(57)【要約】【課題】  ノイズの混入を抑制することができる受発光素子及びその製造方法、並びにその受発光素子を備える光センサ装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る受発光素子１は、半導体基板３と、半導体基板３の一方の主面３ａに設けられた発光ダイオード５と、半導体基板３の前記一方の主面３ａに、発光ダイオード５と離間して設けられたフォトダイオード７と、を備えている。半導体基板３の一方の主面３ａにおいて発光ダイオード５とフォトダイオード７との間の位置には溝１９が形成されている。フォトダイオード７は、半導体基板３の一方の主面３ａにＰ型不純物を拡散して形成されたＰ型半導体領域７ｐと、Ｐ型半導体領域７ｐと離間して配置され、半導体基板３の前記一方の主面３ａにＮ型不純物を拡散して形成されたＮ型半導体領域７ｎとを有している。Ｐ型半導体領域７ｐ及びＮ型半導体領域７ｎの不純物濃度は、半導体基板３の不純物濃度より高くなっている。【選択図】  図３
2010278239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面に設けられた発光ダイオードと、
前記半導体基板の前記一方の主面に、前記発光ダイオードと離間して設けられたフォトダイオードと、
を備え、
前記半導体基板の前記一方の主面において前記発光ダイオードと前記フォトダイオードとの間の位置には溝が形成され、
前記フォトダイオードは、前記半導体基板の前記一方の主面にＰ型不純物を拡散して形成されたＰ型半導体領域と、該Ｐ型半導体領域と離間して配置され、前記半導体基板の前記一方の主面にＮ型不純物を拡散して形成されたＮ型半導体領域とを有し、
前記Ｐ型半導体領域及び前記Ｎ型半導体領域の不純物濃度は、前記半導体基板の不純物濃度より高いことを特徴とする、受発光素子。
【請求項２】
前記溝の深さは、前記Ｐ型半導体領域及び前記Ｎ型半導体領域の深さより深いことを特徴とする、請求項１に記載の受発光素子。
【請求項３】
前記発光ダイオードは、前記半導体基板の前記一方の主面上にエピタキシャル成長されたＮ型半導体層を有し、
前記フォトダイオードは、前記Ｎ型半導体領域上に、前記発光ダイオードの前記Ｎ型半導体層と同時にエピタキシャル成長されたＮ型半導体層を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の受発光素子。
【請求項４】
前記発光ダイオードは、前記半導体基板の前記一方の主面上にエピタキシャル成長されたＰ型半導体層を有し、
前記フォトダイオードは、前記Ｐ型半導体領域上に、前記発光ダイオードの前記Ｐ型半導体層と同時にエピタキシャル成長されたＰ型半導体層を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の受発光素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の受発光素子を備えた光センサ装置であって、
前記フォトダイオードから出力される光電流の大きさによって、被照射物の位置及び濃度のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする、光センサ装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の受発光素子の製造方法であって、
前記半導体基板の前記一方の主面上に形成された自然酸化膜を熱処理によって除去する熱処理工程を有し、
前記半導体基板に形成される前記Ｐ型半導体領域又は前記Ｎ型半導体領域に拡散すべき不純物を含む雰囲気中で前記熱処理工程を行うことにより、拡散すべき不純物を前記半導体基板の前記一方の主面に拡散し、前記Ｐ型半導体領域又は前記Ｎ型半導体領域を構成する不純物拡散領域を形成することを特徴とする、受発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受発光素子及びその製造方法、並びに受発光素子を備えた光センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、Ｎ型シリコン基板上にｐｎ接合を有する半導体層を積層して構成された発光ダイオードが開示されている。また、例えば、特許文献２には、Ｎ型シリコン基板の一方の主面に高濃度のＰ型不純物領域を形成し、他方の主面に高濃度のＮ型不純物領域を形成して構成されたＰＩＮフォトダイオードが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３７２８７号公報
