JP6943078B2 - Infrared detector and its manufacturing method, image sensor, image system - Google Patents

Infrared detector and its manufacturing method, image sensor, image system Download PDF

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Description

本発明は、赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システムに関する。 The present invention relates to an infrared detector, a method for manufacturing the same, an image pickup device, and an image pickup system.

赤外線検出器では、基板上に、下部コンタクト層、光吸収層、上部コンタクト層を積層し、エッチングによって分離して四角柱状にし、全体を覆うように保護膜を形成するのが一般的である。 In an infrared detector, it is common that a lower contact layer, a light absorption layer, and an upper contact layer are laminated on a substrate, separated by etching to form a square columnar shape, and a protective film is formed so as to cover the whole.

特開２０１４−１６９８７６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-169876

ところで、赤外線検出器では、暗電流の低減が課題となっている。
特に、赤外線検出器を高性能化するにあたり、光吸収層（受光層）の側壁表面（側面）を流れる暗電流成分を低減することが必要である。
本発明は、受光層の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることを目的とする。 By the way, in the infrared detector, reduction of dark current is an issue.
In particular, in order to improve the performance of the infrared detector, it is necessary to reduce the dark current component flowing on the side wall surface (side surface) of the light absorption layer (light receiving layer).
An object of the present invention is to reduce the dark current flowing on the side surface of the light receiving layer and improve the performance of the infrared detector.

１つの態様では、赤外線検出器は、（１１１）Ｂ基板の上方に設けられた第１電極層と、第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜と、第１電極層上、かつ、六角柱状の開口部に設けられ、（１１１）Ｂ基板の基板表面に垂直な側面を有し、成膜によって側面が第１絶縁膜に接するように形成された六角柱状の受光層と、受光層上に設けられた第２電極層と、第２電極層を覆う第２絶縁膜とを備える。
１つの態様では、撮像素子は、上述の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備える。 In one embodiment, the infrared detector comprises a first electrode layer provided above the (111) B substrate, a first insulating film provided on the first electrode layer and having a hexagonal columnar opening, and a first insulating film. A hexagonal columnar structure provided on one electrode layer and in a hexagonal columnar opening , having a side surface perpendicular to the substrate surface of the (111) B substrate, and having the side surface in contact with the first insulating film by film formation. The light receiving layer, the second electrode layer provided on the light receiving layer, and the second insulating film covering the second electrode layer are provided.
In one aspect, the image pickup device includes an infrared detector array in which the above-mentioned infrared detector is used as one pixel and a plurality of pixels are arranged on a plane with the first insulating film interposed therebetween.

１つの態様では、撮像システムは、上述の撮像素子と、撮像素子に接続された制御演算部とを備える。
１つの態様では、赤外線検出器の製造方法は、（１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、第１電極層上、かつ、六角柱状の開口部に、（１１１）Ｂ基板の基板表面に垂直な側面が第１絶縁膜に接するように成膜によって六角柱状の受光層を形成する工程と、受光層上に、第２電極層を形成する工程と、第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含む。 In one aspect, the image pickup system includes the above-mentioned image pickup element and a control calculation unit connected to the image pickup element.
In one aspect, the method for manufacturing an infrared detector includes a step of forming a first electrode layer above the (111) B substrate and a first insulating film having a hexagonal columnar opening on the first electrode layer. The hexagonal columnar light receiving layer is formed by forming a film on the first electrode layer and in the hexagonal columnar opening so that the side surface perpendicular to the substrate surface of the (111) B substrate is in contact with the first insulating film. A step of forming a second electrode layer on the light receiving layer, and a step of forming a second insulating film so as to cover the second electrode layer are included.

１つの側面として、受光層の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることができるという効果を有する。 As one aspect, it has an effect that the dark current flowing on the side surface of the light receiving layer can be reduced and the performance of the infrared detector can be improved.

本実施形態にかかる赤外線検出器の構成例を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structural example of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の他の構成例を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the other structural example of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の構成を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of the specific example of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the specific example of the infrared detector which concerns on this Embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the specific example of the infrared detector which concerns on this Embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the specific example of the infrared detector which concerns on this Embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the specific example of the infrared detector which concerns on this Embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the specific example of the infrared detector which concerns on this Embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the specific example of the infrared detector which concerns on this Embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の具体例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the specific example of the infrared detector which concerns on this Embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の構成を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第１変形例の製造方法を説明するための模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the manufacturing method of the 1st modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる赤外線検出器の第２変形例の構成を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of the 2nd modification of the infrared detector which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる撮像素子の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the image pickup device which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる撮像素子の構成例を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structural example of the image pickup device which concerns on this embodiment. 本実施形態にかかる撮像システムの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the imaging system which concerns on this Embodiment.

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システムについて、図１〜図２３を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる赤外線検出器は、赤外線を検出する赤外線検出器であって、例えば、赤外線吸収層（受光層）に、ＩｎＡｓやＧａＳｂなどのナローギャップ半導体からなる超格子構造やそれらの混晶を用いたもの、あるいは、タイプＩＩ超格子（Type II Superlattices：Ｔ２ＳＬ）を用いたものに好適の赤外線検出器である。 Hereinafter, the infrared detector according to the embodiment of the present invention, its manufacturing method, an image pickup device, and an image pickup system will be described with reference to FIGS. 1 to 23 with reference to the drawings.
The infrared detector according to the present embodiment is an infrared detector that detects infrared rays. For example, a superlattice structure made of a narrow gap semiconductor such as InAs or GaSb or a mixed crystal thereof is formed on an infrared absorbing layer (light receiving layer). This is an infrared detector suitable for those using a type II superlattices (T2SL) or those using a type II superlattices (T2SL).

本実施形態の赤外線検出器は、図１に示すように、（１１１）Ｂ基板１の上方に設けられた第１電極層２と、第１電極層２上に設けられた第１絶縁膜３と、第１電極層２上に設けられた受光層４と、受光層４上に設けられた第２電極層５と、第２電極層５を覆う第２絶縁膜６とを備える。
なお、第１電極層２を第１コンタクト層又は下部電極層ともいう。また、第２電極層５を第２コンタクト層又は上部電極層ともいう。 As shown in FIG. 1, the infrared detector of the present embodiment has a first electrode layer 2 provided above the (111) B substrate 1 and a first insulating film 3 provided on the first electrode layer 2. A light receiving layer 4 provided on the first electrode layer 2, a second electrode layer 5 provided on the light receiving layer 4, and a second insulating film 6 covering the second electrode layer 5 are provided.
The first electrode layer 2 is also referred to as a first contact layer or a lower electrode layer. Further, the second electrode layer 5 is also referred to as a second contact layer or an upper electrode layer.

特に、第１絶縁膜３は、六角柱状の開口部３Ｘを有し、この六角柱状の開口部３Ｘに、側面が第１絶縁膜３に接する六角柱状の受光層４が設けられている（例えば図２１参照）。
ここで、六角柱状の開口部３Ｘは、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が六角形状の開口部である。また、六角柱状の受光層４は、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が六角形状の受光層である。 In particular, the first insulating film 3 has a hexagonal columnar opening 3X, and the hexagonal columnar opening 3X is provided with a hexagonal columnar light receiving layer 4 whose side surface is in contact with the first insulating film 3 (for example). (See FIG. 21).
Here, the hexagonal columnar opening 3X is an opening having a hexagonal cross-sectional area in the direction along the surface of the (111) B substrate 1. Further, the hexagonal columnar light receiving layer 4 is a light receiving layer having a hexagonal cross-sectional area in the direction along the surface of the (111) B substrate 1.

これにより、暗電流の低減が可能となる。
つまり、まず、受光層４の側面（側壁表面）を流れる暗電流成分は、受光層４（画素）の周辺長Ｐと面積Ａとの比に相関があり、次式で表される。
ＩＳｕｒｆａｃｅ∝Ｐ／Ａ
このため、同じ断面積に対しては、周辺長の総和が小さいほど、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分は小さくなる。 This makes it possible to reduce the dark current.
That is, first, the dark current component flowing on the side surface (side wall surface) of the light receiving layer 4 has a correlation with the ratio of the peripheral length P and the area A of the light receiving layer 4 (pixels), and is expressed by the following equation.
I Surface ∝ P / A
Therefore, for the same cross-sectional area, the smaller the sum of the peripheral lengths, the smaller the dark current component flowing on the side wall surface of the light receiving layer 4.

そこで、上述のように、受光層４の断面形状を四角形状ではなく、六角形状とすることで、受光層４で同じ断面積を得るのに必要な周辺長を約７％小さくすることができる。
これにより、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分（表面リーク電流）を低減することが可能となる。
また、上述のように、（１１１）Ｂ基板１、及び、第１絶縁膜３に設けられた六角柱状の開口部３Ｘを用いることで、後述するように、成膜によって、側面が第１絶縁膜３に接する六角柱状の受光層４を形成することが可能である。 Therefore, as described above, by making the cross-sectional shape of the light receiving layer 4 hexagonal instead of square, the peripheral length required to obtain the same cross-sectional area in the light receiving layer 4 can be reduced by about 7%. ..
This makes it possible to reduce the dark current component (surface leakage current) flowing on the side wall surface of the light receiving layer 4.
Further, as described above, by using the (111) B substrate 1 and the hexagonal columnar opening 3X provided in the first insulating film 3, the side surface is first insulated by the film formation as described later. It is possible to form a hexagonal columnar light receiving layer 4 in contact with the film 3.

