(57)【要約】【課題】  発光素子の高出力化に伴ってその発光出力をモニタする受光素子の飽和が問題となっている。本発明では発光素子の特性評価試験を低価格で精度よく行え、かつ小型化が可能な発光素子試験装置を提供する。【解決手段】  多数の微細孔を均一に分散した光吸収膜からなる遮光膜を受光素子の受光面に形成し、受光素子の出力電流を抑制することで飽和特性を制御する。具体的には、半導体レーザダイオード６からのモニタ光のうち、光吸収層１０ｅの微細孔１０ｃ以外の部分に入射したモニタ光は光吸収層１０ｅに吸収され、微細孔１０ｃ内に入射したモニタ光はホトダイオード１０の光入射面に到達する。よってホトダイオード１０における飽和が抑えられ、半導体レーザダイオード６の特性評価試験を精度良く行うことができる。また、光吸収層１０ｅは、反射光に起因する半導体レーザダイオード６の誤作動も防ぐ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から出射されたモニタ光を受光して光電流を出力する光検出素子を備え、前記発光素子への駆動電流又は光電流に基づいて前記発光素子の特性評価試験を行う発光素子試験装置であって、
前記光検出素子の光入射面には光吸収層が設けられており、
前記光吸収層は、前記モニタ光の一部を前記光入射面にて受光させるための複数の微細孔を有することを特徴とする発光素子試験装置。
【請求項２】
前記光吸収層の材料は、黒色樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子試験装置。
【請求項３】
前記光吸収層の材料は、ポリシリコンであることを特徴とする請求項１記載の発光素子試験装置。
【請求項４】
前記光吸収層のポリシリコンは、反射防止膜付きであることを特徴とする請求項３記載の発光素子試験装置。
【請求項５】
前記光検出素子は、
第１導電型の基板と、
前記基板の上面の一部分に形成された第２導電型の不純物領域と、
前記不純物領域上に形成された絶縁膜とを有しており、
前記光吸収層は、
前記絶縁膜上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の発光素子試験装置。
【請求項６】
前記複数の微細孔は、それぞれ所定の面積を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の発光素子試験装置。
【請求項７】
前記複数の微細孔それぞれの面積及び数は、前記発光素子による前記モニタ光の出射光量が５×１０−２Ｗ以下である場合に、前記光電流が飽和しないように設定されることを特徴とする請求項６記載の発光素子試験装置。
【請求項８】
前記発光素子及び前記光検出素子を収容する恒温槽を更に備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の発光素子試験装置。
【請求項９】
発光素子の特性評価試験を行う発光素子試験装置用光検出素子であって、光入射面に複数の微細孔を有する光吸収層を備えた発光素子試験装置用光検出素子。
【請求項１０】
前記光吸収層の材料は、黒色樹脂であることを特徴とする請求項９に記載の発光素子試験装置用光検出素子
【請求項１１】
前記光吸収層の材料は、ポリシリコンであることを特徴とする請求項９に記載の発光素子試験装置用光検出素子。
【請求項１２】
前記光吸収層のポリシリコンは、反射防止膜付きであることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子試験装置用光検出素子。
【請求項１３】
前記複数の微細孔の面積の合計によって規定される開口率は、１〜３０％に設定されることを特徴とする請求項９に記載の発光素子試験装置用光検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子試験装置及び発光素子試験装置用光検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高出力半導体レーザ素子の特性評価試験を行う試験装置として、半導体レーザ素子の出射面側に光検出素子を設け、半導体レーザ素子の光出力を光検出素子にて計測するものが知られている。特許文献１の装置は、このような試験装置の一つであり、光検出素子の出力飽和対策のために半導体レーザ素子と光検出素子との間に減光光学フィルタを挿入している。
【特許文献１】特開平１０−１９６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の試験装置では、光学フィルタの設置スペースが必要なため、装置が大型化する。
【０００４】
また、光学フィルタを半導体レーザ素子から出射された光の光軸と垂直になるように挿入した場合には、光学フィルタの表面で出射光が反射し、反射光が半導体レーザ素子に戻る。その結果、半導体レーザ素子の動作が不安定になり、特性評価試験を精度よく行うことができないという問題が生じる。
【０００５】