【特許文献２】特開平９−８３００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような発光ダイオード及びフォトダイオードは共に半導体基板上に形成されているため、これらを同じ半導体基板上に一体化して形成した受発光素子として構成することが考えられる。このような受発光素子は、反射型フォトセンサや透過型フォトセンサ等の光センサ装置に適用することができる。
【０００５】
しかしながら、このように構成された受発光素子では、発光ダイオードの駆動時に供給される電流が半導体基板を介してフォトダイオードに流入し、フォトダイオードからの出力電流（受光強度に応じて出力される電流）にノイズとして混入することがあった。これにより、この受発光素子を適用した光センサ装置では、検出精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ノイズの混入を抑制することができる受発光素子及びその製造方法、並びにその受発光素子を備える光センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る受発光素子は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面に設けられた発光ダイオードと、前記半導体基板の前記一方の主面に、前記発光ダイオードと離間して設けられたフォトダイオードと、を備えている。そして、前記半導体基板の前記一方の主面において前記発光ダイオードと前記フォトダイオードとの間の位置には溝が形成されている。前記フォトダイオードは、前記半導体基板の前記一方の主面にＰ型不純物を拡散して形成されたＰ型半導体領域と、該Ｐ型半導体領域と離間して配置され、前記半導体基板の前記一方の主面にＮ型不純物を拡散して形成されたＮ型半導体領域とを有している。前記Ｐ型半導体領域及び前記Ｎ型半導体領域の不純物濃度は、前記半導体基板の不純物濃度より高いことを特徴とする。
【０００８】
以上のように構成された受発光素子において、前記溝の深さは、前記Ｐ型半導体領域及び前記Ｎ型半導体領域の深さより深いことが好ましい。
【０００９】
また、前記発光ダイオードは、前記半導体基板の前記一方の主面上にエピタキシャル成長されたＮ型半導体層を有し、前記フォトダイオードは、前記Ｎ型半導体領域上に、前記発光ダイオードの前記Ｎ型半導体層と同時にエピタキシャル成長されたＮ型半導体層を有するように構成してもよい。或いは、前記発光ダイオードは、前記半導体基板の前記一方の主面上にエピタキシャル成長されたＰ型半導体層を有し、前記フォトダイオードは、前記Ｐ型半導体領域上に、前記発光ダイオードの前記Ｐ型半導体層と同時にエピタキシャル成長されたＰ型半導体層を有するように構成してもよい。
【００１０】
また、本発明に係る光センサ装置は、上記受発光素子を備え、前記フォトダイオードから出力される光電流の大きさによって、被照射物の位置及び濃度のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る上記受発光素子の製造方法は、前記半導体基板の前記一方の主面上に形成された自然酸化膜を熱処理によって除去する熱処理工程を有し、前記半導体基板に形成される前記Ｐ型半導体領域又は前記Ｎ型半導体領域に拡散すべき不純物を含む雰囲気中で前記熱処理工程を行うことにより、拡散すべき不純物を前記半導体基板の前記一方の主面に拡散し、前記Ｐ型半導体領域又は前記Ｎ型半導体領域を構成する不純物拡散領域を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ノイズの混入を抑制することができる受発光素子及びその製造方法、並びにその受発光素子を備える光センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る受発光素子の平面図である。
【図２】図１の受発光素子のII−II線断面図である。
【図３】図１の受発光素子のIII−III線断面図である。
【図４】図２の要部拡大断面図である。
【図５】図１の受発光素子のIII−III線断面における製造工程を示す図である。
【図６】図１の受発光素子のIII−III線断面における製造工程を示す図である。
【図７】図１の受発光素子のIII−III線断面における製造工程を示す図である。
【図８】図１の受発光素子を備えた光センサ装置の一実施形態を示す断面図である。
【図９】図３の受発光装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る受発光素子及びこれを備えた光センサ装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る受発光素子１は、半導体基板３と、半導体基板３上に設けられた複数（図示例では１６個）の発光ダイオード５と、半導体基板３上に設けられた複数（図示例では１６個）のフォトダイオード７とを備えている。
