(57)【要約】【課題】  特別な構成および材料を必要とすることなく、入射角依存性を抑制できる赤外線バンドパスフィルタ、およびこの赤外線バンドパスフィルタを備える光半導体装置を提供する。【解決手段】  赤外線バンドパスフィルタ１は、基板２と、基板２の第１面２ａに設けられる、入射光の一部を反射し、特定波長を含む赤外波長域の光の一部を透過する反射層３と、を備え、反射層３は、透過帯域が、特定波長よりも短波長側にある第１透過帯域と、特定波長よりも長波長側にある第２透過帯域とを含み、入射角が０度である光に対して、第１透過帯域の帯域幅が、第２透過帯域の帯域幅よりも小さく、入射角が３０度である光に対して、第１透過帯域の帯域幅が、第２透過帯域の帯域幅よりも大きくなる光学特性を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外波長域の光を透過する基板と、
該基板の第１面に設けられる、入射光の一部を反射し、特定波長を含む赤外波長域の光の一部を透過する反射層と、を備え、
前記反射層の光学特性は、透過帯域が、前記特定波長よりも短波長側にある第１透過帯域と、前記特定波長よりも長波長側にある第２透過帯域とを含み、入射角が０度である光に対して、前記第１透過帯域の帯域幅が、前記第２透過帯域の帯域幅よりも小さく、前記入射角が３０度である光に対して、前記第１透過帯域の帯域幅が、前記第２透過帯域の帯域幅よりも大きくなることを特徴とする赤外線バンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記基板の、前記第１面とは反対側の第２面に設けられる吸収膜をさらに備え、
前記吸収膜は、吸収極大が前記特定波長よりも短波長側にある光学特性を有していることを特徴とする請求項１に記載の赤外線バンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記吸収膜の、前記基板とは反対側に設けられる反射防止層をさらに備え、
前記反射防止層は、前記特定波長において透過率が最大となる光学特性を有していることを特徴とする請求項２に記載の赤外線バンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記反射層は、前記第１透過帯域に、前記反射層が有する最大の透過率と比較して、透過率が１０％以上低下するリップルを含む光学特性を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線バンドパスフィルタ。
【請求項５】
第１凹部および第２凹部が同一面に設けられている平板状の基体と、
前記第１凹部および前記第２凹部を覆うように配設される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線バンドパスフィルタと、
前記第１凹部に収容される発光素子と、
前記第２凹部に収容される受光素子と、
を備えることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線バンドパスフィルタおよびこの赤外線バンドパスフィルタを備える光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用測距装置、ジェスチャ認識装置、生体認証装置等に用いられる赤外線撮像装置には、光を集束する光学レンズや、所定の波長域の光を透過し、その他の波長域の光は透過しないバンドパス型の光学フィルタ等各種の光学部材が使用される。
【０００３】
例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサから成る撮像素子を用いる場合、撮像素子に入射する光を所定の波長域の赤外光に限定する赤外線バンドパスフィルタが、光学レンズと撮像素子との間に配置される。このような赤外線バンドパスフィルタは、所定の波長域の赤外光を透過し、その他の波長域の光の透過を阻止するように構成される。
【０００４】
特許文献１は、可視光線と一部の近赤外線とを選択的に透過させる光学フィルタとして、透明樹脂層を有する基材と、誘電体多層膜とを含む光学フィルタを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１４２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
赤外線撮像装置の低背化に合わせて、赤外線撮像装置の広角化が進められており、それに伴って、赤外線バンドパスフィルタが有する光学特性の入射角依存性を抑制することが求められている。従来の赤外線バンドパスフィルタは、光学特性の入射角依存性を抑制するための特別な構成および材料を必要とするものであり、信頼性およびコストの点で改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様の赤外線バンドパスフィルタは、赤外波長域の光を透過する基板と、
該基板の第１面に設けられる、入射光の一部を反射し、特定波長を含む赤外波長域の光の一部を透過する反射層と、を備え、