一方、光学フィルタを半導体レーザ素子から出射された光の光軸に対して傾斜するように挿入した場合には、半導体レーザ素子に、自身の出射光により発生した反射光が戻ってくる可能性は低減される。しかしながら、試験装置が、半導体レーザ素子及び光検出素子の対を複数並列配置したものであるならば、一の半導体レーザ素子により発生した反射光が隣接する半導体レーザ素子に戻ってしまうおそれがある。その結果、やはり特性評価試験を精度よく行うことができないという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、特性評価試験を精度よく行うことができるとともに、小型化が可能な発光素子試験装置及び発光素子試験装置用光検出素子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】
本発明に係る発光素子試験装置は、発光素子から出射されたモニタ光を受光して光電流を出力する光検出素子を備え、前記発光素子への駆動電流又は光電流に基づいて発光素子の特性評価試験を行う発光素子試験装置であって、光検出素子の光入射面には光吸収層が設けられており、光吸収層は、モニタ光の一部を光入射面にて受光させるための複数の微細孔を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の発光素子試験装置によれば、微細孔を有する光吸収層を検出素子の光入射面に設けるので、発光素子から出射されたモニタ光は、光吸収層に入射することとなる。光吸収層の微細孔以外の部分に入射したモニタ光は光吸収層に吸収され、微細孔内に入射したモニタ光は光検出素子の光入射面に到達する。光吸収層によって、反射光の発生を低減することができる。
【０００９】
光入射面上でモニタ光の反射が生じた場合であっても、微細孔の壁面は光吸収層なので、反射光は微細孔の内壁面にて吸収されることとなる。このように、反射光の発生を抑制するとともに、反射光が発生した場合でも、反射光が発光素子に戻る可能性は低くなるため、発光素子の特性評価試験を精度よく行うことが可能となる。
【００１０】
また、微細孔を有する光吸収層を光検出素子の光入射面に設けることにより、モニタ光を遮光してモニタ光の一部だけを光検出素子に入力させることで光電流を下げ、光検出素子の飽和をより高い入射パワーまで伸ばすために必要となる光学フィルタ（ＮＤフィルタ）を、使用しないこともできる。この場合、光学フィルタの設置スペースが不要となるため、小型化が可能となる。また、光学フィルタは、その厚さで光の減衰率を調整するため、製造に厳密さを要するのに対して、光吸収層は微細孔（穴）の数や大きさ等で光の減衰率を調整することができる。また、この加工はフォトリソグラフィで行うので、非常に精密かつばらつきなく実施できる。
【００１１】
また、発光素子が可視、近赤外光の場合には、光吸収層の材料は、黒色樹脂を含むことが好ましい。光吸収層の材料に黒色樹脂を用いた場合には、モニタ光の成分のうち可視光域及び近赤外域の光成分を吸収することが可能となる。よって、反射光の発生をより確実に抑制することができる。
【００１２】
また、紫外発光素子の場合には、光吸収層の材料は、ポリシリコンであることが好ましい。光吸収層の材料にポリシリコンを用いた場合には、紫外線による劣化が無く、モニタ光の成分のうちの紫外域の光成分を吸収することが可能となる。なお、ポリシリコンは、可視以上の長波長光を通過させる性質を有するため、紫外発光素子の場合に適用可能である。
【００１３】
また、光吸収層のポリシリコンは、反射防止膜付きであることが好ましい。ポリシリコン上に反射防止膜を形成することによって、反射光の発生をより確実に抑制することができる。
【００１４】
また、光検出素子は、第１導電型の基板と、基板の上面の一部分に形成された第２導電型の不純物領域と、不純物領域上に形成された絶縁膜とを有しており、光吸収層は、絶縁膜上に形成されていることが好ましい。このように光吸収層の下に絶縁膜を設けることにより、第２導電型の不純物領域を保護することができる。また、絶縁膜は反射防止膜としても機能するため、光吸収層の微細孔に入射したモニタ光が反射する可能性をより低くすることができる。
【００１５】
また、複数の微細孔は、それぞれ所定の面積を有していることが好ましい。微細孔の面積を規定すると、光検出素子の光入射面においてモニタ光が入射する部分の面積は、微細孔の数に応じて変化することとなる。モニタ光が入射する部分の面積が変化すると、光検出素子の受光感度も変化するため、検出素子の受光感度を調整することが可能となる。
【００１６】
また、複数の微細孔それぞれの面積及び数は、発光素子によるモニタ光の出射光量が５×１０−２Ｗ以下である場合に、光電流が飽和しないように設定されることが好ましい。それぞれの微細孔の面積及び数をこのように設定することで、開口率を設定し、モニタ光の出射光量の変化に応じて、光検出素子が出力する光電流の値や飽和特性も制御することができる。
【００１７】
また、本発明の発光素子試験装置は、発光素子及び光検出素子を収容する恒温槽を更に備えることが好ましい。この場合、発光素子及び光検出素子を所望の温度に保った状態で、発光素子の特性評価を行うことができる。
【００１８】
