光検出素子
【課題】小型化することのできる２波長対応の光検出素子を提供する。
【解決手段】基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、を有することを特徴とする光検出素子により上記課題を解決する。
【解決手段】基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、を有することを特徴とする光検出素子により上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光検出素子として、赤外光を検出するフォトセンサがあり、このようなフォトセンサを２次元的に配列させることにより赤外線イメージセンサが形成される。例えば、このような光検出素子としては、２波長の赤外光を検出することのできる量子井戸型の赤外線イメージセンサが知られている（例えば、非特許文献１）。図１に基づき、このような赤外線イメージセンサについて説明する。
【０００３】
この赤外線イメージセンサは、半導体等の基板２１１上に、各々の画素ごとに下部電極層２１２、第１の光吸収層２１３、中部電極層２１４、第２の光吸収層２１５、上部電極層２１６、絶縁体層２１７が積層形成されているものである。また、絶縁体層２１７上には、１つの画素あたり金属材料により形成された３つのバンプと称される電極部２２１、２２２及び２２３が設けられている。電極部２２１は、絶縁体層２１７の開口部に形成されたオーミックコンタクト部２２４を介し、上部電極層２１６と接続されている。電極部２２２は、中部電極層２１４とオーミックコンタクト部２２５を介し接続された電極配線２２６と接続されている。また、電極部２２３は、下部電極層２１２とオーミックコンタクト部２２７を介し接続された電極配線２２８と接続されている。
【０００４】
この赤外線イメージセンサにおいて、赤外光を検出する際には、電極部２２２より電極配線２２６を介し中部電極層２１４にバイアス電圧が印加される。この状態において、基板２１１側より赤外光が入射した場合、第２の光吸収層２１５において発生した光電流出力は上部電極層２１６を介し電極部２２１より取り出される。また、第１の光吸収層２１３において発生した光電流出力は下部電極層２１２及び電極配線２２８を介し、電極部２２３より取り出される。このような構造の赤外線イメージセンサでは、例えば、画素ピッチは４０μｍである場合、１０２４×１０２４の画素数において、チップの一辺は約４１．０ｍｍとなる。
【０００５】
しかしながら、このような構造の赤外線イメージセンサでは、１つの画素あたり３つの電極部を形成する必要があるため、１画素のサイズを小さくすることが困難であり、赤外線イメージセンサ全体の小型化及び高解像度化が困難となる。また、例えば、バンプである電極部を高密度に形成した場合では、フリップチップボンディングが困難となり、接続不良等が生じる可能性がある。
【０００６】
このため、１画素当たりの電極部を減らした構造の光検出素子として、図２に示されるように、１つの画素当たりに２つの電極部を形成した構造の赤外線イメージセンサが開示されている（例えば、非特許文献２）。この赤外線イメージセンサは、半導体等の基板２５１上に、下部電極層２５２、第１の光吸収層２５３、第１の中部電極層２５４、絶縁体層２５５、第２の中部電極層２５６、第２の光吸収層２５７、上部電極層２５８、絶縁体層２５９が積層形成されている。絶縁体層２５９上には、１つの画素あたり金属材料により形成された２つの電極部２６１及び２６２が設けられている。電極部２６１は、絶縁体層２５９の開口部に形成されたオーミックコンタクト部２６３を介し、上部電極層２５８と接続されている。電極部２６２は、オーミックコンタクト部２６４を介し第１の中部電極層２５４と接続された電極配線２６５と接続されている。また、第２の中部電極層２５６と下部電極層２５２とは電極配線２６６により接続されている。第２の中部電極層２５６と電極配線２６６との間にはオーミックコンタクト部２６７が設けられており、下部電極層２５２と電極配線２６６との間にはオーミックコンタクト部２６８が設けられている。更に、下部電極層２５２上には電極部２６９が設けられている。上述のとおり、この構造の赤外線イメージセンサにおいては、各々の画素に形成される電極部は、電極部２６１及び２６２であり、１画素当たりに形成される電極部の数を２つにすることができる。
【０００７】
この構造の赤外線イメージセンサにおいて、赤外光を検出する際には、電極部２６９より下部電極層２５２にバイアス電圧が印加されるが、下部電極層２５２と電極配線２６６を介し接続された第２の中部電極層２５６にもバイアス電圧が印加される。この状態において、基板２５１側より赤外光が入射した場合、第２の光吸収層２５７において発生した光電流出力は上部電極層２５８を介し電極部２６１より取り出される。また、第１の光吸収層２５３において発生した光電流出力は第１の中部電極層２５４を介し、電極部２６２より取り出される。
【０００８】
よって、このような構造の赤外線イメージセンサでは、１画素当たりの電極部の数を２つにすることができるため、画素ピッチを約３０μｍとすることができ、従って、１０２４×１０２４の画素数において、チップの一辺を約３０．７ｍｍにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３７７８４０６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Infrared Physics &Technology 50 (2007) 217-226
【非特許文献２】Infrared Physics &Technology 52 (2009) 395-398
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図２に示される赤外線イメージセンサにおいては、１画素当たりに形成される電極部は２つである。このため、より一層のフリップチップボンディングを容易に行なうことができ、赤外線イメージセンサの小型化、高解像度化が可能な、１画素当たりに形成される電極部の数がより少ない構造の２波長に対応した光検出素子が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本実施の形態の一観点によれば、基板上に積層された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層を接続する電極配線と、前記第１の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、前記第３の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
開示の光検出素子によれば、１画素当たりに形成される電極部の数を１つにすることができるため、フリップチップボンディングを容易にすることができ、光検出素子を小型にすることができ、また、高解像度なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の光検出素子の構造図（１）
【図２】従来の光検出素子の構造図（２）
【図３】第１の実施の形態における光検出素子の構造図
【図４】第１の実施の形態における光検出素子の等価回路図
【図５】第１の実施の形態における光検出素子の説明図
【図６】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１）
【図７】第１の実施の形態における光検出素子の半導体層の説明図
【図８】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（２）
【図９】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（３）
【図１０】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（４）
【図１１】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（５）
【図１２】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（６）
【図１３】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（７）
【図１４】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（８）
【図１５】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（９）
【図１６】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１０）
【図１７】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１１）
【図１８】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１２）
【図１９】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１３）
【図２０】第２の実施の形態における光検出素子の構造図
【図２１】第２の実施の形態における光検出素子の等価回路図
【図２２】第２の実施の形態における光検出素子の説明図
【図２３】第２の実施の形態における光検出素子の構造の説明図
【図２４】第２の実施の形態における光検出素子の半導体層の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明を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。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
（光検出素子）
本実施の形態における光検出素子である２波長に対応したイメージセンサの構造について、図３に基づき説明する。
【００１８】
本実施の形態における赤外線イメージセンサは、半導体等の基板１１上に、下部電極層１２、第１の光吸収層１３、中部電極層１４、第２の光吸収層１５、上部電極層１６が積層形成されているものである。尚、本実施の形態においては、下部電極層１２は第１の電極層となるものであり、中部電極層１４は第２の電極層となるものであり、上部電極層１６は第３の電極層となるものである。
【００１９】
画素形成領域７３においては、複数の画素領域１０が形成されており、各々の画素領域１０における上部電極層１６上には、１つの画素あたり金属材料等により形成された１つのバンプと称される電極部２１が設けられている。尚、電極部２１は、上部電極層１６と接続されている。また、下部電極層１２と中部電極層１４との間には、第１の電極配線２２が設けられている。第１の電極配線２２と下部電極層１２との間には、オーミックコンタクト部２３が設けられており、第１の電極配線２２と中部電極層１４との間には、ショットキーコンタクト部２４が設けられている。
【００２０】
また、中部電極層１４と上部電極層１６との間には、第２の電極配線２５が設けられている。第２の電極配線２５と中部電極層１４との間には、ショットキーコンタクト部２６が設けられており、第２の電極配線２５と上部電極層１６との間には、オーミックコンタクト部２７が設けられている。
【００２１】
更に、画素外領域７４においては、上部電極層１６の上部に形成された絶縁膜３１上には電極部３２が設けられている。電極部３２は電極配線３３と接続されており、電極配線３３は、下部電極部１２の表面に設けられたオーミックコンタクト部３４とオーミック接続されている。尚、電極部３２は、共通バイアス電極端子となるものであり、画素ごとに設けられているものではない。従って、本実施の形態における赤外線イメージセンサにおいて、画素ごとに形成される電極部は電極部２１のみであり、１画素当たりの電極部の数は１つにすることができる。
【００２２】
また、上部電極層１２、中部電極層１４及び上部電極層１６では、通常、不純物が１０×１０１８ｃｍ−３程度に高濃度にドーピングされた低抵抗の半導体層が用いられる。しかしながら、不純物元素が高濃度にドーピングされた半導体層の場合、良好なショットキー接続を形成することが困難である。よって、中部電極層１４においてショットキーコンタクト部２４及び２６が形成される部分には、不純物元素が低濃度にドーピングされた層を形成することにより、ショットキー接続が形成される。
【００２３】
次に、本実施の形態における光検出素子の等価回路図を図４に示す。第１の光検出素子部４１は、下部電極層１２、第１の光吸収層１３、中部電極層１４により形成されるものであり、第２の光検出素子部４２は、中部電極層１４、第２の光吸収層１５及び上部電極層１６により形成されるものである。また、第１のショットキーダイオード４３は、中部電極層１４及びショットキーコンタクト部２４により形成されるものであり、第２のショットキーダイオード４４は、中部電極層１４及びショットキーコンタクト部２６により形成されるものである。尚、第１のショットキーダイオード４３は第１のダイオードとなるものであり、第２のショットキーダイオード４４は第２のダイオードとなるものである。
【００２４】
この光検出素子において、電極部２１に対し電極部３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第２の光検出素子部４２及び第１のショットキーダイオード４３を流れる。従って、第２の光検出素子部４２において検出された光に対応した出力を得ることができる。図５（ａ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ａで示す。また、電極部２１に対し電極部３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第１の光検出素子部４１及び第２のショットキーダイオード４４を流れる。従って、第１の光検出素子部４１において検出された光に対応した出力を得ることができる。図５（ｂ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ｂで示す。
