半导体芯片S1粘接的工序也可以在半导体区域12形成绝缘层L3后实施。再者，在无需使用玻璃基板S22的情况下可以省略。
其次，通过切割而切断由玻璃基板S22(玻璃基板母材)和半导体芯片S1(半导体晶片)构成的层叠体。由此，使半导体区域12的侧面与玻璃基板S22的侧面30c成为同一面。
继而，将相对配置有玻璃基板S22的半导体光检测元件10与另外准备的搭载基板20进行凸块电极连接(参照图31(I))。通过这些过程，从而获得检测芯片S。在配线基板20，在主面20U侧在与电极20a对应的位置形成有凸块电极BE，在相反的面20D上形成有信号取出用的电极。
在令光电二极管阵列PDA为一个通道且包含多个通道的情况下，能够实现大面积化得以谋求的检测芯片。
在半导体区域12，针对每个通道而形成有与信号线TL电连接且从主面1Na侧贯通至主面1Nb侧的贯通电极TE，并且贯通电极TE与配线基板20的电极经由凸块电极而电连接。由此，能够极大地缩短用于从各通道引导信号的配线的距离，并且能够使其值无偏差而一致。因此，配线所具有的电阻和电容的影响得以显著抑制，时间分辨率会提高。
检测芯片S包含配置在半导体区域12的主面1Na侧的玻璃基板S22。由此，通过玻璃基板S22能够提高半导体区域12的机械强度。使半导体区域12的侧面与玻璃基板S22的侧面成为同一面。由此，能够减少无效空间。
玻璃基板S22的主面30b是平坦的。由此，能够极容易地进行闪烁器对玻璃基板S22的设置。
贯通电极TE位于各通道的中央区域。由此，在各通道中，能够缩短从各APD至贯通电极TE的配线距离。
半导体芯片S1包含配置在半导体区域12的主面1Na侧并且将信号线TL与贯通电极TE连接的共用电极E3。由此，能够将信号线TL与贯通电极TE切实地电连接。
再者，贯通电极TE也可以位于各通道(光电二极管阵列PDA)间的区域。在该情况下，能够防止各通道的开口率的降低。
如上所述，凸块电极BE也可以配置在贯通孔TH的外侧。在该情况下，相对于一个贯通电极TE而形成有多个凸块电极(本例中为4个凸块电极)BE。凸块电极BE可以配置在与贯通电极TE连续且配置在半导体区域12的主面1Nb侧的电极部分上。
半导体区域13、14的形状并不限于上述形状，也可以为其他形状(例如，圆形状等)。另外，APD(第2半导体区域14)的个数(行数和列数)以及排列并不限于上述者。另外，通道(PDA)的个数或排列也不限于上述者。
图32是表示同时入射的光子数NP与信号强度IS(a.u.)的关系的图表。
伴随着光子数NP的增加，信号强度IS会增加，但是在单元间距为10μm的情况下，这些的线性高于单元间距为15μm的情形。再者，单元间距是指邻接的光检测部10的中心间的距离。
图33是表示电压偏差ΔV(V)与相对频度FR的关系的图表((A)为分立阵列，(B)为单片阵列)。再者，相对频度FR表示阵列中所含的电压偏差ΔV的产生数。
对半导体芯片的APD的负极赋予共同的偏压电位，施加电压在所有APD中为共同。光检测部的动作依赖于从操作电压Vop减去各通道的击穿电压Vbr所得的ΔVover＝Vop－Vbr，因而若各通道的击穿电压不均匀，则对检测效率、暗电流、噪声等各种特性有影响。因此，所有APD的击穿电压越均匀越佳。然而，击穿电压的均匀性受晶片材料或工艺的实力限制。
将3×3mm的有源通道(半导体芯片)设为1芯片而挑选特性相近的元件，且在基板上配置16×16个而成的分立阵列中，电压偏差减小至平均0.06V(图33(A))。在分立阵列的情况下，能够去除特性偏离基准值的检测芯片，将特性一致者配置在同一配线基板上，因而电压的偏差ΔV比单片阵列的情形更得以抑制。另外，在使用贯通电极的分立阵列中，无效空间少。
另一方面，将3×3mm的有源通道4行4列排列在同一半导体芯片上而成的单片阵列类型的电压增益偏差会变大。在固定的施加电压下，所有16通道(半导体芯片)的电压偏差产生平均0.21V(图33(B))。
其次，对仅使光检测部的结构变化后的例子进行说明。
图34是光电二极管阵列的立体图，图35是光电二极管阵列的A-A箭头纵截面图。
该光电二极管阵列在由Si构成的半导体基板的表面侧具备受光区域。受光区域包含多个光检测部10，这些光检测部10矩阵状地二维配置。再者，在图34中，配置有3行3列的光检测部10，它们构成受光区域，但是光检测部10的个数可以更多也可以更少，另外，也可以设为一维配置的结构。
在基板表面，配置有格子状图案化的信号读出用的配线图案(上表面电极)3C(读出配线TL)。再者，在图34中，为了了解内部结构，省略了图35所示的绝缘层17的记载。在格子状的配线图案3C的开口内规定光检测区域。在光检测区域内配置有光检测部10，光检测部10的输出连接于配线图案3C。
在基板背面上，根据需要设置有下表面电极E4，但是在设置在背面的凸块电极与半导体基板的接触电阻变小的情况下，也可以不使用。因此，若在上表面电极即配线图案3C与下表面电极E4之间施加光检测部10的驱动电压，则能够从配线图案3C取出该光检测输出。
在pn结，构成其的p型半导体区域构成正极，n型半导体区域构成负极。在以p型半导体区域的电位高于n型半导体区域的电位的方式对光电二极管施加驱动电压的情况下，其为正向偏压，在对光电二极管施加与上述驱动电压相反的驱动电压的情况下，其为反向偏压。
驱动电压是对光检测部10的内部的由pn结构成的光电二极管施加的反向偏压。在将该驱动电压设定为光电二极管的击穿电压以上的情况下，在光电二极管中会产生雪崩击穿(avalanche breakdown)，光电二极管以盖革模式动作。即，各光电二极管为雪崩光电二极管(APD)。再者，在对光电二极管施加正向偏压的情况下，光电二极管也具有光检测功能。
在基板表面，配置有与光电二极管的一端电连接的电阻部(降压电阻R1)4。电阻部4的一端构成经由位于其正下方的其他材料的接触电极而与光电二极管的一端电连接的接触电极4A，另一端构成与信号读出用的配线图案3C接触且与其电连接的接触电极4C。即，各光检测部10的电阻部4具备与光电二极管连接的接触电极4A、与接触电极4A连续且曲线延伸的电阻层4B、以及与电阻层4B的终端部连续的接触电极4C。再者，接触电极4A、电阻层4B、以及接触电极4C由相同电阻材料的电阻层构成，并且它们连续。
如此，电阻部4从与光电二极管的电连接点曲线延伸而与信号读出用的配线图案3C连接。电阻部4的电阻值与其长度成比例，因而通过使电阻部4曲线延伸，从而能够使其电阻值增加。另外，通过存在电阻部4，从而能够使存在于其下的半导体区域的表面能级稳定，并使输出稳定。
在图34所示的例中，配线图案3C包含包围各个光检测部10的形状，但是配线图案3C的形状并不限于此，例如，可以为包围2个以上的光检测部10的形状，或为包围一列以上的光检测部10的形状(参照图42)。再者，在图42中，将多列光检测部作为1个组，配线图案3C(读出配线TL)在这些之间延伸。
另外，如图42所示，在各个光检测部中，以覆盖半导体区域14的边缘的方式配置电阻层4B，由此能够使半导体区域14的表面能级更稳定。详细而言，在从厚度方向观察半导体区域14的轮廓上，配置有电阻层4B。
光检测部10中所包含的光电二极管的一端原则上在所有位置上均连接于相同电位的配线图案3C，另一端连接于赋予基板电位的下表面电极E4。即，所有光检测部10的光电二极管并联连接。
在半导体芯片S1的表面，设置有共用电极E3，读出配线TL均连接于共用电极E3。共用电极E3的周围的截面结构和配置在凸块电极下的配线基板的结构与上述者相同。
在图34所示的例中，各个接触电极4A位于被配线图案3C包围的各个光检测区域的中央部。而且，电阻部4B的二维图案包含以围绕接触电极4A旋转的方式延伸的形状。通过将接触电极4A配置在各光检测区域的中央部，并且以在接触电极4A的周围旋转的方式配置电阻层4B，从而能够将电阻层4B的长度设定得长。
如图35所示，各个光检测部10具备第1导电型(n型)的第1半导体区域(层)12、以及与第1半导体区域12构成pn结的第2导电型(p型)的第2半导体区域(半导体层13和高杂质浓度区域14)。
第1接触电极3A接触于该第2半导体区域中的高杂质浓度区域(半导体区域)14。高杂质浓度区域14是通过使杂质在半导体层13内扩散而形成的扩散区域(半导体区域)，并且具有比半导体层13高的杂质浓度。本例(类型1)中，在n型的第1半导体区域12上形成有p型半导体层13，在半导体层13的表面侧形成有p型的高浓度杂质区域14。因此，构成光电二极管的pn结形成在第1半导体区域12与半导体层13之间。
再者，作为半导体基板的层结构，也可以采用使导电型与上述反转的结构。即，(类型2)的结构在p型的第1半导体区域12上形成n型半导体层13，并且在半导体层13的表面侧形成n型的高浓度杂质区域14而形成。
另外，也可以在表面层侧形成pn结界面。在该情况下，(类型3)的结构成为在n型的第1半导体区域12上形成有n型半导体层13且在半导体层13的表面侧形成有p型的高浓度杂质区域14的结构。再者，在该结构的情况下，pn结形成在半导体层13与半导体区域14的界面。
当然，在该结构中也可以使导电型反转。即，(类型4)的结构成为在p型的第1半导体区域12上形成有p型半导体层13且在半导体层13的表面侧形成有n型的高浓度杂质区域14的结构。
再者，作为半导体基板的结构，也可以采用图41所示的结构。
图41是变更基板的结构后的光电二极管阵列的纵截面图。
该结构与上述类型1～类型4的结构的不同点在于，在半导体区域14的正下方配置半导体区域15，而其他方面相同。半导体区域15具有与半导体区域14相同的导电型、或不同的导电型。将具有相同的导电型者设为(类型1S)～(类型4S)，将具有不同的导电型者设为(类型1D)～(类型4D)。再者，半导体区域15的杂质浓度小于半导体区域14的杂质浓度。另外，作为p型杂质，可以采用B(硼)，作为n型杂质，可以采用P(磷)或As(砷)。
再者，上述半导体结构的各层的导电型、杂质浓度和厚度的合适范围如下所述。
(类型1)
半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/5×1011～1×1020cm-3/30～700μm)
半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1018～1×1020cm-3/10～1000nm)
