DE112019003597T5 - Photodetektionsvorrichtung, Halbleiter-Photodetektionselement und Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiter-Photodetektionselements - Google Patents

Photodetektionsvorrichtung, Halbleiter-Photodetektionselement und Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiter-Photodetektionselements Download PDF

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Shinya IWASHINA
Shunsuke Adachi
Shigeyuki Nakamura
Terumasa Nagano
Ryutaro Tsuchiya
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Abstract

Jede aus einer Vielzahl von Zellen enthält mindestens eine Avalanche-Photodiode, die angeordnet ist, in einem Geiger-Modus zu arbeiten. Eine Lichtprojektionseinheit ist angeordnet, Licht auf einen Detektionszielbereich zu projizieren, wobei das Licht eine Querschnittsform hat, deren Längsrichtung einer ersten Richtung entspricht. Die Lichtprojektionseinheit ist angeordnet, das Licht entlang einer zweiten Richtung abzutasten, die die erste Richtung schneidet, so dass das reflektierte Licht unter N Zellgruppen, von denen jede M in einer Reihenrichtung ausgerichtete Zellen enthält, auf jede Zellgruppe oder jede Vielzahl von Zellgruppen fällt. Eine Steuerung ist so angeordnet, dass sie in Übereinstimmung mit dem Einfall des reflektierten Lichts eine Vorspannung an jede Zellgruppe oder jede Vielzahl von Zellgruppen anlegt, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, und sie ist so angeordnet, dass sie Signale von Zellen liest, die in der Zellgruppe oder der Vielzahl von Zellgruppen enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wurde.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photodetektionsvorrichtung, ein Halbleiter-Photodetektionselement und ein Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiter- Photodetektionselements.
  • Stand der Technik
  • Eine Photodetektionsvorrichtung, die eine Lichtempfangseinheit mit einem Halbleitersubstrat enthält, ist bekannt (siehe z.B. Patentliteratur 1). Das Halbleitersubstrat enthält eine Vielzahl von Zellen, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind. Die Lichtdetektionsvorrichtung speichert eine Tiefenkarte eines dreidimensionalen Bildes, das unter Verwendung von Abstandsinformationen, die aus der Laufzeit des Lichts gewonnen werden, detektiert wird. Jede der Zellen enthält eine Avalanche-Photodiode, die angeordnet ist, in einem Geiger-Modus zu arbeiten. Die Lichtempfangseinheit empfängt reflektiertes Licht, das von einer Lichtquelle in Richtung eines Überwachungsbereichs eingestrahlt wird. Die Lichtempfangseinheit gibt ein Signal in Übereinstimmung mit dem reflektierten Licht aus. Die Avalanche-Photodiode arbeitet im Geiger-Modus durch Anlegen einer Vorspannung. Somit gibt jede der Zellen in der Lichtempfangseinheit ein Signal durch den Betrieb der Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus aus.
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-59301
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Photodetektion bereitzustellen, bei der die Konfiguration eines Drahtes, der eine Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden anlegt, und eines Drahtes, der ein Signal aus jeder der Zellen ausliest, vereinfacht werden kann. Ein Gegenstand eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiter-Photodetektionselement bereitzustellen, bei dem die Konfiguration eines Drahtes, der eine Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden anlegt, und eines Drahtes, der ein Signal von jeder der Zellen liest, vereinfacht werden kann. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiter-Photodetektionselements bereitzustellen, bei dem die Konfiguration eines Drahtes, der eine Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden anlegt, und eines Drahtes, der ein Signal aus jeder der Zellen ausliest, vereinfacht werden kann.
  • Lösung des Problems
  • Eine Photodetektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: eine Lichtprojektionseinheit, die angeordnet ist, Licht auf einen Detektionszielbereich zu projizieren, wobei das Licht eine Querschnittsform aufweist, deren Längsrichtung einer ersten Richtung entspricht; eine Lichtempfangseinheit, die angeordnet ist, reflektiertes Licht des von der Lichtprojektionseinheit projizierten Lichts zu empfangen; und eine Steuerung, die mit der Lichtempfangseinheit verbunden ist. Die Lichtempfangseinheit enthält ein Halbleitersubstrat, das eine Vielzahl von Zellen enthält, die zweidimensional in M Zeilen und N Spalten angeordnet sind (M und N sind ganze Zahlen, die gleich oder größer als 2 sind). Jede der Vielzahl von Zellen enthält mindestens eine Avalanche-Photodiode, die angeordnet ist, in einem Geiger-Modus zu arbeiten. In jeder von N ersten Zellgruppen, von denen jede M Zellen enthält, die in einer Spaltenrichtung ausgerichtet sind, sind erste Bereiche von Zellen, die in einer ersten Zellgruppe enthalten sind, elektrisch miteinander verbunden, wobei ein erster Bereich entweder die Anode oder die Kathode einer Zelle ist. In jeder von M zweiten Zellgruppen, von denen jede N Zellen enthält, die in einer Reihenrichtung ausgerichtet sind, sind zweite Bereiche von Zellen, die in einer zweiten Zellgruppe enthalten sind, elektrisch miteinander verbunden, wobei ein zweiter Bereich der andere von Anode und Kathode der Zelle ist. Die Lichtprojektionseinheit ist angeordnet, das Licht entlang einer zweiten Richtung abzutasten, die die erste Richtung schneidet, so dass das reflektierte Licht auf jede erste Zellgruppe oder jede Vielzahl von ersten Zellgruppen einfällt. Die Steuerung ist angeordnet, in Übereinstimmung mit dem Einfall des reflektierten Lichts eine Vorspannung anzulegen, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus an jede erste Zellgruppe oder jede Vielzahl von ersten Zellgruppen arbeiten lässt. Die Steuerung ist angeordnet, Signale von den Zellen auszulesen, die in der ersten Zellgruppe oder der Vielzahl von ersten Zellgruppen enthalten sind, an die die Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, angelegt wurde.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt tastet die Lichtprojektionseinheit das Licht mit der Querschnittsform, deren Längsrichtung der ersten Richtung entspricht, in der zweiten Richtung ab, und somit fällt in der Lichtempfangseinheit das reflektierte Licht auf jede der ersten Zellgruppen oder jede Vielzahl der ersten Zellgruppen. Die Steuerung legt entsprechend dem Einfall des reflektierten Lichts die Vorspannung an jede der ersten Zellgruppen oder jede Vielzahl der ersten Zellgruppen an. So können z.B. Leitungen zum Anlegen der Vorspannung an die Zellen jeweils für jede der ersten Zellgruppen vorgesehen und elektrisch mit den Avalanche-Photodioden innerhalb der in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen verbunden sein. Die Steuerung liest Signale von den Zellen aus, die in jeder der ersten Zellgruppen oder jeder Vielzahl der ersten Zellgruppen enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wurde. Daher können beispielsweise Leitungen zum Auslesen von Signalen aus den Zellen jeweils für jede der M Zellgruppen vorgesehen sein, von denen jede die N Zellen enthält, die in der Reihenrichtung ausgerichtet sind, und sie können elektrisch mit den Avalanche-Photodioden innerhalb der Zellen verbunden sein, die in der entsprechenden Zellgruppe der M Zellgruppen enthalten sind. Folglich kann bei dem oben beschriebenen Aspekt die Konfiguration des Drahtes, der angeordnet ist, die Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden anzulegen, und des Drahtes, der angeordnet ist, um ein Signal von jeder der Zellen auszulesen, vereinfacht werden.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann die Lichtprojektionseinheit das Licht entlang der zweiten Richtung so abtasten, dass das reflektierte Licht auf jede der ersten Zellgruppen fällt. In diesem Fall wird in der Lichtempfangseinheit das reflektierte Licht auf jede der ersten Zellgruppen auftreffen. Die Steuerung kann in Übereinstimmung mit dem Einfall des reflektierten Lichts die Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, an jede der ersten Zellgruppen anlegen und kann Signale von den M Zellen auslesen, die in der ersten Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, angelegt wurde.
  • In dieser Konfiguration, wie in der oben beschriebenen Konfiguration, können beispielsweise die Drähte zum Anlegen der Vorspannung an die Zellen jeweils für jede der ersten Zellgruppen vorgesehen sein und können elektrisch mit den Avalanche-Photodioden innerhalb der in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen verbunden sein. Zum Beispiel können die Drähte zum Auslesen von Signalen aus den Zellen jeweils für jede der M Zellgruppen vorgesehen sein, von denen jede die N Zellen enthält, die in der Reihenrichtung ausgerichtet sind, und können elektrisch mit den Avalanche-Photodioden innerhalb der Zellen verbunden sein, die in der entsprechenden Zellgruppe der M Zellgruppen enthalten sind. Folglich kann in dieser Konfiguration die Konfiguration des Drahtes, der zum Anlegen der Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden angeordnet ist, und des Drahtes, der zum Auslesen eines Signals aus jeder der Zellen angeordnet ist, vereinfacht werden.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann die Photodetektionsvorrichtung eine Vielzahl von ersten Drähten und eine Vielzahl von zweiten Drähten enthalten. In diesem Fall sind die ersten Drähte jeweils für jede der ersten Zellgruppen vorgesehen. Die zweiten Drähte sind jeweils für jede der zweiten Zellgruppen vorgesehen. Jeder der ersten Drähte kann elektrisch mit den ersten Bereichen der M Zellen verbunden sein, die in einer entsprechenden ersten Zellgruppe der N ersten Zellgruppen enthalten sind. Jeder der zweiten Drähte kann elektrisch mit den zweiten Bereichen der N Zellen verbunden sein, die in einer entsprechenden zweiten Zellgruppe der M zweiten Zellgruppen enthalten sind. Die Steuerung kann über jeden der ersten Drähte die Vorspannung an die M Zellen anlegen, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind, und über jeden der zweiten Drähte Signale auslesen.
  • In dieser Konfiguration wird über jeden der ersten Drähte für jede entsprechende erste Zellgruppe der N ersten Zellgruppen die Vorspannung an die Avalanche-Photodiode in jeder der in der ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen angelegt. Über jeden der zweiten Drähte wird für jede entsprechende zweite Zellgruppe der M zweiten Zellgruppen ein Signal von der Avalanche-Photodiode in jeder der Zellen, die in der zweiten Zellgruppe enthalten sind, ausgelesen. Daher ist in dieser Konfiguration die Konfiguration der ersten und zweiten Drähte vereinfacht.
  • Die Avalanche-Photodiode führt durch das Anlegen der Vorspannung eine Avalanche-Multiplikation durch. Dadurch werden die durch den Lichteinfall erzeugten Photoelektronen vervielfacht, und die Avalanche-Photodiode gibt ein Signal aus, das durch die vervielfachten Photoelektronen verursacht wird. Auch in der Avalanche-Photodiode, an die die Vorspannung nicht angelegt ist, werden durch den Lichteinfall Photoelektronen erzeugt. Das Ausgabesignal der Avalanche-Photodiode, an die die Vorspannung nicht angelegt ist, ist extrem klein im Vergleich zum Ausgabesignal der Avalanche-Photodiode, an die die Vorspannung angelegt ist.
  • In dieser Konfiguration ist nicht nur die Zelle, an der die Vorspannung anliegt, sondern auch die Zelle, an der die Vorspannung nicht anliegt, elektrisch mit dem zweiten Draht verbunden. Daher liest die Steuerung auch Signale von den Zellen aus, an denen die Vorspannung nicht anliegt. Wie oben beschrieben, ist das Ausgabesignal der Avalanche-Photodiode in der Zelle, an der die Vorspannung nicht anliegt, extrem klein, und somit ist der Einfluss dieses Signals auf das gesamte über den zweiten Draht auszulesende Signal extrem gering. Folglich wird die Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung verbessert.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann jeder der ersten Drähte einen ersten Zweigdraht und einen zweiten Zweigdraht enthalten. In diesem Fall ist der erste Zweigdraht elektrisch mit den ersten Bereichen einiger Zellen verbunden, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind. Der zweite Zweigdraht ist elektrisch mit den ersten Bereichen anderer Zellen verbunden, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind.
  • Wenn zum Beispiel alle in der ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen elektrisch mit einem ersten Draht verbunden sind, ist der Unterschied zwischen dem Drahtabstand bis zu einer Zelle, die sich an einem Ende der Spaltenrichtung befindet, und dem Drahtabstand bis zu einer Zelle, die sich am anderen Ende der Spaltenrichtung befindet, groß. Wenn der Unterschied zwischen den Drahtabständen bis zu den Zellen groß ist, ist auch ein Unterschied zwischen den Zeitpunkten, zu denen die Vorspannung an die Zellen angelegt wird, groß.
  • In dieser Konfiguration ist der Unterschied zwischen den Drahtabständen bis zu den Zellen klein im Vergleich zu einem Fall, in dem alle in der ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen elektrisch mit einem ersten Draht verbunden sind. Daher ist der Unterschied zwischen den Zeitpunkten, zu denen die Vorspannung an die Zellen angelegt wird, klein.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann jeder der zweiten Drähte einen dritten Zweigdraht und einen vierten Zweigdraht enthalten. In diesem Fall ist der dritte Zweigdraht elektrisch mit den zweiten Bereichen einiger Zellen verbunden, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind. Der vierte Zweigdraht ist elektrisch mit den zweiten Bereichen der anderen Zellen verbunden, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind.
  • Wenn z.B. alle in der zweiten Zellgruppe enthaltenen Zellen elektrisch mit einem zweiten Draht verbunden sind, ist der Unterschied zwischen dem Drahtabstand von einer Zelle, die sich an einem Ende der Reihenrichtung befindet, und dem Drahtabstand von einer Zelle, die sich am anderen Ende der Reihenrichtung befindet, groß. Wenn die Drahtabstände zu den Zellen groß sind, kann Rauschen in den Signalen enthalten sein, die über den zweiten Draht ausgelesen werden, und zwar aufgrund des Einflusses einer parasitären Kapazität, die im zweiten Draht erzeugt wird, und dergleichen.
  • In dieser Konfiguration sind die Drahtabstände zu den Zellen kurz im Vergleich zu einem Fall, in dem alle in der zweiten Zellgruppe enthaltenen Zellen elektrisch mit einem zweiten Draht verbunden sind. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Rauschen in den Signalen enthalten ist, die über die zweiten Drähte ausgelesen werden. Folglich wird eine Verringerung der Erkennungsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung reduziert.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann die Photodetektionsvorrichtung weiterhin eine Leiterplatte enthalten, die die Steuerung enthält. Jede der Vielzahl von Zellen kann elektrisch mit der Leiterplatte verbunden sein. Die Vielzahl der ersten Drähte und die Vielzahl der zweiten Drähte können in der Leiterplatte vorgesehen sein.
  • In dieser Konfiguration sind die ersten Drähte, die für jede der ersten Zellgruppen vorgesehen sind, und die zweiten Drähte, die für jede der zweiten Zellgruppen vorgesehen sind, in der Leiterplatte vorgesehen. Daher wird in dieser Konfiguration, zum Beispiel im Vergleich zu einem Fall, in dem die ersten Drähte und die zweiten Drähte in dem Halbleitersubstrat angeordnet sind, kein Element benötigt, das die ersten Drähte und die zweiten Drähte schützt. Folglich kann die Konfiguration der Photodetektionsvorrichtung vereinfacht werden.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann in dem Halbleitersubstrat ein Graben gebildet werden, um erste Zellgruppen zu trennen, die einander benachbart sind.
  • In dieser Konfiguration sind die ersten Zellgruppen, die einander benachbart sind, durch den Graben elektrisch getrennt. Wenn die Vorspannung an die in einer ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen angelegt wird, ist es daher unwahrscheinlich, dass die Vorspannung an die Zellen angelegt wird, die in ersten Zellgruppen enthalten sind, die in Reihenrichtung zu dieser ersten Zellgruppe benachbart sind. Folglich ist es unwahrscheinlich, dass die ersten Zellgruppen, die in der Reihenrichtung benachbart sind, eine Avalanche-Multiplikation durchführen.
  • In dem oben beschriebenen Aspekt kann das Halbleitersubstrat eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche enthalten, die einander gegenüberliegen. In dem Halbleitersubstrat kann ein Graben ausgebildet sein, der sich in der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche öffnet. Der Graben kann jede der Vielzahl von Zellen umgeben, wenn sie in einer Richtung orthogonal zur ersten Hauptoberfläche betrachtet werden.
  • In dieser Konfiguration sind die jeweiligen Zellen durch den Graben elektrisch voneinander getrennt. Daher wird das elektrische Übersprechen, das zwischen Signalen auftritt, die in benachbarten Zellen unter den M Zellen erzeugt werden, die in der ersten Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird, reduziert. Folglich wird die Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung verbessert.
