(57)【要約】【解決手段】  光入射面を有するとともに、化合物半導体材料を含む光吸収層と、前記光吸収層の前記光入射面と反対面に対向して、画素毎に設けられた第１電極と、前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記光吸収層と前記第１電極との間に設けられた、第１導電型の第１半導体層と、前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記第１半導体層と前記光吸収層との間に設けられた、第２導電型の第２半導体層と、隣り合う前記画素の間に、前記第２半導体層と前記光吸収層とに跨って設けられた、第２導電型の第１拡散領域とを備えた光電変換素子。【選択図】図１
2018212175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面を有するとともに、化合物半導体材料を含む光吸収層と、
前記光吸収層の前記光入射面と反対面に対向して、画素毎に設けられた第１電極と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記光吸収層と前記第１電極との間に設けられた、第１導電型の第１半導体層と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記第１半導体層と前記光吸収層との間に設けられた、第２導電型の第２半導体層と、
隣り合う前記画素の間に、前記第２半導体層と前記光吸収層とに跨って設けられた、第２導電型の第１拡散領域と
を備えた光電変換素子。
【請求項２】
前記第１拡散領域は、平面視で格子状に設けられている
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
更に、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、前記光吸収層で発生した電荷を一時的に蓄積する電荷収集層を有する
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
更に、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、前記第２半導体層と前記光吸収層との間のバンドオフセット障壁を緩和する障壁緩和層を有する
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記第２半導体層が、前記光吸収層で発生した電荷をアバランシェ増幅するように構成された
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項６】
更に、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、前記第２半導体層から前記光吸収層への電界の伝搬を抑える電界降下層を有する
請求項５に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記第１半導体層および前記第２半導体層には、隣り合う前記画素を分離する第１溝が設けられている
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記第１溝は、前記光吸収層に延在している
請求項７に記載の光電変換素子。
【請求項９】
更に、前記第１半導体層の表面から前記第１溝の側壁に設けられ、前記第１半導体層の側壁を覆うとともに、前記第２半導体層の側壁の一部にかかる絶縁膜を有する
請求項７に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
更に、前記第１溝に埋め込まれた遮光部材を有する
請求項７に記載の光電変換素子。
【請求項１１】
更に、前記光吸収層の前記光入射面に対向して設けられた第２電極を有する
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項１２】
前記第２電極は、前記光吸収層の前記光入射面全面に設けられている
請求項１１に記載の光電変換素子。
【請求項１３】
前記第２電極は、遮光性材料により構成されている
請求項１１に記載の光電変換素子。
【請求項１４】
更に、前記光吸収層の前記光入射面側に、隣り合う前記画素の間に設けられた第２導電型の第２拡散領域を有する
請求項１３に記載の光電変換素子。
【請求項１５】
前記光吸収層の前記光入射面に第２溝が設けられ、
前記第２溝近傍に前記第２拡散領域が設けられている
請求項１４に記載の光電変換素子。
【請求項１６】
更に、前記第１拡散領域に電気的に接続された第３電極を有する
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項１７】
更に、前記第２拡散領域に電気的に接続された第４電極を有し、
前記第２溝に、前記第４電極が埋め込まれている
請求項１５に記載の光電変換素子。
【請求項１８】
更に、前記第１拡散領域を覆う被覆膜を有する
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項１９】
前記被覆膜は第１導電型の電荷を含む
請求項１８に記載の光電変換素子。
【請求項２０】
光入射面を有するとともに、化合物半導体材料を含む光吸収層と、
前記光吸収層の前記光入射面と反対面に対向して、画素毎に設けられた第１電極と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記光吸収層と前記第１電極との間に設けられた、第１導電型の第１半導体層と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記第１半導体層と前記光吸収層との間に設けられた、第２導電型の第２半導体層と、
隣り合う前記画素の間に、前記第２半導体層と前記光吸収層とに跨って設けられた、第２導電型の第１拡散領域と
を備えた撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば赤外線センサ等に用いられる光電変換素子および撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤外領域に感度を有するイメージセンサ（赤外線センサ）が商品化されている。例えば、特許文献１に記載されているように、この赤外線センサに用いられる撮像素子（光電変換素子）では、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）等のIII−Ｖ族半導体を含む光吸収層が用いられ、この光吸収層において、赤外線が吸収されることで電荷が発生する（光電変換が行われる）。【０００３】
このような撮像素子では、画素毎に信号電荷が読み出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８３６０３号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、隣り合う画素間では、信号電荷が移動しやすく、クロストークが発生するおそれがある。また、結晶欠陥等に起因して暗電流が大きくなりやすい。したがって、隣り合う画素間での信号電荷の移動を抑えるとともに、暗電流を低減することが望まれている。
【０００６】
したがって、隣り合う画素間での信号電荷の移動を抑えるとともに、暗電流を低減することが可能な光電変換素子および撮像素子を提供することが望ましい。
【０００７】
本開示の光電変換素子は、光入射面を有するとともに、化合物半導体材料を含む光吸収層と、光吸収層の光入射面と反対面に対向して、画素毎に設けられた第１電極と、光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、光吸収層と第１電極との間に設けられた、第１導電型の第１半導体層と、光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、第１半導体層と光吸収層との間に設けられた、第２導電型の第２半導体層と、隣り合う画素の間に、第２半導体層と光吸収層とに跨って設けられた、第２導電型の第１拡散領域とを備えたものである。
【０００８】
本開示の撮像素子は、光入射面を有するとともに、化合物半導体材料を含む光吸収層と、光吸収層の光入射面と反対面に対向して、画素毎に設けられた第１電極と、光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、光吸収層と第１電極との間に設けられた、第１導電型の第１半導体層と、光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、第１半導体層と光吸収層との間に設けられた、第２導電型の第２半導体層と、隣り合う画素の間に、第２半導体層と光吸収層とに跨って設けられた、第２導電型の第１拡散領域とを備えたものである。
【０００９】
本開示の光電変換素子および撮像素子では、隣り合う画素の間に第１拡散領域が設けられているので、隣り合う画素がこの第１拡散領域により電気的に分離される。また、第１導電型と第２導電型との接合（ｐｎ接合）が、第１半導体層および第２半導体層により設けられているので、光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体層間（第１半導体層と第２半導体層との間）近傍に空乏層が形成される。
【００１０】
本開示の光電変換素子および撮像素子によれば、隣り合う画素を第１拡散領域により電気的に分離するようにしたので、隣り合う画素間での信号電荷の移動を抑えることができる。また、光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体層間近傍に空乏層を形成するようにしたので、暗電流を低減することができる。よって、隣り合う画素間での信号電荷の移動を抑えるとともに、暗電流を低減することが可能となる。
【００１１】
尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２】図１に示した撮像素子の平面構成を表す模式図である。
【図３】図１に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図４Ａ】図１に示した撮像素子の製造方法の一工程を表す断面模式図である。
【図４Ｂ】図４Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ａ】図４Ｃに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに続く工程を表す断面模式図である。
【図６】図１に示した撮像素子の動作について説明するための断面模式図である。
【図７】図６に示した信号電荷の一時滞留部について説明するための断面模式図である。
【図８】比較例１に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図９】図８に示した撮像素子に形成される空乏層の位置について説明するための図である。
【図１０】比較例２に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１１】図１０に示した撮像素子に形成される空乏層の位置について説明するための図である。
【図１２】図１に示した撮像素子の作用効果を説明するための断面模式図である。
【図１３】図７に示した一時滞留部の効果（１）について説明するための図である。
【図１４】図７に示した一時滞留部の効果（２）について説明するための図である。
【図１５】図１に示した撮像素子の効果を、図８に示した撮像素子と比較して表す図である。
【図１６】変形例１に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１７】変形例２に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１８】変形例３に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図１９】変形例４に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２０】（Ａ）は、変形例５に係る撮像素子の概略構成の一部を表す平面模式図、（Ｂ）はその断面模式図である。
【図２１】変形例６に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２２】本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２３Ａ】図２２に示した撮像素子の撮像素子の製造方法の一工程を表す断面模式図である。
【図２３Ｂ】図２３Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図２４】変形例７に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２５】図２４に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図２６】変形例８に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図２７】図２６に示した撮像素子の他の例（１）を表す断面模式図である。
【図２８】図２６に示した撮像素子の他の例（２）を表す断面模式図である。
【図２９】（Ａ）は、変形例９に係る撮像素子の概略構成を表す平面模式図、（Ｂ）はその断面模式図である。
【図３０】（Ａ）は、本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図、（Ｂ）はその平面模式図である。
【図３１】図３０に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図３２】変形例１０に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図３３】図３２に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図３４】変形例１１に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図３５】図３４に示した撮像素子の他の例（１）を表す断面模式図である。
【図３６】図３４に示した撮像素子の他の例（２）を表す断面模式図である。
