WO2020189179A1 - 受光素子および受光素子の製造方法ならびに撮像装置 - Google Patents

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Definitions

  • FIG. 8A It is sectional drawing which shows the process following FIG. 8B. It is sectional drawing which shows the process following FIG. 8C. It is sectional drawing which shows the process following FIG. 8D. It is sectional drawing which shows the process following FIG. 8E. It is sectional drawing which shows the process following FIG.
  • the photoelectric conversion layer 14 In the light receiving element 1, light is incident on the photoelectric conversion layer 14 from the light incident surface S1 of the element substrate 10 via the passivation film 16, the second electrode 15, and the carrier transfer layer 13B.
  • the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion layer 14 moves through the first electrode 11 and the wiring layer 10W, and is read out by the reading circuit board 20. The configuration of each part will be described below.
  • the photoelectric conversion layer 14 is provided in common to all pixels P, for example.
  • the photoelectric conversion layer 14 is provided between the carrier transfer layer 13A and the carrier transfer layer 13B, and is in contact with them.
  • the photoelectric conversion layer 14 absorbs light having a predetermined wavelength to generate a signal charge, and is made of, for example, a compound semiconductor material such as an i-type III-V semiconductor. Examples of the compound semiconductor material constituting the photoelectric conversion layer 14 include i-type InGaAs (indium gallium arsenide).
  • In the photoelectric conversion layer 14 for example, photoelectric conversion of light having a wavelength in the visible region to the short infrared region is performed.
  • the passivation film 16 covers the second electrode 15 from the light incident surface S1 side.
  • the passivation film 16 may have an antireflection function.
  • silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 3 ) and the like can be used.
  • the insulating film 17 is provided between the non-doped layer 12 and the embedded layer 18, and covers the non-doped layer 12, the carrier transfer layer 13A, the photoelectric conversion layer 14, the end faces of the carrier transfer layer 13B, and the end faces of the second electrode 15. , In contact with the passivation film 16 in the peripheral region R2.
  • the insulating film 17 is composed of, for example, an oxide such as silicon oxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the insulating film 17 may be formed by a laminated structure composed of a plurality of films.
  • the surface of the embedded layer 18 on the joint surface S2 side is flattened, and in the peripheral region R2, the wiring layer 10W is provided on the surface of the flattened embedded layer 18.
  • an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiO X ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), carbon-containing silicon oxide (SiOC), and silicon carbide (SiC) is used. Can be done.
  • the opening H2 is provided, for example, at a position closer to the tip end E than the opening H1.
  • the opening H2 penetrates the passivation film 16, the embedding layer 18, and the wiring layer 10W, and reaches the pad electrode (pad electrode 22P described later) of the reading circuit board 20.
  • An electrical connection between the outside and the light receiving element 1 is made through the opening H2.
  • the openings H1 and H2 do not have to reach the read circuit board 20.
  • the openings H1 and H2 may reach the wiring of the wiring layer 10W, and this wiring may be connected to the wiring 22CB and the pad electrode 22P of the reading circuit board 20.
  • the openings H1 and H2 may penetrate the adhesive layer B described later.
  • the wiring layer 10W is provided over the element region R1 and the peripheral region R2, and has a junction surface S2 with the read circuit board 20.
  • the bonding surface S2 of the element substrate 10 is provided in the element region R1 and the peripheral region R2.
  • the bonding surface S2 of the element region R1 and the bonding surface S2 of the peripheral region R2 form the same plane. There is.
  • the semiconductor layer 10S is etched to a predetermined size according to the mark on the temporary substrate 33. As a result, a plurality of chip-state semiconductor layers 10S are formed.
  • the reading circuit board 20 is attached to the temporary board 33 with the wiring layer 10W in between. At this time, the wiring layer 20W is formed in advance on the reading circuit board 20.
  • the wiring layer 20W of the reading circuit board 20 has a contact electrode 22E and a dummy electrode 22ED.
  • the contact electrode 22E and the dummy electrode of the wiring layer 20W are attached.
  • the 22ED, the contact electrode 19E of the wiring layer 10W, and the dummy electrode 19ED are CuCu bonded.
  • the adhesive layer B and the like are also removed to expose the surface of the semiconductor layer 10S. At this time, the unnecessary layer of the semiconductor layer 10S may be removed. Further, the insulating layer 33IA or the insulating film 17 other than the opening of the semiconductor layer 10S may be partially left, or the embedded layer 18 may be dug halfway.
  • the second electrode 15 and the passivation are placed on the surface of the semiconductor layer 10S (the surface opposite to the surface on which the wiring layer 10W is provided) exposed by removing the temporary substrate 33.
  • the film 16 is formed in this order.
  • the opening H1 and the conductive film 15B are formed.
  • the second electrode 15 and the reading circuit board 20 are electrically connected.
  • the light receiving element 1 when light (for example, light having a wavelength in the visible region and an infrared region) is incident on the photoelectric conversion layer 14 via the passivation film 16, the second electrode 15, and the carrier transfer layer 13B, this light is photoelectrically converted. It is absorbed in layer 14. As a result, holes and electron pairs are generated (photoelectrically converted) in the photoelectric conversion layer 14.
  • the depletion layer spreads between the convex portion C of the first diffusion region 12A and the carrier transfer layer 13A composed of n-type InP, and the high electric field region Is formed. In the high field region, carriers are multiplied by avalanche multiplication.
  • the first diffusion region 12A has a diffusion shape having an inflection point X, and penetrates the second diffusion region 12B in the stacking direction (for example, the Z-axis direction) of the semiconductor layer 10S. It has a convex portion C. This makes it possible to concentrate the electric field on the convex portion C.
  • the contact area between the non-doped layer 12 and the first electrode 11 increases, and the contact resistance decreases. Therefore, it is possible to improve the transfer efficiency.
  • FIG. 4 schematically shows a cross-sectional configuration of a light receiving element (light receiving element 2) according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 schematically shows the planar configuration of the light receiving element 2 shown in FIG. Note that FIG. 4 shows the cross-sectional structure of the line II-II'shown in FIG.
  • the light receiving element 2 is applied to an infrared sensor or the like using a compound semiconductor material such as a group III-V semiconductor, and is, for example, a visible region (for example, 380 nm or more and less than 780 nm) to a short infrared region (for example, 780 nm). It is a PN photodiode having a photoelectric conversion function for light having a wavelength (more than 2400 nm).
  • the diffusion region 42X has a first diffusion region 42A and a second diffusion region 42B having a lower impurity concentration than the first diffusion region 42A, and the second diffusion region 42B is It has a configuration provided around the first diffusion region 42A.
  • the first diffusion region 42A corresponds to a specific example of the "first impurity diffusion region” of the present disclosure
  • the second diffusion region 42B corresponds to a specific example of the "second impurity diffusion region" of the present disclosure. ..
  • the photoelectric conversion layer 43 In the light receiving element 2, light is incident on the photoelectric conversion layer 43 from the light incident surface S3 of the element substrate 40 via the passivation film 16, the second electrode 45, and the second contact layer 44.
  • the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion layer 43 moves via the first electrode 41 and the wiring layer 10W, and is read out by the reading circuit board 20. The configuration of each part will be described below.
  • the first diffusion region 42A has a diffusion shape having an inflection point X, and for example, the convex portion C in the stacking direction (for example, the Z-axis direction) of the layers 42, 43, 44 constituting the semiconductor layer 40S. It is preferable to have.
  • the convex portion C penetrates the second diffusion region 42B. That is, the diffusion region 42X forms a gentle impurity concentration gradient in the horizontal direction (XY plane direction) and a steep impurity concentration gradient in the vertical direction (Z-axis direction). Defects that cause dark current are dominated by the surface of the first contact layer 42.
  • the electric field is concentrated on the convex portion C and the electric field in the lateral direction of the diffusion region 42X is relaxed, so that the surface of the first contact layer 42 The probability of dark current generation through defects is reduced.
  • the diffusion region 42X is provided with a groove t in the first diffusion region 42A, similarly to the diffusion region 12X in the first embodiment.
  • the first electrode 41 is embedded in the groove t.
  • the photoelectric conversion layer 43 is provided in common to all pixels P, for example.
  • the photoelectric conversion layer 43 is provided between the first contact layer 42 and the second contact layer 44, and is in contact with them.
  • the photoelectric conversion layer 43 absorbs light having a predetermined wavelength to generate a signal charge, and is made of, for example, a compound semiconductor material such as an i-type III-V group semiconductor.
  • Examples of the compound semiconductor material constituting the photoelectric conversion layer 43 include InGaAs (indium gallium arsenide), InAsSb (indium arsenide antimony), InAs (indium arsenide), InSb (indium antimony) and HgCdTe (mercury cadmium tellurium).
  • the photoelectric conversion layer 43 may be formed of Ge (germanium). In the photoelectric conversion layer 43, for example, photoelectric conversion of light having a wavelength in the visible region to the short infrared region is performed.
  • the light receiving element 2 can be manufactured, for example, as follows. 8A to 8K show the manufacturing process of the light receiving element 1 in the order of the process.
  • the n-type InP constituting the first contact layer 42, the n-type InGaAs constituting the photoelectric conversion layer 43, and the n-type InP constituting the second contact layer 44 are epitaxially grown in this order. Let me do it.
  • the temporary substrate 53 has, for example, an insulating layer (insulating layer 53IA) and a substrate 53S.
  • the insulating layer 53IA is arranged, for example, between the adhesive layer B and the substrate 53S.
  • insulating layer 53IA is arranged, for example, between the adhesive layer B and the substrate 53S.
  • a substrate having a diameter larger than that of the growth substrate 51 is used, and for the substrate 53S, for example, a silicon (Si) substrate is used.
  • the diameter of the temporary substrate 53 is, for example, 8 inches to 12 inches.
  • the small-diameter growth substrate 51 By joining the small-diameter growth substrate 51 to the large-diameter temporary substrate 53, it becomes possible to use various devices for the large-diameter substrate when forming the element substrate 40.
  • the junction between the read circuit board 20 and the element substrate 40 can be made into a CuCu junction, and the pixel P can be miniaturized.
  • the growth substrate 51 may be bonded to the temporary substrate 53 by plasma activation bonding, room temperature bonding, bonding using an adhesive (adhesive bonding), or the like.
  • the wafer-shaped semiconductor layer 40S is bonded to the temporary substrate 53.
