(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層と、
外部とは電気的に接続されておらず、前記支持層上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、
前記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、
前記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、
前記第１領域の前記第２電極層と接続する第１電極と、
前記第２領域の前記第２電極層と接続する第２電極と、
前記第２光吸収層の上方に配置され、前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層と接続する第３電極と、
を備え、
前記第１電極層は、前記第１領域と、前記第２領域とを電気的に接続する、光センサ。
【請求項２】
前記第１領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に配置されて、前記第１領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に流れる電流を整流する第１整流部と、
前記第２領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に配置されて、前記第２領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に流れる電流を前記第１整流部と同じ向きに整流する第２整流部と、を備える請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記第１整流部及び前記第２整流部は、ショットキー接合を有している請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記第１整流部及び前記第２整流部は、ｐｎ接合を有している請求項２に記載の光センサ。
【請求項５】
前記分離層は、前記第１領域の前記第１光吸収層及び前記第２領域の前記第１光吸収層の電流電圧特性が対称になるように配置される請求項１〜４の何れか一項に記載に光センサ。
【請求項６】
前記分離層は、前記第１領域の前記第１光吸収層及び前記第２領域の前記第１光吸収層の受光感度が対称になるように配置される請求項１〜４の何れか一項に記載に光センサ。
【請求項７】
支持層と、
外部とは電気的に接続されておらず、前記支持層上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、
前記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、
前記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、
前記第１領域の前記第２電極層と接続する第１電極と、
前記第２領域の前記第２電極層と接続する第２電極と、
前記第２光吸収層の上方に配置され、前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層と接続する第３電極と、
を備え、
前記第１電極層は、前記第１領域と、前記第２領域とを電気的に接続する、光センサが複数配列された光センサアレイ。
【請求項８】
支持層上に第１電極層を形成し、
前記第１電極層上に第１光吸収層を形成し、
前記第１光吸収層上に第２電極層を形成し、
前記第２電極層上に第２光吸収層を形成し、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層を形成する各工程を備え、
前記第１電極層は、外部とは電気的に接続されておらず、前記第１領域と、前記第２領域とを電気的に接続する、光センサの製造方法。
【請求項９】
光センサの駆動方法であって、
前記光センサは、
支持層と、
外部とは電気的に接続されておらず、前記支持層上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、
前記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、
前記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、
前記第１領域の前記第２電極層と接続する第１電極と、
前記第２領域の前記第２電極層と接続する第２電極と、
前記第２光吸収層の上方に配置され、前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層と接続する第３電極と、を備え、前記第１電極層は、前記第１領域と、前記第２領域とを電気的に接続しており、
前記第３電極を開放し、且つ前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を加えて、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流を測定することにより、前記第１領域の前記第１光吸収層及び前記第２領域の前記第１光吸収層の受光量を読み取り、
前記第１電極及び前記第２電極を等電圧とし、且つ前記第１電極及び前記第２電極と、前記第３電極との間に流れる電流を測定することにより、前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層の受光量を読み取る、光センサの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサは、用途に応じて検知する所定の波長に感度を有する。
【０００３】
例えば、赤外線の波長領域に感度を有する光センサがある。このような赤外線を検知する光センサは、熱源の探知又は暗視野監視等において用いられる。赤外線を検知する光センサには、例えば、２つの波長を検知するものがある。
【０００４】
このような光センサは、一方の波長の赤外線に感度を有する光吸収層と、他方の波長の赤外線に感度を有する光吸収層とを有しており、これら２つの光吸収層が積層されて形成されるものがある。
【０００５】
そして、光吸収層に駆動電力を供給して受光量を測定するために、光吸収層の積層方向に延びる導電線が形成される。このような導電線を設けるために、下層の光吸収層の下側に到達する深いコンタクトホールが形成される。導電線は、コンタクトホールの壁面上に導電層を成膜して形成されるので、深いコンタクトホールの壁面には導電層が成膜されるような傾斜が設けられる。従って、深いコンタクトホールのアスペクト比を高くすることには限界がある。また、パターニング技術を用いて、深いコンタクトホールの底にオーミック接触するコンタクト層を形成する観点からも、深いコンタクトホールのアスペクト比を高くすることには限界がある。従って、このような深いコンタクトホールの径を小さくすることは困難である。
【０００６】
また、各光吸収層の厚さを増すことにより、受光感度を高めることができる。このために、光吸収層を厚くすることは、より深いコンタクトホールを形成することになり、コンタクトホールの径が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１８８３３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５３６５８号公報
【特許文献３】特開２０００−３２３７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、深いコンタクトホールでは、ホールの径が大きくなるので、光吸収層の面積が減少する。光吸収層の面積が減少すると、受光感度が低下するおそれがある。
【０００９】
本明細書では、積層された２つの光吸収層を有し、光吸収層の面積が大きい光センサを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本明細書では、積層された２つの光吸収層を有し光吸収層の面積が大きい光センサが配列された光センサアレイを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本明細書では、積層された２つの光吸収層を有し、光吸収層の面積が大きい光センサを製造するための製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
