(57)【要約】【課題】クロストークの発生を防止でき、画素間の感度ばらつきを小さくすることができる光電変換装置を提供すること。【解決手段】基板２と、基板２上に配置された下部電極層１０と、下部電極層１０を覆うように下部電極層１０上に配置され、複数の画素３に区画されたカルコパイライト構造の化合物半導体層１３と、化合物半導体層１３上に配置された透明電極層４とを含む光電変換装置１において、化合物半導体層１３上において各画素３の周囲に遮光層５を配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された下部電極層と、
前記下部電極層を覆うように前記下部電極層上に配置され、複数の画素に区画されたカルコパイライト構造の化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上に配置された透明電極層と、
前記化合物半導体層上において各前記画素の周囲に配置された遮光層とを含む、光電変換装置。
【請求項２】
前記遮光層の幅は、各前記画素のピクセルサイズの１％〜３０％である、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記遮光層は、カルコパイライト構造の化合物半導体で吸収可能な波長を持つ光を遮る材料からなる、請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記遮光層は、アルミニウムまたは黒レジストからなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記光電変換装置は、前記透明電極層上に選択的に形成され、前記透明電極層に接続されたアルミニウムからなる金属電極層を含み、
前記アルミニウムからなる遮光層は、前記透明電極層上に形成されている、請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記遮光層は、平面視において、互いに隣り合う前記画素の境界の全周に渡って形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記遮光層は、前記境界を横切る方向に一定の幅を有している、請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記画素は、平面視四角形状に形成されており、
前記遮光層は、当該画素の境界の角部において相対的に広い幅を有し、当該画素の境界の辺部において相対的に狭い幅を有している、請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記遮光層は、その内方領域に円形の領域を区画している、請求項８に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記遮光層は、平面視において、互いに隣り合う前記画素の境界の一部に選択的に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記画素は、平面視四角形状に形成されており、
前記遮光層は、当該画素の境界の角部のみに形成され、当該画素の境界の辺部を選択的に露出させている、請求項１０に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記光電変換装置は、前記透明電極層上に配置されたマイクロレンズをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記マイクロレンズは、前記基板の表面に沿う横方向において、前記遮光層に対してオーバーラップしている、請求項１２に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記光電変換装置は、前記透明電極層上に配置されたカラーフィルタをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
前記光電変換装置は、前記カラーフィルタに隣り合うように配置された赤外線用のフィルタをさらに含む、請求項１４に記載の光電変換装置。
【請求項１６】
前記光電変換装置は、前記カラーフィルタ上に配置されたマイクロレンズをさらに含む、請求項１４または１５に記載の光電変換装置。
【請求項１７】
前記化合物半導体層は、ＣｕＹ（ＩｎＸＧａ１−Ｘ）Ｓｅ２（０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ≦１）からなる、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項１８】
前記光電変換装置は、前記基板と前記下部電極層との間に配置された回路部を含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項１９】
前記回路部は、ＣＭＯＳ電界効果トランジスタを含む、請求項１８に記載の光電変換装置。
【請求項２０】
前記ＣＭＯＳ電界効果トランジスタは、前記基板の表面部に選択的に形成されたソース層およびドレイン層と、前記ソース層と前記ドレイン層との間に配置されたゲート電極とを含む、請求項１９に記載の光電変換装置。
【請求項２１】
前記透明電極層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項２２】
前記光電変換装置は、前記化合物半導体層と前記透明電極層との間に配置されたバッファ層を含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項２３】
前記バッファ層は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、（ＣｄｘＺｎ１−ｘ）Ｓ（０≦Ｘ≦１）、ＺｎＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）、（ＺｎＺＭｇ1-Ｚ）Ｏ（０≦Ｚ≦１）、ＺｎＳｅまたはＩｎ２Ｓ３からなる、請求項２２に記載の光電変換装置。
【請求項２４】
前記下部電極層は、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）からなる、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項２５】
前記化合物半導体層は、前記複数の下部電極層を一括して覆うように配置されており、
前記下部電極層は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有するタングステン層またはモリブデン層からなる、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項２６】
前記基板と前記下部電極層との間に配置された絶縁膜をさらに含み、
前記化合物半導体層は、前記複数の下部電極層を一括して覆うように配置されており、
前記下部電極層は、前記絶縁膜に埋め込まれたタングステン層からなる、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項２７】
前記下部電極層は、その上面が前記絶縁膜の表面と同一平面となるように、前記絶縁膜に完全に埋め込まれている、請求項２６に記載の光電変換装置。
【請求項２８】
前記下部電極層は、その上面が前記絶縁膜の表面に対して低くなるように、前記絶縁膜に完全に埋め込まれている、請求項２６に記載の光電変換装置。
【請求項２９】
前記下部電極層は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有している、請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコパイライト構造の化合物半導体層を有する光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルコパイライト型半導体を用いた固体撮像素子が公知である。たとえば、特許文献１は、紫外光帯域から可視光帯域、さらには近赤外帯域までの光を感知する固体撮像素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５１２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の固体撮像素子では、互いに隣接する画素（ピクセル）の境界近傍に入射した光が、当該境界を越えて隣の画素へ進行するクロストークが発生し易く、画素間の感度ばらつきが大きいという問題があった。
