JP6979974B2 - 受光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
1.実施形態(互いに異なる無機半導体材料で構成された光電変換層を有する受光素子の例)
2.変形例1(平面視で異なる互いに異なる大きさの光電変換層を有する例)
3.変形例2(光入射面側が平坦である例)
4.変形例3(縦方向分光の例)
5.適用例1(撮像素子の例)
6.適用例2(電子機器の例)
7.応用例1(内視鏡手術システムへの応用例)
8.応用例2(移動体への応用例)
[構成]
図1は、本開示の一実施の形態の受光素子(受光素子1)の断面構成を表したものである。受光素子1は、例えばIII−V族半導体などの無機半導体材料を用いた赤外線センサ等に適用されるものであり、例えば2次元配置された複数の受光単位領域P(画素P1,P2,P3,P4,P5…Pn)を含んでいる。尚、図1では、5つの画素P(画素P1〜P5)に相当する部分の断面構成について示している。
受光素子1は、例えば次のようにして製造することができる。図2A〜図3Cは、受光素子1の製造工程を工程順に表したものである。図2A〜図3Cでは、画素P3〜P5に対応する領域を示している。
受光素子1では、カラーフィルタ層15、パッシベーション膜14、第2電極25および第2コンタクト層24を介して、光電変換層23へ光(例えば可視領域および赤外領域の波長の光)が入射すると、この光が光電変換層23において吸収される。これにより、光電変換層23では正孔(ホール)および電子の対が発生する(光電変換される)。このとき、例えば第1電極21に所定の電圧が印加されると、光電変換層23に電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷(例えば正孔)が、信号電荷として第1コンタクト層22に移動し、第1コンタクト層22から第1電極21へ収集される。この信号電荷が、ROIC基板11によって読み出される。
本実施の形態の受光素子1では、画素P1〜P4の光電変換層23A〜23Dと、画素P5の光電変換層23Eとが互いに異なる無機半導体材料により構成されている。また、光電変換層23A〜23Dの間でも、互いに異なる厚みに調整可能である。これにより、光電変換層23A〜23E(画素P1〜P5)各々で、光電変換可能な波長帯域を設定し易くなる。例えば、光電変換層23A(画素P1)で青色波長域の光、光電変換層23B(画素P2)で緑色波長域の光、光電変換層23C(画素P3)で赤色波長域の光、光電変換層23D(画素P4)で短赤外領域の波長の光、光電変換層23E(画素P5)で中赤外領域の波長の光がそれぞれ光電変換されるように構成することができる。以下、これについて説明する。
図6は、上記実施の形態の変形例1に係る受光素子(受光素子1A)の断面構成を表したものである。受光素子1Aのように、互いに異なる幅(幅W3,W4)の光電変換層23が設けられていてもよい。この点を除き、受光素子1Aは受光素子1と同様の構成および効果を有している。
図7は、変形例2に係る受光素子(受光素子1B)の断面構成を表したものである。上記実施の形態では、ROIC基板11側の面(具体的には、第1コンタクト層22の第1電極21との接触面)が平坦である場合を例示したが、光入射側の面が平坦であってもよい。具体的には、受光素子1Bのように、第2コンタクト層24の第2電極25との接触面が画素P間で、同一平面上に設けられていてもよい。即ち、受光素子1Bでは、複数の第2コンタクト層24の第2電極25との接触面が、同一平面を構成している。この点を除き、受光素子1Bは受光素子1と同様の構成および効果を有している。
図11は、変形例3に係る受光素子(受光素子1C)について、画素P5の断面構成を表したものである。本変形例のように、光電変換層23Eの厚み方向に、別の光電変換層(光電変換層23EA)を積層させるようにしてもよい。このような受光素子1Cでは、縦方向分光が可能となる。この点を除き、受光素子1Cは受光素子1と同様の構成および効果を有している。
図14は、上記実施の形態等において説明した受光素子1(または、受光素子1A〜1C、以下、まとめて受光素子1という)の素子構造を用いた撮像素子2の機能構成を表したものである。撮像素子2は、例えば赤外線イメージセンサであり、例えば受光素子1を含む画素部10Pと、この画素部10Pを駆動する回路部20とを有している。回路部20は、例えば行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132を有している。
上述の撮像素子2は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの電子機器に適用することができる。図16に、その一例として、電子機器3(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器3は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、撮像素子2と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、撮像素子2およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(1)
平面視で異なる領域に配置され、絶縁膜により互いに分離された複数の光電変換層のうち、
基板上に、平面視で異なる領域に第1開口および第2開口を有する前記絶縁膜を形成し、
前記第1開口に、第1無機半導体材料を含有する第1光電変換層をエピタキシャル成長させて形成し、
前記第2開口に、前記第1無機半導体材料とは異なる第2無機半導体材料を含有する第2光電変換層をエピタキシャル成長させて形成する
受光素子の製造方法。
(2)
前記第1開口に前記第1無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第2開口を、前記第2開口に前記第2無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第1開口を、それぞれハードマスクを用いて覆う
前記(1)に記載の受光素子の製造方法。
(3)
前記第1光電変換層と前記第2光電変換層とを異なる厚みで形成する
前記(1)または(2)に記載の受光素子の製造方法。
(4)
更に、前記第1無機半導体材料とは異なる第3無機半導体材料を含み、前記第1光電変換層の厚み方向に設けられるとともに、平面視で前記第1光電変換層の一部に重なる第3光電変換層を形成する
前記(1)乃至(3)のうちいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
(5)
