專利名稱：光電二極管陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光電二極管陣列。
背景技術：
多像素光子計數(shù)器(Mult1-Pixel Photon Counter) (MPPC:注冊商標)作為由以蓋革模式(Geiger mode)動作的多個雪崩光電二極管(APD)構成的光電二極管陣列而為人所知。多個AH)并聯(lián)連接，對其施加擊穿電壓以上的逆偏壓電壓，并以蓋革模式動作。MPPC包含與雪崩光電二極管串聯(lián)連接的淬滅電阻(Quenching Resistor)。該淬滅電阻中流過來自雪崩光電二極管的電流，從而向雪崩光電二極管的偏壓電壓下降至擊穿電壓為止，然后，通過再充電，使逆偏壓電壓恢復至蓋革模式時的電壓。與其它的檢測器相比，MPPC的時間特性較好，因而有望作為Time-Of-Flight(T0F,飛行時間)測量方式的PET (Positron Emission Tomography,正電子放射斷層掃描)裝置等的檢測器而使用。在PET裝置的光子的測量中，要求更高的時間分辨率。為了提高時間分辨率，需要使自MPPC輸出的波形的形狀陡峭。在下述非專利文獻I中，顯示通過對淬滅電阻附加并聯(lián)的電容(Cq)而使輸出脈沖陡峭，從而提高時間分辨率。現(xiàn)有技術文獻非專利文獻非專利文獻1:H.0tono, etal.，“On the basic mechanism of Pixelized PhotonDetectors”Nucl.1nstr.and Meth.A610 (2009) 397.

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題然而，在實際的器件中，如何附加并聯(lián)電容是重要的問題，在簡單地追加電容的情況下，存在取決于電容器與電阻的時間常數(shù)增加而使時間分辨率降低的可能性。本發(fā)明是有鑒于這樣的問題而完成的發(fā)明，其目的在于，提供能夠較現(xiàn)有更顯著地提高時間分辨率的光電二極管陣列。解決問題的技術手段為了解決上述的問題，本發(fā)明的一個方式所涉及的第I光電二極管陣列，其特征在于，在光電二極管陣列中，包含:多個雪崩光電二極管，其形成于半導體基板內；淬滅電阻，其與各個雪崩光電二極管串聯(lián)連接；外周配線，其包圍形成有多個所述雪崩光電二極管的區(qū)域；及多個中繼配線，其電連接于所述外周配線，且分別連接所述外周配線的至少2個部位之間；所述外周配線的每單位長度的電阻值小于所述中繼配線的每單位長度的電阻值；各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的一方經(jīng)由所述淬滅電阻而電連接于所述中繼配線的任意一個；各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的另一方電連接于設置于所述半導體基板的其它的電極。在該情況下，來自中繼配線的電流大多流過電阻值低的外周配線的至少2個部位中的任意一個較近的一方(信號傳輸路徑上的電阻低的一方)并被取出至外部，因此，可降低信號讀出路徑上的電阻值，因而時間常數(shù)變小，因此，時間分辨率提高。本發(fā)明的一個方式所涉及的第2光電二極管陣列，其特征在于，還包含橫斷配線，該橫斷配線電連接于所述外周配線，連接所述外周配線的至少2個部位之間，且自身的每單位長度的電阻值小于所述中繼配線的每單位長度的電阻值；各個所述中繼配線的一端電連接于所述橫斷配線而取代電連接于所述外周配線。在該情況下，來自中繼配線的電流大多流過與電阻值低的外周配線的連接部位、或與橫斷配線的連接部位中的任意一個較近的一方(信號傳輸路徑上的電阻低的一方)并被取出至外部，因此可進一步降低信號讀出路徑上的電阻值，因而時間常數(shù)變小，因此，時間分辨率提聞。本發(fā)明的一個方式所涉及的第3光電二極管陣列，其特征在于，還包含與各個所述淬滅電阻分別并聯(lián)連接的電容器。