WO2011007703A1 - 光検出器 - Google Patents

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WO2011007703A1
WO2011007703A1 PCT/JP2010/061549 JP2010061549W WO2011007703A1 WO 2011007703 A1 WO2011007703 A1 WO 2011007703A1 JP 2010061549 W JP2010061549 W JP 2010061549W WO 2011007703 A1 WO2011007703 A1 WO 2011007703A1
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semiconductor element
photodiode
optical semiconductor
photodetector
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藁科 禎久
正敏 石原
智史 鈴木
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浜松ホトニクス株式会社
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    • GPHYSICS
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    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12043Photo diode

Definitions

  • the present invention relates to a photodetector for detecting energy lines in a first wavelength range and energy lines in a second wavelength range.
  • a first optical semiconductor element for detecting an energy beam in the first wavelength region is provided on a second optical semiconductor device for detecting an energy beam in the second wavelength region.
  • a photodetector is described in which the first photoelectric conversion unit of the first optical semiconductor element and the second photoelectric conversion unit of the second optical semiconductor element are arranged in parallel in the optical axis direction.
  • the present invention provides a photodetector capable of realizing the proximity of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit and hermetic sealing with respect to the second optical semiconductor element with a simple configuration.
  • the task is to do.
  • a photodetector for detecting an energy ray in a first wavelength region and an energy ray in a second wavelength region longer than the first wavelength region.
  • a photodetector comprising a first semiconductor layer having a predetermined specific resistance, an insulating layer stacked on one main surface of the first semiconductor layer, and a main surface on one side of the insulating layer.
  • the main film on the other side of the first semiconductor layer is covered so as to cover the electrically connected wiring film and the concave portion formed on the main surface on the other side of the first semiconductor layer and to ensure airtightness in the concave portion.
  • a first optical semiconductor element disposed on the surface and electrically connected to the electrical passage, and disposed in the recess, the first optical semiconductor
  • a second optical semiconductor element electrically connected to the element, wherein the first optical semiconductor element is provided on the first semiconductor substrate and on one side of the first semiconductor substrate, A first photoelectric conversion unit that generates an electric charge when energy rays in the wavelength region of the first semiconductor substrate are incident on the first semiconductor substrate from the other side
  • the second optical semiconductor element is a second semiconductor Provided on the other side of the second semiconductor substrate so as to face the substrate and the first photoelectric conversion unit, and energy rays in the second wavelength region are incident on the second semiconductor substrate from the other side
  • a second photoelectric conversion portion that sometimes generates electric charge.
  • the first optical semiconductor element that covers the first semiconductor layer, the insulating layer, the second semiconductor layer, and the concave portion of the first semiconductor layer and secures airtightness in the concave portion
  • the hermetic sealing package for the second optical semiconductor element disposed in the first and second optical semiconductor elements is configured, and the electric path portion and the wiring film of the first semiconductor layer are used to provide electrical power for the first optical semiconductor element and the second optical semiconductor element. Wiring has been achieved.
  • the first photoelectric conversion unit of the first optical semiconductor element is provided on one side of the first semiconductor substrate, whereas the second photoelectric conversion unit of the second optical semiconductor element is the first photoelectric conversion unit. 2 on the other side of the semiconductor substrate. Therefore, according to this photodetector, the proximity of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit and the hermetic sealing with respect to the second optical semiconductor element can be realized with a simple configuration.
  • the second optical semiconductor element is electrically connected to the first optical semiconductor element by flip chip bonding. According to this configuration, the second optical semiconductor element can be reliably brought close to the first optical semiconductor element, and the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit can be accurately aligned. Therefore, the energy beam coupling efficiency can be improved in both the first optical semiconductor element and the second optical semiconductor element.
  • the airtightness in the recess is ensured by airtightly bonding the electrode pad of the first optical semiconductor element to the electrode film provided on the other end face of the electric passage portion. According to this structure, the airtightness in a recessed part can be ensured using joining of an electrode film and an electrode pad.
  • the wiring film is electrically connected to an end face on one side of the electric passage portion through a removal portion formed in the second semiconductor layer and a removal portion formed in the insulating layer. . According to this configuration, the electrical passage portion of the first semiconductor layer and the wiring film can be easily and reliably electrically connected.
  • the second optical semiconductor element is preferably bonded to the bottom surface of the recess. According to this configuration, since the stability of the second optical semiconductor element in the recess is improved, the mechanical strength of the photodetector can be improved.
  • the second optical semiconductor element is separated from the bottom surface of the recess. According to this configuration, since the dimensional accuracy of the thickness of the second optical semiconductor element and the depth of the recess with respect to the second optical semiconductor element is relaxed, the manufacture of the photodetector can be facilitated.
  • the present invention it is possible to realize proximity between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit and hermetic sealing with respect to the second optical semiconductor element.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a photodetector according to the present invention.
  • the photodetector 1 includes a rectangular plate-shaped SOI (Silicon On Insulator) substrate 2.
  • the SOI substrate 2 includes a low-resistance Si (silicon) substrate (first semiconductor layer) 3, an insulating layer 4 that is an oxide film stacked on the back surface (main surface on one side) 3 b of the low-resistance Si substrate 3, And a high-resistance Si substrate (second semiconductor layer) 5 stacked on the back surface (main surface on one side) 4b of the insulating layer 4.
  • the low resistance Si substrate 3 has a predetermined specific resistance (for example, a specific resistance of 0.01 ⁇ ⁇ cm), and the high resistance Si substrate 5 has a specific resistance (for example, a specific resistance) higher than the predetermined specific resistance. Resistance 1 k ⁇ ⁇ cm).
  • a recess 6 having a rectangular cross section is formed on the surface (the other main surface) 3a of the low resistance Si substrate 3.
  • the outer edge of the bottom surface 6 a of the recess 6 has a depth that reaches at least the insulating layer 4.
  • the portion surrounding the recess 6 is an electric passage portion 8.
  • An electrode film 9 made of a metal such as Au (gold) is provided on the end face 8 a on the surface side of the electrical passage portion 8.
  • the electrode film 9 is formed on the end face 8a of the electric passage portion 8 by resistance heating, electron beam vapor deposition, sputtering, plating, or the like, and is ohmically connected to the electric passage portion 8.
