CN117038690A - 半导体光检测元件 - Google Patents

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Abstract

半导体光检测元件具有：半导体部，其具有包含受光区域的表面，该受光区域是接收入射光的区域，半导体部对入射到所述受光区域的入射光进行光电转换；设置在所述表面上的金属部；和碳纳米管膜，其设置在受光区域上，由多个碳纳米管堆积而成。碳纳米管膜从受光区域的上表面跨上到金属部的上表面。

Description

半导体光检测元件
本申请是申请日为2018年3月1日、申请号为201880016049.2、发明名称为半导体光检测元件的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及半导体光检测元件。
背景技术
在专利文献1中公开有能够抑制对激光的监视精度随着使用次数的增加而降低的半导体光检测元件。该半导体光检测元件是与入射光感应而产生载流子的半导体光检测元件，其具有硅基体、贵金属膜和基底层。硅基体是第二导电型，包含设置于第一表面的第一导电型的杂质区域。贵金属膜设置于硅基体的第一及第二表面中的至少一表面上。基底层是设置于贵金属膜与硅基体之间且与硅基体的密合性比贵金属膜高的层。这样，通过在硅基体的表面上设置贵金属膜，能够降低光入射到硅基体的表面时的充电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-27186号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
在使用半导体光检测元件检测紫外光的情况下，检测灵敏度变差(相对于照射前的检测灵敏度，由于持续照射而使检测灵敏度降低)成为问题。检测灵敏度变差是由于通过具有高能量的紫外光的照射而在半导体的表面产生的电荷使半导体的表面充电而引起的。当半导体光检测元件的检测灵敏度变差时，因为输出的载流子的数量相对于某强度的紫外光逐渐减少，所以紫外光的检测精度渐渐降低。
为了解决这种问题，在专利文献1记载的半导体光检测元件中，在半导体的表面上隔着基底层设置贵金属膜，通过该贵金属膜放掉电荷，从而防止半导体的表面的充电。但是，由于贵金属膜上的紫外光的反射及吸收，入射到半导体的表面的紫外光的光量大幅减少，其结果，存在检测灵敏度降低的问题。
本发明是鉴于这种问题点而开发的，其目的在于，提供一种能够在抑制半导体表面的充电的同时，与设置例如贵金属膜的情况相比抑制检测灵敏度的降低的半导体光检测元件。
用于解决问题的技术方案
为了解决所述问题，本发明一方面提供一种半导体光检测元件，其具有：半导体光检测元件具有：半导体部，其具有包含受光区域的表面，该受光区域是接收入射光的区域，所述半导体部对入射到所述受光区域的入射光进行光电转换；设置在所述表面上的金属部；和碳纳米管膜，其设置在受光区域上，由多个碳纳米管堆积而成。碳纳米管膜从受光区域的上表面跨上到金属部的上表面。
在该半导体光检测元件中，由多个碳纳米管堆积而成的碳纳米管膜设置于受光区域上。为了放掉在半导体部的表面产生的电荷，碳纳米管具有充分的导电性。因此，与例如设置贵金属膜的情况同样，能够适当地防止半导体部的表面的充电。另外，碳纳米管与例如贵金属相比具有高的透光性。因此，能够减少紫外光的反射及吸收，抑制入射到半导体部的表面的紫外光的光量的减少。因此，根据该半导体光检测元件，与例如设置贵金属膜的情况相比，能够抑制检测灵敏度的降低。
另外，在该半导体光检测元件中，在半导体部的表面上设置有金属部。在一例中，该金属部是与半导体部电导通的电极。在其他一例中，该金属部是为了防止光入射到受光区域以外的遮光膜。而且，碳纳米管膜从受光区域的上表面跨上到金属部的上表面。由此，能够通过金属部适当地放掉从半导体部的表面移动到碳纳米管膜的电荷。另外，当在例如专利文献1的贵金属膜中实现这种结构时，在半导体部的表面与金属部的阶差处，有可能因贵金属膜断开而引起导通不良。在大多情况下，贵金属膜通过气相沉积(物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等)形成，这是因为在侧面难以附着贵金属。与此相对，在碳纳米管膜中，因为长纤维状的碳纳米管能够从半导体部的表面延伸到金属部的上表面，所以即使在半导体部的表面与金属部的阶差处也能够适当地导通。
