KR20200004291A - 광전변환 소자 및 촬상 소자 - Google Patents

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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

광입사면을 가짐과 함께, 화합물 반도체 재료를 포함하는 광흡수층과, 상기 광흡수층의 상기 광입사면과 반대면에 대향하여, 화소마다 마련된 제1 전극과, 상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 광흡수층과 상기 제1 전극 사이에 마련된, 제1 도전형의 제1 반도체층과, 상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 제1 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련된, 제2 도전형의 제2 반도체층과, 이웃하는 상기 화소의 사이에, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층에 걸쳐서 마련된, 제2 도전형의 제1 확산 영역을 구비한 광전변환 소자.

Description

광전변환 소자 및 촬상 소자
본 개시는, 예를 들면 적외선 센서 등에 사용되는 광전변환 소자 및 촬상 소자에 관한 것이다.
근래, 적외 영역에 감도를 갖는 이미지 센서(적외선 센서)가 상품화되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 이 적외선 센서에 사용되는 촬상 소자(광전변환 소자)에서는, 예를 들면 InGaAs(인듐갈륨비소) 등의 Ⅲ-V족 반도체를 포함하는 광흡수층이 사용되고, 이 광흡수층에서, 적외선이 흡수됨으로써 전하가 발생한다(광전변환이 행하여진다).
이와 같은 촬상 소자에서는, 화소마다 신호 전하가 판독되도록 되어 있다.
일본 특개2009-283603호 공보
그렇지만, 이웃하는 화소 사이에서는, 신호 전하가 이동하기 쉽고, 크로스토크가 발생할 우려가 있다. 또한, 결정 결함 등에 기인하여 암전류가 커지기 쉽다. 따라서 이웃하는 화소 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제함과 함께, 암전류를 저감하는 것이 요망되고 있다.
따라서 이웃하는 화소 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제함과 함께, 암전류를 저감하는 것이 가능한 광전변환 소자 및 촬상 소자를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 광전변환 소자는, 광입사면을 가짐과 함께, 화합물 반도체 재료를 포함하는 광흡수층과, 광흡수층의 광입사면과 반대면에 대향하여, 화소마다 마련된 제1 전극과, 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 광흡수층과 제1 전극 사이에 마련된, 제1 도전형의 제1 반도체층과, 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 제1 반도체층과 광흡수층 사이에 마련된, 제2 도전형의 제2 반도체층과, 이웃하는 화소의 사이에, 제2 반도체층과 광흡수층에 걸쳐서 마련된, 제2 도전형의 제1 확산 영역을 구비한 것이다.
본 개시의 촬상 소자는, 광입사면을 가짐과 함께, 화합물 반도체 재료를 포함하는 광흡수층과, 광흡수층의 광입사면과 반대면에 대향하여, 화소마다 마련된 제1 전극과, 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 광흡수층과 제1 전극 사이에 마련된, 제1 도전형의 제1 반도체층과, 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 제1 반도체층과 광흡수층 사이에 마련된, 제2 도전형의 제2 반도체층과, 이웃하는 화소의 사이에, 제2 반도체층과 광흡수층에 걸쳐서 마련된, 제2 도전형의 제1 확산 영역을 구비한 것이다.
본 개시의 광전변환 소자 및 촬상 소자에서는, 이웃하는 화소의 사이에 제1 확산 영역이 마련되어 있기 때문에, 이웃하는 화소가 이 제1 확산 영역에 의해 전기적으로 분리된다. 또한, 제1 도전형과 제2 도전형의 접합(pn 접합)이, 제1 반도체층 및 제2 반도체층에 의해 마련되어 있기 때문에, 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 반도체층 사이(제1 반도체층과 제2 반도체층 사이) 근방에 공핍층이 형성된다.
본 개시의 광전변환 소자 및 촬상 소자에 의하면, 이웃하는 화소를 제1 확산 영역에 의해 전기적으로 분리하도록 하였기 때문에, 이웃하는 화소 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 반도체층 사이 근방에 공핍층을 형성하도록 하였기 때문에, 암전류를 저감할 수 있다. 따라서, 이웃하는 화소 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제함과 함께, 암전류를 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 내용은 본 개시의 한 예이다. 본 개시의 효과는, 상술한 것으로 한하지 않고, 다른 딴 효과라도 좋고, 또 다른 효과를 포함하고 있어도 좋다.
도 1은 본 개시의 제1의 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 2는 도 1에 도시한 촬상 소자의 평면 구성을 도시하는 모식도.
도 3은 도 1에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 4a는 도 1에 도시한 촬상 소자의 제조 방법의 한 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 4b는 도 4a에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 4c는 도 4b에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 5a는 도 4c에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 5b는 도 5a에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 5c는 도 5b에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 6은 도 1에 도시한 촬상 소자의 동작에 관해 설명하기 위한 단면 모식도.
도 7은 도 6에 도시한 신호 전하의 일시(一時) 체류부에 관해 설명하기 위한 단면 모식도.
도 8은 비교례 1에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 9는 도 8에 도시한 촬상 소자에 형성되는 공핍층의 위치에 관해 설명하기 위한 도면.
도 10은 비교례 2에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 11은 도 10에 도시한 촬상 소자에 형성되는 공핍층의 위치에 관해 설명하기 위한 도면.
도 12는 도 1에 도시한 촬상 소자의 작용 효과를 설명하기 위한 단면 모식도.
도 13은 도 7에 도시한 일시 체류부의 효과(1)에 관해 설명하기 위한 도면.
도 14는 도 7에 도시한 일시 체류부의 효과(2)에 관해 설명하기 위한 도면.
도 15는 도 1에 도시한 촬상 소자의 효과를, 도 8에 도시한 촬상 소자와 비교하여 도시하는 도면.
도 16은 변형례 1에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 17은 변형례 2에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 18은 변형례 3에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 19는 변형례 4에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 20(A)는, 변형례 5에 관한 촬상 소자의 개략 구성의 일부를 도시하는 평면 모식도, (B)는 그 단면 모식도.
도 21은 변형례 6에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 22는 본 개시의 제2의 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 23a는 도 22에 도시한 촬상 소자의 촬상 소자의 제조 방법의 한 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 23b는 도 23a에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 24는 변형례 7에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 25는 도 24에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 26은 변형례 8에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 27은 도 26에 도시한 촬상 소자의 다른 예(1)를 도시하는 단면 모식도.
도 28은 도 26에 도시한 촬상 소자의 다른 예(2)를 도시하는 단면 모식도.
도 29(A)는, 변형례 9에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 평면 모식도, (B)는 그 단면 모식도.
도 30(A)는, 본 개시의 제3의 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도, (B)는 그 평면 모식도.
도 31은 도 30에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 32는 변형례 10에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 33은 도 32에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 34는 변형례 11에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 35는 도 34에 도시한 촬상 소자의 다른 예(1)를 도시하는 단면 모식도.
도 36은 도 34에 도시한 촬상 소자의 다른 예(2)를 도시하는 단면 모식도.
도 37은 변형례 12에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 38은 도 37에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 39는 변형례 13에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 40은 도 39에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 41은 변형례 14에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 42는 도 41에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 43은 변형례 15에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 44는 변형례 16에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 45는 도 44에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 46은 변형례 17에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 47은 변형례 18에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 48은 변형례 19에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 49는 도 48에 도시한 촬상 소자의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 50은 변형례 20에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 51은 도 50에 도시한 촬상 소자의 다른 예(1)를 도시하는 단면 모식도.
도 52는 도 50에 도시한 촬상 소자의 다른 예(2)를 도시하는 단면 모식도.
도 53은 촬상 소자의 구성을 도시하는 블록도.
도 54는 적층형의 촬상 소자의 구성례를 도시하는 모식도.
도 55는 도 54에 도시한 촬상 소자를 사용한 전자 기기(카메라)의 한 예를 도시하는 기능 블록도.
도 56은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 57은 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 58은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 59는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 개시에서의 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 설명한 순서는, 하기한 바와 같다.
1.제1의 실시의 형태(제1 반도체층 및 제2 반도체층을 가짐과 함께, 이웃하는 화소의 사이가 확산 영역으로 분리된 촬상 소자의 예)
2. 변형례 1(전하 수집층을 갖는 예)
3. 변형례 2(장벽 완화층을 갖는 예)
4. 변형례 3(신호 전하가 애벌란시 현상에 의해 증폭되는 예)
5. 변형례 4(피복막이 제1 도전형의 전하를 포함하는 예)
6. 변형례 5(확산 영역에 접속된 제3 전극을 갖는 예)
7. 변형례 6(신호 전하가 정공인 예)
8. 제2의 실시의 형태(제1 반도체층 및 제2 반도체층을 화소마다 분리하는 홈이 마련된 촬상 소자의 예)
9. 변형례 7(홈이 광흡수층 내로 늘어나 있는 예)
10. 변형례 8(홈의 측벽의 일부가 절연막에 덮여 있는 예)
11.변형례 9(홈에 차광 부재를 갖는 예)
12. 제3의 실시의 형태(차광성의 제2 전극을 갖는 촬상 소자의 예)
13. 변형례 10(광입사면측의 확산 영역을 갖는 예)
14. 변형례 11(광입사면측에 마련된 홈에 차광 부재를 갖는 예)
15. 변형례 12(광입사면측의 확산 영역에 접속된 제4 전극을 갖는 예)
16. 변형례 13(홈이 광흡수층을 분리하고 있는 예)
17. 변형례 14(홈내에 확산 영역에 접속된 제3 전극을 갖는 예)
18. 변형례 15(광흡수층이 농도 구배를 갖는 예)
19. 변형례 16(STI를 조합시킨 예)
20. 변형례 17(제1 전극과 제1 반도체층 사이에 의해 밴드 갭 에너지가 큰 콘택트층을 갖는 예)
21.변형례 18(제1 전극의 하층에 밴드 갭 에너지가 작은 콘택트층을 갖는 예)
22. 변형례 19(광 입사측에 보호막을 갖는 예)
23. 변형례 20(광 입사측에 차광막, 필터 및 온 칩 렌즈를 갖는 예)
24. 적용례 1(촬상 소자의 예)
25. 적용례 2(전자 기기의 예)
26. 응용례 1(내시경 수술 시스템에의 응용례)
27. 응용례 2(이동체에의 응용례)
<제1의 실시의 형태>
[구성]
도 1 및 도 2는, 본 개시의 제1의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 도 1은 촬상 소자(1)의 단면 구성, 도 2는 촬상 소자(1)의 평면 구성을 각각 도시하고 있다. 촬상 소자(1)는, 예를 들면 Ⅲ-V족 반도체 등의 화합물 반도체 재료를 사용한 적외선 센서 등에 적용되는 것이고, 예를 들면, 가시 영역(예를 들면 380㎚ 이상 780㎚ 미만)∼단적외(短赤外) 영역(예를 들면 780㎚ 이상 2400㎚ 미만) 파장의 광에, 광전변환 기능을 갖고 있다. 이 촬상 소자(1)에는, 예를 들면 매트릭스형상으로 2차원 배치된 복수의 수광 단위 영역(P)(화소(P))이 마련되어 있다. 여기서는, 본 기술의 광전변환 소자의 한 구체례로서 촬상 소자(1)를 들어 설명한다.
촬상 소자(1)의 화소(P)에는, 제1 전극(11), 제1 반도체층(12), 제2 반도체층(13), 광흡수층(14), 콘택트층(15) 및 제2 전극(16)이 이 순서로 마련되어 있다. 광흡수층(14)은, 서로 대향하는 제1면(S1)(광입사면과 반대면) 및 제2면(S2)(광입사면)을 갖고 있고, 제1면(S1)에 제2 반도체층(13)이, 제2면(S2)에 콘택트층(15)이 각각 마련되어 있다. 이 촬상 소자(1)에서는, 제2 전극(16)측부터 입사한 광이 콘택트층(15)을 통하여 광흡수층(14)의 제2면(S2)에 입사하도록 되어 있다. 제1 전극(11)의 주위에는 절연막(17)이 마련되어 있다. 촬상 소자(1)는, 이웃하는 화소(P)의 사이에 확산 영역(D)(제1 확산 영역)을 갖고 있다. 이 확산 영역(D)은, 제1 반도체층(12), 제2 반도체층(13) 및 광흡수층(14)에 걸쳐서 마련되어 있다. 확산 영역(D)에서는, 제1 반도체층(12)이 피복막(18)에 덮여 있다.
제1 전극(11)은, 광흡수층(14)에서 발생한 신호 전하(정공 또는 전자, 이하 편의상, 신호 전하가 전자라고 하여 설명한다.)를 판독하기 위한 전압이 공급되는 판독 전극이고, 광흡수층(14)의 제1면(S1)에 대향하여 화소(P)마다 마련되어 있다. 제1 전극(11)은, 예를 들면 범프 또는 비어 등을 통하여, 신호 판독을 행하기 위한 화소 회로 및 실리콘 반도체 기판에 전기적으로 접속되어 있다. 실리콘 반도체 기판에는, 예를 들면 각종 배선 등이 마련되어 있다. 이 제1 전극(11)은, 예를 들면, 제1 반도체층(12)에 접하여 마련되어 있다. 제1 전극(11)의 평면 형상은, 예를 들면 4각형상이고, 복수의 제1 전극(11)이 서로 이간하여 배치되어 있다. 제1 전극(11)은, 절연막(17)의 개구에 매입되어 있고, 이웃하는 제1 전극(11)의 사이에는, 절연막(17) 및 피복막(18)이 마련되어 있다.
