光检测装置、半导体光检测元件及半导体光检测元件的驱动方法与流程

[0001]
本发明涉及一种光检测装置、半导体光检测元件及半导体光检测元件的驱动方法。


背景技术：

[0002]
已知有包括具有半导体基板的受光部的光检测装置(例如参照专利文献1)。半导体基板包含二维地排列的多个单元。该光检测装置存储利用根据光的传播时间获得的距离信息检测的三维图像的深度图(depth map)。各单元包含以盖革模式工作的雪崩光电二极管。受光部接收从光源向监控区域照射的光的反射光。受光部输出与反射光对应的信号。雪崩光电二极管通过偏置电压的施加而以盖革模式工作。因此，受光部的各单元通过雪崩光电二极管以盖革模式工作而输出信号。
[0003]
先前技术文献
[0004]
专利文献
[0005]
专利文献1：日本特开2014-59301号公报。


技术实现要素：

[0006]
发明所要解决的技术问题
[0007]
本发明的一方式的目的在于提供一种能够简化对各雪崩光电二极管施加偏置电压的配线和从各单元读取信号的配线的结构的光检测装置。本发明的另一方式的目的在于提供一种能够简化对各雪崩光电二极管施加偏置电压的配线和从各单元读取信号的配线的结构的半导体光检测元件。本发明的又一方式的目的在于提供一种能够简化对各雪崩光电二极管施加偏置电压的配线和从各单元读取信号的配线的结构的半导体光检测元件的驱动方法。
[0008]
用于解决问题的技术手段
[0009]
本发明的一方式的光检测装置包括：投光部，其向检测对象区域投射第1方向为长边方向的截面形状的光；受光部，其接收由投光部投射的光的反射光；和与受光部连接的控制部。受光部具有包含二维地排列成m行n列(m及n为2以上的整数)的多个单元的半导体基板。多个单元分别包含以盖革模式工作的至少一个雪崩光电二极管。在分别包含排列在列方向上的m个单元的n个第一单元组的每一组，各第一单元组所包含的多个单元的阳极和阴极中的一者相互电连接。在分别包含排列在行方向上的n个单元的m个第二单元组的每一组，各第二单元组所包含的多个单元的阳极和阴极中的另一者相互电连接。投光部沿着与第1方向交叉的第2方向扫描光，以使反射光入射到每一个或每多个第一单元组。控制部，与反射光的入射对应地，将用于使雪崩光电二极管以盖革模式工作的偏置电压施加到每一个或每多个第一单元组，并读取来自被施加了用于使雪崩光电二极管以盖革模式工作的偏置电压的每一个或每多个第一单元组所包含的单元的信号。
[0010]
在上述一方式中，投光部在第2方向扫描第1方向为长边方向的截面形状的光，因此，在受光部中，反射光入射至每一个或每多个第一单元组。控制部与反射光的入射对应地将偏置电压施加到每一个或每多个第一单元组。因此，例如，对单元施加偏置电压的配线只要与每一个第一单元组对应地设置即可，且只要与对应的第一单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管电连接即可。控制部读取来自被施加了偏置电压的1个或多个第一单元组所包含的单元的信号。因此，例如，从单元读取信号的配线只要与分别包含排列在行方向上的n个单元的m个单元组的每一组对应地设置即可，且只要与m个单元组中的对应的单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管电连接即可。其结果，在上述一方式中，对各雪崩光电二极管施加偏置电压的配线及从各单元读取信号的配线的结构能够简化。
[0011]
在上述一方式中，投光部也可以沿着第2方向扫描光，以使反射光入射到每一个第一单元组。在该情况下，在受光部中，反射光入射至每一个第一单元组。控制部也可以与反射光的入射对应地，将用于使雪崩光电二极管以盖革模式工作的偏置电压施加到每一个第一单元组，并读取来自被施加了用于使雪崩光电二极管以盖革模式工作的偏置电压的第一单元组所包含的m个单元的信号。
[0012]
在本结构中，与上述构成同样地，例如，对单元施加偏置电压的配线只要与每一个第一单元组对应地设置即可，且只要与对应的第一单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管电连接即可。例如，从单元读取信号的配线只要与分别包含排列在行方向上的n个单元的m个单元组的每一组对应地设置即可，且只要与m个单元组中的对应的单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管电连接即可。其结果，在本结构中，能够简化对各雪崩光电二极管施加偏置电压的配线及从各单元读取信号的配线的结构。
[0013]
在上述一方式中，也可以为光检测装置包括多个第1配线和多个第2配线。在该情况下，多个第1配线与每一个第一单元组对应地设置。多个第2配线与每一个第二单元组对应地设置。各第1配线也可以电连接于n个第一单元组中的对应的第一单元组所包含的m个单元的阳极及阴极的一者。各第2配线也可以电连接于m个第二单元组中的对应的第二单元组所包含的n个单元的阳极及阴极的另一者。控制部可经由各第1配线向对应的第一单元组所包含的m个单元施加偏置电压，也可以经由各第2配线而读取信号。
[0014]
在本结构中，经由各第1配线，对于n个第一单元组中的对应的第一单元组的每一组，对该第一单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管施加偏置电压。经由各第2配线，对于m个第二单元组中的对应的第二单元组的每一组，从该第二单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管读取信号。因此，本结构能够使第1及第2配线的结构简化。
[0015]
雪崩光电二极管通过偏置电压的施加来进行突崩倍增。因此，通过光的入射而产生的光电子倍增，雪崩光电二极管输出倍增后的光电子产生的信号。即便为未施加偏置电压的雪崩光电二极管，也会通过光的入射而产生光电子。从未施加偏置电压的雪崩光电二极管输出的信号，相较于从施加了偏置电压的雪崩光电二极管输出的信号而言极小。
[0016]
在本结构中，在第2配线不仅电连接被施加了偏置电压的单元，也电连接未施加偏置电压的单元。因此，控制部自未施加偏置电压的单元也能够读取信号。如上所述，自未施加偏置电压的单元内的雪崩光电二极管输出的信号极小，因此，该信号对经由第2配线而读取的信号整体造成的影响极小。因此，能够确保光检测装置中的检测精度。
[0017]
在上述一方式中，各第1配线也可以包含第1分支配线和第2分支配线。在该情况
下，第1分支配线电连接于对应的第一单元组所包含的一部分单元的阳极和阴极的一者。第2分支配线电连接于对应的第一单元组所包含的另一部分单元的阳极和阴极的一者。
[0018]
例如，在第一单元组所包含的所有单元与一个第1配线电连接的情况下，至位于列方向的一端的单元的配线距离与至位于列方向的另一端的单元的配线距离之差较大。如果至单元的配线距离之差较大，则将偏置电压施加到单元的时间差也变大。
[0019]
在本结构中，相较于第一单元组所包含的所有单元与一个第1配线电连接的情况，至单元的配线距离之差较小。因此，将偏置电压施加到单元的时间差较小。
[0020]
在上述一方式中，各第2配线也可以包含第3分支配线和第4分支配线。在该情况下，第3分支配线电连接于对应的第二单元组所包含的一部分单元的阳极和阴极的另一者。第4分支配线电连接于对应的第二单元组所包含的另一部分单元的阳极和阴极的另一者。
[0021]
例如，在第二单元组所包含的所有单元与一个第2配线电连接的情况下，距位于行方向的一端的单元的配线距离与距位于行方向的另一端的单元的配线距离之差较大。在距单元的配线距离较长的情况下，有可能因第2配线产生的寄生电容等的影响导致经由第2配线而读取的信号中包含噪声。
[0022]
在本结构中，相较于第二单元组所包含的所有单元与一个第2配线电连接的情况而言，距单元的配线距离较小。因此，经由第2配线而读取的信号不易包含噪声。其结果，能够抑制光检测装置中的检测精度的降低。
[0023]
在上述一方式中，光检测装置也可以还包括具有控制部的电路板。多个单元各自也可以与电路板电连接。多个第1配线和多个第2配线也可以设置在电路板。
[0024]
在本结构中，对于每一个第一单元组设置的多个第1配线和对于每一个第二单元组设置的多个第2配线设置在电路板上。因此，在本结构中，例如，相较于将第1配线和第2配线配置在半导体基板上的情况而言，不需要保护第1配线和第2配线的部件。其结果，能够简化光检测装置的结构。
[0025]
在上述一方式中，也可以在半导体基板以将彼此相邻的第一单元组分隔开的方式形成有沟槽。
[0026]
