TWI518933B - Photodiode array - Google Patents

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TWI518933B
TWI518933B TW100139163A TW100139163A TWI518933B TW I518933 B TWI518933 B TW I518933B TW 100139163 A TW100139163 A TW 100139163A TW 100139163 A TW100139163 A TW 100139163A TW I518933 B TWI518933 B TW I518933B
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TW100139163A
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Kenichi Sato
Kazuhisa Yamamura
Shinji Ohsuka
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

光二極體陣列
本發明係關於一種光二極體陣列。
Multi-Pixel Photon Counter(MPPC:登錄商標,多像素光子計數器)係作為包含以蓋革模式(Geigermode)動作之複數個雪崩光二極體(APD,Avalanche Breakdown Diode)之光二極體陣列而為人所知。複數個APD並聯連接,對其等施加崩潰電壓以上之逆偏壓電壓,並以蓋革模式動作。MPPC包含與雪崩光二極體串聯連接之淬滅電阻。該淬滅電阻中流過來自雪崩光二極體之電流,藉此向雪崩光二極體之偏壓電壓下降至崩潰電壓為止,然後,藉由再充電而使逆偏壓電壓恢復至蓋革模式時之電壓。
與其他檢測器相比,MPPC之時間特性較佳,故而有望作為Time-Of-Flight(TOF,飛行時間)測量方式之PET(Positron Emission Tomography,正電子放射斷層掃描)裝置等之檢測器而使用。於PET裝置之光子之測量中需要更高的時間解析度。為提高時間解析度,必需使自MPPC輸出之波形形狀變得陡峭。於下述非專利文獻1中表示有藉由對淬滅電阻附加並聯之電容(Cq)而使輸出脈衝變陡峭,從而提高時間解析度。
先前技術文獻 非專利文獻
[非專利文獻1]H.Otono,et. al.,「On the basic mechanism of Pixelized Photon Detectors」Nucl. Instr. and Meth. A610(2009)397.
然而,於實際之器件中,重要的問題是如何附加並聯電容,於簡單地追加電容之情形時,亦有可能使由電容器與電阻決定之時間常數增加而導致時間解析度降低。本發明係鑒於上述課題而完成者,其目的在於提供一種較先前可更顯著地提高時間解析度之光二極體陣列。
為解決上述課題,本發明之一態樣之第1光二極體陣列之特徵在於包含:複數個雪崩光二極體,其形成於半導體基板內;淬滅電阻,其對各雪崩光二極體串聯連接;外周配線,其包圍形成有複數個上述雪崩光二極體之區域;及複數個中繼配線,其電性連接於上述外周配線,且分別連接上述外周配線之至少2個部位間;上述外周配線之每單位長度之電阻值小於上述中繼配線之每單位長度之電阻值;各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之一方經由上述淬滅電阻而電性連接於上述中繼配線之任一者;各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之另一方電性連接於設置於上述半導體基板上之其他電極。
該情形時,來自中繼配線之電流大多流過電阻值較低之外周配線之至少2個部位中之任一較近者(信號傳輸路徑上之電阻較低者)並被取出至外部,因此可降低信號讀出路徑上之電阻值,故而時間常數變小,因此,時間解析度提高。
本發明之一態樣之第2光二極體陣列的特徵在於:進而包含橫斷配線,其電性連接於上述外周配線,且連接上述外周配線之至少2個部位間,其本身之每單位長度之電阻值小於上述中繼配線之每單位長度之電阻值;各上述中繼配線之一端取代上述外周配線而電性連接於上述橫斷配線。
