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JP6979974B2 - 受光素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、例えば赤外線センサ等に用いられる受光素子の製造方法に関する。
近年、赤外領域に感度を有するイメージセンサ（赤外線センサ）が商品化されている。例えば、特許文献１に記載されているように、この赤外線センサに用いられる受光素子では、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）等のIII−Ｖ族半導体を含む光電変換層が用いられ、この光電変換層において、赤外線が吸収されることで電荷が発生する（光電変換が行われる）。
特開２０１４−１２７４９９号公報
このような受光素子あるいは撮像素子の素子構造については、様々な提案がなされているものの、光電変換可能な波長帯域をより広げることが望まれている。
したがって、広い波長帯域にわたって光電変換可能な受光素子の製造方法を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態に係る受光素子の製造方法は、平面視で異なる領域に配置され、絶縁膜により互いに分離された複数の光電変換層のうち、基板上に、平面視で異なる領域に第１開口および第２開口を有する絶縁膜を形成し、第１開口に、第１無機半導体材料を含有する第１光電変換層をエピタキシャル成長させて形成し、第２開口に、第１無機半導体材料とは異なる第２無機半導体材料を含有する第２光電変換層をエピタキシャル成長させて形成するものである。
本開示の一実施の形態に係る受光素子の製造方法では、第１光電変換層と第２光電変換層とが互いに異なる無機半導体材料（第１無機半導体材料および第２無機半導体材料）を含んでいるので、第１光電変換層、第２光電変換層各々で、光電変換可能な波長帯域が設定される。
本開示の一実施の形態に係る受光素子の製造方法によれば、第１光電変換層と第２光電変換層とが互いに異なる無機半導体材料を含むようにしたので、第１光電変換層と第２光電変換層との間で、光電変換可能な波長帯域をずらすことができる。よって、広い波長帯域にわたって光電変換を行うことが可能となる。
尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
本開示の一実施の形態に係る受光素子の構成を表す断面図である。 図１に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。 図２Ａに続く工程を表す断面図である。 図２Ｂに続く工程を表す断面図である。 図２Ｃに続く工程を表す断面図である。 図２Ｄに続く工程を表す断面図である。 図２Ｅに続く工程を表す断面図である。 図３Ａに続く工程を表す断面図である。 図３Ｂに続く工程を表す断面図である。 比較例に係る受光素子の構成を表す断面図である。 図４に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。 図５Ａに続く工程を表す断面図である。 図５Ｂに続く工程を表す断面図である。 変形例１に係る受光素子の構成を表す断面図である。 変形例２に係る受光素子の構成を表す断面図である。 図７に示した受光素子の他の例を表す断面図である。 図７に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。 図９Ａに続く工程を表す断面図である。 図９Ｂに続く工程を表す断面図である。 図９Ｃに続く工程を表す断面図である。 図１０Ａに続く工程を表す断面図である。 図１０Ｂに続く工程を表す断面図である。 変形例３に係る受光素子の構成を表す断面図である。 図１１に示した受光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。 図１１に示した受光素子の動作を説明するための断面図である。 撮像素子の構成を表すブロック図である。 積層型の撮像素子の構成例を表す模式図である。 図１４に示した撮像素子を用いた電子機器（カメラ）の一例を表す機能ブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．実施形態（互いに異なる無機半導体材料で構成された光電変換層を有する受光素子の例）
２．変形例１（平面視で異なる互いに異なる大きさの光電変換層を有する例）
３．変形例２（光入射面側が平坦である例）
４．変形例３（縦方向分光の例）
５．適用例１（撮像素子の例）
６．適用例２（電子機器の例）
７．応用例１（内視鏡手術システムへの応用例）
８．応用例２（移動体への応用例）
＜実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施の形態の受光素子（受光素子１）の断面構成を表したものである。受光素子１は、例えばIII−Ｖ族半導体などの無機半導体材料を用いた赤外線センサ等に適用されるものであり、例えば２次元配置された複数の受光単位領域Ｐ（画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…Ｐｎ）を含んでいる。尚、図１では、５つの画素Ｐ（画素Ｐ１〜Ｐ５）に相当する部分の断面構成について示している。
受光素子１はＲＯＩＣ（readout integrated circuit）基板１１を有している。受光素子１では、このＲＯＩＣ基板１１上に、第１電極２１、第１コンタクト層２２、光電変換層２３、第２コンタクト層２４および第２電極２５がこの順に設けられている。第１電極２１、第１コンタクト層２２、光電変換層２３および第２コンタクト層２４は、画素Ｐ毎に分離して設けられ、第２電極２５は複数の画素Ｐに共通して設けられている。受光素子１には、第２電極２５側から光電変換層２３に光（例えば可視領域および赤外領域の波長の光）が入射するようになっている。例えば、画素Ｐ１〜Ｐ３で可視領域の波長の光が光電変換され、画素Ｐ４，Ｐ５で赤外領域の波長の光が光電変換される。