前記反射層の光学特性は、透過帯域が、前記特定波長よりも短波長側にある第１透過帯域と、前記特定波長よりも長波長側にある第２透過帯域とを含み、入射角が０度である光に対して、前記第１透過帯域の帯域幅が、前記第２透過帯域の帯域幅よりも小さく、前記入射角が３０度である光に対して、前記第１透過帯域の帯域幅が、前記第２透過帯域の帯域幅よりも大きくなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一つの態様の光半導体装置は、第１凹部および第２凹部が同一面に設けられている平板状の基体と、
前記第１凹部および前記第２凹部を覆うように配設される、上記の赤外線バンドパスフィルタと、
前記第１凹部に収容される発光素子と、
前記第２凹部に収容される受光素子と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一つの態様の赤外線バンドパスフィルタによれば、特別な構成および材料を必要とすることなく、光学特性の入射角依存性を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の一つの態様の光半導体装置によれば、上記の赤外線バンドパスフィルタを備えることにより、信頼性および低コストに優れた、広角な光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタの断面図である。
【図２】第１実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタが備える反射層の光学特性の一例を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタの断面図である。
【図４】第２実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタが備える吸収膜の光学特性の一例、および第２実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタの光学特性の一例を示す図である。
【図５】第３実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタの断面図である。
【図６】（ａ）は、第３実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタが備える反射防止層の光学特性の一例を示す図であり、（ｂ）は、第３実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタの光学特性の一例を示す図である。
【図７】（ａ）は、本実施形態に係る光半導体装置の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の切断面線Ａ−Ａで切断した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の赤外線バンドパスフィルタについて、添付の図面を参照して説明する。以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、赤外線バンドパスフィルタおよび光半導体装置が実際に使用される際の上下を限定するものではない。
【００１３】
図１は、第１実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタ１の断面図であり、図２は、第１実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタ１の光学特性を示す図である。
【００１４】
赤外線バンドパスフィルタ１は、基板２と、基板２の第１面２ａに設けられる反射層３とを含む。
【００１５】
基板２は、赤外波長域の光を透過する基板である。基板２は、赤外線バンドパスフィルタ１を透過させようとする特定波長の光に対して、８０％以上の透過率を有してもよく、９０％以上の透過率を有していてもよい。特定波長は、赤外線バンドパスフィルタ１を透過させ、受光素子によって受光しようとする赤外光の波長である。特定波長は、例えば、発光素子によって出射される光の波長であり、８５０ｎｍであってもよく、９４０ｎｍであってもよく、その他の赤外光域の波長であってもよい。
【００１６】
基板２は、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス、またはホウケイ酸ガラス等のガラス材料から成るものであってもよい。あるいは、基板２は、金属酸化物等の無機材料、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミド、ポリカーボネート、もしくはアクリル等の樹脂材料から成るものであってもよい。
【００１７】
基板２の厚みは、赤外線バンドパスフィルタ１に要求される機械的強度、および総厚みを考慮して適宜設定すればよく、例えば、５０μｍ〜１０００μｍである。
【００１８】
反射層３は、基板２の第１面２ａに設けられており、入射光の一部を反射し、特定波長を含む赤外波長域の赤外光の一部を透過する。