(类型2)
半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/5×1011～1×1020cm-3/30～700μm)
半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1018～1×1020cm-3/10～1000nm)
(类型3)
半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/5×1011～1×1020cm-3/30～700μm)
半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1018～1×1020cm-3/10～1000nm)
(类型4)
半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/5×1011～1×1020cm-3/30～700μm)
半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1018～1×1020cm-3/10～1000nm)
(类型1S)
半导体区域12、13、14的参数与类型1相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
(类型2S)
半导体区域12、13、14的参数与类型2相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
(类型3S)
半导体区域12、13、14的参数与类型3相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
(类型4S)
半导体区域12、13、14的参数与类型4相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
(类型1D)
半导体区域12、13、14的参数与类型1相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
(类型2D)
半导体区域12、13、14的参数与类型2相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
(类型3D)
半导体区域12、13、14的参数与类型3相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(n型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
(类型4D)
半导体区域12、13、14的参数与类型4相同。
半导体区域15(导电型/杂质浓度/厚度)
(p型/1×1014～1×1017cm-3/2～50μm)
再者，在上述例子中，最下部的半导体区域12是构成厚度大的半导体基板者，但是光检测部10也可以在其下再具备半导体基板，在该情况下，半导体区域12具有比该附加的半导体基板薄的厚度。
另外，半导体区域13能够在半导体区域12上在外延生长法中形成，但是也可以通过对基板进行杂质扩散或离子注入而形成。半导体区域14、15能够通过对半导体区域13进行杂质扩散或离子注入而形成。
其次，对图34、图35、图41所示的接触电极3A和电阻部4进行说明。
各光检测部10具备形成在半导体基板的表面的绝缘层16。半导体区域13和半导体区域14的表面由绝缘层16覆盖。绝缘层16具有接触孔，在接触孔内形成有接触电极3A。本例中的接触电极3A是由与配线图案3C相同的材料构成且通过相同工序而形成在绝缘层16上者。接触电极3A和配线图案3C由金属构成，具体而言为铝(Al)。作为接触电极3A和配线图案3C的材料，可以使用其他低电阻金属材料(Au、Ag、Cu)，也可以采用2层以上的结构或合金。作为合金，例如可以使用包含Al、Ag、Au、Ge、Ni、Cr和Ti等金属元素中的若干种的化合物。
在下部的绝缘层16和第1接触电极3A上，形成有上部的绝缘层17。绝缘层16、17由SiO2或氮化硅(SiNx)等耐热性高的无机绝缘体构成。绝缘层17具有与第1接触电极3A同轴配置的接触孔，在该接触孔内，形成有第2接触电极4A。因此，第1接触电极3A与第2接触电极4A同轴配置。
第2接触电极4A包含与第1接触电极3A不同的材料。另外，第2接触电极4A是电阻部4的一部分，其具有比第1接触电极3A高的电阻率。第2接触电极4A配置在与第1接触电极3A重叠的位置，且与第1接触电极3A接触。第2接触电极4A与电阻层4B连续。
通过将第2接触电极4A同轴配置在与第1接触电极3A重叠的位置，从而能够使电阻层4B与第1接触电极3A的连接所需要的空间最小化。当然，第1接触电极3A与第2接触电极4A必然不在同一平面上，而是高度方向的位置变得不同，且电阻层4B从第2接触电极4A连续地延伸。由此，能够省略光检测部10内的配线，并且可以使光检测部的开口率显著增加。
再者，接触电极4C位于电阻层4B的终端。接触电极4C也是电阻部4的一部分。形成在绝缘层16上的配线图案3C位于接触电极4C的正下方，接触电极4C与配线图案3C接触并连接。
通过光子的入射而在pn结产生的载流子经由第1接触电极3A和第2接触电极4A而流到电阻层4B，并且经过经由接触电极4C而与电阻层4B连接的配线图案3C被取出至外部。
接触电极4A、4C和电阻层4B由相同电阻材料构成，但它们也可以由不同材料构成。可以将半导体单独、或以适当的比率含有半导体和金属的合金或化合物用作电阻材料。例如，作为电阻体，除了SiCr以外，还可以列举NiCr、TaNi、FeCr等。
当然，接触电极4A、4C和电阻层4B优选由SiCr构成。由于SiCr的光透过率高，因此即便在光检测部10内存在电阻层，所入射的光子也会透过电阻层4B，因而能够有效地增加开口率。再者，如果SiCr的电阻值的晶片面内偏差小，为1μm左右，则可以容易变窄。另外，能够提高薄片电阻。多晶硅的薄片电阻为1～30(kΩ/sq.)，而SiCr为1～50(kΩ/sq.)。即，若使用SiCr，则可以小尺寸地实现高电阻值。
电阻层4B的厚度优选为3nm以上且50nm以下。在下限值以上的情况下，能够确保电阻层的均匀性，在上限值以下的情况下，能够使光子充分地透过。
图36是表示向构成电阻层的SiCr的入射光的波长(nm)与透过率(％)的关系的图表。该SiCr层的厚度为20nm。
SiCr对于波长400nm以上的光具有80％以上的透过率。对于波长不到400nm的光有遮挡的倾向。根据该图表，对于波长为400nm以上且不到500nm的光，显示出小的谱峰。这意味着在通过滤波器遮挡500nm以上的光的情况下，波长为400nm以上且不到500nm的光也可以选择性地透过。若未组合这样的滤波器，则能够使波长为400nm以上至少到波长为1200nm的光以80％以上的透过率透过。
制造上述光电二极管阵列。
制造条件如下所述。
(1)结构(图34、图35的结构的数值例)
·半导体区域12：
导电型：n型(杂质：Sb(锑))
杂质浓度：5.0×1011cm-3
厚度：650μm
·半导体区域13：
导电型：p型(杂质：B(硼))
杂质浓度：1.0×1014cm-3
厚度：30μm
·半导体区域14：
导电型：p型(杂质：B(硼))
杂质浓度：1.0×1018cm-3
厚度：1000nm
·绝缘层16：SiO2(厚度：1000nm)
·绝缘层17：SiO2(厚度：2000nm)
·接触电极3A：
材料：铝(Al)
接触孔直径：2.0μm
·配线图案3C：
材料：铝(Al)
厚度：1.0μm
配线图案3C的宽度W0：1.0～3.0μm
1个光检测部10的由配线图案3C包围的区域(光检测区域)的面积S：100～2500μm2
邻接的光检测部10的中心间的间隔X：50μm～10μm
·电阻部4：
材料：SiCr
(接触电极4A)
接触孔直径：1.0μm
(电阻层4B)
电阻层4B的厚度：20nm
电阻层4B的宽度W1：1.0～3.0μm
电阻层4B的长度L1：10～50μm
电阻部4的电阻值：200～500kΩ
(接触电极4C)
接触孔直径：1.0μm
(2)制法条件
·半导体区域12：CZ法((001)Si半导体基板)
·半导体区域13：Si外延生长法(原材料：气相的四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷(trichlorosilane，SiHCl3)，生长温度1200℃)
·半导体区域14：杂质的热扩散法(杂质原材料：二硼烷(B2H6)，扩散温度1200℃)
·绝缘层16：(Si热氧化法：氧化温度(1000℃))
·绝缘层17：(等离子体CVD法：原材料气体(四乙氧基硅烷(TEOS)和氧气)，生长温度(200℃))
·接触电极3A和配线图案3C：蒸镀法(原料：铝)
·电阻部4：溅射法(靶材料：SiCr)
图37是表示(A)光检测部(50μm间隔配置)、(B)光检测部(25μm间隔配置)、(C)光检测部(20μm间隔配置)、(D)光检测部(15μm间隔配置：类型A)、(E)光检测部(15μm间隔配置：类型B)、(F)光检测部(10μm间隔配置)的图。
图37(A)的结构的参数如下所述。再者，电阻层4B的长度是其宽度方向的中心线的长度。
·配线图案3C的宽度W0＝2.0μm
·光检测区域的面积S＝2025μm2
·电阻层4B的宽度W1＝3.0μm
·电阻层4B的长度(合计的长度)L1＝200μm
·电阻部4的电阻值＝160kΩ
电阻层4B的形状整体上沿着格子状的配线图案3C的内侧面形成为环状。在该结构中，电阻层4B具有2条从第2接触电极4A的位置至信号输出用的接触电极4C为止的路径。即，电阻层4B具有长度相对较短的电阻层4B1、以及长度相对较长的电阻层4B2。电阻层4B的电阻值按这些长度不同的电阻层4B1与电阻层4B2的合成电阻被设定。
在格子状的配线图案3C的交点，配置有接触电极4C。因此，接触电极4C位于光检测区域的对角线上的4处，这些对角线的交点成为光检测区域(光检测部)的中心(重心)G。邻接的光检测部10的中心G间的距离X为50μm。