このため、エッチングによって受光層４を形成することが不要となり、受光層４の側壁表面におけるエッチングによるダメージや大気に晒されることによる酸化を抑制することが可能となる。
これにより、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分を低減することが可能となる。
ここで、（１１１）Ｂ基板１は、面指数が（１１１）Ｂの基板、即ち、面方位が（１１１）Ｂ面の基板である。 Therefore, it is not necessary to form the light receiving layer 4 by etching, and it is possible to suppress damage due to etching on the side wall surface of the light receiving layer 4 and oxidation due to exposure to the atmosphere.
This makes it possible to reduce the dark current component flowing on the side wall surface of the light receiving layer 4.
Here, the (111) B substrate 1 is a substrate having a surface index of (111) B, that is, a substrate having a surface orientation of (111) B surface.

本実施形態では、（１１１）Ｂ基板１は、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰのいずれかからなる。
第１電極層２及び第２電極層５は、受光層４を挟むように設けられており、（１１１）Ｂ基板１の上方に、第１電極層２、受光層４、第２電極層５が順に積層されて半導体積層体が構成されている。 In the present embodiment, the (111) B substrate 1 is made of any of InAs, GaSb, GaAs, and InP.
The first electrode layer 2 and the second electrode layer 5 are provided so as to sandwich the light receiving layer 4, and above the (111) B substrate 1, the first electrode layer 2, the light receiving layer 4, and the second electrode layer 5 are provided. Are laminated in order to form a semiconductor laminate.

ここで、第１電極層２は、ＩｎＡｓからなるものとするのが好ましい。
第２電極層５は、ＩｎＡｓ又はＧａＳｂからなるものとするか、これらを積層したものとするのが好ましい。
受光層４は、光吸収層であって、ここでは、赤外線を吸収してキャリアを生成する赤外線吸収層である。 Here, the first electrode layer 2 is preferably made of InAs.
The second electrode layer 5 is preferably made of InAs or GaSb, or is preferably a laminate of these.
The light receiving layer 4 is a light absorbing layer, which is an infrared absorbing layer that absorbs infrared rays to generate carriers.

本実施形態では、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるか、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む混晶からなるか、又は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む超格子からなる。
例えば、受光層４は、ＩｎＡｓやＧａＳｂなどのナローギャップ半導体からなる超格子構造やそれらの混晶からなるものとすれば良い。また、例えば、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ基板に格子定数の近いＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂなどの材料を用いて超格子構造を形成して受光層４とすることで、中赤外線（３〜５μｍ）、遠赤外線（８〜１２μｍ）領域の赤外線を検出できるようになり、例えばセキュリティ分野などへの応用が可能となる。 In the present embodiment, the light receiving layer 4 is made of any one of InAs, InSb, GaSb, and AlSb, or is made of a mixed crystal containing any two or more of InAs, InSb, GaSb, and AlSb, or InAs. , InSb, GaSb, and AlSb.
For example, the light receiving layer 4 may have a superlattice structure made of narrow-gap semiconductors such as InAs and GaSb, or a mixed crystal thereof. Further, for example, by forming a superlattice structure on the GaSb substrate using materials such as GaSb, InAs, and AlSb having similar lattice constants to the GaSb substrate to form the light receiving layer 4, mid-infrared rays (3 to 5 μm) can be obtained. Infrared rays in the far infrared ray (8 to 12 μm) region can be detected, and can be applied to, for example, the security field.

第１絶縁膜３は、少なくとも受光層４の側面を覆うように設けられていれば良い。
ここで、第１絶縁膜３及び第２絶縁膜６は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなるものとし、第１絶縁膜３は、少なくとも受光層４の側面に接する領域がＳｉＮからなるものとするのが好ましい。 The first insulating film 3 may be provided so as to cover at least the side surface of the light receiving layer 4.
Here, the first insulating film 3 and the second insulating film 6, SiN, or consist of any of the materials SiO 2, SiON, or, SiN, formed by laminating one or two or more kinds of SiO 2, SiON It is preferable that at least the region of the first insulating film 3 in contact with the side surface of the light receiving layer 4 is made of SiN.

本実施形態では、第１電極層２上に第１電極７が設けられており、第２電極層５上に第２電極８が設けられている。
また、図２に示すように、受光層４は、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が第２電極層５よりも小さくなっているものとしても良い。
上述のように構成される本実施形態の赤外線検出器は、以下のようにして製造することができる。 In the present embodiment, the first electrode 7 is provided on the first electrode layer 2, and the second electrode 8 is provided on the second electrode layer 5.
Further, as shown in FIG. 2, the light receiving layer 4 may have a cross-sectional area smaller than that of the second electrode layer 5 in the direction along the surface of the (111) B substrate 1.
The infrared detector of the present embodiment configured as described above can be manufactured as follows.

つまり、本実施形態の赤外線検出器の製造方法は、（１１１）Ｂ基板１の上方に、第１電極層２を形成する工程と、第１電極層２上に、六角柱状の開口部３Ｘを有する第１絶縁膜３を形成する工程と、第１電極層２上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面が第１絶縁膜３に接するように六角柱状の受光層４を形成する工程と、受光層４上に、第２電極層５を形成する工程と、第２電極層５を覆うように第２絶縁膜６を形成する工程とを含む（例えば図１、図２参照）。 That is, the method for manufacturing the infrared detector of the present embodiment includes a step of forming the first electrode layer 2 above the (111) B substrate 1 and a hexagonal columnar opening 3X on the first electrode layer 2. A step of forming the first insulating film 3 to have, and a step of forming a hexagonal columnar light receiving layer 4 on the first electrode layer 2 and at the hexagonal columnar opening 3X so that the side surface is in contact with the first insulating film 3. A step of forming the second electrode layer 5 on the light receiving layer 4 and a step of forming the second insulating film 6 so as to cover the second electrode layer 5 are included (see, for example, FIGS. 1 and 2).

本実施形態では、上述の第２絶縁膜６を形成する工程の後に、第１電極層２及び第２電極層５の一部を露出させ、第１電極７及び第２電極８を形成する工程を含む（例えば図１、図２参照）。
ところで、上述のような構成及び製造方法を採用しているのは、以下の理由による。
赤外線検出器では、水銀カドミウムテルル（Mercury Cadmium Telluride：ＭＣＴ）に変わる次世代の材料として、タイプＩＩ超格子（Type II Superlattices：Ｔ２ＳＬ）が期待されており、現在、盛んに研究されている。 In the present embodiment, after the step of forming the second insulating film 6 described above, a step of exposing a part of the first electrode layer 2 and the second electrode layer 5 to form the first electrode 7 and the second electrode 8. (See, for example, FIGS. 1 and 2).
By the way, the reason why the above-mentioned configuration and manufacturing method are adopted is as follows.
In the infrared detector, Type II Superlattices (T2SL) is expected as a next-generation material to replace Mercury Cadmium Telluride (MCT), and is currently being actively researched.

多くは、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ基板に格子定数の近いＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂなどの材料を用いて超格子構造を形成し、それを赤外線吸収層（受光層）とすることで、中赤外線（３〜５μｍ）、遠赤外線（８〜１２μｍ）領域の赤外線を検出できるようにし、例えばセキュリティ分野などへの応用を可能としている。
しかしながら、Ｔ２ＳＬを用いた赤外線検出器では、暗電流の低減が課題となっている。 In most cases, a superlattice structure is formed on a GaSb substrate using materials such as GaSb, InAs, and AlSb having similar lattice constants to the GaSb substrate, and this is used as an infrared absorbing layer (light receiving layer) to form a mid-infrared ray (middle infrared ray). It enables detection of infrared rays in the region of 3 to 5 μm) and far infrared rays (8 to 12 μm), and can be applied to, for example, the security field.
However, in the infrared detector using T2SL, reduction of dark current is an issue.

ここで、赤外線検出器の暗電流Ｉｄは、次式で表される。
Ｉｄ＝ＩＢｕｌｋ＋ＩＳｕｒｆａｃｅ
このように、赤外線検出器の暗電流Ｉｄは、受光層の内部を流れるバルク成分ＩＢｕｌｋと受光層の側壁表面を流れる成分ＩＳｕｒｆａｃｅの和で表される。
赤外線検出器を高性能化するにあたり、受光層の側壁表面を流れる暗電流成分を低減する必要がある。 Here, the dark current I d of the infrared detector is expressed by the following equation.
I d = I Bulk + I Surface
As described above, the dark current I d of the infrared detector is represented by the sum of the bulk component I Bulk flowing inside the light receiving layer and the component I Surface flowing on the side wall surface of the light receiving layer.
In order to improve the performance of the infrared detector, it is necessary to reduce the dark current component flowing on the side wall surface of the light receiving layer.