本発明に係る発光素子試験装置用光検出素子は、光入射面に複数の微細孔を有する光吸収層を備えており、上述のように、発光素子の特性評価試験を精度よく行うことができる。この光吸収層の材料は、上述のように、黒色樹脂又は反射防止膜付きのポリシリコンであることが好ましい。更に、複数の微細孔の面積の合計によって規定される開口率は、１〜３０％に設定されることが好ましい。後に詳しく述べるが、開口率を１００％とした場合と比べて、開口率を３０％とした場合には飽和特性を約３倍改善でき、開口率を１％とした場合には飽和特性を約１００倍改善することができる。なお、飽和特性の改善とは、飽和時における光入力がより大きくなることを指す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、特性評価試験を精度よく行うことができるとともに、小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る発光素子試験装置の構成を示す図である。
【００２２】
発光素子試験装置１は、温度制御装置４による内部温度制御が可能な恒温槽２を備えている。
【００２３】
恒温槽２内の温度は比較的高め（５０〜１００℃）に設定することができ、寿命測定試験などに利用することができる。恒温槽２内には、複数枚の半導体レーザ基板１４が設けられている。各半導体レーザ基板１４には、複数の半導体レーザダイオード（発光素子）６が装着可能となっている。
【００２４】
なお、恒温槽２内を比較的高温にするのは劣化を早めて試験の期間を短縮するためである。ＡＣＣ（Automatic Current Control）試験、ＡＰＣ（Automatic Power Control）試験、いずれの場合でも半導体レーザダイオード６の光出力をモニタし、１％以下の光出力変化を正確にモニタできるホトダイオードが必要である。
【００２５】
恒温槽２内には、半導体レーザ基板１４の他に、複数のホトダイオード基板１６が設けられている。ホトダイオード基板１６には、複数のホトダイオード(光検出素子)１０が装着されている。本例のホトダイオード１０は、シリコンからなり、半導体レーザ基板１４に装着された各半導体レーザダイオード６と対向するように配置されている。なお、図４に示すように、半導体レーザダイオード６の光出射端面ＴＳと、ホトダイオード１０の光入射面ＩＳは対向している。また、光出射端面ＴＳは、半導体レーザダイオード６の活性層ＡＣに垂直である。
【００２６】
詳説すれば、ホトダイオード１０は光出力をモニタするのであるから、原則的には半導体レーザダイオード６の出力光の全部を受光しなければならない。図４に示すように、半導体レーザダイオード６からのモニタ光Ｌのビ−ム径は、光出射面端面ＴＳから離れるに従って拡がる。この広がり角は比較的大きいので、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０が離れるとビ−ム径は大きくなる。このビ−ム径は、半導体レーザダイオード６の遠視野像の広がり角と、半導体レーザダイオードのチップ面からの距離の積に等しい。したがって、半導体レーザの光のビ−ム径を小さくするため、ホトダイオード１０を半導体レーザダイオード６に対して対向配置し、これらを接近させている。
【００２７】
発光素子試験装置１の半導体レーザ制御部８は、各半導体レーザダイオード６へ供給される駆動電流が一定となるよう制御することができる。半導体レーザ基板１４に装着された各半導体レーザダイオード６は、半導体レーザ制御部８から駆動電流が供給されると、モニタ光を出射する。
【００２８】
各半導体レーザダイオード６から出射されたモニタ光はそれぞれに対向配置された各光検出素子１０によって検出される。
【００２９】
ホトダイオード制御部１２は、駆動電流を一定とした場合における各ホトダイオード１０の光電流の変化を測定することができる（ＡＣＣ試験）。また、ホトダイオード制御部１２は、ホトダイオード１０から出力される光電流が一定となるように駆動電流を制御した場合における駆動電流の変化を測定することができる（ＡＰＣ試験）。
【００３０】
例えば、ある条件下で、ＡＣＣ試験を行う場合、光電流がＡ％低下するまでの時間を寿命として計測し、ＡＰＣ試験を行う場合、駆動電流がＢ％増加するまでの時間を寿命として計測する。
【００３１】
かかる試験を正確に実行するためには、ホトダイオード１０への入射光量と光電流（出力電流）とが線形の関係を有していることが必要であり、入射光量の増加に対して光電流が飽和した場合には、駆動電流を変化させても光電流は変化せず、また、光電流を一定とするように駆動電流は複数の値をとり得ることとなり、正確な試験を行うことができない。
【００３２】
本装置では、特定の入射光量の範囲内においては入射光量に対する出力電流の線形性を維持することができる。
【００３３】
図２は、ホトダイオード１０の動作について説明するための図である。
【００３４】
ホトダイオード１０は、対向する半導体レーザダイオード６から出射されたモニタ光Ｌを受光すると、その入射光量に応じた値を有する光電流をホトダイオード制御部１２に出力する。なお、ホトダイオード１０のカソード１０ａ側にはバイアス電圧ＶＲが直列に接続され、アノード１０ｂ側には負荷抵抗ＲＬが接続されている。
【００３５】