  • the removal portion 11 which is a notch having a depth corresponding to the thickness thereof, corresponds to the bottom surface 6 a of the recess 6 of the low-resistance Si substrate 3 and the electric passage portion 8 (that is, the thickness). In the direction).
  • a conductive film 12 made of a metal such as Au is formed in each removal portion 11 and is ohmically connected to the electrical passage portion 8.
  • the removal portion 13 has a depth from the back surface 5b of the high-resistance Si substrate 5 to the front surface 5a so that the bottom surface thereof becomes the back surface 4b of the insulating layer 4.
  • the removal portion 13 penetrating the high-resistance Si substrate 5 spreads from the surface 5a of the high-resistance Si substrate 5 toward the back surface 5b (in other words, from the back surface 5b of the high-resistance Si substrate 5 toward the surface 5a. It is formed by wet etching or the like.
  • a wiring film 15 made of a metal such as Au is provided on the back surface 5b of the high-resistance Si substrate 5 and the inner surface 13a of the removal portion 13 via an insulating film 14 that is an oxide film or a nitride film.
  • the insulating film 14 is removed at the end portion on the surface side of the removal portion 13, and the wiring film 15 is connected to the conductive film 12 at the removed portion.
  • the wiring film 15 is electrically connected to the end face 8b of the electric passage portion 8 of the low resistance Si substrate 3 through the removal portion 13 of the high resistance Si substrate 5 and the removal portion 11 of the insulating layer 4. become.
  • the wiring film 15 provided on the back surface 5b of the high resistance Si substrate 5 is patterned so as to correspond to the wiring pattern of the mounting substrate (not shown).
  • the photodetector 1 is mounted on the mounting substrate by bonding the wiring film 15 and the wiring pattern of the mounting substrate through the solder bumps 40.
  • the Si photodiode 20 includes an n-type Si substrate (first semiconductor substrate) 21 and a p-type region 22 provided in a portion of the Si substrate 21 on the back surface 21b side.
  • the Si photodiode 20 includes an insulating film 23 provided on the back surface 21b of the Si substrate 21 and an electrode pad electrically connected to the n-type Si substrate 21 serving as a cathode through a contact hole of the insulating film 23. 24, and an electrode pad 25 electrically connected to the p-type region 22 that is an anode through a contact hole of the insulating film 23.
  • the electrode pads 24 and 25 are made of a metal such as Au.
  • the p-type region 22 provided in the portion on the back surface 21 b side of the Si substrate 21 has energy rays in the first wavelength range (for example, 0.32 ⁇ m to 1.1 ⁇ m) with respect to the Si substrate 21.
  • a first photoelectric conversion unit that generates charges when incident from the surface 21a is configured.
  • the n-type and the p-type may be reversed in each semiconductor region of the Si photodiode 20.
  • the Si photodiode 20 is electrically connected to the electric passage portion 8 of the low resistance Si substrate 3. More specifically, the electrode pad 24 of the Si photodiode 20 is airtightly bonded to the electrode film 9 provided on the end face 8a of the electric passage 8 by room temperature bonding. Thereby, airtightness in the recess 6 of the low resistance Si substrate 3 is ensured.
  • a rectangular plate-shaped InGaAs (indium gallium arsenide) photodiode (second optical semiconductor element) 30 is disposed in the recess 6 formed in the surface 3 a of the low-resistance Si substrate 3.
  • the InGaAs photodiode 30 includes an n-type InGaAs substrate (second semiconductor substrate) 31 and a p-type region 32 provided on the surface 31 a side of the InGaAs substrate 31.
  • the InGaAs photodiode 30 includes an insulating film 33 provided on the surface 31 a of the InGaAs substrate 31 and an electrode pad electrically connected to the n-type InGaAs substrate 31 serving as a cathode through a contact hole of the insulating film 33.
  • 34 and an electrode pad 35 electrically connected to the p-type region 32 which is an anode through a contact hole of the insulating film 33.
  • the electrode pads 34 and 35 are made of a metal such as Au.
  • the p-type region 32 provided in the portion on the surface 31a side of the InGaAs substrate 31 has a second wavelength region longer than the first wavelength region (for example, 1.1 ⁇ m to 1..
  • a first photoelectric conversion unit that generates charges when an energy beam of 7 ⁇ m is incident on the InGaAs substrate 31 from the surface 31a is formed.
  • the n-type and p-type may be reversed in each semiconductor region of the InGaAs photodiode 30.
  • the InGaAs photodiode 30 originally has practical sensitivity from a wavelength of 0.9 ⁇ m to 1.7 ⁇ m, but light having a wavelength up to 1.1 ⁇ m is absorbed by the first optical semiconductor element. .
  • the InGaAs photodiode 30 is electrically connected to the Si photodiode 20. More specifically, the electrode pad 34 of the InGaAs photodiode 30 is electrically connected to the electrode pad 25 of the Si photodiode 20 by flip chip bonding via the solder bump 16. The electrode pad 35 of the InGaAs photodiode 30 is electrically connected to the electrode pad 24 of the Si photodiode 20 by flip chip bonding via the solder bump 16. As a result, the p-type region 22 of the Si photodiode 20 and the p-type region 32 of the InGaAs photodiode 30 are aligned and face each other in the thickness direction.
  • An electrode film 17 made of a metal such as Au is provided on the bottom surface 6a of the recess 6 of the low-resistance Si substrate 3, and the back surface 31b of the InGaAs substrate 31 of the InGaAs photodiode 30 is made of solder or conductive resin. Bonded to the electrode film 17.
  • the cathode of the Si photodiode 20 and the anode of the InGaAs photodiode 30 are electrically connected, and are drawn out to the wiring film 15 as a common electrode through the electric passage portion 8. It is. Further, the anode of the Si photodiode 20 and the cathode of the InGaAs photodiode 30 are electrically connected, and are drawn out to the wiring film 15 as a common electrode through the bottom surface 6 a portion of the recess 6.
  • Such wiring is adopted because it is not necessary to take out the signals of both photodiodes 20 and 30 simultaneously when the purpose is to widen the sensitivity wavelength range of the photodetector 1.