【００１６】
半導体基板３は、不純物を含まない真性半導体又は不純物を低濃度で含む不純物半導体で形成された高い電気抵抗を有するものであり、例えば、電気抵抗率が３０００〜６０００Ω・ｃｍである真性シリコン基板を用いることができる。
【００１７】
図１に示すように、半導体基板３上に設けられた複数の発光ダイオード５は、列状に配置して設けられている。図４に詳細に示すように、各発光ダイオード５は、半導体基板３上に、バッファ層５１、Ｎ型コンタクト層５２、Ｎ型クラッド層５３、活性層５４、Ｐ型クラッド層５５、Ｐ型コンタクト層５６及びキャップ層５７をこの順に積層して形成されている。なお、バッファ層５１の下には、後述するように半導体基板３に不純物を拡散したＮ型不純物拡散領域３ｎが存在している。
【００１８】
バッファ層５１は、不純物がドーピングされていないＧａＡｓからなり、２〜３μｍの厚さを有している。
【００１９】
Ｎ型コンタクト層５２は、Ｎ型の不純物がドーピングされたＧａＡｓからなり、０．８〜１μｍの厚さを有している。Ｎ型の不純物としては、例えばＳｉが挙げられ、Ｎ型コンタクト層５２のドーピング濃度を１×１０１８〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃとしている。図４に示すように、Ｎ型コンタクト層５２の上面の一部分は、Ｎ型クラッド層５３、活性層５４、Ｐ型クラッド層５５、Ｐ型コンタクト層５６及びキャップ層５７の一部分が選択的にエッチングされることによって露出しており、この露出した部分に後述する第２電極１１が接続されている。
【００２０】
Ｎ型クラッド層５３は、Ｎ型の不純物がドーピングされたＡｌＧａＡｓからなり、０．３〜０．５μｍの厚さを有している。Ｎ型の不純物としては、例えばＳｉが挙げられ、Ｎ型クラッド層５３のドーピング濃度を１×１０１７〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃとしている。
【００２１】
活性層５４は、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓからなり、０．３〜０．５μｍの厚さを有している。
【００２２】
Ｐ型クラッド層５５は、Ｐ型の不純物がドーピングされたＡｌＧａＡｓからなり、０．３〜０．５μｍの厚さを有している。Ｐ型の不純物としては、例えばＭｇが挙げられ、Ｐ型クラッド層５５のドーピング濃度を１×１０１８〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃとしている。
【００２３】
Ｐ型コンタクト層５６は、Ｐ型の不純物がドーピングされたＡｌＧａＡｓからなり、０．３〜０．５μｍの厚さを有している。Ｐ型の不純物としては、例えばＭｇが挙げられ、Ｐ型コンタクト層５６のドーピング濃度を１×１０１９〜５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｃとしている。
【００２４】
キャップ層５７は、不純物がドーピングされていないＧａＡｓからなり、０．０１〜０．０３μｍの厚さを有している。
【００２５】
発光ダイオード５を構成する上記の各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Metal-organic Chemical Vapor Deposition）法を用い、半導体基板３上にエピタキシャル成長させることによって形成される。
【００２６】
キャップ層５７の上面の一部分には、第１電極９が接続されている。この第１電極９は、絶縁膜１３上に延び、各発光ダイオード５のキャップ層５７に対して個別に設けられている。また、第１電極９は、例えば、ＡｕやＡｌと、密着層であるＮｉ、Ｃｒ、Ｔｉとを組み合わせたＡｕＮｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＴｉ、ＡｌＣｒ合金等で、その厚さが０．５〜５μｍで形成されている。
【００２７】
Ｎ型コンタクト層５２の上面の一部分には、第２電極１１が接続されている。この第２電極１１は、絶縁膜１３上に延び、図１に示すように列状に配置された各発光ダイオード５のＮ型コンタクト層５２間を接続している。なお、図１では、説明の便宜上、絶縁膜１３の図示を省略している。また、第２電極１１は、例えば、ＡｕＳｂ合金、ＡｕＧｅ合金やＮｉ系合金等を用いて、その厚さが０．５〜５μｍで形成されている。
