JP6117604B2 - 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配置され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。

このようなセンサ装置において、例えば、発光素子から被照射物に照射した光の正反射光を受光素子で受光する場合など、受光素子によってより正確な正反射光を受光するためには、発光素子と受光素子とがより近い位置に配置されていることが好ましい。

例えば、下記特許文献１には、シリコンからなる半導体基板の一方の表面に不純物をドーピングし、受光機能を担う浅いｐｎ接合領域と、発光機能を担う深いｐｎ接合領域とを隣接して形成した受発光素子が記載されている。

しかし、同一のシリコン基板上に受光素子と発光素子とを一体的に形成した場合には、発光素子を駆動させると漏れ電流（いわゆるノイズ電流）が発生し、シリコン基板を介して受光素子に流れ込む場合がある。この漏れ電流は、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）に誤差成分（ノイズ）として混入する。そのため、従来の受発光素子では、このようなノイズ電流の発生によって、受光素子による反射光の検知精度が低下してしまうという課題があった。受光素子と発光素子とを近づけて配置するほど、この漏れ電流は大きくなる。すなわち、受光素子によって正確な正反射光を受光するためには、発光部分と受光部分とがより近いことが望まれるが、反面、漏れ電流が比較的大きくなる。このため、従来の受発光素子では、検出精度を高くすることができないといった課題があった。

特開平８−４６２３６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、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、基板の上面に一導電型半導体層が積層されたベース基板と、該ベース基板の上面に積層した複数の半導体層を有する発光素子と、前記ベース基板の上面側に逆導電型の不純物がドーピングされた逆導電型半導体領域を有する受光素子とを備え、前記ベース基板の上面において前記発光素子と前記受光素子との間に凹部を有し、該凹部の深さは、前記ベース基板内の前記一導電型半導体層の厚みよりも深いことを特徴とする。

また、本発明の受発光素子は、上記構成において、前記基板は、キャリア密度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である他導電型半導体であ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、前記凹部は、前記発光素子と前記受光素子とで挟まれた領域を横切るように配置されてい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、前記凹部は、前記ベース基板内の前記一導電型半導体層を横切るように配置されていることを特徴とする。

本発明のセンサ装置は、上述したいずれか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光を照射し、該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位置情報、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。

本発明の受発光素子によれば、基板の上面に一導電型半導体層が積層されたベース基板と、該ベース基板の上面に積層した複数の半導体層を有する発光素子と、前記ベース基板の上面側に逆導電型の不純物がドーピングされた逆導電型半導体領域を有する受光素子とを備え、前記ベース基板の上面において前記発光素子と前記受光素子との間に凹部を有し、該凹部の深さは、前記ベース基板内の前記一導電型半導体層の厚みよりも深いことから、比較的小型であるとともに、光検出精度が高い受発光素子およびセンサ装置を提供することができる。

（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る。（ｂ）は、図１（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発光素子の断面図である。（ｂ）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る。 （ａ）および（ｂ）は、受発光素子を構成する受光素子と発光素子とで挟まれた領域を説明するための図である。 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。 （ａ）は、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。（ｂ）は、図５（ａ）の５Ｉ−５Ｉ先に沿った概略断面図である。

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、基板２ａの上面に一導電型半導体層２ｂが積層されたベース基板２と、ベース基板２の上面に積層した複数の半導体層を有する発光素子３ａと、ベース基板２の上面側に逆導電型の不純物がドーピングされた逆導電型半導体領域３２を有する受光素子３ｂとを有している。

ベース基板２は、基板２ａの上面に一導電型半導体層２ｂが積層されている。本例の基板２ａは、シリコン（Ｓｉ）基板に意図的に不純物をドーピングしていない、すなわちキャリア密度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である他導電型半導体を採用している。より好ましくは、キャリア密度が１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。以下、ｎ型を一導電型、ｐ型を逆導電型、真性を他導電型とする。基板２ａは高抵抗の基板であれば真性半導体基板に限らず、サファイヤ基板などの絶縁性の基板であってもよい。

ベース基板２ａの上面にｎ型半導体層２ｂが積層されているが、ｎ型の不純物濃度に特に限定はない。本例では、シリコン（Ｓｉ）にｎ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）半導体層を積層している。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。

ベース基板２の上面、すなわちｎ型半導体層２ｂの上面に、発光素子３ａが配置されており、発光素子３ａに対応して受光素子３ｂが配置されている。発光素子３ａは被照射物に照射する光の光源として機能し、発光素子３ａから発せられた光が、被照射物で反射されて受光素子３ｂに入射する。受光素子３ｂは、光の入射を検出する光検出部として機能する。

