CN104576782A - 受光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明通过能够在不大型化的条件下接受所期望的波段的光的受光装置。在受光面上配置有光学基材的受光装置为，在光学基材中，在入射面上形成第一光学多层膜，在入射面的对置面上形成第二光学多层膜，在受光面上形成第三光学多层膜。使相互分开的二个波段的光透射，遮蔽二个波段以外的波段的光，二个波段中的长波长侧的第二波段的光透射规定比例以上，短波长侧的第一波段的光的透射率抑制在小于规定比例的规定范围。
Description
技术领域
本发明涉及能够接受特定的波段的光的受光装置。
背景技术
专利文献1中公开了光传感器模块。该光传感器模块中使用的受光装置具有根据受光到的光量而产生电流的受光元件、及配置在对该受光元件的光的入射侧的波长选择滤波器构件。该波长选择滤波器构件具备在光学基材(对应日语：基材)上层叠有波长选择滤波器膜的构成，使从入射面入射的所期望的波长的光透射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－79852号公报
然而，专利文献1所记载的受光装置是在光学基材的一个面上层叠波长选择滤波器膜的构成，因此透射波段的设定有限度。对此，也考虑进一步增加层叠波长选择滤波器膜后的光学基材，但该情况下，光学基材的数目增加，因此受光装置整体的厚度增加，作为光传感器模块也可能大型化。
发明内容
发明所要解决的问题
因此，本发明的目的在于，提供能够在不大型化的条件下接受所期望的波段的光的受光装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，本发明的受光装置，具有受光元件和配置在所述受光元件之上的光学基材，所述受光装置的特征在于，所述光学基材具有与所述受光元件对置的对置面和朝向光的入射侧的入射面，在所述入射面形成有第一光学多层膜，在所述对置面形成有第二光学多层膜，在所述受光元件之上形成有第三光学多层膜，通过3个所述光学多层膜来决定所述受光元件受光的光的波段。
由此，能够在不增加新的光学基材的条件下以所期望范围的透射率使所期望的波段的光透射。
在本发明的受光装置中，优选的是，3个所述光学多层膜使相互分开的二个波段的光透射，在将所述二个波段中的短波长侧设为第一波段并将长波长侧设为第二波段时，第一波段的光的透射率被限制为比第二波段的光的透射率低。
在本发明的受光装置中，优选的是，所述第一光学多层膜和所述第二光学多层膜使所述二个波段的光透射，在所述第三光学多层膜中，所述第一波段的光的透射率被限制为比所述第二波段的光的透射率低。
在本发明的受光装置中，优选的是，第二波段中的光的透射率是90％以上，第一波段中的光的透射率的范围是40％～60％。
在本发明的受光装置中，优选的是，第一波段包括500nm～560nm，第二波段包括640nm～680nm。
在本发明的受光装置中，优选的是，第一光学多层膜以及第二光学多层膜是交替层叠TiO2层和SiO2层而成的多层膜。
在本发明的受光装置中，优选的是，第三光学多层膜的膜厚比第一光学多层膜以及第二光学多层膜的膜厚薄。
在本发明的受光装置中，优选的是，所述光学基材的所述对置面和所述入射面是平滑的表面，所述第一光学多层膜以及第二光学多层膜被形成于所述平滑的表面。
在本发明的受光装置中，优选的是，所述受光元件的表面是凹凸面，所述第三光学多层膜被形成于所述凹凸面。
发明的效果
根据本发明，通过不增加光学基材而增加使一定的波段的光透射的光学多层膜，能够在不大型化的条件下接受所期望的波段的光。
附图说明
图1是对本发明的实施方式所涉及的受光装置的概略构成进行表示的剖视图。
图2是对第一光学多层膜的透射光的光透射特性的仿真结果进行表示的图表。
图3是对第二光学多层膜的透射光的光透射特性的仿真结果进行表示的图表。
图4是对形成有第一光学多层膜和第二光学多层膜的玻璃基材的透射光的光透射特性的仿真结果进行表示的图表。
图5是对形成有第一光学多层膜和第二光学多层膜的玻璃基材的透射光的光透射特性进行表示的图表。
图6是对第三光学多层膜的透射光的光透射特性进行表示的图表。
图7是对形成有第一光学多层膜和第二光学多层膜的玻璃基材以及光透射了第三光学多层膜的3个光学多层膜时的光透射特性进行表示的图表。
符号说明
10 受光装置
20 光电二极管(受光元件)
23 受光面
40 玻璃基材(光学基材)
41 入射面
42 底面
51 第一光学多层膜
52 第二光学多层膜
53 第三光学多层膜
T11、T21、T31、T41 波段(第一波段)
T12、T22、T32、T42 波段(第二波段)
T13、T23、T43 波段