  • Ein Halbleiter-Photodetektionselement gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Halbleitersubstrat, eine Vielzahl von ersten Drähten und eine Vielzahl von zweiten Drähten. Das Halbleitersubstrat enthält eine Vielzahl von Zellen, die zweidimensional in M Zeilen und N Spalten angeordnet sind (M und N sind ganze Zahlen, die gleich oder größer als 2 sind). Die Vielzahl der ersten Drähte ist jeweils für jede der N ersten Zellgruppen vorgesehen, von denen jede M Zellen enthält, die in einer Spaltenrichtung ausgerichtet sind. Die Vielzahl der zweiten Drähte ist jeweils für jede der M zweiten Zellgruppen vorgesehen, von denen jede N Zellen enthält, die in einer Zeilenrichtung ausgerichtet sind. Jede der Vielzahl von Zellen enthält mindestens eine Avalanche-Photodiode, die für den Betrieb in einem Geiger-Modus angeordnet ist. Jeder der ersten Drähte ist elektrisch mit ersten Bereichen der M Zellen verbunden, die in einer entsprechenden ersten Zellgruppe der N ersten Zellgruppen enthalten sind, wobei ein erster Bereich entweder die Anode oder die Kathode einer Zelle ist. Jeder der zweiten Drähte ist elektrisch mit zweiten Bereichen der N Zellen verbunden, die in einer entsprechenden zweiten Zellgruppe der M zweiten Zellgruppen enthalten sind, wobei ein zweiter Bereich die andere von Anode und Kathode der Zelle ist.
  • In dem anderen oben beschriebenen Aspekt wird beispielsweise durch jeden der ersten Drähte für jede entsprechende erste Zellgruppe der N ersten Zellgruppen die Vorspannung an die Avalanche-Photodiode innerhalb jeder der in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen angelegt. Zum Beispiel wird über jeden der zweiten Drähte für jede entsprechende zweite Zellgruppe der M zweiten Zellgruppen ein Signal von der Avalanche-Photodiode innerhalb jeder der Zellen, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind, ausgelesen. Daher kann in dem anderen oben beschriebenen Aspekt die Konfiguration der ersten und zweiten Drähte vereinfacht werden.
  • Wenn das Signal, wie oben beschrieben, über die zweite Leitung ausgelesen wird, ist nicht nur die Zelle, an die die Vorspannung angelegt wird, sondern auch die Zelle, an die die Vorspannung nicht angelegt wird, elektrisch mit der zweiten Leitung verbunden. Daher werden Signale von den Zellen ausgelesen, an denen die Vorspannung nicht anliegt. Wie oben beschrieben, ist das Ausgabesignal der Avalanche-Photodiode in der Zelle, an der die Vorspannung nicht anliegt, extrem klein, und somit ist der Einfluss dieses Signals auf das gesamte über den zweiten Draht auszulesende Signal extrem klein. Folglich wird die Detektionsgenauigkeit im Photodetektionselement erhöht.
  • In dem anderen oben beschriebenen Aspekt kann jeder der ersten Drähte einen ersten Zweigdraht und einen zweiten Zweigdraht enthalten. In diesem Fall ist der erste Zweigdraht elektrisch mit den ersten Bereichen einiger Zellen verbunden, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind. Der zweite Zweigdraht ist elektrisch mit den ersten Bereichen der anderen Zellen verbunden, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind.
  • In dieser Konfiguration ist, wie oben beschrieben, der Unterschied zwischen den Drahtabständen bis zu den Zellen klein im Vergleich zu einem Fall, in dem alle in der ersten Zellgruppe enthaltenen Zellen elektrisch mit einem ersten Draht verbunden sind. Daher ist der Unterschied zwischen den Zeitpunkten, zu denen die Vorspannung an die Zellen angelegt wird, klein.
  • In dem anderen oben beschriebenen Aspekt kann jeder der zweiten Drähte einen dritten Zweigdraht und einen vierten Zweigdraht enthalten. In diesem Fall ist der dritte Zweigdraht elektrisch mit den zweiten Bereichen einiger Zellen verbunden, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind. Der vierte Zweigdraht ist elektrisch mit den zweiten Bereichen anderer Zellen verbunden, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind.
  • In dieser Konfiguration sind, wie oben beschrieben, die Drahtabstände zu den Zellen kurz im Vergleich zu einem Fall, in dem alle in der zweiten Zellgruppe enthaltenen Zellen elektrisch mit einem zweiten Draht verbunden sind. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Rauschen in den Signalen enthalten ist, die über die zweiten Drähte ausgelesen werden. Folglich wird eine Verringerung der Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung reduziert.
  • In dem anderen oben beschriebenen Aspekt kann in dem Halbleitersubstrat ein Graben gebildet werden, um erste Zellgruppen zu trennen, die einander benachbart sind.
  • In dieser Konfiguration, wie oben beschrieben, ist es unwahrscheinlich, dass die ersten Zellgruppen, die in der Zeilenrichtung zu den ersten Zellgruppen benachbart sind, an die die Vorspannung angelegt wird, eine Avalanche-Multiplikation durchführen.
  • In dem anderen oben beschriebenen Aspekt kann das Halbleitersubstrat eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche enthalten, die einander gegenüberliegen. In dem Halbleitersubstrat kann ein Graben ausgebildet sein, der sich in der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche öffnet. Der Graben kann jede der Vielzahl von Zellen umgeben, wenn sie in einer Richtung orthogonal zur ersten Hauptoberfläche betrachtet werden.
  • In dieser Konfiguration, wie oben beschrieben, wird die Detektionsgenauigkeit im Photodetektionselement verbessert.
  • Ein Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiter-Photodetektionselements gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Anlegen einer Vorspannung an jede von N ersten Zellgruppen über einen entsprechenden ersten Draht einer Vielzahl von ersten Drähten zu unterschiedlichen Zeitpunkten; und Bewirken, dass Avalanche-Photodioden, die in M Zellen der ersten Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird, in einem Geiger-Modus arbeiten.
  • In diesem Ansteuerungsverfahren, wie oben beschrieben, wird die Konfiguration der ersten und zweiten Drähte vereinfacht.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Durch einen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Photodetektionsvorrichtung vorgesehen, bei der die Konfiguration eines Drahtes, der eine Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden anlegt, und eines Drahtes, der ein Signal aus jeder der Zellen ausliest, vereinfacht werden kann. Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiter-Photodetektionselement vorgesehen, bei dem die Konfiguration eines Drahtes, der eine Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden anlegt, und eines Drahtes, der ein Signal aus jeder der Zellen ausliest, vereinfacht werden kann. Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiter-Photodetektionselements vorgesehen, bei dem die Konfiguration eines Drahtes, der eine Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden anlegt, und eines Drahtes, der ein Signal aus jeder der Zellen ausliest, vereinfacht werden kann.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Photodetektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 2 ist eine schematische Ansicht einer Lichtempfangseinheit, die in der Photodetektionsvorrichtung enthalten ist.
    • 3 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter- Photodetektionselement.
    • 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Lichtempfangseinheit im Querschnitt zeigt.
    • 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Schnittkonfiguration der Lichtempfangseinheit zeigt.
    • 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltung eines Leseabschnitts zeigt.
    • 7 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale in der Photodetektionsvorrichtung.
    • 8 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter-Photodetektionselement gemäß einem Modifikationsbeispiel.
    • 9 ist eine perspektivische Ansicht einer Lichtempfangseinheit, die in einer Photodetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform enthalten ist.
    • 10 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter- Photodetektionselement.
    • 11 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtempfangseinheit im Querschnitt zeigt.
    • 12 ist eine schematische Ansicht, die eine schnittweise Konfiguration der Lichtempfangseinheit zeigt.
    • 13 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für die Verdrahtungsform des Halbleiter-Photodetektionselements zeigt.
    • 14 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Halbleiter-Photodetektionselements im Querschnitt zeigt.
    • 15 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter-Photodetektionselement gemäß einem Modifikationsbeispiel.
    • 16 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter-Photodetektionselement, das in einer Photodetektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform enthalten ist.
    • 17 ist eine schematische Ansicht, die eine schnittweise Konfiguration einer Lichtempfangseinheit zeigt.
    • 18 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Lichtempfangseinheit im Schnitt zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. In der Beschreibung werden die gleichen Referenznummern für die gleichen Elemente oder Elemente mit den gleichen Funktionen verwendet, und eine wiederholte Beschreibung wird weggelassen.
  • Eine Photodetektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird zunächst unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Photodetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Wie in 1 gezeigt, enthält die Photodetektionsvorrichtung 1 eine Lichtprojektionseinheit 2, eine Linse 3 und eine Lichtempfangseinheit 4. Die Lichtprojektionseinheit 2 ist eine Vorrichtung, die Laserlicht projiziert. Die Lichtprojektionseinheit 2 ist in einer Position angeordnet, in der die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht auf einen Detektionszielbereich S projizieren kann. Die Lichtempfangseinheit 4 ist eine Vorrichtung, die reflektiertes Licht des Laserlichts empfängt. Die Lichtempfangseinheit 4 ist in einer Position angeordnet, in der die Lichtempfangseinheit 4 das reflektierte Licht empfangen kann. Wenn sich beispielsweise ein Objekt im Detektionszielbereich S befindet, wird das von der Lichtprojektionseinheit 2 projizierte Laserlicht von dem Objekt reflektiert. Das vom Objekt reflektierte Laserlicht, d. h. das reflektierte Licht, fällt auf die Lichtempfangseinheit 4. Der Erkennungszielbereich S wird vorher und optional festgelegt und ist in der vorliegenden Ausführungsform rechteckig. Die Photodetektionsvorrichtung 1 bildet z.B. LiDAR (Light Detection and Ranging). Die Lichtprojektionseinheit 2 bildet z.B. eine Lichtprojektionseinheit.
  • Die Lichtprojektionseinheit 2 enthält eine Vielzahl von Laserlichtquellen 5 und einen Spiegel 6. Die Laserlichtquelle 5 erzeugt Laserlicht. Die Laserlichtquelle 5 strahlt das erzeugte Laserlicht in Richtung des Spiegels 6 ab. Beispielsweise treffen einzelne Lichtstrahlen, die von den Laserlichtquellen 5 emittiert werden, kollimiert (parallel zueinander ausgerichtet) auf den Spiegel 6. Der Spiegel 6 reflektiert die von den Laserlichtquellen 5 ausgesandten Laserlichtstrahlen in Richtung des Detektionszielbereichs S. Das vom Spiegel 6 reflektierte und auf den Detektionszielbereich S projizierte Licht hat z.B. eine ovale Form oder eine Ellipsenform in einer Ebene orthogonal zur Lichtprojektionsrichtung. Die Lichtprojektionseinheit 2 projiziert das Laserlicht auf den Detektionszielbereich S, wobei das Laserlicht eine Querschnittsform aufweist, deren Längsrichtung einer Richtung D1 und deren Querrichtung einer Richtung D2 entspricht. Mit anderen Worten, in der Querschnittsform des Laserlichts ist die Richtung D1 die Richtung der Hauptachse des Ovals oder der Ellipse, und die Richtung D2 ist die Richtung der Nebenachse des Ovals oder der Ellipse. Die Querschnittsform des Laserlichts kann eine lineare Form entlang der Richtung D1 sein. Der Spiegel 6 bildet einen Abtastabschnitt der Lichtprojektionseinheit 2, der das Laserlicht abtastet, und ist z.B. ein Galvano-Spiegel oder ein MEMS-Spiegel. Der Abtastabschnitt der Lichtprojektionseinheit 2 kann beispielsweise durch einen anderen Mechanismus als den Spiegel 6 gebildet werden, der die Lichtprojektionsrichtung (Lichtprojektionsposition) des Laserlichts ändert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, projiziert die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht in Richtung jeder der Lichtprojektionspositionen P1 bis PN, die im Detektionszielbereich S enthalten sind, und projiziert das Laserlicht sequentiell von der Lichtprojektionsposition P1 zur Lichtprojektionsposition PN. N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2. Das Laserlicht wird sequentiell von der Lichtprojektionsposition P1 zur Lichtprojektionsposition PN projiziert, und somit tastet die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht entlang der Richtung D2 ab. Das Laserlicht, das auf eine der Lichtprojektionspositionen P1 bis PN projiziert wird, wird zum Beispiel von den Laserlichtquellen 5 erzeugt. Das Laserlicht, das in Richtung einer der Lichtprojektionspositionen P1 bis PN projiziert wird, kann von einer einzigen Laserlichtquelle 5 erzeugt werden. In diesem Fall kann das Laserlicht, das auf eine Lichtprojektionsposition projiziert wird, durch Steuerung des Winkels des Spiegels 6 zu verschiedenen Zeitpunkten nacheinander von einem Ende desselben entlang der Richtung D1 in der Lichtprojektionsposition emittiert werden. Zum Beispiel, wenn die Richtung D1 eine erste Richtung ist, ist die Richtung D2 eine zweite Richtung.
  • Die Lichtprojektionseinheit 2 enthält eine nicht dargestellte Steuerung. Die Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2 steuert und kontrolliert beispielsweise den Spiegel 6, um die Lichtprojektionsposition des von der Lichtprojektionseinheit 2 projizierten Laserlichts zu steuern. Die Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2 überträgt Positionsinformationen, die eine der Lichtprojektionspositionen P1 bis PN angeben, und Zeitinformationen, die einen Zeitpunkt angeben, zu dem die Lichtprojektion gestartet wird, an eine Steuerung 13 der Lichtempfangseinheit 4.
  • Das reflektierte Licht, das im Detektionszielbereich S reflektiert wird, fällt auf die Linse 3. Die Linse 3 sammelt das auf sie auftreffende reflektierte Licht, so dass das reflektierte Licht auf die Lichtempfangseinheit 4 auftrifft. Die Lichtempfangseinheit 4 gibt eine Vielzahl von Lichtempfangssignalen aus, die dem reflektierten Licht entsprechen, das durch die Linse 3 einfällt. Die Konfiguration und Funktion der Lichtempfangseinheit 4 wird später beschrieben. In der Photodetektionsvorrichtung 1 wird beispielsweise auf der Grundlage der Lichtempfangssignale für jeden der unterteilten Bereiche, die durch Unterteilung des Detektionszielbereichs S in eine Vielzahl von Abschnitten erhalten wurden, ein Abstand von der Photodetektionsvorrichtung 1 zu einem Teil des Objekts gemessen, der sich in dem Abschnittsbereich befindet. In diesem Fall werden die Lichtprojektionspositionen P1 bis PN des von der Lichtprojektionseinheit 2 projizierten Laserlichts entsprechend den Positionen der Abschnittsbereiche eingestellt.
  • Die Konfiguration der Lichtempfangseinheit 4 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben. 2 ist eine schematische Ansicht der Lichtempfangseinheit, die in der Vorrichtung zur Photodetektion enthalten ist. 3 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter-Photodetektionselement. 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Lichtempfangseinheit im Querschnitt zeigt. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Schnittkonfiguration der Lichtempfangseinheit zeigt. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltung eines Leseabschnitts zeigt.
  • Wie in 2 dargestellt, enthält die Lichtempfangseinheit 4 ein Halbleiter-Photodetektionselement 11, eine Montageplatte 12 und die Steuerung 13. Die Steuerung 13 ist mit dem Halbleiter-Photodetektionselement 11 verbunden. Die Steuerung 13 enthält einen Schaltabschnitt 14 und einen Leseabschnitt 15. Das Halbleiter-Photodetektionselement 11 enthält ein Halbleitersubstrat 20. Das Halbleitersubstrat 20 und die Montageplatte 12 sind angeordnet, einander gegenüberzuliegen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat 20 auf der Montageplatte 12 vorgesehen. Sowohl das Halbleitersubstrat 20 als auch die Montageplatte 12 haben in der Draufsicht eine rechteckige Form. Das Halbleiter-Photodetektionselement 11 bildet z.B. eine Lichtempfangseinheit. Das Halbleiter-Photodetektionselement 11 ist z.B. ein Halbleiter-Photodetektionselement vom Oberflächeneinfallstyp.
  • Das Halbleitersubstrat 20 enthält eine Hauptoberfläche 20A und eine Hauptoberfläche 20B, die einander gegenüberliegen, sowie Seitenflächen 20C (siehe 4). Die Montageplatte 12 enthält eine Hauptfläche 12A und eine Hauptfläche 12B, die einander gegenüberliegen, sowie Seitenflächen 12C (siehe 4). Die Hauptfläche 20B des Halbleitersubstrats 20 liegt der Hauptfläche 12A der Montageplatte 12 gegenüber. Hier ist die Hauptfläche 20B in Kontakt mit der Hauptfläche 12A. Die Hauptoberfläche 20A ist eine Oberfläche, auf die Licht auf das Halbleiter-Photodetektionselement 11 einfällt. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Ebene, die parallel zu den jeweiligen Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats 20 und der Montageplatte 12 ist, eine XY-Achsenebene, und eine Richtung, die orthogonal zu den jeweiligen Hauptoberflächen ist, eine Z-Achsen-Richtung. Wenn beispielsweise die Hauptfläche 20A eine erste Hauptfläche bildet, bildet die Hauptfläche 20B eine zweite Hauptfläche.
