光检测装置

技术领域

本发明涉及一种光检测装置。

背景技术

已知有一种输出与向受光部的入射光相对应的信号的装置(例如，专利文献1)。专利文献1中记载的装置具有电连接于受光部的导线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-275668号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在受光部由光电二极管构成的光检测装置中，在光电二极管的周边连接有导线的情况下，由于该导线的光的反射而造成的杂散光不只间接地入射于光电二极管，还可能直接地入射于光电二极管。这种情况下，由杂散光造成的噪声可能给检测结果带来影响。特别地，在检测对象的光的光量大的情况下、以及光电二极管的倍增率大的情况下，上述噪声可能会显著地表现。

本发明的一个方式的目的在于，提供一种光检测精度提高的光检测装置。

用于解决问题的技术手段

本发明的一个方式所涉及的光检测装置具备：半导体基板、多个焊盘电极、和多个配线部。半导体基板包含互相相对的第一及第二主面。半导体基板具有多个单元。多个单元各自包含至少一个雪崩光电二极管。多个焊盘电极从多个单元分离并配置于第一主面。多个配线部配置于第一主面。多个配线部连接互相对应的单元和焊盘电极。半导体基板具有吸收位于周边的载流子的周边载流子吸收部。从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部设置于各焊盘电极及各配线部的周围。

在上述一个方式中，互相对应的单元和焊盘电极分离地配置且由配线部连接。因此，通过连接于焊盘电极的导线反射的杂散光难以入射于单元。

由于在雪崩光电二极管施加有比较高的电压，在半导体基板与焊盘电极相接的部分的电子或者正孔的浓度可能会发生变化。同样地，在半导体基板与配线部相接的部分的电子或者正孔的浓度可能会发生变化。这种情况下，由于光入射于上述部分，在该部分可能产生载流子。若在该部分产生载流子，则作为检测结果检测到噪声。在上述光检测装置中，在各配线部的周围设置有周边载流子吸收部。因此，上述部分中即使产生不需要的载流子，产生的载流子也由周边载流子吸收部吸收。在该光检测装置中，光检测的精度提高。

在上述一个方式中，也可以是，周边载流子吸收部连续地包围各焊盘电极及各配线部。

在上述一个方式中，也可以是，周边载流子吸收部断续地包围各焊盘电极及各配线部。

在上述一个方式中，也可以是，各配线部的宽度比焊盘电极的直径小。这种情况下，半导体基板和配线部相接的部分小。因此，能够抑制由施加于配线部的电压引起的电子或者正孔的浓度在半导体基板变化。

在上述一个方式中，也可以是，各单元的边缘与对应于该单元对应的焊盘电极的边缘之间的最短距离比该焊盘电极的直径大。这种情况下，通过连接于焊盘电极的导线反射的光更加难以入射于单元。

在上述一个方式中，也可以是，各单元的边缘与对应于该单元的焊盘电极的边缘之间的最短距离为50μm以上。这种情况下，通过连接于焊盘电极的导线反射的光更加难以入射于单元。

在上述一个方式中，也可以是，周边载流子吸收部以周边载流子吸收部的边缘与各配线部的边缘之间的间隔为25～50μm的方式包围各配线部。这种情况下，一边进一步抑制周边载流子吸收部与配线部之间的短路，一边进一步吸收周边载流子吸收部中不需要的载流子。

在上述一个方式中，也可以是，进一步具备与各单元连接的电极部。也可以是，多个配线部的各个连接于与对应的单元连接的电极部。也可以是，电极部的边缘与配线部的边缘的连接部分弯曲。也可以是，连接部分的曲率半径为半导体基板的厚度方向上的雪崩光电二极管的空乏层的厚度以上。这种情况下，抑制了上述连接部分处的电场的集中。ESD耐性也提高。

在上述一个方式中，也可以是，进一步具备与各单元连接的电极部。也可以是，多个配线部的各个连接于与对应的单元连接的电极部。从与第一主面正交的方向观察，也可以是，周边载流子吸收部具有与电极部的边缘与配线部的边缘的连接部分相对且弯曲的边缘。也可以是，周边载流子吸收部的边缘的曲率半径为半导体基板的厚度方向上的雪崩光电二极管的空乏层的厚度以上。这种情况下，抑制了周边载流子吸收部的上述边缘处的电场的集中。ESD耐性也提高。

