(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の層、第２の層および第３の層が順に形成され、前記第２の層は、第１の格子定数を有する第１半導体層と前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含み、
前記第３の層に遮光部形成領域が配置されるとともに、前記遮光形成領域の一方側に沿って前記第３の層に受光素子の受光領域が形成され、
前記遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域の前記第３の層が除去され、前記遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち前記一部領域を除いて前記第３の層、前記第２の層および前記第１の層が除去されるとともに、前記遮光部形成領域および前記一部領域における前記第１の層が除去され、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するように前記一部領域の前記第２の層が湾曲することにより、前記受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部が形成されたことを特徴とする方向検出素子。
【請求項２】
基板上に第１の層、第２の層および第３の層が順に形成され、前記第２の層は、第１の格子定数を有する第１半導体層と前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含み、
前記第３の層に所定の基準点を中心として等角度間隔で複数の遮光部形成領域が配置され、前記複数の遮光形成領域のそれぞれ一方側に沿って前記第３の層に複数の受光素子の受光領域がそれぞれ形成され、
前記複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域の前記第３の層が除去され、前記複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうち前記それぞれの一部領域を除いて前記第３の層、前記第２の層および前記第１の層が除去されるとともに、前記複数の遮光部形成領域および前記それぞれの一部領域における前記第１の層が除去され、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するように前記それぞれの一部領域の前記第２の層が湾曲することにより、前記複数の受光素子の受光領域に沿って起立する複数の遮光部が形成されたことを特徴とする方向検出素子。
【請求項３】
前記複数の遮光部は、前記複数の受光素子の受光領域に対して起立する平坦部と、前記平坦部を前記第３の層に対して所定の角度で支持するように前記平坦部に対して湾曲する支持部とを有することを特徴とする請求項１または２記載の方向検出素子。
【請求項４】
基板上に第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に、第１の格子定数を有する第１半導体層と前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含む第２の層を形成するステップと、
前記第２の層上に受光素子を含む第３の層を形成するステップとを備え、
前記第３の層に遮光部形成領域が配置されるとともに、前記遮光形成領域の一方側に沿って前記第３の層に受光素子の受光領域が形成され、
前記遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域の前記第３の層を除去するステップと、
前記遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち前記一部領域を除いて前記第３の層、前記第２の層および前記第１の層を除去するステップと、
前記遮光部形成領域および前記一部領域における前記第１の層を選択的に除去することにより、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するように前記一部領域の前記第２の層を湾曲させることにより、前記受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部を形成するステップとをさらに備えたことを特徴とする方向検出素子の製造方法。
【請求項５】
基板上に第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に、第１の格子定数を有する第１半導体層と前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含む第２の層を形成するステップと、
前記第２の層上に第３の層を形成するステップとを備え、
前記第３の層に所定の基準点を中心として等角度間隔で複数の遮光部形成領域が配置されるとともに、前記複数の遮光部形成領域のそれぞれ一方側に沿って前記第３の層に複数の受光素子の受光領域がそれぞれ形成され、
前記複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域の前記第３の層を除去するステップと、
