JP5970370B2 - 受発光素子およびこれを用いたセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、受光素子と発光素子とが同一基板上に一体形成された受発光一体型素子を備えた受発光素子およびこれを用いたセンサ装置に関する。

従来より、発光素子から被照射物へ光を照射し、被照射物へ入射する光に対する正反射光と拡散反射光とを受光素子によって受光することで被照射物の特性を検出するセンサ装置が種々提案されている。このセンサ装置は広い分野で利用されており、例えば、フォトインタラプタ、フォトカプラ、リモートコントロールユニット、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）通信デバイス、光ファイバ通信用装置、さらには原稿サイズセンサなど多岐にわたるアプリケーションで用いられている。

例えば、特許文献１には、Ｎ型シリコン基板上にｐｎ接合を有する半導体層を積層して構成された発光ダイオードが開示されている。また、例えば、特許文献２には、Ｎ型シリコン基板の一方の主面に高濃度のＰ型不純物領域を形成し、他方の主面に高濃度のＮ型不純物領域を形成して構成されたＰＩＮフォトダイオードが開示されている。

ところで、このような発光ダイオードおよびフォトダイオードは、共に半導体基板上に形成されているため、これらを同じ半導体基板上に一体化して形成した受発光素子として構成することが考えられる。このような受発光素子は、反射型フォトセンサや透過型フォトセンサなどの光センサ装置に適用することができる。

しかしながら、このように構成された受発光素子では、発光ダイオードの駆動時に供給される電流が半導体基板を介してフォトダイオードに流入し、フォトダイオードからの出力電流（受光強度に応じて出力される電流）にノイズとして混入することがあった。これにより、この受発光素子を適用した光センサ装置では、検出精度が低下するという問題があった。

特開２００３−３７２８７号公報 特開平９−８３００９号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ノイズの混入を抑制することによってセンシング性能の高い受発光素子およびこれを用いたセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明の受発光素子は、受光素子と発光素子とが基板の一方主面に設けられている受発光一体型素子であって、前記基板は一導電型半導体からなり、前記発光素子は、前記基板の一方主面の上に、少なくとも緩衝層および下部他導電型コンタクト層、ならびに前記緩衝層および前記下部他導電型コンタクト層の上方に配置された、第１一導電型コンタクト層、第１一導電型半導体層、第１他導電型半導体層および第１他導電型コンタクト層を含む複数の半導体層を有し、前記下部他導電型コンタクト層の上方に形成された前記半導体層は、前記下部他導電型コンタクト層の上面の一部が露出するように該下部他導電型コン
タクト層よりも小さく形成されており、前記第１一導電型コンタクト層の上方に形成された前記半導体層は、前記第１一導電型コンタクト層の上面の一部が露出するように該第１一導電型コンタクト層よりも小さく形成されており、前記下部他導電型コンタクト層の上面に接続された下部他導電型電極と、前記第１一導電型コンタクト層の上面に接続された第１一導電型電極と、前記第１他導電型コンタクト層の上面に接続された第１他導電型電極とを有し、前記受光素子は、前記基板の一方主面側に形成された第２他導電型半導体層と、該第２他導電型半導体層の上面に接続された第２他導電型電極と、前記基板に接続された第２一導電型電極とを有することを特徴とする。

また、本発明の受発光素子は、上記構成において、前記下部他導電型電極の電位は、前記第１一導電型電極の電位が前記第１他導電型電極の電位よりも低い場合には、前記第１一導電型電極の電位よりも低くされており、前記第１一導電型電極の電位が前記第１他導電型電極の電位よりも高い場合には、前記第１一導電型電極の電位よりも高くされていることを特徴とする。

さらに、本発明の受発光素子は、上記構成において、前記下部他導電型コンタクト層の上面に前記第１一導電型コンタクト層が形成されていることを特徴とする。

本発明のセンサ装置は、上記いずれかの本発明の受発光素子を用いたセンサ装置であって、前記発光素子から被照射物に向けて光を照射し、前記被照射物からの反射光に応じて出力される前記受光素子からの出力電流に応じて前記被照射物の距離情報および濃度情報のうち少なくとも１つを検出することを特徴とするセンサ装置。