本発明の目的は、クロストークの発生を防止でき、画素間の感度ばらつきを小さくすることができる光電変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光電変換装置は、基板と、前記基板上に配置された下部電極層と、前記下部電極層を覆うように前記下部電極層上に配置され、複数の画素に区画されたカルコパイライト構造の化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に配置された透明電極層と、前記化合物半導体層上において各前記画素の周囲に配置された遮光層とを含む（請求項１）。
この構成によれば、各画素の周囲に遮光層が配置されている。これにより、複数の画素の境界の近傍に入射する光を遮光層で遮ることができる。そのため、各画素に入射した光が、当該画素に隣り合う画素に境界を越えて進行する、いわゆるクロストークの発生を防止することができる。その結果、光電変換装置の画素間の感度ばらつきを小さくする（画素の感度を均一にする）ことができる。
【０００６】
前記遮光層の幅は、各前記画素のピクセルサイズの１％〜３０％であることが好ましい（請求項２）。
この構成により、化合物半導体層の開口率を比較的大きくでき、各画素で十分な信号量（Signal）を得ることができるので、光電変換装置のＳＮ比（Signal to Noise Ratio）を高めることができる。
【０００７】
前記遮光層は、カルコパイライト構造の化合物半導体で吸収可能な波長を持つ光を遮る材料からなることが好ましく（請求項３）、具体的には、アルミニウムまたは黒レジストからなることが好ましい（請求項４）。
また、前記光電変換装置が、前記透明電極層上に選択的に形成され、前記透明電極層に接続されたアルミニウムからなる金属電極層を含む場合、前記アルミニウムからなる遮光層は、前記透明電極層上に形成されていることが好ましい（請求項５）。
【０００８】
遮光層および金属電極層が共にアルミニウムからなり、透明電極層上に形成されているため、遮光層と金属電極層を同一の工程で形成することができる。その結果、製造工程を簡略化することができる。
前記遮光層は、平面視において、互いに隣り合う前記画素の境界の全周に渡って形成されていてもよい（請求項６）。その場合、前記遮光層は、前記境界を横切る方向に一定の幅を有していてもよい（請求項７）。
【０００９】
さらに、前記画素が平面視四角形状に形成されている場合、前記遮光層は、当該画素の境界の角部において相対的に広い幅を有し、当該画素の境界の辺部において相対的に狭い幅を有していてもよい（請求項８）。その場合、前記遮光層は、その内方領域に円形の領域を区画していてもよい（請求項９）。
また、前記遮光層は、平面視において、互いに隣り合う前記画素の境界の一部に選択的に形成されていてもよい（請求項１０）。その場合、前記画素は、平面視四角形状に形成されており、前記遮光層は、当該画素の境界の角部のみに形成され、当該画素の境界の辺部を選択的に露出させていることが好ましい（請求項１１）。
【００１０】
画素の境界の角部は、画素の境界の辺部に比べて、画素内の下部電極層から遠い位置にある。そのため、境界の角部付近に入射した光は、境界の辺部付近に入射した光に比べてクロストークを生じやすい。したがって、角部のみに遮光層を選択的に形成するだけでも、クロストーク防止の効果を十分発揮することができる。
前記光電変換装置は、前記透明電極層上に配置されたマイクロレンズをさらに含むことが好ましい（請求項１２）。
【００１１】
この構成によれば、各画素に入射する光を、マイクロレンズによって、下部電極層へ集束することができる。そのため、下部電極層で検出する信号量（Signal）を増加させることができる。
前記マイクロレンズは、前記基板の表面に沿う横方向において、前記遮光層に対してオーバーラップしていることが好ましい（請求項１３）。
【００１２】
この構成によれば、マイクロレンズが遮光層に対してオーバーラップしているので、遮光層近傍へ入射する光束を少なくでき、クロストークの発生をより抑制することができる。
前記光電変換装置は、前記透明電極層上に配置されたカラーフィルタをさらに含むことが好ましい（請求項１４）。その場合、前記光電変換装置は、前記カラーフィルタに隣り合うように配置された赤外線用のフィルタをさらに含んでいてもよい（請求項１５）。
【００１３】
この構成によれば、カラーフィルタと遮光層とが組み合わされているので、クロストークによる混色を良好に防止することができる。
前記光電変換装置は、前記カラーフィルタ上に配置されたマイクロレンズをさらに含むことが好ましい（請求項１６）。
この構成によれば、カラーフィルタに入射する光を、マイクロレンズによって、カラーフィルタを介して下部電極層へ集束することができる。そのため、混色をより良好に防止することができる。
【００１４】
前記化合物半導体層は、ＣｕＹ（ＩｎＸＧａ１−Ｘ）Ｓｅ２（０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ≦１）からなることが好ましい（請求項１７）。
前記光電変換装置は、前記基板と前記下部電極層との間に配置された回路部を含むことが好ましい（請求項１８）。
回路部と化合物半導体層とを積層配置することによって、基板上の領域のほとんどを光の検出面として有効利用することができる。そのため、検出面積を十分に確保可能な光電変換装置を設計することができるので、素子の感度を向上させることができる。
【００１５】
前記回路部は、ＣＭＯＳ電界効果トランジスタを含んでいてもよい（請求項１９）。
前記ＣＭＯＳ電界効果トランジスタは、前記基板の表面部に選択的に形成されたソース層およびドレイン層と、前記ソース層と前記ドレイン層との間に配置されたゲート電極とを含んでいてもよい（請求項２０）。
前記透明電極層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなっていてもよい（請求項２１）。
【００１６】
前記光電変換装置は、前記化合物半導体層と前記透明電極層との間に配置されたバッファ層を含んでいてもよい（請求項２２）。
前記バッファ層は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、（ＣｄｘＺｎ１−ｘ）Ｓ（０≦Ｘ≦１）、ＺｎＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）、（ＺｎＺＭｇ1-Ｚ）Ｏ（０≦Ｚ≦１）、ＺｎＳｅまたはＩｎ２Ｓ３からなっていてもよい（請求項２３）。
【００１７】
前記下部電極層は、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）からなっていてもよい（請求項２４）。
前記化合物半導体層は、前記複数の下部電極層を一括して覆うように配置されており、
前記下部電極層は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有するタングステン層またはモリブデン層からなることが好ましい（請求項２５）。
【００１８】
この構成によれば、下部電極層の厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍであるため、下部電極層と基板との段差を小さくすることができる。そのため、化合物半導体層における空乏化していない範囲を小さくすることができる。その結果、クロストークを抑制することができる。
また、化合物半導体層が下部電極層を一括して覆っていて、一画素ごとに分離されていない。そのため、製造時に画素分離のための加工をする必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、当該加工による化合物半導体層へのダメージの発生をなくすことができる。さらに、上記のように、下部電極層を５０ｎｍ〜２００ｎｍに薄膜化できることで、化合物半導体層と透明電極層での段差を小さくすることができる。その結果、当該層間部におけるボイド欠陥の発生を抑制することができる。これらの結果、暗電流の発生を抑制することができる。
【００１９】
前記光電変換装置は、前記基板と前記下部電極層との間に配置された絶縁膜をさらに含み、前記化合物半導体層は、前記複数の下部電極層を一括して覆うように配置されており、前記下部電極層は、前記絶縁膜に埋め込まれたタングステン層からなることが好ましい（請求項２６）。
この構成によれば、下部電極層が絶縁膜に埋め込まれているので、下部電極層が絶縁膜の表面に形成される場合に比べて、下部電極層と絶縁膜との段差を小さくすることができる。そのため、化合物半導体層における空乏化していない範囲を小さくすることができる。その結果、クロストークを抑制することができる。
【００２０】
