JP2019039712A - 赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】受光層の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させる。【解決手段】赤外線検出器を、（１１１）Ｂ基板１の上方に設けられた第１電極層２と、第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部３Ｘを有する第１絶縁膜３と、第１電極層上、かつ、六角柱状の開口部に設けられ、側面が第１絶縁膜に接する六角柱状の受光層４と、受光層上に設けられた第２電極層５と、第２電極層を覆う第２絶縁膜６とを備えるものとする。【選択図】図１
Description
本発明は、赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システムに関する。
赤外線検出器では、基板上に、下部コンタクト層、光吸収層、上部コンタクト層を積層し、エッチングによって分離して四角柱状にし、全体を覆うように保護膜を形成するのが一般的である。
ところで、赤外線検出器では、暗電流の低減が課題となっている。
特に、赤外線検出器を高性能化するにあたり、光吸収層（受光層）の側壁表面（側面）を流れる暗電流成分を低減することが必要である。
本発明は、受光層の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることを目的とする。
特に、赤外線検出器を高性能化するにあたり、光吸収層（受光層）の側壁表面（側面）を流れる暗電流成分を低減することが必要である。
本発明は、受光層の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることを目的とする。
１つの態様では、赤外線検出器は、（１１１）Ｂ基板の上方に設けられた第１電極層と、第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜と、第１電極層上、かつ、六角柱状の開口部に設けられ、側面が第１絶縁膜に接する六角柱状の受光層と、受光層上に設けられた第２電極層と、第２電極層を覆う第２絶縁膜とを備える。
１つの態様では、撮像素子は、上述の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備える。
１つの態様では、撮像素子は、上述の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備える。
１つの態様では、撮像システムは、上述の撮像素子と、撮像素子に接続された制御演算部とを備える。
１つの態様では、赤外線検出器の製造方法は、（１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、第１電極層上、かつ、六角柱状の開口部に、側面が第１絶縁膜に接するように六角柱状の受光層を形成する工程と、受光層上に、第２電極層を形成する工程と、第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含む。
１つの態様では、赤外線検出器の製造方法は、（１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、第１電極層上、かつ、六角柱状の開口部に、側面が第１絶縁膜に接するように六角柱状の受光層を形成する工程と、受光層上に、第２電極層を形成する工程と、第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含む。
１つの側面として、受光層の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることができるという効果を有する。
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システムについて、図１〜図２３を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる赤外線検出器は、赤外線を検出する赤外線検出器であって、例えば、赤外線吸収層（受光層）に、ＩｎＡｓやＧａＳｂなどのナローギャップ半導体からなる超格子構造やそれらの混晶を用いたもの、あるいは、タイプＩＩ超格子（Type II Superlattices：Ｔ２ＳＬ）を用いたものに好適の赤外線検出器である。
本実施形態にかかる赤外線検出器は、赤外線を検出する赤外線検出器であって、例えば、赤外線吸収層（受光層）に、ＩｎＡｓやＧａＳｂなどのナローギャップ半導体からなる超格子構造やそれらの混晶を用いたもの、あるいは、タイプＩＩ超格子（Type II Superlattices：Ｔ２ＳＬ）を用いたものに好適の赤外線検出器である。
本実施形態の赤外線検出器は、図１に示すように、（１１１）Ｂ基板１の上方に設けられた第１電極層２と、第１電極層２上に設けられた第１絶縁膜３と、第１電極層２上に設けられた受光層４と、受光層４上に設けられた第２電極層５と、第２電極層５を覆う第２絶縁膜６とを備える。
なお、第１電極層２を第１コンタクト層又は下部電極層ともいう。また、第２電極層５を第２コンタクト層又は上部電極層ともいう。
なお、第１電極層２を第１コンタクト層又は下部電極層ともいう。また、第２電極層５を第２コンタクト層又は上部電極層ともいう。
特に、第１絶縁膜３は、六角柱状の開口部３Ｘを有し、この六角柱状の開口部３Ｘに、側面が第１絶縁膜３に接する六角柱状の受光層４が設けられている（例えば図２１参照）。
ここで、六角柱状の開口部３Ｘは、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が六角形状の開口部である。また、六角柱状の受光層４は、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が六角形状の受光層である。
ここで、六角柱状の開口部３Ｘは、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が六角形状の開口部である。また、六角柱状の受光層４は、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が六角形状の受光層である。
これにより、暗電流の低減が可能となる。
つまり、まず、受光層４の側面（側壁表面）を流れる暗電流成分は、受光層４（画素）の周辺長Ｐと面積Ａとの比に相関があり、次式で表される。
ＩＳｕｒｆａｃｅ∝Ｐ／Ａ
このため、同じ断面積に対しては、周辺長の総和が小さいほど、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分は小さくなる。
つまり、まず、受光層４の側面（側壁表面）を流れる暗電流成分は、受光層４（画素）の周辺長Ｐと面積Ａとの比に相関があり、次式で表される。
ＩＳｕｒｆａｃｅ∝Ｐ／Ａ
このため、同じ断面積に対しては、周辺長の総和が小さいほど、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分は小さくなる。
そこで、上述のように、受光層４の断面形状を四角形状ではなく、六角形状とすることで、受光層４で同じ断面積を得るのに必要な周辺長を約７％小さくすることができる。
これにより、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分（表面リーク電流）を低減することが可能となる。
また、上述のように、（１１１）Ｂ基板１、及び、第１絶縁膜３に設けられた六角柱状の開口部３Ｘを用いることで、後述するように、成膜によって、側面が第１絶縁膜３に接する六角柱状の受光層４を形成することが可能である。
これにより、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分（表面リーク電流）を低減することが可能となる。
また、上述のように、（１１１）Ｂ基板１、及び、第１絶縁膜３に設けられた六角柱状の開口部３Ｘを用いることで、後述するように、成膜によって、側面が第１絶縁膜３に接する六角柱状の受光層４を形成することが可能である。
このため、エッチングによって受光層４を形成することが不要となり、受光層４の側壁表面におけるエッチングによるダメージや大気に晒されることによる酸化を抑制することが可能となる。
これにより、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分を低減することが可能となる。
ここで、（１１１）Ｂ基板１は、面指数が（１１１）Ｂの基板、即ち、面方位が（１１１）Ｂ面の基板である。
これにより、受光層４の側壁表面を流れる暗電流成分を低減することが可能となる。
ここで、（１１１）Ｂ基板１は、面指数が（１１１）Ｂの基板、即ち、面方位が（１１１）Ｂ面の基板である。
本実施形態では、（１１１）Ｂ基板１は、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰのいずれかからなる。
第１電極層２及び第２電極層５は、受光層４を挟むように設けられており、（１１１）Ｂ基板１の上方に、第１電極層２、受光層４、第２電極層５が順に積層されて半導体積層体が構成されている。
第１電極層２及び第２電極層５は、受光層４を挟むように設けられており、（１１１）Ｂ基板１の上方に、第１電極層２、受光層４、第２電極層５が順に積層されて半導体積層体が構成されている。
ここで、第１電極層２は、ＩｎＡｓからなるものとするのが好ましい。
第２電極層５は、ＩｎＡｓ又はＧａＳｂからなるものとするか、これらを積層したものとするのが好ましい。
受光層４は、光吸収層であって、ここでは、赤外線を吸収してキャリアを生成する赤外線吸収層である。
第２電極層５は、ＩｎＡｓ又はＧａＳｂからなるものとするか、これらを積層したものとするのが好ましい。
受光層４は、光吸収層であって、ここでは、赤外線を吸収してキャリアを生成する赤外線吸収層である。
