JP2017034208A - Photodetector and manufacturing method for photodetector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光検出器及び光検出器の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a photodetector and a method for manufacturing the photodetector.
光検出器として、赤外線を検出するための量子井戸型赤外線検出器(QWIP:Quantum Well Infrared Photodetector)、または、量子ドット型赤外線検出器(QDIP:Quantum Dot Infrared Photodetector)等がある。これらの赤外線検出器は、赤外線を検出する活性層の両面を上部電極層及び下部電極層により挟んだ構造のものである。 Examples of the photodetector include a quantum well infrared detector (QWIP) for detecting infrared rays, a quantum dot infrared detector (QDIP), and the like. These infrared detectors have a structure in which both sides of an active layer for detecting infrared rays are sandwiched between an upper electrode layer and a lower electrode layer.
このような構造の量子井戸型赤外線検出器と、信号処理用の集積回路素子である読み出し回路(ROIC:readout integrated circuit)素子とをInバンプを介しハイブリッド接続することにより、量子井戸型赤外線撮像素子が作製される。尚、量子井戸型赤外線検出器は、活性層が量子井戸構造により形成されている光電変換素子である。また、量子井戸型赤外線撮像素子は半導体撮像素子の一種であり、量子ドット型赤外線検出器を用いた場合においても、同様に、赤外線撮像素子を作製することができる。 A quantum well infrared imaging device having such a structure is hybrid-connected to a readout integrated circuit (ROIC) device, which is an integrated circuit device for signal processing, via an In bump. Is produced. The quantum well infrared detector is a photoelectric conversion element in which an active layer has a quantum well structure. In addition, the quantum well infrared imaging device is a kind of semiconductor imaging device, and an infrared imaging device can be similarly manufactured even when a quantum dot infrared detector is used.
一般的には、赤外線検出器の表面側に、読み出し回路がInバンプを介しハイブリッド接続されているため、赤外線検出器の裏面側から赤外線検出器に入射した赤外線が検出される。具体的には、赤外線検出器の裏面側から入射した赤外線は、赤外線検出器の表面側に形成された光結合構造(グレーティングカプラ)により回折、反射され、活性層において検出される。光結合構造は、回折格子と回折格子の上に形成された金属反射膜により形成されている。 Generally, since a readout circuit is hybrid-connected to the front surface side of the infrared detector via an In bump, infrared light incident on the infrared detector is detected from the back surface side of the infrared detector. Specifically, infrared light incident from the back surface side of the infrared detector is diffracted and reflected by an optical coupling structure (grating coupler) formed on the front surface side of the infrared detector, and detected in the active layer. The optical coupling structure is formed by a diffraction grating and a metal reflection film formed on the diffraction grating.
赤外線検出器は、赤外線を検出するための画素が複数設けられており、画素と画素の間には、赤外線検出器の表面側より、各々の画素を分離するための画素分離溝が形成されている。 The infrared detector is provided with a plurality of pixels for detecting infrared rays, and a pixel separation groove for separating each pixel is formed between the pixels from the surface side of the infrared detector. Yes.
ところで、赤外線検出器に形成されている画素分離溝は、所定の深さで形成されているため、画素と画素との間においては、画素分離溝が形成されていない領域が存在しており、この領域を介し、多重反射された赤外線の一部が、隣の画素に入射する。この場合、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量が低下するとともに、隣の赤外線が入射していない画素にも多重反射された赤外線が入射するため、光クロストークが発生する。 By the way, since the pixel separation groove formed in the infrared detector is formed at a predetermined depth, there is a region where no pixel separation groove is formed between the pixels, Through this region, a part of the multiple reflected infrared rays enters the adjacent pixel. In this case, the amount of infrared light detected at a pixel on which infrared light is incident is reduced, and multiple reflected infrared light is incident on a pixel on which the adjacent infrared light is not incident, so that optical crosstalk occurs.
このため、光の入射した画素における光量低下が少なく、多重反射された光が隣の画素に入射することのない構造の光検出器が求められている。 For this reason, there is a demand for a photodetector having a structure in which the amount of light at a pixel on which light is incident is small and the multiple reflected light does not enter an adjacent pixel.