しかしながら、従来は、エッチングなどによって受光層の一部を除去することで、受光層（画素）の断面形状を四角形状としている。
また、エッチングなどによって、受光層の側面に生成物や不純物が付着したり、プロセス過程で受光層の側面が大気に晒され、その表面が酸化したりすることによって、暗電流増大の原因となっている。 However, conventionally, the cross-sectional shape of the light receiving layer (pixel) is made square by removing a part of the light receiving layer by etching or the like.
In addition, products and impurities adhere to the side surface of the light receiving layer due to etching or the like, or the side surface of the light receiving layer is exposed to the atmosphere during the process and the surface is oxidized, which causes an increase in dark current. ing.

なお、受光層の側面を絶縁膜でパッシベーションすることで、暗電流を低減することが試みられているが、有効な絶縁膜形成工程は確立されていない。
そこで、上述のような構成及び製造方法を採用している。
以下、本実施形態の赤外線検出器及びその製造方法について、具体例を挙げて、図３〜図１０を参照しながら説明する。 Although attempts have been made to reduce the dark current by passing the side surface of the light receiving layer with an insulating film, an effective insulating film forming step has not been established.
Therefore, the above-mentioned configuration and manufacturing method are adopted.
Hereinafter, the infrared detector of the present embodiment and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 3 to 10 with reference to specific examples.

この具体例では、赤外線検出器は、図３に示すように、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａの上方にＧａＳｂバッファー層９及びＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層１０を介してｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを備える。
また、このｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備え、さらに、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層４Ａを備える。 In this specific example, as shown in FIG. 3, the infrared detector has an n-type InAs first electrode layer 2A above the n-type GaSb (111) B substrate 1A via a GaSb buffer layer 9 and an InAsSb etching stopper layer 10. To be equipped with.
Further, a SiO 2 first insulating film 3A having a hexagonal columnar opening 3X is provided on the n-type InAs first electrode layer 2A, and further, a hexagonal columnar opening is provided on the n-type InAs first electrode layer 2A. A hexagonal columnar light receiving layer 4A composed of a superlattice of InAs and GaSb is provided in the portion 3X so that the side surface is in contact with the SiO 2 first insulating film 3A.

そして、受光層４Ａ上にｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを備え、このｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを覆うＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを備える。
また、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａとｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａのそれぞれの表面に接するように第１電極７及び第２電極８を備え、それ以外の表面は、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａで覆われている。 Then, the p-type GaSb / n-type InAs second electrode layer 5A is provided on the light receiving layer 4A, and the SiO 2 second insulating film 6A covering the p-type GaSb / n-type InAs second electrode layer 5A is provided.
Further, the first electrode 7 and the second electrode 8 are provided so as to be in contact with the surfaces of the n-type InAs first electrode layer 2A and the p-type GaSb / n-type InAs second electrode layer 5A, and the other surfaces are SiO. 2 It is covered with a first insulating film 3A and a SiO 2 second insulating film 6A.

このような構造を有する赤外線検出器は、以下のようにして製造することができる。
ここでは、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａ上に、赤外線検出器を構成する半導体積層構造をエピタキシャル成長させる。
つまり、エピタキシャル成長層は、ＧａＳｂバッファー層９、ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層１０、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる受光層４Ａ、ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａで構成される。 An infrared detector having such a structure can be manufactured as follows.
Here, the semiconductor laminated structure constituting the infrared detector is epitaxially grown on the n-type GaSb (111) B substrate 1A.
That is, the epitaxial growth layer includes a GaSb buffer layer 9, an InAsSb etching stopper layer 10, an n-type InAs first electrode layer 2A, a light receiving layer 4A composed of a superlattice of InAs and GaSb, and a p-type GaSb / n-type InAs second electrode layer 5A. Consists of.

具体的には、赤外線検出器を構成する半導体積層構造の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によって形成する。
まず、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａを、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。なお、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａは、準備室において脱ガス処理される。
次に、超高真空に保持された成長室へ搬送する。 Specifically, each layer of the semiconductor laminated structure constituting the infrared detector is formed by, for example, molecular beam epitaxy (MBE).
First, the n-type GaSb (111) B substrate 1A is introduced into the substrate introduction chamber of the MBE apparatus. The n-type GaSb (111) B substrate 1A is degassed in the preparation chamber.
Next, it is transferred to a growth chamber held in an ultra-high vacuum.

成長室に搬送されたｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａは、表面の酸化膜を除去するために、Ｓｂ雰囲気下で加熱される。
このようにして酸化膜を除去した後、基板表面の平坦性を良くするために、図４に示すように、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａ上に、ＧａＳｂバッファー層９を、例えば基板温度約５００℃で約１００ｎｍ成長させる。 The n-type GaSb (111) B substrate 1A transported to the growth chamber is heated in an Sb atmosphere in order to remove the oxide film on the surface.
After removing the oxide film in this way, in order to improve the flatness of the substrate surface, as shown in FIG. 4, a GaSb buffer layer 9 is placed on the n-type GaSb (111) B substrate 1A, for example, at the substrate temperature. Grow about 100 nm at about 500 ° C.

次に、図５に示すように、ＧａＳｂバッファー層９上に、ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層１０を、例えば約３００ｎｍ成長させる。
この場合、ＩｎＡｓＳｂ層の混晶組成は、ＧａＳｂに格子整合するように設定することが好ましい。例えば、ＩｎＡｓ０．９１Ｓｂ０．０９である。
次に、図５に示すように、例えばＳｉドーピングをした電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを、例えば約３０ｎｍ成長させる。 Next, as shown in FIG. 5, the InAsSb etching stopper layer 10 is grown on the GaSb buffer layer 9 by, for example, about 300 nm.
In this case, the mixed crystal composition of the InAsSb layer is preferably set so as to be lattice-matched to GaSb. For example, InAs 0.91 Sb 0.09 .
Next, as shown in FIG. 5, for example, an n-type InAs first electrode layer 2A having a Si-doped electron concentration of about 1 × 10 18 cm -3 is grown by, for example, about 30 nm.

次に、図６、図７に示すように、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜（ＳｉＯ２マスク）３Ａを形成する。
つまり、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａまでを成膜した基板１Ａを、ＭＢＥ装置から取り出し、図６に示すように、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＯ２膜３Ａを例えば約１０００ｎｍ形成する。 Next, as shown in FIGS. 6 and 7, a SiO 2 first insulating film (SiO 2 mask) 3A having a hexagonal columnar opening 3X is formed.
That is, the substrate 1A on which the n-type InAs first electrode layer 2A is formed is taken out from the MBE apparatus, and as shown in FIG. 6, for example, using the Chemical Vapor Deposition (CVD) method, SiO 2 is used. The film 3A is formed, for example, at about 1000 nm.

次に、図７に示すように、例えば電子線描画（Electron Lithography：ＥＢ）と、薬液などによるエッチングを行なうことによって、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備えるテンプレート基板１１を形成する。
次に、このテンプレート基板１１を、再び、ＭＢＥ装置の成長室に導入し、図８に示すように、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層４Ａを形成する。 Next, as shown in FIG. 7, a template substrate provided with a SiO 2 first insulating film 3A having a hexagonal columnar opening 3X by performing electron beam lithography (EB) and etching with a chemical solution or the like, for example. 11 is formed.
Next, the template substrate 11 is introduced again into the growth chamber of the MBE apparatus to form a hexagonal columnar light receiving layer 4A composed of a superlattice of InAs and GaSb, as shown in FIG.

例えば、以下のように、キャリア濃度の異なる３種類の超格子を積層することによって受光層４Ａを形成する。
つまり、まず、ｎ型の超格子を形成する。
ここでは、電子濃度が約５×１０１７ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約２．２ｎｍ、アンドープのＧａＳｂを約２ｎｍ形成する。 For example, the light receiving layer 4A is formed by laminating three types of superlattices having different carrier concentrations as described below.
That is, first, an n-type superlattice is formed.
Here, n-type InAs having an electron concentration of about 5 × 10 17 cm -3 is formed at about 2.2 nm, and undoped GaSb is formed at about 2 nm.

例えば、ＩｎＡｓを成膜する時、ＩｎとＡｓを交互に供給することによって、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａの六角柱状の開口部３ＸにのみＩｎＡｓを形成することができる。また、（１１１）Ｂ基板１Ａを用いているため、基板表面に垂直な側面を有し、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、六角柱状に成膜することが可能である。また、ＧａＳｂも同様に形成する。 For example, when InAs is formed into a film, InAs can be formed only in the hexagonal columnar opening 3X of the SiO 2 first insulating film 3A by alternately supplying In and As. Further, since the (111) B substrate 1A is used, it is possible to form a hexagonal columnar film so that the side surface is perpendicular to the surface of the substrate and the side surface is in contact with the SiO 2 first insulating film 3A. GaSb is also formed in the same manner.

