CN113366656A - 光接收元件、光接收元件的制造方法以及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个实施方案的光接收元件(1)包括：半导体层，其包括复合半导体材料；第一杂质扩散区域(12A)，其设置在所述半导体层的一个表面上；和第二杂质扩散区域(12B)，其设置在所述第一杂质扩散区域(12A)的周围，并且具有比所述第一杂质扩散区域(12A)更低的杂质浓度。

Description

光接收元件、光接收元件的制造方法以及摄像装置
技术领域
本发明涉及例如用于红外传感器等的光接收元件、光接收元件的制造方法以及包括所述光接收元件的摄像装置。
背景技术
例如，如专利文献1中所述的，以雪崩光电二极管(APD)、PN光电二极管等为代表的半导体装置在深度方向和横向方向上具有均匀的锌浓度分布。半导体装置从锌(Zn)扩散电极读出载流子(carrier)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本待审专利申请公开第2009-206499号公报
发明内容
顺便提及地，如上所述的半导体装置被要求减小暗电流。
期望提供一种能够减少暗电流的光接收元件、该光接收元件的制造方法以及摄像装置。
根据本发明的实施方案的光接收元件包括：半导体层，其包含化合物半导体材料；第一杂质扩散区域，其设置在所述半导体层的一个表面上；和第二杂质扩散区域，其设置在所述第一杂质扩散区域的周围。所述第二杂质扩散区域的杂质浓度低于所述第一杂质扩散区域的杂质浓度。
根据本发明的实施方案的摄像装置具有其中以阵列方式布置有多个光接收元件的元件区域。所述摄像装置包括根据上述实施方案的光接收元件作为光接收元件。
根据本发明的实施方案的光接收元件的制造方法包括：形成包含化合物半导体材料的半导体层；在所述半导体层的一个表面上形成具有开口的掩模层；通过经由所述开口扩散杂质，在所述半导体层的一个表面上形成第一杂质扩散区域；通过退火处理在所述第一杂质扩散区域周围形成第二杂质扩散区域。所述第二杂质扩散区域具有比所述第一杂质扩散区域低的杂质浓度。
在根据本发明的各个实施方案的所述光接收元件、所述光接收元件的所述制造方法以及所述摄像装置中，杂质扩散区域设置在所述半导体层的所述一个表面上。这缓和了所述第一杂质扩散区域中的在横向方向上的电场。所述半导体层包含化合物半导体材料。所述杂质扩散区域的杂质浓度逐渐变化。
附图说明
[图1]图1是示出了根据本发明第一实施方案的光接收元件的构造的示例的横截面示意图。
[图2]图2是示出了图1所示的光接收元件的示意性构造的平面示意。
[图3A]图3A是用于说明图1所示的光接收元件的制造方法的步骤的横截面示意图。
[图3B]图3B是示出了图3A之后的步骤的横截面示意图。
[图3C]图3C是示出了图3B之后的步骤的横截面示意图。
[图3D]图3D是示出了图3C之后的步骤的横截面示意图。
[图3E]图3E是示出了图3D之后的步骤的横截面示意图。
[图3F]图3F是示出了图3E之后的步骤的横截面示意图。
[图3G]图3G是示出了图3F之后的步骤的横截面示意图。
[图3H]图3H是示出了图3G之后的步骤的横截面示意图。
[图3I]图3I是示出了图3H之后的步骤的横截面示意图。
[图3J]图3J是示出了图3I之后的步骤的横截面示意图。
[图3K]图3K是示出了图3J之后的步骤的横截面示意图。
[图3L]图3L是示出了图3K之后的步骤的横截面示意图。
[图3M]图3M是示出了图3L之后的步骤的横截面示意图。
[图3N]图3N是示出了图3M之后的步骤的横截面示意图。
[图3O]图3O是示出了图3N之后的步骤的横截面示意图。
[图3P]图3P是示出了图3O之后的步骤的横截面示意图。
[图3Q]图3Q是示出了图3P之后的步骤的横截面示意图。
[图3R]图3R是示出了图3Q之后的步骤的横截面示意图。
[图3S]图3S是示出了图3R之后的步骤的横截面示意图。
[图4]图4是示出了根据本发明第二实施方案的光接收元件的构造的示例的横截面示意图。
[图5]图5是示出了图4所示的光接收元件的示意性构造的平面示意图。
[图6]图6是说明一般的光接收元件的扩散区域和该扩散区域周围的区域中的场强变化的图。
[图7]图7是说明图4所示的光接收元件的扩散区域和该扩散区域周围的区域中的场强变化的图。
[图8A]图8A是用于说明图4所示的光接收元件的制造方法的步骤的横截面示意图。
[图8B]图8B是示出了图8A之后的步骤的横截面示意图。
[图8C]图8C是示出了图8B之后的步骤的横截面示意图。
[图8D]图8D是示出了图8C之后的步骤的横截面示意图。
[图8E]图8E是示出了图8D之后的步骤的横截面示意图。
[图8F]图8F是示出了图8E之后的步骤的横截面示意图。
[图8G]图8G是示出了图8F之后的步骤的横截面示意图。
[图8H]图8H是示出了图8G之后的步骤的横截面示意图。
[图8I]图8I是示出了图8H之后的步骤的横截面示意图。
[图8J]图8J是示出了图8I之后的步骤的横截面示意图。
[图8K]图8K是示出了图8J之后的步骤的横截面示意图。
[图9]图9是示出了包含根据本发明的光接收元件的电子装置(相机)的示例的功能性框图。
[图10]图10是示出了内窥镜手术***的示意性构造的示例的图。
[图11]图11是示出了摄像头和相机控制单元(CCU)的功能性构造的示例的框图。
[图12]图12是示出了车辆控制***的示意性构造的示例的框图。
[图13]图13是辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方案
下面将参照附图详细说明本发明的实施方案。以下说明是本发明的具体示例，但是本发明不限于以下模式。此外，本发明也不限于在各图中示出的各个组件的布置、尺寸、尺寸比例等。需要注意的是，将按照以下顺序进行说明。
1.第一实施方案(具有逐渐变化的锌扩散区域的光接收元件的示例)
1-1.光接收元件的构造
1-2.光接收元件的制造方法
1-3.光接收元件的操作
1-4.作用和效果
2.第二实施方案(摄像装置中包含的光接收元件(PN光电二极管)的应用示例)
2-1.光接收元件的构造
2-2.光接收元件的制造方法
2-3.光接收元件的操作
2-4.作用和效果
3.应用示例
4.实际应用实例
<1.第一实施方案>
图1示意性示出了根据本发明第一实施方案的光接收元件(光接收元件1)的横截面构造。图2示意性示出了图1所示的光接收元件1的平面构造。需要注意的是，图1示出了沿着图2所示的I-I'线截取的横截面构造。光接收元件1是所谓的雪崩光电二极管(APD)，例如，其包括诸如III-V族半导体等化合物半导体材料。光接收元件1被应用于红外传感器等。该光接收元件1设置有例如二维布置的多个光接收单元区域P(像素P)。
(1-1.光接收元件的构造)
光接收元件1具有例如针对具有在可见光区域(例如，380nm以上且小于780nm)至短红外光区域(例如，780nm以上或小于2400nm)内的波长的光的光电转换功能。例如，光接收元件1具有位于中间部分的元件区域R1和设置在元件区域R1的外部并且围绕元件区域R1的***区域R2(图2)。光接收元件1具有其中堆叠有元件基板10和读出电路基板20的堆叠结构。元件基板10具有光入射面(光入射面S1)和与光入射面S1相反并且接合至读出电路基板20的接合面(接合面S2)。元件基板10从靠近读出电路基板20的位置开始依次包括配线层10W、第一电极11、非掺杂层12、载流子传输层13A、光电转换层14、载流子传输层13B和第二电极15。非掺杂层12、载流子传输层13A和13B以及光电转换层14被包含在例如多个像素P共用的半导体层10S中。在非掺杂层12的表面12S2上针对各个像素P设置有扩散区域12X。杂质在扩散区域12X中扩散。在根据本实施方案的光接收元件1中，扩散区域12X包括第一扩散区域12A和第二扩散区域12B，第二扩散区域12B的杂质浓度比第一扩散区域12A的杂质浓度低。扩散区域12X具有下述构造：其中，第二扩散区域12B设置在第一扩散区域12A的周围。第一扩散区域12A对应于根据本发明的“第一杂质扩散区域”的具体示例，并且第二扩散区域12B对应于根据本发明的“第二杂质扩散区域”的具体示例。
在光接收元件1中，光从元件基板10的光入射面S1经过钝化膜16、第二电极15和载流子传输层13B进入光电转换层14。在光电转换层14中被光电转换的信号电荷移动经过第一电极11和配线层10W，然后由读出电路基板20读出。下面将说明各部分的构造。
第一电极11是被供给有用于读出光电转换层14中产生的信号电荷(空穴或电子，但为了方便起见，以下假定信号电荷是空穴进行说明)的电压的电极(阳极)。第一电极11是针对元件区域R1中的各个像素P设置的。第一电极11大于绝缘膜17的开口，并且第一电极11的一部分设置在埋入层18中。此外，第一电极11的一部分向非掺杂层12侧突出。换言之，第一电极11的上表面(半导体层10S侧的表面)与扩散区域12X接触，并且其一部分形成在非掺杂层12中。第一电极11的下表面和侧表面与埋入层18接触。
相邻的第一电极11通过绝缘膜17和埋入层18而被彼此电隔离。
第一电极11例如包括：钛(Ti)、钨(W)、氮化钛(TiN)、铂(Pt)、金(Au)、锗(Ge)、钯(Pd)、锌(Zn)、镍(Ni)和铝(Al)中的任何单独的一种或包括其中至少一种的任意合金。第一电极11可以是包括这种材料的单个膜，或者可以是通过组合它们中的两个以上而获得的层叠膜。例如，第一电极11包括钛和钨的层叠膜(Ti/W)。第一电极11的厚度例如为几十纳米至几百纳米。
半导体层10S具有多量子阱结构。例如，半导体层10S从第一电极11侧开始包括：非掺杂层12、载流子传输层13A、光电转换层14和载流子传输层13B。非掺杂层12、载流子传输层13A和13B以及光电转换层14均具有相同的平面形状。在平面图中，它们各自的端面布置在相同的位置处。
例如，非掺杂层12设置为所有像素P共用，并且布置在绝缘膜17和载流子传输层13A之间。如上所述，非掺杂层12设置有多个扩散区域12X。多个扩散区域12X被彼此间隔开。具体地，扩散区域12X是针对各个像素P设置的，并且第一电极11连接至各个扩散区域12X。扩散区域12X例如包括p型杂质。p型杂质的示例包括锌(Zn)、镁(Mg)等。在非掺杂层12中，由扩散区域12X形成高电场区域。光电转换层14中产生的信号电荷通过载流子传输层13A传输。通过高电场区域中的雪崩效应提高了信号强度。
