CN114270538A - 光检测装置 - Google Patents

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Abstract

光检测装置具备：光半导体元件，其具有多个受光部；及光透过基板，其直接地接合于光半导体元件或仅经由光透过性的粘结层而接合于光半导体元件。在光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面，设置有具有折射率朝向光透过基板自空气的折射率向光透过基板的折射率连续地变化的凹凸构造的第1折射率变化层。若将光半导体元件与第1折射率变化层之间的距离设为A，将多个受光部中相邻的受光部之间的距离设为B，将相对于空气的折射率的光透过基板的折射率设为n，则A＞B/[2tan{sin‑1(sin1°/n)}]成立。

Description

光检测装置
技术领域
本发明涉及一种光检测装置。
背景技术
已知有具备具有多个受光部的光半导体元件、及接合于光半导体元件的光透过基板的光检测装置。在这样的光检测装置中，光透过基板作为被薄型化的光半导体元件的加强基板而发挥功能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-125883号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述那样的光检测装置中，与光半导体元件的薄型化一同，多个受光部的高密度化正在进展。然而，若对于光透过基板确保充分的厚度且减小相邻的受光部之间的距离，则在相邻的受光部之间产生的串扰有时会成为问题。
本发明的目的在于提供可减少在相邻的受光部之间产生的串扰的光检测装置。
解决问题的技术手段
本发明的一方面的光检测装置，具备：光半导体元件，其具有多个受光部；及光透过基板，其直接地接合于光半导体元件或仅经由光透过性的粘结层而接合于光半导体元件；在光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面，设置有具有折射率朝向光透过基板自空气的折射率向光透过基板的折射率连续地变化的凹凸构造的第1折射率变化层，若将光半导体元件与第1折射率变化层之间的距离设为A，将多个受光部中相邻的受光部之间的距离设为B，将相对于空气的折射率的光透过基板的折射率设为n，则A＞B/[2tan{sin-1(sin1°/n)}]成立。
在本发明的一方面的光检测装置中，若将光半导体元件与第1折射率变化层之间的距离设为A，将相邻的受光部之间的距离设为B，将相对于空气的折射率的光透过基板的折射率设为n，则A＞B/[2tan{sin-1(sin1°/n)}]成立。该关系式是指，在以入射角1°入射至光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面的光朝向相邻的受光部中的一个受光部前进的情况下，该光中的一部分光由光半导体元件的光透过基板侧的表面、及光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面依次反射时，该一部分光可能朝向相邻的受光部中的另一个受光部前进。即，在本发明的一方面的光检测装置中，可以说对于光透过基板确保充分的厚度且减小相邻的受光部之间的距离到甚至以入射角1°入射至光透过基板的光也仍是在相邻的受光部之间产生串扰的原因的程度。此处，在本发明的一方面的光检测装置中，具有凹凸构造的第1折射率变化层设置于光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板自空气的折射率向光透过基板的折射率连续地变化。因此，在以入射角1°入射至光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面的光朝向相邻的受光部中的一个受光部前进的情况下，即使该光中的一部分光由光半导体元件的光透过基板侧的表面反射，而该一部分光也不易由光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面反射，其结果，该一部分光不易朝向相邻的受光部中的另一个受光部前进。因此，根据本发明的一方面的光检测装置，可减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
在本发明的一方面的光检测装置中，也可为在光半导体元件中，多个受光部设置于沿着半导体基板的光透过基板侧的表面的部分，在半导体基板的与光透过基板相反侧的表面，设置有具有凹凸构造的第2折射率变化层，第2折射率变化层的凹凸构造的折射率朝向半导体基板，自在与半导体基板相反侧与第2折射率变化层相接的区域的折射率向半导体基板的折射率连续地变化。由此，即使入射至相邻的受光部中的一个受光部的光中的一部分光透过半导体基板，而该一部分光也不易由半导体基板的与光透过基板相反侧的表面反射，其结果，该一部分光不易朝向相邻的受光部中的另一个受光部前进。因此，例如于随着半导体基板的薄型化，而入射至相邻的受光部中的一个受光部的光中的一部分光可能透过半导体基板的情况下，也可减少在相邻的受光部之间产生的串扰。再有，即使在相邻的受光部中的一个受光部中产生因电荷的再耦合所致的自发光，而自发光引起的光也不易由半导体基板的与光透过基板相反侧的表面反射，其结果，自发光引起的光不易朝向相邻的受光部中的另一个受光部前进。因此，在受光部具有可产生因电荷的再耦合所致的自发光的结构的情况下，也可减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