在本结构中，彼此相邻的第一单元组通过沟槽而电气上分离。因此，即便在对一个第一单元组所包含的单元施加有偏置电压的情况下，也不易对在行方向上与该第一单元组相邻的第一单元组所包含的单元施加偏置电压。其结果，在行方向上相邻的第一单元组不易进行突崩倍增。
[0027]
在上述一方式中，半导体基板也可以包含彼此相对的第1主面和第2主面。也可以在半导体基板形成有在第1主面和第2主面上开口的沟槽。沟槽也可以从与第1主面正交的方向看时包围多个单元的各单元。
[0028]
在本结构中，各单元通过沟槽而电气上分离。因此，在施加了偏置电压的第一单元组所包含的m个单元中的彼此相邻的单元各自产生的信号间发生的电性串扰能够得以抑制。其结果，能够确保光检测装置的检测精度。
[0029]
本发明的另一方式的半导体光检测元件包括半导体基板、多个第1配线和多个第2配线。半导体基板包含二维地排列成m行n列(m及n为2以上的整数)的多个单元。多个第1配线与分别包含排列在列方向上的m个单元的n个第一单元组的每一组对应地设置。多个第2配线与分别包含排列在行方向上的n个单元的m个第二单元组的每一组对应地设置。多个单
元分别包含以盖革模式工作的至少一个雪崩光电二极管。各第1配线电连接于n个第一单元组中的对应的第一单元组所包含的m个单元的阳极和阴极中的一者。各第2配线电连接于m个第二单元组中的对应的第二单元组所包含的n个单元的阳极和阴极中的另一者。
[0030]
在上述另一方式中，例如，经由各第1配线，对于n个第一单元组中的对应的第一单元组的每一组，对该第一单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管施加偏置电压。例如，经由各第2配线，对于m个第二单元组中的对应的第二单元组的每一组，从该第二单元组所包含的各单元内的雪崩光电二极管读取信号。因此，上述另一方式能够简化第1及第2配线的结构。
[0031]
在经由第2配线来读取信号的情况下，如上所述，在第2配线不仅电连接有施加了偏置电压的单元，也电连接有未施加偏置电压的单元。因此，自未施加偏置电压的单元也读取信号。如上所述，由于自未施加偏置电压的单元内的雪崩光电二极管输出的信号极小，故而该信号对经由第2配线读取的信号整体造成的影响极小。因此，能够确保半导体光检测元件的检测精度。
[0032]
在上述另一方式中，各第1配线也可以包含第1分支配线和第2分支配线。在该情况下，第1分支配线电连接于对应的第一单元组所包含的一部分单元的阳极和阴极的一者。第2分支配线电连接于对应的第一单元组所包含的另一部分单元的阳极和阴极的一者。
[0033]
在本结构中，如上所述，相较于第一单元组所包含的所有单元与一个第1配线电连接的情况而言，至单元的配线距离之差较小。因此，将偏置电压施加到单元的时间差较小。
[0034]
在上述另一方式中，各第2配线也可以包含第3分支配线和第4分支配线。在该情况下，第3分支配线电连接于对应的第二单元组所包含的一部分单元的阳极和阴极的另一者。第4分支配线电连接于对应的第二单元组所包含的另一部分单元的阳极和阴极的另一者。
[0035]
在本结构中，如上所述，相较于第二单元组所包含的所有单元与一个第2配线电连接的情况而言，距单元的配线距离较小。因此，经由第2配线读取的信号不易包含噪声。其结果，光检测装置中的检测精度的降低能够得以抑制。
[0036]
在上述另一方式中，也可以在半导体基板以将彼此相邻的第一单元组分隔开的方式形成有沟槽。
[0037]
在本结构中，如上所述，在行方向与施加了偏置电压的第一单元组相邻的第一单元组不易进行突崩倍增。
[0038]
在上述另一方式中，半导体基板也可以包含彼此相对的第1主面和第2主面。也可以在半导体基板形成有在第1主面和第2主面上开口的沟槽。沟槽也可以从与第1主面正交的方向看时包围多个单元的各单元。
[0039]
在本结构中，如上所述，能够确保半导体光检测元件中的检测精度。
[0040]
本发明的又一方式的半导体光检测元件的驱动方法，经由多个第1配线中的对应的第1配线，对n个第一单元组的每一组在不同的时刻施加偏置电压，使施加了偏置电压的第一单元组的m个单元所包含的雪崩光电二极管以盖革模式工作。
[0041]
该驱动方法如上所述能够简化第1及第2配线的结构。
[0042]
发明效果
[0043]
本发明的一方式提供一种能够简化对各雪崩光电二极管施加偏置电压的配线和从各单元读取信号的配线的结构的光检测装置。本发明的另一方式提供一种能够简化对各
雪崩光电二极管施加偏置电压的配线和从各单元读取信号的配线的结构的半导体光检测元件。本发明的又一方式提供一种能够简化对各雪崩光电二极管施加偏置电压的配线和从各单元读取信号的配线的结构的半导体光检测元件的驱动方法。
附图说明
[0044]
图1是第1实施方式的光检测装置的概略构成图。
[0045]
图2是光检测装置所具有的受光单元的示意图。
[0046]
图3是半导体光检测元件的概略俯视图。
[0047]
图4是表示受光单元的截面结构的示意图。
[0048]
图5是表示受光单元的截面结构的示意图。
[0049]
图6是表示读取部的电路的一例的图。
[0050]
图7是光检测装置中的各种信号的时序图。
[0051]
图8是变形例的半导体光检测元件的概略俯视图。
[0052]
图9是第2实施方式的光检测装置所具有的受光单元的立体图。
[0053]
图10是半导体光检测元件的概略俯视图。
[0054]
图11是表示受光单元的截面结构的示意图。
[0055]
图12是表示受光单元的截面结构的示意图。
[0056]
图13是表示半导体光检测元件的配线形态的一例的立体图。
[0057]
图14是表示半导体光检测元件的截面结构的图。
[0058]
图15是变形例的半导体光检测元件的概略俯视图。
[0059]
图16是第3实施方式的光检测装置所具有的半导体光检测元件的概略俯视图。
[0060]
图17是表示受光单元的截面结构的示意图。
[0061]
图18是表示受光单元的截面结构的示意图。
具体实施方式
[0062]
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，在说明中，对具有相同要素或相同功能的要素使用相同符号，并省略重复的说明。
[0063]
首先，参照图1，对第1实施方式的光检测装置进行说明。图1是第1实施方式的光检测装置的概略构成图。
[0064]
光检测装置1如图1所示包括投光单元2、透镜3和受光单元4。投光单元2是投射激光的装置。投光单元2配置在能够向检测对象区域s投射激光的位置。受光单元4是接收激光的反射光的装置。受光单元4配置在能够接收反射光的位置。例如，在物体存在于检测对象区域s的情况下，从投光单元2投射的激光在物体反射。在物体反射的激光、即反射光入射至受光单元4。检测对象区域s是预先任意地设定的，在本实施方式中为矩形形状。光检测装置1例如构成光雷达(lidar：light detection and ranging)。投光单元2例如构成投光部。
[0065]
投光单元2包括多个激光源5和反射镜6。激光源5产生激光。激光源5将所产生的激光向反射镜6射出。例如，从多个激光源5射出的光分别以准直了的(被调整为相互平行地前进的)状态入射至反射镜6。反射镜6将由多个激光源5发出的多个激光向检测对象区域s反射。由反射镜6反射并向检测对象区域s投射的光在与投光方向正交的平面中例如呈椭圆形
状或长圆形状。投光单元2向检测对象区域s投射方向d1为长边方向且方向d2为短边方向的截面形状的激光。换言之，在激光的截面形状中，方向d1为椭圆或长圆的长轴方向，方向d2为椭圆或长圆的短轴方向。激光的截面形状也可以为沿着方向d1的直线形状。反射镜6在投光单元2中构成扫描激光的扫描部，例如是检流计镜或mems(micro-electro-mechanical systems，微机电系统)镜。例如，投光单元2中的扫描部除反射镜6以外也可以由可变更激光的投光方向(投光位置)的机构构成。
[0066]
在本实施方式中，如图1所示，投光单元2向检测对象区域s所包含的投光位置p1～pn的各位置，将激光依次投射至投光位置p1至投光位置pn。n为2以上的整数。通过将激光依次投射至投光位置p1至投光位置pn，投光单元2沿着方向d2扫描激光。例如，向投光位置p1～pn中的1个投光位置投射的激光由多个激光源5产生。向投光位置p1～pn中的1个投光位置投射的激光也可以由单一的激光源5产生。在该情况下，向1个投光位置投射的激光也可以通过控制反射镜6的角度而在该投光位置沿着方向d1自端部起依次在不同的时刻射出。例如，在方向d1为第1方向的情况下，方向d2为第2方向。
[0067]
投光单元2包括未图标的控制部。投光单元2的控制部例如通过对反射镜6进行驱动控制而控制从投光单元2投射的激光的投光位置。投光单元2的控制部将表示投光位置p1～pn中的任意位置的位置信息与表示开始投光的时刻的时刻信息发送至受光单元4的控制部13。
