JP4579352B2 - 光学半導体素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、半導体に関し、更に特定すれば、光学半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細加工された加速度計は、典型的に動き検出コンデンサ(motion sensing capacitor)として機能する、可動振動質量部(movable seismic mass)を有する。可動振動質量部は、加速度に応答して、固定電極に向かう方向またはこれより離れる方向に撓む。振動質量部および固定電極間で測定される容量は、これら振動質量部および固定電極間の距離を含む多数のファクタに依存する。したがって、測定した容量を用いて加速度を正確に決定するためには、振動質量部を平面とし、この振動質量部の一部と固定電極の一部との間の垂直距離を、振動質量部の他の部分と固定電極の他の部分のと間の別の垂直距離と同一となるようにしなければならない。しかしながら、振動質量部の下に位置する形状(topography)のため、そして振動質量部内部の機械的応力のために、平坦な振動質量部は製造が困難である。
【０００３】
従来の微細加工加速度計の感度は、固定電極と重複する振動質量部の面積にも依存し、更に測定した容量の大きさにも依存する。測定した容量が大きい程、これを用いて従来の加速度計の感度を高めることができるが、測定した容量が大きい程、固定電極および振動質量部間の電気的ラッチング(electrical latching) の確率が高まり、電気的ラッチングによる加速度計の損傷を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、改善された微細加工加速度計が必要とされている。かかる加速度計は、振動質量部の平面性(planarity) に過度に敏感であってはならず、電気的ラッチングによる影響を受けないものでなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学半導体素子は、表面を有する基板，基板によって支持された光検出器，および基板の表面の上に位置しかつ光検出器の一部の上に位置する振動質量部を含む。振動質量部は、光検出器のベース領域の上に位置する孔を有し、振動質量部は基板および光検出器に対して移動可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、光学半導体素子１０の実施例の平面図を示す。図２は、図１の基準線２−２に沿った素子１０の断面図を示す。図３は、図１の基準線３−３に沿った素子１０の断面図を示す。これらの図では、同一素子を指す際に同一参照番号を用いていることは理解されよう。
【０００７】
図１，図２，および図３に示すように、素子１０は、光検出器１３の一部に対して上に位置する振動質量部２１を含む。素子１０は、振動質量部２１の動きを用いて、加速度を検出するセンサとして機能する。これについては、以下で説明する。素子１０は、オプションとして、集積回路５２（図１）を含み、集積センサ素子を形成することも可能である。回路５２は多くの異なる構造を有するので、図示の構造は回路５２を例示するのを目的とするに過ぎない。図示の回路５２は、光検出器１３に隣接して配置され、更に光検出器１３からの電気信号を受信するように電気的に結合されている。光検出器１３および回路５２は、基板１１によって支持されるか、あるいは基板１１内に形成される（図２および図３）。基板１１は表面１２を有する。電気的絶縁層、即ち、誘電体層１７，１８（図２および図３）が表面１２の上に位置し、光検出器１３の一部の上に位置する。
【０００８】
光検出器１３は、図１，図２，図３においては、縦型バイポーラ・トランジスタとして図示されている。しかしながら、光検出器１３は、例えば、フォトダイオードまたは光逓倍器(photomultiplier) のような、異なる感光素子とし得ることは理解されよう。光検出器１３は、基板１１内にコレクタ領域１４を有し、コレクタ領域１４は、第１導電型および第１ドーピング・レベルを有する。また、光検出器１３は、コレクタ領域１４内またはこれに隣接して配置されたベース領域１５も有し、ベース領域１５は第１導電型とは異なる第２導電型を有する。一例として、コレクタ領域１４がｎ−型であれば、ベース領域１５はｐ−型とすることができる。また、ベース領域１５は第２ドーピング・レベルを有し、これはコレクタ領域１４の第１ドーピング・レベルよりも高く、光検出器１３の電気的特性を改善を図っている。ベース領域１５は、いずれかの適切な数のベース・ストライプまたは領域で構成することができるが、図１および図２では、ベース領域１５は、複数のベース・ストライプ即ち領域３１，３２，３３，３４，３５，３６を有するものとして図示されている。ベース領域１５およびコレクタ領域１４は、基板１１の表面１２の異なる部分に沿って配置されている。
【０００９】
振動質量部２１は、光シャッタ(optical shutter) として使用される可動構造である。振動質量部２１は、基板１１の一部および誘電体層１７，１８に結合され、その上に取り付けられている。振動質量部２１は、光検出器１３，基板１１，および誘電体層１７，１８に対して移動可能であり、振動質量部２１は、基板１１の表面１２，ベース領域１５，およびコレクタ領域１４の部分の上に、振動質量部２１の一部を支持または懸垂する、カンチレバー・ビーム(cantilever beam) またはアーム２６を有する。
【００１０】
図１および図２において、振動質量部２１は、複数の孔２２，２３，２４，２５を有するものとして図示されており、これらの孔を用いて、光がベース領域３２，３３，３４，３５の部分を照らすことにより、出力電流の発生を可能とする。しかしながら、振動質量部２１は、あらゆる所望数の孔でも有することができる。更に、孔２２，２３，２４，２５は、矩形断面を有するものとして図示されているが、振動質量部２１の孔または孔群は、例えば、円形または楕円形のような、他の適切な断面形状を有することも可能である。孔２２，２３，２４，２５の各々はコレクタ領域１４の異なる部分の上に位置し、孔２２，２３，２４，２５の各々はベース領域３２，３３，３４，３５の内の１つの一部の上に位置する。より具体的には、図２に示すように、振動質量部２１の孔２２はコレクタ領域１４の一部とベース領域３２の一部の上に位置し、孔２３はコレクタ領域１４の異なる部分の上に位置し、ベース領域３３の一部の上に位置する。更に、孔２４はコレクタ領域１４の更に他の部分およびベース領域３４の一部の上に位置し、孔２５はコレクタ領域１４の更にまた他の部分およびベース領域３５の一部の上に位置する。
【００１１】