本実施の形態の一観点によれば、共通電極と、前記共通電極の上に設けられた第1活性層と、前記第1活性層の上に設けられた第1電極と、前記第1電極の上に設けられた第1光結合構造と、を有する第1画素と、前記共通電極の上に前記第1画素と離間して設けられた第2活性層と、前記第2活性層の上に設けられた第2電極と、前記第2電極の上に設けられた第2光結合構造と、を有する第2画素と、前記共通電極において、前記第1画素及び前記第2画素が設けられた側の反対側に前記第1画素と前記第2画素との間に設けられた溝とを有することを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, a common electrode, a first active layer provided on the common electrode, a first electrode provided on the first active layer, and the first electrode A first pixel having a first optical coupling structure provided on the second active layer, a second active layer provided on the common electrode and spaced apart from the first pixel, and an upper surface of the second active layer. A second pixel having a second electrode provided on the second electrode and a second optical coupling structure provided on the second electrode; and the common electrode includes the first pixel and the second pixel. And a groove provided between the first pixel and the second pixel on the opposite side of the first side.
開示の光検出器によれば、光の入射した画素における光量低下が少なく、多重反射された光が隣の画素に入射することを抑制することができる。 According to the disclosed photodetector, there is little decrease in the amount of light in the pixel on which light is incident, and it is possible to suppress multiple reflected light from entering the adjacent pixel.
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The form for implementing is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
〔第1の実施の形態〕
最初に、表面側より画素分離溝が形成されている赤外線検出器において、赤外線の入射した画素における光量低下、及び、多重反射した赤外線の一部が隣の画素に入射することについて説明する。尚、本願においては、可視光、赤外線(赤外光)及び紫外線(紫外光)を含むものを光と記載する場合がある。
[First Embodiment]
First, in the infrared detector in which the pixel separation groove is formed from the surface side, a description will be given of a reduction in the amount of light in a pixel on which infrared light is incident and that a part of multiple reflected infrared light is incident on an adjacent pixel. In addition, in this application, what contains visible light, infrared rays (infrared light), and ultraviolet rays (ultraviolet light) may be described as light.
図1は、分離溝が形成されている赤外線検出器の構造図である。この赤外線検出器は、バッファ層910、下部電極層911、活性層912、上部電極層913が、順に積層して形成されている。上部電極層913の上には、回折格子921が形成されており、上部電極層913及び回折格子921の上には、金属反射膜922が形成されている。
FIG. 1 is a structural diagram of an infrared detector in which a separation groove is formed. In this infrared detector, a
バッファ層910は、厚さが0.2〜0.3μmのGaAsにより形成されており、下部電極層911は、厚さが1.5〜2.0μmのn−GaAsにより形成されている。活性層912は、厚さが5nmのGaAsからなる井戸層と厚さが40nmのAlGaAsからなる障壁層とを交互に約50周期積層することによりMQW(Multiple Quantum Well)構造が形成されている。上部電極層913は、厚さが約0.5μmのn−GaAsにより形成されており、回折格子921は、上部電極層913の上において基板面方向に周期的に形成されたn−GaAsにより形成されている。金属反射膜922はAu等の金属膜により形成されている。図1に示される赤外線検出器においては、このように形成された回折格子921と金属反射膜922により光結合構造が形成される。
The
画素分離溝930は、回折格子921が形成されている赤外線検出器の表面側より、画素と画素の間における上部電極層913及び活性層912を除去することにより形成されている。このため、隣り合う画素と画素とは、画素分離溝930が形成されている領域における下部電極層911及びバッファ層910によりつながっている。図1に示す構造の赤外線検出器では、破線矢印に示されるように、赤外線検出器の裏面側となるバッファ層910が形成されている側より入射した赤外線を検出する。具体的には、赤外線検出器の裏面側より入射した赤外線は、回折格子921及び金属反射膜922により回折、反射されて、活性層912において検出される。しかしながら、回折格子921及び金属反射膜922により回折、反射された赤外線のうちの一部は、画素分離溝930が形成されている領域における下部電極層911及びバッファ層910を介し、隣の画素に入射する。具体的には、図1に示すように、バッファ層910の界面において反射されて、隣の画素に入射する。このように入射した赤外線の一部が多重反射され隣の画素に入射してしまうと、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量が低下するとともに、赤外線が入射していない隣の画素においても赤外線が検出されるため、光クロストークが発生する。
The
