JP2011192838A - Light-receiving element, light-receiving element array, hybrid detecting device, photo sensor device, and manufacturing method for light-receiving element array - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-receiving element and a light-receiving element array that have high light-receiving sensitivity in a near-infrared range, a manufacturing method for the light-receiving element array, a hybrid detecting device, and an optical sensor device. <P>SOLUTION: A light-receiving layer 3 having a band-gap wavelength of 1.65 to 3.0 μm is composed of a type 2 MQW formed of (GaAsSb/InGaAs) or (GaAsSb/InGaAsN (P, Sb)). Light-receiving elements are separated from adjacent light-receiving elements via grooves or impurity concentration distributions. An electrode 11 for each light-receiving element is in ohmic contact with an n-type region 6 formed on a cap layer for each light-receiving element. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、近赤外から赤外域に受光感度を有する、受光素子、受光素子アレイ、その受光素子アレイを用いた、ハイブリッド型検出装置、光学センサ装置、および受光素子アレイの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a light receiving element, a light receiving element array having a light receiving sensitivity from the near infrared to the infrared region, a hybrid detection device using the light receiving element array, an optical sensor device, and a method for manufacturing the light receiving element array. is there.

近赤外の波長域は、動植物などの生体や環境に関連した吸収スペクトルに対応するため、受光層にIII−V族化合物半導体を用いた近赤外域の検出器の開発が盛んに行われている。たとえば受光層にExtended−InGaAsを用いることで波長2.6μmまで感度を持たせた受光素子アレイに読み出し回路(ROIC:Read-out IC)であるCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)回路を接続して、光電流を出力信号に変換する検出器の例が発表されている(非特許文献1)。受光素子アレイでは、pn接合に入射した光によって発生する電子/正孔対のうち電子を共通のn側電極に集合的に集め、正孔を画素電極であるp側電極からCMOSへ読み出している。   Since the near-infrared wavelength region corresponds to an absorption spectrum related to living organisms such as animals and plants and the environment, the development of near-infrared detectors using III-V compound semiconductors in the light-receiving layer has been actively conducted. Yes. For example, by using Extended-InGaAs for the light-receiving layer, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) circuit, which is a read-out IC (ROIC), is connected to a light-receiving element array that has sensitivity up to a wavelength of 2.6 μm. An example of a detector that converts a photocurrent into an output signal has been published (Non-Patent Document 1). In the light receiving element array, electrons are collectively collected in a common n-side electrode among electron / hole pairs generated by light incident on the pn junction, and holes are read out from the p-side electrode, which is a pixel electrode, to the CMOS. .

また受光層にInGaAs/GaAsSbのタイプ2の多重量子井戸構造(MQW:Multi-Quantum Wells)を用いた受光素子について、波長2.5μmまで感度を持つことが報告されている(非特許文献2)。
また、近赤外域ではなく、より短い波長域(可視域)の受光素子アレイにCMOSの読み出し回路を用いた例が開示されている(特許文献1,2)。この場合、半導体にはシリコンを用いてn型領域の画素から電子の信号電荷を読み出す。
In addition, it has been reported that a light receiving element using an InGaAs / GaAsSb type 2 multi-quantum well structure (MQW: Multi-Quantum Wells) in the light receiving layer has sensitivity up to a wavelength of 2.5 μm (Non-patent Document 2). .
In addition, an example in which a CMOS readout circuit is used for a light receiving element array in a shorter wavelength range (visible range) instead of the near infrared range is disclosed (Patent Documents 1 and 2). In this case, the signal charges of electrons are read out from the pixels in the n-type region using silicon as the semiconductor.

特開平11−307753号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-307753 特開2002−217397号公報JP 2002-217397 A

高橋秀夫ら「近赤外用InGaAs光検出器」,OPTRONICS(1997),No.3, pp.107-113Hideo Takahashi et al. “InGaAs photodetector for near infrared”, OPTRONICS (1997), No.3, pp.107-113 R.Sidhu,N.Duan, J.C.Campbell, and A.L.Holmes, Jr.," A 2.3μmcutoff wavelength photodiode on InP using lattice-matched GaInAs-GaAsSb type IIquantum wells”2005 International Conference on Indium Phosphide and RelatedMaterialsR.Sidhu, N.Duan, J.C.Campbell, and A.L.Holmes, Jr., "A 2.3μmcutoff wavelength photodiode on InP using lattice-matched GaInAs-GaAsSb type IIquantum wells” 2005 International Conference on Indium Phosphide and RelatedMaterials

上記の非特許文献1の近赤外用InGaAs光検出器(イメージセンサ)では、InP基板に格子整合しない組成のInGaAsを受光層としているため、暗電流が大きくなりセンサのノイズが大きい。バッファ層によって徐々に歪みを緩和するなどの工夫をしているが限界がある。このノイズを低減してS/N比を実用可能なレベルまで改善しようとすると冷却装置が必要になり、大掛かりな装置となる。また、InGaAs受光層上にエピタキシャル成長させる窓層には、InP等を用いることができず、たとえばInGaAs受光層に格子整合するInAsP(As/Pはほぼ0.6/0.4)を窓層に用いると、InAsP層は波長1〜1.5μmに吸収帯があるため、表面入射でも裏面入射でも、この波長域の光に対する感度は小さくなる。
また、非特許文献2の受光素子については、これまで、アレイ化して検出装置としたことはなく、ましてアレイ化された検出装置の感度などの測定がなされた例はない。
また、半導体にシリコンを用いた特許文献1〜2における受光素子は近赤外域に感度を持たない。
In the near-infrared InGaAs photodetector (image sensor) of Non-Patent Document 1 described above, InGaAs having a composition that does not lattice match with the InP substrate is used as the light-receiving layer, the dark current increases and the sensor noise increases. The buffer layer is devised to gradually alleviate distortion, but there is a limit. In order to reduce this noise and improve the S / N ratio to a practical level, a cooling device is required, resulting in a large-scale device. InP or the like cannot be used for the window layer epitaxially grown on the InGaAs light receiving layer. For example, InAsP (As / P is approximately 0.6 / 0.4) lattice-matched to the InGaAs light receiving layer is used as the window layer. When used, since the InAsP layer has an absorption band at a wavelength of 1 to 1.5 μm, the sensitivity to light in this wavelength range becomes small regardless of whether it is incident on the front surface or the back surface.
In addition, the light receiving element of Non-Patent Document 2 has never been arrayed to form a detection device, and there is no example in which the sensitivity of the arrayed detection device is measured.
In addition, the light receiving elements in Patent Documents 1 and 2 using silicon as a semiconductor do not have sensitivity in the near infrared region.

本発明は、近赤外域に高い受光感度を持つ、受光素子、受光素子アレイ、その受光素子アレイを用いた、ハイブリッド型検出装置、光学センサ装置、および受光素子アレイの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a light-receiving element, a light-receiving element array, a hybrid detection device, an optical sensor device, and a method for manufacturing the light-receiving element array using the light-receiving element array, which have high light-receiving sensitivity in the near infrared region. Objective.

本発明の受光素子アレイは、受光素子が配列されている。この受光素子アレイは、InP基板と、バンドギャップ波長1.65μm〜3.0μmを有してInP基板の上に位置する受光層と、受光層の上に位置するキャップ層とを備える。受光層は、InP基板と格子整合する、(GaAsSb/InGaAs)、(GaAsSb/InGaAsN)、(GaAsSb/InGaAsNP)、および(GaAsSb/InGaAsNSb)、のうちのいずれか1つのタイプ2型のMQWからなり、受光素子ごとにキャップ層上に位置する電極を備え、該電極は、当該受光素子ごとに設けられたn型領域においてキャップ層にオーミック接触しており、隣りの受光素子と、溝またはn型化されていない領域によって隔てられていることを特徴とする。ここで、受光素子アレイにおける受光素子は、一次元配列でも二次元配列でもよく、また、どちらの場合とも規則配列でも不規則配列でもよい。 In the light receiving element array of the present invention, light receiving elements are arranged. The light receiving element array includes an InP substrate, a light receiving layer having a band gap wavelength of 1.65 μm to 3.0 μm and positioned on the InP substrate, and a cap layer positioned on the light receiving layer. The light-receiving layer is made of any one of type 2 type MQW of (GaAsSb / InGaAs), (GaAsSb / InGaAsN), (GaAsSb / InGaAsNP), and (GaAsSb / InGaAsNSb) that is lattice-matched to the InP substrate. Each of the light receiving elements includes an electrode positioned on the cap layer, and the electrode is in ohmic contact with the cap layer in an n-type region provided for each of the light receiving elements, and the adjacent light receiving element and the groove or n-type It is characterized by being separated by a region that is not formed. Here, the light receiving elements in the light receiving element array may be a one-dimensional array or a two-dimensional array, and may be a regular array or an irregular array in either case.

上記の構成によれば、受光層はタイプ2型のMQWで構成され、受光素子によって構成される画素の電極は、n型領域にオーミック接触する。このため、MQWで受光して形成された電子正孔対のうち電子による電荷が画素情報として読み出される。
一般的に、半導体のバンド内のキャリア(電子および正孔)のうち、正孔は電子に比べて移動度が小さい傾向があった。タイプ2型のMQWを受光層として、画素の読み出し部をp型領域としても、InP基板と反対側のキャップ層側からの光入射では、上記の近赤外域にわたって量子効率0.3〜0.9程度の感度を有していた。しかし、InP基板の裏面側から光を入射する場合、タイプ2型のMQWを受光層として、画素の読み出し部をp型領域とした場合には、上記波長域の受光感度は大幅に低下する。この現象は、本発明者らによってごく最近知るところとなった現象である。この現象が起きる機構は次のように推測される。
「MQWの一つの量子井戸内に正孔がトラップされると、その量子井戸の障壁ポテンシャルを超えるのに所定のエネルギを要する。InP基板と反対側のキャップ層側からの光入射では、入射して直ぐにキャップ層に近い範囲のMQWで光電変換しやすく、生成した電子正孔対のうち移動度が小さい正孔が位置する量子井戸から画素電極まで少数の量子井戸しかない。この場合、正孔は画素電極に比較的容易に到達して十分な感度を得ることができる。しかし、InP基板裏面からの入射の場合、入射して直ぐに受光する位置はInP基板に近い範囲の量子井戸である。このため、InP基板の裏面入射では、正孔は、画素電極に到達するのに、多数の量子井戸を越える必要がある。しかし、正孔は移動度が小さいため相当の割合が、多数の量子井戸のポテンシャル障壁を超えて画素電極にまで到達することができなくなる。このため、タイプ2型のMQWを受光層として画素をp型領域とする場合、キャップ層側入射では高い感度を示しながら、InP基板の裏面入射では、感度が大幅に低下する。この感度低下の度合いは、波長によって変動する受光層の光吸収率に影響される。」
これまでは、もっぱら、タイプ2型MQWの受光層を持つ1つの受光素子について、キャップ層側入射についてデータが採取されていた。しかし、受光素子を複数、二次元アレイ化すると、画素の配線が入射光に対して障害とならないようにするには、InP基板の裏面入射は避けられない。
According to the above configuration, the light receiving layer is formed of type 2 MQW, and the pixel electrode formed of the light receiving element is in ohmic contact with the n-type region. For this reason, the charge due to electrons in the electron-hole pair formed by receiving light with MQW is read out as pixel information.
In general, among carriers (electrons and holes) in a semiconductor band, holes tended to have lower mobility than electrons. Even when a type 2 MQW is used as a light-receiving layer and a pixel readout portion is used as a p-type region, a quantum efficiency of 0.3 to 0. 0 over the near-infrared region when light is incident from the cap layer side opposite to the InP substrate. It had a sensitivity of about 9. However, in the case where light is incident from the back side of the InP substrate, the light receiving sensitivity in the above-mentioned wavelength region is greatly reduced when the type 2 type MQW is used as the light receiving layer and the pixel reading unit is used as the p type region. This phenomenon is a phenomenon that the present inventors have recently known. The mechanism by which this phenomenon occurs is assumed as follows.
“When holes are trapped in one quantum well of MQW, a certain amount of energy is required to exceed the barrier potential of the quantum well. Light incident from the cap layer side opposite to the InP substrate is incident. It is easy to perform photoelectric conversion with MQW in the range close to the cap layer immediately, and there are only a few quantum wells from the quantum well where the hole with low mobility is located in the generated electron-hole pair to the pixel electrode. Can reach the pixel electrode relatively easily and obtain sufficient sensitivity, however, in the case of incidence from the back surface of the InP substrate, the position where light is incident and received immediately is a quantum well in a range close to the InP substrate. For this reason, when the InP substrate is incident on the back surface, holes need to exceed a large number of quantum wells in order to reach the pixel electrode. Therefore, when the type 2 type MQW is used as a light receiving layer and the pixel is used as a p-type region, the cap layer side incident shows high sensitivity. When the back side of the InP substrate is incident, the sensitivity is greatly reduced, and the degree of this sensitivity reduction is affected by the light absorption rate of the light receiving layer that varies depending on the wavelength. "
Until now, data was collected for the incident on the cap layer side for one light receiving element having a light receiving layer of type 2 type MQW. However, when a plurality of light receiving elements are arranged in a two-dimensional array, the backside incidence of the InP substrate is unavoidable so that the pixel wiring does not become an obstacle to incident light.

InP系III−V属化合物半導体の画素をp型領域とするのは、不純物元素の取り扱いのし易さ、これまでに蓄積された技術などによる。亜鉛(Zn)は、InPの不純物として非常に扱いやすいために広く用いられ、多くの蓄積データがあり、InPの不純物の定番とされてきた。このためZnはInPに選択拡散されて、選択拡散領域(p型領域)を画素とする技術等が蓄積されてきた。各画素は、選択拡散されていない領域によって隔絶される。InPには、Zn以外に他の不純物をあえて用いない状況が続いてきた。Znは、それくらい、InPにとって扱いやすい不純物である。ただし、ZnはInPのp型不純物なので、画素をp型領域とすることで、他の不都合な点についてはコストをかけて対応していた。たとえば、マルチプレクサを例にあげると、画素をn型領域とするシリコンによる受光素子アレイを用いた撮像装置では、CMOSやCCDの読み出し電極は電子による信号電荷を読み出す回路構成となっている。このため、正孔による信号電荷を読み出して処理するには、極性を変える対応が必要となる。   The reason why the pixel of the InP III-V compound semiconductor is set to the p-type region is due to the ease of handling of the impurity element and the technology accumulated so far. Zinc (Zn) is widely used because it is very easy to handle as an impurity of InP, and has a lot of accumulated data, and has been regarded as a standard of InP impurities. For this reason, Zn has been selectively diffused into InP, and a technique of using a selective diffusion region (p-type region) as a pixel has been accumulated. Each pixel is isolated by a region that is not selectively diffused. InP has continued to be used without other impurities other than Zn. Zn is such an easy-to-handle impurity for InP. However, since Zn is a p-type impurity of InP, other disadvantages have been dealt with at a high cost by making the pixel a p-type region. For example, taking a multiplexer as an example, in an imaging device using a light receiving element array made of silicon whose pixels are n-type regions, the readout electrode of the CMOS or CCD has a circuit configuration for reading out signal charges by electrons. For this reason, in order to read out and process the signal charge due to holes, it is necessary to cope with changing the polarity.

