JP2008224242A - 光検出素子及びそれを用いた発光素子試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ光の幅広い波長領域に渡って、発光素子の評価試験を精度よく行なうことができるとともに、装置の小型化と低コスト化に資することのできる光検出素子と、それを用いた発光素子試験装置を提供する。
【解決手段】 第1導電型の半導体基板１０１と、半導体基板の上面の一部に形成された第２導電型の不純物半導体領域１０４と、第２導電型の不純物半導体領域の上面側の受光面に、多数の開口を有する積層体を備え、積層体は、下層を形成する光反射性金属膜１０６、及び上層を形成して表面の多数の凹凸により光反射を低減する光無反射性のメッキ黒色膜１０７から成ることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光検出素子及びそれを用いた発光素子試験装置に関する。

半導体レーザの特性評価試験、信頼性評価試験を行う際には、発光素子である複数のレーザダイオードをエージング装置といわれる装置内に配置し、各レーザダイオードに通電すると共に、各レーザダイオード毎に、出力をモニタ用ホトダイオードで受光している。ところで、近年、レーザダイオードは高出力化（〜１Ｗ）されているが、ホトダイオード側では測定対象となるレーザダイオードからの入射光強度が強いと、ある入射光強度において信号出力が飽和してしまい、正確なレーザダイオード光強度の検出ができないという問題がある。そこで、例えば、特許文献１では、ホトダイオード側での検出出力の飽和を防止し、入射光強度との間のリニアリティを十分確保して正確なモニタリングを行うために、ホトダイオードの前方に減光のための光学フィルタであるＮＤフィルタを介在させて、モニタ光を検出している。

しかしながら、ＮＤフィルタを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フィルタ表面でレーザダイオード光が反射して、その反射光がレーザダイオードに戻ってレーザダイオードの動作が不安定になり、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。そのため、ＮＤフィルタの表面に対する法線を、レーザダイオードのレーザ光出射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て配置することで、ＮＤフィルタの表面で反射されたモニタ光が、戻り光としてレーザ光出射面に入射するのを防止することができる。ところが、このような構成では、ＮＤフィルタを斜めにして配置させる為の空間がレーザダイオードとホトダイオード間に必要であり、装置が大型化し、また、アセンブリが複雑になるとともにコストが高くなるという欠点も有していた。さらに、複数のレーザダイオードを並列配置して同時に試験を行うため、ＮＤフィルタが所定角度で傾斜していると、フィルタ表面での反射された反射光が隣接するチャンネルのレーザダイオードに戻ってしまうという事態も生じる。

そこで、本発明者らは、レーザダイオードの評価試験を精度よく行なえるとともに、小型化と低コスト化が可能な光検出素子及びそれを備えた発光素子検出装置として、特許文献２及び３の技術を開発してきた。特許文献２においては、ホトダイオードの受光面の上面側に、多数の微細開口を備えた黒色樹脂から成る光吸収膜を形成し、特許文献３では、多数の微細開口を備えたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ層とＴｉＮｉ層の積層体から成る光吸収膜を形成するものである。

その一例として、特許文献２におけるホトダイオードをその断面図である図１０によって説明する。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１０１’と、その上面の一部分に形成された第２導電型の不純物半導体領域１０４’と、その上面側に形成された絶縁膜１０５’とを有している。第２導電型の不純物半導体領域１０４’の周囲には、高濃度の第１導電型の不純物半導体領域１０２’が形成されており、基板１０１’の下面には高濃度の第１導電型の不純物半導体層１０３’が形成されている。第１導電型の不純物半導体領域１０２’と第２導電型の不純物半導体領域１０４’のそれぞれに電極パッド１０Ｅ’が設けられている。そして、第２導電型の不純物半導体領域１０４’の上面側の受光面には、絶縁膜１０５’を介して、黒色樹脂から成る光吸収膜１１０’が形成されている。この光吸収膜１１０’には、モニター光Ｌの一部を透過させるための多数の孔状の微細開口１１０ａ’が形成されている。
レーザダイオード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膜１１０’に吸収されてしまい、一部のみ微細開口１１０ａ’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。受光面全体に対する微細開口１１０ａ’の面積の総和の比率である開口率を設定することで、ホトダイオード１０’の受光感度と飽和特性を調節できる。このため、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、レーザダイオードの出力の正確なモニタが可能となる。例えば、開口率を１０％とした場合、従来の開口率１００％の通常のホトダイオードに対し、光電流が１０分の１となり、飽和点を上げてリニアリティを１０倍に向上できた。しかも、光吸収膜１１０’の表面での反射光は少なく、半導体レーザダイオードの光出射端面への戻り光を抑制することができた。さらに、光検出素子の受光部に減光のための微細開口を備えた光吸収膜を形成する構成であるために、ＮＤフィルタ等を設ける必要がなく、装置の小型化とコスト削減も達成できている。
特開平１０−１９６６３号公報 特開２００６−１７０７２９号公報 特開２００７−２７２０６号公報

