JP2012069801A - Quantum well optical detector and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、量子井戸型光検知器及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a quantum well photodetector and a method for manufacturing the same.
近年、入射した光を吸収した場合に流れる電流によって光を検知する光検知器として、多重量子井戸層を含む光検知素子を備える量子井戸型光検知器がある。
しかしながら、量子井戸型光検知器では、多重量子井戸層に垂直に入射した光は吸収されない。つまり、量子井戸型光検知器は、多重量子井戸層に垂直に入射した光に対して感度を持たない。
2. Description of the Related Art In recent years, as a photodetector that detects light by a current that flows when incident light is absorbed, there is a quantum well photodetector that includes a photodetector including a multiple quantum well layer.
However, the quantum well photodetector does not absorb light incident perpendicularly to the multiple quantum well layer. In other words, the quantum well photodetector does not have sensitivity to light perpendicularly incident on the multiple quantum well layer.
そこで、従来は、光検知素子の光入射面に対して多重量子井戸層を挟んで反対側に、回折格子と反射電極とからなる光結合構造を設けている。これにより、多重量子井戸層に垂直に入射した光を光結合構造によって反射・偏向させて多重量子井戸層に戻すことで、吸収されるようにしている。 Therefore, conventionally, an optical coupling structure including a diffraction grating and a reflective electrode is provided on the opposite side of the light incident surface of the light detection element with the multiple quantum well layer interposed therebetween. Thereby, light incident perpendicularly to the multiple quantum well layer is reflected and deflected by the optical coupling structure and returned to the multiple quantum well layer so as to be absorbed.
ところで、上述のような光結合構造を設けるだけでは、多重量子井戸層に垂直に入射した光の角度を大きく変えることはできないため、多重量子井戸層に平行に近い角度で入射させるのは難しい。このため、光吸収効率を十分に上げることができず、十分な感度が得られない。
そこで、量子井戸型光検知器において、光吸収効率を向上させ、十分な感度が得られるようにしたい。
By the way, simply providing the optical coupling structure as described above cannot change the angle of light perpendicularly incident on the multiple quantum well layer, and therefore it is difficult to make the light incident on the multiple quantum well layer at an angle close to parallel. For this reason, the light absorption efficiency cannot be sufficiently increased, and sufficient sensitivity cannot be obtained.
Therefore, it is desired to improve the light absorption efficiency and obtain sufficient sensitivity in the quantum well photodetector.
このため、本量子井戸型光検知器は、多重量子井戸層と、多重量子井戸層を挟むコンタクト層とを備える複数の光検知素子を備え、各光検知素子は、一方の表面が多重量子井戸層に対して平行な面になっており、一方の表面に対して多重量子井戸層及びコンタクト層を挟んで反対側の他方の表面が多重量子井戸層に対して傾斜した傾斜面になっており、一方の表面及び傾斜面に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜を備えることを要件とする。 For this reason, the present quantum well type photodetector includes a plurality of photodetectors each including a multiple quantum well layer and a contact layer sandwiching the multiple quantum well layers, and each of the photodetectors has a multiple quantum well on one surface. It is a plane parallel to the layer, and the other surface on the opposite side across the multiple quantum well layer and the contact layer is inclined with respect to the multiple quantum well layer. It is a requirement that a reflective film is provided on the side surface on the side where incident light incident on one surface and the inclined surface is refracted.
本量子井戸型光検知器の製造方法は、多重量子井戸層と、多重量子井戸層を挟むコンタクト層とを備え、多重量子井戸層に対して平行な表面を有する複数の光検知素子を形成する工程と、多重量子井戸層に対して傾斜した傾斜面を形成する工程とを含み、光検知素子形成工程は、平行な表面に反射膜を形成する工程と、各光検知素子の傾斜面に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜を形成する工程とを含むことを要件とする。 The method for manufacturing a quantum well photodetector includes a multiple quantum well layer and a contact layer sandwiching the multiple quantum well layer, and forms a plurality of photodetectors having a surface parallel to the multiple quantum well layer. And a step of forming an inclined surface inclined with respect to the multiple quantum well layer. The photodetecting element forming step includes a step of forming a reflective film on a parallel surface and an incident on the inclined surface of each photodetecting element. And a step of forming a reflection film on the side surface on the side where incident light to be refracted is included.
したがって、本量子井戸型光検知器及びその製造方法によれば、光吸収効率を向上させることができ、十分な感度が得られるようになるという利点がある。 Therefore, according to the present quantum well photodetector and the manufacturing method thereof, there is an advantage that the light absorption efficiency can be improved and sufficient sensitivity can be obtained.
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法について説明する。
[第1実施形態]
まず、第1実施形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法について、図1〜図19を参照しながら説明する。
Hereinafter, a quantum well photodetector according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a quantum well photodetector and a manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態では、入射した光を吸収した場合に流れる電流によって光を検知する量子井戸型光検知器として、赤外線の入射量に応じて光電流を発生する量子井戸型赤外線検知器(QWIP;Quantum Well Infrared Photodetector)を例に挙げて説明する。
本実施形態にかかる量子井戸型赤外線検知器は、図1に示すように、複数の赤外線検知素子3が二次元的に配列された赤外線検知素子アレイ1と、複数の赤外線検知素子3のそれぞれに接続された信号処理回路アレイ2とを備える。
In this embodiment, as a quantum well type photodetector that detects light by a current that flows when incident light is absorbed, a quantum well type infrared detector (QWIP; Quantum) that generates a photocurrent according to the amount of incident infrared rays Well Infrared Photodetector) will be described as an example.
As shown in FIG. 1, the quantum well infrared detector according to this embodiment includes an infrared
なお、赤外線検知素子3を、量子井戸型赤外線検知素子、光検知素子、又は、QWIP素子ともいう。また、赤外線検知器を、赤外線イメージセンサ又はアレイセンサともいう。また、赤外線検知素子アレイ1を、センサ素子アレイ、赤外線焦点面アレイ(IRFPA;Infrared focal plane array)、又は、QWIP焦点面アレイ(QWIP−FPA)ともいう。また、信号処理回路アレイ2を信号処理回路チップともいう。
The
ここでは、赤外線検知素子アレイ1は、複数の赤外線検知素子3が分離溝4で分離されて二次元的に配列された赤外線検知素子アレイである。つまり、赤外線検知素子アレイ1は、複数の赤外線検知素子3と、複数の赤外線検知素子3を分離する分離溝4とを備える。なお、本実施形態では、複数の赤外線検知素子3の全てに接続される共通コンタクト層を備えないため、複数の赤外線検知素子3は分離溝4によって完全に分離されている。
Here, the infrared
このように、各赤外線検知素子3は分離溝4によって分離されているため、反射光が隣接する赤外線検知素子3に到達してしまう、いわゆるクロストークを防止することができる。
本実施形態では、赤外線検知素子アレイ1は、例えばGaAs系の半導体材料によって形成されている。なお、複数の赤外線検知素子3によって、イメージセンサの複数の画素が構成される。このため、赤外線検知素子3を画素ともいう。また、分離溝4を画素分離溝ともいう。
Thus, since each
In the present embodiment, the infrared
ここで、各赤外線検知素子3は、多重量子井戸(MQW;Multi Quantum Well)層5,6を含む。つまり、各赤外線検知素子3は、MQW層5,6と、MQW層5,6を挟むコンタクト層7〜9とを備える。
本実施形態では、各赤外線検知素子3は、異なる波長帯域に対して感度を有する2つのMQW層5,6を赤外線吸収層(感光層)として用いた2波長QWIP素子である。
Here, each
In this embodiment, each
つまり、各赤外線検知素子3は、一の波長帯域の赤外線を吸収する第1MQW層5と、他の波長帯域の赤外線を吸収する第2MQW層6とを備える。また、各赤外線検知素子3は、第1MQW層5に対して一方の表面側に設けられた第1コンタクト層7と、第1MQW層5と第2MQW層6との間に設けられた中間コンタクト層8と、第2MQW層6に対して他方の表面側に設けられた第2コンタクト層とを備える。つまり、各赤外線検知素子3は、一方の表面側から、第1コンタクト層7、第1MQW層5、中間コンタクト層8、第2MQW層6、第2コンタクト層9が積層された素子構造(半導体積層構造)になっている。
That is, each
なお、赤外線検知素子3の一方の表面は、素子表面であり、図1中、上側の表面である。また、赤外線検知素子3の他方の表面は、素子裏面であり、図1中、下側の表面である。ここでは、赤外線検知素子3の他方の表面が光入射面である。また、第1コンタクト層7は上部コンタクト層ともいう。また、中間コンタクト層8は共通コンタクト層ともいう。さらに、第2コンタクト層9は下部コンタクト層ともいう。
In addition, one surface of the
本実施形態では、各赤外線検知素子3は、一方の表面側から、n型GaAs第1コンタクト層7、AlGaAs/GaAs第1MQW層5、n型GaAs中間コンタクト層8、AlGaAs/InGaAs第2MQW層6、n型GaAs第2コンタクト層9を積層させた構造になっている。つまり、2種類のMQW層5,6をn型コンタクト層で挟んだ2層構造になっている。なお、AlGaAs/GaAs第1MQW層5は、AlGaAs障壁層とGaAs井戸層とからなる量子井戸を多数繰り返した構造になっている。同様に、AlGaAs/InGaAs第2MQW層6は、AlGaAs障壁層とInGaAs井戸層とからなる量子井戸を多数繰り返した構造になっている。このように、各赤外線検知素子3は、n型不純物でドーピングされているQWIP素子である。
In the present embodiment, each
また、各赤外線検知素子3には、一方の表面上に反射膜10が設けられており、さらに、分離溝4によって規定された側面にも反射膜10が設けられている。ここで、反射膜10は例えば金属膜である。
さらに、各赤外線検知素子3には、一方の表面上、即ち、第1コンタクト層7上に第1コンタクト電極11が設けられている。また、各赤外線検知素子3には、一方の表面側から中間コンタクト層8まで延びるコンタクト穴12が設けられており、このコンタクト穴12の底面に中間コンタクト電極13が設けられている。さらに、各赤外線検知素子3には、一方の表面側から第2コンタクト層9まで延びるコンタクト穴14が設けられており、このコンタクト穴14の底面に第2コンタクト電極15が設けられている。なお、コンタクト電極11,13,15はコンタクト金属ともいう。
Each infrared detecting
Further, each
また、コンタクト穴12,14の中を含む表面全体を覆うようにパッシベーション膜16が設けられている。ここで、パッシベーション膜16は、例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜である。
また、各赤外線検知素子3の一方の表面の上方に、パッシベーション膜16を介して、信号処理回路アレイ2に電気的に接続するための3つのバンプ17が設けられている。ここで、バンプ17は、金属バンプであり、例えばInバンプである。なお、バンプ17をバンプ電極ともいう。そして、3つのバンプ17は、それぞれ、配線18を介して、上述の3つのコンタクト電極11,13,15に接続されている。ここで、配線18は金属配線である。なお、各赤外線検知素子3の一方の表面上の反射膜が設けられていない領域では、コンタクト電極や配線が反射膜として機能する。
Further, a
Further, three
信号処理回路アレイ2は、各赤外線検知素子3から出力される電気信号が入力され、これを増幅する入力回路、入力回路の出力を外部に読み出す読出回路等の信号処理回路を備える。なお、入力回路と読出回路をまとめて読出回路と呼んでも良い。本実施形態では、信号処理回路アレイ2は、例えばSi系の半導体材料によって形成されている。
そして、赤外線検知素子アレイ1と信号処理回路アレイ2とは、バンプ17を介して接続されている。ここでは、各赤外線検知素子3の3つのコンタクト層7〜9のそれぞれに、配線18及びバンプ17を介して、信号処理回路アレイ2が接続されている。この場合、各赤外線検知素子3の一方の表面側、即ち、素子表面側に信号処理回路アレイ2が接続されることになるため、各赤外線検知素子3には、他方の表面側、即ち、素子裏面側から赤外線が入射することになる。そして、第1MQW層5又は第2MQW層6からの光電流信号(出力電流)が、各赤外線検知素子3の3つのコンタクト層7〜9のそれぞれに接続された配線18及びバンプ17を介して信号処理回路アレイ2に含まれる信号処理回路に個別に読み出されることになる。この場合、中間コンタクト層8及びこれに接続されたバンプ17を介して、第1MQW層5及び第2MQW層6にバイアス電圧をかける。そして、第1コンタクト層7及びこれに接続されたバンプ17を介して第1MQW層5からの光電流信号を読み出すことができる。また、第2コンタクト層9及びこれに接続されたバンプ17を介して第2MQW層6からの光電流信号を読み出すことができる。
The signal
The infrared
なお、赤外線検知素子アレイ1と信号処理回路アレイ2との間の隙間には充填材19が充填されている。
ところで、量子井戸型赤外線検知器では、入射光の電界が井戸層に垂直な方向の成分を持たないと吸収されず、光電流信号の発生に寄与しないため、垂直入射光に対して感度を持たない。
A gap between the infrared
By the way, in a quantum well type infrared detector, it is not absorbed unless the electric field of incident light has a component in a direction perpendicular to the well layer, and does not contribute to generation of a photocurrent signal. Absent.
