JP6299238B2 - イメージセンサ - Google Patents
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Description
典型的な2波長赤外線イメージセンサの画素の概略構成を図6に示す。
各画素100は、GaAs基板101上に、下部MQW層102及び上部MQW層103と、下部コンタクト層104、中間コンタクト層105、及び上部コンタクト層106とを備えて構成されている。下部コンタクト層104、中間コンタクト層105、及び上部コンタクト層106には、配線108a,108b,108cを介して電極109a,109b,109cが電気的に接続され、駆動回路110に接続されている。配線108a,108bは、絶縁層107により必要な電気的絶縁が確保されている。配線108cは、絶縁層107に形成された開口107aを通じて上部コンタクト層106と接続されている。
各画素200は、GaAs基板201上に、下部MQW層202及び上部MQW層203と、全画素200に共通の下部コンタクト層204、中間コンタクト層205、及び上部コンタクト層206とを備えて構成されている。
以上のようにして、各MQW層からの光電流信号を個別に読み出すことができる。各MQW層が異なる波長帯の光に感度を持つように構成すれば、波長域の異なる2波長の光信号を個別に検出することができる。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態による2波長赤外線イメージセンサの構成を示す概略断面図である。図1では図示の便宜上、複数の画素のうち、2つの画素のみを例示する。
本実施形態による2波長赤外線イメージセンサは、複数の画素10が例えばマトリクス状に配置されており、複数の画素10の一端には端部構造10aが、他端には端部構造10bが設けられて構成されている。各画素10には出力電極14を介して、端部構造10a,10bには第1共通電極15及び第2共通電極16を介して、駆動回路20が接続されている。
下部MQW層2及び上部MQW層3は、それぞれ光信号を電気信号に変換する多重量子井戸(MQW)層である。下部MQW層2は、所定の一の波長域に対して感度を有する活性層である。上部MQW層3は、下部MQW層2の波長域と異なる他の波長域に対して感度を有する活性層である。下部MQW層2とこれを挟持する下部コンタクト層4及び中間コンタクト層5とを備えて、QWIPである第1光伝導体型素子が構成される。上部MQW層3とこれを挟持する中間コンタクト層5及び上部コンタクト層6とを備えて、QWIPである第2光伝導体型素子が構成される。
本実施形態の2波長赤外線イメージセンサでは、光電流信号は、電子が第1共通電極又は第2共通電極からトランジスタを通過して信号読出回路に向かって流れる方向に流れる。
以上のように、本実施形態による2波長赤外線イメージセンサでは、相異なる2波長の光信号を確実に個別に分離して検出することができる。
図4は、第1の実施形態による2波長赤外線イメージセンサの製造方法について工程順に示す概略断面図である。図4では図示の便宜上、複数の画素のうち、1つの画素のみを例示する。
次に、中間コンタクト層となる化合物半導体層として、n−GaAs層を例えば1000nm程度の厚みに成長する。
次に、上部コンタクト層6の上層部分をリソグラフィー及びエッチングにより加工し、上部コンタクト層6の表面に回折格子構造となる凹凸を形成する。リソグラフィー及びエッチング、金属蒸着法により、上部コンタクト層6の表面に凹凸を埋め込む金属膜、例えばAuGe/Au膜を形成する。以上により、上部コンタクト層6上に光結合構造9が形成される。
詳細には、CVD法等により、全面に絶縁膜、例えばSiON膜を堆積し、絶縁層11を形成する。絶縁層11をリソグラフィー及びエッチングにより加工する。これにより、絶縁層11には、光結合構造9の表面の一部を露出する開口11aと、中間コンタクト層5の表面の一部を露出する開口11bと、下部コンタクト層4の表面の一部を露出する開口11cとが形成される。
詳細には、スパッタ法等により、全面に金属膜、例えばAuGe/Au膜を形成する。AuGe/Au膜をリソグラフィー及びエッチングにより加工する。以上により、中間コンタクト層5と電気的に接続された配線12と、下部コンタクト層4と電気的に接続された配線13aと、光結合構造9を介して上部コンタクト層6と電気的に接続された配線13bとが形成される。
以上のようにして、本実施形態による2波長赤外線イメージセンサが作製される。
続いて、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に2波長赤外線イメージセンサを開示するが、第1障壁層及び第2障壁層の形成位置が異なる点で第1の実施形態と相違する。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等ついては同符号を付し、詳しい説明を省略する。
本実施形態による2波長赤外線イメージセンサは、第1の実施形態と同様に、複数の画素30が例えばマトリクス状に配置されており、複数の画素30の一端には端部構造30aが、他端には端部構造30bが設けられて構成されている。各画素30には出力電極14を介して、端部構造30a,30bには第1共通電極15及び第2共通電極16を介して、駆動回路20が接続されている。
下部MQW層2及び上部MQW層3は、それぞれ光信号を電気信号に変換する多重量子井戸(MQW)層である。下部MQW層2は、所定の一の波長域に対して感度を有する活性層である。上部MQW層3は、下部MQW層2の波長域と異なる他の波長域に対して感度を有する活性層である。下部MQW層2とこれを挟持する下部コンタクト層4及び中間コンタクト層5とを備えて、QWIPである第1光伝導体型素子が構成される。上部MQW層3とこれを挟持する中間コンタクト層5及び上部コンタクト層6とを備えて、QWIPである第2光伝導体型素子が構成される。
本実施形態による2波長赤外線イメージセンサでは、相異なる2波長の光信号を確実に個別に分離して検出することができる。
前記画素は、