【００１９】
本実施形態では、反射層３は、例えば、相対的に屈折率が低い低屈折率無機誘電体層と、相対的に屈折率が高い高屈折率無機誘電体層とが交互に積層されて成る多層膜である。反射層３は、光の干渉を利用して、透過させるべき波長域の光を透過させ、その他の波長域の光を反射する。
【００２０】
反射層３によって透過を阻止したい波長域の中心波長をλとしたとき、低屈折率無機誘電体層および高屈折率無機誘電体層の層厚みをλ／４に設定することで、透過しようとする光と各層の界面で反射する光との干渉を利用して、波長λを中心とする波長域の光を反射層３で反射させ、これらの波長域の光の透過を阻止することができる。当該波長域以外の波長域の光は、反射層３を透過することになる。したがって、λを、例えば、特定波長を除く赤外波長域、可視波長域、および紫外波長域とすることで、反射層３は、特定波長を中心とする赤外光を透過し、その他の波長域の光の透過を阻止する。
【００２１】
本実施形態では、反射層３は、低屈折率無機誘電体層が酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、高屈折率無機誘電体層が酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる。酸化ケイ素誘電体層の屈折率はｎ＝１．４５と相対的に低屈折率であり、酸化チタン誘電体層の屈折率はｎ＝２．３０と相対的に高屈折率である。低屈折率無機誘電体層と高屈折率無機誘電体層とを積層する積層数は、反射層３の所望の分光特性が得られる積層数であればよく、反射層３の層数は、例えば６０〜１２０層である。また、反射層３の厚みは、例えば６μｍ〜１５μｍである。
【００２２】
なお、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２以外にも、反射層３を透過させようとする波長域、および反射層３によって透過を阻止しようとする波長域に応じて、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ３等の無機材料を用いてもよい。
【００２３】
反射層３は、光の干渉を利用して、所望の波長域の光を透過させ、その他の波長域の光の透過を阻止しようとするものであるので、低屈折率無機誘電体層と高屈折率無機誘電体層との界面における反射を高精度に制御する必要がある。そのためには、各誘電体層の表面を平坦とし、層表面の凹凸を小さくするのが好ましい。凹凸が小さく平坦な表面を有する誘電体層を形成する方法として、例えば、蒸着やスパッタリング等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）等を挙げることができる。
【００２４】
図２は、反射層３の光学特性の一例を示す図である。図２において、横軸は入射光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は透過率（％）を表す。また、実線は入射角が０度の光に対する透過スペクトルを示し、破線は入射角が３０度の光に対する透過スペクトルを示す。入射角は、赤外線バンドパスフィルタ１の入射面の法線（図１に示す一点鎖線）と入射する光の進行方向との間の角度であり、図１に示す角度θに対応する。なお、図２は、特定波長を８５０ｎｍに設定した場合の、反射層３の光学特性の一例を示すものであり、特定波長の位置を二点鎖線で示している。
【００２５】
反射層３は、透過帯域が、特定波長よりも短波長側にある第１透過帯域と、特定波長よりも長波長側にある第２透過帯域とを含むように構成されている。換言すると、反射層３は、特定波長を含む、第１透過帯域から第２透過帯域にわたる波長域の光の一部を透過し、その他の波長域の光の透過を阻止するように構成されている。反射層３は、図２に示す波長域以外の波長域、例えば、１２００ｎｍ付近の波長域の赤外光の一部の透過を許容する構成であってもよい。そのような赤外光は、特定波長との波長差が十分に大きいため、光半導体装置の画像品質に与える影響は少ない。あるいは、上記の、例えば１２００ｎｍ付近の波長域の赤外光を吸収する吸収膜等の光学手段を設けてもよい。
【００２６】
反射層３は、入射角が０度である光に対して、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ100）が、第２透過帯域の帯域幅（Ｗ200）よりも小さくなるように構成されている。第１透過帯域の帯域幅（Ｗ100）は、特定波長と、反射層３の透過スペクトルの短波長側の半値波長との差であり、第２透過帯域の帯域幅（Ｗ200）は、反射層３の透過スペクトルの長波長側の半値波長と、特定波長との差である。図２の実線に示す例では、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ100）は、２６ｎｍであり、第２透過帯域の帯域幅（Ｗ200）は、６４ｎｍである。なお、本実施形態では、透過スペクトルの半値波長は、透過率が５０％になる波長であるとする。また、第１透過帯域の帯域幅を、特定波長と、反射層３の透過スペクトルの短波長側の立ち上がり位置の波長との差によって規定し、第２透過帯域の帯域幅を、反射層３の透過スペクトルの長波長側の立ち下がり位置の波長と、特定波長との差によって規定することも可能である。