上述のように、受光層をタイプ2型のMQWとし、選択拡散領域(p型領域)を画素とする受光素子アレイをInP基板側からの裏面入射とすると、受光により生成した電子正孔対のうち正孔のかなりの割合がMQWを通って画素電極に到達できなくなり、受光感度の低下をもたらす。そこで、InPにおけるZnの使い易さに頼らずに、n型不純物の選択拡散領域を画素とするのが本発明の基本的な考え方である。このためnip型受光素子アレイとする。本発明は、タイプ2型のMQWによる受光素子アレイをpin型で構成することは、感度をいちじるしく低下させるという、このたび確認された現象に基づいている。本発明では、受光層をタイプ2型のMQWとし、選択拡散領域(n型領域)を画素とする受光素子アレイをInP基板側からの裏面入射とすることで、次の作用を得ることができる。
(1)電子はホールに比べて移動度が大きいなどの理由から、多数の量子井戸を、比較的容易に超えて、効率(歩留まり)よく、画素電極に到達することができる。このため、波長による感度の変動を小さくすることができる。
(2)また、上記(1)の作用を得ることができるので、InP基板の裏面入射において、pn接合をInP基板に近い範囲のMQW内に配置することができる。このような配置にすることで、InP基板裏面入射の場合に、入射して直ぐの光量が多い領域において、pn接合からの空乏層を広げることができる。このような光量が多い領域では、光吸収の程度が大きい。この結果、受光感度を向上させ、波長による感度の変動が小さい受光素子アレイを得ることができる。
なお、所定のエピタキシャル層が、InP基板と格子整合するとは、InPの格子定数との相違が、0.002以下であること、すなわち、InP基板の格子定数をao、エピタキシャル層の格子定数をaとするとき、|a−ao|/ao≦0.002、を満たすことをいう。
As described above, when the light-receiving element array is a type 2 MQW and the light-receiving element array having the selective diffusion region (p-type region) as a pixel is incident on the back surface from the InP substrate side, Of these, a significant proportion of holes cannot reach the pixel electrode through the MQW, resulting in a decrease in light receiving sensitivity. Therefore, the basic idea of the present invention is to use the n-type impurity selective diffusion region as a pixel without depending on the ease of use of Zn in InP. For this reason, it is set as a nip type light receiving element array. The present invention is based on the phenomenon that has been confirmed that the light receiving element array by the type 2 MQW is configured in the pin type to significantly reduce the sensitivity. In the present invention, the following effects can be obtained by making the light-receiving layer an MQW of type 2 type and making the light-receiving element array having the selective diffusion region (n-type region) a pixel as the back side incidence from the InP substrate side. .
(1) Electrons can reach the pixel electrode with high efficiency (yield) by exceeding the number of quantum wells relatively easily because of the higher mobility than holes. For this reason, the fluctuation | variation of the sensitivity by a wavelength can be made small.
(2) Moreover, since the effect of the above (1) can be obtained, the pn junction can be arranged in the MQW in the range close to the InP substrate when the InP substrate is incident on the back surface. With such an arrangement, when the InP substrate is incident on the back surface of the InP substrate, the depletion layer from the pn junction can be expanded in a region where the amount of light immediately after entering is large. In such a region with a large amount of light, the degree of light absorption is large. As a result, it is possible to improve the light receiving sensitivity and obtain a light receiving element array in which the variation in sensitivity due to the wavelength is small.
Note that the fact that a given epitaxial layer is lattice-matched with the InP substrate means that the difference from the lattice constant of InP is 0.002 or less, that is, the lattice constant of the InP substrate is ao and the lattice constant of the epitaxial layer is a. Is satisfied | a−ao | /ao≦0.002.

受光素子ごとのn型領域を、(1)キャップ層の表面から一部の厚み部分、(2)キャップ層のすべての厚み、(3)キャップ層のすべての厚み、および受光層のキャップ層側の一部の厚み部分、および(4)キャップ層のすべての厚み、および受光層のすべての厚み、の(1)〜(4)のうちのいずれか1つの形態の厚み方向分布を有するようにできる。上記のように、n型不純物を導入する深さの選択肢を多く持つことで、pn接合の位置を、キャップ層内〜MQWの底面の範囲に、配置することができる。たとえばpn接合の位置がInP基板に近い場合、空乏層を裏面の入射面に近づけて、入射して直ぐに光電変換することができる。電子はホールに比べて移動度が大きいので、多数の量子井戸を、比較的容易に超えて、効率(歩留まり)よく、画素電極に到達することができる。このため、波長による感度の変動を小さくすることができる。また、MQWの結晶性が劣化することが考えられるので、MQWの結晶性も考慮して上記のn型不純物を導入する深さを選択するのがよい。   The n-type region for each light receiving element includes (1) a part of the thickness from the surface of the cap layer, (2) all the thickness of the cap layer, (3) all the thickness of the cap layer, and the cap layer side of the light receiving layer And (4) all thicknesses of the cap layer, and all thicknesses of the light-receiving layer, so as to have a thickness direction distribution of any one of the forms (1) to (4) it can. As described above, by having many options of the depth for introducing the n-type impurity, the position of the pn junction can be arranged in the range of the cap layer to the bottom surface of the MQW. For example, when the position of the pn junction is close to the InP substrate, the depletion layer can be brought close to the incident surface on the back surface, and photoelectric conversion can be performed immediately upon entering. Since electrons have a higher mobility than holes, they can reach a pixel electrode with high efficiency (yield) over a large number of quantum wells relatively easily. For this reason, the fluctuation | variation of the sensitivity by a wavelength can be made small. Further, since it is considered that the crystallinity of MQW deteriorates, it is preferable to select the depth for introducing the n-type impurity in consideration of the crystallinity of MQW.

キャップ層を、InP層、またはInGaAs層とInP層との複合層、とすることができる。InPおよびInGaAsは、波長1μm〜1.5μmの吸収が小さいので、波長1μm〜近赤外域の範囲全体の受光感度を高くすることができる。
またInPおよびInGaAsは、InP基板と格子整合するため、キャップ層だけでなく、バッファ層に用いることで、上記の波長域の吸収が小さいので、InP基板裏面入射の場合に、受光層に届くまでの吸収を抑えることができ、感度を高くすることができる。
ここで、キャップ層を、InP層とInGaAs層との複合層として、InP層/InGaAs層/受光層、の積層構造をとる場合、InGaAs層を不純物濃度分布調整層と呼ぶ。キャップ層の語は、InP層のみをさす場合と、(InP層/InGaAs不純物濃度分布調整層)の複合層をさす場合とがあるが、とくに断らない限りは、両方の場合をさす。しかし、本発明の趣旨に沿って広く解釈されるべきである。
不純物濃度分布調整層は、画素におけるnip型フォトダイオードを、多様な形態とするために、pn接合を多様な深さ位置に、逆バイアス電圧下で空乏層を受光層(低濃度キャリアとされる)に広く張り出すために配置することができる。不純物濃度分布調整層は、多様な製造方法に応じて、適切な形態のnip型フォトダイオードを形成するために、配置してもよい。
The cap layer can be an InP layer or a composite layer of an InGaAs layer and an InP layer. Since InP and InGaAs have a small absorption at a wavelength of 1 μm to 1.5 μm, the light receiving sensitivity of the entire range from the wavelength of 1 μm to the near infrared region can be increased.
Since InP and InGaAs are lattice-matched with the InP substrate, the absorption in the above wavelength range is small by using it not only for the cap layer but also for the buffer layer. Absorption can be suppressed, and sensitivity can be increased.
Here, when the cap layer is a composite layer of an InP layer and an InGaAs layer and has a laminated structure of InP layer / InGaAs layer / light receiving layer, the InGaAs layer is referred to as an impurity concentration distribution adjusting layer. The term “cap layer” refers to the case where only the InP layer is referred to, and the case where it refers to the composite layer of (InP layer / InGaAs impurity concentration distribution adjustment layer). However, it should be construed broadly within the spirit of the present invention.
The impurity concentration distribution adjusting layer has a pn junction at various depth positions and a depletion layer as a light receiving layer (low concentration carrier under a reverse bias voltage) in order to make the nip type photodiode in the pixel into various forms. ) Can be arranged to overhang. The impurity concentration distribution adjusting layer may be disposed in order to form a nip type photodiode of an appropriate form according to various manufacturing methods.

受光素子を、選択拡散または選択イオン注入、によって形成されたn型領域を有し、前記選択拡散されずn型化されていない領域または選択イオン注入されずn型化されていない領域によって、他の受光素子と隔てられているようにできる。これによって、メサエッチングをすることなく、不純物濃度分布のみにより、受光素子アレイを形成することができる。このため、メサエッチングに伴う結晶損傷などを避けることができる。   The light receiving element has an n-type region formed by selective diffusion or selective ion implantation, and is different depending on the region not selectively diffused and not n-type or not selectively ion-implanted and not n-type. It can be separated from the light receiving element. As a result, the light receiving element array can be formed only by the impurity concentration distribution without performing mesa etching. For this reason, crystal damage accompanying mesa etching can be avoided.

また、受光素子が、n型不純物をドーピングされたキャップ層、またはn型不純物をドーピングされたキャップ層および受光層、を有し、隣の受光素子と溝で隔てられているようにできる。これによれば、選択拡散によらず、エピタキシャル成膜の際にn型不純物をドープしておき、メサエッチングによって、隣り合う受光素子を隔離する。このため、n型不純物の種類によっては選択拡散が難しい場合、受光素子の独立を保ちながらアレイ化することができる。   Further, the light receiving element may have a cap layer doped with n-type impurities, or a cap layer and light receiving layer doped with n-type impurities, and may be separated from an adjacent light receiving element by a groove. According to this, regardless of selective diffusion, an n-type impurity is doped at the time of epitaxial film formation, and adjacent light receiving elements are isolated by mesa etching. For this reason, when selective diffusion is difficult depending on the type of n-type impurity, an array can be formed while keeping the light receiving elements independent.

受光素子が、n型不純物をドーピングされたキャップ層、またはn型不純物をドーピングされたキャップ層および受光層を有し、p型不純物を選択拡散されたp型領域、またはp型不純物を選択イオン注入されたp型領域、によって隣の受光素子と隔てられているようにできる。これによって、メサエッチングすることなく、受光素子の間の領域に、成膜時のドーピングによるn型領域をp型領域化するほどのp型不純物を選択拡散または選択イオン注入して、受光素子を隣から隔離する。   The light receiving element has a cap layer doped with an n-type impurity, or a cap layer doped with an n-type impurity and a light receiving layer, and a p-type region selectively diffused with a p-type impurity, or a p-type impurity with a selective ion The implanted p-type region can be separated from the adjacent light receiving element. As a result, the p-type impurity is selectively diffused or ion-implanted into the region between the light receiving elements without mesa etching so that the n-type region formed by doping during film formation becomes a p-type region. Isolate from next door.

受光層を、(1)n型層、(2)p型層、および(3)キャップ層側をn型層としかつInP基板側をp型層とする不純物複合層、の(1)〜(3)のうちのいずれか1つであり、キャリア濃度をいずれも1e16/cm以下とすることができる。いずれの場合も、受光層のどの部分のキャリア濃度も1e16/cm以下とする。これによって、結晶性の良好なMQWを得ることができる。また、pn接合から空乏層を受光層(MQW)内に広く広げやすくなり、感度を高めることができる。 (1) an n type layer, (2) a p type layer, and (3) an impurity composite layer in which the cap layer side is an n type layer and the InP substrate side is a p type layer. Any one of 1) to (3), and the carrier concentration can be 1e16 / cm 3 or less. In either case, the carrier concentration in any part of the light receiving layer is 1e16 / cm 3 or less. Thereby, MQW with good crystallinity can be obtained. In addition, the depletion layer can be easily spread widely in the light receiving layer (MQW) from the pn junction, and the sensitivity can be increased.

本発明のハイブリッド型検出装置は、上記のいずれかの受光素子アレイと、シリコン読み出し回路とを備え、受光素子アレイの受光素子ごとの電極と、シリコン読み出し回路の読み出し電極とが、接合バンプを介在させて導電接続しており、受光素子アレイにおけるInP基板の裏面から光が入射することを特徴とする。これによって、近赤外域に高い受光感度を持つハイブリッド型検出装置を得ることができる。   The hybrid detection device of the present invention includes any one of the light receiving element arrays described above and a silicon readout circuit, and an electrode for each light receiving element of the light receiving element array and a readout electrode of the silicon readout circuit intervene a bonding bump. The light is incident from the back surface of the InP substrate in the light receiving element array. As a result, a hybrid detection device having high light receiving sensitivity in the near infrared region can be obtained.

受光素子アレイにおける受光素子に印加する逆バイアス電圧を0〜−1Vとすることができる。これによって、小さい電源を用いて近赤外光の受光することができる。このため、小型軽量化ができ、携行に便利なハイブリッド型検出装置を得ることができる。   The reverse bias voltage applied to the light receiving elements in the light receiving element array can be set to 0 to −1V. As a result, near infrared light can be received using a small power source. For this reason, it is possible to obtain a hybrid detection device that can be reduced in size and weight and is convenient to carry.

本発明の光学センサ装置は、上記のいずれかの受光素子アレイ、またはいずれかのハイブリッド検出装置を用いることを特徴とする。これによって、近赤外域の長波長域まで高感度で受光できるので、たとえば所定の成分の特定に用いることができる波長を、複数本、用いて検査を遂行できる。このため、検査の精度を高めることができ、または本発明より前では不可能な検査を実施することができる。
ここで、光学センサ装置は、光学素子、たとえば分光器、レンズ等の光学系と組み合わせたものであり、波長分布測定を遂行したり、撮像装置として用いたり、多くの有用な実用製品を得ることができる。当然、マイコン等の制御装置等を含む場合が多い。上記の光学センサ装置の具体例として、(1)視界支援もしくは監視をするための撮像装置、(2)生体中の成分を検査するための生体成分検査装置、(3)水分濃度を検査するための水分検査装置、(4)食品の品質を検査するための食品品質検査装置、および(5)焼却装置等の気体中の成分をモニタするための環境モニタ装置等がをあげることができる。
An optical sensor device according to the present invention uses any one of the light receiving element arrays described above or any hybrid detection device. Accordingly, since light can be received with high sensitivity up to a long wavelength region in the near infrared region, for example, inspection can be performed using a plurality of wavelengths that can be used for specifying a predetermined component. For this reason, the accuracy of the inspection can be increased, or an inspection that is not possible before the present invention can be performed.
Here, the optical sensor device is combined with an optical element, for example, an optical system such as a spectroscope or a lens, and performs wavelength distribution measurement or can be used as an imaging device to obtain many useful practical products. Can do. Of course, it often includes a control device such as a microcomputer. Specific examples of the optical sensor device include (1) an imaging device for visual field support or monitoring, (2) a biological component inspection device for inspecting components in the living body, and (3) for inspecting moisture concentration. And (4) a food quality inspection device for inspecting the quality of food, and (5) an environmental monitoring device for monitoring components in gas such as an incinerator.

