(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極層と、
前記下部電極層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に形成された光結合構造と、
を有する画素が複数形成された光検出器において、
前記画素間の一部には、前記画素と画素の間を貫通し、前記画素ごとに分離する貫通画素分離溝が設けられており、
前記画素間の他の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されており、
前記画素の形状は、四角形であって、
前記複数の画素は、２次元に配列されており、
前記２次元に配列されている画素のうち、一方の配列方向における前記画素間には、前記貫通画素分離溝が設けられており、
前記一方の配列方向と直交する他方の配列方向における前記画素間には、前記画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする光検出器。
【請求項２】
下部電極層と、
前記下部電極層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に形成された光結合構造と、
を有する画素が複数形成された光検出器において、
前記画素間の一部には、前記画素と画素の間を貫通し、前記画素ごとに分離する貫通画素分離溝が設けられており、
前記画素間の他の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されており、
前記画素は、四角形の形状であって、
前記複数の画素は、２次元に配列されており、
前記２次元に配列されている画素のうち、一方の配列方向における前記画素間、及び、前記一方の配列方向と直交する他方の配列方向における前記画素間には、前記貫通画素分離溝が設けられており、
前記画素の対角方向における前記画素間には、前記画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする光検出器。
【請求項３】
下部電極層と、
前記下部電極層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に形成された光結合構造と、
を有する画素が複数形成された光検出器において、
前記画素間の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する深い画素分離溝が設けられており、
前記深い画素分離溝の底面と、前記光検出器の前記光結合構造が形成されている面とは反対側の面との間の厚さが、入射する光の前記活性層中における波長の１／４以下であって、
前記画素間の他の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されており、
前記画素の形状は、四角形であって、
前記複数の画素は、２次元に配列されており、
前記２次元に配列されている画素のうち、一方の配列方向における前記画素間には、前記深い画素分離溝が設けられており、
前記一方の配列方向と直交する他方の配列方向における前記画素間には、前記画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする光検出器。
【請求項４】
下部電極層と、
前記下部電極層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に形成された光結合構造と、
を有する画素が複数形成された光検出器において、
前記画素間の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する深い画素分離溝が設けられており、
前記深い画素分離溝の底面と、前記光検出器の前記光結合構造が形成されている面とは反対側の面との間の厚さが、入射する光の前記活性層中における波長の１／４以下であって、
前記画素間の他の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されており、
前記画素は、四角形の形状であって、
前記複数の画素は、２次元に配列されており、
前記２次元に配列されている画素のうち、一方の配列方向における前記画素間、及び、前記一方の配列方向と直交する他方の配列方向における前記画素間には、前記深い画素分離溝が設けられており、
前記画素の対角方向における前記画素間には、前記画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする光検出器。
【請求項５】
前記光結合構造は回折格子及び金属反射膜の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光検出器。
【請求項６】
前記活性層は、量子井戸構造、または、量子ドット構造であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光検出器。
【請求項７】