在本发明的一方面的光检测装置中，也可为在半导体基板的与光透过基板相反侧的表面，设置有覆盖第2折射率变化层的光吸收层，第2折射率变化层的凹凸构造的折射率朝向半导体基板自光吸收层的折射率向半导体基板的折射率连续地变化。由此，因入射至半导体基板的与光透过基板相反侧的表面的光(透过半导体基板的一部分光、自发光引起的光等)由光吸收层吸收，因而可防止该光向外部出射后再入射至光半导体元件。
在本发明的一方面的光检测装置中，也可为光透过基板仅经由粘结层而接合于光半导体元件，在光透过基板的光半导体元件侧的表面，设置有具有凹凸构造的第3折射率变化层，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板自粘结层的折射率向光透过基板的折射率连续地变化。由此，因光不易由光透过基板的光半导体元件侧的表面反射，因而可更可靠地减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
在本发明的一方面的光检测装置中，也可为在光半导体元件中，多个受光部设置于沿着半导体基板的与光透过基板相反侧的表面的部分。这样，在光半导体元件具有背面入射型的结构的情况下，也可减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
在本发明的一方面的光检测装置中，也可为在半导体基板的与光透过基板相反侧的表面，设置有光吸收层。由此，在入射至半导体基板的光可能透过半导体基板的情况下，也因该光由光吸收层吸收，因而可防止该光向外部出射后再入射至光半导体元件。再有，在受光部具有可产生因电荷的再耦合所致的自发光的结构的情况下，自发光引起的光也由光吸收层吸收，因而可防止自发光引起的光向外部出射后再入射至光半导体元件。
在本发明的一方面的光检测装置中，也可为光透过基板仅经由粘结层而接合于光半导体元件，在光透过基板的光半导体元件侧的表面，设置有具有凹凸构造的第3折射率变化层，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板自粘结层的折射率向光透过基板的折射率连续地变化。由此，因光不易由光透过基板的光半导体元件侧的表面反射，因而可更可靠地减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
在本发明的一方面的光检测装置中，也可为光透过基板仅经由粘结层而接合于光半导体元件，在半导体基板的光透过基板侧的表面，设置有具有凹凸构造的第4折射率变化层，该凹凸构造的折射率朝向半导体基板自粘结层的折射率向半导体基板的折射率连续地变化。由此，因光不易由半导体基板的光透过基板侧的表面反射，因而可更可靠地减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
在本发明的一方面的光检测装置中，光透过基板也可为玻璃基板。由此，可容易且可靠地获得作为加强基板发挥功能的光透过基板。
在本发明的一方面的光检测装置中，第1折射率变化层也可为与光透过基板分体的层。由此，可容易且可靠地获得具有折射率连续地变化的功能的第1折射率变化层。
在本发明的一方面的光检测装置中，第1折射率变化层也可与光透过基板一体地形成。由此，可削减光检测装置的部件个数。
发明的效果
根据本发明，可提供一种可减少在相邻的受光部之间产生的串扰的光检测装置。
附图说明
图1是第1实施方式的光检测装置的截面图。
图2是表示光透过基板的厚度与内部反射光到达的距离的关系的模式图。
图3是表示光半导体元件与第1折射率变化层之间的距离、与相邻的受光部之间的距离的关系的图。
图4是第2实施方式的光检测装置的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。再者，在各图中对相同或相当部分标注相同符号，并省略重复的说明。
[第1实施方式]
如图1所示，第1实施方式的光检测装置1A具备光半导体元件2A及光透过基板3。光半导体元件2A具有在Z方向上相互相对的表面2a、2b。光透过基板3具有在Z方向上相互相对的表面3a、3b。光透过基板3以表面3b与表面2a相对的状态，配置于光半导体元件2A上。因此，表面2a是光半导体元件2A的光透过基板3侧的表面，表面2b是光半导体元件2A的与光透过基板3相反侧的表面。另外，表面3a是光透过基板3的与光半导体元件2A相反侧的表面，表面3b是光透过基板3的光半导体元件2A侧的表面。在本实施方式中，表面2a、表面2b、表面3a及表面3b相互平行。以下，将垂直于Z方向的一方向称为X方向，将垂直于Z方向及X方向的方向称为Y方向。
光半导体元件2A具有半导体基板21及多个受光部22。半导体基板21具有在Z方向上相互相对的表面21a、21b。表面21a是半导体基板21的光透过基板3侧的表面，表面21b是半导体基板21的与光透过基板3相反侧的表面。半导体基板21例如由第1导电类型的半导体材料形成为矩形板状。作为一个例子，X方向上的半导体基板21的宽度为15mm左右，Y方向上的半导体基板21的宽度为15mm左右，Z方向上的半导体基板21的宽度(即，半导体基板21的厚度)为20μm左右。