発光素子３ａは、図２（ａ）に示すように、ｎ型半導体層２ｂ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、ｎ型半導体層２ｂの上面には、ｎ型半導体層２ｂとｎ型半導体層２ｂの上面に積層される半導体層（本例の場合は後に説明するｎ型コンタクト層３０ｂ）との格子定数の差を緩衝するバッファ層３０ａが形成されている。バッファ層３０ａは、ｎ型半導体層２ｂとｎ型半導体層２ｂ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、ｎ型半導体層２ｂと発光素子３ａを構成する半導体層と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ｎ型半導体層２ｂの上面に形成される発光素子３ａを構成す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。

本例のバッファ層３０ａ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、ｎ型半導体層２ｂとｎ型半導体層２ｂの上面に積層される発光素子３ａを構成す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３０ａは省略することができる。

バッファ層３０ａの上面には、ｎ型コンタクト層３０ｂが形成されている。ｎ型コンタクト層３０ｂは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）にｎ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、ｎ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。ｎ型コンタクト層３０ｂの上面の一部は露出しており、この露出している部分は発光素子側第１電極３１ａを介して、発光素子側第１電極パッド３１Ａに接続されている。本例では、図示はしないが、金（Ａｕ）線によるワイヤボンディングによって発光素子側第１電極パッド３１Ａと外部電源が接続されている。当然のことながら、金（Ａｕ）線の代わりにアルミニウム（Ａｌ）線、銅（Ｃｕ）線などのワイヤを選択することも可能である。

また、本例ではワイヤボンディングによって発光素子側第１電極パッド３１Ａと外部電源とを接続しているが、ワイヤボンディングの代わりに、電気配線をはんだなどによって発光素子側第１電極パッド３１Ａと接合してもよいし、発光素子側第１電極パッド３１Ａの上面に金スタッドバンプを形成して、電気配線をはんだなどによってこの金（Ａｕ）スタッドバンプと接合してもよい。ｎ型コンタクト層３０ｂは、ｎ型コンタクト層３０ｂに接続される発光素子側第１電極３１ａとの接触抵抗を下げる機能を有している。

発光素子側第１電極３１ａおよび発光素子側第１電極パッド３１Ａ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、基板２の上面からｎ型コンタクト層３０ｂの上面を覆うように形成される絶縁層８の上に配置されているため、基板２およびｎ型コンタクト層３０ｂ以外の半導体層とは電気的に絶縁されている。

絶縁層８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。

ｎ型コンタクト層３０ｂの上面には、ｎ型クラッド層３０ｃが形成されており、後に説明する活性層３０ｄに正孔を閉じ込める機能を有している。ｎ型クラッド層３０ｃは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）にｎ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、ｎ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。

ｎ型クラッド層３０ｃの上面には、活性層３０ｄ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３０ｄ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３０ｄは、不純物を含まない層であるが、ｐ型不純物を含むｐ型活性層であっても、ｎ型不純物を含むｎ型活性層であってもよく、活性層のバンドギャップがｎ型クラッド層３０ｃおよび後に説明するｐ型クラッド層３０ｅ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３０ｄの上面には、ｐ型クラッド層３０ｅが形成されており、活性層３０ｄに電子を閉じ込める機能を有している。ｐ型クラッド層３０ｅは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）にｐ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、ｐ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。

ｐ型クラッド層３０ｅの上面には、ｐ型コンタクト層３０ｆが形成されている。ｐ型コンタクト層３０ｆは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）にｐ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。

ｐ型コンタクト層３０ｆは、発光素子側第２電極３１ｂを介して、発光素子側第２電極
パッド３１Ｂに接続されている。発光素子側第２電極パッド３１Ｂは、発光素子第１側電極パッド３１Ａと同様に、ワイヤボンディングによって外部電源と電気的に接続されている。接続方法と接合形態のバリエーションは発光素子側第１電極パッド３１Ａの場合と同様である。ｐ型コンタクト層３０ｆは、ｐ型コンタクト層３０ｆに接続される発光素子側第２電極３１ｂとの接触抵抗を下げる機能を有している。

なお、ｐ型コンタクト層３０ｆの上面には、ｐ型コンタクト層３０ｆ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。