このため、本実施形態では、各赤外線検知素子3は、一方の表面がMQW層5,6に対して平行な面になっており、一方の表面に対してMQW層5,6及びコンタクト層7〜9を挟んで反対側の他方の表面がMQW層5,6に対して傾斜した傾斜面20になっている。
具体的には、各赤外線検知素子3は、光入射面である他方の表面側に、傾斜面20を有する半導体層21を備える。ここでは、各赤外線検知素子3は、第2コンタクト層9の裏面側に、傾斜面20を有するGaAs層21を備える。なお、GaAs層は不可避的に含まれてしまう不純物を含む場合がある。このため、GaAs層21を、GaAsを含む半導体層という。そして、GaAs層21の厚さを一方の素子側面から他方の素子側面へ向けて連続的に増加させることで、傾斜面20を形成している。これにより、各赤外線検知素子3のMQW層5,6に対して垂直な方向から入射する光を、素子裏面の傾斜面20で屈折させ、反射膜10を有する素子表面や素子側面で反射させ、MQW層5,6に平行に近い角度で入射させることができる。この結果、光吸収効率を向上させることができる。
For this reason, in this embodiment, each
Specifically, each
なお、ここでは、各赤外線検知素子3の全側面に反射膜10を設けているが、傾斜面20で屈折させた光をMQW層5,6に平行に近い角度で入射させるためには、少なくとも傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜10が設けられていれば良い。また、傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の側面と反対側の側面にも反射膜10を設けることで、素子内で光を往復させることが可能となる。これにより、反対側の側面に反射膜10を設けない場合よりも光吸収効率を向上させることができる。
Here, the
また、ここでは、傾斜面20を有する半導体層21をGaAs層にしているが、これに限られるものではない。例えば、傾斜面を有する半導体層を、屈折率が約3程度の他の半導体材料からなる半導体層としても良い。
特に、傾斜面20は、一方の表面で反射されて戻ってきた光が全反射する条件を満たす傾斜角を有するものとするのが好ましい。この場合、図2に示すように、各赤外線検知素子3のMQW層5,6に対して垂直な方向から入射する光は、素子裏面の傾斜面20で屈折し、素子表面で反射され、傾斜面20に戻ってきて、傾斜面20で全反射される。このようにして傾斜面20で全反射された光は、素子側面で反射され、MQW層5,6に平行に近い角度で入射されることになる。これにより、光吸収効率を向上させることができる。なお、図2では、説明の便宜上、一つの赤外線検知素子3を、2つのMQW層をまとめて示し、中間コンタクト層8を省略するなど、簡略化して示している。
Here, the
In particular, the
具体的には、傾斜面20を有する半導体層21をGaAs層とする場合、後述するように、傾斜面20は、約11°以上約33°以下の傾斜角を有するものとするのが好ましい。
ここで、図3(A)、図3(B)に示すように、屈折率の大きな物質(屈折率n1)から屈折率の小さな物質(屈折率n2)に斜めに光が入射する場合、光は屈折率の大きな物質の方に屈折するのは良く知られている。そして、入射角θ1が大きくなるにしたがって屈折角θ2も大きくなって、90°に達すると、屈折光はなくなり、全反射となる。
Specifically, when the
Here, as shown in FIGS. 3A and 3B, light is incident obliquely from a material having a high refractive index (refractive index n 1 ) to a material having a low refractive index (refractive index n 2 ). It is well known that light is refracted toward a material having a large refractive index. As the incident angle θ 1 increases, the refraction angle θ 2 also increases. When the angle reaches 90 °, the refracted light disappears and total reflection occurs.
屈折率n1の物質から屈折率n2の物質へ光が出る場合の全反射の臨界角θcは、次式(1)で表せる。
特に、GaAs層から空気中に光が出ていく場合の全反射の臨界角θcは、GaAsの屈折率が3.3であるため、次式(2)のように、約17.64°となり、かなり小さい角度で入射しても全反射することがわかる。逆に、空気中からGaAs層21に光が入射する場合は角度を持っていても全反射は起こらない。
上述のように、傾斜面20を有するGaAs層21を備える赤外線検知素子3の場合、MQW層5,6に対して垂直な方向から入射する光は、傾斜面20で屈折し、角度を変えられ、素子表面に達し、素子表面で反射され、再び傾斜面20に達する(図2参照)。この場合、後述するように、傾斜面20の角度、即ち、傾斜角が約11°以上であれば、傾斜面20に戻ってきた光は全反射される。また、後述するように、傾斜角が約33°以下であれば、傾斜面20で全反射された光は、素子側面で反射され、MQW層5,6に平行に近い角度で入射される。これにより、光吸収効率を向上させることができる。
As described above, in the case of the infrared detecting
ここで、傾斜面20を有するGaAs層21を備える赤外線検知素子3において、MQW層5,6に平行に近い角度で光を入射させるためには、傾斜角を約11°以上約33°以下にするのが好ましい理由を説明する。
ここでは、図4(A)に示すように、傾斜角θ1の傾斜面を有するGaAs素子(屈折率n=3.3)に光が入射する場合を例に挙げて説明する。なお、入射面としての傾斜面の反対側の表面及び側面には反射膜が設けられているものとする。
Here, in the infrared detecting
Here, as shown in FIG. 4A, a case where light enters a GaAs element (refractive index n = 3.3) having an inclined surface with an inclination angle θ 1 will be described as an example. It is assumed that a reflective film is provided on the surface and side surface opposite to the inclined surface as the incident surface.
まず、GaAs素子の傾斜面に入射する光の入射角は、GaAs素子の傾斜面の傾斜角θ1に等しく、θ1となることが分かる。
次に、入射面としての傾斜面での屈折角θ2は、sinθ1/sinθ2=nより、次式(3)によって表すことができる。
θ2=sin−1(sinθ1/n)・・・(3)
次に、傾斜面の反対側の表面への入射角θ3は、次式(4)によって表すことができる。
θ3=θ1−θ2・・・(4)
次に、傾斜面の反対側の表面で反射され、戻ってきた光の傾斜面への入射角θ4は、次式(5)によって表すことができる。
θ4=90−(90−2θ1+θ2)=2θ1−θ2・・・(5)
次に、傾斜面で反射した光の水平方向とのなす角、即ち、GaAs素子の側面に垂直な方向に対する傾斜面で反射した光の角度θ5は、θ1+θ4+θ5=90より、次式(6)によって表すことができる。
θ5=90−3θ1+θ2・・・(6)
そして、GaAs素子の傾斜面の角度、即ち、傾斜角θ1を例えば10°から40°の範囲で変化させた場合、各角度θ2〜θ4は、図4(B)に示すようになる。
First, it can be seen that the incident angle of the light incident on the inclined surface of the GaAs element is equal to the inclination angle θ 1 of the inclined surface of the GaAs element and becomes θ 1 .
Next, the refraction angle θ 2 on the inclined surface as the incident surface can be expressed by the following equation (3) from sin θ 1 / sin θ 2 = n.
θ 2 = sin −1 (sin θ 1 / n) (3)
Next, the incident angle θ 3 to the surface opposite to the inclined surface can be expressed by the following equation (4).
