JP5410901B2

JP5410901B2 - 光検出装置

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Publication number: JP5410901B2
Application number: JP2009221037A
Authority: JP
Inventors: 高志鈴木
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-09-25
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Description

本発明は、光検出装置に関する。

光検出装置として、受光素子の出力が結合コンデンサを介して増幅回路に接続されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された光検出装置によれば、受光素子側のインピーダンスが小さくなり、等価入力雑音レベルを低減して、Ｃ／Ｎ比の向上を図ることができる。

特開平２−２６３１２３号公報

特許文献１に記載された光検出装置では、結合コンデンサを具体的にどのように配置、又は、形成するのかという事項については、何ら考慮されていない。例えば、結合コンデンサとしてチップコンデンサ等を採用し、受光素子やチップコンデンサといった個々の部品をプリント基板に実装した場合、それぞれの部品やプリント基板上の配線に寄生容量が発生し、ノイズ特性及び高周波特性が劣化してしまう。

本発明は、寄生容量が生じるのを抑制して、ノイズ特性及び高周波特性に優れた光検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光検出装置は、第１導電型の第１半導体領域と、第１半導体領域上に形成され、該第１半導体領域との間に形成されるｐｎ接合によってフォトダイオードを構成する第２導電型の第２半導体領域と、を有する半導体基板と、第２半導体領域と対向するように第２半導体領域上に配置されると共に、第２半導体領域に電気的に接続された第１の電極層と、第１の電極層と対向するように第１の電極層上に配置され、第１の電極層との間にフォトダイオードに接続される容量成分を形成する第２の電極層と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る光検出装置では、第２半導体領域上に配置された第１の電極層と、第１の電極層と対向するように第１の電極層上に配置された第２の電極層との間に、容量成分が形成され、当該容量成分がフォトダイオードに直列接続される結合コンデンサとして機能する。このように、本発明では、結合コンデンサとして機能する容量成分が半導体基板上に直接形成されるため、個々の部品を基板に実装する上記構成に比して、発生する寄生容量が小さい。

結合コンデンサとして機能する容量成分が半導体基板上に直接形成された構成として、第２半導体領域以外の領域、例えば、第１半導体領域上に互いに対向する一対の電極層を形成することも考えられる。しかしながら、この構成では、第１半導体領域と当該第１半導体領域に対向する電極層との間に寄生容量が生じ、この寄生容量は、フォトダイオードを構成する第１半導体領域と第２半導体領域とで形成される接合容量に並列接続されることとなる。このため、ノイズの増加を招き、ＳＮ比が低下する懼れがある。また、高周波特性を劣化させる懼れもある。

本発明では、第１の電極層が第２半導体領域上に配置されていることから、第１の電極層と第２半導体領域との間に寄生容量が生じることとなる。しかしながら、第１の電極層と第２半導体領域とは電気的に接続されており、第１の電極層と第２半導体領域との間には電位差が生じ難く、第１の電極層と第２半導体領域との間に生じる寄生容量は極めて小さい。

以上のように、本発明によれば、寄生容量の発生が抑制され、ノイズ特性及び高周波特性に優れた光検出装置を実現することができる。

好ましくは、半導体基板は、互いに対向する第１及び第２主面を含み、第２半導体領域は、半導体基板の第２主面側に形成されており、半導体基板の第２主面に対して配置されると共に、増幅手段が設けられた素子を、更に備え、第２の電極層と増幅手段の入力端子とがパンプを通して電気的に接続されている。この場合、半導体基板の第１主面を光入射面とすることができ、各種電極がフォトダイオードへの光入射に障害となることはない。また、第１及び第２の電極層が形成された半導体基板と素子とがバンプにより接続されるため、これらがワイヤボンディング等の手法により接続されている構成に比して、外部からノイズが混入する可能性は低く、ノイズ特性が劣化するのを抑制することができる。

好ましくは、第２の電極層が、接続用電極としてバンプと直接接続されている。この場合、容量成分を構成するための電極と、素子と接続するための電極とが共用され、構成を簡素化することができる。