該情形時,來自中繼配線之電流大多流過與電阻值較低之外周配線之連接部位、或與橫斷配線之連接部位中之任一者較近者(信號傳輸路徑上之電阻較低者)並被取出至外部,因此可進一步降低信號讀出路徑上之電阻值,故而時間常數變小,因此時間解析度提高。
本發明之一態樣之第3光二極體陣列的特徵在於進而包含與各上述淬滅電阻分別並聯連接之電容器。
該情形時,時間解析度進一步提高。
本發明之一態樣之第4光二極體陣列的特徵在於:各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之一方電性連接於環狀電極;上述中繼配線包含自上述環狀電極分開、且以包圍上述環狀電極之方式延伸之導電性的外周區域;上述電容器包含自上述中繼配線延伸之上述外周區域、及上述環狀電極。
該情形時,可平面地構成電容器,且時間解析度提高。
本發明之一態樣之第5光二極體陣列如第4光二極體陣列,其進而包含於上述中繼配線間平行延伸之中間配線,上述中間配線分別連接上述外周配線之至少2個部位間,上述外周區域與上述中間配線相連。
該情形時,可平面地構成電容器,且確認出時間解析度提高。
本發明之一態樣之第6光二極體陣列如第4光二極體陣列,其中於各上述中繼配線之兩側連接有上述外周區域,相對於彼此鄰接之上述中繼配線,彼此鄰接之上述外周區域為分開。
該情形時,可平面地構成電容器,且確認時間解析度提高。
本發明之一態樣之第7光二極體陣列的特徵在於:各上述中繼配線沿其中心線之區域開口。
該情形時,可平面地構成電容器,且確認出時間解析度提高。又,中繼配線之配線電容降低。
本發明之一態樣之第8光二極體陣列如上述任一光二極體陣列,其中上述電容器包含隔著絕緣層而形成於上述淬滅電阻上之覆蓋配線,且該覆蓋配線之一端電性連接於上述淬滅電阻之一端。該情形時,可藉由積層而立體地構成電容器,故而可提高元件密度,又,確認出時間解析度提高。
本發明之一態樣之第8光二極體陣列的特徵在於:各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之一方電性連接於環狀電極,上述環狀電極之縱橫比為2以上。該情形時,於中繼配線與分開而並行之環狀電極之間構成有電容器,但因縱橫比較大,故而可加大電容器之電容。因此,相對於環狀電極之開口率,電容器之比率變大,電容器之元件密度變高。因此,亦可減小環狀電極並提高空間分辨能力,又,確認出時間解析度提高。
根據本發明之一態樣之光二極體陣列,可顯著提高時間解析度。
以下,對實施形態之光二極體陣列進行說明。再者,對於相同要素使用相同符號並省略重複說明。
圖1係光二極體陣列10之俯視圖。
如圖所示,若設定XYZ正交座標系,則光二極體陣列10之厚度方向與Z軸一致,光二極體陣列10之光入射面與XY平面一致。光二極體陣列10包含半導體基板20,半導體基板20之形狀為長方形,各邊與X軸或Y軸平行。
光二極體陣列10包含形成於半導體基板20內之複數個雪崩光二極體APD。淬滅電阻7相對於各雪崩光二極體APD而串聯連接。形成有複數個雪崩光二極體APD之區域由外周配線WL包圍。於外周配線WL之外側可設置包含金屬等之遮光層SL等。外周配線WL之外形為矩形環狀,各邊沿X軸或Y軸延伸,且連接於沿X軸延伸之電極墊P。於外周配線WL上電性連接有複數個中繼配線8。複數個中繼配線8分別沿Y軸延伸,且分別連接外周配線WL之至少2個部位(位於沿Y軸之兩端之部位)間。
外周配線WL之每單位長度之電阻值小於中繼配線8之每單位長度之電阻值。即,於外周配線WL及中繼配線8包含相同之導電材料(例如鋁)、且外周配線WL沿Y軸延伸之情形時,其XZ剖面之面積大於中繼配線8之XZ剖面之面積。又,於外周配線WL沿X軸延伸之情形時,其YZ剖面之面積大於中繼配線8之XZ剖面之面積。再者,圖8係配線之俯視圖。當外周配線WL與中繼配線8之厚度為相同之情形時,外周配線WL之寬度W1較中繼配線8之寬度W2寬。
各雪崩光二極體APD之陽極及陰極之一方經由淬滅電阻7而電性連接於中繼配線8之任一者,各雪崩光二極體APD之陽極及陰極之另一方電性連接於設置於半導體基板20上之其他電極6(參照圖3,本例中為背面電極)。再者,其他電極6只要是可電性連接於陽極及陰極之另一方之構成,則亦可設置於半導體基板20之表面側。