在本实施方案中，扩散区域12X具有杂质浓度逐渐变化的构造。具体地，例如，扩散区域12X包括第一扩散区域12A和具有比第一扩散区域12A的杂质浓度更低的杂质浓度的第二扩散区域12B。第二扩散区域12B设置在第一扩散区域12A的周围。第一扩散区域12A具有例如2E18cm-3以上且8E18cm-3以下的杂质浓度。第二扩散区域12B具有例如1E17cm-3以上且2E18cm-3以下的杂质浓度。
此外，第一扩散区域12A具有包括拐点(inflection point)X的扩散形状。例如，优选地，第一扩散区域12A在半导体层10S中包含的各个层12、13和14的堆叠方向(例如，Z轴方向)上包括凸部C。凸部C穿透第二扩散区域12B。换言之，扩散区域12X在水平方向(XY平面方向)上形成渐变的杂质浓度梯度，并且在纵向方向(Z轴方向)上形成急剧的杂质浓度梯度。这使得电场集中在凸部C上，并且缓和了扩散区域12X中在横向方向上的电场。引起噪声的暗电流的产生得以抑制。
此外，优选地的是，在非掺杂层12中形成扩散区域12X。换言之，期望第一扩散区域12A中的凸部C的尖端位于非掺杂层12中。这使得能够将电场集中在凸部C与非掺杂层12之间的间隙中。增大了雪崩效应并且提高了灵敏度。
在扩散区域12X的第一扩散区域12A中设置有凹槽t。将在下文中详细说明凹槽t。在形成有扩散区域12X的情况下设置有凹槽t。第一电极11埋入在凹槽中。
载流子传输层13A例如设置为所有像素P共用。载流子传输层13A设置在非掺杂层12与光电转换层14之间。载流子传输层13A与它们接触。载流子传输层13A用于将在光电转换层14中产生的电荷(例如，空穴)传输到非掺杂层12中的高电场区域。载流子传输层13A例如包括具有n型杂质的化合物半导体。例如，能够将n型InP(磷化铟)用于载流子传输层13A。
例如，光电转换层14设置为所有像素P共用。光电转换层14设置在载流子传输层13A和载流子传输层13B之间。光电转换层14与它们接触。光电转换层14吸收具有预定波长的光以产生信号电荷。光电转换层14例如包括诸如i型III-V族半导体等化合物半导体材料。光电转换层14包括的化合物半导体材料的示例包括i型InGaAs(砷化铟镓)等。光电转换层14例如对具有在可见光区域至短红外光区域中的波长的光进行光电转换。
例如，载流子传输层13B设置为所有像素P共用。载流子传输层13B设置在光电转换层14与第二电极15之间。载流子传输层13B与它们接触。载流子传输层13B用于将在光电转换层14中产生的电荷(例如，电子)传输到第二电极15。载流子传输层13B例如包括具有n型杂质的化合物半导体。例如，可以将n型InP(磷化铟)用于载流子传输层13B。
作为各个像素P的共用电极的第二电极15例如设置在载流子传输层13B(光入射侧)上以与载流子传输层13B接触。第二电极15用于排出在光电转换层14(阴极)中产生的电荷中的未被用作信号电荷的电荷。例如，在从第一电极11读出空穴作为信号电荷的情况下，例如能够通过第二电极15排出电子。第二电极15例如包括能够透射诸如红外线等入射光的导电膜。例如，可以将ITO(氧化铟锡)、ITiO(In2O3-TiO2)等用于第二电极15。例如，可以以栅格形状设置第二电极15以分隔相邻的像素P。在这种情况下，可以使用具有低透光率的导电材料。
钝化膜16从光入射面S1侧覆盖第二电极15。钝化膜16可以具有防反射功能。例如，钝化膜16可以使用氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钽(Ta2O3)等。
元件基板10包括从元件区域R1起设置到***区域R2的导电膜15B。导电膜15B包括在OPB(光学黑)区域R1B中。导电膜15B在与元件区域R1的中间部分相对的区域中具有开口。换言之，OPB区域R1B被设置为围绕光接收区域。OPB区域R1B用于获得黑电平像素信号。钝化膜16在OPB区域R1B中具有开口16H。开口16H例如设置为围绕光接收区域的边框形状(图2)。在平面图中，开口16H例如可以是具有四边形形状或圆形形状的孔。钝化膜16的开口16H将导电膜15B电连接至第二电极15。元件基板10还包括绝缘膜17和埋入层18。绝缘膜17设置为覆盖半导体层10S的与配线层10W相反的表面以及端面(侧面)。埋入层18设置在整个元件区域R1和***区域R2上。埋入层18形成接合面S2。元件区域R1中的接合面S2和***区域R2中的接合面S2彼此齐平。
导电膜15B从OPB区域R1B设置到下述***区域R2中的开口H1。如上所述，导电膜15B在设置在OPB区域R1B中的钝化膜16的开口16H处与第二电极15接触。导电膜15B还通过开口H1与读出电路基板20的配线(下述配线22CB)接触。这将电压从读出电路基板20通过导电膜15B供给至第二电极15。导电膜15B用作到第二电极15的这种电压供给路径，并且还具有用作形成OPB区域R1B的遮光膜的功能。导电膜15B例如包括金属材料，该金属材料包括钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)、钼(Mo)、钽(Ta)或铜(Cu)。在导电膜15B上可以设置有钝化膜。
在载流子传输层13B的端部与第二电极15之间可以设置有粘接层B。如下所述，粘接层B用于形成光接收元件1。粘接层B用于将半导体层10S接合至临时基板(下述图3C中的临时基板33)。粘接层B例如包括二氧化硅(SiO2)等。粘接层B例如设置成比半导体层10S的端面更宽。粘接层B与半导体层10S一起覆盖有埋入层18。绝缘膜17设置在粘接层B和埋入层18之间。需要注意的是，粘接层B可以设置在***区域R2的较宽的区域上。例如，粘接层B可以从半导体层10S(元件区域R1)的边缘附近的区域延伸至开口H1与开口H2之间的空间。或者，粘接层B可以从半导体层10S(元件区域R1)的边缘附近的区域延伸至芯片端(芯片端E)。
绝缘膜17设置在非掺杂层12与埋入层18之间。绝缘膜17覆盖非掺杂层12、载流子传输层13A、光电转换层14和载流子传输层13B的端面以及第二电极15的端面。绝缘膜17在***区域R2中与钝化膜16接触。绝缘膜17例如包括诸如二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)等氧化物。绝缘膜17可以具有包括多个膜的堆叠结构。例如，绝缘膜17可以包括诸如硅的氮氧化物(SiON)、含碳的硅氧化物(SiOC)、氮化硅(SiN)和碳化硅(SiC)等基于硅(Si)的绝缘材料。绝缘膜17的厚度例如为几十纳米至几百纳米。
埋入层18用于在光接收元件1的制造步骤中填充临时基板(下述图3B中的临时基板33)与半导体层10S之间的高度差。在光接收元件1中，埋入层18的形成抑制了在制造步骤中由半导体层10S和临时基板33之间的高度差引起的缺陷的发生。
元件区域R1中的埋入层18设置在半导体层10S与配线层10W之间以覆盖第一电极11。***区域R2中的埋入层18设置在配线层10W与绝缘膜17之间以及在配线层10W和钝化膜16之间。例如，埋入层18的厚度大于或等于半导体层10S的厚度。这里，埋入层18被设置为包围半导体层10S，从而形成围绕半导体层10S的区域(***区域R2)。这使得在***区域R2中能够设置与读出电路基板20的接合面S2。
埋入层18的在接合面S2侧的表面被平坦化。在***区域R2中，在埋入层18的平坦化表面上设置有配线层10W。例如，埋入层18可以使用诸如氧化硅(SiOX)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)，含碳的氧化硅(SiOC)以及碳化硅(SiC)等无机绝缘材料。
***区域R2中的埋入层18设置有穿透埋入层18的开口H1和H2。除埋入层18外，这些开口H1和H2还穿透配线层10W以到达读出电路基板20。各个开口H1和H2具有例如四边形的平面形状。设置有多个各自的开口H1和H2以围绕元件区域R1(图2)。开口H1设置在比开口H2更靠近元件区域R1的位置处。开口H1的侧壁和底面覆盖有下述的导电膜15B。开口H1用于连接第二电极15(导电膜15B)与读出电路基板20的配线(下述配线22CB)。通过穿透钝化膜16、埋入层18和配线层10W来设置开口H1。
开口H2例如设置在比开口H1更靠近芯片端E的位置处。开口H2穿过钝化膜16、埋入层18和配线层10W到达读出电路基板20的焊盘电极(下述焊盘电极22P)。光接收元件1通过开口H2与外部电连接。开口H1和H2也不是必须要到达读出电路基板20。例如，开口H1和H2可以到达配线层10W的配线，并且该配线可以连接至读出电路基板20的配线22CB和焊盘22P。开口H1和H2可以穿过下述粘接层B延伸。
配线层10W设置在元件区域R1和***区域R2中，并且具有到读出电路基板20的接合面S2。在光接收元件1中，元件基板10的接合面S2设置在元件区域R1和***区域R2中。例如，元件区域R1中的接合面S2和***区域R2中的接合面S2彼此齐平。
配线层10W例如在层间绝缘膜19A和19B中包括接触电极19E和伪电极19ED。例如，层间绝缘膜19B布置在读出电路基板20侧，并且层间绝缘膜19A布置在非掺杂层12侧。这些层间绝缘膜19A和19B被堆叠设置。各个层间绝缘膜19A和19B例如包括无机绝缘材料。该无机绝缘材料的示例包括氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)等。各个层间绝缘膜19A和19B可以包括相同的无机绝缘材料。
接触电极19E例如设置在元件区域R1中。接触电极19E用于将第一电极11和读出电路基板20电连接，并且针对元件区域R1中的各个像素P设置。相邻的接触电极19E通过埋入层18以及层间绝缘膜19A和19B彼此电隔离。接触电极19E例如包括铜(Cu)焊盘，并且从接合面S2露出。伪电极19ED例如设置在***区域R2中。伪电极19ED连接至下述配线层20W的伪电极22ED。设置这些伪电极19ED和伪电极22ED使得能够提高***区域R2的强度。例如，在与接触电极19E相同的步骤中形成伪电极19ED。伪电极19ED例如包括铜(Cu)焊盘，并且从接合面S2露出。