本実施形態では、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるか、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む混晶からなるか、又は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む超格子からなる。
例えば、受光層４は、ＩｎＡｓやＧａＳｂなどのナローギャップ半導体からなる超格子構造やそれらの混晶からなるものとすれば良い。また、例えば、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ基板に格子定数の近いＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂなどの材料を用いて超格子構造を形成して受光層４とすることで、中赤外線（３〜５μｍ）、遠赤外線（８〜１２μｍ）領域の赤外線を検出できるようになり、例えばセキュリティ分野などへの応用が可能となる。
例えば、受光層４は、ＩｎＡｓやＧａＳｂなどのナローギャップ半導体からなる超格子構造やそれらの混晶からなるものとすれば良い。また、例えば、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ基板に格子定数の近いＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂなどの材料を用いて超格子構造を形成して受光層４とすることで、中赤外線（３〜５μｍ）、遠赤外線（８〜１２μｍ）領域の赤外線を検出できるようになり、例えばセキュリティ分野などへの応用が可能となる。
第１絶縁膜３は、少なくとも受光層４の側面を覆うように設けられていれば良い。
ここで、第１絶縁膜３及び第２絶縁膜６は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなるものとし、第１絶縁膜３は、少なくとも受光層４の側面に接する領域がＳｉＮからなるものとするのが好ましい。
ここで、第１絶縁膜３及び第２絶縁膜６は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなるものとし、第１絶縁膜３は、少なくとも受光層４の側面に接する領域がＳｉＮからなるものとするのが好ましい。
本実施形態では、第１電極層２上に第１電極７が設けられており、第２電極層５上に第２電極８が設けられている。
また、図２に示すように、受光層４は、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が第２電極層５よりも小さくなっているものとしても良い。
上述のように構成される本実施形態の赤外線検出器は、以下のようにして製造することができる。
また、図２に示すように、受光層４は、（１１１）Ｂ基板１の表面に沿う方向の断面積が第２電極層５よりも小さくなっているものとしても良い。
上述のように構成される本実施形態の赤外線検出器は、以下のようにして製造することができる。
つまり、本実施形態の赤外線検出器の製造方法は、（１１１）Ｂ基板１の上方に、第１電極層２を形成する工程と、第１電極層２上に、六角柱状の開口部３Ｘを有する第１絶縁膜３を形成する工程と、第１電極層２上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面が第１絶縁膜３に接するように六角柱状の受光層４を形成する工程と、受光層４上に、第２電極層５を形成する工程と、第２電極層５を覆うように第２絶縁膜６を形成する工程とを含む（例えば図１、図２参照）。
本実施形態では、上述の第２絶縁膜６を形成する工程の後に、第１電極層２及び第２電極層５の一部を露出させ、第１電極７及び第２電極８を形成する工程を含む（例えば図１、図２参照）。
ところで、上述のような構成及び製造方法を採用しているのは、以下の理由による。
赤外線検出器では、水銀カドミウムテルル（Mercury Cadmium Telluride：ＭＣＴ）に変わる次世代の材料として、タイプＩＩ超格子（Type II Superlattices：Ｔ２ＳＬ）が期待されており、現在、盛んに研究されている。
ところで、上述のような構成及び製造方法を採用しているのは、以下の理由による。
赤外線検出器では、水銀カドミウムテルル（Mercury Cadmium Telluride：ＭＣＴ）に変わる次世代の材料として、タイプＩＩ超格子（Type II Superlattices：Ｔ２ＳＬ）が期待されており、現在、盛んに研究されている。
多くは、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ基板に格子定数の近いＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂなどの材料を用いて超格子構造を形成し、それを赤外線吸収層（受光層）とすることで、中赤外線（３〜５μｍ）、遠赤外線（８〜１２μｍ）領域の赤外線を検出できるようにし、例えばセキュリティ分野などへの応用を可能としている。
しかしながら、Ｔ２ＳＬを用いた赤外線検出器では、暗電流の低減が課題となっている。
しかしながら、Ｔ２ＳＬを用いた赤外線検出器では、暗電流の低減が課題となっている。
ここで、赤外線検出器の暗電流Ｉｄは、次式で表される。
Ｉｄ＝ＩＢｕｌｋ＋ＩＳｕｒｆａｃｅ
このように、赤外線検出器の暗電流Ｉｄは、受光層の内部を流れるバルク成分ＩＢｕｌｋと受光層の側壁表面を流れる成分ＩＳｕｒｆａｃｅの和で表される。
赤外線検出器を高性能化するにあたり、受光層の側壁表面を流れる暗電流成分を低減する必要がある。
Ｉｄ＝ＩＢｕｌｋ＋ＩＳｕｒｆａｃｅ
このように、赤外線検出器の暗電流Ｉｄは、受光層の内部を流れるバルク成分ＩＢｕｌｋと受光層の側壁表面を流れる成分ＩＳｕｒｆａｃｅの和で表される。
赤外線検出器を高性能化するにあたり、受光層の側壁表面を流れる暗電流成分を低減する必要がある。
しかしながら、従来は、エッチングなどによって受光層の一部を除去することで、受光層（画素）の断面形状を四角形状としている。
また、エッチングなどによって、受光層の側面に生成物や不純物が付着したり、プロセス過程で受光層の側面が大気に晒され、その表面が酸化したりすることによって、暗電流増大の原因となっている。
また、エッチングなどによって、受光層の側面に生成物や不純物が付着したり、プロセス過程で受光層の側面が大気に晒され、その表面が酸化したりすることによって、暗電流増大の原因となっている。
なお、受光層の側面を絶縁膜でパッシベーションすることで、暗電流を低減することが試みられているが、有効な絶縁膜形成工程は確立されていない。
そこで、上述のような構成及び製造方法を採用している。
以下、本実施形態の赤外線検出器及びその製造方法について、具体例を挙げて、図３〜図１０を参照しながら説明する。
そこで、上述のような構成及び製造方法を採用している。
以下、本実施形態の赤外線検出器及びその製造方法について、具体例を挙げて、図３〜図１０を参照しながら説明する。
この具体例では、赤外線検出器は、図３に示すように、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａの上方にＧａＳｂバッファー層９及びＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層１０を介してｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを備える。
また、このｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備え、さらに、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層４Ａを備える。
また、このｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備え、さらに、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層４Ａを備える。
そして、受光層４Ａ上にｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを備え、このｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを覆うＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを備える。
また、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａとｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａのそれぞれの表面に接するように第１電極７及び第２電極８を備え、それ以外の表面は、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａで覆われている。
また、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａとｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａのそれぞれの表面に接するように第１電極７及び第２電極８を備え、それ以外の表面は、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａで覆われている。
このような構造を有する赤外線検出器は、以下のようにして製造することができる。
ここでは、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａ上に、赤外線検出器を構成する半導体積層構造をエピタキシャル成長させる。
つまり、エピタキシャル成長層は、ＧａＳｂバッファー層９、ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層１０、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる受光層４Ａ、ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａで構成される。
