JP4813113B2 - 発光素子試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子試験装置に関する。

半導体レーザの信頼性試験を行う際には、複数のレーザダイオードをエージング装置と言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た。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出力光の入射光強度が強いと、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、従来、ホトダイオード側での検出出力の飽和を防止し、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為に、ホトダイオードの前にＮＤフィルタを介在させて、モニタ光を検出していた。

特許文献１の装置は、このような試験装置の一つであり、光検出素子の出力飽和対策のために半導体レーザ素子と光検出素子との間にＮＤフィルタを挿入している。
特開平１０−１９６６３号公報

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、特性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。したがって、ＮＤフィルタの表面に対する法線が、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られて配置している。このような構成とすることで、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。

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−ホトダイオード間に必要であり、装置が大型化してしまう。また、ＮＤフィルタを傾ける必要があり、固定用治具等を備える必要からアセンブリが複雑になるという欠点も有していた。

特に、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為、フィルタが所定角度で傾斜している為に、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ってレーザダイオードの動作が不安定になり、特性評価試験を精度よく行うことができないという問題があった。

そこで、本発明は、特性評価試験を精度よく行うことができるとともに、小型化が可能な発光素子試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、光検出素子を複数備えた発光素子試験装置において、各光検出素子は、第１導電型の基板と、基板の上面の一部分に形成された第２導電型の不純物領域と、不純物領域上に絶縁層を介して蒸着又はスパッタにより形成されたＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の積層体とを備え、積層体は複数の微細孔を有し、前記発光素子試験装置は、複数の前記光検出素子が受光するべきモニタ光を出射する複数の発光素子を配置する場合に、前記光検出素子と前記発光素子とを収容する恒温槽と、前記発光素子への駆動電流又は前記光検出素子の光電流をモニタする手段と、を備えることを特徴とする。また、前記絶縁層は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を含むことを特徴とする。また、前記微細孔は、前記積層体を前記絶縁層まで貫通していることを特徴とする。

この光検出素子は、複数の前記微細孔の面積の合計によって規定される開口率は、１〜３０％に設定されることを特徴とする。

上記の如く、本発明に係る発光素子試験装置は、上記光検出素子を複数備え、これらの光検出素子が受光するべきモニタ光を出射する複数の発光素子を配置する場合に、光検出素子と発光素子とを収容する恒温槽と、発光素子への駆動電流又は光検出素子の光電流をモニタする手段とを備えることを特徴とする。

このような発光素子試験装置の光検出素子は、発光素子から出射されたモニタ光を受光して光電流を出力するが、駆動電流又は光電流をモニタすることで発光素子の特性評価試験を行うことができる。

光検出素子の光入射面にはＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ及びＴｉＮの積層体が設けられており、積層体には、モニタ光の一部を光入射面にて受光させるための複数の微細孔を有している。微細孔を有する積層体を光検出素子の光入射面に設けるので、発光素子から出射されたモニタ光は積層体に照射される。積層体の微細孔以外の部分に入射したモニタ光はＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の積層体によって遮られ、微細孔内に入射したモニタ光は光検出素子の光入射面に到達する。Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の積層体は、反射光の発生を低減することができる。

また、光入射面上でモニタ光の反射が生じた場合であっても、微細孔の壁面はレーザダイオード方向への戻り反射率を低減することができる。このように、反射光が発光素子に戻る可能性は低くなるため、発光素子の特性評価試験を精度よく行うことが可能となる。なお、恒温槽があるため、発光素子及び光検出素子を所望の温度に保った状態で、発光素子の特性評価を行うことができる。

また、微細孔を有するＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ及びＴｉＮの積層体からなる膜を光検出素子の光入射面に設けることにより、モニタ光を遮光してモニタ光の一部だけを光検出素子に入力させることで光電流を下げ、光検出素子の飽和をより高い入射パワーまで伸ばすために必要となる光学フィルタ（ＮＤフィルタ）を、使用しないこともできる。

この場合、光学フィルタの設置スペースが不要となるため、小型化が可能となる。また、光学フィルタは、その厚さで光の減衰率を調整するため、製造に厳密さを要するのに対して、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の積層体は、材料で反射率を、微細孔（穴）の数や大きさ等で光の減衰率を調整することができる。また、この加工はフォトリソグラフィで行うので、非常に精密かつばらつきなく実施できる。