これらの問題を解決する方法の1つとして、図2に示すように、下部電極層911の一部まで除去することにより、深い画素分離溝930aを形成する方法が考えられる。赤外線検出器に、深い画素分離溝930aを形成することにより、回折格子921及び金属反射膜922により回折、反射された赤外線のうち、深い画素分離溝930aの側面において反射され、赤外線の入射した画素内にとどまる成分が多くなる。しかしながら、図2に示す構造の赤外線検出器においては、多重反射された赤外線のうち、画素分離溝930aが形成されている領域の画素と画素との間の下部電極層911の一部及びバッファ層910を介して隣の画素に入射する成分が存在している。
As one method for solving these problems, a method of forming a deep
ところで、図2に示す構造の赤外線検出器の内部における光量分布を調べてみたところ、赤外線が入射する赤外線検出器の裏面側、即ち、バッファ層910が形成されている側において、赤外線の強度が特に強くなっていることが確認された。即ち、画素分離溝930aが形成されている領域の画素と画素との間の下部電極層911の一部及びバッファ層910を介して隣の画素に入射する赤外線の強度は強くなっている。従って、図2に示されるように、画素分離溝の深さを深くするだけでは、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量の低下を抑制し、光クロストークの発生を抑制することは、十分ではない。
By the way, when the light quantity distribution inside the infrared detector having the structure shown in FIG. 2 is examined, the intensity of the infrared rays is found on the back side of the infrared detector on which infrared rays are incident, that is, on the side where the
(光検出器)
次に、本実施の形態における光検出器について、図3に基づき説明する。図3は、本実施の形態における光検出器である赤外線検出器の構造図である。本実施の形態における赤外線検出器は、バッファ層10、下部電極層11、活性層12、上部電極層13が、順に積層して形成されている。上部電極層13の上には、回折格子21が形成されており、上部電極層13及び回折格子21の上には、金属反射膜22が形成されている。
(Photodetector)
Next, the photodetector in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a structural diagram of an infrared detector that is a photodetector in the present embodiment. In the infrared detector according to the present embodiment, a
バッファ層10は、厚さが0.2〜0.3μmのGaAsにより形成されており、下部電極層11は、厚さが1.5〜2.0μmのn−GaAsにより形成されている。活性層12は、厚さが5nmのGaAsからなる井戸層と厚さが40nmのAlGaAsからなる障壁層とを交互に約50周期積層することによりMQW構造が形成されている。上部電極層13は、厚さが約0.5μmのn−GaAsにより形成されており、回折格子21は、上部電極層13の上において基板面方向に周期的にn−GaAsを形成することにより形成されている。金属反射膜22はAu等により形成されている。本実施の形態における赤外線検出器においては、このように形成された回折格子21と金属反射膜22により光結合構造が形成される。尚、光結合構造には、回折格子及び金属反射膜の少なくとも一つが含まれている。
The
本実施の形態における赤外線検出器は、赤外線検出器の表面側より第1の画素分離溝30が形成されており、赤外線検出器の裏面側より第2の画素分離溝40が形成されている。第1の画素分離溝30と第2の画素分離溝40とは、表面と裏面において対応する位置に形成されている。図3に示される構造の赤外線検出器においては、第2の画素分離溝40の側面40aは、バッファ層10が形成されている面に略垂直となるように形成されている。即ち、第2の画素分離溝40の形状が矩形となるように形成されている。
In the infrared detector according to the present embodiment, a first
第1の画素分離溝30は、回折格子21が形成されている赤外線検出器の表面側より、画素と画素の間における上部電極層13及び活性層12を除去することにより形成されている。また、第2の画素分離溝40は、バッファ層10が形成されている赤外線検出器の裏面側より、画素と画素の間におけるバッファ層10及び下部電極層11の一部を除去することにより形成されている。このため、隣り合う画素と画素とは、画素と画素との間となる第1の画素分離溝30と第2の画素分離溝40との間の下部電極層11の一部によりつながっている。
The first
本実施の形態における赤外線検出器は、破線矢印に示されるように、赤外線検出器の裏面側となるバッファ層10が形成されている側より入射した赤外線を検出する。具体的には、赤外線検出器の裏面側より入射した赤外線は、回折格子21及び金属反射膜22により回折、反射されて、活性層12において検出される。
The infrared detector in this Embodiment detects the infrared rays which injected from the side in which the
本実施の形態における赤外線検出器においては、回折格子21及び金属反射膜22により回折、反射された赤外線のうち、第2の画素分離溝40の側面40aにおいて反射され、赤外線が入射した画素の内部にとどまる成分が増える。即ち、本実施の形態における赤外線検出器は、赤外線の強度が強くなるバッファ層10が形成されている領域に、第2の画素分離溝40が形成されているため、赤外線が入射した画素の内部にとどまる成分を増やすことができ、光クロストークも抑制される。これにより、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量の低下、及び、光クロストークの発生を十分に抑制することができる。
In the infrared detector according to the present embodiment, among the infrared rays diffracted and reflected by the
尚、本実施の形態における赤外線検出器においては、第2の画素分離溝40の深さが深い方が、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量の低下を抑制するとともに、光クロストークの発生を抑制する効果が高くなる。しかしながら、赤外線検出器としての形態を維持するためには、第1の画素分離溝30と第2の画素分離溝40との間における下部電極層11の厚さが、ある程度必要となる。このため、本実施の形態においては、第1の画素分離溝30と第2の画素分離溝40との間における下部電極層11の厚さは、0.5μm以上、1.0μm以下となるように形成されている。
In the infrared detector according to the present embodiment, the deeper the second
ところで、回折格子21及び金属反射膜22により回折、反射される赤外線は、回折格子21が形成されている面に対し40°以内の角度で回折、反射される赤外線が殆どである。従って、回折格子21が形成されている面に対し40°以下の角度で回折、反射された赤外線が、第2の画素分離溝40の側面40aにおいて反射されるように形成されている。即ち、第2の画素分離溝40の底面40bの金属反射膜22側の端40cは、金属反射膜22の第2の画素分離溝40側の端22aより、回折格子21が形成されている面の法線に対し、40°または40°よりも外側となるように形成されていればよい。
