JPWO2020017180A1 - 光検出装置、半導体光検出素子、及び半導体光検出素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

複数のセルのそれぞれは、ガイガーモードで動作する少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードを含んでいる。投光部は、検出対象領域に向けて、第１方向が長手方向である断面形状の光を投光する。投光部は、列方向に並ぶＭ個のセルをそれぞれ含むＮ個のセル群のうちの１又は複数個のセル群ごとに反射光が入射するように、第１方向と交差する第２方向に沿って光を走査する。制御部は、反射光の入射に対応して、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させるバイアス電圧を１又は複数個のセル群ごとに印加し、バイアス電圧が印加された１又は複数個のセル群に含まれるセルからの信号を読み出す。

Description

本発明は、光検出装置、半導体光検出素子、及び半導体光検出素子の駆動方法に関する。

半導体基板を有している受光部を備えている光検出装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。半導体基板は、２次元配列されている複数のセルを含んでいる。この光検出装置は、光の伝搬時間から得られる距離情報を利用して検出される三次元画像の深度マップ（depth map）を記憶する。各セルは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードを含んでいる。受光部は、光源から監視領域に向けて照射された光の反射光を受光する。受光部は、反射光に対応する信号を出力する。アバランシェフォトダイオードは、バイアス電圧の印加によって、ガイガーモードで動作する。したがって、受光部の各セルは、アバランシェフォトダイオードがガイガーモードで動作することによって、信号を出力する。

特開２０１４−５９３０１号公報

本発明の一つの態様は、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成が簡素化し得る光検出装置を提供することを目的とする。本発明の別の態様は、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成が簡素化し得る半導体光検出素子を提供することを目的とする。本発明のさらに別の態様は、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成が簡素化し得る半導体光検出素子の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様に係る光検出装置は、検出対象領域に向けて、第１方向が長手方向である断面形状の光を投光する投光部と、投光部によって投光された光の反射光を受光する受光部と、受光部と接続されている制御部と、を備えている。受光部は、Ｍ行Ｎ列（Ｍ及びＮは、２以上の整数）に２次元配列されている複数のセルを含む半導体基板を有している。複数のセルのそれぞれは、ガイガーモードで動作する少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードを含んでいる。列方向に並ぶＭ個のセルをそれぞれ含むＮ個の第一セル群ごとに、各第一セル群に含まれる複数個のセルの陽極及び陰極の一方は、互いに電気的に接続されている。行方向に並ぶＮ個のセルをそれぞれ含むＭ個の第二セル群ごとに、各第二セル群に含まれる複数個のセルの陽極及び陰極の他方は、互いに電気的に接続されている。投光部は、１又は複数個の第一セル群ごとに反射光が入射するように、第１方向と交差する第２方向に沿って光を走査する。制御部は、反射光の入射に対応して、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させるバイアス電圧を１又は複数個の第一セル群ごとに印加する。制御部は、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させるバイアス電圧が印加された１又は複数個の第一セル群に含まれるセルからの信号を読み出す。

上記一つの態様では、投光部が、第１方向が長手方向である断面形状の光を第２方向に走査するので、受光部では、１又は複数個の第一セル群毎に反射光が入射する。制御部は、反射光の入射に対応して、バイアス電圧を１又は複数個の第一セル群ごとに印加する。したがって、たとえば、セルにバイアス電圧を印加する配線は、第一セル群ごとに対応して設けられていればよく、対応する第一セル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードと電気的に接続されていればよい。制御部は、バイアス電圧が印加された１又は複数個の第一セル群に含まれるセルからの信号を読み出す。したがって、たとえば、セルから信号を読み出す配線は、行方向に並ぶＮ個のセルをそれぞれ含むＭ個のセル群ごとに対応して設けられていればよく、Ｍ個のセル群のうち対応するセル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードに電気的に接続されていればよい。これらの結果、上記一つの態様では、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成の簡素化が可能である。

上記一つの態様では、投光部は、第一セル群ごとに反射光が入射するように、第２方向に沿って光を走査してもよい。この場合、受光部では、第一セル群毎に反射光が入射する。制御部は、反射光の入射に対応して、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させるバイアス電圧を第一セル群ごとに印加し、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させるバイアス電圧が印加された第一セル群に含まれるＭ個のセルからの信号を読み出してもよい。
本構成では、上述の構成と同様に、たとえば、セルにバイアス電圧を印加する配線は、第一セル群ごとに対応して設けられていればよく、対応する第一セル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードと電気的に接続されていればよい。たとえば、セルから信号を読み出す配線は、行方向に並ぶＮ個のセルをそれぞれ含むＭ個のセル群ごとに対応して設けられていればよく、Ｍ個のセル群のうち対応するセル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードに電気的に接続されていればよい。これらの結果、本構成では、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成の簡素化が可能である。

上記一つの態様では、光検出装置は、複数の第１配線と、複数の第２配線と、を備えていてもよい。この場合、複数の第１配線は、第一セル群ごとに対応して設けられている。複数の第２配線は、第二セル群ごとに対応して設けられている。各第１配線は、Ｎ個の第一セル群のうち対応する第一セル群に含まれるＭ個のセルの陽極及び陰極の上記一方に電気的に接続されていてもよい。各第２配線は、Ｍ個の第二セル群のうち対応する第二セル群に含まれるＮ個のセルの陽極及び陰極の上記他方に電気的に接続されていてもよい。制御部は、各第１配線を介して対応する第一セル群に含まれるＭ個のセルにバイアス電圧を印加してもよく、各第２配線を介して信号を読み出してもよい。
本構成では、各第１配線を介して、Ｎ個の第一セル群のうち対応する第一セル群ごとに、当該第一セル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。各第２配線を介して、Ｍ個の第二セル群のうち対応する第二セル群ごとに、当該第二セル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードから信号が読み出される。したがって、本構成は、第１及び第２配線の構成を簡素化する。
アバランシェフォトダイオードは、バイアス電圧の印加により、アバランシェ増倍を行う。このため、光の入射により発生した光電子が増倍され、アバランシェフォトダイオードは、増倍された光電子による信号を出力する。バイアス電圧が印加されないアバランシェフォトダイオードでも、光の入射により光電子が発生する。バイアス電圧が印加されないアバランシェフォトダイオードから出力される信号は、バイアス電圧が印加されたアバランシェフォトダイオードから出力される信号に比して極めて小さい。
本構成では、第２配線には、バイアス電圧が印加されたセルだけでなく、バイアス電圧が印加されないセルも電気的に接続される。したがって、制御部は、バイアス電圧が印加されないセルからも信号を読み出す。上述したように、バイアス電圧が印加されないセル内のアバランシェフォトダイオードから出力される信号は極めて小さいので、当該信号が第２配線を介して読み出される信号全体に及ぼす影響は、極めて小さい。したがって、光検出装置での検出精度が確保される。

上記一つの態様では、各第１配線は、第１分岐配線と、第２分岐配線と、を含んでいてもよい。この場合、第１分岐配線は、対応する第一セル群に含まれる一部のセルの陽極及び陰極の上記一方に電気的に接続されている。第２分岐配線は、対応する第一セル群に含まれる別の一部のセルの陽極及び陰極の上記一方に電気的に接続されている。
たとえば、第一セル群に含まれる全てのセルが一つの第１配線と電気的に接続されている場合、列方向の一端に位置するセルまでの配線距離と、列方向の他端に位置するセルまでの配線距離との差が大きい。セルまでの配線距離の差が大きいと、バイアス電圧がセルに印加されるタイミングの差も大きくなる。
本構成では、第一セル群に含まれる全てのセルが一つの第１配線と電気的に接続されている場合に比して、セルまでの配線距離の差が小さい。したがって、バイアス電圧がセルに印加されるタイミングの差が小さい。

上記一つの態様では、各第２配線は、第３分岐配線と、第４分岐配線と、を含んでいてもよい。この場合、第３分岐配線は、対応する第二セル群に含まれる一部のセルの陽極及び陰極の上記他方に電気的に接続されている。第４分岐配線は、対応する第二セル群に含まれる別の一部のセルの陽極及び陰極の上記他方に電気的に接続されている。
たとえば、第二セル群に含まれる全てのセルが一つの第２配線と電気的に接続されている場合、行方向の一端に位置するセルからの配線距離と、行方向の他端に位置するセルからの配線距離との差が大きい。セルからの配線距離が長い場合、第２配線に生じる寄生容量などの影響により、第２配線を介して読み出される信号にノイズが含まれるおそれがある。
本構成では、第二セル群に含まれる全てのセルが一つの第２配線と電気的に接続されている場合に比して、セルからの配線距離が小さい。したがって、第２配線を介して読み出される信号にノイズが含まれがたい。この結果、光検出装置での検出精度の低下が抑制される。

上記一つの態様では、光検出装置は、制御部を有する回路基板をさらに備えていてもよい。複数のセルのそれぞれは、回路基板に電気的に接続されていてもよい。複数の第１配線及び複数の第２配線は、回路基板に設けられていてもよい。
本構成では、第一セル群ごとに設けられる複数の第１配線及び第二セル群ごとに設けられる複数の第２配線が、回路基板に設けられている。したがって、本構成では、たとえば、第１配線及び第２配線を半導体基板に配置する場合と比べ、第１配線及び第２配線を保護する部材が不要となる。この結果、光検出装置の構成が簡素化され得る。

上記一つの態様では、半導体基板には、互いに隣り合う第一セル群を分離するように、トレンチが形成されていてもよい。
本構成では、互いに隣り合う第一セル群が、トレンチにより電気的に分離している。したがって、一つの第一セル群に含まれるセルにバイアス電圧が印加された場合でも、当該第一セル群と行方向で隣り合う第一セル群に含まれるセルにバイアス電圧が印加されがたい。この結果、行方向で隣り合う第一セル群は、アバランシェ増倍を行いがたい。

上記一つの態様では、半導体基板は、互いに対向する第１主面及び第２主面を含んでいてもよい。半導体基板には、第１主面及び第２主面に開口するトレンチが形成されていてもよい。トレンチは、第１主面と直交する方向から見て、複数のセルのそれぞれを囲んでいてもよい。
本構成では、各セルがトレンチにより電気的に分離している。したがって、バイアス電圧が印加された第一セル群に含まれるＭ個のセルのうち互いに隣り合うセルそれぞれにおいて生成された信号間で発生する電気的なクロストークが抑制される。この結果、光検出装置での検出精度が確保される。

本発明の別の態様に係る半導体光検出素子は、半導体基板と、複数の第１配線と、複数の第２配線と、を備えている。半導体基板は、Ｍ行Ｎ列（Ｍ及びＮは、２以上の整数）に２次元配列されている複数のセルを含んでいる。複数の第１配線は、列方向に並ぶＭ個のセルをそれぞれ含むＮ個の第一セル群ごとに対応して設けられている。複数の第２配線は、行方向に並ぶＮ個のセルをそれぞれ含むＭ個の第二セル群ごとに対応して設けられている。複数のセルのそれぞれは、ガイガーモードで動作する少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードを含んでいる。各第１配線は、Ｎ個の第一セル群のうち対応する第一セル群に含まれるＭ個のセルの陽極及び陰極の上記一方に電気的に接続されている。各第２配線は、Ｍ個の第二セル群のうち対応する第二セル群に含まれるＮ個のセルの陽極及び陰極の上記他方に電気的に接続されている。

上記別の態様では、たとえば、各第１配線を介して、Ｎ個の第一セル群のうち対応する第一セル群ごとに、当該第一セル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。たとえば、各第２配線を介して、Ｍ個の第二セル群のうち対応する第二セル群ごとに、当該第二セル群に含まれる各セル内のアバランシェフォトダイオードから信号が読み出される。したがって、上記別の態様は、第１及び第２配線の構成を簡素化し得る。
第２配線を介して信号が読み出される場合、上述したように、第２配線には、バイアス電圧が印加されたセルだけでなく、バイアス電圧が印加されないセルも電気的に接続される。したがって、バイアス電圧が印加されないセルからも信号が読み出される。上述したように、バイアス電圧が印加されないセル内のアバランシェフォトダイオードから出力される信号は極めて小さいので、当該信号が第２配線を介して読み出される信号全体に及ぼす影響は、極めて小さい。したがって、半導体光検出素子での検出精度が確保される。