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的受光装置进行详细地说明。图1是对本发明的实施方式所涉及的受光装置10的概略构成进行表示的剖视图。图1是沿着对受光装置10的光的入射方向L的剖视图，是与入射方向L正交的面上的受光装置10的大致中央的剖视图。
受光装置10具备：作为受光元件的PN型的光电二极管20、以及到光电二极管20的光的入射侧隔开距离而配置的作为光学基材的玻璃基材40。玻璃基材40是例如石英玻璃(折射率1.52)，其通过粘接层30隔开规定的空隙31而固定在光电二极管20上。
光电二极管20是将P层21和N层22接合而成的结构，在表面的受光面23上形成有表面电极25、26、27以及焊盘电极(land electrode)24。表面电极25、26、27以及焊盘电极24通过例如光刻法对铝膜进行加工而形成。
在受光面23以及表面电极25、26、27上，以覆盖其上表面的方式成膜有绝缘层28。绝缘层28通过例如SiN的溅射而形成。在该绝缘层28上，成膜有第三光学多层膜53。
焊盘电极24用于与外部电连接，通过蚀刻等去除焊盘电极24上的绝缘层28以及第三光学多层膜53。焊盘电极24的露出的表面上例如连接与外部电源(未图示)连接的键合引线(未图示)。
焊盘电极24设置有多个，多个表面电极25、26、27连接于各个焊盘电极24。通过焊盘电极24，例如在P层21上形成的表面电极26、27连接于所述外部电源的正极，在N层22上形成的表面电极25连接于所述外部电极的负极。
粘接层30例如使用热固化型的粘接剂、紫外线固化型的粘接剂。
关于作为光学基材的玻璃基材40，在朝向光的入射侧的入射面41的表面形成有第一光学多层膜51，在与光电二极管20面对面的对置面42的表面形成有第二光学多层膜52。
第一光学多层膜51例如是交替层叠SiOX层和TiOX层的膜，例如将SiO2层(折射率1.48)和TiO2层(折射率2.22)交替层叠成10层以上的规定数的多层构造而形成。该层叠例如通过溅射、蒸镀、其他的PVD(Physical vapordeposition：物理气相沉淀)法、CVD(Chemical vapor deposition：化学气相沉淀)法而进行。第二光学多层膜52的构成以及制法与第一光学多层膜51相同。
第三光学多层膜53直接成膜在覆盖光电二极管20的绝缘层28的表面，是交替层叠了SiOX层和TiOX层而成的多层膜。层叠与第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52同样地，通过PVD、CVD而进行。在此，构成第三光学多层膜53的层的层数比第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52的少，例如，SiO2层和TiO2层的各自的层数小于10层。为此，构成第三光学多层膜53的层的膜厚比第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52的膜厚小很多，构成第三光学多层膜53的层的膜厚小于1.0μm。
如以后说明那样，第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52被设定为可获得使入射的光中的二个频带的光通过这一严格的条件的透射特性。为了实现该透射特性，需要增多SiOX层和TiOX层的层数，各自的膜厚的管理也要求精度。为此，需要形成于玻璃基材40的作为平滑的表面的入射面41和对置面42。
另一方面，第三光学多层膜53的光透射特性担负对透射第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52的二个频带的光中的短波长侧的波段(第一波段)的光的透射率进行限制的功能，所要求的透射特性未严格到第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52的程度。为此，第三光学多层膜53为层数较少且膜厚较小即可解决，各个层的膜厚的允许度也比较的宽泛，第三光学多层膜53能够在具有表面电极25、26、27的凹凸面之上成膜。
在此，在将第一光学多层膜51和第二光学多层膜52的任意一方形成在绝缘层28的表面并将第三光学多层膜53形成在玻璃基材40的入射面41或者对置面42的任意一方的面上时，将产生以下问题。
首先，在玻璃基材40的一方的面上形成有第一光学多层膜51或者第二光学多层膜52的层数较多且膜厚较大的膜并在另一方的面形成有层数较少且膜厚较小的第三光学多层膜53时，玻璃基材40中残留弯曲应力，在后面的工序中，在光电二极管20上接合玻璃基材40变得困难。此外，第一光学多层膜51和第二光学多层膜52的层数较多且膜厚较大，因此以均匀的膜厚在具有凹凸的绝缘层28的表面形成它们变得困难。出于该点，也优选将第三光学多层膜53形成在绝缘层28之上。
