CN104733483A - 固体摄像装置、光检测装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了固体摄像装置、光检测装置和电子设备。所述固体摄像装置包括多量子阱(MQW)结构，所述MQW结构在硅基板上组合地使用失配率绝对值小于1％、非IV族的基于晶格匹配的化合物半导体，由此具有针对至少红外光的敏感性。本发明能够提供具有从近红外到中红外的敏感性的装置，并且能够在红外光的检测中提高批量生产和降低成本。

Description

固体摄像装置、光检测装置和电子设备
技术领域
本发明涉及固体摄像装置、光检测装置和电子设备，具体地，涉及用于红外光的检测且能够提高批量生产和降低成本的固体摄像装置、光检测装置和电子设备。
背景技术
近年来，人们需求具有对于波长为1μm以上的从近红外至中红外的红外(IR)光的敏感性、且便宜的检测装置或图像传感器。作为应用范围，有下列一些应用：能够在夜间使用的监控摄像机或者车载摄像机；同样也是车载的且用来防止碰撞的检测器；诸如能够检测水分含量等等的医疗或农业应用。
在IR光图像传感器中，例如，存在着具有如下光电转换部的传感器：在该光电转换部中，InGaAsSb系材料被设置为InP基板上的多量子阱(MQW：Multi-Quantum Well)结构。日本未经审查的专利申请公开案第2011-222874号描述了：通过在InP基板上形成InGaAs层和GaAsSb层的超晶格(MQW)结构(II类)并且致使该结构起到光电转换部的功能，由此赋予了对于较长波长的IR光的敏感性。
然而，在InP基板的情况下，InP基板的尺寸小到2至3英寸且不适合批量生产。此外，在成本方面，一个基板昂贵到数万日元。
另一方面，还存在着如下的传感器：其中，能够以低成本实现大面积化的Si基板上的SiGe系材料被设置为光电转换部。
然而，在SiGe系材料的情况下，相对于Si基板，晶格失配率的绝对值有百分之几那么大，并且有时不可以使光电转换部变厚。此外，与Si基板大体上晶格匹配、且晶格失配率的绝对值小于1％的化合物半导体具有0.95eV乃至3.8eV这么宽的带隙，并且不适合于1.2μm以上的长波长红外光谱。
发明内容
鉴于上述状况而做出了本发明，并且本发明还能够在红外光的检测中提高批量生产和降低成本。
本发明的实施例提高了一种固体摄像装置，其包括多量子阱(MQW)结构，所述MQW结构在硅基板上组合地使用失配率的绝对值小于1％、非IV族的基于晶格匹配的化合物半导体，由此具有针对至少红外光的敏感性。
所述MQW结构可以具有II类异质界面，并且各层的厚度被设定以形成子带间跃迁。
所述异质界面可以由FeS2或Fe(S1-X1SeX1)2与ZnS(或ZnS1-X2SeX2)、或者与CuIn1-Y1GaY1S2(或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2)、或者与GaP(或GaP1-X4NX4)的组合而形成。
所述异质界面可以通过控制Se组分而向ZnS1-X2SeX2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2施加压缩应变，或者可以通过控制N组分而向GaP1-X4NX4施加压缩应变，从而抵消FeS2或者Fe(S1-X1SeX1)2的拉伸应变。
所述异质界面可以通过控制Se组分或Ga组分而向ZnS1-X2SeX2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2施加拉伸应变，或者可以通过控制N组分而向GaP1-X4NX4施加拉伸应变，从而抵消Fe(S1-X1SeX1)2的压缩应变。
还可以设置有电子势垒层和电极，所述电子势垒层被设置于所述MQW结构的表面侧，所述电极被布置于所述电子势垒层上。
所述电子势垒层可以是利用NiO、Cu2O或ZnRh2O4而形成的。
所述电子势垒层的厚度可以是10nm以上。
空穴势垒层可以被形成于所述硅基板与所述MQW结构之间，或者空穴势垒层可以通过仅仅增加所述MQW结构中的所述硅基板侧的第一层的厚度而被设置。
所述空穴势垒层可以包括ZnS(或ZnS1-X2SeX2)、CuIn1-Y1GaY1S2(或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2)、或者GaP(或GaP1-X4NX4)中的任一者，并且所述空穴势垒层的厚度可以是10nm以上。这里，上述的X1、X2、X3、X4、Y1和Y2具有0以上且1以下的值。即，0≤X1、X2、X3、X4、Y1、Y2≤1。
倾斜基板可以被用作所述硅基板。
所述硅基板可以是在<011>方向上倾斜或者在<011>和<0-11>的合成方向上倾斜的基板。
所述固体摄像装置可以具有像素分离结构。
所述像素分离结构可以是通过对光电转换部的在像素之间的一部分进行蚀刻以形成凹槽而创建的。
所述像素分离结构可以是通过将光电转换部的在像素之间的一部分设置为p+而创建的。
所述像素分离结构可以是通过利用离子注入来增大光电转换部的在像素之间的一部分的电阻而创建的。
所述光电转换部的表面层可以是p+。
本发明的另一个实施例提供了一种光检测装置，其包括多量子阱(MQW)结构，所述MQW结构在硅基板上组合地使用失配率绝对值小于1％、非IV族的晶格匹配系化合物半导体，以具有针对至少红外光的敏感性。
所述MQW结构具有II类异质界面，并且各层的厚度可以被设定以形成子带间跃迁。
本发明的又一个实施例提供了一种电子设备，其包括固体摄像装置、光学系统和信号处理电路。所述固体摄像装置设置有多量子阱(MQW)结构，所述MQW结构在硅基板上组合地使用失配率绝对值小于1％、非IV族的晶格匹配系化合物半导体，以具有针对至少红外光的敏感性。所述光学系统将入射光发射到所述固体摄像装置。所述信号处理电路处理从所述固体摄像装置输出的输出信号。
在本技术的一个实施例中，设置了多量子阱(MQW)结构，所述多量子阱结构在硅基板上组合地使用失配率的绝对值小于1％、非IV族的晶格匹配系化合物半导体，以具有针对至少红外光的敏感性。
期望的是，提供具有从近红外到中红外的敏感性的装置。特别地，根据本技术，能够在红外光的检测中提高批量生产和降低成本。
这里，本说明书中所说明的效果仅仅是示例性的，本技术的效果不局限于本说明书中所说明的效果，并且还可以有额外的效果。
附图说明
图1是示出了应用了本技术的固体摄像装置的示意性构造示例的框图；
图2是示出了被用于光电转换元件的各材料的特性的图；
图3是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图；
图4是示出了从阱的底部直至量子能级的能量En的图；
图5是示出了具有FeS2和ZnS的异质界面的MQW结构的吸收波长的估计结果的图；
图6是示出了ZnS1-XSeX的晶格常数相对于Se组分比X的图；
图7是示出了Fe(S1-XSeX)2的晶格常数相对于Se组分比X的图；
图8是示出了GaP1-XNX的晶格常数相对于N组分比X的图；
图9是示出了应用了本技术的固体摄像装置的另一个构造示例的截面图；
图10是图示了反熔丝畴(anti-fuse domain)的图；
图11是图10中的晶体的鸟瞰图；
图12是图10中的晶体的鸟瞰图；
图13是示出了作为势垒层材料的候选的各材料的特性的图；
图14是示出了增加了电子势垒层的固体摄像装置的构造示例的截面图；
图15是示出了在有无NiO电子势垒层的情况下偏压与电流密度之间的关系的图；
图16是示出了在有无Cu2O电子势垒层的情况下偏压与电流密度之间的关系的图；
图17是示出了增加了空穴势垒层的固体摄像装置的构造示例的截面图；
图18是示出了本技术的固体摄像装置中所包括的光电转换元件的构造示例的截面图；
图19是为了图示光电转换元件而示出了固体摄像装置的构造示例的截面图；
图20是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图；
