TWI778948B - 光電轉換元件及光電轉換模組 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種光電轉換元件，其具備：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含雪崩光電二極體；第1配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第1像素電性連接，且將來自二以上之第1像素之輸出電流一併提取；第2配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第2像素電性連接，且將來自上述二以上之第2像素之輸出電流一併提取；且上述第1像素之受光面積大於上述第2像素之受光面積。

Description

光電轉換元件及光電轉換模組
本發明之一形態係關於一種光電轉換元件及光電轉換模組者。
於專利文獻1中揭示有放射線圖像讀取裝置。該放射線圖像讀取裝置具備光電轉換元件，其用於讀取以對記錄有放射線圖像之誘發螢光體層掃描激發光而獲得之圖像資訊。光電轉換元件具有二極體及矽酮光電子增倍管。且，根據由光電轉換元件讀取之誘發光之光量，而將讀取圖像資訊之光電轉換元件於二極體與矽酮光電子增倍管之間切換。 [先前專利文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2008-287165號公報
[發明欲解決之課題] 作為用於檢測微弱光之光電轉換元件，近年來已知一種將包含雪崩光電二極體(以下稱作APD)之像素單元配置為二維狀者。此種光電轉換元件可藉由對各像素供給共通之偏壓，且集體收集來自各像素之輸出電流進行光子計數，而精度良好地測定朝向光二極體陣列之微弱之入射光量。作為此種光電轉換器件，例如有Hamamatsu Photonics公司製造之MPPC(註冊商標)。 但，隨著此種光電轉換元件之應用範圍擴大，期望能夠對應從微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍。本發明之一形態係鑑於此種課題而完成者，其目的在於提供一種可對應廣大光量範圍之光電轉換元件及光電轉換模組。 [解決課題之技術手段] 為解決上述課題，本發明之一形態之光電轉換元件具備：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含APD；第1配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第1像素電性連接，且集體提取來自二以上之第1像素之輸出電流；及第2配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第2像素電性連接，且集體提取來自上述二以上之第2像素之輸出電流；且上述第1像素之受光面積大於上述第2像素之受光面積。 此種光電轉換元件係於複數個像素中含有受光面積不同之2種像素。即，利用受光面積較大之二以上之第1像素，即使於入射光量微弱之情形下，仍能以較高之PDE(Photon Detection Efficiency：光子檢測效率)將入射光量轉換為輸出電流。換言之，因能以相對於輸入光量較高之增益輸出電流，故可進一步降低可檢測之入射光量之下限。另一方面，受光面積較小之二以上之第2像素即使於入射光量較大之情形下，仍能以較低之PDE將入射光量轉換為輸出電流。換言之，因能以相對於入射光量較低之增益輸出電流，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據上述光電轉換元件，藉由根據入射光量而自第1配線或第2配線選擇性地提取輸出電流，而可對應微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍。 於上述光電轉換元件中，二以上之第2像素可配置於第1區域內，二以上之第1像素可配置於包圍第1區域之第2區域內。一般而言，將入射光之光軸調整為光電轉換元件之受光面之中心的情形時，在受光面之中心附近光量變得最大。藉由如上述般地配置第1及第2像素，可於光量較大之區域配置第2像素，於光量較小之區域配置第1像素。因此，可更精度良好地檢測入射光量。 於上述光電轉換元件中，各自包含複數個K1 個(K1 為2以上之整數)之第2像素之複數個第3區域、及各自包含L個(L為1以上之整數，K1 ＞L)之第1像素之複數個第4區域亦可混合存在且排列為二維狀。或者，各自包含第1像素與K2 個(K2 為1以上之整數)之第2像素之複數個區域亦可排列為二維狀。藉由此種排列，亦可良好地發揮由上述之本發明之一形態之光電轉換元件獲得之效果。 於上述光電轉換元件中，第2像素之淬滅電阻之電阻值亦可大於第1像素之淬滅電阻之電阻值。由此，因能夠抑制自第2像素輸出之電流之大小，故可進一步增大輸出飽和之輸入光量之上限。 於上述光電轉換元件中，施加至第2像素之偏壓亦可小於施加至第1像素之偏壓。由此，可進一步擴大可對應之光量範圍。 為解決上述課題，本發明之一形態之光電轉換元件具備：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含雪崩光電二極體；第1配線，其形成於半導體基板上，經由淬滅電阻而與複數個像素中所含之二以上之第1像素電性連接，且集體提取來自二以上之第1像素之輸出電流；及第2配線，其形成於半導體基板上，經由淬滅電阻與複數個像素中所含之二以上之第2像素電性連接，且集體提取來自二以上之第2像素之輸出電流。第2像素之淬滅電阻之電阻值大於第1像素之淬滅電阻之電阻值。 該光電轉換元件中，其第2像素之淬滅電阻之電阻值亦可大於第1像素之淬滅電阻之電阻值。淬滅電阻之電阻值較小之二以上之第1像素即使於入射光量微弱之情形下，仍可輸出較大之電流。換言之，因能以相對於入射光量較高之增益輸出電流，故可降低可檢測之入射光量之下限。另一方面，淬滅電阻之電阻值較大之二以上之第2像素即使於入射光量較大之情形下，仍可輸出較小之電流。換言之，因能以相對於入射光量較低之增益輸出電路，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據上述光電轉換元件，藉由根據入射光量自第1配線或第2配線選擇性地提取輸出電流，可對應微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍。 於上述光電轉換元件中，第1像素之受光面積與第2像素之受光面積亦可彼此大致相等。由此，相對於先前之光電轉換元件，僅變更淬滅電阻之電阻值即可容易地獲得上述效果。 於上述光電轉換元件中，第2像素之淬滅電阻亦可較第1像素之淬滅電阻更長。或者，第2像素之與淬滅電阻之延伸方向交叉之方向之寬度，亦可窄於第1像素之與淬滅電阻之延伸方向交叉之方向之寬度。藉由採用例如該等中之至少一者之構成，可更容易地將第2像素之淬滅電阻之電阻值設為大於第1像素之淬滅電阻之電阻值。 於上述光電轉換元件中，施加至第2像素之偏壓亦可小於施加至第1像素之偏壓。由此，可進一步擴大可對應之光量範圍。 為解決上述課題，本發明之一形態之光電轉換元件具備：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含藉由共通之偏壓而動作之雪崩光電二極體；第1配線，其形成於半導體基板上，與複數個像素中所含之二以上之第1像素電性連接，且集體提取來自二以上之第1像素之輸出電流；第2配線，其形成於半導體基板上，與複數個像素中所含之二以上之第2像素電性連接，且集體提取來自二以上之第2像素之輸出電流；第1電阻，其連接於第1配線與固定電位線之間，將來自二以上之第1像素之輸出電流轉換為第1電壓信號；及第2低電阻，其連接於第2配線與固定電位線之間，將來自二以上之第2像素之輸出電流轉換為第2電壓信號；且第2電阻之電阻值小於第1電阻之電阻值。 