更に、本明細書では、積層された２つの光吸収層を有し、光吸収層の面積が大きい光センサの駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書に開示する光センサの一形態によれば、支持層と、上記支持層上に配置された第１電極層と、上記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、上記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、上記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、上記第１光吸収層及び上記第２電極層及び上記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、上記第１領域の上記第２電極層と接続する第１電極と、上記第２領域の上記第２電極層と接続する第２電極と、上記第１領域の上記第２光吸収層及び上記第２領域の上記第２光吸収層と接続する第３電極と、を備える。
【００１４】
また、本明細書に開示する光センサアレイの一形態によれば、支持層と、上記支持層上に配置された第１電極層と、上記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、上記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、上記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、上記第１光吸収層及び上記第２電極層及び上記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、上記第１領域の上記第２電極層と接続する第１電極と、上記第２領域の上記第２電極層と接続する第２電極と、上記第１領域の上記第２光吸収層及び上記第２領域の上記第２光吸収層と接続する第３電極と、を備える光センサが複数配列される。
【００１５】
また、本明細書に開示する光センサの製造方法の一形態によれば、支持層上に第１電極層を形成し、上記第１電極層上に第１光吸収層を形成し、上記第１光吸収層上に第２電極層を形成し、上記第２電極層上に第２光吸収層を形成し、上記第１光吸収層及び上記第２電極層及び上記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層を形成する。
【００１６】
更に、本明細書に開示する光センサの駆動方法の一形態によれば、光センサの駆動方法であって、上記光センサは、支持層と、上記支持層上に配置された第１電極層と、上記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、上記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、上記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、上記第１光吸収層及び上記第２電極層及び上記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、上記第１領域の上記第２電極層と接続する第１電極と、上記第２領域の上記第２電極層と接続する第２電極と、上記第１領域の上記第２光吸収層及び上記第２領域の上記第２光吸収層と接続する第３電極と、を備えており、上記第３電極を開放し、且つ上記第１電極と上記第２電極との間に電圧を加えて、上記第１電極と上記第２電極との間に流れる電流を測定することにより、上記第１領域の上記第１光吸収層及び上記第２領域の上記第１光吸収層の受光量を読み取り、上記第１電極及び上記第２電極を等電圧とし、且つ上記第１電極及び上記第２電極と、上記第３電極との間に流れる電流を測定することにより、上記第１領域の上記第２光吸収層及び上記第２領域の上記第２光吸収層の受光量を読み取る。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本明細書に開示する光センサの一形態によれば、各光吸収層の面積が大きい。
【００１８】
上述した本明細書に開示する光センサアレイの一形態によれば、光センサの各光吸収層の面積が大きい。
【００１９】
上述した本明細書に開示する光センサの製造方法の一形態によれば、各光吸収層の面積が大きい光センサが製造される。
【００２０】
更に、上述した本明細書に開示する光センサの駆動方法の一形態によれば、各光吸収層の面積が大きい光センサを駆動できる。
【００２１】
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。
【００２２】
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】
【００２３】
【図１】本明細書に開示する光センサの第１実施例を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１の第１光吸収層を示す拡大図である。
【図４】図１の第２光吸収層を示す拡大図である。
【図５】図１の光センサの等価回路を示す図である。
【図６】（Ａ）は、第１光吸収層の駆動方法を説明する図であり、（Ｂ）は、第２光吸収層の駆動方法を説明する図であり、（Ｃ）は、第１光吸収層及び第２光吸収層の駆動方法を説明する図である。
【図７】図１の第１光吸収層の電流電圧特性を説明する図である。
【図８】図１の第１光吸収層の光感度特性を説明する図である。
【図９】第１実施例の光センサの変形例１を示す平面図である。
【図１０】第１実施例の光センサの変形例２を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す光センサを配列した光センサアレイを示す平面図である。
【図１２】本明細書に開示する光センサの第２実施例を示す断面図である。
【図１３】本明細書に開示する光センサの第３実施例を示す断面図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）は、本明細書に開示する光センサの製造方法の一実施例の製造工程（その１）を示す図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本明細書に開示する光センサの製造方法の一実施例の製造工程（その２）を示す図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、本明細書に開示する光センサの製造方法の一実施例の製造工程（その３）を示す図である。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、本明細書に開示する光センサの製造方法の一実施例の製造工程（その４）を示す図である。
【図１８】（Ａ）及び（Ｂ）は、本明細書に開示する光センサの製造方法の一実施例の製造工程（その５）を示す図である。
【図１９】本明細書に開示する光センサの製造方法の一実施例の製造工程（その６）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本明細書で開示する光センサの好ましい第１実施例を、図面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例に限定されず、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。
【００２５】
図１は、本明細書に開示する光センサの第１実施例を示す平面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【００２６】
本実施例の光センサ１０は、光の入射量に応じて光電流を発生するセンサである。
【００２７】
光センサ１０は、第１波長に感度を有する第１光吸収層１３ａ及び第２波長に感度を有する第２光吸収層１３ｂを備える。第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂそれぞれは、異なる波長に対する感度を有していても良いし、又は同じ波長に対する感度を有していても良い。例えば、第１光吸収層１３ａは７μｍの波長の赤外線に感度を有し、第２光吸収層１３ｂは９μｍの波長の赤外線に感度を有する。光センサ１０は、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂそれぞれの受光量を独立して検知できる。
【００２８】
以下に、光センサ１０の構造を更に説明する。
【００２９】
図２に示すように、光センサ１０は、支持層１１を備える。光センサ１０には、外部から支持層１１を透過して光が入射する。支持層１１上には、上述した第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂ等の層が配置される。支持層１１は、少なくとも第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂが検知する波長の光に対する透過性を有する。光センサ１０は、支持層１１上に素子分離層２１により画定されたセンサ領域が形成される。