本発明の受光素子は、InP基板と、バンドギャップ波長1.65μm〜3.0μmを有し、InP基板の上に位置する受光層と、受光層の上に位置するキャップ層とを備え、受光層は、InP基板と格子整合する、(GaAsSb/InGaAs)、(GaAsSb/InGaAsN)、(GaAsSb/InGaAsNP)、および(GaAsSb/InGaAsNSb)、のうちのいずれか1つのタイプ2型の多重量子井戸構造からなり、キャップ層上に位置する電極を備え、該電極は、n型領域においてキャップ層にオーミック接触しており、n型領域は、周りとn型化されていない領域によって隔てられていることを特徴とする。これによって、基板入射でもキャップ層入射でも、近赤外域の長波長範囲にまで高い受光感度を有する受光素子を得ることができる。この受光素子は、逆バイアス電圧も低くてよく、電源の小型化、軽量化などに貢献することができる。さらに、CMOS等の読み出し電極を正孔に対応する特殊仕様にする必要がなく安価な光学センサ装置を得ることができる。   The light receiving element of the present invention has an InP substrate, a band gap wavelength of 1.65 μm to 3.0 μm, a light receiving layer located on the InP substrate, and a cap layer located on the light receiving layer. The layer is lattice-matched to the InP substrate and is a type 2 multiple quantum well structure of any one of (GaAsSb / InGaAs), (GaAsSb / InGaAsN), (GaAsSb / InGaAsNP), and (GaAsSb / InGaAsNSb) Comprising an electrode located on the cap layer, the electrode being in ohmic contact with the cap layer in the n-type region, wherein the n-type region is separated from the surrounding by a region that is not n-typed It is characterized by. Accordingly, it is possible to obtain a light receiving element having high light receiving sensitivity up to a long wavelength range in the near infrared region regardless of whether the substrate is incident or the cap layer is incident. This light receiving element may have a low reverse bias voltage, and can contribute to reduction in size and weight of the power source. Furthermore, it is not necessary to make the readout electrode such as CMOS have a special specification corresponding to holes, and an inexpensive optical sensor device can be obtained.

本発明の受光素子アレイの製造方法は、受光素子が配列された受光素子アレイを製造する。この製造方法は、InP基板上またはバッファ層上に、格子整合する、(GaAsSb/InGaAs)、(GaAsSb/InGaAsN)、(GaAsSb/InGaAsNP)、および(GaAsSb/InGaAsNSb)、のうちのいずれか1つのタイプ2型のMQWの受光層を形成する工程と、受光層上にキャップ層を形成する工程と、キャップ層および受光層に、受光素子を、隣の受光素子と隔てて形成するための隔離処理を行う工程とを備え、前記隔離処理の工程、または、該隔離処理の工程および前記キャップ層/受光層の形成工程において、前記受光素子ごとに前記キャップ層の少なくとも表層にn型領域を形成し、n型領域に受光素子ごとに電極を形成することを特徴とする。
これによって、近赤外域に高い受光感度を有する受光素子アレイを比較的簡単に製造することができる。
The light receiving element array manufacturing method of the present invention manufactures a light receiving element array in which light receiving elements are arranged. The manufacturing method includes any one of (GaAsSb / InGaAs), (GaAsSb / InGaAsN), (GaAsSb / InGaAsNP), and (GaAsSb / InGaAsNSb) lattice-matched on the InP substrate or the buffer layer. A step of forming a type 2 MQW light receiving layer, a step of forming a cap layer on the light receiving layer, and an isolation process for forming a light receiving element in the cap layer and the light receiving layer separately from the adjacent light receiving element Forming an n-type region in at least a surface layer of the cap layer for each of the light receiving elements in the isolation process, or the isolation process and the cap layer / light-receiving layer forming process. An electrode is formed for each light receiving element in the n-type region.
As a result, a light receiving element array having high light receiving sensitivity in the near infrared region can be manufactured relatively easily.

隔離処理の工程、または、該隔離処理の工程およびキャップ層/受光層の形成工程における、受光素子ごとのn型領域の形成では、(1)キャップ層の表面から選択拡散または選択イオン注入することで該n型領域を形成し、選択拡散されていない領域または選択イオン注入されていない領域によって他の受光素子と隔てる、(2)キャップ層、またはキャップ層および受光層の形成のとき、n型不純物をドーピングして、隣の受光素子との間に、エッチングによって溝を設けて、該溝によって隣の受光素子と隔てる、または(3)キャップ層、またはキャップ層および受光層の形成のとき、n型不純物をドーピングして、隣の受光素子との間に選択拡散またはイオン注入によってp型不純物を導入して該p型不純物を含む領域によって隣の受光素子と隔てる、ことができる。
これによって、選択肢のうちから不純物元素の特徴などに適した、隣と隔離された受光素子の配列を得ることができる。
In formation of an n-type region for each light receiving element in the isolation processing step or the isolation processing step and the cap layer / light receiving layer forming step, (1) selective diffusion or selective ion implantation from the surface of the cap layer. And forming the n-type region and separating it from other light-receiving elements by a region not selectively diffused or a region not selectively ion-implanted. (2) When forming a cap layer or a cap layer and a light-receiving layer, the n-type region is formed. Doping with impurities and providing a groove by etching between the adjacent light receiving element and separating from the adjacent light receiving element by the groove, or (3) When forming the cap layer or the cap layer and the light receiving layer, An n-type impurity is doped, a p-type impurity is introduced between the adjacent light receiving element by selective diffusion or ion implantation, and a region containing the p-type impurity is adjacent to the adjacent light receiving element. Separating the optical element, it is possible.
This makes it possible to obtain an array of light receiving elements isolated from adjacent ones, which is suitable for the characteristics of the impurity element from among the options.

本発明により、近赤外域に高い受光感度を持つ、受光素子アレイ等を得ることができる。   According to the present invention, a light receiving element array or the like having high light receiving sensitivity in the near infrared region can be obtained.

本発明の実施の形態1における近赤外域のハイブリッド型検出装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hybrid type | mold detection apparatus of the near infrared region in Embodiment 1 of this invention. 図1の受光素子アレイを光入射側から見た平面図である。It is the top view which looked at the light receiving element array of FIG. 1 from the light incident side. 図1の受光素子アレイ内の一つの受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布を示す図である。It is a figure which shows the thickness direction distribution of the carrier density | concentration in one light receiving element in the light receiving element array of FIG. 本発明の実施の形態2における近赤外域のハイブリッド検出装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hybrid detection apparatus of the near infrared region in Embodiment 2 of this invention. 図4の受光素子アレイ内の一つの受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a thickness direction distribution of carrier concentration in one light receiving element in the light receiving element array of FIG. 4. 本発明の実施の形態3における近赤外域のハイブリッド検出装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hybrid detection apparatus of the near infrared region in Embodiment 3 of this invention. 図6の受光素子アレイ内の一つの受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布を示す図である。It is a figure which shows the thickness direction distribution of the carrier density | concentration in one light receiving element in the light receiving element array of FIG. 本発明の実施の形態4における近赤外域のハイブリッド検出装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hybrid detection apparatus of the near infrared region in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における光学センサ装置である撮像装置または視界支援装置を示す図である。It is a figure which shows the imaging device or visual field assistance apparatus which is an optical sensor apparatus in Embodiment 5 of this invention. 夜間の後方の視界支援装置を示す図である。It is a figure which shows the visual field assistance apparatus of the back at night. 本発明の実施の形態6における光学センサ装置である生体成分検出装置を示す図である。It is a figure which shows the biological component detection apparatus which is an optical sensor apparatus in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7における光学センサ装置である生体中の水分検出装置(眼の水分布像形成装置)を示す図である。It is a figure which shows the water | moisture content detection apparatus (water distribution image formation apparatus of an eye) in the living body which is an optical sensor apparatus in Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8における光学センサ装置である食品品質検査装置である食味を検査する装置を示す図である。It is a figure which shows the apparatus which test | inspects the taste which is a food quality inspection apparatus which is an optical sensor apparatus in Embodiment 8 of this invention. 異なる3つの銘柄の米の1200nm〜2500nmの範囲の吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of the range of 1200 nm-2500 nm of the rice of three different brands. 本発明の実施の形態9における光学センサ装置である、ごみの燃焼炉においてごみの温度分布を得るための温度分布測定装置である。It is a temperature distribution measuring apparatus for obtaining the temperature distribution of the garbage in the refuse combustion furnace, which is the optical sensor apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. 図15における温度分布撮像装置20aを示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution imaging device 20a in FIG. ごみ燃焼炉における近赤外スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the near-infrared spectrum in a refuse combustion furnace. 水の吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of water. 本発明より前の近赤外域のハイブリッド検出装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hybrid detection apparatus of the near infrared region before this invention. 図19の受光素子アレイ内の一つの受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布を示す図である。It is a figure which shows the thickness direction distribution of the carrier density | concentration in one light receiving element in the light receiving element array of FIG. 本発明より前の受光素子アレイのMQWにおける正孔の価電子帯における準位を示す図である。It is a figure which shows the level in the valence band of the hole in MQW of the light receiving element array before this invention.

<本発明より前のハイブリッド型検出装置の問題>
ここで説明する、近赤外域用のMQWを受光層とする本発明より前のハイブリッド型検出装置についての問題は未だ知られていない。
図19は、本発明より前の受光素子アレイ150と、読み出し回路(ROIC)を構成するCMOS170と、を備えるハイブリッド型検出装置110を示す図である。受光素子アレイ150は次の積層構造を有する。
n型InP基板101/n型InP(またはInGaAs)バッファ層102/n型受光層103(InGaAs/GaAsSb)のタイプ2型MQW/n型InGaAs選択拡散濃度分布調整層104/n型InPキャップ層105
受光素子またはフォトダイオードは、n型InPキャップ層105の表面から選択拡散によって導入されたp型領域106の先端に位置するpn接合115を備える。各受光素子は、選択拡散されていない領域によって隔てられている。選択拡散されるp型不純物はZnである。上述のように、InPの不純物としてZnは非常に扱いやすく、これまでに蓄積された技術データが豊富にある。選択拡散に用いた選択拡散マスクパターン136はそのまま残され、その選択拡散マスクパターン136上に保護膜137が被覆される。
受光素子の電極または画素電極111は、p型領域106にオーミック接触するように配置され、グランド電極112は、各受光素子に共通に、n型InP基板101にオーミック接触するように配置される。CMOS170の読み出し電極を形成するパッド171は、接合バンプ131を介在させて画素電極111と導電接続される。CMOS170のグランド電極172および受光素子アレイ150のグランド電極112は、外部にアースされる。
図20は、キャリア濃度分布を受光素子アレイ150の厚み方向に沿って示す図である。図20では、Znの選択拡散の濃度分布に対応するp型キャリアは、選択拡散の導入層における高濃度のキャップ層105からInGaAs選択拡散濃度分布調整層104を経て、受光層103において、p型キャリア濃度は低いレベルになる。タイプ2型MQWにおけるフラットなn型キャリア濃度は、成膜時のドーピングによる。受光層トップ側(キャップ層側)で傾斜して低下するp型キャリア濃度と、フラットなn型キャリア濃度との交点(交面または界面)にpn接合115が形成される。
受光の際には、pn接合115に逆バイアス電圧、すなわち画素電極111とグランド電極112との間に、グランド電極112の電圧が画素電極111より高くなるように電圧を印加する。空乏層はタイプ2型のMQWの受光層103に拡がり、ここに到達した光によって電子正孔対が形成される。画素電極111はグランドより電圧が低いので正孔を集めて、正孔の電荷が画素情報を形成する。この画素の電荷を所定時間ピッチで読み出すことで、画像または測定信号の強度分布等を形成することができる。
受光層のタイプ2型MQWでは、正孔は、図21に示すように、GaAsSbの価電子帯に形成される。図21に示すバンド図は電子に対するバンド図なので、正孔については上下を逆に読む。最低準位にトラップされた正孔は、価電子帯における高い障壁を越えて、キャップ層105側にドリフトする。InP基板101の裏面から入射された光は、直ぐに空乏層内で受光され、正孔を生成する。このとき、正孔は、逆バイアスの電界による駆動は受けるものの、多数の高い障壁を越えて、MQWの受光層103を通って、p型領域106に到達しなければならない。このため、p型領域106または画素電極111に到達する正孔の数は相当の割合が減少する。この結果、受光感度が低下する。もともと、正孔は有効質量が電子に比べて大きく、移動度が小さいことは知られていた。しかし、上記の受光感度の低下は、そのような一般的な移動度の大小では説明がつかない。上記の受光感度が低下する現象については、その機構を究明中であるが、ともかくタイプ2型のMQWの受光層103を備え、p型領域106に画素電極111を配置して正孔を信号電荷とする受光素子アレイ150またはハイブリッド型検出装置110について次の実験事実を確認している。
1.タイプ2型のMQWを受光層とする受光素子に対して、キャップ層105側から入射した場合、近赤外光の量子効率は、0.3〜0.9を示す。この量子効率は、良好である。
2.しかしながら、同じ受光素子アレイをInP基板の裏面入射とすると、近赤外域の量子効率は、0.05〜0.5という非常に低い値に低下してしまう。受光素子アレイを用いる場合、各画素に配線を設けるため、配線による光に対する妨害を避けるため、InP基板の裏面からの入射とせざるをえない。
<Problems with Hybrid Type Detection Device Prior to the Present Invention>
The problem with the hybrid type detection device prior to the present invention using the MQW for the near infrared region as the light receiving layer described here is not yet known.
FIG. 19 is a diagram showing a hybrid detection device 110 including a light receiving element array 150 prior to the present invention and a CMOS 170 constituting a readout circuit (ROIC). The light receiving element array 150 has the following laminated structure.
n-type InP substrate 101 / n-type InP (or InGaAs) buffer layer 102 / n - type 2 MQW / n type light-receiving layer 103 (InGaAs / GaAsSb) - type InGaAs selective diffusion concentration distribution control layer 104 / n - -type InP Cap layer 105
The light receiving element or the photodiode includes a pn junction 115 located at the tip of the p-type region 106 introduced by selective diffusion from the surface of the n -type InP cap layer 105. Each light receiving element is separated by a region that is not selectively diffused. The p-type impurity to be selectively diffused is Zn. As described above, Zn is very easy to handle as an impurity of InP, and there is abundant technical data accumulated so far. The selective diffusion mask pattern 136 used for selective diffusion is left as it is, and a protective film 137 is covered on the selective diffusion mask pattern 136.
The electrode of the light receiving element or the pixel electrode 111 is disposed so as to be in ohmic contact with the p-type region 106, and the ground electrode 112 is disposed so as to be in ohmic contact with the n-type InP substrate 101 in common with each light receiving element. The pad 171 forming the readout electrode of the CMOS 170 is conductively connected to the pixel electrode 111 with the bonding bump 131 interposed. The ground electrode 172 of the CMOS 170 and the ground electrode 112 of the light receiving element array 150 are grounded to the outside.
FIG. 20 is a diagram showing the carrier concentration distribution along the thickness direction of the light receiving element array 150. In FIG. 20, p-type carriers corresponding to the concentration distribution of selective diffusion of Zn pass through the InGaAs selective diffusion concentration distribution adjusting layer 104 from the high-concentration cap layer 105 in the selective diffusion introduction layer, and p-type in the light receiving layer 103. The carrier concentration is low. The flat n-type carrier concentration in type 2 MQW is due to doping during film formation. A pn junction 115 is formed at the intersection (intersection or interface) between the p-type carrier concentration which is inclined and decreases on the light receiving layer top side (cap layer side) and the flat n-type carrier concentration.
When receiving light, a reverse bias voltage is applied to the pn junction 115, that is, a voltage is applied between the pixel electrode 111 and the ground electrode 112 so that the voltage of the ground electrode 112 is higher than that of the pixel electrode 111. The depletion layer extends to the light receiving layer 103 of the type 2 MQW, and electron-hole pairs are formed by the light reaching here. Since the pixel electrode 111 has a voltage lower than that of the ground, it collects holes, and the charge of the holes forms pixel information. By reading out the charges of the pixels at a predetermined time pitch, it is possible to form an intensity distribution of an image or a measurement signal.
In the type 2 MQW of the light receiving layer, holes are formed in the valence band of GaAsSb as shown in FIG. Since the band diagram shown in FIG. 21 is a band diagram for electrons, holes are read upside down. The holes trapped at the lowest level drift to the cap layer 105 side over the high barrier in the valence band. Light incident from the back surface of the InP substrate 101 is immediately received in the depletion layer to generate holes. At this time, although the holes are driven by a reverse bias electric field, they must reach the p-type region 106 through the MQW light-receiving layer 103 through many high barriers. For this reason, the ratio of the number of holes reaching the p-type region 106 or the pixel electrode 111 is considerably reduced. As a result, the light receiving sensitivity is lowered. Originally, it was known that holes have a larger effective mass than electrons and a low mobility. However, the above-described decrease in light receiving sensitivity cannot be explained by such a general mobility. The mechanism of the phenomenon in which the light receiving sensitivity is reduced is being investigated. However, anyway, the type 2 MQW light receiving layer 103 is provided, and the pixel electrode 111 is disposed in the p-type region 106 so that holes are signal charges. The following experimental fact is confirmed about the light receiving element array 150 or the hybrid type detection device 110.
1. When light is incident from the cap layer 105 side with respect to a light-receiving element using Type 2 MQW as a light-receiving layer, the quantum efficiency of near-infrared light is 0.3 to 0.9. This quantum efficiency is good.
2. However, if the same light receiving element array is incident on the back surface of the InP substrate, the quantum efficiency in the near infrared region is reduced to a very low value of 0.05 to 0.5. In the case of using the light receiving element array, since wiring is provided for each pixel, in order to avoid interference with light due to the wiring, it must be incident from the back surface of the InP substrate.