제1 전극(11)은, 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체, 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금에 의해 구성되어 있다. 제1 전극(11)은, 이와 같은 구성 재료의 단막(單膜)이라도 좋고, 또는, 2종 이상을 조합시킨 적층막이라도 좋다.
제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)은, 예를 들면 모든 화소(P)에 공통되게 마련되어 있다. 이 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)은, 후술하는 바와 같이, pn 접합을 형성하기 위한 것이고, 광흡수층(14)을 구성하는 화합물 반도체 재료의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 화합물 반도체 재료에 의해 구성되어 있다. 광흡수층(14)이, 예를 들면, InGaAs(인듐갈륨비소, 밴드 갭 에너지 0. 75eV)에 의해 구성되어 있을 때, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)으로는, 예를 들면 InP(인듐인, 밴드 갭 에너지 1.35eV)를 사용할 수 있다. 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)으로는, 예를 들면, 적어도 In(인듐), Ga(갈륨), Al(알루미늄), As(비소), P(인), Sb(안티몬) 및 N(질소)의 어느 하나를 포함하는 Ⅲ-V족 반도체를 사용할 수 있다. 구체적으로는, InP외, InGaAsP(인듐갈륨비소인), InAsSb(인듐비소안티몬), InGaP(인듐갈륨인), GaAsSb(갈륨비소안티몬) 및 InAlAs(인듐알루미늄비소) 등을 들 수 있다. 제1 반도체층(12)의 두께 및 제2 반도체층(13)의 두께의 합은, 예를 들면, 100㎚∼3000㎚이다.
제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 합계 막두께가 100㎚ 미만이면, 예를 들면, 제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13) 사이에 형성되는 pn 접합이, 예를 들면 제1 전극(11)이나 광흡수층(14)과 접촉할 우려가 있다. 또한, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 합계 막두께가 100㎚ 미만이면, 후술하는 홈(G1)을 형성할 때의 에칭 데미지, 또는, 후술하는 피복막(18)을 형성할 때의 데미지가 광흡수층(14)에 도달할 우려가 있다. 이들은, 암전류의 증가의 원인이 된다. 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 합계 막두께가 3000㎚보다도 두꺼워지면, 확산 영역(D)을 광흡수층(14)까지 연재(延在) 형성하기가 어렵고, 이웃하는 화소(P)를 전기적으로 분리하는 것이 곤란해진다.
제1 전극(11)과 제2 반도체층(13) 사이에 배치된 제1 반도체층(12)은, 예를 들면 n형(제1 도전형)의 캐리어를 갖고 있다. 제2 반도체층(13)은, 제1 반도체층(12)과 광흡수층(14)(제1면(S1)) 사이에 배치되고, 제1 반도체층(12)과 반대의 도전형, 예를 들면 p형(제2 도전형)의 캐리어를 갖고 있다. 이에 의해, 제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13)과의 사이(제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13)의 계면)에 pn 접합이 형성된다. 상세는 후술하지만, 광흡수층(14)보다도 밴드 갭이 큰 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 계면에 pn 접합이 형성됨에 의해, 암전류를 저감할 수 있다. 제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13) 사이에 형의 반도체층(진성(眞性) 반도체층)을 마련하여, pin 접합을 형성하도록 하여도 좋다.
제2 반도체층(13)과 콘택트층(15) 사이의 광흡수층(14)은, 예를 들면, 모든 화소(P)에 공통되게 마련되어 있다. 이 광흡수층(14)은, 소정 파장의 광을 흡수하여, 신호 전하를 발생시키는 것이고, 예를 들면, p형의 화합물 반도체 재료에 의해 구성되어 있다. 광흡수층(14)을 구성하는 화합물 반도체 재료는, 예를 들면, 적어도 In(인듐), Ga(갈륨), Al(알루미늄), As(비소), P(인), Sb(안티몬) 및 N(질소)의 어느 하나를 포함하는 Ⅲ-V족 반도체이다. 구체적으로는, InGaAs(인듐갈륨비소), InGaAsP(인듐갈륨비소인), InAsSb(인듐비소안티몬), InGaP(인듐갈륨인), GaAsSb(갈륨비소안티몬) 및 InAlAs(인듐알루미늄비소) 등을 들 수 있다. 광흡수층(14)의 도핑 밀도는, 예를 들면 1×10-14㎝-3∼1×10-17×㎝-3이다. 광흡수층(14)의 도핑 밀도가 1×10-17㎝-3다도 높아지면, 광전변환에서 생긴 신호 전하의 재결합에 의한 손실 확률이 증가하여, 양자 효율이 저하된다.
광흡수층(14)의 두께는, 예를 들면 100㎚∼10000㎚이다. 광흡수층(14)의 두께가 100㎚ 미만이면, 광흡수층(14)을 투과하는 광이 많아지고, 양자 효율이 대폭적으로 저하될 우려가 있다. 광흡수층(14)의 두께를 5000㎚보다도 두껍게 하면, 깊이 5000㎚ 이상의 확산 영역(D)을 형성하기가 어렵고, 이웃하는 화소(P) 사이의 크로스토크의 발생을 충분히 누른 것이 곤란해진다. 광흡수층(14)에서는, 예를 들면, 가시 영역에서 단적외 영역 파장의 광의 광전변환이 이루어지게 되어 있다.
확산 영역(D)은, 예를 들면, p형의 불순물이 확산된 영역이고, 평면에서 보아 격자형상으로 마련되어 있다(도 2). 이 확산 영역(D)은, 이웃하는 화소(P)를 전기적으로 분리하기 위한 것이고, 절연막(17)부터 노출된 제1 반도체층(12)의 표면부터 등방적으로 확산되어 마련되어 있다. 제1 반도체층(12)의 면방향(도 1, 2의 XY면)으로는, 이웃하는 절연막(17)의 사이에 걸쳐서 확산되어 있다. 제1 반도체층(12)의 두께 방향(도 1, 2의 Z방향)으로는, 제1 반도체층(12)부터 제2 반도체층(13)을 통하여, 적어도 광흡수층(14)의 일부에 확산되어 있다. 이와 같이 확산 영역(D)은, 제2 반도체층(13)과 광흡수층(14)을 넘도록 마련되어 있기 때문에, 각 화소(P)에서의 제2 반도체층(13) 및 광흡수층(14)의 계면이, 확산 영역(D)로 둘러싸인다. 상세는 후술하지만, 이에 의해 신호 전하의 일시(一時) 체류부(滯留部)(후술하는 도 7의 일시 체류부(14P))가 형성된다.
확산 영역(D)으로는, 예를 들면, p형의 불순물로서 아연(Zn)이 확산되어 있다. p형의 불순물은, 예를 들면, 마그네슘(Mg), 카드늄(Cd), 베릴륨(Be), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 탄소(C), 주석(Sn), 납(Pb), 유황(S) 또는 텔루르(Te) 등이라도 좋다. 확산 영역(D)의 도핑 밀도는, 예를 들면 1×10-17㎝-3∼5×10-19㎝-3이다. 확산 영역(D)의 도핑 밀도를 1×10-17㎝-3 이상으로 함으로써 계면에서의 암전류의 발생이 억제된다. 도핑 밀도의 상한인 5×10-19㎝-3은, 확산 프로세스에 의해 얻어지는 상한이고, 5×10-19㎝- 3를 초과하는 도핑 밀도는 고용 한계에 가깝고, 결정 중에서 불순물이 응집되어 결함이 형성되게 되어 암전류 특성이 악화한다.
콘택트층(15)은, 예를 들면, 모든 화소(P)에 공통되게 마련되어 있다. 이 콘택트층(15)은, 광흡수층(14)(제2면(S2))과 제2 전극(16) 사이에 마련되고, 이들에 접하여 있다. 콘택트층(15)은, 제2 전극(16)부터 배출되는 전하가 이동하는 영역이고, 예를 들면, p형의 불순물을 포함하는 화합물 반도체에 의해 구성되어 있다. 콘택트층(15)으로는, 예를 들면, p형의 InP(인듐인)을 사용할 수 있다.
제2 전극(16)은, 예를 들면 각 화소(P)에 공통의 전극으로서, 콘택트층(15)을 통하여 광흡수층(14)의 제2면(S2)(광입사면) 전면(全面)에 마련되어 있다. 제2 전극(16)은, 광흡수층(14)에서 발생한 전하 중, 신호 전하로서 사용되지 않는 전하를 배출하기 위한 것이다. 예를 들면, 전자가 신호 전하로서 제1 전극(11)부터 판독되는 경우에는, 이 제2 전극(16)을 통하여 예를 들면 정공을 배출할 수 있다. 제2 전극(16)은, 적외선 등의 입사광을 투과 가능한 투명 도전막에 의해 구성되어 있고, 예를 들면 파장 1.6㎛(1600㎚)의 광에 대해 50% 이상의 투과율을 갖고 있다. 제2 전극(16)으로는, 예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ITiO(In2O3-TiO2) 등을 사용할 수 있다.
절연막(17)은, 제1 반도체층(12)의 표면에 화소(P)마다 마련되어 있다. 이 절연막(17)은, 확산 영역(D)을 규정하기 위한 것이고, 후술하는 바와 같이, 확산 영역(D)을 형성할 때의 확산 공정에서 마스크로서 기능한다(후술하는 도 4c, 5a 참조). 즉, 이웃하는 절연막(17)의 사이에 확산 영역(D)이 형성되도록 되어 있다. 절연막(17)의 두께는, 예를 들면 제1 전극(11)의 두께보다도 작고, 절연막(17)부터 제1 전극(11)이 돌출하고 있다. 절연막(17)의 두께는, 10㎚∼5000㎚인 것이 바람직하다. 10㎚ 이상의 절연막(17)을 사용함에 의해, 확산 공정에서의 확산 원소(불순물)의 투과를 억제하는 것이 가능해진다. 절연막(17)의 두께를 5000㎚보다도 두껍게 하면, 제1 전극(11)의 형성시에 있어서의 절연막(17)의 에칭이 곤란해질 우려가 있다.
절연막(17)으로는, 예를 들면 실리콘(Si), 질소(N), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 마그네슘(Mg), 산소(O), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 이트륨(Y) 중의 적어도 하나를 포함하는 절연 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 절연막(17)으로, 예를 들면, 질화실리콘(SiN)막을 사용할 수 있다. 절연막(17)으로는, 산화실리콘(SiO2)막, 산질화실리콘(SiON)막, 산질화알루미늄(AlON)막, 질화실리콘알루미늄(SiAlN)막, 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄(Al2O3)막, 산화실리콘알루미늄(AlSiO)막, 산화하프늄(HfO2)막 또는 산화하프늄알루미늄(HfAlO)막 등을 사용하도록 하여도 좋다. 절연막(17)을 유기 재료에 의해 구성하도록 하여도 좋다. 이 유기 재료에는, 확산 원소의 투과를 억제하는 것이 가능한 재료가 사용된다.
피복막(18)은, 이웃하는 절연막(17)의 사이에 배치되고, 제1 반도체층(12)의 표면을 덮고 있다. 이 피복막(18)은, 절연막(17)부터 노출된 제1 반도체층(12)의 표면을 보호하기 위한 것이다. 피복막(18)의 일부가, 절연막(17)에 겹쳐서 마련되어 있어도 좋다. 피복막(18)은, 예를 들면, 절연 재료 또는 반도체 재료에 의해 구성되어 있다. 피복막(18)을 구성하는 절연 재료로서는, 예를 들면, 실리콘(Si), 질소(N), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 마그네슘(Mg), 스칸듐(Sc), 지르코늄(Zr), 산소(O), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 이트륨(Y) 중의 적어도 하나를 포함하는 절연 재료를 들 수 있다. 구체적으로는, 피복막(18)은, 예를 들면 산화알루미늄(Al2O3)막에 의해 구성되어 있다. 피복막(18)은, 질화실리콘(SiN)막, 산화실리콘(SiO2)막, 산질화실리콘(SiON)막, 산질화알루미늄(AlON)막, 질화실리콘알루미늄(SiAlN)막, 산화마그네슘(MgO), 산화실리콘알루미늄(AlSiO)막, 산화하프늄(HfO2)막, 산화하프늄알루미늄(HfAlO)막, 산화탄탈(Ta2O3)막, 산화티탄(TiO2)막, 산화스칸듐(Sc2O3)막, 산화지르코늄(ZrO2)막, 산화가돌리늄(Gd2O3)막, 산화란탄(La2O3)막 또는 산화이트륨(Y2O3)막 등에 의해 구성하도록 하여도 좋다. 피복막(18)을 구성하는 반도체 재료로서는, 예를 들면, 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge) 등의 Ⅳ족 반도체 재료를 들 수 있다. 피복막(18)의 두께는, 예를 들면, 1㎚∼500㎚이다. 피복막(18)의 두께의 하한은 특히 없지만, 성막 프로세스의 관점에서, 노출한 화합물 반도체를 완전히 덮기 위해서는 1㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 피복막(18)의 두께의 상한은 특히 없지만, 그 후의 제1 전극(11)의 형성이나 평탄화 프로세스의 관점에서, 500㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 피복막(18)은 반드시 마련할 필요는 없고, 적절히 생략하여도 좋다.