  • Wie in 3 gezeigt, enthält das Halbleitersubstrat 20 in Draufsicht eine Vielzahl von Zellen U, die zweidimensional in M Zeilen und N Spalten angeordnet sind. M und N sind ganze Zahlen, die gleich oder größer als 2 sind. In dem Halbleitersubstrat 20 wird von jeder der Zellen U ein Signal ausgegeben, das dem reflektierten Licht entspricht, das in jeder der Zellen U detektiert wird, beispielsweise ein Stromsignal, das dem reflektierten Licht entspricht. Jede der Zellen U enthält eine oder eine Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD. An die Avalanche-Photodiode APD wird eine Vorspannung angelegt, so dass die Avalanche-Photodiode APD in einem Geiger-Modus arbeitet. Die Vorspannung, die an die Avalanche-Photodiode APD angelegt wird, ist gleich oder größer als eine Durchbruchspannung. Das reflektierte Licht fällt auf die Avalanche-Photodiode APD, die im Geiger-Modus arbeitet, und so erzeugt die Avalanche-Photodiode APD ein Stromsignal, das dem reflektierten Licht entspricht. In dem Halbleitersubstrat 20 wird ein Lichtempfangsbereich A gebildet, der ein Bereich ist, in dem sich die zweidimensional angeordneten Zellen U befinden. Mit anderen Worten, ein äußerer Rand des Lichtempfangsbereichs A umgibt alle Zellen U, wenn in Richtung der Z-Achse betrachtet. In der Photodetektionsvorrichtung 1 sind die Anordnungspositionen der Linse 3 und der Lichtempfangseinheit 4 oder die optischen Funktionen der Linse 3 so eingestellt, dass das reflektierte Licht auf den Lichtempfangsbereich A fällt.
  • Wie in 4 und 5 gezeigt, ist in dem Halbleitersubstrat 20 ein Graben 21 ausgebildet. Der Graben 21 öffnet sich in der Hauptfläche 20A und der Hauptfläche 20B. Mit anderen Worten, der Graben 21 durchdringt das Halbleitersubstrat 20 in einer Richtung (Z-Achsen-Richtung), in der die Hauptoberfläche 20A und die Hauptoberfläche 20B einander gegenüberliegen. Die Z-Achsen-Richtung ist auch eine Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 20. Der Graben 21 trennt unter den Zellen U die Zellen U, die einander benachbart sind. Insbesondere umgibt der Graben 21 jede der Zellen U, wenn sie in einer Richtung (Z-Achsen-Richtung) orthogonal zur Hauptoberfläche 20A betrachtet wird. Durch den Graben 21 sind unter den Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte, die später beschrieben werden, Zellgruppen, die einander benachbart sind, physikalisch dazwischen getrennt, und unter den Zellgruppen der ersten bis M-ten Reihe, die später beschrieben werden, sind Zellgruppen, die einander benachbart sind, physikalisch dazwischen getrennt. Mit anderen Worten, durch den Graben 21 sind unter den Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte die Zellgruppen, die einander benachbart sind, dazwischen elektrisch getrennt, und unter den Zellgruppen der ersten bis M-ten Reihe sind die Zellgruppen, die einander benachbart sind, dazwischen elektrisch getrennt. Der Graben 21 muss unter den Zellen U nicht die gesamten Umfänge der Zellen U umgeben, die an den äußeren Rand des Lichtempfangsbereichs A in der XY-Achsenebene angrenzen. In den Zellen U, die dem äußeren Rand des Lichtempfangsbereichs A benachbart sind, kann der Graben 21 nur zwischen den Zellen U, die dem äußeren Rand des Lichtempfangsbereichs A benachbart sind, und einer anderen Zelle U, die sich auf der Innenseite der Zelle U befindet und der Zelle benachbart ist, gebildet werden. In dem Graben 21 kann ein lichtabschirmendes Element vorgesehen sein, das Licht abschirmt. Das lichtabschirmende Element kann mit einer Isolierfolie abgedeckt sein. In diesem Fall sind die aneinander angrenzenden Zellen U durch das dazwischen liegende lichtabschirmende Element optisch getrennt.
  • Das Halbleiter-Photodetektionselement 11 enthält ferner eine Vielzahl von Drähten H1 bis HN und eine Vielzahl von Drähten R1 bis RM. Die Drähte H1 bis HN sind jeweils für jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalten vorgesehen, die in den Zellen U enthalten sind. Die Drähte R1 bis RM sind jeweils für jede der Zeilen der Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeilen vorgesehen, die in den Zellen U enthalten sind. Die Zellgruppe der n-ten Spalte unter den Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalten wird aus einer Vielzahl von Zellen U (M Zellen U) gebildet, die sich in der n-ten Spalte befinden, wenn sie sequentiell von der negativen Richtung einer X-Achsen-Richtung gezählt werden. Sofern n nicht den Leitfähigkeitstyp eines Halbleiterbereichs darstellt, stellt n eine ganze Zahl von 1 bis N dar. Die Zellgruppe der n-ten Spalte enthält Zellen U der ersten bis M-ten Zeile, die sich in der n-ten Spalte befinden und die in einer Spaltenrichtung ausgerichtet sind. Die Zellgruppe der m-ten Zeile unter den Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile wird aus einer Vielzahl von Zellen U (N Zellen U) gebildet, die sich in der m-ten Zeile befinden, wenn sie sequentiell von der negativen Richtung einer Y-Achsen-Richtung gezählt werden. m ist eine ganze Zahl von 1 bis M. Die Zellgruppe der m-ten Zeile enthält Zellen U der ersten bis N-ten Spalte, die sich in der m-ten Zeile befinden und die in einer Zeilenrichtung ausgerichtet sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Spaltenrichtung die X-Achsen-Richtung, und die Zeilenrichtung ist die Y-Achsen-Richtung. Beispielsweise bilden die Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte N erste Zellgruppen, und die Zellgruppen der ersten bis M-ten Reihe bilden M zweite Zellgruppen.
  • Unter den Drähten H1 bis HN ist für die Zellgruppe der n-ten Spalte ein Draht Hn vorgesehen, der sich an der n-ten Position befindet, wenn man von der negativen Richtung der X-Achsen-Richtung aus zählt. Der Draht Hn ist elektrisch mit den Avalanche-Photodioden APD verbunden, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind. Mit anderen Worten, der Draht Hn ist elektrisch mit den Zellen U der ersten bis M-ten Reihe verbunden, die sich in der n-ten Spalte befinden. Der Draht Hn ist elektrisch mit einem Halbleiterbereich verbunden, der die Avalanche-Photodioden APD bildet. Zum Beispiel ist der Draht Hn elektrisch mit einem p-Typ-Halbleiterbereich verbunden. In der Lichtempfangseinheit 4 wird an die Avalanche-Photodioden APD die Vorspannung angelegt, die jede der Avalanche-Photodioden APD im Geiger-Modus arbeiten lässt.
  • Das Halbleiter-Photodetektionselement 11 enthält eine Vielzahl von Anschlusselektroden 22 (N Anschlusselektroden 22). Die Anschlusselektroden 22 sind außerhalb des Lichtempfangsbereichs A des Halbleitersubstrats 20 in der XY-Achsenebene vorgesehen. Die Anschlusselektroden 22 sind jeweils für jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte vorgesehen. Die Drähte H1 bis HN sind jeweils elektrisch mit den Anschlusselektroden 22 verbunden.
  • Unter den Drähten R1 bis RM ist für die Zellgruppe der m-ten Reihe ein Draht Rm vorgesehen, der sich an der m-ten Position befindet, wenn von der negativen Richtung der Y-Achsen-Richtung aus gezählt wird. Der Draht Rm ist elektrisch mit den Avalanche-Photodioden APD verbunden, die in der Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind. Der Draht Rm ist elektrisch mit einem Halbleiterbereich verbunden, der die Avalanche-Photodioden APD bildet. Zum Beispiel ist der Draht Rm elektrisch mit einem n-Typ-Halbleiterbereich verbunden. In der Lichtempfangseinheit 4 wird ein Signal, das in jeder der Avalanche-Photodioden APD erzeugt wird, über den Draht Rm ausgelesen.
  • Das Halbleiter-Photodetektionselement 11 enthält eine Vielzahl von Anschlusselektroden 23 (M Anschlusselektroden 23). Die Anschlusselektroden 23 sind außerhalb des Lichtempfangsbereichs A des Halbleitersubstrats 20 in der XY-Achsenebene vorgesehen. Die Anschlusselektroden 23 sind jeweils für jede der Reihen der Zellgruppen der ersten bis zur M-ten Reihe vorgesehen. Die Drähte R1 bis RM sind jeweils elektrisch mit den Anschlusselektroden 23 verbunden.
  • Der Schaltabschnitt 14 und der Leseabschnitt 15 bilden die Steuerung 13, die das Halbleiter-Photodetektionselement 11 steuert. Der Schaltabschnitt 14 und der Leseabschnitt 15 sind auf der Montageplatte 12 vorgesehen. Der Schaltabschnitt 14 und der Leseabschnitt 15 werden z.B. durch Hardware gebildet. Die Hardware enthält z.B. ein Register, einen Speicher, einen Komparator, eine Recheneinheit, einen Multiplizierer, einen Selektor, einen A/D-Wandler und eine Schaltung zur Steuerung der Spannungsversorgung. Das Register wird z.B. durch eine Logikschaltung gebildet. Die Logikschaltung enthält z.B. ein UND-Gatter, ein ODER-Gatter, ein NICHT-Gatter und ein XOR-Gatter. Ein Teil oder der gesamte Schaltabschnitt 14 und ein Teil oder der gesamte Leseabschnitt 15 können aus einer integrierten Schaltung gebildet werden. Diese integrierte Schaltung enthält z.B. einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder ein FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • Jeder der Drähte H1 bis HN ist elektrisch mit dem Schaltabschnitt 14 verbunden. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, der Draht Hn über die Anschlusselektrode 22, einen Verbindungsdraht 24 und einen Draht 25 auf der Montageplatte 12 elektrisch mit dem Schaltabschnitt 14 verbunden. Obwohl in 4 ein Verbindungsdraht 24 und ein Draht 25 dargestellt sind, sind eine Vielzahl von Verbindungsdrähten 24 und eine Vielzahl von Drähten 25 zur elektrischen Verbindung der Drähte H1 bis HN mit dem Schaltabschnitt 14 vorgesehen. Der Schaltabschnitt 14 legt die Vorspannung über die Drähte H1 bis HN an die jeweiligen Spalten der Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte an.
  • Jeder der Drähte R1 bis RM ist elektrisch mit dem Leseabschnitt 15 verbunden. Insbesondere ist, wie in 5 gezeigt, der Draht Rm elektrisch mit dem Leseabschnitt 15 über die Anschlusselektrode 23, einen Verbindungsdraht 26, einen Draht 27 innerhalb der Montageplatte 12 und einen Verbindungsdraht 28 verbunden. Obwohl in 5 ein Verbindungsdraht 26, ein Verbindungsdraht 28 und ein Draht 27 gezeigt sind, sind eine Vielzahl von Verbindungsdrähten 26, eine Vielzahl von Verbindungsdrähten 28 und eine Vielzahl von Drähten 27 zur elektrischen Verbindung der Drähte R1 bis RM mit dem Leseabschnitt 15 vorgesehen.
  • Wie in 6 gezeigt, enthält der Leseabschnitt 15 einen Widerstand 31, eine Leseschaltung 32 und einen Signalverarbeitungsabschnitt 33. Jeder der Drähte R1 bis RM enthält einen Löschwiderstand 34. Eine oder eine Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD, die in jeder der Zellen U der ersten bis N-ten Spalte enthalten sind, die die Zellgruppe der m-ten Zeile bilden, sind elektrisch über den Draht Rm mit einem Ende des Widerstands 31 verbunden. Die Avalanche-Photodioden APD sind elektrisch über die Löschwiderstände 34 mit dem einen Ende des Widerstands 31 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 31 ist mit einem GND-Potential (Masse) verbunden. Das eine Ende des Widerstandes 31 ist elektrisch mit der Leseschaltung 32 verbunden. Auf diese Weise wird ein Spannungsabfall im Widerstand 31 in die Leseschaltung 32 eingegeben.
  • Die Leseschaltung 32 enthält einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandlerschaltung) 35, einen Komparator 36 und eine Zeitmesseinheit 37. Der Komparator 36 vergleicht eine vom D/A-Wandler 35 erzeugte Referenzspannung und den Spannungsabfall im Widerstand 31. Wenn dann der Spannungsabfall im Widerstand 31 die Referenzspannung überschreitet, gibt der Komparator 36 ein Signal an die Zeitmesseinheit 37 aus. Beispielsweise wird ein Widerstandswert des Widerstands 31 so eingestellt, dass, wenn das reflektierte Licht auf eine der Zellen U der Zellgruppe der m-ten Reihe fällt und ein Ausgabestrom (Impuls) von der oben beschriebenen Zelle U zum Widerstand 31 fließt, der Spannungsabfall im Widerstand 31 die Referenzspannung überschreitet. Die Zeitmesseinheit 37 berechnet eine Lichtprojektionsperiode des Laserlichts basierend auf einer Zeit, zu der das Signal vom Komparator 36 eingegeben wird. Beispielsweise wird der Zeitmesseinheit 37 von der Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2 eine Information zugeführt, die eine Zeit angibt, zu der das Laserlicht projiziert wird.
  • Die Zeitmesseinheit 37 gibt an den Signalverarbeitungsabschnitt 33 eine Zeitinformation aus, die die berechnete Lichtprojektionsdauer des Laserlichts angibt. Wenn es aufgrund der Anwendung der Photodetektionsvorrichtung 1 nicht notwendig ist, die Lichtprojektionsdauer des Laserlichts zu messen, kann die Leseschaltung 32 z.B. die Menge des einfallenden Lichts messen. Wie oben beschrieben, liest der Leseabschnitt 15 der Steuerung 13 das dem reflektierten Licht entsprechende Signal aus. Obwohl in 6 die einzelne Leseschaltung 32 dargestellt ist, sind im Leseabschnitt 15 jeweils M Leseschaltungen 32 für jede der Reihen der Zellgruppen der ersten bis M-ten Reihe vorgesehen. Jede der M Leseschaltungen 32 gibt das Signal an den Signalverarbeitungsabschnitt 33 aus. Der Signalverarbeitungsabschnitt 33 (Lichtempfangseinheit 4) gibt z.B. ein Lichtempfangssignal auf der Grundlage des von der Leseschaltung 32 ausgegebenen Signals aus.
  • Der Betrieb der Photodetektionsvorrichtung 1 wird als nächstes unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist ein Zeitdiagramm von verschiedenen Signalen in der Photodetektionsvorrichtung. 7 zeigt die Steuerzeitpunkte durch die Lichtprojektionseinheit 2 und die Lichtempfangseinheit 4 in den Perioden t1 bis tN. Die durch „HV_1“ bis „HV_N“ dargestellten Wellenformen zeigen die Zeitpunkte an, zu denen Vorspannungen durch den Schaltabschnitt 14 angelegt werden, und entsprechen jeweils den Vorspannungen, die an die Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte angelegt werden. Wellenformen, die durch „OUTPUT_1“ bis „OUTPUT_M“ dargestellt werden, zeigen Spannungssignale an, die im Widerstand 31 erzeugt werden, und entsprechen jeweils den Signalen von den Zellgruppen der ersten bis zur M-ten Reihe.
  • In der Periode t1 veranlasst die Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2, dass die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht in Richtung der Lichtprojektionsposition P1 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt projiziert. In 7 zeigt die Breite eines Pulses in der durch das „Laserlicht“ dargestellten Wellenform eine Zeit an, während der das Laserlicht projiziert wird. Vor dem Zeitpunkt, an dem die Projektion des Laserlichts in Richtung der Lichtprojektionsposition P1 beginnt, startet der Schaltabschnitt 14 der Lichtempfangseinheit 4 das Anlegen der Vorspannung an die Zellgruppe der ersten Säule über die Leitung H1. Der Schaltabschnitt 14 fährt fort, die Vorspannung an die Zellgruppe der ersten Säule anzulegen, bis eine vorbestimmte Zeit nach einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Projektion des Laserlichts in Richtung der Lichtprojektionsposition P1 beendet ist. Während die Vorspannung an die Zellgruppe der ersten Spalte angelegt wird, arbeiten die in der Zellgruppe der ersten Spalte enthaltenen Avalanche-Photodioden APD im Geiger-Modus. Mit anderen Worten, während die Vorspannung an die Zellgruppe der ersten Spalte angelegt ist, wird, wenn das reflektierte Licht auf die Zellgruppe der ersten Spalte einfällt, das dem reflektierten Licht entsprechende Stromsignal in jeder der Avalanche-Photodioden APD innerhalb der Zellen U der ersten bis M-ten Reihe in der Zellgruppe der ersten Spalte erzeugt.