从第一电极11和第二电极15分别读出在光电转换层14中产生的空穴和电子。为了高速执行该读出操作，优选地第一电极11与第二电极15之间的距离被设置为足以进行光电转换的距离，但是不能太长。换言之，减小元件基板10的厚度是优选的。例如，第一电极11与第二电极15之间的距离或元件基板10的厚度为10μm以下。此外，第一电极11与第二电极15之间的距离或元件基板10的厚度为7μm以下。更进一步，第一电极11与第二电极15之间的距离或元件基板10的厚度为5μm以下。
读出电路基板20是所谓的ROIC(读出集成电路)。读出电路基板20包括配线层20W、多层配线层22C和半导体基板21。配线层20W和多层配线层22C与元件基板10的接合面S2接触。半导体基板21与元件基板10相对，并且这些配线层20W和多层配线层22C***在它们之间。
读出电路基板20的半导体基板21与元件基板10相对，并且配线层20W和多层配线层22C***在它们之间。半导体基板21例如包括硅(Si)。在半导体基板21的表面(配线层20W侧的表面)附近设置有多个晶体管。例如，使用多个这些晶体管构成针对各个像素的读出电路(Read Out Circuit)。例如，配线层20W从元件基板10侧开始依次包括层间绝缘膜22A和层间绝缘膜22B，并且这些层间绝缘膜22A、22B是堆叠设置的。例如，在层间绝缘膜22A中设置有接触电极22E和伪电极22ED。多层配线层22C设置为与元件基板10相对，并且配线层20W***在它们之间。例如，在多层配线层22C中设置有焊盘电极22P和多条配线22CB。各个层间绝缘膜22A和22B例如包括无机绝缘材料。该无机绝缘材料的示例包括氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)等。
接触电极22E用于电连接第一电极11和配线22CB，并且针对元件区域Rl中的各个像素P设置。接触电极22E在元件基板10的接合面S2处与接触电极19E接触。相邻的接触电极22E通过层间绝缘膜22A彼此电隔离。
设置在***区域R2中的伪电极22ED在元件基板10的接合面S2处与伪电极19ED接触。例如，伪电极22ED在与形成接触电极22E相同的步骤中形成。接触电极22E和伪电极22ED均包括例如铜(Cu)焊盘，并且均从读出电路基板20的与元件基板10相对的表面露出。换言之，例如，在接触电极19E与接触电极22E之间以及在伪电极19ED与伪电极22ED之间建立有CuCu接合。这使得像素P更精细。
连接至接触电极19E的配线22CB连接至设置在半导体基板21的表面附近的晶体管。针对各个像素P连接第一电极11和读出电路。通过开口H1连接至导电膜15B的配线22CB例如被连接至预定电位。以这种方式，通过读出电路从第一电极11经过接触电极19E和22E读出在光电转换层14中产生的电荷中的一者(例如，空穴)。光电转换层14中产生的电荷的另一者(例如，电子)通过导电膜15B从第二电极15排出至预定电位。
设置在***区域R2中的焊盘电极22P用于建立与外部的电连接。光接收元件1在芯片端E附近设置有开口H2。开口H2经由元件基板10到达焊盘电极22P。通过开口H2建立与外部的电连接。例如，通过诸如引线接合或凸块(bump)等方法来建立连接。例如，可以经由读出电路基板20的配线22CB和导电膜15B从布置在开口H2中的外部端子将预定电位供给至第二电极15。作为光电转换层14的光电转换的结果，从第一电极11读出的信号电压可以通过接触电极19E和22E被半导体基板21的读出电路读出。信号电压可以经由该读出电路而被输出至布置在开口H2中的外部端子。例如，信号电压可以经由读出电路以及读出电路基板20中包含的其他电路而被输出至外部端子。其他电路例如包括信号处理电路、输出电路等。
优选地，读出电路基板20的厚度大于元件基板10的厚度。例如，优选地，读出电路基板20的厚度是元件基板10的厚度的两倍以上。更优选地，读出电路基板20的厚度是元件基板10的厚度的五倍以上。更优选地，读出电路基板20的厚度是元件基板10的厚度的十倍以上。或者，读出电路基板20的厚度例如为100μm以上，150μm以上，或200μm以上。具有如此大的厚度的读出电路基板20确保了光接收元件1的机械强度。需要注意的是，读出电路基板20可以仅包括形成电路的半导体基板21的一层，或者除形成电路的半导体基板21外，还可以包括诸如支撑基板等基板。
(1-2.光接收元件的制造方法)
例如，可以如下制造光接收元件1。图3A至图3S按步骤顺序示出了制造光接收元件1的步骤。
首先，如图3A所示，例如，在例如包括InP的生长基板31上按顺序外延生长包括n型InP的缓冲层32B、包括i型InGaAs的阻挡层32S、半导体层10S以及包括i型InGaAs的盖层15A。生长基板31的厚度例如是几百微米，并且半导体层10S的厚度例如是几微米。然后，在半导体层10S上形成粘接层B。生长基板31的内径(bore)例如为6英寸以下。例如，通过使包括在非掺杂层12中的i型InP、包括在载流子传输层13A中的n型InP、包括在光电转换层14中的i型InGaAs，以及包括在载流子传输层13B中的n型InP以此顺序外延生长来形成半导体层10S。
接下来，如图3B所示，将在其上形成有半导体层10S的生长基板31接合至临时基板33，并且粘接层B***在它们之间。临时基板33例如包括绝缘层(绝缘层33IA)和基板33S。绝缘层33IA例如配置在粘接层B与基板33S之间。将具有大于生长基板31的内径的基板用作临时基板33。例如，将硅(Si)基板用作基板33S。临时基板33的内径例如为8英寸至12英寸。将具有小内径的生长基板31接合至具有大内径的临时基板33，使得在形成元件基板10的情况下能够使用用于具有大内径的基板的各种装置。这使得例如可以使用CuCu接合作为在读出电路基板20和元件基板10之间的接合，并且使得像素P更精细。可以通过等离子体激活接合、常温接合、用粘合剂接合(粘合剂结合)等将生长基板31接合至临时基板33。以这种方式，例如，将晶片状半导体层10S接合至临时基板33。临时基板33的厚度例如为几百微米。
接着，如图3C所示，去除包括缓冲层32B和阻挡层32S的生长基板31。可以通过机械研磨、CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械抛光)、湿蚀刻、干蚀刻等去除生长基板31。然后，可以留下生长基板31的一部分不去除。此外，可以蚀刻半导体层10S的一部分。
接下来，如图3D所示，例如，根据临时基板33的标记将半导体层10S蚀刻至预定尺寸。这形成了处于多个芯片状态的半导体层10S。
接着，如图3E至图3J所示，针对各个像素P在半导体层10S上形成扩散区域12X。需要注意的是，图3E至图3J中的各者是一个像素P的放大图。
首先，如图3E所示，例如在半导体层10S上依次形成SiO2膜35和SiN膜36作为硬掩模。接下来，在SiN膜36上形成光致抗蚀剂37，并且形成延伸穿过光致抗蚀剂37和SiN膜36的开口h1。接着，如图3F所示，通过湿蚀刻或干蚀刻等去除光致抗蚀剂37，并且形成延伸穿过SiO2膜35的开口h2。需要注意的是，硬掩模不限于上述的SiO2膜/SiN膜的层叠膜。例如，掩模硬可以是SiO2膜或SiN膜的单层膜。
接下来，如图3G所示，扩散p型杂质(例如，锌(Zn))以形成扩散区域12A1。通过在200℃至600℃的条件下使用例如二乙基锌(DEZ)气体或二甲基锌(DMZ)气体作为气相扩散来扩散杂质。优选地，扩散深度在距离上比载流子传输层13B的膜厚度短10至100nm。从非掺杂层12的表面12S基本上各向同性地扩散杂质，以形成基本上半球形的扩散区域12A1。接着，如图3H所示，在开口h2中和在SiN膜36上形成侧壁38，然后在开口h2中形成开口h3。侧壁38例如包括氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽(Ta2O5)、SiC、SiCO等。开口h3延伸到扩散区域12A1中。开口h3对应于上述凹槽t。在形成开口h3后，进行退火处理。如图3I所示，这使得p型杂质在扩散区域12A1周围扩散，并且形成杂质浓度比扩散区域12A1的杂质浓度低并且具有与扩散区域12A1一样的基本上半球形形状的第二扩散区域12B。接下来，通过开口h3再次对p型杂质进行气相扩散，以形成与第一扩散区域12A的凸部C相对应的扩散区域12A2。优选地，扩散深度在距离上例如比第一Zn扩散的距离短5nm以上。基本上各向同性地扩散p型杂质。第一扩散的距离与第二扩散的距离之间的比例(第一/第二)例如小于1。可以根据开口h3的挖掘深度调整在第二扩散后确定的目标距离。这形成了具有包括拐点X的扩散形状的第一扩散区域12A。
接着，如图3K所示，在去除SiO2膜35和SiN膜36后，通过使用例如四乙氧基硅烷(TEOS)在半导体层10S的周围形成绝缘膜17。需要注意的是，不必一定去除SiO2膜35和SiN膜36。它们可以用作绝缘膜17。接下来，如图3L所示，在半导体层10S上形成第一电极11。此外，在整个临时基板33上形成埋入层18。例如，通过用CVD(化学气相沉积)方法、PVD(物理气相沉积)方法、ALD(原子层沉积)方法、蒸发方法等在设置于绝缘膜17中的开口中形成钛(Ti)/钨(W)的层叠膜，然后通过使用光刻和蚀刻将该层叠膜图案化来形成第一电极11。例如，通过如下方式形成埋入层18：在临时基板33的整个表面上形成绝缘材料的膜以埋入半导体层10S，然后通过CMP(化学机械抛光)使其平坦化。由此形成了覆盖半导体层10S的周围的区域(***区域R2)和半导体层10S的上表面(最远离临时基板33的表面)的埋入层18。
如图3M所示，在形成埋入层18后，形成与半导体层10S相对的配线层10W，并且在半导体层10S与配线层10W之间***有埋入层18。例如，在埋入层18上依次形成层间绝缘膜19A和层间绝缘膜19B。然后，在层间绝缘膜19A和19B的与第一电极11相对的区域中形成开口。在层间绝缘膜19A和层间绝缘膜19B的该开口中，通过蒸发法、PVD法、镀敷法等形成铜(Cu)膜。然后，通过使用例如CMP方法研磨铜膜的表面。由此形成了接触电极19E。例如，在与形成接触电极19E相同的步骤中，在***区域R2中形成伪电极19ED(图1)。
在形成配线层10W后，如图3N所示，将读出电路基板20接合至临时基板33，并且配线层10W位于读出电路基板20与临时基板33之间。在这种情况下，在读出电路基板20中预先形成配线层20W。读出电路基板20的配线层20W包括接触电极22E和伪电极22ED。例如，在读出电路基板20接合至临时基板33的情况下，通过CuCu接合将配线层20W的接触电极22E和伪电极22ED与配线层10W的接触电极19E和伪电极19ED接合。更具体地，在元件区域R1中形成接触电极19E和接触电极22E接合的接合面S2。在***区域R2中形成伪电极19ED和伪电极22ED接合的接合面S2。这里，元件基板10的***区域R2也与读出电路基板20接合。
