JP5393904B2 - 光電変換装置 - Google Patents
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しかし、穴105の一部に導波路部材106が配されていなくてもよい。導波路部材106を形成する材料の屈折率は、絶縁体104の屈折率より高いことが好ましい。このような屈折率の関係によって、導波路部材106に入射した光のうち、絶縁体104に漏れ出す光の量を低減することができる。そのため、導波路部材106の少なくとも一部が光電変換部103と重なって配されれば、光電変換部103に入射する光の量を増やすことができる。
しかし、穴105の一部に導波路部材106が配されていなくてもよい。導波路部材106を形成する材料の屈折率は、絶縁体104の屈折率より高いことが好ましい。このような屈折率の関係によって、導波路部材106に入射した光のうち、絶縁体104に漏れ出す光の量を低減することができる。そのため、導波路部材106の少なくとも一部が光電変換部103と重なって配されれば、光電変換部103に入射する光の量を増やすことができる。
レンズ107は、レンズ107の半導体基板101とは反対側の面からレンズ107に入射した光を集光する。導波路部材106に集光するとは、光を導波路部材106に向けて屈折させることである。例えば、レンズ107の半導体基板101とは反対側の面からレンズ107に入射した光が光軸OPに向かって屈折する。光軸OPは、レンズ107の半導体基板101側の面の中心と、導波路部材106の半導体基板101とは反対側の面の中心とを通る直線である。なお光軸OPが定義されない場合がある。その場合でも、レンズ107に入射した光が導波路部材106に向かって屈折する構成であればよい。
導波路部材106に入射しなかった光は、配線での反射などよって光電変換部に入射しない確率が高い。したがって、このような構成では感度が低下する恐れがある。
層内レンズ107を構成する材料の屈折率に対する、第1中間部材110の屈折率の比は0.95以下であることが好ましい。さらには、屈折率の比が0.85以下であることがより好ましい。第1中間部材110の屈折率の好適な範囲は1.40〜1.60である。
第1中間部材の屈折率が1.40〜1.50であることがさらに好ましい。第1中間部材110は波長選択部108によって選択された波長帯の光または電磁波に対して透明であることが好ましい。また、第1中間部材110の屈折率は平面内で均一でなくてもよい。
第1中間部材110が相対的に屈折率の低い領域と、相対的に屈折率の高い領域を含んでいてもよい。
しかし、第1中間部材110が必ずしも撮像領域の全面に配される必要はない。少なくとも第1中間部材110の面積が導波路部材106の面積より大きくなるように、第1中間部材110が配されていればよい。
つまり、レンズ107を構成する材料の屈折率がnf1、第3中間部材603の屈折率がnf2、第1中間部材601の屈折率がnf3、第2中間部材602の屈折率がnf4、導波路部材106の屈折率がnf5であるときに、nf1>nf5>nf2>nf4>nf3の関係が成り立つことである。なお、これらの部材の配置は、実施例2と同様であってもよい。
もちろん、これらの部材を備えた変形例も、本発明の範囲に含まれる。
103 光電変換部
104 絶縁体
106 導波路部材
107 層内レンズ
108 波長選択部
109 マイクロレンズ
110、601 第1中間部材
302、602 第2中間部材
303、603 第3中間部材
Claims (12)
- 半導体基板と、
前記半導体基板に配された第1の光電変換部と、
前記半導体基板に配された第2の光電変換部と、
前記半導体基板の上に配され、前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部との間の領域の上に配された部分を含む絶縁体と、
前記半導体基板の上であって、前記第1の光電変換部に重なる位置に配され、側面を前記絶縁体に囲まれている第1の導波路と、
前記半導体基板の上であって、前記第2の光電変換部に重なる位置に配され、側面を前記絶縁体に囲まれている第2の導波路と、
前記第1の導波路に対して前記第1の光電変換部とは反対側に配され、前記第1の導波路に光を集光する第1レンズと、
前記第1レンズに対して前記第1の光電変換部とは反対側に配された第2レンズと、
前記第1レンズに対して前記第1の光電変換部とは反対側に配された波長選択部と、を有する光電変換装置において、
前記第1の光電変換部に重なる位置、および、前記絶縁体の前記部分の上、および、前記第2の光電変換部に重なる位置にわたって連続して配され、前記第1の導波路および前記第2の導波路を構成する第1部材と、
前記第1の導波路と前記第1レンズとの間に配された第2部材と、を有し、
前記第1の導波路の前記半導体基板の主面と平行な面への射影は、前記第2部材の前記面への射影に内包され、
前記第2部材を構成する材料の屈折率は前記第1レンズを構成する材料の屈折率より低いことを特徴とする光電変換装置。 - 前記第2部材を構成する材料の屈折率は、前記第1の導波路を構成する材料の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記光電変換装置は、前記第1の導波路と前記第2部材との間に配された第3部材をさらに有し、
前記第3部材を構成する材料の屈折率は、前記第1の導波路を構成する材料の屈折率よりも低く、かつ前記第2部材を構成する材料の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 - 前記第3部材の厚さd1、前記第3部材を構成する材料の屈折率X、及び前記波長選択部によって選択された光の波長pが、関係式(1)及び関係式(2)を満足することを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置:
関係式(1) d1>p/8X、
関係式(2) d1<3p/8X。 - 前記光電変換装置は、前記第1の導波路と前記第1レンズとの間に配された第4部材をさらに有し、
前記第4部材を構成する材料の屈折率は、前記第1レンズを構成する材料の屈折率よりも低く、かつ前記第2部材を構成する材料の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の光電変換装置。 - 前記第4部材の厚さd2、前記第4部材を構成する材料の屈折率Y、及び前記波長選択部によって選択された光の波長pが、関係式(3)及び関係式(4)を満足することを特徴とする請求項5に記載の光電変換装置:
関係式(3)d2>p/8Y、
関係式(4)d2<3p/8Y。 - 前記光電変換装置は、導電部材を含む配線層をさらに有し、
前記半導体基板から前記絶縁体の前記部分の前記半導体基板とは反対側の面までの第1の距離が、前記半導体基板から前記導電部材の前記半導体基板とは反対側の面までの第2の距離よりも大きく、
前記半導体基板から前記第1の導波路の前記半導体基板の側の面までの第3の距離が、前記半導体基板から前記導電部材の前記半導体基板の側の面までの第4の距離よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の光電変換装置。 - 前記半導体基板は、前記第1および第2の光電変換部を含む、複数の光電変換部が配された撮像領域と、前記光電変換部からの信号を処理する回路が配された回路領域とを含み、
前記第2部材は少なくとも前記撮像領域の全体に重なって配されたことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の光電変換装置。 - 前記第1の導波路を構成する材料の屈折率は、前記絶縁体の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の導波路と前記絶縁体との間に、前記第1の導波路に入射した光を反射する反射部材が配されたことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の導波路と前記絶縁体との間に、エアギャップが配されたことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の光電変換装置。
- 前記光電変換装置はさらに、
前記第1の導波路と前記第2部材の間に第3部材を有し、
前記第1レンズと前記第2部材の間に第4部材を有し、
前記第1レンズを構成する材料の屈折率nf1、前記第4部材の屈折率nf2、前記第2部材の屈折率nf3、前記第3部材の屈折率nf4、及び前記第1の導波路を構成する材料の屈折率nf5が、nf1>nf5>nf2>nf4>nf3の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に光電変換装置。
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