JP4627402B2 - 光検出器を用いた分光器 - Google Patents

Description

本発明は、光検出素子アレイを備える光検出器、及びそれを用いた分光器に関するものである。

分光器（スペクトロメータ）は、測定対象となる光をプリズムや回折格子などの分光素子によって各スペクトル成分へと分解する光学装置である。このような装置では、分光素子によって分光された光のスペクトル成分を検出することにより、光の波長分布や特定波長成分の強度などを知ることができ、様々な用途に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−８９６６９号公報

回折格子等を用いた分散型の分光器では、回折格子の後段に設けられて分光された光のスペクトル成分を検出する検出手段の１つとして、複数のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイが用いられている。分光された光のスペクトル成分を複数のフォトダイオードのそれぞれで検出することにより、その波長分布を測定することができる。

一方、回折格子の前段にはスリット状の光入射部材が設けられ、測定対象として入射する光の光路や入射角度が制限される。これらの光入射部材、分光素子、及びフォトダイオードアレイは、ハウジングを介して互いに位置決めされた状態で一体に固定される。

ここで、このような分光器を製造する際には、高分解能で精度良い分光測定を可能とするため、光入射部材、分光素子、及びフォトダイオードアレイを高い位置決め精度で配置する必要がある。しかしながら、上記構成の分光器では、その構成要素を互いにアライメントして固定する工程が複雑であり、あるいは、各構成要素のアライメントにおいて充分な位置決め精度が得られない場合もある。

従来の分光器の構成例として、図８に、特許文献１に記載された分光器の構成を示す。この分光器では、筐体となる半導体基板２０１の表面をエッチングして形成した凹部の底面２０２に、フォトダイオードアレイ２０４、及び反射面２０７がパターン形成されている。また、凹部の傾斜側面２０８にも反射面が形成されている。基板２０１上には板状の保護部材２０６が配置されており、この保護部材２０６には、光透過領域２０９、及び回折格子２０５が形成されている。この分光器では、基板２０１の上面２０３に保護部材２０６を位置決めして貼り付けることによって、分光器が構成される。

この分光器では、図８中に光路２１０によって示すように、光透過領域２０９から入射された光は、側面２０８の反射面、及び底面２０２の反射面２０７を経て回折格子２０５に到達する。そして、回折格子２０５によって分光された光がフォトダイオードアレイ２０４で検出される。

図８に示した分光器においては、半導体基板２０１と保護部材２０６とを位置合わせすることにより、光照射領域２０９及び回折格子２０５と、フォトダイオードアレイ２０４とが位置決めされる。しかしながら、基板２０１に凹部を形成した上で、フォトダイオードアレイ２０４、及び反射面２０７を形成しているため、分光器の構造及びその製造工程が複雑になるという問題がある。また、基板２０１に設けられたフォトダイオードアレイ２０４及び反射面２０７と、保護部材２０６に設けられた光照射領域２０９及び回折格子２０５とのそれぞれの間での位置決めが必要であり、そのアライメントが難しい。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、分光器に適用した場合にその構成要素の位置決め精度を向上することが可能な光検出器、及びそれを用いた分光器を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による分光器は、（１）半導体材料からなる基板と、（２）基板上に所定の配列で形成された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイと、（３）基板に上面から下面へと貫通するように形成された開口部を含み、フォトダイオードで検出する光を入射するために用いられる光入射部と、（４）フォトダイオードアレイ及び光入射部の間に設けられ、光入射部の近傍の基板部分に光が照射された際に発生するキャリアを捕獲して外部へと排出するためのキャリア捕獲部とを備える光検出器と、光入射部からフォトダイオードアレイへの光路上となる位置に、光検出器の基板上に設置された本体に光検出器に対して位置決めして設けられた分光素子を含む分光光学系とを備え、光入射部の開口部は、フォトダイオードアレイに対して、光入射部から入射した光を分光素子によって分光し、得られたスペクトル成分をフォトダイオードアレイでの複数のフォトダイオードのそれぞれによって検出する位置関係で形成されていることを特徴とする。