【００２７】
反射層３は、前述のように、低屈折率無機誘電体層および高屈折率無機誘電体層の界面における反射光の干渉を利用して、所望の分光特性を得るものである。そのため、入射角が０度よりも大きい光に対しては、低屈折率無機誘電体層および高屈折率無機誘電体層の実効的な層厚が変化することにより、反射層３の光学特性が変化することがある。本実施形態では、反射層３は、入射角が０度である光に対して、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ100）が、第２透過帯域の帯域幅（Ｗ200）よりも小さく、入射角が３０度である光に対して、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ130）が、第２透過帯域の帯域幅（Ｗ230）よりも大きくなるように構成されている。例えば図２に示すように、反射層３では、入射角が０度よりも大きい光に対する透過帯域の位置が、入射角が０度である光に対する透過帯域の位置と比較して、短波長側に向かって移動することにより、入射角が増加するにつれて、第１透過帯域の帯域幅が増加し、第２透過帯域の帯域幅が減少する。図２の破線に示す例では、入射角が３０度の光に対して、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ130）が５３ｎｍであり、第２透過帯域の帯域幅（Ｗ230）が２４ｎｍである。
【００２８】
本実施形態の赤外線バンドパスフィルタ１では、入射角が０度の光に対して、第１透過帯域の帯域幅が第２透過帯域の帯域幅よりも小さくなるように構成されているため、入射角が０度よりも大きい光に対しても、第２透過帯域が特定波長を含むことができるとともに、特定波長に対する透過率の変動を抑制できる。これにより、本実施形態の赤外線バンドパスフィルタ１によれば、特別な構成や材料を必要とすることなく、光学特性の入射角依存性を抑制でき、信頼性および低コストに優れた、広角な光半導体装置を提供することができる。
【００２９】
反射層３は、上記のように、入射角が０度より大きい光に対する第１透過帯域の帯域幅が、入射角が０度の光に対する第１透過帯域の帯域幅（Ｗ100）よりも大きくなるように構成されているため、入射角が０度より大きく、特定波長よりも短波長の光を透過させやすい。そのような特定波長よりも短波長の光は、エネルギが比較的高く、光半導体装置のノイズを増加させる原因となるため、第１透過帯域の帯域幅を小さくすることが好ましい。従来のバンドパスフィルタにおいては、特定波長は透過帯域の中心波長であり、入射角が０度の光に対する、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ100）と第２透過帯域の帯域幅（Ｗ200）とは同程度である。これに対して本実施形態の赤外線バンドパスフィルタ１では、入射角が０度の光に対して、第１透過帯域の帯域幅が小さいため、入射角が０度より大きい光の帯域が短波長側へ移動することによる、入射角が０度より大きい光に対する第１透過帯域の帯域幅の拡大が従来よりも抑えられるので、特定波長より短波長の光の透過率が抑えられる。第２透過帯域の帯域幅は、入射角が０度より大きい光に対する、反射層３の透過帯域の移動量を考慮して、適宜設定すればよい。また、反射層３は、入射角が０度である光に対して、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ100）が第２透過帯域の帯域幅（Ｗ200）よりも小さく、入射角が３０度である光に対して、第１透過帯域の帯域幅（Ｗ130）が第２透過帯域の帯域幅（Ｗ230）よりも大きくなる構成であればよく、特定波長を８５０ｎｍと異なる波長に設定する場合には、反射層３の光学特性は、図２に示す光学特性と異なる光学特性であってもよい。
【００３０】
反射層３は、第１透過帯域に、反射層３が有する最大の透過率と比較して、透過率が１０％以上低下するリップルを含む光学特性を有していてもよい。なお、本実施形態では、リップルという用語は、透過率が落ち込む現象を表しており、例えば、図２の実線に示すように、反射層３の透過スペクトルにおいて、反射層３が有する最大の透過率（図２の実線に示す例では略１００％）と比較して、透過率が１０％以上（図２の実線に示す例では略２０％）低下する谷が生じる現象を表している。
【００３１】
反射層３が、第１透過帯域および第２透過帯域にリップルを有することにより、第１透過帯域および第２透過帯域に含まれる、特定波長と異なる波長を有する赤外光が赤外線バンドパスフィルタ１を通過することを抑制できる。これにより、受光素子が特定波長と異なる波長の赤外光を受光することを抑制できるので、光半導体装置の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させることが可能になる。
【００３２】
