JP2016174048A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイナミックレンジの向上を図る。
【解決手段】光検出装置は、光検出素子２０と、第１の電極４０と、を含む。光検出素子２０は、光の入射する第１面２０ａに、光を検出する複数の光検出部３４を含む画素領域３０が複数配列されている。第１の電極４０（第１の電極４０_１、４０_２、４０_３、４０_５、４０_９）は、光検出部３４を含む第１の層を第１面２０ａに対して交差する第２の方向に貫通し、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０（画素領域３０_１、３０_２、３０_３、３０_５、３０_９）の各々に対応して設けられ、少なくとも一部の領域が該画素領域３０（画素領域３０_１、３０_２、３０_３、３０_５、３０_９）の外側に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、光検出装置に関する。

１つの画素領域に複数のＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を配列した光検出素子が知られている。代表的なものとしてはＡＰＤにシリコン製ダイオードを用いたＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）が知られている。

また、複数のＡＰＤと、Ｘ線をシンチレーション光に変換するシンチレータとの組み合わせを複数配列した装置が開示されている。このようにＡＰＤとシンチレータとを組み合わせることによって、シンチレータのサイズに応じた空間分解能を有する光子計数画像を取得することができる。例えば、Ｘ線を検出することにより、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像を取得する技術も知られている。

ＳｉＰＭを備えた光検出装置では、各画素領域で検出された信号は、信号線を介して信号処理回路へ出力される。このため、多列型のＣＴ装置においては、画素領域の数に応じた信号線が必要となる。高解像度化を図るほど、信号線の本数が増えるため、画素領域の面積を小さくする必要がある。しかし、画素領域の面積が小さくなるほど、画素領域に含まれるＡＰＤによる受光面積が低下する。そこで、受光面積の低下を抑制する技術として、各画素領域の各々の信号電極を貫通電極に接続する方法や、複数の画素領域を配列した光検出素子を光の入射面に沿って平面充填する技術が開示されている。

特開２００８−２５１９６４号公報

しかし、光検出素子の周縁部には、ＡＰＤを形成出来ない領域が存在する。このため、光検出素子に設けられた複数の画素領域の内、光検出素子の周縁に沿って配置された画素領域のサイズが他の画素領域に比べて小さくなる、という問題があった。画素領域が小さいほど、画素領域に含まれるＡＰＤの数が少なくなる。このため、従来では、ダイナミックレンジが低下する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ダイナミックレンジの向上を図ることができる、光検出装置を提供することを目的とする。

実施形態の光検出装置は、光検出素子と、第１の電極と、を備える。光検出素子は、光の入射する第１面に、光を検出する複数の光検出部を含む画素領域が複数配列されている。第１の電極は、前記光検出部を含む第１の層を前記第１面に対して交差する第２の方向に貫通し、前記光検出素子の前記第１面の端部に配置された前記画素領域の各々に対応して設けられ、少なくとも一部の領域が該画素領域の外側に配置されている。

検査装置の一例を示す模式図。 光検出素子の説明図。 光検出素子の平面図。 光検出素子の一部を拡大した模式図。 光検出素子の断面の一例を示す模式図。 従来の光検出素子の一例を示す模式図。 従来の光検出素子と本実施の形態の光検出素子との比較図。 終端部Ｓを示す模式図。 光検出素子の電気的特性を示す説明図。 光検出装置の模式図。 光検出素子の平面図。

以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態の検査装置１の一例を示す模式図である。

検査装置１は、光源１１と、光検出装置１０と、駆動部１３と、を備える。光源１１および駆動部１３は、光検出装置１０に電気的に接続されている。

光源１１と光検出装置１０は、間隔を隔てて対向配置されている。被検体１２は光検出装置１０と光源１１との間に配置される。光源１１と光検出装置１０とは、この対向配置された状態を維持したまま、被検体１２を中心に回転可能に設けられている。

光源１１は、対向する光検出装置１０に向かってＸ線等の放射線１１ａを照射する。光源１１から照射された放射線１１ａは、図示しない架台上の被検体１２を透過し、光検出装置１０に入射する。