ここでは、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａ上に、赤外線検出器を構成する半導体積層構造をエピタキシャル成長させる。
つまり、エピタキシャル成長層は、ＧａＳｂバッファー層９、ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層１０、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる受光層４Ａ、ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａで構成される。
具体的には、赤外線検出器を構成する半導体積層構造の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によって形成する。
まず、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａを、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。なお、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａは、準備室において脱ガス処理される。
次に、超高真空に保持された成長室へ搬送する。
まず、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａを、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。なお、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａは、準備室において脱ガス処理される。
次に、超高真空に保持された成長室へ搬送する。
成長室に搬送されたｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａは、表面の酸化膜を除去するために、Ｓｂ雰囲気下で加熱される。
このようにして酸化膜を除去した後、基板表面の平坦性を良くするために、図４に示すように、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａ上に、ＧａＳｂバッファー層９を、例えば基板温度約５００℃で約１００ｎｍ成長させる。
このようにして酸化膜を除去した後、基板表面の平坦性を良くするために、図４に示すように、ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板１Ａ上に、ＧａＳｂバッファー層９を、例えば基板温度約５００℃で約１００ｎｍ成長させる。
次に、図５に示すように、ＧａＳｂバッファー層９上に、ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層１０を、例えば約３００ｎｍ成長させる。
この場合、ＩｎＡｓＳｂ層の混晶組成は、ＧａＳｂに格子整合するように設定することが好ましい。例えば、ＩｎＡｓ０．９１Ｓｂ０．０９である。
次に、図５に示すように、例えばＳｉドーピングをした電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを、例えば約３０ｎｍ成長させる。
この場合、ＩｎＡｓＳｂ層の混晶組成は、ＧａＳｂに格子整合するように設定することが好ましい。例えば、ＩｎＡｓ０．９１Ｓｂ０．０９である。
次に、図５に示すように、例えばＳｉドーピングをした電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを、例えば約３０ｎｍ成長させる。
次に、図６、図７に示すように、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜（ＳｉＯ２マスク）３Ａを形成する。
つまり、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａまでを成膜した基板１Ａを、ＭＢＥ装置から取り出し、図６に示すように、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＯ２膜３Ａを例えば約１０００ｎｍ形成する。
つまり、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａまでを成膜した基板１Ａを、ＭＢＥ装置から取り出し、図６に示すように、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＯ２膜３Ａを例えば約１０００ｎｍ形成する。
次に、図７に示すように、例えば電子線描画（Electron Lithography：ＥＢ）と、薬液などによるエッチングを行なうことによって、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備えるテンプレート基板１１を形成する。
次に、このテンプレート基板１１を、再び、ＭＢＥ装置の成長室に導入し、図８に示すように、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層４Ａを形成する。
次に、このテンプレート基板１１を、再び、ＭＢＥ装置の成長室に導入し、図８に示すように、ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層４Ａを形成する。
例えば、以下のように、キャリア濃度の異なる３種類の超格子を積層することによって受光層４Ａを形成する。
つまり、まず、ｎ型の超格子を形成する。
ここでは、電子濃度が約５×１０１７ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約２．２ｎｍ、アンドープのＧａＳｂを約２ｎｍ形成する。
つまり、まず、ｎ型の超格子を形成する。
ここでは、電子濃度が約５×１０１７ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約２．２ｎｍ、アンドープのＧａＳｂを約２ｎｍ形成する。
例えば、ＩｎＡｓを成膜する時、ＩｎとＡｓを交互に供給することによって、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａの六角柱状の開口部３ＸにのみＩｎＡｓを形成することができる。また、（１１１）Ｂ基板１Ａを用いているため、基板表面に垂直な側面を有し、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、六角柱状に成膜することが可能である。また、ＧａＳｂも同様に形成する。
なお、ＩｎＡｓとＧａＳｂの界面に、ＧａＳｂ基板に格子整合するようにＩｎＳｂを成膜しても良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約２００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。
次いで、ｉ型の超格子を形成する。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約２００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。
次いで、ｉ型の超格子を形成する。
ここでは、アンドープのＩｎＡｓ、ＧａＳｂを、それぞれ、約２．２ｎｍ、約２ｎｍ形成する。
成膜方法は、ｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約６００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。
成膜方法は、ｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約６００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。
次いで、ｐ型の超格子を形成する。
ここでは、アンドープのＩｎＡｓを約２．２ｎｍ、正孔濃度が約５×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＧａＳｂを約２ｎｍ形成する。
成膜方法は、ｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約２００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。
ここでは、アンドープのＩｎＡｓを約２．２ｎｍ、正孔濃度が約５×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＧａＳｂを約２ｎｍ形成する。
成膜方法は、ｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
ここでは、このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの成膜を、例えば約２００ｎｍの厚さになるまで繰り返す。
次に、図９に示すように、ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを形成する。
ここでは、正孔濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＳｂを約１００ｎｍ形成し、次いで、電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約３０ｎｍ形成する。成膜方法はｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
なお、ここでは、テンプレート基板１１の第１絶縁膜３Ａの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４Ａを形成し、その上に第２電極層５Ａを形成しており、第２電極層５Ａの全部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置しているが、これに限られるものではない。