  • Der Schaltabschnitt 14 empfängt von der Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2 Informationen, die die Lichtprojektionsposition und die Lichtprojektionsperiode (die Zeit, zu der die Lichtprojektion gestartet wird, und die Zeit, zu der die Lichtprojektion beendet wird) angeben, und legt die Vorspannung an die Zellgruppe der ersten Spalte in Übereinstimmung mit einem Einfallszeitpunkt an, zu dem das reflektierte Licht auf die Zellgruppe der ersten Spalte einfällt. Wenn das dem reflektierten Licht entsprechende Stromsignal in jeder der Zellen U der ersten bis M-ten Reihe in der Zellgruppe der ersten Spalte erzeugt wird, fließen die Stromsignale durch die Drähte R1 bis RM zu den oben beschriebenen Widerständen 31. Anschließend werden die Stromsignale in Spannungssignale umgewandelt, und die jeweiligen Spannungssignale werden an die Leseschaltungen 32 ausgegeben. Dann liest der Leseabschnitt 15 der Steuerung 13 die Signale aus, die dem reflektierten Licht entsprechen, das auf die Zellen U der ersten bis zur M-ten Reihe in der Zellgruppe der ersten Spalte fällt. Die durch „OUTPUT_1“ bis „OUTPUT M“ dargestellten Wellenformen werden jeweils durch Rechteckimpulse angezeigt. Das im Widerstand 31 erzeugte Spannungssignal kann ein Impuls sein, bei dem, wie in einer in 7 enthaltenen vergrößerten Ansicht gezeigt, die Spannung in einer Anfangsphase schnell ansteigt und danach allmählich abfällt.
  • Wenn die Detektion (das Auslesen des Signals) des reflektierten Lichts des Laserlichts, das auf die Lichtprojektionsposition P1 gerichtet ist, beendet ist, wird die Steuerung in der Periode t2 gestartet. In der Periode t2 veranlasst die Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2, dass die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht in Richtung der Lichtprojektionsposition P2 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt projiziert. Vor einem Zeitpunkt, zu dem die Projektion des Laserlichts in Richtung der Lichtprojektionsposition P2 gestartet wird, beginnt der Schaltabschnitt 14 mit dem Anlegen der Vorspannung an die Zellgruppe der zweiten Spalte über die Leitung H2. Der Schaltabschnitt 14 fährt fort, die Vorspannung an die Zellgruppe der zweiten Spalte anzulegen, bis eine vorbestimmte Zeit nach einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Projektion des Laserlichts in Richtung der Lichtprojektionsposition P2 beendet ist. Während die Vorspannung an die Zellgruppe der zweiten Spalte angelegt wird, arbeiten die in der Zellgruppe der zweiten Spalte enthaltenen Avalanche-Photodioden APD im Geiger-Modus. Mit anderen Worten, während die Vorspannung an die Zellgruppe der zweiten Spalte angelegt ist, wird, wenn das reflektierte Licht auf die Zellgruppe der zweiten Spalte einfällt, das dem reflektierten Licht entsprechende Stromsignal in jeder der Avalanche-Photodioden APD innerhalb der Zellen U der ersten bis M-ten Reihe in der Zellgruppe der zweiten Spalte erzeugt. Der Schaltabschnitt 14 legt die Vorspannung an die Zellgruppe der zweiten Spalte in Übereinstimmung mit einem Einfallszeitpunkt an, zu dem das reflektierte Licht auf die Zellgruppe der zweiten Spalte einfällt.
  • Wenn das dem reflektierten Licht entsprechende Stromsignal in jeder der Zellen U der ersten bis M-ten Reihe in der Zellgruppe der zweiten Spalte erzeugt wird, fließen die Stromsignale durch die Drähte R1 bis RM zu den oben beschriebenen Widerständen 31. Anschließend werden die Stromsignale in Spannungssignale umgewandelt, und die Spannungssignale werden jeweils an die Leseschaltungen 32 ausgegeben. Dann liest der Leseabschnitt 15 der Lichtempfangseinheit 4 die Signale, die dem reflektierten Licht entsprechen, das auf die Zellen U der ersten bis M-ten Reihe in der Zellgruppe der zweiten Spalte fällt. In der Periode t1 und der Periode t2 werden der Draht H1 und der Draht H2, die sich voneinander unterscheiden, verwendet, und die Vorspannung wird an jede der Zellgruppen der ersten Spalte und der Zellgruppe der zweiten Spalte angelegt. Andererseits werden in der Periode t1 und der Periode t2 die Drähte R1 bis RM gemeinsam verwendet, und die Signale werden aus den Zellen U der ersten bis zur M-ten Reihe ausgelesen, die in der Zellgruppe der ersten Spalte und der Zellgruppe der zweiten Spalte enthalten sind.
  • Danach führen die Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2, der Schaltabschnitt 14 und der Leseabschnitt 15 in den Perioden t3 bis tN nacheinander die gleiche Steuerung wie in der Periode t1 und der Periode t2 durch. Der Schaltabschnitt 14 legt in Abhängigkeit von der Lichtprojektionsposition des Laserlichts die Vorspannung an eine Zellgruppe an, die sich in einer anderen Spalte befindet, und zwar über den Draht Hn, der einer der Drähte H1 bis HN ist. Der Leseabschnitt 15 liest, unabhängig von der Lichtprojektionsposition des Laserlichts, die Signale, die dem reflektierten Licht entsprechen, das auf die Zellen U der ersten bis M-ten Reihe einfällt, die in der Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird. Wie oben beschrieben, wird bei einem Verfahren zum Ansteuern des Halbleiter-Photodetektionselements 11 durch die Steuerung 13 die Vorspannung an die Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte zu unterschiedlichen Zeitpunkten für jede der Spalten angelegt. Der Schaltabschnitt 14 kann das Anlegen der Vorspannung an die Zellgruppe der n-ten Spalte durch die Leitung Hn starten, nachdem eine vorbestimmte Zeit seit dem Zeitpunkt, zu dem die Lichtprojektion des Laserlichts gestartet wurde, verstrichen ist. Wenn beispielsweise Schmutz oder ähnliches an einer Abdeckung (transparentes Fenster) haftet, die in einem Gehäuse vorgesehen ist, in dem sich die Photodetektionsvorrichtung 1 befindet und die das Laserlicht durchlässt, kann unbeabsichtigt reflektiertes Licht aus sehr kurzer Entfernung auf die Lichtempfangseinheit 4 einfallen. Das Anlegen der Vorspannung wird gestartet, nachdem die vorbestimmte Zeit seit dem Zeitpunkt, an dem die Lichtprojektion des Laserlichts gestartet wurde, verstrichen ist, und somit wird die Detektion des unbeabsichtigten reflektierten Lichts wie oben beschrieben reduziert.
  • Nachdem das Laserlicht durch die Lichtprojektionseinheit 2 bis zur Lichtprojektionsposition PN projiziert wurde, kann die Photodetektionsvorrichtung 1 im Detektionszielbereich S die Abtastung des Laserlichts wiederholen, um die dem reflektierten Licht entsprechenden Signale auszulesen. Nachdem das Laserlicht beispielsweise bis zur Lichtprojektionsposition PN projiziert wurde, kann die Lichtprojektionseinheit 2 der Photodetektionsvorrichtung 1 das Laserlicht von der Lichtprojektionsposition P1 wieder sequentiell zur Lichtprojektionsposition PN projizieren oder das Laserlicht von der Lichtprojektionsposition PN sequentiell zur Lichtprojektionsposition P1 projizieren.
  • Wie oben beschrieben, tastet die Lichtprojektionseinheit 2 in der Photodetektionsvorrichtung 1 das Laserlicht mit einer Querschnittsform, deren Längsrichtung der Richtung D1 entspricht, entlang der Richtung D2 ab, so dass in dem Halbleiter-Photodetektionselement 11 das reflektierte Licht auf jede der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte fällt. Die Steuerung 13 legt entsprechend dem Einfall des reflektierten Lichts die Vorspannung an jede der Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte an. Daher können die Drähte zum Anlegen der Vorspannung an die Zellen U jeweils für jede der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte vorgesehen sein und elektrisch mit den Avalanche-Photodioden APD innerhalb der in der entsprechenden Zellgruppe enthaltenen Zellen U verbunden werden. Die Steuerung 13 liest Signale von den M Zellen U, die in einer der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte enthalten sind, aus, an die die Vorspannung angelegt ist. Daher können die Drähte zum Auslesen von Signalen aus den Zellen U jeweils für jede der M Zellgruppen vorgesehen sein, von denen jede die N Zellen U enthält, die in der Zeilenrichtung ausgerichtet sind, und können elektrisch mit den Avalanche-Photodioden APD innerhalb der Zellen U verbunden sein, die in der entsprechenden Zellgruppe der M Zellgruppen enthalten sind. Folglich kann in der Photodetektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform die Konfiguration des Drahtes, der die Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden APD anlegt, und des Drahtes, der ein Signal von jeder der Zellen U liest, vereinfacht werden.
  • Als Konfiguration einer Photodetektionsvorrichtung zum Auslesen eines Signals aus jeder der Zellen in einem Halbleiter-Photodetektionselement kann eine Konfiguration in Betracht gezogen werden, bei der Drähte und dergleichen zum gleichzeitigen Anlegen von Vorspannungen an alle in einem Halbleitersubstrat angeordneten Zellen vorgesehen sind. In dieser Konfiguration ist eine Vielzahl von Schaltern in einer Vielzahl von Drähten zum Auslesen vorgesehen, die jeweils für jede der Reihen der Zellen vorgesehen sind. In der Photodetektionsvorrichtung, die die oben beschriebene Konfiguration enthält, sind die Schalter jeweils für die jeweiligen Zellen vorgesehen, der geöffnete/geschlossene Zustand des Schalters wird umgeschaltet und somit ist eine bestimmte Zelle elektrisch durchgängig mit der Verdrahtung zum Auslesen, mit dem Ergebnis, dass ein Signal von der bestimmten Zelle ausgelesen wird. Im Gegensatz zu der Photodetektionsvorrichtung, die die oben beschriebene Konfiguration enthält, sind bei der Photodetektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform nicht nur die Zelle U, an die die Vorspannung angelegt wird, sondern auch die Zellen U, an die die Vorspannung nicht angelegt wird, elektrisch mit einer Vielzahl von Leitungen verbunden, die zum Auslesen vorgesehen sind. Die Steuerung 13 liest also auch Signale aus den Zellen U, an denen die Vorspannung nicht anliegt, aus. Da die von den Avalanche-Photodioden APD in den Zellen U, an denen die Vorspannung nicht anliegt, ausgegebenen Signale extrem klein sind, ist der Einfluss dieses Signals auf das gesamte über die zum Auslesen vorgesehene Leitung auszulesende Signal extrem gering. Daher müssen zum Auslesen des Signals aus der jeweiligen Zelle keine Schalter in der zum Auslesen vorgesehenen Leitung vorgesehen werden. Im Vergleich zu dem Fall, in dem die Schalter in den zum Auslesen vorgesehenen Drähten vorgesehen sind, ist daher in der Photodetektionsvorrichtung 1 der Einfluss des Rauschens, das in Verbindung mit der Kapazität der Schalter und dem Öffnungs-/Schließvorgang der Schalter auf die von den zum Auslesen vorgesehenen Drähten ausgelesenen Signale erzeugt wird, reduziert.
  • Die oben beschriebene Photodetektionsvorrichtung, die die Drähte zum gleichzeitigen Anlegen der Vorspannungen und die Vielzahl von Schaltern enthält, kann Probleme aufweisen, wie im Folgenden beschrieben. In der Konfiguration, in der das Signal aus einer bestimmten Zelle durch Umschalten des Schalters vom geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand ausgelesen wird, kann das aus der bestimmten Zelle ausgelesene Signal ein Signal des Lichts enthalten, das unmittelbar vor dem Umschalten des Schalters in den geschlossenen Zustand einfällt, wenn Licht (Photonen) auf die bestimmte Zelle einfällt. Das Signal des Lichts, das unmittelbar vor dem Schalten des Schalters in den geschlossenen Zustand einfällt, ist eine unnötige Ausgabe. Im Gegensatz dazu ist ein Lichtsignal, das nach dem Schalten des Schalters in den geschlossenen Zustand einfällt, eine notwendige Ausgabe.
  • In der Photodetektionsvorrichtung 1 ist selbst dann, wenn Licht auf die Zelle in einem Zustand einfällt, in dem die Vorspannung nicht angelegt ist, ein Signalausgabe von dieser Zelle extrem klein, mit dem Ergebnis, dass es unwahrscheinlich ist, dass eine unnötige Ausgabe in dem von der Zelle gelesenen Signal enthalten sein wird.
  • In der Photodetektionsvorrichtung 1 werden Signale im Wesentlichen zur gleichen Zeit von den M Zellen U ausgegeben, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird, um die Avalanche-Photodioden APD im Geiger-Modus arbeiten zu lassen. Insbesondere sind unter den M Zellen U, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, Zellen, die einander benachbart sind, durch den Graben 21 getrennt, die Drähte sind jeweils für jede der Reihen vorgesehen und somit ist es möglich, ein Signal von jeder der M Zellen U auszulesen. Folglich werden Signale, die dem auf die Lichtempfangseinheit einfallenden reflektierten Licht entsprechen, mit hoher Geschwindigkeit ausgelesen.
  • Die Vorspannung wird entsprechend dem Einfall des reflektierten Lichts angelegt, und so wird die auszulesende Zellgruppe bestimmt. Da, wie oben beschrieben, der Einfluss von Signalen aus den Zellen U, an denen die Vorspannung nicht anliegt, äußerst gering ist, ist auch bei Auftreffen des reflektierten Lichts auf Zellgruppen, die der auszulesenden Zellgruppe benachbart sind, der Einfluss auf die auszulesenden Signale gering. Daher muss der Bereich, in dem das reflektierte Licht einfällt, nicht streng an die auszulesende Zellgruppe angepasst werden, und somit ist es einfach, die Querschnittsform des Laserlichts einzustellen. Diese Konfiguration ist z.B. dann effektiv, wenn es schwierig ist, den Bereich, in dem das reflektierte Licht auftrifft, nur durch optische Justierung anzupassen.
  • In der Photodetektionsvorrichtung 1 legt die Steuerung 13 in Übereinstimmung mit dem Einfall des reflektierten Lichts für jede entsprechende Zellgruppe der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte die Vorspannung an die Avalanche-Photodioden APD innerhalb der Zellen U an, die in jeder entsprechenden Zellgruppe enthalten sind, und zwar über die Leitungen H1 bis HN, die jeweils für jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte vorgesehen sind. Die Steuerung 13 liest für jede entsprechende Zellgruppe der Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile Signale von den Avalanche-Photodioden APD innerhalb der Zellen U, die in jeder entsprechenden Zellgruppe enthalten sind, über die Leitungen R1 bis RM, die jeweils für jede der Zeilen der Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile vorgesehen sind. Daher ist in der Photodetektionsvorrichtung 1 die Konfiguration der Drähte H1 bis HN und der Drähte R1 bis RM vereinfacht. In der zuvor beschriebenen Patentliteratur 1 ist die spezifische Konfiguration eines Drahtes zum Anlegen einer Vorspannung an jede der Photodioden und eines Drahtes zum Auslesen eines Signals weder offenbart noch vorgeschlagen.
  • Die Avalanche-Photodiode APD führt durch das Anlegen der Vorspannung eine Avalanche-Multiplikation durch. Dadurch werden die durch den Lichteinfall erzeugten Photoelektronen vervielfacht und somit gibt die Avalanche-Photodiode APD ein Signal (Stromsignal) aus, das durch die vervielfachten Photoelektronen verursacht wird. Auch in der Avalanche-Photodiode APD, an die die Vorspannung nicht angelegt ist, werden durch den Lichteinfall Photoelektronen erzeugt. Das Ausgabesignal der Avalanche-Photodiode APD, an die die Vorspannung nicht angelegt ist, ist extrem klein im Vergleich zum Ausgabesignal der Avalanche-Photodiode APD, an die die Vorspannung angelegt ist.
  • In der Photodetektionsvorrichtung 1 sind nicht nur die Zellen U, an denen die Vorspannung anliegt, sondern auch die Zellen U, an denen die Vorspannung nicht anliegt, elektrisch mit den Leitungen R1 bis RM verbunden. Daher liest die Steuerung 13 auch Signale von den Zellen U aus, an denen die Vorspannung nicht anliegt. Wie oben beschrieben, ist das Ausgabesignal der Avalanche-Photodiode APD in der Zelle U, an der die Vorspannung nicht anliegt, extrem klein, und somit ist der Einfluss des oben beschriebenen Signals auf die gesamten über die Leitungen R1 bis RM auszulesenden Signale extrem klein. Folglich wird die Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung 1 erhöht.