ところが、特許文献２に記載の黒色樹脂の光吸収膜を備えた光検出素子においては、入射光の波長が９００ｎｍ以上の長波長では、黒色樹脂膜の部分でのレーザ光の透過率が１％を超えてしまい、また、波長が４００ｎｍ以下の短波長を照射し続けると黒色樹脂膜が損傷することもあり、レーザ光における幅広い波長領域には対応することができないという問題が新たに生じた。さらに、樹脂膜であることから、高温時の耐性も問題となる。また、特許文献３に記載の光吸収膜を備えた光検出素子においては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ層とＴｉＮｉ層の積層体の部分でのレーザ光透過率は、ほぼ０％にできるものの、波長が４００ｎｍ近辺でのレーザ光の反射率が約２０％、８５０ｎｍ近辺での反射率が約５０％と大きな値となり、やはり、レーザ光における幅広い波長領域には対応することができないという問題が新たに生じた。

そのため、本発明者らは、特許文献２及び３の発明において達成することのできた特長を備えた上で、新たに生じた問題点を解決するために、鋭意開発を重ねた結果、光検出素子の受光部に配する多数の微細開口を備えた積層体を、下層を光反射性の金属膜として光の透過をほぼ完全に防止するとともに、上層を光無反射性のメッキ黒色膜とすることで、上記の問題点を解決できるとの知見を得て、本願発明をなし得たものである。
すなわち、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、レーザ光の幅広い波長領域に渡って、発光素子の評価試験を精度よく行なうことができるとともに、装置の小型化と低コスト化に資することのできる光検出素子と、それを用いた発光素子試験装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光検出素子は、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の上面の一部に形成された第２導電型の不純物半導体領域と、第２導電型の不純物半導体領域の上面側の受光面に、多数の開口を有する積層体を備え、積層体は、下層を形成する光反射性金属膜、及び上層を形成して表面の多数の凹凸により光反射を低減する光無反射性のメッキ黒色膜から成ることを特徴とする。

本発明の光検出素子によれば、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の上面の一部に形成された第２導電型の不純物半導体領域とを備える光検出素子において、受光部には、多数の開口を有する積層体が配置されており、その積層体は、下層を形成する光反射性金属膜、及び上層を形成して表面の多数の凹凸により光反射を低減する光無反射性のメッキ黒色膜から構成されている。そのため、レーザ光は、積層体の部分においては、上層の光無反射性のメッキ黒色膜の表面の多数の凹凸によって反射を顕著に低減されて、発光素子の方に対して反射され、発光素子に入射されることを十分に防止できる。また、この膜はメッキ黒色膜で形成されていることから、広い範囲の波長や高温に対して、十分な耐性を備えている。また、下層には、光反射性の金属膜が配置されていることから、レーザ光の透過を防止することができる。そして、モニタすべきレーザ光は、積層体に形成された多数の開口を通過したものにほぼ限ることができ、レーザ光の強度が大きくとも、その強度に対応した開口率として、発光素子の評価を精度よく行なうことができる。

また、本発明の光検出素子において、光無反射性のメッキ黒色膜の表面の多数の凹凸は、粒状体により形成されており、その平均粒径が０．１〜５μｍであることとする場合、このような微細な粒状の凹凸によって、レーザ光の反射を顕著に低減させることができる。また、光無反射性のメッキ黒色膜が微細な粒状体から成ることによって、光無反射性のメッキ黒色膜に入射したレーザ光は、膜内部で反射を繰返すうちに吸収されて、反射を顕著に低減されることになる。
ここで、光無反射性のメッキ黒色膜における粒状体とは、平面視での径が測定可能で平均粒径を求めることができるようなものであればよく、針状体や樹枝状体のものであってもよい。

