JP6295693B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本開示は、受光素子、係る受光素子を備えた撮像素子、及び、係る撮像素子を備えた撮像装置に関する。
撮像装置に備えられた撮像素子は、通常、シリコン半導体基板に形成された受光素子（光電変換素子、フォトダイオード）を備えている。ところで、入射する光の波長が決まれば、シリコン（Ｓｉ）の光吸収係数は一義的に定まる。従って、光、特に、赤色から近赤外領域の光を効率良くシリコン半導体基板に吸収させるためには、光入射面から深い所（具体的には、例えば、１０μｍ程度）に位置するシリコン半導体基板の領域に受光素子を形成しなければならない（例えば、特開平０９−３３１０５８参照）。このことは、撮像装置における画素を微細化していくと、撮像素子におけるアスペクト比が増加することを意味する。
特開平０９−３３１０５８
然るに、撮像素子においてアスペクト比が増加すると、或る撮像素子に隣接する撮像素子への入射光がこの或る撮像素子に入射するといった画素間混色が問題となる。画素間混色を低減するために撮像素子におけるアスペクト比を低くすると、赤色から近赤外領域にかけての撮像素子の感度低下といった問題がある。また、Ｓｉのエネルギーバンドギャップは１．１ｅＶであることから、１．１μｍよりも長波長の赤外線を検出することは原理的にできない。Ｓｉの代わりに、例えば、ＩｎＧａＡｓを用いることで、赤外線を検出することは可能であるが、光入射側のＩｎＰ基板を取り除かないと可視光を検出することができない。
従って、本開示の目的は、可視光から赤外光に亙り高い感度を有する受光素子、係る受光素子を備えた撮像素子、係る撮像素子を備えた撮像装置を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る受光素子は、
第１の化合物半導体から成り、光が入射する表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有する。
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る受光素子は、
光が入射する透明導電材料層、
第１の化合物半導体から成る表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
透明導電材料層と表面再結合防止層との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層を更に備えており、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有し、
コンタクト層は２０ｎｍ以下の厚さを有する。
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子であって、
受光素子は、
第１の化合物半導体から成り、光が入射する表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有する。即ち、本開示の第１の態様に係る撮像素子における受光素子は、本開示の第１の態様に係る受光素子から成る。
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る撮像素子は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子であって、
受光素子は、
光が入射する透明導電材料層、
第１の化合物半導体から成る表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
透明導電材料層と表面再結合防止層との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層を更に備えており、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有し、
コンタクト層は２０ｎｍ以下の厚さを有する。即ち、本開示の第２の態様に係る撮像素子における受光素子は、本開示の第２の態様に係る受光素子から成る。
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る撮像装置は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置であって、
受光素子は、
第１の化合物半導体から成り、光が入射する表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有する。即ち、本開示の第１の態様に係る撮像装置における受光素子は、本開示の第１の態様に係る受光素子から成る。
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る撮像装置は、受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置であって、
受光素子は、
光が入射する透明導電材料層、
第１の化合物半導体から成る表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
透明導電材料層と表面再結合防止層との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層を更に備えており、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有し、
コンタクト層は２０ｎｍ以下の厚さを有する。即ち、本開示の第２の態様に係る撮像素子における受光素子は、本開示の第２の態様に係る受光素子から成る。
本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る受光素子、撮像素子、撮像装置において、表面再結合防止層、コンタクト層は所定の厚さ以下の厚さを有するので、可視光及び赤外光は表面再結合防止層を通過することができ、可視光から赤外光に亙り高い感度を有する受光素子を提供することができる。また、本開示の第２の態様に係る受光素子、撮像素子、撮像装置においては、コンタクト層を備えているので、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１及び実施例２の受光素子の模式的な一部断面図である。 図２は、波長をパラメータとした、ＩｎＧａＡｓ及びＳｉの光吸収係数を示すグラフである。 図３は、波長をパラメータとし、ＩｎＰ基板の有り／無しにおけるＩｎＧａＡｓの量子効率を示すグラフである。 図４は、ＩｎＰ層の厚さとＩｎＰ層に入射する光の波長とＩｎＰ層の光透過率の関係の計算結果を示すグラフである。 図５Ａ及び図５Ｂは、実施例１の受光素子におけるバンド構造の概念図である。 図６は、実施例１の受光素子におけるバンド構造の概念図である。 図７は、実施例２の受光素子におけるバンド構造の概念図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、実施例３の撮像素子の模式的な一部断面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、実施例３の撮像装置における撮像素子ユニットの配置を模式的に示す図である。 図１０は、実施例３の撮像装置における撮像素子ユニットの配置を模式的に示す図である。 図１１は、実施例４の受光素子の模式的な一部断面図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、実施例１の受光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１２Ｂに引き続き、実施例１の受光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様〜第２の態様に係る受光素子、撮像素子及び撮像装置、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様に係る受光素子）
３．実施例２（本開示の第２の態様に係る受光素子）
４．実施例３（本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像素子及び撮像装置）
５．実施例４（実施例１〜実施例３の変形、透明導電材料層の変形例）
６．実施例５（実施例４の変形）、その他
［本開示の第１の態様〜第２の態様に係る受光素子、撮像素子及び撮像装置、全般に関する説明］
本開示の第１の態様に係る受光素子、本開示の第１の態様に係る撮像素子における受光素子、本開示の第１の態様に係る撮像装置における受光素子（以下、これらの受光素子を、総称して、『本開示の第１の態様に係る受光素子等』と呼ぶ）において、
表面再結合防止層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成り、
光電変換層は、ＩｎＧａＡｓから成り、
化合物半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成る形態とすることができる。
上記の好ましい形態を含む本開示の第１の態様に係る受光素子等において、
第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり、
