(57)【要約】【課題】  経済性に優れ、かつ高い製造歩留りを可能にしながら、隣接画素間に短絡を生じない、検出装置、センサ、および、これらの製造方法を提供する。【解決手段】  波長１μｍ〜３μｍに受光感度を持つ化合物半導体において受光素子Ｐが複数配列された受光素子アレイ５０と、画素ごとに光電荷を読み出すＣＭＯＳ７０と、受光素子アレイとＣＭＯＳとの間に介在する接合バンプ９と、接合バンプ９と導電接続する、筒体である筒状金属Ｇとを備え、筒状金属Ｇは、受光素子アレイ側およびＣＭＯＳ側のいずれか一方に設けられ、筒状金属Ｇは、接合バンプ９を収容するように位置することを特徴とする。【選択図】        図１
2011096921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外域に受光感度を持つ化合物半導体からなる受光素子が複数配列された受光素子アレイと、
前記画素ごとに光電荷を読み出す読み出し回路と、
前記受光素子アレイと前記読み出し回路との間に前記画素ごとに介在する接合バンプと、
前記接合バンプと導電接続する、筒体である筒状導電部材とを備え、
前記筒状導電部材は、前記受光素子アレイ側および前記読み出し回路側のいずれか一方に設けられ、前記接合バンプは、前記筒状導電部材が設けられない他方に設けられ、前記筒状導電部材は前記接合バンプを収容するように位置することを特徴とする、検出装置。
【請求項２】
前記筒状導電部材の内径が前記接合バンプの外径よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記筒状導電部材の高さが前記接合バンプの高さよりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記筒状導電部材は、その内径が根元部から先端に向かって大きくなるようにされていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記接合バンプの外径は、バンプ先端において前記筒状導電部材の先端における内径より小さく、バンプ根元部において前記筒状導電部材の先端における内径以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項６】
前記筒状導電部材の底部を塞ぐ底部導電部を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項７】
前記筒状導電部材の先端部において、外周面側を薄く残して、厚み分を削るようにして先端から内周面へと内径を小さくするテーパが付されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記筒状導電部材が、前記受光素子アレイに固定された画素の電極であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項９】
前記筒状導電部材が、Ｚｎおよび／またはＰｔを含む金属であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記接合バンプが、Ｉｎおよび／またはＳｎを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記受光素子アレイが、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に設けられたバンドギャップ波長が１．６５μｍ〜３．０μｍである受光層とを有し、前記受光層が、ＩｎＧａＡｓＮＰ、ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、およびＩｎＧａＡｓＮのうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記受光素子アレイが、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に設けられたバンドギャップ波長が１．６５μｍ〜３．０μｍである受光層とを有し、前記受光層が、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＰ、またはＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、からなるタイプＩＩ型の量子井戸構造であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の検出装置に用いられる受光素子アレイによって構成されることを特徴とする、センサ。
【請求項１４】
近赤外域に受光感度を持つ化合物半導体に複数の受光素子が配列された受光素子アレイのセンサを製造する方法であって、
前記化合物半導体のエピタキシャル層表面の受光素子とオーミック接触するように筒状電極を、前記受光素子ごとに形成する工程と備え、
前記筒状電極の形成工程では、フォトリソグラフィ法を用いて気相蒸着により前記筒状導電部材を形成するか、または前記フォトリソグラフィ法を用いて気相蒸着のあとめっき法を用いて形成することを特徴とする、センサの製造方法。
【請求項１５】
近赤外域に受光感度を持つ化合物半導体に複数の受光素子が配列された受光素子アレイを準備する工程と、
前記受光素子ごとに光電荷を読み出す読み出し回路を準備する工程と、
前記受光素子アレイおよび前記読み出し回路を準備する工程では、前記受光素子の電極、および前記読み出し回路の電極、のいずれか一方に、筒状導電部材を形成して、また、
前記筒状導電部材が形成されない相手側に接合バンプを形成する工程とを備え、
前記受光素子アレイと前記読み出し回路とを対面させて位置合わせして、（１）前記接合バンプが前記筒状体に収容されるように圧力をかけながら、もしくは（２）前記接合バンプが前記筒状体に収容された状態で該接合バンプの融点以上に温度を上げて、または（３）前記接合バンプが前記筒状体に収容されるように圧力をかけながら該接合バンプの融点以上に温度を上げて、接合する工程とを備えることを特徴とする、検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外から赤外域に受光感度を有する検出装置、センサ、および、これらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体に形成されたフォトダイオードアレイを有する検出装置では、信号読み出し用シリコンＩＣ（ＲＯＩＣ:Read  Out  IC）の読み出し電極と、当該フォトダイオードの電極とが向き合って、両方の間に介在するバンプによって導通がとられる。フォトダイオードは、可視域より長波長側の近赤外域または赤外域では、化合物半導体により形成されるため、化合物半導体とシリコン（ＩＣ）とのハイブリッド構成と呼ばれることがある。上記の化合物半導体の結晶は、機械的力には弱いため、上記のバンプには、融点が低く柔らかいインジウム（Ｉｎ）が用いられることが多い。