上記別の態様では、各第１配線は、第１分岐配線と、第２分岐配線と、を含んでいてもよい。この場合、第１分岐配線は、対応する第一セル群に含まれる一部のセルの陽極及び陰極の上記一方に電気的に接続されている。第２分岐配線は、対応する第一セル群に含まれる別の一部のセルの陽極及び陰極の上記一方に電気的に接続されている。
本構成では、上述したように、第一セル群に含まれる全てのセルが一つの第１配線と電気的に接続されている場合に比して、セルまでの配線距離の差が小さい。したがって、バイアス電圧がセルに印加されるタイミングの差が小さい。

上記別の態様では、各第２配線は、第３分岐配線と、第４分岐配線と、を含んでいてもよい。この場合、第３分岐配線は、対応する第二セル群に含まれる一部のセルの陽極及び陰極の上記他方に電気的に接続されている。第４分岐配線は、対応する第二セル群に含まれる別の一部のセルの陽極及び陰極の上記他方に電気的に接続されている。
本構成では、上述したように、第二セル群に含まれる全てのセルが一つの第２配線と電気的に接続されている場合に比して、セルからの配線距離が小さい。したがって、第２配線を介して読み出される信号にノイズが含まれがたい。この結果、光検出装置での検出精度の低下が抑制される。

上記別の態様では、半導体基板には、互いに隣り合う第一セル群を分離するように、トレンチが形成されていてもよい。
本構成では、上述したように、バイアス電圧が印加された第一セル群と行方向で隣り合う第一セル群は、アバランシェ増倍を行いがたい。

上記別の態様では、半導体基板は、互いに対向する第１主面及び第２主面を含んでいてもよい。半導体基板には、第１主面及び第２主面に開口するトレンチが形成されていてもよい。トレンチは、第１主面と直交する方向から見て、複数のセルのそれぞれを囲んでいてもよい。
本構成では、上述したように、半導体光検出素子での検出精度が確保される。

本発明のさらに別の態様に係る半導体光検出素子の駆動方法は、複数の第１配線のうち対応する第１配線を介して、Ｎ個の第一セル群ごとに異なるタイミングでバイアス電圧を印加し、バイアス電圧を印加した第一セル群のＭ個のセルに含まれるアバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させる。
この駆動方法は、上述したように、第１及び第２配線の構成を簡素化する。

本発明の一つの態様は、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成が簡素化し得る光検出装置を提供する。本発明の別の態様は、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成が簡素化し得る半導体光検出素子を提供する。本発明のさらに別の態様は、各アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び各セルから信号を読み出す配線の構成が簡素化し得る半導体光検出素子の駆動方法を提供する。

図１は、第１実施形態に係る光検出装置の概略構成図である。 図２は、光検出装置が備える受光ユニットの模式図である。 図３は、半導体光検出素子の概略平面図である。 図４は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。 図５は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。 図６は、読み出し部の回路の一例を示す図である。 図７は、光検出装置での各種信号のタイミングチャートである。 図８は、変形例に係る半導体光検出素子の概略平面図である。 図９は、第２実施形態に係る光検出装置が備える受光ユニットの斜視図である。 図１０は、半導体光検出素子の概略平面図である。 図１１は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。 図１２は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。 図１３は、半導体光検出素子の配線形態の一例を示す斜視図である。 図１４は、半導体光検出素子の断面構成を示す図である。 図１５は、変形例に係る半導体光検出素子の概略平面図である。 図１６は、第３実施形態に係る光検出装置が備える半導体光検出素子の概略平面図である。 図１７は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。 図１８は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の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。

まず、図１を参照して、第１実施形態に係る光検出装置を説明する。図１は、第１実施形態に係る光検出装置の概略構成図である。

光検出装置１は、図１に示されるように、投光ユニット２、レンズ３、及び受光ユニット４を備えている。投光ユニット２は、レーザ光を投光する装置である。投光ユニット２は、検出対象領域Ｓに向けてレーザ光を投光することが可能な位置に配置されている。受光ユニット４は、レーザ光の反射光を受光する装置である。受光ユニット４は、反射光を受光することが可能な位置に配置されている。たとえば、物体が検出対象領域Ｓに存在する場合、投光ユニット２から投光されたレーザ光は、物体で反射する。物体で反射したレーザ光、すなわち反射光は、受光ユニット４に入射する。検出対象領域Ｓは、予め任意に設定されており、本実施形態では矩形状である。光検出装置１は、たとえば、ライダー（LiDAR：Light Detection and Ranging）を構成している。投光ユニット２は、たとえば、投光部を構成する。

投光ユニット２は、複数のレーザ光源５とミラー６とを備えている。レーザ光源５は、レーザ光を生成する。レーザ光源５は、生成したレーザ光をミラー６に向けて発する。たとえば、複数のレーザ光源５から発せられた光それぞれは、コリメートされた（互いに平行に進むように調整された）状態でミラー６に入射される。ミラー６は、複数のレーザ光源５によって発せられた複数のレーザ光を検出対象領域Ｓに向けて反射する。ミラー６によって反射され、検出対象領域Ｓに向けて投光される光は、投光方向に直交する平面において、たとえば、楕円形状又は長円形状を呈する。投光ユニット２は、方向Ｄ１が長手方向であり、方向Ｄ２が短手方向である断面形状のレーザ光を検出対象領域Ｓに向けて投光する。換言すれば、レーザ光の断面形状では、方向Ｄ１が楕円又は長円の長軸方向であり、方向Ｄ２が楕円又は長円の短軸方向である。レーザ光の断面形状は、方向Ｄ１に沿った直線形状であってもよい。ミラー６は、投光ユニット２においてレーザ光を走査する走査部を構成しており、たとえば、ガルバノミラー又はＭＥＭＳミラーである。たとえば、投光ユニット２における走査部は、ミラー６以外に、レーザ光の投光方向（投光位置）を変更する機構によって構成されてもよい。

本実施形態では、図１に示されるように、投光ユニット２は、検出対象領域Ｓに含まれる投光位置Ｐ１〜ＰＮのそれぞれに向けて、レーザ光を投光位置Ｐ１から投光位置ＰＮまで順に投光する。Ｎは、２以上の整数である。レーザ光を投光位置Ｐ１から投光位置ＰＮまで順に投光することによって、投光ユニット２は、レーザ光を方向Ｄ２に沿って走査する。たとえば、投光位置Ｐ１〜ＰＮのうちの１つの投光位置に向けて投光されるレーザ光は、複数のレーザ光源５によって生成される。投光位置Ｐ１〜ＰＮのうちの１つの投光位置に向けて投光されるレーザ光は、単一のレーザ光源５によって生成されてもよい。この場合、１つの投光位置に向けて投光されるレーザ光は、ミラー６の角度が制御されることにより、当該投光位置において方向Ｄ１に沿って、端から順に異なるタイミングで発せられてもよい。たとえば、方向Ｄ１が第１方向である場合、方向Ｄ２は、第２方向である。

投光ユニット２は、不図示の制御部を備えている。投光ユニット２の制御部は、たとえば、ミラー６を駆動制御することにより、投光ユニット２から投光されるレーザ光の投光位置を制御する。投光ユニット２の制御部は、投光位置Ｐ１〜ＰＮのうちのいずれかの位置を示す位置情報と、投光を開始する時刻を示す時刻情報と、を受光ユニット４の制御部１３に送信する。

レンズ３には、検出対象領域Ｓにおいて反射した反射光が入射する。レンズ３は、入射した反射光を、受光ユニット４に反射光が入射するように集光する。受光ユニット４は、レンズ３を介して入射された反射光に応じた複数の受光信号を出力する。受光ユニット４の構成及び機能については後述する。光検出装置１では、たとえば、複数の受光信号に基づき、検出対象領域Ｓを複数の区画に分割した区画領域ごとに、光検出装置１から物体の区画領域に存在している部分までの距離が測定される。この場合、投光ユニット２から投光されるレーザ光の投光位置Ｐ１〜ＰＮは、区画領域の位置に合わせて設定される。

次に、図２〜図６を参照して受光ユニット４の構成について説明する。図２は、光検出装置が備える受光ユニットの模式図である。図３は、半導体光検出素子の概略平面図である。図４は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。図５は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。図６は、読み出し部の回路の一例を示す図である。

受光ユニット４は、図２に示されるように、半導体光検出素子１１、搭載基板１２、及び制御部１３を備えている。制御部１３は、半導体光検出素子１１に接続されている。制御部１３は、スイッチング部１４と、読み出し部１５と、を有している。半導体光検出素子１１は、半導体基板２０を有している。半導体基板２０と搭載基板１２とは、互いに対向して配置されている。本実施形態では、半導体基板２０は、搭載基板１２上に設けられている。半導体基板２０と搭載基板１２とは、いずれも平面視で矩形状を呈している。半導体光検出素子１１は、たとえば、受光部を構成する。半導体光検出素子１１は、たとえば、表面入射型の半導体光検出素子である。

半導体基板２０は、互いに対向する主面２０Ａ及び主面２０Ｂと、側面２０Ｃと、を有している（図４参照）。搭載基板１２は、互いに対向する主面１２Ａ及び主面１２Ｂと、側面１２Ｃと、を有している（図４参照）。半導体基板２０の主面２０Ｂは、搭載基板１２の主面１２Ａと対向している。ここでは、主面２０Ｂは主面１２Ａに接している。主面２０Ａが、半導体光検出素子１１への光入射面である。本実施形態では、半導体基板２０及び搭載基板１２の各主面と平行な面がＸＹ軸平面であり、各主面に直交する方向がＺ軸方向である。たとえば、主面２０Ａが第１主面を構成する場合、主面２０Ｂは、第２主面を構成する。

半導体基板２０は、図３に示されるように、平面視において、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている複数のセル（ｃｅｌｌ）Ｕを有している。Ｍ及びＮは、それぞれ２以上の整数である。半導体基板２０では、各セルＵにおいて検出された反射光に応じた信号が、各セルＵから出力される。たとえば、反射光に応じた電流信号が、各セルＵから出力される。セルＵの数は、一例として「１０２４（３２行×３２列）」である。複数のセルＵは、各々、１又は複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤを含んでいる。アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、バイアス電圧が印加されることにより、ガイガーモードで動作する。アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加されるバイアス電圧は、ブレークダウン電圧以上である。ガイガーモードで動作しているアバランシェフォトダイオードＡＰＤに反射光が入射することにより、当該アバランシェフォトダイオードＡＰＤは反射光に応じた電流信号を生成する。半導体基板２０には、２次元配列されている複数のセルＵが位置している領域である受光領域Ａが形成されている。換言すると、受光領域Ａの外縁は、Ｚ軸方向から見て、複数のセルＵ全てを囲んでいる。光検出装置１では、受光領域Ａに反射光が入射するように、レンズ３及び受光ユニット４の配置位置又はレンズ３の光学的機能が調整されている。

図４及び図５に示されるように、半導体基板２０にはトレンチ２１が形成されている。トレンチ２１は、主面２０Ａ及び主面２０Ｂに開口している。換言すると、トレンチ２１は、主面２０Ａ及び主面２０Ｂが互いに対向する方向（Ｚ軸方向）において、半導体基板２０を貫通している。Ｚ軸方向は、半導体基板２０の厚み方向でもある。トレンチ２１は、複数のセルＵのうちの互いに隣り合うセルＵ同士を分離している。具体的には、トレンチ２１は、主面２０Ａと直交する方向（Ｚ軸方向）から見て、複数のセルＵそれぞれを囲んでいる。トレンチ２１によって、後述の第１〜Ｎ列のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間が物理的に分離しており、後述の第１〜Ｍ行のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間が物理的に分離している。換言すると、トレンチ２１により、第１〜Ｎ列のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間は電気的に分離しており、第１〜Ｍ行のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間は電気的に分離している。トレンチ２１は、複数のセルＵのうちのＸＹ軸平面において受光領域Ａの外縁に隣り合うセルＵについては、セルＵの全周を囲んでいなくてもよい。トレンチ２１は、受光領域Ａの外縁に隣り合うセルＵにおいては、受光領域Ａの外縁に隣り合うセルＵと、当該セルＵよりも内側に位置して隣り合う別のセルＵとの間のみに形成されてもよい。トレンチ２１に、光を遮る遮光部材が設けられてもよい。遮光部材は絶縁膜で覆われていてもよい。この場合、遮光部材によって、互いに隣り合うセルＵ同士の間は、光学的に分離する。