ここでは、正孔濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＧａＳｂを約１００ｎｍ形成し、次いで、電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約３０ｎｍ形成する。成膜方法はｎ型超格子の場合と同様とすれば良い。
なお、ここでは、テンプレート基板１１の第１絶縁膜３Ａの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４Ａを形成し、その上に第２電極層５Ａを形成しており、第２電極層５Ａの全部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置しているが、これに限られるものではない。
例えば、テンプレート基板１１の第１絶縁膜３Ａの膜厚よりも薄く受光層４Ａを形成し、その上に第２電極層５Ａを形成して、第２電極層５Ａの一部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置するようにしても良い。
また、ここでは、六角柱状の受光層４Ａの上に、基板１Ａの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ａと同程度の六角柱状の第２電極層５Ａを形成しているが、これに限られるものではなく、六角柱状の受光層４Ａの上に、基板１Ａの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ａよりも大きい六角柱状の第２電極層５Ａを形成しても良い（例えば図２参照）。
また、ここでは、六角柱状の受光層４Ａの上に、基板１Ａの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ａと同程度の六角柱状の第２電極層５Ａを形成しているが、これに限られるものではなく、六角柱状の受光層４Ａの上に、基板１Ａの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ａよりも大きい六角柱状の第２電極層５Ａを形成しても良い（例えば図２参照）。
次に、図１０に示すように、ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａを覆うように、ＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを形成する。
次に、図１０に示すように、マスクを用いたエッチングによって、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａの一部及びｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａの一部が露出するように、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを選択的にエッチングし、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる第１電極７及び第２電極８を形成する。
次に、図１０に示すように、マスクを用いたエッチングによって、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａの一部及びｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ａの一部が露出するように、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを選択的にエッチングし、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる第１電極７及び第２電極８を形成する。
この際、受光層４Ａの側面が露出しないように選択的にエッチングすることで、受光層４Ａの側面の汚染や酸化を防ぐことができる。
このようにして、赤外線検出器を製造することができる。
上述のように構成され、このようにして製造される赤外線検出器によれば、受光層４Ａ（画素）の断面形状が六角形であるため、一般的な画素形状である四角形に比べて、同じ画素面積に対して、画素周辺長が小さくなる。このため、受光層４Ａの側壁表面を流れる暗電流を低減することができる。
このようにして、赤外線検出器を製造することができる。
上述のように構成され、このようにして製造される赤外線検出器によれば、受光層４Ａ（画素）の断面形状が六角形であるため、一般的な画素形状である四角形に比べて、同じ画素面積に対して、画素周辺長が小さくなる。このため、受光層４Ａの側壁表面を流れる暗電流を低減することができる。
また、受光層４Ａ（画素）を成膜によって柱状に形成することが可能であるため、エッチングによって受光層４Ａ（画素）を形成する工程が不要となり、少なくとも受光層４Ａの側壁表面のエッチングによるダメージや大気に晒されることによる酸化を抑制できる。これにより、受光層４Ａの側壁表面を流れる暗電流成分が低減することが可能となる。
なお、この具体例の構成は、効果が得られる範囲で適宜変更しても良い。
なお、この具体例の構成は、効果が得られる範囲で適宜変更しても良い。
例えば、この具体例では、受光層４ＡをＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子としているが、吸収波長に応じて各層の厚さを適宜変更しても良い。また、超格子はＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２つ以上から構成されていても良い。また、赤外領域に応答する材料であれば、これらの混晶から受光層４Ａが構成されていても良い。例えばＩｎＡｓ１−ａＳｂａ（０≦ａ≦１）であっても良い。
また、第１電極層２ＡはＩｎＡｓとしているが、ＧａＳｂであっても良い。
但し、自然酸化膜の取り扱いやすさの点では、ＩｎＡｓの方が好ましい。つまり、第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有する第１絶縁膜３Ａを形成するためにエッチングを行なう際に、第１電極層２Ａの表面に自然酸化膜が形成されると、これがリーク電流を増加させる要因となるが、ＩｎＡｓは自然酸化膜が形成されにくいため、ＩｎＡｓを用いるのが好ましい。
但し、自然酸化膜の取り扱いやすさの点では、ＩｎＡｓの方が好ましい。つまり、第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有する第１絶縁膜３Ａを形成するためにエッチングを行なう際に、第１電極層２Ａの表面に自然酸化膜が形成されると、これがリーク電流を増加させる要因となるが、ＩｎＡｓは自然酸化膜が形成されにくいため、ＩｎＡｓを用いるのが好ましい。
また、テンプレート基板１１上に受光層４Ａを成長する前に、テンプレート基板１１の開口部３Ｘの第１電極層２Ａの表面の自然酸化膜を除去した後、受光層４Ａを成膜する前に、第１電極層２Ａと同じ材料を成膜して表面を平坦化しても良い。
また、ドーピングする不純物をＳｉやＢｅとしているが、これら以外であっても良い。例えばｎ型不純物としてＴｅを用いても良い。
また、ドーピングする不純物をＳｉやＢｅとしているが、これら以外であっても良い。例えばｎ型不純物としてＴｅを用いても良い。
また、赤外線検出器を構成する半導体積層構造の積層方法をＭＢＥ法としているが、例えばＭＯＣＶＤ法やその他の積層構造が作製可能な方法であっても良い。
また、赤外線検出器の構造をｐｉｎ型としているが、ｉ層がｎ型又はｐ型になっていても良い。
また、赤外線検出器の構造において、エッチングストッパー層１０はなくても良い。また、基板１Ａやバッファー層９が除去されていても良い。
また、赤外線検出器の構造をｐｉｎ型としているが、ｉ層がｎ型又はｐ型になっていても良い。
また、赤外線検出器の構造において、エッチングストッパー層１０はなくても良い。また、基板１Ａやバッファー層９が除去されていても良い。
ところで、暗電流を抑制するために、受光層４と第２電極層５との間及び受光層４と第１電極層２との間の少なくとも一方に、バリア層１２を備えるものとしても良い（例えば図１１参照）。
例えば、図１１に示すように、受光層４Ｂと第２電極層５Ｂとの間にバリア層１２が挿入されていても良い。これを第１変形例という。
例えば、図１１に示すように、受光層４Ｂと第２電極層５Ｂとの間にバリア層１２が挿入されていても良い。これを第１変形例という。
この第１変形例では、赤外線検出器は、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂの上方にＩｎＡｓバッファー層９Ａを介してｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを備える。
また、このｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備え、さらに、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層４Ｂを備える。
また、このｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上に、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備え、さらに、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ上、かつ、六角柱状の開口部３Ｘに、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層４Ｂを備える。
そして、受光層４Ｂ上にアンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを備え、これらのアンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを覆うＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを備える。