インジウムのバンプは上記特性に起因して、フォトダイオードの電極またはＲＯＩＣの読み出し電極に設けられる際、形が乱れて不揃いになりやすい。１つの検出装置には数万個〜数十万個のバンプが設けられるが、このような形状逸脱が大きいバンプを防止することは難しい。形状逸脱が大きいバンプは、圧着、ろう接などの際、１対１の導通を実現せず、当該バンプの領域（当該画素領域）をはみ出して隣のバンプに接触して短絡を発生する。このような短絡は、撮像の場合は見苦しく、また物質検出や検査の場合は分解能低下の原因となり、商品価値を低下させる。
【０００３】
上記の問題を解決するため、多くの提案がなされてきた。上記ハイブリッド構成におけるＩｎバンプの形状を均一に制御するために、（ｄ１）Ｉｎバンプと接続される電極そのもの、または当該電極の表層を、インジウムの融点より低い温度でインジウムと共晶体を作る金属によって形成することで、Ｉｎバンプとの接続時に加圧をほとんどせずに接続する方法が提案されている（特許文献１）。また、（ｄ２）エピタキシャルウエハを多段加工してパッドを凹形状とし、Ｉｎバンプ接合時にインジウムが横方向にはみ出して隣接画素間に短絡が生じないようにする提案がなされた（特許文献２）。また、（ｄ３）間隔調整部材を入れて接合プロセスを制御することで、接合後のＩｎバンプを隣接画素間に短絡が生じない形状にする提案がされた（特許文献３）。さらに、（ｄ４）絶縁樹脂（ポリイミド）の格子状部材を用い、格子中の孔にＩｎバンプを入れ、非孔部によりＩｎバンプを取り囲んで、隣のＩｎバンプから隔離する方法が提案された（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８２７５７号公報
【特許文献２】特開平２−１７４２６１号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９６５０号公報
【特許文献４】特開平７−１５３９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の改良方法（ｄ１）〜（ｄ４）は、つぎの点に問題がある。
Ｉ．共通の問題
上記の（ｄ１）〜（ｄ４）は、いずれも受光部にＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）を使用し、−４０℃〜液体窒素温度（−１９６℃）で使用することで、ノイズ電流を抑え、鮮明な画像を得ている。逆に、冷却しないと、鮮明な画像は得られず、物質等の検出において高い分解能を得ることはできない。しかし、冷却に付随する熱応力により、センサ（化合物半導体）の損傷、隣接画素間の短絡、接合部の脱離などが発生しやすい。これらのトラブルを防止するために、ハイブリッド構造の接合バンプには、上述のように、容易に変形して応力を伝搬しない柔らかいＩｎバンプを用いている。しかし、インジウムは融点が１５０℃〜１６０℃と低いために、高温環境において信頼性を確保することが難しい。
ＩＩ．各改良方法における問題
（ｄ１）：（ｉ）接合箇所すべてにおいて、Ｉｎバンプの形状を一様に揃え、接合時に、（フォトダイオードセンサ／ＩＣ）間の距離などを確実に制御できなければ、溶融したインジウムがはみ出して隣接画素間で短絡が生じる。（ｉｉ）接合時に短絡が生じなくても、（ＭＣＴ使用時の冷却／不使用時の常温への昇温）の熱サイクルなどで変形を生じて、隣接画素間のＩｎバンプの距離が短いと、接触して短絡が発生する。上記（ｉ）および（ｉｉ）により工数増大の割に効果は小さい。
（ｄ２）：多段加工を行うには高精度加工が必要であり、制御が難しく、また工数が増大する。このため、歩留まりが低下して、製造コスト増を招く。
（ｄ３）及び（ｄ４）：間隔調整部材、または格子状部材を要し、またそれを用いて接合する際のプロセス制御が難しい。すなわち、製造コスト増を招き、信頼性確保が難しい。
【０００６】
本発明は、経済性に優れ、かつ高い製造歩留りを可能にしながら、隣接画素間に短絡を生じない、検出装置、センサ、および、これらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の検出装置は、近赤外域に受光感度を持つ化合物半導体からなる受光素子が複数配列された受光素子アレイと、画素ごとに光電荷を読み出す読み出し回路と、受光素子アレイと読み出し回路との間において画素ごとに介在する接合バンプと、接合バンプと導電接続する、筒体である筒状導電部材とを備え、筒状導電部材は、受光素子アレイ側および読み出し回路側のいずれか一方に設けられ、接合バンプは、筒状導電部材が設けられない他方に設けられ、筒状導電部材は接合バンプを収容するように位置することを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、接合バンプを介在させて受光素子アレイと読み出し回路とを結合するとき、接合バンプに対向する筒状導電部材に、その接合バンプを収容するように押し込むことで、その結合を実現することができる。受光素子アレイには、非常に多数の画素が短ピッチで配列され、したがって接合バンプも非常に多数、短ピッチで配列される。その多数の接合バンプの中には、多少正常な形状から逸脱するものが出てくる。本発明における筒状導電部材は、接合バンプが正常な形状から多少逸脱していても、接合バンプを収容することができ、隣の画素に接合バンプを大きくはみ出させることを防止できる。すなわち、筒状導電部材は、形が逸脱した接合バンプをも抱え込むことができ、隣に大きく接合バンプをはみ出させることがない。その結果、隣接する画素同士が短絡等する割合を大きく低減することができる。近赤外域は、赤外域の短波長域をさし、たとえば可視光域の波長を超え〜３μｍ程度の範囲をいう。生体、有機物等は、近赤外域に多くの吸収帯を持つため、生体、有機物を含む各種の検出に、大きな威力を発揮することができる。
ここで、受光素子アレイおよび読み出し回路を指すのに、一方、両方、他方、相手などという用語を用いるが、前後の文脈から常識で、それと判断することができる。また、受光素子アレイと読み出し回路とを、バンプを介在させて結合する前に、バンプや筒状導電部材を、一方または他方に設けることは、「設ける」または「形成する」により表現する。上記の結合を指す用語には、「接合」、「接続」、また荷重を用いることから「圧着」などの語を用いる。
筒状導電部材について、内径面と内側面と内壁面とは同じ意味に用い、また接合バンプについて外周面と外側面とは同じ意味に用いる。筒状導電部材または接合バンプについて、「先」または「先端」とは、相手側に向かう方向の先をいい、また、逆に「根元」は自身が設けられている受光素子アレイまたは読み出し回路に近接した部分をいう。
【０００９】
上記の筒状導電部材の内径を接合バンプの外径よりも大きくすることができる。これによって、筒状導電部材は、接合バンプの形状の逸脱度が大きいものであっても、その接合バンプを容易に収容して、はみ出しを防止することが可能になる。