以下で説明するが、振動質量部２１および光検出器１３間の整合を容易にするために、振動質量部２１の孔２２，２３，２４，２５は、ほぼ同一サイズおよび同一形状とすることが好ましい。孔２２，２３，２４，２５の各々は、それぞれ、誘電体層１８から振動質量部２１の孔２２，２３，２４，２５を分離する距離５３（図２および図３）よりも大きな幅３８（図１および図２）および長さ３９（図１）を有することが好ましい。一例として、距離５３は約２ミクロンとすることができ、幅３８は約３ミクロンとすることができ、長さ３９は幅３８よりも大きい。
【００１２】
振動質量部２１および光検出器１３間の適正な整合のために、孔２２，２３，２４または２５の１つの中心から、孔２２，２３，２４，２５の隣接する１つの中心までの距離は、ベース領域３２，３３，３４または３５の１つの中心からベース領域３２，３３，３４または３５の隣接する１つの中心までの距離にほぼ等しいことが好ましい。例えば、図２において、孔２２，２３間の距離５０は、ベース領域３２，３３の中心間の距離５１にほぼ等しいことが好ましく、孔２２，２３は互いに隣接して配置され、ベース領域３２，３３も互いに隣接して配置されている。
【００１３】
図４および図５は、基準線３−３に沿った素子１０の断面図であり、製造段階の様子を示すものである。基板１１は、例えば、シリコンまたはガリウム砒素のような半導体物質である。基板１１は、コレクタ領域１４に適した抵抗率を有することができる。あるいは、コレクタ領域１４は、当技術では既知の注入または拡散技術を用いて、基板１１内に形成可能である。一例として、コレクタ領域１４がｎ−型の場合、リンまたは砒素を用いてコレクタ領域１４を、約５０オーム−センチメートル未満の抵抗率にドープすることができる。ベース領域１５は、コレクタ領域１４内に、約５，０００オングストローム（Å）より大きな深さに注入または拡散することができる。一例として、ベース領域１５がｐ−型の場合、硼素を用いてベース領域１５をドープすることができる。ベース領域１５を形成する際に用いるのと同様の技術を用いて、ベース領域１５内に、約１，０００オングストロームより大きな深さに、光検出器１３のエミッタ領域１６を形成する。一例として、エミッタ領域１６がｎ−型の場合、リンまたは砒素を用いて、コレクタ領域１４またはベース領域１６のいずれかよりも低い抵抗率に、エミッタ領域１６をドープすることができる。
【００１４】
次に、基板１１の表面１２上に、誘電体層１７，１８を連続的に形成する。誘電体層１７は、下に位置する光検出器１３を電気的に絶縁し、熱成長または化学蒸着（ＣＶＤ）による酸化シリコンで構成することにより、光検出器１３および回路５２（図１）間の製造適合性(manufacturing compatibility) を高めることが好ましい。以下で論ずるが、誘電体層１８はエッチ・ストップとして、およびパシベーション層として使用し、下に位置する光検出器１３を保護する。一例として、誘電体層１７が酸化シリコンから成る場合、誘電体層１８は、約２，０００オングストローム未満の窒化シリコンで構成し、低圧ＣＶＤ技術を用いて誘電体層１７上に堆積することができる。
【００１５】
図５において、誘電体層１８上に犠牲層(sacrificial layer) ２８を形成する。犠牲層２８の厚さが距離５３（図２および図３）を決定する。犠牲層２８はコンフォーマルな物質として、犠牲層２８上に次に形成される振動質量部２１の平面性を改善する。犠牲層２８の部分をエッチングによって除去し、エミッタ領域１６を含むがこれのみには限定されない電気接点領域上にある誘電体層１８の部分を露出させる。更に犠牲層２８の部分をエッチングによって除去し、誘電体層１８の他の部分も露出させる。これらの部分は、振動質量部２１に対して締結部位(anchor site) として機能する。締結部位はベース領域１５の上に位置するものとして示されているが、振動質量部２１の締結部位は、ベース領域１５の外側またはこれを越えて配置することも可能であることは理解されよう。誘電体層１８は、犠牲層２８のエッチングの間エッチ・ストップとして機能し、下に位置する誘電体層１７および光検出器１３を保護する。一例として、誘電体層１８が窒化シリコンで構成される場合、犠牲層２８は厚さ２ミクロンのフォスフォシリケート・ガラス（ＰＳＧ）層で構成することが好ましい。その理由は、ＰＳＧはウエットなフッ素を基本とするエッチャントを用いて、窒化シリコン上で選択的エッチングが可能であるからである。
【００１６】
次に、犠牲層２８上に振動質量部２１を設ける、即ち、形成する。振動質量部２１は、従来の微細加工振動質量部物質で構成し、素子１０の製造を容易にすることが好ましい。振動質量部に適した物質の例には、ポリシリコン，アルミニウム，タングステン，金，またはニッケルが含まれるが、これらに限定される訳ではない。振動質量部２１をポリシリコンで構成する場合、このポリシリコンは、当技術では既知の低圧ＣＶＤ技術を用いて、約２ミクロンの厚さに堆積し、塩素を基本とした反応性イオン・エッチングを用いて、パターニングまたはエッチングを行うことができる。振動質量部２１にパターニングまたはエッチングを行う場合、好ましくは犠牲層２８をさほどエッチングしない従来のエッチング技術を使用することができる。
【００１７】
振動質量部２１のパターニングまたはエッチングの後、振動質量部２１および犠牲層２８上に、別の犠牲層２９を形成する。好ましくは、犠牲層２８，２９は、組成および厚さを同様とし、振動質量部２１をポリシリコンで構成する場合に、振動質量部２１内の一定なドーピング即ち均一なドーピング、および一定即ち均一な機械的応力分布が容易に得られるようにする。アニールを行って、振動質量部２１の機械的応力を減少させ、更に犠牲層２８，２９からリン・ドーパントの内あるものを拡散させることによって、振動質量部２１のポリシリコンにドープすることができる。振動質量部２１のポリシリコンにドーピングを行うことによって、以下で述べる、素子１０のオプションの自己検査のために振動質量部２１の導電性を改善する。
【００１８】
犠牲層２９および誘電体層１７，１８に接点バイアをエッチングで形成し、当業者には既知の技術を用いて、接点バイア内にエミッタ接点２０を形成する。エミッタ接点２０は、回路５２（図１）のトランジスタ電極接点に使用する物質で構成し、素子１０の製造を更に簡略化することが好ましい。例えば、エミッタ接点２０は、アルミニウム，シリコンなどで構成することができる。図４には示していないが、光検出器１３のベース接点は、エミッタ接点２０の形成の間に同時に形成可能であることは理解されよう。
【００１９】
望ましければ、基板１１を薄くすることにより所望のコレクタ深さを得て、素子１０の熱特性を改善することができる。この場合、コレクタ接点３０は基板１１の背面上に設ける。犠牲層２９は、薄化および背面金属堆積プロセスの間振動質量部２１および光検出器１３を保護する。エミッタ接点２０およびコレクタ接点３０に対して、形成ガス・アニール(forming gas anneal)をオーム・コンタクト・アニールとして用いることができる。
【００２０】