受光素子１は、第１電極２１とＲＯＩＣ基板１１との間に保護膜１２を有しており、保護膜１２には、第１電極２１に接続された貫通電極１２Ｅが設けられている。受光素子１は、隣り合う画素Ｐの間に絶縁膜１３を有している。受光素子１は、第２電極２５上に、パッシベーション膜１４およびカラーフィルタ層１５をこの順に有しており、受光素子１では、このカラーフィルタ層１５およびパッシベーション膜１４を通過した光が光電変換層２３に光が入射するようになっている。以下、各部の構成について説明する。なお、画素Ｐ１〜Ｐ５は、光電変換層２３を除いて同様の構成を有しているので、光電変換層２３以外の各部の説明は、各画素Ｐで共通する。
ＲＯＩＣ基板１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板とシリコン基板上の多層配線層により構成されており、この多層配線層にＲＯＩＣが設けられている。多層配線層のうち保護膜１２に近い位置には、画素Ｐ毎に例えば銅（Ｃｕ）を含む電極が設けられ、この電極が貫通電極１２Ｅに接している。
第１電極２１は、光電変換層２３で発生した信号電荷（正孔または電子、以下便宜上、信号電荷が正孔であるとして説明する。）を読みだすための電圧が供給される電極（アノード）であり、画素Ｐ毎に設けられている。第１電極２１は、平面視で第１コンタクト層２２よりも小さく、第１コンタクト層２２の略中央部に接している。１つの画素Ｐに対して１つの第１電極２１が配置され、隣り合う画素Ｐでは、保護膜１２により第１電極２１が電気的に分離されている。
第１電極２１は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），パラジウム（Ｐｄ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの単体、またはそれらのうちの少なくとも１種を含む合金により構成されている。第１電極２１は、このような構成材料の単膜であってもよく、あるいは、２種以上を組み合わせた積層膜であってもよい。
第１コンタクト層２２は、第１電極２１と光電変換層２３との間に設けられ、これらに接している。１つの画素Ｐに対して１つの第１コンタクト層２２が配置され、隣り合う画素Ｐでは、絶縁膜１３により第１コンタクト層２２が電気的に分離されている。第１コンタクト層２２は、光電変換層２３で発生した信号電荷が移動する領域であり、例えば、ｐ型の不純物を含む無機半導体材料により構成されている。第１コンタクト層２２には、例えば、Ｚｎ（亜鉛）等のｐ型の不純物を含むＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。例えば、第１コンタクト層２２では、第１電極２１との接触面が画素Ｐ間で同一平面上に配置されている。即ち、複数の第１コンタクト層２２の第１電極２１との接触面は、同一平面を構成している。
第１電極２１と第２電極２５との間の光電変換層２３は、所定の波長の光を吸収して、信号電荷を発生させるものであり、ＩＩＩ−Ｖ族半導体などの無機半導体材料を含んでいる。光電変換層２３を構成する無機半導体材料としては、例えば、Ｇｅ（ゲルマニウム），ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素），Ｅｘ.ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン），ＩｎＡｓ（インジウム砒素），ＩｎＳｂ（インジムアンチモン）およびＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルル）等が挙げられる。１つの画素Ｐに対して１つの光電変換層２３が配置され、隣り合う画素Ｐでは、絶縁膜１３により光電変換層２３が電気的に分離されている。具体的には、画素Ｐ１には光電変換層２３Ａ、画素Ｐ２には光電変換層２３Ｂ、画素Ｐ３には光電変換層２３Ｃ、画素Ｐ４には光電変換層２３Ｄ、画素Ｐ５には光電変換層２３Ｅがそれぞれ設けられている。即ち、光電変換層２３Ａ〜２３Ｅはそれぞれ、平面視で異なる位置に配置されている。本実施の形態では、光電変換層２３Ａ（または光電変換層２３Ｂ〜２３Ｄ）に含まれる無機半導体材料と光電変換層２３Ｅに含まれる無機半導体材料とが異なっている。詳細は後述するが、これにより、広い波長帯域にわたって光電変換を行うことが可能となる。ここでは、光電変換層２３Ｅが本技術の第１光電変換層の一具体例、光電変換層２３Ａ（または光電変換層２３Ｂ〜２３Ｄ）が本技術の第２光電変換層の一具体例に相当する。
光電変換層２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、主に可視領域の波長の光を光電変換するものである。光電変換層２３Ａでは青色波長域の光（例えば波長５００ｎｍ以下）、光電変換層２３Ｂでは緑色波長域の光（例えば波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ）、光電変換層２３Ｃでは赤色波長域の光（例えば波長６００ｎｍ〜８００ｎｍ）が、それぞれ吸収されて信号電荷が発生するようになっている。この光電変換層２３Ａ〜２３Ｃは、例えばｉ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体により構成されている。光電変換層２３Ａ〜２３Ｃに用いられるＩＩＩ−Ｖ族半導体としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）が挙げられる。例えば、光電変換層２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃそれぞれの厚みは互いに異なっている。例えば、光電変換層２３Ａの厚みが最も薄く、光電変換層２３Ｂおよび光電変換層２３Ｃの順に厚くなっている。例えば、光電変換層２３Ａの厚みは５００ｎｍ以下、光電変換層２３Ｂの厚みは７００ｎｍ以下、光電変換層２３Ｃの厚みは８００ｎｍ以下である。
光電変換層２３Ｄは、主に短赤外領域の波長の光（例えば波長１μｍ〜１０μｍ）を光電変換するものである。この光電変換層２３Ｄは、例えばｉ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体により構成されており、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）により構成されている。光電変換層２３Ｄは、例えば、光電変換層２３Ａ〜２３Ｃよりも厚くなっており、光電変換層２３Ｄの厚みは、例えば１μｍ〜１０μｍである。