图21是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图；
图22是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图；
图23是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图；以及
图24是示出了应用了本技术的电子设备的构造示例的框图。
具体实施方式
下文中，将说明用于实现本发明的形式(下面称为实施例)。这里，将按照以下顺序进行说明。
0.固体摄像装置的概略构造示例
1.第一实施例(本技术的基本的固体摄像装置的示例)
2.第二实施例(具有利用凹槽的像素分离结构的固体摄像装置的示例)
3.第三实施例(具有p+像素分离结构的固体摄像装置的示例)
4.第四实施例(具有利用因离子注入而增大的电阻的像素分离结构的固体摄像装置的示例)
5.第五实施例(具有利用选择生长控制的p+像素分离结构的固体摄像装置的示例)
6.第六实施例(电子设备的示例)
0.固体摄像装置的概略构造示例
固体摄像装置的概略构造示例
图1示出了被应用于本发明各个实施例中的互补金属氧化物半导体(CMOS)固体摄像装置的一个实例的概略构造示例。
如图1所示，固体摄像装置(元件芯片)1被构造成具有像素区域(所谓的摄像区域)3和周边电路部。在像素区域3中以二维的方式规则地布置有像素2，这些像素2包括半导体基板11(例如，硅基板)中的多个光电转换元件。
像素2被形成为具有光电转换元件(例如，光电二极管)和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。所述多个像素晶体管能够由例如传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三个晶体管构成，并且也能够通过进一步添加选择晶体管而由四个晶体管构成。因为每个像素2(单位像素)的等效电路是典型的等效电路，所以这里将省略它的详细说明。
此外，也可以把像素2设置为共用像素结构。像素共用结构是由多个光电二极管、多个传输晶体管、被共用的一个浮动扩散部、以及被共用的一个每种其他像素晶体管构成的。
周边电路部是由垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8构成的。
控制电路8接收用于规定输入时钟、操作模式等的数据，并且还输出诸如固体摄像装置1的内部信息等数据。详细地，控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟而生成作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作的基准的时钟信号或控制信号。然后，控制电路8将这些信号输入至垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6中。
垂直驱动电路4是由例如移位寄存器构成的，其选择像素驱动线，将用来驱动像素2的脉冲提供给所选择的像素驱动线，然后以行为单位驱动像素2。详细地，垂直驱动电路4以行为单位顺序地沿垂直方向选择和扫描像素区域3中的各个像素2，然后经由垂直信号线9而将基于信号电荷的像素信号提供给列信号处理电路5，该信号电荷是根据各个像素2的光电转换元件中所接收的光量而被生成的。
列信号处理电路5是例如对应于各列的像素2而被布置的，并且对应于各个像素列，对从一行中的像素2输出的信号执行诸如噪声消除等信号处理。详细地，列信号处理电路5执行用来消除像素2所固有的固定模式噪声的相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)，或者诸如信号放大或模拟/数字(A/D)转换等信号处理。在列信号处理电路5的输出级处，设置有水平选择开关(其在该图中没有被图示)以便与水平信号线10之间进行连接。
水平驱动电路6是由例如移位寄存器构成的，其通过顺序地输出水平扫描脉冲来依次选择各个列信号处理电路5，然后将像素信号从各个列信号处理电路5输出至水平信号线10。
输出电路7针对于从各个列信号处理电路5经由水平信号线10顺序地提供过来的信号执行信号处理，然后输出结果。例如，还存在输出电路7仅仅执行缓冲的情况，且也存在输出电路7执行黑电平调整、列差异校正、各种类型的数字信号处理等的情况。
输入/输出端子12被设置用来与外部交换信号。
1.第一实施例
被用于光电转换元件的各材料的特性
图2是示出了被用于图1中的像素的光电转换元件的各材料的特性的图。
如图2所示，Si的带隙Eg(eV)是1.11，电子亲和力χs(eV)是4.05，并且晶格常数a是5.431。FeS2的带隙Eg(eV)是0.95，电子亲和力χs(eV)是3.28，晶格常数a是5.404，并且与Si基板的晶格失配率σ(％)是-0.4971。
ZnS的带隙Eg(eV)是3.8，电子亲和力χs(eV)是3.9，晶格常数a是5.4093，并且与Si基板的晶格失配率σ(％)是-0.3995。CuInGaS2的带隙Eg(eV)是1.8，电子亲和力χs(eV)是4.1，晶格常数a是5.431，并且与Si基板(％)的晶格失配率σ(％)是0。GaP的带隙Eg(eV)是2.2，电子亲和力χs(eV)是4.3，晶格常数a是5.451，并且与Si基板的晶格失配率σ(％)是0.3682。
这里，电子亲和力χs(eV)表示从真空能级到导带底端的能量。
近年来，人们需求具有对波长为1μm以上的从近红外至中红外的红外(IR)光的敏感性、且便宜的检测装置或图像传感器。作为应用范围，有下列应用：能够在夜间使用的监控摄像机或者车载摄像机；同样也是车载的且用来防止碰撞的检测器；诸如能够检测水分含量等的医疗或农业应用。
在IR光图像传感器中，例如，存在具有如下光电转换部的传感器：在该光电转换部中，InGaAsSb系材料被设置为InP基板上的多量子阱(MQW)结构。然而，InP基板的尺寸小到2至3英寸且不适合批量生产。此外，在成本方面，一个基板昂贵到数万日元。
因此，还存在如下的传感器：其中，能够以低成本来实施大面积化的Si基板上的SiGe系材料被设置为光电转换部。然而，在SiGe系材料的情况下，相对于Si基板的晶格失配率的绝对值有百分之几那么大，并且有时不可以使光电转换部变厚。此外，如图2所示，与Si基板基本上晶格匹配、且晶格失配率的绝对值小于1％的化合物半导体具有例如0.95eV乃至3.8eV那么宽的带隙，并且不适合用于1.2μm以上的长波长红外光谱。
这里，晶格失配率的定义是：关于晶格常数差Δa＝a-a0，晶格失配率σ＝Δa/a0×100(％)。此外，a0是Si基板的晶格常数。而且，这里，可以通过控制In和Ga的组分比(组分比In:Ga＝0.48:0.52)来实现CuInGaS2与Si基板的晶格匹配。这时，σ＝0％。
因此，在本技术中，通过使用与Si基板基本上晶格匹配的化合物半导体材料来创建具有II类异质界面的MQW结构，有效地实现了能隙窄化并且执行了子带间跃迁。下面将给出详细说明。
本技术的固体摄像装置的基本构造
图3是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图。
如图3中的示例所示，光电转换部62被形成于固体摄像装置51中的Si基板61上。
光电转换部62是由具有许多II类异质界面的MQW结构形成的。这里，II类是其中由异质界面形成了阱型势的能带结构。然而，势垒层和阱层是对于电子和空穴而言没有共用的独立层，并且电子和空穴被封闭于独立层中。在II类的情况下，因为通过选择两种材料而使得能够由于异质界面中的光吸收而发生跃迁，所以能够吸收具有较长波长的光，并且有效的能隙窄化也是可能的。
在图3的示例中，光电转换部62具有如下的MQW结构：其具有许多的介于FeS2层71与ZnS层72之间的异质界面。在该MQW结构中，如图3所示的能带结构是从图2所示的电子亲和力χs和带隙能量Eg形成的，并且晶格匹配条件是晶格失配率的绝对值基本上在1％以下。
