JP2019160967A - 赤外線検出器、これを用いた赤外線撮像装置、及び赤外線検出器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画素サイズを低減し、かつ検出効率の低下とクロストークを抑制することのできる赤外線検出器を提供する。【解決手段】複数の画素の配列を含む赤外線検出器において、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、及び上部コンタクト層がこの順で積層された積層体と、前記積層体に形成されて画素を区画する画素分離溝と、を有し、前記画素の積層方向の上面と側面の全体が、前記上部コンタクト層に接続される第１配線と、前記下部コンタクト層に接続される第２配線と、前記中間コンタクト層に接続される第３配線のいずれかによって覆われている。【選択図】図３

Description

本発明は、赤外線検出器、これを用いた赤外線撮像装置、及び赤外線検出器の製造方法に関する。

赤外線検出器アレイでは、画像の高精細化への要求から、多画素化が進められている。一方で、１画素で異なる波長帯に感度を有する多波長化への要求も強い。多画素化については、ウェハサイズやリソグラフィの露光サイズに制限があることから、１画素当たりのサイズを小さくして画素数を増やす方向に進んでいる。これに対し、多波長化の場合は、１画素当たりのコンタクト穴とバンプの数が増大する。

図１は、一般的な２波長素子の画素構造を示す。各画素は、画素分離溝ＤＴＩ（Deep Trench Isolation）によって区画されている。絶縁層の上に下部コンタクト層（ＢＣ）、下部活性層（ＢＡ）、中間コンタクト層（ＭＣ）、上部活性層（ＴＡ）、上部コンタクト層（ＴＣ）が積層され、１画素の中に、それぞれのコンタクト層に接続される３つのコンタクト穴ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３と、３つのバンプ電極（ＢＭＰ）が配置される。

コンタクト穴やバンプ電極の微細化には限界があり、コンタクト穴とバンプ電極の数の増大は、画素サイズの縮小の妨げになる。すなわち、多画素化と多波長化は、相反する要求である。

特開２０１５−５０３３１号公報 特開２００８−２８２８５０号公報

多画素化と多波長化のトレードオフの問題以外にも、入射光の閉じ込めに関する問題がある。固体撮像装置では、２次元の画素配列を有する赤外線検出器が信号処理回路チップに電気的に接続され、各画素の活性層で吸収された赤外線の光量に比例する光電流が、信号処理回路で処理される。赤外線検出器の裏面を入射側とする構成では、入射した光の一部が、各画素に形成された電極や配線の隙間から通り抜け、検出効率が低下する。また、素子表面の金属で乱反射された光が隣接する画素に入り込む場合もあり、クロストークの原因となる。

本発明は、画素サイズを低減し、かつ検出効率の低下とクロストークを抑制することのできる赤外線検出器とその製造方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様では、複数の画素の配列を含む赤外線検出器において、
下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、及び上部コンタクト層がこの順で積層された積層体と、
前記積層体に形成されて画素を区画する画素分離溝と、
を有し、前記画素の積層方向の上面と側面の全体が、前記上部コンタクト層に接続される第１配線と、前記下部コンタクト層に接続される第２配線と、前記中間コンタクト層に接続される第３配線のいずれかによって覆われている。

赤外線検出器において、画素サイズを低減し、かつ検出効率の低下とクロストークを抑制することができる。

一般的な２波長型の赤外線検出器の画素構成を示す図である。 本発明の赤外線検出器が適用される撮像装置の模式図である。 実施形態の赤外線検出器の断面模式図である。 実施形態の赤外線検出器の平面構成の一例を示す図である。 図４ＡのＸ−Ｘ’断面の模式図である。 図４Ａの断面Ａの図である。 バンプ形成前の赤外線検出器の画素の表面状態を示す鳥瞰図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 実施形態の赤外線検出器の製造工程図である。 図１０（Ａ）の工程の具体例を示す図である。 図１０（Ａ）の工程の具体例を示す図である。 図１１（Ｂ）の工程の具体例を示す図である。 図１１（Ｂ）の工程の具体例を示す図である。 図８（Ａ）の工程直後の素子の表面状態を示す図である。 図８（Ｂ）の工程直後の素子の表面状態を示す図である。 図１０（Ａ）の工程直後の素子の表面状態を示す図である。 図１１（Ｂ）の工程直後の素子の表面状態を示す図である。 実施形態の赤外線撮像装置を用いた赤外線撮像システムの概略ブロック図である。