【図３７】変形例１２に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図３８】図３７に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図３９】変形例１３に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図４０】図３９に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図４１】変形例１４に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図４２】図４１に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図４３】変形例１５に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図４４】変形例１６に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図４５】図４４に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図４６】変形例１７に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図４７】変形例１８に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図４８】変形例１９に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図４９】図４８に示した撮像素子の他の例を表す断面模式図である。
【図５０】変形例２０に係る撮像素子の概略構成を表す断面模式図である。
【図５１】図５０に示した撮像素子の他の例（１）を表す断面模式図である。
【図５２】図５０に示した撮像素子の他の例（２）を表す断面模式図である。
【図５３】撮像素子の構成を表すブロック図である。
【図５４】積層型の撮像素子の構成例を表す模式図である。
【図５５】図５４に示した撮像素子を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。
【図５６】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図５７】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図５８】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図５９】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（第１半導体層および第２半導体層を有するとともに、隣り合う画素の間が拡散領域で分離された撮像素子の例）
２．変形例１（電荷収集層を有する例）
３．変形例２（障壁緩和層を有する例）
４．変形例３（信号電荷がアバランシェ現象により増幅される例）
５．変形例４（被覆膜が第１導電型の電荷を含む例）
６．変形例５（拡散領域に接続された第３電極を有する例）
７．変形例６（信号電荷が正孔である例）
８．第２の実施の形態（第１半導体層および第２半導体層を画素毎に分離する溝が設けられた撮像素子の例）
９．変形例７（溝が光吸収層内に延びている例）
１０．変形例８（溝の側壁の一部が絶縁膜に覆われている例）
１１．変形例９（溝に遮光部材を有する例）
１２．第３の実施の形態（遮光性の第２電極を有する撮像素子の例）
１３．変形例１０（光入射面側の拡散領域を有する例）
１４．変形例１１（光入射面側に設けられた溝に遮光部材を有する例）
１５．変形例１２（光入射面側の拡散領域に接続された第４電極を有する例）
１６．変形例１３（溝が光吸収層を分離している例）
１７．変形例１４（溝内に拡散領域に接続された第３電極を有する例）
１８．変形例１５（光吸収層が濃度勾配を有する例）
１９．変形例１６（ＳＴＩを組み合わせた例）
２０．変形例１７（第１電極と第１半導体層との間によりバンドギャップエネルギーの大きなコンタクト層を有する例）
２１．変形例１８（第１電極の下層にバンドギャップエネルギーの小さなコンタクト層を有する例）
２２．変形例１９（光入射側に保護膜を有する例）
２３．変形例２０（光入射側に遮光膜、フィルタおよびオンチップレンズを有する例）
２４．適用例１（撮像素子の例）
２５．適用例２（電子機器の例）
２６．応用例１（内視鏡手術システムへの応用例）
２７．応用例２（移動体への応用例）
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１および図２は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子（撮像素子１）の模式的な構成を表したものである。図１は撮像素子１の断面構成、図２は撮像素子１の平面構成をそれぞれ表している。撮像素子１は、例えばIII−Ｖ族半導体などの化合物半導体材料を用いた赤外線センサ等に適用されるものであり、例えば、可視領域（例えば３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満）〜短赤外領域（例えば７８０ｎｍ以上２４００ｎｍ未満）の波長の光に、光電変換機能を有している。この撮像素子１には、例えばマトリクス状に２次元配置された複数の受光単位領域Ｐ（画素Ｐ）が設けられている。ここでは、本技術の光電変換素子の一具体例として撮像素子１を挙げて説明する。
【００１５】
撮像素子１の画素Ｐには、第１電極１１、第１半導体層１２、第２半導体層１３、光吸収層１４、コンタクト層１５および第２電極１６がこの順に設けられている。光吸収層１４は、互いに対向する第１面Ｓ１（光入射面と反対面）および第２面Ｓ２（光入射面）を有しており、第１面Ｓ１に第２半導体層１３が、第２面Ｓ２にコンタクト層１５がそれぞれ設けられている。この撮像素子１では、第２電極１６側から入射した光がコンタクト層１５を介して光吸収層１４の第２面Ｓ２に入射するようになっている。第１電極１１の周囲には絶縁膜１７が設けられている。撮像素子１は、隣り合う画素Ｐの間に拡散領域Ｄ（第１拡散領域）を有している。この拡散領域Ｄは、第１半導体層１２、第２半導体層１３および光吸収層１４にわたって設けられている。拡散領域Ｄでは、第１半導体層１２が被覆膜１８に覆われている。
【００１６】
第１電極１１は、光吸収層１４で発生した信号電荷（正孔または電子、以下便宜上、信号電荷が電子であるとして説明する。）を読みだすための電圧が供給される読出電極であり、光吸収層１４の第１面Ｓ１に対向して画素Ｐ毎に設けられている。第１電極１１は、例えばバンプまたはビア等を介して、信号読み出しを行うための画素回路およびシリコン半導体基板に電気的に接続されている。シリコン半導体基板には、例えば各種配線等が設けられている。この第１電極１１は、例えば、第１半導体層１２に接して設けられている。第１電極１１の平面形状は、例えば四角形状であり、複数の第１電極１１が互いに離間して配置されている。第１電極１１は、絶縁膜１７の開口に埋め込まれており、隣り合う第１電極１１の間には、絶縁膜１７および被覆膜１８が設けられている。
【００１７】
第１電極１１は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金により構成されている。第１電極１１は、このような構成材料の単膜であってもよく、あるいは、２種以上を組み合わせた積層膜であってもよい。
【００１８】
第１半導体層１２および第２半導体層１３は、例えば全ての画素Ｐに共通して設けられている。この第１半導体層１２および第２半導体層１３は、後述するように、ｐｎ接合を形成するためのものであり、光吸収層１４を構成する化合物半導体材料のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体材料により構成されている。光吸収層１４が、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素，バンドギャップエネルギー０．７５ｅＶ）により構成されているとき、第１半導体層１２および第２半導体層１３には、例えばＩｎＰ（インジウムリン，バンドギャップエネルギー１．３５ｅＶ）を用いることができる。第１半導体層１２および第２半導体層１３には、例えば、少なくともＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン），Ｓｂ（アンチモン）およびＮ（窒素）のいずれか１つを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いることができる。具体的には、ＩｎＰの他、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン），ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン），ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン），ＧａＡｓＳｂ（ガリウム砒素アンチモン）およびＩｎＡｌＡｓ（インジウムアルミニウム砒素）等が挙げられる。第１半導体層１２の厚みおよび第２半導体層１３の厚みの和は、例えば、１００ｎｍ〜３０００ｎｍである。
【００１９】
第１半導体層１２および第２半導体層１３の合計膜厚が１００ｎｍ未満であると、例えば、第１半導体層１２と第２半導体層１３との間に形成されるｐｎ接合が、例えば第１電極１１や光吸収層１４と接触する虞がある。また、第１半導体層１２および第２半導体層１３の合計膜厚が１００ｎｍ未満であると、後述する溝Ｇ１を形成する際のエッチングダメージ、あるいは、後述する被覆膜１８を形成する際のダメージが光吸収層１４に到達する虞がある。これらは、暗電流の増加の原因となる。第１半導体層１２および第２半導体層１３の合計膜厚が３０００ｎｍよりも厚くなると、拡散領域Ｄを光吸収層１４まで延在形成することが難しく、隣り合う画素Ｐを電気的に分離することが困難となる。
【００２０】
第１電極１１と第２半導体層１３との間に配置された第１半導体層１２は、例えばｎ型（第１導電型）のキャリアを有している。第２半導体層１３は、第１半導体層１２と光吸収層１４（第１面Ｓ１）との間に配置され、第１半導体層１２と逆の導電型、例えばｐ型（第２導電型）のキャリアを有している。これにより、第１半導体層１２と第２半導体層１３との間（第１半導体層１２と第２半導体層１３との界面）にｐｎ接合が形成される。詳細は後述するが、光吸収層１４よりもバンドギャップの大きい第１半導体層１２および第２半導体層１３の界面にｐｎ接合が形成されることにより、暗電流を低減することができる。第１半導体層１２と第２半導体層１３との間にｉ型の半導体層（真性半導体層）を設けて、ｐｉｎ接合を形成するようにしてもよい。
【００２１】
第２半導体層１３とコンタクト層１５との間の光吸収層１４は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。この光吸収層１４は、所定の波長の光を吸収して、信号電荷を発生させるものであり、例えば、ｐ型の化合物半導体材料により構成されている。光吸収層１４を構成する化合物半導体材料は、例えば、少なくともＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン），Ｓｂ（アンチモン）およびＮ（窒素）のいずれか１つを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体である。具体的には、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素），ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン），ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン），ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン），ＧａＡｓＳｂ（ガリウム砒素アンチモン）およびＩｎＡｌＡｓ（インジウムアルミニウム砒素）等が挙げられる。光吸収層１４のドーピング密度は、例えば１×１０14ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3である。光吸収層１４のドーピング密度が１×１０17ｃｍ-3よりも高くなると、光電変換で生じた信号電荷の再結合による損失確率が増加し、量子効率が低下する。
【００２２】
光吸収層１４の厚みは、例えば１００ｎｍ〜１００００ｎｍである。光吸収層１４の厚みが１００ｎｍ未満であると、光吸収層１４を透過する光が多くなり、量子効率が大幅に低下する虞がある。光吸収層１４の厚みを５０００ｎｍよりも厚くすると、深さ５０００ｎｍ以上の拡散領域Ｄを形成することが難しく、隣り合う画素Ｐ間のクロストークの発生を十分に押さえることが困難となる。光吸収層１４では、例えば、可視領域から短赤外領域の波長の光の光電変換がなされるようになっている。
【００２３】
拡散領域Ｄは、例えば、ｐ型の不純物が拡散された領域であり、平面視で格子状に設けられている（図２）。この拡散領域Ｄは、隣り合う画素Ｐを電気的に分離するためのものであり、絶縁膜１７から露出された第１半導体層１２の表面から等方的に拡がって設けられている。第１半導体層１２の面方向（図１，２のＸＹ面）には、隣り合う絶縁膜１７の間にわたって拡がっている。第１半導体層１２の厚み方向（図１，２のＺ方向）には、第１半導体層１２から第２半導体層１３を介し、少なくとも光吸収層１４の一部に拡がっている。このように拡散領域Ｄは、第２半導体層１３と光吸収層１４とを跨ぐように設けられているので、各画素Ｐにおける第２半導体層１３および光吸収層１４の界面が、拡散領域Ｄで囲まれる。詳細は後述するが、これにより信号電荷の一時滞留部（後述の図７の一時滞留部１４Ｐ）が形成される。
【００２４】
拡散領域Ｄには、例えば、ｐ型の不純物として亜鉛（Ｚｎ）が拡散されている。ｐ型の不純物は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ），カドミウム（Ｃｄ），ベリリウム（Ｂｅ），ケイ素（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），炭素（Ｃ），スズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ），硫黄（Ｓ）またはテルル（Ｔｅ）等であってもよい。拡散領域Ｄのドーピング密度は、例えば１×１０17ｃｍ-3〜５×１０19ｃｍ-3である。拡散領域Ｄのドーピング密度を１×１０17ｃｍ-3以上とすることで界面における暗電流の発生が抑制される。ドーピング密度の上限の５×１０19ｃｍ-3は、拡散プロセスによって得られる上限であり、５×１０19ｃｍ-3を超えるドーピング密度は固溶限界に近く、結晶中でドーパントが凝集して欠陥が形成されるようになり暗電流特性が悪化する。
【００２５】
コンタクト層１５は、例えば、全ての画素Ｐに共通して設けられている。このコンタクト層１５は、光吸収層１４（第２面Ｓ２）と第２電極１６との間に設けられ、これらに接している。コンタクト層１５は、第２電極１６から排出される電荷が移動する領域であり、例えば、ｐ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。コンタクト層１５には、例えば、ｐ型のＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
