JP2018195636A

JP2018195636A - 受光素子、受光装置及び撮像装置

Info

Publication number: JP2018195636A
Application number: JP2017096515A
Authority: JP
Inventors: 中村　誠; Makoto Nakamura; 誠中村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-15
Also published as: JP6882668B2

Abstract

【課題】電極の配置に基づく短絡等の問題を抑制することができる受光素子、受光装置及び撮像装置を提供する。【解決手段】受光素子１００には、基板と、基板上に二次元に配列した複数の受光セル１０と、が含まれる。受光セル１０は各々複数の電極１１及び１２を表面に有し、受光セル１０の平面形状は六角形であり、隣り合う受光セル１０の間で、六角形の２頂点及び１辺が共有される。【選択図】図１

Description

本発明は、受光素子、受光装置及び撮像装置に関する。

複数の波長を検出できる裏面照射型画像センサ（以下、「多波長画像センサ」ということがある）によれば、一波長を検出する裏面照射型画像センサ（以下、「単波長画像センサ」ということがある）よりも、多様な温度の物体の画像を得ることができる。

しかしながら、多波長画像センサでは、単波長画像センサよりも電極の密度が高いため、電極間の短絡が生じやすい。従来の多波長画像センサにおいて電極の間隔を均一にしようとすると、活性層の結晶性が良好な部分と重なるように電極を配置することが避けられない。結晶性が良好な部分と重なるように電極を配置すると、検出精度の低下等の問題が生じる。

また、裏面照射型画像センサでは、基板の裏面に照射された光が基板を透過して、基板の表面上に配置された受光セルに検出されるため、基板での減衰を低減するために、基板は薄いことが好ましい。その一方で、基板は薄いほど割れやすく、電極の配置によっては基板の一部に応力が集中しやすく、割れが生じやすいことがある。

このように、従来の多波長画像センサでは、電極の配置に伴う問題が生じやすい。従来の単波長画像センサにおいても、受光セル毎に複数の電極が表面に設けられることがあり、電極の配置に伴う問題が生じることがある。

特開２００６−２９８３９号公報特開平８−１１６０９３号公報

本発明の目的は、電極の配置に基づく短絡等の問題を抑制することができる受光素子、受光装置及び撮像装置を提供することにある。

受光素子の一態様には、基板と、前記基板上に二次元に配列した複数の受光セルと、が含まれる。前記受光セルは各々複数の電極を表面に有し、前記受光セルの平面形状は六角形であり、隣り合う前記受光セルの間で、六角形の２頂点及び１辺が共有される。

受光装置の一態様には、上記の受光素子と、前記受光素子に接続された読み出し集積回路と、が含まれる。

撮像装置の一態様には、上記の受光装置が含まれる。

受光素子の製造方法の一態様では、基板上に二次元に配列した複数の受光セルを形成する。前記受光セルは各々複数の電極を表面に有し、前記受光セルの平面形状は六角形とし、隣り合う前記受光セルの間で、六角形の２頂点及び１辺を共有させる。

上記の半導体装置等によれば、受光セルの平面形状が適切であるため、電極の配置に基づく短絡等の問題を抑制することができる。

第１の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。第１の実施形態に係る受光素子に含まれる受光セルの構成を示す断面図である。第１の実施形態に係る受光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。図３Ａに引き続き、受光素子の製造方法を工程順に示す断面図である。第２の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。第３の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。第４の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。第５の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。第５の実施形態に係る受光素子に含まれる受光セルの構成を示す断面図である。第６の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。第７の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。第１の実施形態の変形例の構成を示す図である。第８の実施形態に係る撮像装置を示す図である。

本願発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。この結果、従来の裏面照射型画像センサでは、検出できる波長が複数であっても一つであっても、受光セルの平面形状が略正方形であるがために、電極の配置に伴う問題が生じやすいことが明らかになった。また、短絡等の問題は、受光セルの平面形状を六角形、好ましくは正六角形とすることで、改善できることが明らかになった。更に、六角形の受光セルでは、周囲長に対する面積の比が四角形の受光セルよりも大きいため、エッチングダメージに伴うリーク電流が生じにくく、また、高い感度が得られる。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、２種類の波長の光を検出できる受光素子に関する。図１は、第１の実施形態に係る受光素子の構成を示す図であり、図２は、受光素子に含まれる受光セルの構成を示す断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る受光素子１００には、基板上に二次元に配列した複数の受光セル１０が含まれる。受光セル１０は各々２個の電極１１及び１２を表面に有し、受光セル１０の平面形状は正六角形である。隣り合う受光セル１０の間で、正六角形の２頂点及び１辺が共有されている。