By the way, most of the infrared rays diffracted and reflected by the
具体的には、図4に示すように、本実施の形態における光検出器の厚さ、即ち、光検出器のバッファ層10の界面から回折格子21までの厚さを約5μmとし、第2の画素分離溝40の深さを約1μmとした場合について考える。この場合において、膜面方向における金属反射膜22の端22aと第2の画素分離溝40の端40cとの距離が約3.3μmとなるように形成する。このように形成することにより、第2の画素分離溝40の底面40bの金属反射膜22側の端40cは、金属反射膜22の第2の画素分離溝40側の端22aより、回折格子21が形成されている面の法線に対し約40°の角度の線上となる。これにより、回折格子21及び金属反射膜22により回折、反射された赤外線の殆どは、第2の画素分離溝40の側面40aにおいて反射されるため、入射した赤外線を赤外線の入射した画素にとどまらせることができる。
Specifically, as shown in FIG. 4, the thickness of the photodetector in the present embodiment, that is, the thickness from the interface of the
また、本実施の形態における赤外線検出器は、図5に示すように、第2の画素分離溝41の側面41aが、バッファ層10が形成されている面の法線に対し傾斜しているものであってもよい。第2の画素分離溝41の側面41aの傾斜の角度を最適化することにより、光クロストークを減らすこと等の特性を向上させることができる。
Further, in the infrared detector according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
図6は、各々の赤外線検出器において、隣接画素への光漏れ量をシミュレーションにより算出した結果であり、光が入射した画素において検出される光量を100とした場合において隣の画素に漏れる光量を示す。図6では、図1に示される従来の構造の赤外線検出器A、図2に示される深溝構造の赤外線検出器B、図3に示される第2の画素分離溝が矩形の赤外線検出器C、図5に示される第2の画素分離溝が傾斜している赤外線検出器Dの隣接画素光漏れ量を示す。尚、赤外線検出器C、Dは、表面側に第1の画素分離溝が形成されており、裏面側に第2の画素分離溝の双方が形成されている本実施の形態における赤外線検出器の隣接画素光漏れ量を示すものである。 FIG. 6 shows the result of calculating the amount of light leakage to the adjacent pixel by simulation in each infrared detector. The amount of light leaking to the adjacent pixel when the amount of light detected in the pixel on which light is incident is assumed to be 100. Show. In FIG. 6, the infrared detector A having the conventional structure shown in FIG. 1, the infrared detector B having the deep groove structure shown in FIG. 2, the infrared detector C having the second pixel separation groove shown in FIG. FIG. 6 shows the adjacent pixel light leakage amount of the infrared detector D in which the second pixel separation groove shown in FIG. 5 is inclined. The infrared detectors C and D are the infrared detectors in this embodiment in which the first pixel separation groove is formed on the front surface side and both the second pixel separation grooves are formed on the back surface side. This indicates the amount of light leakage from adjacent pixels.
図6に示されるように、図1に示される従来の構造の赤外線検出器Aでは、隣接画素光漏れ量は約33%であり、図2に示される深溝構造の赤外線検出器Bでは、隣接画素光漏れ量は約28%であった。これに対し、図3に示される第2の画素分離溝が矩形の赤外線検出器Cでは、隣接画素光漏れ量は約15%であり、図5に示される第2の画素分離溝が傾斜している赤外線検出器Dでは、隣接画素光漏れ量は約15%であった。従って、本実施の形態における赤外線検出器である赤外線検出器C、Dは、隣接画素光漏れ量を図1に示される従来の赤外線検出器Aに比べて半分以下にすることができ、また、図2に示される深溝構造の赤外線検出器Bに比べても略半分にすることができる。 As shown in FIG. 6, in the infrared detector A having the conventional structure shown in FIG. 1, the adjacent pixel light leakage amount is about 33%, and in the infrared detector B having the deep groove structure shown in FIG. The amount of pixel light leakage was about 28%. On the other hand, in the infrared detector C having a rectangular second pixel separation groove shown in FIG. 3, the adjacent pixel light leakage amount is about 15%, and the second pixel separation groove shown in FIG. In the infrared detector D, the adjacent pixel light leakage amount was about 15%. Therefore, the infrared detectors C and D, which are infrared detectors in the present embodiment, can make the adjacent pixel light leakage amount less than half that of the conventional infrared detector A shown in FIG. Compared to the deep groove structure infrared detector B shown in FIG.