【００３０】
また、光センサ１０は、支持層１１上に配置された導電性の第１電極層１２ａを備える。上述した第１光吸収層１３ａは、第１電極層１２ａ上に配置される。また、光センサ１０は、第１光吸収層１３ａ上に配置された導電性の第２電極層１２ｂを備える。上述した第２光吸収層１３ｂは、第２電極層１２ｂ上に配置される。
【００３１】
更に、光センサ１０は、第２光吸収層１３ｂ上に配置された導電性の第３電極層１２ｃを備える。第１電極層１２ａ及び第２電極層１２ｂ及び第３電極層１２ｃは、少なくとも第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂが検知する波長の光に対する透過性を有する。
【００３２】
また、光センサ１０は、第３電極層１２ｃ上に半導体層である整流層１５を備える。整流層１５は、後述する第１整流部及び第２整流部の一部を形成する。
【００３３】
また、光センサ１０は、整流層１５上に光結合層１７を備える。光結合層１７は、支持層１１側から入射して層方向に垂直に進んだ光を支持層１１側に乱反射する。光結合層１７は、主に層方向に垂直でない方向に光を反射する。
【００３４】
光結合層１７は、光を効率良く反射するために屈折率を調整する屈折率調整層１７ａと、回折構造を有し回折により反射角度を変えて光を反射する反射層１７ｂと、を有する。
【００３５】
また、光センサ１０は、第１光吸収層１３ａ及び第２電極層１２ｂ及び第２光吸収層１３ｂ及び第３電極層１２ｃ及び整流層１５及び光結合層１７を電気的に絶縁して、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の左右に分離する分離層１４を備える。
【００３６】
図１に示すように、光センサ１０では、矩形に形成された素子分離層２１内の領域が、分離層１４によって、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に分離される。
【００３７】
第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分と、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分とは、第１電極層１２ａを介して電気的に接続する。図２に示す例では、分離層１４の先端は、第１電極層１２ａの途中の深さの部分まで延びているが、第１電極層１２ａの内部にまで延びていなくても良い。
【００３８】
各層を第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に電気的に絶縁する分離層１４は、内部の層へ電力を供給する導電層を形成するためのコンタクトホールとは異なり、高アスペクト比の形状を有し得る。分離層１４のアスペクト比は、例えば、分離層１４における各層の積層方向の寸法と、分離層の上記積層方向と直交する方向の幅の平均値との比である。
【００３９】
コンタクトホールの場合には、光結合層１７側の開口部の直径は、通常、３〜１０μｍの寸法を有する。一方、分離層１４の場合には光結合層１７側の開口部の幅は、０．５μｍ以下にすることができる。ここで分離層１４の幅は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間の寸法である。分離層１４の幅は、２つの領域間を電気的に絶縁する働きを有していれば、第１光吸収層１３ａ又は第２光吸収層１３ｂの受光面積の減少を出来るだけ抑えるように、小さいことが好ましい。具体的には、分離層１４の幅の下限値は、分離層１４を形成する溝の加工精度又は溝内への絶縁材料の埋め込み等の製造技術の観点から主に決定される。
【００４０】
第１領域Ｒ１の光結合層１７には、分離層１４に隣接して、第１コンタクトホール２３が配置される。第１コンタクトホール２３の底には、整流層１５が露出している。同様に、第２領域Ｒ２の光結合層１７にも、分離層１４に隣接して、第１コンタクトホール２３が配置される。
【００４１】
第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２それぞれの第１コンタクトホール２３は、底の部分を除いて、壁面上に絶縁層２２が配置される。
【００４２】
また、第１領域Ｒ１には、光結合層１７及び整流層１５及び第３電極層１２ｃ及び第２光吸収層１３ｂを貫通し、第２電極層１２ｂの途中の深さまで延びる第２コンタクトホール２４が配置される。第２コンタクトホール２４は、第１コンタクトホール２３に対して分離層１４とは反対側に位置する。同様に、第２領域Ｒ２にも、第２コンタクトホール２４が配置される。
【００４３】
第１領域Ｒ１の第２コンタクトホール２４の底に露出した第２電極層１２ｂの部分には、第２電極層１２ｂとオーミック接触する第１コンタクト層１９ａが配置される。同様に、第２領域Ｒ２の第２コンタクトホール２４の底に露出した第２電極層１２ｂの部分には、第１コンタクト層１９ｂが配置される。
【００４４】
図２に示すように、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２それぞれの第２コンタクトホール２４は、底の部分を除いて、壁面上に絶縁層２２が配置される。また、図１に示すように、絶縁層２２は、第１領域Ｒ１の第２コンタクトホール２４から第２領域Ｒ２の第２コンタクトホール２４に亘って、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の第１コンタクトホール２３を含むように配置される。
【００４５】
また、光センサ１０は、第１領域Ｒ１の第１コンタクト層１９ａ上から、分離層１４側に向かって第２コンタクトホール２４の壁面に沿って上方に延び、光結合層１７上に延出する第１導電層１８ａを備える。同様に、光センサ１０は、第２領域Ｒ２の第１コンタクト層１９ｂ上から、分離層１４側に向かって第２コンタクトホール２４の壁面に沿って上方に延び、光結合層１７上に延出する第２導電層１８ｂを備える。
【００４６】
第１領域Ｒ１における第１導電層１８ａの光結合層１７上の部分には、第１電極２０ａが配置される。第１電極２０ａと第１領域Ｒ１の第２電極層１２ｂとは、第１導電層１８ａを介して電気的に接続する。
【００４７】
同様に、第２領域Ｒ２における第２導電層１８ｂの光結合層１７上の部分には、第２電極２０ｂが配置される。第２電極２０ｂと第２領域Ｒ２の第２電極層１２ｂとは、第２導電層１８ｂを介して電気的に接続する。
【００４８】
また、光センサ１０は、第１領域Ｒ１の第１コンタクトホール２３の底に露出した整流層１５の部分から、分離層１４側に向かって第１コンタクトホール２３の壁面に沿って上方に延び、分離層１４上に延出する第３導電層１８ｃを備える。第３導電層１８ｃは、更に、分離層１４上の部分から第２領域Ｒ２の第１コンタクトホール２３の壁面に沿って下方に延び、第１コンタクトホール２３の底に露出した整流層１５の部分に延出する。
【００４９】
第３導電層１８ｃと、第１領域Ｒ１の第１コンタクトホール２３の底に露出した整流層１５の部分とは、ショットキー接合しており、第１整流部１６ａを形成する。同様に、第３導電層１８ｃと、第２領域Ｒ２の第１コンタクトホール２３の底に露出した整流層１５の部分とはショットキー接合しており、第２整流部１６ｂを形成する。
【００５０】
第３導電層１８ｃの分離層１４上の部分には、第３電極２０ｃが配置される。第３電極１８ｃは、第１領域Ｒ１の第２光吸収層１３ｂ及び第２領域Ｒ２の第２光吸収層１３ｂと、それぞれの領域の第３電極層１２ｃを介して電気的に接続する。
【００５１】
第１領域Ｒ１の第２光吸収層１３ｂと第３電極２０ｃとの間に配置される第１整流部１６ａは、電流が第３電極２０ｃから第１領域Ｒ１の第２光吸収層１３ｂの部分へ流れるように整流する。また、第２領域Ｒ２の第２光吸収層１３ｂと第３電極２０ｃとの間に配置される第２整流部１６ｂは、電流が第３電極２０ｃから第２領域Ｒ２の第２光吸収層１３ｂの部分へ流れるように、第１整流部１６ａと同じ向きに電流を整流する。
【００５２】
上述した光結合層１７の反射層１７ｂは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２それぞれにおいて、第２コンタクトホール２４と素子分離層２１との間に配置される。一方、屈折率調整層１７ａは、整流層１５上の全体を覆って配置される。
【００５３】
図１に示すように、光センサ１０では、矩形に形成された素子分離層２１の内部に、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂ及び第３電極２０ｃが直線状に配置される。