  • the structure of the photodetector 1 can be simplified.
  • the cathode of the Si photodiode 20 and the cathode of the InGaAs photodiode 30 are led out to the wiring film 15 as a common electrode, and the anode of the Si photodiode 20 and the anode of the InGaAs photodiode 30 are wired independently. It may be drawn out to the film 15, or all the anodes and cathodes may be drawn out to the wiring film 15 independently.
  • the low-resistance Si substrate 3, the insulating layer 4, the high-resistance Si substrate 5, and the recess 6 of the low-resistance Si substrate 3 are covered and airtightness in the recess 6 is ensured.
  • the Si photodiode 20 constitutes an airtight sealed package for the InGaAs photodiode 30 disposed in the recess 6.
  • the Si passage 20 and the wiring film 15 of the low resistance Si substrate 3 constitute the Si photodiode 20 and the InGaAs. Electrical wiring to the photodiode 30 has been achieved.
  • the p-type region 22 of the Si photodiode 20 is provided in the portion on the back surface 21b side of the Si substrate 21, whereas the p-type region 32 of the InGaAs photodiode 30 is provided in the portion on the surface 31a side of the InGaAs substrate 31. Is provided. Therefore, according to the photodetector 1, the proximity of the p-type region 22 and the p-type region 32 and hermetic sealing with respect to the InGaAs photodiode 30 can be realized with a simple configuration.
  • the InGaAs photodiode 30 is electrically connected to the Si photodiode 20 by flip chip bonding. As a result, the InGaAs photodiode 30 can be reliably brought close to the Si photodiode 20 and the p-type region 22 and the p-type region 32 can be accurately aligned. It becomes possible to improve the coupling efficiency of lines.
  • the electrode pad 24 of the Si photodiode 20 is airtightly bonded to the electrode film 9 provided on the end surface 8a on the surface side of the electric passage portion 8.
  • the airtightness in the recess 6 can be ensured by utilizing the bonding between the electrode film 9 and the electrode pad 24.
  • the wiring film 15 is connected to the end surface on the back surface side of the electric passage portion 8 of the low resistance Si substrate 3 through the removal portion 13 formed on the high resistance Si substrate 5 and the removal portion 11 formed on the insulating layer 4. 8b is electrically connected. Thereby, the electrical passage portion 8 and the wiring film 15 can be easily and reliably electrically connected.
  • the InGaAs photodiode 30 is bonded to the bottom surface 6a of the recess 6. Thereby, since the stability of the InGaAs photodiode 30 in the recess 6 is improved, the mechanical strength of the photodetector 1 can be improved.
  • an SOI substrate 2 is prepared. Then, a SiN (silicon nitride) film 51 is formed on the surface 3 a of the low resistance Si substrate 3 on the portion corresponding to the bottom surface 6 a of the recess 6, and on the surface 3 a of the low resistance Si substrate 3 on the portion corresponding to the electrical passage portion 8. An oxide film 52 is formed. Further, after a resist mask 53 is formed on the SiN film 51 and the oxide film 52, an annular groove 54 is formed in the low-resistance Si substrate 3 by DRIE (Deep Reactive Ion Etching), thereby defining the electric path portion 8.
  • DRIE Deep Reactive Ion Etching
  • an oxide film 52 is formed on the sidewall of the annular groove 54 by thermal oxidation.
  • the SiN film 51 is removed by hot phosphoric acid
  • the recess 6 is formed in the low resistance Si substrate 3 by DRIE.
  • the oxide film 52 is removed by hydrogen fluoride. At this time, the portion corresponding to the outer edge portion of the bottom surface 6a of the recess 6 in the insulating layer 4 which is an oxide film is also removed.
  • an SiN film 51 is formed on the end surface 8a of the electric passage portion 8, the bottom surface 6a of the recess 6, the back surface 5b of the high-resistance Si substrate 5, and the like by the CVD method.
  • a portion corresponding to the removal portion 13 of the high resistance Si substrate 5 is removed.
  • a removal portion 13 is formed on the high resistance Si substrate 5 by alkali wet etching.
  • an insulating film 14 that is an oxide film is formed on the back surface 5b of the high-resistance Si substrate 5 and the inner surface 13a of the removal portion 13 by a CVD method. Form. And after forming a resist mask by spray coating, the removal part 11 is formed in the insulating layer 4 by dry etching. Subsequently, as shown in FIG. 5B, the end surface 8 a of the electric passage portion 8, the bottom surface 6 a of the recess 6, the removal portion 11 of the insulating layer 4, and the back surface 5 b and the removal portion 13 of the high resistance Si substrate 5. A metal film 55 is formed on the inner surface 13a and the like by vapor deposition of Au or the like.
  • the metal film 55 is patterned by wet etching, and the electrode films 9, 17, the conductive film 12, and the wiring film 15 are formed. Then, the package body 7 is completed. Note that the metal film 55 may be patterned by lift-off.
  • the InGaAs photodiode 30 is disposed in the recess 6 of the low resistance Si substrate 3.
  • the back surface 31b of the InGaAs substrate 31 is joined to the electrode film 17 provided on the bottom surface 6a of the recess 6 by solder or conductive resin.
  • solder bumps 16 are arranged at predetermined positions on the electrode pads 34 and 35 of the InGaAs photodiode 30.
  • the Si photodiode 20 is disposed on the surface 3 a of the low resistance Si substrate 3 so as to cover the recess 6 of the low resistance Si substrate 3.
  • the electrode pads 24, 25 of the Si photodiode 20 and the electrode pads 34, 35 of the InGaAs photodiode 30 are joined via the solder bumps 16, and the electrode film 9 provided on the end face 8 a of the electric passage portion 8.
  • the electrode pad 24 of the Si photodiode 20 is bonded by room temperature bonding to complete the photodetector 1.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a second embodiment of the photodetector according to the present invention.
  • the photodetector 10 has the above-described photodetector 1 in that the back surface 31 b of the InGaAs substrate 31 of the InGaAs photodiode 30 is separated from the bottom surface 6 a of the recess 6 of the low resistance Si substrate 3. And is mainly different.
  • the photodetector 10 will be described focusing on the differences from the photodetector 1 described above.