【００２８】
第１電極９及び第２電極１１は、図示しない外部の駆動回路に接続されており、両電極４１，４３間に順方向電圧を印加することによって、Ｐ型クラッド層５５とＮ型クラッド層５３とでｐｎ接合を形成する発光ダイオード５に電流が供給され、活性層５４が発光するようになっている。このとき、複数の第１電極９のうちから任意のいくつかを選択し、選択された第１電極９と第２電極１１との間に順方向電圧を印加することで、選択された第１電極９に接続された発光ダイオード５を発光させることができる。
【００２９】
なお、発光ダイオード５は、図４に示すように、第２電極１１とＮ型コンタクト層５２との接触部分、並びに第１電極９とキャップ層５７との接触部分を除いて、透光性を有する絶縁膜１３で被覆されており、第１電極９及び第２電極１１との絶縁性を確保している。また、同様に、半導体基板３の表面上にも絶縁膜１３が形成されており、半導体基板３と、第１電極９及び第２電極１１との絶縁性が確保されている。この絶縁膜１３は、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２等の無機絶縁膜や、ポリイミド等の有機絶縁膜等を用い、その厚さが０．１〜５μｍで形成されている。
【００３０】
次に、半導体基板３に設けられた複数のフォトダイオード７について説明する。図１に示すように、フォトダイオード７は、発光ダイオード５と離間して設けられ、発光ダイオード５の配列方向に沿って、各発光ダイオード５と対応するように半導体基板３に列を成して配置されている。各フォトダイオード７は、図２に示すように、半導体基板３の上面（一方の主面）３ａに形成されたＰ型半導体領域７ｐと、このＰ型半導体領域７ｐと離間して、同じく半導体基板３の上面３ａに形成されたＮ型半導体領域７ｎとを有している。
【００３１】
Ｐ型半導体領域７ｐは、半導体基板３に、Ｐ型不純物を高濃度に拡散させて形成されている。Ｐ型不純物としては、例えばＺｎ，Ｍｇ，Ｃ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ等が挙げられる。本実施形態では、Ｐ型不純物としてＢを０．５〜３μｍの厚さとなるように拡散させ、Ｐ型半導体領域７ｐのドーピング濃度を１×１０１８〜１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃとしている。
【００３２】
Ｎ型半導体領域７ｎは、半導体基板３に、Ｎ型不純物を高濃度に拡散させて形成されている。Ｎ型不純物としては、例えばＳｂ、Ｐ，Ａｓ、Ｓｉ、Ｓｅ等が挙げられる。本実施形態では、Ｎ型不純物としてＡｓを約４０００Åの厚さとなるように拡散させ、Ｎ型半導体領域７ｎのドーピング濃度を１×１０１８〜１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃとしている。
【００３３】
以上のように不純物を含まない又は不純物濃度の低い半導体基板３に、Ｐ型不純物濃度の高いＰ型半導体領域７ｐと、Ｎ型不純物濃度の高いＮ型半導体領域７ｎとを離間して形成することで、フォトダイオード７がＰＩＮ接合を有するＰＩＮフォトダイオードとして構成されている。後述するように、このＰＩＮ接合に逆方向電圧が印加された状態で光が入射すると、電子と正孔が生じて光電流が発生する。
【００３４】
図１及び図２に示すように、Ｐ型半導体領域７ｐには、第３電極１５が接続されている。より詳細には、各第３電極１５は、Ｐ型半導体領域７ｐの周縁部に沿って接合される接合部１５ａと、この接合部１５ａと連続するパッド部１５ｂとによって構成されている。なお、パッド部１５ｂは、半導体基板３の表面を被覆する絶縁膜１３によって半導体基板３との絶縁性が確保されている。また、第３電極１５は、例えば、ＡｕとＣｒ、ＡｌとＣｒ、ＰｔとＴｉの合金等で、その厚さが０．５〜５μｍで形成されている。
【００３５】
一方、図１及び図３に示すように、Ｎ型半導体領域７ｎには、第４電極１７が接続されている。より詳細には、第４電極１７は、各Ｎ型半導体領域７ｎにそれぞれ接合される接合部１７ａと、複数の接合部１７ａ間を接続する接続部１７ｂとによって構成されている。なお、接続部１７ｂは、半導体基板３の表面を被覆する絶縁膜１３によって半導体基板３との絶縁性が確保されている。また、第４電極１７は、例えば、ＡｕとＳｂとの合金等で、その厚さを０．５〜５μｍにして形成されている。
【００３６】
第３電極１５及び第４電極１７は、図示しない外部の駆動回路に接続され、Ｐ型半導体領域７ｐ、半導体基板３及びＮ型半導体領域７ｎとで形成されるＰＩＮ接合に逆方向電圧が印加されるようになっている。このとき、フォトダイオード７に光が入射すると、光電流が発生し、第３電極１５及び第４電極１７によってこの光電流を取り出すことができる。