【００１０】
筒状導電部材の高さを、接合バンプの高さよりも大きくすることができる。これによって、筒状導電部材は、接合バンプを容易に収容することができ、より確実にはみ出しを防止することができる。たとえば受光素子アレイが厳密に平坦でなく、中央部が少し盛り上がっているような場合、受光素子アレイの中央部においては接合バンプが奥深くまで収容されるが行き止まりにはならず、接合バンプの高さ一杯まで収容される。このため、受光素子アレイの端縁部においても、接合バンプは、収容深さは小さくなるが、筒状導電部材に収容されて、有効な導電接続を得やすくなる。
【００１１】
筒状導電部材は、その内径が根元部から先端に向かって大きくなるようにするのがよい。これによって、筒状導電部材は、接合バンプを収容しやすく、または抱え込みやすくなり、隣の画素との短絡を防止しやすくなる。また、接合バンプは、筒状導電部材の内径に入ってゆくとき、その内径面と擦り合うことで導電をとりやすく、接触抵抗を小さくすることができる。この結果、電気的オープン不良（非接触の不良）が少なく、短絡などに起因する欠陥画素の少ない検出装置を得ることができる。
【００１２】
接合バンプの外径は、バンプ先端において筒状導電部材の先端における内径より小さく、バンプ根元部において筒状導電部材の先端における内径以上であるようにできる。これによって、パンフ゜先端の接触状態にかかわらず、より一層確実に、電気的オープン不良（非接触の不良）が少なく、短絡などに起因する欠陥画素の少ない検出装置を得ることができる。
【００１３】
筒状導電部材の底部を塞ぐ底部導電部を備えることができる。これによれば、接合バンプの外側面と筒状導電部材の内側面との擦り合わせによる導電接続形態のほかに、接合バンプを細くかつ長くして、筒状導電部材の筒中に余裕をもって挿入して、上記の底部導電部に先端部を突き当てることで導電接続をとることができる。このため、たとえば受光素子アレイの面中央部が少し読み出し回路側に凸状に湾曲するような場合、筒状導電部材または接合バンプは少し傾斜した面から突き出ることになるが、そのような傾斜があっても、細めの長い接合バンプと、底部導電部を有する筒状導電部材との組み合わせにより、接合バンプを筒状導電部材内に収容して、はみ出す部分を生じないようにできる。
上記の底部導電部を有しない（筒状導電部材の筒体のみ）場合であっても、筒の底部に保護膜を配置することで、接合バンプの高さが大きい場合、底部保護膜に接合バンプの先端部が当たって変形して、筒状導電部材の内径面と導電接続をとることができる。また、上述のように底部導電部がある筒状導電部材の場合であっても、接合バンプの外側面と筒状導電部材の内側面とが擦り合って導電接続することができる。
【００１４】
筒状導電部材の先端部において、外周面側の端を薄く残して、厚み分を削るようにして先端から内周面へと内径を小さくするテーパを付すことができる。これによって、接合バンプが多少変形していても、確実に筒状導電部材の中に収容することができるようになる。
【００１５】
筒状導電部材を、受光素子アレイに固定された画素電極とすることができる。これによって、たとえばＩｎＰ系受光素子アレイにおいて、ｐ側電極として筒状導電部材を用いることができる。このため筒状導電部材がｐ側電極を兼ねることで、隣の電極との短絡を防止して、高質の画像または高分解検出能、を得ながら、製造コストを低減することができる。
【００１６】
筒状導電部材を、Ｚｎおよび／またはＰｔを含む金属とすることができる。これによって、筒状導電体は、たとえばＩｎＰ系受光素子アレイにおいてｐ＋型ＩｎＰ領域とオーミック接触しながら、接合バンプと導電接続を実現することが容易となる。
【００１７】
接合バンプがＩｎおよび／またはＳｎを含むようにできる。（１）Ｉｎを主成分とする接合バンプは柔らかく、またそれほど高温にしなくても、また常温でも、導電接続が可能である。化合物半導体を主体とする受光素子アレイは、上記のように局部的な圧力により損傷を受けやすいが、このＩｎの特性のため、受光素子アレイの機械的損傷や、熱応力による接合部の剥がれがない、冷却型の検出装置を構成することができる。（２）Ｓｎを主成分とする接合バンプ（ＳｎＡｕ、ＳｎＡｇなど）によれば、高い強度の接合を容易に得ることができ、また、高温環境下での信頼性を高くすることができる。
【００１８】
受光素子アレイが、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に設けられたバンドギャップ波長が１．６５μｍ〜３．０μｍである受光層とを有し、受光層が、ＩｎＧａＡｓＮＰ、ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、およびＩｎＧａＡｓＮのうちのいずれかである構成とすることができる。これによって冷却無し、またはわずかな冷却で、近赤外域長波長域にまで感度を持つ、センサまたは検出装置を得ることができる。なお、上記のＩｎＧａＡｓＮＰ、ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、およびＩｎＧａＡｓＮは、いずれもＩｎＰと格子整合するエピタキシャル成長層である。格子整合条件は、ＩｎＰ基板の格子定数をａとして、対象とするエピタキシャル成長層の格子定数との差をΔａとしたとき、｜Δａ／ａ｜≦０．００２を満たすことをいう。
上記の構成によれば、近赤外域の受光素子アレイとしてノイズが小さく、それほど冷やさなくて、たとえば受光素子アレイの結晶性にもよるが−４０℃〜＋８０℃で使用できるので（全世界で常温での使用が可能）、製造時において確実に接合できれば、冷却による応力発生→変形→接合部の剥がれ等の、分解能の劣化や画質劣化をなくすことができる。
【００１９】
受光素子アレイが、ＩｎＰ基板と、該ＩｎＰ基板上に設けられたバンドギャップ波長が１．６５μｍ〜３．０μｍである受光層とを有し、受光層が、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＰ、またはＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、からなるタイプＩＩ型の量子井戸構造である構成をとることができる。この場合も、上記の量子井戸構造は、いずれもＩｎＰと格子整合するエピタキシャル成長層であり、格子整合条件は、上記と同じである。
上記の構成により、Ｉｎよりも融点が高い材料を接合バンプに用いることができ、高温環境下でも接合部の劣化の少ない、高信頼性の近赤外検出装置を実現することができる。Ｉｎよりも融点が高い材料としては、たとえばＳｎ９０Ａｕ１０（融点２２０℃前後）、Ｓｎ９6.5Ａｇ3.5（２２０℃前後）などをあげることができる。また、Ｉｎ系に比べてＳｎ系のほうが金属に対する濡れ性に優れるので、接合において狭い厳しい制御条件などを課すことなしに接合することができる。そして接合部は、高温において信頼性が高く、欠陥画素が少なく、分解能に優れた近赤外検出装置を得ることができる。