【００５４】
次に、上述した第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂについて、更に以下に詳述する。
【００５５】
第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂそれぞれは、バンドギャップの異なる２つの半導体層を交互に積層して形成された多重量子井戸層又は多重量子ドット層を有している。量子井戸層又は量子ドット層は、離散化した量子準位間で光を吸収して、キャリアを生成する。量子井戸層又は量子ドット層は、量子準位間のエネルギー差に相当する波長の光を吸収するので、所定の波長に対する感度に優れている。多重量子井戸層又は多重量子ドット層の積層数は、所望の検知感度等によって決定され得る。
【００５６】
図３は、図１の第１光吸収層１３ａを示す拡大図である。なお、図３には、分離層１４及び素子分離層２１は示されていない。
【００５７】
本実施例では、第１光吸収層１３ａは、多重量子ドット層をする。第１電極層１２ａ上に配置された第１光吸収層１３ａは、上下の両端に障壁層３１を有する。また、第１光吸収層１３ａは、上下が障壁層３１に挟み込まれた量子ドット層３２を有する。量子ドット層３２を形成する３次元形状の各量子ドットは、障壁層３１によって埋め込まれている。
【００５８】
量子ドット層３２は、層方向に平行及び垂直に入射した光に対して、共に光励起を起こす。
【００５９】
図４は、図１の第２光吸収層を示す拡大図である。なお、図４には、分離層１４及び素子分離層２１及び第２コンタクトホール２４及び絶縁層２２は示されていない。
【００６０】
本実施例では、第２光吸収層１３ｂは、多重量子井戸層を有する。第２電極層１２ｂ上に配置された第２光吸収層１３ｂは、上下の両端に障壁層３３を有する。また、第２光吸収層１３ｂは、上下が障壁層３３に挟み込まれた量子井戸層３４を有する。
【００６１】
量子井戸層３４は、層方向に平行に入射した光に対して光励起を起こすが、層方向に垂直に入射した光に対しては、光励起が弱い。そこで、光センサ１０では、光結合層１７を用いて、層方向に垂直に入射した光を乱反射して、層の積層方向に平行に進行する光を形成する。
【００６２】
図５は、図１の光センサ１０の等価回路を示す図である。
【００６３】
図５では、第１光吸収層１３ａが、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分に対応する素子１３ａ−１と、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分に対応する素子１３ａ−２として示される。また、第２光吸収層１３ｂは、第１領域Ｒ１の第２光吸収層１３ｂの部分に対応する素子１３ｂ−１と、第２領域Ｒ２の第２光吸収層１３ｂの部分に対応する素子１３ｂ−２として示される。
【００６４】
素子１３ａ−１と素子１３ａ−２とは、第１電極層１２ａに対応する配線によって接続される。
【００６５】
素子１３ａ−１と素子１３ｂ−１とは、第１領域Ｒ１の第２電極層１２ｂの部分に対応する配線によって接続される。同様に、素子１３ａ−２と素子１３ｂ−２とは、第２領域Ｒ２の第２電極層１２ｂの部分に対応する配線によって接続される。
【００６６】
第１電極２０ａは、第１導電層１８ａに対応する配線によって、素子１３ａ−１と素子１３ｂ−１との間の配線に接続する。第２電極２０ｂは、第２導電層１８ｂに対応する配線によって、素子１３ａ−２と素子１３ｂ−２との間の配線に接続する。
【００６７】
また、図５では、第１領域Ｒ１の第１整流部１６ａが整流素子１６ａとして示されており、第２領域Ｒ２の第２整流部１６ｂが整流素子１６ｂとして示されている。ここでは、整流層１５として、ｎ型の半導体層を用いている。
【００６８】
整流素子１６ａと素子１３ｂ−１とは、第１領域Ｒ１の第３電極層１２ｃの部分に対応する配線によって接続される。同様に、整流素子１６ｂと素子１３ｂ−２とは、第２領域Ｒ２の第３電極層１２ｃの部分に対応する配線によって接続される。
【００６９】
第３電極２０ｃは、第３導電層１８ｃに対応する配線によって、整流素子１６ａ及び整流素子１６ｂと接続する。
【００７０】
次に、光センサ１０を駆動して、各光吸収層が受光した光量それぞれを独立に測定する方法を、図面を参照して、以下に説明する。
【００７１】
図６（Ａ）は、第１光吸収層の駆動方法を説明する図であり、図６（Ｂ）は、第２光吸収層の駆動方法を説明する図である。図６（Ｃ）は、第１光吸収層及び第２光吸収層の駆動方法を説明する図である。
【００７２】
光センサ１０は、例えば、駆動回路（図示せず）から各電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃに駆動信号を供給することにより駆動される。駆動回路としては、例えば、公知の回路を用いることができる。
【００７３】
まず、第１光吸収層１３ａを駆動して、受光量を測定する方法を以下に説明する。
【００７４】
第１光吸収層１３ａの受光量を測定する場合には、まず、図５に示す第３電極２０ｃを開放する。そして、図６（Ａ）に示すように、検知期間Ｄ１に、第３電極２０ｃを開放した状態で、第１電極２０ａと第２電極２０ｂとの間に一定の電圧Ｖ１を加えることにより、直列に接続された素子１３ａ−１及び素子１３ａ−２に電圧が印加される。素子１３ａ−１及び素子１３ａ−２では、検知期間Ｄ１中に入射した光量に応じて光電流が増加する。そして、検知期間Ｄ１に続く読み出し期間Ｅ１に、第１電極２０ａと第２電極２０ｂとの間に流れる電流を測定することにより、素子１３ａ−１及び素子１３ａ−２に流れる電流が測定される。このようにして、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分及び第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分の受光量の和が読み取られる。
【００７５】
この際、第２光吸収層１３ｂでも光励起が生じるが、整流素子１６ａ及び整流素子１６ｂの働きにより、素子１３ｂ−１及び素子１３ｂ−２には電流が流れない。従って、第１光吸収層１３ａの受光量のみを読み取ることができる。
【００７６】
なお、図６（Ａ）に示す例では、読み出し期間Ｅ１にも、第１電極２０ａと第２電極２０ｂとの間に電圧Ｖ１が加えられているが、読み出し期間Ｅ１では、第１電極２０ａと第２電極２０ｂとの間に電圧を印加しなくても良い。
【００７７】
ここで、第１光吸収層１３ａの受光量を測定する場合には、図５中に矢印で示すように、直列に接続した素子１３ａ−１及び素子１３ａ−２に電流が流れる。従って、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分を層の積層方向に流れる電流の向きは、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分を層の積層方向に流れる電流の向きとは反対となる。また、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分に印加される電圧の向きは、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分に印加される電圧の向きとは反対となる。
【００７８】
次に、第２光吸収層１３ｂを駆動して、受光量を測定する方法を以下に説明する。
【００７９】
また、第２光吸収層１３ｂの受光量を測定する場合には、図６（Ｂ）に示すように、検知期間Ｄ２に、図５に示す第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂを等電圧Ｖ２として、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂと第３電極２０ｃとの間に電圧を印加する。このようにして、並列に接続された素子１３ｂ−１及び素子１３ｂ−２それぞれに等電圧Ｖ２が印加される。素子１３ｂ−１及び素子１３ｂ−２では、検知期間Ｄ２中に入射した光量に応じて光電流が増加する。そして、検知期間Ｄ２に続く読み出し期間Ｅ２に、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂと、第３電極２０ｃとの間に流れる電流を測定することにより、素子１３ｂ−１及び素子１３ｂ−２に流れる電流が測定される。このようにして、第１領域Ｒ１の第２光吸収層１３ｂの部分及び第２領域Ｒ２の第２光吸収層１３ｂの部分の受光量の和が読み取られる。
【００８０】