在将读出电路基板20接合至临时基板33后，如图3O所示，移除临时基板33。可以通过使用例如机械研磨、湿蚀刻或干蚀刻等来去除临时基板33。
在去除了临时基板33后，如图3P所示，也去除粘接层B等以露出半导体层10S的表面。然后可以去除半导体层10S的不需要的层。此外，在半导体层10S的开口以外的区域中可以保留绝缘层33IA的一部分或绝缘膜17的一部分不被去除，或者埋入层18可以被挖掘一半。
接着，如图3Q所示，在通过去除临时基板33而露出的半导体层10S的表面(与设置有配线层10W的表面相反的表面)上依次形成第二电极15和钝化膜16。然后，如图3R所示，形成开口H1和导电膜15B。这使得第二电极15与读出电路基板20电连接。
最后，如图3S所示，形成开口H2。开口H2通过元件基板10到达读出电路基板20的焊盘电极22P。由此完成了图1所示的光接收元件1。
(1-3.光接收元件的操作)
在光(例如，具有在可见光区域和红外光区域中的波长的光)通过光接收元件1中的钝化膜16、第二电极15和载流子传输层13B进入光电转换层14的情况下，该光被光电转换层14吸收。这在光电转换层14中产生成对的空穴(hole)和电子(进行光电转换)。例如，在随后向第一电极11施加预定电压的情况下，耗尽层在第一扩散区域12A中的凸部C和包括n型InP的载流子传输层13A之间延伸，并且形成了高电场区域。在高电场区域中，载流子雪崩倍增。作为在高电场区域中产生的载流子(电荷)中的一种电荷(例如，空穴)移动至非掺杂层12中的扩散区域12X作为信号电荷，并且从扩散区域12X被收集到第一电极11。该信号电荷通过接触电极19E和22E移动至半导体基板21，并且针对各个像素P被读出。
(1-4.作用和效果)
在根据本实施方案的光接收元件1中，与第一电极11接触的半导体层10S(具体地，非掺杂层12)的表面设置有杂质浓度逐渐变化的扩散区域12X。例如，这缓和了横向方向上的电场。下面将对此进行说明。
在诸如雪崩光电二极管(APD)或PN光电二极管等半导体装置中，从锌(Zn)扩散电极读出载流子。上述半导体装置在半导体层的深度方向和横向方向上具有均匀的锌分布。APD存在由在锌扩散区域的侧壁部处产生的APD导致的灵敏度降低的问题。此外，PN光电二极管具有在强电场中产生暗电流的问题。
相比之下，在根据本实施方案的光接收元件1中，半导体层10S(具体地，非掺杂层12)的与第一电极11接触的表面设置有杂质浓度逐渐变化的扩散区域12X。扩散区域12X具有例如第一扩散区域12A和杂质浓度比第一扩散区域12A的杂质浓度低的第二扩散区域12B。扩散区域12X具有第二扩散区域12B设置在第一扩散区域12A的周围的构造。例如，这使得能够缓和在横向方向上的电场。
此外，在本实施方案中，第一扩散区域12A具有包括拐点X的扩散形状。第一扩散区域12A包括在半导体层10S的堆叠方向(例如，Z轴方向)上的凸部C。凸部C穿透第二扩散区域12B。这使得能够将电场集中在凸部C上。
如上所述，在根据本实施方案的光接收元件1中，抑制了导致灵敏度降低和引起噪声的暗电流的产生。
此外，在本实施方案中，在p型杂质的第一次扩散后，在扩散区域12X中形成沟槽t，然后，再次扩散p型杂质。这减小了扩散区域12X在XY平面方向上的宽度。这能够使像素尺寸减小。
此外，在本实施方案中，第一电极11的一部分埋入并且设置在非掺杂层12中。这增加了非掺杂层12与第一电极11之间的接触面积并且减少了接触电阻。这使得传输效率得以提高。
下面将说明第二实施方案，但是在下面说明中，与上述第一实施方案的组件相同的组件由相同的附图标记表示，并且在适当的情况下省略其说明。
<2.第二实施方案>
图4示意性示出了根据本发明第二实施方案的光接收元件(光接收元件2)的横截面构造。图5示意性示出了图4所示的光接收元件2的平面构造。需要注意的是，图4示出了沿着图5所示的II-II′线截取的横截面构造。例如，光接收元件2应用于包括诸如III-V族半导体等化合物半导体材料的红外传感器等。光接收元件2是具有例如针对具有在可见光区域(例如，380nm以上且小于780nm)至短红外光区域(例如，780nm以上且小于2400nm)内的波长的光的光电转换功能的PN光电二极管。
(2-1.光接收元件的构造)
例如，光接收元件2具有在中间部分的元件区域R1和设置在元件区域R1外部并且围绕元件区域R1的***区域R2(图5)。光接收元件2具有与上述第一实施方案的光接收元件1相同的将元件基板40和读出电路基板20堆叠的层叠结构。元件基板40具有光入射面(光入射面S3)和与光入射面S3相反且接合至读出电路基板20的接合面(接合面S4)。元件基板40从靠近读出电路基板20的位置开始依次包括配线层10W、第一电极41、第一接触层42、光电转换层43和第二接触层44以及第二电极45。例如，在多个像素P共用的半导体层40S中包括第一接触层42、光电转换层43和第二接触层44。在第一接触层42的表面42S2上针对各个像素设置扩散区域42X。杂质在扩散区域42X中扩散。在根据本实施方案的光接收元件2中，扩散区域42X包括第一扩散区域42A和具有比第一扩散区域42A的杂质浓度更低的杂质浓度的第二扩散区域42B。扩散区域42X具有其中在第一扩散区域42A的周围设置有第二扩散区域42B的配置。第一扩散区域42A对应于根据本发明的“第一杂质扩散区域”的具体示例，并且第二扩散区域42B对应于根据本发明的“第二杂质扩散区域”的具体示例。
在光接收元件2中，光从元件基板40的光入射面S3穿过钝化膜16、第二电极45和第二接触层44进入光电转换层43。在光电转换层43中被光电转换的信号电荷移动经过第一电极41和配线层10W，并且被读出电路基板20读出。下面说明各部分的构造。
第一电极41是被供给有用于读出在第一接触层42中产生的信号电荷(空穴或电子，但为了方便起见，以下假定信号电荷是空穴进行说明)的电压的电极(阳极)。第一电极41是针对元件区域R1中的各个像素P设置的。第一电极41大于绝缘膜17的开口，并且第一电极41的一部分设置在埋入层18中。此外，第一电极41的一部分与上述第一电极11一样向第一接触层42侧突出。换言之，第一电极41的上表面(半导体层40S侧的表面)与扩散区域42X接触，并且其一部分形成在第一接触层42中。第一电极41的下表面和侧表面与埋入层18接触。相邻的第一电极41被绝缘膜17和埋入层18彼此电隔离。
第一电极41例如包括钛(Ti)、钨(W)、氮化钛(TiN)、铂(Pt)、金(Au)、锗(Ge)、钯(Pd)、锌(Zn)、镍(Ni)和铝(Al)中的任意单体或者包括这些元素中的至少一者的合金。第一电极41可以是包括这种材料的单个膜，或者可以是通过组合它们中的两个以上而获得的层叠膜。例如，第一电极41包括钛和钨的层叠膜(Ti/W)。第一电极41的厚度例如为几十纳米至几百纳米。
半导体层40S例如包括从第一电极41侧起的第一接触层42、光电转换层43和第二接触层44。第一接触层42、光电转换层43和第二接触层44具有相同的平面形状，并且各自的端面布置在平面图的相同位置处。
例如，第一接触层42设置为所有像素P共用，并且布置在绝缘膜17和光电转换层43之间。第一接触层42用于将相邻的像素P彼此电隔离，并且第一接触层42例如设置有多个扩散区域42X。对于第一接触层42，使用带隙大于光电转换层43中包括的化合物半导体材料的带隙的化合物半导体材料，这使得能够抑制暗电流。例如，可以将n型InP(磷化铟)用于第一接触层42。
彼此分开地布置设置至第一接触层42的扩散区域42X。具体地，针对各个像素P布置扩散区域42X，并且将第一电极41连接至各扩散区域42X。扩散区域42X用于针对各个像素P读出在光电转换层43中产生的信号电荷。扩散区域42X例如包括p型杂质。p型杂质的示例包括锌(Zn)和镁(Mg)等。以这种方式，在扩散区域42X与除了扩散区域42X以为的第一接触层42之间形成了pn接合界面。相邻像素P被彼此电隔离。
在本实施方案中，扩散区域42X具有杂质浓度逐渐变化的构造。具体地，例如，扩散区域42X包括第一扩散区域42A和杂质浓度比第一扩散区域42A的杂质浓度更低的第二扩散区域42B。第二扩散区域42B设置在第一扩散区域42A的周围。第一扩散区域42A具有例如2E18cm-3以上且8E18cm-3以下的杂质浓度。第二扩散区域42B具有例如1E17cm-3以上且2E18cm-3以下的杂质浓度。
图6示出了在用作参考示例并且具有杂质均匀地分布的扩散区域420A的光接收元件中的扩散区域420X和扩散区域420X附近区域的横截面构造(B)和场强变化(A)。图7示出了在根据本发明的光接收元件2中的扩散区域42X和扩散区域42X附近区域的横截面构造(B)和场强变化(A)。根据本实施方案的光接收元件2在第一扩散区域42A周围具有第二扩散区域42B。第二扩散区域42B具有比第一扩散区域42A低的杂质浓度。因此，扩散区域42X和扩散区域42X附近区域中的场强变化不如用作参考示例的光接收元件(图6)的场强变化急剧。
此外，第一扩散区域42A具有包含拐点X的扩散形状。例如，优选地，第一扩散区域42A包括在半导体层40S中包含的各个层42、43和44的堆叠方向(例如，Z轴方向)上的凸部C。凸部C穿透第二扩散区域42B。换言之，扩散区域42X形成水平方向(XY平面方向)上的渐变的杂质浓度梯度和纵向方向(Z轴方向)上的急剧的杂质浓度梯度。在第一接触层42的表面上导致暗电流的缺陷占主导。相比之下，第一扩散区域42A如上所述地成形。这使得电场集中在凸部C上，并且缓和了扩散区域42X中在横向方向上的电场。因而降低了通过第一接触层42的表面上的缺陷产生暗电流的可能性。
此外，优选地，扩散区域42X的一部分设置成在光电转换层43的厚度方向的一部分上突出。换言之，期望第一扩散区域42A的凸部C的尖端位于光电转换层43中。在晶体内，来自形成于InGaAs层中的耗尽层的暗电流占主导地位，InGaAs层具有距杂质(例如，Zn)扩散区域的小带隙。相比之下，在本实施方案中，凸部C设置在第一扩散区域42A中，并且其尖端在光电转换层43中。这使得杂质扩散区域(第一扩散区域42A)和InGaAs层(光电转换层43)具有最小的接触部分。进一步降低了产生暗电流的可能性。