【００２０】
本発明のセンサは、上記のいずれかの検出装置に用いられる受光素子アレイによって構成されることを特徴とする。これによって、ハイブリッド構造の検出装置を作製しても、短絡を生じずに高品質の画像、または高分解能を容易に得ることができる。
【００２１】
本発明のセンサの製造方法は、近赤外域に受光感度を持つ化合物半導体に複数の受光素子が配列された受光素子アレイのセンサを製造する方法である。この製造方法では、化合物半導体のエピタキシャル層表面の受光素子とオーミック接触するように筒状電極を、受光素子ごとに形成する工程と備えることを特徴とする。
上記の製造方法によって、センサを製造することで、接合バンプを用いて画素電極および読み出し電極を導電接続してハイブリッド構造の検出装置を作製しても、短絡を生じずに高品質の画像、または高分解能を容易に得ることができる。
【００２２】
筒状電極の形成工程では、フォトリソグラフィ法を用いて気相蒸着により筒状導電部材を形成するか、またはフォトリソグラフィ法を用いて気相蒸着のあとめっき法を用いて形成することができる。これによって、多くの技術蓄積がある手法を用いて、高精度の筒状電極を容易に得ることができる。
【００２３】
本発明の検出装置の製造方法は、近赤外域に受光感度を持つ化合物半導体に複数の受光素子が配列された受光素子アレイを準備する工程と、受光素子ごとに光電荷を読み出す読み出し回路を準備する工程と、受光素子アレイおよび読み出し回路を準備する工程では、受光素子の電極、および読み出し回路の電極、のいずれか一方に、筒状導電部材を電極ごとに形成する。そして、筒状導電部材が形成されない相手側に接合バンプを形成する工程とを備え、受光素子アレイと読み出し回路とを対面させて位置合わせして、（１）前記接合バンプが前記筒状体に収容されるように圧力をかけながら、もしくは（２）前記接合バンプが前記筒状体に収容された状態で該接合バンプの融点以上に温度を上げて、または（３）前記接合バンプが前記筒状体に収容されるように圧力をかけながら該接合バンプの融点以上に温度を上げて、接合する工程とを備えることを特徴とする。
上記の製造方法によれば、筒状導電部材と、その筒状導電部材に収容される接合バンプとによって、短絡のない高質の画像、または高い分解能を示す検出装置を容易に得ることができる。
上記（１）の圧力をかけて接合する工程では、加熱雰囲気で行ってよいし、大気中で常温で行ってもよい。
接合バンプと筒状金属を接触させてなじませるのには圧力が必要なので適度の圧力をかけてなじませた後にバンプを溶融させる際には圧力をかけないか、または両者の距離制御の方が望ましい場合が多い。上記の（２）はこのような接合方法を対象としている。上記の（３）は、（２）において適度の圧力を持続する接合方法を対象としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、経済性に優れ、かつ高い製造歩留りを可能にしながら、隣接画素間に短絡を生じない、検出装置等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１における検出装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す筒状金属と接合バンプとを示す図である。
【図３】図１の検出装置の受光素子アレイをマルチプレクサ側から見た平面図である。
【図４】図３における画素の拡大図である。
【図５】本実施の形態の検出装置における受光素子アレイを説明するための図である。
【図６】図１に示すハイブリッド構造における画素読み出し部の接続部を示し、（ａ）は正常配置の場合、（ｂ）は正常位置からズレが生じた場合、の図である。
【図７】本実施の形態において側面同士が擦り合う条件を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２における検出装置を示す断面図である。
【図９】本実施の形態における接合バンプと筒状金属Ｇとの接続態様を示し、（ａ）は接合バンプが筒状金属側のパッドに接触した状態、（ｂ）は押し込んで接合バンプの先を膨出させた状態、を示す図である。
【図１０】受光素子アレイが湾曲した表面となった場合の画素接続部を示す図である。
【図１１】実施の形態２の変形例における検出装置であり、本発明の実施の形態例を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における検出装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における検出装置１００を示す断面図である。受光素子アレイ５０は、ｎ型ＩｎＰ基板１／ｎ型バッファ層２／受光層（光吸収層）３／ＩｎＰキャップ層４、の積層体に形成されている。各受光素子では、ｐ型不純物の亜鉛（Ｚｎ）が選択拡散されて導入され、ｐ型領域６が形成され、ｐｎ接合１５が形成されている。ｐ型領域６には、画素Ｐの電極を兼ねる筒状導電部材である筒状金属Ｇがオーミック接触している。ｐ側電極の筒状金属Ｇは、接合バンプ９を収容するように抱えており、筒状金属Ｇと接合バンプ９とは導電接続しており、接合バンプ９を通して読み出し回路（マルチプレクサ）７０の読み出し電極７１に接続されている。ｐ型領域６／筒状金属Ｇを含む領域からなる受光素子が、画素Ｐに対応する部分であり、したがって筒状金属Ｇが画素電極である。これら画素電極Ｇに対して共通の接地電位を与えるｎ側電極１２は、ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面にオーミック接触され、外部のアースに接続される。光が入射される入射面となるＩｎＰ基板１の裏面にはＳｉＯＮ膜の反射防止膜３５が配置されている。また、ｐ型領域６形成のための選択拡散に用いられたＳｉＮの選択拡散マスクパターン３６は、そのまま残され、選択拡散マスクパターン３６の開口部またはＩｎＰキャップ層４の表面、および当該選択拡散マスクパターン３６を被覆する保護膜４３が設けられている。
【００２７】
図１において、受光層３は波長１μｍ〜３μｍに受光感度を持てば、どのような受光層でもよい。たとえばＩｎＧａＡｓＮＰ、ＩｎＧａＡｓＮＳｂ、およびＩｎＧａＡｓＮのうちのいずれかとすることができる。また、とくに受光層３がタイプＩＩの多重量子井戸構造の場合には、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）を拡散するとき、多重量子井戸構造におけるＺｎ濃度を所定レベル以下に抑制するために、拡散濃度分布調整層をＩｎＰキャップ層４の側に設ける。図１において、受光層３を多重量子井戸構造とする場合には、拡散濃度分布調整層がＩｎＰキャップ層４に含まれていると考えることができる。受光層３を多重量子井戸構造とする場合の具体的構造については、あとで詳しく説明する。
