JP2018093126A - 受光素子、撮像素子および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】光電変換効率を向上させることが可能な受光素子、撮像素子および電子機器を提供する。【解決手段】第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極との第１対向部および前記第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えた受光素子。【選択図】図１

Description

本技術は、例えば赤外センサ等に用いられる受光素子、撮像素子および電子機器に関する。
近年、赤外領域に感度を有するイメージセンサ（赤外線センサ）が商品化されている。例えば、特許文献１に記載されているように、赤外線センサに用いられる受光素子では、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）等のＩＩＩ−Ｖ族半導体を光電変換層が用いられ、この光電変換層において、赤外線が吸収されることで電荷が発生する（光電変換が行われる）。
特開２０１４−１２７４９９号公報
このような受光素子あるいは撮像素子の素子構造については、様々な提案がなされているものの、より、光電変換効率を向上させることが望まれている。
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光電変換効率を向上させることが可能な受光素子、撮像素子および電子機器を提供することにある。
本技術の受光素子は、第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられ、第１電極との第１対向部および第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えたものである。
本技術の撮像素子は、上記本技術の受光素子を備えたものである。
本技術の電子機器は、本技術の撮像素子を備えたものである。
本技術の受光素子、撮像素子および電子機器では、光電変換層の第１対向部および第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含んでいる。これにより、第１対向部および第２対向部を１つの面により構成した場合に比べて、入射光が光電変換層内に集光されやすくなる。
本技術の受光素子、撮像素子および電子機器によれば、光電変換層の第１対向部および第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含むようにしたので、光電変換効率を向上させることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本技術の一実施の形態に係る受光素子の概略構成を表す断面図である。 図１に示した受光素子の要部の平面構成を表す図である。 図１に示した第１導電型層の構成を表す平面図である。 図１に示した光電変換層の第１電極との対向部の構成を表す平面図である。 図１に示した光電変換層の第２電極との対向部の構成を表す平面図である。 図１に示した第２導電型層の構成を表す平面図である。 図１に示した受光素子の製造方法の一工程を模式的に表す断面図である。 図６Ａに続く工程を模式的に表す断面図である。 図６Ｂに続く工程を模式的に表す断面図である。 図６Ｃに続く工程を模式的に表す断面図である。 図６Ｄに続く工程を模式的に表す断面図である。 図７Ａに続く工程を模式的に表す断面図である。 図７Ｂに続く工程を模式的に表す断面図である。 図７Ｃに続く工程を模式的に表す断面図である。 図７Ｄに続く工程を模式的に表す断面図である。 図８Ａに続く工程を模式的に表す断面図である。 比較例に係る受光素子の製造方法の一工程を模式的に表す断面図である。 図９Ａに続く工程を模式的に表す断面図である。 図９Ａ，９Ｂの工程を経て製造された受光素子の概略構成を表す断面図である。 図１に示した受光素子の第２電極側の作用について説明するための断面図である。 図１に示した受光素子の第１電極側の作用について説明するための断面図である。 変形例１に係る受光素子の概略構成を表す断面図である。 変形例２に係る受光素子の概略構成を表す断面図である。 変形例３に係る受光素子の概略構成を表す断面図である。 図１等に示した受光素子の素子構造を用いた撮像素子の構成を表すブロック図である。 積層型の撮像素子の構成例を表す模式図である。 図１５に示した撮像素子を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（第１対向部および第２対向部が複数の面を含む受光素子の例）
２．変形例１（異なる大きさの画素を有する例）
３．変形例２（第２対向部が複数の面を含む例）
４．変形例３（第１対向部が複数の面を含む例）
５．適用例１（撮像装置の例）
６．適用例２（電子機器の例）
７．応用例１（体内情報取得システムの例）
８．応用例２（移動体制御システムの例）
＜実施の形態＞
［受光素子１の構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係る受光素子（受光素子１）の断面構成を表したものである。図２は、受光素子１の要部の平面構成を表したものである。受光素子１は、例えば、化合物半導体（ＩＩＩ-Ｖ族半導体）を用いた赤外線センサ等に適用されるものであり、２次元配置された複数の受光単位領域（画素Ｐとする）を含んでいる。尚、図１では４つの画素Ｐに相当する部分の断面構成を示している。
受光素子１は多層配線基板１０を有している。受光素子１では、この多層配線基板１０上に、第１電極３１、第１導電型層３２、光電変換層３３、第２導電型層３４および第２電極３５がこの順に設けられている。第１電極３１、第１導電型層３２、光電変換層３３および第２導電型層３４は、画素Ｐ毎に分離して設けられ、第２電極３５は複数の画素Ｐに共通して設けられている。
受光素子１は、第１電極３１と多層配線基板１０との間に保護膜２１を有しており、保護膜２１には、第１電極３１に接続された貫通電極２１Ｅが設けられている。受光素子１は、隣り合う画素Ｐの間にパッシベーション膜２２、絶縁膜２３および遮光膜２４を有している。受光素子１は、第２電極３５側に、画素Ｐ毎にオンチップレンズ２６を有しており、オンチップレンズ２６と第２電極３５との間には、反射防止膜２５が設けられている。
