(57)【要約】【課題】暗電流を低減する赤外線検知素子を提供する。【解決手段】赤外線検知素子は、第１導電層１２と、第１導電層１２上に配置される光吸収層１３と、光吸収層１３上に配置される第２導電層１４と、アモルファス構造又は多結晶構造を有し、光吸収層１３の側面を覆うように配置される電気的絶縁性を有する側壁部１５であって、光吸収層側に配置される第１側壁層１５ａと、第１側壁層１５ａを覆うように配置され、光吸収層１３と側壁部１５との界面を流れるリーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を第１側壁層１５ａとの界面又は内部に含む第２側壁層１５ｂとを有する側壁部１５と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層と、
前記第１導電層上に配置される光吸収層と、
前記光吸収層上に配置される第２導電層と、
アモルファス構造又は多結晶構造を有し、前記光吸収層の側面を覆うように配置される電気的絶縁性を有する側壁部であって、前記光吸収層側に配置される第１側壁層と、前記第１側壁層を覆うように配置され、前記光吸収層と前記側壁部との界面を流れるリーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を前記第１側壁層との界面又は内部に含む第２側壁層とを有する側壁部と、
を備える赤外線検知素子。
【請求項２】
前記側壁部上に配置され、前記側壁部に電圧を印加する電荷注入電極を備える請求項１に記載の赤外線検知素子。
【請求項３】
前記光吸収層は、材料やバンドギャップの大きさが異なる複数のサブ光吸収層が積層して形成されており、
前記電荷注入電極は、最もバンドギャップの小さい前記サブ光吸収層が位置する領域と対応する、前記側壁部上の領域を覆うように配置される請求項２に記載の赤外線検知素子。
【請求項４】
前記側壁部は、前記第２側壁層を覆う第３側壁層を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の赤外線検知素子。
【請求項５】
前記第１側壁層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲にある請求項１〜４の何れか一項に記載の赤外線検知素子。
【請求項６】
第１導電層と、
前記第１導電層上に配置される光吸収層と、
前記光吸収層上に配置される第２導電層と、
アモルファス構造又は多結晶構造を有し、前記光吸収層の側面を覆うように配置される電気的絶縁性を有する側壁部であって、前記光吸収層側に配置される第１側壁層と、前記第１側壁層を覆うように配置され、前記光吸収層と前記側壁部との界面を流れるリーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を前記第１側壁層との界面又は内部に含む第２側壁層とを有する側壁部と、
を有する、複数の赤外線検知素子を備える赤外線検知素子アレイ。
【請求項７】
各前記赤外線検知素子の前記第２側壁層が前記第１側壁層との界面又は内部に有する電荷量は、前記赤外線検知素子ごとに設定される、請求項６に記載の赤外線検知素子アレイ。
【請求項８】
第１導電層と、
前記第１導電層上に配置される光吸収層と、
前記光吸収層上に配置される第２導電層と、
アモルファス構造又は多結晶構造を有し、前記光吸収層の側面を覆うように配置される電気的絶縁性を有する側壁部であって、前記光吸収層側に配置される第１側壁層と、前記第１側壁層を覆うように配置され、前記光吸収層と前記側壁部との界面を流れるリーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を前記第１側壁層との界面又は内部に含む第２側壁層とを有する側壁部と、
前記側壁部上に配置され、前記側壁部に電圧を印加する電荷注入電極と、
を備える赤外線検知素子における前記電荷注入電極に所定の電圧を印加し、
前記所定の電圧の印加を停止した後、前記赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検知素子、赤外線検知素子アレイ及び赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線を検知して電気信号に変換する、赤外線検知素子が用いられている。複数の赤外線検知素子が二次元状に配置される赤外線検知素子アレイは、赤外線を検知して画像を撮像する撮像装置にも利用されている。
【０００３】
例えば、量子型の赤外線検知素子は、赤外線の検知感度が高く、応答速度にも優れている。量子型の赤外線検知素子は、受光した赤外線強度に対応した量の電流を生成し、生成した電流を回路を用いて読み出して出力することにより、受光した赤外線強度が検知される。
【０００４】
量子型の赤外線検知素子は、通常、冷却して使用される。これは量子型赤外線検知素子の動作上限温度が、信号とノイズの比（Ｓ／Ｎ比）により制限されるためである。代表的なノイズ源としては、赤外線を受光していなくても素子に流れる暗電流、電流の量子的なゆらぎであるショットノイズ、電荷を蓄積するキャパシタの静電容量をリセットする時のリセットノイズ等が挙げられる。
【０００５】
量子型の赤外線検知素子の暗電流又はリセットノイズを低減するために、赤外線検知素子を冷却する冷却装置が用いられる。
【０００６】
冷却装置は、赤外線検知素子アレイよりも寸法が大きく、また消費電力が大きい。そのため、赤外線検知素子アレイを有する撮像装置の寸法及び消費電力は、冷却装置の影響を受ける。
【０００７】
そこで、赤外線検知素子アレイを有する撮像装置の寸法を小さくし、消費電力を低減するためにも、暗電流等のノイズを低減することが求められている。また、ノイズを低減することにより、動作上限温度を高めることができる。
【０００８】
赤外線検知素子の暗電流は、赤外線検知素子のメサ部の側壁部を電流が流れる経路を有する。
【０００９】
赤外線検知素子のメサ部の側面では、結晶構造を有する光吸収層の周期的構造の乱れにより、半導体のバンドが湾曲するのでキャリア数が変調されて、側壁部を伝わって電流が流れやすい。
【００１０】
また、側壁部に意図せず形成された酸化物又は作製プロセスにより導入された汚染物質に起因して、バンドギャップ内に界面準位が形成され、キャリアが界面準位を介して、暗電流となることもある。
【００１１】
赤外線検知素子は、赤外線を吸収する光吸収層を有するのでバンドギャップが比較的小さく、暗電流が大きくなり易いという背景もある。
【００１２】
そこで、赤外線検知素子の側壁部を流れる暗電流を低減してノイズを減らす技術が提案されている。
【００１３】
例えば、光吸収層よりも広いバンドギャップを有する側壁部を、エピタキシャル成長法を用いて形成することが提案されている。エピタキシャル成長法を用いて、側壁部を形成することにより、界面準位又は固定電荷の少ない結晶構造を得ることが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平８−１６２６６３号公報