  • the low-resistance Si substrate 3 includes an electrical passage portion 18 that is electrically and physically separated from the electrical passage portion 8 by a groove.
  • An electrode film 19 made of a metal such as Au is provided on the end face 18 a on the surface side of the electrical passage portion 18.
  • the Si photodiode 20 is electrically connected to the electrical passage portions 8 and 18 of the low resistance Si substrate 3. More specifically, the electrode pad 24 of the Si photodiode 20 is airtightly bonded to the electrode film 9 provided on the end face 8a of the electric passage 8 by room temperature bonding. Further, the electrode pad 25 of the Si photodiode 20 is airtightly bonded to the electrode film 19 provided on the end face 18a of the electric passage portion 18 by room temperature bonding.
  • the InGaAs photodiode 30 is electrically connected to the Si photodiode 20. More specifically, the electrode pad 34 of the InGaAs photodiode 30 is electrically connected to the electrode pad 25 of the Si photodiode 20 by flip chip bonding via the solder bump 16. The electrode pad 35 of the InGaAs photodiode 30 is electrically connected to the electrode pad 24 of the Si photodiode 20 by flip chip bonding via the solder bump 16.
  • the cathode of the Si photodiode 20 and the anode of the InGaAs photodiode 30 are electrically connected, and are drawn out to the wiring film 15 as a common electrode through the electric passage portion 8. It is. Further, the anode of the Si photodiode 20 and the cathode of the InGaAs photodiode 30 are electrically connected, and are drawn out to the wiring film 15 as a common electrode through the electric passage portion 18.
  • the back surface 31 b of the InGaAs substrate 31 of the InGaAs photodiode 30 is separated from the bottom surface 6 a of the recess 6 of the low resistance Si substrate 3.
  • the InGaAs photodiode 30 is bonded to the Si photodiode 20 by flip chip bonding, the InGaAs photodiode 30 is housed in the recess 6 of the low resistance Si substrate 3, and the low resistance is achieved.
  • Si photodiodes 20 are joined to the electrical passage portions 8 and 18 of the Si substrate 3.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the stacking of the insulating layer 4 on the back surface 3b of the low resistance Si substrate 3 and the stacking of the high resistance Si substrate 5 on the back surface 4b of the insulating layer 4 are not performed directly, but indirectly through some layer. May be.
  • the present invention it is possible to realize proximity between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit and hermetic sealing with respect to the second optical semiconductor element.
  • Si photodiode (first optical semiconductor element) , 21... Si substrate (first semiconductor substrate), 22... P-type region (first photoelectric conversion unit), 24, 25... Electrode pad, 30.
  • InGaAs photodiode (second optical semiconductor element), 31. InGaAs substrate (second semiconductor substrate), 32... P-type region (second photoelectric conversion unit).

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Abstract

 光検出器1では、低抵抗Si基板3、絶縁層4、高抵抗Si基板5及びSiフォトダイオード20によって、凹部6内に配置されたInGaAsフォトダイオード30に対する気密封止パッケージが構成されており、低抵抗Si基板3の電気通路部8及び配線膜15によって、Siフォトダイオード20及びInGaAsフォトダイオード30に対する電気的配線が達成されている。そして、Siフォトダイオード20のp型領域22がSi基板21の裏面21b側の部分に設けられているのに対し、InGaAsフォトダイオード30のp型領域32がInGaAs基板31の表面31a側の部分に設けられている。

