JP6726087B2

JP6726087B2 - 光検出器

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Publication number: JP6726087B2
Application number: JP2016242467A
Authority: JP
Inventors: 理弘山崎; 柴山　勝己; 勝己柴山; 隆介北浦
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Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2020-07-22
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Description

本発明は、光検出器に関する。

光検出器として、基板と、基板の表面との間に空隙が形成されるように基板の表面上に支持された膜体と、を備え、膜体が、ギャップを介して互いに対向する一対の配線層と、温度に依存する電気抵抗を有する抵抗層と、を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された装置では、一対の配線層に相当する一対の電極が、ギャップを除く膜体の全領域に広がっており、この一対の電極によって光吸収が行われている。

米国特許第６４２６５３９号明細書

しかし、特許文献１に記載された装置のように、一対の配線層が、ギャップを除く膜体の全領域に広がっていると、光吸収によって生じた熱が配線層を伝って基板側に逃げ易くなるため、感度の向上に限界がある。

そこで、本発明は、感度の向上を図ることができる光検出器を提供することを目的とする。

本発明の光検出器は、基板と、基板の表面との間に空隙が形成されるように基板の表面上に支持された膜体と、を備え、膜体は、ラインに沿って延在するギャップを介して互いに対向する第1配線層及び第２配線層と、第１配線層及び第２配線層のそれぞれと電気的に接続され、温度に依存する電気抵抗を有する抵抗層と、基板の表面と対向する光吸収層と、第１配線層及び第２配線層のそれぞれと光吸収層との間に配置された分離層と、を有し、光吸収層は、基板の厚さ方向から見た場合に第１配線層に対して第２配線層の反対側に広がる第１領域と、基板の厚さ方向から見た場合に第２配線層に対して第１配線層の反対側に広がる第２領域と、を含む。

この光検出器では、基板の厚さ方向から見た場合に、光吸収層の第１領域が第１配線層に対して第２配線層の反対側に広がっており、光吸収層の第２領域が第２配線層に対して第１配線層の反対側に広がっている。つまり、基板の厚さ方向から見た場合に、光吸収層の第１領域が第１配線層と重なっておらず、光吸収層の第２領域が第２配線層と重なっていない。これにより、光吸収層の第１領域及び第２領域において十分な光吸収が実現される。しかも、第１配線層及び第２配線層のそれぞれと光吸収層との間に分離層が配置されている。これにより、光吸収層において生じた熱が第１配線層及び第２配線層を伝って基板側に逃げるようなことが抑制され、その熱が分離層を介して抵抗層に十分に伝わる。以上により、この光検出器によれば、感度の向上を図ることができる。

本発明の光検出器は、基板の表面に配置され、光吸収層と光共振構造を構成する光反射層、を更に備えてもよい。この構成によれば、光吸収層と光反射層との距離に応じた波長域において光吸収を実現することができる。

本発明の光検出器では、基板の厚さ方向から見た場合に、第１配線層及び第２配線層の面積の合計は、第１領域及び第２領域の面積の合計よりも小さくてもよい。この構成によれば、光吸収層の第１領域及び第２領域においてより十分な光吸収が実現され、且つ、光吸収層において生じた熱が第１配線層及び第２配線層を伝って基板側に逃げるようなことがより一層抑制されるため、より一層の感度の向上を図ることができる。

本発明の光検出器では、基板の厚さ方向から見た場合に、第１配線層及び第２配線層の面積の合計は、第１領域及び第２領域のそれぞれの面積よりも小さくてもよい。この構成によれば、光吸収層の第１領域及び第２領域においてより十分な光吸収が実現され、且つ、光吸収層において生じた熱が第１配線層及び第２配線層を伝って基板側に逃げるようなことがより一層抑制されるため、より一層の感度の向上を図ることができる。

本発明の光検出器では、基板の厚さ方向から見た場合に、ラインに沿った方向における第１配線層及び第２配線層のそれぞれの長さは、ラインに垂直な方向における第１配線層及び第２配線層のそれぞれの幅よりも大きくてもよい。この構成によれば、ギャップの長さを長くし、より一層の感度の向上を図ることができる。

本発明の光検出器では、分離層の厚さは、第１配線層、第２配線層、抵抗層及び光吸収層のそれぞれの厚さよりも大きくてもよい。この構成によれば、光吸収層において生じた熱が第１配線層及び第２配線層を伝って基板側に逃げるようなことがより一層抑制されるため、より一層の感度の向上を図ることができる。