図7は、各々の赤外線検出器において、光の入射した画素における光電界強度積算値をシミュレーションにより算出した結果であり、図1に示される従来の構造の赤外線検出器Aにおける光電界強度積算値を1とした場合の値である。光電界強度積算値は、光が入射した画素において検出される光の強度の積算値を示す。図7では、図1に示される従来の構造の赤外線検出器A、図2に示される深溝構造の赤外線検出器B、図3に示される第2の画素分離溝が矩形の赤外線検出器C、図5に示される第2の画素分離溝が傾斜している赤外線検出器Dの光電界強度積算値を示す。 FIG. 7 shows the result of calculating the integrated value of the optical electric field intensity in the pixel on which light is incident in each infrared detector by simulation. The integrated optical field intensity value in the infrared detector A having the conventional structure shown in FIG. Is a value when 1 is set. The integrated value of the optical electric field intensity indicates an integrated value of the intensity of light detected in the pixel on which the light is incident. In FIG. 7, the infrared detector A having the conventional structure shown in FIG. 1, the infrared detector B having the deep groove structure shown in FIG. 2, the infrared detector C having the second pixel separation groove shown in FIG. 6 shows the integrated value of the optical electric field intensity of the infrared detector D in which the second pixel separation groove shown in FIG. 5 is inclined.
図7に示されるように、図2に示される深溝構造の赤外線検出器Bでは、光電界強度積算値は約1.2であった。これに対し、図3に示される第2の画素分離溝が矩形の赤外線検出器Cでは、光電界強度積算値は約1.3であり、図5に示される第2の画素分離溝が傾斜している赤外線検出器Dでは、光電界強度積算値は約1.3であった。 As shown in FIG. 7, in the infrared detector B having the deep groove structure shown in FIG. 2, the integrated value of the optical electric field intensity was about 1.2. On the other hand, in the infrared detector C having a rectangular second pixel separation groove shown in FIG. 3, the optical field intensity integrated value is about 1.3, and the second pixel separation groove shown in FIG. In the infrared detector D, the integrated value of the optical electric field intensity was about 1.3.
従って、本実施の形態における赤外線検出器である赤外線検出器C、Dは、光電界強度積算値を図1に示される従来の赤外線検出器Aに比べて約30%向上させることができ、また、図2に示される深溝構造の赤外線検出器Bに比べて約7%向上させることができる。 Therefore, the infrared detectors C and D, which are infrared detectors in the present embodiment, can improve the integrated value of the optical electric field intensity by about 30% compared to the conventional infrared detector A shown in FIG. As compared with the infrared detector B having the deep groove structure shown in FIG.
(光検出器及び撮像素子の製造方法)
次に、本実施の形態における光検出器及び撮像素子の製造方法について説明する。
(Manufacturing method of photodetector and image sensor)
Next, a method for manufacturing the photodetector and the image sensor in the present embodiment will be described.