犠牲エッチングを用いて犠牲層２８，２９を除去し、図３に示すような素子１０を形成する。一例として、犠牲層２８，２９はＰＳＧで構成され、誘電体層１８が窒化シリコンで構成される場合、フッ化水素を基本としたエッチャントを用いて犠牲層２８，２９を除去し、その間誘電体層１８はエッチ・ストップ層として作用する。しかしながら、犠牲層２８，２９にエッチングを行う際に使用する具体的な化学薬品には関わらず、エッチャントは、振動質量部２１，エミッタ接点２０，または誘電体層１８を大量にエッチングするものであってはならない。図６において、パッケージ後の素子１０の断面構成図が示されている。素子１０は他の半導体素子４０に組み込まれるか、あるいは他の半導体素子４０の一部とする。半導体素子４０は、リードフレーム４８，保護キャップ４２，光透過性かつ電気絶縁性パッケージ材料４６，および光学的および電気的に絶縁性のパッケージ材料４７も含む。素子１０のコレクタ接点３０（図６には示していない）を、リードフレーム４８の一部４３上に取り付け、これと電気的に結合する。キャップ４２を素子１０上に取り付ける。この場合、例えば、キャップ４２を素子１０に接着する酸化物層４１を用いる。キャップ４２は、振動質量部２１を機械的損傷から保護し、後に適用されるパッケージ材料が振動質量部２１の運動を妨害するのを防止する。キャップ４２は光透過性であり、光源４４からの光は素子１０によって検出可能となっている。光源４４は素子１０の上に位置し、リードフレーム４８の異なる部分４５上に取り付けられている。一例として、キャップ４２は、光透過性のクオーツ基板とすることができ、光源４４は、約８００ないし１，０００ナノメートルの波長を有する光を放出するガリウム砒素ｐ−ｎ接合から成る発光ダイオードとすることができる。かかる発光ダイオードは従来から製造されている。
【００２１】
素子１０，キャップ４２，および光源４４周囲に、パッケージ材料４６を配置または成型する。パッケージ材料は光透過性であり、光源４４および素子１０を光学的に結合する。リードフレーム４８の部分４３，４５周囲にパッケージ材料４７を被着または成型し、パッケージ材料４６，光源４４，キャップ４２，および素子１０を封入し保護する。パッケージ材料４７は光学的に絶縁性があり、素子１０を環境から光学的に分離する。パッケージ材料４６，４７は、商業的に入手可能な半導体素子パッケージ材料とすることができる。
【００２２】
光源４４は、光検出器１３のベース領域３１，３２，３３，３４，３５，３６（図２）に光学的に結合されており、振動質量部２１の孔２２，２３，２４，２５は、光源４４およびベース領域３２，３３，３４，３５間に位置する。素子４０の動作の間、光源４４は好ましくは光線を発生し、振動質量部２１は、この光線の部分を遮断するシャッタとして動作する。基板１１の表面１２（図１）にほぼ平行な加速度に素子１０を晒すと、振動質量部２１は、基板１１および光検出器１３に対して軸２７（図１および図２）に沿って移動する。振動質量部２１の移動によって、ベース領域３１，３２，３３，３４，３５の、光源４４からの光線に露出される量が増減する。孔２２，２３，２４，２５によって、それぞれ、光線に露出されるベース領域３２，３３，３４，３５の量が多くなると、光検出器１３が検出する光量が増え、発生する出力信号が大きくなる。この出力信号は回路５２（図１）によって検出される。孔２２，２３，２４，２５によって、それぞれ、光線に露出されるベース領域３２，３３，３４，３５の量が少なくなると、光検出器１３が検出する光量が減り、発生する出力信号が小さくなる。この出力信号は回路５２（図１）によって検出される。したがって、素子１０は光学式加速度計として機能し、速度変化が振動質量部２１を移動させ、光検出器１３が生成する電流を変化させる。
【００２３】
光源４４が発生する光線の波長は、孔２２，２３，２４，２５の幅（図１および図２）および長さ３９（図１）よりも短いことが好ましく、距離５３（図２および図３）も、幅３８および長さ３９よりも短くし、光源４４（図６）からの光線の光学的な干渉を防止することが好ましい。光学的干渉が発生すると、ベース領域３２，３３，３４，３５によって検出される光に歪みが生じ、光の歪みは素子１０の精度を低下させることになる。また、ベース領域３２，３３，３４，３５の一部は、振動質量部２１に覆われたままとしておくことが好ましく、常時光源４４からの光線には露出させない状態としておくことにより、素子１０の精度を改善することが好ましい。例えば、速度上昇によって振動質量部２１が移動し、ベース領域３２，３３，３４，３５全てがそれぞれ孔２２，２３，２４，２５によって露出された場合、更に速度上昇が生じてもベース領域３２，３３，３４，３５にはそれ以上光源４４からの光線に露出される部分がない。つまり、追加の速度上昇があっても、これは素子１０によって検出されないことになる。したがって、ベース領域３２，３３，３４，３５には、それぞれ孔２２，２３，２４，２５によって光線に露出されない部分を残しておくことが好ましい。速度変化に応答して振動質量部２１の移動が大きすぎたり、小さすぎたりするのを防止するために、振動質量部２１は１メートル当たり約１ないし１０ニュートンのバネ定数を有することが好ましい。
【００２４】
図７は、素子１０の別の実施例の断面図を示す。素子１０は、光学半導体素子７０として識別する。素子１０を製造するための上述のプロセスは、素子７０の製造にも使用可能である。素子７０は、光検出器６０，６６を含み、これらは双方とも、素子１０の光検出器１３と同様のものとすることができる。光検出器６０，６６は、横型バイポーラ・トランジスタであり、それぞれ、コレクタ領域６１，６７、およびそれぞれ、ベース領域６２，６８を有する。光検出器６０，６６は、基板６９内に形成され、これによって支持されている。これは、素子１０の基板１１と同様とすることができる。
【００２５】
誘電体層７２，７３は、それぞれ、図２の誘電体層１７，１８と同様とすることができる。誘電体層７３は誘電体層７２を覆い、誘電体層７２は基板６９の表面を覆う。誘電体層１８と同様、誘電体層７３は、エッチ・ストップ層として使用し、素子７０の製造に便宜を図ることが好ましい。
【００２６】
素子７０は振動質量部６３も有する。振動質量部６３は素子１０の振動質量部２１と同様とすることができる。振動質量部６３は、誘電体層７２，７３および光検出器６０，６６の部分の上に配置し、これらの上に位置する。素子７０は、オプションとして、光検出器６０，６６の各々の上に位置する、別個の振動質量部を有することができる。振動質量部６３は孔６５を有し、孔６５はベース領域６８およびコレクタ領域６７の部分の上に位置する。振動質量部６３は、更に、孔６４も有し、孔６４はベース領域６２およびコレクタ領域６１の上に位置する。図７に示すように、孔６５はベース領域６８の「左側」部分の上に位置し、孔６４はベース領域６２の「右側」部分の上に位置する。
【００２７】