また、化合物半導体層が下部電極層を一括して覆っていて、一画素ごとに分離されていない。そのため、製造時に画素分離のための加工をする必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、当該加工による化合物半導体層へのダメージの発生をなくすことができる。さらに、上記のように、下部電極層を絶縁膜に埋め込むことで、化合物半導体層と透明電極層との間の段差を小さくすることができる。その結果、当該層間部におけるボイド欠陥の発生を抑制することができる。これらの結果、暗電流の発生を抑制することができる。
【００２１】
前記下部電極層は、その上面が前記絶縁膜の表面と同一平面となるように、前記絶縁膜に完全に埋め込まれていてもよい（請求項２７）。
この構成によれば、化合物半導体層を完全に空乏化させることができるので、クロストークを確実に防止することができる。また、化合物半導体層と透明電極層との間を平坦にすることができるので、当該層間部におけるボイド欠陥の発生をより良好に抑制することができる。
【００２２】
また、前記下部電極層は、その上面が前記絶縁膜の表面に対して低くなるように、前記絶縁膜に完全に埋め込まれていてもよい（請求項２８）。
この構成によっても、化合物半導体層を完全に空乏化させることができるので、クロストークを確実に防止することができる。
【００２３】
前記下部電極層は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有していることが好ましい（請求項２９）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１の切断面線II−IIから見た断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、遮光層の平面形状の例を示す図である。
【図４】図４は、前記遮光層の断面形状の例を示す図である。
【図５】図５は、前記光電変換装置によるクロストークの防止効果を説明する図である。
【図６】図６は、光電変換装置の光出力ばらつきと照度との相関図である。
【図７】図７は、光電変換装置のＳＮ比と照度との相関図である。
【図８】図８は、前記遮光層の幅とＳＮ比との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）は、前記光電変換装置におけるカラーフィルタの配列例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図１４】図１４（ａ）（ｂ）は、下部電極層の厚さが空乏層の広がりに与える影響を説明するための図である。
【図１５】図１５は、下部電極層の厚さと暗電流との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の第６実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第７実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第８実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第９実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。
【図２０】図２０は、前記遮光層の配置形態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置の模式的な平面図である。
光電変換装置１は、入射された光を検出し、光のエネルギを電気信号に変換する。
光電変換装置１は、基板２と、複数の画素３と、透明電極層４と、遮光層５と、金属電極層６と、複数のパッド７とを含む。
【００２６】
基板２は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）からなる。基板２は、たとえば、５ｍｍ〜１０ｍｍ角のサイズを有している。基板２の中央部には受光領域８が形成され、受光領域８を取り囲むように周辺領域９が形成されている。基板２は、たとえば、４００μｍ〜１０００μｍの厚さを有している。
複数の画素３は、この実施形態では、受光領域８にマトリクス状（行列状）に配列されている。各画素３には、下部電極層１０が１つずつ配置されている。そして、マトリクス状の画素３を一括して覆うように、透明電極層４が画素３上に配置されている。
【００２７】
遮光層５は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。遮光層５は、平面視において各画素３の周囲に配置されており、この実施形態では、各画素３を取り囲む環状に形成されている。
金属電極層６は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。金属電極層６は、周辺領域９において透明電極層４を取り囲む環状に形成されており、透明電極層４の周縁部４１を覆っている。これにより、金属電極層６は、透明電極層４の周縁部４１に接続されている。
【００２８】
複数のパッド７は、金属電極層６に対して間隔を隔てた領域に互いに間隔を空けて配列されている。この実施形態では、複数のパッド７は、基板２の各辺に沿って直線状に配列されている。複数のパッド７のうちの幾つか（１つであっても、複数であってもよい）は、金属電極層６と一体的に形成されたパッド接続部１１を介して金属電極層６に接続されている。パッド接続部１１は、当該パッド７と金属電極層６との間に跨って形成されている。
【００２９】
次に、光電変換装置１の断面構造を説明する。図２は、図１の切断面線II−IIから見た断面図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、前記遮光層５の平面形状の例を示す図である。図４は、前記遮光層５の断面形状の例を示す図である。
光電変換装置１は、基板２上に順に積層された、回路部１２、下部電極層１０、化合物半導体層１３、バッファ層１４、透明電極層４、金属電極層６、遮光層５および表面保護膜１５を含む。
【００３０】
回路部１２は、たとえば、ＣＭＯＳ電界効果トランジスタを含む。図２において、回路部１２には、ＣＭＯＳ電界効果トランジスタの一部を構成する複数のｎチャネルＭＯＳトランジスタを示している。当該ｎチャネルＭＯＳトランジスタは、基板２の表面部に選択的に形成されたソース層１６およびドレイン層１７と、ソース層１６とドレイン層１７との間に配置されたゲート電極１８と、基板２上にゲート電極１８を覆うように形成された層間膜１９と、層間膜１９を貫通するビア電極２０とを含む。ゲート電極１８と基板２との間には、ゲート絶縁膜２１が配置されている。
【００３１】
ビア電極２０のうちの幾つか（１つであっても、複数であってもよい）は、下部電極層１０とゲート電極１８とを接続している。ゲート電極１８に下部電極層１０（アノード）が接続されるので、化合物半導体層１３で検出された光情報（電気信号）は、当該ｎチャネルＭＯＳトランジスタによって増幅される。ビア電極２０の残り（１つであっても、複数であってもよい）は、パッド７とゲート電極１８とを接続している。これにより、金属電極層６は、周辺領域９において回路部１２に電気的に接続されている。なお、図２に示した回路部１２の構成は、一例に過ぎない。たとえば回路部１２は、例えば、ガラス基板上の薄膜上に形成されたＣＭＯＳ構成の薄膜トランジスタであってもよい。
【００３２】
下部電極層１０は、層間膜１９上に、マトリクス状に複数配列されている。また、下部電極層１０は、たとえば、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）からなる。これらのうち、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）が好ましく、厚さは、５０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
タングステン（Ｗ）は他の材料に比べて反射率が高いので、化合物半導体層１３に入射した光だけでなく、下部電極層１０で反射した光も化合物半導体層１３で検出することができる。また、タングステン（Ｗ）は、ＬＳＩ製造技術を利用して簡単に加工することができるので、下部電極層１０のサイズをコントロールし易い。
【００３３】
また、モリブデン（Ｍｏ）は、製造工程の工程数が増えるものの、ＭｏＳｅ２を形成するため、ＣＩＧＳを密着性および整合性良く形成することができる。そのため、暗電流を低減できるといった特性上の利点がある。