【特許文献２】特開平６−２３２４４２号公報
【特許文献３】特開平１１−３３０５３１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ａｎｄｒｅｗ  Ｈｏｏｄ他、“Ｎｅａｒ  ｂｕｌｋ−ｌｉｍｉｔｅｄ  Ｒ０Ａ  ｏｆ  ｌｏｎｇ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｔｙｐｅ−ＩＩ  ＩｎＡｓ／ＧａSｂ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９０，２３３５１３（２００７）
【非特許文献２】Ｇ．Ｃｈｅｎ他、“Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｌｅａｋａｇｅ  ｉｎ  ｇａｔｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｔｙｐｅ−ＩＩ  ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ  ｍｉｄ−ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９９，１８３５０３（２０１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、エピタキシャル成長法を用いて、メサ部の側面上に、異なる材料の側壁部を形成することは、高い技術が求められるという問題がある。
【００１７】
そこで、多結晶構造又はアモルファス構造の側壁部を、赤外線検知素子のメサ部の側面上に形成することが提案されている。
【００１８】
しかし、赤外線検知素子のメサ部の側面上には、光吸収層以外にもコンタクト層やバリア層など材料的に不連続な界面が露出しているので、界面準位又は固定電荷の少ない側壁部を、多結晶構造又はアモルファス構造を用いて形成することは容易ではない。そのため、側壁部を形成する製造条件を、トライアンドエラーで繰り返し調べて求めることになる。従って、赤外線検知素子の構造が変更される度に、多結晶構造又はアモルファス構造を有する側壁部の製造条件を最適化するという問題が生じる。
【００１９】
また、側壁部には、赤外線検知素子のメサ部を保護するという基本的な機能が求められる。更に、側壁部には、低温での成膜が可能であること、段差被覆性が良いこと等の一般的な性質も求められので、暗電流の低減以外の機能にも対応するように設計されることが好ましい。
【００２０】
そこで、側壁部の外部に電極を配置して電圧を印加して、内部のキャリアに電場を加えることにより側壁部を流れる暗電流を低減することが提案されている。
【００２１】
しかし、この方法では、赤外線検知素子の動作中にも側壁部の外部に配置した電極に対して電圧を印加し続ける必要があり、側壁部の膜厚や欠陥の有無によって電極−メサ間にリーク電流が発生して消費電力が増加するという問題がある。
【００２２】
本明細書では、上述した問題を解決して、暗電流を低減する赤外線検知素子を提供することを課題とする。
【００２３】
また、本明細書では、上述した問題を解決して、暗電流を低減する赤外線検知素子アレイを提供することを課題とする。
【００２４】
更に、本明細書では、上述した問題を解決して、暗電流を低減する赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本明細書に開示する赤外線検知素子の一形態によれば、第１導電層と、上記第１導電層上に配置される光吸収層と、上記光吸収層上に配置される第２導電層と、アモルファス構造又は多結晶構造を有し、上記光吸収層の側面を覆うように配置される電気的絶縁性を有する側壁部であって、上記光吸収層側に配置される第１側壁層と、上記第１側壁層を覆うように配置され、上記光吸収層と上記側壁部との界面を流れるリーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を上記第１側壁層との界面又は内部に含む第２側壁層とを有する側壁部と、を備える。
【００２６】
また、本明細書に開示する赤外線検知素子アレイの一形態によれば、第１導電層と、上記第１導電層上に配置される光吸収層と、上記光吸収層上に配置される第２導電層と、アモルファス構造又は多結晶構造を有し、上記光吸収層の側面を覆うように配置される電気的絶縁性を有する側壁部であって、上記光吸収層側に配置される第１側壁層と、上記第１側壁層を覆うように配置され、上記光吸収層と上記側壁部との界面を流れるリーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を上記第１側壁層との界面又は内部に含む第２側壁層とを有する側壁部と、を有する、複数の赤外線検知素子を備える。
【００２７】
更に、本明細書に開示する赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する方法の一形態によれば、第１導電層と、上記第１導電層上に配置される光吸収層と、上記光吸収層上に配置される第２導電層と、アモルファス構造又は多結晶構造を有し、上記光吸収層の側面を覆うように配置される電気的絶縁性を有する側壁部であって、上記光吸収層側に配置される第１側壁層と、上記第１側壁層を覆うように配置され、上記光吸収層と上記側壁部との界面を流れるリーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を上記第１側壁層との界面又は内部に含む第２側壁層とを有する側壁部と、上記側壁部上に配置され、上記側壁部に電圧を印加する電荷注入電極と、を備える赤外線検知素子における上記電荷注入電極に所定の電圧を印加し、上記所定の電圧の印加を停止した後、上記赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する。
【発明の効果】
【００２８】
上述した本明細書に開示する赤外線検知素子の一形態によれば、暗電流を低減することができる。
【００２９】
また、上述した本明細書に開示する赤外線検知素子アレイの一形態によれば、暗電流を低減することができる。
【００３０】
更に、上述した本明細書に開示する暗電流を低減する赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する方法の一形態によれば、暗電流を低減して、赤外線を検知することができる。
【００３１】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００３２】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本明細書に開示する撮像装置の焦点面アレイの一実施形態を示す図である。
【図２】撮像装置の赤外線検知素子アレイを説明する図である。
【図３】撮像装置の駆動回路基板を説明する図である。