与上述根据第一实施方案的扩散区域12X一样，扩散区域42X在第一扩散区域42A中设置有凹槽t。第一电极41埋入并设置在凹槽t中。
例如，光电转换层43设置为所有像素P共用。光电转换层43设置在第一接触层42和第二接触层44之间，并且与它们接触。光电转换层43吸收具有预定波长的光以产生信号电荷。光电转换层43例如包括诸如i型III-V族半导体等化合物半导体材料。光电转换层43包括的化合物半导体材料的示例包括：InGaAs(砷化铟镓)、InAsSb(砷化铟锑)、InAs(砷化铟)、InSb(铟锑)、HgCdTe(碲镉汞)等。光电转换层43可以包括Ge(锗)。光电转换层43例如对具有在可见光区域至短红外光区域中的波长的光进行光电转换。
例如，第二接触层44设置为所有像素P共用。第二接触层44设置在光电转换层43与第二电极45之间。第二接触层44与它们接触。第二接触层44是从第二电极45排出的电荷移动经过的区域。第二接触层44例如包括具有n型杂质的化合物半导体。例如，可以将n型InP(磷化铟)用于第二接触层44。
第二电极45作为各个像素P共用的电极例如设置在第二接触层44(光入射侧)上，以与第二接触层44接触。第二电极45用于排出在光电转换层43中产生的电荷中未被用作信号电荷的电荷(阴极)。例如，在从第一电极41读出空穴作为信号电荷的情况下，例如，可以通过第二电极45排出电子。第二电极45例如包括能够透射诸如红外线等入射光的导电膜。例如，可以将ITO、ITiO(In2O3-TiO2)等用于第二电极45。例如，可以以栅格形状设置第二电极45以分隔相邻的像素P。在这种情况下，可以使用透光率低的导电材料。
(2-1.光接收元件的制造方法)
例如，可以如下制造光接收元件2。图8A至图8K按步骤顺序示出了制造光接收元件1的步骤。
首先，如图8A所示，例如，在包括例如InP的生长基板51上按顺序外延生长包括n型InP的缓冲层52B、包括i型InGaAs的阻挡层52S、半导体层40S以及包括i型InGaAs的盖层45A。生长基板51的厚度例如是几百微米，并且半导体层40S的厚度例如是几微米。然后，在半导体层40S上形成粘接层B。生长基板51的内径例如为6英寸以下。例如，通过使第一接触层42中包含的n型InP、光电转换层43中包含的n型InGaAs和第二接触层44中包含的n型InP以此顺序外延生长来形成半导体层40S。
接下来，如图8B所示，将在其上形成有半导体层40S的生长基板51接合至临时基板53，并且粘接层B位于它们之间。临时基板53例如包括绝缘层(绝缘层53IA)和基板53S。绝缘层53IA例如布置在粘接层B与基板53S之间。将具有大于生长基板51的内径的基板用作临时基板53。例如，将硅(Si)基板用作基板53S。临时基板53的内径例如为8英寸至12英寸。将具有小内径的生长基板51接合至具有大内径的临时基板53，使得在形成元件基板40的情况下能够使用各种用于具有大孔径的基板的装置。这使得例如可以使用CuCu接合作为在读出电路基板20和元件基板40之间的接合，并且使得像素P更精细。可以通过等离子体激活接合、常温结合或用粘合剂接合(粘合剂结合)等将生长基板51接合至临时基板53。以这种方式，例如，将晶片状半导体层40S接合至临时基板53。临时基板53的厚度例如为几百微米。
接着，如图8C所示，去除包括缓冲层52B和阻挡层52S的生长基板51。可以通过机械研磨、CMP、湿蚀刻或干蚀刻等去除生长基板51。生长基板51的一部分也可以留下不被去除。此外，可以蚀刻半导体层40S的一部分。
接下来，如图8D所示，例如，根据临时基板53的标记将半导体层40S蚀刻至预定尺寸。这形成了处于多个芯片状态的半导体层40S。
接着，如图8E至图8J所示，针对各个像素P在半导体层40S上形成扩散区域42X。需要注意的是，图8E至图8J中的各者是一个像素P的放大图。
首先，如图8E所示，在半导体层40S上依次形成SiO2膜35和SiN膜36作为硬掩模。接下来，在SiN膜36上形成光致抗蚀剂37，并且形成延伸穿过光致抗蚀剂37和SiN膜36的开口h4。接着，如图8F所示，通过湿蚀刻或干蚀刻等去除光致抗蚀剂37，并且形成延伸穿过SiO2膜35的开口h5。需要注意的是，硬掩模不限于如上述第一实施方案中那样的上述SiO2膜/SiN膜的层叠膜。例如，硬掩模可以是SiO2膜或SiN膜的单层膜。
接下来，如图8G所示，扩散p型杂质(例如，锌(Zn))以形成扩散区域42A1。通过在200℃至600℃的条件下使用例如二乙基锌(DEZ)气体或二甲基锌(DMZ)气体作为气相扩散来扩散杂质。相对于第一接触层42的膜厚(例如300nm)，扩散深度优选地例如为100nm至300nm。从第一接触层的表面42S基本上各向同性地扩散杂质，以形成基本上半球形的扩散区域42A1。接着，如图8H所示，在开口h5中和在SiN膜36上形成侧壁38，然后在开口h5中形成开口h6。侧壁38例如包括氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽(Ta2O5)、SiC或SiCO等。开口h6延伸到扩散区域42A1中。开口h6对应于上述凹槽t。在形成开口h6后，进行退火处理。如图8I所示，这使得p型杂质在扩散区域42A1周围扩散，并且形成杂质浓度比扩散区域42A1的杂质浓度低且具有和扩散区域42A1一样的基本上半球形形状的第二扩散区域42B。接下来，通过开口h6再次对p型杂质进行气相扩散，以形成与第一扩散区域42A的凸部C相对应的扩散区域42A2。优选地，扩散深度在距离上例如比第一Zn扩散的距离短5nm以上。基本上各向同性地扩散p型杂质。第一扩散的距离与第二扩散的距离之间的比例(第一/第二)例如小于1。可以根据开口h6的挖掘深度来调整在第二扩散后确定的目标距离。这形成具有包含拐点X的扩散形状的第一扩散区域42A。
接着，如图8K所示，通过使用例如氧化硅(SiO2)在半导体层40S的周围形成绝缘膜17。需要注意的是，不必像上述第一实施方案中那样一定要去除SiO2膜35和SiN膜36。它们可以用作绝缘膜17。然后，通过类似于上述第一实施方案的那些步骤来完成图4所示的光接收元件2。
(2-3.光接收元件的操作)
在光(例如，具有在可见光区域和红外光区域中的波长的光)通过光接收元件2的钝化膜16、第二电极45和第二接触层44进入光电转换层43的情况下，该光被光电转换层43吸收。这在光电转换层43中产生成对的空穴(holes)和电子(进行光电转换)。例如，在随后向第一电极41施加预定电压的情况下，在光电转换层43中出现电位梯度。所产生的电荷中的一者(例如，空穴)作为信号电荷移动至扩散区域42X，并且从扩散区域42X被收集至第一电极41。该信号电荷通过接触电极19E和22E移动至半导体基板21，并且针对各个像素P被读出。
(2-4.作用和效果)
在根据本实施方案的光接收元件2中，与第一电极41接触的半导体层40S(具体地，第一接触层42)的表面设置有杂质浓度逐渐变化的扩散区域42X。例如，扩散区域42X包括第一扩散区域42A和杂质浓度比第一扩散区域42A的杂质浓度更低的第二扩散区域42B。扩散区域42X具有其中第二扩散区域42B设置在第一扩散区域42A的周围的构造。例如，这缓和了横向方向上的电场。
此外，在本实施方案中，第一扩散区域42A具有包含拐点X的扩散形状。第一扩散区域42A包括在半导体层40S的堆叠方向(例如，Z轴方向)上的凸部C。凸部C穿透第二扩散区域42B。这使得能够将电场集中在凸部C上。
如上所述，在根据本实施方案的光接收元件2中，能够如上述第一实施方案中那样地抑制导致噪声的暗电流的产生。
此外，在本实施方案中，在p型杂质的第一次扩散后在扩散区域42X中形成槽t，然后，再次扩散p型杂质。这减小了扩散区域42X在XY平面方向上的宽度。这使得能够减小像素尺寸。
此外，在本实施方案中，第一电极41埋入并且设置在凹槽t中。这增加了第一接触层42与第一电极41之间的接触面积并且减小了接触电阻。这使得传输效率得以提高。
<3.应用实例>
(应用例1)
例如，将在上述实施方案等中说明的光接收元件1(或光接收元件2)应用于摄像装置。该摄像装置例如是红外图像传感器。
(应用示例2)
上述光接收元件1和2中的各者例如可应用于诸如相机等能够在红外光区域中拍摄图像的各种类型的电子设备(摄像装置)。图9示出了作为其示例的电子设备3的示意性构造。电子设备3例如是能够拍摄静止图像或运动图像的相机。例如，电子设备3包括例如包括光接收元件1的摄像装置4、光学***(光学透镜)310、快门装置311、驱动器313和信号处理器312。驱动器313驱动摄像装置4和快门装置311。
光学***310将来自被摄体的图像光(入射光)引导至摄像装置4。光学***310可以包括多个光学透镜。快门装置311控制摄像装置4被光照射的时间段和被遮光的时间段。驱动器313控制摄像装置4的传输操作和快门装置311的快门操作。信号处理器312对从摄像装置4输出的信号进行各种类型的信号处理。经过信号处理的图像信号Dout被存储在诸如存储器等存储介质中或被输出到监视器等。
此外，在本实施方案等中说明的光接收元件1或2也可以应用于以下的电子设备(胶囊型内窥镜以及诸如车辆等移动体)。
<4.实际应用示例>
(实际应用示例1.内窥镜手术***)
根据本发明的技术可以应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以应用于内窥镜手术***。
图10是示出了可以应用根据本发明的实施例的技术(本技术)的内窥镜手术***的示意性构造的示例的视图。
在图10中，示出了外科大夫(医生)11131正在使用内窥镜手术***11000为在病床11133上的患者11132执行手术的状态。如图所示，内窥镜手术***11000包括内窥镜11100、其它手术工具11110(例如气腹管11111和能量装置11112)、支撑臂装置11120(在其上支撑内窥镜11100)和推车11200，用于内窥镜手术的各种装置装载在推车11200上。
内窥镜11100包括镜筒11101和连接至镜筒11101的近端的摄像头11102，镜筒11101具有从其远端起预定长度的用于***患者11132的体腔的区域。在所说明的示例中，内窥镜11100被说明为包括作为具有硬型的镜筒11101的刚性内窥镜。然而，内窥镜11100也可以是包括作为具有柔性的镜筒11101的柔性内窥镜。