도 3에 도시한 바와 같이, 피복막(18)에 보호막(19)을 적층시키도록 하여도 좋다. 보호막(19)으로는, 예를 들면, 실리콘(Si), 질소(N), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 마그네슘(Mg), 산소(O), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 이트륨(Y) 중의 적어도 하나를 포함하는 절연 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 보호막(19)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)막에 의해 구성되어 있다. 보호막(19)을, 질화실리콘(SiN)막, 산화알루미늄(Al2O3)막, 산질화실리콘(SiON)막, 산질화알루미늄(AlON)막, 질화실리콘알루미늄(SiAlN)막, 산화마그네슘(MgO), 산화실리콘알루미늄(AlSiO)막, 산화하프늄(HfO2)막 또는 산화하프늄알루미늄(HfAlO)막 등에 의해 구성하도록 하여도 좋다.
[촬상 소자(1)의 제조 방법]
촬상 소자(1)는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 도 4a∼도 5c는, 촬상 소자(1)의 제조 공정을 공정 순서로 도시한 것이다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 콘택트층(15), 광흡수층(14), 제2 반도체층(13) 및 제1 반도체층(12)을 이 순서로 갖는 적층 구조체를 예를 들면 에피택셜 성장에 의해 형성한다. 이때, 제2 반도체층(13)과 제1 반도체층(12) 사이에는 pn 접합이 형성된다.
다음에, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 반도체층(12)의 표면 전면에, 예를 들면 10㎚ 이상의 두께의 절연막(17)을 성막한다. 계속해서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 예를 들면 마스크(M1)을 사용한 감광성 수지 및 에칭을 행한다. 에칭은, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용한다. 이에 의해, 절연막(17)의 일부를 제거하고, 격자형상으로 제1 반도체층(12)의 표면을 노출시킨다.
격자형상으로 제1 반도체층(12)의 표면을, 절연막(17)부터 노출시킨 후, 도 5a에 도시한 바와 같이, 확산 영역(D)을 형성한다. 확산 영역(D)은, 노출된 제1 반도체층(12)의 표면부터 예를 들면 아연(Zn) 등의 p형의 불순물을 확산시킴에 의해 형성한다. 불순물의 확산은, 예를 들면 기상(氣相) 확산 또는 고상(固相) 확산에 의해 행한다. 확산 영역(D)이, 제1 반도체층(12)부터 제2 반도체층(13)을 통하여 광흡수층(14) 내까지 형성되도록, 불순물의 확산 조건을 설정한다. 예를 들면, 어닐 온도는 300도∼800도로 조정한다.
확산 영역(D)을 형성한 후, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1 반도체층(12)의 표면 전면에 피복막(18)을 형성한다. 피복막(18)은, 제1 반도체층(12)과 함께 절연막(17)을 덮도록 성막한다. 피복막(18)을 형성한 후, 보호막(19)을 형성하도록 하여도 좋다. 피복막(18)은, 예를 들면, 열산화법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 이용하여 절연 재료를 성막함에 의해 형성한다. 스퍼터 증착법, 전자 빔(E-beam gun) 증착법, 저항 가열 증착법, CVD법 또는 ALD법 등을 이용하여 반도체 재료를 성막함에 의해 피복막(18)을 형성하도록 하여도 좋다.
피복막(18)을 형성한 후, 도 5c에 도시한 바와 같이, 예를 들면 마스크(M2)를 사용한 감광성 수지 및 에칭을 행한다. 에칭은, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용한다. 이에 의해, 보호막(19), 피복막(18) 및 절연막(17)에, 제1 반도체층(12)에 달하는 구멍을 형성한다. 이 구멍은, 제1 전극(11)을 형성하기 위한 것이고, 평면에서 보아 확산 영역(D)과 겹쳐지지 않는 위치에 형성한다.
보호막(19), 피복막(18) 및 절연막(17)에 구멍을 형성한 후, 이 구멍에 제1 전극(11)을 형성한다. 최후에, 콘택트층(15)의 전면에 제2 전극(16)을 형성한다. 이에 의해, 도 1에 도시한 촬상 소자(1)가 완성된다.
[촬상 소자(1)의 동작]
도 6에 도시한 바와 같이, 촬상 소자(1)에서는, 제2 전극(16) 및 콘택트층(15)을 통하여, 광흡수층(14)에 광(L)(예를 들면 가시 영역 및 적외 영역 파장의 광)이 입사하면, 이 광(L)이 광흡수층(14)에서 흡수된다. 이에 의해, 광흡수층(14)에서는 정공(홀) 및 전자의 쌍(對)이 발생한다(광전변환된다). 이때, 예를 들면 제1 전극(11)에 소정의 전압이 인가되면, 광흡수층(14)에 전위 구배가 생겨, 발생한 전하중 일방의 전하(예를 들면 전자)가, 신호 전하로서 광흡수층(14)과 제2 반도체층(13)의 계면 근방의 일시 체류부(후술하는 도 7의 일시 체류부(14P))로 이동한다.
도 7을 이용하여 촬상 소자(1)에 형성되는 일시 체류부(14P)에 관해 설명한다. 제2 반도체층(13)의 밴드 갭 에너지는, 광흡수층(14)보다도 크게 되어 있기 때문에, 광흡수층(14)과 제2 반도체층(13)의 계면에는, 밴드 오프셋 장벽이 마련된다. 이 때문에, 광흡수층(14)부터 제2 반도체층(13)으로의 신호 전하의 이동은, 일시적으로 방해된다. 또한, 이웃하는 화소(P)의 사이에는 확산 영역(D)이 마련되어 있기 때문에, 이웃하는 화소(P) 사이의 이동도 저해된다. 따라서 광흡수층(14)과 제2 반도체층(13)의 계면 근방에서, 또한, 확산 영역(D)로 둘러싸였던 포켓형상의 부분에 신호 전하가 일시적으로 체류한다(일시 체류부(14P)). 신호 전하는, 이 일시 체류부(14P)로부터, 밴드 오프셋 장벽을 타고넘어, 제2 반도체층(13) 및 제1 반도체층(12)을 통하여 제1 전극(11)에 수집된다. 이 신호 전하가, ROIC에 의해 화소(P)마다 판독된다.
[촬상 소자(1)의 작용·효과]
본 실시의 형태의 촬상 소자(1)는, 이웃하는 화소(P)의 사이에 확산 영역(D)이 마련되어 있기 때문에, 이웃하는 화소(P)가 확산 영역(D)에 의해 전기적으로 분리된다. 또한, pn 접합이 제1 반도체층(12)(n형) 및 제2 반도체층(13)(p형)에 의해 마련되어 있기 때문에, 광흡수층(14)의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 반도체층 사이(제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13)의 사이) 근방에 공핍층이 형성된다. 이에 의해, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제함과 함께, 암전류를 저감하는 것이 가능해진다. 이하, 이에 관해 설명한다.
도 8은, 비교례 1에 관한 촬상 소자(촬상 소자(100))의 모식적인 단면 구성을 도시하고 있다. 이 촬상 소자(100)는, 제1 전극(11), 제1 반도체층(12)(n형), 광흡수층(14)(n형), 콘택트층(15) 및 제2 전극(16)을 이 순서로 갖고 있고, 제1 반도체층(12) 및 광흡수층(14)에는, 화소(P)마다 p형의 확산 영역(D100)이 마련되어 있다. 확산 영역(D100)은, 제1 전극(11)에 접속되어 있고, 광흡수층(14)에서 발생한 신호 전하(예를 들면 정공)가, 확산 영역(D100)으로 이동하고, 확산 영역(D100)부터 제1 전극(11)에 수집되도록 되어 있다.
도 9는, 촬상 소자(100)의 포텐셜 분포를 모식적으로 도시하고 있다. 이와 같은 촬상 소자(100)에서는, 확산 영역(D100)에 의해, 광흡수층(14) 내에 pn 접합이 형성되어 있다. 즉, pn 접합에 기인한 공핍층(K)은 광흡수층(14) 내에 형성된다. 대부분의 암전류는 공핍층(K)에서 발생하고, 또한, 암전류의 생성 확률은, 공핍층(K)이 존재하는 반도체층의 밴드 갭에 크게 영향을 받는다. 공핍층(K)이 존재하는 반도체층의 밴드 갭이 작은, 암전류의 생성 확률이 높아진다. 촬상 소자(100)에서는, 밴드 갭이 작은 광흡수층(14) 내에 공핍층(K)이 형성되기 때문에, 암전류가 생성되기 쉽다.
또한, 화소(P)마다 확산 영역(D100)이 마련되어 있지만, 확산 영역(D100)이 마련되지 않은 부분(광 입사측)의 광흡수층(14)에서는, 화소(P) 사이를 신호 전하가 자유롭게 이동할 수 있게 되어 있다. 즉, 촬상 소자(100)에서는, 확산 영역(D100)이 마련되지 않은 부분의 광흡수층(14)에는, 화소(P) 사이의 신호 전하의 이동을 억제하기 위한 전기적 또는 물리적인 장벽이 존재하지 않는다. 이 때문에, 이웃하는 화소(P) 사이에서, 신호 전하의 크로스토크가 발생할 우려가 있다.
도 10은, 비교례 2에 관한 촬상 소자(촬상 소자(101))의 모식적인 단면 구성을 도시하고 있다. 이 촬상 소자(101)는, 제1 전극(11), 제1 반도체층(12)(n형), 광흡수층(14)(n형), 콘택트층(15) 및 제2 전극을 이 순서로 갖고 있다. 제1 반도체층(12)은, 제1 전극(11)에 가까운 위치부터, 제1 반도체층(12A)과, 제1 반도체층(12A)보다도 불순물 농도가 낮은 제1 반도체층(12B)을 이 순서로 갖고 있다. 광흡수층(14)은, 제1 반도체층(12)에 가까운 위치부터, 광흡수층(14A)과, 광흡수층(14A)보다도 불순물 농도가 낮은 광흡수층(14B)을 이 순서로 갖고 있다. 제1 반도체층(12)에는, 화소(P)마다 p형의 확산 영역(D101)이 마련되어 있다. 이 확산 영역(D101)은, 광흡수층(14)에는 마련되어 있지 않는다. 확산 영역(D101)은, 제1 전극(11)에 접속되어 있고, 광흡수층(14)에서 발생한 신호 전하(예를 들면 정공)가, 확산 영역(D101)으로 이동하고, 확산 영역(D101)부터 제1 전극(11)에 수집되도록 되어 있다.
도 11은, 촬상 소자(101)의 포텐셜 분포를 모식적으로 도시하고 있다. 촬상 소자(101)에서는, 확산 영역(D101)이 광흡수층(14)으로 확산되지 않고, 제1 반도체층(12)에만 마련되어 있다. 즉, 광흡수층(14)보다도 밴드 갭이 큰 제1 반도체층(12)에 공핍층(K)이 형성되기 때문에, 촬상 소자(100)와 비교하여 암전류의 발생 확률을 내릴 수 있다.
그렇지만, 이 촬상 소자(101)는, 촬상 소자(100)와 비교하여, 이웃하는 화소(P) 사이에서 신호 전하가 보다 이동하기 쉽다. 광흡수층(14)에는 확산 영역(D101)이 마련되어 있지 않기 때문에, 광흡수층(14) 중에서 신호 전하는 자유롭게 이동한다.
또한, 촬상 소자(101)에서는, 광흡수층(14)과 제1 반도체층(12)의 계면의 밴드 오프셋 장벽에 기인하여, 신호 전하의 판독 효율이 저하될 우려가 있다.
이에 대해, 촬상 소자(1)에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 이웃하는 화소(P)의 사이에 확산 영역(D)이 마련되어 있기 때문에, 신호 전하는, 화소(P)마다, 일시 체류부(14P)에 축적된다. 따라서 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동이 억제된다. 또한, 촬상 소자(1)에서는, 제1 반도체층(12)(n형)과 제2 반도체층(13)(p형)의 계면에 pn 접합을 형성하고, 공핍층이, 보다 밴드 갭 에너지가 큰 반도체층(제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13)과의 사이 근방)에 배치된다. 이에 의해, 암전류의 발생 확률이 낮아진다.
또한, 촬상 소자(1)에서는, 일시 체류부(14P)에 의해, 보다 효과적으로 암전류를 저감할 수 있다. 이하, 이에 관해 설명한다.
도 13은, 일시 체류부(14P) 근방의 포텐셜 분포를 도시하고 있다. 일시 체류부(14P)에는, 신호 전하와 함께, 암전류에 기인한 전하도 축적되고, 일시 체류부(14P) 근방에는 항상 전하가 존재하고 있다. 환언하면, 일시 체류부(14P) 근방에는, 전하가 적은 영역(공핍 영역)이 형성되기 어렵기 때문에, 암전류가 저감한다.