  • the thickness of the temporary substrate 53 is, for example, several hundred ⁇ m.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the tip is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having a rigid barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible barrel. Good.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing on the image signal which is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site and the like by the endoscope 11100 and the display of the captured image obtained by the imaging of the surgical site and the like. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the drive of the camera head 11102.
  • the transmission cable 11400 that connects the camera head 11102 and CCU11201 is an electric signal cable that supports electric signal communication, an optical fiber that supports optical communication, or a composite cable thereof.
  • the communication was performed by wire using the transmission cable 11400, but the communication between the camera head 11102 and the CCU11201 may be performed wirelessly.
  • the technique according to the present disclosure may be applied to other, for example, a microscopic surgery system.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a moving body control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (Interface) 12053 are shown as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 provides a driving force generator for generating the driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, blinkers or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
  • the body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received.
  • the image pickup unit 12031 can output an electric signal as an image or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects the in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing.
  • the microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving that runs autonomously without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the external information detection unit 12030, and performs coordinated control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
  • the audio image output unit 12052 transmits the output signal of at least one of the audio and the image to the output device capable of visually or audibly notifying the passenger of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a heads-up display.
  • the imaging unit 12031 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • FIG. 13 shows an example of the photographing range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging units 12102 and 12103.
  • the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 as viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of image pickup elements, or may be an image pickup element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative velocity with respect to the vehicle 12100). By obtaining it can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in front of the preceding vehicle in advance, and can perform automatic braking control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like in which the vehicle runs autonomously without depending on the operation of the driver.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that can be seen by the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging units 12101 to 12104.
  • pedestrian recognition includes, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an imaging unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and pattern matching processing for a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine.
  • the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 outputs a square contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the above is an example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 among the configurations described above. By applying the technique according to the present disclosure to the imaging unit 12031, it is possible to obtain a photographed image that is easier to see, and thus it is possible to reduce driver fatigue.
  • the light receiving elements 1 and 2 described in the present embodiment and the like can be applied to electronic devices such as surveillance cameras, biometric authentication systems and thermography.
  • Surveillance cameras are, for example, those of night vision systems (night vision).
  • night vision systems night vision
  • the light receiving element 1 or the light receiving element 2 By applying the light receiving element 1 or the light receiving element 2 to the surveillance camera, it becomes possible to recognize pedestrians, animals, and the like at night from a distance.
  • the light receiving element 1 or the light receiving element 2 is applied as an in-vehicle camera, it is not easily affected by the headlights and the weather. For example, a photographed image can be obtained without being affected by smoke, fog, or the like. Further, the shape of the object can be recognized.
  • thermography non-contact temperature measurement becomes possible. Thermography can also detect temperature distribution and heat generation.
  • the light receiving elements 1 and 2 are also applicable to electronic devices that detect flames, moisture, gas, and the like.
  • the element substrate for example, the element substrate 10
  • the read circuit board 20 may be bonded via bumps.
  • the signal charge is a hole
  • the signal charge may be an electron
  • the diffusion region may contain n-type impurities.
  • effect described in the above-described embodiment or the like is an example, and may be another effect, or may further include another effect.
  • the present technology can also have the following configurations.