  • In der Photodetektionsvorrichtung 1 sind unter den Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte die Zellgruppen, die einander benachbart sind, durch den Graben 21 elektrisch getrennt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass, wenn die Vorspannung an die Zellen U, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, angelegt wird, die Vorspannung an die Zellen U, die in der Zellgruppe der (n-1)-ten Spalte enthalten sind, und an die Zellgruppe der (n+1)-ten Spalte angelegt wird, die in der Reihenrichtung der Zellgruppe der n-ten Spalte benachbart sind. Folglich ist es unwahrscheinlich, dass die Zellgruppen der (n-1)-ten Spalte und der (n+1)-ten Spalte, die in der Zeilenrichtung der Zellgruppe der n-ten Spalte benachbart sind, eine Avalanche-Multiplikation durchführen.
  • In der Photodetektionsvorrichtung 1 sind die jeweiligen Zellen U durch den Graben 21 elektrisch getrennt. Daher wird beim Anlegen der Vorspannung an die M Zellen, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, unter den M Zellen, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, das elektrische Übersprechen, das zwischen den Signalen auftritt, die in den aneinander angrenzenden Zellen U erzeugt werden, reduziert. Folglich wird die Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung 1 verbessert.
  • Ein Halbleiter-Photodetektionselement 11A gemäß einem Modifikationsbeispiel in der Photodetektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird als nächstes beschrieben. 8 ist eine schematische Draufsicht auf das Halbleiter-Photodetektionselement gemäß dem Modifikationsbeispiel. Das in 8 gezeigte Halbleiter-Photodetektionselement 11A unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Halbleiter-Photodetektionselement 11 in den folgenden Punkten. Die Drähte H1 bis HN enthalten eine Vielzahl von Zweigdrähten hu1 bis huN und eine Vielzahl von Zweigdrähten hd1 bis hdN. Die Drähte R1 bis RM enthalten eine Vielzahl von Zweigdrähten rl1 bis rlM und eine Vielzahl von Zweigdrähten rr1 bis rrM. Die Polsterelektroden 22 sind an beiden Außenseiten des Lichtempfangsbereichs A in Y-Achsen-Richtung auf der XY-Achsenebene vorgesehen. Die Anschlusselektroden 23 sind an beiden Außenseiten des Lichtempfangsbereichs A in X-Achsen-Richtung auf der XY-Achsenebene vorgesehen.
  • In dem Halbleiter-Photodetektionselement 11A enthält ein Draht Hn, der sich an der n-ten Position befindet, einen Zweigdraht hun, der sich an der n-ten Position unter den Zweigdrähten hu1 bis huN befindet, und einen Zweigdraht hdn, der sich an der n-ten Position unter den Zweigdrähten hd1 bis hdN befindet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abzweigdraht hun elektrisch mit den Zellen U der ersten bis (M/2)-ten Reihe verbunden, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, und der Abzweigdraht hdn ist elektrisch mit den Zellen U der (M/2+1)-ten bis M-ten Reihe verbunden, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind. Die Anzahl der Zellen U, die mit dem Verzweigungsdraht hun verbunden sind, und die Anzahl der Zellen U, die mit dem Verzweigungsdraht hdn verbunden sind, brauchen nicht gleich zu sein. Der Verzweigungsdraht hun kann mit den Zellen U der ersten bis j-ten Zeile in der Zellgruppe der n-ten Spalte verbunden sein und der Verzweigungsdraht hdn kann mit den Zellen U der (j+1)-ten bis M-ten Zeile in der Zellgruppe der n-ten Spalte verbunden sein. j ist eine ganze Zahl von 2 bis (M-2). In diesem Fall kann M eine ganze Zahl gleich oder größer als 4 sein. In dem Halbleiter-Photodetektionselement 11A wird die Vorspannung an die Zellgruppe der n-ten Spalte über die Zweigleitung hun und die Zweigleitung hdn angelegt. Zum Beispiel bilden die Zweigdrähte hu1 bis huN erste Zweigdrähte, und die Zweigdrähte hd1 bis hdN bilden zweite Zweigdrähte.
  • In dem Halbleiter-Photodetektionselement 11A enthält ein Draht Rm, der sich an der m-ten Position befindet, einen Zweigdraht rlm, der sich an der m-ten Position unter den Zweigdrähten rl1 bis rlM befindet, und einen Zweigdraht rrm, der sich an der m-ten Position unter den Zweigdrähten rr1 bis rrM befindet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abzweigdraht rlm elektrisch mit den Zellen U der ersten bis (N/2)-ten Spalte verbunden, die in der Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind, und der Abzweigdraht rrm ist elektrisch mit den Zellen U der (N/2+1)-ten bis N-ten Spalte verbunden. Die Anzahl der Zellen U, die mit dem Verzweigungsdraht rlm verbunden sind, und die Anzahl der Zellen U, die mit dem Verzweigungsdraht rrm verbunden sind, brauchen nicht gleich zu sein. Der Verzweigungsdraht rlm kann mit den Zellen U der ersten bis k-ten Spalte verbunden sein, die in der Zellgruppe der m-ten Zeile enthalten sind, und der Verzweigungsdraht rrm kann mit den Zellen U der (k+1)-ten bis N-ten Spalte verbunden sein, die in der Zellgruppe der m-ten Zeile enthalten sind. k ist eine ganze Zahl von 2 bis (N-2). In diesem Fall kann N eine ganze Zahl größer oder gleich 4 sein. Ein in jeder der Zellen U erzeugtes Stromsignal wird über den Abzweigdraht rlm oder den Abzweigdraht rrm an den Widerstand 31 ausgegeben. In diesem Fall können der Abzweigdraht rlm und der Abzweigdraht rrm an dieselben Leseschaltung 32 oder an unterschiedliche Leseschaltungen 32 angeschlossen sein. Der Abzweigdraht rlm und der Abzweigdraht rrm können an denselben Widerstand 31 angeschlossen sein oder jeweils an unterschiedliche Widerstände 31. Beispielsweise bilden die Abzweigdrähte rl1 bis rlM einen dritten Abzweigdraht und die Abzweigdrähte rr1 bis rrM einen vierten Abzweigdraht.
  • Auch in der Photodetektionsvorrichtung 1, die das Halbleiter-Photodetektionselement 11A gemäß dem Modifikationsbeispiel enthält, ist die Konfiguration der Drähte H1 bis HN und der Drähte R1 bis RM vereinfacht.
  • Der Abzweigdraht hun ist elektrisch mit den Zellen U der ersten bis (M/2)-ten Zeile verbunden, die in der entsprechenden Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind. Der Zweigdraht hdn ist elektrisch mit den Zellen U der (M/2+1)-ten bis M-ten Reihe verbunden, die in der entsprechenden Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind. Wenn wie in dem Halbleiter-Photodetektionselement 11 alle Zellen U, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, elektrisch mit dem einen Draht Hn verbunden sind, ist eine Differenz zwischen einem Drahtabstand bis zu der Zelle U der M-ten Reihe, die sich an einem Ende der Spaltenrichtung befindet, und einem Drahtabstand bis zu der Zelle U der ersten Reihe, die sich an dem anderen Ende der Spaltenrichtung befindet, groß. Wenn der Unterschied zwischen den Drahtabständen bis zu den Zellen U groß ist, ist auch ein Unterschied zwischen den Zeitpunkten groß, zu denen die Vorspannung an die Zellen U angelegt wird. In dem Halbleiter-Photodetektionselement 11A ist die Differenz zwischen den Drahtabständen bis zu den Zellen U klein im Vergleich zu dem Halbleiter-Photodetektionselement 11, in dem alle Zellen U, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, elektrisch mit dem einen Draht Hn verbunden sind. Daher ist der Unterschied zwischen den Zeitpunkten, zu denen die Vorspannung an die Zellen U angelegt wird, klein.
  • Der Zweigdraht rlm ist elektrisch mit den Zellen U der ersten bis (N/2)-ten Spalte verbunden, die in der entsprechenden Zellgruppe der m-ten Zeile enthalten sind. Der Zweigdraht rrm ist elektrisch mit den Zellen U der (N/2+1)-ten bis N-ten Spalte verbunden, die in der entsprechenden Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind. Wenn wie in dem Halbleiter-Photodetektionselement 11 alle Zellen U, die in der Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind, elektrisch mit dem einen Draht Rm verbunden sind, ist eine Differenz zwischen einem Drahtabstand von der Zelle U der N-ten Spalte, die sich in einem Ende der Reihenrichtung befindet, und einem Drahtabstand von der Zelle U der ersten Spalte, die sich in dem anderen Ende der Reihenrichtung befindet, groß. Wenn die Drahtabstände von den Zellen U groß sind, kann in den über die Drähte R1 bis RM ausgelesenen Signalen aufgrund des Einflusses der in den Drähten R1 bis RM erzeugten parasitären Kapazität und dergleichen Rauschen enthalten sein. In dem Halbleiter-Photodetektionselement 11A sind die Drahtabstände zu den Zellen U kurz im Vergleich zu einem Fall, in dem alle Zellen U, die in der Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind, elektrisch mit dem einen Draht Rm verbunden sind. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Rauschen in den Signalen enthalten ist, die über die Drähte R1 bis RM ausgelesen werden. Folglich wird eine Verringerung der Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung 1 reduziert.
  • Eine Lichtempfangseinheit 40, die in einer Photodetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform enthalten ist, wird als nächstes mit Bezug auf die 9 bis 14 beschrieben. 9 ist eine perspektivische Ansicht der Lichtempfangseinheit, die in der Photodetektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform enthalten ist. 10 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter-Photodetektionselement. 11 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Lichtempfangseinheit im Schnitt zeigt. 12 ist eine schematische Ansicht, die eine schnittweise Konfiguration der Lichtempfangseinheit zeigt. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für die Verdrahtungsform des Halbleiter-Photodetektionselements zeigt. 14 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Halbleiter-Photodetektionselements im Querschnitt zeigt.
  • Wie in 9 gezeigt, enthält die Lichtempfangseinheit 40 das Halbleiter-Photodetektionselement 41 und eine Leiterplatte 42. Das Halbleiter-Photodetektionselement 41 enthält ein Glassubstrat 43, ein Halbleitersubstrat 44 und eine Verdrahtungsschicht 45. Die Leiterplatte 42, die Verdrahtungsschicht 45, das Halbleitersubstrat 44 und das Glassubstrat 43 sind in dieser Reihenfolge in Richtung der Z-Achse angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Leiterplatte 42, das Glassubstrat 43, das Halbleitersubstrat 44 und die Verdrahtungsschicht 4 in der Draufsicht eine rechteckige Form.
  • Das Glassubstrat 43 ist aus einem transparenten, lichtdurchlässigen Glasmaterial hergestellt. Das Glassubstrat 43 hat eine Hauptoberfläche 43A und eine Hauptoberfläche 43B, die einander gegenüberliegen, und Seitenflächen 43C. Die Hauptfläche 43A und die Hauptfläche 43B sind ebene Flächen. Das Glassubstrat 43 ist mit einem optischen Klebstoff OA an das Halbleitersubstrat 44 geklebt. Das Glassubstrat 43 kann direkt auf dem Halbleitersubstrat 44 ausgebildet sein. Das Halbleiter-Photodetektionselement 41 ist zum Beispiel ein Halbleiter-Photodetektionselement vom Typ mit rückseitigem Einfall.
  • Das Halbleitersubstrat 44 besteht aus Si (Silizium) und ist ein Halbleitersubstrat, dessen Leitfähigkeitstyp p-Typ ist. Das Halbleitersubstrat 44 hat eine Hauptoberfläche 44A und eine Hauptoberfläche 44B, die einander gegenüberliegen, und Seitenflächen 44C. Die Hauptoberfläche 44A des Halbleitersubstrats 44 und die Hauptoberfläche 43B des Glassubstrats 43 liegen sich durch den optischen Klebstoff OA gegenüber. Die Hauptoberfläche 44A ist eine Oberfläche, auf die Licht auf das Halbleitersubstrat 44 fällt. In der vorliegenden Ausführungsform durchdringt das reflektierte Licht das Glassubstrat 43, um auf das Halbleitersubstrat 44 zu treffen. Die Verdrahtungsschicht 45 ist zwischen dem Halbleitersubstrat 44 und der Leiterplatte 42 angeordnet. Wenn zum Beispiel die Hauptfläche 44A eine erste Hauptfläche bildet, bildet die Hauptfläche 44B eine zweite Hauptfläche.
  • Die Leiterplatte 42 hat eine Hauptoberfläche 42A und eine Hauptoberfläche 42B, die einander gegenüberliegen, und Seitenflächen 42C. Die Hauptfläche 42A der Leiterplatte 42 und die Hauptfläche 44B des Halbleitersubstrats 44 stehen sich durch die Verdrahtungsschicht 45 gegenüber. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Seitenfläche 42C der Leiterplatte 42, die Seitenfläche 44C des Halbleitersubstrats 44 und die Seitenfläche 43C des Glassubstrats 43 bündig zueinander. Mit anderen Worten, in der Draufsicht fallen die Außenkanten der Leiterplatte 42, des Halbleitersubstrats 44 und des Glassubstrats 43 zusammen. Die jeweiligen Außenkanten der Leiterplatte 42, des Halbleitersubstrats 44 und des Glassubstrats 43 müssen nicht miteinander übereinstimmen. Beispielsweise kann in der Draufsicht eine Fläche der Leiterplatte 42 größer sein als die jeweiligen Flächen des Halbleitersubstrats 44 und des Glassubstrats 43. In diesem Fall befindet sich die Seitenfläche 42C der Leiterplatte 42 in Bezug auf die Seitenfläche 44C des Halbleitersubstrats 44 und die Seitenfläche 43C des Glassubstrats 43 außen auf der XY-Achsenebene.
  • Die Leiterplatte 42 bildet einen ASIC. Der ASIC der Leiterplatte 42 enthält einen Schaltabschnitt und einen Leseabschnitt. Der Schaltabschnitt legt eine Vorspannung an jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte an. Der Leseabschnitt enthält Leseschaltungen, die Signale aus den jeweiligen Zeilen der Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile auslesen. Beispielsweise bilden der Schaltabschnitt und der Leseabschnitt innerhalb des ASICs eine Steuerung.
  • Wie in 10 gezeigt, enthält das Halbleitersubstrat 44 in Draufsicht eine Vielzahl von Zellen U, die zweidimensional in M Zeilen und N Spalten angeordnet sind. In dem Halbleitersubstrat 44 wird ein Signal, das dem in jeder der Zellen U detektierten reflektierten Licht entspricht, von der Zelle U ausgegeben. Die Anzahl der Zellen U beträgt beispielsweise „1024 (32 Zeilen × 32 Spalten)“. In der vorliegenden Ausführungsform enthält jede der Zellen U eine Avalanche-Photodiode APD. Jede der Zellen U kann eine Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD enthalten. In dem Halbleitersubstrat 44 ist ein Lichtempfangsbereich A ausgebildet, der die zweidimensional angeordneten Zellen U umgibt. In 10 ist die Darstellung einer Isolierschicht 66, die die Verdrahtungsschicht 45 bildet, weggelassen.
  • Wie in 11 und 12 gezeigt, ist in dem Halbleitersubstrat 44 ein Graben 21 ausgebildet. Der Graben 21 öffnet sich in der Hauptfläche 44A und der Hauptfläche 44B. Mit anderen Worten, der Graben 21 durchdringt das Halbleitersubstrat 44 in einer Richtung (Z-Achsen-Richtung), in der die Hauptfläche 44A und die Hauptfläche 44B einander gegenüberliegen. Der Graben 21 trennt unter den Zellen U die Zellen U, die einander benachbart sind. Insbesondere umgibt der Graben 21 jede der Zellen U, wenn sie in einer Richtung (Z-Achsen-Richtung) orthogonal zur Hauptfläche 44A betrachtet wird.
  • Die Verdrahtungsschicht 45 des Halbleiter-Photodetektionselements 41 enthält eine Vielzahl von Drähten H1 bis HN und eine Vielzahl von Drähten R1 bis RM wie im Halbleiter-Photodetektionselement 11. Die Drähte H1 bis HN sind jeweils für jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte vorgesehen, die in den Zellen U enthalten sind. Die Drähte R1 bis RM sind jeweils für jede der Zeilen der Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile vorgesehen, die in den Zellen U enthalten sind. Die Drähte H1 bis HN und die Drähte R1 bis RM in dem Halbleiter-Photodetektionselement 41 haben die gleiche Konfiguration wie in dem Halbleiter-Photodetektionselement 11, außer dass sie auf der Hauptfläche 41B des Halbleiter-Photodetektionselements 41 angeordnet sind, d.h. der Hauptfläche nahe der Leiterplatte.