実施形態では、画素サイズを低減し、かつ入射光の漏れ、隣接画素への乱反射等を抑制することのできる赤外線検出器の構成と製造方法を提供する。

画素サイズを低減するために、１画素中のバンプ電極の数を２つに減らす。３つのコンタクト層のうちの１つ、たとえば中間コンタクト層と信号処理回路チップとの電気的な接続は、素子分離溝の内壁に形成された表面配線を赤外線検出器アレイの外周に引き出すことで実現する。素子分離溝の内壁に形成された表面配線は、画素内部での乱反射光が隣接する画素に入りこむのを防止する機能も果たす。

また、各画素の表面に配置される配線を、絶縁膜を挟んで互いにオーバーラップさせることで、入射方向からみたときに光が突き抜ける隙間ができないようにする。

図２は、実施形態の赤外線検出器１００を適用した赤外線撮像装置１５０の模式図である。赤外線撮像装置１５０は、赤外線検出器１００と信号処理回路チップ５０を有する。赤外線検出器１００は、バンプ電極１０４によって、電気的、かつ機械的に信号処理回路チップ５０に接続されている。

信号処理回路チップ５０は、読出し回路部品を含み、各画素１で発生する光電流をバンプ電極１０４を介してチャネルごとに読み出して、信号処理回路で信号処理する。読出し回路部品は、画素ごとに設けられるトランスインピーダンスアンプ、ピーク検出回路、時間検出回路等を有していてもよい。

光は、赤外線検出器１００の裏面から入射し、赤外線検出器１００の内部に形成された活性層で吸収される。後述するように、実施形態の赤外線検出器１００の光入射面と反対側の画素面、すなわちバンプ電極１０４側の表面は、間に絶縁膜を介して互いにオーバーラップする配線層で隙間なく覆われており、裏面から入射した光の通り抜けを防止することができる。また、各画素を分離する画素分離溝の内壁も表面配線で覆われている。画素内部での乱反射光の隣接画素への入射が防止され、画素間のクロストークが抑制される。

図３は、実施形態の赤外線検出器１００の画素構成を示す概略断面図である。赤外線検出器１００の各画素１は、画素分離溝２１で互いに分離されている。画素１は、たとえば２次元のアレイ状に配置されている。各画素１で、絶縁層１１の上に、下部コンタクト層１２、下部活性層１３、中間コンタクト層１４、上部活性層１５、上部コンタクト層１６がこの順で積層されている。これらの層はエピタキシャル成長で形成され、「エピタキシャル積層」と呼んでもよい。

画素１の中に、上部コンタクト層１６に達するコンタクト穴３２と、下部コンタクト層１２に達するコンタクト穴３３が形成されている。中間コンタクト層１４に達するコンタクト穴穴は、画素１の端部に設けられ、画素分離溝２１に対して開放されている。

コンタクト穴３２の底面に、上部コンタクト層１６とオーミック接触する金属パッド５１が設けられている。エピタキシャル積層の最表面で、金属パッド５１を含む領域に配線２４が形成され、バンプ電極４１に接続されている。

コンタクト穴３３の底面に、下部コンタクト層１２とオーミック接触する金属パッド５３が設けられている。コンタクト穴３３の内壁に、金属パッド５３に接続される配線６１が形成されている。配線６１は、画素１の表面領域まで延びて、その一部が絶縁膜を介して配線２４にオーバーラップしている。画素１の表面領域で、配線６１はバンプ電極４２に接続されている。

コンタクト穴３１の底面に、中間コンタクト層１４とオーミック接触する金属パッド５２が設けられている。コンタクト穴３１は、画素分離溝２１と連通しており、画素分離溝２１とコンタクト穴３１の内壁を覆う表面配線６６が形成されている。

表面配線６６は、画素１の上面まで延びる。表面配線６６のうち、コンタクト穴３１から画素１の上面に延びる部分は、上部コンタクト層１６及びバンプ電極４１に電気的に接続される配線２４にオーバーラップするオーバーラップ領域６６ａとなっている。表面配線６６のうち、画素分離溝２１から画素１の上面に延びる部分は、下部コンタクト層１２及びバンプ電極４２に電気的に接続される配線６１にオーバラップするオーバーラップ領域６６ｂとなっている。