本発明の受発光素子によれば、受光素子と発光素子とが基板の一方主面に設けられている受発光一体型素子であって、前記基板は一導電型半導体からなり、前記発光素子は、前記基板の一方主面の上に、少なくとも緩衝層および下部他導電型コンタクト層、ならびに前記緩衝層および前記下部他導電型コンタクト層の上方に配置された、第１一導電型コンタクト層、第１一導電型半導体層、第１他導電型半導体層および第１他導電型コンタクト層を含む複数の半導体層を有し、前記下部他導電型コンタクト層の上方に形成された前記半導体層は、前記下部他導電型コンタクト層の上面の一部が露出するように該下部他導電型コンタクト層よりも小さく形成されており、前記第１一導電型コンタクト層の上方に形成された前記半導体層は、前記第１一導電型コンタクト層の上面の一部が露出するように該第１一導電型コンタクト層よりも小さく形成されており、前記下部他導電型コンタクト層の上面に接続された下部他導電型電極と、前記第１一導電型コンタクト層の上面に接続された第１一導電型電極と、前記第１他導電型コンタクト層の上面に接続された第１他導電型電極とを有し、前記受光素子は、前記基板の一方主面側に形成された第２他導電型半導体層と、該第２他導電型半導体層の上面に接続された第２他導電型電極と、前記基板に接続された第２一導電型電極とを有することから、発光ダイオードの駆動時に供給される電流が半導体基板を介してフォトダイオードに流入し、フォトダイオードからの出力電流（受光強度に応じて出力される電流）にノイズとして混入することが防止できる受発光素子を実現することができる。

（ａ）は本発明の受発光素子の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の１I−１I線に沿った概略断面図である。 （ａ）は図１に示した受発光素子を構成する受光素子の断面図であり、（ｂ）は図１に示した受発光素子を構成する発光素子の断面図である。 図１に示した受発光素子を用いたセンサ装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 図１に示した受発光素子の第１変形例を示す平面図である。 図１に示した受発光素子の第２変形例を示す概略断面図である。

以下、本発明の受発光素子およびこれを用いたセンサ装置の実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

（受発光素子）
図１（ａ）および（ｂ）に示す受発光素子１は、コピー機やプリンタなどの画像形成装置に組み込まれて、トナーやメディアなどの被照射物の位置情報、距離情報または濃度情報などを検出するセンサ装置として機能する。

受発光素子１は、半導体基板２０の一方主面２０ａに、受光素子２１と発光素子２２とが設けられている受発光一体型素子である。

半導体基板２０は、一導電型の半導体材料からなる。一導電型の不純物濃度に限定はないが、高い電気抵抗を有することが望ましい。本例では、シリコン（Ｓｉ）基板に一導電型の不純物としてリン（Ｐ）を１×１０^１７〜２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度で含むｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板を用いている。ｎ型の不純物としては、リン（Ｐ）の他に、例えば窒素（N）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）およびビスマス（Ｂｉ）など
が挙げられ、ドーピング濃度は１×１０^１６〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とされる。

なお、本例では一導電型はｎ型であり、他導電型はｐ型である。

半導体基板２０の一方主面２０ａに、受光素子２１が配置されており、受光素子２１に対応して発光素子２２が配置されている。発光素子２２は被照射物に照射する光の光源として機能し、発光素子２２から発せられた光が、被照射物で反射されて受光素子２１に入射する。受光素子２１は、光の入射を検出する光検出部として機能する。

受光素子２１は、図２（ａ）に示すように、半導体基板２０の上面に第２他導電型半導体層２１ａを設けることによって、一導電型の半導体基板２０とでｐｎ接合を形成して構成される。第２他導電型半導体層２１ａは、半導体基板２０に他導電型不純物を高濃度に拡散させて、第２他導電型半導体領域として形成されている。他導電型不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられ、ドーピング濃度は１×１０^１６〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とされる。本例では、第２他導電型半導体領域２１ａの厚さが０．５〜３μｍ程度となるように、ホウ素（Ｂ）が他導電型不純物として拡散されている。