多層配線基板１０は、基板１１と多層配線層１２とを含むものである。基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板により構成されている。多層配線層１２は、基板１１と保護膜２１との間に設けられている。この多層配線層１２に設けられた複数の配線１２Ｗは、ＲＯＩＣ（Readout Integrated Circuit）を構成している。多層配線層１２のうち、保護膜２１に近い位置には画素Ｐ毎に接続部１２Ｃが設けられている。この接続部１２Ｃは、例えば銅（Ｃｕ）を含む電極により構成されており、一方の面が保護膜２１に設けられた貫通電極２１Ｅに接するとともに、配線１２Ｗに電気的に接続されている。即ち、貫通電極２１Ｅおよび接続部１２Ｃを介して、第１電極３１は、ＲＯＩＣに電気的に接続されている。
第１電極３１は、光電変換層３３で発生した信号電荷（正孔または電子、以下、便宜上信号電荷が正孔であるとして説明する。）を読みだすための電圧が供給される電極（アノード）であり、画素Ｐ毎に設けられている。第１電極３１は、第１導電型層３２の略中央部に接し、第１導電型層３２の形状に倣って、凹状に設けられている（多層配線基板１０側に突出している）。１つの画素Ｐに対して１つの第１電極３１が配置され、隣り合う画素Ｐでは、保護膜２１により第１電極３１が電気的に分離されている。
第１電極３１は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金により構成されている。第１電極３１は、このような構成材料の単膜であってもよく、あるいは、２種以上を組み合わせた積層膜であってもよい。第１電極３１は、例えばチタンとタングステンとの積層膜により構成されている。このとき、例えばチタンが第１導電型層３２に接するように配置される。
第１導電型層３２は、第１電極３１と光電変換層３３との間に設けられている。第１導電型層３２は、光電変換層３３の形状に沿って光電変換層３３に接している。１つの画素Ｐに対して１つの第１導電型層３２が配置され、隣り合う画素Ｐでは、パッシベーション膜２２および絶縁膜２３により第１導電型層３２が電気的に分離されている。第１導電型層３２は、光電変換層３３で発生した信号電荷が移動する領域であり、例えば、ｐ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。第１導電型層３２を構成する化合物半導体は、光電変換層３３を構成する化合物半導体よりも、その屈折率が小さいことが好ましい。第１導電型層３２には、例えば、Ｚｎ（亜鉛）等のｐ型の不純物を含むＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。ｐ型不純物の濃度は、例えば１×１０18〜２×１０18ｃｍ-3である。第１導電型層３２の厚みは、例えば１００ｎｍ〜５０００ｎｍである。
図３は、第１電極３１側からの第１導電型層３２の平面形状を表したものである。第１導電型層３２は、例えば、４つ（１１１）面を有しており、この４つの（１１１）面が第１電極３１に接している。４つの（１１１）面は、例えば全て三角形であり、第１電極３１側に頂部を有する四角錐の側面を構成している。即ち、４つの（１１１）面は多層配線基板１０の面に対して傾斜して配置されている。なお、上記四角錐は、説明のために用いる仮のものであり、四角錐を構成する底面は存在していない。第１導電型層３２は、４つの（１１１）面が側面を構成する他の立体形状を有していてもよい。傾斜角度は例えば多層配線基板１０の面に対して４６．７°である。第１導電型層３２は、複数の面で第１電極３１に接していればよく、例えば２つ以上の（１１１）面で第１電極３１に接していてもよく、あるいは、５つ以上の面で第１電極３１に接していてもよい。第１導電型層３２は、光電変換層３３とも、例えば４つの（１１１）面で接している。
光電変換層３３は、所定の波長の光（例えば、赤外領域の波長の光）を吸収して、信号電荷（電子または正孔）を発生させるものであり、ＩＩＩ−Ｖ族半導体などの化合物半導体を含んでいる。１つの画素Ｐに対して１つの光電変換層３３が配置され、隣り合う画素Ｐでは、絶縁膜２３により光電変換層３３が電気的に分離されている。
第１電極３１と第２電極３５との間の光電変換層３３は、例えばｉ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体により構成されている。光電変換層３３に用いられるＩＩＩ−Ｖ族半導体としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）が挙げられる。ＩｎＧａＡｓの組成は、例えばＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ（ｘ：０＜ｘ≦１）である。赤外領域で、感度を高めるためには、ｘ≧０．４であることが好ましい。光電変換層３３の厚みは、例えば１０００ｎｍ〜５０００ｎｍである。
図４Ａおよび図４Ｂは、光電変換層３３の平面形状を表したものである。図４Ａは、第１電極３１との対向部（第１対向部３３Ａ）の平面形状、図４Ｂは、第２電極３５との対向部（第２対向部３３Ｂ）の平面形状をそれぞれ表している。本実施の形態では、光電変換層３３の第１対向部３３Ａおよび第２対向部３３Ｂが複数の面により構成されている。詳細は後述するが、これにより、入射光が光電変換層３３内に集光されやすくなるので、光電変換効率を向上させることが可能となる。
第１対向部３３Ａは、例えば、４つ（１１１）面により構成されており、この４つの（１１１）面が第１導電型層３２に接している。４つの（１１１）面は、例えば全て三角形であり、第１電極３１側に頂部を有する四角錐の側面を構成している。即ち、４つの（１１１）面は多層配線基板１０の面に対して傾斜して配置されている。傾斜角度は例えば４６．７°である。なお、上記四角錐は、説明のために用いる仮のものであり、四角錐を構成する底面は存在していない。第１対向部３３Ａは、４つの（１１１）面が側面を構成する他の立体形状を有していてもよい。第１対向部３３Ａは、複数の面を含んでいればよく、例えば２つ以上の（１１１）面、あるいは、５つ以上の面により構成されていてもよい。
第２対向部３３Ｂは、例えば、４つ（１１１）面により構成されており、この４つの（１１１）面が第２導電型層３４に接している。４つの（１１１）面は、例えば全て三角形であり、第１電極３１側に頂部を有する四角錐の側面を構成している。即ち、４つの（１１１）面は多層配線基板１０の面に対して傾斜して配置されている。傾斜角度は例えば４６．７°である。なお、上記四角錐は、説明のために用いる仮のものであり、四角錐を構成する底面は存在していない。第２対向部３３Ｂは、４つの（１１１）面が側面を構成する他の立体形状を有していてもよい。第２対向部３３Ｂは、複数の面を含んでいればよく、例えば２つ以上の（１１１）面、あるいは、５つ以上の面により構成されていてもよい。