θ 3 = θ 1 −θ 2 (4)
Next, the incident angle θ 4 of the light reflected on the surface opposite to the inclined surface and returned to the inclined surface can be expressed by the following equation (5).
θ 4 = 90− (90−2θ 1 + θ 2 ) = 2θ 1 −θ 2 (5)
Next, an angle between the light reflected by the inclined surface and the horizontal direction, that is, an angle θ 5 of the light reflected by the inclined surface with respect to a direction perpendicular to the side surface of the GaAs element is θ 1 + θ 4 + θ 5 = 90, It can be represented by the following formula (6).
θ 5 = 90−3θ 1 + θ 2 (6)
When the angle of the inclined surface of the GaAs element, that is, the inclination angle θ 1 is changed within a range of 10 ° to 40 °, for example, the angles θ 2 to θ 4 are as shown in FIG. .
ここで、上述のように、傾斜面の反対側の表面で反射され、戻ってきた光が傾斜面で全反射する条件は、θ4>17.64°である。このため、この条件を満たすためには、図4(B)に示すように、θ1≧11°であることが必要である。
また、θ5<0であると、傾斜面で反射した光は、GaAs素子の側面で反射された後、GaAs素子の外へ出てしまうことになる。このため、θ5>0であることが必要であり、この条件を満たすためには、図4(B)に示すように、θ5≦33°であることが必要である。
Here, as described above, the condition that the light reflected and reflected by the surface opposite to the inclined surface is totally reflected by the inclined surface is θ 4 > 17.64 °. Therefore, in order to satisfy this condition, it is necessary that θ 1 ≧ 11 ° as shown in FIG.
If θ 5 <0, the light reflected by the inclined surface will be reflected from the side surface of the GaAs element and then go out of the GaAs element. Therefore, it is necessary that θ 5 > 0. In order to satisfy this condition, it is necessary that θ 5 ≦ 33 ° as shown in FIG.
このため、傾斜面20を有するGaAs層21を備える赤外線検知素子3において、MQW層5,6に平行に近い角度で光を入射させるためには、傾斜面20の傾斜角を約11°以上約33°以下(約11°≦θ1≦約33°)にするのが好ましい。
特に、この範囲内で傾斜角を適切に設定することによって、MQW層5,6に平行な方向にかなり近い角度で光を入射させることが可能となる。
Therefore, in the infrared detecting
In particular, by appropriately setting the tilt angle within this range, it becomes possible to make light incident at an angle that is substantially close to the direction parallel to the MQW layers 5 and 6.
以下、図5〜図7を参照しながら,傾斜角25°の傾斜面20を有するGaAs層21を備え、コンタクト層7X,9Xで挟んだ1つのMQW層5Xを備える赤外線検知素子3を例に挙げて、その反射経路及び光吸収効率について説明する。
なお、ここでは、説明の便宜上、1つのMQW層5Xを備える赤外線検知素子3について説明するが、本実施形態のように2つのMQW層5,6を備える赤外線検知素子3であっても同様の反射経路となり、各MQW層5,6において同等の光吸収効率が得られる。
Hereinafter, referring to FIG. 5 to FIG. 7, an infrared detecting
Here, for convenience of explanation, the
ここでは、図5に示すように、赤外線検知素子3の幅、即ち、画素サイズを約30μmとし、MQW層5Xの厚さを約2μmとし、MQW層5Xの上下のコンタクト層7X,9Xの厚さを、それぞれ、約1μmとしている。また、入射面としての傾斜面20の反対側の表面及び側面には反射膜10が設けられている。なお、図5では、説明の便宜上、一つの赤外線検知素子3を簡略化して示している。
Here, as shown in FIG. 5, the width of the
この場合、MQW層5Xに対して垂直な方向から入射する入射光は、傾斜角約25°の傾斜面20に対して入射するので、入射角θ1は約25°である。そして、屈折角θ2は、次式(7)により求めることができる。
In this case, incident light incident from a direction perpendicular to the
また、入射面としての傾斜面20の反対側の素子表面での反射角θ3は、θ3=θ1−θ2より、θ3=17.64°となる。
Further, the reflection angle θ 3 on the element surface opposite to the
さらに、素子表面で反射され、戻ってきた光の傾斜面20への入射角θ4は、θ4=2θ1−θ2より、θ4=42.64°となり、傾斜面20において全反射する。
また、傾斜面20で全反射した光の水平方向とのなす角θ5は、θ5=90−3θ1+θ2より、θ5=22.36°となり、反射膜10を有する素子側面で、同じく22.36°の角度で反射されて、素子表面方向へ向かう。この結果、素子側面で反射した光はMQW層5Xに平行に近い角度で入射することになる。その後、MQW層5Xを通過した光は、再度、素子表面で67.64°で反射され、再び、MQW層5Xに平行に近い角度で入射することになる。これにより、光吸収効率を向上させることができる。
Further, the incident angle θ 4 of the light reflected and returned from the element surface to the
Further, the angle θ 5 formed with the horizontal direction of the light totally reflected by the
ところで、このような赤外線検知素子3では、例えば図6に示すように傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の素子側面から遠い領域に光が入射する場合、MQW層5Xに、比較的浅い角度で、即ち、MQW層5Xに平行に近い角度で入射させることができる。ここで、素子側面から遠い領域は、例えば図6中、右側から中央部までの領域である。なお、図6では、説明の便宜上、反射膜10を省略するなど、一つの赤外線検知素子3を簡略化して示している。
By the way, in such an
この場合、入射光は、MQW層5Xに、比較的深い角度で、即ち、垂直に近い角度で入射し、1往復する。次に、MQW層5Xに、比較的浅い角度で、即ち、MQW層5Xに平行に近い角度で入射し、1往復する。その後、MQW層5Xに、比較的深い角度で、即ち、垂直に近い角度で入射し、1往復して、素子の外へ出る。このため、光吸収効率は良い。
In this case, the incident light enters the
一方、例えば図7に示すように傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の素子側面に近い領域に光が入射する場合、MQW層5Xに、比較的浅い角度で、即ち、MQW層5Xに平行に近い角度で入射させるのは難しい。この場合、入射光は、MQW層5Xに、比較的深い角度で、即ち、垂直に近い角度で入射し、1往復した後、素子の外で出てしまう。このため、光吸収効率は良くない。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 7, when light is incident on a region close to the side surface of the element on which incident light incident on the
このように、光が入射する領域によって光吸収効率は異なるが、赤外線検知素子3の幅方向で、即ち、図5〜図7中、右側から左側まで光吸収効率を足し合わせて、赤外線検知素子3の光吸収効率を計算してみたところ、約62.5%であった。これは、素子表面側に回折格子を設けた場合の光吸収効率約48.8%と比べて、およそ30%の効率改善が図られたことを意味する。なお、ここでは、光吸収効率の計算にあたっては、吸収係数として1.82×103cm−1(例えばB.F.Levine, ”Quantum-well infrared photodetectors”, J.Appl.Phys, Vol. 74, No. 8, R1〜R81, 15 October 1993参照)を用いた。また、反射膜10が設けられている素子表面及び素子側面での反射率は100%と仮定した。
Thus, although the light absorption efficiency varies depending on the region where light enters, the
次に、本量子井戸型光検知器の製造方法について、図8〜図19を参照しながら説明する。
まず、図8(A)に示すように、GaAs基板(半導体基板)22上に、InGaP第1エッチングストッパ層23、ノンドープのi−GaAs層(半導体層)21、InGaP第2エッチングストッパ層24を成長させる。このように、本実施形態では、下側のInGaP第1エッチングストッパ層23をGaAs基板22とi−GaAs層21との間に形成する。これは、GaAs基板22を除去する際にi−GaAs層21が除去されないように、エッチング深さを正確に制御するためである。なお、第1エッチングストッパ層23は下部エッチングストッパ層ともいう。
Next, the manufacturing method of this quantum well type | mold photodetector is demonstrated, referring FIGS. 8-19.