多个受光部22设置于沿着半导体基板21的表面21a的部分。多个受光部22例如沿着X方向及Y方向呈矩阵状排列。各受光部22例如是光电二极管(与PN结对应的部分)，该光电二极管通过在由第1导电类型的半导体材料构成的半导体基板21中沿着表面21a的部分形成第2导电类型的区域而构成。作为一个例子，X方向上的各受光部22的宽度为50μm左右，Y方向上的各受光部22的宽度为50μm左右。另外，作为一个例子，在X方向上相邻的受光部22之间的距离为1μm左右，在Y方向上相邻的受光部22之间的距离为1μm左右。
光半导体元件2A是以光透过基板3侧的表面2a为受光面的受光元件。如上所述，由于在沿着半导体基板21的光透过基板3侧的表面21a的部分设置有多个受光部22，因而光半导体元件2A是表面入射型的受光元件。因此，虽然省略了图示，但是在半导体基板21，设置有与多个受光部22电连接的多条配线(多条贯通配线等)，在半导体基板21的与光透过基板3相反侧的表面21b，设置有与多条配线电连接的多个焊垫。再者，光半导体元件2A只要是以多个受光部22作为多个光检测信道而发挥功能的方式构成的表面入射型的受光元件，则并不限定于具有上述结构。
光透过基板3通过光透过性的粘结层4接合于光半导体元件2A。在本实施方式中，光透过基板3是玻璃基板，例如，形成为矩形板状。作为一个例子，X方向上的光透过基板3的宽度为15mm左右，Y方向上的光透过基板3的宽度为15mm左右，Z方向上的光透过基板3的宽度(即，光透过基板2的厚度)为300μm～500μm左右。
粘结层4例如由环氧树脂等构成。作为一个例子，Z方向上的粘结层4的宽度(即，粘结层4的厚度)为50μm左右。在光检测装置1A中，光透过基板3仅经由光透过性的粘结层4而接合于光半导体元件2A。再者，在本说明书中，光透过基板仅经由光透过性的粘结层而接合于光半导体元件的表达是指，在光半导体元件与光透过基板之间仅存在粘结层的状态，或在光半导体元件与光透过基板之间仅存在粘结层及下述至少1个折射率变化层的状态。
在光透过基板3的表面3a，设置有第1折射率变化层5。第1折射率变化层5具有凹凸构造，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自空气的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。第1折射率变化层5的凹凸构造例如由以100nm～200nm左右的中心间距离排列的多个凸部或多个凹部构成，有时被称为蛾眼构造。第1折射率变化层5防止自空气侧入射至表面3a的光由表面3a反射、及自光透过基板3侧入射至表面3a的光由表面3a反射。第1折射率变化层5是与光透过基板3分体的层。作为一个例子，第1折射率变化层5通过将膜状的第1折射率变化层5贴附于光透过基板3的表面3a而构成。
在半导体基板21的表面21b，设置有第2折射率变化层6。第2折射率变化层6具有凹凸构造，该凹凸构造的折射率朝向半导体基板21自下述光吸收层7的折射率向半导体基板21的折射率连续地变化。第2折射率变化层6的凹凸构造例如由以100nm～200nm左右的中心间距离排列的多个凸部或多个凹部构成，有时被称为蛾眼构造。第2折射率变化层6防止自半导体基板21侧入射至表面21b的光由表面21b反射。第2折射率变化层6是与半导体基板21分体的层。作为一个例子，第2折射率变化层6通过将膜状的第2折射率变化层6贴附于半导体基板21的表面21b而构成。
在半导体基板21的表面21b，设置有覆盖第2折射率变化层6的光吸收层7。光吸收层7例如由黑树脂等构成。光吸收层7吸收自半导体基板21侧入射至第2折射率变化层6的光。
在光透过基板3的表面3b，设置有第3折射率变化层8。第3折射率变化层8具有凹凸构造，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自粘结层4的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。第3折射率变化层8的凹凸构造例如由以100nm～200nm左右的中心间距离排列的多个凸部或多个凹部构成，有时被称为蛾眼构造。第3折射率变化层8防止自粘结层4侧入射至表面3b的光由表面3b反射、及自光透过基板3侧入射至表面3b的光由表面3b反射。第3折射率变化层8是与光透过基板3分体的层。作为一个例子，第3折射率变化层8通过将膜状的第3折射率变化层8贴附于光透过基板3的表面3b而构成。
在光检测装置1A中，若将光半导体元件2A与第1折射率变化层5之间的距离设为A，将在多个受光部22中相邻的受光部22之间的距离设为B，将相对于空气的折射率的光透过基板3的折射率设为n，则下述式(1)成立。
A＞B/[2tan{sin-1(sin1°/n)}]…(1)