<本発明のポイント>
本発明のポイントは次の点にある。ハイブリッド型検出装置は、受光層をタイプ2型のMQW(たとえば(InGaAs/GaAsSb))とした受光素子アレイと、読み出し回路(ROIC)とで構成される。とくに受光層にタイプ2型のMQWが用いられる点が重要である。その受光素子アレイにおいて、個々の受光素子の電極配置部をn型領域として、グランド電極を各受光素子に共通のp型領域に配置する。波長1.65μm〜3.0μmの近赤外光は受光素子アレイのInP基板の裏面から入射され、読み出し回路を構成するCMOSは、タイプ2型MQWで光電変換によって生じる電子正孔対のうちの電子による電荷を読み出す。
本発明では、正孔を信号電荷に用いず、電子を信号電荷とする。電子は、正孔に比べて移動度が高い。伝導帯に放出される電子を信号電荷にすることで、受光感度または量子効率を高めることができる。画素電極が配置されるn型領域の形成は、p型不純物のZnほどの技術蓄積はないが、Snや、その他のn型不純物の選択拡散、またはこれまでにない他のn型領域形成方法もしくはpn接合形成方法を用いる。
<Points of the present invention>
The point of the present invention is as follows. The hybrid detection device includes a light receiving element array in which a light receiving layer is a type 2 MQW (for example, (InGaAs / GaAsSb)), and a readout circuit (ROIC). In particular, it is important that type 2 MQW is used for the light receiving layer. In the light receiving element array, an electrode arrangement portion of each light receiving element is used as an n-type region, and a ground electrode is arranged in a p-type region common to each light receiving element. Near-infrared light having a wavelength of 1.65 μm to 3.0 μm is incident from the back surface of the InP substrate of the light receiving element array, and the CMOS constituting the readout circuit is an electron hole pair generated by photoelectric conversion in a type 2 type MQW. Reads out the charge from the electrons.
In the present invention, holes are not used as signal charges, and electrons are used as signal charges. Electrons have higher mobility than holes. By using electrons emitted to the conduction band as signal charges, the light receiving sensitivity or quantum efficiency can be increased. The formation of the n-type region in which the pixel electrode is arranged is not as technically accumulated as Zn of the p-type impurity, but selective diffusion of Sn and other n-type impurities, or other n-type region forming methods not heretofore Alternatively, a pn junction formation method is used.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるハイブリッド検出装置10を示す断面図である。受光素子アレイ50は、p型InP基板1/p型InPバッファ層2/p型受光層(光吸収層)3/p型InGaAs不純物濃度分布調整層4/p型InPキャップ層5、の積層体に形成されている。各受光素子では、n型不純物の錫(Sn)が選択拡散されてn型領域6が形成され、n型領域6の先端にpn接合15が形成されている。画素Pを構成する受光素子におけるn型領域6は、隣り合うn型領域とは選択拡散されていない領域によって隔てられている。このためメサ構造などを形成することなく簡単な構造で、暗電流の低い受光素子アレイ50を得ることができる。各受光素子に共通のp型領域であるInP基板1にグランド電極12が配置される。
ハイブリッド検出装置10の読み出し回路は、読み出し電極またはパッド71を有するCMOS70によって構成される。CMOS70にもグランド電極72が設けられ、受光素子アレイ50におけるグランド電極12とともに外部にアースされる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a hybrid detection device 10 according to Embodiment 1 of the present invention. The light receiving element array 50 includes a p-type InP substrate 1 / p-type InP buffer layer 2 / p -type light receiving layer (light absorption layer) 3 / p -type InGaAs impurity concentration distribution adjusting layer 4 / p -type InP cap layer 5, It is formed in the laminated body. In each light receiving element, n-type impurity tin (Sn) is selectively diffused to form an n-type region 6, and a pn junction 15 is formed at the tip of the n-type region 6. The n-type region 6 in the light receiving element constituting the pixel P is separated from the adjacent n-type region by a region that is not selectively diffused. Therefore, the light receiving element array 50 with a low dark current can be obtained with a simple structure without forming a mesa structure or the like. A ground electrode 12 is disposed on the InP substrate 1 which is a p-type region common to each light receiving element.
The readout circuit of the hybrid detection device 10 is configured by a CMOS 70 having readout electrodes or pads 71. A ground electrode 72 is also provided in the CMOS 70 and is grounded together with the ground electrode 12 in the light receiving element array 50.

受光素子アレイ50の受光素子または画素Pの電極11と、CMOS70の読み出し電極となるパッド71とは、接合バンプ31によって導電接続されている。接合バンプ31を形成する金属材料は、インジウム合金を用いるのがよい。光が入射される入射面となるInP基板1の裏面にはSiON膜の反射防止膜35が配置されている。また、n型領域6の形成のための選択拡散に用いられたSiNの選択拡散マスクパターン36は、そのまま残される。さらに、選択拡散マスクパターン36の開口部またはInPキャップ層5の表面、および当該選択拡散マスクパターン36を被覆するポリイミド樹脂等の保護膜37が設けられている。   The electrode 11 of the light receiving element or pixel P of the light receiving element array 50 and the pad 71 serving as the readout electrode of the CMOS 70 are conductively connected by the bonding bump 31. An indium alloy is preferably used as the metal material for forming the bonding bump 31. An antireflection film 35 made of a SiON film is disposed on the back surface of the InP substrate 1 serving as an incident surface on which light is incident. Further, the SiN selective diffusion mask pattern 36 used for selective diffusion for forming the n-type region 6 is left as it is. Furthermore, a protective film 37 such as a polyimide resin covering the opening of the selective diffusion mask pattern 36 or the surface of the InP cap layer 5 and the selective diffusion mask pattern 36 is provided.

受光層3は、上述のようにタイプ2型のMQWを用いる。n型不純物である錫(Sn)等を選択拡散するときの不純物濃度、または、実施の形態2以降で説明するドーピングによるn型不純物濃度を調整するために、キャップ層をInPキャップ層5と不純物濃度分布調整層4との混合層とする。すなわち不純物濃度分布調整層4を、InPキャップ層5と受光層3との間に挿入する。タイプ2型MQWの具体的構造については、あとで詳しく説明する。   As described above, type 2 MQW is used for the light-receiving layer 3. In order to adjust the impurity concentration when selectively diffusing tin (Sn) or the like, which is an n-type impurity, or the n-type impurity concentration by doping described in the second and subsequent embodiments, the cap layer is formed of an InP cap layer 5 and an impurity. A mixed layer with the concentration distribution adjusting layer 4 is used. That is, the impurity concentration distribution adjusting layer 4 is inserted between the InP cap layer 5 and the light receiving layer 3. The specific structure of the type 2 MQW will be described in detail later.

本実施の形態では、ハイブリッド型検出装置10として組み上げられる前、受光素子アレイ50のn型領域6にオーミック接触する画素電極11上に接合バンプ31が設けられている。そして、接続または圧着のときに、その接合バンプ31は、CMOS70のパッド71に圧着され、導電接続する。   In the present embodiment, the bonding bumps 31 are provided on the pixel electrodes 11 that are in ohmic contact with the n-type region 6 of the light receiving element array 50 before being assembled as the hybrid detection device 10. At the time of connection or pressure bonding, the bonding bump 31 is pressure-bonded to the pad 71 of the CMOS 70 and conductively connected.

図2は、受光素子アレイ50を光入射側から見た平面図である。たとえば、全体サイズは横10mm×縦9mmであり、画素Pは320×256個(約8.2万画素)、ピッチ25μmである。   FIG. 2 is a plan view of the light receiving element array 50 as viewed from the light incident side. For example, the overall size is 10 mm wide × 9 mm long, the number of pixels P is 320 × 256 (about 82,000 pixels), and the pitch is 25 μm.

図3は、受光素子アレイ50内の一つの受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布を示す図である。図20に示す本発明より前の受光素子のキャリア濃度分布と比較して分かるように、キャリアの担体である、正孔(p型キャリア)と電子(n型キャリア)とが入れ替わっている。すなわち、InP基板1/InPバッファ層2/タイプ2型MQWの受光層3/InGaAs不純物濃度調整層4/InPキャップ層5、はp型層とされている。なかでもグランド電極12がオーミック接触するInP基板1のp型キャリア濃度は高く設定される。受光素子または画素の形成のために、InPキャップ層5の表面からn型不純物を選択拡散によって導入することで形成されたn型領域6では、n型キャリア濃度は、図3に示すように高くなる。n型領域6において、不純物濃度分布調整層4内では、キャップ層5側では、n型キャリアは高濃度(1e18/cm程度)であるが、不純物濃度分布調整層4内で低濃度(1e16/cm以下)に急に低下したあと緩やかな勾配になり、受光層3へとその緩やかな勾配で傾斜して入っている。
受光層3内におけるフラットなp型キャリア濃度(約2e15/cm)は、MQWの成膜時にp型不純物をドーピングすることで形成されたものである。このフラットなp型キャリア濃度と、不純物濃度分布調整層4からの緩い傾斜のn型キャリア濃度とが、交差して形成される境界面がpn接合15となる。すなわちpn接合15は傾斜型接合となる。本実施の形態の場合、pn接合15は、受光層3内のInGaAs不純物濃度分布調整層4に近い位置、ほとんど(受光層3/不純物濃度分布調整層4)の界面に位置する。受光層3内で、p型キャリア濃度は低くフラットであり、n型キャリア濃度は高濃度から傾斜して受光層3に入ってくるので、pn接合への逆バイアス電圧印加で生じる空乏層は、受光層3内に大きく広がる。
FIG. 3 is a diagram showing a carrier concentration distribution in the thickness direction of one light receiving element in the light receiving element array 50. As can be seen from comparison with the carrier concentration distribution of the light receiving element before the present invention shown in FIG. 20, the holes (p-type carrier) and the electrons (n-type carrier), which are carriers of the carrier, are interchanged. That is, the InP substrate 1 / InP buffer layer 2 / type 2 type MQW light receiving layer 3 / InGaAs impurity concentration adjusting layer 4 / InP cap layer 5 are p-type layers. In particular, the p-type carrier concentration of the InP substrate 1 with which the ground electrode 12 is in ohmic contact is set high. In the n-type region 6 formed by introducing an n-type impurity from the surface of the InP cap layer 5 by selective diffusion for forming a light receiving element or pixel, the n-type carrier concentration is high as shown in FIG. Become. In the n-type region 6, the n-type carrier has a high concentration (about 1e18 / cm 3 ) on the cap layer 5 side in the impurity concentration distribution adjustment layer 4, but a low concentration (1e16 in the impurity concentration distribution adjustment layer 4. / Cm 3 or less) and then a gentle gradient, and the light receiving layer 3 is inclined with the gentle gradient.
The flat p-type carrier concentration (about 2e15 / cm 3 ) in the light-receiving layer 3 is formed by doping p-type impurities during the MQW film formation. A boundary surface formed by the intersection of the flat p-type carrier concentration and the gently inclined n-type carrier concentration from the impurity concentration distribution adjusting layer 4 forms the pn junction 15. That is, the pn junction 15 is an inclined junction. In the case of the present embodiment, the pn junction 15 is located near the InGaAs impurity concentration distribution adjusting layer 4 in the light receiving layer 3 and almost at the interface (light receiving layer 3 / impurity concentration distribution adjusting layer 4). In the light receiving layer 3, the p-type carrier concentration is low and flat, and the n-type carrier concentration is inclined from the high concentration and enters the light receiving layer 3. Therefore, the depletion layer generated by applying the reverse bias voltage to the pn junction is The light receiving layer 3 spreads greatly.

受光待機の際、pn接合15には逆バイアス電圧(好ましくは0〜−1Vの電圧)を印加して、空乏層をInP基板1に向かうように受光層3内へと広げる。あとで説明するように、MQWでは、InGaAs/GaAsSbが数十ペア〜数百ペア積層されている。図1に示すように、InP基板1の裏面から入射された光は、InP基板1に近い空乏層内で受光される。受光によって、電子正孔対が形成される。本発明より前の受光素子アレイでは、正孔を画素電極に移動させていたが、本発明では、n型キャリアである電子を画素電極11へと集める。本実施の形態の特徴は次のとおりである。
(1)(i)電子は、図21に示す正孔のように、タイプ2型MQWにおける井戸の価電子帯の底部準位に束縛されない。電子は、伝導帯において伝導帯の障壁によって束縛力を受けるかもしれないが、下記(2)に示すように、正孔に比べて大きい移動度を持つ。このため伝導帯の電子は、価電子帯における正孔ほど、強く束縛されない。すなわち、個々の井戸は正孔に対してのみ大きな移動の障害として作用する。
(ii)入射光は、InP基板1に近い側ほど減衰しておらず、受光量(光電量)は大きい。そして、InP基板1に近い側で生成した担体ほど多数の井戸を越えて、不純物濃度調整層4/キャップ層5を経て画素電極11まで到達しなければならない。担体を正孔から電子に代えることで、空乏層をInP基板に近接する位置にまで広げても、信号担体のトラップ、消滅等は生じにくいので、量子効率をより大きくすることができる。
(2)また、バンド構造における伝導帯のエネルギ−波数(E−k)曲面の曲率変化は、価電子帯の曲面のそれより大きいので、電子の有効質量は、正孔の有効質量より小さく、移動度は大きい。MQWによる移動障害は正孔に大きく作用するが、井戸構造がなくても、バンド構造の伝導帯と価電子帯のE−k曲面の形状から電子のほうが正孔よりも移動しやすく、生成位置から画素電極11へと容易に移動できる。
上記の理由(1)(i)(ii)および(2)によって、本実施の形態におけるハイブリッド型検出装置10では、受光素子アレイ50において受光によって生成した電子は、画素電極11に効率よく移動して、信号に寄与することができる。この結果、近赤外域における量子効率が高く受光感度が優れた、ハイブリッド型検出装置10を得ることができる。
During standby for light reception, a reverse bias voltage (preferably a voltage of 0 to −1 V) is applied to the pn junction 15 to spread the depletion layer into the light receiving layer 3 toward the InP substrate 1. As will be described later, in MQW, several tens to several hundreds of InGaAs / GaAsSb are stacked. As shown in FIG. 1, light incident from the back surface of the InP substrate 1 is received in a depletion layer near the InP substrate 1. Electron hole pairs are formed by light reception. In the light receiving element array prior to the present invention, holes are moved to the pixel electrode, but in the present invention, electrons that are n-type carriers are collected in the pixel electrode 11. The features of the present embodiment are as follows.
(1) (i) The electrons are not bound to the bottom level of the valence band of the well in the type 2 type MQW like the holes shown in FIG. Electrons may receive a binding force in the conduction band due to the conduction band barrier, but have a higher mobility than holes as shown in (2) below. For this reason, electrons in the conduction band are not bound as strongly as holes in the valence band. That is, each well acts as a large migration obstacle only for holes.
(Ii) Incident light is not attenuated toward the side closer to the InP substrate 1, and the amount of received light (photoelectric amount) is large. Then, the carrier generated on the side closer to the InP substrate 1 must reach the pixel electrode 11 through the impurity concentration adjusting layer 4 / cap layer 5 over many wells. By changing the carrier from a hole to an electron, even if the depletion layer is extended to a position close to the InP substrate, trapping or annihilation of the signal carrier is unlikely to occur, so that the quantum efficiency can be further increased.
(2) Since the curvature change of the energy wave number (Ek) curved surface of the conduction band in the band structure is larger than that of the curved surface of the valence band, the effective mass of electrons is smaller than the effective mass of holes, Mobility is great. Although the movement obstacle due to MQW has a large effect on holes, even if there is no well structure, electrons are more likely to move than holes due to the conduction band of the band structure and the shape of the Ek curved surface of the valence band. To the pixel electrode 11 easily.
For the reasons (1), (i), (ii), and (2) above, in the hybrid detection device 10 according to the present embodiment, electrons generated by light reception in the light receiving element array 50 efficiently move to the pixel electrode 11. Can contribute to the signal. As a result, it is possible to obtain the hybrid detection device 10 having high quantum efficiency in the near infrared region and excellent light receiving sensitivity.