再者，本發明之一形態之光電轉換模組係具備光電轉換元件與讀取來自光電轉換元件之輸出電流之讀取電路者，且，光電轉換元件具有：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含藉由共通之偏壓而動作之雪崩光電二極體；第1配線，其形成於半導體基板上，與複數個像素中所含之二以上之第1像素電性連接，且集體提取來自二以上之第1像素之輸出電流；及第2配線，其形成於半導體基板上，與複數個像素中所含之二以上之第2像素電性連接，且集體提取來自二以上之第2像素之輸出電流；讀取電路或光電轉換元件具有：第1電阻，其連接於第1配線與固定電位線之間，將來自二以上之第1像素之輸出電流轉換為第1電壓信號；及第2電阻，其連接於第2配線與固定電位線之間，將來自二以上之第2像素之輸出電流轉換為第2電壓信號；第1電阻之電阻值大於第2電阻之電阻值。 該等光電轉換元件及光電轉換模組中，將來自第1像素之輸出電流轉換為電壓信號之第1電阻之電阻值，大於將來自第2像素之輸出電流轉換為電壓信號之第2電阻之電阻值。由此，即使於入射光量較微弱之情形下，仍能較大之放大率將來自二以上之第1像素之輸出電流轉換為電壓信號。換言之，因能以相對於入射光量較高之增益輸出電壓信號，故可精度良好地進行光子計數。另一方面，即使於入射光量較大之情形下，亦能以較小之放大率將來自二以上之第2像素之輸出電流轉換為電壓信號。換言之，因能以相對於入射光量較低之增益輸出電壓信號，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據上述光電轉換元件及光電轉換模組，藉由根據入射光量而選擇第1電壓信號或第2電壓信號，可對應微弱光量至較大光量之廣大光量範圍。 再者，於上述光電轉換模組中，除設置2種(第1及第2配線)用於集體提取來自像素之輸出電流之配線之點外，可採用與先前之光電轉換元件相同之構成。因此，光電轉換元件設計極為容易，且可將來自先前之光電轉換元件之特性變化抑制為較小。 再者，於上述光電轉換模組中，讀取電路亦可具有：光子計數電路，其係基於第1電壓信號而計數自二以上之第1像素輸出之電流脈衝；及A/D轉換器，其產生與第2電壓信號對應之數位信號。由此，可良好地讀取對應微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍之信號。 [發明之效果] 根據本發明之一形態，可提供一種能夠對應廣大光量範圍之光電轉換元件及光電轉換模組。
[第1實施形態] 以下，一面參照附加圖式，一面詳細地說明本發明之一形態之光電轉換元件之實施形態。另，於圖式說明中，對相同之要件標註相同之符號，且省略重複之說明。 圖1係本發明之一形態之一實施形態之光電轉換元件1A之俯視圖。光電轉換元件1A具備半導體基板30，半導體基板30之主面成為接收光之受光部3A。受光部3A中，二維狀地排列有複數個像素10。複數個像素10係以各自包含藉由共通之偏壓而動作之APD而構成。 複數個像素10包含二以上之第1像素11、及二以上之第2像素12。第1像素11之受光面積(實際有感區域)大於第2像素12之受光面積。作為一例，相鄰之第1像素11彼此之間距(中心間隔)為50 μm，相鄰之第2像素12彼此之間距(中心間隔)為10 μm。另，各像素之開口率係受光面積越大則越大。於本實施形態中，由第1像素11沿行方向排列配置而成之第1像素行11A、與由第2像素12沿行方向排列配置而成之第2像素行12A係沿列方向交替配置。第1像素行11A之每一行之像素數少於第2像素行12A之每一行之像素數。 光電轉換元件1A進而具備信號讀取用之第1配線21及第2配線22。第1配線21係與二以上之第1像素11電性連接，集體提取來自該等第1像素11之輸出電流。第2配線係與二以上之第2像素12電性連接，集體提取來自該等第2像素12之輸出電流。 圖2係放大顯示受光部3A之一部分之俯視圖。如圖2所示，第1像素11之APD與第1配線21係經由淬滅電阻23而電性連接。換言之，淬滅電阻23之一端與第1像素11之APD電性連接，另一端與第1配線21電性連接。同樣地，第2像素12之APD與第2配線22係經由淬滅電阻24而電性連接。換言之，淬滅電阻24之一端與第2像素12之APD電性連接，另一端與第2配線22電性連接。 第2像素12之淬滅電阻24之電阻值亦可大於上述第1像素11之淬滅電阻23之電阻值。作為一例，淬滅電阻24之電阻值為1 MΩ，淬滅電阻23之電阻值為250 kΩ。此種淬滅電阻之電阻值之不同係例如藉由使淬滅電電阻之剖面積互異，或使淬滅電阻之長度互異而實現。於圖2所示之例中，為降低淬滅電阻23之電阻值，將淬滅電阻23配設為直線狀，或者為增大淬滅電阻24之電阻值，將淬滅電阻24配設為螺旋狀。淬滅電阻23、24例如包含光透過性(半透明)之導電性材料。 圖3係概略性表示光電轉換元件1A之剖面構成之圖。光電轉換元件1A具備半導體基板30。上述複數個像素10形成於該共通之半導體基板30。具體而言，半導體基板30具有主面30a及背面30b，於背面30b上之整面，設置有底面電極(陰極)31。又，半導體基板30係由包含背面30b且由n型Si構成之區域30c、與包含主面30a且由p型Si構成之區域30d積層而成。於包含主面30a之區域30d之內部，相互空開間隔而排列形成有構成第1像素11之p型半導體區域32a、與構成第2像素12之p型半導體區域32b。p型半導體區域32a、32b係由例如p型Si構成。第1像素11之APD係藉由p型半導體區域32a正下方之區域30d與區域30c形成pn接面而構成。同樣地，第2像素12之APD係藉由p型半導體區域32b正下方之區域30d與區域30c形成pn接面而構成。 第1像素11之受光面積係由自半導體基板30之厚度方向觀察時p型半導體區域32a之面積規定。同樣地，第2像素12之受光面積係由自相同方向觀察時p型半導體區域32b之面積規定。即，p型半導體區域32a之面積大於p型半導體區域32b之面積。 於主面30a上之整面，設置有第1絕緣膜33。第1絕緣膜33可由例如SiO2 、SiN之類的絕緣性矽酮化合物構成。於p型半導體區域32a上且第1絕緣膜33上，設置有接觸電極(陽極)34a。接觸電極34a係經由形成於第1絕緣膜33之開口而與p型半導體區域32a接觸。同樣地，於p型半導體區域32b上且第1絕緣膜33上，設置有接觸電極(陽極)34b。接觸電極34b係經由形成於第1絕緣膜33之開口而與p型半導體區域32b接觸。 第1配線21及第2配線22為金屬製，且形成於半導體基板30上。於本實施形態中，第1配線21及第2配線22設置於位於未形成p型半導體區域32a及p型半導體區域32b之半導體基板30之區域上之第1絕緣膜33上。 第1配線21及第2配線22、第1絕緣膜33、及接觸電極34和34b係由第2絕緣膜35被覆。第2絕緣膜35被覆半導體基板30上之整面，且可由例如SiO2 、SiN之類的絕緣性矽酮化合物構成。上述淬滅電阻23、24設置於第2絕緣膜35上。淬滅電阻23之一端及另一端各自經由形成於第2絕緣膜35之開口而與接觸電極34a及第1配線21各者電性連接。淬滅電阻24之一端及另一端各自經由形成於第2絕緣膜35之開口，而與接觸電極34b及第2配線22各者電性連接。 此處，就用於自本實施形態之光電轉換元件1A讀取信號之外部電路之構成例進行說明。