なお、ＩｎＡｓとＧａＳｂの界面に、ＧａＳｂ基板に格子整合するようにＩｎＳｂを成膜しても良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約２００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。
次いで、ｉ型の超格子を形成する。 InSb may be formed at the interface between InAs and GaSb so as to be lattice-matched with the GaSb substrate.
Here, such film formation of InAs and GaSb is repeated until the thickness becomes, for example, about 200 nm.
Next, an i-type superlattice is formed.

ここでは、アンドープのＩｎＡｓ、ＧａＳｂを、それぞれ、約２．２ｎｍ、約２ｎｍ形成する。
成膜方法は、ｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約６００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。 Here, undoped InAs and GaSb are formed at about 2.2 nm and about 2 nm, respectively.
The film forming method may be the same as in the case of the n-type superlattice.
Here, such film formation of InAs and GaSb is repeated until the thickness becomes, for example, about 600 nm.

次いで、ｐ型の超格子を形成する。
ここでは、アンドープのＩｎＡｓを約２．２ｎｍ、正孔濃度が約５×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＧａＳｂを約２ｎｍ形成する。
成膜方法は、ｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約２００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。 Then, a p-type superlattice is formed.
Here, undoped InAs is formed at about 2.2 nm, and p-type GaSb having a hole concentration of about 5 × 10 17 cm -3 is formed at about 2 nm.
The film forming method may be the same as in the case of the n-type superlattice.
Here, such film formation of InAs and GaSb is repeated until the thickness becomes, for example, about 200 nm.

次に、図９に示すように、ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを形成する。
ここでは、正孔濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＳｂを約１００ｎｍ形成し、次いで、電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約３０ｎｍ形成する。成膜方法はｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
なお、ここでは、テンプレート基板１１の第１絶縁膜３Ａの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４Ａを形成し、その上に第２電極層５Ａを形成しており、第２電極層５Ａの全部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置しているが、これに限られるものではない。 Next, as shown in FIG. 9, the p-type GaSb / n-type InAs second electrode layer 5A is formed.
Here, p-type GaSb having a hole concentration of about 1 × 10 18 cm -3 is formed at about 100 nm, and then n-type InAs having an electron concentration of about 1 × 10 18 cm -3 is formed at about 30 nm. The film forming method may be the same as in the case of the n-type superlattice.
Here, the light receiving layer 4A is formed so as to have a film thickness similar to that of the first insulating film 3A of the template substrate 11, and the second electrode layer 5A is formed on the light receiving layer 4A. The entire electrode layer 5A is located above the upper surface of the first insulating film 3A, but the present invention is not limited to this.

例えば、テンプレート基板１１の第１絶縁膜３Ａの膜厚よりも薄く受光層４Ａを形成し、その上に第２電極層５Ａを形成して、第２電極層５Ａの一部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置するようにしても良い。
また、ここでは、六角柱状の受光層４Ａの上に、基板１Ａの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ａと同程度の六角柱状の第２電極層５Ａを形成しているが、これに限られるものではなく、六角柱状の受光層４Ａの上に、基板１Ａの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ａよりも大きい六角柱状の第２電極層５Ａを形成しても良い（例えば図２参照）。 For example, the light receiving layer 4A is formed thinner than the thickness of the first insulating film 3A of the template substrate 11, the second electrode layer 5A is formed on the light receiving layer 4A, and a part of the second electrode layer 5A is the first insulating film. It may be located above the upper surface of 3A.
Further, here, a hexagonal columnar second electrode layer 5A having a cross-sectional area along the surface of the substrate 1A similar to that of the light receiving layer 4A is formed on the hexagonal columnar light receiving layer 4A. The present invention is not limited, and a hexagonal columnar second electrode layer 5A having a cross-sectional area in the direction along the surface of the substrate 1A larger than that of the light receiving layer 4A may be formed on the hexagonal columnar light receiving layer 4A (for example, FIG. 2).

次に、図１０に示すように、ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを覆うように、ＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを形成する。
次に、図１０に示すように、マスクを用いたエッチングによって、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａの一部及びｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａの一部が露出するように、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを選択的にエッチングし、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる第１電極７及び第２電極８を形成する。 Next, as shown in FIG. 10, the SiO 2 second insulating film 6A is formed so as to cover the p-type GaSb / n-type InAs second electrode layer 5A.
Next, as shown in FIG. 10, a part of the n-type InAs first electrode layer 2A and a part of the p-type GaSb / n-type InAs second electrode layer 5A are exposed by etching with a mask. The SiO 2 first insulating film 3A and the SiO 2 second insulating film 6A are selectively etched to form the first electrode 7 and the second electrode 8 made of, for example, Ti / Pt / Au.

この際、受光層４Ａの側面が露出しないように選択的にエッチングすることで、受光層４Ａの側面の汚染や酸化を防ぐことができる。
このようにして、赤外線検出器を製造することができる。
上述のように構成され、このようにして製造される赤外線検出器によれば、受光層４Ａ（画素）の断面形状が六角形であるため、一般的な画素形状である四角形に比べて、同じ画素面積に対して、画素周辺長が小さくなる。このため、受光層４Ａの側壁表面を流れる暗電流を低減することができる。 At this time, by selectively etching the side surface of the light receiving layer 4A so that the side surface is not exposed, contamination and oxidation of the side surface of the light receiving layer 4A can be prevented.
In this way, the infrared detector can be manufactured.
According to the infrared detector configured as described above and manufactured in this way, since the cross-sectional shape of the light receiving layer 4A (pixel) is hexagonal, it is the same as that of a quadrangle which is a general pixel shape. The peripheral length of the pixel becomes smaller than the pixel area. Therefore, the dark current flowing on the side wall surface of the light receiving layer 4A can be reduced.

また、受光層４Ａ（画素）を成膜によって柱状に形成することが可能であるため、エッチングによって受光層４Ａ（画素）を形成する工程が不要となり、少なくとも受光層４Ａの側壁表面のエッチングによるダメージや大気に晒されることによる酸化を抑制できる。これにより、受光層４Ａの側壁表面を流れる暗電流成分が低減することが可能となる。
なお、この具体例の構成は、効果が得られる範囲で適宜変更しても良い。 Further, since the light receiving layer 4A (pixels) can be formed into columns by film formation, the step of forming the light receiving layer 4A (pixels) by etching becomes unnecessary, and at least the damage caused by etching the side wall surface of the light receiving layer 4A It can suppress oxidation caused by exposure to the atmosphere. This makes it possible to reduce the dark current component flowing on the side wall surface of the light receiving layer 4A.
The configuration of this specific example may be appropriately changed as long as the effect can be obtained.

例えば、この具体例では、受光層４ＡをＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子としているが、吸収波長に応じて各層の厚さを適宜変更しても良い。また、超格子はＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２つ以上から構成されていても良い。また、赤外領域に応答する材料であれば、これらの混晶から受光層４Ａが構成されていても良い。例えばＩｎＡｓ１−ａＳｂａ（０≦ａ≦１）であっても良い。 For example, in this specific example, the light receiving layer 4A is a superlattice of InAs and GaSb, but the thickness of each layer may be appropriately changed according to the absorption wavelength. Further, the superlattice may be composed of any two or more of InAs, InSb, GaSb, and AlSb. Further, the light receiving layer 4A may be composed of these mixed crystals as long as the material responds to the infrared region. For example InAs 1-a Sb a may be (0 ≦ a ≦ 1).

また、第１電極層２ＡはＩｎＡｓとしているが、ＧａＳｂであっても良い。
但し、自然酸化膜の取り扱いやすさの点では、ＩｎＡｓの方が好ましい。つまり、第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有する第１絶縁膜３Ａを形成するためにエッチングを行なう際に、第１電極層２Ａの表面に自然酸化膜が形成されると、これがリーク電流を増加させる要因となるが、ＩｎＡｓは自然酸化膜が形成されにくいため、ＩｎＡｓを用いるのが好ましい。 Further, although the first electrode layer 2A is InAs, it may be GaSb.
However, InAs is preferable in terms of ease of handling of the natural oxide film. That is, when etching is performed to form the first insulating film 3A having the hexagonal columnar opening 3X on the first electrode layer 2A, a natural oxide film is formed on the surface of the first electrode layer 2A. Although this causes an increase in leakage current, it is preferable to use InAs because it is difficult for a natural oxide film to be formed in InAs.

また、テンプレート基板１１上に受光層４Ａを成長する前に、テンプレート基板１１の開口部３Ｘの第１電極層２Ａの表面の自然酸化膜を除去した後、受光層４Ａを成膜する前に、第１電極層２Ａと同じ材料を成膜して表面を平坦化しても良い。
また、ドーピングする不純物をＳｉやＢｅとしているが、これら以外であっても良い。例えばｎ型不純物としてＴｅを用いても良い。 Further, before growing the light receiving layer 4A on the template substrate 11, after removing the natural oxide film on the surface of the first electrode layer 2A of the opening 3X of the template substrate 11, and before forming the light receiving layer 4A, before forming the light receiving layer 4A. The same material as that of the first electrode layer 2A may be formed to flatten the surface.
Further, although the impurities to be doped are Si and Be, other than these may be used. For example, Te may be used as the n-type impurity.