在上述的半导体光检测元件中，多个碳纳米管也可以由束状的碳纳米管和非束状的碳纳米管构成。即使在这种情况下，也能够适当地实现起到所述作用的碳纳米管膜。
在上述的半导体光检测元件中，碳纳米管膜的薄层电阻也可以为104Ω/□以上。通过减小构成碳纳米管膜的碳纳米管的密度(即通过减少每单位体积的碳纳米管的量)，能够提高紫外线的透射率。另一方面，薄层电阻增大，但只要所述的碳纳米管膜能够放掉在半导体部的表面产生的电荷即可。因此，碳纳米管膜不需要所谓的透明电极高的导电性，如果碳纳米管膜为具有比较大的薄层电阻的结构，则能够使高紫外线透射性和充分的导电性并存。
在上述的半导体光检测元件中，碳纳米管膜中所含的多个碳纳米管的长度也可以为以表面为基准的金属部的上表面的高度以上。由此，能够更有效地防止半导体部的表面与金属部的阶差处的碳纳米管膜的断开引起的导通不良。
在上述的半导体光检测元件中，碳纳米管膜中所含的多个碳纳米管的长度也可以为1μm以上。因为以半导体部的表面为基准的金属部的上表面的高度通常为1μm以下，由此，能够更有效地防止由于半导体部的表面与金属部的阶差处的碳纳米管膜的断开而引起的导通不良。
在上述的半导体光检测元件中，碳纳米管膜中所含的单层碳纳米管的比率也可以比多层碳纳米管的比率大。单层碳纳米管与多层碳纳米管相比具有同程度的导电性，同时具有比多层碳纳米管高的透光性。因此，根据这种结构，能够适当地防止半导体部的表面的充电，同时，能够更有效地抑制半导体光检测元件的检测灵敏度的降低。
或者，在上述的半导体光检测元件中，碳纳米管膜中所含的多层碳纳米管的比率也可以比单层碳纳米管的比率大。通常，多层碳纳米管的制造工序比单层碳纳米管的制造工序简单，多层碳纳米管能够以比单层碳纳米管低的成本制造。因此，根据这种结构，能够提供制造容易且低成本的半导体光检测元件。
在上述的半导体光检测元件中，400nm以下的波长区域的碳纳米管膜的透射率也可以为85％以上。由此，能够提供相对于紫外光具有充分的检测灵敏度的半导体光检测元件。该情况下，200nm以上的波长区域的碳纳米管膜的透射率也可以为85％以上。
发明效果
根据本发明的半导体光检测元件，能够在抑制半导体的表面的充电的同时，与设置贵金属膜的情况相比抑制检测灵敏度的降低。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的光检测装置的结构的俯视图。
图2是沿着图1所示的光检测装置的II－II线的剖视图。
图3是表示半导体光检测元件的内部结构的剖视图。
图4是放大表示CNT膜的周缘部的剖视图。
图5是表示试作的半导体光检测元件的CNT膜的显微镜照片。
图6是表示试作的半导体光检测元件的CNT膜的显微镜照片。
图7是表示CNT膜中所含的碳纳米管的样子的放大示意图。
图8是表示CNT膜的制作方法的一例的流程图。
图9是表示测定了试作的半导体光检测元件的分光灵敏度特性的结果的图表。
图10是表示对于在受光区域上未设置导电膜的情况、设置贵金属膜的情况、及设置CNT膜的情况，分别测定照射紫外光前、照射200秒后、照射400秒后、及照射800秒后的检测灵敏度的结果的图表。
图11是作为本发明的第二实施方式的半导体光检测元件，表示固态成像元件的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的半导体光检测元件的实施方式进行详细说明。此外，在附图的说明中对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的光检测装置1的结构的俯视图。图2是沿着图1所示的光检测装置1的II－II线的剖视图。如图1及图2所示，本实施方式的光检测装置1具有外壳2和收纳于外壳2中的半导体光检测元件10A。本实施方式的光检测装置1是主要用于检测紫外光的强度的装置。
外壳2具有例如四边形的平面形状，具有凹状的收纳空间。在该收纳空间中收纳有半导体光检测元件10A。半导体光检测元件10A搭载于划分外壳2的收纳空间的底面2a上。半导体光检测元件10A具有例如四边形的平面形状，其包括：半导体部13；设置于半导体部13的表面上的阴极电极11及第一阳极电极12；和设置于半导体部13的背面上的第二阳极电极(未图示)。在半导体部13的表面上设置有接收入射光的受光区域10a。受光区域10a与半导体光检测元件10A同样，具有例如四边形的平面形状。阴极电极11包围受光区域10a，具有例如方框状的平面形状。第一阳极电极12设置于受光区域10a的周向上的一部分，且设置于阴极电极11的外侧。