最初に、図8(a)に示すように、基板80の上に、バッファ層10、下部電極層11、活性層12、上部電極層13、回折格子形成膜をエピタキシャル成長により順に形成した後、回折格子形成膜を加工することにより回折格子21を形成する。具体的には、バッファ層10、下部電極層11、活性層12、上部電極層13、回折格子形成膜は、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法または有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a
基板80は、例えば、厚さが600μmのGaAs基板が用いられる。バッファ層10は、厚さが0.2〜0.3μmのGaAsにより形成されている。下部電極層11は、厚さが1.5〜2.0μmのn−GaAsにより形成されている。活性層12は、厚さが5nmのGaAsからなる井戸層と厚さが40nmのAlGaAsからなる障壁層とを交互に約50周期積層したMQW構造により形成されている。上部電極層13は、厚さが約0.5μmのn−GaAsにより形成されている。回折格子形成膜は、n−GaAsにより形成されている。
As the
この後、回折格子形成膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、回折格子を形成するための周期的な不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域の回折格子形成膜をRIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより除去することにより、残存している回折格子形成膜により回折格子21が形成される。不図示のレジストパターンは、この後、有機溶剤等により除去する。
Thereafter, a photoresist is applied on the diffraction grating forming film, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a periodic resist pattern (not shown) for forming the diffraction grating. Thereafter, the
次に、図8(b)に示すように、回折格子21が形成されている表面側より、第1の画素分離溝30を形成し、回折格子21の上に金属反射膜22を形成する。具体的には、回折格子21が形成されている面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第1の画素分離溝30が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域の上部電極層13及び活性層12をRIE等のドライエッチング等により除去し、下部電極層11の表面を露出させることにより、第1の画素分離溝30を形成する。この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去し、回折格子21の上に、真空蒸着、または、スパッタリングによりAu等の金属膜を成膜することにより、金属反射膜22を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, the first
次に、図9(a)に示すように、第1の画素分離溝30、金属反射膜22等の上に絶縁保護膜50を形成し、画素の略中央部分における絶縁保護膜50を除去し、金属反射膜22を露出させる。この後、絶縁保護膜50が除去された領域の金属反射膜22の上に、オーミック電極60を形成し、オーミック電極60の上に、In等の金属材料によりバンプ電極61を形成する。絶縁保護膜50は、ALD(Atomic Layer Deposition)またはCVD(Chemical Vapor Deposition)等によりSiON等を成膜することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, an insulating
次に、図9(b)に示すように、赤外線検出器の表面側に、信号処理回路が形成されている読み出し回路素子70を張り付ける。具体的には、フリップチップボンディングにより、赤外線検出器の表面側に形成されているバンプ電極61と、読み出し回路素子70に形成されているバンプ電極71とを接合することにより、赤外線検出器の表面側に読み出し回路素子70を張り付ける。
Next, as shown in FIG. 9B, a
次に、図10(a)に示すように、赤外線検出器の裏面側の基板80をウェットエッチング等により除去し、バッファ層10を露出させる。
Next, as shown in FIG. 10A, the
次に、図10(b)に示すように、赤外線検出器の表面側に形成された第1の画素分離溝30に対応する位置の裏面側より、レーザ加工またはエッチング等により、第2の画素分離溝40を形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, the second pixel is formed by laser processing, etching, or the like from the back side at a position corresponding to the first
第2の画素分離溝40をレーザ加工により形成する場合には、バッファ層10の表面の第2の画素分離溝40が形成される領域に、レーザ光を照射しレーザ光が照射された領域におけるバッファ層10及び下部電極層11の一部を除去することにより形成する。また、第2の画素分離溝40をエッチングにより形成する場合には、バッファ層10の表面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光及び現像を行うことにより、第2の画素分離溝40が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域のバッファ層10及び下部電極層11の一部を除去することにより、第2の画素分離溝40を形成する。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等を用いて除去する。第2の画素分離溝40をエッチングにより形成する場合には、エッチング方法やエッチング条件により、図5に示すように、第2の画素分離溝の側面が傾斜するような形状に形成することができる。更には、エッチング方法やエッチング条件を調整することにより、第2の画素分離溝の側面における傾斜角度を変えることも可能である。
In the case where the second
以上の工程により、本実施の形態における赤外線検出器を作製することができる。 Through the above steps, the infrared detector in this embodiment can be manufactured.
上記においては、赤外線を検出する赤外線検出器を例に説明したが、本実施の形態における構造は、可視光や紫外光等の他の光を検出する光検出器にも適用可能である。 In the above description, an infrared detector that detects infrared rays has been described as an example. However, the structure in this embodiment can also be applied to a photodetector that detects other light such as visible light or ultraviolet light.