また、赤外線検出器を構成する半導体積層構造の積層方法をＭＢＥ法としているが、例えばＭＯＣＶＤ法やその他の積層構造が作製可能な方法であっても良い。
また、赤外線検出器の構造をｐｉｎ型としているが、ｉ層がｎ型又はｐ型になっていても良い。
また、赤外線検出器の構造において、エッチングストッパー層１０はなくても良い。また、基板１Ａやバッファー層９が除去されていても良い。 Further, although the MBE method is used as the method for laminating the semiconductor laminated structure constituting the infrared detector, for example, the MOCVD method or other methods capable of producing the laminated structure may be used.
Further, although the structure of the infrared detector is pin type, the i layer may be n type or p type.
Further, in the structure of the infrared detector, the etching stopper layer 10 may not be provided. Further, the substrate 1A and the buffer layer 9 may be removed.

ところで、暗電流を抑制するために、受光層４と第２電極層５との間及び受光層４と第１電極層２との間の少なくとも一方に、バリア層１２を備えるものとしても良い（例えば図１１参照）。
例えば、図１１に示すように、受光層４Ｂと第２電極層５Ｂとの間にバリア層１２が挿入されていても良い。これを第１変形例という。 By the way, in order to suppress the dark current, a barrier layer 12 may be provided between the light receiving layer 4 and the second electrode layer 5 and at least one of the light receiving layer 4 and the first electrode layer 2 ( For example, see FIG. 11).
For example, as shown in FIG. 11, the barrier layer 12 may be inserted between the light receiving layer 4B and the second electrode layer 5B. This is called the first modification.

この第１変形例では、赤外線検出器は、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂの上方にＩｎＡｓバッファー層９Ａを介してｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを備える。
また、このｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備え、さらに、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層４Ｂを備える。 In this first modification, the infrared detector includes an n-type InAs first electrode layer 2A above the n-type InAs (111) B substrate 1B via the InAs buffer layer 9A.
Further, a SiO 2 first insulating film 3A having a hexagonal columnar opening 3X is provided on the n-type InAs first electrode layer 2A, and further, a hexagonal columnar opening is provided on the n-type InAs first electrode layer 2A. A hexagonal columnar light receiving layer 4B made of InAs is provided in the portion 3X so that the side surface is in contact with the SiO 2 first insulating film 3A.

そして、受光層４Ｂ上にアンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを備え、これらのアンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを覆うＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを備える。
また、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａとｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂのそれぞれの表面に接するように第１電極７及び第２電極８を備え、それ以外の表面は、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａで覆われている。 Then, the undoped AlAsSb barrier layer 12A and the n-type InAs second electrode layer 5B are provided on the light receiving layer 4B, and the SiO 2 second insulating film 6A covering the undoped AlAsSb barrier layer 12A and the n-type InAs second electrode layer 5B is provided. Be prepared.
Further, the first electrode 7 and the second electrode 8 are provided so as to be in contact with the respective surfaces of the n-type InAs first electrode layer 2A and the n-type InAs second electrode layer 5B, and the other surfaces are SiO 2 first insulating. It is covered with the film 3A and the SiO 2 second insulating film 6A.

このような構造を有する赤外線検出器は、以下のようにして製造することができる。
ここでは、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂ上に、赤外線検出器を構成する半導体積層構造をエピタキシャル成長させる。つまり、エピタキシャル成長層は、ＩｎＡｓバッファー層９Ａ、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ、ＩｎＡｓからなる受光層４Ｂ、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ、ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂで構成される。 An infrared detector having such a structure can be manufactured as follows.
Here, the semiconductor laminated structure constituting the infrared detector is epitaxially grown on the n-type InAs (111) B substrate 1B. That is, the epitaxial growth layer is composed of an InAs buffer layer 9A, an n-type InAs first electrode layer 2A, a light receiving layer 4B composed of InAs, an undoped AlAsSb barrier layer 12A, and an n-type InAs second electrode layer 5B.

具体的には、赤外線検出器構造を構成する半導体積層構造の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によって形成する。
まず、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂを、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。なお、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂは、準備室において脱ガス処理される。
次に、超高真空に保持された成長室へ搬送する。 Specifically, each layer of the semiconductor laminated structure constituting the infrared detector structure is formed by, for example, molecular beam epitaxy (MBE).
First, the n-type InAs (111) B substrate 1B is introduced into the substrate introduction chamber of the MBE apparatus. The n-type InAs (111) B substrate 1B is degassed in the preparation chamber.
Next, it is transferred to a growth chamber held in an ultra-high vacuum.

成長室に搬送されたｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂは、表面の酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で加熱される。
このようにして酸化膜を除去した後、基板表面の平坦性を良くするために、図１２に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂ上に、ＩｎＡｓバッファー層９Ａを、例えば基板温度約５００℃で約１００ｎｍ成長させる。 The n-type InAs (111) B substrate 1B transported to the growth chamber is heated in an As atmosphere in order to remove the oxide film on the surface.
After removing the oxide film in this way, in order to improve the flatness of the substrate surface, as shown in FIG. 12, an InAs buffer layer 9A is placed on the n-type InAs (111) B substrate 1B, for example, at the substrate temperature. Grow about 100 nm at about 500 ° C.

次に、図１３に示すように、ＩｎＡｓバッファー層９Ａ上に、例えばＳｉドーピングをした電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを、例えば約３００ｎｍ成長させる。
次に、図１４、図１５に示すように、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを形成する。 Next, as shown in FIG. 13, on the InAs buffer layer 9A, for example, an n-type InAs first electrode layer 2A having a Si-doped electron concentration of about 1 × 10 18 cm -3 is grown to, for example, about 300 nm.
Next, as shown in FIGS. 14 and 15, the SiO 2 first insulating film 3A having the hexagonal columnar opening 3X is formed.

つまり、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａまでを成膜した基板１Ｂを、ＭＢＥ装置から取り出し、図１４に示すように、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＯ２膜３Ａを例えば約１０００ｎｍ形成する。
次に、図１５に示すように、例えば電子線描画（Electron Lithography：ＥＢ）と、薬液などによるエッチングを行なうことによって、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備えるテンプレート基板１１Ａを形成する。 That is, the substrate 1B on which the n-type InAs first electrode layer 2A is formed is taken out from the MBE apparatus, and as shown in FIG. 14, for example, using the Chemical Vapor Deposition (CVD) method, SiO 2 is used. The film 3A is formed, for example, at about 1000 nm.
Next, as shown in FIG. 15, a template substrate provided with a SiO 2 first insulating film 3A having a hexagonal columnar opening 3X by performing electron beam lithography (EB) and etching with a chemical solution or the like, for example. Form 11A.

次に、このテンプレート基板１１Ａを、再び、ＭＢＥ装置の成長室に導入し、図１６に示すように、ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層４Ｂを形成する。ここでは、Ｓｉをドーピングした電子濃度が約２×１０１６ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約１０００ｎｍ形成する。
この場合、例えば、ＩｎとＡｓを交互に供給することによって、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａの六角柱状の開口部３ＸにのみＩｎＡｓを形成することができる。 Next, the template substrate 11A is introduced into the growth chamber of the MBE apparatus again to form a hexagonal columnar light receiving layer 4B made of InAs, as shown in FIG. Here, Si-doped n-type InAs having an electron concentration of about 2 × 10 16 cm -3 is formed at about 1000 nm.
In this case, for example, by alternately supplying In and As, InAs can be formed only in the hexagonal columnar opening 3X of the SiO 2 first insulating film 3A.

また、（１１１）Ｂ基板１Ｂを用いているため、基板表面に垂直な側面を有し、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、六角柱状に成膜することが可能である。
次に、図１７に示すように、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａを形成する。ここでは、アンドープＡｌＡｓ０．１５Ｓｂ０．８５層を約１００ｎｍ形成する。成膜方法は、受光層４Ｂの場合と同様にすれば良い。 Further, since the (111) B substrate 1B is used, it is possible to form a hexagonal columnar shape so that the side surface is perpendicular to the surface of the substrate and the side surface is in contact with the SiO 2 first insulating film 3A.
Next, as shown in FIG. 17, an undoped AlAsSb barrier layer 12A is formed. Here, an undoped AlAs 0.15 Sb 0.85 layer is formed at about 100 nm. The film forming method may be the same as in the case of the light receiving layer 4B.