外壳2具有贯通外壳2的底板部分2b的金属制的一对销3、4。销3、4各自的一端在底面2a上位于外壳2的收纳空间内，各自的另一端在底面2a的里侧位于外壳2的收纳空间外。销3的一端经由接合线5与半导体光检测元件10A的第一阳极电极12电连接，并且与第二阳极电极电连接。销4的一端经由接合线6与半导体光检测元件10A的阴极电极11电连接。在一实施例中，在销3的一端部与销4的一端部之间配置有半导体光检测元件10A。
图3是表示半导体光检测元件10A的内部结构的剖视图，表示沿着图1的II－II线的半导体光检测元件10A的截面。半导体光检测元件10A是pn结型的光电二极管。如图3所示，本实施方式的半导体光检测元件10A除上述阴极电极11、第一阳极电极12、半导体部13及第二阳极电极19外，还具有保护膜20及碳纳米管(CNT)膜21。
半导体部13在内部具有pn结部13c，并将入射光进行光电转换。即，取出与光入射到作为光电转换部起作用的pn结部13c感应而产生的载流子作为电信号。半导体部13例如为硅衬底。半导体部13具有在厚度方向上彼此相对的平坦的正面13a及背面13b。正面13a包含受光区域10a。另外，半导体部13具有高浓度p型半导体区域(p+区域)14、p型半导体区域(p区域)15、低浓度p型半导体区域(p－区域)16、高浓度p型半导体区域(p+区域)17、及高浓度n型半导体区域(n+区域)18。此外，“高浓度”是指杂质的浓度例如为1×1017cm－3以上，“低浓度”是指杂质的浓度例如为1×1015cm－3以下。
p+区域14是设置于包含背面13b的半导体部13内的区域的杂质区域。p+区域14例如通过从成为半导体部13的基底的p型硅衬底的背面侧离子注入p型杂质而形成。p区域15是位于p+区域14和p－区域16之间的区域，p型硅衬底是仍旧残留的区域。p－区域16是设置于半导体部13内的正面13a侧的杂质区域。p－区域16例如通过从p型硅衬底的表面侧离子注入少量的n型杂质而形成。p+区域17是设置于包含正面13a的半导体部13内的区域的杂质区域。p+区域17例如通过对p－区域16离子注入p型杂质而形成。
n+区域18是设置于包含正面13a的半导体部13内的区域的杂质区域。在半导体部13的内部的n+区域18和p－区域16的界面形成有pn结部13c。从半导体部13的厚度方向观察，pn结部13c与受光区域10a重叠。n+区域18例如通过对p－区域16离子注入大量的n型杂质而形成。n+区域18从半导体部13的厚度方向观察与受光区域10a及阴极电极11重叠。n+区域18例如具有四边形的平面形状。p+区域17从半导体部13的厚度方向观察包围n+区域18的周围。n+区域18的厚度(即，pn结部13c距正面13a的深度)例如为70nm～150nm。
第二阳极电极19设置于半导体部13的背面13b上的整面，与p+区域14形成欧姆接触。第二阳极电极19具有例如Ti/Ni/Au的层叠结构。保护膜20为具有绝缘性的电介质膜，例如为氧化硅膜。保护膜20覆盖半导体部13的正面13a中除受光区域10a以外的区域。换言之，形成于保护膜20的开口20a的内侧成为受光区域10a。在开口20a的内侧，n+区域18从保护膜20露出。保护膜20的厚度例如为100nm～300nm。
阴极电极11为设置于半导体部13的正面13a上的金属部的例子。本实施方式的阴极电极11设置于保护膜20上，经由形成于保护膜20的开口与n+区域18形成欧姆接触。阴极电极11由例如铝(Al)金属构成。阴极电极11的内侧(受光区域10a侧)的侧面与划分保护膜20的开口20a的侧面形成为齐平。换言之，阴极电极11的内侧的侧面规定受光区域10a的外缘。以保护膜20的上表面(保护膜20中的与半导体部13相反侧的面)为基准的阴极电极11的厚度例如为700nm～1000nm。因此，以正面13a为基准的阴极电极11的上表面(阴极电极11中的与半导体部13相反侧的面)的高度例如为800nm～1300nm。第一阳极电极12设置于保护膜20上，经由形成于保护膜20的开口与p+区域17形成欧姆接触。第一阳极电极12由例如铝(Al)金属构成。