発光素子側第２電極３１ｂおよび発光素子側第２電極パッド３１Ｂ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。そして、ベース基板２の上面からｐ型コンタクト層３０ｆの上面を覆うように形成される絶縁層８の上に配置されているため、基板２およびｐ型コンタクト層３０ｆ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３ａは、発光素子側第１電極パッド３１Ａと発光素子側第２電極パッド３１Ｂとの間にバイアスを印加することによって、活性層３０ｄが発光して、光の光源として機能する。

受光素子３ｂは、図２（ｂ）に示すように、ｎ型半導体層２ｂの上面にｐ型半導体領域３２を設けることによって、ｎ型半導体層２ｂとでｐｎ接合を形成して構成される。ｐ型半導体領域３２は、ｎ型半導体層２ｂにｐ型不純物を高濃度に拡散させて形成されている。ｐ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、ｐ型半導体領域３２の厚さが０．５〜３μｍ程度となるように、ホウ素（Ｂ）がｐ型不純物として拡散されている。

ｐ型半導体領域３２は、受光素子側第１電極３３ａを介して受光素子側第１電極パッド３３Ａと電気的に接続されており、ｎ型半導体層２ｂには、受光素子側第２電極パッド３３Ｂが電気的に接続されている。

受光素子側第１電極３３ａおよび受光素子側第１電極パッド３３Ａは、ｎ型半導体層２ｂの上面に絶縁層８を介して配置されているため、ｎ型半導体層２ｂと電気的に絶縁されている。一方、受光素子側第２電極パッド３３Ｂはｎ型半導体層２ｂの上面に配置されている。

受光素子側第１電極３３ａ、受光素子側第１電極パッド３３Ａ、受光素子側第２電極パッド３３Ｂ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。

このように構成された受光素子３ｂは、ｐ型半導体領域３２に光が入射すると、光電効果によって光電流が発生して、この光電流を受光素子側第１電極パッド３３Ａ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、受光素子側第１電極パッド３３Ａと受光素子側第２電極パッド３３Ｂとの間に逆バイアスを印加すれば、受光素子３ｂの光検出感度が高くなるので好ましい。

ここで、発光素子側第１電極パッド３１Ａ、発光素子側第２電極パッド３１Ｂ、受光素子側第１電極パッド３３Ａおよび受光素子側第２電極パッド３３Ｂの配置について説明する。

本例の場合、発光素子３ａと受光素子３ｂとの間におけるベース基板２の上面に絶縁層８を介して発光素子側第２電極パッド３１Ｂが配置されている。そして、発光素子側第１電極パッド３１Ａは、発光素子側第２電極パッド３１Ｂとで発光素子３ａを挟むように、受光素子側第１電極パッド３３Ａおよび受光素子側第２電極パッド３３Ｂは、発光素子側第２電極パッド３１Ｂとで受光素子３ｂを挟むように配置されている。発光素子側第１電極パッド３１Ａおよび受光素子側第１電極パッド３３Ａは基板２の上面に絶縁層８を介して、受光素子側第２電極パッド３３Ｂは基板２の上面に配置されている。

発光素子側第２電極パッド３１Ｂを発光素子３ａと受光素子３ｂとの間におけるベース基板２の上面に絶縁層８を介して配置することにより、発光素子３ａから発せられて受光素子３ｂに向かう光は、発光素子側第２電極パッド３１Ｂの上面に接合されたワイヤボンディングのネイルヘッドなどによって遮られる。よって、発光素子３ａの発する光が直接受光素子３ｂに照射されることを抑制することができ、センシング性能の高い受発光素子を実現することができる。

なお、本例では発光素子３ａと受光素子３ｂとの間における基板２の上面に絶縁層８を介して発光素子側第２電極３１Ｂを配置したが、発光素子側第１電極３１Ａ、受光素子側第１電極３３Ａまたは受光素子側第２電極３３Ｂのいずれかを配置してもよい。受光素子側第２電極３３Ｂを配置する場合には、絶縁層８を介することなく基板２の上面に配置することに留意する。

また、本例では発光素子３ａおよび受光素子３ｂはそれぞれ１つであるが、いずれか一方またはいずれもが複数であってもよい。

そして、ベース基板２の上面において発光素子３ａと受光素子３ｂとの間に凹部４が形成されている。凹部４の深さは、ベース基板２内のｎ型半導体層２ｂの厚みよりも深くされている。本例の凹部４は、発光素子３ａおよび受光素子３ｂ側からベース基板２を平面視して、発光素子３ａと受光素子３ｂとで挟まれた領域を横切るように配置されている。