圖4係概略性顯示外部電路之構成例之圖。如圖4所示，對複數個像素10之各APD之陰極即底面電極31(參照圖3)，施加共通之偏壓HV。 第1像素11之APD之陽極係經由淬滅電阻23及第1配線21，而連接於設置於光電轉換元件1A之外部之電阻41之一端。電阻41之另一端連接於基準電位(GND)線51。且，電阻41之一端連接於光子計數電路60，將電阻41之電壓降輸入至光子計數電路60。 光子計數電路60包含比較器61與計數器62。比較器61係比較由D/A轉換器63產生之基準電壓、與電阻41之電壓降。且，於電阻41之電壓降超過基準電壓時(即超過臨限值之電流脈衝自第1像素11輸出時)，將信號發送至計數器62。計數器62係計數自比較器61發送出信號之次數。其計數值相當於對所有第1像素11之入射光量。 第2像素12之APD之陽極係經由淬滅電阻24及第2配線22，而連接於設置於光電轉換元件1A之外部之電阻42之一端。電阻42之另一端連接於基準電位(GND)線51。且，電阻42之一端係經由放大電路70及峰值保持電路71，而連接於A/D轉換器72。電阻42之電壓降係由放大電路70放大後，由峰值保持電路71保持。且，將被保持之電壓輸入至A/D轉換器72。A/D轉換器72係將輸入之電壓信號(類比信號)轉換為數位信號。其數位值相當於對所有第2像素12之入射光量。 自計數器62輸出之計數值及自A/D轉換器72輸出之數位值被發送至信號處理部80。信號處理部80採用該等計數值及數位值中之有效值，基於該值而特定入射光量。 對由以上所說明之本實施形態之光電轉換元件1A獲得之效果進行說明。於排列有複數個包含APD之等面積之像素而成之先前之光電轉換元件(APD陣列)中，各像素之受光面積與動態範圍存在權衡關係。即，各像素之受光面積較大(像素間之間距較長)之光電轉換元件，因可設計較大的開口率，故即使於入射光量極小之情形下，仍可精度良好地檢測較少之光子。相對於此，各像素之受光面積較小(像素間之間距較短)之光電轉換元件，因單位面積之像素數增多，故待機狀態之像素增多，即使同時入射之光子數較多，亦可具有良好之追蹤性(線性特性)。再者，因各像素之電容值變小，故由各像素之電容與淬滅電阻產生之濾波作用減弱，導致輸出電流之時間波形變得更加起伏。因此，因於光子檢測後直至再度返回待機狀態之時間亦較短，故同樣有利於時間性之動態範圍。 於本實施形態之光電轉換元件1A中，複數個像素10中含有受光面積不同之2種像素11、12。即，受光面積較大之二以上之第1像素11因其開口率變大，故即使於入射光量較微弱之情形下，仍能以較高之PDE(Photon Detection Efficiency：光子檢測效率)將入射光量轉換為輸出電流。換言之，因能以相對於入射光量較高之增益輸出電流，故可進一步降低可檢測之入射光量之下限。另一方面，受光面積較小之二以上之第2像素12即使於入射光量較大之情形下，仍能以較低之PDE將其轉換為輸出電流。換言之，因能以相對於入射光量較低之增益輸出電流，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據本實施形態之光電轉換元件1A，藉由根據入射光量自第1配線21或第2配線22選擇性地提取輸出電流，可對應微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍。 再者，根據本實施形態，可藉由將各像素之光檢測原理設為共通之一個器件，對應入射光量較微弱之情形及入射光量較大之情形兩者。由此，可期待由動作電壓之共通化及構成於同一基板上而得之低成本化及特性均一化。再者，根據本實施形態，可將多個像素10排列為二維狀，可容易地實現大面積之受光面。且，複數個像素10之排列自由度提高，而容易將受光部3A變更為正方形、長方形、圓形及多角形之類的合乎用途或光學系統之形狀。 再者，如本實施形態般，第2像素12之淬滅電阻24之電阻值亦可大於第1像素11之淬滅電阻23之電阻值。由此，因可抑制自第2像素12輸出之電流之大小，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。 (第1變化例) 圖5係一變化例之光電轉換元件1B之俯視圖。另，省略第1及第2配線21、22之圖示。光電轉換元件1B與上述實施形態之不同點在於受光面之第1像素11及第2像素12之配置。於本變化例之受光部3B中，將二以上之第2像素12配置於半導體基板30上之第1區域A1內。第1區域A1為例如包含受光部3A之中心之矩形狀或長方形狀之區域。且，二以上之第1像素11配置於包圍第1區域A1之第2區域A2內。 一般而言，將入射光之光軸調整為光電轉換元件之受光面之中心之情形時，於受光面中心附近光量最大。可藉由如本變化例般配置第1及第2像素11、12，而於光量較大之區域配置第2像素12，於光量較小之區域配置第1像素11。因此，可更精度良好地檢測入射光量。 (第2變化例) 圖6係其他變化例之光電轉換元件1C之俯視圖。另，省略第1及第2配線21、22之圖示。光電轉換元件1C與上述實施形態之不同點在於受光面之第1像素11及第2像素12之配置。於本變化例之受光部3C中，各自包含K1 個(K1 係2以上之整數，圖中例示K1 =16之情形)之第2像素12之複數個第3區域A3、及各自包含L個(L為1以上之整數，且K1 ＞L，圖中例示L1 =4之情形)之第1像素11之複數個第4區域A4混合存在於受光部3C中，且排列為二維狀(矩陣狀)。 圖7(a)及圖7(b)各自為放大顯示第3區域A3及第4區域A4之俯視圖。作為一例，於第3區域A3中第2像素12排列成M1 列N1 行(M1 、N1 為1以上之整數，且M1 ×N1 =K1 )之二維狀。且，每隔2行配設第2配線22，位於各第2配線22之兩側之第2像素12係經由淬滅電阻24而電性連接於該第2配線22。同樣地，於第4區域A4中第1像素11排列成M2 列N2 行(M2 、N2 為1以上之整數，且M2 ×N2 =L)之二維狀。且，每隔2行配設第1配線21，位於各第1配線21之兩側之第1像素11係經由淬滅電阻23而電性連接於該第1配線21。 圖8係另一變化例之光電轉換元件1D之俯視圖。光電轉換元件1D與上述實施形態之不同點在於受光面之第1像素11及第2像素12之配置。於本變化例之受光部3D中，將各自包含第1像素11與K2 個(K1 為1以上之整數，圖中例示K2 =1之情形)之第2像素12之複數個區域排列成二維狀(矩陣狀)。 本發明之一形態之第1及第2像素之配置並非侷限於上述實施形態，而可存在例如上述之第1變化例之光電轉換元件1B或本變化例之光電轉換元件1C、1D等各種形態。且，無論為何種像素配置，均可良好地發揮與上述實施形態之光電轉換元件1A相同之效果。 (第3變化例) 圖9係表示本發明之一形態之第3變化例之電路構成。上述實施形態(參照圖4)係對複數個像素10施加共通之偏壓HV，但於本變化例中，施加至第2像素12之偏壓小於施加至第1像素11之偏壓。具體而言，對APD之陰極施加共通之偏壓HV，第1陽極11之APD之陽極係經由淬滅電阻23、第1配線21及電阻41而連接於第1基準電位(GND)線52。另一方面，第2像素12之APD之陽極係經由淬滅電阻24、第2配線22及電阻42而連接於第2基準電位(GND)線53。第2基準電位(GND)線53之電位設定為高於第1基準電位(GND)線52之電位。由此，相較於施加至第1像素11之偏壓，施加至第2像素12之偏壓實質性地變小。 根據本變化例，於第1像素11中，可提高對入射光量之感度，且對於微弱之入射光量可輸出更大之電流。換言之，因能以相對於入射光量更高之增益輸出電流，故可進一步降低可檢測之入射光量之下限。