次に、図１８に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを形成する。ここでは、Ｓｉをドーピングした電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約１００ｎｍ形成する。成膜方法は受光層４Ｂの場合と同様とすれば良い。
なお、ここでは、テンプレート基板１１Ａの第１絶縁膜３Ａの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４Ｂを形成し、その上にバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しており、バリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂの全部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置しているが、これに限られるものではない。 Next, as shown in FIG. 18, the n-type InAs second electrode layer 5B is formed. Here, Si-doped n-type InAs having an electron concentration of about 1 × 10 18 cm -3 is formed at about 100 nm. The film forming method may be the same as in the case of the light receiving layer 4B.
Here, the light receiving layer 4B is formed so as to have the same film thickness as the first insulating film 3A of the template substrate 11A, and the barrier layer 12A and the second electrode layer 5B are formed on the light receiving layer 4B. The barrier layer 12A and the second electrode layer 5B are all located above the upper surface of the first insulating film 3A, but the present invention is not limited to this.

例えば、テンプレート基板１１Ａの第１絶縁膜３Ａの膜厚よりも薄く受光層４Ｂを形成し、その上にバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成して、第２電極層５Ｂの一部あるいは第２電極層５Ｂ及びバリア層１２Ａの一部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置するようにしても良い。
また、ここでは、六角柱状の受光層４Ｂの上に、基板１Ｂの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ｂと同程度の六角柱状のバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しているが、これに限られるものではなく、六角柱状の受光層４Ｂの上に、基板１Ｂの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ｂよりも大きい六角柱状のバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しても良い。 For example, the light receiving layer 4B is formed thinner than the thickness of the first insulating film 3A of the template substrate 11A, and the barrier layer 12A and the second electrode layer 5B are formed on the light receiving layer 4B to form a part of the second electrode layer 5B or a part of the second electrode layer 5B. A part of the second electrode layer 5B and the barrier layer 12A may be located above the upper surface of the first insulating film 3A.
Further, here, a hexagonal columnar barrier layer 12A and a second electrode layer 5B having a cross-sectional area in the direction along the surface of the substrate 1B similar to that of the light receiving layer 4B are formed on the hexagonal columnar light receiving layer 4B. However, the present invention is not limited to this, and a hexagonal columnar barrier layer 12A and a second electrode layer 5B having a cross-sectional area larger than that of the light receiving layer 4B in the direction along the surface of the substrate 1B are formed on the hexagonal columnar light receiving layer 4B. It may be formed.

次に、図１９に示すように、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを覆うように、ＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを形成する。
次に、マスクを用いたエッチングによって、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａの一部及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂの一部が露出するように、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを選択的にエッチングし、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる第１電極７及び第２電極８を形成する。 Next, as shown in FIG. 19, the SiO 2 second insulating film 6A is formed so as to cover the undoped AlAsSb barrier layer 12A and the n-type InAs second electrode layer 5B.
Next, the SiO 2 first insulating film 3A and the SiO 2nd are exposed so that a part of the n-type InAs first electrode layer 2A and a part of the n-type InAs second electrode layer 5B are exposed by etching with a mask. 2 The insulating film 6A is selectively etched to form a first electrode 7 and a second electrode 8 made of, for example, Ti / Pt / Au.

このようにして、赤外線検出器を製造することができる。
なお、この第１変形例の構成は、効果が得られる範囲で適宜変更しても良い。
例えば、この第１変形例では、受光層４をＩｎＡｓからなるものとしているが、これに限られるものではなく、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるものとすれば良い。また、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２つ以上から構成される超格子としても良い。また、赤外領域に応答する材料であれば、これらの混晶から受光層４が構成されていても良い。例えばＩｎＡｓ１−ａＳｂａ（０≦ａ≦１）であっても良い。 In this way, the infrared detector can be manufactured.
The configuration of this first modification may be appropriately changed as long as the effect can be obtained.
For example, in this first modification, the light receiving layer 4 is made of InAs, but the light receiving layer 4 is not limited to this, and the light receiving layer 4 is made of any one of InAs, InSb, GaSb, and AlSb. Just do it. Further, the light receiving layer 4 may be a superlattice composed of any two or more of InAs, InSb, GaSb, and AlSb. Further, the light receiving layer 4 may be composed of these mixed crystals as long as the material responds to the infrared region. For example InAs 1-a Sb a may be (0 ≦ a ≦ 1).

また、ドーピングする不純物をＳｉとしているが、Ｓｉ以外であっても良い。例えばｎ型不純物としてＴｅを用いても良い。
また、赤外線検出器を構成する半導体積層構造の積層方法をＭＢＥ法としているが、例えばＭＯＣＶＤ法やその他の積層構造が作製可能な方法であっても良い。
また、赤外線検出器の構造をｐｉｎ型としても良い。 Further, although the impurity to be doped is Si, it may be other than Si. For example, Te may be used as the n-type impurity.
Further, although the MBE method is used as the method for laminating the semiconductor laminated structure constituting the infrared detector, for example, the MOCVD method or other methods capable of producing the laminated structure may be used.
Further, the structure of the infrared detector may be a pin type.

また、赤外線検出器の構造において、エッチングストッパー層を挿入しても良い。また、基板１Ｂやバッファー層９Ａが除去されていても良い。
ところで、上述の具体例及び第１変形例では、第１絶縁膜３（３Ａ）及び第２絶縁膜６（６Ａ）をＳｉＯ２膜としているが、これに限られるものではない。
例えば、図２０に示すように、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜３Ｂとし、第２絶縁膜６をＳｉＯ２膜６Ａとしても良い。これを第２変形例という。この第２変形例では、上述の第１変形例のものにおいて、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜３Ｂとしている。 Further, in the structure of the infrared detector, an etching stopper layer may be inserted. Further, the substrate 1B and the buffer layer 9A may be removed.
By the way, in the above-mentioned specific example and the first modification, the first insulating film 3 (3A) and the second insulating film 6 (6A) are the SiO 2 film, but the present invention is not limited thereto.
For example, as shown in FIG. 20, the first insulating film 3 may be a SiN film 3B, and the second insulating film 6 may be a SiO 2 film 6A. This is called a second modification. In this second modification, the first insulating film 3 is the SiN film 3B in the above-mentioned first modification.

ここでは、テンプレート基板１１Ｂに、六角柱状の開口部３ＸＡを有するＳｉＮ第１絶縁膜３Ｂ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの一部６ＡＸを形成する。
つまり、まず、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＮ膜３Ｂを約１０００ｎｍ形成する。次いで、ＳｉＯ２膜６ＡＸを約１００ｎｍ形成する。 Here, a part 6AX of the SiN first insulating film 3B and the SiO 2 second insulating film 6A having the hexagonal columnar opening 3XA is formed on the template substrate 11B.
That is, first, for example, a Chemical Vapor Deposition (CVD) method is used to form the SiN film 3B at about 1000 nm. Next, the SiO 2 film 6AX is formed at about 100 nm.

次いで、例えば電子線描画（Electron Lithography：ＥＢ）と、薬液などによるエッチングを行なうことによって、六角柱状の開口部３ＸＡを有するＳｉＮ第１絶縁膜３Ｂ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの一部６ＡＸを備えるテンプレート基板１１Ｂを形成する。
このようなテンプレート基板１１Ｂを用いる場合、テンプレート基板１１ＢのＳｉＮ第１絶縁膜３Ｂの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４（ここではＩｎＡｓからなる受光層４Ｂ）を形成し、その上にテンプレート基板１１ＢのＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの一部６ＡＸの膜厚と同程度の膜厚になるようにバリア層１２（ここではアンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ）を形成し、その上に第２電極層５（ここではｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂ）を形成した後、第２電極層５を覆うようにＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの残りの部分６ＡＹを形成することになる。この場合、ＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａ（６ＡＸ，６ＡＹ）はバリア層１２（１２Ａ）及び第２電極層５（５Ｂ）を覆うことになる。 Next, for example, by performing electron beam lithography (EB) and etching with a chemical solution or the like, the SiN first insulating film 3B having the hexagonal columnar opening 3XA and a part 6AX of the SiO 2 second insulating film 6A are formed. The template substrate 11B to be provided is formed.
When such a template substrate 11B is used, the light receiving layer 4 (here, the light receiving layer 4B made of InAs) is formed so as to have a thickness similar to that of the SiN first insulating film 3B of the template substrate 11B. A barrier layer 12 (here, an undoped AlAsSb barrier layer 12A) is formed on the template substrate 11B so as to have a film thickness of a part 6AX of the SiO 2 second insulating film 6A of the template substrate 11B. After forming the second electrode layer 5 (here, the n-type InAs second electrode layer 5B), the remaining portion 6AY of the SiO 2 second insulating film 6A is formed so as to cover the second electrode layer 5. In this case, the SiO 2 second insulating film 6A (6AX, 6AY) covers the barrier layer 12 (12A) and the second electrode layer 5 (5B).