入射角０度において第２透過帯域にリップルがあると、入射角度が大きい場合にリップルも短波長側へ移動して特定波長と重なってしまい、特定波長の光に対する透過率が大きく低下してしまう場合がある。これに対して、図２に示すように、反射層３が第１透過帯域だけにリップルを有すると、入射角度が大きい場合であっても、リップルは特定波長よりさらに短波長側に移動するので、特定波長の光に対する透過率はリップルによって低下しない。また、反射層３の透過帯域が短波長側へ移動することによって第１透過帯域の帯域幅が大きくなっても、リップルを含むことによって第１透過帯域における透過率が低減されたものとなる。
【００３３】
図３は、本発明の第２実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタ１Ａを示す断面図である。本実施形態の赤外線バンドパスフィルタ１Ａは、第１実施形態の赤外線バンドパスフィルタ１と比較して、吸収膜４を有する点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には赤外線バンドパスフィルタ１と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
吸収膜４は、基板２の、第１面２ａとは反対側の第２面２ｂに設けられており、入射光の一部を吸収する。
【００３５】
吸収膜４は、樹脂材料から構成される。吸収膜４を構成する樹脂材料は、少なくとも赤外線バンドパスフィルタ１Ａを透過させようとする波長域で吸収が無いものが好ましく、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン・コポリマー樹脂等が用いられる。
【００３６】
吸収膜４を構成する樹脂材料には、特定波長よりも短い波長域の光を主として吸収する色素が分散されており、吸収膜４は、吸収極大が特定波長よりも短波長側にある光学特性を有する。色素としては、染料または顔料として使用される化合物を用いることができる。本実施形態では、吸収膜４を構成する樹脂材料に分散させる色素として、シアニン色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、スクアリリウム色素等を用いる。
【００３７】
吸収膜４は、上記の色素のうちの１つを選択して樹脂材料に分散させてもよく、上記の色素のうちの複数を選択して樹脂材料に分散させてもよい。
【００３８】
吸収膜４は、例えば、インジウムとスズの複合酸化物であるＩＴＯを微粒子化した顔料を分散させてもよい。ＩＴＯは、可視光帯域において透過率が高く、近赤外波長領域の光を吸収する。顔料は、染料とは異なり粒子状態で樹脂材料に分散されるので、粒子による透過光の散乱等を抑制するために、より小さい粒子径とするのが好ましい。
【００３９】
吸収膜４は、未硬化の樹脂を分散または可溶化した溶媒に、上記の色素を分散させた塗工液を、スピンコート法、スプレー法、ディッピング法等によって、基板２の第２面２ｂに塗工し、乾燥、加熱等を経て樹脂を硬化させることによって形成されてもよい。
【００４０】
吸収膜４は、膜厚が厚いほど光の吸収率を向上させることができるが、赤外線バンドパスフィルタ１Ａの総厚みを抑制するために、吸収膜４の膜厚は、例えば５００μｍ〜５０００μｍである。
【００４１】
図４は、吸収膜４および第２実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタ１Ａの光学特性の一例を示す図である。図４においては、入射角が０度である光に対する赤外線バンドパスフィルタ１Ａの透過スペクトルを実線で示し、入射角が３０度である光に対する赤外線バンドパスフィルタ１Ａの透過スペクトルを破線で示し、吸収膜４単体の透過スペクトルを点線で示している。入射角は、図３に示す角度θに対応する。図４に示す吸収膜４の光学特性は、特定波長が８５０ｎｍである場合の、吸収膜４の光学特性の一例である。また、図４では、吸収膜４の透過スペクトルを概略的に図示している。
【００４２】
吸収膜４は、光の干渉を利用して光の透過を阻止する反射層３とは異なり、樹脂材料中に分散した色素の光学特性を利用して、光の透過を選択的に阻止するものである。したがって、吸収膜４の光学特性は、吸収膜４に入射する入射光の入射角に実質的に依存しない。赤外線バンドパスフィルタ１Ａは、図２に示す反射層３の透過スペクトル、および吸収膜４の透過スペクトルを合成して得られる透過スペクトルを有する光学特性を有する。
【００４３】
前述のように、反射層３は、入射角が０度より大きく、特定波長よりも短波長の光を透過させやすく、そのような光は、光半導体装置のＳ／Ｎ比を低下させる原因となる。本実施形態では、吸収膜４は、例えば図４に示すように、吸収膜４の吸収極大が特定波長よりも短波長側に位置するように構成されている。これにより、入射角が０度より大きく、特定波長よりも短波長の光の透過を効果的に抑制できるため、光半導体装置のＳ／Ｎ比を向上させることができる。なお、吸収膜４は、吸収極大が特定波長よりも短波長側に位置する構成であればよく、特定波長を８５０ｎｍと異なる波長に設定する場合には、吸収膜４の光学特性は、図４に示す光学特性と異なる光学特性であってもよい。