半導体光検出素子１１は、複数の配線Ｈ１〜ＨＮと、複数の配線Ｒ１〜ＲＭと、をさらに有している。複数の配線Ｈ１〜ＨＮは、複数のセルＵに含まれる第１〜Ｎ列のセル群に列ごとに対応して設けられる。複数の配線Ｒ１〜ＲＭは、複数のセルＵに含まれる第１〜Ｍ行のセル群に行ごとに対応して設けられる。第１〜Ｎ列のセル群のうちの第ｎ列のセル群は、Ｘ軸方向の負方向から順に数えてｎ番目の列に位置する複数のセルＵ（Ｍ個のセルＵ）によって構成されている。半導体領域の導電型を表す場合を除き、ｎは１〜Ｎの整数を示す。第ｎ列のセル群は、ｎ番目の列に位置し列方向に並ぶ第１〜Ｍ行のセルＵを含んでいる。第１〜Ｍ行のセル群のうちの第ｍ行のセル群は、Ｙ軸方向の負方向から順に数えてｍ番目の行に位置する複数のセルＵ（Ｎ個のセルＵ）によって構成されている。ｍは１〜Ｍの整数である。第ｍ行のセル群は、ｍ番目の行に位置し行方向に並ぶ第１〜Ｎ列のセルＵを含んでいる。本実施形態では、列方向はＸ軸方向であり、行方向はＹ軸方向である。たとえば、第１〜Ｎ列のセル群は、Ｎ個の第一セル群を構成し、第１〜Ｍ行のセル群は、Ｍ個の第二セル群を構成する。

複数の配線Ｈ１〜ＨＮのうちＸ軸方向の負方向から数えてｎ番目に位置する配線Ｈｎは、第ｎ列のセル群に対応して設けられる。配線Ｈｎは、第ｎ列のセル群に含まれるアバランシェフォトダイオードＡＰＤに電気的に接続されている。つまり、配線Ｈｎは、第ｎ列に位置する第１〜Ｍ行のセルＵに電気的に接続されている。配線Ｈｎは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤを構成する半導体領域に電気的に接続されている。たとえば、配線Ｈｎは、導電型がｐ型である半導体領域に電気的に接続されている。受光ユニット４では、配線Ｈｎを介して、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤに、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤをガイガーモードで動作させるバイアス電圧が印加される。

半導体光検出素子１１は、複数のパッド電極２２（Ｎ個のパッド電極２２）を有している。複数のパッド電極２２は、半導体基板２０のうちのＸＹ軸平面において受光領域Ａの外側に設けられている。複数のパッド電極２２は、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとに対応して設けられている。配線Ｈ１〜ＨＮのそれぞれは、パッド電極２２に電気的に接続されている。

複数の配線Ｒ１〜ＲＭのうちＹ軸方向の負方向から数えて第ｍ番目に位置する配線Ｒｍは、第ｍ行のセル群に対応して設けられる。配線Ｒｍは、第ｍ行のセル群に含まれるアバランシェフォトダイオードＡＰＤに電気的に接続されている。配線Ｒｍは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤを構成する半導体領域に電気的に接続されている。たとえば、配線Ｒｍは、導電型がｎ型である半導体領域に電気的に接続されている。受光ユニット４では、配線Ｒｍを介して、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤにおいて生成された信号が読み出される。

半導体光検出素子１１は、複数のパッド電極２３（Ｍ個のパッド電極２３）を有している。複数のパッド電極２３は、半導体基板２０のうちのＸＹ軸平面において受光領域Ａの外側に設けられている。複数のパッド電極２３は、第１〜Ｍ行のセル群に行ごとに対応して設けられている。配線Ｒ１〜ＲＭのそれぞれは、パッド電極２３に電気的に接続されている。

スイッチング部１４及び読み出し部１５は、半導体光検出素子１１を制御する制御部１３を構成する。スイッチング部１４及び読み出し部１５は、搭載基板１２上に設けられている。スイッチング部１４及び読み出し部１５は、たとえば、ハードウエアにより構成される。このハードウエアは、たとえば、レジスタ、メモリ、比較器、演算器、多重器、選択器、Ａ/Ｄコンバータ、及び電源制御回路を含む。レジスタは、たとえば、論理回路により構成される。論理回路は、たとえば、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、ＮＯＴゲート、及びＸＯＲゲートを含む。スイッチング部１４及び読み出し部１５の一部もしくは全体は、集積回路によって構成されてもよい。この集積回路は、たとえば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含む。

スイッチング部１４には、配線Ｈ１〜ＨＮがそれぞれ電気的に接続されている。具体的には、図４に示されるように、配線Ｈｎは、パッド電極２２、ボンディングワイヤ２４、及び搭載基板１２上の配線２５を介して、スイッチング部１４に電気的に接続されている。図４において、１つのボンディングワイヤ２４及び１つの配線２５が示されているが、配線Ｈ１〜ＨＮをそれぞれスイッチング部１４に電気的に接続するための複数のボンディングワイヤ２４及び複数の配線２５が設けられる。スイッチング部１４は、配線Ｈ１〜ＨＮを介して、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとにバイアス電圧を印加する。

読み出し部１５には、配線Ｒ１〜ＲＭがそれぞれ電気的に接続されている。具体的には、図５に示されるように、配線Ｒｍは、パッド電極２３、ボンディングワイヤ２６、搭載基板１２内の配線２７、及びボンディングワイヤ２８を介して、読み出し部１５に電気的に接続されている。図５において、１つのボンディングワイヤ２６，２８及び１つの配線２７が示されているが、配線Ｒ１〜ＲＭをそれぞれ読み出し部１５に電気的に接続するための複数のボンディングワイヤ２６，２８及び複数の配線２７が設けられる。

読み出し部１５は、図６に示されるように、抵抗器３１と、読み出し回路３２と、信号処理部３３とを有している。複数の配線Ｒ１〜ＲＭのそれぞれは、クエンチング抵抗３４を含んでいる。第ｍ行のセル群を構成する第１〜ｎ列のセルＵそれぞれに含まれる１又は複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、配線Ｒｍを介して抵抗器３１の一端に電気的に接続されている。アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、クエンチング抵抗３４を介して抵抗器３１の一端に電気的に接続される。抵抗器３１の他端は、ＧＮＤ（接地）電位に接続されている。そして、抵抗器３１の一端は、読み出し回路３２に電気的に接続されている。これにより、抵抗器３１における降下電圧が、読み出し回路３２に入力される。

読み出し回路３２は、Ｄ／Ａコンバータ（ディジタル−アナログ変換回路）３５、コンパレータ３６、及び時間計測器３７を含んでいる。コンパレータ３６は、Ｄ／Ａコンバータ３５によって生成された基準電圧と、抵抗器３１における降下電圧とを比較する。そして、コンパレータ３６は、抵抗器３１における降下電圧が基準電圧を超えたときに、信号を時間計測器３７に出力する。たとえば、第ｍ行のセル群のうちの１つのセルＵに反射光が入射し、当該セルＵから抵抗器３１に出力電流（パルス）が流れた場合に、抵抗器３１における降下電圧が、基準電圧を超えるように、抵抗器３１の抵抗値が設定される。時間計測器３７は、コンパレータ３６からの信号が入力された時刻に基づいて、レーザ光の投光時間を算出する。たとえば、時間計測器３７には、投光ユニット２の制御部からレーザ光が投光された時刻を示す情報が入力される。

時間計測器３７は、算出したレーザ光の投光時間を示す時間情報を信号処理部３３に出力する。光検出装置１の用途によって、レーザ光の投光時間を測定する必要がない場合には、読み出し回路３２は、たとえば入射光量を測定してもよい。このように、制御部１３の読み出し部１５は、反射光に応じた信号を読み出す。図６には、単一の読み出し回路３２が示されているが、第１〜Ｍ行のセル群の行ごとに対応して、読み出し部１５では、Ｍ個の読み出し回路３２が設けられる。Ｍ個の読み出し回路３２のそれぞれが、信号処理部３３に信号を出力する。信号処理部３３（受光ユニット４）は、たとえば、読み出し回路３２によって出力された信号に基づいた受光信号を出力する。

次に、図７を参照して、光検出装置１の動作を説明する。図７は、光検出装置での各種信号のタイミングチャートである。図７は、期間ｔ１〜ｔＮでの、投光ユニット２及び受光ユニット４による制御タイミングを示している。「ＨＶ＿１」〜「ＨＶ＿Ｎ」で示される波形は、スイッチング部１４によってバイアス電圧が印加されるタイミングを示しており、それぞれ第１〜Ｎ列のセル群に印加されるバイアス電圧に対応している。「ＯＵＴＰＵＴ＿１」〜「ＯＵＴＰＵＴ＿Ｍ」で示される波形は、抵抗器３１において生成される電圧信号を示しており、それぞれ第１〜Ｍ行のセル群からの信号に対応している。

期間ｔ１において、投光ユニット２の制御部は、所定のタイミングで投光位置Ｐ１に向けて投光ユニット２からレーザ光を投光させる。図７において、「レーザ光」で示される波形におけるパルスの幅は、レーザ光を投光している時間を示している。受光ユニット４のスイッチング部１４は、投光位置Ｐ１に向けたレーザ光の投光開始時刻よりも前から、配線Ｈ１を介して第１列のセル群にバイアス電圧を印加し始める。スイッチング部１４は、投光位置Ｐ１に向けたレーザ光の投光終了時刻から所定時間経過するまで、第１列のセル群にバイアス電圧を印加し続ける。第１列のセル群にバイアス電圧が印加されている間、第１列のセル群に含まれるアバランシェフォトダイオードＡＰＤはガイガーモードで動作している。換言すると、第１列のセル群にバイアス電圧が印加されている間に、第１列のセル群に反射光が入射すると、第１列のセル群の第１〜Ｍ行のセルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤそれぞれにおいて、反射光に応じた電流信号が生成される。

スイッチング部１４は、投光ユニット２の制御部から投光位置及び投光時間（投光開始時刻及び投光終了時刻）を示す情報を受け取り、第１列のセル群に入射される反射光の入射タイミングに合わせて、第１列のセル群にバイアス電圧を印加する。第１列のセル群の第１〜Ｍ行のセルＵそれぞれにおいて、反射光に応じた電流信号が生成されると、電流信号が配線Ｒ１〜ＲＭを介して上述の抵抗器３１に流れる。続いて、電流信号が電圧信号に変換され、それぞれの電圧信号が読み出し回路３２に出力される。そして、制御部１３の読み出し部１５は、第１列のセル群の第１〜Ｍ行のセルＵに入射した反射光に応じた信号を読み出す。「ＯＵＴＰＵＴ＿１」〜「ＯＵＴＰＵＴ＿Ｍ」で示される波形のそれぞれは、矩形状のパルスによって示されている。抵抗器３１おいて生成される電圧信号は、図７に含まれる拡大図に示されるように、初期段階で急激に増加し、その後、緩やかに減少するパルスであってもよい。

投光位置Ｐ１に向けたレーザ光の反射光の検出（信号の読み出し）が終了すると、期間ｔ２における制御が開始される。期間ｔ２において、投光ユニット２の制御部は、所定のタイミングで投光位置Ｐ２に向けて投光ユニット２からレーザ光を投光させる。スイッチング部１４は、投光位置Ｐ２に向けたレーザ光の投光開始時刻よりも前から、配線Ｈ２を介して第２列のセル群にバイアス電圧を印加し始める。スイッチング部１４は、投光位置Ｐ２に向けたレーザ光の投光終了時刻から所定時間経過するまで、第２列のセル群にバイアス電圧を印加し続ける。第２列のセル群にバイアス電圧が印加されている間、第２列のセル群に含まれるアバランシェフォトダイオードＡＰＤはガイガーモードで動作している。換言すると、第２列のセル群にバイアス電圧が印加されている間に、第２列のセル群に反射光が入射すると、第２列のセル群の第１〜Ｍ行のセルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤそれぞれにおいて、反射光に応じた電流信号が生成される。スイッチング部１４は、第２列のセル群に入射される反射光の入射タイミングに合わせて、第２列のセル群にバイアス電圧を印加する。