受光素子２１を構成する第２他導電型半導体層２１ａには、第２他導電型電極２４ａが接続されており、図示はしないが、第２他導電型電極２４ａは第２他導電型電極パッド２６ａに接続されている。一方、一導電型半導体である半導体基板２０には、第２一導電型電極パッド２６ｂが接続されている。第２他導電型電極２４ａは、半導体基板２０の上面に絶縁層６を介して配置されているため、半導体基板２０と電気的に絶縁されている。

絶縁層６は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの無機絶縁膜や、ポリイミドなどの有機絶縁膜などで形成され、その厚さが０．１〜１μｍ程度とされている。

第２他導電型電極２４ａおよび第２他導電型電極パッド２６ｂは、例えば金（Ａｕ）とクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）または白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）の合金などで、その厚さが０．５〜５μｍ程度となるように形成されている。

このように構成された受光素子２１は、第２他導電型半導体層２１ａに光が入射すると、光電効果によって光電流が発生して、この光電流を第２他導電型電極２４ａを介して取り出すことによって、光検出部として機能する。なお、第２他導電型電極２４ａと第２一導電型電極パッド２４ｂとの間に逆バイアスを印加すれば、受光素子２１の光検出感度が高くなるので好ましい。

一方、発光素子２２は、図２（ｂ）に示すように、半導体基板２０の上面に複数の半導体層が積層されて形成されている。

まず、半導体基板２０の上面には、半導体基板２０と半導体基板２０の上面に積層される半導体層との格子定数の差を緩衝するバッファ層２２ａが形成されている。バッファ層２２ａは、半導体基板２０と半導体基板２０の上面に形成される半導体層との格子定数の差を緩衝することによって、半導体基板２０と半導体層の間に発生する格子歪などの格子欠陥を少なくし、ひいては半導体基板２０の上面に形成される半導体層全体の格子欠陥または結晶欠陥を少なくする機能を有する。なお、バッファ層は緩衝層とも呼ばれる。

本例のバッファ層２２ａは、不純物を含まないガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなり、その厚さが２〜３μｍ程度とされている。なお、半導体基板２０と半導体基板２０の上面に積層される半導体層との格子定数の差が大きくない場合には、バッファ層２２ａは省略することができる。

バッファ層２２ａの上面には、下部他導電型コンタクト層２２ｂが形成されている。下部他導電型コンタクト層２２ｂは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）に他導電型不純物である亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素（Ｃ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０^１６〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とされるとともに、その厚さが０．１〜０．５μｍ程度とされている。

下部他導電型コンタクト層２２ｂの上面の一部は露出しており、この露出部している部分に下部他導電型電極２５ｂの一方端が接続されており、下部導電型電極２５ｂの他方端は下部他導電型電極パッド２７ｂに電気的に接続されている。下部他導電型コンタクト層２２ｂは、下部他導電型コンタクト層２２ｂに接続される下部他導電型電極２５ｂとの接触抵抗を下げる機能を有している。

下部他導電型電極２５ｂおよび下部他導電型電極パッド２７ｂは、例えば金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）と、密着層であるニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）とを組み合わせたＡｕＮｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＴｉまたはＡｌＣｒ合金などで形成されており、その厚さが０．５〜５μｍ程度とされるとともに、半導体基板２０の上面から下部他導電型コンタクト層２２ｂの上面を覆うように形成される絶縁層６の上に配置されているため、半導体基板２０および下部他導電型コンタクト層２２ｂ以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。

下部他導電型コンタクト層２２ｂの上面には、第１一導電型コンタクト層２２ｃが形成されている。第１一導電型コンタクト層２２ｃは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）に一導電型不純物であるシリコン（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０^１６〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とされるとともに、その厚さが０．８〜１μｍ程度とされている。

本例では、一導電型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が１×１０^１８〜２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のドーピング濃度でドーピングされている。第１一導電型コンタクト層２２ｃの上面の一部は露出しており、この露出している部分に第１一導電型電極２５ｃの一方端が接続されており、第１一導電型電極２５ｃの他方端は第１一導電型電極パッド２７ｃに電気的に接続されている。第１一導電型コンタクト層２２ｃは、第１一導電型コンタクト層２２ｃに接続される第１一導電型電極２５ｃとの接触抵抗を下げる機能を有している。