【図４】本明細書に開示する赤外線検知素子の第１実施形態を示す断面図である。
【図５】本明細書に開示する赤外線検知素子の第２実施形態を示す断面図である。
【図６】図５に示す赤外線検知素子の読み出し回路の第１実施形態を説明する図である。
【図７】図５に示す赤外線検知素子の読み出し回路の第２実施形態を説明する図である。
【図８】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１）を示す図である。
【図９】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第１実施形態の工程（その２）を示す図である。
【図１０】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第１実施形態の工程（その３）を示す図である。
【図１１】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第１実施形態の工程（その４）を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第１実施形態の工程（その５）を示す図である。
【図１３】図１２の工程の平面図である。
【図１４】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１）を示す図である。
【図１５】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第２実施形態の工程（その２）を示す図である。
【図１６】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第２実施形態の工程（その３）を示す図である。
【図１７】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第２実施形態の工程（その４）を示す図である。
【図１８】本明細書に開示する赤外線検知素子の製造方法の第２実施形態の工程（その５）を示す図である。
【図１９】図１８の工程の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本明細書で開示する撮像装置の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００３５】
図１は、本明細書に開示する撮像装置の焦点面アレイの一実施形態を示す図である。図２は、撮像装置の赤外線検知素子アレイを説明する図である。図３は、撮像装置の駆動回路基板を説明する図である。
【００３６】
本実施形態の撮像装置の焦点面アレイ１は、複数の赤外線検知素子１０を有する赤外線検知素子アレイ２０と、各赤外線検知素子１０を駆動して受光量に対応した素子の信号を出力電気信号に変換する複数の読み出し回路４０を有する駆動回路基板３０を備える。赤外線検知素子アレイ２０の各赤外線検知素子１０は、バンプ２１を介して、読み出し回路４０と電気的に接続する。
【００３７】
図２に示すように、赤外線検知素子アレイ２０は、複数の赤外線検知素子１０が２次元のアレイ状に配置される。撮像装置の焦点面アレイ１は、各赤外線検知素子１０の赤外線受光量を電気信号に変換することにより、画像信号を生成する。
【００３８】
図３に示すように、駆動回路基板３０は、赤外線検知素子アレイ２０に配置される複数の赤外線検知素子１０を駆動する複数の読み出し回路４０と、垂直走査部３１と、水平走査部３２を有する。また、駆動回路基板３０は、垂直走査部３１に接続された複数の行線３４と、水平走査部３２に接続された複数の列線３５を有する。各読み出し回路４０は、赤外線検知素子アレイ２０に配置される赤外線検知素子１０と対応するように配置される。図３では、図を分かり易くするために読み出し回路４０を鎖線で示している。
【００３９】
駆動回路基板３０は、垂直走査部３１を用いて各行線３４を順次駆動し、且つ、水平走査部３２を用いて各列線３５を順次駆動し、赤外線検知素子１０を駆動する読み出し回路４０を選択する。選択された読み出し回路４０は、接続される赤外線検知素子１０を駆動して、受光量に対応した素子の信号を出力電気信号に変換する。
【００４０】
また、駆動回路基板３０は、読み出し回路４０の動作を制御する制御部３３を有する。制御部３３は、各赤外線検知素子１０の受光量に対応した素子の信号を出力電気信号に変換する時に、個々の読み出し回路４０の動作を制御する。
【００４１】
次に、本明細書で開示する赤外線検知素子１０の好ましい第１実施形態を、図を参照して説明する。
【００４２】
図４は、本明細書に開示する赤外線検知素子の第１実施形態を示す断面図であり、図２のＸ−Ｘ線拡大断面図である。
【００４３】
赤外線検知素子１０は、導電層である第１コンタクト層１２と、第１コンタクト層１２上に配置される光吸収層１３と、光吸収層１３上に配置される導電層である第２コンタクト層１４を備える。第２コンタクト層１４及び光吸収層１３は、第１コンタクト層１２上にメサ部Ｍを形成する。
【００４４】
赤外線検知素子１０は、第１コンタクト層１２側から赤外線を受光する。
【００４５】
赤外線検知素子１０は、アモルファス構造又は多結晶構造を有し、メサ部Ｍの側面を覆うように配置される側壁部１５を備える。側壁部１５は、電気的絶縁性を有する。
【００４６】
第１コンタクト層１２上には、第１コンタクト層１２と電気的に接続する下部電極１６が配置される。また、第２コンタクト層１４上には、第２コンタクト層１４と電気的に接続する上部電極１７が配置される。側壁部１５は、メサ部Ｍの側面から、上部電極１７の周りまで第２コンタクト層１４上に延びている。
【００４７】
第１コンタクト層１２は、他の赤外線検知素子に対しても共通しており、複数の赤外線検知素子１０が第１コンタクト層１２上に二次元状に配置されて、赤外線検知素子アレイ２０が形成される。下部電極１６は、複数の赤外線検知素子１０に対して共通電極として機能する。
【００４８】
光吸収層１３は、赤外線領域の波長を有する光を吸収して、キャリアを生成する。本実施形態における光吸収層１３は、ｐ型の導電性を有するｐ層と、意図的なドーピングがされていないｉ層と、ｎ型の導電性を有するｎ層とが積層されたｐｉｎ型の構造を有する。ただし、ｐｉｎ型の構造は光吸収層１３の一例であり、必須の構造ではない。各層は、タイプＩＩ型の超格子構造を有することができる。
【００４９】