受光セル１０の平面形状である正六角形の６頂点のうち、電極１１が最も近接する第１の最近接頂点と、電極１２が最も近接する第２の最近接頂点とは２頂点を挟んで離れており、電極１２に最も近い頂点（第２の最近接頂点）は、電極１１に最も近い頂点（第１の最近接頂点）から３つ隣りに位置する。すなわち、これら２つの最近接頂点は正六角形の中心を間に挟んで正対する。各頂点について、当該頂点を共有する複数の受光セル１０の間で、当該頂点を最近接頂点とする電極を有する受光セル１０の数は１である。第１の実施形態では、受光セル１０がハニカム状に配列しており、ある一方向（図１中のＸ方向）に並ぶ受光セル１０の群内では、電極１１及び１２の位置が一致している。第１の実施形態に係る受光素子１００には、２種類の群１５１及び１５２が含まれている。第１の群１５１では、左下に電極１１が配置され、右上に電極１２が配置されている。第２の群１５２では、左上に電極１１が配置され、右下に電極１２が配置されている。そして、Ｘ方向に直交する方向（図１中のＹ方向）に第１の群１５１及び第２の群１５２が周期的に配置されている。Ｙ方向で隣り合う２つの群の間では、電極１１同士の距離が電極１２同士の距離よりも短いか、電極１２同士の距離が電極１１同士の距離よりも短い。

図２に示すように、基板１０１上にバッファ層１０２、コンタクト層１０３、活性層１０４、コンタクト層１０５、活性層１０６及びコンタクト層１０７が形成されている。コンタクト層１０７、活性層１０６、コンタクト層１０５及び活性層１０４に、受光セル１０を画定する素子分離領域として溝１５が形成されている。各受光セル１０において、コンタクト層１０７に電極１１用の凹部１１１が形成され、コンタクト層１０７、活性層１０６及びコンタクト層１０５に電極１２用の凹部１１２が形成されている。凹部１１１及び凹部１１２の側面が絶縁膜１６１に覆われている。凹部１１１の底にコンタクト層１０７と接する金属膜１２１が形成され、金属膜１２１上に電極１１が形成されている。凹部１１２の底にコンタクト層１０５と接する金属膜１２２が形成され、金属膜１２２上に電極１２が形成されている。電極１１及び電極１２は絶縁膜１６１上まで延在している。溝１５の側面及び底面並びに絶縁膜１６１が絶縁膜１６２に覆われている。電極１１及び電極１２は絶縁膜１６２から露出している。コンタクト層１０３は複数の受光セル１０により共有され、電極１１及び１２とは別の電極がコンタクト層１０３に接続される。

活性層１０４及び１０６は、例えば量子井戸活性層又は量子ドット型活性層である。組成や量子ドットの密度等の相違により、活性層１０４と活性層１０６との間で、吸収する光の波長が相違している。

第１の実施形態に係る受光素子１００では、基板１０１を透過してきた光が活性層１０４及び１０６に到達する。そして、活性層１０４により波長λ₁の光、例えば赤外線が吸収され、電流に変換される。また、活性層１０６により波長λ₁より長い波長λ₂の光、例えば赤外線が吸収され、電流に変換される。そして、コンタクト層１０３に接続された電極と電極１２との間を流れる電流から波長₁の光の強度が検出され、電極１２と電極１１との間を流れる電流から波長₂の光の強度が検出される。

第１の実施形態によれば、受光セル１０の平面形状が六角形であるため、受光セル１０内及び隣り合う受光セル１０間で短絡が生じない程度に電極１１及び１２を離間して配置することできる。受光セル１０内では、溝１５に近い部分ほど溝１５の形成に伴うエッチングダメージを受けやすいが、本実施形態では、電極１１及び１２を六角形の頂点近傍に配置しながら電極１１及び１２間に十分な距離を確保できる。従って、エッチングダメージを受けにくく結晶性が良好な部分の損失が少なく、優れた検出精度が得られる。

また、電極１１及び１２を均一に分散して配置することができ、基板１０１内での応力集中が生じにくいため、基板１０１を薄化しても、基板１０１は割れにくい。従って、基板１０１の割れを回避しながら、基板１０１での光の減衰を低減することができる。