第１一導電型電極２５ｃおよび第１一導電型電極パッド２７ｃは、例えば金（Ａｕ）アンチモン（Ｓｂ）合金、金（Ａｕ）ゲルマニウム（Ｇｅ）合金またはＮｉ系合金などを用いて、その厚さが０．５〜５μｍ程度で形成される。それとともに、半導体基板２０の上面から第１一導電型コンタクト層２２ｃの上面を覆うように形成される絶縁層６の上に配置されているため、半導体基板２０および第１一導電型コンタクト層２２ｃ以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。

第１一導電型コンタクト層２２ｃの上面には、第１一導電型半導体層２２ｄが形成されており、後に説明する活性層２２ｅに正孔を閉じ込める機能を有している。第１一導電型半導体層２２ｄは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）に一導電型不純物であるシリコン（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０^１６〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とされるとともに、その厚さが０．２〜０．５μｍ程度とされている。本例では、一導電型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が１×１０^１７〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のドーピング濃度でドーピングされている。

第１一導電型半導体層２２ｄの上面には、活性層２２ｅが形成されており、電子や正孔などのキャリアが集中して、再結合することによって光を発する発光層として機能する。活性層２２ｅは、不純物を含まないアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）であるとともに、その厚さが０．１〜０．５μｍ程度とされている。なお、本例の活性層２２ｅは、不純物を含まない層であるが、他導電型不純物を含む他導電型活性層であっても、一導電型不純物を含む一導電型活性層であってもよく、活性層のバンドギャップが第１一導電型半導体層２２ｄおよび後に説明する第１他導電型半導体層２２ｅのバンドギャップよりも小さくなっていればよい。

活性層２２ｅの上面には、第１他導電型半導体層２２ｆが形成されており、活性層２２ｅに電子を閉じ込める機能を有している。第１他導電型クラッド層２２ｆは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）に他導電型不純物である亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素（Ｃ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０^１６〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とされるとともに、その厚さが０．２〜０．５μｍ程度とされている。本例では、他導電型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が１×１０^１９〜５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のドーピング濃度でドーピングされている。

第１他導電型半導体層２２ｆの上面には、第１他導電型コンタクト層２２ｇが形成されている。第１他導電型コンタクト層２２ｇは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）に他導電型不純物である亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素（Ｃ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×１０^１６〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とされるとともに、その厚さが０．０１〜０．１μｍ程度とされている。第１他導電型コンタクト層２２ｇの上面の一部は露出しており、この露出している部分に第１他導電型電極２５ｇの一方端が接続されており、第１他導電型電極２５ｇの他方端は第１他導電型電極パッド２７ｇに電気的に接続されている。第１他導電型コンタクト層２２ｇは、
第１他導電型コンタクト層２２ｇに接続される第１他導電型電極２５ｇとの接触抵抗を下げる機能を有している。

またなお、第１他導電型コンタクト層２２ｇの上面には、第１他導電型コンタクト層２２ｇの酸化を防止する機能を有するキャップ層を形成してもよい。キャップ層は、例えば不純物を含まないガリウム砒素（ＧａＡｓ）で形成して、その厚さを０．０１〜０．０３μｍ程度とすればよい。

第１他導電型電極２５ｇおよび第１他導電型電極パッド２７ｇは、例えば金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）と、密着層であるニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）とを組み合わせたＡｕＮｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＴｉまたはＡｌＣｒ合金などで形成されており、その厚さが０．５〜５μｍ程度とされるとともに、半導体基板２０の上面から第１他導電型コンタクト層２２ｇの上面を覆うように形成される絶縁層６の上に配置されているため、半導体基板２０および第１他導電型コンタクト層２２ｇ以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。

このようにして構成された発光素子２２は、第１他導電型電極２５ｇと第１一導電型電極２５ｃとの間にバイアスを印加することによって、活性層２２ｅが発光して、光の光源として機能する。

本例の受発光素子１は、従来の受発光素子と対比すると下部他導電型コンタクト層２２ｂを有する点に特徴がある。一導電型半導体基板の一方主面に設けられている受発光一体型素子で、下部他導電型コンタクト層を有さないものは、第１他導電型電極と第１一導電型電極との間にバイアスを印加することによって発光素子を駆動させると、発光素子を駆動するための電流が一導電型半導体基板を介して受光素子にリーク電流として流入し、受光素子からの出力電流（受光強度に応じて出力される電流）にノイズとして混入することがあった。