また、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａとｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂのそれぞれの表面に接するように第１電極７及び第２電極８を備え、それ以外の表面は、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａで覆われている。
また、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａとｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂのそれぞれの表面に接するように第１電極７及び第２電極８を備え、それ以外の表面は、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａで覆われている。
このような構造を有する赤外線検出器は、以下のようにして製造することができる。
ここでは、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂ上に、赤外線検出器を構成する半導体積層構造をエピタキシャル成長させる。つまり、エピタキシャル成長層は、ＩｎＡｓバッファー層９Ａ、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ、ＩｎＡｓからなる受光層４Ｂ、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ、ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂで構成される。
ここでは、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂ上に、赤外線検出器を構成する半導体積層構造をエピタキシャル成長させる。つまり、エピタキシャル成長層は、ＩｎＡｓバッファー層９Ａ、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａ、ＩｎＡｓからなる受光層４Ｂ、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ、ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂで構成される。
具体的には、赤外線検出器構造を構成する半導体積層構造の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によって形成する。
まず、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂを、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。なお、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂは、準備室において脱ガス処理される。
次に、超高真空に保持された成長室へ搬送する。
まず、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂを、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。なお、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂは、準備室において脱ガス処理される。
次に、超高真空に保持された成長室へ搬送する。
成長室に搬送されたｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂは、表面の酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で加熱される。
このようにして酸化膜を除去した後、基板表面の平坦性を良くするために、図１２に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂ上に、ＩｎＡｓバッファー層９Ａを、例えば基板温度約５００℃で約１００ｎｍ成長させる。
このようにして酸化膜を除去した後、基板表面の平坦性を良くするために、図１２に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板１Ｂ上に、ＩｎＡｓバッファー層９Ａを、例えば基板温度約５００℃で約１００ｎｍ成長させる。
次に、図１３に示すように、ＩｎＡｓバッファー層９Ａ上に、例えばＳｉドーピングをした電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａを、例えば約３００ｎｍ成長させる。
次に、図１４、図１５に示すように、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを形成する。
次に、図１４、図１５に示すように、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを形成する。
つまり、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａまでを成膜した基板１Ｂを、ＭＢＥ装置から取り出し、図１４に示すように、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＯ２膜３Ａを例えば約１０００ｎｍ形成する。
次に、図１５に示すように、例えば電子線描画（Electron Lithography：ＥＢ）と、薬液などによるエッチングを行なうことによって、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備えるテンプレート基板１１Ａを形成する。
次に、図１５に示すように、例えば電子線描画（Electron Lithography：ＥＢ）と、薬液などによるエッチングを行なうことによって、六角柱状の開口部３Ｘを有するＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａを備えるテンプレート基板１１Ａを形成する。
次に、このテンプレート基板１１Ａを、再び、ＭＢＥ装置の成長室に導入し、図１６に示すように、ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層４Ｂを形成する。ここでは、Ｓｉをドーピングした電子濃度が約２×１０１６ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約１０００ｎｍ形成する。
この場合、例えば、ＩｎとＡｓを交互に供給することによって、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａの六角柱状の開口部３ＸにのみＩｎＡｓを形成することができる。
この場合、例えば、ＩｎとＡｓを交互に供給することによって、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａの六角柱状の開口部３ＸにのみＩｎＡｓを形成することができる。
また、（１１１）Ｂ基板１Ｂを用いているため、基板表面に垂直な側面を有し、側面がＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａに接するように、六角柱状に成膜することが可能である。
次に、図１７に示すように、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａを形成する。ここでは、アンドープＡｌＡｓ０．１５Ｓｂ０．８５層を約１００ｎｍ形成する。成膜方法は、受光層４Ｂの場合と同様にすれば良い。
次に、図１７に示すように、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａを形成する。ここでは、アンドープＡｌＡｓ０．１５Ｓｂ０．８５層を約１００ｎｍ形成する。成膜方法は、受光層４Ｂの場合と同様にすれば良い。
次に、図１８に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを形成する。ここでは、Ｓｉをドーピングした電子濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＡｓを約１００ｎｍ形成する。成膜方法は受光層４Ｂの場合と同様とすれば良い。
なお、ここでは、テンプレート基板１１Ａの第１絶縁膜３Ａの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４Ｂを形成し、その上にバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しており、バリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂの全部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置しているが、これに限られるものではない。
なお、ここでは、テンプレート基板１１Ａの第１絶縁膜３Ａの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４Ｂを形成し、その上にバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しており、バリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂの全部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置しているが、これに限られるものではない。
例えば、テンプレート基板１１Ａの第１絶縁膜３Ａの膜厚よりも薄く受光層４Ｂを形成し、その上にバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成して、第２電極層５Ｂの一部あるいは第２電極層５Ｂ及びバリア層１２Ａの一部が第１絶縁膜３Ａの上面よりも上側に位置するようにしても良い。