このように、発光素子試験装置１は、半導体レーザダイオード６から出射されたモニタ光を受光して光電流を出力するホトダイオード１０を備え、半導体レーザダイオード６への駆動電流又はホトダイオード１０からの光電流に基づいて半導体レーザダイオード６の特性評価試験を行う。また、恒温槽２は、半導体レーザダイオード６及びホトダイオード１０を収容しており、半導体レーザダイオード６及びホトダイオード１０を所望の温度に保った状態で、半導体レーザダイオード６の特性評価を行うことができる。すなわち、上述の装置は、半導体レーザダイオードの特性試験の中で、光出力を一定になるように制御しながら恒温槽の中で特性（スクリーニング）試験をする際に使用することができる。
【００３６】
図３は、ホトダイオード１０の平面図である。     
【００３７】
ホトダイオード１０の光入射面の全面には、電極パッド（カソード１０ａ，アノード１０ｂ）を除いて、光吸収層１０ｅが設けられており、光吸収層１０ｅは、モニタ光の一部を光入射面にて受光させるための複数の微細孔（微小開口）１０ｃを有している。なお、アノード１０ｂはホトダイオード１０のチップの周囲を囲むように設けられている。
【００３８】
半導体レーザダイオード６から出射されたモニタ光は、光吸収層１０ｅに入射する。光吸収層１０ｅの微細孔１０ｃ以外の部分に入射したモニタ光は光吸収層１０ｅに吸収され、微細孔１０ｃ内に入射したモニタ光はホトダイオード１０の光入射面に到達する。したがって、光吸収層１０ｅは反射光の発生を低減する。
【００３９】
また、光入射面上でモニタ光の反射が生じた場合であっても、微細孔１０ｃの内壁面は光吸収層１０ｅなので、反射光は微細孔１０ｃの内壁面にて吸収されることとなる。ホトダイオード１０では、光吸収層１０ｅが反射光の発生を抑制するとともに、反射光が発生した場合でも、反射光を吸収する。したがって、反射光が半導体レーザダイオード６に戻る可能性は低くなるため、半導体レーザダイオード６の特性評価試験を精度よく行うことが可能となる。
【００４０】
複数の微細孔１０ｃは、それぞれ所定の面積（Ｓとする）を有する。微細孔１０ｃの面積Ｓを規定すると、ホトダイオード１０の光入射面においてモニタ光が入射する部分の面積は、微細孔１０ｃの数Ｎ（Ｓ×Ｎ）に応じて変化することとなる。
【００４１】
微細孔１０ｃの形状を多角形とする場合、その重心位置から各辺の構成点までの距離の平均値の２倍を微細孔の径とすることができ、多角形の頂点数が無限の場合、すなわち、微細孔１０ｃの形状が円の場合には、面積Ｓ＝πｒ２である（ｒ＝Ｒ／２、Ｒは微細孔の直径）。
【００４２】
本例では、全ての微細孔１０ｃの面積Ｓは等しく、内壁面による反射光の吸収量を考慮して、数Ｎを設定する。
【００４３】
一例として、微細孔の形状を円形とし、その直径Ｒを２０μｍ、光入射面内の開口率α（＝微細孔の総面積（Ｓ×Ｎ）／光入射面面積Ｔ）を１０％、２０％、３０％に設定する。この場合には、光入射面における微細孔の重心位置間距離はそれぞれ約５０μｍ、約４０μｍ、約３０μｍとなる。
【００４４】
モニタ光が入射する部分の面積（Ｓ×Ｎ）が変化すると、ホトダイオード１０の受光感度も変化するため、ホトダイオード１０の受光感度と飽和特性とを調整することが可能となる。
【００４５】
すなわち、複数の微細孔１０ｃそれぞれの面積Ｓ及び数Ｎは、半導体レーザダイオード６によるモニタ光の出射光量で光電流が飽和しないように設定される。後に詳しく述べるが、図１０に示される例では、負荷抵抗ＲＬの抵抗値１００Ω、バイアス電圧ＶＲ＝２Ｖとした場合に、開口率が１００％であるホトダイオードはモニタ光の出射光量が４×１０−２Ｗで飽和するのに対して、開口率を１０％としたホトダイオード１０ではモニタ光の出射光量が３×１０−１Ｗまで飽和せず、ホトダイオードの飽和特性を改善することができた。
【００４６】
さらに、微細孔のピッチ（重心位置間距離）は、できるだけ小さいことが好ましく、この場合には、感度均一性を向上させることができる。
【００４７】
それぞれの微細孔１０ｃの面積Ｓ及び数Ｎをこのように設定することで、モニタ光の出射光量の変化に応じて、ホトダイオード１０が出力する光電流と飽和特性とを制御することができる。
【００４８】
なお、半導体レーザダイオードは、高出力化が急速に進んでおり、今後は単一の半導体レーザの出力が１Ｗを越えるものも商品化されていくと思われる。通常、半導体レーザダイオードからの出力光はホトダイオードで検出されるが、許容の受光強度を超えた入射光強度に対しては受光出力が飽和してしまい、正確なモニタができなかったが、光吸収層１０ｅを用いて開口率を調整することで、このような不具合も解消することができる。
【００４９】
また、本装置では、微細孔１０ｃを有する光吸収層１０ｅをホトダイオード１０の光入射面に設けているので、モニタ光を減光するための光学フィルタ（ＮＤフィルタ）を使用する必要はない。
【００５０】
ここで、ＮＤフィルタの問題について付記しておく。
【００５１】
すなわち、従来、ホトダイオードの前方にＮＤフィルタを介在させていたが、ＮＤフィルタを半導体レーザダイオードの光軸に対して垂直な面に配置すると、ＮＤフィルタ表面で半導体レーザダイオード光が反射して、その反射光が半導体レーザダイオードに戻って誤動作を起こす。
【００５２】
このような場合、ＮＤフィルタの表面に対する法線が、半導体レーザダイオードのレーザ光出射端面から出射されるレーザ光の光軸に対して所定角度傾ければよい。このような構成とすることで、ＮＤフィルタの表面で反射されたモニタ用レーザ光は、戻り光としてレーザ光出射端面に入射するのを防止することができる。
