JP2017139417A - 光検出器及び光検出器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の入射した画素における光量低下が少なく、多重反射した光が隣の画素に入射することのない構造の光検出器を提供する。【解決手段】下部コンタクト層と、前記下部コンタクト層の上に、第１活性層、第１上部コンタクト層、第１回折格子、第１反射膜の順に設けられた第１画素と、前記下部コンタクト層の上に、第２活性層、第２上部コンタクト層、第２回折格子、第２反射膜の順に設けられ、前記第１画素と離間して配置された第２画素と、前記第１画素と前記第２画素との間に、且つ前記第１画素及び前記第２画素が配置された側の前記下部コンタクト層の表面に設けられた凸部と、前記第１画素と前記第２画素との間において、前記第１画素の側面と前記第２画素の側面と前記下部コンタクト層と前記凸部と覆う反射膜と、を有することを特徴とする光検出器により上記課題を解決する。【選択図】 図４

Description

本発明は、光検出器及び光検出器の製造方法に関するものである。

光検出器として、赤外線を検出するための量子井戸型赤外線検出器（ＱＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photodetector）、または、量子ドット型赤外線検出器（ＱＤＩＰ：Quantum Dot Infrared Photodetector）等がある。これらの赤外線検出器は、赤外線を検出する活性層の両面を上部コンタクト層及び下部コンタクト層により挟んだ構造のものである。

このような赤外線検出器と、信号処理用の集積回路素子である信号処理回路素子とをＩｎバンプを介しハイブリッド接続することにより、赤外線検出装置が作製される。尚、赤外線検出器は、活性層が量子井戸構造により形成されている光電変換素子であり、赤外線検出装置は半導体撮像装置の一種である。

一般的には、赤外線検出器の表面側は、読み出し回路がＩｎバンプを介しハイブリッド接続されているため、赤外線検出器の裏面側から赤外線検出器に入射した赤外線が検出される。具体的には、赤外線検出器の裏面側から入射した赤外線は、赤外線検出器の表面側に形成された光結合構造(グレーティングカプラ)により回折、反射され、活性層において検出される。光結合構造は、回折格子と回折格子の上に形成された金属反射膜により形成されている。

赤外線検出器は、赤外線を検出するための画素が複数設けられており、画素と画素の間には、赤外線検出器の表面側より、各々の画素を分離するための画素分離溝が形成されている。

特開２００５−１２３２１７号公報 特開２００８−１８２０７６号公報

ところで、赤外線検出器に形成されている画素分離溝は、所定の深さで形成されているため、画素と画素との間は、下部コンタクト層等により接続されており、この領域を介し、多重反射された赤外線の一部が、隣の画素に入射する場合がある。この場合、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量が低下するとともに、隣の赤外線が入射していない画素にも多重反射された赤外線が入射するため、光クロストークが発生する。

このため、光の入射した画素における光量低下が少なく、多重反射された光が隣の画素に入射することのない構造の光検出器が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、下部コンタクト層と、前記下部コンタクト層の上に、第１活性層、第１上部コンタクト層、第１回折格子、第１反射膜の順に設けられた第１画素と、前記下部コンタクト層の上に、第２活性層、第２上部コンタクト層、第２回折格子、第２反射膜の順に設けられ、前記第１画素と離間して配置された第２画素と、前記第１画素と前記第２画素との間に、且つ前記第１画素及び前記第２画素が配置された側の前記下部コンタクト層の表面に設けられた凸部と、前記第１画素と前記第２画素との間において、前記第１画素の側面と前記第２画素の側面と前記下部コンタクト層と前記凸部と覆う反射膜と、を有することを特徴とする。

開示の光検出器によれば、光の入射した画素における光量低下が少なく、多重反射された光が隣の画素に入射することを抑制することができる。

赤外線検出器の構造図 赤外線検出器における光クロストークの説明図 画素分離溝に分離溝反射膜を設けた赤外線検出器の構造図 第１の実施の形態における赤外線検出器の構造図（１） 第１の実施の形態における赤外線検出器の構造図（２） 第１の実施の形態における赤外線検出器の構造図（３） 第１の実施の形態における赤外線検出器の構造図（４） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（１） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（２） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（３） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（４） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（５） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（６） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（７） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の説明図（１） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の説明図（２） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の説明図（３） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の説明図（４） 画素分離溝に分離溝反射膜を設けた赤外線検出器の光クロストークの説明図 第１の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（１） 第１の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（２） 第１の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（３） 第１の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（４） 第２の実施の形態における赤外線検出器の構造図 第２の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の説明図（１） 第２の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の説明図（２） 第２の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（１） 第２の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（２） 第２の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（３） 第２の実施の形態における赤外線検出器の光クロストークの説明図（４）