【００４４】
吸収膜４は、例えば図４に示すように、入射角が０度である光に対して、反射層３の透過スペクトルの短波長側の半値波長が、吸収膜４の透過スペクトルの長波長側の半値波長よりも長く、入射角が３０度である光に対して、反射層３の透過スペクトルの短波長側の半値波長が、吸収膜４の透過スペクトルの長波長側の半値波長よりも短くなるように構成されていてもよい。このような構成によれば、特定波長よりも短波長であり、かつ入射角が０度よりも大きい光が赤外線バンドパスフィルタを通過することを抑制しつつ、吸収膜による特定波長の光の吸収を抑制できるため、光半導体装置のＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。
【００４５】
図５は、本発明の第３実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタ１Ｂを示す断面図である。本実施形態の赤外線バンドパスフィルタ１Ｂは、第２実施形態の赤外線バンドパスフィルタ１Ａと比較して、さらに反射防止層５を有する点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には赤外線バンドパスフィルタ１Ａと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
赤外線バンドパスフィルタ１Ｂは、図５に示すように、吸収膜４の、基板２に対向する面とは反対側の面に設けられ、特定波長で透過率が最大となる反射防止層５を有している。
【００４７】
図６（ａ）は、反射防止層５の光学特性の一例を示す図であり、図６（ｂ）は、第３実施形態に係る赤外線バンドパスフィルタ１Ｂの光学特性の一例を示す図である。図６（ｂ）においては、入射角が０度である光に対する赤外線バンドパスフィルタ１Ｂの透過スペクトルを実線で示し、入射角が３０度である光に対する赤外線バンドパスフィルタ１Ｂの透過スペクトルを破線で示している。入射角は、図５に示す角度θに対応する。図６（ａ）では、反射防止層５の透過スペクトルを概略的に図示している。図６（ｂ）は、特定波長を８５０ｎｍに設定した場合の、赤外線バンドパスフィルタ１Ｂの光学特性の一例を示すものである。赤外線バンドパスフィルタ１Ｂは、図２に示す反射層３の透過スペクトル、図４に示す吸収膜４の透過スペクトルおよび図６（ａ）に示す反射防止層５の透過スペクトルを合成して得られる透過スペクトルを有する光学特性を有する。反射防止層５は、特定波長で透過率が最大となる構成であればよく、特定波長を８５０ｎｍと異なる波長に設定する場合には、反射防止層５の光学特性は、図６（ａ）に示す光学特性と異なる光学特性であってもよい。
【００４８】
反射防止層５は、単層の樹脂層から成る構造体であってもよく、例えば、単層のフッ素樹脂からなる構造体であってもよい。あるいは、反射防止層５は、反射層３のように、低屈折率無機誘電体層と高屈折率無機誘電体層とを交互に積層して成る多層膜であってもよい。図６（ａ）に示す反射防止層５の透過スペクトルは、単層の反射防止層５のものであるので、反射防止層５に入射する入射光の入射角に実質的に依存しない。
【００４９】
上記構成の反射防止層５を備える赤外線バンドパスフィルタ１Ｂによれば、特定波長と異なる波長の光の透過を抑制できるため、光半導体装置のＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。
【００５０】
また、赤外線バンドパスフィルタ１Ｂは、例えば吸収膜４と反射防止層５との間に応力緩和層（図示せず）が設けられている構成であってもよい。応力緩和層は、少なくとも特定波長の赤外光に対して、透過性を有するものであればよく、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から構成されてもよい。応力緩和層の厚みを、反射層３、吸収膜４、および反射防止層５の材料および厚み等を考慮して、適宜調整することによって、反射層３によって生じる膜応力と、吸収膜４および反射防止層５によって生じる膜応力とを均衡させることができるため、赤外線バンドパスフィルタ１Ｂの変形や反りを低減し、信頼性を向上させることができる。
【００５１】
図７（ａ）は、本発明の一つの態様の光半導体装置１０を示す上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線を切断面線とする縦断面図である。なお、図７（ａ）の上面図では、赤外線バンドパスフィルタ１，１Ａ，１Ｂを省略して図示している。
【００５２】
光半導体装置１０は、基体６と、上記の赤外線バンドパスフィルタ１，１Ａ、１Ｂと、発光素子７と、受光素子８とを備える。
【００５３】
基体６は、例えば、セラミック材料または有機材料から成る、平板状の部材である。基体６には、第１凹部６ａおよび第２凹部６ｂが、基体６の同一面（一方主面）６ｃに開口するように設けられている。第１凹部６ａには発光素子７が収容され、第２凹部６ｂには受光素子８が収容される。