前記光検出器は赤外線検出器であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光検出器として、赤外線を検出するための量子井戸型赤外線検出器（ＱＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photodetector）、または、量子ドット型赤外線検出器（ＱＤＩＰ：Quantum Dot Infrared Photodetector）等がある。これらの赤外線検出器は、赤外線を検出する活性層の両面を上部電極層及び下部電極層により挟んだ構造のものである。
【０００３】
このような構造の量子井戸型赤外線検出器と、信号処理用の集積回路素子である読み出し回路（ＲＯＩＣ：readout integrated circuit）素子とをＩｎバンプを介しハイブリッド接続することにより、量子井戸型赤外線撮像素子が作製される。尚、量子井戸型赤外線検出器は、活性層が量子井戸構造により形成されている光電変換素子である。また、量子井戸型赤外線撮像素子は半導体撮像素子の一種であり、量子ドット型赤外線検出器を用いた場合においても、同様に、赤外線撮像素子を作製することができる。
【０００４】
一般的には、赤外線検出器の表面側に、読み出し回路がＩｎバンプを介しハイブリッド接続されているため、赤外線検出器の裏面側から赤外線検出器に入射した赤外線が検出される。具体的には、赤外線検出器の裏面側から入射した赤外線は、赤外線検出器の表面側に形成された光結合構造(グレーティングカプラ)により回折、反射され、活性層において検出される。光結合構造は、回折格子と回折格子の上に形成された金属反射膜により形成されている。
【０００５】
赤外線検出器は、赤外線を検出するための画素が複数設けられており、画素と画素の間には、赤外線検出器の表面側より、各々の画素を分離するための画素分離溝が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１０９４３４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０４７５９号公報
【特許文献３】特開２０１４−１６９８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、赤外線検出器に形成されている画素分離溝は、所定の深さで形成されているため、画素と画素との間には、画素分離溝が形成されていない部分が存在しており、この部分を介し、多重反射された赤外線の一部が、隣の画素に入射する。この場合、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量が低下するとともに、隣の赤外線が入射していない画素にも多重反射された赤外線が入射するため、光クロストークが発生する。
【０００８】
このため、光の入射した画素における光量低下が少なく、多重反射された光が隣の画素に入射することのない構造の光検出器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施の形態の一観点によれば、下部電極層と、前記下部電極層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部電極層と、前記上部電極層の上に形成された光結合構造と、を有する画素が複数形成された光検出器において、前記画素間の一部には、前記画素と画素の間を貫通し、前記画素ごとに分離する貫通画素分離溝が設けられており、前記画素間の他の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されており、前記画素の形状は、四角形であって、前記複数の画素は、２次元に配列されており、前記２次元に配列されている画素のうち、一方の配列方向における前記画素間には、前記貫通画素分離溝が設けられており、前記一方の配列方向と直交する他方の配列方向における前記画素間には、前記画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
開示の光検出器によれば、光の入射した画素における光量低下が少なく、多重反射された光が隣の画素に入射することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】赤外線検出器の構造図
【図２】深い画素分離溝が形成された赤外線検出器の構造図
【図３】第１の実施の形態における赤外線検出器の上面図
【図４】第１の実施の形態における赤外線検出器の断面図
【図５】第１の実施の形態における赤外線検出器の説明図
【図６】第１の実施の形態における赤外線検出器の構造の説明図
【図７】赤外線検出器における隣接画素光漏れ量を示す図
【図８】赤外線検出器における光電界強度積算値を示す図
【図９】第１の実施の形態における赤外線検出器の変形例の上面図（１）
【図１０】第１の実施の形態における赤外線検出器の変形例の上面図（２）
【図１１】第１の実施の形態における赤外線検出器の変形例の上面図（３）
【図１２】第１の実施の形態における赤外線検出器の変形例の上面図（４）
【図１３】第１の実施の形態における赤外線検出器の変形例の上面図（５）
【図１４】第２の実施の形態における赤外線検出器の上面図（１）
