WO2025263159A1 - 光モジュール及び反射型エンコーダ - Google Patents

光モジュール及び反射型エンコーダ

Info

Publication number
WO2025263159A1
WO2025263159A1 PCT/JP2025/017356 JP2025017356W WO2025263159A1 WO 2025263159 A1 WO2025263159 A1 WO 2025263159A1 JP 2025017356 W JP2025017356 W JP 2025017356W WO 2025263159 A1 WO2025263159 A1 WO 2025263159A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
hole
semiconductor region
optical module
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/017356
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佳史 伊藤
幸佑 郷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of WO2025263159A1 publication Critical patent/WO2025263159A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto

Definitions

  • One aspect of the present disclosure relates to an optical module for a reflective encoder, and a reflective encoder.
  • Patent Document 1 describes an optical module for a reflective encoder in which a photodetector element and a light-emitting element are arranged on a support ( Figure 4).
  • a through-hole is formed in the semiconductor substrate that constitutes the photodetector element, and a light-emitting element is arranged inside the through-hole.
  • a coating layer that reflects light from the light-emitting element is formed on the inner surface of the through-hole.
  • the through-holes are tapered, making it easy to form a metal layer (coating layer) by, for example, vapor deposition or sputtering. Meanwhile, to reduce the size of the optical module, it is possible to form at least a portion of the inner surface of the through-hole vertically. However, in this case, there is a risk that the metal layer will not be formed properly, which could reduce the light-blocking properties of the inner surface of the through-hole and increase noise. Therefore, optical modules may be required to suppress increases in noise while achieving miniaturization. Optical modules may also be required to provide stable electrical connections between components.
  • one aspect of the present disclosure aims to provide an optical module and reflective encoder that can be miniaturized, suppress an increase in noise, and achieve a stable connection.
  • An optical module for a reflective encoder, comprising: a support provided with electrode terminals; a photodetector element electrically connected to the electrode terminals; and a light-emitting element disposed on the support; the photodetector element has a semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and is disposed on the support so that the second surface faces the support; at least one first semiconductor region of a first conductivity type that constitutes one of the anode and cathode of a photodiode is formed on the side of the first surface of the semiconductor substrate; at least one second semiconductor region of a second conductivity type that constitutes the other of the anode and cathode of the photodiode is formed on the side of the second surface of the semiconductor substrate; and a through hole penetrating from the first surface to the second surface of the semiconductor substrate.
  • an inner surface of the through hole includes a portion extending in a direction perpendicular to the first surface, and when viewed from the direction perpendicular to the first surface, the at least one first semiconductor region is located on both sides of the through hole in a predetermined direction; a metal layer is formed on the second surface of the semiconductor substrate, and the at least one second semiconductor region is electrically connected to the electrode terminal of the support by the metal layer; the metal layer is formed to extend from the second surface to cover the inner surface of the through hole; the metal layer has a laminated portion including an Au layer and an Al layer disposed between the Au layer and the semiconductor substrate; the laminated portion is formed to extend from the second surface to reach the inner surface of the through hole; and the light-emitting element is disposed on the support so as to be located within the through hole.
  • the inner surface of the through-hole formed in the semiconductor substrate includes a portion extending in a direction perpendicular to the first surface. This reduces the dead area in the semiconductor substrate, enabling the optical module to be miniaturized (in a direction parallel to the first surface). Furthermore, when viewed from a direction perpendicular to the first surface, the first semiconductor region constituting the photodiode is located on both sides of the through-hole in a predetermined direction. This allows the photodiode to effectively detect light emitted from the light-emitting element in the through-hole and reflected by the rotating plate. Furthermore, a metal layer is formed extending from the second surface of the semiconductor substrate to cover the inner surface of the through-hole.
  • the metal layer has a laminated portion including an Au layer and an Al layer disposed between the Au layer and the semiconductor substrate, and the laminated portion is formed extending from the second surface of the semiconductor substrate to the inner surface of the through-hole. This allows the metal layer to be formed more effectively on the inner surface of the through hole than when the metal layer does not include an Al layer, thereby suppressing an increase in noise.
  • the metal layer is formed to extend from the second surface of the semiconductor substrate and cover the inner surface of the through hole, and the second semiconductor region is electrically connected to the electrode terminal of the support via the metal layer.
  • An optical module may be [2] "the optical module described in [1], wherein the at least one first semiconductor region includes a pair of first semiconductor regions, the photodiode includes a first photodiode and a second photodiode, one of the pair of first semiconductor regions together with the at least one second semiconductor region forming the first photodiode, and the other of the pair of first semiconductor regions together with the at least one second semiconductor region forming the second photodiode.”
  • the light emitted from the light-emitting element in the through-hole and reflected by the rotating plate can be more effectively detected by the photodiode.