前記複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうち前記それぞれの一部領域を除いて前記第３の層、前記第２の層および前記第１の層を除去するステップと、
前記複数の遮光部形成領域および前記それぞれの一部領域における前記第１の層を選択的に除去することにより、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するように前記それぞれの一部領域の前記第２の層を湾曲させることにより、前記複数の受光素子の受光領域にそれぞれ沿って起立する複数の遮光部を形成するステップとをさらに備えたことを特徴とする方向検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の入射方向に関する情報を与える電気信号を出力する方向検出素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光の入射方向を検出する方向検出器が開発されている。方向検出器は、例えば米国特許第５，３１９，１８８号および米国特許第５，５８７，５８０号に開示されている。
【０００３】
従来の方向検出器においては、ハウジングの上面に円形の開口部が設けられ、ハウジングの底面に円形の検出器が配置されている。円形の検出器は、環状に配置された複数の画素を含む。光は、ハウジングの円形の開口部を通して検出器に入射する。このような方向検出器では、入射光の方向により環状に配置された複数の画素での受光位置が異なる。したがって、検出器の複数の画素の出力に基づいて入射光の方向を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方向検出器は、構造上サイズが大きく、小型化および薄型化には限界がある。また、入射光の強度が小さいと、検出器の各画素の出力が小さくなり、正確に入射光の方向を検出することが困難となる。
【０００５】
本発明の目的は、小型化および薄型化が可能でかつ入射光の方向を正確に検出することができる方向検出素子およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る方向検出素子は、基板上に第１の層、第２の層および第３の層が順に形成され、第２の層は、第１の格子定数を有する第１半導体層と第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含み、第３の層に遮光部形成領域が配置されるとともに、遮光形成領域の一方側に沿って第３の層に受光素子の受光領域が形成され、遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域の第３の層が除去され、遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層が除去されるとともに、遮光部形成領域および一部領域における第１の層が除去され、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するように一部領域の第２の層が湾曲することにより、受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部が形成されたものである。
【０００７】
本発明に係る方向検出素子においては、遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域の第３の層が除去され、遮光部形成領域を取り囲む領域のうち一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層が除去され、かつ遮光部形成領域および一部領域の第１の層が除去されているので、遮光部形成領域内の第２の層が一部領域でのみ周囲の領域につながりつつ解放状態となる。第２の層の第１半導体層の格子定数が第２半導体層の格子定数よりも大きいため、第２の層に格子定数の差に起因する歪が発生する。それにより、歪を緩和するように一部領域の第２の層が湾曲する。それに伴って、第２の層上の第３の層の遮光部形成領域が基板に対して所定の角度で起立する。その結果、受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部が形成される。
【０００８】
このように、第１半導体層および第２半導体層の格子定数の差に起因する歪を緩和するように第２の層が自動的に湾曲することにより、受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部を容易に形成することができる。この場合、第１半導体層および第２半導体層の組成および厚さを調整することにより遮光部の角度を容易かつ正確に制御することができる。
【０００９】
光が方向検出素子に入射すると、遮光部の影が受光素子の受光領域に投射される。この場合、受光素子の受光領域の表面に対する入射光の仰角により受光領域での受光量が異なる。したがって、受光素子に流れる電流に基づいて受光素子の受光領域の表面に対する入射光の垂直面内での方向を正確に検出することができる。
【００１０】