【００２６】
第２電極１６は、例えば各画素Ｐに共通の電極として、コンタクト層１５を介して光吸収層１４の第２面Ｓ２（光入射面）全面に設けられている。第２電極１６は、光吸収層１４で発生した電荷のうち、信号電荷として用いられない電荷を排出するためのものである。例えば、電子が信号電荷として第１電極１１から読み出される場合には、この第２電極１６を通じて例えば正孔を排出することができる。第２電極１６は、赤外線などの入射光を透過可能な透明導電膜により構成されており、例えば波長１．６μｍ（１６００ｎｍ）の光に対して５０％以上の透過率を有している。第２電極１６には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＩＴｉＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＴｉＯ2）等を用いることができる。
【００２７】
絶縁膜１７は、第１半導体層１２の表面に画素Ｐ毎に設けられている。この絶縁膜１７は、拡散領域Ｄを規定するためのものであり、後述するように、拡散領域Ｄを形成する際の拡散工程でマスクとして機能する（後述の図４Ｃ，５Ａ参照）。つまり、隣り合う絶縁膜１７の間に拡散領域Ｄが形成されるようになっている。絶縁膜１７の厚みは、例えば第１電極１１の厚みよりも小さく、絶縁膜１７から第１電極１１が突出している。絶縁膜１７の厚みは、１０ｎｍ〜５０００ｎｍであることが好ましい。１０ｎｍ以上の絶縁膜１７を用いることにより、拡散工程での拡散元素（不純物）の透過を抑えることが可能となる。絶縁膜１７の厚みを５０００ｎｍよりも厚くすると、第１電極１１の形成時における絶縁膜１７のエッチングが困難となる虞がある。
【００２８】
絶縁膜１７には、例えばシリコン（Ｓｉ），窒素（Ｎ），アルミニウム（Ａｌ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），マグネシウム（Ｍｇ），酸素（Ｏ），ランタン（Ｌａ），ガドリニウム（Ｇｄ）およびイットリウム（Ｙ）のうちの少なくとも１つを含む絶縁材料を用いることができる。具体的には、絶縁膜１７に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることができる。絶縁膜１７には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜，酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜，酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜，窒化シリコンアルミニウム（ＳｉＡｌＮ）膜，酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜，酸化シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉＯ）膜，酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜または酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）膜等を用いるようにしてもよい。絶縁膜１７を有機材料により構成するようにしてもよい。この有機材料には、拡散元素の透過を抑えることが可能な材料が用いられる。
【００２９】
被覆膜１８は、隣り合う絶縁膜１７の間に配置され、第１半導体層１２の表面を覆っている。この被覆膜１８は、絶縁膜１７から露出された第１半導体層１２の表面を保護するためのものである。被覆膜１８の一部が、絶縁膜１７に重ねて設けられていてもよい。被覆膜１８は、例えば、絶縁材料または半導体材料により構成されている。被覆膜１８を構成する絶縁材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ），窒素（Ｎ），アルミニウム（Ａｌ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），マグネシウム（Ｍｇ），スカンジウム（Ｓｃ），ジルコニウム（Ｚｒ），酸素（Ｏ），ランタン（Ｌａ），ガドリニウム（Ｇｄ）およびイットリウム（Ｙ）のうちの少なくとも１つを含む絶縁材料が挙げられる。具体的には、被覆膜１８は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜により構成されている。被覆膜１８は、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜，酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜，酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜，酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜，窒化シリコンアルミニウム（ＳｉＡｌＮ）膜，酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉＯ）膜，酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜，酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）膜，酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）膜，酸化チタン（ＴｉＯ2）膜，酸化スカンジウム（Ｓｃ2Ｏ3）膜，酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜，酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）膜，酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）膜または酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）膜等により構成するようにしてもよい。被覆膜１８を構成する半導体材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）等のＩＶ族半導体材料が挙げられる。被覆膜１８の厚みは、例えば、１ｎｍ〜５００ｎｍである。被覆膜１８の厚みの下限は特にないが、成膜プロセスの観点から、露出した化合物半導体を完全に覆うためには１ｎｍ以上とすることが好ましい。被覆膜１８の厚みの上限は特にないが、その後の第１電極１１の形成や平坦化プロセスの観点から、５００ｎｍ以下とすることが好ましい。なお、被覆膜１８は必ずしも設ける必要はなく、適宜省略してもよい。
【００３０】
図３に示したように、被覆膜１８に保護膜１９を積層させるようにしてもよい。保護膜１９には、例えば、シリコン（Ｓｉ），窒素（Ｎ），アルミニウム（Ａｌ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），マグネシウム（Ｍｇ），酸素（Ｏ），ランタン（Ｌａ），ガドリニウム（Ｇｄ）およびイットリウム（Ｙ）のうちの少なくとも１つを含む絶縁材料を用いることができる。具体的には、保護膜１９は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜により構成されている。保護膜１９を、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜，酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜，酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜，酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜，窒化シリコンアルミニウム（ＳｉＡｌＮ）膜，酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉＯ）膜，酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜または酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）膜等により構成するようにしてもよい。
【００３１】
[撮像素子１の製造方法]
撮像素子１は、例えば次のようにして製造することができる。図４Ａ〜図５Ｃは、撮像素子１の製造工程を工程順に表したものである。
【００３２】
まず、図４Ａに示したように、コンタクト層１５、光吸収層１４、第２半導体層１３および第１半導体層１２をこの順に有する積層構造体を例えばエピタキシャル成長により形成する。このとき、第２半導体層１３と第１半導体層１２との間にはｐｎ接合が形成される。
【００３３】
次に、図４Ｂに示したように、第１半導体層１２の表面全面に、例えば１０ｎｍ以上の厚みの絶縁膜１７を成膜する。続いて、図４Ｃに示したように、例えばマスクＭ１を用いたフォトレジストおよびエッチングを行う。エッチングは、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いる。これにより、絶縁膜１７の一部を除去し、格子状に第１半導体層１２の表面を露出させる。
【００３４】
格子状に第１半導体層１２の表面を、絶縁膜１７から露出させた後、図５Ａに示したように、拡散領域Ｄを形成する。拡散領域Ｄは、露出された第１半導体層１２の表面から例えば亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型の不純物を拡散させることにより形成する。不純物の拡散は、例えば気相拡散または固相拡散により行う。拡散領域Ｄが、第１半導体層１２から第２半導体層１３を介して光吸収層１４内まで形成されるように、不純物の拡散条件を設定する。例えば、アニール温度は３００度〜８００度に調整する。
【００３５】
拡散領域Ｄを形成した後、図５Ｂに示したように、第１半導体層１２の表面全面に被覆膜１８を形成する。被覆膜１８は、第１半導体層１２とともに絶縁膜１７を覆うように成膜する。被覆膜１８を形成した後、保護膜１９を形成するようにしてもよい。被覆膜１８は、例えば、熱酸化法，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法等を用いて絶縁材料を成膜することにより形成する。スパッタ蒸着法，電子ビーム（E-beam gun）蒸着法，抵抗加熱蒸着法，ＣＶＤ法またはＡＬＤ法等を用いて半導体材料を成膜することにより被覆膜１８を形成するようにしてもよい。
【００３６】
被覆膜１８を形成した後、図５Ｃに示したように、例えばマスクＭ２を用いたフォトレジストおよびエッチングを行う。エッチングは、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いる。これにより、保護膜１９、被覆膜１８および絶縁膜１７に、第１半導体層１２に達する孔を形成する。この孔は、第１電極１１を形成するためのものであり、平面視で拡散領域Ｄと重ならない位置に形成する。
【００３７】
保護膜１９、被覆膜１８および絶縁膜１７に孔を形成した後、この孔に第１電極１１を形成する。最後に、コンタクト層１５の全面に第２電極１６を形成する。これにより、図１に示した撮像素子１が完成する。
【００３８】
[撮像素子１の動作]
図６に示したように、撮像素子１では、第２電極１６およびコンタクト層１５を介して、光吸収層１４へ光Ｌ（例えば可視領域および赤外領域の波長の光）が入射すると、この光Ｌが光吸収層１４において吸収される。これにより、光吸収層１４では正孔（ホール）および電子の対が発生する（光電変換される）。このとき、例えば第１電極１１に所定の電圧が印加されると、光吸収層１４に電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷（例えば電子）が、信号電荷として光吸収層１４と第２半導体層１３との界面近傍の一時滞留部（後述の図７の一時滞留部１４Ｐ）に移動する。
【００３９】
図７を用いて撮像素子１に形成される一時滞留部１４Ｐについて説明する。第２半導体層１３のバンドギャップエネルギーは、光吸収層１４よりも大きくなっているので、光吸収層１４と第２半導体層１３との界面には、バンドオフセット障壁が設けられる。このため、光吸収層１４から第２半導体層１３への信号電荷の移動は、一時的に妨げられる。また、隣り合う画素Ｐの間には拡散領域Ｄが設けられているので、隣り合う画素Ｐ間の移動も阻害される。したがって、光吸収層１４と第２半導体層１３との界面近傍で、かつ、拡散領域Ｄで囲まれたポケット状の部分に信号電荷が一時的に滞留する（一時滞留部１４Ｐ）。信号電荷は、この一時滞留部１４Ｐから、バンドオフセット障壁を乗り越え、第２半導体層１３および第１半導体層１２を介して第１電極１１へ収集される。この信号電荷が、ＲＯＩＣにより画素Ｐ毎に読み出される。
【００４０】
[撮像素子１の作用・効果]
本実施の形態の撮像素子１は、隣り合う画素Ｐの間に拡散領域Ｄが設けられているので、隣り合う画素Ｐが拡散領域Ｄにより電気的に分離される。また、ｐｎ接合が第１半導体層１２（ｎ型）および第２半導体層１３（ｐ型）により設けられているので、光吸収層１４のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体層間（第１半導体層１２と第２半導体層１３との間）近傍に空乏層が形成される。これにより、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えるとともに、暗電流を低減することが可能となる。以下、これについて説明する。
【００４１】
図８は、比較例１に係る撮像素子（撮像素子１００）の模式的な断面構成を表している。この撮像素子１００は、第１電極１１、第１半導体層１２（ｎ型）、光吸収層１４（ｎ型）、コンタクト層１５および第２電極１６をこの順に有しており、第１半導体層１２および光吸収層１４には、画素Ｐ毎にｐ型の拡散領域Ｄ１００が設けられている。拡散領域Ｄ１００は、第１電極１１に接続されており、光吸収層１４で発生した信号電荷（例えば正孔）が、拡散領域Ｄ１００に移動し、拡散領域Ｄ１００から第１電極１１へ収集されるようになっている。
【００４２】
図９は、撮像素子１００のポテンシャル分布を模式的に表している。このような撮像素子１００では、拡散領域Ｄ１００により、光吸収層１４内にｐｎ接合が形成されている。即ち、ｐｎ接合に起因する空乏層Ｋは光吸収層１４内に形成される。大部分の暗電流は空乏層Ｋで発生し、また、暗電流の生成確率は、空乏層Ｋの存在する半導体層のバンドギャップに大きく影響される。空乏層Ｋの存在する半導体層のバンドギャップが小さいと、暗電流の生成確率が高くなる。撮像素子１００では、バンドギャップの小さい光吸収層１４内に空乏層Ｋが形成されるので、暗電流が生成されやすい。
