TWI776195B - 受光元件單元 - Google Patents

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Abstract

提供一種2個受光元件重疊而小型化的受光元件單元。

一 種受光元件單元(1、101)，具備：第1受光元件(10、110)，其在第1半導體基板的主表面側具有受光區域；第2受光元件(20、120)，其在第2半導體基板的主表面側具有受光區域；以及支撐基板(2、102)，其具有用於將所述第1受光元件(10、110)及所述第2受光元件(20、120)電性連接至外部的配線(3a~3c、103a~103c)，在所述第1受光元件(10、110)及所述第2受光元件(20、120)中的一者具有從受光區域相反側的背面朝向其受光區域側形成為凹狀的凹部(16、126)，而另一者容納於其凹部(16、126)。

Description

受光元件單元
本發明關於一種受光元件單元，其為了檢測廣域波長的光而具有將相異波長範圍的光轉換為電子訊號的2種受光元件。
以往為了檢測廣域波長的光並轉換為電子訊號，利用的受光元件單元會具有檢測波長相異的多個受光元件。如此的受光元件單元是將多個受光元件例如排列形成於支撐基板上，且入射光的入射軸會因每個受光元件而異。在利用光纖的光通訊中，波長相異的光訊號會透過相同光纖進行傳送，並從光纖的接收側端部射出。在此光通訊使用上述受光元件單元的情形時，是依波長進行分光並射入對應的受光元件。
具有多個受光元件的受光元件單元中，若將受光元件加以排列則寬度(面積)會變大，還有分光機構是必要的，故難以進行為了可內藏於光通訊機器的小型化。因此，例如專利文獻1、2般已知的技術，其構成是重疊2個受光元件，使穿透一者受光元件的光射入另一者受光元件。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-192873號公報
[專利文獻2]日本特開2019-12713號公報
然而，若以專利文獻1、2的方式重疊2個受光元件時則厚度會增加，故受光元件單元仍然會變大。因此考慮將透過研磨等的加工而分別薄化的2個受光元件重疊，藉此抑制重疊時的厚度增加。
在此，重疊2個受光元件的情形時，穿透光入射側的第1受光元件的光會被入射側相反側的第2受光元件轉換為電子訊號，故較第1受光元件用於更長波長的受光元件為第2受光元件。亦即，第1受光元件為用於在受光元件單元的受光波長範圍中短波長範圍的受光元件，第2受光元件為用於不被吸收而穿透第1受光元件的長波長範圍的受光元件。
例如，有在第1受光元件使用矽基板且在第2受光元件使用磷化銦基板的情形，或在第1受光元件使用氮化鎵類基板且在第2受光元件使用矽基板的情形等。藉此，第1受光元件會接受短波長側的入射光，而第2受光元件會接收穿透第1受光元件的長波長側的入射光。
使用磷化銦基板或氮化鎵類基板的受光元件的製造成本會比使用矽基板的受光元件要高，故希望尺寸(面積)能縮小。另一方面，使基板變薄的薄化加工會使受光元件產生裂縫等不良的疑慮變大，故有時會要求第1受光元件及第2受光元件的其中一者不太薄化或完全不薄化。此時，即使重疊第1受光元件及第2受光元件也無法充分抑制厚度，故難以小型化。
本發明的目的為提供一種受光元件單元，其重疊2個受光元件而小型化。
請求項1的發明為一種受光元件單元，其特徵在於具備：第1受光元件，其在第1半導體基板的主表面側具有受光區域；第2受光元件，其在第2半導體基板的主表面側具有受光區域；以及支撐基板，其具有用於將所述第1受光元件及所述第2受光元件電性連接至外部的配線，所述第1受光元件及所述第2受光元件中的一者具有從所述受光區域相反側的背面朝向所述受光區域側形成為凹狀的凹部，而另一者容納於所述凹部。
若根據上述構成，則受光元件單元具有第1受光元件及第2受光元件，其中的一者於存在有受光區域的主表面側的相反側具有凹部，另一者容納於其凹部。因此可重疊用以接收寬波長範圍的光的2個受光元件，且可藉由凹部抑制厚度而將受光元件單元小型化。