  • an impurity diffusion region in which the impurity concentration changes stepwise is provided on one surface of the semiconductor layer containing the compound semiconductor material, so that the electric field in the lateral direction can be relaxed. it can. Therefore, it is possible to reduce the dark current.
  • a sidewall is formed in the opening to form a sidewall.
  • a groove is formed in the first impurity diffusion region by etching to form a groove.
  • Method of manufacturing the element 17.

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本開示の一実施形態の受光素子（１）は、化合物半導体材料を含む半導体層と、半導体層の一の面に設けられた第１の不純物拡散領域（１２Ａ）と、第１の不純物拡散領域（１２Ａ）の周囲に設けられると共に、第１の不純物拡散領域（１２Ａ）よりも不純物濃度が低い第２の不純物拡散領域（１２Ｂ）とを備える。

Description

受光素子および受光素子の製造方法ならびに撮像装置
　本開示は、例えば赤外線センサ等に用いられる受光素子およびその製造方法ならびにこれを備えた撮像装置に関する。
　例えば、特許文献１に記載されているように、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）やＰＮフォトダイオード等に代表される、亜鉛（Ｚｎ）拡散電極からキャリアの読出しを行う半導体デバイスでは、亜鉛濃度は、深さ方向および横方向に一様に分布している。
特開２００９－２０６４９９号公報
　ところで、上記のような半導体デバイスでは、暗電流の低減が求められている。
　暗電流を低減することが可能な受光素子およびその製造方法ならびに撮像装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の受光素子は、化合物半導体材料を含む半導体層と、半導体層の一の面に設けられた第１の不純物拡散領域と、第１の不純物拡散領域の周囲に設けられると共に、第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２の不純物拡散領域とを備えたものである。
　本開示の一実施形態の撮像装置は、複数の受光素子がアレイ状に配置された素子領域を有するものであり、受光素子として、上記一実施形態の受光素子を備える。
　本開示の一実施形態の受光素子の製造方法は、化合物半導体材料を含む半導体層を形成し、半導体層の一の面上に開口を有するマスク層を形成し、開口を介して不純物を拡散して半導体層の一の面に第１の不純物拡散領域を形成し、アニール処理にて第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度の低い第２の不純物拡散領域を第１の不純物拡散領域の周囲に形成するものである。
　本開示の一実施形態の受光素子およびその製造方法ならびに撮像装置では、化合物半導体材料を含む半導体層の一の面に、不純物濃度が段階的に変化する不純物拡散領域が設けられることにより、第１の不純物拡散領域の横方向の電界を緩和する。
本開示の第１の実施の形態に係る受光素子の構成の一例を表す断面模式図である。 図１に示した受光素子の概略構成を表す平面模式図である。 図１に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面模式図である。 図３Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｅに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｆに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｇに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｈに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｉに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｊに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｋに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｌに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｍに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｎに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｏに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｐに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｑに続く工程を表す断面模式図である。 図３Ｒに続く工程を表す断面模式図である。 本開示の第２の実施の形態に係る受光素子の構成の一例を表す断面模式図である。 図４に示した受光素子の概略構成を表す平面模式図である。 一般的な受光素子の拡散領域およびその周囲における電界強度の変化を説明する図である。 図４に示した受光素子の拡散領域およびその周囲における電界強度の変化を説明する図である。 図４に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面模式図である。 図８Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｅに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｆに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｇに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｈに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｉに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｊに続く工程を表す断面模式図である。 本開示の受光素子を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．第１の実施の形態（段階的に変化する亜鉛拡散領域を有する受光素子の例）
　　　１－１．受光素子の構成
　　　１－２．受光素子の製造方法
　　　１－３．受光素子の動作
　　　１－４．作用・効果
　２．第２の実施の形態（撮像装置を構成する受光素子（ＰＮフォトダイオード）に適用した例）
　　　２－１．受光素子の構成
　　　２－２．受光素子の製造方法
　　　２－３．受光素子の動作
　　　２－４．作用・効果
　３．適用例
　４．応用例
＜１．第１の実施の形態＞
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る受光素子（受光素子１）の断面構成を模式的に表したものである。図２は、図１に示した受光素子１の平面構成を模式的に表したものである。なお、図１は、図２に示したＩ－Ｉ’線における断面構成を表している。この受光素子１は、例えばＩＩＩ－Ｖ族半導体等の化合物半導体材料を用いた、いわゆるアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であり、赤外線センサ等に適用されるものである。この受光素子１には、例えば２次元配置された複数の受光単位領域Ｐ（画素Ｐ）が設けられている。
（１－１．受光素子の構成）
　受光素子１は、例えば、可視領域（例えば３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満）～短赤外領域（例えば７８０ｎｍ以上２４００ｎｍ未満）の波長の光に対して、光電変換機能を有するものであり、例えば、中央部の素子領域Ｒ１と、素子領域Ｒ１の外側に設けられ、素子領域Ｒ１を囲む周辺領域Ｒ２とを有している（図２）。受光素子１は、素子基板１０と、読出回路基板２０とが積層された積層構造を有する。素子基板１０は光入射面（光入射面Ｓ１）と、光入射面Ｓ１と対向すると共に、読出回路基板２０と接合される接合面（接合面Ｓ２）とを有する。素子基板１０は、読出回路基板２０に近い位置から配線層１０Ｗ、第１電極１１、ノンドープ層１２、キャリア転送層１３Ａ、光電変換層１４、キャリア転送層１３Ｂおよび第２電極１５をこの順に有している。ノンドープ層１２、キャリア転送層１３Ａ，１３Ｂおよび光電変換層１４は、例えば、複数の画素Ｐに対して共通の半導体層１０Ｓを構成しており、ノンドープ層１２の面１２Ｓ２には、画素Ｐ毎に、不純物が拡散した拡散領域１２Ｘが設けられている。本実施の形態の受光素子１では、拡散領域１２Ｘは、第１拡散領域１２Ａと、第１拡散領域１２Ａよりも不純物濃度の低い第２拡散領域１２Ｂとを有し、第２拡散領域１２Ｂは、第１拡散領域１２Ａの周囲に設けられた構成となっている。この第１拡散領域１２Ａが本開示の「第１の不純物拡散領域」の一具体例に相当し、第２拡散領域１２Ｂが本開示の「第２の不純物拡散領域」の一具体例に相当する。
　受光素子１では、素子基板１０の光入射面Ｓ１から、パッシベーション膜１６、第２電極１５およびキャリア転送層１３Ｂを介して光電変換層１４に光が入射するようになっている。光電変換層１４で光電変換された信号電荷は、第１電極１１および配線層１０Ｗを介して移動し、読出回路基板２０で読み出される。以下、各部の構成について説明する。
　第１電極１１は、光電変換層１４で発生した信号電荷（正孔または電子、以下便宜上、信号電荷が正孔であるとして説明する。）を読み出すための電圧が供給される電極（アノード）であり、素子領域Ｒ１に画素Ｐ毎に設けられている。第１電極１１は、絶縁膜１７の開口よりも大きく、第１電極１１の一部は埋込層１８に設けられている。また、第１電極１１の一部は、ノンドープ層１２側に突出している。即ち、第１電極１１の上面（半導体層１０Ｓ側の面）は、拡散領域１２Ｘに接すると共に、一部がノンドープ層１２内に形成され、第１電極１１の下面および側面は埋込層１８に接している。隣り合う第１電極１１は、絶縁膜１７および埋込層１８により電気的に分離されている。
　第１電極１１は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金により構成されている。第１電極１１は、このような構成材料の単膜であってもよく、あるいは、２種以上を組み合わせた積層膜であってもよい。例えば、第１電極１１は、チタンおよびタングステンの積層膜（Ｔｉ／Ｗ）により構成されている。第１電極１１の厚みは、例えば数十ｎｍ～数百ｎｍである。
　半導体層１０Ｓは、多重量子井戸構造を有し、例えば、第１電極１１側から、ノンドープ層１２、キャリア転送層１３Ａ、光電変換層１４およびキャリア転送層１３Ｂを含んでいる。ノンドープ層１２、キャリア転送層１３Ａ，１３Ｂおよび光電変換層１４は、互いに同じ平面形状を有し、各々の端面は、平面視で同じ位置に配置されている。
　ノンドープ層１２は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられ、絶縁膜１７とキャリア転送層１３Ａとの間に配置されている。ノンドープ層１２には、上記のように、複数の拡散領域１２Ｘが互いに離間して設けられている。具体的には、拡散領域１２Ｘは、画素Ｐ毎に配置され、それぞれの拡散領域１２Ｘには第１電極１１が接続されている。拡散領域１２Ｘは、例えば、ｐ型不純物を含んでいる。ｐ型不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）等が挙げられる。ノンドープ層１２には、拡散領域１２Ｘによって高電界領域が形成されており、光電変換層１４で発生した信号電荷がキャリア転送層１３Ａを介して転送され、この高電界領域でのアバランシェ効果により信号強度が増加する。
　本実施の形態では、拡散領域１２Ｘは、不純物濃度が段階的に変化する構成となっている。具体的には、拡散領域１２Ｘは、例えば、第１拡散領域１２Ａと、第１拡散領域１２Ａよりも不純物濃度が低い第２拡散領域１２Ｂとからなり、第２拡散領域１２Ｂは、第１拡散領域１２Ａの周囲に設けられている。第１拡散領域１２Ａは、例えば２Ｅ１８ｃｍ-3以上８Ｅ１８ｃｍ-3以下の不純物濃度を有し、第２拡散領域１２Ｂは、例えば１Ｅ１７ｃｍ-3以上２Ｅ１８ｃｍ-3以下の不純物濃度を有する。
　また、第１拡散領域１２Ａは、変曲点Ｘを有する拡散形状となっており、例えば、半導体層１０Ｓを構成する各層１２，１３，１４の積層方向（例えば、Ｚ軸方向）に凸部Ｃを有することが好ましい。この凸部Ｃは、第２拡散領域１２Ｂを貫通している。即ち、拡散領域１２Ｘは、横方向（ＸＹ平面方向）に緩やかな不純物の濃度勾配を、縦方向（Ｚ軸方向）には急峻な不純物の濃度勾配を形成している。これにより、凸部Ｃに電界が集中すると共に、拡散領域１２Ｘの横方向の電界が緩和され、ノイズの原因となる暗電流の発生が抑制される。