上記した光検出器においては、分光器に適用した場合に分光された光のスペクトル成分の検出に用いられる光検出素子アレイと、測定対象の光を入射する光入射部の開口部とを同一の基板上に設けた構成により、分光器の構成要素となる光検出素子アレイ及び光入射部を、あらかじめ精度良く位置決めして形成することができる。したがって、簡単な構成で、構成要素の位置決め精度を向上することが可能な光検出器が実現される。また、光検出素子アレイ及び光入射部の配置についての自由度が高くなる。

さらに、このように光検出素子アレイと同一の基板上に光入射部がある構成では、入射光の一部が、光入射部の近傍で基板に直接に照射されて、余分なキャリアが発生する場合がある。これに対して、本光検出器では、光検出素子アレイ及び光入射部の間にキャリア捕獲部を設けている。これにより、光入射部の近傍で入射光の一部が基板に照射された場合であっても、光検出素子による光の検出を良好に行うことが可能となる。なお、この光検出器は、表面照射型または裏面照射型のいずれにも構成することができる。

光検出器の具体的な構成については、基板は、第１導電型基板、及び第１導電型基板上に形成された第２導電型エピタキシャル層を有するとともに、光検出素子として機能するチャンネル領域がエピタキシャル層内に形成され、キャリア捕獲部は、第２導電型エピタキシャル層のうちで光検出素子アレイ及び光入射部の間にある層部分によって構成されていることが好ましい。

あるいは、基板は、第１導電型基板、及び第１導電型基板内に形成された第２導電型ウエル領域を有するとともに、光検出素子として機能するチャンネル領域がウエル領域内に形成され、キャリア捕獲部は、第２導電型ウエル領域のうちで光検出素子アレイ及び光入射部の間にある層部分によって構成されていることが好ましい。

あるいは、基板は、第１導電型基板を有し、光検出素子として機能するチャンネル領域が第１導電型基板内に形成されるとともに、第１導電型基板の光検出素子アレイ及び光入射部の間にある基板部分内にダミーチャンネル領域が形成され、キャリア捕獲部は、ダミーチャンネル領域によって構成されていることが好ましい。

また、このような構成においては、キャリア捕獲部に対し、捕獲されたキャリアを外部に排出するための電極が接続されていることが好ましい。

本発明による分光器は、（１）上記した光検出器と、（２）光入射部から光検出素子アレイへの光路上となる所定の位置に光検出器に対して位置決めして設けられた分光素子を含む分光光学系とを備え、（３）光入射部から入射した光を分光素子によって分光し、得られたスペクトル成分を光検出素子アレイでの複数の光検出素子のそれぞれによって検出することを特徴とする。

上記した分光器においては、光検出素子アレイと光入射部とが同一の基板上に設けられた上記構成の光検出器を用いることにより、それらが精度良く位置決めされ、かつ、簡単な構成の分光器を得ることが可能となる。また、光検出素子アレイ及び光入射部を互いにアライメントして固定する工程が不要となるので、分光器の製造が容易となる。また、本分光器では、光検出器において光検出素子アレイ及び光入射部の間にキャリア捕獲部が設けられている。これにより、光入射部の近傍で入射光の一部が基板に直接に照射された場合であっても、分光された光のスペクトル成分を光検出素子で良好に検出することが可能となる。

本発明による光検出器及びそれを用いた分光器によれば、光検出素子アレイと光入射部とを同一の基板上に設け、それらの間にキャリア捕獲部を設けた構成により、簡単な構成で、分光器の構成要素の位置決め精度が向上されるとともに、分光された光のスペクトル成分を光検出素子で良好に検出することが可能となる。

以下、図面とともに本発明による光検出器及びそれを用いた分光器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

まず、本発明による光検出器の構成について説明する。

図１は、本発明による光検出器の一実施形態の構成を表面側から示す斜視図である。また、図２は、図１に示した光検出器の構成を裏面側から示す斜視図である。

ここで、以下においては、説明の便宜のため、図１に示すように、光検出器の基板に直交する軸をｚ軸、ｚ軸に直交して基板面を規定する２つの軸をｘ軸、ｙ軸とする。また、説明上必要な場合には、ｘ軸の負の方向、正の方向をそれぞれ左方向、右方向、ｙ軸の負の方向、正の方向をそれぞれ前方向、後方向、ｚ軸の負の方向、正の方向をそれぞれ下方向、上方向として説明する。