  • Das Halbleiter-Photodetektionselement 41 enthält eine Vielzahl von Bump-Elektroden 46 (N Bumps 46), eine Vielzahl von Bump-Elektroden 47 (N Bumps 47), eine Vielzahl von Bump-Elektroden 48 (M Bumps 48), und eine Vielzahl von Bump-Elektroden 49 (M Bumps 49). Die Drähte H1 bis HN sind elektrisch mit den Bump-Elektroden 46 verbunden. Die Bump-Elektroden 47 sind an Positionen vorgesehen, die den Bump-Elektroden 46 in X-Achsen-Richtung entsprechen, und keine Drähte sind mit den Bump-Elektroden 47 verbunden. Die Drähte R1 bis RM sind elektrisch mit den Bump-Elektroden 48 verbunden. Die Bump-Elektroden 49 sind an Positionen vorgesehen, die den Bump-Elektroden 47 in Y-Achsen-Richtung entsprechen, und es sind keine Drähte an die Bump-Elektroden 49 angeschlossen. Die Bump-Elektroden 47 und die Bump-Elektroden 49 sind Dummy-Bump-Elektroden und dienen dazu, eine Neigung des Halbleitersubstrats 44 in Bezug auf die Leiterplatte 42 zu verhindern.
  • Jeder der Drähte H1 bis HN ist elektrisch mit der Leiterplatte 42 verbunden. Wie in 11 dargestellt, ist ein Draht Hn an der Hauptfläche 44B des Halbleitersubstrats 44 vorgesehen. Hier ist der Draht Hn auf der Hauptoberfläche 44B angeordnet. Der Draht Hn ist elektrisch mit dem Schaltabschnitt innerhalb der Leiterplatte 42 verbunden. Jeder der Drähte R1 bis RM ist elektrisch mit der Leiterplatte 42 verbunden. Wie in 12 dargestellt, ist ein Draht Rm auf der Hauptfläche 44B des Halbleitersubstrats 44 vorgesehen. Hier ist der Draht Rm auf der Hauptoberfläche 44B angeordnet. Der Draht Rm ist elektrisch mit dem Leseabschnitt innerhalb der Leiterplatte 42 verbunden.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für die Verdrahtungsform der Drähte H1 bis HN und der Drähte R1 bis RM beschrieben. In 13 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleitersubstrats 44 dargestellt, in der die Isolierschicht 66, die die Verdrahtungsschicht 45 bildet, weggelassen ist. Die Avalanche-Photodiode APD, die die Zelle U bildet, enthält einen Halbleiterbereich 51 mit n-Leitfähigkeit und einen Halbleiterbereich 55 mit p-Leitfähigkeit. Der Halbleiterbereich 51 und der Halbleiterbereich 55 bilden einen pn-Übergang der Avalanche-Photodiode APD. Die Avalanche-Photodiode APD enthält außerdem einen Halbleiterbereich 56, um den Kontaktwiderstand mit den an die Avalanche-Photodiode APD angeschlossenen Drähten zu verringern. Die Verunreinigungskonzentration des Halbleiterbereichs 56 ist höher als die des Halbleiterbereichs 55.
  • Die aneinander angrenzenden Avalanche-Photodioden APD sind durch den Graben 21 getrennt. Mit anderen Worten, der Graben 21 umgibt den Halbleiterbereich 56 jeder der Avalanche-Photodioden APD, wenn man sie in Richtung der Z-Achse betrachtet. Das Innere des Grabens 21 ist mit einem Lichtabschirmelement 53 gefüllt. Das Lichtabschirmelement 53 besteht aus einem Material, das Licht reflektiert. Das Lichtabschirmelement 53 kann aber auch aus einem Material bestehen, das Licht absorbiert, ohne es zu reflektieren. Das Material, aus dem das Lichtabschirmelement 53 besteht, ist z.B. Wolfram. Ein Teil des Lichtabschirmelements 53 ragt aus der Hauptfläche 44A des Halbleitersubstrats 44 heraus und befindet sich innerhalb des optischen Klebstoffs OA. Die Oberflächen des Lichtabschirmelements 53, die nicht von der Hauptoberfläche 44B abstehen, sind mit einer Isolierschicht 54 bedeckt. Beispielsweise sind die Seitenflächen eines Abschnitts des Lichtabschirmelements 53, der sich innerhalb des Grabens 21 befindet, und die Oberfläche eines Abschnitts des Lichtabschirmelements 53, der aus der Hauptoberfläche 44A herausragt, mit der Isolierfolie 54 bedeckt, die einstückig mit ihr ausgebildet ist. Die Isolierfolie 54 befindet sich zwischen dem Lichtabschirmelement 53 und dem Halbleiterbereich 56. Auf diese Weise kann die Isolierung zwischen dem Halbleiterbereich 56 der Avalanche-Photodiode APD und dem Lichtabschirmelement 53 verbessert werden.
  • Der Draht Hn enthält einen gemeinsamen Draht 61 und eine Vielzahl von Verbindungsdrähten 62. Der gemeinsame Draht 61 ist entlang einer Richtung angeordnet, in der die Zellen U, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, ausgerichtet sind. Die Verbindungsdrähte 62 verbinden den gemeinsamen Draht 61 und die Halbleiterbereiche 56 der Avalanche-Photodioden APD elektrisch miteinander. Der gemeinsame Draht 61 und die Verbindungsdrähte 62 kreuzen sich in X-Achsen-Richtung gesehen. Der gemeinsame Draht 61 und die Verbindungsdrähte 62 bestehen aus demselben Metallmaterial und sind z.B. aus Aluminium gefertigt. Der gemeinsame Draht 61 und die Anschlussdrähte 62 können aus einem metallischen Material bestehen. Beispiele für das Metallmaterial enthalten Cu (Kupfer), Ti (Titan), Ni (Nickel), Au (Gold) und Pt (Platin).
  • Der Draht Rm enthält einen gemeinsamen Draht 63, eine Vielzahl von Löschwiderständen 64 und eine Vielzahl von Anschlussdrähten 65. Der gemeinsame Draht 63 ist entlang einer Richtung angeordnet, in der die Zellen U, die in der Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind, ausgerichtet sind. Die Löschwiderstände 64 sind mit dem gemeinsamen Draht 63 verbunden. Die Verbindungsdrähte 65 verbinden die Löschwiderstände 64 und die Halbleiterbereiche 51 elektrisch miteinander. Der gemeinsame Draht 63 und die Verbindungsdrähte 65 kreuzen sich in Richtung der Y-Achse gesehen. Der gemeinsame Draht 63 und die Verbindungsdrähte 65 bestehen aus dem gleichen metallischen Material und sind z.B. aus Aluminium gefertigt. Der gemeinsame Draht 63 und die Anschlussdrähte 65 können aus einem metallischen Material bestehen. Beispiele für das Metallmaterial enthalten Cu (Kupfer), Ti (Titan), Ni (Nickel), Au (Gold) und Pt (Platin). Der Löschwiderstand 64 ist so angeordnet, dass er sich in Richtung der Z-Achse gesehen entlang einer peripheren Kante des Halbleiterbereichs 51 befindet. Die Löschwiderstände 64 sind z.B. aus SiCr (Siliziumchrom) gefertigt. Die Löschwiderstände 64 können aus Polysilizium, NiCr (Nickelchrom) oder FeCr (Ferrochrom) hergestellt sein.
  • In 14 ist ein Beispiel für die Schnittkonfiguration des Halbleitersubstrats 44, das die Isolierschicht 66 der Verdrahtungsschicht 45 enthält, dargestellt. In 14 ist die Konfiguration der Isolierschicht 66 im Schnitt dargestellt, und die Schraffur der Isolierschicht 66 ist weggelassen. Der Halbleiterbereich 55 umgibt einen Teil (Seitenflächen und eine Bodenfläche) des Halbleiterbereichs 51, und der Halbleiterbereich 56 umgibt einen Teil (äußere Seitenflächen und eine Bodenfläche) des Halbleiterbereichs 55. Der gemeinsame Draht 61 des Drahtes Hn ist über den Verbindungsdraht 62 elektrisch mit dem Halbleiterbereich 56 verbunden. Der gemeinsame Draht 63 des Drahtes Rm ist über den Löschwiderstand 64 und den Verbindungsdraht 65 elektrisch mit dem Halbleiterbereich 51 verbunden. Zum Beispiel ist in der Avalanche-Photodiode APD, an die die Vorspannung angelegt wird, der Halbleiterbereich 51 eine Kathode und der Halbleiterbereich 56 eine Anode. Wenn zum Beispiel in dem durch den Halbleiterbereich 51 und den Halbleiterbereich 55 gebildeten pn-Übergang eine Verarmungsschicht den Halbleiterbereich 56 nicht erreicht, selbst wenn die Vorspannung angelegt wird, und wenn die Vorspannung nicht angelegt wird, ist der Halbleiterbereich 51 eine Kathode, und der Halbleiterbereich 55 und der Halbleiterbereich 56 sind eine Anode. Wie in 14 gezeigt, sind die Positionen des gemeinsamen Drahtes 61 des Drahtes Hn, der Löschwiderstände 64 des Drahtes Rm und des gemeinsamen Drahtes 63 des Drahtes Rm in Richtung der Z-Achse voneinander verschieden. In der vorliegenden Ausführungsform sind der gemeinsame Draht 63, die Löschwiderstände 64 und der gemeinsame Draht 61 in dieser Reihenfolge von der Hauptfläche 44B des Halbleitersubstrats 44 aus angeordnet. Die Querschnitte des gemeinsamen Drahtes 61, des gemeinsamen Drahtes 63 und der Löschwiderstände 64 sind rechteckig. Wenn zum Beispiel der Halbleiterbereich 55 und der Halbleiterbereich 56 eine Anode bilden, bildet der Halbleiterbereich 51 eine Kathode.
  • Als Beispiel beträgt die Dicke des gemeinsamen Drahtes 61, d.h. die Länge des gemeinsamen Drahtes 61 in Richtung der Z-Achse, ungefähr 600 nm, die Dicke des gemeinsamen Drahtes 63 beträgt ungefähr 600 nm, und die Dicke des Löschwiderstandes 64 beträgt ungefähr 5 nm. Als Beispiel beträgt ein Abstand zwischen dem gemeinsamen Draht 61 und dem Löschwiderstand 64 etwa 300 nm, und ein Abstand zwischen dem Löschwiderstand 64 und dem gemeinsamen Draht 63 beträgt etwa 300 nm. Ein Abstand zwischen dem gemeinsamen Draht 63 und der Hauptoberfläche 44B des Halbleitersubstrats 44 beträgt ca. 300 nm. Die Isolierschicht 66 besteht aus SiO2 (Siliziumoxid). Die Isolierschicht 66 bedeckt die Drähte H1 bis HN und die Drähte R1 bis RM. Die Dicke der Isolierschicht 66 beträgt beispielhaft 2,5 µm.
  • In der Photodetektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, die auch die Lichtempfangseinheit 40 enthält, wie in der Photodetektionsvorrichtung 1, wird die Vorspannung sequentiell an jede der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte in Übereinstimmung mit einem Zeitpunkt angelegt, zu dem das reflektierte Licht auf jede der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte einfällt. In einem Zustand, in dem die Vorspannung an eine der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte angelegt ist, werden Signale von den Zellen U der ersten bis M-ten Reihe, die in der Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt ist, über die Drähte R1 bis RM ausgelesen.
  • Ein Halbleiter-Photodetektionselement 41A gemäß einem Modifikationsbeispiel in der Photodetektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird als nächstes beschrieben. 15 ist eine schematische Draufsicht auf das Halbleiter-Photodetektionselement gemäß dem Modifikationsbeispiel. Das in 15 gezeigte Halbleiter-Photodetektionselement 41A unterscheidet sich von dem in 8 gezeigten Halbleiter-Photodetektionselement 11A im folgenden Punkt. Die Drähte H1 bis HN und die Drähte R1 bis RM sind auf der Hauptfläche 44B in der Nähe der Leiterplatte 42 angeordnet. Diese Drähte sind elektrisch mit den Bump-Elektroden 46, den Bump-Elektroden 47, den Bump-Elektroden 48 und den Bump-Elektroden 49 verbunden.
  • In dem Halbleiter-Photodetektionselement 41A, wie in dem Halbleiter-Photodetektionselement 11A, enthalten die Drähte H1 bis HN eine Vielzahl von Zweigdrähten hu1 bis huN und eine Vielzahl von Zweigdrähten hd1 bis hdN, und die Drähte R1 bis RM enthalten eine Vielzahl von Zweigdrähten rl1 bis rlM und eine Vielzahl von Zweigdrähten rr1 bis rrM. Die Zweigdrähte hu1 bis huN sind elektrisch mit den Bump-Elektroden 47 verbunden, und die Zweigdrähte hd1 bis hdN sind elektrisch mit den Bump-Elektroden 46 verbunden. Die Zweigdrähte rl1 bis rlM sind elektrisch mit den Bump-Elektroden 49 verbunden, und die Zweigdrähte rr1 bis rrM sind elektrisch mit den Bump-Elektroden 48 verbunden.
  • In der Photodetektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, die auch das Halbleiter-Photodetektionselement 41, 41A enthält, wie auch in der Photodetektionsvorrichtung 1, die das Halbleiter-Photodetektionselement 11, 11A enthält, ist die Konfiguration der Drähte H1 bis HN und der Drähte R1 bis RM vereinfacht.
  • Wenn das reflektierte Licht auf eine Zelle U einfällt, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten ist, an die die Vorspannung angelegt wird, kann im Prozess der Avalanche-Multiplikation ein anderes Licht, das sich von dem reflektierten Licht unterscheidet, von der Zelle U emittiert werden. In diesem Fall fällt das andere Licht auf eine Zelle U ein, die der Zelle U, die das andere Licht emittiert, benachbart ist, und somit kann optisches Übersprechen auftreten. Das oben beschriebene optische Übersprechen kann auch dann auftreten, wenn das andere Licht auf eine Zelle U einfällt, die in Zeilenrichtung benachbart ist und an die die Vorspannung nicht angelegt ist. Da in dem Halbleiter-Photodetektionselement 41, 41A das Lichtabschirmelement 53 innerhalb des Grabens 21 vorgesehen ist, wird das andere Licht durch das Lichtabschirmelement 53 abgeschirmt, selbst wenn das andere Licht auf die dazu benachbarte Zelle U einfallen soll. Folglich wird das optische Übersprechen reduziert und somit die Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung, die das Halbleiter-Photodetektionselement 41, 41A enthält, verbessert.
    Das Lichtabschirmelement 53 ist mit der Isolierfolie 54 bedeckt. Selbst wenn Wasser oder ähnliches an dem Lichtabschirmelement 53 anhaften soll, wird dessen Anhaften an dem Lichtabschirmelement 53 durch die Isolierfolie 54 verhindert, so dass die Korrosion der Oberfläche des Lichtabschirmelements 53 reduziert wird. Folglich wird die Haltbarkeit des Lichtabschirmelements 53 erhöht.
  • Eine Lichtempfangseinheit 70, die in einer Photodetektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform enthalten ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 beschrieben. 16 ist eine schematische Draufsicht auf ein Halbleiter-Photodetektionselement, das in der Photodetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform enthalten ist. 17 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Lichtempfangseinheit im Schnitt zeigt. 18 ist eine schematische Ansicht, die eine sektionale Konfiguration der Lichtempfangseinheit zeigt.
  • Die in den 16 bis 18 gezeigte Lichtempfangseinheit 70 unterscheidet sich von der in 10 gezeigten Lichtempfangseinheit 40 dadurch, dass die Zellen U über eine Vielzahl von Bump-Elektroden 71 anstelle der Drähte H1 bis HN und der Drähte R1 bis RM elektrisch mit einer Leiterplatte 72 verbunden sind. Die Lichtempfangseinheit 70 enthält ein Halbleiter-Photodetektionselement 73 und die Leiterplatte 72. Das Halbleiter-Photodetektionselement 73 enthält ein Halbleitersubstrat 44 und die Bump-Elektroden 71. Die Bump-Elektroden 71 sind jeweils für jede der Zellen U vorgesehen, die zweidimensional in M Zeilen und N Spalten angeordnet sind. Das Halbleiter-Photodetektionselement 73 ist z.B. ein Halbleiter-Photodetektionselement vom rückseitig einfallenden Typ.