另一方面，於第2像素12中，可降低對入射光量之感度，可進一步降低相對於較大之入射光量之輸出電流。換言之，因能以相對於入射光量更低之增益輸出電流，故可更為增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據本變化例，相較於上述實施形態，可更為擴大可對應之光量範圍。 另，亦可將第1像素11之APD之陰極與第2像素12之APD之陰極電性分離，使施加至第1像素11之APD之陰極之偏壓大於施加至第2像素12之APD之陰極之偏壓。此種構成亦可良好地獲得本變化例之上述效果。 再者，於上述實施形態中，亦可使將來自第1像素11之輸出電流轉換為電壓信號之電阻41之電阻值，大於將來自第2像素12之輸出電壓轉換為電壓信號之電阻42之電阻值。由此，即使於入射光量較微弱之情形下，仍能以較大之放大率將來自第1像素11之輸出電流轉換為電壓信號。換言之，因能以相對於入射光量較高之增益產生電壓信號，故可精度良好地進行光子計數。另一方面，即使於入射光量較大之情形下，仍能以較小之放大率將來自第2像素12之輸出電流轉換為電壓信號。換言之，亦能以相對於入射光量較低之增益產生電壓信號，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，可進一步擴大可對應之光量範圍。 本發明之一形態之光電轉換元件並非侷限於上述實施形態，可存在其他各種變形。例如，亦可將上述實施形態及各變化例根據需要相互組合。再者，上述實施形態中，雖例示Si作為半導體基板30及p型半導體區域32a、32b之構成材料，但本發明之一形態可對半導體基板及各p型半導體區域採用各種半導體材料。 [第2實施形態] 以下，參照附加圖式詳細地說明本發明之一形態之光電轉換元件之其他實施形態。另，於圖式說明中，對相同之構件標註相同之符號，並省略重複之說明。 圖10係本發明之一形態之一實施形態之光電轉換元件1AS之俯視圖。光電轉換元件1AS具備半導體基板30S，半導體基板30S之主面上成為接收光之受光部3AS。受光部3AS中，二維狀地排列有複數個像素10S。複數個像素10S係以各自包含藉由共通之偏壓動作之APD而構成。 複數個像素10S包含二以上之第1像素11S與二以上之第2像素12S。第1像素11S之受光面積(實際有感區域)與第2像素12S之受光面積彼此大致相等。作為一例，相鄰之第1像素11S彼此之間距(中心間距)為50 μm，相鄰之第2像素12S彼此之間距亦為50μm。本實施形態中，由第1像素11S沿行方向排列配置而成之第1像素行11AS、與由第2像素12S沿行方向排列配置而成之第2像素行12AS係沿列方向交替排列。 光電轉換元件1AS進而具備信號讀取用之第1配線21S及第2配線22S。第1配線21S係與二以上之第1像素11S電性連接，集體提取來自該等第1像素11S之輸出電流。第2配線22S係與二以上之第2像素12S電性連接，集體提取來自該等第2像素12S之輸出電流。 圖11係放大顯示受光部3AS之一部分之俯視圖。如圖11所示，第1像素11S之APD與第1配線21S係經由淬滅電阻23S電性連接。換言之，淬滅電阻23S之一端係與第1像素11S之APD電性連接，另一端係與第1配線21S電性連接。同樣地，第2像素12S之APD與第2配線22S係經由淬滅電阻24S而電性連接。換言之，淬滅電阻24S之一端係與第2像素12S之APD電性連接，另一端係與第2配線22S電性連接。 第2像素12S之淬滅電阻24S之電阻值大於上述第1像素11S之淬滅電阻23S之電阻值。作為一例，淬滅電阻24S之電阻值為500kΩ，淬滅電阻23S之電阻值為250 kΩ。作為他例，淬滅電阻24S之電阻值為750 kΩ，淬滅電阻23S之電阻值為250 kΩ。作為另一例，淬滅電阻24S之電阻值為1 MΩ，淬滅電阻23S之電阻值為250 kΩ。淬滅電阻23S之電阻值只要為不致閂鎖(即可淬滅)之值即可。 此種淬滅電阻之電阻值之不同係藉由例如使淬滅電阻之剖面積互異，或使淬滅電阻之長度互異而實現。於圖11所示之例中，為降低淬滅電阻23S之電阻值，將淬滅電阻23S較短地配設為直線狀，或者為增大淬滅電阻24S之電阻值，將淬滅電阻24S較長地配設為螺旋狀。淬滅電阻23S、24S例如包含光透過性(半透明)之導電性材料。 圖12係概略性表示光電轉換元件1AS之剖面構成之圖。光電轉換元件1AS具備半導體基板30S。上述複數個像素10S形成於該共通之半導體基板30S。具體而言，半導體基板30S具有主面30aS及背面30bS，於背面30bS上之整面，設置有底面電極(陰極)31S。再者，半導體基板30S係由包含背面30bS且由n型Si構成之區域30cS、與包含主面30aS且由p型Si構成之區域30dS積層而成。於包含主面30aS之區域30dS之內部，相互空開間隔而排列形成有構成第1像素11S之p型半導體區域32aS、與構成第2像素12S之p型半導體區域32bS。p型半導體區域32sS、32bS例如包含p型Si。第1像素11S之APD係藉由p型半導體區域32aS正下方之區域30dS與區域30cS形成pn接面而構成。同樣地，第2像素12S之APD係藉由p型半導體區域32bS正下方之區域30dS與區域30cS形成pn接面而構成。 於主面30aS上之整面，設置有第1絕緣膜33S。第1絕緣膜33S可由例如SiO2 、SiN此類絕緣性矽酮化合物構成。於p型半導體區域32aS上且第1絕緣膜33S上，設置有接觸電極(陽極)34aS。接觸電極34aS係經由形成於第1絕緣膜33S之開口而與p型半導體區域32aS接觸。同樣地，於p型半導體區域32bS上且第1絕緣膜33S上，設置有接觸電極(陽極)34bS。接觸電極34bS係經由形成於第1絕緣膜33S之開口而與p型半導體區域32bS接觸。 第1配線21S及第2配線22S為金屬製，且形成於半導體基板30S上。於本實施形態中，第1配線21S及第2配線22S設置於位於未形成p型半導體區域32aS及p型半導體區域32bS之半導體基板30S之區域上之第1絕緣膜33S上。 第1配線21S及第2配線22S、第1絕緣膜33S、及接觸電極34aS和34bS係由第2絕緣膜35S被覆。第2絕緣膜35S被覆半導體基板30S上之整面，可由例如SiO2 、SiN此類無機絕緣體構成。上述之淬滅電阻23S、24S設置於第2絕緣膜35S上。淬滅電阻23S之一端及另一端各自經由形成於第2絕緣膜35S之開口而與接觸電極34aS及第1配線21S各者電性連接。淬滅電阻24S之一端及另一端各自經由形成於第2絕緣膜35S之開口而與接觸電極34bS及第2配線22S各者電性連接。 此處，對用於自本實施形態之光電轉換元件1AS讀取信號之外部電路之構成例進行說明。圖13係概略性表示外部電路之構成例之圖。如圖13所示，對複數個像素10S之各APD之陰極、即底面電極31S(參照圖12)施加共通之偏壓HV。 第1像素11S之APD之陽極係經由淬滅電阻23S及第1配線21S而連接於設置於光電轉換元件1AS之外部之電阻41S之一端。電阻41S之另一端連接於基準電位(GND)線51S。且，電阻41S之一端連接於光子計數電路60S，電阻41S之電壓降被輸入至光子計數電路60S。 光子計數電路60S包含比較器61S與計數器62S。比較器61S比較由D/A轉換器63S產生之基準電壓與電阻41S之電壓降。且，於電阻41S之電壓降超過基準電壓時(即超過臨限值之電流脈衝自第1像素11S輸出時)，將信號發送至計數器62S。計數器62S計數自比較器61S發送出信號之次數。此時之計數值相當於對所有第1像素11S之入射光量。 