また、下部電極層１０は、ビア電極２０と一体的に形成されていてもよい。そのような構造を形成するには、たとえば、まず、層間膜１９をエッチングすることによって、ビア電極２０を埋め込むためのビアホールを形成する。次に、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長)法により、当該ビアホールを埋め戻すように、層間膜１９上にタングステン材料を堆積させる。または、スパッタリング法によってモリブデン材料を製膜する。次に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）法により、所定の厚さに至るまでタングステン材料またはモリブデン材料の表面を研磨する。その後、タングステン層またはモリブデン層にエッチング処理を施すことにより、ビア電極２０と一体な下部電極層１０を形成することができる。
【００３４】
化合物半導体層１３は、複数の下部電極層１０を一括して覆うように形成されており、複数の画素３に区画されている。化合物半導体層は、０．１μｍ〜２μｍの厚さを有していることが好ましく、具体的には、１μｍ程度の厚さを有していることが好ましい。化合物半導体層１３は、カルコパイライト構造の化合物半導体からなる。
カルコパイライト構造の化合物半導体は、黄銅鉱（chalcopyrite）と同じ結晶構造であり、たとえば、組成式I−III−VI２、II−IV−V２で示される。ただし、組成式中のローマ数字は、周期表の族番号を示している。たとえば、ローマ数字のIは、IB族元素であり、IIは、IIB族元素である。組成式中、IB族元素は、たとえば、Ｃｕ、Ａｇ等を含み、IIIB族元素は、たとえば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等を含み、VIB族元素は、たとえば、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等を含む。また、IIB族元素は、たとえば、Ｚｎ、Ｃｄ等を含み、IVB族元素は、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等を含み、VB族元素は、たとえば、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等を含む。とりわけ、カルコパイライト構造の化合物半導体は、I−III−VI２型カルコパイライト構造のものが好ましく、ＣｕＹ（ＩｎＸＧａ１−Ｘ）Ｓｅ２（０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ≦１）で示されるＣＩＧＳ系半導体のものがさらに好ましい。ＣＩＧＳ系半導体は、近紫外帯域（波長範囲：３００ｎｍ〜３８０ｎｍ程度）から可視光帯域（波長範囲：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度）を経て近赤外帯域（波長範囲：７８０ｎｍ〜１３００ｎｍ程度）までの光を良好に吸収することができる。
【００３５】
バッファ層１４は、化合物半導体層１３の上面のほぼ全域を覆うように形成されている。化合物半導体層１３は、その周縁部１３１がバッファ層１４で覆われず、バッファ層１４から基板２の表面に沿う横方向に引き出されている。この化合物半導体層１３の周縁部１３１（上面および側面）およびその周囲の層間膜１９の上面を覆うように絶縁膜２２が形成されている。バッファ層１４は、たとえば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有している。バッファ層１４は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、（ＣｄｘＺｎ１−ｘ）Ｓ（０≦Ｘ≦１）、ＺｎＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）Ｓ、（ＺｎＺＭｇ１−Ｚ）Ｏ（０≦Ｚ≦１）、ＺｎＳｅまたはＩｎ２Ｓ３からなることが好ましい。
【００３６】
透明電極層４は、バッファ層１４の上面の全域を覆うように形成されている。透明電極層４は、たとえば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有している。透明電極層４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなることが好ましく、たとえば、化合物半導体層１３に近い側から順に、ノンドープのＺｎＯ膜（ｉ−ＺｎＯ）およびｎ型のＺｎＯ膜（ｎ−ＺｎＯ）が積層されたものであってもよい。なお、透明電極層４は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）であってもよい。
【００３７】
金属電極層６は、化合物半導体層１３、バッファ層１４および透明電極層４の積層構造に乗り上がって形成され、その頂部が透明電極層４の周縁部４１（上面および側面）を覆っている。なお、金属電極層６と、化合物半導体層１３およびバッファ層１４との間は、絶縁膜２２によって互いに絶縁されている。金属電極層６の下部は、層間膜１９上を基板２の表面に沿う横方向に配置され、パッド接続部１１を介してパッド７に接続されている。
【００３８】
遮光層５は、透明電極層４上に形成されている。この実施形態では、遮光層５および金属電極層６が同一の材料（たとえば、アルミニウム）からなり、共に透明電極層４上に形成されている。そのため、遮光層５と金属電極層６を同一の工程で形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。遮光層５の平面形状は、特に限定されない。たとえば、遮光層５は、平面視において、互いに隣り合う画素３の境界３１全周に渡って形成されていてもよいし、当該境界３１の一部に選択的に形成されていてもよい。
【００３９】
境界３１全周に渡って形成される遮光層５は、たとえば、境界３１を横切る方向に一定の幅Ｗ１を有していてもよい（図３（ａ）参照）。幅Ｗ１は、各画素３の幅Ｗ２（ピクセルサイズ）の３０％以下であることが好ましく、１％〜３０％であることがさらに好ましい。具体的には、各画素３のピクセルサイズが７．５μｍ×７．５μｍである場合、幅Ｗ１は、２．５μｍ以下（好ましくは、０．０５μｍ〜２．５μｍ）であることが好ましい。また、遮光層５は、幅Ｗ１が一定でなくてもよい。たとえば、平面視四角形状の画素３の境界３１の角部において相対的に広い幅を有し、境界３１の辺部において相対的に狭い幅を有していてもよい。この場合、遮光層５は、その内方領域に円形の領域を区画してもよい（図３（ｂ）参照）。
【００４０】
一方、境界３１の一部に選択的に形成される遮光層５は、たとえば、境界３１の角部のみに形成され、境界３１の辺部を選択的に露出させていてもよい（図３（ｃ）参照）。境界３１の角部は、境界３１の辺部に比べて、画素３の中央に配置された下部電極層１０から遠い位置にある。そのため、境界３１の角部付近に入射した光は、境界３１の辺部付近に入射した光に比べてクロストークを生じやすい。したがって、図３（ｃ）に示すように、角部のみに遮光層５を選択的に形成するだけでも、クロストーク防止の効果を十分発揮することができる。
【００４１】
また、遮光層５の断面形状も、平面形状と同様に特に限定されない。たとえば、遮光層５は、図４の遮光層５Ａのように、断面視において長方形状であってもよい。また、遮光層５は、断面視において台形状であってもよい。この場合、図４の遮光層５Ｂのように、上部へ向かって幅が狭まるテーパ状であってもよいし、図４の遮光層５Ｃのように、下部へ向かって幅が狭まるテーパ状であってもよい。図４の遮光層５Ｂの形状は、たとえば、遮光層５の材料（たとえば、アルミニウム）をパターニングして遮光層５Ｂを成形するときのエッチング条件を調整することによって得ることができる。
【００４２】
また、遮光層５の厚さは、この実施形態では、金属電極層６と同じ厚さである。具体的には、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。なお、遮光層５の厚さは、光電変換装置１の仕様に合わせて適宜変更することができる。また、遮光層５は、金属電極層６と分離して異なる膜厚で形成することができる。
表面保護膜１５は、たとえば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁材料からなる。表面保護膜１５は、遮光層５、金属電極層６、パッド接続部１１およびパッド７を覆うように形成されている。遮光層５および金属電極層６は、露出しないように表面保護膜１５で完全に覆われている。また、パッド７の一部は、表面保護膜１５に形成された開口から選択的に露出している。
【００４３】