更に、六角形の受光セル１０では、周囲長に対する面積の比が四角形の受光セルよりも大きい。例えば、面積が１００μｍ²の正方形の周囲長が４０μｍであるのに対し、面積が１００μｍ²の正六角形の周囲長は３７．２μｍである。周囲長が大きいほどエッチングダメージに伴うリーク電流が生じやすいため、本実施形態によればリーク電流を低減することができるといえる。また、受光セルの周囲長が大きいほど光電変換に寄与する領域の面積が小さいため、本実施形態によれば高い感度が得られるといえる。

受光セル１０の平面形状は六角形であれば、正六角形でなくてもよい。

次に、第１の実施形態に係る受光素子１００の製造方法について説明する。図３Ａ乃至図３Ｂは、第１の実施形態に係る受光素子１００の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、図３Ａ（ａ）に示すように、基板１０１上にバッファ層１０２、コンタクト層１０３、活性層１０４、コンタクト層１０５、活性層１０６及びコンタクト層１０７を形成する。バッファ層１０２、コンタクト層１０３、活性層１０４、コンタクト層１０５、活性層１０６及びコンタクト層１０７は、例えば、分子線エピタキシー（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法等の結晶成長法により形成することができる。基板１０１は、例えば表面のミラー指数が（１００）のＧａＡｓ基板である。バッファ層１０２は、例えば厚さが５０ｎｍ〜１５０ｎｍのＧａＡｓ層である。コンタクト層１０３、１０５及び１０７は、例えば厚さが２００ｎｍ〜３００ｎｍで電子濃度が０．５×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層である。コンタクト層１０３、１０５及び１０７は、例えばＳｉでドーピングされている。活性層１０４及び１０６は、例えば、ＧａＡｓの障壁層及びＩｎＡｓの量子ドット層が１０〜２０回程度繰り返し積層された超格子構造を有する。活性層１０４と活性層１０６との間で量子ドットの面密度若しくはサイズ又はこれらの両方が相違する。

次いで、図３Ａ（ｂ）に示すように、受光セル１０を画定する素子分離領域として溝１５を形成する。溝１５はコンタクト層１０３まで到達するように形成する。この際に、活性層１０４及び１０６にエッチングダメージが生じることがある。

その後、図３Ｂ（ｃ）に示すように、コンタクト層１０７に電極１１用の凹部１１１を形成し、コンタクト層１０７、活性層１０６及びコンタクト層１０５に電極１２用の凹部１１２を形成する。

続いて、図３Ｂ（ｄ）に示すように、凹部１１１及び凹部１１２の側面を覆う絶縁膜１６１を形成し、凹部１１１の底にコンタクト層１０７と接する金属膜１２１を形成し、凹部１１２の底にコンタクト層１０５と接する金属膜１２２を形成する。次いで、金属膜１２１上に電極１１を形成し、金属膜１２２上に電極１２を形成する。電極１１及び１２と共に、コンタクト層１０３に接続される電極も形成する。これら電極は、例えば、ＡｕＧｅ膜、その上のＮｉ膜、及びその上のＡｕ膜を含む。電極１１及び１２は絶縁膜１６１上まで延在するように形成する。続いて、溝１５の側面及び底面並びに絶縁膜１６１を覆う絶縁膜１６２を形成し、絶縁膜１６２に電極１１を露出する開口部及び電極１２を露出する開口部を形成する。

このようにして受光素子１００を製造することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、受光セル１０内の電極１１及び１２の配置の点で第１の実施形態と相違する。図４は、第２の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。

図４に示すように、第２の実施形態に係る受光素子２００では、第１の実施形態と同様に、受光セル１０がハニカム状に配列しており、ある一方向（図４中のＸ方向）に並ぶ受光セル１０の群内では、電極１１及び１２の位置が一致している。第２の実施形態に係る受光素子２００には、４種類の群２５１、２５２、２５３及び２５４が含まれている。第１の群２５１では、右下に電極１１が配置され、左上に電極１２が配置されている。第２の群２５２では、右上に電極１１が配置され、左下に電極１２が配置されている。第３の群２５３では、左下に電極１１が配置され、右上に電極１２が配置されている。第４の群２５１では、左上に電極１１が配置され、右下に電極１２が配置されている。そして、Ｘ方向に直交する方向（図４中のＹ方向）に第１の群２５１、第２の群２５２、第３の群２５３及び第４の群２５４がこの順で周期的に配置されている。Ｙ方向で隣り合う２つの群の間では、電極１１同士の距離が電極１２同士の距離よりも短いか、電極１２同士の距離が電極１１同士の距離よりも短い。他の構成は第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、受光セル１０内の電極１１及び１２の配置の点で第１の実施形態と相違する。図５は、第３の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。