本実施形態では、ｐ層は、アクセプタ原子が５Ｅ＋１７ｃｍ−３の濃度でドーピングされたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ＝１８／２２ÅのタイプＩＩ型の超格子構造が５０層積層されて形成される。また、ｉ層は、意図的なドーピングが行われていない、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ＝１８／２２ÅのタイプＩＩ型の超格子構造が４００層積層されて形成される。このｉ層において、赤外線が吸収されてキャリアが生成される。ｉ層は、意図的なドーピングを行わない場合は結晶成長の温度により導電性が変化するが、本実施形態ではｐ型の導電性を示し、少数キャリアは電子となる。なお、ｉ層には、アクセプタ原子を５Ｅ＋１６ｃｍ−３程度の濃度でドーピングして、意図的にｐ型の導電性を与えてもよい。もちろん、ｉ層の導電性はデバイスの設計により決めて良く、ｐ型の導電性は必須の構成ではない。ｎ層は、ドナー原子が５Ｅ＋１７ｃｍ−３の濃度でドーピングされたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ＝１８／２２ÅのタイプＩＩ型の超格子構造が５０層積層されて形成される。光吸収層１３は、赤外線の中波長領域（３〜５μｍ）にカットオフ波長を有する。
【００５０】
光吸収層１３の動作キャリアは、少数キャリアの電子である。赤外線の受光量は、生成された電子の量に基づいて検知される。
【００５１】
側壁部１５は、光吸収層１３側に配置される第１側壁層１５ａと、第１側壁層１５ａを覆うように配置される第２側壁層１５ｂを有する。
【００５２】
第１側壁層１５ａは、光吸収層１３を含むメサ部Ｍを保護する機能を有する。第１側壁部１５ａは、赤外線検知素子１０を形成する後の工程において、メサ部Ｍが損傷を受けることを防ぐ。また第１側壁層１５ａが形成される時に、メサ部Ｍが損傷を受けることを抑制する観点から第１側壁層１５ａが形成される温度は、低いことが好ましい。また、第１側壁層１５ａは、段差被覆性の高いことが、メサ部Ｍを保護する観点から好ましい。
【００５３】
第１側壁層１５ａは、アモルファス構造又は多結晶構造を有していればよいので、メサ部Ｍの側面上にエピタキシャル結晶構造を有する層を形成することに比べて、容易に形成することができる。
【００５４】
第２側壁層１５ｂは、光吸収層１３と側壁部１５との界面を流れるリーク電流（以下、側壁リーク電流ともいう）に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を、第１側壁層１５ａとの界面又は内部に固定電荷として含む。即ち、本実施形態の赤外線検知素子１０では、側壁リーク電流が側壁部１５に形成された反転層によって流れるとすると、第２側壁層１５ｂは、電子（負電荷）を第２側壁層１５ｂに固定された界面又は内部の電荷として含む。界面又は内部の固定電荷は、第１側壁層１５ａと第２側壁層１５ｂの界面又は／及び第２側壁層１５ｂの内部に含まれ得る。以下、これらの電荷をまとめて固定電荷と呼ぶ。例えば、固定電荷は、第２側壁層１５ｂの欠陥又はダングリングボンド等のトラップ準位に固定される。
【００５５】
側壁リーク電流に寄与するキャリアの極性は、例えば、以下のように判定される。第２側壁部１５ａに対して固定電荷として含ませる電子の量を増加した時に、赤外線検知素子１０の暗電流が低減した場合には、側壁リーク電流に寄与するキャリアの極性はマイナスであると判定される。一方、第２側壁部１５ａに対して固定電荷として含ませる電子の量を増加した時に、赤外線検知素子１０の暗電流が増加した場合には、側壁リーク電流に寄与するキャリアの極性はプラスであると判定される。第２側壁部１５ａに対して固定電荷として含ませる電子の量を低減した時にも、同様に、暗電流の変化を調べることにより、側壁リーク電流に寄与するキャリアの極性を判定できる。また、第２側壁部１５ａに対して固定電荷としてホールを含ませる量を変化させた時にも、同様に、暗電流の変化を調べることにより、側壁リーク電流に寄与するキャリアの極性を判定できる。
【００５６】
固定電荷は、上述したトラップ準位に固定されることにより、不揮発性の電荷となることが好ましい。
【００５７】
第２側壁層１５ｂに含まれる固定電荷の量は、第２側壁層１５ｂを形成する時の材料組成を調整すること等により制御することができる。
【００５８】
第２側壁層１５ｂは、アモルファス構造又は多結晶構造を有していればよいので、メサ部Ｍの側面上にエピタキシャル結晶構造を有する層を形成することに比べて、容易に形成することができる。
【００５９】
次に、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が、メサ部Ｍの側壁部を流れる暗電流を低減することを以下に説明する。
【００６０】
第２側壁層１５ｂに含まれる側壁リーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する固定電荷と、光吸収層１３における側壁部１５近傍の側壁リーク電流に寄与するキャリアとの間には斥力が働く。この斥力により、光吸収層１３内の側壁リーク電流に寄与するキャリアの蓄積が抑制されるので、暗電流を低減することができる。
【００６１】
第１側壁層１５ａの厚さは、メサ部Ｍを保護する観点と、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が光吸収層１３内の側壁リーク電流に寄与するキャリアに与える斥力を調整する観点と、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷がメサ部Ｍに移動することを抑制する観点から決定され得る。
【００６２】
メサ部Ｍを保護する観点からは、第１側壁層１５ａの厚さは、少なくとも１ｎｍ以上であることが好ましい。
【００６３】
第２側壁層１５ｂが有する固定電荷がダイレクトトンネル効果等によりメサ部Ｍに移動することを抑制する観点からは、第１側壁層１５ａの厚さは、３ｎｍ以上であることが好ましい。
【００６４】
また、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が光吸収層１３内の側壁リーク電流に寄与するキャリアに与える斥力を調整する観点からは、第１側壁層１５ａの厚さは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６５】
そして、第１側壁層１５ａの具体的な厚さは、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷の量に基づいて、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が光吸収層１３内の側壁リーク電流に寄与するキャリアに与える斥力を調整する観点から決定され得る。
【００６６】
第２側壁層１５ｂの厚さは、光吸収層１３内の側壁リーク電流に寄与するキャリアに斥力を与える量の固定電荷を有する観点から、数ｎｍ以上であることが好ましい。
【００６７】
第２側壁層１５ｂを形成する材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化膜シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、硫化亜鉛、ポリイミド等を用いることができる。
【００６８】