素子７０は、以下で説明する差動加速度計として機能する。加速度が振動質量部６３を矢印７１で示す方向に移動させると、振動質量部６３の孔６５によって光線に露出されるベース領域６８の量が増大し、その結果、光検出器６６はより高い出力電流を発生する。しかしながら、振動質量部６３が矢印７１で示す方向に移動すると、振動質量部６３の孔６４によって光線に露出されるベース領域６２の量は減少する。結果的に、光検出器６０が発生する電流は低下し、光検出器６６が発生する電流は上昇する。一方、振動質量部６３が矢印７１と逆の方向に移動した場合、ベース領域６８の光線に露出される量は減少し、ベース領域６２の光線に露出される量は増大する。したがって、振動質量部６３が矢印７１と逆の方向に移動した場合、光検出器６６が発生する出力電流は低下し、光検出器６０の出力電流は上昇する。光検出器６０，６６が発生する電流の変化における差は、集積回路（図７には示していない）が用いることによって、より精度の高い加速度測定が可能となる。
【００２８】
一例として、前述の集積回路は、当技術では既知の差動増幅器を含むことができ、これを光検出器６０，６９に結合する。加速度によって振動質量部６３が表面７４にほぼ平行な軸に沿って変位すると、光検出器６０，６６の出力電流は、典型的に、単調に変化するが、互いに方向が逆である。温度変動，機械的振動，基板６９の表面７４に垂直な面における加速度における変化は、差動型の検出器対および差動増幅器を使用しているので、ほぼ相殺される。素子７０の感度を更に高めるために、光検出器６０，６６の各々を追加のトランジスタに結合し、２つの別個のダーリントン対(darlington pair) を形成すれば、光検出器６０，６６が発生する出力電流を増幅することができる。
【００２９】
したがって、本発明によれば、従来技術の欠点を克服する、改良された加速度計が提供されたことが明白である。本発明の光学半導体素子即ち光学加速度計は、従来技術に比較して、可動振動質量部の平面性に対する感応度が低い。その理由は、ここに記載した振動質量部はシャッタ即ち光遮断器として用いられ、振動質量部および下に位置する基板または電極間の正確な距離には感応しないからである。また、動作の間、振動質量部および下に位置する光検出器のベース領域を電気的にバイアスする必要がなく、また少なくとも同様の電位バイアスを有するので、本発明の素子は振動質量部の電気的ラッチングの影響を受ける確率は低い。更にまた、振動質量部の移動の間にあらゆる不整合は相殺されるので、ここに記載した素子は、振動質量部および下に位置する基板内の光検出器間の不整合による影響をさほど受けない。その上、本発明の素子は、容量性加速度計よりも温度に感応せず、同様のサイズの従来の容量性加速度計と比較して、加速度変化に対する感度が高い。
【００３０】
以上好適実施例を参照しながら、本発明について特定して示しかつ説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細において変更が可能であることは、当業者には理解されよう。例えば、光源４４は、電源保存を考慮して、パルス状とすることができる。更に、素子１０は、当技術では既知の一体化された自己検査コンデンサを含むことも可能である。自己検査の間、振動質量部２１は電気的にバイアスされ、小さな容量が測定される。素子１０が加速度測定に使用されるときは、自己検査機能を行わせないので、素子１０は電気的ラッチングの影響を受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学半導体素子の実施例を示す平面図。
【図２】図１の基準線２−２に沿った光学半導体素子を示す断面図。
【図３】図１の基準線３−３に沿った光学半導体素子を示す断面図。
【図４】製造の間の光学半導体素子を示す、図１の基準線３−３に沿った断面図。
【図５】製造の間の光学半導体素子を示す、図１の基準線３−３に沿った断面図。
【図６】パッケージ処理後の本発明による光学半導体素子を示す断面構成図。
【図７】本発明による光学半導体素子の別の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１０ 素子
１３ 光検出器
１４ コレクタ領域
１５ ベース領域
１７，１８ 誘電体層
２０ エミッタ接点
２１ 振動質量部
２２，２３，２４，２５ 孔
２６ カンチレバー・ビーム
２８，２９ 犠牲層
３０ コレクタ接点
３１，３２，３３，３４，３５，３６ ベース・ストライプ
４０ 半導体素子
４２ 保護キャップ
４４ 光源
４６，４７ パッケージ材料
４８ リードフレーム
５２ 集積回路
６０，６６ 光検出器
６１，６７ コレクタ領域
６２，６８ ベース領域
６３ 振動質量部
６５ 孔
６９ 基板
７０ 素子
７２，７３ 誘電体層
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、半導体に関し、更に特定すれば、光学半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細加工された加速度計は、典型的に動き検出コンデンサ(motion sensing capacitor)として機能する、可動振動質量部(movable seismic mass)を有する。可動振動質量部は、加速度に応答して、固定電極に向かう方向またはこれより離れる方向に撓む。振動質量部および固定電極間で測定される容量は、これら振動質量部および固定電極間の距離を含む多数のファクタに依存する。したがって、測定した容量を用いて加速度を正確に決定するためには、振動質量部を平面とし、この振動質量部の一部と固定電極の一部との間の垂直距離を、振動質量部の他の部分と固定電極の他の部分のと間の別の垂直距離と同一となるようにしなければならない。しかしながら、振動質量部の下に位置する形状(topography)のため、そして振動質量部内部の機械的応力のために、平坦な振動質量部は製造が困難である。
【０００３】
従来の微細加工加速度計の感度は、固定電極と重複する振動質量部の面積にも依存し、更に測定した容量の大きさにも依存する。測定した容量が大きい程、これを用いて従来の加速度計の感度を高めることができるが、測定した容量が大きい程、固定電極および振動質量部間の電気的ラッチング(electrical latching) の確率が高まり、電気的ラッチングによる加速度計の損傷を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、改善された微細加工加速度計が必要とされている。かかる加速度計は、振動質量部の平面性(planarity) に過度に敏感であってはならず、電気的ラッチングによる影響を受けないものでなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学半導体素子は、表面を有する基板，基板によって支持された光検出器，および基板の表面の上に位置しかつ光検出器の一部の上に位置する振動質量部を含む。振動質量部は、光検出器のベース領域の上に位置する孔を有し、振動質量部は基板および光検出器に対して移動可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、光学半導体素子１０の実施例の平面図を示す。図２は、図１の基準線２−２に沿った素子１０の断面図を示す。図３は、図１の基準線３−３に沿った素子１０の断面図を示す。これらの図では、同一素子を指す際に同一参照番号を用いていることは理解されよう。