【図１５】第２の実施の形態における赤外線検出器の断面図（１）
【図１６】第２の実施の形態における赤外線検出器の説明図（１）
【図１７】第２の実施の形態における赤外線検出器の上面図（２）
【図１８】第２の実施の形態における赤外線検出器の断面図（２）
【図１９】第２の実施の形態における赤外線検出器の説明図（２）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
最初に、表面側より画素分離溝が形成されている赤外線検出器において、赤外線の入射した画素における光量低下、及び、多重反射した赤外線の一部が隣の画素に入射することについて説明する。尚、本願においては、可視光、赤外線（赤外光）及び紫外線（紫外光）の一部又は全部について、光と記載する場合がある。
【００１４】
図１は、分離溝が形成されている赤外線検出器の構造図である。この赤外線検出器は、バッファ層９１０、下部電極層９１１、活性層９１２、上部電極層９１３が、順に積層して形成されている。上部電極層９１３の上には、回折格子９２１が形成されており、上部電極層９１３及び回折格子９２１の上には、金属反射膜９２２が形成されている。
【００１５】
バッファ層９１０は、厚さが０．２〜０．３μｍのＧａＡｓにより形成されており、下部電極層９１１は、厚さが１．５〜２．０μｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されている。活性層９１２は、厚さが５ｎｍのＧａＡｓからなる井戸層と厚さが４０ｎｍのＡｌＧａＡｓからなる障壁層とを交互に約５０周期積層することによりＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造が形成されている。上部電極層９１３は、厚さが約０．５μｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されており、回折格子９２１は、上部電極層９１３の上において基板面方向に周期的に形成されたｎ−ＧａＡｓにより形成されている。金属反射膜９２２はＡｕ等の金属膜により形成されている。図１に示される赤外線検出器においては、このように形成された回折格子９２１と金属反射膜９２２により光結合構造が形成される。
【００１６】
画素分離溝９３０は、回折格子９２１が形成されている赤外線検出器の表面側より、画素と画素の間における上部電極層９１３及び活性層９１２を除去することにより形成されている。このため、隣り合う画素と画素とは、画素分離溝９３０が形成されている領域における下部電極層９１１及びバッファ層９１０によりつながっている。図１に示す構造の赤外線検出器では、破線矢印に示されるように、赤外線検出器の裏面側となるバッファ層９１０が形成されている側より入射した赤外線を検出する。具体的には、赤外線検出器の裏面側より入射した赤外線は、回折格子９２１及び金属反射膜９２２により回折、反射されて、活性層９１２において検出される。しかしながら、回折格子９２１及び金属反射膜９２２により回折、反射された赤外線のうちの一部は、画素分離溝９３０が形成されている領域における下部電極層９１１及びバッファ層９１０を介し、隣の画素に入射する。具体的には、図１における破線矢印で示されるように、バッファ層９１０の界面において反射されて、隣の画素に入射する。このように赤外線の一部が多重反射され隣の画素に入射してしまうと、赤外線が入射した画素において検出される赤外線の光量が低下するとともに、赤外線が入射していない隣の画素においても赤外線が検出されるため、光クロストークが発生する。
【００１７】
これらの問題を解決する方法の１つとして、図２に示すように、下部電極層９１１の一部まで除去することにより、深い画素分離溝９３０ａを形成する方法が考えられる。赤外線検出器に、深い画素分離溝９３０ａを形成することにより、回折格子９２１及び金属反射膜９２２により回折、反射された赤外線のうち、深い画素分離溝９３０ａの側面において反射される成分が増え、赤外線の入射した画素内にとどまる成分が多くなる。しかしながら、図２に示す構造の赤外線検出器では、多重反射された赤外線のうち、画素分離溝９３０ａが形成されている領域の画素と画素との間の下部電極層９１１の一部及びバッファ層９１０を介して隣の画素に入射する成分が存在している。従って、図２に示されるように、画素分離溝の深さを深くするだけでは、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量の低下を抑制し、光クロストークの発生を抑制することは、十分ではない。
【００１８】
（光検出器）
次に、本実施の形態における光検出器について、図３及び図４に基づき説明する。図３は、本実施の形態における光検出器である赤外線検出器の上面図である。図４（ａ）は、図３における一点鎖線３Ａ−３Ｂで切断した断面図であり、図４（ｂ）は、図３における一点鎖線３Ｃ−３Ｄで切断した断面図であり、図４（ｃ）は、図３における一点鎖線３Ｅ−３Ｆで切断した断面図である。
【００１９】
本実施の形態における赤外線検出器は、バッファ層１０、下部電極層１１、活性層１２、上部電極層１３が、順に積層して形成されている。上部電極層１３の上には、回折格子２１が形成されており、上部電極層１３及び回折格子２１の上には、金属反射膜２２が形成されている。
