CN109478578B - 光检测装置 - Google Patents

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Abstract

光检测装置包括：半导体基板；具有受光区域且呈行列状排列在半导体基板的多个雪崩光电二极管；以及与对应的受光区域电连接的多个贯通电极。多个贯通电极配置于被多个雪崩光电二极管中的彼此相邻的四个雪崩光电二极管所包围的各个区域。从与半导体基板的第一主面正交的方向观察，各个受光区域呈多边形形状，该多边形形状包括：在行方向上彼此相对且在列方向上延伸的一对第一边；以及与包围受光区域的四个贯通电极相对且分别在与行方向以及列方向交叉的方向上延伸的四个第二边。第一边的长度比第二边的长度短。

Description

光检测装置
技术领域
本发明涉及光检测装置。
背景技术
已知有一种具有包括彼此相对的第一主面以及第二主面的半导体基板的光检测装置(例如，参照专利文献1)。专利文献1所记载的光检测装置具备：在盖格模式下工作的多个雪崩光电二极管；以及与对应的雪崩光电二极管电连接的贯通电极。多个雪崩光电二极管二维排列在半导体基板。各个雪崩光电二极管具有配置于半导体基板的第一主面侧的受光区域。贯通电极配置于在厚度方向上贯通半导体基板的贯通孔。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-61041号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的一个方式的目的在于，提供一种确保开口率并且抑制在雪崩光电二极管之间产生串扰的光检测装置。
解决课题的技术手段
本发明人们通过调查研究，结果发现了以下新的事实。
在光检测装置具备多个雪崩光电二极管的情况下，例如，为了缩短距雪崩光电二极管的配线距离，将贯通电极配置在被相邻的多个雪崩光电二极管所包围的第一区域内。在贯通电极配置于远离雪崩光电二极管的第二区域内的情况下，与贯通电极配置于第一区域内的情况相比，从雪崩光电二极管至贯通电极的配线距离长，且雪崩光电二极管之间的配线距离的差大。配线距离与配线电阻以及寄生电容等相关，影响光检测装置中的检测精度。
贯通电极在光检测时成为死区。在贯通电极配置于第一区域内的情况下，与贯通电极配置于第二区域内的情况相比，对于光检测有效的面积小。因此，在贯通电极配置于第一区域内的情况下，开口率有可能下降。如果开口率下降，则光检测装置的光检测特性下降。
为了抑制开口率下降，优选尽可能缩小死区。例如，在多个雪崩光电二极管的间隔(间距)小的情况下，与多个雪崩光电二极管的间隔大的情况相比，可以确保开口率。但是，在多个雪崩光电二极管的间隔小的情况下，与多个雪崩光电二极管的间隔大的情况相比，由于相邻的雪崩光电二极管之间的串扰，光检测装置的检测精度有可能变差。例如，在盖格模式型的雪崩光电二极管中，有可能发生雪崩倍增所引起的发光，因此，雪崩光电二极管有可能对位于相邻的雪崩光电二极管所发出的光进行受光。因此，光检测装置有可能输出受到雪崩光电二极管本身的发光的影响的检测结果。
因此，本发明人们对于确保开口率并且抑制在雪崩光电二极管之间产生串扰的结构进行了积极的研究。
本发明人们发现了以下的结构。从与第一主面正交的方向观察，排列成行列状的多个雪崩光电二极管的各个受光区域呈现包括一对第一边与四个第二边的多边形形状。一对第一边在行方向上彼此相对且沿着列方向延伸。四个第二边与包围受光区域的四个贯通电极相对且分别在与行方向及列方向交叉的方向上延伸。第一边的长度比第二边的长度短。在上述结构中，在行方向上相邻的两个雪崩光电二极管的受光区域的第一边在行方向上彼此相对。在第一边的长度短的情况下，与第一边的长度长的情况相比，在行方向上相邻的雪崩光电二极管中产生串扰的区域小。因此，在上述结构中，由于第一边的长度比第二变得长度短，所以，与第一边的长度为第二边的长度以上的结构相比，能够抑制在行方向上相邻的雪崩光电二极管之间产生串扰。
本发明的一个方式是一种光检测装置，包括：具有彼此相对的第一主面以及第二主面的半导体基板；在盖格模式下工作的多个雪崩光电二极管；以及多个贯通电极。多个雪崩光电二极管具有配置于半导体基板的第一主面侧的受光区域，并且呈行列状排列于半导体基板。多个贯通电极与对应的受光区域电连接，且在厚度方向上贯通半导体基板。多个贯通电极配置于被多个雪崩光电二极管中的彼此相邻的四个雪崩光电二极管所包围的各个区域。从与第一主面正交的方向观察，各个受光区域呈包括一对第一边以及四个第二边的多边形。一对第一边在行方向上彼此相对且在列方向上延伸。四个第二边与包围受光区域的四个贯通电极相对且分别在与行方向以及列方向交叉的方向上延伸。第一边的长度比第二边的长度短。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，由于第一边的各长度比第二边的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在相邻的雪崩光电二极管之间产生串扰。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，各个受光区域所呈现的多边形形状也可以还包括：在列方向上彼此相对且在行方向上延伸的一对第三边。在此情况下，第三边的长度也可以比第二边的长度短。在本方式中，由于各个受光区域所呈现的多边形形状包括一对第三边，所以，在列方向上相邻的两个雪崩光电二极管的受光区域的第三边在列方向上彼此相对。在第三边的长度短的情况下，与第三边的长度长的情况相比，在列方向上相邻的雪崩光电二极管中产生串扰的区域小。因此，在本方式中，由于第三边的长度比第二边的长度短，所以，抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管之间产生串扰。在本方式中，可确保开口率并且抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管之间产生串扰。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，四个第二边的总长度也可以是受光区域的全周的50％以上。在此情况下，规定相邻的雪崩光电二极管之间的区域的边的总长度小于受光区域的全周的一半。因此，在本方式中，可确保开口率并且抑制在雪崩光电二极管之间产生串扰。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，也可以在半导体基板的第一主面侧，以从与第一主面正交的方向观察包围受光区域的方式形成有槽。在此情况下，受光区域通过槽而与其他区域光学分割，所以，进一步抑制在雪崩光电二极管之间产生串扰。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，从与第一主面正交的方向观察，槽也可以包围对应的受光区域的全周。在此情况下，槽也形成于受光区域以及与该受光区域相邻的贯通电极之间的区域。因此，在本方式中，可确保开口率并且减少表面漏电流流入雪崩光电二极管。在本方式中，利用槽进一步减少在雪崩光电二极管之间产生串扰。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，以分别包围在行方向上相邻的两个受光区域的方式形成的槽也可以共有形成于在行方向上相邻的两个受光区域之间的部位。在此情况下，与槽未共有形成于两个受光区域之间的部位的情况相比，能够在行方向上稠密地配置多个受光区域。在将多个受光区域稠密配置的情况下，开口率进一步提高。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，以分别包围在列方向上相邻的两个受光区域的方式形成的槽也可以共有形成于在列方向上相邻的两个受光区域之间的部位。在此情况下，与槽未共有形成于两个受光区域之间的部位的情况相比，能够在列方向上稠密地配置多个受光区域。在将多个受光区域稠密配置的情况下，开口率进一步提高。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，从与第一主面正交的方向观察，被槽所包围的区域也可以呈多边形形状。在被槽所包围的区域与受光区域为多边形形状的情况下，可以采用以下的结构：以被槽所包围的区域的边与受光区域的边相沿着的方式配置被槽所包围的区域与受光区域。在采用该结构的光检测装置中，死区少且开口率大。