本実施形態の光検出器１Ａは、例えばシリコン（Ｓｉ）などの半導体材料からなる基板１０を有している。この基板１０の上面１０ａ上には、複数のフォトダイオード（光検出素子）１２を有するフォトダイオードアレイ（光検出素子アレイ）１１が、所定の配列で形成されている。このフォトダイオードアレイ１１は、後述するように、本光検出器１Ａを分光器に適用した場合に、分光された光のスペクトル成分の検出に用いられるものである。図１においては、フォトダイオードアレイ１１は、上面１０ａの前方のやや左側に、ｘ軸をフォトダイオード１２の配列方向として設けられている。

また、基板１０には、上面１０ａから下面１０ｂへと貫通する開口部１３が形成されている。この開口部１３は、本光検出器１Ａを分光器に適用した場合に、フォトダイオード１２で検出する光を入射するための光入射部として用いられるものであり、フォトダイオードアレイ１１に対して所定の位置関係で、あらかじめ位置決めされて設けられている。図１においては、光入射部１３は、基板１０の前方の右側でフォトダイオードアレイ１１の右端のフォトダイオード１２と所定距離を置いて隣り合う所定位置に、矩形スリット状の開口形状によって形成されている。

上面１０ａ上の後方側には、電子回路部１８が設けられている。この電子回路部１８には、フォトダイオードアレイ１１に含まれる各フォトダイオード１２へのバイアス電圧の印加及び信号処理に必要な配線、回路等が設けられる。また、上面１０ａ上の左側及び右側の端部には、それぞれボンディングワイヤを介した電気信号の入出力等に用いられる電極パッド１９が設けられている。

また、本光検出器１Ａにおいては、上記したフォトダイオードアレイ１１と光入射部１３とに対し、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間に、光入射部１３の近傍の基板部分に光が照射された際に発生するキャリアを捕獲して外部へと排出するためのキャリア捕獲部が設けられている。

図３は、図１に示した光検出器におけるキャリア捕獲部の構成を示す断面図である。この図では、フォトダイオードアレイ１１のうちで右端に位置するフォトダイオード１２、及び光入射部１３を含む基板部分の構造を、ｘ軸に沿った断面図によって示している。

本実施形態での基板１０は、ｎ型（第１導電型）基板１０１と、ｎ型基板１０１上に形成されたｐ型（第２導電型）エピタキシャル層１０２とを有して構成されている。また、エピタキシャル層１０２内には、フォトダイオードアレイ１１のフォトダイオード１２として機能するｎ型チャンネル領域１２１が所定の配列で形成されている（図中には１つのみ図示）。また、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間には、その上面１０ａ及び下面１０ｂ上の所定位置に、エピタキシャル層１０２に接続された電極６１、及び基板１０１に接続された電極６２がそれぞれ設けられている。

このような構成において、エピタキシャル層１０２のうちでフォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間にある層部分によってキャリア捕獲部６０が構成されている。すなわち、光入射部１３の近傍の基板部分において発生したキャリアは、エピタキシャル層１０２の上記層部分にて捕獲され、チャンネル領域１２１には到達しない。また、捕獲されたキャリアは、電極６１を介して外部へと排出される。なお、光入射部１３に対してフォトダイオードアレイ１１の反対側にも、同様に電極６３、６４が設けられている。

本実施形態による光検出器１Ａの効果について説明する。

図１〜図３に示した光検出器１Ａにおいては、フォトダイオードアレイ１１と、光入射部１３となる開口部とを同一の基板１０上に設けた構成としている。このような構成によれば、本光検出器１Ａを分光器に適用した場合に、分光器の構成要素となるフォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３を、あらかじめ精度良く位置決めして形成することができる。したがって、簡単な構成で、構成要素の位置決め精度を向上することが可能な光検出器が実現される。

また、このような構成では、フォトダイオードアレイと光入射部とを別部材とし、互いにアライメントして固定する構成と比べて、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の配置についての自由度が高くなる。このような配置の自由度は、フォトダイオードアレイを有する光検出器を用いて分光器を構成する上で有効である。