【００２８】
読み出し回路７０のマルチプレクサには、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）が用いられている。読み出し電極７１またはパッド７１は、画素電極である筒状金属Ｇごとに１つ設けられ、接合バンプ９がパッド７１上に配置されている。ハイブリッド構造の検出装置１００に接続される前、読み出し回路のＣＭＯＳ７０には、パッド７１ごとに接合バンプ９が設けられている。そして、接続または圧着のときに、その接合バンプ９は、受光素子アレイ５０またはセンサ５０に設けられた筒状金属Ｇに抱えられるように収容され導電接続する。接地電極７２は、読み出し回路７０の各読み出し電極７１に共通に、ＣＭＯＳに１つ設けられる。
【００２９】
図２は、圧着前における、筒状金属Ｇおよび接合バンプ９の形状を示す図である。筒状金属Ｇは、内径が先端部ｔに向かって大きくなるテーパがついていて、根元部ｂはｐ型領域６にオーミック接触している。接合バンプ９は、先端部９ａに向かって外径が小さくなり、根元部９ｂがＣＭＯＳのパッド７１に接続されている。圧着の初期段階（相互の先端が触れ始める段階）において、接合バンプ９が正常な形状から多少逸脱していても、筒状金属Ｇの先端部ｔの広い口によって接合バンプ９の先端部９ａを収容しやすい。接合バンプ９の先端部９ａが、筒状金属Ｇの先端部ｔの口に収容されれば、圧着の後の段階では、接合バンプ９ははみ出すことなく、筒状金属Ｇ内に押し込まれる。このため、隣の画素の接合バンプ９と接触して短絡する事態を防止することができる。
【００３０】
図３は、受光素子アレイ５０をマルイチプレクサ７０の側から見た図である。たとえば、画素Ｐは３２０×２５６個（約８．２万画素）、ピッチ３０μｍである。
図４は、画素Ｐを示す図である。破線の円形はｐ型領域６を示し、その内部に先端部ｔおよび根元部ｂを持つ筒状金属Ｇが位置している。ｐ型領域６の表面層を構成するＩｎＰキャップ層４は、ＳｉＯＮ等の保護膜４３により覆われている。受光素子と画素Ｐとは、面的な領域という意味では厳密には一致しないが、画素Ｐと受光素子とは１対１に対応するので、本説明では、受光素子と画素Ｐとを同列に扱う。
【００３１】
図５は、本実施の形態において受光素子アレイ５０における受光層３を、とくにタイプＩＩの多重量子井戸構造とする場合の図である。図５において、各画素の受光素子Ｐは、ＩｎＰ基板１の上に次の構成のＩＩＩ−Ｖ族半導体積層構造（エピタキシャルウエハ）を有する。
（ＩｎＰ基板１／ｎ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓバッファ層２／タイプＩＩのＩｎＧａＡｓとＧａＡｓＳｂとの多重量子井戸構造の受光層３／拡散濃度分布調整層１４／ＩｎＰキャップ層４）
ＩｎＰキャップ層４から多重量子井戸構造の受光層３にまで届くように位置するｐ型領域６は、ＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターン３６の開口部から、ｐ型不純物のＺｎが選択拡散されることで形成される。各画素の周縁部の内側に、平面的に周囲限定されての拡散導入は、上記ＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターン３６を用いて拡散することによって実現される。
ｐ型領域６には筒状金属Ｇがオーミック接触している。筒状金属Ｇの金属は、オーミック接触をとり、かつ所定レベルの強度を備える上で、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕによって形成するのがよい。またｎ型ＩｎＰ基板１にはＡｕＧｅＮｉ／Ｔｉ／Ａｕのｎ側電極１２が、オーミック接触するように設けられている。
【００３２】
多重量子井戸構造の受光層３には、上記のｐ型領域６の境界フロントに対応する位置にｐｎ接合１５が形成され、上記のｐ側電極Ｇおよびｎ側電極１２間に逆バイアス電圧を印加することにより、ｎ型不純物濃度が低い側（ｎ型不純物バックグラウンド）により広く空乏層を生じる。多重量子井戸構造の受光層３におけるバックグラウンドは、ｎ型不純物濃度（キャリア濃度）で５×１０１５／ｃｍ３程度またはそれ以下である。そして、ｐｎ接合の位置１５は、多重量子井戸の受光層３のバックグラウンド（ｎ型キャリア濃度）と、ｐ型不純物のＺｎの濃度プロファイルとの交点で決まる。多重量子井戸構造の受光層３が、ｐ型不純物の選択拡散導入によって、結晶性を損なわれないようにした上でｐ側電極Ｇとの電気伝導性を良好にするために、受光層３とキャップ層４との間に、拡散濃度分布調整層１４を挿入する。拡散濃度分布調整層１４内のキャップ層４の側の厚み部分では、Ｚｎ濃度を高くして、受光層３の側の厚み部分ではＺｎ濃度を、上記のように低めにする。拡散濃度分布調整層１４内では、ＩｎＰキャップ層４の表面から選択拡散されたｐ型不純物の濃度が、ＩｎＰキャップ層側における１×１０１８／ｃｍ３以上の高濃度から受光層側にかけて急峻に低下するようにする。この拡散濃度分布調整層１４はバンドギャップエネルギが比較的低いために不純物濃度が低い厚み部分（受光層側の所定厚み部分）があっても電気抵抗が大きくなりにくいＩｎＧａＡｓで形成するのがよい。図１においては、拡散濃度分布調整層は図示されていないが、多重量子井戸構造の受光層３の結晶性を良好にするためには、拡散濃度分布調整層１４はあったほうがよい。しかし、拡散濃度分布調整層が無くてもよい。
上記のような拡散濃度分布調整層１４の挿入によって、受光層３内では、Ｚｎ濃度は５×１０１６／ｃｍ３以下の不純物濃度を容易に安定して実現することができる。本発明が対象とする受光素子アレイ５０は、近赤外域からその長波長側に受光感度を有することを追求するので、キャップ層４には、受光層３のバンドギャップエネルギより大きいバンドギャップエネルギの材料を用いるのが好ましい。このため、キャップ層４には、通常、受光層よりもバンドギャップエネルギが大きく、格子整合の良い材料であるＩｎＰが用いられる。ＩｎＰとほぼ同じバンドギャップエネルギを有するＩｎＡｌＡｓを用いてもよい。
【００３３】
受光層３は、タイプＩＩの多重量子井戸構造を用いるのがよい。タイプＩの量子井戸構造では、バンドギャップエネルギの小さい半導体層を、バンドギャップエネルギの大きい半導体層で挟みながら、近赤外域に受光感度を持たせる受光素子の場合、小さいバンドギャップエネルギの半導体層のバンドギャップにより受光感度の波長上限（カットオフ波長）が定まる。すなわち、光による電子または正孔の遷移は、小さいバンドギャップエネルギの半導体層内で行われる（直接遷移）。この場合、カットオフ波長をより長波長域まで拡大する材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体内で、非常に限定される。これに対して、タイプＩＩの量子井戸構造では、フェルミエネルギを共通にして異なる２種の半導体層が交互に積層されたとき、第１の半導体の伝導帯と、第２の半導体の価電子帯とのエネルギ差が、受光感度の波長上限（カットオフ波長）を決める。すなわち、光による電子または正孔の遷移は、第２の半導体の価電子帯と、第１の半導体の伝導帯との間で行われる（間接遷移）。このため、第２の半導体の価電子帯のエネルギを、第１の半導体の価電子帯より高くし、かつ第１の半導体の伝導帯のエネルギを、第２の半導体の伝導帯のエネルギより低くすることにより、１つの半導体内の直接遷移による場合よりも、受光感度の長波長化を実現しやすい。