CNT膜21是多个碳纳米管堆积而成的导电性的膜。为了抑制n+区域18的表面的充电，CNT膜21以覆盖整个受光区域10a的方式设置于受光区域10a上，并与n+区域18的表面接触。另外，CNT膜21的一部分设置于阴极电极11上，与阴极电极11接触。由此，CNT膜21使n+区域18的表面和阴极电极11相互导通。入射到半导体光检测元件10A的光透过CNT膜21到达半导体部13。
在使用该半导体光检测元件10A时，阴极电极11经由销4(参照图1、图2)与接地电位(GND电位)连接。然后，当光透过CNT膜21从正面13a的受光区域10a入射到半导体部13时，该入射光的一部分到达形成于pn结部13c的附近的耗尽层内。在该耗尽层内与入射光感应产生载流子，该载流子经由第二阳极电极19及销3(参照图1、图2)输出到光检测装置1的外部。
在此，对本实施方式的CNT膜21进一步进行说明。受光区域10a上的CNT膜21的膜厚例如为10～50nm。为了适当放掉蓄积于n+区域18的表面上的电荷，CNT膜21的薄层电阻例如为108Ω/□以下。但是，对透明电极等的导电性没有要求，CNT膜21的薄层电阻例如为104Ω/□以上。此外，在半导体装置中通常使用的透明电极的薄层电阻通常为102～103Ω/□左右。因此，与透明电极中使用的CNT膜相比，CNT膜21的碳纳米管的密度小(稀疏)，薄层电阻变高，另一方面，紫外线容易透过。此外，发明人试作的CNT膜21的薄层电阻为105Ω/□。
在一例中，CNT膜21中所含的单层碳纳米管的比率比多层碳纳米管的比率大。单层碳纳米管与多层碳纳米管相比具有同程度的导电性。这是因为单层碳纳米管或多层碳纳米管中的每1个均显示同程度的导电性。另外，单层碳纳米管具有比多层碳纳米管高的透光性。这是因为在多层碳纳米管中，不仅外层吸收光而且内层也吸收光。因此，通过增大单层碳纳米管的比率，能够不降低CNT膜21的光透射率而低电阻化。合适的单层碳纳米管的比率例如为90％以上。
在其他例中，CNT膜21中所含的多层碳纳米管的比率比单层碳纳米管的比率大。通常，多层碳纳米管的制造工序比单层碳纳米管的制造工序简单，多层碳纳米管能够以比单层碳纳米管低的成本制造。该情况下，合适的多层碳纳米管的比率例如为90％以上。
在本实施方式中，200nm以上且400nm以下的波长区域(即紫外区域)中的CNT膜21的透射率例如为85％以上，在一实施例中为93％。在紫外区域与可见区域相比，光对于物体的透过力低，另外，半导体部13内的受光灵敏度在紫外区域比可见区域低。因此，期望充分确保透过CNT膜21的紫外光的光量，为此，优选为薄且碳纳米管的密度小的CNT膜21。此外，发明人试作的CNT膜21的光透射率以波长200nm～1600nm为93％以上。
CNT膜21的光透射率通常由构成CNT膜21的碳纳米管的密度、单层碳纳米管及多层碳纳米管的各比率、及CNT膜21的膜厚来决定。碳纳米管的密度越小，CNT膜21的光透射率越高，碳纳米管的密度越大，CNT膜21的光透射率越低。另外，单层碳纳米管的比率越大，CNT膜21的光透射率越高，多层碳纳米管的比率越大，CNT膜21的光透射率越低。另外，膜厚越薄，CNT膜21的光透射率越高，膜厚越厚，CNT膜21的光透射率越低。紫外光与波长比紫外光长的可见光相比，对于物体的透射率低。因此，为了确保透明电极相对于可见光的光透过性和相对于同等以上的紫外线的光透过性，与透明电极相比，期望减少每单位面积的碳纳米管的个数(例如减少膜厚)。
另外，CNT膜21的周缘部跨上到阴极电极11的上表面。在本实施方式中，因为阴极电极11呈四边形封闭的框状，所以CNT膜21形成为从框的内侧跨上到阴极电极11的上表面。即，受光区域10a上的CNT膜21的上表面(CNT膜21中的与半导体部13相反侧的面)处于比阴极电极11的上表面低的位置，CNT膜21以从受光区域10a上跨上到阴极电极11的上表面的方式连续地延伸。图4是放大表示CNT膜21的周缘部的剖视图。如图4所示，包含CNT膜21的端缘的搭接部21b设置于阴极电极11的上表面11a上。搭接部21b的厚度t1与CNT膜21中设置于受光区域10a上的主部21c的厚度t2大致相等。