光検出装置１０は、光を検出する装置である。光検出装置１０は、複数の光検出素子２０と、信号処理回路２２と、を備える。光検出素子２０と、信号処理回路２２とは、電気的に接続されている。光検出装置１０に設けられた複数の光検出素子２０は、本実施の形態では、光検出装置１０の回転方向（図１中、矢印Ｘ方向）に沿って配列されている。

光検出素子２０は、光源１１から照射され被検体１２を透過した放射線１１ａを、コリメータ２１を介して第１面２０ａで受光する。第１面２０ａは、光検出素子２０における、光の入射する二次元平面である。

コリメータ２１は、光検出素子２０の第１面２０ａ側に設置され、光検出素子２０に対して散乱線の入射を防止する。

光検出素子２０は、受光した光を検出する。そして、光検出素子２０は、検出した光に応じた光電流（以下、信号と称する）を、信号線２３を介して信号処理回路２２へ出力する。信号処理回路２２は、検査装置１全体を制御する。信号処理回路２２は、光検出素子２０から信号を取得する。

本実施の形態では、信号処理回路２２は、取得した信号の電流値から、各光検出素子２０に入射した放射線のエネルギーおよび強度を算出する。そして、信号処理回路２２は、各光検出素子２０に入射する放射線のエネルギーおよび強度から被検体１２の放射線情報に基づく画像を生成する。

駆動部１３は、光源１１及び光検出装置１０を、これらの対向状態を維持したまま、光源１１と光検出装置１０の間に位置する被検体１２を中心として回転させる。これによって、検査装置１は、被検体１２の断面画像を生成することができる。

被検体１２は、例えば、人体である。なお、被検体１２は、人体に限定されない。被検体１２は、動植物や、物品などの非生物であってもよい。すなわち、検査装置１は、人体および動植物の断層像だけでなく、物品の内部の透視等のセキュリティ装置等の各種検査装置としても適用できる。

図２は、光検出素子２０の説明図である。図２（Ａ）は、複数の光検出素子２０の配列状態を示す図である。複数の光検出素子２０は、光検出素子２０の回転方向（図２（Ａ）中、矢印Ｘ参照）に沿って略円弧状に配列されている。言い換えると、複数の光検出素子２０は、光の入射面である第１面２０ａに沿って平面充填（タイリング）されている。

図２（Ｂ）は、光検出素子２０の模式図である。光検出素子２０は、支持基板２４上に、光検出部３４を備える。

光検出部３４は、光を検出する。光検出素子２０は、光検出部３４としてＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を複数配列したＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である。ＡＰＤは、公知のアバランシェフォトダイオードである。

なお、光検出部３４の光入射側に、シンチレータを備えた構成であってもよい。

シンチレータは、放射線を、放射線より長い波長を有する光（光子）に変換する。シンチレータは、シンチレータ材料で構成されている。シンチレータ材料は、Ｘ線等の放射線の入射により蛍光（シンチレーション光）を発する。シンチレータ材料は、光検出装置１０の適用対象に応じて適宜選択する。シンチレータ材料は、例えば、Ｌｕ_２ＳｉＯ_５：（Ｃｅ）、ＬａＢｒ_３：（Ｃｅ）、ＹＡＰ（イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト）：Ｃｅ、Ｌｕ（Ｙ）ＡＰ：Ｃｅ等であるが、これらに限られない。

光検出素子２０は、複数の光検出部３４を１つの画素領域３０とし、画素領域３０を複数配列した構成である。第１面２０ａにおける、画素領域３０以外の領域は、画素領域３０の周囲の周辺領域３２である。

光検出素子２０の第１面２０ａに光が入射すると、各画素領域３０の各々に設けられた光検出部３４によって、入射した光のエネルギー及び強度が画素領域３０ごとに検出される。