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
最初に、表面側より画素分離溝が形成されている赤外線検出器について説明する。尚、本願においては、可視光、赤外線（赤外光）及び紫外線（紫外光）のうちのいずれかを含むものを光と記載する場合がある。

図１に示される赤外線検出装置は、赤外線検出器１０と信号処理回路素子４０とをＩｎのバンプを用いたＦＣＢ（フリップチップボンディング）により接合することにより形成されている。具体的には、図１に示される赤外線検出装置は、赤外線検出器１０と信号処理回路素子４０とが、Ｉｎにより形成されたバンプ接合部５０により、画素ごとに電気的に接合されている。

赤外線検出器１０は、下部コンタクト層１１、活性層１２、上部コンタクト層１３を積層することにより形成されている。活性層１２は、量子井戸構造や量子ドット構造により形成された赤外線を検知する層であり、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ等の化合物半導体により形成されている。下部コンタクト層１１及び上部コンタクト層１３は、ｎ−ＧａＡｓ等の不純物元素がドープされている化合物半導体より形成されている。

赤外線検出器１０においては、赤外線検出器１０の一方の面１０ａには、画素２０と画素２０とを分離する画素分離溝３０が形成されている。また、画素２０が形成される領域において、赤外線検出器１０の一方の面１０ａの側の上部コンタクト層１３の表面には、凹凸を形成することにより回折格子が形成されており、画素２０の中央部分には、金属コンタクト層１４が形成されている。上部コンタクト層１３及び金属コンタクト層１４の上には、金属反射膜１５が形成されており、金属反射膜１５の上には、絶縁膜１６または下地金属膜１７が形成されている。尚、下地金属膜１７は、画素２０の中央部分のバンプ接合部５０が形成される領域に形成されており、下地金属膜１７が形成されていない領域には絶縁膜１６が形成されている。

信号処理回路素子４０は、Ｓｉ基板等により形成されており、信号処理回路素子４０の一方の面４０ａには、図１には不図示の半導体回路、配線、下地金属膜等が形成されている。図１に示す赤外線検出装置は、赤外線検出器１０の一方の面１０ａと信号処理回路素子４０の一方の面４０ａとを対向させた状態で、Ｉｎ等の接合金属材料により形成されたバンプ接合部５０により接合している。この赤外線検出装置においては、赤外線は赤外線検出器１０の他方の面１０ｂより入射し、金属反射膜１５において反射された赤外線が、活性層１２に入射することにより検出される。検出された赤外線は、電気信号に変換された後、バンプ接合部５０を介し、信号処理回路素子４０に送られる。

画素分離溝３０は、回折格子が形成されている赤外線検出器１０の一方の面１０ａより、画素２０と画素２０との間における上部コンタクト層１３及び活性層１２を除去することにより形成されている。このため、隣り合う画素２０と画素２０とは、画素分離溝３０が形成されている領域の下部コンタクト層１１においてつながっている。図１に示す構造の赤外線検出器１０では、破線矢印に示されるように、赤外線検出器１０の他方の面１０ｂの下部コンタクト層１１が形成されている側より入射した赤外線を検出する。具体的には、赤外線検出器１０の他方の面１０ｂより入射した赤外線は、回折格子及び金属反射膜１５により回折、反射されて、活性層１２において検出される。

しかしながら、図２に示すように、回折格子及び金属反射膜１５により回折、反射された赤外線の一部には、破線矢印６０ａに示すように、画素分離溝３０が形成されている領域の下部コンタクト層１１を介し、隣の画素２０に入射する成分が存在している。また、破線矢印６０ｂに示すように、画素分離溝３０において界面反射されることなく、そのまま隣の画素２０に入射する成分が存在している。このように、ある画素に入射した赤外線の一部が隣の画素に入射すると、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量が低下するとともに、赤外線が入射していない隣の画素においても赤外線が検出されるため、光クロストークが発生する。

破線矢印６０ｂに示されるような、画素分離溝３０を通り、そのまま隣の画素２０に入射する赤外線を防ぐ方法としては、図３に示すように、画素分離溝３０に分離溝反射膜７０を形成する方法が考えられる。具体的には、画素分離溝３０に形成された絶縁膜１６の上に、画素分離溝３０の底面及び側面を覆うように分離溝反射膜７０を形成し、更に、分離溝反射膜７０を覆う絶縁膜７１を形成した構造のものである。

この構造の赤外線検出器では、画素分離溝３０を通り隣の画素に入射していた成分は、分離溝反射膜７０において反射されるため、隣の画素に入射することはない。よって、光クロストークはある程度は抑制することができ、赤外線が入射した画素の光量低下もある程度は防ぐことができる。しかしながら、分離溝反射膜７０が設けられている構造の赤外線検出器では、破線矢印６０ｃに示されるように、下部コンタクト層１１と空気との界面と、分離溝反射膜７０とにおいて反射され、赤外線が入射した画素より、隣の画素に入射する成分が生じてしまう。このため、光クロストークの抑制や、赤外線が入射した画素の光量低下を十分には防ぐことができない。