好ましくは、第２の電極層と電気的に接続された接続用電極を更に備え、接続用電極とバンプとが直接接続されている。この場合、容量成分を構成するための電極と、素子と接続するための電極と、を備えるため、それぞれの電極に適した要件にて第２の電極層と接続用電極とを設計することができる。

本発明は、第１半導体領域と対向するように第１半導体領域上に配置されると共に、第１半導体領域に電気的に接続された第３の電極層と、第３の電極層と対向するように第３の電極層上に配置され、第１の電極層との間にフォトダイオードに接続される容量成分を形成する第４の電極層と、を更に備えていてもよい。

この場合、第３の電極層が第１半導体領域上に配置されていることから、第３の電極層と第１半導体領域との間に寄生容量が生じることとなる。しかしながら、第３の電極層と第１半導体領域とは電気的に接続されており、第３の電極層と第１半導体領域との間には電位差が生じ難く、第３の電極層と第１半導体領域との間に生じる寄生容量は極めて小さい。

好ましくは、半導体基板は、互いに対向する第１及び第２主面を含み、第２半導体領域は、半導体基板の第２主面側に形成されており、半導体基板の第２主面に対して配置されると共に、増幅手段が設けられた素子を、更に備え、第２及び第４の電極層と増幅手段の入力端子とがパンプを通して電気的に接続されている。この場合、半導体基板の第１主面を光入射面とすることができ、各種電極がフォトダイオードへの光入射に障害となることはない。また、第１〜第４の電極層が形成された半導体基板と素子とがバンプにより接続されるため、これらがワイヤボンディング等の手法により接続されている構成に比して、外部からノイズが混入する可能性は低く、ノイズ特性が劣化するのを抑制することができる。

好ましくは、第４の電極層が、接続用電極としてバンプと直接接続されている。この場合、容量成分を構成するための電極と、素子と接続するための電極とが共用され、構成を簡素化することができる。

好ましくは、第４の電極層と電気的に接続された接続用電極を更に備え、接続用電極とバンプとが直接接続されている。この場合、容量成分を構成するための電極と、素子と接続するための電極と、を備えるため、それぞれの電極に適した要件にて第４の電極層と接続用電極とを設計することができる。

本発明によれば、寄生容量が生じるのを抑制して、ノイズ特性及び高周波特性に優れた光検出装置を提供することができる。

本実施形態に係る光検出装置を示す概略平面図である。本実施形態に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。本実施形態に係る光検出装置の等価回路を示す回路図である。対比例に係る光検出装置を示す概略平面図である。対比例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。対比例に係る光検出装置の等価回路を示す回路図である。周波数と入力変換雑音電流との関係を示す線図である。周波数とレスポンスとの関係を示す線図である。半導体基板を素子に実装した構成を示す図である。本実施形態に係る光検出装置において、素子を含む等価回路を示す回路図である。本実施形態の変形例に係る光検出装置を示す概略平面図である。本実施形態の変形例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。本実施形態の更なる変形例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。本実施形態の更なる変形例に係る光検出装置の等価回路を示す回路図である。本実施形態の別の変形例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図３を参照して、本実施形態に係る光検出装置１について説明する。図１は、本実施形態に係る光検出装置を示す概略平面図である。図２は、本実施形態に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。図３は、本実施形態に係る光検出装置の等価回路を示す回路図である。図１では、後述する絶縁層９の図示を省略している。

光検出装置１は、図１及び図２に示されるように、半導体基板３を備えている。半導体基板３は、シリコン（Ｓｉ）結晶からなり、互いに対向する第１及び第２主面３ａ，３ｂを含んでいる。半導体基板３の第１主面３ａが光入射面とされる。

半導体基板３は、ｐ型の第１半導体領域５と、第１半導体領域５上に形成されたｎ^＋型の第２半導体領域７と、を有している。第１半導体領域５と第２半導体領域７との間にはｐｎ接合が形成され、このｐｎ接合によりフォトダイオードが構成されることとなる。本実施形態では、第２半導体領域７は、半導体基板３の第２主面３ｂ側に形成されている。第２半導体領域７は、平面視で矩形状を呈している。第２半導体領域７の平面サイズは、例えば、０．１５ｍｍ×０．１５ｍｍである。