上述式(1)是指，在以入射角1°入射至光透过基板3的表面3a的光朝向相邻的受光部22中的一个受光部22(以下，简称为“一个受光部22”)前进的情况下，该光中的一部分光由光半导体元件2A的表面2a及光透过基板3的表面3a依次反射时，该一部分光可能朝向相邻的受光部22中的另一个受光部22(以下，简称为“另一个受光部22”)前进。再者，在各受光部22例如为通过在由第1导电类型的半导体材料构成的半导体基板21形成第2导电类型的区域而构成的光电二极管(与PN结对应的部分)的情况下，所谓相邻的受光部22之间的距离B，是指相邻的第2导电类型的区域之间的距离。也可将相邻的受光部22之间的距离B理解为相邻的耗尽层(光半导体元件2A的通常驱动时的耗尽层)之间的距离。
参照图2对上述式(1)详细地进行说明。在图2所示的结构中，光透过基板3直接地接合于光半导体元件2A，未在光透过基板3的表面3a设置第1折射率变化层5。
在图2所示的结构中，对以下情况进行研究：光L以入射角α入射至光透过基板3的表面3a并以折射角β在光透过基板3内前进，光L中的一部分光L1由光半导体元件2A的表面2a及光透过基板3的表面3a依次反射。在该情况下，若将相对于空气的折射率的光透过基板3的折射率设为n，将光透过基板3的厚度设为T，将内部反射光到达的距离(光L到达至光半导体元件2A的表面2a的位置与由光透过基板3的表面3a反射的一部分光L1到达至光半导体元件2A的表面2a的位置的距离)设为D，则下述式(2)及式(3)成立。
n＝sinα/sinβ…(2)
D＝T×tanβ×2…(3)
根据上述式(2)及式(3)，获得下述式(4)。
D＝2×T×tan{(sin-1(sinα/n)}…(4)
此处，在若将相邻的受光部22之间的距离设为B，则下述式(5)成立的情况下，朝向一个受光部22前进的光L中的一部分光L1由光半导体元件2A的表面2a及光透过基板3的表面3a依次反射，由此可能朝向另一个受光部22前进(以下，将该状态称为“在相邻的受光部22的间可能产生串扰的状态”)。
D＞B…(5)
根据上述式(4)及式(5)，获得下述式(6)。
T＞B/[2tan{sin-1(sinα/n)}]…(6)
在光检测装置1A中，可以说粘结层4与光透过基板3相比较薄，因此可将粘结层4视为与光透过基板3相同的构件，将上述式(6)中的T替换为A(光半导体元件2A与第1折射率变化层5之间的距离)。另外，在光检测装置1A中，谋求的是对于光透过基板确保充分的厚度、及减小相邻的受光部22之间的距离到即使以入射角α＝1°入射至光透过基板3的光L也仍是可能在相邻的受光部22之间产生串扰的状态的程度。
根据以上内容，在光检测装置1A中，上述式(1)成立。图3是表示光半导体元件2A与第1折射率变化层5之间的距离A、与相邻的受光部22之间的距离B的关系的图。在图3所示的图中，实线的直线表示A＝B/[2tan{sin-1(sin1°/n)}]。因此，光检测装置1A中的距离A及距离B成为较实线的直线靠下侧的区域的值。
如以上所说明的那样，在光检测装置1A中，若将光半导体元件2A与第1折射率变化层5之间的距离设为A，将相邻的受光部22之间的距离设为B，将相对于空气的折射率的光透过基板3的折射率设为n，则A＞B/[2tan{sin-1(sin1°/n)}]成立。该关系式是指，在以入射角1°入射至光透过基板3的表面3a的光朝向一个受光部22前进的情况下，该光中的一部分光由光半导体元件2A的表面2a及光透过基板3的表面3a依次反射时，该一部分光可能朝向另一个受光部22前进。即，在光检测装置1A中，可以说是对于光透过基板3确保充分的厚度且减小相邻的受光部22之间的距离到甚至以入射角1°入射至光透过基板3的光也仍是相邻的受光部22之间产生串扰的原因的程度。此处，在光检测装置1A中，具有凹凸构造的第1折射率变化层5设置于光透过基板3的表面3a，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自空气的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。因此，在以入射角1°入射至光透过基板3的表面3a的光朝向一个受光部22前进的情况下，即使该光中的一部分光由光半导体元件2A的表面2a反射，而该一部分光也不易由光透过基板3的表面3a反射，其结果，该一部分光不易朝向另一个受光部22前进。因此，根据光检测装置1A，可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
在入射至光透过基板3的表面3a的光朝向一个受光部22前进的情况下，该光中的一部分光由光半导体元件2A的表面2a及光透过基板3的表面3a依次反射时，作为用于防止该一部分光朝向另一个受光部22前进的方法，也考虑使光透过基板3变薄。然而，有光透过基板3的薄型化导致光检测装置1A的耐久性降低或光检测装置1A的翘曲等问题的担忧。因此，在光检测装置1A中，关于光透过基板3，实现如下结构：确保不会有引起这种问题的担忧的厚度(即，甚至以入射角1°入射至光透过基板3的光，也会成为在相邻的受光部22之间产生串扰的原因的厚度)，且可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
另外，若在光半导体元件2A与光透过基板3之间的区域配置有透镜等光学要素，则有入射至该区域的光(透过光透过基板3的光、由半导体基板21反射的光、自发光引起的光等)由光学要素反射而产生串扰的担忧。在光检测装置1A中，采用如下简单的结构：光透过基板3仅经由光透过性的粘结层4而接合于光半导体元件2A，将可能产生这样的串扰的光学要素排除。