このため、光クロストークをより一層抑制することができ、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量の低下を抑制することのできる赤外線検出器が求められている。

（光検出器）
次に、本実施の形態における光検出器について、図４に基づき説明する。図４は、本実施の形態における光検出器である赤外線検出器の一部を示す構造図である。

赤外線検出器１１０は、下部コンタクト層１１、活性層１２、上部コンタクト層１３を積層することにより形成されている。活性層１２は、ＱＷＩＰやＱＤＩＰ等の赤外線を検知する層であり、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ等の化合物半導体により形成されている。下部コンタクト層１１及び上部コンタクト層１３は、ｎ−ＧａＡｓ等の不純物元素がドープされている化合物半導体より形成されている。

赤外線検出器１１０の一方の面１１０ａには、画素２０を分離する画素分離溝１３０が形成されている。また、赤外線検出器１１０の一方の面１１０ａの側の上部コンタクト層１３の表面には凹凸を形成することにより回折格子が形成されており、画素２０の中央部分には、金属コンタクト層１４が形成されている。上部コンタクト層１３及び金属コンタクト層１４の上には、金属反射膜１５が形成されており、金属反射膜１５の上には、絶縁膜１６または下地金属膜１７が形成されている。尚、下地金属膜１７は、画素２０の中央部分のバンプ接合部５０が形成される領域に形成されており、下地金属膜１７が形成されていない領域には絶縁膜１６が形成されている。

また、画素分離溝１３０に形成された絶縁膜１６の上には、画素分離溝１３０の底面及び側面を覆うように分離溝反射膜１７０が形成されており、更に、分離溝反射膜１７０を覆う絶縁膜１７１が形成されている。

本実施の形態における赤外線検出器１１０においては、画素分離溝１３０の底面には凸部となる断面形状が凸曲面の凸面部１３０ａが形成されている。画素分離溝１３０の底面に断面形状が凸曲面の凸面部１３０ａを形成することにより、画素分離溝１３０が形成されている領域においては、下部コンタクト層１１と空気との界面で反射された赤外線は、画素分離溝１３０の底面の凸面部１３０ａで反射される。画素分離溝１３０の底面に形成されている凸面となる凸面部１３０ａは、半導体層の内部を進行する赤外線においては凹面鏡となる。このため、画素分離溝１３０の底面の凸面部１３０ａにおいて反射された赤外線は、赤外線の入射した画素２０の側に向かって戻され、更に、下部コンタクト層１１と空気との界面で反射され、赤外線が入射した画素２０の活性層１２に入射し検出される。

このため、図３に示すような底面が平らな画素分離溝３０に分離溝反射膜７０を設けた構造の赤外線検出器と比べて、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量の低下を抑制することができ、光クロストークを抑制をすることができる。

本実施の形態においては、画素分離溝１３０の底面に形成される凸部は、図５に示されるような、底面の他の部分より出っ張った凸状の突起部１３０ｂであってもよく、図６に示されるように、側面にテーパーが形成された凸状の突起部１３０ｃであってもよい。また、図７に示されるように、画素分離溝１３０の底面の断面形状が三角となる山形状の山形部１３０ｄであってもよい。画素分離溝１３０の底面をこれらの形状で形成した場合においても、画素分離溝１３０の底面に凸部が形成されていれば、図４に示す構造のものと同様の効果を得ることができる。

（光検出器の製造方法）
次に、本実施の形態における光検出器である赤外線検出器の製造方法について説明する。尚、説明の便宜上、図３等に示すものとは構造が一部相違している。

最初に、図８（ａ）に示すように、半導体ウェハにより形成される基板８０の上に、エッチングストッパ層８１、下部コンタクト層１１、活性層１２、上部コンタクト層１３をエピタキシャル成長により順に形成する。エッチングストッパ層８１、下部コンタクト層１１、活性層１２、上部コンタクト層１３は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成する。基板８０は、例えば、厚さが６００μｍのｉ−ＧａＡｓ基板が用いられる。エッチングストッパ層８１は厚さが数ｎｍのＩｎＧａＡｓにより形成されている。下部コンタクト層１１は、厚さが約１μｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されている。活性層１２は、厚さが約５ｎｍのＧａＡｓからなる井戸層と厚さが約４０ｎｍのＡｌＧａＡｓからなる障壁層とを交互に積層したＭＱＷ（Multi Quantum Well：多重量子井戸）構造により形成されており、厚さは２〜３μｍである。上部コンタクト層１３は、厚さが約１μｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されている。