【００３７】
図１〜図３に示すように、半導体基板３の上面３ａにおける発光ダイオード５とフォトダイオード７との間の位置には、発光ダイオード５の配列方向に沿って延びる溝１９が形成されている。この溝１９は、外部の駆動回路から発光ダイオード５へ供給された電流が、半導体基板３を介してフォトダイオード７へ流入するのを抑制するためのものである。こうすることで、発光ダイオード５からの漏れ電流が、フォトダイオード７から出力される電流にノイズとして混入するのを抑制し、フォトダイオード７による受光強度の測定をより精度良く行うことが可能になる。溝１９の好適な深さは、半導体基板３の材質や抵抗率等によって変わるが、例えば、本実施形態のように抵抗率が３０００〜６０００Ω・ｃｍのシリコン基板であれば、その深さを１００μｍ以上にする。この溝１９は、後述するように、ダイシングの際にブレードを用いて切削することで形成可能であるが、これに限らず、ドライエッチング等で形成することもできる。
【００３８】
次いで、以上のように構成された受発光素子１の製造方法の一実施形態について説明する。
【００３９】
まず、図５（ａ）に示すように半導体基板３を準備する。そして、図５（ｂ）に示すように、熱酸化法を用いて半導体基板３上にＳｉＯ２からなる拡散阻止膜Ｓを形成する。
【００４０】
次に、図５（ｃ）に示すように、拡散阻止膜Ｓ上に図示しないフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、ウェットエッチング法により、Ｐ型半導体領域７ｐを形成するための開口部Ｓａを拡散阻止膜Ｓに形成する。
【００４１】
そして、図５（ｄ）に示すように、拡散阻止膜Ｓ上にポリボロンフィルムＰＢＦを塗布する。続いて、図６（ｅ）に示すように、熱拡散法を用いて、拡散阻止膜Ｓの開口部Ｓａを介し、ポリボロンフィルムＰＢＦに含まれるＢを半導体基板３の内部に拡散させ、Ｐ型半導体領域７ｐを形成する。このとき、例えば、ポリボロンフィルムＰＢＦの厚さを１０００Å〜１μｍとし、窒素及び酸素を含む雰囲気中で７００〜１２００度の温度で熱拡散させる。その後、拡散阻止膜Ｓを除去する。
【００４２】
次に、半導体基板３をＭＯＣＶＤ装置の反応炉内で熱処理することにより、半導体基板３の表面に形成された自然酸化膜を除去する。この熱処理は、例えば、１０００度の温度で１０分間行う。また、この熱処理時に、反応炉内にアルシン及び水素を導入し、Ａｓを含む雰囲気とすることにより、図６（ｆ）に示すように、半導体基板３の表面にＡｓが拡散され、Ｎ型不純物拡散領域３ｎが形成される。そして、このＮ型不純物拡散領域３ｎによって、後述するように、Ｎ型半導体領域７ｎが形成される。
【００４３】
次いで、図６（ｇ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、発光ダイオード５を構成する各半導体層を半導体基板３上に順次積層する。そして、積層された半導体層Ｌ上に図示しないフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、ウェットエッチング法により、図６（ｈ）に示すように発光ダイオード５を形成する。なお、このとき、Ｎ型コンタクト層５２の上面が露出するように、２段階でエッチングを行う。その後、フォトレジストを除去する。
【００４４】
続いて、半導体基板３及び発光ダイオード５上に図示しないフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、ウェットエッチング法により、図７（ｉ）に示すようにＮ型不純物拡散領域３ｎを選択的に除去する。こうすることで、Ｎ型半導体領域７ｎが形成される。
【００４５】
次に、図７（ｊ）に示すように、熱酸化法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等を用いて、発光ダイオード５の露出面及び半導体基板３の上面に、これらの面を被覆する絶縁膜１３を形成する。続いて、絶縁膜１３上に図示しないフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、ウェットエッチング法によって、後述する第１電極９、第２電極１１、第３電極１５及び第４電極１７を配置するための孔を絶縁膜１３に形成する。その後、フォトレジストを除去する。
【００４６】