【００５３】
この場合、ＮＤフィルタを斜めにして配置させる為の空間が半導体レーザダイオードとホトダイオードとの間に必要であり、装置が大型化してしまう。また、ＮＤフィルタを傾ける必要があり、固定用治具等を備える必要からアセンブリが複雑になる。
【００５４】
また、上述の複数の半導体レーザダイオードを並列配置して同時に試験を行う場合、フィルタが所定角度で傾斜している為に、フィルタ表面での反射された反射光が隣接する半導体レーザダイオードに戻ってしまう場合がある。
【００５５】
上述の装置では、ＮＤフィルタの設置スペースが不要となるため、小型化が可能となる。すなわち、半導体レーザダイオードを高密度で配置することができる。すなわち、ホトダイオード１０の光入射面をＸＺ面とした場合、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０の対は、ＸＺ面に対して垂直な方向（Ｙ軸方向）にも並べることができる。Ｘ軸方向のホトダイオード１０（半導体レーザダイオード６）の数をｘ、Ｙ軸方向の数をｙ、Ｚ軸方向の数をｚとすると、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０の対の数はｘ×ｙ×ｚとなり、三次元集積が可能となる。
【００５６】
また、ＮＤフィルタは、その厚さで光の減衰率を調整するため、製造に厳密さを要するのに対して、光吸収層は穴の数や大きさ等で光の減衰率を調整することができる。この穴の加工はフォトリソグラフィで行うので、非常に精密かつばらつき無く実施することができる。よって、ホトダイオードの製造が容易となる。
【００５７】
光吸収層１０ｅの材料としては種々のものが考えられるが、本例では（１）黒色樹脂及び（２）ポリシリコンについて説明する。
（１）黒色樹脂
【００５８】
図５は、光吸収層１０ｅが黒色樹脂（黒色ホトレジスト）の場合のホトダイオード１０の断面図である。
【００５９】
本例では、光吸収層１０ｅの材料は黒色樹脂を含んでいる。なお、黒色樹脂が黒色ホトレジストである場合、光感光性樹脂に黒色の染料又は顔料を混入させた市販のホトレジストを用いることができる。ホトレジストにはポジ型とネガ型があり、ポジ型では露光された部分のレジストが、ネガ型レジストでは露光されなかった部分がそれぞれ現像液で溶解除去され、フォトダイオードウェハ上にパターンが残る。
【００６０】
光吸収層１０ｅの材料に黒色樹脂を用いた場合には、モニタ光の成分のうち可視光域及び近赤外域の光成分を黒色樹脂層で吸収することが可能となる。よって、反射光の発生をより確実に抑制することができる。なお、必要に応じて適当な材料が混入していてもよい。
【００６１】
ホトダイオード１０は、第１導電型のシリコンからなる半導体基板１０ｆと、基板１０ｆの上面の一部分に形成された高濃度の第２導電型の不純物領域１０ｇと、不純物領域１０ｇ上に形成された絶縁膜（ＳｉＯ２）１０ｈとを有しており、光吸収層１０ｅは、絶縁膜１０ｈ上に形成されている。第２導電型の不純物領域１０ｇの周囲には、高濃度の第１導電型の不純物領域１０ｉが形成されており、それぞれに電極パッド１０ｂ及び電極パッド１０ａが設けられている。基板１０ｆの裏面には高濃度の第１導電型の不純物層１０ｊが形成されている。
【００６２】
なお、本例では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とするが、この逆も可能である。基板１０ｆと不純物領域１０ｇとの界面は、ＰＮ接合を構成し、ＰＮ接合は光検出領域を構成し、この領域の上に位置する半導体表面を光入射面とする。
【００６３】
光吸収層１０ｅの下に絶縁膜１０ｈを設けることにより、第２導電型の不純物領域１０ｇを保護することができる。また、絶縁膜１０ｈは反射防止膜としても機能するため、光吸収層１０ｅの微細孔１０ｃに入射したモニタ光Ｌが反射する可能性をより低くすることができる。
【００６４】
なお、ホトダイオード１０の光入射面を含む表面の全面は近赤外域及び可視域の光を吸収する光吸収層１０ｅとしての黒色樹脂層で被覆されているが、電極パッド（カソード１０ａ，アノード１０ｂ）のみは露出している。ホトダイオード１０の光入射面上に形成された黒色樹脂層には、ホトダイオード１０表面まで貫通する複数の微細孔１０ｃが、一例として、ドット径２０μｍで開口率１０％となるように均一に配置される。
【００６５】
半導体レーザダイオード６から出射されるモニタ光Ｌは、ほとんどが黒色樹脂層からなる光吸収層１０ｅに吸収されてしまい、一部のみ微細孔１０ｃを介して光入射面に到達し、ホトダイオード１０内部で光電流に変換される。この為、許容の受光強度を超えた入射光強度に対して受光出力が飽和することはなく、半導体レーザダイオード６の出力の正確なモニタが可能となる。しかも、光吸収層１０ｅである黒色樹脂層は反射率が極めて小さい為、光吸収層１０ｅ表面での反射光は少なく，半導体レーザダイオード６の光出射端面への戻り光を抑制することができる。
【００６６】
なお、光入射面と黒色樹脂層との間にＳｉＯ２（シリコン酸化物）やＳｉ３Ｎ４（シリコン窒化物）等からなる反射防止膜等を形成することで、更に半導体レーザダイオード６の光出射端面への戻り光を抑制することができる。すなわち、上述のＳｉＯ２層やＳｉ３Ｎ４層は反射防止膜としても機能する。