【００２５】
このように、電極部２１と電極部３２との間に印加されるバイアス電圧の正負を変化させることにより、第１の光検出素子部４１において検出される出力と第２の光検出素子部４２において検出される出力とを切り換えることができる。これにより、２波長に対応した赤外線イメージセンサであって、１つの画素に対し１つの電極部が形成された構造のものを得ることができる。
【００２６】
ところで、非特許文献２に記載されている赤外線イメージセンサは、画素ピッチが３０μｍで形成されており、１画素当たり２つの電極部が設けられている。従って、電極部を対角に並べた場合では、電極部間の距離は約２１μｍ（３０×２１／２／２μｍ）となる。この距離の値に基づくならば、電極部が１つの赤外線イメージセンサにおける画素ピッチは２１μｍとなり、１０２４×１０２４画素の赤外線イメージセンサのチップサイズは、約２２ｍｍ角とすることが可能である。従って、本実施の形態における赤外線イメージセンサでは、非特許文献２に記載されている赤外線イメージセンサのチップサイズ３０．７ｍｍ角及び非特許文献１に記載されている赤外線イメージセンサのチップサイズ４１．０ｍｍ角よりも小型にすることができる。
【００２７】
これにより、一枚のウエハから作製されるチップの数も増やすことができ、赤外線イメージセンサの製造コストを低くすることができる。
【００２８】
（光検出素子の製造方法）
次に、本実施の形態における光検出素子の製造方法について説明する。
【００２９】
最初に、図６に示されるように、基板１１上に、不図示のバッファ層を形成し、下部電極層１２、第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６を積層形成する。これらの層は半導体層を結晶成長させることにより形成されており、基板１１上にＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル）法または、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法により形成されている。尚、中部電極本体層５１とショットキー接続層５２とにより中部電極層１４が形成される。
【００３０】
このように形成された半導体層について、より詳細に図７に基づいて説明すると、基板１１は絶縁性のＧａＡｓにより形成されており、基板１１上に形成される不図示のバッファ層は、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓにより形成されている。
【００３１】
下部電極層１２は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００３２】
第１の光吸収層１３は、バリア層６１と井戸層６２とのペアが交互に２０ペア積層形成されている量子井戸構造により形成されている。バリア層６１としては、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓが約３０ｎｍ形成されており、井戸層６２としては、不純物元素としてＳｉが５．０×１０１８ｃｍ−３ドープされたｎ型Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ａｓが約３ｎｍ形成されている。
【００３３】
中部電極本体層５１は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、ショットキー接続層５２は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１６ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１００ｎｍ成膜することにより形成されている。上述のとおり、中部電極本体層５１とショットキー接続層５２とにより中部電極層１４が形成される。
【００３４】
第２の光吸収層１５は、バリア層６３と井戸層６４とのペアが交互に２０ペア積層形成されている量子井戸構造により形成されている。バリア層６３としては、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓが約５０ｎｍ形成されており、井戸層６４としては、不純物元素としてＳｉが２．０×１０１７ｃｍ−３ドープされたｎ型ＧａＡｓが約５ｎｍ形成されている。
【００３５】
上部電極層１６は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００３６】
次に、図８に示されるように、上部電極層１６の表面に凹凸を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、上部電極層１６の表面において凹部が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンの形成されていない領域における上部電極層１６を所定の深さ除去し凹部を形成する。更に、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。このように形成された凹部の一部１７ａと、エッチングされていない凸部とにより、回折格子構造７１が形成される。凹部の他の一部１７ｂは、後述する電極部が形成される領域であり、凹部の他の一部１７ｃは、後述する電極配線が形成される領域である。尚、図８（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図８（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００３７】
次に、図９に示されるように、画素形成領域７３と画素外領域７４との間に溝部７２を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、溝部７２が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより溝部７２を形成する。ドライエッチングは、下部電極層１２の表面が露出するまで行ない、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。この溝部７２により、基板１１上に形成された半導体層は、複数の画素領域１０が形成される画素形成領域７３と、後述する共通バイアス電極端子となる電極部３２が形成される画素外領域７４とに分けられる。尚、図９（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図９（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００３８】
次に、図１０に示されるように、中部電極層１４と上部電極層１６とを接続するための穴部７５を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより穴部７５が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における第２の光吸収層１５、上部電極層１６をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより穴部７５を形成する。ドライエッチングは、ショットキー接続層５２の表面が露出するまで行ない、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。尚、図１０（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１０（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００３９】
次に、図１１に示されるように、下部電極層１２と中部電極層１４とを接続するための穴部７６を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより穴部７６が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより穴部７６を形成する。ドライエッチングは、下部電極層１２の表面が露出するまで行ない、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。尚、図１１（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１１（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４０】
次に、図１２に示されるように、上部電極層１６上にオーミックコンタクト部２７を形成し、穴部７６により露出した下部電極層１２上にオーミックコンタクト部２３を形成し、溝部７２により露出した下部電極層１２上にオーミックコンタクト部３４を形成する。具体的には、上部電極層１６及び下部電極層１２が形成されている面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、オーミックコンタクト部２３、２７及び３４が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着等によりＡｕ／ＧｅとＡｕとが積層された金属膜を成膜し、有機溶剤に浸漬等させることにより不図示のレジストパターン上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフより除去する。これにより、上部電極層１６上にオーミックコンタクト部２７が形成され、下部電極層１２上にオーミックコンタクト部２３及び３４が形成される。尚、図１２（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１２（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４１】
次に、図１３に示されるように、穴部７５により露出している中部電極層１４におけるショットキー接続層５２上にショットキーコンタクト部２４及び２６を形成する。具体的には、ショットキー接続層５２が形成されている側の面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ショットキーコンタクト部２４及び２６が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着等によりＡｌ膜を成膜し、有機溶剤に浸漬等させることにより、不図示のレジストパターン上に形成されたＡｌ膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、ショットキー接続層５２上にショットキーコンタクト部２４及び２６が形成される。尚、図１３（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１３（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４２】
次に、図１４に示されるように、上部電極層１６の所定の領域に反射膜７７を形成する。具体的には、上部電極層１６が形成されている面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、反射膜７７が形成される領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＡｕ膜を成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、不図示のレジストパターン上に成膜されたＡｕ膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、上部電極層１６上の所定の領域に反射膜７７が形成される。尚、図１４（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１４（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４３】
次に、図１５に示すように、オーミックコンタクト部２３、２７及び３４及びショットキーコンタクト部２４及び２６が形成されている領域に開口部を有する絶縁体層７８を形成する。具体的には、反射膜７７の形成されている面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）またはスパッタリングにより絶縁体膜としてＳｉＮ膜を成膜する。この後、成膜された絶縁体膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ＳｉＮ膜が除去される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。更に、この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＮ膜をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去することにより絶縁体膜７８を形成する。尚、画素外領域７４に形成された絶縁体膜７８は、図３に示される絶縁体膜３１に相当するものである。
【００４４】
次に、図１６に示すように、第１の電極配線２２、第２の電極配線２５及び電極配線３３を形成する。具体的には、絶縁体層７８の形成されている面に、Ｔｉ／Ａｕにより形成される金属膜をスパッタリングにより成膜した後、第１の電極配線２２、第２の電極配線２５及び電極配線３３が形成される領域以外の領域における金属膜をイオンミリングにより除去する。これにより、オーミックコンタクト部２７上及びショットキーコンタクト部２６上には、相互を接続するための第２の電極配線２５が形成される。同様に、オーミックコンタクト部２３上及びショットキーコンタクト部２４上には、相互を接続するための第１の電極配線２２が形成される。
【００４５】