即，关于图3中的Si基板61、FeS2层71和ZnS层72中所示的能隙值，分别示出了各个带隙能量Eg为1.1eV、0.95eV和3.8eV。此外，关于Si基板61、FeS2层71和ZnS层72的电子亲和力χs(eV)，利用该图中所示的距真空能级的箭头而分别示出了4.05eV、3.28eV和3.9eV。
这里，同样地，即使利用FeS2层和CuInGaS2层的组合或者FeS2层和GaP层的组合，也形成了II类能带结构，且晶格匹配条件是晶格失配率的绝对值基本上在1％以下。
此外，通过将光电转换部62(即，MQW)中的各层的厚度设置为10nm以下，载流子能够由于隧道效应而移动至下一个阱，并且这时，如图3所示，形成了具有许多能级的子带。电子或空穴载流子能够通过该子带而移动。这时，因为子带之间的跃迁，获得了带隙被有效地窄化的效果，且作为结果，如该图中的左侧箭头所示，能够吸收甚至波长λ达到约3.7μm的中红外IR光，并且能够检测具有长波长的IR光。
这里，为了读出光电子的目的，FeS2层71和ZnS层72可以被设定为p型半导体，且此外，Si基板61可以被设定为n型半导体。这里，当S与化学计量比相比来说为稍微过量时，FeS2表现出p型导电性。此外，作为掺杂了N的结果，ZnS表现出p型导电性。通过具有这样的结构，能够经由子带而读出Si基板61侧的电子，并且能够经由子带而将空穴向表面侧排放。
接着，将要说明的是能够通过控制ZnS的厚度来控制吸收波长。这里，如图4所示，至量子能级的能量En首先是从阱的底部而被获得的。下面的公式(1)中表示出了En。
En＝(h/2π)2/(2m*)×(nπ/Lw)2   (1)
这里，h是普朗克常数，m*是电子的有效质量，并且Lw是阱的宽度。从公式(1)中可知，当阱的宽度Lw变窄时，En增大，且量子能级转移到高能量侧。
这里，关于FeS2层的价带侧上的空穴的量子能级，因为空穴的有效质量大，所以量子能级的厚度依赖性小。因而，通过把En的变化量设定为小，这里近似为0，并且通过控制ZnS的厚度，至量子能级的能量En是从导带侧上的电子的阱的底部而被获得的。这里，基能级n＝1。可以使用下面的公式(2)根据FeS2材料和ZnS材料的电子亲和力χs、带隙Eg和En来估计吸收波长λ。
E＝EgFeS2-(χsZnS-χSFeS2)+En
λ＝c×h/E             (2)
这里，c是光速。此外，因为EgFeS2-(χsZnS-χsFeS2)＝0.33eV，所以最长的吸收波长是约3.7μm。然而，实际上，根据正由于这一点由量子能级而引起的变化量，吸收波长变短了。
图5是示出了在上述前提下具有FeS2和ZnS的异质界面的MQW结构的吸收波长的估计结果的图。水平轴代表ZnS层的厚度Lw(nm)且垂直轴代表吸收波长λ(nm)。
如图5所示，可以通过改变ZnS层的厚度来使吸收波长发生从1.5μm到3.7μm的改变。即，其意思是具有从近红外到中红外区域的敏感性。
然而，虽然当波长被设定为长波长侧时短波长侧也被吸收，但是有必要使ZnS变厚。这时，该范围被限制于能够形成子带的范围。
晶格匹配
这里，严格地说，在光电转换部62(其是具有FeS2和ZnS的异质界面的MQW结构)与Si基板61之间稍微地产生了晶格失配。因此，可以通过添加Se来实现晶格匹配。
图6是示出了ZnS1-XSeX的晶格常数相对于Se组分比X的图。这里，0≤X≤1。这里，图6是使用维加德定律(线性关系)而被获得的，因为ZnSe的晶格常数是
如图6所示，可理解的是，通过设定Se组分比X＝0.084，ZnS1-XSeX的晶格常数与Si晶格常数匹配。即，Se组分比X＝0.084是使ZnS1-XSeX与Si基板精确地晶格匹配的组分。这里，该图中所示的拉伸应变和压缩应变示出了因为与Si基板的晶格匹配条件的偏差而引起的ZnS1-XSeX的应变。在图6的示例中，在Se组分低于晶格匹配条件的Se组分比X＝0.084的情况下，ZnS1-XSeX层具有拉伸应变，与此相反，在Se组分高于晶格匹配条件的Se组分比X＝0.084的情况下，ZnS1-XSeX层具有压缩应变。
图7是示出了Fe(S1-XSeX)2的晶格常数相对于Se组分比X的图。这里，0≤X≤1。这里，在图7中，因为FeSe2的晶格常数是所以该图中的这些结果是使用维加德定律(线性关系)而被计算出来的。
如图7所示，可理解的是，通过设定Se组分比X＝0.059，Fe(S1-XSeX)2的晶格常数与Si的晶格常数匹配。即，Se组分比X＝0.059是使Fe(S1-XSeX)2与Si基板精确地晶格匹配的组分。
从以上可知，可以通过添加Se来使晶格常数与Si基板匹配，失配位错(misfit dislocation)减少了，并且能够获得具有高的结晶度的材料。随之而来的是，有效地减小了作为光电转换元件或图像传感器的重要特性的暗电流。
图8是示出了GaP1-XNX的晶格常数相对于N组分比X的图。这里，0≤X≤1。这里，因为GaN的晶格常数是所以图8中的这些结果是使用维加德定律(线性关系)而被计算出来的。
如图8所示，可理解的是，通过设定N组分比X＝0.021，GaP1-XNX的晶格常数与Si的晶格常数匹配。即，N组分比X＝0.021是使GaP1-XNX与Si基板精确地晶格匹配的组分。
从以上可知，可以通过添加N来使晶格常数与Si基板匹配，失配位错减少了，并且能够获得具有高的结晶度的材料。随之而来的是，有效地减小了作为光电转换元件或图像传感器的重要特性的暗电流。
晶格应变的减小
这里，可以通过交替地层叠具有拉伸应变的层和具有压缩应变的层来消除MQW中各处的应变。
图9是示出了应用了本技术的固体摄像装置的另一个构造示例的截面图。
在图9的示例中，具有MQW结构的光电转换部112被形成于固体摄像装置101中的Si基板111上，该MQW结构具有许多II类异质界面。
光电转换部112被构成为使得：通过将ZnS1-XSeX层122中的Se组分比X增加至大于晶格匹配条件来设定压缩应变，从而抵消FeS2层(或者Fe(S1-XSeX)2层)121的拉伸应变，由此消除MQW各处的应变。
通过这样做，甚至当MQW(光电转换部112)被层叠得很厚时，也能够抑制晶体缺陷的生成，且结果是，作为光电转换元件或图像传感器的重要特性的暗电流被减小了。
这里，甚至当通过控制Se组分或Ga组分而将ZnS1-XSeX或CuIn1-YGaY(S1-XSeX)2设定为拉伸应变，或者通过控制N组分而将GaP1-XNX设定为拉伸应变，从而以相同的方式抵消Fe(S1-XSeX)2的压缩应变时，也能获得相同的效果。这里，0≤X且Y≤1。
以上，所给出说明的是FeS2层(或Fe(S1-XSeX)2层)和ZnS层(或ZnS1-XSeX层)的异质界面的MQW结构。但是并非局限于此，甚至在相同方式的FeS2层(或Fe(S1-XSeX)2层)和CuInGaS2层、或者FeS2层(或Fe(S1-XSeX)2层)和GaP层(或GaPN层)的异质界面的MQW结构中，也能获得相同的效果。可替代地，只要与FeS2层(或Fe(S1-XSeX)2层)的组合是可能的，就可以中途改变层叠材料。例如，具有与ZnS层(或者ZnS1-XSeX层)的界面的MQW结构可以中途被改变为具有与CuInGaS2层或者与GaP层(或GaP1-XNX层)的界面的MQW结构，然后被沉积。
此外，用来形成上述MQW结构的外延生长法的代表性示例包括分子束外延法(MBE)、金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、液相外延法(LPE)、激光烧蚀法等。基本上，可以采用任何成膜方法，只要该方法是用于外延生长的方法即可。
利用倾斜基板来实现结晶度改善
这里，当在诸如Si等非极性基板上生长具有极性的化合物半导体材料时，很有可能会生成反熔丝畴。这是阴离子和阳离子逆转的缺陷。可以通过采用Off基板来减少该缺陷。
图10是图示了反熔丝畴的图。