电阻层4B1、4B2整体上呈大致矩形的环状，且其角部的形状平滑地弯曲。电阻层4B1、4B2的角部的外缘的曲率中心O位于通过中心G的上述对角线上，曲率半径R为5.0μm，从外缘的圆弧的两端朝向曲率中心O延伸的2条弦所成的角度θ为8°。再者，为了避免电场集中，曲率半径R设定为2～10μm，角度θ设定为3～14°。
从第2接触电极4A取出的载流子经由电阻层4B而到达接触电极4C，并且经由配线图案3C而被取出至外部。
图37(B)是表示所制造的光检测部10(邻接中心间的间隔X＝25μm)的图。
本例中的结构的参数如下所述。
·配线图案3C的宽度W0＝1.5μm
·光检测区域的面积S＝420μm2
·电阻层4B的宽度W1＝3.0μm
·电阻层4B的长度L1＝70μm
·电阻部4的电阻值＝250kΩ
电阻层4B的形状整体上沿着格子状的配线图案3C的内侧面形成为环的一部分欠缺的形状。在该结构中，电阻层4B具有1条从第2接触电极4A的位置至信号输出用的接触电极4C为止的路径。
在格子状的配线图案3C的交点，配置有接触电极4C。因此，接触电极4C位于光检测区域的对角线上的4处，这些对角线的交点成为光检测区域(光检测部)的中心(重心)G。在横向方向上邻接的光检测部10的中心G间的距离X为25μm。
电阻层4B具有构成环形状的一部分的3个角部，但是各个角部的形状平滑地弯曲。电阻层4B的角部的外缘的曲率中心O位于通过中心G的上述对角线上，曲率半径R为5.0μm，从外缘的圆弧的两端朝向曲率中心O延伸的2条弦所成的角度θ为8°。再者，为了避免电场集中，曲率半径R设定为2～10μm，角度θ设定为6～37°。
从第2接触电极4A取出的载流子经由电阻层4B而到达接触电极4C，并且经由配线图案3C而被取出至外部。
图37(C)是表示所制造的光检测部10(邻接中心间的间隔X＝20μm)的图。
本例中的结构的参数如下所述。
·配线图案3C的宽度W0＝1.5μm
·光检测区域的面积S＝240μm2
·电阻层4B的宽度W1＝2.0μm
·电阻层4B的长度L1＝55μm
·电阻部4的电阻值＝300kΩ
光检测部的基本结构与图37(B)所示者相同，因此省略重复的说明。邻接的光检测部10的中心G间的距离X为20μm，不同点在于，在图37(C)所示者的情况下，相对于电阻层4B的宽度W1，接触电极4A朝向光检测区域的内侧突出的比率大于图37(B)者。再者，在任一形态的光检测部中，接触电极4A、4C的中心均是凹陷的。邻接于接触电极4C的配线图案3C与接触电极4A的中心位置之间的距离，大于从该配线图案3C至电阻层4B的内侧的边缘线的距离。
电阻层4B具有构成环形状的一部分的3个角部，各个角部的形状平滑地弯曲。电阻层4B的角部的外缘的曲率中心O位于通过中心G的上述对角线上，曲率半径R为3.0μm，从外缘的圆弧的两端朝向曲率中心O延伸的2条弦所成的角度θ为13°。再者，为了避免电场集中，曲率半径R设定为2～5μm，角度θ设定为8～23°。
从第2接触电极4A取出的载流子经由电阻层4B而到达接触电极4C，并且经由配线图案3C而被取出至外部。
图37(D)是表示所制造的光检测部(邻接中心间的间隔X＝15μm：类型A)的图。在类型A的光检测部中，接触电极4A配置在光检测区域的中心，电阻层4B具备从中心一边右旋转一边延伸的正向旋转区域4Ba、以及与正向旋转区域4Ba连续地一边左旋转一边延伸的反向旋转区域4Bb。再者，此处将右旋转设为正向旋转。当然，也可以制造将左方向旋转设为正向旋转的结构者。
本例中的结构的参数如下所述。
·配线图案3C的宽度W0＝1.2μm
·光检测区域的面积S＝132μm2
·电阻层4B的宽度W1＝1.0μm
·电阻层4B的长度L1＝78μm
·电阻部4的电阻值＝600kΩ
在格子状的配线图案3C的交点，配置有接触电极4C，接触电极4C位于光检测区域的对角线上的4处，这些对角线的交点成为光检测区域(光检测部)的中心(重心)G。邻接的光检测部10的中心G间的距离X为15μm。
如上所述，电阻层4B具备正向旋转区域4Ba和反向旋转区域4Bb。在该结构中，电阻层4B具有1条从第2接触电极4A的位置至信号输出用的接触电极4C为止的路径，而由旋转方向不同的各区域4Ba、4Bb而形成的中心G处的磁场的方向变为相反。即，具有通过所检测出的电子的行进而形成的磁场的影响在中心位置相抵的结构，从而从自身形成磁场所致的对检测输出的影响得以减少。
正向旋转区域4Ba具有平缓地弯曲的3个角部，各个角部的外缘的曲率中心Oa1、Oa2、Oa3位于通过中心G的上述对角线上，各个的曲率半径Ra为2.0μm，从各个外缘的圆弧的两端朝向各个曲率中心Oa1、Oa2、Oa3延伸的2条弦所成的角度θa为19°。再者，与正向旋转区域4Ba相关，为了避免电场集中，角部的曲率半径Ra设定为2～5μm，角度θa设定为19～58°。
反向旋转区域4Bb也具有平缓地弯曲的3个角部，各个角部除了朝向以外具有相同的形状。对1个角度进行说明，角部的外缘的曲率中心Ob位于通过中心G的上述对角线上，其曲率半径Rb为2.0μm，从外缘的圆弧的两端朝向各个曲率中心Ob延伸的2条弦所成的角度θb为8°。再者，与反向旋转区域4Bb相关，为了避免电场集中，角部的曲率半径Rb设定为2～5μm，角度θb设定为8～23°。
再者，由于正向旋转区域4Ba比反向旋转区域4Bb位于更内侧的理由，角度θa设定得比角度θb大。
位于内侧的正向旋转区域4Ba的外缘与位于外侧的反向旋转区域4Bb的内缘相对，这些的间隔距离的最小值D1为0.6μm。间隔距离的最小值D1设定为0.6～2.0μm。
从第2接触电极4A取出的载流子经由电阻层4B而到达接触电极4C，且经由配线图案3C而被取出至外部。
图37(E)是表示所制造的光检测部(邻接中心间的间隔X＝15μm：类型B)的图。
在类型B的光检测部中，接触电极4A配置在光检测区域的中心，电阻层4B具备从中心一边向一个方向旋转一边延伸的旋转区域。当然，在任一个实施方式中，均也可以制造旋转方向为相反方向的结构者。
本例中的结构的参数如下所述。
·配线图案3C的宽度W0＝1.2μm
·光检测区域的面积S＝132μm2
·电阻层4B的宽度W1＝1.0μm
·电阻层4B的长度L1＝55μm
·电阻部4的电阻值＝420kΩ
在格子状的配线图案3C的交点，配有接触电极4C，接触电极4C位于光检测区域的对角线上的4处，这些对角线的交点成为光检测区域(光检测部)的中心(重心)G。邻接的光检测部10的中心G间的距离X为15μm。
电阻层4B具有平缓地弯曲的3个角部，各个角部的外缘的曲率中心O位于通过中心G的上述对角线上，各者的曲率半径R为2.0μm，从各个外缘的圆弧的两端朝向各个曲率中心O延伸的2条弦所成的角度θ为8°。再者，为了避免电场集中，角部的曲率半径R设定为2～5μm角度θ设定为8～23°。
从第2接触电极4A取出的载流子经由电阻层4B而到达接触电极4C，并且经由配线图案3C而被取出至外部。
图37(F)是表示所制造的光检测部(邻接中心间的间隔X＝10μm)的图。该光检测部10的基本结构与上述所示者相同，因此对于相同的结构省略记载。
本例中的结构的参数如下所述。
·配线图案3C的宽度W0＝1.2μm
·光检测区域的面积S＝42μm2
·电阻层4B的宽度W1＝1.0μm
·电阻层4B的长度L1＝29μm
·电阻部4的电阻值＝700kΩ
在该结构中，从第2接触电极4A取出的载流子也经由电阻层4B而到达接触电极4C，并且经由配线图案3C而被取出至外部。
再者，在本例中，电阻层4B的宽度W1小于配线图案3C的宽度W0，成为尽管电阻部4被微细化，仍能够获得足够的电阻值的结构。
其次，对光电二极管的特性进行说明。
图38是表示上述光电二极管中的入射光的波长(nm)与光子的检测效率(％)的关系的图表。在该图表中，示出了图37(A)的结构(50μm间隔)、图37(D)的结构(15μm间隔)、以及图37(F)的结构(10μm间隔)的数据。再者，1个光电二极管阵列中所包含的光检测部的个数分别为400个、4489个、1000个。对光电二极管的反向偏压为74V，使其以盖革模式动作。再者，击穿电压为71V。
关于光子检测效率(PDE)(％)，光检测区域越大，则电阻层的影的区域越小，获得高的检测效率。然而，虽然相对于光检测区域的邻接间隔为50μm的情况下的光检测区域的面积，光检测区域的邻接间隔为10μm的情况下的光检测区域的面积约为二十五分之一，但是检测效率维持为其30％以上。15μm的情况也同样地维持较高的检测效率。
这些的谱峰的位置存在于波长400nm至500nm的范围。在该波长范围(400nm以上且500nm以下)内，在50μm间隔的光电二极管的情况下，检测效率为44％以上，在15μm间隔的光电二极管的情况下，检测效率为36％以上，在10μm间隔的光电二极管的情况下，检测效率为17％以上。
再者，作为比较例1，使邻接中心间的间隔X＝50μm，在图37(A)中的电阻层的内侧位置设置第1接触电极，从第1接触电极以与电阻层4B大致相同的形状形成稍小的环状配线图案(铝)。再者，该环状配线图案(突出电极)位于半导体区域14的轮廓上，具有使光检测区域内的能级稳定的功能。而且，在与图37(A)所示者同样地形成与该环状配线图案连续的与其宽度相同的电阻体(多晶硅：160kΩ)的情况下，检测效率(％)在波长400nm至500nm的范围中最小为28％，最大为36％。再者，在比较例1的结构中，第1接触电极的位置与电阻体的与环状配线图案的连接位置错开。
另外，作为比较例2，使比较例1中的间隔X＝15μm，在图37(E)中的电阻层的内侧位置设置第1接触电极，从第1接触电极以与电阻层4B大致相同的形状形成稍小的环状配线图案(铝)。再者，该环状配线图案(突出电极)位于半导体区域14的轮廓上，具有使光检测区域内的能级稳定的功能。而且，在与图37(E)所示者同样地形成有与该环状配线图案连续且与其宽度相同的电阻体(多晶硅：500kΩ)的情况下，检测效率(％)在波长400nm至500nm的范围中最小为18％，最大为26％。再者，在比较例2的结构中，第1接触电极的位置、与电阻体的与环状配线图案的连接位置错开。
再者，由于第1接触电极的位置与电阻体的与环状配线图案的连接位置错开，因此使间隔X＝10μm以下的做法在制造工艺上较为困难。
