(57)【要約】【課題】温度変化に対して安定した受光感度を得ることが可能なホトダイオードを提供する【解決手段】このホトダイオード１によれば、トレンチ溝ＧＲＶの内面まで、ｐｎ接合部が形成されているので、光感応領域１ａの周縁に変動領域がない。その結果、このホトダイオード１は、温度変化に影響されず、安定した受光感度を得ることができる。また、トレンチ溝ＧＲＶから所定幅外周をダイシングによりカットするので、トレンチ溝ＧＲＶの内面に形成されたｐｎ接合部に機械的損傷を与えることがない。更に、トレンチ溝の外周に残されたｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎからなる保護ブロックによって、光感応領域１ａを保護できる。更に、上記トレンチ溝ＧＲＶに遮光部材が埋め込まれることで、トレンチ溝ＧＲＶ内面に形成されたｐｎ接合部への光の入射を防止できる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された当該半導体基板より低不純物濃度の第１導電型半導体層と、
前記低不純物濃度の第１導電型半導体層上に形成され、前記低不純物濃度の第１導電型半導体層との界面でｐｎ接合を構成する第２導電型半導体層とを備え、入射光に感応してキャリアを生成する光感応領域を囲んで前記第２導電型半導体層表面から前記第１導電型半導体基板まで達する溝部が形成され、
前記溝部から所定幅外周で切り出された
ことを特徴とするホトダイオード。
【請求項２】
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記溝部の内面にシリコンの熱酸化膜を設けたことを特徴とする請求項１記載のホトダイオード。
【請求項３】
前記溝部に前記入射光を遮光する遮光部材を埋め込んだことを特徴とする請求項１または２に記載のホトダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホトダイオードに関し、特に半導体光源装置において、半導体レーザダイオード等の半導体発光素子から出射されるモニタ光を受光するホトダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平４−１４７６９０号公報がある。この公報に記載された半導体光源装置に備えられたホトダイオードは、半導体レーザダイオードのモニタ用レーザ光出射面から下方に出射されるモニタ用レーザ光を受光する。そして、ホトダイオードによるモニタ出力に基づいて、上記のモニタ用レーザ光出射面と対向するレーザ光出射面から上方に出射するレーザ光の出力を制御している。また、この半導体光源装置においては、モニタ用レーザ光の光軸とホトダイオードの表面が直交しないようにホトダイオードをステム上に固定することで、ホトダイオード表面から反射されるモニタ用レーザ光がレーザ光出射面から出射されるレーザ光と重ならないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードは、温度変化に伴って受光感度が大きく変動するという問題点を有しており、その結果、半導体レーザダイオードの精密な出力制御が困難なものとなっていた。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、温度変化に対しても安定した受光感度を得ることが可能なホトダイオードを提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の発明者らは、従来の半導体光源装置においてホトダイオードの受光感度が温度変化によって大きく変動する原因について以下の知見を得た。すなわち、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードは、低不純物濃度の第１導電型半導体層の表層において、その周縁部の内側に選択的に形成された第２導電型半導体層を有する領域が光感応領域（入射光に感応してホール／電子からなるキャリアを生成する領域）であり、この光感応領域を囲む第２導電型半導体層が形成されていない領域（以下、「変動領域」と呼ぶ）に、モニタ用レーザ光が入射すると、その受光感度が温度変化に伴って大きく変動するという知見を得た。
【０００６】
そこで、このような知見に基づいて上記課題を解決するため、本発明のホトダイオードは、第１導電型の半導体基板と、上記半導体基板上に形成された当該半導体基板より低不純物濃度の第１導電型半導体層と、上記低不純物濃度の第１導電型半導体層上に形成され、上記低不純物濃度の第１導電型半導体層との界面でｐｎ接合を構成する第２導電型半導体層とを備え、入射光に感応してキャリアを生成する光感応領域を囲んで上記第２導電型半導体層表面から上記第１導電型半導体基板まで達する溝部が形成され、上記溝部から所定幅外周で切り出されたことを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、ホトダイオードの光感応領域を囲んで溝部を形成することで、光感応領域の周囲に存在する溝部内面までｐｎ接合部が形成されるので、上記したような変動領域をなくすことができる。その結果、ホトダイオードの受光感度を温度変化に対して安定にすることができる。更に、上記の溝部から所定幅外周をダイシングによって切断するので、光感応領域の端部、すなわち溝部の内面に形成されたｐｎ接合部への機械的損傷を防止することができる。加えて、溝部外周に残された第１導電型半導体層と第２導電型半導体層が保護ブロックとなって、光感応領域を保護することが可能となる。