また、ここでは、六角柱状の受光層４Ｂの上に、基板１Ｂの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ｂと同程度の六角柱状のバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しているが、これに限られるものではなく、六角柱状の受光層４Ｂの上に、基板１Ｂの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ｂよりも大きい六角柱状のバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しても良い。
また、ここでは、六角柱状の受光層４Ｂの上に、基板１Ｂの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ｂと同程度の六角柱状のバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しているが、これに限られるものではなく、六角柱状の受光層４Ｂの上に、基板１Ｂの表面に沿う方向の断面積が受光層４Ｂよりも大きい六角柱状のバリア層１２Ａ及び第２電極層５Ｂを形成しても良い。
次に、図１９に示すように、アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂを覆うように、ＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを形成する。
次に、マスクを用いたエッチングによって、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａの一部及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂの一部が露出するように、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを選択的にエッチングし、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる第１電極７及び第２電極８を形成する。
次に、マスクを用いたエッチングによって、ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層２Ａの一部及びｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂの一部が露出するように、ＳｉＯ２第１絶縁膜３Ａ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａを選択的にエッチングし、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる第１電極７及び第２電極８を形成する。
このようにして、赤外線検出器を製造することができる。
なお、この第１変形例の構成は、効果が得られる範囲で適宜変更しても良い。
例えば、この第１変形例では、受光層４をＩｎＡｓからなるものとしているが、これに限られるものではなく、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるものとすれば良い。また、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２つ以上から構成される超格子としても良い。また、赤外領域に応答する材料であれば、これらの混晶から受光層４が構成されていても良い。例えばＩｎＡｓ１−ａＳｂａ（０≦ａ≦１）であっても良い。
なお、この第１変形例の構成は、効果が得られる範囲で適宜変更しても良い。
例えば、この第１変形例では、受光層４をＩｎＡｓからなるものとしているが、これに限られるものではなく、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるものとすれば良い。また、受光層４は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２つ以上から構成される超格子としても良い。また、赤外領域に応答する材料であれば、これらの混晶から受光層４が構成されていても良い。例えばＩｎＡｓ１−ａＳｂａ（０≦ａ≦１）であっても良い。
また、ドーピングする不純物をＳｉとしているが、Ｓｉ以外であっても良い。例えばｎ型不純物としてＴｅを用いても良い。
また、赤外線検出器を構成する半導体積層構造の積層方法をＭＢＥ法としているが、例えばＭＯＣＶＤ法やその他の積層構造が作製可能な方法であっても良い。
また、赤外線検出器の構造をｐｉｎ型としても良い。
また、赤外線検出器を構成する半導体積層構造の積層方法をＭＢＥ法としているが、例えばＭＯＣＶＤ法やその他の積層構造が作製可能な方法であっても良い。
また、赤外線検出器の構造をｐｉｎ型としても良い。
また、赤外線検出器の構造において、エッチングストッパー層を挿入しても良い。また、基板１Ｂやバッファー層９Ａが除去されていても良い。
ところで、上述の具体例及び第１変形例では、第１絶縁膜３（３Ａ）及び第２絶縁膜６（６Ａ）をＳｉＯ２膜としているが、これに限られるものではない。
例えば、図２０に示すように、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜３Ｂとし、第２絶縁膜６をＳｉＯ２膜６Ａとしても良い。これを第２変形例という。この第２変形例では、上述の第１変形例のものにおいて、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜３Ｂとしている。
ところで、上述の具体例及び第１変形例では、第１絶縁膜３（３Ａ）及び第２絶縁膜６（６Ａ）をＳｉＯ２膜としているが、これに限られるものではない。
例えば、図２０に示すように、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜３Ｂとし、第２絶縁膜６をＳｉＯ２膜６Ａとしても良い。これを第２変形例という。この第２変形例では、上述の第１変形例のものにおいて、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜３Ｂとしている。
ここでは、テンプレート基板１１Ｂに、六角柱状の開口部３ＸＡを有するＳｉＮ第１絶縁膜３Ｂ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの一部６ＡＸを形成する。
つまり、まず、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＮ膜３Ｂを約１０００ｎｍ形成する。次いで、ＳｉＯ２膜６ＡＸを約１００ｎｍ形成する。
つまり、まず、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法を用いて、ＳｉＮ膜３Ｂを約１０００ｎｍ形成する。次いで、ＳｉＯ２膜６ＡＸを約１００ｎｍ形成する。
次いで、例えば電子線描画（Electron Lithography：ＥＢ）と、薬液などによるエッチングを行なうことによって、六角柱状の開口部３ＸＡを有するＳｉＮ第１絶縁膜３Ｂ及びＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの一部６ＡＸを備えるテンプレート基板１１Ｂを形成する。
このようなテンプレート基板１１Ｂを用いる場合、テンプレート基板１１ＢのＳｉＮ第１絶縁膜３Ｂの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４（ここではＩｎＡｓからなる受光層４Ｂ）を形成し、その上にテンプレート基板１１ＢのＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの一部６ＡＸの膜厚と同程度の膜厚になるようにバリア層１２（ここではアンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ）を形成し、その上に第２電極層５（ここではｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂ）を形成した後、第２電極層５を覆うようにＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの残りの部分６ＡＹを形成することになる。この場合、ＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａ（６ＡＸ，６ＡＹ）はバリア層１２（１２Ａ）及び第２電極層５（５Ｂ）を覆うことになる。
このようなテンプレート基板１１Ｂを用いる場合、テンプレート基板１１ＢのＳｉＮ第１絶縁膜３Ｂの膜厚と同程度の膜厚になるように受光層４（ここではＩｎＡｓからなる受光層４Ｂ）を形成し、その上にテンプレート基板１１ＢのＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの一部６ＡＸの膜厚と同程度の膜厚になるようにバリア層１２（ここではアンドープＡｌＡｓＳｂバリア層１２Ａ）を形成し、その上に第２電極層５（ここではｎ型ＩｎＡｓ第２電極層５Ｂ）を形成した後、第２電極層５を覆うようにＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａの残りの部分６ＡＹを形成することになる。この場合、ＳｉＯ２第２絶縁膜６Ａ（６ＡＸ，６ＡＹ）はバリア層１２（１２Ａ）及び第２電極層５（５Ｂ）を覆うことになる。
このようなテンプレート基板１１Ｂを用いることによって、受光層４（４Ｂ）の側壁表面がＳｉＮ膜３Ｂによって保護されるため、受光層４（４Ｂ）の側壁表面の酸化が抑制されることが期待され、その結果、受光層４（４Ｂ）の側壁表面を流れる暗電流を低減することが可能となる。
なお、この第２変形例の構成は、上述の第１変形例の場合と同様に、効果が得られる範囲であれば適宜変更しても良い。
なお、この第２変形例の構成は、上述の第１変形例の場合と同様に、効果が得られる範囲であれば適宜変更しても良い。
例えば、テンプレート基板１１Ｂの絶縁膜は、ＳｉＮ膜とＳｉＯＮ膜によって形成されても良い。また、例えば、上述の具体例のものにおいて、第１絶縁膜３をＳｉＮ膜としても良い。
ところで、例えば図２１、図２２に示すように、上述のように構成される赤外線検出器２０を１画素として、複数の画素を平面上に配列して撮像素子（赤外線撮像素子）２１を構成することができる。
