DE112019006185T5

DE112019006185T5 - Lichtdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006185T5
Application number: DE112019006185.2T
Authority: DE
Inventors: Hironori Sonobe; Fumitaka Nishio; Yuji Okazaki; Kazuaki Maekita
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-09-02
Also published as: US20220026270A1; DE112019006173T5; US11561131B2; JP6681509B1; CN113167637B; CN113167640B; WO2020121855A1; CN113167641B; CN113302462A; CN113167638A; EP3988907A1; EP3896412A4; JP2020095015A; US20220026269A1; JP2020096170A; EP3988909A1; EP3988907A4; JP2020095016A; TW202044569A; KR20210098523A

Abstract

Eine Lichtdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet ein Halbleitersubstrat 20, eine Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und eine Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43. Das Halbleitersubstrat 20 weist erste und zweite Hauptoberflächen auf, die zueinander weisen. Das Halbleitersubstrat 20 beinhaltet eine Vielzahl von Zellen 22. Jede der Vielzahl von Zellen 22 beinhaltet zumindest eine Lawinen-Photodiode 23. Die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 sind auf der Hauptoberfläche 20a so angeordnet, dass sie von der Vielzahl von Zellen 22 beabstandet sind. Die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 sind auf der ersten Hauptoberfläche 20a angeordnet. Jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 verbindet die Zelle 22 und die Pad-Elektrode 42, die einander entsprechen, miteinander. Das Halbleitersubstrat 20 beinhaltet einen Peripherieträger-Absorbierbereich 24, der konfiguriert ist, an einer Peripherie des Peripherieträger-Absorbierbereichs lokalisierte Träger zu absorbieren. Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 ist um jede Pad-Elektrode 42 und jeden Verdrahtungsbereich 43 vorgesehen, bei Sicht aus einer Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche 20a.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtdetektionsvorrichtung.
HINTERGRUND
Eine bekannte Vorrichtung gibt ein Signal gemäß Licht aus, das in einen Lichtempfangsbereich verbundenen Draht.
ZITATELISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. JP H5-275668 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn ein Draht um eine Photodiode in einer Lichtdetektionsvorrichtung, deren Lichtempfangsbereich durch eine Photodiode konfiguriert ist, verbunden ist, kann Streulicht aufgrund von Lichtreflexion am Draht direkt wie auch indirekt in die Photodiode eindringen. In diesem Fall kann Rauschen aufgrund des Streulichts das Detektionsergebnis beeinträchtigen. Insbesondere wenn die zu detektierende Lichtmenge groß ist und wenn der Multiplikationsfaktor der Photodiode groß ist, kann das obige Rauschen merklich erscheinen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtdetektionsvorrichtung mit verbesserter Lichtdetektionsgenauigkeit bereitzustellen.
Problemlösung
Eine Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Halbleitersubstrat, eine Vielzahl von Pad-Elektroden und eine Vielzahl von Verdrahtungsbereichen. Das Halbleitersubstrat weist erste und zweite Hauptoberflächen, die zueinander weisen, auf. Das Halbleitersubstrat beinhaltet eine Vielzahl von Zellen. Jede der Vielzahl von Zellen beinhaltet zumindest eine Lawinen-Photodiode. Die Vielzahl von Pad-Elektroden sind auf der ersten Hauptoberfläche so angeordnet, dass sie ab der Vielzahl von Zellen beabstandet sind. Die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen sind auf der ersten Hauptoberfläche angeordnet. Jede der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen verbindet die Zelle und die entsprechende Pad-Elektrode miteinander. Das Halbleitersubstrat beinhaltet einen Peripherieträger-Absorbierbereich, der konfiguriert ist, Träger, die an einer Peripherie des Peripherieträger-Absorbierbereichs lokalisiert sind, zu absorbieren. Der Peripherieträger-Absorbierbereich ist um jede der Pad-Elektroden und jeden der Verdrahtungsbereiche vorgesehen, bei Sicht aus einer Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche.
In dem obigen einen Aspekt sind die Zellen und die einander entsprechenden Pad-Elektroden voneinander beabstandet und sind miteinander durch die Verdrahtungsbereiche verbunden. Aus diesem Grund ist es nicht wahrscheinlich, dass das durch den mit der Pad-Elektrode verbundenen Draht reflektierte Streulicht in die Zelle eindringt.
Da eine relativ hohe Spannung an die Lawinen-Photodiode angelegt wird, kann sich die Konzentration von Elektronen oder Löchern in einem Bereich des Halbleitersubstrats in Kontakt mit der Pad-Elektrode ändern. Ähnlich kann sich die Konzentration von Elektronen oder Löchern in einem Bereich des Halbleitersubstrats in Kontakt mit dem Verdrahtungsbereich ändern. In diesem Fall können Träger im oberen Bereich aufgrund des den Bereich betretenden Lichts erzeugt werden. Wenn Träger in diesem Bereich erzeugt werden, wird Rauschen als ein Detektionsergebnis detektiert. In der obigen Lichtdetektionsvorrichtung wird der Peripherieträger-Absorbierbereich um jeden Verdrahtungsbereich herum vorgesehen. Daher, falls unnötige Träger im obigen Bereich erzeugt werden, werden die erzeugten Träger durch den Peripherieträger-Absorbierbereich absorbiert. In der Lichtdetektionsvorrichtung wird die Genauigkeit der Lichtdetektion verbessert.
Im obigen einen Aspekt kann der Peripherieträger-Absorbierbereich kontinuierlich jede der Pad-Elektroden und jeden der Verdrahtungsbereiche umgeben.
Im obigen einen Aspekt kann der Peripherieträger-Absorbierbereich jede der Pad-Elektroden und jeden der Verdrahtungsbereiche intermittent umgeben.
Im obigen einen Aspekt kann eine Breite jedes der Verdrahtungsbereiche kleiner als ein Durchmesser jeder der Pad-Elektroden sein. In diesem Fall ist ein Bereich, wo das Halbleitersubstrat und der Verdrahtungsbereich in Kontakt miteinander sind, klein. Daher ist es möglich, eine Änderung bei der Konzentration von Elektronen oder Löchern im Halbleitersubstrat, die aufgrund der an den Verdrahtungsbereich angelegten Spannung auftritt, zu unterdrücken.