光は、画素１の裏面、すなわち絶縁層１１の側から入射する。入射面と反対側の画素表面領域は、互いにオーバーラップする配線２４、配線６１、及びオーバーラップ領域６６ａ、６６ｂを含む表面配線６６によって、隙間なく覆われている。これにより、下部活性層１３と上部活性層１５で吸収されなかった入射光が、そのまま画素１を通り抜けることを抑制できる。

画素１には、上部コンタクト層１６と下部コンタクト層１２にそれぞれ接続される２つのバンプ電極４１と４２が設けられ、画素サイズが低減されている。

中間コンタクト層１４は、画素分離溝２１の内部に形成された表面配線６６によって、画素領域の周囲に引き出されている。表面配線６６は、画素分離溝２１の内壁を覆っており、画素１に入射して表面で乱反射された光が隣接する画素に入射することを防止する機能を果たす。

図４Ａは、赤外線検出器１００の平面構成を示す模式図、図４Ｂは図４ＡのＸ−Ｘ’断面図、図４Ｃは図４Ａの断面Ａの図である。画素領域１０１に、複数の画素１が２次元状に配置されている。画素領域１０１の外周に、中間コンタクト取出し用バンプ領域１１１が配置されている。画素領域１０１でのバンプ電極４１、４２の形成と同時に、中間コンタクト取出し用バンプ領域１１１にバンプ電極８２が形成される。

中間コンタクト取出し用バンプ領域１１１のバンプ電極８２は、画素領域１０１の各画素につながる表面配線６６と接続されている。

この構成により、各画素１に配置されるバンプ電極の数を２個にして、中間コンタクト層１４を、画素領域１０１の外周の中間コンタクト取出し用バンプ領域１１１に引き出している。中間コンタクト層１４を、各画素１の上面を部分的に覆い、かつ画素分離溝２１の内壁を覆う表面配線６６で外周へ引き出すことで、入射光の突き抜けを防止できる構成となっている。

図３に戻って、赤外線検出器１００の動作は次のとおりである。表面配線６６に接続された中間コンタクト層１４から上部活性層１５と下部活性層１３にバイアス電圧が印加される。バンプ電極４２に接続された下部コンタクト層１２から下部活性層１３にバイアス電圧が印加される。

上部活性層１５で吸収される赤外線の光量に比例する電流と、下部活性層１３で吸収される赤外線の光量に比例する電流は、それぞれ上部コンタクト層１６に電気的に接続されるバンプ電極４１と、下部コンタクト層１２に電気的に接続されるバンプ電極４２から信号として取り出される。

図５は、バンプ形成前の赤外線検出器１００の画素１の表面状態を示す鳥瞰図である。より正確には、エピタキシャル積層構造の上面に、上部コンタクト層１６に接続される配線２４と、下部コンタクト層１２に接続される配線６１が形成された状態を示す。

配線２４で覆われた領域のうち、金属パッド５１が設けられた領域は、バンプ電極４１が設けられることになるバンプ形成領域１４１である。バンプ電極４１は、配線２４と金属パッド５１によって、上部コンタクト層１６と接続される。

画素１のコーナーに、中間コンタクト層１４に到達するコンタクト穴３１が設けられ、コンタクト穴３１の底面に、中間コンタクト層１４とオーミック接触する金属パッド５２が形成されている。

配線６１で覆われた領域のうち、コンタクト穴３１と対角をなす位置に、下部コンタクト層１２に達するコンタクト穴３３が設けられている。コンタクト穴３３の内壁は、配線６１で覆われ、配線６１はコンタクト穴３３の底面の金属パッド５３に接続されている。

配線６１で覆われる領域のうち、最上層の金属パッド５１と対角をなす領域は、バンプ電極４２が設けられることになるバンプ形成領域１４２である。バンプ電極４２は、配線６１と、コンタクト穴３３の底面の金属パッド５３により、下部コンタクト層１２と接続される。

この段階で、画素１の上面の大部分は金属配線によって覆われているが、配線間の隙間から入射光が突き抜ける可能性がある。そこで、コンタクト穴３１と画素分離溝の内壁を覆う表面配線６６を、絶縁膜を介して画素１の上面まで延設して、配線２４と配線６１の隙間部分を覆うように、オーバーラップさせる。画素１にバンプ電極４１とバンプ電極４２が搭載される段階では、画素１の上面と、画素分離溝２１の側壁は、光入射方向からみて、赤外光に対して不透明な膜により隙間なく覆われることになる。