第２の電極配線２５は、オーミックコンタクト部２７を介し上部電極層１６とオーミック接続される。ショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２６との間にはショットキー障壁が形成されるため、第２の電極配線２５はショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２６とにより形成されたショットキーダイオードを介し中部電極層１４と接続される。
【００４６】
また、第１の電極配線２２は、オーミックコンタクト部２３を介し下部電極層１２とオーミック接続される。ショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２４との間にはショットキー障壁が形成されるため、第１の電極配線２２はショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２４とにより形成されたショットキーダイオードを介し中部電極層１４と接続される。また、オーミックコンタクト部３４上には、後述する電極部３２と接続される電極配線３３が形成され、電極配線３３は、オーミックコンタクト部３４を介し下部電極層１２とオーミック接続される。
【００４７】
次に、図１７に示すように、画素分離溝７９を形成する。具体的には、絶縁体膜７８の形成されている面の側に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより画素分離溝７９が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６、絶縁体膜７８をＲＩＥ等によるドライエッチングにより除去する。更に、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、画素領域１０の間に画素分離溝７９が形成される。
【００４８】
次に、図１８に示すように、電極部２１が形成される領域に開口部８０及び電極部３２と電極配線３３と接続される領域に開口部８１を有する絶縁体膜８２を形成する。具体的には、第１の電極配線２２及び第２の電極配線２５等が形成されている面に、ＳｉＮにより形成される絶縁体膜をスパッタリング又はＣＶＤにより成膜する。この後、成膜された絶縁体膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部８０及び開口部８１が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。更に、この後、レジストパターンの形成されていない領域における絶縁体膜をＲＩＥ等によるドライエッチングにより除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、開口部８０及び開口部８１を有する絶縁体膜８２を形成する。
【００４９】
次に、図１９に示すように、開口部８０に電極部２１を形成し、開口部８１に電極部３２を形成する。具体的には、絶縁体膜８２の形成されている側にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、電極部２１及び電極部３２が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Ｔｉ／Ｐｔにより形成される下地金属膜及びＩｎにより形成される金属膜を真空蒸着により積層して成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの形成されている領域における下地金属膜及び金属膜をリフトオフにより除去する。これにより、開口部８０には電極部２１が形成され、開口部８１には電極部３２が形成される。
【００５０】
以上により、本実施の形態における光検出素子を作製することができる。本実施の形態において作製された光検出素子は電極部２１及び電極部３２をＣＭＯＳ読出回路にハイブリッド接続した後、使用される。この際、電極部２１に対し電極部３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第２の光吸収層１５において検出される約５．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。また、電極部２１に対し電極部３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第１の光吸収層１３において検出される約９．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。これにより、異なる波長の２つの赤外光、即ち、約９．０μｍの波長の光と、約５．０μｍの波長の光を個別に検出することができる。
【００５１】
尚、本実施の形態では、第１の光吸収層１３及び第２の光吸収層１５が量子井戸構造により形成されているものについて説明したが、第１の光吸収層１３及び第２の光吸収層１５は量子井戸構造を有しない単一の組成の半導体層により形成したものであってもよい。更には、第１の光吸収層１３及び第２の光吸収層１５において、量子細線、量子箱等の構造を用いた場合においても、同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態における説明では、基板１１としてＧａＡｓ基板を用いて、ＧａＡｓ系の膜を成膜した構造の光検出素子について説明したが、基板１１として、Ｓｉ基板またはＩｎＰ基板を用いた場合についても、同様の構造の光検出素子を得ることができる。この場合においては、基板としてＳｉ基板を用いた場合には、Ｓｉ基板上にＳｉ系の材料の半導体層が形成され、基板としてＩｎＰ基板を用いた場合には、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ系の材料の半導体層が形成される。
【００５２】
〔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。本実施の形態は、第１の実施の形態と異なる構造の光検出素子である。本実施の形態における光検出素子である２波長に対応したイメージセンサの構造について、図２０に基づき説明する。
【００５３】
本実施の形態における赤外線イメージセンサは、半導体等の基板１１１上に、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５、上部電極層１１６が積層形成されているものである。尚、本実施の形態において、下部電極層１１２は第１の電極層となるものであり、中部電極層１１４は第２の電極層となるものであり、上部電極層１１６は第３の電極層となるものである。
【００５４】
画素形成領域１７３における上部電極層１１６上には、１つの画素あたり金属材料等により形成された１つのバンプと称される電極部１２１が設けられており、電極部１２１は、上部電極層１１６と接続されている。上部電極層１１６と中部電極層１１４との間及び中部電極層１１４と下部電極層１１２との間には、電極配線１２２が設けられている。電極配線１２２と下部電極層１１２との間には、ショットキーコンタクト部１２３が設けられており、ショットキーダイオードが形成されている。電極配線１２２と中部電極層１１４との間には、オーミックコンタクト部１２４が設けられており、オーミック接続されている。電極配線１２２と上部電極層１１６との間には、ショットキーコンタクト部１２５が設けられており、ショットキーダイオードが形成されている。
【００５５】
また、画素外領域１７４においては、上部電極層１１６上には絶縁膜１３１を介し電極部１３２が設けられており、また、下部電極部１１２と電極部１３２と接続するための電極配線１３３が設けられている。電極配線１３３と下部電極層１１２との間には、オーミックコンタクト部１３４が設けられておりオーミック接続されている。尚、電極部１３２は、共通バイアス電極端子となるものであり、画素ごとに設けられるものではない。従って、本実施の形態における赤外線イメージセンサにおいては、画素ごとに形成される電極部は電極部１２１のみであり、１画素当たりに形成される電極部の数は１つである。
【００５６】
また、下部電極層１１２、中部電極層１１４及び上部電極層１１６では、通常、不純物が１０×１０１８ｃｍ−３程度に高濃度にドーピングされた低抵抗の半導体層が用いられる。しかしながら、不純物元素が高濃度にドーピングされた半導体層の場合、良好なショットキー接続を形成することが困難である。よって、下部電極層１１２及び上部電極層１１６においてショットキーコンタクト部１２３及び１２５が接触する部分には、各々不純物元素が低濃度にドーピングされたショットキー接続層を形成することにより、ショットキー接続が形成されている。
【００５７】
次に、本実施の形態における光検出素子の等価回路図を図２１に示す。第１の光検出素子部１４１は、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４により形成されるものであり、第２の光検出素子部１４２は、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５及び上部電極層１１６により形成されるものである。また、第１のショットキーダイオード１４３は、下部電極層１１２及びショットキーコンタクト部１２３により形成されるものであり、第２のショットキーダイオード１４４は、上部電極層１１６及びショットキーコンタクト部１２５により形成されるものである。尚、第１のショットキーダイオード１４３は第１のダイオードとなるものであり、第２のショットキーダイオード１４４は第２のダイオードとなるものである。
【００５８】
この光検出素子において、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第１の光検出素子部１４１及び第２のショットキーダイオード１４４を流れる。これにより、第１の光検出素子部１４１において検出された光に対応した出力を得ることができる。図２２（ａ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ｃで示す。また、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第２の光検出素子部１４２及び第１のショットキーダイオード１４３を流れる。これにより、第２の光検出素子部１４２において検出された光に対応した出力を得ることができる。図２２（ｂ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ｄで示す。
【００５９】
このように、電極部１２１と電極部１３２との間に印加されるバイアス電圧の正負を変化させることにより、第１の光検出素子部１４１において検出される出力と第２の光検出素子部１４２において検出される出力とを切り換えることができる。これにより、１つの画素に１つの電極部が形成された構造のものであって、２波長に対応した赤外線イメージセンサを得ることができる。
【００６０】
より詳細に、図２３及び図２４に基づき本実施の形態における光検出素子について説明する。尚、図２３（ａ）は、本実施の形態における光検出素子の要部上面図であり、図２３（ｂ）は、断面図である。本実施の形態における光検出素子は、基板１１１上に、不図示のバッファ層を形成し、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５、上部電極層１１６が積層形成されている。これらの層は半導体層を結晶成長させることにより形成されており、基板１１１上にＭＢＥ法または、ＭＯＣＶＤ法により形成されている。
【００６１】
基板１１１は絶縁性のＧａＡｓにより形成されており、基板１１１上に形成される不図示のバッファ層は、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓにより形成されている。
【００６２】
下部電極層１１２は、下部電極本体層１５１とショットキー接続層１５２とにより形成されている。下部電極本体層１５１は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、ショットキー接続層１５２は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１６ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００６３】
第１の光吸収層１１３は、第１の実施の形態における第１の光吸収層１３と同様の構造を有するものであり、バリア層６１と井戸層６２とのペアが交互に２０ペアが積層形成されている。バリア層６１としては、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓが約３０ｎｍ形成されており、井戸層６２としては、不純物元素としてＳｉが５．０×１０１８ｃｍ−３ドープされたｎ型Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ａｓが約３ｎｍ形成されている。
【００６４】
中部電極層１１４は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００６５】
第２の光吸収層１１５は、第１の実施の形態における第２の光吸収層１５と同様の構造を有するものであり、バリア層６３と井戸層６４とのペアが交互に２０ペアが積層形成されている。バリア層６３としては、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓが約５０ｎｍ形成されており、井戸層６４としては、不純物元素としてＳｉが２．０×１０１７ｃｍ−３ドープされたｎ型ＧａＡｓが約５ｎｍ形成されている。
【００６６】
