上的與光感應(yīng)區(qū)域41間相對(duì)的區(qū)域上的不規(guī)則的凹凸10而發(fā)生反射、散射或擴(kuò)散，并被任一光感應(yīng)區(qū)域41吸收。由此，對(duì)于光電二極管陣列PDA2，在光感應(yīng)區(qū)域41之間檢測(cè)靈敏度并未下降，光檢測(cè)靈敏度提高。
[0181 ] 光電二極管陣列PDA2也與第7實(shí)施方式的光電二極管Η)5同樣地，可用作YAG(yttrium aluminum garnet，乾招石植石)激光的檢測(cè)元件。
[0182]對(duì)于光電二極管陣列PDA2，也可將第2主面40b側(cè)的整個(gè)區(qū)域薄化。另外，光電二極管陣列PDA2可用作表面入射型及背面入射型中的任一種光電二極管陣列。
[0183](第9實(shí)施方式)
[0184]參照?qǐng)D30及圖31，說(shuō)明第9實(shí)施方式的光電二極管陣列PDA3的結(jié)構(gòu)。圖30為概略性地表示第9實(shí)施方式的光電二極管陣列PDA3的俯視圖。圖31表示沿圖30所示的光電二極管陣列PDA3的XXX1-XXXI線的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0185]光電二極管陣列PDA3在基板62上層疊有多個(gè)半導(dǎo)體層及絕緣層。如圖30所示，光電二極管陣列PDA3為通過(guò)將入射有被檢測(cè)光的多個(gè)光檢測(cè)通道CH形成為矩陣狀(本實(shí)施方式中為4X4)而成的光子計(jì)數(shù)用多通道雪崩光電二極管。在光電二極管陣列PDA3的上表面?zhèn)?，設(shè)置有信號(hào)導(dǎo)線63、電阻64、及電極墊65?；?2例如是邊長(zhǎng)為Imm左右的正方形。各光檢測(cè)通道CH例如為正方形狀。
[0186]信號(hào)導(dǎo)線63包括:讀出部63a、連接部63b、及通道外周部63c。讀出部63a傳送從各光檢測(cè)通道CH輸出的信號(hào)。連接部63b連接各電阻64與讀出部63a。通道外周部63c以包圍各光檢測(cè)通道CH的外周的方式而布線。讀出部63a與夾持該讀出部63a而鄰接的配置成2行的光檢測(cè)通道CH分別連接，其一端與電極墊65連接。本實(shí)施方式中，光電二極管配置成4X4的矩陣狀，因此在光電二極管陣列PDA3上，讀出部63a布線有2條，且雙方均相對(duì)于電極墊65而連接。信號(hào)導(dǎo)線63例如由鋁(Al)構(gòu)成。
[0187]電阻64經(jīng)由一端部64a及通道外周部63c而設(shè)置于每個(gè)光檢測(cè)通道CH，并經(jīng)由另一端部64b及連接部63b而連接于讀出部63a。連接于相同的讀出部63a的多個(gè)(本實(shí)施方式中為8個(gè))的電阻64相對(duì)于該讀出部63a而連接。電阻64例如包含多晶硅(Poly-Si)。
[0188]其次，參照?qǐng)D31說(shuō)明光電二極管陣列PDA3的剖面構(gòu)成。如圖31所示，光電二極管陣列PDA3包含:基板62，其具有導(dǎo)電類型為η型(第I導(dǎo)電類型)的半導(dǎo)體層；ρ型半導(dǎo)體層73，其形成于基板62上，且導(dǎo)電類型為ρ型(第2導(dǎo)電類型)；ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域74，其形成于P型半導(dǎo)體層73上，且導(dǎo)電類型為ρ型；保護(hù)膜76 ；隔離部80，其形成于ρ型半導(dǎo)體層73上，且導(dǎo)電類型為η型(第I導(dǎo)電類型)；以及形成于保護(hù)膜76上的上述的信號(hào)導(dǎo)線63及電阻64。被檢測(cè)光從圖31的上表面?zhèn)然蛳卤砻鎮(zhèn)热肷洹?br>[0189]基板62具有:基板部件SM、形成于基板部件SM上的絕緣膜61、及形成于絕緣膜61上的η+型半導(dǎo)體層72。基板部件SM由Si (硅)構(gòu)成。絕緣膜61例如由S1 2 (氧化硅)構(gòu)成。η+型半導(dǎo)體層72由Si構(gòu)成，并且是雜質(zhì)濃度較高且導(dǎo)電類型為η型的半導(dǎo)體層。η +型半導(dǎo)體層72的厚度例如為I μπι?12 μπι。