如上所述,於光二極體陣列10具備外周配線WL之情形時,來自雪崩光二極體APD之電流以大多流過中繼配線8、及中繼配線8與外周配線WL之連接部位(本例中為2個部位)中之任一較近者(至電極墊P為止之信號傳輸路徑上之電阻較低者)的方式,通過外周配線WL內並流過電極墊P而被取出至外部。如此,於具備外周配線WL之情形時,可降低信號讀出路徑上之電阻值,故而時間常數變小,因此可提高光二極體陣列之時間解析度。
例如,來自位於圖1左下側之雪崩光二極體APD之電流於中繼配線8中朝Y軸之負方向流動之後,流入至與作為旁通路徑之外周配線WL之連接點Q1,其後,於外周配線WL內朝X軸之負方向行進後,沿Y軸之正方向行進,進而,沿X軸之正方向行進,且大多流過到達電極墊P之路徑。
又,來自位於圖1左上側之雪崩光二極體APD之電流於中繼配線8中朝Y軸之正方向流動後,流入至與作為旁通路徑之外周配線WL之連接點Q2,其後,於外周配線WL內沿X軸之正方向行進,且大多流過到達電極墊P之路徑。再者,中繼配線8連接於外周配線WL之2個部位,但其亦可具有3個部位以上之連接點。例如,於中繼配線8之形狀為十字架形狀之情形時,可與外周配線WL於4個部位連接,若放射狀地延伸、或彎曲、或分支,則可使連接部位為3個以上。
上述光二極體陣列10中,相對於1個中繼配線8而於其兩側配置有複數個雪崩光二極體APD,雪崩光二極體APD各自經由淬滅電阻7而連接於中繼配線8。以下,對雪崩光二極體APD之周邊構造進行詳細說明。
圖2係第1類型之光二極體陣列之放大俯視圖,圖3係圖2所示之光二極體陣列之III-III箭頭線剖面圖,圖4係圖2所示之光二極體陣列之IV-IV箭頭線剖面圖。
該光二極體陣列中,半導體基板20包含:第1半導體層1;形成於第1半導體層1上之第2半導體層2;及形成於第2半導體層2內之第3半導體層3。第1半導體層1、第2半導體層2、及第3半導體層3之導電型分別為第1導電型(N型)、第2導電型(P型)、第2導電型(P型)。該情形時,於第1半導體層1與第2半導體層2之間形成有PN接面,於自各環狀電極5正下方之PN接面擴展之空乏層內所產生之載子經由第3半導體層3而於各環狀電極5中集中。對包含該PN接面之雪崩光二極體APD施加逆偏壓。再者,於空乏層內,對應於光L之入射而產生載子。自獲得良好結晶性者之觀點而言,第2半導體層2較佳為藉由向第1半導體層(基板)1之表面磊晶成長而形成。第3半導體層3可藉由向第2半導體層2離子注入或擴散雜質而形成。
再者,第3半導體層3之雜質濃度高於第2半導體層2之雜質濃度。半導體基板20較佳為包含Si,作為N型雜質可使用5價之銻或磷,作為P型雜質可使用3價之硼。
又,環狀電極5之尺寸(較佳範圍)如下所述。
‧線寬:3 μm(2~5 μm)
‧X軸方向尺寸:50 μm(10~100 μm)
‧Y軸方向尺寸:50 μm(10~100 μm)
‧開口面積:2500 μm2(100 μm2~10000 μm2)
又,於詳細之說明中之各類型的光二極體陣列中,第1半導體層1、第2半導體層2、及第3半導體層3之導電型分別亦可設為第1導電型(N型)、第1導電型(N型)、第2導電型(P型)。該情形時,於第2半導體層2及第3半導體層3之間形成有PN接面,於自各環狀電極5正下方之PN接面擴展之空乏層內所產生之載子經由第3半導體層3而於各環狀電極5中集中。對包含該PN接面之雪崩光二極體APD施加逆偏壓。
當然,說明中,亦可與上述相反地將第1導電型設為P型,且將第2導電型設為N型,該情形時,偏壓之施加方向與上述為相反。
於第3半導體層3上形成有包含SiO2之絕緣層4,於絕緣層4上形成有環狀電極5。環狀電極5經由設置於絕緣層4上之開口而連接於第3半導體層3。環狀電極5之平面形狀為矩形環狀,環狀電極5之一端視需要經由適當之導電層而連接於淬滅電阻(層)7之一端。沿X軸延伸之淬滅電阻7包含多晶矽,環狀電極5、中繼配線8及外周配線包含鋁。多晶矽之體積電阻率高於鋁之體積電阻率。淬滅電阻7形成於絕緣層4上,淬滅電阻7之另一端電性連接於沿Y軸延伸之中繼配線8。
於半導體基板20之背面設置有其他電極6,於第1半導體層1為N型之情形時,該電極6成為陰極電極,環狀電極5成為陽極電極,由該等電極夾持之區域分別構成雪崩光二極體APD。對該等陰極電極與陽極電極之間施加逆偏壓電壓Vop。