また、本発明の光検出素子において、光反射性金属膜の金属はＡｌであり、光反射性金属膜は第２導電型の不純物半導体領域と接続されて、その一部が電極とされている場合、光反射性金属膜は遮光膜であるとともに、電極部材も兼ねることができ、構成部材、製造工程の一部を削減してコスト低減をさらに向上できる。

また、本発明の光検出素子において、光無反射性のメッキ黒色膜を、無電解黒ニッケルメッキによる黒色膜であることとした場合、レーザ光の幅広い波長領域や高温において耐性を有するとともに、レーザ光の反射を効果的に防止するのに適した膜構造体を容易に得ることができる。

また、本発明の光検出素子において、光反射性金属膜の開口よりも光無反射性のメッキ黒色膜の開口が、大であることとした場合、モニタ光を透過するための開口部は、光無反射性の膜で被覆されることなく、光反射性の金属膜から形成されることから、精度よく所定の開口率に合致した開口面積とすることができる。

また、本発明の発光素子試験装置は、前記光検出素子を備えることを特徴とするものであり、広い範囲の波長や高温に対して、十分な耐性を備えるとともに、発光素子からのレーザ光の反射を十分に防止し、開口以外でのレーザ光の透過も防止して、レーザ光の強度が大きくとも、発光素子の評価を精度よく行なうことができる。

本発明によれば、レーザ光の幅広い波長領域に渡って、発光素子の評価試験を精度よく行なうことができるとともに、装置の小型化と低コスト化が可能となる。

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。
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。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。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。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）試験の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。

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。半導体レーザダイオード６の光出射端面と、ホトダイオード１０の光入射面は対向して配置されている。
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。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光検出素子としての各ホトダイオード１０によって検出される。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し、モニタすることができる（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し、モニタすることができる（ＡＰＣ試験）。

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。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。本装置では、受光面における開口率を微細開口によって制限することにより、入射光量に対する出力電流の線形性（リニアリティ）をより大きな入射光量まで維持することができる。

図２は、本実施形態のホトダイオード１０の断面図である。ホトダイオード１０においては、第１導電型のシリコンからなる厚さ約０．３ｍｍの半導体基板１０１と、基板１０１の上面の一部分に形成された厚さ約０．５μｍの高濃度の第２導電型の不純物半導体領域１０４と、第２導電型の不純物半導体領域１０４の周囲及び基板１０１の下面に形成された厚さ約１．５μｍの高濃度の第１導電型の不純物半導体領域１０２，１０３を有している。第２導電型の不純物半導体領域１０４及び第１導電型の不純物半導体領域１０２の上面には、ＳｉＯ_２による絶縁膜１０５が形成されている。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１０１と不純物半導体領域１０４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モニタ光Ｌの光入射面（受光面）とする。

本実施形態においては、受光面には、絶縁膜１０５を介して、光反射性金属膜１０６、及び光無反射性のメッキ黒色膜１０７から成る積層体が形成されている。積層体の下層となる光反射性膜１０６は、厚さ約１μｍのＡｌ膜から形成されている。このＡｌ膜においては、発光素子試験装置のための光検出素子が通常対応を求められる波長２００ｎｍ〜１μｍのレーザ光について、透過率をほぼ０とすることができる。Ａｌから成る光反射性金属膜１０６には、直径ｄ１が約８μｍの多数の開口１０６ａが形成されており、受光面における開口率が約１０％とされている。また、光反射性金属膜１０６は第２導電型の不純物半導体領域１０４と接続されており、Ａｌ膜１０６の一部は、ワイヤボンディングのための電極パッド１０６Ｅとされている。これによって、別途電極パッドを設けることを省くことができている。

積層体の上層となる光無反射性のメッキ黒色膜１０７は、表面が凹凸構造の厚さ１．０〜１．５μｍの無電解黒ニッケルメッキによる層で形成されている。膜１０７には、膜１０６に形成された開口１０６ａと同心状に開口１０７ａが形成されている。この開口１０７ａの直径ｄ２は約１４μｍとされており、下層の膜１０６の開口１０６ａよりも大であることから、開口１０６ａの孔壁及び周縁には、表面が凹凸の不規則な形状の膜１０７が被覆されることなく、正確な開口率を設定することができる。