本発明によれば、感度の向上を図ることができる光検出器を提供することが可能となる。

一実施形態の光検出器の平面図である。図１の光検出器の画素部の平面図である。図２の画素部の光検出素子の斜視図である。図３の光検出素子の平面図である。図３の光検出素子の断面図である。光共振構造の原理を示す図である。変形例の光検出素子の平面図である。変形例の光検出素子の断面図である。変形例の光検出素子の断面図である。変形例の光検出素子の断面図である。変形例の光検出素子の断面図である。変形例の光検出素子の断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示される光検出器１は、ボロメータとしての機能を利用することで、光を検出する。当該光は、例えば赤外線である。当該光が赤外線である場合、光検出器１は、赤外イメージャ、又はサーモグラフィー等に用いられる。図１に示されるように、光検出器１は、基板２と、画素部３と、信号処理回路部４と、を備えている。基板２は、例えばＳｉ基板である。基板２の厚さは、例えば数百μｍ程度である。画素部３及び信号処理回路部４は、基板２上に形成されており、互いに電気的に接続されている。なお、信号処理回路部４は、基板２内に形成されていてもよい。

図２に示されるように、画素部３は、複数の光検出素子１０によって構成されている。複数の光検出素子１０は、二次元マトリックス状に配置されている。図３に示されるように、光検出素子１０は、基板２（正確には、基板２の一部）と、光反射層５と、一対の電極プラグ１１，１２と、膜体２０と、を備えている。

光反射層５は、基板２の表面２ａに形成されている。光反射層５は、後述する光吸収層３４と対向しており、光吸収層３４と共に光共振構造を構成している。光反射層５の厚さは、例えば数百ｎｍ程度である。光反射層５の材料は、例えば、Ａｌ等の光（例えば赤外線）に対する反射率が大きい金属材料である。

一対の電極プラグ１１，１２は、基板２の表面２ａ上に形成されている。各電極プラグ１１，１２は、例えば円柱状に形成されている。各電極プラグ１１，１２の高さは、例えば数μｍ程度である。各電極プラグ１１，１２の材料は、例えばＴｉ等の金属材料である。一対の電極プラグ１１，１２は、基板２の表面２ａと膜体２０との間に空隙Ｓが形成されるように、基板２の表面２ａ上に膜体２０を支持している。膜体２０は、基板２の表面２ａと略平行に配置されている。膜体２０と基板２の表面２ａとの距離は、例えば数μｍ程度である。

図３及び図４に示されるように、膜体２０は、受光部２１と、一対の電極部２２，２３と、一対の梁部２４，２５と、を有している。受光部２１は、基板２の厚さ方向（すなわち、基板２の表面２ａに垂直な方向）から見た場合に、各電極プラグ１１，１２を避けるように広がっている。電極部２２は、電極プラグ１１上に配置されている。電極部２３は、電極プラグ１２上に配置されている。梁部２４は、受光部２１の一方の側において受光部２１の外縁に沿って延在している。梁部２５は、受光部２１の他方の側において受光部２１の外縁に沿って延在している。梁部２４の一端は、電極部２２と接続されており、梁部２４の他端は、電極部２３の近傍の位置で受光部２１と接続されている。梁部２５の一端は、電極部２３と接続されており、梁部２５の他端は、電極部２２の近傍の位置で受光部２１と接続されている。膜体２０は、基板２の厚さ方向から見た場合に、例えば矩形状を呈している。一対の電極部２２，２３は、膜体２０の対角のそれぞれに設けられている。

受光部２１、一対の電極部２２，２３、及び一対の梁部２４，２５は、一体的に形成されている。受光部２１と電極部２２との間、及び受光部２１と梁部２４との間には、スリット２０ａが一続きに形成されている。受光部２１と電極部２３との間、及び受光部２１と梁部２５との間には、スリット２０ｂが一続きに形成されている。各梁部２４，２５の幅は、例えば数μｍ程度であり、各梁部２４，２５の長さは、例えば数十μｍ程度である。各スリット２０ａ，２０ｂの幅は、例えば数μｍ程度である。