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態における光検出器について説明する。本実施の形態における光検出器は、図11に示されるように、第2の画素分離溝40の側面40a及び底面40bに金属反射膜122を形成した構造のものである。このように第2の画素分離溝40の側面40a及び底面40bに金属反射膜122を形成することにより、第2の画素分離溝40の側面40aにおいて反射される赤外線の反射率を高めることができる。
[Second Embodiment]
Next, a photodetector in the second embodiment will be described. The photodetector in the present embodiment has a structure in which a metal
即ち、回折格子21及び金属反射膜22において回折、反射された赤外線のうち、第2の画素分離溝40の側面40aに入射する赤外線が高い反射率で反射されるため、赤外線の入射した画素における光電界強度積算値を向上させることができる。具体的には、第2の画素分離溝40に、金属反射膜122が形成されていない場合には、第2の画素分離溝40の側面40aに入射した赤外線は、界面となる第2の画素分離溝40の側面40aにおいて反射されるが、一部は透過する。本実施の形態における赤外線検出器は、第2の画素分離溝40に金属反射膜122が形成されているため、第2の画素分離溝40の側面40aに入射した赤外線の殆どが反射される。これにより、赤外線が入射した画素における活性層12において検出される赤外線の光量を増やすことができる。
That is, among the infrared rays diffracted and reflected by the
本実施の形態は、図12に示すように、第2の画素分離溝41の側面41aが、バッファ層10が形成されている面の法線に対し傾斜している構造の赤外線検出器にも適用可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the
また、本実施の形態における赤外線検出器を用いた撮像素子を製造する方法は、第1の実施の形態において作製した赤外線検出器の第2の画素分離溝40に金属反射膜122を形成すればよい。図13に、本実施の形態における光検出器を用いた撮像素子の構造を示す。本実施の形態における光検出器を用いた撮像素子は、第1の実施の形態における図10(b)まで作製した後、図13に示すように、第2の画素分離溝40の側面40a及び40bに、Au等の金属反射膜122を成膜することにより形成する。
In addition, in the method of manufacturing an image sensor using the infrared detector in the present embodiment, the
また、図14には、第2の画素分離溝41の側面41aが傾斜面により形成されている赤外線検出器を用いた撮像素子の構造を示す。この場合においても、上記と同様の方法により撮像素子を作製することができる。
FIG. 14 shows the structure of an image sensor using an infrared detector in which the
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
共通電極と、
前記共通電極の上に設けられた第1活性層と、前記第1活性層の上に設けられた第1電極と、前記第1電極の上に設けられた第1光結合構造と、を有する第1画素と、
前記共通電極の上に前記第1画素と離間して設けられた第2活性層と、前記第2活性層の上に設けられた第2電極と、前記第2電極の上に設けられた第2光結合構造と、を有する第2画素と、
前記共通電極において、前記第1画素及び前記第2画素が設けられた側の反対側に前記第1画素と前記第2画素との間に設けられた溝とを有することを特徴とする光検出器。
(付記2)
前記第1光結合構造及び前記第2光結合構造は回折格子及び金属反射膜の少なくとも一つを含むことを特徴とする、付記1に記載の光検出器。
(付記3)
前記溝の側面は、前記共通電極が形成されている面の法線に対し傾斜していることを特徴とする付記1または2に記載の光検出器。
(付記4)
前記第1活性層及び第2活性層は、量子井戸構造、または、量子ドット構造であることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の光検出器。
(付記5)
前記第1光結合構造及び前記第2光結合構造は、金属反射膜を有しており、
前記溝の底面における前記金属反射膜側の端は、前記金属反射膜における前記溝側の端より、前記第1光結合構造及び前記第2光結合構造が形成されている面の法線に対し、40°または40°よりも外側であることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の光検出器。
(付記6)
前記光検出器は赤外線検出器であることを特徴とする付記1から5のいずれかに記載の光検出器。
(付記7)
前記溝の側面及び底面には、金属反射膜が形成されていることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の光検出器。
(付記8)
前記共通電極、前記第1活性層、前記第1電極、前記第2活性層及び前記第2電極は、化合物半導体により形成されていることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の光検出器。
(付記9)
共通電極の上に第1活性層と第1電極と第1光結合構造とを含む第1画素と、前記共通電極の上に第2活性層と第2電極と第2光結合構造とを前記第1画素と離間して含む第2画素とを形成し、
前記共通電極において、前記第1画素及び前記第2画素が形成された側の反対側で且つ前記第1画素と前記第2画素との間に、溝を形成することを特徴とする光検出器の製造方法。
(付記10)
前記第1光結合構造及び前記第2光結合構造は、回折格子及び金属反射膜の少なくとも一つを含んで形成することを特徴とする付記9に記載の光検出器の製造方法。
(付記11)
前記溝の側面及び底面に金属反射膜を形成する工程を含むことを特徴とする付記9または10に記載の光検出器の製造方法。
(付記12)
前記光は赤外線であることを特徴とする付記9から11のいずれかに記載の光検出器の製造方法。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A common electrode;
A first active layer provided on the common electrode; a first electrode provided on the first active layer; and a first optical coupling structure provided on the first electrode. A first pixel;
A second active layer provided on the common electrode and spaced apart from the first pixel; a second electrode provided on the second active layer; and a second electrode provided on the second electrode. A second pixel having a two-light coupling structure;
The common electrode has a groove provided between the first pixel and the second pixel on a side opposite to the side where the first pixel and the second pixel are provided. vessel.