在上述一个方式中，也可以是，进一步具备与各单元连接的电极部。也可以是，雪崩光电二极管包含光吸收区域。也可以是，多个配线部的各个连接于与对应的单元连接的电极部。也可以是，电极部的边缘与配线部的边缘的连接部分弯曲。也可以是，连接部分的曲率半径为半导体基板的厚度方向上的光吸收区域的厚度以上。这种情况下，抑制了上述连接部分处的电场的集中。ESD耐性也提高。

在上述一个方式中，也可以是，进一步具备与各单元连接的电极部。也可以是，雪崩光电二极管包含光吸收区域。也可以是，多个配线部的各个连接于与对应的单元连接的电极部。也可以是，从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部具有与电极部的边缘与配线部的边缘的连接部分相对且弯曲的边缘。也可以是，周边载流子吸收部的边缘的曲率半径为半导体基板的厚度方向上的光吸收区域的厚度以上。这种情况下，抑制了周边载流子吸收部的上述边缘处的电场的集中。ESD耐性也提高。

在上述一个方式中，也可以是，光检测装置是电极部的边缘与配线部的边缘的连接部分以曲率半径60μm～120μm弯曲。这种情况下，抑制了上述连接部分处的电场的集中。ESD耐性也提高。

在上述一个方式中，也可以是，周边载流子吸收部的边缘以曲率半径60μm～120μm弯曲。这种情况下，抑制了周边载流子吸收部的上述边缘处的电场的集中。ESD耐性也提高。

在上述一个方式中，也可以是，进一步具备连接于各焊盘电极的导线。也可以是，在各焊盘电极接合有导线的球焊(Ball bond)。这种情况下，焊盘电极的大小能够缩小，并且可减轻打线接合(Wire bonding)中产生于半导体基板的损伤。

发明效果

本发明的一个方式能够提供一种光检测精度提高的光检测装置。

附图说明

图1为本实施方式所涉及的光检测装置的俯视图。

图2为受光元件的俯视图。

图3为受光元件的截面图。

图4为受光元件的截面图。

图5为本实施方式的变形例所涉及的受光元件的俯视图。

图6为本实施方式的变形例所涉及的受光元件的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，在说明中对同一要素或者具有同一功能的要素使用同一符号，省略重复的说明。

首先，参照图1至图4说明本实施方式所涉及的光检测装置。图1为本实施方式所涉及的光检测装置的俯视图。图2为受光元件10的俯视图。图3为沿图2的III-III线的截面图。图4为沿图2的IV-IV线的截面图。

光检测装置1具备受光元件10和IC芯片50。受光元件10和IC芯片50经由通过打线接合设置的多根导线W而连接。如图1所示，在受光元件10接合有球焊。在IC芯片50也接合有球焊。在受光元件10及接合于IC芯片50的导线W，在球焊的另一端设置有针脚焊(stitchbond)。接合于受光元件10的导线W的针脚焊电连接于通过设置于光检测装置1的印刷配线接合于IC芯片50的导线W的针脚焊。

受光元件10具备半导体基板20。半导体基板20具有多个单元22。多个单元22配置于一个方向。各单元22作为受光部发挥作用。在各单元22包含至少一个雪崩光电二极管。以下将“雪崩光电二极管”称为“APD”。在本实施方式中，各APD23以线性模式动作。各单元22中包含的APD也可以以盖革模式动作。在APD23以盖革模式动作的结构中，在APD23连接有淬灭电阻。

入射于光检测装置1的光引导至多个单元22。若光入射于各单元22，则在APD23中光子转换成电子并倍增。在APD23中倍增的电子作为信号输出。从各单元22输出的信号通过对应的导线W输入于IC芯片50。

半导体基板20具有互相相对的主面20a、20b。半导体基板20在主面20a侧具有多个单元22。在本实施方式中，各单元22含有一个APD23。各单元22也可以含有多个APD23。各APD23可以是拉通(reach-through)型的APD，也可以是反向(reverse)型的APD。以下，作为一个示例，对各APD23为拉通型的APD的情况下的半导体基板20的结构进行说明。