【０００７】
図１，図２，および図３に示すように、素子１０は、光検出器１３の一部に対して上に位置する振動質量部２１を含む。素子１０は、振動質量部２１の動きを用いて、加速度を検出するセンサとして機能する。これについては、以下で説明する。素子１０は、オプションとして、集積回路５２（図１）を含み、集積センサ素子を形成することも可能である。回路５２は多くの異なる構造を有するので、図示の構造は回路５２を例示するのを目的とするに過ぎない。図示の回路５２は、光検出器１３に隣接して配置され、更に光検出器１３からの電気信号を受信するように電気的に結合されている。光検出器１３および回路５２は、基板１１によって支持されるか、あるいは基板１１内に形成される（図２および図３）。基板１１は表面１２を有する。電気的絶縁層、即ち、誘電体層１７，１８（図２および図３）が表面１２の上に位置し、光検出器１３の一部の上に位置する。
【０００８】
光検出器１３は、図１，図２，図３においては、縦型バイポーラ・トランジスタとして図示されている。しかしながら、光検出器１３は、例えば、フォトダイオードまたは光逓倍器(photomultiplier) のような、異なる感光素子とし得ることは理解されよう。光検出器１３は、基板１１内にコレクタ領域１４を有し、コレクタ領域１４は、第１導電型および第１ドーピング・レベルを有する。また、光検出器１３は、コレクタ領域１４内またはこれに隣接して配置されたベース領域１５も有し、ベース領域１５は第１導電型とは異なる第２導電型を有する。一例として、コレクタ領域１４がｎ−型であれば、ベース領域１５はｐ−型とすることができる。また、ベース領域１５は第２ドーピング・レベルを有し、これはコレクタ領域１４の第１ドーピング・レベルよりも高く、光検出器１３の電気的特性を改善を図っている。ベース領域１５は、いずれかの適切な数のベース・ストライプまたは領域で構成することができるが、図１および図２では、ベース領域１５は、複数のベース・ストライプ即ち領域３１，３２，３３，３４，３５，３６を有するものとして図示されている。ベース領域１５およびコレクタ領域１４は、基板１１の表面１２の異なる部分に沿って配置されている。
【０００９】
振動質量部２１は、光シャッタ(optical shutter) として使用される可動構造である。振動質量部２１は、基板１１の一部および誘電体層１７，１８に結合され、その上に取り付けられている。振動質量部２１は、光検出器１３，基板１１，および誘電体層１７，１８に対して移動可能であり、振動質量部２１は、基板１１の表面１２，ベース領域１５，およびコレクタ領域１４の部分の上に、振動質量部２１の一部を支持または懸垂する、カンチレバー・ビーム(cantilever beam) またはアーム２６を有する。
【００１０】
図１および図２において、振動質量部２１は、複数の孔２２，２３，２４，２５を有するものとして図示されており、これらの孔を用いて、光がベース領域３２，３３，３４，３５の部分を照らすことにより、出力電流の発生を可能とする。しかしながら、振動質量部２１は、あらゆる所望数の孔でも有することができる。更に、孔２２，２３，２４，２５は、矩形断面を有するものとして図示されているが、振動質量部２１の孔または孔群は、例えば、円形または楕円形のような、他の適切な断面形状を有することも可能である。孔２２，２３，２４，２５の各々はコレクタ領域１４の異なる部分の上に位置し、孔２２，２３，２４，２５の各々はベース領域３２，３３，３４，３５の内の１つの一部の上に位置する。より具体的には、図２に示すように、振動質量部２１の孔２２はコレクタ領域１４の一部とベース領域３２の一部の上に位置し、孔２３はコレクタ領域１４の異なる部分の上に位置し、ベース領域３３の一部の上に位置する。更に、孔２４はコレクタ領域１４の更に他の部分およびベース領域３４の一部の上に位置し、孔２５はコレクタ領域１４の更にまた他の部分およびベース領域３５の一部の上に位置する。
【００１１】
以下で説明するが、振動質量部２１および光検出器１３間の整合を容易にするために、振動質量部２１の孔２２，２３，２４，２５は、ほぼ同一サイズおよび同一形状とすることが好ましい。孔２２，２３，２４，２５の各々は、それぞれ、誘電体層１８から振動質量部２１の孔２２，２３，２４，２５を分離する距離５３（図２および図３）よりも大きな幅３８（図１および図２）および長さ３９（図１）を有することが好ましい。一例として、距離５３は約２ミクロンとすることができ、幅３８は約３ミクロンとすることができ、長さ３９は幅３８よりも大きい。
【００１２】
振動質量部２１および光検出器１３間の適正な整合のために、孔２２，２３，２４または２５の１つの中心から、孔２２，２３，２４，２５の隣接する１つの中心までの距離は、ベース領域３２，３３，３４または３５の１つの中心からベース領域３２，３３，３４または３５の隣接する１つの中心までの距離にほぼ等しいことが好ましい。例えば、図２において、孔２２，２３間の距離５０は、ベース領域３２，３３の中心間の距離５１にほぼ等しいことが好ましく、孔２２，２３は互いに隣接して配置され、ベース領域３２，３３も互いに隣接して配置されている。
【００１３】
図４および図５は、基準線３−３に沿った素子１０の断面図であり、製造段階の様子を示すものである。基板１１は、例えば、シリコンまたはガリウム砒素のような半導体物質である。基板１１は、コレクタ領域１４に適した抵抗率を有することができる。あるいは、コレクタ領域１４は、当技術では既知の注入または拡散技術を用いて、基板１１内に形成可能である。一例として、コレクタ領域１４がｎ−型の場合、リンまたは砒素を用いてコレクタ領域１４を、約５０オーム−センチメートル未満の抵抗率にドープすることができる。ベース領域１５は、コレクタ領域１４内に、約５，０００オングストローム（Å）より大きな深さに注入または拡散することができる。一例として、ベース領域１５がｐ−型の場合、硼素を用いてベース領域１５をドープすることができる。ベース領域１５を形成する際に用いるのと同様の技術を用いて、ベース領域１５内に、約１，０００オングストロームより大きな深さに、光検出器１３のエミッタ領域１６を形成する。一例として、エミッタ領域１６がｎ−型の場合、リンまたは砒素を用いて、コレクタ領域１４またはベース領域１６のいずれかよりも低い抵抗率に、エミッタ領域１６をドープすることができる。