(Appendix 2)
The photodetector according to claim 1, wherein the first optical coupling structure and the second optical coupling structure include at least one of a diffraction grating and a metal reflection film.
(Appendix 3)
The photodetector according to appendix 1 or 2, wherein a side surface of the groove is inclined with respect to a normal line of a surface on which the common electrode is formed.
(Appendix 4)
The photodetector according to any one of appendices 1 to 3, wherein the first active layer and the second active layer have a quantum well structure or a quantum dot structure.
(Appendix 5)
The first optical coupling structure and the second optical coupling structure have a metal reflection film,
The metal reflection film side end of the bottom surface of the groove is more than the normal of the surface on which the first optical coupling structure and the second optical coupling structure are formed, than the groove side end of the metal reflection film. The photodetector according to any one of appendices 1 to 4, wherein the photodetector is located outside of 40 ° or 40 °.
(Appendix 6)
The photodetector according to any one of appendices 1 to 5, wherein the photodetector is an infrared detector.
(Appendix 7)
The photodetector according to any one of appendices 1 to 6, wherein a metal reflection film is formed on a side surface and a bottom surface of the groove.
(Appendix 8)
The light according to any one of appendices 1 to 7, wherein the common electrode, the first active layer, the first electrode, the second active layer, and the second electrode are formed of a compound semiconductor. Detector.
(Appendix 9)
A first pixel including a first active layer, a first electrode and a first optical coupling structure on the common electrode; and a second active layer, a second electrode and a second optical coupling structure on the common electrode. Forming a second pixel that is spaced apart from the first pixel;
In the common electrode, a groove is formed on a side opposite to a side where the first pixel and the second pixel are formed and between the first pixel and the second pixel. Manufacturing method.
(Appendix 10)
10. The method of manufacturing a photodetector according to appendix 9, wherein the first optical coupling structure and the second optical coupling structure are formed to include at least one of a diffraction grating and a metal reflection film.
(Appendix 11)
The method for manufacturing a photodetector according to
(Appendix 12)
12. The method for manufacturing a photodetector according to any one of appendices 9 to 11, wherein the light is infrared rays.
10 バッファ層
11 下部電極層
12 活性層
13 上部電極層
21 回折格子
22 金属反射膜
30 第1の画素分離溝
40 第2の画素分離溝
40a 側面
40b 底面
50 絶縁保護膜
60 オーミック電極
61 バンプ電極
70 読み出し回路素子
71 バンプ電極
80 基板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記共通電極の上に設けられた第1活性層と、前記第1活性層の上に設けられた第1電極と、前記第1電極の上に設けられた第1光結合構造と、を有する第1画素と、
前記共通電極の上に前記第1画素と離間して設けられた第2活性層と、前記第2活性層の上に設けられた第2電極と、前記第2電極の上に設けられた第2光結合構造と、を有する第2画素と、
前記共通電極において、前記第1画素及び前記第2画素が設けられた側の反対側に前記第1画素と前記第2画素との間に設けられた溝とを有することを特徴とする光検出器。 A common electrode;
A first active layer provided on the common electrode; a first electrode provided on the first active layer; and a first optical coupling structure provided on the first electrode. A first pixel;
A second active layer provided on the common electrode and spaced apart from the first pixel; a second electrode provided on the second active layer; and a second electrode provided on the second electrode. A second pixel having a two-light coupling structure;
The common electrode has a groove provided between the first pixel and the second pixel on a side opposite to the side where the first pixel and the second pixel are provided. vessel.
前記溝の底面における前記金属反射膜側の端は、前記金属反射膜における前記溝側の端より、前記第1光結合構造及び前記第2光結合構造が形成されている面の法線に対し、40°または40°よりも外側であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光検出器。 The first optical coupling structure and the second optical coupling structure have a metal reflection film,
The metal reflection film side end of the bottom surface of the groove is more than the normal of the surface on which the first optical coupling structure and the second optical coupling structure are formed, than the groove side end of the metal reflection film. The photodetector according to claim 1, wherein the photodetector is located outside of 40 ° or 40 °.
前記共通電極において、前記第1画素及び前記第2画素が形成された側の反対側で且つ前記第1画素と前記第2画素との間に、溝を形成することを特徴とする光検出器の製造方法。 A first pixel including a first active layer, a first electrode and a first optical coupling structure on the common electrode; and a second active layer, a second electrode and a second optical coupling structure on the common electrode. Forming a second pixel that is spaced apart from the first pixel;
In the common electrode, a groove is formed on a side opposite to a side where the first pixel and the second pixel are formed and between the first pixel and the second pixel. Manufacturing method.
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