半导体基板20除了具有包含APD23的多个单元22，还具有周边载流子吸收部24。周边载流子吸收部24包围APD23。周边载流子吸收部24为吸收位于周边的载流子的区域。

半导体基板20包含半导体区域31、多个半导体层32、多个半导体层33、和半导体层34、35、36。APD23包含半导体区域31及半导体层32、33、36。周边载流子吸收部24包含半导体区域31及半导体层34、36。周边载流子吸收部24在半导体层34吸收位于周边的载流子。即，半导体层34作为吸收周边的载流子的周边载流子吸收层发挥作用。

半导体区域31及半导体层33、35、36为第一导电型，半导体层32、34为第二导电型。半导体的杂质例如通过扩散法或者离子注入法添加。在本实施方式中，第一导电型为P型，第二导电型为N型。在半导体基板20以Si为基底的情况下，B等的第III族元素作为P型杂质使用，N、P或者As等的第V族元素作为N型杂质使用。

半导体区域31位于半导体基板20的主面20a侧。半导体区域31构成主面20a的一部分。半导体区域31例如为P

各半导体层32构成主面20a的一部分。从与主面20a正交的方向观察，各半导体层32与半导体区域31相接，被半导体区域31包围。各半导体层32构成对应的APD23。因此，半导体层32以APD23的数量而设置。半导体层32例如为N

各半导体层33位于对应的半导体层32和半导体区域31之间。半导体层33在主面20a侧与半导体层32相接，在主面20b侧与半导体层31相接。各半导体层33构成对应的APD23。因此，半导体层33以APD23的数量而设置。半导体层33与半导体区域31相比，杂质浓度更高。半导体层33例如为P型。半导体层33在APD23构成雪崩区域。

半导体层34构成主面20a的一部分。从与主面20a正交的方向观察，半导体层34与半导体区域31相接，被半导体区域31包围。半导体层34隔着半导体区域31包围多个半导体层32。如上所述，半导体层34构成周边载流子吸收部24。半导体层34在半导体基板20仅与半导体区域31相接。周边载流子吸收部24不含有相当于雪崩区域的层。在本实施方式中，半导体层34与半导体层32为相同的杂质浓度。半导体层34例如为N

半导体层35构成主面20a的一部分。从与主面20a正交的方向观察，半导体层35与半导体区域31相接。半导体层35沿着半导体基板20的边缘20c而设置。半导体层35隔着半导体区域31包围半导体层32、33。在本实施方式中，半导体层35与半导体区域31及半导体层33相比，杂质浓度更高。半导体层35例如为P

半导体层36相较于半导体区域31更位于半导体基板20的主面20b侧。半导体层36构成主面20b的整面。半导体层36在主面20a侧连接于半导体区域31。在本实施方式中，半导体层36与半导体区域31及半导体层33相比，杂质浓度更高。半导体层36例如为P

光检测装置1具备多个电极部41、多个焊盘电极42、多个配线部43、电极部44、及电极部45。多个电极部41、多个焊盘电极42、多个配线部43、电极部44、以及电极部45配置于主面20a。多个电极部41、多个焊盘电极42、多个配线部43、电极部44、及电极部45均由铝等的金属构成。

从与主面20a正交的方向观察，各电极部41包围对应的单元22。各电极部41连接于对应的单元22。在本实施方式中，各电极部41虽然为环状，但不限于此。例如，在本实施方式中，各电极部41虽然连续地包围对应的单元22，但也可以断续地包围对应的单元22。在各电极部41连续地包围对应的单元22的情况下，各单元22被由一个部分构成的电极部41包围。在各电极部41断续地包围对应的单元22的情况下，各单元22被由多个部分构成的电极部41包围。

单元22的至少一部分从电极部41露出。各电极部41对对应单元22中包含的APD23施加电位。各电极部41与构成对应的单元22的半导体层32相接。在本实施方式中，各电极部41构成单元22的阴极。

多个焊盘电极42沿着多个单元22的排列方向排列。从与主面20a正交的方向观察，多个焊盘电极42在与多个焊盘电极42重叠的区域，设置有半导体区域31，未设置半导体层32。多个焊盘电极42隔着未图示的绝缘膜而配置于半导体区域31上。从与主面20a正交的方向观察，各焊盘电极42为圆形。各焊盘电极42也可以不是圆形，例如，从与主面20a正交的方向观察，也可以为楕圆形或矩形。