一の波長域に対して感度を有する第1活性層と、
他の波長域に対して感度を有する第2活性層と、
前記第1活性層及び前記第2活性層に電気的に接続された出力電極と、
前記各画素の夫々に含まれる前記第1活性層に電気的に接続された第1共通電極と、
前記各画素の夫々に含まれる前記第2活性層に電気的に接続された第2共通電極と、
前記第1活性層を挟持する第1コンタクト層と、
前記第2活性層を挟持する第2コンタクト層と、
前記第1コンタクト層の一方と前記第1活性層との間に配置されており、前記第1活性層よりも禁制帯の幅が大きい材料を有する第1半導体層と、
前記第2コンタクト層の一方と前記第2活性層との間に配置されており、前記第2活性層よりも禁制帯の幅が大きい材料を有する第2半導体層と
を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記第1半導体層の前記化合物半導体は、前記第1活性層の前記化合物半導体よりもアルミニウムの組成率が高く、
前記第2半導体層の前記化合物半導体は、前記第2活性層の前記化合物半導体よりもアルミニウムの組成率が高いことを特徴とする付記1に記載のイメージセンサ。
前記第1共通電極は、前記共通コンタクト層を介して、前記各画素の夫々に含まれる前記第1第1活性層に電気的に接続されていることを特徴とする付記1又は2に記載のイメージセンサ。
前記画素を形成する際に、
一の波長域に対して感度を有する第1活性層を形成し、
他の波長域に対して感度を有する第2活性層を形成し、
前記第1活性層及び前記第2活性層に出力電極を接続形成し、
前記各画素の夫々に含まれる前記第1活性層に電気的に接続される第1共通電極を形成し、
前記各画素の夫々に含まれる前記第2活性層に電気的に接続される第2共通電極を形成し、
前記第1活性層を挟持するように第1コンタクト層を形成し、
前記第2活性層を挟持するように第2コンタクト層を形成し、
前記第1活性層よりも禁制帯の幅が大きい材料を有する第1半導体層を、前記第1コンタクト層の一方と前記第1活性層との間に形成し、
前記第2活性層よりも禁制帯の幅が大きい材料を有する第2半導体層を、前記第2コンタクト層の一方と前記第2活性層との間に形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法。
前記第1半導体層の前記化合物半導体は、前記第1活性層の前記化合物半導体よりもアルミニウムの組成率が高く、
前記第2半導体層の前記化合物半導体は、前記第2活性層の前記化合物半導体よりもアルミニウムの組成率が高いことを特徴とする付記6に記載のイメージセンサの製造方法。
前記第1共通電極を、前記共通コンタクト層を介して、前記各画素の夫々に含まれる前記第1活性層に電気的に接続することを特徴とする付記6又は7に記載のイメージセンサの製造方法。
2,102,202 下部MQW層
3,103,203 上部MQW層
4,104,204 下部コンタクト層
5,105,205 中間コンタクト層
6,106,206 上部コンタクト層
7 第1障壁層
8 第2障壁層
9 光結合構造
10,30,100,200 画素
10a,10b,30a,30b,200a,200b 端部構造
11,107,207 絶縁層
11a,11b,107a,207a,207b 開口
12,13a,13b,108a,108b,108c,208,209a,209b 配線
14,211 出力電極
15,212 第1共通電極
16,213 第2共通電極
20,110,210 駆動回路
20a,210a トランジスタ
109a,109b,109c 電極
110a 第1スイッチ
110b 第2スイッチ
Claims (4)
- 複数の画素を備えたイメージセンサであって、
前記画素は、
一の波長域に対して感度を有する第1活性層と、
他の波長域に対して感度を有する第2活性層と、
前記第1活性層及び前記第2活性層に電気的に接続された出力電極と、
前記各画素の夫々に含まれる前記第1活性層に電気的に接続された第1共通電極と、
前記各画素の夫々に含まれる前記第2活性層に電気的に接続された第2共通電極と、
前記第1活性層を挟持する第1コンタクト層と、
前記第2活性層を挟持する第2コンタクト層と、
前記第1コンタクト層の一方と前記第1活性層との間に配置されており、前記第1活性層よりも禁制帯の幅が大きい材料を有する第1半導体層と、
前記第2コンタクト層の一方と前記第2活性層との間に配置されており、前記第2活性層よりも禁制帯の幅が大きい材料を有する第2半導体層と、
前記第1共通電極及び前記第2共通電極に対して、夫々独立に可変の電圧を印加自在とされた駆動回路と
を含み、
前記駆動回路は、前記第1活性層を駆動する際には、前記第2共通電極が前記出力電極の電位よりも低電位に設定し、前記第2活性層を駆動する際には、前記第1共通電極が前記出力電極の電位よりも低電位に設定することを特徴とするイメージセンサ。 - 前記第1活性層、前記第2活性層、前記第1半導体層、及び前記第2半導体層は、それぞれアルミニウムを含有する化合物半導体を有しており、
前記第1半導体層の前記化合物半導体は、前記第1活性層の前記化合物半導体よりもアルミニウムの組成率が高く、
前記第2半導体層の前記化合物半導体は、前記第2活性層の前記化合物半導体よりもアルミニウムの組成率が高いことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。 - 前記第1コンタクト層の一方は、前記各画素の夫々に含まれる前記第1活性層に電気的に接続された共通コンタクト層であり、
前記第1共通電極は、前記共通コンタクト層を介して、前記各画素の夫々に含まれる前記第1活性層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のイメージセンサ。 - 前記第2活性層上に設けられた前記第2コンタクト層の一方の上に形成された回折格子を更に備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のイメージセンサ。
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