  • Die Leiterplatte 72 enthält einen Schaltabschnitt und einen Leseabschnitt. Der Schaltabschnitt legt an jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte eine Vorspannung an. Der Leseabschnitt enthält Leseschaltungen, die Signale aus den jeweiligen Zeilen der Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile auslesen. Beispielsweise bilden der Schaltabschnitt und der Leseabschnitt, die in der Leiterplatte 72 enthalten sind, eine Steuerung. Wie in 17 gezeigt, sind die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthaltenen Zellen U über einen in der Leiterplatte 72 vorgesehenen Draht Hpn elektrisch mit dem Schaltabschnitt in der Leiterplatte 72 verbunden. Das „n“ im „Draht Hpn“ ist eine ganze Zahl von 1 bis N. Die Vorspannung wird über den Draht Hpn innerhalb der Leiterplatte 72 an die Zellgruppe der n-ten Spalte angelegt. Innerhalb der Leiterplatte 72 ist jeweils eine Vielzahl von Drähten Hp1 bis HpN für jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte vorgesehen, und die Drähte Hp1 bis HpN sind elektrisch über die Bump-Elektroden 71 mit entsprechenden Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte verbunden.
  • Wie in 18 gezeigt, sind die Zellen U, die in der Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind, elektrisch mit dem Leseabschnitt innerhalb der Leiterplatte 72 über einen Draht Rpm verbunden, der innerhalb der Leiterplatte 72 vorgesehen ist. Das „m“ in dem „Draht Rpm“ ist eine ganze Zahl von 1 bis M. Signale von den Zellen U, die in der Zellgruppe der m-ten Reihe enthalten sind, werden über den Draht Rpm ausgelesen. In der Leitung Rpm kann ein Löschwiderstand enthalten sein. Innerhalb der Leiterplatte 72 ist jeweils eine Vielzahl von Drähten Rp1 bis RpM für jede der Reihen der Zellgruppen der ersten bis zur M-ten Reihe vorgesehen, und die Drähte Rp1 bis RpM sind elektrisch über die Bump-Elektroden 71 mit entsprechenden Zellgruppen der ersten bis zur M-ten Reihe verbunden.
  • Im Gegensatz zum Halbleiter-Photodetektionselement 11, 41 enthält das Halbleiter-Photodetektionselement 73 keine Drähte zum Anlegen der Vorspannung an jede der Spalten der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalten oder Drähte zum Auslesen der Signale von jeder der Zeilen der Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeilen. In der Lichtempfangseinheit 70 sind innerhalb der Leiterplatte 72 die Drähte Hp1 bis HpN zum Anlegen der Vorspannung und die Drähte Rp1 bis RpN zum Auslesen der Signale vorgesehen. Die Drähte Hp1 bis HpN und die Drähte Rp1 bis RpN können auf der Oberfläche der Leiterplatte 72 vorgesehen sein. Beispielsweise bilden die Drähte Hp1 bis HpN eine Vielzahl von ersten Drähten, und die Drähte Rp1 bis RpM bilden eine Vielzahl von zweiten Drähten.
  • In der Photodetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, die die Lichtempfangseinheit 70 enthält, wird die Vorspannung sequentiell über die Drähte Hp1 bis HpN innerhalb der Leiterplatte 72 an jede der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte in Übereinstimmung mit einem Zeitpunkt angelegt, zu dem das reflektierte Licht auf jede der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte einfällt. In einem Zustand, in dem die Vorspannung an eine der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte angelegt ist, werden Signale von den Zellen U der ersten bis M-ten Reihe, die in der Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt ist, über die Drähte Rp1 bis RpM innerhalb der Leiterplatte 42 ausgelesen.
  • In der Photodetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, die auch die Lichtempfangseinheit 70 enthält, wie in der Photodetektionsvorrichtung 1, die das Halbleiter-Photodetektionselement 11 enthält, ist die Konfiguration der Drähte Hp1 bis HpN und der Drähte Rp1 bis RpM vereinfacht.
  • Die Lichtempfangseinheit 70 enthält die Leiterplatte 72, die den Schaltabschnitt und den Leseabschnitt enthält. Jede der Zellen U ist elektrisch mit der Leiterplatte 72 verbunden. Die Drähte Hp1 bis HpN und die Drähte Rp1 bis RpM sind in der Leiterplatte 72 vorgesehen. Verglichen mit der Lichtempfangseinheit 4, 40, in der die Drähte H1 bis HN und die Drähte R1 bis RM im Halbleitersubstrat 20, 44 angeordnet sind, wird daher in der Lichtempfangseinheit 70 kein Element (z.B. die Isolierschicht 66) benötigt, das die Drähte zum Anlegen der Vorspannung und die Drähte zum Auslesen von Signalen schützt, so dass die Konfiguration der Lichtempfangseinheit 70 vereinfacht werden kann.
  • Obwohl Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und die Modifikationsbeispiele beschränkt, und verschiedene Modifikationen sind möglich, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen.
  • Zum Beispiel können in den Zellen U, die zweidimensional in M Zeilen und N Spalten angeordnet sind, M und N jeweils unterschiedliche Zahlen sein. Unter den Zellen U, die zweidimensional in M Reihen und N Spalten angeordnet sind, kann eine Vielzahl von Zellen U, die sich in einem Bereich des Lichtempfangsbereichs A befinden, verwendet werden, und Signale, die dem reflektierten Licht entsprechen, können ausgelesen werden. Beispielsweise kann die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht so projizieren, dass das reflektierte Licht auf eine Vielzahl von Zellen U auftrifft, die sich in der ersten bis (M/2)-ten Zeile in Spaltenrichtung befinden und die sich in der ersten bis (N/2)-ten Spalte in Zeilenrichtung befinden.
  • Zum Beispiel kann die Photodetektionsvorrichtung ein Halbleiter-Photodetektionselement enthalten, das eine Vielzahl von Zellen U aufweist, die zweidimensional in (2×M) Zeilen und N Spalten angeordnet sind. In dieser Photodetektionsvorrichtung kann die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht so abtasten, dass das reflektierte Licht auf eine Vielzahl von Zellen U auftrifft, die sich in der ersten bis M-ten Reihe und der ersten bis N-ten Spalte für jede der Spalten befinden, und kann danach das Laserlicht so abtasten, dass das reflektierte Licht auf eine Vielzahl von Zellen U auftrifft, die sich in der (M+1)-ten bis (2×M)-ten Reihe und der ersten bis N-ten Spalte für jede der Spalten befinden. Beispielsweise kann die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht entlang der Richtung D2 so abtasten, dass in jeder der Spalten das reflektierte Licht auf die Zellen U der ersten bis zur M-ten Reihe und danach auf die Zellen U der (M+1)-ten bis zur (2×M)-ten Reihe auftrifft. In diesen Fällen kann für jede der Spalten ein einzelner Draht zum Anlegen der Vorspannung an die Zellen U der ersten bis (2×M)-ten Reihe vorgesehen sein, und für jede der Spalten kann ein Draht zum Anlegen der Vorspannung an die Zellen U der ersten bis M-ten Reihe und ein Draht zum Anlegen der Vorspannung an die Zellen U der (M+1)-ten bis (2×M)-ten Reihe vorgesehen sein.
  • Der Graben 21, der gebildet wird, um die Avalanche-Photodioden APD innerhalb der Zellen U nebeneinander elektrisch zu trennen, kann sich nur in einer der Hauptoberfläche 20A, 44A und der Hauptoberfläche 20B, 44B des Halbleitersubstrats 20, 44 öffnen. In diesem Fall kann die Länge des Grabens 21 in Richtung der Z-Achse gleich oder größer sein als z.B. die Hälfte der Länge des Halbleitersubstrats 20, 44 in Richtung der Z-Achse. Wenn sich der Graben 21 in dem Halbleitersubstrat 44 nur in einer der Hauptoberflächen 44A und 44B öffnet, braucht die Lichtempfangseinheit 40 das Glassubstrat 43 nicht zu enthalten. Der Graben 21 muss nicht in dem Halbleitersubstrat 20, 44 ausgebildet werden, um jede der Zellen U in Z-Achsen-Richtung gesehen zu umgeben. Beispielsweise kann der Graben 21 in dem Halbleitersubstrat 20, 44 nur an solchen Stellen ausgebildet sein, die zwischen den Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte benachbarte Zellgruppen voneinander trennen. Beispielsweise kann die Form oder die Tiefe des Grabens, der zwischen den Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte benachbarte Zellgruppen voneinander trennt, anders sein als die Form oder die Tiefe des Grabens, der zwischen den Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile benachbarte Zellgruppen voneinander trennt.
  • Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen Zellgruppen, die unter den Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte einander benachbart sind, durch den Graben 21 elektrisch getrennt sind, ist die Konfiguration, in der Zellgruppen, die einander benachbart sind, elektrisch getrennt sind, nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Anstelle des Grabens 21 können z.B. unter den Zellen U benachbarte Zellen durch eine Mulde getrennt werden. Mit anderen Worten, benachbarte Zellgruppen unter den Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte können durch den dazwischen liegenden Schacht getrennt werden. Der Schacht ist z.B. ein Halbleiterbereich, dessen Leitfähigkeitstyp dem Leitfähigkeitstyp des Halbleiterbereichs entgegengesetzt ist, der den äußeren Rand der Avalanche-Photodioden APD bildet. Die Mulde wird z.B. durch Hinzufügen einer Verunreinigung in ein Siliziumsubstrat durch ein Diffusionsverfahren oder ein Ionenimplantationsverfahren gebildet. Wenn benachbarte Zellen U durch die Mulde getrennt sind, kann das Lichtabschirmelement 53 nicht in der Mulde angeordnet werden, wohingegen das Lichtabschirmelement 53 in der Mulde 21 angeordnet werden kann, wenn sie durch den Graben 21 getrennt sind. Daher kann im Vergleich zu einem Fall, in dem Zellen U, die einander benachbart sind, durch die Mulde getrennt sind, wenn Zellen U, die einander benachbart sind, durch den Graben 21 getrennt sind, das optische Übersprechen reduziert werden.
  • Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Beispiel für die Schichtstruktur der Avalanche-Photodiode APD angegeben ist, ist die Schichtstruktur der Avalanche-Photodiode APD nicht auf diese Struktur beschränkt. Zum Beispiel kann der Leitfähigkeitstyp des Halbleiterbereichs 51 vom p-Typ sein, und die Leitfähigkeitstypen des Halbleiterbereichs 55 und des Halbleiterbereichs 56 können vom n-Typ sein. Der Halbleiterbereich 51 kann beispielsweise aus einer Vielzahl von Halbleiterbereichen gebildet werden, deren Verunreinigungskonzentrationen voneinander verschieden sind. Die Avalanche-Photodiode APD muss den Halbleiterbereich 56 nicht enthalten. Zum Beispiel kann in jeder der Avalanche-Photodioden APD der Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps eine der Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats bilden, und der Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der einen pn-Übergang mit dem Halbleiterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps bildet, kann die andere Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats bilden. In diesem Fall können die Drähte H1 bis HN und die Drähte R1 bis RM jeweils auf verschiedenen Hauptflächen vorgesehen sein. Beispielsweise können die Drähte H1 bis HN zum Anlegen der Vorspannung elektrisch mit dem Halbleiterbereich 51 verbunden sein, und die Drähte R1 bis RM zum Auslesen von Signalen können elektrisch mit dem Halbleiterbereich 56 verbunden sein. Der Halbleiterbereich 51, 55 oder 56 kann z.B. durch Hinzufügen einer Verunreinigung in ein Siliziumsubstrat durch das Diffusionsverfahren oder das Ionenimplantationsverfahren gebildet werden. Die Schichtstrukturen der Avalanche-Photodiode APD in den oben beschriebenen Ausführungsformen und dem vorliegenden Modifikationsbeispiel sind Beispiele, und die Schichtstruktur der Avalanche-Photodiode APD kann so ausgebildet sein, dass sie durch die Anmeldung der Vorspannung im Geiger-Modus arbeitet. In den dargestellten Schichtstrukturen der Avalanche-Photodiode APD kann ein mit dem n-Typ bezeichneter Halbleiterbereich ein p-Typ-Halbleiterbereich sein, und ein mit dem p-Typ bezeichneter Halbleiterbereich kann ein n-Typ-Halbleiterbereich sein. Die Halbleiterbereiche, die der Anode und der Kathode entsprechen, unterscheiden sich entsprechend dem Schichtaufbau der Avalanche-Photodiode APD.
  • Die Drähte H1 bis HN können elektrisch mit den Zellen U der ersten bis M-ten Reihe verbunden sein, und die Drähte R1 bis RM können die Zweigdrähte rl1 bis rlM und die Zweigdrähte rr1 bis rrM enthalten. Die Drähte R1 bis RM können elektrisch mit den Zellen U der ersten bis N-ten Spalte verbunden sein, und die Drähte H1 bis HN können die Zweigdrähte hu1 bis huN und die Zweigdrähte hd1 bis hdN enthalten. Mit anderen Worten, die Konfiguration eines Abschnitts des Halbleiter-Photodetektionselements 11A, 41A kann auf das Halbleiter-Photodetektionselement 11, 41 angewendet werden.
  • Die Steuerung, die die Steuerung durchführt, um für jede der Spalten die Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte in dem Halbleiter-Photodetektionselement 11, 41 anzusteuern und um für jede der Zeilen die Ausgabe von den Zellgruppen der ersten bis M-ten Zeile auszulesen, kann auf einer Platine vorgesehen sein, die sich von der Montageplatine oder der Leiterplatte unterscheidet, auf der das Halbleiter-Photodetektionselement 11, 41 vorgesehen ist. Die Steuerung 13 kann nicht nur die oben beschriebene Steuerung der Ansteuerung und Auslesung durchführen, sondern auch die Steuerung der Lichtprojektionseinheit 2.
  • Der Draht Hn kann drei oder mehr Zweigdrähte enthalten. In diesem Fall kann die Zellgruppe der n-ten Spalte in die gleiche Anzahl von Gruppen wie die Anzahl der Zweigdrähte unterteilt werden, und die Vorspannung kann an jede der Gruppen durch die Zweigdrähte angelegt werden. Der Draht Rm kann drei oder mehr Zweigdrähte enthalten. In diesem Fall kann die Zellgruppe der M-ten Reihe in die gleiche Anzahl von Gruppen wie die Anzahl der Verzweigungsdrähte unterteilt werden, und Signale können von jeder der Gruppen durch die Verzweigungsdrähte ausgelesen werden.
  • Die Lichtprojektionseinheit 2 kann das Laserlicht so projizieren (abtasten), dass das reflektierte Licht des Laserlichts, das auf jede einer Vielzahl von Lichtprojektionspositionen projiziert wird, auf jede Vielzahl von Zellgruppen unter den Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte fällt. In diesem Fall ist die Anzahl jeder Vielzahl von Zellgruppen kleiner als N. In diesem Fall kann die Steuerung 13 in Übereinstimmung mit dem Einfall des reflektierten Lichts auf jede Vielzahl der Zellgruppen die Vorspannung an jede Vielzahl der Zellgruppen anlegen. Zum Beispiel kann die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht so projizieren, dass das reflektierte Licht des Laserlichts, das auf jede der (N/2) Lichtprojektionspositionen projiziert wird, auf Zellgruppen der (2×n-1)-ten Spalte und der (2×n)-ten Spalte unter den Zellgruppen der ersten bis zur N-ten Spalte auftrifft. In diesem Fall, wie in einem Fall, in dem das Laserlicht so projiziert wird, dass das reflektierte Licht des Laserlichts auf jede der Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte einfällt, kann der Draht zum Anlegen der Vorspannung für jede der Spalten vorgesehen sein, und der Draht zum Auslesen von Signalen kann für jede der Reihen vorgesehen sein. Folglich kann die Konfiguration der Leitung zum Anlegen der Vorspannung an jede der Avalanche-Photodioden APD und der Leitung zum Auslesen von Signalen aus jeder der Zellen U vereinfacht werden. Zum Beispiel kann die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht so projizieren, dass in einer Vielzahl von Zellgruppen, auf die das reflektierte Licht des auf eine Lichtprojektionsposition projizierten Laserlichts fällt, die Anzahl der in Spaltenrichtung ausgerichteten Zellen größer ist als die Anzahl der in Zeilenrichtung ausgerichteten Zellen. In diesem Fall werden, während die Auflösung des Ergebnisses der Detektion auf dem Objekt mit der Photodetektionsvorrichtung 1 beibehalten wird, Signale, die dem reflektierten Licht entsprechen, effizient ausgelesen.