図３は、光検出素子２０を第１面２０ａ側から視認した平面図の一例である。図３には、一例として、光検出素子２０が、第１面２０ａにおける矢印Ｘ方向に４画素（４つの画素領域３０）、矢印Ｙ方向の６画素（６つの画素領域３０）を配列した、２４個の画素領域３０を含む構成を示した。なお、光検出素子２０に含まれる画素領域３０の数は、２４個に限定されない。

図３に示すように、各画素領域３０（画素領域３０_１〜画素領域３０_２４）は、第１面２０ａに沿ってマトリクス状に配列されている（図３中、矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向参照）。マトリクス状に配列とは、行方向および列方向に配列されていることを示す。

図４は、図３に示す光検出素子２０の一部を拡大した模式図である。各画素領域３０は、複数の光検出部３４をマトリクス状に配列した構成である。すなわち、光検出素子２０は、複数の光検出部３４を１画素（１つの画素領域３０）とし、各画素領域３０をマトリクス状に複数配列した構成である。

光検出素子２０には、第１の電極４０が設けられている。第１の電極４０は、複数の画素領域３０の各々に対応して設けられている（詳細後述）。

図５は、光検出素子２０の断面の一例を示す模式図である。

光検出素子２０は、ガラス板４２と、接着層４４と、二酸化シリコン層４６と、二酸化シリコン層４８と、二酸化シリコン層５０と、第１の層５２と、ｎ型シリコン基板５６と、共通電極６０と、をこの順に積層した積層構造である。

ガラス板４２は、光検出部３４における検出対象の波長領域の光を少なくとも透過する。なお、ガラス板４２に代えて、シンチレータを配置した構成であってもよい。

接着層４４は、ガラス板４２と二酸化シリコン層４６とを接着する機能を有する。二酸化シリコン層４６は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を含む素材によって形成された層であり、内部に信号電極６４を保持している。二酸化シリコン層４６は、例えば、二酸化シリコンを主成分とする層である。信号電極６４は、第１面２０ａに沿って平面状に延在し、各画素領域３０に含まれる光検出部３４の各々に接続され、該光検出部３４の各々から出力された信号を出力するための電極である。信号電極６４は、例えば、導電性を有する金属（例えば、アルミニウムまたは銅等）の配線である。

二酸化シリコン層４６および二酸化シリコン層４８は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を含む素材によって形成された層である。

第１の層５２は、光検出部３４を含む層である。第１の層５２は、例えば、ｎ型シリコン層５４と、光検出部３４と、を含む。光検出部３４は、第１の層５２における、各画素領域３０内に相当する位置に配置されている。

光検出部３４は、ｐｎ接合を含み、ｐｎ型ダイオードとして形成されたアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）である。光検出部３４は、光（光子）が入射することによるアバランシェ降伏により、光検出部３４のアノード側とカソード側との間を逆バイアス方向に導通する。

光検出部３４は、例えば、ｎ型シリコン基板５６に、エピタキシャル成長によりｐ−型半導体層を形成する。そして、ｐ−型半導体層の一部がｐ＋型半導体層となるように、不純物（例えば、ボロン）を注入する。これによって、ｎ型シリコン基板５６上に複数の光検出部３４を形成する。

第１の層５２における、各光検出部３４の間には、素子分離領域３１が形成されている。素子分離領域３１は、光検出部３４間の領域を、例えばＤｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ構造や不純物（例えば、リン）の注入によるチャネルストッパー構造とすることによって行う。素子分離により、各光検出部３４の間には、素子分離領域３１が形成される。

二酸化シリコン層５０における、各光検出部３４と光検出部３４との間の領域には、光検出部３４に直列に接続したクエンチ抵抗６２が形成されている。

クエンチ抵抗６２は、各光検出部３４のｐｎ接合において増幅された電荷の通り道となる。すなわち、クエンチ抵抗６２は、ＡＰＤとしての光検出部３４をガイガーモード駆動させるために必要である。クエンチ抵抗６２には、例えば、ポリシリコンを用いる。

光検出部３４は、クエンチ抵抗６２を介して信号電極６４に接続されている。このため、各光検出部３４から出力されたパルス状の信号は、クエンチ抵抗６２を介して信号電極６４に出力される。