また、複数の微細孔は、それぞれ所定の面積を有していることが好ましい。微細孔の面積を規定すると、光検出素子の光入射面においてモニタ光が入射する部分の面積は、微細孔の数に応じて変化することとなる。モニタ光が入射する部分の面積が変化すると、光検出素子の受光感度も変化するため、検出素子の受光感度を調整することが可能となる。

複数の微細孔の面積の合計によって規定される開口率は、１〜３０％に設定されることが好ましい。開口率を１００％とした場合と比べて、開口率を３０％とした場合には飽和特性を約３倍改善でき、開口率を１％とした場合には飽和特性を約１００倍改善することができる。なお、飽和特性の改善とは、飽和時における光入力がより大きくなることを指す。

本発明によれば、特性評価試験を精度よく行うことができるとともに、小型化が可能となる。

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、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。

なお、図４に示すように、半導体レーザダイオード６の光出射端面ＴＳと、ホトダイオード１０の光入射面ＩＳは対向している。また、光出射端面ＴＳは、半導体レーザダイオード６の活性層ＡＣに垂直である。

詳説すれば、ホトダイオード１０は光出力をモニタするのであるから、原則的には半導体レーザダイオード６の出力光の全部を受光しなければならない。図４に示すように、半導体レーザダイオード６からのモニタ光Ｌのビ−ム径は、光出射面端面ＴＳから離れるに従って拡がる。この広がり角は比較的大きいので、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０が離れるとビ−ム径は大きくなる。

このビ−ム径は、半導体レーザダイオード６の遠視野像の広がり角と、半導体レーザダイオードのチップ面からの距離の積に等しい。したがって、半導体レーザの光のビ−ム径を小さくするため、ホトダイオード１０を半導体レーザダイオード６に対して対向配置し、これらを接近させている。

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各光検出素子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、特定の入射光量の範囲内においては入射光量に対する出力電流の線形性を維持することができる。

図２は、ホトダイオード１０の動作について説明するための図である。

ホトダイオード１０は、対向する半導体レーザダイオード６から出射されたモニタ光Ｌを受光すると、その入射光量に応じた値を有する光電流をホトダイオード制御部１２に出力する。なお、ホトダイオード１０のカソード１０ａ側にはバイアス電圧ＶＲが直列に接続され、アノード１０ｂ側には負荷抵抗ＲＬが接続されている。

このように、発光素子試験装置１は、半導体レーザダイオード６から出射されたモニタ光を受光して光電流を出力するホトダイオード１０を備え、半導体レーザダイオード６への駆動電流又はホトダイオード１０からの光電流に基づいて半導体レーザダイオード６の特性評価試験を行う。また、恒温槽２は、半導体レーザダイオード６及びホトダイオード１０を収容しており、半導体レーザダイオード６及びホトダイオード１０を所望の温度に保った状態で、半導体レーザダイオード６の特性評価を行うことができる。すなわち、上述の装置は、半導体レーザダイオードの特性試験の中で、光出力を一定になるように制御しながら恒温槽の中で特性（スクリーニング）試験をする際に使用することができる。

図３は、ホトダイオード１０の平面図である。

ホトダイオード１０の光入射面の全面におけるアノード１０ｂよりも内側の領域には、電極パッド（カソード１０ａ，アノード１０ｂ）を除いて、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体が設けられている。ＴｉＮ層１０ｍを含む積層体は、モニタ光の一部を光入射面にて受光させるための複数の微細孔（微小開口）１０ｃを有している。なお、アノード１０ｂはホトダイオード１０のチップの周囲を囲むように設けられている。

半導体レーザダイオード６から出射されたモニタ光は、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体に入射する。Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体の微細孔１０ｃ以外の部分に入射したモニタ光は、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体で遮られ、微細孔１０ｃ内に入射したモニタ光はホトダイオード１０の光入射面に到達する。したがって、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体は反射光の発生を低減する。

複数の微細孔１０ｃは、それぞれ所定の面積（Ｓとする）を有する。微細孔１０ｃの面積Ｓを規定すると、ホトダイオード１０の光入射面においてモニタ光が入射する部分の面積は、微細孔１０ｃの数Ｎ（Ｓ×Ｎ）に応じて変化することとなる。

微細孔１０ｃの形状を多角形とする場合、その重心位置から各辺の構成点までの距離の平均値の２倍を微細孔の径とすることができ、多角形の頂点数が無限の場合、すなわち、微細孔１０ｃの形状が円の場合には、面積Ｓ＝πｒ^２である（ｒ＝Ｒ／２、Ｒは微細孔の直径）。

