(57)【要約】【課題】  経済性に優れ、かつ不良画素率を低くしながら高い接合歩留りを可能にする、検出装置、およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の検出装置の製造方法は、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０の、少なくとも一方に、接合のためのバンプ９ｂ，９２ｂを設ける工程と、バンプが設けられた、受光素子アレイおよび／または読み出し回路に、バンプ高さを調整するためのバンプ高さ調整部材２１を固定する工程と、平坦板４１を、バンプの先端から押し当て、該平坦板がバンプ高さ調整部材の先端に当るまで該バンプを変形させる工程とを備えることを特徴とする。【選択図】        図６
2010157667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体の積層体に形成された受光素子アレイと、シリコンに形成され、該受光素子アレイからの光電流を読み出す読み出し回路と、を備えた検出装置の製造方法であって、
前記受光素子アレイおよび読み出し回路の、少なくとも一方の電極に、接合のためのバンプを設ける工程と、
前記バンプが設けられた、前記受光素子アレイおよび／または読み出し回路に、当該バンプの高さを調整するためのバンプ高さ調整部材を固定する工程と、
平坦板を、前記バンプの先端から押し当て、該平坦板が前記バンプ高さ調整部材の先端に当るまで該バンプを変形させる工程とを備えることを特徴とする、検出装置の製造方法。
【請求項２】
前記受光素子アレイおよび／または読み出し回路に、前記受光素子アレイと前記読み出し回路との間隔を調整するためのギャップ調整部材を固定する工程と、
前記変形されたバンプを介在させて、前記受光素子アレイ電極と前記読み出し回路の電極とを結合する工程とを備え、
前記接合工程では、前記ギャップ調整部材を、（ｇ１）該ギャップ調整部材が固定されていない相手側、（ｇ２）該相手側に固定された前記バンプ高さ調整部材、または（ｇ３）前記ギャップ調整部材が複数の部分部材で構成され、その部分部材が前記相手側に固定された場合の該部分部材、に当接させることを特徴とする、請求項１に記載の検出装置の製造方法。
【請求項３】
化合物半導体の積層体に形成された受光素子アレイと、シリコンに形成され、該受光素子アレイからの光電流を読み出す読み出し回路と、を備えた検出装置であって、
前記受光素子アレイの電極と、前記読み出し回路の読み出し電極との間に介在して接合するバンプと、
前記受光素子アレイおよび読み出し回路の少なくとも一方側に固定され、前記バンプの接合前における高さの調整に用いられた、バンプ高さ調整部材とを備え、
前記バンプ高さ調整部材の先端が、当該バンプ高さ調整部材が固定されていないほうの相手側本体から離れていることを特徴とする、検出装置。
【請求項４】
前記受光素子アレイおよび／または読み出し回路に固定され、前記受光素子アレイと前記読み出し回路との間隔を調整するためのギャップ調整部材を備え、そのギャップ調整部材が、（ｇ１）該ギャップ調整部材が固定されていない相手側、（ｇ２）該相手側に固定された前記バンプ高さ調整部材、または（ｇ３）前記ギャップ調整部材が複数の部分部材で構成され、その部分部材が前記相手側に固定された場合の該部分部材、に当接していることを特徴とする、請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記ギャップ調整部材および前記バンプ高さ調整部材には、先端ほど薄くなるテーパ面が設けられ、前記ギャップ調整部材が、（ｇ２）前記バンプ高さ調整部材に当接する場合において、前記テーパ面同士が当接していることを特徴とする、請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
前記ギャップ調整部材は、前記受光素子または読み出し電極ごとに孔があいた格子状部材であり、非孔部が前記バンプを取り囲むことを特徴とする、請求項４または５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記バンプ高さ調整部材、または、ギャップ調整部材が、絶縁材で形成されていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記バンプ高さ調整部材、または、ギャップ調整部材が、ポリイミドで形成されていることを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項９】
前記バンプが、Ｉｎ、ＡｇＳｎ若しくはＡｕＳｎ、またはこれらに微量不純物を含有させたもの、若しくは導電性樹脂で形成されていることを特徴とする、請求項３〜８のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記化合物半導体の積層体が、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に形成され、バンドギャップ波長が１．６μｍ以上３．０μｍ以下である光吸収層とを有し、前記光吸収層は、ＩｎＰ基板の格子定数との相違が０．２％以下の、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＰ、またはＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、のタイプ２の量子井戸構造によって形成されていることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記化合物半導体の積層体が、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に形成され、バンドギャップ波長が１．６μｍ以上３．０μｍ以下である光吸収層とを有し、前記光吸収層は、ＩｎＰ基板の格子定数との相違が０．２％以下の、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、またはＧａＩｎＮＡｓによって形成されていることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか１項に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外の波長域に受光感度を有する検出装置、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードが配列された検出装置では、信号読み出し用シリコンＩＣ（ＲＯＩＣ:Read  Out 
IC）の読み出し電極と、当該フォトダイオード配列の電極とが向き合って、両方の間に介在するバンプによって導通がとられる。フォトダイオードは、可視域より長波長側の近赤外域または赤外域では、化合物半導体により形成されるため、化合物半導体とシリコン（ＩＣ）とのハイブリッド構成と呼ばれることがある。上記の化合物半導体の結晶は、機械的力には弱いため、上記のハイブリッド構成を形成するとき、バンプには、融点が低く柔らかいインジウム（Ｉｎ）が用いられることが多い。
インジウムのバンプは上記特性に起因して、フォトダイオードの電極またはＲＯＩＣの読み出し電極に設けられる際、形が乱れて不揃いになりやすい。たとえば円柱状に揃わず、頂部の縁に沿ってバリが突き出したり、片側に崩壊して錐台状にそげたりした形状、になる場合が多い。１つの検出装置には数万個〜数十万個のバンプが設けられるが、このような形状逸脱が大きいバンプは必ず生成する。形状逸脱が大きいバンプは、圧着、ろう接などの際、１対１の導通を実現せず、当該バンプの領域（当該画素領域）をはみ出して隣のバンプに接触し、または１対１の導通すら実現しないものとなりやすい。このような不良画素は、黒背景画面で白点が、また断線した画素は白背景画面では黒点となる。不良画素は、撮像の場合は見苦しく、また物質検出や検査の場合は分解能悪化の原因となり、商品価値を低下させる。
【０００３】