光検出素子２０には、第１の電極４０が設けられている。第１の電極４０は、各画素領域３０の各々に対応して設けられている。すなわち、１つの画素領域３０に対して、１つの第１の電極４０が少なくとも対応して設けられている。第１の電極４０は、第１の層５２を、第１面２０ａに交差する第２の方向に貫通する電極である。第２の方向は、光検出素子２０を構成する各層の積層方向に一致する。第１の電極４０の第２の方向の一端側は、信号電極６４に接続されている。第１の電極４０の他端側は、信号線２３を介して信号処理回路２２に接続されている（図１参照）。第１の電極４０の側面の外周には、絶縁層５８が設けられている。以下、第１の電極４０の側面の外周を、単に、第１の電極４０の外周と称して説明する。

ｎ型シリコン基板５６の、第１の層５２とは反対側の面には、共通電極６０が設けられている。

ここで、本実施の形態の光検出素子２０では、光検出素子２０に設けられた複数の第１の電極４０の内、光検出素子２０の第１面２０ａの端部に配置された画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０は、少なくとも一部の領域が該画素領域３０の外側に配置されている。

すなわち、光検出素子２０に設けられた複数の第１の電極４０の内、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０が、本発明の第１の電極に相当する。

光検出素子２０の第１面２０ａの端部とは、該第１面２０ａにおける、該第１面２０ａの周縁に沿った領域を示す。光検出素子２０の第１面２０ａの端部に配置された画素領域３０とは、具体的には、光検出素子２０における第１面２０ａの周縁に沿って１列に配列された画素領域３０の群である。

以下、光検出素子２０の第１面２０ａの端部に配置された画素領域３０を、単に、「端部に配置された画素領域３０」と称して説明する場合がある。

図３および図４を用いて詳細を説明する。

光検出素子２０に含まれる複数の画素領域３０（画素領域３０_１〜画素領域３０_２４）の内、光検出素子２０の端部Ｌに配置された画素領域は、図３中、画素領域３０_１〜３０_４、３０_５、３０_８、３０_９、３０_１２、３０_１３、３０_１６、３０_１７、３０_２０、３０_２１〜３０_２４に相当する。すなわち、端部Ｌに配置された画素領域３０は、光検出素子２０の第１面２０ａにおける端部Ｌに連続して配置され、且つ、端部Ｌの周方向に一列に配列された画素領域３０の群である。

本実施の形態の光検出装置１０では、端部Ｌに配置された画素領域３０（画素領域３０_１〜３０_４、３０_５、３０_８、３０_９、３０_１２、３０_１３、３０_１６、３０_１７、３０_２０、３０_２１〜３０_２４）の各々に対応して設けられた第１の電極４０（４０_１〜４０_４、４０_５、４０_８、４０_９、４０_１２、４０_１３、４０_１６、４０_１７、４０_２０、４０_２１〜４０_２４）の各々は、少なくとも一部の領域が対応する該画素領域３０（画素領域３０_１〜３０_４、３０_５、３０_８、３０_９、３０_１２、３０_１３、３０_１６、３０_１７、３０_２０、３０_２１〜３０_２４）の各々の外側に配置されている。

具体的には、図３および図４に示すように、端部Ｌに配置された画素領域３０_１に対応して設けられた第１の電極４０_１の、少なくとも一部の領域が、該画素領域３０_１の外側に配置されている。また、端部Ｌに配置された他の画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０（４０_２〜４０_４、４０_５、４０_８、４０_９、４０_１２、４０_１３、４０_１６、４０_１７、４０_２０、４０_２１〜４０_２４）の各々についても同様に、少なくとも一部の領域が、対応する画素領域３０の外側に配置されている。

ここで、従来の光検出素子２００について説明する。図６は、従来の光検出素子２００の一例を示す模式図である。図７は、従来の光検出素子２００と本実施の形態の光検出素子２０との比較図である。

