JP2011142233A

JP2011142233A - 受光素子

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Publication number: JP2011142233A
Application number: JP2010002344A
Authority: JP
Inventors: Yuji Higuchi; 祐史樋口; Shoji Kanda; 昌司神田; Katsunori Michiyama; 勝教道山; Noboru Endo; 昇遠藤; Takamasa Okura; 孝允大倉; Tetsuo Fujii; 哲夫藤井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2011-07-21

Abstract

【課題】光の入射角度を規定することができるようにしながらも、体格の増大が抑制された受光素子を提供する。
【解決手段】半導体基板と、半導体基板の一面側に形成された、光を検知して、検知した光を電気信号に変換する受光部と、を備え、受光部の形成面の裏面が光の入射面とされた受光素子であって、半導体基板の厚さ方向にトレンチが形成され、該トレンチによって、受光部の受光面と、半導体基板内に入射した光の進行方向とが成す光の入射角度を規定した。
【選択図】図２

Description

本発明は、光を検知して、検知した光を電気信号に変換する受光部と、該受光部が形成された半導体基板と、を備え、受光部の形成面の裏面が光の入射面とされた受光素子に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、半導体基板の一面側にｐ−ｉ−ｎ型受光素子が形成され、半導体基板の裏面側に反射層が形成され、反射層から露出した半導体基板の裏面（受光窓）が光の入射面とされた受光素子が提案されている。このように、特許文献１に記載の構成では、裏面に入射して、半導体基板を透過した光をｐ−ｉ−ｎ型受光素子によって検出するので、半導体基板を透過する波長を有する光（半導体基板がシリコンの場合、赤外線）を検出することができる。

特許平８−１８０９０号広報

ところで、特許文献１に示される受光素子では、ｐ−ｉ−ｎ型受光素子に入射する光の入射角度を規定するために、半導体基板の裏面をｐ−ｉ−ｎ型受光素子の形成領域よりも広く形成し、且つ受光窓を除く裏面全面に反射層を形成している（特許文献１の図３（ｃ）参照）。このように、特許文献１に示される構成の場合、光の入射角度を規定するために、半導体基板の裏面に、比較的広い範囲に渡って、反射層を形成する領域を確保しなくてはならないので、半導体基板の体格が増大する、という問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、光の入射角度を規定することができるようにしながらも、体格の増大が抑制された受光素子を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板と、半導体基板の一面側に形成された、光を検知して、検知した光を電気信号に変換する受光部と、を備え、受光部の形成面の裏面が光の入射面とされた受光素子であって、半導体基板の厚さ方向にトレンチが形成され、該トレンチによって、受光部の受光面と、半導体基板内に入射した光の進行方向とが成す光の入射角度を規定したことを特徴とする。

従来技術のように、半導体基板の裏面に、受光部へ入射する光の入射角度を規定する反射層が形成された構成の場合、半導体基板の裏面に対して斜め方向から入射してくる光が、半導体基板を介して受光部に入射することを抑制するために、半導体基板の裏面における、受光部から離れた領域にも反射層を形成しなくてはならない。このため、反射層の形成領域が広範囲に及ぶことになる。

これに対して、本発明では、半導体基板の厚さ方向にトレンチが形成されている。これによれば、トレンチによって、半導体基板の裏面に対して斜め方向から入射してくる光が、半導体基板を介して受光部に入射することを抑制することができる。また、半導体基板の裏面に反射層が形成された構成とは異なり、半導体基板の裏面に、比較的広い範囲に渡って反射層を形成する領域を確保する必要がなく、トレンチを形成するための面積だけを確保すれば良いので、体格の増大が抑制される。

請求項２に記載のように、トレンチが、半導体基板に複数形成された構成が好適である。これによれば、受光部に入射する光の入射角度をより効果的に規定することができる。

例えば、受光部の周囲を全て取り囲むように、複数のトレンチが形成された場合、受光部に入射する光を、受光部の受光面に対して垂直方向を中心とする、所定の範囲までの入射角を持つ光に限定することができる。

また、受光部の周囲の一部を取り囲むように、複数のトレンチが形成された場合、トレンチが形成された側から受光面に入射してくる光を、受光面に対して垂直方向から所定の範囲までの入射角を持つ光に限定することができる。なお、もちろんではあるが、トレンチが形成されていない側から受光面に入射してくる光の入射角度は、規定されない。したがって、この場合、受光部には、トレンチが形成された方向からは、トレンチによって規定された、受光面に対して垂直方向から所定の範囲までの入射角を持つ光が入射され、トレンチが形成されていない方向からは、トレンチによって入射角度が規定されない光が入射される。このように、トレンチの形成位置を適宜変更することで、トレンチが形成された側から受光面に入射する光の入射角度のみを規定することができる。