（２）ポリシリコン
【００６７】
図６は、光吸収層１０ｅがポリシリコンの場合のホトダイオード１０の断面図である。
【００６８】
基板１０ｆの不純物領域１０ｇを除く表面上、すなわち基板の周辺領域上には絶縁膜（ＳｉＯ２）１０ｈが形成されており、絶縁膜１０ｈ及び不純物領域１０ｇの表面は、第１反射防止膜としての絶縁膜（Ｓｉ３Ｎ４）１０ｋによって被覆されている。光吸収層１０ｅは絶縁膜１０ｋ上に形成されている。
【００６９】
光吸収層１０ｅはポリシリコンから構成され、ホトダイオード１０の光入射面（電極パッド１０ａ，１０ｂのみ露出した状態）を被覆している。光吸収層１０ｅの表面上にはＳｉ３Ｎ４からなる第２反射防止膜１０ｍが形成されており、この場合、光吸収層１０ｅの表面でのモニタ光の反射を防止することができ、半導体レーザダイオード６の光出射端面への戻り光を抑制することができる。
【００７０】
なお、その他の構成は、黒色樹脂の場合と同一である。
【００７１】
光吸収層１０ｅの材料にポリシリコンを用いた場合には、モニタ光の成分のうちの紫外域の光成分を吸収することが可能となる。よって、反射光の発生をより確実に抑制することができる。
【００７２】
次に、ホトダイオード１０の製造方法について説明する。
【００７３】
図７は、光吸収層１０ｅとして黒色樹脂を用いた場合のホトダイオード１０の製造方法を説明するための図である。
【００７４】
まず、図７（ａ）に示すように、第１導電型のシリコンからなる５ｍｍ×５ｍｍの矩形の半導体基板１０ｆを用意する。ここでは、第１導電型をｎ型とし、基板１０ｆの厚みを０．３ｍｍとする。なお、実際には、半導体基板１０ｆは半導体ウェハであり、半導体ウェハの表面上に５ｍｍ×５ｍｍの矩形状形成領域が設定される。
【００７５】
次に、図７（ｂ）に示すように、半導体基板１０ｆの表面の周辺領域（平面矩形環状）が開口するように、中央領域上にマスクを形成し、マスク上からｎ型不純物（本例では燐）を半導体基板１０ｆの周辺領域（平面矩形環状）内に添加し、基板１０ｆの表面側の周辺領域に不純物領域１０ｉを形成する。また、半導体基板１０ｆの裏面の全面にもｎ型不純物（本例では燐）を半導体基板１０ｆ内に添加し、裏面側に不純物層１０ｊを形成する。基板１０ｆの表面及び裏面上には絶縁膜１０ｈ及び１０ｘをそれぞれ形成する。本例では、シリコンを熱酸化することにより絶縁膜１０ｈ及び１０ｘを形成する。
【００７６】
不純物領域１０ｉ及び不純物層１０ｊは、それぞれ表面抵抗率ρ＝１２Ω／ｓｑ、深さｘｊ＝１．５μｍに設定した。
【００７７】
しかる後、図７（ｃ）に示すように、半導体基板１０ｆの表面の中央領域内に第２導電型の不純物を添加し、平面矩形状に不純物流域１０ｇを形成する。ここでは、第２導電型をｐ型とする。本例の添加物はボロンであり、表面抵抗率ρ＝４４Ω／ｓｑ、接合深さｘｊ＝０．５５μｍに設定した。ｐ型不純物は絶縁膜１０ｈを介してイオン注入法で添加することができる。なお、添加後、熱酸化を行う。
【００７８】
次に、図７（ｄ）に示すように、表面側の絶縁膜１０ｈに複数のコンタクトホールを形成し、これらのコンタクトホール内に、不純物領域１０ｉ及び１０ｇにそれぞれ接触する電極パッド１０ａ、１０ｂを厚み１μｍで形成する。これらのコンタクトホールの形成は、コンタクトホールの形成位置以外の領域をホトレジスト等のマスクで被覆し、このマスクの開口内の絶縁膜１０ｈをフッ酸水溶液等でエッチングすることにより行う。電極パッド１０ａ、１０ｂはアルミニウムの蒸着で形成することができる。なお、裏面側の絶縁膜１０ｘは除去する。
【００７９】
最後に、図７（ｅ）に示すように、基板表面の絶縁膜１０ｈ上に黒色ホトレジストを塗布し、これを露光及び現像して、複数の微細孔を不純物領域１０ｇ上に有し、且つ、電極パッド１０ａ，１０ｂが露出した厚み１．２μｍの光吸収層１０ｅを形成する。
【００８０】
図８は、光吸収層１０ｅとしてポリシリコンを用いた場合のホトダイオード１０の製造方法を説明するための図である。
【００８１】
まず、図８（ａ）に示すように、第１導電型のシリコンからなる５ｍｍ×５ｍｍの矩形の半導体基板１０ｆを用意する。ここでは、第１導電型をｎ型とし、基板１０ｆの厚みを０．３ｍｍとする。なお、実際には、半導体基板１０ｆは半導体ウェハであり、半導体ウェハの表面上に５ｍｍ×５ｍｍの矩形状形成領域が設定される。
【００８２】
次に、図８（ｂ）に示すように、半導体基板１０ｆの表面の周辺領域（平面矩形環状）が開口するように、中央領域上にマスクを形成し、マスク上からｎ型不純物（本例では燐）を半導体基板１０ｆの周辺領域（平面矩形環状）内に添加し、基板１０ｆの表面側の周辺領域に不純物領域１０ｉを形成する。また、半導体基板１０ｆの裏面の全面にもｎ型不純物（本例では燐）を半導体基板１０ｆ内に添加し、基板の裏面側に不純物層１０ｊを形成する。基板１０ｆの表面及び裏面上には絶縁膜１０ｈ’及び１０ｘをそれぞれ形成する。本例では、シリコンを熱酸化することにより絶縁膜１０ｈ’及び１０ｘを形成する。
【００８３】
不純物領域１０ｉ及び不純物層１０ｊは、それぞれ表面抵抗率ρ＝１２Ω／ｓｑ、深さｘｊ＝１．５μｍに設定した。
【００８４】