例如，通过使用在<011>方向上断开的Si(100)基板而减少伴随生长而出现的缺陷。如图10所示，I族、II族、III族或诸如铁等VIII族的阳离子(具有阳离子性的原子)以及VI族或V族阴离子(具有阴离子性的原子)被规则地布置着。然而，可理解的是，在一部分的B区域中存在反熔丝畴(其中阳离子和阴离子处于逆转位相)。
需要理解的是，通过随着晶体生长而将B区域封闭于三角形形状中，只剩下了A区域且缺陷被消除了。这是因为基板以某个角度倾斜。这里，例如，I族原子是Cu原子，II族原子是Zn，III族原子是Ga或In原子，VIII族原子是Fe，VI族原子是S或Se原子，并且V族原子是P或N原子，等等。图10是沿<011>方向观看晶体时的截面图，并且阳离子行中的正方形在与纸面正交的方向上排成行。此外，图10示出了生长是从阴离子开始的情况；然而，甚至当生长是从阳离子开始时，也能获得与被封闭于三角形形状中的结果相同的结果。这里，在这些情况下，基板倾斜角度θ1大约是6°。倾斜角度越大，B区域中的三角形越小。然而，特别地，当倾斜角度在3°以上时，即使当B区域达到最大时，B区域也符合于是该图中的B区域的大约两倍的尺寸，并且获得了足够的效果。
图11是图10中的晶体的鸟瞰图。在图10中的示例的情况下，B区域中的反熔丝畴随着生长而被封闭于三角形形状中。然而，可理解的是，B区域中的反熔丝畴在深度方向(<0-11>方向)上不间断地连续，且作为结果，其形状是着落于它的侧面上的三角柱形状。
更佳的是，如图12所示，能够通过还同时在<0-11>方向上倾斜来减小B区域中的反熔丝畴的体积。这里，因为<011>方向和<0-11>方向两者是Si基板的等效方向，所以无论哪种方式都产生了相同的效果。
例如，当还在<0-11>方向上以倾斜角度θ2倾斜时，因为从彼此正交的两个方向上同时发生了被封闭于三角形形状中的效果，结果，所产生的是三角锥，且体积被减小了。这时，当以完全相同的角度倾斜且两个倾斜角度都是3°以上时，利用合成后的取向，倾斜是在<001>方向上，这时合成的倾斜是4°以上，并且满足最有效的条件。这时，与只在一个方向上倾斜时相比，两个方向上倾斜时反熔丝畴的体积被减小至1/3。然而，在生产方面而言，当该方向是包括偏差的<001>±5°的方向时，可以说这是最有效的。
根据上述的结果，当<011>的倾斜角度和<0-11>的倾斜角度都是3°以上时，可以说其是有效的。此外，甚至在倾斜角度是不同的情况下，仍然存在着效果。在这种情况下，因为倾斜方向是<011>和<0-11>的合成，所以倾斜角度根据这两个倾斜角度的比而改变。当取向是<011>和<0-11>的合成且这两者的合成的倾斜角度是3°以上时，两者的反熔丝畴被有效地抑制。在这种情况下，当倾斜角度的比被设定为k时，倾斜的取向是<0(1-k)/21>。这里，当在<011>方向上的倾斜是θ1且在<0-11>方向上的倾斜是θ2时，倾斜角度的比k是由下面的公式(3)定义的。
k＝Tan(θ2)/Tan(θ1)        (3)
电子势垒层
这里，当施加反偏压(reverse bias)时，电子很有可能会从上部电极流向光电转换部，然后漏出。这是如下的一种现象：其中，因为上部电极的功函数与光电转换部表面侧的半导体材料的电子亲和力之间的差别很小，电子超过了利用电解的势。
为了防止这种现象，作为电子的势垒的层可以被插入上部电极与具有MQW结构的光电转换部之间。
图13是示出了作为上述势垒层材料的候选的各材料的特性的图。如图13所示，NiO的电子亲和力(eV)是1.5且带隙(eV)达到4.0。Cu2O的电子亲和力(eV)达到3.4且带隙(eV)达到2.1。ZnRh2O4的电子亲和力(eV)达到2.3且带隙(eV)达到2.2。
作为势垒层材料的候选之一的NiO的电子亲和力小到1.5且其带隙达到4.0eV那么宽。因此，NiO是相对于透明电极(例如，ITO的功函数4.7eV)的费米能级而言足够的势垒(～3.2eV)。
本技术的固体摄像装置的构造示例
图14是示出了添加了电子势垒层的固体摄像装置的构造示例的截面图。
图14中的固体摄像装置201设置有Si基板61和光电转换部62，这一点与图3中的固体摄像装置51是一样的。图14中的固体摄像装置201与图3中的固体摄像装置51的不同之处在于如下方面：电子势垒层211被添加到上部电极(ITO)与光电转换部62之间。
在图14的示例中，ITO被用作透明电极，NiO被用作电子势垒层211，且示出了在施加-2V的反偏压时的能带结构。根据这个结果，可理解的是，该结构是如下这样的结构：其中，即使当施加反偏压时，由NiO形成的电子势垒层211也能起作用。此外，图15示出了通过将隧道效应添加到图14的示例中而根据Bethe发射理论来估计J-V特性的结果。
在图15的示例中，该图示出了没有NiO电子势垒层211的情况、NiO电子势垒层211是5nm的情况、以及NiO电子势垒层211是10nm的情况。在该图中，水平轴表示偏压V(V)且垂直轴表示电流密度J(A/cm2)。
从该图中可以理解的是，通过把NiO电子势垒层211设定为10nm以上，即使当电压施加条件是-2V时，电流密度也是J＝1×10-11A/cm2以下。关于这个值，即使当在1/30秒的通常快门时间内摄像时，因为暗电流的累积电子数量是几个电子或更少，所以这个值对于图像传感器也是足够的条件。这里，为了减小NiO随时间的变化，可以在NiO中掺杂Li。
接着，将会说明电子势垒层211的材料是Cu2O的情况。在这种情况下，该材料是相对于透明电极(例如，ITO的功函数4.7eV)的费米能级而言足够的势垒(1.3eV)。图16是示出了通过将ITO用作透明电极、将Cu2O用作电子势垒层211、并且在施加反偏压的时候添加了隧道效应来估计J-V特性的结果。
在图16的示例中，该图示出了没有Cu2O电子势垒层211的情况、Cu2O电子势垒层211是5nm的情况、以及Cu2O电子势垒层211是10nm的情况。在该图中，水平轴表示偏压V(V)且垂直轴表示电流密度J(A/cm2)。
从该图中可以理解的是，通过把Cu2O电子势垒层211设定为10nm以上，即使当电压施加条件是-2V时，电流密度也是J＝1×10-11A/cm2以下。关于这个值，即使当在1/30秒的通常快门时间内摄像时，因为暗电流的累积电子数量是几个电子或更少，所以这个值对于图像传感器也是足够的条件。
这里，在上述的说明中，只有一种类型的材料被设定为电子势垒层211；然而，也可以层叠两种以上的类型。例如，Cu2O和ZnRh2O4可以被层叠以发挥势垒层的作用。在这种情况下，即使只利用ZnRh2O4，也存在有效果；然而，因为ZnRh2O4的价带在能量上接近于MQW的导带，所以就会担忧电流泄漏至MQW。因而，通过进一步层叠许多Cu2O层，电子势垒是更有效的。
空穴势垒层
在施加反偏压时，空穴可能会从Si基板流向光电转换部，然后泄漏。这是由于Si基板的价带上端与光电转换部表面侧的半导体材料的价带上端之间的差别很小而会发生的现象。
为了防止这种现象，通过在Si基板与具有MQW结构的光电转换部之间生长具有10nm以上厚度的ZnS层(或者ZnS1-XSeX层)、或CuInGaS2层、或GaP层(或者GaP1-XNX层)，该层被设定为空穴势垒层。可替代地，通过仅仅将作为MQW的第一层的ZnS层(或者ZnS1-XSeX层)、或CuInGaS2层、或GaP层(或者GaP1-XNX层)生长10nm以上的厚度，该层被设定为空穴势垒层。
本技术的固体摄像装置的构造示例
图17是示出了添加了空穴势垒层的固体摄像装置的构造示例的截面图。
图17中的固体摄像装置251设置有Si基板61、光电转换部62和电子势垒层211，这一点与图14中的固体摄像装置201是一样的。图17中的固体摄像装置251与图14中的固体摄像装置201的不同之处在于如下方面：空穴势垒层261被添加到Si基板61与光电转换部62之间。
通过以这种方式来构成固体摄像装置，进一步减小了暗电流且改善了特性。