図６および図７（Ａ）に示すように、従来の光検出素子２００では、光検出素子２００に含まれる各画素領域３０の各々に対応して設けられた第１の電極４０は、対応する各画素領域３０の内側に配置されていた。

このため、従来の光検出素子２００では、特に、端部Ｌに配置された画素領域３０（例えば、画素領域３０_１）では、内側に配置された第１の電極４０（例えば、第１の電極４０_１）によって、該画素領域３０_１内に配置可能な光検出部３４の数が、少なくなる傾向にあった。

一方、本実施の形態の光検出素子２０では、図７（Ｂ）に示すように、端部Ｌに配置された画素領域３０（例えば、画素領域３０_１）に対応して設けられた第１の電極４０（例えば、第１の電極４０_１）は、対応する該画素領域３０（例えば、画素領域３０_１）の外側に配置されている。このため、端部Ｌに配置された画素領域３０（例えば、画素領域３０_１）内における、第１の電極４０（例えば、第１の電極４０_１）によって占有されていた領域Ｒ内に、光検出部３４を配置することができる。

このため、端部Ｌに配置された画素領域３０の受光面積（該画素領域３０に含まれる複数の光検出部３４による受光面積の総和）が、小さくなることが抑制される。このため、本実施の形態の光検出素子２０では、ダイナミックレンジの向上を図ることができる。

また、第１の電極４０を上記位置に配置することで、本実施の形態の光検出装置１０では、光検出素子２０に含まれる画素領域３０のピッチを、第１の電極４０のピッチの２倍未満の長さとすることができる。特に、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０のピッチを、対応して設けられた第１の電極４０のピッチの２倍未満の長さとすることができる。

画素領域３０のピッチは、第１面２０ａにおける、画素領域３０_６の中央と、隣接する画素領域３０_７の中央と、の最短距離を示す。すなわち、画素領域３０のピッチは、光検出素子２０に含まれる複数の画素領域３０（画素領域３０_１〜画素領域３０_２４）の内、光検出素子２０の端部Ｌに配置された画素領域３０以外の、隣接する画素領域３０の、中央間の最短距離である。第１の電極４０のピッチは、第１の電極４０の、第１面２０ａにおける長さを示す。詳細には、第１の電極４０のピッチは、第１の電極４０の、第１面２０ａにおける矢印Ｘ方向（光検出装置１０の回転方向）の長さを示す。

一方、従来の光検出素子２００では、光検出素子２０に含まれる画素領域３０のピッチは、第１の電極４０のピッチの２倍以上の長さとする必要があった。しかし、本実施の形態の光検出素子２０では、第１の電極４０を上記位置に配置することで、光検出素子２０に含まれる画素領域３０のピッチを、第１の電極４０のピッチの２倍未満の長さとすることができる。特に、周縁画素領域を構成する画素領域３０のピッチを、対応して設けられた第１の電極４０のピッチの２倍未満の長さとすることができる。

第１の電極４０のピッチは、従来の光検出素子２００も本実施の形態の光検出素子２０も同様である。このため、本実施の形態の光検出装置１０では、画素領域３０に含まれる光検出部３４の数の向上を図ることができる。本実施の形態の光検出装置１０では、特に、周縁画素領域を構成する画素領域３０に含まれる光検出部３４の数の向上を図ることができる。

なお、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０は、少なくとも一部の領域が該画素領域３０の外側で、且つ該画素領域３０に対して第１面２０ａの中央側に配置されていることが好ましい。

すなわち、図３および図４に示すように、端部Ｌに配置された画素領域３０（例えば、画素領域３０_１）に対応して設けられた第１の電極４０_１は、少なくとも一部の領域が該画素領域３０_１の外側で、且つ、該画素領域３０_１に対して中央Ｐ側に配置されていることが好ましい。また、端部Ｌに配置された他の画素領域３０の各々に対応して設けられた第１の電極４０についても同様に、少なくとも一部の領域が、対応する画素領域３０の外側で、且つ、中央Ｐ側に配置されていることが好ましい。