CNT膜21还具有设置于搭接部21b与主部21c之间的立起部21d。立起部21d设置于阴极电极11的内侧面11b上、及保护膜20的开口20a的侧面上(即阴极电极11及保护膜20的阶差处部分)，连接搭接部21b与主部21c。阴极电极11的内侧面11b、及保护膜20的开口20a的侧面相对于正面13a的法线Va大致平行，但立起部21d的表面成为相对于法线Va倾斜的斜面21a。具体而言，斜面21a以越远离正面13a越接近阴极电极11的方式倾斜成坡状。换言之，立起部21d的厚度越接近正面13a越厚。其结果，立起部21d的厚度t3比主部21c的厚度t2厚。此外，图5及图6是表示试作的半导体光检测元件的CNT膜的显微镜照片。参照这些图，能够理解CNT膜21在阴极电极的阶差处部分具有斜面21a。
在图4中，立起部21d与阴极电极11的内侧面11b及保护膜20的开口20a的侧面接触，但也可以在立起部21d和阴极电极11的内侧面11b之间、及立起部21d和保护膜20的开口20a的侧面之间中至少一方形成有空隙。
图7是表示CNT膜21中所含的多个碳纳米管的样子的放大示意图。如图7所示，在CNT膜21中存在多个碳纳米管的情况下，通过分子间力，多根碳纳米管凝聚，形成束(图中的B1。以下，将这种束称为束状的碳纳米管)。另外，一部分没有形成束而以单一的状态存在(图中的B2。以下，将这种碳纳米管称为非束状的碳纳米管)。CNT膜21中所含的多个碳纳米管也可以由束状的碳纳米管和非束状的碳纳米管构成。因为束状的碳纳米管比非束状的碳纳米管长，所以更容易越过阴极电极11的阶差处。CNT膜21中所含的碳纳米管的长度的上限在非束状的碳纳米管中例如为5μm以下，在束状的碳纳米管中例如为8μm以下。
CNT膜21中所含的多个碳纳米管的长度为以正面13a为基准的阴极电极11的上表面11a的高度h1以上。通常，高度h1为1μm以下，该情况下，CNT膜21中所含的多个碳纳米管的合适的长度为1μm以上。由此，碳纳米管能够适当地越过阴极电极11的阶差处。在此，“CNT膜21中所含的多个碳纳米管的长度”是指CNT膜21中所含的多个碳纳米管的平均长度。另外，在多个碳纳米管由束状的碳纳米管和非束状的碳纳米管构成的情况下，多个碳纳米管的平均长度是指根据束状的碳纳米管的长度和非束状的碳纳米管的长度算出的平均长度。
具有上述结构的CNT膜21例如能够通过旋涂形成。图8是表示CNT膜21的制作方法的一例的流程图。首先，在腔室内通过化学气相沉积法合成多个碳纳米管(步骤S1)。此时的反应温度例如为600℃～800℃。接着，通过将多个碳纳米管放进加入了添加材料的溶剂中进行搅拌而生成CNT分散液(步骤S2)。接着，在形成有保护膜20及阴极电极11的半导体部13的正面13a上涂布CNT分散液(步骤S3)。作为此时的涂布方法，为了形成均匀的膜厚的CNT膜21，例如优选旋涂、喷涂、或刮刀涂布。此外，滴下后的分散液的厚度与保护膜20及阴极电极11的总计厚度相比足够厚。在旋涂、及刮刀涂布中，在滴下后除去剩余分散液，分散液的厚度比电极薄或同程度。接着，对涂布的CNT分散液进行加热并使其干燥(步骤S4)。由此，水分及添加物蒸发，仅碳纳米管呈膜状残留于正面13a上。这样，通过涂布、干燥包含碳纳米管的分散液，能够在低温下在半导体部13上形成CNT膜21。接着，使用通常的光刻技术及干蚀刻技术，除去位于比阴极电极11靠外侧的CNT膜21(步骤S5)。这样，制作本实施方式的CNT膜21。
对通过以上说明的本实施方式的半导体光检测元件10A得到的效果进行说明。在半导体光检测元件10A中，多个碳纳米管堆积而成的CNT膜21设置于受光区域10a上。为了将在半导体部13的正面13a(具体而言，n+区域18的表面)产生的电荷通过CNT膜21放到与接地电位连接的阴极电极11，碳纳米管具有充分的导电性。因此，例如与设置专利文献1的贵金属膜的情况同样，能够适当地防止半导体部13的正面13a的充电。因此，能够抑制检测紫外光时的检测灵敏度变差。另外，碳纳米管例如与贵金属相比，具有高透光性。因此，能够减少紫外光的反射及吸收，抑制入射到半导体部13的正面13a的紫外光的光量的减少。因此，根据该半导体光检测元件10A，例如与设置贵金属膜的情况相比，能够抑制检测灵敏度的降低。