另外，在光检测装置1A中，在光半导体元件2A中，多个受光部22设置于沿着半导体基板21的表面21a的部分，具有凹凸构造的第2折射率变化层6设置于半导体基板21的表面21b，该凹凸构造的折射率朝向半导体基板21自光吸收层7的折射率向半导体基板21的折射率连续地变化。由此，即使入射至一个受光部22的光中的一部分光透过半导体基板21，该一部分光也不易由半导体基板21的表面21b反射，其结果，该一部分光不易朝向另一个受光部22前进。因此，例如在随着半导体基板21的薄型化，而入射至一个受光部22的光中的一部分光可能透过半导体基板21的情况下，也可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。再有，即使在一个受光部22中产生因电荷的再耦合所致的自发光，而自发光引起的光也不易由半导体基板21的表面21b反射，其结果，自发光引起的光不易朝向另一个受光部22前进。因此，在受光部22具有可产生因电荷的再耦合所致的自发光的结构的情况下，也可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。再者，作为可产生因电荷的再耦合所致的自发光的结构，例如，有MPPC(Multi-Pixel Photon Counter(多像素光子计数器))、APD(avalanche photodiode(雪崩光电二极管))等受光部的结构。
另外，在光检测装置1A中，在半导体基板21的表面21b，设置有覆盖第2折射率变化层6的光吸收层7。由此，入射至半导体基板21的表面21b的光(透过半导体基板21的一部分光、自发光引起的光等)通过光吸收层7而吸收，因而可防止该光向外部出射而再入射至光半导体元件2A。
另外，在光检测装置1A中，光透过基板3仅经由粘结层4而接合于光半导体元件2A，具有凹凸构造的第3折射率变化层8设置于光透过基板3的表面3b，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自粘结层4的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。由此，因光不易由光透过基板3的表面3b反射，因而可更可靠地减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
另外，在光检测装置1A中，光透过基板3是玻璃基板。由此，可容易且可靠地获得作为加强基板发挥功能的光透过基板3。
另外，在光检测装置1A中，第1折射率变化层5是与光透过基板3分体的层，第2折射率变化层6是与半导体基板21分体的层，第3折射率变化层8是与光透过基板3分体的层。由此，可容易且可靠地获得具有折射率连续地变化的功能的第1折射率变化层5、第2折射率变化层6及第3折射率变化层8的各者。
再者，具有折射率连续地变化的功能的第1折射率变化层5由于防止自空气侧入射至表面3a的光由表面3a反射，因而也具有提高光的入射效率的功能。在该方面，与通过电介质多层膜构成的抗反射膜相同。然而，抗反射膜由于具有波长依赖性，因而若结合应检测的光的波长来设计抗反射膜，则在由受光部22产生自发光的情况下，有无法使自发光引起的光透过的担忧。对此，由于第1折射率变化层5不具有波长依赖性，因而可使应检测的光及自发光引起的光(无法预测波长及出射方向的自发光引起的光)的两者透过。这样，第1折射率变化层5发挥“无论波长如何均可使光透过，其结果，可可靠地减少在相邻的受光部22之间产生的串扰”这样的“本领域技术人员无法预测的效果”。关于第2折射率变化层6及第3折射率变化层8则也相同。
光检测装置1A的制造方法的一个例子如下所述。首先，准备包含分别成为光半导体元件2A的多个部分的第1晶圆、及包含分别成为光透过基板3的多个部分的第2晶圆。继而，在第2晶圆的两个主面，分别贴附包含第1折射率变化层5的膜及包含第3折射率变化层8的膜。另一方面，在第1晶圆中包含表面21b的主面，贴附包含第2折射率变化层6的膜，利用成为光吸收层7的层覆盖该膜。继而，以包含第3折射率变化层8的膜与第1晶圆中包含表面21a的主面相对的方式，通过粘结层4而将第1晶圆与第2晶圆接合。继而，自第1晶圆及第2晶圆切出多个光检测装置1A。
[第2实施方式]
如图4所示，第2实施方式的光检测装置1B在以下方面与上述第1实施方式的光检测装置1A不同：光半导体元件2B是背面入射型的受光元件，及不具有第2折射率变化层6而具有第4折射率变化层9。
在光半导体元件2B中，多个受光部22设置于沿着半导体基板21的表面21b的部分。多个受光部22例如沿着X方向及Y方向呈矩阵状排列。各受光部22例如是通过在由第1导电类型的半导体材料构成的半导体基板21中沿着表面21b的部分形成第2导电类型的区域而构成的光电二极管(与PN结对应的部分)。
光半导体元件2B是以光透过基板3侧的表面2a为受光面的受光元件。如上所述，由于在沿着半导体基板21的与光透过基板3相反侧的表面21b的部分设置有多个受光部22，因而光半导体元件2B是背面入射型的受光元件。因此，虽然省略了图示，但是在半导体基板21的与光透过基板3相反侧的表面21b，设置有与多个受光部22电连接的多个焊垫。再者，光半导体元件2B只要是以多个受光部22作为多个光检测信道而发挥功能的方式构成的背面入射型的受光元件，则并不限定于具有上述结构。