圖33係光二極體陣列之電路圖。構成光二極體陣列之各雪崩光二極體APD以分別與淬滅電阻7串聯連接之形式全部並聯連接,且自電源施加逆偏壓電壓Vop。來自雪崩光二極體之輸出電流藉由包含放大器等之檢測器A而檢測。
圖34係表示包含雪崩光二極體與淬滅電阻之檢測部之等價電路的圖。雪崩光二極體APD係作為將電流源I與提供二極體電容之電容器Cd並聯連接者而表示,淬滅電阻係作為電阻值為Rq之電阻而表示,且於其上並聯連接有電容器Cq,整體上表示配線電容之電容器Cg並聯地連接於電源。此處,由於存在有電容器Cq,故而光二極體陣列之時間解析度提高。以下,說明以各種形態包含電容器Cq之光二極體陣列。即,以下形態之光二極體陣列進而包含與各雪崩光二極體APD串聯連接之淬滅電阻Rq、及分別與淬滅電阻Rq並聯連接之電容器Cq。
電阻值Rq(較佳範圍)與電容器Cg之電容(較佳範圍)如下所述。
‧電阻值Rq:150 kΩ(50~300 kΩ)
‧電容器Cg之電容:5 pF(配線電容較佳為0,越小越好)
上述情形時,時間解析度進一步提高。圖25係表示製作圖2所示之光二極體陣列之情形時之顯微鏡照片的圖。
圖5係具備電容器Cq之光二極體陣列之放大俯視圖,圖6係圖5所示之光二極體陣列之VI-VI箭頭線剖面圖,圖7係圖5所示之光二極體陣列之VII-VII箭頭線剖面圖。
本例之光二極體陣列與圖2~圖4所示之光二極體陣列之不同點在於以下之點:於中繼配線8之周圍,具備以包圍環狀電極5之方式延伸之外周區域9,外周區域9之一部分與中間配線11相連,且將中繼配線8之寬度W2加粗,其他構造為相同。即,該光二極體陣列中,雖然各雪崩光二極體APD之陽極及陰極之一方電性連接於環狀電極5,然而中繼配線8具備自環狀電極5分開、且以包圍環狀電極5之方式延伸之導電性之外周區域9。外周區域9亦包含鋁。該情形時,上述電容器Cq具有自中繼配線8延伸之外周區域9、及環狀電極5,且於該等之間形成有電容。於該構造之電容器之情形時,可平面地構成電容器,從而提高時間解析度。再者,中繼配線8之寬度W2為9 μm,較佳為2~10 μm,該情形時,可充分減少電阻值,且抑制像素間之輸出差。
再者,於鄰接之中繼配線8間設置有與該等平行地延伸之中間配線11。中間配線11之兩端連接於外周配線WL之2個部位。當然,中間配線11亦可形成為連接於外周配線WL之3個部位以上之構成。再者,於使用下述橫斷配線之情形時,中繼配線8及中間配線11之一端連接於橫斷配線。於較環狀電極5之開口內更靠外側之區域中,藉由中繼配線8、中間配線11及外周配線WL而遮擋入射光,但因鋁之反射率較高,故而光可對下述閃爍體而返回。再者,自中繼配線8延伸之外周區域9之一部分與中間配線11相連,外周區域9之其他部分以位於淬滅電阻7與環狀電極5之間之方式而延伸。
圖26係表示圖5所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。該情形時,可平面地構成電容器,且確認出時間解析度提高。
圖9係包含電容器Cq之另一光二極體陣列之放大俯視圖,圖10係圖9所示之光二極體陣列之X-X箭頭線剖面圖,圖11係圖9所示之光二極體陣列之XI-XI箭頭線剖面圖。
本例之光二極體陣列與圖5~圖7所示之光二極體陣列之不同點在於以下之點:於各中繼配線8之兩側連接有外周區域9,但無中間配線11,至於彼此鄰接之中繼配線8,彼此鄰接之外周區域9分開,其他構造為相同。即,外周區域9包圍環狀電極5之周圍,但無中間配線11,且外周區域9之前端部自鄰接之外周區域9分開。藉此,較圖5~圖7所示之光二極體陣列,可使配線電容更低。電容器Cq形成於外周區域9與環狀電極5之間。
圖27係表示圖9所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。該情形時,亦可平面地構成電容器,且確認出時間解析度提高。
圖12係包含電容器Cq之又一光二極體陣列之放大俯視圖,圖13係圖12所示之光二極體陣列之XIII-XIII箭頭線剖面圖,圖14係圖12所示之光二極體陣列之XIV-XIV箭頭線剖面圖。