また、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０は、少なくとも一部の領域が該画素領域３０の外側で、且つ該画素領域３０に対して第１面２０ａの中央側Ｐに隣接する他の画素領域３０内に位置するように配置されていてもよい。

例えば、図３および図４に示すように、端部Ｌに配置された画素領域３０（例えば、画素領域３０_１）に対応して設けられた第１の電極４０_１は、少なくとも一部の領域が該画素領域３０_１の外側で、且つ、該画素領域３０_１に対して中央Ｐ側に隣接する画素領域３０_６内に配置されていてもよい。また、端部Ｌに配置された他の画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０についても同様に、少なくとも一部の領域が、対応する画素領域３０の外側で、且つ、中央Ｐ側に隣接する他の画素領域３０内に配置されていてもよい。

なお、端部Ｌに配置された画素領域３０以外の画素領域３０の各々に対応して設けられた第１の電極４０についても同様に、少なくとも一部の領域が、対応する画素領域３０の外側に配置されていてもよい。

そして、更に、図３に示すように、光検出素子２０に含まれる全ての画素領域３０の各々に含まれる光検出部３４の数が同じ数となるように、光検出素子２０に含まれる全ての画素領域３０の各々に対応して設けられた第１の電極４０の位置を調整することが最も好ましい。

なお、本実施の形態の光検出素子２０では、光検出部３４におけるｐｎ接合の終端部を、第１の電極４０または第１の電極４０の外周に沿って設けられた絶縁層５８に対して非接触とすることが好ましい。

図５に示すように、本実施の形態の光検出素子２０では、ｐｎ接合の終端部Ｓが、第１の電極４０および第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に対して、非接触である。言い換えると、本実施の形態では、ｐｎ接合の終端部Ｓは、ｎ型シリコン層５４を介して、第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に接触配置されている。

このため、第１の電極４０の外周には、ｐｎ接合の終端部Ｓは非接触であり、且つ、絶縁層５８を介してｎ型領域（ｎ型シリコン基板５６およびｎ型シリコン層５４）が接した状態となっている。

例えば、第１の電極４０の周囲のｐ型エピタキシャル成長層にｎ型不純物を拡散することで、第１の電極４０の外周をｎ型領域とすればよい。これにより、ｐｎ接合の終端部Ｓを、第１の電極４０の外周面に比べて表面特性の安定した基板表面側（第１面２０ａ側）に変更することができる。

なお、第１の電極４０の外周または外周に設けられた絶縁層５８には、終端部Ｓが非接触であればよく、図５に示すｎ型領域に代えて、ｐ型領域が接した状態となっていてもよい。

図８は、第１の電極４０の外周または第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に、終端部Ｓが接した状態を示す模式図である。

第１の電極４０の外周面は、二酸化シリコン層５０やｎ型シリコン基板５６の表面に比べて、表面特性が不安定である。このため、第１の電極４０または第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に対して終端部Ｓが接触した構成であると（図８参照）、ｐｎ接合における暗時リーク電流が増加する場合がある。

一方、第１の電極４０または第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に対して終端部Ｓが非接触であると（図５参照）、ｐｎ接合の終端部Ｓを、第１の電極４０の外周面に比べて表面特性の安定した基板表面側（第１面２０ａ側）とすることができる。

このため、第１の電極４０または第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に対して終端部Ｓが非接触であると、光検出素子２０の暗時リーク電流によるノイズの低減を図ることができることから、好ましい。

図９は、本実施の形態の光検出素子２０の電気的特性を示す説明図である。線図８２および線図８４は、第１の電極４０または第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に対して終端部Ｓが非接触である場合を示す。線図８０および線図８６は、第１の電極４０または第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に対して終端部Ｓが接触する場合を示す。

図９に示すように、第１の電極４０または第１の電極４０の外周に設けられた絶縁層５８に対して終端部Ｓが非接触である場合、終端部Ｓが接触する場合に比べて、ブレークダウンより低い電圧における暗時リーク電流が低減した。