バッファ層は、本例のように不純物を添加しない真性半導体層で形成した場合には、真性半導体層は絶縁性を有するために発光素子を駆動するための電流がと受光素子にリークすることはないと考えられていた。しかし、実際にはリーク電流が発生しており、その理由は次のように考えられる。

バッファ層の厚みが薄いために絶縁層として機能していないか、一導電型半導体基板の不純物がバッファ層にオートドープすることによって、バッファ層が他導電型の半導体層になっているためにリーク電流が流れるか、または、バッファ層が他導電型の半導体層になっているためにバッファ層と一導電型半導体基板とでｐｎ接合を形成して、このｐｎ接合が発光素子の発した光によって光励起されることによってリーク電流が発生すると考えられる。

しかし、本例の受発光素子１はバッファ層２０ａと第１一導電型コンタクト層２２ｃとの間に下部他導電型コンタクト層２２ｂと、下部他導電型コンタクト層２２ｂの上面に下部他導電型電極２５ｂを形成することによって、第１一導電型電極２５ｃの電位が第１他導電型電極２５ｇの電位よりも低い場合には、下部他導電型電極２５ｂの電位を第１導電型電極２５ｃの電位よりも低くすることによって、発光素子２２を駆動するための電流が一導電型半導体基板２０側にリーク電流として流れようとしても、また光励起された電流が流れようとしても、下部他導電型電極２５ｂによって排出されて一導電型半導体基板２０側に流れるのを防止することができる。

同様に、第１一導電型電極２５ｃの電位が第１他導電型電極２５ｇの電位よりも高い場
合には、つまり、一導電型がｐ型であり、他導電型がｎ型で構成された場合には、下部他導電型電極２５ｂの電位を第１導電型電極２５ｃの電位よりも高くすることによって、発光素子２２を駆動するための電流が一導電型半導体基板２０側にリーク電流として流れようとしても、また光励起された電流が流れようとしても、下部他導電型電極２５ｂによって排出されて一導電型半導体基板２０側に流れるのを防止することができる。なお、第１一導電型電極２５ｃの電位が第１他導電型電極２５ｇの電位よりも高い場合とは、一導電型がｐ型で、他導電型がｎ型の場合などである。

本例の下部他導電型コンタクト層２２ｂは、バッファ層２０ａと第１一導電型コンタクト層２０ｃとの間に形成されているが、バッファ層２０ａを複数層で形成して、この複数のバッファ層２０ａで挟まれる位置に下部他導電型コンタクト層２２ｂを配置してもよい。一導電型半導体基板２０と、一導電型半導体基板２０の一方主面２０ａに積層される半導体層との格子定数の不整合を緩衝するというバッファ層２０ａの機能が確保できれば、下部他導電型コンタクト層２２ｂをどこに配置してもよく、バッファ層２０ａと下部他導電型コンタクト層２２ｂの上方に、第１一導電型コンタクト層２２ｃ、第１一導電型半導体層２２ｄ、活性層２２ｅ、第１他導電型半導体層２２ｆおよび第１他導電型コンタクト層２２ｇが配置されていればよい。

また、半導体層は、本例で例示したものに限定されるものではなく、本例以外の半導体層を有していても問題ない。

次に、受発光素子１の製造方法の例を示す。

まず、シリコン（Ｓｉ）に他導電型不純物がドーピングされた半導体基板２０を準備する。そして、従来周知の熱酸化法を用いて、半導体基板２０の上に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる拡散素子膜Ｓ（図示せず）を形成する。

拡散阻止膜Ｓ上にフォトレジストを塗布して、従来周知のフォトリソグラフィ法によって所望のパターンを露光、現像した後、従来周知のウェットエッチング法によって、他導電型半導体層２１ａを形成するための開口部Ｓａ（図示せず）を拡散阻止膜Ｓ中に形成する。開口部Ｓａは、必ずしも拡散阻止膜Ｓを貫通している必要はない。