光电二极管20和玻璃基材40上的成膜以其他的工序进行。
关于光电二极管20上的成膜，在受光面23上形成了表面电极25、26、27和焊盘电极24后，以绝缘层28、第三光学多层膜53的顺序进行层叠。然后，将焊盘电极24之上的绝缘层28和第三光学多层膜53去除而使表面露出。
关于玻璃基材40的成膜，在将入射面41以及对置面42研磨成规定的粗糙度并洗净后，以掩蔽对置面42以及侧面的状态在入射面41的表面上形成第一光学多层膜51，然后，以掩蔽入射面41以及侧面的状态在对置面42的表面形成第二光学多层膜52。在此，第一光学多层膜51和第二光学多层膜52的成膜顺序也可以相反。
在如以上那样制造出的光电二极管20的表面的规定位置涂敷粘接层30，并在粘接层30上载置了玻璃基材40后，使粘接层30热固化。或者照射紫外线而使之固化。
以下，对第一光学多层膜51、第二光学多层膜52、第三光学多层膜53的各自的光学特性、以及组合了3个光学多层膜的光学特性进行说明。
图2至图4中示出了通过第一光学多层膜51和第二光学多层膜52而获得的光学特性。
图2是对第一光学多层膜51相对于透射光的光透射特性的仿真结果进行表示的图表。图3是对第二光学多层膜52相对于透射光的光透射特性的仿真结果进行表示的图表。图4是对形成有第一光学多层膜51和第二光学多层膜52的玻璃基材40相对于透射光的光透射特性的仿真结果进行表示的图表。在此，所谓的光透射特性，表示对对象物(第一光学多层膜51、第二光学多层膜52、玻璃基材40)的入射光与对象物的透射率的关系。
第一光学多层膜51是在石英玻璃(折射率1.52)上将SiO2层(折射率1.48)和TiO2层(折射率2.22)交替地层叠成10层以上的多层构成而成的。通过调整层数和各层的膜厚，实现图2所示的特性的光学多层膜。
第二光学多层膜52也是在石英玻璃(折射率1.52)上将SiO2层(折射率1.48)和TiO2层(折射率2.22)交替地层叠成10层以上的多层构成而成的。通过调整层数和各层的膜厚，实现图3所示的特性的光学多层膜。
另外，第一光学多层膜51和第二光学多层膜52的相对于玻璃基材40的配置也可以相反，在对置面42上可以形成有第一光学多层膜51，在入射面41上可以形成有第二光学多层膜52。
如图4所示，通过使光从入射面41侧起以第一光学多层膜51、玻璃基材40以及第二光学多层膜52的顺序透射，由此能够使以530nm为中心波长的波段(第一波段)T11的光和以660nm为中心波长的波段(第二波段)T12的光成分透射。在图4所示的透射特性中，波段T11和波段T12在分离的波段，在T11与T12的透射波段之间，存在透射率大致为零的波段T13。
波段T11为，上升(对应日语：立ち上がり)波长(50％透射波长)是500nm，下降(对应日语：立ち下がり)波长(50％透射波长)是560nm，峰值波段中的透射率是90％以上。波段T12为，上升波长是640nm，下降波长是680nm，峰值波段中的透射率是90％以上。透射第一光学多层膜51、玻璃基材40以及第二光学多层膜52后的透射光在300～1100nm的范围中的在波段T11和波段T12的波段以外的波段中的光被第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52所遮蔽，其透射率是大致零。
图5至图7中示出了将第一光学多层膜51、第二光学多层膜52以及第三光学多层膜53这3个光学多层膜组合后的光学特性。
图5是对形成有第一光学多层膜51和第二光学多层膜52的玻璃基材40的透射光的光透射特性进行表示的图表。图5的透射特性与图4所示的透射特性实质上相同。图6是对第三光学多层膜53的透射光的光透射特性进行表示的图表。图7是对透射第一光学多层膜51、第二光学多层膜52及第三光学多层膜53这3个光学多层膜后的光透射特性进行表示的图表。
图5中，以虚线示出了对以SiO2层(折射率1.48)和TiO2层(折射率2.22)构成多层膜时的设计上能够预测的公差(偏差)进行仿真时的该公差的最大值MAX和最小值MIN。实线是没有公差的设计上的光透射特性。
获得了图5所示的仿真结果时的第一光学多层膜51以及第二光学多层膜52的层构成与获得了图4所示的仿真结果时的层构成在层数、膜厚上有少许区别，为此长波长侧的波段T22与图4的波段T12相比稍微偏移。但是，使二个波段T21、T22透射的基本的特性在图4和图5中实质上相同。
第三光学多层膜53为，在石英玻璃(折射率1.52)上将SiO2层(折射率1.48)和TiO2层(折射率2.22)交替层叠小于10层的多层，并调整各层的膜厚，由此实现图6所示的特性的光学多层膜。
如图5所示，通过使光按第一光学多层膜51、玻璃基材40以及第二光学多层膜52的顺序透射，由此获得短波长侧的波段(第一波段)T21的光和长波长侧的波段(第二波段)T22的光。波段T21的频带与图4所示的短波长侧的波段T11的频带相同，长波长侧的波段T22与图4所示的波段T12相比稍稍向短波长侧平移。图5所示的波段T21、T22的设计值(实线)处的透射率(平均值)是90％以上。