請求項2的發明的受光元件單元有如請求項1的發明，其特徵在於，所述第1受光元件及所述第2受光元件配置成穿透所述第1受光元件的受光區域的光會射入所述第2受光元件的受光區域。
若根據上述構成，則波長相異的入射光無須分光即可由受光元件單元接收，故可謀求受光元件單元的小型化。
請求項3的發明的受光元件單元有如請求項1的發明，其特徵在於，所述第1受光元件分別於入射光的入口側及出口側具有抗反射層。
若根據上述構成，則可抑制在第1受光元件的入射光入口側的反射，確保第1、第2受光元件的受光量，同時抑制穿透第1受光元件的光在入射光出口側的反射，確保第2受光元件的受光量。
請求項4的發明的受光元件單元有如請求項2的發明，其特徵在於，所述第1受光元件分別於入射光的入口側及出口側具有抗反射層。
若根據上述構成，則與請求項3的發明相同地可抑制在第1受光元件的入射光入口側的反射，確保第1、第2受光元件的受光量，同時抑制穿透第1受光元件的光在入射光出口側的反射，確保第2受光元件的受光量。
請求項5的發明的受光元件單元有如請求項1~4中任1項的發明，其特徵在於，所述第1受光元件具有所述凹部，且此凹部側固定於所述支撐基板，所述第2受光元件在所述第2半導體基板的主表面側具有電極，所述電極藉由固化的導電性構件固定於所述支撐基板上對應的所述配線。
若根據上述構成，則可於第1受光元件的凹部容納第2受光元件，以謀求受光元件單元的小型化，並且第2受光元件固定於支撐基板時也同時進行電性連接，故可讓形成受光元件單元變容易。
請求項6的發明的受光元件單元有如請求項1~4中任1項的發明，其特徵在於，所述第1受光元件具有所述凹部及中間配線，所述中間配線於此凹部側與所述支撐基板上對應的配線連接，所述凹部側固定於所述支撐基板，所述第2受光元件在所述第2半導體基板的主表面側具有電極，所述電極藉由固化的導電性構件固定於所述第1受光元件上對應的所述中間配線。
若根據上述構成，則可於第1受光元件的凹部容納第2受光元件，以謀求受光元件單元的小型化，並且第2受光元件固定於第1受光元件時也同時與對應的中間配線電性連接，此第1受光元件固定於支撐基板時同時中間配線也與支撐基板上對應的配線連接，故可讓形成受光元件單元變容易。
請求項7的發明的受光元件單元有如請求項1~4中任1項的發明，其特徵在於，所述第2受光元件具有所述凹部及中間配線，所述中間配線 於此凹部側藉由導電性線與所述支撐基板上對應的配線連接，所述凹部相反側固定於所述支撐基板，所述第1受光元件在所述第1半導體基板的主表面側具有電極，在所述電極相反側固定於所述凹部的狀態下，所述電極藉由導電性線分別與所述中間配線連接。
若根據上述構成，則可於第2受光元件的凹部容納第1受光元件，將受光元件單元小型化。
請求項8的發明的受光元件單元有如請求項1~4中任1項的發明，其特徵在於，所述第1半導體基板為矽基板，所述第2半導體基板為磷化銦基板。
若根據上述構成，則可在入射光未分光下於第1受光元件接受可見光區域為主的入射光，且於第2受光元件接收穿透第1受光元件的紅外光區域的入射光，故可謀求受光元件單元的小型化。
請求項9的發明的受光元件單元有如請求項5的發明，其特徵在於，所述第1半導體基板為矽基板，所述第2半導體基板為磷化銦基板。
若根據上述構成，則與請求項8的發明相同地可在入射光未分光下於第1受光元件接受可見光區域為主的入射光，且於第2受光元件接收穿透第1受光元件的紅外光區域的入射光，故可謀求受光元件單元的小型化。
請求項10的發明的受光元件單元有如請求項6的發明，其特徵在於，所述第1半導體基板為矽基板，所述第2半導體基板為磷化銦基板。
若根據上述構成，則與請求項8的發明相同地可在入射光未分光下於第1受光元件接受可見光區域為主的入射光，且於第2受光元件接收穿透第1受光元件的紅外光區域的入射光，故可謀求受光元件單元的小型化。
請求項11的發明的受光元件單元有如請求項7的發明，其特徵在於，所述第1半導體基板為矽基板，所述第2半導體基板為磷化銦基板。
