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。
The details of the present embodiment will be described below with reference to the accompanying drawings.
（第１の実施の形態）
図１は、光検出器１０Ａの一例を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the photodetector 10A.
光検出器１０Ａは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。
The photodetector 10A includes a first photodetection layer 12A and a reflective layer 20.
第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を含む。第１の光検出領域１４０は、入射した光を検出する。第１の光検出領域１４０は、し、Ｓｉを主成分として含むｐ型半導体層とＳｉを主成分として含むｎ型半導体層とを接合したｐｎ接合を含み、フォトダイオードとして機能する領域である。
The first light detection layer 12A includes a plurality of first light detection regions 140. The first light detection area 140 detects incident light. The first light detection region 140 is a region that includes a pn junction formed by joining a p-type semiconductor layer containing Si as a main component and an n-type semiconductor layer containing Si as a main component, and functions as a photodiode.
本実施の形態では、一例として、第１の光検出領域１４０は、ｎ型半導体基板１４Ｃ上に、ｐ−型半導体層１４Ａとｐ＋型半導体層１４Ｂを交互に積層させることで、ｐｎ型ダイオードとして構成されたアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）である場合を説明する。第１の光検出領域１４０は、例えば、ガイガーモードで駆動する。なお、第１の光検出領域１４０は、光を検出する機能を有する領域であればよく、ＡＰＤに限定されない。
In the present embodiment, as an example, the first photodetection region 140 is formed as a pn-type diode by alternately stacking the p − -type semiconductor layers 14A and the p + -type semiconductor layers 14B on the n-type semiconductor substrate 14C. A case of a configured avalanche photo diode (APD) will be described. The first light detection region 140 is driven in, for example, Geiger mode. Note that the first light detection region 140 may be any region as long as it has a function of detecting light, and is not limited to the APD.
第１の光検出領域１４０には、ｎ型領域（ｎ型半導体基板１４Ｃ）と、ｎ型領域に隣接するｐ型領域（図１では、ｐ−型半導体層１４Ａ）と、によってｐｎ接合が形成されている。第１の光検出領域１４０は、例えば、イオン注入、拡散、またはこれらに類する技術などの既知の技術によって形成される。これらのｎ型半導体基板１４Ｃ（ｎ型半導体層）、および−ｐ型半導体層１４Ａは、シリコンを主成分として含む層である。例えば、これらのｎ型半導体基板１４Ｃ（ｎ型半導体層）、および−ｐ型半導体層１４Ａは、シリコンのエピタキシャル成長や、シリコン基板への不純物のドープなどにより製造される。
In the first photodetection region 140, a pn junction is formed by an n-type region (n-type semiconductor substrate 14C) and a p-type region (p-type semiconductor layer 14A in FIG. 1) adjacent to the n-type region. Has been done. The first photodetection region 140 is formed by a known technique such as ion implantation, diffusion, or the like. The n-type semiconductor substrate 14C (n-type semiconductor layer) and the -p type semiconductor layer 14A are layers containing silicon as a main component. For example, the n-type semiconductor substrate 14C (n-type semiconductor layer) and the −p-type semiconductor layer 14A are manufactured by epitaxial growth of silicon, doping of a silicon substrate with impurities, or the like.
第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。第１面１５Ａは、第１の光検出領域１４０の厚み方向両端面における、一方の面である。第１面１５Ａは、第１の光検出領域１４０における光の入射する側の面である。第２面１５Ｂは、第１の光検出領域１４０の厚み方向両端面における、他方の面である。第２面１５Ｂは、第１の光検出層１２Ａにおける光の出射する側の面である。なお、第１の光検出領域１４０の厚み方向と、第１面１５Ａと第２面１５Ｂの対向方向（図１中、矢印Ｘ方向参照）と、は一致する。
The first light detection region 140 has a first surface 15A on which light is incident and a second surface 15B opposite to the first surface 15A. The first surface 15A is one of the both end surfaces in the thickness direction of the first light detection region 140. The first surface 15A is a surface on the light incident side in the first light detection region 140. The second surface 15B is the other surface of both end surfaces in the thickness direction of the first light detection region 140. The second surface 15B is a surface on the light emitting side of the first photodetecting layer 12A. Note that the thickness direction of the first light detection region 140 and the facing direction of the first surface 15A and the second surface 15B (see the arrow X direction in FIG. 1) match.
本実施の形態では、光検出器１０Ａは、第１の光検出領域１４０における、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとしている。そして、第１の光検出領域１４０における、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第２面１５Ｂとしている。
In the present embodiment, in the photodetector 10A, the surface of the pn junction on the n-type semiconductor substrate 14C side in the first photodetection region 140 is the first surface 15A. The surface of the first photodetection region 140 on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side of the pn junction is defined as a second surface 15B.
なお、第１の光検出領域１４０における、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を、第１面１５Ａとしてもよい。
The surface of the first photodetection region 140 on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side of the pn junction may be the first surface 15A.
第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を、上記対向方向に交差する交差面に沿って、例えば、マトリクス状に配列した構成である。第１の光検出層１２Ａは、例えば、複数の第１の光検出領域１４０を１画素とした画素領域を、マトリクス状に配列させた構成である。
The first photodetection layer 12A has a configuration in which a plurality of first photodetection regions 140 are arranged, for example, in a matrix along an intersecting surface intersecting in the facing direction. The first photodetection layer 12A has, for example, a configuration in which pixel regions each having a plurality of first photodetection regions 140 as one pixel are arranged in a matrix.
第１の光検出層１２Ａにおける、第１の光検出領域１４０と第１の光検出領域１４０との間の領域には、素子分離部２９が設けられている。素子分離部２９は、隣接する第１の光検出領域１４０が互いに電気的に干渉することを抑制する。
The element isolation portion 29 is provided in the region between the first photodetection region 140 and the first photodetection region 140 in the first photodetection layer 12A. The element isolation portion 29 suppresses the adjacent first photodetection regions 140 from electrically interfering with each other.
第１の光検出層１２Ａ上には、絶縁層３０、および支持基板３８がこの順に積層されている。絶縁層３０は、絶縁性の材料によって構成された層である。支持基板３８は、第１の光検出層１２Ａを支持する基板である。支持基板３８は、例えば、シリコン、ガラス、サファイア等で構成する。
The insulating layer 30 and the support substrate 38 are laminated in this order on the first photodetection layer 12A. The insulating layer 30 is a layer made of an insulating material. The support substrate 38 is a substrate that supports the first photodetection layer 12A. The support substrate 38 is made of, for example, silicon, glass, sapphire, or the like.
絶縁層３０には、第１の光検出層１２Ａ側から順に、反射層２０、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６が設けられている。
The insulating layer 30 is provided with the reflective layer 20, the quenching resistor 32, the contact layer 34, and the wiring layer 36 in this order from the first photodetection layer 12A side.
反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に設けられている。反射層２０は、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する。近赤外領域の少なくとも一部の光、とは、近赤外領域の波長の内の、少なくとも一部の波長の光を意味する。
The reflective layer 20 is provided on the second surface 15B side of the first light detection region 140. The reflective layer 20 reflects at least a part of light in the near infrared region. The light of at least a part of the near-infrared region means the light of at least a part of the wavelength in the near-infrared region.
近赤外領域の光とは、７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長領域の光を示す。反射層２０は、７８０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長領域の光を少なくとも反射することが好ましい。
The light in the near infrared region refers to light in the wavelength region of 780 nm or more and 2500 nm or less. The reflective layer 20 preferably reflects at least light in the wavelength region of 780 nm or more and 1100 nm or less.
反射層２０は、第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａから入射した光（図１中、入射光Ｌ１参照）に含まれる、近赤外領域の少なくとも一部の光を、少なくとも第１の光検出領域１４０の空乏層に到達させる反射を実現するように、厚みや構成材料などを予め調整する。
The reflective layer 20 includes at least a part of the light in the near-infrared region included in the light incident from the first surface 15A of the first photodetection layer 12A (see incident light L1 in FIG. 1) at least as a first light. The thickness, the constituent material, and the like are adjusted in advance so as to realize the reflection that reaches the depletion layer of the light detection region 140.
例えば、反射層２０の厚みは、第１の光検出領域１４０の構成、反射層２０の構成材料、反射層２０の上記対向方向（矢印Ｘ方向）における第１の光検出層１２Ａとの相対位置、などに応じて、上記反射条件を満たすように、適宜調整すればよい。
For example, the thickness of the reflective layer 20 is the relative position of the configuration of the first photodetection region 140, the constituent material of the reflective layer 20, and the first photodetection layer 12A in the facing direction (the arrow X direction) of the reflective layer 20. , Etc. may be appropriately adjusted so as to satisfy the above reflection condition.
反射層２０は、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射可能な材料で構成する。具体的には、反射層２０は、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ等の一般的に半導体プロセスで使用される金属及びその合金材料で構成する。
The reflective layer 20 is made of a material capable of reflecting at least part of light in the near infrared region. Specifically, the reflective layer 20 is made of a metal such as Al, Ti, TiN, W, or Mo which is generally used in a semiconductor process and its alloy material.
光検出器１０Ａの上記対向方向における、第１の光検出領域１４０と反射層２０との間の領域は、近赤外領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成することが好ましい。
The region between the first photodetection region 140 and the reflective layer 20 in the facing direction of the photodetector 10A is preferably made of a material that transmits at least part of light in the near infrared region.
反射層２０は、上記対向方向に直交する直交方向に沿って、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂの少なくとも一部を覆うように設けられていればよい。また、反射層２０は、上記対向方向に直交する直交方向（図１中、矢印Ｘ方向に直交する方向）に沿って、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側の全領域を覆うように設けられた形態であってもよい。また、図１に示すように、反射層２０は、第１の光検出層１２Ａにおける複数の第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側を、上記直交方向に沿って連続して覆うように設けてもよい。
The reflective layer 20 may be provided so as to cover at least a part of the second surface 15B of the first photodetection region 140 along the orthogonal direction orthogonal to the facing direction. Further, the reflective layer 20 covers the entire area of the first light detection area 140 on the second surface 15B side in the orthogonal direction (direction orthogonal to the arrow X direction in FIG. 1) orthogonal to the facing direction. It may be provided in such a manner. Further, as shown in FIG. 1, the reflective layer 20 covers the second surface 15B side of the plurality of first photodetection regions 140 in the first photodetection layer 12A continuously along the orthogonal direction. May be provided.
反射層２０の、光検出器１０Ａの上記対向方向（矢印Ｘ方向）における位置は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側であればよいが、第１の光検出層１２Ａとクエンチング抵抗３２との間に設けられることが好ましい。
The position of the reflective layer 20 in the facing direction (the arrow X direction) of the photodetector 10A may be on the side of the second surface 15B of the first photodetection region 140, but the position of the reflection layer 20 and the first photodetection layer 12A is the same. It is preferable to be provided between the shunt resistor 32.
クエンチング抵抗３２は、第１の光検出領域１４０に直列に接続されている。クエンチング抵抗３２には、例えば、ポリシリコンを用いる。
The quenching resistor 32 is connected in series to the first light detection region 140. Polysilicon, for example, is used for the quenching resistor 32.
クエンチング抵抗３２は、各第１の光検出領域１４０のｐｎ接合部において増幅された電荷の通り道となる。すなわち、クエンチング抵抗３２は、第１の光検出領域１４０を流れる電流量を制限する。例えば、１個の光子が入射して第１の光検出領域１４０がガイガー放電したときに、クエンチング抵抗３２による電圧降下により、増幅作用が終端する。このため、第１の光検出領域１４０から、パルス状の出力信号が得られることとなる。
The quenching resistor 32 serves as a path for the electric charge amplified in the pn junction of each first photodetection region 140. That is, the quenching resistor 32 limits the amount of current flowing through the first light detection region 140. For example, when one photon is incident and the first photodetection region 140 is Geiger discharged, the voltage drop due to the quenching resistor 32 terminates the amplification action. Therefore, a pulsed output signal is obtained from the first photodetection region 140.