図５に示すように、第３の実施形態に係る受光素子３００では、第１の実施形態と同様に、受光セル１０がハニカム状に配列しており、ある一方向（図５中のＸ方向）に並ぶ受光セル１０の群内では、電極１１及び１２の位置が一致している。第３の実施形態に係る受光素子３００には、２種類の群３５１及び３５２が含まれている。第１の群３５１では、中央下に電極１１が配置され、中央上に電極１２が配置されている。第２の群３５２では、中央上に電極１１が配置され、中央下に電極１２が配置されている。そして、Ｘ方向に直交する方向（図５中のＹ方向）に第１の群３５１及び第２の群３５２が周期的に配置されている。Ｙ方向で隣り合う２つの群の間では、電極１１同士の距離が電極１２同士の距離よりも短いか、電極１２同士の距離が電極１１同士の距離よりも短い。他の構成は第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、受光セル１０の平面形状の点で第３の実施形態と相違する。図６は、第４の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。

図６（ａ）に示すように、第４の実施形態に係る受光素子４００では、第３の実施形態と同様に、受光セル１０がハニカム状に配列しており、ある一方向（図６（ａ）中のＸ方向）に並ぶ受光セル１０の群内では、電極１１及び１２の位置が一致している。第４の実施形態に係る受光素子４００には、２種類の群４５１及び４５２が含まれている。第１の群４５１では、中央下に電極１１が配置され、中央上に電極１２が配置されている。第２の群４５２では、中央上に電極１１が配置され、中央下に電極１２が配置されている。そして、Ｘ方向に直交する方向（図６（ａ）中のＹ方向）に第１の群４５１及び第２の群４５２が周期的に配置されている。

受光素子４００では、受光セル１０の平面形状が正六角形ではなく、互いに平行な２辺の３組のうち、１組を構成する２辺の長さが、他の２組を構成する計４辺の長さより短い。そして、当該短い２辺間の距離Ｌ₁が、これら２辺から離間した２頂点間の距離Ｌ₂の１．８〜２．２倍、好ましくは２．０倍である。つまり、図６（ｂ）に示すように、受光セル１０の平面形状を六角形ＡＢＣＤＥＦと表したとき、辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＤＥ及び辺ＥＦの長さが第１の長さであり、辺ＣＤ及び辺ＦＡの長さが第１の長さより短い第２の長さであり、角Ａ、角Ｃ、角Ｄ及び角Ｆの角度が等しく、辺ＣＤ及び辺ＦＡ間の距離Ｌ₁は、頂点Ｂ及び頂点Ｅ間の距離Ｌ₂の１．８〜２．２倍、好ましくは２．０倍である。他の構成は第３の実施形態と同様である。

第４の実施形態によっても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、電極１１及び１２が、実質的に正方格子状に配列するため、基板１０１の応力集中をより一層緩和しやすい。従って、基板１０１の割れをより一層抑制することができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、３種類の波長の光を検出できる受光素子に関する。図７は、第５の実施形態に係る受光素子の構成を示す図であり、図８は、受光素子に含まれる受光セルの構成を示す断面図である。

図７に示すように、第５の実施形態に係る受光素子５００には、基板上に二次元に配列した複数の受光セル２０が含まれる。受光セル２０は各々３個の電極２１、２２及び２３を表面に有し、受光セル２０の平面形状は正六角形である。隣り合う受光セル２０の間で、正六角形の２頂点及び１辺が共有されている。

受光セル２０の平面形状である正六角形の６辺のうちの３辺の近傍に電極２１、２２及び２３が一つずつ位置しており、電極２１が近接する辺、電極２２が近接する辺及び電極２３が近接する辺は、いずれも間に一つの辺を挟んでいる。すなわち、六角形の６辺のうち、電極２１が最も近接する第１の最近接辺と、電極２２が最も近接する第２の最近接辺と、電極２３が最も近接する第３の最近接辺とは１辺を挟んで離れている。各辺について、当該辺を共有する２つの受光セルの間で、当該辺を最近接辺とする電極を有する受光セル２０の数は１である。第５の実施形態では、受光セル２０がハニカム状に配列しており、電極２１〜２３の位置は複数の受光セル２０の間で一致している。