若根據上述構成，則與請求項8的發明相同地可在入射光未分光下於第1受光元件接受可見光區域為主的入射光，且於第2受光元件接收穿透第1受光元件的紅外光區域的入射光，故可謀求受光元件單元的小型化。。
根據本發明的受光元件單元，可重疊2個受光元件並將受光元件單元小型化。
1,101:受光元件單元
2,102:支撐基板
3a~3c,103a~103c:配線
4a~4c,104a~104c:墊部
5,105~108:金線(導電性線)
10,110:第1受光元件
11,111:Si基板(第1半導體基板)
12,112:第1受光區域
12a,112a:p型擴散區域
13,18,113,118:抗反射層
14,114:第1陽極電極
15,115:第1陰極電極
16:凹部
17,27,127:導電性接著劑
20,120:第2受光元件
21,121:InP基板(第2半導體基板)
22,122:第2受光區域
22a,122a:p型區域
23,28,123,128:抗反射層
24,124:第2陽極電極
25,125:第2陰極電極
31,32,131,132:中間配線
117:接著劑
126:凹部
圖1為本發明的實施例1、2的受光元件單元的立體圖。
圖2為實施例1的受光元件單元的俯視圖。
圖3為圖2的III-III線剖面圖。
圖4為實施例2的受光元件單元的俯視圖。
圖5為圖4的V-V線剖面圖。
圖6為本發明的實施例3的受光元件單元的立體圖。
圖7為實施例3的受光元件單元的俯視圖。
圖8為圖7的VIII-VIII線剖面圖。
以下根據實施例說明本發明的實施方式。
[實施例1]
圖1表示受光元件單元1的外觀，圖2表示從光射入的方向觀看受光元件單元1的主要部分，圖3表示受光元件單元1的主要部分剖面。如圖1~圖3所示，受光元件單元1具有支撐基板2、第1受光元件10以及容納於第1受光元件10的凹部16的第2受光元件20。在支撐基板2形成有多條配線3a~3c，其用於將第1受光元件10及第2受光元件20電性連接至外部，在此等配線3a~3c形成有用於分別與外部連接的墊部4a~4c。入射光是從支撐基板2相反側射入第1受光元件10。
說明第1受光元件10。
第1受光元件10在作為第1半導體基板的例如矽基板(以下簡稱為Si基板)11的主表面側具有第1受光區域12，並且為接受可見光區域為主的入射光的光二極體。Si基板11例如為n型，此n型的Si基板11在成為入射光入口側的主表面側形成有例如摻雜硼的p型擴散區域12a，此主表面覆蓋有預定厚度的抗反射層13(例如厚度為160nm的矽氮化膜或矽氧化膜等)。再者，抗反射層13的材質或厚度可適當地設定。
在抗反射層13以與p型擴散區域12a連通的方式形成有開口部，而在包含所述開口部的預定區域中選擇性地堆積例如主要包含鋁或金的電 極材料，形成第1陽極電極14。接下來，在n型的Si基板11的主表面相反側露出的背面成為第1陰極電極。第1陽極電極14例如藉由金線5(導電性線)而與支撐基板2上對應的配線3b連接。第1陰極電極藉由用乾燥或冷卻而固化的導電性構件17(例如含有銀粒子的導電性接著劑、共晶焊料、金凸塊等)固定且電性連接於支撐基板2上對應的配線3c。
再者，雖省略圖示，但第1陰極電極可在Si基板11的背面側例如摻雜磷而使其低電阻化，也可使主要包含鋁或金的電極材料附著而形成。又，雖也省略圖示，但透過形成於抗反射層13的開口而在p型擴散區域12a的外側與n形的Si基板11的主表面連接的第1陰極電極，也可藉由金線等與對應的配線3c連接。
藉由n型的Si基板11及p型擴散區域12a所形成的pn接面的鄰近處為第1受光區域12，而射入的光會轉換為電荷。透過第1陽極電極14及第1陰極電極將此電荷作為電流(電子訊號)傳遞至外部。再者，第1受光區域12縱橫的寬度例如為2000μm左右，深度為10μm左右，但此等可適當地設定。又，第1受光元件10形成為1邊為例如3mm左右的矩形，其厚度以不太薄化或完全不薄化的方式而例如為250~400μm左右。