Description

光検出器
 本発明は、第1の波長域のエネルギ線及び第2の波長域のエネルギ線を検出するための光検出器に関する。
 特許文献1,2には、第2の波長域のエネルギ線を検出するための第2の光半導体素子上に、第1の波長域のエネルギ線を検出するための第1の光半導体素子がスタックされ、第1の光半導体素子の第1の光電変換部と第2の光半導体素子の第2の光電変換部とが光軸方向において並設された光検出器が記載されている。
特開平3-18069号公報 国際公開第00/62344号公報
 しかしながら、特許文献1記載の光検出器にあっては、第1の光半導体素子及び第2の光半導体素子の両方がいわゆる表面入射型であるため、第1の光電変換部と第2の光電変換部との間の距離が長くなってしまう。従って、特許文献1記載の光検出器では、エネルギ線を収束させた場合に、その収束点近傍に第1の光電変換部と第2の光電変換部の両方を配置することができない。
 また、特許文献1,2記載の光検出器にあっては、気密封止を要求するInGaAsフォトダイオード等が第2の光半導体素子として適用された場合に、第1の光半導体素子及び第2の光半導体素子を気密封止パッケージ内に収容しないと、第2の光半導体素子に対する気密封止を確保することができない。
 そこで、本発明は、簡単な構成によって、第1の光電変換部と第2の光電変換部との近接、及び第2の光半導体素子に対する気密封止を実現することができる光検出器を提供することを課題とする。
 上記課題を解決するため、本発明に係る光検出器は、第1の波長域のエネルギ線、及び第1の波長域よりも長波長側の第2の波長域のエネルギ線を検出するための光検出器であって、所定の比抵抗を有する第1の半導体層と、第1の半導体層の一方側の主面に積層された絶縁層と、絶縁層の一方側の主面に積層され、所定の比抵抗よりも高い比抵抗を有する第2の半導体層と、第2の半導体層の一方側の主面に絶縁膜を介して設けられ、第1の半導体層が含む電気通路部と電気的に接続された配線膜と、第1の半導体層の他方側の主面に形成された凹部を覆うと共に凹部内の気密性を確保するように、第1の半導体層の他方側の主面上に配置され、電気通路部と電気的に接続された第1の光半導体素子と、凹部内に配置され、第1の光半導体素子と電気的に接続された第2の光半導体素子と、を備え、第1の光半導体素子は、第1の半導体基板と、第1の半導体基板の一方側の部分に設けられ、第1の波長域のエネルギ線が第1の半導体基板に対して他方側から入射したときに電荷を発生する第1の光電変換部と、を有し、第2の光半導体素子は、第2の半導体基板と、第1の光電変換部と対向するように第2の半導体基板の他方側の部分に設けられ、第2の波長域のエネルギ線が第2の半導体基板に対して他方側から入射したときに電荷を発生する第2の光電変換部と、を有することを特徴とする。
 この光検出器では、第1の半導体層、絶縁層、第2の半導体層、及び第1の半導体層の凹部を覆うと共に凹部内の気密性を確保する第1の光半導体素子によって、凹部内に配置された第2の光半導体素子に対する気密封止パッケージが構成されており、第1の半導体層の電気通路部及び配線膜によって、第1の光半導体素子及び第2の光半導体素子に対する電気的配線が達成されている。そして、第1の光半導体素子の第1の光電変換部が第1の半導体基板の一方側の部分に設けられているのに対し、第2の光半導体素子の第2の光電変換部が第2の半導体基板の他方側の部分に設けられている。従って、この光検出器によれば、簡単な構成によって、第1の光電変換部と第2の光電変換部との近接、及び第2の光半導体素子に対する気密封止を実現することができる。
 このとき、第2の光半導体素子は、フリップチップボンディングによって第1の光半導体素子と電気的に接続されていることが好ましい。この構成によれば、第1の光半導体素子に対して第2の光半導体素子を確実に接近させ、第1の光電変換部と第2の光電変換部とを精度良く位置合わせすることができるので、第1の光半導体素子及び第2の光半導体素子の両方においてエネルギ線の結合効率を向上させることが可能となる。
 また、凹部内の気密性は、電気通路部の他方側の端面に設けられた電極膜に第1の光半導体素子の電極パッドが気密に接合されることにより、確保されていることが好ましい。この構成によれば、電極膜と電極パッドとの接合を利用して、凹部内の気密性を確保することができる。
 また、配線膜は、第2の半導体層に形成された除去部、及び絶縁層に形成された除去部を介して、電気通路部の一方側の端面と電気的に接続されていることが好ましい。この構成によれば、第1の半導体層の電気通路部と配線膜とを簡単に且つ確実に電気的に接続することができる。
 また、第2の光半導体素子は、凹部の底面に接合されていることが好ましい場合がある。この構成によれば、凹部内における第2の光半導体素子の安定性が向上するので、光検出器の機械的強度を向上させることができる。
 或いは、第2の光半導体素子は、凹部の底面から離れていることが好ましい場合がある。この構成によれば、第2の光半導体素子の厚さ、及びそれに対する凹部の深さの寸法精度が緩和されるため、光検出器の製造を容易化することができる。
 本発明によれば、第1の光電変換部と第2の光電変換部との近接、及び第2の光半導体素子に対する気密封止を実現することができる。
本発明に係る光検出器の第1の実施形態の断面図である。 図1の光検出器の製造工程毎の断面図である。 図1の光検出器の製造工程毎の断面図である。 図1の光検出器の製造工程毎の断面図である。 図1の光検出器の製造工程毎の断面図である。 図1の光検出器の製造工程毎の断面図である。 図1の光検出器の製造工程毎の断面図である。 本発明に係る光検出器の第2の実施形態の断面図である。
 以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第1の実施形態]
 図1は、本発明に係る光検出器の第1の実施形態の断面図である。図1に示されるように、光検出器1は、長方形板状のSOI(Silicon On Insulator)基板2を備えている。SOI基板2は、低抵抗Si(シリコン)基板(第1の半導体層)3と、低抵抗Si基板3の裏面(一方側の主面)3bに積層された酸化膜である絶縁層4と、絶縁層4の裏面(一方側の主面)4bに積層された高抵抗Si基板(第2の半導体層)5と、を含んでいる。なお、低抵抗Si基板3は、所定の比抵抗(例えば、比抵抗0.01Ω・cm)を有しており、高抵抗Si基板5は、所定の比抵抗よりも高い比抵抗(例えば、比抵抗1kΩ・cm)を有している。
 低抵抗Si基板3の表面(他方側の主面)3aには、断面長方形状の凹部6が形成されている。凹部6の底面6aの外縁部は、少なくとも絶縁層4に達する深さを有している。低抵抗Si基板3においては、凹部6を包囲する部分が電気通路部8となっている。電気通路部8の表面側の端面8aには、Au(金)等の金属からなる電極膜9が設けられている。電極膜9は、抵抗加熱、電子ビームによる蒸着法、スパッタ、メッキ等によって、電気通路部8の端面8aに成膜され、電気通路部8とオーミック接続されている。
 絶縁層4には、その厚さ分の深さを有する切欠き部である除去部11が低抵抗Si基板3の凹部6の底面6a及び電気通路部8に対応するように(すなわち、厚さ方向において対向するように)形成されている。各除去部11内には、Au等の金属からなる導電膜12が成膜され、電気通路部8とオーミック接続されている。
 高抵抗Si基板5には、その厚さ分の深さを有する切欠き部である除去部13が絶縁層4の各除去部11に対応するように(すなわち、厚さ方向において対向するように)形成されている。除去部13は、その底面が絶縁層4の裏面4bとなるように、高抵抗Si基板5の裏面5bから表面5aに至る深さを有している。高抵抗Si基板5を貫通する除去部13は、高抵抗Si基板5の表面5aから裏面5bに向かって末広がりとなるように(換言すれば、高抵抗Si基板5の裏面5bから表面5aに向かって先細りとなるように)ウェットエッチング等で形成されている。