图9是表示测定试作的半导体光检测元件的分光灵敏度特性的结果的图表。图9中，实线的图表G1a、G2a及G3a表示紫外光的照射前，虚线的图表G1b、G2b及G3b表示照射了800秒紫外光(Xe准分子灯光)后。另外，图表G1a、G1b表示在受光区域上形成CNT膜的半导体光检测元件的分光灵敏度特性，图表G2a、G2b表示在受光区域上形成贵金属膜的半导体光检测元件的分光灵敏度特性，图表G3a、G3b表示在受光区域上没有设置导电膜的半导体光检测元件的分光灵敏度特性。如图表G3a、G3b所示，即使在受光区域上没有设置导电膜的情况下，在比400nm大的波长区域，在紫外光的照射前和照射后也几乎未发现检测灵敏度变化。但是，在400nm以下的波长区域，相对于紫外光的照射前，在照射后检测灵敏度大幅变差。另外，在受光区域上设置贵金属膜的情况下，如图表G2a、G2b所示，在400nm以下的波长区域也能够有效地抑制检测灵敏度变差，在照射前和照射后几乎未发现检测灵敏度变化。但是，与没有设置导电膜的情况相比，检测灵敏度大幅降低的结果。与此相对，在受光区域上设置CNT膜的情况下，如图表G1a、G1b所示，在400nm以下的波长区域，在照射前和照射后几乎未发现检测灵敏度，且与设置贵金属膜的情况相比，检测灵敏度降低的程度极少。
图10是表示对在受光区域上没有设置导电膜的情况、设置贵金属膜的情况、及设置CNT膜的情况分别测定照射紫外光(Xe准分子灯光)前、照射200秒后、照射400秒后、及照射800秒后的波长200nm的检测灵敏度的结果的图表。如图10所示，在没有设置导电膜的情况下，照射前作为80(mA/W)程度的检测灵敏度在照射200秒后变差到60(mA/W)程度。另外，在设置贵金属膜的情况下，即使在照射800秒后，检测灵敏度也几乎不会变差，但照射前的检测灵敏度成为10(mA/W)程度，与没有设置导电膜的情况相比大幅降低。与此相对，在设置CNT膜的情况下，即使在照射800秒后不仅检测灵敏度几乎不会变差，而且照射前的检测灵敏度也成为40(mA/W)程度，与设置贵金属膜的情况相比大幅改善。
从图9及图10所示的结果看出，根据本实施方式的半导体光检测元件10A，例如与设置贵金属膜的情况相比，能够有效地抑制检测灵敏度的降低。
另外，在该半导体光检测元件10A中，在半导体部13的正面13a上设置有阴极电极11。而且，CNT膜21跨上到该阴极电极11的上表面11a。由此，CNT膜21和阴极电极11的接触面积变大，能够通过阴极电极11适当地放掉从半导体部13的正面13a移动到CNT膜21的电荷。当例如在专利文献1的贵金属膜中实现这种结构时，有可能在半导体部13的正面13a和阴极电极11的阶差处产生贵金属膜断开引起的导通不良。在大多情况下，贵金属膜通过气相沉积形成，这是因为难以在侧面附着贵金属。与此相对，在CNT膜21中，因为长纤维状的碳纳米管能够从半导体部13的正面13a延伸到阴极电极11的上表面11a(参照图5及图6)，所以即使在半导体部13的正面13a和阴极电极11的阶差处也能够使它们适当地导通。
另外，如本实施方式，CNT膜21的多个碳纳米管也可以由束状的碳纳米管和非束状的碳纳米管构成。即使在这种情况下，也能够适当地实现起到上述作用的CNT膜21。此外，CNT膜21的多个碳纳米管也可以仅由非束状的碳纳米管构成。
另外，如本实施方式，CNT膜21的薄层电阻也可以为104Ω/□以上。只要CNT膜21能够放掉在半导体部13的正面13a产生的电荷即可。因此，CNT膜21未必要求如所谓的透明电极那样的高导电性，CNT膜21也可以具有像这样比较大的薄层电阻。
另外，如本实施方式，CNT膜21中所含的碳纳米管的长度也可以为以正面13a为基准的阴极电极11的上表面11a的高度h1以上。由此，能够更有效地防止由于半导体部13的正面13a和阴极电极11的阶差处的CNT膜21的断开引起的导通不良。
另外，如本实施方式，CNT膜21中所含的碳纳米管的长度也可以为1μm以上。以半导体部13的正面13a为基准的阴极电极11的上表面11a的高度hl通常为1μm以下。因此，通过碳纳米管的长度为1μm以上，能够更有效地防止由于CNT膜21的断开引起的导通不良。
另外，如上述，CNT膜21中所含的单层碳纳米管的比率也可以比多层碳纳米管的比率大。单层碳纳米管与多层碳纳米管相比具有同程度的导电性，并且具有比多层碳纳米管高的透光性。因此，根据这种结构，能够适当地防止半导体部13的表画13a的充电，并更有效地抑制半导体光检测元件10A的检测灵敏度的降低。或者，如上述，CNT膜21中所含的多层碳纳米管的比率也可以比单层碳纳米管的比率大。通常，多层碳纳米管的制造工序比单层碳纳米管的制造工序简单，多层碳纳米管能够以比单层碳纳米管低的成本进行制造。因此，根据这种结构，提供制造容易且低成本的半导体光检测元件10A。