在光透过基板3的表面3a，设置有第1折射率变化层5。第1折射率变化层5具有凹凸构造，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自空气的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。第1折射率变化层5是与光透过基板3分体的层。作为一个例子，第1折射率变化层5通过将膜状的第1折射率变化层5贴附于光透过基板3的表面3a而构成。
在光透过基板3的表面3b，设置有第3折射率变化层8。第3折射率变化层8具有凹凸构造，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自粘结层4的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。第3折射率变化层8是与光透过基板3分体的层。作为一个例子，第3折射率变化层8通过将膜状的第3折射率变化层8贴附于光透过基板3的表面3b而构成。
在半导体基板21的表面21a，设置有第4折射率变化层9。第4折射率变化层9具有凹凸构造，该凹凸构造的折射率朝向半导体基板21自粘结层4的折射率向半导体基板21的折射率连续地变化。第4折射率变化层9的凹凸构造例如通过以100nm～200nm左右的中心间距离排列的多个凸部或多个凹部构成，有时被称为蛾眼构造。第4折射率变化层9防止自粘结层4侧入射至表面21a的光由表面21a反射、及自半导体基板21侧入射至表面21a的光由表面21a反射。第4折射率变化层9是与半导体基板21分体的层。作为一个例子，第4折射率变化层9通过将膜状的第4折射率变化层9贴附于半导体基板21的表面21a而构成。
在半导体基板21的表面21b，设置有光吸收层7。光吸收层7例如包括黑树脂等。光吸收层7吸收自半导体基板21侧入射至表面21b的光。
在光检测装置1B中，与上述光检测装置1A相同地，若将光半导体元件2B与第1折射率变化层5之间的距离设为A，将相邻的受光部22之间的距离设为B，将相对于空气的折射率的光透过基板3的折射率设为n，则A＞B/[2tan{sin-1(sin1°/n)}]成立。该关系式是指，在以入射角1°入射至光透过基板3的表面3a的光朝向一个受光部22前进的情况下，该光中的一部分光由光半导体元件2B的表面2a及光透过基板3的表面3a依次反射时，该一部分光可能朝向另一个受光部22前进。即，在光检测装置1B中，可以说对于光透过基板3确保充分的厚度且减小相邻的受光部22之间的距离到甚至以入射角1°入射至光透过基板3的光也仍是相邻的受光部22之间产生串扰的原因的程度。此处，在光检测装置1B中，具有凹凸构造的第1折射率变化层5设置于光透过基板3的表面3a，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自空气的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。因此，在以入射角1°入射至光透过基板3的表面3a的光朝向一个受光部22前进的情况下，即使该光中的一部分光由光半导体元件2B的表面2a反射，而该一部分光也不易由光透过基板3的表面3a反射，其结果，该一部分光不易朝向另一个受光部22前进。因此，根据光检测装置1B，可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。再者，在作为背面入射型的受光元件的光半导体元件2B中，由于表面2a与受光部22之间的距离和光半导体元件2B与第1折射率变化层5之间的距离A相比充分小，因而在上述关系式中，即使忽视表面2a与受光部22之间的距离也实质上无问题。特别是由于在光半导体元件2B的通常驱动时耗尽层扩展，因而在上述关系式中，即使忽视表面2a与受光部22之间的距离也实质上无问题。
在入射至光透过基板3的表面3a的光朝向一个受光部22前进的情况下，该光中的一部分光由光半导体元件2B的表面2a及光透过基板3的表面3a依次反射时，作为用于防止该一部分光朝向另一个受光部22前进的方法，也考虑使光透过基板3变薄。然而，有光透过基板3的薄型化导致光检测装置1B的耐久性降低或光检测装置1B的翘曲等问题的担忧。因此，在光检测装置1B中，关于光透过基板3，实现如下结构：确保不会有引起这种问题的担忧的厚度(即，甚至以入射角1°入射至光透过基板3的光，也会成为在相邻的受光部22之间产生串扰的原因的厚度)，且可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
另外，若在光半导体元件2B与光透过基板3之间的区域配置有透镜等光学要素，则有入射至该区域的光(透过光透过基板3的光、由半导体基板21反射的光、自发光引起的光等)由光学要素反射而产生串扰的担忧。在光检测装置1B中，采用如下简单的结构：光透过基板3仅经由光透过性的粘结层4而接合于光半导体元件2B，将可能产生这样的串扰的光学要素排除。
另外，在光检测装置1B中，在光半导体元件2B中，多个受光部22设置于沿着半导体基板21的表面21b的部分。这样，在光半导体元件2B具有背面入射型的结构的情况下，也可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