第２導電型層３４は、光電変換層３３と第２電極３５との間に設けられている。第２導電型層３４は、光電変換層３３の第２対向部３３Ｂに沿って、光電変換層３３に接している。１つの画素Ｐに対して１つの第２導電型層３４が配置され、隣り合う画素Ｐでは、絶縁膜２３により第２導電型層３４が電気的に分離されている。第２導電型層３４は、第２電極３５から排出される電荷が移動する領域であり、例えば、ｎ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。第２導電型層３４を構成する化合物半導体は、光電変換層３３を構成する化合物半導体よりも、その屈折率が小さいことが好ましい。第２導電型層３４には、例えば、Ｓｉ（ケイ素）等のｎ型の不純物を含むＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。ｎ型不純物の濃度は、例えば１×１０18〜２×１０18ｃｍ-3である。第２導電型層３４の厚みは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍである。
図５は、第２電極３５側からの第２導電型層３４の平面形状を表したものである。第２導電型層３４は、例えば、４つ（１１１）面を有しており、この４つの（１１１）面が第２電極３５に接している。４つの（１１１）面は、例えば全て三角形であり、第１電極３１側に頂部を有する四角錐の側面を構成している。即ち、４つの（１１１）面は多層配線基板１０の面に対して傾斜して配置されている。傾斜角度は例えば４６．７°である。なお、上記四角錐は、説明のために用いる仮のものであり、四角錐を構成する底面は存在していない。第２導電型層３４は、４つの（１１１）面が側面を構成する他の立体形状を有していてもよい。第２導電型層３４は、複数の面で第２電極３５に接していればよく、例えば２つ以上の（１１１）面で第２電極３５に接していてもよく、あるいは、５つ以上の面で第２電極３５に接していてもよい。第２導電型層３４は、光電変換層３３とも、例えば４つの（１１１）面で接している。
第２電極３５は、例えば各画素Ｐに共通の電極として、第２導電型層３４上（光入射側）に、第２導電型層３４の略中央部に接するように設けられている。第２電極３５は、第２導電型層３４の形状に倣って、凹状に設けられている（多層配線基板１０側に突出している）。第２電極３５は、光電変換層３３で発生した電荷のうち、信号電荷として用いられない電荷を排出するためのものである（カソード）。例えば、正孔が、信号電荷として第１電極３１から読み出される場合には、この第２電極３５を通じて例えば電子を排出することができる。第２電極３５は、例えば赤外線などの入射光を透過可能な導電膜により構成されている。第２電極３５には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＩＴｉＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＴｉＯ2）等を用いることができる。
保護膜２１は、多層配線基板１０の多層配線層１２側の面を覆うように設けられている。保護膜２１は、例えば、無機絶縁材料により構成されている。この無機絶縁材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化ケイ素（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等が挙げられる。保護膜２１は、後述するように、エッチングストッパとして機能する膜と他の膜との積層構造を有することが好ましい。例えば、窒化シリコンは、エッチングストッパとして機能し、これに酸化ケイ素を積層させるようにしてもよい。更に、界面特性の高い酸化アルミニウムを保護膜２１に用いるようにしてもよい。このとき、第１電極３１に近い位置から、酸化アルミニウム、窒化シリコンおよび酸化ケイ素をこの順に積層させることが好ましい。保護膜２１の貫通電極２１Ｅは、接続部１２Ｃと第１電極３１とを接続するためのものであり、画素Ｐ毎に設けられている。貫通電極２１Ｅは、例えば、銅により構成されている。
パッシベーション膜２２は、保護膜２１と絶縁膜２３との間に設けられ、画素Ｐ毎に設けられた第１導電型層３２の側面の一部（第１電極３１側）を覆っている。このパッシベーション膜２２は、例えば窒化シリコンにより構成されている。パッシベーション膜２２は、積層構造を有していてもよい。パッシベーション膜２２が上述のエッチングストッパとしての機能を有していてもよい。
絶縁膜２３は、第１導電型層３２の側面の他の部分（パッシベーション膜２２で覆われていない部分）、光電変換層３３の側面および第２導電型層３４の側面を覆っている。この絶縁膜２３は、隣り合う光電変換層３３を画素Ｐ毎に分離するためのものであり、隣り合う光電変換層３３の間の領域は絶縁膜２３により埋められている。絶縁膜２３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯX）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の酸化物を含んで構成されている。酸化シリコンおよび酸化アルミニウムの積層構造により絶縁膜２３を構成するようにしてもよい。このとき、酸化アルミニウムを保護膜２１に近い位置に設けることが好ましい。絶縁膜２３は、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ），炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのシリコン（Ｓｉ）系絶縁材料により構成するようにしてもよい。絶縁膜２３の構成材料は、第１導電型層３２および第２導電型層３４の構成材料よりも、その屈折率が小さいことが好ましい。
隣り合う画素Ｐの間の遮光膜２４は、絶縁膜２３、パッシベーション膜２２および保護膜２１の一部に埋め込まれている。図２に示したように、遮光膜２４は、例えば壁状に画素Ｐの間に延在している。これにより、画素Ｐ間での信号電荷の移動を防止することができる。また、斜め入射光による隣接画素へのクロストークを防止することもできる。