クエンチング抵抗３２には、コンタクト層３４を介して配線層３６および貫通電極４０が接続されている。配線層３６は、アノード電極として機能する。
A wiring layer 36 and a through electrode 40 are connected to the quenching resistor 32 via a contact layer 34. The wiring layer 36 functions as an anode electrode.
図１に示す例では、反射層２０は、対向方向（図１中、矢印Ｘ方向参照）における、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６と、第１の光検出領域１４０と、の間に設けられている。なお、反射層２０は、配線層３６と、コンタクト層３４と、クエンチング抵抗３２と、の少なくとも１つと、第１の光検出層１２Ａと、の間に設けられた形態であってもよい。
In the example shown in FIG. 1, the reflective layer 20 includes a quenching resistor 32, a contact layer 34, a wiring layer 36, a first photodetection region 140, and a first photodetection region 140 in the facing direction (see the arrow X direction in FIG. 1). It is provided between. The reflective layer 20 may be provided between at least one of the wiring layer 36, the contact layer 34, the quenching resistor 32, and the first photodetection layer 12A.
反射層２０を、上記対向方向における、第１の光検出層１２Ａとクエンチング抵抗３２との間に設けることにより、クエンチング抵抗３２や、クエンチング抵抗３２に接続するコンタクト層３４や、配線層３６、などの配線やレイアウトの自由度を向上させることができる。クエンチング抵抗のレイアウト自由度が増すことで、クエンチング抵抗のシート抵抗値を下げ、加工バラツキに起因する抵抗値バラツキの低減を図ることもできる。
By providing the reflection layer 20 between the first photodetection layer 12A and the quenching resistor 32 in the facing direction, the quenching resistor 32, the contact layer 34 connected to the quenching resistor 32, and the wiring layer. It is possible to improve the degree of freedom in wiring and layout of the wirings 36 and the like. By increasing the layout flexibility of the quenching resistor, it is possible to reduce the sheet resistance value of the quenching resistor and reduce the variation in the resistance value due to the variation in processing.
また、反射層２０を、上記対向方向における、第１の光検出層１２Ａと、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６と、の間に設けることで、配線のレイアウトの自由度を更に向上させることができる。また、配線のレイアウトの自由度が向上することから、配線抵抗の低減や、寄生容量の低減を図ることができる。
Further, by providing the reflection layer 20 between the first photodetection layer 12A, the quenching resistor 32, the contact layer 34, and the wiring layer 36 in the facing direction, the degree of freedom in wiring layout is increased. It can be further improved. Further, since the degree of freedom in wiring layout is improved, it is possible to reduce wiring resistance and parasitic capacitance.
一方、第１の光検出層１２Ａにおける、配線層３６の反対側の面には、電極層２６が設けられている。光検出器１０Ａでは、電極層２６は、カソード電極として機能する。電極層２６は、貫通電極４２、および電極層３７を介して、貫通電極４４に接続されている。
On the other hand, the electrode layer 26 is provided on the surface of the first photodetection layer 12A opposite to the wiring layer 36. In the photodetector 10A, the electrode layer 26 functions as a cathode electrode. The electrode layer 26 is connected to the through electrode 44 via the through electrode 42 and the electrode layer 37.
すなわち、第１の光検出領域１４０を含む第１の光検出層１２Ａ、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、配線層３６、および電極層２６は、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）として機能する。
That is, the first photodetection layer 12A including the first photodetection region 140, the quenching resistor 32, the contact layer 34, the wiring layer 36, and the electrode layer 26 function as SiPM (Silicon Photomultipliers).
本実施の形態では、電極層２６は、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側に設けられている。このため、電極層２６における、少なくとも第１の光検出領域１４０に重なる領域は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する透明電極とすることが好ましい。
In the present embodiment, the electrode layer 26 is provided on the first surface 15A side of the first light detection region 140. Therefore, it is preferable that at least a region of the electrode layer 26 that overlaps the first photodetection region 140 is a transparent electrode that transmits at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the first photodetection region 140.
上述のように構成された光検出器１０Ａに、第１面１５Ａ側から入射した光（図１中、入射光Ｌ１参照）は、第１の光検出領域１４０に入射する。また、第１の光検出領域１４０に入射した光は、反射層２０によって、第１の光検出領域１４０側に反射する（図１中、反射光Ｌ２参照）。
Light that has entered the photodetector 10A configured as described above from the first surface 15A side (see the incident light L1 in FIG. 1) enters the first photodetection region 140. Further, the light incident on the first light detection region 140 is reflected by the reflective layer 20 toward the first light detection region 140 side (see reflected light L2 in FIG. 1).
配線層３６と電極層２６との間には、図示を省略する信号処理回路の制御により、第１の光検出領域１４０のｐｎ接合に対して、例えば、逆バイアスの、アバランシェ降伏電圧以上の駆動電圧が印加されている。この状態で、第１の光検出領域１４０に第１面１５Ａから光が入射することによって、第１の光検出領域１４０には逆バイアス方向にパルス状の電流が流れる。そして、この電流は、電気信号として、図示を省略する信号処理回路へ出力される。このようにして、光検出器１０Ａは、光を検出する。
Between the wiring layer 36 and the electrode layer 26, a pn junction of the first photodetection region 140 is driven by, for example, a reverse bias voltage equal to or higher than the avalanche breakdown voltage, under the control of a signal processing circuit (not shown). Voltage is being applied. In this state, when light is incident on the first photodetection region 140 from the first surface 15A, a pulsed current flows in the first photodetection region 140 in the reverse bias direction. Then, this current is output to a signal processing circuit (not shown) as an electric signal. In this way, the photodetector 10A detects light.
以上説明したように、本実施の形態の光検出器１０Ａは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。第１の光検出層１２Ａは、第１の光検出領域１４０を備える。第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有し、Ｓｉを主成分として含むｐ型半導体層とＳｉを主成分として含むｎ型半導体層とを接合したｐｎ接合を含む。反射層２０は、第１の光検出領域１４０における第１面１５Ａ側に設けられ、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する。
As described above, the photodetector 10A of the present embodiment includes the first photodetection layer 12A and the reflective layer 20. The first light detection layer 12A includes a first light detection region 140. The first light detection region 140 has a first surface 15A on which light is incident and a second surface 15B opposite to the first surface 15A, and includes a p-type semiconductor layer containing Si as a main component and Si. It includes a pn junction in which an n-type semiconductor layer which is contained as a main component is joined. The reflective layer 20 is provided on the first surface 15A side of the first light detection region 140 and reflects at least a part of the light in the near infrared region.
ここで、第１の光検出領域１４０における空乏層の厚みが小さいほど、光検出器１０における近赤外領域の分光感度が低いことが知られている。例えば、第１の光検出領域１４０の空乏層の厚みは、第１の光検出領域１４０がＳｉを半導体基板として用いたＡＰＤである場合、２μｍ〜３μｍが一般的である。また、駆動電圧としての逆バイアス電圧は、１００Ｖ以下が一般的である。このような厚みの第１の光検出領域１４０の近赤外領域の分光感度は、１０％未満であった。また、例えば、８５０ｎｍの近赤外光を９０％吸収させるためには、空乏層の厚みを数十μｍ以上（例えば、３０μｍ以上）とする必要があった。
Here, it is known that the smaller the thickness of the depletion layer in the first photodetection region 140, the lower the spectral sensitivity of the photodetector 10 in the near infrared region. For example, the thickness of the depletion layer of the first photo detection region 140 is generally 2 μm to 3 μm when the first photo detection region 140 is an APD using Si as a semiconductor substrate. The reverse bias voltage as a drive voltage is generally 100V or less. The spectral sensitivity in the near infrared region of the first light detection region 140 having such a thickness was less than 10%. Further, for example, in order to absorb 90% of near-infrared light of 850 nm, the thickness of the depletion layer needs to be several tens of μm or more (for example, 30 μm or more).
空乏層の厚みが大きくなるほど、駆動電圧を高くする必要があった。例えば、空乏層の厚みが数十μｍ以上であると、駆動電圧は数百Ｖ以上とする必要があった。また、空乏層の厚みが大きくなるほど、微細アレイ化が困難となっていた。
The larger the thickness of the depletion layer, the higher the drive voltage needed. For example, when the thickness of the depletion layer is several tens of μm or more, the driving voltage needs to be several hundreds V or more. Further, as the thickness of the depletion layer increases, it becomes more difficult to form a fine array.
一方、本実施の形態の光検出器１０Ａは、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射層２０を備える。
On the other hand, 10 A of photodetectors of this Embodiment are equipped with the reflective layer 20 which reflects the light of at least one part of a near infrared region on the 2nd surface 15B side of the 1st photodetection area|region 140.
このため、本実施の形態の光検出器１０Ａでは、第１の光検出領域１４０を通過した入射光Ｌ１の、反射層２０による反射光Ｌ２が、再び第１の光検出領域１４０に到達することとなる。
Therefore, in the photodetector 10A according to the present embodiment, the incident light L1 that has passed through the first photodetection region 140 and the reflected light L2 from the reflection layer 20 reaches the first photodetection region 140 again. Becomes
この反射層２０による光の反射により、第１の光検出領域１４０に入射した光の該第１の光検出領域１４０内における光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
Due to the reflection of light by the reflection layer 20, the optical path length of the light incident on the first light detection region 140 in the first light detection region 140 is made longer than that in the configuration without the reflection layer 20. You can
従って、本実施の形態の光検出器１０Ａは、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる。
Therefore, the photodetector 10A of the present embodiment can improve the sensitivity to light in the near infrared region.
また、本実施の形態の光検出器１０Ａは、第１の光検出領域１４０（具体的には空乏層）の厚みや駆動電圧を調整することなく、光検出器１０Ａにおける、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる。また、本実施の形態の光検出器１０Ａは、光検出器１０Ａのチップサイズを大きくすること無く、また、応答特性を維持したまま、近赤外領域の光に対する感度を向上させることができる。
In addition, the photodetector 10A according to the present embodiment can adjust the near-infrared region of the photodetector 10A without adjusting the thickness of the first photodetection region 140 (specifically, the depletion layer) or the drive voltage. The sensitivity to light can be improved. Further, the photodetector 10A of the present embodiment can improve the sensitivity to light in the near infrared region without increasing the chip size of the photodetector 10A and while maintaining the response characteristics.
また、光検出器１０Ａは、第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａ側に、クエンチング抵抗３２やコンタクト層３４が配置されていないことから、第１の光検出層１２Ａにおける第１の光検出領域１４０の開口率を、本構成を用いない場合に比べて大きくすることができる。
Further, in the photodetector 10A, since the quenching resistor 32 and the contact layer 34 are not disposed on the first surface 15A side of the first photodetection layer 12A, the first photodetection layer 12A has the first photodetection layer 12A. The aperture ratio of the light detection region 140 can be increased as compared with the case where this configuration is not used.
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる位置に、反射層２０を配置した形態を説明する。
(Second embodiment)
In the present embodiment, a mode in which the reflective layer 20 is arranged at a position different from that of the first embodiment will be described.
図２は、光検出器１０Ｂの一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the photodetector 10B.
光検出器１０Ｂは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。
The photodetector 10B includes a first photodetection layer 12A and a reflective layer 20.