　更に、拡散領域１２Ｘは、ノンドープ層１２内に形成されていることが好ましい。換言すると、第１拡散領域１２Ａの凸部Ｃの先端は、ノンドープ層１２内にあることが望ましい。これにより、凸部Ｃとノンドープ層１２との隙間に電界を集中させることが可能となり、アバランシェ効果が向上し、感度が向上する。
　拡散領域１２Ｘには、第１拡散領域１２Ａ内に溝ｔが設けられている。この溝ｔは、詳細は後述するが、拡散領域１２Ｘを形成する際に設けられるものであり、第１電極１１が埋設されている。
　キャリア転送層１３Ａは、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。このキャリア転送層１３Ａは、ノンドープ層１２と光電変換層１４との間に設けられ、これらに接している。キャリア転送層１３Ａは、光電変換層１４で発生した電荷（例えば、正孔）をノンドープ層１２内の高電界領域に転送するためのものであり、例えば、ｎ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。キャリア転送層１３Ａには、例えば、ｎ型のＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
　光電変換層１４は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。この光電変換層１４は、キャリア転送層１３Ａとキャリア転送層１３Ｂとの間に設けられ、これらに接している。光電変換層１４は、所定の波長の光を吸収して、信号電荷を発生させるものであり、例えば、ｉ型のＩＩＩ－Ｖ族半導体等の化合物半導体材料により構成されている。光電変換層１４を構成する化合物半導体材料としては、例えば、ｉ型のＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）等が挙げられる。光電変換層１４では、例えば、可視領域から短赤外領域の波長の光の光電変換がなされるようになっている。
　キャリア転送層１３Ｂは、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。このキャリア転送層１３Ｂは、光電変換層１４と第２電極１５との間に設けられ、これらに接している。キャリア転送層１３Ｂは、光電変換層１４で発生した電荷（例えば、電子）を第２電極１５に転送するためのものであり、例えば、ｎ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。キャリア転送層１３Ｂには、例えば、ｎ型のＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
　第２電極１５は、例えば各画素Ｐに共通の電極として、キャリア転送層１３Ｂ上（光入射側）に、キャリア転送層１３Ｂに接するように設けられている。第２電極１５は、光電変換層１４で発生した電荷のうち、信号電荷として用いられない電荷を排出するためのものである（カソード）。例えば、信号電荷として正孔が第１電極１１から読み出される場合には、この第２電極１５を通じて例えば電子を排出することができる。第２電極１５は、例えば赤外線等の入射光を透過可能な導電膜により構成されている。第２電極１５には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＩＴｉＯ（Ｉｎ2Ｏ3－ＴｉＯ2）等を用いることができる。第２電極１５は、例えば、隣り合う画素Ｐを仕切るように、格子状に設けられていてもよい。その場合には、光透過性の低い導電材料を用いることが可能である。
　パッシベーション膜１６は、第２電極１５を光入射面Ｓ１側から覆っている。パッシベーション膜１６は、反射防止機能を有していてもよい。パッシベーション膜１６には、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化シリコン（ＳｉＯ2）および酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）等を用いることができる。
　素子基板１０は、素子領域Ｒ１から周辺領域Ｒ２に亘って設けられた導電膜１５Ｂを有している。この導電膜１５Ｂは、ＯＰＢ（Optical Black）領域Ｒ１Ｂを構成しており、素子領域Ｒ１の中央部に対向する領域に開口を有している。即ち、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂは、受光領域を囲むように設けられている。ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂは、黒レベルの画素信号を得るために用いられる。パッシベーション膜１６は、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂに開口１６Ｈを有している。開口１６Ｈは、例えば、受光領域を囲む額縁状に設けられている（図２）。開口１６Ｈは、例えば平面視で四角形状または円状の孔であってもよい。このパッシベーション膜１６の開口１６Ｈにより、第２電極１５に導電膜１５Ｂが電気的に接続されている。素子基板１０は、さらに、絶縁膜１７および埋込層１８を有している。絶縁膜１７は、半導体層１０Ｓの配線層１０Ｗとの対向面および端面（側面）を覆うように設けられている。埋込層１８は、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２の全面に亘って設けられており、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２において同一平面の接合面Ｓ２を形成している。
　導電膜１５Ｂは、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂから、後述する周辺領域Ｒ２の開口Ｈ１に亘って設けられている。この導電膜１５Ｂは、上記のように、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂに設けられたパッシベーション膜１６の開口１６Ｈで第２電極１５に接すると共に、開口Ｈ１を介して読出回路基板２０の配線（後述の配線２２ＣＢ）に接している。これにより、読出回路基板２０から導電膜１５Ｂを介して第２電極１５に電圧が供給されるようになっている。導電膜１５Ｂは、このような第２電極１５への電圧供給経路として機能すると共に、遮光膜としての機能を有し、ＯＰＢ領域Ｒ１Ｂを形成する。導電膜１５Ｂは、例えば、タングステン（Ｗ），アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ）または銅（Ｃｕ）を含む金属材料により構成されている。導電膜１５Ｂ上にパッシベーション膜が設けられていてもよい。
　キャリア転送層１３Ｂの端部と第２電極１５との間には接着層Ｂが設けられていてもよい。この接着層Ｂは、後述するように、受光素子１を形成する際に用いられるものであり、半導体層１０Ｓを仮基板（後述の図３Ｃの仮基板３３）に接合する役割を担っている。接着層Ｂは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）等により構成されている。接着層Ｂは、例えば、半導体層１０Ｓの端面よりも拡幅して設けられ、半導体層１０Ｓと共に、埋込層１８に覆われている。接着層Ｂと埋込層１８との間には、絶縁膜１７が設けられている。なお、接着層Ｂは、周辺領域Ｒ２の広い領域に亘って設けられていてもよく、例えば、半導体層１０Ｓ（素子領域Ｒ１）の縁近傍から、開口Ｈ１と開口Ｈ２との間まで延在していてもよい。あるいは、接着層Ｂは、半導体層１０Ｓ（素子領域Ｒ１）の縁近傍から、チップ端（チップ端Ｅ）まで延在していてもよい。
　絶縁膜１７は、ノンドープ層１２と埋込層１８との間に設けられると共に、ノンドープ層１２、キャリア転送層１３Ａ、光電変換層１４、キャリア転送層１３Ｂの端面および第２電極１５の端面を覆い、周辺領域Ｒ２においてパッシベーション膜１６に接している。絶縁膜１７は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の酸化物を含んで構成されている。複数の膜からなる積層構造により絶縁膜１７を構成するようにしてもよい。絶縁膜１７は、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ），炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ），窒化シリコン（ＳｉＮ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等のシリコン（Ｓｉ）系絶縁材料により構成するようにしてもよい。絶縁膜１７の厚みは、例えば数十ｎｍ～数百ｎｍである。
　埋込層１８は、受光素子１の製造工程で、仮基板（後述の図３Ｂの仮基板３３）と半導体層１０Ｓとの段差を埋めるためのものである。受光素子１では、この埋込層１８を形成することで、半導体層１０Ｓと仮基板３３との段差に起因した製造工程の不具合の発生が抑えられる。
　素子領域Ｒ１の埋込層１８は、第１電極１１を覆うように、半導体層１０Ｓと配線層１０Ｗとの間に設けられている。周辺領域Ｒ２の埋込層１８は、配線層１０Ｗと絶縁膜１７との間、および配線層１０Ｗとパッシベーション膜１６との間に設けられ、例えば、半導体層１０Ｓの厚み以上の厚みを有している。ここでは、この埋込層１８が半導体層１０Ｓを囲んで設けられているので、半導体層１０Ｓの周囲の領域（周辺領域Ｒ２）が形成される。これにより、この周辺領域Ｒ２に読出回路基板２０との接合面Ｓ２を設けることができるようになっている。
　接合面Ｓ２側の埋込層１８の面は平坦化されており、周辺領域Ｒ２では、この平坦化された埋込層１８の面に配線層１０Ｗが設けられている。埋込層１８には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯX），窒化シリコン（ＳｉＮ），酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ），炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の無機絶縁材料を用いることができる。
　周辺領域Ｒ２の埋込層１８には、埋込層１８を貫通する開口Ｈ１，Ｈ２が設けられている。この開口Ｈ１，Ｈ２は、埋込層１８と共に、配線層１０Ｗを貫通し、読出回路基板２０に達している。開口Ｈ１，Ｈ２は、例えば、四角形状の平面形状を有し、素子領域Ｒ１を囲むように、各々複数の開口Ｈ１，Ｈ２が設けられている（図２）。開口Ｈ１は、開口Ｈ２よりも素子領域Ｒ１に近い位置に設けられており、開口Ｈ１の側壁および底面は、後述する導電膜１５Ｂに覆われている。開口Ｈ１は、第２電極１５（導電膜１５Ｂ）と読出回路基板２０の配線（後述の配線２２ＣＢ）とを接続するためのものであり、パッシベーション膜１６、埋込層１８および配線層１０Ｗを貫通して設けられている。
　開口Ｈ２は、例えば、開口Ｈ１よりもチップ端Ｅに近い位置に設けられている。この開口Ｈ２は、パッシベーション膜１６、埋込層１８および配線層１０Ｗを貫通し、読出回路基板２０のパッド電極（後述のパッド電極２２Ｐ）に達している。この開口Ｈ２を介して、外部と受光素子１との電気的な接続が行われるようになっている。開口Ｈ１，Ｈ２は、読出回路基板２０に達していなくてもよい。例えば、開口Ｈ１，Ｈ２が、配線層１０Ｗの配線に達し、この配線が読出回路基板２０の配線２２ＣＢ、パッド電極２２Ｐに接続されていてもよい。開口Ｈ１，Ｈ２は、後述する接着層Ｂを貫通していてもよい。
　配線層１０Ｗは、素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２に亘って設けられ、読出回路基板２０との接合面Ｓ２を有している。受光素子１では、この素子基板１０の接合面Ｓ２が素子領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２に設けられ、例えば素子領域Ｒ１の接合面Ｓ２と周辺領域Ｒ２の接合面Ｓ２とは、同一平面を構成している。
　配線層１０Ｗは、例えば層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂ中に、コンタクト電極１９Ｅおよびダミー電極１９ＥＤを有している。例えば、読出回路基板２０側に層間絶縁膜１９Ｂが、ノンドープ層１２側に層間絶縁膜１９Ａが配置され、これら層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂが積層して設けられている。層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂは、例えば、無機絶縁材料により構成されている。この無機絶縁材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化シリコン（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等が挙げられる。層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂを同一の無機絶縁材料により構成するようにしてもよい。