図５は、前記光電変換装置１によるクロストークの防止効果を説明する図である。図５に示すように、光電変換装置１によれば、複数の画素３の境界３１に跨るように遮光層５が配置されている。これにより、境界３１近傍に入射する光を遮光層５で遮ることができる。そのため、各画素３に入射した光が、当該画素３に隣り合う画素３に境界３１を越えて進行する、いわゆるクロストークの発生を防止することができる。たとえば、光電変換装置１をイメージセンサとして用いる場合には、クロストークによる像のにじみ等を防止することができる。その結果、光電変換装置１の画素３間の感度ばらつきを小さくする（画素３の感度を均一にする）ことができ、ＳＮ比（Signal to Noise Ratio）の高い光電変換装置を提供することができる。
【００４４】
また、この実施形態では、化合物半導体層１３が複数の下部電極層１０を一括して覆うように形成されており、隣り合う画素３を物理的に分離するための溝等が形成されていない。そのため、製造工程において、下部電極層１０を覆うように化合物半導体層１３を堆積させた後、化合物半導体層１３をエッチングすることによって、各下部電極層１０に対応させて区画する必要がない。その結果、化合物半導体層１３においてエッチングダメージや残渣等に起因する暗電流の発生を防止することもできる。
【００４５】
次に、図６〜図８の実験データに基づいて、この実施形態の光電変換装置１の効果を説明する。
まず、図６は、光電変換装置の光出力ばらつき（標準偏差）と照度との相関図である。つまり、図６は、光源の照度の変化に対して、クロストークに起因する光出力のばらつきがどのように関係しているかを表している。図６によると、遮光層５が設けられていなくて開口率が１００％の光電変換装置では、照度の増加に伴って、光出力ばらつきが増加している。これは、照度の増加に伴って画素３の境界３１近傍に入射する光（光束）が多くなり、結果としてクロストークが発生し易くなるためである。
【００４６】
一方、遮光層５が設けられている場合は、照度の大きさに関係なく、光出力ばらつきがほぼ一定である。これは、光束が少なくて照度が小さい場合、および光束が多くて照度が大きい場合のいずれの場合でも、境界３１近傍に入射する光のほとんどが遮光層５で遮られて、クロストークがほとんど発生しないためである。しかも、図６に示すように、遮光層５の幅Ｗ１の違いにより開口率が異なっていても、ほぼ同等の光出力ばらつきの抑制効果を達成することができる。つまり、遮光層５を設けることによって、開口率（つまり、遮光層５の幅Ｗ１）によらず、光出力ばらつきを小さくすることができる。
【００４７】
このように、遮光層５の設置によってクロストークが少なくなって光出力ばらつきが小さくなるので、図７に示すように、光電変換装置１のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）を高くすることができる。図７は、光電変換装置のＳＮ比と照度との相関図である。図７によると、開口率が１００％の光電変換装置では、照度の増加に伴ってクロストーク（Noise）も増加するので（図６参照）、たとえ照度が増加して信号量（Signal）が増加する条件下でも、そのＳＮ比はほとんど増加していない。
【００４８】
一方、遮光層５が設けられている場合（開口率が１００％未満）は、照度の変化に関係なくクロストーク（Noise）がほとんど発生しないので（図６参照）、照度の増加
に伴い、信号量（Signal）の増加分に応じてＳＮ比が向上している。しかも、図７に示すように、遮光層５の幅Ｗ１の違いにより開口率が異なっていても、ほぼ同じ割合でＳＮ比が増加している。つまり、開口率（つまり、遮光層５の幅Ｗ１）によらず、光源の照度を増加させれば、その増加量に応じてＳＮ比を増加させることができる。
【００４９】
図８は、前記遮光層５の幅Ｗ１とＳＮ比との関係を示すグラフである。図８を参照して、照度が同じ条件下において、遮光層５の幅Ｗ１の変化に伴ってＳＮ比がどのように変化するかを説明する。
図８によると、遮光層５の幅Ｗ１が０．０μｍ（つまり、遮光層５が設けられていない）の場合、ＳＮ比は約２３ｄＢであり、図８に示されたデータの中で最も低い。
【００５０】
一方、遮光層５の幅Ｗ１が０．０μｍよりも大きい場合、その全てのＳＮ比が幅Ｗ１＝０．０μｍの場合よりも高いが、幅＝１．０μｍのときのＳＮ比＝約３６ｄＢをピークに、幅Ｗ１の増加に伴って減少している。これは、幅Ｗ１の増加に伴う化合物半導体層１３の開口率の縮小によって、各画素３に入射する光束が少なくなって信号量（Signal）の絶対量が減少し、感度が低下するためである。したがって、遮光層５の幅Ｗ１は適度な広さにすることが好ましく、図８によれば、２．５μｍ以下（画素３のピクセルサイズが７．５μｍ×７．５μｍの場合）にすることが好ましく、０．０５μｍ〜２．５μｍにすることがさらに好ましい。幅Ｗ１がこの範囲であれば、化合物半導体層１３の開口率を比較的大きくでき、各画素３で十分な信号量（Signal）を得ることができるので、光電変換装置１のＳＮ比を２８ｄＢ〜３６ｄＢの範囲にすることができる。
【００５１】
図９は、本発明の第２実施形態に係る光電変換装置の模式的な平面図である。図９において、前述の図２および図５に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
第２実施形態に係る光電変換装置５１は、透明電極層４上（この実施形態では、光電変換装置５１の最表面（表面保護膜１５の表面））に配置されたマイクロレンズ２３をさらに含む。マイクロレンズ２３は、たとえば、樹脂製、酸化物、窒化物またはフッ化物等の凸レンズであり、各画素３に対して１つずつ設けられている。各マイクロレンズ２３は、その下方の画素３を取り囲む遮光層５の内方領域よりも大きなサイズで形成されている。これにより、マイクロレンズ２３の周縁部２３１は、基板２の表面に沿う横方向において、遮光層５に対してオーバーラップしている。互いに隣り合うマイクロレンズ２３の間は、図９に示すように隙間がなくてもよいし、隙間が形成されていてもよい。
【００５２】
この光電変換装置５１によれば、各画素３に入射する光を、マイクロレンズ２３によって、下部電極層１０へ集束することができる。しかも、この実施形態では、マイクロレンズ２３の周縁部２３１が遮光層５に対してオーバーラップしているので、遮光層５近傍へ入射する光束を少なくでき、クロストークの発生をより抑制することができる。その結果、下部電極層１０で検出する信号量（Signal）を増加させることができるので、光電変換装置５１のＳＮ比を一層高めることができる。むろん、光電変換装置１と同様の効果を達成することもできる。
【００５３】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る光電変換装置の模式的な平面図である。図１０において、前述の図２および図５に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
第３実施形態に係る光電変換装置６１は、透明電極層４上（この実施形態では、光電変換装置６１の最表面（表面保護膜１５の表面））に配置されたカラーフィルタ２４をさらに含む。カラーフィルタ２４は、Ｒ（赤：Red）用フィルタ２４Ｒ、Ｇ（緑：Green）用フィルタ２４ＧおよびＢ（青：Blue）用フィルタ２４Ｂの可視光フィルタを含み、これらが規則的に配列されている。また、これら可視光フィルタに隣り合うように、ＩＲ（赤外線）用のフィルタを配置してもよい。ＩＲ用のフィルタが可視光を透過させるかどうかは任意に選択することができる。カラーフィルタ２４の配列形態は、たとえば、正方格子配列、ハニカム配列等を適用できる。
【００５４】
正方格子配列が適用される場合、たとえば、図１１（ａ）に示すように、Ｒ用フィルタ２４ＲおよびＢ用フィルタ２４Ｂの２つを互いに対向配置し、他方の対角において２つのＧ用フィルタ２４Ｇを互いに対角配置してもよい。また、この場合、図１１（ｂ）に示すように、一方のＧ用フィルタ２４ＧをＩＲ用フィルタ２５に置き換えてもよい。
なお、カラーフィルタ２４としては、たとえば、顔料をベースとしたカラーレジスト、ナノインプリント技術を用いて形成した透過型レジスト、ゼラチン膜等を適用できる。
【００５５】
この光電変換装置６１によれば、カラーフィルタ２４と遮光層５とが組み合わされているので、クロストークによる混色を良好に防止することができる。むろん、光電変換装置１と同様の効果を達成することもできる。
図１２は、本発明の第４実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。図１２において、前述の図２、図５および図１０に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