図３は、このような受光面の一部を上面側から撮影した拡大写真である。全体は、光無反射性のメッキ黒色膜１０７で覆われている。そして、直径ｄ２が約１４μｍの多数の開口１０７ａが形成されている。開口１０７ａの部分に撮影されているのは、その下層の光反射性金属膜１０６としてのＡｌ膜である。そのＡｌ膜には、直径ｄ１が約８μｍの開口１０６ａが同心状に形成されている。この開口１０６ａの部分に撮影されているのは、その下層の絶縁膜（ＳｉＯ_２）１０５であり、この部分をモニタ光Ｌが透過する。

図４は、図３における厚さ約１．２５μｍの無電解黒ニッケルメッキによる黒色膜１０７の拡大写真である。これから分かるように、黒色膜１０７は多数の粒状体（場合によっては針状体とも表現される。）から形成されており、このような表面の凹凸によって光を吸収し反射を防止している。
ここで、無電解黒ニッケルメッキは、無電解ニッケルメッキと化成処理を組み合わせたものであり、無電解ニッケルメッキにより下地メッキとしての無電解メッキをつけて、その無電解ニッケルの表面を薬品で溶解し、表面を黒い酸化物の細かい粒状結晶とするものである。この黒い表面は、ニッケルのリン酸塩皮膜が生成されており、Ｎｉ−Ｐ−Ｏの酸化皮膜層であるから、化学的に安定しており、さらに、下地メッキが無電解ニッケルなので、皮膜の寸法精度と耐食性に優れている。また、下地をつんだ後に化成処理を行うだけでなく、メッキを生成しながら化成処理を行うことも可能である。

また、無電解黒ニッケルメッキは、リン（Ｐ）を成分として含んでおり、リンの含有率は３〜１３％が好ましい。リンの含有率が低いと膜が結晶性のものとなり（粒状結晶とならず）、光沢を帯びた反射性のものとなり、リンの含有率が多いと結晶性が悪く膜としての強度が十分でなくなる。リンの含有率が３〜１３％の時には、微結晶性の膜が生成され、表面は粒状の凹凸となり、膜に入射した光が膜内部で反射を繰り返すうちに吸収されることにより無反射性が得られる。

このように、無電解黒ニッケルメッキによる黒色膜１０７が微細な粒状体から成ることによって、黒色膜１０７に入射したレーザー光は、膜内部で反射を繰返すうちに吸収されて、反射を顕著に低減されることになる。この粒状体の平均粒径は、効果的に光を吸収し反射を防止するためには０．１〜５μｍが望ましい。さらに望ましくは、平均粒径が０．５μｍ〜２μｍが望ましい。さらに、粒径範囲が０．１〜５μｍであると、より効果的であるとともに、反射防止機能がより均一的になされる。

光無反射性のメッキ黒色膜１０７における粒状体は、図４のような無電解黒ニッケルメッキによる粒状だけでなく、平面視での径が測定可能で平均粒径を求めることができるようなものであればよく、例えば、針状体や樹枝状体のものであってもよい。さらに、メッキ黒色膜１０７の表面の凹凸は、粒状体に限るものでなく、例えば、ポーラス状等であってもよい。

光反射性金属膜１０６としては、Ａｌ以外にも、例えばＺｎでもよく、レーザ光を遮蔽できる金属膜であればよい。また、光無反射性のメッキ黒色膜１０７としては、無電解黒ニッケルメッキによる黒色膜以外にも、メッキ法によるほぼ黒色の膜であって、表面が微細な凹凸構造をなし、対象とする波長２００ｎｍ〜１μｍ程度の範囲のレーザ光を十分に吸収し反射を防止するとともに、同レーザ光や高温度に対して耐性を備えるメッキ黒色膜であればよく、例えば、電気メッキによる酸化クロム膜、同じく電気メッキによる酸化ルテニウム膜等でもよい。なお、前記のとおりの、膜１０６がＡｌで膜１０７が無電解黒ニッケルメッキによる黒色膜が好ましいが、他に例示したものにおいては、膜１０６がＡｌで膜１０７が酸化クロム、膜１０６がＺｎで膜１０７が酸化ルテニウムの組合せも好ましい。