　コンタクト電極１９Ｅは、例えば、素子領域Ｒ１に設けられている。コンタクト電極１９Ｅは、第１電極１１と読出回路基板２０とを電気的に接続するためのものであり、素子領域Ｒ１に画素Ｐ毎に設けられている。隣り合うコンタクト電極１９Ｅは、埋込層１８および層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂにより電気的に分離されている。コンタクト電極１９Ｅは、例えば銅（Ｃｕ）パッドにより構成されており、接合面Ｓ２に露出されている。ダミー電極１９ＥＤは、例えば、周辺領域Ｒ２に設けられている。このダミー電極１９ＥＤは、後述の配線層２０Ｗのダミー電極２２ＥＤに接続されている。このダミー電極１９ＥＤおよびダミー電極２２ＥＤを設けることにより、周辺領域Ｒ２の強度を向上させることが可能となる。ダミー電極１９ＥＤは、例えば、コンタクト電極１９Ｅと同一工程で形成されている。ダミー電極１９ＥＤは、例えば銅（Ｃｕ）パッドにより構成されており、接合面Ｓ２に露出されている。
　光電変換層１４で発生した正孔および電子は、それぞれ、第１電極１１および第２電極１５から読み出される。この読出し動作を高速に行うためには、第１電極１１と第２電極１５との間の距離を、光電変換するに足る距離であって且つ離間し過ぎない距離にすることが好ましい。即ち、素子基板１０の厚みを小さくすることが好ましい。例えば、第１電極１１と第２電極１５との間の距離または素子基板１０の厚みは、１０μｍ以下、さらには、７μｍ以下、さらには５μｍ以下である。
　読出回路基板２０は、いわゆるＲＯＩＣ（Readout integrated circuit）であり、素子基板１０の接合面Ｓ２に接する配線層２０Ｗおよび多層配線層２２Ｃと、この配線層２０Ｗおよび多層配線層２２Ｃを間にして素子基板１０に対向する半導体基板２１とを有している。
　読出回路基板２０の半導体基板２１は、配線層２０Ｗおよび多層配線層２２Ｃを間にして、素子基板１０に対向している。この半導体基板２１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成されている。半導体基板２１の表面（配線層２０Ｗ側の面）近傍には、複数のトランジスタが設けられている。例えば、この複数のトランジスタを用いて、画素Ｐ毎に、読出回路（Read Out Circuit）が構成されている。配線層２０Ｗは、例えば、素子基板１０側から、層間絶縁膜２２Ａおよび層間絶縁膜２２Ｂをこの順に有しており、これら層間絶縁膜２２Ａ，２２Ｂは積層して設けられている。例えば、層間絶縁膜２２Ａ中に、コンタクト電極２２Ｅおよびダミー電極２２ＥＤが設けられている。多層配線層２２Ｃは、配線層２０Ｗを間にして素子基板１０に対向して設けられている。例えば、この多層配線層２２Ｃ中に、パッド電極２２Ｐおよび複数の配線２２ＣＢが設けられている。層間絶縁膜２２Ａ，２２Ｂは、例えば、無機絶縁材料により構成されている。この無機絶縁材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化シリコン（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等が挙げられる。
　コンタクト電極２２Ｅは、第１電極１１と配線２２ＣＢとを電気的に接続するためのものであり、素子領域Ｒ１に、画素Ｐ毎に設けられている。このコンタクト電極２２Ｅは、素子基板１０の接合面Ｓ２でコンタクト電極１９Ｅに接している。隣り合うコンタクト電極２２Ｅは、層間絶縁膜２２Ａにより電気的に分離されている。
　周辺領域Ｒ２に設けられたダミー電極２２ＥＤは、素子基板１０の接合面Ｓ２でダミー電極１９ＥＤに接している。このダミー電極２２ＥＤは、例えば、コンタクト電極２２Ｅと同一工程で形成されている。コンタクト電極２２Ｅおよびダミー電極２２ＥＤは、例えば銅（Ｃｕ）パッドにより構成されており、読出回路基板２０の素子基板１０との対向面に露出されている。即ち、コンタクト電極１９Ｅとコンタクト電極２２Ｅとの間、および、ダミー電極１９ＥＤとダミー電極２２ＥＤとの間で例えばＣｕＣｕ接合がなされている。これにより、画素Ｐを微細化することが可能となる。
　コンタクト電極１９Ｅに接続された配線２２ＣＢは、半導体基板２１の表面近傍に設けられたトランジスタに接続されており、画素Ｐ毎に、第１電極１１と読出回路とが接続されるようになっている。開口Ｈ１を介して導電膜１５Ｂに接続された配線２２ＣＢは、例えば所定の電位に接続されている。このように、光電変換層１４で発生した電荷の一方（例えば、正孔）は、第１電極１１から、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅを介して読出回路に読み出され、光電変換層１４で発生した電荷の他方（例えば、電子）は、第２電極１５から、導電膜１５Ｂを介して、所定の電位に排出されるようになっている。
　周辺領域Ｒ２に設けられたパッド電極２２Ｐは、外部と電気的な接続を行うためのものである。受光素子１のチップ端Ｅ近傍には、素子基板１０を貫通し、パッド電極２２Ｐに達する開口Ｈ２が設けられ、この開口Ｈ２を介して外部と電気的な接続がなされるようになっている。接続は、例えば、ワイヤーボンドまたはバンプ等の方法によりなされる。例えば、開口Ｈ２内に配置された外部端子から、第２電極１５に、読出回路基板２０の配線２２ＣＢおよび導電膜１５Ｂを介して所定の電位が供給されるようになっていてもよい。光電変換層１４での光電変換の結果、第１電極１１から読み出された信号電圧が、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅを介して、半導体基板２１の読出回路に読み出され、この読出回路を経由して開口Ｈ２内に配置された外部端子に出力されるようになっていてもよい。信号電圧は、読出回路と共に、例えば、読出回路基板２０に含まれる他の回路を経由して外部端子に出力されるようになっていてもよい。他の回路とは、例えば、信号処理回路および出力回路等である。
　読出回路基板２０の厚みは、素子基板１０の厚みよりも大きいことが好ましい。例えば、読出回路基板２０の厚みは、素子基板１０の厚みよりも、２倍以上、さらには、５倍以上、さらには、１０倍以上大きいことが好ましい。あるいは、読出回路基板２０の厚みは、例えば、１００μｍ以上、あるいは、１５０μｍ以上、あるいは、２００μｍ以上である。このような大きな厚みを有する読出回路基板２０により、受光素子１の機械強度が確保される。なお、この読出回路基板２０は、回路を形成する半導体基板２１を１層のみ含むものであってもよいし、回路を形成する半導体基板２１の他に、支持基板等の基板をさらに備えていてもよい。
（１－２．受光素子の製造方法）
　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３Ａ～図３Ｓは、受光素子１の製造工程を工程順に表したものである。
　まず、図３Ａに示したように、例えばＩｎＰからなる成長基板３１に、例えば、ｎ型のＩｎＰからなるバッファ層３２Ｂ、ｉ型のＩｎＧａＡｓからなるストッパ層３２Ｓ、半導体層１０Ｓおよびｉ型のＩｎＧａＡｓからなるキャップ層１５Ａをこの順にエピタキシャル成長させる。成長基板３１の厚みは、例えば、数百μｍであり、半導体層１０Ｓの厚みは、例えば、数μｍである。この後、半導体層１０Ｓ上に接着層Ｂを成膜する。成長基板３１の口径は、例えば、６インチ以下である。半導体層１０Ｓの形成は、例えば、ノンドープ層１２を構成するｉ型のＩｎＰ、キャリア転送層１３Ａを構成するｎ型のＩｎＰ、光電変換層１４を構成するｉ型のＩｎＧａＡｓおよびキャリア転送層１３Ｂを構成するｎ型のＩｎＰこの順にエピタキシャル成長させて行う。
　次に、図３Ｂに示したように、接着層Ｂを間にして、仮基板３３に、半導体層１０Ｓを形成した成長基板３１を接合する。仮基板３３は、例えば、絶縁層（絶縁層３３ＩＡ）と、基板３３Ｓを有している。絶縁層３３ＩＡは、例えば、接着層Ｂと基板３３Ｓとの間に配置されている。仮基板３３には、成長基板３１よりも大きな口径のものを用い、基板３３Ｓには例えば、シリコン（Ｓｉ）基板を用いる。仮基板３３の口径は、例えば８インチ～１２インチである。小口径の成長基板３１を大口径の仮基板３３に接合させることにより、素子基板１０を形成する際に大口径の基板用の種々の装置を用いることが可能となる。これにより、例えば、読出回路基板２０と素子基板１０との接合をＣｕＣｕ接合にし、画素Ｐを微細化することができる。仮基板３３への成長基板３１の接合は、プラズマ活性化接合，常温接合または接着剤を使用した接合（接着剤接合）等により行うようにしてもよい。このように、例えばウェハ状の半導体層１０Ｓを仮基板３３に接合する。仮基板３３の厚みは、例えば、数百μｍである。
　続いて、図３Ｃに示したように、バッファ層３２Ｂおよびストッパ層３２Ｓを含む成長基板３１を除去する。成長基板３１の除去は、機械研削、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨），ウェットエッチングまたはドライエッチング等により行うことができる。このとき、成長基板３１が一部残っていてもよい。また、半導体層１０Ｓが一部エッチングされてもよい。
　次に、図３Ｄに示したように、例えば、仮基板３３のマークに合わせて半導体層１０Ｓを所定の大きさにエッチングする。これにより、複数のチップ状態の半導体層１０Ｓが形成される。
　続いて、図３Ｅ～図３Ｊに示したようにして、半導体層１０Ｓに画素Ｐ毎に拡散領域１２Ｘを形成する。なお、図３Ｅ～図３Ｊでは１つの画素Ｐを拡大して図示している。
　まず、図３Ｅに示したように、半導体層１０Ｓ上にハードマスクとして、例えば、ＳｉＯ2膜３５およびＳｉＮ膜３６をこの順に形成する。次に、ＳｉＮ膜３６上に、フォトレジスト３７を形成し、フォトレジスト３７およびＳｉＮ膜３６を貫通する開口ｈ１を形成する。続いて、図３Ｆに示したように、ウェットエッチングまたはドライエッチング等によりフォトレジスト３７を除去すると共に、ＳｉＯ2膜３５を貫通する開口ｈ２を形成する。なお、ハードマスクは、上記ＳｉＯ2膜／ＳｉＮ膜の積層膜に限らない。例えば、ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜の単層膜でも構わない。
　次に、図３Ｇに示したように、ｐ型不純物（例えば、亜鉛（Ｚｎ））の拡散を行い、拡散領域１２Ａ１を形成する。不純物の拡散は、例えば、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）ガスやジメチル亜鉛（ＤＭＺ）ガスを用い、２００℃～６００℃条件下における気相拡散によって行う。拡散深さは、キャリア転送層１３Ｂの膜厚よりも１０～１００ｎｍ短い距離であることが好ましい。不純物は、ノンドープ層１２の面１２Ｓから略等方拡散され、略半球状の拡散領域１２Ａ１が形成される。続いて、図３Ｈに示したように、開口ｈ２内およびＳｉＮ膜３６上に、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化シリコン（ＳｉＯ2），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5），ＳｉＣまたはＳｉＣＯ等からなるサイドウォール３８を形成したのち、開口ｈ２内に、拡散領域１２Ａ１内まで貫通する開口ｈ３を形成する。この開口ｈ３が、上記溝ｔに相当する。開口ｈ３を形成したのち、アニール処理する。これにより、図３Ｉに示したように、拡散領域１２Ａ１の周囲にｐ型不純物が拡散し、拡散領域１２Ａ１よりも不純物濃度の低く、拡散領域１２Ａ１と同様に、略半球状の第２拡散領域１２Ｂが形成される。次に、開口ｈ３を介して、再度ｐ型不純物の気相拡散を行い、第１拡散領域１２Ａの凸部Ｃに当たる拡散領域１２Ａ２を形成する。拡散深さは、例えば、１回目のＺｎ拡散よりも例えば５ｎｍ以上短い距離であることが好ましく、略等方拡散される。１回目の拡散距離と２回目の拡散距離の比（１回目／２回目）は、例えば１未満であり、２回目の拡散後に確定するターゲット距離は、開口ｈ３の掘りこみ深さで調整することができる。これにより、変曲点Ｘを持つ拡散形状を有する第１拡散領域１２Ａが形成される。
　続いて、図３Ｋに示したように、ＳｉＯ2膜３５およびＳｉＮ膜３６を除去したのち、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いて、半導体層１０Ｓの周囲に絶縁膜１７を形成する。なお、ＳｉＯ2膜３５およびＳｉＮ膜３６は必ずしも除去しなくてもよく、これらを絶縁膜１７として用いてもよい。次に、図３Ｌに示したように、半導体層１０Ｓ上に、第１電極１１を形成し、さらに、仮基板３３の全面に埋込層１８を形成する。例えば、第１電極１１は、絶縁膜１７に設けた開口に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法または蒸着法等によりチタン（Ｔｉ）／タングステン（Ｗ）の積層膜を成膜した後、この積層膜をフォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパターニングすることにより形成する。埋込層１８は、例えば、仮基板３３の全面に半導体層１０Ｓを埋め込むように絶縁材料を成膜した後、これをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化して形成する。これにより、半導体層１０Ｓの周囲（周辺領域Ｒ２）および半導体層１０Ｓの上面（仮基板３３から最も離れた面）を覆う埋込層１８が形成される。