在該情況下，時間分辨率進一步提高。本發(fā)明的一個方式所涉及的第4光電二極管陣列，其特征在于，各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的一方電連接于環(huán)狀電極；所述中繼配線包含自所述環(huán)狀電極分離且以包圍所述環(huán)狀電極的方式延伸的導電性的外周區(qū)域；所述電容器包含自所述中繼配線延伸的所述外周區(qū)域、及所述環(huán)狀電極。在該情況下，可平面地構成電容器，時間分辨率提高。本發(fā)明的一個方式所涉及的第5光電二極管陣列，在第4光電二極管陣列中，還包含在所述中繼配線之間平行地延伸的中間配線，所述中間配線分別連接所述外周配線的至少2個部位之間，所述外周區(qū)域與所述中間配線連接。在該情況下，確認了可平面地構成電容器，且時間分辨率提高。本發(fā)明的一個方式所涉及的第6光電二極管陣列，在第4光電二極管陣列中，在各個所述中繼配線，在其兩側連接有所述外周區(qū)域，關于相互鄰接的所述中繼配線，相互鄰接的所述外周區(qū)域分離。在該情況下，確認了可平面地構成電容器，且時間分辨率提高。本發(fā)明的一個方式所涉及的第7光電二極管陣列，其特征在于，各個所述中繼配線的沿著其中心線的區(qū)域開口。在該情況下，確認了可平面地構成電容器，且時間分辨率提高。另外，中繼配線的配線電容降低。本發(fā)明的一個方式所涉及的第8光電二極管陣列中，在上述的任意一個光電二極管陣列中，所述電容器具有經(jīng)由絕緣層而形成于所述淬滅電阻上的覆蓋配線，該覆蓋配線的一端電連接于所述淬滅電阻的一端。在該情況下，確認了可通過層疊而立體地構成電容器，因而可提高元件密度，另外，時間分辨率提高。本發(fā)明的一個方式所涉及的第8光電二極管陣列中，其特征在于，各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的一方電連接于環(huán)狀電極，所述環(huán)狀電極的縱橫比為2以上。在該情況下，在中繼配線與分離且并行的環(huán)狀電極之間構成電容器，但是，因為縱橫比大，因而可增加電容器的電容。因此，相對于環(huán)狀電極的開口率的電容器的比率變大，電容器的元件密度變高。因此，確認了也可減小環(huán)狀電極并提高空間分辨率，另外，時間分辨率提高。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的一個方式的光電二極管陣列，可顯著地提高時間分辨率。


圖1是光電二極管陣列的平面圖。圖2是光電二極管陣列的放大平面圖。圖3是圖2所示的光電二極管陣列的II1-1II箭頭線剖面圖。圖4是圖2所示的光電二極管陣列的IV-1V箭頭線剖面圖。圖5是光電二極管陣列的放大平面圖。圖6是圖5所示的光電二極管陣列的V1-VI箭頭線剖面圖。圖7是圖5所示的光電二極管陣列的VI1-VII箭頭線剖面圖。圖8是配線的平面圖。圖9是光電二極管陣列的放大平面圖。圖10是圖9所示的光電二極管陣列的X-X箭頭線剖面圖。圖11是圖9所示的光電二極管陣列的X1-XI箭頭線剖面圖。圖12是光電二極管陣列的放大平面圖。圖13是圖12所示的光電二極管陣列的XII1-XIII箭頭線剖面圖。圖14是圖12所示的光電二極管陣列的XIV-XIV箭頭線剖面圖。圖15是光電二極管陣列的放大平面圖。圖16是圖15所示的光電二極管陣列的XV1-XVI箭頭線剖面圖。圖17是圖15所示的光電二極管陣列的XVI1-XVII箭頭線剖面圖。圖18是光電二極管陣列的放大平面圖。圖19是圖18所示的光電二極管陣列的XIX-XIX箭頭線剖面圖。圖20是圖18所示的光電二極管陣列的XX-XX箭頭線剖面圖。圖21是光電二極管陣列的放大平面圖。圖22是圖21所示的光電二極管陣列的XXI1-XXII箭頭線剖面圖。圖23是圖21所示的光電二極管陣列的XXII1-XXIII箭頭線剖面圖。圖24是光電二極管陣列的平面圖。