在比较例1、2的结构中，环状配线图案和光透过率低的电阻部全部作为使有效开口率降低的遮光要素发挥功能，而光检测灵敏度降低。另一方面，在实施方式所涉及的光电二极管阵列中，电阻层4B实现与环状配线图案相同的表面能级稳定化功能，并且还具有高的光透过率，另外，不使用多晶硅那样的附加的电阻体，因此能够使光检测灵敏度显著提高。
其次，对恢复时间(电压恢复时间)的影响进行检查。
图39是表示来自上述光电二极管的输出(盖革模式)与时间的关系的图表。表示了示波器的输出影像，纵轴表示光电二极管的输出强度，纵轴的1个间隔表示50mV，横轴的1个间隔表示5(ns)。在该图表中，表示了峰强度电压不同的多个数据，但是其是由于入射至光电二极管的光子数的不同而引起的，光子数越多，则输出强度也越大。在该图表中，施加73(V)的偏压。再者，Vover＝对光电二极管的偏压-光电二极管的击穿电压为Vover＝1(V)以上且4(V)以下的范围内。
光电二极管的输出信号的恢复时间(τ)规定为：在光子入射至光检测部10的情况下，从赋予来自光检测部10的输出的强度峰值的时刻到来自光检测部10的输出变为该强度峰值的37％的时刻为止的期间。
在光检测部的间隔X＝50μm(图37(A))的情况(图39(A))且对光电二极管的偏压为73V的情况下，恢复时间(τ)为13ns。
在光检测部的间隔X＝20μm(图37(C))的情况(图39(B))且对光电二极管的偏压为73V的情况下，恢复时间(τ)为5.0ns。
在光检测部的间隔X＝15μm(类型A：图39(D))的情况(图39(C))且对光电二极管的偏压为73V的情况下，恢复时间(τ)为4.3ns。
在光检测部的间隔X＝10μm(图37(F))的情况(图39(D))且对光电二极管的偏压为73V的情况下，恢复时间(τ)可以为2.3ns以下。
再者，在上述比较例1的情况下，恢复时间(τ)为13ns，比较例2的情况下的恢复时间(τ)为4.3ns。
详细而言，在比较例1的结构的情况(光检测部10的隔开间隔X＝50μm)下，开口率为60％，结电容Cj＝80fF，增益＝7.5×105，恢复时间为13ns，像素数密度为(400个/mm2)，光子的检测效率最大为36％。
另外，在比较例2的结构的情况(光检测部10的隔开间隔X＝15μm)下，开口率为35％，结电容Cj＝11fF，增益＝2.0×105，恢复时间为4.3ns，像素数密度为(4489个/mm2)，光子的检测效率最大为26％。
再者，在X＝15μm的情况下，在图7和图8的实施方式的结构中，开口率可以为60％，结电容Cj＝11fF，增益＝2.0×105，恢复时间为4.3ns，像素数密度为(4489个/mm2)。
如此，在实施方式的结构中，能够达到与比较例1相同的开口率，并且能够减小结电容Cj，缩短恢复时间。另外，由于每单位面积所包含的像素数多，因此能够提高动态范围。
如上所述，在邻接的第2接触电极间的间隔(光检测区域的中心间的间隔)X为20μm以下的情况下，恢复时间(τ)显著变短。若光检测部的间隔X＝15μm以下，则能够使恢复时间(τ)为10ns以下。若使间隔X为10μm以下，则恢复时间(τ)变得更短。这是以往无法达到的显著的改善。
再者，光检测部10的尺寸(像素尺寸)会对脉冲恢复时间产生影响。像素尺寸越小则动态范围越广。在1mm×1mm见方的芯片中，在像素尺寸为50μm的情况下单元数为400，20μm的情况下为2500，在15μm的情况下为4489，在10μm的情况下成为10000。可以根据所要求的解析度与动态范围来选择像素尺寸。另外，在令像素尺寸为50μm、20μm、15μm、10μm的情况下，动作电压下的增益可以为7.5×105、2.4×105、2.0×105、1.0×105，波长420nm下的光检测效率(PDE)可以为51％、43％、38％、19％。
再者，在适用于X射线CT装置时，出于位置分辨率(解析度)的观点，半导体芯片尺寸、或有源通道(与邻接元件电分离的多个光检测部的集合区域)的尺寸优选为1×1mm左右。在对10～140keV/mm2的X射线进行能量解析的情况下，要求宽的动态范围。优选为4500～10000左右的像素数，且优选为10～15mm的间距。
另外，在适用于PET装置时，因进行重心检测的关系，像素尺寸优选为3×3mm左右的尺寸，为了接受来自闪烁器的发光，3600像素左右便足够。再者，为了减少ASIC的读出，也可以采用6×6mm左右的大面积芯片。高时间分辨率、高检测效率的像素间距优选为50μm以上的更大者。
在上述结构中，在使用贯通电极的情况下，沿着半导体芯片外缘的无效空间的宽度变得均匀。另外，能够使二维排列半导体芯片的情况下的通道间的间隙均匀化，进而，在受光面上固定闪烁器时的对准也变得容易。
如上所述，在实施方式所涉及的光电二极管阵列中，利用金属薄膜电阻的高透过率，并代替比较例1、2中所使用的突出电极，通过图案化成线状的金属薄膜电阻来形成突出结构，从而减小无效空间。为了获得所期望的电阻值，在图37(B)～图37(F)所示的结构的情况下，虽然通过电阻层4B无法覆盖半导体区域14的轮廓(边缘)的一部分(右角的位置)，但是该部分为电阻层4B的宽度左右，特性降低对表面能级稳定化的影响小。另外，在图37(A)所示的结构中，覆盖半导体区域14的轮廓(边缘)的全部。
图40是用于对图34和图35所示的光电二极管阵列的制造方法进行说明的图。
首先，如图40(A)所示，在半导体区域(半导体基板)12上，通过外延生长法或杂质扩散法或者离子注入法而形成半导体区域13。再者，半导体区域12是由CZ法或FZ法而形成的(100)Si半导体基板，但是也可以使用具有其他晶面方位的半导体基板。在使用Si外延生长法的情况下，例如，作为原材料，使用气相的四氯化硅(SiCl4)和三氯硅烷(trichlorosilane，SiHCl3)，在生长温度1200℃下使这些的气体流到基板表面上。在杂质扩散法的情况下，使与半导体区域13的导电型对应的杂质以气体或固体扩散至半导体区域12内。在离子注入法的情况下，将与半导体区域13的导电型对应的杂质离子注入至半导体区域12内。
其次，在半导体区域13的表面侧的区域，形成半导体区域14。对于此，可以使用杂质的扩散法或离子注入法。例如，在扩散法中，在使用二硼烷(B2H6)作为杂质原材料的情况下，可以将扩散温度设定在1200℃。在半导体区域14的形成中，首先，通过光刻技术而在半导体区域13上形成具有开口的抗蚀图案，继而，将该抗蚀图案作为掩膜而进行杂质的添加。再者，杂质的添加也可以在形成格子状的配线图案3C后，将其作为掩膜，并隔着绝缘层16通过离子注入法来进行。
其次，在半导体基板上形成绝缘层16。绝缘层16可以使用Si热氧化法而形成。氧化温度例如为1000℃。由此，半导体区域13和14的表面被氧化，形成由SiO2构成的绝缘层16。在绝缘层16的形成中也可以使用CVD法。
继而，在绝缘层16中的半导体区域14上的位置，形成接触孔。在接触孔的形成时，首先，通过光刻技术而在绝缘层16上形成具有开口的抗蚀图案，继而，将该抗蚀图案作为掩膜而蚀刻绝缘层16。作为蚀刻法，除了干式蚀刻法以外，还可以使用利用包含HF水溶液的蚀刻液的湿式蚀刻。
其次，在绝缘层16上，通过蒸镀法而形成第1接触电极3A和配线图案3C。在它们的形成中，首先，通过光刻技术而在绝缘层16上形成特定的抗蚀图案，继而，将该抗蚀图案作为掩膜而在绝缘层16上蒸镀电极材料。此处，也可以使用溅射法代替蒸镀法。
再者，在绝缘层16上，与配线图案3C的形成同时地以相同方法也形成共用电极E3。
继而，如图40(B)所示，在绝缘层16上形成绝缘层17。绝缘层17可以使用溅射法或等离子体CVD法而形成。在使用等离子体CVD法的情况下，使用四乙氧基硅烷(TEOS)和氧气作为原材料气体，将生长温度设定为200℃左右而进行绝缘层17的生长。绝缘层17的厚度优选设定为使其表面平坦化的厚度，并且优选大于从绝缘层16的表面到配线图案3C的上表面为止的高度。
其次，如图40(C)所示，在绝缘层17上形成电阻部4。在其形成中，首先，通过光刻技术而在绝缘层17上形成规定的抗蚀图案，继而，将该抗蚀图案作为掩膜，使用溅射法或蒸镀法而在绝缘层17上沉积电阻材料。在电阻体由SiCr构成的情况下，可以使用溅射法，作为靶材料，可以使用例如Si与Cr的组成比为70％/30％的SiCr，厚度可以设定为3～50nm。
在以上工序结束之后，以与图30、图31相同的工序，从半导体基板的背面形成贯通孔，由绝缘层覆盖贯通孔的表面，其后，形成与共用电极E3连接的贯通电极，并使凸块电极与贯通电极接触。最后，与上述工序同样地，在半导体基板的背面形成第1和第2凸块电极，并且经由凸块电极而粘接于配线基板。
再者，在制造图41所示的结构的光检测部的情况下，只要在半导体区域14的形成前，使用杂质扩散法或离子注入法，在半导体区域13的表面侧形成半导体区域15即可。在杂质扩散法的情况下，使与半导体区域15的导电型对应的杂质以气体或固体扩散至半导体区域13内。在离子注入法的情况下，将与半导体区域15的导电型对应的杂质离子注入至半导体区域13内。
再者，关于上述多个的图34以后的半导体芯片，也与图33以前的结构同样地，通过在半导体芯片上设置玻璃板或树脂的粘接层，并在其上配置闪烁器，而形成检测芯片。
另外，在图34～图42中所说明的检测器中，具备：第1接触电极3A，其与第2半导体区域14接触的；以及第2接触电极4A，其具备与第1接触电极3A不同的材料，并且配置在与第1接触电极3A重叠的位置且与第1接触电极3A接触，降压电阻R1(电阻部4(电阻层4B))与第2接触电极4A连续。通过光子的入射而在pn结产生的载流子经由第1接触电极3A和第2接触电极4A而流到降压电阻R1，并经由与降压电阻连接的读出配线TL、共用电极E3、贯通电极TE、第1凸块电极BE(图14、图20)而到达配线基板20。
通过将第2接触电极4A配置在与第1接触电极3A重叠的位置，从而能够使降压电阻与第1接触电极3A的连接所需要的空间最小化。当然，第1接触电极3A与第2接触电极4A必然不在同一平面上，而是高度方向的位置变得不同，且降压电阻从第2接触电极4A连续地延伸。由此，可以省略光检测部10内的配线，并可以使光检测部的开口率显著增加。
另外，第2接触电极4A和降压电阻具备SiCr，由于SiCr的光透过率高，因此即便在光检测部10内存在降压电阻，所入射的光子也会透过淬灭层，因此可使有效开口率增加。
再者，在上述实施方式的情况下，电阻层4B的平面形状为环状或环的一部分的形状、或者螺旋形状，但是其也可以如方形波、三角波或正弦波般为蜿蜒形状。