図６から図１３は、赤外線検出器１００の製造工程図である。図示の便宜上、１つの画素１に着目してその作製工程を示しているが、画素領域１０１の全体にわたって同じ工程が行われる。

図６（Ａ）で、図示しない基板上に設けられた絶縁層１１の上に、下部コンタクト層１２、下部活性層１３、中間コンタクト層１４、上部活性層１５、上部コンタクト層１６をこの順で形成する。下部コンタクト層１２、下部活性層１３、中間コンタクト層１４、上部活性層１５、及び上部コンタクト層１６は、エピタキシャル成長により順次形成され、エピタキシャル積層を形成する。

絶縁層１１は、たとえば、ノンドープのＧａＡｓ基板の上に形成されたノンドープのＧａＡｓ層であり、電気的に絶縁性を示す。下部コンタクト層１２は、たとえばｎ型のＧａＡｓ層である。ＧａＡｓの気相成長時にｎ型ドーパントガスとしてシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）等を含む原料ガスを導入することで、ｎ型のＧａＡｓ層が形成される。

下部活性層１３は、第１の波長に感度を有する光吸収層であり、量子井戸または量子ドットの層と障壁層が繰り返し積層されている。中間コンタクト層１４は、たとえばｎ型のＧａＡｓ層である。上部活性層１５は、第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する光吸収層である。上部コンタクト層１６は、たとえばｎ型のＧａＡｓ層である。

図６（Ｂ）で、中間コンタクト層１４に達する穴１７ａと１７ｂを、ドライエッチングとウェットエッチングにより形成する。穴１７ａは、画素の端部で中間コンタクト層１４へのコンタクト穴３１となる穴である。穴１７ｂは、後工程で下部コンタクト層１２へのコンタクト穴３３を形成するための穴である。

図７（Ａ）で、穴１７ｂ以外の領域をレジストで覆い、ドライエッチングとウェットエッチングにより、穴１７ｂを下部コンタクト層１２までエッチングして、コンタクト穴３３を形成する。その後、レジストを剥離する。

図７（Ｂ）で、絶縁層１１に到達する画素分離溝２１を形成する。これにより、穴１７ａは画素分離溝２１と連通し、画素分離溝２１に対して開放されたコンタクト穴３１となる。

図８（Ａ）で、各画素１の必要な個所に金属パッドを形成する。具体的には、コンタクト穴３１の底面に中間コンタクト層１４とオーミック接触する金属パッド５２を形成し、コンタクト穴３３の底面に、下部コンタクト層１２とオーミック接触する金属パッド５３を形成する。上部コンタクト層１６の表面の所定の位置に、上部コンタクト層１６とオーミック接触する金属パッド５１を形成する。金属パッド５１、５２、５３は、たとえば所定のレジストパターンを形成後に、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）をこの順に蒸着して、リフトオフにより所定の形状のＧｅ／Ａｕ膜を形成することで作製される。

図８（Ｂ）で、上部コンタクト層１６の表面の所定の領域に、金属パッド５１と接続される配線２４を形成する。たとえば、２層レジストを用いたパターンニングの後に、沈た（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）をこの順で蒸着し、リフトオフすることで、配線２４が形成される。配線２４は、図５に示したように、画素１の上面の約半分を覆っていてもよい。配線２４は、後工程でバンプ電極と接続される電極として機能する。

図９（Ａ）で、全面に絶縁膜２５を堆積する。絶縁膜２５の種類は問わないが、たとえば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）をプラズマＣＶＤで３００ｎｍの厚さに形成する。エピタキシャル積層構造の上面、金属パッド５１、配線２４、画素分離溝２１の内壁、コンタクト穴３１及び３３の内壁が絶縁膜２５で覆われる。

図９（Ｂ）で、コンタクト穴３３の底面の絶縁膜２５をエッチング除去して、金属パッド５３を露出する。

図１０（Ａ）で、金属パッド５３に接続される配線６１を、コンタクト穴３３の内部とエピタキシャル積層構造の上面の必要な個所に、イオンミリング等で形成する。配線６１は、下部コンタクトを引き出す引き出し電極として機能する。実施形態の特徴として、配線６１の一部は、絶縁膜２５を介して、配線２４とオーバーラップする。