本発明に係る方向検出素子は、複数の半導体層および半導体層の起立構造により構成されるので、小型化および薄型化が図られる。また、受光素子に流れる電流は比較的大きいので、検出に必要な入射光の強度が低減されるとともに、方向検出素子のさらなる小型化および薄型化が可能となる。
【００１１】
第２の発明に係る方向検出素子は、基板上に第１の層、第２の層および第３の層が順に形成され、第２の層は、第１の格子定数を有する第１半導体層と第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含み、第３の層に所定の基準点を中心として等角度間隔で複数の遮光部形成領域が配置され、複数の遮光形成領域のそれぞれ一方側に沿って第３の層に複数の受光素子の受光領域がそれぞれ形成され、複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域の第３の層が除去され、複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層が除去されるとともに、複数の遮光部形成領域およびそれぞれの一部領域における第１の層が除去され、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するようにそれぞれの一部領域の第２の層が湾曲することにより、複数の受光素子の受光領域に沿って起立する複数の遮光部が形成されたものである。
【００１２】
本発明に係る方向検出素子においては、複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域の第３の層が除去され、複数の遮光部形成領域をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層が除去され、かつ複数の遮光部形成領域およびそれぞれの一部領域の第１の層が除去されているので、複数の遮光部形成領域内の第２の層がそれぞれの一部領域でのみ周囲の領域につながりつつ解放状態となる。第２の層の第１半導体層の格子定数が第２半導体層の格子定数よりも大きいため、第２の層に格子定数の差に起因する歪が発生する。それにより、歪を緩和するようにそれぞれの一部領域の第２の層が湾曲する。それに伴って、第２の層上の第３の層の複数の遮光部形成領域が基板に対して所定の角度で起立する。その結果、複数の受光素子の受光領域に沿って起立する複数の遮光部がそれぞれ形成される。
【００１３】
このように、第１半導体層および第２半導体層の格子定数の差に起因する歪を緩和するように第２の層が自動的に湾曲することにより、複数の受光素子の受光領域に沿って起立する複数の遮光部を容易に形成することができる。この場合、第１半導体層および第２半導体層の組成および厚さを調整することにより複数の遮光部の角度を容易かつ正確に制御することができる。
【００１４】
光が方向検出素子に入射すると、各遮光部の影が各受光素子の受光領域に投射される。この場合、基準点を中心として等角度間隔で複数の遮光部が配置されているので、入射光の仰角および方位角により各受光領域での受光量が異なる。したがって、複数の受光素子に流れる電流に基づいて入射光の方向を正確に検出することができる。
【００１５】
本発明に係る方向検出素子は、複数の半導体層および半導体層の起立構造により構成されるので、小型化および薄型化が図られる。また、各受光素子に流れる電流は比較的大きいので、検出に必要な入射光の強度が低減されるとともに、方向検出素子のさらなる小型化および薄型化が可能となる。
【００１７】
複数の遮光部は、複数の受光素子の受光領域に対して起立する平坦部と、平坦部を第３の層に対して所定の角度で支持するように平坦部に対して湾曲する支持部とを有してもよい。
【００１８】
それにより、遮光部の平坦部が第３の層に対して正確に一定の角度で起立することができる。
【００１９】
第３の発明に係る方向検出素子の製造方法は、基板上に第１の層を形成するステップと、第１の層上に、第１の格子定数を有する第１半導体層と第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含む第２の層を形成するステップと、第２の層上に受光素子を含む第３の層を形成するステップとを備え、第３の層に遮光部形成領域が配置されるとともに、遮光形成領域の一方側に沿って第３の層に受光素子の受光領域が形成され、遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域の第３の層を除去するステップと、遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層を除去するステップと、遮光部形成領域および一部領域における第１の層を選択的に除去することにより、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するように一部領域の第２の層を湾曲させることにより、受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部を形成するステップとをさらに備えたものである。
【００２０】