この際、第１光吸収層１３ａでも光励起が生じるが、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂが等電圧とされているので、素子１３ａ−１及び素子１３ａ−２には電流が流れない。従って、第２光吸収層１３ｂの受光量のみを読み取ることができる。
【００８１】
なお、図６（Ｂ）に示す例では、読み出し期間Ｅ２にも、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂに等電圧Ｖ２が加えられているが、読み出し期間Ｅ２では、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂに電圧を印加しなくても良い。
【００８２】
ここで、第２光吸収層１３ｂの受光量を測定する場合には、図５中に矢印で示すように、並列に接続した素子１３ｂ−１及び素子１３ｂ−２それぞれに電流が流れる。従って、第１領域Ｒ１の第２光吸収層１３ｂの部分を層の積層方向に流れる電流の向きは、第２領域Ｒ２の第２光吸収層１３ｂの部分を層の積層方向に流れる電流の向きと同じになる。また、第１領域Ｒ１の第２光吸収層１３ｂの部分に印加される電圧の向きは、第２領域Ｒ２の第２光吸収層１３ｂの部分に印加される電圧の向きと同じとなる。
【００８３】
次に、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂそれぞれを独立に駆動して、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂの受光量を測定する方法を以下に説明する。
【００８４】
図６（Ｃ）には、光センサ１０が、第１光吸収層１３ａの受光量を測定した後、続けて第２光吸収層１３ｂの受光量を測定することが示されている。光センサ１０では、他の順番を用いて、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂの受光量を測定しても良い。例えば、第１光吸収層１３ａの受光量を複数回続けて測定した後に、第２光吸収層１３ｂの受光量を測定するようにしても良いし、またその逆のようにしても良い。
【００８５】
上述した光センサ１０の第１光吸収層１３ａは、非対称な電流電圧特性を有する場合がある。次に、第１光吸収層１３ａが非対称な電流電圧特性を有する場合に、分離層１４を配置する位置を調整することにより、第１領域及び第２領域において対称な電流電圧特性が得られることについて、以下に説明する。
【００８６】
図７は、図１の第１光吸収層の電流電圧特性を説明する図である。
【００８７】
図７に示すように、第１光吸収層１３ａは、非対称な電流電圧特性を有する場合がある。図７では、横軸はバイアス電圧を示し、縦軸は電流密度を示す。図７に示す例では、正の電圧における電流密度のカーブ（鎖線）と、負の電圧における電流密度のカーブ（実線）とが、電圧ゼロを通る縦軸に対して非対称な関係にある。ここで、非対称な電流電圧特性は、正の電圧における電流特性のカーブと、負の電圧における電流特性のカーブとが、横軸の電圧ゼロの位置を通る縦軸に対して非対称な関係にあることをいう。
【００８８】
ここで、上述したように、光センサ１０では、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分に印加される電圧の向きが、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分に印加される電圧の向きとは反対である。従って、印加される電圧の絶対値が同じでも、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの電流密度の値と、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの電流密度の値が異なることになる。このように、第１光吸収層１３ａが非対称な電流電圧特性を有すると、エネルギー準位が変動して、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの吸収波長が、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａのものとずれる場合がある。従って、第１光吸収層１３ａは、第１領域及び第２領域において対称な電流電圧特性を有することが好ましい。ここで、対称な電流電圧特性は、正の電圧における電流特性のカーブと、負の電圧における電流特性のカーブとが、横軸の電圧ゼロの位置を通る縦軸に対して対称な関係にあることをいう。
【００８９】
そこで、光センサ１０では、分離層１４が、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分及び第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分の電流電圧特性が対称になるように配置される。具体的には、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分の面積と、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分の面積との割合を調整して、第１領域及び第２領域において対称な電流電圧特性を得ている。
【００９０】
その結果、図２に示すように、分離層１４により分離される第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分の面積は、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分よりも大きくなっている。
【００９１】
このように分離層１４が配置されることにより、図７に示すように、正の電圧における電流密度のカーブが実線で示されるカーブとなり、負の電圧における電流密度のカーブ（実線）に対して対称となる。
【００９２】
ここで、第２光吸収層１３ｂも、分離層１４により、第１光吸収層１３ａと同様に分離される。このように、第２光吸収層１３ｂも、分離層１４によって、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の面積が非対称になるが、駆動される第２光吸収層１３ｂに印加される電圧の向きは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２で同じであるので、第２光吸収層１３ｂが分離層１４により分離されることによる影響はない。
【００９３】
以上が、分離層１４を配置する位置を調整することにより、第１領域及び第２領域において対称な電流電圧特性を得ることの説明である。
【００９４】
また、光センサ１０の第１光吸収層１３ａは、非対称な光感度特性を有する場合がある。次に、第１光吸収層１３ａが、非対称な光感度特性を有する場合に、分離層１４を用いて、第１領域及び第２領域において対称な光感度特性が得られることについて、以下に説明する。
【００９５】
図８は、図１の第１光吸収層の光感度特性を説明する図である。
【００９６】
図８に示すように、第１光吸収層１３ａは、非対称な光感度特性を有する場合がある。図８では、横軸はバイアス電圧を示し、縦軸は光電流を示す。図８に示す例では、光電流のカーブＰ１（鎖線）は、正の電圧と、負の電圧とで非対称な関係にある（例えば、Ｓｈｉａｎｇ−Ｆｅｎｇ  Ｔａｎｇ，  Ｓｈｉｈ−Ｙｅｎ  Ｌｉｎ，ａｎｄ  Ｓｉ−Ｃｈｅｎ  Ｌｅｅ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．１７，ｐｐ２４２８−２４３０（２００１）の図４参照）。ここで、非対称な光感度特性は、正の電圧における光電流特性のカーブと、負の電圧における光電流特性のカーブとが、横軸の電圧ゼロの位置を通る縦軸に対して非対称な関係にあることをいう。
【００９７】
ここで、上述したように、光センサ１０では、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分に印加される電圧の向きが、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分に印加される電圧の向きとは反対である。従って、印加される電圧の絶対値が同じでも、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａに流れる光電流の値と、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａに流れる光電流の値が異なることになる。このように、第１光吸収層１３ａが非対称な光感度特性を有すると、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの光感度が、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａのものとずれるため、第１光吸収層１３ａ全体としての感度が不均一となる。従って、第１光吸収層１３ａは、第１領域及び第２領域において対称な光感度特性を有することが好ましい。ここで、対称な光感度特性は、正の電圧における光電流特性のカーブと、負の電圧における光電流特性のカーブとが、横軸の電圧ゼロの位置を通る縦軸に対して対称な関係にあることをいう。