ここで、光入射部１３では、基板１０の下面１０ｂ側から上面１０ａ側へと向かう方向が、本光検出器１Ａを分光器に適用した場合の光の入射方向となる。この光入射部１３の開口部は、例えば矩形状の開口形状で上面１０ａ及び下面１０ｂに垂直または所定角度で傾いた側面を有して形成され、測定対象として分光器へと入射する光の光路や入射角度を制限する。

さらに、上記した光検出器１Ａでは、光入射部１３の近傍の基板部分で発生するキャリアに対して、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間にキャリア捕獲部６０を設けている。これにより、光入射部１３近傍でのキャリアの発生にかかわらず、フォトダイオード１２による光の検出を良好に行うことができる。

すなわち、上記した光検出器１Ａを分光器に適用した場合、回折格子などの分光素子を経てフォトダイオードアレイ１１で信号光として検出される光の強度は、光入射部１３から分光器内へと入射される光に比べて弱い（例えば、１／１０００程度）。一方、光入射部１３からの入射光は通常広がり角度を有し、その一部は光入射部１３の開口部の側面などから基板１０に直接に照射される場合がある。このとき、キャリア捕獲部６０が無い場合には、基板１０内で入射光に起因して発生したキャリアがフォトダイオード１２でのノイズとなり、分光された光のスペクトル成分の検出が良好に行えないこととなる。

これに対して、上記したようにキャリア捕獲部６０を設けることにより、光入射部１３の近傍で発生した余分なキャリアはフォトダイオード１２には到達しなくなる。したがって、フォトダイオード１２でのノイズを低減して、良好な検出条件で光の検出を行うことが可能となる。また、このような構成では、キャリア捕獲部６０に対し、捕獲されたキャリアを外部に排出するための電極（図３における電極６１）が接続されていることが好ましい。

なお、光入射部１３を通して光を入射するための構成としては、様々な構成を用いることができる。図２には、その一例として、光ファイバ５１から出射された光を光入射部１３の下方に位置するプリズム５２で反射して入射する構成を示している。このように、基板１０の下面１０ｂ側に光入射用の光ファイバを設置する場合、下面１０ｂ上に光ファイバの位置決め及び固定用のＶ溝等を設けておくことが好ましい。

さらに、光検出器は、一般には、表面照射型または裏面照射型のいずれにも構成することができる。裏面照射型の場合、光は基板の表面から照射されるので、照射された光を裏面で受けるために光検出素子が基板の裏面上に形成される。また、基板については、その一部または全部を薄型化しても良い。短い波長の光の検出には、裏面照射型の光検出器の使用が好ましい。光検出器に用いられる基板は、例えば３．０ｍｍ×１０．０ｍｍ程度のサイズであり、また、光入射部となる開口部（スリット）は、例えば１５０μｍ×１．５ｍｍ程度のサイズである。

上記構成の光検出器１Ａの作製においては、まず、ｎ型基板１０１上にｐ型層１０２をエピタキシャル成長によって形成し、エピタキシャル層１０２内にフォトダイオードアレイ１１における個々のフォトダイオード１２となるｎ型チャンネル領域１２１を形成する。さらに、必要な配線及び表面保護膜等を形成した後、ドライエッチングまたはウエットエッチングによって光入射部１３の開口部を形成する。

また、光検出器に設けられるキャリア捕獲部の構成については、図３に示した構成例以外にも、様々な構成を用いることができる。

図４は、図１に示した光検出器におけるキャリア捕獲部の構成の他の例を示す断面図である。本構成例での基板１０は、ｎ型（第１導電型）基板から構成されている。基板１０内には、ｐ型（第２導電型）ウエル領域１０３が形成されている。また、ウエル領域１０３内には、フォトダイオードアレイ１１のフォトダイオード１２として機能するｎ型チャンネル領域１２２が所定の配列で形成されている（図中には１つのみ図示）。また、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間には、その上面１０ａ及び下面１０ｂ上の所定位置に、ウエル領域１０３に接続された電極７１、及び基板１０に接続された電極７２がそれぞれ設けられている。

このような構成において、ウエル領域１０３のうちでフォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間にある層部分によってキャリア捕獲部７０が構成されている。すなわち、光入射部１３の近傍の基板部分において発生したキャリアは、ウエル領域１０３の上記層部分にて捕獲され、チャンネル領域１２２には到達しない。また、捕獲されたキャリアは、電極７１を介して外部へと排出される。なお、光入射部１３に対してフォトダイオードアレイ１１の反対側にも、同様に電極７３、７４が設けられている。