第２列のセル群の第１〜Ｍ行のセルＵそれぞれにおいて、反射光に応じた電流信号が生成されると、電流信号が配線Ｒ１〜ＲＭを介して上述の抵抗器３１に流れる。続いて、電流信号が電圧信号に変換され、電圧信号がそれぞれ読み出し回路３２に出力される。そして、受光ユニット４の読み出し部１５は、第２列のセル群の第１〜Ｍ行のセルＵに入射した反射光に応じた信号を読み出す。期間ｔ１及び期間ｔ２において、それぞれ異なる配線Ｈ１及び配線Ｈ２が用いられ、第１列のセル群及び第２列のセル群それぞれにバイアス電圧が印加される。一方、期間ｔ１及び期間ｔ２において、配線Ｒ１〜ＲＭが共通して用いられ、第１列のセル群及び第２列のセル群に含まれる第１〜Ｍ行のセルＵから信号が読み出される。

以降、投光ユニット２の制御部、スイッチング部１４、及び読み出し部１５は、期間ｔ３〜ｔＮまで、期間ｔ１及び期間ｔ２における制御と同様の制御を順に行う。スイッチング部１４は、レーザ光の投光位置に応じて、配線Ｈ１〜ＨＮのうちのいずれかの配線Ｈｎを介して、異なる列に位置するセル群にバイアス電圧を印加する。読み出し部１５は、レーザ光の投光位置によらずに、配線Ｒ１〜ＲＭのそれぞれを介して、バイアス電圧が印加されているセル群に含まれる第１〜Ｍ行のセルＵに入射された反射光に応じた信号を読み出す。このように、制御部１３による半導体光検出素子１１の駆動方法では、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとに異なるタイミングでバイアス電圧が印加される。スイッチング部１４は、レーザ光の投光開始時刻から所定時間経過後に、配線Ｈｎを介して、第ｎ列のセル群にバイアス電圧を印加し始めてもよい。たとえば、光検出装置１を収容する筐体に設けられ、レーザ光を透過させるカバー（透過窓）に汚れ等が付着していると、極めて近距離から意図しない反射光が受光ユニット４に入射するおそれがある。レーザ光の投光開始時刻から所定時間経過後に、バイアス電圧の印加を開始することで、上述のような意図しない反射光が検出されることが抑制される。

投光ユニット２によって投光位置ＰＮまでレーザ光が投光された後、光検出装置１は、検出対象領域Ｓにおいて、レーザ光の走査を繰り返し、反射光に応じた信号を読み出してもよい。たとえば、光検出装置１の投光ユニット２は、投光位置ＰＮまでレーザ光を投光した後、再度、投光位置Ｐ１から投光位置ＰＮまでレーザ光を順に投光してもよく、投光位置ＰＮから投光位置Ｐ１までレーザ光を順に投光してもよい。

以上説明したように光検出装置１では、投光ユニット２が、方向Ｄ１が長手方向である断面形状のレーザ光を方向Ｄ２に走査するので、半導体光検出素子１１では、第１〜Ｎ列のセル群のうちの１つのセル群ごとに反射光が入射する。制御部１３は、反射光の入射に対応して、バイアス電圧を第１〜Ｎ列のセル群に１つのセル群ごとに印加する。したがって、セルＵにバイアス電圧を印加する配線は、第１〜Ｎ列のセル群にセル群ごとに対応して設けられていればよく、対応するセル群に含まれる各セルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤと電気的に接続されていればよい。制御部１３は、バイアス電圧が印加された第１〜Ｎ列のセル群のうちの１つのセル群に含まれるＭ個のセルＵからの信号を読み出す。したがって、セルＵから信号を読み出す配線は、行方向に並ぶＮ個のセルＵをそれぞれ含むＭ個のセル群ごとに対応して設けられていればよく、Ｍ個のセル群のうち対応するセル群に含まれる各セルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤに電気的に接続されていればよい。これらの結果、本実施形態の光検出装置１では、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤにバイアス電圧を印加する配線及び各セルＵから信号を読み出す配線の構成の簡素化が可能である。

半導体光検出素子の各セルから信号を読み出すための光検出装置の構成として、半導体基板に配列されている複数のセル全てに、一斉にバイアス電圧を印加する配線等を備える構成が考えられる。この構成では、複数のセルに行ごとに対応して設けられる読み出し用の複数の配線に複数のスイッチが設けられる。このような構成の光検出装置では、複数のスイッチそれぞれが各セルに対して設けられており、スイッチの開閉状態が切り替えられることにより、特定のセルと読み出し用の配線とが導通され、特定のセルからの信号が読み出される。このような構成の光検出装置に対して、本実施形態の光検出装置１では、読み出し用に設けられる複数の配線には、バイアス電圧が印加されたセルＵだけでなく、バイアス電圧が印加されないセルＵも電気的に接続される。したがって、制御部１３は、バイアス電圧が印加されないセルＵからも信号を読み出す。バイアス電圧が印加されないセルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤから出力される信号は極めて小さいので、当該信号が読み出し用に設けられる複数の配線を介して読み出される信号全体に及ぼす影響は、極めて小さい。したがって、特定のセルから信号を読み出すために、読み出し用に設けられる配線において、スイッチを設ける必要がない。このため、読み出し用の配線にスイッチを設ける場合に比べて、光検出装置１では、読み出し用に設けられる配線から読み出される信号において、スイッチの容量及びスイッチの開閉動作に伴って発生するノイズの影響が低減される。
一斉にバイアス電圧を印加する配線と、複数のスイッチとを備える上述した光検出装置は、以下のような問題点を有するおそれがある。スイッチが開状態から閉状態に切り替わることによって特定のセルから信号を読み出す構成では、スイッチが閉状態に切り替わる直前に特定のセルに光（フォトン）が入射した場合、上記特定のセルから読み出される信号は、スイッチが閉状態に切り替わる直前に入射した光による信号を含むことがある。スイッチが閉状態に切り替わる直前に入射した光による信号は、不必要な出力である。これに対し、スイッチが閉状態に切り替わった後に入射する光による信号が、必要な出力である。
光検出装置１では、バイアス電圧が印加されていない状態のセルに光が入射しても、当該セルから出力される信号は極めて小さいので、不必要な出力がセルから読み出される信号に含まれがたい。

光検出装置１では、ガイガーモードで動作させるバイアス電圧が印加されている第ｎ列のセル群に含まれるＭ個のセルＵから、略同一のタイミングで信号が出力される。具体的には、第ｎ列のセル群に含まれるＭ個のセルＵのうち互いに隣り合うセル同士がトレンチ２１によって分離しており、行ごとに対応して配線を設けることでＭ個のセルＵそれぞれから信号の読み出しが可能である。このため、第ｎ列のセル群に含まれるＭ個のセルＵそれぞれからの信号は、並行して略同一のタイミングで出力される。その結果、受光部に入射する反射光に応じた信号が高速で読み出される。
反射光の入射に対応して、バイアス電圧を印加することで読み出し対象となるセル群が定められている。上述したようにバイアス電圧が印加されていないセルＵからの信号の影響は極めて小さいので、たとえ反射光が読み出し対象となるセル群に隣り合うセル群に入射しても、読み出される信号に与える影響は小さい。このため、反射光が入射する範囲を読み出し対象となるセル群に厳密に合わせる必要がないので、レーザ光の断面形状の調整が容易である。たとえば、光学的な調整のみで反射光が入射する範囲を合わせることが難しい場合において有効である。

光検出装置１では、制御部１３は、反射光の入射に対応して、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとに対応して設けられた配線Ｈ１〜ＨＮを介して、第１〜Ｎ列のセル群のうち対応するセル群ごとに、当該セル群に含まれる各セルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤにバイアス電圧を印加する。制御部１３は、第１〜Ｍ行のセル群に行ごとに対応して設けられた配線Ｒ１〜ＲＭを介して、第１〜Ｍ行のセル群のうち対応するセル群ごとに、当該セル群に含まれる各セルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤから信号を読み出す。したがって、光検出装置１は、配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭの構成を簡素化する。なお、上述の特許文献１には、各フォトダイオードにバイアス電圧を印加する配線及び信号を読み出す配線の具体的な構成は、開示及び示唆されていない。
アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、バイアス電圧の印加により、アバランシェ増倍を行う。このため、光の入射により発生した光電子が増倍され、アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、増倍された光電子による信号（電流信号）を出力する。バイアス電圧が印加されないアバランシェフォトダイオードＡＰＤでも、光の入射により光電子が発生する。バイアス電圧が印加されないアバランシェフォトダイオードＡＰＤから出力される信号は、バイアス電圧が印加されたアバランシェフォトダイオードＡＰＤから出力される信号に比して極めて小さい。
光検出装置１では、配線Ｒ１〜ＲＭには、バイアス電圧が印加されたセルＵだけでなく、バイアス電圧が印加されないセルＵも電気的に接続される。したがって、制御部１３は、バイアス電圧が印加されないセルＵからも信号を読み出す。上述したように、バイアス電圧が印加されないセルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤから出力される信号は極めて小さいので、当該信号が配線Ｒ１〜ＲＭを介して読み出される信号全体に及ぼす影響は、極めて小さい。したがって、光検出装置１での検出精度が確保される。

光検出装置１では、第１〜Ｎ列のセル群のうちの互いに隣り合うセル群がトレンチ２１により電気的に分離している。したがって、第ｎ列のセル群に含まれるセルＵにバイアス電圧が印加された場合でも、第ｎ列のセル群と行方向で隣り合う第（ｎ−１）列のセル群及び第（ｎ＋１）列のセル群に含まれるセルＵにバイアス電圧が印加されがたい。この結果、第ｎ列のセル群と行方向で隣り合う第（ｎ−１）列のセル群及び第（ｎ＋１）列のセル群は、アバランシェ増倍を行いがたい。

光検出装置１では、各セルＵがトレンチ２１により電気的に分離している。したがって、第ｎ列のセル群に含まれるＭ個のセルにバイアス電圧が印加された場合に、第ｎ列のセル群に含まれるＭ個のセルのうち互いに隣り合うセルＵそれぞれにおいて生成された信号間で発生する電気的なクロストークが抑制される。この結果、光検出装置１での検出精度が確保される。

次に本実施形態の光検出装置１における変形例に係る半導体光検出素子１１Ａについて説明する。図８は、変形例に係る半導体光検出素子の概略平面図である。図８に示されている半導体光検出素子１１Ａは、以下の点で、図３に示される半導体光検出素子１１と相違する。複数の配線Ｈ１〜ＨＮは、複数の分岐配線ｈｕ１〜ｈｕＮと複数の分岐配線ｈｄ１〜ｈｄＮとを含んでいる。複数の配線Ｒ１〜ＲＭは、複数の分岐配線ｒｌ１〜ｒｌＭと複数の分岐配線ｒｒ１〜ｒｒＭとを含んでいる。パッド電極２２は、ＸＹ軸平面において受光領域ＡのＹ軸方向の両外側に設けられている。パッド電極２３は、ＸＹ軸平面において受光領域ＡのＸ軸方向の両外側に設けられている。