【００４３】
また、画素Ｐ毎に拡散領域Ｄ１００が設けられているものの、拡散領域Ｄ１００の設けられていない部分（光入射側）の光吸収層１４では、画素Ｐ間を信号電荷が自由に移動できるようになっている。即ち、撮像素子１００では、拡散領域Ｄ１００の設けられていない部分の光吸収層１４には、画素Ｐ間の信号電荷の移動を抑えるための電気的あるいは物理的な障壁が存在していない。このため、隣り合う画素Ｐ間で、信号電荷のクロストークが発生するおそれがある。
【００４４】
図１０は、比較例２に係る撮像素子（撮像素子１０１）の模式的な断面構成を表している。この撮像素子１０１は、第１電極１１、第１半導体層１２（ｎ型）、光吸収層１４（ｎ型）、コンタクト層１５および第２電極をこの順に有している。第１半導体層１２は、第１電極１１に近い位置から、第１半導体層１２Ａと、第１半導体層１２Ａよりも不純物濃度の低い第１半導体層１２Ｂとをこの順に有している。光吸収層１４は、第１半導体層１２に近い位置から、光吸収層１４Ａと、光吸収層１４Ａよりも不純物濃度の低い光吸収層１４Ｂとをこの順に有している。第１半導体層１２には、画素Ｐ毎にｐ型の拡散領域Ｄ１０１が設けられている。この拡散領域Ｄ１０１は、光吸収層１４には設けられていない。拡散領域Ｄ１０１は、第１電極１１に接続されており、光吸収層１４で発生した信号電荷（例えば正孔）が、拡散領域Ｄ１０１に移動し、拡散領域Ｄ１０１から第１電極１１へ収集されるようになっている。
【００４５】
図１１は、撮像素子１０１のポテンシャル分布を模式的に表している。撮像素子１０１では、拡散領域Ｄ１０１が光吸収層１４に拡がらず、第１半導体層１２のみに設けられている。即ち、光吸収層１４よりもバンドギャップの大きい第１半導体層１２に空乏層Ｋが形成されるので、撮像素子１００と比較して暗電流の発生確率を下げることができる。
【００４６】
しかしながら、この撮像素子１０１は、撮像素子１００と比較して、隣り合う画素Ｐ間で信号電荷がより移動しやすい。光吸収層１４には拡散領域Ｄ１０１が設けられていないため、光吸収層１４中で信号電荷は自由に移動する。
【００４７】
また、撮像素子１０１では、光吸収層１４と第１半導体層１２との界面のバンドオフセット障壁に起因して、信号電荷の読み出し効率が低下するおそれがある。
【００４８】
これに対し、撮像素子１では、図１２に示したように、隣り合う画素Ｐの間に拡散領域Ｄが設けられているので、信号電荷は、画素Ｐ毎に、一時滞留部１４Ｐに蓄積される。したがって、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動が抑えられる。また、撮像素子１では、第１半導体層１２（ｎ型）と第２半導体層１３（ｐ型）との界面にｐｎ接合を形成し、空乏層が、よりバンドギャップエネルギーの大きい半導体層（第１半導体層１２と第２半導体層１３との間近傍）に配置される。これにより、暗電流の発生確率が低くなる。
【００４９】
更に、撮像素子１では、一時滞留部１４Ｐによって、より効果的に暗電流を低減することができる。以下、これについて説明する。
【００５０】
図１３は、一時滞留部１４Ｐ近傍のポテンシャル分布を表している。一時滞留部１４Ｐには、信号電荷とともに、暗電流に起因した電荷も蓄積され、一時滞留部１４Ｐ近傍には常に電荷が存在している。換言すれば、一時滞留部１４Ｐ近傍には、電荷が少ない領域（空乏領域）が形成されにくいので、暗電流が低減する。
【００５１】
加えて、図１４に示したように、信号電荷は、光吸収層１４と第２半導体層１３との間のバンドオフセット障壁を乗り越えやすくなる。詳細には、上述のように、暗電流に起因した電荷が一時滞留部１４Ｐに蓄積されるので、より少ないエネルギーで、信号電荷は光吸収層１４と第２半導体層１３との間のバンドオフセット障壁を乗り越え、光吸収層１４から第２半導体層１３および第１半導体層１２を介して第１電極１１に信号電荷が転送される。したがって、撮像素子１０１と比較して、撮像素子１では信号電荷の読み出し効率の低下を抑えることができる。このように、撮像素子１は、暗電流を低減し、かつ、信号電荷の読み出し効率の低下を抑えるので、信号雑音比（Ｓ/Ｎ比）が高まる。即ち、撮像素子１は、高い感度特性を有している。
【００５２】
図１５は、シミュレーションにより、撮像素子１と撮像素子１００とを以下の（ａ）〜（ｃ）の３点において比較した結果を表している。（ａ）は暗電流、（ｂ）は信号電荷の読み出し効率、（ｃ）は画素Ｐ間での信号電荷の移動である。（ｃ）では、１つの画素Ｐにのみ光を照射し、かつ、残りの画素Ｐを遮光することにより、隣り合う画素Ｐ（遮光画素）に流れた信号電荷の電流量をシミュレーションにより求めた。
【００５３】
（ａ）について、撮像素子１は、撮像素子１００と比較して暗電流が４２％減少することが確認できた。（ｂ）について、撮像素子１は、撮像素子１００と同程度であり、信号電荷の読み出し効率の低下は確認されなかった。（ｃ）について、撮像素子１では、撮像素子１００と比較して５３％程度、隣り合う画素Ｐへの信号電荷の移動を抑えることが確認できた。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態の撮像素子１では、隣り合う画素Ｐを拡散領域Ｄにより電気的に分離するようにしたので、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えることができる。また、光吸収層１４のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体層間（第１半導体層１２と第２半導体層１３との間）近傍に空乏層Ｋを形成するようにしたので、暗電流を低減することができる。よって、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えるとともに、暗電流を低減することが可能となる。
【００５５】
更に、一時滞留部１４Ｐ近傍に常に電荷が存在するので、より効果的に暗電流の発生を抑えることができる。
【００５６】
また、一時滞留部１４Ｐ近傍に存在する電荷により、信号電荷は光吸収層１４と第２半導体層１３との間のバンドオフセット障壁を乗り越えやすくなる。よって、信号電荷の読み出し効率の低下を抑えることができる。
【００５７】
以下、上記実施の形態の変形例および他の実施の形態について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
【００５８】
＜変形例１＞
図１６は、上記第１の実施の形態の変形例１に係る撮像素子（撮像素子１Ａ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子１Ａは、第２半導体層１３と光吸収層１４との間に電荷収集層（電荷収集層２１）を有している。この点を除き、撮像素子１Ａは撮像素子１と同様の構成および効果を有している。
【００５９】
電荷収集層２１は、光吸収層１４で発生した信号電荷を一時的に蓄積するためのものである。この電荷収集層２１を設けることにより、一時滞留部１４Ｐ（図７参照）がより安定的に形成される。電荷収集層２１は、例えば光吸収層１４と同一の材料により構成されており、光吸収層１４と同一の極性を有している。この電荷収集層２１の不純物濃度は、光吸収層１４よりも低くなっている。例えば、光吸収層１４にｐ型のＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）を用いるとき、電荷収集層２１には、光吸収層よりもｐ型の不純物の濃度を低くしたｐ型のＩｎＧａＡｓを用いることができる。信号電荷が電子であるとき、電荷収集層２１に、伝導帯端エネルギーが光吸収層１４の構成材料よりも小さい材料を用いるようにしてもよい。信号電荷が正孔であるとき、電荷収集層２１に、価電子帯端エネルギーが光吸収層１４の構成材料よりも高い材料を用いるようにしてもよい。電荷収集層２１は、例えば、少なくともＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン），Ｓｂ（アンチモン）およびＮ（窒素）のいずれか１つを含む化合物半導体材料により構成されている。
【００６０】
本変形例のように、第２半導体層１３と光吸収層１４との間に電荷収集層２１を設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００６１】
＜変形例２＞
図１７は、変形例２に係る撮像素子（撮像素子１Ｂ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子１Ｂは、第２半導体層１３と光吸収層１４との間に障壁緩和層（障壁緩和層２２）を有している。この点を除き、撮像素子１Ｂは撮像素子１と同様の構成および効果を有している。
【００６２】
障壁緩和層２２は、光吸収層１４と第２半導体層１３との間のバンドオフセット障壁を緩和するためのものである。障壁緩和層２２を設けることにより、光吸収層１４で発生した信号電荷が、障壁緩和層２２を介して第２半導体層１３に移動しやすくなるので、信号電荷の読み出し効率の低下を、より効果的に抑えることができる。
【００６３】
信号電荷が電子であるとき、障壁緩和層２２には、その伝導帯端エネルギーが光吸収層１４の構成材料と第２半導体層１３の構成材料との間の化合物半導体材料を用いることができる。例えば、光吸収層１４がｐ型のＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）であり、第２半導体層１３がｐ型のＩｎＰであるとき、障壁緩和層２２には、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン）を用いることができる。信号電荷が正孔であるとき、障壁緩和層２２には、その価電子帯端エネルギーが光吸収層１４の構成材料と第２半導体層１３の構成材料との間の化合物半導体材料を用いることができる。障壁緩和層２２は、例えば、少なくともＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン），Ｓｂ（アンチモン）およびＮ（窒素）のいずれか１つを含む化合物半導体材料により構成されている。
【００６４】
本変形例のように、第２半導体層１３と光吸収層１４との間に障壁緩和層２２を設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。更に、障壁緩和層２２により、信号電荷の読み出し効率の低下を、より効果的に抑えることができる。
【００６５】
＜変形例３＞
図１８は、変形例３に係る撮像素子（撮像素子１Ｃ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子１Ｃでは、第２半導体層（第２半導体層１３Ｃ）が、光吸収層１４で発生した信号をアバランシェ増幅するようになっている。この点を除き、撮像素子１Ｂは撮像素子１と同様の構成および効果を有している。
【００６６】
第２半導体層１３Ｃは、第１半導体層１２と光吸収層１４との間に設けられている。この第２半導体層１３Ｃは、上記撮像素子１の第２半導体層１３と同様に、光吸収層１４の構成材料のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する半導体材料により構成されている。光吸収層１４がｐ型のＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）であるとき、第２半導体層１３Ｃにはｐ型のＩｎＰを用いることができる。光吸収層１４で発生した信号電荷が、高い電界を印加した第２半導体層１３Ｃに流入すると、アバランシェ増幅現象により、信号電荷が増幅されるようになっている。これにより、Ｓ/Ｎ比がより向上し、感度特性を高めることができる。
【００６７】
この第２半導体層１３Ｃと光吸収層１４との間には、電界降下層（電界降下層２３）を設けるようにしてもよい。電界降下層２３は、第２半導体層１３Ｃに印加された電界が、光吸収層１４に伝播するのを防ぐためのものである。この電界降下層２３には、例えば、第２半導体層１３Ｃの構成材料と同一の化合物半導体材料を用いることができる。例えば、第２半導体層１３Ｃがｐ型のＩｎＰにより構成されているとき、電界降下層２３には、第２半導体層１３Ｃよりもｐ型の不純物濃度の低いｐ型のＩｎＰを用いることができる。電界降下層２３には、第２半導体層１３Ｃの構成材料のバンドギャップよりも小さく、かつ、光吸収層１４の構成材料のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する化合物半導体材料を用いるようにしてもよい。電界降下層２３は、例えば、少なくともＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン），Ｓｂ（アンチモン）およびＮ（窒素）のいずれか１つを含む化合物半導体材料により構成されている。
【００６８】
電界降下層２３と光吸収層１４との間に、障壁緩和層２２を設けるようにしてもよい。
【００６９】
本変形例のように、第２半導体層１３Ｃを設け、光吸収層１４で発生した信号電荷がアバランシェ増幅されるようになっていてもよい。１３と光吸収層１４との間に障壁緩和層２２を設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。更に、第２半導体層１３Ｃにより、感度特性を向上させることができる。
【００７０】
＜変形例４＞
図１９は、変形例４に係る撮像素子（撮像素子１Ｄ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子１Ｄの被覆膜（被覆膜１８Ｄ）は、拡散領域Ｄの導電型（例えばｐ型）とは逆の導電型の電荷（例えば電子）を含んでいる。この点を除き、撮像素子１Ｄは撮像素子１と同様の構成および効果を有している。
【００７１】
被覆膜１８Ｄは、第１半導体層１２に接して設けられ、拡散領域Ｄを覆っている。ｐ型の拡散領域Ｄ（第１半導体層１２）を覆う被覆膜１８Ｄは、例えば電子を含む酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜により構成されている。これにより、第１半導体層１２には、被覆膜１８Ｄとの界面近傍に正孔が誘起されるので、電荷が少ない領域（空乏領域）が形成されにくくなる。したがって、暗電流を低減することができる。被覆膜１８Ｄには、上記撮像素子１の被覆膜１８と同様の材料を用いることができる。拡散領域Ｄが、例えばｎ型の不純物を含むとき、被覆膜１８Ｄは正孔を含んでいてもよい。
【００７２】
本変形例のように、被覆膜１８Ｄが、拡散領域Ｄと逆の導電型の電荷を含んでいてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。更に、被覆膜１８Ｄにより、暗電流をより効果的に低減することが可能となる。