另外，对实施方式所涉及的光电二极管阵列的效果进行进一步说明。
在盖革模式下使光电二极管阵列动作的情况下，光子入射至1个光检测部10的情况下的恢复时间(电压恢复时间)τ依赖于通过光检测部10的光检测区域的面积和从pn结扩展的耗尽层宽度而规定的结电容(像素电容)Cj与电阻部4的电阻值(降压电阻值Rq)的积(RC常数＝Cj×Rq)。
若减小像素尺寸(光检测部的面积)，则结电容Cj变小，因此为了获得相同的恢复时间τ即相同的RC常数，需要增大降压电阻值Rq。降压电阻值Rq可以调整电阻率、厚度、宽度和长度来决定。由于电阻率、宽度、厚度受工艺条件限制，因此电阻值Rq通过改变长度来调整是合理的。为了获得相同的恢复时间τ，像素尺寸越大，则将电阻层4B设定得短，像素尺寸越小，则将电阻层4B设定得越长。
在RC常数过小的情况下，雪崩倍增产生后的淬灭会变得不充分，产生被称为闭锁电流的现象，而不表现正常的动作。另一方面，在RC常数过大的情况下，恢复时间(电压恢复时间)变长。因此，RC常数的值设定为与器件相应的最佳值(2～20ns)。
再者，增益依赖于结电容Cj和施加电压，实施方式的结构通过减小结电容Cj来减小增益。作为光电二极管阵列的噪声成分，除了暗脉冲以外还包含后脉冲、因光学串扰而产生的伪输出信号。后脉冲是因通过雪崩倍增而产生的电子-空穴的一部分在杂质能级等被捕捉，隔开一定时间间隔之后释放，从而再次引起雪崩倍增而产生的脉冲。光学串扰是因如下脉冲而引起的，即，通过雪崩倍增中以低概率产生的光子进入到邻接像素并被吸收而产生的电子-空穴对引起雪崩倍增而产生的脉冲。任一种均是相对于1光子的输出不是1脉冲而是多个脉冲的噪声成分。
若如实施方式的结构那样结电容Cj即增益小，则通过雪崩倍增而产生的电子-空穴对的总数变少，因此后脉冲、因光学串扰而产生的脉冲的产生概率变小，从而获得噪声减少的效果。
结电容Cj越大、增益越大的元件，扫除所产生的载流子的时间越长，因此电压恢复时间越长；增益越小，则恢复时间越短。若如实施方式那样减小像素间距，则电压恢复时间变短，能够提高光子的计数率。
其次，对将读出配线的结构设为2层结构的例子进行说明。
图43是光电二极管阵列的俯视图。
该光电二极管阵列具备具有多个光检测部10的半导体基板100。光电二极管阵列具备：二维状配置光检测部10而成的受光区域、以及设置在半导体基板100的由光检测部10包围的区域的共用电极E3。来自各光电二极管APD的信号经由共用电极E3被读出。本形态的光电二极管是以盖革模式动作的雪崩光电二极管(APD)。在该图中，将光检测部10沿着X轴方向和Y轴方向矩阵状配置。半导体基板100的厚度方向为Z轴方向，XYZ轴构成正交坐标系统。再者，在图43中，配置有3行3列的光检测部10，它们构成受光区域，但是光检测部10的个数可以更多也可以更少，另外，也可以设为一维配置的结构。共用电极E3配置在多个光检测部10的中心。
各个光检测部10具备APD、连接电极3、降压电阻4、连接配线6。APD的一端连接于连接电极3，连接电极3依次经由降压电阻4、以及连接配线6而连接于成为上述读出配线TL的读出配线(配线图案)5B2。读出配线5B2位于邻接的APD间，并且存在于光检测部10间的边界位置。
读出配线5B2构成格子状的图案，在1个开口图案内，配置有1个光检测部10。读出配线5B2能够采用各种形状的图案。可以在读出配线5B2的图案的1个开口内配置多个光检测部10。也可以在1个开口图案内配置一列或多列光检测部10。
若光子入射至1个光检测部10，则在APD产生载流子，该载流子依次经由连接电极3、降压电阻4、连接配线6、读出配线5B2(连接配线5B)而到达共用电极E3。因此，每当光子入射至光电二极管阵列时，从共用电极E3输出脉冲信号。再者，在光子分别同时入射至多个APD的情况下，来自存在于距共用电极E3远的位置的APD的信号与来自存在于近的位置的APD的信号相比，到达共用电极E3的时间更晚。即，信号传输时间根据APD的位置而不同。
可以说，来自各个APD的信号传输时间越短，信号传输时间的面内的偏差越小，且输出信号越大，则光电二极管阵列特性越优异。前二者的特性可以通过使信号传输路径上的时间常数减小来改善。其原因在于：若使时间常数减小，则信号传输速度变快，每个光电二极管的差分也变小。若加大读出配线的宽度，则时间常数变小。另一方面，后者的特性可以通过使各光电二极管的开口率提高来提高，但是一般而言，若加大读出配线的宽度，则开口率会降低。因此，在本形态的光电二极管阵列中，成为如下的结构：将读出配线5B2配置在比连接电极3的主要部分即表面电极3B更靠上层侧的位置，从而即便加大读出配线的宽度，开口率也不会降低。
图44是光电二极管阵列的截面图，图45是表示电极和配线等的连接关系的图。
如图44所示，各个光检测部10具备第1导电型(n型)的第1半导体区域(层)12、以及与第1半导体区域12构成pn结的第2导电型(p型)的第2半导体区域(半导体层13和高杂质浓度区域14)，它们构成半导体基板。半导体区域14或其正下方的区域由于会在其pn结产生载流子，因此作为光感应区域而发挥功能，并输出载流子。若对p型半导体赋予比n型半导体低的电位，则对光电二极管施加反向偏压。相对地被负电位吸引的载流子是空穴，相对地被正电位吸引的载流子是电子。在反向偏压大于APD的击穿电压的情况下，APD以盖革模式动作。偏压被提供给共用电极E3与根据需要设置在半导体基板(第1半导体区域12)的背面的背面电极E4之间。
第1接触电极3A(参照图45)接触于该第2半导体区域的高杂质浓度区域(半导体区域)14。高杂质浓度区域14是通过使杂质扩散至半导体层13内而形成的扩散区域(半导体区域)，并具有比半导体层13高的杂质浓度。在本例(类型1)中，在n型的第1半导体区域12上形成有p型半导体层13，在半导体层13的表面侧形成有p型的高浓度杂质区域14。因此，构成光电二极管的pn结形成在第1半导体区域12与半导体层13之间。
再者，作为半导体基板的层结构，也可以采用使导电型与上述反转的结构。即，(类型2)的结构是在p型的第1半导体区域12上形成n型半导体层13，且在半导体层13的表面侧形成n型的高浓度杂质区域14而形成的。
另外，也可以在表面层侧形成pn结界面。在该情况下，(类型3)的结构成为如下的结构：在n型的第1半导体区域12上形成有n型半导体层13，且在半导体层13的表面侧形成有p型的高浓度杂质区域14。再者，在该结构的情况下，pn结形成在半导体层13与半导体区域14的界面。
当然，在该结构中，也可以使导电型反转。即，(类型4)的结构成为如下的结构：在p型的第1半导体区域12上形成有p型半导体层13，且在半导体层13的表面侧形成有n型的高浓度杂质区域14。
如图45所示，第1接触电极3A接触于半导体区域14，环状电极3B与第1接触电极连续，环状电极3B经由第2接触电极3C而与降压电阻(电阻层)4连接。即，由第1接触电极3A、环状的表面电极3B和第2接触电极3C构成的连接电极3将半导体区域14与降压电阻4的一端电连接。
如图44所示，在半导体区域13、14上形成有第1绝缘层16，在第1绝缘层16上形成有降压电阻4。以覆盖降压电阻4和第1绝缘层16的方式形成有第2绝缘层17。在第1绝缘层16和17，形成有第1接触电极3A(图45)贯通的接触孔，在第2绝缘层17，形成有第2接触电极3C(图45)贯通的接触孔。另外，连接配线6接触并电连接于降压电阻4的另一端。连接配线6由贯通设置在第2绝缘层17的接触孔的接触电极、以及沿着第2绝缘层17上的连接部分构成，连接部分与辅助读出配线(下层读出配线)5A连续。
另外，在辅助读出配线5A、表面电极3B和第2绝缘层上，形成有第3绝缘层18。第1～第3绝缘层16、17、18由SiO2或氮化硅(SiNx)等的耐热性高的无机绝缘体构成。在第3绝缘层18上，形成有读出配线5B2。如图45所示，连接配线5B由贯通设置在第3绝缘层18的接触孔的接触电极5B1、以及与接触电极5B1连续且位于第3绝缘层18上的读出配线5B2构成。在图45所示的例中，辅助读出配线5A和读出配线5B2在厚度方向上隔开且并行配置，两者的终端电连接于共用电极E3。
共用电极E3的周边的截面结构与图14或图20对应，如图74和图75所示不同点在于：在图14和图15的结构中，在绝缘层17上形成绝缘层18，进而在绝缘层18上形成共用电极E3和读出配线5B2(TL)，贯通孔TH到达至共用电极E3的背面为止，且去除对应部位的绝缘层16、17、18，而其他方面相同。在这样的半导体芯片上，如上所述配置有玻璃板或粘接层、树脂等绝缘体，且在其上粘接闪烁器。
再者，共用电极E3也可以形成在第2绝缘层17上，在该情况下，在读出配线5B2的终端，共用电极E3位于去除第3绝缘层18后的区域上，且其与辅助读出配线5A和读出配线5B2连接。在共用电极E3形成在第3绝缘层18上的情况下，读出配线5B2与共用电极E3连接，并且在辅助读出配线5A的终端，辅助读出配线5A经由设置在第3绝缘层18的接触孔而与共用电极E3连接。
环状的表面电极3B位于第2绝缘层17上，且从Z轴方向看，沿着半导体区域14的外缘上而设置。表面电极3B通过使半导体区域14的外缘(与半导体区域13的边界)产生固定的电场，从而使光电二极管输出的稳定性提高。
此处，在图44中，在令包含半导体区域14的表面的平面为基准平面(XY平面)的情况下，从该基准平面到读出配线5B2的距离tb大于从该基准平面到表面电极3B的距离ta。其原因在于：第3绝缘层18介于读出配线5B2与第2绝缘层17之间。通过该结构，能够不使光电二极管的开口率减少而增加读出配线5B2的宽度的设计自由度。由此，能够使读出配线5B2的宽度增加，使每单位长度的电阻值降低，另外，能够减少寄生电容，使信号传输速度提高。
再者，APD由半导体区域14和半导体区域14的正下方的区域构成，且包含半导体区域13、12。读出配线5B2形成在半导体区域14(APD)间的区域。即便使读出配线5B2的宽度增加，也能够在覆盖半导体区域14露出的区域之前不产生开口率的降低，并增大信号输出。