前記第1光電変換層および前記第2光電変換層の少なくとも一方は、赤外領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
前記(1)乃至(4)のうちいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
(6)
前記第1光電変換層および前記第2光電変換層の少なくとも一方は、可視領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
前記(1)乃至(5)のうちいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
(7)
前記第1無機半導体材料および前記第2無機半導体材料の少なくとも一方は、Ge,InGaAs,InGaAs,InAsSb,InAs,InSbおよびHgCdTeのうちのいずれか1つである
前記(1)乃至(6)のうちいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
(8)
更に、前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれに電気的に接続された第1電極を形成し、
各々の前記第1電極に電気的に接続されたROIC(readout integrated circuit)基板を接合する
前記(1)乃至(7)のうちいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
(9)
更に、前記第1電極と前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれとの間に第1コンタクト層を形成する
前記(8)に記載の受光素子の製造方法。
(10)
複数の前記第1コンタクト層の前記第1電極との接触面を同一平面上に設ける
前記(9)に記載の受光素子の製造方法。
(11)
更に、前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれを間にして前記第1電極と対向する第2電極を形成する
前記(8)乃至(10)のうちのいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
(12)
更に、前記第2電極と前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれとの間に第2コンタクト層を形成する
前記(11)に記載の受光素子の製造方法。
(13)
複数の前記第2コンタクト層の前記第2電極との接触面を同一平面上に設ける
前記(12)に記載の受光素子の製造方法。
(14)
前記第2電極を、前記第1光電変換層および前記第2光電変換層に共通して設ける
前記(11)乃至(13)のうちいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
(15)
平面視で、前記第1光電変換層の大きさと前記第2光電変換層の大きさとが異なる
前記(1)乃至(14)のうちいずれか1つに記載の受光素子の製造方法。
Claims (15)
- 平面視で異なる領域に配置され、絶縁膜により互いに分離された複数の光電変換層のうち、
基板上に、平面視で異なる領域に第1開口および第2開口を有する前記絶縁膜を形成し、
前記第1開口に、第1無機半導体材料を含有する第1光電変換層をエピタキシャル成長させて形成し、
前記第2開口に、前記第1無機半導体材料とは異なる第2無機半導体材料を含有する第2光電変換層をエピタキシャル成長させて形成する
受光素子の製造方法。 - 前記第1開口に前記第1無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第2開口を、前記第2開口に前記第2無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第1開口を、それぞれハードマスクを用いて覆う
請求項1に記載の受光素子の製造方法。 - 前記第1光電変換層と前記第2光電変換層とを異なる厚みで形成する
請求項1に記載の受光素子の製造方法。 - 更に、前記第1無機半導体材料とは異なる第3無機半導体材料を含み、前記第1光電変換層の厚み方向に設けられるとともに、平面視で前記第1光電変換層の一部に重なる第3光電変換層を形成する
請求項1に記載の受光素子の製造方法。 - 前記第1光電変換層および前記第2光電変換層の少なくとも一方は、赤外領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
請求項1に記載の受光素子の製造方法。 - 前記第1光電変換層および前記第2光電変換層の少なくとも一方は、可視領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
請求項1に記載の受光素子の製造方法。 - 前記第1無機半導体材料および前記第2無機半導体材料の少なくとも一方は、Ge,InGaAs,InGaAs,InAsSb,InAs,InSbおよびHgCdTeのうちのいずれか1つである
請求項1に記載の受光素子の製造方法。 - 更に、前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれに電気的に接続された第1電極を形成し、
各々の前記第1電極に電気的に接続されたROIC(readout integrated circuit)基板を接合する
請求項1に記載の受光素子の製造方法。 - 更に、前記第1電極と前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれとの間に第1コンタクト層を形成する
請求項8に記載の受光素子の製造方法。 - 複数の前記第1コンタクト層の前記第1電極との接触面を同一平面上に設ける
請求項9に記載の受光素子の製造方法。 - 更に、前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれを間にして前記第1電極と対向する第2電極を形成する
請求項8に記載の受光素子の製造方法。 - 更に、前記第2電極と前記第1光電変換層、前記第2光電変換層それぞれとの間に第2コンタクト層を形成する
請求項11に記載の受光素子の製造方法。 - 複数の前記第2コンタクト層の前記第2電極との接触面を同一平面上に設ける
請求項12に記載の受光素子の製造方法。 - 前記第2電極を、前記第1光電変換層および前記第2光電変換層に共通して設ける
請求項11に記載の受光素子の製造方法。 - 平面視で、前記第1光電変換層の大きさと前記第2光電変換層の大きさとが異なる
請求項1に記載の受光素子の製造方法。
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