더하여, 도 14에 도시한 바와 같이, 신호 전하는, 광흡수층(14)과 제2 반도체층(13) 사이의 밴드 오프셋 장벽을 통과하기 쉬워진다. 상세하게는, 상술한 바와 같이, 암전류에 기인한 전하가 일시 체류부(14P)에 축적되기 때문에, 보다 적은 에너지로, 신호 전하는 광흡수층(14)과 제2 반도체층(13) 사이의 밴드 오프셋 장벽을 타고넘어, 광흡수층(14)부터 제2 반도체층(13) 및 제1 반도체층(12)을 통하여 제1 전극(11)에 신호 전하가 전송된다. 따라서 촬상 소자(101)와 비교하여, 촬상 소자(1)에서는 신호 전하의 판독 효율의 저하를 억제할 수 있다. 이와 같이, 촬상 소자(1)는, 암전류를 저감하고, 또한, 신호 전하의 판독 효율의 저하를 억제하기 때문에, 신호 잡음비(S/N비)가 높아진다. 즉, 촬상 소자(1)는, 높은 감도 특성을 갖고 있다.
도 15는, 시뮬레이션에 의해, 촬상 소자(1)와 촬상 소자(100)를 이하의 (a)∼(c)의 3점에서 비교한 결과를 도시하고 있다. (a)는 암전류, (b)는 신호 전하의 판독 효율, (c)는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동이다. (c)에서는, 하나의 화소(P)에만 광을 조사하고, 또한, 나머지 화소(P)를 차광함에 의해, 이웃하는 화소(P)(차광 화소)에 흐른 신호 전하의 전류량을 시뮬레이션에 의해 구하였다.
(a)에 관해, 촬상 소자(1)는, 촬상 소자(100)와 비교하여 암전류가 42% 감소하는 것을 확인할 수 있었다. (b)에 관해, 촬상 소자(1)는, 촬상 소자(100)와 같은 정도이고, 신호 전하의 판독 효율의 저하는 확인되지 않았다. (c)에 관해, 촬상 소자(1)에서는, 촬상 소자(100)와 비교해 53% 정도, 이웃하는 화소(P)로의 신호 전하의 이동을 억제하는 것을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태의 촬상 소자(1)에서는, 이웃하는 화소(P)를 확산 영역(D)에 의해 전기적으로 분리하도록 하였기 때문에, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 광흡수층(14)의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 반도체층 사이(제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13)과의 사이) 근방에 공핍층(K)을 형성하도록 하였기 때문에, 암전류를 저감할 수 있다. 따라서, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제함과 함께, 암전류를 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 일시 체류부(14P) 근방에 항상 전하가 존재하기 때문에, 보다 효과적으로 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 일시 체류부(14P) 근방에 존재하는 전하에 의해, 신호 전하는 광흡수층(14)과 제2 반도체층(13) 사이의 밴드 오프셋 장벽을 통과하기 쉬워진다. 따라서, 신호 전하의 판독 효율의 저하를 억제할 수 있다.
이하, 상기 실시의 형태의 변형례 및 다른 실시의 형태에 관해 설명하는데, 이후의 설명에서 상기 실시의 형태와 동일 구성 부분에 관해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 적절히 생략한다.
<변형례 1>
도 16은, 상기 제1의 실시의 형태의 변형례 1에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1A))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(1A)는, 제2 반도체층(13)과 광흡수층(14) 사이에 전하 수집층(전하 수집층(21))을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(1A)는 촬상 소자(1)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
전하 수집층(21)은, 광흡수층(14)에서 발생한 신호 전하를 일시적으로 축적하기 위한 것이다. 이 전하 수집층(21)을 마련함에 의해, 일시 체류부(14P)(도 7 참조)가 보다 안정적으로 형성된다. 전하 수집층(21)은, 예를 들면 광흡수층(14)과 동일한 재료에 의해 구성되어 있고, 광흡수층(14)과 동일한 극성을 갖고 있다. 이 전하 수집층(21)의 불순물 농도는, 광흡수층(14)보다도 낮게 되어 있다. 예를 들면, 광흡수층(14)에 p형의 InGaAs(인듐갈륨비소)를 사용할 때, 전하 수집층(21)으로는, 광흡수층보다도 p형의 불순물의 농도를 낮게 한 p형의 InGaAs를 사용할 수 있다. 신호 전하가 전자일 때, 전하 수집층(21)에, 전도대단(傳導帶端) 에너지가 광흡수층(14)의 구성 재료보다도 작은 재료를 사용하도록 하여도 좋다. 신호 전하가 정공일 때, 전하 수집층(21)에, 가전자대단(價電子帶端) 에너지가 광흡수층(14)의 구성 재료보다도 높은 재료를 사용하도록 하여도 좋다. 전하 수집층(21)은, 예를 들면, 적어도 In(인듐), Ga(갈륨), Al(알루미늄), As(비소), P(인), Sb(안티몬) 및 N(질소)의 어느 하나를 포함하는 화합물 반도체 재료에 의해 구성되어 있다.
본 변형례와 같이, 제2 반도체층(13)과 광흡수층(14) 사이에 전하 수집층(21)을 마련하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
<변형례 2>
도 17은, 변형례 2에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1B))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(1B)는, 제2 반도체층(13)과 광흡수층(14) 사이에 장벽 완화층(장벽 완화층(22))을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(1B)는 촬상 소자(1)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
장벽 완화층(22)은, 광흡수층(14)과 제2 반도체층(13) 사이의 밴드 오프셋 장벽을 완화하기 위한 것이다. 장벽 완화층(22)을 마련함에 의해, 광흡수층(14)에서 발생한 신호 전하가, 장벽 완화층(22)을 이용하여 제2 반도체층(13)으로 이동하기 쉬워지기 때문에, 신호 전하의 판독 효율의 저하를, 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
신호 전하가 전자일 때, 장벽 완화층(22)으로는, 그 전도대단 에너지가 광흡수층(14)의 구성 재료와 제2 반도체층(13)의 구성 재료 사이의 화합물 반도체 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 광흡수층(14)이 p형의 InGaAs(인듐갈륨비소)이고, 제2 반도체층(13)이 p형의 InP인 때, 장벽 완화층(22)으로는, p형의 InGaAsP(인듐갈륨비소인)를 사용할 수 있다. 신호 전하가 정공일 때, 장벽 완화층(22)으로는, 그 가전자대단 에너지가 광흡수층(14)의 구성 재료와 제2 반도체층(13)의 구성 재료 사이의 화합물 반도체 재료를 사용할 수 있다. 장벽 완화층(22)은, 예를 들면, 적어도 In(인듐), Ga(갈륨), Al(알루미늄), As(비소), P(인), Sb(안티몬) 및 N(질소)의 어느 하나를 포함하는 화합물 반도체 재료에 의해 구성되어 있다.
본 변형례와 같이, 제2 반도체층(13)과 광흡수층(14) 사이에 장벽 완화층(22)을 마련하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 장벽 완화층(22)에 의해, 신호 전하의 판독 효율의 저하를, 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
<변형례 3>
도 18은, 변형례 3에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1C))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(1C)에서는, 제2 반도체층(제2 반도체층(13C))이, 광흡수층(14)에서 발생한 신호를 애벌란시 증폭하도록 되어 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(1B)는 촬상 소자(1)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
제2 반도체층(13C)은, 제1 반도체층(12)과 광흡수층(14) 사이에 마련되어 있다. 이 제2 반도체층(13C)은, 상기 촬상 소자(1)의 제2 반도체층(13)과 마찬가지로, 광흡수층(14)의 구성 재료의 밴드 갭보다도 큰 밴드 갭을 갖는 반도체 재료에 의해 구성되어 있다. 광흡수층(14)이 p형의 InGaAs(인듐갈륨비소)일 때, 제2 반도체층(13C)에는 p형의 InP를 사용할 수 있다. 광흡수층(14)에서 발생한 신호 전하가, 높은 전계를 인가한 제2 반도체층(13C)에 유입하면, 애벌란시 증폭 현상에 의해, 신호 전하가 증폭되도록 되어 있다. 이에 의해, S/N비가 보다 향상하고, 감도 특성을 높일 수 있다.
이 제2 반도체층(13C)과 광흡수층(14) 사이에는, 전계 강하층(전계 강하층(23))을 마련하도록 하여도 좋다. 전계 강하층(23)은, 제2 반도체층(13C)에 인가된 전계가, 광흡수층(14)에 전파되는 것을 막기 위한 것이다. 이 전계 강하층(23)으로는, 예를 들면, 제2 반도체층(13C)의 구성 재료와 동일한 화합물 반도체 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체층(13C)이 p형의 InP에 의해 구성되어 있을 때, 전계 강하층(23)으로는, 제2 반도체층(13C)보다도 p형의 불순물 농도가 낮은 p형의 InP를 사용할 수 있다. 전계 강하층(23)으로는, 제2 반도체층(13C)의 구성 재료의 밴드 갭보다도 작고, 또한, 광흡수층(14)의 구성 재료의 밴드 갭보다도 큰 밴드 갭을 갖는 화합물 반도체 재료를 사용하도록 하여도 좋다. 전계 강하층(23)은, 예를 들면, 적어도 In(인듐), Ga(갈륨), Al(알루미늄), As(비소), P(인), Sb(안티몬) 및 N(질소)의 어느 하나를 포함하는 화합물 반도체 재료에 의해 구성되어 있다.
전계 강하층(23)과 광흡수층(14) 사이에, 장벽 완화층(22)을 마련하도록 하여도 좋다.
본 변형례와 같이, 제2 반도체층(13C)을 마련하여, 광흡수층(14)에서 발생한 신호 전하가 애벌란시 증폭되도록 되어 있어도 좋다. 13과 광흡수층(14) 사이에 장벽 완화층(22)을 마련하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제2 반도체층(13C)에 의해, 감도 특성을 향상시킬 수 있다.
<변형례 4>
도 19는, 변형례 4에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1D))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(1D)의 피복막(피복막(18D))은, 확산 영역(D)의 도전형(예를 들면 p형)은 역의 도전형의 전하(예를 들면 전자)를 포함하고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(1D)는 촬상 소자(1)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
피복막(18D)은, 제1 반도체층(12)에 접하여 마련되고, 확산 영역(D)을 덮고 있다. p형의 확산 영역(D)(제1 반도체층(12))을 덮는 피복막(18D)은, 예를 들면 전자를 포함하는 산화알루미늄(Al2O3)막에 의해 구성되어 있다. 이에 의해, 제1 반도체층(12)에는, 피복막(18D)의 계면 근방에 정공이 유기(誘起)되기 때문에, 전하가 적은 영역(공핍 영역)이 형성되기 어려워진다. 따라서 암전류를 저감할 수 있다. 피복막(18D)으로는, 상기 촬상 소자(1)의 피복막(18)과 같은 재료를 사용할 수 있다. 확산 영역(D)이, 예를 들면 n형의 불순물을 포함할 때, 피복막(18D)은 정공을 포함하고 있어도 좋다.
본 변형례와 같이, 피복막(18D)이, 확산 영역(D)과 반대의 도전형의 전하를 포함하고 있어도 좋다. 이 경우에도, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 피복막(18D)에 의해, 암전류를 보다 효과적으로 저감하는 것이 가능해진다.
전하 수집층(21)(도 16), 장벽 완화층(22)(도 17) 또는 제2 반도체층(13C)(도 18)과 함께, 피복막(18D)을 마련하도록 하여도 좋다.
<변형례 5>
도 20은, 변형례 5에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1E))의 일부의
모식적인 구성을 도시한 것이다. 도 20(A)는, 촬상 소자(1E)의 일부의 모식적인 평면 구성, 도 20(B)는, 도 20(A)에 도시한 B-B선에 따른 단면 구성을 각각 도시하고 있다. 이 촬상 소자(1E)는, 확산 영역(D)에 전기적으로 접속된 제3 전극(제3 전극(24))을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(1E)는 촬상 소자(1)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
촬상 소자(1E)는, 복수의 화소(P)가 마련된 화소 영역(10A)과, 화소 영역(10A)의 외측의 주변 영역(10B)을 갖고 있다. 확산 영역(D)은, 화소 영역(10A)부터 주변 영역(10B)으로 연속해서 확산되어 있다. 제3 전극(24)은, 예를 들면 주변 영역(10B)에 마련되고, 확산 영역(D)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 제3 전극(24)은, 제1 반도체층(12)에 접하여 있다. 제3 전극(24)은, 예를 들면 제1 전극(11)과 동층에 마련되어 있다. 확산 영역(D)에 전압을 인가 가능한 제3 전극(24)을 마련함에 의해, 보다 효과적으로 암전류를 저감하는 것이 가능해진다. 이하, 이에 관해 설명한다.
