JP2020161717A - 半導体装置、光検出システム、発光システム、および移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る半導体装置として、本実施形態では光電変換装置を用いて説明する。図1は、光電変換装置の3つの単位セル120を示す断面模式図である。ここで、図1は上方向であるZ方向とX方向を含む面での断面である。単位セル120は画素や副画素とも称される。各単位セル120は等価な回路構成を有する。ここで、半導体装置が光電変換装置の場合には、単位セル120は少なくとも1つの光電変換素子を有する。半導体装置が発光装置の場合には、単位セル120は少なくとも1つの発光素子を有する。光電変換素子と発光素子は、後に説明する機能層の材料を適宜、選択することによって構成される。また、光電変換装置や発光装置の単位セルの回路構成については、適宜、設定される。次に、図1の光電変換装置について詳細に説明する。
第1実施形態の半導体装置の材料について説明する。まず、機能層133について説明する。本実施形態における機能層133は、光電変換膜である。その材料としては、無機材料であっても有機材料であってもよい。例えば、光電変換膜は、非晶質(アモルファス)シリコン、有機半導体、又は化合物半導体材料のナノ粒子の集合体である量子ドット、等を用いることができる。有機半導体としては、例えばフラーレン(C60)、クマリン6(C6)、ローダミン6G(R6G)、キナクリドン、フタロシアニン系、ナフタロシアニン系等が好適である。本実施形態では、化合物半導体材料のナノ粒子の集合体である量子ドットを例として説明する。
第1実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図8(a)〜図8(d)は、半導体装置の製造方法を示す断面模式図である。図8(a)〜図8(d)において、加工前の部材についても加工後である図1の部材と同一の符号を付す場合がある。
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図3(a)に示す。図3(a)は、図2(a)に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図3(a)に示していない部分は、図1と同様の構成を有するものとする。以下、第1実施形態との違いを中心に説明を行う。
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図4(a)に示す。図4(a)は、図2(a)に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図4(a)に示していない部分は、図2(a)と同様に図1に記載の構成を有するものとする。本実施形態では、分離領域130の構造が第1実施形態と異なる。具体的には、本実施形態の分離領域130は2つの下部電極131の間に加えて下部電極131の一部の上に配されている。分離領域130の上面130Tは下部電極131の上面131Tよりも主面P1から離れた位置に設けられている。図4(a)では、下部電極131の上面131Tは高さH1に位置し、界面層132の上面132Tは高さH6に位置し、絶縁体部135の上面135Tは高さH6に位置する。分離領域130の上面130Tは、高さH1と高さH6の間に位置する高さH5に位置する。つまり、下部電極131と分離領域130によって上面に凹凸が構成されている。
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図5(a)に示す。図5(a)は、図4(a)に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図5(a)に示していない部分は、図4(a)と同様に図1に記載の構成を有するものとする。本実施形態では、第4実施形態と同様に分離領域130と下部電極131とで凹凸を有する面を構成するが、分離領域130で凸部を構成していた第4実施形態とは下部電極131が凸部を構成している点で異なる。具体的には、分離領域130の上面130Tと下部電極131の下面131Bは高さH501に位置し、下部電極131の上面131Tは高さH502に位置する。界面層132の下面132Bは、分離領域130の上に配された部分は高さH501に位置し、下部電極131の上に配された部分は高さH502に位置する。下部電極131の上に配された界面層132の上面132Tは、高さH503に位置する。
本実施形態の半導体装置の断面模式図を図6(a)に示す。図6(a)は、図4(a)に対応する断面模式図である。本実施形態の半導体装置の図6(a)に示していない部分は、図4(a)と同様に図1に記載の構成を有するものとする。図6(a)では、図4(a)と同様に、分離領域130で凸部を構成しているが、下部電極131の上に分離領域130が配されていない点が異なる。このような形態によっても、隣接する単位セル120へのクロストークの低減が可能である。
上記のような半導体装置は、光検出システムや発光システムに適用されうる。半導体装置が光検出システムに適用される場合には、機能層は光電変換を行う。この場合の半導体装置は、光電変換装置や撮像装置ともいえる。半導体装置が光検出システムに適用される場合には、機能層は光電変換を行う。この場合の半導体装置は、光電変換装置や撮像装置ともいえる。光検出システムは、半導体装置と、半導体装置によって取得された信号を処理する信号処理部とを有する。また、半導体装置が発光システムに適用される場合には、機能層は電気信号によって発光を行う。この場合の半導体装置は、発光装置や表示装置ともいえる。発光システムは、半導体装置と、半導体装置を発光させるための制御信号を供給する制御部とを有する。
図11(a)、図11(b)は、上述の半導体装置を車戴カメラに関する撮像システムに適用した例を示している。本実施形態において、撮像装置2010が上述の半導体装置に相当する。
106 配線構造体
130 分離領域
131 下部電極
132 界面層
133 機能層
134 上部電極
135 絶縁体部
Claims (26)
- 主面を有する基板と、
前記基板の上に配された上部電極と、
前記基板と前記上部電極との間に配された第1下部電極と、
前記基板と前記上部電極との間に配された第2下部電極と、
前記第1下部電極と前記第2下部電極との間に配された分離領域と、
前記第1下部電極と前記上部電極との間、および前記第2下部電極と前記上部電極との間に配され、発光あるいは光電変換を行う機能層と、
前記第1下部電極と前記機能層の間に配された部分と、前記第2下部電極と前記機能層の間に配された部分とを有する界面層と、を有し、