【００２０】
バッファ層１０は、厚さが０．２〜０．３μｍのＧａＡｓにより形成されており、下部電極層１１は、厚さが１．５〜２．０μｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されている。活性層１２は、厚さが５ｎｍのＧａＡｓからなる井戸層と厚さが４０ｎｍのＡｌＧａＡｓからなる障壁層とを交互に約５０周期積層することによりＭＱＷ構造が形成されている。上部電極層１３は、厚さが約０．５μｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されており、回折格子２１は、上部電極層１３の上において基板面方向に周期的にｎ−ＧａＡｓを形成することにより形成されている。金属反射膜２２はＡｕ等により形成されている。本実施の形態における赤外線検出器においては、このように形成された回折格子２１と金属反射膜２２により光結合構造が形成される。尚、光結合構造には、回折格子２１及び金属反射膜２２の少なくとも一つが含まれている。
【００２１】
尚、活性層１２は量子ドット構造により形成してもよい。量子井戸構造は、光の吸収方向の異方性があるため、活性層１２が量子井戸構造により形成されている場合には、角度を変化させて光を入射させるように光結合構造が用いられていることが多い。このような光結合構造が形成されている場合に、光クロストークが発生する。活性層１２が量子ドット構造により形成されている場合には、量子ドット構造では、あらゆる方向からの光を吸収するため、光結合構造を設ける要求は、量子井戸構造ほどではない。しかしながら、量子ドット構造の場合、量子効率が小さいため、光に対する感度を高めるために光結合構造を設ける場合が考えられる。
【００２２】
本実施の形態における赤外線検出器は、図３に示されるように、複数の画素３０がＸ方向及びＹ方向において、２次元に配列されており、最も近い画素３０と画素３０の間には、貫通画素分離溝４１が形成されている。即ち、Ｘ方向に配列された画素３０と画素３０の間、及び、Ｘ方向と直交するＹ方向に配列された画素３０と画素３０の間には、貫通画素分離溝４１が形成されている。また、各々の画素３０は、正方形等の四角形で形成されており、各々の画素３０と画素３０とは、画素３０の角、即ち、画素３０の対角方向において、接続領域５０により接続されている。接続領域５０は、画素分離溝４２が形成されている領域におけるバッファ層１０及び下部電極層１１により形成されているため、画素分離溝４２は貫通してはいない。
【００２３】
尚、本実施の形態においては、接続領域５０が形成されているため、各々の画素３０が完全に分離されてバラバラになってしまうことはなく、複数の画素を有する赤外線検出器としての形態が維持される。また、各々の画素３０は、接続領域５０により接続されているため、下部電極層１１を共通電極とすることができる。
【００２４】
従って、本実施の形態における赤外線検出器においては、最も近い画素３０と画素３０との間には、貫通画素分離溝４１が形成されているため、各々の画素３０における光クロストークを十分に抑制することができる。具体的には、図５に示されるように、本実施の形態における赤外線検出器においては、最も近い画素３０と画素３０との間には、貫通画素分離溝４１が形成されている。このため、画素３０に入射し、回折格子２１及び金属反射膜２２により回折、反射された赤外線は、貫通画素分離溝４１との界面において反射されるため、赤外線が入射した画素３０内にとどまり、各々の画素３０の活性層１２において検出される。このため、赤外線の入射した画素において検出される赤外線の光量の低下、及び、光クロストークの発生を抑制することができる。
【００２５】
尚、画素３０と画素３０とは、接続領域５０において、各々の画素３０の角同士が接続されており、接続領域５０を介して繋がっている。接続領域５０では、画素分離溝４２が形成されているが、バッファ層１０及び下部電極層１１は残っており、画素３０と画素３０は、接続領域５０におけるバッファ層１０及び下部電極層１１において繋がっている。従って、一方の画素に入射した赤外線は、接続領域５０を介し、他方の画素に漏れて入射する場合がある。しかしながら、接続領域５０は画素３０の角に設けられているため、回折格子２１及び金属反射膜２２により回折、反射された赤外線は、接続領域５０には入射しにくく、一方の画素に入射した赤外線のうち他方の画素に入射する赤外線の量は極めて少ない。このため、光クロストークを十分に抑制することができる。
【００２６】
本実施の形態における赤外線検出器について、より詳細に説明するため、本実施の形態における赤外線検出器を形成している４つの画素３０に基づき説明する。図６は、図３において一点鎖線３Ｇで囲まれた領域における４つの画素３０を示す。尚、説明の便宜上、これらの４つの画素３０について、第１の画素３０ａ、第２の画素３０ｂ、第３の画素３０ｃ、第４の画素３０ｄとして説明する。
【００２７】