第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり、
第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体である形態とすることができる。
あるいは又、本開示の第１の態様に係る受光素子等において、第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3は、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2を満足する形態とすることができる。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様に係る受光素子等において、表面再結合防止層の光入射面には透明導電材料層が形成されている構成とすることができ、この場合、透明導電材料層はＩＴＯ、ＩＴｉＯ又はＮｉＯから成る構成とすることができる。あるいは又、透明導電材料層を構成する材料の導電型は、表面再結合防止層を構成する化合物半導体の導電型と同じであることが好ましい。
本開示の第２の態様に係る受光素子、本開示の第２の態様に係る撮像素子における受光素子、本開示の第２の態様に係る撮像装置における受光素子（以下、これらの受光素子を、総称して、『本開示の第２の態様に係る受光素子等』と呼ぶ）において、
コンタクト層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰから成り、
表面再結合防止層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成り、
光電変換層は、ＩｎＧａＡｓから成り、
化合物半導体層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰから成る形態とすることができる。そして、この場合、（コンタクト層を構成する化合物半導体，表面再結合防止層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＰ）、（ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ）、（ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＩｎＡｓ）、（ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ）、（ＩｎＰ，ＡｌＩｎＡｓ）、（ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＰ）、（ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＩｎＡｓ）、又は、（ＩｎXＧａＡｓＰ，ＩｎYＧａＡｓＰ）［但しＸ＞Ｙ］を挙げることができる。更には、これらの場合、
第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり、
第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり、
第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体であり、
第４の化合物半導体はｎ+型化合物半導体である形態とすることができる。
あるいは又、本開示の第２の態様に係る受光素子等において、第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3、第４の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ4としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3，ＢＧ4は、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ1＞ＢＧ4を満足する形態とすることができる。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第２の態様に係る受光素子等において、透明導電材料層はＩＴＯ、ＩＴｉＯ又はＮｉＯから成る構成とすることができる。あるいは又、透明導電材料層を構成する材料の導電型は、コンタクト層を構成する化合物半導体の導電型と同じであることが好ましい。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る受光素子等において、透明導電材料層の光入射面上には補助電極が形成されている構成とすることができる。補助電極の平面形状として格子状（井桁状）を挙げることができるし、あるいは、複数の枝補助電極が相互に平行に延び、これらの複数の枝補助電極の一端あるいは両端が相互に接続されている形状を例示することができる。補助電極は、例えば、ＡｕＧｅ層／Ｎｉ層／Ａｕ層、Ｍｏ層／Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層、Ｎｉ層／Ａｕ層等から構成することができ、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法といった物理的気相成長法（ＰＶＤ法）に基づき形成することができる。尚、「／」の最も先頭に記載された層が透明導電材料層側を占める。
また、透明導電材料層の光入射面上には反射防止膜が形成されている構成とすることができる。反射防止膜を構成する材料として、最上層の化合物半導体層を構成する化合物半導体よりも屈折率が小さい材料を用いることが好ましく、具体的には、例えば、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＳ、ＭｇＦ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＯ2から成る層、あるいは、これらの層の積層構造を挙げることができ、例えば、スパッタリング法等のＰＶＤ法に基づき形成することができる。
また、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る受光素子等において、
透明導電材料層は、表面再結合防止層又はコンタクト層と接する第１面、及び、第１面と対向する第２面を有し、透明導電材料から成り、
透明導電材料には、モリブデン、タングステン、クロム、ルテニウム、チタン、ニッケル、亜鉛、鉄及び銅から成る群から選択された少なくとも１種の金属又はその化合物から成る添加物が含まれており、
透明導電材料層の第１面の界面近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層の第２面の近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度よりも高い形態とすることができる。尚、透明導電材料を構成する金属化合物から成る添加物として、酸化タングステン、酸化クロム、酸化ルテニウム、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化銅を例示することができる。
このように、透明導電材料に添加物が含まれており、しかも、透明導電材料層の第１面の界面近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度を、透明導電材料層の第２面の近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度よりも高くすることによって、低い接触抵抗値と高い光透過率との両方を満足する透明導電材料層を提供することができる。
透明導電材料層の第１面の界面近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層の第２面の近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度よりも高いが、ここで、透明導電材料層の第１面の界面近傍とは、透明導電材料層の第１面から透明導電材料層の第２面に向かって、透明導電材料層の厚さの１０％を占める領域を意味し、透明導電材料層の第２面の界面近傍とは、透明導電材料層の第２面から透明導電材料層の第１面に向かって、透明導電材料層の厚さの１０％を占める領域を意味する。そして、添加物の濃度は、これらの領域における平均濃度を意味する。
あるいは又、透明導電材料層は、表面再結合防止層又はコンタクト層側から、第１層及び第２層の積層構造を有し、
第１層を構成する透明導電材料には添加物が含まれており、
第２層を構成する透明導電材料には添加物が含まれていない構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第１の構成の透明導電材料層』と呼ぶ。第１層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度をＩｃ1、第２層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度をＩｃ2としたとき、
５≦Ｉｃ1／Ｉｃ2≦１０
を満足することが好ましい。透明導電材料に添加物が含まれているか否かは、ＳＩＭＳを用いて評価することができる。ここで、１種の金属（具体的には、例えばモリブデン）のキャリヤ濃度が１．８×１０16ｃｍ-3以上である場合には、透明導電材料に添加物が含まれていると判断することができるし、一方、１種の金属（具体的には、例えばモリブデン）のキャリヤ濃度が１．８×１０16ｃｍ-3未満である場合には、透明導電材料に添加物が含まれていないと判断することができる。