第１の光検出層１２Ａは、第１の実施の形態と同様である。すなわち、第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を有する。第１の光検出領域１４０は、ｎ型半導体基板１４Ｃ上に、ｐ−型半導体層１４Ａとｐ＋型半導体層１４Ｂを交互に積層させた構成である。また、第１の光検出領域１４０には、ｎ型領域（ｎ型半導体基板１４Ｃ）と、ｎ型領域に隣接するｐ型領域（ｐ−型半導体層１４Ａ）と、によってｐｎ接合が形成されている。
The first photodetection layer 12A is similar to that of the first embodiment. That is, the first photodetection layer 12A has a plurality of first photodetection regions 140. The first photodetection region 140 has a configuration in which the p− type semiconductor layers 14A and the p+ type semiconductor layers 14B are alternately stacked on the n type semiconductor substrate 14C. Further, in the first light detection region 140, a pn junction is formed by the n-type region (n-type semiconductor substrate 14C) and the p-type region (p-type semiconductor layer 14A) adjacent to the n-type region. There is.
第１の光検出層１２Ａにおける、第１の光検出領域１４０と第１の光検出領域１４０との間の領域には、素子分離部２９が設けられている。素子分離部２９は、第１の実施の形態と同様である。
The element isolation portion 29 is provided in the region between the first photodetection region 140 and the first photodetection region 140 in the first photodetection layer 12A. The element isolation part 29 is similar to that of the first embodiment.
第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしている。
The first light detection region 140 has a first surface 15A on which light is incident and a second surface 15B opposite to the first surface 15A. In the present embodiment, the first photo-detecting region 140 has the surface of the pn junction on the n-type semiconductor substrate 14C side as the second surface 15B. In addition, in the present embodiment, the first photodetection region 140 has the surface of the pn junction on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side as the first surface 15A.
第１の光検出層１２Ａ上には、絶縁層３０、接着層２４、および支持基板３９が、この順に積層されている。
The insulating layer 30, the adhesive layer 24, and the support substrate 39 are laminated in this order on the first photodetection layer 12A.
絶縁層３０には、第１の光検出層１２Ａ側から順に、クエンチング抵抗３２、コンタクト層３４、および配線層３６が設けられている。絶縁層３０は、反射層２０が設けられていない以外は、第１の実施の形態と同様である。
The insulating layer 30 is provided with a quenching resistor 32, a contact layer 34, and a wiring layer 36 in order from the first light detection layer 12A side. The insulating layer 30 is the same as that of the first embodiment except that the reflective layer 20 is not provided.
詳細には、絶縁層３０には、第１の光検出領域１４０に直列接続されたクエンチング抵抗３２が設けられている。また、絶縁層３０には、クエンチング抵抗３２およびコンタクト層３４を介して、クエンチング抵抗３２に接続する配線層３６が設けられている。配線層３６は、貫通電極４０を介して電極層２６に接続されている。本実施の形態では、配線層３６および電極層２６は、アノード電極として機能する。
Specifically, the insulating layer 30 is provided with a quenching resistor 32 that is connected in series to the first light detection region 140. Further, the insulating layer 30 is provided with a wiring layer 36 connected to the quenching resistor 32 via the quenching resistor 32 and the contact layer 34. The wiring layer 36 is connected to the electrode layer 26 via the through electrode 40. In the present embodiment, the wiring layer 36 and the electrode layer 26 function as an anode electrode.
支持基板３９は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成されている。接着層２４は、支持基板３９と絶縁層３０とを接着する。接着層２４もまた、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成されている。
The support substrate 39 is made of a material that transmits at least part of light in the sensitivity wavelength region of the first light detection region 140. The adhesive layer 24 adheres the support substrate 39 and the insulating layer 30. The adhesive layer 24 is also made of a material that transmits at least part of light in the sensitivity wavelength region of the first light detection region 140.
また、絶縁層３０、配線層３６、コンタクト層３４、およびクエンチング抵抗３２における、少なくとも、各第１の光検出領域１４０の各々に重なる領域は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する材料で構成されている。
Further, in the insulating layer 30, the wiring layer 36, the contact layer 34, and the quenching resistor 32, at least a region overlapping each of the first photodetection regions 140 is a sensitivity wavelength region of the first photodetection region 140. It is made of a material that transmits at least part of light.
反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に設けられている。上述したように、本実施の形態では、光検出器１０Ｂにおける第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしている。このため、本実施の形態では、反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側であり、かつ、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側に設けられている。
The reflective layer 20 is provided on the second surface 15B side of the first light detection region 140. As described above, in the present embodiment, the surface of the first photodetection region 140 in the photodetector 10B on the n-type semiconductor substrate 14C side of the pn junction is the second surface 15B. In addition, in the present embodiment, the first photodetection region 140 has the surface of the pn junction on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side as the first surface 15A. Therefore, in the present embodiment, the reflective layer 20 is provided on the second surface 15B side of the first photodetection region 140 and on the n-type semiconductor substrate 14C side of the pn junction.
すなわち、本実施の形態では、反射層２０の、光検出器１０Ｂの上記対向方向（図２中、矢印Ｘ方向参照）における位置は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側であり、且つ、第１の光検出領域１４０を介してクエンチング抵抗３２の反対側である。
That is, in the present embodiment, the position of the reflective layer 20 in the facing direction of the photodetector 10B (see the arrow X direction in FIG. 2) is the second surface 15B side of the first photodetection region 140. , And on the opposite side of the quenching resistor 32 through the first light detection region 140.
反射層２０の構成材料および厚みは、第１の実施の形態と同様である。
The constituent material and thickness of the reflective layer 20 are the same as those in the first embodiment.
なお、本実施の形態では、反射層２０を、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射特性を有すると共に、導電性を備えた構成とする。このため、本実施の形態では、反射層２０は、カソード電極として機能する。
In addition, in the present embodiment, the reflective layer 20 has a reflective property of reflecting at least a part of light in the near-infrared region and also has conductivity. Therefore, in this embodiment, the reflective layer 20 functions as a cathode electrode.
なお、反射層２０上に、電極層を別途設けた構成とし、該電極層をカソード電極として用いてもよい。この場合には、反射層２０は、導電性を備えない構成であってもよい。このように、反射層２０を電極や抵抗として機能させない構成とする場合には、反射層２０には電圧が印加されない構成となる。
Note that an electrode layer may be separately provided on the reflective layer 20, and the electrode layer may be used as a cathode electrode. In this case, the reflective layer 20 may not have conductivity. As described above, when the reflective layer 20 does not function as an electrode or a resistor, no voltage is applied to the reflective layer 20.
反射層２０上に、カソード電極として用いる電極層を積層する場合、該電極層は、以下の特性を備えるように構成する。具体的には、反射層２０と第１の光検出領域１４０との間に該電極層（カソード電極）を設ける場合、該電極層は、近赤外領域の少なくとも一部の光を透過する透明電極とすればよい。一方、反射層２０の、第１の光検出領域１４０とは反対側に該電極層（カソード電極）を設ける場合、該電極層は、導電性を有する層であればよく、透明電極に限定されない。
When an electrode layer used as a cathode electrode is laminated on the reflective layer 20, the electrode layer is configured to have the following characteristics. Specifically, when the electrode layer (cathode electrode) is provided between the reflective layer 20 and the first light detection region 140, the electrode layer is transparent and transmits at least part of light in the near infrared region. It may be an electrode. On the other hand, when the electrode layer (cathode electrode) is provided on the side of the reflective layer 20 opposite to the first light detection region 140, the electrode layer may be a layer having conductivity and is not limited to the transparent electrode. ..
本実施の形態の光検出器１０Ｂに、第１面１５Ａ側から入射した光（図２中、入射光Ｌ１参照）は、第１の光検出領域１４０に入射する。また、第１の光検出領域１４０に入射した光は、反射層２０によって、第１の光検出領域１４０側に反射する（図２中、反射光Ｌ２参照）。
Light that has entered the photodetector 10B of the present embodiment from the first surface 15A side (see incident light L1 in FIG. 2) enters the first photodetection region 140. Further, the light incident on the first light detection region 140 is reflected by the reflection layer 20 toward the first light detection region 140 side (see reflected light L2 in FIG. 2).
すなわち、第１の光検出領域１４０を通過した入射光Ｌ１の、反射層２０による反射光Ｌ２が、再び第１の光検出領域１４０に到達することとなる。この反射層２０による光の反射により、第１の光検出領域１４０に入射した光の該第１の光検出領域１４０内における光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
That is, the reflected light L2 from the reflective layer 20 of the incident light L1 that has passed through the first light detection area 140 reaches the first light detection area 140 again. Due to the reflection of light by the reflection layer 20, the optical path length of the light incident on the first light detection region 140 in the first light detection region 140 is made longer than that in the configuration without the reflection layer 20. You can
配線層３６と反射層２０（カソード電極）との間には、図示を省略する信号処理回路の制御により、第１の光検出領域１４０のｐｎ接合に対して、例えば、逆バイアスの、アバランシェ降伏電圧以上の駆動電圧が印加されている。この状態で、第１面１５Ａから光が入射することにより、第１の光検出領域１４０には逆バイアス方向にパルス状の電流が流れる。そして、この電流は、電気信号として、図示を省略する信号処理回路へ出力される。このようにして、光検出器１０Ｂは、光を検出する。
Between the wiring layer 36 and the reflection layer 20 (cathode electrode), a reverse-biased avalanche breakdown is applied to the pn junction of the first photodetection region 140 by the control of a signal processing circuit (not shown). A drive voltage higher than the applied voltage is applied. In this state, when light is incident from the first surface 15A, a pulsed current flows in the first photodetection region 140 in the reverse bias direction. Then, this current is output to a signal processing circuit (not shown) as an electric signal. In this way, the photodetector 10B detects light.
以上説明したように、本実施の形態の光検出器１０Ｂは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。第１の光検出層１２Ａは、第１の光検出領域１４０を備える。本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしている。
As described above, the photodetector 10B according to the present embodiment includes the first photodetection layer 12A and the reflective layer 20. The first light detection layer 12A includes a first light detection region 140. In the present embodiment, the first photo-detecting region 140 has the surface of the pn junction on the n-type semiconductor substrate 14C side as the second surface 15B. In addition, in the present embodiment, the first photodetection region 140 has the surface of the pn junction on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side as the first surface 15A.
そして、反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に配置されている。すなわち、反射層２０は、第１の光検出領域１４０に対して、クエンチング抵抗３２の反対側に配置されている。
The reflective layer 20 is arranged on the second surface 15B side of the first photodetection region 140. That is, the reflective layer 20 is arranged on the opposite side of the quenching resistor 32 with respect to the first light detection region 140.
このように、反射層２０を、第１の光検出領域１４０に対してクエンチング抵抗３２の反対側に配置した場合についても、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に反射層２０を配置することで、光検出器１０Ｂは、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Thus, even when the reflective layer 20 is arranged on the opposite side of the quenching resistor 32 with respect to the first photodetection region 140, the reflective layer 20 is provided on the second surface 15B side of the first photodetection region 140. By arranging, the photodetector 10B can obtain the same effect as that of the first embodiment.
また、反射層２０を、第１の光検出領域１４０に対してクエンチング抵抗３２の反対側に配置することで、クエンチング抵抗３２や、コンタクト層３４や、配線層３６などの配線のレイアウトの自由度を向上させることができる。
Further, by disposing the reflection layer 20 on the side opposite to the quenching resistor 32 with respect to the first light detection region 140, the wiring layout of the quenching resistor 32, the contact layer 34, the wiring layer 36, and the like can be improved. The degree of freedom can be improved.
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、反射層２０を、配線層３６とは別体として構成する場合を説明した。
(Third Embodiment)
In the first embodiment, the case where the reflective layer 20 is configured separately from the wiring layer 36 has been described.
本実施の形態では、反射層２０を、配線層３６の一部として機能させる場合を説明する。
In the present embodiment, a case where the reflective layer 20 functions as a part of the wiring layer 36 will be described.
図３は、光検出器１０Ｃの一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the photodetector 10C.