このようなテンプレート基板１１Ｂを用いることによって、受光層４（４Ｂ）の側壁表面がＳｉＮ膜３Ｂによって保護されるため、受光層４（４Ｂ）の側壁表面の酸化が抑制されることが期待され、その結果、受光層４（４Ｂ）の側壁表面を流れる暗電流を低減することが可能となる。
なお、この第２変形例の構成は、上述の第１変形例の場合と同様に、効果が得られる範囲であれば適宜変更しても良い。 By using such a template substrate 11B, since the side wall surface of the light receiving layer 4 (4B) is protected by the SiN film 3B, it is expected that oxidation of the side wall surface of the light receiving layer 4 (4B) is suppressed. As a result, it is possible to reduce the dark current flowing on the side wall surface of the light receiving layer 4 (4B).
The configuration of the second modification may be appropriately changed as long as the effect can be obtained, as in the case of the first modification described above.

例えば、テンプレート基板１１Ｂの絶縁膜は、ＳｉＮ膜とＳｉＯＮ膜によって形成されても良い。また、例えば、上述の具体例のものにおいて、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜としても良い。
ところで、例えば図２１、図２２に示すように、上述のように構成される赤外線検出器２０を１画素として、複数の画素を平面上に配列して撮像素子（赤外線撮像素子）２１を構成することができる。 For example, the insulating film of the template substrate 11B may be formed of a SiN film and a SION film. Further, for example, in the above-mentioned specific example, the first insulating film 3 may be a SiN film.
By the way, for example, as shown in FIGS. 21 and 22, the infrared detector 20 configured as described above is regarded as one pixel, and a plurality of pixels are arranged on a plane to form an image pickup element (infrared image pickup element) 21. be able to.

なお、図２１、図２２では、上述の第２変形例の赤外線検出器を適用した場合を例示しており、図２１中、拡大して示している部分は、受光層４が設けられている部分の基板の表面に沿う方向の断面を示している。
つまり、上述のように構成される赤外線検出器２０を１画素として複数の画素が第１絶縁膜３（３Ｂ）を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイ２２を備えるものとして、撮像素子２１を構成することができる。 It should be noted that FIGS. 21 and 22 illustrate the case where the infrared detector of the second modification described above is applied, and the light receiving layer 4 is provided in the enlarged portion of FIG. 21. The cross section of the portion along the surface of the substrate is shown.
That is, the image pickup is performed on the assumption that the infrared detector 20 configured as described above is used as one pixel and the infrared detector array 22 in which a plurality of pixels are arranged on a plane with the first insulating film 3 (3B) interposed therebetween is provided. The element 21 can be configured.

この場合、赤外線検出器アレイ２２は、各画素を構成する赤外線検出器２０が、第１絶縁膜３（３Ｂ）によって分離され、平面上に配列されているものとなる。
ここで、複数の画素２０は、図２１に示すように、ハニカム状に配列されていることが好ましい。これにより、各画素２０を密に配列することができ、高精細な赤外線検出器アレイ２２（赤外線撮像素子２１）を実現することができる。 In this case, in the infrared detector array 22, the infrared detectors 20 constituting each pixel are separated by the first insulating film 3 (3B) and arranged on a plane.
Here, the plurality of pixels 20 are preferably arranged in a honeycomb shape as shown in FIG. As a result, each pixel 20 can be densely arranged, and a high-definition infrared detector array 22 (infrared image pickup element 21) can be realized.

なお、複数の画素２０は、平面上に２次元に配列されていれば良く、ハニカム状に配列されていなくても良い。例えば、マス目状に縦方向及び横方向に並べて配列されているものとしても良いし、ランダムに配列されているものとしても良い。
本実施形態では、図２１、図２２に示すように、撮像素子２１は、赤外線検出器アレイ２２に接続され、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を備える。 The plurality of pixels 20 may be arranged two-dimensionally on a plane, and may not be arranged in a honeycomb shape. For example, it may be arranged in a grid pattern in the vertical and horizontal directions, or it may be arranged randomly.
In this embodiment, as shown in FIGS. 21 and 22, the image sensor 21 is connected to the infrared detector array 22 and includes a chip 23 including a drive circuit and a read circuit.

ここでは、例えば図２２に示すように、上述のように構成される赤外線検出器２０に備えられる第１電極層２（２Ａ）を、全画素２０に共通の共通電極層とし、第１電極７を、赤外線検出器アレイ２２の周辺部、即ち、複数の画素２０が配列されている領域の周辺部に設けて共通電極としている。
そして、各画素を構成する赤外線検出器２０に備えられる第２電極８に表面配線２４（金属配線）で接続されたバンプ２５（出力電極；ここではＩｎバンプ）を介して、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を接続し、また、共通電極としての第１電極７に表面配線２６（金属配線）で接続されたバンプ２７（共通電極；ここではＩｎバンプ）を介して、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を接続している。 Here, for example, as shown in FIG. 22, the first electrode layer 2 (2A) provided in the infrared detector 20 configured as described above is used as a common electrode layer common to all pixels 20, and the first electrode 7 is used. Is provided in the peripheral portion of the infrared detector array 22, that is, in the peripheral portion of the region where the plurality of pixels 20 are arranged to serve as a common electrode.
Then, the drive circuit and the read circuit are connected to the second electrode 8 provided in the infrared detector 20 constituting each pixel via the bump 25 (output electrode; in this case, the In bump) connected by the surface wiring 24 (metal wiring). A drive circuit and a read circuit via a bump 27 (common electrode; in this case, an In bump) connected to the first electrode 7 as a common electrode by a surface wiring 26 (metal wiring). The chip 23 including the above is connected.

ところで、上述のように構成される撮像素子２１を備えるものとして、撮像システム（赤外線撮像システム）を構成することができる。
例えば図２３に示すように、撮像システム３０を、上述のように構成される撮像素子２１を含むセンサ部３１と、これに接続された制御演算部３２と、表示部３３とを備えるものとし、センサ部３１に入射した赤外線を基にした画像が表示部３３に表示されるようにすれば良い。 By the way, an image pickup system (infrared image pickup system) can be configured to include the image pickup device 21 configured as described above.
For example, as shown in FIG. 23, the image pickup system 30 includes a sensor unit 31 including an image pickup element 21 configured as described above, a control calculation unit 32 connected to the sensor unit 31, and a display unit 33. An image based on the infrared rays incident on the sensor unit 31 may be displayed on the display unit 33.

この場合、撮像システム３０は、上述のように構成される撮像素子２１と、撮像素子２１に接続された制御演算部３２とを備えるものとして構成されることになる。
したがって、本実施形態にかかる赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システムによれば、受光層４の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることができるという効果を有する。 In this case, the image pickup system 30 is configured to include the image pickup device 21 configured as described above and the control calculation unit 32 connected to the image pickup device 21.
Therefore, according to the infrared detector and its manufacturing method, the image pickup device, and the image pickup system according to the present embodiment, it is possible to reduce the dark current flowing on the side surface of the light receiving layer 4 and improve the performance of the infrared detector. Has.

なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
（１１１）Ｂ基板の上方に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に設けられ、側面が前記第１絶縁膜に接する六角柱状の受光層と、
前記受光層上に設けられた第２電極層と、
前記第２電極層を覆う第２絶縁膜とを備えることを特徴とする赤外線検出器。 The present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
Hereinafter, additional notes will be disclosed with respect to the above-described embodiment.
(Appendix 1)
(111) A first electrode layer provided above the B substrate and
A first insulating film provided on the first electrode layer and having a hexagonal columnar opening,
A hexagonal columnar light receiving layer provided on the first electrode layer and at the hexagonal columnar opening and having a side surface in contact with the first insulating film.
A second electrode layer provided on the light receiving layer and
An infrared detector comprising a second insulating film covering the second electrode layer.

（付記２）
前記受光層は、前記（１１１）Ｂ基板の表面に沿う方向の断面積が前記第２電極層よりも小さいことを特徴とする、付記１に記載の赤外線検出器。
（付記３）
前記受光層と前記第２電極層との間及び前記受光層と前記第１電極層との間の少なくとも一方に、バリア層を備えることを特徴とする、付記１又は２の赤外線検出器。 (Appendix 2)
The infrared detector according to Appendix 1, wherein the light receiving layer has a cross-sectional area in a direction along the surface of the (111) B substrate smaller than that of the second electrode layer.
(Appendix 3)
The infrared detector of Appendix 1 or 2, wherein a barrier layer is provided between the light receiving layer and the second electrode layer and at least one of the light receiving layer and the first electrode layer.

（付記４）
前記受光層は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるか、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む混晶からなるか、又は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む超格子からなることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。 (Appendix 4)
The light receiving layer is made of any one of InAs, InSb, GaSb, and AlSb, or is made of a mixed crystal containing any two or more of InAs, InSb, GaSb, and AlSb, or InAs, InSb, GaSb, The infrared detector according to any one of Appendix 1 to 3, wherein the infrared detector comprises a superlattice containing any two or more of AlSb.