図５は、図１に示した光検出器におけるキャリア捕獲部の構成のさらに他の例を示す断面図である。本構成例での基板１０は、ｎ型（第１導電型）基板から構成されている。また、基板１０内には、フォトダイオードアレイ１１のフォトダイオード１２として機能するｐ型チャンネル領域１２３が所定の配列で形成されている（図中には１つのみ図示）。さらに、基板１０のフォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間にある基板部分内に、キャリア捕獲層となるダミーチャンネル領域１０４が形成されている。また、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３の間には、その上面１０ａ上の所定位置に、ダミーチャンネル領域１０４に接続された電極８１が設けられている。

このような構成において、ダミーチャンネル領域１０４によってキャリア捕獲部８０が構成されている。すなわち、光入射部１３の近傍の基板部分に発生したキャリアは、キャリア捕獲用のダミーチャンネル領域１０４にて捕獲され、チャンネル領域１２３には到達しない。また、捕獲されたキャリアは、電極８１を介して外部へと排出される。なお、光入射部１３に対してフォトダイオードアレイ１１の反対側にも、同様にダミーチャンネル領域１０５、電極８３が設けられている。

これらの図３〜図５に示すように、具体的なキャリア捕獲部の構成としては、様々な構成を用いることができる。一般には、キャリア捕獲部は、光検出素子アレイ及び光入射部の間に設けられ、光入射部の近傍の基板部分に光が照射された際に発生するキャリアを捕獲して外部へと排出することが可能なように構成されていれば良い。

なお、光入射部に対して図５のようにダミーチャンネル領域（ダミーフォトダイオード）を設ける場合には、充分にキャリアを捕獲可能であれば、ダミーチャンネル領域は光入射部を連続して取り囲むパターンであっても良く、あるいは、分離された複数のダミーチャンネル領域で取り囲むパターンであっても良い。

次に、本発明による分光器の構成について説明する。

図６は、本発明による分光器の一実施形態の構成を示す斜視図である。また、図７は、図６に示した分光器を分解して示す斜視図である。本実施形態の分光器は、光検出器１Ｂと、本体２とを備えて構成されている。なお、光検出器１Ｂにおける基板１０、複数のフォトダイオード１２を有するフォトダイオードアレイ１１、光入射部１３、電子回路部１８、及びキャリア捕獲部６０の構成については、図１〜図３に示した光検出器１Ａと同様である。

本光検出器１Ｂにおいては、基板１０には、光入射部である開口部１３に加えて、それぞれ上面１０ａから下面１０ｂへと貫通する２つの開口部１４、１５が形成されている。これらの開口部１４、１５は、基板１０の上面１０ａ上に分光器を構成する他の部材を位置決めして設置するために用いられる検出器側位置決め部であり、フォトダイオードアレイ１１に対して所定の位置関係で、あらかじめ位置決めされて設けられている。

本実施形態においては、図７の分解図に示すように、位置決め部１４は、基板１０の後方の左側の所定位置に、矩形状の開口形状によって形成されている。また、位置決め部１５は、基板１０の後方の右側の所定位置に、同じく矩形状の開口形状によって形成されている。

この光検出器１Ｂに対し、本体２は、基板１０の上面１０ａ上に位置決めして設置されている。この本体２は、基板１０の上方に位置する板状部２０と、板状部２０を基板１０上に支持する支持部２１、２２とを有して構成されている。板状部２０は矩形の平板状に形成されており、その下面２０ｂが、基板１０と所定の距離を隔てて対向する光学面となっている。本分光器において測定対象となる光は、光入射部１３の開口部内を通過し、その上方にある板状部２０に向けて照射される。

板状部２０の左端部と基板１０との間には、支持部２１が設けられている。また、板状部２０の右端部と基板１０との間には、支持部２２が設けられている。これにより、本体２は板状部２０及び支持部２１、２２からなるブリッジ形状となっている。また、この本体２は、所定波長の光を透過する透明樹脂材料によって一体に形成されている。