図８に示すように、受光セル２０は、受光セル１０に活性層１０８、コンタクト層１０９、電極２３及び金属膜１２３を加えたような断面構成を備える。コンタクト層１０９、活性層１０８、コンタクト層１０７、活性層１０６、コンタクト層１０５及び活性層１０４に、受光セル２０を画定する素子分離領域として溝２５が形成されている。各受光セル２０において、コンタクト層１０９に電極２３用の凹部１１３が形成され、コンタクト層１０９、活性層１０８及びコンタクト層１０７に電極２１用の凹部１１１が形成されている。コンタクト層１０９、活性層１０８、コンタクト層１０７、活性層１０６及びコンタクト層１０５に電極２２用の凹部１１２が形成されている。凹部１１１、凹部１１２及び凹部１１３の側面が絶縁膜１６１に覆われている。凹部１１３の底にコンタクト層１０９と接する金属膜１２３が形成され、金属膜１２３上に電極２３が形成されている。電極２３は絶縁膜１６１上まで延在している。

活性層１０４、１０６及び１０８は、例えば量子井戸活性層又は量子ドット型活性層である。組成や量子ドットの密度等の相違により、活性層１０４、活性層１０６及び活性層１０８の間で、吸収する光の波長が相違している。他の構成は第１の実施形態と同様である。

第５の実施形態に係る受光素子５００では、基板１０１を透過してきた光が活性層１０４、１０６及び１０８に到達する。そして、活性層１０４により波長λ₁の光、例えば赤外線が吸収され、電流に変換される。また、活性層１０６により波長λ₁より長い波長λ₂の光、例えば赤外線が吸収され、電流に変換される。更に、活性層１０８により波長λ₂より長い波長λ₃の光、例えば赤外線が吸収され、電流に変換される。そして、コンタクト層１０３に接続された電極と電極２２との間を流れる電流から波長₁の光の強度が検出され、電極２２と電極２１との間を流れる電流から波長₂の光の強度が検出され、電極２１と電極２３との間を流れる電流から波長₃の光の強度が検出される。

第５の実施形態によれば、３波長の光を高感度で検出することができる。第５の実施形態によっても、エッチングダメージを受けにくく結晶性が良好な部分の損失が少なく、優れた検出精度が得られる。また、電極２１〜２３を均一に分散して配置することができ、基板１０１内での応力集中が生じにくいため、基板１０１を薄化しても、基板１０１は割れにくい。従って、基板１０１の割れを回避しながら、基板１０１での光の減衰を低減することができる。更に、リーク電流を低減することができ、高い感度が得られるといえる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、受光セル２０内の電極２１〜２３の配置の点で第５の実施形態と相違する。図９は、第６の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。

図９に示すように、第６の実施形態に係る受光素子６００では、第５の実施形態と同様に、受光セル２０がハニカム状に配列しており、ある一方向（図９中のＸ方向）に並ぶ受光セル２０の群内では、電極２１〜２３の位置が一致している。第６の実施形態に係る受光素子６００には、２種類の群６５１及び６５２が含まれている。第１の群６５１では、左下に電極２１が配置され、右上に電極２２が配置され、中央に電極２３が配置されている。第２の群６５２では、左上に電極２１が配置され、右下に電極２２が配置され、中央に電極２３が配置されている。そして、Ｘ方向に直交する方向（図９中のＹ方向）に第１の群６５１及び第２の群６５２が周期的に配置されている。Ｙ方向で隣り合う２つの群の間では、電極２１同士の距離が電極２２同士の距離よりも短いか、電極２２同士の距離が電極２１同士の距離よりも短い。他の構成は第５の実施形態と同様である。

第６の実施形態によっても第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電極２１及び２２が頂点近傍に位置するため、電極２１及び２２の配置は、感度の向上に寄与し得る。電極２３が受光セル２０の中心に位置するものの、電極２３は最も浅いコンタクト層１０９に接続され、活性層１０４、１０６及び１０８には影響しない。従って、電極２３の形成に伴う感度の低下は小さい。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、４種類の波長の光を検出できる受光素子に関する。図１０は、第７の実施形態に係る受光素子の構成を示す図である。