本例之光二極體陣列與圖9~圖11所示之光二極體陣列之不同點在於以下之點:各中繼配線8沿其中心線(Y軸)之區域形成開口OP,其他構造為相同。該情形時,除上述效果外,可使中繼配線8之配線電容降低,且可進一步提高時間解析度。開口OP之X軸方向之寬度為5 μm,自進一步提高時間解析度之觀點而言,較佳為2~5 μm。該開口構造可應用於其他包含中繼配線8之構造。
圖28係表示圖12所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。該情形時,亦可平面地構成電容器,且確認出時間解析度提高。
圖15係包含電容器Cq之進而又一光二極體陣列之放大俯視圖,圖16係圖15所示之光二極體陣列之XVI-XVI箭頭線剖面圖,圖17係圖15所示之光二極體陣列之XVII-XVII箭頭線剖面圖。
本例之光二極體陣列與圖2~圖5所示之光二極體陣列之不同點在於以下之點:電容器Cq包含隔著SiN或SiO2等之絕緣層K而形成於淬滅電阻7上之覆蓋配線K1,且該覆蓋配線K1之一端電性連接於淬滅電阻7之一端,其他構造為相同。本例中,覆蓋配線K1自中繼配線8延伸並覆蓋絕緣層K。覆蓋配線K1與淬滅電阻7之間形成有電容。
圖29係表示圖15所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。該情形時,亦可藉由積層而立體地構成電容器,故而可提高元件密度,又,確認出時間解析度提高。
圖18係包含電容器Cq之進而又一光二極體陣列之放大俯視圖,圖19係圖18所示之光二極體陣列之XIX-XIX箭頭線剖面圖,圖20係圖18所示之光二極體陣列之XX-XX箭頭線剖面圖。
本例之光二極體陣列與圖15~圖17所示之光二極體陣列之不同點在於以下之點:覆蓋配線K1自環狀電極5延伸並覆蓋絕緣層K,其他構成為相同。該情形時,覆蓋配線K1與淬滅電阻7之間亦形成有電容,並構成電容器Cq。
圖30係表示圖18所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。該情形時,亦可藉由積層而立體地構成電容器,故而可提高元件密度,又,確認出時間解析度提高。
圖21係包含電容器Cq之進而又一光二極體陣列之放大俯視圖,圖22係圖21所示之光二極體陣列之XXII-XXII箭頭線剖面圖,圖23係圖21所示之光二極體陣列之XXIII-XXIII箭頭線剖面圖。
本例之光二極體陣列與圖2~圖5所示之光二極體陣列之不同點在於以下之點:各雪崩光二極體APD之陽極及陰極之一方電性連接於環狀電極5,環狀電極5之縱橫比(=Y軸方向之尺寸/X軸方向之尺寸)為2以上。該情形時,中繼配線8與分開而並行之環狀電極5之間構成有電容器Cq,但因縱橫比較大,故而可加大電容器Cq之電容。因此,相對於環狀電極5之開口率,電容器之比率變大,電容器之元件密度變高。因此,亦可減小環狀電極5並提高空間分辨能力,又,確認時間解析度提高。圖31係表示圖21所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
再者,本例之使縱橫比提高之構造亦可應用於其他類型之構造。
圖24係光二極體陣列之俯視圖。
該光二極體陣列10係於圖1所示者中追加橫斷配線WL2,且使較橫斷配線WL2而位於圖式上側之雪崩光二極體群上下反轉而成者,其他構造與圖1所示者為相同。橫斷配線WL2電性連接於外周配線WL,且係連接外周配線WL之至少2個部位間者。本例中,橫斷配線WL2沿X軸延伸,其寬度大於中繼配線8之寬度。橫斷配線WL2之每單位長度之電阻值小於中繼配線8之每單位長度之電阻值。於該構造之情形時,圖1所示之各中繼配線8之一端代替外周配線WL而電性連接於橫斷配線WL2。橫斷配線WL2之寬度為20 μm,自提高時間解析度之觀點而言,較佳為10~30 μm。
該情形時,來自中繼配線8之電流大多流過與外周配線WL之連接部位、或與橫斷配線WL2之連接部位中之任一較者(信號傳輸路徑上之電阻較低者)而被取出至外部,故而可進一步降低信號讀出路徑上之電阻值。因此,時間常數變小,時間解析度提高。圖32係表示圖24所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
再者,圖1所示之包含外周配線WL之構造可應用於圖3~圖23所示之構造,但圖24所示之包含橫斷配線WL2之構造亦可應用於圖3~圖23所示之構造。