如图6所示，第三光学多层膜53的透射光在与图5的波段T22对应的波段T32的透射率是大致100％，并且在与图5的短波长侧的波段T21对应的波段T31的透射率是大约57％(平均值)。
通过透射第一光学多层膜51、玻璃基材40、第二光学多层膜52以及第三光学多层膜53，由此获得图7所示的光。在图7所示的透射光中，在与上述波段T22、T32对应的波段T42中的透射率确保90％以上。另一方面，与上述波段T21、T31对应的波段T41维持其波长范围，并且透射率被抑制在平均值为约57％、包含偏差时被抑制在40％～60％的范围内。
如图7所示，通过了3个光学多层膜51、52、53的光为，波段T41和波段T42夹着透射率大致为零的波段T43而频带相互离开。并且，在波段T41和波段T42的波段以外的波段中的光被第一光学多层膜51、第二光学多层膜52以及第三光学多层膜53遮蔽，其透射率是大致零。
通过增加图6中例示那样的对一定的波段T31的光的透射进行限制的第三光学多层膜53，由此能够在不增加第二玻璃基材等的新的光学基材的条件下获得如图7所示的所期望的曲线的受光特性。
在此，光电二极管20受光的光的波段以及强度能够通过变更第一光学多层膜51、第二光学多层膜52以及第三光学多层膜53的层构成(例如，层材料、膜厚、层数)来调整。在通过3个多层膜进行调整时，与通过一个或者二个多层膜调整波段以及透射光强度(受光强度)相比，控制变得容易。此外，通过使第三光学多层膜53的层数比第一光学多层膜51和第二光学多层膜52的层数少，由此第三光学多层膜53中的层调整的负担比例变小，因此即使是有凹凸的光电二极管20上也容易实现所期望的层构成。并且，波段的控制主要通过第一光学多层膜51和第二光学多层膜52来进行，在第三光学多层膜53中进行所控制的波段中的光强度的控制，因此第三光学多层膜53的层数较少且膜厚较小即可解决，由此，能够容易地进行第三光学多层膜53的成膜。
在此，作为所期望的光透射特性，优选第一波段中的光的透射率相对于第二波段中的光的透射率的比例是70～80％。此外，优选的是，第一波段中的光的透射率是90％以上，第二波段中的光的透射率的范围是40％～60％。并且，优选的是，第一波段包括500nm～560nm，第二波段包括640nm～680nm。
参照上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在改良的目的或者本发明的思想的范围内能够进行改良或者变更。
工业上的可利用性
如以上那样，本发明所涉及的受光装置在想要在不大型化的条件下以所期望的强度对所期望的波段进行受光的情况下是有用的。
Claims (9)
1.一种受光装置，具有受光元件和配置在所述受光元件之上的光学基材，
所述受光装置的特征在于，
所述光学基材具有与所述受光元件对置的对置面和朝向光的入射侧的入射面，在所述入射面形成有第一光学多层膜，在所述对置面形成有第二光学多层膜，在所述受光元件之上形成有第三光学多层膜，
通过3个所述光学多层膜来决定所述受光元件受光的光的波段。
2.如权利要求1所述的受光装置，其特征在于，
3个所述光学多层膜使相互分开的二个波段的光透射，
在将所述二个波段中的短波长侧设为第一波段并将长波长侧设为第二波段时，所述第一波段的光的透射率被限制为比所述第二波段的光的透射率低。
3.如权利要求2所述的受光装置，其特征在于，
所述第一光学多层膜和所述第二光学多层膜使所述二个波段的光透射，
在所述第三光学多层膜中，所述第一波段的光的透射率被限制为比所述第二波段的光的透射率低。
4.如权利要求2或3所述的受光装置，其特征在于，
所述第二波段中的光的透射率是90％以上，所述第一波段中的光的透射率的范围是40％～60％。
5.如权利要求2或3所述的受光装置，其特征在于，
所述第一波段包括500nm～560nm，所述第二波段包括640nm～680nm。
6.如权利要求1至3中任一项所述的受光装置，其特征在于，
第一光学多层膜以及第二光学多层膜是交替层叠TiO2层和SiO2层而成的多层膜。
7.如权利要求1至3中任一项所述的受光装置，其特征在于，
第三光学多层膜的膜厚比第一光学多层膜以及第二光学多层膜的膜厚薄。
8.如权利要求7所述的受光装置，其特征在于，
所述光学基材的所述对置面和所述入射面是平滑的表面，所述第一光学多层膜以及第二光学多层膜被形成于所述平滑的表面。
9.如权利要求7所述的受光装置，其特征在于，
所述受光元件的表面是凹凸面，所述第三光学多层膜被形成于所述凹凸面。
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