【００３４】
上述のように、選択拡散マスクパターン３６を用いて選択拡散により、受光素子の周縁部より内側に、平面的に周囲限定してｐ型不純物を拡散導入するので、上記のｐｎ接合１５は受光素子の端面に露出しない。この結果、光電流のリークは抑制される。図５に示すように、画素Ｐが、複数個、素子分離溝なしに配列されている。上述のように、画素Ｐの内側にｐ型領域６が限定され、隣接する画素Ｐとは、確実に区分けされている。
ＩｎＰ基板１上に、２μｍ厚みのｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層２（またはｎ型ＩｎＰバッファ層２）を成膜する。次いで、（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）または（ＩｎＧａＡｓＮ／ＧａＡｓＳｂ）の多重量子井戸構造の受光層３を形成する。ＩｎＰと格子整合するようＩｎＧａＡｓの組成はＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓとし、ＧａＡｓＳｂの組成はＧａＡｓ0.52Ｓｂ0.48とする。これにより格子整合度（｜Δａ／ａ｜：ただし、ａは格子定数、Δａは相互間の格子定数差）を０．００２以下とすることができる。
単位量子井戸構造を形成する、ＩｎＧａＡｓ層の厚みは５ｎｍ、またＧａＡｓＳｂ層の厚みは５ｎｍであり、ペア数（単位量子井戸の繰り返し数）は２５０である。次いで、受光層３の上に、Ｚｎ拡散導入の際の拡散濃度分布調整層１４として、厚み１μｍのＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成長し、次いで、最後に厚み１μｍのＩｎＰキャップ層４をエピタキシャル成長する。上記の受光層３および拡散濃度分布調整層１４は、ともにＭＢＥ(Molecular  Beam  Epitaxy)法によってエピタキシャル成長するのがよい。また、ＩｎＰキャップ層４は、ＭＢＥ法でエピタキシャル成長してもよいし、拡散濃度調整層１４を成長させた後、ＭＢＥ装置から取り出して、ＭＯＶＰＥ(Metal  Organic  Vapor  Phase  Epitaxy)法によってエピタキシャル成長してもよい。
【００３５】
ＩｎＰ基板１は、裏面にｎ側電極１２をオーミック接触するので、Ｓｉ等のｎ型不純物を所定レベル以上含むものを用いるのがよい。たとえばＳｉなどｎ型ドーパントを１×１０１７／ｃｍ３程度またはそれ以上含むものがよい。
ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂの多重量子井戸構造の受光層３、ＩｎＧａＡｓの拡散濃度分布調整層１４、およびＩｎＰキャップ層４は、ノンドープが望ましいが、Ｓｉなどｎ型ドーパントを極微量（たとえば２×１０１５／ｃｍ３程度）ドーピングしてもよい。
図５において、ｐｎ接合１５は、次のように、広く解釈されるべきである。受光層３内において、ｐ型不純物元素Ｚｎが選択拡散で導入される側と反対の面側の領域の不純物濃度が、真性半導体とみなせるほど低い不純物領域（ｉ領域と呼ばれる）であり、上記拡散導入されたｐ型領域６と当該ｉ領域との間に形成される接合をも含むものである。すなわち上記のｐｎ接合は、ｐｉ接合などであってもよく、さらに、これらｐｉ接合におけるｐ濃度が非常に低い場合も含むものである。
【００３６】
上述のように、ＩｎＰキャップ層４の表面に形成したＳｉＮ選択拡散マスクパターン３６を用いて、その開口部からＺｎを選択拡散してＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ（またはＩｎＧａＡｓＮ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸構造の受光層３内に届くようにｐ型領域６を形成する。ｐ型領域６のフロント先端部がｐｎ接合１５を形成する。このとき、Ｚｎ濃度が１×１０１８／ｃｍ３程度以上の高濃度領域は、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４内に限定されるようにするのがよい。すなわち、上記高濃度不純物分布は、ＩｎＰキャップ層４の表面から深さ方向に、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４内にまで連続し、さらに拡散濃度分布調整層１４内のより深い位置で５×１０１６／ｃｍ３以下に低下する。そして、ｐｎ接合１５の近傍におけるＺｎ濃度分布は、傾斜型接合を示すような分布になっている。
【００３７】
上記の製造方法によれば、受光素子アレイ５０は、素子分離用のメサエッチングをすることなくＺｎの選択拡散（受光素子の周縁部の内側になるように平面的に周囲限定した拡散）によって、隣り合う受光素子どうし分離する。すなわち、Ｚｎ選択拡散領域６が１つの画素部Ｐの主要部となるが、Ｚｎが拡散していない領域が、各画素を分離する。このため、メサエッチングに付随する結晶の損傷などを受けることがなく、暗電流を抑制することができる。
【００３８】
不純物の選択拡散によってｐｎ接合１５を形成する場合、拡散が深さ方向だけでなく横方向（深さ直交方向）にも進行するので、素子間隔を一定以上、狭くすることができない懸念があるが、実際にＺｎの選択拡散を行ってみると、最表面にＩｎＰキャップ層４があり、その下にＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４が配置された構造では、横方向の拡散は、深さ方向と同程度またはそれ以下に収まることが確認された。すなわち、Ｚｎの選択拡散において、Ｚｎは選択拡散マスクパターン３６の開口径よりも横方向に広がるが、その程度は小さく、図５などに模式的に示すように、選択拡散マスクパターン３６の開口部よりも少し広がるだけである。
【００３９】