これら４つの画素３０の位置関係は、第１の画素３０ａと第２の画素３０ｂ、第３の画素３０ｃと第４の画素３０ｄは、各々Ｘ方向に配列されており、第１の画素３０ａと第３の画素３０ｃ、第２の画素３０ｂと第４の画素３０ｄは、各々Ｙ方向に配列されている。従って、第１の画素３０ａと第４の画素３０ｄ、第２の画素３０ｂと第３の画素３０ｃは、ともに各々の画素３０の対角方向に配列されている。
【００２８】
従って、図６に示す場合では、第１の画素３０ａにおいては、Ｘ方向に配列された第２の画素３０ｂと、Ｙ方向に配列された第３の画素３０ｃが、最も近い画素３０となる。また、第１の画素３０ａの対角方向に配列されている第４の画素３０ｄは、２番目に近い画素３０となる。
【００２９】
本実施の形態においては、Ｘ方向に配列されている第１の画素３０ａと第２の画素３０ｂとの間、第３の画素３０ｃと第４の画素３０ｄの間には、貫通画素分離溝４１が形成されている。また、Ｙ方向に配列されている第１の画素３０ａと第３の画素３０ｃとの間、第２の画素３０ｂと第４の画素３０ｄとの間には、貫通画素分離溝４１が形成されている。即ち、最も近い画素３０と画素３０との間には、貫通画素分離溝４１が形成されている。
【００３０】
また、各々の画素３０の対角方向に配列されている第１の画素３０ａと第４の画素３０ｄとの間、及び、第２の画素３０ｂと第３の画素３０ｃとの間には、画素分離溝４２が形成されているが、接続領域５０が形成されており、画素分離溝４２は貫通してはいない。従って、接続領域５０において、画素３０同士が接続されている。
【００３１】
本実施の形態においては、第１の画素３０ａと第２の画素３０ｂとの間、第１の画素３０ａと第３の画素３０ｃとの間には、貫通画素分離溝４１が形成されている。従って、第１の画素３０ａに入射し、回折格子２１及び金属反射膜２２により回折、反射された赤外線は、貫通画素分離溝４１の側面において反射されるため、第２の画素３０ｂ及び第３の画素３０ｃに入射することはない。また、第１の画素３０ａと第４の画素３０ｄとは、画素３０の対角方向において、接続領域５０により接続されているが、接続領域５０は画素３０の角であるため、回折格子２１及び金属反射膜２２により回折、反射された赤外線は入射しにくい。従って、接続領域５０を介し、第４の画素３０ｄに入射する赤外線の量は極めて少なく、光クロストークは殆ど生じない。
【００３２】
図７は、各々の赤外線検出器において、隣接画素への光漏れ量をシミュレーションにより算出した結果であり、光が入射した画素において検出される光量を１００とした場合において隣の画素に漏れる光量を示す。図７では、図１に示される従来構造の赤外線検出器Ａ、図２に示される深溝構造の赤外線検出器Ｂ、図３〜５に示される貫通画素分離溝が形成されている貫通溝構造の本実施の形態における赤外線検出器Ｃの隣接画素光漏れ量を示す。
【００３３】
図７に示されるように、図１に示される従来の構造の赤外線検出器Ａでは、隣接画素光漏れ量は約３３％であり、図２に示される深溝構造の赤外線検出器Ｂでは、隣接画素光漏れ量は約２８％であった。これに対し、図３〜５に示される本実施の形態における貫通画素分離溝が形成されている赤外線検出器Ｃでは、隣接画素光漏れ量は約１４％であった。従って、本実施の形態における赤外線検出器である赤外線検出器Ｃは、隣接画素光漏れ量を図１に示される従来の赤外線検出器Ａに比べて半分以下にすることができ、また、図２に示される深溝構造の赤外線検出器Ｂに比べても略半分にすることができる。
【００３４】
図８は、各々の赤外線検出器において、光の入射した画素における光電界強度積算値をシミュレーションにより算出した結果であり、図１に示される従来の構造の赤外線検出器Ａにおける光電界強度積算値を１とした場合の値を示す。光電界強度積算値は、光が入射した画素において検出される光の強度の積算値を示す。図８では、図１に示される従来構造の赤外線検出器Ａ、図２に示される深溝構造の赤外線検出器Ｂ、図３〜５に示される貫通画素分離溝が形成されている貫通溝構造の本実施の形態における赤外線検出器Ｃの光電界強度積算値を示す。
【００３５】
図８に示されるように、図２に示される深溝構造の赤外線検出器Ｂでは、光電界強度積算値は約１．２であった。これに対し、図３〜５に示される本実施の形態における貫通画素分離溝が形成されている赤外線検出器Ｃでは、光電界強度積算値は約１．４であった。
【００３６】
従って、本実施の形態における赤外線検出器である赤外線検出器Ｃは、光電界強度積算値を図１に示される従来の赤外線検出器Ａに比べて約４０％向上させることができ、また、図２に示される深溝構造の赤外線検出器Ｂに比べて約１７％向上させることができる。
【００３７】
（変形例）
本実施の形態における赤外線検出器は、画素３０の対角方向に形成される画素接続領域は、様々な形状で形成することが可能である。例えば、図９に示すように、画素３０の対角方向において、各々の画素３０を接続する部分が、「×」の形状となる接続領域５０ａを形成してもよい。また、図１０に示すように、四角形に形成された接続領域５０ｂの辺が画素３０の角と接続するように形成されていてもよい。また、図１１に示すように、画素３０の対角方向における接続領域５０ｃと、接続領域５０ｃ同士を結ぶ接続梁５０ｄが貫通画素分離溝４１内に設けられている構造のものであってもよい。また、図１２に示すように、四芒星の形状の接続領域５０ｅと、接続領域５０ｅ同士を結ぶ接続梁５０ｆが貫通画素分離溝４１内に設けられている構造のものであってもよい。更に、貫通画素分離溝４１は貫通していればよいため、図１３に示すように、図３に示されるものよりも、貫通画素分離溝４１の幅を細く形成してもよい。これにより赤外線検出器における物理的強度を高めることができる。