光電変換層２３Ｅは、主に中赤外領域の波長の光（例えば波長３μｍ〜１０μｍ）を光電変換するものである。この光電変換層２３Ｅは、例えば光電変換層２３Ａ〜２３Ｄとは異なるｉ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体により構成されている。具体的には、光電変換層２３Ｅには、ＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン）またはＩｎＳｂ（インジムアンチモン）等を用いることができる。このように、画素Ｐ（画素Ｐ５）で、他の画素Ｐの光電変換層２３とは異なる無機半導体材料を用いることにより、より長波長領域の光の光電変換を行うことが可能となる。したがって、広い波長帯域にわたって、高い光電変換効率を実現することができる。光電変換層２３Ｅの厚みは、例えば光電変換層２３Ａ〜２３Ｃの厚みとは異なっており、例えば３μｍ〜１０μｍである。
第２コンタクト層２４は、光電変換層２３と第２電極２５との間に設けられ、これらに接している。１つの画素Ｐに対して１つの第２コンタクト層２４が配置され、隣り合う画素Ｐでは、絶縁膜１３により第２コンタクト層２４が電気的に分離されている。第２コンタクト層２４は、第２電極２５から排出される電荷が移動する領域であり、例えば、ｎ型の不純物を含む化合物半導体により構成されている。第２コンタクト層２４には、例えば、Ｓｉ（ケイ素）等のｎ型の不純物を含むＩｎＰ（インジウムリン）を用いることができる。
第２電極２５は、例えば各画素Ｐに共通の電極として、第２コンタクト層２４上（光入射側）に、第２コンタクト層２４に接するように設けられている。第２電極２５は、光電変換層２３で発生した電荷のうち、信号電荷として用いられない電荷を排出するためのものである（カソード）。例えば、正孔が、信号電荷として第１電極２１から読み出される場合には、この第２電極２５を通じて例えば電子を排出することができる。第２電極２５は、例えば赤外線などの入射光を透過可能な導電膜により構成されている。第２電極２５には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＩＴｉＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＴｉＯ2）等を用いることができる。
保護膜１２は、ＲＯＩＣ基板１１の一方の面（光入射側の面）を覆うように設けられている。保護膜１２は、例えば、無機絶縁材料により構成されている。この無機絶縁材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化ケイ素（ＳｉＯ2）および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）等が挙げられる。保護膜１２は、複数の膜からなる積層構造を有していてもよい。保護膜１２に設けられた貫通電極１２Ｅは、ＲＯＩＣ基板１１の配線と第１電極２１とを接続するためのものであり、画素Ｐ毎に設けられている。貫通電極１２Ｅは、例えば、銅により構成されている。
絶縁膜１３は、例えば、各画素Ｐにおいて、第１コンタクト層２２の側面、光電変換層２３の側面および第２コンタクト層２４の側面を覆っている。この絶縁膜１３は、隣り合う光電変換層２３を画素Ｐ毎に分離するためのものであり、隣り合う光電変換層２３の間の領域は絶縁膜１３により埋められている。絶縁膜１３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯX）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の酸化物を含んで構成されている。複数の膜からなる積層構造により絶縁膜１３を構成するようにしてもよい。絶縁膜１３は、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ），炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ），窒化シリコン（ＳｉＮ）およびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのシリコン（Ｓｉ）系絶縁材料により構成するようにしてもよい。
パッシベーション膜１４は、第２電極２５を覆い、第２電極２５とカラーフィルタ層１５との間に設けられている。このパッシベーション膜１４は、反射防止機能を有していてもよい。パッシベーション膜１４には、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ），酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化ケイ素（ＳｉＯ2）および酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3）等を用いることができる。
カラーフィルタ層１５は、パッシベーション膜１４上（パッシベーション膜１４の光入射面側）に設けられている。カラーフィルタ層１５は、例えば、画素Ｐ１に青色フィルタ、画素Ｐ２に緑色フィルタ、画素Ｐ３に赤色フィルタを有している。画素Ｐ４，Ｐ５では、例えば赤外領域の波長の光が光電変換されるので、カラーフィルタ層１５は、画素Ｐ４，Ｐ５に可視光カットフィルタを有していてもよい。
受光素子１は、カラーフィルタ層１５上に、入射光を光電変換層２３に向けて集光するためのオンチップレンズ（例えば後述の図８のオンチップレンズ１７）を有していてもよい。
[受光素子１の製造方法]
受光素子１は、例えば次のようにして製造することができる。図２Ａ〜図３Ｃは、受光素子１の製造工程を工程順に表したものである。図２Ａ〜図３Ｃでは、画素Ｐ３〜Ｐ５に対応する領域を示している。
まず、例えばシリコン（Ｓｉ）よりなる基板３１を用意し、この基板３１上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）または窒化シリコン（ＳｉＮ）よりなる絶縁膜１３を成膜する。