上記の問題を解決するため、多くの提案がなされてきた。上記ハイブリッド構成におけるＩｎバンプの形状を均一に制御するために、（ｄ１）合金化して低融点化したＩｎの蒸着膜を用いて、リフトオフの際に加熱溶融させて、Ｉｎバンプの形状を揃えやすくする方法が提案されている（特許文献１）。また、（ｄ２）ハイブリッド構成のバンプ同士の接合の際、横ずれを防止するために、化合物半導体基板とシリコン基板とに、凹凸部による嵌め合わせ構造を設ける提案がなされた（特許文献２）。また、（ｄ３）バンプ同士の接合の際に、バンプの接合不良防止を目的に、縦方向（厚み方向）の間隔を適切にするための間隔調整部材を装入する方法が提案された（特許文献３）。さらに、（ｄ４）絶縁樹脂の格子状部材を用い、格子中の孔に上記のバンプを入れ、非孔部によりバンプを取り囲んで、隣のバンプから隔離する方法が提案された（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１３６１４７号公報
【特許文献２】特開平７−３８０７６号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９６５０号公報
【特許文献４】特開平７−１５３９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の改良方法（ｄ１）〜（ｄ４）は、つぎの点に問題がある。
（ｄ１）（ｉ）用途が限定される。融点１６０℃のＩｎをさらに低融点化するという方法であるため、ＩＣでの発熱、夏季の大気温度などにより、当該低融点化されたバンプがもたない。このため、用途は、ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）のように冷却して用いる赤外線センサなどに限定される。またハイブリッド構成した後、パッケージに搭載する際のダイボンド材、さらにはパッケージにリッドを接合して封止する際の接合材は、画素間のショートなどの原因ともなるバンプの再溶融を防ぐ観点から、さらに低融点の材料を選ぶ必要があり、極めて選択肢が少なくなる。（ｉｉ）Ｉｎ蒸着の場合、蒸着量の位置ばらつきがあるので、Ｉｎバンプの高さを揃えることが難しい。たとえばフォトダイードおよびＲＯＩＣの両方にＩｎバンプを形成してばらつきを吸収しようとしてもＩｎバンプの頂部は平坦ではないので、接合時に滑って、画素間短絡の原因になりかねない。
（ｄ２）高コストになる。凹凸の嵌合構造を形成するのに、化合物半導体基板およびシリコン基板の両方に、マスクパターンを形成し、ドライエッチングなどを行う必要がある。このための工数が増大する。
（ｄ３）接合の歩留りが低い。高さばらつきや、形状ばらつきがあるＩｎバンプを用いて接合する際、接合初期に、接合むらが発生する。
（ｄ４）接合の歩留りが低い。格子の非孔部により横方向ずれに起因する短絡は防止できるが、高さばらつきに起因するオーバーフローによる短絡あるいは高さ不足部分の断線は抑えることができない。
【０００６】
本発明は、経済性に優れ、かつ不良画素率を低くしながら高い製造歩留りを可能にする、検出装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の検出装置の製造方法は、化合物半導体の積層体に形成された受光素子アレイと、シリコンに形成され、該受光素子アレイからの光電流を読み出す読み出し回路と、を備えた検出装置を製造する方法である。この製造方法は、受光素子アレイおよび読み出し回路の、少なくとも一方の電極に、接合のためのバンプを設ける工程と、バンプが設けられた、受光素子アレイおよび／または読み出し回路に、当該バンプの高さを調整するためのバンプ高さ調整部材を固定する工程と、平坦板を、バンプの先端から押し当て、該平坦板がバンプ高さ調整部材の先端に当るまで該バンプを変形させる工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の方法によれば、バンプを介在させて受光素子アレイと読み出し回路とを結合する前に、バンプ高さを調整することで、上記結合の際に隣接する画素同士が短絡等する割合を低減することができる。また、接合前のバンプの先端面を平坦にすることができ、接合時に、相手（相手側の電極またはバンプ）との間のすべりなどを防止することができる。このため、高い製造歩留りを得ながら不良画素率を低くすることができる。上記の方法は、平坦板をバンプに押し当てて変形させる際に、プレスが必要となるが既存のプレスを用いることができ、他に大掛かりな装置は不要であり、工数の増大もそれほど多くない。このため、経済性に優れている。また、バンプの組成をとくに低融点化することは不要なので、温度制御を前提としない。
なお、バンプは、受光素子アレイおよび読み出し回路の、一方側にのみ設けてもよいし、両方に設けてもよい。バンプ高さ調整部材は、バンプを一方側にのみ設ける場合は、そのバンプを設けた一方側にのみ固定する。そして、バンプを両方に設ける場合には、バンプ高さ調整部材は、一方側にのみ１つだけ設けてもよいし、２つ準備して両方に１つずつ設けてもよい。通常は、バンプを両方に設ける場合でも、バンプ高さ調整部材は、一方側にのみ１つだけ設ける。
バンプを両側に設けるのは、シリコンや化合物半導体の反りや凹凸などの影響を吸収するために、バンプ高さを高くしておいて、接合時のバンプ圧縮代を大きくとりたい場合などに行う。その場合、バンプの形成に蒸着法などを用いる場合、受光素子アレイおよび読み出し回路の両方にバンプを設けるほうが、能率よくバンプ高さを得ることができる。
ここで、受光素子アレイおよび読み出し回路を指すのに、一方側、両方、相手側などという用語を用いるが、前後の文脈から常識で、それと判断することができる。また、受光素子アレイと読み出し回路とを、バンプを介在させて結合する前に、バンプを上記の一方側または両方に設けることは、「設ける」または「形成する」により表現する。上記の結合を指す用語には、「接合」、「接続」、また荷重を用いることから「圧着」などの語を用いる。
【０００９】
受光素子アレイおよび／または読み出し回路に、受光素子アレイと読み出し回路との間隔を調整するためのギャップ調整部材を固定する工程と、変形されたバンプを介在させて、受光素子アレイ電極と読み出し回路の電極とを接合する工程とを備え、接合工程では、ギャップ調整部材を、（ｇ１）該ギャップ調整部材が固定されていない相手側、（ｇ２）該相手側に固定されたバンプ高さ調整部材、または（ｇ３）ギャップ調整部材が複数の部分部材で構成され、その部分部材が相手側に固定された場合の該部分部材、に当接させることができる。これによって、受光素子アレイと読み出し回路との結合時に、両者の間隔を全面にわたって適正にとることができ、バンプのはみ出しなどによって隣接する画素同士が短絡等するのを防止することができる。
【００１０】
たとえば、接合工程では、ギャップ調整部材を、（ｇ２）バンプ高さ調整部材に当接させる場合において、ギャップ調整部材およびバンプ高さ調整部材には、先端ほど薄くなるテーパ面を設けておいて、該テーパ面同士を当接させることができる。これによって、縦方向（厚みまたはギャップ）の寸法の調整だけでなく、横方向の位置決めの機能を得ることができる。
【００１１】
本発明の検出装置は、化合物半導体の積層体に形成された受光素子アレイと、シリコンに形成され、該受光素子アレイからの光電流を読み出す読み出し回路とを備えた検出のための装置である。この装置は、受光素子アレイの電極と、読み出し回路の読み出し電極との間に介在して接合するバンプと、受光素子アレイおよび読み出し回路の少なくとも一方側に固定され、バンプの接合前における高さの調整に用いられた、バンプ高さ調整部材とを備え、バンプ高さ調整部材の先端が、当該バンプ高さ調整部材が固定されていないほうの相手側本体から離れていることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によって、高い製造歩留りを得ながら不良画素率が低減された検出装置を得ることができる。また、バンプの組成をとくに低融点化することは不要なので、温度制御を前提としない。ここで、相手側本体とは、相手側（受光素子アレイまたは読み出し回路）の本来の機能を得るための装置部分をいい、このあと説明する、ギャップ調整部材も含まないし、その他のバンプ高さ調整部材も含まないものをさす。