以上，如所说明那样，上述光电二极管阵列是包含多个具有以盖革模式动作的APD的光检测部10的光电二极管阵列，其中，各个光检测部10具备：具有输出载流子的半导体区域14的APD、与半导体区域14电连接且沿着其外缘而包围半导体区域14的表面电极3B、以及将表面电极3B与读出配线5B2连接的降压电阻4。另外，在令包含半导体区域14的表面的平面为基准平面的情况下，从该基准平面到读出配线5B2的距离tb大于从该基准平面到表面电极3B的距离ta，读出配线5B2位于邻接的APD间。根据该光电二极管阵列，能够使信号读出速度等特性提高。
再者，上述中作为表面电极3B使用了环状者，但是其也可以为一部分断开。另外，降压电阻4的形状在上述中表示了直线状延伸者，但其可以考虑有各种形状。
图46是表示电极和配线等的连接关系的图。
本例的降压电阻4以包围表面电极3B的外侧的方式延伸，具有在中途断开的环形形状。降压电阻4的一端经由连接电极3而与半导体区域14电连接。降压电阻4的另一端经由连接配线6而与辅助读出配线5A连接，辅助读出配线5A经由接触电极5B1而与读出配线5B2电连接。在本例中，由于是加长降压电阻4而能够使其电阻值增加的结构，但是沿着载流子的通过路径的纵截面结构除了连接配线6不具有水平地延伸的部分，而是直接连接于辅助读出配线5A的下表面以外，与图44所示者相同。
其次，对各种读出配线5B和辅助读出配线5A的结构的例子进行说明。
(第1例)图47是光电二极管阵列(第1例)的局部俯视图，图48是图47所示的光电二极管阵列(第1例)的A-A箭头截面图。
第1例的结构是在图46所示的结构中，读出配线5B2在邻接的半导体区域14之间延伸，读出配线5B2的宽度小于邻接的表面电极3B间的隔开距离的情况。再者，辅助读出配线5A具有与读出配线5B2相同的宽度，且它们平行地延伸。此处，在第3绝缘层18的厚度并不足够厚的情况下，或者在未进行表面研磨的情况下，如图48所示，第3绝缘层18的表面因下部的表面电极3B的形状而具有凹凸。当然，第3绝缘层18的表面也因辅助读出配线5A的形状而凹凸地变形，在图48中，关于该变形并未图示。
在本例中，由于并设有2条读出配线5A、5B2，因此能够使配线电阻降低，减小时间常数，并使信号读出速度提高。
(第2例)图49是光电二极管阵列(第2例)的局部俯视图，图50是图49所示的光电二极管阵列(第2例)的A-A箭头截面图。
第2例的结构是在图46所示的结构中，读出配线5B2在邻接的半导体区域14之间延伸，读出配线5B2的宽度接近于邻接的表面电极3B间的隔开距离的情况。再者，辅助读出配线5A具有比读出配线5B2窄的宽度，且它们平行地延伸。此处，在第3绝缘层18的厚度并不足够厚的情况下，或者在未进行表面研磨的情况下，如图50所示，第3绝缘层18的表面因下部的表面电极3B的形状而具有凹凸。当然，第3绝缘层18的表面也因辅助读出配线5A的形状而凹凸地变形，在图50中，关于该变形并未图示。
在本例中，由于并设有2条读出配线5A、5B2，因此能够使配线电阻降低，减小时间常数，并使信号读出速度提高。进而，由于读出配线5B2的宽度宽，因此能够使配线电阻大幅降低。
再者，在上述的第1例和第2例中，在使第3绝缘层18的厚度足够厚的情况(1μm～5μm)下，或者在研磨表面使其平坦化的情况下，由于读出配线5B会形成在平坦面上，因此具有抑制因表面的阶差而导致的断线的效果。再者，表面电极3B和辅助读出配线5A的厚度均为0.6μm～3.0μm。
(第3例)图51是光电二极管阵列(第3例)的局部俯视图，图52是图51所示的光电二极管阵列(第3例)的A-A箭头截面图。
第3例的结构是在图46所示的结构中，读出配线5B2在邻接的半导体区域14之间延伸，读出配线5B2的宽度大于邻接的表面电极3B间的隔开距离(外缘间的隔开距离的最小值)的情况。读出配线5B2的宽度为邻接的表面电极3B的内缘间的隔开距离的最小值以下。
再者，辅助读出配线5A具有比读出配线5B2窄的宽度，且它们平行地延伸。此处，由于第3绝缘层18的厚度足够厚，或者进行过表面研磨，因此如图52所示，第3绝缘层18的表面得以平坦化。
在本例中，由于并设有2条读出配线5A、5B2，因此能够使配线电阻降低，减小时间常数，并使信号读出速度提高。另外，由于读出配线5B2的宽度显著变宽，因此配线电阻变得更低。
其次，对实质上省略上述辅助读出配线5A的例子进行说明。
图53是表示电极和配线等的连接关系的图。与图46所示的结构的不同点在于，辅助读出配线5A不直接连接于共用电极，而仅用于将连接配线6与接触电极5B1连接，而其他方面相同。即，辅助读出配线5A未经由读出配线5B2而不与共用电极电连接。关于使用该结构的例子，在以下说明。
(第4例)图54是光电二极管阵列(第4例)的局部俯视图，图55是图54所示的光电二极管阵列(第4例)的A-A箭头截面图。
第4例的结构是在图53所示的结构中，读出配线5B2在邻接的半导体区域14之间延伸，读出配线5B2的宽度小于邻接的表面电极3B间的隔开距离的情况。再者，辅助读出配线5A具有与读出配线5B2相同的宽度，且具有些许与其平行地延伸的部分，而在到达共用电极的中途中断。此处，在第3绝缘层18的厚度并不足够厚的情况下，或者在未进行表面研磨的情况下，如图55所示，第3绝缘层18的表面因下部的表面电极3B的形状而具有凹凸。由于实质上不存在辅助读出配线5A，因此因其而引起的凹凸在第3绝缘层18的表面实质上不存在。
在本例中，由于读出配线5B2在上层通过，因此能够自由地设计其厚度或宽度，能够使配线电阻降低，减小时间常数，并使信号读出速度提高。
(第5例)图56是光电二极管阵列(第5例)的局部俯视图，图57是图56所示的光电二极管阵列(第5例)的A-A箭头截面图。
第5例的结构是在图54所示的结构中，读出配线5B2在邻接的半导体区域14之间延伸，读出配线5B2的宽度接近于邻接的表面电极3B间的隔开距离的情况。再者，辅助读出配线5A具有与读出配线5B2相同的宽度，且具有些许与其平行地延伸的部分，而在到达共用电极E3的中途中断。此处，在第3绝缘层18的厚度并不足够厚的情况下，或者在未进行表面研磨的情况下，如图57所示，第3绝缘层18的表面因下部的表面电极3B的形状而具有凹凸。由于实质上不存在辅助读出配线5A，因此因其而引起的凹凸于第3绝缘层18的表面实质上不存在。
在本例中，由于读出配线5B2的宽度宽，因此能够使配线电阻降低，减小时间常数，并使信号读出速度提高。另外，由于实质上不存在辅助读出配线5A，因此不存在因其而引起的第3绝缘层18的阶差，从而具有抑制因该阶差而导致的读出配线5B2断线的效果。
再者，在上述的第4例和第5例中，能够使第3绝缘层18的厚度足够厚，或者可研磨表面使该表面平坦化。可以平坦化的第3绝缘层18的厚度的范围和表面电极3B的厚度的范围与第2例中记载的情况相同。
(第6例)图58是光电二极管阵列(第6例)的局部俯视图，图59是图58所示的光电二极管阵列(第6例)的A-A箭头截面图。
第6例的结构是在图53所示的结构中，读出配线5B2在邻接的半导体区域14之间延伸，读出配线5B2的宽度大于邻接的表面电极3B间的隔开距离(外缘间的隔开距离的最小值)的情况。读出配线5B2的宽度为邻接的表面电极3B的内缘间的隔开距离的最小值以下。
再者，辅助读出配线5A具有与读出配线5B2相同的宽度，且具有些许与其平行地延伸的部分，而在到达共用电极的中途中断。此处，由于第3绝缘层18的厚度足够厚，或者进行过表面研磨，因此如图59所示，第3绝缘层18的表面得以平坦化。
在本例中，由于读出配线5B2的宽度足够宽，因此能够使配线电阻降低，减小时间常数，并使信号读出速度提高。另外，由于实质上不存在辅助读出配线5A，而且第3绝缘层18的表面得以平坦化，因此不存在第3绝缘层18的阶差，从而具有抑制因该阶差而导致的读出配线5B2断线的效果。
(第7例)图60是光电二极管阵列(第7例)的局部俯视图，图61是图60所示的光电二极管阵列(第7例)的A-A箭头截面图。
第7例的结构是在第6例的结构中，代替使读出配线5B2的宽度变窄而使半导体区域14的隔开距离变窄，提高光电二极管的开口率。其他方面与第6例相同。再者，在任一个例子中，接触电极5B1均可以设置在由降压电阻4包围的区域的外侧。
在本例中，由于读出配线5B2的宽度足够宽，因此能够使配线电阻降低，减小时间常数，并使信号读出速度提高。另外，由于实质上不存在辅助读出配线5A，而且第3绝缘层18的表面得以平坦化，因此不存在第3绝缘层18的阶差，从而具有抑制因该阶差而导致的读出配线5B2断线的效果。另外，由于光电二极管的开口率提高，因此具有输出信号变大的优点。
再者，在上述任一结构中，作为半导体基板的结构，均可以采用图62所示的结构。
图62是变更基板的结构后的光电二极管阵列的纵截面图。在该图中，与上述光电二极管阵列相比较，仅将变更的方面以实线表示，其他以点划线表示。
该结构的不同点在于，在上述图43以后所说明的类型1～类型4的结构中，在半导体区域14的正下方配置有半导体区域15，而其他方面相同。半导体区域15具有与半导体区域14相同的导电型，或不同的导电型。令具有相同的导电型者为(类型1S)～(类型4S)，令具有不同的导电型者为(类型1D)～(类型4D)。再者，半导体区域15的杂质浓度小于半导体区域14的杂质浓度。另外，作为p型杂质，可以采用B(硼)，作为n型杂质，可以采用P(磷)、As(砷)或Sb(锑)。
再者，上述的半导体结构的各层的导电型、杂质浓度和厚度的优选范围为在各类型中如图41以后所说明那样。
再者，在上述例子中，最下部的半导体区域12构成厚度大的半导体基板者，但是光检测部10也可以在其下再具备半导体基板，在该情况下，半导体区域12具有比该附加的半导体基板薄的厚度。
另外，半导体区域13可以在半导体区域12上在外延生长法中形成，但是也可以通过对基板进行杂质扩散或离子注入而形成。半导体区域14、15可以通过对于半导体区域13进行杂质扩散或离子注入而形成。
图63是光电二极管阵列的俯视图。本例具有图45所示的类型的结构的电极图案。在表面，形成有格子状的读出电极(读出配线)5B2、以及与读出电极5B2连接的共用电极E3，光检测部10位于格子的每1个开口内。
各个光检测部10具有与半导体区域14(参照图45)连接的连接电极3，连接电极3经由降压电阻4而与读出配线5B2连接。该光电二极管阵列的沿着载流子的行进路径的纵截面结构为图44所示的结构，但是也可以采用上述类型1～4(类型1S～4S、1D～4D)的结构。另外，上层的读出配线5B2是必需的，但是下层的辅助读出配线5A也可以使用也可以省略。即，作为读出配线5B2和辅助读出配线5A的结构，可以应用上述的第1例～第7例的结构。