図１０（Ｂ）で、全面にＳｉＮ等の絶縁膜６２を堆積する。

図１１（Ａ）で、コンタクト穴３１の底面の絶縁膜をエッチング除去して、中間コンタクト層１４とオーミック接触する金属パッド５２を露出する。

図１１（Ｂ）で、金属パッド５２に接続され、画素分離溝２１の内壁と、画素１の最上面の所定の領域を覆う表面配線６６を、イオンンミリング等で形成する。表面配線６６のうち、画素１の上面で絶縁膜６２を介して配線２４とオーバーラップする部分がオーバーラップ領域６６ａであり、絶縁膜６２を介して配線６１とオーバーラップする部分がオーバーラップ領域６６ｂである。

図１２（Ａ）で、全面にＳｉＮ等の絶縁膜４７を堆積する。

図１２（Ｂ）で、所定の位置で絶縁膜の一部をエッチング除去して、配線２４を露出する開口４８と、配線６１を露出する開口４９を形成する。

図１３で、開口４８内にバンプ電極４１を形成し、開口４９内にバンプ電極４２を形成する。バンプ電極４１と４２は、たとえば、開口４８と開口４９を除く領域をレジストマスクで覆ってインジウム（Ｉｎ）等の金属を蒸着し、リフトオフで開口４８と開口４９を埋めるバンプ電極４１と４２を形成する。バンプ電極４１は、配線２４と金属パッド５１により、上部コンタクト層１６と接続されている。バンプ電極４２は、配線６１と金属パッド５３により、下部コンタクト層１２と接続されている。

この構成で、画素１の入射面と反対側の上面は、絶縁膜を介して互いにオーバーラップ配置される配線２４と配線６１、及び表面配線６６のオーバーラップ領域６６ａ、６６ｂによって隙間なく覆われる。また、画素１の側面、すなわち画素分離溝２１の側壁は、中間コンタクトを取り出す表面配線６６によって覆われている。この配線構造により、２波長型の赤外線検出器１００で、１画素中のバンプ電極の数を２個に減らし、かつ、入射光の突き抜けと隣接画素への乱反射光の侵入を防止することができる。コンパクトな構造の赤外線検出器１００で、検出感度の向上と、クロストークの抑制が実現される。

図１４と図１５は、図１０（Ａ）の配線６１の形成工程の具体例を示す。図１４（Ａ）で、画素分離溝２１と、画素分離溝２１に対して開放されるコンタクト穴３１を、レジスト２６で埋める。レジスト２６の表面は、フォトリソグラフィ過程のベーキングで丸みをおびている。

図１４（Ｂ）で、全面に配線用の金属膜２８をスパッタリングにより形成する。金属膜２８は、たとえば、ＴｉとＰｔをこの順にスパッタリングして得られる膜である。

図１５（Ａ）で、ミリングで残す部分にレジストパターン２９を形成する。レジストパターン２９の断面形状は、ベーキングにより丸みをおびている。

図１５（Ｂ）で、ミリングにより、不要部分の金属膜２８を除去し、その後、レジストパターン２９と、レジスト２６を剥離する。これにより、配線２４と一部オーバーラップする配線６１が形成される。

図１６と図１７は、図１１（Ｂ）の表面配線６６の形成工程の具体例を示す。

図１６（Ａ）で、コンタクト穴３３とその周囲をレジスト４４を保護する。レジストはフォトリソグラフィ過程のベーキングで丸みをおびている。

図１６（Ｂ）で、全面に配線用の金属膜４６をスパッタリングにより形成する。金属膜４６は、たとえば、ＴｉとＰｔをこの順にスパッタリングして得られる膜である。

図１７（Ａ）で、ミリングで残す部分にレジストパターン６７を形成する。レジストパターンはベーキングにより丸みをおびている。

図１７（Ｂ）で、不要な部分の金属膜４６をミリングで除去し、その後、レジスト４４とレジストパターン６７を除去する。これにより、画素１の表面で配線２４と一部オーバーラップするオーバーラップ領域６６ａと、配線６１と一部オーバーラップするオーバーラップ領域６６ｂを有する表面配線６６が形成される。