本発明に係る方向検出素子の製造方法においては、遮光部形成領域の周囲を取り囲む領域のうち一部領域の第３の層が除去され、遮光部形成領域を取り囲む領域のうち一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層が除去され、かつ遮光部形成領域および一部領域の第１の層が除去されるので、遮光部形成領域内の第２の層が一部領域でのみ周囲の領域につながりつつ解放状態となる。第２の層の第１半導体層の格子定数が第２半導体層の格子定数よりも大きいため、第２の層に格子定数の差に起因する歪が発生する。それにより、歪を緩和するように一部領域の第２の層が湾曲する。それに伴って、第２の層上の第３の層の遮光部形成領域が基板に対して所定の角度で起立する。その結果、受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部が形成される。
【００２１】
このように、第１半導体層および第２半導体層の格子定数の差に起因する歪を緩和するように第２の層が自動的に湾曲することにより、受光素子の受光領域に沿って起立する遮光部を容易に形成することができる。この場合、第１半導体層および第２半導体層の組成および厚さを調整することにより遮光部の角度を容易かつ正確に制御することができる。
【００２２】
光が方向検出素子に入射すると、遮光部の影が受光素子の受光領域に投射される。この場合、受光素子の受光領域の表面に対する入射光の仰角により受光領域での受光量が異なる。したがって、受光素子に流れる電流に基づいて受光素子の受光領域の表面に対する入射光の垂直面内での方向を正確に検出することができる。
【００２３】
本発明に係る方法により製造された方向検出素子は、複数の半導体層および半導体層の起立構造により構成されるので、小型化および薄型化が図られる。また、受光素子に流れる電流は比較的大きいので、検出に必要な入射光の強度が低減されるとともに、方向検出素子のさらなる小型化および薄型化が可能となる。
【００２４】
第４の発明に係る方向検出素子の製造方法は、基板上に第１の層を形成するステップと、第１の層上に、第１の格子定数を有する第１半導体層と第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２半導体層との積層構造を含む第２の層を形成するステップと、第２の層上に第３の層を形成するステップとを備え、第３の層に所定の基準点を中心として等角度間隔で複数の遮光部形成領域が配置されるとともに、複数の遮光部形成領域のそれぞれ一方側に沿って第３の層に複数の受光素子の受光領域がそれぞれ形成され、複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域の第３の層を除去するステップと、複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層を除去するステップと、複数の遮光部形成領域およびそれぞれの一部領域における第１の層を選択的に除去することにより、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因する歪を緩和するようにそれぞれの一部領域の第２の層を湾曲させることにより、複数の受光素子の受光領域にそれぞれ沿って起立する複数の遮光部を形成するステップとをさらに備えたものである。
【００２５】
本発明に係る方向検出素子の製造方法においては、複数の遮光部形成領域の周囲をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域の第３の層が除去され、複数の遮光部形成領域をそれぞれ取り囲む領域のうちそれぞれの一部領域を除いて第３の層、第２の層および第１の層が除去され、かつ複数の遮光部形成領域およびそれぞれの一部領域の第１の層が除去されるので、複数の遮光部形成領域内の第２の層がそれぞれの一部領域でのみ周囲の領域につながりつつ解放状態となる。第２の層の第１半導体層の格子定数が第２半導体層の格子定数よりも大きいため、第２の層に格子定数の差に起因する歪が発生する。それにより、歪を緩和するようにそれぞれの一部領域の第２の層が湾曲する。それに伴って、第２の層上の第３の層の複数の遮光部形成領域が基板に対して所定の角度で起立する。その結果、複数の受光素子の受光領域に沿って起立する複数の遮光部がそれぞれ形成される。
【００２６】
このように、第１半導体層および第２半導体層の格子定数の差に起因する歪を緩和するように第２の層が自動的に湾曲することにより、複数の受光素子の受光領域に沿って起立する複数の遮光部を容易に形成することができる。この場合、第１半導体層および第２半導体層の組成および厚さを調整することにより複数の遮光部の角度を容易かつ正確に制御することができる。
【００２７】
光が方向検出素子に入射すると、各遮光部の影が各受光素子の受光領域に投射される。この場合、基準点を中心として等角度間隔で複数の遮光部が配置されているので、入射光の仰角および方位角により各受光領域での受光量が異なる。したがって、複数の受光素子に流れる電流に基づいて入射光の方向を検出することができる。
【００２８】