次に、図２Ａに示したように、成膜した絶縁膜１３の各画素Ｐに対応する領域に開口（画素Ｐ３〜Ｐ５に対応する開口１３Ｃ〜１３Ｅ）を形成し、この開口に第２コンタクト層２４を形成する。具体的には、以下のように行う。まず、絶縁膜１３を、例えばフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いてパターニングし、開口１３Ｃ〜１３Ｅを形成する。開口１３Ｃ〜１３Ｅは、画素Ｐ毎に形成され、かつ、互いに開口幅の異なる部分ａ１，ａ２を含んでいる。部分ａ２は、後の工程で光電変換層２３が形成される開口部分であり、形成される光電変換層２３の厚みに応じて画素Ｐ毎に深さが調整されている。このように部分ａ２の深さにより、光電変換層２３の厚みを調整し、容易に受光素子１を製造することができる。部分ａ１は、部分ａ２よりも高アスペクト比を有し、部分ａ２内にトレンチまたは孔として形成されている。部分ａ１のアスペクト比は、例えば、１．５以上である。部分ａ１は、部分ａ２から絶縁膜１３を貫通し、基板３１の一部（絶縁膜１３側の一部）にも設けられている。
部分ａ１のうち、露出されている基板５１の面に、例えばアルカリ異方性エッチングを施しておく。このエッチングでは、例えばシリコン基板（基板３１）の結晶面方位依存性が強く、（１１１）面方向のエッチングレートが著しく低い。このため、エッチング処理面は（１１１）面でエッチングがストップし、複数の（１１１）面が形成される。
エッチング処理を行った後、基板３１の複数の（１１１）面から、絶縁膜１３の部分ａ１にかけて、ＩｎＰよりなるバッファ層３２をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いて形成する。このように、基板３１の面に対して傾斜した複数の（１１１）面からバッファ層３２をエピタキシャル成長させることにより、バッファ層３２の欠陥密度を低減することができる。これは、傾斜した（１１１）面とバッファ層３２との界面を起点に、積層欠陥は成膜方向に成長するが、このとき、この積層欠陥は絶縁膜１３の壁にぶつかり成長が止まるためである。バッファ層３２を部分ａ１に形成した後、部分ａ２に、例えばＩｎＰをエピタキシャル成長させ、第２コンタクト層２４を形成する（図２Ａ）。
続いて、各開口（開口１３Ｃ〜１３Ｅ）に光電変換層２３を形成する（図２Ｂ，２Ｃ）。光電変換層２３は、例えばハードマスク３３を用いて形成する。具体的には、以下のようにして開口１３Ｃ〜１３Ｅに光電変換層２３Ｃ〜２３Ｅを形成する。まず、開口１３Ｅをハードマスク３３で覆った状態で、開口１３Ｃ，１３Ｄに例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）からなる光電変換層２３Ｃ，２３Ｄをエピタキシャル成長により形成する。その後、開口１３Ｃ，１３Ｄをハードマスク３３で覆った状態で、開口１３Ｅに例えばＩｎＡｓＳｂ（インジウム砒素アンチモン）またはＩｎＳｂ（インジムアンチモン）からなる光電変換層２３Ｅをエピタキシャル成長により形成する。
光電変換層２３を形成した後、図２Ｄに示したように、光電変換層２３上に例えばＩｎＰをエピタキシャル成長させ、第１コンタクト層２２を形成する。続いて、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）により、第１コンタクト層２２の表面を平坦化しておく。
次に、平坦化された第１コンタクト層２２の表面に、第１電極２１の構成材料を成膜した後、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、これをパターニングする。これにより第１電極２１が形成される（図２Ｅ）。
続いて、保護膜１２および貫通電極１２Ｅを形成する。具体的には、保護膜１２を第１電極２１上および絶縁膜１３上に成膜した後、この保護膜１２のうち第１電極２１の中央部分に対応する領域に、例えばフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて貫通孔を形成する。その後、この貫通孔に例えば銅からなる貫通電極１２Ｅを形成する。
次いで、図３Ａに示したように、この貫通電極１２ＥをＲＯＩＣ基板１１の電極に接合させる。この接合は、例えばＣｕ−Ｃｕ接合により行う。続いて、基板３１を例えば研磨機により薄膜化し、薄膜化された基板３１とバッファ層３２とを例えばエッチングにより除去して、第２コンタクト層２４表面を露出させる（図３Ｂ）。
最後に、図３Ｃに示したように、第２電極２５、パッシベーション膜１４およびカラーフィルタ層１５をこの順に形成して図１に示した受光素子１を完成させる。
[受光素子１の動作]
受光素子１では、カラーフィルタ層１５、パッシベーション膜１４、第２電極２５および第２コンタクト層２４を介して、光電変換層２３へ光（例えば可視領域および赤外領域の波長の光）が入射すると、この光が光電変換層２３において吸収される。これにより、光電変換層２３では正孔（ホール）および電子の対が発生する（光電変換される）。このとき、例えば第１電極２１に所定の電圧が印加されると、光電変換層２３に電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷（例えば正孔）が、信号電荷として第１コンタクト層２２に移動し、第１コンタクト層２２から第１電極２１へ収集される。この信号電荷が、ＲＯＩＣ基板１１によって読み出される。
[受光素子１の作用・効果]
本実施の形態の受光素子１では、画素Ｐ１〜Ｐ４の光電変換層２３Ａ〜２３Ｄと、画素Ｐ５の光電変換層２３Ｅとが互いに異なる無機半導体材料により構成されている。また、光電変換層２３Ａ〜２３Ｄの間でも、互いに異なる厚みに調整可能である。これにより、光電変換層２３Ａ〜２３Ｅ（画素Ｐ１〜Ｐ５）各々で、光電変換可能な波長帯域を設定し易くなる。例えば、光電変換層２３Ａ（画素Ｐ１）で青色波長域の光、光電変換層２３Ｂ（画素Ｐ２）で緑色波長域の光、光電変換層２３Ｃ（画素Ｐ３）で赤色波長域の光、光電変換層２３Ｄ（画素Ｐ４）で短赤外領域の波長の光、光電変換層２３Ｅ（画素Ｐ５）で中赤外領域の波長の光がそれぞれ光電変換されるように構成することができる。以下、これについて説明する。