　埋込層１８を形成した後、図３Ｍに示したように、埋込層１８を間にして半導体層１０Ｓに対向する配線層１０Ｗを形成する。例えば、埋込層１８上に、層間絶縁膜１９Ａおよび層間絶縁膜１９Ｂをこの順に成膜した後、層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂの第１電極１１に対向する領域に開口を形成する。この層間絶縁膜１９Ａ，１９Ｂの開口に、蒸着法，ＰＶＤ法またはメッキ法等により銅（Ｃｕ）膜を成膜した後、例えばＣＭＰ法を用いて銅膜の表面を研磨することによりコンタクト電極１９Ｅを形成する。例えば、このコンタクト電極１９Ｅの形成工程と同一工程で、周辺領域Ｒ２にはダミー電極１９ＥＤ（図１）を形成する。
　配線層１０Ｗを形成した後、図３Ｎに示したように、配線層１０Ｗを間にして、仮基板３３に読出回路基板２０を貼り合わせる。このとき、読出回路基板２０には、予め配線層２０Ｗを形成しておく。読出回路基板２０の配線層２０Ｗは、コンタクト電極２２Ｅ、ダミー電極２２ＥＤを有しており、読出回路基板２０を仮基板３３に貼り合わせる際には、例えば、配線層２０Ｗのコンタクト電極２２Ｅ、ダミー電極２２ＥＤと配線層１０Ｗのコンタクト電極１９Ｅ、ダミー電極１９ＥＤとがＣｕＣｕ接合される。より具体的には、素子領域Ｒ１では、コンタクト電極１９Ｅとコンタクト電極２２Ｅとが接合された接合面Ｓ２が形成され、周辺領域Ｒ２ではダミー電極１９ＥＤとダミー電極２２ＥＤとが接合された接合面Ｓ２が形成される。ここでは、素子基板１０の周辺領域Ｒ２も、読出回路基板２０に接合される。
　仮基板３３に読出回路基板２０を貼り合わせた後、図３Ｏに示したように、仮基板３３を除去する。仮基板３３は、例えば、機械研削、ウェットエッチングまたはドライエッチング等を用いることにより除去することができる。
　仮基板３３を除去した後、図３Ｐに示したように、接着層Ｂ等も除去し、半導体層１０Ｓの表面を露出させる。このとき、半導体層１０Ｓの不要な層を除去するようにしてもよい。また、半導体層１０Ｓの開口部以外の絶縁層３３ＩＡまたは絶縁膜１７を一部残すようにしてもよく、あるいは、埋込層１８を途中まで掘り込んでもよい。
　続いて、図３Ｑに示したように、仮基板３３が除去されることにより露出された半導体層１０Ｓの面（配線層１０Ｗが設けられた面と反対の面）上に第２電極１５およびパッシベーション膜１６をこの順に形成する。その後、図３Ｒに示したように、開口Ｈ１および導電膜１５Ｂを形成する。これにより、第２電極１５と読出回路基板２０とが電気的に接続される。
　最後に、図３Ｓに示したように、素子基板１０を貫通し、読出回路基板２０のパッド電極２２Ｐに達する開口Ｈ２を形成する。これにより、図１に示した受光素子１が完成する。
（１－３．受光素子の動作）
　受光素子１では、パッシベーション膜１６、第２電極１５およびキャリア転送層１３Ｂを介して、光電変換層１４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１４において吸収される。これにより、光電変換層１４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１１に所定の電圧が印加されると、第１拡散領域１２Ａの凸部Ｃとｎ型のＩｎＰからなるキャリア転送層１３Ａとの間に空乏層が広がり、高電界領域が形成される。高電界領域ではアバランシェ増倍によりキャリアが増倍される。高電界領域に生じたキャリア（電荷）のうちの一方の電荷（例えば正孔）は、信号電荷としてノンドープ層１２内の拡散領域１２Ｘに移動し、拡散領域１２Ｘから第１電極１１へ収集される。この信号電荷が、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅを通じて半導体基板２１に移動し、画素Ｐ毎に読み出される。
（１－４．作用・効果）
　本実施の形態の受光素子１では、半導体層１０Ｓ（具体的には、ノンドープ層１２）の第１電極１１と接する面に、不純物濃度が段階的に変化する拡散領域１２Ｘが設けられている。これにより、例えば、横方向の電界が緩和される。以下、これについて説明する。
　アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）やＰＮフォトダイオード等の半導体デバイスでは、亜鉛（Ｚｎ）拡散電極からキャリアの読出しを行っている。上記半導体デバイスでは、亜鉛は、半導体層の深さ方向および横方向に一様に分布しており、ＡＰＤでは、亜鉛拡散領域の側壁部でのＡＰＤ発生による感度の低下が課題となっている。また、ＰＮフォトダイオードにおいては、強電界での暗電流の発生が課題となっている。
　これに対して、本実施の形態の受光素子１では、半導体層１０Ｓ（具体的には、ノンドープ層１２）の第１電極１１との接する面に、不純物濃度が段階的に変化する拡散領域１２Ｘを設けるようにした。この拡散領域１２Ｘは、例えば、第１拡散領域１２Ａと、第１拡散領域１２Ａよりも不純物濃度の低い第２拡散領域１２Ｂとを有し、第２拡散領域１２Ｂは、第１拡散領域１２Ａの周囲に設けられた構成となっている。これにより、例えば、横方向の電界を緩和することが可能となる。
　また、本実施の形態では、第１拡散領域１２Ａは、変曲点Ｘを有する拡散形状となっており、半導体層１０Ｓの積層方向（例えば、Ｚ軸方向）に第２拡散領域１２Ｂを貫通する凸部Ｃを有する。これにより、凸部Ｃに電界を集中させることが可能となる。
　以上により、本実施の形態の受光素子１では、感度の低下やノイズの原因となる暗電流の発生が抑制される。
　また、本実施の形態では、拡散領域１２Ｘを、１回目のｐ型不純物の拡散後に溝ｔを形成し、再度、ｐ型不純物を拡散するようにしたので、拡散領域１２ＸのＸＹ平面方向の幅が削減される。よって、画素サイズ縮小化することが可能となる。
　更に、本実施の形態では、第１電極１１の一部をノンドープ層１２に埋設するようにしたので、ノンドープ層１２と第１電極１１との接触面積が増加し、接触抵抗が低下する。よって、転送効率を向上させることが可能となる。
　以下、第２の実施の形態について説明するが、以降の説明において上記第１の実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
＜２．第２の実施の形態＞
　図４は、本開示の第２の実施の形態に係る受光素子（受光素子２）の断面構成を模式的に表したものである。図５は、図４に示した受光素子２の平面構成を模式的に表したものである。なお、図４は、図５に示したＩＩ－ＩＩ’線における断面構成を表している。この受光素子２は、例えばＩＩＩ－Ｖ族半導体等の化合物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、可視領域（例えば３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満）～短赤外領域（例えば７８０ｎｍ以上２４００ｎｍ未満）の波長の光に、光電変換機能を有するＰＮフォトダイオードである。
（２－１．受光素子の構成）
　受光素子２は、例えば、中央部の素子領域Ｒ１と、素子領域Ｒ１の外側に設けられ、素子領域Ｒ１を囲む周辺領域Ｒ２とを有している（図５）。受光素子２は、上記第１の実施の形態における受光素子１と同様に、素子基板４０と、読出回路基板２０とが積層された積層構造を有する。素子基板４０は光入射面（光入射面Ｓ３）と、光入射面Ｓ３と対向すると共に、読出回路基板２０と接合される接合面（接合面Ｓ４）とを有する。素子基板４０は、読出回路基板２０に近い位置から配線層１０Ｗ、第１電極４１、第１コンタクト層４２、光電変換層４３および第２コンタクト層４４および第２電極４５をこの順に有している。第１コンタクト層４２、光電変換層４３および第２コンタクト層４４は、例えば、複数の画素Ｐに対して共通の半導体層４０Ｓを構成しており、第１コンタクト層４２の面４２Ｓ２には、画素Ｐ毎に、不純物が拡散した拡散領域４２Ｘが設けられている。本実施の形態の受光素子２では、拡散領域４２Ｘは、第１拡散領域４２Ａと、第１拡散領域４２Ａよりも不純物濃度の低い第２拡散領域４２Ｂとを有し、第２拡散領域４２Ｂは、第１拡散領域４２Ａの周囲に設けられた構成となっている。この第１拡散領域４２Ａが本開示の「第１の不純物拡散領域」の一具体例に相当し、第２拡散領域４２Ｂが本開示の「第２の不純物拡散領域」の一具体例に相当する。
　受光素子２では、素子基板４０の光入射面Ｓ３から、パッシベーション膜１６、第２電極４５および第２コンタクト層４４を介して光電変換層４３に光が入射するようになっている。光電変換層４３で光電変換された信号電荷は、第１電極４１および配線層１０Ｗを介して移動し、読出回路基板２０で読み出される。以下、各部の構成について説明する。
　第１電極４１は、第１コンタクト層４２で発生した信号電荷（正孔または電子、以下便宜上、信号電荷が正孔であるとして説明する。）を読み出すための電圧が供給される電極（アノード）であり、素子領域Ｒ１に画素Ｐ毎に設けられている。第１電極４１は、絶縁膜１７の開口よりも大きく、第１電極４１の一部は埋込層１８に設けられている。また、第１電極４１の一部は、上記第１電極１１と同様に、第１コンタクト層４２側に突出している。即ち、第１電極４１の上面（半導体層４０Ｓ側の面）は、拡散領域４２Ｘに接すると共に、一部が第１コンタクト層４２内に形成され、第１電極４１の下面および側面は埋込層１８に接している。隣り合う第１電極４１は、絶縁膜１７および埋込層１８により電気的に分離されている。
　第１電極４１は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金により構成されている。第１電極４１は、このような構成材料の単膜であってもよく、あるいは、２種以上を組み合わせた積層膜であってもよい。例えば、第１電極４１は、チタンおよびタングステンの積層膜（Ｔｉ／Ｗ）により構成されている。第１電極４１の厚みは、例えば数十ｎｍ～数百ｎｍである。
　半導体層４０Ｓは、例えば、第１電極４１側から、第１コンタクト層４２、光電変換層４３および第２コンタクト層４４を含んでいる。第１コンタクト層４２、光電変換層４３および第２コンタクト層４４は、互いに同じ平面形状を有し、各々の端面は、平面視で同じ位置に配置されている。
　第１コンタクト層４２は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられ、絶縁膜１７と光電変換層４３との間に配置されている。第１コンタクト層４２は、隣り合う画素Ｐを電気的に分離するためのものであり、第１コンタクト層４２には、例えば複数の拡散領域４２Ｘが設けられている。第１コンタクト層４２に、光電変換層４３を構成する化合物半導体材料のバンドギャップよりも大きなバンドギャップの化合物半導体材料を用いることにより、暗電流を抑えることも可能となる。第１コンタクト層４２には、例えばｎ型のＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
　第１コンタクト層４２に設けられた拡散領域４２Ｘは、互いに離間して配置されている。具体的には、拡散領域４２Ｘは、画素Ｐ毎に配置され、それぞれの拡散領域４２Ｘに第１電極４１が接続されている。拡散領域４２Ｘは、光電変換層４３で発生した信号電荷を画素Ｐ毎に読み出すためのものであり、例えば、ｐ型不純物を含んでいる。ｐ型不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）等が挙げられる。このように、拡散領域４２Ｘと、拡散領域４２Ｘ以外の第１コンタクト層４２との間にｐｎ接合界面が形成され、隣り合う画素Ｐが電気的に分離されるようになっている。
　本実施の形態では、拡散領域４２Ｘは、不純物濃度が段階的に変化する構成となっている。具体的には、拡散領域４２Ｘは、例えば、第１拡散領域４２Ａと、第１拡散領域４２Ａよりも不純物濃度が低い第２拡散領域４２Ｂとからなり、第２拡散領域４２Ｂは、第１拡散領域４２Ａの周囲に設けられている。第１拡散領域４２Ａは、例えば２Ｅ１８ｃｍ-3以上８Ｅ１８ｃｍ-3以下の不純物濃度を有し、第２拡散領域４２Ｂは、例えば１Ｅ１７ｃｍ-3以上２Ｅ１８ｃｍ-3以下の不純物濃度を有する。
　図６は、参考例としての不純物が均質に分布した拡散領域４２０Ａを有する受光素子における拡散領域４２０Ｘおよびその近傍の断面構成（Ｂ）および電界強度の変化（Ａ）を表したものである。図７は、本開示の受光素子２における拡散領域４２Ｘおよびその近傍の断面構成（Ｂ）および電界強度の変化（Ａ）を表したものである。本実施の形態の受光素子２は、第１拡散領域４２Ａの周囲に第１拡散領域４２Ａよりも不純物濃度の低い第２拡散領域４２Ｂを有する。このため、拡散領域４２Ｘおよびその近傍の電界強度の変化は、参考例としての受光素子（図６）と比較して緩やかになっている。
　また、第１拡散領域４２Ａは、変曲点Ｘを有する拡散形状となっており、例えば、半導体層４０Ｓを構成する各層４２，４３，４４の積層方向（例えば、Ｚ軸方向）に凸部Ｃを有することが好ましい。この凸部Ｃは、第２拡散領域４２Ｂを貫通している。即ち、拡散領域４２Ｘは、横方向（ＸＹ平面方向）に緩やかな不純物の濃度勾配を、縦方向（Ｚ軸方向）には急峻な不純物の濃度勾配を形成している。暗電流の起因となる欠陥は、第１コンタクト層４２の表面が支配的である。これに対して、第１拡散領域４２Ａを上記のような形状とすることにより、凸部Ｃに電界が集中すると共に、拡散領域４２Ｘの横方向の電界が緩和され、第１コンタクト層４２表面の欠陥を介した暗電流の発生確率が低減される。