（付記５）
前記第１電極層は、ＩｎＡｓからなることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記６）
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなり、
前記第１絶縁膜は、少なくとも前記受光層の側面に接する領域がＳｉＮからなることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の赤外線検出器。 (Appendix 5)
The infrared detector according to any one of Supplementary note 1 to 4, wherein the first electrode layer is made of InAs.
(Appendix 6)
The first insulating film and said second insulating film, SiN, or consist of any of the materials SiO 2, SiON, or, SiN, formed by laminating one or two or more kinds of SiO 2, SiON,
The infrared detector according to any one of Supplementary note 1 to 5, wherein the first insulating film has at least a region in contact with the side surface of the light receiving layer made of SiN.

（付記７）
前記（１１１）Ｂ基板は、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰのいずれかからなることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記８）
付記１〜７のいずれか１項に記載の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備えることを特徴とする撮像素子。 (Appendix 7)
The infrared detector according to any one of Supplementary note 1 to 6, wherein the (111) B substrate is made of any one of InAs, GaSb, GaAs, and InP.
(Appendix 8)
An image pickup characterized by comprising an infrared detector array in which a plurality of pixels are arranged on a plane with the first insulating film interposed therebetween, with the infrared detector according to any one of Supplementary Notes 1 to 7 as one pixel. element.

（付記９）
前記複数の画素は、ハニカム状に配列されていることを特徴とする、付記８に記載の撮像素子（２１）。
（付記１０）
前記赤外線検出器アレイに接続され、駆動回路及び読出回路を含むチップを備えることを特徴とする、付記８又は９に記載の撮像素子。 (Appendix 9)
The image pickup device (21) according to Appendix 8, wherein the plurality of pixels are arranged in a honeycomb shape.
(Appendix 10)
The image pickup device according to Appendix 8 or 9, wherein the image sensor is connected to the infrared detector array and includes a chip including a drive circuit and a read circuit.

（付記１１）
付記８〜１０のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に接続された制御演算部とを備えることを特徴とする撮像システム。
（付記１２）
（１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に、側面が前記第１絶縁膜に接するように六角柱状の受光層を形成する工程と、
前記受光層上に、第２電極層を形成する工程と、
前記第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。 (Appendix 11)
The image sensor according to any one of Appendix 8 to 10 and the image sensor.
An image pickup system including a control calculation unit connected to the image pickup element.
(Appendix 12)
(111) A step of forming the first electrode layer on the B substrate and
A step of forming a first insulating film having a hexagonal columnar opening on the first electrode layer, and
A step of forming a hexagonal columnar light receiving layer on the first electrode layer and at the hexagonal columnar opening so that the side surface is in contact with the first insulating film.
A step of forming a second electrode layer on the light receiving layer and
A method for manufacturing an infrared detector, which comprises a step of forming a second insulating film so as to cover the second electrode layer.

１ （１１１）Ｂ基板
１Ａ ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板
１Ｂ ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板
２ 第１電極層
２Ａ ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層
３ 第１絶縁膜
３Ａ ＳｉＯ２第１絶縁膜
３Ｂ ＳｉＮ第１絶縁膜
３Ｘ、３ＸＡ 六角柱状の開口部
４ 受光層
４Ａ ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層
４Ｂ ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層
５ 第２電極層
５Ａ ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層
５Ｂ ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層
６ 第２絶縁膜
６Ａ ＳｉＯ２第２絶縁膜
６ＡＸ ＳｉＯ２第２絶縁膜の一部
６ＡＹ ＳｉＯ２第２絶縁膜の残りの部分
７ 第１電極
８ 第２電極
９ ＧａＳｂバッファー層
９Ａ ＩｎＡｓバッファー層
１０ ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層
１１、１１Ａ、１１Ｂ テンプレート基板
１２ バリア層
１２Ａ アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層
２０ 赤外線検出器
２１ 撮像素子（赤外線撮像素子）
２２ 赤外線検出器アレイ
２３ 駆動回路及び読出回路を含むチップ
２４、２６ 表面配線（金属配線）
２５、２７ バンプ
３０ 撮像システム（赤外線撮像システム）
３１ センサ部
３２ 制御演算部
３３ 表示部 1 (111) B substrate 1A n-type GaSb (111) B substrate 1B n-type InAs (111) B substrate 2 1st electrode layer 2A n-type InAs 1st electrode layer 3 1st insulating film 3A SiO 2 1st insulating film 3B SiN 1st insulating film 3X, 3XA Hexagonal columnar opening 4 Light receiving layer 4A Hexagonal columnar light receiving layer composed of InAs and GaSb super lattice 4B Hexagonal columnar light receiving layer composed of InAs 5 Second electrode layer 5A p-type GaSb / n Type InAs 2nd electrode layer 5B n type InAs 2nd electrode layer 6 2nd insulating film 6A SiO 2 2nd insulating film 6AX SiO 2 Part of 2nd insulating film 6AY SiO 2 Remaining part of 2nd insulating film 7 1st Electrode 8 Second electrode 9 GaSb buffer layer 9A InAs buffer layer 10 InAsSb etching stopper layer 11, 11A, 11B Template substrate 12 Barrier layer 12A Undoped AlAsSb barrier layer 20 Indium detector 21 Imaging element (infrared imaging element)
22 Infrared detector array 23 Chips including drive circuit and read circuit 24, 26 Surface wiring (metal wiring)
25, 27 bump 30 imaging system (infrared imaging system)
31 Sensor unit 32 Control calculation unit 33 Display unit

Claims (10)

（１１１）Ｂ基板の上方に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に設けられ、前記（１１１）Ｂ基板の基板表面に垂直な側面を有し、成膜によって前記側面が前記第１絶縁膜に接するように形成された六角柱状の受光層と、
前記受光層上に設けられた第２電極層と、
前記第２電極層を覆う第２絶縁膜とを備えることを特徴とする赤外線検出器。 (111) A first electrode layer provided above the B substrate and
A first insulating film provided on the first electrode layer and having a hexagonal columnar opening,
Said first electrode layer, and the provided opening of hexagonal prism, the (111) B has a perpendicular side surface on the substrate surface of the substrate, so that the side by film formation in contact with the first insulating film Hexagonal columnar light receiving layer formed in
A second electrode layer provided on the light receiving layer and
An infrared detector comprising a second insulating film covering the second electrode layer. 前記受光層は、前記（１１１）Ｂ基板の表面に沿う方向の断面積が前記第２電極層よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の赤外線検出器。 The infrared detector according to claim 1, wherein the light receiving layer has a cross-sectional area in a direction along the surface of the (111) B substrate smaller than that of the second electrode layer. 前記受光層と前記第２電極層との間及び前記受光層と前記第１電極層との間の少なくとも一方に、バリア層を備えることを特徴とする、請求項１又は２の赤外線検出器。 The infrared detector according to claim 1 or 2, wherein a barrier layer is provided between the light receiving layer and the second electrode layer and at least one of the light receiving layer and the first electrode layer. 前記受光層は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるか、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む混晶からなるか、又は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む超格子からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。 The light receiving layer is made of any one of InAs, InSb, GaSb, and AlSb, or is made of a mixed crystal containing any two or more of InAs, InSb, GaSb, and AlSb, or InAs, InSb, GaSb, The infrared detector according to any one of claims 1 to 3, further comprising a superlattice containing any two or more of AlSb. 前記第１電極層は、ＩｎＡｓからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検出器。 The infrared detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the first electrode layer is made of InAs. 前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなり、
前記第１絶縁膜は、少なくとも前記受光層の側面に接する領域がＳｉＮからなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の赤外線検出器。 The first insulating film and the second insulating film are made of any one of SiN, SiO2, and SiON, or are made by laminating any two or more of SiN, SiO2, and SiON.
The infrared detector according to any one of claims 1 to 5, wherein the first insulating film has at least a region in contact with the side surface of the light receiving layer made of SiN. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備えることを特徴とする撮像素子。 The infrared detector according to any one of claims 1 to 6 is used as one pixel, and the infrared detector array is provided in which a plurality of pixels are arranged on a plane with the first insulating film interposed therebetween. Image sensor. 前記複数の画素は、ハニカム状に配列されていることを特徴とする、請求項７に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 7, wherein the plurality of pixels are arranged in a honeycomb shape. 請求項７又は８に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に接続された制御演算部とを備えることを特徴とする撮像システム。 The image sensor according to claim 7 or 8,
An image pickup system including a control calculation unit connected to the image pickup element. （１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に、前記（１１１）Ｂ基板の基板表面に垂直な側面が前記第１絶縁膜に接するように成膜によって六角柱状の受光層を形成する工程と、
前記受光層上に、第２電極層を形成する工程と、
前記第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。 (111) A step of forming the first electrode layer on the B substrate and
A step of forming a first insulating film having a hexagonal columnar opening on the first electrode layer, and
A hexagonal columnar light receiving layer is formed by film formation on the first electrode layer and in the hexagonal columnar opening so that the side surface perpendicular to the substrate surface of the (111) B substrate is in contact with the first insulating film. And the process to do
A step of forming a second electrode layer on the light receiving layer and
A method for manufacturing an infrared detector, which comprises a step of forming a second insulating film so as to cover the second electrode layer.
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