【００５６】
第４実施形態に係る光電変換装置７１は、透明電極層４上（この実施形態では、光電変換装置７１の最表面（カラーフィルタ２４の表面））に配置されたマイクロレンズ２６をさらに含む。マイクロレンズ２６の配置形態等は、前述の第２実施形態のマイクロレンズ２３と同様である。たとえば、マイクロレンズ２６の周縁部２６１は、基板２の表面に沿う横方向において、遮光層５に対してオーバーラップしている。
【００５７】
この光電変換装置７１によれば、各画素３に入射する光を、マイクロレンズ２６によって、下部電極層１０へ集束することができる。その結果、下部電極層１０で検出する信号量（Signal）を増加させることができるので、光電変換装置７１のＳＮ比を一層高めることができる。むろん、光電変換装置１，１０１と同様の効果を達成することもできる。
図１３は、本発明の第５実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。図１３において、前述の図２および図５に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
【００５８】
前述の第１〜第４の実施形態では、化合物半導体層１３は、複数の下部電極層１０を一括して覆うように形成されていた。これに対し、第５の実施形態の光電変換装置８１は、各下部電極層１０に１つずつ配置された複数の化合物半導体層２７を含む。互いに隣り合う化合物半導体層２７の間には隙間２８が設けられている。この隙間２８を埋め戻すように、絶縁層２９が層間膜１９上に配置されている。絶縁層２９は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の絶縁材料からなる。
【００５９】
この光電変換装置８１によれば、互いに隣り合う化合物半導体層２７の間には隙間２８が設けられているので、クロストークの発生をより良好に防止することができる。
図１４（ａ）（ｂ）は、下部電極層１０の厚さが空乏層の広がりに与える影響を説明するための図である。
前述の光電変換装置１，５１，６１，７１では、各下部電極層１０の厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍである。そのため、図１４（ａ）に示すように、各下部電極層１０と化合物半導体層１３との界面から発生する空乏層３２を、隣り合う画素３にまで広げることができる。これにより、画素３の境界３１近傍には、複数の空乏層３２が重なり合って形成された重なり部３３が形成される。
【００６０】
一方、下部電極層１０の厚さが２００ｎｍを超える場合、図１４（ｂ）に示すように、各下部電極層１０と化合物半導体層１３との界面から発生する空乏層３４は、各下部電極層１０の画素３内に収まっている。そのため、画素３の境界３１近傍は、空乏層が全く形成されていない領域（非空乏化領域）によって占められている。その結果、各下部電極層１０に入力された電気信号が、非空乏化領域を介して、隣り合う下部電極層１０に進行するクロストークが発生する。
【００６１】
すなわち、前述の光電変換装置１，５１，６１，７１によれば、空乏層３２を隣り合う画素３にまで広げることができるため、当該境界３１に沿って化合物半導体層１３を分離しなくても、クロストークの発生を良好に抑制することができる。
また、化合物半導体層１３が下部電極層１０を一括して覆っていて、一画素ごとに分離されていない。そのため、製造時に画素分離のための加工をする必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、当該加工による化合物半導体層１３へのダメージの発生をなくすことができる。
【００６２】
次に、下部電極層１０の厚さと暗電流との関係を調べた。まず、図２の光電変換装置１において、下部電極層１０の厚さのみ異なるものを２種類製造した。それぞれの装置における下部電極層１０の厚さは、３００ｎｍおよび１００ｎｍとした。
そして、各光電変換装置のＳＥＭ画像を撮影し、化合物半導体層１３と透明電極層４との間のボイド欠陥の発生状況を調べた。その結果、下部電極層１０の厚さが３００ｎｍの装置ではボイド欠陥が発生していたのに対し、下部電極層１０の厚さが１００ｎｍの装置では、ボイド欠陥の発生が見られなかった。すなわち、下部電極層１０を５０ｎｍ〜２００ｎｍに薄膜化できることで、化合物半導体層１３と透明電極層４との間の段差を小さくすることができ、当該層間部におけるボイド欠陥の発生を抑制することができることがわかった。
【００６３】
次に、それぞれの光電変換装置に発生する暗電流の大きさを調べた。結果を図１５に示す。図１５は、下部電極層１０の厚さと暗電流との関係を示すグラフである。
図１５によると、下部電極層１０の厚さが３００ｎｍの場合、暗電流は１００ｎＡ／ｃｍ２であるのに対し、下部電極層１０の厚さが１００ｎｍの場合、暗電流は１０ｎＡ／ｃｍ２であった。
【００６４】
すなわち、図１５によって、ボイド欠陥の発生がない装置（下部電極層１０の厚さ＝１００ｎｍ）が、ボイド欠陥が発生している装置（下部電極層１０の厚さ＝３００ｎｍ）に比べて、暗電流を抑制できることがわかった。
図１６は、本発明の第６実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。図１６において、前述の図２に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
【００６５】
第６実施形態に係る光電変換装置８１は、第１実施形態に係る光電変換装置１から、遮光層５が省略された構造を有している。
この光電変換装置８１によっても、前述の光電変換装置１，５１，６１，７１と同様に、空乏層３５を隣り合う画素３にまで広げることができるため、当該境界３１に沿って化合物半導体層１３を分離しなくても、クロストークの発生を良好に抑制することができる。
【００６６】
したがって、遮光層５を取り除いたとしても、クロストークを抑制することができるため、比較的容易に製造することが可能である。
図１７は、本発明の第７実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。図１７において、前述の図２に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
第７実施形態に係る光電変換装置９１は、第１実施形態に係る光電変換装置１から遮光層５が省略された構造を有しており、さらに、下部電極層１０に代えて、層間膜１９に埋め込まれた下部電極層９２を有している。
【００６７】
下部電極層９２は、その上面が層間膜１９の表面と同一平面となるように、層間膜１９に完全に埋め込まれている。この場合、下部電極層９２の厚さ（掘部９３の深さ）は、５０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
このような下部電極層９２を形成するには、たとえば、まず、層間膜１９をエッチングすることによって、ビアホール２０１および、各下部電極層９２のパターンに対応する掘部９３を形成する。次に、ＣＶＤ法により、当該ビアホール２０１および掘部９３を埋め戻すように、層間膜１９上にタングステン材料を堆積させる。次に、ＣＭＰ法により、研磨面が層間膜１９の表面と同一平面になるまで、タングステン材料の表面を研磨する。これにより、ビア電極２０と一体な下部電極層９２を形成することができると同時に、下部電極層９２のパターン化も行うことができる。
【００６８】
この構成によれば、各下部電極層９２が層間膜１９に完全に埋め込まれている。そのため、図１７に示すように、各下部電極層９２と化合物半導体層１３との界面から発生する空乏層３６を、隣り合う画素３にまで広げることができる。これにより、画素３の境界３１近傍には、複数の空乏層３６が重なり合って形成された重なり部３７が形成される。しかも、この重なり部３７は、当該境界３１近傍において、化合物半導体層１３の表面から層間膜１９の表面に至るまで広がっている。したがって、化合物半導体層１３を完全に空乏化させることができる。その結果、クロストークを確実に防止することができる。
【００６９】
また、化合物半導体層１３と透明電極層４との間を平坦にすることができるので、当該層間部におけるボイド欠陥の発生をより良好に抑制することができる。
図１８は、本発明の第８実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。図１８において、前述の図２および図１７に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