另外，在读出配线5B2的1个开口内，也可以具有多个光检测部10。
再者，共用电极E3的周边的截面结构、闪烁器向半导体芯片的贴付结构、将由它们构成的检测芯片固定于配线基板的结构等与上述说明者相同。
图64是表示这样的光电二极管阵列的表面的SEM(扫描型电子显微镜)照片的图，图65是表示光电二极管阵列的截面(A-A箭头截面)的SEM照片的图。再者，本例是表示第5例的结构者，辅助读出电极5A实质上不使用。
在图64中，根据第3绝缘层18的表面形状的变化，而观察到存在与表面电极3B连接的降压电阻4的内容，且观察到读出配线5B2与降压电阻4并设而延伸的内容。图65中，表示了读出电极5B2存在于比表面电极3B更上层的内容。
图66是光电二极管阵列的一部分的俯视图。本例具有图46所示的类型的结构的电极图案。在表面，形成有具有长方形的开口的格子状的读出电极5B2，多个光检测部10位于格子的每1个开口内。本结构是表示第2例的光电二极管阵列者。
各个光检测部10具备具有输出载流子的半导体区域14的雪崩光电二极管，表面电极3B与半导体区域14电连接，且沿着其外缘而包围半导体区域14。表面电极3B与读出配线5B2由降压电阻4连接。
在横向方向上邻接的2个光检测部10经由共用的连接配线(接触电极)6而连接于在纵方向上延伸的1条读出配线5B2，这些光检测部10具有相对于该读出配线5B2的纵方向中心轴而线对称的结构。由此，能够减少读出配线5B2的数目。
图67是图66所示的光电二极管阵列(第2例)的A-A箭头截面图。
在半导体层12上，形成有半导体区域13，且在半导体区域13上，形成有第1绝缘层16。在第1绝缘层16上形成有降压电阻4，且在它们之上形成有第2绝缘层17。辅助读出配线5A经由第2绝缘层17的接触孔而设置在第2绝缘层17上，且在辅助读出配线5A上形成有第3绝缘层18。在设置在第3绝缘层18的接触孔内，设置有接触电极5B1，其将下层的辅助读出配线5A与上层的读出配线5B2物理和电连接。
再者，在接触电极5B1位于辅助读出配线5A的终端位置且省略比其更靠输出侧的辅助读出配线5A的情况下，本例成为上述第5例的光电二极管阵列。再者，本例的配线连接结构可以适用于第1例～第7例的任一结构。
再者，在不具备辅助配线电极5A的情况下，也可以将接触电极5B1配置在降压电阻4的正上方，且将降压电阻4与读出配线5B2通过接触电极5B1直接连接。如此，也可以实现完全省略辅助读出配线5A的结构。
在任一结构中，而且在任一个例子中，均是上述光电二极管阵列具备形成在降压电阻4上的绝缘层18，读出配线5B2经由设置在绝缘层18的接触孔而与降压电阻4电连接，且将降压电阻4与共用电极电连接。
其次，对上述光电二极管阵列的构成材料进行说明。
构成半导体基板的半导体区域12、13、14的构成材料如上述那样为Si，且含有所期望的杂质。绝缘层16、17、18的构成材料分别为SiO2或氮化硅。连接电极3、连接配线6、辅助连接配线5A、连接配线5B(读出配线5B2、接触电极)共用电极和贯通电极的构成材料分别为金属，优选为Al、Cu、Au、Cr、Ag或Fe等金属、或包含这些当中的2种以上的合金。降压电阻4的构成材料是比电阻率比读出配线5B2高的材料，为多晶硅、SiCr、NiCr或TaNi。
再者，上述SEM照片是使用SiO2作为绝缘层16、17、18的构成材料，使用Al作为连接电极3、连接配线6、辅助连接配线5A、连接配线5B(读出配线5B2、接触电极)和共用电极E3的构成材料，且使用多晶硅作为降压电阻4的构成材料的例子。
其次，再次参照图44，对上述光电二极管阵列的制造方法进行说明。
首先，在半导体区域(半导体基板)12上，通过外延生长法或杂质扩散法或者离子注入法而形成半导体区域13。再者，优选为半导体区域12由CZ法或FZ法形成的(100)Si半导体基板，但是也可以使用具有其他晶面方位的半导体基板。在使用Si外延生长法的情况下，例如，作为原材料，使用气相的四氯化硅(SiCl4)与三氯硅烷(trichlorosilane，SiHCl3)，在生长温度1200℃下使这些的气体流到基板表面上。在杂质扩散法的情况下，使与半导体区域13的导电型对应的杂质以气体或固体扩散至半导体区域12内。在离子注入法的情况下，将与半导体区域13的导电型对应的杂质离子注入至半导体区域12内。
其次，在半导体区域13的表面侧的区域形成半导体区域14。其可以使用杂质的扩散法或离子注入法。例如，在扩散法中，在使用二硼烷(B2H6)作为杂质原材料的情况下，可以将扩散温度设定为1200℃。在半导体区域14的形成中，首先，通过光刻技术而在半导体区域13上形成具有开口的抗蚀图案，继而，将该抗蚀图案作为掩膜而进行杂质的添加。再者，杂质的添加也可以在形成格子状的配线图案3C之后，将其作为掩膜且隔着绝缘层16通过离子注入法而进行。
继而，在半导体基板上形成绝缘层16。绝缘层16可以使用Si热氧化法来形成。氧化温度例如为1000℃。由此，半导体区域13和14的表面被氧化，形成由SiO2构成的绝缘层16。在绝缘层16的形成中也可以使用CVD法。
其次，在绝缘层16的所期望的位置，使用利用光刻技术的抗蚀剂的图案化而形成掩膜，并使用该掩膜，将电阻材料沉积于抗蚀剂的开口内，在开口内形成降压电阻4，并去除抗蚀剂。电阻材料可以使用将其作为靶的溅射法来进行沉积。例如，使用硅作为电阻材料，形成多晶硅的降压电阻4。
继而，在绝缘层16上形成绝缘层17。绝缘层17可以使用溅射法或等离子体CVD法来形成。在使用等离子体CVD法的情况下，使用四乙氧基硅烷(TEOS)和氧气作为原材料气体，将生长温度设定为200℃左右而进行绝缘层17的生长。绝缘层17的厚度优选设定为使其表面平坦化的厚度，并优选为大于从绝缘层16的表面到配线图案3C的上表面为止的高度。由此，形成由SiO2构成的绝缘层17。
其次，在绝缘层17和绝缘层16中的半导体区域14上的位置，形成接触孔。在接触孔的形成中，首先，通过光刻技术而在绝缘层17上形成具有开口的抗蚀图案，继而，将该抗蚀图案作为掩膜而蚀刻绝缘层17和绝缘层16。作为蚀刻法，除干式蚀刻法以外，还可以使用利用包含HF水溶液的蚀刻液的湿式蚀刻。
继而，在绝缘层17上，在所期望的位置，使用利用光刻技术的抗蚀剂的图案化而形成掩膜，并使用该掩膜在抗蚀剂的开口内进行沉积，并在开口内通过蒸镀法同时形成第1接触电极3A、表面电极3B、第2接触电极3C、连接配线6和辅助读出电极5A，在形成这些之后去除抗蚀剂。作为蒸镀材料，在本例中使用了铝，但是也可以使用溅射法等。
其次，在绝缘层17上形成绝缘层18。绝缘层18的形成方法与绝缘层17相同。
其后，在绝缘层18的所期望的位置，使用利用光刻技术的抗蚀剂的图案化而形成掩膜，并使用该掩膜来蚀刻绝缘层18，形成接触孔，在形成后去除抗蚀剂。接触孔形成时的蚀刻方法除了干式蚀刻法以外，还可以使用利用包含HF水溶液的蚀刻液的湿式蚀刻。在该接触孔内，形成接触电极5B1，与此同时形成与接触电极5B1连续的读出配线5B2。
在接触电极5B1和读出配线5B2的形成中，首先，在绝缘层18的所期望的位置，使用利用光刻技术的抗蚀剂的图案化而形成掩膜，并在该掩膜的开口内沉积接触电极5B1和读出配线5B2。沉积方法可以使用蒸镀方法或溅射法。
再者，在制造图62所示的结构的光检测部的情况下，只要在半导体区域14的形成前，使用杂质扩散法或离子注入法而在半导体区域13的表面侧形成半导体区域15即可。在杂质扩散法的情况下，使与半导体区域15的导电型对应的杂质以气体或固体扩散至半导体区域13内。在离子注入法的情况下，使与半导体区域15的导电型对应的杂质离子注入至半导体区域13内。
另外，关于共用电极E3，在将其形成在第2绝缘层17上的情况下，可以通过抗蚀剂的图案化而将其与表面电极3B同时形成。另外，在第3绝缘层18上形成共用电极E3，并使其与辅助读出配线5A连接的情况下，只要在第3绝缘层18形成用于将辅助读出配线5A与共用电极E3连接的接触孔之后，在形成读出配线5B2的同时，同时地形成接触孔内的接触电极和共用电极即可。
再者，在上述实施方式的情况下，降压电阻4的平面形状为环状，但其也可以为环的一部分的形状、螺旋形状。
其次，对试制上述第5例(图56和图57)的结构的光电二极管阵列的情况的效果进行说明。再者，在本例中，未进行共用电极E3和贯通电极的制造。
制造条件如下所述。
(1)结构
(1-1)半导体区域12：
导电型：n型(杂质：Sb(锑))
杂质浓度：5.0×1011cm-3
厚度：650μm
(1-2)半导体区域13：
导电型：p型(杂质：B(硼))
杂质浓度：1.0×1014cm-3
厚度：30μm
(1-3)半导体区域14
导电型：p型(杂质：B(硼))
杂质浓度：1.0×1018cm-3
厚度：1000nm
(1-4)绝缘层16：SiO2(厚度：1000nm)
(1-5)绝缘层17：SiO2(厚度：2000nm)
(1-6)绝缘层18：SiO2(厚度：2000nm)
(1-7)连接电极3：(铝(Al))
(1-8)降压电阻4(多晶硅)
形状：图63所示的形状
厚度：500nm
宽度：2μm
长度：100μm
电阻值：500kΩ
(1-9)光检测部10：
1个光检测部10的面积S：2025μm2
邻接的光检测部10的中心间的间隔X：50μm
受光区域内的光电二极管数(X轴方向＝100个×Y轴方向100个)
受光区域的X轴方向尺寸：5mm
受光区域的Y轴方向尺寸：5mm
(1-10)读出配线5B2
宽度：5μm
X轴方向的配线的条数：101条
Y轴方向的配线的条数：101条
存在于1个开口内的光检测部10的数目：1
(2)制法条件
·半导体区域12：CZ法((001)Si半导体基板)
·半导体区域13：Si外延生长法(原材料：气相的四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷(trichlorosilane，SiHCl3)，生长温度1200℃)
·半导体区域14：杂质的热扩散法(杂质原材料：二硼烷(B2H6)，扩散温度1200℃)
·绝缘层16：(Si热氧化法：氧化温度(1000℃))
·降压电阻4：溅射法(靶材料：Si)