ところで、例えば図２１、図２２に示すように、上述のように構成される赤外線検出器２０を１画素として、複数の画素を平面上に配列して撮像素子（赤外線撮像素子）２１を構成することができる。
なお、図２１、図２２では、上述の第２変形例の赤外線検出器を適用した場合を例示しており、図２１中、拡大して示している部分は、受光層４が設けられている部分の基板の表面に沿う方向の断面を示している。
つまり、上述のように構成される赤外線検出器２０を１画素として複数の画素が第１絶縁膜３（３Ｂ）を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイ２２を備えるものとして、撮像素子２１を構成することができる。
つまり、上述のように構成される赤外線検出器２０を１画素として複数の画素が第１絶縁膜３（３Ｂ）を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイ２２を備えるものとして、撮像素子２１を構成することができる。
この場合、赤外線検出器アレイ２２は、各画素を構成する赤外線検出器２０が、第１絶縁膜３（３Ｂ）によって分離され、平面上に配列されているものとなる。
ここで、複数の画素２０は、図２１に示すように、ハニカム状に配列されていることが好ましい。これにより、各画素２０を密に配列することができ、高精細な赤外線検出器アレイ２２（赤外線撮像素子２１）を実現することができる。
ここで、複数の画素２０は、図２１に示すように、ハニカム状に配列されていることが好ましい。これにより、各画素２０を密に配列することができ、高精細な赤外線検出器アレイ２２（赤外線撮像素子２１）を実現することができる。
なお、複数の画素２０は、平面上に２次元に配列されていれば良く、ハニカム状に配列されていなくても良い。例えば、マス目状に縦方向及び横方向に並べて配列されているものとしても良いし、ランダムに配列されているものとしても良い。
本実施形態では、図２１、図２２に示すように、撮像素子２１は、赤外線検出器アレイ２２に接続され、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を備える。
本実施形態では、図２１、図２２に示すように、撮像素子２１は、赤外線検出器アレイ２２に接続され、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を備える。
ここでは、例えば図２２に示すように、上述のように構成される赤外線検出器２０に備えられる第１電極層２（２Ａ）を、全画素２０に共通の共通電極層とし、第１電極７を、赤外線検出器アレイ２２の周辺部、即ち、複数の画素２０が配列されている領域の周辺部に設けて共通電極としている。
そして、各画素を構成する赤外線検出器２０に備えられる第２電極８に表面配線２４（金属配線）で接続されたバンプ２５（出力電極；ここではＩｎバンプ）を介して、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を接続し、また、共通電極としての第１電極７に表面配線２６（金属配線）で接続されたバンプ２７（共通電極；ここではＩｎバンプ）を介して、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を接続している。
そして、各画素を構成する赤外線検出器２０に備えられる第２電極８に表面配線２４（金属配線）で接続されたバンプ２５（出力電極；ここではＩｎバンプ）を介して、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を接続し、また、共通電極としての第１電極７に表面配線２６（金属配線）で接続されたバンプ２７（共通電極；ここではＩｎバンプ）を介して、駆動回路及び読出回路を含むチップ２３を接続している。
ところで、上述のように構成される撮像素子２１を備えるものとして、撮像システム（赤外線撮像システム）を構成することができる。
例えば図２３に示すように、撮像システム３０を、上述のように構成される撮像素子２１を含むセンサ部３１と、これに接続された制御演算部３２と、表示部３３とを備えるものとし、センサ部３１に入射した赤外線を基にした画像が表示部３３に表示されるようにすれば良い。
例えば図２３に示すように、撮像システム３０を、上述のように構成される撮像素子２１を含むセンサ部３１と、これに接続された制御演算部３２と、表示部３３とを備えるものとし、センサ部３１に入射した赤外線を基にした画像が表示部３３に表示されるようにすれば良い。
この場合、撮像システム３０は、上述のように構成される撮像素子２１と、撮像素子２１に接続された制御演算部３２とを備えるものとして構成されることになる。
したがって、本実施形態にかかる赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システムによれば、受光層４の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることができるという効果を有する。
したがって、本実施形態にかかる赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システムによれば、受光層４の側面を流れる暗電流を低減し、赤外線検出器の性能を向上させることができるという効果を有する。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
（１１１）Ｂ基板の上方に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に設けられ、側面が前記第１絶縁膜に接する六角柱状の受光層と、
前記受光層上に設けられた第２電極層と、
前記第２電極層を覆う第２絶縁膜とを備えることを特徴とする赤外線検出器。
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
（１１１）Ｂ基板の上方に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に設けられ、側面が前記第１絶縁膜に接する六角柱状の受光層と、
前記受光層上に設けられた第２電極層と、
前記第２電極層を覆う第２絶縁膜とを備えることを特徴とする赤外線検出器。
（付記２）
前記受光層は、前記（１１１）Ｂ基板の表面に沿う方向の断面積が前記第２電極層よりも小さいことを特徴とする、付記１に記載の赤外線検出器。
（付記３）
前記受光層と前記第２電極層との間及び前記受光層と前記第１電極層との間の少なくとも一方に、バリア層を備えることを特徴とする、付記１又は２の赤外線検出器。
前記受光層は、前記（１１１）Ｂ基板の表面に沿う方向の断面積が前記第２電極層よりも小さいことを特徴とする、付記１に記載の赤外線検出器。
（付記３）
前記受光層と前記第２電極層との間及び前記受光層と前記第１電極層との間の少なくとも一方に、バリア層を備えることを特徴とする、付記１又は２の赤外線検出器。
（付記４）
前記受光層は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるか、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む混晶からなるか、又は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む超格子からなることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
前記受光層は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるか、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む混晶からなるか、又は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む超格子からなることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記５）
前記第１電極層は、ＩｎＡｓからなることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記６）
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなり、
前記第１絶縁膜は、少なくとも前記受光層の側面に接する領域がＳｉＮからなることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
前記第１電極層は、ＩｎＡｓからなることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記６）
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなり、
前記第１絶縁膜は、少なくとも前記受光層の側面に接する領域がＳｉＮからなることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記７）
前記（１１１）Ｂ基板は、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰのいずれかからなることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記８）
付記１〜７のいずれか１項に記載の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備えることを特徴とする撮像素子。
前記（１１１）Ｂ基板は、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰのいずれかからなることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
（付記８）
付記１〜７のいずれか１項に記載の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備えることを特徴とする撮像素子。
（付記９）