Im obigen einen Aspekt kann eine kürzeste Distanz zwischen einer Kante jeder der Zellen und einer Kante der, der Zelle entsprechenden Pad-Elektrode größer als ein Durchmesser der Pad-Elektrode sein. In diesem Fall ist es weniger wahrscheinlich, dass das durch den mit der Pad-Elektrode verbundenen Draht reflektierte Licht in die Zelle eindringt.
Im obigen einen Aspekt kann eine kürzeste Distanz zwischen einer Kante jeder der Zellen und einer Kante der, der Zelle entsprechenden Pad-Elektrode 50 µm oder mehr betragen. In diesem Fall ist es weniger wahrscheinlich, dass das durch den mit der Pad-Elektrode verbundenen Draht reflektierte Licht in die Zelle eindringt.
Im obigen einen Aspekt kann der Peripherieträger-Absorbierbereich jeden der Verdrahtungsbereiche so umgeben, dass eine Distanz zwischen einer Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs und einer Kante jedes der Verdrahtungsbereiche 25 µm bis 50 µm beträgt. In diesem Fall werden unnötige Träger weiter durch den Peripherieträger-Absorbierbereich absorbiert, während ein Kurzschluss zwischen dem Peripherieträger-Absorbierbereich und dem Verdrahtungsbereich weiter unterdrückt wird.
In dem obigen einen Aspekt kann eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die alle mit den Zellen verbunden sind, weiter vorgesehen sein. Jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen kann mit dem, mit der entsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden sein. Ein Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs kann gekrümmt sein. Ein Krümmungsradius des Verbindungsbereichs kann gleich oder größer einer Dicke einer Depletionsschicht der Lawinen-Photodiode in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats sein. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds am obigen Verbindungsbereich unterdrückt. Ein ESD-Widerstand wird auch verbessert.
In einem obigen einen Aspekt kann weiter eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die alle mit jeder der Zellen verbunden sind, bereitgestellt werden. Jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen kann mit dem, mit der dementsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden sein. Der Peripherieträger-Absorbierbereich kann eine gekrümmte Kante aufweisen, die zu einem Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs weist, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche. Ein Krümmungsradius der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs kann gleich oder größer als eine Dicke einer Depletionsschicht der Lawinen-Photodiode in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats sein. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds an der obigen Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs unterdrückt. Der ESD-Widerstand wird auch verbessert.
Im obigen einen Aspekt kann weiter eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die mit jeder der Zellen jeweils verbunden sind, bereitgestellt werden. Die Lawinen-Photodiode kann eine Licht absorbierende Region beinhalten. Jede der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen kann mit dem mit der dementsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden sein. Ein Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs kann gekrümmt sein. Ein Krümmungsradius des Verbindungsbereichs kann gleich oder größer einer Dicke der lichtabsorbierenden Region in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats sein. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds am obigen Verbindungsbereich unterdrückt. Der ESD-Widerstand wird ebenfalls verbessert.
In dem obigen einen Aspekt kann weiter eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die alle mit jeder der Zellen verbunden sind, vorgesehen sein. Die Lawinen-Photodiode kann eine lichtabsorbierende Region beinhalten. Jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen kann mit dem, mit der dementsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden sein. Der Peripherieträger-Absorbierbereich kann eine gekrümmte Kante aufweisen, die zu einem Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs weist, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche. Ein Krümmungsradius der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs kann gleich oder größer als eine Dicke der lichtabsorbierenden Region in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats sein. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds an der obigen Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs unterdrückt. Der ESD-Widerstand wird auch verbessert.
Im obigen einen Aspekt kann in der Lichtdetektionsvorrichtung der Verbindungsbereich zwischen der Kante des Elektrodenbereichs und der Kante des Verdrahtungsbereichs gekrümmt sein, mit einem Krümmungsradius von 60 µm bis 120 µm. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds an dem obigen Verbindungsbereich unterdrückt. Auch der ESD-Widerstand wird verbessert.
Im obigen einen Aspekt kann die Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs gekrümmt sein, mit einem Krümmungsradius von 60 µm bis 120 µm. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds an der obigen Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs unterdrückt. Auch der ESD-Widerstand wird verbessert.
Im obigen einen Aspekt kann weiter eine Vielzahl von Drähten, die alle mit jeder der Pad-Elektroden verbunden sind, bereitgestellt werden. Ein Ball-Bond des Drahts kann an jeder der Pad-Elektroden bondiert sein. In diesem Fall kann die Größe der Pad-Elektrode reduziert werden und wird eine am Halbleitersubstrat bei der Drahtbondierung verursachte Beschädigung reduziert.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Lichtdetektionsvorrichtung mit verbesserter Genauigkeit von Lichtdetektion bereitstellen.
Figurenliste

1 ist eine Aufsicht eine Lichtdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist eine Aufsicht eines Lichtempfangselements.
3 ist eine Querschnittsansicht des Lichtempfangselements.
4 ist eine Querschnittsansicht des Lichtempfangselements.
5 ist eine Aufsicht eines Lichtempfangselements gemäß einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform.
6 ist eine Querschnittsansicht des Lichtempfangselements gemäß dem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Diagramme beschrieben. Zusätzlich werden in der Beschreibung dieselben Elemente oder Elemente mit derselben Funktion durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und deren wiederholte Beschreibungen werden weggelassen.
Zuerst wird eine Lichtdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. 1 ist eine Aufsicht der Lichtdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2 ist eine Aufsicht eines Lichtempfangselements 10. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III von 2. 4 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV von 2.
Eine Lichtdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet das Lichtempfangselement 10 und einen IC-Chip 50. Das Lichtempfangselement 10 und der IC-Chip 50 sind miteinander über eine Vielzahl von Drähten W verbunden, die durch Drahtbondierung bereitgestellt werden. Wie in 1 illustriert, wird ein Ball-Bond am Lichtempfangselement 10 bondiert. Ein Ball-Bond wird auch am IC-Chip 50 bondiert. In dem am Lichtempfangselement 10 und dem IC-Chip 50 bondierten Draht W ist ein Stitch-Bond auf der anderen Seite von dem Ball-Bond vorgesehen. Der Stitch-Bond des mit dem Lichtempfangselement 10 bondierten Drahts W ist elektrisch mit dem Stitch-Bond des an dem IC-Chip 50 bondierten Drahts W durch die bedruckte Verdrahtung verbunden, die in der Lichtdetektionsvorrichtung 1 bereitgestellt wird.