しかる後、図８（ｃ）に示すように、半導体基板１０ｆの表面の中央領域が開口するようにマスクを形成し、当該中央領域内に第２導電型の不純物を添加し、平面矩形状に不純物領域１０ｇを形成する。ここでは、第２導電型をｐ型とする。本例の添加物はボロンであり、表面抵抗率ρ＝４４Ω／ｓｑ、接合深さｘｊ＝０．５５μｍに設定した。ｐ型不純物は絶縁膜１０ｈを介してイオン注入法で添加することができる。
【００８５】
なお、このｐ型不純物の添加後、不純物領域１０ｇ上の絶縁膜１０ｈ’を、マスクを介してエッチングし（フッ酸水溶液などのエッチング液を用いる）、続いて、基板表面の全面上に、第１反射防止膜１０ｋ、光吸収層１０ｅ’及び第２反射防止膜１０ｍ’を順次形成する。第１反射防止膜１０ｋはスパッタ法で形成された厚さ４７ｎｍのＳｉ３Ｎ４であり、光吸収層１０ｅ’はスパッタ法で形成された厚さ４００ｎｍのポリシリコンであり、反射防止膜１０ｍ’はスパッタ法で形成された厚さ４７ｎｍのＳｉ３Ｎ４である。
【００８６】
次に、図８（ｄ）に示すように、基板表面の中央領域上にのみ複数の微細孔１０ｃを有する光吸収層１０ｅ及び第２反射防止膜１０ｍが残るように、基板上にマスクを形成し、このマスクを介して基板をドライエッチングする。すなわち、基板表面の第２反射防止膜１０ｍ’上にホトレジストを塗布し、これを露光及び現像して、複数の微細孔を不純物領域１０ｇ上に有し、且つ、基板表面の周辺領域が開口したパターンのマスクを形成した後、エッチングを行う。
【００８７】
第２反射防止膜１０ｍを構成するＳｉ３Ｎ４は、例えば、ＣＦ４や酸素を用いたプラズマエッチを用いてエッチングすることができ、光吸収層１０ｅを構成するポリシリコンもＣＦ４や酸素を用いたプラズマエッチを用いてエッチングすることができる。
【００８８】
なお、上層の第２反射防止膜１０ｍが完全に除去された後であれば、フッ酸水溶液等のウエットエッチングで光吸収層１０ｅを構成するポリシリコンをエッチングすることもできる。
【００８９】
最後に、図８（ｅ）に示すように、表面側の絶縁膜１０ｋに複数のコンタクトホールを形成し、これらのコンタクトホール内に、不純物領域１０ｉ及び１０ｇにそれぞれ接触する電極パッド１０ａ、１０ｂを厚み１μｍで形成する。これらのコンタクトホールの形成は、コンタクトホールの形成位置以外の領域をホトレジスト等のマスクで被覆し、このマスクの開口内の絶縁膜１０ｈ及び第１反射防止膜１０ｋをドライエッチングすることにより行う。電極パッド１０ａ、１０ｂはアルミニウムの蒸着で形成することができる。
【００９０】
上述の黒色樹脂を用いたホトダイオード１０を採用した発光素子試験装置を製造し、ホトダイオード１０への入射光量（Ｗ）とホトダイオード１０からの出力電流（Ａ）の関係を測定した。
【００９１】
恒温槽２の温度は８５℃に設定した。これは半導体レーザダイオード６信頼性試験の標準的な温度である。
【００９２】
図９は、ホトダイオード１０への入射光量（Ｗ）とホトダイオード１０からの出力電流（Ａ）の関係を示すグラフである。
【００９３】
入射光の波長λ＝８０８ｎｍ、照射サイズ３．７ｍｍ×３．７ｍｍ、負荷抵抗ＲＬの抵抗値１００Ω、バイアス電圧ＶＲ＝０Ｖとした。ホトダイオード１０としては、光吸収層１０ｅの開口率αが１００％（光吸収層無し）、３０％、２０％、１０％のものを作製した。
【００９４】
開口率αが１０％の場合、モニタ光の出射光量（ホトダイオードへの入射光量）が８×１０−２Ｗ以下の範囲において、光電流（出力電流）が飽和せず、線形性が維持されていることが分かる。なお、開口率が２０％においても、入射光量が４×１０−２Ｗ以下の範囲において線形性がほぼ維持され且つ飽和せず、開口率が３０％においても、入射光量が２×１０−２Ｗ以下の範囲において線形性が維持され、且つ、４×１０−２Ｗまでは飽和しないことが分かる。
【００９５】
一方、開口率αが１００％の場合には、入射光量が８×１０−３Ｗ以上では光電流が飽和している。開口率αが１０％の場合には、入射光量が８×１０−２Ｗ以上となるまで光電流が飽和しないことから、開口率αを１０％とすることで、飽和特性（飽和を示すホトダイオードへの入射光量）は約１０倍に増加したことになる。また、開口率αが３０％の場合には、入射光量が２×１０−２Ｗ以上となるまで光電流が飽和しないことから飽和特性は３倍以上増加したことになる。なお、これらのことから、開口率αが１％の場合には、飽和特性は約１００倍に増加すると考えられる。
【００９６】
図１０は、バイアス電圧を印加した場合の、ホトダイオード１０への入射光量（Ｗ）とホトダイオード１０からの出力電流（Ａ）の関係を示すグラフである。
【００９７】
すなわち、入射光の波長λ＝８０８ｎｍ、照射サイズ３．７ｍｍ×３．７ｍｍ、負荷抵抗ＲＬの抵抗値１００Ω、バイアス電圧ＶＲ＝２Ｖとした。
【００９８】
開口率αが１０％の場合、モニタ光の出射光量（ホトダイオードへの入射光量）が３×１０−１Ｗ以下の範囲において、光電流（出力電流）が飽和せず、線形性が維持されていることが分かる。なお、開口率が２０％においても、入射光量が２×１０−１Ｗ以下の範囲において線形性が維持され且つ飽和せず、開口率が３０％においても、入射光量が７×１０−２Ｗ以下の範囲において線形性が維持され、且つ、１．５×１０−１Ｗまでは飽和しないことが分かる。このように、入射光量が５×１０−２Ｗ以下である場合には、光電流が飽和しない。