本例では、全ての微細孔１０ｃの面積Ｓは等しく、内壁面による反射光の吸収量を考慮して、数Ｎを設定する。

一例として、微細孔の形状を円形とし、その直径Ｒを２０μｍ、光入射面内の開口率α（＝微細孔の総面積（Ｓ×Ｎ）／光入射面面積Ｔ）を１０％、２０％、３０％に設定する。この場合には、光入射面における微細孔の重心位置間距離はそれぞれ約５０μｍ、約４０μｍ、約３０μｍとなる。

モニタ光が入射する部分の面積（Ｓ×Ｎ）が変化すると、ホトダイオード１０の受光感度も変化するため、ホトダイオード１０の受光感度と飽和特性とを調整することが可能となる。

すなわち、複数の微細孔１０ｃそれぞれの面積Ｓ及び数Ｎは、半導体レーザダイオード６によるモニタ光の出射光量で光電流が飽和しないように設定される。例えば、負荷抵抗ＲＬの抵抗値１００Ω、バイアス電圧ＶＲ＝２Ｖとした場合に、開口率が１００％であるホトダイオードはモニタ光の出射光量が４×１０^−２Ｗ付近で飽和するのに対して、開口率を１０％としたホトダイオード１０ではモニタ光の出射光量は３×１０^−１Ｗ付近まで飽和せず、ホトダイオードの飽和特性を改善することができる。

さらに、微細孔のピッチ（重心位置間距離）は、できるだけ小さいことが好ましく、この場合には、感度均一性を向上させることができる。

それぞれの微細孔１０ｃの面積Ｓ及び数Ｎをこのように設定することで、モニタ光の出射光量の変化に応じて、ホトダイオード１０が出力する光電流と飽和特性とを制御することができる。

なお、半導体レーザダイオードは、高出力化が急速に進んでおり、今後は単一の半導体レーザの出力が１Ｗを越えるものも商品化されていくと思われる。通常、半導体レーザダイオードからの出力光はホトダイオードで検出されるが、許容の受光強度を超えた入射光強度に対しては受光出力が飽和してしまい、正確なモニタができなかったが、積層体（１０ｅ，１０ｍ）を用いて開口率を調整することで、このような不具合も解消することができる。

また、本装置では、微細孔１０ｃを有する積層体（１０ｅ，１０ｍ）をホトダイオード１０の光入射面に設けているので、モニタ光を減光するための光学フィルタ（ＮＤフィルタ）を使用する必要はない。

ここで、ＮＤフィルタの問題について付記しておく。

すなわち、従来、ホトダイオードの前方にＮＤフィルタを介在させていたが、ＮＤフィルタを半導体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フィルタ表面で半導体レーザダイオード光が反射して、その反射光が半導体レーザダイオードに戻って誤動作を起こす。

このような場合、ＮＤフィルタの表面に対する法線が、半導体レーザダイオードのレーザ光出射端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ればよい。このような構成とすることで、ＮＤフィルタの表面で反射されたモニタ用レーザ光は、戻り光としてレーザ光出射端面に入射するのを防止することができる。

この場合、ＮＤフィルタを斜めにして配置させる為の空間が半導体レーザダイオードとホトダイオードとの間に必要であり、装置が大型化してしまう。また、ＮＤフィルタを傾ける必要があり、固定用治具等を備える必要からアセンブリが複雑になる。

また、上述の複数の半導体レーザダイオードを並列配置して同時に試験を行う場合、フィルタが所定角度で傾斜している為に、フィルタ表面で反射された反射光が隣接する半導体レーザダイオードに戻ってしまう場合がある。

上述の装置では、ＮＤフィルタの設置スペースが不要となるため、小型化が可能となる。すなわち、半導体レーザダイオードを高密度で配置することができる。すなわち、ホトダイオード１０の光入射面をＸＺ面とした場合、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０の対は、ＸＺ面に対して垂直な方向（Ｙ軸方向）にも並べることができる。Ｘ軸方向のホトダイオード１０（半導体レーザダイオード６）の数をｘ、Ｙ軸方向の数をｙ、Ｚ軸方向の数をｚとすると、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０の対の数はｘ×ｙ×ｚとなり、三次元集積が可能となる。