次に、図８（ｂ）に示すように、上部コンタクト層１３の表面を加工することにより回折格子１３ａを形成する。具体的には、上部コンタクト層１３の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、回折格子を形成するための周期的な不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域の上部コンタクト層１３の一部をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより除去することにより、上部コンタクト層１３の表面に回折格子１３ａを形成する。不図示のレジストパターンは、この後、有機溶剤等により除去する。

次に、図９（ａ）に示すように、画素の中央部分において、表面に回折格子１３ａが形成されている上部コンタクト層１３の上に、オーミックコンタクト層となる金属コンタクト層１４を形成する。具体的には、表面に回折格子１３ａが形成されている上部コンタクト層１３の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、金属コンタクト層１４が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＡｕＧｅとＮｉとが積層された金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属膜をリフトオフにより除去する。これにより、画素の中央部分の上部コンタクト層１３の上に残存する金属膜により、金属コンタクト層１４が形成される。

次に、図９（ｂ）に示すように、表面に回折格子１３ａが形成されている上部コンタクト層１３及び金属コンタクト層１４の上に、金属反射膜１５を形成する。具体的には、表面に回折格子１３ａが形成されている上部コンタクト層１３及び金属コンタクト層１４の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行う。これにより、金属反射膜１５が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＰｔとＡｕとが積層された金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属膜をリフトオフにより除去する。これにより、上部コンタクト層１３及び金属コンタクト層１４の上に残存する金属膜により、金属反射膜１５が形成される。

次に、図１０（ａ）に示すように、回折格子１３ａが形成されている上部コンタクト層１３の表面側より、画素分離溝１３０を形成する。具体的には、回折格子１３ａが形成されている側の金属反射膜１５等の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、画素分離溝１３０が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域の上部コンタクト層１３及び活性層１２をＲＩＥ等のドライエッチング等により除去することにより、画素分離溝１３０を形成する。このドライエッチングにおいては、画素分離溝１３０の底面の形状が中央部分で盛り上がるような条件でドライエッチングを行う。これにより、画素分離溝１３０の底面の断面形状が凸曲面となる凸面部１３０ａを形成する。この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。

次に、図１０（ｂ）に示すように、画素分離溝１３０、金属反射膜１５の上に絶縁膜１６を形成する。絶縁膜１６は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により、ＳｉＯ_２膜を成膜することにより形成する。

次に、図１１（ａ）に示すように、画素分離溝１３０が形成されている領域の絶縁膜１６の上に、分離溝反射膜１７０を形成する。分離溝反射膜１７０は、絶縁膜１６を介し、画素分離溝１３０の底面及び側面を覆うように形成する。具体的には、絶縁膜１６の上に、ＰｔとＡｕとが積層された金属膜をスパッタリングにより成膜し、金属膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、分離溝反射膜１７０が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、イオンミリング等により、レジストパターンが形成されていない領域の金属膜を除去することにより、分離溝反射膜１７０を形成する。この後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、分離溝反射膜１７０及び絶縁膜１６の上に絶縁膜１７１を形成する。絶縁膜１７１は、プラズマＣＶＤ等により、ＳｉＯ_２膜を成膜することにより形成する。

次に、図１２（ａ）に示すように、一方の面１１０ａにおいて、画素の中央部分の絶縁膜１６及び１７１を除去し、金属反射膜１５を露出させ、露出した金属反射膜１５の上に、下地金属膜１７を形成する。具体的には、絶縁膜１７１等の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、下地金属膜１７が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域の絶縁膜１６及び１７１をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、金属反射膜１５を露出させる。この後、露出した金属反射膜１５及びレジストパターンの上に、ＴｉとＰｔとが積層された金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属膜をリフトオフにより除去する。これにより、露出していた金属反射膜１５の上に残存する金属膜により、一方の面１１０ａの画素の中央部分に下地金属膜１７を形成する。

次に、図１２（ｂ）に示すように、下地金属膜１７の上に、Ｉｎ等の金属材料によりバンプ接合部５０を形成する。具体的には、下地金属膜１７及び絶縁膜１７１等の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、バンプ接合部５０が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Ｉｎ膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上のＩｎ膜をリフトオフにより除去する。これにより、一方の面１１０ａにおいて、画素の中央部分の下地金属膜１７の上に残存するＩｎ膜により、バンプ接合部５０を形成する。この後、図示はしないが、基板８０となる半導体ウェハをダイシングにより各々のチップごとに分離する。

次に、図１３（ａ）に示すように、赤外線検出器の表面側となる一方の面１１０ａに、信号処理回路が形成されている信号処理回路素子４０の一方の面４０ａを張り付ける。具体的には、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）により、赤外線検出器の表面側におけるＩｎにより形成されているバンプ接合部５０に、信号処理回路素子４０に形成されている不図示の下地金属膜を接合する。これにより、赤外線検出器の表面側の一方の面１１０ａに信号処理回路素子４０の一方の面４０ａを張り付ける。