第１の電極４０の外周面は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成されるため、表面欠陥密度が高いと考えられる。このため、終端部Ｓが第１の電極４０の外周面に接すると、リーク電流が高くなると考えられる。一方、終端部Ｓを第１の電極４０の外周面または第１の電極４０に設けられた絶縁層５８に対して非接触となるように構成することで、暗時リーク電流の低減を図ることができる。

以上説明したように、本実施の形態の光検出装置１０は、光検出素子２０と、第１の電極４０と、を含む。光検出素子２０は、光の入射する第１面２０ａに、光を検出する複数の光検出部３４を含む画素領域３０が複数配列されている。第１の電極４０（第１の電極４０_１、４０_２、４０_３、４０_５、４０_９）は、光検出部３４を含む第１の層５２を第１面２０ａに対して交差する第２の方向に貫通し、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０（画素領域３０_１、３０_２、３０_３、３０_５、３０_９）の各々に対応して設けられ、少なくとも一部の領域が該画素領域３０（画素領域３０_１、３０_２、３０_３、３０_５、３０_９）の外側に配置されている。

このように、本実施の形態の光検出装置１０では、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０を、該画素領域３０の外側に配置する。このため、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０内における、第１の電極４０によって占有されていた領域Ｒ内に、光検出部３４を配置することができる。

このため、光検出素子２０の第１面２０ａの端部Ｌに配置された画素領域３０における、含まれる複数の光検出部３４の受光面積の総和が小さくなることが抑制される。

従って、本実施の形態の光検出装置１０では、ダイナミックレンジの向上を図ることができる。

（第２の実施の形態）
上記実施の形態の光検出素子２０では、信号電極６４を貫通電極である第１の電極４０に接続する形態を説明した。本実施の形態では、更に、共通電極６０を貫通電極（第２の電極）に接続する。

図１０は、本実施の形態の光検出装置１０Ｂの模式図である。光検出装置１０Ｂは、光検出素子２０に代えて光検出素子２０Ｂを備えた以外は、第１の実施の形態の光検出装置１０と同様である（図１、および図２も参照）。このため、第１の実施の形態の光検出装置１０と同様の機能を有する部分には、同じ符号を付与して詳細な説明を省略する場合がある。

光検出素子２０Ｂは、二酸化シリコン層４６内に更に共通電極７２を設け、共通電極７２を第２の電極７０に接続した以外は、第１の実施の形態の光検出素子２０と同様の構成である。

なお、図１０では、図示を省略したが、第１の電極４０の構成および配置は、第１の実施の形態と同様である。

光検出素子２０Ｂは、接着層４４、二酸化シリコン層４６、二酸化シリコン層４８、二酸化シリコン層５０、第１の層５３、ｎ型シリコン層５４、およびｎ型シリコン基板５６をこの順に積層した積層体である。接着層４４、二酸化シリコン層４６、二酸化シリコン層４８、二酸化シリコン層５０、ｎ型シリコン層５４、およびｎ型シリコン基板５６は、第１の実施の形態の光検出素子２０と同様である。

第１の層５３は、光検出部３４を含む層である。第１の層５３は、例えば、ｎ型シリコン層５４と、光検出部３４と、高濃度ｎ型層７６と、を含む。光検出部３４は、第１の層５３における、各画素領域３０内に相当する位置に配置されている。

第１の層５３における、各光検出部３４の間には、素子分離領域３１が形成されている。

各光検出部３４の各々は、クエンチ抵抗６２および信号電極６４を介して、第１の電極４０（図１０では図示省略）に接続されている。第１の電極４０の配置は、第１の実施の形態と同様である。

高濃度ｎ型層７６は、共通電極７２に接続されている。高濃度ｎ型層７６は、イオン注入等の製造技術により形成可能である。このため共通電極７２と高濃度ｎ型層７６とのコンタクトは、良好なオーミックコンタクトとすることができる。

共通電極７２は、光検出素子２０Ｂに設けられた複数の画素領域３０の各々に含まれる光検出部３４に共通して接続されている。また、共通電極７２は、第２の電極７０に接続されている。