そして、第１層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度は、５×１０16ｃｍ-3乃至１×１０18ｃｍ-3であることが好ましく、このような好ましい構成を含む第１の構成の透明導電材料層において、第１層の電気抵抗率をＲ1、第２層の電気抵抗率をＲ2、例えば、波長４００ｎｍ乃至９００ｎｍにおける第１層の光透過率をＴＰ1、第２層の光透過率をＴＰ2としたとき、
０．４≦Ｒ2／Ｒ1≦１．０
０．８０≦ＴＰ2×ＴＰ1≦１．０
を満足することが好ましい。更には、これらの好ましい構成を含む第１の構成の透明導電材料層において、透明導電材料層の平均光透過率は９５％以上であり、透明導電材料層の平均電気抵抗率は２×１０-6Ω・ｍ（２×１０-4Ω・ｃｍ）以下であり、透明導電材料層と表面再結合防止層又はコンタクト層との間の接触抵抗値は１×１０-8Ω・ｍ2（１×１０-4Ω・ｃｍ2）以下であることが好ましい。また、第１層の厚さをＴ1、第２層の厚さをＴ2としたとき、
２≦Ｔ2／Ｔ1≦７０
を満足することが好ましく、この場合、
３≦Ｔ1（ｎｍ）≦６０
１０≦Ｔ2（ｎｍ）≦３５０
を満足することが一層好ましい。ここで、第１層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度は、ＳＩＭＳを用いて測定することができる。また、第１層の電気抵抗率、第２層の電気抵抗率、透明導電材料層の平均電気抵抗率は、例えば、受光素子の表面をガラス基板等の支持基板に貼り合わせて、受光素子の裏面側を剥離した後、残った透明導電材料層をホール測定、シート抵抗測定機を用いて測定するといった方法に基づき測定することができるし、透明導電材料層とコンタクト層との間の接触抵抗値は、例えば、受光素子の表面をガラス基板等の支持基板に貼り合わせて、受光素子の裏面側を剥離する際、コンタクト層だけを残し、ＴＬＭパターンを形成した後、四端子測定方法に基づき測定することができる。更には、第１層の光透過率（光吸収率）、第２層の光透過率（光吸収率）、透明導電材料層の平均光透過率（光吸収率）は、ガラス基板に貼り合わせて透過及び反射率測定機を用いて測定することができる。また、第１層の厚さ、第２層の厚さは、段差計や、ＳＥＭあるいはＴＥＭ電子顕微鏡観察に基づき測定することができる。
あるいは又、透明導電材料層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層の第１面から第２面に向かって、漸次、低下する構成とすることができる。尚、このような構成を『第２の構成の透明導電材料層』と呼ぶ。透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、ＳＩＭＳを用いて測定することができる。
透明導電材料として、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛複合酸化物、Indium Zinc Oxide）、ＡＺＯ（酸化アルミニウム・ドープの酸化亜鉛）、ＧＺＯ（ガリウム・ドープの酸化亜鉛）、ＡｌＭｇＺｎＯ（酸化アルミニウム及び酸化マグネシウム・ドープの酸化亜鉛）、インジウム−ガリウム複合酸化物（ＩＧＯ）、Ｉｎ−ＧａＺｎＯ4（ＩＧＺＯ）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、アンチモンドープＳｎＯ2（ＡＴＯ）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＢドープのＺｎＯ、ＩｎＳｎＺｎＯ、ＮｉＯ、又は、ＩＴｉＯ（ＴｉドープのＩｎ2Ｏ3）を例示することができるが、中でも、前述したとおり、ＩＴＯ又はＩＴｉＯを用いることが好ましい。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る受光素子等（以下、『本開示の受光素子等』と呼ぶ場合がある）において、各種の化合物半導体層の形成は、例えば、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等に基づき行うことができる。
透明導電材料層は、基本的には、スパッタリング法に基づき形成することができる。透明導電材料層を構成する透明導電材料に添加物を含ませるためには、具体的には、例えば、スパッタリング装置内に、透明導電材料から構成されたターゲット（『透明導電材料ターゲット』と呼ぶ）、及び、添加物から構成されたターゲット（『添加物ターゲット』と呼ぶ）を配置する。そして、添加物ターゲットを用いたスパッタリングを行い、添加物を透明導電材料ターゲットに付着させた後、所謂プレ・スパッタリングを行うことなく、添加物が付着した状態の透明導電材料ターゲットを用いて、添加物が含まれた透明導電材料の形成のためのスパッタリングを行えばよい。但し、透明導電材料層の形成は、このような方法に限定するものではない。
本開示の受光素子等においては、透明導電材料層（以下、『第１電極』と呼ぶ場合がある）に加えて、第２電極が設けられている。第２電極は、第３の化合物半導体から成る化合物半導体層に接して形成されている。第２電極を構成する材料として、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）金−亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）、金−ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）を例示することができる。
本開示の第１の態様〜第２の態様に係る撮像装置において、第２電極は、各撮像素子に設けられている。一方、透明導電材料層（第１電極）は、複数の撮像素子に共通とすることができる。即ち、透明導電材料層（第１電極）は、所謂ベタ膜とすることができる。
本開示の第１の態様〜第２の態様に係る受光素子、撮像素子、撮像装置は、例えば、以下に説明する方法に基づき製造することができる。即ち、先ず、周知の方法に基づき、成膜用基板上に、表面再結合防止層、光電変換層及び化合物半導体層の積層構造体を形成し、更に、化合物半導体層の上に第２電極を形成した後、受光素子と受光素子との間の化合物半導体層を除去し、あるいは又、受光素子と受光素子との間の化合物半導体層にイオン注入処理や不純物拡散処理を施し、受光素子と受光素子とを、一種、素子分離する。一方、例えばシリコン半導体基板に、受光素子を駆動するための各種回路を形成する。シリコン半導体基板には、例えば、受光素子の第２電極との接続のためのバンプ部を形成しておく。そして、成膜用基板上に形成された第２電極と、シリコン半導体基板に設けられたバンプ部とを接続する。尚、接続には、その他、ＴＣＶ（Through Contact VIA）を用いることもできる。次いで、成膜用基板をエッチング法や研磨法、ＣＭＰ法、レーザ・アブレーション法、加熱法等によって除去し、更に、必要に応じて表面再結合防止層をエッチング法等によって薄くする。その後、表面再結合防止層の表面に透明導電材料層を形成し、更に必要に応じて反射防止膜を形成する。次に、必要に応じて、表面再結合防止層の上あるいは上方に、フィルタ（例えば、カラーフィルタや可視光カットフィルタ、赤外線カットフィルタ）、集光レンズ（オンチップレンズ）を形成する。
成膜用基板として、ＩＩＩ−Ｖ族半導体から成る基板を挙げることができる。具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体から成る基板として、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、Ｓｉ、サファイア、ＳｉＣ等を挙げることができる。
場合によっては、第２電極を介して受光素子を支持基板に固定してもよい。この場合にも、成膜用基板上で受光素子を形成した後、受光素子を支持基板に固定し、あるいは又、貼り合わせ、次いで、受光素子から成膜用基板を除去すればよい。受光素子から成膜用基板を除去する方法として、上述した方法を挙げることができる。また、受光素子を支持基板に固定し、あるいは又、貼り合わせる方法として、接着剤を用いる方法の他、金属接合法、半導体接合法、金属・半導体接合法を挙げることができる。支持基板として、成膜用基板として例示した基板以外にも、シリコン半導体基板、ガラス基板、石英基板等の透明無機基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂；ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂；ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂；ポリフェニレンサルファイド樹脂；ポリフッ化ビニリデン樹脂；テトラアセチルセルロース樹脂；ブロム化フェノキシ樹脂；アラミド樹脂；ポリイミド樹脂；ポリスチレン樹脂；ポリアリレート樹脂；ポリスルフォン樹脂；アクリル樹脂；エポキシ樹脂；フッ素樹脂；シリコーン樹脂；ジアセテート樹脂；トリアセテート樹脂；ポリ塩化ビニル樹脂；環状ポリオレフィン樹脂等の透明プラスチック基板やフィルムを挙げることができる。ガラス基板として、例えば、ソーダガラス基板、耐熱ガラス基板、石英ガラス基板を挙げることができる。