また、ＮＤフィルタは、その厚さで光の減衰率を調整するため、製造に厳密さを要するのに対して、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体は、材料で反射率を、穴の数や大きさ等で光の減衰率を調整することができる。この穴の加工はフォトリソグラフィで行うので、非常に精密かつばらつき無く実施することができる。よって、ホトダイオードの製造が容易となる。

Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体について説明する。

図５は、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ及びＴｉＮの積層体からなる膜を備えたホトダイオード１０の断面図である。

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１０ｆと、基板１０ｆの上面の一部分に形成された高濃度の第２導電型の不純物領域１０ｇと、不純物領域１０ｇ上に形成された絶縁膜（ＳｉＯ_２）１０ｈとを有しており、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体は、絶縁層１０ｋ上に形成されている。第２導電型の不純物領域１０ｇの周囲には、高濃度の第１導電型の不純物領域１０ｉが形成されており、それぞれに電極パッド１０ｂ及び電極パッド１０ａが設けられている。基板１０ｆの裏面には高濃度の第１導電型の不純物層１０ｊ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１０ｆと不純物領域１０ｇ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光入射面とする。

Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体の下に絶縁膜１０ｋを設けることにより、第２導電型の不純物領域１０ｇを保護することができる。また、絶縁層１０ｋは反射防止膜としても機能するため、積層体（１０ｅ，１０ｍ）の微細孔１０ｃに入射したモニタ光Ｌが反射する可能性をより低くすることができる。

なお、ホトダイオード１０の光入射面は近赤外域及び可視域の光を遮るＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体で被覆されているが、このＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅおよびＴｉＮ層１０ｍの積層体は電極パッド（カソード１０ａ，アノード１０ｂ）と同時に形成され、電極パッドについては、ＴｉＮ層１０ｍがエッチングにより除去され、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅが露出することで形成される。ホトダイオード１０の光入射面上に形成されたＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体には、ホトダイオード１０表面の絶縁膜１０ｋまで貫通する複数の微細孔１０ｃが、一例として、ドット径２０μｍで開口率１０％となるように均一に配置される。

半導体レーザダイオード６から出射されるモニタ光Ｌは、ほとんどがＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０e及びＴｉＮ層１０ｍの積層体に遮られ、一部のみ微細孔１０ｃ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。この為、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、半導体レーザダイオード６の出力の正確なモニタが可能となる。しかも、積層体（１０ｅ，１０ｍ）は反射率が小さい為、積層体（１０ｅ，１０ｍ）表面での反射光は少なく，半導体レーザダイオード６の光出射端面への戻り光を抑制することができる。

なお、光入射面とＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体との間にＳｉＯ_２（シリコン酸化物）やＳｉ_３Ｎ_４（シリコン窒化物）等からなる反射防止膜等を形成することで、更に半導体レーザダイオード６の光出射端面への戻り光を抑制することができる。

次に、ホトダイオード１０の製造方法について説明する。

図６は、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の積層体を用いた場合のホトダイオード１０の製造方法を説明するための図である。

まず、図６（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１０ｆを用意する。ここでは、第１導電型をｎ型とし、基板１０ｆの厚みを０．３ｍｍとする。なお、実際には、半導体基板１０ｆ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、図６（ｂ）に示すように、半導体基板１０ｆ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１０ｆの周辺領域（平面矩形環状）内に添加し、基板１０ｆの表面側の周辺領域に不純物領域１０ｉを形成する。また、半導体基板１０ｆの裏面の全面にもｎ型不純物（本例では燐）を半導体基板１０ｆ内に添加し、裏面側に不純物層１０ｊを形成する。基板１０ｆの表面及び裏面上には絶縁膜１０ｈ’及び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絶縁膜１０ｈ’及び１０ｘを形成する。

不純物領域１０ｉ及び不純物層１０ｊは、それぞれ表面抵抗率ρ＝１２Ω／ｓｑ、深さｘｊ＝１．５μｍに設定した。

しかる後、図６（ｃ）に示すように、表面側の絶縁膜１０ｈ’の中央領域を除去して矩形環状のマスクパターン領域１０ｈを形成し、半導体基板１０ｆの表面の中央領域内に第２導電型の不純物を添加し、平面矩形状に不純物領域１０ｇを形成する。ここでは、第２導電型をｐ型とする。本例の添加物はボロンであり、表面抵抗率ρ＝４４Ω／ｓｑ、接合深さｘｊ＝０．５５μｍに設定した。ｐ型不純物は絶縁膜１０ｈを介してイオン注入法で添加することもできる。なお、添加後、熱酸化を行い、絶縁層１０ｋを更に基板露出面上に形成する。また、必要に応じてＣＶＤやスパッタによってＳｉ_３Ｎ_４（シリコン窒化物）を絶縁膜１０ｋとして基板表面上に形成してもよい。