上部電極層１１６は、上部電極本体層１５３とショットキー接続層１５４とカップラ層１５５により形成されている。上部電極本体層１５３は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約３００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、ショットキー接続層１５４は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１６ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、カップラ層１５５は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約８００ｎｍ成膜することにより形成されている。尚、カップラ層１５５の表面には回折格子が形成されており、反射膜７７を形成することによりミラーとして機能する。また、オーミックコンタクト部１２４上及びショットキーコンタクト部１２３及び１２５上には、相互を接続するための電極配線１２２が形成される。尚、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５、上部電極本体層１５３及びショットキー接続層１５４の側面には、絶縁体膜７８が形成されており、電極配線１２２は絶縁体膜７８の外側に形成されている。また、画素外領域１７４において、絶縁体膜１３１は絶縁体膜７８により形成されている。電極配線１２２は、中部電極層１１４上に形成されたオーミックコンタクト部１２４を介し中部電極層１１４とオーミック接続される。下部電極層１１２におけるショットキー接続層１５２上には、ショットキーコンタクト部１２３が設けられており、ショットキー接続層１５２とショットキーコンタクト部１２３との間でショットキーダイオードが形成される。従って、電極配線１２２は、このショットキーダイオードを介し下部電極層１１２と接続される。また、上部電極層１１６におけるショットキー接続層１５４上には、ショットキーコンタクト部１２５が設けられており、ショットキー接続層１５４とショットキーコンタクト部１２５との間でショットキーダイオードが形成される。従って、電極配線１２２は、このショットキーダイオードを介し上部電極層１１６と接続される。また、画素外領域１７４におけるショットキー接続層１５２上には、オーミックコンタクト部１３４が形成されており、オーミックコンタクト部１３４上には電極配線１３３が形成されている。よって、電極配線１３３は、オーミックコンタクト部１３４を介し下部電極層１１２とオーミック接続されており、電極配線１３３は電極部１３２と接続されているため、電極部１３２と下部電極層１１２とが接続されている。
【００６７】
電極配線１２２及び電極配線１３３上には、電極部１２１及び１３２が形成される領域に開口部を有する絶縁体膜８２が形成されている。また、画素形成領域１７３における各々の画素ごとの反射膜７７上には画素ごとに一つの電極部１２１が形成されており、画素外領域１７４には電極部１３２が形成される。
【００６８】
本実施の形態における光検出素子は、電極部１２１及び電極部１３２をＣＭＯＳ読出回路にハイブリッド接続した後、使用される。ここで、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第１の光吸収層１１３において検出される約９．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。また、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第２の光吸収層１１５において検出される約５．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。これにより、異なる波長の２つの赤外光、即ち、約９．０μｍの波長の光と、約５．０μｍの波長の光を個別に検出することができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板上に積層された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、
前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、
前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
（付記２）
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする付記１に記載の光検出素子。
（付記３）
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れることを特徴とする付記１または２に記載の光検出素子。
（付記４）
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光検出素子。
（付記５）
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層は、ｎ型となる不純物がドープされたＧａＡｓを含む材料により形成されている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素子。
（付記６）
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第１の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第２の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする付記４または５に記載の光検出素子。
（付記７）
前記第２の電極層は、第２の電極本体層とショットキー接続層とを有しており、
前記ショットキー接続層は、前記ショットキーコンタクト部と接続される側に形成されるものであって、
前記第２の電極本体層における不純物元素の濃度よりも、前記ショットキー接続層における不純物元素の濃度が低いことを特徴とする付記６に記載の光検出素子。
（付記８）
前記ショットキーコンタクト部は、Ａｌを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記６または７に記載の光検出素子。
（付記９）
前記第１の電極層と前記第１の電極配線とはオーミック接続されており、前記第３の電極層と前記第２の電極配線とはオーミック接続されていることを特徴とする付記４から８のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１０）
基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層を接続する電極配線と、
前記第１の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第３の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
（付記１１）
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする付記１０に記載の光検出素子。
（付記１２）
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れることを特徴とする付記１０または１１に記載の光検出素子。
（付記１３）
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする付記１０から１２のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１４）
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層は、ｎ型となる不純物がドープされたＧａＡｓを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１０から１３のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１５）
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第１の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第３の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする付記１３または１４に記載の光検出素子。
（付記１６）
前記第１の電極層は、第１の電極本体層と第１の電極のショットキー接続層とを有しており、
前記第３の電極層は、第３の電極本体層と第３の電極のショットキー接続層とを有しており、
前記第１の電極のショットキー接続層は、前記ショットキーコンタクト部と接続される側に形成されるものであり、前記第３の電極のショットキー接続層は、前記ショットキーコンタクト部と接続される側に形成されるものであって、
前記第１の電極本体層における不純物元素の濃度よりも前記第１の電極のショットキー接続層における不純物元素の濃度が低く、前記第３の電極本体層における不純物元素の濃度よりも前記第３の電極のショットキー接続層における不純物元素の濃度が低いことを特徴とする付記１５に記載の光検出素子。
（付記１７）
前記ショットキーコンタクト部は、Ａｌを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記１５または１６に記載の光検出素子。
（付記１８）
前記第２の電極層と前記電極配線とはオーミック接続されていることを特徴とする付記１３から１７のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１９）
前記第１の光吸収層及び前記第２の光吸収層は、量子井戸構造により形成されているものであることを特徴とする付記１から１８のいずれかに記載の光検出素子。
（付記２０）
前記基板上には、複数の光検出素子が設けられており、各々の光検出素子における前記第３の電極層上には、１の光検出素子に対し１つの電極部が設けられていることを特徴とする付記１から１９のいずれかに記載の光検出素子。
【符号の説明】
【００７２】
１１ 基板
１２ 下部電極層（第１の電極層）
１３ 第１の光吸収層
１４ 中部電極層（第２の電極層）
１５ 第２の光吸収層
１６ 上部電極層（第３の電極層）
２１ 電極部
２２ 第１の電極配線
２３ オーミックコンタクト部
２４ ショットキーコンタクト部
２５ 第２の電極配線
２６ ショットキーコンタクト部
２７ オーミックコンタクト部
３２ 電極部
３３ 電極配線
３４ オーミックコンタクト部
４１ 第１の光検出素子部
４２ 第２の光検出素子部
４３ ショットキーダイオード（第１のダイオード）
４４ ショットキーダイオード（第２のダイオード）
５１ 中部電極本体層
５２ ショットキー接続層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光検出素子として、赤外光を検出するフォトセンサがあり、このようなフォトセンサを２次元的に配列させることにより赤外線イメージセンサが形成される。例えば、このような光検出素子としては、２波長の赤外光を検出することのできる量子井戸型の赤外線イメージセンサが知られている（例えば、非特許文献１）。図１に基づき、このような赤外線イメージセンサについて説明する。
【０００３】
この赤外線イメージセンサは、半導体等の基板２１１上に、各々の画素ごとに下部電極層２１２、第１の光吸収層２１３、中部電極層２１４、第２の光吸収層２１５、上部電極層２１６、絶縁体層２１７が積層形成されているものである。また、絶縁体層２１７上には、１つの画素あたり金属材料により形成された３つのバンプと称される電極部２２１、２２２及び２２３が設けられている。電極部２２１は、絶縁体層２１７の開口部に形成されたオーミックコンタクト部２２４を介し、上部電極層２１６と接続されている。電極部２２２は、中部電極層２１４とオーミックコンタクト部２２５を介し接続された電極配線２２６と接続されている。また、電極部２２３は、下部電極層２１２とオーミックコンタクト部２２７を介し接続された電極配線２２８と接続されている。
【０００４】
この赤外線イメージセンサにおいて、赤外光を検出する際には、電極部２２２より電極配線２２６を介し中部電極層２１４にバイアス電圧が印加される。この状態において、基板２１１側より赤外光が入射した場合、第２の光吸収層２１５において発生した光電流出力は上部電極層２１６を介し電極部２２１より取り出される。また、第１の光吸収層２１３において発生した光電流出力は下部電極層２１２及び電極配線２２８を介し、電極部２２３より取り出される。このような構造の赤外線イメージセンサでは、例えば、画素ピッチは４０μｍである場合、１０２４×１０２４の画素数において、チップの一辺は約４１．０ｍｍとなる。
【０００５】
しかしながら、このような構造の赤外線イメージセンサでは、１つの画素あたり３つの電極部を形成する必要があるため、１画素のサイズを小さくすることが困難であり、赤外線イメージセンサ全体の小型化及び高解像度化が困難となる。また、例えば、バンプである電極部を高密度に形成した場合では、フリップチップボンディングが困難となり、接続不良等が生じる可能性がある。
【０００６】
このため、１画素当たりの電極部を減らした構造の光検出素子として、図２に示されるように、１つの画素当たりに２つの電極部を形成した構造の赤外線イメージセンサが開示されている（例えば、非特許文献２）。この赤外線イメージセンサは、半導体等の基板２５１上に、下部電極層２５２、第１の光吸収層２５３、第１の中部電極層２５４、絶縁体層２５５、第２の中部電極層２５６、第２の光吸収層２５７、上部電極層２５８、絶縁体層２５９が積層形成されている。絶縁体層２５９上には、１つの画素あたり金属材料により形成された２つの電極部２６１及び２６２が設けられている。電極部２６１は、絶縁体層２５９の開口部に形成されたオーミックコンタクト部２６３を介し、上部電極層２５８と接続されている。電極部２６２は、オーミックコンタクト部２６４を介し第１の中部電極層２５４と接続された電極配線２６５と接続されている。また、第２の中部電極層２５６と下部電極層２５２とは電極配線２６６により接続されている。第２の中部電極層２５６と電極配線２６６との間にはオーミックコンタクト部２６７が設けられており、下部電極層２５２と電極配線２６６との間にはオーミックコンタクト部２６８が設けられている。更に、下部電極層２５２上には電極部２６９が設けられている。上述のとおり、この構造の赤外線イメージセンサにおいては、各々の画素に形成される電極部は、電極部２６１及び２６２であり、１画素当たりに形成される電極部の数を２つにすることができる。