遮光膜２４は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ）または酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）等の金属により構成されている。サマリウム（Ｓｍ）と銀（Ａｇ）との合金により遮光膜２４を構成するようにしてもよく、あるいは、有機材料により遮光膜２４を構成するようにしてもよい。遮光膜２４にカーボン（Ｃ）を用いるようにしてもよい。遮光膜２４は、単膜であってもよく、積層膜であってもよい。遮光膜２４を積層膜により構成する例としては、例えばＴｉ／Ｗ等の金属積層膜が挙げられる。
反射防止膜２５は、第２電極３５上に設けられ、例えば多層配線基板１０の全面にわたって設けられている。反射防止膜２５は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化ケイ素（ＳｉＯ2）および酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）等を用いることができる。
オンチップレンズ２６は、入射光を光電変換層３３に向かって集光させる機能を有するものであり、反射防止膜２５を間にして第２電極３５上に設けられている。オンチップレンズ２６は必要に応じて設けるようにすればよく、また、その形状は図示したものに限定されない。受光素子１が、赤外線だけでなく、可視光も検出するときには、更に、カラーフィルタを設けるようにしてもよい。
[受光素子１の製造方法]
受光素子１は、例えば次のようにして製造することができる。図６Ａ〜図８Ｂは、受光素子１の製造工程を工程順に表したものである。
まず、例えばシリコン（Ｓｉ）よりなる基板５１を用意し、この基板５１上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）よりなる酸化膜５２を成膜する。酸化膜５２は、後にエピタキシャル法によって形成する化合物半導体層と選択性の取れる絶縁膜であればよく、炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等であってもよい。酸化膜５２に代えて、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの絶縁膜を用いることも可能である。
次に、図６Ａに示したように、成膜した酸化膜５２を、例えばフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いてパターニングし、開口５２ａを形成する。開口５２ａは、画素Ｐ毎に、複数形成されると共に、互いに開口幅の異なる部分ａ１，ａ２を含んでいる。部分ａ２は、後の工程で光電変換層３３が形成される開口部分である。部分ａ１は、部分ａ２よりも高アスペクト比を有し、部分ａ２内にトレンチまたは孔として形成されている。部分ａ１のアスペクト比は、例えば、１．５以上である。部分ａ１は、部分ａ２から酸化膜５２を貫通し、基板５１の一部（酸化膜５２側の一部）にも設けられている。
部分ａ１のうち、露出されている基板５１の面を、例えばフッ硝酸を用いてエッチングしておく。フッ硝酸によるエッチングでは、例えばシリコン基板（基板５１）の結晶面方位依存性が強く、（１１１）面方向のエッチングレートが著しく低い。このため、エッチング処理面は（１１１）面でエッチングがストップし、４つの（１１１）面が形成される。この４つの（１１１）面は、基板５１内に頂部を有する四角錐の側面を構成している。即ち、４つの（１１１）面は基板５１の面に対して傾斜して配置されている。傾斜角度は、例えば、１３３．３°（４６．７°）である。なお、上記四角錐は、説明のために用いる仮のものであり、四角錐を構成する底面は存在していない。
フッ硝酸によるエッチング処理を行った後、基板５１の４つの（１１１）面から、酸化膜５２の部分ａ１にかけて、ＩｎＰよりなるバッファ層５３をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いて形成する（図６Ｂ）。このように、基板５１の面に対して傾斜した４つの（１１１）面からバッファ層５３を成長させることにより、バッファ層５３の欠陥密度を低減することができる。これは、傾斜した（１１１）面とバッファ層５３との界面を起点に、積層欠陥は成膜方向に成長するが、このとき、この積層欠陥は酸化膜５２の壁にぶつかり成長が止まるためである。バッファ層５３の上部は、部分ａ２側に頂部を有する四角錐の形状をなす。例えば、ＩｎＰにより形成されたバッファ層５３は、（１１１）面方向の成長速度が遅いため、部分ａ２には、四角錐の側面を構成する４つの（１１１）面が形成される。
バッファ層５３を部分ａ１に形成した後、図６Ｃに示したように、部分ａ２に、エッチングストッパ層（図示せず）、第２導電型層３４、光電変換層３３および第１導電型層３２をこの順に連続的に形成する。これらの化合物半導体層の形成はインサイチュ（in-situ）で行う。具体的には、以下のように形成する。まず、バッファ層５３の形成後、ガスを切り替えて、例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍのＩｎＧａＡｓをエッチングストッパ層として形成する。エッチングストッパ層の不純物の種類および濃度は、プロファイル制御を考慮して第２導電型層３４に合わせることが好ましい。エッチングストッパ層を形成した後、順次ガスを切り替えながら、第２導電型層３４、光電変換層３３および第１導電型層３２をこの順に形成する。このとき、第２導電型層３４、光電変換層３３および第１導電型層３２には、各々成長方向に４つの（１１１）面が形成される。換言すれば、バッファ層５３の４つの（１１１）面上に第２導電型層３４が形成され、第２導電型層３４の４つの（１１１）面上に光電変換層３３が形成され、光電変換層３３の４つの（１１１）面上に第１導電型層３２が形成される。第１導電型層３２の成長方向にも４つの（１１１）面が形成されており、第２導電型層３４、光電変換層３３および第１導電型層３２の（１１１）面は、成長方向に頂部を有する四角錐の側面を構成している。
第１導電型層３２を形成した後、図６Ｄに示したように、第１導電型層３２上および酸化膜５２上に、パッシベーション膜２２を形成する。次いで、第１導電型層３２の中央部分に対応する領域のパッシベーション膜２２を開口し、この開口に第１電極３１を形成する。具体的には、開口を埋め込むように、第１電極３１の構成材料を成膜した後、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、これをパターニングすることにより第１電極３１を形成する。