受光素子あるいは撮像素子によって、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサが構成される。
撮像装置における撮像素子ユニットは、
（Ａ）本開示の第１の態様〜第２の態様に係る１つの受光素子あるいは撮像素子（受光素子あるいは撮像素子は可視光から赤外光までの光を受光する）
から構成されていてもよいし、
（Ｂ）赤外線カットフィルタを備えた本開示の第１の態様〜第２の態様に係る１つの第１撮像素子（撮像素子は可視光を受光する）、及び、可視光カットフィルタを備えた本開示の第１の態様〜第２の態様に係る１つの第２撮像素子（撮像素子は赤外光を受光する）
から構成されていてもよいし、
（Ｃ）赤色を透過する赤色フィルタを備えた本開示の第１の態様〜第２の態様に係る１つの赤色撮像素子（撮像素子は赤色を受光する）、緑色を透過する緑色フィルタを備えた本開示の第１の態様〜第２の態様に係る１つの緑色撮像素子（撮像素子は緑色を受光する）、青色を透過する青色フィルタを備えた本開示の第１の態様〜第２の態様に係る１つの青色撮像素子（撮像素子は青色を受光する）、及び、可視光カットフィルタを備えた本開示の第１の態様〜第２の態様に係る１つの赤外線撮像素子（撮像素子は赤外光を受光する）
から構成されていてもよい。撮像素子を除く撮像装置の構成、構造は、周知の撮像装置の構成、構造と同じとすることができるし、撮像素子によって得られた信号の各種処理も周知の回路に基づき行うことができる。
実施例１は、本開示の第１の態様に係る受光素子に関する。実施例１の受光素子１０Ａは、模式的な一部断面図を図１Ａに示すように、
第１の化合物半導体から成り、光が入射する表面再結合防止層２１、
第２の化合物半導体から成る光電変換層２２、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層２３、
の積層構造（積層構造体２０Ａ）を有し、
表面再結合防止層２１（窓層とも呼ばれる）は３０ｎｍ以下の厚さを有する。尚、図１Ａ、図１Ｂにおいては、受光素子を３つ、図示している。
具体的には、実施例１の受光素子１０Ａにおいて、表面再結合防止層２１はｎ型のＩｎＰから成り（即ち、第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり）、光電変換層２２はｉ型のＩｎＧａＡｓから成り（即ち、第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり）、化合物半導体層２３はｐ型のＩｎＰから成る（即ち、第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体である）。
あるいは又、実施例１の受光素子において、第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3は、
ＢＧ1＝１．３５ｅＶ
ＢＧ2＝０．７４ｅＶ
ＢＧ3＝１．３５ｅＶ
であり、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2といった関係を満足する。
更には、実施例１の受光素子において、表面再結合防止層２１の光入射面には、透明導電材料層（第１電極、透明電極層）２５が形成されている。ここで、透明導電材料層２５はＩＴＯ、ＩＴｉＯ又はＮｉＯから成る。また、化合物半導体層２３に接して第２電極２６が形成されている。第２電極２６は、Ｔｉ／Ｗ／Ｃｕから成る。更には、透明導電材料層２５の光入射面上には、ＳｉＯ2から成る反射防止膜２８が形成されている。
図２に、波長をパラメータとした、ＩｎＧａＡｓの光吸収係数（図２では「Ａ」で示す）、及び、Ｓｉの光吸収係数（図２では「Ｂ」で示す）を示す。また、参考のため、図３に、波長をパラメータとし、ＩｎＰ基板の有り／無しにおけるＩｎＧａＡｓの量子効率（具体的には、図３の「Ａ」はＩｎＰ基板有りを示し、図３の「Ｂ」はＩｎＰ基板を出来る限り薄くエッチングして除去した状態を示す）を示す。Ｓｉは、前述したとおり、約１．１μｍ以上の波長の光を吸収することができないが、ＩｎＧａＡｓは、可視領域から赤外領域までの光を吸収することができる。また、ＩｎＰ層の厚さとＩｎＰ層に入射する光の波長とＩｎＰ層の光透過率の関係の計算結果を図４に示す。図４中、「Ａ」はＩｎＰ層の厚さが１０ｎｍのときのデータであり、「Ｂ」はＩｎＰ層の厚さが３０ｎｍのときのデータであり、「Ｃ」はＩｎＰ層の厚さが５０ｎｍのときのデータであり、「Ｄ」はＩｎＰ層の厚さが８０ｎｍのときのデータであり、「Ｅ」はＩｎＰ層の厚さが１μｍのときのデータであり、「Ｆ」はＩｎＰ層の厚さが５μｍのときのデータである。図４から、薄いＩｎＰ層は可視光を充分に通過させ得るが、厚いＩｎＰ層は可視光の通過を妨げることが判る。ここで、ＩｎＰから成る表面再結合防止層２１の厚さが３０ｎｍを超えると、ＩｎＰから成る表面再結合防止層２１における可視光の吸収が多くなるという問題が生じる。それ故、本開示の受光素子にあっては、表面再結合防止層２１の厚さは３０ｎｍ以下であると規定している。
実施例１の受光素子におけるバンド構造の概念図（但し、透明導電材料層２５が形成されていない状態）を図５Ａ及び図５Ｂに示す。尚、図５Ａ、図５Ｂ、後述する図６、図７において、白丸は正孔を模式的に示し、黒丸は電子を模式的に示す。ここで、図５Ａは、表面再結合防止層２１の厚さが３０ｎｍ以下であって、適切な厚さである場合を示し、図５Ｂは、表面再結合防止層２１の厚さが薄過ぎる場合を示す。表面再結合防止層２１の厚さが薄過ぎると、表面再結合防止層２１と光電変換層２２との界面近傍に存在する正孔が表面再結合する結果、正孔−電子対が消滅してしまう。表面再結合防止層２１の厚さの下限値として１０ｎｍを例示することができる。また、透明導電材料層２５が形成されている状態におけるバンド構造の概念図を図６に示す。ｎ型半導体としての挙動を示すＩＴＯあるいはＩＴｉＯ、ＮｉＯから成る透明導電材料層２５が形成されているので、正孔がダブルブロック反射される結果、表面再結合が一層少なくなる。そして、透明導電材料層（第１電極）２５及び第２電極に逆バイアスを印加することによって（即ち、透明導電材料層２５を正の電位とし、第２電極を負の電位とすることによって）、受光素子１０Ａを動作させる。
実施例１にあっては、表面再結合防止層２１は３０ｎｍ以下の厚さ、具体的には、１０ｎｍの厚さを有する。従って、ＩｎＰから成る表面再結合防止層２１は、可視領域から赤外領域までの光を通過させることができ、ＩｎＧａＡｓから成る光電変換層２２は、可視領域から赤外領域までの光を吸収することができ、しかも、表面再結合を抑制することができる。それ故、可視領域から赤外領域まで高い感度を有する受光素子を提供することができる。
実施例１の受光素子、あるいは、後述する実施例２の受光素子、実施例３の撮像素子、撮像装置は、以下に説明する方法に基づき製造することができる。
［工程−１００］
先ず、周知の方法に基づき、ＩｎＰから成る成膜用基板４０上に、表面再結合防止層２１、光電変換層２２及び化合物半導体層２３の積層構造体２０Ａ（実施例２にあっては、コンタクト層２４、表面再結合防止層２１、光電変換層２２及び化合物半導体層２３の積層構造体２０Ｂ）を形成する。尚、図示しないが、成膜用基板４０と表面再結合防止層２１（あるいはコンタクト層２４）との間に、バッファ層、エッチングストップ層、研磨エッチングストップ層等を形成してもよい。こうして、図１２Ａに示す構造を得ることができる。次に、例えば、リフトオフ法に基づき、化合物半導体層２３の所望の領域に第２電極を形成する。
［工程−１１０］
次いで、受光素子と受光素子との間の化合物半導体層２３を除去して、例えば、ＳｉＯ2から成る絶縁層２７を形成し、絶縁層２７によって、受光素子と受光素子とを素子分離する。こうして、図１２Ｂに示す構造を得ることができる。尚、絶縁層２７は、例えば、光電変換層２２まで延びていてもよい。あるいは又、受光素子と受光素子との間の化合物半導体層２３にイオン注入処理を施し（場合によっては、更に、光電変換層２２の厚さ方向、一部分あるいは全部にイオン注入処理を施し）、受光素子と受光素子との間を素子分離してもよい。
［工程−１２０］
一方、例えばシリコン半導体基板４１に、受光素子を駆動するための各種回路（図示せず）を形成しておく。また、シリコン半導体基板４１には、受光素子の第２電極２６との接続のための、Ｉｎ合金やＳｎ合金から成るバンプ部４２を形成しておく。そして、成膜用基板４０上に形成された第２電極２６と、シリコン半導体基板４１に設けられたバンプ部４２とを接続する。こうして、図１３Ａに示す構造を得ることができる。尚、図面においては、バンプ部４２がシリコン半導体基板４１の表面に形成されているように描かれているが、実際には、各種回路が形成されたシリコン半導体基板４１の表面は、例えば、絶縁層（図示せず）で被覆されており、絶縁層の表面に、各種回路に接続されたバンプ部４２が形成されている。
［工程−１３０］
次いで、成膜用基板４０をエッチング法や研磨法、ＣＭＰ法、レーザ・アブレーション法、加熱法等によって除去し、更に、必要に応じて表面再結合防止層２１をエッチング法等によって薄くする。こうして、図１３Ｂに示す構造を得ることができる。
［工程−１４０］
その後、表面再結合防止層２１の表面に透明導電材料層２５、反射防止膜２８を、順次、形成する。こうして、図１Ａに示す構造を得ることができる。