半導体基板３は、ｐ型半導体基板を用意し、このｐ型半導体基板内において第２主面３ｂ側からｎ型不純物（例えば、アンチモン（Ｓｂ）や砒素（Ａｓ）等）を拡散させることにより第２半導体領域を形成することで得ることができる。本実施形態では、「高不純物濃度」とは例えばであって、導電型に付した「＋」は「高不純物濃度」であることを示す。なお、「低不純物濃度」は「−」を導電型に付けて示す。

各半導体領域の厚さ／不純物濃度は以下の通りである。
第１半導体領域５：厚み１０〜１０００μｍ／不純物濃度１×１０^１２〜１０^１５ｃｍ^−３
第２半導体領域７：厚み０．１〜１０μｍ／不純物濃度１×１０^１３〜１０^２１ｃｍ^−３

半導体基板３は、第２半導体領域７に対応する部分を当該部分の周辺部分を残して第１主面３ａ側から薄化されている。薄化は、例えば水酸化カリウム溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム溶液）などを用いたアルカリエッチングによる異方性エッチングにより行なわれる。半導体基板３における第２半導体領域７に対応する部分の厚みは、例えば３０μｍ程度である。半導体基板３は、その厚みが所望の値となるように、基板全体が第１主面３ａ側から薄化されていてもよい。

半導体基板３の第２主面３ｂ上には、絶縁層９が形成されている。絶縁層９は、例えばポリイミド樹脂等の絶縁性材料からなる。絶縁層９内には、第１電極層１１、第２電極層１３、及び抵抗体１５が配置されている。

第１電極層１１は、絶縁層９を介して第２半導体領域７と対向するように第２半導体領域７上に配置されている。第１電極層１１は、平面視で矩形状を呈している。第１電極層１１の平面サイズは、例えば、０．１２ｍｍ×０．１２ｍｍである。第１電極層１１は、半導体基板３の第２主面３ｂに直交する方向から見て、その全体が第２半導体領域７と重なっている。第１電極層１１は、例えばポリシリコンからなる。

第１電極層１１は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ１，ＴＨ２及び絶縁層９上に形成された配線Ｗ１を通して第２半導体領域７と電気的に接続されている。スルーホールＴＨ１，ＴＨ２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる。配線Ｗ１は、例えばアルミニウム等の金属からなる。

第２電極層１３は、絶縁層９を介して第１電極層１１と対向するように第１電極層１１上に配置されている。第２電極層１３は、平面視で矩形状を呈している。第２電極層１３の平面サイズは、例えば、０．１１ｍｍ×０．１１ｍｍである。第２電極層１３は、半導体基板３の第２主面３ｂに直交する方向から見て、その全体が第２電極層１３と重なっている。第２電極層１３は、例えばポリシリコンからなる。

第２電極層１３は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ３を通して、絶縁層９上に形成された接続用電極Ｅ１と電気的に接続されている。スルーホールＴＨ３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる。接続用電極Ｅ１は、平面視で矩形状を呈しており、その平面サイズは、例えば、０．１ｍｍ×０．１ｍｍである。接続用電極Ｅ１は、例えばアルミニウム等の金属からなる。

抵抗体１５は、その一端が、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ４を通して、配線Ｗ１に電気的に接続されている。抵抗体１５の他端は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ５を通して、絶縁層９上に形成された配線Ｗ２と電気的に接続されている。

第１電極層１１と第２電極層１３とが絶縁層９を介して対向しているので、図３に示されるように、第１電極層１１と第２電極層１３との間に容量成分Ｃが形成される。容量成分Ｃは、第１半導体領域５と第２半導体領域７との間のｐｎ接合により構成されるフォトダイオードＰＤのカソードに接続されており、フォトダイオードＰＤに直列接続される結合コンデンサとして機能する。フォトダイオードＰＤのカソードには、抵抗体１５により構成される抵抗成分Ｚを介して逆バイアス電位が与えられている。第１半導体領域５には、バックゲート又は貫通電極などを介してグランド電位が与えられており、フォトダイオードＰＤのアノードが接地されている。第１半導体領域５と第２半導体領域７との間には、接合容量Ｃｊが生じている。この接合容量Ｃｊは、フォトダイオードＰＤに並列接続されている。