本発明に係る方法により製造された方向検出素子は、複数の半導体層および半導体層の起立構造により構成されるので、小型化および薄型化が図られる。また、各受光素子に流れる電流は比較的大きいので、検出に必要な入射光の強度が低減されるとともに、方向検出素子のさらなる小型化および薄型化が可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態における方向検出素子の模式的斜視図である。また、図２は図１の方向検出素子の模式的平面図である。この方向検出素子は、基板上にほぼ垂直に起立した壁部（遮光部）を有し、入射光の角度を検出する方向検出素子である。なお、図２においては、図１の方向検出素子の製造過程での壁部の起立前の状態を示す。
【００３０】
図１および図２において、基板上に形成された４つのＰＩＮフォトダイオード（図示せず）上に４つの矩形のコンタクトパッド２０１〜２０４がそれぞれ配置されている。これらのコンタクトパッド２０１〜２０４間には、基準点Ｐを中心として互いに９０度の角度をなして放射状に延びる４つの壁部３０１〜３０４が設けられている。各壁部３０１〜３０４の外側の端部には、三角形状の補助部３０１ａ〜３０４ａがそれぞれ設けられ、中心側の端部には、三角形状の補助部３０１ｂ〜３０４ｂがそれぞれ設けられている。壁部３０１〜３０４の一方の側辺に沿って凹部１０が形成され、他方の側辺および端部の周囲の辺に沿って溝１１が形成されている。
【００３１】
壁部３０１〜３０４の一方側の側辺に凹部１０を介して隣接するようにＰＩＮフォトダイオードの矩形の受光領域１０１〜１０４がそれぞれ形成されている。受光領域１０１〜１０４は、平行かつ等間隔に配置された複数のストライプからなるフィンガー構造を有している。
【００３２】
図２の凹部１０に沿って壁部３０１〜３０４が湾曲することにより、図１に示すように壁部３０１〜３０４が垂直に起立する。この場合、起立した壁部３０１〜３０４は平坦な面を有する。また、各壁部３０１〜３０４の外側の端部の補助部３０１ａ〜３０４ａおよび中心側の端部の補助部３０１ｂ〜３０４ｂがそれぞれ壁部３０１〜３０４の平坦部に対してほぼ直角に折曲している。それにより、各壁部３０１〜３０４が垂直に起立した状態で固定される。
【００３３】
本実施の形態の方向検出素子に点光源または平行光源からの光が入射すると、４つの壁部３０１〜３０４の影が４つの受光領域１０１〜１０４に投影される。この場合、入射光の方向により４つの受光領域１０１〜１０４に入射する光量が異なる。したがって、４つの受光領域１０１〜１０４での受光量を比較することにより、入射光の方向を検出することができる。
【００３４】
各壁部３０１〜３０４の側辺に対して垂直な方向における各受光領域１０１〜１０４の幅をＷとし、各壁部３０１〜３０４の高さをＨとする。また、入射光の方向を次のアジマス角（方位角）θおよび仰角φで表す。アジマス角θは、受光領域１０１〜１０４の受光面内で基準点Ｐを中心として壁部３０１の側辺に平行な方向から時計周りに測定される角度である。仰角φは、受光領域１０１〜１０４の受光面に垂直な面内で基準点Ｐを中心として受光領域１０１〜１０４の受光面から測定される角度である。
【００３５】
入射光の方向の検出時には、受光領域１０１〜１０４下のＰＩＮフォトダイオードに外部回路により逆バイアスが印加される。
【００３６】
ＰＩＮフォトダイオードの典型的な応答性の値は、０．５Ａ／Ｗである。また、ＰＩＮフォトダイオードの受光領域の面積が１ｍｍ2の場合には、入射光強度１０ｍＷ／ｃｍ2で光電流５０μＡが得られる。
【００３７】
例えば、図２に示すように、受光領域１０４側から受光領域１０２に向かう方向に光が入射すると、受光領域１０３，１０４には全体的に光が照射され、受光量は最大値となり、受光領域１０１，１０２には部分的に光が照射され、受光量は最大値よりも小さくなる。ここで、最大の受光量のときの電流値をＩ0とする。また、受光領域１０１，１０２の電流値をそれぞれＩ1，Ｉ2とする。この場合、入射光のアジマス角θは次式で表される。
【００３８】
θ＝ａｒｃｔａｎ［（Ｉ0−Ｉ1）／（Ｉ0−Ｉ2）］
また、仰角φは次式で表される。
【００３９】
φ＝ａｒｃｔａｎ［（Ｈ／Ｗ）・｛Ｉ0／√（（Ｉ0−Ｉ2）2＋（Ｉ0−Ｉ1）2）｝］
ここで、φ＞ａｒｃｔａｎ（Ｈ／Ｗ）である。
【００４０】
同様にして、４つの受光領域１０１〜１０４での受光量に対応する電流値を用いた演算により、入射光のアジマス角θおよび仰角φを算出することができる。
【００４１】
図３、図４、図５および図６は図１の方向検出素子の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は模式的断面図、（ｂ）は模式的平面図である。
【００４２】
まず、図３に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に、ｐ型ＡｌXＧａ1-XＡｓからなる解放層（release 層）２、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３、ｐ型ＧａＡｓ層４、ｐ型ＡｌYＧａ1-YＡｓからなるエッチング停止層７、ｐ型ＧａＡｓ層６１、ノンドープＧａＡｓ層６２およびｎ型ＧａＡｓ層６３を順にエピタキシャル成長させる。