  • Zum Beispiel kann die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht so abtasten, dass das reflektierte Licht des Laserlichts auf Zellgruppen der (2xn-1)-ten Spalte und der (2×n)-ten Spalte und danach auf Zellgruppen der (2×n)-ten Spalte und der (2×n+1)-ten Spalte auftrifft. Wie oben beschrieben, ist es in einem Fall, in dem, wenn das reflektierte Licht auf zwei Zellgruppen fällt, die zwei Spalten entsprechen, Signale ausgelesen werden und ein Bild basierend auf den ausgelesenen Signalen erzeugt wird, möglich, das Bild mit einer hohen Auflösung zu erhalten. Wenn beispielsweise, wie oben beschrieben, das Laserlicht so abgetastet wird, dass sich in dem Bereich, in dem das reflektierte Licht einfällt, Teile überlappen, kann das reflektierte Licht auf Zellgruppen von drei oder mehr Spalten einfallen. Zum Beispiel kann die Lichtprojektionseinheit 2 das Laserlicht so projizieren, dass eine Vielzahl von reflektierten Lichtern des Laserlichtstrahls, die sich gegenseitig in der Position in der Reihenrichtung unterscheiden, auf jede Zellgruppe oder jede Vielzahl von Zellgruppen auftreffen. Wenn sie beispielsweise so eingestellt ist, dass das reflektierte Licht des Laserlichts auf jede Zellgruppe oder jede Vielzahl von Zellgruppen auftrifft, können die Spiegel 6 auf zwei verschiedene Winkel entsprechend der einen oder Vielzahl von Zellgruppen eingestellt werden. Die Spiegel 6 werden entsprechend der einen Zellgruppe oder der Vielzahl von Zellgruppen auf zwei unterschiedliche Winkel eingestellt, und das Laserlicht kann auf zwei geteilte Bereiche in der einen Zellgruppe oder der Vielzahl von Zellgruppen einfallen. Beispielsweise können die Spiegel 6 auf drei oder mehr verschiedene Winkel entsprechend der einen Zellgruppe oder der Vielzahl von Zellgruppen eingestellt werden. In diesem Fall kann das Laserlicht auf drei oder mehr geteilte Bereiche für die eine Zellgruppe oder die Vielzahl von Zellgruppen einfallen.
  • Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Leseabschnitt 15 der Steuerung 13 ein Signal von jeder der M Zellen U liest, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird, ist ein Verfahren zum Auslesen von Signalen nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Die Steuerung 13 kann Signale von jeder Vielzahl von Zellen unter den M Zellen auslesen, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird. Beispielsweise kann der Leseabschnitt 15 der Steuerung 13 ein Signal von den Zellen U der (2×m-1)-ten Reihe und der (2×m)-ten Reihe auslesen, die in der Zellgruppe der n-ten Spalte enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird. In diesem Fall kann ein Draht, der elektrisch mit der Zelle U der (2×m-1)-ten Reihe verbunden ist, und ein Draht, der elektrisch mit der Zelle U der (2×m)-ten Reihe verbunden ist, mit einem einzigen Widerstand 31 verbunden werden, und ein Spannungsabfall in dem Widerstand 31 kann in die Leseschaltung 32 eingegeben werden. Wenn das reflektierte Licht beispielsweise auf eine Zellgruppe oder eine Vielzahl von Zellgruppen auftrifft, kann die Vielzahl von Laserlichtquellen 5, die in der Lichtprojektionseinheit 2 enthalten sind, nicht nur Licht zur gleichen Zeit emittieren, sondern auch Licht zu unterschiedlichen Zeitpunkten. In diesem Fall sind die Zeitpunkte, zu denen das reflektierte Licht auf jede der Zellen U, die in der Zellgruppe enthalten sind, die sich in einer Spalte befindet, einfällt, inkonsistent. In diesem Fall wird die Vorspannung an die M Zellen U angelegt, die in der in einer Spalte befindlichen Zellgruppe enthalten sind, aber die Zeitpunkte, zu denen Signale von den M Zellen U ausgegeben werden, unterscheiden sich voneinander. Daher kann im Leseabschnitt 15 unter den M Zellen U, die in der oben beschriebenen Zellgruppe enthalten sind, nacheinander ein Signal von der Zelle ausgelesen werden, auf die das reflektierte Licht einfällt. Auf diese Weise kann die Anzahl der Zeilen (die Anzahl der Zellen U), die gleichzeitig ausgelesen werden müssen, reduziert werden, mit dem Ergebnis, dass eine Schaltungskonfiguration, die sich in einer Stufe nach dem Widerstand 31 oder dem Signalverarbeitungsabschnitt 33 befindet, vereinfacht wird.
  • Wenn die Vorspannung an die Zellgruppe der n-ten Spalte angelegt wird, kann der Schaltabschnitt 14 der Steuerung 13 an die Zellgruppen, die sich in den anderen Spalten als der n-ten Spalte befinden, eine niedrigere Spannung als die Vorspannung anlegen. Die an die Zellgruppen, die sich in den anderen Spalten als der n-ten Spalte befinden, angelegte Spannung ist niedriger als eine Durchbruchspannung. Mit anderen Worten, an die Avalanche-Photodioden APD, die in den Zellgruppen enthalten sind, die sich in anderen Spalten als der n-ten Spalte befinden, kann eine Spannung angelegt werden, die die Avalanche-Photodiode APD nicht im Geiger-Modus arbeiten lässt. Auch in diesem Fall sind die von den Avalanche-Photodioden APD innerhalb der Zellen U, an die die Vorspannung nicht angelegt wird, ausgegebenen Signale extrem klein, und somit ist der Einfluss der Signale auf die gesamten über die Leitungen R1 bis RM ausgelesenen Signale extrem klein, mit dem Ergebnis, dass die Detektionsgenauigkeit in der Photodetektionsvorrichtung 1 verbessert wird. Wenn die Vorspannung angelegt werden soll, wird die Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode APD im Geiger-Modus arbeiten lässt, an die Avalanche-Photodiode APD angelegt, ohne eine schnelle Änderung der Spannung zu verursachen.
  • Die Drähte R1 bis RM brauchen die Löschwiderstände 64 nicht zu enthalten. In diesem Fall kann der Leseabschnitt 15 der Steuerung 13 Löschwiderstände enthalten.
  • Die Spaltenrichtung, in der die Zellen U angeordnet sind, und die Richtung D1 können geringfügig gegeneinander verschoben sein. Wenn die Spaltenrichtung und die Richtung D1 miteinander übereinstimmen, fällt das reflektierte Licht leicht auf einen notwendigen Teil der Zellen U, das reflektierte Licht fällt nur auf den notwendigen Teil und die Umgebung davon und somit wird die elektrische Leistung (Power), die den Laserlichtquellen 5 zugeführt wird, reduziert.
  • Drähte zum elektrischen Verbinden der Zellen U, die in den Zellgruppen der ersten bis N-ten Spalte enthalten sind, und Drähte zum elektrischen Verbinden der Zellen U, die in den Zellgruppen der ersten bis M-ten Reihe enthalten sind, sind nicht auf die Drähte H1 bis HN und die Drähte R1 bis RM beschränkt, die aus einem Metallmaterial bestehen. Beispielsweise können in den Zellgruppen, in denen die Zellen U in Spaltenrichtung ausgerichtet sind, oder in den Zellgruppen, in denen die Zellen U in Zeilenrichtung ausgerichtet sind, Drähte zum elektrischen Verbinden der in den Zellgruppen enthaltenen Zellen U in dem Halbleitersubstrat ausgebildete Halbleiterbereiche sein. In diesem Fall können die Halbleiterbereiche, die den Anoden oder den Kathoden der Zellen U entsprechen, durch Halbleiterbereiche (Diffusionsbereiche) zur Verbindung elektrisch miteinander verbunden sein. Wenn dagegen die in den Zellgruppen enthaltenen Zellen U durch die Drähte aus einem Metallmaterial elektrisch verbunden sind, ist im Vergleich zu der Konfiguration, in der sie durch die Halbleiterbereiche zur Verbindung elektrisch verbunden sind, ein durch die Drähte verursachter Spannungsabfall gering, mit dem Ergebnis, dass die Zellen U mit im Wesentlichen dem gleichen Potential verbunden sind. Wenn beispielsweise die oben beschriebenen Halbleiterbereiche zur Verbindung vorgesehen sind, kann ein elektrischer Kontakt (Elektrode) für die M Zellen U, die in der Zellgruppe enthalten sind, vorgesehen werden, in der die Zellen U in der Spaltenrichtung ausgerichtet sind, und ein Draht zum Anlegen der oben beschriebenen Vorspannung an die Zellgruppe kann mit dem Kontakt verbunden werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 20
    Lichtproj ektionseinheit
    11, 11A, 41, 41A
    Halbleiter-Photodetektionselement
    13
    Steuerung
    20,44
    Halbleitersubstrat
    20A, 44A
    Hauptoberfläche
    20B, 44B
    Hauptoberfläche
    21
    Graben
    U
    Zelle
    APD
    Avalanche-Photodiode
    H1 bis HN, Hn
    Draht
    R1 bis RM, Rm
    Draht
    hu1 bis huN, hd1 bis hdN
    Abzweigdraht
    r11 bis rlm, rr1 bis rrM
    Abzweigdraht
    S
    Erkennungszielbereich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201459301 [0003]

Claims (14)

  1. Eine Photodetektionsvorrichtung, umfassend: eine Lichtprojektionseinheit, die angeordnet ist, um Licht in Richtung eines Detektionszielbereichs zu projizieren, wobei das Licht eine Querschnittsform aufweist, deren Längsrichtung einer ersten Richtung entspricht; eine Lichtempfangseinheit, die ein Halbleitersubstrat enthält, das eine Vielzahl von Zellen enthält, die zweidimensional in M Reihen und N Spalten angeordnet sind (M und N sind ganze Zahlen, die gleich oder größer als 2 sind), und die angeordnet ist, reflektiertes Licht des von der Lichtprojektionseinheit projizierten Lichts zu empfangen; und eine Steuerung, die mit der Lichtempfangseinheit verbunden ist, wobei jede der Vielzahl von Zellen mindestens eine Avalanche-Photodiode enthält, die angeordnet ist, in einem Geiger-Modus zu arbeiten, in jeder von N ersten Zellgruppen, von denen jede M Zellen enthält, die in einer Spaltenrichtung ausgerichtet sind, erste Bereiche von Zellen, die in einer ersten Zellgruppe enthalten sind, elektrisch miteinander verbunden sind, wobei ein erster Bereich entweder eine Anode oder eine Kathode einer Zelle ist, in jeder von M zweiten Zellgruppen, von denen jede N Zellen enthält, die in einer Reihenrichtung ausgerichtet sind, zweite Bereiche von Zellen, die in einer zweiten Zellgruppe enthalten sind, elektrisch miteinander verbunden sind, wobei ein zweiter Bereich das andere von der Anode und der Kathode der Zelle ist, die Lichtprojektionseinheit angeordnet ist, das Licht entlang einer zweiten Richtung abzutasten, die die erste Richtung schneidet, so dass das reflektierte Licht auf jede erste Zellgruppe oder jede Vielzahl von ersten Zellgruppen einfällt, und die Steuerung angeordnet ist, in Übereinstimmung mit dem Einfall des reflektierten Lichts eine Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, an jede erste Zellgruppe oder jede Vielzahl von ersten Zellgruppen anzulegen, und angeordnet ist, um Signale von Zellen auszulesen, die in der ersten Zellgruppe oder der Vielzahl von ersten Zellgruppen enthalten sind, an die die Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, angelegt wurde.
  2. Die Photodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtprojektionseinheit angeordnet ist, das Licht entlang der zweiten Richtung abzutasten, so dass das reflektierte Licht auf jede erste Zellgruppe einfällt, und die Steuerung angeordnet ist, in Übereinstimmung mit dem Einfall des reflektierten Lichts die Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, an jede erste Zellgruppe anzulegen, und angeordnet ist, Signale von den M Zellen auszulesen, die in der ersten Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung, die die Avalanche-Photodiode im Geiger-Modus arbeiten lässt, angelegt wurde.
  3. Die Photodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferne umfassend: eine Vielzahl von ersten Drähten, die jeweils für jede erste Zellgruppe vorgesehen sind; und eine Vielzahl von zweiten Drähten, die jeweils für jede zweite Zellgruppe vorgesehen sind, wobei jeder der ersten Drähte elektrisch mit den ersten Bereichen der M Zellen verbunden ist, die in einer entsprechenden ersten Zellgruppe der N ersten Zellgruppen enthalten sind, jeder der zweiten Drähte elektrisch mit den zweiten Bereichen der N Zellen verbunden ist, die in einer entsprechenden zweiten Zellgruppe der M zweiten Zellgruppen enthalten sind, und die Steuerung angeordnet ist, über jeden der ersten Drähte die Vorspannung an die M Zellen anzulegen, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind, und die Signale über jeden der zweiten Drähte auszulesen.
  4. Die Photodetektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder der ersten Drähte enthält: einen ersten Zweigdraht, der elektrisch mit den ersten Bereichen einiger Zellen verbunden ist, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind; und einen zweiten Zweigdraht, der elektrisch mit den ersten Bereichen anderer Zellen verbunden ist, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind.
  5. Die Photodetektionsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei jeder der zweiten Drähte enthält: einen dritten Zweigdraht, der elektrisch mit den zweiten Bereichen einiger Zellen, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind, verbunden ist; und einen vierten Zweigdraht, der elektrisch mit den zweiten Bereichen anderer Zellen verbunden ist, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind.
  6. Die Photodetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, ferner umfassend: eine Leiterplatte, die die Steuerung enthält, wobei jede der Vielzahl von Zellen elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, und die Vielzahl der ersten Drähte und die Vielzahl der zweiten Drähte in der Leiterplatte vorgesehen sind.
  7. Die Photodetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Halbleitersubstrat ein Graben ausgebildet ist, um erste Zellgruppen zu trennen, die einander benachbart sind.
  8. Die Photodetektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Halbleitersubstrat eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche enthält, die einander gegenüberliegen, und der Graben sich in der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche öffnet und jede der Vielzahl von Zellen umgibt, wenn sie in einer Richtung orthogonal zur ersten Hauptoberfläche betrachtet werden.
  9. Ein Halbleiter-Photodetektionselement, umfassend ein Halbleitersubstrat, das eine Vielzahl von Zellen enthält, die zweidimensional in M Zeilen und N Spalten angeordnet sind (M und N sind ganze Zahlen, die gleich oder größer als 2 sind); eine Vielzahl von ersten Drähten, die jeweils für jede von N ersten Zellgruppen vorgesehen sind, von denen jede M Zellen enthält, die in einer Spaltenrichtung ausgerichtet sind; und eine Vielzahl von zweiten Drähten, die jeweils für jede von M zweiten Zellgruppen vorgesehen sind, von denen jede N Zellen enthält, die in einer Reihenrichtung ausgerichtet sind, wobei jede der Vielzahl von Zellen mindestens eine Avalanche-Photodiode enthält, die angeordnet ist, in einem Geiger-Modus zu arbeiten, jeder der ersten Drähte elektrisch mit ersten Bereichen der M Zellen verbunden ist, die in einer entsprechenden ersten Zellgruppe der N ersten Zellgruppen enthalten sind, wobei ein erster Bereich entweder eine Anode oder eine Kathode einer Zelle ist, und jeder der zweiten Drähte elektrisch mit zweiten Bereichen der N Zellen verbunden ist, die in einer entsprechenden zweiten Zellgruppe der M zweiten Zellgruppen enthalten sind, wobei ein zweiter Bereich die andere der Anode und der Kathode der Zelle ist.
  10. Das Halbleiter-Photodetektionselement nach Anspruch 9, wobei jeder der ersten Drähte enthält: einen ersten Zweigdraht, der elektrisch mit den ersten Bereichen einiger Zellen verbunden ist, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind; und einen zweiten Zweigdraht, der elektrisch mit den ersten Bereichen anderer Zellen verbunden ist, die in der entsprechenden ersten Zellgruppe enthalten sind.
  11. Das Halbleiter-Photodetektionselement nach Anspruch 9 oder 10, wobei jeder der zweiten Drähte enthält: einen dritten Zweigdraht, der elektrisch mit den zweiten Bereichen einiger Zellen, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind, verbunden ist; und einen vierten Zweigdraht, der elektrisch mit den zweiten Bereichen anderer Zellen verbunden ist, die in der entsprechenden zweiten Zellgruppe enthalten sind.
  12. Das Halbleiter-Photodetektionselement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in dem Halbleitersubstrat ein Graben ausgebildet ist, um erste Zellgruppen zu trennen, die einander benachbart sind.
  13. Das Halbleiter-Photodetektionselement nach Anspruch 12, wobei das Halbleitersubstrat eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche enthält, die einander gegenüberliegen, und der Graben sich in der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche öffnet und jede der Vielzahl von Zellen umgibt, wenn in sie in einer Richtung orthogonal zur ersten Hauptoberfläche betrachtet werden.
  14. Ein Verfahren zum Ansteuern des Halbleiter-Photodetektionselements nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen einer Vorspannung an jede der N ersten Zellgruppen durch einen entsprechenden ersten Draht der Vielzahl von ersten Drähten zu unterschiedlichen Zeitpunkten; und Bewirken, dass die Avalanche-Photodioden, die in den M Zellen der ersten Zellgruppe enthalten sind, an die die Vorspannung angelegt wird, im Geiger-Modus arbeiten.
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