次に製造方法の一例について説明する(図1参照)。まずInP基板1上に、0.1μm程度のp型InPバッファ層2を成膜する。次いで、(InGaAs/GaAsSb)または(GaInNAs/GaAsSb)のMQWの受光層3を形成する。InPと格子整合するようInGaAsの組成はIn0.53Ga0.47Asとし、GaAsSbの組成はGaAs0.52Sb0.48とする。これにより格子整合度(|Δa/a|:ただし、aはInP基板の格子定数、Δa=ai−a(aiは各層の格子定数)は、InP基板との間の格子定数差)を0.002以下とすることができる。
単位量子井戸構造を構成する、InGaAs層の厚みは5nm、またGaAsSb層の厚みは5nmであり、ペア数(単位量子井戸の繰り返し数)は250である。次いで、受光層3の上に、不純物濃度分布調整層4として、厚み0.3μm程度のIn0.53Ga0.47As層をエピタキシャル成長し、次いで、最後に厚み0.8μm程度のInPキャップ層5をエピタキシャル成長する。上記の受光層3、不純物濃度分布調整層4は、ともにMBE(Molecular Beam Epitaxy)法によってエピタキシャル成長するのがよい。また、InPキャップ層5は、MBE法でエピタキシャル成長してもよいし、不純物濃度調整層4を成長させた後、MBE装置から取り出して、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法によってエピタキシャル成長してもよい。
InPキャップ層5からMQWの受光層3にまで届くように位置するn型領域6は、SiN膜の選択拡散マスクパターン36の開口部から、Sn等のn型不純物が選択拡散されることで形成される。各画素の周縁部の内側に、平面的に周囲限定されての選択拡散導入は、上記SiN膜の選択拡散マスクパターン36を用いて拡散することによって実現される。周囲限定されるため、n型領域6は選択拡散されていない領域によって隔てられる。
n型領域6には、AuGeNi/Ti/Auのn側電極11が、オーミック接触するように設けられている。接合バンプ31を形成するインジウム合金としては、たとえばIn85重量%〜97.5重量%、Zn2.5重量%〜15重量%のIn−Zn合金などを用いるのがよい。In96%−Zn4%の合金などがよい。この他に、InPにオーミック接触する金属として、In97%−Ag3%、In100%などを用いることができる。インジウム以外の金属としては、Sn96.5%−Ag3.5%、などを用いることができる。p型のInP基板1にオーミック接触するグランド電極12は、AuZnで形成するのがよい。
Next, an example of a manufacturing method will be described (see FIG. 1). First, a p-type InP buffer layer 2 of about 0.1 μm is formed on the InP substrate 1. Next, an MQW light-receiving layer 3 of (InGaAs / GaAsSb) or (GaInNAs / GaAsSb) is formed. The composition of InGaAs is In 0.53 Ga 0.47 As and the composition of GaAsSb is GaAs 0.52 Sb 0.48 so as to lattice match with InP. As a result, the degree of lattice matching (| Δa / a |: where a is the lattice constant of the InP substrate, Δa = ai−a (ai is the lattice constant of each layer) is the difference in lattice constant from the InP substrate). 002 or less.
The InGaAs layer constituting the unit quantum well structure has a thickness of 5 nm, the GaAsSb layer has a thickness of 5 nm, and the number of pairs (the number of repetitions of the unit quantum well) is 250. Next, an In 0.53 Ga 0.47 As layer having a thickness of about 0.3 μm is epitaxially grown on the light receiving layer 3 as the impurity concentration distribution adjusting layer 4, and finally, an InP cap layer having a thickness of about 0.8 μm is finally added. 5 is epitaxially grown. Both the light receiving layer 3 and the impurity concentration distribution adjusting layer 4 are preferably epitaxially grown by MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. The InP cap layer 5 may be epitaxially grown by the MBE method, or after the impurity concentration adjusting layer 4 is grown, the InP cap layer 5 may be removed from the MBE apparatus and epitaxially grown by the MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) method. .
The n-type region 6 located so as to reach from the InP cap layer 5 to the MQW light-receiving layer 3 is formed by selectively diffusing n-type impurities such as Sn from the opening of the selective diffusion mask pattern 36 of the SiN film. Is done. Introducing selective diffusion within the periphery of each pixel in a limited plane is realized by diffusing using the selective diffusion mask pattern 36 of the SiN film. Since the periphery is limited, the n-type region 6 is separated by a region that is not selectively diffused.
In the n-type region 6, an AuGeNi / Ti / Au n-side electrode 11 is provided in ohmic contact. As the indium alloy for forming the bonding bump 31, for example, an In—Zn alloy of 85% by weight to 97.5% by weight and 2.5% by weight to 15% by weight of Zn may be used. An alloy of In96% -Zn4% is preferable. In addition, In97% -Ag3%, In100%, or the like can be used as a metal that makes ohmic contact with InP. As the metal other than indium, Sn96.5% -Ag3.5% can be used. The ground electrode 12 that is in ohmic contact with the p-type InP substrate 1 is preferably formed of AuZn.

InP基板1は、裏面にp側電極12をオーミック接触するので、Zn等のp型不純物を所定レベル以上含むものを用いるのがよい。たとえばZnなどp型ドーパントを1×1017/cm程度またはそれ以上含むものがよい。
InGaAs/GaAsSbのタイプ2型MQWの受光層3、InGaAs不純物濃度分布調整層4、InPキャップ層5は、ノンドープでもよいし、または、Znなどp型ドーパントを極微量(たとえば2×1015/cm程度)ドーピングしてもよい。
pn接合15は、受光層3内において、n型不純物元素が選択拡散で導入される側と反対の面側の領域のp型不純物濃度が、上述のように、真性半導体とみなせるほど低い不純物領域(i領域と呼ばれる)である。選択拡散により形成されたn型領域6と当該i領域との間に形成される接合(pn接合)15をも含むものである。すなわち上記のpn接合は、ni接合などであってもよく、np接合におけるp濃度が非常に低い場合も含むものである。
Since the InP substrate 1 is in ohmic contact with the p-side electrode 12 on the back surface, it is preferable to use a substrate containing a p-type impurity such as Zn at a predetermined level or more. For example, a material containing about 1 × 10 17 / cm 3 or more of a p-type dopant such as Zn is preferable.
The InGaAs / GaAsSb type 2 type MQW light receiving layer 3, the InGaAs impurity concentration distribution adjusting layer 4, and the InP cap layer 5 may be non-doped or may contain a very small amount of p-type dopant such as Zn (for example, 2 × 10 15 / cm 2). About 3 ) Doping may be performed.
The pn junction 15 is an impurity region in the light receiving layer 3 in which the p-type impurity concentration of the region on the side opposite to the side where the n-type impurity element is introduced by selective diffusion is so low that it can be regarded as an intrinsic semiconductor. (Referred to as i region). It also includes a junction (pn junction) 15 formed between the n-type region 6 formed by selective diffusion and the i region. That is, the pn junction may be a ni junction or the like, and includes a case where the p concentration in the np junction is very low.

上述のように、InPキャップ層5の表面に形成したSiN選択拡散マスクパターン36を用いて、その開口部からSnなどのn型不純物を選択拡散してInGaAs/GaAsSbのMQWの受光層3内に届くようにn型領域6を形成する。n型領域6のフロント先端部がpn接合15を形成する。このとき、n型不純物濃度が1×1018/cm程度以上の高濃度領域は、InGaAs不純物濃度分布調整層4内に限定されるようにするのがよい。すなわち、上記高濃度不純物分布は、InPキャップ層5の表面から深さ方向に、InGaAs不純物濃度分布調整層4内にまで連続し、不純物濃度分布調整層4内のトップ側で大きく低下したあと、1×1016/cm程度から緩やかな濃度勾配にするのがよい。受光層3には、その緩やかな勾配で入ってゆく。その結果、受光層3内のpn接合15の近傍におけるn型不純物濃度分布は、傾斜型接合を示すような分布になっている。 As described above, using the SiN selective diffusion mask pattern 36 formed on the surface of the InP cap layer 5, n-type impurities such as Sn are selectively diffused from the opening to enter the MQW light receiving layer 3 of InGaAs / GaAsSb. An n-type region 6 is formed so as to reach. The front tip of the n-type region 6 forms a pn junction 15. At this time, a high concentration region having an n-type impurity concentration of about 1 × 10 18 / cm 3 or more is preferably limited to the InGaAs impurity concentration distribution adjusting layer 4. That is, the high concentration impurity distribution continues in the depth direction from the surface of the InP cap layer 5 to the InGaAs impurity concentration distribution adjustment layer 4 and greatly decreases on the top side in the impurity concentration distribution adjustment layer 4. It is preferable to make the concentration gradient from about 1 × 10 16 / cm 3 to a gentle concentration gradient. The light receiving layer 3 enters with the gentle gradient. As a result, the n-type impurity concentration distribution in the vicinity of the pn junction 15 in the light receiving layer 3 is a distribution indicating an inclined junction.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2におけるハイブリッド検出装置10を示す断面図である。また、図5は、受光素子アレイ50内の一つの受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布を示す図である。図4において、実施の形態1の受光素子アレイ50とは、n型領域6が受光層3の大部分を通りInPバッファ層2との境界に近い位置まで届いている点に相違がある。すなわちn型不純物の選択拡散によって形成されたn型領域6は、キャップ層5/不純物濃度分布調整層4、を通って、受光層3とバッファ層2との境界に近い位置まで届いている。n型領域6の深さが深いという点で相違しており、その他の点では各部の符合も含めて実施の形態1と同じである。
数値的には、図5に示すように、n型キャリア濃度は、受光層3において、不純物濃度分布調整層4との境界付近では1e18/cm程度であるが、0.2μmの厚み範囲で急峻に1e16/cm程度に低下して、緩やかな勾配になる。上記境界から0.25μm位置程度から底部に向かって、さらに緩やかな勾配になって低下する。pn接合15はInPバッファ層2との境界付近に形成される。したがって、傾斜型接合といっても、実施の形態1における傾斜よりもn型キャリアの濃度勾配は小さく、かつそのn型キャリア濃度レベルは低い。逆に、pn接合15のn型キャリア側のn型キャリア濃度はステップ状に高くなる。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing hybrid detection apparatus 10 according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the thickness direction distribution of carrier concentration in one light receiving element in the light receiving element array 50. 4 is different from the light receiving element array 50 of the first embodiment in that the n-type region 6 passes through most of the light receiving layer 3 and reaches a position close to the boundary with the InP buffer layer 2. That is, the n-type region 6 formed by selective diffusion of n-type impurities reaches the position near the boundary between the light receiving layer 3 and the buffer layer 2 through the cap layer 5 / impurity concentration distribution adjusting layer 4. The difference is that the depth of the n-type region 6 is deep, and the other points are the same as those of the first embodiment including the signs of the respective parts.
Numerically, as shown in FIG. 5, the n-type carrier concentration is about 1e18 / cm 3 in the light receiving layer 3 in the vicinity of the boundary with the impurity concentration distribution adjusting layer 4, but in the thickness range of 0.2 μm. It drops sharply to about 1e16 / cm 3 and becomes a gentle gradient. From the above-mentioned boundary to the bottom from about 0.25 μm position, it further decreases with a gentle gradient. The pn junction 15 is formed near the boundary with the InP buffer layer 2. Therefore, even in the case of the inclined junction, the n-type carrier concentration gradient is smaller than that in the first embodiment, and the n-type carrier concentration level is lower. Conversely, the n-type carrier concentration on the n-type carrier side of the pn junction 15 increases stepwise.

図4には、pn接合15に逆バイアス電圧を印加する電源を示している。本実施の形態に限らず、n型不純物の選択拡散領域を画素とする場合、受光素子アレイにおける受光素子に印加する逆バイアス電圧を0〜−1V程度とすることができる。これによって、電源を小さくできることができ、小型化および軽量化を遂行することができる。この結果、携行に便利なハイブリッド型検出装置を得ることができる。図4の受光素子アレイについてのみ電源を例示したが、本発明のすべての受光素子アレイについて、上記の逆バイアス電圧の範囲は適用できる。したがって、すべての実施の形態において、小型化および軽量化を遂行することができる。   FIG. 4 shows a power supply that applies a reverse bias voltage to the pn junction 15. Not only in the present embodiment but when the n-type impurity selective diffusion region is a pixel, the reverse bias voltage applied to the light receiving element in the light receiving element array can be set to about 0 to −1V. As a result, the power source can be reduced, and miniaturization and weight reduction can be achieved. As a result, it is possible to obtain a hybrid detection device that is convenient to carry. Although the power source is illustrated only for the light receiving element array of FIG. 4, the above reverse bias voltage range can be applied to all the light receiving element arrays of the present invention. Therefore, in all the embodiments, reduction in size and weight can be achieved.

空乏層は、p型領域側には、ステップ状の高濃度を有するInPバッファ層2に接するまでで止まり、n型領域側には、n型キャリア濃度が低い受光層3の側により大きく広がる。タイプ2型のMQWの受光層3の厚みの大部分をn型とすることで、受光によって生成した電子を、逃がさずに画素電極11に向かってn型領域6を経由させて確実に画素電極11にまで移動させることができる。このため、より一層確実に受光で生成した電子を捕捉することができ、量子効率を向上させることができる。
製造方法については、n型領域6以外の部分は、実施の形態1における方法による。また、本実施の形態におけるn型領域6は、実施の形態1におけるn型不純物の選択拡散の温度よりも高温にして時間を長めにとって選択拡散することで実現することができる。
The depletion layer stops on the p-type region side until it contacts the InP buffer layer 2 having a stepped high concentration, and spreads more greatly on the n-type region side toward the light receiving layer 3 having a low n-type carrier concentration. By making most of the thickness of the light receiving layer 3 of the type 2 type MQW n-type, it is ensured that the electrons generated by light reception pass through the n-type region 6 toward the pixel electrode 11 without escaping. 11 can be moved. For this reason, electrons generated by light reception can be captured more reliably, and quantum efficiency can be improved.
Regarding the manufacturing method, parts other than n-type region 6 are based on the method in the first embodiment. In addition, the n-type region 6 in the present embodiment can be realized by making the temperature selectively higher than the temperature of the selective diffusion of the n-type impurity in the first embodiment for a long time and performing the selective diffusion.