【００７０】
第８実施形態に係る光電変換装置１０１は、第７実施形態の下部電極層９２に代えて、その上面が層間膜１９の表面に対して低くなるように、層間膜１９に埋め込まれた下部電極層１０２を有している。この場合、下部電極層１０２の厚さは、５０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
このような下部電極層１０２を形成するには、第７実施形態で説明した工程に倣って、研磨面が層間膜１９の表面と同一平面になるまでタングステン材料を研磨した後、さらに、たとえば、当該研磨面をドライエッチングすることによって、掘部９３内のタングステン材料の表面部を選択的に除去する。これにより、層間膜１９の表面より低い位置に上面を有する下部電極層１０２を形成することができる。
【００７１】
この構成によれば、各下部電極層１０２が層間膜１９に完全に埋め込まれている。そのため、図１８に示すように、各下部電極層１０２と化合物半導体層１３との界面から発生する空乏層３８を、隣り合う画素３にまで広げることができる。これにより、画素３の境界３１近傍には、複数の空乏層３８が重なり合って形成された重なり部３９が形成される。しかも、この重なり部３９は、当該境界３１近傍において、化合物半導体層１３の表面から層間膜１９の表面に至るまで広がっている。したがって、化合物半導体層１３を完全に空乏化させることができる。その結果、クロストークを確実に防止することができる。
【００７２】
図１９は、本発明の第９実施形態に係る光電変換装置の模式的な断面図である。図１９において、前述の図２および図１７に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
第９実施形態に係る光電変換装置１１１は、第７実施形態に係る光電変換装置９１において、透明電極層４上に形成された遮光層５をさらに含む。
【００７３】
この光電変換装置１１１によっても、前述の光電変換装置９１と同様に、空乏層４０を隣り合う画素３にまで広げることができるため、当該境界３１に沿って化合物半導体層１３を分離しなくても、クロストークの発生を良好に抑制することができる。
また、遮光層５が形成されているので、クロストークの発生を一層抑制することができる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、遮光層５がアルミニウムからなる例を示したが、遮光層５の材料は、カルコパイライト構造の化合物半導体で吸収可能な波長（３００ｎｍ〜１３００ｎｍ）を持つ光を遮ることができるものであれば、特に制限されない。たとえば、遮光層５は、黒レジスト、黒色樹脂等の遮光性材料からなっていてもよい。
【００７５】
また、遮光層５は、透明電極層４上に形成されている必要はない。たとえば、化合物半導体層１３上に形成されていてもよいし、バッファ層１４上に形成されていてもよい。また、透明電極層４上に形成されている場合でも、表面保護膜１５で完全に覆われている必要はない。たとえば、図２０に示す光電変換装置１２１の遮光層５Ｄのように、表面保護膜１５（カラーフィルタ２４との間の層間膜でもよい）を貫通して、表面保護膜１５の上面から選択的に露出するように覆われていてもよい。また、光電変換装置９１の遮光層５Ｅのように、さらにカラーフィルタ２４を貫通して、カラーフィルタ２４の上面から選択的に露出するように覆われていてもよい。
【００７６】
また、前述の第７〜第９実施形態では、下部電極層９２，１０２が層間膜１９に完全に埋め込まれている例を示したが、下部電極層は、その一部が層間膜１９の表面よりも上方に突出していてもよい。
また、基板２上には、ＣＭＯＳ電界効果トランジスタの他、キャパシタ、レジスタ等の各種回路素子が形成されていてもよい。また、これらの回路素子によって、ＳＳＩ（Small Scale Integration）、ＭＳＩ（Medium Scale Integration）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、ＵＬＳＩ（Ultra-Very Large Scale Integration）等の集積回路を構成していてもよい。
【００７７】
本発明の光電変換装置は、たとえば、一次元に複数配列することによってラインイメージセンサとして使用してもよいし、二次元に複数配列することによってエリアイメージセンサとして使用してもよい。
また、本発明の光電変換装置は、セキュリティカメラ（昼間は可視光をセンシングし、夜間は近赤外光をセンシングするカメラ）、個人認証カメラ（外光の影響を受けない近赤外光で個人認証するためのカメラ）、あるいは車載カメラ（夜間の視覚補助や遠方の視野確保などのために車に搭載されるカメラ）用のイメージセンサ、さらに医療用の近赤外光検出用のイメージセンサ、および幅広い波長帯域における光検出装置（フォトディテクタ）、アバランシェフォトダイオード等に適用可能である。
【００７８】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。たとえば、前述の各実施形態に示された構成は、異なる実施形態間で組み合わせることができる。
また、前述の実施形態の開示からは、以下の特徴を把握することができる。
（Ａ１）基板と、前記基板上に配置された複数の下部電極層と、前記複数の下部電極層を一括して覆うように前記下部電極層上に配置され、複数の画素に区画されたカルコパイライト構造の化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に配置された透明電極層とを含み、前記下部電極層は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有するタングステン層またはモリブデン層からなる、光電変換装置。
【００７９】
Ａ１記載の発明によれば、下部電極層の厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍであるため、下部電極層と基板との段差を小さくすることができる。そのため、化合物半導体層における空乏化していない範囲を小さくすることができる。その結果、クロストークを抑制することができる。また、化合物半導体層が下部電極層を一括して覆っていて、一画素ごとに分離されていない。そのため、製造時に画素分離のための加工をする必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、当該加工による化合物半導体層へのダメージの発生をなくすことができる。さらに、上記のように、下部電極層を５０ｎｍ〜２００ｎｍに薄膜化できることで、化合物半導体層と透明電極層での段差を小さくすることができる。その結果、当該層間部におけるボイド欠陥の発生を抑制することができる。これらの結果、暗電流の発生を抑制することができる。
（Ａ２）基板と、前記基板上に配置された絶縁膜と、前記絶縁膜に埋め込まれた複数の下部電極層と、前記複数の下部電極層を一括して覆うように前記下部電極層上に配置され、複数の画素に区画されたカルコパイライト構造の化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に配置された透明電極層とを含み、前記下部電極層は、タングステン層またはモリブデン層からなる、光電変換装置。
【００８０】
Ａ２記載の発明によれば、下部電極層が絶縁膜に埋め込まれているので、下部電極層が絶縁膜の表面に形成される場合に比べて、下部電極層と絶縁膜との段差を小さくすることができる。そのため、化合物半導体層における空乏化していない範囲を小さくすることができる。その結果、クロストークを抑制することができる。また、化合物半導体層が下部電極層を一括して覆っていて、一画素ごとに分離されていない。そのため、製造時に画素分離のための加工をする必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、当該加工による化合物半導体層へのダメージの発生をなくすことができる。さらに、上記のように、下部電極層を絶縁膜に埋め込むことで、化合物半導体層と透明電極層との間の段差を小さくすることができる。その結果、当該層間部におけるボイド欠陥の発生を抑制することができる。これらの結果、暗電流の発生を抑制することができる。
（Ａ３）前記下部電極層は、その上面が前記絶縁膜の表面と同一平面となるように、前記絶縁膜に完全に埋め込まれている、Ａ２に記載の光電変換装置。
【００８１】
Ａ３記載の発明によれば、化合物半導体層を完全に空乏化させることができるので、クロストークを確実に防止することができる。また、化合物半導体層と透明電極層との間を平坦にすることができるので、当該層間部におけるボイド欠陥の発生をより良好に抑制することができる。