【０００７】
この構造の赤外線イメージセンサにおいて、赤外光を検出する際には、電極部２６９より下部電極層２５２にバイアス電圧が印加されるが、下部電極層２５２と電極配線２６６を介し接続された第２の中部電極層２５６にもバイアス電圧が印加される。この状態において、基板２５１側より赤外光が入射した場合、第２の光吸収層２５７において発生した光電流出力は上部電極層２５８を介し電極部２６１より取り出される。また、第１の光吸収層２５３において発生した光電流出力は第１の中部電極層２５４を介し、電極部２６２より取り出される。
【０００８】
よって、このような構造の赤外線イメージセンサでは、１画素当たりの電極部の数を２つにすることができるため、画素ピッチを約３０μｍとすることができ、従って、１０２４×１０２４の画素数において、チップの一辺を約３０．７ｍｍにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３７７８４０６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Infrared Physics &Technology 50 (2007) 217-226
【非特許文献２】Infrared Physics &Technology 52 (2009) 395-398
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図２に示される赤外線イメージセンサにおいては、１画素当たりに形成される電極部は２つである。このため、より一層のフリップチップボンディングを容易に行なうことができ、赤外線イメージセンサの小型化、高解像度化が可能な、１画素当たりに形成される電極部の数がより少ない構造の２波長に対応した光検出素子が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本実施の形態の一観点によれば、基板上に積層された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層を接続する電極配線と、前記第１の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、前記第３の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
開示の光検出素子によれば、１画素当たりに形成される電極部の数を１つにすることができるため、フリップチップボンディングを容易にすることができ、光検出素子を小型にすることができ、また、高解像度なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の光検出素子の構造図（１）
【図２】従来の光検出素子の構造図（２）
【図３】第１の実施の形態における光検出素子の構造図
【図４】第１の実施の形態における光検出素子の等価回路図
【図５】第１の実施の形態における光検出素子の説明図
【図６】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１）
【図７】第１の実施の形態における光検出素子の半導体層の説明図
【図８】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（２）
【図９】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（３）
【図１０】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（４）
【図１１】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（５）
【図１２】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（６）
【図１３】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（７）
【図１４】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（８）
【図１５】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（９）
【図１６】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１０）
【図１７】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１１）
【図１８】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１２）
【図１９】第１の実施の形態における光検出素子の製造工程図（１３）
【図２０】第２の実施の形態における光検出素子の構造図
【図２１】第２の実施の形態における光検出素子の等価回路図
【図２２】第２の実施の形態における光検出素子の説明図
【図２３】第２の実施の形態における光検出素子の構造の説明図
【図２４】第２の実施の形態における光検出素子の半導体層の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明を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。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
（光検出素子）
本実施の形態における光検出素子である２波長に対応したイメージセンサの構造について、図３に基づき説明する。
【００１８】
本実施の形態における赤外線イメージセンサは、半導体等の基板１１上に、下部電極層１２、第１の光吸収層１３、中部電極層１４、第２の光吸収層１５、上部電極層１６が積層形成されているものである。尚、本実施の形態においては、下部電極層１２は第１の電極層となるものであり、中部電極層１４は第２の電極層となるものであり、上部電極層１６は第３の電極層となるものである。
【００１９】
画素形成領域７３においては、複数の画素領域１０が形成されており、各々の画素領域１０における上部電極層１６上には、１つの画素あたり金属材料等により形成された１つのバンプと称される電極部２１が設けられている。尚、電極部２１は、上部電極層１６と接続されている。また、下部電極層１２と中部電極層１４との間には、第１の電極配線２２が設けられている。第１の電極配線２２と下部電極層１２との間には、オーミックコンタクト部２３が設けられており、第１の電極配線２２と中部電極層１４との間には、ショットキーコンタクト部２４が設けられている。
【００２０】
また、中部電極層１４と上部電極層１６との間には、第２の電極配線２５が設けられている。第２の電極配線２５と中部電極層１４との間には、ショットキーコンタクト部２６が設けられており、第２の電極配線２５と上部電極層１６との間には、オーミックコンタクト部２７が設けられている。
【００２１】
更に、画素外領域７４においては、上部電極層１６の上部に形成された絶縁膜３１上には電極部３２が設けられている。電極部３２は電極配線３３と接続されており、電極配線３３は、下部電極部１２の表面に設けられたオーミックコンタクト部３４とオーミック接続されている。尚、電極部３２は、共通バイアス電極端子となるものであり、画素ごとに設けられているものではない。従って、本実施の形態における赤外線イメージセンサにおいて、画素ごとに形成される電極部は電極部２１のみであり、１画素当たりの電極部の数は１つにすることができる。
【００２２】
また、上部電極層１２、中部電極層１４及び上部電極層１６では、通常、不純物が１０×１０１８ｃｍ−３程度に高濃度にドーピングされた低抵抗の半導体層が用いられる。しかしながら、不純物元素が高濃度にドーピングされた半導体層の場合、良好なショットキー接続を形成することが困難である。よって、中部電極層１４においてショットキーコンタクト部２４及び２６が形成される部分には、不純物元素が低濃度にドーピングされた層を形成することにより、ショットキー接続が形成される。
【００２３】
次に、本実施の形態における光検出素子の等価回路図を図４に示す。第１の光検出素子部４１は、下部電極層１２、第１の光吸収層１３、中部電極層１４により形成されるものであり、第２の光検出素子部４２は、中部電極層１４、第２の光吸収層１５及び上部電極層１６により形成されるものである。また、第１のショットキーダイオード４３は、中部電極層１４及びショットキーコンタクト部２４により形成されるものであり、第２のショットキーダイオード４４は、中部電極層１４及びショットキーコンタクト部２６により形成されるものである。尚、第１のショットキーダイオード４３は第１のダイオードとなるものであり、第２のショットキーダイオード４４は第２のダイオードとなるものである。
【００２４】
この光検出素子において、電極部２１に対し電極部３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第２の光検出素子部４２及び第１のショットキーダイオード４３を流れる。従って、第２の光検出素子部４２において検出された光に対応した出力を得ることができる。図５（ａ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ａで示す。また、電極部２１に対し電極部３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第１の光検出素子部４１及び第２のショットキーダイオード４４を流れる。従って、第１の光検出素子部４１において検出された光に対応した出力を得ることができる。図５（ｂ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ｂで示す。
【００２５】
このように、電極部２１と電極部３２との間に印加されるバイアス電圧の正負を変化させることにより、第１の光検出素子部４１において検出される出力と第２の光検出素子部４２において検出される出力とを切り換えることができる。これにより、２波長に対応した赤外線イメージセンサであって、１つの画素に対し１つの電極部が形成された構造のものを得ることができる。
【００２６】
ところで、非特許文献２に記載されている赤外線イメージセンサは、画素ピッチが３０μｍで形成されており、１画素当たり２つの電極部が設けられている。従って、電極部を対角に並べた場合では、電極部間の距離は約２１μｍ（３０×２１／２／２μｍ）となる。この距離の値に基づくならば、電極部が１つの赤外線イメージセンサにおける画素ピッチは２１μｍとなり、１０２４×１０２４画素の赤外線イメージセンサのチップサイズは、約２２ｍｍ角とすることが可能である。従って、本実施の形態における赤外線イメージセンサでは、非特許文献２に記載されている赤外線イメージセンサのチップサイズ３０．７ｍｍ角及び非特許文献１に記載されている赤外線イメージセンサのチップサイズ４１．０ｍｍ角よりも小型にすることができる。
【００２７】
これにより、一枚のウエハから作製されるチップの数も増やすことができ、赤外線イメージセンサの製造コストを低くすることができる。
【００２８】
（光検出素子の製造方法）
次に、本実施の形態における光検出素子の製造方法について説明する。
【００２９】
最初に、図６に示されるように、基板１１上に、不図示のバッファ層を形成し、下部電極層１２、第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６を積層形成する。これらの層は半導体層を結晶成長させることにより形成されており、基板１１上にＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル）法または、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法により形成されている。尚、中部電極本体層５１とショットキー接続層５２とにより中部電極層１４が形成される。
【００３０】
このように形成された半導体層について、より詳細に図７に基づいて説明すると、基板１１は絶縁性のＧａＡｓにより形成されており、基板１１上に形成される不図示のバッファ層は、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓにより形成されている。
【００３１】
下部電極層１２は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００３２】
第１の光吸収層１３は、バリア層６１と井戸層６２とのペアが交互に２０ペア積層形成されている量子井戸構造により形成されている。バリア層６１としては、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓが約３０ｎｍ形成されており、井戸層６２としては、不純物元素としてＳｉが５．０×１０１８ｃｍ−３ドープされたｎ型Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ａｓが約３ｎｍ形成されている。
【００３３】
中部電極本体層５１は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、ショットキー接続層５２は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１６ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１００ｎｍ成膜することにより形成されている。上述のとおり、中部電極本体層５１とショットキー接続層５２とにより中部電極層１４が形成される。