另外，在光检测装置1B中，在半导体基板21的表面21b，设置有光吸收层7。由此，在入射至半导体基板21的光可能透过半导体基板21的情况下，该光也由光吸收层7吸收，因而可防止该光向外部出射后再入射至光半导体元件2B。再有，在受光部22具有可产生因电荷的再耦合所致的自发光的结构的情况下，自发光引起的光由光吸收层7吸收，因而可防止自发光引起的光向外部出射后再入射至光半导体元件2B。
另外，在光检测装置1B中，光透过基板3仅经由粘结层4而接合于光半导体元件2B，具有凹凸构造的第3折射率变化层8设置于光透过基板3的表面3b，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板3自粘结层4的折射率向光透过基板3的折射率连续地变化。由此，因光不易由光透过基板3的表面3b反射，因而可更可靠地减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
另外，在光检测装置1B中，光透过基板3仅经由粘结层4而接合于光半导体元件2B，具有凹凸构造的第4折射率变化层9设置于半导体基板21的表面21a，该凹凸构造的折射率朝向半导体基板21自粘结层4的折射率向半导体基板21的折射率连续地变化。由此，因光不易由半导体基板21的表面21a反射，因而可更可靠地减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
另外，在光检测装置1B中，光透过基板3是玻璃基板。由此，可容易且可靠地获得作为加强基板发挥功能的光透过基板3。
另外，在光检测装置1B中，第1折射率变化层5是与光透过基板3分体的层，第3折射率变化层8是与光透过基板3分体的层，第4折射率变化层9是与半导体基板21分体的层。由此，可容易且可靠地获得具有折射率连续地变化的功能的第1折射率变化层5、第3折射率变化层8及第4折射率变化层9的各个。
[变形例]
本发明并不限定于上述实施方式。例如，光透过基板3也可直接地接合于光半导体元件2A或光半导体元件2B。作为直接地接合的方法，有直接接合(例如，等离子体活化接合、表面活化接合、原子扩散接合、阳极接合、熔融接合、亲水化接合等)。在光透过基板3直接地接合于光半导体元件2A的情况下，不需要粘结层4及第3折射率变化层8。再者，若在光半导体元件2A或光半导体元件2B与光透过基板3之间的区域配置有透镜等光学要素，则有入射至该区域的光(透过光透过基板3的光、由半导体基板21反射的光、自发光引起的光等)由光学要素反射而产生串扰的担忧。在光检测装置1A中，采用如下简单的结构：光透过基板3直接地接合于光半导体元件2A，将可能产生这样的串扰的光学要素排除。同样地，在光检测装置1B中，采用如下简单的结构：光透过基板3直接地接合于光半导体元件2B，将可能产生此这样的串扰的光学要素排除。
另外，光半导体元件2A或光半导体元件2B并不限定为多个受光部22二维地排列而成，也可为多个受光部22一维地排列而成。另外，光透过基板3也可由玻璃以外的光透过性材料形成。
另外，在光检测装置1A及光检测装置1B中，第1折射率变化层5例如也可通过在光透过基板3的表面3a形成凹凸构造，而与光透过基板3一体地形成。在光检测装置1A及光检测装置1B中，第3折射率变化层8例如也可通过在光透过基板3的表面3b形成凹凸构造，而与光透过基板3一体地形成。在光检测装置1A中，第2折射率变化层6例如也可通过在半导体基板21的表面21b形成凹凸构造，而与半导体基板21一体地形成。在光检测装置1B中，第4折射率变化层9例如也可通过在半导体基板21的表面21a形成凹凸构造，而与半导体基板21一体地形成。根据这些情况，可削减光检测装置1A及光检测装置1B的部件个数。
另外，也可不在光检测装置1A设置第2折射率变化层6、光吸收层7及第3折射率变化层8的至少一者。另外，也可不在光检测装置1B设置光吸收层7、第3折射率变化层8及第4折射率变化层9的至少一者。在光检测装置1A设置有第2折射率变化层6，且未在光检测装置1A设置光吸收层7的情况下，第2折射率变化层6的凹凸构造的折射率只要朝向半导体基板21，自在与半导体基板21相反侧与第2折射率变化层6相接的区域(空间、或光吸收层7以外的其他构件)的折射率向半导体基板21的折射率连续地变化即可。由此，即使入射至一个受光部22的光中的一部分光透过半导体基板21，而该一部分光也不易由半导体基板21的表面21b反射，其结果，该一部分光不易朝向另一个受光部22前进。因此，例如在随着半导体基板21的薄型化，而入射至一个受光部22的光中的一部分光可能透过半导体基板21的情况下，也可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。再有，即使在一个受光部22中产生因电荷的再耦合所致的自发光，而自发光引起的光也不易由半导体基板21的表面21b反射，其结果，自发光引起的光不易朝向另一个受光部22前进。因此，在受光部22具有可产生因电荷的再耦合所致的自发光的结构的情况下，也可减少在相邻的受光部22之间产生的串扰。