光検出器１０Ｃは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。
The photodetector 10C includes a first photodetection layer 12A and a reflective layer 20.
第１の光検出層１２Ａは、第１の実施の形態と同様である。すなわち、第１の光検出層１２Ａは、複数の第１の光検出領域１４０を有する。第１の光検出領域１４０は、ｎ型半導体基板１４Ｃ上に、ｐ−型半導体層１４Ａとｐ＋型半導体層１４Ｂを交互に積層させた構成である。また、第１の光検出領域１４０には、ｎ型領域（ｎ型半導体基板１４Ｃ）と、ｎ型領域に隣接するｐ型領域（ｐ−型半導体層１４Ａ）と、によってｐｎ接合が形成されている。
The first photodetection layer 12A is similar to that of the first embodiment. That is, the first photodetection layer 12A has a plurality of first photodetection regions 140. The first photodetection region 140 has a configuration in which the p− type semiconductor layers 14A and the p+ type semiconductor layers 14B are alternately stacked on the n type semiconductor substrate 14C. Further, in the first light detection region 140, a pn junction is formed by the n-type region (n-type semiconductor substrate 14C) and the p-type region (p-type semiconductor layer 14A) adjacent to the n-type region. There is.
第１の光検出層１２Ａにおける、第１の光検出領域１４０と第１の光検出領域１４０との間の領域には、素子分離部２９が設けられている。素子分離部２９は、第１の実施の形態と同様である。
The element isolation portion 29 is provided in the region between the first photodetection region 140 and the first photodetection region 140 in the first photodetection layer 12A. The element isolation part 29 is similar to that of the first embodiment.
第１の光検出領域１４０は、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第２面１５Ｂとしている。
The first light detection region 140 has a first surface 15A on which light is incident and a second surface 15B opposite to the first surface 15A. In the present embodiment, similarly to the first embodiment, in the first photodetection region 140, the surface of the pn junction on the n-type semiconductor substrate 14C side is the first surface 15A. Further, in the present embodiment, the first photodetection region 140 has the second surface 15B on the surface of the pn junction on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side.
第１の光検出層１２Ａ上には、絶縁層３０、および支持基板３８が、この順に積層されている。
The insulating layer 30 and the supporting substrate 38 are laminated in this order on the first photodetecting layer 12A.
絶縁層３０には、第１の光検出領域１４０に直列接続されたクエンチング抵抗３２が設けられている。また、絶縁層３０には、クエンチング抵抗３２およびコンタクト層３４を介して、クエンチング抵抗３２に接続する配線層３６が設けられている。配線層３６は、貫通電極４０に接続されている。本実施の形態では、配線層３６および貫通電極４０は、アノード電極として機能する。
The insulating layer 30 is provided with a quenching resistor 32 that is connected in series with the first light detection region 140. Further, the insulating layer 30 is provided with a wiring layer 36 connected to the quenching resistor 32 via the quenching resistor 32 and the contact layer 34. The wiring layer 36 is connected to the through electrode 40. In the present embodiment, the wiring layer 36 and the through electrode 40 function as an anode electrode.
支持基板３８は、第１の実施の形態と同様である。
The support substrate 38 is similar to that of the first embodiment.
反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に設けられている。反射層２０の構成材料および厚みは、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、反射層２０は、配線層３６の一部として機能する。このため、本実施の形態では、反射層２０は、導電性を更に有する。
The reflective layer 20 is provided on the second surface 15B side of the first light detection region 140. The constituent material and thickness of the reflective layer 20 are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, the reflective layer 20 functions as a part of the wiring layer 36. Therefore, in the present embodiment, the reflective layer 20 further has conductivity.
すなわち、配線層３６の内、第１の光検出領域１４０と重なる重複領域について、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射特性を有するように、該重複領域の構成材料を調整すればよい。また、配線層３６の全領域に渡って、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する反射特性を有する構成としてもよい。
That is, the constituent material of the overlapping region is adjusted so that the overlapping region of the wiring layer 36, which overlaps with the first light detection region 140, has a reflection characteristic of reflecting at least part of light in the near infrared region. Good. Further, the wiring layer 36 may have a reflection characteristic of reflecting at least a part of light in the near infrared region over the entire region.
第１の光検出領域１４０の、クエンチング抵抗３２の反対側には、電極層２６が設けられている。本実施の形態では、電極層２６は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光を透過する透明電極として構成する。電極層２６は、貫通電極４２に接続されている。本実施の形態では、電極層２６は、カソード電極として機能する。
The electrode layer 26 is provided on the opposite side of the first photodetection region 140 from the quenching resistor 32. In the present embodiment, the electrode layer 26 is configured as a transparent electrode that transmits at least part of light in the sensitivity wavelength region of the first light detection region 140. The electrode layer 26 is connected to the through electrode 42. In the present embodiment, the electrode layer 26 functions as a cathode electrode.
本実施の形態の光検出器１０Ｃに、第１面１５Ａ側から入射した光（図３中、入射光Ｌ１参照）は、第１の光検出領域１４０に入射する。また、第１の光検出領域１４０に入射した光は、反射層２０によって、第１の光検出領域１４０側に反射する（図３中、反射光Ｌ２参照）。
Light that has entered the photodetector 10C of the present embodiment from the first surface 15A side (see incident light L1 in FIG. 3) enters the first photodetection region 140. Further, the light incident on the first light detection region 140 is reflected by the reflection layer 20 toward the first light detection region 140 side (see reflected light L2 in FIG. 3).
すなわち、第１の光検出領域１４０を通過した入射光Ｌ１の、反射層２０による反射光Ｌ２が、再び第１の光検出領域１４０に到達することとなる。この反射層２０による光の反射により、第１の光検出領域１４０に入射した光の該第１の光検出領域１４０内における光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
That is, the reflected light L2 from the reflective layer 20 of the incident light L1 that has passed through the first light detection area 140 reaches the first light detection area 140 again. Due to the reflection of light by the reflection layer 20, the optical path length of the light incident on the first light detection region 140 in the first light detection region 140 is made longer than that in the configuration without the reflection layer 20. You can
配線層３６および反射層２０（アノード電極）と、電極層２６（カソード電極）と、の間には、図示を省略する信号処理回路の制御により、第１の光検出領域１４０のｐｎ接合に対して、例えば、逆バイアスの、アバランシェ降伏電圧以上の駆動電圧が印加されている。この状態で、第１面１５Ａから光が入射することにより、第１の光検出領域１４０には逆バイアス方向にパルス状の電流が流れる。そして、この電流は、電気信号として、図示を省略する信号処理回路へ出力される。このようにして、光検出器１０Ｃは、光を検出する。
Between the wiring layer 36 and the reflection layer 20 (anode electrode) and the electrode layer 26 (cathode electrode), a pn junction of the first photodetection region 140 is controlled by a signal processing circuit (not shown). For example, a reverse bias drive voltage equal to or higher than the avalanche breakdown voltage is applied. In this state, when light is incident from the first surface 15A, a pulsed current flows in the first photodetection region 140 in the reverse bias direction. Then, this current is output to a signal processing circuit (not shown) as an electric signal. In this way, the photodetector 10C detects light.
以上説明したように、本実施の形態の光検出器１０Ｃは、第１の光検出層１２Ａと、反射層２０と、を備える。第１の光検出層１２Ａは、第１の光検出領域１４０を備える。本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｎ型半導体基板（ｎ型半導体基板１４Ｃ）側の面を第１面１５Ａとしている。また、本実施の形態では、第１の光検出領域１４０は、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第２面１５Ｂとしている。
As described above, the photodetector 10C of the present embodiment includes the first photodetection layer 12A and the reflective layer 20. The first light detection layer 12A includes a first light detection region 140. In the present embodiment, the surface of the first photodetection region 140 on the n-type semiconductor substrate (n-type semiconductor substrate 14C) side of the pn junction is the first surface 15A. Further, in the present embodiment, the first photodetection region 140 has the second surface 15B on the surface of the pn junction on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side.
そして、反射層２０は、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に配置されている。本実施の形態では、反射層２０は、配線層３６の一部として配置されている。
The reflective layer 20 is arranged on the second surface 15B side of the first photodetection region 140. In the present embodiment, the reflective layer 20 is arranged as a part of the wiring layer 36.
このように、反射層２０を、配線層３６の一部として配置した場合についても、第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂ側に反射層２０を配置することで、光検出器１０Ｃは、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, even when the reflective layer 20 is arranged as a part of the wiring layer 36, by disposing the reflective layer 20 on the second surface 15B side of the first photodetection region 140, the photodetector 10C can be provided. The same effect as that of the first embodiment can be obtained.
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、光検出層を積層した光検出器を説明する。
(Fourth Embodiment)
In this embodiment mode, a photodetector in which photodetection layers are stacked will be described.
図４は、本実施の形態の光検出器１１の一例を示す図である。本実施の形態では、一例として、２層の光検出層を積層した形態を説明する。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the photodetector 11 of the present embodiment. In this embodiment, as an example, a mode in which two photodetection layers are stacked will be described.
光検出器１１は、複数の光検出層を積層した積層体である。具体的には、光検出器１１は、上記実施の形態で説明した第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２を備えた第２の光検出層１２Ｂと、反射層２０と、を備える。
The photodetector 11 is a laminated body in which a plurality of photodetection layers are laminated. Specifically, the photodetector 11 includes the first photodetection layer 12A described in the above embodiment, the second photodetection layer 12B including the second photodetection region 142, and the reflective layer 20. , Is provided.
第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出領域１４０に代えて第２の光検出領域１４２を含む以外は、第１の光検出層１２Ａと同様の構成である。第２の光検出領域１４２には、第１の光検出領域１４０と同様に、Ｓｉを主成分とするｎ型半導体層と、Ｓｉを主成分とするｎ型半導体層に隣接するｐ型半導体層と、によってｐｎ接合が形成されている。
The second photodetection layer 12B has the same configuration as that of the first photodetection layer 12A except that it includes a second photodetection region 142 instead of the first photodetection region 140. Similar to the first photodetection region 140, the second photodetection region 142 includes an n-type semiconductor layer containing Si as a main component and a p-type semiconductor layer adjacent to the n-type semiconductor layer containing Si as a main component. And form a pn junction.
第２の光検出領域１４２は、第１の光検出領域１４０と同様に、光の入射する第１面１５Ａと、第１面１５Ａの反対側の第２面１５Ｂと、を有する。
The second light detection area 142 has a first surface 15A on which light is incident and a second surface 15B opposite to the first surface 15A, similarly to the first light detection area 140.
第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂとは、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０の第２面１５Ｂと、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の検出領域１４２の第２面１５Ｂと、が同一方向を向くように積層されている。
The first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B are formed on the second surface 15B of the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B. The second surface 15B of the included second detection area 142 and the second surface 15B are stacked so as to face the same direction.
光検出器１１は、反射層２０を備える。反射層２０は、第１の実施の形態と同様に、近赤外領域の少なくとも一部の光を反射する。反射層２０の厚み、および構成材料は、第１の実施の形態と同様である。
The photodetector 11 includes a reflective layer 20. The reflective layer 20 reflects at least part of the light in the near infrared region, as in the first embodiment. The thickness and constituent material of the reflective layer 20 are the same as in the first embodiment.
本実施の形態では、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に設けられている。
In the present embodiment, the second photo detection layer 12B is provided between the first photo detection layer 12A and the reflective layer 20.
光検出器１１は、さらに、中間層５０を備える。中間層５０は、第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂとの間に設けられている。中間層５０は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する材料で構成されていることが好ましい。第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光、とは、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の光の内、少なくとも一部の波長の光を意味する。
The photodetector 11 further includes an intermediate layer 50. The intermediate layer 50 is provided between the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B. The intermediate layer 50 includes at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the first light detection region 140, at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the second light detection region 142, and at least one of the near infrared region. It is preferable that it is made of a material that transmits the light of the part. The light of at least a part of the sensitivity wavelength region of the first light detection region 140 means the light of at least a part of the wavelength of the light of the sensitivity wavelength region of the first light detection region 140.