圖25是表示圖2所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖26是表示圖5所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖27是表示圖9所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖28是表示圖12所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖29是表示圖15所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖30是表示圖18所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖31是表示圖21所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖32是表示圖24所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。圖33是光電二極管陣列的電路圖。圖34是表示包含雪崩光電二極管與淬滅電阻的檢測部的等價電路的圖。圖35是表示包含光電二極管陣列的放射線檢測器的圖。
符號的說明10…光電二極管陣列、I…第I半導體層、2…第2半導體層、3…第3半導體層、4…絕緣層、5…環(huán)狀電極、6…其它的電極、7…淬滅電阻、8…中繼配線、F1D…光電二極管、WL…外周配線、9…外周區(qū)域、11…中間配線、WL2…橫斷配線。
具體實施例方式以下，對實施方式所涉及的光電二極管陣列進行說明。再者，對于相同要素使用相同符號，省略重復的說明。圖1是光電二極管陣列10的平面圖。如圖所示，若設定XYZ正交坐標系，則光電二極管陣列10的厚度方向與Z軸一致，光電二極管陣列10的光入射面與XY平面一致。光電二極管陣列10包含半導體基板20，半導體基板20的形狀為長方形，各邊與X軸或Y軸平行。光電二極管陣列10包含形成于半導體基板20內的多個雪崩光電二極管APD。淬滅電阻7相對于各個雪崩光電二極管APD串聯(lián)連接。形成有多個雪崩光電二極管APD的區(qū)域被外周配線WL包圍。在外周配線WL的外側可設置由金屬等構成的遮光層SL等。外周配線WL的外形為矩形環(huán)狀，各邊沿著X軸或Y軸延伸，且連接于沿著X軸延伸的電極墊P。在外周配線WL，電連接有多個中繼配線8。多個中繼配線8分別沿著Y軸延伸，且分別連接外周配線WL的至少2個部位(位于沿著Y軸的兩端的部位)之間。外周配線WL的每單位長度的電阻值小于中繼配線8的每單位長度的電阻值。即，在外周配線WL及中繼配線8由相同的導電材料(例如鋁)構成且外周配線WL沿著Y軸延伸的情況下，其XZ剖面的面積大于中繼配線8的XZ剖面的面積。另外，在外周配線WL沿著X軸延伸的情況下，其YZ剖面的面積大于中繼配線8的XZ剖面的面積。再者，圖8是配線的平面圖。在外周配線WL與中繼配線8的厚度相同的情況下，外周配線WL的寬度Wl寬于中繼配線8的寬度W2。各個雪崩光電二極管AH)的陽極及陰極的一方經(jīng)由淬滅電阻7而電連接于中繼配線8的任意一個，各個雪崩光電二極管APD的陽極及陰極的另一方電連接于設置于半導體基板20的其它的電極6 (參照圖3:本例中為背面電極)。再者，其它的電極6只要是可電連接于陽極及陰極的另一方的構成，也可設置于半導體基板20的表面?zhèn)取Ｈ缟纤?，在光電二極管陣列10具備外周配線WL的情況下，來自雪崩光電二極管APD的電流以大多流過中繼配線8、以及中繼配線8與外周配線WL的連接部位(本例中為2個部位)中的任意一個較近的一方(至電極墊P為止的信號傳輸路徑上的電阻低的一方)的方式，通過外周配線WL內，并流過電極墊P而被取出至外部。這樣，在具備外周配線WL的情況下，可降低信號讀出路徑上的電阻值，因而時間常數(shù)變小，因此，可提高光電二極管陣列的時間分辨率。