Das Lichtempfangselement 10 beinhaltet ein Halbleitersubstrat 20. Das Halbleitersubstrat 20 beinhaltet eine Vielzahl von Zellen 22. Die Vielzahl von Zellen 22 sind in einer Richtung angeordnet. Jede Zelle 22 fungiert als ein Lichtempfangsbereich. Jede Zelle 22 beinhaltet zumindest eine Lawinen-Photodiode. Nachfolgend wird die „Lawinen-Photodiode“ als „APD“ bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist jede APD 23 ausgelegt, im Linearmodus zu arbeiten. Die APD, die in jeder Zelle 22 beinhaltet ist, kann ausgelegt sein, im Geiger-Modus zu arbeiten. In der Konfiguration, in welcher der APD 23 ausgelegt ist, im Geiger-Modus zu arbeiten, wird ein Auslöschungswiderstand mit der APD 23 verbunden.
In die Lichtdetektionsvorrichtung 1 eindringendes Licht wird zur Vielzahl von Zellen 22 geleitet. Wenn Licht in jede Zelle 22 eindringt, werden Photonen in Elektronen umgewandelt und durch die APD 23 multipliziert. Das aus jeder Zelle 22 ausgegebene Signal wird an dem IC-Chip 50 durch den entsprechenden Draht W eingegeben.
Das Halbleitersubstrat 20 weist Hauptoberflächen 20a und 20b, die zueinander weisen, auf. Das Halbleitersubstrat 20 beinhaltet eine Vielzahl von Zellen 23 auf Seite der Hauptoberfläche 20a. In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet jede Zelle 22 eine APD 23. Jede Zelle 23 kann eine Vielzahl von APDs 23 enthalten. Jede APD 23 kann eine Durchreichtyp-APD ein oder kann eine Reverstyp-APD sein. Nachfolgend wird als eine Beispiel die Konfiguration des Halbleitersubstrats 20, wenn die APD 23 eine Durchreichtyp-APD ist, beschrieben.
Das Halbleitersubstrat 20 beinhaltet einen Peripherieträger-Absorbierbereich 24 zusätzlich zur Vielzahl der in den APDs 23 enthaltenen Zellen 22. Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 umgibt die APD 23. Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 ist eine Region, welche konfiguriert ist, an der Peripherie lokalisierte Träger zu absorbieren. Das Halbleitersubstrat 20 beinhaltet eine Halbleiterregion 31, eine Vielzahl von Halbleiterschichten 32, eine Vielzahl von Halbleiterschichten 33 und Halbleiterschichten 34, 35 und 36. Die APD 23 beinhaltet die Halbleiterregion 31 und die Halbleiterschichten 32, 33 und 36. Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 beinhaltet die Halbleiterregion 31 und die Halbleiterschichten 34 und 36. Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 ist konfiguriert, an der Peripherie in der Halbleiterschicht 34 lokalisiert Träger zu absorbieren. das heißt, dass die Halbleiterschicht 34 als eine Peripherieträger-Absorptionsschicht fungiert, die Peripherieträger absorbiert.
Die Halbleiterregion 31 und die Halbleiterschichten 33, 35 und 36 sind der erste Leitfähigkeitstyp und die Halbleiterschichten 34, und 36 sind der zweite Leitfähigkeitstyp. Halbleiterdotierungen werden beispielsweise durch ein Diffusionsverfahren oder ein Ionenimplatationsverfahren hinzugefügt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Leitfähigkeitstyp der P-Typ und ist der zweite Leitfähigkeitstyp der N-Typ. Unter der Annahme, dass das Halbleitersubstrat 20 ein Si-basiertes Substrat ist, werden Gruppe III-Elemente wie etwa B als P-Typ-Dotierungen verwendet und werden Gruppe V-Elemente, wie etwa N, P und As als N-Typ-Dotierungen verwendet.
Die Halbleiterregion 31 ist auf der Hauptoberfläche 20a-Seite des Halbleitersubstrats 20 lokalisiert. Die Halbleiterregion 31 bildet einen Teil der Hauptoberfläche 20a. Die Halbleiterregion 31 ist beispielsweise ein P^-Typ. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleiterregion 31 eine lichtabsorbierende Region in der APD 23.
Jede Halbleiterschicht 32 bildet einen Teil der Hauptoberfläche 20a. Jede Halbleiterschicht 32 wird durch die Halbleiterregion 31 umgeben, um so in Kontakt mit der Halbleiterregion 31 zustehen, bei Sicht aus einer Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Jede Halbleiterschicht 32 bildet die dieser entsprechende APD 23. Daher ist die Anzahl von Halbleiterschichten 32 gleich der Anzahl von APDs 23. Die Halbleiterschicht 32 ist beispielsweise der N⁺-Typ. In der vorliegenden Ausführungsform bildet die Halbleiterschicht 32 eine Kathode in der APD 23.
Jede Halbleiterschicht 33 ist zwischen der Halbleiterschicht 32 und der Halbleiterregion 31, die dieser entspricht, lokalisiert. Die Halbleiterschicht 33 steht in Kontakt mit der Halbleiterschicht 32 auf Seite der Hauptoberfläche 20a und steht in Kontakt mit der Halbleiterregion 31 auf Seite der Hauptoberfläche 20b. Jede Halbleiterschicht 33 bildet die, dieser entsprechende APD 23. Daher ist die Anzahl der Halbleiterschichten 33 gleich der Anzahl der APDs 23. Die Halbleiterschicht 33 weist eine höhere Dotierungskonzentration als die Halbleiterregion 31 auf. Die Halbleiterschicht 33 ist beispielsweise vom P-Typ. Die Halbleiterschicht 33 bildet eine Lawinenregion in der APD 23.