【００７３】
電荷収集層２１（図１６），障壁緩和層２２（図１７）または第２半導体層１３Ｃ（図１８）とともに、被覆膜１８Ｄを設けるようにしてもよい。
【００７４】
＜変形例５＞
図２０は、変形例５に係る撮像素子（撮像素子１Ｅ）の一部の模式的な構成を表したものである。図２０（Ａ）は、撮像素子１Ｅの一部の模式的な平面構成、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示したＢ−Ｂ線に沿った断面構成をそれぞれ表している。この撮像素子１Ｅは、拡散領域Ｄに電気的に接続された第３電極（第３電極２４）を有している。この点を除き、撮像素子１Ｅは撮像素子１と同様の構成および効果を有している。
【００７５】
撮像素子１Ｅは、複数の画素Ｐが設けられた画素領域１０Ａと、画素領域１０Ａの外側の周辺領域１０Ｂとを有している。拡散領域Ｄは、画素領域１０Ａから周辺領域１０Ｂに連続して拡がっている。第３電極２４は、例えば周辺領域１０Ｂに設けられ、拡散領域Ｄに電気的に接続されている。この第３電極２４は、第１半導体層１２に接している。第３電極２４は、例えば第１電極１１と同層に設けられている。拡散領域Ｄに電圧を印加可能な第３電極２４を設けることにより、より効果的に暗電流を低減することが可能となる。以下、これについて説明する。
【００７６】
例えば、ｎ型の第１半導体層１２とｐ型の拡散領域Ｄとの間には、ｐｎ接合が形成され、空乏層が生成しやすくなっている。第３電極２４を介して、拡散領域Ｄに逆バイアス条件となる電圧を印加することにより、この空乏層の体積を制御することが可能となる。したがって、空乏層に起因した暗電流の発生を抑えることができる。
【００７７】
本変形例のように、拡散領域Ｄに電圧を印加するための第３電極２４を設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。更に、第３電極２４を介して拡散領域Ｄに逆バイアス条件となる電圧を印加することにより、暗電流をより効果的に低減することが可能となる。
【００７８】
電荷収集層２１（図１６），障壁緩和層２２（図１７），第２半導体層１３Ｃ（図１８）または被覆膜１８Ｄ（図１９）とともに第３電極２４を設けるようにしてもよい。
【００７９】
＜変形例６＞
図２１は、変形例６に係る撮像素子（撮像素子１Ｆ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子１Ｆでは、光吸収層１４で発生した正孔を信号電荷として読み出すようになっている。この点を除き、撮像素子１Ｆは撮像素子１と同様の構成および効果を有している。
【００８０】
撮像素子１Ｆでは、例えば、第１半導体層１２がｐ型のＩｎＰ、第２半導体層１３がｎ型のＩｎＰ、光吸収層１４がｎ型のＩｎＧａＡｓ、コンタクト層１５がｎ型のＩｎＰにより構成されており、拡散領域Ｄには例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ型の不純物が拡散されている。このような撮像素子１Ｆでは、第２電極１６およびコンタクト層１５を介して光吸収層１４に光Ｌが入射すると、光吸収層１４で発生した正孔が、信号電荷として第１電極１１に読み出される。
【００８１】
本変形例のように、信号電荷として正孔を読み出すようにしてもよい。この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００８２】
＜第２の実施の形態＞
図２２は、第２の実施の形態に係る撮像素子（撮像素子２）の断面構成を模式的に表したものである。この撮像素子２では、第１半導体層１２および第２半導体層１３に溝（溝Ｇ１，第１溝）が設けられ、画素Ｐ毎に第１半導体層１２および第２半導体層１３が分離されている。この点を除き、撮像素子２は、撮像素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【００８３】
溝Ｇ１は、隣り合う画素Ｐの間に配置され、例えば平面視で格子状に設けられている。溝Ｇ１は、例えばテーパ形状を有し、光吸収層１４の第１面Ｓ１に達している。拡散領域Ｄは、例えば、溝Ｇ１の側壁（第１半導体層１２および第２半導体層１３の側壁）近傍および溝Ｇ１の底部（光吸収層１４の第１面Ｓ１近傍）近傍に設けられている。
【００８４】
このような撮像素子２は、例えば以下のようにして製造する（図２３Ａ，２３Ｂ）。
【００８５】
まず、上記第１の実施の形態で説明したのと同様にして、コンタクト層１５、光吸収層１４、第２半導体層１３および第１半導体層１２の積層構造体を形成し、絶縁膜１７の成膜（図４Ｂ）および選択的な絶縁膜１７の除去を行う（図４Ｃ）。
【００８６】
その後、図２３Ａに示したように、この選択的な領域に形成された絶縁膜１７をマスクとして、第１半導体層１２および第２半導体層１３をエッチングする。これにより、溝Ｇ１が形成される。エッチングには、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いる。ドライエッチングおよびウェットエッチングの両方を用いて溝Ｇ１を形成するようにしてもよい。
【００８７】
溝Ｇ１を形成した後、図２３Ｂに示したように、拡散領域Ｄを形成する。拡散領域Ｄは、溝Ｇ１から例えば亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型の不純物を拡散させることにより形成する。不純物の拡散は、例えば気相拡散または固相拡散により行う。ここで、本実施の形態では、溝Ｇ１が形成されているので、溝Ｇ１がない場合（図５Ａ）に比べて、光吸収層１４のより第２面Ｓ２に近い位置まで、不純物が拡散する。即ち、光吸収層１４のより第２面Ｓ２に近い位置まで、拡散領域Ｄが形成される。これは、光吸収層１４の面方向および厚み方向に、不純物が等方的に拡散するためである。光吸収層１４の面方向の拡散領域Ｄの幅は、隣り合う画素Ｐの距離に規定されているので、第１半導体層１２および第２半導体層１３の存在しない溝Ｇ１では、より深く光吸収層１４の厚み方向に不純物が拡散する。これにより、より効果的に、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えることができる。
【００８８】
拡散領域Ｄを形成した後、上記第１の実施の形態で説明したのと同様にして、被覆膜１８、保護膜１９、第１電極１１および第２電極１６を形成することにより、撮像素子２が完成する。
【００８９】
本実施の形態の撮像素子２も、上記撮像素子１と同様に、隣り合う画素Ｐを拡散領域Ｄにより電気的に分離するようにしたので、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えることができる。また、光吸収層１４のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体層間（第１半導体層１２と第２半導体層１３との間）近傍に空乏層Ｋを形成するようにしたので、暗電流を低減することができる。更に、第１半導体層１２および第２半導体層１３に溝Ｇ１が設けられているので、より光吸収層１４の第２面Ｓ２に近い位置まで、拡散領域Ｄを形成することができる。これにより、より効果的に、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えることができる。
【００９０】
撮像素子２に、電荷収集層２１（図１６），障壁緩和層２２（図１７），第２半導体層１３Ｃ（図１８），被覆膜１８Ｄ（図１９）または第３電極２４（図２０）を設けるようにしてもよい。
【００９１】
＜変形例７＞
図２４は、変形例７に係る撮像素子（撮像素子２Ａ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子２Ａでは、溝Ｇ１が光吸収層１４内にも設けられている。この点を除き、撮像素子２Ａは撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【００９２】
溝Ｇ１は、画素Ｐ毎に第１半導体層１２および第２半導体層１３を分離し、光吸収層１４内に延在していてもよい。この場合にも、上記第２の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００９３】
拡散領域Ｄは、光吸収層１４の第２面Ｓ２まで達していなくてもよく（図２４）、あるいは、図２５に示したように、光吸収層１４の第２面Ｓ２を越えて、コンタクト層１５に設けられていてもよい。
【００９４】
＜変形例８＞
図２６は、変形例８に係る撮像素子（撮像素子２Ｂ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子２Ｂの絶縁膜（絶縁膜１７Ｂ）は、溝Ｇ１の側壁の一部を覆っている。この点を除き、撮像素子２Ｂは撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【００９５】
絶縁膜１７Ｂは、第１半導体層１２の表面から溝Ｇ１の側壁にかけて設けられている。絶縁膜１７Ｂが、第１半導体層１２の側壁全部を覆い、第２半導体層１３の側壁の一部にかかっていることが好ましい。このような絶縁膜１７Ｂを形成した後に、拡散領域Ｄを形成すると、第１半導体層１２には拡散領域Ｄが形成されない。つまり、拡散領域Ｄは、第２半導体層１３の側壁から光吸収層１４にかけて設けられる。したがって、第１半導体層１２と拡散領域Ｄとの間のｐｎ接合が形成されないので、空乏層が形成されにくくなり、暗電流の発生が抑えられる。
【００９６】
図２７，２８に示したように、撮像素子２Ｂの溝Ｇ１が光吸収層１４内に設けられていてもよく（図２７）、撮像素子２Ｂの拡散領域Ｄが、光吸収層１４の第２面Ｓ２を越えて、コンタクト層１５に設けられていてもよい（図２８）。
【００９７】
本変形例のように、絶縁膜１７Ｂが、第１半導体層１２の表面から溝Ｇ１の側壁の一部を覆うようにしてもよい。この場合にも、上記第２の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、第１半導体層１２に拡散領域Ｄを設けずに、より効果的に暗電流を低減することが可能となる。
【００９８】
＜変形例９＞
図２９は、変形例９に係る撮像素子（撮像素子２Ｃ）の模式的な構成を表したものである。図２９（Ａ）は、撮像素子２Ｃの模式的な平面構成、図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）に示したＢ−Ｂ線に沿った断面構成を表している。この撮像素子２Ｃは、溝Ｇ１に埋設された遮光部材（遮光部材２５）を有している。この点を除き、撮像素子２Ｃは撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【００９９】
遮光部材２５は、例えば、平面視で格子状に設けられ、保護膜１９の表面から溝Ｇ１に埋め込まれている。この遮光部材２５は、隣り合う画素Ｐを光学的に分離するためのものであり、例えば、遮光部材２５により、斜めに入射した光が隣の画素Ｐに進入するのを防ぐことができる。
【０１００】
遮光部材２５には、例えば赤外領域および可視領域の波長の光に対する透過率が低い材料を用いることができる。例えば、遮光部材２５は、波長１μｍの光に対して１０％以下の透過率を有する金属材料により構成されている。具体的には、遮光部材２５として例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【０１０１】
本変形例のように、溝Ｇ１に遮光部材２５を設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第２の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、拡散領域Ｄにより、隣り合う画素Ｐを電気的に分離し、かつ、遮光部材２５により、隣り合う画素Ｐを光学的に分離することが可能となる。よって、より効果的に画素Ｐ間のクロストークの発生を抑えることができる。
【０１０２】
＜第３の実施の形態＞
図３０は、第３の実施の形態に係る撮像素子（撮像素子３）の構成を模式的に表したものである。図３０（Ａ）は、撮像素子３の模式的な断面構成、図３０（Ｂ）は、撮像素子３の模式的な平面構成をそれぞれ表しており、図３０（Ｂ）に示したＡ−Ａ線に沿った断面構成が図３０（Ａ）に表されている。この撮像素子３の第２電極（第２電極２６）は、遮光性を有している。この点を除き、撮像素子３は、撮像素子１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
【０１０３】
遮光性の第２電極２６は、例えば平面視で拡散領域Ｄに重なる位置に配置され、格子状の平面形状を有している。換言すれば、各画素Ｐは、第２電極２６から露出されている。この第２電極２６は、コンタクト層１５を介して光吸収層１４に電気的に接続されている。このような遮光性の第２電極２６を設けることにより、例えば、斜めに入射した光が隣の画素Ｐに進入するのを防ぎ、隣り合う画素Ｐを光学的に分離することが可能となる。
【０１０４】
第２電極２６には、例えば赤外領域および可視領域の波長の光に対する透過率が低い材料を用いることができる。例えば、第２電極２６は、波長１μｍの光に対して１０％以下の透過率を有する金属材料により構成されている。具体的には、第２電極２６として例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【０１０５】
第２電極２６から露出されたコンタクト層１５の表面には、絶縁膜２７が設けられている。換言すれば、各画素Ｐには、画素Ｐの平面形状と同一の平面形状を有する絶縁膜２７が配置されている。各画素Ｐに配置された絶縁膜２７の平面形状は、例えば四角形状である。
【０１０６】