First, as shown in FIG. 8A, an InGaP first
次に、InGaP第2エッチングストッパ層24上に、n−GaAs第2コンタクト層9、AlGaAs/InGaAs第2MQW層6、n−GaAs中間コンタクト層8、AlGaAs/GaAs第1MQW層5、n−GaAs第1コンタクト層7を成長させる。このように、本実施形態では、上側のInGaP第2エッチングストッパ層24をn−GaAs第2コンタクト層9の直下に形成する。これは、分離溝4を形成する際にi−GaAs層21が除去されないように、エッチング深さを正確に制御するためである。なお、第2エッチングストッパ層24は上部エッチングストッパ層ともいう。
Next, on the InGaP second
このようにして、各赤外線検知素子3を構成する半導体積層構造(ウェハ構造)が形成される。
次に、図8(B)、図9(A)に示すように、各赤外線検知素子3(各画素)を形成する領域のそれぞれに、2つのコンタクト穴12,14を形成する。
つまり、まず、図8(B)に示すように、n−GaAs第1コンタクト層7の表面からn−GaAs中間コンタクト層8まで延びる2つのコンタクト穴12,14Xを、例えばドライエッチングによって形成する。これにより、一方の表面側から中間コンタクト層8まで延びるコンタクト穴12が形成される。
In this way, a semiconductor laminated structure (wafer structure) constituting each infrared detecting
Next, as shown in FIGS. 8B and 9A, two
That is, first, as shown in FIG. 8B, two
次に、図9(A)に示すように、一方のコンタクト穴14Xの下方に形成されている、n−GaAs中間コンタクト層8、AlGaAs/InGaAs第2MQW層6及びn−GaAs第2コンタクト層9の一部を、例えばドライエッチングによって除去する。これにより、一方の表面側から第2コンタクト層9まで延びるコンタクト穴14が形成される。
Next, as shown in FIG. 9A, the n-GaAs
次に、図9(B)に示すように、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、コンタクト穴12,14の中を含む表面全体を覆うように、パッシベーション膜16を形成する。
次に、図10(A)に示すように、各赤外線検知素子3の3つのコンタクト電極11,13,15を設ける領域のパッシベーション膜16を例えばドライエッチングによって除去した後、例えば蒸着によって3つのコンタクト電極11,13,15を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a
Next, as shown in FIG. 10A, after removing the
つまり、n−GaAs第1コンタクト層7の表面上に形成されたパッシベーション膜16の一部を例えばドライエッチングによって除去した後、例えば蒸着によって第1コンタクト電極11を形成する。これにより、n−GaAs第1コンタクト層7上に第1コンタクト電極11が形成される。
また、コンタクト穴12の底面上、即ち、n−GaAs中間コンタクト層8上に形成されたパッシベーション膜16の一部を例えばドライエッチングによって除去した後、例えば蒸着によって中間コンタクト電極13を形成する。これにより、コンタクト穴12の底面に、即ち、n−GaAs中間コンタクト層8上に中間コンタクト電極13が形成される。
That is, after removing a part of the
Further, after removing a part of the
さらに、コンタクト穴14の底面上、即ち、n−GaAs第2コンタクト層9上に形成されたパッシベーション膜16の一部を例えばドライエッチングによって除去した後、例えば蒸着によって第2コンタクト電極15を形成する。これにより、コンタクト穴14の底面に、即ち、n−GaAs第2コンタクト層9上に第2コンタクト電極15が形成される。
Further, a part of the
このようにして、3つのコンタクト層7〜9のそれぞれの表面上に、コンタクト電極11,13,15が形成される。
次に、図10(B)に示すように、各赤外線検知素子3の一方の表面上の反射膜10を設ける領域のパッシベーション膜16を例えばドライエッチングによって除去した後、例えばスパッタリングによって反射膜10を形成する。つまり、n−GaAs第1コンタクト層7の表面上に、即ち、MQW層5,6に対して平行な表面上に反射膜10を形成する。
In this way,
Next, as shown in FIG. 10B, after the
次いで、図11(A)に示すように、再び、表面全体を覆うようにパッシベーション膜16を形成する。
次に、図11(B)に示すように、3つのコンタクト電極11,13,15のそれぞれの上部から表面上のバンプ17を設ける領域まで延びる配線18を形成する。
つまり、3つのコンタクト電極11,13,15のそれぞれの上部に形成されたパッシベーション膜16を例えばドライエッチングによって除去した後、例えば配線金属をスパッタリングし、例えばイオンミリングによって不要部分を除去して、配線18を形成する。なお、表面上のバンプ17を設ける領域に形成された配線18の部分は、バンプ17の下地層としても機能しうるような形状になっている。
Next, as shown in FIG. 11A, a
Next, as shown in FIG. 11B, a
That is, after the
次に、図12(A)に示すように、例えばドライエッチングによって、各赤外線検知素子3を分離する分離溝4を形成する。つまり、複数の赤外線検知素子3が形成されるように分離溝4を形成する。ここでは、表面側からi−GaAs層21に達する分離溝4を形成する。
次に、図12(B)に示すように、再び、表面全体を覆うようにパッシベーション膜16を形成した後、例えばスパッタ及びイオンミリングによって、分離溝4の内部の壁面、即ち、各赤外線検知素子3の側面に反射膜10を形成する。つまり、分離溝4によって規定された各赤外線検知素子3の側面に反射膜10を形成する。
Next, as shown in FIG. 12A,
Next, as shown in FIG. 12B, after forming the
なお、ここでは、各赤外線検知素子3の全側面に反射膜10を形成するが、傾斜面20で屈折させた光をMQW層5,6に平行に近い角度で入射させるためには、少なくとも傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜10を形成すれば良い。また、傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の側面と反対側の側面にも反射膜10を形成することで、素子内で光を往復させることが可能となる。これにより、反対側の側面に反射膜10を設けない場合よりも光吸収効率を向上させることができる。
Here, the
このようにして、i−GaAs層21の上方に、MQW層5,6と、これらのMQW層5,6を挟むコンタクト層7〜9とを備え、MQW層5,6に対して平行な表面を有する複数の赤外線検知素子3を形成する。上述の工程を赤外線検知素子形成工程(光検知素子形成工程)という。
次に、図13(A)に示すように、各赤外線検知素子3のバンプ17を設ける領域のパッシベーション膜16を例えばドライエッチングによって除去する。その後、3つのコンタクト電極11,13,15のそれぞれに接続された配線18のそれぞれの表面上に、例えば蒸着又はめっきによって、バンプ17を形成する。このようにして、各赤外線検知素子3上にバンプ17を形成する。
In this manner, the MQW layers 5 and 6 and the contact layers 7 to 9 sandwiching the MQW layers 5 and 6 are provided above the i-
Next, as shown in FIG. 13A, the
次に、図13(B)に示すように、チップサイズにダイシング(切断)して、複数の赤外線検知素子3が二次元的に配列された赤外線検知素子アレイ1とした後、これを、例えばフリップチップボンディング(FCB)によって信号処理回路アレイ2に貼り合わせる。このようにして、各赤外線検知素子3をバンプ17を介して信号処理回路アレイ2に貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 13B, after dicing (cutting) into a chip size to form an infrared
次に、図14(A)に示すように、赤外線検知素子アレイ1と信号処理回路アレイ2との間の隙間に充填材(フィラー)19を充填する。ここでは、充填材19は、赤外線検知素子3を構成する材料と熱膨張係数を合わせるために、エポキシ系樹脂に微小シリカ粒子を混濁したものを用いる。なお、これ以降は4画素分を図示する。
次に、赤外線検知素子アレイ1に含まれる各赤外線検知素子3の他方の表面に、MQW層5,6に対して傾斜した傾斜面20を形成する。この工程を傾斜面形成工程という。
Next, as shown in FIG. 14A, a filler (filler) 19 is filled in the gap between the infrared
Next, an
つまり、まず、図14(B)に示すように、GaAs基板22を例えばウェットエッチングによって除去する。このGaAs基板22を除去するためのエッチングは、InGaP第1エッチングストッパ層23で停止するため、その後、InGaP第1エッチングストッパ層23を例えばHClで除去する。
次に、図15(A)に示すように、i−GaAs層21の表面上にレジスト25をパターニングする。ここでは、レジスト25を厚さを変えてパターニングする。
That is, first, as shown in FIG. 14B, the
Next, as shown in FIG. 15A, a resist 25 is patterned on the surface of the i-
このように、レジスト25を厚さを変えてパターニングする場合、レジスト25の塗布方法としては、例えば、以下の3つの方法が考えられる。
まず、第1の方法としては、ノズル位置制御が可能なスプレーコートにてレジスト25を塗布する方法が考えられる。つまり、図17(A)〜図17(D)に示すように、レジスト25を塗布する範囲を変えて、複数回薄く塗布することで、厚さを変えたレジストパターンが形成することができる。
Thus, when patterning the resist 25 by changing the thickness, for example, the following three methods are conceivable as a method for applying the resist 25.
First, as a first method, a method of applying the resist 25 by spray coating capable of nozzle position control is conceivable. That is, as shown in FIGS. 17A to 17D, a resist pattern with a changed thickness can be formed by changing the range in which the resist 25 is applied and applying the resist 25 thinly multiple times.
次に、第2の方法としては、図18(A)〜図18(F)に示すように、まず、厚くレジスト25を塗布した後、異なる大きさのマスク26,27を用いて、露光・現像を行なう方法が考えられる。
つまり、まず、図18(A)に示すように、例えばスピンコートなどで、厚くレジスト25を塗布する。
Next, as a second method, as shown in FIGS. 18 (A) to 18 (F), first, after a thick resist 25 is applied, masks 26 and 27 having different sizes are used for exposure and exposure. A method of developing is conceivable.
That is, first, as shown in FIG. 18A, a thick resist 25 is applied by, eg, spin coating.
次に、図18(B)、図18(C)に示すように、狭い幅のマスク26を用いて、最も厚さを厚くする領域を被覆して、露光を行なった後、現像を行なう。ここでは、露光条件として、露光量をかなり少なくし、レジスト25の極表面が現像されるようにする。
次に、図18(D)、図18(E)に示すように、少し幅の広いマスク27を用いて、次に厚さを厚くする領域を被覆して、露光を行なった後、現像を行なう。露光条件は前回と同じである。
Next, as shown in FIGS. 18B and 18C, a
Next, as shown in FIGS. 18D and 18E, a
その後、同様の手順を繰り返すことで、図18(F)に示すように、厚さを変えたレジストパターンを形成することができる。
次に、第3の方法としては、図19(A)〜図19(D)に示すように、レジスト25を塗布し、マスク28を用いて露光・現像を行なってレジストパターンを形成した後、ベーキングする方法が考えられる。つまり、レジストパターンをベーキングして、レジストパターンの周囲に角度を持たせることで、厚さを変えたレジストパターンを形成することができる。
Thereafter, by repeating the same procedure, a resist pattern with a different thickness can be formed as shown in FIG.
Next, as a third method, as shown in FIGS. 19A to 19D, after applying a resist 25 and performing exposure and development using a
次に、図15(B)に示すように、レジスト25の厚さを変えてパターニングされたレジストパターンを用いて、例えばドライエッチングによってi−GaAs層21を加工して、i−GaAs層21に傾斜面20を形成する。これにより、傾斜面20を有するi−GaAs層21が形成される。なお、ドライエッチングの条件を、レジストとGaAsの選択比がそれほど大きくならないようにする。
Next, as shown in FIG. 15B, the i-
このように、i−GaAs層21に傾斜面20を形成するために、各赤外線検知素子3を作製する際に用いたGaAs基板22を除去するため、本量子井戸型光検知器に含まれる各赤外線検知素子3はGaAs基板22を含まないものとなる。
上述のようにしてドライエッチングによってレジストを剥離した後、図16(A)に示すように、再び、分離溝4の上方に開口部が形成されるように、レジスト29をパターニングする。
As described above, in order to form the
After the resist is removed by dry etching as described above, the resist 29 is patterned again so that an opening is formed above the
そして、図16(B)に示すように、例えばドライエッチングによって、分離溝4の上方のi−GaAs層21、InGaP第2エッチングストッパ層24及びパッシベーション膜16を除去して、分離溝4に連なる溝30を形成する。なお、この分離溝4に連なる溝30も各赤外線検知素子3を分離するものであるため、分離溝4及び分離溝4に連なる溝30の全体を分離溝と見ることもできる。
Then, as shown in FIG. 16B, the i-
その後、例えばスパッタ及びイオンミリングによって、分離溝4に連なる溝30の内部、即ち、各赤外線検知素子3の側面に反射膜10を形成する。
このようにして、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器が完成する。
したがって、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法によれば、光吸収効率を向上させることができ、十分な感度が得られるようになるという利点がある。
Thereafter, the
In this manner, the quantum well type photodetector according to the present embodiment is completed.