図５は、光検出素子１０の断面図である。図５のI−I、II−II、III−III、IV−IV、V−Vは、それぞれ、図４のI−I線、II−II線、III−III線、IV−IV線、V−V線に沿っての断面図である。図５に示されるように、膜体２０は、第１配線層３１及び第２配線層３２と、抵抗層３３と、光吸収層３４と、分離層３５と、を有している。

図４及び図５に示されるように、基板２の厚さ方向から見た場合に、第１配線層３１及び第２配線層３２は、受光部２１において、ギャップＧを介して互いに対向している。ギャップＧは、ラインＬに沿って延在している。ラインＬは、基板２の厚さ方向から見た場合に、例えば電極部２２と電極部２３とを結ぶように直線状に延在している。第１配線層３１及び第２配線層３２は、受光部２１において、ラインＬに沿った方向において細長く形成されている。つまり、基板２の厚さ方向から見た場合に、受光部２１において、ラインＬに沿った方向における第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれの長さは、ラインＬに垂直な方向における第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれの幅よりも大きい。

具体的には、第１配線層３１は、受光部２１において、第１縁部３１ａと、第２縁部３１ｂと、を有している。基板２の厚さ方向から見た場合に、第１縁部３１ａ及び第２縁部３１ｂのそれぞれは、ラインＬに沿って延在している。第２配線層３２は、受光部２１において、第３縁部３２ａと、第４縁部３２ｂと、を有している。基板２の厚さ方向から見た場合に、第３縁部３２ａ及び第４縁部３２ｂのそれぞれは、ラインＬに沿って延在している。基板２の厚さ方向から見た場合に、第１縁部３１ａと第３縁部３２ａとはラインＬを介して互いに対向している。つまり、基板２の厚さ方向から見た場合に、ギャップＧは、第１縁部３１ａと第３縁部３２ａとによって画定されている。

基板２の厚さ方向から見た場合に、受光部２１において、ラインＬに沿った方向における第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれの長さは、例えば、数十〜数百μｍ程度である。基板２の厚さ方向から見た場合に、ラインＬに垂直な方向における第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれの幅は、例えば数μｍ程度である。基板２の厚さ方向から見た場合に、ラインＬに垂直な方向におけるギャップＧの幅は、例えば数μｍ程度である。第１配線層３１及び第２配線層３２の厚さは、例えば数十〜数百ｎｍ程度である。

第１配線層３１は、受光部２１から梁部２４を介して電極部２２に延在している。第１配線層３１は、電極部２２において電極プラグ１１上に形成されている。第１配線層３１は、電極プラグ１１と電気的に接続されている。第２配線層３２は、受光部２１から梁部２５を介して電極部２３に延在している。第２配線層３２は、電極部２３において電極プラグ１２上に形成されている。第２配線層３２は、電極プラグ１２と電気的に接続されている。第１配線層３１及び第２配線層３２の材料は、例えばＴｉ等の金属材料である。

抵抗層３３は、受光部２１においては、基板２の反対側から第１配線層３１及び第２配線層３２を覆うように形成されている。抵抗層３３は、受光部２１においては、第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれにおける基板２の反対側の表面、並びに、第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれの側面を覆っている。つまり、ギャップＧには、抵抗層３３が配置されている。抵抗層３３は、電極部２２，２３及び梁部２４，２５においては、第１配線層３１及び第２配線層３２における基板２の反対側の表面上に形成されている。抵抗層３３は、第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれと電気的に接続されている。抵抗層３３の厚さは、例えば数十〜数百ｎｍ程度である。抵抗層３３は、温度に依存する電気抵抗を有している。抵抗層３３の材料は、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の温度変化による電気抵抗率の変化が大きい材料である。

光吸収層３４は、受光部２１において、基板２の表面２ａと対向している。光吸収層３４は、抵抗層３３に対して基板２の反対側に配置されている。光吸収層３４は、基板２の厚さ方向から見た場合に、受光部２１のほぼ全領域に広がっている。光吸収層３４の厚さは、例えば十数ｎｍ程度である。光吸収層３４の材料は、例えばＷＳｉ_２又はＴｉ等である。