図１８は、図８（Ａ）のオーミックコンタクトの形成直後の画素１の上面図である。画素１のコーナー部に、画素分離溝２１に対して開放されたコンタクト穴３１が形成されている。コンタクト穴３１は中間コンタクト層１４に達し、コンタクト穴３１の底面に、中間コンタクト層１４とオーミック接触する金属パッド５２が設けられている。

コンタクト穴３１と対角をなす位置に、下部コンタクト層１２に達するコンタクト穴３３が形成されている。コンタクト穴３３の底面に、下部コンタクト層１２とオーミック接触する金属パッド５３が配置されている。

コンタクト穴３１とコンタクト穴３３を結ぶ対角線と交差する対角線上に、バンプ形成領域１４１とバンプ形成領域１４２が設定されている。バンプ形成領域１４１は、金属パッド５１の配置位置を含む。

図１９は、図８（Ｂ）の配線２４の形成直後の画素１の上面図である。配線２４は、上部コンタクト層１６とオーミック接触する金属パッド５１に接続されており、画素１の上面のほぼ半分の領域を占めている。配線２４は、コンタクト穴３１内の金属パッド５２と、コンタクト穴３３内の金属パッド５３から、電気的に絶縁されている。

図２０は、図１０（Ａ）の配線６１の形成直後の画素１の上面図である。金属パッド５１を介して上部コンタクト層１６に接続される配線２４と、一部オーバーラップして、配線６１が形成されている。配線６１は、金属パッド５３により下部コンタクト層１２と接続されている。図１０（Ａ）の断面図からわかるように、配線２４と配線６１は、積層方向に絶縁膜２５によって隔てられており、電気的に絶縁されている。

オーバーラップする領域は、紙面の縦方向に延びているが、光入射方向での隙間を低減できる配置であれば、配線２４と配線６１をどのようにオーバーラップさせてもよい。たとえば、金属パッド５１を含む画素１の１／４程度の領域に配線２４形成し、配線６１をＬ字型の領域にして、Ｌ字型の領域の端部で配線２４にオーバーラップさせてもよい。

この段階で、画素１の上面の大部分が入射光に対して不透過の膜で覆われている。したがって、画素１の裏面からの入射光が積層方向に突き抜けることを抑制できる。

図２１は、図１１（Ｂ）の表面配線６６の形成直後の画素１の上面図である。金属パッド５２に接続され、かつ画素分離溝２１の内壁を覆う表面配線６６が形成されている。表面配線６６の一部は、画素１の上面まで延びている。配線２４にオーバーラップする領域が表面配線６６のオーバーラップ領域６６ａであり、配線６１にオーバーラップする領域がオーバーラップ領域６６ｂである。

この段階では、画素１の上面は、入射光に対して非透過の膜で隙間なく覆われている。また、画素１の側面、すなわち画素分離溝２１の内壁（側壁）も表面配線６６で覆われている。したがって、裏面からの入射光の突き抜けを防止するだけでなく、表面の配線層で乱反射された成分が隣接する画素に入射することを防止することができる。

図２２は、実施形態の赤外線撮像装置１５０を用いた撮像システム１０００の概略ブロック図である。撮像システム１０００は、赤外線撮像装置１５０、光学系１００１、表示装置１００２、記憶装置１００３、電源１００４、及び入出力装置１００６を含む。光学系は、レンズ、ミラー等の光学素子を含み、外部からの光を、赤外線撮像装置１５０の赤外線検出器１００に集光する。実施形態の赤外線検出器１００では、裏面から光が入射するので、赤外線検出器１００の裏面に対向するようにマイクロレンズアレイが配置されてもよい。

表示装置１００２は、赤外線撮像装置１５０によって撮像されたイメージを表示する。記憶装置は、ＳＳＤ（Solid State Drive）などのメモリデバイスであり、赤外線撮像装置１５０で撮像された画像データを記録する。電源１００４は、撮像システム１０００の全体のパワーを供給する。入出力装置１００６は、外部機器との間の入出力インタフェースを含む。

撮像システム１０００は、実施形態の赤外線検出器１００を用いており、１画素当たりのサイズが小さく、入射光の突き抜けや隣接画素への乱反射光の入射が抑制されている。撮像システム１０００は、高解像、高感度、低クロストークを実現し、セキュリティシステム、無人探査システム等に適用可能である。赤外光を検出するので、夜間の監視システムにも有効に適用できる。