次に、図１３（ｂ）に示すように、バンプ接合部５０により接続されている赤外線検出器と信号処理回路素子４０との間の空間に、エポキシ樹脂を注入し硬化させることにより強度を高めるアンダフィルという工程を行う。

次に、図１４に示すように、基板８０を除去する。具体的には、基板８０の裏面より、例えば、５０μｍ以下の厚さまで研磨により薄くし、この後、塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより基板８０を除去する。塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングでは、ＩｎＧａＡｓにより形成されたエッチングストッパ層８１においてエッチングがストップするため、基板８０を完全に除去することができる。この後、エッチングストッパ層８１は、ウェトエッチングまたはドライエッチングにより除去する。これにより、他方の面１１０ｂを露出させる。

以上の工程により、本実施の形態における赤外線検出器と信号処理回路素子とがバンプ接合部５０により接合されている赤外線検出装置を作製することができる。このように形成される赤外線検出器は、例えば、画素２０のピッチが約２０μｍであって、画素分離溝１３０の幅が約２μｍである。

また、図５に示されるような画素分離溝１３０の底面において、凸状の突起部１３０ｂを形成する場合には、例えば、図９（ｂ）に示す工程の後、図１５〜図１６に示す工程を行うことにより形成する。具体的には、図１５（ａ）に示すように、上部コンタクト層１３の上に、画素分離溝１３０が形成される領域に開口部９１ａを有するレジストパターン９１を形成し、ドライエッチングにより、上部コンタクト層１３及び活性層１２の一部を除去する。この状態において、形成される画素分離溝１３０の底面は平坦である。次に、図１５（ｂ）に示すように、レジストパターン９１を有機溶剤等により除去する。次に、図１５（ｃ）に示すように、突起部１３０ｂが形成される領域と上部コンタクト層１３の上に、レジストパターン９２を形成し、ドライエッチングにより、下部コンタクト層１１の表面が露出するまで、活性層１２の一部を除去し、突起部１３０ｂを形成する。この後、図１６に示すように、レジストパターン９２を有機溶剤等により除去する。これにより、画素分離溝１３０の底面に凸部となる凸状の突起部１３０ｂを形成することができる。この後、図１０（ｂ）以降に示される工程と同様の工程を行うことにより、図５に示される構造の赤外線検出器を作製することができる。

また、図６に示されるような画素分離溝１３０の底面において、側面にテーパーを有する凸状の突起部１３０ｃを形成する場合には、例えば、図９（ｂ）に示す工程の後、図１７〜図１８に示す工程を行うことにより形成する。具体的には、図１７（ａ）に示すように、画素分離溝１３０が形成される領域に開口部９３ａを有するハードマスク９３を形成する。このハードマスク９３は、上部コンタクト層１３の上に、ＳｉＯ_２膜を成膜し、成膜されたＳｉＯ_２膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行うことにより、画素分離溝１３０が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの開口部におけるＳｉＯ_２膜を塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより除去することにより、画素分離溝１３０が形成される領域に開口部９３ａを有するハードマスク９３を形成する。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。次に、図１７（ｂ）に示すように、ハードマスク９３の開口部９３ａにおける上部コンタクト層１３及び活性層１２の一部をドライエッチングにより除去する。この状態において、形成される画素分離溝１３０の底面は平坦である。次に、図１７（ｃ）に示すように、突起部１３０ｃが形成される領域とハードマスク９３の上に、レジストパターン９４を形成し、図１８（ａ）に示すように、ドライエッチングにより、下部コンタクト層１１の表面が露出するまで、活性層１２の一部を除去する。これにより、突起部１３０ｃを形成する。この後、図１８（ｂ）に示すように、レジストパターン９４を有機溶剤等により除去し、更に、ハードマスク９３をウェトエッチング等により除去する。これにより、画素分離溝１３０の底面において、側面１３１ｃにテーパーを有する凸部となる凸状の突起部１３０ｃを形成することができる。尚、側面１３１ｃにテーパーを有する突起部１３０ｃは、レジストパターン９４を形成した後、ベーキング等により角を丸くし、ドライエッチングの際にレジストの退行を利用して形成してもよく、ドライエッチングの条件を変えることにより形成してもよい。この後、図１０（ｂ）以降に示される工程と同様の工程を行うことにより、図６に示される構造の赤外線検出器を作製することができる。

また、図７に示されるように、画素分離溝１３０の底面の断面形状が三角となる山形状の山形部１３０ｄを形成する際には、図１０（ａ）に示される工程において、画素分離溝１３０を形成する際のドライエッチングの条件を変えることにより形成することができる。例えば、ドライエッチングの際に基板８０に印加されるバイアス電圧等を調節することにより、画素分離溝１３０の底面の断面形状が山形状となるように形成する。