Therefore, according to the quantum well photodetector and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, there is an advantage that the light absorption efficiency can be improved and sufficient sensitivity can be obtained.
なお、上述の実施形態では、傾斜面20の角度を一定にしているが、これに限られるものではない。
例えば、図20に示すように、傾斜面20の途中で傾斜角を変化させるようにしても良い。つまり、各赤外線検知素子3において、その素子幅内で傾斜面20の傾斜角を変化させるようにしても良い。
In the above-described embodiment, the angle of the
For example, as shown in FIG. 20, the inclination angle may be changed in the middle of the
上述の実施形態のように、傾斜面20を有する半導体層21を備える赤外線検知素子3であっても、傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の素子側面に近い領域に光が入射すると、MQW層5,6に平行に近い角度で入射させて光吸収効率を向上させるのは難しい(図7参照)。このため、図20に示すように、傾斜面20に入射する入射光が屈折する側の素子側面に近い領域では傾斜面20の傾斜角を小さくしても、上述の実施形態の場合と同等の効果が得られる。つまり、傾斜面20を、第1傾斜角度を有する第1傾斜面20Aと、第1傾斜角度と異なる第2傾斜角度を有する第2傾斜面20Bとを備えるものとしても良い。この場合、第1傾斜角度を、一方の表面で反射されて戻ってきた光が全反射する条件を満たす傾斜角度にすれば良い。このような構造とすることで、分離溝4の深さを浅くすることができ、加工が容易になる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法について、図21、図22を参照しながら説明する。
Even in the
[Second Embodiment]
Next, a quantum well photodetector and a method for manufacturing the same according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態にかかる量子井戸型光検知器は、上述の第1実施形態のものに対し、傾斜面20の構成が異なる。
つまり、本実施形態では、図21に示すように、各赤外線検知素子3は、他方の表面側に、傾斜面20として、異なる傾斜面20X,20Yを組み合わせて形成される山型傾斜面20Zが複数設けられている半導体層21を備える。つまり、各赤外線検知素子3は、一の傾斜方向を有する複数の第1傾斜面20Xと、第1傾斜面20Xと同一の大きさの傾斜角を有し、かつ、一の傾斜方向と異なる他の傾斜方向を有する複数の第2傾斜面20Yとを有する半導体層21を備える。そして、第1傾斜面20Xと第2傾斜面20Yとが交互に設けられている。なお、図21では、説明の便宜上、一つの赤外線検知素子3を、2つのMQW層5,6をまとめて示し、中間コンタクト層8を省略するなど、簡略化して示している。
The quantum well type photodetector according to the present embodiment is different in the configuration of the
In other words, in the present embodiment, as shown in FIG. 21, each
ここでは、一つの第1傾斜面20Xと一つの第2傾斜面20Yとによって一つの山型傾斜面20Zを構成し、同一形状の山型傾斜面20Zを周期的に設けることで、複数の山型傾斜面20Zを有する半導体層21を構成している。このため、一つの山型傾斜面20Zの長さ、即ち、一つの第1傾斜面20Xの長さと一つの第2傾斜面20Yの長さとを足し合わせた長さを、一周期の長さという。ここで、傾斜角は、MQW層5,6に平行な面に対する傾斜面20X,20Yの角度である。また、傾斜方向は、傾斜面20X,20Yが延びる方向である。
Here, one mountain-shaped inclined surface 20Z is constituted by one first
特に、一の第1傾斜面20Xに入射した光が一方の表面で反射されて他の第1傾斜面20Xに戻り、かつ、一の第2傾斜面20Yに入射した光が一方の表面で反射されて他の第2傾斜面20Yに戻るように、傾斜角、傾斜面20X,20Yの長さ、光検知素子3の厚さを設定するのが好ましい。
この場合も、各赤外線検知素子3は、一方の表面がMQW層5,6に対して平行な面になっており、一方の表面に対してMQW層5,6及びコンタクト層7〜9を挟んで反対側の他方の表面がMQW層5,6に対して傾斜した傾斜面20になっていることになる。
In particular, light incident on one first
Also in this case, each of the
具体的には、各赤外線検知素子3は、第2コンタクト層9の裏面側に、複数の山型傾斜面20Zを有するGaAs層21を備える。これにより、各赤外線検知素子3のMQW層5,6に対して垂直な方向から入射する光を、素子裏面の傾斜面20で屈折させ、素子表面や素子側面で反射させることで、MQW層5,6に平行に近い角度で入射させることができる。この結果、光吸収効率を向上させることができる。
Specifically, each
特に、第1傾斜面20X及び第2傾斜面20Yは、一方の表面で反射されて戻ってきた光が全反射する条件を満たす傾斜角を有するものとするのが好ましい。この場合、各赤外線検知素子3のMQW層5,6に対して垂直な方向から入射する光は、素子裏面の傾斜面20で屈折し、素子表面で反射され、傾斜面20に戻ってきて、傾斜面20で全反射される。このようにして傾斜面20で全反射された光は、素子側面で反射され、MQW層5,6に平行に近い角度で入射されることになる。これにより、光吸収効率を向上させることができる。
In particular, it is preferable that the first
具体的には、複数の山型傾斜面20Zを有する半導体層21をGaAs層とする場合、後述するように、第1傾斜面20X及び第2傾斜面20Yは、約11°以上約33°以下の傾斜角を有するものとするのが好ましい。
以下、図21、図22を参照しながら、傾斜角24°の第1傾斜面20Xと傾斜角24°の第2傾斜面20Yとからなる山型傾斜面20Zを複数有するGaAs層21を備え、コンタクト層7,9で挟んだ1つのMQW層5Xを備える赤外線検知素子3を例に挙げて、その反射経路及び光吸収効率について説明する。
Specifically, when the
Hereinafter, with reference to FIG. 21 and FIG. 22, a
なお、ここでは、説明の便宜上、1つのMQW層5Xを備える赤外線検知素子3について説明するが、本実施形態のように2つのMQW層5,6を備える赤外線検知素子3であっても同様の反射経路となり、各MQW層5,6において同等の光吸収効率が得られる。
ここでは、図21に示すように、第1傾斜面20X及び第2傾斜面20Yは、それぞれ、長さを約5μmとし、傾斜角を約24°としている。また、赤外線検知素子3の幅、即ち、画素サイズを約30μmとし、MQW層5Xの厚さを約2μmとし、MQW層5Xの上下のコンタクト層7,9の厚さを、それぞれ、約1μmとし、赤外線検知素子3の厚さDを約16.4μmとしている。これにより、一の第1傾斜面20Xから入射した光は屈折・反射して、他の第1傾斜面20X(ここでは一の第1傾斜面20Xに隣接する第1傾斜面20X;次の周期の第1傾斜面20X)に達するようにしている。なお、図21では、説明の便宜上、一つの赤外線検知素子3を簡略化して示している。
Here, for convenience of explanation, the
Here, as shown in FIG. 21, the first
特に、赤外線検知素子3の厚さDを調整して、一の第1傾斜面20Xの一方の端部、即ち、半導体層21の最も厚さの薄い部分(図21中、符号A)に入射した光が、他の第1傾斜面20Xの一方の端部、即ち、半導体層21の最も厚さの薄い部分(図21中、符号B)に達するようにしている。
ここでは、第2傾斜面20Yは第1傾斜面20Xと同じ長さ及び同じ角度になっている。このため、同様に、一の第2傾斜面20Yから入射した光は屈折・反射して、他の第2傾斜面20Y(ここでは一の第2傾斜面20Yに隣接する第2傾斜面20Y;次の周期の第2傾斜面20Y)に達することになる。また、一の第2傾斜面20Yの一方の端部、即ち、半導体層21の最も厚さの薄い部分に入射した光が、他の第2傾斜面20Yの一方の端部、即ち、半導体層21の最も厚さの薄い部分に達することになる。
In particular, the thickness D of the infrared detecting
Here, the second
具体的には、赤外線検知素子3の厚さDは、傾斜角をθ1とし、傾斜面の長さをx0とし、傾斜面20に光が入射した場合の屈折角をθ2として、次式(8)によって求めることができる。
Specifically, the thickness D of the infrared detecting
この場合、図21に示すように、MQW層5Xに対して垂直な方向から入射する入射光は、第1傾斜面20Xに対して入射角約24°で入射し、屈折角7.08°で屈折する。このようにして入射・屈折した光は、入射面としての傾斜面20の反対側の素子表面で反射される。そして、戻ってきた光は、傾斜面20(ここでは20X)で全反射され、反射膜10を有する素子側面で反射されて、素子表面方向へ向かう。この結果、MQW層5Xに平行に近い角度で入射することになる。その後、MQW層5Xを通過した光は、再度、素子表面で反射され、再び、MQW層5Xに平行に近い角度で入射することになる。これにより、光吸収効率を向上させることができる。
In this case, as shown in FIG. 21, incident light incident from a direction perpendicular to the
ところで、このような赤外線検知素子3では、第1傾斜面20Xの他方の端部、即ち、半導体層21の最も厚さの厚い部分に近い領域に光が入射すると、その反射光は他の第1傾斜面20Xから外れてしまい、素子外へ出てしまうことになる。厳密には一部は反射して素子内に残る。ここで、第1傾斜面20Xの他方の端部に近い領域は、山型傾斜面20Zの頂点に近い領域である。ここでは、山型傾斜面20Zの高さの約70%を超える領域である。なお、第2傾斜面20Yに入射する光についても同様である。
By the way, in such an infrared detecting
一方、図22に示すように、一方の素子側面に近い領域に光が入射する場合であっても、第1傾斜面20Xの一方の端部に近い領域に入射すれば、反射経路は多少複雑になるものの、一方の素子側面から遠い領域に入射する場合と同様に、MQW層5Xに平行に近い角度で入射させることができる。この場合、MQW層5Xに対して垂直な方向から入射する入射光は、第1傾斜面20Xに入射し、屈折された後、入射面としての傾斜面20の反対側の素子表面で反射される。そして、戻ってきた光は、反射膜10を有する一方の素子側面で反射され、第2傾斜面20Yで全反射された後、反射膜10を有する他方の素子側面で反射され、素子表面方向へ向かう。この結果、MQW層5Xに平行に近い角度で入射することになる。その後、MQW層5Xを通過した光は、再度、素子表面で反射され、再び、MQW層5Xに平行に近い角度で入射することになる。これにより、光吸収効率を向上させることができる。ここで、第1傾斜面20Xの一方の端部に近い領域は、山型傾斜面20Zの谷に近い領域である。ここでは、山型傾斜面20Zの高さの約30%以内の領域である。なお、第2傾斜面20Zに入射する光についても同様である。
On the other hand, as shown in FIG. 22, even if light is incident on a region near one element side surface, the reflection path is somewhat complicated if it is incident on a region near one end of the first
そして、上述の第1実施形態の場合と同様に、赤外線検知素子3の幅方向で、即ち、図21、図22中、右側から左側まで光吸収効率を足し合わせて、赤外線検知素子3の光吸収効率を計算してみたところ、約69.5%であった。これは、素子表面側に回折格子を設けた場合の光吸収効率約48.8%と比べて、およそ42%の効率改善が図られたことを意味する。
As in the case of the first embodiment described above, the light of the
なお、その他の詳細は、上述の第1実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法によれば、上述の第1実施形態の場合と同様に、光吸収効率を向上させることができ、十分な感度が得られるようになるという利点がある。
Other details are the same as in the case of the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted here.