【００５４】
第１凹部６ａの大きさ、第２凹部６ｂの大きさは、収容しようとする発光素子および受光素子の大きさに応じて適宜設定すればよい。また、第１凹部６ａおよび第２凹部６ｂは、開口形状が、例えば、円形状、正方形状、矩形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。また、第１凹部６ａおよび第２凹部６ｂは、基体６の一方主面６ｃに平行な断面の断面形状が深さ方向に一様な形状であってもよいが、図７（ｂ）の断面図に示すように、所定の深さまでは、断面形状が開口形状と同じで一様であり、所定の深さ以降は、断面形状が小さくなって底部まで一様であるような、段差付きの凹部であってもよい。本実施形態のように段差付きの凹部である場合は、凹部の底部に発光素子７または受光素子８が実装され、段差表面には、発光素子７または受光素子８と電気的に接続するための接続パッドが設けられる。
【００５５】
基体６には、信号配線導体６ｅが設けられている。信号配線導体６ｅは、発光素子７または受光素子８と電気的に接続され、発光素子７に入力される電気信号が伝送され、受光素子８から出力される電気信号が伝送される。信号配線導体６ｅは、ボンディングワイヤが接続される接続パッドと、接続パッドに電気的に接続して接続パッドの直下から基体の他方主面６ｄにまで延びる信号ビア導体と、基体６の他方主面６ｄに設けられる外部接続端子とを含む。
【００５６】
赤外線バンドパスフィルタ１，１Ａ，１Ｂは、第１凹部６ａおよび第２凹部６ｂを覆うように、基体６の一方主面６ｃに取り付けられる。赤外線バンドパスフィルタ１，１Ａ，１Ｂは、反射層３が発光素子７および受光素子８に臨むように基体６の一方主面６ｃに取り付けられてもよく、反射層３が外部に臨むように基体６の一方主面６ｃに取り付けられてもよい。
【００５７】
発光素子７は、第１凹部６ａの底部に配設され、例えば、ボンディングワイヤ９を介して、信号配線導体６ｅの接続パッドに電気的に接続される。発光素子７は、信号配線導体６ｅを介して供給される駆動信号によって駆動され、特定波長の赤外光、または特定波長を中心波長とする赤外光を出射する。発光素子７としては、例えば、垂直共振器面発光レーザ素子を使用することができる。
【００５８】
受光素子８は、第２凹部６ｂの底部に配設され、例えば、ボンディングワイヤ９を介して、信号配線導体６ｅの接続パッドに電気的に接続される。受光素子８は、赤外線バンドパスフィルタ１，１Ａ，１Ｂを通過し、第２凹部６ｂに進入した光を受光し、受光信号を生成する。受光信号は、信号配線導体６ｅを介して、外部実装基板（図示せず）に出力される。受光素子８としては、シリコンフォトダイオード、ＧａＡｓフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、ゲルマニウムフォトダイオード等の各種フォトダイオードを用いることができる。
【００５９】
本実施形態の光半導体装置１０は、赤外線バンドパスフィルタ１，１Ａ，１Ｂを備えることにより、信頼性および低コストに優れるとともに、広角化に対応することができる。
【実施例】
【００６０】
実施例として、赤外線バンドパスフィルタ１，１Ａ，１Ｂが備える反射層３の具体的構成の一例を表１に示す。表１は反射層３の積層構造を示し、表１における層数は、外部側（基板２とは反対側）からの積層順序を示す。表１における材料は、各層を構成する材料であり、本実施例では、低屈折率無機誘電体層の材料として、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を使用し、高屈折率無機誘電体層の材料として、酸化チタン（ＴｉＯ２）を使用する。また、表１における物理膜厚は、各層の物理的な厚みをナノメートルの単位で示す。
【００６１】
【表１】
2018120192.tif 000003
【００６２】
反射層３を、表１のように構成することにより、図１，図３，図５に示した反射層３の、図２に示した光学特性を得ることができた。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ，１Ｂ  赤外線バンドパスフィルタ
２      基板
２ａ    第１面
２ｂ    第２面
３      反射層
４      吸収膜
５      反射防止層
６      基体
６ａ    第１凹部
６ｂ    第２凹部
６ｃ    一方主面
６ｄ    他方主面
６ｅ    信号配線導体
７      発光素子
８      受光素子
９      ボンディングワイヤ
１０    光半導体装置
【図１】
2018120192.tif 000004
【図２】
2018120192.tif 000005
【図３】
2018120192.tif 000006
【図４】
2018120192.tif 000007
【図５】
2018120192.tif 000008
【図６】
2018120192.tif 000009
【図７】
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