例如，來自位于圖1中的左下的雪崩光電二極管APD的電流，在中繼配線8中，向Y軸的負方向流動，之后，流入至與作為旁通路徑的外周配線WL的連接點Q1，其后，在外周配線WL內朝X軸的負方向行進，之后，沿著Y軸的正方向行進，進而，沿著X軸的正方向行進，從而大多流過到達電極墊P的路徑。另外，來自位于圖1中的左上的雪崩光電二極管APD的電流，在中繼配線8中，朝Y軸的正方向流動，之后，流入至與作為旁通路徑的外周配線WL的連接點Q2，其后，在外周配線WL內沿著X軸的正方向行進，從而大多流過到達電極墊P的路徑。再者，中繼配線8在外周配線WL的2個部位被連接，但是其也可具有3個部位以上的連接點。例如，在中繼配線8的形狀為十字架形狀的情況下，可在4個部位與外周配線WL連接，若放射狀地延伸、或彎曲，或者分支，則可使連接部位為3個以上。在上述的光電二極管陣列10中，相對于I個中繼配線8，在其兩側配置有多個雪崩光電二極管APD，雪崩光電二極管APD分別經(jīng)由淬滅電阻7而連接于中繼配線8。以下，對雪崩光電二極管APD的周邊構造進行詳細說明。圖2是第I類型的光電二極管陣列的放大平面圖，圖3是圖2所示的光電二極管陣列的II1-1II箭頭線剖面圖，圖4是圖2所示的光電二極管陣列的IV-1V箭頭線剖面圖。在該光電二極管陣列中，半導體基板20包含:第I半導體層I ;形成于第I半導體層I上的第2半導體層2 ;及形成于第2半導體層2內的第3半導體層3。第I半導體層
1、第2半導體層2、及第3半導體層3的導電類型分別為第I導電類型(N型)、第2導電類型(P型)、第2導電類型(P型)。在該情況下，在第I半導體層I與第2半導體層2之間形成有PN結，在自各環(huán)狀電極5的正下方的PN結擴展的耗盡層內所產生的載子，經(jīng)由第3半導體層3而在各環(huán)狀電極5中被收集。對由該PN結構成的雪崩光電二極管APD施加逆偏壓。再者，在耗盡層內，對應于光L的入射而產生載子。從獲得良好的結晶性的觀點出發(fā)，第2半導體層2優(yōu)選通過向第I半導體層(基板)1的表面的外延成長而形成。第3半導體層3可通過向第2半導體層2的雜質的離子注入或擴散而形成。再者，第3半導體層3的雜質濃度高于第2半導體層2的雜質濃度。半導體基板20優(yōu)選由Si構成，作為N型的雜質，可使用5價的銻或磷，作為P型的雜質，可使用3價的硼。另外，環(huán)狀電極5的尺寸(優(yōu)選范圍)，如以下所述。

線寬:3lim (2 5iim) X 軸方向尺寸:50 u m (10 100 U m) Y 軸方向尺寸:50 u m (10 100 U m) 開口面積:2500 ii m2 (IOOiim2 IOOOOiim2)另外，在詳細的說明中的各類型的光電二極管陣列中，第I半導體層1、第2半導體層2、及第3半導體層3的導電類型也可分別為第I導電類型(N型)、第I導電類型(N型)、第2導電類型(P型)。在該情況下，在第2半導體層2與第3半導體層3之間形成有PN結，在自各環(huán)狀電極5的正下方的PN結擴展的耗盡層內所產生的載子，經(jīng)由第3半導體層3而在各環(huán)狀電極5中被收集。對由該PN結構成的雪崩光電二極管APD施加逆偏壓。當然，在說明中，也可與上述相反，將第I導電類型設為P型，將第2導電類型設為N型，在該情況下，偏壓的施加方向與上述相反。在第3半導體層3上，形成有由SiO2構成的絕緣層4，在絕緣層4，形成有環(huán)狀電極