·绝缘层17：(等离子体CVD法：原材料气体(四乙氧基硅烷(TEOS)和氧气)，生长温度(200℃))
·第1接触电极3A、表面电极3B、第2接触电极3C、连接配线6、辅助读出配线5A、共用电极E3：蒸镀法(原料：铝)
·绝缘层18：(等离子体CVD法：原材料气体(四乙氧基硅烷(TEOS)和氧气)，生长温度(200℃))
·接触电极5B1、读出配线5B2、共用电极(电极焊垫)：蒸镀法(原料：铝)
以如下方式评价实施例的光电二极管阵列的特性。
图68是表示从成为基点的各光电二极管(像素)到设置在半导体芯片的表面上的一端的电极焊垫(视作共用电极E3)的距离、以及载流子的信号传输时间距基准的差tp(ps)的图表(实施例)。时间差tp是距基准时刻的传输时间。在成为基点的光电二极管的周围配置有5个光电二极管，X轴方向的基点的个数为12个，Y轴方向的基点的个数为18个，在该图表中将各基点周围的光电二极管输出的平均值作为1个数据显示。
光电二极管的芯片具有5mm×5mm的尺寸，将图表中的最靠近跟前侧的位置设为XY平面的原点，在受光区域的X轴方向上配置有100个光电二极管，在Y轴方向上配置有100个光电二极管。视作共用电极E3的电极焊垫设置在存在于该图表的右方的E3的位置。
从各光电二极管到电极焊垫为止的信号传输时间的差tp(ps)具有越远离电极焊垫则越长的倾向，但是时间差tp短至160ps以下，另外，面内偏差也小。
图69是表示从各光电二极管到电极焊垫位置的距离、以及载流子的信号传输时间距基准的差tp(ps)的图表(比较例)。比较例是在上述第1例中仅将下层的辅助读出配线5A用于信号传输的例子，而未形成上层的读出配线5B2。比较例的辅助读出配线5A的1条的宽度为2μm。
从各光电二极管到电极焊垫为止的信号传输时间的差tp(ps)具有越远离电极焊垫E3则越长的倾向，但时间差tp过半数超过160ps，最大超过300ps，另外，面内偏差也大。
图70是表示电压Vover与表示输出脉冲到达时间的偏差的FWHM(ps)的关系的图表，图71是表示到达时间tβ(ps)与计数个数的关系的图表。
为了使光电二极管以盖革模式动作，对各光电二极管赋予比光电二极管的击穿电压(70V)正好大出电压Vover的反向偏压(70+Vover)。在该超过电压Vover为1.5～4V(反向偏压＝71.5V～74V)的情况下，在实施例中，半高宽(FWHM)为200ps以下，最小小至130ps，另一方面，在比较例中为220ps以上。再者，该FWHM的测定法如下所述。通过形成2层金属配线而降低配线电阻，从而能够实现高时间分辨率。再者，只要在1个半导体芯片或各有源通道形成不限于仅1个而是多个共用电极与贯通孔，便可以进一步改善时间偏差。
首先，对各光电二极管阵列全面照射激光。在该情况下，与光子入射对应的多个脉冲信号从各光电二极管输出。由于光电二极管分布于面内，因此在激光同时入射至各光电二极管的情况下，也具有些许时间的扩展而到达电极焊垫。图71是将从激光出射时序到载流子到达电极焊垫为止的每一时间tβ的脉冲信号的计数个数(脉冲数)柱状图化的图表。到达时间tβ为2040(ps)附近的脉冲数最大，令该时间为峰值，到达时间呈正态分布。该图表的FWHM越小，则到达时间的偏差越小。
在实施例的光电二极管阵列中，由于FWHM足够小，因此可知面内的到达时间tβ的偏差比比较例更充分地被抑制。
再者，图68和图69的图表使用以下的图72和图73的方法来求得。
图72是对激光光束照射进行说明的图，图73是表示从激光出射时序到载流子到达电极焊垫为止的时间tα(ns)与输出OUT(a.u.)的关系的图表(仿真)。
如图72所示，对存在于距电极焊垫远的位置A、中间的位置B、近的位置C的实施例的光电二极管群照射直径1mm的激光光束，并将激光光束沿着由该图的箭头所示的横向方向(X轴方向)扫描。将扫描后的来自远的位置A、中间的位置B、近的位置C的输出的平均值示于图73的图表中。
在该情况下，如图73所示，表示输出脉冲电压的输出OUT(a.u.)伴随着时间tα(ns)的增加而增加，在tα＝2.5ns以上时饱和至固定值。输出OUT成为阈值(threshold)＝0.5以上的上升的时间tα为1.4ns。
图68和图69是实际测定与图73的仿真图相当的输出脉冲，并令最靠近垫的位置C的时间tα为基准的情况下的各激光照射位置的脉冲的时间延迟进行绘图而成者。再者，该绘图使用阈值的时间tα来进行。
如以上所说明，上述实施方式所涉及的光电二极管阵列，在具备多个具有以盖革模式动作的雪崩光电二极管的光检测部的光电二极管阵列中，各个光检测部10具备：具有输出载流子的半导体区域14的雪崩光电二极管PD、与半导体区域14电连接且沿着其外缘而包围半导体区域14的表面电极3B、以及将表面电极3B与读出配线5B2(TL)连接的降压电阻4，在令包含半导体区域14的表面的平面为基准平面的情况下，从该基准平面到读出配线5B2的距离tb大于从该基准平面到表面电极3B的距离ta，并且读出配线5B2位于邻接的雪崩光电二极管PD(半导体区域14)间。
根据光入射至半导体区域14而产生的载流子从第2半导体区域14依次经由表面电极3B、降压电阻4、读出配线5B2而到达共用电极E3、贯通电极、凸块电极、配线基板。由于读出配线5B2形成在比表面电极3B更上层的位置，因此因表面电极3B而产生的空间上的制约被解除，能够使其宽度等变宽，因此，能够减小时间常数，从而能够使信号读出速度提高。表面电极能够使第2半导体区域14的外缘产生固定的电场，从而能够使APD的输出稳定性提高。
另外，在从与基准平面垂直的方向看上述光电二极管阵列的情况下，读出配线5B2与表面电极3B的一部分重叠(第3例、第6例、第7例)。在该情况下，读出配线5B2的形成区域利用相对于光入射而成为无效空间的表面电极3B上的区域，因此能够不降低光电二极管的开口率而扩大读出配线5B2的尺寸，使电阻值降低。
另外，上述光电二极管阵列具备：形成在降压电阻4上的第1绝缘层17、经由设置在第1绝缘层17的接触孔而与降压电阻4电连接的辅助读出配线5A、以及形成在辅助读出配线5A上的第2绝缘层18，读出配线5B2经由设置在第2绝缘层18的接触孔而与辅助读出配线5A电连接，且相对于辅助读出配线5A而并行地延伸，与辅助读出配线5A一并连接于共用电极E3(第1例、第2例、第3例)。
通过利用2条读出配线，从而能够使从光电二极管至到达共用电极E3为止的电阻值降低。
另外，上述光电二极管阵列具备形成在降压电阻4上的绝缘层18，读出配线5B2经由设置在绝缘层18的接触孔而与降压电阻4电连接，且将降压电阻4与共用电极E3电连接(第1例～第7例)。另外，辅助读出配线5A也可以不直接连接于共用电极(第4例～第7例)。在这些情况下，读出配线5B2的设计自由度变高，减小时间常数，能够提高信号读出速度。
再者，降压电阻4的电阻值优选为100～1000kΩ。从光电二极管的半导体区域14至到达作为电极焊垫的共用电极为止的配线的电阻值越低越好，优选为20Ω以下，更优选为5Ω以下。
如上所述，在使用贯通电极的情况下，在进行大面积平铺的基础方面，无效空间少，为了成为对照性配置而以PET装置、CT装置等再构成图像变得简单。由于该结构在利用具备引线接合垫的非对称的芯片进行图像再构成方面需要修正，因此优选为对称的形状。
另外，贯通孔的形状考虑如角锥台形状那样的锥型者、以及长方体或圆柱型(直线型)。贯通孔的内部也可以设为孔洞，但是也可以由金属或绝缘物填埋。贯通电极相对于1个有源通道可以为1个或多个。有源通道的尺寸可以设为1×1mm、3×3mm、6×6mm，但是也可以比其更大或更小。形状也可以如2×3mm那样不为正方形。再者，负极例如可以采取从块状的半导体基板的背面部分以凸块电极直接接触。
Claims (8)
1.一种检测器，其特征在于：
是具备配线基板、二维状相互隔开地配置在所述配线基板上的多个半导体芯片、以及配置在各个所述半导体芯片与所述配线基板之间的第1和第2凸块电极的检测器，
各个所述半导体芯片具备：
半导体基板，其具有二维状配置的多个光检测部；
绝缘层，其形成在所述半导体基板的表面上；
共用电极，其配置在所述绝缘层上；
读出配线，其将各个所述光检测部的降压电阻与所述共用电极电连接；以及
贯通电极，其从所述共用电极经由所述半导体基板的贯通孔而延伸至所述半导体基板的背面，
各个所述光检测部具备：
雪崩光电二极管，其具备第1导电型的第1半导体区域、以及与所述第1半导体区域构成pn结，并输出载流子的第2导电型的第2半导体区域；以及
所述降压电阻，其与所述雪崩光电二极管的所述第2半导体区域电连接，
所述第1凸块电极将所述贯通电极与所述配线基板电连接；
所述第2凸块电极将所述雪崩光电二极管的所述第1半导体区域与所述配线基板电连接，
具备多个绝缘体，在各个所述半导体芯片上，粘接有各个所述绝缘体，
所述共用电极设置于由所述光检测部包围的区域。
2.如权利要求1所述的检测器，其特征在于：
闪烁器隔着所述绝缘体而位于各个所述半导体芯片的表面上。
3.如权利要求1或2所述的检测器，其特征在于：
各个所述光检测部具备与所述第2半导体区域电连接且沿着其外缘包围所述第2半导体区域的表面电极。
4.如权利要求3所述的检测器，其特征在于：
在令包含所述第2半导体区域的表面的平面为基准平面的情况下，从该基准平面到所述读出配线的距离大于从该基准平面到所述表面电极的距离，
所述读出配线位于邻接的所述雪崩光电二极管之间。
5.如权利要求1或2所述的检测器，其特征在于：
具备：
第1接触电极，其与所述第2半导体区域接触；以及
第2接触电极，其具备与所述第1接触电极不同的材料，并且配置在与所述第1接触电极重叠的位置且与所述第1接触电极接触，
所述降压电阻与所述第2接触电极连续。
6.如权利要求5所述的检测器，其特征在于：
所述第2接触电极和所述降压电阻具备SiCr。
7.一种PET装置，其特征在于：
具备：
托架；以及
机架，其具有所述托架所处的开口，
以包围所述机架的开口的方式配置有多个权利要求1至6中任一项所述的检测器。
8.一种CT装置，其特征在于：
具备：
托架；以及
机架，其具有所述托架所处的开口，并内置向所述开口内出射X射线的X射线源，
在来自所述X射线源的X射线所入射的位置，配置有多个权利要求1至6中任一项所述的检测器。
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