第１側壁層１５ａを形成する材料として、第２側壁層１５ｂと同様の材料を用いることができる。例えば、第１側壁層１５ａを、第２側壁層１５ｂと同じ材料を用いて、組成比を異なるように形成してもよい。
【００６９】
第１側壁層１５ａも、光吸収層１３を含むメサ部Ｍを保護する機能を有する範囲において、光吸収層１３の側壁リーク電流に寄与するキャリアと同じ極性を有する電荷を含むように形成してもよい。
【００７０】
側壁部１５が有する電気絶縁性は十分に高いことが、側壁部１５を流れる電流を低減する観点から好ましい。例えば、光吸収層１３の内部を流れる暗電流の大きさに対して、側壁部１５を流れる暗電流の大きさが１／１０以下であるような電気絶縁性を、側壁部１５が有することが好ましい。
【００７１】
側壁部１５は、光吸収層１３が有するバンドギャプよりも大きなバンドギャップを有することが、光吸収層１３から側壁部１５へのキャリアの移動を抑制する観点から好ましい。例えば、側壁部１５のバンドギャプは、吸収層のバンドギャップよりも１．０ｅＶ以上大きいことが好ましい。
【００７２】
また、第１側壁層１５ａが有するバンドギャップの大きさは、第２側壁層１５ｂが有するバンドギャップよりも大きいことが、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が、第１側壁層１５ａに移動することを抑制する観点から好ましい。
【００７３】
上述した本実施形態の赤外線検知素子１０によれば、メサ部Ｍの側壁近傍を流れる暗電流を低減することができる。本実施形態の赤外線検知素子１０を有する赤外線検知素子アレイを用いることにより、Ｓ／Ｎ比を改善して、動作温度の高温化を図ることができる。更には、赤外線検知素子アレイの動作上限温度が上昇することにより、求められる冷却能力が減少するので、撮像装置の小型化及び消費電力の低減を実現できる。
【００７４】
また、赤外線検知素子１０では、第２側壁層１５ｂを形成する時に固定電荷を保持させるので、赤外線検知素子１０の動作時に、新たな電力を消費することはない。
【００７５】
更に、赤外線検知素子１０では、第１側壁層１５ａがメサ部Ｍを保護する機能を有するので、第２側壁層１５ｂが暗電流を低減する機能を有しつつ、側壁部１５がメサ部Ｍを保護することを実現できる。第１側壁層１５ａは、その形成時にメサ部Ｍとの界面に界面準位や不純物準位が出来ても、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷により暗電流を抑制できるため、その製造条件は厳しい制約を受けない。
【００７６】
次に、上述した赤外線検知素子の第２実施形態を、図５を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の赤外線検知素子の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００７７】
図５は、本明細書に開示する赤外線検知素子の第２実施形態を示す断面図である。
【００７８】
本実施形態の赤外線検知素子１０では、側壁部１５は、第２側壁層１５ｂを覆う第３側壁層１５ｃを有する。
【００７９】
第３側壁層１５ｃは、メサ部Ｍを保護すると共に、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が第３側壁層１５ｃに移動することを抑制する機能を有することが好ましい。この観点から、第３側壁層１５ｃが有するバンドギャップの大きさは、第２側壁層１５ｂが有するバンドギャップよりも大きいことが、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が、第３側壁層１５ｃに移動することを抑制する観点から好ましい。
【００８０】
第３側壁層１５ｃは、アモルファス構造又は多結晶構造を有していればよいので、メサ部Ｍの側面上にエピタキシャル結晶構造を有する層を形成することに比べて、容易に形成することができる。また、第３側壁層１５ｃは、例えば不純物準位を有していてもよいので、その製造条件は厳しい制約を受けない。
【００８１】
また、赤外線検知素子１０は、側壁部１５上に、側壁部１５に電圧を印加する電荷注入電極１８を備える。
【００８２】
赤外線検知素子１０では、電荷注入電極１８に電圧を印可して第２側壁層１５ｂに電荷を注入することにより、固定電荷の量を制御できる。
【００８３】
上述した第１実施形態の赤外線検知素子では、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷の量は、第２側壁層１５ｂを形成する条件により制御していた。この場合、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷の量の調整には、第２側壁層１５ｂを形成する条件を変えて複数の赤外線検知素子を形成し、暗電流を測定して、固定電荷の量を最適化する作業が伴う。
【００８４】
本実施形態の赤外線検知素子１０では、電荷注入電極１８に電圧を印可して第２側壁層１５ｂに電荷を注入することにより、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷の量を制御できる。
【００８５】
電荷注入電極１８による第２側壁層１５ｂへの電荷注入は、赤外線検知素子１０を動作させる前に行えばよく、電荷を注入した後、赤外線検知素子１０が撮像動作を行っている期間中は、電荷注入電極１８への電圧の印加は停止することが好ましい。
【００８６】
電荷注入電極１８により第２側壁層１５ｂへ注入された電荷は、固定電荷として、第２側壁層１５ｂの界面及び第２側壁層１５ｂの内部に含まれ得る。例えば、固定電荷は、第２側壁層１５ｂの欠陥又はダングリングボンド等のトラップ準位に固定される。第２側壁層１５ｂの界面は、第１側壁層１５ａ側の界面と、第３側壁層１５ｃ側の界面を含む。
【００８７】
電荷注入電極１８により第２側壁層１５ｂへ注入された電荷は、不揮発的に第２側壁層１５ｂに保持され得るが、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷の量が、何らかの理由により減少した場合には、再度、電荷注入電極１８に電圧を印可して第２側壁層１５ｂに電荷を注入してもよい。
【００８８】
本実施形態の赤外線検知素子１０では、電荷注入電極１８に印加する電圧の大きさ及び電圧を印加する時間を調整することにより、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷の量を制御する。
【００８９】
第１側壁層１５ａ及び第３側壁層１５ｃの厚さは、電荷注入電極１８に電圧を印可することで第２側壁層１５ｂに電荷を注入できるように決定され得る。
【００９０】
第２側壁層１５ｂへの電荷の注入は、主にファウラーノルトハイムトンネル（ＦＮトンネル）電流を用いて実現される。
【００９１】
ＦＮトンネル電流を低電圧で流すため、第１側壁層１５ａ及び第３側壁層１５ｃの厚さは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９２】