図１０に示すように、第７の実施形態に係る受光素子７００には、基板上に二次元に配列した複数の受光セル３０が含まれる。受光セル３０は各々４個の電極３１、３２、３３及び３４を表面に有し、受光セル３０の平面形状は正六角形である。隣り合う受光セル３０の間で、正六角形の２頂点及び１辺が共有されている。

受光セル３０の平面形状である正六角形の６辺のうちの３辺の近傍に電極３１、３２及び３３が一つずつ位置しており、電極３１が近接する辺、電極３２が近接する辺及び電極３３が近接する辺は、いずれも間に一つの辺を挟んでいる。電極３４は正六角形の中心に位置する。すなわち、電極３１が最も近接する第１の最近接辺と、電極３２が最も近接する第２の最近接辺と、電極３３が最も近接する第３の最近接辺とは１辺を挟んで離れており、電極３４が電極３１〜３４の中心に位置している。第６の実施形態では、受光セル３０がハニカム状に配列しており、電極３１〜３４の位置は複数の受光セル３０の間で一致している。

受光セル３０には、４つの活性層、及びこれらを間に挟む５つのコンタクト層が含まれ、５つのコンタクト層のうち上から４つのコンタクト層に電極３１〜３４が１つずつ接続されている。最も下のコンタクト層は、複数の受光セル３０で共有されており、電極３１〜３４とは別の電極が接続されている。正六角形の中心に位置する電極３４は最も上のコンタクト層に接続されていることが好ましい。

４つの活性層は、例えば量子井戸活性層又は量子ドット型活性層である。組成や量子ドットの密度等の相違により、これら活性層の間で、吸収する光の波長が相違している。他の構成は第１の実施形態と同様である。

第７の実施形態に係る受光素子７００では、４つの活性層のうち、基板１０１の裏面に最も近いものから順に短波長の光が吸収され、電流に変換される。そして、電極３１〜３４及びもう１つの電極のうちの２電極の間を流れる電流から光の強度が検出される。

図１１に示すように、１種類の波長の光を検出できる受光素子に、第１〜第４の実施形態のいずれかにおける電極１１及び１２の配置を適用してもよい。この変形例には、コンタクト層１０３及び活性層１０４が含まれていない。同様に、２種類の波長の光を検出できる受光素子に、第５〜第６の実施形態のいずれかにおける電極２１〜２３の配置を適用してもよく、３種類の波長の光を検出できる受光素子に、第７の実施形態における電極３１〜３４の配置を適用してもよい。

基板１０１の厚さは特に限定されないが、赤外線の減衰を抑制する観点から１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。基板１０１の材料は特に限定されないが、活性層及びコンタクト層を成長しやすくする観点からIII-V族化合物半導体基板であることが好ましい。基板１０１がシリコン基板又はガラス基板上に形成されていてもよい。シリコン基板及びガラス基板は赤外線を透過させやすいため、赤外線の減衰を抑制しながら強度を高めることができる。

（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、受光素子を含む撮像装置に関する。図１２は、第８の実施形態に係る撮像装置を示す図である。

第８の実施形態に係る撮像装置８００には、図１２に示すように、略円筒状の容器８１３が含まれ、容器８１３内に冷却ヘッド８１１が配置されている。冷却ヘッド８１１には、受光素子８０１及び読み出し集積回路（readout integrated circuit：ＲＯＩＣ）８０２を含む受光装置８０３が搭載されている。受光素子８０１に、第１〜第７の実施形態のいずれかが用いられ、受光素子８０１の電極がバンプを介してＲＯＩＣ８０２に接続されている。冷却ヘッド８１１は、例えば冷凍機又はペルチェ素子等の冷却装置にコールドフィンガ８１２を介して熱的に接続されており、冷却装置により冷却される。容器８１３の端部に赤外線透過窓８１４が設けられており、赤外線透過窓８１４を介して容器８１３内に赤外線が入射し、受光素子８０１に受光される。冷却ヘッド８１１の受光装置８０３が搭載された面は、コールドシールド８１５により覆われている。撮像装置８００は、レンズ８２１の後方に配置して使用される。バンプとしては、例えばインジウム又はインジウム合金のバンプが用いられる。銅又は銅合金のバンプが用いられてもよい。

このような冷却型の撮像装置８００では、室温と８０Ｋ〜１５０Ｋ程度の低温との間で降温と昇温とが繰り返される。受光素子８０１の基板に熱応力が作用するが、本実施形態では、応力集中が生じにくいため、熱応力に伴う受光素子８０１の基板の割れは生じにくい。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
基板と、
前記基板上に二次元に配列した複数の受光セルと、
を有し、
前記受光セルは各々複数の電極を表面に有し、
前記受光セルの平面形状は六角形であり、
隣り合う前記受光セルの間で、六角形の２頂点及び１辺が共有されることを特徴とする受光素子。