第２半導体領域７と第１電極層１１とが絶縁層９を介して対向しているので、第２半導体領域７と第１電極層１１との間には寄生容量Ｃｐが生じることとなる。しかしながら、第２半導体領域７と第１電極層１１とは、スルーホールＴＨ１，ＴＨ２及び配線Ｗ１を通して電気的に接続されており、第２半導体領域７と第１電極層１１との間には電位差が生じ難く、寄生容量Ｃｐは極めて小さく、実質的に零である。

ところで、図４及び図５に示されるように、第１電極層１１が、絶縁層９を介して第１半導体領域５と対向するように第１半導体領域５上に配置されている場合、以下のような問題点が生じる。図６に示されるように、第１半導体領域５と第１電極層１１との間に寄生容量Ｃｐが生じ、寄生容量Ｃｐは、接合容量Ｃｊに並列接続されることとなり、フォトダイオードＰＤに並列接続される容量成分が大きくなってしまう。このため、ノイズの増加を招いて、ＳＮ比が低下すると共に、高周波特性が劣化してしまう。

図７は、周波数（Ｈｚ）と入力変換雑音電流（ｐＡＨｚ^−１／２）との関係を示す線図である。実線が図１及び図２に示された光検出装置１の特性を示し、破線が図４及び図５に示された光検出装置の特性を示している。図７から分かるように、本実施形態の光検出装置１によれば、寄生容量の発生が抑制され、優れたノイズ特性を得ることができる。

図８は、周波数（Ｈｚ）とレスポンス（ｄＢ）との関係を示す線図である。実線が図１及び図２に示された光検出装置１の特性を示し、破線が図４及び図５に示された光検出装置の特性を示している。図８から分かるように、本実施形態の光検出装置１によれば、寄生容量の発生が抑制され、優れた高周波特性を得ることができ、特性の広帯域化を図ることができる。

本実施形態によれば、半導体基板３の第２主面３ｂ側に第１及び第２電極層１１，1３を配置することにより、フォトダイオードＰＤに直列接続される結合コンデンサを形成しており、光検出装置１の構成のコンパクト化を図ることができる。すなわち、結合コンデンサとしてチップコンデンサを採用する必要がなく、半導体基板３やチップコンデンサを実装する基板等も必要としない。このため、受光素子やチップコンデンサを基板実装することにより生じる寄生容量は、本実施形態の光検出装置１では生じ得ない。

図９は、半導体基板３の実装例を示す図である。図９に示されるように、半導体基板３は、第２主面３ａが絶縁層９を介して素子２１と対向するように、素子２１に実装されている。素子２１は、図１０に示されるように、増幅手段としてのアンプＡＰ１が設けられている。

素子２１には、半導体基板３と対向する主面における接続用電極Ｅ１に対向する位置に、接続用電極Ｅ２が形成されている。接続用電極Ｅ２は、アンプＡＰ１の入力端子に電気的に接続されている。また、素子２１の半導体基板３と対向する主面には、スルーホールＴＨ６を介して第１半導体領域５と電気的に接続される接続用電極Ｅ３に対向する位置に、接続用電極Ｅ４が形成されている。接続用電極Ｅ４は、接地される。

接続用電極Ｅ１と接続用電極Ｅ２とは、また、接続用電極Ｅ３と接続用電極Ｅ４とは、バンプＢＰにより電気的且つ物理的に接続されている。これにより、第２の電極層１３とアンプＡＰ１の入力端子とがパンプＢＰを通して電気的に接続されることとなる。素子２１には、当該素子２１にて信号処理された信号を外部に出力するための接続用電極Ｅ５も設けられている。