另外，如本实施方式，400nm以下的波长区域的CNT膜21的透射率也可以为85％以上。由此，能够提供相对于紫外光具有充分的检测灵敏度的半导体光检测元件10A。另外，该情况下，200nm以上的波长区域中的CNT膜21的透射率也可以为85％以上。
(第二实施方式)
图11是作为本发明的第二实施方式的半导体光检测元件，表示固态成像元件10B的结构的剖视图。固态成像元件10B是主要用于拍摄紫外光像的背面入射型CCD(ChargeCoupled Device，电荷耦合装置)图像传感器。如图11所示，固态成像元件10B具有半导体部30。半导体部30具有p+型半导体基板22和在p+型半导体基板22的一面上外延生长的p－型半导体层23。p+型半导体基板22及p－型半导体层23由例如添加有杂质的硅结晶构成。
在半导体部30的一面30a上设置有栅极绝缘膜24、25、26。栅极绝缘膜24、26例如为氧化硅膜，栅极绝缘膜25例如为氮化硅膜。即，栅极绝缘膜24、25、26具有ONO(氧化膜－氮化膜－氧化膜)结构。在栅极绝缘膜24、25、26上设置有信号读出电路27。即，信号读出电路27隔着栅极绝缘膜24、25、26设置于半导体部30的一面30a上。信号读出电路27包含多个电荷传送电极。在信号读出电路27上设置有用于对信号读出电路27进行信号输入输出的金属配线28。金属配线28由例如铝构成。在金属配线28上设置有用于设置焊料凸点的UBM(UnderBump Metal，凸点下金属)29。
在半导体部30的另一面30b(本实施方式中的半导体部的表面)设置有凹部30c。凹部30c具有朝向与半导体部30的一面30a侧相反侧展开的锥台状(例如四边锥台状)的形状。凹部30c的底面30e由p－型半导体层23构成。在半导体部30中，凹部30c的底面30e成为接收入射光的受光区域。另外，作为凹部30c的底部的薄化部分30d成为成像区域，入射到底面30e的光在薄化部分30d进行光电转换。
在p－型半导体层23中与凹部30c的底面30e对应的部分形成有用于除去背侧阱的堆积层31。堆积层31通过在p－型半导体层23中与底面30e对应的部分离子注入p型杂质或使其扩散而形成。在半导体部30中，p－型半导体层23中从堆积层31至半导体部30的一面30a的区域作为光电转换区域起作用。此外，图示省略，但在光电转换区域中的一面30a侧的部分形成有与信号读出电路27的各电荷传送电极对置的n型的嵌入式沟道、用于蓄积在光电转换区域产生的电子的n型的蓄积部等。
在半导体部30的另一面30b上形成有金属层33。在金属层33设置有使凹部30c的底面30e从金属层33露出的开口33a。金属层33作为遮住入射到底面30e以外的光的遮光层起作用。从半导体部30的厚度方向观察，开口33a的形状与底面30e的形状一致。金属层33例如通过镀敷形成为数μm～数十μm的厚度。镀敷的一例为无镀敷金属镀敷。该情况下，金属层33为镀敷层。例如，通过无电解镀敷Ni/Au，在由镍构成的厚度10μm左右的基底层上形成有由金构成的厚度0.05μm左右的表层，从而构成镀敷层。
固态成像元件10B还具有CNT膜32。CNT膜32为堆积多个碳纳米管而成的导电性的膜。CNT膜32为了抑制底面30e的充电，设置于底面30e上，与底面30e接触。另外，CNT膜32的一部分设置于金属层33上，与金属层33接触。由此，CNT膜32使底面30e和金属层33相互导通，并能够通过CNT膜32将在作为受光区域的底面30e上产生的电荷放掉到例如与接地电位连接的金属层33。入射到固态成像元件10B的光透过CNT膜32到达半导体部30的底面30e。另外，CNT膜32的周缘部跨上到金属层33的上表面(金属层33的与半导体部30相反侧的面)33b。在本实施方式中，因为金属层33呈封闭的框状，所以CNT膜32形成为从框的内侧跨上到金属层33的上表面33b。此外，因为上述以外的CNT膜32的详细结构、形状及特性与第一实施方式的CNT膜21同样，所以省略说明。
对通过以上说明的本实施方式的固态成像元件10B得到的效果进行说明。在固态成像元件10B中，多个碳纳米管堆积而成的CNT膜32设置于半导体部30的底面30e上。因此，与第一实施方式同样，能够适当防止半导体部30的底面30e的充电。因此，能够抑制检测紫外光时的检测灵敏度变差。另外，碳纳米管与贵金属相比具有高的透光性。因此，能够减少紫外光的反射及吸收，并抑制入射于半导体部30的底面30e的紫外光的光量的减少。因此，根据该固态成像元件10B，与在底面30e上设置贵金属膜的情况相比能够抑制检测灵敏度的降低。