分離層３５は、第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれと光吸収層３４との間に配置されている。具体的には、分離層３５は、受光部２１、梁部２４，２５及び電極部２２，２３において、抵抗層３３における基板２の反対側の表面上に形成されている。そして、光吸収層３４は、受光部２１において分離層３５における基板２の反対側の表面上に形成されている。分離層３５の厚さは、例えば数百ｎｍ程度である。分離層３５の厚さは、第１配線層３１、第２配線層３２、抵抗層３３及び光吸収層３４のそれぞれの厚さよりも大きい。分離層３５の材料は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等である。

基板２の厚さ方向から見た場合に、光吸収層３４は、第１領域３４ａと、第２領域３４ｂと、を含んでいる。第１領域３４ａは、基板２の厚さ方向から見た場合に、第１配線層３１に対して第２配線層３２の反対側に広がっている。第２領域３４ｂは、基板２の厚さ方向から見た場合に、第２配線層３２に対して第１配線層３１の反対側に広がっている。基板２の厚さ方向から見た場合に、第１配線層３１及び第２配線層３２の面積の合計は、第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂのそれぞれの面積よりも小さい。

なお、光吸収層３４の第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂは、分離層３５を介して抵抗層３３上に形成されている。また、抵抗層３３及び分離層３５は、第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂを亘って連続的に形成されている。

以上のように構成された光検出器１では、以下のように、光が検出される。まず、光が受光部２１に入射すると、後述する光共振構造を構成する光吸収層３４において熱が生じる。このとき、受光部２１と基板２とは、空隙Ｓによって熱的に分離されている。また、受光部２１と電極部２２及び梁部２４とは、スリット２０ａによって熱的に分離されている。また、受光部２１と電極部２３及び梁部２５とは、スリット２０ｂによって熱的に分離されている。このため、光吸収層３４において生じた熱が、梁部２４,２５及び電極部２２，２３を介して基板２側に逃げるようなことが抑制される。

光吸収層３４において生じた熱は、分離層３５を介して抵抗層３３に伝わる。そして、抵抗層３３は、この熱によって温度が上昇すると共に電気抵抗が上昇する。このような電気抵抗の変化は、信号として抵抗層３３と電気的に接続された第１配線層３１及び第２配線層３２、並びに、電極プラグ１１，１２を介して信号処理回路部４へ送られる。そして、信号処理回路部４では、抵抗層３３の電気抵抗の変化が電圧の変化に変換され、この電圧の変化を基に、光が検出される。

次に、光共振構造について詳細に説明する。図６に示されるように、光吸収層３４に入射した入射光Ａ（波長がλである）は、一部が光吸収層３４によって反射光Ｂ１として反射され、他の一部が光吸収層３４を透過する。光吸収層３４を透過した入射光Ａの他の一部は、光反射層５によって反射光Ｂ２として反射される。そして、反射光Ｂ１と反射光Ｂ２とは、光吸収層３４の反射面において、互いに干渉して打ち消される。これにより、光吸収層３４の当該反射面において入射光Ａが吸収される。そして、吸収された入射光Ａのエネルギーによって光吸収層３４において熱が生じる。

入射光Ａの吸収率は、光吸収層３４のシート抵抗、及び、光吸収層３４と光反射層５との間の光学距離ｔによって決められる。光吸収層３４の厚さは、シート抵抗が真空インピーダンス（３７７Ω／ｓｑ）となるように略１６ｎｍ（光吸収層３４の材料が、ＷＳｉ_２である場合）に設定されている。これによれば、光吸収層３４によって反射された反射光Ｂ１の振幅が光反射層５によって反射された反射光Ｂ２の振幅と一致する。このため、光吸収層３４の反射面において、反射光Ｂ１と反射光Ｂ２とが効率的に干渉して打ち消される。従って、入射光Ａの吸収率が向上される。

また、光学距離ｔは、ｔ＝（２ｍ−１）λ／４（ｍ＝１、２、３、・・・）となるように設定されている。これによれば、反射光Ｂ１と反射光Ｂ２との位相が１８０°ずれる。このため、光吸収層３４の反射面において、反射光Ｂ１と反射光Ｂ２とが効率的に干渉して打ち消される。従って、入射光Ａの吸収率が向上される。このように、光反射層５は、光吸収層３４と光共振構造を構成している。基板２の厚さ方向から見た場合に、光反射層５及び光吸収層３４の重なっている部分の面積が広ければ広いほど、入射光Ａが効率よく吸収される。