在本一个方式所涉及的光检测装置中，贯通电极也可以配置于在厚度方向上贯通半导体基板的贯通孔。在此情况下，从与第一主面正交的方向观察，贯通孔的开口也可以呈圆形形状。也可以在贯通孔的内周面配置有绝缘层。在将绝缘层配置于贯通孔的内周面的情况下，贯通电极与半导体基板被电气绝缘。在角部存在于贯通孔的开口的情况下，当形成绝缘层时，在形成于角部的绝缘层有可能发生龟裂。在从与第一主面正交的方向观察贯通孔为圆形形状的情况下，当形成绝缘层时，难以在绝缘层产生龟裂。因此，在本方式中，确保贯通电极与半导体基板的电气绝缘。
发明的效果
本发明的一个方式提供一种确保开口率并且抑制在雪崩光电二极管之间产生串扰的光检测装置。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的光检测装置的概略立体图。
图2是半导体光检测元件的概略平面图。
图3是用于说明沿着图2所示的Ⅲ-Ⅲ线的截面结构的图。
图4是搭载基板的概略平面图。
图5是光检测装置的电路图。
图6是用于说明本实施方式的变形例所涉及的光检测装置的截面结构的图。
图7是表示半导体光检测元件的变形例的概略平面图。
图8是表示半导体光检测元件的变形例的概略平面图。
图9是表示半导体光检测元件的变形例的概略平面图。
图10是表示半导体光检测元件的变形例的概略平面图。
图11是表示半导体光检测元件的变形例的概略平面图。
图12是半导体光检测元件的概略放大图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，在说明中，对相同要素或者具有相同功能的要素使用相同符号，并省略重复的说明。
首先，参照图1～图3以及图12，说明本实施方式所涉及的光检测装置1的结构。图1是表示本实施方式所涉及的光检测装置的概略立体图。图2是半导体光检测元件的概略平面图。图3是用于说明沿着图2所示的Ⅲ-Ⅲ线的截面结构的图。图12是半导体光检测元件的概略放大图。
如图1所示，光检测装置1包括：半导体光检测元件10A、搭载基板20、以及玻璃基板30。搭载基板20与半导体光检测元件10A相对。玻璃基板30与半导体光检测元件10A相对。半导体光检测元件10A配置于搭载基板20与玻璃基板30之间。在本实施方式中，与半导体光检测元件10A、搭载基板20以及玻璃基板30的各个主面平行的面是XY轴平面，并且与各个主面垂直的方向是Z轴方向。
半导体光检测元件10A具有俯视时呈矩形形状的半导体基板50A。半导体基板50A由Si构成且是N型(第二导电类型)的半导体基板。半导体基板50A包括彼此相对的主面1Na与主面1Nb。
如图2所示，半导体光检测元件10A包括：多个雪崩光电二极管APD与多个贯通电极TE。多个雪崩光电二极管APD二维排列在半导体基板50A。在本实施方式中，多个雪崩光电二极管APD排列成行列状。在本实施方式中，行方向为X轴方向，列方向为Y轴方向。从X轴方向与Y轴方向的各个方向观察，雪崩光电二极管APD等间隔地排列在直线上。
各个雪崩光电二极管APD具有受光区域S1，在盖格模式下工作。受光区域S1配置于半导体基板50A的主面1Na侧。如图6所示，各个雪崩光电二极管APD在与淬灭电阻R1串联连接的方式下并联连接。从电源向各个雪崩光电二极管APD施加反向偏压电压。由信号处理部SP检测从各个雪崩光电二极管APD输出的输出电流。受光区域S1是根据入射光产生电荷的电荷产生区域(光感应区域)。即，受光区域S1是光检测区域。
玻璃基板30具有彼此相对的主面30a与主面30b。玻璃基板30俯视时呈矩形形状。主面30b与半导体基板50A的主面1Na相对。主面30a以及主面30b为平坦。玻璃基板30与半导体光检测元件10A通过光学粘结剂OA而被光学连接。玻璃基板30也可以直接形成于半导体光检测元件10A上。
在玻璃基板30的主面30a上也可以光学连接有闪烁器(图示省略)。在此情况下，闪烁器通过光学粘结剂与主面30a连接。来自闪烁器的闪烁光通过玻璃基板30并入射于半导体光检测元件10A。
搭载基板20具有彼此相对的主面20a与主面20b。搭载基板20俯视时呈矩形形状。主面20a与半导体基板50A的主面1Nb相对。搭载基板20包括配置于主面20a的多个电极。这些电极与贯通电极TE对应地配置。
半导体基板50A的侧面1Nc、玻璃基板30的侧面30c以及搭载基板20的侧面20c被设为同一面。即，在俯视时，半导体基板50A的外缘、玻璃基板30的外缘以及搭载基板20的外缘一致。半导体基板50A的外缘、玻璃基板30的外缘以及搭载基板20的外缘也可以不一致。例如，在俯视时，搭载基板20的面积也可以比半导体基板50A以及玻璃基板30的各个面积大。在此情况下，搭载基板20的侧面20c位于比半导体基板50A的侧面1Nc以及玻璃基板30的侧面30c更靠近XY轴平面方向的外侧的位置。
下面，参照图2以及图12说明半导体光检测元件10A的结构。图2是从与半导体基板50A的主面1Nz正交的方向(Z轴方向)观察半导体光检测元件10A的图。图12表示形成有槽的区域。
一个雪崩光电二极管APD构成半导体光检测元件10A中的一个单元。各个雪崩光电二极管APD分别具有一个受光区域S1。即，半导体光检测元件10A具有多个受光区域S1。受光区域S1从Z轴方向观察呈多边形形状。半导体光检测元件10A的受光区域S1从Z轴方向观察呈八边形形状。
多个受光区域S1从Z轴方向观察被二维排列。在本实施方式中，多个受光区域S1排列成行列状。受光区域S1从X轴方向与Y轴方向的各个方向观察，等间隔地排列在直线上。在本实施方式中，受光区域S1以100μm的间距排列。在半导体光检测元件10A中，相邻的两个受光区域S1以八边形形状的一边彼此相对的方式配置。
各个雪崩光电二极管APD具有电极E1。电极E1配置于半导体基板50A的主面1Na上。电极E1沿着受光区域S1的轮廓设置，具有八边形的环形状。
电极E1具有与受光区域S1电连接的连接部C。连接部C设置于受光区域S1的四边。连接部C每隔受光区域S1的一边设置。在此情况下，确保来自受光区域S1的信号的检测精度。如图12所示，连接部C包括第一端部E1a与第二端部E1b，在XY轴平面上，从受光区域S1的外缘侧朝着中心侧延伸。如图3所示，电极E1在第二端部E1b沿着Z轴方向延伸。因此，在电极E1上，在第二端部E1b的位置形成有高低差。电极E1从上述的高低差向与受光区域S1的中心相反方向延伸。电极E1包括与配线F电连接的第三端部E1c。
如图3所示，配线F从第三端部E1c向与受光区域S1的中心相反方向延伸。配线F将电极E1与电极垫12电连接。配线F位于受光区域S1的外侧的半导体基板50A上。配线F隔着绝缘层L1形成于半导体基板50A上。
电极E1以及贯通电极TE由金属构成。电极E1以及贯通电极TE例如由铝(Al)构成。在半导体基板由Si构成的情况下，作为电极材料，除了铝以外，使用铜(Cu)。电极E1与贯通电极TE也可以一体地形成。电极E1以及贯通电极TE例如通过溅射法形成。
半导体光检测元件10A包括：多个贯通电极TE与多个电极垫12。各个贯通电极TE与对应的雪崩光电二极管APD电连接。各个电极垫12与对应的贯通电极TE电连接。电极垫12通过配线F并与电极E1电连接。电极垫12配置于主面1Na上。各个贯通电极TE通过电极垫12、配线F以及电极E1，并与受光区域S1电连接。从Z轴方向观察，电极垫12位于由槽13所包围的区域(槽13的内侧区域)AR1且与槽13分开。
贯通电极TE配置于在厚度方向(Z轴方向)上贯通半导体基板50A的贯通孔TH。在半导体基板50A上形成有多个贯通孔TH。多个贯通孔TH位于多个雪崩光电二极管APD被二维排列的区域。多个贯通孔TH形成于由多个雪崩光电二极管APD中的彼此相邻的四个雪崩光电二极管APD所包围的各个区域。
贯通孔TH的开口位于XY轴平面内，并且从Z轴方向观察呈圆形形状。与XY轴平面平行的切断面中的贯通孔TH的截面形状呈圆形形状。半导体光检测元件10A在贯通孔TH的内周面具备绝缘层L2。贯通电极TE隔着绝缘层L2配置于贯通孔TH内。
多个贯通孔TH以开口的中心从Z轴方向观察以行列状定位的方式排列。在本实施方式中，行方向为X轴方向，列方向为Y轴方向。多个贯通孔TH的开口的中心从X轴方向与Y轴方向的各个方向观察等间隔地排列在直线上。贯通孔TH以100μm的间距排列。
多个贯通电极TE从主面1Na侧至主面1Nb侧贯通半导体基板50A。贯通电极TE配置于每个贯通孔TH。多个贯通电极TE配置于由多个雪崩光电二极管APD中的彼此相邻的四个雪崩光电二极管APD所包围的各个区域。多个贯通电极TE在厚度方向上贯通半导体基板50A。贯通电极TE配置于每个雪崩光电二极管APD。贯通电极TE与对应的受光区域S1电连接。贯通电极TE与包围所配置的贯通孔TH的雪崩光电二极管APD中的一个雪崩光电二极管APD的受光区域S1电连接。