（シミュレーション）
次に、赤外線検出器において、赤外線が入射した画素において、赤外線が回折格子により回折されて、隣の画素に入射する回折光の割合について、図１９〜図２３に基づき説明する。尚、図１９〜図２３において、各々の半導体層、金属反射膜、分離溝反射膜、回折格子の形状等の詳細については省略されており、赤外線検出器における回折光の様子を実線により示す。このシミュレーションでは、画素２０のピッチは２０μｍであり、画素分離溝の幅ｗは、図１９、図２０、図２３に示す場合が２μｍ、図２１、図２２に示す場合が３μｍとした。また、画素分離溝の深さｄは３．５μｍ、下部コンタクト層１１の厚さは０．８μｍとし、赤外線検出器の一方の面に形成された回折格子において回折される赤外線の回折角は、６０°とした。

図１９は、図３に示されるように、画素分離溝３０の底面が平坦に形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、２２．２％であった。

図２０は、本実施の形態における赤外線検出器であって、図４に示されるように、画素分離溝１３０の底面に断面形状が凸曲面となる凸面部１３０ａが形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。尚、凸面部１３０ａは曲率半径が約１μｍの球面となるように形成されている。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、１１．１％であった。

図２１は、本実施の形態における赤外線検出器であって、図５に示されるように、画素分離溝１３０の底面に断面形状が凸状の突起部１３０ｂが形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。尚、凸状の突起部１３０ｂは幅ｗ_１が１μｍ、高さｈ_１が０．５μｍとなるように形成されており、突起部１３０ｂの側面は、画素分離溝１３０の底面に対し略垂直となるように形成されている。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、１７．６％であった。

図２２は、本実施の形態における赤外線検出器であって、図６に示されるように、画素分離溝１３０の底面に側面にテーパーが形成された凸状の突起部１３０ｃが形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。尚、凸状の突起部１３０ｃは上面の幅ｗ_２が１μｍ、底の部分の幅ｗ_３が１．４μｍ、高さｈ_１が０．５μｍとなるように形成されており、突起部１３０ｃの側面は、画素分離溝１３０の底面に対しテーパーとなるように傾斜している。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、８．８％であった。

図２３は、本実施の形態における赤外線検出器であって、図７に示されるように、画素分離溝１３０の底面に凸部となる断面形状が三角となる山形状の山形部１３０ｄが形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。尚、山形部１３０ｄは頂点の角度が約９０°となるように形成されている。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、１１．１％であった。

上記においては、赤外線を検出する赤外線検出器を例に説明したが、本実施の形態は、可視光や紫外光等の他の光を検出する光検出器にも適用可能である。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における光検出器について説明する。本実施の形態における光検出器は、赤外線が入射する他方の面の画素分離溝１３０に対応する位置に、凹凸が形成されている構造のものである。

本実施の形態における光検出器である赤外線検出器は、図２４に示されるように、赤外線検出器１１０の他方の面１１０ｂにおいて画素分離溝１３０が形成されている領域に対応する領域に、凹凸２１０が形成されている構造のものである。このように、赤外線検出器１１０の他方の面１１０ｂに凹凸２１０を形成することにより、画素分離溝１３０が形成されている領域において、赤外線検出器１１０の他方の面１１０ｂで生じる全反射を抑制することができる。

本実施の形態における赤外線検出器の製造方法は、例えば、第１の実施の形態における図１４に示す工程の後、図２５（ａ）に示すように、赤外線検出器１１０の他方の面１１０ｂに、凹凸２１０に対応した形状のレジストパターンを形成する。具体的には、赤外線検出器１１０の他方の面１１０ｂとなる下部コンタクト層１１の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、凹凸２１０に対応した形状のレジストパターン１９１を形成する。

次に、図２５（ｂ）に示すように、レジストパターン１９１の形成されていない領域の下部コンタクト層１１をＲＩＥ等のドライエッチングにより一部除去し、更に、図２６に示すように、レジストパターン１９１を有機溶剤等により除去する。これにより、下部コンタクト層１１の表面に凹凸２１０を形成する。以上の工程により、本実施の形態における赤外線検出器を作製することができる。

（シミュレーション）
次に、赤外線検出器において、赤外線が入射した画素において、赤外線が回折格子により回折されて、隣の画素に入射する回折光の割合について、図２７〜図３０に基づき説明する。尚、図２７〜図３０において、各々の半導体層、金属反射膜、分離溝反射膜、回折格子の形状の詳細等については省略されており、赤外線検出器における回折光の様子を実線により示す。このシミュレーションでは、図４〜図７に示す赤外線検出器において、他方の面１１０ｂの画素分離溝１３０に対応する位置に凹凸２１０が形成されており、この凹凸２１０が、凹部と凸部の幅が各々約１μｍ、高さｈ_２が約０．３μｍとした。