Die Halbleiterschicht 34 bildet einen Teil der Hauptoberfläche 20a. Die Halbleiterschicht 34 ist von der Halbleiterregion 31 umgeben, um so in Kontakt mit der Halbleiterregion 31 zu stehen, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Die Halbleiterschicht 34 umgibt eine Vielzahl von Halbleiterschichten 32, wobei die Halbleiterregion 31 dazwischen eingefügt ist. Wie oben beschrieben, bildet die Halbleiterschicht 34 den Peripherieträger-Absorbierbereich 24. Die Halbleiterschicht 34 steht in Kontakt mit nur der Halbleiterregion 31 im Halbleitersubstrat 20. Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 beinhaltet keine Schicht, die der Lawinenregion entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Halbleiterschicht 34 dieselbe Dotierungskonzentration wie die Halbleiterschicht 32 auf. Die Halbleiterschicht 34 ist beispielsweise vom N⁺-Typ.
Die Halbleiterschicht 35 bildet einen Teil der Hauptoberfläche 20a. Die Halbleiterschicht 35 steht in Kontakt mit der Halbleiterregion 31 bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Die Halbleiterschicht 35 ist längs der Kante 20c des Halbleitersubstrats 20 vorgesehen. Die Halbleiterschicht 35 umgibt die Halbleiterschichten 32 und 33, wobei die Halbleiterregion 31 dazwischen eingefügt ist. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Halbleiterschicht 35 eine höhere Dotierungskonzentration auf als die Halbleiterregion 31 und die Halbleiterschicht 33. Die Halbleiterschicht 35 ist beispielsweise vom P⁺-Typ. Die Halbleiterschicht 35 ist mit der Halbleiterschicht 36 an einem Bereich verbunden, der nicht illustriert ist. Die Halbleiterschicht 35 bildet Anoden der Lichtdetektionsvorrichtung 1. Die Halbleiterschicht 35 bildet beispielsweise Anoden der APDs 23 und des Peripherieträger-Absorbierbereichs 24.
Die Halbleiterschicht 36 ist näher an der Seite der Hauptoberfläche 20b des Halbleitersubstrats 20 lokalisiert als die Halbleiterregion 31. Die Halbleiterschicht 36 bildet die gesamte Hauptoberfläche 20b. Die Halbleiterschicht 36 steht in Kontakt mit der Halbleiterregion 31 auf Seite der Hauptoberfläche 20a. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Halbleiterschicht 36 eine höhere Dotierungskonzentration als die Halbleiterregion 31 und die Halbleiterschicht 33 auf. Die Halbleiterschicht 36 ist beispielsweise vom P⁺-Typ. Die Halbleiterschicht 36 bildet Anoden der Lichtdetektionsvorrichtung 1. Die Halbleiterschicht 36 bildet beispielsweise Anoden der APDs 23 und des Peripherieträger-Absorbierbereichs 24.
Die Lichtdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet eine Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, eine Vielzahl von Pad-Elektroden 42, eine Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43, einen Elektrodenbereich 44 und einen Elektrodenbereich 45. Die Vielzahl der Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl der Pad-Elektroden 42, die Vielzahl der Verdrahtungsbereichen 43, der Elektrodenbereich 44 und der Elektrodenbereich 45 sind auf der Hauptoberfläche 20a angeordnet. Die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42, die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43, der Elektrodenbereich 44 und der Elektrodenbereich 45 sind alle aus einem Metall hergestellt, wie etwa Aluminium.
Jeder Elektrodenbereich 41 umgibt die Zelle 22, die diesem entspricht, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Jeder Elektrodenbereich 41 ist mit der diesem entsprechenden Zelle 22 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Elektrodenbereich 41 ringförmig, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise umgibt in der vorliegenden Ausführungsform jeder Elektrodenbereich 41 kontinuierlich die diesem entsprechende Zelle 22, kann aber intermittent die diesem entsprechende Zelle 22 umgeben. Wenn jeder Elektrodenbereich 41 kontinuierlich die diesem entsprechende Zelle 22 umgibt, wird jede Zelle 22 durch den als einen Bereich konfigurierten Bereich Elektrodenbereich 41 umgeben. Wenn jeder Elektrodenbereich 41 die diesem entsprechende Zelle 22 intermittent umgibt, ist jede Zelle 22 durch den als eine Vielzahl von Bereichen konfigurierten Elektrodenbereich 41 umgeben.
Zumindest ein Teil der Zelle 22 ist aus dem Elektrodenbereich 41 exponiert. Jeder Elektrodenbereich 41 legt ein elektrisches Potential an die in der diesem entsprechenden Zelle 22 enthaltenen APD 23 an. Jeder Elektrodenbereich 41 steht in Kontakt mit der Halbleiterschicht 32, welche die dieser entsprechende Zelle 22 bildet. In der vorliegenden Ausführungsform bildet jeder Elektrodenbereich 41 eine Kathode der Zelle 22.
Die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 sind längs der Anordnungsrichtung der Vielzahl von Zellen 22 angeordnet. In der Vielzahl von Pad-Elektroden 42, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a ist die Halbleiterregion 31 vorgesehen und ist die Halbleiterschicht 32 nicht in einer Region vorgesehen, welche die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 überlappt. Die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 sind auf der Halbleiterregion 31 mit einem dazwischen eingefügten Isolierfilm (nicht illustriert) angeordnet. Jede Pad-Elektrode 42 ist kreisförmig bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Jede Pad-Elektrode 42 muss nicht kreisförmig sein und kann beispielsweise elliptisch oder rechteckig sein, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a.
Die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 sind von der Vielzahl von Zellen 22 und der Vielzahl von Elektrodenbereichen 41 beabstandet. Die kürzeste Distanz zwischen der Kante jeder Zelle 22 und der Kante der, der Zelle 22 entsprechenden Pad-Elektrode 42 ist beispielsweise 50 µm oder mehr. Die Kante der Zelle 22 bezieht sich auf die Grenze zwischen der Halbleiterregion 31 und der Halbleiterschicht 32 bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a.
Der Durchmesser jeder Pad-Elektrode 42 ist beispielsweise 100 µm bis 120 µm. In der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser der Pad-Elektrode 42 die Minimaldistanz von Kante zu Kante der Pad-Elektrode 42 auf einer geraden Linie, welche die Position des Schwerpunkts der Pad-Elektrode 42 bei Aufsicht passiert. Daher, wenn die Pad-Elektrode 42 rechteckig ist, ist die Länge der kurzen Seite der Durchmesser der Pad-Elektrode 42. Die kürzeste Distanz zwischen der Kante jeder Zelle 22 und der Kante der Pad-Elektrode 42 entsprechend der Zelle 22 ist größer als der Durchmesser der Pad-Elektrode 42.