从Z轴方向观察，多个贯通孔TH与多个受光区域S1以四个贯通孔TH包围一个受光区域S1且四个受光区域S1包围一个贯通孔TH的方式配置。贯通孔TH以及受光区域S1在与X轴以及Y轴交叉的方向上交替地排列。
从Z轴方向观察，各个受光区域S1所呈现的多边形形状包括：一对第一边16a、四个第二边16b以及一对第三边16c。一对第一边16a在行方向上彼此相对且在列方向上延伸。在行方向上相邻的两个雪崩光电二极管APD的受光区域S1的第一边16a在行方向上彼此相对。四个第二边16b与包围受光区域S1的四个贯通电极TE相对且分别在与行方向以及列方向交叉的方向上延伸(即，四个第二边16b分别相对于行方向以及列方向的两者倾斜地延伸)。各个第二边16b所延伸的方向不同。一对第三边16c在列方向上彼此相对且在行方向上延伸。在列方向上相邻的两个雪崩光电二极管APD的受光区域S1的第三边16c在列方向上彼此相对。
受光区域S1所呈现的八边形形状的边中的四个第一边16a以及第三边16c与位于相邻的受光区域S1的边相对。四个第二边16b与位于受光区域S1的相邻的贯通孔TH相对。一个贯通孔TH在四个方向上被四个受光区域S1的各个第二边16b所包围。
连接部C设置于与贯通孔TH相对的四个第二边16b。第一边16a的长度G1比第二边16b的长度G2短。第三边16c的长度G3比第二边16b的长度G2短。四个第二边16b的总长度是受光区域S1的全周的50％以上。在本实施方式中，各个第一边16a的长度G1比各个第二边16b的长度G2短。另外，各个第三边16c的长度G3比各个第二边16b的长度G2短。各个第一边16a实际上也可以具有相同的长度。各个第二边16b实际上也可以具有相同的长度。各个第三边16c实际上也可以具有相同的长度。
半导体基板50A的主面1Na包括：受光区域S1、中间区域S2、以及开口周边区域S3。开口周边区域S3是位于主面1Na的贯通孔TH的开口周边的区域。中间区域S2是主面1Na上除了受光区域S1以及开口周边区域S3的区域。
在半导体基板50A的中间区域S2形成有包围各个受光区域S1的全周的槽13、14、15。槽13从Z轴方向观察，形成于彼此相邻的四个雪崩光电二极管APD的各个受光区域S1与被这些雪崩光电二极管APD所包围的贯通孔TH之间的中间区域S2。槽13从Z轴方向观察沿着各个受光区域S1的第二边16b延伸。槽14、15形成于彼此相邻的两个受光区域S1之间的中间区域S2。槽14沿着各个受光区域S1的第一边16a延伸。槽15沿着各个受光区域S1的第三边16c延伸。槽13、14、15沿着各个受光区域S1的各边延伸，并且包围各个受光区域S1的全周。
被彼此相邻的四个雪崩光电二极管APD所包围的贯通孔TH的全周从Z轴方向观察被槽13所包围。槽13沿着上述四个雪崩光电二极管APD的各个受光区域S1的第二边16b延伸。槽14、15从Z轴方向观察将包围不同的贯通孔TH的槽13彼此连结。
由槽13所包围的区域AR1从Z轴方向观察为大致正方形。一个贯通孔TH位于一个区域AR1。由槽13、14、15所包围的区域AR2是八边形形状。一个受光区域S1位于一个区域AR2。各个区域AR1、AR2从Z轴方向观察呈多边形形状。
沿着各个受光区域S1的第一边16a延伸的槽14在相邻的两个受光区域S1之间的区域位于一个直线上。槽14相对于相邻的两个受光区域S1被共有。槽14是包围一个受光区域S1的槽，也是包围另一个受光区域S1的槽。沿着各个受光区域S1的第三边16c延伸的槽15在相邻的两个受光区域S之间的区域位于一个直线上。槽15相对于相邻的两个受光区域S1被共有。槽15是包围一个受光区域S1的槽，也是包围另一个受光区域S1的槽。包围在行方向上相邻的两个受光区域S1的槽14共有形成于在行方向上相邻的两个受光区域S1之间的部位。分别包围在列方向上相邻的两个受光区域S1的槽15共有形成于在列方向上相邻的两个受光区域之间的部位。
如图12所示，从槽13的边缘13e至被槽13所包围的贯通孔TH的边缘D2的距离β比从槽13的边缘13f至与上述贯通孔TH相邻的受光区域S1的边缘D1的距离α长。在本实施方式中，距离α是5.5μm，距离β是7.5μm。距离α是从Z轴方向观察时的从槽13的边缘13f至与上述贯通孔TH相邻的受光区域S1的边缘D1的最短距离。距离β是从Z轴方向观察时的从槽13的边缘13e至被槽13所包围的贯通孔TH的边缘D2的最短距离。
下面，参照图3对本实施方式中的半导体光检测元件的截面结构进行说明。在图3中省略玻璃基板30与光学粘结剂OA的图示。
各个雪崩光电二极管APD包括受光区域S1。各个雪崩光电二极管APD具有：P型(第一导电类型)的第一半导体区域1PA、N型(第二导电类型)的第二半导体区域1NA、N型的第三半导体区域1NB、以及P型的第四半导体区域1PB。
第一半导体区域1PA位于半导体基板50A的主面1Na侧。第二半导体区域1NA位于半导体基板50A的主面1Nb侧。第三半导体区域1NB位于第一半导体区域1PA与第二半导体区域1NA之间，杂质浓度比第二半导体区域1NA低。第四半导体区域1PB形成于第一半导体区域1PA内，杂质浓度比第一半导体区域1PA高。第四半导体区域1PB是受光区域S1。各个雪崩光电二极管APD从主面1Na侧以作为第四半导体区域1PB的P+层、作为第一半导体区域1PA的P层、作为第三半导体区域1NB的N层、以及作为第二半导体区域1NA的N+层的顺序构成。
第一半导体区域1PA从Z轴方向观察位于中间区域S2，并且以包围第四半导体区域1PB(受光区域S1)的方式设置。尽管未图示，但第一半导体区域1PA从Z轴方向观察也位于相邻的两个受光区域S1之间的中间区域S2。除了成形有槽13、14、15的部分，半导体基板50A的中间区域S2从主面1Na侧以作为第一半导体区域1PA的P层、作为第三半导体区域1NB的N层、以及作为第二半导体区域1NA的N+层的顺序构成。
槽13的内面13b由与第二半导体区域1NA相同的N+层形成。在内面13b上设置有绝缘层13c。在被槽13内的绝缘层13c所包围的区域配置有填充材料13a。填充材料13a例如采用容易填充且遮光性高的材料构成。在本实施方式中，填充材料13a由钨(W)构成。槽14、15的内面与内面13b同样，由与第二半导体区域1NA相同的N+层形成。在槽14、15内，与槽13同样，配置有绝缘层13c以及填充材料13a。在图3中，未图示槽14、15以及配置于槽14、15内的绝缘层13c及填充材料13a。填充材料13a并非由钨构成，也可以由铜或者铝构成。
槽13、14、15的深度、即Z轴方向(半导体基板50A的厚度方向)上的从主面1Na至槽13、14、15的底面的距离比Z轴方向上的从主面1Na至第二半导体区域1NA与第三半导体区域1NB的界面的距离长，比半导体基板50A的厚度小。槽13的底面13d由第二半导体区域1NA构成，位于比第三半导体区域1NB更靠近主面1Nb的位置。槽14、15的底面也由第二半导体区域1NA构成，位于比第三半导体区域1NB更靠近主面1Nb的位置。
半导体基板50A具有N型的第五半导体区域1NC。第五半导体区域1NC从Z轴方向观察形成于贯通孔TH的边缘D2与第一半导体区域1PA之间。第五半导体区域1NC与第二半导体区域INA同样，是杂质浓度比第三半导体区域1NB高的N+层。主面1Na上形成有第五半导体区域1NC的区域是开口周边区域S3。半导体基板50A的开口周边区域S3从主面1Na侧以作为第五半导体区域1NC的N+层、以及作为第二半导体区域1NA的N+层的顺序构成。
贯通孔TH的内周面(边缘D2)从主面1Na侧以第五半导体区域1NC、以及第二半导体区域1NA的顺序构成。因此，由第一半导体区域1PA与第三半导体区域1NB形成的PN结未露出于贯通孔TH。
雪崩光电二极管APD具有电极E1。电极E1的连接部C与第四半导体区域1PB(受光区域S1)连接。连接部C如上所述包括第一端部E1a与第二端部E1b。电极E1包括第三端部E1c。
第一半导体区域1PA通过第四半导体区域1PB并与电极E1电连接。
电极垫12与贯通电极TE电连接。贯通电极TE向半导体基板50A的背面侧(主面1Nb侧)延伸。在贯通电极TE，在搭载基板20侧设置有绝缘层L3。贯通电极TE在半导体基板50A的背面侧通过凸点电极BE并与搭载基板20电连接。电极E1与搭载基板20通过配线F、电极垫12、贯通电极TE以及凸点电极BE并被电连接。第四半导体区域1PB通过电极E1、配线F、电极垫12、贯通电极TE以及凸点电极BE，并与搭载基板20电连接。凸点电极BE例如由焊料构成。