Si基板11的主表面為Si(100)面。此Si基板11具備凹部16，其從p型擴散區域12a相反側的表面(背面)朝向第1受光區域12側而在Si基板11的內部形成為凹狀。成為穿透第1受光元件10的入射光的出口側的凹部16在內表面亦形成有預定厚度的抗反射層18(例如厚度為250nm的矽氮化膜或矽氧化膜等)。此等抗反射層13、18也發揮絕緣保護層的功能。
凹部16是從Si基板11的背面實施選擇性蝕刻與第1受光區域12對應的區域而形成。雖省略圖示，但可在Si基板11的背面形成與第1受光區域12對應的區域設有開口的蝕刻遮罩，使用鹼性水溶液(例如KOH水溶液或TMAH水溶液)作為蝕刻液而蝕刻Si基板11，藉此形成凹部16。
此時，Si基板11的背面為Si(100)面，若進行蝕刻則會露出Si基板11內部的Si(100)面。另一方面，在蝕刻遮罩所覆蓋區域的邊界附近會因蝕刻的進行而露出蝕刻速度比Si(100)面還慢的Si(111)面，於是凹部16的周壁成為傾斜狀。藉由利用此蝕刻速度差異的異向性蝕刻，凹部16形成為四 角錐台狀。凹部16形成為例如200μm左右的深度，但可藉由蝕刻時間而容易地控制此深度。
說明第2受光元件20。
第2受光元件20在作為第2半導體基板的例如磷化銦基板(以下簡稱為InP基板)21的主表面側具有第2受光區域22，並且為接受穿透第1受光元件10的第1受光區域12的紅外光區域的入射光的光二極體。此第2受光元件20形成為其縱橫的寬度小於第1受光元件10的凹部16縱橫的寬度，且其厚度小於凹部16的深度，而在凹部16容納第2受光元件20。例如第2受光元件20形成為1邊為1mm左右的矩形，且薄化使厚度形成為150μm左右。
InP基板21例如為n型，在此InP基板21的主表面側形成有例如主要為InGaAs構成的p型區域22a。此主表面覆蓋有預定厚度的抗反射層23(例如厚度為250nm的矽氮化膜或矽氧化膜等)，主表面相反側的背面亦覆蓋同樣的抗反射層28。
以分別連通至第2受光區域22及其外側的InP基板21的方式，於抗反射層23分別設置開口部，在包含此等開口部的各預定區域選擇性地堆積例如主要包含鋁或金的電極材料，而形成第2陽極電極24及第2陰極電極25。
第2陽極電極24及第2陰極電極25藉由用乾燥或冷卻而固化的導電性構件27(例如含有銀粒子的導電性接著劑、共晶焊料、金凸塊等)固定於支撐基板2上對應的配線3a、3c。藉此使第2受光元件20固定且電性連接於支撐基板2。由於物理性固定與電性連接是同時進行，故形成受光元件單元1會變容易。再者，雖省略圖示，但第2受光元件20的背面側可藉由接著劑等固定於支撐基板2，第2陽極電極24及第2陰極電極25可藉由金線等與分別對應的配線3a、3c連接。
藉由n型的InP基板21及p型區域22a所形成的pn接面的鄰近處為第2受光區域22，而射入的光會轉換為電荷。透過第2陽極電極24及第2陰極電極25將此電荷作為電流(電子訊號)傳遞至外部。第2受光區域22縱橫的寬度例如為800μm左右，深度為10μm左右，但此等可適當地設定。再者，第2受光元件20也可為PIN光二極體。
說明支撐基板2。
支撐基板2例如為陶瓷基板或印刷基板，並且形成有多條配線3a~3c，其露出第1、第2受光元件10、20的電極固定的部分。此等多條配線3a~3c形成為使第1、第2受光元件10、20的第1、第2陽極電極14、24及第1、第2陰極電極15、25可容易地從外部電性連接，並具備用以與外部連接的墊部4a~4c。
在此支撐基板2固定有第2受光元件20，並且以於凹部16容納此第2受光元件20的方式，將第1受光元件10固定於支撐基板2，形成受光元件單元1。藉此，第1受光元件10及第2受光元件20配置成穿透第1受光區域12的光會射入第2受光區域22。
在受光元件單元1中，光從支撐基板2相反側射入第1受光元件10，在第1受光元件10中將可見光區域至紅外光區域的例如波長為400~1000nm的區域的光轉換為電流，並作為電子訊號傳遞至外部。接下來，穿透第1受光元件10的例如波長為1000~1600nm的區域的光會射入第2受光元件20，此光在第2受光元件20中轉換為電流，並作為電子訊號傳遞至外部。