多个焊盘电极42从多个单元22及多个电极部41分离。各单元22的边缘与对应于该单元22的焊盘电极42的边缘之间的最短距离例如为50μm以上。单元22的边缘是指，从与主面20a正交的方向观察的情况下的半导体区域31与半导体层32的边界。

各焊盘电极42的直径例如为100μm～120μm。在本发明中，焊盘电极42的直径是指，在俯视时通过焊盘电极42的重心位置的直线上的焊盘电极42的从边缘到边缘的最小距离。因此，在焊盘电极42为矩形的情况下，短边的长度为焊盘电极42的直径。各单元22的边缘与对应于该单元22的焊盘电极42的边缘的最短距离比该焊盘电极42的直径大。

多个配线部43沿着多个单元22的排列方向排列。多个配线部43在与沿主面20a的排列方向正交的方向上延伸。多个配线部43将互相对应的单元22和电极部41电连接。多个配线部43与半导体区域31相接。从与主面20a正交的方向观察，在与多个配线部43重叠的区域，设置有半导体区域31，未设置半导体层32。多个配线部43隔着未图示的绝缘膜而配置于半导体区域31上。在本实施方式中，多个配线部43在同一个方向上互相平行地延伸。

各配线部43的一端连接于焊盘电极42。各配线部43的宽度比焊盘电极42的直径小。各配线部43的宽度例如为10μm～50μm。配线部43的宽度是指，例如与配线部43延伸的方向正交的方向上的配线部43的长度。

各配线部43的另一端连接于对应的电极部41，经由该电极部41而电连接于对应的单元22。各配线部43中，电极部41的边缘与配线部43的边缘的连接部分47光滑地弯曲。连接部分47以为APD23的动作电压施加时产生的空乏层的厚度以上的曲率半径弯曲。即，该曲率半径为与主面20a正交的方向上的主面20a与半导体层36之间的距离以上。因此，上述曲率半径至少为半导体基板20的厚度方向上的光吸收区域的厚度以上。在本实施方式中，光吸收区域在半导体层33与半导体层36之间由半导体区域31构成。连接部分47例如以曲率半径60μm～120μm弯曲。

在各焊盘电极42通过施加电位，通过连接于该焊盘电极42的配线部43及电极部41，电位被施加于对应的单元22。在本实施方式中，各焊盘电极42为阴极用的焊盘电极。在焊盘电极42，例如通过打线接合连接导线W。在本实施方式中，通过球焊接合在焊盘电极42连接导线W。在焊盘电极42形成第一接头。因此，在焊盘电极42接合有球焊。

电极部44在主面20a与半导体层34相接，覆盖半导体层34。从与主面20a正交的方向观察，电极部44包围多个电极部41、多个焊盘电极42、及多个配线部43。电极部44对半导体层34施加电位。电极部44与电极部41、焊盘电极42、及电极部45分离。在本实施方式中，电极部44构成周边载流子吸收部24的阴极。

从与主面20a正交的方向观察，电极部44具有与电极部41的边缘与配线部43的边缘的连接部分47相对的边缘44a。边缘44a是弯曲的。边缘44a以为APD23的动作电压施加时产生的空乏层的厚度以上的曲率半径弯曲。即，该曲率半径为与主面20a正交的方向上的主面20a与半导体层36之间的距离以上。因此，上述曲率半径至少为半导体基板20的厚度方向上的光吸收区域的厚度以上。在本实施方式中，光吸收区域在半导体层33与半导体层36之间由半导体区域31构成。边缘44a例如以曲率半径60μm～120μm弯曲。

电极部45在主面20a与半导体层35相接，覆盖半导体层35。从与主面20a正交的方向观察，电极部45包围多个电极部41、多个焊盘电极42、及多个配线部43。电极部45对半导体层35施加电位。电极部45从电极部41、焊盘电极42、配线部43、及电极部44分离。在本实施方式中，电极部45构成光检测装置1的阳极。