測量上述構造中輸出波形於10 mV時之波動。包含較圖1所示之中繼配線8粗之外周配線之光二極體陣列中,於採用圖2至圖4所示之構造之情形時,波動成為146 ps(設為類型1)。另一方面,於使外周配線WL為與中繼配線8相同程度之粗度之情形時(設為比較例)時,波動為160 ps,且判明藉由使外周配線變粗並降低電阻值而使波動減輕,且時間解析度顯著提高。
於圖24所示之包含外周配線之光二極體陣列中採用圖2至圖4所示之構造之情形時,波動為148 ps(設為類型2)。從而判明較比較例波動減輕,時間解析度顯著提高。
於圖1所示之包含外周配線之光二極體陣列中採用圖5至圖7所示之構造之情形時,波動成為142 ps(設為類型3)。
於圖1所示之包含外周配線之光二極體陣列中採用圖9至圖11所示之構造之情形時,波動成為138 ps(設為類型4)。
於圖1所示之包含外周配線之光二極體陣列中採用圖12至圖14所示之構造之情形時,波動成為130 ps(設為類型5)。
於圖1所示之包含外周配線之光二極體陣列中採用圖15至圖17所示之構造之情形時,波動成為125 ps(設為類型6)。
於圖1所示之包含外周配線之光二極體陣列中採用圖18至圖20所示之構造之情形時,波動為127 ps(設為類型7)。
於圖1所示之包含外周配線之光二極體陣列中採用圖21至圖23所示之構造之情形時,波動為146 ps(設為類型8)。
當然,於類型3~類型8之構造中可採用類型2之橫斷配線。又,亦可將類型3~5之任一構造與類型6~8之任一構造加以組合。又,類型8之構造亦可與任一類型之構造加以組合。特別是於將類型5(開口構造)或類型8(縱長構造)與類型6或7之構造(積層構造)加以組合之情形時,可認為上述效果累加而能夠進一步減輕波動。
圖35係表示包含光二極體陣列之放射線檢測器之圖。
於光二極體陣列10之光入射面上固定有閃爍體面板。閃爍體面板包含CsI等之閃爍體11、及覆蓋其之聚對二甲苯等之覆蓋層12,可視需要於閃爍體面板與光二極體陣列10之光入射面之間存在介質液13。若放射線入射至閃爍體面板,則閃爍體11發光,該光入射至光二極體陣列10。於光二極體陣列10中,對電極P與電極6之間施加超過崩潰電壓之逆偏壓電壓,其輸出可經由檢測器A檢測。時間解析度優異之放射線檢測器可應用於X射線、CT(electronic computer X-ray tomography technique,電子計算機X射線斷層掃描技術)、或PET裝置等,可測定此前無法測量之分辨率之圖像。
1...第1半導體層
2...第2半導體層
3...第3半導體層
4...絕緣層
5...環狀電極
6...其他電極
7...淬滅電阻
8...中繼配線
9...外周區域
10...光二極體陣列
11...中間配線
20...半導體基板
A...檢測器
APD...雪崩光二極體
Cd、Cq、Cg...電容器
K...絕緣層
K1...覆蓋配線
OP...開口
P...電極墊
PD...光二極體
Q1、Q2...連接點
Rq...淬滅電阻
SL...遮光層
Vop...逆偏壓電壓
W1、W2...寬度
WL...外周配線
WL2...橫斷配線
圖1係光二極體陣列之俯視圖。
圖2係光二極體陣列之放大俯視圖。
圖3係圖2所示之光二極體陣列之III-III箭頭線剖面圖。
圖4係圖2所示之光二極體陣列之IV-IV箭頭線剖面圖。
圖5係光二極體陣列之放大俯視圖。
圖6係圖5所示之光二極體陣列之VI-VI箭頭線剖面圖。
圖7係圖5所示之光二極體陣列之VII-VII箭頭線剖面圖。
圖8係配線之俯視圖。
圖9係光二極體陣列之放大俯視圖。
圖10係圖9所示之光二極體陣列之X-X箭頭線剖面圖。
圖11係圖9所示之光二極體陣列之XI-XI箭頭線剖面圖。
圖12係光二極體陣列之放大俯視圖。
圖13係圖12所示之光二極體陣列之XIII-XIII箭頭線剖面圖。
圖14係圖12所示之光二極體陣列之XIV-XIV箭頭線剖面圖。
圖15係光二極體陣列之放大俯視圖。
圖16係圖15所示之光二極體陣列之XVI-XVI箭頭線剖面圖。
圖17係圖15所示之光二極體陣列之XVII-XVII箭頭線剖面圖。
圖18係光二極體陣列之放大俯視圖。
圖19係圖18所示之光二極體陣列之XIX-XIX箭頭線剖面圖。