예를 들면, n형의 제1 반도체층(12)과 p형의 확산 영역(D) 사이에는, pn 접합이 형성되고, 공핍층이 생성하기 쉽게 되어 있다. 제3 전극(24)을 통하여, 확산 영역(D)에 역(逆)바이어스 조건이 되는 전압을 인가함에 의해, 이 공핍층의 체적(體積)을 제어하는 것이 가능해진다. 따라서 공핍층에 기인한 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
본 변형례와 같이, 확산 영역(D)에 전압을 인가하기 위한 제3 전극(24)을 마련하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제3 전극(24)을 통하여 확산 영역(D)에 역바이어스 조건이 되는 전압을 인가함에 의해, 암전류를 보다 효과적으로 저감하는 것이 가능해진다.
전하 수집층(21)(도 16), 장벽 완화층(22)(도 17), 제2 반도체층(13C)(도 18) 또는 피복막(18D)(도 19)과 함께 제3 전극(24)을 마련하도록 하여도 좋다.
<변형례 6>
도 21은, 변형례 6에 관한 촬상 소자(촬상 소자(1F))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(1F)에서는, 광흡수층(14)에서 발생한 정공을 신호 전하로서 판독하도록 되어 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(1F)는 촬상 소자(1)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
촬상 소자(1F)에서는, 예를 들면, 제1 반도체층(12)이 p형의 InP, 제2 반도체층(13)이 n형의 InP, 광흡수층(14)이 n형의 InGaAs, 콘택트층(15)이 n형의 InP에 의해 구성되어 있고, 확산 영역(D)에는 예를 들면 게르마늄(Ge) 등의 n형의 불순물이 확산되어 있다. 이와 같은 촬상 소자(1F)에서는, 제2 전극(16) 및 콘택트층(15)을 통하여 광흡수층(14)에 광(L)이 입사하면, 광흡수층(14)에서 발생한 정공이, 신호 전하로서 제1 전극(11)에 판독된다.
본 변형례와 같이, 신호 전하로서 정공을 판독하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
<제2의 실시의 형태>
도 22는, 제2의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(2))의 단면 구성을 모식적으로 도시하는 것이다. 이 촬상 소자(2)에서는, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)에 홈(홈(G1), 제1 홈)이 마련되고, 화소(P)마다 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)이 분리되어 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(2)는, 촬상 소자(1)와 같은 구성을 가지며, 그 작용 및 효과도 마찬가지이다.
홈(G1)은, 이웃하는 화소(P)의 사이에 배치되고, 예를 들면 평면에서 보아 격자형상으로 마련되어 있다. 홈(G1)은, 예를 들면 테이퍼 형상을 가지며, 광흡수층(14)의 제1면(S1)에 달하고 있다. 확산 영역(D)은, 예를 들면, 홈(G1)의 측벽(제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 측벽) 및 및 홈(G1)의 저부(광흡수층(14)의 제1면(S1) 근방) 근방에 마련되어 있다.
이와 같은 촬상 소자(2)는, 예를 들면 이하와 같이 하여 제조한다(도 23a, 23b).
우선, 상기 제1의 실시의 형태에서 설명한 바와 마찬가지로 하고, 콘택트층(15), 광흡수층(14), 제2 반도체층(13) 및 제1 반도체층(12)의 적층 구조체를 형성하고, 절연막(17)의 성막(도 4b) 및 선택적인 절연막(17)의 제거를 행한다(도 4c).
그 후, 도 23a에 도시한 바와 같이, 이 선택적인 영역에 형성된 절연막(17)을 마스크로 하여, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)을 에칭한다. 이에 의해, 홈(G1)이 형성된다. 에칭으로는, 예를 들면, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용한다. 드라이 에칭 및 웨트 에칭의 양방을 이용하여 홈(G1)을 형성하도록 하여도 좋다.
홈(G1)을 형성한 후, 도 23b에 도시한 바와 같이, 확산 영역(D)을 형성한다. 확산 영역(D)은, 홈(G1)부터 예를 들면 아연(Zn) 등의 p형의 불순물을 확산시킴에 의해 형성한다. 불순물의 확산은, 예를 들면 기상 확산 또는 고상 확산에 의해 행한다. 여기서, 본 실시의 형태에서는, 홈(G1)이 형성되어 있기 때문에, 홈(G1)이 없는 경우(도 5a)와 비교하여, 광흡수층(14)의 보다 제2면(S2)에 가까운 위치까지, 불순물이 확산한다. 즉, 광흡수층(14)의 보다 제2면(S2)에 가까운 위치까지, 확산 영역(D)이 형성된다. 이것은, 광흡수층(14)의 면방향 및 두께 방향으로, 불순물이 등방적으로 확산하기 때문이다. 광흡수층(14)의 면방향의 확산 영역(D)의 폭은, 이웃하는 화소(P)의 거리로 규정되어 있기 때문에, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)이 존재하지 않는 홈(G1)에서는, 보다 깊게 광흡수층(14)의 두께 방향으로 불순물이 확산한다. 이에 의해, 보다 효과적으로, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다.
확산 영역(D)을 형성한 후, 상기 제1의 실시의 형태에서 설명한 바와 마찬가지로 하여, 피복막(18), 보호막(19), 제1 전극(11) 및 제2 전극(16)을 형성함에 의해, 촬상 소자(2)가 완성된다.
본 실시의 형태의 촬상 소자(2)도, 상기 촬상 소자(1)와 마찬가지로, 이웃하는 화소(P)를 확산 영역(D)에 의해 전기적으로 분리하도록 하였기 때문에, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 광흡수층(14)의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 반도체층 사이(제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13)과의 사이) 근방에 공핍층(K)을 형성하도록 하였기 때문에, 암전류를 저감할 수 있다. 또한, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)에 홈(G1)이 마련되어 있기 때문에, 보다 광흡수층(14)의 제2면(S2)에 가까운 위치까지, 확산 영역(D)을 형성할 수 있다. 이에 의해, 보다 효과적으로, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다.
촬상 소자(2)에, 전하 수집층(21)(도 16), 장벽 완화층(22)(도 17), 제2 반도체층(13C)(도 18), 피복막(18D)(도 19) 또는 제3 전극(24)(도 20)을 마련하도록 하여도 좋다.
<변형례 7>
도 24는, 변형례 7에 관한 촬상 소자(촬상 소자(2A))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(2A)에서는, 홈(G1)이 광흡수층(14) 내에도 마련되어 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(2A)는 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
홈(G1)은, 화소(P)마다 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)을 분리하고, 광흡수층(14) 내로 연재되어 있어도 좋다. 이 경우에도, 상기 제2의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
확산 영역(D)은, 광흡수층(14)의 제2면(S2)까지 달하지 않아도 좋고(도 24), 또는, 도 25에 도시한 바와 같이, 광흡수층(14)의 제2면(S2)을 넘어서, 콘택트층(15)에 마련되어 있어도 좋다.
<변형례 8>
도 26은, 변형례 8에 관한 촬상 소자(촬상 소자(2B))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(2B)의 절연막(절연막(17B))은, 홈(G1)의 측벽의 일부를 덮고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(2B)는 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
절연막(17B)은, 제1 반도체층(12)의 표면부터 홈(G1)의 측벽에 걸쳐서 마련되어 있다. 절연막(17B)이, 제1 반도체층(12)의 측벽 전부를 덮고, 제2 반도체층(13)의 측벽의 일부에 걸려져 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 절연막(17B)을 형성한 후에, 확산 영역(D)을 형성하면, 제1 반도체층(12)에는 확산 영역(D)이 형성되지 않는다. 즉, 확산 영역(D)은, 제2 반도체층(13)의 측벽부터 광흡수층(14)에 걸쳐서 마련된다. 따라서 제1 반도체층(12)과 확산 영역(D) 사이의 pn 접합이 형성되지 않기 때문에, 공핍층이 형성되기 어려워지고, 암전류의 발생이 억제된다.
도 27, 28에 도시한 바와 같이, 촬상 소자(2B)의 홈(G1)이 광흡수층(14) 내에 마련되어 있어도 좋고(도 27), 촬상 소자(2B)의 확산 영역(D)이, 광흡수층(14)의 제2면(S2)을 넘어서, 콘택트층(15)에 마련되어 있어도 좋다(도 28).
본 변형례와 같이, 절연막(17B)이, 제1 반도체층(12)의 표면부터 홈(G1)의 측벽의 일부를 덮도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제2의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제1 반도체층(12)에 확산 영역(D)을 마련하지 않고서, 보다 효과적으로 암전류를 저감하는 것이 가능해진다.
<변형례 9>
도 29는, 변형례 9에 관한 촬상 소자(촬상 소자(2C))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 도 29(A)는, 촬상 소자(2C)의 모식적인 평면 구성, 도 29(B)는, 도 29(A)에 도시한 B-B선에 따른 단면 구성을 도시하고 있다. 이 촬상 소자(2C)는, 홈(G1)에 매설된 차광 부재(차광 부재(25))를 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(2C)는 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
차광 부재(25)는, 예를 들면, 평면에서 보아 격자형상으로 마련되고, 보호막(19)의 표면부터 홈(G1)에 매입되어 있다. 이 차광 부재(25)는, 이웃하는 화소(P)를 광학적으로 분리하기 위한 것이고, 예를 들면, 차광 부재(25)에 의해, 비스듬하게 입사한 광이 옆의 화소(P)에 진입하는 것을 막을 수 있다.
차광 부재(25)로는, 예를 들면 적외 영역 및 가시 영역 파장의 광에 대한 투과율이 낮은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 차광 부재(25)는, 파장 1㎛의 광에 대해 10% 이하의 투과율을 갖는 금속재료에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 차광 부재(25)로서 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체, 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
본 변형례와 같이, 홈(G1)에 차광 부재(25)를 마련하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제2의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 확산 영역(D)에 의해, 이웃하는 화소(P)를 전기적으로 분리하고, 또한, 차광 부재(25)에 의해, 이웃하는 화소(P)를 광학적으로 분리하는 것이 가능해진다. 따라서, 보다 효과적으로 화소(P) 사이의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
<제3의 실시의 형태>
도 30은, 제3의 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(3))의 구성을 모식적으로 도시하는 것이다. 도 30(A)는, 촬상 소자(3)의 모식적인 단면 구성, 도 30(B)는, 촬상 소자(3)의 모식적인 평면 구성을 각각 도시하고 있고, 도 30(B)에 도시한 A-A선에 따른 단면 구성이 도 30(A)에 표시되어 있다. 이 촬상 소자(3)의 제2 전극(제2 전극(26))은, 차광성을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(3)는, 촬상 소자(1)와 같은 구성을 가지며, 그 작용 및 효과도 마찬가지이다.
차광성의 제2 전극(26)은, 예를 들면 평면에서 보아 확산 영역(D)에 겹쳐지는 위치에 배치되고, 격자형상의 평면 형상을 갖고 있다. 환언하면, 각 화소(P)는, 제2 전극(26)부터 노출되어 있다. 이 제2 전극(26)은, 콘택트층(15)을 통하여 광흡수층(14)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 차광성의 제2 전극(26)을 마련함에 의해, 예를 들면, 비스듬하게 입사한 광이 옆의 화소(P)에 진입하는 것을 막고, 이웃하는 화소(P)를 광학적으로 분리하는 것이 가능해진다.
제2 전극(26)으로는, 예를 들면 적외 영역 및 가시 영역 파장의 광에 대한 투과율이 낮은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(26)은, 파장 1㎛의 광에 대해 10% 이하의 투과율을 갖는 금속재료에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 제2 전극(26)로서 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체, 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
제2 전극(26)부터 노출된 콘택트층(15)의 표면에는, 절연막(27)이 마련되어 있다. 환언하면, 각 화소(P)에는, 화소(P)의 평면 형상과 동일한 평면 형상을 갖는 절연막(27)이 배치되어 있다. 각 화소(P)에 배치된 절연막(27)의 평면 형상은, 예를 들면 4각형상이다.
절연막(27)의 구성 재료로서는, 예를 들면, 실리콘(Si), 질소(N), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 마그네슘(Mg), 스칸듐(Sc), 지르코늄(Zr), 산소(O), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 이트륨(Y) 중의 적어도 하나를 포함하는 절연 재료를 들 수 있다. 구체적으로는, 절연막(27)은, 예를 들면 질화실리콘(SiN)막에 의해 구성되어 있다. 절연막(27)은, 산화알루미늄(Al2O3)막, 산화실리콘(SiO2)막, 산질화실리콘(SiON)막, 산질화알루미늄(AlON)막, 질화실리콘알루미늄(SiAlN)막, 산화마그네슘(MgO), 산화실리콘알루미늄(AlSiO)막, 산화하프늄(HfO2)막, 산화하프늄알루미늄(HfAlO)막, 산화탄탈(Ta2O3)막, 산화티탄(TiO2)막, 산화스칸듐(Sc2O3)막, 산화지르코늄(ZrO2)막, 산화가돌리늄(Gd2O3)막, 산화란탄(La2O3)막 또는 산화이트륨(Y2O3)막 등에 의해 구성하도록 하여도 좋다.