在光检测装置1中，如上所述，构成周边载流子吸收部24的半导体层34由电极部44覆盖。电极部44电连接于周边载流子吸收部24。半导体层34的边缘沿着电极部44的边缘44a而配置。因此，从与主面20a正交的方向观察，在配置有电极部44的区域，配置有包含半导体层34的周边载流子吸收部24。如图3所示，从与主面20a正交的方向观察，周边载流子吸收部24设置于多个焊盘电极42及多个配线部43的周围。

在本实施方式中，从与主面20a正交的方向观察，周边载流子吸收部24完全包围多个电极部41、多个焊盘电极42及多个配线部43。换言之，周边载流子吸收部24不是断续的，而是连续地包围多个电极部41、多个焊盘电极42及多个配线部43。在周边载流子吸收部24连续地包围多个电极部41、多个焊盘电极42及多个配线部43的情况下，周边载流子吸收部24也可以由一个部分构成。

在本实施方式中，周边载流子吸收部24沿着各焊盘电极42及各配线部43的边缘，相对这些边缘以一定的间隔设置。在与主面20a平行且配线部43的延伸方向正交的方向上，周边载流子吸收部24向配线部43突出。

从与主面20a正交的方向观察，周边载流子吸收部24以周边载流子吸收部24的边缘与各配线部43的边缘的间隔例如成为25～50μm的方式包围各配线部43。同样地，从与主面20a正交的方向观察，周边载流子吸收部24以周边载流子吸收部24的边缘与各焊盘电极42的边缘的间隔例如成为25～50μm的方式包围各焊盘电极42。

从与主面20a正交的方向观察，周边载流子吸收部24具有与电极部41的边缘与配线部43的边缘的连接部分47相对的边缘24a。边缘24a是弯曲的。缘24a以为APD23的动作电压施加时产生的空乏层的厚度以上的曲率半径弯曲。即，该曲率半径为与主面20a正交的方向上的主面20a与半导体层36之间的距离以上。因此，上述曲率半径至少为半导体基板20的厚度方向上的光吸收区域的厚度以上。在本实施方式中，光吸收区域在半导体层33与半导体层36之间由半导体区域31构成。边缘24a例如以曲率半径60μm～120μm弯曲。周边载流子吸收部24的边缘24a沿着电极部44的边缘44a而配置。

接下来，参照图5及图6对本实施方式的变形例所涉及的光检测装置进行说明。图5为受光元件10的俯视图。图6为沿图5的VI-VI线的截面图。本变形例大致与上述的实施方式类似或者相同。本变形例关于周边载流子吸收部24断续地包围多个电极部41、多个焊盘电极42及多个配线部43的方面与上述的实施方式不同。以下，主要说明上述的实施方式与变形例的不同点。

如图5所示，在本变形例中，从与主面20a正交的方向观察，周边载流子吸收部24也设置于多个焊盘电极42及多个配线部43的周围。但是，在本变形例中，从与主面20a正交的方向观察，周边载流子吸收部24断续地包围多个电极部41、多个焊盘电极42及多个配线部43。在周边载流子吸收部24断续地包围对应的单元22的情况下，周边载流子吸收部24由多个部分构成。在本变形例中，周边载流子吸收部24在包围各焊盘电极42的部分被断开。在本变形例中，周边载流子吸收部24分开地设置于多个区域。

在各配线部43的延伸方向上，在焊盘电极42与电极部45之间的区域α，未设置周边载流子吸收部24。在区域α中，半导体区域31露出。因此，半导体区域31露出的部分在与多个焊盘电极42的排列方向正交的方向上，从各焊盘电极42延伸至与该焊盘电极42最接近的电极部45。

在多个焊盘电极42的排列方向上，在位于最端部的焊盘电极42与电极部45之间的区域β，未设置周边载流子吸收部24。在区域β中，半导体区域31露出。因此，半导体区域31露出的部分在多个焊盘电极42的排列方向上，从位于最端部的焊盘电极42延伸至与该焊盘电极42最接近的电极部45。

接下来，对上述的实施方式及变形例中的光检测装置的作用效果进行说明。在单元22的周边配置有焊盘电极的情况下，光通过连接于该焊盘电极的导线W而反射，由杂散光产生的噪声可能对检测结果带来影响。由于球焊中光发生反射的区域广，例如，通过球焊接合在单元22的周边的焊盘电极接合有球焊的情况下，杂散光进一步容易入射于单元22。光检测装置1中，互相对应的单元22和焊盘电极42分离地配置且通过配线部43连接。因此，通过连接于焊盘电极42的导线反射的杂散光难以入射于单元22。