［工程−１５０］
撮像素子の製造にあっては、反射防止膜２８の上に平坦化膜２９を形成し、更に、平坦化膜２９上にフィルタ３０、集光レンズ（オンチップレンズ）３１を形成すればよい。
こうして得られた実施例１の受光素子、あるいは、実施例３の撮像素子にあっては、積層構造体２０Ａの上部にベタ電極である透明導電材料層（第１電極）２５が形成され、積層構造体２０Ａの下部に第２電極２６が形成されているので、構成、構造の簡素化が図られるだけでなく、透明導電材料層２５はベタ電極であるが故に、各受光素子の第１電極に対して個別に配線を形成する構成と比較して、透明導電材料層２５から取り出され、受光素子を駆動する回路に至るまで電子が移動する距離が、受光素子の位置に依存して異なることが無く、また、信号の取り出しは、受光素子を構成する積層構造体の厚さ方向（ｐｎ構造の縦方向の信号取出し）であるが故に、信号の精度にバラツキが生じ難い。
実施例２は、本開示の第２の態様に係る受光素子に関する。実施例２の受光素子１０Ｂは、模式的な一部断面図を図１Ｂに示すように、
光が入射する透明導電材料層（第１電極）２５、
第１の化合物半導体から成る表面再結合防止層２１、
第２の化合物半導体から成る光電変換層２２、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層２３、
の積層構造（積層構造体２０Ｂ）を有し、
透明導電材料層２５と表面再結合防止層２１との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層２４を更に備えており、
表面再結合防止層２１は３０ｎｍ以下の厚さを有し、
コンタクト層２４は２０ｎｍ以下の厚さを有する。
具体的には、実施例２の受光素子１０Ｂにおいて、コンタクト層２４はｎ型のＩｎＧａＡｓから成り（即ち、第４の化合物半導体はｎ型+化合物半導体であり）、表面再結合防止層２１はｎ型のＩｎＰから成り（即ち、第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり）、光電変換層２２はｉ型のＩｎＧａＡｓから成り（即ち、第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり）、化合物半導体層２３はｐ型のＩｎＰから成る（即ち、第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体である）。
あるいは又、実施例２の受光素子において、第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3、第４の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ4としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3，ＢＧ4は、
ＢＧ1＝１．３５ｅＶ
ＢＧ2＝０．７４ｅＶ
ＢＧ3＝１．３５ｅＶ
ＢＧ4＝０．７４ｅＶ
であり、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ1＞ＢＧ4といった関係を満足する。
更には、実施例２の受光素子においても、透明導電材料層２５はＩＴＯ、ＩＴｉＯ又はＮｉＯから成る。また、実施例１と同様に、化合物半導体層２３に接して第２電極２６が形成されており、透明導電材料層２５の光入射面上には反射防止膜２８が形成されている。
実施例２の受光素子におけるバンド構造の概念図を図７に示す。実施例２にあっては、厚さ１０ｎｍのコンタクト層２４が形成されている。コンタクト層２４にあっては、電子が飽和状態にある。従って、コンタクト層２４において光は吸収されず、コンタクト層２４は透明な状態にある。しかも、コンタクト層２４はｎ型のＩｎＧａＡｓから成るので、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。尚、コンタクト層２４及び表面再結合防止層２１のｎ型不純物濃度は、例えば、以下のとおりである。また、実施例１と同様に、ｎ型半導体としての挙動を示すＩＴＯあるいはＩＴｉＯ、ＮｉＯから成る透明導電材料層２５が形成されているので、正孔がダブルブロック反射される結果、表面再結合が一層少なくなる。ここで、ＩｎＧａＡｓから成るコンタクト層２４の厚さが２０ｎｍを超えると、コンタクト層２４が光を吸収し始めるという問題が生じる。それ故、本開示の受光素子にあっては、コンタクト層２４の厚さは２０ｎｍ以下であると規定している。尚、コンタクト層２４の厚さが１０ｎｍ未満であると、コンタクト抵抗の低減が困難となる。また、コンタクト層２４の不純物濃度範囲として、１×１０18ｃｍ-3乃至５×１０20ｃｍ-3を挙げることができるし、表面再結合防止層２１の不純物濃度範囲として、１×１０17ｃｍ-3乃至５×１０19ｃｍ-3を挙げることができる。
コンタクト層２４ ：１×１０19ｃｍ-3
表面再結合防止層２１：５×１０18ｃｍ-3
実施例２にあっても、表面再結合防止層２１は３０ｎｍ以下の厚さの厚さを有する。従って、ＩｎＰから成る表面再結合防止層２１は、可視領域から赤外領域までの光を通過させることができ、ＩｎＧａＡｓから成る光電変換層２２は、可視領域から赤外領域までの光を吸収することができ、しかも、表面再結合を抑制することができる。それ故、可視領域から赤外領域まで高い感度を有する受光素子を提供することができる。加えて、光を吸収しないコンタクト層２４が設けられているので、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。
実施例３は、本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る撮像素子及び撮像装置に関する。実施例１の受光素子を適用した実施例３の撮像素子１１Ａの模式的な一部断面図を図８Ａに示し、実施例２の受光素子を適用した実施例３の撮像素子１１Ｂの模式的な一部断面図を図８Ｂに示す。尚、図８Ａ、図８Ｂにおいては、撮像素子を３つ、図示している。
実施例３の撮像素子１１Ａ，１１Ｂは、実施例１あるいは実施例２において説明した受光素子１０Ａ，１０Ｂ、及び、受光素子１０Ａ，１０Ｂの光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタ３０を備えている。また、実施例３の撮像装置は、実施例１あるいは実施例２において説明した受光素子１０Ａ，１０Ｂ、及び、受光素子１０Ａ，１０Ｂの光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタ３０を備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置である。尚、撮像素子は、２次元マトリクス状に配列されている。
具体的には、実施例３の撮像素子にあっては、反射防止膜２８の上に平坦化膜２９が形成されており、更に、平坦化膜２９上にフィルタ３０、集光レンズ（オンチップレンズ）３１が形成されている。そして、受光素子１０Ａ，１０Ｂあるいは撮像素子１１Ａ，１１Ｂによって、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサが構成される。
実施例３の撮像装置における撮像素子ユニットの配置を模式的に図９Ａ、図９Ｂ、図１０に示す。尚、図９Ａ、図９Ｂ、図１０において、撮像素子ユニットを実線の矩形で示し、図９Ｂ、図１０において、撮像素子を点線で示す。
即ち、４×４個の撮像素子を示す図９Ａにおいて、実施例３の撮像装置における撮像素子ユニットは、実施例１あるいは実施例２の１つの受光素子、あるいは、この受光素子から構成された撮像素子１０１から構成されており、撮像素子１０１は可視光から赤外線までの光を受光する。そして、これによって、白／黒（モノクロ）の画像と、赤外光に基づく画像とが１つの画像中に示された画像を得ることができる。
４×４個の撮像素子、２×４個の撮像素子ユニット（１撮像素子ユニットは１×２個の撮像素子から構成されている）を示す図９Ｂにおいて、実施例３の撮像装置における撮像素子ユニットは、赤外線カットフィルタを備えた実施例１あるいは実施例２の１つの受光素子から構成された第１撮像素子１０１Ｗ、及び、可視光カットフィルタを備えた実施例１あるいは実施例２の１つの受光素子から構成された第２撮像素子１０２から構成されている。ここで、第１撮像素子１０１Ｗは可視光を受光し、第２撮像素子１０２は赤外光を受光する。そして、これによって、白／黒（モノクロ）の画像、及び、赤外光に基づく画像を、独立して、撮像することができる。
２×２個の撮像素子ユニット（１撮像素子ユニットは２×２個の撮像素子から構成されている）を示す図１０において、実施例３の撮像装置における撮像素子ユニットは、赤色を透過する赤色フィルタを備えた実施例１あるいは実施例２の１つの受光素子から構成された赤色撮像素子１０１Ｒ、緑色を透過する緑色フィルタを備えた実施例１あるいは実施例２の１つの受光素子から構成された緑色撮像素子１０１Ｇ、青色を透過する青色フィルタを備えた実施例１あるいは実施例２の１つの受光素子から構成された青色撮像素子１０１Ｂ、及び、可視光カットフィルタを備えた実施例１あるいは実施例２の１つの受光素子から構成された赤外線撮像素子１０２から構成されている。ここで、赤色撮像素子１０１Ｒは赤色を受光し、緑色撮像素子１０１Ｇは緑色を受光し、青色撮像素子１０１Ｂは青色を受光し、赤外線撮像素子１０２は赤外線を受光する。そして、これによって、カラーの画像、及び、赤外光に基づく画像を、独立して、撮像することができる。