以上、特定の実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は実施形態で例示された構成に限定されない。赤外線検出器１００に冷却装置を組み合わせて感度をさらに高めてもよい。エピタキシャル積層を形成する各層には、ＧａＡｓ以外のIII-Ｖ化合物半導体を用いてもよい。各コンタクト層とオーミック接触する金属は、コンタクト層の導電型に応じて適宜選択される。ｎ型コンタクト層とのオーミックコンタクトとして、ＧｅＡｕとＮｉを組み合わせた金属材料を用いてもよい。

いずれの場合も、実施形態の赤外線検出器１００では画素サイズが低減され、かつ入射光の突き抜けと、隣接画素への乱反射光の入射が抑制され、高解像、高感度のセンシングが可能である。

以上の説明に対して、以下の付記を呈示する。
（付記１）
複数の画素の配列を含む赤外線検出器において、
下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、及び上部コンタクト層がこの順で積層された積層体と、
前記積層体に形成されて画素を区画する画素分離溝と、
を有し、前記画素の積層方向の上面と側面の全体が、前記上部コンタクト層に接続される第１配線と、前記下部コンタクト層に接続される第２配線と、前記中間コンタクト層に接続される第３配線のいずれかによって覆われていることを特徴とする赤外線検出器。
（付記２）
前記積層体の裏面が光入射面であり、
前記画素の前記上面において、前記第１配線、前記第２配線、及び前記第３配線の少なくとも一部が前記積層方向にオーバーラップし、光入射方向から見たときに、前記上面が隙間なく覆われていることを特徴とする付記１に記載の赤外線検出器。
（付記３）
前記画素の前記上面に、前記第１配線に接続される第１のバンプ電極と、前記第２配線に接続される第２のバンプ電極を有し、
前記第３配線は、前記画素分離溝から前記赤外線検出器の画素領域の外周に引き出されていることを特徴とする付記１または２に記載の赤外線検出器。
（付記４）
前記上部コンタクト層に達する第１のコンタクト穴と、
前記下部コンタクト層に達する第２のコンタクト穴と、
前記中間コンタクト層に達する第３のコンタクト穴と、
を有し、
前記第３のコンタクト穴は、前記画素分離溝に対して開放されていることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記５）
前記第１配線は、前記第１のコンタクト穴から前記画素の前記上面に延び、
前記第２配線は、前記第２のコンタクト穴から前記画素の前記上面に延び、
前記上面で、前記第２配線は第１絶縁膜(25)を介して前記第１配線にオーバーラップしていることを特徴とする付記４に記載の赤外線検出器。
（付記６）
前記第３配線は、前記第３のコンタクト穴と前記画素分離溝から前記画素の前記上面に延び、前記上面で、前記第１配線と前記第２配線に第２絶縁膜を介してオーバーラップしていることを特徴とする付記４に記載の赤外線検出器。
（付記７）
前記画素分離溝の内壁は、前記第３配線によって全面が覆われていることを特徴とする付記４に記載の赤外線検出器。
（付記８）
付記１〜７のいずれか１項に記載の赤外線検出器と、
前記赤外線検出器に電気的に接続される信号処理回路デバイスと、
を有する赤外線撮像装置。
（付記９）
付記８に記載の赤外線撮像装置と、
前記赤外線撮像装置に外部からの光を集光する光学系と、
を有する撮像システム。
（付記１０）
絶縁層の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、及び上部コンタクト層をこの順で堆積して積層体を形成し、
前記積層体に画素を区画する画素分離溝を形成し、
前記画素に、前記上部コンタクト層に接続される第１配線と、前記下部コンタクト層に接続される第２配線と、前記中間コンタクト層に接続される第３配線を形成し、
前記画素の積層方向の上面と側面の全体を、前記第１配線と、前記第２配線と、前記第３配線のいずれかで覆う、
ことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
（付記１１）
前記画素の前記上面において、前記第１配線、前記第２配線、及び前記第３配線の少なくとも一部を、間に絶縁膜を介して互いに前記積層方向にオーバーラップさせ、前記積層方向で見たときに、前記上面を隙間なく覆うことを特徴とする付記１０に記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１２）
前記画素の前記上面に、前記第１配線に接続される第１のバンプ電極と、前記第２配線に接続される第２のバンプ電極を形成し、
前記第３配線を、前記画素分離溝から前記赤外線検出器の画素領域の外周に引き出すことを特徴とする付記１０または１１に記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１３）
前記上部コンタクト層に達する第１のコンタクト穴を形成し、
前記下部コンタクト層に達する第２のコンタクト穴を形成し、
前記中間コンタクト層に達する第３のコンタクト穴を、前記画素分離溝に対して開放するように形成する、
ことを特徴とする付記１０〜１２のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１４）
前記第１配線を、前記第１のコンタクト穴から前記画素の前記上面に延設し、
前記第２配線を、前記第２のコンタクト穴から前記画素の前記上面に延設し、
前記上面で、前記第２配線を第１絶縁膜を介して前記第１配線にオーバーラップさせることを特徴とする付記１３に記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１５）
前記第３配線を、前記第３のコンタクト穴と前記画素分離溝から前記画素の前記上面に延設し、前記第３配線を、前記上面で、第２絶縁膜を介して前記第１配線と前記第２配線にオーバーラップさせることを特徴とする付記１３に記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１６）
前記第３配線で、前記画素分離溝の内壁の全面を覆うことを特徴とする付記１３に記載の赤外線検出器の製造方法。