なお、受光部の受光面と、半導体基板に入射した光の進行方向とが成す角度を入射角度θとし、トレンチの受光部側の側面から、その側面とは離れた受光部の端部までの距離をａ、トレンチの入射面側の端部から受光部の受光面までの距離をｂとすると、上記した入射角度θは、ｔａｎθ＝ｂ／ａという関係式を満たす。この入射角度θを用いると、上記した所定の範囲の入射角は９０°−θと表される。

請求項３に記載のように、受光部は、半導体基板において、互いに所定の間隔を置いて複数形成され、トレンチは、半導体基板における、複数形成された受光部の間の領域に形成された構成が好適である。

以下においては、複数の受光部の内、半導体基板の一面に沿うｘ方向に並んで配置された２つの受光部それぞれを、第１受光部、第２受光部と示し、半導体基板における第１受光部と第２受光部との間の領域に形成されたトレンチを、第１受光部及び第２受光部それぞれに共通のトレンチなので、共通トレンチと示して、請求項３及び請求項４に記載の発明の効果を説明する。

上記構成の場合、共通トレンチによって、ｘ方向における第２受光部側から裏面（以下、入射面と示す）に入射した光が、第１受光部に入射することが抑制され、ｘ方向における第１受光部側から入射面に入射した光が、第２受光部に入射することが抑制される。したがって、第１受光部は、ｘ方向において第１受光部側から入射してくる光を検出し、第２受光部は、ｘ方向において第２受光部側の光を検出する。このように、第１受光部と第２受光部とは、ｘ方向において、異なる入射方向の光を検出する。したがって、例えば、ｘ方向が車両の車幅方向と一致するように、受光素子を車両に配置することで、第１受光部によって、車両の左側から受光素子に入射する太陽光を検出し、第２受光部によって、車両の右側から受光素子に入射する太陽光を検出することができる。このように、請求項３に記載の受光素子は、例えば、車両用の日射センサに適用することができる。

請求項４に記載のように、トレンチは、半導体基板における、複数形成された受光部の間の領域だけではなく、その間の領域とは異なる領域に、受光部と所定の間隔を置いて形成されても良い。これによれば、各受光部専用に設けられたトレンチによって、受光部に入射する光の入射角度をさらに規定することができる。

例えば、トレンチが、半導体基板における第１受光部と第２受光部との間の領域だけではなく、半導体基板の一面に沿い、且つｘ方向に対して垂直なｙ方向において、第１受光部の両側に所定の間隔を置いて形成され、第２受光部の両側にも所定の間隔を置いて形成された場合を説明する。この場合、共通トレンチによって、ｘ方向における第２受光部側から入射面に入射した光が第１受光部に入射することが抑制され、ｘ方向における第１受光部側から入射面に入射した光が第２受光部に入射することが抑制される。また、第１受光部専用に設けられた２つのトレンチによって、ｙ方向から入射面に入射した光が第１受光部に入射することが抑制され、第２受光部専用に設けられた２つのトレンチによって、ｙ方向から入射面に入射した光が第２受光部に入射することが抑制される。このように、各受光部それぞれに設けられた専用のトレンチによって、ｙ方向側から入射面に入射する光が、第１受光部及び第２受光部それぞれに入射することが抑制される。したがって、各受光部のｘ方向側から入射面に入射する光の検出精度が向上される。

請求項９に記載のように、トレンチは、前記半導体基板の厚さ方向に溝部として形成されるものであって、その溝部内が空洞のままとしても良い。これによっても、半導体基板に形成された溝部の内壁面と空気との境界にて、半導体基板に入射した光の一部が反射され、屈折される。したがって、トレンチを介して受光部へ光が入射することが妨げられる。しかしながら、請求項５〜７に記載のように、溝部の空洞が、光を反射する反射材料、光を遮光する遮光材料、若しくは半導体基板の構成材料とは光の屈折が異なる屈折材料によって充填された構成としても良い。

例えば、溝部の空洞が反射材料によって充填された場合、半導体基板を介してトレンチに達した光が、反射材料によって反射され、その反射された光の一部が受光部に入射する。このため、受光部の検出感度を向上させることができる。