このため、中間層５０に含まれる電極層５２は、近赤外領域の少なくとも一部の光と、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極であることが好ましい。
Therefore, the electrode layer 52 included in the intermediate layer 50 is a transparent electrode that transmits at least a part of light in the near infrared region and at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the first light detection region 140. Is preferred.
また、光検出器１１における、第１の光検出層１２Ａと中間層５０との層間、中間層５０と第２の検出層１２Ｂとの層間、および、第２の光検出層１２Ｂと反射層２０との層間の内、屈折率差が閾値以上の層間には、反射防止層５４を設けることが好ましい。反射防止層５４は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光、および近赤外領域の反射を防止する層である。この閾値は、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々に入射した光の少なくとも９０％以上の光が、第１の光検出層１２Ａの第１の光検出領域１４０、および第２の光検出層１２Ｂの第２の光検出領域１４２の各々に到達可能となるように、予め調整すればよい。
Further, in the photodetector 11, the interlayer between the first photodetection layer 12A and the intermediate layer 50, the interlayer between the intermediate layer 50 and the second detection layer 12B, and the second photodetection layer 12B and the reflection layer 20. It is preferable to provide an antireflection layer 54 between the layers having a refractive index difference of not less than a threshold value among those layers. The antireflection layer 54 reflects at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the first photodetection region 140, at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the second photodetection region 142, and a reflection in the near infrared region. It is a layer to prevent. This threshold value is such that at least 90% or more of the light incident on each of the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B is the first photodetection region 140 of the first photodetection layer 12A, It may be adjusted in advance so that each of the second light detection regions 142 of the second light detection layer 12B can be reached.
なお、反射防止層５４を、中間層５０に含まれる電極層５２と第２の光検出層１２Ｂとの層間に設ける場合には、反射防止層５４は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光の反射を防止すると共に、近赤外領域の光の少なくとも一部を透過する性質を有することが好ましい。すなわち、反射防止層５４と、電極層５２と、を中間層５０として構成する。
Note that when the antireflection layer 54 is provided between the electrode layer 52 included in the intermediate layer 50 and the second photodetection layer 12B, the antireflection layer 54 has the sensitivity wavelength of the first photodetection region 140. It is preferable to have a property of preventing reflection of light in at least part of the region and transmitting at least part of light in the near infrared region. That is, the antireflection layer 54 and the electrode layer 52 are configured as the intermediate layer 50.
反射防止層５４は、例えば、シリコン酸化膜、窒化膜の単層膜、またはこれらの積層体で構成する。
The antireflection layer 54 is composed of, for example, a single layer film of a silicon oxide film, a nitride film, or a laminated body of these.
光検出器１１には、電源５１から電圧が印加される。なお、光検出器１１を構成する、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の第１面１５Ａは、ｐｎ接合のｎ型半導体層側の面であってもよいし、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面であってもよい。
A voltage is applied to the photodetector 11 from the power supply 51. Note that the first surface 15A of the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B that configure the photodetector 11 are included. The first surface 15A may be a surface of the pn junction on the n-type semiconductor layer side or a surface of the pn junction on the p-type semiconductor layer (p- type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side. May be.
このため、光検出器１１に含まれる、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの双方が、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ（ｎ型半導体層）側の面を第１面１５Ａとしたものであってもよい。また、光検出器１１に含まれる、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの双方が、ｐｎ接合のｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとしたものであってもよい。
Therefore, both the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B included in the photodetector 11 have the pn junction with the surface on the n-type semiconductor substrate 14C (n-type semiconductor layer) side facing the first side. It may be the surface 15A. Further, both the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B included in the photodetector 11 are p-type semiconductor layers of pn junctions (p- type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B). The surface on the side may be the first surface 15A.
また、光検出器１１を、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａ（または第２の光検出層１２Ｂ）と、ｐｎ接合のｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第２面１５Ｂとした第２の光検出層１２Ｂ（または第１の光検出層１２Ａ）と、を混在させて積層した積層体としてもよい。
Further, the photodetector 11 includes a first photodetection layer 12A (or a second photodetection layer 12B) in which the surface of the pn junction on the n-type semiconductor substrate 14C side is the first surface 15A, and an n-type of pn junction. The second photodetection layer 12B (or the first photodetection layer 12A) having the surface on the semiconductor substrate 14C side as the second surface 15B may be mixed and laminated to form a laminated body.
これらの場合についても、第１の光検出層１２Ａの第２面１５Ｂと、第２の光検出層１２Ｂの第２面１５Ｂと、が同一方向（図４中、矢印ＸＡ参照）を向くように、積層した構成とすればよい。
Also in these cases, the second surface 15B of the first photodetection layer 12A and the second surface 15B of the second photodetection layer 12B face the same direction (see arrow XA in FIG. 4). The laminated structure may be adopted.
なお、光検出器１１に含まれる光検出層（第１の光検出層１２Ａ、第２の光検出層１２Ｂ）の積層数は、図４に示す２層に限定されない。例えば、光検出器１１に含まれる光検出層の積層数は、３層や５層であってもよい。
Note that the number of stacked photodetection layers (first photodetection layer 12A and second photodetection layer 12B) included in the photodetector 11 is not limited to the two layers shown in FIG. For example, the number of stacked photodetection layers included in the photodetector 11 may be three or five.
また、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、の内、反射層２０により近い位置に配置された第２の光検出領域１４２の厚みが、第１の光検出領域１４０の厚みより大きいことが好ましい。
In addition, the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B are located closer to the reflective layer 20. It is preferable that the thickness of the arranged second light detection region 142 is larger than the thickness of the first light detection region 140.
また、光検出器１１に３層以上の光検出層が含まれる場合、反射層２０により近い位置に配置された光検出層ほど、含まれる光検出領域の厚みが大きいことが好ましい。
Further, when the photodetector 11 includes three or more photodetection layers, it is preferable that the photodetection layer disposed closer to the reflection layer 20 has a larger thickness of the photodetection region included therein.
図５、図７〜図９は、光検出器１１の具体的な構成の一例を示す模式図である。なお、図５、図７〜図９では、上記実施の形態で説明した光検出器１０Ａ〜光検出器１０Ｄを総称する場合には、光検出器１０と称して説明する。
5 and 7 to 9 are schematic views showing an example of a specific configuration of the photodetector 11. In FIGS. 5 and 7 to 9, the photodetectors 10A to 10D described in the above embodiments are collectively referred to as the photodetector 10.
図５は、光検出器１１Ａの一例を示す模式図である。光検出器１１Ａは、第１の光検出層１２Ａを備えた光検出器１０１と、第２の光検出層１２Ｂを備えた光検出器１０２と、を積層した光検出器１１である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the photodetector 11A. Photodetector 11A includes an optical detector 10 1, which includes a first optical detection layer 12A, a light detector 11 that the optical detector 10 2 having a second light detection layer 12B, a stacked.
光検出器１０１、および光検出器１０２は、上記実施の形態で説明した光検出器１０と同様である。なお、反射層２０の配置位置などが、光検出器１０とは異なる場合がある。
The photodetector 10 1 and the photodetector 10 2 are the same as the photodetector 10 described in the above embodiment. The arrangement position of the reflective layer 20 may be different from that of the photodetector 10.
詳細には、光検出器１０１は、反射層２０を備えない以外は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。光検出器１０２は、接着層２４を備えない以外は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。
In particular, the optical detector 10 1, except without the reflective layer 20, the same configuration as the optical detector 10B shown in FIG. Photodetector 10 2, except without the adhesive layer 24, the same configuration as the optical detector 10B shown in FIG.
なお、光検出器１０１では、図２に示す光検出器１０Ｂにおける、カソード電極としても機能する反射層２０に代えて、電極層５２を備えている。電極層５２は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極である。また、電極層５２は貫通電極４２に接続されている。光検出器１０１と、光検出器１０２と、の間には、反射防止層５４が設けられている。
In the optical detector 10 1, the optical detector 10B shown in FIG. 2, instead of the reflecting layer 20 which also functions as a cathode electrode, and an electrode layer 52. The electrode layer 52 includes at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the first photodetection region 140, at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the second photodetection region 142, and at least one of near-infrared regions. It is a transparent electrode which transmits the light of a part. The electrode layer 52 is connected to the through electrode 42. A photodetector 10 1, a photodetector 10 2, between, antireflective layer 54 is provided.
光検出器１１Ａは、光検出器１１Ａに含まれる第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの双方が、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０および第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の各々における、ｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとして、積層した構成である。
In the photodetector 11A, both the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B included in the photodetector 11A have a first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and In each of the second photodetection regions 142 included in the second photodetection layer 12B, the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side surface is laminated as the first surface 15A. It is a configuration.
なお、光検出器１０１の配線層３６は、貫通電極４０１に接続されている。貫通電極４０１は、光検出器１０１のアノード電極として機能する。光検出器１０２の配線層３６は、貫通電極４０２に接続されている。貫通電極４０２は、光検出器１０２のアノード電極として機能する。
The wiring layer 36 of the optical detector 10 1 is connected to the through electrode 40 1. The through electrode 40 1 functions as an anode electrode of the photodetector 10 1 . Wiring layer 36 of the optical detector 10 2 is connected to the through electrode 40 2. Through electrodes 40 2 serves as an anode electrode of photodetector 10 2.
光検出器１１Ａでは、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に設けられている。
In the photodetector 11A, the second photodetection layer 12B is provided between the first photodetection layer 12A and the reflective layer 20.
すなわち、光検出器１１Ａでは、反射層２０は、第２の光検出層１２Ｂを含む光検出器１０２における、第１の光検出層１２Ａの第２面１５Ｂ側に設けられている。
That is, in the photodetector 11A, the reflective layer 20, the optical detector 10 2 including a second light detection layer 12B, is provided on the second surface 15B side of the first light detection layer 12A.
光検出器１０２では、反射層２０は、カソード電極としても機能し、貫通電極４２に接続されている。本実施の形態では、電極層５２、反射層２０および貫通電極４２は、カソード電極として機能する。
In the optical detector 10 2, reflective layer 20 also functions as a cathode electrode, and is connected to the through electrode 42. In the present embodiment, the electrode layer 52, the reflective layer 20, and the through electrode 42 function as a cathode electrode.
図５に示す例では、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、を第１の光検出層１２Ａの第１面１４Ａに平行な第３面に投影した時に、第１の光検出領域１４０の少なくとも一部は第２の光検出領域１４２と重なる。
In the example shown in FIG. 5, the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B are used as the first light detection region. When projected onto the third surface parallel to the first surface 14A of the detection layer 12A, at least part of the first light detection area 140 overlaps with the second light detection area 142.
すなわち、第１の光検出領域１４０および第２の光検出領域１４２の少なくとも一部の、図５中、矢印Ｙ方向における位置は、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂ間で一致する。
That is, the position in the arrow Y direction in FIG. 5 of at least a part of the first photodetection region 140 and the second photodetection region 142 is between the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B. Match with.
光検出器１１Ａに、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側から光（図５中、入射光Ｌ１参照）が入射すると、光は、まず、光検出器１０１の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に入射した後に、光検出器１０２の第１の光検出層１２Ａへ至る。
The photodetector 11A, (in FIG. 5, reference incident light L1) light from the first surface 15A side of the first light detection region 140 when the incident light is first, the first light of the optical detector 10 1 after entering the first light detection region 140 included in the detection layer 12A, leading to the first light detection layer 12A of the optical detector 10 2.