Therefore, according to the quantum well photodetector and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the light absorption efficiency can be improved and sufficient sensitivity can be obtained as in the case of the first embodiment described above. There is an advantage of becoming.
なお、上述の実施形態では、複数の山型傾斜面20Zを設けているが、これに限られるものではなく、例えば、1つの山型傾斜面を設けるようにしても良い。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法について、図23〜図30を参照しながら説明する。
In the above-described embodiment, the plurality of mountain-shaped inclined surfaces 20Z are provided. However, the present invention is not limited to this. For example, one mountain-shaped inclined surface may be provided.
[Third Embodiment]
Next, a quantum well photodetector according to a third embodiment and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS.
本実施形態にかかる量子井戸型光検知器は、上述の第1実施形態のものに対し、図23に示すように、各赤外線検知素子3が、一の波長帯域に対して感度を有する1つのMQW層5Xを赤外線吸収層として用いた1波長QWIP素子である点が異なる。
このため、本実施形態では、各赤外線検知素子3は、一の波長帯域の赤外線を吸収するMQW層5Xを備える。また、各赤外線検知素子3は、MQW層5Xに対して一方の表面(素子表面)側に設けられた第1コンタクト層7Xと、MQW層5Xに対して他方の表面(素子裏面;光入射面)側に設けられ、複数の赤外線検知素子3に共通の第2コンタクト層9Xとを備える。つまり、各赤外線検知素子3は、一方の表面側から、第1コンタクト層7X、MQW層5X、第2コンタクト層9Xが積層された素子構造(半導体積層構造)になっている。なお、第1コンタクト層7Xは上部コンタクト層ともいう。また、第2コンタクト層9Xは下部コンタクト層又は共通コンタクト層ともいう。
The quantum well photodetector according to this embodiment is different from that of the first embodiment described above, as shown in FIG. 23, each
For this reason, in this embodiment, each infrared detecting
具体的には、各赤外線検知素子3は、一方の表面側から、n型GaAs第1コンタクト層7X、AlGaAs/GaAsMQW層5X、n型GaAs第2コンタクト層9Xを積層させた構造になっている。つまり、一つのMQW層5Xをn型コンタクト層7X,9Xで挟んだだけの単層構造になっている。なお、AlGaAs/GaAsMQW層5Xは、AlGaAs障壁層とGaAs井戸層とからなる量子井戸を多数繰り返した構造になっている。このように、各赤外線検知素子3は、n型不純物でドーピングされているQWIP素子である。
Specifically, each
さらに、各赤外線検知素子3には、一方の表面上、即ち、第1コンタクト層7X上に第1コンタクト電極11が設けられている。また、第2コンタクト層9Xは、分離溝4によって分離されておらず、全ての赤外線検知素子3につながった共通コンタクト層になっている。ここでは、第2コンタクト層9Xは、チップ外周部まで延びている。図示していないが、チップ外周部には、一方の表面側から第2コンタクト層9Xまで延びるコンタクト穴が設けられており、このコンタクト穴の底面の第2コンタクト層9X上に第2コンタクト電極が設けられている。なお、第2コンタクト電極は共通コンタクト電極又は共通電極ともいう。
Further, each
また、各赤外線検知素子3の一方の表面の上方に、パッシベーション膜16を介して、信号処理回路アレイ2に電気的に接続するための1つのバンプ17(金属バンプ電極;ここではInバンプ)が設けられている。そして、このバンプ17は第1コンタクト電極11に接続されている。
さらに、図示していないが、チップ外周部の一方の表面の上方に、パッシベーション膜16を介して、信号処理回路アレイ2に電気的に接続するためのバンプ(金属バンプ電極;ここではInバンプ)が設けられている。そして、このバンプは第2コンタクト電極に接続されている。なお、このチップ外周部に設けられたバンプは共通電極ともいう。
In addition, one bump 17 (metal bump electrode; here, In bump) for electrically connecting to the signal
Further, although not shown, a bump (metal bump electrode; In bump here) is electrically connected to the signal
そして、赤外線検知素子アレイ1と信号処理回路アレイ2とは、バンプ17を介して接続されている。ここでは、各赤外線検知素子3の2つのコンタクト層7X,9Xのそれぞれに、バンプ17を介して、信号処理回路アレイ2が接続されている。この場合、各赤外線検知素子3の一方の表面側、即ち、素子表面側に信号処理回路アレイ2が接続されることになるため、各赤外線検知素子3には、他方の表面側、即ち、素子裏面側から光が入射することになる。そして、MQW層5Xからの光電流信号(出力電流)が、各赤外線検知素子3の2つのコンタクト層7X,9Xのそれぞれに接続されたバンプ17を介して信号処理回路アレイ2に含まれる信号処理回路に個別に読み出されるようになっている。この場合、複数の赤外線検知素子3に共通の第2コンタクト層9X及びこれに接続されたバンプを介して、MQW層5Xにバイアス電圧をかける。そして、第1コンタクト層7X及びこれに接続されたバンプ17を介してMQW層5Xからの光電流信号を読み出すことができる。
The infrared
次に、本量子井戸型光検知器の製造方法について、図24〜図30を参照しながら説明する。
まず、図24(A)に示すように、GaAs基板(半導体基板)22上に、InGaP第1エッチングストッパ層23、ノンドープのi−GaAs層(半導体層)21を成長させる。このように、本実施形態では、下側のInGaP第1エッチングストッパ層23をGaAs基板22とi−GaAs層21との間に形成する。これは、GaAs基板22を除去する際にi−GaAs層21が除去されないように、エッチング深さを正確に制御するためである。なお、第1エッチングストッパ層23は下部エッチングストッパ層ともいう。
Next, the manufacturing method of this quantum well type | mold photodetector is demonstrated, referring FIGS. 24-30.
First, as shown in FIG. 24A, an InGaP first
次に、i−GaAs層21上に、InGaP第2エッチングストッパ層24、n−GaAs第2コンタクト層9X、InGaP第3エッチングストッパ層31、AlGaAs/GaAsMQW層5X、n−GaAs第1コンタクト層7Xを成長させる。このように、本実施形態では、中間のInGaP第2エッチングストッパ層24をn−GaAs第2コンタクト層9Xの直下に形成する。これは、後述のように溝30Xを形成する際にn−GaAs第2コンタクト層9Xが除去されないように、エッチング深さを正確に制御するためである。なお、第2エッチングストッパ層24は中間エッチングストッパ層ともいう。また、上側のInGaP第3エッチングストッパ層31をAlGaAs/GaAsMQW層5Xの直下に形成する。これは、分離溝4を形成する際に第2コンタクト層9Xが切断されないように、エッチング深さを正確に制御するためである。なお、第3エッチングストッパ層31は上部エッチングストッパ層ともいう。
Next, on the i-
このようにして、各赤外線検知素子3を構成する半導体積層構造(ウェハ構造)が形成される。
次に、図24(B)に示すように、例えばプラズマCVD法によって、表面全体を覆うように、パッシベーション膜16(絶縁膜;例えばシリコン酸化膜)を形成する。
次に、図25(A)に示すように、各赤外線検知素子3のコンタクト電極11を設ける領域のパッシベーション膜16を例えばドライエッチングによって除去した後、例えば蒸着によってコンタクト電極11を形成する。
In this way, a semiconductor laminated structure (wafer structure) constituting each infrared detecting
Next, as shown in FIG. 24B, a passivation film 16 (insulating film; for example, a silicon oxide film) is formed so as to cover the entire surface by, eg, plasma CVD.