図４は、比較例に係る受光素子（受光素子１００）の断面構成を表している。この受光素子１００は、隣り合う画素Ｐの間が絶縁膜で分離されておらず、全ての画素Ｐに共通して、第１コンタクト層１２２、光電変換層１２３、第２コンタクト層１２４および第２電極１２５が設けられている。第１電極１２１は、画素Ｐ毎に分離されている。
図５Ａ〜５Ｃは、この受光素子１００の製造工程を表している。受光素子１００は、まず、基板１２４Ａ上に、例えばエピタキシャル成長により、光電変換層１２３および第１コンタクト層１２２を形成した後（図５Ａ）、保護膜１２および貫通電極（図示せず）を形成する。次いで、この貫通電極と、ＲＯＩＣ基板１１の電極とを、例えばＣｕ−Ｃｕ接合により接合する（図５Ｂ）。その後、例えば基板１２４Ａを薄膜化して、第２コンタクト層１２４を形成する（図５Ｃ）。最後に、例えば第２電極１２５、パッシベーション膜およびカラーフィルタ層を形成することにより受光素子１００が形成される。
このように形成する受光素子１００では、画素Ｐ間で、光電変換層１２３の構成材料を異ならせたり、あるいは、光電変換層１２３の厚みを異ならせたりすることは困難である。したがって、受光素子１００では、全ての画素Ｐで同じ波長域の光が光電変換され、画素Ｐ間で互いに異なる波長域の光を選択的に光電変換することはできない。
これに対し、受光素子１には、互いに異なる構成材料、または異なる厚みの光電変換層２３Ａ〜２３Ｅが設けられているので、画素Ｐ間で異なる波長域の光を選択的に光電変換することができる。例えば、画素Ｐ１〜Ｐ３では可視領域の波長の光、画素Ｐ４では短赤外領域の波長の光、画素Ｐ５では中赤外領域の波長の光がそれぞれ選択的に光電変換される。このような受光素子１は、画素Ｐ毎に設けられた絶縁膜１３の開口（例えば図２Ａの開口１３Ｃ〜１３Ｅ）に光電変換層２３を形成することで、容易に形成することができる。
以上説明したように、本実施の形態の受光素子１では、光電変換層２３Ａ〜２３Ｄと光電変換層２３Ｅとが互いに異なる無機半導体材料を含むようにしたので、光電変換層２３Ａ〜２３Ｄと光電変換層２３Ｅとの間で、光電変換可能な波長帯域をずらすことができる。また、光電変換層２３Ａ〜２３Ｄの間でも、互いの厚みを異ならせるようにしたので、光電変換可能な波長帯域をずらすことができる。よって、広い波長帯域にわたって光電変換を行うことが可能となる。
以下、上記実施の形態の変形例および適用例について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
＜変形例１＞
図６は、上記実施の形態の変形例１に係る受光素子（受光素子１Ａ）の断面構成を表したものである。受光素子１Ａのように、互いに異なる幅（幅Ｗ３，Ｗ４）の光電変換層２３が設けられていてもよい。この点を除き、受光素子１Ａは受光素子１と同様の構成および効果を有している。
例えば、受光素子１Ａは、光電変換層２３Ｃの幅Ｗ３よりも、光電変換層２３Ｄの幅Ｗ４が大きくなっている。例えば、光電変換層２３Ａ，２３Ｂの幅は幅Ｗ３と略同じであり、光電変換層２３Ｅの幅は幅Ｗ４よりも大きくなっている。光電変換層２３Ｃと光電変換層２３Ｄとは、例えば平面視での大きさが異なっており、その長さ（幅Ｗ３，Ｗ４と直交する方向の大きさ）も異なっている。光電変換層２３Ｃと光電変換層２３Ｄとは、幅Ｗ３，Ｗ４および長さのどちらか一方のみが異なっていてもよい。
＜変形例２＞
図７は、変形例２に係る受光素子（受光素子１Ｂ）の断面構成を表したものである。上記実施の形態では、ＲＯＩＣ基板１１側の面（具体的には、第１コンタクト層２２の第１電極２１との接触面）が平坦である場合を例示したが、光入射側の面が平坦であってもよい。具体的には、受光素子１Ｂのように、第２コンタクト層２４の第２電極２５との接触面が画素Ｐ間で、同一平面上に設けられていてもよい。即ち、受光素子１Ｂでは、複数の第２コンタクト層２４の第２電極２５との接触面が、同一平面を構成している。この点を除き、受光素子１Ｂは受光素子１と同様の構成および効果を有している。
図８に示したように、受光素子１Ｂは、オンチップレンズ（オンチップレンズ１７）を有していてもよい。オンチップレンズ１７は、例えば、カラーフィルタ層１５上に、パッシベーション膜１６を介して設けられている。このように、光入射面側が平坦な受光素子１Ｂでは、オンチップレンズ１７の焦点設計が容易であり、オンチップレンズ１７を容易に形成することができる。
受光素子１Ｂは、例えば次のようにして製造することができる。図９Ａ〜図１０Ｃは、受光素子１Ｂの製造工程を工程順に表したものである。図９Ａ〜図１０Ｃでは、画素Ｐ１〜Ｐ３に対応する領域を示している。
まず、上記実施の形態で説明したのと同様にして、絶縁膜１３の各画素Ｐに対応する領域に開口（画素Ｐ１〜Ｐ３に対応する開口１３Ａ〜１３Ｃ）を形成し、この開口に第２コンタクト層２４を形成する（図９Ａ）。このとき、部分ａ２の深さを、画素Ｐ間で同じにしておくことにより、第２コンタクト層２４の第２電極２５との接触面が画素Ｐ間で同一平面上に配置されるようになる。
次に、各開口（開口１３Ａ〜１３Ｃ）に光電変換層２３を形成する（図９Ｂ）。光電変換層２３Ａ〜２３Ｃは、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）をエピタキシャル成長させた後、エッチングにより画素Ｐ間で厚みを調整することにより形成する。
光電変換層２３を形成した後、図９Ｃに示したように、光電変換層２３上に第１コンタクト層２２および第１電極２１をこの順に形成する。続いて、保護膜１２および貫通電極１２Ｅを形成した後、図１０Ａに示したように、この貫通電極１２ＥをＲＯＩＣ基板１１の電極に接合させる。
その後、基板３１を薄膜化し、薄膜化された基板３１とバッファ層３２とを例えばエッチングにより除去して、第２コンタクト層２４表面を露出させる（図１０Ｂ）。
最後に、図１０Ｃに示したように、第２電極２５、パッシベーション膜１４およびカラーフィルタ層１５をこの順に形成して図７に示した受光素子１Ｂを完成させる。