前記複数の画素は、ハニカム状に配列されていることを特徴とする、付記８に記載の撮像素子（２１）。
（付記１０）
前記赤外線検出器アレイに接続され、駆動回路及び読出回路を含むチップを備えることを特徴とする、付記８又は９に記載の撮像素子。
前記複数の画素は、ハニカム状に配列されていることを特徴とする、付記８に記載の撮像素子（２１）。
（付記１０）
前記赤外線検出器アレイに接続され、駆動回路及び読出回路を含むチップを備えることを特徴とする、付記８又は９に記載の撮像素子。
（付記１１）
付記８〜１０のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に接続された制御演算部とを備えることを特徴とする撮像システム。
（付記１２）
（１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に、側面が前記第１絶縁膜に接するように六角柱状の受光層を形成する工程と、
前記受光層上に、第２電極層を形成する工程と、
前記第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
付記８〜１０のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に接続された制御演算部とを備えることを特徴とする撮像システム。
（付記１２）
（１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に、側面が前記第１絶縁膜に接するように六角柱状の受光層を形成する工程と、
前記受光層上に、第２電極層を形成する工程と、
前記第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
１ （１１１）Ｂ基板
１Ａ ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板
１Ｂ ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板
２ 第１電極層
２Ａ ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層
３ 第１絶縁膜
３Ａ ＳｉＯ２第１絶縁膜
３Ｂ ＳｉＮ第１絶縁膜
３Ｘ、３ＸＡ 六角柱状の開口部
４ 受光層
４Ａ ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層
４Ｂ ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層
５ 第２電極層
５Ａ ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層
５Ｂ ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層
６ 第２絶縁膜
６Ａ ＳｉＯ２第２絶縁膜
６ＡＸ ＳｉＯ２第２絶縁膜の一部
６ＡＹ ＳｉＯ２第２絶縁膜の残りの部分
７ 第１電極
８ 第２電極
９ ＧａＳｂバッファー層
９Ａ ＩｎＡｓバッファー層
１０ ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層
１１、１１Ａ、１１Ｂ テンプレート基板
１２ バリア層
１２Ａ アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層
２０ 赤外線検出器
２１ 撮像素子（赤外線撮像素子）
２２ 赤外線検出器アレイ
２３ 駆動回路及び読出回路を含むチップ
２４、２６ 表面配線（金属配線）
２５、２７ バンプ
３０ 撮像システム（赤外線撮像システム）
３１ センサ部
３２ 制御演算部
３３ 表示部
１Ａ ｎ型ＧａＳｂ（１１１）Ｂ基板
１Ｂ ｎ型ＩｎＡｓ（１１１）Ｂ基板
２ 第１電極層
２Ａ ｎ型ＩｎＡｓ第１電極層
３ 第１絶縁膜
３Ａ ＳｉＯ２第１絶縁膜
３Ｂ ＳｉＮ第１絶縁膜
３Ｘ、３ＸＡ 六角柱状の開口部
４ 受光層
４Ａ ＩｎＡｓとＧａＳｂの超格子からなる六角柱状の受光層
４Ｂ ＩｎＡｓからなる六角柱状の受光層
５ 第２電極層
５Ａ ｐ型ＧａＳｂ／ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層
５Ｂ ｎ型ＩｎＡｓ第２電極層
６ 第２絶縁膜
６Ａ ＳｉＯ２第２絶縁膜
６ＡＸ ＳｉＯ２第２絶縁膜の一部
６ＡＹ ＳｉＯ２第２絶縁膜の残りの部分
７ 第１電極
８ 第２電極
９ ＧａＳｂバッファー層
９Ａ ＩｎＡｓバッファー層
１０ ＩｎＡｓＳｂエッチングストッパー層
１１、１１Ａ、１１Ｂ テンプレート基板
１２ バリア層
１２Ａ アンドープＡｌＡｓＳｂバリア層
２０ 赤外線検出器
２１ 撮像素子（赤外線撮像素子）
２２ 赤外線検出器アレイ
２３ 駆動回路及び読出回路を含むチップ
２４、２６ 表面配線（金属配線）
２５、２７ バンプ
３０ 撮像システム（赤外線撮像システム）
３１ センサ部
３２ 制御演算部
３３ 表示部
Claims (10)
- （１１１）Ｂ基板の上方に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に設けられ、側面が前記第１絶縁膜に接する六角柱状の受光層と、
前記受光層上に設けられた第２電極層と、
前記第２電極層を覆う第２絶縁膜とを備えることを特徴とする赤外線検出器。 - 前記受光層は、前記（１１１）Ｂ基板の表面に沿う方向の断面積が前記第２電極層よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の赤外線検出器。
- 前記受光層と前記第２電極層との間及び前記受光層と前記第１電極層との間の少なくとも一方に、バリア層を備えることを特徴とする、請求項１又は２の赤外線検出器。
- 前記受光層は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれかの材料からなるか、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む混晶からなるか、又は、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのいずれか２種類以上を含む超格子からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
- 前記第１電極層は、ＩｎＡｓからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
- 前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれかの材料からなるか、又は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮのいずれか２種類以上を積層してなり、
前記第１絶縁膜は、少なくとも前記受光層の側面に接する領域がＳｉＮからなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の赤外線検出器。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検出器を１画素として複数の画素が前記第１絶縁膜を挟んで平面上に配列されている赤外線検出器アレイを備えることを特徴とする撮像素子。
- 前記複数の画素は、ハニカム状に配列されていることを特徴とする、請求項７に記載の撮像素子。
- 請求項７又は８に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に接続された制御演算部とを備えることを特徴とする撮像システム。 - （１１１）Ｂ基板の上方に、第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、六角柱状の開口部を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１電極層上、かつ、前記六角柱状の開口部に、側面が前記第１絶縁膜に接するように六角柱状の受光層を形成する工程と、
前記受光層上に、第２電極層を形成する工程と、
前記第２電極層を覆うように第２絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2017160344A JP6943078B2 (ja) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | 赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システム |
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| JP2017160344A JP6943078B2 (ja) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | 赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021163820A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 富士通株式会社 | 光学センサ及び撮像装置 |
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-
2017
- 2017-08-23 JP JP2017160344A patent/JP6943078B2/ja active Active
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| JP2021163820A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 富士通株式会社 | 光学センサ及び撮像装置 |
| JP7428891B2 (ja) | 2020-03-31 | 2024-02-07 | 富士通株式会社 | 光学センサ及び撮像装置 |
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