この場合、半導体基板３の第１主面３ａが光入射面であり、接続用電極Ｅ１，Ｅ３を含め各種電極が半導体基板３（フォトダイオードＰＤ）への光入射に障害となることはない。また、半導体基板３と素子２１とがバンプＢＰにより接続されるため、これらがワイヤボンディング等の手法により接続されている構成に比して、外部からノイズが混入する可能性は低く、ノイズ特性が劣化するのを抑制することができる。そして、半導体基板３と素子２１とを基板に実装する構成に比して、不要な寄生容量が発生し難く、ノイズ特性及び高周波特性が劣化するのを防ぐことができる。

本実施形態では、第２の電極層１３と接続用電極Ｅ１とが別体に構成されている。この場合、上記容量成分Ｃを構成するための電極と、素子２１と接続するための電極と、が別々に構成されるため、それぞれの電極に適した要件にて第２の電極層１３と接続用電極Ｅ１とを設計することができる。例えば、第２の電極層１３に関しては、容量成分Ｃを所望の値とするための平面サイズや、形成プロセス等を考慮した材料選択等が要件として挙げられる。接続用電極Ｅ１に関しては、素子２１との接続強度確保や、接続手法等を考慮した材料選択等が要件として挙げられる。

続いて、図１１及び図１２を参照して、本実施形態の変形例に係る光検出装置３１について説明する。図１１は、本実施形態の変形例に係る光検出装置を示す概略平面図である。図１２は、本実施形態の変形例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。図１１では、後述する絶縁層９の図示を省略している。

光検出装置３１は、図１１及び図１２に示されるように、光検出装置１と同じく、半導体基板３を備えている。半導体基板３は、第１半導体領域５と、第２半導体領域７と、を有している。半導体基板３の第２主面３ｂ上には、絶縁層９が形成されている。絶縁層９には、第１電極層１１、第２電極層１３、及び抵抗体１５が配置されている。

第１電極層１１は、絶縁層９を介して第２半導体領域７と対向するように第２半導体領域７上に配置されている。第１電極層１１は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ１，ＴＨ２及び絶縁層９上に形成された配線Ｗ１を通して第２半導体領域７と電気的に接続されている。

第２電極層１３は、絶縁層９上に形成されており、絶縁層９を介して第１電極層１１と対向するように第１電極層１１上に配置されている。本変形例では、第２電極層１３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属からなる。第２電極層１３は、光検出装置１が備えていた接続用電極Ｅ１と同様の機能も有している。

第１電極層１１と第２電極層１３とが絶縁層９を介して対向しているので、図３に示されるように、第１電極層１１と第２電極層１３との間に容量成分Ｃが形成される。容量成分Ｃは、フォトダイオードＰＤに直列接続される結合コンデンサとして機能する。第２半導体領域７と第１電極層１１との間に生じることとなる寄生容量Ｃｐは、上述したように、極めて小さく、実質的に零である。

以上のことから、本変形例においても、寄生容量Ｃｐの発生が抑制され、ノイズ特性及び高周波特性に優れた光検出装置３１を実現することができる。

本変形例においては、第２電極層１３が、接続用電極としてバンプＢＰと直接接続される。これにより、容量成分Ｃを構成するための電極と、素子２１と接続するための電極とが共用されることとなり、光検出装置３１の構成の簡素化を図ることができる。

続いて、図１３及び図１４を参照して、本実施形態の更なる変形例に係る光検出装置４１について説明する。図１３は、本実施形態の更なる変形例に係る光検出装置の断面構成を説明するための図である。図１４は、本実施形態の更なる変形例に係る光検出装置の等価回路を示す回路図である。

光検出装置４１は、図１３に示されるように、光検出装置１，３１と同じく、半導体基板３を備えている。半導体基板３は、第１半導体領域５と、第２半導体領域７と、を有している。半導体基板３の第２主面３ｂ上には、絶縁層９が形成されている。絶縁層９内には、第１電極層１１及び第２電極層１３が配置されている。図示は省略するが、絶縁層９には、フォトダイオードＰＤのカソード及びアノードにそれぞれ接続される抵抗成分を構成する抵抗体も配置されている。

第１電極層１１は、絶縁層９を介して第２半導体領域７と対向するように第２半導体領域７上に配置されている。第１電極層１１は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ１，ＴＨ２及び配線Ｗ１を通して、第２半導体領域７と電気的に接続されている。