本変形例のように、画素Ｐ間で光入射面側の面が平坦であってもよく、この場合にも、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。加えて、オンチップレンズ１７の焦点設計が容易になる。
＜変形例３＞
図１１は、変形例３に係る受光素子（受光素子１Ｃ）について、画素Ｐ５の断面構成を表したものである。本変形例のように、光電変換層２３Ｅの厚み方向に、別の光電変換層（光電変換層２３ＥＡ）を積層させるようにしてもよい。このような受光素子１Ｃでは、縦方向分光が可能となる。この点を除き、受光素子１Ｃは受光素子１と同様の構成および効果を有している。
光電変換層２３ＥＡ（第３光電変換層）は、光電変換層２３Ｅの厚み方向に積層され、平面視で一部が光電変換層２３Ｅに重なる位置に設けられている。光電変換層２３ＥＡは、光電変換層２３Ｅとは異なる無機半導体材料により構成されている。例えば、光電変換層２３ＥＡは主に、短赤外領域の波長の光を光電変換するものであり、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）により構成されている。画素Ｐ５には、例えば、２つの光電変換層２３ＥＡが設けられており、これらは厚み方向の位置が同位置に配置されている。画素Ｐ５には、１つの光電変換層２３ＥＡを設けるようにしてもよく、あるいは、３つ以上の光電変換層２３ＥＡを設けるようにしてもよい。
光電変換層２３ＥＡのＲＯＩＣ基板１１との対向面には第１電極２１Ａが設けられ、第１電極２１Ａは絶縁膜１３中の貫通電極１２ＥＡを介してＲＯＩＣ基板１１に接続されている。光電変換層２３ＥＡと第１電極２１Ａとの間には、第１コンタクト層２２Ａが設けられている。光電変換層２３ＥＡの光入射面には、第２コンタクト層２４Ａおよび第２電極２５がこの順に積層されている。
図１２は、受光素子１Ｃを製造する際の一工程を表したものである。受光素子１Ｃは、上記実施の形態で説明したのと同様にして形成することができる。
受光素子１Ｃでは、図１３に示したように、１つの画素Ｐ５内で、例えば中赤外領域の波長の光Ｌ１が光電変換層２３Ｅにより、例えば短赤外領域の波長の光Ｌ２が光電変換層２３ＥＡにより光電変換される。
本変形例のように、１つの画素Ｐ内の積層方向に複数の光電変換層（例えば光電変換層２３Ｅおよび光電変換層２３ＥＡ）を設けるようにしてもよい。このような場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。加えて、１つの画素Ｐ内での縦型分光が可能になるので、画素Ｐの微細化が容易となる。
図１１では、画素Ｐ５に光電変換層２３ＥＡを設ける場合を示したが、画素Ｐ５とともに、他の画素Ｐ（例えば画素Ｐ１〜Ｐ４）にも光電変換層２３ＥＡを設けるようにしてもよい。あるいは、画素Ｐ５には光電変換層２３ＥＡを設けずに、他の画素Ｐに光電変換層２３ＥＡを設けるようにしてもよい。
＜適用例１＞
図１４は、上記実施の形態等において説明した受光素子１（または、受光素子１Ａ〜１Ｃ、以下、まとめて受光素子１という）の素子構造を用いた撮像素子２の機能構成を表したものである。撮像素子２は、例えば赤外線イメージセンサであり、例えば受光素子１を含む画素部１０Ｐと、この画素部１０Ｐを駆動する回路部２０とを有している。回路部２０は、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２を有している。
画素部１０Ｐは、例えば行列状に２次元配置された複数の画素Ｐ（受光素子１）を有している。画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（例えば、行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素Ｐからの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１０の各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１３５に出力され、当該水平信号線１３５を通して図示しない信号処理部等へ入力される。
この撮像素子２では、図１５に示したように、例えば、画素部１０Ｐを有する基板２Ａと、回路部２０を有する基板２Ｂ（例えば、図１のＲＯＩＣ基板１１）とが積層されている。但し、このような構成に限定されず、回路部２０は、画素部１０Ｐと同一の基板上に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、回路部２０は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、撮像素子２の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの駆動制御を行う。
＜適用例２＞
上述の撮像素子２は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの電子機器に適用することができる。図１６に、その一例として、電子機器３（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器３は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、撮像素子２と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、撮像素子２およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像素子２へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、撮像素子２への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、撮像素子２の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、撮像素子２から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
更に、本実施の形態等において説明した受光素子１は、下記電子機器（カプセル内視鏡および車両等の移動体）にも適用することが可能である。