亦即，受光元件單元1在無需分離或濾波下將入射光中所含波長大幅相異的入射訊號轉換為電子訊號。此受光元件單元1由於是在第1受光元件10的凹部16容納第2受光元件20，故可小型化至同等於僅有第1受光元件10的受光單元的大小。又，將第2受光元件20小型化，可抑制受光元件單元1的製造成本。再者，此受光元件單元1容納於未圖示的殼體等而使用於光通訊等，所述殼體等具備分別與支撐基板2的多個墊部4a~4c連接的多個端子以及光入射用的窗口等。
[實施例2]
根據圖1、4、5說明將上述實施例1局部地變更的實施例2。圖4表示從光射入的方向觀看受光元件單元1的主要部分，圖5表示受光元件單元1的主要部分剖面。第1、第2受光元件10、20為與上述實施例1相同的受光元件，故附上與實施例1相同的符號並省略說明。在此第1受光元件10中，在凹部16的內表面及Si基板11的背面形成有2條中間配線31、32，其用以將第2受光元件20的第2陽極電極24及第2陰極電極25分別與支撐基板2上對應的配線3a、3c連接。中間配線31、32在抗反射層18上選擇性地堆積例如主要包含鋁或金的配線材料而形成。
第2受光元件20的第2陽極電極24及第2陰極電極25藉由導電性構件27分別固定於第1受光元件10上對應的中間配線31、32。藉此，第2受光元件20固定並容納於第1受光元件10的凹部16，並且與中間配線31、32電性連接。又，還配置成穿透第1受光區域12的光會射入第2受光區域22。
將此第2受光元件20容納於凹部16的第1受光元件10的第1陰極電極藉由導電性構件17固定於支撐基板2上對應的配線3c，藉此進行電性連接。此時，中間配線31、32亦藉由導電性構件17分別固定且電性連接於對應的配線3a、3c。
接著，第1受光元件10的第1陽極電極14例如藉由金線5與支撐基板2上對應的配線3b連接，形成受光元件單元1。此受光元件單元1於第1受光元件10的凹部16容納第2受光元件20，故可小型化至同等於僅有第1受光元件10的受光單元的大小。又，將第2受光元件20小型化，可抑制受光元件單元1的製造成本。
[實施例3]
圖6表示受光元件單元101的外觀，圖7為從光射入的方向觀看受光元件單元101的主要部分，圖8表示受光元件單元101的主要部分剖面。如圖6~圖8所示，受光元件單元101具有支撐基板102、第1受光元件110、及將第1受光元件110容納於凹部126的第2受光元件120。在支撐基板102形成有多條配線103a~103c，其用以連接第1受光元件110及第2受光元件120，此等配線103a~103c形成有用以分別與外部連接的墊部104a~104c。入射光從支撐基板102相反側射入第1受光元件110。
說明第1受光元件110。
第1受光元件110在作為第1半導體基板的例如Si基板111的主表面側具有第1受光區域112，並且為接受可見光區域為主的入射光的光二極體。Si基板111例如為n型，此n型的Si基板111在成為入射光入口側的主表面側形成有例如摻雜硼的p型擴散區域112a。
此第1受光元件110形成為其縱橫的寬度小於第2受光元件120的凹部126縱橫的寬度，且其厚度小於凹部126的深度，並在凹部126容納第1受光元件110。例如第1受光元件110形成為1邊為1mm左右的矩形，且薄化使厚度形成為150μm左右。
入射光入口側的主表面以及穿透第1受光元件110的入射光的出口側的背面分別覆蓋有預定厚度的抗反射層113、118(例如厚度為160nm的矽氮化膜或矽氧化膜等)。此等抗反射層113、118亦發揮絕緣保護層的功能。再者，抗反射層113、118的材質或厚度可適當地設定。
以分別連通至p型擴散區域112a及其外側的Si基板111的方式，於抗反射層113分別設置開口部。在包含此等開口部的各預定區域選擇性地堆積例如主要包含鋁或金的電極材料，形成第1陽極電極114及第1陰極電極115。