Die Vielzahl der Verdrahtungsbereiche 43 sind entlang der Anordnungsrichtung der Vielzahl von Zellen 23 angeordnet. Die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 erstrecken sich entlang der Hauptoberfläche 20a in einer Richtung rechtwinklig zur Anordnungsrichtung. Jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 verbindet die Zelle 22 und den Elektrodenbereich 41, die einander entsprechen, elektrisch. Die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 steht in Kontakt mit der Halbleiterregion 31. Bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a ist die Halbleiterregion 31 vorgesehen und ist die Halbleiterschicht 32 nicht in einer Region vorgesehen, welche die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 überlappt. Die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 sind auf der Halbleiterregion 31 mit einem dazwischen eingefügten Isolierfilm (nicht illustrierten) angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 in derselben Richtung und parallel zueinander.
Ein Ende des Verdrahtungsbereichs 43 ist mit der Pad-Elektrode 42 verbunden. Die Breite jedes Verdrahtungsbereichs 43 ist kleiner als der Durchmesser der Pad-Elektrode 42. Die Breite jedes Verdrahtungsbereichs 43 beträgt beispielsweise 10 µm bis 50 µm. Die Breite des Verdrahtungsbereichs 43 ist beispielsweise die Länge des Verdrahtungsbereichs 43 in einer Richtung rechtwinklig zur Richtung, in welcher sich der Verdrahtungsbereich 43 erstreckt.
Das andere Ende jedes Verdrahtungsbereichs 43 ist mit dem dementsprechenden Elektrodenbereich 41 verbunden und ist mit der diesem entsprechenden Zelle 22 elektrisch durch den Elektrodenbereich 41 verbunden. In jedem Verdrahtungsbereich 43 ist ein Verbindungsbereich 47 zwischen der Kante des Vorsprungbereichs 41 und der Kante des Verdrahtungsbereichs 43 sanft gekrümmt. Der Verbindungsbereich 47 ist mit einem Radius einer Krümmung gleich oder größer der Dicke einer Depletionsschicht gekrümmt, die erzeugt wird, wenn die Betriebsspannung der APD 23 angelegt wird. Das heißt, dass der Krümmungsradius gleich oder größer der Distanz zwischen der Hauptoberfläche 20a und der Halbleiterschicht 36 in der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a ist. Daher ist der obige Krümmungsradius gleich oder größer als zumindest die Dicke einer lichtabsorbierenden Region in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 20. In der vorliegenden Ausführungsform ist die lichtabsorbierende Region die Halbleiterregion 31 zwischen der Halbleiterschicht 33 und der Halbleiterschicht 36. Der Verbindungsbereich 47 ist beispielsweise mit einem Krümmungsradius von 60 µm bis 120 µm gekrümmt.
Durch Anlegen eines elektrischen Potentials an jede Pad-Elektrode 42 wird das elektrische Potential an die dieser entsprechenden Zelle 22 über den Verdrahtungsbereich 43 und den Elektrodenbereich 41, die mit der Pad-Elektrode 42 verbunden sind, angelegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist jede Pad-Elektrode 42 eine Pad-Elektrode für eine Kathode. Der Draht W ist mit der Pad-Elektrode 42 durch Drahtbondierung verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Draht W mit der Pad-Elektrode 42 durch Ball-Bonding verbunden. Ein erster Bond ist auf der Pad-Elektrode 42 ausgebildet. Daher wird der Ball-Bond an der Pad-Elektrode 42 bondiert.
Der Elektrodenbereich 44 steht in Kontakt mit der Halbleiterschicht 34 auf der Hauptoberfläche 20a und deckt die Halbleiterschicht 34 ab. Der Elektrodenbereich 44 umgibt die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Der Elektrodenbereich 44 legt ein elektrisches Potential an die Halbleiterschicht 34 an. Der Elektrodenbereich 44 ist von dem Elektrodenbereich 41, der Pad-Elektrode 42 und dem Elektrodenbereich 45 beabstandet. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der Elektrodenbereich 44 eine Kathode des Peripherieträger-Absorbierbereichs 24.
Der Elektrodenbereich 44 weist eine Kante 44a auf, die zum Verbindungsbereich 47 weist, zwischen der Kante des Vorsprungsbereichs 41 und der Kante des Verdrahtungsbereichs 43, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Die Kante 44a ist gekrümmt. Die Kante 44a ist mit einem Krümmungsradius gleich oder größer der Dicke einer Depletionsschicht gekrümmt, die erzeugt wird, wenn die Betriebsspannung der APD 23 angelegt wird. Das heißt, dass der Krümmungsradius gleich oder größer als die Distanz zwischen der Hauptoberfläche 20a und der Halbleiterschicht 36 in der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a ist. Daher ist der obige Krümmungsradius gleich oder größer als zumindest die Dicke einer lichtabsorbierenden Region in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 20. In der vorliegenden Ausführungsform ist die lichtabsorbierende Region die Halbleiterregion 31 zwischen der Halbleiterschicht 33 und der Halbleiterschicht 36. Die Kante 44a ist gekrümmt, mit einem Krümmungsradius von beispielsweise 60 µm bis 120 µm.
Der Elektrodenbereich 45 steht in Kontakt mit der Halbleiterschicht 35 auf der Hauptoberfläche 20a und deckt die Halbleiterschicht 35 ab. Der Elektrodenbereich 45 umgibt die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Der Elektrodenbereich 45 legt ein elektrisches Potential an die Halbleiterschicht 35 an. Der Elektrodenbereich 45 ist von dem Elektrodenbereich 41, der Pad-Elektrode 42, dem Verdrahtungsbereich 43 und dem Elektrodenbereich 44 beabstandet. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der Elektrodenbereich 45 Anoden der Lichtdetektionsvorrichtung 1.