（付記２）
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極及び第２の電極を有し、
六角形の６頂点のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接頂点と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接頂点とは２頂点を挟んで離れており、
各頂点について、当該頂点を共有する複数の受光セルの間で、当該頂点を最近接頂点とする電極を有する受光セルの数は１であることを特徴とする付記１に記載の受光素子。

（付記３）
前記受光セルは、順に積層された第１のコンタクト層、第１の活性層、第２のコンタクト層、第２の活性層及び第３のコンタクト層を有し、
前記第１の電極は前記第２のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第２の電極は前記第３のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第１の活性層及び前記第２の活性層の間で吸収する光の波長が相違していることを特徴とする付記２に記載の受光素子。

（付記４）
前記受光セルは、順に積層された第１のコンタクト層、活性層及び第２のコンタクト層を有し、
前記第１の電極は前記第１のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第２の電極は前記第２のコンタクト層に電気的に接続されていることを特徴とする付記２に記載の受光素子。

（付記５）
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極、第２の電極及び第３の電極を有し、
六角形の６辺のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接辺と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接辺と、前記第３の電極が最も近接する第３の最近接辺とは１辺を挟んで離れており、
各辺について、当該辺を共有する２つの受光セルの間で、当該辺を最近接辺とする電極を有する受光セルの数は１であることを特徴とする付記１に記載の受光素子。

（付記６）
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極、第２の電極及び第３の電極を有し、
六角形の６辺のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接頂点と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接頂点とが２頂点を挟んで離れており、第３の電極が前記第１の電極及び前記第２の電極の間に位置し、
各頂点について、当該頂点を共有する複数の受光セルの間で、当該頂点を最近接頂点とする電極を有する受光セルの数が１であることを特徴とする付記１に記載の受光素子。

（付記７）
前記受光セルは、順に積層された第１のコンタクト層、第１の活性層、第２のコンタクト層、第２の活性層、第３のコンタクト層、第３の活性層及び第４のコンタクト層を有し、
前記第１の電極は前記第２のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第２の電極は前記第３のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第３の電極は前記第４のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第１の活性層、前記第２の活性層及び前記第３の活性層の間で吸収する光の波長が相違していることを特徴とする付記５又は６に記載の受光素子。

（付記８）
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極、第２の電極、第３の電極及び第４の電極を有し、
六角形の６辺のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接辺と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接辺と、前記第３の電極が最も近接する第３の最近接辺とは１辺を挟んで離れており、第４の電極が前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極の中心に位置し、
各辺について、当該辺を共有する複数の受光セルの間で、当該辺を最近接辺とする電極を有する受光セルの数は１であることを特徴とする付記１に記載の受光素子。

（付記９）
前記受光セルの平面形状が正六角形であることを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の受光素子。

（付記１０）
前記受光セルの平面形状を六角形ＡＢＣＤＥＦと表したとき、
辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＤＥ及び辺ＥＦの長さが第１の長さであり、
辺ＣＤ及び辺ＦＡの長さが前記第１の長さより短い第２の長さであり、
角Ａ、角Ｃ、角Ｄ及び角Ｆの角度が等しく、
辺ＣＤ及び辺ＦＡ間の距離は、頂点Ｂ及び頂点Ｅ間の距離の１．８〜２．２倍であることを特徴とする付記２乃至４のいずれか１項に記載の受光素子。

（付記１１）
前記基板の厚さが１００μｍ以下であることを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の受光素子。