選択拡散マスクパターン３６およびＩｎＰキャップ層４を、ポリイミド樹脂などからなる保護膜４３で被覆する。次いで、フォトリソグラフィ法などによって、保護膜４３を貫通して、ｐ型領域６とオーミック接触する筒導電部材である筒状金属Ｇを形成する。筒状金属Ｇは、保護膜４３から大きく突き出すようにする。成膜法にはスパッタリング法、レーザーアブレーション法などを用いて、ｐ型領域６とオーミック接触するように、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕなどで形成するのがよい。金属膜の形成時には、上記の多層体で筒状金属Ｇを形成するが、熱処理等の熱履歴を経て合金化される。上記のオーミック接触および強度の確保ということから、Ｚｎおよび／またはＰｔを含む金属とするのがよい。所定の初期形状を形成した後、めっき法を併用して金属厚みを増大させてもよい。筒状金属Ｇの形状としては、たとえば次のものを例示することができる。
根元部ｂ：外径φ２０μｍ、内径φ１０μｍ
先端部ｔ：外径φ１７μｍ、内径φ１３μｍ
【００４０】
ＩｎＰ基板１は、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に５度〜２０度傾斜したオフアングル基板とするのがよい。より望ましくは、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に１０度〜１５度傾斜させる。このような大きなオフ角基板を用いることにより、欠陥密度が小さく結晶性に優れたＩｎＧａＡｓバッファ層２、タイプＩＩの多重量子井戸構造の受光層３、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層１４およびＩｎＰキャップ層４を得ることができる。
【００４１】
ＣＭＯＳ７０のパッド７１上への接合バンプ９の形成についても、フォトリソグラフィ法を用いるのがよい。接合バンプ９についても、気相成長法のみで形成してもよいし、気相成長法とめっき法とを併用してもよい。接合バンプ９の材料としては、Ｉｎ、等を例示することができる。Ｉｎは、柔らかく、受光素子アレイ５０のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の機械的損傷や、熱応力に起因する接合部の剥がれ、等を防止するのに適している。また、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｕなどＳｎを含む合金は、高い強度の接合を容易に得ることができ、また、高温環境下での信頼性を高くすることができる。
接合バンプ９の形状としては、次のものを例示することができる。目標の形状であり、ストレート円柱を目標の形状とするが、少し逸脱してもよいことは、繰り返し説明したとおりである。
外径φ１２μｍ
高さ１０μｍ
上記の接合バンプ９および筒状金属Ｇの形状は、あくまで例示であり、受光素子アレイ５０の変形の仕方などに応じて、隣の画素との短絡を生じにくい適切な形状を採用することができる。
受光素子アレイ５０とＣＭＯＳ７０との接続は、接合バンプ９の融点以上の適当な温度、および窒素雰囲気において、または常温大気中で、受光素子アレイ５０とＣＭＯＳ７０とに圧力を付加して行う。
また、圧力を制御して接続する方法でなくても、接合バンプ９および筒状金属Ｇが接触するように受光素子アレイ５０とＣＭＯＳ７０との距離を制御することで接続してもよい。すなわち接合バンプ９と筒状金属Ｇを接触させてなじませるのには圧力が必要なので最初に適度の圧力を加えるが、なじませた後に接合バンプ９を溶融させる際には圧力をかけないかまたは両者の距離制御の方が望ましい場合が多い。
【００４２】
図６（ａ）および（ｂ）は、筒状金属Ｇと接合バンプ９との導電接続の形態例を示す図である。筒状金属Ｇの先端部ｔでは、外周面側の端を薄く残して、厚み分を削るようにして内周面へとなだらかに内径を小さくするテーパが付いている。これによって、接合バンプ９が多少変形していても、確実に筒状金属Ｇの中に収容することができるようになる。図６（ａ）では、接合バンプ９の先端９ａが比較的余裕をもって筒状金属Ｇの中に入り込み、接合バンプ９の根元９ｂに近い部分で、筒状金属Ｇの先端と接続している。また、図６（ｂ）では、平面的な位置がずれており、筒状金属Ｇの一方側でのみ接合バンプ９と接続している。本実施の形態では、ｐ側において電極として露出しているのは、筒状金属Ｇのみなので、接合バンプ９と導電接続する場合、筒状金属Ｇの内側面（内壁面）と、接合バンプ９の外側面とが擦り合わされる形態をとるのがよい。したがって、接合バンプ９の外側面および筒状金属Ｇには、上記の向きに大きなテーパが付されているのがよい。大きな傾斜を付けることで、筒状金属Ｇと接合バンプ９とは、筒状金属Ｇの開口内に接合バンプ９を入れながら、相互に側面が擦れ合う可能性を大きくすることができる。
【００４３】
図６に示す接続形態例より、図７に示す条件を導出することができる。筒状金属Ｇの先端部ｔにおける開口または内径Ｓａは、接合バンプ９の先端部９ａの外径より大きくするのがよい。これによって、接合バンプ９の先端部９ａは、筒状金属Ｇに収容されやすくなる。そして、接合バンプ９の中位における外径Ｒｍまたは根元部における外径Ｒｂは、筒状金属Ｇの先側の内径Ｓｃよりも大きくするのがよい。これによって、接合バンプ９の外側面は筒状金属Ｇの内側面と擦れ合うようになる。保護膜４３の表面から筒状金属Ｇの先端までの高さｈは、接合バンプ９の高さｄよりも大きくするのがよい。接合バンプ９の先が保護膜４３に当たる前に、接合バンプ９の外側面が筒状金属Ｇの内側面に擦れ合うようにできる。
接合バンプ９の外側面と筒状金属Ｇの内側面との擦り合わせることで、機械的な固定を押し込みだけで得ることが可能となる。
本実施の形態において、接合バンプ９と筒状金属Ｇとは互いの内外側面を擦り合わせる形態（接続形態Ａ１）での導電接続について詳しく説明した。しかし、筒状金属Ｇの高さｈよりも高い高さｄを持つ、細長い接合バンプ９を、筒状金属Ｇの底部に位置する保護膜４３に押し当てることで接合バンプ９が変形して筒状金属Ｇの内側面に導電接続する形態（接続形態Ａ２）をとってもよい。
【００４４】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における検出装置１００を示す断面図である。本実施の形態では、ｐ側電極が、筒状金属Ｇと、その筒状金属Ｇの底部を塞ぐ底部導電部であるパッド部１１と、で構成される点に特徴を有する。すなわちｐ側領域６にオーミック接触するパッド部１１と、その上に一体的に位置する筒状金属Ｇとで、ｐ側電極を構成する。見方を変えると、図１に示す実施の形態１の検出装置１００における筒状金属Ｇに金属底部１１を付加したものとみることができる。保護膜４３は筒状金属Ｇの内部には配置されない。その他の部分は、実施の形態１と同じであるので、その他の部分について説明を省略する。
【００４５】