[0068]
在检测对象区域s反射的反射光入射至透镜3。透镜3以反射光入射至受光单元4的方式将入射的反射光聚光。受光单元4输出与经由透镜3而入射的反射光对应的多个受光信号。对受光单元4的结构和功能在下文中进行叙述。在光检测装置1中，例如，基于多个受光信号，对于将检测对象区域s分割为多个区块而得的区块区域的每一者，测定从光检测装置1至物体的存在于区块区域的部分的距离。在该情况下，从投光单元2投射的激光的投光位置p1～pn是与区块区域的位置对应地设定的。
[0069]
接下来，参照图2～图6，对受光单元4的结构进行说明。图2是光检测装置所具有的受光单元的示意图。图3是半导体光检测元件的概略俯视图。图4是表示受光单元的截面结构的示意图。图5是表示受光单元的截面结构的示意图。图6是表示读取部的电路的一例的图。
[0070]
受光单元4如图2所示包括半导体光检测元件11、搭载基板12和控制部13。控制部13与半导体光检测元件11连接。控制部13具有开关部14和读取部15。半导体光检测元件11具有半导体基板20。半导体基板20与搭载基板12彼此相对地配置。在本实施方式中，半导体基板20设置在搭载基板12上。半导体基板20和搭载基板12在俯视时均为矩形形状。半导体光检测元件11例如构成受光部。半导体光检测元件11例如是正面入射型的半导体光检测元件。
[0071]
半导体基板20具有彼此相对的主面20a和主面20b、以及侧面20c(参照图4)。搭载基板12具有彼此相对的主面12a和主面12b、以及侧面12c(参照图4)。半导体基板20的主面20b与搭载基板12的主面12a相对。此处，主面20b与主面12a接触。主面20a是向半导体光检测元件11的光入射面。在本实施方式中，与半导体基板20和搭载基板12的各主面平行的面是xy轴平面，与各主面正交的方向是z轴方向。例如，在主面20a构成第1主面的情况下，主面20b构成第2主面。
[0072]
半导体基板20如图3所示具有在俯视时二维地排列成m行n列的多个单元(cell)u。m和n分别为2以上的整数。在半导体基板20中，在各单元u检测出的与反射光对应的信号从各单元u输出。例如，与反射光对应的电流信号从各单元u输出。单元u的个数作为一例为“1024(32列
×
32行)”。多个单元u分别包含1个或多个雪崩光电二极管apd。雪崩光电二极管apd通过被施加偏置电压而以盖革模式工作。施加到雪崩光电二极管apd的偏置电压为崩溃电压以上。通过反射光入射至以盖革模式工作的雪崩光电二极管apd，该雪崩光电二极管apd产生与反射光对应的电流信号。在半导体基板20形成有作为二维地排列的多个单元u所位于的区域的受光区域a。换言之，受光区域a的外缘从z轴方向看时包围所有多个单元u。在光检测装置1中，调整透镜3和受光单元4的配置位置或透镜3的光学功能，以使反射光入射至受光区域a。
[0073]
如图4和图5所示，在半导体基板20形成有沟槽21。沟槽21在主面20a和主面20b上开口。换言之，沟槽21在主面20a和主面20b彼此相对的方向(z轴方向)上贯通半导体基板20。z轴方向也为半导体基板20的厚度方向。沟槽21将多个单元u中的彼此相邻的单元u彼此分隔开。具体而言，沟槽21从与主面20a正交的方向(z轴方向)看时包围多个单元u的各单元。通过沟槽21，下述第1～n列单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间物理上分离，下述第1～m行单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间物理上分离。换言之，通过沟槽21，第1～n列单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间电气上分离，第1～m行单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间电气上分离。沟槽21对于多个单元u中的在xy轴平面中与受光区域a的外缘相邻的单元u，也可以不包围单元u的整周。沟槽21在与受光区域a的外缘相邻的单元u中，也可以仅形成在与受光区域a的外缘相邻的单元u与位于比该单元u靠内侧而相邻的另一单元u之间。在沟槽21也可以设置遮挡光的遮光部件。遮光部件也可以由绝缘膜覆盖。在该情况下，通过遮光部件将彼此相邻的单元u彼此之间光学分离。
[0074]
半导体光检测元件11还具有多个配线h1～hn和多个配线r1～rm。多个配线h1～hn与多个单元u所包含的第1～n列单元组逐列对应地设置。多个配线r1～rm与多个单元u所包含的第1～m行的单元组逐行对应地设置。第1～n列的单元组中的第n列单元组由位于从x轴方向的负方向依次数起第n列的多个单元u(m个单元u)构成。除表示半导体区域的导电型的情况以外，n表示1～n的整数。第n列单元组包含位于第n列且排列在列方向上的第1～m行的单元u。第1～m行单元组中的第m行单元组由位于从y轴方向的负方向依次数起第m行的多个单元u(n个单元u)构成。m为1～m的整数。第m行的单元组包含位于第m行且排列在行方向上的第1～n列的单元u。在本实施方式中，列方向是x轴方向，行方向是y轴方向。例如，第1～n列单元组构成n个第一单元组，第1～m行单元组构成m个第二单元组。
[0075]
多个配线h1～hn中的位于从x轴方向的负方向数起第n个的配线hn，与第n列的单元组对应地设置。配线hn电连接于第n列的单元组所包含的雪崩光电二极管apd。也就是说，配线hn电连接于位于第n列的第1～m行的单元u。配线hn电连接于构成雪崩光电二极管apd的半导体区域。例如，配线hn电连接于导电型为p型的半导体区域。在受光单元4中，经由配线hn，对各雪崩光电二极管apd施加用于使各雪崩光电二极管apd以盖革模式工作的偏置电压。
[0076]
半导体光检测元件11具有多个焊垫电极22(n个焊垫电极22)。多个焊垫电极22在半导体基板20上的xy轴平面中，设置在受光区域a的外侧。多个焊垫电极22与第1～n列的单
元组逐列对应地设置。配线h1～hn各自电连接于焊垫电极22。
[0077]
多个配线r1～rm中的位于从y轴方向的负方向数起第m个配线rm，与第m行的单元组对应地设置。配线rm电连接于第m行单元组所包含的雪崩光电二极管apd。配线rm电连接于构成雪崩光电二极管apd的半导体区域。例如，配线rm电连接于导电型为n型的半导体区域。在受光单元4中，经由配线rm，读取在各雪崩光电二极管apd产生的信号。
[0078]
半导体光检测元件11具有多个焊垫电极23(m个焊垫电极23)。多个焊垫电极23在半导体基板20上的xy轴平面中，设置在受光区域a的外侧。多个焊垫电极23与第1～m行的单元组逐行对应地设置。配线r1～rm各自电连接于焊垫电极23。
[0079]
开关部14和读取部15构成控制半导体光检测元件11的控制部13。开关部14和读取部15设置在搭载基板12上。开关部14和读取部15例如由硬件构成。该硬件例如包含缓存器、内存、比较器、计算器、多任务器、选择器、a/d转换器和电源控制电路。缓存器例如由逻辑电路构成。逻辑电路例如包含与门、或门、非闸以及互斥或门。开关部14和读取部15的一部分或整体也可以由集成电路构成。该集成电路例如包含asic(application specific integrated circuit，特殊应用集体电路)或fpga(field programmable gate array，场可程序化门阵列)。
[0080]
在开关部14分别电连接有配线h1～hn。具体而言，如图4所示，配线hn经由焊垫电极22、接合线24和搭载基板12上的配线25而电连接于开关部14。在图4中，示出有1个接合线24和1个配线25，但设置有用于将配线h1～hn分别电连接于开关部14的多个接合线24和多个配线25。开关部14经由配线h1～hn，对第1～n列的单元组逐列地施加偏置电压。
[0081]
在读取部15分别电连接有配线r1～rm。具体而言，如图5所示，配线rm经由焊垫电极23、接合线26、搭载基板12内的配线27和接合线28而电连接于读取部15。在图5中，示出有1个接合线26、28及1个配线27，但设置有用于将配线r1～rm分别电连接于读取部15的多个接合线26、28和多个配线27。
[0082]
读取部15如图6所示具有电阻器31、读取电路32和信号处理部33。多个配线r1～rm各自包含灭弧电阻34。构成第m行的单元组的第1～n列的单元u各自所包含的1个或多个雪崩光电二极管apd经由配线rm而电连接于电阻器31的一端。雪崩光电二极管apd经由灭弧电阻34而电连接于电阻器31的一端。电阻器31的另一端连接于gnd(接地)电位。而且，电阻器31的一端电连接于读取电路32。由此，将电阻器31中的下降电压输入至读取电路32。