ここで、発光素子３ａと受光素子３ｂとで挟まれた領域について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。発光素子３ａの中心と受光素子３ｂの中心とを結ぶ線分から、この線分の両側のそれぞれにおいて垂線距離が最も長くなる一端と他端を求める。発光素子３ａと受光素子３ｂとの一端同士および他端同士を最短距離で結ぶ直線と、発光素子３ａおよび受光素子３ｂの一端から他端に沿った外縁とで囲まれる領域（斜線部）を発光素子３ａと受光素子３ｂとで挟まれた領域と定義する。

凹部４が発光素子３ａと受光素子３ｂとで挟まれた領域を横切るとは、凹部４を発光素子３ａおよび受光素子３ｂ側から平面視して、図３（ａ），（ｂ）の一端同士および他端同士を最短距離で結ぶそれぞれの直線よりも凹部４の一部が発光素子３ａと受光素子３ｂとで挟まれた領域の外側に位置している状態である。なお、外側に位置している状態とは、図３（ａ），（ｂ）の一端同士および他端同士を最短距離で結ぶ直線と凹部４とが接している状態も含む。

本例の凹部４は、ベース基板２にダイヤモンドブレードによって切り込みを入れることによって形成されている。この凹部４により、上述した発光素子３ａが駆動されることに
よって発生する漏れ電流が、仮に発光素子３ａ側から受光素子３ｂ側に流れようとしても、凹部４を避けるように流れなければならない。発光素子３ａと受光素子３ｂとの最短距離を考えると、凹部４の基板２ａ側に位置する底部の下を通る経路が最も短くなるが、基板２ａは高抵抗基板であることから電流がほとんど流れない。よって、発光素子３ａ側で発生した漏れ電流は、凹部４を避けるようにｎ型半導体層２ｂの内部を移動しなければならず、漏れ電流の移動する物理的な距離が長くなるため、受光素子３ｂに影響を与えることが少なくなる。

発光素子３ａが駆動されることによる漏れ電流の発生メカニズムは明確に分かってはいないが、発光素子３ａをＯＮもしくはＯＦＦした際に、発光素子３ａの有するｎ型コンタクト層３０ｂおよびバッファ層３０ａの接合界面と、バッファ層３０ａおよびベース基板２の有するｎ型半導体層２ｂの接合界面と、これらの間に存在するバッファ層３０ａとがコンデンサを形成し、容量結合によって漏れ電流のソースとなるキャリア（電子または空孔）がバッファ層３０ａおよびｎ型半導体層２ｂの接合界面の直下に発生する。これらのキャリアがｎ型半導体層２ｂの内部を拡散することによって漏れ電流（いわゆるノイズ電流）となることが考えられる。

なお、凹部４の形成方法は、ダイヤモンドブレードによって切り込みを入れる方法に限らず、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＵＶレーザーあるいはエキシマレーザーなどのレーザーエッチング、フッ素系のガスなどを用いた反応性ガスエッチング、およびイオンミリングなどのイオンエッチングなどのドライエッチング法、ならびに従来周知のウェットエッチング法によって除去加工を行なう方法も採用できる。

本例の凹部４の形状は矩形であるが、特に形状に限定を設ける必要はない。

（受発光素子の製造方法）
次に、受発光素子１の製造方法の例を示す。

まず、基板２ａとして不純物がドーピングされていない真性半導体からなるシリコン（Ｓｉ）基板を準備する。そして、ＣＶＤ（化学気相成長：Chemical Vapor Deposition）法を用いて、基板２ａの上面にｎ型半導体層２ｂを積層する。

次に、従来周知の熱酸化法を用いて、ｎ型半導体層２ｂの上に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる拡散阻止膜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、ｐ型半導体領域３２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ｎ型半導体層２ｂの内部に拡散させ、ｐ型半導体領域３２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、ベース基板２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、ｎ型半導体層２ｂ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。