なお、上記した屈折材料としては、請求項８に記載のように、光の透過率が電圧印加によって変動する液晶材料を採用することもできる。液晶材料に印加する電圧を調整することで、トレンチを透過する光の量を調整することができる。

請求項１０に記載のように、トレンチは、半導体基板の入射面側から一面側に向かって形成されても良いし、請求項１１に記載のように、半導体基板の一面側から入射面側に向かって形成されても良い。請求項１０に記載の構成の場合、トレンチが、入射面側から形成されるので、請求項１１に記載の構成と比べて、受光部に入射する光の入射角度をより狭く規定することができる。請求項１１に記載の構成の場合、トレンチを、受光部を形成する過程で形成することができるので、請求項１０に記載の構成と比べて、製造工程を簡素化することができる。

請求項１２に記載のように、半導体基板の入射面側に、光を遮光する遮光膜が形成された構成を採用することもできる。これによれば、トレンチと遮光膜とによって、受光部に入射する光の入射角度を規定することができる。なお、請求項１に記載のように、トレンチが、受光部に入射する光の入射角度を規定する構成となっているので、遮光膜単体によって、受光部に入射する光の入射角度を規定する構成と比べて、遮光膜を形成するための面積が小さくなる。このように、請求項１２に記載の発明の場合、受光部に入射する光の入射角度を規定しつつ、半導体装置の体格が増大することが抑制される。

請求項１３に記載のように、遮光膜が、受光部の直上に位置する、半導体基板の入射面側に形成された構成を採用することもできる。これによれば、受光部の直上とは異なる位置の入射面側に、遮光膜を形成するための面積を確保しなくとも良いので、遮光膜の形成による受光素子の体格の増大が抑制される。

請求項１４に記載のように、半導体基板の一面の縁に沿って、複数の接続パッドが形成され、半導体基板は、接続パッドに設けられたハンダボールを介して、マザーボードに機械的及び電気的に接続された構成が好ましい。これによれば、半導体基板の一面（受光部の形成面）が、接続パッドと、ハンダボールと、マザーボードとによって覆われるため、外光が受光部に直接入射することが抑制される。

第１実施形態に係る受光素子の概略構成を示す上面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。受光素子に入射する光の入射角度に対する受光部の出力特性を示すグラフである。半導体基板がマザーボードに搭載された状態を示す断面図である。受光素子の変形例を示す上面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。受光素子の変形例を示す上面図である。受光素子の変形例を示す上面図である。受光素子の変形例を示す上面図である。受光素子の変形例を示す上面図である。受光素子の変形例を示す断面図である。受光素子の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る受光素子の概略構成を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、受光素子に入射する光の入射角度に対する受光部の出力特性を示すグラフである。図４は、半導体基板がマザーボードに搭載された状態を示す断面図である。

以下においては、図１に示すように、半導体基板１０の表面に沿い、紙面に対して左側に向かう方向を左方向、該左方向を反転した方向を右方向とする。そして、左右方向に交差して、紙面に対して上側に向かう方向を前方向、該前方向を反転した方向を後方向とする。また、図２に示すように、半導体基板１０の厚さ方向に沿い、一面１０ａから、その裏面１０ｂに向かう方向を上方向、該上方向を反転した方向を下方向とする。

受光素子１００は、要部として、半導体基板１０と、受光部２０と、トレンチ３０と、を有する。本実施形態に係る受光素子１００は、上記した構成部材１０〜３０の他に、半導体基板１０を搭載するマザーボード４０と、マザーボード４０と半導体基板１０とを機械的及び電気的に接続するハンダボール５０と、を有する。

図１及び図２に示すように、半導体基板１０の表面１０ａ側に受光部２０が形成され、裏面１０ｂから表面１０ａに向かってトレンチ３０が形成されている。裏面１０ｂが光の入射面となっており、受光部２０は、半導体基板１０を透過した光を受光する。本実施形態に係る半導体基板１０は、シリコンによって形成されており、シリコンは、太陽光の内、赤外線を透過する性質を有する。したがって、受光部２０には、赤外線が入射することとなる。以下においては、表面１０ａを形成面１０ａと示し、裏面１０ｂを入射面１０ｂと示す。