【００３８】
尚、上記においては、貫通画素分離溝４１を形成した場合について説明した。しかしながら、貫通画素分離溝４１に代えて、貫通しない深い画素分離溝であって、深い画素分離溝の底面と、光結合構造が形成されている面とは反対側の面との間の厚さが、入射光の活性層１２中における波長の１／４以下であってもよい。このような深い画素分離溝を用いた場合においても、隣接画素との接続部分を伝播する光量を減少させることができ、光クロストークを低減させる効果がある。
【００３９】
発明者が検討を行ったところ、入射する赤外線の波長が１０．５μｍの場合、深い画素分離溝の下の部分の厚さを０．７μｍにすると、隣接画素への光漏れ量が、従来構造の活性層内の光強度比で、１６％から３％に低減されるという結果を得ている。ここで、深い画素分離溝の下の部分の厚さは、深い画素分離溝の底面と、光結合構造が形成されている面とは反対側の面との間の厚さであり、厚さ０．７μｍは、活性層１２中における光の波長の約１／５に相当する。これらの結果より、発明者の知見に基づくならば、深い画素分離溝の下の部分の厚さが、入射する光の活性層中における波長の１／４以下であれば、隣接画素との接続部分を伝播する光量を減少させることができ、光クロストークの発生を抑制することができる。この場合、隣接画素とは、下部電極層１１等において接続されているため、分離溝が貫通している場合と比べて、光検出器の強度を高めることができ、信頼性が向上する。
【００４０】
上記においては、赤外線を検出する赤外線検出器を例に説明したが、本実施の形態における構造は、可視光や紫外光等の他の光を検出する光検出器にも適用可能である。
【００４１】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における光検出器は、画素３０と画素３０との間に設けられる貫通画素分離溝４１が、画素３０の一方の配列方向にのみ設けられているものである。
【００４２】
具体的には、図１４〜図１６に示されるように、Ｘ方向に配列されている画素３０と画素３０の間には、貫通画素分離溝１４１が設けられており、Ｙ方向に配列されている画素３０と画素３０とは、接続領域１５０により接続されていてもよい。尚、接続領域１５０には、画素分離溝１４２が形成されている。この構造の赤外線検出器では、接続領域１５０が広いため、光クロストークの特性はやや低下するものの、光検出器における物理的な強度は向上するため、信頼性等を向上させることができる。
【００４３】
図１４は、この赤外線検出器の上面図である。図１５（ａ）は、図１４の一点鎖線１４Ａ−１４Ｂで切断した断面図であり、図１５（ｂ）は、図１４における一点鎖線１４Ｃ−１４Ｄで切断した断面図であり、図１５（ｃ）は、図１４における一点鎖線１４Ｅ−１４Ｆで切断した断面図である。図１６は、図１４における一点鎖線１４Ｇで囲まれた領域の拡大図である。
【００４４】
図１６に基づき、より詳細に説明すると、Ｘ方向に配列されている第１の画素３０ａと第２の画素３０ｂとの間、第３の画素３０ｃと第４の画素３０ｄの間には、貫通画素分離溝１４１が形成されている。また、Ｙ方向に配列されている第１の画素３０ａと第３の画素３０ｃとの間、第２の画素３０ｂと第４の画素３０ｄとの間には、画素分離溝１４２が形成されているが、接続領域１５０が形成されており、画素分離溝１４２は貫通してはいない。従って、接続領域１５０において、画素３０同士が接続されている。
【００４５】
また、図１７〜図１９に示されるように、Ｙ方向に配列されている画素３０と画素３０の間には、貫通画素分離溝１４１が設けられており、Ｘ方向に配列されている画素３０と画素３０とは、接続領域１５０により接続されていてもよい。この構造の赤外線検出器においても、同様に、接続領域１５０が広いため、光クロストークの特性はやや低下するものの、光検出器における物理的な強度は向上するため、信頼性等を向上させることができる。
【００４６】
図１７は、この赤外線検出器の上面図である。図１８（ａ）は、図１７の一点鎖線１７Ａ−１７Ｂで切断した断面図であり、図１８（ｂ）は、図１７における一点鎖線１７Ｃ−１７Ｄで切断した断面図であり、図１８（ｃ）は、図１７における一点鎖線１７Ｅ−１７Ｆで切断した断面図である。図１９は、図１７における一点鎖線１７Ｇで囲まれた領域の拡大図である。
【００４７】
図１９に基づき、より詳細に説明すると、Ｙ方向に配列されている第１の画素３０ａと第３の画素３０ｃとの間、第２の画素３０ｂと第４の画素３０ｄとの間には、貫通画素分離溝１４１が形成されている。また、Ｘ方向に配列されている第１の画素３０ａと第２の画素３０ｂとの間、第３の画素３０ｃと第４の画素３０ｄの間には、画素分離溝１４２が形成されているが、接続領域１５０が形成されており、画素分離溝１４２は貫通してはいない。従って、接続領域１５０において、画素３０同士が接続されている。