＜応用例１（内視鏡手術システム）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１７は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図１７では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図１８は、図１７に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜応用例２（移動体）＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図１９は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１９に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１９の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図２０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２０では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２０には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
更に、本実施の形態等において説明した受光素子１は、監視カメラ，生体認証システムおよびサーモグラフィ等の電子機器にも適用することが可能である。監視カメラは、例えばナイトビジョンシステム（暗視）のものである。受光素子１を監視カメラに適用することにより、夜間の歩行者および動物等を遠くから認識することが可能となる。また、受光素子１を車載カメラとして適用すると、ヘッドライトや天候の影響を受けにくい。例えば、煙および霧等の影響を受けずに、撮影画像を得ることができる。更に、物体の形状の認識も可能となる。また、サーモグラフィでは、非接触温度測定が可能となる。サーモグラフィでは、温度分布や発熱も検出可能である。加えて、受光素子１は、炎，水分またはガス等を検知する電子機器にも適用可能である。
以上、実施の形態および適用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した受光素子の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料や厚みも一例であって、上述のものに限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態等では、第１電極２１と第１コンタクト層２２とが接し、第２コンタクト層２４と第２電極２５とが接する場合について説明したが、第１電極２１と第１コンタクト層２２との間、あるいは、第２コンタクト層２４と第２電極２５との間に他の層が設けられていてもよい。
更に、上記実施の形態等では、便宜上、信号電荷が正孔である場合について説明したが、信号電荷は電子であってもよい。第１コンタクト層２２がｎ型の不純物を含み、第２コンタクト層２４がｐ型の不純物を含んでいてもよい。
また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
平面視で異なる領域に配置され、絶縁膜により互いに分離された複数の光電変換層のうち、
基板上に、平面視で異なる領域に第１開口および第２開口を有する前記絶縁膜を形成し、
前記第１開口に、第１無機半導体材料を含有する第１光電変換層をエピタキシャル成長させて形成し、
前記第２開口に、前記第１無機半導体材料とは異なる第２無機半導体材料を含有する第２光電変換層をエピタキシャル成長させて形成する
受光素子の製造方法。
（２）
前記第１開口に前記第１無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第２開口を、前記第２開口に前記第２無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第１開口を、それぞれハードマスクを用いて覆う
前記（１）に記載の受光素子の製造方法。
（３）
前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを異なる厚みで形成する
前記（１）または（２）に記載の受光素子の製造方法。
（４）
更に、前記第１無機半導体材料とは異なる第３無機半導体材料を含み、前記第１光電変換層の厚み方向に設けられるとともに、平面視で前記第１光電変換層の一部に重なる第３光電変換層を形成する
前記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
（５）
前記第１光電変換層および前記第２光電変換層の少なくとも一方は、赤外領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
（６）
前記第１光電変換層および前記第２光電変換層の少なくとも一方は、可視領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
（７）
前記第１無機半導体材料および前記第２無機半導体材料の少なくとも一方は、Ｇｅ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂおよびＨｇＣｄＴｅのうちのいずれか１つである
前記（１）乃至（６）のうちいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
（８）
更に、前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれに電気的に接続された第１電極を形成し、
各々の前記第１電極に電気的に接続されたＲＯＩＣ（readout integrated circuit）基板を接合する
前記（１）乃至（７）のうちいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
（９）