支持部２１の下面側の所定位置には、図７に示すように、凸状部２１ａが設けられている。また、支持部２２の下面側の所定位置には、同様に、凸状部２２ａが設けられている。これらの凸状部２１ａ、２２ａは、それぞれ基板１０の上面１０ａ上に設けられた検出器側位置決め部１４、１５の開口部に対応する位置及び形状によって形成されている。これにより、凸状部２１ａ、２２ａは、位置決め部１４、１５と嵌合することによって本体２と光検出器１Ｂとを位置決めする本体側位置決め部となっている。

光検出器１Ｂの基板１０に対向している板状部２０の下面（内面）２０ｂ上には、光入射部１３から入射する光の光路上となる所定の位置に、レンズ２３が設けられている。レンズ２３は、板状部２０の上面（外面）２０ａ上またはその近傍の所定位置を中心とする半球に近い形状のレンズであり、下面２０ｂ上に一定の曲率を有する曲面部分を形成することによって板状部２０と一体に設けられている。

また、板状部２０の上面２０ａ上でレンズ２３の曲率中心を含む部位には、平面状の回折格子２４が設けられている。回折格子２４は、光入射部１３から入射してレンズ２３を通過した光を分光する分光素子である。この回折格子２４は、レンズ２３に対応する円形状の外形を有する反射型の平面回折格子であり、その光の分散方向がフォトダイオードアレイ１１でのフォトダイオード１２の配列方向（ｘ軸方向）と一致するように形成されている。なお、平面回折格子においても、収差を低減した反射型のブレーズド格子を用いることができる。

以上の構成を有する分光器において、光検出器１Ｂの基板１０に設けられた光入射部１３から分光器内へと入射した測定対象の光は、板状部２０の下面２０ｂに到達し、レンズ２３によって平行光とされた後、分光素子である反射型平面回折格子２４へと入射する。

入射した光は、回折格子２４によって反射されると同時にその波長によって各スペクトル成分へと分解され、レンズ２３を介して基板１０の上面１０ａに向けて出射される。そして、分光された光のスペクトル成分は、上面１０ａ上に設けられたフォトダイオードアレイ１１へと集束されつつ入射し、それぞれ対応するフォトダイオード１２によって検出される。

本実施形態による分光器の効果について説明する。

図６及び図７に示した分光器においては、フォトダイオードアレイ１１と光入射部１３とが同一の基板１０上に設けられた上記構成の光検出器１Ｂを用いて分光器が構成されている。これにより、分光器の構成要素であるフォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３が精度良く位置決めされ、かつ、簡単な構成の分光器を得ることが可能となる。また、このような構成では、分光器を製造する際に、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３を互いにアライメントして固定する工程が不要となる。したがって、分光器の製造工程を容易化することができる。

また、本分光器では、光検出器１Ｂにおいてフォトダイオードアレイ１１および光入射部１３の間にキャリア捕獲部が設けられている（図３参照）。これにより、光入射部１３の近傍で入射光の一部が基板に直接に照射された場合であっても、発生した余分なキャリアをキャリア捕獲部によって捕獲して、回折格子２４によって分光された光のスペクトル成分をフォトダイオード１２で良好に検出することができる。

また、図６に示す分光器は、分光素子である回折格子２４が設けられた本体２を、フォトダイオードアレイ１１及び光入射部１３が設けられた光検出器１Ｂの基板１０上に設置することによって構成されている。このような分光器では、そのオンチップ構造により、分光器の構成を全体として小型化することができる。

ただし、分光器の構成としては、このような本体２を用いない構成としても良い。一般には、分光器は、上記構成の光検出器に加えて、光入射部から光検出素子アレイへの光路上となる所定の位置に光検出器に対して位置決めして設けられた分光素子を含む分光光学系を備えて構成されていれば良い。

また、本実施形態においては、光検出器１Ｂと本体２とは、検出器側位置決め部１４、１５である開口部と、本体側位置決め部２１ａ、２２ａである凸状部とが嵌合することによって位置決めして固定されている。このように、光検出器１Ｂ及び本体２の双方に位置決め部を設ける構成では、分光器を製造する際のパッシブアライメントによる位置決めが可能となり、分光器の製造がさらに容易となる。また、これらの光検出器１Ｂ及び本体２により、分光器の各構成要素が３次元に精度良く位置決めされて配置されることとなるので、完全なセルフアライメントが可能なチップサイズの分光器が実現される。