またバンプ高さ調整部材の先端は、当該バンプ高さ調整部材が固定されていないほうの相手側本体から離れているので、受光素子アレイと読み出し回路との圧着またはろう接時に、多少の荷重をかけながら押し込んで、バンプを少し押し潰した状態で接合することも可能である。これにより、より確実な接合ができるようになる。
【００１３】
受光素子アレイおよび／または読み出し回路に固定され、受光素子アレイと読み出し回路との間隔を調整するためのギャップ調整部材を備え、そのギャップ調整部材が、（ｇ１）該ギャップ調整部材が固定されていない相手側、（ｇ２）該相手側に固定されたバンプ高さ調整部材、または（ｇ３）ギャップ調整部材が複数の部分部材で構成され、その部分部材が相手側に固定された場合の該部分部材、に当接することができる。これによって、バンプ高さを調整した上で、受光素子アレイと読み出し回路とのギャップを全面にわたって適正にすることができる。この結果、簡単な機構によって高い製造歩留りを得た上で画素抜けなどの不良を低減することができる。
【００１４】
ギャップ調整部材およびバンプ高さ調整部材には、先端ほど薄くなるテーパ面が設けられ、ギャップ調整部材が、（ｇ２）バンプ高さ調整部材に当接する場合において、テーパ面同士が当接する構造をとることができる。このような簡単な機構によって、横方向（面内方向）の位置決めを行うことで、さらに不良画素率を低減することができる。
【００１５】
ギャップ調整部材は、受光素子または読み出し電極ごとに孔があいた格子状部材であり、非孔部がバンプを取り囲むようにできる。これによって、受光素子アレイと読み出し回路とのギャップを適正にした上で、隣り合う画素同士を確実に隔離することができ、隣り合う画素間短絡等を確実に防止することができる。
【００１６】
バンプ高さ調整部材、または、ギャップ調整部材を、絶縁材で形成することができる。バンプと接触しても濡れにくい場合が多く、接触による不良のおそれが低減する。また接触しても電気的に導通しないので、短絡のおそれがない。
【００１７】
バンプ高さ調整部材、または、ギャップ調整部材を、ポリイミドで形成することができる。これによって、フォトリソグラフィ法などを用いて、これら調整部材を簡単に形成することができる。
【００１８】
バンプを、Ｉｎ、ＡｇＳｎ若しくはＡｕＳｎ、またはこれらに微量不純物を含有させたもので形成することができる。Ｉｎについては、柔らかいので、室温にて荷重をかけることで容易にバンプ高さを揃えることができる。また、ＡｇＳｎ、ＡｕＳｎまたはこれらに微量不純物を含有させたものについても、Ｉｎほどではないが、融点が低く、柔らかく、低温で変形が容易にできるので、容易に高さを揃えることができる。
バンプを、導電性樹脂で形成することができる。導電性樹脂の成分や配合比率を変えることにより、柔らかく、所望の耐熱性をもったバンプを要因得ることができる。  
【００１９】
化合物半導体の積層体が、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に形成され、バンドギャップ波長が１．６μｍ以上３．０μｍ以下である光吸収層とを有し、光吸収層は、ＩｎＰ基板の格子定数との相違が０．２％以下の、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＰ、またはＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、のタイプ２の量子井戸構造によって形成されていてもよい。
また、化合物半導体の積層体が、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に形成され、バンドギャップ波長が１．６μｍ以上３．０μｍ以下である光吸収層とを有し、光吸収層は、ＩｎＰ基板の格子定数との相違が０．２％以下の、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、またはＧａＩｎＮＡｓによって形成される構成をとることができる。
上記の２つの構成の受光素子アレイは、いずれも、ノイズが小さく室温でも使用できる。また、バンプを介在させた電極間の接合時に、隣接画素間の短絡などが防止されて、確実に読み出し回路と、電極同士接合できれば、冷却時の応力や変形などによる接合部の劣化のおそれは生じない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、経済性に優れ、かつ不良画素率を低くしながら高い接合歩留りを可能にする、検出装置、およびその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における検出装置を示す断面図である。
【図２】図１の検出装置の受光素子アレイをマルチプレクサ側から見た平面図である。
【図３】図２における画素の拡大図である。
【図４】本発明に係る、図１の検出装置の変形例を示す平面図である。
【図５】図１の検出装置の受光素子アレイとマルチプレクサとを結合する前の状態を示す図である。
【図６】バンプ高さ調整部材と平坦板とを用いてバンプを圧縮整形している状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は圧縮整形前のバンプを、（ｂ）は圧縮整形後のバンプを示す図である。
【図８】本実施の形態の検出装置における受光素子アレイを説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態２における検出装置を示す断面図である。
【図１０】図９の検出装置の受光素子アレイとマルチプレクサとを結合する前の状態を示す図である。
【図１１】バンプ高さ調整部材と平坦板とを用いてバンプを圧縮整形している状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における検出装置を示す断面図である。
【図１３】図１２の検出装置の受光素子アレイとマルチプレクサとを結合する前の状態を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４における検出装置を示す断面図である。
【図１５】図１４の検出装置の受光素子アレイとマルチプレクサとを結合する前の状態を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態５における検出装置の断面図である。
【図１７】図１６の検出装置の受光素子アレイとマルチプレクサとを結合する前の状態を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態６における検出装置の断面図である。
【図１９】図１８の検出装置の受光素子アレイをマルチプレクサ側から見た平面図である。
【図２０】ギャップ調整部材の斜視図である。
【図２１】図１９に示す受光素子アレイの画素の拡大図である。
【図２２】図１８の検出装置の受光素子アレイとマルチプレクサとを結合する前の状態を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態７における検出装置を示す断面図である。
【図２４】図２３の検出装置の受光素子アレイ側をマルチプレクサ側から見た平面図である。
【図２５】本発明の実施の形態８における検出装置の断面図である。
【図２６】図２５の検出装置の受光素子アレイ側をマルチプレクサ側から見た平面図である。
【図２７】本発明の実施例における本発明例Ａ１の表示画面であり、（ａ）は背景黒色の場合、（ｂ）は背景白色の場合、を示す図である。
【図２８】本発明の実施例における比較例Ｂ１の表示画面であり、（ａ）は背景黒色の場合、（ｂ）は背景白色の場合、を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態における検出装置の具体的な構造について説明する前に、本発明の検出装置の多様な種類を整理しておく。本発明に係る検出装置は、（バンプ高さ調整部材、ギャップ調整部材、バンプ）の３つの構成要素によって次のように、類別される。