(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3におけるハイブリッド検出装置10を示す断面図である。また、図7は、受光素子アレイ50内の一つの受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布を示す図である。実施の形態1,2では、n型不純物の選択拡散によって隣の画素と隔てていた。本実施の形態では、受光素子または画素の間に、溝19を設けることで隣の画素と隔てている点で、相違する。このため、本実施の形態では、選択拡散に用いる選択拡散用マスクパターン36は不要である。溝19は、エピタキシャル層をメサエッチングすることで設けられるが、露出したエピタキシャル層の端面等は保護する必要があり、図6に示すように、保護膜37によって被覆される。
本実施の形態では、pn接合15は、タイプ2型MQWの受光層3とInPバッファ層2との界面に位置する。すべてのエピタキシャル層の不純物は、成膜の際、ドーピングによって導入される。このため、図7に示すように、各エピタキシャル層におけるキャリア濃度は厚み方向にフラットな分布となる。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing hybrid detection apparatus 10 according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the thickness direction distribution of carrier concentration in one light receiving element in the light receiving element array 50. In the first and second embodiments, the pixel is separated from the adjacent pixel by selective diffusion of n-type impurities. The present embodiment is different in that it is separated from an adjacent pixel by providing a groove 19 between the light receiving elements or the pixels. Therefore, in this embodiment, the selective diffusion mask pattern 36 used for selective diffusion is not necessary. The groove 19 is provided by mesa etching the epitaxial layer, but the exposed end face of the epitaxial layer and the like must be protected, and is covered with a protective film 37 as shown in FIG.
In the present embodiment, the pn junction 15 is located at the interface between the type 2 MQW light-receiving layer 3 and the InP buffer layer 2. All epitaxial layer impurities are introduced by doping during film formation. For this reason, as shown in FIG. 7, the carrier concentration in each epitaxial layer has a flat distribution in the thickness direction.

本実施の形態では、pn接合がp型受光層3とn型バッファ層2との境界に位置し、逆バイアス電圧の印加によって、空乏層は主に受光層3内に広がる。このため、InP基板1の裏面から入射された光は、電界がかかった空乏層において受光されて有効に電子を生成する。その電子は、n型領域6内のMQWの伝導帯を経由して、n側電極11に歩留まりよく、到達することができる。すなわち、実施の形態2とほぼ同様の効果を得ることができる。
しかし、本実施の形態では、pn接合15が、溝19の底面で囲まれた画素全体に広いフラットな面で形成される。このため空乏層は、画素にわたって均一な厚みの偏平直方体のようになる。この結果、光の入射角度によらず、各画素は光を同じような空乏層の形状で受けるようになる。この結果、斜めに角度がついた光も正面入射の光と同様な位置で受光することができる。実施の形態1,2では、n型領域は先細りの凸状曲面であり、空乏層はその凸状曲面に沿って形成される。入射光線の角度によって、凸状曲面の斜面位置で受光し、または凸状曲面の頂上で受光することになる。このため、実施の形態1,2では、受光感度の、入射角度依存性は大きくなるが、本実施の形態では、入射角度依存性は小さくなる。
In the present embodiment, the pn junction is located at the boundary between the p type light receiving layer 3 and the n + type buffer layer 2, and the depletion layer mainly spreads in the light receiving layer 3 by applying a reverse bias voltage. For this reason, light incident from the back surface of the InP substrate 1 is received by the depletion layer to which an electric field is applied, and effectively generates electrons. The electrons can reach the n-side electrode 11 with high yield via the MQW conduction band in the n-type region 6. That is, substantially the same effect as in the second embodiment can be obtained.
However, in the present embodiment, the pn junction 15 is formed with a wide flat surface over the entire pixel surrounded by the bottom surface of the groove 19. For this reason, the depletion layer looks like a flat rectangular parallelepiped having a uniform thickness over the pixels. As a result, each pixel receives light in the same depletion layer shape regardless of the incident angle of light. As a result, obliquely angled light can be received at the same position as the front incident light. In the first and second embodiments, the n-type region is a tapered convex curved surface, and the depletion layer is formed along the convex curved surface. Depending on the angle of the incident light, light is received at the slope of the convex curved surface or received at the top of the convex curved surface. For this reason, in the first and second embodiments, the incident angle dependency of the light receiving sensitivity is increased, but in the present embodiment, the incident angle dependency is decreased.

製造方法は、次の点で実施の形態1,2と相違する。pInP基板上に、つぎのように、順次、エピタキシャル層を成長してゆく。不純物は、成膜時にドーピングする。
InP基板1/pInPバッファ層2/nタイプ2型MQW受光層3/nInGaAs不純物濃度分布調整層4/nInPキャップ層
上記のエピタキシャル層を形成したあと、画素領域の間に選択エッチングによって溝19を設ける。選択エッチングは、InP系III−V族半導体に用いられる既存の選択エッチング法を用いて行うことができる。溝19を形成した後、ポリイミドなどの保護膜37で上述のように被覆する。電極11,12の形成等は、実施の形態1,2と同様に行うことができる。
The manufacturing method is different from the first and second embodiments in the following points. Epitaxial layers are sequentially grown on the p + InP substrate as follows. Impurities are doped during film formation.
p + InP substrate 1 / p + InP buffer layer 2 / n type 2 type MQW light receiving layer 3 / n + InGaAs impurity concentration distribution adjustment layer 4 / n + InP cap layer After the above epitaxial layer is formed, the pixel region A groove 19 is provided between them by selective etching. The selective etching can be performed using an existing selective etching method used for InP-based III-V semiconductors. After the groove 19 is formed, it is covered with a protective film 37 such as polyimide as described above. The formation of the electrodes 11 and 12 can be performed in the same manner as in the first and second embodiments.

(実施の形態4)
図8は、本発明の実施の形態4におけるハイブリッド検出装置10を示す断面図である。本実施の形態では、不純物は、実施の形態3と同様に、エピタキシャル層の成膜時にドーピングによって導入する。このため、受光素子におけるキャリア濃度の厚み方向分布は、実施の形態3と同じ図7に示すとおりである。pn接合15の位置も、受光層3とバッファ層2との境界である。しかし、受光素子を分離する手段は、本実施の形態では、受光素子の間にp型不純物を選択拡散することで行う。すなわちドーピングによるn型領域6dは、選択拡散によるp型領域6pに取り囲まれる。実施の形態3では、溝によって分離していた。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing hybrid detection apparatus 10 according to Embodiment 4 of the present invention. In the present embodiment, as in the third embodiment, the impurity is introduced by doping when the epitaxial layer is formed. For this reason, the thickness direction distribution of the carrier concentration in the light receiving element is as shown in FIG. The position of the pn junction 15 is also the boundary between the light receiving layer 3 and the buffer layer 2. However, in this embodiment, the means for separating the light receiving elements is performed by selectively diffusing p-type impurities between the light receiving elements. That is, the n-type region 6d by doping is surrounded by the p-type region 6p by selective diffusion. In the third embodiment, the grooves are separated.

溝を用いないで、p型不純物の選択拡散によって受光素子を分離することで、メサエッチングに伴う結晶性の劣化、それに伴う暗電流の増大などを除くことができる。ただ、p型不純物の選択拡散で形成されるp型領域6pの先端形状が重要になり、確実にバッファ層2内にまで届かせないと、pn接合15が隣同士の受光素子に連続して形成されるので配慮が必要である。   By separating the light receiving element by selective diffusion of p-type impurities without using a groove, it is possible to eliminate the deterioration of crystallinity associated with mesa etching and the accompanying increase in dark current. However, the tip shape of the p-type region 6p formed by selective diffusion of the p-type impurity becomes important, and if it does not reach the buffer layer 2 reliably, the pn junction 15 continues to the adjacent light receiving element. Because it is formed, consideration is necessary.

(実施の形態5:光学センサ装置(1)−撮像装置または視界支援装置−)
図9は、本発明の実施の形態3における光学センサ装置20である撮像装置または視界支援装置を示す図である。本視界支援装置は、自動車の夜間運転における運転者の前方の視界を支援するために、車両に搭載される。車両には、実施の形態1〜4において説明した受光素子アレイ50と、図示しない、CMOSやレンズなど光学素子等とを含むハイブリッド型検出装置10と、撮像された画像を表示する表示モニター61と、これらを駆動制御する制御装置60とが搭載される。また、図10は、自動車の夜間運転における運転者の後方の視界を支援するために、車両に搭載される、夜間後方の視界支援装置を示す図である。自動車の後部に後ろ向きに取り付けられた、実施の形態1〜4の受光素子アレイ50、CMOS、レンズなど光学素子等を含むハイブリッド型検出装置10で撮像した画像は、運転者の上部前方の表示装置61に表示される。ハイブリッド型検出装置10もしくは受光素子アレイ50および表示装置61は、制御装置60によって駆動制御される。
(Embodiment 5: Optical sensor device (1)-imaging device or visual field support device-)
FIG. 9 is a diagram illustrating an imaging device or a visual field support device that is the optical sensor device 20 according to Embodiment 3 of the present invention. This visual field support device is mounted on a vehicle in order to support a driver's forward visual field when driving a car at night. The vehicle includes a hybrid detection device 10 that includes the light receiving element array 50 described in the first to fourth embodiments, an optical element such as a CMOS or a lens (not shown), and a display monitor 61 that displays a captured image. A control device 60 that drives and controls them is mounted. FIG. 10 is a diagram showing a nighttime rear view assistance device mounted on a vehicle in order to support the driver's rear view during night driving of an automobile. An image captured by the hybrid detection device 10 including the light receiving element array 50 according to the first to fourth embodiments, the CMOS, the lens, and other optical elements attached to the rear part of the automobile is displayed on the display device in front of the driver. 61. The hybrid detection device 10 or the light receiving element array 50 and the display device 61 are driven and controlled by the control device 60.

本発明より前の車両用視界支援装置では、物体からの赤外域の反射光または放出光を受光して画像とするため、次のような問題があった。反射光を利用する場合、光源が必要であり、搭載スペースを要し、またコスト増となる。また、物体の放射熱を利用する場合、人以外の非発熱体や防寒具を着た歩行者等は認識が難しいため、赤外カメラ以外の認識手段と併用する必要がある。また、光源を使う場合、使用する波長域によっては人体への影響、すなわちアイセーフ対策を講じる必要がある。   In the vehicular field of view assisting device prior to the present invention, the reflected or emitted light in the infrared region from the object is received and used as an image, so that there are the following problems. When using reflected light, a light source is required, a mounting space is required, and the cost is increased. In addition, when using the radiant heat of an object, it is difficult to recognize a pedestrian or the like wearing a non-heating element other than a person or a cold protection device, so it is necessary to use it together with a recognition means other than an infrared camera. In addition, when using a light source, it is necessary to take measures against the human body, that is, eye-safe measures depending on the wavelength range to be used.

本実施の形態における視界支援装置では、上記のような余分の光源やアイセーフ対策は不要である。また、撮像対象の発熱、非発熱を問わない。さらに霧中など水分を含む環境中でも、対象物の鮮明な画像を得ることができる。このため夜間における優れた車両用の視界支援装置を提供することができる。これは、物体からのSWIR(Short Wavelength Infra-Red)帯の宇宙光の反射光を利用して、かつ暗電流が十分少なく、優れたダイナミックレンジ(S/N)を持つ受光素子を用いているからである。
上記は自動車の視界支援装置であるが、その他、暗視装置、航海支援装置、侵入者監視装置、室内監視装置、高い位置に配置した都市火災監視装置等に利用することができる。
In the visual field support device according to the present embodiment, the extra light source and the eye-safe measures as described above are unnecessary. Moreover, it does not matter whether the imaging target is heated or not. Furthermore, a clear image of the object can be obtained even in an environment containing moisture such as in fog. For this reason, the visual field assistance apparatus for vehicles excellent at night can be provided. This uses a reflected light of SWIR (Short Wavelength Infra-Red) cosmic light from an object, uses a light receiving element having a sufficiently small dark current and an excellent dynamic range (S / N). Because.
The above is a vehicle vision support device, but can also be used for night vision devices, navigation support devices, intruder monitoring devices, indoor monitoring devices, city fire monitoring devices arranged at high positions, and the like.

(実施の形態6:光学センサ装置(2)−生体成分検出装置−)
図11は、本発明の実施の形態6における光学センサ装置20である生体成分検出装置を示す図である。図11において、受光部に上述のハイブリッド型検出装置10を用い、グルコースの近赤外域の長波長域に位置する吸収帯を用いて濃度測定を行う。本実施の形態では、生体を透過した近赤外光を測定してグルコース濃度を求める。人体の反射光を用いてもよい。光は次の経路を通る。
光源63→照射用ファイバ64→検出部位(ユビ)→情報搭載光ファイバ65→回折格子(分光器)91→ハイブリッド型検出装置10→制御部85
なお分光器は光源と照射用ファイバの間においてもよい。
検出部位において血液成分の吸収スペクトルを得ることで、制御部85において血糖値の絶対値、またはその相対値もしくは大小を検出することができる。図11に示す例は、ヒトの指の透過光を受光するが、皮膚、筋肉、血液など多くの生体組織の情報を得ることができる。
(Embodiment 6: Optical sensor device (2)-biological component detection device-)
FIG. 11 is a diagram showing a biological component detection device that is the optical sensor device 20 according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 11, the above-described hybrid detection device 10 is used for the light receiving unit, and concentration measurement is performed using an absorption band located in a long wavelength region of glucose in the near infrared region. In the present embodiment, near-infrared light transmitted through the living body is measured to determine the glucose concentration. You may use the reflected light of a human body. The light takes the following path.
Light source 63 → irradiation fiber 64 → detection site (ubiquitous) → information-equipped optical fiber 65 → diffraction grating (spectrometer) 91 → hybrid detector 10 → control unit 85
The spectroscope may be provided between the light source and the irradiation fiber.
By obtaining the absorption spectrum of the blood component at the detection site, the control unit 85 can detect the absolute value of the blood sugar level, or its relative value or magnitude. The example shown in FIG. 11 receives light transmitted through a human finger, but can obtain information on many biological tissues such as skin, muscle, and blood.

レファレンス信号の測定は、生体(指)の装入時には退き、生体が退いた時に装入されるように、アクチュエータ67によって駆動される基準板の透過光によって行う。基準板の厚みは、基準板の材料にもよるが透過光の光量が十分あるように薄くしておくのがよい。基準板の移動は、アクチュエータ67によって行うことで、位置や姿勢(角度)のばらつきが生じないようにする。
上記は、ハイブリッド型検出装置10を、人体透過光による血糖値の測定に用いた例であるが、その他、人体反射光による血糖値、体脂肪、眼の角膜のコラーゲン、顔面のコラーゲン分布像などの測定に用いることができる。
The reference signal is measured by the transmitted light of the reference plate driven by the actuator 67 so that the reference signal is retracted when the living body (finger) is inserted and is inserted when the living body is retracted. Although the thickness of the reference plate depends on the material of the reference plate, it is preferable to make it thin so that the amount of transmitted light is sufficient. The reference plate is moved by the actuator 67 so that variations in position and orientation (angle) do not occur.
The above is an example in which the hybrid type detection device 10 is used for measurement of blood glucose level by transmitted light from the human body. In addition, blood glucose level by body reflected light, body fat, collagen of eye cornea, collagen distribution image of face, etc. It can be used for measurement.