そして、光検出器１０２の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ入射した光は、反射層２０によって、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を介して、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０へ向かって反射する（図５中、反射光Ｌ２参照）。
The light incident to the second light detection region 142 included in the second light detection layer 12B of the optical detector 10 2, by the reflective layer 20, a second light included in the second light detection layer 12B The light is reflected toward the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A via the detection region 142 (see reflected light L2 in FIG. 5).
このように、光検出器１１Ａを、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂを含む積層体とすることで、光の入射方向の最上流側に配置された第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０で検出されなかった光（具体的には、光子）が、該入射方向の下流側に配置された第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２で順次検出される。
In this way, by using the photodetector 11A as a laminated body including the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B, the first light arranged on the most upstream side in the light incident direction. Light (specifically, photons) that is not detected in the first photodetection region 140 included in the detection layer 12A is included in the second photodetection layer 12B disposed on the downstream side in the incident direction. The two light detection regions 142 are sequentially detected.
ここで、例えば、光の入射方向の上流側の第１層目に配置された第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に光子が入射し、アバランシェ増倍が生じている最中（デットタイム）に２個目の光子が入射すると、既に増倍現象が生じているため、該第１の光検出領域１４０では、２個目の光子のカウントを行うことができない。しかし、１層目によるアバランシェ増倍中に１層目で検出されなかった光子は、光の入射方向から数えて第２層目に配置された第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２でカウントすることが可能となる。このため、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。
Here, for example, photons are incident on the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A disposed on the first layer on the upstream side in the light incident direction, and avalanche multiplication occurs. If the second photon is incident during the dead time (dead time), the multiplication phenomenon has already occurred, so that the second photon cannot be counted in the first photodetection region 140. However, the photons not detected in the first layer during the avalanche multiplication by the first layer are included in the second photodetection layer 12B arranged in the second layer, which is counted from the incident direction of light. It becomes possible to count in the light detection area 142. Therefore, the dynamic range (the number of photon counts) can be improved.
また、光の入射方向の最下流側に配置された第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の第２面１５Ｂ側には、反射層２０が設けられている。このため、反射層２０による反射により、第１の光検出領域１４０および第２の光検出領域１４２の各々に入射する光の光路長を、反射層２０を備えない構成に比べて、長くすることができる。
In addition, the reflective layer 20 is provided on the second surface 15B side of the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B arranged on the most downstream side in the light incident direction. For this reason, the optical path length of the light incident on each of the first photodetection region 140 and the second photodetection region 142 due to the reflection by the reflection layer 20 is made longer than that in the configuration without the reflection layer 20. You can
従って、本実施の形態の光検出器１１は、上記実施の形態と同様の効果が得られると共に、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。具体的には、本実施の形態の、第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出層１２Ｂと、反射層２０と、を含む光検出器１１は、第２の光検出層１２Ｂを含まず（光検出層を積層せず）、且つ反射層２０を備えない構成に比べて、ダイナミックレンジを１．５倍以上増加させることができる。また、光検出層を３層積層した場合には、ダイナミックレンジを１．６７倍増加させることができると考えられる。
Therefore, the photodetector 11 of the present embodiment can obtain the same effect as that of the above-mentioned embodiment and can improve the dynamic range (the number of photon counts). Specifically, the photodetector 11 according to the present embodiment, which includes the first photodetection layer 12A, the second photodetection layer 12B, and the reflective layer 20, includes the second photodetection layer 12B. The dynamic range can be increased by 1.5 times or more as compared with the configuration in which the reflective layer 20 is not included (the photo detection layer is not laminated). Moreover, it is considered that the dynamic range can be increased by 1.67 times when three photodetection layers are laminated.
図６は、光検出領域の空乏層の厚みが５μｍである光検出層（第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂと同様の構成）を、４層積層した光検出器１１Ａにおける、近赤外領域の８５０ｎｍの光の吸収量と、空乏層の厚みとの関係を示す線図である。
FIG. 6 shows a photodetector 11A in which four photodetection layers (having the same structure as the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B) each having a depletion layer thickness of 5 μm in the photodetection region are stacked. 6 is a diagram showing the relationship between the absorption amount of light at 850 nm in the near infrared region and the thickness of the depletion layer in FIG.
線図６０は、波長８５０ｎｍの近赤外領域の波長の光の吸収量（％）を示す。
Diagram 60 shows the absorption amount (%) of light having a wavelength of 850 nm in the near infrared region.
図６に示すように、光検出器１１Ａにおける、光の入射側から数えて１層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２１に示すように、近赤外領域の波長の光の吸収量は３０％であった。そして、光の入射側から数えて２層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２２に示すように、近赤外領域の波長の光の吸収量は２０％であった。また、光の入射側から数えて３層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２３に示すように、近赤外領域の波長の光の吸収量は１５％であり、４層目の光検出層の空乏層では、グラフ６２４に示すように、吸収量は１０％であった。なお、これらのグラフ６２１〜６２４は、１層目の光検出層からの吸収量の累積値を示している。このため、実際の各層の吸収量は、前段のグラフによって示される吸収量との差分となる。
As shown in FIG. 6, the optical detector 11A, in the depletion layer counted from the light incident side first layer of the light detection layer, as shown in the graph 62 1, the absorption of light of a wavelength in the near-infrared region The amount was 30%. Then, in the depletion layer counted from the light incident side second layer of the optical detection layer, as shown in the graph 62 2, the absorption of light of a wavelength in the near infrared region was 20%. Further, in the depletion layer counted from the light incident side third layer of the light detection layer, as shown in the graph 62 3, absorption of light of a wavelength in the near infrared region is 15% of the fourth layer in the depletion layer of the light detection layer, as shown in the graph 62 4, absorption was 10%. Note that these graphs 62 1-62 4 shows the cumulative value of the absorption amount of from the first layer of the light detection layer. Therefore, the actual absorption amount of each layer is a difference from the absorption amount shown by the graph in the previous stage.
このように、複数の光検出層を積層することで、光の入射方向の上流側に配置された光検出層で検出されなかった光を、下流側に配置された光検出層で検出することが可能となるといえる。また、１層のみの光検出層で構成した場合の光検出器における近赤外領域の波長の光の吸収量が３０％であったのに比べて、光検出層の積層数が多くなるほど、光検出器１１における近赤外領域の波長の光の吸収量が、３０％、５０％、６５％、７５％と増加した（線図６０参照）。
In this way, by stacking a plurality of photodetection layers, light that is not detected by the photodetection layers arranged on the upstream side in the incident direction of light can be detected by the photodetection layers arranged on the downstream side. Can be said to be possible. Further, as compared with the case where the photodetector constituted by only one layer has an absorption amount of light having a wavelength in the near infrared region of 30%, the larger the number of laminated photodetection layers is, The absorption amount of light having a wavelength in the near infrared region in the photodetector 11 increased to 30%, 50%, 65%, and 75% (see diagram 60).
また、図５に示すように、２層目の光検出層（光検出器１０２における第２の光検出層１２Ｂ）の第２面１５Ｃ側に反射層２０を形成することで、光子は１層目の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０、２層目の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２、をこの順に通過した後に、反射層２０で反射され、２層目の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２、１層目の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０をこの順に通過する。このため、光子は、実質４層の光検出層（光検出領域）を通過することになる。よって、４層の光検出層で構成したときと同等の吸収効率を実現することができる。
Further, as shown in FIG. 5, by forming the reflective layer 20 on the second surface 15C side of the second layer of the light detection layer (second photodetection layer 12B in the light detector 10 2), photon 1 After passing through the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A of the second layer and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B of the second layer in this order, The second photodetection area 142 included in the second photodetection layer 12B of the second layer, which is reflected by the reflective layer 20, and the first photodetection area 140 included in the first photodetection layer 12A of the first layer. Through in this order. Therefore, the photons pass through substantially four photodetection layers (photodetection regions). Therefore, it is possible to realize the same absorption efficiency as that when it is configured by the four photodetection layers.
図５に戻り、なお、図５には、第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂを積層した構成の光検出器１１Ａを示したが、光検出器１１Ａは、上述したように、３層以上の光検出層を積層した構成であってもよい。また、積層した最下層（最も第２面側）に反射層２０を形成することで、上述したとおり、積総数の２倍の光路長としてもよい。
Returning to FIG. 5, FIG. 5 shows the photodetector 11A having a structure in which the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B are laminated, but the photodetector 11A is as described above. In addition, a structure in which three or more photodetection layers are laminated may be used. Further, by forming the reflective layer 20 on the lowermost layer (closest to the second surface side) that is laminated, as described above, the optical path length may be twice the total number of products.
また、図５には、第１の光検出層１２Ａと第２の光検出層１２Ｂの双方について、ｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面を第１面１５Ａとして、積層した構成の光検出器１１Ａを示した。
In addition, in FIG. 5, the surface on the p-type semiconductor layer (p− type semiconductor layer 14A, p+ type semiconductor layer 14B) side of both the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B is the first side. As the surface 15A, the photodetector 11A having a laminated structure is shown.
しかし、第１の光検出領域１４０（または第２の光検出領域１４２）におけるｐ型半導体層側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａ（または第２の光検出層１２Ｂ）と、第２の光検出領域１４２（または第１の光検出領域１４０）におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂ（または第２の光検出領域１４２）と、を混在させて積層した光検出器１１としてもよい。
However, the first photodetection layer 12A (or the second photodetection layer 12B) in which the surface of the first photodetection region 140 (or the second photodetection region 142) on the p-type semiconductor layer side is the first surface 15A. ), and the second photodetection layer 12B (or the second photodetection layer) in which the surface on the n-type semiconductor substrate 14C side in the second photodetection area 142 (or the first photodetection area 140) is the first surface 15A. The region 142) may be mixed and laminated to form the photodetector 11.
図７は、光検出器１１Ｂの模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of the photodetector 11B.
光検出器１１Ｂは、第１の光検出層１２Ａを備えた光検出器１０１と、第２の光検出層１２Ｂを備えた光検出器１０３と、を積層した光検出器１１である。
Photodetector 11B includes an optical detector 10 1, which includes a first optical detection layer 12A, a light detector 11 that the optical detector 10 3 with a second light detection layer 12B, a stacked.
光検出器１０１は、反射層２０を備えない以外は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。
Photodetector 10 1, except without the reflective layer 20, the same configuration as the optical detector 10B shown in FIG.
なお、光検出器１０１では、図２に示す光検出器１０Ｂにおける、カソード電極としても機能する反射層２０に代えて、電極層５２を備えている。電極層５２は、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極である。なお、光検出器１１Ｂでは、電極層５２は、光検出器１０３のカソード電極としても機能する。
In the optical detector 10 1, the optical detector 10B shown in FIG. 2, instead of the reflecting layer 20 which also functions as a cathode electrode, and an electrode layer 52. The electrode layer 52 includes at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the first photodetection region 140, at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the second photodetection region 142, and at least one of near-infrared regions. It is a transparent electrode which transmits the light of a part. In the photodetector 11B, the electrode layer 52 also functions as a cathode electrode of photodetector 10 3.
光検出器１０３は、図２に示す光検出器１０Ｂと同様の構成である。但し、光検出器１０３は、支持基板３９および接着層２４を備えない構成である。また、光検出器１０３は、光検出器１０Ｂにおける第１の光検出層１２Ａおよび絶縁層３０の積層体を、図２に示す例とは上下反転させて、光検出器１０１の電極層５２側に配置した構成である。そして、光検出器１０３は、第１の光検出層１２Ａに代えて、第２の光検出層１２Ｂを備えた構成である。このため、光検出器１０３では、第２の光検出領域１４２のｐｎ接合における、ｐ型半導体層（ｐ−型半導体層１４Ａ、ｐ＋型半導体層１４Ｂ）側の面が第２面１５Ｂとなり、ｎ型半導体基板１４Ｃ側の面が第１面１５Ａとなっている。
Photodetector 10 3 has the same configuration as the optical detector 10B shown in FIG. However, the light detector 10 3 is a configuration without the support substrate 39 and the adhesive layer 24. Further, the optical detector 10 3, the laminate of the first light detection layer 12A and the insulating layer 30 in the photodetector 10B, upside down from the examples shown in FIG. 2, the electrode layer of the photodetector 10 1 This is a configuration arranged on the 52 side. The light detector 10 3, instead of the first light detection layer 12A, a configuration in which a second light detection layer 12B. Therefore, the optical detector 10 3, at the pn junction of the second light detection region 142, p-type semiconductor layer (p- type semiconductor layer 14A, p + -type semiconductor layer 14B) side of the plane next to the second surface 15B, The surface on the n-type semiconductor substrate 14C side is the first surface 15A.