次に、絶縁膜１３上に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー法により所望のパターンを露光、現像した後、抵抗加熱蒸着法やスパッタリング法等を用いて、第１電極９及び第３電極１５を形成するための合金膜を形成する。そして、リフトオフ法を用いて、フォトレジストを除去するとともに、図７（ｋ）に示すように各電極９，１５を所望の形状に形成する。また、第２電極１１及び第４電極１７も同様の工程によって形成する。
【００４７】
次いで、図７（ｌ）に示すように、半導体基板３にダイヤモンドブレード等によって切り込みを入れることによって溝１９を形成する。
【００４８】
なお、本実施形態に係る受発光素子１は、円板状のウエハに複数の受発光素子１を作り込んだ後、ダイシングによって分割されたものである。以上の製造方法は、便宜上、分割後の受発光素子１を図示して説明している。したがって、受発光素子１を分割するダイシング工程時に、溝１９を形成してもよい。
【００４９】
以下、本実施形態に係る受発光素子１を備えた光センサ装置の使用方法について説明する。なお、以下では、この受発光素子１を、コピー機やプリンタ等の画像形成装置における中間転写ベルトＶ上に付着したトナーＴ（被照射物）の位置を検出する光センサ装置に適用する場合を例に挙げて説明する。
【００５０】
図８に示すように、本実施形態に係る光センサ装置は、受発光素子１の発光ダイオード５が形成された面が中間転写ベルトＶと対向するように配置される。そして、発光ダイオード５から中間転写ベルトＶ上のトナーＴへ光が照射される。なお、本実施形態では、発光ダイオード５の上方にプリズムＰ１を配置し、フォトダイオード７の上方にプリズムＰ２を配置している。発光ダイオード５のｐｎ接合領域の直上に放出される光がプリズムＰ１で屈折して、中間転写ベルトＶ上のトナーに入射する。そして、この入射光Ｌ１に対する正反射光Ｌ２がプリズムＰ２で屈折して、フォトダイオード７によって受光される。このフォトダイオード７には、受光した光の強度に応じて光電流が発生し、第４電極１７を介して、外部の駆動回路でこの光電流が検出される。
【００５１】
本実施形態に係る光センサ装置では、以上のようにトナーＴからの正反射光の強度に応じた光電流を検出することができる。そのため、例えば、左からｎ番目のフォトダイオード７から出力される光電流値が一番大きい場合は、このｎ番目のフォトダイオード７に対応する位置にトナーＴが位置するというように、中間転写ベルトＶ上のトナーＴの位置を測定することができる。また、正反射光の強度はトナーＴの濃度にも対応するため、発生した光電流に大きさに応じて、トナーＴの濃度を検出することもできる。
【００５２】
本実施形態に係る受発光素子１によれば、半導体基板３の上面（一方の主面）３ａにおける発光ダイオード５とフォトダイオード７との間の位置に溝１９が形成されているため、発光ダイオード５の駆動時に供給された電流が、半導体基板３を介してフォトダイオード７へ流入するのを抑制することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態に係る受発光素子１では、フォトダイオード７が、半導体基板３の上面３ａに形成されたＰ型半導体領域７ｐと、このＰ型半導体領域７ｐと離間して半導体基板３の上面３ａに形成されたＮ型半導体領域７ｎとを有しており、これによってＰＩＮ型のフォトダイオードを構成しているため、フォトダイオード７の空乏層が半導体基板３の上面３ａの近傍に形成される。そのため、例えば、特許文献２に記載のＰＩＮフォトダイオードのように、Ｎ型半導体領域７ｎを半導体基板３の上面３ａではなく下面に形成した場合に比べて、発光ダイオード５からの漏れ電流がフォトダイオード７に流入するのを抑制する効果がより顕著となる。つまり、Ｎ型半導体領域７ｎが半導体基板３の下面に形成されていると、半導体基板３の上面３ａに形成されたＰ型半導体領域７ｐとの間に空乏層が形成されるため、半導体基板３の厚さ方向の全体に空乏層が形成される。したがって、発光ダイオード５からの漏れ電流を溝１９によって遮断しきれなかった場合には、その漏れ電流がフォトダイオード７へ流入し易い。これに対し、本実施形態の受発光素子１では、空乏層がフォトダイオードの上面３ａの近傍に形成されるため、発光ダイオード５からの漏れ電流が溝１９を越えてフォトダイオード７側へ流れた場合でも、その漏れ電流が空乏層に流入し難い。したがって、本実施形態の受発光素子１によれば、発光ダイオード５からの漏れ電流がフォトダイオード７に流入するのを抑制する効果がより顕著となる。よって、フォトダイオード７の出力電流へのノイズ混入を抑制する効果も向上する。
【００５４】
また、本実施形態の受発光素子１におけるフォトダイオード７は、上記のようにＰＩＮフォトダイオードを構成しているため、高速応答特性を有しており、上記のように光センサ装置に適用した場合はより好適である。