半導体光検出素子１１Ａでは、ｎ番目に位置する配線Ｈｎは、分岐配線ｈｕ１〜ｈｕＮのうちのｎ番目に位置する分岐配線ｈｕｎと、分岐配線ｈｄ１〜ｈｄＮのうちのｎ番目に位置する分岐配線ｈｄｎとを含んでいる。本実施形態では、分岐配線ｈｕｎは、第ｎ列のセル群に含まれる第１〜（Ｍ／２）行のセルＵに電気的に接続されており、分岐配線ｈｄｎは、第ｎ列のセル群に含まれる第（Ｍ／２＋１）〜Ｍ行のセルＵに電気的に接続されている。分岐配線ｈｕｎ及び分岐配線ｈｄｎそれぞれに接続されるセルＵの数は、互いに同一でなくてもよい。分岐配線ｈｕｎが第ｎ列のセル群の第１〜ｊ行のセルＵに接続されており、かつ、分岐配線ｈｄｎが第ｎ列のセル群の第（ｊ＋１）〜Ｍ行のセルＵに接続されてもよい。ｊは、２〜（Ｍ−２）の整数である。この場合、Ｍは４以上の整数であってもよい。半導体光検出素子１１Ａでは、分岐配線ｈｕｎと分岐配線ｈｄｎとを介して、第ｎ列のセル群にバイアス電圧が印加される。たとえば、分岐配線ｈｕ１〜ｈｕＮは、第１分岐配線を構成し、分岐配線ｈｄ１〜ｈｄＮは、第２分岐配線を構成する。

半導体光検出素子１１Ａでは、ｍ番目に位置する配線Ｒｍは、分岐配線ｒｌ１〜ｒｌＭのうちのｍ番目に位置する分岐配線ｒｌｍと、分岐配線ｒｒ１〜ｒｒＭのうちのｍ番目に位置する分岐配線ｒｒｍとを含んでいる。本実施形態では、分岐配線ｒｌｍは、第ｍ行のセル群に含まれる第１〜（Ｎ／２）列のセルＵに電気的に接続されており、分岐配線ｒｒｍは、第（Ｎ／２＋１）〜Ｎ列のセルＵに電気的に接続されている。分岐配線ｒｌｍ及び分岐配線ｒｒｍそれぞれに接続されるセルＵの数は、互いに同一でなくてもよい。分岐配線ｒｌｍが第ｍ行のセル群に含まれる第１〜ｋ列のセルＵに接続されており、かつ、分岐配線ｒｒｍが第ｍ行のセル群に含まれる第（ｋ＋１）〜Ｎ列のセルＵに接続されてもよい。ｋは、２〜（Ｎ−２）の整数である。この場合、Ｎは４以上の整数であってもよい。各セルＵにおいて生成される電流信号は、分岐配線ｒｌｍ及び分岐配線ｒｒｍのどちらか一方を介して抵抗器３１に出力される。この場合、分岐配線ｒｌｍ及び分岐配線ｒｒｍが同一の読み出し回路３２に接続されていてもよく、互いに異なる読み出し回路３２に接続されていてもよい。分岐配線ｒｌｍ及び分岐配線ｒｒｍが同一の抵抗器３１に接続されていてもよく、互いに異なる抵抗器３１に接続されていてもよい。たとえば、分岐配線ｒｌ１〜ｒｌＭは、第３分岐配線を構成し、分岐配線ｒｒ１〜ｒｒＭは、第４分岐配線を構成する。

変形例に係る半導体光検出素子１１Ａを備えた光検出装置１においても、半導体光検出素子１１を備えた光検出装置１と同様に、配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭの構成が簡素化される。

分岐配線ｈｕｎは、対応する第ｎ列のセル群に含まれる第１〜（Ｍ／２）行のセルＵに電気的に接続されている。分岐配線ｈｄｎは、対応する第ｎ列のセル群に含まれる第（Ｍ／２＋１）〜Ｍ行のセルに電気的に接続されている。半導体光検出素子１１のように、第ｎ列のセル群に含まれる全てのセルＵが一つの配線Ｈｎと電気的に接続されている場合、列方向の一端に位置する第Ｍ行のセルＵまでの配線距離と、列方向の他端に位置する第１行のセルまでの配線距離との差が大きい。セルＵまでの配線距離の差が大きいと、バイアス電圧がセルＵに印加されるタイミングの差も大きくなる。半導体光検出素子１１Ａでは、第ｎ列のセル群に含まれる全てのセルＵが一つの配線Ｈｎと電気的に接続されている半導体光検出素子１１に比して、セルＵまでの配線距離の差が小さい。したがって、バイアス電圧がセルＵに印加されるタイミングの差が小さい。

分岐配線ｒｌｍは、対応する第ｍ行のセル群に含まれる第１〜（Ｎ／２）列のセルＵに電気的に接続されている。分岐配線ｒｒｍは、対応する第ｍ行のセル群に含まれる第（Ｎ／２＋１）〜Ｎ列のセルＵに電気的に接続されている。半導体光検出素子１１のように、第ｍ行のセル群に含まれる全てのセルＵが一つの配線Ｒｍと電気的に接続されている場合、行方向の一端に位置する第Ｎ列のセルＵからの配線距離と、行方向の他端に位置する第１列のセルＵからの配線距離との差が大きい。セルＵからの配線距離が長い場合、配線Ｒ１〜ＲＭに生じる寄生容量などの影響により、配線Ｒ１〜ＲＭを介して読み出される信号にノイズが含まれるおそれがある。半導体光検出素子１１Ａでは、第ｍ行のセル群に含まれる全てのセルＵが一つの配線Ｒｍと電気的に接続されている場合に比して、セルＵからの配線距離が小さい。したがって、配線Ｒ１〜ＲＭそれぞれを介して読み出される信号にノイズが含まれがたい。この結果、光検出装置１での検出精度の低下が抑制される。

次に、図９〜図１４を参照して第２実施形態に係る光検出装置が備える受光ユニット４０について説明する。図９は、第２実施形態に係る光検出装置が備える受光ユニットの斜視図である。図１０は、半導体光検出素子の概略平面図である。図１１は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。図１２は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。図１３は、半導体光検出素子の配線形態の一例を示す斜視図である。図１４は、半導体光検出素子の断面構成を示す図である。

図９に示されるように、受光ユニット４０は、半導体光検出素子４１と、回路基板４２と、を備えている。半導体光検出素子４１は、ガラス基板４３と、半導体基板４４と、配線層４５と、を有している。回路基板４２、配線層４５、半導体基板４４、及びガラス基板４３は、Ｚ軸方向において、この順で配置されている。本実施形態では、回路基板４２、ガラス基板４３、半導体基板４４、及び配線層４５は、平面視において矩形形状を呈している。

ガラス基板４３は、光を透過する透明なガラス材によって構成されている。ガラス基板４３は、互いに対向する主面４３Ａ及び主面４３Ｂと、側面４３Ｃとを有している。主面４３Ａと主面４３Ｂとは、平坦な面である。ガラス基板４３は、光学接着剤ＯＡにより半導体基板４４に接着されている。ガラス基板４３は、半導体基板４４上に直接形成されてもよい。半導体光検出素子４１は、たとえば、裏面入射型の半導体光検出素子である。

半導体基板４４は、Ｓｉ（シリコン）によって構成されており、導電型がｐ型である半導体基板である。半導体基板４４は、互いに対向する主面４４Ａ及び主面４４Ｂと、側面４４Ｃとを有している。半導体基板４４の主面４４Ａとガラス基板４３の主面４３Ｂとは、光学接着剤ＯＡを介して互いに対向している。主面４４Ａが、半導体基板４４への光入射面である。本実施形態では、反射光がガラス基板４３を透過して半導体基板４４に入射される。配線層４５は、半導体基板４４と回路基板４２との間に配置されている。たとえば、主面４４Ａが第１主面を構成する場合、主面４４Ｂは、第２主面を構成する。

回路基板４２は、互いに対向する主面４２Ａ及び主面４２Ｂと、側面４２Ｃとを有している。回路基板４２の主面４２Ａと半導体基板４４の主面４４Ｂとは、配線層４５を介して互いに対向している。本実施形態では、回路基板４２の側面４２Ｃ、半導体基板４４の側面４４Ｃ、及びガラス基板４３の側面４３Ｃは、面一とされている。つまり、平面視において、回路基板４２、半導体基板４４、及びガラス基板４３それぞれの外縁は、互いに一致している。回路基板４２、半導体基板４４、及びガラス基板４３それぞれの外縁は、互いに一致していなくてもよい。たとえば、平面視において、回路基板４２の面積が、半導体基板４４及びガラス基板４３それぞれの面積よりも大きくてもよい。この場合、回路基板４２の側面４２Ｃは、ＸＹ軸平面において、半導体基板４４の側面４４Ｃ及びガラス基板４３の側面４３Ｃよりも外側に位置する。

回路基板４２は、ＡＳＩＣを構成している。回路基板４２が構成するＡＳＩＣは、スイッチング部と、読み出し部と、を有している。スイッチング部は、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとにバイアス電圧を印加する。読み出し部は、第１〜Ｍ行のセル群からの信号を行ごとに読み出す読み出し回路を含む。たとえば、ＡＳＩＣ内のスイッチング部及び読み出し部は、制御部を構成する。

半導体基板４４は、図１０に示されるように、平面視において、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている複数のセルＵを有している。半導体基板４４では、各セルＵにおいて検出された反射光に応じた信号が、各セルＵから出力される。セルＵの数は、一例として「１０２４（３２行×３２列）」である。本実施形態では、複数のセルＵは、各々、１のアバランシェフォトダイオードＡＰＤを含んでいる。複数のセルＵは、各々、複数のアバランシェフォトダイオードＡＰＤを含んでいてもよい。半導体基板４４には、２次元配列されている複数のセルＵを囲む受光領域Ａが形成されている。図１０では、配線層４５を構成する絶縁層６６の図示が省略されている。

図１１及び図１２に示されるように、半導体基板４４にはトレンチ２１が形成されている。トレンチ２１は、主面４４Ａ及び主面４４Ｂに開口している。換言すると、トレンチ２１は、主面４４Ａ及び主面４４Ｂが互いに対向する方向（Ｚ軸方向）において、半導体基板４４を貫通している。トレンチ２１は、複数のセルＵのうちの互いに隣り合うセルＵ同士を分離している。具体的には、トレンチ２１は、主面４４Ａと直交する方向（Ｚ軸方向）から見て、複数のセルＵそれぞれを囲んでいる。

半導体光検出素子４１の配線層４５は、半導体光検出素子１１と同様に、複数の配線Ｈ１〜ＨＮと、複数の配線Ｒ１〜ＲＭと、を有している。複数の配線Ｈ１〜ＨＮは、複数のセルＵに含まれる第１〜Ｎ列のセル群に列ごと対応して設けられる。複数の配線Ｒ１〜ＲＭは、複数のセルＵに含まれる第１〜Ｍ行のセル群に行ごとに対応して設けられる。半導体光検出素子４１における複数の配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭは、半導体光検出素子４１の主面４１Ｂ、すなわち、回路基板に近い主面に配置されている点を除いて、半導体光検出素子１１と同様の構成を有している。

半導体光検出素子４１は、複数のバンプ電極４６（Ｎ個のバンプ電極４６）と、複数のバンプ電極４７（Ｎ個のバンプ電極４７）と、複数のバンプ電極４８（Ｍ個のバンプ電極４８）と、複数のバンプ電極４９（Ｍ個のバンプ電極４９）と、を有している。複数のバンプ電極４６には、複数の配線Ｈ１〜ＨＮが電気的に接続されている。複数のバンプ電極４７は、Ｘ軸方向において複数のバンプ電極４６に対応する位置に設けられており、複数のバンプ電極４７にはいずれの配線も接続されていない。複数のバンプ電極４８には、複数の配線Ｒ１〜ＲＭが電気的に接続されている。複数のバンプ電極４９は、Ｙ軸方向において複数のバンプ電極４７に対応する位置に設けられており、複数のバンプ電極４９にはいずれの配線も接続されていない。複数のバンプ電極４７及び複数のバンプ電極４９は、ダミー用のバンプ電極であり、半導体基板４４が回路基板４２に対して傾くことを防ぐ役割を有している。