−基本形−
（１）バンプ高さ調整部材：受光素子アレイか、または読み出し回路に、検出装置あたり１式設けられる。この１式のバンプ高さ調整部材は、４隅、対向する２隅、アレイを取り囲む枠体（連続一体物）、など、様々な形態で配置される。バンプ高さ調整部材は、製品の状態では、相手側本体からその先端部が浮いているのが、普通である。
（２）ギャップ調整部材：（ｉ）ギャップ調整部材がない構造がある。（ｉｉ）ギャップ調整部材が設けられる場合は、１式である。ただし、１式のギャップ調整部材は、１つの部材で構成される場合と、複数の部材で構成される場合がある。固定する位置は、バンプ高さ調整部材が固定された側でも、その相手側でもよい。ギャップ調整部材は、その先端部を相手側の受光素子アレイか、または読み出し回路に当接させる。
（３）バンプ：接合前の段階で、（ｉ）受光素子アレイおよび読み出し回路の一方側に設けられるのが普通であるが、（ｉｉ）とくにギャップ長を大きくする場合、上述のように両方に設けておく。
−基本形の変形構造−
（Ｈ１）：（ｉ）バンプ高さ調整部材が、ギャップ調整部材と当接する構造がある。この場合、両部材は、同じ側には固定されず、異なる側に固定されている。（ｉｉ）また、上記（ｉ）に属するが、バンプ高さ調整部材およびギャップ調整部材は、ともに、先細り（先薄肉）のテーパ面が付され、そのテーパ面同士が当接する場合がある。
（Ｈ２）ギャップ調整部材が、隣り合う画素を隔離する格子状構造の場合がある。
−基本形の範囲外の変形構造−
バンプ高さ調整部材が、２つ配置される構造がある。ギャップ調整部材は１つであるが、複数の部分部材で構成される場合がある。
【００２３】
（実施の形態１−（バンプ高さ調整部材自由端／ギャップ調整部材なし／バンプ片側）タイプ−）
図１は、本発明の実施の形態１における検出装置１００を示す断面図である。受光素子アレイ５０は、ＩｎＰ基板１／ｎ型バッファ層２／受光層（光吸収層）３／窓層４、の積層体に形成されている。各受光素子では、ｐ型不純物の亜鉛（Ｚｎ）が選択拡散されて導入され、ｐ型領域６が形成され、ｐｎ接合１５が形成されている。ｐ型領域６にはｐ側電極１１がオーミック接触しており、ｐ側電極１１／金属被覆層１１ｂを経て、バンプ９により読み出し回路のマルチプレクサ７０の読み出し電極７１に接続されている。読み出し回路のマルチプレクサ７０には、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）が用いられている。ｐ型領域６／ｐ側電極１１／金属被覆層１１ｂが、画素に対応する部分である。これらｐ側電極１１に対して共通の接地電位を与えるｎ側電極１２は、ｎ側バッファ層２にオーミック接触され、ｎ側電極配線１２ａ／金属被覆層１２ｂを経て、バンプ９２により読み出し回路のマルチプレクサ７０の接地電極７２に接続される。接地電極７２は、読み出し回路のマルチプレクサ７０の各読み出し電極７１に共通に、１つ設けられる。光が入射されるＩｎＰ基板１の底面には反射防止膜３５が配置されている。また、ｐ型領域６の選択拡散に用いられた選択拡散マスクパターン３６は、そのまま残され、選択拡散マスクパターン３６の開口部または窓層４の表面、および当該選択拡散マスクパターン３６を被覆する保護膜４３が設けられている。
バンプ高さ調整部材２１は、受光素子アレイ５０の側に固定されている。そして、バンプ高さ調整部材２１の先端部は、相手側の読み出し回路のマルチプレクサ７０の本体からは離れており、間隔Ｇを保っていて自由端となっている。バンプ高さ調整部材２１は、絶縁材料、たとえばポリイミドで形成するのがよい。また、本実施の形態では、ギャップ調整部材は用いられていない。
図２は、受光素子アレイ５０を読み出し回路のマルチプレクサ７０の側から見た図である。たとえば、画素Ｐは３２０×２５６個、ピッチ２５μｍ、全体サイズ１０ｍｍ□とされる。受光素子アレイ５０に共通にｎ側電極配線１２ａおよびｎ側バンプ９２が、画素配列を取り囲んで設けられる。バンプ高さ調整部材２１は、４つのコーナ部に設けられている。図１および図２を合わせて、バンプ高さ調整部材２１は、柱状であり、この検出装置１００において、柱が４本配置される。
図３は、画素Ｐを示す図である。破線の円形はｐ型領域６を示し、その内部にｐ側電極（図示せず）の金属被覆層１１ｂが位置する。ｐ側電極の周囲は、ＳｉＯＮ等からなる保護膜４３によって被覆される。
図４は、図２の受光素子アレイ５０に対応する図であり、図２に対してバンプ高さ調整部材２１を変形している。すなわち、図４の受光素子アレイ５０は、図１および図２の受光素子アレイ５０の変形例である。図４において、この変形例では、バンプ高さ調整部材２１は、塀状に延びるように形成されている。このあと説明するように、バンプ高さ調整部材２１の使用のされ方において、複数本の柱状のものでも、複数の延在する塀状のものでも、同様に、有効に機能する。
【００２４】
図５は、接合する前の受光素子アレイ５０と、読み出し回路のマルチプレクサ７０とを示す図である。接合前のバンプ９ｂ，９２ｂは、受光素子アレイ５０の金属被覆層１１ｂ，１２ｂに設けられている。バンプ９ｂ，９２ｂは、凹凸が大きくついており、さらに片側に崩壊して凹凸の斜面をなす場合もある。図６は、このようなバンプ９ｂ，９２ｂに対して、バンプ高さ調整部材２１を用いて調整する状態を示す図である。バンプ９ｂ，９２の調整には、平坦板４１を、その平坦面をバンプ９ｂ，９２ｂの先端に押し当て、荷重を加えて圧縮変形する。平坦板４１は、たとえばガラス板などを用いることができる。平坦板４１は、当該平坦板４１がバンプ高さ調整部材２１に当るまで、バンプ９ｂ，９２ｂを圧縮変形させる。バンプ９ｂ，９２ｂの高さは、バンプ高さ調整部材２１の先端の高さ位置によって決められる。バンプ高さ調整部材２１が柱状の場合、３本以上配置されないと、平坦板４１を受光素子アレイ５０の面、たとえばＩｎＰ基板１の面に安定的に並行させることは難しい。塀状に延びるバンプ高さ調整部材２１の場合（図４参照）は、離れて２つあれば、安定して上記並行性を得ることができる。
図７は、平坦板４１と、バンプ高さ調整部材２１とを用いてバンプ９ｂ，９２ｂの調整を行う前（図７（ａ））と、後（図７（ｂ）の状態を示す図である。これらバンプ９ｂ，９２ｂはインジウムによって形成された例である。図７（ａ）に示すように、接合前において、バンプ９ｂは先端がひどく傾斜して、その傾斜面が凹凸面で形成される。これに対して、図６の押し当て圧縮処理を行ったあとは、図７（ｂ）に示すように、バンプ９はずんぐりとまとまり、その先端面Ｆは平坦になる。平坦面Ｆに連なる側面には、外側に少し張り出す張出し部９ｅが形成される。図７（ａ）に示すバンプ９ｂでは、それが数万個〜数１０万個ある場合、その形状は多様であり、図５に示す読み出し回路のマルチプレクサ７０の読み出し電極７１と接合される場合、読み出し電極７１との接触面積が極端に小さかったり、さらには接触しないものがある。受光素子アレイ５０と読み出し回路のマルチプレクサ７０との接合の際、バンプ９ｂ，９２ｂは所定の加圧力または押し込み量のもとで加熱されるが、その際バンプにおいて接触面積が不足すると断線の原因となり、接触面積を大きくするために加圧力や押し込み量を増していくと、潰れすぎて隣接画素とのショート不良の原因となる。数万個〜数１０万個全てのバンプが各々読み出し回路のマルチプレクサ７０の読み出し電極７１と適度に接触するように加圧力や押し込み量を調整するのは極めて困難である。しかし、図７（ｂ）に示すように、予め高さが調整され、平坦面Ｆを持つようにされていれば、数万個〜数１０万個全てのバンプが各々読み出し回路のマルチプレクサ７０の読み出し電極７１と適度に接触させることが容易である。また受光素子アレイ５０と読み出し回路のマルチプレクサ７０とを接合する前にバンプを平坦化しているので、平坦化状態を検査しながら適度な平坦化を行ったうえで、実際の受光素子アレイ５０と読み出し回路のマルチプレクサ７０とを接合を行うことができる。これにより、確実に数万個〜数１０万個全てのバンプを相手方と接合することができ、不良画素率が非常に低く抑制された検出装置１００を得ることができる。