更に、前記第１電極と前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれとの間に第１コンタクト層を形成する
前記（８）に記載の受光素子の製造方法。
（１０）
複数の前記第１コンタクト層の前記第１電極との接触面を同一平面上に設ける
前記（９）に記載の受光素子の製造方法。
（１１）
更に、前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれを間にして前記第１電極と対向する第２電極を形成する
前記（８）乃至（１０）のうちのいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
（１２）
更に、前記第２電極と前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれとの間に第２コンタクト層を形成する
前記（１１）に記載の受光素子の製造方法。
（１３）
複数の前記第２コンタクト層の前記第２電極との接触面を同一平面上に設ける
前記（１２）に記載の受光素子の製造方法。
（１４）
前記第２電極を、前記第１光電変換層および前記第２光電変換層に共通して設ける
前記（１１）乃至（１３）のうちいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
（１５）
平面視で、前記第１光電変換層の大きさと前記第２光電変換層の大きさとが異なる
前記（１）乃至（１４）のうちいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
本出願は、日本国特許庁において２０１７年１月２４日に出願された日本特許出願番号第２０１７−１０１８７号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (15)

  1. 平面視で異なる領域に配置され、絶縁膜により互いに分離された複数の光電変換層のうち、
    基板上に、平面視で異なる領域に第１開口および第２開口を有する前記絶縁膜を形成し、
    前記第１開口に、第１無機半導体材料を含有する第１光電変換層をエピタキシャル成長させて形成し、
    前記第２開口に、前記第１無機半導体材料とは異なる第２無機半導体材料を含有する第２光電変換層をエピタキシャル成長させて形成する
    受光素子の製造方法。
  2. 前記第１開口に前記第１無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第２開口を、前記第２開口に前記第２無機半導体材料をエピタキシャル成長させる際には前記第１開口を、それぞれハードマスクを用いて覆う
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
  3. 前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを異なる厚みで形成する
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
  4. 更に、前記第１無機半導体材料とは異なる第３無機半導体材料を含み、前記第１光電変換層の厚み方向に設けられるとともに、平面視で前記第１光電変換層の一部に重なる第３光電変換層を形成する
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
  5. 前記第１光電変換層および前記第２光電変換層の少なくとも一方は、赤外領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
  6. 前記第１光電変換層および前記第２光電変換層の少なくとも一方は、可視領域の波長の光を吸収して電荷を発生するように構成されている
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
  7. 前記第１無機半導体材料および前記第２無機半導体材料の少なくとも一方は、Ｇｅ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂおよびＨｇＣｄＴｅのうちのいずれか１つである
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
  8. 更に、前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれに電気的に接続された第１電極を形成し、
    各々の前記第１電極に電気的に接続されたＲＯＩＣ（readout integrated circuit）基板を接合する
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
  9. 更に、前記第１電極と前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれとの間に第１コンタクト層を形成する
    請求項８に記載の受光素子の製造方法。
  10. 複数の前記第１コンタクト層の前記第１電極との接触面を同一平面上に設ける
    請求項９に記載の受光素子の製造方法。
  11. 更に、前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれを間にして前記第１電極と対向する第２電極を形成する
    請求項８に記載の受光素子の製造方法。
  12. 更に、前記第２電極と前記第１光電変換層、前記第２光電変換層それぞれとの間に第２コンタクト層を形成する
    請求項１１に記載の受光素子の製造方法。
  13. 複数の前記第２コンタクト層の前記第２電極との接触面を同一平面上に設ける
    請求項１２に記載の受光素子の製造方法。
  14. 前記第２電極を、前記第１光電変換層および前記第２光電変換層に共通して設ける
    請求項１１に記載の受光素子の製造方法。
  15. 平面視で、前記第１光電変換層の大きさと前記第２光電変換層の大きさとが異なる
    請求項１に記載の受光素子の製造方法。
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