JP6597035B2 - Photodetector and method for manufacturing the same - Google Patents
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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、下部電極層と、前記下部電極層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上部電極層と、前記第１上部電極層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、前記下部電極層の上に前記第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上部電極層と、前記第２上部電極層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、前記第１画素と前記第２画素を分離する第１の画素分離溝と、前記下部電極層において、前記第１の画素分離溝が設けられた側の反対側の前記第１画素と前記第２画素との間の前記第１の画素分離溝に対応する位置に設けられた第２の画素分離溝と、を有することを特徴とする。
According to one aspect of the present embodiment, a lower electrode layer , a first active layer provided on the lower electrode layer , a first upper electrode layer provided on the first active layer, A first pixel having a first optical coupling structure provided on the first upper electrode layer ; a second active layer provided on the lower electrode layer and spaced apart from the first pixel; A second pixel having a second upper electrode layer provided on the second active layer; and a second optical coupling structure provided on the second upper electrode layer ; the first pixel; a first pixel isolation trench for separating the second pixel, in the lower electrode layer, wherein between the first pixel of the first pixel on the opposite side of the separation groove is provided side as the second pixel a second pixel separation groove provided in a position corresponding to the first pixel isolation trench, characterized in that it has a.
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 which 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 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 at 40 ° or outside 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)
前記下部電極層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上部電極層と、前記第１上部電極層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、
前記下部電極層の上に前記第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上部電極層と、前記第２上部電極層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、
前記第１画素と前記第２画素を分離する第１の画素分離溝と、
前記下部電極層において、前記第１の画素分離溝が設けられた側の反対側の前記第１画素と前記第２画素との間の前記第１の画素分離溝に対応する位置に設けられた第２の画素分離溝と、を有することを特徴とする光検出器。 A lower electrode layer ;
A first active layer provided on the lower electrode layer ; a first upper electrode layer provided on the first active layer; and a first optical coupling provided on the first upper electrode layer. A first pixel having a structure;
A second active layer provided on the lower electrode layer and spaced apart from the first pixel, a second upper electrode layer provided on the second active layer, and on the second upper electrode layer A second pixel having a second optical coupling structure provided in
A first pixel separation groove for separating the first pixel and the second pixel;
In the lower electrode layer, the first pixel isolation trench is provided in a position corresponding to the first pixel isolation trench between said first pixel on the opposite side of the side provided with the second pixel And a second pixel separation groove.
前記第２の画素分離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第２の画素分離溝側の端より、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 end of the metal reflective layer side of the bottom surface of the second pixel isolation trench, from the end of the second pixel isolation trench side in the metal reflective layer, the first optical coupling structure and the second optical coupling structure 5. The photodetector according to claim 1, wherein the photodetector is 40 ° or outside of 40 ° with respect to a normal line of the formed surface.
前記第１画素と前記第２画素は第１の画素分離溝により分離されており、
前記下部電極層において、前記第１の画素分離溝が設けられた側の反対側の前記第１画素と前記第２画素との間の前記第１の画素分離溝に対応する位置に第２の画素分離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 upper electrode layer, and a first optical coupling structure on the lower electrode layer ; a second active layer, a second upper electrode layer, and a second on the lower electrode layer ; Forming a second pixel including an optical coupling structure spaced apart from the first pixel;
The first pixel and the second pixel are separated by a first pixel separation groove;
In the lower electrode layer , the second pixel is positioned at a position corresponding to the first pixel separation groove between the first pixel and the second pixel on the opposite side of the side where the first pixel separation groove is provided . A method for manufacturing a photodetector, comprising forming a pixel separation groove.
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