実施例４は、実施例１〜実施例３の変形であり、具体的には、透明導電材料層２５の変形に関し、より具体的には、第１の構成の透明導電材料層に関する。
模式的な一部断面図を図１１に示すように、実施例４において、透明導電材料層（第１電極、透明電極層）１２５は、表面再結合防止層２１又はコンタクト層と接する第１面１２５Ａ、及び、第１面１２５Ａと対向する第２面１２５Ｂを有し、透明導電材料から成る。そして、透明導電材料層１２５を構成する透明導電材料には、モリブデン、タングステン、クロムといった６族の遷移金属、並びに、ルテニウム、チタン、ニッケル、亜鉛、鉄及び銅から成る群から選択された少なくとも１種の金属又はその化合物から成る添加物（実施例４において、具体的には、モリブデン，Ｍｏ）が含まれており、透明導電材料層（以下、『第１電極１２５』と呼ぶ）の第１面１２５Ａの界面近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層（第１電極１２５）の第２面１２５Ｂの近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度よりも高い。ここで、実施例４において透明導電材料をＩＴｉＯとした。
また、実施例４において、第１電極１２５は、表面再結合防止層２１又はコンタクト層側から、第１層１２５1及び第２層１２５2の積層構造を有し、第１層１２５1を構成する透明導電材料には添加物が含まれており、第２層１２５2を構成する透明導電材料には添加物が含まれていない。具体的には、第１層１２５1を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度Ｉｃ1、第２層１２５2を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度Ｉｃ2は、以下の表１のとおりである。また、第１層の電気抵抗率をＲ1、第２層の電気抵抗率をＲ2、波長４００ｎｍ乃至９００ｎｍにおける第１層の光透過率をＴＰ1、第２層の光透過率をＴＰ2、第１層の厚さをＴ1、第２層の厚さをＴ2としたとき、これらの値は、表１のとおりである。更には、第１電極１２５の平均光透過率、第１電極１２５の平均電気抵抗率、第１電極１２５と表面再結合防止層２１又はコンタクト層との間の接触抵抗値は、以下の表１のとおりである。尚、第１電極の平均光吸収率の値は、測定波長４００ｎｍ乃至９００ｎｍにおける平均値であり、ガラス基板上に第１電極（第１層の厚さ５ｎｍ、第２層の厚さ２５ｎｍ）を形成して測定し、ガラス基板の光吸収率を除いた値である。
［表１］
Ｉｃ1＝１．１×１０17ｃｍ-3
Ｉｃ2＝１．８×１０16ｃｍ-3
Ｒ1 ＝２．５×１０-4Ω・ｃｍ
Ｒ2 ＝１．５×１０-4Ω・ｃｍ
ＴＰ1＝９７％
ＴＰ2＝９９％
Ｔ1 ＝ ５ｎｍ
Ｔ2 ＝２５ｎｍ
Ｉｃ1／Ｉｃ2＝６．１
Ｒ2／Ｒ1 ＝０．６
ＴＰ2×ＴＰ1＝０．９６
Ｔ2／Ｔ1 ＝５．０
第１電極の平均光吸収率 ＝０．９８％
第１電極の平均電気抵抗率＝２×１０-4Ω・ｃｍ以下
第１電極と表面再結合防止層又はコンタクト層側との間の接触抵抗値
＝２.７×１０-5Ω・ｃｍ2
第１電極１２５を、具体的には、以下の方法に基づき形成した。即ち、第１電極１２５の第１層１２５1の形成にあっては、透明導電材料（ＩＴｉＯ）から構成された透明導電材料ターゲット、及び、添加物（Ｍｏ）から構成された添加物ターゲットが配置されたスパッタリング装置を準備する。そして、先ず、添加物ターゲットを用いたスパッタリングを行い、添加物を透明導電材料ターゲットに付着させる。次いで、スパッタリング装置内に、複数の化合物半導体層が積層されて成る積層構造体２０Ａ，２０Ｂが形成された成膜用基板４０を搬入し、所謂プレ・スパッタリングを行うことなく、添加物が付着した状態の透明導電材料ターゲットを用いて、第１電極１２５の第１層１２５1の形成のためのスパッタリングを行う。その後、清浄な透明導電材料ターゲットを用いて、第１電極１２５の第２層１２５2の形成のためのスパッタリングを行う。
以上の点を除き、実施例４の受光素子の構成、構造は、実施例１〜実施例２の受光素子の構成、構造と同様とすることができるし、実施例４の撮像素子、撮像装置の構成、構造は、実施例３の撮像素子、撮像装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例４の受光素子にあっては、第１電極１２５を構成する透明導電材料には添加物としてモリブデン（Ｍｏ）が含まれており、しかも、第１電極１２５の第１面１２５Ａの界面近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、第１電極１２５の第２面１２５Ｂの近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度よりも高いので、低い接触抵抗値と高い光透過率との両方を満足する透明導電材料層（第１電極）１２５を提供することができる。
実施例５は実施例４の変形であり、具体的には、第２の構成の透明導電材料層に関する。
実施例５において、透明導電材料層（第１電極）を構成する透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、第１電極の第１面から第２面に向かって、漸次、低下する。このような第１電極は、具体的には、実施例４において説明したと同様に、透明導電材料（ＩＴｉＯ）から構成された透明導電材料ターゲット、及び、添加物（Ｍｏ）から構成された添加物ターゲットが配置されたスパッタリング装置を準備する。そして、先ず、添加物ターゲットを用いたスパッタリングを行い、添加物を透明導電材料ターゲットに付着させる。次いで、スパッタリング装置内に、複数の化合物半導体層が積層されて成る積層構造体が形成された成膜用基板を搬入し、所謂プレ・スパッタリングを行うことなく、添加物が付着した状態の透明導電材料ターゲットを用いて、第１電極の形成のためのスパッタリングを行う。その後、熱処理を行うことで、第１電極の厚さ方向における不純物であるＭｏの濃度勾配が生じる結果、第１電極を構成する透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、第１電極の第１面から第２面に向かって、漸次、低下する構造を得ることができる。
以上の点を除き、実施例５の受光素子の構成、構造は、実施例１〜実施例２の受光素子の構成、構造と同様とすることができるし、実施例５の撮像素子、撮像装置の構成、構造は、実施例３の撮像素子、撮像装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例における受光素子、撮像素子、撮像装置の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《受光素子・・・第１の態様》
第１の化合物半導体から成り、光が入射する表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有する受光素子。
［Ａ０２］表面再結合防止層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成り、
光電変換層は、ＩｎＧａＡｓから成り、
化合物半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成る［Ａ０１］に記載の受光素子。
［Ａ０３］第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり、
第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり、
第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体である［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の受光素子。
［Ａ０４］第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3は、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2を満足する［Ａ０１］に記載の受光素子。
［Ａ０５］表面再結合防止層の光入射面には、透明導電材料層が形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ａ０６］透明導電材料層は、ＩＴＯ、ＩＴｉＯ又はＮｉＯから成る［Ａ０５］に記載の受光素子。
［Ｂ０１］透明導電材料層は透明導電材料から成り、
透明導電材料には、モリブデン、タングステン、クロム、ルテニウム、チタン、ニッケル、亜鉛、鉄及び銅から成る群から選択された少なくとも１種の金属又はその化合物から成る添加物が含まれており、
透明導電材料層の第１面の界面近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層の第２面の近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度よりも高い［Ａ０５］に記載の受光素子。