【００３４】
第２の光吸収層１５は、バリア層６３と井戸層６４とのペアが交互に２０ペア積層形成されている量子井戸構造により形成されている。バリア層６３としては、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓが約５０ｎｍ形成されており、井戸層６４としては、不純物元素としてＳｉが２．０×１０１７ｃｍ−３ドープされたｎ型ＧａＡｓが約５ｎｍ形成されている。
【００３５】
上部電極層１６は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００３６】
次に、図８に示されるように、上部電極層１６の表面に凹凸を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、上部電極層１６の表面において凹部が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンの形成されていない領域における上部電極層１６を所定の深さ除去し凹部を形成する。更に、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。このように形成された凹部の一部１７ａと、エッチングされていない凸部とにより、回折格子構造７１が形成される。凹部の他の一部１７ｂは、後述する電極部が形成される領域であり、凹部の他の一部１７ｃは、後述する電極配線が形成される領域である。尚、図８（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図８（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００３７】
次に、図９に示されるように、画素形成領域７３と画素外領域７４との間に溝部７２を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、溝部７２が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより溝部７２を形成する。ドライエッチングは、下部電極層１２の表面が露出するまで行ない、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。この溝部７２により、基板１１上に形成された半導体層は、複数の画素領域１０が形成される画素形成領域７３と、後述する共通バイアス電極端子となる電極部３２が形成される画素外領域７４とに分けられる。尚、図９（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図９（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００３８】
次に、図１０に示されるように、中部電極層１４と上部電極層１６とを接続するための穴部７５を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより穴部７５が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における第２の光吸収層１５、上部電極層１６をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより穴部７５を形成する。ドライエッチングは、ショットキー接続層５２の表面が露出するまで行ない、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。尚、図１０（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１０（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００３９】
次に、図１１に示されるように、下部電極層１２と中部電極層１４とを接続するための穴部７６を形成する。具体的には、上部電極層１６の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより穴部７６が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域における第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより穴部７６を形成する。ドライエッチングは、下部電極層１２の表面が露出するまで行ない、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。尚、図１１（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１１（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４０】
次に、図１２に示されるように、上部電極層１６上にオーミックコンタクト部２７を形成し、穴部７６により露出した下部電極層１２上にオーミックコンタクト部２３を形成し、溝部７２により露出した下部電極層１２上にオーミックコンタクト部３４を形成する。具体的には、上部電極層１６及び下部電極層１２が形成されている面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、オーミックコンタクト部２３、２７及び３４が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着等によりＡｕ／ＧｅとＡｕとが積層された金属膜を成膜し、有機溶剤に浸漬等させることにより不図示のレジストパターン上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフより除去する。これにより、上部電極層１６上にオーミックコンタクト部２７が形成され、下部電極層１２上にオーミックコンタクト部２３及び３４が形成される。尚、図１２（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１２（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４１】
次に、図１３に示されるように、穴部７５により露出している中部電極層１４におけるショットキー接続層５２上にショットキーコンタクト部２４及び２６を形成する。具体的には、ショットキー接続層５２が形成されている側の面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ショットキーコンタクト部２４及び２６が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着等によりＡｌ膜を成膜し、有機溶剤に浸漬等させることにより、不図示のレジストパターン上に形成されたＡｌ膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、ショットキー接続層５２上にショットキーコンタクト部２４及び２６が形成される。尚、図１３（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１３（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４２】
次に、図１４に示されるように、上部電極層１６の所定の領域に反射膜７７を形成する。具体的には、上部電極層１６が形成されている面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、反射膜７７が形成される領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＡｕ膜を成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、不図示のレジストパターン上に成膜されたＡｕ膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、上部電極層１６上の所定の領域に反射膜７７が形成される。尚、図１４（ａ）は、この工程における１つの画素領域１０を含む部分の上面図であり、図１４（ｂ）は、この工程における断面図である。
【００４３】
次に、図１５に示すように、オーミックコンタクト部２３、２７及び３４及びショットキーコンタクト部２４及び２６が形成されている領域に開口部を有する絶縁体層７８を形成する。具体的には、反射膜７７の形成されている面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）またはスパッタリングにより絶縁体膜としてＳｉＮ膜を成膜する。この後、成膜された絶縁体膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ＳｉＮ膜が除去される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。更に、この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＮ膜をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去することにより絶縁体膜７８を形成する。尚、画素外領域７４に形成された絶縁体膜７８は、図３に示される絶縁体膜３１に相当するものである。
【００４４】
次に、図１６に示すように、第１の電極配線２２、第２の電極配線２５及び電極配線３３を形成する。具体的には、絶縁体層７８の形成されている面に、Ｔｉ／Ａｕにより形成される金属膜をスパッタリングにより成膜した後、第１の電極配線２２、第２の電極配線２５及び電極配線３３が形成される領域以外の領域における金属膜をイオンミリングにより除去する。これにより、オーミックコンタクト部２７上及びショットキーコンタクト部２６上には、相互を接続するための第２の電極配線２５が形成される。同様に、オーミックコンタクト部２３上及びショットキーコンタクト部２４上には、相互を接続するための第１の電極配線２２が形成される。
【００４５】
第２の電極配線２５は、オーミックコンタクト部２７を介し上部電極層１６とオーミック接続される。ショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２６との間にはショットキー障壁が形成されるため、第２の電極配線２５はショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２６とにより形成されたショットキーダイオードを介し中部電極層１４と接続される。
【００４６】
また、第１の電極配線２２は、オーミックコンタクト部２３を介し下部電極層１２とオーミック接続される。ショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２４との間にはショットキー障壁が形成されるため、第１の電極配線２２はショットキー接続層５２とショットキーコンタクト部２４とにより形成されたショットキーダイオードを介し中部電極層１４と接続される。また、オーミックコンタクト部３４上には、後述する電極部３２と接続される電極配線３３が形成され、電極配線３３は、オーミックコンタクト部３４を介し下部電極層１２とオーミック接続される。
【００４７】
次に、図１７に示すように、画素分離溝７９を形成する。具体的には、絶縁体膜７８の形成されている面の側に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより画素分離溝７９が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域における第１の光吸収層１３、中部電極本体層５１、ショットキー接続層５２、第２の光吸収層１５、上部電極層１６、絶縁体膜７８をＲＩＥ等によるドライエッチングにより除去する。更に、この後、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、画素領域１０の間に画素分離溝７９が形成される。
【００４８】
次に、図１８に示すように、電極部２１が形成される領域に開口部８０及び電極部３２と電極配線３３と接続される領域に開口部８１を有する絶縁体膜８２を形成する。具体的には、第１の電極配線２２及び第２の電極配線２５等が形成されている面に、ＳｉＮにより形成される絶縁体膜をスパッタリング又はＣＶＤにより成膜する。この後、成膜された絶縁体膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部８０及び開口部８１が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。更に、この後、レジストパターンの形成されていない領域における絶縁体膜をＲＩＥ等によるドライエッチングにより除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、開口部８０及び開口部８１を有する絶縁体膜８２を形成する。
【００４９】
次に、図１９に示すように、開口部８０に電極部２１を形成し、開口部８１に電極部３２を形成する。具体的には、絶縁体膜８２の形成されている側にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、電極部２１及び電極部３２が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Ｔｉ／Ｐｔにより形成される下地金属膜及びＩｎにより形成される金属膜を真空蒸着により積層して成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの形成されている領域における下地金属膜及び金属膜をリフトオフにより除去する。これにより、開口部８０には電極部２１が形成され、開口部８１には電極部３２が形成される。