【０００８】
また、本発明のホトダイオードにおいては、上記半導体基板はシリコン基板であり、上記溝部の内面にシリコンの熱酸化膜を設けたことを特徴とすることが好適である。
【０００９】
この発明によれば、上述のように溝部の内面に熱酸化膜を形成するので、溝部内面に形成されたｐｎ接合部を保護することが可能となる。
【００１０】
また、本発明のホトダイオードにおいては、上記溝部に上記入射光を遮光する遮光部材を埋め込んだことを特徴とすることが好適である。
【００１１】
この発明によれば、溝部には入射光を遮光する遮光部材が埋め込まれているので、溝部内面に形成されたｐｎ接合部への光の入射が防止できる。その結果、このホトダイオードは更に安定した素子特性を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態にかかるホトダイオード１について添付の図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態に関する説明においては、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１３】
図１はホトダイオード１の平面図である。図１に示すように、ホトダイオード１は平面形状が正方形状であり、０．６８ｍｍ×０．６８ｍｍのチップ面積を有する。そして、０．６４ｍｍ×０．６４ｍｍの面積を有する正方形状の光感応領域１ａの周縁に、幅５μｍのトレンチ溝ＧＲＶが形成されている。そしてこのトレンチ溝ＧＲＶの内部には、遮光部材１ｒが埋め込まれている。この遮光部材１ｒには、黒色の染料や絶縁処理したカーボンブラック等の顔料を混入させた黒色ホトレジストやポリイミド等が用いることができる。また、光感応領域１ａの角部に近い位置には、０．１３ｍｍ×０．１３ｍｍの正方形状でアルミニウムからなる上面電極ｅｕが設けられている。
【００１４】
次に、このホトダイオード１の断面図を図２に示す。この図２は、図１に示すホトダイオード１のＩＩ−ＩＩ断面における断面構造を示している。図２に示すように、ホトダイオード１は、０．００２Ω・ｃｍの抵抗をもつシリコンからなる厚さ２４０μｍのｎ型の半導体基板１ｓを有する。この半導体基板１ｓ上には、１ｋΩ・ｃｍの抵抗をもつ厚さ３０μｍのｎ型半導体層１ｎと、シート抵抗が１００Ω／□で厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１ｐとが順次形成されている。そしてこれらのｎ型半導体層１ｎとｐ型半導体層１ｐの境界はｐｎ接合を構成している。
【００１５】
また、ホトダイオード１は、光感応領域１ａの周縁に、ｎ型半導体層１ｎと半導体基板１ｓとの境界より深部まで形成した深さ４０μｍ、幅５μｍの断面Ｕ字形状のトレンチ溝ＧＲＶが形成されており、このトレンチ溝ＧＲＶの内面やｐ型半導体層１ｐの表層部にＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬＴが形成されている。そして、上述したように、このトレンチ溝ＧＲＶの内部には遮光部材１ｒが埋め込まれている。更に、ｐ型半導体層１ｐ上の所定位置で絶縁層ＩＬＴをエッチングした後に形成されたアルミニウムからなる厚さ１．１μｍの上面電極ｅｕを有し、また、半導体基板１ｓの底面から順次形成した厚さ１．１μｍのアルミニウム層１ｃ、及びＮｉ−Ａｕからなる厚さ５μｍの下面電極ｅｌを有する。
【００１６】
次に、ホトダイオード１の製造方法について説明する。図３は、ホトダイオード１の製造方法を説明する断面図である。
【００１７】
ホトダイオード１を製造するため、まず、図３（ａ）に示すように、厚さ２４０μｍのｎ型の半導体基板１ｓを用意する。次に、半導体基板１ｓ上にエピタキシャル成長方を用いて、厚さ３０μｍの低不純物濃度のｎ型半導体層１ｎを図３（ｂ）に示すように形成する。
【００１８】
次に、ｎ型半導体層１ｎの表層部からｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させて、図３（ｃ）に示すように、厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１ｐを形成する。
【００１９】