[0190]ρ型半導(dǎo)體層73是雜質(zhì)濃度較低且導(dǎo)電類型為P型的外延半導(dǎo)體層。P型半導(dǎo)體層73在與基板62的界面上構(gòu)成pn結(jié)。ρ型半導(dǎo)體層73對(duì)應(yīng)各光檢測(cè)通道CH而含有多個(gè)使通過(guò)被檢測(cè)光的入射所產(chǎn)生的載流子發(fā)生雪崩倍增的倍增區(qū)域AM。ρ型半導(dǎo)體層73的厚度例如為3 μπι?5 μπι。P型半導(dǎo)體層73由Si構(gòu)成。因此，η +型半導(dǎo)體層72與P型半導(dǎo)體層73構(gòu)成娃基板。
[0191]ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域74對(duì)應(yīng)各光檢測(cè)通道CH的倍增區(qū)域AM而形成于ρ型半導(dǎo)體層73上。S卩，在半導(dǎo)體層的層疊方向(以下僅稱作層疊方向)上，位于P+型半導(dǎo)體區(qū)域74的下方的P型半導(dǎo)體層73與基板62的界面附近的區(qū)域?yàn)楸对鰠^(qū)域AM。ρ +型半導(dǎo)體區(qū)域74由Si構(gòu)成。
[0192]隔離部80形成于多個(gè)光檢測(cè)通道CH之間，其隔離各光檢測(cè)通道CH。S卩，隔離部80被形成，以使與各光檢測(cè)通道CH—一對(duì)應(yīng)地在ρ型半導(dǎo)體層73上形成倍增區(qū)域AM。隔離部80以完全包圍各倍增區(qū)域AM周圍的方式在基板62上形成為二維格子狀。隔離部80在層疊方向上從P型半導(dǎo)體層73的上表面?zhèn)蓉炌ㄖ料卤砻鎮(zhèn)葹橹苟纬?。隔離部80的雜質(zhì)例如由P構(gòu)成，其為雜質(zhì)濃度較高且導(dǎo)電類型為η型的半導(dǎo)體層。若通過(guò)擴(kuò)散而形成隔離部80，則需要較長(zhǎng)的熱處理時(shí)間，因此認(rèn)為η+型半導(dǎo)體層72的雜質(zhì)會(huì)朝外延半導(dǎo)體層擴(kuò)散，Pn結(jié)的界面會(huì)上升。為了防止該上升，也可在對(duì)相當(dāng)于隔離部80的區(qū)域的中央附近進(jìn)行槽蝕刻之后，進(jìn)行雜質(zhì)的擴(kuò)散而形成隔離部80。在溝槽中，也可形成由物質(zhì)填埋而成的遮光部，其吸收或反射由光檢測(cè)通道所吸收的波長(zhǎng)區(qū)域的光。在此情況下，可防止由雪崩倍增引起的發(fā)光影響到鄰接的光檢測(cè)通道而產(chǎn)生的干擾。
[0193]ρ型半導(dǎo)體層73、ρ +型半導(dǎo)體區(qū)域74、及隔離部80在光電二極管陣列PDA3的上表面?zhèn)刃纬善矫?，并在這些上形成有保護(hù)膜76。保護(hù)膜76例如由S12構(gòu)成的絕緣層而形成。
[0194]在保護(hù)膜76上，形成有信號(hào)導(dǎo)線63及電阻64。信號(hào)導(dǎo)線63的讀出部63a及電阻64形成于隔離部80的上方。
[0195]信號(hào)導(dǎo)線63作為陽(yáng)極而發(fā)揮功能，作為陰極，也可在基板62的下表面?zhèn)?不含有絕緣膜61的側(cè))的整個(gè)面上具備透明電極層(例如由IT0(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)構(gòu)成的層)(圖示省略)?；蛘?，作為陰極，也可形成為能使電極部從表面?zhèn)纫觥?br>[0196]此處，參照?qǐng)D32，說(shuō)明各光檢測(cè)通道CH與信號(hào)導(dǎo)線63及電阻64的連接關(guān)系。圖32是用于概略性地說(shuō)明各光檢測(cè)通道CH與信號(hào)導(dǎo)線63及電阻64的連接關(guān)系的圖。如圖32所示，各光檢測(cè)通道CH的p+型半導(dǎo)體區(qū)域74與信號(hào)導(dǎo)線63 (通道外周部63c)直接連接。由此，信號(hào)導(dǎo)線63 (通道外周部63c)與ρ型半導(dǎo)體層73電性連接。ρ型半導(dǎo)體層73與電阻64的一端部64a經(jīng)由信號(hào)導(dǎo)線63 (通道外周部63c)而連接，電阻64的另一端部64b分別經(jīng)由連接部63b而相對(duì)于讀出部63a連接。