次に、ホトダイオード１０の製造方法について、図５〜７によって説明する。まず、図５（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１０１を用意する。ここでは、第１導電型をｎ型とし、基板１０１の厚みを０．３ｍｍとする。なお、実際には、半導体基板１０１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。
次に、半導体基板１０１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１０１の周辺領域（平面矩形環状）内に添加し、不純物半導体領域１０２を形成する。また、半導体基板１０１の下面の全面にもｎ型不純物（本例では燐）を半導体基板１０１内に添加し、不純物半導体層１０３を形成する。そして、図（ｂ）に示すように、基板１０１の表面及び裏面上には絶縁膜１０５、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、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜とする。不純物半導体領域１０２及び不純物半導体層１０３は、それぞれ表面抵抗率ρ＝１２Ω／ｓｑ、深さ１．５μｍとする。

次に、図（ｃ）に示すように、半導体基板１０１の表面中央領域に第２導電型の不純物を添加し、平面矩形状に不純物半導体領域１０４を形成する。ここでは、第２導電型はｐ型であり、添加物をボロンとし、表面抵抗率ρ＝４４Ω／ｓｑ、深さ０．５μｍに設定する。ｐ型不純物は、絶縁膜１０５を介してイオン注入法で添加することができる。

次に、図（ｄ）に示すように、表面側の絶縁層１０５に複数のコンタクトホール１０５ａを形成し、また、必要に応じて絶縁層１０５の周辺を取り除く。そのためには、これらの箇所以外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１０５をフッ酸水溶液等でエッチングすることにより行う。なお、裏面側の絶縁膜１０ｘは除去する。

次に、図６（ｅ）に示すように、絶縁膜１０５の上面の全面に、Ａｌの蒸着を施す。これによって、光反射性金属膜としてのＡｌ膜１０６が形成される。また、その際、Ａｌ膜は、前図（ｄ）のコンタクトホール１０５ａにも充填されて、第２導電型不純物半導体領域１０４との電気的な接続がなされる。次に、図（ｆ）に示すように、直径約８μｍの多数の開口１０ｙａをパターニングしたホトレジスト１０ｙをＡｌ膜１０６上に形成する。次に、エッチングによって、Ａｌ膜１０６に開口１０６ａを形成するとともに、周辺部も除去している。ここで、開口１０６ａの寸法精度を良くするために、エッチングは、ドライエッチングとすることが望ましい。その後、ホトレジスト１０ｙを除去して、図（ｇ）のとおりの多数の開口１０６ａがパターニングされたＡｌ膜１０６を得る。

次に、Ａｌ膜の上に光無反射性のメッキ黒色膜１０７を無電解黒ニッケルメッキによって形成する。その際、メッキはネガレジストに対して耐性を有することを利用する。図７（ｈ）に示すように、Ａｌ膜１０６の表面を残そうとする部分に厚さ約１μｍのネガレジスト１０Ｚを形成する。具体的には、Ａｌ膜１０６の開口１０６ａ内とその周縁で直径約１４μｍの部分１０Ｚ１と、ワイヤボンディングのための電極パッドとする部分１０Ｚ２にネガレジスト１０Ｚを形成する。その上から、無電解黒ニッケルメッキを施し、厚さ約１．２５μｍの黒色膜１０７を形成する。メッキを行なった後、ネガレジスト１０Ｚを有機溶剤によって除去することで、図（ｉ）のとおりの黒色膜１０７を得ることができる。黒色膜１０７には、Ａｌ膜１０６の各開口１０６ａと同心状に開口１０７ａが形成されており、また、Ａｌ膜１０６の一部であって電極パッド１０６Ｅの部分が露出している。ここで、精度の良い所定の開口率とするためには、Ａｌ膜１０６の開口１０６ａの周縁を黒色膜１０７が覆うことを防止する必要があり、黒色膜１０７の開口１０７ａをＡｌ膜１０６の開口１０６ａよりも大きく設定している。

次に、図（ｊ）に示すように、第１導電型不純物半導体領域１０３の裏面に電極１０８を形成する。この裏面電極１０８は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造とする。本実施形態のホトダイオード１０をダイボンドする際に、樹脂を使用したダイボンドによると、樹脂硬化のために紫外線ＵＶを照射したときに、アウトガスが発生して、素子のＵＶ感度が劣化することから、裏面電極をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造としておき、金属の共晶によってダイボンドすることが好ましい。