【００９８】
そこで、光センサ１０では、分離層１４が、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分及び第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分の光感度特性が対称になるように配置される。具体的には、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分の面積と、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分の面積との割合を調整して、第１領域及び第２領域において対称な光感度特性を得ている。
【００９９】
その結果、図２に示すように、分離層１４により分離される第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分の面積は、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分よりも大きくなっている。
【０１００】
このように分離層１４が配置されることにより、図８に示すように、光電流のカーブＰ２（実線）は、正の電圧と負の電圧とで対称な関係になる。
【０１０１】
ここで、第２光吸収層１３ｂも、分離層１４により、第１光吸収層１３ａと同様に分離される。このように、第２光吸収層１３ｂも、分離層１４によって、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の面積が非対称になるが、駆動される第２光吸収層１３ｂに印加される電圧の向きは第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２で同じであるので、第２光吸収層１３ｂが分離層１４により分離されることによる影響はない。
【０１０２】
このようにして、分離層１４は、第１領域Ｒ１の電流電圧特性と、第２領域Ｒ２の光感度特性とが対称になるように配置されることが好ましい。
【０１０３】
以上が、分離層１４を配置する位置を調整することにより第１領域及び第２領域において対称な光感度特性を得ることの説明である。
【０１０４】
このように、第１光吸収層１３ａが、非対称な電流電圧特性を有するか、又は光感度特性を有する場合には、光センサ１０では、分離層１４を配置する位置を調整することにより対称な特性を得ることができる。
【０１０５】
上述した本実施例の光センサ１０によれば、深いコンタクトホールが形成されないので、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂの受光面積が大きい。従って、光センサ１０は、高い受光感度を有する。
【０１０６】
また、本実施例の光センサ１０によれば、深いコンタクトホールを形成することなく、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂの厚さを増すことができるので、受光感度を一層高めることができる。
【０１０７】
次に、上述した第１実施例の光センサの変形例を、図面を参照して以下に説明する。
【０１０８】
図９は、第１実施例の光センサの変形例１を示す平面図である。
【０１０９】
変形例１の光センサ１０は、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂ等の位置が、上述した第１実施例とは異なっている。矩形に形成された素子分離層２１の対角線状に、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂ及び第３電極２０ｃが配置される。変形例１では、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂの位置の変更に伴って、第１導電層１８ａ及び第２導電層１８ｂ及び第２コンタクトホール２４等の位置も変更される。
【０１１０】
図１０は、第１実施例の光センサの変形例２を示す平面図である。
【０１１１】
変形例２の光センサ１０は、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂ等の位置が、上述した第１実施例とは異なっている。矩形の形成された素子分離層２１内で、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂ及び第３電極２０ｃが三角形の各頂点の位置に配置される。変形例２では、各電極の位置の変更に伴って、各導電層及びコンタクトホールの位置も変更される。
【０１１２】
図１１は、図１０に示す変形例２の光センサを複数配列した光センサアレイを示す平面図である。
【０１１３】
図１１に示すように、光センサアレイ１００は、受光面積が大きい光吸収層を有する複数の光センサ１０が配列されて形成される。各光センサ１０は高い受光感度を有するので、光センサアレイ１００は、高感度な撮像を行うことができる。光センサアレイ１００は、例えば、公知の走査方法を用いて、各光センサ１０が走査され得る。
【０１１４】
次に、上述した光センサの他の実施例を、図１２〜図１３を参照しながら以下に説明する。他の実施例について特に説明しない点については、上述の第１実施例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。
【０１１５】
図１２は、本明細書に開示する光センサの第２実施例を示す断面図である。
【０１１６】
本実施例の光センサ１０は、第１光吸収層１３ａが、上述した第１実施例とは異なっている。
【０１１７】
本実施例の光センサ１０では、第１光吸収層１３ａが、図４に示すような、多重量子井戸層を有している。そして、第１光吸収層１３ａは、対称な電流電圧特性及び対称な光感度特性を有する。
【０１１８】
図１２に示すように、分離層１４は、第１領域Ｒ１の第１光吸収層１３ａの部分の面積と、第２領域Ｒ２の第１光吸収層１３ａの部分の面積とが等しくなるように、第１領域及び第２領域に分離している。
【０１１９】
このように、第１光吸収層１３ａは、対称な電流電圧特性及び対称な光感度特性を有する場合には、上述した第１実施例のように、分離層１４が配置される位置を調整する必要はない。
【０１２０】
図１３は、本明細書に開示する光センサの第３実施例を示す断面図である。
【０１２１】
本実施例の光センサ１０は、第１整流部１６ａ及び第２整流部１６ｂが、上述した第１実施例とは異なっている。
【０１２２】
本実施例では、第３電極層１２ｃは、ｎ型の半導体層である。例えば、第３電極層１２ｃの形成材料としては、ｎ型ドーパントを１Ｅ１８ｃｍ-3の濃度で含むＧａＡｓを用いることができる。
【０１２３】
また、整流層１５は、ｐ型の半導体層である。例えば、整流層１５の形成材料としては、ｐ型ドーパントを１Ｅ１８ｃｍ-3の濃度で含むＧａＡｓを用いることができる。
【０１２４】
光センサ１０は、整流層１５と第３電極層１２ｃとがｐｎ接合して形成された第１整流部１６ａ及び第２整流部１６ｂを備える。
【０１２５】
また、光センサ１０は、第１領域Ｒ１の第１コンタクトホール２３の底の整流層１５の部分には、整流層１５とオーミック接触する第２コンタクト層２５ａが配置される。同様に、第２領域Ｒ２の第１コンタクトホール２３の底の整流層１５の部分には、整流層１５とオーミック接触する第２コンタクト層２５ｂが配置される。
【０１２６】
第３導電層１８ｃは、第１領域Ｒ１の第１コンタクトホール２３において、第２コンタクト層２５ａを介して、第１整流部１６ａと電気的に接続する。また、第３導電層１８ｃは、第２領域Ｒ２の第１コンタクトホール２３において、第２コンタクト層２５ｂを介して、第２整流部１６ｂと電気的に接続する。
【０１２７】
次に、上述した第１実施例の光センサの製造方法の好ましい一実施例を、図面を参照しながら以下に説明する。
【０１２８】
まず、図１４（Ａ）に示すように、支持層１１上に、第１電極層１２ａと、第１光吸収層１３ａと、第２電極層１２ｂと、第２光吸収層１３ｂと、第３電極層１２ｃと、整流層１５と、屈折率調整層１７ａとが順番に形成される。各層は、例えば、分子線エピタキシー法を用いて形成される。
【０１２９】