【００５５】
また、本実施形態に係る受発光素子１の製造方法によれば、半導体基板３の上面３ａに形成された自然酸化膜を熱処理によって除去しているが、この熱処理工程を、Ａｓを含む雰囲気中で行っている。そのため、半導体基板３上の自然酸化膜の除去と同時に、半導体基板３の上面３ａにＡｓが拡散され、フォトダイオード７のＮ型半導体領域７ｎを構成するＮ型不純物領域３ｎが形成される。したがって、Ａｓを拡散するための工程を別に設ける必要がなく、受発光素子１の製造工程を簡略化することができる。
【００５６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、Ｎ型の半導体基板３に、Ｐ型半導体領域７ｐ及びＮ型半導体領域７ｎを形成しているが、フォトダイオード７がＰＩＮフォトダイオードを構成する限りこれに限定されるものではない。例えば、Ｐ型半導体領域７ｐ及びＮ型半導体領域７ｎの導電型を逆にしてもよい。この場合、Ｐ型半導体領域７ｐ及びＮ型半導体領域７ｎに拡散する不純物を逆の導電型を示すものにする。
【００５７】
また、半導体基板３は、Ｐ型半導体領域７ｐ及びＮ型半導体領域７ｎよりも不純物濃度が低く、高抵抗のものであればよく、例えば、Ｎ型又はＰ型の半導体基板やＩ型の半導体基板（真性半導体基板）を用いてもよい。なお、不純物濃度は、例えば、公知のＣＶ法やホール測定を用いて測定することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、複数（図示例では１６個）の発光ダイオード５及びフォトダイオード７がそれぞれ１列のアレイ状に配置された受発光素子１を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、発光ダイオード５及びフォトダイオード７の数は適宜変更すればよい。また、発光ダイオード５及びフォトダイオード７の数は複数に限定されず、例えば、それぞれを１個ずつ配置してもよい。
【００５９】
また、図９に示すように、Ｎ型半導体領域７ｎ上にさらにＮ型半導体層Ｚ’を設けてもよい。この場合、フォトダイオード７は、Ｐ型半導体領域７ｐ、半導体基板３、Ｎ型半導体領域７ｎ及びＮ型半導体層Ｚ’によって構成される。このフォトダイオード７のＮ型半導体層Ｚ’は、発光ダイオード５を構成するＮ型半導体層Ｚと同時にエピタキシャル成長されている。なお、この発光ダイオード５を構成するＮ型半導体層Ｚは、上記実施形態における発光ダイオード５のバッファ層５１とＮ型コンタクト層５２（図４参照）とからなる。なお、本発明におけるＮ型半導体層とは、単層又は複層のＮ型半導体層のみで形成されたものの他に、Ｎ型半導体層とＮ型半導体領域７ｎとの間に、不純物がドーピングされていない半導体層を有するものも含む。
【００６０】
このように、フォトダイオード７を構成するＮ型半導体層Ｚ’をエピタキシャル成長によって形成すると、結晶成長時の成長条件を適宜設定することにより、Ｎ型半導体層Ｚ’のキャリア濃度等を容易に設定することができ、所望の応答特性を有するフォトダイオード７を形成し易くなる。また、発光ダイオード５の成形と並行してフォトダイオード７の成形を行うことができるため、製造工程を簡略にすることができる。また、発光ダイオード５のＮ型半導体層Ｚとフォトダイオード７のＮ型半導体層Ｚ’とが同じ半導体材料で形成されるため、両者にそれぞれ接続する第２電極１１及び第４電極１７を同じ材料で形成することができ、構成を簡略化することができる。
【００６１】
なお、図９に示す受発光素子１においても、フォトダイオード７は、上記形態に特に限定されるものではない。例えば、Ｐ型半導体領域７ｐ、Ｎ型半導体領域７ｎ及びＮ型半導体層Ｚ’の導電型を逆にしてもよい。この場合、Ｐ型半導体領域７ｐ、Ｎ型半導体領域７ｎ及びＮ型半導体層Ｚ’に拡散する不純物を逆の導電型を示すものにする。
【符号の説明】
【００６２】
１  受発光素子
３  半導体基板
３ａ  一方の主面（上面）
５  発光ダイオード
７  フォトダイオード
７ｐ  Ｐ型半導体領域
７ｎ  Ｎ型半導体領域
１９  溝
【図１】
2010278239.tif 000003
【図２】
2010278239.tif 000004
【図３】
2010278239.tif 000005
【図４】
2010278239.tif 000006
【図５】
2010278239.tif 000007
【図６】
2010278239.tif 000008
【図７】
2010278239.tif 000009
【図８】
2010278239.tif 000010
【図９】
2010278239.tif 000011