Next, as shown in FIG. 25A, after the
つまり、n−GaAs第1コンタクト層7Xの表面上に形成されたパッシベーション膜16の一部を例えばドライエッチングによって除去した後、例えば蒸着によってコンタクト電極11を形成する。これにより、n−GaAs第1コンタクト層7X上にコンタクト電極11が形成される。
次に、図25(B)に示すように、各赤外線検知素子3の一方の表面上の反射膜10を設ける領域のパッシベーション膜16を例えばドライエッチングによって除去した後、例えばスパッタリングによって反射膜(金属膜)10を形成する。つまり、n−GaAs第1コンタクト層7Xの表面上に、即ち、MQW層5Xに対して平行な表面上に反射膜10を形成する。
That is, after removing a part of the
Next, as shown in FIG. 25B, after the
次に、図26(A)に示すように、例えばドライエッチングによって、各赤外線検知素子3(各画素)を分離する分離溝4を形成する。つまり、複数の赤外線検知素子3が形成されるように分離溝4を形成する。ここでは、AlGaAs/GaAsMQW層5Xの直下にInGaP第3エッチングストッパ層31が形成されており、InGaP第3エッチングストッパ層31でエッチングが停止する。このため、その後、InGaP第3エッチングストッパ層31を例えばHClで除去する。そして、さらに、n−GaAs第2コンタクト層9Xの一部を除去して、表面側からn−GaAs第2コンタクト層9Xに達する分離溝4を形成する。
Next, as shown in FIG. 26A,
次に、図26(B)に示すように、再び、表面全体を覆うようにパッシベーション膜16を形成した後、例えばスパッタ及びイオンミリングによって、分離溝4の内部の壁面、即ち、各赤外線検知素子3の側面に反射膜10を形成する。つまり、分離溝4によって規定される各赤外線検知素子3の側面に反射膜10を形成する。
このようにして、i−GaAs層21の上方に、MQW層5Xと、MQW層5Xを挟むコンタクト層7X,9Xとを備え、MQW層5Xに対して平行な表面を有する複数の赤外線検知素子3を形成する。上述の工程を赤外線検知素子形成工程(光検知素子形成工程)という。
Next, as shown in FIG. 26B, after forming the
In this way, a plurality of
次に、図27(A)に示すように、各赤外線検知素子3のバンプ17を設ける領域のパッシベーション膜16、即ち、コンタクト電極11の上方のパッシベーション膜16を例えばドライエッチングによって除去してコンタクト穴40を形成する。その後、コンタクト電極11の表面上に、例えば蒸着又はめっきによって、バンプ17(ここではInバンプ電極)を形成する。このようにして、各赤外線検知素子3上にバンプ17を形成する。
Next, as shown in FIG. 27A, the
次に、図27(B)に示すように、チップサイズにダイシング(切断)して、複数の赤外線検知素子3が二次元的に配列された赤外線検知素子アレイ1とした後、これを、例えばフリップチップボンディング(FCB)によって、信号処理回路アレイ2に貼り合わせる。このようにして、各赤外線検知素子3をバンプ17を介して信号処理回路チップ2に貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 27B, after dicing (cutting) into a chip size to form an infrared
次に、図28(A)に示すように、赤外線検知素子アレイ1と信号処理回路アレイ2との間の隙間に充填材(フィラー)19を充填する。なお、これ以降は3画素分を図示する。
次に、赤外線検知素子アレイ1に含まれる各赤外線検知素子3の他方の表面に、MQW層5Xに対して傾斜した傾斜面20を形成する。この工程を傾斜面形成工程という。
Next, as shown in FIG. 28A, a filler (filler) 19 is filled in the gap between the infrared
Next, an
つまり、まず、図28(B)に示すように、GaAs基板22を例えばウェットエッチングによって除去する。このGaAs基板22を除去するエッチングは、InGaP第1エッチングストッパ層23で停止するため、その後、InGaP第1エッチングストッパ層23を例えばHClで除去する。
次に、図29(A)に示すように、i−GaAs層21の表面上にレジスト25(フォトレジスト)をパターニングする。ここでは、レジスト25を厚さを変えてパターニングする。
That is, first, as shown in FIG. 28B, the
Next, as shown in FIG. 29A, a resist 25 (photoresist) is patterned on the surface of the i-
次に、図29(B)に示すように、レジスト25の厚さを変えてパターニングされたレジストパターンを用いて、例えばドライエッチングによってi−GaAs層21を加工して、i−GaAs層21に傾斜面20を形成する。これにより、傾斜面20を有するi−GaAs層21が形成される。
このように、i−GaAs層21に傾斜面20を形成するために、各赤外線検知素子3を作製する際に用いたGaAs基板22を除去するため、本量子井戸型光検知器に含まれる各赤外線検知素子3はGaAs基板22を含まないものとなる。
Next, as shown in FIG. 29B, the i-
As described above, in order to form the
次に、図30(A)に示すように、レジスト剥離後、再び、分離溝4の上方に開口部が形成されるように、レジスト29をパターニングする。
そして、図30(B)に示すように、例えばドライエッチングによって、分離溝4の上方のi−GaAs層21を除去して溝30Xを形成する。ここでは、i−GaAs層21の直下にInGaP第2エッチングストッパ層24が形成されており、InGaP第2エッチングストッパ層24でエッチングが停止する。これにより、表面側からInGaP第2エッチングストッパ層24まで延びる溝30Xが形成される。なお、この溝30Xも各赤外線検知素子3を分離するものであるため、分離溝と見ることもできる。
Next, as shown in FIG. 30A, after the resist is stripped, the resist 29 is patterned again so that an opening is formed above the
Then, as shown in FIG. 30B, the i-
その後、例えばスパッタ及びイオンミリングによって、溝30Xの内部、即ち、各赤外線検知素子3の側面に反射膜10を形成する。
このようにして、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器が完成する。
なお、その他の詳細は、上述の第1実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Thereafter, the
In this manner, the quantum well type photodetector according to the present embodiment is completed.
Other details are the same as in the case of the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted here.
したがって、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法によれば、上述の第1実施形態の場合と同様に、光吸収効率を向上させることができ、十分な感度が得られるようになるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、上述の第1実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、上述の第2実施形態の変形例として構成することもできる。
[その他]
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
Therefore, according to the quantum well photodetector and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the light absorption efficiency can be improved and sufficient sensitivity can be obtained as in the case of the first embodiment described above. There is an advantage of becoming.
In addition, although the above-described embodiment has been described as a modified example of the above-described first embodiment, the present invention is not limited to this, and can be configured as a modified example of the above-described second embodiment.
[Others]
Note that the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上述の各実施形態及び変形例では、他方の表面側、即ち、第2コンタクト層9,9Xの裏面側に、傾斜面20を有する半導体層21を設けているが、これに限られるものではない。
例えば、傾斜面を有する半導体層を設けることなく、他方の表面側に設けられた第2コンタクト層(ここではn型GaAs層)に傾斜面を形成しても良い。つまり、各光検知素子を、傾斜面を有するコンタクト層を備えるものとしても良い。この場合、量子井戸型光検知器を製造する際に、光検知素子形成工程において、傾斜面を形成するための半導体層を形成しなくても良い。また、傾斜面形成工程において、半導体基板を除去し、半導体基板側に形成されている第2コンタクト層に傾斜面を形成すれば良い。なお、第2コンタクト層としてのn型GaAs層は不可避的に含まれてしまう不純物を含む場合がある。このため、n型GaAs層を、GaAsを含む半導体層(コンタクト層)という。
For example, in each of the above-described embodiments and modifications, the
For example, the inclined surface may be formed in the second contact layer (here, n-type GaAs layer) provided on the other surface side without providing the semiconductor layer having the inclined surface. That is, each light detection element may be provided with a contact layer having an inclined surface. In this case, when manufacturing the quantum well type photodetector, it is not necessary to form a semiconductor layer for forming the inclined surface in the photodetector element forming step. In the inclined surface forming step, the semiconductor substrate may be removed and an inclined surface may be formed on the second contact layer formed on the semiconductor substrate side. Note that the n-type GaAs layer as the second contact layer may contain impurities that are inevitably included. For this reason, the n-type GaAs layer is referred to as a semiconductor layer (contact layer) containing GaAs.
また、例えば、傾斜面を有する半導体層を設けることなく、他方の表面側に設けられた半導体基板(ここではGaAs基板)に傾斜面を形成しても良い。つまり、各赤外線検知素子を、傾斜面を有する半導体基板を備えるものとしても良い。この場合、量子井戸型光検知器を製造する際に、光検知素子形成工程において、傾斜面を形成するための半導体層を形成しなくても良い。また、傾斜面形成工程において、半導体基板を除去することなく、半導体基板に傾斜面を形成すれば良い。なお、GaAs基板は不可避的に含まれてしまう不純物を含む場合がある。このため、GaAs基板を、GaAsを含む半導体基板という。 Further, for example, an inclined surface may be formed on a semiconductor substrate (here, a GaAs substrate) provided on the other surface side without providing a semiconductor layer having an inclined surface. That is, each infrared detection element may include a semiconductor substrate having an inclined surface. In this case, when manufacturing the quantum well type photodetector, it is not necessary to form a semiconductor layer for forming the inclined surface in the photodetector element forming step. In the inclined surface forming step, the inclined surface may be formed on the semiconductor substrate without removing the semiconductor substrate. Note that the GaAs substrate may contain impurities that are inevitably included. For this reason, the GaAs substrate is referred to as a semiconductor substrate containing GaAs.
また、例えば、赤外線検知素子の積層構造、バンプの数及びコンタクト穴の数や配線などの構造は、上述の各実施形態及び変形例の構造に限られるものではない。例えば、2波長QWIPにおいて、1つの赤外線検知素子に1つのバンプ及び1つのコンタクト穴を備えるものとしても良い。
以下、上述の各実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
In addition, for example, the laminated structure of the infrared detection elements, the number of bumps, the number of contact holes, the wiring, and the like are not limited to the structures of the above-described embodiments and modifications. For example, in the two-wavelength QWIP, one infrared detection element may be provided with one bump and one contact hole.
Hereinafter, additional notes will be disclosed regarding the above-described embodiments and modifications.
(付記1)
多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層を挟むコンタクト層とを備える複数の光検知素子を備え、
前記各光検知素子は、一方の表面が前記多重量子井戸層に対して平行な面になっており、前記一方の表面に対して前記多重量子井戸層及び前記コンタクト層を挟んで反対側の他方の表面が前記多重量子井戸層に対して傾斜した傾斜面になっており、前記一方の表面及び前記傾斜面に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜を備えることを特徴とする量子井戸型光検知器。
(Appendix 1)
Comprising a plurality of photodetectors comprising a multiple quantum well layer and a contact layer sandwiching the multiple quantum well layer;
Each of the photodetecting elements has one surface parallel to the multiple quantum well layer, and the other surface on the opposite side of the one surface across the multiple quantum well layer and the contact layer. The surface of the quantum well is an inclined surface inclined with respect to the multiple quantum well layer, and a reflective film is provided on the one surface and a side surface on which incident light incident on the inclined surface is refracted. Well type photodetector.