絶縁膜２７の構成材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ），窒素（Ｎ），アルミニウム（Ａｌ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），マグネシウム（Ｍｇ），スカンジウム（Ｓｃ），ジルコニウム（Ｚｒ），酸素（Ｏ），ランタン（Ｌａ），ガドリニウム（Ｇｄ）およびイットリウム（Ｙ）のうちの少なくとも１つを含む絶縁材料が挙げられる。具体的には、絶縁膜２７は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜により構成されている。絶縁膜２７は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜，酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜，酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜，酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜，窒化シリコンアルミニウム（ＳｉＡｌＮ）膜，酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉＯ）膜，酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜，酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）膜，酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）膜，酸化チタン（ＴｉＯ2）膜，酸化スカンジウム（Ｓｃ2Ｏ3）膜，酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜，酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）膜，酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）膜または酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）膜等により構成するようにしてもよい。
【０１０７】
本実施の形態の撮像素子３も、上記撮像素子１，２と同様に、隣り合う画素Ｐを拡散領域Ｄにより電気的に分離するようにしたので、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えることができる。また、光吸収層１４のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体層間（第１半導体層１２と第２半導体層１３との間）近傍に空乏層Ｋを形成するようにしたので、暗電流を低減することができる。更に、遮光性の第２電極２６が設けられているので、隣り合う画素Ｐが光学的に分離される。よって、より効果的に画素Ｐ間のクロストークの発生を抑えることができる。
【０１０８】
撮像素子３に、電荷収集層２１（図１６），障壁緩和層２２（図１７），第２半導体層１３Ｃ（図１８），被覆膜１８Ｄ（図１９）または第３電極２４（図２０）を設けるようにしてもよい。
【０１０９】
図３１に示したように、撮像素子３の第１半導体層１２および第２半導体層１３に溝Ｇ１を設けるようにしてもよい。
【０１１０】
＜変形例１０＞
図３２は、変形例１０に係る撮像素子（撮像素子３Ａ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子３Ａは、コンタクト層１５および光吸収層１４の第２面Ｓ２側に拡散領域（拡散領域ＤＡ，第２拡散領域）が設けられている。この点を除き、撮像素子３Ａは撮像素子３と同様の構成および効果を有している。
【０１１１】
拡散領域ＤＡは、隣り合う画素Ｐの間に設けられ、格子状の平面形状を有している。この拡散領域ＤＡには、例えば亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型の不純物が拡散されており、拡散領域Ｄと平面視で重なる位置に配置されている。ｐ型の不純物は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ），カドミウム（Ｃｄ），ベリリウム（Ｂｅ），ケイ素（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），炭素（Ｃ），スズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ），硫黄（Ｓ）またはテルル（Ｔｅ）等であってもよい。拡散領域ＤＡのドーピング密度は、例えば１×１０16ｃｍ-3〜１×１０19ｃｍ-3である。撮像素子３Ａでは、光吸収層１４の第１面Ｓ１側の拡散領域Ｄとともに、第２面Ｓ２側に拡散領域ＤＡが設けられているので、より効果的に、隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動を抑えることができる。
【０１１２】
拡散領域ＤＡは、拡散領域Ｄと連続していてもよく（図３２）、図３３に示したように、離れていてもよい。
【０１１３】
隣り合う画素Ｐの間の拡散領域ＤＡは、例えば絶縁膜２７をマスクに用い、コンタクト層１５の表面から不純物を選択的に、気相拡散または固相拡散させることにより形成することができる。
【０１１４】
本変形例のように、光吸収層１４の第２面Ｓ２側に拡散領域ＤＡを設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第３の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、光吸収層１４の第１面Ｓ１側の拡散領域Ｄに加えて、第２面Ｓ２側に拡散領域ＤＡが設けられているので、より効果的に、隣り合う画素Ｐの間での信号電荷の移動を抑えることができる。
【０１１５】
＜変形例１１＞
図３４は、変形例１１に係る撮像素子（撮像素子３Ｂ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子３Ｂは、隣り合う絶縁膜２７の間に溝（溝Ｇ２，第２溝）が設けられ、この溝Ｇ２に遮光部材（遮光部材２５Ｂ）が埋設されている。この点を除き、撮像素子３Ｂは撮像素子３と同様の構成および効果を有している。
【０１１６】
溝Ｇ２は、隣り合う画素Ｐの間に配置され、例えば平面視で格子状に設けられている。溝Ｇ２は、例えばテーパ形状を有している。溝Ｇ２は、コンタクト層１５を貫通し、第２面Ｓ２から光吸収層１４内に延在している。即ち、コンタクト層１５は、溝Ｇ２により画素Ｐ毎に分離されている。拡散領域ＤＡは、例えば、溝Ｇ２の側壁（コンタクト層１５および光吸収層１４の側壁）近傍および溝Ｇ２の底部近傍に設けられている。
【０１１７】
拡散領域ＤＡは、拡散領域Ｄと連続していてもよく（図３４）、図３５に示したように、離れていてもよい。拡散領域ＤＡは、例えば、溝Ｇ２を形成した後に、この溝Ｇ２から不純物を拡散させて形成する。溝Ｇ２から形成された拡散領域ＤＡは、溝Ｇ１から形成された拡散領域Ｄと同様に、より光吸収層１４の第１面Ｓ１に近い位置に拡がって形成される。よって、より効果的に隣り合う画素Ｐの間での信号電荷の移動を抑えることができる。
【０１１８】
絶縁膜２７および溝Ｇ２は、例えば、被覆膜２８および保護膜２９に覆われている。例えば、絶縁膜２７に近い位置から被覆膜２８および保護膜２９の順に設けられている。被覆膜２８には、例えば、被覆膜１８と同様の構成材料を用いることができ、保護膜２９には、例えば、保護膜１９と同様の構成材料を用いることができる。拡散領域ＤＡを形成した後に、被覆膜２８および保護膜２９がこの順に形成される。
【０１１９】
遮光部材２５Ｂは、例えば、平面視で格子状に設けられ、保護膜２９の表面から溝Ｇ２に埋め込まれている。この遮光部材２５Ｂは、隣り合う画素Ｐを光学的に分離するためのものであり、例えば、遮光部材２５Ｂにより、斜めに入射した光が隣の画素Ｐに進入するのを防ぐことができる。
【０１２０】
遮光部材２５Ｂには、例えば赤外領域および可視領域の波長の光に対する透過率が低い材料を用いることができる。例えば、遮光部材２５Ｂは、波長１μｍの光に対して１０％以下の透過率を有する金属材料により構成されている。具体的には、遮光部材２５Ｂとして例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【０１２１】
遮光部材２５Ｂは、例えば、保護膜２９を形成した後に、溝Ｇ２に遮光性の金属材料を埋め込むように成膜して形成する。
【０１２２】
本変形例のように、光吸収層１４の第２面Ｓ２側に溝Ｇ２を設け、この溝Ｇ２に遮光部材２５Ｂを埋設するようにしてもよい。この場合にも、上記第３の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、溝Ｇ２が設けられているので、より効果的に、隣り合う画素Ｐの間での信号電荷の移動を抑えることができる。更に、遮光部材２５Ｂが設けられているので、隣り合う画素Ｐが光学的に分離され、より効果的に、画素Ｐ間のクロストークの発生を抑えることができる。
【０１２３】
図３６に示したように、撮像素子３Ｂの第１半導体層１２および第２半導体層１３に溝Ｇ１を設けるようにしてもよい。
【０１２４】
＜変形例１２＞
図３７は、変形例１２に係る撮像素子（撮像素子３Ｃ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子３Ｃは、上記撮像素子３Ｂの遮光部材２５Ｂに代えて、第４電極（第４電極２４Ｃ）を有している。この点を除き、撮像素子３Ｃは撮像素子３と同様の構成および効果を有している。
【０１２５】
第４電極２４Ｃは、保護膜２９および被覆膜２８を貫通して拡散領域ＤＡに電気的に接続されている。このように拡散領域ＤＡに電圧を印加可能な第４電極２４Ｃを設けることにより、拡散領域ＤＡおよびコンタクト層１５の電位の制御性を高めることができる。第４電極２４Ｃには、例えば赤外領域および可視領域の波長の光に対する透過率が低い材料を用いることができる。例えば、第４電極２４Ｃは、波長１μｍの光に対して１０％以下の透過率を有する金属材料により構成されている。具体的には、第４電極２４Ｃとして例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【０１２６】
拡散領域ＤＡは、拡散領域Ｄと連続していてもよく（図３７）、図３８に示したように、離れていてもよい。
【０１２７】
本変形例のように、拡散領域ＤＡに電気的に接続された第４電極２４Ｃを設けるようにしてもよい。この場合にも、上記第３の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、第４電極２４Ｃが設けられているので、拡散領域ＤＡおよびコンタクト層１５の電位の制御性を高めることができる。
【０１２８】
＜変形例１３＞
図３９は、変形例１３に係る撮像素子（撮像素子２Ｄ）の模式的な断面構成を表したものである。この撮像素子２Ｄでは、溝Ｇ１が光吸収層１４を貫通し、その底部が光吸収層１４の第２面Ｓ２まで達している。この点を除き、撮像素子２Ｄは撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【０１２９】
溝Ｇ１は、画素Ｐ毎に第１半導体層１２および第２半導体層１３を分離し、さらに、光吸収層１４を物理的に分離していてもよい。これにより、上記第２の実施の形態と比較して、より効果的に隣り合う画素Ｐ間での信号電荷の移動が抑えられ、より画素Ｐ間のクロストークを抑制することができる。
【０１３０】
拡散領域Ｄは、光吸収層１４からコンタクト層１５にかけて設けられていてもよい。
【０１３１】
更に溝Ｇ１は、図４０に示した撮像素子２Ｅのように、コンタクト層１５を貫通し、その底部が第２電極１６まで達していてもよい。このように、溝Ｇ１によって第１半導体層１２、第２半導体層１３、光吸収層１４およびコンタクト層１５を含む半導体層全体を物理的に分離することでさらに効果的に画素Ｐ間のクロストークを抑制することができる。
【０１３２】
＜変形例１４＞
図４１は、変形例１４に係る撮像素子（撮像素子２Ｆ）の模式的な構成を表したものである。この撮像素子２Ｆは、上記撮像素子２Ｃの遮光部材２５に代えて、第３電極（第３電極２４）を有している。この点を除き、撮像素子２Ｆは、撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【０１３３】
第３電極２４は、溝Ｇ１内に、保護膜１９および被覆膜１８を貫通して埋設され、拡散領域Ｄに電気的に接続されている。このように、拡散領域Ｄに電圧を印加可能な第３電極２４を設けることにより、拡散領域Ｄの電位の制御性を高めることができる。具体的には、拡散領域Ｄの電位を制御して界面に正孔を誘起させることで、界面における暗電流の生成を抑制できる。第３電極２４には、例えば赤外領域および可視領域の波長の光に対する透過率が低い材料を用いることができる。例えば、第３電極２４は、波長１μｍの光に対して１０％以下の透過率を有する金属材料により構成されている。具体的には、第４電極２４Ｃとして例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【０１３４】
第３電極２４は、例えば、保護膜１９を成膜したのち、フォトレジストおよびドライエッチングを行い保護膜１９および被覆膜１８を貫通する開口を形成し、その開口内に金属を埋め込むことで形成することができる。
【０１３５】
更に、本変形例の構造は、例えば変形例１３に示した撮像素子２Ｄにも適用することができる。図４２は、撮像素子２Ｄと撮像素子２Ｆとを組み合わせた撮像素子２Ｇの模式的な構成を表したものである。撮像素子２Ｇのように、光吸収層１４を貫通し、その底部が光吸収層１４の第２面Ｓ２まで達する溝Ｇ１内に、拡散領域Ｄが形成されたコンタクト層１５に電気的に接続される第３電極２４を設けることで、第３電極２４によってコンタクト層１５の電位を制御できるようになる。このため、第２電極１６は省略することができる。
【０１３６】
＜変形例１５＞
図４３は、変形例１５に係る撮像素子（撮像素子４Ａ）の模式的な構成を表したものである。この撮像素子４Ａでは、光吸収層１４が不純物密度の異なる複数の層（例えば、２層（１４Ａ，１４Ｂ））を有している。この点を除き、撮像素子４Ａは、撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【０１３７】
本変形例における光吸収層１４では、互いに不純物密度の異なる光吸収層１４Ａ，１４Ｂが積層されている。光吸収層１４Ａは第１面Ｓ１側に、光吸収層１４Ｂは第２面Ｓ２側に配置されている。光吸収層１４Ａの不純物密度は光吸収層１４Ｂよりも低く、例えば１×１０13ｃｍ-3以上のドーピング密度を有する。光吸収層１４Ｂの不純物密度は光吸収層１４Ｂよりも高く、例えば１×１０19ｃｍ-3以下のドーピング密度を有する。このように、光入射面（第２面Ｓ２）側に不純物密度の高い光吸収層１４Ｂを配置することにより、光入射面からコンタクト層１５に向かって信号電荷の転送を助ける電界が発生するようになり、撮像素子４Ａの応答性能を向上させることができる。更に、転送時間を短縮できることから、転送中に光吸収層１４内において再結合する信号電荷量が低減され、量子効率を向上させることができる。
【０１３８】
なお、図４３では、光吸収層１４が２層構造である例を示したがこれに限らず、３層以上が積層されていてもよい。その場合には、光入射面（第２面Ｓ２）に近いほど不純物密度が高くなるようにする。また、光吸収層１４の不純物密度は段階的に変化する必要はなく、例えば連続的に変化するようにしてもよい。更に、本変形例では、溝Ｇ１が光吸収層１４を貫通している例を示したがこれに限定されない。例えば、溝Ｇ１は光吸収層１４まで達していなくても本変形例と同様の効果が得られる。
【０１３９】
＜変形例１６＞