次に、図６（ｄ）に示すように、表面側の絶縁層１０ｋ，１０ｈに複数のコンタクトホールを形成し、これらのコンタクトホール内に、不純物領域１０ｉ及び１０ｇにそれぞれ接触する電極パッド１０ａ、１０ｂを形成すると同時に光入射面（受光領域）にＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍを、それぞれ厚み０．６μｍ、０．０５μｍで形成する。これらのコンタクトホールの形成は、コンタクトホールの形成位置以外の領域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１０ｋ，１０ｈをフッ酸水溶液等でエッチングすることにより行う。

電極パッド１０ａ、１０ｂ及び受光面上に形成するＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅは、ターゲット材料としてのＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕを１３０℃で蒸着（スパッタ）で形成し、更に、この上に形成されるＴｉＮ層１０ｍはＴｉＮを常温で蒸着（スパッタ）で形成することができる。なお、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅとＴｉＮ層１０ｍとの界面の共晶化は抑制されており、遮光機能と反射防止機能が好適に達成される。すなわち、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅの遮光機能と、ＴｉＮ層１０ｍの低反射機能が共に達成される。

電極パッド１０ａ、１０ｂと受光面上に形成するＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍとは同じフォトマスクを用いて形成される。そして、電極パッド１０ａ、１０ｂの表面に形成したＴｉＮ層１０ｍのみをドライエッチングにより除去することで、そのＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ面を露出させる。

次に、基板表面の中央領域上にのみ複数の微細孔１０ｃを有するＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍが残るように、基板上にマスクを形成し、このマスクを介して基板をドライエッチングする。すなわち、基板表面のＴｉＮ層１０ｍ上にホトレジストを塗布し、これを露光及び現像して、複数の微細孔を不純物領域１０ｇ上に有し、且つ、基板表面の周辺領域が開口したパターンのマスクを形成した後、エッチングを行う。

最後に、図６（ｅ）に示すように、基板裏面側に形成しておいた保護用の絶縁膜１０ｘを剥離し、ホトダイオード１０が完成する。

なお、上述の実施形態では絶縁層（ＳｉＯ₂膜）上にＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体を形成する例を説明したが、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の積層体がアノード部及びカソード部と電気的に分離されておれば、必ずしも絶縁層（ＳｉＯ₂）は必須ではない。

また、ＴｉＮ層上にＳｉＯ₂等の絶縁層を更に形成し、ＡＲコート膜等を形成することも可能であるが、その場合は下のＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の膜厚を含めて、各層の膜厚を最適化することが好ましい。

図７は、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層からなる積層体の分光反射率を示すグラフである。

波長４００ｎｍから６００ｎｍの範囲における反射率は２０％以下に抑制されており、特に、可視域の４５０ｎｍから５６０ｎｍの波長範囲においては、反射率は１０％に低減されており、レーザダイオードへの戻り光の影響を低減することができる。

以上、説明したように、上述の装置を用いたＡＰＣ試験の場合では、ホトダイオード１０の出力電流（光電流）を検出し、半導体レーザダイオード６の光出力が一定出力、例えば１Ｗになるように、半導体レーザダイオード６の駆動電流を制御し、ある時間毎に、半導体レーザダイオード６の駆動電流を測定する。これにより，半導体レーザダイオード６の出力特性の変化の有無を測定することができる。なお、ホトダイオード１０の開口率を低く設定することで、入射光量が１Ｗ程度までの広い範囲で飽和しないようにすることは十分可能である。

なお、本例では、恒温槽２の温度は８５℃に設定するが、これは半導体レーザダイオード６信頼性試験の標準的な温度である。このような試験の場合、ホトダイオードのバイアス電圧は１〜５Ｖの範囲内で行われ、積層体の開口率αの条件は以下のものが好適である。

開口率αが１０％、２０％、３０％においてはホトダイオードの通常使用領域で線形性が維持され、且つ、飽和しないが、開口率αが１００％の場合には、入射光量が数〜数十ｍＷ以上の所定値以上では光電流が飽和する。このように、複数の微細孔の面積の合計によって規定される開口率αは、１〜３０％に設定されることが好ましい。開口率を１００％とした場合と比べて、開口率を３０％とした場合には飽和特性を約３倍改善でき、開口率を１％とした場合には飽和特性を約１００倍改善することができる。なお、飽和特性の改善とは、飽和時における光入力がより大きくなることを指す。