第２の電極７０は、第１の層５３を第２の方向（すなわち、光検出素子２０Ｂを構成する各層の積層方向）に貫通する電極である。本実施の形態では、第２の電極７０は、端部Ｌに配置された画素領域３０の外側に配置されている。

図１１は、光検出素子２０Ｂの平面図である。図１１に示すように、第１の実施の形態と同様に、端部Ｌに配置された画素領域３０に対応して設けられた第１の電極４０は、少なくとも一部の領域が該画素領域３０の外側に配置されている。

すなわち、本実施の形態の光検出素子２０Ｂでは、第１の実施の形態と同様に、端部Ｌに配置された画素領域３０（画素領域３０_１〜３０_３、３０_５、３０_９）の各々に対応して設けられた第１の電極４０（４０_１〜４０_３、４０_５、４０_９）の各々は、少なくとも一部の領域が対応する該画素領域３０（画素領域３０_１〜３０_３、３０_５、３０_９）の外側に配置されている。

本実施の形態の光検出素子２０Ｂでは更に、第２の電極７０が、端部Ｌに配置された画素領域３０（画素領域３０_１〜３０_３、３０_５、３０_９）の外側に配置されている。

このため、本実施の形態の光検出素子２０Ｂでは、高濃度ｎ型層７６の表面で共通電極７２とコンタクトをとることが可能となる。

一方、第２の電極７０を備えない構成の場合、信号電極６４用のパタン構造を形成した後に、シリコン基板を薄層化してｎ型シリコン基板５６とし、その後に共通電極を形成していた。このため光検出素子２０Ｂの裏面（光出射側）に高濃度のｎ型層を形成することが困難であり、共通電極とｎ型シリコン基板５６とのコンタクト抵抗が高くなっていた。

一方、本実施の形態の第２の電極７０を備えた光検出素子２０Ｂでは、高濃度ｎ型層７６の表面で、共通電極７２とコンタクトをとることが可能となる。

従って、本実施の形態の光検出素子２０Ｂを備えた光検出装置１０Ｂでは、第１の実施の形態の効果に加えて、共通電極７２と高濃度ｎ型層７６との間で良好なオーミックコンタクトを実現することができる。

以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１０Ｂ 光検出装置
２０、２０Ｂ 光検出素子
２０ａ 第１面
３０ 画素領域
３４ 光検出部
４０ 第１の電極
５２、５３ 第１の層
６４ 信号電極
７０ 第２の電極
７２ 共通電極
Ｓ 終端部

Claims (6)

1. 光の入射する第１面に、光を検出する複数の光検出部を含む画素領域が複数配列された光検出素子と、
   前記光検出部を含む第１の層を前記第１面に対して交差する第２の方向に貫通し、前記光検出素子の前記第１面の端部に配置された前記画素領域の各々に対応して設けられ、少なくとも一部の領域が該画素領域の外側に配置された第１の電極と、
   を備える光検出装置。
2. 前記第１の電極は、少なくとも一部の領域が対応する画素領域の外側で、且つ該画素領域に対して前記第１面の中央側に配置されている、
   請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記第１の電極は、少なくとも一部の領域が対応する画素領域の外側で、且つ該画素領域に対して前記第１面の中央側に隣接する他の前記画素領域内に位置するように配置されている、
   請求項１に記載の光検出装置。
4. 前記光検出部はｐｎ接合を含み、
   前記ｐｎ接合の終端部は、前記第１の電極または前記第１の電極の外周に沿って設けられた絶縁層に対して非接触である、
   請求項１に記載の光検出装置。
5. 前記第１の層を前記第２の方向に貫通し、複数の前記画素領域の各々に含まれる前記光検出部に共通して接続された共通電極に接続され、前記光検出素子の前記第１面の端部に配置された前記画素領域の外側に配置された第２の電極を備える、
   請求項１に記載の光検出装置。
6. 前記第１の電極は、前記画素領域に含まれる複数の前記光検出部から出力された信号を出力する信号電極に接続される、請求項１に記載の光検出装置。

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