【００１４】
次に、基板１１の表面１２上に、誘電体層１７，１８を連続的に形成する。誘電体層１７は、下に位置する光検出器１３を電気的に絶縁し、熱成長または化学蒸着（ＣＶＤ）による酸化シリコンで構成することにより、光検出器１３および回路５２（図１）間の製造適合性(manufacturing compatibility) を高めることが好ましい。以下で論ずるが、誘電体層１８はエッチ・ストップとして、およびパシベーション層として使用し、下に位置する光検出器１３を保護する。一例として、誘電体層１７が酸化シリコンから成る場合、誘電体層１８は、約２，０００オングストローム未満の窒化シリコンで構成し、低圧ＣＶＤ技術を用いて誘電体層１７上に堆積することができる。
【００１５】
図５において、誘電体層１８上に犠牲層(sacrificial layer) ２８を形成する。犠牲層２８の厚さが距離５３（図２および図３）を決定する。犠牲層２８はコンフォーマルな物質として、犠牲層２８上に次に形成される振動質量部２１の平面性を改善する。犠牲層２８の部分をエッチングによって除去し、エミッタ領域１６を含むがこれのみには限定されない電気接点領域上にある誘電体層１８の部分を露出させる。更に犠牲層２８の部分をエッチングによって除去し、誘電体層１８の他の部分も露出させる。これらの部分は、振動質量部２１に対して締結部位(anchor site) として機能する。締結部位はベース領域１５の上に位置するものとして示されているが、振動質量部２１の締結部位は、ベース領域１５の外側またはこれを越えて配置することも可能であることは理解されよう。誘電体層１８は、犠牲層２８のエッチングの間エッチ・ストップとして機能し、下に位置する誘電体層１７および光検出器１３を保護する。一例として、誘電体層１８が窒化シリコンで構成される場合、犠牲層２８は厚さ２ミクロンのフォスフォシリケート・ガラス（ＰＳＧ）層で構成することが好ましい。その理由は、ＰＳＧはウエットなフッ素を基本とするエッチャントを用いて、窒化シリコン上で選択的エッチングが可能であるからである。
【００１６】
次に、犠牲層２８上に振動質量部２１を設ける、即ち、形成する。振動質量部２１は、従来の微細加工振動質量部物質で構成し、素子１０の製造を容易にすることが好ましい。振動質量部に適した物質の例には、ポリシリコン，アルミニウム，タングステン，金，またはニッケルが含まれるが、これらに限定される訳ではない。振動質量部２１をポリシリコンで構成する場合、このポリシリコンは、当技術では既知の低圧ＣＶＤ技術を用いて、約２ミクロンの厚さに堆積し、塩素を基本とした反応性イオン・エッチングを用いて、パターニングまたはエッチングを行うことができる。振動質量部２１にパターニングまたはエッチングを行う場合、好ましくは犠牲層２８をさほどエッチングしない従来のエッチング技術を使用することができる。
【００１７】
振動質量部２１のパターニングまたはエッチングの後、振動質量部２１および犠牲層２８上に、別の犠牲層２９を形成する。好ましくは、犠牲層２８，２９は、組成および厚さを同様とし、振動質量部２１をポリシリコンで構成する場合に、振動質量部２１内の一定なドーピング即ち均一なドーピング、および一定即ち均一な機械的応力分布が容易に得られるようにする。アニールを行って、振動質量部２１の機械的応力を減少させ、更に犠牲層２８，２９からリン・ドーパントの内あるものを拡散させることによって、振動質量部２１のポリシリコンにドープすることができる。振動質量部２１のポリシリコンにドーピングを行うことによって、以下で述べる、素子１０のオプションの自己検査のために振動質量部２１の導電性を改善する。
【００１８】
犠牲層２９および誘電体層１７，１８に接点バイアをエッチングで形成し、当業者には既知の技術を用いて、接点バイア内にエミッタ接点２０を形成する。エミッタ接点２０は、回路５２（図１）のトランジスタ電極接点に使用する物質で構成し、素子１０の製造を更に簡略化することが好ましい。例えば、エミッタ接点２０は、アルミニウム，シリコンなどで構成することができる。図４には示していないが、光検出器１３のベース接点は、エミッタ接点２０の形成の間に同時に形成可能であることは理解されよう。
【００１９】
望ましければ、基板１１を薄くすることにより所望のコレクタ深さを得て、素子１０の熱特性を改善することができる。この場合、コレクタ接点３０は基板１１の背面上に設ける。犠牲層２９は、薄化および背面金属堆積プロセスの間振動質量部２１および光検出器１３を保護する。エミッタ接点２０およびコレクタ接点３０に対して、形成ガス・アニール(forming gas anneal)をオーム・コンタクト・アニールとして用いることができる。
【００２０】
犠牲エッチングを用いて犠牲層２８，２９を除去し、図３に示すような素子１０を形成する。一例として、犠牲層２８，２９はＰＳＧで構成され、誘電体層１８が窒化シリコンで構成される場合、フッ化水素を基本としたエッチャントを用いて犠牲層２８，２９を除去し、その間誘電体層１８はエッチ・ストップ層として作用する。しかしながら、犠牲層２８，２９にエッチングを行う際に使用する具体的な化学薬品には関わらず、エッチャントは、振動質量部２１，エミッタ接点２０，または誘電体層１８を大量にエッチングするものであってはならない。図６において、パッケージ後の素子１０の断面構成図が示されている。素子１０は他の半導体素子４０に組み込まれるか、あるいは他の半導体素子４０の一部とする。半導体素子４０は、リードフレーム４８，保護キャップ４２，光透過性かつ電気絶縁性パッケージ材料４６，および光学的および電気的に絶縁性のパッケージ材料４７も含む。素子１０のコレクタ接点３０（図６には示していない）を、リードフレーム４８の一部４３上に取り付け、これと電気的に結合する。キャップ４２を素子１０上に取り付ける。この場合、例えば、キャップ４２を素子１０に接着する酸化物層４１を用いる。キャップ４２は、振動質量部２１を機械的損傷から保護し、後に適用されるパッケージ材料が振動質量部２１の運動を妨害するのを防止する。キャップ４２は光透過性であり、光源４４からの光は素子１０によって検出可能となっている。光源４４は素子１０の上に位置し、リードフレーム４８の異なる部分４５上に取り付けられている。一例として、キャップ４２は、光透過性のクオーツ基板とすることができ、光源４４は、約８００ないし１，０００ナノメートルの波長を有する光を放出するガリウム砒素ｐ−ｎ接合から成る発光ダイオードとすることができる。かかる発光ダイオードは従来から製造されている。
【００２１】
素子１０，キャップ４２，および光源４４周囲に、パッケージ材料４６を配置または成型する。パッケージ材料は光透過性であり、光源４４および素子１０を光学的に結合する。リードフレーム４８の部分４３，４５周囲にパッケージ材料４７を被着または成型し、パッケージ材料４６，光源４４，キャップ４２，および素子１０を封入し保護する。パッケージ材料４７は光学的に絶縁性があり、素子１０を環境から光学的に分離する。パッケージ材料４６，４７は、商業的に入手可能な半導体素子パッケージ材料とすることができる。