【００２５】
バンプ９ｂ，９２ｂは、受光素子アレイ５０のｐ側電極１１，１２の金属被覆層１１ｂ，１２ｂにリフトオフ法などで設けられ、先端側が図６に示す圧縮整形加工を受ける。そのあと相手の読み出し回路のマルチプレクサ７０の読み出し電極７１に押し付けられながら接合される。リフトオフ法で形成されたときの根元部は、図７（ａ）に示すようにほぼ直線状の母線によって外形は形成され、それは接合後も大きく変わらない。また、バンプ先端側は、接合後であっても、平坦板を押し当てられ、少し外側に張り出す張り出し部９ｅもつので、根元部と区別して識別することは容易である。バンプ高さ調整部材２１の先端の高さ位置は、バンプ９の先端の高さ位置とほぼ同じか、接合時の圧縮分だけわずかに高い位置となる。
本実施の形態の場合と異なり、両側にバンプ９ｂ，９２ｂ設ける場合、根元部は、上記と同じであり、両側のバンプ９ｂ，９２ｂが会合する部分で、両方のバンプに張り出し部９ｅが生成する。そして、張り出し部の先端の高さ位置は、バンプ高さ調整部材２１の先端の高さ位置と、接合時の圧縮変形の範囲内で一致する。また、バンプ高さ調整部材２１の根元は接着層２１ｓにより、受光素子アレイ５０に固定されるが、基本形では先端は自由端であり、相手側本体から浮いている。
【００２６】
−受光素子アレイ−
本実施の形態における受光素子アレイについて説明する。本実施の形態の検出装置１００は、どのような波長域の光にも適用することができるが、とくに近赤外光を用いた検出に適している。バンプ圧着の際、加熱されるが、柔らかい化合物半導体のために、圧着を短時間で、簡単かつ確実にすませたいからである。このためにバンプは、予め圧縮整形加工しておくのがよい。以下において、近赤外光に受光感度をもつＩｎＰ系受光素子アレイ５０の場合について、とくに説明する。
（１）半導体受光素子アレイの詳細構造
図８は、本実施の形態における受光素子アレイ５０を説明するための図である。図８において、各画素の受光素子Ｐは、ＩｎＰ基板１の上に次の構成のＩＩＩ−Ｖ族半導体積層構造（エピタキシャルウエハ）を有する。
（ＩｎＰ基板１／ｎ型ＩｎＰバッファ層２／ＩｎＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓとＧａＡｓＳｂとの多重量子井戸構造の受光層３／拡散濃度分布調整層１４／ＩｎＰ窓層４）
ＩｎＰ窓層４から多重量子井戸構造の受光層３にまで届くように位置するｐ型領域６は、ＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターン３６の開口部から、ｐ型不純物のＺｎが選択拡散されることで形成される。各画素の周縁部の内側に、平面的に周囲限定されての拡散導入は、上記ＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターン３６を用いて拡散することによって実現される。
ｐ型領域６にはＡｕＺｎによるｐ側電極１１が、またｎ型ＩｎＰバッファ層２には図示しないＡｕＧｅＮｉのｎ側電極が、それぞれオーミック接触するように設けられている。この場合、ｎ型ＩｎＰバッファ層２にはｎ型不純物がドープされ、所定レベルの導電性を確保されている。ＩｎＰ基板１の裏面には、またＳｉＯＮの反射防止膜３５を設け、ＩｎＰ基板の裏面側から光を入射するようにして使用することもできるようになっている。
【００２７】
多重量子井戸構造の受光層３には、上記のｐ型領域６の境界フロントに対応する位置にｐｎ接合１５が形成され、上記のｐ側電極１１およびｎ側電極間に逆バイアス電圧を印加することにより、ｎ型不純物濃度が低い側（ｎ型不純物バックグラウンド）により広く空乏層を生じる。多重量子井戸構造の受光層３におけるバックグラウンドは、ｎ型不純物濃度（キャリア濃度）で５×１０１５／ｃｍ３程度またはそれ以下である。そして、ｐｎ接合１５の位置は、多重量子井戸の受光層３のバックグラウンド（ｎ型キャリア濃度）と、ｐ型不純物のＺｎの濃度プロファイルとの交点で決まる。多重量子井戸構造の受光層３が、ｐ型不純物の選択拡散導入によって、結晶性を損なわれないようにした上でｐ側電極１１との電気伝導性を良好にするために、受光層３と窓層４との間に、拡散濃度分布調整層１４を挿入する。拡散濃度分布調整層１４内の窓層４の側の厚み部分では、Ｚｎ濃度を高くして、受光層３の側の厚み部分ではＺｎ濃度を、上記のように低めにする。拡散濃度分布調整層１４内では、ＩｎＰ窓層４の表面から選択拡散されたｐ型不純物の濃度が、ＩｎＰ窓層側における高濃度領域から受光層側にかけて急峻に低下するようにする。この拡散濃度分布調整層１４はバンドギャップエネルギが比較的低いために不純物濃度が低い厚み部分（受光層側の所定厚み部分）があっても電気抵抗が大きくなりにくいＩｎＧａＡｓで形成するのがよい。図１においては、拡散濃度分布調整層は図示されていないが、多重量子井戸構造の受光層３の結晶性を良好にするためには、拡散濃度分布調整層１４はあったほうがよい。しかし、拡散濃度分布調整層が無くてもよい。このあと説明する、本発明の実施の形態２〜８においても、拡散濃度分布調整層はとくに図示していないが、多重量子井戸構造の受光層３の結晶性を良好にするためには、拡散濃度分布調整層１４はあったほうがよい。
上記のような拡散濃度分布調整層１４の挿入によって、受光層３内では、Ｚｎ濃度は５×１０１６／ｃｍ３以下の不純物濃度を容易に実現することができる。本発明が対象とする受光素子アレイ５０は、近赤外域からその長波長側に受光感度を有することを追求するので、窓層４には、受光層３のバンドギャップエネルギより大きいバンドギャップエネルギの材料を用いるのが好ましい。このため、窓層４には、通常、受光層よりもバンドギャップエネルギが大きく、格子整合の良い材料であるＩｎＰが用いられる。ＩｎＰとほぼ同じバンドギャップエネルギを有するＩｎＡｌＡｓを用いてもよい。
【００２８】
受光層３は、タイプ２の多重量子井戸構造を用いるのがよい。タイプ１の量子井戸構造では、バンドギャップエネルギの小さい半導体層を、バンドギャップエネルギの大きい半導体層で挟みながら、近赤外域に受光感度を持たせる受光素子の場合、小さいバンドギャップエネルギの半導体層のバンドギャップにより受光感度の波長上限（カットオフ波長）が定まる。すなわち、光による電子または正孔の遷移は、小さいバンドギャップエネルギの半導体層内で行われる（直接遷移）。この場合、カットオフ波長をより長波長域まで拡大する材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体内で、非常に限定される。これに対して、タイプ２の量子井戸構造では、フェルミエネルギを共通にして異なる２種の半導体層が交互に積層されたとき、第１の半導体の伝導帯と、第２の半導体の価電子帯とのエネルギ差が、受光感度の波長上限（カットオフ波長）を決める。すなわち、光による電子または正孔の遷移は、第２の半導体の価電子帯と、第１の半導体の伝導帯との間で行われる（間接遷移）。このため、第２の半導体の価電子帯のエネルギを、第１の半導体の価電子帯より高くし、かつ第１の半導体の伝導帯のエネルギを、第２の半導体の伝導帯のエネルギより低くすることにより、１つの半導体内の直接遷移による場合よりも、受光感度の長波長化を実現しやすい。
【００２９】
（２）受光素子アレイの製造方法
上述のように、選択拡散マスクパターン３６を用いて選択拡散により、受光素子の周縁部より内側に、平面的に周囲限定してｐ型不純物を拡散導入するので、上記のｐｎ接合１５は受光素子の端面に露出しない。この結果、光電流のリークは抑制される。図８に示すように、画素部Ｐが、複数個、素子分離溝なしに配列されている。上述のように、各画素部Ｐの内側にｐ型領域６が限定され、隣接する画素部Ｐとは、確実に区分けされている。