本実施形態におけるホトダイオード１０では、開口率を１０％に設定した場合、本発明者らが既に開発した前記特許文献２の素子と同様に、開口率１００％の素子に対して、入射光量に対する出力電流の線形性が保たれる範囲で表す飽和特性を約１０倍に向上することができる。本実施形態においては、このような特性を保持した上で、図８に示すとおり、波長２００ｎｍから８００ｎｍ以上に渡って、ホトダイオード１０全体の反射率は、５〜８％という低い値となっている。なお、図８では、メッキ黒色膜１０７としての無電解黒ニッケルメッキ層の厚みは１．２５μｍであり、レーザ光の入射角度を、１０，２０，３０度とした場合を示している。また、下層がＡｌ膜１０６、上層が無電解黒ニッケルメッキによる黒色膜１０７で形成される積層体のみの部分での、反射率は、図９に示すとおり、１０００ｎｍ（１μｍ）に至るまで、わずか零点数パーセントのほぼ０に近い値である。この場合も、無電解黒ニッケルメッキ層の厚みは１．２５μｍであり、レーザ光の入射角度を、８，２１，３０，４５度とした場合を示している。
これらの図からわかるように、開口率の設定によって、ホトダイオード１０全体の反射率も変化し、開口率を１０％よりも下げると、反射率もさらに低下する。

また、本実施形態においては、Ａｌ膜１０６の開口１０６ａの直径ｄ１を８μｍ、黒色膜１０７の開口１０７ａの直径ｄ２を１４μｍに設定したが、このような値に限るものではなく、この差を小さくすれば、黒色膜がＡｌ開口にかかる可能性は生じるものの、ホトダイオード全体の反射率はさらに低下させることができる。

また、本実施形態においては、ネガレジスト１０ＺでＡｌ膜１０６の所定部分をマスクして、黒色膜１０７を形成したが、ネガレジストを用いずに、Ａｌ膜１０６の全面にメッキ黒色膜１０７を形成した後、Ａｌ膜１０６の開口１０６ａの内壁面内及び電極パッド部のメッキ黒色膜をエッチングによって除去するようにしてもよい。また、本実施形態においては、光反射性金属膜１０６の一部が電極パッドとなるようにしたが、これとは別途に電極パッドを設けてもよい。また、本実施形態においては、絶縁膜１０５を備えているが、必ずしもこれを必須とするものではない。

本発明の実施形態の発光素子試験装置１の構成を示す概念図である。 本発明の実施形態における光検出素子であるホトダイオード１０の断面図である。 本発明の実施形態におけるホトダイオード１０の一部を上方から撮影した写真である。 本発明の実施形態における光無反射性のメッキ黒色膜を上方から撮影した拡大写真である。 本発明の実施形態におけるホトダイオード１０の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるホトダイオード１０の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるホトダイオード１０の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるホトダイオード１０の表面の反射率を示す図である。 本発明の実施形態における光無反射性のメッキ黒色膜の反射率を示す図である。 従来のホトダイオードの構成を示す断面図である。

符号の説明

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、１０‥ホトダイオード、１０１‥半導体基板、１０２、１０３‥第１導電型不純物半導体領域、１０４‥第２導電型不純物半導体領域、１０５‥絶縁膜、１０５ａ‥コンタクトホール、１０６‥光反射性金属膜、１０６ａ‥開口、１０７‥光無反射性のメッキ黒色膜、１０７ａ‥開口、１０８‥裏面電極

Claims (6)

1. 第1導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の上面の一部に形成された第２導電型の不純物半導体領域と、
   前記第２導電型の不純物半導体領域の上面側の受光面に、多数の開口を有する積層体を備え、
   前記積層体は、下層を形成する光反射性金属膜、及び上層を形成して表面の多数の凹凸により光反射を低減する光無反射性のメッキ黒色膜から成ることを特徴とする光検出素子。
2. 前記光無反射性のメッキ黒色膜の表面の多数の凹凸は、粒状体により形成されており、その平均粒径が０．１〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
3. 前記光反射性金属膜の金属はＡｌであり、前記光反射性金属膜は前記第２導電型の不純物半導体領域と接続されて、その一部が電極とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光検出素子。
4. 前記光無反射性のメッキ黒色膜は、無電解黒ニッケルメッキによる黒色膜であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光検出素子。
5. 前記光反射性金属膜の開口よりも前記光無反射性のメッキ黒色膜の開口が、大であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光検出素子。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出素子を備えることを特徴とする発光素子試験装置。