図２７は、図４に示される画素分離溝１３０の底面が凸面部１３０ａにより形成されている構造の赤外線検出器において、画素分離溝１３０に対応する領域の他方の面１１０ｂに凹凸２１０が形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、２．８％であった。

図２８は、図５に示される画素分離溝１３０の底面に凸状の突起部１３０ｂが形成されている構造の赤外線検出器において、画素分離溝１３０に対応する領域の他方の面１１０ｂに凹凸２１０が形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、２．９％であった。

図２９は、図６に示される画素分離溝１３０の底面に凸状の突起部１３０ｃが形成されている構造の赤外線検出器において、画素分離溝１３０に対応する領域の他方の面１１０ｂに凹凸２１０が形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、２．９％であった。

図３０は、図７に示される画素分離溝１３０の底面が山形部１３０ｄにより形成されている構造の赤外線検出器において、画素分離溝１３０に対応する領域の他方の面１１０ｂに凹凸２１０が形成されている構造の赤外線検出器のシミュレーションの結果である。この構造の赤外線検出器では、赤外線が入射した画素２０において回折された赤外線のうち、隣の画素に入射する赤外線の割合は、８．３％であった。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
下部コンタクト層と、
前記下部コンタクト層の上に、第１活性層、第１上部コンタクト層、第１回折格子、第１反射膜の順に設けられた第１画素と、
前記下部コンタクト層の上に、第２活性層、第２上部コンタクト層、第２回折格子、第２反射膜の順に設けられ、前記第１画素と離間して配置された第２画素と、
前記第１画素と前記第２画素との間に、且つ前記第１画素及び前記第２画素が配置された側の前記下部コンタクト層の表面に設けられた凸部と、
前記第１画素と前記第２画素との間において、前記第１画素の側面と前記第２画素の側面と前記下部コンタクト層と前記凸部と覆う反射膜と、
を有することを特徴とする光検出器。
（付記２）
光を検出する複数の画素を有する光検出器であって、
半導体材料により形成された下部コンタクト層と、
前記下部コンタクト層の上に半導体材料により形成された活性層と、
前記活性層の上に半導体材料により形成された上部コンタクト層と、
前記上部コンタクト層の上または表面に形成された回折格子と、
前記回折格子の上に形成された反射膜と、
前記複数の画素に分離する画素分離溝と、
前記画素分離溝の底面及び側面を覆う分離溝反射膜と、
を有し、
前記画素分離溝の底面には凸部が形成されていることを特徴とする光検出器。
（付記３）
前記凸部が設けられている面とは反対側の前記下部コンタクト層が設けられている側の面には、前記第１画素と前記第２画素とが分離している領域に対応する領域に凹部或いは凸部が設けられていることを特徴とする、付記１に記載の光検出器。
（付記４）
前記画素分離溝が形成されている面とは反対側の前記下部コンタクト層が形成されている側の面には、前記画素分離溝が形成されている領域に対応する領域に凹凸が形成されていることを特徴とする付記２に記載の光検出器。
（付記５）
前記凸部は、断面形状が凸曲面となるように形成された凸面部であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光検出器。
（付記６）
前記凸部は、出っ張った突起部であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光検出器。
（付記７）
前記突起部の側面には、テーパーが形成されていることを特徴とする付記６に記載の光検出器。
（付記８）
前記凸部は、断面形状が三角形状であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光検出器。
（付記９）
光を検出する複数の画素を有する光検出器であって、
半導体材料により形成された下部コンタクト層と、
前記下部コンタクト層の上に半導体材料により形成された活性層と、
前記活性層の上に半導体材料により形成された上部コンタクト層と、
前記上部コンタクト層の上または表面に形成された回折格子と、
前記回折格子の上に形成された反射膜と、
前記複数の画素に分離する画素分離溝と、
前記画素分離溝の底面及び側面を覆う分離溝反射膜と、
を有し、
前記画素分離溝が形成されている面とは反対側の前記下部コンタクト層が形成されている側の面には、前記画素分離溝が形成されている領域に対応する領域に凹凸が形成されていることを特徴とする光検出器。
（付記１０）
前記分離溝反射膜は、Ａｕを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光検出器。
（付記１１）
前記光検出器は赤外線検出器であることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の光検出器。
（付記１２）
光を検出する複数の画素を有する光検出器の製造方法であって、
半導体材料により下部コンタクト層、活性層、上部コンタクト層を順に積層して形成する工程と、
前記上部コンタクト層の上に回折格子を形成し、前記回折格子の上に形成された反射膜を形成する工程と、
前記上部コンタクト層及び前記活性層を除去し、底面に凸部が形成された前記画素を分離する画素分離溝を形成する工程と、
前記画素分離溝の底面及び側面を覆う分離溝反射膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする光検出器の製造方法。
（付記１３）
前記画素分離溝が形成されている面とは反対側の前記下部コンタクト層が形成されている側の面に、前記画素分離溝が形成されている領域に対応する領域に凹凸を形成する工程を有することを特徴とする付記１２に記載の光検出器の製造方法。