【００４３】
ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３およびｐ型ＧａＡｓ層４が歪層（strain層）５を構成する。ｐ型ＧａＡｓ層６１、ノンドープＧａＡｓ層６２およびｎ型ＧａＡｓ層６３がＰＩＮフォトダイオード６を構成する。これらの解放層２、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３、ｐ型ＧａＡｓ層４、エッチング停止層７、ｐ型ＧａＡｓ層６１、ノンドープＧａＡｓ層６２およびｎ型ＧａＡｓ層６３は、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）等のエピタキシャル成長技術を用いて形成される。
【００４４】
ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍであり、ｐ型ＧａＡｓ層４の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍである。ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３の格子定数は、ｐ型ＧａＡｓ層４の格子定数よりも大きい。そのため、歪層５に格子定数の差による歪が発生する。
【００４５】
また、ｐ型ＡｌYＧａ1-YＡｓからなるエッチング停止層７の厚さは１００ｎｍであり、ｐ型ＧａＡｓ層６１の厚さは２００ｎｍであり、ノンドープＧａＡｓ層６２の厚さは１０００ｎｍであり、ｎ型ＧａＡｓ層６３の厚さは２００ｎｍである。解放層２のｐ型ＡｌXＧａ1-XＡｓにおけるＡｌ組成比Ｘは例えば０．９であり、エッチング停止層７のｐ型ＡｌYＧａ1-YＡｓにおけるＡｌ組成比Ｙは０．５である。
【００４６】
その後、ｎ型ＧａＡｓ層６３の上面およびｐ型ＧａＡｓ基板１の裏面に、蒸着およびアニーリングにより金属からなるコンタクトパッド（電極；図示せず）を形成する。
【００４７】
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングによりＰＩＮフォトダイオード６に湾曲領域を規定する凹部１０を形成する。エッチングとしては、ウェットエッチング法またはＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）を用いることができる。
【００４８】
次に、図５に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより壁部形成領域を取り囲むようにＰＩＮフォトダイオード６、エッチング停止層７、歪層５および解放層２を略Ｕ字状に除去し、溝１１を形成する。それにより、溝１１で取り囲まれたＰＩＮフォトダイオード６Ａのｐ型ＧａＡｓ層６１Ａ、ノンドープＧａＡｓ層６２Ａおよびｎ型ＧａＡｓ層６３Ａが周囲のＰＩＮフォトダイオード６Ｂのｐ型ＧａＡｓ層６１Ｂ、ノンドープＧａＡｓ層６２Ｂおよびｎ型ＧａＡｓ層６３Ｂから分離される。溝１１を含む領域により分離される領域の幅ｗは、数十μｍである。この場合にも、エッチングとしてウェットエッチング法またはＲＩＥ法を用いる。
【００４９】
その後、図６に示すように、歪層５下の解放層２をウェットエッチング法により選択的にエッチングする。その結果、歪層５を構成するｐ型ＩｎＧａＡｓ層３とｐ型ＧａＡｓ層４との格子定数の差に起因する歪を緩和するように歪層５が凹部１０の下方の領域１２で湾曲する。この場合、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３の厚さ、ｐ型ＧａＡｓ層４の厚さおよびｐ型ＩｎＧａＡｓ層３におけるＩｎ組成比を最適に選択することにより、ＰＩＮフォトダイオード６Ａをｐ型ＧａＡｓ基板１に対して垂直に起立させることができる。
【００５０】
例えば、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３の厚さを１０ｎｍとし、ｐ型ＧａＡｓ層４の厚さを１０ｎｍとする。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３におけるＩｎ組成比を０．２とすると、歪層５がｐ型ＧａＡｓ基板１に対して垂直に起立する。
【００５１】
なお、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３におけるＩｎ組成比を変化させることにより、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓとの格子定数の差を約７％まで変化させることができる。
【００５２】
ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３の厚さｔ１、ｐ型ＧａＡｓ層４の厚さｔ２、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３におけるＩｎ組成比および歪層５の曲率半径Ｒとの間には、次の関係がある。
【００５３】
Ｒ＝（ａ／Δａ）・（ｄ／２）