以上説明したように、一実施形態の光検出器１では、基板２の厚さ方向から見た場合に、光吸収層３４の第１領域３４ａが第１配線層３１に対して第２配線層３２の反対側に広がっており、光吸収層３４の第２領域３４ｂが第２配線層３２に対して第１配線層３１の反対側に広がっている。つまり、基板２の厚さ方向から見た場合に、光吸収層３４の第１領域３４ａが第１配線層３１と重なっておらず、光吸収層３４の第２領域３４ｂが第２配線層３２と重なっていない。これにより、光吸収層３４の第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂにおいて十分な光吸収が実現される。しかも、第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれと光吸収層３４との間に分離層３５が配置されている。これにより、光吸収層３４において生じた熱が第１配線層３１及び第２配線層３２を伝って基板２側に逃げるようなことが抑制され、その熱が分離層３５を介して抵抗層３３に十分に伝わる。以上により、光検出器１によれば、感度の向上を図ることができる。感度とは、光検出器１が、光を検出する能力のことをいう。例えば、光検出器１が弱い光でも検出することができる場合は、光検出器１の感度が高いといい、光検出器１が強い光でも検出することができない場合は、光検出器１の感度が低いという。

また、第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれと光吸収層３４との間に分離層３５が配置されているため、膜体２０が反り難くなる。また、第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれは、受光部２１において、受光部２１を横切るように形成されている。これにより、膜体２０が第１配線層３１及び第２配線層３２によって確実に支持されているため、第１配線層３１及び第２配線層３２間の抵抗層３３の歪みや変形を抑制することができる。

また、光検出器１は、基板２の表面２ａに配置され、光吸収層３４と光共振構造を構成する光反射層５、を更に備えている。この構成によれば、光吸収層３４と光反射層５との距離に応じた波長域において光吸収を実現することができる。

また、光検出器１では、基板２の厚さ方向から見た場合に、第１配線層３１及び第２配線層３２の面積の合計は、第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂのそれぞれの面積よりも小さい。この構成によれば、光吸収層３４の第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂにおいてより十分な光吸収が実現され、且つ、光吸収層３４において生じた熱が第１配線層３１及び第２配線層３２を伝って基板２側に逃げるようなことがより一層抑制されるため、より一層の感度の向上を図ることができる。

また、光検出器１では、基板２の厚さ方向から見た場合に、ラインＬに沿った方向における第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれの長さは、ラインＬに垂直な方向における第１配線層３１及び第２配線層３２のそれぞれの幅よりも大きい。この構成によれば、ギャップＧの長さを長くし、より一層の感度の向上を図ることができる。

また、光検出器１では、分離層３５の厚さは、第１配線層３１、第２配線層３２、抵抗層３３及び光吸収層３４のそれぞれの厚さよりも大きい。この構成によれば、光吸収層３４において生じた熱が第１配線層３１及び第２配線層３２を伝って基板２側に逃げるようなことがより一層抑制されるため、より一層の感度の向上を図ることができる。また、この構成によれば、膜体２０の強度の向上を図ると共に膜体２０が変形するのを抑制することができる。

また、光検出器１では、光吸収層３４の第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂは、分離層３５を介して抵抗層３３上に形成されている。また、抵抗層３３及び分離層３５は、第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂを亘って連続的に形成されている。この構成によれば、膜体２０の変形や反りを抑制すると共に、光検出器１の製造プロセスを簡素化することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、膜体２０は、基板２の厚さ方向から見た場合に、例えば矩形状を呈している例を示したが、これに限定されない。膜体２０は、基板２の厚さ方向から見た場合に、例えば円形状等の様々な形状を呈していてもよい。

また、基板２の厚さ方向における第１配線層３１及び第２配線層３２の位置は、一致している例を示したが、基板２の厚さ方向における第１配線層３１及び第２配線層３２の位置は、一致していなくてもよい。

また、ラインＬは、基板２の厚さ方向から見た場合に、例えば電極部２２と電極部２３とを結ぶように直線状に延在している例を示したが、これに限定されない。図７に示されるように、ラインＬは、基板２の厚さ方向から見た場合に、例えば曲線部を含み蛇行状に延在していてもよい。これによれば、ラインＬが直線である場合に比べて、ギャップＧの長さを長くすることによって、感度を向上させることができる。なお、ラインＬが曲線部を含む場合に、ラインＬに垂直な方向とは、ラインＬの各位置における接線に垂直な方向をいう。曲線部の各位置においては、ラインＬに垂直な方向はそれぞれ相違する。