図４に示すように、形成面１０ａには、受光部２０と配線パターン（図示略）を介して電気的に接続された複数の接続パッド１１が形成されている。複数の接続パッド１１それぞれは、半導体基板１０の縁に沿って形成されており、これら接続パッド１１によって、受光部２０が囲まれている。複数の接続パッド１１それぞれは、マザーボード４０の対応するパッド４１それぞれと、ハンダボール５０を介して機械的及び電気的に接続される。これら半導体基板１０とマザーボード４０との接続部位１１，５０，４１は、絶縁性を有する被覆樹脂５１によって被覆保護される。このような接続構成を採用することで、半導体基板１０と、接続パッド１１と、ハンダボール５０と、パッド４１と、マザーボード４０と、被覆樹脂５１とによって、形成面１０ａにおける受光部２０を含む空間が密閉されている。この結果、受光部２０に、外光が直接入射することが抑止される。

受光部２０は、光を検知して、検知した光を電気信号に変換するものである。受光部２０は、形成面１０ａの表層に高濃度のｎ型埋込層が形成され、その埋込層の上に、エピタキシャル成長法によって低濃度のｎ型層が形成され、この低濃度層の表層にイオン注入や拡散法などによって高濃度のｐ型層が形成されてなるｐ−ｉ−ｎ型受光素子である。図１及び図２に示すように、受光部２０は、半導体基板１０の形成面１０ａ側に形成されており、トレンチ３０よりも左方向に形成された第１受光部２１と、トレンチ３０よりも右方向に形成された第２受光部２２と、を有する。第１受光部２１と第２受光部２２とは、トレンチ３０を介して、左右方向に対称となるように形成されている。

トレンチ３０は、受光部２０に入射する光の入射角度を規定するものである。トレンチ３０は、半導体基板１０を厚さ方向にエッチングすることで形成された溝部３１と、該溝部３１内を充填する反射材料３２と、によって構成される。溝部３１は、入射面１０ｂ側から形成面１０ａ側に向かってエッチングすることで形成され、トレンチ３０の開口端が入射面１０ｂ側に形成されている。反射材料３２は、光を反射する材料であり、本実施形態では、アルミニウムを採用している。このアルミニウムは、スパッタリングによって、溝部３１内に充填される。図１及び図２に示すように、本実施形態に係るトレンチ３０は、第１受光部２１と第２受光部２２との間に位置し、且つトレンチ３０の前後方向に沿う長さが、各受光部２１，２２の前後方向に沿う長さよりも長くなっている。

以下、トレンチ３０によって規定される光の入射角度を、図３に基づいて説明する。図３に示す横軸は、各受光部２１，２２の受光面２１ａ，２２ａと、右方向側から半導体基板１０に入射した光の進行方向が成す入射角度θ［deg］を示す。縦軸は、各受光部２１，２２の信号強度を示し、その単位は任意単位［a.u.］である。図３に実線で示す曲線が、第１受光部２１の入射角度θに対する出力特性Ｉ_１（θ）を示し、波線で示す曲線が、第２受光部２２の入射角度θに対する出力特性Ｉ_２（θ）を示す。

入射角度θが０°の場合、光の照射方向と、入射面１０ｂとが平行になるので、光は半導体基板１０に入射せず、各受光部２１，２２の信号強度はゼロのままである。しかしながら、入射角度θが０°から増大すると、半導体基板１０に入射し、且つ各受光部２１，２２に入射する光の量も増大し始める。入射角度θが９０°に達すると、各受光部２１，２２に入射する光の量が最大となり、各受光部２１，２２の信号強度が最大となる。入射角度θが９０°からさらに増大すると、各受光部２１，２２の信号強度が減少し始め、やがてゼロとなる。このように、各受光部２１，２２の出力特性Ｉ_１（θ）,Ｉ_２（θ）いずれも、入射角度９０°で最高となり、入射角度が９０°より増大若しくは減少するに従って減少する。

ところで、図３に示すように、各受光部２１，２２の出力特性Ｉ_１（θ）,Ｉ_２（θ）それぞれは、入射角度９０°を介して非対称となっている。詳しく言えば、第１受光部２１は、右方向側から半導体基板１０に入射する光（入射角度θが０°〜９０°の光）の検出範囲よりも、左方向側から半導体基板１０に入射する光（入射角度θが９０°〜１８０°の光）の検出範囲が広くなっている。これとは反対に、第２受光部２２は、左方向側から半導体基板１０に入射する光の検出範囲よりも、右方向側から半導体基板１０に入射する光の検出範囲が広くなっている。これは、トレンチ３０によって、各受光部２１，２２に入射する光の入射角度が規定されるためである。