藉由n型的Si基板111及p型擴散區域112a所形成的pn接面的鄰近處為第1受光區域112，而射入的光會轉換為電荷。透過第1陽極電極114及第1陰極電極115將此電荷作為電流(電子訊號)傳遞至外部。再者，第1受光區域112縱橫的寬度例如為800μm左右，深度為10μm左右，但此等可適當地設定。
說明第2受光元件120。
第2受光元件120在作為第2半導體基板的例如InP基板121的主表面側具有第2受光區域122，並且為接受穿透第1受光元件110的第1受光區域112的紅外光區域的入射光的光二極體。此第2受光元件120是以不太薄化或完全不薄化的方式使其厚度形成為大於第1受光元件110的厚度。接下來，為了抑制第1、第2受光元件110、120重疊時的厚度，故具有用以容納第1受光元件110的凹部126，且第2受光元件120縱橫的寬度大於第1受光元件110縱橫的寬度。例如第2受光元件120形成為1邊為3mm左右的矩形，厚度形成為250~400μm左右。
InP基板121例如為n型，在此InP基板121的主表面側形成有例如主要為InGaAs構成的p型區域122a。此主表面覆蓋有預定厚度的抗反射層123(例如厚度為250nm的矽氮化膜或矽氧化膜等)。
InP基板121具備凹部126，其從p型區域122a相反側的背面朝向第2受光區域122而在InP基板121的內部形成為凹狀。凹部126是在InP基板121的背面例如藉由機械加工而形成為包含與第2受光區域122對應的區域，且寬度為1.2~1.5mm左右、長度與第2受光元件120縱橫的長度相等的槽。此槽較佳形成為在第2半導體基板較難劈開的方向上延伸。
凹部126形成為例如200μm左右的深度，其底部為了預防入射光的散射而實施研磨等的平坦化處理。在凹部126的內表面及InP基板121的背面形成有預定厚度的抗反射層128(例如厚度為250nm的矽氮化膜或矽氧化膜等)。此抗反射層128及主表面側的抗反射層123也發揮絕緣保護層的功能。在InP基板121的背面側的抗反射層128上形成有中間配線131、132，其用以連接第1受光元件110的第1陽極電極114與第1陰極電極115。
在InP基板121的主表面側的抗反射層123，以分別連通至第2受光區域122及其外側的InP基板121的方式分別設置開口部。在包含此等開口部的各預定區域選擇性地堆積例如主要包含鋁或金的電極材料，形成第2陽極電極124及第2陰極電極125。此等第2陽極電極124及第2陰極電極125藉由用乾燥或冷卻而固化的導電性構件127(例如含有銀粒子的導電性接著劑、共晶焊料、金凸塊等)分別固定於支撐基板102上對應的配線103a、103c，藉此使第2受光元件120固定且電性連接於支撐基板102。
藉由n型的InP基板121及p型區域122a所形成的pn接面的鄰近處為第2受光區域122，而射入的光會轉換為電荷。透過第2陽極電極124及第2陰極電極125將此電荷作為電流(電子訊號)傳遞至外部。再者，第2受光區域122縱橫的寬度例如為1500μm左右，深度為10μm左右，但此等可適當地設定。
說明支撐基板102。
支撐基板102例如為陶瓷基板或印刷基板，並且形成有多條配線103a~103c，其露出第1、第2受光元件110、120電性連接的部分。此等多條配線103a~103c為了使第1、第2受光元件110、120的第1、第2陽極電極114、124及第1、第2陰極電極115、125可容易地從外部電性連接，而具備用以與外部連接的墊部104a~104c。
第2受光元件120中，凹部126相反側(主表面側)是固定於支撐基板102，且以容納於此第2受光元件120的凹部126的方式固定第1受光元件110，形成受光元件單元101。藉此，配置成穿透第1受光區域112的光會射入第2受光區域122。可將於凹部126固定有第1受光元件110的第2受光元件120固定於支撐基板102。