【００５０】
以上により、本実施の形態における光検出素子を作製することができる。本実施の形態において作製された光検出素子は電極部２１及び電極部３２をＣＭＯＳ読出回路にハイブリッド接続した後、使用される。この際、電極部２１に対し電極部３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第２の光吸収層１５において検出される約５．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。また、電極部２１に対し電極部３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第１の光吸収層１３において検出される約９．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。これにより、異なる波長の２つの赤外光、即ち、約９．０μｍの波長の光と、約５．０μｍの波長の光を個別に検出することができる。
【００５１】
尚、本実施の形態では、第１の光吸収層１３及び第２の光吸収層１５が量子井戸構造により形成されているものについて説明したが、第１の光吸収層１３及び第２の光吸収層１５は量子井戸構造を有しない単一の組成の半導体層により形成したものであってもよい。更には、第１の光吸収層１３及び第２の光吸収層１５において、量子細線、量子箱等の構造を用いた場合においても、同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態における説明では、基板１１としてＧａＡｓ基板を用いて、ＧａＡｓ系の膜を成膜した構造の光検出素子について説明したが、基板１１として、Ｓｉ基板またはＩｎＰ基板を用いた場合についても、同様の構造の光検出素子を得ることができる。この場合においては、基板としてＳｉ基板を用いた場合には、Ｓｉ基板上にＳｉ系の材料の半導体層が形成され、基板としてＩｎＰ基板を用いた場合には、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ系の材料の半導体層が形成される。
【００５２】
〔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。本実施の形態は、第１の実施の形態と異なる構造の光検出素子である。本実施の形態における光検出素子である２波長に対応したイメージセンサの構造について、図２０に基づき説明する。
【００５３】
本実施の形態における赤外線イメージセンサは、半導体等の基板１１１上に、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５、上部電極層１１６が積層形成されているものである。尚、本実施の形態において、下部電極層１１２は第１の電極層となるものであり、中部電極層１１４は第２の電極層となるものであり、上部電極層１１６は第３の電極層となるものである。
【００５４】
画素形成領域１７３における上部電極層１１６上には、１つの画素あたり金属材料等により形成された１つのバンプと称される電極部１２１が設けられており、電極部１２１は、上部電極層１１６と接続されている。上部電極層１１６と中部電極層１１４との間及び中部電極層１１４と下部電極層１１２との間には、電極配線１２２が設けられている。電極配線１２２と下部電極層１１２との間には、ショットキーコンタクト部１２３が設けられており、ショットキーダイオードが形成されている。電極配線１２２と中部電極層１１４との間には、オーミックコンタクト部１２４が設けられており、オーミック接続されている。電極配線１２２と上部電極層１１６との間には、ショットキーコンタクト部１２５が設けられており、ショットキーダイオードが形成されている。
【００５５】
また、画素外領域１７４においては、上部電極層１１６上には絶縁膜１３１を介し電極部１３２が設けられており、また、下部電極部１１２と電極部１３２と接続するための電極配線１３３が設けられている。電極配線１３３と下部電極層１１２との間には、オーミックコンタクト部１３４が設けられておりオーミック接続されている。尚、電極部１３２は、共通バイアス電極端子となるものであり、画素ごとに設けられるものではない。従って、本実施の形態における赤外線イメージセンサにおいては、画素ごとに形成される電極部は電極部１２１のみであり、１画素当たりに形成される電極部の数は１つである。
【００５６】
また、下部電極層１１２、中部電極層１１４及び上部電極層１１６では、通常、不純物が１０×１０１８ｃｍ−３程度に高濃度にドーピングされた低抵抗の半導体層が用いられる。しかしながら、不純物元素が高濃度にドーピングされた半導体層の場合、良好なショットキー接続を形成することが困難である。よって、下部電極層１１２及び上部電極層１１６においてショットキーコンタクト部１２３及び１２５が接触する部分には、各々不純物元素が低濃度にドーピングされたショットキー接続層を形成することにより、ショットキー接続が形成されている。
【００５７】
次に、本実施の形態における光検出素子の等価回路図を図２１に示す。第１の光検出素子部１４１は、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４により形成されるものであり、第２の光検出素子部１４２は、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５及び上部電極層１１６により形成されるものである。また、第１のショットキーダイオード１４３は、下部電極層１１２及びショットキーコンタクト部１２３により形成されるものであり、第２のショットキーダイオード１４４は、上部電極層１１６及びショットキーコンタクト部１２５により形成されるものである。尚、第１のショットキーダイオード１４３は第１のダイオードとなるものであり、第２のショットキーダイオード１４４は第２のダイオードとなるものである。
【００５８】
この光検出素子において、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第１の光検出素子部１４１及び第２のショットキーダイオード１４４を流れる。これにより、第１の光検出素子部１４１において検出された光に対応した出力を得ることができる。図２２（ａ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ｃで示す。また、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、電流は第２の光検出素子部１４２及び第１のショットキーダイオード１４３を流れる。これにより、第２の光検出素子部１４２において検出された光に対応した出力を得ることができる。図２２（ｂ）には、本実施の形態における光検出素子において、この状態における電流の流れを矢印Ｄで示す。
【００５９】
このように、電極部１２１と電極部１３２との間に印加されるバイアス電圧の正負を変化させることにより、第１の光検出素子部１４１において検出される出力と第２の光検出素子部１４２において検出される出力とを切り換えることができる。これにより、１つの画素に１つの電極部が形成された構造のものであって、２波長に対応した赤外線イメージセンサを得ることができる。
【００６０】
より詳細に、図２３及び図２４に基づき本実施の形態における光検出素子について説明する。尚、図２３（ａ）は、本実施の形態における光検出素子の要部上面図であり、図２３（ｂ）は、断面図である。本実施の形態における光検出素子は、基板１１１上に、不図示のバッファ層を形成し、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５、上部電極層１１６が積層形成されている。これらの層は半導体層を結晶成長させることにより形成されており、基板１１１上にＭＢＥ法または、ＭＯＣＶＤ法により形成されている。
【００６１】
基板１１１は絶縁性のＧａＡｓにより形成されており、基板１１１上に形成される不図示のバッファ層は、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓにより形成されている。
【００６２】
下部電極層１１２は、下部電極本体層１５１とショットキー接続層１５２とにより形成されている。下部電極本体層１５１は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、ショットキー接続層１５２は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１６ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００６３】
第１の光吸収層１１３は、第１の実施の形態における第１の光吸収層１３と同様の構造を有するものであり、バリア層６１と井戸層６２とのペアが交互に２０ペアが積層形成されている。バリア層６１としては、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓが約３０ｎｍ形成されており、井戸層６２としては、不純物元素としてＳｉが５．０×１０１８ｃｍ−３ドープされたｎ型Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ａｓが約３ｎｍ形成されている。
【００６４】
中部電極層１１４は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１０００ｎｍ成膜することにより形成されている。
【００６５】
第２の光吸収層１１５は、第１の実施の形態における第２の光吸収層１５と同様の構造を有するものであり、バリア層６３と井戸層６４とのペアが交互に２０ペアが積層形成されている。バリア層６３としては、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓが約５０ｎｍ形成されており、井戸層６４としては、不純物元素としてＳｉが２．０×１０１７ｃｍ−３ドープされたｎ型ＧａＡｓが約５ｎｍ形成されている。
【００６６】
上部電極層１１６は、上部電極本体層１５３とショットキー接続層１５４とカップラ層１５５により形成されている。上部電極本体層１５３は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約３００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、ショットキー接続層１５４は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１６ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約１００ｎｍ成膜することにより形成されている。また、カップラ層１５５は、不純物元素としてＳｉが１．０×１０１８ｃｍ−３ドープされているｎ型ＧａＡｓを約８００ｎｍ成膜することにより形成されている。尚、カップラ層１５５の表面には回折格子が形成されており、反射膜７７を形成することによりミラーとして機能する。また、オーミックコンタクト部１２４上及びショットキーコンタクト部１２３及び１２５上には、相互を接続するための電極配線１２２が形成される。尚、下部電極層１１２、第１の光吸収層１１３、中部電極層１１４、第２の光吸収層１１５、上部電極本体層１５３及びショットキー接続層１５４の側面には、絶縁体膜７８が形成されており、電極配線１２２は絶縁体膜７８の外側に形成されている。また、画素外領域１７４において、絶縁体膜１３１は絶縁体膜７８により形成されている。電極配線１２２は、中部電極層１１４上に形成されたオーミックコンタクト部１２４を介し中部電極層１１４とオーミック接続される。下部電極層１１２におけるショットキー接続層１５２上には、ショットキーコンタクト部１２３が設けられており、ショットキー接続層１５２とショットキーコンタクト部１２３との間でショットキーダイオードが形成される。従って、電極配線１２２は、このショットキーダイオードを介し下部電極層１１２と接続される。また、上部電極層１１６におけるショットキー接続層１５４上には、ショットキーコンタクト部１２５が設けられており、ショットキー接続層１５４とショットキーコンタクト部１２５との間でショットキーダイオードが形成される。従って、電極配線１２２は、このショットキーダイオードを介し上部電極層１１６と接続される。また、画素外領域１７４におけるショットキー接続層１５２上には、オーミックコンタクト部１３４が形成されており、オーミックコンタクト部１３４上には電極配線１３３が形成されている。よって、電極配線１３３は、オーミックコンタクト部１３４を介し下部電極層１１２とオーミック接続されており、電極配線１３３は電極部１３２と接続されているため、電極部１３２と下部電極層１１２とが接続されている。
【００６７】
電極配線１２２及び電極配線１３３上には、電極部１２１及び１３２が形成される領域に開口部を有する絶縁体膜８２が形成されている。また、画素形成領域１７３における各々の画素ごとの反射膜７７上には画素ごとに一つの電極部１２１が形成されており、画素外領域１７４には電極部１３２が形成される。
【００６８】
本実施の形態における光検出素子は、電極部１２１及び電極部１３２をＣＭＯＳ読出回路にハイブリッド接続した後、使用される。ここで、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が低くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第１の光吸収層１１３において検出される約９．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。また、電極部１２１に対し電極部１３２の電位が高くなるようにバイアス電圧を印加した場合には、第２の光吸収層１１５において検出される約５．０μｍの波長の光の光量に対応した電流が出力される。これにより、異なる波長の２つの赤外光、即ち、約９．０μｍの波長の光と、約５．０μｍの波長の光を個別に検出することができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板上に積層された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、