続いて、図７Ａに示したように、保護膜２１および貫通電極２１Ｅを形成する。具体的には、保護膜２１を第１電極３１上およびパッシベーション膜２２上に成膜した後、例えばＣＭＰ（Chemical Mecanical Polishing:化学機械研磨）を用いて保護膜２１を平坦化する。保護膜２１は、エッチングストッパとして機能する膜と、他の膜との積層構造により形成することが好ましい。エッチングストッパとして機能する膜としては、例えば窒化シリコン膜を用いることができ、この窒化シリコン膜を形成した後、例えば酸化ケイ素膜を積層させる。次いで、この保護膜２１のうち第１電極３１の中央部分に対応する領域に、例えばフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて貫通孔を形成する。その後、この貫通孔に例えばメッキにより銅からなる貫通電極２１Ｅを形成する。
次いで、図７Ｂに示したように、この貫通電極２１Ｅを多層配線基板１０の接続部１２Ｃに接合させる。この接合は、例えばＣｕ−Ｃｕ接合により行う。続いて、基板５１を例えば研磨機により薄膜化し、薄膜化された基板５１とバッファ層５３とを例えばウェットエッチングにより除去する（図７Ｃ）。基板５１とバッファ層５３とは、例えば薬液を切り替えて、段階的に除去するようにしてもよい。
基板５１およびバッファ層５３を除去した後、図７Ｄに示したように、酸化膜５２を除去する。このとき、パッシベーション膜２２、第１導電型層３２、光電変換層３３および第２導電型層３４と、酸化膜５２とのエッチングレート選択比が高い薬液を用いることにより、酸化膜５２のみを選択的に除去することができる。
次いで、図８Ａに示したように、絶縁膜２３および遮光膜２４をこの順に形成する。絶縁膜２３は、例えばＣＭＰを用いて平坦化しておく。続いて、絶縁膜２３のうち、第２導電型層３４の中央部分に対応する領域に開口を形成する。この開口は、例えばフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて形成する。ドライエッチングに代えてウェットエッチングを用いるようにしてもよい。この後、図８Ｂに示したように、この開口上および絶縁膜２３上に第２電極３５を形成する。続いて、画素Ｐの周辺領域に第２電極３５と多層配線基板１０とを接続するコンタクト構造（図示せず）を形成する。
最後に反射防止膜２５およびオンチップレンズ２６を形成して、図１に示した受光素子１を完成させる。
[受光素子１の動作]
受光素子１では、オンチップレンズ２６、反射防止膜２５、第２電極３５および第２導電型層３４を介して、光電変換層３３へ光（例えば赤外領域の波長の光）が入射すると、この光が光電変換層３３において吸収される。これにより、光電変換層３３では正孔（ホール）および電子の対が発生する（光電変換される）。このとき、例えば第１電極３１に所定の電圧が印加されると、光電変換層３３に電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷（例えば正孔）が、信号電荷として第１導電型層３２に移動し、第１導電型層３２から第１電極３１へ収集される。この信号電荷が、多層配線基板１０のＲＯＩＣによって読み出される。
[受光素子１の作用・効果]
本実施の形態の受光素子１では、光電変換層３３の第１対向部および第２対向部が４つの（１１１）面により構成されており、この４つの（１１１）面は多層配線基板１０の面に対して傾斜している。また、第１導電型層３２は４つの（１１１）面で第１電極３１に接し、第２導電型層３４は４つの（１１１）面で第２電極３５に接している。これら第１導電型層３２および第２導電型層３４の（１１１）面も多層配線基板１０の面に対して傾斜している。これにより、例えば赤外線などの入射光が光電変換層３３内に集光されやすくなるので、光電変換効率を向上させることが可能となる。以下、これについて説明する。
図９Ａ，９Ｂは、比較例に係る受光素子（後述の図１０の受光素子１００）の製造工程を表したものである。この受光素子は、図９Ａに示したように、光電変換層１３３Ａを形成した後に、例えばＣＭＰを行う。この後、平坦な光電変換層１３３Ａの面上に第１導電型層１３２Ａを積層させる。更に、この受光素子は、図９Ｂに示したように、バッファ層５３を除去した後に、光電変換層１３３ＡにＣＭＰを施し、平坦な光電変換層１３３Ａの面上に第２導電型層１３４Ａを形成している。
図１０は、この製造工程により形成された受光素子（受光素子１００）の断面構成を表している。この受光素子１００では、第２電極３５と第２導電型層１３４Ａとの界面および、第２導電型層１３４Ａと光電変換層１３３Ａとの界面が多層配線基板１０の面に平行となっており、これらの界面に光が入射する。このため、第２電極３５と第２導電型層１３４Ａとの間および、第２導電型層１３４Ａと光電変換層１３３Ａとの間での屈折率の変化が大きく、光が反射されやすい。
また、光電変換層１３３Ａと第１導電型層１３Ａ２との界面および、第１導電型層１３Ａ２と第１電極３１との界面も多層配線基板１０の面に平行となっている。このような受光素子１００では、光電変換層１３３Ａの厚みを十分に大きくする必要がある。光電変換層１３３Ａの厚みが十分に大きくないと、光電変換層１３３Ａ内に十分に集光できないおそれがある。また、光電変換層１３３Ａにバンドギャップの小さいＩｎＧａＡｓを用いる場合には、厚みの小さな光電変換層１３３Ａでは、暗電流が発生しやすくなる。このように、受光素子１００では、光電変換層１３Ａ３内に入射光を効率的に集光させることが困難である。
更に、第２導電型層１３４Ａは第２電極３５と、第１導電型層１３２Ａは第１電極３１と、それぞれ１つの面のみで接しているので、コンタクト面積を十分の確保することが困難である。
加えて、光電変換層１３３ＡをＣＭＰやドライエッチング等で平坦化するため、この平坦化工程で結晶欠陥が生じる虞がある。
これに対し、受光素子１では、図１１Ａに示したように、第２電極３５と第２導電型層３４との界面および、第２導電型層３４と光電変換層３３との界面が、多層配線基板１０の面に対して傾斜しているので、第２電極３５と第２導電型層３４との間および、第２導電型層３４と光電変換層３３との間での屈折率の変化が緩やかになり、入射光が反射されにくくなる。したがって、光電変換層３３内に光が入射しやすくなる。