 高抵抗Si基板5の裏面5b及び除去部13の内面13aには、酸化膜或いは窒化膜である絶縁膜14を介して、Au等の金属からなる配線膜15が設けられている。絶縁膜14は、除去部13の表面側の端部において除去されており、配線膜15は、その除去された部分において導電膜12と接続されている。これにより、配線膜15は、高抵抗Si基板5の除去部13及び絶縁層4の除去部11を介して、低抵抗Si基板3の電気通路部8の端面8bと電気的に接続されることになる。
 高抵抗Si基板5の裏面5bに設けられた配線膜15は、実装基板(図示せず)の配線パターンに対応するようにパターニングされている。光検出器1は、半田バンプ40を介して配線膜15と実装基板の配線パターンとが接合されることにより、実装基板上に実装される。
 低抵抗Si基板3の表面3a上には、低抵抗Si基板3の表面3aに形成された凹部6を覆うと共に凹部6内の気密性を確保するように、長方形板状のSiフォトダイオード(第1の光半導体素子)20が配置されている。Siフォトダイオード20は、n型のSi基板(第1の半導体基板)21と、Si基板21の裏面21b側の部分に設けられたp型領域22と、を有している。更に、Siフォトダイオード20は、Si基板21の裏面21bに設けられた絶縁膜23と、絶縁膜23のコンタクトホールを介してカソードであるn型のSi基板21と電気的に接続された電極パッド24と、絶縁膜23のコンタクトホールを介してアノードであるp型領域22と電気的に接続された電極パッド25と、を有している。なお、電極パッド24,25は、Au等の金属からなる。
 Siフォトダイオード20において、Si基板21の裏面21b側の部分に設けられたp型領域22は、第1の波長域(例えば、0.32μm~1.1μm)のエネルギ線がSi基板21に対して表面21aから入射したときに電荷を発生する第1の光電変換部を構成する。なお、Siフォトダイオード20の各半導体領域においてn型とp型とは逆であっても良い。
 Siフォトダイオード20は、低抵抗Si基板3の電気通路部8と電気的に接続されている。より詳細には、Siフォトダイオード20の電極パッド24が、電気通路部8の端面8aに設けられた電極膜9と常温接合によって気密に接合されている。そして、これにより、低抵抗Si基板3の凹部6内の気密性が確保されている。
 低抵抗Si基板3の表面3aに形成された凹部6内には、長方形板状のInGaAs(インジウムガリウム砒素)フォトダイオード(第2の光半導体素子)30が配置されている。InGaAsフォトダイオード30は、n型のInGaAs基板(第2の半導体基板)31と、InGaAs基板31の表面31a側の部分に設けられたp型領域32と、を有している。更に、InGaAsフォトダイオード30は、InGaAs基板31の表面31aに設けられた絶縁膜33と、絶縁膜33のコンタクトホールを介してカソードであるn型のInGaAs基板31と電気的に接続された電極パッド34と、絶縁膜33のコンタクトホールを介してアノードであるp型領域32と電気的に接続された電極パッド35と、を有している。なお、電極パッド34,35は、Au等の金属からなる。
 InGaAsフォトダイオード30において、InGaAs基板31の表面31a側の部分に設けられたp型領域32は、第1の波長域よりも長波長側の第2の波長域(例えば、1.1μm~1.7μm)のエネルギ線がInGaAs基板31に対して表面31aから入射したときに電荷を発生する第1の光電変換部を構成する。なお、InGaAsフォトダイオード30の各半導体領域においてn型とp型とは逆であっても良い。また、InGaAsフォトダイオード30は、本来、波長0.9μm~1.7μmまで実用的な感度を有するが、1.1μmまでの波長の光は、第1の光半導体素子で吸収されることになる。
 InGaAsフォトダイオード30は、Siフォトダイオード20と電気的に接続されている。より詳細には、InGaAsフォトダイオード30の電極パッド34が、半田バンプ16を介したフリップチップボンディングによってSiフォトダイオード20の電極パッド25と電気的に接続されている。また、InGaAsフォトダイオード30の電極パッド35が、半田バンプ16を介したフリップチップボンディングによってSiフォトダイオード20の電極パッド24と電気的に接続されている。そして、これにより、Siフォトダイオード20のp型領域22と、InGaAsフォトダイオード30のp型領域32とが位置合わせされて、厚さ方向において対向することになる。なお、低抵抗Si基板3の凹部6の底面6aには、Au等の金属からなる電極膜17が設けられており、InGaAsフォトダイオード30のInGaAs基板31の裏面31bは、半田或いは導電性樹脂によって電極膜17と接合されている。
 以上のように構成された光検出器1では、Siフォトダイオード20のカソードとInGaAsフォトダイオード30のアノードとが電気的に接続され、電気通路部8を介して、共通電極として配線膜15に引き出されている。また、Siフォトダイオード20のアノードとInGaAsフォトダイオード30のカソードとが電気的に接続され、凹部6の底面6a部分を介して、共通電極として配線膜15に引き出されている。このような配線が採られるのは、光検出器1の感度波長域を広げることが目的である場合、両方のフォトダイオード20,30の信号を同時に取り出す必要がないからである。このような配線によれば、配線膜15等における電極の種類や、低抵抗Si基板3における電気通路部8の種類が減るので、光検出器1の構造を単純化することができる。なお、目的に応じて、Siフォトダイオード20のカソードとInGaAsフォトダイオード30のカソードとを共通電極として配線膜15に引き出し、Siフォトダイオード20のアノードとInGaAsフォトダイオード30のアノードとを独立させて配線膜15に引き出しても良いし、全てのアノード及びカソードを独立させて配線膜15に引き出しても良い。
 以上説明したように、光検出器1においては、低抵抗Si基板3、絶縁層4、高抵抗Si基板5、及び低抵抗Si基板3の凹部6を覆うと共に凹部6内の気密性を確保するSiフォトダイオード20によって、凹部6内に配置されたInGaAsフォトダイオード30に対する気密封止パッケージが構成されており、低抵抗Si基板3の電気通路部8及び配線膜15によって、Siフォトダイオード20及びInGaAsフォトダイオード30に対する電気的配線が達成されている。そして、Siフォトダイオード20のp型領域22がSi基板21の裏面21b側の部分に設けられているのに対し、InGaAsフォトダイオード30のp型領域32がInGaAs基板31の表面31a側の部分に設けられている。従って、光検出器1によれば、簡単な構成によって、p型領域22とp型領域32との近接、及びInGaAsフォトダイオード30に対する気密封止を実現することができる。
 また、InGaAsフォトダイオード30は、フリップチップボンディングによってSiフォトダイオード20と電気的に接続されている。これにより、Siフォトダイオード20に対してInGaAsフォトダイオード30を確実に接近させ、p型領域22とp型領域32とを精度良く位置合わせすることができるので、フォトダイオード20,30の両方においてエネルギ線の結合効率を向上させることが可能となる。
 また、電気通路部8の表面側の端面8aに設けられた電極膜9に、Siフォトダイオード20の電極パッド24が気密に接合されている。このように、電極膜9と電極パッド24との接合を利用して、凹部6内の気密性を確保することができる。