以下においては、第２受光部２２の信号強度がゼロから増大し始める角度をθ_１と示し、第１受光部２１の信号強度がゼロから増大し始める角度をθ_２と示す。入射角度θ_１は、入射面１０ｂに入射した光が、第２受光部２２の受光面２２ａに到達し始める最小検出角度を示しており、トレンチ３０に依存しない性質を有している。これに対して、入射角度θ_２は、図２に示すように、トレンチ３０に依存する性質を有しており、トレンチ３０によって規定される最大規定角度を示している。入射角度θ_２は、トレンチ３０の左方向側の側面から、第１受光部２１の左方向側の端面までの距離をａ、入射面１０ｂから第１受光部２１の受光面２１ａまでの距離をｂとすると、ｔａｎθ_２＝ｂ／ａという関係式を満たす。

上記したように、第１受光部２１と第２受光部２２とは、トレンチ３０を介して、左右方向に対称となるように形成されている。したがって、トレンチ３０の右方向側の側面から第２受光部２２の右方向側の端面までの距離をｃとすると、この距離ｃは距離ａに等しく、入射面１０ｂから第２受光部２２の受光面２２ａまでの距離をｄとすると、この距離ｄは距離ｂに等しい。したがって、上記した関係式は、ｔａｎθ_２＝ｄ／ｃと書き直すこともできる。この関係式は、入射角度θを、各受光部２１，２２の受光面２１ａ，２２ａと、左方向側から半導体基板１０に入射した光とが成す角度と定義した場合に成立する。

先ず、右方向側から半導体基板１０に光が入射する場合（入射角度θが０°〜９０°の場合）を考える。入射角度θが最小検出角度θ_１よりも小さい場合、光は、形成面１０ａ（受光面２１ａ，２２ａ）に到達せず、各受光部２１，２２の信号強度はゼロのままである。入射角度θが徐々に増大して、最小検出角度θ_１に到達すると、第２受光部２２の受光面２２ａに光が到達し始め、第２受光部２２の信号強度がゼロから徐々に増大し始める。一方、第１受光部２１の信号強度は、以前ゼロのままである。これは、入射面１０ｂから第１受光部２１の受光面２１ａに向かう光がトレンチ３０によって完全に遮断されるためである。入射角度θがさらに増大して、最大規定角度θ_２に達すると、入射面１０ｂから受光面２１ａに向かう光の一部がトレンチ３０によって遮断されるものの、受光面２１ａにも光が到達し始め、第１受光部２１の信号強度もゼロから徐々に増大し始める。以下、入射角度θが９０°に達するまで各受光部２１，２２の信号強度は増大し、入射角度θが９０°に達すると、その信号強度が最大となる。上記したように、入射角度θが０°〜９０°の範囲では、入射面１０ｂから受光面２１ａに向かう光の一部がトレンチ３０によって遮断されるために、第１受光部２１の受光面２１ａに入射する光の量は、第２受光部２２の受光面２２ａに入射する光の量と比べて少ない。したがって、第１受光部２１の信号強度は、第２受光部２２の信号強度と比べて小さくなる。なお、光の入射角度θが９０°の場合、入射面１０ｂから受光面２１ａ，２２ａに向かういずれの光も、トレンチ３０によって遮断されないので、各受光部２１，２２の信号強度は同一となる。

次に、左方向側から半導体基板１０に光が入射する場合（入射角度θが９０°〜１８０°の場合）を考える。入射角度θが９０°から増大すると、各受光部２１，２２の受光面２１ａ，２２ａに入射する光の量が減少し始め、各受光部２１，２２の信号強度が減少し始める。入射角度θが９０°〜１８０°の範囲では、入射面１０ｂから受光面２２ａに向かう光の一部がトレンチ３０によって遮断されるため、第２受光部２２の受光面２２ａに入射する光の量は、第１受光部２１の受光面２１ａに入射する光の量と比べて少なくなる。したがって、第２受光部２２の信号強度は、第１受光部２１の信号強度と比べて小さくなる。入射角度θがさらに増大して、１８０−θ_２°に達すると、入射面１０ｂから第２受光部２２の受光面２２ａに向かう光がトレンチ３０によって完全に遮断され、第２受光部２２の信号強度がゼロとなる。そして、入射角度θが、１８０−θ_１°に達すると、第１受光部２１の受光面２２ａに達する光もゼロとなり、第１受光部２１の信号強度もゼロとなる。