図４４は、変形例１６に係る撮像素子（撮像素子４Ｂ）の模式的な構成を表したものである。この撮像素子４Ｂでは、例えば光吸収層１４を貫通する溝Ｇ１と共に、第２半導体層１３内に底面を有する溝Ｇ３が設けられている。
【０１４０】
溝Ｇ３は、画素Ｐ毎に第１半導体層１２を分離し、第２半導体層１３内に延在している。溝Ｇ３内には絶縁膜１７が埋め込まれており、所謂ＳＴＩを形成している。ｎ型の導電型を有する第１半導体層１２とｐ型の導電型を有する拡散領域Ｄとが接触すると、強い電荷を生じ暗電流が増加する虞がある。本変形例では、第１半導体層１２と拡散領域Ｄとの間に絶縁膜１７を設けることにより、この第１半導体層１２と拡散領域Ｄとの間の接合部における暗電流の発生を低減できる。
【０１４１】
撮像素子４Ｂでは、溝Ｇ３を形成したのち、第１半導体層１２および第２半導体層１３の表面全面に絶縁膜１７を成膜する。続いて、第２半導体層１３および光吸収層１４を貫通する溝Ｇ１を形成する。
【０１４２】
撮像素子４Ｂは、例えば上記撮像素子２Ｆ等のように、溝Ｇ１内に第３電極２４を設けるようにしてもよい。また、図４４では溝Ｇ１を第１面Ｓ１側から形成した例を示したがこれに限らない。例えば、図４５に示した撮像素子４Ｃのように、溝Ｇ３を形成し、第１半導体層１２および第２半導体層１３上に絶縁膜１７を成膜したのち、第２面Ｓ２側から溝Ｇ１を形成するようにしてもよい。その際には、絶縁膜１７として成膜したＳｉＮ膜がエッチングストッパとなる。撮像素子４Ｃの溝Ｇ１には、保護膜１９と同様の材料からなる絶縁膜３１が埋設されている。
【０１４３】
＜変形例１７＞
図４６は、変形例１７に係る撮像素子（撮像素子４Ｄ）の模式的な構成を表したものである。この撮像素子４Ｄは、第１電極１１と第１半導体層１２との間にコンタクト層３２を有している。この点を除き、撮像素子４Ｄは、撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【０１４４】
コンタクト層３２は、ｐｎ接合を形成する第１半導体層１２および第２半導体層１３のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体材料により形成されている。第１半導体層１２が、例えばＩｎＰ（インジウムリン）により構成されているとき、コンタクト層３２には、例えばＩｎＡｌＡｓ（インジウムアルミニウム砒素）を用いることができる。コンタクト層３２には、例えば、少なくともＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン），Ｓｂ（アンチモン）およびＮ（窒素）のいずれか１つを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いることができる。具体的には、ＩｎＡｌＡｓの他に、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン），ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン），ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン），およびＧａＡｓＳｂ（ガリウム砒素アンチモン）等が挙げられる。
【０１４５】
本変形例のように、第１電極１１と第１半導体層１２との間に、第１半導体層１２および第２半導体層１３のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するコンタクト層３２を設けるようにしてもよい。これにより、大きな暗電流が発生する虞があるｐｎ接合および第１半導体層１２と絶縁膜１７の界面との接触部がバンドギャップエネルギーの大きなコンタクト層３２中に含まれるようになり、暗電流の発生の確率を低減することができる。
【０１４６】
＜変形例１８＞
図４７は、変形例１８に係る撮像素子（撮像素子４Ｅ）の模式的な構成を表したものである。この撮像素子４Ｅは、第１電極１１の下層にコンタクト層３３を有している。この点を除き、撮像素子４Ｅは、撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【０１４７】
コンタクト層３３は、第１電極１１の直下に設けられ、例えば第１電極１１と同じ平面形状を有している。コンタクト層３３は１×１０-16ｃｍ-3以上の不純物濃度を有し、第１半導体層１２のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体材料により形成されている。第１半導体層１２が、例えばＩｎＰ（インジウムリン）により構成されているとき、コンタクト層３２には、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）を用いることができる。コンタクト層３３には、例えば、少なくともＩｎ（インジウム），Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン），Ｓｂ（アンチモン）およびＮ（窒素）のいずれか１つを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いることができる。具体的には、ＩｎＧａＡｓの他に、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン），ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン），ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン），ＧａＡｓＳｂ（ガリウム砒素アンチモン）およびＩｎＡｌＡｓ（インジウムアルミニウム砒素）等が挙げられる。
【０１４８】
一般的にバンドギャップエネルギーの大きな半導体材料と第１電極１１とを積層するとその界面の接触抵抗は高くなる傾向がある。本変形例のように、第１電極１１の下層に、第１半導体層１２のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有するコンタクト層３３を設けることにより、第１電極１１との接触抵抗が低下して信号電荷を読み出しやすくなり、応答性能を向上させることができる。
【０１４９】
なお、上記撮像素子２Ｂのように、拡散領域Ｄが第１半導体層１２まで設けられていない場合には、コンタクト層３３は第１半導体層１２上の全面に設けられていてもよい。
【０１５０】
＜変形例１９＞
図４８は、変形例１９に係る撮像素子（撮像素子４Ｆ）の模式的な構成を表したものである。この撮像素子４Ｆは、第２電極１６の光入射側に保護膜３４を有している。この点を除き、撮像素子４Ｆは、撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【０１５１】
保護膜３４は、コンタクト層１５等の半導体層や第２電極１６を保護するためのものである。保護膜３４には、例えば、シリコン（Ｓｉ），窒素（Ｎ），アルミニウム（Ａｌ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），マグネシウム（Ｍｇ），酸素（Ｏ），ランタン（Ｌａ），ガドリニウム（Ｇｄ）およびイットリウム（Ｙ）のうちの少なくとも１つを含む絶縁材料を用いることができる。具体的には、保護膜３４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜により構成されている。保護膜３４を、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜，酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜，酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜，酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜，窒化シリコンアルミニウム（ＳｉＡｌＮ）膜，酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉＯ）膜，酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜または酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）膜等により構成するようにしてもよい。
【０１５２】
本変形例のように、第２電極１６の光入射側に保護膜３４を積層することにより、外気との反応による第２電極１６の変質が低減され、第２電極１６の抵抗の上昇を抑制することができる。また、コンタクト層１５等の半導体層における結晶欠陥の生成が低減され、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１５３】
なお、上記撮像素子２Ｇのように第２電極１６を省略する場合には、図４９に示した撮像素子４Ｇのように、保護膜３４を設けることが好ましい。これにより、コンタクト層１５の結晶欠陥の生成が低減され、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１５４】
＜変形例２０＞
図４９は、変形例２０に係る撮像素子（撮像素子４Ｈ）の模式的な構成を表したものである。この撮像素子４Ｈは、第２電極１６の光入射側に、画素Ｐ間に保護膜３４を介して遮光膜３５を有している。この点を除き、撮像素子４Ｈは、撮像素子２と同様の構成および効果を有している。
【０１５５】
遮光膜３５には、例えば赤外領域および可視領域の波長の光に対する透過率が低い材料を用いることができる。例えば、遮光膜３５は、波長１μｍの光に対して１０％以下の透過率を有する金属材料により構成されている。具体的には、遮光膜３５として例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【０１５６】
このように、保護膜３４上の画素Ｐ間に遮光膜３５を設けることにより、入射光の隣接画素への入射を防ぐことができ、画素Ｐ間のクロストークの発生を抑えることができる。
【０１５７】
本変形例の構造は、図５１に示した撮像素子４Ｉに示したように、各画素Ｐ上に対応する所望の波長を透過させるフィルタ３６（３６Ｒ，３６Ｇ）を設けてもよい。このフィルタ３６としては、例えばカラーフィルタ、可視光カットフィルタ、所望の波長以外の赤外線をカットする赤外線カットフィルタ等が挙げられる。カラーフィルタは、所望の顔料や染料から成る着色剤を添加した樹脂によって構成されており、顔料や染料を選択することにより、目的とする赤色、緑色および青色等の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。カラーフィルタを設けることにより、特定の波長の光のみを受光する分光が可能となる。なお、遮光膜３５およびフィルタ３６上には、さらに保護膜３７を設けるようにしてもよい。保護膜３７には、保護膜３４と同様の材料を用いることができる。
【０１５８】
本変形例の構造は、図５２に示した撮像素子４Ｊに示したように、保護膜３７上の角画素に対応する位置に集光レンズ３８をそれぞれ設けるようにしてもよい。集光レンズ３８を設けることにより、入射光を光吸収層１４の半導体材料に集光させ、画素Ｐ間のクロストークの発生を抑えることができる。また、量子効率も向上できる。
【０１５９】
なお、遮光膜３５、フィルタ３６および集光レンズ３８は、全て設ける必要はなく、フィルタ３６のみ、集光レンズ３８のみ、あるいはいずれか２種を組み合わせて保護膜３４上に設けるようにしてもよい。
【０１６０】
＜適用例１＞
図５３は、上記実施の形態等において説明した撮像素子１（または、撮像素子１Ａ〜３Ｃ、以下、まとめて撮像素子１という）の機能構成を表したものである。撮像素子１は、例えば赤外線イメージセンサであり、例えば画素領域１０Ａと、この画素領域１０Ａを駆動する回路部１３０とを有している。回路部１３０は、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２を有している。
【０１６１】
画素領域１０Ａは、例えば行列状に２次元配置された複数の画素Ｐを有している。画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（例えば、行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素Ｐからの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
【０１６２】
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、素子領域Ｒ１の各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【０１６３】
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１３５に出力され、当該水平信号線１３５を通して図示しない信号処理部等へ入力される。
【０１６４】
この撮像素子１では、図５４に示したように、例えば、画素領域１０Ａを有する素子基板Ｋ１と、回路部１３０を有する回路基板Ｋ２とが積層されている。但し、このような構成に限定されず、回路部１３０は、画素領域１０Ａと同一の基板上に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、回路部１３０は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
【０１６５】
システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、撮像素子１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの駆動制御を行う。
【０１６６】
＜適用例２＞
上述の撮像素子１は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの電子機器に適用することができる。図５５に、その一例として、電子機器４（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器４は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、撮像素子１と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、撮像素子１およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
【０１６７】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、撮像素子１への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、撮像素子１の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、撮像素子１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