5。環(huán)狀電極5經(jīng)由設置于絕緣層4的開口而連接于第3半導體層3。環(huán)狀電極5的平面形狀為矩形環(huán)狀，環(huán)狀電極5的一端必要時經(jīng)由適當?shù)膶щ妼佣B接于淬滅電阻(層)7的一端。沿著X軸延伸的淬滅電阻7由多晶硅形成，環(huán)狀電極5、中繼配線8及外周配線由鋁形成。多晶硅的體積電阻率高于鋁的體積電阻率。淬滅電阻7形成于絕緣層4上，淬滅電阻7的另一端電連接于沿著Y軸延伸的中繼配線8。在半導體基板20的背面，設置有其它的電極6，但是，在第I半導體層I為N型的情況下，該電極6成為陰極電極，環(huán)狀電極5成為陽極電極，由這些電極夾持的區(qū)域分別構成雪崩光電二極管APD。在這些陰極電極與陽極電極之間施加逆偏壓電壓Vop。圖33是光電二極管陣列的電路圖。構成光電二極管陣列的各雪崩光電二極管APD以分別與淬滅電阻7串聯(lián)連接的形式全部并聯(lián)連接，且自電源施加逆偏壓電壓Vop。來自雪崩光電二極管的輸出電流通過包含放大器等的檢測器A而檢測。圖34是表示包含雪崩光電二極管與淬滅電阻的檢測部的等價電路的圖。雪崩光電二極管Aro作為將電流源I與提供二極管電容的電容器Cd并聯(lián)連接的二極管而表示，淬滅電阻作為電阻值Rq的電阻而表示，電容器Cq與其并聯(lián)連接，作為整體，表示配線電容的電容器Cg并聯(lián)連接于電源。此處，由于存在電容器Cq，因而光電二極管陣列的時間分辨率提高。以下，說明以各種的方式包含電容器Cq的光電二極管陣列。即，以下的方式的光電二極管陣列還包含與各個雪崩光電二極管AH)串聯(lián)連接的淬滅電阻Rq、分別與淬滅電阻Rq并聯(lián)連接的電容器Cq。電阻值Rq (優(yōu)選范圍)與電容器Cg的電容(優(yōu)選范圍)，如以下所述。 電阻值 Rq:150k Q (50 300k Q ) 電容器Cg的電容:5pF (為配線電容，優(yōu)選為0，且越小越好)
在上述的情況下，時間分辨率進一步提高。圖25是表示制作圖2所示的光電二極管陣列的情況下的顯微鏡照片的圖。圖5是具備電容器Cq的光電二極管陣列的放大平面圖，圖6是圖5所示的光電二極管陣列的V1-VI箭頭線剖面圖，圖7是圖5所示的光電二極管陣列的VI1-VII箭頭線剖面圖。本例的光電二極管陣列與圖2 圖4所示的光電二極管陣列的不同點在于，在中繼配線8的周圍，具備以包圍環(huán)狀電極5的方式延伸的外周區(qū)域9，外周區(qū)域9的一部分與中間配線11相連接，且將中繼配線8的寬度W2加粗，其它的構造相同。即，該光電二極管陣列中，各個雪崩光電二極管APD的陽極及陰極的一方電連接于環(huán)狀電極5，但是，中繼配線8具備自環(huán)狀電極5分離且以包圍環(huán)狀電極5的方式延伸的導電性的外周區(qū)域9。外周區(qū)域9也由鋁構成。在該情況下，上述的電容器Cq具有自中繼配線8延伸的外周區(qū)域9、及環(huán)狀電極5，在其之間形成有電容。在該構造的電容器的情況下，可平面地構成電容器，從而提高時間分辨率。再者，中繼配線8的寬度W2為9 y m，優(yōu)選為2 10 y m，在該情況下，可充分地減少電阻值，且可抑制像素之間的輸出差。再者，在鄰接的中繼配線8之間，設置有與其平行地延伸的中間配線11。中間配線11的兩端連接于外周配線WL的2個部位。當然，也可為中間配線11連接于外周配線WL的3個部位以上的構成。再者，在使用下述的橫斷配線的情況下，中繼配線8及中間配線11的一端連接于橫斷配線。在環(huán)狀電極5的開口內的外側的區(qū)域，由中繼配線8、中間配線11及外周配線WL而遮擋入射光，但是，因為鋁的反射率高，因而相對于下述的閃爍器可將光返回。再者，自中繼配線8延伸的外周區(qū)域9的一部分與中間配線11相連接，外周區(qū)域9的其它的部分以位于淬滅電阻7與環(huán)狀電極5之間的方式延伸。圖26是表示圖5所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。在該情況下，確認了可平面地構成電容器，且時間分辨率提高。圖9是包含電容器Cq的其他的光電二極管陣列的放大平面圖，圖10是圖9所示的光電二極管陣列的X-X箭頭線剖面圖，圖11是圖9所示的光電二極管陣列的X1-XI箭頭線剖面圖。本例的光電二極管陣列與圖5 圖7所示的光電二極管陣列的不同點在于，在各個中繼配線8，在其兩側連接有外周區(qū)域9，但是，沒有中間配線11，關于相互鄰接的中繼配線8，相互鄰接的外周區(qū)域9分離，其它的構造相同。