镜筒11101在其远端具有安装物镜的开口部。光源装置11203连接至内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导而被引导至镜筒的远端并且通过物镜向患者11132体腔中的观察目标照射。需要注意的是，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
在摄像头11102的内部设置有光学***和摄像元件，使得来自观察目标的反射光(观察光)被光学***聚集在摄像元件上。摄像元件对观察光进行光电转换，以产生与观察光相对应的电信号，即与观察图像相对应的图像信号。图像信号被作为原始数据传输到CCU(相机控制单元)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且集中地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。另外，CCU 11201从摄像头11102接收图像信号，并且针对图像信号执行用于基于图像信号显示图像的各种图像处理，例如显影处理(去马赛克处理)。
显示装置11202在CCU 11201的控制下显示基于已由CCU 11201进行了图像处理的图像信号的图像。
光源装置11203包括诸如例如发光二极管(LED)等光源，并且在对手术区域等进行成像时向内窥镜11100提供照射光。
输入装置11204是用于内窥镜手术***11000的输入接口。使用者可以通过输入装置11204执行输入到内窥镜手术***11000的各种类型的信息或指令的输入。例如，使用者将通过内窥镜11100输入指令等来改变图像拍摄条件(照射光的类型、放大率或焦距等)。
治疗工具控制装置11205控制用于烧灼或切开组织、密封血管等的能量装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体送入患者11132的体腔内以便对体腔充气，以确保内窥镜11100的视野并且确保外科大夫的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以各种形式(例如文本、图像或图形)打印与手术有关的各种类型的信息的装置。
需要注意的是，将手术区域要被成像时的照射光提供至内窥镜11100的光源装置11203可以包括诸如包含LED、激光光源或者它们的组合的白光源。在白光源包括红、绿、蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，因为可以高精度地控制各种颜色(各个波长)的输出强度和输出时机，所以可以由光源装置11203执行拍摄图像的白平衡调整。另外，在这种情况下，如果来自各个RGB激光光源的激光束分时地照射到观察目标上，并且与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够分时地拍摄对应于R、G和B各颜色的图像。根据此方法，即使没有为摄像元件提供滤色器，也能够获得彩色图像。
另外，可以控制光源装置11203，使得要输出的光的强度在每个预定时间改变。通过与光强度的改变的时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动从而分时地获取图像并且合成所述图像，能够创建没有曝光不足阴影和过曝高光的高动态范围的图像。
另外，光源装置11203可以被构造用于提供能够用于特殊光观察的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，通过利用人体组织中光吸收的波长依赖性照射与普通观察的照射光(即白光)相比更窄波段的光，进行以高对比度对预定组织(例如粘膜的表面的血管等)成像的窄带光观察。或者，在特殊光观察中，可以执行用于由通过激发光照射产生的荧光而获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射到身体组织上来观察来自身体组织的荧光(自体荧光观察)或者通过局部注射试剂(诸如吲哚菁绿(ICG))并且将与试剂的荧光波长对应的激发光照射到人体组织上获得荧光图像。光源装置11203可以被构造为提供适于上述的特殊光观察的窄带光和/或激发光。
图11是示出了图10中说明的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、成像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400彼此连接以进行通信。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接位置处的光学***。从镜筒11101的远端摄取的观察光被引导到摄像头11102并且被引入到透镜单元11401中。透镜单元11401包括包含变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。
成像单元11402包含的摄像元件的数量可以是一个(单板型)或者是多个(多板型)。例如，在成像单元11402被配置为多板型的成像单元的情况下，通过摄像元件生成与R、G和B的各者相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。成像单元11402还可以被构造为具有用于分别获取用于右眼的图像信号和用于左眼的图像信号的一对摄像元件，从而用于三维(3D)显示。如果执行3D显示，则外科大夫11131能够更准确地理解手术区域中活体组织的深度。应当注意的是，在成像单元11402被构造为立体型的成像单元的情况下，与各个摄像元件相对应地设置有透镜单元11401的多个***。
此外，摄像单元11402不是必须设置在摄像头11102上。例如，可以在镜筒11101内部紧挨着物镜后面设置摄像单元11402。
驱动单元11403包含致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，沿光轴以预定距离移动透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜。因此，能够适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404包括用于发送各种类型的信息到CCU 11201和接收来自CCU 11201的各种类型信息的通信装置。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据发送到CCU 11201。
另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。控制信息包括诸如与摄像条件相关的信息，例如指定拍摄图像的帧率的信息、指定拍摄图像时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大倍数和焦点的信息。
应当注意的是，诸如帧率、曝光值、放大倍数或焦点等的图像拍摄条件可以由用户指定或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获得的图像信号自动设置。在后一种情况下，内窥镜11100包括了自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收到的来自CCU 11201的控制信号控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411包含用于发送各种类型的信息到摄像头11102和接收来自摄像头11102的各种类型的信息的通信装置。通过传输电缆11400，通信单元11411接收从摄像头11102向其发送的图像信号。
此外，通信单元11411向摄像头11102发送用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。图像信号和控制信号可以通过电通信、光通信等传输。
图像处理单元11412对从摄像头11102向其发送的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。
控制单元11413执行与由内窥镜11100对手术区域等的摄像和通过对手术区域等的摄像而获得的拍摄图像的显示相关的各种类型的控制。例如，控制单元11413创建用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行了图像处理的图像信号控制显示装置11202显示对手术区域等成像的被摄图像。因此，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别所拍摄图像中的各种对象。例如，控制单元11413可以通过检测包含在拍摄图像中的对象的边缘的形状、颜色等来识别例如镊子等手术工具、特定的活体区域、出血、当使用能量装置11112时的雾等等。当控制单元11413控制显示装置11202显示拍摄的图像时，控制单元11413可以使用识别的结果使得以与手术区域的图像交叠的方式显示各种类型的手术支持信息。当以交叠的方式显示手术支持信息并且呈现给外科大夫11131时，能够减轻外科大夫11131的负担，并且外科医生11131可以确信地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆11400是能够用于电信号通信的电信号电缆、能够用于光通信的光纤或者能够用于电通信和光通信的复合线缆。
这里，虽然在所说明的示例中，通过使用传输电缆11400的有线通信来执行通信，但是也可以通过无线通信来执行摄像头11102和CCU 11201之间的通信。
上文已经给出了可以应用根据本发明的技术的内窥镜手术***的示例的说明。根据本发明的技术可以应用于上述组件中的摄像单元11402。将根据本发明的技术应用于摄像单元11402使得能够获得手术区域的更清晰的图像。这使得外壳医生能够确定的检查手术区域。
需要注意的是，这里将内窥镜手术***作为示例进行了说明，但是根据本发明的技术例如可以额外地应用于例如显微手术***等。
(实际应用示例2.移动体>
根据本发明的技术可以应用到各种产品。例如，根据本发明的实施例的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶或机器人等任意类型的移动体上的装置。
图12是示出了作为可以应用根据本发明的实施例的技术的移动体控制***的示例的车辆控制***的示意性构造的示例的框图。