前記第1下部電極と前記第2下部電極との間に配され、前記界面層の前記第1下部電極と前記機能層の間に配された部分の上面よりも前記主面から離れた位置に配された第1部分を有する、第1絶縁体部を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記第1絶縁体部は、前記界面層の前記第1下部電極と前記機能層の間に配された部分の上面よりも前記主面の近くに位置する第2部分を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁体部は、前記第1下部電極の上面よりも前記主面の近くに位置する第3部分を有することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁体部は前記第1下部電極の側面に接することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁体部と前記第2下部電極との間に配され、前記界面層の前記第1下部電極と前記機能層の間に配された部分の上面よりも上に位置し、前記主面に平行な面に沿った平面視において前記機能層に囲まれる第1部分を有する、第2絶縁体部を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記分離領域の上面と前記第1下部電極の上面とが1つの面に含まれることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記分離領域の上面と前記主面との距離は、前記第1下部電極の上面と前記主面との距離より大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 主面を有する基板と、
前記基板の上に配された上部電極と、
前記基板と前記上部電極との間に配された第1下部電極と、
前記基板と前記上部電極との間に配された第2下部電極と、
前記第1下部電極と前記第2下部電極との間に配された分離領域と、
前記第1下部電極と前記上部電極との間、および前記第2下部電極と前記上部電極との間に配され、発光あるいは光電変換を行う機能層と、
前記第1下部電極の上面と前記機能層の間に少なくとも配された界面層と、
第1絶縁体部と、を有し、
前記第1下部電極と前記第1絶縁体部との間に前記界面層が位置することを特徴とする半導体装置。 - 前記第1下部電極の上面と前記主面との距離は、前記分離領域の上面と前記主面との距離よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1下部電極の上面と前記機能層の間に配された界面層の上面と前記主面との距離は、前記第1絶縁体部の上面と前記主面との距離よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
- 前記第2下部電極の上面と前記主面との距離は、前記分離領域の上面と前記主面との距離よりも大きく、
前記界面層は、前記第1下部電極の上面から、前記第1下部電極の側面と、前記分離領域の上面と、前記第2下部電極の側面と、前記第2下部電極の上面まで連続して配され、
前記第1絶縁体部は、前記界面層に接して、前記第1下部電極の側面と前記第2下部電極の側面と前記分離領域の上面に沿って配されていることを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置。 - 前記第1下部電極の上面と前記主面との距離は、前記分離領域の上面と前記主面との距離よりも小さいことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記界面層は前記分離領域の上面と前記機能層との間に配され、
前記分離領域に配された前記界面層の上面と前記主面との距離は、前記第1絶縁体部の上面と前記主面との距離よりも大きいことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 - 前記分離領域の一部は前記第1下部電極の一部の上に位置し、
前記第1絶縁体部は前記第1下部電極の一部の上に位置し、
前記第1絶縁体部と前記第1下部電極の上面との間、且つ前記第1絶縁体部と前記分離領域の一部との間に前記界面層が配されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 前記第1絶縁体部は空隙であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記空隙は、真空、空気、あるいは気化した前記機能層の構成要素の一部が含まれていることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
- 前記界面層は、前記第1下部電極と前記機能層との間で一方の電荷の受け渡しを制限することができるキャリア注入阻止層であることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記基板は、前記第1下部電極と電気的に接続されたトランジスタを有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記機能層は、有機材料からなる光電変換層であることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記機能層は、複数のナノ粒子の集合体を含む量子ドットからなる光電変換層であることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記複数のナノ粒子の集合体は、PbS、PbSe、PbTe、InP、InAs、CdS、CdSe、CdTeのいずれかを含むことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。
- 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記機能層は光電変換を行い、
前記半導体装置が取得した信号を処理する信号処理部と、を有する光検出システム。 - 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記機能層は光電変換を行い、
前記半導体装置が取得した信号を処理する信号処理部と、を有する移動体。 - 前記機能層は、有機材料からなり、発光を行うことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 請求項24に記載の半導体装置と、
前記半導体装置を発光させるための制御信号を供給する制御部と、を有する発光システム。 - 請求項24に記載の半導体装置と、
前記半導体装置を発光させるための制御信号を供給する制御部と、を有する移動体。
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