即，外周區(qū)域9包圍環(huán)狀電極5的周圍，但是，沒有中間配線11，外周區(qū)域9的前端部自鄰接的外周區(qū)域9分離。由此，相比于圖5 圖7所示的光電二極管陣列，可使配線電容降低。電容器Cq形成于外周區(qū)域9與環(huán)狀電極5之間。圖27是表示圖9所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。在該情況下，確認了可平面地構成電容器，且時間分辨率提高。圖12是包含電容器Cq的另一其他的光電二極管陣列的放大平面圖，圖13是圖12所示的光電二極管陣列的XII1-XIII箭頭線剖面圖，圖14是圖12所示的光電二極管陣列的XIV-XIV箭頭線剖面圖。本例的光電二極管陣列與圖9 圖11所示的光電二極管陣列的不同點在于，各個中繼配線8，沿著其中心線(Y軸)的區(qū)域以開口 OP開口，其它的構造相同。在該情況下，除了上述效果之外，可使由中繼配線8形成的配線電容降低，且可進一步提高時間分辨率。開口 OP的X軸方向的寬度為5 u m,從進一步提高時間分辨率的觀點出發(fā)，優(yōu)選為2 5 ii m。該開口構造可應用于包含其它的中繼配線8的構造。圖28是表示圖12所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。在該情況下，確認了可平面地構成電容器，且時間分辨率提高。圖15是包含電容器Cq的又一其他的光電二極管陣列的放大平面圖，圖16是圖15所示的光電二極管陣列的XV1-XVI箭頭線剖面圖，圖17是圖15所示的光電二極管陣列的XVI1-XVII箭頭線剖面圖。本例的光電二極管陣列與圖2 圖5所不的光電二極管陣列的不同點在于，電容器Cq具有經(jīng)由SiN或SiO2等的絕緣層K而形成于淬滅電阻7上的覆蓋配線K1，該覆蓋配線Kl的一端電連接于淬滅電阻7的一端，其它的構造相同。本例中，覆蓋配線Kl自中繼配線8延伸并覆蓋絕緣層K。在覆蓋配線Kl與淬滅電阻7之間形成有電容。圖29是表示圖15所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。在該情況下，確認了可通過層疊而立體地構成電容器，因而可提高元件密度，另外，時間分辨率提高。圖18是包含電容器Cq的又一其他的光電二極管陣列的放大平面圖，圖19是圖18所示的光電二極管陣列的XIX-XIX箭頭線剖面圖，圖20是圖18所示的光電二極管陣列的XX-XX箭頭線剖面圖。本例的光電二極管陣列與圖15 圖17所示的光電二極管陣列的不同點在于，覆蓋配線Kl自環(huán)狀電極5延伸并覆蓋絕緣層K，其它的構相同。在該情況下，在覆蓋配線Kl與淬滅電阻7之間形成有電容，并構成電容器Cq。圖30是表示圖18所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。在該情況下，確認了可通過層疊而立體地構成電容器，因而可提高元件密度，另外，時間分辨率提高。
圖21是包含電容器Cq的又一其他的光電二極管陣列的放大平面圖，圖22是圖21所示的光電二極管陣列的XXI1-XXII箭頭線剖面圖，圖23是圖21所示的光電二極管陣列的XXII1-XXIII箭頭線剖面圖。本例的光電二極管陣列與圖2 圖5所示的光電二極管陣列的不同點在于，各個雪崩光電二極管APD的陽極及陰極的一方電連接于環(huán)狀電極5，但是，環(huán)狀電極5的縱橫比(=Y軸方向的尺寸/X軸方向的尺寸)為2以上。在該情況下，在中繼配線8與分離且并行的環(huán)狀電極5之間構成電容器Cq，但是因為縱橫比大，因而可加大電容器Cq的電容。因此，相對于環(huán)狀電極5的開口率的電容器的比率變大，電容器的元件密度變高。因此，確認了也可減小環(huán)狀電極5并提高空間分辨率，另外，時間分辨率提高。圖31是表示圖21所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。