如上所述，本技术通过使用与Si基板晶格匹配的化合物半导体材料且通过形成具有II类异质界面的MQW结构，有效地实现了能隙窄化和子带间跃迁。本技术可以被应用至具有从近红外光到中红外光的敏感性的光电转换元件或图像传感器。
因为本技术还可以应用至具有大面积的Si基板，所以批量生产成为可能，并且能够以低成本提供便宜的光电转换元件或图像传感器。
光电转换元件的构造示例
图18是示出了本技术的固体摄像装置中所包括的光电转换元件的构造示例的截面图。
图18中的示例示出了光电转换元件301。在光电转换元件301中，n型区域312通过预先的离子注入和退火处理而被设置于Si基板311的一部分中。
光电转换部313在n型区域312上被形成为具有3000nm的厚度，光电转换部313是由晶格失配率的绝对值小于1％的MQW结构形成的化合物半导体，在该MQW结构中，具有3nm厚度的p型ZnS层321和具有3nm厚度的p型FeS2层322被交替地层叠起来。此外，用于从光电转换部313输送电子的Al电极314被形成于n型区域312上。
这里，作为Si基板311上的最初层的第一ZnS层321不是通常的3nm那么薄，并且即使它具有10nm以上的厚度，也能够执行信号读出。
这里，为了改善结晶度，通过如上面参照图6和图7所述将Se添加到FeS2和ZnS中来设定Fe(S1-XSeX)2和ZnS1-XSeX，可以实现与Si基板的晶格匹配。此外，可以使用如上面参照图9所述交替地插入压缩应变和拉伸应变的方法来使应变得到缓解。在Fe(S1-XSeX)2的情况下，晶格匹配条件是X＝0.059，并且在ZnS1-XSeX的情况下，晶格匹配条件是X＝0.084。
此外，FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)会因为掺杂了Cu或As而表现出p型导电性。可替代地，即使没有掺杂但是由于与化学计量比相比而言S或Se是过量的，那么也表现出p型导电性。ZnS(或者ZnS1-XSeX)利用氮掺杂而被设定为p型。这时，特别地，可以利用等离子体掺杂来进一步促进向p型的改变。
可以考虑的是：通过进一步将表面侧设定为p+来减小利用能带结构从表面能级生成的暗电流。
例如，图19所示的固体摄像装置401具有由于掺杂控制而引起的像素分离结构和添加了空穴积累p+层的空穴积累二极管(HAD：HoleAccumulation Diode)结构。
在固体摄像装置401中，n型区域421被设置于Si基板411的一部分中。MQW光电转换部412被形成于Si基板411上。关于MQW光电转换部412，p+区域432是在p型区域431形成之后通过用于像素分离的掺杂控制而被形成于n型区域421上的一部分中。此外，在MQW光电转换部412中，p+区域432被形成于所述表面侧。即，在固体摄像装置401中，因为可以利用p+区域432而在p型区域431上堆积像素，所以随着像素分离结构的实现而实现了HAD结构，并且空穴被诱发，这使得能够减小暗电流。
这里，p型区域431不一定必须是p型，并且可以是i型或n型。
例如，透明电极413被形成于MQW光电转换部412上，并且片上透镜(OCL：On Chip Lens)414被形成于透明电极413上。
此外，读出电路417被形成于Si基板411的p型区域中，且MOS栅极418被形成于读出电路417的附近。
在如上所述而被构成的固体摄像装置401中，IR光如图19所示经由OCL 414和透明电极413而入射在p型区域431上，并且在p型区域431中被分离为电子和空穴。空穴被排出到p+层的MQW光电转换部412侧，且被进一步排出到透明电极413侧，电子从n型区域421经由读出电路417而被MOS栅极418读出至外部。
通过以这种方式将固体摄像装置设定为HAD结构，能够抑制暗电流。
因此，同样地，在图18的光电转换元件301中，通过将表面侧设定为p+，能够减少利用能带结构从表面能级生成的暗电流。
这里，图18中的光电转换部313的MQW中的许多层的组合是FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)和ZnS(或者ZnS1-XSeX)的组合。然而，该MQW中的许多层的组合不局限于这个组合，并且例如，也可以是FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)和CuIn1-YGaYS2(或者CuIn1-YGaY(S1-XSeX)2)的组合，并且还可以是FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)和GaP(或者GaP1-XNX)的组合。晶体生长被设定为MBE方法；然而，晶体生长不是特别地局限于MBE方法，而是可以使用MOCVD方法、激光烧蚀法或其他方法。
此外，具有透明性的电子势垒层315通过诸如溅射方法等气相沉积方法而在光电转换部313上被成膜为10nm的厚度。电子势垒层315是使用例如NiO形成的。此外，具有透明性的电极层316以相同的方式通过诸如溅射方法等气相沉积方法而被形成于电子势垒层315的顶面上且具有100nm的厚度。例如，电极层316是由诸如铟锡氧化物(ITO)等透明电极材料形成的。因为存在着电子势垒层315，所以即使是在施加反偏压的时候也能够防止电子从电极层316移动到光电转换部313的MQW侧，并且抑制了漏电流。此外，利用光照射而在光电转换部313的MQW中生成的空穴能够被排放到电极层316侧。
这里，NiO被用作电子势垒层315；然而，利用Cu2O、或者ZnRh2O4或者这些材料组合起来而得到的多层结构，也能获得相同的效果。此外，在使用光刻技术在它们的顶面上形成掩模后，在光电转换部313、电子势垒层315和电极层316上实施干式加工。此外，在移除了该掩模且然后在电极层316上沉积了一部分Al电极317之后，由Si3N4形成的钝化层318作为保护膜而被设置于周边中。通过在光电转换元件301中的两个电极之间施加反偏压，能够检测具有≤～2.5μm的长波长的IR光。
2.第二实施例
固体摄像装置的第一构造示例
图20是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图。图20示出了具有利用凹槽而得到的像素分离结构的情况的示例。
在固体摄像装置451中，作为通过在Si基板461侧的掺杂控制来实现像素分离的处理之一，通过利用离子注入或热扩散而有选择地添入掺杂剂，能够通过实施退火来执行p型和n型浓度控制。
在预先具有通过在电极、晶体管等上执行CIS处理而获得的期望结构的n型Si基板461的电路侧，利用通常的CIS离子注入处理等而形成了诸如MOS栅极、FD、PD或复位部等电路部462。Si基板461与支撑基板粘合。光电转换部463在Si基板461中的n型区域461a上被形成为具有3000nm的厚度，光电转换部463是由晶格失配率的绝对值小于1％的MQW结构形成的化合物半导体，在该MQW结构中，具有3nm厚度的p型FeS2层和具有3nm厚度的p型ZnS层被交替地层叠起来。这里，作为Si基板461上的最初层的第一ZnS层不是通常的3nm那么薄，并且可以被设定成即使它具有10nm以上的厚度也能够读出信号。
这里，为了改善结晶度，可以通过将Se添加到FeS2和ZnS中来实现Fe(S1-XSeX)2和ZnS1-XSeX与Si基板461的晶格匹配，且如上面参照图9所说明的，可以使用交替地插入压缩应变和拉伸应变的方法而使应变得到缓解。在Fe(S1-XSeX)2的情况下，晶格匹配条件是X＝0.059，并且在ZnS1-XSeX的情况下，晶格匹配条件是X＝0.084。