前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、
前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
（付記２）
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする付記１に記載の光検出素子。
（付記３）
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れることを特徴とする付記１または２に記載の光検出素子。
（付記４）
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光検出素子。
（付記５）
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層は、ｎ型となる不純物がドープされたＧａＡｓを含む材料により形成されている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素子。
（付記６）
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第１の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第２の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする付記４または５に記載の光検出素子。
（付記７）
前記第２の電極層は、第２の電極本体層とショットキー接続層とを有しており、
前記ショットキー接続層は、前記ショットキーコンタクト部と接続される側に形成されるものであって、
前記第２の電極本体層における不純物元素の濃度よりも、前記ショットキー接続層における不純物元素の濃度が低いことを特徴とする付記６に記載の光検出素子。
（付記８）
前記ショットキーコンタクト部は、Ａｌを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記６または７に記載の光検出素子。
（付記９）
前記第１の電極層と前記第１の電極配線とはオーミック接続されており、前記第３の電極層と前記第２の電極配線とはオーミック接続されていることを特徴とする付記４から８のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１０）
基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層を接続する電極配線と、
前記第１の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第３の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
（付記１１）
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする付記１０に記載の光検出素子。
（付記１２）
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れることを特徴とする付記１０または１１に記載の光検出素子。
（付記１３）
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする付記１０から１２のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１４）
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層は、ｎ型となる不純物がドープされたＧａＡｓを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１０から１３のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１５）
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第１の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第３の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする付記１３または１４に記載の光検出素子。
（付記１６）
前記第１の電極層は、第１の電極本体層と第１の電極のショットキー接続層とを有しており、
前記第３の電極層は、第３の電極本体層と第３の電極のショットキー接続層とを有しており、
前記第１の電極のショットキー接続層は、前記ショットキーコンタクト部と接続される側に形成されるものであり、前記第３の電極のショットキー接続層は、前記ショットキーコンタクト部と接続される側に形成されるものであって、
前記第１の電極本体層における不純物元素の濃度よりも前記第１の電極のショットキー接続層における不純物元素の濃度が低く、前記第３の電極本体層における不純物元素の濃度よりも前記第３の電極のショットキー接続層における不純物元素の濃度が低いことを特徴とする付記１５に記載の光検出素子。
（付記１７）
前記ショットキーコンタクト部は、Ａｌを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記１５または１６に記載の光検出素子。
（付記１８）
前記第２の電極層と前記電極配線とはオーミック接続されていることを特徴とする付記１３から１７のいずれかに記載の光検出素子。
（付記１９）
前記第１の光吸収層及び前記第２の光吸収層は、量子井戸構造により形成されているものであることを特徴とする付記１から１８のいずれかに記載の光検出素子。
（付記２０）
前記基板上には、複数の光検出素子が設けられており、各々の光検出素子における前記第３の電極層上には、１の光検出素子に対し１つの電極部が設けられていることを特徴とする付記１から１９のいずれかに記載の光検出素子。
【符号の説明】
【００７２】
１１ 基板
１２ 下部電極層（第１の電極層）
１３ 第１の光吸収層
１４ 中部電極層（第２の電極層）
１５ 第２の光吸収層
１６ 上部電極層（第３の電極層）
２１ 電極部
２２ 第１の電極配線
２３ オーミックコンタクト部
２４ ショットキーコンタクト部
２５ 第２の電極配線
２６ ショットキーコンタクト部
２７ オーミックコンタクト部
３２ 電極部
３３ 電極配線
３４ オーミックコンタクト部
４１ 第１の光検出素子部
４２ 第２の光検出素子部
４３ ショットキーダイオード（第１のダイオード）
４４ ショットキーダイオード（第２のダイオード）
５１ 中部電極本体層
５２ ショットキー接続層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、
前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、
前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
【請求項２】
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
【請求項３】
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れることを特徴とする請求項１または２に記載の光検出素子。
【請求項４】
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光検出素子。
【請求項５】
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第１の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第２の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする請求項４に記載の光検出素子。
【請求項６】
基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層を接続する電極配線と、
前記第１の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第３の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
【請求項７】
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする請求項６に記載の光検出素子。
【請求項８】
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れることを特徴とする請求項６または７に記載の光検出素子。
【請求項９】
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の光検出素子。
【請求項１０】
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第１の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第３の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする請求項９に記載の光検出素子。
【請求項１】
基板上に積層された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層とを接続する第１の電極配線と、
前記第２の電極層と前記第３の電極層とを接続する第２の電極配線と、
前記第２の電極と前記第１の電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第２の電極と前記第２の電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
【請求項２】
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
【請求項３】
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れることを特徴とする請求項１または２に記載の光検出素子。
【請求項４】
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光検出素子。
【請求項５】
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第１の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第２の電極層上に、前記第２の電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする請求項４に記載の光検出素子。
【請求項６】
基板上に積層形成された第１の電極層、第１の光吸収層、第２の電極層、第２の光吸収層、第３の電極層と、
前記第１の電極層、前記第２の電極層及び前記第３の電極層を接続する電極配線と、
前記第１の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第１のダイオードと、
前記第３の電極と前記電極配線との接触部分に形成される第２のダイオードと、
を有することを特徴とする光検出素子。
【請求項７】
前記第１の電極層及び前記第３の電極層のうち、いずれか一方が他方に対し高い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第２の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れ、いずれか一方が他方に対し低い電位となるように電圧が印加されている場合には、前記第１の光吸収層において検出された光に対応した電流が流れるものであることを特徴とする請求項６に記載の光検出素子。
【請求項８】
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が高い場合には、電流は前記第２の光吸収層及び前記第１のダイオードを流れ、
前記第３の電極層に対し前記第１の電極層に印加される電圧が低い場合には、電流は前記第１の光吸収層及び前記第２のダイオードを流れることを特徴とする請求項６または７に記載の光検出素子。
【請求項９】
前記第１の電極層、前記第１の光吸収層、前記第２の電極層、前記第２の光吸収層及び前記第３の電極層は、半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の光検出素子。
【請求項１０】
前記第１のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第１の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであり、
前記第２のダイオードは、ショットキーダイオードであって、前記第３の電極層上に、前記電極配線と接続されるショットキーコンタクト部を形成することにより形成されるものであることを特徴とする請求項９に記載の光検出素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−９４７２３（Ｐ２０１２−９４７２３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１５８７（Ｐ２０１０−２４１５８７）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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