(付記2)
前記側面の反対側の側面に反射膜を備えることを特徴とする、付記1に記載の量子井戸型光検知器。
(付記3)
前記傾斜面は、前記一方の表面で反射されて戻ってきた光が全反射する条件を満たす傾斜角を有することを特徴とする、付記1又は2に記載の量子井戸型光検知器。
(Appendix 2)
2. The quantum well photodetector according to
(Appendix 3)
3. The quantum well photodetector according to
(付記4)
前記傾斜面として、第1傾斜角を有する第1傾斜面と、前記第1傾斜角と異なる第2傾斜角を有する第2傾斜面とを備えることを特徴とする、付記1又は2に記載の量子井戸型光検知器。
(付記5)
前記第1傾斜角は、前記一方の表面で反射されて戻ってきた光が全反射する条件を満たす傾斜角であることを特徴とする、付記4に記載の量子井戸型光検知器。
(Appendix 4)
The
(Appendix 5)
The quantum well photodetector according to
(付記6)
前記傾斜面として、一の傾斜方向を有する複数の第1傾斜面と、前記第1傾斜面と同一の大きさの傾斜角を有し、かつ、前記一の傾斜方向と異なる他の傾斜方向を有する複数の第2傾斜面とを備え、前記第1傾斜面と前記第2傾斜面とが交互に設けられていることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の量子井戸型光検知器。
(Appendix 6)
As the inclined surface, a plurality of first inclined surfaces having one inclination direction and another inclination direction having an inclination angle of the same size as the first inclined surface and different from the one inclination direction are used. The quantum well according to any one of
(付記7)
前記複数の第1傾斜面の中の一の第1傾斜面に入射した光が前記一方の表面で反射されて他の第1傾斜面に戻り、かつ、前記複数の第2傾斜面の中の一の第2傾斜面に入射した光が前記一方の表面で反射されて他の第2傾斜面に戻るように、前記傾斜角、前記第1傾斜面の長さ、前記第2傾斜面の長さ及び前記光検知素子の厚さが設定されていることを特徴とする、付記6に記載の量子井戸型光検知器。
(Appendix 7)
Light incident on one first inclined surface among the plurality of first inclined surfaces is reflected by the one surface and returns to the other first inclined surface, and in the plurality of second inclined surfaces The angle of inclination, the length of the first inclined surface, and the length of the second inclined surface so that light incident on one second inclined surface is reflected by the one surface and returns to the other second inclined surface. The quantum well photodetector according to
(付記8)
前記各光検知素子は、前記傾斜面を有する半導体層又は前記傾斜面を有する半導体基板を備えることを特徴とする、付記1〜7のいずれか1項に記載の量子井戸型光検知器。
(付記9)
前記コンタクト層の一方が前記傾斜面を有することを特徴とする、付記1〜7のいずれか1項に記載の量子井戸型光検知器。
(Appendix 8)
Each said photodetector element is equipped with the semiconductor layer which has the said inclined surface, or the semiconductor substrate which has the said inclined surface, The quantum well type photodetector of any one of Additional remarks 1-7 characterized by the above-mentioned.
(Appendix 9)
One of the said contact layers has the said inclined surface, The quantum well type | mold photodetector of any one of Additional remarks 1-7 characterized by the above-mentioned.
(付記10)
前記傾斜面は、11°以上33°以下の傾斜角を有することを特徴とする、付記1〜9のいずれか1項に記載の量子井戸型光検知器。
(付記11)
前記多重量子井戸層として、一の波長帯域の光を吸収する第1多重量子井戸層と、他の波長帯域の光を吸収する第2多重量子井戸層とを備え、
前記コンタクト層として、前記第1多重量子井戸層に対して前記一方の表面側に設けられた第1コンタクト層と、前記第1多重量子井戸層と前記第2多重量子井戸層との間に設けられた中間コンタクト層と、前記第2多重量子井戸層に対して前記他方の表面側に設けられた第2コンタクト層とを備えることを特徴とする、付記1〜10のいずれか1項に記載の量子井戸型光検知器。
(Appendix 10)
The quantum well photodetector according to any one of
(Appendix 11)
As the multiple quantum well layer, a first multiple quantum well layer that absorbs light in one wavelength band, and a second multiple quantum well layer that absorbs light in another wavelength band,
As the contact layer, a first contact layer provided on the one surface side with respect to the first multiple quantum well layer, and provided between the first multiple quantum well layer and the second multiple quantum well layer The supplementary intermediate contact layer and the second contact layer provided on the other surface side with respect to the second multiple quantum well layer are provided. Quantum well type photodetector.
(付記12)
前記多重量子井戸層として、一の波長帯域の光を吸収する多重量子井戸層を備え、
前記コンタクト層として、前記多重量子井戸層に対して前記一方の表面側に設けられた第1コンタクト層と、前記多重量子井戸層に対して前記他方の表面側に設けられ、前記複数の光検知素子に共通の第2コンタクト層とを備えることを特徴とする、付記1〜10のいずれか1項に記載の量子井戸型光検知器。
(Appendix 12)
As the multiple quantum well layer, comprising a multiple quantum well layer that absorbs light of one wavelength band,
As the contact layer, a first contact layer provided on the one surface side with respect to the multiple quantum well layer, and a plurality of light detections provided on the other surface side with respect to the multiple quantum well layer The quantum well photodetector according to any one of
(付記13)
前記複数の光検知素子のそれぞれに接続された信号処理回路を備えることを特徴とする、付記1〜12のいずれか1項に記載の量子井戸型光検知器。
(付記14)
多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層を挟むコンタクト層とを備え、前記多重量子井戸層に対して平行な表面を有する複数の光検知素子を形成する工程と、
前記多重量子井戸層に対して傾斜した傾斜面を形成する工程とを含み、
前記光検知素子形成工程は、前記平行な表面に反射膜を形成する工程と、前記各光検知素子の前記傾斜面に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする量子井戸型光検知器の製造方法。
(Appendix 13)
The quantum well photodetector according to any one of
(Appendix 14)
A step of forming a plurality of photodetecting elements each having a multiple quantum well layer and a contact layer sandwiching the multiple quantum well layer, and having a surface parallel to the multiple quantum well layer;
Forming an inclined surface inclined with respect to the multiple quantum well layer,
The photodetecting element forming step includes a step of forming a reflective film on the parallel surfaces, and a step of forming a reflective film on a side surface on the side where incident light incident on the inclined surface of each photodetecting element is refracted. A manufacturing method of a quantum well type photodetector characterized by including.
1 赤外線検知素子アレイ
2 信号処理回路アレイ
3 赤外線検知素子
4 分離溝
5 AlGaAs/GaAs第1MQW層(第1MQW層)
5X MQW層(AlGaAs/GaAsMQW層)
6 AlGaAs/InGaAs第2MQW層(第2MQW層)
7 n−GaAs第1コンタクト層(第1コンタクト層)
7X コンタクト層(n−GaAs第1コンタクト層)
8 n−GaAs中間コンタクト層(中間コンタクト層)
9 n−GaAs第2コンタクト層(第2コンタクト層)
9X コンタクト層(n−GaAs第2コンタクト層)
10 反射膜
11 第1コンタクト電極
12 コンタクト穴
13 中間コンタクト電極
14,14X コンタクト穴
15 第2コンタクト電極
16 パッシベーション膜
17 バンプ
18 配線
19 充填材
20 傾斜面
20A 第1傾斜面
20B 第2傾斜面
20X 第1傾斜面
20Y 第2傾斜面
20Z 山型傾斜面
21 i−GaAs層(GaAs層;半導体層)
22 GaAs基板(半導体基板)
23 InGaP第1エッチングストッパ層
24 InGaP第2エッチングストッパ層
25,29 レジスト
26,27,28 マスク
30,30X 溝
31 InGaP第3エッチングストッパ層
40 コンタクト穴
DESCRIPTION OF
5X MQW layer (AlGaAs / GaAs MQW layer)
6 AlGaAs / InGaAs second MQW layer (second MQW layer)
7 n-GaAs first contact layer (first contact layer)
7X contact layer (n-GaAs first contact layer)
8 n-GaAs intermediate contact layer (intermediate contact layer)
9 n-GaAs second contact layer (second contact layer)
9X contact layer (n-GaAs second contact layer)
DESCRIPTION OF
22 GaAs substrate (semiconductor substrate)
23 InGaP first
Claims (6)
前記各光検知素子は、一方の表面が前記多重量子井戸層に対して平行な面になっており、前記一方の表面に対して前記多重量子井戸層及び前記コンタクト層を挟んで反対側の他方の表面が前記多重量子井戸層に対して傾斜した傾斜面になっており、前記一方の表面及び前記傾斜面に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜を備えることを特徴とする量子井戸型光検知器。 Comprising a plurality of photodetectors comprising a multiple quantum well layer and a contact layer sandwiching the multiple quantum well layer;
Each of the photodetecting elements has one surface parallel to the multiple quantum well layer, and the other surface on the opposite side of the one surface across the multiple quantum well layer and the contact layer. The surface of the quantum well is an inclined surface inclined with respect to the multiple quantum well layer, and a reflective film is provided on the one surface and a side surface on which incident light incident on the inclined surface is refracted. Well type photodetector.
前記多重量子井戸層に対して傾斜した傾斜面を形成する工程とを含み、
前記光検知素子形成工程は、前記平行な表面に反射膜を形成する工程と、前記各光検知素子の前記傾斜面に入射する入射光が屈折する側の側面に反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする量子井戸型光検知器の製造方法。 A step of forming a plurality of photodetecting elements each having a multiple quantum well layer and a contact layer sandwiching the multiple quantum well layer, and having a surface parallel to the multiple quantum well layer;
Forming an inclined surface inclined with respect to the multiple quantum well layer,
The photodetecting element forming step includes a step of forming a reflective film on the parallel surfaces, and a step of forming a reflective film on a side surface on the side where incident light incident on the inclined surface of each photodetecting element is refracted. A manufacturing method of a quantum well type photodetector characterized by including.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013172269A1 (en) | 2012-05-16 | 2013-11-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | Photodetector |
JP2015094738A (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | Method of manufacturing photodetector |
JP2015170645A (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 富士通株式会社 | Quantum well type infrared detection element and manufacturing method of the same |
JP2017157755A (en) * | 2016-03-03 | 2017-09-07 | 富士通株式会社 | Photodetector and manufacturing method of photodetector |
-
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- 2010-09-24 JP JP2010214266A patent/JP2012069801A/en not_active Withdrawn
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