[0197]基板62上，將形成有多個(gè)光檢測(cè)通道CH的區(qū)域從基板部件SM側(cè)起薄化，基板部件SM上的與形成有多個(gè)光檢測(cè)通道CH的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分被去除。在已被薄化的區(qū)域的周圍，存在有基板部件SM作為框部。另外，也可為上述框部被去除，基板62的整個(gè)區(qū)域被薄化，即基板部件SM全體被去除的結(jié)構(gòu)?；宀考M的去除可通過(guò)蝕刻(例如干式蝕刻等)或研磨等進(jìn)行。在通過(guò)干式蝕刻而去除基板部件SM時(shí)，絕緣膜61也作為蝕刻阻止層而發(fā)揮功能。因去除基板部件SM而露出的絕緣膜61以后述方式被去除。
[0198]在n+型半導(dǎo)體層72的表面，遍及形成有多個(gè)光檢測(cè)通道CH的整個(gè)區(qū)域而形成不規(guī)則的凹凸10。n+型半導(dǎo)體層72的表面上的形成有不規(guī)則的凹凸10的區(qū)域光學(xué)性露出。所謂n+型半導(dǎo)體層72的表面光學(xué)性露出，不僅指η +型半導(dǎo)體層72的表面與空氣等的環(huán)境氣體接觸，而且也包含在η+型半導(dǎo)體層72的表面上形成有光學(xué)上透明的膜的情形。不規(guī)則的凹凸10也可僅形成于與各光檢測(cè)通道CH相對(duì)的區(qū)域上。
[0199]與上述實(shí)施方式同樣地，不規(guī)則的凹凸10通過(guò)對(duì)因去除基板部件SM而露出的絕緣膜61照射脈沖激光而形成。即，若對(duì)露出的絕緣膜61照射脈沖激光，則可去除絕緣膜61，并且η+型半導(dǎo)體層72的表面遭脈沖激光破壞而形成不規(guī)則的凹凸10。
[0200]優(yōu)選為照射脈沖激光而形成不規(guī)則的凹凸10之后，對(duì)基板62進(jìn)行熱處理(退火)。例如，將基板62在隊(duì)氣體等的環(huán)境下，在800?1000°C左右的范圍內(nèi)進(jìn)行0.5?1.0小時(shí)左右的加熱。經(jīng)上述熱處理而可謀求n+型半導(dǎo)體層72中的結(jié)晶損傷的恢復(fù)及再結(jié)晶化，從而可防止暗電流的增加等的不良。
[0201]當(dāng)將如此構(gòu)成的光電二極管陣列PDA3用于光子計(jì)數(shù)時(shí)，使其在被稱作蓋革模式(Geiger Mode)的動(dòng)作條件下動(dòng)作。在蓋革模式動(dòng)作時(shí)，對(duì)各光檢測(cè)通道CH施加比雪崩電壓更高的逆向電壓(例如50V以上)。若在該狀態(tài)下使被檢測(cè)光從上表面?zhèn)热肷渲粮鞴鈾z測(cè)通道CH，則被檢測(cè)光在各光檢測(cè)通道CH中會(huì)被吸收而產(chǎn)生載流子。所產(chǎn)生的載流子伴隨著各光檢測(cè)通道CH內(nèi)的電場(chǎng)而加速并移動(dòng)，在各倍增區(qū)域AM倍增。而且，已倍增的載流子經(jīng)由電阻64并由信號(hào)導(dǎo)線63而向外部送出，根據(jù)該輸出信號(hào)的峰值來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。由于從已檢測(cè)光子的通道可獲得均為相同量的輸出，故通過(guò)檢測(cè)來(lái)自所有通道的總輸出而計(jì)數(shù)從光電二極管陣列PDA3中的多少個(gè)光檢測(cè)通道CH有輸出。因此，光電二極管陣列PDA3中，通過(guò)被檢測(cè)光的一次照射而完成光子計(jì)數(shù)。
[0202]而且，光電二極管陣列PDA3中，在n+型半導(dǎo)體層72的表面形成有不規(guī)則的凹凸10，因此，入射至光電二極管陣列PDA3的光通過(guò)凹凸10而發(fā)生反射、散射或擴(kuò)散，從而在光電二極管陣列PDA3內(nèi)行進(jìn)較長(zhǎng)的距離。
[0203]例如，使用光電二極管陣列PDA3作為表面入射型光電二極管陣列，在光從保護(hù)膜76側(cè)入射至光電二極管陣列PDA3的情形時(shí)，若該光到達(dá)形成于n+型半導(dǎo)體層72表面的不規(guī)則的凹凸10，則以相對(duì)于來(lái)自凹凸10的出射方向?yàn)?6.6°以上的角度而到達(dá)的光成分會(huì)通過(guò)凹凸10而發(fā)生全反射。由于凹凸10不規(guī)則地形成，故相對(duì)于出射方向而具有各種角度，全反射后的光成分會(huì)朝各種方向擴(kuò)散。因此，全反射后的光成分中，存在有被各光檢測(cè)通道CH吸收的光成分，也存在有到達(dá)保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面的光成分。