凸点电极BE隔着未图示的UBM(Under Bump Metal(凸点下金属))形成于在主面1Nb上延伸的贯通电极TE上。UBM由与凸点电极BE电连接以及物理连接优异的材料构成。UBM例如通过非电解镀敷法形成。凸点电极BE例如通过搭载焊料球的方法或者印刷法形成。
下面，参照图4，对本实施方式所涉及的搭载基板20进行说明。图4是搭载基板的概略平面图。如图4所示，搭载基板20,包括：多个电极E9、多个淬灭电阻R1、以及多个信号处理部SP。搭载基板20构成ASIC(Application Specific Integrated Circuit(专用集成电路))。淬灭电阻R1并非配置于搭载基板20上，也可以配置于半导体光检测元件10A。
各个电极E9与凸点电极BE电连接。电极E9也与电极E1以及贯通电极TE同样由金属构成。电极E9例如由铝构成。构成电极E9的材料除了铝之外，也可以是铜。
各个淬灭电阻R1配置于主面20a侧。淬灭电阻R1的一端与电极E9电连接。淬灭电阻R1的另一端与公共电极CE连接。淬灭电阻R1构成无源淬灭电路。在公共电极CE，多个淬灭电阻R1被并联连接。
各个信号处理部SP配置于主面20a侧。信号处理部SP的输入端与电极E9电连接。信号处理部SP的输出端与信号线TL连接。通过电极E1、贯通电极TE、凸点电极BE以及电极E9，向各个信号处理部SP输入来自对应的雪崩光电二极管APD(半导体光检测元件10A)的输出信号。各个信号处理部SP处理来自对应的雪崩光电二极管APD的输出信号。各个信号处理部SP包括将来自对应的雪崩光电二极管APD的输出信号转换成数字脉冲的CMOS电路。
下面，参照图5说明光检测装置1的电路结构。图5是光检测装置的电路图。在光检测装置1(半导体光检测元件10A)，通过形成于N型的第三半导体区域1NB与P型的第一半导体区域1PA之间的PN结，形成有雪崩光电二极管APD。半导体基板50A与配置于背面侧的电极(图示省略)电连接，第一半导体区域1PA通过第四半导体区域1PB并与电极E1连接。各个淬灭电阻R1与对应的雪崩光电二极管APD串联连接。
在半导体光检测元件10A中，各个雪崩光电二极管APD在盖格模式下工作。在盖格模式下，在雪崩光电二极管APD的阳极与阴极之间施加比雪崩光电二极管APD的击穿电压大的反向电压(反向偏置电压)。例如，在阳极上施加(－)电位V1，在阴极上施加(+)电位V2。这些电位的极性相对，一个电位也可以是接地电位。
阳极是第一半导体区域1PA，阴极是第三半导体区域INB。如果光(光子)入射于雪崩光电二极管APD，则在基板内部进行光电转换并产生光电子。在第一半导体区域1PA的PN结界面的附近区域中进行雪崩倍增，放大后的电子群流向配置于半导体基板50A的背面侧的电极。如果光(光子)入射于半导体光检测元件10A的任一单元(雪崩光电二极管APD)，则被倍增，作为信号从电极E9被取出。从电极E9被取出的信号输入到对应的信号处理部SP。
如以上所述，在光检测装置1中，从Z轴方向观察，各个受光区域S1呈包括一对第一边16a与四个第二边16b的多边形形状。
在多个雪崩光电二极管的间隔小的情况下，与多个雪崩光电二极管的间隔大的情况相比，虽然确保了开口率，但是光检测装置的检测精度有可能因相邻的雪崩光电二极管之间的串扰而变差。在盖格模式型的雪崩光电二极管中有可能发生雪崩倍增所引起的发光，因此，雪崩光电二极管有可能对位于相邻的雪崩光电二极管所发出的光进行受光。因此，光检测装置有可能输出受到雪崩光电二极管本身的发光的影响的检测结果。
在光检测装置1中，各个受光区域S1所呈现的多边形形状包括一对第一边16a。在行方向上相邻的两个雪崩光电二极管APD中，各个第一边16a在行方向上彼此相对。因此，在行方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间有可能产生上述的串扰。在第一边16a的长度短的情况下，与第一边16a的长度长的情况相比，在行方向上相邻的两个雪崩光电二极管APD中产生串扰的区域小。
由于加工精度方面的问题或者为了确保电连接，难以缩小贯通电极TE的尺寸。在与贯通电极TE相对的第二边16b的长度长的情况下，和与贯通电极TE相对的第二边16b的长度短的情况相比，死区大且难以确保开口率。
在光检测装置1中，第一边16a的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在行方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
在光检测装置1中，各个受光区域S1所呈现的多边形形状包括一对第三边16c。在列方向上，在相邻的两个雪崩光电二极管APD中，各个第三边16c在列方向上彼此相对。因此，在列方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间有可能产生上述的串扰。在第三边16c的长度短的情况下，与第三边16c的长度长的情况相比，在列方向上相邻的两个雪崩光电二极管APD中产生串扰的区域小。
在光检测装置1中，第三边16c的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
与行方向和列方向交叉的方向上的受光区域S1的间隔比行方向或者列方向上的受光区域S1的间隔大。在与行方向和列方向交叉的方向上，在两个受光区域S1之间存在贯通电极TE。因此，在与行方向和列方向交叉的方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间难以产生上述的串扰。
槽13、14、15在半导体基板50A的主面1Na侧包围受光区域S1的全周。在受光区域S1和与该受光区域S1相邻的贯通电极TE之间的中间区域S2形成有槽13，所以，可确保开口率并且减少表面漏电流流入雪崩光电二极管APD。在相邻的受光区域S1之间形成有槽14、15，所以，进一步减少雪崩光电二极管APD之间的串扰。
在槽13、14、15配置有遮光性高的填充材料13a。因此，在光检测装置1中，因位于相邻的雪崩光电二极管APD发出的光所引起的雪崩光电二极管APD之间的串扰得以减少。
配置于槽13、14、15内的填充材料13a是金属，所以，在填充材料13a与受光区域S1之间会产生寄生电容。寄生电容的值根据填充材料13a与受光区域S1之间的位置而不同，即，在寄生电容的值产生偏差的情况下，雪崩光电二极管APD的光检测精度有可能下降。
槽13、14、15沿着各个受光区域S1的各边延伸，且包围各个受光区域S1。因此，即使在填充材料13a与受光区域S1之间产生寄生电容的情况下，寄生电容的值也难以产生偏差。其结果，在光检测装置1中，减少寄生电容对雪崩光电二极管APD的影响。
在槽13配置有由钨构成的填充材料13a。由于电极垫12与槽13分开，所以，在电极垫12与填充材料13a之间产生的寄生电容减少。
槽13沿着相邻的两个受光区域S1中彼此相对的第二边16b延伸。槽14沿着相邻的两个受光区域S1中彼此相对的第一边16a延伸。槽15沿着相邻的两个受光区域S1中彼此相对的第三边16c延伸。槽14相对于在行方向上相邻的两个受光区域S1被共有。即，槽14共有形成于在行方向上相邻的两个受光区域S1之间的部位。在此情况下，与槽未共有形成于两个受光区域S1之间的部位的情况相比，多个受光区域S1在行方向上稠密地配置。
槽15相对于在列方向上相邻的两个受光区域S1被共有。即，槽15共有形成于在列方向上相邻的两个受光区域S1之间的部位。在此情况下，与槽未共有形成于两个受光区域S1之间的部位的情况相比，多个受光区域S1在列方向上稠密地配置。在光检测装置1中，在行方向以及列方向上，将多个受光区域S1稠密地配置，所以，开口率进一步提高。在光检测装置1中，如上所述，寄生电容对雪崩光电二极管APD的影响减少。
四个第二边16b的总长度是受光区域S1的全周的50％以上。在此情况下，规定相邻的雪崩光电二极管APD间的区域的边(一对第一边16a以及一对第三边16c)的总长度小于受光区域S1的全周的一半。因此，在光检测装置1中，可确保开口率并且进一步抑制在雪崩光电二极管之间产生串扰。
槽13形成于贯通孔TH与受光区域S1之间的狭窄区域。因此，有可能在半导体基板50A中的槽13与贯通孔TH之间的区域产生结构缺陷。结构缺陷例如是半导体基板50A的破裂或者残缺。在从槽13的边缘13e至贯通孔TH的边缘D2的距离β是从槽13的边缘13e至受光区域S1的边缘D1的距离α以下的情况下，与距离β比距离α长的情况相比，容易产生结构缺陷。
在光检测装置1中，距离β比距离α长。因此，难以在半导体基板50A中的贯通孔TH的周围产生结构缺陷