また、第１側壁層１５ａ及び第３側壁層１５ｃの厚さは、ダイレクトトンネル電流を抑制する観点から、３ｎｍ以上であることが好ましい。
【００９３】
第１側壁層１５ａおよび第３側壁層１５ｃの厚さが３ｎｍ以上であれば、第２側壁層１５ｂに注入された固定電荷が、電圧の印加が停止された後にメサ部Ｍ又は電荷注入電極１８へ散逸することを抑制できる。
【００９４】
電荷注入電極１８を形成する材料としては、導電性を有していれば特に制限されない。例えば、電荷注入電極１８を形成する材料として、アルミニウム、銅、チタン、プラチナ、金等が挙げられる。
【００９５】
また、電荷注入電極１８は、メサ部Ｍの側面を囲むように配置されるので、赤外線のクロストークを防止する働きも有する。
【００９６】
図５に示す例では、電荷注入電極１８は、光吸収層１３及び第２コンタクト層１４に対応する側壁部１５の側面上の領域を覆うように配置されている。
【００９７】
光吸収層１３が上述したようなｐｉｎ構造に加えてバリア層を有する場合には、ｐｉｎ各層又はバリア層は、導電性又はバンド幅が異なる材料により形成される。そのため、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷が与える影響が、光吸収層１３内部の領域によって異なる場合がある。例えば、光吸収層１３には、第２側壁層１５ｂが有する固定電荷の影響を与えない方がよい領域もあり得る。
【００９８】
このような場合、電荷注入電極１８は、固定電荷と同じ極性を側壁リーク電流に寄与するキャリアとして有する光吸収層１３の領域と対応するように配置することが好ましいことがある。
【００９９】
例えば、光吸収層１３が、バンドギャップの大きさが異なる複数のサブ光吸収層１３ａ、１３ｂが積層して形成される場合を考える。この場合、最もバンドギャップの小さいサブ光吸収層１３ａの側壁部において、生成再結合電流又はトラップアシスト電流等が最も発生しやすく、赤外線検知素子１０の暗電流の側壁リーク電流の主成分となる。
【０１００】
この場合、電荷注入電極１８ａが、少なくとも、最もバンドギャップの小さいサブ光吸収層１３ａ及び該サブ光吸収層と隣接する層１３ｂとの界面が位置する領域と対応するように、側壁部１５上の領域を覆うように配置されることが好ましい。
【０１０１】
電荷注入電極１８に印加する電圧の大きさは、例えば、以下のように決定され得る。
【０１０２】
まず、赤外線検知素子１０に対して、最初の開始電圧を電荷注入電極１８に印加した後、電荷注入電極１８への電圧の印加を停止して、赤外線検知素子１０が光を受光しない状態で駆動して、電流値を調べる。
【０１０３】
次に、開始電圧よりも高い電圧を電荷注入電極１８に印加した後、電荷注入電極１８への電圧の印加を停止して、赤外線検知素子１０が光を受光しない状態で駆動して、電流値を調べる。
【０１０４】
上述した処理を繰り返して、電流値が最も低くなる電圧の大きさを決定して、電荷注入電極１８に印加する電圧の値とすることができる。
【０１０５】
次に、上述した第２実施形態の赤外線検知素子を駆動し、赤外線検知量に対応する電流値を読み出す回路の第１実施形態を、図６を参照しながら、以下に説明する。
【０１０６】
読み出し回路４０は、入力トランジスタ４１と、リセットトランジスタ４２と、出力トランジスタ４３と、行選択トランジスタ４４と、負荷トランジスタ４５と、列選択トランジスタ４６と、電荷蓄積キャパシタ４７を有する。
【０１０７】
各赤外線検知素子１０は、対応する読み出し回路４０により駆動されて、受光量が電気信号として出力される。
【０１０８】
入力トランジスタ４１は、赤外線検知素子１０の上部電極１７とキャパシタ４７とを接続する。リセットトランジスタ４２は、リセット電圧ＶＲとキャパシタ４７とを接続する。
【０１０９】
出力トランジスタ４３のゲートは、キャパシタ４７と接続する。
【０１１０】
負荷トランジスタ４５は出力トランジスタ４３と共に、ソースフォロア回路を形成する。
【０１１１】
制御部３３が有する記憶部３３ａ（図３参照）には、電荷注入電極１８に印加する電圧ＶＣが記憶されている。制御部３３は、赤外線検知素子１０を用いて赤外線を検知する前に、駆動する赤外線検知素子１０の電荷注入電極１８に電圧ＶＣを印加して、第２側壁層１５ｂに電荷を注入した後、電荷注入電極１８への電圧の印加を停止する。電荷注入時には、例えば共通電極を接地し、電荷注入電極１８に印可する電圧ＶＣを正にすることで、メサ部Ｍから第２側壁層１５ｂへ電子を注入する。電圧の印可条件を逆にして、第２側壁層１５ｂへホールを注入しても良い。
【０１１２】
赤外線検知素子１０の赤外線の受光量を検知する時には、まずリセットトランジスタ４２をオン状態にして、キャパシタ４７をリセット電位ＶＲに充電し、その後遮断する。
【０１１３】
次に、入力トランジスタ４１のゲートに電圧を印加すると、赤外線検知素子１０の上部電極１７には、キャパシタ４７から駆動電圧が印加されて、赤外線検知素子１０には素子電流が流れる。素子電流は、赤外線検知素子１０の受光量に応じて決定される。制御部３３は、所定の時間の経過後、入力トランジスタ４１のゲート電圧の印加を停止して、入力トランジスタ４１は遮断される。キャパシタ４７の電圧は、赤外線検知素子を駆動して素子電流を流すことにより低減する。
【０１１４】
次に、読み出し回路４０は、出力トランジスタ４３および負荷トランジスタ４５が形成するソースフォロア回路により、キャパシタ４７の電圧を出力端子に出力する。赤外線検知素子１０を流れた素子電流は、キャパシタ４７の電圧が、出力として読み取られることにより、リセット電圧ＶＲとの差に基づいて検知される。
【０１１５】
このようにして、赤外線検知素子アレイ２０における赤外線検知素子１０それぞれの素子電流が検知されることにより、一画素の画像階調情報が得られる。検知された素子電流に対して、赤外線検知素子１０ごとの感度の差を補正してもよい。そして、撮像装置１が出力する２次元のアレイ状に配置された赤外線検知素子１０それぞれの画像階調情報に基づいて、画像信号が得られる。
【０１１６】
電荷注入電極１８への電圧の印加は、赤外線検知素子１０による赤外線の検知を行う前に行うだけなので、赤外線検知素子１０が赤外線の検知をしている間には、電圧を印加しないため、検知中の消費電量の増加はない。
【０１１７】
以上が、駆動回路の第１実施形態の説明である。
【０１１８】
上述した駆動回路の第１実施形態では、各赤外線検知素子１０の電荷注入電極１８に対して、同一の電圧が印加されている。
【０１１９】
一方、各赤外線検知素子１０の特性のばらつきに応じて、メサ部Ｍの側壁を流れる暗電流が異なることに対応するには、赤外線検知素子１０ごとに、第２側壁層１５ｂに含ませる固定電荷の量を調節することが好ましい。そのためには、各赤外線検知素子１０の電荷注入電極１８に対して、適切な電圧を印加することが好ましい。
【０１２０】
次に、各赤外線検知素子１０の電荷注入電極１８に対して、個々に決定された電圧を印加する駆動回路の第２実施形態を、以下に説明する。