そして、拡散阻止膜Ｓ上にポリボロンフィルム（ＰＢＦ）を塗布する。続いて、熱拡散法を用いて、拡散阻止膜Ｓの開口部Ｓａを介して、ポリボロンフィルム（ＰＢＦ）に含まれているホウ素（Ｂ）を半導体基板２０の内部に拡散させ、他導電型半導体層２１ａを形成する。このとき、例えばポリボロンフィルム（ＰＢＦ）の厚さを０．１〜１μｍとし、窒素（Ｎ_２）および酸素（Ｏ_２）を含む雰囲気中で７００〜１２００℃の温度で熱拡散させる。その後、拡散阻止膜Ｓを除去する。

次に、半導体基板２０をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Metal-Organic Chemical
Vapor Deposition）装置の反応炉内で熱処理することによって、半導体基板２０の表面
に形成された自然酸化膜を除去する。この熱処理は、例えば１０００℃の温度で１０分間程度行なう。

次いで、ＭＯＣＶＤ法を用いて、発光素子２２を構成する各々の半導体層（バッファ層２２ａ、下部他導電型コンタクト層２２ｂ、第１一導電型コンタクト層２２ｃ、第１一導電型半導体層２２ｄ、活性層２２ｅ、第１他導電型半導体層２２ｆ、第１他導電型コンタクト層２２ｇ）を半導体基板２０上に順次積層する。そして、積層された半導体層Ｌ（図示せず）上にフォトレジストを塗布し、従来周知のフォトリソグラフィ法によって所望のパターンを露光、現像した後、従来周知のウェットエッチング法によって発光素子２２を
形成する。なお、下部他導電型コンタクト層２２ｂおよび一導電型コンタクト層２２ｃの上面の一部が露出するように、複数回のエッチングを行なう。つまり、下部導電型コンタクト層２２ｂの上方に形成された半導体層は、下部導電型コンタクト層２２ｂよりも小さく形成されており、第１一導電型コンタクト層２２ｃの上方に形成された半導体層は、第１一導電型コンタクト層２２ｃよりも小さく形成されることになる。その後、フォトレジストを除去する。

次に、従来周知の熱酸化法、スパッタリング法またはプラズマＣＶＤ法などを用いて、発光素子２１の露出面および半導体基板２０（一導電型半導体層２１ａを含む）の上面を覆うように絶縁層６を形成する。続いて、絶縁層６上にフォトレジストを塗布し、従来周知のフォトリソグラフィ法によって所望のパターンを露光、現像した後、従来周知のウェットエッチング法によって、後に説明する第２他導電型電極２４ａ、第２一導電型電極パッド２６ｂ、下部他導電型電極２５ｂ、第１一導電型電極２５ｃおよび第１他導電型電極２５ｇをそれぞれ第２他導電型半導体層２１ａ、下部他導電型コンタクト層２２ｂ、第１一導電型コンタクト層２２ｃおよび第１他導電型コンタクト層２２ｇに接続するための開口を、絶縁層６に形成する。その後、フォトレジストを除去する。

次に、絶縁層６上にフォトレジストを塗布し、従来周知のフォトリソグラフィ法によって所望のパターンを露光、現像した後、従来周知の抵抗加熱法やスパッタリング法などを用いて、第２他導電型電極２４ａ、第２他導電型電極パッド２６ａ、第２一導電型電極パッド２６ｂ、下部他導電型電極２５ｂ、下部導電型電極パッド２７ｂ、第１一導電型電極２５ｃ、第１一導電型電極パッド２７ｃ、第１他導電型電極２５ｇおよび第１他導電型電極パッド２７ｇを形成するための合金膜を形成する。そして、従来周知のリフトオフ法を用いて、フォトレジストを除去するとともに、第２他導電型電極２４ａ、第２他導電型電極パッド２６ａ、第２一導電型電極パッド２６ｂ、下部他導電型電極２５ｂ、下部導電型電極パッド２７ｂ、第１一導電型電極２５ｃ、第１一導電型電極パッド２７ｃ、第１他導電型電極２５ｇおよび第１他導電型電極パッド２７ｇを所望の形状に形成する。

（センサ装置）
次に、受発光素子１を備えたセンサ装置１００について説明する。以下では、受発光素子１を、コピー機やプリンタなどの画像形成装置における、中間転写ベルトＶ上に付着したトナーＴ（被照射物）の位置を検出するセンサ装置に適用する場合を例に挙げて説明する。