圖20係圖18所示之光二極體陣列之XX-XX箭頭線剖面圖。
圖21係光二極體陣列之放大俯視圖。
圖22係圖21所示之光二極體陣列之XXII-XXII箭頭線剖面圖。
圖23係圖21所示之光二極體陣列之XXIII-XXIII箭頭線剖面圖。
圖24係光二極體陣列之俯視圖。
圖25係表示圖2所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖26係表示圖5所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖27係表示圖9所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖28係表示圖12所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖29係表示圖15所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖30係表示圖18所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖31係表示圖21所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖32係表示圖24所示之光二極體陣列之顯微鏡照片的圖。
圖33係光二極體陣列之電路圖。
圖34係表示包含雪崩光二極體與淬滅電阻之檢測部之等價電路的圖。
圖35係表示包含光二極體陣列之放射線檢測器之圖。
8...中繼配線
10...光二極體陣列
APD...雪崩光二極體
P...電極墊
Q1、Q2...連接點
SL...遮光層
WL...外周配線

Claims (9)

  1. 一種光二極體陣列,其特徵在於包含:複數個雪崩光二極體,其形成於半導體基板內;淬滅電阻,其對各雪崩光二極體串聯連接;外周配線,其包圍形成有複數個上述雪崩光二極體之區域;及複數個中繼配線,其電性連接於上述外周配線,且分別連接上述外周配線之至少2個部位間;且上述外周配線之每單位長度之電阻值小於上述中繼配線之每單位長度之電阻值;各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之一方經由上述淬滅電阻而電性連接於上述中繼配線之任一者;各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之另一方電性連接於設置於上述半導體基板上之其他電極。
  2. 如請求項1之光二極體陣列,其中進而包含橫斷配線,該橫斷配線電性連接於上述外周配線,且連接上述外周配線之至少2個部位間,其本身之每單位長度之電阻值小於上述中繼配線之每單位長度之電阻值;各上述中繼配線之一端取代上述外周配線而電性連接於上述橫斷配線。
  3. 如請求項1或2之光二極體陣列,其中進而包含與各上述淬滅電阻分別並聯連接之電容器。
  4. 如請求項3之光二極體陣列,其中各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之一方電性連接於環狀電極; 上述中繼配線包含自上述環狀電極分開、且以包圍上述環狀電極之方式延伸之導電性的外周區域;上述電容器包含:上述外周區域,其自上述中繼配線延伸;及上述環狀電極。
  5. 如請求項4之光二極體陣列,其中進而包含於上述中繼配線間平行延伸之中間配線,上述中間配線分別連接上述外周配線之至少2個部位間,上述外周區域與上述中間配線相連。
  6. 如請求項4之光二極體陣列,其中於各上述中繼配線之兩側連接有上述外周區域,相對於彼此鄰接之上述中繼配線,彼此鄰接之上述外周區域為分開。
  7. 如請求項3之光二極體陣列,其中各上述中繼配線沿其中心線之區域開口。
  8. 如請求項3之光二極體陣列,其中上述電容器包含隔著絕緣層而形成於上述淬滅電阻上之覆蓋配線,且該覆蓋配線之一端電性連接於上述淬滅電阻之一端。
  9. 如請求項3之光二極體陣列,其中各上述雪崩光二極體之陽極及陰極之一方電性連接於環狀電極,上述環狀電極之縱橫比為2以上。
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