【０１２１】
図７は、図５に示す赤外線検知素子の駆動回路の第２実施形態を説明する図である。
【０１２２】
まず、上述した手法と同様にして、各赤外線検知素子１０に対して、暗電流が最も低くなる電圧を決定して、電荷注入電極１８に印加する電圧の値を個々に求める。求められた電圧の値は、各赤外線検知素子１０の電荷注入電極１８に印加する電圧として、制御部３３が有する記憶部３３ａ（図３参照）に記憶される。
【０１２３】
本実施形態の読み出し回路４０は、上述した第１実施形態と比べて、電荷注入電極１８に対して、行選択トランジスタ４４ｂ及び列選択トランジスタ４６ｂが直列に接続されている点が異なる。なお、図７では、第１実施形態における行選択トランジスタ４４及び列選択トランジスタ４６それぞれは、符号が変更されて、行選択トランジスタ４４ａ及び列選択トランジスタ４６ａと示されている。
【０１２４】
赤外線検知素子１０の寸法に対して、追加される行選択トランジスタ４４ｂ及び列選択トランジスタ４６ｂの寸法は小さいので、追加による駆動回路４０の寸法への影響は小さい。ただし、電荷注入電極１８は図６の場合のように素子間の共通電極としては形成できないため、受光素子アレイ２０側で行選択線と列選択線を形成するか、読み出し回路４０側で選択を行うために各画素の電荷注入電極１８専用のバンプを作製する必要がある。
【０１２５】
制御部３３は、各赤外線検知素子１０を用いて赤外線を検知する前に、駆動する赤外線検知素子１０の電荷注入電極１８に印加する電圧ＶＣの値を、記憶部３３ａ（図３参照）から読み出す。そして、制御部３３は、赤外線検知素子１０を駆動する読み出し回路４０の行選択トランジスタ４４及び列選択トランジスタ４６を導通させる。そして、制御部３３は、各赤外線検知素子１０の電荷注入電極１８に対して、読み出した電圧ＶＣを印加して、第２側壁層１５ｂに電荷を注入した後、電荷注入電極１８への電圧の印加を停止する。また、制御部３３は、行選択トランジスタ４４及び列選択トランジスタ４６を遮断する。
【０１２６】
制御部３３は、赤外線検知素子アレイ２０上の全ての赤外線検知素子１０に対して、上述した動作を繰り返す。このようにして、各赤外線検知素子１０の第２側壁層１５ｂが有する電荷量は、赤外線検知素子１０ごとに設定される。
【０１２７】
次に、各赤外線検知素子１０の受光量が読み出される。各赤外線検知素子１０の赤外線の受光量を検知する動作については、上述した第１実施形態の駆動回路の説明が適用される。
【０１２８】
本実施形態の読み出し回路４０によれば、個々の赤外線検知素子１０に対して、暗電流を抑制するのに適した電圧を電荷注入電極１８に印加するので、各赤外線検知素子１０のノイズを更に低減することができる。
【０１２９】
次に、本明細書で開示する赤外線検知素子の製造方法の好ましい第１実施形態を、図８〜図１３を参照しながら、以下に説明する。
【０１３０】
まず、図８に示すように、基板１１上に、第１コンタクト層１２が形成され、第１コンタクト層１２上に光吸収層１３が形成され、光吸収層１３上に第２コンタクト層１４が形成される。なお、基板１１と第１コンタクト層１２との間にバッファ層を形成してもよい。
【０１３１】
本実施形態では、各層は、ＭＢＥ法を用いて、エピタキシャル成長により形成した。
【０１３２】
また、本実施形態では、基板１１として、ＧａＳｂ基板を用いた。図示しないバッファ層は、ｐ型の導電性を有し、アクセプタ原子が１Ｅ＋１８ｃｍ−３の濃度でドーピングされたＧａＳｂを用いて、１μｍの厚さで形成された。第１コンタクト層１２は、ｐ型の導電性を有し、アクセプタ原子が１Ｅ＋１８ｃｍ−３の濃度でドーピングされたＩｎＡｓ０．９１Ｓｂ０．０９を用いて、１μｍの厚さで形成された。
【０１３３】
光吸収層１３は、ｐｉｎ型の構造を有する。ｐ層は、アクセプタ原子が５Ｅ＋１７ｃｍ−３の濃度でドーピングされたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ＝１８／２２ÅのタイプＩＩ型の超格子構造が５０層積層されて形成された。ｉ層は、意図的なドーピングを行わずに、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ＝１８／２２ÅのタイプＩＩ型の超格子構造が４００層積層されて形成された。ｎ層は、ドナー原子が５Ｅ＋１７ｃｍ−３の濃度でドーピングされたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ＝１８／２２ÅのタイプＩＩ型の超格子構造が５０層積層されて形成された。
【０１３４】
第２コンタクト層１４は、ｎ型の導電性を有し、ドナー原子が１Ｅ＋１８ｃｍ−３の濃度でドーピングされたＩｎＡｓを用いて、１０ｎｍの厚さに形成された。
【０１３５】
そして、リソグラフィ法を用いて、第２コンタクト層１４上にレジスト層Ｒが形成される。なお、レジスト層Ｒのマスク性能が十分でない場合には、光吸収層１３とレジスト層Ｒとの間にハードマスク層を設けてもよい。
【０１３６】
次に、図９に示すように、レジスト層Ｒをマスクとして、光吸収層１３及び第２コンタクト層１４が、エッチングストッパ層として機能する第１コンタクト層１２の表面までエッチングされて、メサ部Ｍが形成される。そして、レジスト層Ｒが除去される。
【０１３７】
本実施形態では、ＢＣｌ３／Ａｒガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、光吸収層１３及び第２コンタクト層１４がエッチングされた。
【０１３８】
次に、図１０に示すように、各メサ部Ｍの表面と、第２コンタクト層１４の露出している表面上に、第１側壁層１５ａ及び第２側壁層１５ｂが順番に積層されて、光吸収層１３の側面を覆うように側壁層１５が形成される。
【０１３９】
本実施形態では、第１側壁層１５ａとして、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏガスを用いたプラズマ化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用いて、多結晶構造又はアモルファス構造のシリコン酸化膜が１０ｎｍの厚さで形成された。また、第２側壁層１５ｂとして、ＳｉＨ４／ＮＨ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて、多結晶構造又はアモルファス構造のシリコン窒化膜が５０ｎｍの厚さで形成された。第２側壁層１５ｂを形成する時に、ＳｉＨ４／ＮＨ３ガスのガス流量比を調整することにより、シリコン窒化膜に含まれる負の極性を有する固定電荷の量を制御することができる。
【０１４０】