车辆控制***12000包含通过通信网络12001彼此连接的多个电控制单元。在图12说明的例子中，车辆控制***12000包括驱动***控制单元12010、车身***控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，示出了作为集成控制单元12050的功能构造的微型计算机12051、声音图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动***控制单元12010根据各种类型的程序控制与车辆的驱动***相关的装置的操作。例如，驱动***控制单元12010用作如下装置的控制装置：诸如内燃机、驱动马达等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置、将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、调整车辆转向角的转向机构、产生车辆制动力的制动装置等。
车身***控制单元12020根据各种类型的程序控制设置在车身上的各种类型的装置的操作。例如，车身***控制单元12020用作无钥匙进入***、智能钥匙***、电动车窗装置或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，可以向车身***控制单元12020输入从替代钥匙的移动装置发送的无线电波或者各种开关的信号。车身***控制单元12020接收这些无线电波或者信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置或车灯等。
车外信息检测单元12030检测关于包含车辆控制***12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接至摄像部12031。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像成像，并且接收成像后的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等的对象的处理，或者检测距上述对象的距离的处理。
摄像部12031是接收光线并且输出与接收到光的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像部12031可以将电信号作为图像输出，或者可以将电信号作为关于测量的距离的信息输出。此外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆的内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括拍摄驾驶员的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或者驾驶员的集中程度，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或者制动装置的控制目标值，并且向驾驶***控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助***(ADAS)的功能的协同控制，ADAS功能包括用于车辆的碰撞避免或冲击减缓、基于跟车距离的跟随驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。
此外，通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的关于车辆外部或内部的信息控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，微型计算机12051能够执行旨在实现自动驾驶等的协同控制，所述自动驾驶使得车辆能够在不依赖驾驶员的操作的情况下自主的行驶。
此外，基于由车外信息检测单元12030获取的关于车辆外部的信息，微型计算机12051能够向车身***控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051能够例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或迎面而来的车辆的位置，通过控制前照灯以从远光变为近光来执行旨在防止眩光的协同控制。
声音图像输出部12052将声音或者图像中的至少一者的输出信号发送到能够在视觉或者听觉上通知车辆的乘客或车辆外部的输出装置。在图12的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出装置。显示部12062例如可以包括车载显示器和抬头显示器中的至少一者。
图13是说明摄像部12031的安装位置的示例的示意图。
在图13中，摄像部12031包括摄像部12101、摄像部12102、摄像部12103、摄像部12104和摄像部12105。
摄像部12101、摄像部12102、摄像部12103、摄像部12104和摄像部12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车内的挡风玻璃的上部的位置等。设置在前鼻的摄像部12101和设置在车内的挡风玻璃上部的摄像部12105主要获取车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜的摄像部12102和摄像部12103主要获取车辆12100的两侧的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像部12104主要获取车辆12100的后方的图像。设置在车内的挡风玻璃上部的摄像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及地，图13示出了摄像部12101至摄像部12104的成像范围的示例。成像范围12111代表设置在前鼻的摄像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别代表设置在侧视镜的摄像部12102和摄像部12103的成像范围。成像范围12114代表设置在后保险杠或后盖上的摄像部12104的成像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至摄像部12104成像的图像数据获得从上面观察的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像部12101至摄像部12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101至摄像部12104中的至少一个可以是由多个摄像元件组成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，基于从摄像部12101至摄像部12104获取的距离信息，微型计算机12051可以确定在成像范围12111到成像范围12114内的各个三维对象的距离和所述距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且从而提取特别是在车辆12100的行驶路径上的并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)沿着与车辆12100大致相同的方向行驶的最靠近的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定保持在前方车辆前面的跟随距离，并且进行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。因此，能够执行旨在使车辆不依赖于驾驶员的操作而自动行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像部12101至摄像部12104获取的距离信息，微型计算机12501可以将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆和其它三维物体的三维对象数据，提取分类后的三维对象数据，并且使用提取的三维物体数据用于障碍物的自动躲避。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物分类为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于指示与各个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或者高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或者显示部12062向驾驶员发出警告，并且通过驱动***控制单元12010执行强制减速或者规避转向。微型计算机12051从而能够协助驾驶以避免碰撞。
摄像部12101至摄像部12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051可以例如通过确定摄像部12101至摄像部12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，对行人的这种识别是通过如下步骤执行的：提取作为红外相机的摄像部12101至摄像部12104的被摄图像中的特征点的步骤；以及对一系列代表物体轮廓的特征点进行模式匹配处理以确定是否是行人的步骤。如果微型计算机12051确定在摄像部12101至摄像部12104的被摄图像中存在行人，并因此识别出了行人，则声音图像输出部12052控制显示部12062以使得用于强调的方形轮廓线被显示为叠加在识别出的行人上。此外，声音图像输出部12052还可以控制显示部12062，以便在需要的位置显示代表行人的图标等。
以上已经说明了可以应用本发明的技术的车辆控制***的示例。根据本发明的技术可以应用到上述组件中的摄像部12031。根据本发明的技术在摄像部12031上的应用使得能够获取更容易观看的拍摄图像。这使得能够减轻驾驶员的疲劳。