［Ｂ０２］透明導電材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＡｌＭｇＺｎＯ、ＩＧＯ、ＩＧＺＯ、ＩＦＯ、ＡＴＯ、ＦＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、ＢドープのＺｎＯ、ＩｎＳｎＺｎＯ、ＮｉＯ、又は、ＩＴｉＯから成る［Ｂ０１］に記載の受光素子。
［Ｂ０３］透明導電材料層の第２面上には補助電極が形成されている［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の受光素子。
［Ｂ０４」透明導電材料層は、表面再結合防止層側から、第１層及び第２層の積層構造を有し、
第１層を構成する透明導電材料には添加物が含まれており、
第２層を構成する透明導電材料には添加物が含まれていない［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｂ０５］第１層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度は、５×１０16ｃｍ-3乃至１×１０18ｃｍ-3である［Ｂ０４］に記載の受光素子。
［Ｂ０６］第１層の電気抵抗率をＲ1、第２層の電気抵抗率をＲ2、波長４００ｎｍ乃至９００ｎｍにおける第１層の光透過率をＴＰ1、第２層の光透過率をＴＰ2としたとき、
０．４≦Ｒ2／Ｒ1≦１．０
０．８≦ＴＰ2×ＴＰ1≦１．０
を満足する［Ｂ０４］又は［Ｂ０５］に記載の受光素子。
［Ｂ０７］透明導電材料層の平均光透過率は９５％以上であり、
透明導電材料層の平均電気抵抗率は２×１０-6Ω・ｍ以下であり、
透明導電材料層と表面再結合防止層との間の接触抵抗値は１×１０-8Ω・ｍ2以下である［Ｂ０４］乃至［Ｂ０６］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｂ０８］第１層の厚さをＴ1、第２層の厚さをＴ2としたとき、
２≦Ｔ2／Ｔ1≦７０
を満足する［Ｂ０４］乃至［Ｂ０７］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｂ０９］３≦Ｔ1（ｎｍ）≦６０
１０≦Ｔ2（ｎｍ）≦３５０
を満足する［Ｂ０８］に記載の受光素子。
［Ｂ１０］透明導電材料層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層の第１面から第２面に向かって、漸次、低下する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｃ０１］《受光素子・・・第２の態様》
光が入射する透明導電材料層、
第１の化合物半導体から成る表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
透明導電材料層と表面再結合防止層との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層を更に備えており、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有し、
コンタクト層は２０ｎｍ以下の厚さを有する受光素子。
［Ｃ０２］コンタクト層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰから成り、
表面再結合防止層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成り、
光電変換層は、ＩｎＧａＡｓから成り、
化合物半導体層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰから成る［Ｃ０１］に記載の受光素子。
［Ｃ０３］（コンタクト層を構成する化合物半導体，表面再結合防止層を構成する化合物半導体）の組合せは、（ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＰ）、（ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ）、（ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＩｎＡｓ）、（ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ）、（ＩｎＰ，ＡｌＩｎＡｓ）、（ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＰ）、（ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＩｎＡｓ）、又は、（ＩｎXＧａＡｓＰ，ＩｎYＧａＡｓＰ）［但しＸ＞Ｙ］である［Ｃ０２］に記載の受光素子。
［Ｃ０４］第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり、
第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり、
第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体であり、
第４の化合物半導体はｎ型化合物半導体である［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｃ０５］第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3、第４の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ4としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3，ＢＧ4は、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ1＞ＢＧ4を満足する［Ｃ０１］に記載の受光素子。
［Ｃ０６］透明導電材料層は、ＩＴＯ、ＩＴｉＯ又はＮｉＯから成る［Ｃ０１］乃至［Ｃ０４］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｄ０１］透明導電材料層は透明導電材料から成り、
透明導電材料には、モリブデン、タングステン、クロム、ルテニウム、チタン、ニッケル、亜鉛、鉄及び銅から成る群から選択された少なくとも１種の金属又はその化合物から成る添加物が含まれており、
透明導電材料層の第１面の界面近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層の第２面の近傍における透明導電材料に含まれる添加物の濃度よりも高い［Ｃ０１］乃至［Ｃ０４］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｄ０２］透明導電材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＡｌＭｇＺｎＯ、ＩＧＯ、ＩＧＺＯ、ＩＦＯ、ＡＴＯ、ＦＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、ＢドープのＺｎＯ、ＩｎＳｎＺｎＯ、ＮｉＯ、又は、ＩＴｉＯから成る［Ｄ０１］に記載の受光素子。
［Ｄ０３］透明導電材料層の第２面上には補助電極が形成されている［Ｄ０１］又は［Ｄ０２］に記載の受光素子。
［Ｄ０４」透明導電材料層は、コンタクト層側から、第１層及び第２層の積層構造を有し、
第１層を構成する透明導電材料には添加物が含まれており、
第２層を構成する透明導電材料には添加物が含まれていない［Ｄ０１］乃至［Ｄ０３］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｄ０５］第１層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の平均濃度は、５×１０16ｃｍ-3乃至１×１０18ｃｍ-3である［Ｄ０４］に記載の受光素子。
［Ｄ０６］第１層の電気抵抗率をＲ1、第２層の電気抵抗率をＲ2、波長４００ｎｍ乃至９００ｎｍにおける第１層の光透過率をＴＰ1、第２層の光透過率をＴＰ2としたとき、
０．４≦Ｒ2／Ｒ1≦１．０
０．８≦ＴＰ2×ＴＰ1≦１．０
を満足する［Ｄ０４］又は［Ｄ０５］に記載の受光素子。
［Ｄ０７］透明導電材料層の平均光透過率は９５％以上であり、
透明導電材料層の平均電気抵抗率は２×１０-6Ω・ｍ以下であり、
透明導電材料層とコンタクト層との間の接触抵抗値は１×１０-8Ω・ｍ2以下である［Ｄ０４］乃至［Ｄ０６］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｄ０８］第１層の厚さをＴ1、第２層の厚さをＴ2としたとき、
２≦Ｔ2／Ｔ1≦７０
を満足する［Ｄ０４］乃至［Ｄ０７］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｄ０９］３≦Ｔ1（ｎｍ）≦６０
１０≦Ｔ2（ｎｍ）≦３５０
を満足する［Ｄ０８］に記載の受光素子。
［Ｄ１０］透明導電材料層を構成する透明導電材料に含まれる添加物の濃度は、透明導電材料層の第１面から第２面に向かって、漸次、低下する［Ｄ０１］乃至［Ｄ０３］のいずれか１項に記載の受光素子。
［Ｅ０１］《撮像素子・・・第１の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子であって、