第1受光元件110的背面側藉由接著劑117固定於凹部126。此接著劑117例如以環氧樹脂為主成分，且相對於穿透第1受光元件110的入射光為透明。再者，亦可以穿透第1受光元件110的入射光不透過接著劑117而射入第2受光元件120的方式，僅於第1受光元件110的背面外緣部塗布接著劑117進行固定。
第1受光元件110的第1陽極電極114及第1陰極電極115例如藉由金線105、106分別與第2受光元件120的背面上對應的中間配線131、132連接。中間配線131、132例如藉由金線107、108分別與支撐基板102上對應的配線103b、103c連接。
在受光元件單元101中，光從支撐基板102相反側射入第1受光元件110，在第1受光元件110中，可見光區域至紅外光區域的例如波長為400~1000nm的區域的光會轉換為電流，並作為電子訊號傳遞至外部。穿透第1受光元件110的例如波長為1000~1600nm的區域的光會射入第2受光元件120，此光在第2受光元件120中轉換為電流，並作為電子訊號傳遞至外部。
如此形成的受光元件單元101由於是在第2受光元件120的凹部126容納第1受光元件110，故可小型化至同等於僅有第2受光元件120的受光單元的大小。此受光元件單元1容納於未圖示的殼體而使用於光通訊等，所述殼體具備分別與支撐基板102的多個墊部104a~104c連接的多個端子以及光入射用的窗口等。再者，可在第1半導體基板使用氮化鎵類基板且在第2半導體基板使用矽基板或磷化銦基板，以接收紫外光及可見光、或者紫外光及紅外光。
說明實施例1、2的受光元件單元1及實施例3的受光元件單元101的作用、功效。
受光元件單元1具備第1受光元件10及第2受光元件20，且於第1受光元件10的第1半導體基板具有從第1受光區域12相反側的背面朝向主表面側的第1受光區域12形成為凹狀的凹部16。另一方面，受光元件單元101具備第1受光元件110及第2受光元件120，且於第2受光元件120的第2半導體基板具有從第2受光區域122相反側的背面朝向主表面側的第2受光區域122形成為凹狀的凹部126。接下來，在凹部16容納第2受光元件20，在凹部126容納第1受光元件110。換句話說，第1受光元件及第2受光元件中的一者具有凹部，另一者則容納於其凹部。
因此，可為了接收廣波長範圍的光而重疊第1受光元件10及第2受光元件20，且抑制厚度而將受光元件單元1小型化。又，可重疊第1受光元件110及第2受光元件120，且抑制厚度而將受光元件單元101小型化。
第1受光元件10及第2受光元件20配置成穿透第1受光區域12的光會射入第2受光區域22。又，第1受光元件110及第2受光元件120配置成穿透第1受光區域112的光會射入第2受光區域122。因此，受光元件單元1、101可在不分光下接收波長相異的入射光，故可將受光元件單元1、101小型化。
第1受光元件10於入射光的入口側及出口側分別具有抗反射層13、18。又，第1受光元件110於入射光的入口側及出口側分別具有抗反射層113、118。因此，可抑制第1受光元件10、110的入射光入口側的反射，確保第1受光元件10、110的受光量及第2受光元件20、120的受光量，同時可抑制穿透第1受光元件10、110的光在入射光出口側的反射，可確保第2受光元件20、120的受光量。
上述實施例1中，第1受光元件10具有凹部16並使凹部16側固定於支撐基板2，容納於凹部16的第2受光元件20中，主表面側的第2陽極電極24及第2陰極電極25藉由導電性構件27分別固定於支撐基板2上對應的配線3a、3c。因此，於第1受光元件10的凹部16容納第2受光元件20而可將受光元件單元1小型化，並且將第2受光元件20固定於支撐基板2時同時進行電性連接，故可容易地形成受光元件單元1。
上述實施例2中，第1受光元件10具有凹部16及中間配線31、32，所述中間配線31、32於凹部16側與支撐基板2上對應的配線3a、3c連接，凹部16側固定於支撐基板2。接下來，容納於凹部16的第2受光元件20中，主表面側的第2陽極電極24及第2陰極電極25藉由導電性構件27分別固定於第1受光元件10上對應的中間配線31、32。因此，可於第1受光元件10的凹部16容納第2受光元件20而將受光元件單元1小型化，並且固定有第2受光元件20的第1受光元件10固定於支撐基板2時同時也進行電性連接，故可容易地形成受光元件單元1。