次に、ｐ型半導体層１ｐの表層部に、図３（ｄ）に示すように厚さ１μｍの、例えば酸化シリコンからなる絶縁層ＩＬＴを堆積する。この体積法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタ法などを用いることができる。
【００２０】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成し、マスクの開口部にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングを行い、この開口部の領域に、図３（ｅ）に示すように、深さ４０μｍ、幅５μｍのトレンチ溝ＧＲＶを形成する。
【００２１】
次に、酸素と水蒸気雰囲気中において本デバイスを加熱し、トレンチ溝ＧＲＶを熱酸化することによって、図３（ｆ）に示すようにトレンチ溝ＧＲＶにも厚さ６６ｎｍの酸化シリコンからなる絶縁層ＩＬＴを形成する。このようにして、トレンチ溝ＧＲＶに露出したｐｎ接合部を保護する。なお、この熱酸化の温度は９００℃の高温である。
【００２２】
次に、図３（ｇ）に示すように、トレンチ溝ＧＲＶ内に遮光部材１ｒを埋め込む。この遮光部材１ｒは、スピンコート等によってトレンチ溝ＧＲＶ内に埋め込むことができる。
【００２３】
次に、図３（ｇ）に示すように、Ａｌからなる厚さ１．１μｍの上面電極ｅｕ及びアルミニウム層１ｃをスパッタ法又は蒸着法により形成し、更に無電解めっき法により厚さ５μの下面電極ｅｌ（Ｎｉ−Ａｕ）を形成する。そして、最後に、トレンチ溝ＧＲＶの中間において、ダイシングにより絶縁層ＩＬＴから下面電極ｅｌを切断することにより、図３（ｈ）に示すようにホトダイオード１が得られる。なお、このようにダイシングすることによって、トレンチ溝ＧＲＶ内面の外側からホトダイオード１の端部までは、幅１５μｍのブロックが残される。
【００２４】
このように製造されるホトダイオード１は、トレンチ溝ＧＲＶの内面まで、ｐｎ接合部が形成されており、従来のホトダイオードのように、光感応領域１ａの周縁に変動領域がなく、またトレンチ溝ＧＲＶの外側に残されたブロックに光が入射しても全く感度がないので、温度変化に対して安定した受光感度が得られる。また、このホトダイオード１は、トレンチ溝ＧＲＶから所定幅外周をダイシングによって切断するので、光感応領域１ａの端部、すなわちトレンチ溝ＧＲＶの内面に形成されたｐｎ接合部への機械的損傷を防止することができる。更には、トレンチ溝ＧＲＶの外周に残されたｐ型半導体層１ｐとｎ型半導体層１ｎとで構成されるブロックが、保護ブロックとなって光感応領域１ａを保護することができる。また、上述のようにトレンチ溝ＧＲＶ内面に絶縁層ＩＬＴを形成するので、トレンチ溝ＧＲＶ内面に形成されたｐｎ接合部を保護することが可能となる。加えて、トレンチ溝ＧＲＶには、遮光部材１ｒが埋め込まれているので、トレンチ溝ＧＲＶ内面に形成されたｐｎ接合部への光の入射が防止できる。その結果、このホトダイオード１は更に安定した素子特性を得ることができる。
【００２５】
ここで、ホトダイオード１が搭載された半導体光源装置の一例について説明する。図４は、その一例である半導体光源装置１０を説明するための説明図である。
【００２６】
半導体光源装置１０は、円板上のステム１１上に固定された柱上の支持体２０の側面に固定された半導体レーザダイオード１２と、この半導体レーザダイオード１２のモニタ用レーザ光出射面１５から出射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７がその中心から外れた領域に入射するホトダイオード１を備えて構成されている。この半導体レーザダイオード１２は、窒化物系の材料により構成されており、波長４０９ｎｍのレーザ光を出射する。そして、ホトダイオード１８は、その表面に対する法線１９が、半導体レーザダイオード１２のモニタ用レーザ光出射面１５から出射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７に対して所定角度傾けられている。このような構成とすることで、ホトダイオード１８の表面で反射されたモニタ用レーザ光１６が、モニタ用レーザ光出射面１５と対向するレーザ光出射端面１３から出射されるレーザ光１４と重なることを避けるようにしている。そして、ホトダイオード１８に入射したモニタ用レーザ光１６によるモニタ出力に基づいて、半導体レーザダイオード１２から出射するレーザ光１４を制御している。
【００２７】
この半導体光源装置１０のようにホトダイオード１を搭載すると、ホトダイオード１は温度変化に対しても受光感度が安定しているので、温度変化に影響されず、安定した強度のレーザ光を出力することができる。
【００２８】