以上、説明したように、上述の発光素子試験装置においては、ホトダイオード１０の受光出力を飽和させずに、かつ半導体レーザダイオード６への戻り光の問題を発生させず、半導体レーザダイオード６とホトダイオード１０を近接配置することが可能となり、小型化、半導体レーザダイオード６の高密度化を実現することができる。

図８は、上述のホトダイオード１０をモールドした光検出素子の断面図である。この場合には、光源は可視もしくは近赤外光に限定される。

マウントパッケージ３１内には、ホトダイオード１０が配置されており、ホトダイオード１０は散乱材料３２を分散させた半透明樹脂３０で覆われている。

散乱材料３２は、ホトダイオード１０への入射光を散乱するため、感度均一性を向上させることができる。半透明樹脂３０は、入射光に対して透明な材料で構成される。散乱材料３２は、樹脂に分散することによって使用される。

入射光が赤外線の場合の（Ａ）散乱材料３２は、例えば、数μｍサイズの透明シリカなどであり、（Ｂ）モールド樹脂３０は、例えば、透明なシリコーン樹脂もしくはエポキシ樹脂である。

なお、ホトダイオードのパッケージとしては、ホトダイオード自体を樹脂でモールドしたもの、セラミックパッケージ内にホトダイオードを収容して樹脂モールドしたもの、金属パッケージ内にホトダイオードを収容して樹脂モールドしたものが考えられる。また、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体の表面をプラズマ加工することによって、反射率を更に低減させることもできる。

また、上述の実施の形態に係るホトダイオード（発光素子試験装置用光検出素子）１０は、光入射面に複数の微細孔を有するＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層１０ｅ及びＴｉＮ層１０ｍの積層体を備えており、半導体レーザダイオード６の特性評価試験を精度よく行うことができる。複数の微細孔の面積の合計によって規定される積層体（１０ｅ，１０ｍ）の開口率αは、１〜３０％に設定されることが好ましく、この場合には、入射光量に対する光電流の飽和を抑制することができる。なお、好適な開口率αを１％以上としたのは、コンタクトホールなどの開口を構造的に除いて規定するためである。

なお、図７を参照すると、積層体の可視光の反射率は５０％以下に抑制され、赤外では７０％以下に抑制されている。

本発明は、発光素子試験装置に利用することができる。

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。 ホトダイオード１０の動作について説明するための図である。 ホトダイオード１０の平面図である。 半導体レーザダイオードとホトダイオードの位置関係を示す図である。 ホトダイオード１０の断面図である。 ホトダイオード１０の製造方法を説明するための図である。 Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層からなる積層体の分光反射率を示すグラフである。 ホトダイオード１０をモールドした光検出素子の断面図である。

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、８…半導体レーザ制御部、１０…ホトダイオード、１０ｃ…微細孔、１０ｆ…半導体基板、１０ｅ…Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ層、１０ｍ…ＴｉＮ層、１０ｇ…不純物領域、１０ｈ，１０ｋ…絶縁層、１２…ホトダイオード制御部、１４…半導体レーザ基板、１６…ホトダイオード基板、ＩＳ…光入射面、Ｌ…モニタ光。

Claims (4)

1. 光検出素子を複数備えた発光素子試験装置において、各光検出素子は、
   第１導電型の基板と、
   前記基板の上面の一部分に形成された第２導電型の不純物領域と、
   前記不純物領域上に絶縁層を介して蒸着又はスパッタにより形成されたＡｌ-Ｓｉ-Ｃｕ層及びＴｉＮ層の積層体と、
   を備え、
   前記積層体は複数の微細孔を有し、
   前記発光素子試験装置は、複数の前記光検出素子が受光するべきモニタ光を出射する複数の発光素子を配置する場合に、前記光検出素子と前記発光素子とを収容する恒温槽と、
   前記発光素子への駆動電流又は前記光検出素子の光電流をモニタする手段と、
   を備えることを特徴とする発光素子試験装置。
2. 複数の前記微細孔の面積の合計によって規定される開口率は、１〜３０％に設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子試験装置。
3. 前記絶縁層は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子試験装置。
4. 前記微細孔は、前記積層体を前記絶縁層まで貫通していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子試験装置。

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