受光素子は、
第１の化合物半導体から成り、光が入射する表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有する撮像素子。
［Ｅ０２］《撮像素子・・・第１の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子であって、
受光素子は、［Ａ０１］乃至［Ｄ１０］のいずれか１項に記載の受光素子から成る撮像素子。
［Ｅ０３］《撮像素子・・・第２の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子であって、
受光素子は、
光が入射する透明導電材料層、
第１の化合物半導体から成る表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
透明導電材料層と表面再結合防止層との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層を更に備えており、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有し、
コンタクト層は２０ｎｍ以下の厚さを有する撮像素子。
［Ｅ０４］《撮像素子・・・第２の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子であって、
受光素子は、［Ａ０１］乃至［Ｄ１０］のいずれか１項に記載の受光素子から成る撮像素子。
［Ｆ０１］《撮像装置・・・第１の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置であって、
受光素子は、
第１の化合物半導体から成り、光が入射する表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有する撮像装置。
［Ｆ０２］《撮像装置・・・第１の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置であって、
受光素子は、［Ａ０１］乃至［Ｄ１０］のいずれか１項に記載の受光素子から成る撮像装置。
［Ｆ０３］《撮像装置・・・第２の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置であって、
受光素子は、
光が入射する透明導電材料層、
第１の化合物半導体から成る表面再結合防止層、
第２の化合物半導体から成る光電変換層、及び、
第３の化合物半導体から成る化合物半導体層、
の積層構造を有し、
透明導電材料層と表面再結合防止層との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層を更に備えており、
表面再結合防止層は３０ｎｍ以下の厚さを有し、
コンタクト層は２０ｎｍ以下の厚さを有する撮像装置。
［Ｆ０４］《撮像装置・・・第２の態様》
受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置であって、
受光素子は、［Ａ０１］乃至［Ｄ１０］のいずれか１項に記載の受光素子から成る撮像装置。
１０Ａ，１０Ｂ・・・受光素子、１１Ａ，１１Ｂ・・・撮像素子、２０Ａ，２０Ｂ・・・積層構造体、２１・・・表面再結合防止層（窓層）、２２・・・光電変換層、２３・・・化合物半導体層、２４・・・コンタクト層、２５，１２５・・・透明導電材料層（透明電極層、第１電極）、１２５Ａ・・・透明導電材料層の第１面、１２５Ｂ・・・透明導電材料層の第２面、１２５1・・・透明導電材料層の第１層、１２５2・・・透明導電材料層の第２層、２６・・・第２電極、２７・・・絶縁層、２８・・・反射防止膜、２９・・・平坦化膜、３０・・・フィルタ、３１・・・集光レンズ（オンチップレンズ）、４０・・・成膜用基板、４１・・・シリコン半導体基板、４２・・・バンプ部、１０１，１０１Ｗ，１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ，１０２・・・撮像素子

Claims (10)

  1. 受光素子、及び、受光素子の光入射側に配設された所望の波長の光を通過させるフィルタを備えた撮像素子が、複数、配列されて成る撮像装置であって、
    受光素子を駆動する回路が設けられたシリコン半導体基板を更に備えており、
    受光素子は、光入射側から、
    透明導電材料層、
    第１の化合物半導体から成り、厚さが１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の表面再結合防止層、及び、
    第２の化合物半導体から成る光電変換層、
    から成る積層構造と、
    光電変換層に接した、第３の化合物半導体から成る化合物半導体層と、
    化合物半導体層に接した第２電極、
    とを有し、
    積層構造は、複数の受光素子において共通であり、
    化合物半導体層は、絶縁層によって隣接する受光素子間で分離されており、
    第２電極はシリコン半導体基板に設けられた回路に接続されている撮像装置。
  2. 表面再結合防止層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成り、
    光電変換層は、ＩｎＧａＡｓから成り、
    化合物半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成る請求項１に記載の撮像装置。
  3. 第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり、
    第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり、
    第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体である請求項１に記載の撮像装置。
  4. 第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3は、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2を満足する請求項１に記載の撮像装置。
  5. 透明導電材料層は、ＩＴＯ又はＩＴｉＯから成る請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
  6. 透明導電材料層と表面再結合防止層との間に形成された、第４の化合物半導体から成るコンタクト層を更に備えており、
    コンタクト層は２０ｎｍ以下の厚さを有する請求項１に記載の撮像装置。
  7. コンタクト層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰから成り、
    表面再結合防止層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＩｎＡｓから成り、
    光電変換層は、ＩｎＧａＡｓから成り、
    化合物半導体層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰから成る請求項６に記載の撮像装置。
  8. （コンタクト層を構成する化合物半導体，表面再結合防止層を構成する化合物半導体）の組合せは、（ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＰ）、（ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ）、（ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＩｎＡｓ）、（ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ）、（ＩｎＰ，ＡｌＩｎＡｓ）、（ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＰ）、（ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＩｎＡｓ）、又は、（ＩｎXＧａＡｓＰ，ＩｎYＧａＡｓＰ）［但しＸ＞Ｙ］である請求項７に記載の撮像装置。
  9. 第１の化合物半導体はｎ型化合物半導体であり、
    第２の化合物半導体はｉ型化合物半導体であり、
    第３の化合物半導体はｐ型化合物半導体であり、
    第４の化合物半導体はｎ型化合物半導体である請求項６に記載の撮像装置。
  10. 第１の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ1、第２の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ2、第３の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ3、第４の化合物半導体のバンドギャップをＢＧ4としたとき、ＢＧ1，ＢＧ2，ＢＧ3，ＢＧ4は、ＢＧ1＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ3＞ＢＧ2、且つ、ＢＧ1＞ＢＧ4を満足する請求項６に記載の撮像装置。
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