再者，也可在具备具有多个受光部的光半导体元件、及直接地接合于光半导体元件或仅经由光透过性的粘结层而接合于光半导体元件的光透过基板的光检测装置中，在光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面，设置有具有折射率朝向光透过基板自空气的折射率向光透过基板的折射率连续地变化的凹凸构造的第1折射率变化层，若将光半导体元件与第1折射率变化层之间的距离设为A，则A＞50μm成立。在多个受光部中相邻的受光部之间的距离随着近年来的光半导体元件的高分辨率化而成为1μm以下，在该情况下，为了减少在相邻的受光部之间产生的串扰，而如图3所示，必须使光半导体元件与第1折射率变化层之间的距离为50μm以下。然而，有用于此的光透过基板的薄型化导致光检测装置的耐久性降低或光检测装置的翘曲等问题的担忧。因此，在该光检测装置中，关于光透过基板，实现如下结构：确保不会有引起这种问题的担忧的厚度(即，为A＞50μm可成立的厚度，且甚至以入射角1°入射至光透过基板的光，也会成为在相邻的受光部之间产生串扰的原因的厚度)，且可减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
另外，也可在具备具有多个受光部的光半导体元件、及直接地接合于光半导体元件或仅经由光透过性的粘结层而接合于光半导体元件的光透过基板的光检测装置中，在光透过基板的与光半导体元件相反侧的表面，设置有具有凹凸构造的第1折射率变化层，该凹凸构造的折射率朝向光透过基板自空气的折射率向光透过基板的折射率连续地变化，若将光半导体元件与第1折射率变化层之间的距离设为A，将多个受光部中相邻的受光部之间的距离设为B，将相对于空气的折射率的光透过基板的折射率设为n，则A＞B/[2tan{sin-1(sin5°/n)}]成立。在该光检测装置中，关于光透过基板，实现如下结构：确保充分的厚度(即，以入射角5°入射至光透过基板的光会成为在相邻的受光部之间产生串扰的原因的厚度)，且可减少在相邻的受光部之间产生的串扰。
符号的说明
1A,1B…光检测装置、2A,2B…光半导体元件、2a,2b…表面、3…光透过基板、3a,3b…表面、4…粘结层、5…第1折射率变化层、6…第2折射率变化层、7…光吸收层、8…第3折射率变化层、9…第4折射率变化层、21…半导体基板、21a,21b…表面、22…受光部。

Claims (11)

1.一种光检测装置，其中，
具备：
光半导体元件，其具有多个受光部；及
光透过基板，其直接地接合于所述光半导体元件或仅经由光透过性的粘结层而接合于所述光半导体元件；
在所述光透过基板的与所述光半导体元件相反侧的表面，设置有具有折射率朝向所述光透过基板自空气的折射率向所述光透过基板的折射率连续地变化的凹凸构造的第1折射率变化层，
在将所述光半导体元件与所述第1折射率变化层之间的距离设为A，将所述多个受光部中相邻的受光部之间的距离设为B，将相对于所述空气的折射率的所述光透过基板的折射率设为n时，A＞B/[2tan{sin-1(sin1°/n)}]成立。
2.如权利要求1所述的光检测装置，其中，
在所述光半导体元件中，所述多个受光部设置于沿着半导体基板的所述光透过基板侧的表面的部分，
在所述半导体基板的与所述光透过基板相反侧的表面，设置有具有凹凸构造的第2折射率变化层，
所述第2折射率变化层的所述凹凸构造的折射率朝向所述半导体基板，自在与所述半导体基板相反侧与所述第2折射率变化层相接的区域的折射率向所述半导体基板的折射率连续地变化。
3.如权利要求2所述的光检测装置，其中，
在所述半导体基板的与所述光透过基板相反侧的所述表面，设置有覆盖所述第2折射率变化层的光吸收层，
所述第2折射率变化层的所述凹凸构造的折射率朝向所述半导体基板自所述光吸收层的折射率向所述半导体基板的折射率连续地变化。
4.如权利要求2或3所述的光检测装置，其中，
所述光透过基板仅经由所述粘结层而接合于所述光半导体元件，
在所述光透过基板的所述光半导体元件侧的表面，设置有具有折射率朝向所述光透过基板自所述粘结层的折射率向所述光透过基板的折射率连续地变化的凹凸构造的第3折射率变化层。
5.如权利要求1所述的光检测装置，其中，
在所述光半导体元件中，所述多个受光部设置于沿着半导体基板的与所述光透过基板相反侧的表面的部分。
6.如权利要求5所述的光检测装置，其中，
在所述半导体基板的与所述光透过基板相反侧的表面，设置有光吸收层。
7.如权利要求5或6所述的光检测装置，其中，
所述光透过基板仅经由所述粘结层而接合于所述光半导体元件，
在所述光透过基板的所述光半导体元件侧的表面，设置有具有折射率朝向所述光透过基板自所述粘结层的折射率向所述光透过基板的折射率连续地变化的凹凸构造的第3折射率变化层。
8.如权利要求5～7中任一项所述的光检测装置，其中，
所述光透过基板仅经由所述粘结层而接合于所述光半导体元件，
在所述半导体基板的所述光透过基板侧的表面，设置有具有折射率朝向所述半导体基板自所述粘结层的折射率向所述半导体基板的折射率连续地变化的凹凸构造的第4折射率变化层。
9.如权利要求1～8中任一项所述的光检测装置，其中，
所述光透过基板为玻璃基板。
10.如权利要求1～9中任一项所述的光检测装置，其中，
所述第1折射率变化层为与所述光透过基板分体的层。
11.如权利要求1～9中任一项所述的光检测装置，其中，
所述第1折射率变化层与所述光透过基板一体地形成。
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