ＩｎＰ基板１上に、２μｍ厚みのｎ型ＩｎＰバッファ層２またはｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層２を成膜する。次いで、（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）または（ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造の受光層３を形成する。ＩｎＰと格子整合するようＩｎＧａＡｓの組成はＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓとし、ＧａＡｓＳｂの組成はＧａＡｓ0.52Ｓｂ0.48とする。これにより格子整合度（｜Δａ／ａ｜：ただし、ａは格子定数、Δａは相互間の格子定数差）を０．００２以下とする。
単位量子井戸構造を形成するＩｎＧａＡｓ層（またはＧａＩｎＮＡｓ層）の厚みは５ｎｍであり、ペア数（単位量子井戸の繰り返し数）は３００である。次いで、受光層３の上に、Ｚｎ拡散導入の際の拡散濃度分布調整層１４として、厚み１μｍのＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成長し、次いで、最後に厚み１μｍのＩｎＰ窓層４をエピタキシャル成長する。上記の受光層３および拡散濃度分布調整層１４は、ともにＭＢＥ(Molecular  Beam  Epitaxy)法によってエピタキシャル成長するのがよい。また、ＩｎＰ窓層４は、ＭＢＥ法でエピタキシャル成長してもよいし、拡散濃度調整層１４を成長させた後、ＭＢＥ装置から取り出して、ＭＯＶＰＥ(Metal  Organic  Vapor  Phase  Epitaxy)法によってエピタキシャル成長してもよい。
【００３０】
ＩｎＰ基板１は、Ｆｅ含有の半絶縁性基板を用いるのが、良好な結晶性を得やすいので好ましい。半絶縁性ＩｎＰ基板１を用いる場合は、ｎ型ＩｎＰバッファ層２またはｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層２は、図１等に示すようにｎ側電極１２と良好な導電性のコンタクトをとるため、ｎ型不純物をドープするのがよい。たとえばＳｉなどｎ型ドーパントを１×１０１７／ｃｍ３程度ドープするのがよい。ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓＳｂの多重量子井戸構造の受光層３、ＩｎＧａＡｓの拡散濃度分布調整層１４、およびＩｎＰ窓層４は、ノンドープが望ましいが、Ｓｉなどｎ型ドーパントを極微量（たとえば２×１０１５／ｃｍ３程度）ドーピングしてもよい。また、ＩｎＰ基板１とバッファ層２との間に、ｎ型ドーパントを１Ｅ１８ｃｍ−３程度ドープしたｎ側電極を形成するための高濃度のｎ側電極形成層を挿入してもよい。
図８において、ｐｎ接合１５は、次のように、広く解釈されるべきである。受光層３内において、ｐ型不純物元素Ｚｎが選択拡散で導入される側と反対の面側の領域の不純物濃度が、真性半導体とみなせるほど低い不純物領域（ｉ領域と呼ばれる）であり、上記拡散導入されたｐ型領域６と当該ｉ領域との間に形成される接合をも含むものである。すなわち上記のｐｎ接合は、ｐｉ接合などであってもよく、さらに、これらｐｉ接合におけるｐ濃度が非常に低い場合も含むものである。
【００３１】
上述のように、ＩｎＰ窓層４の表面に形成したＳｉＮマスクパターン３６を用いて、その開口部からＺｎを選択拡散してＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ（またはＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造の受光層３内に届くようにｐ型領域６を形成する。ｐ型領域６のフロント先端部がｐｎ接合１５を形成する。このとき、Ｚｎ濃度が１×１０１８／ｃｍ３程度以上の高濃度領域は、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４内に限定されるようにするのがよい。すなわち、上記高濃度不純物分布は、ＩｎＰ窓層４の表面から深さ方向に、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４内にまで連続し、さらに拡散濃度分布調整層１４内のより深い位置で５×１０１６／ｃｍ３以下に低下する。そして、ｐｎ接合１５の近傍におけるＺｎ濃度分布は、傾斜型接合を示すような分布になっている。
【００３２】
受光素子アレイ５０は、素子分離用のメサエッチングをすることなくＺｎの選択拡散（受光素子の周縁部の内側になるように平面的に周囲限定した拡散）によって、隣り合う受光素子どうし分離する。すなわち、Ｚｎ選択拡散領域６が１つの画素部Ｐの主要部となるが、Ｚｎが拡散していない領域が、各画素を分離する。このため、メサエッチングに付随する結晶の損傷などを受けることがなく、暗電流を抑制することができる。
上記のように、本実施の形態における受光素子アレイ５０は、脆弱なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層体に、微細な加工を施すことで形成されている。このため、読み出し回路のマルチプレクサ７０と受光素子アレイ５０との接合において、柔らかいバンプ９ｂ，９２ｂを用いることが重要である。Ｉｎ等の柔らかいバンプは、図７（ａ）に示すように、突出部を持ち、確実な１対１の接合を難しくする。本発明に係るアイデアは、このような背景の下に生まれた。
【００３３】
不純物の選択拡散によってｐｎ接合１５を形成する場合、拡散が深さ方向だけでなく横方向（深さ直交方向）にも進行するので、素子間隔を一定以上、狭くすることができない懸念があるが、実際にＺｎの選択拡散を行ってみると、最表面にＩｎＰ窓層４があり、その下にＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４が配置された構造では、横方向の拡散は、深さ方向と同程度またはそれ以下に収まることが確認された。すなわち、Ｚｎの選択拡散において、Ｚｎはマスクパターン３６の開口径よりも横方向に広がるが、その程度は小さく、図８などに模式的に示すように、マスクパターン開口部よりも少し広がるだけである。
ＩｎＰ基板１は、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に５度〜２０度傾斜したオフアングル基板とするのがよい。より望ましくは、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に１０度〜１５度傾斜させる。このような大きなオフ角基板を用いることにより、欠陥密度が小さく結晶性に優れたｎ型ＩｎＰバッファ層２、タイプＩＩの量子井戸構造の受光層３、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４およびＩｎＰ窓層４を得ることができる。
【００３４】
（実施の形態２−（バンプ高さ調整部材自由端／ギャップ調整部材有り／バンプ両側）タイプ−）
図９は、本発明の実施の形態２における検出装置１００を示す断面図である。図１０は、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０の接合前の状態を示す図である。また、図１１は、バンプ９ｂ，９２ｂに対して、バンプ高さ調整部材２１と平坦板４１とを用いて圧縮加工をする状態を示す図である。受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０については、実施の形態１と同じなので、説明を省略する。以後の実施の形態においても、とくに断らない限り、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０は、実施の形態１のものと同じである。本実施の形態における検出装置１００の特徴は、つぎの２点にある。