回路基板４２には、配線Ｈ１〜ＨＮがそれぞれ電気的に接続されている。図１１に示されるように、配線Ｈｎは、半導体基板４４の主面４４Ｂに配置されている。ここでは、配線Ｈｎは主面４４Ｂ上に設けられている。配線Ｈｎは、回路基板４２内のスイッチング部に電気的に接続されている。また、回路基板４２には、配線Ｒ１〜ＲＭがそれぞれ電気的に接続されている。図１２に示されるように、配線Ｒｍは、半導体基板４４の主面４４Ｂに配置されている。ここでは、配線Ｒｍは主面４４Ｂ上に設けられている。配線Ｒｍは、回路基板４２内の読み出し部に電気的に接続されている。

続いて、配線Ｈ１〜ＨＮと配線Ｒ１〜ＲＭとの配線形態の一例を説明する。図１３には、配線層４５を構成する絶縁層６６が省略された半導体基板４４の斜視図が示されている。セルＵを構成するアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、導電型がｎ型である半導体領域５１と、導電型がｐ型である半導体領域５５と、を備えている。半導体領域５１及び半導体領域５５は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤのｐｎ接合を形成している。アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに接続される配線との接触抵抗を低下させるために、半導体領域５６をさらに有している。半導体領域５６の不純物濃度は、半導体領域５５の不純物濃度よりも高い。

互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードＡＰＤは、トレンチ２１によって分離されている。換言すると、トレンチ２１は、Ｚ軸方向から見て各アバランシェフォトダイオードＡＰＤの半導体領域５６を囲っている。トレンチ２１内には、遮光部材５３が充填されている。遮光部材５３は、光を反射する材料によって構成されている。遮光部材５３は、光を反射せずに吸収する材料によって構成されてもよい。遮光部材５３を構成する材料は、たとえば、タングステンである。遮光部材５３の一部は、半導体基板４４の主面４４Ａから突出しており、光学接着剤ＯＡ内に位置している。遮光部材５３の主面４４Ｂから露出する面を除いた表面は、絶縁膜５４によって覆われている。たとえば、遮光部材５３のうちのトレンチ２１内に位置している部分の側面、及び遮光部材５３のうちの主面４４Ａから突出している部分の表面は、一体に形成された絶縁膜５４によって覆われている。絶縁膜５４は、遮光部材５３と半導体領域５６との間に位置している。これにより、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの半導体領域５６と遮光部材５３との間の絶縁が確保され得る。

配線Ｈｎは、共通配線６１と、複数の接続配線６２と、を含んでいる。共通配線６１は、第ｎ列のセル群に含まれる複数のセルＵが並ぶ方向に沿って配置されている。複数の接続配線６２は、共通配線６１と各アバランシェフォトダイオードＡＰＤの半導体領域５６とを互いに電気的に接続する。Ｘ軸方向から見て、共通配線６１と接続配線６２とは互いに交差している。共通配線６１と接続配線６２とは、互いに同じ金属材料で構成されており、たとえば、アルミニウムによって構成されている。共通配線６１と接続配線６２とは、金属材料で構成されてもよい。金属材料は、たとえば、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、又はＰｔ（白金）を含む。

配線Ｒｍは、共通配線６３と、複数のクエンチング抵抗６４と、複数の接続配線６５と、を含んでいる。共通配線６３は、第ｍ行のセル群に含まれる複数のセルＵが並ぶ方向に沿って配置されている。複数のクエンチング抵抗６４は、共通配線６３と接続されている。複数の接続配線６５は、複数のクエンチング抵抗６４と半導体領域５１とを互いに電気的に接続する。Ｙ軸方向から見て、共通配線６３と接続配線６５とは互いに交差している。共通配線６３と接続配線６５とは、互いに同じ金属材料で構成されており、たとえば、アルミニウムによって構成されている。共通配線６３と接続配線６５とは、金属材料で構成されてもよい。金属材料は、たとえば、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、又はＰｔ（白金）を含む。クエンチング抵抗６４は、Ｚ軸方向から見て、半導体領域５１の周縁に沿うように配置されている。クエンチング抵抗６４は、たとえば、ＳｉＣｒ（シリコンクロム）によって構成されている。クエンチング抵抗６４は、ポリシリコン、ＮｉＣｒ（ニッケルクロム）、又はＦｅＣｒ（フェロクロム）で構成されてもよい。

図１４には、配線層４５の絶縁層６６を含む半導体基板４４の断面構成の一例が示されている。図１４では、絶縁層６６の断面構成が示されており、絶縁層６６のハッチングは省略されている。半導体領域５５は半導体領域５１の一部（側面及び底面）を囲っており、半導体領域５６は半導体領域５５の一部（外側面及び底面）を囲っている。配線Ｈｎの共通配線６１は、半導体領域５６に接続配線６２を介して電気的に接続されている。配線Ｒｍの共通配線６３は、半導体領域５１にクエンチング抵抗６４及び接続配線６５を介して電気的に接続されている。たとえば、バイアス電圧が印加されているアバランシェフォトダイオードＡＰＤにおいて、半導体領域５１はカソードであり、半導体領域５６はアノードである。たとえば、バイアス電圧が印加されていても半導体領域５１と半導体領域５５とで形成されているｐｎ接合において空乏層が半導体領域５６に達していない場合、及び、バイアス電圧が印加されていない場合、半導体領域５１はカソードであり、半導体領域５５及び半導体領域５６はアノードである。図１４に示されるように、配線Ｈｎの共通配線６１、配線Ｒｍのクエンチング抵抗６４、及び配線Ｒｍの共通配線６３のＺ軸方向における位置は互いに異なっている。本実施形態では、共通配線６３、クエンチング抵抗６４、及び共通配線６１は、半導体基板４４の主面４４Ｂから、この順で配置されている。共通配線６１、共通配線６３、及びクエンチング抵抗６４の断面は、矩形状である。たとえば、半導体領域５５及び半導体領域５６が陽極を構成する場合、半導体領域５１は陰極を構成する。

一例として、共通配線６１の厚さ、すなわち、共通配線６１のＺ軸方向の長さは６００ｎｍ程度であり、共通配線６３の厚さは６００ｎｍ程度であり、クエンチング抵抗６４の厚さは５ｎｍ程度である。一例として、共通配線６１とクエンチング抵抗６４との離間距離は３００ｎｍ程度であり、クエンチング抵抗６４と共通配線６３との離間距離は３００ｎｍ程度である。共通配線６３と半導体基板４４の主面４４Ｂとの離間距離は３００ｎｍ程度である。絶縁層６６は、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）によって構成されている。絶縁層６６は、配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭを覆っている。絶縁層６６の厚さは、一例として、２．５μｍ程度である。

受光ユニット４０を備える第２実施形態に係る光検出装置においても、光検出装置１と同様に、配線Ｈ１〜ＨＮを介して、第１〜Ｎ列のセル群それぞれに反射光が入射するタイミングに合わせて、第１〜Ｎ列のセル群それぞれに順にバイアス電圧が印加される。また、第１〜Ｎ列のセル群のいずれかのセル群にバイアス電圧が印加されている状態で、バイアス電圧が印加されているセル群に含まれる第１〜Ｍ行のセルＵからの信号が、配線Ｒ１〜ＲＭを介して読み出される。

次に本実施形態の光検出装置における変形例に係る半導体光検出素子４１Ａについて説明する。図１５は、変形例に係る半導体光検出素子の概略平面図である。図１５に示されている半導体光検出素子４１Ａは、以下の点で、図８に示されている半導体光検出素子１１Ａと相違する。配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭは、回路基板４２に近い主面４４Ｂに配置されている。これらの配線は、複数のバンプ電極４６と、複数のバンプ電極４７と、複数のバンプ電極４８と、複数のバンプ電極４９と、に電気的に接続されている。

半導体光検出素子４１Ａでは、半導体光検出素子１１Ａと同様に、複数の配線Ｈ１〜ＨＮは、複数の分岐配線ｈｕ１〜ｈｕＮと複数の分岐配線ｈｄ１〜ｈｄＮとを含んでおり、複数の配線Ｒ１〜ＲＭは複数の分岐配線ｒｌ１〜ｒｌＭと複数の分岐配線ｒｒ１〜ｒｒＭとを含んでいる。複数の分岐配線ｈｕ１〜ｈｕＮは、複数のバンプ電極４７に電気的に接続されており、複数の分岐配線ｈｄ１〜ｈｄＮは、複数のバンプ電極４６に電気的に接続されている。複数の分岐配線ｒｌ１〜ｒｌＭは、複数のバンプ電極４９に電気的に接続されており、複数の分岐配線ｒｒ１〜ｒｒＭは、複数のバンプ電極４８に電気的に接続されている。

半導体光検出素子４１，４１Ａを備えた第２実施形態に係る光検出装置においても、半導体光検出素子１１，１１Ａを備えた光検出装置１と同様に、配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭの構成が簡素化される。

バイアス電圧が印加されている第ｎ列のセル群に含まれるセルＵに反射光が入射した際に、アバランシェ増倍の過程において、当該セルＵから反射光とは別の光が発せられる場合がある。この場合、別の光を発するセルＵと隣り合うセルＵに別の光が入射され、光学的なクロストークが生じてしまうおそれがある。このような光学的クロストークは、行方向にて隣り合いバイアス電圧が印加されていないセルＵに別の光が入射しても生じ得る。半導体光検出素子４１，４１Ａでは、トレンチ２１内に遮光部材５３が設けられているので、別の光が隣り合うセルＵに入射しようとしても遮光部材５３によって遮られる。その結果、光学的なクロストークが抑制されるので、半導体光検出素子４１，４１Ａを備えた光検出装置での検出精度が確保される。
遮光部材５３は、絶縁膜５４によって覆われている。遮光部材５３に水分等が付着しようとしても、絶縁膜５４によって遮光部材５３への付着が抑制されるので、遮光部材５３の表面が腐食することが抑えられる。その結果、遮光部材５３の耐久性が向上する。

次に、図１６〜図１８を参照して第３実施形態に係る光検出装置が備える受光ユニット７０について説明する。図１６は、第３実施形態に係る光検出装置が備える半導体光検出素子の概略平面図である。図１７は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。図１８は、受光ユニットの断面構成を示す模式図である。

図１６〜図１８に示される受光ユニット７０は、配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭに代えて複数のバンプ電極７１を介して各セルＵが回路基板７２と電気的に接続されている点において、図１０に示される受光ユニット４０と相違する。受光ユニット７０は、半導体光検出素子７３と、回路基板７２と、を備えている。半導体光検出素子７３は、半導体基板４４と、複数のバンプ電極７１とを有している。複数のバンプ電極７１は、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている複数のセルＵそれぞれに対応して設けられている。半導体光検出素子７３は、たとえば、裏面入射型の半導体光検出素子である。

回路基板７２は、スイッチング部と、読み出し部と、を有している。スイッチング部は、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとにバイアス電圧を印加する。読み出し部は、第１〜Ｍ行のセル群からの信号を行ごとに読み出す読み出し回路を含む。たとえば、回路基板７２が有しているスイッチング部及び読み出し部は、制御部を構成する。図１７に示されるように、第ｎ列のセル群に含まれるセルＵは、回路基板７２内に設けられた配線Ｈｐｎを介して、回路基板７２内のスイッチング部に電気的に接続されている。「配線Ｈｐｎ」における「ｎ」は、１〜Ｎの整数である。第ｎ列のセル群には、回路基板７２内の配線Ｈｐｎを介して、バイアス電圧が印加される。回路基板７２内には、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとに対応して、複数の配線Ｈｐ１〜ＨｐＮが設けられており、配線Ｈｐ１〜ＨｐＮは、第１〜Ｎ列のセル群のうちの対応するセル群にバンプ電極７１を介して電気的に接続されている。

図１８に示されるように、第ｍ行のセル群に含まれるセルＵは、回路基板７２内に設けられた配線Ｒｐｍを介して、回路基板７２内の読み出し部に電気的に接続されている。「配線Ｒｐｍ」における「ｍ」は、１〜Ｍの整数である。第ｍ行のセル群に含まれる各セルＵからの信号は、配線Ｒｐｍを介して読み出される。配線Ｒｐｍには、クエンチング抵抗が含まれていてもよい。回路基板７２内には、第１〜Ｍ行のセル群に行ごとに対応して、複数の配線Ｒｐ１〜ＲｐＭが設けられており、配線Ｒｐ１〜ＲｐＭは、第１〜Ｍ行のセル群のうちの対応するセル群にバンプ電極７１を介して電気的に接続されている。