(実施の形態7:光学センサ装置(3)−水分検出装置−)
図12は、本発明の実施の形態7における光学センサ装置20である生体中の水分検出装置(眼の水分布像形成装置)を示す図である。眼の不具合には、乾き眼、なみだ眼、など水分と関連した症状が多い。このような症状が出たとき、図12に示すように、角膜Cだけでなく、眼Eの前面すべての水分布イメージをとることで、その症状を評価することができる。たとえば涙腺に対応する箇所で、水濃度が異常に高いなどを検出することが可能である。凹面鏡68は近赤外光に対する反射率が大きいものを用いるのがよく、たとえば金(Au)で形成したものを用いる。凹面鏡68は、眼の正面ではなく傍らに位置して、光源63から発して眼の各部からの光を反射して、眼の各部の像をハイブリッド検出装置10による撮像装置に結像させるようにする。フィルタ69は、水の吸収帯に属する1.4μm付近の光または1.9μmの付近の光を透過させるものがよい。制御部85のマイクロコンピュータ85bは、撮像装置(ハイブリッド型検出装置)10の画素の出力信号に基づいて、眼Eにおける水分布像を形成し、表示装置85cに表示する。本発明に係る撮像装置10は、暗電流が低く、長波長側にまで感度が高いため、S/N比の高い、鮮明な水分布像を得ることができる。このため、眼における水の果たす作用、水の動きなどの理解に役立つ。
(Embodiment 7: Optical sensor device (3)-moisture detector-)
FIG. 12 is a diagram showing a water detection device (water distribution image forming device for eyes) in a living body which is the optical sensor device 20 according to Embodiment 7 of the present invention. There are many symptoms related to water, such as dry eyes and nasty eyes. When such a symptom appears, as shown in FIG. 12, the symptom can be evaluated by taking a water distribution image of not only the cornea C but also the entire front surface of the eye E. For example, it is possible to detect an abnormally high water concentration at a location corresponding to the lacrimal gland. The concave mirror 68 is preferably one having a high reflectivity for near-infrared light, for example, one made of gold (Au). The concave mirror 68 is positioned not on the front of the eye but on the side so as to reflect light from each part of the eye emitted from the light source 63 and form an image of each part of the eye on the imaging device by the hybrid detection device 10. To do. The filter 69 preferably transmits light in the vicinity of 1.4 μm belonging to the water absorption band or light in the vicinity of 1.9 μm. The microcomputer 85b of the control unit 85 forms a water distribution image in the eye E based on the output signal of the pixel of the imaging device (hybrid type detection device) 10 and displays it on the display device 85c. Since the imaging device 10 according to the present invention has a low dark current and a high sensitivity up to the long wavelength side, a clear water distribution image with a high S / N ratio can be obtained. For this reason, it is useful for understanding the action of water in the eye and the movement of water.

眼は光に対して非常に敏感に反応するので、できれば光源63は使用しないことが好ましい。たとえば、このSWIR宇宙光のスペクトルのピークIを、光源に用いることができる。ピークIの波長は、1.4μm付近にあり、水の吸収帯に属する波長である、このため、光源63を除いて、SWIR宇宙光で代用することができる。または、人工の光源63を用いるにしても、光を近赤外域に限定して、しかもそのピーク値をSWIR宇宙光のピーク強度のたとえば2倍とすることでもよい。上記SWIR宇宙光を光源にすることでアイセーフが確実に実現される。上記のように、SWIR宇宙光を用いたり、強度レベルの低い光源を用いることができるのは、本実施の形態に係る撮像装置を構成するハイブリッド型検出装置10の暗電流を低くできるからである。すなわち微弱な信号でも、鮮明な画像を形成することができるからである。
上記は生体の部分である眼の水分検出装置の例であるが、このほか、自然産物の水分測定(メロンの水分測定(品質検定)、水分による籾混入率の測定、他の果物、海苔、魚介類、乳製品など)、角膜矯正手術における角膜水分測定、顔面肌など生体の水分測定、紙製品の水分測定、自動排油装置中の油中の水分測定、汚泥の脱水ケーキの水分測定、石炭の水分測定、衣類乾燥機における衣類の水分測定などに用いることができる。
Since the eye reacts very sensitively to light, it is preferable not to use the light source 63 if possible. For example, the peak I of the spectrum of this SWIR cosmic light can be used as the light source. The wavelength of the peak I is in the vicinity of 1.4 μm and belongs to the water absorption band. For this reason, the SWIR space light can be substituted with the exception of the light source 63. Alternatively, even if the artificial light source 63 is used, the light may be limited to the near infrared region, and the peak value may be set to, for example, twice the peak intensity of the SWIR space light. Eye safe is reliably realized by using the SWIR space light as a light source. As described above, the reason why SWIR cosmic light or a light source with a low intensity level can be used is that the dark current of the hybrid detection device 10 constituting the imaging device according to the present embodiment can be reduced. . That is, a clear image can be formed even with a weak signal.
The above is an example of an eye moisture detection device that is a part of a living body, but in addition to this, moisture measurement of natural products (moisture measurement of melon (quality test), measurement of sputum contamination rate by moisture, other fruits, laver, Seafood, dairy products, etc.), corneal moisture measurement in corneal correction surgery, moisture measurement of living body such as facial skin, moisture measurement of paper products, moisture measurement in oil in automatic oil drainer, moisture measurement of sludge dehydrated cake, It can be used for moisture measurement of coal, moisture measurement of clothes in a clothes dryer, and the like.

(実施の形態8:光学センサ装置(4)−食品品質検査装置−)
図13は、本発明の実施の形態8における光学センサ装置20である食品品質検査装置である食味を検査する装置を示す図である。図13において、検査対象の米Sは、米粒のままでもよいが、破砕して粉体であってもよい。光源63から出射された近赤外光は、米Sを透過した後、回折格子91で回折されて分光され、受光素子アレイ50を含むハイブリッド型検出装置10で受光され、吸収スペクトルの電気信号となる。マイコン85b、表示部85c、入力キーボード85d、プリンタ85pなどを備える制御部85では、吸収スペクトルの解析等を行って、表示する。上述のように、実施の形態1〜4のいずれかの受光素子アレイ50を含むハイブリッド型検出装置10を用いることで、波長3000nmまで高いS/N比の信号を得ることができる。
(Embodiment 8: Optical sensor device (4) -food quality inspection device-)
FIG. 13: is a figure which shows the apparatus which test | inspects the taste which is the food quality inspection apparatus which is the optical sensor apparatus 20 in Embodiment 8 of this invention. In FIG. 13, the rice S to be inspected may be a rice grain, or may be crushed and powdered. The near-infrared light emitted from the light source 63 passes through the rice S, is diffracted by the diffraction grating 91 and dispersed, and is received by the hybrid detection device 10 including the light receiving element array 50, and the electrical signal of the absorption spectrum Become. In the control unit 85 including the microcomputer 85b, the display unit 85c, the input keyboard 85d, the printer 85p, etc., the absorption spectrum is analyzed and displayed. As described above, a signal with a high S / N ratio up to a wavelength of 3000 nm can be obtained by using the hybrid detection device 10 including any one of the light receiving element arrays 50 of the first to fourth embodiments.

一般に、食味のようなヒトの五感に依存する品質は、単一の成分ではなく複数の成分が寄与することで成り立っている。このため、近赤外域での当該食品の吸収スペクトルの採取を行う。そして、別途、当該食品について、パネラーによる試食官能試験を行い、食品の官能評価値を求めておく。その官能評価値と、食品の吸収スペクトルの特定波長の吸光度、その一次微分値、または二次微分値と、の間に相関関数を設定しておく。この相関関数に基づいて、検査対象の近赤外光の吸収スペクトルから官能評価値を求め、食味を検査する。吸収スペクトルのどの波長を相関関数にとり入れるかは、次の要素に依存する。
(1)食品の種類
(2)食味検査装置の受光可能範囲、とくにS/N比が高い範囲
上記の(1)および(2)は、食品に依存して、吸収スペクトルのどの波長を採用するか決まるが、それだけでなく、食味検査装置の受光波長域にも依存することを示す。食味検査について、つぎのアプローチが可能である。
In general, quality that depends on the human senses, such as taste, is based on the contribution of multiple components instead of a single component. For this reason, the absorption spectrum of the food in the near infrared region is collected. Separately, the food is subjected to a taste sensory test by a paneler to obtain a sensory evaluation value of the food. A correlation function is set between the sensory evaluation value and the absorbance at a specific wavelength of the absorption spectrum of the food, the first derivative value, or the second derivative value. Based on this correlation function, a sensory evaluation value is obtained from the absorption spectrum of near-infrared light to be inspected, and the taste is inspected. Which wavelength of the absorption spectrum is taken into the correlation function depends on the following factors.
(1) Type of food (2) Receivable range of the taste inspection device, particularly in the range where the S / N ratio is high The above (1) and (2) employ any wavelength of the absorption spectrum depending on the food However, not only that, it also depends on the light receiving wavelength range of the taste inspection apparatus. The following approaches are possible for taste inspection.

図14は、異なる3つの銘柄S,S,Sの米の1200nm〜2500nmの範囲の吸収スペクトルを示す。波長1900nm以上には、アミロースをはじめ蛋白質、水分など米を構成する各成分の吸光度が大きく、各成分の吸光度を特定することができる。食味についての官能試験の評価と、各成分の濃度との相関をとると、米の食味(官能試験の評価)は、米中の蛋白質、アミロース、水分が主要なファクタであることが判明した。上記の蛋白質、アミロース、水分の含有率は、波長2100nm,2130nm,2270nm,2370nmの吸光度から求められる。したがって、これらの波長における吸光度から、蛋白質、アミロース、水分を求めること、上記の相関関数に基づいて食味値を求めることができる。すなわち、食味指数=f(x)・f(x)・f(x)で表すことができる。ここに、xはアミロース濃度、xは蛋白質濃度、xは水分濃度であり、f,f,fは、関数を表す。このアプローチは、米の食味と、米の各成分とを結びつけた上で、近赤外分光データから食味を検査する。 FIG. 14 shows absorption spectra in the range of 1200 nm to 2500 nm of rice of three different brands S 1 , S 2 , S 3 . At wavelengths of 1900 nm and above, the absorbance of each component of rice such as amylose, protein, and moisture is large, and the absorbance of each component can be specified. When the sensory test for taste and the concentration of each component were correlated, it was found that the rice taste (sensory test evaluation) was mainly composed of protein, amylose and water in the rice. The protein, amylose, and water content are determined from the absorbance at wavelengths of 2100 nm, 2130 nm, 2270 nm, and 2370 nm. Therefore, protein, amylose, and moisture can be obtained from the absorbance at these wavelengths, and the taste value can be obtained based on the above correlation function. That is, the taste index = f 1 (x 1 ) · f 2 (x 2 ) · f 3 (x 3 ). Here, x 1 is amylose concentration, x 2 is the protein concentration, x 3 is the water concentration, f 1, f 2, f 3 represents the function. In this approach, the taste of rice is combined with each component of the rice, and the taste is examined from near-infrared spectroscopic data.

米の食味検査は、上記アプローチに従って、近赤外分光スペクトルから、十分な精度で可能になった。採用する波長域は、その装置の光電変換装置などに応じて、適宜、選ぶことができる。米については、今後の課題は、できるだけ広い範囲の波長を利用して、統計手法を駆使して多くの情報を得ることにより、ブランド米の特定を可能にすることである。ブランド米の特定を可能にすることで、たとえば商標権の不正目的の取得などを意味のないものにすることができる。その実現のために、高S/N比の信号を得られる上記の受光素子アレイ50またはハイブリッド型検出装置を用いることができる。
上記は食味を検査するための食品品質検査装置の例を示したが、このほか、成育中または出荷中の果物、野菜等の成分検査、牛肉枝肉の脂肪分の検出、異常肉の検出、脂肪中のPCB等の検出、食品の加熱履歴検査などに用いることができる。
According to the above approach, rice taste inspection has become possible with sufficient accuracy from near-infrared spectroscopy. The wavelength range to be adopted can be appropriately selected according to the photoelectric conversion device of the device. For rice, the future challenge is to make it possible to identify branded rice by using as wide a range of wavelengths as possible and using statistical methods to obtain a lot of information. By making it possible to identify the brand rice, it is possible to make it meaningless, for example, acquisition of illegal purposes of trademark rights. In order to realize this, it is possible to use the light receiving element array 50 or the hybrid detection device that can obtain a signal with a high S / N ratio.
The above shows an example of a food quality inspection device for inspecting the taste, but in addition to this, component inspection of growing and shipping fruits, vegetables, etc., detection of beef carcass fat content, detection of abnormal meat, fat It can be used for the detection of PCBs in the inside, the inspection of food heating history, and the like.

(実施の形態9:光学センサ装置(5)−環境モニタ装置−)
図15は、本発明の実施の形態9における光学センサ装置20である、ごみの燃焼炉においてごみの温度分布を得るための温度分布測定装置である。気体中の成分濃度を検出するための環境モニタ装置の一具体例である。また図16は温度分布撮像装置20aを示す図である。ごみ燃焼炉では、炭素または炭化水素は塊状であり燃料に適した形態で存在するわけではないので、すすは少なく、また水分が多量に存在する。図17は、ごみ燃焼炉における近赤外スペクトルを示すが、水の発光スペクトル波長λ,λが顕著である。本実施の形態においては、水の発光スペクトルが温度によって変化することを利用して、図18に示す水の吸収スペクトルと合わせて、水の濃度と温度とをモニタリングする。図18中、(K1)および(K2)は、それぞれ10mmおよび1mmのキュベットセルを用いて測定したものである。発光スペクトルの強度は、水の濃度にも比例するので、2つの発光ピーク波長だけでは、精度のよい測定が難しいので、吸収スペクトルも用いる。
温度分布撮像装置20aでは、干渉フィルタ10aが重要である。干渉フィルタ10aは、上記の水の発光ピーク波長λ,λ、および複数の吸収ピーク波長のそれぞれに透過波長をもつフィルタとする。たとえば吸収ピーク波長は、図18に示すように、近赤外域に2つの鋭いピークM2,M3をもつが、干渉フィルタ10aは、これらの波長の光を通すようにする。したがって、干渉フィルタ10aは、上記の2つの発光ピーク波長と合わせて全部で4種類、または4つの透過波長のフィルタを配置することになる。外部の操作によって自動的に、これら4種類の干渉フィルタを選択する自動選択機構を設けることが望ましい。レンズ等の光学系10cについても自動的にピントを合わせる自動焦点機構を設けるのがよい。たとえば、上記4種類の干渉フィルタに対応して、4つの波長の光について、ごみまたはその少し上方の撮像を行う。これによって4つの波長の像を得ることができる。
予め、水蒸気温度および水蒸気濃度を変えた空気について、上記の波長における光の強度を求め、温度の回帰式を求めておくことができる。この温度回帰式を制御部のマイコン85bに記憶させておく。上記の撮像によって、各位置において、波長ごとの強度を得ることができる。上記の温度回帰式を用いれば、各位置において、温度を求めることができる。このように、水の温度および濃度を両方ともモニタすることで、ごみの燃焼状態を精度よく検知することができる。
従来は、多くの温度センサをごみ焼却装置内に配置していたが、本実施の形態の装置を、焼却炉の上方部または頂部に配置することで、温度センサの数を削減することができる。
(Embodiment 9: Optical sensor device (5) -environment monitor device-)
FIG. 15 is a temperature distribution measuring device for obtaining the temperature distribution of the garbage in the refuse combustion furnace, which is the optical sensor device 20 according to the ninth embodiment of the present invention. It is a specific example of the environment monitor apparatus for detecting the component density | concentration in gas. FIG. 16 is a diagram showing the temperature distribution imaging device 20a. In a refuse combustion furnace, carbon or hydrocarbons are in bulk and do not exist in a form suitable for fuel, so there is little soot and there is a large amount of moisture. FIG. 17 shows the near-infrared spectrum in the refuse combustion furnace, and the emission spectrum wavelengths λ 2 and λ 3 of water are remarkable. In the present embodiment, the concentration and temperature of water are monitored together with the absorption spectrum of water shown in FIG. 18 by utilizing the fact that the emission spectrum of water changes with temperature. In FIG. 18, (K1) and (K2) are measured using 10 mm and 1 mm cuvette cells, respectively. Since the intensity of the emission spectrum is also proportional to the concentration of water, it is difficult to measure with high accuracy using only two emission peak wavelengths, so an absorption spectrum is also used.
In the temperature distribution imaging device 20a, the interference filter 10a is important. The interference filter 10a is a filter having a transmission wavelength at each of the light emission peak wavelengths λ 2 and λ 3 and the plurality of absorption peak wavelengths. For example, the absorption peak wavelength has two sharp peaks M2 and M3 in the near infrared region as shown in FIG. 18, but the interference filter 10a allows light of these wavelengths to pass. Therefore, in the interference filter 10a, a total of four types of filters or four transmission wavelength filters are arranged together with the above two emission peak wavelengths. It is desirable to provide an automatic selection mechanism that automatically selects these four types of interference filters by an external operation. It is preferable to provide an autofocus mechanism for automatically focusing the optical system 10c such as a lens. For example, corresponding to the above-described four types of interference filters, imaging of dust or a little above it is performed for light of four wavelengths. As a result, images of four wavelengths can be obtained.
For air with the water vapor temperature and water vapor concentration changed in advance, the light intensity at the above wavelength can be obtained, and the temperature regression equation can be obtained. This temperature regression equation is stored in the microcomputer 85b of the control unit. With the above imaging, the intensity for each wavelength can be obtained at each position. If the above temperature regression equation is used, the temperature can be obtained at each position. In this way, by monitoring both the temperature and concentration of water, it is possible to accurately detect the combustion state of waste.
Conventionally, many temperature sensors have been arranged in the waste incinerator, but the number of temperature sensors can be reduced by arranging the apparatus of the present embodiment at the upper part or top of the incinerator. .