支持層１１の形成材料としては、例えば、（１００）面を有するＧａＡｓ基板を用いることができる。第１電極層１２ａの形成材料としては、例えば、ｎ型ドーパントを１Ｅ１８ｃｍ-3の濃度で含むｎ−ＧａＡｓを用いることができる。第１電極層１２ａの厚さとしては、例えば、１μｍとすることができる。
【０１３０】
第１光吸収層１３ａの障壁層３１の形成材料としては、例えば、ｉ−ＧａＡｓを用いることができる。障壁層３１の厚さとしては、例えば、３０ｎｍとすることができる。第１光吸収層１３ａの量子ドット層３２は、例えば自己組織化形成法を用いて形成することができる。量子ドット層３２の形成材料としては、例えば、ｎ型ドーパントを１Ｅ１７ｃｍ-3の濃度で含むｎ−ＩｎＡｓを用いることができる。量子ドット層３２の厚さは、例えば、３モノレイヤーとすることができる。障壁層３１及び量子ドット層３２の積層層は、例えば１０層とすることができる。
【０１３１】
第２電極層１２ｂの形成材料としては、例えば、ｎ型ドーパントを１Ｅ１８ｃｍ-3の濃度で含むｎ−ＧａＡｓを用いることができる。第２電極層１２ｂの厚さとしては、例えば、１μｍとすることができる。
【０１３２】
第２光吸収層１３ｂの障壁層３３の形成材料としては、例えば、ｉ−Ａｌ0.24Ｇａ0.7Ａｓを用いることができる。障壁層３３の厚さとしては、例えば、４０ｎｍとすることができる。第２光吸収層１３ｂの量子井戸層３４の形成材料としては、例えば、ｉ−ＧａＡｓを用いることができる。量子井戸層３４の厚さとしては、例えば、５ｎｍとすることができる。障壁層３３及び量子井戸層３４の積層層は、例えば２０層とすることができる。
【０１３３】
第３電極層１２ｃの形成材料としては、例えば、ｎ型ドーパントを１Ｅ１８ｃｍ-3の濃度で含むｎ−ＧａＡｓを用いることができる。第３電極層１２ｃの厚さとしては、例えば、３００ｎｍとすることができる。
【０１３４】
整流層１５の形成材料としては、例えば、ｎ型ドーパントを１Ｅ１６ｃｍ-3の濃度で含むｎ−ＧａＡｓを用いることができる。第１電極層１２ａの厚さとしては、例えば、１００ｎｍとすることができる。
【０１３５】
屈折率調整層１７ａの形成材料としては、例えば、ｉ−ＧａＡｓを用いることができる。
【０１３６】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、屈折率調整層１７ａ上に反射層を形成するための回折溝４０が所定の位置に形成される。回折溝４０は、回折格子の形状を有している。
【０１３７】
次に、図１５（Ａ）に示すように、リソグラフィー技術を用いて、回折溝４０の位置に開口部を有するマスクパターン（図示しない）が屈折率調整層１７ａ上に形成され、形成されたマスクパターン上に反射層を形成する材料による層が形成される。そして、リフトオフ技術を用いてマスクパターンが除去されて、回折溝４０の位置に反射層１７ｂが形成される。このようにして、屈折率調整層１７ａ及び反射層１７ｂを有する光結合層１７が形成される。反射層１７ｂの形成材料としては、例えば、Ｔｉ／Ａｕ膜を用いることができる。また、光結合層１７上に、光結合層１７を保護する保護層（図示せず）を形成しても良い。
【０１３８】
次に、図１５（Ｂ）に示すように、光結合層１７上に、パターニングされた第１レジスト層４１が形成される。そして、パターニングされた第１レジスト層４１をマスクとして、光結合層１７がドライエッチングされて、第１コンタクトホール２３が所定の位置に形成される。第１コンタクトホール２３の底には、整流層１５が露出する。そして、第１レジスト層４１が除去される。
【０１３９】
次に、図１６（Ａ）に示すように、光結合層１７上に、パターニングされた第２レジスト層４２が形成される。そして、パターニングされた第２レジスト層４２をマスクとして、光結合層１７及び整流層１５及び第３電極層１２ｃ及び第２光吸収層１３ｂ及び第２電極層１２ｂがドライエッチングされて、第２コンタクトホール２４が所定の位置に形成される。第２電極層１２ｂは途中の深さまでエッチングされる。そして、第２レジスト層４２が除去される。
【０１４０】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、光結合層１７上に、パターニングされた第３レジスト層４３が形成される。そして、パターニングされた第３レジスト層４３をマスクとして、光結合層１７及び整流層１５及び第３電極層１２ｃ及び第２光吸収層１３ｂ及び第２電極層１２ｂ及び第１光吸収層１３ａ及び第１電極層１２ａがドライエッチングされる。第１電極層１２ａは途中の深さまでエッチングされる。このエッチングによって、分離溝４４及び素子分離溝４５が所定の位置に形成される。分離溝４４により、光結合層１７及び整流層１５及び第３電極層１２ｃ及び第２光吸収層１３ｂ及び第２電極層１２ｂ及び第１光吸収層１３ａは電気的に絶縁されて、２つの領域に分離される。そして、第３レジスト層４３が除去される。
【０１４１】
次に、図１７（Ａ）に示すように、光結合層１７上に、素子分離溝４５の位置に開口部を有するパターニングされた第４レジスト層４６が形成される。そして、パターニングされた第４レジスト層４６をマスクとして、素子分離溝４５が更にエッチングされて、素子分離溝４５が支持層１１の途中の深さまで延びる。そして、第４レジスト層４６が除去される。
【０１４２】
次に、図１７（Ｂ）に示すように、リソグラフィー技術を用いて、電気絶縁性の材料により形成される絶縁層２２が成膜されて、分離溝４４内に絶縁層２２が埋め込まれて分離層１４が形成され、素子分離溝４５内に絶縁層２２が埋め込まれて素子分離層２１が形成される。また、絶縁層２２が、第１コンタクトホール２３及び第２コンタクトホール２４の内壁及び底に形成される。更に、絶縁層２２は、第１コンタクトホール２３と第２コンタクトホール２４との間の屈折率調整層１７ａ上の部分と、２つの第１コンタクトホール２３の間に亘って分離層１４の上の部分にも形成される。絶縁層２２の形成材料としては、例えば、二酸化珪素又は酸窒化珪素を用いることができる。
【０１４３】
次に、図１８（Ａ）に示すように、第１コンタクトホール２３及び第２コンタクトホール２４の底の部分に開口部を有するマスクパターン（図示せず）を用いて、第１コンタクトホール２３及び第２コンタクトホール２４の底の絶縁層２２の部分がエッチングされる。このエッチングによって、第１コンタクトホール２３の底に整流層１５が露出し、また、第２コンタクトホール２４の底に第２電極層１２ｂが露出する。
【０１４４】
次に、図１８（Ｂ）に示すように、リソグラフィー技術を用いて、第２コンタクトホール２４の底の部分に開口部を有するマスクパターン（図示しない）が形成され、形成されたマスクパターン上に第１コンタクト層を形成する材料による層が形成される。そして、リフトオフ技術を用いてマスクパターンが除去されて、第２コンタクトホール２４の底の部分に第１コンタクト層１９ａ、１９ｂが形成される。第１コンタクト層１９ａ、１９ｂの形成材料としては、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜を用いることができる。
【０１４５】
次に、図１９に示すように、リソグラフィー技術を用いて、第１導電層１８ａ及び第２導電層１８ｂ及び第３導電層１８ｃが形成される位置に開口部を有するマスクパターン（図示しない）が形成される。そして、形成されたマスクパターン上に導電層が形成される。そして、リフトオフ技術を用いてマスクパターンが除去されて、上記導電層の一部から、第１導電層１８ａ及び第２導電層１８ｂ及び第３導電層１８ｃが形成される。この際、第３導電層１８ｃは、第１コンタクトホール２３の底に露出する整流層１５の部分とショットキー接合を形成して、第１整流部１６ａ及び第２整流部１６ｂが形成される。
【０１４６】
次に、図２に示すように、第１領域Ｒ１の第２電極層１２ｂと第１導電層１８ａを介して接続する第１電極２０ａ、及び、第２領域Ｒ２の第２電極層１２ｂと第２導電層１８ｂを介して接続する第２電極３０ｂが形成される。また、第１整流部１６ａ及び第２整流部１６ｂと第３導電層１８ｃを介して接続する第３電極２０ｃが形成されて、光センサ１０が形成される。第１導電層１８ａ及び第２導電層１８ｂ及び第３導電層１８ｃの形成材料としては、例えば、Ｉｎを用いることができる。
【０１４７】
本発明では、上述した実施例の光センサ、及びそのような光センサの製造方法、及びそのような光センサを用いた光センサアレイ、及びそのような光センサの駆動方法は、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、一の実施例が有する構成要件は、他の実施例にも適宜適用することができる。
【０１４８】
例えば、上述した各実施例では、整流層と第２光吸収層との間に、第３電極層が配置されていたが、第３電極層を配置せずに、整流層を第２光吸収層上に直接配置しても良い。また、上述した各実施例では、第１整流部又は第２整流部は、ショットキー接合又はｐｎ接合以外の整流構造を有していても良い。