ところで、トレンチ３０は、溝部３１内が反射材料３２によって充填されたものなので、トレンチ３０に入射した光は、反射材料３２によって反射される。したがって、反射材料３２によって反射された光の一部は、入射角度θがθ_１〜９０°の場合、第２受光部２２に入射し、入射角度θが９０°〜１８０−θ_１°の場合、第１受光部２１に入射する。このように、入射角度θがθ_１〜９０°の場合、第２受光部２２には、半導体基板１０を介した光だけではなく、半導体基板１０を介して反射材料３２によって反射された光が入射される。また、入射角度θが９０°〜１８０−θ_１°の場合、第１受光部２１には、半導体基板１０を介した光だけではなく、半導体基板１０を介して反射材料３２によって反射された光が入射される。

以上、示したように、第１受光部２１と第２受光部２２との間に位置するトレンチ３０によって、左右方向における、第１受光部２１へ入射する光の入射角度が、第２受光部２２よりも左方向に規定され、第２受光部２２へ入射する光の入射角度が、第１受光部２１よりも右方向に規定される。

次に、本実施形態に係る受光素子１００の作用効果を説明する。上記したように、本実施形態では、受光部２０へ入射する光の入射角度を規定するトレンチ３０が、半導体基板１０の厚さ方向に形成されている。これによれば、入射面１０ｂに対して斜め方向から入射してくる光が、半導体基板１０を介して受光部２０に入射することが、トレンチ３０によって抑制される。また、反射層が入射面に形成された構成とは異なり、入射面１０ｂに、比較的広い範囲に渡って反射層を形成する領域を確保する必要がなく、トレンチ３０の形成面積のみを確保すれば良い。これにより、受光素子１００の体格の増大が抑制される。

本実施形態では、受光部２０が、トレンチ３０よりも左方向に形成された第１受光部２１と、トレンチ３０よりも右方向に形成された第２受光部２２と、を有する。これによれば、第１受光部２１と第２受光部２２との間に位置するトレンチ３０によって、第１受光部２１へ入射する光の入射角度が、第２受光部２２よりも左方向に規定され、第２受光部２２へ入射する光の入射角度が、第１受光部２１よりも右方向に規定される。したがって、第１受光部２１と第２受光部２２それぞれの出力信号に基づいて、光が左方向側から入射面１０ｂに入射しているのか、それとも右方向側から入射面１０ｂに入射しているのかを、判定することができる。例えば、第１受光部２１の信号強度が第２受光部２２の信号強度よりも大きい場合、左方向側から受光素子１００に光が入射していると判定される。これとは反対に、第２受光部２２の信号強度が第１受光部２１の信号強度よりも大きい場合、右方向側から受光素子１００に光が入射していると判定される。なお、第１受光部２１と第２受光部２２それぞれの信号強度が同一の場合、前後方向、若しくは上方向から受光素子１００に光が入射していると判定される。

したがって、例えば、左右方向が車両の車幅方向と一致するように、受光素子１００を車両に配置することで、第１受光部２１によって、車両の左側から受光素子１００に入射する太陽光を検出し、第２受光部２２によって、車両の右側から受光素子１００に入射する太陽光を検出することができる。このように、本実施形態に係る受光素子１００を、例えば、車両用の日射センサに適用することができる。

本実施形態に係るトレンチ３０は、半導体基板１０を厚さ方向にエッチングすることで形成された溝部３１と、溝部３１内を充填する反射材料３２とによって構成されている。したがって、トレンチ３０に入射した光は、反射材料３２によって反射され、その反射された光の一部が受光部２０に入射するので、受光部２０の検出感度を向上することができる。

本実施形態では、トレンチ３０が、入射面１０ｂ側から形成された例を示した。トレンチ３０によって規定される最大規定角度θ_２は、トレンチ３０の入射面１０ｂ側の部位から各受光部２１，２２の受光面２１ａ，２２ａまでの距離に依存するので、トレンチ３０が形成面１０ａ側から形成された構成と比べて、光の入射角度をより狭く規定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

以下、図５〜図１２に基づいて、受光素子の変形例を示す。なお、図５は、受光素子の変形例を示す上面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７〜図１０は、受光素子の変形例を示す上面図である。図１１及び図１２は、受光素子の変形例を示す断面図である。