 また、配線膜15は、高抵抗Si基板5に形成された除去部13、及び絶縁層4に形成された除去部11を介して、低抵抗Si基板3の電気通路部8の裏面側の端面8bと電気的に接続されている。これにより、電気通路部8と配線膜15とを簡単に且つ確実に電気的に接続することができる。
 また、InGaAsフォトダイオード30は、凹部6の底面6aに接合されている。これにより、凹部6内におけるInGaAsフォトダイオード30の安定性が向上するので、光検出器1の機械的強度を向上させることができる。
 次に、光検出器1の製造方法について、図2~7を参照して説明する。
 まず、図2(a)に示されるように、SOI基板2を用意する。そして、低抵抗Si基板3の表面3aにおいて凹部6の底面6aに対応する部分にSiN(窒化シリコン)膜51を形成し、低抵抗Si基板3の表面3aにおいて電気通路部8に対応する部分に酸化膜52を形成する。更に、SiN膜51及び酸化膜52上にレジストマスク53を形成した後、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)によって低抵抗Si基板3に環状溝54を形成して、電気通路部8を画定する。
 続いて、図2(b)に示されるように、レジストマスク53を除去した後、熱酸化によって環状溝54の側壁に酸化膜52を形成する。続いて、図3(a)に示されるように、熱リン酸によってSiN膜51を除去した後、DRIEによって低抵抗Si基板3に凹部6を形成する。更に、図3(b)に示されるように、フッ化水素によって酸化膜52を除去する。このとき、酸化膜である絶縁層4において凹部6の底面6aの外縁部に相当する部分も除去される。
 続いて、図4(a)に示されるように、電気通路部8の端面8a、凹部6の底面6a、及び高抵抗Si基板5の裏面5b等に、CVD法によってSiN膜51を形成し、高抵抗Si基板5の裏面5bに形成されたSiN膜51のうち、高抵抗Si基板5の除去部13に対応する部分を除去する。続いて、図4(b)に示されるように、アルカリウェットエッチングによって高抵抗Si基板5に除去部13を形成する。
 続いて、図5(a)に示されるように、SiN膜51を除去した後、高抵抗Si基板5の裏面5b及び除去部13の内面13aに、CVD法によって酸化膜である絶縁膜14を形成する。そして、スプレイコーティングによってレジストマスクを形成した後、ドライエッチングによって絶縁層4に除去部11を形成する。続いて、図5(b)に示されるように、電気通路部8の端面8a、凹部6の底面6a、絶縁層4の除去部11内、及び高抵抗Si基板5の裏面5b及び除去部13の内面13a等に、Au等の蒸着によって金属膜55を形成する。
 続いて、図6(a)に示されるように、スプレイコーティングによってレジストマスクを形成した後、ウェットエッチングによって金属膜55のパターニングを行なって、電極膜9,17、導電膜12及び配線膜15を形成して、パッケージ体7を完成させる。なお、リフトオフによって金属膜55のパターニングを行なっても良い。
 続いて、図6(b)に示されるように、InGaAsフォトダイオード30を低抵抗Si基板3の凹部6内に配置する。このとき、凹部6の底面6aに設けられた電極膜17に、半田或いは導電性樹脂によってInGaAs基板31の裏面31bを接合する。そして、InGaAsフォトダイオード30の電極パッド34,35の所定の位置に半田バンプ16を配置する。
 続いて、図7に示されるように、低抵抗Si基板3の表面3a上に、低抵抗Si基板3の凹部6を覆うようにSiフォトダイオード20を配置する。このとき、Siフォトダイオード20の電極パッド24,25とInGaAsフォトダイオード30の電極パッド34,35とを半田バンプ16を介して接合すると共に、電気通路部8の端面8aに設けられた電極膜9に、常温接合によってSiフォトダイオード20の電極パッド24を接合して、光検出器1を完成させる。なお、通常は、複数のパッケージ体7が形成されたウェハと、複数のSiフォトダイオード20が形成されたウェハとをウェハダイレクトボンディングによって接合した後、ダイシングによって個々の光検出器1に個片化する。
[第2の実施形態]
 図8は、本発明に係る光検出器の第2の実施形態の断面図である。図8に示されるように、光検出器10は、InGaAsフォトダイオード30のInGaAs基板31の裏面31bが低抵抗Si基板3の凹部6の底面6aから離れている点で、上述した光検出器1と主に相違している。以下、上述した光検出器1との相違点を中心に、光検出器10について説明する。
 光検出器10においては、低抵抗Si基板3が、溝によって電気通路部8と電気的且つ物理的に分離された電気通路部18を含んでいる。電気通路部18の表面側の端面18aには、Au等の金属からなる電極膜19が設けられている。
 Siフォトダイオード20は、低抵抗Si基板3の電気通路部8,18と電気的に接続されている。より詳細には、Siフォトダイオード20の電極パッド24が、電気通路部8の端面8aに設けられた電極膜9と常温接合によって気密に接合されている。また、Siフォトダイオード20の電極パッド25が、電気通路部18の端面18aに設けられた電極膜19と常温接合によって気密に接合されている。
 InGaAsフォトダイオード30は、Siフォトダイオード20と電気的に接続されている。より詳細には、InGaAsフォトダイオード30の電極パッド34が、半田バンプ16を介したフリップチップボンディングによってSiフォトダイオード20の電極パッド25と電気的に接続されている。また、InGaAsフォトダイオード30の電極パッド35が、半田バンプ16を介したフリップチップボンディングによってSiフォトダイオード20の電極パッド24と電気的に接続されている。
 以上のように構成された光検出器10では、Siフォトダイオード20のカソードとInGaAsフォトダイオード30のアノードとが電気的に接続され、電気通路部8を介して、共通電極として配線膜15に引き出されている。また、Siフォトダイオード20のアノードとInGaAsフォトダイオード30のカソードとが電気的に接続され、電気通路部18を介して、共通電極として配線膜15に引き出されている。
 以上説明したように、光検出器10においては、InGaAsフォトダイオード30のInGaAs基板31の裏面31bが低抵抗Si基板3の凹部6の底面6aから離れている。これにより、InGaAsフォトダイオード30の厚さ、及びそれに対する凹部6の深さの寸法精度が緩和されるため、光検出器10の製造を容易化することができる。
 なお、光検出器10の製造においては、フリップチップボンディングによってSiフォトダイオード20にInGaAsフォトダイオード30を接合した後、低抵抗Si基板3の凹部6内にInGaAsフォトダイオード30を収容しつつ、低抵抗Si基板3の電気通路部8,18にSiフォトダイオード20を接合する。
 本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、低抵抗Si基板3の裏面3bに対する絶縁層4の積層、絶縁層4の裏面4bに対する高抵抗Si基板5の積層等は、直接的に行われず、何らかの層を介して間接的に行われても良い。
 本発明によれば、第1の光電変換部と第2の光電変換部との近接、及び第2の光半導体素子に対する気密封止を実現することができる。
 1,10…光検出器、3…低抵抗Si基板(第1の半導体層)、3a…表面(他方側の主面)、3b…裏面(一方側の主面)、4…絶縁層、4b…裏面(一方側の主面)、5…高抵抗Si基板(第2の半導体層)、5b…裏面(一方側の主面)、6…凹部、6a…底面、8,18…電気通路部、8a,18a…端面(他方側の端面)、9,19…電極膜、11,13…除去部、14…絶縁膜、15…配線膜、20…Siフォトダイオード(第1の光半導体素子)、21…Si基板(第1の半導体基板)、22…p型領域(第1の光電変換部)、24,25…電極パッド、30…InGaAsフォトダイオード(第2の光半導体素子)、31…InGaAs基板(第2の半導体基板)、32…p型領域(第2の光電変換部)。