【０１４９】
また、上述した各実施例は、第１整流部又は第２整流部の内の何れか一方を有していなくても良い。また、上述した各実施例は、第１整流部及び第２整流部の両方を有していなくても良い。この場合、一方の光吸収層の受光量を読み取る際に、他方の光吸収層の影響を受ける場合もあるが、一方の光吸収層の受光量を読み取ることは可能である。
【０１５０】
上述した各実施例では、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂが、量子井戸又は量子ドット層を有していたが、第１光吸収層１３ａ及び第２光吸収層１３ｂは、量子細線を有していても良い。
【０１５１】
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。本発明の実施例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。
【０１５２】
以上の上述した各実施例に関し、更に以下の付記を開示する。付記の修正に合わせて請求項をご修正ください。
【０１５３】
（付記１）
支持層と、
前記支持層上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、
前記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、
前記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、
前記第１領域の前記第２電極層と接続する第１電極と、
前記第２領域の前記第２電極層と接続する第２電極と、
前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層と接続する第３電極と、
を備える光センサ。
【０１５４】
（付記２）
前記第１領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に配置されて、前記第１領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に流れる電流を整流する第１整流部と、
前記第２領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に配置されて、前記第２領域の前記第２光吸収層と前記第３電極との間に流れる電流を前記第１整流部と同じ向きに整流する第２整流部と、を備える付記１に記載の光センサ。
【０１５５】
（付記３）
前記第１整流部及び前記第２整流部は、ショットキー接合を有している付記２に記載の光センサ。
【０１５６】
（付記４）
前記第１整流部及び前記第２整流部は、ｐｎ接合を有している付記２に記載の光センサ。
【０１５７】
（付記５）
前記分離層は、前記第１領域の前記第１光吸収層及び前記第２領域の前記第１光吸収層の電流電圧特性が対称になるように配置される付記１〜４の何れか一項に記載に光センサ。
【０１５８】
（付記６）
前記分離層は、前記第１領域の前記第１光吸収層及び前記第２領域の前記第１光吸収層の受光感度が対称になるように配置される付記１〜４の何れか一項に記載に光センサ。
【０１５９】
（付記７）
前記第１電極層上に配置された前記第１光吸収層か、又は、前記第２電極層上に配置された第２光吸収層は、量子ドット層を有する付記１〜６の何れか一項に記載の光センサ。
【０１６０】
（付記８）
前記第１電極層上に配置された前記第１光吸収層か、又は、前記第２電極層上に配置された第２光吸収層は、量子井戸層を有する付記１〜６の何れか一項に記載の光センサ。
【０１６１】
（付記９）
支持層と、
前記支持層上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、
前記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、
前記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、
前記第１領域の前記第２電極層と接続する第１電極と、
前記第２領域の前記第２電極層と接続する第２電極と、
前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層と接続する第３電極と、
を備える光センサが複数配列された光センサアレイ。
【０１６２】
（付記１０）
支持層上に第１電極層を形成し、
前記第１電極層上に第１光吸収層を形成し、
前記第１光吸収層上に第２電極層を形成し、
前記第２電極層上に第２光吸収層を形成し、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層を形成する、光センサの製造方法。
【０１６３】
（付記１１）
光センサの駆動方法であって、
前記光センサは、
支持層と、
前記支持層上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層上に配置された第１光吸収層と、
前記第１光吸収層上に配置された第２電極層と、
前記第２電極層上に配置された第２光吸収層と、
前記第１光吸収層及び前記第２電極層及び前記第２光吸収層を第１領域及び第２領域に分離する分離層と、
前記第１領域の前記第２電極層と接続する第１電極と、
前記第２領域の前記第２電極層と接続する第２電極と、
前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層と接続する第３電極と、を備えており、
前記第３電極を開放し、且つ前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を加えて、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流を測定することにより、前記第１領域の前記第１光吸収層及び前記第２領域の前記第１光吸収層の受光量を読み取り、
前記第１電極及び前記第２電極を等電圧とし、且つ前記第１電極及び前記第２電極と、前記第３電極との間に流れる電流を測定することにより、前記第１領域の前記第２光吸収層及び前記第２領域の前記第２光吸収層の受光量を読み取る、光センサの駆動方法。
【符号の説明】
【０１６４】
１０    光センサ
１１    支持層
１２ａ    第１電極層
１２ｂ    第２電極層
１２ｃ    第３電極層
１３ａ    第１光吸収層
１３ｂ    第２光吸収層
１４    分離層
１５    整流層
１６ａ    第１整流部
１６ｂ    第２整流部
１７    光結合層
１７ａ    屈折率調整層
１７ｂ    反射層
１８ａ    第１導電層
１８ｂ    第２導電層
１８ｃ    第３導電層
１９ａ、１９ｂ    第１コンタクト層
２０ａ    第１電極
２０ｂ    第２電極
２０ｃ    第３電極
２１    素子分離層
２２    絶縁層
２３    第１コンタクトホール
２４    第２コンタクトホール
２５ａ、２５ｂ    第２コンタクト層
３１    障壁層
３２    量子ドット層
３３    障壁層
３４    量子井戸層
４０    回折溝
４１    第１レジスト層
４２    第２レジスト層
４３    第３レジスト層
４４    分離溝
４５    素子分離溝
４６    第４レジスト層
１００    光センサアレイ
Ｄ１    検知期間
Ｄ２    検知期間
Ｅ１    読み出し期間
Ｅ２    読み出し期間
【図１】
0005655532.tif 000002
【図２】
0005655532.tif 000003
【図３】
0005655532.tif 000004
【図４】
0005655532.tif 000005
【図５】
0005655532.tif 000006
【図６】
0005655532.tif 000007
【図７】
0005655532.tif 000008
【図８】
0005655532.tif 000009
【図９】
0005655532.tif 000010
【図１０】
0005655532.tif 000011
【図１１】
0005655532.tif 000012
【図１２】
0005655532.tif 000013
【図１３】
0005655532.tif 000014
【図１４】
0005655532.tif 000015
【図１５】
0005655532.tif 000016
【図１６】
0005655532.tif 000017
【図１７】
0005655532.tif 000018
【図１８】
0005655532.tif 000019
【図１９】
0005655532.tif 000020