槽13、14、15的底面由第二半导体区域1NA构成。槽13的底面13d比第三半导体区域1NB深，因此，即使在区域AR1中产生电荷的情况下，也能抑制在区域AR1中产生的电荷向雪崩光电二极管APD移动。利用槽14、15来减少因雪崩光电二极管APD的发光而引起的相邻的雪崩光电二极管之间的串扰。在半导体基板50A内形成有槽13、14、15的底面13d，即，槽13、14、15未到达半导体基板50A的主面1Nb，因此，没有半导体基板50A在槽13、14、15的位置分离的担忧。因此，在光检测装置1的制造过程中，半导体基板50A的处理容易。
从Z轴方向观察，区域AR1以及区域AR2呈多边形形状，且受光区域S1呈多边形形状。在受光区域S1为圆形形状的情况下，不存在电场集中那样的角。在受光区域S1为圆形形状的情况下，与受光区域S1为多边形形状的情况相比，在受光区域S1与贯通孔TH之间产生的死区大，所以，难以确保开口率。区域AR1、AR2与受光区域S1为多边形形状。以区域AR1、AR2的边与受光区域S1的边相沿着的方式配置有区域AR1、AR2与受光区域S1。因此，与区域AR1、AR2以及受光区域S1不是多边形形状的情况、或者区域AR1、AR2的边与受光区域S1的边不沿着的情况相比，在光检测装置1中，贯通孔TH与受光区域S1的间隔窄。因此，在光检测装置1中，死区少且开口率大。
从Z轴方向观察，贯通孔TH的开口为圆形形状，在贯通孔TH的内周面配置有绝缘层L2。通过在贯通孔TH的内周面配置有绝缘层L2，将贯通电极TE与半导体基板50A电气绝缘。如果在贯通孔TH的开口存在角部，则在形成绝缘层L2时，有可能在形成于角部的绝缘层L2发生龟裂。在本实施方式中，从与主面1Na正交的方向看贯通孔TH为圆形形状，因此，在形成绝缘层L2时，在绝缘层L2难以发生龟裂。因此，在光检测装置1中，确保贯通电极TE与半导体基板50A的电气绝缘。
贯通电极TE与相邻的四个雪崩光电二极管APD中的一个雪崩光电二极管APD的受光区域S1电连接。在此情况下，由于贯通电极TE以及与该贯通电极TE电连接的受光区域S1的配线距离短，所以，不易受配线电阻以及寄生电容的影响。因此，光检测装置1中的检测精度的劣化得以抑制。
在从Z轴方向观察受光区域S1呈四边形形状或者六边形形状的情况下，有可能产生以下的问题。在此情况下，在相互相邻的受光区域S1之间，电场强度较高的角彼此相对，所以，光检测装置1中的检测结果受到电场的影响。在本实施方式中，从Z轴方向看受光区域S1呈八边形形状，所以，在相互相邻的受光区域S1之间仅第一边16a以及第三边16c相对。因此，光检测装置1中的检测结果不易受电场的影响。在受光区域S1从Z轴方向观察呈八边形形状的情况下，能够有效地利用主面1Na中的贯通电极TE以外的区域。因此，能够实现贯通电极TE与受光区域S1之间的配线距离短的结构，并且与受光区域S1呈其他形状的情况相比，开口率提高。
接下来，参照图6，说明本实施方式的变形例所涉及的光检测装置的结构。图6是用于说明本实施方式的变形例所涉及的光检测装置的截面结构的图。图6表示以与图2所示的Ⅲ-Ⅲ线对应的平面切断本变形例所涉及的光检测装置时的截面结构。在图6中也省略玻璃基板30与光学粘结剂OA的图示。本变形例与上述的实施方式大致类似或者相同，但如以下所说明的那样，本变形例关于雪崩光电二极管APD的结构与上述实施方式不同。
本变形例所涉及的光检测装置具备半导体光检测元件10B。半导体光检测元件10B配置于搭载基板20与玻璃基板30之间。半导体光检测元件10B具有俯视时呈矩形形状的半导体基板50B。半导体基板50B由Si构成，是N型(第二导电类型)的半导体基板。半导体基板50B包括彼此相对的主面1Na与主面1Nb。半导体光检测元件10B具备：多个雪崩光电二极管APD与多个贯通电极TE。多个雪崩光电二极管APD被二维排列于半导体基板50B。在本变形例中。多个雪崩光电二极管APD排列成行列状。
形成于半导体光检测元件10B的槽23具有与形成于半导体光检测元件10A的槽13同样的结构。在半导体基板50B的中间区域S2形成有包围各个受光区域S1的全周的槽23、14、15。从Z轴方向观察，槽23形成于相邻的四个雪崩光电二极管APD的各个受光区域S1、与被这些雪崩光电二极管APD所包围的贯通孔TH之间的中间区域S2。从Z轴方向观察，槽23沿着各个受光区域S1的第二边16b延伸。
槽14、15形成于彼此相邻的两个受光区域S1之间的中间区域S2。槽14沿着各个受光区域S1的第一边16a延伸。槽15沿着各个受光区域S1的第三边16c延伸。槽23、14、15沿着各个受光区域S1的各边延伸，且包围受光区域S1的全周。
被彼此相邻的四个雪崩光电二极管APD所包围的贯通孔TH的全周从Z轴方向观察被槽23所包围。槽14、15从Z轴方向观察，将包围不同的贯通孔TH的槽23彼此连结。
被槽23所包围的区域AR1从Z轴方向观察为大致正方形。被槽23、14、15所包围的区域AR2是八边形形状。区域AR1、AR2从Z轴方向观察呈多边形形状。
在半导体光检测元件10B中，沿着各个受光区域S1的第一边16a延伸的槽14在相邻的两个受光区域S1之间的区域位于一个直线上。槽14相对于相邻的两个受光区域S1被共有。槽14是包围一个受光区域S1的槽，也是包围另一个受光区域S1的槽。沿着各个受光区域S1的第三边16c延伸的槽15在相邻的两个受光区域S1之间的区域位于一个直线上。槽15相对于相邻的两个受光区域S1被共有。槽15是包围一个受光区域S1的槽，也是包围另一个受光区域S1的槽。包围在行方向上相邻的两个受光区域S1的槽14共有形成于在行方向上相邻的两个受光区域S1之间的部位。分别包围在列方向上相邻的两个受光区域S1的槽15共有形成于在列方向上相邻的两个受光区域之间的部位。
在半导体光检测元件10B中，各个雪崩光电二极管APD也包括受光区域S1。各个雪崩光电二极管APD具有：P型(第一导电类型)的第一半导体区域2PA、P型的第二半导体区域2PB、N型的第三半导体区域2NA、以及P型的第四半导体区域2PC。
第一半导体区域2PA位于半导体基板50B的主面1Na侧。第二半导体区域2PB位于半导体基板50B的主面1Nb侧，其杂质浓度比第一半导体区域2PA高。第三半导体区域2NA形成于第一半导体区域2PA的主面1Na侧。第四半导体区域2PC以与第三半导体区域2NA相接的方式形成于第一半导体区域2PA，其杂质浓度比第一半导体区域2PA高。第三半导体区域2NA是受光区域S1。各个雪崩光电二极管APD从主面1Na侧以作为第三半导体区域2NA的N+层、作为第四半导体区域2PC的P层、作为第一半导体区域2PA的P－层、以及作为第二半导体区域2PB的P+层的顺序构成。
第一半导体区域2PA从Z轴方向观察位于中间区域S2，且以包围作为受光区域S1的第三半导体区域2NA的方式设置。尽管未图示，但第一半导体区域2PA从Z轴方向观察也位于相互相邻的两个受光区域S1之间的中间区域S2。除了成形有槽23、14、15的部分，半导体基板50B的中间区域S2从主面1Na侧以作为第一半导体区域2PA的P－层、与作为第二半导体区域2PB的P+层的顺序构成。
槽23的内面23b由与第二半导体区域2PB相同的P+层成形。在内面23b上设置有绝缘层23c。在被槽23内的绝缘层23c所包围的区域配置有填充材料23a。填充材料23a例如由容易填充且遮光性高的材料构成。在本变形例中，填充材料23a与填充材料13a同样由钨(W)构成。槽14的内面与内面23b同样，由杂质浓度比第一半导体区域2PA高的P+层成形。与槽23同样，在槽14内配置有绝缘层23c以及填充材料23a。在图6中，如上所述，未图示槽14、15以及配置于槽14、15内的绝缘层23c以及填充材料23a。填充材料13a也可以不由钨而是由铜或者铝构成。
槽23、14、15的深度，即Z轴方向(半导体基板50B的厚度方向)上的从主面1Na至槽23、14、15的底面的距离比Z轴方向上的从主面1Na至第一半导体区域2PA与第二半导体区域2PB的界面的距离长，比半导体基板50B的厚度短。槽23的底面23d由第二半导体区域2PB构成，位于比第一半导体区域2PA更靠近主面1Nb的位置。槽14、15的底面也由第二半导体区域2PB构成，位于比第一半导体区域2PA更靠近主面1Nb的位置。
半导体基板50B具有P型的第五半导体区域2PD。第五半导体区域2PD从Z轴方向观察形成于贯通孔TH的边缘D2与第一半导体区域2PA之间。第五半导体区域2PD与第二半导体区域2PB同样，是杂质浓度比第一半导体区域2PA高的P+层。在主面1Na上形成有第五半导体区域2PD的区域是开口周边区域S3。半导体基板50B的开口周边区域S3从主面1Na侧以作为第五半导体区域2PD的P+层、与作为第二半导体区域2PB的P+层的顺序构成。