そして、ＭＯＣＶＤ法を用いて、発光素子３ａを構成する各々の半導体層（バッファ層３０ａ、ｎ型コンタクト層３０ｂ、ｎ型クラッド層３０ｃ、活性層３０ｄ、ｐ型クラッド層３０ｅ、ｐ型コンタクト層３０ｆ）をベース基板２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３ａを形成する。なお、ｎ型コンタクト層３０ｂ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。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３ａの露出面およびベース基板２（ｐ型半導体領域３２を含む）の上面を覆うように絶縁層８を形成する。続いて、絶縁層８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、後に説明する発光素子側第１電極３１ａおよび発光素子側第２電極３１ｂならびに受光素子側第１電極３３ａを、それぞれｎ型コンタクト層３０ｂおよびｐ型コンタクト層３０ｆならびにｐ型半導体領域３２に接続するための開口を、絶縁層８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８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、発光素子側第１電極３１ａ、発光素子側第１電極パッド３１Ａ、受光素子側第１電極３３ａ、受光素子側第１電極パッド３３Ａおよび受光素子側第２電極パッド３３Ｂ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、発光素子側第１電極３１ａ、発光素子側第１電極パッド３１Ａ、受光素子側第１電極３３ａ、受光素子側第１電極パッド３３Ａおよび受光素子側第２電極パッド３３Ｂを所望の形状に形成する。同様に発光素子側第２電極３１ｂおよび発光素子側第２電極パッド３３Ｂもそれぞれ同様の工程によって形成する。

（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４に示すように、本例のセンサ装置１００は、受発光素子１の発光素子３ａおよび受光素子３ｂ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３ａから中間転写ベルトＶまたは中間転写ベルトＶ上のトナーＴへ光が照射される。本例では、発光素子３ａの上方にプリズムＰ１を、また受光素子３ｂの上方にプリズムＰ２を配置して、発光素子３ａから発せられた光が、プリズムＰ１で屈折して中間転写ベルトＶまたは中間転写ベルト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３ｂによって受光される。受光素子３ｂには、受光した光の強度に応じて光電流が発生し、受光素子側第１電極３３ａ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、以上のように中間転写ベルトＶまたはトナー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。そのため、例えば受光素子３ｂで検出される光電流値に応じて、トナーＴが所定場所に位置するか否かを検出することができる。つまり、トナーＴの位置を検出することができる。なお、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
ることも可能である。同様に、正反射光の強度は、受発光素子アレイ３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、受発光素子アレイ３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、図５に示した第１変形例のように、凹部４がベース基板２内のｎ型半導体層２ｂを横切るように配置されていてもよい。凹部４がｎ型半導体層２ｂを横切るとは、ｎ型半導体層２ｂを、発光素子３ａおよび受光素子３ｂ側から平面視して、発光素子３ａ側のｎ型半導体層２ｂと受光素子３ｂ側のｎ型半導体層２ｂとに電気的に分離することである。このような構成とすることで、発光素子３ａが駆動されることによって発生する漏れ電流が受光素子３ｂ側に流れるのを抑制することができる。

１ 受発光素子
２ ベース基板
２ａ 基板
２ｂ 一導電型半導体層（ｎ型半導体層）
３ａ 発光素子
３ｂ 受光素子
４ 凹部
３０ａ バッファ層
３０ｂ ｎ型コンタクト層
３０ｃ ｎ型クラッド層
３０ｄ 活性層
３０ｅ ｐ型クラッド層
３０ｆ ｐ型コンタクト層
３１Ａ 発光素子側第１電極パッド
３１Ｂ 発光素子側第２電極パッド
３１ａ 発光素子側第１電極
３１ｂ 発光素子側第２電極
３２ 逆導電型半導体領域（ｐ型半導体領域）
３３Ａ 受光素子側第１電極パッド
３３Ｂ 受光素子側第２電極パッド
３３ａ 受光素子側第１電極
３３ｂ 受光素子側第２電極
１００ センサ装置

Claims (5)

1. 基板の上面に一導電型半導体層が積層されたベース基板と、該ベース基板の上面に積層した複数の半導体層を有する発光素子と、前記一導電型半導体層の上面側に逆導電型の不純物がドーピングされた逆導電型半導体領域を有する受光素子とを備え、
   前記ベース基板の上面において前記発光素子と前記受光素子との間に凹部を有し、
   該凹部の深さは、前記ベース基板内の前記一導電型半導体層の厚みよりも深いことを特徴とする受発光素子。
2. 前記基板は、キャリア密度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である他導電型半導体であることを特徴とする請求項１に記載の受発光素子。
3. 前記凹部は、前記発光素子と前記受光素子とで挟まれた領域を横切るように配置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。
4. 前記凹部は、前記ベース基板内の前記一導電型半導体層を横切るように配置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。
5. 請求項１乃至４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光を照射し、該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位置情報、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。

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