筒状金属Ｇに金属底部１１が設けられたので、接合バンプ９との導電接続の形態は、実施の形態１における側面同士の擦り合わせの接続形態Ａ１の他に、接続形態Ａ２が容易となる。接合バンプ９が細長い形状をとるため、外側面と筒状金属Ｇの内側面との擦り合わせを想定しない導電接続の形態を、次に示す。図９は、接続形態Ａ２を前提とした、接合バンプ９と筒状金属Ｇを示す図である。接合バンプ９は、その外径を筒状金属Ｇの内径よりも小さくして、細長く設定する。すなわちｄ＞ｈとするのがよい。図９（ａ）は、接合バンプ９の先端部が、筒状金属Ｇの底部１１に届いた状態を示す断面図である。接合バンプ９は外径は筒状金属Ｇの内径よりかなり小さく、接合バンプ９は余裕をもって筒状金属Ｇ内に挿入される。圧力を付加して相互に押されると、接合バンプ９は、先端部が筒状金属Ｇの底部で押されて広げられる。図９（ｂ）のように、接合バンプ９の先が膨出しなくてもよく、図９（ａ）のように接触した状態を維持することができれば、それでよい。それには、図９（ｂ）のように、ある程度、接合バンプ９の先の部分が膨出するほど押し込まれることが望ましい。この結果、接合バンプ９と、筒状金属Ｇまたはパッド１１とは、低い接触抵抗で導電接続される。
本実施の形態における利点は、接合バンプ９の外径を筒状金属Ｇの内径よりも小さくすることができる点にある。この利点によって、接合バンプ９は、確実に筒状金属Ｇに収容され、抱えられる。このため、非常に多数の、接合バンプ９および筒状金属Ｇを設けて、これらの形状や位置が正常から逸脱した場合でも、多くの場合、その逸脱を吸収して、隣の画素との短絡無く、ハイブリッド構造を形成することができる。
もちろん、筒状金属Ｇの先端部における開口または内径を、接合バンプ９の先端部の外径より大きくすることで、接合バンプ９の先端部を、筒状金属Ｇに収容されやすくして、そして、接合バンプ９の中位高さ位置における外径または根元部における外径を、筒状金属Ｇの中位高さ位置の内径よりも大きくすることで、接合バンプ９の外側面を筒状金属Ｇの内側面と擦れ合うようにしてもよい。
【００４６】
図１０は、たとえば受光素子アレイ５０が湾曲した表面となった場合の画素接続部を示す図である。このように受光素子が傾いた場合でも、本実施の形態における、筒状金属Ｇとパッド１１との組み合わせを用い、接合パッド９を細長くすることで、読み出し電極パッド７１と、画素電極Ｇ，１１との接続を、正常な１対１の形態で実現することが容易である。この結果、隣の画素との短絡を防止して、高画質、または高分解能を得ることが可能である。
【００４７】
本実施の形態において、筒状金属Ｇの底部にパッド１１を設けた場合でも、接合バンプ９の外側面を筒状金属Ｇの内径面に擦り合わせるように設定すれば、接続形態Ａ１の接続をとることができる。接続形態Ａ１を用いるか接続形態Ａ２を用いるかは、受光素子アレイ５０およびＣＭＯＳ７０の変形度（熱膨張に伴う面内変形、面外変形など）、工作精度などを総合的に判断して決めるのがよい。その場合、接続形態Ａ１を実現するには、接合バンプ９の外径を筒状金属Ｇの内径と擦り合わせるように設定するのがよく、そして、接続形態Ａ２を実現するには、接合バンプ９の外径を筒状金属Ｇの内径に対して余裕を持たせて小さく設定するのがよい。この後の実施の形態の構造についても、同様である。
【００４８】
（実施の形態２の変形例）
図１１は、実施の形態２の変形例における検出装置１００であり、本発明の実施の形態例を示す断面図である。本例では、筒状金属Ｇは、ｐ型領域６に直接オーミック接触している点では、実施の形態１における図１の検出装置１００と同じであるが、筒状金属Ｇ内の保護膜４３の上に底板２１が配置される点で相違する。接合バンプ９との接続において、筒状金属Ｇの底の位置に導電部を持つという点で、実施の形態２における図８の検出装置１００と類似する。本例では、ｐ型領域６の上に保護膜４３を配置して、その上に筒状金属Ｇの底板２１を配置するので、実施の形態２における図８の構造に対して、保護膜４３を配置した点で相違する。その他の部分は、図８または図１の検出装置と同じなので、説明を省略する。
【００４９】
図１１における筒状金属Ｇと底板２１との組み合わせは、図８における筒状金属Ｇとパッド１１との組み合わせと、接合パッド９との接続において相違するところはない。したがって、図９（ａ）、（ｂ）および図１０は、そのまま、本例について当てはまり、また図９（ａ）、（ｂ）および図１０についての説明もそのまま本例に該当する。
【００５０】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３における検出装置１００を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１における図１において、筒状金属Ｇを読み出し回路７０に設け、かつ、接合バンプ９を受光素子アレイ５０のｐ型領域６上のパッド１１に設けた点で相違するが、その他の部分は、図１と同じである。この場合、ＣＭＯＳ７０にはパッド７１が設けられているので、筒状金属Ｇには底部７１が設けられており、実施の形態２およびその変形例における図８〜図１１における説明をそのまま当て嵌めることができる。
たとえば受光素子アレイ５０が湾曲した表面となった場合でも、本実施の形態における、筒状金属Ｇおよびパッド７１を用い、接合パッド９を細長くすることで、読み出し回路７０と、受光素子アレイ５０との接続を、画素ごとに正常な１対１の形態で実現することが容易である。この結果、隣の画素との短絡を防止して、高画質、または高分解能を得ることが可能である。
【００５１】
（他の実施の形態）
上記の本発明の実施の形態では、常温で使用できるＩｎＰ系受光素子アレイを用い、冷却なしの検出装置の例について説明したが、それに限定されない。冷却をするＭＣＴに用いてもよい。また、上記本発明の実施の形態で説明したＩｎＰ系受光素子アレイについて、冷却を行う検出装置に用いてもよい。
【００５２】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の検出装置等によれば、経済性に優れ、かつ高い製造歩留りを可能にしながら、隣接画素間に短絡を生じないので高画質または高分解能を得ることができる。この検出装置等は、温度制御等をすることなく、近年、注目を集める近赤外光を用いて、生体等の検出を行うことができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  ＩｎＰ基板、２  バッファ層、３  受光層、４  キャップ層、６  ｐ型領域、９  接合バンプ、９ａ  接合バンプ先端部、９ｂ  接合バンプ根元部、１１  ｐ側パッド、１２  ｎ側電極、１４  拡散濃度分布調整層、１５  ｐｎ接合、３５  反射防止膜、３６  選択拡散マスクパターン、４３  ポリイミド保護膜、４９  接合バンプ先端とｐ側電極との隙間、５０  受光素子アレイ、７０  読み出し回路、７１  読み出し電極、７２  接地電極、１００  検出装置、Ｇ  筒状金属部、Ｐ  画素、ｂ  筒状金属の根元部、ｄ  接合パッドの高さ、ｈ  筒状金属の高さ、ｔ  筒状金属の先端部。
【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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