[0083]
读取电路32包含d/a转换器(数字-模拟转换电路)35、比较器36和计时器37。比较器36对由d/a转换器35产生的基准电压与电阻器31中的下降电压进行比较。而且，比较器36在电阻器31中的下降电压超过基准电压时，将信号输出至计时器37。例如，在反射光入射至第m行的单元组中的1个单元u，且从该单元u向电阻器31流动输出电流(脉冲)的情况下，设定电阻器31的电阻值，以使电阻器31中的下降电压超过基准电压。计时器37基于来自比较器36的信号被输入的时刻，算出激光的投光时间。例如，从投光单元2的控制部将表示投射激光的时刻的信息输入至计时器37。
[0084]
计时器37将表示所算出的激光的投光时间的时间信息输出至信号处理部33。在无需根据光检测装置1的用途测定激光的投光时间的情况下，读取电路32例如也可以测定入射光量。如此，控制部13的读取部15读取与反射光对应的信号。在图6中示出了单一的读取电路32，但与第1～m行的单元组的每一行对应地，在读取部15中，设置m个读取电路32。m个
读取电路32各自对信号处理部33输出信号。信号处理部33(受光单元4)例如输出基于由读取电路32输出的信号的受光信号。
[0085]
接下来，参照图7，对光检测装置1的动作进行说明。图7是光检测装置中的各种信号的时序图。图7表示期间t1～tn时的投光单元2和受光单元4的控制时序。“hv_1”～“hv_n”所示的波形是表示通过开关部14而施加偏置电压的时刻，分别与施加到第1～n列的单元组的偏置电压对应。“output_1”～“output_m”所示的波形是表示在电阻器31产生的电压信号，分别与来自第1～m行的单元组的信号对应。
[0086]
在期间t1，投光单元2的控制部使投光单元2在特定的时刻向投光位置p1投射激光。在图7中，“激光”所示的波形中的脉冲的宽度表示投射激光的时间长度。受光单元4的开关部14从比向投光位置p1去的激光的投光开始时刻更靠前起，经由配线h1而开始对第1列的单元组施加偏置电压。开关部14从向投光位置p1去的激光的投光结束时刻起至经过特定时间为止，持续对第1列的单元组施加偏置电压。在对第1列的单元组施加偏置电压的期间，第1列的单元组所包含的雪崩光电二极管apd以盖革模式工作。换言之，在对第1列的单元组施加偏置电压的期间，反射光入射至第1列的单元组，则在第1列的单元组的第1～m行的单元u内的雪崩光电二极管apd各自中产生与反射光对应的电流信号。
[0087]
开关部14从投光单元2的控制部接收表示投光位置和投光时间(投光开始时刻和投光结束时刻)的信息，并与入射至第1列的单元组的反射光的入射时刻一致地，对第1列的单元组施加偏置电压。如果在第1列的单元组的第1～m行的单元u各自产生与反射光对应的电流信号，则电流信号经由配线r1～rm而流动至上述电阻器31。接着，电流信号被转换为电压信号，各电压信号输出至读取电路32。然后，控制部13的读取部15读取与入射至第1列的单元组的第1～m行的单元u的反射光对应的信号。“output_1”～“output_m”所示的波形各自用矩形形状的脉冲表示。在电阻器31产生的电压信号也可以为如图7所包含的放大图所示在初始阶段急剧地增加之后缓慢地减少的脉冲。
[0088]
如果向投光位置p1去的激光的反射光的检测(信号的读取)结束，则开始进行期间t2中的控制。在期间t2，投光单元2的控制部使投光单元2在特定的时刻向投光位置p2投射激光。开关部14从比向投光位置p2去的激光的投光开始时刻更靠前起，经由配线h2而开始对第2列的单元组施加偏置电压。开关部14从向投光位置p2的激光的投光结束时刻起至经过特定时间为止，持续对第2列的单元组施加偏置电压。在对第2列的单元组施加偏置电压的期间，第2列的单元组所包含的雪崩光电二极管apd以盖革模式工作。换言之，如果在对第2列的单元组施加偏置电压的期间，反射光入射至第2列的单元组，则在第2列的单元组的第1～m行的单元u内的雪崩光电二极管apd各自产生与反射光对应的电流信号。开关部14与入射至第2列的单元组的反射光的入射时刻一致地，对第2列的单元组施加偏置电压。
[0089]
如果在第2列的单元组的第1～m行的单元u各自中，产生与反射光对应的电流信号，则电流信号经由配线r1～rm而流动至上述电阻器31。接着，电流信号被转换为电压信号，电压信号分别输出至读取电路32。然后，受光单元4的读取部15读取与入射至第2列的单元组的第1～m行的单元u的反射光对应的信号。在期间t1和期间t2分别使用不同的配线h1和配线h2，对第1列的单元组和第2列的单元组分别施加偏置电压。另一方面，在期间t1和期间t2，共通地使用配线r1～rm，从第1列的单元组和第2列的单元组所包含的第1～m行的单元u读取信号。
[0090]
以下，投光单元2的控制部、开关部14和读取部15在期间t3～tn，依次进行与期间t1和期间t2中的控制同样的控制。开关部14根据激光的投光位置经由配线h1～hn中的任一配线hn而对位于不同列的单元组施加偏置电压。读取部15无论激光的投光位置如何，均经由配线r1～rm的各者而读取与入射至施加了偏置电压的单元组所包含的第1～m行的单元u的反射光对应的信号。如此，在利用控制部13的半导体光检测元件11的驱动方法中，对第1～n列的单元组逐列地在不同的时刻施加偏置电压。开关部14也可以在从激光的投光开始时刻起经过特定时间后经由配线hn而开始对第n列的单元组施加偏置电压。例如，如果在设置于收容光检测装置1的壳体且使激光透过的罩部(透过窗)附着有污垢等，则有可能未意图的反射光从极近距离入射至受光单元4。通过在从激光的投光开始时刻起经过特定时间后开始偏置电压的施加，可抑制检测出如上所述的未意图的反射光。
[0091]
也可以在通过投光单元2将激光投射至投光位置pn之后，光检测装置1在检测对象区域s反复进行激光的扫描，并读取与反射光对应的信号。例如，光检测装置1的投光单元2在将激光投射至投光位置pn之后，可再次将激光依次投射至投光位置p1至投光位置pn，也可以将激光依次投射至投光位置pn至投光位置p1。
[0092]
如以上所说明的那样，在光检测装置1中，投光单元2在方向d2上扫描方向d1为长边方向的截面形状的激光，因此，在半导体光检测元件11中，反射光入射至第1～n列的单元组中的每一组。控制部13与反射光的入射对应地将偏置电压施加到第1～n列单元组的每一组。因此，对单元u施加偏置电压的配线只要与第1～n列单元组的每一组对应地设置即可，且只要与对应的单元组所包含的各单元u内的雪崩光电二极管apd电连接即可。控制部13读取来自被施加了偏置电压的第1～n列单元组中的1个单元组所包含的m个单元u的信号。因此，从单元u读取信号的配线只要与分别包含排列在行方向上的n个单元u的m个单元组的每一组对应地设置即可，且只要电连接于m个单元组中的对应的单元组所包含的各单元u内的雪崩光电二极管apd即可。其结果，在本实施方式的光检测装置1中，能够实现对各雪崩光电二极管apd施加偏置电压的配线和从各单元u读取信号的配线的结构的简化。
[0093]
作为用于从半导体光检测元件的各单元读取信号的光检测装置的结构，考虑包括对排列在半导体基板上的全部多个单元一齐施加偏置电压的配线等的结构。在该构成中，在与多个单元逐行对应地设置的读取用的多个配线设置多个开关。在该种构成的光检测装置中，多个开关分别对各单元而设置，通过切换开关的开闭状态，而将特定的单元与读取用的配线导通，并读取来自特定的单元的信号。相对于此种构成的光检测装置，在本实施方式的光检测装置1中，在设置为读取用的多个配线，不仅电连接有施加了偏置电压的单元u，也电连接有未施加偏置电压的单元u。因此，控制部13自未施加偏置电压的单元u也读取信号。由于自未施加偏置电压的单元u内的雪崩光电二极管apd输出的信号极小，故而该信号对经由设置为读取用的多个配线而读取的信号整体造成的影响极小。因此，无需为了从特定的单元读取信号，而在设为读取用的配线中设置开关。因此，相较于在读取用的配线设置开关的情况，在光检测装置1中，在从设为读取用的配线读取的信号中，伴随着开关的电容及开关的开闭动作而产生的噪声的影响减少。
[0094]
具有一齐地施加偏置电压的配线和多个开关的上述光检测装置有可能存在如下问题点。在通过开关从开状态切换为闭状态而从特定的单元读取信号的结构中，在开关即将切换为闭状态之前对特定的单元入射光(光子)的情况下，有时从上述特定的单元读取的
信号包含有在开关即将切换为闭状态之前入射的光所产生的信号。在开关即将切换为闭状态之前入射的光所产生的信号是不必要的输出。相对于此，在开关切换为闭状态之后入射的光所产生的信号是必要的输出。
[0095]
在光检测装置1中，即便光入射至未施加偏置电压的状态的单元，由于从该单元输出的信号极小，故而从单元读取的信号中不易包含不必要的输出。