【００９９】
一方、開口率αが１００％の場合には、入射光量が４×１０−２Ｗ以上では光電流が飽和している。
【０１００】
上述の装置を用いたＡＰＣ試験の場合、ホトダイオード１０の出力電流（光電流）を検出し、半導体レーザダイオード６の光出力が一定出力、例えば１Ｗになるように、半導体レーザダイオード６の駆動電流を制御し、ある時間毎に、半導体レーザダイオード６の駆動電流を測定する。これにより，半導体レーザダイオード６の出力特性の変化の有無を測定することができる。なお、図９及び図１０からも明らかなように、ホトダイオード１０の開口率を低く設定することで、入射光量が１Ｗ程度までの広い範囲で飽和しないようにすることは十分可能である。
【０１０１】
以上、説明したように、上述の発光素子試験装置においては、ホトダイオード１０の受光出力を飽和させずに、かつ半導体レーザダイオード６への戻り光の問題を発生させず、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０を近接配置することが可能となり、小型化、半導体レーザダイオード６の高密度化を実現することができる。
【０１０２】
図１１は、上述のホトダイオード１０をモールドした光検出素子の断面図である。この場合には、光源は可視もしくは近赤外光に限定される。
【０１０３】
マウントパッケージ３１内には、ホトダイオード１０が配置されており、ホトダイオード１０は散乱材料３２を分散させた半透明樹脂３０で覆われている。
【０１０４】
散乱材料３２は、ホトダイオード１０への入射光を散乱するため、感度均一性を向上させることができる。半透明樹脂３０は、入射光に対して透明な材料で構成される。散乱材料３２は、樹脂に分散することによって使用される。
【０１０５】
入射光が赤外線の場合の（Ａ）散乱材料３２は、例えば、数μｍサイズの透明シリカなどであり、（Ｂ）モールド樹脂３０は、例えば、透明なシリコーン樹脂もしくはエポキシ樹脂である。
【０１０６】
なお、ホトダイオードのパッケージとしては、ホトダイオード自体を樹脂でモールドしたもの、セラミックパッケージ内にホトダイオードを収容して樹脂モールドしたもの、金属パッケージ内にホトダイオードを収容して樹脂モールドしたものが考えられる。また、光吸収層１０ｅの表面をプラズマ加工することによって、反射率を更に低減させることもできる。
【０１０７】
また、上述の実施の形態に係るホトダイオード（発光素子試験装置用光検出素子）１０は、光入射面に複数の微細孔を有する光吸収層１０ｅを備えており、半導体レーザダイオード６の特性評価試験を精度よく行うことができる。複数の微細孔の面積の合計によって規定される光吸収層１０ｅの開口率αは、１〜３０％に設定されることが好ましく、この場合には、入射光量に対する光電流の飽和を抑制することができる。なお、好適な開口率αを１％以上としたのは、コンタクトホールなどの開口を構造的に除いて規定するためである。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本実施形態に係る発光素子試験装置の構成を示す図である。
【図２】ホトダイオード１０の動作について説明するための図である。
【図３】ホトダイオード１０の平面図である。
【図４】半導体レーザダイオードとホトダイオードの位置関係を示す図である。
【図５】光吸収層１０ｅが黒色樹脂（黒色ホトレジスト）の場合のホトダイオード１０の断面図である。
【図６】光吸収層１０ｅがポリシリコンの場合のホトダイオード１０の断面図である。
【図７】光吸収層１０ｅとして黒色樹脂を用いた場合のホトダイオード１０の製造方法を説明するための図である。
【図８】光吸収層１０ｅとしてポリシリコンを用いた場合のホトダイオード１０の製造方法を説明するための図である。
【図９】ホトダイオード１０への入射光量（Ｗ）とホトダイオード１０からの出力電流（Ａ）の関係を示すグラフである。
【図１０】バイアス電圧を印加した場合の、ホトダイオード１０への入射光量（Ｗ）とホトダイオード１０からの出力電流（Ａ）の関係を示すグラフである。
【図１１】ホトダイオード１０をモールドした光検出素子の断面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…発光素子試験装置、２…恒温槽、６…半導体レーザダイオード、８…半導体レーザ制御部、１０…ホトダイオード、１０ｃ…微細孔、１０ｆ…半導体基板、１０ｅ…光吸収層、１０ｇ…不純物領域、１０ｈ…絶縁膜、１２…ホトダイオード制御部、１４…半導体レーザ基板、１６…ホトダイオード基板、ＩＳ…光入射面、Ｌ…モニタ光。
【図１】
2006170729.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006170729.tif 000008
【図７】
2006170729.tif 000009
【図８】
2006170729.tif 000010
【図９】
2006170729.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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