（付記１２）
前記基板は、III-V族化合物半導体基板であることを特徴とする付記１乃至１１のいずれか１項に記載の受光素子。

（付記１３）
前記基板は、シリコン基板又はガラス基板上に形成されていることを特徴とする付記１乃至１２のいずれか１項に記載の受光素子。

（付記１４）
前記受光セルは、赤外線を電気信号に変換することを特徴とする付記１乃至１３のいずれか１項に記載の受光素子。

（付記１５）
付記１乃至１４のいずれか１項に記載の受光素子と、
前記受光素子に接続された読み出し集積回路と、
を有することを特徴とする受光装置。

（付記１６）
前記受光素子と前記読み出し集積回路とがインジウム又はインジウム合金のバンプを介して接続されていることを特徴とする付記１５に記載の受光装置。

（付記１７）
前記受光素子と前記読み出し集積回路とが銅又は銅合金のバンプを介して接続されていることを特徴とする付記１５に記載の受光装置。

（付記１８）
付記１５乃至１７のいずれか１項に記載の受光装置を有することを特徴とする撮像装置。

（付記１９）
基板上に二次元に配列した複数の受光セルを形成する工程を有し、
前記受光セルは各々複数の電極を表面に有し、
前記受光セルの平面形状は六角形とし、
隣り合う前記受光セルの間で、六角形の２頂点及び１辺を共有させることを特徴とする受光素子の製造方法。

１０、２０、３０：受光セル
１１〜１２、２１〜２３、３１〜３４：電極
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００：受光素子
８００：撮像装置
８０１：受光素子
８０２：読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）

Claims

基板と、
前記基板上に二次元に配列した複数の受光セルと、
を有し、
前記受光セルは各々複数の電極を表面に有し、
前記受光セルの平面形状は六角形であり、
隣り合う前記受光セルの間で、六角形の２頂点及び１辺が共有されることを特徴とする受光素子。
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極及び第２の電極を有し、
六角形の６頂点のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接頂点と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接頂点とは２頂点を挟んで離れており、
各頂点について、当該頂点を共有する複数の受光セルの間で、当該頂点を最近接頂点とする電極を有する受光セルの数は１であることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記受光セルは、順に積層された第１のコンタクト層、第１の活性層、第２のコンタクト層、第２の活性層及び第３のコンタクト層を有し、
前記第１の電極は前記第２のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第２の電極は前記第３のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第１の活性層及び前記第２の活性層の間で吸収する光の波長が相違していることを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
前記受光セルは、順に積層された第１のコンタクト層、活性層及び第２のコンタクト層を有し、
前記第１の電極は前記第１のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第２の電極は前記第２のコンタクト層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極、第２の電極及び第３の電極を有し、
六角形の６辺のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接辺と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接辺と、前記第３の電極が最も近接する第３の最近接辺とは１辺を挟んで離れており、
各辺について、当該辺を共有する２つの受光セルの間で、当該辺を最近接辺とする電極を有する受光セルの数は１であることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極、第２の電極及び第３の電極を有し、
六角形の６辺のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接頂点と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接頂点とが２頂点を挟んで離れており、第３の電極が前記第１の電極及び前記第２の電極の間に位置し、
各頂点について、当該頂点を共有する複数の受光セルの間で、当該頂点を最近接頂点とする電極を有する受光セルの数が１であることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記受光セルは、順に積層された第１のコンタクト層、第１の活性層、第２のコンタクト層、第２の活性層、第３のコンタクト層、第３の活性層及び第４のコンタクト層を有し、
前記第１の電極は前記第２のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第２の電極は前記第３のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第３の電極は前記第４のコンタクト層に電気的に接続され、
前記第１の活性層、前記第２の活性層及び前記第３の活性層の間で吸収する光の波長が相違していることを特徴とする請求項５又は６に記載の受光素子。
前記受光セルは前記複数の電極として第１の電極、第２の電極、第３の電極及び第４の電極を有し、
六角形の６辺のうち、前記第１の電極が最も近接する第１の最近接辺と、前記第２の電極が最も近接する第２の最近接辺と、前記第３の電極が最も近接する第３の最近接辺とは１辺を挟んで離れており、第４の電極が前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極の中心に位置し、
各辺について、当該辺を共有する複数の受光セルの間で、当該辺を最近接辺とする電極を有する受光セルの数は１であることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記受光セルの平面形状が正六角形であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の受光素子。
前記受光セルの平面形状を六角形ＡＢＣＤＥＦと表したとき、
辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＤＥ及び辺ＥＦの長さが第１の長さであり、
辺ＣＤ及び辺ＦＡの長さが前記第１の長さより短い第２の長さであり、
角Ａ、角Ｃ、角Ｄ及び角Ｆの角度が等しく、
辺ＣＤ及び辺ＦＡ間の距離は、頂点Ｂ及び頂点Ｅ間の距離の１．８〜２．２倍であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の受光素子。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の受光素子と、
前記受光素子に接続された読み出し集積回路と、
を有することを特徴とする受光装置。
請求項１１に記載の受光装置を有することを特徴とする撮像装置。