此外，这里，FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)会因为掺杂了Cu或As而表现出p型导电性。可替代地，即使没有掺杂但是由于与化学计量比相比而言S或Se是过量的，那么也表现出p型导电性。ZnS(或者ZnS1-XSeX)是利用氮掺杂而实现的p型。这时，特别地，可以利用等离子体掺杂来进一步促进向p型的改变。这里，当FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)和ZnS(或者ZnS1-XSeX)中的一者是p型时，因为费米能级更接近该层中的价带，并且同时费米能级也据此更接近下一层中的价带，所以整体就变为p型。因此，只要上述两个材料中的一者是p型就足够了。此外，如上面参照图19的说明，可以考虑的是：通过将表面侧设定为p+来减小利用能带结构从表面能级生成的暗电流。
这里，对于光电转换部463中的MQW的多层的组合，所说明的是FeS2或者Fe(S1-XSeX)2与ZnS或者ZnS1-XSeX的组合；然而，该组合也可以是FeS2或者Fe(S1-XSeX)2与CuIn1-YGaYS2或者CuIn1-YGaY(S1-XSeX)2的组合，或者还可以是FeS2或者Fe(S1-XSeX)2与GaP或者GaP1-XNX的组合。晶体生长被设定为MBE方法；然而，晶体生长不是特别地局限于MBE方法，而是可以使用MOCVD方法、激光烧蚀法或其他方法。
在固体摄像装置451中，在光电转换部463被形成之后，作为电子势垒层的NiO层464通过溅射气相沉积而在光电转换部463上成膜。这里，即使使用利用电子枪或激光烧蚀的真空气相沉积，NiO层464的成膜也是可能的。此外，使用相同方法但是利用代替NiO的Cu2O或ZnRh2O4，电子势垒层的成膜也是可能的。
此外，在利用ITO 465(其是透明电极)实施了溅射气相沉积之后，通过使用光刻技术而把抗蚀剂有选择地附着于各个像素上，利用RIE处理将ITO 465、NiO层464和光电转换部463部分地去除。此外，在去除抗蚀剂之后，通过CVD方法将SiO2层466形成为膜以填充于凹槽中。而且，在利用化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)移除了位于最上面的SiO2层466，并且使用ITO 467实施了溅射气相沉积之后，在其上通过CVD来形成Si3N4的膜以作为钝化膜468。
这里，Si3N4被用作钝化膜468；然而，(Si3N4)X(SiO2)1-X或SiO2也具有相似的效果。此外，在为了使表面平坦而利用旋转涂敷法来涂布聚合物材料并且形成了聚合物层469之后，通过通常的OCL处理而把OCL470形成于各个像素上。这里，上部的ITO 467是公共电极。据此，该图像传感器能够检测具有≤～2.5μm的长波长的IR光。
3.第三实施例
固体摄像装置的第二构造示例
图21是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图。图21示出了具有p+像素分离结构的情况的示例。
图21中的固体摄像装置501设置有Si基板461、n型区域461a、电路部462、光电转换部463、NiO层464、ITO 467、钝化膜468、聚合物层469和OCL 470，这一点与图20中的固体摄像装置451是一样的。
图21中的固体摄像装置501与图20中的固体摄像装置451的不同之处在于如下两个方面：SiO2层466中的像素分离被改变为p+层511中的像素分离；以及ITO 465被移除。
即，在光电转换部463被形成于固体摄像装置501中之后，使用光刻技术将抗蚀剂掩模有选择地附着到各个像素上，然后离子注入作为掺杂剂的As+或Cu+。此外，通过在400℃以上执行热处理且激活掺杂剂，形成了p+层511。可替代地，作为增加p浓度的结果而形成了具有增大的p浓度的p+层511。
这里，主要地，光电转换部(MQW)463中的FeS2或者Fe(S1-XSeX)2层是p+层511，并且即使当ZnS(或者ZnS1-XSeX)的p浓度不改变时，整个光电转换部(MQW)463也是p+。此外，在光电转换部(MQW)463的顶面上，作为电子势垒层的NiO层464通过溅射气相沉积而在光电转换部(MQW)463上形成为膜。这里，即使是利用使用电子枪或激光烧蚀的真空气相沉积，NiO的成膜也是可能的。此外，使用相同方法但利用代替NiO的Cu2O或ZnRh2O4，该成膜也是可能的。
此外，在使用ITO 467实施了溅射气相沉积之后，在其上通过CVD形成Si3N4的膜以作为钝化膜468。这里，使用的是Si3N4；然而，SiO2或(Si3N4)X(SiO2)1-X也具有相似的效果。此外，在为了使表面平坦而利用旋转涂敷法来涂布聚合物材料且形成了聚合物层469之后，通过通常的OCL处理而把OCL 470形成于各个像素上。这里，ITO 467是公共电极。据此，该图像传感器能够检测具有至少≤～2.5μm的长波长的IR光。
4.第四实施例
固体摄像装置的第三构造示例
图22是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图。图22示出了具有通过使用离子注入来增大电阻而实现的像素分离结构的情况的示例。
图22中的固体摄像装置551设置有Si基板461、n型区域461a、电路部462、光电转换部463、NiO层464、ITO 467、钝化膜468、聚合物层469和OCL 470，这一点与图20中的固体摄像装置451一样。
图22中的固体摄像装置551与图20中的固体摄像装置451的不同之处在于如下两个方面：SiO2层466中的像素分离被改变为高电阻区561中的像素分离；以及ITO 465被移除。
即，在固体摄像装置551中，在光电转换部463被形成之后，使用光刻技术将抗蚀剂掩模有选择地附着到各个像素上，然后离子注入了B+或H+，此处光电转换部(MQW)463的电阻因为离子注入而被增大了。这里，可以使用任何类型的离子，只要能够使电阻增大即可。这时，由于光电转换部(MQW)463中的在像素之间的电阻增大了，且产生了高电阻区561，所以作为光伏电流仅仅在像素中心的附近流动的结果，像素分离就成为可能。
此外，在光电转换部(MQW)463的顶面上，作为电子势垒层的NiO层464通过溅射气相沉积而在光电转换部(MQW)463上被形成为膜。这里，即使是利用使用电子枪或激光烧蚀的真空气相沉积，NiO的成膜也是可能的。此外，使用相同方法但利用代替NiO的Cu2O或ZnRh2O4，该成膜也是可能的。
此外，在使用ITO 467实施了溅射气相沉积之后，在其上通过CVD形成Si3N4的膜以作为钝化膜468。这里，使用的是Si3N4；然而，SiO2或(Si3N4)X(SiO2)1-X也具有相似的效果。此外，在为了使表面平坦而利用旋转涂敷法来涂布聚合物材料且形成了聚合物层469之后，通过通常的OCL处理而把OCL 470形成于各个像素上。这里，ITO 467是公共电极。由此，就变成了能够检测具有至少≤～2.5μm的长波长的IR光的图像传感器。
5.第五实施例
固体摄像装置的第四构造示例
图23是示出了应用了本技术的固体摄像装置的构造示例的截面图。图23示出了具有利用选择生长控制而实现的p+像素分离结构的情况的示例。
图23中的固体摄像装置601与图20中的固体摄像装置451的不同之处在于如下两点：改变为Si基板461、n型区域461a、电路部462、光电转换部463、NiO层464、ITO 467、钝化膜468、无机材料膜611和p+区域612中的像素分离；以及ITO 465被移除。
即，在固体摄像装置601中，在将Si基板461与支撑基板粘合之后，使用光刻技术和干式蚀刻技术在像素上和在像素之间进一步形成无机材料膜611，无机材料膜611部分地遮挡了SiO2等的选择生长。此后，以与图20中的固体摄像装置451相同的方式，光电转换部463在Si基板461中的n型区域461a上被形成为具有3000nm的厚度，光电转换部463是由晶格失配率的绝对值小于1％的MQW结构形成的化合物半导体，在该MQW结构中，具有3nm厚度的p型FeS2层和具有3nm厚度的p型ZnS层被交替地层叠起来。这里，作为Si基板461上的最初层的第一ZnS层不是通常的3nm那么薄，而是可以被设定成即使当它具有10nm以上的厚度时也能够读出信号。