In der Lichtdetektionsvorrichtung 1, wie oben beschrieben, ist die den Peripherieträger-Absorbierbereich 24 bildende Halbleiterschicht 34 mit dem Elektrodenbereich 44 abgedeckt. Der Elektrodenbereich 44 ist elektrisch mit dem Peripherieträger-Absorbierbereich 24 verbunden. Die Kante der Halbleiterschicht 34 ist entlang der Kante 44a des Elektrodenbereichs 44 angeordnet. Daher ist der die Halbleiterschicht 34 enthaltende Peripherieträger-Absorbierbereich 24 in einer Region angeordnet, wo der Elektrodenbereich 44 angeordnet ist, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Wie in 3 illustriert, ist der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 um die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 herum vorgesehen, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a.
In der vorliegenden Ausführungsform umgibt der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 komplett die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Mit anderen Worten umgibt der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 eher kontinuierlich als intermittent. Wenn der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 kontinuierlich umgibt, kann der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 als ein Bereich konfiguriert sein.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Peripherieträger-Absorbierbereiche 24 entlang der Kanten jeder Pad-Elektrode 42 und jedes Verdrahtungsbereichs 43 in vorbestimmten Distanzen in Bezug auf diese Kanten vorgesehen. Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 ragt zum Verdrahtungsbereich 43 in einer Richtung parallel zur Hauptoberfläche 20a und rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung des Verdrahtungsbereichs 43 vor.
Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 umgibt jeden Verdrahtungsbereich 43, so dass die Distanz zwischen der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs 24 und der Kante des Verdrahtungsbereichs 43 beispielsweise 25 µm bis 50 µm beträgt, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Ähnlich umgibt der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 jede Pad-Elektrode 42, so dass die Distanz zwischen der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs 24 und der Kante der Pad-Elektrode 42 beispielsweise 25 µm bis 50 µm beträgt, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a.
Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 weist eine Kante 24a auf, die zum Verbindungsbereich 47 weist, zwischen der Kante des Vorsprungbereichs 41 und der Kante des Verdrahtungsbereichs 43 bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Die Kante 24a ist gekrümmt. Die Kante 24a ist mit einem Krümmungsradius gleich oder größer der Dicke der Depletionsschicht gekrümmt, die erzeugt wird, wenn die Betriebsspannung der APD 23 angelegt wird. Das heißt, dass der Krümmungsradius gleich oder größer als die Distanz zwischen der Hauptoberfläche 20a und der Halbleiterschicht 36 in der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a ist. Daher ist der obige Krümmungsradius gleich oder größer als zumindest die Dicke einer lichtabsorbierenden Region in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 20. In der vorliegenden Ausführungsform ist die lichtabsorbierende Region die Halbleiterregion 31 zwischen der Halbleiterschicht 33 und der Halbleiterschicht 36. Die Kante 24a ist mit einem Krümmungsradius von beispielsweise 60 µm bis 120 µm gekrümmt. Die Kante 24a des Peripherieträger-Absorbierbereichs 24 ist entlang der Kante 44a des Elektrodenbereichs 44 angeordnet.
Als Nächstes wird eine Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben. 5 ist eine Aufsicht des Lichtempfangselements 10. 6 ist eine Querschnittsansicht längs Linie VI-VI von 5. Dieses Modifikationsbeispiel ist allgemein ähnlich zu oder gleich der oben beschriebenen Ausführungsform. Dieses Modifikationsbeispiel unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform darin, dass der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 intermittent umgibt. Nachfolgend werden hauptsächlich die Differenzen zwischen der oben beschriebenen Ausführungsform und dem Modifikationsbeispiel beschrieben.
Wie in 5 illustriert, wird auch in diesem Modifikationsbeispiel der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 um die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 herum vorgesehen, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Jedoch umgibt in diesem Modifikationsbeispiel der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 die Vielzahl von Elektrodenbereichen 41, die Vielzahl von Pad-Elektroden 42 und die Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 intermittent, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur Hauptoberfläche 20a. Wenn der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 die diesem entsprechende Zelle 22 intermittent umgibt, ist der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 als eine Vielzahl von Bereichen konfiguriert. Bei diesem Modifikationsbeispiel ist der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 an einen Bereich unterteilt, der jede Pad-Elektrode 42 umgibt. Bei diesem Modifikationsbeispiel ist der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 in eine Vielzahl von Regionen unterteilt.
In der Erstreckungsrichtung jedes Verdrahtungsbereichs 43 ist der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 nicht in einer Region α zwischen der Pad-Elektrode 42 und dem Elektrodenbereich 45 vorgesehen. In der Region α ist die Halbleiterregion 31 exponiert. Daher erstreckt sich der exponierte Bereich der Halbleiterregion 31 von jeder Pad-Elektrode 42 bis zum Elektrodenbereich 45, was am nächsten an der Pad-Elektrode 42 ist, in einer Richtung rechtwinklig zur Anordnungsrichtung der Vielzahl von Pad-Elektroden 42.
In der Anordnungsrichtung der Vielzahl von Pad-Elektroden 42 ist der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 nicht in einer Region β zwischen der an dem Ende lokalisierten Pad-Elektrode 42 und dem Elektrodenbereich 45 vorgesehen. In der Region β ist die Halbleiterregion 31 exponiert. Daher erstreckt sich der exponierte Bereich der Halbleiterregion 31 von der am Ende lokalisierten Pad-Elektrode 42 bis zum Elektrodenbereich 45, der am nächsten an der Pad-Elektrode 42 ist, in der Anordnungsrichtung der Vielzahl von Pad-Elektroden 42.
Als Nächstes werden die Betriebseffekte der Lichtdetektionsvorrichtungen in der oben beschriebenen Ausführungsform und dem Modifikationsbeispiel beschrieben. Wenn eine Pad-Elektrode um die Zelle 22 herum angeordnet ist, wird Licht durch den mit der Pad-Elektrode verbundenen Draht W reflektiert und kann Rauschen aufgrund von Streulicht das Detektionsergebnis beeinträchtigen. Ein Ball-Bond hat eine breite Fläche zum Reflektieren von Licht. Daher, wenn beispielsweise der Ball-Bond an der Pad-Elektrode um die Zelle 22 herum durch Ball-Bondieren bondiert ist, ist es für das Streulicht leichter, in die Zelle 22 einzudringen. In der Lichtdetektionsvorrichtung 1 sind die Zelle 22 und die Pad-Elektrode 42, die einander entsprechen, voneinander weg beabstandet und miteinander durch den Verdrahtungsbereich 43 verbunden. Aus diesem Grund ist es nicht wahrscheinlich, dass das durch den mit der Pad-Elektrode 42 verbundenen Draht reflektierte Streulicht in die Zelle 22 eindringt.