図３に示すように、本例のセンサ装置１００は、受発光素子１の受光素子２１および発光素子２２が形成された面が、中間転写ベルトＶに対向するように配置される。そして、発光素子２２から中間転写ベルトＶ上のトナーＴへ光が照射される。本例では、発光素子２２の上方にプリズムＰ２を、また受光素子２１の上方にプリズムＰ１を配置して、発光素子２２から発せられた光が、プリズムＰ２で屈折して中間転写ベルトＶ上のトナーＴに入射する。そして、この入射光Ｌ１に対する正反射光Ｌ２が、プリズムＰ２で屈折して受光素子２１によって受光される。受光素子２１には、受光した光の強度に応じて光電流が発生し、第２他導電型電極２４ａなどを介して、外部装置でこの光電流が検出される。

本例のセンサ装置１００では、以上のようにトナーＴからの正反射光の強度に応じた光電流を検出することができる。正反射光の強度はトナーＴの濃度にも対応するため、発生した光電流の大きさに応じて、トナーＴの濃度を検出することが可能である。同様に、正反射光の強度は、受発光素子１からトナーＴとの距離にも対応するため、発生した光電流の大きさに応じて、受発光素子１とトナーＴとの距離を検出することも可能である。

本例のセンサ装置１００によれば、受発光素子１の有する上述の効果を奏することがで
きる。

以上、本発明の具体的な実施の形態の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本例の受発光素子１は、１個の受光素子２１と１個の発光素子２２とで構成したが、図４に示した第１変形例のように、半導体基板２０の一方主面２０ａに、複数の受光素子２１が列状に配置されており、受光素子２１の列に沿って複数の発光素子２２が列状に配置されているアレイタイプの受発光素子１Ａであってもよい。このような受発光素子１Ａを備えたセンサ装置であれば、受光素子２１および発光素子２２が複数個ずつ列状に配列されていることによって、例えば受光素子２１の列の一端側からｎ番目の受光素子から検出される光電流値が最も大きい場合は、このｎ番目の受光素子２１に対応する位置にトナーＴが位置するというように、中間転写ベルトＶ上のトナーＴの位置を検出することができる。

なお、第１変形例の場合、第１他導電型電極パッド２７ｇは、発光素子２２に対応してそれぞれ設けたが、下部導電型電極パッド２７ｂおよび第１一導電型電極パッド２７ｃは共通の電極パッドとしている。同様に、第２他導電型電極パッド２６ａは、受光素子２１に対応してそれぞれ設けたが、第２一導電型電極パッド２６ｂは共通の電極パッドとしている。

また、図５に示した第２変形例のように、配線基板３０の上面に、複数個の受光素子２１と複数個の発光素子２２を列状に配置した上述の受発光素子１Ａと、受発光素子１Ａを取り囲むように配置された枠上の外壁４０と、外壁４０の内側に位置した、外壁４０の内部空間４０ａを受光素子２１および発光素子２２のそれぞれに対応した空間に仕切る遮光壁５０と、受発光素子１Ａを覆っており、受光素子２１および発光素子２２のそれぞれ対応した受光素子側レンズ６０ａおよび発光素子側レンズ６０ｂとを支持する上壁７０とを有している受発光素子１Ｂであってもよい。第２変形例の外壁４０、遮光壁５０および上壁７０は、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）などの汎用プラスチック、ポリアミド樹脂（ＰＡ）ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）などのエンジニアリングプラスチック、液晶ポリマーなどのスーパーエンジニアリングプラスチック、およびアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料で形成される。

なお、外壁４０、遮光壁５０および上壁７０は、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）で射出成形によって一体的に形成されていてもよい。

第２変形例の発光素子側レンズ６０ａおよび受光素子側レンズ６０ｂの材質は、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂ならびにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、またはポリカーボネート樹脂ならびにアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂などのプラスチック、あるいはサファイアおよび無機ガラスなどが挙げられる。