此外，在本实施方案等中说明的光接收元件1或2也可以应用于诸如监视摄像机、生物认证***、温度记录器等电子设备。监视摄像机的示例包括夜视***(夜间范围)。光接收元件1或光接收元件2在监视摄像机上的应用使得能够在夜间识别远距离行人和动物。此外，将光接收元件1或光接收元件2用作车载摄像机的应用减小了来自前灯或天气的影响。例如，能够不受烟、雾等影响获得拍摄图像。此外，还能够识别物体的形状。此外，所述温度记录器能够进行非接触式温度测量。所述温度记录器还能够检测温度分布和热量产生。此外，光接收元件1和2中的各者还可以应用于对火、湿气或气体等进行检查的电子设备。
尽管以上已经参考第一和第二实施方案、应用示例和实际应用示例进行了说明，但是本发明的内容不限于上述实施方案等。可以进行各种变形。例如，在上述实施方案中说明的光接收元件1、2中的各者的层构造是示例，并且还可以包含其他层。此外，各个层的材料和厚度也是示例。上述那些不是限制性的。例如，在上述第二实施方案中，已经说明了其中半导体层40S包括第一接触层42、光电转换层43和第二接触层44的情况，但是只要半导体层10S包括光电转换层43就足够了。例如，也不是必须设置第一接触层42和第二接触层44。或者，也可以包括其他层。
此外，在上述实施方案等中，已经说明了通过CuCu接合将元件基板(例如，元件基板10)和读出电路基板20接合的示例。然而，元件基板(例如，元件基板10)和读出电路基板20例如可以通过凸块接合。
更进一步，在上述实施方案等中，为了方便起见，对信号电荷为空穴的情况进行了说明。信号电荷也可以是电子。例如，扩散区域可以包括n型杂质。
此外，在上述实施方案等中已经说明了光接收元件。光接收元件只是根据本技术的半导体元件的具体示例。然而，根据本技术的半导体元件不必一定是光接收元件。例如，根据本技术的半导体元件可以是发光元件。
此外，在上述实施方案等中说明的效果只是示例。所述效果可以是其他效果或者还可以包括其他效果。
需要注意的是，本技术还可以具有如下构造。具有以下构造的本技术在包括化合物半导体材料的半导体层的一个表面上设置有杂质浓度逐渐变化的杂质扩散区域。这使得能够缓和在横向方向上的电场。这使得能够减少暗电流。
(1)
一种光接收元件，包括：
半导体层，其包含化合物半导体材料；
第一杂质扩散区域，其设置在所述半导体层的一个表面上；
第二杂质扩散区域，其设置在所述第一杂质扩散区域的周围，所述第二杂质扩散区域的杂质浓度比所述第一杂质扩散区域的杂质浓度低。
(2)
根据(1)所述的光接收元件，其中，所述第一杂质扩散区域具有包含拐点的扩散形状。
(3)
根据(1)或(2)所述的光接收元件，其中，所述第一杂质扩散区域包括穿透所述第二杂质扩散区域的凸部。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的光接收元件，还包括：
第一电极，其设置在所述半导体层的所述一个表面那一侧，所述第一电极电连接至所述半导体层；和
第二电极，其与所述第一电极相对，并且所述半导体层位于所述第二电极和所述第一电极之间。
(5)
根据(4)所述的光接收元件，其中，
所述半导体层在所述第一杂质扩散区域中具有凹槽，并且
所述第一电极的一部分埋入并且设置在所述凹槽中。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的光接收元件，其中，
所述半导体层包括从所述一个表面那一侧依次堆叠的第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层具有不同的导电类型或者包括不同的材料，并且
所述第一杂质扩散区域和所述第二杂质扩散区域设置于所述第一半导体层。
(7)
根据(6)所述的光接收元件，其中，
所述第一杂质扩散区域包括穿透所述第二杂质扩散区域的凸部；并且
所述凸部形成在所述第一半导体层中。
(8)
根据(6)所述的光接收元件，其中，
所述第一杂质扩散区域包括穿透所述第二杂质扩散区域的凸部；并且
所述凸部的一部分突出到所述第二半导体层中。
(9)
根据(1)至(8)中任一项所述的光接收元件，其中，锌(Zn)在所述第一杂质扩散区域和所述第二杂质扩散区域中扩散。
(10)
根据(1)至(9)中任一项所述的光接收元件，其中，所述化合物半导体材料吸收具有在红外光区域中的波长的光。
(11)
根据(1)至(10)中任一项所述的光接收元件，其中，所述化合物半导体材料包括III-V族半导体。
(12)
根据(1)至(11)中任一项所述的光接收元件，其中，所述化合物半导体材料包括InGaAs、InAsSb、InAs、InSb和HgCdTe中的任意一种。
(13)
根据(1)至(12)中任一项所述的光接收元件，其中，所述半导体层具有多量子阱结构。
(14)
一种摄像装置，包括：
元件区域，多个光接收元件以阵列方式布置在所述元件区域中，其中，
所述光接收元件分别包括：
半导体层，其包含化合物半导体材料；
第一杂质扩散区域，其设置在所述半导体层的一个表面上；
第二杂质扩散区域，其设置在所述第一杂质扩散区域的周围，所述第二杂质扩散区域的杂质浓度比所述第一杂质扩散区域的杂质浓度低。
(15)
一种光接收元件的制造方法，所述方法包括：
形成包含化合物半导体材料的半导体层；
在所述半导体层的一个表面上形成具有开口的掩模层；
通过经由所述开口使杂质扩散，在所述半导体层的所述一个表面上形成第一杂质扩散区域；以及
通过退火处理在所述第一杂质扩散区域周围形成第二杂质扩散区域，所述第二杂质扩散区域具有比所述第一杂质扩散区域低的杂质浓度。
(16)
根据(15)所述的光接收元件的制造方法，其中，
在所述开口中形成侧壁，
通过蚀刻在所述第一杂质扩散区域中形成凹槽，并且
在所述退火处理后经由所述凹槽在所述第一杂质扩散区域中再次扩散杂质，由此将所述第一杂质扩散区域形成为具有拐点的扩散形状。
(17)
根据(16)所述的光接收元件的制造方法，其中，将金属材料埋入并且设置在所述凹槽中以形成第一电极，所述第一电极电连接至所述光接收元件。
本申请要求基于2019年3月20日向日本专利局提交的日本专利申请第2019-052687号公报的优先权，并通过引用将其全部内容合并于本申请中。
本领域技术人员应当理解的是，取决于设计要求和其他因素，在所附权利要求或其等同物的范围内可以出现各种变形、组合、子组合和替换。

Claims (17)

1.一种光接收元件，包括：
半导体层，其包含化合物半导体材料；
第一杂质扩散区域，其设置在所述半导体层的一个表面上；
第二杂质扩散区域，其设置在所述第一杂质扩散区域的周围，所述第二杂质扩散区域的杂质浓度比所述第一杂质扩散区域的杂质浓度低。
2.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一杂质扩散区域具有包含拐点的扩散形状。
3.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一杂质扩散区域包括穿透所述第二杂质扩散区域的凸部。
4.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括：
第一电极，其设置在所述半导体层的所述一个表面那一侧，所述第一电极电连接至所述半导体层；和
第二电极，其与所述第一电极相对，并且所述半导体层位于所述第二电极和所述第一电极之间。
5.根据权利要求4所述的光接收元件，其中，
所述半导体层在所述第一杂质扩散区域中具有凹槽，并且
所述第一电极的一部分埋入并且设置在所述凹槽中。
6.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述半导体层包括从所述一个表面那一侧依次堆叠的第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层具有不同的导电类型或者包括不同的材料，并且
所述第一杂质扩散区域和所述第二杂质扩散区域设置于所述第一半导体层。
7.根据权利要求6所述的光接收元件，其中，
所述第一杂质扩散区域包括穿透所述第二杂质扩散区域的凸部；并且
所述凸部形成在所述第一半导体层中。
8.根据权利要求6所述的光接收元件，其中，
所述第一杂质扩散区域包括穿透所述第二杂质扩散区域的凸部；并且
所述凸部的一部分突出到所述第二半导体层中。
9.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，锌(Zn)在所述第一杂质扩散区域和所述第二杂质扩散区域中扩散。
10.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述化合物半导体材料吸收具有在红外光区域中的波长的光。
11.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述化合物半导体材料包括III-V族半导体。
12.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述化合物半导体材料包括InGaAs、InAsSb、InAs、InSb和HgCdTe中的任意一种。
13.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述半导体层具有多量子阱结构。
14.一种摄像装置，包括：
元件区域，多个光接收元件以阵列方式布置在所述元件区域中，其中，
所述光接收元件分别包括：
半导体层，其包含化合物半导体材料；
第一杂质扩散区域，其设置在所述半导体层的一个表面上；
第二杂质扩散区域，其设置在所述第一杂质扩散区域的周围，所述第二杂质扩散区域的杂质浓度比所述第一杂质扩散区域的杂质浓度低。
15.一种光接收元件的制造方法，所述方法包括：
形成包含化合物半导体材料的半导体层；
在所述半导体层的一个表面上形成具有开口的掩模层；
通过经由所述开口使杂质扩散，在所述半导体层的所述一个表面上形成第一杂质扩散区域；以及
通过退火处理在所述第一杂质扩散区域周围形成第二杂质扩散区域，所述第二杂质扩散区域具有比所述第一杂质扩散区域低的杂质浓度。
16.根据权利要求15所述的光接收元件的制造方法，其中，
在所述开口中形成侧壁，
通过蚀刻在所述第一杂质扩散区域中形成凹槽，并且
在所述退火处理后经由所述凹槽在所述第一杂质扩散区域中再次扩散杂质，由此将所述第一杂质扩散区域形成为具有拐点的扩散形状。
17.根据权利要求16所述的光接收元件的制造方法，其中，将金属材料埋入并且设置在所述凹槽中以形成第一电极，所述第一电极电连接至所述光接收元件。
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