　更に、拡散領域４２Ｘの一部は、光電変換層４３の厚み方向の一部に張り出して設けられていることが好ましい。換言すると、第１拡散領域４２Ａの凸部Ｃの先端は、光電変換層４３内にあることが望ましい。結晶内部では、不純物（例えば、Ｚｎ）の拡散領域からバンドギャップの小さいＩｎＧａＡｓ層に形成される空乏層からの暗電流が支配的となる。これに対して、本実施の形態では、第１拡散領域４２Ａに凸部Ｃを設け、その先端が光電変換層４３内にあるようにしたので、不純物拡散領域（第１拡散領域４２Ａ）とＩｎＧａＡｓ層（光電変換層４３）とのコンタクト部分が最小限に留められるようになり、暗電流の発生確率がさらに低減される。
　拡散領域４２Ｘには、上記第１の実施の形態における拡散領域１２Ｘと同様に、第１拡散領域４２Ａ内に溝ｔが設けられている。この溝ｔには、第１電極４１が埋設されている。
　光電変換層４３は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。この光電変換層４３は、第１コンタクト層４２と第２コンタクト層４４との間に設けられ、これらに接している。光電変換層４３は、所定の波長の光を吸収して、信号電荷を発生させるものであり、例えば、ｉ型のＩＩＩ－Ｖ族半導体等の化合物半導体材料により構成されている。光電変換層４３を構成する化合物半導体材料としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素），ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン），ＩｎＡｓ（インジウム砒素），ＩｎＳｂ（インジムアンチモン）およびＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルル）等が挙げられる。Ｇｅ（ゲルマニウム）により光電変換層４３を構成するようにしてもよい。光電変換層４３では、例えば、可視領域から短赤外領域の波長の光の光電変換がなされるようになっている。
　第２コンタクト層４４は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。この第２コンタクト層４４は、光電変換層４３と第２電極４５との間に設けられ、これらに接している。第２コンタクト層４４は、第２電極４５から排出される電荷が移動する領域であり、例えば、ｎ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。第２コンタクト層４４には、例えば、ｎ型のＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
　第２電極４５は、例えば各画素Ｐに共通の電極として、第２コンタクト層４４上（光入射側）に、第２コンタクト層４４に接するように設けられている。第２電極４５は、光電変換層４３で発生した電荷のうち、信号電荷として用いられない電荷を排出するためのものである（カソード）。例えば、信号電荷として正孔が第１電極４１から読み出される場合には、この第２電極４５を通じて例えば電子を排出することができる。第２電極４５は、例えば赤外線等の入射光を透過可能な導電膜により構成されている。第２電極４５には、例えば、ＩＴＯまたはＩＴｉＯ（Ｉｎ2Ｏ3－ＴｉＯ2）等を用いることができる。第２電極４５は、例えば、隣り合う画素Ｐを仕切るように、格子状に設けられていてもよい。その場合には、光透過性の低い導電材料を用いることが可能である。
（２－１．受光素子の製造方法）
　受光素子２は、例えば次のようにして製造することができる。図８Ａ～図８Ｋは、受光素子１の製造工程を工程順に表したものである。
　まず、図８Ａに示したように、例えばＩｎＰからなる成長基板５１に、例えば、ｎ型のＩｎＰからなるバッファ層５２Ｂ、ｉ型のＩｎＧａＡｓからなるストッパ層５２Ｓ、半導体層４０Ｓおよびｉ型のＩｎＧａＡｓからなるキャップ層４５Ａをこの順にエピタキシャル成長させる。成長基板５１の厚みは、例えば、数百μｍであり、半導体層４０Ｓの厚みは、例えば、数μｍである。この後、半導体層４０Ｓ上に接着層Ｂを成膜する。成長基板５１の口径は、例えば、６インチ以下である。半導体層４０Ｓの形成は、例えば、第１コンタクト層４２を構成するｎ型のＩｎＰ、光電変換層４３を構成するｎ型のＩｎＧａＡｓおよび第２コンタクト層４４を構成するｎ型のＩｎＰをこの順にエピタキシャル成長させて行う。
　次に、図８Ｂに示したように、接着層Ｂを間にして、仮基板５３に、半導体層４０Ｓを形成した成長基板５１を接合する。仮基板５３は、例えば、絶縁層（絶縁層５３ＩＡ）と、基板５３Ｓを有している。絶縁層５３ＩＡは、例えば、接着層Ｂと基板５３Ｓとの間に配置されている。仮基板５３には、成長基板５１よりも大きな口径のものを用い、基板５３Ｓには例えば、シリコン（Ｓｉ）基板を用いる。仮基板５３の口径は、例えば８インチ～１２インチである。小口径の成長基板５１を大口径の仮基板５３に接合させることにより、素子基板４０を形成する際に大口径の基板用の種々の装置を用いることが可能となる。これにより、例えば、読出回路基板２０と素子基板４０との接合をＣｕＣｕ接合にし、画素Ｐを微細化することができる。仮基板５３への成長基板５１の接合は、プラズマ活性化接合，常温接合または接着剤を使用した接合（接着剤接合）等により行うようにしてもよい。このように、例えばウェハ状の半導体層４０Ｓを仮基板５３に接合する。仮基板５３の厚みは、例えば、数百μｍである。
　続いて、図８Ｃに示したように、バッファ層５２Ｂおよびストッパ層５２Ｓを含む成長基板５１を除去する。成長基板５１の除去は、機械研削、ＣＭＰ，ウェットエッチングまたはドライエッチング等により行うことができる。このとき、成長基板５１が一部残っていてもよい。また、半導体層４０Ｓが一部エッチングされてもよい。
　次に、図８Ｄに示したように、例えば、仮基板５３のマークに合わせて半導体層４０Ｓを所定の大きさにエッチングする。これにより、複数のチップ状態の半導体層４０Ｓが形成される。
　続いて、図８Ｅ～図８Ｊに示したようにして、半導体層４０Ｓに画素Ｐ毎に拡散領域４２Ｘを形成する。なお、図８Ｅ～図８Ｊでは１つの画素Ｐを拡大して図示している。
　まず、図８Ｅに示したように、半導体層４０Ｓ上にハードマスクとしてＳｉＯ2膜３５およびＳｉＮ膜３６をこの順に形成する。次に、ＳｉＮ膜３６上に、フォトレジスト３７を形成し、フォトレジスト３７およびＳｉＮ膜３６を貫通する開口ｈ４を形成する。続いて、図８Ｆに示したように、ウェットエッチングまたはドライエッチング等によりフォトレジスト３７を除去すると共に、ＳｉＯ2膜３５を貫通する開口ｈ５を形成する。なお、ハードマスクは、上記第１の実施の形態と同様に、上記ＳｉＯ2膜／ＳｉＮ膜の積層膜に限らない。例えば、ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜の単層膜でも構わない。
　次に、図８Ｇに示したように、ｐ型不純物（例えば、亜鉛（Ｚｎ））の拡散を行い、拡散領域４２Ａ１を形成する。不純物の拡散は、例えば、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）ガスやジメチル亜鉛（ＤＭＺ）ガスを用い、２００℃～６００℃条件下における気相拡散によって行う。拡散深さは、例えば、第１コンタクト層４２の膜厚（例えば、３００ｎｍ）に対して１００ｎｍ～３００ｎｍとすることが好ましい。不純物は、第１コンタクト層４２の面４２Ｓから略等方拡散され、略半球状の拡散領域４２Ａ１が形成される。続いて、図８Ｈに示したように、開口ｈ５内およびＳｉＮ膜３６上に、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化シリコン（ＳｉＯ2），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5），ＳｉＣまたはＳｉＣＯ等からなるサイドウォール３８を形成したのち、開口ｈ５内に、拡散領域４２Ａ１内まで貫通する開口ｈ６を形成する。この開口ｈ６が、上記溝ｔに相当する。開口ｈ６を形成したのち、アニール処理する。これにより、図８Ｉに示したように、拡散領域４２Ａ１の周囲にｐ型不純物が拡散し、拡散領域４２Ａ１よりも不純物濃度の低く、拡散領域４２Ａ１と同様に、略半球状の第２拡散領域４２Ｂが形成される。次に、開口ｈ６を介して、再度ｐ型不純物の気相拡散を行い、第１拡散領域４２Ａの凸部Ｃに当たる拡散領域４２Ａ２を形成する。拡散深さは、例えば、１回目のＺｎ拡散よりも例えば５ｎｍ以上短い距離であることが好ましく、略等方拡散される。１回目の拡散距離と２回目の拡散距離の比（１回目／２回目）は、例えば１未満であり、２回目の拡散後に確定するターゲット距離は、開口ｈ６の掘りこみ深さで調整することができる。これにより、変曲点Ｘを持つ拡散形状を有する第１拡散領域４２Ａが形成される。
　続いて、図８Ｋに示したように、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）を用いて、半導体層４０Ｓの周囲に絶縁膜１７を形成する。なお、ＳｉＯ2膜３５およびＳｉＮ膜３６については、上記第１の実施の形態と同様に、必ずしも除去しなくてもよく、これらを絶縁膜１７として用いてもよい。以降、上記第１の実施の形態と同様の工程を経ることで、図４に示した受光素子２が完成する。
（２－３．受光素子の動作）
　受光素子２では、パッシベーション膜１６、第２電極４５および第２コンタクト層４４を介して、光電変換層４３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４３において吸収される。これにより、光電変換層４３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４１に所定の電圧が印加されると、光電変換層４３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、信号電荷として拡散領域４２Ｘに移動し、拡散領域４２Ｘから第１電極４１へ収集される。この信号電荷が、コンタクト電極１９Ｅ，２２Ｅを通じて半導体基板２１に移動し、画素Ｐ毎に読み出される。
（２－４．作用・効果）
　本実施の形態の受光素子２は、半導体層４０Ｓ（具体的には、第１コンタクト層４２）の第１電極４１と接する面に、不純物濃度が段階的に変化する拡散領域４２Ｘが設けられている。この拡散領域４２Ｘは、例えば、第１拡散領域４２Ａと、第１拡散領域４２Ａよりも不純物濃度の低い第２拡散領域４２Ｂを有し、第２拡散領域４２Ｂは、第１拡散領域４２Ａの周囲に設けられた構成となっている。これにより、例えば、横方向の電界が緩和される。
　また、本実施の形態では、第１拡散領域４２Ａは、変曲点Ｘを有する拡散形状となっており、半導体層４０Ｓの積層方向（例えば、Ｚ軸方向）に第２拡散領域４２Ｂを貫通する凸部Ｃを有する。これにより、凸部Ｃに電界が集中させることが可能となる。
　以上により、本実施の形態の受光素子２では、上記第１の実施の形態と同様に、ノイズの原因となる暗電流の発生が抑制することが可能となる。
　また、本実施の形態では、拡散領域４２Ｘを、１回目のｐ型不純物の拡散後に溝ｔを形成し、再度、ｐ型不純物を拡散するようにしたので、拡散領域４２ＸのＸＹ平面方向の幅が削減される。よって、画素サイズ縮小化することが可能となる。
　更に、本実施の形態では、溝ｔに第１電極４１を埋設するようにしたので、第１コンタクト層４２と第１電極４１との接触面積が増加し、接触抵抗が低下する。よって、転送効率を向上させることが可能となる。
＜３．適用例＞
（適用例１）
　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２）は、例えば、撮像素子に適用される。この撮像素子は、例えば赤外線イメージセンサである。
（適用例２）
　上述の受光素子１，２は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラ等、様々なタイプの電子機器（撮像装置）に適用することができる。図９に、その一例として、電子機器３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、例えば受光素子１により構成された撮像素子４と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、撮像素子４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。
　光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像素子４へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、撮像素子４への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、撮像素子４の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、撮像素子４から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリ等の記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