また、光電変換層３３と第１導電型層３２との界面および、第１導電型層３２と第１電極３１との界面も多層配線基板１０の面に対して傾斜している。第１導電型層３２の屈折率が、光電変換層３３の屈折率よりも小さいとき、これらの界面に入射した光は、より屈折率の高い光電変換層３３側に回折する（図１１Ｂ）。更に、絶縁膜２３の屈折率が、光電変換層３３の屈折率よりも小さい時、これらの界面に入射した光は、光電変換層３３側に反射される。したがって、厚みの小さい光電変換層３３であっても、十分な光路長を確保して、光電変換層３３内に効率的に集光することが可能となる。また、光電変換層３３にバンドギャップの小さいＩｎＧａＡｓを用いる際にも、その厚みを小さくすることが可能となる。
このように受光素子１では、第１導電型層３２と、光電変換層３３の第１対向部および第２対向部と、第２導電型層３４とに、それぞれ４つの（１１１）面が設けられており、これらの（１１１）面は多層配線基板１０の面に対して傾斜している。これにより、入射光が光電変換層３３に集光されやすくなる。よって、光電変換効率を向上させることが可能となる。
更に、第２導電型層３４は第２電極３５と、第１導電型層３２は第１電極３１と、それぞれ４つの（１１１）面で接しているので、受光素子１００に比べてコンタクト面積が大きくなる。したがって、コンタクト抵抗を低減し、転送特性を向上させることができる。
加えて、光電変換層３３を平坦化する工程が不要なため、結晶欠陥の発生を抑えることができる。
また、受光素子１では、画素Ｐ毎に設けられた酸化膜５２の開口５２ａに、光電変換層３３を形成し、各画素Ｐを分離しているので（図６Ａ参照）、画素分離の工程で生じる欠陥の発生を抑えることができる。以下、これについて説明する。
ここで、光電変換層にＩｎＧａＡｓを用いた場合、例えばＺｎ等のイオンインプラまたは選択拡散により、選択的に不純物領域を形成し、画素を分離することが考え得る。あるいは、ＩｎＰ基板に、ドライエッチングを用いて開口を形成し、この開口に光電変換層をエピタキシャル成長させることにより画素を分離する方法も考え得る（例えば特開２０１２−２４４１２４号参照）。しかしながら、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体に対し、イオンインプラを用いて不純物をドーピングした場合、ｐｎ接合プロファイルがブロードになりやすい。このため、感度が低下するおそれがある。更に、不純物をドーピングする手法では、不純物の活性化不足に起因して欠陥が生じやすい。また、上記のようにドライエッチングを用いた手法は、加工ダメージに起因した結晶欠陥が生じやすい。
これに対し、受光素子１では、画素Ｐ毎に設けられた酸化膜５２の開口５２ａに、光電変換層３３を形成し、各画素Ｐを分離しているので、画素分離の工程で生じる上記のような欠陥の発生を抑えることができる。
以上説明したように、本実施の形態では、第１導電型層３２と、光電変換層３３の第１対向部および第２対向部と、第２導電型層３４とに、それぞれ４つの（１１１）面が設けられている。これにより、入射光が光電変換層３３内に集光されやすくなるので、光電変換効率を向上させることが可能となる。
以下、上記実施の形態の変形例および適用例について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
＜変形例１＞
図１２は変形例１に係る受光素子（受光素子１Ａ）の断面構成を表したものである。この受光素子１Ａは、互いに大きさの異なる画素Ｐ１〜Ｐ３を含んでいる。この点を除き、受光素子１Ａは受光素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
受光素子１Ａは、より大きい画素Ｐ１と、より小さい画素Ｐ２と、画素Ｐ１と画素Ｐ２との間の大きさの画素Ｐ３とを含んでいる。光電変換層３３にＩｎＧａＡｓを用い、第１導電型層３２および第２導電型層３４にＩｎＰを用いるとき、例えば波長０．４μｍ〜１．７μｍ付近の範囲の光を検出することが可能である。このため、可視光を検出するためのより小さい画素Ｐ２と、短赤外光を検出するためのより大きい画素Ｐ１と、これらの間（可視光〜短赤外光）を検出するための画素Ｐ３とを受光素子１Ａに設けるようにしてもよい。画素Ｐ３は、例えば一辺が３．０μｍ〜５．０μｍの四角形であり、画素Ｐ２は、例えば一辺が１．０μｍ〜３．０μｍの四角形であり、画素Ｐ１は、例えば一辺が５．０μｍ〜１０．０μｍの四角形である。
受光素子１Ａは、互いに異なる大きさの開口５２ａ（部分ａ２）を酸化膜５２に形成することを除き、受光素子１と同様にして形成することができる。
＜変形例２＞
図１３は、変形例２に係る受光素子（受光素子１Ｂ）の断面構成を表したものである。この受光素子１Ｂでは、光電変換層（光電変換層４３）の第１対向部が１つの面により構成されており、第１導電型層（第１導電型層４２）は１つの面で第１電極３１に接している。即ち、光電変換層４３と第１導電型層４２との界面は平坦であり、多層配線基板１０の面に平行になっている。この点を除き、受光素子１Ｂは受光素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
＜変形例３＞
図１４は、変形例３に係る受光素子（受光素子１Ｃ）の断面構成を表したものである。この受光素子１Ｃでは、光電変換層（光電変換層４３Ａ）の第２対向部が１つの面により構成されており、第２導電型層（第２導電型層４４）は１つの面で第２電極３５に接している。即ち、光電変換層４３Ａと第２導電型層４４との界面は平坦であり、多層配線基板１０の面に平行になっている。この点を除き、受光素子１Ｃは受光素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
＜適用例１＞
図１５は、上記実施の形態等において説明した受光素子１（または、受光素子１Ａ〜１Ｃ、以下、まとめて受光素子１という）の素子構造を用いた撮像素子２の機能構成を表したものである。撮像素子２は、例えば赤外線イメージセンサであり、例えば受光素子１を含む１０Ｐと、この画素部１０Ｐを駆動する回路部２０とを有している。回路部２０は、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２を有している。
画素部１０Ｐは、例えば行列状に２次元配置された複数の画素Ｐ（受光素子１）を有している。画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（例えば、行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素Ｐからの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１０Ｐの各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１３５に出力され、当該水平信号線１３５を通して図示しない信号処理部等へ入力される。