본 실시의 형태의 촬상 소자(3)도, 상기 촬상 소자(1, 2)와 마찬가지로, 이웃하는 화소(P)를 확산 영역(D)에 의해 전기적으로 분리하도록 하였기 때문에, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 광흡수층(14)의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 반도체층 사이(제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(13)과의 사이) 근방에 공핍층(K)을 형성하도록 하였기 때문에, 암전류를 저감할 수 있다. 또한, 차광성의 제2 전극(26)이 마련되어 있기 때문에, 이웃하는 화소(P)가 광학적으로 분리된다. 따라서, 보다 효과적으로 화소(P) 사이의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
촬상 소자(3)에, 전하 수집층(21)(도 16), 장벽 완화층(22)(도 17), 제2 반도체층(13C)(도 18), 피복막(18D)(도 19) 또는 제3 전극(24)(도 20)을 마련하도록 하여도 좋다.
도 31에 도시한 바와 같이, 촬상 소자(3)의 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)에 홈(G1)을 마련하도록 하여도 좋다.
<변형례 10>
도 32는, 변형례 10에 관한 촬상 소자(촬상 소자(3A))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(3A)는, 콘택트층(15) 및 광흡수층(14)의 제2면(S2)측에 확산 영역(확산 영역(DA), 제2 확산 영역)이 마련되어 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(3A)는 촬상 소자(3)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
확산 영역(DA)은, 이웃하는 화소(P)의 사이에 마련되고, 격자형상의 평면 형상을 갖고 있다. 이 확산 영역(DA)에는, 예를 들면 아연(Zn) 등의 p형의 불순물이 확산되어 있고, 확산 영역(D)과 평면에서 보아 겹쳐지는 위치에 배치되어 있다. p형의 불순물은, 예를 들면, 마그네슘(Mg), 카드늄(Cd), 베릴륨(Be), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 탄소(C), 주석(Sn), 납(Pb), 유황(S) 또는 텔루르(Te) 등이라도 좋다. 확산 영역(DA)의 도핑 밀도는, 예를 들면 1×10-16㎝-3∼1×10-19㎝-3이다. 촬상 소자(3A)에서는, 광흡수층(14)의 제1면(S1)측에 확산 영역(D)과 함께, 제2면(S2)측에 확산 영역(DA)이 마련되어 있기 때문에, 보다 효과적으로, 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다.
확산 영역(DA)은, 확산 영역(D)과 연속하고 있어도 좋고(도 32), 도 33에 도시한 바와 같이, 떨어져 있어도 좋다.
이웃하는 화소(P) 사이의 확산 영역(DA)은, 예를 들면 절연막(27)을 마스크로 이용하여, 콘택트층(15)의 표면부터 불순물을 선택적으로, 기상 확산 또는 고상 확산시킴에 의해 형성할 수 있다.
본 변형례와 같이, 광흡수층(14)의 제2면(S2)측에 확산 영역(DA)을 마련하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제3의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 광흡수층(14)의 제1면(S1)측의 확산 영역(D)에 더하여, 제2면(S2)측에 확산 영역(DA)이 마련되어 있기 때문에, 보다 효과적으로, 이웃하는 화소(P)의 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다.
<변형례 11>
도 34는, 변형례 11에 관한 촬상 소자(촬상 소자(3B))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(3B)는, 이웃하는 절연막(27)의 사이에 홈(홈(G2), 제2 홈)이 마련되고, 이 홈(G2)에 차광 부재(차광 부재(25B))가 매설되어 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(3B)는 촬상 소자(3)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
홈(G2)은, 이웃하는 화소(P)의 사이에 배치되고, 예를 들면 평면에서 보아 격자형상으로 마련되어 있다. 홈(G2)은, 예를 들면 테이퍼 형상을 갖고 있다. 홈(G2)은, 콘택트층(15)을 관통하고, 제2면(S2)부터 광흡수층(14) 내로 연재되어 있다. 즉, 콘택트층(15)은, 홈(G2)에 의해 화소(P)마다 분리되어 있다. 확산 영역(DA)은, 예를 들면, 홈(G2)의 측벽(콘택트층(15) 및 광흡수층(14)의 측벽) 및 및 홈(G2)의 저부 부근에 마련되어 있다.
확산 영역(DA)은, 확산 영역(D)과 연속하고 있어도 좋고(도 34), 도 35에 도시한 바와 같이, 떨어져 있어도 좋다. 확산 영역(DA)은, 예를 들면, 홈(G2)을 형성한 후에, 이 홈(G2)부터 불순물을 확산시켜서 형성한다. 홈(G2)부터 형성된 확산 영역(DA)은, 홈(G1)부터 형성된 확산 영역(D)과 마찬가지로, 보다 광흡수층(14)의 제1면(S1)에 가까운 위치로 확산되어 형성된다. 따라서, 보다 효과적으로 이웃하는 화소(P)의 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다.
절연막(27) 및 홈(G2)은, 예를 들면, 피복막(28) 및 보호막(29)에 덮여 있다. 예를 들면, 절연막(27)에 가까운 위치부터 피복막(28) 및 보호막(29)의 순서로 마련되어 있다. 피복막(28)으로는, 예를 들면, 피복막(18)과 같은 구성 재료를 사용할 수 있고, 보호막(29)으로는, 예를 들면, 보호막(19)과 같은 구성 재료를 사용할 수 있다. 확산 영역(DA)을 형성한 후에, 피복막(28) 및 보호막(29)이 이 순서로 형성된다.
차광 부재(25B)는, 예를 들면, 평면에서 보아 격자형상으로 마련되고, 보호막(29)의 표면부터 홈(G2)에 매입되어 있다. 이 차광 부재(25B)는, 이웃하는 화소(P)를 광학적으로 분리하기 위한 것이고, 예를 들면, 차광 부재(25B)에 의해, 비스듬하게 입사한 광이 옆의 화소(P)에 진입하는 것을 막을 수 있다.
차광 부재(25B)로는, 예를 들면 적외 영역 및 가시 영역 파장의 광에 대한 투과율이 낮은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 차광 부재(25B)는, 파장 1㎛의 광에 대해 10% 이하의 투과율을 갖는 금속재료에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 차광 부재(25B)로서 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체, 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
차광 부재(25B)는, 예를 들면, 보호막(29)을 형성한 후에, 홈(G2)에 차광성의 금속재료를 매입하도록 성막하여 형성한다.
본 변형례와 같이, 광흡수층(14)의 제2면(S2)측에 홈(G2)을 마련하고, 이 홈(G2)에 차광 부재(25B)를 매설하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제3의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 홈(G2)이 마련되어 있기 때문에, 보다 효과적으로, 이웃하는 화소(P)의 사이에서의 신호 전하의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 차광 부재(25B)가 마련되어 있기 때문에, 이웃하는 화소(P)가 광학적으로 분리되고, 보다 효과적으로, 화소(P) 사이의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
도 36에 도시한 바와 같이, 촬상 소자(3B)의 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)에 홈(G1)을 마련하도록 하여도 좋다.
<변형례 12>
도 37은, 변형례 12에 관한 촬상 소자(촬상 소자(3C))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(3C)는, 상기 촬상 소자(3B)의 차광 부재(25B)에 대신하여, 제4 전극(제4 전극(24C))을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(3C)는 촬상 소자(3)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
제4 전극(24C)은, 보호막(29) 및 피복막(28)을 관통하여 확산 영역(DA)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 확산 영역(DA)에 전압을 인가 가능한 제4 전극(24C)을 마련함에 의해, 확산 영역(DA) 및 콘택트층(15)의 전위의 제어성을 높일 수 있다. 제4 전극(24C)으로는, 예를 들면 적외 영역 및 가시 영역 파장의 광에 대한 투과율이 낮은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제4 전극(24C)은, 파장 1㎛의 광에 대해 10% 이하의 투과율을 갖는 금속재료에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 제4 전극(24C)로서 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체, 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
확산 영역(DA)은, 확산 영역(D)과 연속하고 있어도 좋고(도 37), 도 38에 도시한 바와 같이, 떨어져 있어도 좋다.
본 변형례와 같이, 확산 영역(DA)에 전기적으로 접속된 제4 전극(24C)을 마련하도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 제3의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제4 전극(24C)이 마련되어 있기 때문에, 확산 영역(DA) 및 콘택트층(15)의 전위의 제어성을 높일 수 있다.
<변형례 13>
도 39는, 변형례 13에 관한 촬상 소자(촬상 소자(2D))의 모식적인 단면 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(2D)에서는, 홈(G1)이 광흡수층(14)을 관통하고, 그 저부가 광흡수층(14)의 제2면(S2)까지 달하고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(2D)는 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
홈(G1)은, 화소(P)마다 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)을 분리하고, 또한, 광흡수층(14)을 물리적으로 분리하고 있어도 좋다. 이에 의해, 상기 제2의 실시의 형태와 비교하여, 보다 효과적으로 이웃하는 화소(P) 사이에서의 신호 전하의 이동이 억제되고, 보다 화소(P) 사이의 크로스토크를 억제할 수 있다.
확산 영역(D)은, 광흡수층(14)부터 콘택트층(15)에 걸쳐서 마련되어 있어도 좋다.
또한 홈(G1)은, 도 40에 도시한 촬상 소자(2E)와 같이, 콘택트층(15)을 관통하고, 그 저부가 제2 전극(16)까지 달하고 있어도 좋다. 이와 같이, 홈(G1)에 의해 제1 반도체층(12), 제2 반도체층(13), 광흡수층(14) 및 콘택트층(15)을 포함하는 반도체층 전체를 물리적으로 분리함으로써 더욱 효과적으로 화소(P) 사이의 크로스토크를 억제할 수 있다.
<변형례 14>
도 41은, 변형례 14에 관한 촬상 소자(촬상 소자(2F))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(2F)는, 상기 촬상 소자(2C)의 차광 부재(25)에 대신하여, 제3 전극(제3 전극(24))을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(2F)는, 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
제3 전극(24)은, 홈(G1) 내에, 보호막(19) 및 피복막(18)을 관통하여 매설되고, 확산 영역(D)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이, 확산 영역(D)에 전압을 인가 가능한 제3 전극(24)을 마련함에 의해, 확산 영역(D)의 전위의 제어성을 높일 수 있다. 구체적으로는, 확산 영역(D)의 전위를 제어하여 계면에 정공을 유기시킴으로써, 계면에서의 암전류의 생성을 억제할 수 있다. 제3 전극(24)으로는, 예를 들면 적외 영역 및 가시 영역 파장의 광에 대한 투과율이 낮은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제3 전극(24)은, 파장 1㎛의 광에 대해 10% 이하의 투과율을 갖는 금속재료에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 제4 전극(24C)로서 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체, 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
제3 전극(24)은, 예를 들면, 보호막(19)을 성막한 후, 감광성 수지 및 드라이 에칭을 행하고 보호막(19) 및 피복막(18)을 관통한 개구를 형성하고, 그 개구 내에 금속을 매입하는 것으로 형성할 수 있다.
또한, 본 변형례의 구조는, 예를 들면 변형례 13에 나타낸 촬상 소자(2D)에도 적용할 수 있다. 도 42는, 촬상 소자(2D)와 촬상 소자(2F)를 조합시킨 촬상 소자(2G)의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 촬상 소자(2G)와 같이, 광흡수층(14)을 관통하고, 그 저부가 광흡수층(14)의 제2면(S2)까지 달하는 홈(G1) 내에, 확산 영역(D)이 형성된 콘택트층(15)에 전기적으로 접속된 제3 전극(24)을 마련함으로써, 제3 전극(24)에 의해 콘택트층(15)의 전위를 제어할 수 있게 된다. 이 때문에, 제2 전극(16)은 생략할 수 있다.
<변형례 15>
도 43은, 변형례 15에 관한 촬상 소자(촬상 소자(4A))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(4A)에서는, 광흡수층(14)이 불순물 밀도가 다른 복수의 층(예를 들면, 2층(14A, 14B))을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(4A)는, 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
본 변형례에서의 광흡수층(14)에서는, 서로 불순물 밀도가 다른 광흡수층(14A, 14B)이 적층되어 있다. 광흡수층(14A)은 제1면(S1)측에, 광흡수층(14B)은 제2면(S2)측에 배치되어 있다. 광흡수층(14A)의 불순물 밀도는 광흡수층(14B)보다도 낮고, 예를 들면 1×10-13㎝-3 이상의 도핑 밀도를 갖는다. 광흡수층(14B)의 불순물 밀도는 광흡수층(14B)보다도 높고, 예를 들면 1×10-19㎝-3 이하의 도핑 밀도를 갖는다. 이와 같이, 광입사면(제2면(S2))측에 불순물 밀도가 높은 광흡수층(14B)을 배치함에 의해, 광입사면에서 콘택트층(15)을 향하여 신호 전하의 전송을 돕는 전계가 발생하게 되고, 촬상 소자(4A)의 응답성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 전송 시간을 단축할 수 있기 때문에, 전송 중에 광흡수층(14) 내에서 재결합한 신호 전하량이 저감되고, 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 43에서는, 광흡수층(14)이 2층 구조인 예를 나타냈는데 이것으로 한하지 않고, 3층 이상으로 적층되어 있어도 좋다. 그 경우에는, 광입사면(제2면(S2))에 가까울수록 불순물 밀도가 높아지도록 한다. 또한, 광흡수층(14)의 불순물 밀도는 단계적으로 변화할 필요는 없고, 예를 들면 연속적으로 변화하도록 하여도 좋다. 또한, 본 변형례에서는, 홈(G1)이 광흡수층(14)을 관통하고 있는 예를 나타냈지만 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 홈(G1)은 광흡수층(14)까지 달하지 않아도 본 변형례와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<변형례 16>
도 44는, 변형례 16에 관한 촬상 소자(촬상 소자(4B))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(4B)에서는, 예를 들면 광흡수층(14)을 관통하는 홈(G1)과 함께, 제2 반도체층(13) 내에 저면을 갖는 홈(G3)이 마련되어 있다.