这里，为了改善结晶度，可以通过将Se添加到FeS2和ZnS中来实施Fe(S1-XSeX)2和ZnS1-XSeX与Si基板461的晶格匹配，且如上面参照图9所说明的，可以使用交替地插入压缩应变和拉伸应变的方法而使应变得到缓解。在Fe(S1-XSeX)2的情况下，晶格匹配条件是X＝0.059，并且在ZnS1-XSeX的情况下，晶格匹配条件是X＝0.084。
此外，这里，FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)会因为掺杂了Cu或As而表现出p型导电性。可替代地，即使没有掺杂但是由于与化学计量比相比而言S或Se是过量的，那么也表现出p型导电性。ZnS(或者ZnS1-XSeX)利用氮掺杂而被设定为p型。这时，特别地，可以利用等离子体掺杂来进一步促进向p型的改变。这里，当FeS2(或者Fe(S1-XSeX)2)和ZnS(或者ZnS1-XSeX)中的一者是p型时，因为整体就相应地变为p型，所以只要上述两个材料中的一者是p型就足够了。
此外，通过执行包括横向生长在内的生长，使像素之间的和光电转换部463的表面上的掺杂剂增多以将光电转换部463设定为p+，就能够减少像素分离，并且同时能够减小利用能带结构从表面能级生成的电流。
可以通过改变生长条件来控制选择生长或横向生长。例如，在MOCVD中，当压力减小时，生长就变成选择生长，而当压力增大时，生长就是横向生长。
这里，对于光电转换部463中的MQW的多层的组合，说明了FeS2或者Fe(S1-XSeX)2与ZnS或者ZnS1-XSeX的组合；然而，该组合还可以是FeS2或者Fe(S1-XSeX)2与CuIn1-YGaYS2或者CuIn1-YGaY(S1-XSeX)2的组合，并且也可以是FeS2或者Fe(S1-XSeX)2与GaP或者GaP1-XNX的组合。晶体生长被设定为MBE方法；然而，晶体生长不是特别地局限于MBE方法，而是可以使用MOCVD方法、激光烧蚀法或其他方法。
在固体摄像装置601中，在光电转换部463被形成之后，作为下一步，通过溅射气相沉积把作为电子势垒层的NiO层464形成于光电转换部463上。这里，即使使用利用电子枪或激光烧蚀的真空气相沉积，NiO层464的成膜也是可能的。此外，使用相同方法但利用代替NiO的Cu2O或ZnRh2O4，电子势垒层的成膜也是可能的。
此外，在使用ITO 467实施了溅射气相沉积之后，在其上通过CVD形成作为钝化膜468的Si3N4膜。这里，Si3N4被使用；然而，(Si3N4)X(SiO2)1-X或SiO2也具有相似的效果。此外，在为了使表面平坦而利用旋转涂敷法来涂布聚合物材料且形成了聚合物层469之后，通过通常的OCL处理而把OCL 470形成于各个像素上。这里，ITO 467是公共电极。由此，该图像传感器能够检测具有至少≤～2.5μm的长波长的IR光。
这里，在上述的说明中，所给出的说明是能够检测具有≤～2.5μm的长波长的IR光；然而，根据本技术还能够检测可见光。
此外，在上述的说明中，说明了背面照射型固体摄像装置的示例；然而，本技术还能够被应用于前面照射型固体摄像装置中。
在上面，所给出的说明是本技术被应用于CMOS固体摄像装置时的构造；然而，本技术可以被应用于诸如电荷耦合器件(CCD：ChargeCoupled Device)固体摄像装置等固体摄像装置。此外，本技术还能够被应用于层叠型固体摄像装置中。
此外，所给出的说明是本技术被应用于光电转换元件时的构造；然而，本技术能够被应用于诸如下列的任何光检测装置中：能够在夜间使用的监控摄像机或者车载摄像机；同样也是车载的且用于防止碰撞的检测器；能够检测水分含量的医疗或农业应用等，只要该装置以与光电转换元件相同的方式检测光即可。
这里，本技术不局限于被应用至固体摄像装置，并且还能够被应用于摄像装置中。这里，该摄像装置指的是具有摄像功能的电子设备，例如：诸如数码相机、数码摄影机等照相机系统；手机等。这里，还有如下的情况：安装于电子设备上的模块化形式(即照相机模块)被设定为摄像装置。
6.第六实施例
电子设备的构造示例
这里，参照图24将给出应用了本技术的电子设备的构造示例的说明。
图24所示的电子设备800设置有固体摄像装置(元件芯片)801、光学透镜802、快门装置803、驱动电路804和信号处理电路805。上述的本技术中的第一至第五实施例中的任一个固体摄像装置被设置作为固体摄像装置801。由此，光电转换元件等的批量生产是可能的，且作为结果，能够以低成本提供便宜的电子设备。
光学透镜802将来自被摄对象的图像光(入射光)聚焦在固体摄像装置801的摄像表面上。由此，在一定时期内在固体摄像装置801中累积信号电荷。快门装置803控制对于固体摄像装置801的光照周期和遮光周期。
驱动电路804提供能够控制固体摄像装置801的信号传输操作和快门装置803的快门操作的驱动信号。固体摄像装置801根据从驱动电路804提供过来的驱动信号(时序信号)而执行信号传输。信号处理电路805对从固体摄像装置801输出的信号执行各种类型的信号处理。被执行了信号处理的视频信号被存储于诸如存储器等存储介质中或者被输出至监视器。
这里，在本说明书中，描述了上述一系列处理的步骤自然包括按照所描述的顺序沿时间序列而被执行的处理，并且还包括不是像通常那样沿时间序列被执行而是同时或单独地予以执行的处理。
此外，本发明中的实施例不局限于上述的各实施例，并且在不脱离本发明的主旨的范围内，各种类型的变化都是可以的。
此外，在上面，可以通过把被描述为一个装置(或处理部)的构造分割为多个装置(或处理部)而构建出一些实施例。与此相反，可以通过把上面被描述为多个装置(或处理部)的构造组合成一个装置(或处理部)而构建出一些实施例。此外，自然地，除了上述构造以外的其他构造可以被添加到各装置(或者每个处理部)的构造中。此外，某个装置(或处理部)的一部分构造可以被包括于另一个装置(或另一个处理部)的构造中，只要该系统在整体上的构造或操作实质上相同即可。换言之，本技术不局限于上述的实施例，并且在不脱离本发明的主旨的范围内，各种类型的变化都是可以的。
以上，参照附图给出了本发明的优选实施例的详细说明；然而，本发明不局限于所给出的实例。很明显，在权利要求的范围所规定的技术理念和本发明所属技术领域的公知常识的范畴内，可以想到各种类型的变形例或修改例，并且这些也自然地被理解为属于本发明的技术范围。
这里，本技术能够具有下列构造。
(1)一种固体摄像装置，其具有多量子阱(MQW)结构，该多量子阱结构在硅基板上组合地使用失配率绝对值小于1％、非IV族的晶格匹配系化合物半导体，以具有对至少红外光的敏感性。
(2)根据(1)所述的固体摄像装置，其中所述MQW结构具有II类异质界面，并且各层的厚度被设定以形成子带间跃迁。
(3)根据(2)所述的固体摄像装置，其中所述异质界面是由FeS2(或Fe(S1-X1SeX1)2)与ZnS(或ZnS1-X2SeX2)、或者与CuIn1-Y1GaY1S2(或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2)、或者与GaP(或GaP1-X4NX4)相组合而形成的。
(4)根据(3)所述的固体摄像装置，其中所述异质界面通过控制Se组分而对ZnS1-X2SeX2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2施加压缩应变，或者通过控制N组分而对GaP1-X4NX4施加压缩应变，从而抵消FeS2或者Fe(S1-X1SeX1)2的拉伸应变。
(5)根据(3)所述的固体摄像装置，其中所述异质界面通过控制Se组分或Ga组分而对ZnS1-X2SeX2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2施加拉伸应变，或者通过控制N组分而对GaP1-X4NX4施加拉伸应变，从而抵消Fe(S1-X1SeX1)2的压缩应变。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的固体摄像装置，其包括电子势垒层和电极，所述电子势垒层被设置于所述MQW结构的表面侧上，所述电极被布置于所述电子势垒层上。