また、光検出器１０３では、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の第２面１５Ｂ側、すなわち、第２の光検出領域１４２のクエンチング抵抗３２側に、反射層２０が設けられている。
In the optical detector 10 3, the second surface 15B side of the second light detecting region 142 included in the second light detection layer 12B, i.e., the quenching resistor 32 side of the second light detection region 142, The reflective layer 20 is provided.
このように、光検出器１１Ｂは、第１の光検出領域１４０におけるｐ型半導体層側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂと、を積層させた構成である。
As described above, the photodetector 11B includes the first photodetection layer 12A in which the surface of the first photodetection region 140 on the p-type semiconductor layer side is the first surface 15A and the n in the second photodetection region 142. The second photodetection layer 12B having the first surface 15A on the side of the type semiconductor substrate 14C is laminated.
また、光検出器１１Ｂでは、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に配置されている。すなわち、反射層２０は、光検出器１１Ｂに設けられた第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの内、第２の光検出層１２Ｂの第２面１５Ｂ側に設けられている。
In addition, in the photodetector 11B, the second photodetection layer 12B is arranged between the first photodetection layer 12A and the reflective layer 20. That is, the reflective layer 20 is provided on the second surface 15B side of the second photodetection layer 12B among the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B provided on the photodetector 11B. There is.
なお、光検出器１０１の配線層３６は、貫通電極４０１に接続されている。貫通電極４０１は、光検出器１０１のアノード電極として機能する。光検出器１０３の配線層３６は、貫通電極４０２に接続されている。貫通電極４０２は、光検出器１０３のアノード電極として機能する。
The wiring layer 36 of the optical detector 10 1 is connected to the through electrode 40 1. The through electrode 40 1 functions as an anode electrode of the photodetector 10 1 . Wiring layer 36 of the optical detector 103 is connected to the through electrode 40 2. Through electrodes 40 2 serves as an anode electrode of photodetector 10 3.
電極層５２は、貫通電極４２に接続されている。本実施の形態では、電極層５２、および貫通電極４２は、光検出器１０１および光検出器１０３のカソード電極として機能する。
The electrode layer 52 is connected to the through electrode 42. In the present embodiment, the electrode layer 52 and the penetrating electrode 42 function as the cathode electrodes of the photodetectors 10 1 and 10 3 .
光検出器１１Ｂに、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側から光（図７中、入射光Ｌ１参照）が入射すると、光は、まず、光検出器１０１の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に入射した後に、光検出器１０３の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ至る。
The photodetector 11B, (in FIG. 7, the reference incident light L1) first light from the first surface 15A side of the light detection region 140 when the incident light is first, the first light of the optical detector 10 1 after entering the first light detection region 140 included in the detection layer 12A, reaching the second light detecting region 142 included in the second light detection layer 12B of the photodetector 10 3.
そして、光検出器１０３の第２の光検出領域１４２へ入射した光は、反射層２０によって、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を介して、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０側へ向かって反射する（図７中、反射光Ｌ２参照）。
The light incident to the second light detection area 142 of the optical detector 10 3, the reflective layer 20, through the second light detecting region 142 included in the second light detection layer 12B, first The light is reflected toward the first light detection region 140 side included in the light detection layer 12A (see reflected light L2 in FIG. 7).
このため、光検出器１１Ｂは、光検出器１１Ａと同様に、上記実施の形態と同様の効果が得られると共に、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。
Therefore, like the photodetector 11A, the photodetector 11B can obtain the same effect as that of the above-described embodiment and can improve the dynamic range (the number of photon counts).
また、第１の光検出領域１４０におけるｎ型半導体層１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂと、を積層させた構成の光検出器１１としてもよい。
In addition, the first photodetection layer 12A in which the surface of the first photodetection region 140 on the n-type semiconductor layer 14C side is the first surface 15A, and the surface of the second photodetection region 142 on the n-type semiconductor substrate 14C side. The second photodetection layer 12B having the first surface 15A as the first surface 15A may be laminated to form the photodetector 11.
図８は、光検出器１１Ｃの一例を示す模式図である。光検出器１１Ｃは、第２の光検出層１２Ｂを備えた光検出器１０４と、第１の光検出層１２Ａを備えた光検出器１０５と、を積層した光検出器１１である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the photodetector 11C. Photodetector 11C includes an optical detector 10 4 with a second light detection layer 12B, a photodetector 105, which includes a first optical detection layer 12A, an optical detector 11 formed by stacking.
光検出器１０４は、図３に示す光検出器１０Ｃと同様の構成である。
Photodetector 10 4 has the same configuration as the optical detector 10C shown in FIG.
なお、光検出器１０４では、図３に示す光検出器１０Ｃにおける、電極層２６は、図３を用いて説明したように、第１の光検出領域１４０の感度波長領域の少なくとも一部の光と、第２の光検出領域１４２の感度波長領域の少なくとも一部の光と、近赤外領域の少なくとも一部の光と、を透過する透明電極であり、電極層５２と同じ機能を有する。光検出器１０４の配線層３６は、貫通電極４０としての貫通電極４０４に接続されている。貫通電極４０４は、光検出器１０４の第２の光検出領域１４２のアノード電極として機能する。
In the optical detector 10 4, the optical detector 10C shown in FIG. 3, the electrode layer 26, as described with reference to FIG. 3, at least a portion of the sensitive wavelength region of the first light detection region 140 It is a transparent electrode that transmits light, at least a part of light in the sensitivity wavelength region of the second light detection region 142, and at least a part of light in the near infrared region, and has the same function as the electrode layer 52. .. Wiring layer 36 of the optical detector 104 is connected to the through electrode 40 4 as a through electrode 40. Through electrodes 40 4 functions as an anode electrode of the second light detection area 142 of the optical detector 104.
光検出器１０５は、反射層２０と、支持基板３８と、を備えない以外は、図３に示す光検出器１０Ｃと同様の構成である。光検出器１０５の配線層３６は、貫通電極４０としての貫通電極４０５に接続されている。貫通電極４０５は、光検出器１０５の第１の光検出領域１４０のアノード電極として機能する。
Photodetector 105 includes a reflective layer 20, except that not provided with the supporting substrate 38, and the same configuration as the optical detector 10C shown in FIG. Wiring layer 36 of the optical detector 105 is connected to the through electrode 40 5 as the through electrode 40. Through electrodes 40 5 functions as an anode electrode of the first light detection region 140 of the optical detector 105.
電極層２６は、カソード電極として機能する。光検出器１０４、および光検出器１０５の電極層２６は、貫通電極４２に接続されている。
The electrode layer 26 functions as a cathode electrode. Electrode layer 26 of the optical detector 10 4, and the photodetector 105 is connected to the through electrode 42.
このように、光検出器１１Ｃは、第１の光検出領域１４０におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第１の光検出層１２Ａと、第２の光検出領域１４２におけるｎ型半導体基板１４Ｃ側の面を第１面１５Ａとした第２の光検出層１２Ｂとを、積層させた構成である。
In this way, the photodetector 11C includes the first photodetection layer 12A having the first surface 15A on the surface of the first photodetection region 140 on the n-type semiconductor substrate 14C side and the second photodetection region 142. This is a configuration in which a second photodetecting layer 12B having a surface on the n-type semiconductor substrate 14C side as the first surface 15A is laminated.
また、光検出器１１Ｃでは、第２の光検出層１２Ｂは、第１の光検出層１２Ａと反射層２０との間に設けられている。すなわち、反射層２０は、第１の光検出層１２Ａ及び第２の光検出層１２Ｂの内、第２面１５Ｂの方向（図４中、矢印ＸＡ方向参照）の最下流に配置された第１の光検出層１２Ａの、第２面１５Ｂ側に設けられている。
Further, in the photodetector 11C, the second photodetection layer 12B is provided between the first photodetection layer 12A and the reflective layer 20. That is, the reflection layer 20 is the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B which are arranged at the most downstream side in the direction of the second surface 15B (see the arrow XA direction in FIG. 4). Is provided on the second surface 15B side of the photodetection layer 12A.
光検出器１１Ｃに、第１の光検出領域１４０の第１面１５Ａ側から光（図８中、入射光Ｌ１参照）が入射すると、光は、まず、光検出器１０５の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０に入射した後に、光検出器１０４の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ至る。
The photodetector 11C, (in FIG. 8, reference incident light L1) light from the first surface 15A side of the first light detection region 140 when the incident light is first, the first light of the optical detector 10 5 after entering the first light detection region 140 included in the detection layer 12A, reaching the second light detecting region 142 included in the second light detection layer 12B of the photodetector 10 4.
そして、光検出器１０４の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２へ入射した光は、反射層２０によって、光検出器１０４の第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を介して、光検出器１０５の第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０側へ向かって反射する（図８中、反射光Ｌ２参照）。
Then, the light incident on the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B of the photodetector 10 4 is reflected by the reflection layer 20 to the second photodetection layer 12B of the photodetector 10 4 . via a second light detection region 142 included, is reflected toward the first photodetection region 140 side included in the first light detection layer 12A of the optical detector 105 (in FIG. 8, the reflected light L2 reference).
このため、光検出器１１Ｃは、光検出器１１Ａと同様に、上記実施の形態と同様の効果が得られると共に、ダイナミックレンジ（光子のカウント数）を向上させることができる。
Therefore, like the photodetector 11A, the photodetector 11C can obtain the same effect as that of the above-described embodiment and can improve the dynamic range (the number of photon counts).
なお、光検出器１１Ａでは、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０、および第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２の、各々のアノード電極に、貫通電極４０１、および貫通電極４０２、を用いた（図５参照）。しかし、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０、および第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２を、共通のアノード電極に接続してもよい。
In the photodetector 11A, each anode electrode of the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B. In addition, the through electrode 40 1 and the through electrode 40 2 were used (see FIG. 5). However, the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B may be connected to a common anode electrode. ..
図９は、光検出器１１Ｄの一例を示す模式図である。光検出器１１Ｄは、光検出器１０１と、光検出器１０２と、の積層体である。なお、光検出器１１Ｄは、光検出器１０１の貫通電極４０１（図５参照）と、光検出器１０２の貫通電極４０２（図５参照）と、を共通の貫通電極４０とした以外は、図５の光検出器１１Ａと同様の構成である。なお、図９に示すように、反射層２０には保護膜２７を積層してもよい。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the photodetector 11D. The photodetector 11D is a stacked body of the photodetector 10 1 and the photodetector 10 2 . The optical detector 11D, the through electrode 40 1 of the optical detector 10 1 (see FIG. 5), the through electrode 40 2 of the optical detector 10 2 (see FIG. 5), was a common through-electrode 40 Other than that, the configuration is similar to that of the photodetector 11A in FIG. Note that, as shown in FIG. 9, a protective film 27 may be laminated on the reflective layer 20.
このように、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々のアノード電極を、共通の貫通電極４０に接続して用いてもよい。
As described above, the anode electrodes of the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B may be connected to the common through electrode 40 and used.