第２電極層１３は、絶縁層９を介して第１電極層１１と対向するように第１電極層１１上に配置されている。第２電極層１３は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ３を通して、絶縁層９上に形成された接続用電極Ｅ１と電気的に接続されている。

絶縁層９内には、更に、第３電極層４３及び第４電極層４５が配置されている。第３電極層４３は、絶縁層９を介して第１半導体領域５と対向するように第１半導体領域５上に配置されている。第３電極層４３は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ１１を通して、第１半導体領域５と電気的に接続されている。第３電極層４３は、第１電極層１１と同じく、平面視で矩形状を呈している。第１電極層１１の平面サイズは、例えば、０．１２ｍｍ×０．１２ｍｍである。第３電極層４３は、例えばポリシリコンからなる。

第４電極層４５は、絶縁層９を介して第３電極層４３と対向するように第３電極層４３上に配置されている。第４電極層４５は、絶縁層９内に形成されたスルーホールＴＨ１２を通して、絶縁層９上に形成された接続用電極Ｅ１１と電気的に接続されている。スルーホールＴＨ１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる。接続用電極Ｅ１１は、接続用電極Ｅ１と同様に、平面視で矩形状を呈している。接続用電極Ｅ１１の平面サイズは、例えば、０．１ｍｍ×０．１ｍｍである。接続用電極Ｅ１１は、例えばアルミニウム等の金属からなる。

半導体基板３は、第２主面３ａが絶縁層９を介して素子５１と対向するように、素子５１に実装されている。素子５１は、図１４に示されるように、増幅手段としてのアンプＡＰ２が設けられている。

素子５１には、半導体基板３と対向する主面に、接続用電極Ｅ２，Ｅ１２が形成されている。接続用電極Ｅ１２は、半導体基板３と対向する主面における接続用電極Ｅ１１に対向するように配置されている。接続用電極Ｅ２，Ｅ１２は、アンプＡＰ２の入力端子にそれぞれ電気的に接続されている。

接続用電極Ｅ１と接続用電極Ｅ２とは、また、接続用電極Ｅ１１と接続用電極Ｅ１２とは、バンプＢＰにより電気的且つ物理的に接続されている。これにより、第２の電極層１３とアンプＡＰ２の入力端子とがパンプＢＰを通して電気的に接続されると共に、第４の電極層４５とアンプＡＰ２の入力端子とがパンプＢＰを通して電気的に接続されることとなる。

第１電極層１１と第２電極層１３とが絶縁層９を介して対向しているので、図１４に示されるように、第１電極層１１と第２電極層１３との間に容量成分Ｃ_１が形成される。第３電極層４３と第４電極層４５とが絶縁層９を介して対向しているので、第３電極層４３と第４電極層４５との間に容量成分Ｃ_２が形成される。容量成分Ｃ_１，Ｃ_２は、フォトダイオードＰＤに直列接続される結合コンデンサとして機能する。

第２半導体領域７と第１電極層１１とが絶縁層９を介して対向しているので、第２半導体領域７と第１電極層１１との間には寄生容量Ｃｐ_１が生じることとなる。しかしながら、上述したように、寄生容量Ｃｐ_１は極めて小さく、実質的に零である。

第１半導体領域５と第３電極層４３とが絶縁層９を介して対向しているので、第１半導体領域５と第３電極層４３との間には寄生容量Ｃｐ_２が生じることとなる。しかしながら、第１半導体領域５と第３電極層４３とは、スルーホールＴＨ１１を通して電気的に接続されており、第１半導体領域５と第３電極層４３との間には電位差が生じ難く、寄生容量Ｃｐ_２は極めて小さく、実質的に零である。

以上のことから、本変形例においても、寄生容量Ｃｐ_１，ＣＰ_２の発生が抑制され、ノイズ特性及び高周波特性に優れた光検出装置４１実現することができる。

第２電極層１３及び第４電極層４５は、図１５に示されるように、絶縁層９上に形成されていてもよく、この場合には、第２電極層１３及び第４電極層４５は、それぞれ接続用電極として機能する。また、第１電極層１１は、スルーホールＴＨ２１を通して第２半導体領域７と電気的に接続されていてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、第２半導体領域７及び第１〜第４電極層１１，１３，４３，４５の平面形状は、上述した矩形状に限られず、円形状等の他の形状であってもよい。