(7)根据(6)所述的固体摄像装置，其中所述电子势垒层是使用NiO、Cu2O或ZnRh2O4形成的。
(8)根据(6)所述的固体摄像装置，其中所述电子势垒层的厚度是10nm以上。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的固体摄像装置，其中空穴势垒层被形成于所述硅基板与所述MQW结构之间，或者空穴势垒层通过仅仅增加所述MQW结构中的所述硅基板侧上的第一层的厚度而被设置。
(10)根据(9)所述的固体摄像装置，其中所述空穴势垒层包括ZnS(或ZnS1-X2SeX2)、CuIn1-Y1GaY1S2(或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2)、GaP(或GaP1-X4NX4)中的任一者，并且所述空穴势垒层的厚度是10nm以上。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的固体摄像装置，其中倾斜基板被用作所述硅基板。
(12)根据(11)所述的固体摄像装置，其中所述倾斜基板是在<011>方向上倾斜或者在<011>和<0-11>的合成方向上倾斜的基板。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的固体摄像装置，其具有像素分离结构。
(14)根据(13)所述的固体摄像装置，其中所述像素分离结构是通过蚀刻光电转换部的在像素之间的一部分而形成凹槽所创造的。
(15)根据(13)所述的固体摄像装置，其中所述像素分离结构是通过将光电转换部的在像素之间的一部分设置为p+所创造的。
(16)根据(13)所述的固体摄像装置，其中所述像素分离结构是通过使用离子注入而增大光电转换部的在像素之间的一部分的电阻所创造的。
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的固体摄像装置，其中所述光电转换部的表面层是p+。
(18)一种光检测装置，其具有多量子阱(MQW)结构，该多量子阱结构在硅基板上组合地使用失配率的绝对值小于1％、非IV族的晶格匹配系化合物半导体，以具有对至少红外光的敏感性。
(19)根据(18)所述的光检测装置，其中所述MQW结构具有II类异质界面，并且各层的厚度被设定以形成子带间跃迁。
(20)一种电子设备，其包括固体摄像装置、光学系统和信号处理电路，
所述固体摄像装置设置有多量子阱(MQW)结构，所述多量子阱结构在硅基板上组合地使用失配率绝对值小于1％、非IV族的晶格匹配系化合物半导体，以具有对至少红外光的敏感性，
所述光学系统将入射光发射到所述固体摄像装置，
所述信号处理电路处理从所述固体摄像装置输出的输出信号。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
相关申请的交叉参考
本申请要求2013年12月19日提交的日本优先权专利申请JP2013-262101的权益，因此将该优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

Claims (20)

1.一种固体摄像装置，其具有多量子阱结构，即MQW结构，所述MQW结构在硅基板上组合地使用失配率绝对值小于1％、非IV族的基于晶格匹配的化合物半导体，由此具有针对至少红外光的敏感性。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，
其中所述MQW结构具有II类异质界面，并且各层的厚度被设定以形成子带间跃迁。
3.根据权利要求2所述的固体摄像装置，
其中所述异质界面是由FeS2或Fe(S1-X1SeX1)2与下列材料中的任一者相组合而形成的：ZnS或ZnS1-X2SeX2；CuIn1-Y1GaY1S2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2；GaP或GaP1-X4NX4。
4.根据权利要求3所述的固体摄像装置，
其中所述异质界面通过控制Se组分而向ZnS1-X2SeX2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2施加压缩应变，或者通过控制N组分而向GaP1-X4NX4施加压缩应变，以抵消FeS2或者Fe(S1-X1SeX1)2的拉伸应变。
5.根据权利要求3所述的固体摄像装置，
其中所述异质界面通过控制Se组分或Ga组分而向ZnS1-X2SeX2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2施加拉伸应变，或者通过控制N组分而向GaP1-X4NX4施加拉伸应变，以抵消Fe(S1-X1SeX1)2的压缩应变。
6.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其包括：
电子势垒层，所述电子势垒层被设置于所述MQW结构的表面侧；和
电极，所述电极被布置于所述电子势垒层上。
7.根据权利要求6所述的固体摄像装置，
其中所述电子势垒层是利用NiO、Cu2O或ZnRh2O4而形成的。
8.根据权利要求6所述的固体摄像装置，
其中所述电子势垒层的厚度为10nm以上。
9.根据权利要求1所述的固体摄像装置，
其中在所述硅基板与所述MQW结构之间形成有空穴势垒层，或者通过仅仅增加所述MQW结构中的所述硅基板侧的第一层的厚度而设置了空穴势垒层。
10.根据权利要求9所述的固体摄像装置，
其中所述空穴势垒层具有10nm以上的厚度且包括下列材料中的任一者：ZnS或ZnS1-X2SeX2；CuIn1-Y1GaY1S2或CuIn1-Y2GaY2(S1-X3SeX3)2；GaP或GaP1-X4NX4。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的固体摄像装置，
其中倾斜基板被用作所述硅基板。
12.根据权利要求11所述的固体摄像装置，
其中所述倾斜基板是在<011>方向上倾斜或者在<011>和<0-11>的合成方向上倾斜的基板。
13.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其具有像素分离结构。
14.根据权利要求13所述的固体摄像装置，
其中所述像素分离结构是通过对光电转换部的在像素之间的一部分进行蚀刻以形成凹槽而创建的。
15.根据权利要求13所述的固体摄像装置，
其中所述像素分离结构是通过将光电转换部的在像素之间的一部分设定为p+而创建的。
16.根据权利要求13所述的固体摄像装置，
其中所述像素分离结构是通过利用离子注入来增大光电转换部的在像素之间的一部分的电阻而创建的。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的固体摄像装置，
其中所述光电转换部的表面层是p+。
18.一种光检测装置，其具有多量子阱结构，即MQW结构，所述MQW结构在硅基板上组合地使用失配率绝对值小于1％、非IV族的基于晶格匹配的化合物半导体，由此具有针对至少红外光的敏感性。
19.根据权利要求18所述的光检测装置，
其中所述MQW结构具有II类异质界面，并且各层的厚度被设定以形成子带间跃迁。
20.一种电子设备，其包括：
权利要求1至17中任一项所述的固体摄像装置；
光学系统，所述光学系统将入射光发射到所述固体摄像装置；以及
信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固体摄像装置输出的输出信号。
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