なお、図５、図７〜図８に示すように、光検出器１１を構成する第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々のアノード電極を、第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂの各々ごとに異なる貫通電極４０に接続する場合には、絶縁層３０に貫通電極４０に相当する孔を、千鳥状にずらして形成することで、製造工程の簡易化を図ることができる。
Note that, as shown in FIGS. 5 and 7 to 8, the anode electrodes of the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B constituting the photodetector 11 are replaced with the first photodetection layer. When connecting different through electrodes 40 to each of 12A and the second photodetection layer 12B, holes corresponding to the through electrodes 40 are formed in the insulating layer 30 in a staggered manner to form the manufacturing process. It can be simplified.
図１０は、貫通電極４０の配置の説明図である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、複数の貫通電極４０１に対応する貫通孔を千鳥配列させた絶縁層３０と、複数の貫通電極４０２に対応する貫通孔を千鳥配列させた絶縁層３０と、を用意する。そして、これらの２枚の絶縁層３０の内、一方の絶縁層３０を反転させて、他方の絶縁層３０に貼り付ける（図１０（Ｃ）参照）。これにより、複数の光検出層（第１の光検出層１２Ａおよび第２の光検出層１２Ｂ）を積層した光検出器１１を、構成することが好ましい。
FIG. 10 is an explanatory diagram of the arrangement of the through electrodes 40. As shown in FIGS. 10A and 10B, the insulating layer 30 in which the through holes corresponding to the plurality of through electrodes 40 1 are arranged in a staggered manner, and the through holes corresponding to the plurality of through electrodes 40 2 are formed in a zigzag manner. The insulating layer 30 arranged is prepared. Then, one of these two insulating layers 30 is inverted and attached to the other insulating layer 30 (see FIG. 10C). Accordingly, it is preferable to configure the photodetector 11 in which a plurality of photodetection layers (the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B) are stacked.
なお、図５に示す例では、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、を第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａに平行な第３面に投影した時に、第１の光検出領域１４０の少なくとも一部は、第２の光検出領域１４２と重なる場合を説明した。
In the example shown in FIG. 5, the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B are first The case where at least a part of the first photodetection region 140 overlaps with the second photodetection region 142 when projected onto the third surface parallel to the first surface 15A of the photodetection layer 12A is described.
しかし、第１の光検出層１２Ａに含まれる第１の光検出領域１４０と、第２の光検出層１２Ｂに含まれる第２の光検出領域１４２と、を第１の光検出層１２Ａの第１面１５Ａに平行な第３面に投影した時に、第１の光検出領域１４０の少なくとも一部は、第２の光検出領域１４２と重ならない構成であってもよい。
However, the first photodetection region 140 included in the first photodetection layer 12A and the second photodetection region 142 included in the second photodetection layer 12B are not included in the first photodetection layer 12A. At least a part of the first light detection area 140 may not overlap with the second light detection area 142 when projected onto the third surface parallel to the first surface 15A.
（第５の実施の形態）
次に、上記実施の形態の光検出器１０の製造方法を説明する。
(Fifth Embodiment)
Next, a method for manufacturing the photodetector 10 according to the above embodiment will be described.
図１１〜図１９は、第１の実施の形態で説明した光検出器１０Ａの製造方法の一例を示す説明図である。
11 to 19 are explanatory views showing an example of a method of manufacturing the photodetector 10A described in the first embodiment.
図１１に示すように、まず、ｎ型半導体基板２８を用意する。そして、ｎ型半導体基板２８に対して、公知の半導体製造プロセスを施すことで、第１の光検出領域１４０を形成する。具体的には、まず、ｎ型半導体基板２８に、シリコンのエピタキシャル成長によりシリコンのエピタキシャル層としてｐ−型半導体層１４Ａを形成する。そして、ｐ−型半導体層１４Ａの一部がｐ＋型半導体層１４Ｂ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型半導体基板２８上に複数の第１の光検出領域１４０を形成する。各第１の光検出領域１４０の、各第１の光検出領域１４０の配列方向における長さは、例えば、８００μｍである。
As shown in FIG. 11, first, an n-type semiconductor substrate 28 is prepared. Then, the n-type semiconductor substrate 28 is subjected to a known semiconductor manufacturing process to form the first photodetection region 140. Specifically, first, the p − type semiconductor layer 14A is formed as an epitaxial layer of silicon on the n type semiconductor substrate 28 by epitaxial growth of silicon. Then, impurities (for example, boron) are implanted so that part of the p − type semiconductor layer 14A becomes the p + type semiconductor layer 14B. As a result, the plurality of first photodetection regions 140 are formed on the n-type semiconductor substrate 28. The length of each first light detection region 140 in the arrangement direction of each first light detection region 140 is, for example, 800 μm.
次に、各第１の光検出領域１４０が互いに電気的に干渉しないように、各第１の光検出領域１４０の素子分離を行う。素子分離は、第１の光検出領域１４０の間の領域を、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、各第１の光検出領域１４０の間には、素子分離部２９が形成される。なお、素子分離部２９は、ｎ型半導体基板１４Ｃの領域にまで到達させる。
Next, element isolation of each first photodetection region 140 is performed so that each first photodetection region 140 does not electrically interfere with each other. The element isolation is performed by forming a region between the first photodetection regions 140, for example, a Deep Trench Isolation structure or a channel stopper structure by implanting impurities (for example, phosphorus). Due to the element isolation, the element isolation portion 29 is formed between each of the first light detection regions 140. The element isolation portion 29 reaches the region of the n-type semiconductor substrate 14C.
次に、図１２に示すように、複数の第１の光検出領域１４０上に、絶縁層３０を形成する。次に、第１の光検出領域１４０上に、絶縁層３０を介して反射層２０を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, the insulating layer 30 is formed on the plurality of first light detection regions 140. Next, the reflective layer 20 is formed on the first photodetection region 140 with the insulating layer 30 interposed therebetween.
次に、図１３に示すように、絶縁層３０を形成した後に、第１の光検出領域１４０に直列接続したクエンチング抵抗３２を形成する。次に、図１４に示すように、更に絶縁層３０を形成した後に、コンタクト層３４を形成する。そして、配線層３６を形成し、コンタクト層３４を介してクエンチング抵抗３２と接続させる。また、電極層３７を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, after forming the insulating layer 30, the quenching resistor 32 connected in series to the first light detection region 140 is formed. Next, as shown in FIG. 14, after further forming the insulating layer 30, the contact layer 34 is formed. Then, the wiring layer 36 is formed and connected to the quenching resistor 32 via the contact layer 34. Further, the electrode layer 37 is formed.
次に、図１５に示すように、更に絶縁層３０を形成し、配線層３６に接続させる貫通電極を形成するための領域をパターニングする。次に、絶縁層３０上に、支持基板３８を形成する（図１６参照）。
Next, as shown in FIG. 15, an insulating layer 30 is further formed and a region for forming a through electrode connected to the wiring layer 36 is patterned. Next, the support substrate 38 is formed on the insulating layer 30 (see FIG. 16).
一方、ｎ型半導体基板２８を薄層化することで、第１の光検出層１２Ａとする（図１７参照）。
On the other hand, by thinning the n-type semiconductor substrate 28, the first photodetection layer 12A is formed (see FIG. 17).
さらに、図１８に示すように、第１の光検出層１２Ａのｎ型半導体基板１４Ｃ側に電極層２６を形成する。また、電極層２６を、貫通電極４２を介して電極層３７に接続させる。そして、図１９に示すように、配線層３６に接続する貫通電極４０と、電極層３７に接続する貫通電極４４と、を形成することで、光検出器１０Ａを作製する。
Further, as shown in FIG. 18, the electrode layer 26 is formed on the n-type semiconductor substrate 14C side of the first photodetection layer 12A. Further, the electrode layer 26 is connected to the electrode layer 37 via the through electrode 42. Then, as shown in FIG. 19, the through electrode 40 connected to the wiring layer 36 and the through electrode 44 connected to the electrode layer 37 are formed, thereby manufacturing the photodetector 10A.
（第６の実施の形態）
図２０〜図２６は、第２の実施の形態で説明した光検出器１０Ｂの製造方法の一例を示す説明図である。
(Sixth Embodiment)
20 to 26 are explanatory views showing an example of a method of manufacturing the photodetector 10B described in the second embodiment.
図２０に示すように、まず、ｎ型半導体基板２８を用意する。そして、ｎ型半導体基板２８に対して、公知の半導体製造プロセスを施すことで、第１の光検出領域１４０を形成する。次に、各第１の光検出領域１４０の間に、素子分離部２９を形成する（第５の実施の形態の図１１と同様）。
As shown in FIG. 20, first, an n-type semiconductor substrate 28 is prepared. Then, the n-type semiconductor substrate 28 is subjected to a known semiconductor manufacturing process to form the first photodetection region 140. Next, the element isolation part 29 is formed between each 1st photon detection area 140 (similar to FIG. 11 of 5th Embodiment).
次に、図２１に示すように、絶縁層３０を形成した後に、第１の光検出領域１４０に直列接続したクエンチング抵抗３２を形成する。次に、図２２に示すように、更に絶縁層３０を形成すると共に、コンタクト層３４を形成する。そして、配線層３６を形成し、コンタクト層３４を介してクエンチング抵抗３２と接続させる。
Next, as shown in FIG. 21, after forming the insulating layer 30, the quenching resistor 32 connected in series to the first light detection region 140 is formed. Next, as shown in FIG. 22, the insulating layer 30 is further formed and the contact layer 34 is formed. Then, the wiring layer 36 is formed and connected to the quenching resistor 32 via the contact layer 34.
次に、図２３に示すように、更に絶縁層３０を形成した後に、接着層２４を介して支持基板３９を設ける。
Next, as shown in FIG. 23, after further forming the insulating layer 30, the support substrate 39 is provided via the adhesive layer 24.
一方、ｎ型半導体基板２８を薄層化することで、第１の光検出層１２Ａとする（図２４参照）。
On the other hand, by thinning the n-type semiconductor substrate 28, the first photodetection layer 12A is formed (see FIG. 24).
さらに、図２５に示すように、第１の光検出層１２Ａのｎ型半導体基板１４Ｃ側に電極層２６を形成する。また、電極層２６を、貫通電極４０を介して配線層３６に接続させる。
Further, as shown in FIG. 25, an electrode layer 26 is formed on the n-type semiconductor substrate 14C side of the first photodetection layer 12A. Further, the electrode layer 26 is connected to the wiring layer 36 via the through electrode 40.
次に、図２６に示すように、第１の光検出層１２Ａの第２面１５Ｂ側に、反射層２０を形成する。これにより、光検出器１０Ｂを作製する。
Next, as shown in FIG. 26, the reflective layer 20 is formed on the second surface 15B side of the first photodetection layer 12A. Thereby, the photodetector 10B is manufactured.
なお、第４の実施の形態で説明した、複数の光検出層（第１の光検出層１２Ａ、第２の光検出層１２Ｂ）を積層した光検出器１１は、上記と同様の処理により製造した光検出器１０を、電極層５２または反射防止層５４などを介して積層することで、製造すればよい。また、反射層２０については、上述した位置に配置すればよい。なお、ｎ型半導体基板２８については、積層後に薄層化してもよい。
The photodetector 11 in which a plurality of photodetection layers (the first photodetection layer 12A and the second photodetection layer 12B) described in the fourth embodiment are stacked is manufactured by the same process as above. The photodetector 10 may be manufactured by stacking the photodetector 10 with the electrode layer 52 or the antireflection layer 54 interposed therebetween. Further, the reflective layer 20 may be arranged at the above-mentioned position. The n-type semiconductor substrate 28 may be thinned after being laminated.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、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。
Although the embodiments of the present invention have been described above, these embodiments and modifications are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications are included in the scope and spirit of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope equivalent thereto.