[0096]
在光检测装置1中，从施加有使之以盖革模式工作的偏置电压的第n列的单元组所包含的m个单元u在大致相同的时刻输出信号。具体而言，第n列的单元组所包含的m个单元u中的彼此相邻的单元彼此由沟槽21分隔开，能够通过逐行对应地设置配线而从m个单元u分别读取信号。因此，来自第n列的单元组所包含的m个单元u各自的信号并行地在大致相同的时刻输出。其结果，与入射至受光部的反射光对应的信号被高速地读取。
[0097]
与反射光的入射对应地施加偏置电压，由此，规定成为读取对象的单元组。如上所述，由于来自未施加偏置电压的单元u的信号的影响极小，故而即便反射光入射至与成为读取对象的单元组相邻的单元组，对读取的信号造成的影响也极小。因此，无需使反射光入射的范围与成为读取对象的单元组严格一致，因此，激光的截面形状的调整较容易。例如，在仅进行光学调整难以使反射光入射的范围一致的情况下较为有效。
[0098]
在光检测装置1中，控制部13与反射光的入射对应地经由与第1～n列的单元组逐列对应地设置的配线h1～hn，对于第1～n列的单元组中的对应的每个单元组，对该单元组所包含的各单元u内的雪崩光电二极管apd施加偏置电压。控制部13经由与第1～m行的单元组逐行对应地设置的配线r1～rm，对于第1～m行的单元组中的对应的每个单元组，从该单元组所包含的各单元u内的雪崩光电二极管apd读取信号。因此，光检测装置1能够使配线h1～hn和配线r1～rm的结构简化。另外，在上述专利文献1中未揭示及提示对各光电二极管施加偏置电压的配线和读取信号的配线的具体的结构。
[0099]
雪崩光电二极管apd通过偏置电压的施加而进行突崩倍增。因此，因光的入射而产生的光电子倍增，雪崩光电二极管apd输出倍增后的光电子产生的信号(电流信号)。即便未施加偏置电压的雪崩光电二极管apd也会通过光的入射而产生光电子。自未施加偏置电压的雪崩光电二极管apd输出的信号，相较于从施加了偏置电压的雪崩光电二极管apd输出的信号而言极小。
[0100]
在光检测装置1中，在配线r1～rm不仅电连接有施加了偏置电压的单元u，还电连接有未施加偏置电压的单元u。因此，控制部13自未施加偏置电压的单元u也读取信号。如上所述，由于自未施加偏置电压的单元u内的雪崩光电二极管apd输出的信号极小，故而该信号对经由配线r1～rm而读取的信号整体造成的影响极小。因此，能够确保光检测装置1中的检测精度。
[0101]
在光检测装置1中，第1～n列的单元组中的彼此相邻的单元组由沟槽21电气上分离。因此，即便在对第n列的单元组所包含的单元u施加了偏置电压的情况下，也不易对在行方向上与第n列的单元组相邻的第(n－1)列的单元组及第(n+1)列的单元组所包含的单元u施加偏置电压。其结果，在行方向上与第n列的单元组相邻的第(n－1)列的单元组及第(n+1)列的单元组不易进行突崩倍增。
[0102]
在光检测装置1中，各单元u由沟槽21电气上分离。因此，在对第n列的单元组所包含的m个单元施加偏置电压的情况下，抑制在第n列的单元组所包含的m个单元中的彼此相
邻的单元u各自产生的信号间产生的电气串扰。其结果，能够确保光检测装置1中的检测精度。
[0103]
接下来，对本实施方式的光检测装置1中的变形例的半导体光检测元件11a进行说明。图8是变形例的半导体光检测元件的概略俯视图。图8所示的半导体光检测元件11a在以下方面与图3所示的半导体光检测元件11不同。多个配线h1～hn包含多个分支配线hu1～hun及多个分支配线hd1～hdn。多个配线r1～rm包含多个分支配线rl1～rlm及多个分支配线rr1～rrm。焊垫电极22在xy轴平面中设置在受光区域a的y轴方向的两外侧。焊垫电极23在xy轴平面中设置在受光区域a的x轴方向的两外侧。
[0104]
在半导体光检测元件11a中，位于第n个的配线hn包含分支配线hu1～hun中的位于第n个的分支配线hun、以及分支配线hd1～hdn中的位于第n个的分支配线hdn。在本实施方式中，分支配线hun电连接于第n列的单元组所包含的第1～(m/2)行的单元u，分支配线hdn电连接于第n列的单元组所包含的第(m/2+1)～m行的单元u。连接于分支配线hun及分支配线hdn各自的单元u的个数也可以互不相同。也可以为分支配线hun连接于第n列的单元组的第1～j行的单元u，且分支配线hdn连接于第n列的单元组的第(j+1)～m行的单元u。j为2～(m－2)的整数。在该情况下，m也可以为4以上的整数。在半导体光检测元件11a中，经由分支配线hun及分支配线hdn而对第n列的单元组施加偏置电压。例如，分支配线hu1～hun构成第1分支配线，分支配线hd1～hdn构成第2分支配线。
[0105]
在半导体光检测元件11a中，位于第m个的配线rm包含分支配线rl1～rlm中的位于第m个的分支配线rlm、以及分支配线rr1～rrm中的位于第m个的分支配线rrm。在本实施方式中，分支配线rlm电连接于第m行的单元组所包含的第1～(n/2)列的单元u，分支配线rrm电连接于第(n/2+1)～n列的单元u。连接于分支配线rlm及分支配线rrm各自的单元u的个数也可以互不相同。也可以为分支配线rlm连接于第m行的单元组所包含的第1～k列的单元u，且分支配线rrm连接于第m行的单元组所包含的第(k+1)～n列的单元u。k为2～(n－2)的整数。在该情况下，n也可以为4以上的整数。在各单元u中产生的电流信号经由分支配线rlm及分支配线rrm中的一者而输出至电阻器31。在该情况下，分支配线rlm及分支配线rrm可连接于相同的读取电路32，也可以连接于互不相同的读取电路32。分支配线rlm及分支配线rrm可连接于相同的电阻器31，也可以连接于互不相同的电阻器31。例如，分支配线rl1～rlm构成第3分支配线，分支配线rr1～rrm构成第4分支配线。
[0106]
在包括变形例的半导体光检测元件11a的光检测装置1中，也与包括半导体光检测元件11的光检测装置1同样地，能够使配线h1～hn和配线r1～rm的结构简化。
[0107]
分支配线hun电连接于对应的第n列的单元组所包含的第1～(m/2)行的单元u。分支配线hdn电连接于对应的第n列的单元组所包含的第(m/2+1)～m行的单元。在如半导体光检测元件11那样，第n列的单元组所包含的所有单元u与一个配线hn电连接的情况下，至位于列方向的一端的第m行的单元u的配线距离与至位于列方向的另一端的第1行的单元的配线距离之差较大。如果至单元u的配线距离之差较大，则将偏置电压施加到单元u的时间差也变大。在半导体光检测元件11a中，相较于第n列的单元组所包含的所有单元u与一个配线hn电连接的半导体光检测元件11而言，至单元u的配线距离之差较小。因此，将偏置电压施加到单元u的时间差较小。
[0108]
分支配线rlm电连接于对应的第m行的单元组所包含的第1～(n/2)列的单元u。分
支配线rrm电连接于对应的第m行的单元组所包含的第(n/2+1)～n列的单元u。在如半导体光检测元件11那样，第m行的单元组所包含的所有单元u与一个配线rm电连接的情况下，距位于行方向的一端的第n列的单元u的配线距离与距位于行方向的另一端的第1列的单元u的配线距离之差较大。在距单元u的配线距离较长的情况下，有可能因配线r1～rm中产生的寄生电容等的影响，导致经由配线r1～rm而读取的信号中包含噪声。在半导体光检测元件11a中，相较于第m行的单元组所包含的所有单元u与一个配线rm电连接的情况而言，距单元u的配线距离较小。因此，在经由配线r1～rm各自而读取的信号中不易包含噪声。其结果，抑制光检测装置1中的检测精度的降低。
[0109]
接下来，参照图9～图14对第2实施方式的光检测装置包括的受光单元40进行说明。图9是第2实施方式的光检测装置所具有的受光单元的立体图。图10是半导体光检测元件的概略俯视图。图11是表示受光单元的截面结构的示意图。图12是表示受光单元的截面结构的示意图。图13是表示半导体光检测元件的配线形态的一例的立体图。图14是表示半导体光检测元件的截面结构的图。
[0110]
如图9所示，受光单元40包括半导体光检测元件41和电路板42。半导体光检测元件41具有玻璃基板43、半导体基板44和配线层45。电路板42、配线层45、半导体基板44和玻璃基板43在z轴方向上依此顺序配置。在本实施方式中，电路板42、玻璃基板43、半导体基板44和配线层45在俯视时呈矩形形状。
[0111]
玻璃基板43由可使光透过的透明的玻璃材构成。玻璃基板43具有彼此相对的主面43a及主面43b、以及侧面43c。主面43a及主面43b是平坦的面。玻璃基板43通过光学粘接剂oa而粘接于半导体基板44。玻璃基板43也可以直接形成在半导体基板44上。半导体光检测元件41例如是背面入射型的半导体光检测元件。