半導体基板３におけるｐ型及びｎ型の各導電型を上述したものとは逆になるよう入れ替えてもよい。

本発明は、上記実施形態として例示したフォトダイオードに限られることなく、フォトダイオードアレイ、アバランシェフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードアレイなどの、ｐｎ接合によってフォトダイオードを構成する半導体基板を備えた光検出装置に適用することができる。

１，３１，４１…光検出装置、３…半導体基板、３ａ…第１主面、３ｂ…第２主面、５…第１半導体領域、７…第２半導体領域、１１…第１電極層、１３…第２電極層、２１，５１…素子、４３…第３電極層、４５…第４電極層、ＡＰ１，ＡＰ２…アンプ、ＢＰ…バンプ、Ｃ…容量成分、Ｃｐ，Ｃｐ_１，ＣＰ_２…寄生容量、Ｅ１〜Ｅ５，Ｅ１１，Ｅ１２…接続用電極、ＰＤ…フォトダイオード。

Claims

第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域上に形成され、該第１半導体領域との間に形成されるｐｎ接合によってフォトダイオードを構成する第２導電型の第２半導体領域と、を有する半導体基板と、
絶縁層を介して前記第２半導体領域と対向し且つ前記半導体基板の主面に直交する方向から見て全体が前記第２半導体領域と重なるように前記第２半導体領域上に配置されると共に、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１の電極層と、
絶縁層を介して前記第１の電極層と対向し且つ前記半導体基板の前記主面に直交する方向から見て全体が前記第１の電極層と重なるように前記第１の電極層上に配置され、前記第１の電極層との間に前記フォトダイオードに接続される容量成分を形成する第２の電極層と、を備えていることを特徴とする光検出装置。
前記半導体基板は、互いに対向する第１及び第２主面を含み、
前記第２半導体領域は、前記半導体基板の前記第２主面側に形成されており、
前記半導体基板の前記第２主面に対して配置されると共に、増幅手段が設けられた素子を、更に備え、
前記第２の電極層と前記増幅手段の入力端子とがバンプを通して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
前記第２の電極層が、接続用電極として前記バンプと直接接続されていることを特徴とする請求項２に記載の光検出装置。
前記第２の電極層と電気的に接続された接続用電極を更に備え、
前記接続用電極と前記バンプとが直接接続されていることを特徴とする請求項２に記載の光検出装置。
第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域上に形成され、該第１半導体領域との間に形成されるｐｎ接合によってフォトダイオードを構成する第２導電型の第２半導体領域と、を有する半導体基板と、
前記第２半導体領域と対向するように前記第２半導体領域上に配置されると共に、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１の電極層と、
前記第１の電極層と対向するように前記第１の電極層上に配置され、前記第１の電極層との間に前記フォトダイオードに接続される容量成分を形成する第２の電極層と、
前記第１半導体領域と対向するように前記第１半導体領域上に配置されると共に、前記第１半導体領域に電気的に接続された第３の電極層と、
前記第３の電極層と対向するように前記第３の電極層上に配置され、前記第３の電極層との間に前記フォトダイオードに接続される容量成分を形成する第４の電極層と、を備えていることを特徴とする光検出装置。
前記半導体基板は、互いに対向する第１及び第２主面を含み、
前記第２半導体領域は、前記半導体基板の前記第２主面側に形成されており、
前記半導体基板の前記第２主面に対して配置されると共に、増幅手段が設けられた素子を、更に備え、
前記第２及び第４の電極層と前記増幅手段の入力端子とがバンプを通して電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の光検出装置。
前記第４の電極層が、接続用電極として前記バンプと直接接続されていることを特徴とする請求項６に記載の光検出装置。
前記第４の電極層と電気的に接続された接続用電極を更に備え、
前記接続用電極と前記バンプとが直接接続されていることを特徴とする請求項６に記載の光検出装置。