（Ａ４）前記下部電極層は、その上面が前記絶縁膜の表面に対して低くなるように、前記絶縁膜に完全に埋め込まれている、Ａ２に記載の光電変換装置。
【００８２】
Ａ４記載の発明によれば、化合物半導体層を完全に空乏化させることができるので、クロストークを確実に防止することができる。
（Ａ５）前記下部電極層は、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有している、Ａ２〜Ａ４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ６）前記光電変換装置は、前記化合物半導体層上において各前記画素の周囲に配置された遮光層をさらに含む、Ａ１〜Ａ５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【００８３】
Ａ６記載の発明によれば、各画素の周囲に遮光層が配置されている。これにより、各画素の境界の近傍に入射する光を遮光層で遮ることができるため、クロストークの発生をより良好に抑制することができる。
（Ａ７）前記遮光層の幅は、各前記画素のピクセルサイズの３０％以下である、Ａ６に記載の光電変換装置。
【００８４】
Ａ７記載の発明によれば、化合物半導体層の開口率を比較的大きくでき、各画素で十分な信号量（Signal）を得ることができるので、光電変換装置のＳＮ比（Signal to Noise Ratio）を高めることができる。
（Ａ８）前記遮光層は、カルコパイライト構造の化合物半導体で吸収可能な波長を持つ光を遮る材料からなる、Ａ６またはＡ７に記載の光電変換装置。
（Ａ９）前記遮光層は、アルミニウムまたは黒レジストからなる、Ａ６〜Ａ８のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ１０）前記光電変換装置は、前記透明電極層上に選択的に形成され、前記透明電極層に接続されたアルミニウムからなる金属電極層を含み、前記アルミニウムからなる遮光層は、前記透明電極層の前記表面に形成されている、Ａ９に記載の光電変換装置。
【００８５】
遮光層および金属電極層が共にアルミニウムからなり、透明電極層上に形成されているため、遮光層と金属電極層を同一の工程で形成することができる。その結果、製造工程を簡略化することができる。
（Ａ１１）前記遮光層は、平面視において、互いに隣り合う前記画素の境界の全周に渡って形成されている、Ａ６〜Ａ１０のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ１２）前記遮光層は、前記境界を横切る方向に一定の幅を有している、Ａ１１に記載の光電変換装置。
（Ａ１３）前記画素は、平面視四角形状に形成されており、前記遮光層は、前記画素の前記境界の角部において相対的に広い幅を有し、前記画素の前記境界の辺部において相対的に狭い幅を有している、Ａ１１に記載の光電変換装置。
（Ａ１４）前記遮光層は、その内方領域に円形の領域を区画している、Ａ１３に記載の光電変換装置。
（Ａ１５）前記遮光層は、平面視において、互いに隣り合う前記画素の境界の一部に選択的に形成されている、Ａ６〜Ａ１０のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ１６）前記画素は、平面視四角形状に形成されており、前記遮光層は、前記画素の前記境界の角部のみに形成され、前記画素の前記境界の辺部を選択的に露出させている、Ａ１５に記載の光電変換装置。
【００８６】
画素の境界の角部は、画素の境界の辺部に比べて、画素内の下部電極層から遠い位置にある。そのため、境界の角部付近に入射した光は、境界の辺部付近に入射した光に比べて、クロストークを生じやすい。したがって、角部のみに遮光層を選択的に形成するだけでもクロストーク防止の効果を十分発揮することができる。
（Ａ１７）前記光電変換装置は、前記透明電極層上に配置されたマイクロレンズをさらに含む、Ａ１〜Ａ１６のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【００８７】
Ａ１７記載の発明によれば、各画素に入射する光を、マイクロレンズによって、下部電極層へ集束することができる。そのため、下部電極層で検出する信号量（Signal）を増加させることができる。
（Ａ１８）前記マイクロレンズは、前記基板の表面に沿う横方向において、前記遮光層に対してオーバーラップしている、Ａ１７に記載の光電変換装置。
【００８８】
Ａ１８記載の発明によれば、マイクロレンズが遮光層に対してオーバーラップしているので、遮光層近傍へ入射する光束を少なくでき、クロストークの発生をより抑制することができる。
（Ａ１９）前記光電変換装置は、前記透明電極層上に配置されたカラーフィルタをさらに含む、Ａ１〜Ａ１６のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ２０）前記光電変換装置は、前記カラーフィルタに隣り合うように配置された、赤外線用のフィルタをさらに含む、Ａ１９に記載の光電変換装置。
【００８９】
Ａ２０記載の発明によれば、カラーフィルタと遮光層とが組み合わされているので、クロストークによる混色を良好に抑制することができる。
（Ａ２１）前記光電変換装置は、前記カラーフィルタ上に配置されたマイクロレンズをさらに含む、Ａ１９またはＡ２０に記載の光電変換装置。
Ａ２１記載の発明によれば、カラーフィルタに入射する光を、マイクロレンズによって、カラーフィルタを介して下部電極層へ集束することができる。そのため、混色をより良好に抑制することができる。
（Ａ２２）前記化合物半導体層は、Ｃｕｙ（ＩｎｘＧａ1−ｘ）Ｓｅ２（０≦ｙ≦１、０≦ｘ≦１）からなる、Ａ６〜Ａ２１のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ２３）前記光電変換装置は、前記基板と前記下部電極層との間に配置された回路部を含む、Ａ６〜Ａ２２のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【００９０】
Ａ２３記載の発明によれば、回路部と化合物半導体層とを積層配置することによって、基板の表面の領域のほとんどを光の検出面として有効利用することができる。そのため、検出面積を十分に確保可能な光電変換装置を設計することができるので、素子の感度を向上させることができる。
（Ａ２４）前記回路部は、ＣＭＯＳ電界効果トランジスタを含む、Ａ２３に記載の光電変換装置。
（Ａ２５）前記ＣＭＯＳ電界効果トランジスタは、前記基板の表面部に選択的に形成されたソース層およびドレイン層と、前記ソース層と前記ドレイン層との間に配置されたゲート電極とを含む、Ａ２４に記載の光電変換装置。
（Ａ２６）前記透明電極層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる、Ａ１〜Ａ２５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ２７）前記光電変換装置は、前記化合物半導体層と前記透明電極層との間に配置されたバッファ層を含む、Ａ６〜Ａ２６のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（Ａ２８）前記バッファ層は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、（ＣｄｘＺｎ１−ｘ）Ｓ（０≦Ｘ≦１）、ＺｎＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）、（ＺｎｚＭｇ１−ｚ）Ｏ（０≦ｚ≦１）、ＺｎＳｅまたはＩｎ２Ｓ３からなる、Ａ２７に記載の光電変換装置。
【符号の説明】
【００９１】
１  光電変換装置
２  基板
３  画素
３１  境界
４  透明電極層
５  遮光層
６  金属電極層
１０  下部電極層
１２  回路部
１３  化合物半導体層
１４  バッファ層
１６  ソース層
１７  ドレイン層
１８  ゲート電極
２３  マイクロレンズ
２４  カラーフィルタ
２５  ＩＲ用フィルタ
２６  マイクロレンズ
２７  化合物半導体層
５１  光電変換装置
６１  光電変換装置
７１  光電変換装置
８１  光電変換装置
９１  光電変換装置
１２１  光電変換装置
【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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