（１）受光素子アレイ５０と、読み出し回路のマルチプレクサ７０との間の間隔が大きい。すなわち、バンプ９，９２の高さが大きい。これは、図１０に示すように、バンプ９ｂ，９２ｂを両側に設けたためである。バンプ９ｂ，９２ｂを両側に設けるのは、シリコンや化合物半導体の反りや凹凸などの影響を吸収するために、バンプ高さを高くしておいて、接合時のバンプ圧縮代を大きくとりたい場合などに行う。その場合、バンプの形成に蒸着法などを用いる場合、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０の両方にバンプ９ｂ，９２ｂを設けるほうが、効率よくバンプ高さを得ることができる。
（２）ギャップ調整部材３１を用い、そのギャップ調整部材３１を読み出し回路のマルチプレクサ７０に接着層３１ｓによって固定する。ギャップ調整部材３１の先端面３１ｔは、受光素子アレイ５０の化合物半導体層、たとえばｎ型バッファ層２に接触する。ギャップ調整部材３１の先端面３１ｔが、３個以上接触することで、読み出し回路のマルチプレクサ７０と受光素子アレイ５０との間隔は、全面にわたって安定的に一定に保つことができる。接着層２１ｓで化合物半導体層に固定されたバンプ高さ調整部材２１の先端２１ｆは、自由端である。接着層２１ｓ，３１ｓは、機械的な固定具で置き換えることができる。
【００３５】
バンプを両方に設ける場合であっても、図１０および図１１に示すように、バンプ高さ調整部材２１は、一方側にのみ設けるのがよい。図１１に示すように、バンプ高さ調整部材２１を一方側にのみ設けて圧縮加工をした場合、図７（ａ），（ｂ）に示すように、一方側のバンプ９ｂ，９２ｂは図７（ａ）の凹凸が突出した形状を持つが、圧縮加工されたほうのバンプ９ｂ，９２ｂは図７（ｂ）に示すようにずんぐりしてまとまり、平坦面Ｆをもつ。両方共に図７（ａ）の形状のバンプ９ｂ，９２ｂを接合する場合、バンプ同士滑って隣の画素領域に逸れてはみ出す画素部分が多く発生する。数万個〜数十万個の画素では、図７（ａ）のバンプの場合、このような、バンプ同士の滑り、逸れ、はみ出し等は、かなり大きな割合で発生する。これに対して、一方側だけでも、図７（ｂ）に示すように平坦面Ｆを持つように整形されていれば、平坦面Ｆが相手のバンプの突出部の受け部になり、隣の画素領域に逸らすことは大幅に抑制される。
【００３６】
（実施の形態３−（バンプ高さ調整部材自由端／ギャップ調整部材有り／バンプ片側）タイプ−）
図１２は、本発明の実施の形態３における検出装置１００を示す断面図である。また図１３は、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０の接合前の状態を示す図である。本実施の形態は、実施の形態２の検出装置１００と同じ部分が多いが、特徴は、次のとおりである。
（１）バンプ高さ調整部材２１は、接着層２１ｓによって受光素子アレイ５０の側に固定されている。そして、バンプ９ｂ，９２ｂは、一方の側にのみ設けられ、当然、バンプ高さ調整部材２１が固定された方に設けられている。
（２）ギャップ調整部材３１は、読み出し回路のマルチプレクサ７０の側に固定され、その先端を化合物半導体層のｎ型バッファ層２にコンタクトさせている。バンプ高さ調整部材２１の先端２１ｆは、自由端とされている。
上記の構成によれば、図１３におけるバンプ９ｂ，９２ｂは、バンプ調整部材２１と平坦板とによって圧縮整形加工されている。このため、接合時、バンプ９ｂ，９２ｂが隣の画素にはみ出す現象は、大幅に抑制される。この結果、不良画素率は非常に小さくされる。
【００３７】
（実施の形態４−（バンプ高さ調整部材・ギャップ調節部材当接／バンプ片側）タイプ−）
図１４は、本発明の実施の形態４における検出装置１００を示す断面図である。また図１５は、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０の接合前の状態を示す図である。本実施の形態の特徴は、次のとおりである。
（１）バンプ高さ調整部材２１およびギャップ調整部材３１は、それぞれ、１つ設けられ、その先端面３１ｔ，２１ｆを当接させている。バンプ高さ調整部材２１およびギャップ調整部材３１は、ともに接着層２１ｓ，３１ｓにより固定されている。
上記の構造によれば、上述のように、不良画素率を低減した上で、ギャップ調整部材３１は、その高さを大きく減じることができる。これによって部材コストを低減し、かつ軽量化にも役立つ。また、バンプ高さ調整部材２１の先端を自由にしておかず、ギャップ調整部材３１と当接するので、バンプ高さ調整部材２１の安定保持に有益である。
【００３８】
−バンプ高さ調整部材２１とギャップ調整部材３１とが当接する構造−
ここで、標記の構造について整理をする。
（１）本実施の形態では、バンプ高さ調整部材２１の先端はギャップ調整部材３１と当接しており、バンプ高さ調整部材２１の先端が浮いていないケースに該当する。ギャップ調整部材３１は、根元部が接着層３１ｓで固定され、先端がバンプ高さ調整部材２１と当接する。図１４に示す接合状態のバンプ９，９２の根元部および先端部は、上記の形状の特徴から識別容易であるので、いずれがバンプ高さ調整部材２１かギャップ調整部材３１か、という識別は容易である。
（２）バンプ９ｂ，９２ｂが両側に設けられる場合も、バンプ高さ調整部材２１とギャップ調整部材３１との識別は容易である。バンプ高さ調整部材２１およびギャップ調整部材３１の接着層２１ｓ，３１ｓと、バンプ９，９２の形状を見れば、上述のように簡単に両者の識別をすることができる。通常は、アレイまたはＩＣの上に設ける（例えばフォトリソグラフィと金属蒸着／ポリイミド膜形成などによる）が、稀に半導体エピタキシャル層を部分エッチングなどで突起形状化し、それを高さ調整部材とする場合もあるが、そのような場合でも、上記の識別をすることができる。上記の接着層２１ｓ，３１ｓは、上記したように機械的な固定具の場合であってもよい。
（３）仮に、バンプ高さ調整部材２１が受光素子アレイ５０と一体物であり、ギャップ調整部材が読み出し回路のマルチプレクサ７０と一体物であったとした場合でも、バンプ９，９２の形状から、バンプの先端の高さ位置と一致するのは、バンプ高さ調整部材２１の先端の高さ位置であることから、一方をバンプ高さ調整部材２１と識別することができる。
（４）上記（３）に対する補足として、バンプ９ｂ，９２ｂが両側に設けられた場合、バンプ高さ調整部材２１が両側に固定されて、両者の先端が当接することで、ギャップの調整が出来そうにみえる。しかし、そのような構造はあり得ない。両側のバンプ９ｂ，９２ｂが、図６の圧縮加工を受けて、両側のバンプ高さ調整部材２１の先端が当接したのでは、両側のバンプ間に少しの重複部もなく、接合できないからである。
（５）バンプ高さ調整部材２１は、ギャップ調整部材３１と当接しない限り、その先端は自由端である。また、バンプ高さ調整部材２１の先端が当接している場合、その当接相手はギャップ調整部材３１とみることができる。
【００３９】
（実施の形態５−（バンプ高さ調整部材自由端／ギャップ調整部材なし／バンプ両側）タイプ−）
図１６は、本発明の実施の形態５における検出装置１００を示す断面図である。また図１７は、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０の接合前の状態を示す図である。本実施の形態の特徴は、次のとおりである。
（１）図１７に示すように、バンプ９ｂ，９２ｂは、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０の両方に設けられている。このため、実施の形態２と同様に、読み出し回路のマルチプレクサ７０との間の間隔が大きい。この結果、シリコンや化合物半導体の反りや凹凸などの影響を吸収することができる。
（２）実施の形態２と異なり、ギャップ調整部材は用いない。バンプ高さ調整部材２１は、その先端は自由端とするが、上記（１）のように、バンプ９ｂ，９２ｂを両方に設けるので、バンプを片側にのみ設ける構造に比較して、読み出し回路のマルチプレクサ７０との間隔Ｇは大きいものになる。
【００４０】