また、抵抗層３３は、例えば、電極部２２，２３、梁部２４，２５、第１領域３４ａに対応する領域及び第２領域３４ｂに対応する領域には形成されていなくてもよい。

また、分離層３５は、例えば、電極部２２，２３、梁部２４，２５、第１領域３４ａに対応する領域及び第２領域３４ｂに対応する領域には配置されていなくてもよい。また、分離層３５の厚さは、第１配線層３１、第２配線層３２、抵抗層３３及び光吸収層３４のそれぞれの厚さ以下であってもよい。また、分離層３５の材料は、抵抗層３３と同一であってもよい（図９参照）。

また、基板２の厚さ方向から見た場合に、第１配線層３１及び第２配線層３２の面積の合計は、第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂの面積の合計よりも小さくてもよい。この構成によれば、上述したように、光吸収層３４の第１領域３４ａ及び第２領域３４ｂにおいてより十分な光吸収が実現され、且つ、光吸収層３４において生じた熱が第１配線層３１及び第２配線層３２を伝って基板２側に逃げるようなことがより一層抑制されるため、より一層の感度の向上を図ることができる。

また、図８に示されるように、分離層３５及び光吸収層３４は、第１配線層３１及び第２配線層３２の基板２側に形成されていてもよい。具体的には、分離層３５は、電極プラグ１１，１２上に形成されている。第１配線層３１及び第２配線層３２、並びに、抵抗層３３は、分離層３５における基板２の反対側の表面上に形成されている。光吸収層３４は、分離層３５の基板２側の表面上に形成されている。これによれば、光吸収層３４と光反射層５とは、空隙Ｓを介して直接対向している。このため、光学距離ｔの調整が容易となり、より確実に光共振構造によって光を吸収することができる。なお、この場合においても、第１配線層３１は、電極プラグ１１と電気的に接続されている。第２配線層３２は、電極プラグ１２と電気的に接続されている。

また、図９に示されるように、第１配線層３１及び第２配線層３２と光吸収層３４との間に抵抗層３３が形成されていれば、膜体２０は、分離層３５を有していなくてもよい。この際、抵抗層３３は、抵抗層３３及び分離層３５の両方の機能を兼ねている。これによれば、膜体２０の熱コンダクタンスが低くなるため、応答速度の向上を図ることができる。応答速度とは、受光部２１に入射する光（例えば光量）が変化した際、膜体２０の温度の時間に対する変化率のことをいう。例えば、受光部２１に入射した光の光量が増加した際、膜体２０の温度が所定の安定した温度まで上昇するまでにかかった時間が短ければ、応答速度が速いといい、かかった時間が長ければ、応答速度が低いという。また、これによれば、膜体２０の素子抵抗が低くなるため、ノイズの低減を図ることができる。

また、図１０に示されるように、抵抗層３３は、第１配線層３１及び第２配線層３２の基板２側に形成されていてもよい。この際は、抵抗層３３はギャップＧには配置されていない。なお、この場合においても、第１配線層３１は、電極プラグ１１と電気的に接続されている。第２配線層３２は、電極プラグ１２と電気的に接続されている。

また、図１１に示されるように、抵抗層３３、分離層３５及び光吸収層３４は、第１配線層３１及び第２配線層３２の基板２側に形成されていてもよい。具体的には、分離層３５は、電極プラグ１１，１２上に形成されている。抵抗層３３は、分離層３５における基板２の反対側の表面上に形成されている。第１配線層３１及び第２配線層３２は、抵抗層３３における基板２の反対側の表面上に形成されている。光吸収層３４は、分離層３５の基板２側の表面上に形成されている。なお、この場合においても、第１配線層３１は、電極プラグ１１と電気的に接続されている。第２配線層３２は、電極プラグ１２と電気的に接続されている。

また、図１２に示されるように、抵抗層３３及び光吸収層３４が、第１配線層３１及び第２配線層３２の基板２側に形成されている場合においても、第１配線層３１及び第２配線層３２と光吸収層３４との間に抵抗層３３が形成されていれば、膜体２０は、分離層３５を有していなくてもよい。つまり、この場合においても、抵抗層３３は、抵抗層３３及び分離層３５の両方の機能を兼ねている。なお、この場合においても、第１配線層３１は、電極プラグ１１と電気的に接続されている。第２配線層３２は、電極プラグ１２と電気的に接続されている。