第2像素12S之APD之陽極係經由淬滅電阻24S及第2配線22S，而連接於設置於光電轉換元件1AS之外部之電阻42S之一端。電阻42S之另一端連接於基準電位(GND)線51S。且，電阻42S之一端係經由放大電路70S及峰值保持電路71S，而連接於A/D轉換器72S。電阻42S之電壓降係由放大電路70S放大後，由峰值保持電路71S保持。且，將被保持之電壓輸入至A/D轉換器72S。A/D轉換器72S係將輸入至電壓信號(類比信號)轉換為數位信號。此時之數位信號相當於對所有第2像素12S之入射光量。 自計數器62S輸出之計數值及自A/D轉換器72S輸出之數位值被發送至信號處理部80S。信號處理部80S採用該等計數值及數位值中之有效值，基於該值而特定入射光量。 就由以上所說明之本實施形態之光電轉換元件1AS獲得之效果進行說明。於本實施形態之光電轉換元件1AS中，第2像素12S之淬滅電阻24S之電阻值，大於第1像素11S之淬滅電阻23S之電阻值。淬滅電阻23S之電阻值較小之二以上之第1像素11S，係即使於入射光量較微弱之情形下亦可輸出較大之電流。換言之，因能以相對於入射光量較高之增益輸出電流，故可降低可檢測之入射光量之下限。另一方面，淬滅電阻24S之電阻值較大之二以上之第2像素12S，係即使於入射光量較大之情形下亦可輸出較小之電流。換言之，因能以相對於入射光量較低之增益輸出電流，故可更加增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據本實施形態之光電轉換元件1AS，藉由根據入射光量，自第1配線21S或第2配線22S選擇性地提取輸出電流，可對應微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍。 再者，根據本實施形態，可藉由將各像素之光檢測原理設為共通之一個器件，對應入射光量較微弱之情形及入射光量較大之情形兩者。由此，可期待由動作電壓之共通化及構成於同一基板上而得之低成本化及特性均一化。再者，根據本實施形態，可將多個像素10S排列為二維狀，可容易實現大面積之受光面。且，複數個像素10S之排列自由度提高，而容易地將受光部3AS變更為正方形、長方形、圓形及多角形之類的合乎用途或光學系統之形狀。 再者，如本實施形態般，第1像素11S之受光面積與第2像素12S之受光面積亦可相互大致相等。由此，對於先前之光電轉換元件，僅變更淬滅電阻23S、24S之電阻值即可容易地獲得上述效果。 再者，如本實施形態般，淬滅電阻24S亦可較淬滅電阻23S更長。藉由採用此種構成，相較於淬滅電阻23S之電阻值，可容易地將淬滅電阻24S之電阻值更為增大。 (第1變化例) 圖14(a)及圖14(b)係一變化例之淬滅電阻24S、23S之剖視圖，且顯示與淬滅電阻24S、23S之延伸方向交叉(典型而言為垂直)之剖面。於該例中，淬滅電阻24S之寬度W1較淬滅電阻23S之寬度W2窄。上述實施形態中，乃藉由使淬滅電阻23S、24S之長度不同而使電阻值不同，但如本變化例般，使淬滅電阻23S、24S之寬度不同，亦可容易地使電阻值不同。 (第2變化例) 圖15係本發明之一形態之第2變化例之光電轉換元件1BS之俯視圖。光電轉換元件1BS與上述實施形態之不同點在於受光面之第1像素11S及第2像素12S之配置。於本變化例之受光部3BS中，各自包含K1 個(K1 為2以上之整數，圖中例示K1 =16之情形)之第1像素11S之複數個第1區域A1S、與各自包含K2 個(K2 為2以上之整數，圖中例示K2 =16之情形)之第2像素12S之複數個第2區域A2S係混合存在於受光部3BS而排列成二維狀(矩陣狀)。於圖15所示之例中，第1區域A1S與第2區域A2S係如棋盤狀配置。 圖16(a)及圖16(b)分別為放大顯示第1區域A1S及第2區域A2S之俯視圖。又，圖17係概略性顯示光電轉換元件1BS之剖面構成之圖。作為一例，於第1區域A1S中第1像素11S排列成M1 列N1 行(M1 、N1 為1以上之整數，且M1 ×N1 =K1 )之二維狀。且，每隔2行配設第1配線21S，位於各第1配線21S之兩側之第1像素11S係經由淬滅電阻23S而電性連接於該第1配線21S。同樣地，於第2區域A2S中第2像素12S係排列成M2 列N2 行(M2 、N2 為1以上之整數，且M2 ×N2 =K2 )之二維狀。且，每隔2行配設第2配線22S，位於各第2配線22S之兩側之第2像素12S係經由淬滅電阻24S而電性連接於該第2配線22S。 本發明之一形態之第1及第2像素之配置並非侷限於上述實施形態，而可例如存在本變化例之光電轉換元件1BS等各種形態。且，無論為何種像素配置，均可良好地發揮與上述實施形態之光電轉換元件1AS相同之效果。 (第3變化例) 圖18係表示本發明之一形態之第3變化例之電路構成之圖。上述實施形態(參照圖13)中，對複數個像素10S施加共通之偏壓HV，而於本變化例中，施加至第2像素12S之偏壓小於施加至第1像素11S之偏壓。具體而言，雖對各APD之陰極施加共通之偏壓HV，但第1像素11S之APD之陽極係經由淬滅電阻23S、第1配線21S及電阻41S而連接於第1基準電位(GND)線52S。另一方面，第2像素12S之APD之陽極係經由淬滅電阻24S、第2配線22S及電阻42S而連接於第2基準電位(GND)線53S。第2基準電位(GND)線53S之電位設定為較第1基準電位(GND)線52S之電位更高。由此，相較於施加至第1像素11S之偏壓，施加至第2像素12S之偏壓實質性地變小。 根據本變化例，第1像素11S可提高對入射光量之感度，可輸出相對於微弱之入射光量更大之電流。換言之，因能以相對於入射光量更高之增益輸出電流，故可進一步降低可檢測之入射光量之下限。另一方面，於第2像素12S中，可降低對入射光量之感度，可進一步降低相對於較大之入射光量之輸出電流。換言之，因能以相對於入射光量更低之增益輸出電流，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據本變化例，相較於上述實施形態，可進一步擴大可對應之光量範圍。 另，亦可將第1像素11S之APD之陰極與第2像素12S之APD之陰極電性分離，使施加至第1像素11S之APD之陰極之偏壓大於施加至第2像素12S之APD之陰極之偏壓。此種構成亦可良好地獲得本變化例之上述效果。 再者，於上述實施形態中，亦可使將來自第1像素11S之輸出電流轉換為電壓信號之電阻41S之電阻值，大於將來自第2像素12S之輸出電流轉換為電壓信號之電阻42S之電阻值。由此，即使於入射光量較微弱之情形下，仍能以較大之放大率將來自第1像素11S之輸出電流轉換為電壓信號。換言之，因能以相對於入射光量較高之增益產生電壓信號，故可精度良好地進行光子計數。另一方面，即使於入射光量較大之情形下，仍能以較小之放大率將來自第2像素12S之輸出電流轉換為電壓信號。換言之，因能以相對於入射光量較低之增益產生電壓信號，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，可進一步擴大可對應之光量範圍。 本發明之一形態之光電轉換元件並非侷限於上述實施形態，而可存在其他各種變形。例如，亦可將上述實施形態及各變化例根據需要相互組合。又，雖於上述實施形態及第1變化例中，作為使淬滅電阻23S、24S之電阻值互異之方法，例示有使該等長度或寬度互異之情形，但亦可藉由其他方法使淬滅電阻23S、24S之電阻值互異。例如，亦可藉由使添加至淬滅電阻23S、24S之電阻成分之濃度互異，而適當地使該等電阻值互異。再者，於上述實施形態中，例示Si作為半導體基板30S及p型半導體區域32aS、32bS之構成材料，但本發明之一形態可對半導體基板及各p型半導體區域採用各種半導體材料。 [第3實施形態] 以下，參照附加圖式而詳細地說明本發明之形態之光電轉換元件及光電轉換模組之另一實施形態。另，圖式說明中，對相同之構件標註相同之符號，並省略重複之說明。 圖19係本發明之一形態之一實施形態之光電轉換元件1AT之俯視圖。光電轉換元件1AT具備半導體基板30T，半導體基板30T之主面成為接收光之受光部3AT。於受光部3AT中，二維狀地排列有複數個像素10T。複數個像素10T係以各自包含藉由共通之偏壓動作之APD而構成。 複數個像素10T包含二以上之第1像素11T與二以上之第2像素12T。第1像素11T之受光面積(實際有感區域)與第2像素12T之受光面積彼此大致相等。作為一例，相鄰之第1像素11T彼此之間距(中心間隔)為50μm，相鄰之第2像素12T彼此之間距亦為50μm。本實施形態中，由第1像素11T彼此沿行方向排列配置而成之第1像素行11AT、與由第2像素12T沿行方向排列配置而成之第2像素行12AT係沿列方向交替排列。 光電轉換元件1AT進而具備信號讀取用之第1配線21T及第2配線22T。第1配線21T係與二以上之第1像素11T電性連接，且集體提取來自該等第1像素11T之輸出電流。第2配線22T係與二以上之第2像素12T電性連接，且集體提取來自該等第2像素12T之輸出電流。 圖20係放大顯示受光部3AT之一部分之俯視圖。如圖20所示，第1像素11T之APD與第1配線21T係經由淬滅電阻23T而電性連接。換言之，淬滅電阻23T之一端係與第1像素11T之APD電性連接，另一端係與第1配線21T電性連接。同樣地，第2像素12T之APD與第2配線22T係經由淬滅電阻24T而電性連接。換言之，淬滅電阻24T之一端係與第2像素12T之APD電性連接，另一端係與第2配線22T電性連接。淬滅電阻23T、24T之電阻值彼此大致相等。作為一例，淬滅電阻23T、24T之電阻值為250 kΩ。另，圖中所示之例中雖將淬滅電阻23T、24T配設為螺旋狀，但淬滅電阻23T、24T可配設為各種形狀，例如亦可配設為直線狀。淬滅電阻23T、24T例如包含光透過性(半透明)之導電性材料。 圖21係概略性顯示光電轉換元件1AT之剖面構成之圖。光電轉換元件1AT例如具備由n型Si構成之半導體基板30T。上述複數個像素10T形成於該共通之半導體基板30T。具體而言，半導體基板30T具有主面30aT及背面30bT，於背面30bT上之整面，設置有底面電極(陰極)31T。又，於包含主面30aT之半導體基板30T之內部，相互空出間隔而排列形成有構成第1像素11T之p型半導體區域32aT、與構成第2像素12T之p型半導體區域32bT。p型半導體區域32aT、32bT例如包含p型Si。第1像素11T之APD係藉由p型半導體區域32aT與半導體基板30T形成pn接面而構成。同樣地，第2像素12T之APD係藉由p型半導體區域32bT與半導體基板30T形成pn接面而構成。 於主面30aT上之整面，設置有第1絕緣膜33T。第1絕緣膜33T可由例如SiO2 、SiN之類的絕緣性矽酮化合物構成。於p型半導體區域32aT上且第1絕緣膜33T上，設置有接觸電極(陽極)34aT。接觸電極34aT係經由形成於第1絕緣膜33T之開口而與p型半導體區域32aT接觸。同樣地，於p型半導體區域32bT上且第1絕緣膜33T上，設置有接觸電機(陽極)34bT。接觸電極34bT係經由形成於第1絕緣膜33T之開口而與p型半導體區域32bT接觸。 第1配線21T及第2配線22T為金屬製，且形成於半導體基板30T。於本實施形態中，第1配線21T及第2配線22T設置於位於未形成p型半導體區域32aT及p型半導體區域32bT之半導體基板30T之區域上之第1絕緣膜33T上。 第1配線21T及第2配線22T、第1絕緣膜33T、及接觸電極34aT和34bT係由第2絕緣膜35T被覆。第2絕緣膜35T被覆半導體基板30T上之整面，且可由例如SiO2 、SiN之類的無機絕緣體構成。上述之淬滅電阻23T、24T設置於第2絕緣膜35T上。淬滅電阻23T之一端及另一端各自經由形成於第2絕緣膜35T之開口而與接觸電極34aT及第1配線21T各者電性連接。淬滅電阻24T之一端及另一端各自經由形成於第2絕緣膜35T之開口而與接觸電極34bT及第2配線22T各者電性連接。 此處，對具備光電轉換元件1AT及讀取來自光電轉換元件1AT之輸出電流之讀取電路之光電轉換模組之構成進行說明。圖22係概略性顯示光電轉換模組2AT之構成例之圖。如圖22所示，對複數個像素10T之各APD之陰極、即底面電極31T(參照圖21)施加共通之偏壓HV。 讀取電路5AT具有：第1電阻41T、第2電阻42T、光子計數電路60T、放大電路70T、峰值保持電路71T、A/D轉換器72T、及信號處理部80T。第2電阻42T之電阻值小於第1電阻41T之電阻值。作為一例，第1電阻41T之電阻值為1 MΩ至數MΩ，第2電阻42T之電阻值為50 Ω(即通常之50 Ω之終端)。 第1電阻41T連接於第1配線21T與固定電位線即基準電位(GND)線51T之間，將來自第1像素11T之輸出電流轉換為第1電壓信號V1。具體而言，電阻41T之一端係經由第1配線21T及淬滅電阻23T而連接於第1像素11T之APD之陽極。電阻41T之另一端連接於基準電位(GND)線51T。電阻41T之一端連接於光子計數電路60T，將電阻41T之電壓降作為第1電壓信號V1而輸入至光子計數電路60T。 光子計數電路60T包含比較器61T與計數器62T。比較器61T係比較由D/A轉換器63T產生之基準電壓、與第1電壓信號V1。且於第1電壓信號V1超過基準電壓時(即超過臨限值之電流脈衝自第1像素11T輸出時)，將信號發送至計數器62T。計數器62T係計數自比較器61T發送出信號之次數。其計數值相當於對所有第1像素11T之入射光量。 第2電阻42T連接於第2配線22T與固定電位線即基準電位(GND)線51T之間，且將來自第2像素12T之輸出電流轉換為第2電壓信號V2。具體而言，電阻42T之一端係經由第2配線22T及淬滅電阻24T而連接於第2像素12T之APD之陽極。電阻42T之另一端連接於基準電位(GND)線51T。電阻42T之一端係經由放大電路70T及峰值保持電路71T而連接於A/D轉換器72T。第2電壓信號V2係由放大電路70T放大後，由峰值保持電路71T保持。且，將被保持之電壓輸入至A/D轉換器72T。A/D轉換器72T係將輸入之電壓信號(類比信號)轉換為數位信號。其數位值相當於對所有第2像素12T之入射光量。 自計數器62T輸出之計數值及自A/D轉換器72T輸出之數位值被發送至信號處理部80T。信號處理部80T採用該等計數值及數位值中之有效值，基於該值而特定入射光量。 對由以上所說明之藉由本實施形態之光電轉換模組2AT而獲得之效果進行說明。於光電轉換模組2AT中，將來自第1像素11T之輸出電流轉換為第1電壓信號V1之電阻41T之電阻值，大於將來自第2像素12T之輸出電流轉換為第2電壓信號V2之電阻42T之電阻值。由此，即使於入射光量較微弱之情形下，仍能以較大之放大率將來自二以上之第1像素11T之輸出電流轉換為第1電壓信號V1。換言之，因能以相對於入射光量較高之增益產生第1電壓信號V1，故可精度良好地進行光子計數。另一方面，即使於入射光量較大之情形下，仍能以較小之放大率將來自二以上之第2像素12T之輸出電流轉換為第2電壓信號V2。換言之，因能以相對於入射光量較低之增益產生第2電壓信號V2，故可進一步增大輸出飽和之入射光量之上限。