図１７から分かるように、受光素子アレイ５０の側のバンプ９ｂ，９２ｂに対して、バンプ高さ調整部材２１および平坦板４１による圧縮整形加工を行う。上述のように、両方共に図７（ａ）の形状のバンプ９ｂ，９２ｂを接合する場合、バンプ同士滑って隣の画素領域に逸れてはみ出す画素部分が多く発生する。数万個〜数十万個の画素では、図７（ａ）のバンプの場合、このような、バンプ同士の滑り、逸れ、はみ出し等は、かなり大きな割合で発生する。これに対して、一方側だけでも、図７（ｂ）に示すように平坦面Ｆを持つように整形されていれば、平坦面Ｆが相手のバンプの突出部の受け部になり、隣の画素領域に逸らすことは大幅に抑制される。この結果、シリコンや化合物半導体の反りや凹凸などの影響を吸収した上で、不良画素率を低減することができる。
【００４１】
（実施の形態６−（バンプ高さ調整部材自由端／格子状ギャップ調整部材有り／バンプ両側）タイプ−）
図１８は、本発明の実施の形態６における検出装置１００を示す断面図である。各受光素子（画素）を隔離するように、受光素子間にギャップ調整部材３１が配置されている。図１９は、受光素子アレイ５０を読み出し回路のマルチプレクサ７０の側から見た平面図である。また、図２０はギャップ調整部材３１の斜視図であり、図２１は画素Ｐの平面図である。そして、図２２は、接合前の、受光素子アレイ５０および読み出し回路のマルチプレクサ７０を示す図である。本実施の形態の検出装置１００の特徴は、次のとおりである。
（１）ギャップ調整部材３１は、隣の画素と隔離する画素隔離の機能を奏する。このために、図１９〜図２１に示すように、ギャップ調整部材３１は、画素Ｐのｐ型領域６に対応する部分を含む大きさの円孔３１ｈがあけられた、格子状部材によって構成される。
（２）バンプ高さ調整部材２１と平坦板とを用いたバンプ９ｂ，９２ｂの圧縮整形は、図２２に示すように、読み出し回路のマルチプレクサ７０の側において行われる。これによって、上述のように、不良画素率を大幅に低減することができる。しかし、上記の（１）における格子状のギャップ調整部材３１を用いることで、接合時に、自ずと、バンプ９ｂ，９２ｂは隣のバンプ９ｂ，９２ｂとは確実に隔離される。この結果、より一層確実に、隣り合う画素間の短絡を防止することができ、不良画素率を非常に低く抑えることができる。
【００４２】
（実施の形態７−（バンプ高さ調整部材・ギャップ調整部材テーパ面当接／バンプ片側）タイプ−）
図２３は、本発明の実施の形態７における検出装置１００を示す断面図である。また、図２４は、当接しているバンプ高さ調整部材２１とギャップ調整部材３１を含んで、受光素子アレイ５０を読み出し回路のマルチプレクサ７０の側から見た平面図である。この検出装置１００の特徴は次のとおりである。
（１）４つのコーナに位置する、ギャップ調整部材３１およびバンプ高さ調整部材２１にはテーパ面３１ｋ，２１ｋが設けられている。ギャップ調整部材３１とバンプ高さ調整部材２１とが当接する場合に、テーパ面３１ｋ，２１ｋ同士が当接している。これによって、化合物半導体層の面内方向（横方向）の位置決めの機能を奏することができる。この結果、バンプ９ｂ，９２ｂの圧縮整形加工による寄与に加えて、上記のテーパ面２１ｋ，３１ｋの接触によって横ずれを防止して、さらに安定して不良画素率を低減することができる。
【００４３】
（実施の形態８−（バンプ高さ調整部材自由端／両電極間隔離のギャップ調整部材／バンプ片側）タイプ−）
図２５は、本発明の実施の形態８における検出装置１００を示す断面図である。また、図２６は、バンプ高さ調整部材２１とギャップ調整部材３１を含んで、受光素子アレイ５０を読み出し回路のマルチプレクサ７０の側から見た平面図である。この検出装置１００の特徴は次のとおりである。
（１）ギャップ調整部材３１を、受光素子アレイ５０の外縁部に配置しないで、共通の接地電位を与えるｎ側電極１２の側のバンプ９２と、受光素子のｐ側電極１１側のバンプ９との間に配置した。これによって、共通の接地電位側のバンプ９２と、画素部のバンプ９とを隔離することができる。この結果、画素Ｐのバンプ９が接地側に短絡することが、確実に防止され、とくに表示画面の周縁部の不良画素をなくすことができる。
【実施例】
【００４４】
−不良画素の検証−
本発明の検出装置における不良画素が従来に比べてどの程度低減されるか、実施例により検証した。用いた試験体は、次の２体である。
（本発明例Ａ１）：画素配列３２０×２５６（８万画素）とし、本実施の形態１における検出装置を用いた。
（比較例Ｂ１）：同じ画素配列で、本実施の形態１におけるギャップ高さ調整部材がないものを用いた。
短絡不良の評価は検出装置に光が入らない状態で像を得ることで行った。短絡不良の画素は、ノイズ電流が良好な画素に対して極端に大きいので、暗状態でも電荷が蓄積していき、信号量が大きくなる。
またオープン不良の評価は、ハロゲンランプを光源とし、光の拡散板を通して全ての画素に一様に光が入射される状態で像を得ることで行った。受光素子アレイと読み出し回路との接合が良好な画素は、各受光素子で光電変換された信号が読み出し回路側に転送されるのに対し、オープン不良の画素は信号が転送されない。
【００４５】
結果を図２７および図２８に示す。信号量が多い画素を白色で、信号量が少ない画素を黒色で示している。（ａ）は検出装置に光が入らない暗状態で撮像しているので、全体的に背景が黒色である。短絡不良の画素は、前述のように信号量が大きいので白色となる。（ｂ）は検出装置に光が入射して撮像しているので、全体的に背景が白色である。オープン不良の画素は前述のように信号が転送されないので、黒色となる。比較例Ｂ１では、図２８（ａ），（ｂ）に示すように、短絡は全面にわたってくまなく発生している。また、オープンは、画面の下半分に密集して多く発生している。比較例Ｂ１の不良画素率は１７％と評価された。これに対して、本発明例Ａ１では、図２７（ａ），（ｂ）に示すように、短絡およびオープンともにほとんど認めることができず、良好な結果が得られた。本発明例Ａ１の不良画素率は、１％未満という格段に良好な評価結果となった。
【００４６】
上記の検出装置は、明示して説明しなかったが、レンズや回折格子等の光学装置を含むことは前提としており、撮像対象の物を結像する機構をもつ。このため撮像装置を兼ねることが多い。また、近赤外域に受光感度をもつ半導体は、化合物半導体であり、衝撃等の外力に弱いので、本発明を好適に用いることができる。近赤外域に受光感度をもつ化合物半導体は、実施の形態１において詳細に説明したタイプ２の多重量子井戸構造の受光層だけでなく、Ｎを含有するＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＰであってもよい。
【００４７】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の検出装置によれば、経済性に優れ、かつ不良画素率を低くしながら高い接合歩留りを可能にする。このため、近年、注目を集める近赤外光を用いた検出装置において、温度制御等をすることなく鮮明な画像を提供することに貢献することが期待される。
【符号の説明】
【００４９】
１  ＩｎＰ基板、２  バッファ層、３  受光層、４  窓層、６  ｐ型領域、９  ｐ側のバンプ、９ｂ  バンプ、９ｅ  張り出し部、１１  ｐ側電極、１１ｂ  金属被覆層、１２  ｎ側電極、１２ａ  ｎ側電極配線、１２ｂ  金属被覆層、１４  拡散濃度分布調整層、１５  ｐｎ接合、２１  バンプ高さ調整部材、２１ｆ  先端部、２１ｋ  テーパ面、２１ｓ  接着層、３１  ギャップ調整部材、３１ｈ  ギャップ調整部材の画素孔（格子孔）、３１ｋ  テーパ面、３１ｓ  接着層、３１ｔ  先端面、３５  反射防止膜、３６  選択拡散マスクパターン、４１  平坦板、４３  保護膜、５０  受光素子アレイ、７０  読み出し回路のマルチプレクサ、７１  読み出し電極、７２  接地電極、９２  接地電極側のバンプ、１００  検出装置、Ｆ  平坦面、Ｇ  バンプ高さ調整部材と相手側との間隙、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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