Da eine relativ hohe Spannung an die APD 23 angelegt wird, kann sich die Konzentration von Elektronen oder Löchern im Bereich des Halbleitersubstrats 20 in Kontakt mit der Pad-Elektrode 42 ändern. Ähnlich kann sich die Konzentration von Elektroden oder Löchern in einem Bereich des Halbleitersubstrats 20 in Kontakt mit dem Verdrahtungsbereich 43 ändern. In diesem Fall können Träger in dem obigen Bereich aufgrund von den Bereich betretendem Licht erzeugt werden. Wenn Träger in diesem Bereich erzeugt werden, wird als Detektionsergebnis Rauschen detektiert. In der Lichtdetektionsvorrichtung 1 ist der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 um jeden Verdrahtungsbereich 43 herum vorgesehen. Daher, selbst falls unnötige Träger in dem obigen Bereich erzeugt werden, werden die erzeugten Träger durch den Peripherieträger-Absorbierbereich 24 absorbiert. Daher wird in der Lichtdetektionsvorrichtung 1 die Genauigkeit der Lichtdetektion verbessert.
Die Breite jedes Verdrahtungsbereichs 43 ist kleiner als der Durchmesser jeder Pad-Elektrode 42. In diesem Fall ist ein Bereich, wo das Halbleitersubstrat 20 und der Verdrahtungsbereich 43 in Kontakt miteinander stehen, klein. Daher ist es möglich, eine Änderung bei der Konzentration von Elektronen oder Löchern im Halbleitersubstrat 20 zu unterdrücken, die aufgrund der an den Verdrahtungsbereich 43 angelegten Spannung auftritt.
Die kürzeste Distanz zwischen der Kante jeder Zelle 22 und der Kante der Zelle 22 entsprechenden Pad-Elektrode 42 ist größer als der Durchmesser der Pad-Elektrode 42. In diesem Fall ist es weniger wahrscheinlich, dass das durch den mit der Pad-Elektrode 42 verbundene draht-reflektierte Licht in die Zelle 22 eindringt.
Die kürzeste Distanz zwischen der Kante jeder Zelle 22 und der Kante der, der Zelle 22 entsprechenden Pad-Elektrode 42 beträgt 50 µm oder mehr. In diesem Fall ist es weniger wahrscheinlich, dass das durch den mit der Pad-Elektrode 42 verbundene Draht reflektierte Licht in die Zelle 22 eindringt.
Der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 umgibt jeden Verdrahtungsbereich 43 so, dass die Distanz zwischen der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs 24 und der Kante jedes Verdrahtungsbereich 43 25 µm bis 50 µm beträgt. Wenn die Distanz 25 µm oder mehr ist, wird ein Kurzschluss zwischen dem Peripherieträger-Absorbierbereich 24 und dem Verdrahtungsbereich 43 weiter unterdrückt. Wenn die obige Distanz 50 µm oder weniger beträgt, werden weiter unnötige Träger durch den Peripherieträger-Absorbierbereich 24 absorbiert.
Eine Vielzahl der Elektrodenbereichen 41 sind auf der Hauptoberfläche 20a angeordnet und sind alle mit jeder Zelle 22 verbunden. Jede der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen 43 ist mit dem Elektrodenbereich 41 verbunden, welcher mit der entsprechenden Zelle 22 verbunden ist. Der Verbindungsbereich 47 zwischen der Kante des Vorsprungsbereichs 41 und der Kante des Verdrahtungsbereichs 43 ist gekrümmt. Der Krümmungsradius des Verbindungsbereichs 47 ist gleich oder größer der Dicke einer Depletionsschicht der APD 23 in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 20. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds in dem obigen Verbindungsbereich 47 unterdrückt. Auch wird der ESD-Widerstand verbessert.
Die APD 23 beinhaltet eine lichtabsorbierende Region, welche die Halbleiterregion 31 ist. Der Krümmungsradius des Verbindungsbereichs 47 ist größer als die Dicke der lichtabsorbierenden Region in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 20. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds am Verbindungsbereich 47 unterdrückt. Auch wird der ESD-Widerstand verbessert.
Der Verbindungsbereich 47 zwischen der Kante des Vorsprungbereichs 41 und der Kante des Verdrahtungsbereichs 43 ist gekrümmt, mit einem Krümmungsradius von 60 µm bis 120 µm. In diesem Fall wird die Konzentration des elektrischen Felds des obigen Verbindungsbereichs 47 unterdrückt. Auch wird der ESD-Widerstand verbessert.
Die Lichtdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet weiter eine Vielzahl von Drähten, die alle mit jeder Pad-Elektrode 42 verbunden sind. Ein Ball-Bond des Drahts ist mit jeder Pad-Elektrode 42 bondiert. In diesem Fall kann die Größe der Pad-Elektrode 42 reduziert werden. Durch das Halbleitersubstrat 20 bei der Drahtbondierung verursachte Beschädigung wird reduziert. Jedoch hat der Ball-Bond eine weitere Fläche zum Reflektieren von Licht als der Stitch-Bond. Da der Ball-Bond in einer Kugelform gebildet ist, ist es wahrscheinlicher, dass das von dem Ball-Bond reflektierte Licht sich zum Halbleitersubstrat bewegt, als das durch den Stitch-Bond reflektierte Licht. Daher, wie oben beschrieben, wenn der Ball-Bond an der Pad-Elektrode um die Zelle 22 herum durch Ball-Bondierung bondiert wird, ist es für das Streulicht einfacher, in die Zelle 22 einzudringen, als dann, wenn der Stitch-Bond an der Pad-Elektrode 42 bondiert ist. Mit wachsender Menge an Streulicht, das in die Zelle 22 eindringt, nimmt auch der Betrag an Rauschen, der im Detektionsergebnis erscheint, zu. In der Lichtdetektionsvorrichtung 1 sind die Zelle 22 und die Pad-Elektrode 42 voneinander weg angeordnet und sind miteinander durch den Verdrahtungsbereich 43 verbunden. Aus diesem Grund, selbst falls der Ball-Bond an der Pad-Elektrode 42 bondiert wird, ist es nicht wahrscheinlich, dass das durch den Ball-Bond reflektierte Streulicht in die Zelle 22 eindringt. Daher werden die Reduktion der Pad-Elektrode 42, die Reduktion eines an dem Halbleitersubstrat 20 bei der Drahtbondierung verursachten Schadens und die Reduktion von Rauschen aufgrund von Streulicht gleichzeitig erzielt.