半導体光検出素子７３は、半導体光検出素子１１，４１と異なり、第１〜Ｎ列のセル群に列ごとにバイアス電圧を印加する配線、及び第１〜Ｍ行のセル群から行ごとに信号を読み出す配線を備えていない。受光ユニット７０では、回路基板７２内に、バイアス電圧を印加する配線Ｈｐ１〜ＨｐＮ、及び信号を読み出す配線Ｒｐ１〜ＲｐＮが設けられている。配線Ｈｐ１〜ＨｐＮ及び配線Ｒｐ１〜ＲｐＮは、回路基板７２の表面に設けられてもよい。たとえば、配線Ｈｐ１〜ＨｐＮは、複数の第１配線を構成しており、配線Ｒｐ１〜ＲｐＭは、複数の第２配線を構成している。

受光ユニット７０を備える第３実施形態に係る光検出装置では、第１〜Ｎ列のセル群それぞれに反射光が入射するタイミングに合わせて、回路基板７２内の配線Ｈｐ１〜ＨｐＮを介して、第１〜Ｎ列のセル群にそれぞれ順にバイアス電圧が印加される。第１〜Ｎ列のセル群のいずれかのセル群にバイアス電圧が印加されている状態で、バイアス電圧が印加されているセル群に含まれる第１〜Ｍ行のセルＵからの信号が、回路基板４２内の配線Ｒｐ１〜ＲｐＭを介して読み出される。

受光ユニット７０を備えた第３実施形態に係る光検出装置においても、半導体光検出素子１１を備えた光検出装置１と同様に、配線Ｈｐ１〜ＨｐＮ及び配線Ｒｐ１〜ＲｐＭの構成が簡素化される。

受光ユニット７０は、スイッチング部及び読み出し部を有する回路基板７２を備えている。複数のセルＵのそれぞれは、回路基板７２に電気的に接続されている。配線Ｈｐ１〜ＨｐＮ及び配線Ｒｐ１〜ＲｐＭは、回路基板７２に設けられている。このため、配線Ｈ１〜ＨＮ及び配線Ｒ１〜ＲＭを半導体基板２０，４４に配置している受光ユニット４，４０と比べ、受光ユニット７０では、バイアス電圧を印加する配線及び信号を読み出す配線を保護する部材（たとえば絶縁層６６）が不要となり、受光ユニット７０の構成が簡素化され得る。

以上、本発明の実施形態及び変形例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及び変形例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。

たとえば、Ｍ行Ｎ列に２次元状に配列されている複数のセルＵにおいて、ＭとＮとは互いに異なる数であっていてもよい。Ｍ行Ｎ列に２次元状に配列されている複数のセルＵのうちの受光領域Ａの一部の領域に位置している複数のセルＵが用いられ、反射光に応じた信号が読み出されてもよい。たとえば、投光ユニット２は、列方向において第１〜（Ｍ／２）行に位置しており、かつ、行方向において第１〜（Ｎ／２）列に位置している複数のセルＵに、列ごとに反射光が入射するように、レーザ光を投光してもよい。

たとえば、光検出装置は、（２×Ｍ）行Ｎ列に２次元配列されている複数のセルＵを有する半導体光検出素子を備えてもよい。この光検出装置において、投光ユニット２は、第１〜Ｍ行及び第１〜Ｎ列に位置している複数のセルＵに反射光が列ごとに入射するようにレーザ光を走査した後に、第（Ｍ＋１）〜（２×Ｍ）行及び第１〜Ｎ列に位置している複数のセルＵに反射光が列ごとに入射するようにレーザ光を走査してもよい。たとえば、投光ユニット２は、各列において、第１〜Ｍ行のセルＵに反射光が入射した後に、第（Ｍ＋１）〜（２×Ｍ）行のセルＵに反射光が入射するように、方向Ｄ２に沿ってレーザ光を走査してもよい。これらの場合、列ごとに、第１〜（２×Ｍ）行のセルＵにバイアス電圧を印加する単一の配線が設けられてもよく、列ごとに、第１〜Ｍ行のセルＵにバイアス電圧を印加する配線と、第（Ｍ＋１）〜（２×Ｍ）行のセルＵにバイアス電圧を印加する配線と、が設けられてもよい。

互いに隣り合うセルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤを電気的に分離するように形成されたトレンチ２１は、半導体基板２０，４４の主面２０Ａ，４４Ａ及び主面２０Ｂ，４４Ｂのうちの一方の主面のみに開口していてもよい。この場合、トレンチ２１のＺ軸方向における長さは、たとえば、半導体基板２０，４４のＺ軸方向における長さの半分以上であってもよい。半導体基板４４において、トレンチ２１が主面４４Ａ及び主面４４Ｂのうちの一方の主面のみに開口する場合、受光ユニット４０は、ガラス基板４３を備えていなくてもよい。トレンチ２１は、Ｚ軸方向から見て複数のセルＵそれぞれを囲むように半導体基板２０，４４に形成されていなくてもよい。たとえば、トレンチ２１は、第１〜Ｎ列のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間を分離する位置のみにおいて、半導体基板２０，４４に形成されていてもよい。たとえば、第１〜Ｎ列のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間を分離するトレンチの形状又は深さと、第１〜Ｍ行のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間を分離するトレンチの形状又は深さとが、互いに異なっていてもよい。

上述した実施形態では、トレンチ２１によって、第１〜Ｎ列のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士が電気的に分離されているが、互いに隣り合うセル群同士を電気的に分離する構成は、これに限定されない。たとえば、トレンチ２１に代えて、ウェルによって複数のセルＵのうちの互いに隣り合うセルＵ同士が分離されていてもよい。換言すると、ウェルによって第１〜Ｎ列のセル群のうちの互いに隣り合うセル群同士の間が分離されていてもよい。ウェルは、たとえば、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの外縁を構成する半導体領域の導電型とは反対の導電型の半導体領域である。ウェルは、たとえば、拡散法又はイオン注入法によりシリコン基板に不純物が添加されて形成される。ウェルによって互いに隣り合うセルＵ同士を分離する場合、ウェル内に遮光部材５３を配置することができないが、トレンチ２１によって分離する場合には、トレンチ２１内に遮光部材５３を配置することが可能となる。このため、ウェルで分離する場合に比べ、トレンチ２１によって互いに隣り合うセルＵ同士を分離する場合には光学的クロストークが抑制され得る。

上述した実施形態では、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの一つの層構造が示されているが、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの層構造はこれに限定されない。たとえば、半導体領域５１の導電型がｐ型であり、かつ、半導体領域５５及び半導体領域５６の導電型がｎ型であってもよい。たとえば、半導体領域５１は、不純物濃度が互いに異なる複数の半導体領域で構成されていてもよい。アバランシェフォトダイオードＡＰＤは、半導体領域５６を有していなくてもよい。たとえば、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤにおいて、第１導電型の半導体領域が半導体基板の一方の主面を構成しており、第１導電型の半導体領域とｐｎ接合を形成する第２導電型の半導体領域が、半導体基板の他方の主面を構成していてもよい。この場合、配線Ｈ１〜ＨＮと配線Ｒ１〜ＲＭとは、互いに異なる主面に設けられてもよい。たとえば、バイアス電圧を印加する配線Ｈ１〜ＨＮは、半導体領域５１に電気的に接続され、信号を読み出す配線Ｒ１〜ＲＭは、半導体領域５６に電気的に接続されてもよい。たとえば、半導体領域５１，５５，５６は、拡散法又はイオン注入法によりシリコン基板に不純物が添加されることで形成されてもよい。上述の実施形態及び本変形例のアバランシェフォトダイオードＡＰＤの層構造は一例であって、アバランシェフォトダイオードＡＰＤの層構造は、バイアス電圧が印加されることによりガイガーモードで動作するように構成されていればよい。例示したアバランシェフォトダイオードＡＰＤの層構造において、ｎ型で示される半導体領域がｐ型であり、かつ、ｐ型で示される半導体領域がｎ型であってもよい。アバランシェフォトダイオードＡＰＤの層構造に応じて、陽極（アノード）及び陰極（カソード）に対応する半導体領域は異なる。

配線Ｈ１〜ＨＮが、第１〜Ｍ行のセルＵに電気的に接続されており、配線Ｒ１〜ＲＭが、分岐配線ｒｌ１〜ｒｌＭと、分岐配線ｒｒ１〜ｒｒＭと、を有していてもよい。配線Ｒ１〜ＲＭが、第１〜Ｎ列のセルＵに電気的に接続されており、配線Ｈ１〜ＨＮが、分岐配線ｈｕ１〜ｈｕＮと、分岐配線ｈｄ１〜ｈｄＮと、を有していてもよい。つまり、半導体光検出素子１１Ａ，４１Ａの一部の構成が、半導体光検出素子１１，４１に適用されてもよい。

半導体光検出素子１１，４１の第１〜Ｎ列のセル群を列ごとに駆動するとともに、第１〜Ｍ行のセル群からの出力を行ごとに読み出す制御を行う制御部は、半導体光検出素子１１，４１が設けられる搭載基板又は回路基板とは異なる基板に設けられてもよい。制御部１３は、上述の駆動及び読み出しの制御に加えて、投光ユニット２に対する制御を行っていてもよい。

配線Ｈｎは、３つ以上の分岐配線を有していてもよい。この場合、第ｎ列のセル群は、分岐配線の数と同数のグループに分けられ、グループごとに分岐配線を介してバイアス電圧が印加されてもよい。配線Ｒｍは、３つ以上の分岐配線を有していてもよい。この場合、第ｍ行のセル群は、分岐配線の数と同数のグループに分けられ、グループごとに分岐配線を介して信号が読み出されてもよい。

投光ユニット２は、複数の投光位置それぞれに向けて投光されるレーザ光の反射光が、第１〜Ｎ列のセル群のうちの複数個のセル群ごとに入射するように、レーザ光を投光（走査）してもよい。この場合の複数個のセル群は、Ｎ個よりも少ない個数である。この場合、制御部１３は、複数個のセル群ごとへの反射光の入射に対応させて、複数個のセル群ごとに、バイアス電圧を印加してもよい。たとえば、投光ユニット２は、（Ｎ／２）個の投光位置それぞれに向けて投光されるレーザ光の反射光が、第１〜Ｎ列のセル群のうちの第（２×ｎ−１）列及び第（２×ｎ）列のセル群ごとに入射するように、レーザ光を投光してもよい。この場合においても、レーザ光の反射光が、第１〜Ｎ列のセル群のうちの１つのセル群ごとに入射するようにレーザ光が投光される場合と同様に、バイアス電圧を印加する配線は列ごとに設けられていればよく、信号を読み出す配線は行ごとに設けられていればよい。その結果、各アバランシェフォトダイオードＡＰＤにバイアス電圧を印加する配線及び各セルＵから信号を読み出す配線の構成の簡素化が可能である。たとえば、投光ユニット２は、１つの投光位置に向けて投光されたレーザ光の反射光が入射する複数個のセル群において、列方向に並ぶセルの個数が、行方向に並ぶセルの個数よりも多くなるように、レーザ光を投光してもよい。この場合、光検出装置１による物体に対する検出結果の分解能を維持しつつ、効率よく反射光に応じた信号が読み出される。

たとえば、投光ユニット２は、第（２×ｎ−１）列及び第（２×ｎ）列のセル群にレーザ光の反射光が入射した後に、第（２×ｎ）列及び第（２×ｎ＋１）列のセル群にレーザ光の反射光が入射するように、レーザ光を走査してもよい。上述のように２列分のセル群にそれぞれ反射光が入射した際に、信号が読み出され、読み出した信号に基づき画像が生成される場合において、解像度が高い画像が得られる。たとえば、上述のように反射光が入射する範囲において一部が重複するようにレーザ光が走査される場合において、３列以上のセル群にそれぞれ反射光が入射するようにしてもよい。たとえば、投光ユニット２は、１個又は複数個のセル群ごとに、行方向の位置が互いに異なる複数個のレーザ光の反射光が入射するように、レーザ光を投光してもよい。たとえば、１個又は複数個のセル群ごとにレーザ光の反射光が入射するように設定される場合において、１個又は複数個のセル群に対応して、ミラー６が互いに異なる２つの角度に設定されてもよい。１個又は複数個のセル群に対応して、ミラー６が互いに異なる２つの角度に設定されることで、１個又は複数個のセル群に対して、２つに分割された領域にレーザ光が入射してもよい。たとえば、１個又は複数個のセル群に対応して、ミラー６が互いに異なる３つ以上の角度に設定されてもよい。この場合に、１個又は複数個のセル群に対して、３つ以上に分割された領域にレーザ光が入射してもよい。