另外，在该固态成像元件10B中，在半导体部30的底面30e上设置有金属层33。然后，CNT膜32跨上到该金属层33的上表面33b。由此，CNT膜32和金属层33的接触面积变大，能够通过金属层33适当放掉从半导体部30的底面30e移动到CNT膜32的电荷。然后，在CNT膜32中，因为长纤维状的碳纳米管能够从半导体部30的底面30e延伸到金属层33的上表面33b，所以，即使在半导体部30的底面30e和金属层33的阶差处也能够使它们适当地导通。
本公开的半导体光检测元件不局限于上述实施方式，也可以进行其他各种的变形。例如，也可以根据需要的目的及效果相互组合上述各实施方式。另外，在第一实施方式中，因为阴极电极呈四边形的框状并包围受光区域，所以即使在受光区域扩大的情况下，也能够缩小入射位置的响应速度的差。但是，在受光区域比较小的情况下，阴极电极可以不包围受光区域，也可以例如仅沿着四边形的受光区域的一边设置。
符号说明
1…光检测装置，2…外壳，2a…底面，2b…底板部分，3、4…销，5、6…接合线，10A…半导体光检测元件，10B…固态成像元件，10a…受光区域，11…阴极电极，11a…上表面，11b…内侧面，12…第一阳极电极，13…半导体部，13a…表面，13b…背面，13c…pn结部，14…p+区域，15…p区域，16…p－区域，17…p+区域，18…n+区域，19…第二阳极电极，20…保护膜，20a…开口，21…CNT膜，21a…斜面，21b…搭接部，21c…主部，21d…立起部，22…p+型半导体基板，23…p－型半导体层，24、25、26…栅极绝缘膜，27…信号读出电路，28…金属配线，30…半导体部，30a…一面，30b…另一面，30c…凹部，30d…薄化部分，30e…底面(受光区域)，31…堆积层，32…CNT膜，33…金属层，33a…开口，33b…上表面，Va…法线。

Claims (9)

1.一种半导体光检测元件，其特征在于，具有：
半导体部，其具有包含受光区域的表面，所述受光区域是接收入射光的区域，所述半导体部对入射到所述受光区域的所述入射光进行光电转换；
设置在所述表面上的金属部；和
碳纳米管膜，其设置在所述受光区域上，由多个碳纳米管堆积而成，
所述碳纳米管膜具有设置于受光区域上的主部、设置于所述金属部的上表面上的搭接部、以及连接所述主部与所述搭接部的立起部，
沿着所述表面的方向上的所述立起部的厚度比与所述表面垂直的方向上的所述主部的厚度厚，
所述立起部的所述主部侧的所述厚度比所述立起部的所述搭接部侧的所述厚度厚。
2.根据权利要求1所述的半导体光检测元件，其特征在于：
所述多个碳纳米管由束状的碳纳米管和非束状的碳纳米管构成。
3.根据权利要求1或2所述的半导体光检测元件，其特征在于：
所述碳纳米管膜的薄层电阻为104Ω/□以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体光检测元件，其特征在于：
所述碳纳米管膜中所含的所述多个碳纳米管的长度为以所述表面为基准的所述金属部的所述上表面的高度以上。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体光检测元件，其特征在于：
所述碳纳米管膜中所含的所述多个碳纳米管的长度为1μm以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体光检测元件，其特征在于：
所述碳纳米管膜中所含的单层碳纳米管的比率比多层碳纳米管的比率大。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体光检测元件，其特征在于：
所述碳纳米管膜中所含的多层碳纳米管的比率比单层碳纳米管的比率大。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体光检测元件，其特征在于：
400nm以下的波长区域中的所述碳纳米管膜的透射率为85％以上。
9.根据权利要求8所述的半导体光检测元件，其特征在于：
200nm以上的波长区域中的所述碳纳米管膜的透射率为85％以上。
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