本実施形態では、図１及び図２に示すように、トレンチ３０が、半導体基板１０における、第１受光部２１と第２受光部２２との間の領域に形成された例を示した。しかしながら、トレンチ３０を、半導体基板１０における、第１受光部２１と第２受光部２２との間の領域だけではなく、その間の領域とは異なる領域に、各受光部２１，２２と所定の間隔を置いて形成しても良い。これによれば、各受光部２１，２２専用に設けられたトレンチ３０によって、各受光部２１，２２に入射する光の入射角度をさらに規定することができる。

例えば、図５及び図６に示すように、トレンチ３０が、半導体基板１０における、第１受光部２１と第２受光部２２との間の領域だけではなく、前後方向において、第１受光部２１の両側に所定の間隔を置いて形成され、第２受光部２２の両側に所定の間隔を置いて形成された構成を採用することができる。

以下、図５及び図６に示す構成の効果を説明するために、第１受光部２１と第２受光部２２との間に形成されたトレンチ３０を共通トレンチ３３、第１受光部２１専用に設けられた２つのトレンチ３０をトレンチ３４ａ，３４ｂ、第２受光部２２専用に設けられた２つのトレンチ３０をトレンチ３５ａ，３５ｂと示す。

図５及び図６に示す構成の場合、共通トレンチ３３によって、右方向側から入射面１０ｂに入射した光が第１受光部２１に入射することが抑制され、左方向側から入射面１０ｂに入射した光が第２受光部２２に入射することが抑制される。また、第１受光部２１専用に設けられた２つのトレンチ３４ａ，３４ｂによって、前後方向から入射面１０ｂに入射した光が第１受光部２１に入射することが抑制され、第２受光部２２専用に設けられた２つのトレンチ３５ａ，３５ｂによって、前後方向から入射面１０ｂに入射した光が第２受光部２２に入射することが抑制される。このように、各受光部２１，２２それぞれに設けられた専用のトレンチ３４ａ〜３５ｂによって、前後方向側から入射面１０ｂに入射する光が、各受光部２１，２２に入射することが抑制されるので、各受光部２１，２２の左右方向側から入射面１０ｂに入射する光の検出精度が向上される。また、各受光部２１，２２の信号強度が同一の場合、上方向側から入射面１０ｂに光が入射していると判定することもできる。

本実施形態では、受光部２０が、第１受光部２１と、第２受光部２２と、を有する例を示した。しかしながら、図７〜図１０に示すように、受光部２０の数は２個に限定されず、単数でも、３つ以上でも良い。

例えば、図７に示すように、受光部２０が、第１受光部２１と第２受光部２２の他に、前後方向において、第２受光部２２と並んで形成される第３受光部２３を有する構成を採用することもできる。この場合、半導体基板１０における、第２受光部２２と第３受光部２３との間の領域にトレンチ３０が新たに設けられる。新たに設けられたトレンチ３０によって、第２受光部２２と第３受光部２３とに入射する、前後方向側から入射面１０ｂに入射する光の入射角度が規定されるので、第２受光部２２と第３受光部２３それぞれの出力信号に基づいて、光が前方向側から入射面１０ｂに入射しているのか、それとも後方向側から入射面１０ｂに入射しているのかを、判定することができる。

また、図８に示すように、受光部２０が、第１受光部２１〜第３受光部２３の他に、前後方向において第１受光部２１と並び、左右方向において第３受光部２３と並ぶように形成された第４受光部２４を有する構成を採用することもできる。この場合、半導体基板１０における、第３受光部２３と第４受光部２４との間の領域と、第４受光部２４と第１受光部２１との間の領域とにトレンチ３０が新たに設けられる。これによれば、左前方向側から入射面１０ｂに入射する光を第４受光部２４によって検出し、右前方向側から入射面１０ｂに入射する光を第３受光部２３によって検出し、右後方向側から入射面１０ｂに入射する光を第２受光部２２によって検出し、左後方向側から入射面１０ｂに入射する光を第１受光部２１によって検出することができる。

なお、図９に示すように、図８に示す複数のトレンチ３０を、１つに連結しても良い。これによれば、トレンチ３０によって、各受光部２１〜２４が分離されるので、トレンチ３０による光の入射角度の規定をより確実とすることができる。

また、受光部２０の周囲を全て取り囲むように、複数のトレンチ３０が形成された構成を採用することもできる。この場合、受光部２０に入射する光を、受光部２０の受光面に対して垂直方向を中心とする、所定の範囲までの入射角を持つ光に限定することができる。したがって、受光部２０を、例えば、周囲の照度を検出する照度センサに適用することができる。上記した構成としては、例えば、図１０に示す構成が採用される。図１０では、半導体基板１０における、受光部２０に対する四方に位置する４つの領域全てにトレンチ３０が形成されている。