【００４８】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００５０】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
下部電極層と、
前記下部電極層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に形成された光結合構造と、
を有する画素が複数形成された光検出器において、
前記画素間の一部には、前記画素と画素の間を貫通し、前記画素ごとに分離する貫通画素分離溝が設けられており、
前記画素間の他の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする光検出器。
（付記２）
前記画素の形状は、四角形であって、
前記複数の画素は、２次元に配列されており、
前記２次元に配列されている画素のうち、一方の配列方向における前記画素間には、前記貫通画素分離溝が設けられており、
前記一方の配列方向と直交する他方の配列方向における前記画素間には、前記画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする付記１に記載の光検出器。
（付記３）
前記画素は、四角形の形状であって、
前記複数の画素は、２次元に配列されており、
前記２次元に配列されている画素のうち、一方の配列方向における前記画素間、及び、前記一方の配列方向と直交する他方の配列方向における前記画素間には、前記貫通画素分離溝が設けられており、
前記画素の対角方向における前記画素間には、前記画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする付記１に記載の光検出器。
（付記４）
下部電極層と、
前記下部電極層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に形成された光結合構造と、
を有する画素が複数形成された光検出器において、
前記画素間の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する深い画素分離溝が設けられており、
前記深い画素分離溝の底面と、前記光結合構造が形成されている面とは反対側の面との間の厚さが、入射光の前記活性層中における波長の１／４以下であって、
前記画素間の他の一部には、前記下部電極層を残し形成された前記画素ごとに分離する画素分離溝が設けられており、前記下部電極層により、前記画素同士が接続されていることを特徴とする光検出器。
（付記５）
前記光結合構造は回折格子及び金属反射膜の少なくとも一つを含むことを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光検出器。
（付記６）
前記活性層は、量子井戸構造、または、量子ドット構造であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の光検出器。
（付記７）
前記光検出器は赤外線検出器であることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光検出器。
（付記８）
前記下部電極層、前記活性層及び前記上部電極層は、化合物半導体により形成されていることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の光検出器。
【符号の説明】
【００５１】
１０        バッファ層
１１        下部電極層
１２        活性層
１３        上部電極層
２１        回折格子
２２        金属反射膜
３０        画素
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ      画素
４１        貫通画素分離溝
４２        画素分離溝
５０        接続領域
【図１】
0006634837.tif 000002
【図２】
0006634837.tif 000003
【図３】
0006634837.tif 000004
【図４】
0006634837.tif 000005
【図５】
0006634837.tif 000006
【図６】
0006634837.tif 000007
【図７】
0006634837.tif 000008
【図８】
0006634837.tif 000009
【図９】
0006634837.tif 000010
【図１０】
0006634837.tif 000011
【図１１】
0006634837.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0006634837.tif 000014
【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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