[0204]到達(dá)保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面的光成分會(huì)因在凹凸10處的擴(kuò)散而朝各種方向行進(jìn)。因此，到達(dá)保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面的光成分在保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面發(fā)生全反射的可能性極高。已在保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面發(fā)生全反射的光成分會(huì)反復(fù)地在不同的面上發(fā)生全反射，從而其行進(jìn)距離變得更長(zhǎng)。入射至光電二極管陣列PDA3的光在光電二極管陣列PDA3的內(nèi)部行進(jìn)較長(zhǎng)距離的期間被各光檢測(cè)通道CH吸收，并作為光電流被檢測(cè)。
[0205]使用光電二極管陣列PDA3作為背面入射型光電二極管陣列，在光從n+型半導(dǎo)體層72的表面?zhèn)热肷渲凉怆姸O管陣列PDA3的情形時(shí)，所入射的光會(huì)通過(guò)凹凸10而散射，在光電二極管陣列PDA3內(nèi)朝各種方向行進(jìn)。到達(dá)保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面的光成分會(huì)因凹凸10處的擴(kuò)散而朝各種方向行進(jìn)，因此，到達(dá)保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面的光成分在各面發(fā)生全反射的可能性極高。已在保護(hù)膜76側(cè)的表面或n+型半導(dǎo)體層72的側(cè)面發(fā)生全反射的光成分會(huì)反復(fù)地在不同的面上發(fā)生全反射及或于凹凸10處發(fā)生反射、散射或擴(kuò)散，從而其行進(jìn)距離變得更長(zhǎng)。入射至光電二極管陣列PDA3的光通過(guò)凹凸10而發(fā)生反射、散射或擴(kuò)散，從而在光電二極管陣列PDA3內(nèi)行進(jìn)較長(zhǎng)的距離而被各光檢測(cè)通道CH吸收，并作為光電流被檢測(cè)。
[0206]入射至光電二極管陣列PDA3的光L的大部分并未穿透光電二極管陣列PDA3，其行進(jìn)距離變長(zhǎng)，并被各光檢測(cè)通道CH吸收。因此，對(duì)于光電二極管陣列PDA3，在近紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域的光譜靈敏度特性提高。
[0207]第9實(shí)施方式中，在n+型半導(dǎo)體層72的表面形成有不規(guī)則的凹凸10。因此，使在形成有不規(guī)則的凹凸10的上述表面?zhèn)炔⒎怯晒舛a(chǎn)生的無(wú)用載流子再結(jié)合，從而可減少暗電流。n+型半導(dǎo)體層72作為累積層而發(fā)揮功能，其抑制在η +型半導(dǎo)體層72的上述表面附近由光所產(chǎn)生的載流子被該表面捕獲。因此，由光所產(chǎn)生的載流子可朝倍增區(qū)域AM有效率地移動(dòng)，從而可提高光電二極管陣列PDA3的光檢測(cè)靈敏度。
[0208]第9實(shí)施方式中，與η+型半導(dǎo)體層72中的多個(gè)光檢測(cè)通道CH之間對(duì)應(yīng)的表面也形成有不規(guī)則的凹凸10，并且光學(xué)性露出。因此，入射至多個(gè)光檢測(cè)通道CH之間的光也會(huì)通過(guò)不規(guī)則的凹凸10而發(fā)生反射、散射或擴(kuò)散，并被任一光檢測(cè)通道CH吸收。由此，在光檢測(cè)通道CH之間檢測(cè)靈敏度并未下降，光電二極管陣列PDA3的光檢測(cè)靈敏度進(jìn)一步提高。
[0209]在第9實(shí)施方式中，η+型半導(dǎo)體層72的厚度大于不規(guī)則的凹凸10的高低差。因此，可確實(shí)地