図１１に示すように、受光部２０の直上の入射面１０ｂに、遮光膜６０が形成された構成を採用することもできる。これによれば、トレンチ３０と遮光膜６０とによって、受光部２０に入射する光の入射角度θをさらに大きくすることができる。すなわち、入射角度θをより狭くすることができる。また、受光部２０の直上に位置する入射面１０ｂに遮光膜６０が形成されるので、受光部２０の直上とは異なる位置の入射面１０ｂに遮光膜６０が形成される構成と比べて、遮光膜６０の形成による受光素子１００の体格の増大が抑制される。

本実施形態では、トレンチ３０が、入射面１０ｂ側から形成される例を示した。しかしながら、図１２に示すように、トレンチ３０を、形成面１０ａから形成しても良い。これによれば、トレンチ３０を、受光部２０を形成する過程で形成することができるので、製造工程を簡素化することができる。

本実施形態では、トレンチ３０が、溝部３１と、反射材料３２とによって構成される例を示した。しかしながら、溝部３１を充填する材料としては、反射材料３２に限定されず、例えば、光を遮光する遮光材料、若しくは半導体基板１０の構成材料であるシリコンとは光の屈折が異なる屈折材料を採用することができる。溝部３１が遮光材料によって充填された構成の場合、半導体基板１０を介してトレンチ３０に達した光を、遮光材料によって遮断することができる。溝部３１が屈折材料によって充填された構成の場合、半導体基板１０を介してトレンチ３０に達した光を、屈折材料によって屈折することができる。なお、屈折材料としては、光の透過率が電圧印加によって変動する液晶材料を採用することができる。液晶材料に印加する電圧を調整することで、トレンチ３０を透過する光の量を調整することができる。

トレンチ３０を、溝部３１のみによって構成しても良い。すなわち、溝部３１内を空洞としても良い。この場合においても、トレンチ３０（溝部３１）を構成する半導体基板１０の内壁面と空気との境界にて、半導体基板１０に入射した光の一部が反射され、屈折される。したがって、トレンチ３０を介して受光部２０へ光が入射することが妨げられる。

１０・・・半導体基板
２０・・・受光部
２１・・・第１受光部
２２・・・第２受光部
３０・・・トレンチ
３１・・・溝部
３２・・・反射材料
４０・・・マザーボード
５０・・・ハンダボール
１００・・・受光素子

Claims

半導体基板と、前記半導体基板の一面側に形成された、光を検知して、検知した光を電気信号に変換する受光部と、を備え、前記受光部の形成面の裏面が光の入射面とされた受光素子であって、
前記半導体基板の厚さ方向にトレンチが形成され、該トレンチによって、前記受光部の受光面と、前記半導体基板内に入射した光の進行方向とが成す光の入射角度を規定したことを特徴とする受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
前記受光部は、前記半導体基板において、互いに所定の間隔を置いて複数形成され、
前記トレンチは、前記半導体基板における、複数形成された前記受光部の間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板における、複数形成された前記受光部の間の領域だけではなく、その間の領域とは異なる領域に、前記受光部と所定の間隔を置いて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板の厚さ方向に溝部として形成されるものであって、その溝部内が、光を反射する反射材料によって充填されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板の厚さ方向に溝部として形成されるものであって、その溝部内が、光を遮光する遮光材料によって充填されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板の厚さ方向に溝部として形成されるものであって、その溝部内が、前記半導体基板の構成材料とは光の屈折が異なる屈折材料によって充填されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の受光素子。
前記屈折材料は、電圧印加によって光の透過率が変動する液晶材料であることを特徴とする請求項７に記載の受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板の厚さ方向に溝部として形成されるものであって、その溝部内が空洞であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板の裏面側から一面側に向かって形成されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の受光素子。
前記トレンチは、前記半導体基板の一面側から裏面側に向かって形成されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の受光素子。
前記半導体基板の裏面側には、光を遮光する遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載の受光素子。
前記遮光膜は、前記受光部の直上に位置する、前記半導体基板の裏面側に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の受光素子。
前記半導体基板の一面の縁に沿って、複数の接続パッドが形成され、
前記半導体基板は、前記接続パッドに設けられたハンダボールを介して、マザーボードに機械的及び電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の受光素子。