贯通孔TH的内周面(边缘D2)从主面1Na侧以第五半导体区域2PD、与第二半导体区域2PB的顺序构成。因此，由第三半导体区域2NA与第四半导体区域2PC形成的PN结未露出于贯通孔TH。
雪崩光电二极管APD具有电极E1。电极E1配置于半导体基板50B的主面1Na侧。在本变形例中，电极E1沿着受光区域S1的轮廓设置，且具有八边形的环形状。
电极E1具有与受光区域S1电连接的连接部C。在本变形例中，如图6所示，连接部C包括第一端部E1a与第二端部E1b。电极E1包括与配线F电连接的第三端部E1c。
如图6所示，配线F从第三端部E1c向与受光区域S1的中心相反方向延伸。配线F将电极E1与电极垫12电连接。配线F位于受光区域S1的外侧的半导体基板50B上。配线F隔着绝缘层L1形成于半导体基板50B上。
在本变形例中，电极垫12与贯通电极TE电连接。贯通电极TE向半导体基板50B的背面侧(主面1Nb侧)延伸。在贯通电极TE设置有绝缘层L3。贯通电极TE通过凸点电极BE而与搭载基板20电连接。电极E1与搭载基板20通过配线F、电极垫12、贯通电极TE、以及凸点电极BE并被电连接。第三半导体区域2NA通过电极E1、配线F、电极垫12、贯通电极TE以及凸点电极BE并与搭载基板20电连接。
在本变形例中，由于第一边16a的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在行方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
由于第三边16c的长度也比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
槽23的底面23d由第二半导体区域2PB构成。槽23的底面23d位于比第一半导体区域2PA深的位置。因此，在半导体基板50B中的由槽23所包围的区域中产生电荷的情况下，抑制在该区域中产生的电荷向雪崩光电二极管APD移动。在半导体基板50B内形成有槽23的底面23d、即槽23未到达半导体基板50B的主面1Nb，因此，没有半导体基板50B在槽23的位置分离的担忧。因此，在本变形例所涉及的光检测装置的制造过程中，半导体基板50B的处理也容易。
下面，参照图7～图11，说明半导体光检测元件的变形例的结构。图7～图11是表示半导体光检测元件的变形例的概略平面图。
半导体光检测元件10C、10D、10E、10F、10G配置于搭载基板20与玻璃基板30之间。半导体光检测元件10C、10D、10E、10F、10G与半导体光检测元件10A同样，具有俯视时呈矩形形状的半导体基板50A。半导体光检测元件10C、10D、10E、10F、10G具备多个雪崩光电二极管APD以及多个贯通孔TE。
在图7所示的半导体光检测元件10C中，从Z轴方向观察多个受光区域S1呈六边形形状。从Z轴方向观察多个受光区域S1被二维排列。在本变形例中，多个受光区域S1排列成行列状。行方向是X轴方向，列方向是Y轴方向。从X轴方向与Y轴方向的各个方向看，受光区域S1在直线上等间隔地排列。半导体光检测元件10C的受光区域S1在行方向上以66.6μm的间距排列，在列方向上以100μm的间距排列。
在半导体光检测元件10C的雪崩光电二极管APD中，电极E1沿着受光区域S1的轮廓设置，且具有六边形的环形状。电极E1具有与受光区域S1电连接的连接部C。连接部C设置于受光区域S1的一边。
在半导体光检测元件10C中，各个受光区域S1所呈现的六边形形状包括一对第一边16a与四个第二边16b。一对第一边16a在行方向上彼此相对，且在列方向上延伸。四个第二边16b与包围受光区域S1的四个贯通电极TE相对，且分别在与行方向以及列方向交叉的方向上延伸。
各个第一边16a与位于相邻的受光区域S1的边相对。四个第二边16b与位于受光区域S1的相邻的贯通孔TH相对。一个贯通孔TH在四个方向上被四个受光区域S1的各个第二边16b所包围。连接部C设置于第二边16b。第一边16a的长度G1比第二边16b的长度G2短。四个第二边16a的总长度是受光区域S1的全周的50％以上。在本变形例中，各个第一边16a的长度G1比各个第二边16b的长度G2短。各个第一边16a也可以具有实际上相同的长度。各个第二边16b也可以具有实际上相同的长度。
在半导体光检测元件10C中，半导体基板50A的主面1Na包括：受光区域S1、中间区域S2以及开口周边区域S3。开口周边区域S3是位于主面1Na的贯通孔TH的开口周边的区域。中间区域S2是主面1Na上除了受光区域S1以及开口周边区域S3的区域。
在半导体基板50A的中间区域S2形成有包围各个受光区域S1的全周的槽13、14。从Z轴方向观察，槽13形成于彼此相邻的四个雪崩光电二极管APD的各个受光区域S1、以及被这些雪崩光电二极管APD所包围的贯通孔TH之间的中间区域S2。从Z轴方向观察，槽13沿着各个受光区域S1的第二边16b延伸。槽14形成于彼此相邻的两个受光区域S1之间的中间区域S2。槽14沿着各个受光区域S1的第一边16a延伸。
被彼此相邻的四个雪崩光电二极管APD所包围的贯通孔TH的全周从Z轴方向观察被槽13所包围。从Z轴方向观察，槽14将包围不同的贯通孔TH的槽13彼此连结。
由槽13所包围的区域AR1从Z轴方向观察为大致正方形。由槽13、14所包围的区域AR2是六边形形状。各个区域AR1、AR2从Z轴方向观察呈多边形形状。
在半导体光检测元件10C中，沿着各个受光区域S1的第一边16a延伸的槽14在相邻的两个受光区域S1之间的区域位于一个直线上。槽14相对于相邻的两个受光区域S1被共有。槽14是包围一个受光区域S1的槽，也是包围另一个受光区域S1的槽。包围在行方向上相邻的两个受光区域S1的槽14共有形成于在行方向上相邻的两个受光区域S1之间的部位。
在本变形例中，由于第一边16a的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在行方向上在相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
槽13、14在半导体基板50A的主面1Na侧包围受光区域S1的全周。在受光区域S1和与该受光区域S1相邻的贯通电极TE之间的中间区域S2形成有槽13，所以，可确保开口率并且减少表面漏电流流入雪崩光电二极管APD。在相邻的受光区域S1之间形成有槽14，所以，进一步减少雪崩光电二极管APD之间的串扰。
槽13、14沿着各个受光区域S1的各边延伸，且包围各个受光区域S1。因此，即使在填充材料13a与受光区域S1之间产生寄生电容的情况下，寄生电容的值也难以产生偏差。其结果，在本变形例中，也减少寄生电容对雪崩光电二极管APD的影响。
槽13沿着在相邻的两个受光区域S1中彼此相对的第二边16b延伸。槽14沿着在相邻的两个受光区域S1中彼此相对的第一边16a延伸。槽14相对于在行方向上相邻的两个受光区域S1被共有。槽14共有形成于在行方向上相邻的两个受光区域S1之间的部位。在此情况下，与槽未共有形成于两个受光区域S1之间的部位相比，在行方向上稠密地配置多个受光区域S1。在本变形例中，如上所述，寄生电容对雪崩光电二极管APD的影响减少。
从Z轴方向观察，各个区域AR1、区域AR2呈多边形形状，且受光区域S1呈多边形形状。在受光区域S1为圆形形状的情况下，不存在电场集中那样的角。在受光区域S1为圆形形状的情况下，与受光区域S1为多边形形状的情况相比，在受光区域S1与贯通孔TH之间产生的死区大，所以，难以确保开口率。区域AR1、AR2与受光区域S1为多边形形状。以区域AR1、AR2的边与受光区域S1的边相沿着的方式配置有区域AR1、AR2与受光区域S1。因此，与区域AR1、AR2以及受光区域S1不是多边形形状的情况、或者区域AR1、AR2的边与受光区域S1的边不沿着的情况相比，在本变形例中，贯通孔TH与受光区域S1的间隔较窄。因此，在本变形例中，死区少且开口率大。
在图8所示的半导体光检测元件10D中，在贯通孔TH以及与该贯通孔TH相邻的受光区域S1之间的中间区域S2形成有槽13。槽13包围贯通孔TH。从Z轴方向观察，槽13未形成于将贯通电极TE与受光区域S1电连接的配线F被配置的区域。从Z轴方向观察，槽13在配线F被配置的区域上被分割的状态下包围贯通孔TH。
在半导体光检测元件10D中，由于第一边16a的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在行方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