　更に、本実施の形態等において説明した受光素子１，２は、下記電子機器（カプセル内視鏡および車両等の移動体）にも適用することが可能である。
＜４．応用例＞
（応用例１．内視鏡手術システム）
　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。
　図１０は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図１０では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注すると共に当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図１１は、図１０に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
（応用例２．移動体）
　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。
　図１２は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１２に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させると共に、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１２の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１３は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１３では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１３には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
　更に、本実施の形態等において説明した受光素子１，２は、監視カメラ，生体認証システムおよびサーモグラフィ等の電子機器にも適用することが可能である。監視カメラは、例えばナイトビジョンシステム（暗視）のものである。受光素子１または受光素子２を監視カメラに適用することにより、夜間の歩行者および動物等を遠くから認識することが可能となる。また、受光素子１または受光素子２を車載カメラとして適用すると、ヘッドライトや天候の影響を受けにくい。例えば、煙および霧等の影響を受けずに、撮影画像を得ることができる。更に、物体の形状の認識も可能となる。また、サーモグラフィでは、非接触温度測定が可能となる。サーモグラフィでは、温度分布や発熱も検出可能である。加えて、受光素子１，２は、炎、水分またはガス等を検知する電子機器にも適用可能である。
　以上、第１，第２の実施の形態および適用例ならびに応用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した受光素子１，２の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料や厚みも一例であって、上述のものに限定されるものではない。例えば、上記第２の実施の形態では、第１コンタクト層４２、光電変換層４３および第２コンタクト層４４により半導体層４０Ｓを構成する場合について説明したが、半導体層１０Ｓは光電変換層４３を含んでいればよい。例えば、第１コンタクト層４２および第２コンタクト層４４を設けなくてもよく、あるいは、他の層を含んでいてもよい。
　更に、上記実施の形態等では、素子基板（例えば、素子基板１０）と読出回路基板２０とをＣｕＣｕ接合によって接合した例を示したが、例えば、バンプを介して接合するようにしてもよい。
　更にまた、上記実施の形態等では、便宜上、信号電荷が正孔である場合について説明したが、信号電荷は電子であってもよい。例えば、拡散領域がｎ型の不純物を含んでいてもよい。
　加えて、上記実施の形態等では、本技術の半導体素子の一具体例の受光素子を説明したが、本技術の半導体素子は受光素子以外であってもよい。例えば、本技術の半導体素子は、発光素子であってもよい。
　また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
　なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成の本技術によれば、化合物半導体材料を含む半導体層の一の面に、不純物濃度が段階的に変化する不純物拡散領域を設けるようにしたので、横方向の電界を緩和することができる。よって、暗電流を低減することが可能となる。
（１）
　化合物半導体材料を含む半導体層と、
　前記半導体層の一の面に設けられた第１の不純物拡散領域と、
　前記第１の不純物拡散領域の周囲に設けられると共に、前記第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２の不純物拡散領域と
　を備えた受光素子。
（２）
　前記第１の不純物拡散領域は変曲点を持つ拡散形状を有する、前記（１）に記載の受光素子。
（３）
　前記第１の不純物拡散領域は、前記第２の不純物拡散領域を貫通する凸部を有する、前記（１）または（２）に記載の受光素子。
（４）
　更に、前記半導体層の前記一の面側に設けられると共に、前記半導体層に電気的に接続された第１電極と、
　前記半導体層を間にして前記第１電極に対向する第２電極とを有する、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の受光素子。
（５）
　前記半導体層は、前記第１の不純物拡散領域に溝を有し、
　前記溝には、前記第１電極の一部が埋設されている、前記（４）に記載の受光素子。
（６）
　前記半導体層は、前記一の面側から順に積層され、導電型または構成材料の異なる第１の半導体層および第２の半導体層を有し、
　前記第１の不純物拡散領域および前記第２の不純物拡散領域は、前記第１の半導体層に設けられている、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の受光素子。
（７）
　前記第１の不純物拡散領域は、前記第２の不純物拡散領域を貫通する凸部を有し、
　前記凸部は、前記第１の半導体層内に形成されている、前記（６）に記載の受光素子。
（８）
　前記第１の不純物拡散領域は、前記第２の不純物拡散領域を貫通する凸部を有し、
　前記凸部は、一部が前記第２の半導体層内に突出している、前記（６）に記載の受光素子。
（９）
　前記第１の不純物拡散領域および前記第２の不純物拡散領域には亜鉛（Ｚｎ）が拡散されている、前記（１）乃至（８）のうちのいずれかに記載の受光素子。
（１０）
　前記化合物半導体材料は、赤外領域の波長の光を吸収する、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の受光素子。
（１１）
　前記化合物半導体材料はＩＩＩ－Ｖ族半導体である、前記（１）乃至（１０）のうちのいずれかに記載の受光素子。
（１２）
　前記化合物半導体材料は、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（１１）のうちのいずれかに記載の受光素子。
（１３）
　前記半導体層は多重量子井戸構造を有する、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれかに記載の受光素子。
（１４）
　複数の受光素子がアレイ状に配置された素子領域を有し、
　前記受光素子は、
　化合物半導体材料を含む半導体層と、
　前記半導体層の一の面に設けられた第１の不純物拡散領域と、
　前記第１の不純物拡散領域の周囲に設けられると共に、前記第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２の不純物拡散領域と
　を備えた撮像装置。
（１５）
　化合物半導体材料を含む半導体層を形成し、
　前記半導体層の一の面上に開口を有するマスク層を形成し、
　前記開口を介して不純物を拡散して前記半導体層の前記一の面に第１の不純物拡散領域を形成し、
　アニール処理にて前記第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度の低い第２の不純物拡散領域を前記第１の不純物拡散領域の周囲に形成する
　受光素子の製造方法。
（１６）
　前記開口内にサイドウォールを形成し、
　エッチングにより前記第１の不純物拡散領域内に溝を形成し、
　前記アニール処理後に前記溝を介して前記第１の不純物拡散領域に再度不純物を拡散して前記第１の不純物拡散領域を、変曲点を持つ拡散形状とする、前記（１５）に記載の受光素子の製造方法。
（１７）
　前記溝内に金属材料を埋設し、前記受光素子と電気的に接続された第１電極を形成する、前記（１６）に記載の受光素子の製造方法。
　本出願は、日本国特許庁において２０１９年３月２０日に出願された日本特許出願番号２０１９－０５２６８７号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (17)

  1. 　化合物半導体材料を含む半導体層と、
    　前記半導体層の一の面に設けられた第１の不純物拡散領域と、
    　前記第１の不純物拡散領域の周囲に設けられると共に、前記第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２の不純物拡散領域と
    　を備えた受光素子。
  2. 　前記第１の不純物拡散領域は変曲点を持つ拡散形状を有する、請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記第１の不純物拡散領域は、前記第２の不純物拡散領域を貫通する凸部を有する、請求項１に記載の受光素子。
  4. 　更に、前記半導体層の前記一の面側に設けられると共に、前記半導体層に電気的に接続された第１電極と、
    　前記半導体層を間にして前記第１電極に対向する第２電極とを有する、請求項１に記載の受光素子。
  5. 　前記半導体層は、前記第１の不純物拡散領域に溝を有し、
    　前記溝には、前記第１電極の一部が埋設されている、請求項４に記載の受光素子。
  6. 　前記半導体層は、前記一の面側から順に積層され、導電型または構成材料の異なる第１の半導体層および第２の半導体層を有し、
    　前記第１の不純物拡散領域および前記第２の不純物拡散領域は、前記第１の半導体層に設けられている、請求項１に記載の受光素子。
  7. 　前記第１の不純物拡散領域は、前記第２の不純物拡散領域を貫通する凸部を有し、
    　前記凸部は、前記第１の半導体層内に形成されている、請求項６に記載の受光素子。
  8. 　前記第１の不純物拡散領域は、前記第２の不純物拡散領域を貫通する凸部を有し、
    　前記凸部は、一部が前記第２の半導体層内に突出している、請求項６に記載の受光素子。
  9. 　前記第１の不純物拡散領域および前記第２の不純物拡散領域には亜鉛（Ｚｎ）が拡散されている、請求項１に記載の受光素子。
  10. 　前記化合物半導体材料は、赤外領域の波長の光を吸収する、請求項１に記載の受光素子。
  11. 　前記化合物半導体材料はＩＩＩ－Ｖ族半導体である、請求項１に記載の受光素子。
  12. 　前記化合物半導体材料は、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。
  13. 　前記半導体層は多重量子井戸構造を有する、請求項１に記載の受光素子。
  14. 　複数の受光素子がアレイ状に配置された素子領域を有し、
    　前記受光素子は、
    　化合物半導体材料を含む半導体層と、
    　前記半導体層の一の面に設けられた第１の不純物拡散領域と、
    　前記第１の不純物拡散領域の周囲に設けられると共に、前記第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２の不純物拡散領域と
    　を備えた撮像装置。
  15. 　化合物半導体材料を含む半導体層を形成し、
    　前記半導体層の一の面上に開口を有するマスク層を形成し、
    　前記開口を介して不純物を拡散して前記半導体層の前記一の面に第１の不純物拡散領域を形成し、
    　アニール処理にて前記第１の不純物拡散領域よりも不純物濃度の低い第２の不純物拡散領域を前記第１の不純物拡散領域の周囲に形成する
    　受光素子の製造方法。
  16. 　前記開口内にサイドウォールを形成し、
    　エッチングにより前記第１の不純物拡散領域内に溝を形成し、
    　前記アニール処理後に前記溝を介して前記第１の不純物拡散領域に再度不純物を拡散して前記第１の不純物拡散領域を、変曲点を持つ拡散形状とする、請求項１５に記載の受光素子の製造方法。
  17. 　前記溝内に金属材料を埋設し、前記受光素子と電気的に接続された第１電極を形成する、請求項１６に記載の受光素子の製造方法。
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