在上述實施例3中，第2受光元件120具有凹部126，且凹部126相反側(主表面側)固定於支撐基板102。第1受光元件110在其背面側固定於凹部126的狀態下，主表面側的第1陽極電極114及第1陰極電極115藉由具有 導電性的金線105、106分別與形成於第2受光元件120的對應的中間配線131、132連接。因此，可於第2受光元件120的凹部126容納第1受光元件110，而將受光元件單元101小型化。
第1半導體基板為矽基板(Si基板11、111)且第2半導體基板為磷化銦基板(InP基板21、121)。因此，可在入射光不分光下在第1受光元件10、110接受可見光區域為主的入射光，在第2受光元件20、120接受穿透第1受光元件10、110的紅外光區域的入射光，可將受光元件單元1、101小型化。
又，所屬技術領域中具有通常知識者在不脫離本發明主旨下能夠以對所述實施方式施以各種變更的方式進行實施，其變更方式亦包括在本發明中。
1:受光元件單元
2:支撐基板
3a~3c:配線
5:金線(導電性線)
10:第1受光元件
11:Si基板(第1半導體基板)
12:第1受光區域
12a:p型擴散區域
13,18:抗反射層
14:第1陽極電極
16:凹部
17:導電性接著劑
20:第2受光元件
21:InP基板(第2半導體基板)
22:第2受光區域
22a:p型區域
23,28:抗反射層
24:第2陽極電極
25:第2陰極電極
27:導電性構件

Claims (9)

  1. 一種受光元件單元，其特徵在於具備：第1受光元件，其在第1半導體基板的入射光的入口側具有受光區域；第2受光元件，其在第2半導體基板的所述入射光的入口側相反側具有受光區域；以及支撐基板，其具有用於將所述第1受光元件及所述第2受光元件電性連接至外部的配線，並且，所述受光元件單元在受光區域將入射的光直接轉換為電荷，藉此將光的入射訊號轉換為電子訊號，所述第2受光元件具有從所述第2受光元件的所述受光區域相反側的背面朝向所述第2受光元件的所述受光區域側形成為凹狀的凹部，而所述第一受光元件容納於所述凹部。
  2. 如請求項1之受光元件單元，其中，所述第1受光元件及所述第2受光元件配置成穿透所述第1受光元件的受光區域的光會射入所述第2受光元件的受光區域。
  3. 如請求項1之受光元件單元，其中，所述第1受光元件分別於入射光的入口側及出口側具有抗反射層。
  4. 如請求項2之受光元件單元，其中，所述第1受光元件分別於入射光的入口側及出口側具有抗反射層。
  5. 如請求項1至4中任一項之受光元件單元，其中，所述第2受光元件在所述第2半導體基板的所述入射光的入口側相反側具有電極，所述電極藉由固化的導電性構件固定於所述支撐基板上對應的所述配線。
  6. 如請求項1至4中任一項之受光元件單元，其中，所述第2受光元件具有中間配線，所述中間配線於所述凹部側藉由導電性線與所述支撐基板上對應的配線連接，所述凹部相反側固定於所述支撐基板， 所述第1受光元件在所述第1半導體基板的所述入射光的入口側具有電極，在所述電極相反側固定於所述凹部的狀態下，所述電極藉由導電性線分別與所述中間配線連接。
  7. 如請求項1至4中任一項之受光元件單元，其中，所述第1半導體基板為矽基板，所述第2半導體基板為磷化銦基板。
  8. 如請求項5之受光元件單元，其中，所述第1半導體基板為矽基板，所述第2半導體基板為磷化銦基板。
  9. 如請求項6之受光元件單元，其中，所述第1半導體基板為矽基板，所述第2半導體基板為磷化銦基板。
TW109125423A 2019-07-31 2020-07-28 受光元件單元 TWI776195B (zh)

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