由于第三边16c的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
与行方向以及列方向交叉的方向上的受光区域S1的间隔比行方向或者列方向上的受光区域S1的间隔大。在与行方向及列方向交叉的方向上，在两个受光区域S1之间存在贯通电极TE。因此，在与行方向及列方向交叉的方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间难以发生上述的串扰。因此，即使槽13在配线F被配置的区域上被分割的情况下，也难以影响串扰的发生。
在图9所示的半导体光检测元件10E中，在贯通孔TH以及与该贯通孔TH相邻的受光区域S1之间的中间区域S2形成有槽13。槽13包围贯通孔TH。图2与图9的缩尺不同。半导体光检测元件10D的电极垫12的尺寸与半导体光检测元件10A的电极垫12的尺寸相同。
在半导体光检测元件10E中，贯通孔TH的间距与半导体光检测元件10A的贯通孔TH的间距相同，受光区域S1的间距与半导体光检测元件10A的受光区域S1的间距相同。贯通孔TH与受光区域S1以一对一的关系排列。半导体光检测元件10E的受光区域S1与半导体光检测元件10A的受光区域S1同样，呈大致八边形形状。半导体光检测元件10E的受光区域S1的面积比半导体光检测元件10A的受光区域S1的面积小。槽14相对于在行方向上相邻的两个受光区域S1被共有。在行方向上相邻的两个受光区域S1之间形成有一个槽14。槽15相对于在列方向上相邻的两个受光区域S1被共有。在列方向上相邻的两个受光区域S1之间形成有一个槽15。
在半导体光检测元件10E中，与半导体光检测元件10A同样，槽13包围贯通孔TH。槽14、15形成于彼此相邻的两个受光区域S1之间的中间区域S2。从Z轴方向观察，槽14沿着各个受光区域S1的第一边16a延伸。从Z轴方向观察，槽15沿着各个受光区域S1的第三边16c延伸。从Z轴方向观察，槽14、15将包围不同的贯通孔TH的槽13彼此连结。在半导体光检测元件10E中，受光区域S1的全周被槽13、14、15所包围。
在半导体光检测元件10E中，贯通孔TH的间距与半导体光检测元件10A的贯通孔TH的间距相同，受光区域S1的间距与半导体光检测元件10A的受光区域S1的间距相同。在半导体光检测元件10E中，槽14相对于在行方向上相邻的两个受光区域S1被共有，槽15相对于在列方向上相邻的两个受光区域S1被共有。在此情况下，与槽未共有形成于两个受光区域S1之间的部位的情况相比，在行方向以及列方向上多个受光区域S1稠密地配置。在本变形例中，寄生电容对雪崩光电二极管APD的影响减少。
由于加工精度方面的问题或者为了确保电连接，难以缩小贯通电极TE的尺寸。为了减少在电极垫12与槽13内的填充材料13a之间产生的寄生电容，槽13与电极垫12分离。为了提高开口率，受光区域S1呈多边形形状。
在这些条件下，半导体光检测元件10E的受光区域S1呈现与半导体光检测元件10A的受光区域S1不同的形状的多边形形状。在半导体光检测元件10E的受光区域S1中，与第二边16b的长度相比，第一边16a的长度极短，与第二边16b的长度相比，第三边16c的长度极短。
根据该结构，在半导体光检测元件10E中，其分辨率比半导体光检测元件10A高且确保了开口率。在雪崩光电二极管APD、填充材料13a以及电极垫12之间产生的寄生电容得以减少。
在半导体光检测元件10E中，第一边16a的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在行方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
第三边16c的长度也比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
在图10所示的半导体光检测元件10E中，在贯通孔TH以及与该贯通孔TH相邻的受光区域S1之间的中间区域S2形成有槽13。槽13包围贯通孔TH。图2与图10的缩尺不同。半导体光检测元件10E的电极垫12的尺寸与半导体光检测元件10A的电极垫12的尺寸相同。
在半导体光检测元件10F中，贯通孔TH的间距与半导体光检测元件10A的贯通孔TH的间距相同，受光区域S1的间距与半导体光检测元件10A的受光区域S1的间距相同。贯通孔TH与受光区域以一对一的关系排列。半导体光检测元件10F的受光区域S1与半导体光检测元件10A的受光区域S1同样呈大致八边形形状。第一边16a的长度比第二边16b短，第三边16c的长度比第二边16b的长度短。
在半导体光检测元件10F中，槽13在贯通孔TH排列的行方向以及列方向上被分割且包围贯通孔TH。从Z轴方向观察，槽14沿着受光区域S1的第一边16a延伸。从Z轴方向观察，槽15沿着受光区域S1的第三边16c延伸。从Z轴方向观察，槽14、15将包围不同的贯通孔TH的槽13彼此连结。在半导体光检测元件10F中，受光区域S1的全周被槽13、14、15所包围。
为了减少寄生电容对雪崩光电二极管APD的影响，槽13沿着受光区域S1的第二边16b形成，槽14沿着受光区域S1的第一边16a形成，槽15沿着受光区域S1的第三边16c形成。由于加工精度方面的问题或者为了确保电连接，难以缩小贯通电极TE的尺寸。为了减少在电极垫12与配置于槽13内的填充材料13a之间产生的寄生电容，槽13与电极垫12分离。
槽14相对于在行方向上相邻的两个受光区域S1未被共有，槽15相对于在列方向上相邻的两个受光区域S1未被共有。在这些条件下，八边形形状的受光区域S1的面积比半导体光检测元件10A的受光区域S1的面积小。在半导体光检测元件10F中，两个槽14在行方向上相邻的两个受光区域S1之间的区域上延伸。一个槽14包围一个受光区域S1，另一个槽14包围另一个受光区域S1。两个槽15在列方向上相邻的两个受光区域S1之间的区域上延伸。一个槽15包围一个受光区域S1，另一个槽15包围另一个受光区域S1。
根据上述结构，在半导体光检测元件10F中，与半导体光检测元件10A相比，受光区域S1之间的串扰减少。因此，在半导体光检测元件10F中，与半导体光检测元件10A相比，受光区域S1之间的串扰减少，并且在雪崩光电二极管APD、填充材料13a以及电极垫12之间产生的寄生电容减少。
在半导体光检测元件10F中，第一边16a的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在行方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
第三边16c的长度也比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
在图11所示的半导体光检测元件10G中，在贯通孔TH以及与该贯通孔TH相邻的受光区域S1之间的中间区域S2形成有槽13。槽13包围贯通孔TH。图10与图11的缩尺不同。半导体光检测元件10G的电极垫12的尺寸与半导体光检测元件10F的电极垫12的尺寸相同。
贯通孔TH与受光区域S1分别被二维排列。与半导体光检测元件10F相比，贯通孔TH以及受光区域S1的各个间距小。在半导体光检测元件10G中，以其分辨率比半导体光检测元件10F高的方式，贯通孔TH与受光区域S1以一对一的关系排列。受光区域S1以及贯通孔TH的各个间距例如是50μm。
在半导体光检测元件10G中，槽13在贯通孔TH排列的行方向以及列方向上被分割且包围贯通孔TH。从Z轴方向观察，槽14沿着受光区域S1的第一边16a延伸。从Z轴方向观察，槽15沿着受光区域S1的第三边16c延伸。从Z轴方向观察，槽14、15将包围不同的贯通孔TH的槽13彼此连结。在半导体光检测元件10G中，受光区域S1的全周被槽13、14、15所包围。
为了减少寄生电容对雪崩光电二极管APD的影响，槽13沿着受光区域S1的第二边16b形成，槽14沿着受光区域S1的第一边16a形成，槽15沿着受光区域S1的第三边16c形成。由于加工精度方面的问题或者为了确保电连接，难以缩小贯通电极TE的尺寸。为了减少在电极垫12与配置于槽13内的填充材料13a之间产生的寄生电容，槽13与电极垫12分离。
在这些条件下，槽14、15相对于相邻的两个受光区域S1未被共有。半导体光检测元件10G的受光区域S1呈现与半导体光检测元件10F的受光区域S1不同的形状的多边形形状。具体来说，在半导体光检测元件10G的受光区域S1中，与第二边16b的长度相比，第一边16a的长度极短，与第二边16b的长度相比，第三边16c的长度极短。