上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the embodiments and examples of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is the implementation of these inventions. It is not limited to the form. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明の受光素子アレイ、ハイブリッド型検出装置等によれば、タイプ2型MQWを用いて、n型不純物の選択拡散領域を画素とし、InP基板の裏面入射によって、近赤外域に高い受光感度を持つ、受光素子アレイ、およびハイブリッド型検出装置等を得ることができる。   According to the light receiving element array, the hybrid type detection device, and the like of the present invention, using the type 2 type MQW, the selective diffusion region of the n type impurity is used as a pixel, and high light receiving sensitivity is obtained in the near infrared region by the backside incidence of the InP substrate. It is possible to obtain a light receiving element array, a hybrid detection device, and the like.

1 InP基板、2 InPバッファ層、3 タイプ2型MQWの受光層、4 不純物濃度分布調整層、5 InPキャップ層、6 選択拡散によるn型領域、6d ドーピングによるn型領域、6p 選択拡散によるp型領域、10 ハイブリッド型検出装置、10a,10c 検出装置に付加される光学部品、11 n側電極(画素電極)、12 p側電極(グランド電極)、15 pn接合、19 溝、20 光学センサ装置、20a 温度分布撮像装置、31 接合バンプ、35 反射防止膜、36 選択拡散マスクパターン、37 保護膜、50 受光素子アレイ、60 制御装置、61 表示装置、63 光源、64 照射用光ファイバ、65 情報搭載光ファイバ、67 アクチュエータ、69 フィルタ、70 CMOS(読み出し回路)、71 パッド(読み出し電極)、72 グランド電極、76 凹面鏡、85 制御部、85b マイコン、85c 表示部、85d キーボード(入力部)、85p プリンタ、91 回折格子(分光器)。
1 InP substrate, 2 InP buffer layer, 3 type 2 type MQW light receiving layer, 4 impurity concentration distribution adjusting layer, 5 InP cap layer, 6 n-type region by selective diffusion, 6d n-type region by doping, 6p p by selective diffusion Type region, 10 Hybrid type detection device, 10a, 10c Optical component added to the detection device, 11 n side electrode (pixel electrode), 12 p side electrode (ground electrode), 15 pn junction, 19 groove, 20 Optical sensor device 20a Temperature distribution imaging device, 31 Bond bump, 35 Antireflection film, 36 Selective diffusion mask pattern, 37 Protective film, 50 Light receiving element array, 60 Control device, 61 Display device, 63 Light source, 64 Optical fiber for irradiation, 65 Information Mounted optical fiber, 67 actuator, 69 filter, 70 CMOS (readout circuit), 71 pad (readout power) ), 72 ground electrode, 76 a concave mirror, 85 control unit, 85b microcomputer, 85c display unit, 85d keyboard (input unit), 85p printer, 91 a diffraction grating (spectroscope).

Claims (13)

受光素子が配列された受光素子アレイであって、
InP基板と、
バンドギャップ波長1.65μm〜3.0μmを有し、前記InP基板の上に位置する受光層と、
前記受光層の上に位置するキャップ層とを備え、
前記受光層は、前記InP基板と格子整合する、(GaAsSb/InGaAs)、(GaAsSb/InGaAsN)、(GaAsSb/InGaAsNP)、および(GaAsSb/InGaAsNSb)、のうちのいずれか1つのタイプ2型の多重量子井戸構造からなり、
前記受光素子ごとに前記キャップ層上に位置する電極を備え、該電極は、当該受光素子ごとに設けられたn型領域において前記キャップ層にオーミック接触しており、隣りの受光素子と、溝またはn型化されていない領域によって隔てられていることを特徴とする、受光素子アレイ。
A light receiving element array in which light receiving elements are arranged,
An InP substrate;
A light-receiving layer having a band gap wavelength of 1.65 μm to 3.0 μm and positioned on the InP substrate;
A cap layer located on the light receiving layer,
The light receiving layer is lattice-matched to the InP substrate, and is a type 2 type multiplex of any one of (GaAsSb / InGaAs), (GaAsSb / InGaAsN), (GaAsSb / InGaAsNP), and (GaAsSb / InGaAsNSb). Consisting of quantum well structure,
Each of the light receiving elements includes an electrode positioned on the cap layer, and the electrode is in ohmic contact with the cap layer in an n-type region provided for each of the light receiving elements. A light receiving element array characterized by being separated by a region which is not n-type.
前記受光素子ごとのn型領域は、(1)前記キャップ層の表面から一部の厚み部分、(2)前記キャップ層のすべての厚み、(3)前記キャップ層のすべての厚み、および前記受光層のキャップ層側の一部の厚み部分、および(4)前記キャップ層のすべての厚み、および前記受光層のすべての厚み、の(1)〜(4)のうちのいずれか1つの形態の厚み方向分布を有することを特徴とする、請求項1に記載の受光素子アレイ。   The n-type region for each of the light receiving elements includes (1) a part of the thickness from the surface of the cap layer, (2) all the thickness of the cap layer, (3) all the thickness of the cap layer, and the light receiving (1) to (4) of a part of the thickness part of the cap layer side of the layer, and (4) all thicknesses of the cap layer and all thicknesses of the light receiving layer The light receiving element array according to claim 1, wherein the light receiving element array has a thickness direction distribution. 前記キャップ層が、InP層、またはInGaAs層とInP層との複合層、であることを特徴とする、請求項1または2に記載の受光素子アレイ。   The light receiving element array according to claim 1, wherein the cap layer is an InP layer or a composite layer of an InGaAs layer and an InP layer. 前記受光素子が、選択拡散または選択イオン注入、によって形成されたn型領域を有し、前記選択拡散されずn型化されていない領域または選択イオン注入されずn型化されていない領域によって、他の受光素子と隔てられていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の受光素子アレイ。   The light receiving element has an n-type region formed by selective diffusion or selective ion implantation, and the selective diffusion and non-n-type region or selective ion implantation and a non-n-type region, The light receiving element array according to any one of claims 1 to 3, wherein the light receiving element array is separated from other light receiving elements. 前記受光素子が、n型不純物をドーピングされた前記キャップ層、またはn型不純物をドーピングされた前記キャップ層および受光層、を有し、隣の受光素子と前記溝で隔てられていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の受光素子アレイ。   The light receiving element has the cap layer doped with n-type impurities, or the cap layer and light receiving layer doped with n-type impurities, and is separated from an adjacent light receiving element by the groove. The light receiving element array according to any one of claims 1 to 3. 前記受光素子が、n型不純物をドーピングされた前記キャップ層、またはn型不純物をドーピングされた前記キャップ層および受光層を有し、p型不純物を選択拡散されたp型領域、またはp型不純物を選択イオン注入されたp型領域、によって隣の受光素子と隔てられていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の受光素子アレイ。   The light-receiving element has the cap layer doped with n-type impurities, or the cap layer and light-receiving layer doped with n-type impurities, and a p-type region selectively diffused with p-type impurities, or p-type impurities 4. The light receiving element array according to claim 1, wherein the light receiving element array is separated from an adjacent light receiving element by a p-type region into which selective ions are implanted. 5. 前記受光層は、(1)n型層、(2)p型層、および(3)キャップ層側をn型層としかつInP基板側をp型層とする不純物複合層、の(1)〜(3)のうちのいずれか1つであり、いずれの場合もキャリア濃度が1e16/cm以下であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の受光素子アレイ。 The light-receiving layer includes: (1) an n type layer, (2) a p type layer, and (3) an impurity composite layer in which the cap layer side is an n type layer and the InP substrate side is a p type layer. 7. The method according to claim 1, wherein the carrier concentration is any one of (1) to (3), and in any case, the carrier concentration is 1e16 / cm 3 or less. Light receiving element array. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の受光素子アレイと、シリコン読み出し回路とを備え、前記受光素子アレイの受光素子ごとの電極と、前記シリコン読み出し回路の読み出し電極とが、接合バンプを介在させて導電接続しており、前記受光素子アレイにおけるInP基板の裏面から光が入射することを特徴とする、ハイブリッド型検出装置。   A light receiving element array according to any one of claims 1 to 7 and a silicon readout circuit, wherein an electrode for each light receiving element of the light receiving element array and a readout electrode of the silicon readout circuit are bonded bumps. A hybrid type detection device, wherein the hybrid type detection device is interposed and conductively connected, and light enters from the back surface of the InP substrate in the light receiving element array. 前記受光素子アレイにおける受光素子に印加する逆バイアス電圧が0〜−1Vであることを特徴とする、請求項8に記載のハイブリッド型検出装置。   The hybrid detection device according to claim 8, wherein a reverse bias voltage applied to the light receiving elements in the light receiving element array is 0 to -1V. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の受光素子アレイ、または請求項8もしくは9に記載のハイブリッド検出装置を用いたことを特徴とする、光学センサ装置。   An optical sensor device using the light receiving element array according to any one of claims 1 to 7, or the hybrid detection device according to claim 8 or 9. InP基板と、
バンドギャップ波長1.65μm〜3.0μmを有し、前記InP基板の上に位置する受光層と、
前記受光層の上に位置するキャップ層とを備え、
前記受光層は、前記InP基板と格子整合する、(GaAsSb/InGaAs)、(GaAsSb/InGaAsN)、(GaAsSb/InGaAsNP)、および(GaAsSb/InGaAsNSb)、のうちのいずれか1つのタイプ2型の多重量子井戸構造からなり、
前記キャップ層上に位置する電極を備え、該電極は、前記n型領域において前記キャップ層にオーミック接触しており、
前記n型領域は、周りとn型化されていない領域によって隔てられていることを特徴とする、受光素子。
An InP substrate;
A light-receiving layer having a band gap wavelength of 1.65 μm to 3.0 μm and positioned on the InP substrate;
A cap layer located on the light receiving layer,
The light receiving layer is lattice-matched to the InP substrate, and is a type 2 type multiplex of any one of (GaAsSb / InGaAs), (GaAsSb / InGaAsN), (GaAsSb / InGaAsNP), and (GaAsSb / InGaAsNSb). Consisting of quantum well structure,
An electrode positioned on the cap layer, the electrode being in ohmic contact with the cap layer in the n-type region;
The light receiving element, wherein the n-type region is separated from a surrounding region by a region that is not n-type.
受光素子が配列された受光素子アレイの製造方法であって、
InP基板上またはバッファ層上に、格子整合する、(GaAsSb/InGaAs)、(GaAsSb/InGaAsN)、(GaAsSb/InGaAsNP)、および(GaAsSb/InGaAsNSb)、のうちのいずれか1つのタイプ2型の多重量子井戸構造の受光層を形成する工程と、
前記受光層上にキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層および受光層に、前記受光素子を、隣の受光素子と隔てて形成するための隔離処理を行う工程とを備え、
前記隔離処理の工程、または、該隔離処理の工程および前記キャップ層/受光層の形成工程において、前記受光素子ごとに前記キャップ層の少なくとも表層にn型領域を形成し、
前記n型領域に前記受光素子ごとに電極を形成することを特徴とする、受光素子アレイの製造方法。
A method of manufacturing a light receiving element array in which light receiving elements are arranged,
Type 2 type multiplexing of any one of (GaAsSb / InGaAs), (GaAsSb / InGaAsN), (GaAsSb / InGaAsNP), and (GaAsSb / InGaAsNSb) lattice-matched on the InP substrate or buffer layer Forming a light-receiving layer having a quantum well structure;
Forming a cap layer on the light receiving layer;
A step of separating the cap layer and the light receiving layer to form the light receiving element separately from an adjacent light receiving element;
In the isolation process, or in the isolation process and the cap layer / light-receiving layer forming step, an n-type region is formed on at least the surface layer of the cap layer for each light-receiving element,
An electrode is formed for each of the light receiving elements in the n-type region, and a method for manufacturing a light receiving element array.
前記隔離処理の工程、または、該隔離処理の工程および前記キャップ層/受光層の形成工程における、前記受光素子ごとのn型領域の形成では、(1)前記キャップ層の表面から選択拡散または選択イオン注入することで該n型領域を形成し、選択拡散されていない領域または選択イオン注入されていない領域によって他の受光素子と隔てる、(2)前記キャップ層、または前記キャップ層および受光層の形成のとき、n型不純物をドーピングして、隣の受光素子との間に、エッチングによって溝を設けて、該溝によって隣の受光素子と隔てる、または(3)前記キャップ層、または前記キャップ層および受光層の形成のとき、n型不純物をドーピングして、隣の受光素子との間に選択拡散またはイオン注入によってp型不純物を導入して該p型不純物を含む領域によって隣の受光素子と隔てることを特徴とする、請求項12に記載の受光素子アレイの製造方法。   In forming the n-type region for each of the light receiving elements in the isolation process or the isolation process and the cap layer / light receiving layer forming process, (1) selective diffusion or selection from the surface of the cap layer The n-type region is formed by ion implantation, and is separated from other light receiving elements by a region that is not selectively diffused or a region that is not selectively ion implanted. (2) The cap layer or the cap layer and the light receiving layer At the time of formation, an n-type impurity is doped, and a groove is provided by etching between the adjacent light receiving element and separated from the adjacent light receiving element by the groove, or (3) the cap layer or the cap layer When forming the light receiving layer, the n-type impurity is doped, and the p-type impurity is introduced between the adjacent light receiving element by selective diffusion or ion implantation. Wherein the separating the adjacent light receiving elements by the region containing the impurity, the manufacturing method of the light-receiving element array according to claim 12.
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