ここで、ホトダイオード１に波長４０９ｎｍのレーザ光を照射したときの温度変化に対する受光感度特性を図５に示す。また、参考のため、図６に従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードの同様の特性を示す。図５及び図６において、横軸はホトダイオードの温度であり、縦軸は光電流比、すなわち温度２５℃の光電流を基準とした他の温度における光電流の変動比率［％］を表す。また、図５及び図６において、黒塗りの正方形状のプロットを結ぶ線は、光感応領域のみにレーザ光を照射したときの、温度変化に対する受光感度を示している。また、黒塗りの円形状のプロットを結ぶ線は、図５においては、ホトダイオード１のチップ端にレーザ光を照射したときの同様の特性を示し、図６においては光感応領域の周辺の変動領域にもレーザ光を照射したときの同様の特性を示す。図６に示すように、従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードでは、光感応領域のみにレーザ光を照射した場合に比べて、変動領域にもレーザ光を照射した場合に、光電流比すなわち受光感度が温度変化によって大きく変動していることがわかる。このように従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードにおいては、変動領域にもレーザ光を照射した場合の温度係数、すなわち１℃の温度変化に伴う光電流比の変化量は−０．３５［％／℃］と大きい。一方、図５に示すようにホトダイオード１においてはチップ端にレーザ光を照射しても、温度係数が−０．０８［％／℃］と、温度変化に対して安定した受光感度が得られることが確認できる。
【００２９】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、トレンチ溝ＧＲＶ内に埋め込む遮光部材１ｒとしては、ノンドープシリカ等を用いることができる。この場合においても、トレンチ溝ＧＲＶ内面に形成されたｐｎ接合部に光が入射することを防止可能である。
【００３０】
また、トレンチ溝ＧＲＶには、遮光部材１ｒを埋め込まなくても良い。この場合には、トレンチ溝ＧＲＶ側に露出したｐｎ接合部へ光が入射するので、ホトダイオード１の特性は若干低下するものの、このホトダイオード１が光感応領域の面積を大きくとることができ、また安定した素子特性を得ることができるという効果や、トレンチ溝ＧＲＶの内面に形成されたｐｎ接合部に対する機械的損傷を与えないという効果等は、依然として残される。
【００３１】
また、本実施形態においては、ホトダイオード１においては、ｎ型半導体層１ｎが光吸収層として機能するが、ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎの導電型を反転させても良い。この場合には、ｐ型半導体層１ｐが光吸収層として機能する。
【００３２】
また、本実施形態においては、ホトダイオード１を適用した半導体光源装置の一例として、最も好適な光源である半導体レーザダイオードを用いた半導体光源装置について説明したが、このホトダイオード１を半導体光源装置に適用する場合、その光源には発光ダイオード（ＬＥＤ）も適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のホトダイオードによれば、ホトダイオードの光感応領域を囲んで溝部を形成することで、光感応領域の端部、すなわち溝部内面までｐｎ接合部が形成される。したがって、光感応領域の周囲に変動領域をなくすことができる結果、ホトダイオードの受光感度を温度変化に対して安定にすることができる。更に、上記の溝部から所定幅外周をダイシングによって切断するので、光感応領域の端部、すなわち溝部の内面に形成されたｐｎ接合部への機械的損傷を防止することができる。加えて、溝部外周に残された第１導電型半導体層と第２導電型半導体層が保護ブロックとなって、光感応領域を保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかるホトダイオードの平面図である。
【図２】実施形態にかかるホトダイオードの断面図である。
【図３】実施形態にかかるホトダイオードの製造方法を示す断面図である。
【図４】実施形態にかかるホトダイオードを搭載した半導体光源装置の一例を説明するための説明図である。
【図５】実施形態にかかるホトダイオードの温度変化に対する受光感度特性を示す図である。
【図６】従来のホトダイオードの温度変化に対する受光感度特性を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ホトダイオード、１ａ・・・光感応領域、１ｓ・・・半導体基板、１ｎ・・・ｎ型半導体層、１ｐ・・・ｐ型半導体層、１ｃ・・・アルミニウム層、１ｒ・・・遮光部材、ＩＬＴ・・・絶縁層、ＧＲＶ・・・トレンチ溝、ｅｕ・・・上面電極、ｅｌ・・・下面電極
【図１】
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【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】
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