第２変形例の発光素子側レンズ６０ａおよび受光素子側レンズ６０ｂは、シリコーン樹脂で形成されたシリンドリカルレンズであり、受発光素子アレイ１Ｂに形成された受光素子２１の列および発光素子２２の列に沿った方向に直交する方向に曲率を有している。発光素子側レンズ６０ａおよび受光素子側レンズ６０ｂの上壁７への取付けは、シリコーン樹脂などの有機接着剤などによって行なえばよい。

このような構成とすることにより、発光素子２２から発した光を高い照度で被照射物に
照射することが可能となり、発光素子２２が発した光が被照射物で反射されて受光素子２１によって受光するときの照度を高くすることが可能となるため、感度の高い、つまりセンシング性能の高い受発光素子１Ｂを実現することができる。

１ 受発光素子
６ 絶縁層
２０ 半導体基板
２０ａ 一方主面
２１ 受光素子
２１ａ 第２他導電型半導体層
２２ 発光素子
２２ａ バッファ層
２２ｂ 下部他導電型コンタクト層
２２ｃ 第１一導電型コンタクト層
２２ｄ 第１一導電型半導体層
２２ｅ 活性層
２２ｆ 第１他導電型半導体層
２２ｇ 第１他導電型コンタクト層
２４ａ 第２他導電型電極
２５ｂ 下部他導電型電極
２５ｃ 第１一導電型電極
２５ｇ 第１他導電型電極
２６ａ 第２他導電型電極パッド
２６ｂ 第２一導電型電極パッド
２７ｂ 下部導電型電極パッド
２７ｃ 第１一導電型電極パッド
２７ｇ 第１他導電型電極パッド
３０ 配線基板
４０ 外壁
４０ａ
４０ｂ 発光素子側レンズ
５０ 遮光壁
６０ａ 受光素子側レンズ
６０ｂ 発光素子側レンズ
７０ 上壁
１００ センサ装置

Claims (5)

1. 受光素子と発光素子とが基板の一方主面に設けられている受発光一体型素子であって、前記基板は一導電型半導体からなり、
   前記発光素子は、前記基板の一方主面の上に、少なくとも緩衝層および下部他導電型コンタクト層、ならびに前記緩衝層および前記下部他導電型コンタクト層の上方に配置された、第１一導電型コンタクト層、第１一導電型半導体層、第１他導電型半導体層および第１他導電型コンタクト層を含む複数の半導体層を有し、
   前記下部他導電型コンタクト層の上方に形成された前記半導体層は、前記下部他導電型コンタクト層の上面の一部が露出するように該下部他導電型コンタクト層よりも小さく形成されており、
   前記第１一導電型コンタクト層の上方に形成された前記半導体層は、前記第１一導電型コンタクト層の上面の一部が露出するように該第１一導電型コンタクト層よりも小さく形成されており、
   前記下部他導電型コンタクト層の上面に接続された下部他導電型電極と、前記第１一導電型コンタクト層の上面に接続された第１一導電型電極と、前記第１他導電型コンタクト層の上面に接続された第１他導電型電極とを有し、
   前記受光素子は、前記基板の一方主面側に形成された第２他導電型半導体層と、該第２他導電型半導体層の上面に接続された第２他導電型電極と、前記基板に接続された第２一導電型電極とを有することを特徴とする受発光素子。
2. 前記下部他導電型電極の電位は、前記第１一導電型電極の電位が前記第１他導電型電極の電位よりも低い場合には、前記第１一導電型電極の電位よりも低くされており、前記第１一導電型電極の電位が前記第１他導電型電極の電位よりも高い場合には、前記第１一導電型電極の電位よりも高くされていることを特徴とする請求項１に記載の受発光素子。
3. 前記下部他導電型コンタクト層の上面に前記第１一導電型コンタクト層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の受発光素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受発光素子を用いたセンサ装置であって、
   前記発光素子から被照射物に向けて光を照射し、前記被照射物からの反射光を前記受光素子で受光し、受光した光の強度に応じて、前記被照射物に関する情報を検出する、センサ装置。
5. 前記被照射物からの反射光に応じて出力される前記受光素子からの出力電流に応じて、前記受発光素子と前記被照射物との間の距離情報、前記被照射物の濃度情報および前記被照射物の位置情報のうち少なくとも１つを検出する、請求項４に記載のセンサ装置。

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