因此，根據本實施形態之光電轉換模組2AT，藉由根據入射光量而選擇基於第1電壓信號V1之計數值或基於第2電壓信號V2之數位值，可對應微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍。 再者，本實施形態中，除設置2種(第1及第2配線21T、22T)用於集體提取來自複數個像素之輸出電流之配線之點外，可採用與先前之光電轉換元件相同之構成。因此，光電轉換元件1AT之設計極為容易，可將來自先前之光電轉換元件之特性變化抑制為較小。 再者，根據本實施形態，可藉由將各像素之光檢測原理設為共通之一個器件，對應入射光量較微弱之情形及入射光量較大之情形兩者。由此，可期待由動作電壓之共通化及構成於同一基板上而得之低成本化及特性均一化。又，根據本實施形態，可將多個像素10T排列為二維狀，可容易實現大面積之受光面。又，複數個像素10T之排列自由度提高，而容易地將受光部3AT變更為正方形、長方形、圓形及多角形之類的合乎用途或光學系統之形狀。進而，與專利文獻1之構成相比，即使於入射光量較大之情形下散例雜訊亦變得極小，可於廣大之光量範圍內兼具高增益及高S/N比。 再者，如本實施形態，讀取電路5AT亦可具有：光子計數電路60T，其係基於第1電壓信號V1而計數自二以上之第1像素11T輸出之電流脈衝；及A/D轉換器72T，其產生與第2電壓信號V2對應之數位信號。由此，可良好地讀取對應於微弱光量乃至較大光量之廣大光量範圍之信號。 (第1變化例) 圖23係本發明之一形態之第1變化例之光電轉換元件1BT之俯視圖。光電轉換元件1BT與上述實施形態之不同點在於受光面之第1像素11T及第2像素12T之配置。於本變化例之受光部3BT中，各自包含K1 個(K1 為2以上之整數，圖中例示K1 =16之情形)之第1像素11T之複數個第1區域A1T、及各自包含K2 個(K2 為2以上之整數，圖中例示K2 =16之情形)之第2像素12T之複數個第2區域A2T混合存在於受光部3BT中，且排列成二維狀(矩陣狀)。於圖23所示之例中，第1區域A1T與第2區域A2T係如棋盤狀配置。 圖24(a)及圖24(b)各自為放大顯示第1區域A1T及第2區域A2T之俯視圖。又，圖25係概略性顯示光電轉換元件1BT之剖面構成之圖。作為一例，第1區域A1T之第1像素11T排列成M1 列N1 行(M1 、N1 為1以上之整數，且M1 ×N1 =K1 )之二維狀。且，每隔2行配設第1配線21T，位於各第1配線21T之兩側之第1像素11T係經由淬滅電阻23T而電性連接於該第1配線21T。同樣地，第2區域A2T之第2像素12T排列成M2 列N2 行(M2 、N2 為1以上之整數，且M2 ×N2 =K2 )之二維狀。且，每隔2行配設第2配線22T，位於各第2配線22T之兩側之第2像素12T係經由淬滅電阻24T而電性連接於該第2配線22T。 本發明之一形態之第1及第2像素之配置並非侷限於上述實施形態，而可存在例如本變化例之光電轉換元件1BT等各種形態。且無論何種配置，均可良好地發揮與上述實施形態之光電轉換元件1AT及光電轉換模組2AT相同之效果。 (第2變化例) 圖26係本發明之一形態之第2變化例之光電轉換模組2BT之俯視圖。光電轉換模組2BT與上述實施形態之不同點在於電阻41T、42T之配置。即，在上述實施形態中電阻41T、42T包含於讀取電路5AT，但在光電轉換模組2BT中，讀取電路5BT不具有電阻41T、42T，而是光電轉換元件1CT具有電阻41T、42T。另，除電阻41T、42T之配置以外之光電轉換元件1CT及讀取電路5BT之構成係與上述實施形態之光電轉換元件1AT及讀取電路5AT相同。 如本變化例，光電轉換元件1CT亦可具有電阻41T、42T。即使如此，亦可良好地發揮與上述實施形態之光電轉換模組2AT相同之效果。 本發明之一形態之光電轉換元件及光電轉換模組並非侷限於上述實施形態，而可存在其他各種變化。例如，亦可將上述實施形態及各變化例根據需要而相互組合。又，雖於上述實施形態中作為電阻41T、42T之電阻值，已例示數MΩ及50 Ω，但電阻值並非限定於該等，可採用各種電阻值。又，上述實施形態中，例示Si作為半導體基板30T及p型半導體區域32aT、32bT之構成材料，但本發明之一形態可對半導體基板及各p型半導體區域採用各種半導體材料。 [產業上之可利用性] 本發明可提供一種可對應廣大之光量範圍之光電轉換元件及光電轉換模組。
1A～1D‧‧‧光電轉換元件 1AT～1CT‧‧‧光電轉換元件 1AS‧‧‧光電轉換元件 1AT‧‧‧光電轉換元件 1BS‧‧‧光電轉換元件 1BT‧‧‧光電轉換元件 1CT‧‧‧光電轉換元件 2AT‧‧‧光電轉換模組 2BT‧‧‧光電轉換模組 3A～3D‧‧‧受光部 3AS‧‧‧受光部 3AT‧‧‧受光部 3BS‧‧‧受光部 3BT‧‧‧受光部 5AT‧‧‧讀取電路 5BT‧‧‧讀取電路 10‧‧‧像素 10S‧‧‧像素 10T‧‧‧像素 11‧‧‧第1像素 11A‧‧‧第1像素行 11AS‧‧‧第1像素行 11AT‧‧‧第1像素行 11S‧‧‧第1像素 11T‧‧‧第1像素 12‧‧‧第2像素 12A‧‧‧第2像素行 12AS‧‧‧第2像素行 12AT‧‧‧第2像素行 12S‧‧‧第2像素 12T‧‧‧第2像素 21‧‧‧第1配線 21S‧‧‧第1配線 21T‧‧‧第1配線 22‧‧‧第2配線 22S‧‧‧第2配線 22T‧‧‧第2配線 23‧‧‧淬滅電阻 23S‧‧‧淬滅電阻 23T‧‧‧淬滅電阻 24‧‧‧淬滅電阻 24S‧‧‧淬滅電阻 24T‧‧‧淬滅電阻 30‧‧‧半導體基板 30a‧‧‧主面 30aS‧‧‧主面 30b‧‧‧背面 30c‧‧‧區域 30cS‧‧‧區域 30d‧‧‧p型半導體區域正下方之區域 30dS‧‧‧區域 30S‧‧‧半導體基板 30T‧‧‧半導體基板 31‧‧‧底面電極 31S‧‧‧底面電極 31T‧‧‧底面電極 32a‧‧‧p型半導體區域 32aS‧‧‧p型半導體區域 32aT‧‧‧p型半導體區域 32b‧‧‧p型半導體區域 32bS‧‧‧p型半導體區域 32bT‧‧‧p型半導體區域 33‧‧‧第1絕緣膜 33S‧‧‧第1絕緣膜 33T‧‧‧第1絕緣膜 34a‧‧‧接觸電極 34aS‧‧‧接觸電極 34aT‧‧‧接觸電極 34b‧‧‧接觸電極 34bS‧‧‧接觸電極 34bT‧‧‧接觸電極 35‧‧‧第2絕緣膜 35S‧‧‧第2絕緣膜 35T‧‧‧第2絕緣膜 41‧‧‧電阻 41S‧‧‧電阻 41T‧‧‧第1電阻 42‧‧‧電阻 42S‧‧‧電阻 42T‧‧‧第2電阻 60‧‧‧光子計數電路 60S‧‧‧光子計數電路 60T‧‧‧光子計數電路 61‧‧‧比較器 61S‧‧‧比較器 61T‧‧‧比較器 62‧‧‧計數器 62S‧‧‧計數器 62T‧‧‧計數器 63‧‧‧D/A轉換器 63S‧‧‧D/A轉換器 63T‧‧‧D/A轉換器 70‧‧‧放大電路 70S‧‧‧放大電路 70T‧‧‧放大電路 71‧‧‧峰值保持電路 71S‧‧‧峰值保持電路 71T‧‧‧峰值保持電路 72‧‧‧A/D轉換器 72S‧‧‧A/D轉換器 72T‧‧‧A/D轉換器 80‧‧‧信號處理部 80S‧‧‧信號處理部 80T‧‧‧信號處理部 A1‧‧‧第1區域 A1S‧‧‧第1區域 A1T‧‧‧第1區域 A2‧‧‧第2區域 A2S‧‧‧第2區域 A2T‧‧‧第2區域 A3‧‧‧第3區域 A4‧‧‧第4區域 V1‧‧‧第1電壓信號 V2‧‧‧第2電壓信號 W1‧‧‧寬度 W2‧‧‧寬度