この撮像素子２では、図１６に示したように、例えば、画素部１０Ｐを有する基板２Ａと、回路部２０を有する基板２Ｂとが積層されている。但し、このような構成に限定されず、回路部２０は、画素部１０Ｐと同一の基板上に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、回路部２０は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、撮像素子２の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの駆動制御を行う。
＜適用例２＞
上述の撮像素子２は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの電子機器に適用することができる。図１７に、その一例として、電子機器３（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器３は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、撮像素子２と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、撮像素子２およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像素子２へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、撮像素子２への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、撮像素子２の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、撮像素子２から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
更に、本実施の形態等において説明した受光素子１は、下記電子機器（カプセル内視鏡および車両等の移動体）にも適用することが可能である。
＜応用例１（内視鏡手術システム）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図１８では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図１９は、図１８に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜応用例２（移動体）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図２０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図２１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２１では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
以上、実施の形態および適用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した受光素子の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料や厚みも一例であって、上述のものに限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態等では、第１電極３１と第１導電型層３２（または第１導電型層４２）とが接し、第２導電型層３４（または第２導電型層４４）と第２電極３５とが接する場合について説明したが、第１電極３１と第１導電型層３２との間、あるいは、第２導電型層３４と第２電極３５との間に他の層が設けられていてもよい。
また、上記実施の形態等では、光電変換層３３（または光電変換層４３，４３Ａ）が化合物半導体により構成されている場合について説明したが、光電変換層３３は、化合物半導体以外の材料により構成されていてもよい。このような光電変換層３３の構成材料としては、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等が挙げられる。
更に、上記実施の形態等では、便宜上、信号電荷が正孔である場合について説明したが、信号電荷は電子であってもよい。このとき、第１導電型層３２（または第１導電型層４２）は、例えばｎ型の不純物を含む化合物半導体により構成され、第１電極３１はカソードとして機能する。また、第２導電型層３４（または第２導電型層４４）は、例えばｐ型の不純物を含む化合物半導体により構成され、第２電極３５はアノードとして機能する。
上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極との第１対向部および前記第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えた
受光素子。
（２）
前記第１対向部および前記第２対向部の少なくとも一方が４つ以上の面を含んでいる
前記（１）に記載の受光素子。
（３）
前記第１対向部および前記第２対向部の少なくとも一方が４つの（１１１）面を含んでいる
前記（１）または（２）に記載の受光素子。
（４）
前記第１対向部および前記第２対向部が４つの（１１１）面を含んでいる
前記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載の受光素子。
（５）
前記第１対向部および前記第２対向部の４つの（１１１）面はそれぞれ、前記第１電極側に頂部を有する四角錐の側面を構成し、
前記第２電極側から光が入射する
前記（４）に記載の受光素子。
（６）
更に、前記光電変換層と前記第１電極との間に設けられ、前記光電変換層の前記第１対向部に沿って前記光電変換層に接する第１導電型層と、
前記光電変換層と前記第２電極との間に設けられ、前記光電変換層の前記第２対向部に沿って前記光電変換層に接する第２導電型層とを有する
前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載の受光素子。
（７）
前記第１導電型層は、（１１１）面を含む４つ以上の面で前記第１電極に接し、