Während die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Modifikationsbeispiel oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die oben beschriebene Ausführungsform und das Modifikationsbeispiel beschränkt, und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 getrennt die Vielzahl von APDs 23 umgeben. Mit anderen Worten kann der Peripherieträger-Absorbierbereich 24 die Vielzahl von APDs eines nach dem anderen umgeben.
Bezugszeichenliste

1: Lichtdetektionsvorrichtung
20: Halbleitersubstrat
20a, 20b: Hauptoberfläche
22: Zelle
23: APD
24: Peripherieträger-Absorbierbereich
24a, 44a: Kante
41: Elektrodenbereich
42: Pad-Elektrode
43: Verdrahtungsbereich
47: Verbindungsbereich
W: Draht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H5275668 A [0003]

Claims

Lichtdetektionsvorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das erste und zweite Hauptoberflächen, die zueinander weisen, aufweist, und eine Vielzahl von Zellen beinhaltet, von denen jede zumindest eine Lawinen-Photodiode beinhaltet; eine Vielzahl von Pad-Elektroden, die auf der ersten Hauptoberfläche so angeordnet sind, dass sie von der Vielzahl von Zellen beabstandet sind; eine Vielzahl von Verdrahtungsbereichen, die auf der ersten Hauptoberfläche angeordnet sind, und von denen jeder die Zelle und die entsprechende Pad-Elektrode miteinander verbindet, wobei das Halbleitersubstrat einen Peripherieträger-Absorbierbereich beinhaltet, der konfiguriert ist, Träger, die an einer Peripherie des Peripherieträger-Absorbierbereichs lokalisiert sind, zu absorbieren, und der Peripherieträger-Absorbierbereich um jede der Pad-Elektroden und jeden der Verdrahtungsbereiche vorgesehen ist, bei Sicht aus einer Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Peripherieträger-Absorbierbereich jede der Pad-Elektroden und jeden der Verdrahtungsbereiche kontinuierlich umgibt.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Peripherieträger-Absorbierbereich jede der Pad-Elektroden und jeden der Verdrahtungsbereiche intermittent umgeben.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Breite jedes der Verdrahtungsbereiche kleiner als ein Durchmesser jeder der Pad-Elektroden ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine kürzeste Distanz zwischen einer Kante jeder der Zellen und einer Kante der, der Zelle entsprechenden Pad-Elektrode größer als ein Durchmesser der Pad-Elektrode ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine kürzeste Distanz zwischen einer Kante jeder der Zellen und einer Kante der, der Zelle entsprechenden Pad-Elektrode 50 µm oder mehr beträgt.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Peripherieträger-Absorbierbereich jeden der Verdrahtungsbereiche so umgibt, dass eine Distanz zwischen einer Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs und einer Kante jedes der Verdrahtungsbereiche 25 µm bis 50 µm beträgt.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die alle mit den Zellen verbunden sind, wobei jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen mit dem, mit der entsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden ist, ein Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs gekrümmt ist, und ein Krümmungsradius des Verbindungsbereichs gleich oder größer einer Dicke einer Depletionsschicht der Lawinen-Photodiode in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend: eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die alle mit jeder der Zellen verbunden sind, wobei jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen mit dem, mit der dementsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden ist, der Peripherieträger-Absorbierbereich eine gekrümmte Kante aufweist, die zu einem Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs weist, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche, und ein Krümmungsradius der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs gleich oder größer als eine Dicke einer Depletionsschicht der Lawinen-Photodiode in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Peripherieträger-Absorbierbereich eine gekrümmte Kante aufweist, die zu einem Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs weist, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche, und ein Krümmungsradius der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs gleich oder größer als eine Dicke einer Depletionsschicht der Lawinen-Photodiode in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend: eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die mit jeder der Zellen jeweils verbunden sind, wobei die Lawinen-Photodiode eine Licht absorbierende Region beinhaltet, jede der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen mit dem mit der dementsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden ist, ein Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs gekrümmt ist, und ein Krümmungsradius des Verbindungsbereichs gleich oder größer einer Dicke der lichtabsorbierenden Region in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend: eine Vielzahl von Elektrodenbereichen, die alle mit jeder der Zellen verbunden sind, wobei die Lawinen-Photodiode eine lichtabsorbierende Region beinhaltet, jeder der Vielzahl von Verdrahtungsbereichen mit dem, mit der dementsprechenden Zelle verbundenen Elektrodenbereich verbunden ist, der Peripherieträger-Absorbierbereich eine gekrümmte Kante aufweist, die zu einem Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs weist, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche, und ein Krümmungsradius der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs gleich oder größer als eine Dicke der lichtabsorbierenden Region in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Peripherieträger-Absorbierbereich eine gekrümmte Kante aufweist, die zu einem Verbindungsbereich zwischen einer Kante des Elektrodenbereichs und einer Kante des Verdrahtungsbereichs weist, bei Sicht aus der Richtung rechtwinklig zur ersten Hauptoberfläche, und ein Krümmungsradius der Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs gleich oder größer als eine Dicke der lichtabsorbierenden Region in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats ist.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 11, wobei der Verbindungsbereich zwischen der Kante des Elektrodenbereichs und der Kante des Verdrahtungsbereichs gekrümmt ist, mit einem Krümmungsradius von 60 µm bis 120 µm.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9, 10, 12 und 13, wobei die Kante des Peripherieträger-Absorbierbereichs gekrümmt ist, mit einem Krümmungsradius von 60 µm bis 120 µm.
Lichtdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, weiter umfassend: eine Vielzahl von Drähten, die alle mit jeder der Pad-Elektroden verbunden sind, wobei ein Ball-Bond des Drahts an jeder der Pad-Elektroden bondiert ist.