홈(G3)은, 화소(P)마다 제1 반도체층(12)을 분리하고, 제2 반도체층(13) 내로 연재되어 있다. 홈(G3) 내에는 절연막(17)이 매입되어 있고, 이른바 STI를 형성하고 있다. n형의 도전형을 갖는 제1 반도체층(12)과 p형의 도전형을 갖는 확산 영역(D)이 접촉하면, 강한 전하가 생겨서 암전류가 증가할 우려가 있다. 본 변형례에서는, 제1 반도체층(12)과 확산 영역(D) 사이에 절연막(17)을 마련함에 의해, 이 제1 반도체층(12)과 확산 영역(D) 사이의 접합부에서의 암전류의 발생을 저감할 수 있다.
촬상 소자(4B)에서는, 홈(G3)을 형성한 후, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 표면 전면에 절연막(17)을 성막한다. 계속해서, 제2 반도체층(13) 및 광흡수층(14)을 관통하는 홈(G1)을 형성한다.
촬상 소자(4B)는, 예를 들면 상기 촬상 소자(2F) 등과 같이, 홈(G1) 내에 제3 전극(24)을 마련하도록 하여도 좋다. 또한, 도 44에서는 홈(G1)을 제1면(S1)측부터 형성한 예를 나타내었지만 이것으로 한하지 않는다. 예를 들면, 도 45에 도시한 촬상 소자(4C)와 같이, 홈(G3)을 형성하고, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)상에 절연막(17)을 성막한 후, 제2면(S2)측부터 홈(G1)을 형성하도록 하여도 좋다. 그때에는, 절연막(17)으로서 성막한 SiN막이 에칭 스토퍼가 된다. 촬상 소자(4C)의 홈(G1)에는, 보호막(19)과 같은 재료로 이루어지는 절연막(31)이 매설되어 있다.
<변형례 17>
도 46은, 변형례 17에 관한 촬상 소자(촬상 소자(4D))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(4D)는, 제1 전극(11)과 제1 반도체층(12) 사이에 콘택트층(32)을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(4D)는, 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
콘택트층(32)은, pn 접합을 형성하는 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 화합물 반도체 재료에 의해 형성되어 있다. 제1 반도체층(12)이, 예를 들면 InP(인듐인)에 의해 구성되어 있을 때, 콘택트층(32)으로는, 예를 들면 InAlAs(인듐알루미늄비소)를 사용할 수 있다. 콘택트층(32)으로는, 예를 들면, 적어도 In(인듐), Ga(갈륨), Al(알루미늄), As(비소), P(인), Sb(안티몬) 및 N(질소)의 어느 하나를 포함하는 Ⅲ-V족 반도체를 사용할 수 있다. 구체적으로는, InAlAs 외에, InP, InGaAsP(인듐갈륨비소인), InAsSb(인듐비소안티몬), InGaP(인듐갈륨인), 및 GaAsSb(갈륨비소안티몬) 등을 들 수 있다.
본 변형례와 같이, 제1 전극(11)과 제1 반도체층(12) 사이에, 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 콘택트층(32)을 마련하도록 하여도 좋다. 이에 의해, 큰암전류가 발생할 우려가 있는 pn 접합 및 제1 반도체층(12)과 절연막(17)의 계면과의 접촉부가 밴드 갭 에너지가 큰 콘택트층(32) 중에 포함되게 되어, 암전류의 발생의 확률을 저감할 수 있다.
<변형례 18>
도 47은, 변형례 18에 관한 촬상 소자(촬상 소자(4E))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(4E)는, 제1 전극(11)의 하층에 콘택트층(33)을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(4E)는, 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
콘택트층(33)은, 제1 전극(11)의 직하에 마련되고, 예를 들면 제1 전극(11)과 같은 평면 형상을 갖고 있다. 콘택트층(33)은 1×10-16㎝-3 이상의 불순물 농도를 가지며, 제1 반도체층(12)의 밴드 갭 에너지보다도 작은 밴드 갭 에너지를 갖는 화합물 반도체 재료에 의해 형성되어 있다. 제1 반도체층(12)이, 예를 들면 InP(인듐인)에 의해 구성되어 있을 때, 콘택트층(32)으로는, 예를 들면 InGaAs(인듐갈륨비소)를 사용할 수 있다. 콘택트층(33)으로는, 예를 들면, 적어도 In(인듐), Ga(갈륨), Al(알루미늄), As(비소), P(인), Sb(안티몬) 및 N(질소)의 어느 하나를 포함하는 Ⅲ-V족 반도체를 사용할 수 있다. 구체적으로는, InGaAs 외에, InP, InGaAsP(인듐갈륨비소인), InAsSb(인듐비소안티몬), InGaP(인듐갈륨인), GaAsSb(갈륨비소안티몬) 및 InAlAs(인듐알루미늄비소) 등을 들 수 있다.
일반적으로 밴드 갭 에너지가 큰 반도체 재료와 제1 전극(11)을 적층하면 그 계면의 접촉 저항은 높아지는 경향이 있다. 본 변형례와 같이, 제1 전극(11)의 하층에, 제1 반도체층(12)의 밴드 갭 에너지보다도 작은 밴드 갭 에너지를 갖는 콘택트층(33)을 마련함에 의해, 제1 전극(11)과의 접촉 저항이 저하되어 신호 전하를 판독하기 쉬워지고, 응답성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 촬상 소자(2B)와 같이, 확산 영역(D)이 제1 반도체층(12)까지 마련되어 있지 않는 경우에는, 콘택트층(33)은 제1 반도체층(12)상의 전면에 마련되어 있어도 좋다.
<변형례 19>
도 48은, 변형례 19에 관한 촬상 소자(촬상 소자(4F))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(4F)는, 제2 전극(16)의 광 입사측에 보호막(34)을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(4F)는, 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
보호막(34)은, 콘택트층(15) 등의 반도체층이나 제2 전극(16)을 보호하기 위한 것이다. 보호막(34)으로는, 예를 들면, 실리콘(Si), 질소(N), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 마그네슘(Mg), 산소(O), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 이트륨(Y) 중의 적어도 하나를 포함하는 절연 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 보호막(34)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)막에 의해 구성되어 있다. 보호막(34)을, 질화실리콘(SiN)막, 산화알루미늄(Al2O3)막, 산질화실리콘(SiON)막, 산질화알루미늄(AlON)막, 질화실리콘알루미늄(SiAlN)막, 산화마그네슘(MgO), 산화실리콘알루미늄(AlSiO)막, 산화하프늄(HfO2)막 또는 산화하프늄알루미늄(HfAlO)막 등에 의해 구성하도록 하여도 좋다.
본 변형례와 같이, 제2 전극(16)의 광 입사측에 보호막(34)을 적층함에 의해, 외기와의 반응에 의한 제2 전극(16)의 변질이 저감되고, 제2 전극(16)의 저항의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 콘택트층(15) 등의 반도체층에서의 결정 결함의 생성이 저감되고, 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기 촬상 소자(2G)와 같이 제2 전극(16)을 생략하는 경우에는, 도 49에 도시한 촬상 소자(4G)와 같이, 보호막(34)을 마련하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 콘택트층(15)의 결정 결함의 생성이 저감되고, 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
<변형례 20>
도 49는, 변형례 20에 관한 촬상 소자(촬상 소자(4H))의 모식적인 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 소자(4H)는, 제2 전극(16)의 광 입사측에, 화소(P) 사이에 보호막(34)을 통하여 차광막(35)을 갖고 있다. 이 점을 제외하고, 촬상 소자(4H)는, 촬상 소자(2)와 같은 구성 및 효과를 갖고 있다.
차광막(35)으로는, 예를 들면 적외 영역 및 가시 영역 파장의 광에 대한 투과율이 낮은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 차광막(35)은, 파장 1㎛의 광에 대해 10% 이하의 투과율을 갖는 금속재료에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 차광막(35)으로서 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 질화티탄(TiN), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중의 어느 한 단체, 또는 그들 중의 적어도 1종을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
이와 같이, 보호막(34)상의 화소(P) 사이에 차광막(35)을 마련함에 의해, 입사광의 인접 화소로의 입사를 막을 수 있고, 화소(P) 사이의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
본 변형례의 구조는, 도 51에 도시한 촬상 소자(4I)에 도시한 바와 같이, 각 화소(P)상에 대응하는 소망하는 파장을 투과시키는 필터(36)(36R, 36G)을 마련하여도 좋다. 이 필터(36)로서는, 예를 들면 컬러 필터, 가시광 커트 필터, 소망하는 파장 이외의 적외선을 커트하는 적외선 커트 필터 등을 들 수 있다. 컬러 필터는, 소망하는 안료나 염료로 이루어지는 착색제를 첨가한 수지에 의해 구성되어 있고, 안료나 염료를 선택함에 의해, 목적으로 하는 적색, 녹색 및 청색 등의 파장역에서의 광투과율이 높고, 다른 파장역에서 광투과율이 낮아지도록 조정되어 있다. 컬러 필터를 마련함에 의해, 특정한 파장의 광만을 수광하는 분광이 가능해진다. 또한, 차광막(35) 및 필터(36)상에는, 또한 보호막(37)을 마련하도록 하여도 좋다. 보호막(37)으로는, 보호막(34)과 같은 재료를 사용할 수 있다.
본 변형례의 구조는, 도 52에 도시한 촬상 소자(4J)에 도시한 바와 같이, 보호막(37)상의 각 화소에 대응하는 위치에 집광 렌즈(38)을 각각 마련하도록 하여도 좋다. 집광 렌즈(38)을 마련함에 의해, 입사광을 광흡수층(14)의 반도체 재료에 집광시켜, 화소(P) 사이의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 양자 효율도 향상할 수 있다.
또한, 차광막(35), 필터(36) 및 집광 렌즈(38)는, 전부 마련할 필요는 없고, 필터(36)만, 집광 렌즈(38)만, 또는 어느 2종을 조합시켜서 보호막(34)상에 마련하도록 하여도 좋다.
<적용례 1>
도 53은, 상기 실시의 형태 등에서 설명한 촬상 소자(1)(또는, 촬상 소자(1A∼3C), 이하, 통합하여 촬상 소자(1)라고 한다)의 기능 구성을 도시한 것이다. 촬상 소자(1)는, 예를 들면 적외선 이미지 센서이고, 예를 들면 화소 영역(10A)과, 이 화소 영역(10A)을 구동하는 회로부(130)을 갖고 있다. 회로부(130)는, 예를 들면 행 주사부(131), 수평 선택부(133), 열 주사부(134) 및 시스템 제어부(132)를 갖고 있다.
화소 영역(10A)은, 예를 들면 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 화소(P)를 갖고 있다. 화소(P)에는, 예를 들면 화소행마다 화소 구동선(Lread)(예를 들면, 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(Lsig)이 배선되어 있다. 화소 구동선(Lread)은, 화소(P)로부터의 신호 판독을 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 화소 구동선(Lread)의 일단은, 행 주사부(131)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행 주사부(131)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 소자 영역(R1)의 각 화소(P)를, 예를 들면 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행 주사부(131)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 화소(P)로부터 출력된 신호는, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 수평 선택부(133)에 공급된다. 수평 선택부(133)는, 수직 신호선(Lsig)마다 마련된 앰프나 수평 선택 스위치 등에 의해 구성되어 있다.
열 주사부(134)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 선택부(133)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순번대로 구동하는 것이다. 이 열 주사부(134)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 전송되는 각 화소의 신호가 순번대로 수평 신호선(135)에 출력되고, 당해 수평 신호선(135)을 통하여 도시하지 않은 신호 처리부 등에 입력된다.
이 촬상 소자(1)에서는, 도 54에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 화소 영역(10A)을 갖는 소자 기판(K1)과, 회로부(130)를 갖는 회로 기판(K2)이 적층되어 있다. 단, 이와 같은 구성으로 한정되지 않고, 회로부(130)는, 화소 영역(10A)과 동일한 기판상에 형성되어 있어도 좋고, 또는 외부 제어 IC에 배설된 것이라도 좋다. 또한, 회로부(130)는, 케이블 등에 의해 접속된 다른 기판에 형성되어 있어도 좋다.
시스템 제어부(132)는, 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 촬상 소자(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(132)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행 주사부(131), 수평 선택부(133) 및 열 주사부(134) 등의 구동 제어를 행한다.
<적용례 2>
상술한 촬상 소자(1)는, 예를 들면 적외 영역을 촬상 가능한 카메라 등, 다양한 타입의 전자 기기에 적용할 수 있다. 도 55에, 그 한 예로서, 전자 기기(4)(카메라)의 개략 구성을 도시한다. 이 전자 기기(4)는, 예를 들면 정지화 또는 동화를 촬영 가능한 카메라이고, 촬상 소자(1)와, 광학계(광학 렌즈)(310)와, 셔터 장치(311)와, 촬상 소자(1) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부(313)와, 신호 처리부(312)를 갖는다.