【０１６８】
更に、本実施の形態等において説明した撮像素子１は、下記電子機器（カプセル内視鏡および車両等の移動体）にも適用することが可能である。
【０１６９】
＜応用例１（内視鏡手術システム）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１７０】
図５６は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【０１７１】
図５６では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【０１７２】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０１７３】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０１７４】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
【０１７５】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【０１７６】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【０１７７】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【０１７８】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【０１７９】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０１８０】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０１８１】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０１８２】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０１８３】
図５７は、図５６に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０１８４】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【０１８５】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【０１８６】
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【０１８７】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０１８８】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０１８９】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【０１９０】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【０１９１】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【０１９２】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【０１９３】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【０１９４】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【０１９５】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【０１９６】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０１９７】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０１９８】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０１９９】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０２００】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
【０２０１】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【０２０２】
＜応用例２（移動体）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０２０３】
図５８は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０２０４】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図５８に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
【０２０５】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０２０６】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０２０７】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０２０８】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０２０９】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０２１０】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２１１】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２１２】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０２１３】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図５８の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０２１４】
図５９は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２１５】
図５９では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【０２１６】
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０２１７】
なお、図５９には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０２１８】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０２１９】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２２０】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０２２１】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０２２２】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
【０２２３】
更に、本実施の形態等において説明した撮像素子１は、監視カメラ，生体認証システムおよびサーモグラフィ等の電子機器にも適用することが可能である。監視カメラは、例えばナイトビジョンシステム（暗視）のものである。撮像素子１を監視カメラに適用することにより、夜間の歩行者および動物等を遠くから認識することが可能となる。また、撮像素子１を車載カメラとして適用すると、ヘッドライトや天候の影響を受けにくい。例えば、煙および霧等の影響を受けずに、撮影画像を得ることができる。更に、物体の形状の認識も可能となる。また、サーモグラフィでは、非接触温度測定が可能となる。サーモグラフィでは、温度分布や発熱も検出可能である。加えて、撮像素子１は、炎，水分またはガス等を検知する電子機器にも適用可能である。
【０２２４】
以上、実施の形態および適用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した受光素子の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料や厚みも一例であって、上述のものに限定されるものではない。
【０２２５】
上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
【０２２６】
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
光入射面を有するとともに、化合物半導体材料を含む光吸収層と、
前記光吸収層の前記光入射面と反対面に対向して、画素毎に設けられた第１電極と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記光吸収層と前記第１電極との間に設けられた、第１導電型の第１半導体層と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記第１半導体層と前記光吸収層との間に設けられた、第２導電型の第２半導体層と、
隣り合う前記画素の間に、前記第２半導体層と前記光吸収層とに跨って設けられた、第２導電型の第１拡散領域と
を備えた光電変換素子。
（２）
前記第１拡散領域は、平面視で格子状に設けられている
前記（１）に記載の光電変換素子。
（３）
更に、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、前記光吸収層で発生した電荷を一時的に蓄積する電荷収集層を有する
前記（１）または（２）に記載の光電変換素子。
（４）
更に、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、前記第２半導体層と前記光吸収層との間のバンドオフセット障壁を緩和する障壁緩和層を有する
前記（１）または（２）に記載の光電変換素子。
（５）
前記第２半導体層が、前記光吸収層で発生した電荷をアバランシェ増幅するように構成された
前記（１），（２）または（４）に記載の光電変換素子。
（６）
更に、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、前記第２半導体層から前記光吸収層への電界の伝搬を抑える電界降下層を有する
前記（５）に記載の光電変換素子。
（７）
前記第１半導体層および前記第２半導体層には、隣り合う前記画素を分離する第１溝が設けられている
前記（１）ないし（６）のうちいずれか１つに記載の光電変換素子。
（８）
前記第１溝は、前記光吸収層に延在している
前記（７）に記載の光電変換素子。
（９）
更に、前記第１半導体層の表面から前記第１溝の側壁に設けられ、前記第１半導体層の側壁を覆うとともに、前記第２半導体層の側壁の一部にかかる絶縁膜を有する
前記（７）または（８）に記載の光電変換素子。
（１０）
更に、前記第１溝に埋め込まれた遮光部材を有する
前記（７）ないし（９）のうちいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１１）
更に、前記光吸収層の前記光入射面に対向して設けられた第２電極を有する
前記（１）ないし（１０）のうちいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１２）
前記第２電極は、前記光吸収層の前記光入射面全面に設けられている
前記（１１）に記載の光電変換素子。
（１３）
前記第２電極は、遮光性材料により構成されている
前記（１１）に記載の光電変換素子。
（１４）
更に、前記光吸収層の前記光入射面側に、隣り合う前記画素の間に設けられた第２導電型の第２拡散領域を有する
前記（１３）に記載の光電変換素子。
（１５）
前記光吸収層の前記光入射面に第２溝が設けられ、
前記第２溝近傍に前記第２拡散領域が設けられている
前記（１４）に記載の光電変換素子。
（１６）
更に、前記第１拡散領域に電気的に接続された第３電極を有する
前記（１）ないし（１５）のうちいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１７）
更に、前記第２拡散領域に電気的に接続された第４電極を有し、
前記第２溝に、前記第４電極が埋め込まれている
前記（１５）に記載の光電変換素子。
（１８）
更に、前記第１拡散領域を覆う被覆膜を有する
前記（１）ないし（１７）のうちいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１９）
前記被覆膜は第１導電型の電荷を含む
前記（１８）に記載の光電変換素子。
（２０）
光入射面を有するとともに、化合物半導体材料を含む光吸収層と、
前記光吸収層の前記光入射面と反対面に対向して、画素毎に設けられた第１電極と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記光吸収層と前記第１電極との間に設けられた、第１導電型の第１半導体層と、
前記光吸収層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するとともに、前記第１半導体層と前記光吸収層との間に設けられた、第２導電型の第２半導体層と、
隣り合う前記画素の間に、前記第２半導体層と前記光吸収層とに跨って設けられた、第２導電型の第１拡散領域と
を備えた撮像素子。
【０２２７】
本出願は、日本国特許庁において２０１７年５月１５日に出願された日本特許出願番号２０１７−０９６２３７号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【０２２８】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【国際調査報告】
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2018212175.tif 000068
2018212175.tif 000069
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