Claims (6)

  1.  第1の波長域のエネルギ線、及び前記第1の波長域よりも長波長側の第2の波長域のエネルギ線を検出するための光検出器であって、
     所定の比抵抗を有する第1の半導体層と、
     前記第1の半導体層の一方側の主面に積層された絶縁層と、
     前記絶縁層の一方側の主面に積層され、前記所定の比抵抗よりも高い比抵抗を有する第2の半導体層と、
     前記第2の半導体層の一方側の主面に絶縁膜を介して設けられ、前記第1の半導体層が含む電気通路部と電気的に接続された配線膜と、
     前記第1の半導体層の他方側の主面に形成された凹部を覆うと共に前記凹部内の気密性を確保するように、前記第1の半導体層の他方側の主面上に配置され、前記電気通路部と電気的に接続された第1の光半導体素子と、
     前記凹部内に配置され、前記第1の光半導体素子と電気的に接続された第2の光半導体素子と、を備え、
     前記第1の光半導体素子は、
     第1の半導体基板と、
     前記第1の半導体基板の一方側の部分に設けられ、前記第1の波長域のエネルギ線が前記第1の半導体基板に対して他方側から入射したときに電荷を発生する第1の光電変換部と、を有し、
     前記第2の光半導体素子は、
     第2の半導体基板と、
     前記第1の光電変換部と対向するように前記第2の半導体基板の他方側の部分に設けられ、前記第2の波長域のエネルギ線が前記第2の半導体基板に対して他方側から入射したときに電荷を発生する第2の光電変換部と、を有することを特徴とする光検出器。
  2.  前記第2の光半導体素子は、フリップチップボンディングによって前記第1の光半導体素子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の光検出器。
  3.  前記凹部内の気密性は、前記電気通路部の他方側の端面に設けられた電極膜に前記第1の光半導体素子の電極パッドが気密に接合されることにより、確保されていることを特徴とする請求項1記載の光検出器。
  4.  前記配線膜は、前記第2の半導体層に形成された除去部、及び前記絶縁層に形成された除去部を介して、前記電気通路部の一方側の端面と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の光検出器。
  5.  前記第2の光半導体素子は、前記凹部の底面に接合されていることを特徴とする請求項1記載の光検出器。
  6.  前記第2の光半導体素子は、前記凹部の底面から離れていることを特徴とする請求項1記載の光検出器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102779824A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 索尼公司 固体摄像器件和电子装置
EP3792983A4 (en) * 2019-07-31 2021-03-31 Kyoto Semiconductor Co., Ltd. UNIT WITH LIGHT ABSORBING ELEMENTS

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101765473B1 (ko) * 2010-06-21 2017-08-24 삼성전자 주식회사 인쇄 회로 기판 및 이를 포함하는 반도체 패키지
JP6890857B2 (ja) * 2019-07-31 2021-06-18 株式会社京都セミコンダクター 受光素子ユニット
US11610927B2 (en) * 2020-02-27 2023-03-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Capping structure along image sensor element to mitigate damage to active layer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318069A (ja) * 1989-06-14 1991-01-25 Matsushita Electron Corp 半導体受光装置
WO2000062344A1 (fr) * 1999-04-13 2000-10-19 Hamamatsu Photonics K.K. Dispositif à semiconducteur
JP2005277063A (ja) * 2004-03-24 2005-10-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 受光素子

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2844635B1 (fr) * 2002-09-16 2005-08-19 Commissariat Energie Atomique Dispositif detecteur de rayonnement electromagnetique avec boitier integre comportant deux detecteurs superposes
JP4912275B2 (ja) * 2007-11-06 2012-04-11 新光電気工業株式会社 半導体パッケージ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318069A (ja) * 1989-06-14 1991-01-25 Matsushita Electron Corp 半導体受光装置
WO2000062344A1 (fr) * 1999-04-13 2000-10-19 Hamamatsu Photonics K.K. Dispositif à semiconducteur
JP2005277063A (ja) * 2004-03-24 2005-10-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 受光素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2455983A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102779824A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 索尼公司 固体摄像器件和电子装置
US9450114B2 (en) 2011-05-10 2016-09-20 Sony Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus having a plurality of photoelectric conversion layer for corresponding wavelength regions
CN106847842A (zh) * 2011-05-10 2017-06-13 索尼半导体解决方案公司 摄像器件和电子装置
CN107039479A (zh) * 2011-05-10 2017-08-11 索尼半导体解决方案公司 固体摄像器件和电子装置
EP3792983A4 (en) * 2019-07-31 2021-03-31 Kyoto Semiconductor Co., Ltd. UNIT WITH LIGHT ABSORBING ELEMENTS

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