次に、図１１に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、メサ部Ｍ上の側壁部１５に開口部を形成し、スパッタ法を用いて、開口部内に上部電極１７が形成される。上部電極１７が形成されるのと共に、側壁部１５の一部が除去されて露出した第１コンタクト層１２上に、下部電極１６が形成される。上部電極１７と、下部電極１６は、同じ材料を用いて形成される。隣接するメサ部Ｍを覆う側壁部１５は、メサ部Ｍ間の第１コンタクト層１２上を延びてつながっている。なお、上部電極１７および下部電極１８の形成は、開口部の形成と同様にリソグラフィ法およびエッチング法を用いてもよいし、リフトオフ法を用いてもよい。
【０１４１】
次に、図１２に示すように、リフトオフ法を用いて、上部電極１７および下部電極１６上に、バンプ２１が形成される。本実施形態では、バンプ２１は、Ｉｎを用いて形成された。バンプ２１の形成後、赤外線検知素子アレイ２０と読み出し回路４０はフリップチップボンディングにより接続される。そして、基板１１を、第１コンタクト層１２をエッチングストッパ層として、エッチング法を用いて除去することにより、複数の赤外線検知素子１０を有する赤外線検知素子アレイ２０と読み出し回路４０を含む焦点面アレイ１が得られる。
【０１４２】
図１３は、赤外線検知素子アレイ２０の平面図を示す。図１２は、図１３に示す赤外線検知素子アレイ２０のＹ-Ｙ線断面図である。
【０１４３】
上述した赤外線検知素子１０の製造方法の説明では、赤外線検知素子１０の動作キャリアが、少数キャリアである電子の場合について行った。一方、赤外線検知素子１０の動作キャリアが、ホールである場合でも、同様に、ＳｉＨ４／ＮＨ３ガスのガス流量比を調整することにより、シリコン窒化膜に含まれる正の極性を有する固定電荷の量を制御することができる。
【０１４４】
なお、側壁部１５を形成する第１側壁層１５ａ及び第２側壁層１５ｂの形成材料は、一例であり、他の材料を用いて側壁部１５を形成してもよい。
【０１４５】
次に、上述した赤外線検知素子の製造方法の第２実施形態を、図１４〜図１９を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の赤外線検知素子の製造方法の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【０１４６】
図１４及び図１５に示す工程は、上述した第１実施形態の製造方法の図８及び図９の工程と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１４７】
次に、図１６に示すように、各メサ部Ｍの表面と、第２コンタクト層１４の露出している表面上に、第１側壁層１５ａ及び第２側壁層１５ｂ及び第３側壁層１５ｃが順番に積層されて、側壁層１５が形成される。側壁層１５は、光吸収層１３の側面を覆うように形成される。
【０１４８】
本実施形態では、第１側壁層１５ａとして、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて、多結晶構造又はアモルファス構造のシリコン酸化膜が１０ｎｍの厚さで形成された。また、第２側壁層１５ｂとして、ＳｉＨ４／ＮＨ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて、多結晶構造又はアモルファス構造のシリコン窒化膜が５０ｎｍの厚さで形成された。第２側壁層１５ｂを形成する時に、ＳｉＨ４／ＮＨ３ガスのガス流量比を調整することにより、シリコン窒化膜に含まれる負の極性を有する固定電荷の量を制御することができる。また、第３側壁層１５ｃとして、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて、多結晶構造又はアモルファス構造のシリコン酸化膜が１０ｎｍの厚さで形成された。
【０１４９】
次に、図１７に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、メサ部Ｍ上の側壁部１５に開口部を形成する。次に、スパッタリング法、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、開口部内に上部電極１７が形成される。また、上部電極１７が形成されるのと共に、メサ部Ｍの側面を覆う側壁部１５上に電荷注入電極１８が形成され、側壁部１５の一部が除去されて露出した第１コンタクト層１２上に、下部電極１６が形成される。上部電極１７と、電荷注入電極１８と、下部電極１６は、同じ材料を用いて形成される。隣接するメサ部Ｍを覆う側壁部１５及び電荷注入電極１８は、メサ部Ｍ間の第１コンタクト層１２上を延びてつながっている。
【０１５０】
次に、図１８に示すように、リフトオフ法を用いて、上部電極１７、電荷注入電極１８及び下部電極１６上に、バンプ２１が形成される。本実施形態では、バンプ２１は、Ｉｎを用いて形成された。バンプ２１の形成後、赤外線検知素子アレイ２０と読み出し回路４０はフリップチップボンディングにより接続される。そして、基板１１を、第１コンタクト層１２をエッチングストッパ層として、エッチング法を用いて除去することにより、複数の赤外線検知素子１０を有する赤外線検知素子アレイ２０と読み出し回路４０を含む焦点面アレイ１が得られる。
【０１５１】
図１９は、赤外線検知素子アレイ２０の平面図を示す。図１８は、図１９に示す赤外線検知素子アレイ２０のＺ-Ｚ線断面図である。
【０１５２】
本発明では、上述した実施形態の赤外線検知素子、赤外線検知素子アレイ及び赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１５３】
例えば、赤外線検知素子１０の側壁部１５は、４つ以上の側壁層を有していてもよい。
【０１５４】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１５５】
１    撮像装置の焦点面アレイ
１０    赤外線検知素子
１１    基板
１２    第１コンタクト層（第１導電層）
１３    光吸収層
１３ａ、１３ｂ    サブ光吸収層
１４    第２コンタクト層（第２導電層）
１５    側壁部
１５ａ    第１側壁層
１５ｂ    第２側壁層
１５ｃ    第３側壁層
１６    下部電極（共通電極）
１７    上部電極
１８    電荷注入電極
２０    赤外線検知素子アレイ
２１    バンプ
３０    駆動回路基板
３１    垂直走査部
３２    水平走査部
３３    制御部
３３ａ    記憶部
３４    行線
３５    列線
３６    制御線
４０    読み出し回路
４１    入力トランジスタ
４２    リセットトランジスタ
４３    出力トランジスタ
４４、４４ａ、４４ｂ    行選択トランジスタ
４５    負荷トランジスタ
４６、４６ａ、４６ｂ    列選択トランジスタ
４７    キャパシタ
５０    冷却装置
Ｒ    レジスト層
Ｍ    メサ部
【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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