광학계(310)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 소자(1)에 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는, 복수의 광학 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는, 촬상 소자(1)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는, 촬상 소자(1)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는, 촬상 소자(1)부터 출력된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행하는 것이다. 신호 처리 후의 영상 신호(Dout)는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되든지, 또는, 모니터 등에 출력된다.
또한, 본 실시의 형태 등에서 설명한 촬상 소자(1)는, 하기 전자 기기(캡슐 내시경 및 차량 등의 이동체)에도 적용하는 것이 가능하다.
<응용례 1(내시경 수술 시스템)>
본 개시에 관한 기술은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 56은, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 56에서는, 수술자(의사(11131))가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에 수술을 행하고 있는 양상이 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의, 그 밖의 수술구(11110)과, 내시경(11100)을 지지한 지지 암 장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은, 선단부터 소정의 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속된 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시한 예에서는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성되는 내시경(11100)을 도시하고 있지만, 내시경(11100)은, 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는, 대물 렌즈가 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이, 경통(11101)의 내부에 연설(延設)되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경(直視鏡)이라도 좋고, 사시경(斜視鏡) 또는 측시경(側視鏡)이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고, 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전변환되고, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU : Camera Control Unit)(11201)에 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대해, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거한 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는, CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED(light emitting diode) 등의 관원으로 구성되고, 수술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는, 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(11204)를 이용하여, 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수가 있다. 예를 들면, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)를 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는, 조직의 소작(燒灼), 절개 또는 혈관의 봉지 등 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는, 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(11132)의 체강을 팽창시키기 위해, 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는, 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는, 수술에 관한 각종의 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)으로 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED, 레이저광원 또는 이들의 조합에 의해 구성되는 백색광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저광원의 조합에 의해 백색광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수가 있기 때문에, 광원 장치(11203)에서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수가 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해, RGB 각각에 대응한 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함에 의해, 이른바 흑바램(underexposed blocked up shadow) 및 백바램(overexposed highlight)이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 특수광 관찰에 대응한 소정 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰시에 있어서의 조사광(즉, 백색광)과 비교하여 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영한다, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행하여진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행하여져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하고 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주(局注)함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수가 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 57은, 도 56에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는, 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는, 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은, 경통(11101)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(11101)의 선단부터 받아들여진 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은, 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 하나(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들면 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는, 3D(dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍(對)의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행하여짐에 의해, 수술자(11131)는 수술부에서의 생체조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성된 경우에는, 각 촬상 소자에 대응하여, 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는, 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는, 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는, 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축에 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는, CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는, 촬상부(11402)부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통하여 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는, CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는, 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기의 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자인 경우에는, 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있게 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는, 통신부(11404)를 이용하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 사용하여 송신된 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에 대해, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는, 카메라 헤드(11102)부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는, 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상, 및, 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는, 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여, 수술부 등이 찍혀진 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는, 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식하여도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자(鉗子) 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는, 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에, 그 인식 결과를 이용하여, 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 수술자(11131)에게 제시됨에 의해, 수술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 수술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시한 예에서는, 전송 케이블(11400)을 통하여 유선으로 통신이 행하여지고 있지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)와의 사이의 통신은 무선으로 행하여져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 촬상부(11402)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 보다 선명한 수술부 화상을 얻을 수 있기 때문에, 수술자가 수술부를 확실하게 확인하는 것이 가능해진다.
또한, 여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명하였지만, 본 개시에 관한 기술은, 그 밖에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
<응용례 2(이동체)>
본 개시에 관한 기술은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한쪽의 종류의 이동체에 탑재된 장치로서 실현되어도 좋다.
도 58은, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 58에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신된 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득된 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12030)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 58의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 59는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 59에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)을 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트유리의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프론트유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 59에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)로 촬상된 화상 데이터가 겹침에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득한 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내차와의 사이에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 사용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 보다 보기 쉬운 촬영 화상을 얻을 수 있기 때문에, 드라이버의 피로를 경감하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태 등에서 설명한 촬상 소자(1)는, 감시 카메라, 생체 인증 시스템 및 서모그래피 등의 전자 기기에도 적용하는 것이 가능하다. 감시 카메라는, 예를 들면 나이트 비전 시스템(암시)의 것이다. 촬상 소자(1)를 감시 카메라에 적용함에 의해, 야간의 보행자 및 동물 등을 멀리에서 인식하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상 소자(1)를 차량탑재 카메라로서 적용하면, 헤드라이트나 날씨의 영향을 받기 어렵다. 예를 들면, 연기 및 안개 등의 영향을 받지 않고, 촬영 화상을 얻을 수 있다. 또한, 물체의 형상의 인식도 가능해진다. 또한, 서모그래피에서는, 비접촉 온도 측정이 가능해진다. 서모그래피에서는, 온도 분포나 발열도 검출 가능하다. 더하여, 촬상 소자(1)는, 불꽃(炎), 수분 또는 가스 등을 검지하는 전자 기기에도 적용 가능하다.
이상, 실시의 형태 및 적용례를 들어 설명하였지만, 본 개시 내용은 상기 실시의 형태 등으로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태에서 설명한 수광 소자의 층 구성은 한 예이고, 또 다른 층을 구비하고 있어도 좋다. 또한, 각 층의 재료나 두께도 한 예이고, 상술한 것으로 한정되는 것이 아니다.
상기 실시의 형태 등에서 설명한 효과는 한 예이고, 다른 효과라도 좋고, 또 다른 효과를 포함하고 있어도 좋다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성이라도 좋다.
(1)
광입사면을 가짐과 함께, 화합물 반도체 재료를 포함하는 광흡수층과,
상기 광흡수층의 상기 광입사면과 반대면에 대향하여, 화소마다 마련된 제1 전극과,
상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 광흡수층과 상기 제1 전극 사이에 마련된, 제1 도전형의 제1 반도체층과,
상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 제1 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련된, 제2 도전형의 제2 반도체층과,
이웃하는 상기 화소의 사이에, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층에 걸쳐서 마련된, 제2 도전형의 제1 확산 영역을 구비한 광전변환 소자.
(2)
상기 제1 확산 영역은, 평면에서 보아 격자형상으로 마련되어 있는 상기 (1)에 기재된 광전변환 소자.
(3)
또한, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련되고, 상기 광흡수층에서 발생한 전하를 일시적으로 축적하는 전하 수집층을 갖는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광전변환 소자.
(4)
또한, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련되고, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이의 밴드 오프셋 장벽을 완화하는 장벽 완화층을 갖는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광전변환 소자.
(5)
상기 제2 반도체층이, 상기 광흡수층에서 발생한 전하를 애벌란시 증폭하도록 구성된 상기 (1), (2) 또는 (4)에 기재된 광전변환 소자.
(6)
또한, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련되고, 상기 제2 반도체층부터 상기 광흡수층으로의 전계의 전반을 억제하는 전계 강하층을 갖는 상기 (5)에 기재된 광전변환 소자.
(7)
상기 제1 반도체층 및 상기 제2 반도체층에는, 이웃하는 상기 화소를 분리하는 제1 홈이 마련되어 있는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(8)
상기 제1 홈은, 상기 광흡수층에 연재되어 있는 상기 (7)에 기재된 광전변환 소자.
(9)
또한, 상기 제1 반도체층의 표면부터 상기 제1 홈의 측벽에 마련되고, 상기 제1 반도체층의 측벽을 덮음과 함께, 상기 제2 반도체층의 측벽의 일부에 걸리는 절연막을 갖는 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 광전변환 소자.
(10)
또한, 상기 제1 홈에 매입된 차광 부재를 갖는 상기 (7) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(11)
또한, 상기 광흡수층의 상기 광입사면에 대향하여 마련된 제2 전극을 갖는 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(12)
상기 제2 전극은, 상기 광흡수층의 상기 광입사면 전면에 마련되어 있는 상기 (11)에 기재된 광전변환 소자.
(13)
상기 제2 전극은, 차광성 재료에 의해 구성되어 있는 상기 (11)에 기재된 광전변환 소자.
(14)
또한, 상기 광흡수층의 상기 광입사면측에, 이웃하는 상기 화소의 사이에 마련된 제2 도전형의 제2 확산 영역을 갖는 상기 (13)에 기재된 광전변환 소자.
(15)
상기 광흡수층의 상기 광입사면에 제2 홈이 마련되고,
상기 제2 홈 근방에 상기 제2 확산 영역이 마련되어 있는 상기 (14)에 기재된 광전변환 소자.
(16)
또한, 상기 제1 확산 영역에 전기적으로 접속된 제3 전극을 갖는 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(17)
또한, 상기 제2 확산 영역에 전기적으로 접속된 제4 전극을 가지며,
상기 제2 홈에, 상기 제4 전극이 매입되어 있는 상기 (15)에 기재된 광전변환 소자.
(18)
또한, 상기 제1 확산 영역을 덮는 피복막을 갖는 상기 (1) 내지 (17) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(19)
상기 피복막은 제1 도전형의 전하를 포함하는 상기 (18)에 기재된 광전변환 소자.
(20)
광입사면을 가짐과 함께, 화합물 반도체 재료를 포함하는 광흡수층과,
상기 광흡수층의 상기 광입사면과 반대면에 대향하여, 화소마다 마련된 제1 전극과,
상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 광흡수층과 상기 제1 전극 사이에 마련된, 제1 도전형의 제1 반도체층과,
상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 제1 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련된, 제2 도전형의 제2 반도체층과,
이웃하는 상기 화소의 사이에, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층에 걸쳐서 마련된, 제2 도전형의 제1 확산 영역을 구비한 촬상 소자.
본 출원은, 일본 특허청에서 2017년 5월 15일에 출원된 일본 특허출원 번호 2017-096237호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 응하여, 여러 가지의 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션, 및 변경을 상도 할 수 있는데, 그것들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 광입사면을 가짐과 함께, 화합물 반도체 재료를 포함하는 광흡수층과,
    상기 광흡수층의 상기 광입사면과 반대면에 대향하여, 화소마다 마련된 제1 전극과,
    상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 광흡수층과 상기 제1 전극 사이에 마련된, 제1 도전형의 제1 반도체층과,
    상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 제1 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련된, 제2 도전형의 제2 반도체층과,
    이웃하는 상기 화소의 사이에, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층에 걸쳐서 마련된, 제2 도전형의 제1 확산 영역을 구비한 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확산 영역은, 평면에서 보아 격자형상으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    또한, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련되고, 상기 광흡수층에서 발생한 전하를 일시적으로 축적하는 전하 수집층을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    또한, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련되고, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이의 밴드 오프셋 장벽을 완화하는 장벽 완화층을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체층이, 상기 광흡수층에서 발생한 전하를 애벌란시 증폭하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    또한, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련되고, 상기 제2 반도체층부터 상기 광흡수층으로의 전계의 전반을 억제하는 전계 강하층을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층 및 상기 제2 반도체층에는, 이웃하는 상기 화소를 분리하는 제1 홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 홈은, 상기 광흡수층에 연재되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    또한, 상기 제1 반도체층의 표면부터 상기 제1 홈의 측벽에 마련되고, 상기 제1 반도체층의 측벽을 덮음과 함께, 상기 제2 반도체층의 측벽의 일부에 걸리는 절연막을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  10. 제7항에 있어서,
    또한, 상기 제1 홈에 매입된 차광 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    또한, 상기 광흡수층의 상기 광입사면에 대향하여 마련된 제2 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 상기 광흡수층의 상기 광입사면 전면에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 차광성 재료에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    또한, 상기 광흡수층의 상기 광입사면측에, 이웃하는 상기 화소의 사이에 마련된 제2 도전형의 제2 확산 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광흡수층의 상기 광입사면에 제2 홈이 마련되고,
    상기 제2 홈 근방에 상기 제2 확산 영역이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    또한, 상기 제1 확산 영역에 전기적으로 접속된 제3 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  17. 제15항에 있어서,
    또한, 상기 제2 확산 영역에 전기적으로 접속된 제4 전극을 가지며,
    상기 제2 홈에, 상기 제4 전극이 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    또한, 상기 제1 확산 영역을 덮는 피복막을 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 피복막은 제1 도전형의 전하를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  20. 광입사면을 가짐과 함께, 화합물 반도체 재료를 포함하는 광흡수층과,
    상기 광흡수층의 상기 광입사면과 반대면에 대향하여, 화소마다 마련된 제1 전극과,
    상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 광흡수층과 상기 제1 전극 사이에 마련된, 제1 도전형의 제1 반도체층과,
    상기 광흡수층의 밴드 갭 에너지보다도 큰 밴드 갭 에너지를 가짐과 함께, 상기 제1 반도체층과 상기 광흡수층 사이에 마련된, 제2 도전형의 제2 반도체층과,
    이웃하는 상기 화소의 사이에, 상기 제2 반도체층과 상기 광흡수층에 걸쳐서 마련된, 제2 도전형의 제1 확산 영역을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
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