[0112]
半导体基板44是由si(硅)构成且导电型为p型的半导体基板。半导体基板44具有彼此相对的主面44a和主面44b、以及侧面44c。半导体基板44的主面44a与玻璃基板43的主面43b隔着光学粘接剂oa而彼此相对。主面44a是向半导体基板44的光入射面。在本实施方式中，反射光透过玻璃基板43而入射至半导体基板44。配线层45配置在半导体基板44与电路板42之间。例如，在主面44a构成第1主面的情况下，主面44b构成第2主面。
[0113]
电路板42具有彼此相对的主面42a及主面42b、以及侧面42c。电路板42的主面42a与半导体基板44的主面44b隔着配线层45而彼此相对。在本实施方式中，电路板42的侧面42c、半导体基板44的侧面44c和玻璃基板43的侧面43c设为同一面。也就是说，俯视时，电路板42、半导体基板44和玻璃基板43各自的外缘彼此一致。电路板42、半导体基板44和玻璃基板43各自的外缘也可以不相互一致。例如，俯视时，电路板42的面积也可以大于半导体基板44及玻璃基板43各自的面积。在该情况下，电路板42的侧面42c在xy轴平面上位于比半导体基板44的侧面44c和玻璃基板43的侧面43c更靠外侧。
[0114]
电路板42构成asic。电路板42所构成的asic具有开关部及读取部。开关部对于第1～n列的单元组逐列地施加偏置电压。读取部包含逐行地读取来自第1～m行的单元组的信号的读取电路。例如，asic内的开关部和读取部构成控制部。
[0115]
半导体基板44如图10所示具有在俯视时二维地排列成m行n列的多个单元u。在半导体基板44中，在各单元u中检测出的与反射光对应的信号从各单元u输出。单元u的个数作为一例为“1024(32行
×
32列)”。在本实施方式中，多个单元u分别包含1个雪崩光电二极管
apd。多个单元u也可以分别包含多个雪崩光电二极管apd。在半导体基板44形成有包围二维地排列的多个单元u的受光区域a。在图10中，省略构成配线层45的绝缘层66的图示。
[0116]
如图11和图12所示，在半导体基板44形成有沟槽21。沟槽21在主面44a和主面44b上开口。换言之，沟槽21在主面44a和主面44b彼此相对的方向(z轴方向)上贯通半导体基板44。沟槽21将多个单元u中的彼此相邻的单元u彼此分隔开。具体而言，沟槽21从与主面44a正交的方向(z轴方向)看时包围多个单元u的各单元。
[0117]
半导体光检测元件41的配线层45与半导体光检测元件11同样地具有多个配线h1～hn和多个配线r1～rm。多个配线h1～hn与多个单元u所包含的第1～n列的单元组逐列对应地设置。多个配线r1～rm与多个单元u所包含的第1～m行的单元组逐行对应地设置。半导体光检测元件41中的多个配线h1～hn和配线r1～rm除配置在半导体光检测元件41的主面41b、即靠近电路板的主面的方面以外，具有与半导体光检测元件11同样的结构。
[0118]
半导体光检测元件41具有多个凸块电极46(n个凸块电极46)、多个凸块电极47(n个凸块电极47)、多个凸块电极48(m个凸块电极48)和多个凸块电极49(m个凸块电极49)。在多个凸块电极46电连接有多个配线h1～hn。多个凸块电极47在x轴方向上设置在与多个凸块电极46对应的位置，在多个凸块电极47未连接任何配线。在多个凸块电极48电连接有多个配线r1～rm。多个凸块电极49在y轴方向上设置在与多个凸块电极47对应的位置，在多个凸块电极49未连接任何配线。多个凸块电极47及多个凸块电极49是虚设用的凸块电极，具有防止半导体基板44相对于电路板42倾斜的作用。
[0119]
在电路板42分别电连接有配线h1～hn。如图11所示，配线hn配置在半导体基板44的主面44b。此处，配线hn设置在主面44b上。配线hn电连接于电路板42内的开关部。并且，在电路板42分别电连接有配线r1～rm。如图12所示，配线rm配置在半导体基板44的主面44b。此处，配线rm设置在主面44b上。配线rm电连接于电路板42内的读取部。
[0120]
接着，对配线h1～hn和配线r1～rm的配线形态的一例进行说明。在图13中示出有将构成配线层45的绝缘层66省略的半导体基板44的立体图。构成单元u的雪崩光电二极管apd包括导电型为n型的半导体区域51和导电型为p型的半导体区域55。半导体区域51及半导体区域55形成雪崩光电二极管apd的pn结。雪崩光电二极管apd为了降低与连接于雪崩光电二极管apd的配线的接触电阻，还具有半导体区域56。半导体区域56的杂质浓度比半导体区域55的杂质浓度高。
[0121]
彼此相邻的雪崩光电二极管apd由沟槽21分隔开。换言之，沟槽21从z轴方向看时包围各雪崩光电二极管apd的半导体区域56。在沟槽21内填充有遮光部件53。遮光部件53由反射光的材料构成。遮光部件53也可以由不反射光而将光吸收的材料构成。构成遮光部件53的材料例如是钨。遮光部件53的一部分从半导体基板44的主面44a突出，且位于光学粘接剂oa内。遮光部件53的除从主面44b露出的面以外的表面由绝缘膜54覆盖。例如，遮光部件53中的位于沟槽21内的部分的侧面和遮光部件53中的从主面44a突出的部分的表面由一体形成的绝缘膜54覆盖。绝缘膜54位于遮光部件53与半导体区域56之间。由此，能够确保雪崩光电二极管apd的半导体区域56与遮光部件53之间的绝缘。
[0122]
配线hn包含共通配线61和多个连接配线62。共通配线61沿着第n列的单元组所包含的多个单元u排列的方向配置。多个连接配线62将共通配线61与各雪崩光电二极管apd的半导体区域56相互电连接。从x轴方向看时，共通配线61与连接配线62相互交叉。共通配线
61与连接配线62由彼此相同的金属材料构成，例如，由铝构成。共通配线61与连接配线62也可以由金属材料构成。金属材料例如包含cu(铜)、ti(钛)、ni(镍)、au(金)、或pt(铂)。
[0123]
配线rm包含共通配线63、多个灭弧电阻64和多个连接配线65。共通配线63沿着第m行的单元组所包含的多个单元u排列的方向配置。多个灭弧电阻64与共通配线63连接。多个连接配线65将多个灭弧电阻64与半导体区域51相互电连接。从y轴方向看时，共通配线63与连接配线65相互交叉。共通配线63和连接配线65由彼此相同的金属材料构成，例如，由铝构成。共通配线63和连接配线65也可以由金属材料构成。金属材料例如包含cu(铜)、ti(钛)、ni(镍)、au(金)、或pt(铂)。灭弧电阻64从z轴方向看时，以沿着半导体区域51的周缘的方式配置。灭弧电阻64例如由sicr(硅铬)构成。灭弧电阻64也可以由多晶硅、nicr(镍铬)、或fecr(铁铬)构成。
[0124]
在图14示出有包含配线层45的绝缘层66的半导体基板44的截面结构的一例。在图14中，示出有绝缘层66的截面结构，省略绝缘层66的影线。半导体区域55包围半导体区域51的一部分(侧面及底面)，半导体区域56包围半导体区域55的一部分(外侧面及底面)。配线hn的共通配线61经由连接配线62而电连接于半导体区域56。配线rm的共通配线63经由灭弧电阻64及连接配线65而电连接于半导体区域51。例如，在施加有偏置电压的雪崩光电二极管apd中，半导体区域51为阴极，半导体区域56为阳极。例如，在即便施加偏置电压，在由半导体区域51及半导体区域55形成的pn结中空乏层也未到达至半导体区域56的情况下、以及未施加偏置电压的情况下，半导体区域51为阴极，半导体区域55及半导体区域56为阳极。如图14所示，配线hn的共通配线61、配线rm的灭弧电阻64和配线rm的共通配线63的z轴方向上的位置互不相同。在本实施方式中，共通配线63、灭弧电阻64和共通配线61从半导体基板44的主面44b依次配置。共通配线61、共通配线63和灭弧电阻64的截面为矩形形状。例如，在半导体区域55及半导体区域56构成阳极的情况下，半导体区域51构成阴极。
[0125]
作为一例，共通配线61的厚度、即共通配线61的z轴方向的长度为600nm左右，共通配线63的厚度为600nm左右，灭弧电阻64的厚度为5nm左右。作为一例，共通配线61与灭弧电阻64的相隔距离为300nm左右，灭弧电阻64与共通配线63的相隔距离为300nm左右。共通配线63与半导体基板44的主面44b的相隔距离为300nm左右。绝缘层66由sio2(氧化硅)构成。绝缘层66覆盖配线h1～hn和配线r1～rm。绝缘层66的厚度作为一例为2.5μm左右。
[0126]
在具有受光单元40的第2实施方式的光检测装置中，也与光检测装置1同样地，经由配线h1～hn，与反射光入射至第1～n列的单元组各自的时刻一致地对第1～n列的单元组各自依次施加偏置电压。此外，在对第1～n列的单元组的任意单元组施加偏置电压的状态下，来自被施加了偏置电压的单元组所包含的第1～m行的单元u的信号经由配线r1～rm而被读取。