由于在APD23施加有比较高的电压，因此在半导体基板20与焊盘电极42相接的部分的电子或者正孔的浓度可能会发生变化。同样地，在半导体基板20与配线部43相接的部分的电子或者正孔的浓度可能会发生变化。这种情况下，通过光入射于上述部分，在该部分可能产生载流子。如果在该部分产生载流子，则作为检测结果检测出噪声。在光检测装置1中，在各配线部43的周围设置有周边载流子吸收部24。因此，在上述部分即使产生不需要的载流子，产生的载流子也由周边载流子吸收部24吸收。因此，在光检测装置1中，光检测的精度提高。

各配线部43的宽度比各焊盘电极42的直径小。这种情况下，半导体基板20和配线部43相接的部分小。因此，能够抑制由施加于配线部43的电压引起的在半导体基板20中电子或者正孔的浓度发生变化。

各单元22的边缘与对应于该单元22的焊盘电极42的边缘的最短距离比该焊盘电极42的直径大。这种情况下，通过连接于焊盘电极42的导线反射的光更加难以入射于单元22。

各单元22的边缘与对应于该单元22的焊盘电极42的边缘的最短距离为50μm以上。这种情况下，通过连接于焊盘电极42的导线反射的光更加难以入射于单元22。

周边载流子吸收部24以周边载流子吸收部24的边缘与各配线部43的边缘的间隔为25～50μm的方式包围各配线部43。该间隔如果为25μm以上，则可进一步抑制周边载流子吸收部24与配线部43的短路。上述间隔如果为50μm以下，则在周边载流子吸收部24中不需要的载流子被进一步吸收。

电极部41配置于主面20a，连接于各单元22。多个配线部43的各个连接于与对应的单元22连接的电极部41。电极部41的边缘与配线部43的边缘的连接部分47弯曲。连接部分47的曲率半径为半导体基板20的厚度方向上的、APD23的空乏层的厚度以上。这种情况下，可抑制上述连接部分47处的电场的集中。ESD耐性也提高。

APD23包含由半导体区域31构成的光吸收区域。连接部分47的曲率半径比半导体基板20的厚度方向上的光吸收区域的厚度大。这种情况下，可抑制上述连接部分47处的电场的集中。ESD耐性也提高。

电极部41的边缘与配线部43的边缘的连接部分47以曲率半径60μm～120μm弯曲。这种情况下，可抑制上述连接部分47处的电场的集中。ESD耐性也提高。

光检测装置1还具备连接于各焊盘电极42的导线。在各焊盘电极42接合有导线的球焊。这种情况下，焊盘电极42的大小能够缩小。可减轻打线接合中产生于半导体基板20的损伤。但是，球焊与针脚焊相比光反射的区域更广。由于球焊形成为球状，因此通过球焊反射的光与通过针脚焊反射的光相比更容易朝向半导体基板。因此，如上所述，通过球焊接合在单元22的周边的焊盘电极接合有球焊的情况下，相较于针脚焊接合于焊盘电极42的情况，杂散光更容易入射于单元22。入射于单元22的杂散光的光量越大，则检测结果中表现的噪声也増加。光检测装置1与单元22和焊盘电极42分离地配置，并由配线部43连接。因此，即使在焊盘电极42接合有球焊，通过球焊反射的杂散光也难以入射于单元22。因此，可兼顾焊盘电极42的缩小、在打线接合中产生于半导体基板20的损伤的减轻、以及由杂散光产生的噪声的减少。

以上，对本发明的实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不一定限于上述的实施方式及变形例，在不超出其要件的范围内，可以进行各种变更。

例如，周边载流子吸收部24也可以分别包围多个APD23。换言之，周边载流子吸收部24也可以一个一个地包围多个APD。

符号的说明

1……光检测装置、20……半导体基板、20a、20b……主面、22……单元、23……APD、24……周边载流子吸收部、24a、44a……边缘、41……电极部、42……焊盘电极、43……配线部、47……连接部分、W……导线。