ここで、ａはＧａＡｓの格子定数であり、５．６５３３Åである。また、ΔａはＩｎＧａＡｓの格子定数とＧａＡｓの格子定数との差である。Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓの格子定数は５．７３４３Åである。また、ｄはｐ型ＩｎＧａＡｓ層３の厚さｔ１およびｐ型ＧａＡｓ層４の厚さｔ２の合計である。ｔ１＝ｔ２＝１０［ｎｍ］の場合、ｄ＝２０［ｎｍ］となる。本例では、Ｒ＝０．３２９［μｍ］となる。
【００５４】
このようにして、ＧａＡｓ基板１の表面に対して垂直に起立するＰＩＮフォトダイオード６Ａからなる壁部３０１〜３０４が作製される（図１参照）。
【００５５】
本実施の形態の方向検出素子は、通常のフォトリソグラフィ、エッチング、エピタキシャル成長等のプレーナ技術により容易かつ安価に製造することができる。
【００５６】
なお、歪層５に電流を流すことにより歪層５を加熱してもよい。それにより、歪層５の湾曲の程度を調整し、壁部３０１〜３０４の角度を変化させることができる。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３を熱膨張させることにより歪層５を容易に湾曲させることができる。
【００５７】
また、歪層５に印加する電圧または歪層５に流す電流を変化させることにより壁部３０１〜３０４の角度を直角以外の角度に変化させることも可能である。
【００５８】
本実施の形態の方向検出素子においては、複数の半導体層および半導体層の起立構造により構成されるので、小型化および薄型化が図られる。
【００５９】
また、小さなサイズのＰＩＮフォトダイオードにより比較的大きな電気信号を得ることができる。そのため、必要な入射光の強度が低減されるとともに、より小型化および薄型化が可能となる。
【００６０】
なお、上記実施の形態では、４つの壁部および４つのフォトダイオードが基準点を中心として９０度の角度間隔で放射状に配置されているが、壁部およびフォトダイオードの数は、これに限定されず、他の数の壁部およびフォトダイオードを設けてもよい。例えば、３つの壁部および３つのフォトダイオードを基準点を中心として１２０度の角度間隔で放射状に配置してもよい。この場合にも、３つのフォトダイオードに流れる電流に基づいて入射光の仰角およびアジマス角を検出することができる。
【００６１】
また、１つの壁部に沿って１つのフォトダイオードを配置してもよい。その場合には、入射光の仰角を検出することができる。
【００６２】
また、受光素子としてＰＩＮフォトダイオードの代わりにフォトトランジスタ等の他の受光素子を用いてもよい。
【００６３】
さらに、上記実施の形態では、歪層としてｐ型ＩｎＧａＡｓ層とｐ型ＧａＡｓ層との積層構造を用いているが、これに限定されず、異なる格子定数を有する種々の半導体層の組み合わせを用いることができる。歪層５として他のIII −Ｖ族化合物半導体の積層構造、II−VI族化合物半導体の積層構造を用いてもよい。また、歪層としてＳｉ（シリコン）およびＧｅ（ゲルマニウム）を含む半導体層の積層構造を用いてもよい。さらに、解放層としてＳｉＯ2を用いてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、ＧａＡｓ基板を用いているが、解放層、歪層およびＰＩＮフォトダイオードの材料を考慮してＳｉ基板等の他の基板を用いてもよい。
【００６５】
さらに、上記実施の形態では、解放層の材料としてＡｌＧａＡｓを用いているが、これに限定されず、選択エッチングを考慮して他の材料を用いてもよい。
【００６６】
また、ＰＩＮフォトダイオードの材料も上記実施の形態に限定されず、Ｓｉ等の他の材料を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における方向検出素子の模式的斜視図である。
【図２】図１の方向検出素子の模式的平面図である。
【図３】図１の方向検出素子の製造方法を示す模式的断面図および模式的平面図である。
【図４】図１の方向検出素子の製造方法を示す模式的断面図および模式的平面図である。
【図５】図１の方向検出素子の製造方法を示す模式的断面図および模式的平面図である。
【図６】図１の方向検出素子の製造方法を示す模式的断面図および模式的平面図である。
【符号の説明】
１  ｐ型ＧａＡｓ基板
２  解放層
３  ｐ型ＩｎＧａＡｓ層
４  ｐ型ＧａＡｓ層
５  歪層
６，６Ａ，６Ｂ  ＰＩＮフォトダイオード
７  エッチング停止層
１０  凹部
１１  溝
２１  湾曲部分
６１，６１Ａ，６１Ｂ  ｐ型ＧａＡｓ層
６２，６２Ａ，６２Ｂ  ノンドープＧａＡｓ層
６３，６３Ａ，６３Ｂ  ｎ型ＧａＡｓ層
１０１，１０２，１０３，１０４  受光領域
２０１，２０２，２０３，２０４  コンタクトパッド
３０１，３０２，３０２，３０４  壁部
３０１ａ，３０２ａ，３０３ａ，３０４ａ，３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂ，３０４ｂ  補助部
【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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