前記第２導電型層は、（１１１）面を含む４つ以上の面で前記第２電極に接する
前記（６）に記載の受光素子。
（８）
前記光電変換層は化合物半導体を含む
前記（６）または（７）に記載の受光素子。
（９）
前記光電変換層はＩＩＩ-Ｖ族半導体を含む
前記（８）に記載の受光素子。
（１０）
前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体はＩｎＧａＡｓである
前記（９）に記載の受光素子。
（１１）
前記第１導電型層および前記第２導電型層の構成材料の屈折率は、前記光電変換層の構成材料の屈折率よりも小さい
前記（６）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載の受光素子。
（１２）
前記第１導電型層および前記第２導電型層はＩｎＰを含む
前記（６）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載の受光素子。
（１３）
前記画素を複数有し、
前記複数の画素の前記光電変換層は互いに絶縁膜で分離されている
前記（６）乃至（１２）のうちいずれか１つに記載の受光素子。
（１４）
前記絶縁膜の屈折率は、前記第１導電型層および前記第２導電型層の屈折率よりも小さい
前記（１３）に記載の受光素子。
（１５）
隣り合う前記画素の間に遮光膜が設けられている
前記（１３）または（１４）に記載の受光素子。
（１６）
前記第１電極は前記画素毎に設けられ、
前記第２電極は前記複数の画素に共通に設けられている
前記（１３）乃至（１５）のうちいずれか１つに記載の受光素子。
（１７）
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極との第１対向部および前記第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えた
撮像素子。
（１８）
第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極との第１対向部および前記第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えた
撮像素子を有する電子機器。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…受光素子、２…撮像素子、３…電子機器、１０…多層配線基板、１０Ｐ…画素部、１１，５１…基板、１２…多層配線層、１２Ｗ…配線、１２Ｃ…接続部、２１…保護膜、２１Ｅ…貫通電極、２２…パッシベーション膜、２３…絶縁膜、２４…遮光膜、２５…反射防止膜、２６…オンチップレンズ、３１…第１電極、３２，４２…第１導電型層、３３，４３，４３Ａ…光電変換層、３４，４４…第２導電型層、３５…第２電極、５２…酸化膜、５３…バッファ層、５２ａ…開口。

Claims (18)

  1. 第１電極および第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極との第１対向部および前記第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えた
    受光素子。
  2. 前記第１対向部および前記第２対向部の少なくとも一方が４つ以上の面を含んでいる
    請求項１に記載の受光素子。
  3. 前記第１対向部および前記第２対向部の少なくとも一方が４つの（１１１）面を含んでいる
    請求項１に記載の受光素子。
  4. 前記第１対向部および前記第２対向部が４つの（１１１）面を含んでいる
    請求項１に記載の受光素子。
  5. 前記第１対向部および前記第２対向部の４つの（１１１）面はそれぞれ、前記第１電極側に頂部を有する四角錐の側面を構成し、
    前記第２電極側から光が入射する
    請求項４に記載の受光素子。
  6. 更に、前記光電変換層と前記第１電極との間に設けられ、前記光電変換層の前記第１対向部に沿って前記光電変換層に接する第１導電型層と、
    前記光電変換層と前記第２電極との間に設けられ、前記光電変換層の前記第２対向部に沿って前記光電変換層に接する第２導電型層とを有する
    請求項１に記載の受光素子。
  7. 前記第１導電型層は、（１１１）面を含む４つ以上の面で前記第１電極に接し、
    前記第２導電型層は、（１１１）面を含む４つ以上の面で前記第２電極に接する
    請求項６に記載の受光素子。
  8. 前記光電変換層は化合物半導体を含む
    請求項６に記載の受光素子。
  9. 前記光電変換層はＩＩＩ-Ｖ族半導体を含む
    請求項８に記載の受光素子。
  10. 前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体はＩｎＧａＡｓである
    請求項９に記載の受光素子。
  11. 前記第１導電型層および前記第２導電型層の構成材料の屈折率は、前記光電変換層の構成材料の屈折率よりも小さい
    請求項１０に記載の受光素子。
  12. 前記第１導電型層および前記第２導電型層はＩｎＰを含む
    請求項１０に記載の受光素子。
  13. 前記画素を複数有し、
    前記複数の画素の前記光電変換層は互いに絶縁膜で分離されている
    請求項１２に記載の受光素子。
  14. 前記絶縁膜の屈折率は、前記第１導電型層および前記第２導電型層の屈折率よりも小さい
    請求項１３に記載の受光素子。
  15. 隣り合う前記画素の間に遮光膜が設けられている
    請求項１３に記載の受光素子。
  16. 前記第１電極は前記画素毎に設けられ、
    前記第２電極は前記複数の画素に共通に設けられている
    請求項１３に記載の受光素子。
  17. 第１電極および第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極との第１対向部および前記第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えた
    撮像素子。
  18. 第１電極および第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極との第１対向部および前記第２電極との第２対向部の少なくとも一方が複数の面を含む光電変換層とを有する画素を備えた
    撮像素子を有する電子機器。
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