[0127]
接下来，对本实施方式的光检测装置中的变形例的半导体光检测元件41a进行说明。图15是变形例的半导体光检测元件的概略俯视图。图15所示的半导体光检测元件41a在以下方面与图8所示的半导体光检测元件11a不同。配线h1～hn和配线r1～rm配置在靠近电路板42的主面44b。该等配线电连接于多个凸块电极46、多个凸块电极47、多个凸块电极48和多个凸块电极49。
[0128]
在半导体光检测元件41a中，与半导体光检测元件11a同样地，多个配线h1～hn包含多个分支配线hu1～hun和多个分支配线hd1～hdn，多个配线r1～rm包含多个分支配线
rl1～rlm和多个分支配线rr1～rrm。多个分支配线hu1～hun电连接于多个凸块电极47，多个分支配线hd1～hdn电连接于多个凸块电极46。多个分支配线rl1～rlm电连接于多个凸块电极49，多个分支配线rr1～rrm电连接于多个凸块电极48。
[0129]
在具有半导体光检测元件41、41a的第2实施方式的光检测装置中，也与具有半导体光检测元件11、11a的光检测装置1同样地，能够使配线h1～hn和配线r1～rm的结构简化。
[0130]
在反射光入射至施加有偏置电压的第n列的单元组所包含的单元u时，在突崩倍增的过程中，存在从该单元u发出与反射光不同的光的情况。在该情况下，有如下担忧，即，其他光入射至与发出其他光的单元u相邻的单元u而产生光学串扰。此种光学串扰即便其他光入射至在行方向相邻的未施加偏置电压的单元u也会产生。在半导体光检测元件41、41a中，在沟槽21内设置有遮光部件53，因此，即便其他光要入射至相邻的单元u，也会被遮光部件53遮住。其结果，光学串扰得以抑制，因此，能够确保具有半导体光检测元件41、41a的光检测装置的检测精度。
[0131]
遮光部件53由绝缘膜54覆盖。即便水分等要附着于遮光部件53，也可通过绝缘膜54来抑制向遮光部件53的附着，因此，能够抑制遮光部件53的表面腐蚀。其结果，遮光部件53的耐久性提升。
[0132]
接下来，参照图16～图18，对第3实施方式的光检测装置所具有的受光单元70进行说明。图16是第3实施方式的光检测装置所具有的半导体光检测元件的概略俯视图。图17是表示受光单元的截面结构的示意图。图18是表示受光单元的截面结构的示意图。
[0133]
图16～图18所示的受光单元70在各单元u代替配线h1～hn和配线r1～rm而经由多个凸块电极71与电路板72电连接的方面，与图10所示的受光单元40不同。受光单元70具有半导体光检测元件73和电路板72。半导体光检测元件73具有半导体基板44和多个凸块电极71。多个凸块电极71与二维地排列成m行n列的多个单元u分别对应地设置。半导体光检测元件73例如是背面入射型的半导体光检测元件。
[0134]
电路板72具有开关部和读取部。开关部对第1～n列的单元组逐列地施加偏置电压。读取部包含逐行地读取来自第1～m行的单元组的信号的读取电路。例如，电路板72所具有的开关部及读取部构成控制部。如图17所示，第n列的单元组所包含的单元u经由设置在电路板72内的配线hpn而与电路板72内的开关部电连接。“配线hpn”中的“n”为1～n的整数。经由电路板72内的配线hpn，对第n列的单元组施加偏置电压。在电路板72内，与第1～n列的单元组的每列对应地设置有多个配线hp1～hpn，配线hp1～hpn经由凸块电极71而电连接于第1～n列的单元组中的对应的单元组。
[0135]
如图18所示，第m行的单元组所包含的单元u经由设置在电路板72内的配线rpm而与电路板72内的读取部电连接。“配线rpm”中的“m”为1～m的整数。来自第m行的单元组所包含的各单元u的信号经由配线rpm而被读取。在配线rpm也可以包含灭弧电阻。在电路板72内，与第1～m行的单元组的每行对应地设置有多个配线rp1～rpm，配线rp1～rpm经由凸块电极71而电连接于第1～m行的单元组中的对应的单元组。
[0136]
半导体光检测元件73与半导体光检测元件11、41不同，不具有对第1～n列的单元组逐列地施加偏置电压的配线以及从第1～m行的单元组逐行地读取信号的配线。在受光单元70中，在电路板72内设置有施加偏置电压的配线hp1～hpn以及读取信号的配线rp1～rpn。配线hp1～hpn及配线rp1～rpn也可以设置在电路板72的表面。例如，配线hp1～hpn构
成多个第1配线，配线rp1～rpm构成多个第2配线。
[0137]
在具有受光单元70的第3实施方式的光检测装置中，与反射光入射至第1～n列的单元组各自的时刻一致地，经由电路板72内的配线hp1～hpn，对第1～n列的单元组分别依次施加偏置电压。在对第1～n列的单元组的任意单元组施加偏置电压的状态下，来自被施加了偏置电压的单元组所包含的第1～m行的单元u的信号经由电路板42内的配线rp1～rpm而被读取。
[0138]
在具有受光单元70的第3实施方式的光检测装置中，也与具有半导体光检测元件11的光检测装置1同样地，能够使配线hp1～hpn和配线rp1～rpm的结构简化。
[0139]
受光单元70包括具有开关部和读取部的电路板72。多个单元u各自电连接于电路板72。配线hp1～hpn和配线rp1～rpm设置在电路板72。因此，相较于配线h1～hn和配线r1～rm配置在半导体基板20、44的受光单元4、40而言，在受光单元70中，不需要保护施加偏置电压的配线和读取信号的配线的部件(例如绝缘层66)，能够使受光单元70的结构简化。
[0140]
以上，对本发明的实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式及变形例，可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
[0141]
例如，在呈二维状地排列成m行n列的多个单元u中，m与n也可以为互不相同的数。也可以使用呈二维状地排列成m行n列的多个单元u中的位于受光区域a的一部分区域的多个单元u，读取与反射光对应的信号。例如，投光单元2也能以反射光逐列地入射至在列方向上位于第1～(m/2)行且在行方向上位于第1～(n/2)列的多个单元u的方式，投射激光。
[0142]
例如，光检测装置也可以包括具有二维地排列成(2
×
m)行n列的多个单元u的半导体光检测元件。在该光检测装置中，投光单元2也可以在以反射光逐列地入射至位于第1～m行及第1～n列的多个单元u的方式扫描激光之后，以反射光逐列地入射至位于第(m+1)～(2
×
m)行及第1～n列的多个单元u的方式扫描激光。例如，投光单元2也可以在各列中，在反射光入射至第1～m行的单元u之后，以反射光入射至第(m+1)～(2
×
m)行的单元u的方式，沿着方向d2扫描激光。在这些情况下，可逐列地设置对第1～(2
×
m)行的单元u施加偏置电压的单一的配线，也可逐列地设置对第1～m行的单元u施加偏置电压的配线、以及对第(m+1)～(2
×
m)行的单元u施加偏置电压的配线。
[0143]
以将彼此相邻的单元u内的雪崩光电二极管apd电气上分离的方式形成的沟槽21也可以仅在半导体基板20、44的主面20a、44a及主面20b、44b中的一个主面上开口。在该情况下，沟槽21的z轴方向上的长度例如也可以为半导体基板20、44的z轴方向上的长度的一半以上。在半导体基板44中，在沟槽21仅在主面44a和主面44b中的一个主面开口的情况下，受光单元40也可以不具有玻璃基板43。沟槽21也可以不以从z轴方向看时包围多个单元u各者的方式形成在半导体基板20、44。例如，沟槽21也可以仅在将第1～n列的单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间分隔开的位置形成于半导体基板20、44。例如，将第1～n列的单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间分隔开的沟槽的形状或深度，与将第1～m行的单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间分隔开的沟槽的形状或深度也可以互不相同。
[0144]
在上述实施方式中，通过沟槽21而将第1～n列的单元组中的彼此相邻的单元组彼此电气上分离，但将彼此相邻的单元组彼此电气上分离的结构并不限定于此。例如，也可以代替沟槽21而通过势阱将多个单元u中的彼此相邻的单元u彼此分隔开。换言之，也可以通过势阱来将第1～n列的单元组中的彼此相邻的单元组彼此之间分隔开。势阱例如是与构成