根据该结构，在半导体光检测元件10G中，其分辨率比半导体光检测元件10F高且确保了开口率。在雪崩光电二极管APD、填充材料13a以及电极垫12之间产生的寄生电容得以减少。
在半导体光检测元件10G中，第一边16a的长度比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在行方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
第三边16c的长度也比第二边16b的长度短，所以，可确保开口率并且抑制在列方向上相邻的雪崩光电二极管APD之间产生串扰。
以上，对本发明的优选的实施方式以及变形例进行了说明，但是本发明并非局限于上述的实施方式以及变形例，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种更改。
在上述的实施方式以及变形例中，一个雪崩光电二极管APD与一个贯通电极TE(一个电极垫12)电连接，但是并非局限于此。也可以是多个雪崩光电二极管APD与一个贯通电极(一个电极垫12)电连接。
在上述的实施方式以及变形例中，对于雪崩光电二极管APD表示了半导体基板50A与半导体基板50B的双层结构，但是半导体基板的层结构并非局限于此。在设置于半导体基板50A的雪崩光电二极管APD中，例如第二半导体区域1NA与第三半导体区域1NB也可以由一个半导体区域构成。在此情况下，雪崩光电二极管APD具有：第1导电类型(例如N型)的半导体区域、与该第1导电类型的半导体区域形成PN结的第2导电类型(例如P型)的半导体区域、以及位于该第2导电类型的半导体区域内且杂质浓度比该第2导电类型的半导体区域高的另一个第2导电类型的半导体区域。在本结构中，杂质浓度高的一方的第2导电类型的半导体区域是受光区域。在设置于半导体基板50B的雪崩光电二极管APD中，例如，第一半导体区域2PA、第二半导体区域2PB以及第四半导体区域2PC也可以由一个半导体区域构成。在此情况下，雪崩光电二极管APD具有：第1导电类型(例如P型)的半导体区域、以及位于该第1导电类型的半导体区域内且与该第1导电类型的半导体区域形成PN结的第2导电类型(例如N型)的半导体区域。在本结构中，第2导电类型的半导体区域是受光区域。
在半导体基板50A以及半导体基板50B中，P型以及N型的各个导电类型也可以替换成与上述导电类型相反的类型。半导体基板50A的受光区域S1也可以从主面1Na侧以N+层、N层、P层、P+层的顺序构成。半导体基板50B的受光区域S1也可以从主面1Na侧以P+层、N层、N－层、N+层的顺序构成。
在上述的实施方式以及变形例中，槽13、14、15形成于半导体基板50A、50B，但是也可以不形成这些槽13、14、15。
在上述的实施方式以及变形例中，对受光区域S1从Z轴方向观察为六边形形状或八边形形状的情况进行了说明，但也可以采用其他的形状。例如，受光区域S1也可以采用具有10个或者10个以上的边的形状。
产业上的可利用性
本发明能够用于检测微弱光的光检测装置。
符号的说明
1…光检测装置、13、14、15、23…槽、50A、50B…半导体基板、1Na、1Nb…主面、S1…受光区域、APD…雪崩光电二极管、TH…贯通孔、TE…贯通电极、G1、G2、G3…长度、AR1、AR2…区域、L3…绝缘层。

Claims (25)

1.一种光检测装置，其特征在于：
包括：
具有彼此相对的第一主面以及第二主面的半导体基板；
具有配置于所述半导体基板的所述第一主面侧的受光区域且呈行列状排列于所述半导体基板，且在盖格模式下工作的多个雪崩光电二极管；以及
与对应的所述受光区域电连接，且在厚度方向上贯通所述半导体基板的多个贯通电极，
所述多个贯通电极的各个配置于被所述多个雪崩光电二极管中的彼此相邻的四个雪崩光电二极管所包围的区域，
从与所述第一主面正交的方向观察，各个所述受光区域呈多边形形状，该多边形形状包括：在行方向上彼此相对且在列方向上延伸的一对第一边；以及与包围所述受光区域的四个所述贯通电极相对且分别在与所述行方向以及所述列方向交叉的方向上延伸的四个第二边，
所述第一边的长度比所述第二边的长度短。
2.权利要求1所述的光检测装置，其特征在于：
各个所述受光区域所呈现的所述多边形形状还包括：在所述列方向上彼此相对且在所述行方向上延伸的一对第三边，
所述第三边的长度比所述第二边的长度短。
3.权利要求1所述的光检测装置，其特征在于：
所述四个第二边的总长度是所述受光区域的全周的50％以上。
4.权利要求2所述的光检测装置，其特征在于：
所述四个第二边的总长度是所述受光区域的全周的50％以上。
5.权利要求1所述的光检测装置，其特征在于：
在所述半导体基板的所述第一主面侧，从与所述第一主面正交的所述方向观察，以包围所述受光区域的方式形成有槽。
6.权利要求2所述的光检测装置，其特征在于：
在所述半导体基板的所述第一主面侧，从与所述第一主面正交的所述方向观察，以包围所述受光区域的方式形成有槽。
7.权利要求3所述的光检测装置，其特征在于：
在所述半导体基板的所述第一主面侧，从与所述第一主面正交的所述方向观察，以包围所述受光区域的方式形成有槽。
8.权利要求4所述的光检测装置，其特征在于：
在所述半导体基板的所述第一主面侧，从与所述第一主面正交的所述方向观察，以包围所述受光区域的方式形成有槽。
9.权利要求5所述的光检测装置，其特征在于：
从与所述第一主面正交的所述方向观察，所述槽包围对应的所述受光区域的全周。
10.权利要求6所述的光检测装置，其特征在于：
从与所述第一主面正交的所述方向观察，所述槽包围对应的所述受光区域的全周。
11.权利要求7所述的光检测装置，其特征在于：
从与所述第一主面正交的所述方向观察，所述槽包围对应的所述受光区域的全周。
12.权利要求8所述的光检测装置，其特征在于：
从与所述第一主面正交的所述方向观察，所述槽包围对应的所述受光区域的全周。
13.权利要求5所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
14.权利要求6所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
15.权利要求7所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
16.权利要求8所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
17.权利要求9所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
18.权利要求10所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
19.权利要求11所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
20.权利要求12所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述行方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述行方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
21.权利要求5～20中任一项所述的光检测装置，其特征在于：
以分别包围在所述列方向上相邻的两个所述受光区域的方式形成的所述槽共有形成于在所述列方向上相邻的所述两个受光区域之间的部位。
22.权利要求5～20中任一项所述的光检测装置，其特征在于：
从与所述第一主面正交的所述方向观察，被所述槽所包围的区域呈多边形形状。
23.权利要求21所述的光检测装置，其特征在于：
从与所述第一主面正交的所述方向观察，被所述槽所包围的区域呈多边形形状。
24.权利要求1～20中任一项所述的光检测装置，其特征在于：
所述贯通电极配置于在厚度方向上贯通所述半导体基板的贯通孔，
从与所述第一主面正交的所述方向观察，所述贯通孔的开口呈圆形形状，
在所述贯通孔的内周面配置有绝缘层。
25.权利要求21所述的光检测装置，其特征在于：
所述贯通电极配置于在厚度方向上贯通所述半导体基板的贯通孔，
从与所述第一主面正交的所述方向观察，所述贯通孔的开口呈圆形形状，
在所述贯通孔的内周面配置有绝缘层。
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