再者，本例的使縱橫比提高的構造也可應用于其它類型的構造。圖24是光電二極管陣列的平面圖。該光電二極管陣列10是在圖1所示的光電二極管陣列中追加橫斷配線WL2，且使位于較橫斷配線WL2更靠近圖面的上側的位置的雪崩光電二極管組的上下反轉而成的光電二極管陣列，其它的構造與圖1所示的光電二極管陣列相同。橫斷配線WL2電連接于外周配線WL，且連接外周配線WL的至少2個部位之間。本例中，橫斷配線WL2沿著X軸延伸，其寬度大于中繼配線8的寬度。橫斷配線WL2的每單位長度的電阻值小于中繼配線8的每單位長度的電阻值。在該構造的情況下，圖1所示的各個中繼配線8的一端代替電連接于外周配線WL而電連接于橫斷配線WL2。橫斷配線WL2的寬度為20 ym，從提高時間分辨率的觀點出發(fā)，優(yōu)選為10 30iim。在該情況下，來自中繼配線8的電流，大多流過與外周配線WL的連接部位、或與橫斷配線WL2的連接部位中的任意一個較近的一方(信號傳輸路徑上的電阻低的一方)而被取出至外部，因而可進一步降低信號讀出路徑上的電阻值。因此，時間常數(shù)變小，時間分辨率提高。圖32是表示圖24所示的光電二極管陣列的顯微鏡照片的圖。再者，圖1所示的包含外周配線WL的構造，可應用于圖3 圖23所示的構造，但是，圖24所示的包含橫斷配線WL2的構造也可應用于圖3 圖23所示的構造。測量上述構造中輸出波形的IOmV下的波動。在包含比圖1所示的中繼配線8粗的外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖2至圖4所示的構造的情況下，波動成為146ps(設為類型I)。另一方面，在使外周配線WL為與中繼配線8相同程度的粗細的情況下(設為比較例)，判明了波動為160ps，且通過使外周配線變粗來降低電阻值，從而波動減輕，時間分辨率顯著提高。在圖24所示的包含外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖2至圖4所示的構造的情況下，波動為148ps (設為類型2)。判明了相比于比較例波動減輕，時間分辨率顯著提聞。在圖1所示的包含外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖5至圖7所示的構造的情況下，波動成為142ps (設為類型3)。在圖1所示的包含外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖9至圖11所示的構造的情況下，波動成為138ps (設為類型4)。在圖1所示的包含外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖12至圖14所示的構造的情況下，波動成為130ps (設為類型5)。在圖1所示的包含外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖15至圖17所示的構造的情況下，波動成為125ps (設為類型6)。在圖1所示的包含外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖18至圖20所示的構造的情況下，波動為127ps (設為類型7)。在圖1所示的包含外周配線的光電二極管陣列中，在采用圖21至圖23所示的構造的情況下，波動為146ps (設為類型8)。當然，在類型3 類型8的構造中，可采用類型2的橫斷配線。另外，也可將類型3 5的任意一個構造與類型6 8的任意一個構造組合,另外，類型8的構造也可與任意一個類型的構造組合。特別是在將類型5 (開口構造)或類型8 (縱長構造)與類型6或7的構造(層疊構造)組合的情況下，可認為上述的效果相乘而能夠進一步減輕波動。圖35是表示包含光電二極管陣列的放射線檢測器的圖。在光電二極管陣列10的光入射面上，固定有閃爍器面板。閃爍器面板由CsI等的閃爍器11、及覆蓋其的聚對二甲苯等的覆蓋層12構成，必要時在閃爍器面板與光電二極管陣列10的光入射面之間介有匹配液(matching oil) 13。若放射線入射至閃爍器面板,貝Ij閃爍器11發(fā)光，該光入射至光電二極管陣列10。在光電二極管陣列10,在電極P與電極6之間，施加超過擊穿電壓的逆偏壓電壓，其輸出可經(jīng)由檢測器A檢測。時間分辨率優(yōu)異的放射線檢測器可應用于X射線CT、或PET裝置等，并可測定此前無法測量的分辨率的圖像。