上述の実施形態において、制御部１３の読み出し部１５は、バイアス電圧が印加されている第ｎ列のセル群に含まれるＭ個のセルＵそれぞれから信号を読み出しているが、信号の読出方法は、これに限られない。制御部１３は、バイアス電圧が印加されている第ｎ列のセル群に含まれるＭ個のセルのうちの複数個のセルごとに、信号を読み出してもよい。たとえば、制御部１３の読み出し部１５は、バイアス電圧が印加されている第ｎ列のセル群に含まれる第（２×ｍ−１）行及び第（２×ｍ）行のセルＵごとに信号を読み出してもよい。この場合、第（２×ｍ−１）行のセルＵに電気的に接続されている配線と、第（２×ｍ）行のセルＵに電気的に接続されている配線とが、単一の抵抗器３１に接続され、当該抵抗器３１の降下電圧が読み出し回路３２に入力されてもよい。たとえば、１又は複数個のセル群に反射光が入射する際に、投光ユニット２が備える複数のレーザ光源５が、同時に発光する場合だけでなく、タイミングを異ならせて発光する場合がある。この場合、１つの列に位置しているセル群に含まれるセルＵそれぞれにおいて、反射光が入射するタイミングがずれる。このとき、１つの列に位置している当該セル群に含まれるＭ個のセルＵにはバイアス電圧が印加されるが、Ｍ個のセルＵそれぞれからの信号が出力されるタイミングが異なる。このため、読み出し部１５において、当該セル群に含まれるＭ個のセルＵのうちの反射光が入射しているセルから順に信号を読み出すことが可能となる。これにより、同時に読み出さなければならない行数（セルＵの個数）を減らすことが可能となり、抵抗器３１又は信号処理部３３の後段に位置する回路構成が簡素化される。

制御部１３のスイッチング部１４は、第ｎ列のセル群にバイアス電圧を印加している際に、第ｎ列以外の列に位置しているセル群にバイアス電圧よりも小さい電圧を印加してもよい。第ｎ列以外の列に位置しているセル群に印加される上記電圧は、ブレークダウン電圧よりも小さい。つまり、第ｎ列以外の列に位置しているセル群に含まれるアバランシェフォトダイオードＡＰＤに、アバランシェフォトダイオードＡＰＤがガイガーモードで動作しないような電圧が印加されてもよい。この場合においても、バイアス電圧が印加されないセルＵ内のアバランシェフォトダイオードＡＰＤから出力される信号は極めて小さいので、当該信号が配線Ｒ１〜ＲＭを介して読み出される信号全体に及ぼす影響は極めて小さく、光検出装置１での検出精度が確保される。また、バイアス電圧を印加しようとする際に、急激な電圧変化を生じることなく、ガイガーモードで動作させるバイアス電圧が、アバランシェフォトダイオードＡＰＤに印加される。

配線Ｒ１〜ＲＭは、クエンチング抵抗６４を有していなくてもよい。この場合、制御部１３の読み出し部１５が、クエンチング抵抗を有していてもよい。

複数のセルＵが配列されている列方向と、方向Ｄ１とは、互いに多少ずれていてもよい。当該列方向と、方向Ｄ１とが、互いに一致している場合、複数のセルＵのうちの必要な箇所に反射光を入射させることが容易であり、必要な箇所及びその近傍のみに反射光が入射するようにすることで、レーザ光源５に供給する電力（パワー）が抑制される。

第１〜Ｎ列のセル群それぞれにおいて、各セル群に含まれるセルＵ同士を電気的に接続する配線、及び第１〜Ｍ行のセル群それぞれにおいて、各セル群に含まれるセルＵ同士を電気的に接続する配線は、金属材料で構成されている配線Ｈ１〜ＨＮ、及び配線Ｒ１〜ＲＭに限られない。たとえば、列方向にセルＵが並ぶ各セル群、又は行方向にセルＵが並ぶ各セル群において、各セル群に含まれるセルＵ同士を電気的に接続する配線は、半導体基板に形成された半導体領域であってもよい。この場合、各セルＵのアノード又はカソードに対応する半導体領域が、接続用の半導体領域（拡散領域）によって、互いに電気的に接続されてもよい。これに対して、金属材料で構成されている配線によって、各セル群に含まれるセルＵ同士が電気的に接続されている場合、接続用の半導体領域により電気的に接続する構成に比して、配線に伴う電圧降下が小さいので、各セルＵは略同一の電位に接続される。たとえば、上述の接続用の半導体領域が設けられる場合において、列方向にセルＵが並ぶセル群に含まれるＭ個のセルＵに対応して、１つの電気的なコンタクト（電極）が設けられてもよく、当該セル群に対してバイアス電圧を印加する１つの配線がコンタクトに接続されてもよい。

２…投光ユニット、１１，１１Ａ，４１，４１Ａ…半導体光検出素子、１３…制御部、２０，４４…半導体基板、２０Ａ，４４Ａ…主面、２０Ｂ，４４Ｂ…主面、２１…トレンチ、Ｕ…セル、ＡＰＤ…アバランシェフォトダイオード、Ｈ１〜ＨＮ，Ｈｎ…配線、Ｒ１〜ＲＭ，Ｒｍ…配線、ｈｕ１〜ｈｕＮ，ｈｄ１〜ｈｄＮ…分岐配線、ｒｌ１〜ｒｌＭ，ｒｒ１〜ｒｒＭ…分岐配線、Ｓ…検出対象領域。

Claims (14)

1. 検出対象領域に向けて、第１方向が長手方向である断面形状の光を投光する投光部と、
   Ｍ行Ｎ列（Ｍ及びＮは、２以上の整数）に２次元配列されている複数のセルを含む半導体基板を有し、前記投光部によって投光された前記光の反射光を受光する受光部と、
   前記受光部と接続されている制御部と、を備え、
   前記複数のセルのそれぞれは、ガイガーモードで動作する少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードを含み、
   列方向に並ぶＭ個の前記セルをそれぞれ含むＮ個の第一セル群ごとに、各前記第一セル群に含まれる複数個の前記セルの陽極及び陰極の一方は、互いに電気的に接続されており、
   行方向に並ぶＮ個の前記セルをそれぞれ含むＭ個の第二セル群ごとに、各前記第二セル群に含まれる複数個の前記セルの前記陽極及び前記陰極の他方は、互いに電気的に接続されており、
   前記投光部は、１又は複数個の前記第一セル群ごとに前記反射光が入射するように、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記光を走査し、
   前記制御部は、前記反射光の入射に対応して、前記アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させるバイアス電圧を１又は複数個の前記第一セル群ごとに印加し、前記アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させる前記バイアス電圧が印加された１又は複数個の前記第一セル群に含まれる前記セルからの信号を読み出す、
   光検出装置。
2. 前記投光部は、前記第一セル群ごとに前記反射光が入射するように、前記第２方向に沿って前記光を走査し、
   前記制御部は、前記反射光の入射に対応して、前記アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させる前記バイアス電圧を前記第一セル群ごとに印加し、前記アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させる前記バイアス電圧が印加された前記第一セル群に含まれるＭ個の前記セルからの信号を読み出す、請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記第一セル群ごとに対応して設けられている複数の第１配線と、前記第二セル群ごとに対応して設けられている複数の第２配線と、をさらに備え、
   各前記第１配線は、Ｎ個の前記第一セル群のうち対応する第一セル群に含まれるＭ個の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記一方に電気的に接続されており、
   各前記第２配線は、Ｍ個の前記第二セル群のうち対応する第二セル群に含まれるＮ個の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記他方に電気的に接続されており、
   前記制御部は、
   各前記第１配線を介して前記対応する第一セル群に含まれるＭ個の前記セルに前記バイアス電圧を印加し、
   各前記第２配線を介して前記信号を読み出す、請求項１又は請求項２に記載の光検出装置。
4. 各前記第１配線は、
   前記対応する第一セル群に含まれる一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記一方に電気的に接続されている第１分岐配線と、
   前記対応する第一セル群に含まれる別の一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記一方に電気的に接続されている第２分岐配線と、を含む、請求項３に記載の光検出装置。
5. 各前記第２配線は、
   前記対応する第二セル群に含まれる一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記他方に電気的に接続されている第３分岐配線と、
   前記対応する第二セル群に含まれる別の一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記他方に電気的に接続されている第４分岐配線と、を含む、請求項３又は請求項４に記載の光検出装置。
6. 前記制御部を有する回路基板をさらに備え、
   前記複数のセルのそれぞれは、前記回路基板に電気的に接続されており、
   前記複数の第１配線及び前記複数の第２配線は、前記回路基板に設けられている、請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の光検出装置。
7. 前記半導体基板には、互いに隣り合う前記第一セル群を分離するように、トレンチが形成されている、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の光検出装置。
8. 前記半導体基板は、互いに対向する第１主面及び第２主面を含み、
   前記トレンチは、前記第１主面及び前記第２主面に開口していると共に、前記第１主面と直交する方向から見て、前記複数のセルのそれぞれを囲んでいる、請求項７に記載の光検出装置。
9. Ｍ行Ｎ列（Ｍ及びＮは、２以上の整数）に２次元配列されている複数のセルを含む半導体基板と、
   列方向に並ぶＭ個の前記セルをそれぞれ含むＮ個の第一セル群ごとに対応して設けられている複数の第１配線と、
   行方向に並ぶＮ個の前記セルをそれぞれ含むＭ個の第二セル群ごとに対応して設けられている複数の第２配線と、を備え、
   前記複数のセルのそれぞれは、ガイガーモードで動作する少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードを含み、
   各前記第１配線は、Ｎ個の前記第一セル群のうち対応する第一セル群に含まれるＭ個の前記セルの陽極及び陰極の一方に電気的に接続されており、
   各前記第２配線は、Ｍ個の前記第二セル群のうち対応する第二セル群に含まれるＮ個の前記セルの前記陽極及び前記陰極の他方に電気的に接続されている、
   半導体光検出素子。
10. 各前記第１配線は、
    前記対応する第一セル群に含まれる一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記一方に電気的に接続されている第１分岐配線と、
    前記対応する第一セル群に含まれる別の一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記一方に電気的に接続されている第２分岐配線と、を含む、請求項９に記載の半導体光検出素子。
11. 各前記第２配線は、
    前記対応する第二セル群に含まれる一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記他方に電気的に接続されている第３分岐配線と、
    前記対応する第二セル群に含まれる別の一部の前記セルの前記陽極及び前記陰極の前記他方に電気的に接続されている第４分岐配線と、を含む、請求項９又は請求項１０に記載の半導体光検出素子。
12. 前記半導体基板には、互いに隣り合う前記第一セル群を分離するように、トレンチが形成されている、請求項９〜請求項１１の何れか一項に記載の半導体光検出素子。
13. 前記半導体基板は、互いに対向する第１主面及び第２主面を含み、
    前記トレンチは、前記第１主面及び前記第２主面に開口していると共に、前記第１主面と直交する方向から見て、前記複数のセルのそれぞれを囲んでいる、請求項１２に記載の半導体光検出素子。
14. 請求項９〜請求項１３の何れか一項に記載の半導体光検出素子の駆動方法であって、
    前記複数の第１配線のうち対応する第１配線を介して、Ｎ個の前記第一セル群ごとに異なるタイミングでバイアス電圧を印加し、
    前記バイアス電圧を印加した前記第一セル群のＭ個の前記セルに含まれる前記アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させる、
    半導体光検出素子の駆動方法。

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