本発明による光検出器、及びそれを用いた分光器は、上述した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、分光器に用いられる分光素子については、上記した反射型平面回折格子以外にも様々なものを用いて良い。また、光検出器における基板上での光検出素子アレイ及び光入射部の配置構成等についても、分光器の全体構成、及びキャリア捕獲部の構成と合わせて様々な構成を用いることができる。

本発明は、簡単な構成で、分光器に適用した場合にその構成要素の位置決め精度を向上することが可能な光検出器、及びそれを用いた分光器として利用可能である。

光検出器の一実施形態の構成を表面側から示す斜視図である。 図１に示した光検出器の構成を裏面側から示す斜視図である。 図１に示した光検出器におけるキャリア捕獲部の構成を示す断面図である。 図１に示した光検出器におけるキャリア捕獲部の構成の他の例を示す断面図である。 図１に示した光検出器におけるキャリア捕獲部の構成の他の例を示す断面図である。 分光器の一実施形態の構成を示す斜視図である。 図６に示した分光器を分解して示す斜視図である。 従来の分光器の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ…光検出器、１０…半導体基板、１１…フォトダイオードアレイ、１２…フォトダイオード、１３…光入射部（開口部）、１４、１５…検出器側位置決め部、１８…電子回路部、１９…電極パッド、６０、７０、８０…キャリア捕獲部、１０１…ｎ型基板、１０２…ｐ型エピタキシャル層、１０３…ｐ型ウエル領域、１０４、１０５…ダミーチャンネル領域、１２１、１２２、１２３…チャンネル領域、６１〜６４、７１〜７４、８１、８３…電極、
２…本体、２０…板状部、２１、２２…支持部、２１ａ、２２ａ…本体側位置決め部、２３…レンズ、２４…反射型平面回折格子。

Claims (5)

1. 半導体材料からなる基板と、
   前記基板上に所定の配列で形成された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイと、
   前記基板に上面から下面へと貫通するように形成された開口部を含み、前記フォトダイオードで検出する光を入射するために用いられる光入射部と、
   前記フォトダイオードアレイ及び前記光入射部の間に設けられ、前記光入射部の近傍の基板部分に光が照射された際に発生するキャリアを捕獲して外部へと排出するためのキャリア捕獲部とを備える光検出器と、
   前記光入射部から前記フォトダイオードアレイへの光路上となる位置に、前記光検出器の前記基板上に設置された本体に前記光検出器に対して位置決めして設けられた分光素子を含む分光光学系とを備え、
   前記光入射部の前記開口部は、前記フォトダイオードアレイに対して、前記光入射部から入射した光を前記分光素子によって分光し、得られたスペクトル成分を前記フォトダイオードアレイでの前記複数のフォトダイオードのそれぞれによって検出する位置関係で形成されていることを特徴とする分光器。
2. 前記基板は、第１導電型基板、及び前記第１導電型基板上に形成された第２導電型エピタキシャル層を有するとともに、前記フォトダイオードとして機能するチャンネル領域が前記エピタキシャル層内に形成され、
   前記キャリア捕獲部は、前記第２導電型エピタキシャル層のうちで前記フォトダイオードアレイ及び前記光入射部の間にある層部分によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の分光器。
3. 前記基板は、第１導電型基板、及び前記第１導電型基板内に形成された第２導電型ウエル領域を有するとともに、前記フォトダイオードとして機能するチャンネル領域が前記ウエル領域内に形成され、
   前記キャリア捕獲部は、前記第２導電型ウエル領域のうちで前記フォトダイオードアレイ及び前記光入射部の間にある層部分によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の分光器。
4. 前記基板は、第１導電型基板を有し、前記フォトダイオードとして機能するチャンネル領域が前記第１導電型基板内に形成されるとともに、前記第１導電型基板の前記フォトダイオードアレイ及び前記光入射部の間にある基板部分内にダミーチャンネル領域が形成され、
   前記キャリア捕獲部は、前記ダミーチャンネル領域によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の分光器。
5. 前記キャリア捕獲部に対し、捕獲されたキャリアを外部に排出するための電極が接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の分光器。

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