圖1係本發明之一形態之一實施形態之光電轉換元件之俯視圖。 圖2係放大顯示受光面之一部分之俯視圖。 圖3係概略性地顯示光電轉換元件之剖面構成之圖。 圖4係概略性地顯示外部電路之構成例之圖。 圖5係一變化例之光電轉換元件之俯視圖。 圖6係另一變化例之光電轉換元件之俯視圖。 圖7(a)係放大顯示第3區域之俯視圖，(b)係放大顯示第4區域之俯視圖。 圖8係又一變化例之光電轉換元件之俯視圖。 圖9係概略性地顯示第3變化例之電路構成之圖。 圖10係本發明之一形態之一實施形態之光電轉換元件之俯視圖。 圖11係放大顯示受光面之一部分之俯視圖。 圖12係概略性顯示光電轉換元件之剖面構成之圖。 圖13係概略性地顯示外部電路之構成例之圖。 圖14(a)、(b)係顯示作為第1變化例之淬滅電阻之形狀例之圖。 圖15係第2變化例之光電轉換元件之俯視圖。 圖16(a)、(b)係放大顯示受光面之一部分之俯視圖。 圖17係概略性地顯示光電轉換元件之剖面構成之圖。 圖18係概略性地顯示第3變化例之電路構成之圖。 圖19係本發明之一形態之一實施形態之光電轉換元件之俯視圖。 圖20係放大顯示受光面之一部分之俯視圖。 圖21係概略性地顯示光電轉換元件之剖面構成之圖。 圖22係概略性地顯示外部電路之構成例之圖。 圖23係第1變化例之光電轉換元件之俯視圖。 圖24(a)、(b)係放大顯示受光面之一部分之俯視圖。 圖25係概略性地顯示光電轉換元件之剖面構成之圖。 圖26係概略性地顯示第2變化例之外部電路之構成例之圖。
1A‧‧‧光電轉換元件
3A‧‧‧受光部
10‧‧‧像素
11‧‧‧第1像素
11A‧‧‧第1像素行
12‧‧‧第2像素
12A‧‧‧第2像素行
21‧‧‧第1配線
22‧‧‧第2配線
30‧‧‧半導體基板

Claims (18)

  1. 一種光電轉換元件，其包含：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含雪崩光電二極體；第1配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第1像素經由淬滅電阻而電性連接，且將來自上述二以上之第1像素之輸出電流一併提取；及第2配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第2像素經由淬滅電阻而電性連接，且將來自上述二以上之第2像素之輸出電流一併提取；上述第1像素之受光面積大於上述第2像素之受光面積；且上述第2像素之上述淬滅電阻之電阻值大於上述第1像素之上述淬滅電阻之電阻值。
  2. 如請求項1之光電轉換元件，其中上述二以上之第2像素配置於第1區域內；且上述二以上之第1像素配置於包圍上述第1區域之第2區域內。
  3. 如請求項1之光電轉換元件，其中各自包含K1個(K1為2以上之整數)之上述第2像素之複數個第3區域、與各自包含L個(L為1以上之整數，L<K1)之上述第1像素之複數個第4區域，係混合存在且排列成二維狀。
  4. 如請求項1之光電轉換元件，其中各自包含上述第1像素與K2個(K2為1以上之整數)之上述第2像素之複數個區域，係排列成二維狀。
  5. 如請求項1至4中任一項之光電轉換元件，其中施加至上述第2像素之偏壓，小於施加至上述第1像素之偏壓。
  6. 如請求項3之光電轉換元件，其中上述第3區域與上述第4區域係交替排列。
  7. 一種光電轉換元件，其包含：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含雪崩光電二極體；第1配線，其形成於上述半導體基板上，經由淬滅電阻與上述複數個像素中所含之二以上之第1像素電性連接，且將來自上述二以上之第1像素之輸出電流一併提取；及第2配線，其形成於上述半導體基板上，經由淬滅電阻與上述複數個像素中所含之二以上之第2像素電性連接，且將來自上述二以上之第2像素之輸出電流一併提取；且上述第2像素之上述淬滅電阻之電阻值大於上述第1像素之上述淬滅電阻之電阻值。
  8. 如請求項7之光電轉換元件，其中上述第1像素之受光面積與上述第2 像素之受光面積彼此大致相等。
  9. 如請求項7或8之光電轉換元件，其中上述第2像素之上述淬滅電阻，較上述第1像素之上述淬滅電阻長。
  10. 如請求項7或8之光電轉換元件，其中上述第2像素之與上述淬滅電阻之延伸方向交叉之方向之寬度，窄於上述第1像素之與上述淬滅電阻之延伸方向交叉之方向之寬度。
  11. 如請求項7或8之光電轉換元件，其中施加至上述第2像素之偏壓，小於施加至上述第1像素之偏壓。
  12. 一種光電轉換元件，其包含：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含藉由共通之偏壓而動作之雪崩光電二極體；第1配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第1像素經由淬滅電阻而電性連接，且將來自上述二以上之第1像素之輸出電流一併提取；第2配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第2像素經由淬滅電阻而電性連接，且將來自上述二以上之第2像素之輸出電流一併提取；第1電阻，其連接於上述第1配線與固定電位線之間，將來自上述二以上之第1像素之輸出電流轉換為第1電壓信號；及 第2電阻，其連接於上述第2配線與固定電位線之間，將來自上述二以上之第2像素之輸出電流轉換為第2電壓信號；上述第2電阻之電阻值小於上述第1電阻之電阻值；且上述第2像素之上述淬滅電阻之電阻值大於上述第1像素之上述淬滅電阻之電阻值。
  13. 如請求項1、7、12中任一項之光電轉換元件，其中上述第1像素與上述第2像素係沿一方向交替配置。
  14. 如請求項7或12之光電轉換元件，其中各自包含K1個(K1為2以上之整數)之上述第1像素之複數個第1區域、與各自包含K2個(K2為1以上之整數)之上述第2像素之複數個第2區域，係交替配置。
  15. 一種光電轉換模組，其係包含光電轉換元件與讀取來自上述光電轉換元件之輸出電流之讀取電路者，且上述光電轉換元件包含：複數個像素，其等形成於共通之半導體基板，且各自包含藉由共通之偏壓而動作之雪崩光電二極體；第1配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含之二以上之第1像素經由淬滅電阻而電性連接，且將來自上述二以上之第1像素之輸出電流一併提取；及第2配線，其形成於上述半導體基板上，與上述複數個像素中所含 之二以上之第2像素經由淬滅電阻而電性連接，且將來自上述二以上之第2像素之輸出電流一併提取；上述讀取電路或上述光電轉換元件包含：第1電阻，其連接於上述第1配線與固定電位線之間，將來自上述二以上之第1像素之輸出電流轉換為第1電壓信號；及第2電阻，其連接於上述第2配線與固定電位線之間，將來自上述二以上之第2像素之輸出電流轉換為第2電壓信號；上述第2電阻之電阻值小於上述第1電阻之電阻值；且上述第2像素之上述淬滅電阻之電阻值大於上述第1像素之上述淬滅電阻之電阻值。
  16. 如請求項15之光電轉換模組，其中上述讀取電路包含：光子計數電路，其係基於上述第1電壓信號而計數自上述二以上之第1像素輸出之電流脈衝；及A/D轉換器，其產生與上述第2電壓信號對應之數位信號。
  17. 如請求項15之光電轉換模組，其中上述第1像素與上述第2像素係沿一方向交替配置。
  18. 如請求項15之光電轉換模組，其中各自包含K1個(K1為2以上之整數)之上述第1像素之複數個第1區域、與各自包含K2個(K2為1以上之整數)之上述第2像素之複數個第2區域，係交替配置。
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