【００２２】
光源４４は、光検出器１３のベース領域３１，３２，３３，３４，３５，３６（図２）に光学的に結合されており、振動質量部２１の孔２２，２３，２４，２５は、光源４４およびベース領域３２，３３，３４，３５間に位置する。素子４０の動作の間、光源４４は好ましくは光線を発生し、振動質量部２１は、この光線の部分を遮断するシャッタとして動作する。基板１１の表面１２（図１）にほぼ平行な加速度に素子１０を晒すと、振動質量部２１は、基板１１および光検出器１３に対して軸２７（図１および図２）に沿って移動する。振動質量部２１の移動によって、ベース領域３１，３２，３３，３４，３５の、光源４４からの光線に露出される量が増減する。孔２２，２３，２４，２５によって、それぞれ、光線に露出されるベース領域３２，３３，３４，３５の量が多くなると、光検出器１３が検出する光量が増え、発生する出力信号が大きくなる。この出力信号は回路５２（図１）によって検出される。孔２２，２３，２４，２５によって、それぞれ、光線に露出されるベース領域３２，３３，３４，３５の量が少なくなると、光検出器１３が検出する光量が減り、発生する出力信号が小さくなる。この出力信号は回路５２（図１）によって検出される。したがって、素子１０は光学式加速度計として機能し、速度変化が振動質量部２１を移動させ、光検出器１３が生成する電流を変化させる。
【００２３】
光源４４が発生する光線の波長は、孔２２，２３，２４，２５の幅（図１および図２）および長さ３９（図１）よりも短いことが好ましく、距離５３（図２および図３）も、幅３８および長さ３９よりも短くし、光源４４（図６）からの光線の光学的な干渉を防止することが好ましい。光学的干渉が発生すると、ベース領域３２，３３，３４，３５によって検出される光に歪みが生じ、光の歪みは素子１０の精度を低下させることになる。また、ベース領域３２，３３，３４，３５の一部は、振動質量部２１に覆われたままとしておくことが好ましく、常時光源４４からの光線には露出させない状態としておくことにより、素子１０の精度を改善することが好ましい。例えば、速度上昇によって振動質量部２１が移動し、ベース領域３２，３３，３４，３５全てがそれぞれ孔２２，２３，２４，２５によって露出された場合、更に速度上昇が生じてもベース領域３２，３３，３４，３５にはそれ以上光源４４からの光線に露出される部分がない。つまり、追加の速度上昇があっても、これは素子１０によって検出されないことになる。したがって、ベース領域３２，３３，３４，３５には、それぞれ孔２２，２３，２４，２５によって光線に露出されない部分を残しておくことが好ましい。速度変化に応答して振動質量部２１の移動が大きすぎたり、小さすぎたりするのを防止するために、振動質量部２１は１メートル当たり約１ないし１０ニュートンのバネ定数を有することが好ましい。
【００２４】
図７は、素子１０の別の実施例の断面図を示す。素子１０は、光学半導体素子７０として識別する。素子１０を製造するための上述のプロセスは、素子７０の製造にも使用可能である。素子７０は、光検出器６０，６６を含み、これらは双方とも、素子１０の光検出器１３と同様のものとすることができる。光検出器６０，６６は、横型バイポーラ・トランジスタであり、それぞれ、コレクタ領域６１，６７、およびそれぞれ、ベース領域６２，６８を有する。光検出器６０，６６は、基板６９内に形成され、これによって支持されている。これは、素子１０の基板１１と同様とすることができる。
【００２５】
誘電体層７２，７３は、それぞれ、図２の誘電体層１７，１８と同様とすることができる。誘電体層７３は誘電体層７２を覆い、誘電体層７２は基板６９の表面を覆う。誘電体層１８と同様、誘電体層７３は、エッチ・ストップ層として使用し、素子７０の製造に便宜を図ることが好ましい。
【００２６】
素子７０は振動質量部６３も有する。振動質量部６３は素子１０の振動質量部２１と同様とすることができる。振動質量部６３は、誘電体層７２，７３および光検出器６０，６６の部分の上に配置し、これらの上に位置する。素子７０は、オプションとして、光検出器６０，６６の各々の上に位置する、別個の振動質量部を有することができる。振動質量部６３は孔６５を有し、孔６５はベース領域６８およびコレクタ領域６７の部分の上に位置する。振動質量部６３は、更に、孔６４も有し、孔６４はベース領域６２およびコレクタ領域６１の上に位置する。図７に示すように、孔６５はベース領域６８の「左側」部分の上に位置し、孔６４はベース領域６２の「右側」部分の上に位置する。
【００２７】
素子７０は、以下で説明する差動加速度計として機能する。加速度が振動質量部６３を矢印７１で示す方向に移動させると、振動質量部６３の孔６５によって光線に露出されるベース領域６８の量が増大し、その結果、光検出器６６はより高い出力電流を発生する。しかしながら、振動質量部６３が矢印７１で示す方向に移動すると、振動質量部６３の孔６４によって光線に露出されるベース領域６２の量は減少する。結果的に、光検出器６０が発生する電流は低下し、光検出器６６が発生する電流は上昇する。一方、振動質量部６３が矢印７１と逆の方向に移動した場合、ベース領域６８の光線に露出される量は減少し、ベース領域６２の光線に露出される量は増大する。したがって、振動質量部６３が矢印７１と逆の方向に移動した場合、光検出器６６が発生する出力電流は低下し、光検出器６０の出力電流は上昇する。光検出器６０，６６が発生する電流の変化における差は、集積回路（図７には示していない）が用いることによって、より精度の高い加速度測定が可能となる。
【００２８】
一例として、前述の集積回路は、当技術では既知の差動増幅器を含むことができ、これを光検出器６０，６９に結合する。加速度によって振動質量部６３が表面７４にほぼ平行な軸に沿って変位すると、光検出器６０，６６の出力電流は、典型的に、単調に変化するが、互いに方向が逆である。温度変動，機械的振動，基板６９の表面７４に垂直な面における加速度における変化は、差動型の検出器対および差動増幅器を使用しているので、ほぼ相殺される。素子７０の感度を更に高めるために、光検出器６０，６６の各々を追加のトランジスタに結合し、２つの別個のダーリントン対(darlington pair) を形成すれば、光検出器６０，６６が発生する出力電流を増幅することができる。
【００２９】