また、上述した各構成において、光吸収層３４の材料は、例えば黒樹脂等の光に対して吸収率が大きい材料であってもよい。なお、この場合には、光共振構造は構成されず、光は直接光吸収層３４によって吸収される。これによれば、上述したように、光学距離ｔを精度よく調整しなくてもよい。なお、光共振構造が構成されない場合においても、光検出素子１０は、光反射層５を備えるのが好ましい。その理由は、以下の通りである。光吸収層３４に入射した入射光Ａの一部が光吸収層３４によって吸収されず、膜体２０を透過した場合に、膜体２０を透過した入射光Ａは、光反射層５によって反射され、再度、光吸収層３４へ入射する。再度光吸収層３４へ入射した入射光Ａは、光吸収層３４によって吸収され熱となる。これにより、光の吸収率が向上される。また、光吸収層３４の材料が、黒樹脂である場合には、光吸収層３４と抵抗層３３との間に分離層３５を配置することによって、光吸収層３４が抵抗層３３に接触することによって抵抗層３３の特性に影響を及ぼすのが抑制される。

また、上述した各構成において、膜体２０の基板２側の表面上に分離層３５が更に形成されていてもよい。これによれば、抵抗層３３の安定化を図ると共に、膜体２０をより反り難くすることができる。

また、第１配線層３１及び第２配線層３２、抵抗層３３、光吸収層３４並びに分離層３５のそれぞれは、様々な材料及び厚さが選択されることができる。第１配線層３１及び第２配線層３２、抵抗層３３並びに分離層３５のそれぞれについて、最適な材料及び厚さを選択することによって、感度の向上を容易に図ると共に、膜体２０の強度を向上させることができる。また、配線層を光吸収層として用いる従来の構造（例えば特許文献１参照）に比べて、第１配線層３１及び第２配線層３２、並びに光吸収層３４のそれぞれについて、最適な材料を選択することによって、感度及び応答速度の向上を両立することが可能となる。

また、画素部３は、１つの光検出素子１０によって構成されていてもよい。

１…光検出器、２…基板、２ａ…表面、２０…膜体，３１…第１配線層、３２…第２配線層、３３…抵抗層、３４…光吸収層、３４ａ…第１領域、３４ｂ…第２領域、３５…分離層、５…光反射層、Ｌ…ライン、Ｓ…空隙、Ｇ…ギャップ。

Claims

基板と、
前記基板の表面との間に空隙が形成されるように前記基板の前記表面上に支持された膜体と、を備え、
前記膜体は、
ラインに沿って延在するギャップを介して互いに対向する第１配線層及び第２配線層と、
前記第１配線層及び前記第２配線層のそれぞれと電気的に接続され、温度に依存する電気抵抗を有する抵抗層と、
前記基板の前記表面と対向する光吸収層と、
前記第１配線層及び前記第２配線層のそれぞれと前記光吸収層との間に配置された分離層と、を有し、
前記光吸収層は、
前記基板の厚さ方向から見た場合に前記第１配線層に対して前記第２配線層の反対側に広がる第１領域と、
前記基板の厚さ方向から見た場合に前記第２配線層に対して前記第１配線層の反対側に広がる第２領域と、を含む、光検出器。
前記基板の前記表面に配置され、前記光吸収層と光共振構造を構成する光反射層、を更に備える、請求項１に記載の光検出器。
前記基板の厚さ方向から見た場合に、前記第１配線層及び前記第２配線層の面積の合計は、前記第１領域及び前記第２領域の面積の合計よりも小さい、請求項１又は２に記載の光検出器。
前記基板の厚さ方向から見た場合に、前記第１配線層及び前記第２配線層の面積の合計は、前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれの面積よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光検出器。
前記基板の厚さ方向から見た場合に、前記ラインに沿った方向における前記第１配線層及び前記第２配線層のそれぞれの長さは、前記ラインに垂直な方向における前記第１配線層及び前記第２配線層のそれぞれの幅よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光検出器。
前記分離層の厚さは、前記第１配線層、前記第２配線層、前記抵抗層及び前記光吸収層のそれぞれの厚さよりも大きい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出器。