雪崩光电二极管apd的外缘的半导体区域的导电型相反的导电型的半导体区域。势阱例如利用扩散法或离子注入法在硅基板添加杂质而形成。在通过势阱而将彼此相邻的单元u彼此分隔开的情况下，无法在势阱内配置遮光部件53，但在通过沟槽21而分隔开的情况下，能够在沟槽21内配置遮光部件53。因此，相较于通过势阱来分隔开的情况，在通过沟槽21来将彼此相邻的单元u彼此分隔开的情况下，可抑制光学串扰。
[0145]
在上述实施方式中，示出有雪崩光电二极管apd的一层构造，但雪崩光电二极管apd的层构造并不限定于此。例如，也可以为半导体区域51的导电型为p型，且半导体区域55及半导体区域56的导电型为n型。例如，半导体区域51也可以由杂质浓度互不相同的多个半导体区域构成。雪崩光电二极管apd也可以不具有半导体区域56。例如，在各雪崩光电二极管apd中，也可以为第1导电型的半导体区域构成半导体基板的一个主面，与第1导电型的半导体区域形成pn结的第2导电型的半导体区域构成半导体基板的另一主面。在该情况下，配线h1～hn和配线r1～rm也可以设置在互不相同的主面。例如，也可以为施加偏置电压的配线h1～hn电连接于半导体区域51，读取信号的配线r1～rm电连接于半导体区域56。例如，半导体区域51、55、56也可以通过利用扩散法或离子注入法在硅基板添加杂质而形成。上述实施方式及本变形例的雪崩光电二极管apd的层构造为一例，雪崩光电二极管apd的层构造只要以通过施加偏置电压而以盖革模式工作的方式构成即可。在例示的雪崩光电二极管apd的层构造中，也可以令以n型表示的半导体区域为p型，以p型表示的半导体区域为n型。根据雪崩光电二极管apd的层构造，与阳极(阳极)和阴极(阴极)对应的半导体区域不同。
[0146]
也可以为配线h1～hn电连接于第1～m行的单元u，配线r1～rm具有分支配线rl1～rlm和分支配线rr1～rrm。也可以为配线r1～rm电连接于第1～n列的单元u，配线h1～hn具有分支配线hu1～hun和分支配线hd1～hdn。也就是说，也可以将半导体光检测元件11a、41a的一部分构成应用于半导体光检测元件11、41。
[0147]
进行将半导体光检测元件11、41的第1～n列的单元组逐列地驱动，并且将来自第1～m行的单元组的输出逐行地读取的控制的控制部，也可以设置在与设置半导体光检测元件11、41的搭载基板或电路板不同的基板。控制部13除上述驱动及读取的控制以外，也可以进行对投光单元2的控制。
[0148]
配线hn也可以具有3个以上的分支配线。在该情况下，第n列的单元组也可以分为与分支配线的个数相同个数的组，按每组经由分支配线来施加偏置电压。配线rm也可以具有3个以上的分支配线。在该情况下，第m行的单元组也可以分为与分支配线的个数相同个数的组，按每组经由分支配线来读取信号。
[0149]
投光单元2也能以向多个投光位置各者投射的激光的反射光入射至第1～n列的单元组中的多个单元组的每一组的方式，投射(扫描)激光。此情形的多个单元组是少在n个的个数。在该情况下，控制部13也可以与向多个单元组的每一组的反射光的入射对应地，对多个单元组的每一组施加偏置电压。例如，投光单元2也能以向(n/2)个投光位置各自投射的激光的反射光入射至第1～n列的单元组中的第(2
×
n－1)列及第(2
×
n)列的单元组的每一组的方式投射激光。在该情况下，也与以激光的反射光入射至第1～n列的单元组中的每1个单元组的方式投射激光的情况同样地，施加偏置电压的配线只要针对每列设置即可，读取信号的配线只要对于每行设置即可。其结果，能够实现对各雪崩光电二极管apd施加偏置电压的配线及从各单元u读取信号的配线的结构的简化。例如，投光单元2也能以在向1个投光
位置投射的激光的反射光入射的多个单元组中排列在列方向的单元的个数比排列在行方向的单元的个数多的方式投射激光。在该情况下，可维持光检测装置1的对物体的检测结果的分辨率，并且高效率地读取与反射光对应的信号。
[0150]
例如，投光单元2也可以扫描激光，以使得激光的反射光入射至第(2
×
n－1)列及第(2
×
n)列的单元组之后，激光的反射光入射至第(2
×
n)列及第(2
×
n+1)列的单元组。在如上所述对2列单元组分别入射反射光时，在读取信号并基于读取的信号产生图像的情况下，可获得解像度较高的图像。例如，在如上所述以在反射光入射的范围中一部分重复的方式扫描激光的情况下，也可以对3列以上的单元组分别入射反射光。例如，投光单元2也能以行方向的位置互不相同的多个激光的反射光入射至每1个或每多个单元组的方式投射激光。例如，在以激光的反射光入射至每1个或每多个单元组的方式进行设定的情况下，也可以与1个或多个单元组对应地将反射镜6设定在互不相同的2个角度。也可以通过与1个或多个单元组对应地将反射镜6设定在互不相同的2个角度，而对1个或多个单元组，对被分割为2个的区域入射激光。例如，也可以与1个或多个单元组对应地，将反射镜6设定为互不相同的3个以上的角度。在该情况下，也可以对1个或多个单元组，对被分割为3个以上的区域入射激光。
[0151]
在上述实施方式中，控制部13的读取部15从施加有偏置电压的第n列的单元组所包含的m个单元u各自读取信号，但信号的读取方法并不限定于此。控制部13也可以对于施加有偏置电压的第n列的单元组所包含的m个单元中的多个单元的每一个读取信号。例如，控制部13的读取部15也可以对于施加有偏置电压的第n列的单元组所包含的第(2
×
m－1)行和第(2
×
m)行的单元u的每一个读取信号。在该情况下，也可以为与第(2
×
m－1)行的单元u电连接的配线、以及与第(2
×
m)行的单元u电连接的配线连接于单一的电阻器31，该电阻器31的下降电压被输入至读取电路32。例如，在对1个或多个单元组入射反射光时，不仅存在投光单元2所具有的多个激光源5同时发光的情况，也存在不同时刻地发光的情况。在该情况下，在位于1列的单元组所包含的单元u各自中，反射光入射的时刻错开。此时，对位于1列的该单元组所包含的m个单元u施加偏置电压，但输出来自m个单元u各者的信号的时刻不同。因此，在读取部15中，能够从该单元组所包含的m个单元u中的反射光入射的单元依次读取信号。由此，能够减少必须同时读取的行数(单元u的个数)，而使位于电阻器31或信号处理部33的后级的电路构成简化。
[0152]
控制部13的开关部14在对第n列的单元组施加偏置电压时，也可以对位于第n列以外的列的单元组施加比偏置电压小的电压。对位于第n列以外的列的单元组施加的上述电压比崩溃电压小。也就是说，也可以对位于第n列以外的列的单元组所包含的雪崩光电二极管apd施加使雪崩光电二极管apd不以盖革模式工作的电压。在该情况下，从未施加偏置电压的单元u内的雪崩光电二极管apd输出的信号也极小，因此，该信号对经由配线r1～rm而读取的信号整体造成的影响极小，从而能够确保光检测装置1中的检测精度。此外，在要施加偏置电压时，使之以盖革模式工作的偏置电压不会产生急剧的电压变化地被施加到雪崩光电二极管apd。
[0153]
配线r1～rm也可以不具有灭弧电阻64。在该情况下，也可以为控制部13的读取部15具有灭弧电阻。
[0154]
多个单元u排列的列方向与方向d1也可以相互略微错开。在该列方向与方向d1相
互一致的情况下，容易使反射光入射至多个单元u中的必要的部位，通过使反射光仅入射至必要的部位及其附近，能够抑制供给至激光源5的电力(功率)。
[0155]
在第1～n列的单元组各自中，将各单元组所包含的单元u彼此电连接的配线，以及在第1～m行的单元组各自中，将各单元组所包含的单元u彼此电连接的配线，并不限定于由金属材料构成的配线h1～hn和配线r1～rm。例如，在单元u排列在列方向的各单元组、或单元u排列在行方向的各单元组中，将各单元组所包含的单元u彼此电连接的配线也可以为形成在半导体基板的半导体区域。在该情况下，也可以为与各单元u的阳极或阴极对应的半导体区域由连接用的半导体区域(扩散区域)相互电连接。相对于此，在通过由金属材料构成的配线而将各单元组所包含的单元u彼此电连接的情况下，相较于利用连接用的半导体区域电连接的结构而言，伴随配线的电压降下较小，因此，各单元u连接于大致相同的电位。例如，在设置上述连接用的半导体区域的情况下，可与单元u排列在列方向的单元组所包含的m个单元u对应地设置1个电触点(电极)，也可以将对该单元组施加偏置电压的1个配线连接于触点。
[0156]
附图标记的说明
[0157]2…
投光单元，11、11a、41、41a
…
半导体光检测元件，13
…
控制部，20、44
…
半导体基板，20a、44a
…
主面，20b、44b
…
主面，21
…
沟槽，u
…
单元，apd
…
雪崩光电二极管，h1～hn、hn
…
配线，r1～rm、rm
…
配线，hu1～hun、hd1～hdn
…
分支配线，rl1～rlm、rr1～rrm
…
分支配线，s
…
检测对象区域。