したがって、本発明によれば、従来技術の欠点を克服する、改良された加速度計が提供されたことが明白である。本発明の光学半導体素子即ち光学加速度計は、従来技術に比較して、可動振動質量部の平面性に対する感応度が低い。その理由は、ここに記載した振動質量部はシャッタ即ち光遮断器として用いられ、振動質量部および下に位置する基板または電極間の正確な距離には感応しないからである。また、動作の間、振動質量部および下に位置する光検出器のベース領域を電気的にバイアスする必要がなく、また少なくとも同様の電位バイアスを有するので、本発明の素子は振動質量部の電気的ラッチングの影響を受ける確率は低い。更にまた、振動質量部の移動の間にあらゆる不整合は相殺されるので、ここに記載した素子は、振動質量部および下に位置する基板内の光検出器間の不整合による影響をさほど受けない。その上、本発明の素子は、容量性加速度計よりも温度に感応せず、同様のサイズの従来の容量性加速度計と比較して、加速度変化に対する感度が高い。
【００３０】
以上好適実施例を参照しながら、本発明について特定して示しかつ説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細において変更が可能であることは、当業者には理解されよう。例えば、光源４４は、電源保存を考慮して、パルス状とすることができる。更に、素子１０は、当技術では既知の一体化された自己検査コンデンサを含むことも可能である。自己検査の間、振動質量部２１は電気的にバイアスされ、小さな容量が測定される。素子１０が加速度測定に使用されるときは、自己検査機能を行わせないので、素子１０は電気的ラッチングの影響を受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学半導体素子の実施例を示す平面図。
【図２】図１の基準線２−２に沿った光学半導体素子を示す断面図。
【図３】図１の基準線３−３に沿った光学半導体素子を示す断面図。
【図４】製造の間の光学半導体素子を示す、図１の基準線３−３に沿った断面図。
【図５】製造の間の光学半導体素子を示す、図１の基準線３−３に沿った断面図。
【図６】パッケージ処理後の本発明による光学半導体素子を示す断面構成図。
【図７】本発明による光学半導体素子の別の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１０ 素子
１３ 光検出器
１４ コレクタ領域
１５ ベース領域
１７，１８ 誘電体層
２０ エミッタ接点
２１ 振動質量部
２２，２３，２４，２５ 孔
２６ カンチレバー・ビーム
２８，２９ 犠牲層
３０ コレクタ接点
３１，３２，３３，３４，３５，３６ ベース・ストライプ
４０ 半導体素子
４２ 保護キャップ
４４ 光源
４６，４７ パッケージ材料
４８ リードフレーム
５２ 集積回路
６０，６６ 光検出器
６１，６７ コレクタ領域
６２，６８ ベース領域
６３ 振動質量部
６５ 孔
６９ 基板
７０ 素子
７２，７３ 誘電体層
Claims (2)
- 基板表面（７４）を有する基板（６９）と；
前記基板表面（７４）の上に設けられる第１電気的絶縁層（７２）と；
前記第１電気的絶縁層（７２）の上に設けられる第２電気的絶縁層（７３）と；
前記第２電気的絶縁層（７３）の上に設けられる振動質量部（６３）と
を備える半導体素子（７０）において、
前記基板（６９）は、
第１ベース領域（６２）と第１コレクタ領域（６１）を有する第１光検出器（６０）と；
第２ベース領域（６８）と第２コレクタ領域（６７）を有する第２光検出器（６６）と
を支持し、
前記振動質量部（６３）は、前記第１光検出器（６０）と前記第２光検出器（６６）に対して移動可能なように、前記第１光検出器（６０）の一部と前記第２光検出器（６６）の一部の上に位置し、
前記振動質量部（６３）は、
前記第１光検出器（６０）の一部の上に位置する第１孔（６４）と；
前記第２光検出器（６６）の一部の上に位置する第２孔（６５）と；
前記第１孔（６４）と前記第２孔（６５）を完全に取り囲む固体部分と
を有し、
前記固体部分は、前記第２電気的絶縁層（７３）から離隔する前記振動質量部（６３）の可動部分であり、
前記半導体素子（７０）が静止している場合に、前記第１孔（６４）は前記第１ベース領域（６２）の一部分と前記第１コレクタ領域（６１）の一部分の上に位置し；前記第２孔（６５）は前記第２ベース領域（６８）の一部分と前記第２コレクタ領域（６７）の一部分の上に位置し；前記固体部分は前記第１ベース領域（６２）の一部分と前記第１コレクタ領域（６１）の一部分と前記第２ベース領域（６８）の一部分と前記第２コレクタ領域（６７）の一部分を覆い、
前記第１孔（６４）と前記第２孔（６５）は、前記基板表面（７４）に平行な軸に沿った方向（７１）に加速力に応じて同時に移動し、その移動に応じて前記第１孔（６４）が前記第１ベース領域（６２）を覆う部分がより大きくなり且つ前記第１孔（６４）が前記第１コレクタ領域（６１）を覆う部分がより小さくなるときに、前記第２孔（６５）が前記第２ベース領域（６８）を覆う部分がより小さくなり且つ前記第２孔（６５）が前記第２コレクタ領域（６７）を覆う部分がより大きくなることによって、前記第１光検出器（６０）と前記第２光検出器（６６）と前記振動質量部（６３）は差動加速度計を形成する
ことを特徴とする、半導体素子。 - 半導体基板からなる基板（６９）と；
前記基板（６９）の上に設けられる第１電気的絶縁層（７２）と；
前記第１電気的絶縁層（７２）の上に設けられる第２電気的絶縁層（７３）と；
前記基板（６９）の上に物理的に実装される不透明な可動構造部（６３）と
を備える光学半導体素子（７０）において、
前記基板（６９）内には、
第１導電型の第１ベース領域（６２）と；
前記第１ベース領域（６２）に隣接する第２導電型の第１コレクタ領域（６１）と；
第１導電型の第２ベース領域（６８）と；
前記第２ベース領域（６８）に隣接する第２導電型の第２コレクタ領域（６７）と
が設けられ、
前記第２導電型は前記第１導電型とは異なり、
前記可動構造部（６３）は、
前記第１ベース領域（６２）の一部分と前記第１コレクタ領域（６１）の一部分の上に位置する第１孔（６４）と；
前記第２ベース領域（６８）の一部分と前記第２コレクタ領域（６７）の一部分の上に位置する第２孔（６５）と
を有し、
前記第１孔（６４）と前記第２孔（６５）は、前記第２電気的絶縁層（７３）から分離距離（５３）だけ離隔し、
前記第１孔（６４）と前記第２孔（６５）がそれぞれ有する幅（３８）と長さ（３９）は、それぞれ前記分離距離（５３）よりも大きく、
前記可動構造部（６３）は、前記第１ベース領域（６２）の一部分と前記第１コレクタ領域（６１）の一部分と前記第２ベース領域（６８）の一部分と前記第２コレクタ領域（６７）の一部分の上に位置し、
前記可動構造部（６３）は加速力に応じて前記基板（６９）に平行な方向に移動し、その移動に応じて、可動構造部（６３）が覆う前記第１ベース領域（６２）と前記第２コレクタ領域（６７）の部分がより大きくなると同時に、可動構造部（６３）が覆う前記第１コレクタ領域（６１）と第２ベース領域（６８）の部分がより小さくなるように形成される
ことを特徴とする、光学半導体素子。
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