１ 画素
１１ 絶縁層
１２ 下部コンタクト層
１３ 下部活性層
１４ 中間コンタクト層
１５ 上部活性層
１６ 上部コンタクト層
２１ 画素分離溝
２４ 配線（第１配線）
２５、４７、６２ 絶縁膜
３１、３２、３３ コンタクト穴
４１、４２ バンプ電極
５０ 信号処理回路チップ（信号処理回路デバイス）
６１ 配線（第２配線）
６６ 表面配線（第３配線）
６６ａ、６６ｂ オーバーラップ領域
１００ 赤外線検出器
１０１ 画素領域
１１１ 中間コンタクト取出し用バンプ領域
１３３ 下部コンタクト取出し溝
１４１、１４２ バンプ形成領域
１５０ 赤外線撮像装置
１０００ 撮像システム

Claims (8)

1. 複数の画素の配列を含む赤外線検出器において、
   下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、及び上部コンタクト層がこの順で積層された積層体と、
   前記積層体に形成されて画素を区画する画素分離溝と、
   を有し、前記画素の積層方向の上面と側面の全体が、前記上部コンタクト層に接続される第１配線と、前記下部コンタクト層に接続される第２配線と、前記中間コンタクト層に接続される第３配線のいずれかによって覆われていることを特徴とする赤外線検出器。
2. 前記積層体の裏面が光入射面であり、
   前記画素の前記上面において、前記第１配線、前記第２配線、及び前記第３配線の少なくとも一部が前記積層方向にオーバーラップし、光入射方向から見たときに、前記上面が隙間なく覆われていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
3. 前記画素の前記上面に、前記第１配線に接続される第１のバンプ電極と、前記第２配線に接続される第２のバンプ電極を有し、
   前記第３配線は、前記画素分離溝から前記赤外線検出器の画素領域の外周に引き出されていることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出器。
4. 前記上部コンタクト層に達する第１のコンタクト穴と、
   前記下部コンタクト層に達する第２のコンタクト穴と、
   前記中間コンタクト層に達する第３のコンタクト穴と、
   を有し、
   前記第３のコンタクト穴は、前記画素分離溝に対して開放されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検出器と、
   前記赤外線検出器に電気的に接続される信号処理回路デバイスと、
   を有する赤外線撮像装置。
6. 請求項５に記載の赤外線撮像装置と、
   前記赤外線撮像装置に外部からの光を集光する光学系と、
   を有する撮像システム。
7. 絶縁層の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、及び上部コンタクト層をこの順で堆積して積層体を形成し、
   前記積層体に画素を区画する画素分離溝を形成し、
   前記画素に、前記上部コンタクト層に接続される第１配線と、前記下部コンタクト層に接続される第２配線と、前記中間コンタクト層に接続される第３配線を形成し、
   前記画素の積層方向の上面と側面の全体を、前記第１配線と、前記第２配線と、前記第３配線のいずれかで覆う、
   ことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
8. 前記画素の前記上面において、前記第１配線、前記第２配線、及び前記第３配線の少なくとも一部を、間に絶縁膜を介して互いに前記積層方向にオーバーラップさせ、前記積層方向で見たときに、前記上面を隙間なく覆うことを特徴とする請求項７に記載の赤外線検出器の製造方法。