權利要求
1.一種光電二極管陣列，其特征在于， 包含: 多個雪崩光電二極管，形成于半導體基板內； 淬滅電阻，相對于各個雪崩光電二極管串聯(lián)連接； 外周配線，包圍形成有多個所述雪崩光電二極管的區(qū)域 '及 多個中繼配線，電連接于所述外周配線，且分別連接所述外周配線的至少2個部位之間， 所述外周配線的每單位長度的電阻值小于所述中繼配線的每單位長度的電阻值，各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的一方經(jīng)由所述淬滅電阻而電連接于所述中繼配線的任意一個， 各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的另一方電連接于設置于所述半導體基板的其它的電極。
2.如權利要求1所述的光電二極管陣列，其特征在于， 還包含橫斷配線，該橫斷配 線電連接于所述外周配線，連接所述外周配線的至少2個部位之間，且自身的每單位長度的電阻值小于所述中繼配線的每單位長度的電阻值， 各個所述中繼配線的一端電連接于所述橫斷配線而取代電連接于所述外周配線。
3.如權利要求1或2所述的光電二極管陣列，其特征在于， 還包含與各個所述淬滅電阻分別并聯(lián)連接的電容器。
4.如權利要求3所述的光電二極管陣列，其特征在于， 各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的一方電連接于環(huán)狀電極， 所述中繼配線包含從所述環(huán)狀電極分離且以包圍所述環(huán)狀電極的方式延伸的導電性的外周區(qū)域， 所述電容器具有: 所述外周區(qū)域，從所述中繼配線延伸 '及 所述環(huán)狀電極。
5.如權利要求4所述的光電二極管陣列，其特征在于， 還包含在所述中繼配線之間平行地延伸的中間配線， 所述中間配線分別連接所述外周配線的至少2個部位之間， 所述外周區(qū)域與所述中間配線連接。
6.如權利要求4所述的光電二極管陣列，其特征在于， 在各個所述中繼配線，在其兩側連接有所述外周區(qū)域， 關于相互鄰接的所述中繼配線，相互鄰接的所述外周區(qū)域分離。
7.如權利要求3所述的光電二極管陣列，其特征在于， 各個所述中繼配線的沿著其中心線的區(qū)域開口。
8.如權利要求3至7中任一項所述的光電二極管陣列，其特征在于， 所述電容器具有經(jīng)由絕緣層而形成于所述淬滅電阻上的覆蓋配線，該覆蓋配線的一端電連接于所述淬滅電阻的一端。
9.如權利要求3所述的光電二極管陣列，其特征在于， 各個所述雪崩光電二極管的陽極及陰極的一方電連接于環(huán)狀電極，所述環(huán)狀電極的縱橫 比為2以上。
全文摘要
光電二極管陣列(10)包含淬滅電阻(7)，與各個雪崩光電二極管(APD)串聯(lián)連接；外周配線(WL)，包圍形成有多個雪崩光電二極管(APD)的區(qū)域；及多個中繼配線(8)，電連接于外周配線(WL)，且分別連接外周配線(WL)的至少2個部位之間。各個雪崩光電二極管(APD)的陽極及陰極的一方經(jīng)由淬滅電阻(7)而電連接于中繼配線(8)的任意一個，各個雪崩光電二極管(APD)的陽極及陰極的另一方電連接于設置于半導體基板的其它的電極(6)。
文檔編號H01L31/107GK103190000SQ20118005221
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者里健一, 山村和久, 大須賀慎二 申請人:浜松光子學株式會社