１０ 赤外線検出器
１０ａ 一方の面
１０ｂ 他方の面
１１ 下部コンタクト層
１２ 活性層
１３ 上部コンタクト層
１４ 金属コンタクト層
１５ 金属反射膜
１６ 絶縁膜
１７ 下地金属膜
２０ 画素
３０ 画素分離溝
４０ 信号処理回路素子
４０ａ 一方の面
５０ バンプ接合部
７０ 分離溝反射膜
７１ 絶縁膜
８０ 基板
８１ エッチングストッパ層
１１０ 赤外線検出器
１１０ａ 一方の面
１１０ｂ 他方の面
１３０ 画素分離溝
１３０ａ 凸面部
１３０ｂ 突起部
１３０ｃ 突起部
１３０ｄ 山形部
１７０ 分離溝反射膜
１７１ 絶縁膜
２１０ 凹凸

Claims (12)

1. 下部コンタクト層と、
   前記下部コンタクト層の上に、第１活性層、第１上部コンタクト層、第１回折格子、第１反射膜の順に設けられた第１画素と、
   前記下部コンタクト層の上に、第２活性層、第２上部コンタクト層、第２回折格子、第２反射膜の順に設けられ、前記第１画素と離間して配置された第２画素と、
   前記第１画素と前記第２画素との間に、且つ前記第１画素及び前記第２画素が配置された側の前記下部コンタクト層の表面に設けられた凸部と、
   前記第１画素と前記第２画素との間において、前記第１画素の側面と前記第２画素の側面と前記下部コンタクト層と前記凸部と覆う反射膜と、
   を有することを特徴とする光検出器。
2. 光を検出する複数の画素を有する光検出器であって、
   半導体材料により形成された下部コンタクト層と、
   前記下部コンタクト層の上に半導体材料により形成された活性層と、
   前記活性層の上に半導体材料により形成された上部コンタクト層と、
   前記上部コンタクト層の上または表面に形成された回折格子と、
   前記回折格子の上に形成された反射膜と、
   前記複数の画素に分離する画素分離溝と、
   前記画素分離溝の底面及び側面を覆う分離溝反射膜と、
   を有し、
   前記画素分離溝の底面には凸部が形成されていることを特徴とする光検出器。
3. 前記凸部が設けられている面とは反対側の前記下部コンタクト層が設けられている側の面には、前記第１画素と前記第２画素とが分離している領域に対応する領域に凹部或いは凸部が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光検出器。
4. 前記画素分離溝が形成されている面とは反対側の前記下部コンタクト層が形成されている側の面には、前記画素分離溝が形成されている領域に対応する領域に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光検出器。
5. 前記凸部は、断面形状が凸曲面となるように形成された凸面部であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光検出器。
6. 前記凸部は、出っ張った突起部であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光検出器。
7. 前記突起部の側面には、テーパーが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光検出器。
8. 前記凸部は、断面形状が三角形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光検出器。
9. 光を検出する複数の画素を有する光検出器であって、
   半導体材料により形成された下部コンタクト層と、
   前記下部コンタクト層の上に半導体材料により形成された活性層と、
   前記活性層の上に半導体材料により形成された上部コンタクト層と、
   前記上部コンタクト層の上または表面に形成された回折格子と、
   前記回折格子の上に形成された反射膜と、
   前記複数の画素に分離する画素分離溝と、
   前記画素分離溝の底面及び側面を覆う分離溝反射膜と、
   を有し、
   前記画素分離溝が形成されている面とは反対側の前記下部コンタクト層が形成されている側の面には、前記画素分離溝が形成されている領域に対応する領域に凹凸が形成されていることを特徴とする光検出器。
10. 前記光検出器は赤外線検出器であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光検出器。
11. 光を検出する複数の画素を有する光検出器の製造方法であって、
    半導体材料により下部コンタクト層、活性層、上部コンタクト層を順に積層して形成する工程と、
    前記上部コンタクト層の上に回折格子を形成し、前記回折格子の上に形成された反射膜を形成する工程と、
    前記上部コンタクト層及び前記活性層を除去し、底面に凸部が形成された前記画素を分離する画素分離溝を形成する工程と、
    前記画素分離溝の底面及び側面を覆う分離溝反射膜を形成する工程と、
    を有することを特徴とする光検出器の製造方法。
12. 前記画素分離溝が形成されている面とは反対側の前記下部コンタクト層が形成されている側の面に、前記画素分離溝が形成されている領域に対応する領域に凹凸を形成する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の光検出器の製造方法。

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