  • An optical module according to one aspect of the present disclosure may be [3] "the optical module described in [1] or [2], wherein the laminated section further includes (1) a Ti layer and (2) a Pt layer or Ni layer between the Al layer and the Au layer, in this order from the Al layer side.”
  • the Ti layer has high adhesion to the Al layer and a high reducing effect, thereby preventing poor connection with the Au layer due to the surface of the Al layer oxidizing to form alumina.
  • the Pt layer or Ni layer can function as a barrier layer that prevents diffusion of Ti into the Au layer. As a result, the reliability of the metal layer can be improved.
  • An optical module according to one aspect of the present disclosure may be [4] "the optical module according to any one of [1] to [3], wherein the light-emitting element is electrically connected to an electrode terminal provided on the support via a wire, and the wire is located within the through-hole.”
  • the wire is located within the through-hole.
  • An optical module according to one aspect of the present disclosure may be [5] "an optical module according to any one of [1] to [3], in which the light-emitting element is electrically connected via a wire to an electrode terminal provided on the light-detecting element.”
  • An optical module according to one aspect of the present disclosure may be [6] "an optical module according to any one of [1] to [5], in which the entire metal layer is constituted by the laminated portion, and the Al layer is in contact with the at least one second semiconductor region.” In this case, it is possible to form a thick metal layer with high coverage.
  • An optical module according to one aspect of the present disclosure may be [7] "an optical module according to any one of [1] to [6], wherein a third semiconductor region of the second conductivity type is formed on the first surface side of the semiconductor substrate so as to surround the through-hole when viewed from a direction perpendicular to the first surface, and the third semiconductor region is electrically connected to the at least one second semiconductor region by the metal layer.”
  • a dead area a region other than the first semiconductor region
  • the third semiconductor region is electrically connected to the second semiconductor region by the metal layer, it is possible to prevent the third semiconductor region from being in a floating state.
  • An optical module according to one aspect of the present disclosure may be [8] "an optical module according to any one of [1] to [7], in which the entire inner surface of the through hole extends in a direction perpendicular to the first surface.”
  • the optical module can be further miniaturized.
  • a reflective encoder is [9] "a reflective encoder comprising an optical module according to any one of [1] to [8] and a rotating plate having a light reflection pattern.” For the reasons described above, this reflective encoder can be made smaller, suppress increases in noise, and achieve stable connections.
  • One aspect of the present disclosure makes it possible to provide an optical module and reflective encoder that can be miniaturized, suppress an increase in noise, and achieve a stable connection.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a reflective encoder according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of a photodetector element.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a metal layer.
  • FIG. 10 is a diagram showing the observation results when the metal layer does not include an Al layer in the first example.
  • 10A and 10B are diagrams showing observation results when the metal layer includes an Al layer in the first example.
  • FIG. 10 is a diagram showing the observation results when the metal layer does not include an Al layer in the second example.
  • 10A and 10B are diagrams showing the observation results when the metal layer includes an Al layer in the second example.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a first modified example.
  • 10A, 10B, and 10C are plan views for explaining a second modified example, a third modified example, and a fourth modified example, respectively.
  • the reflective encoder 1 includes a rotating plate 2 and an optical module 3.
  • the reflective encoder 1 is, for example, an absolute rotary encoder, and is a device for detecting the absolute angle of a measurement object.
  • the reflective encoder 1 may also be configured as an incremental type.
  • the rotating plate 2 is fixed to a rotating shaft (not shown) and rotates together with the rotating shaft.
  • the rotating plate 2 is formed, for example, in the shape of a disk, and is attached to the rotating shaft at its center so that it is positioned perpendicular to the axis of the rotating shaft.
  • a light reflection pattern 2a that reflects light emitted from the optical module 3 is formed on the rotating plate 2.
  • the light reflection pattern 2a represents a predetermined pattern such as a gray code.
  • the light reflection pattern 2a is made of, for example, a metal film.
  • the optical module 3 is an encoder optical module that is applied to the reflective encoder 1, and is fixed so as to face part of the rotating plate 2. More specifically, the optical module 3 faces part of the light reflection pattern 2a.
  • the optical module 3 has a light detection element 12 and a light emitting element 13, which will be described later.
  • the reflective encoder 1 further includes a processing unit (not shown) that is constituted, for example, by a signal processing circuit. The processing unit is electrically connected to the optical module 3, and encodes the light detection result of the light detection element 12 of the optical module 3 to output a gray code that represents the absolute value of the rotation angle of the rotation shaft.
  • the reflective encoder 1 when the light reflection pattern 2a is positioned on the optical axis of the light emitted from the light-emitting element 13 of the optical module 3, the light is reflected by the light reflection pattern 2a and the reflected light enters the light detection element 12 of the optical module 3. On the other hand, if the light reflection pattern 2a is not positioned on the optical axis of the light emitted from the light-emitting element 13, the light from the light-emitting element 13 passes through the rotating plate 2 and does not enter the light detection element 12.
  • the optical module 3 includes a support 11, a light detection element 12, and a light emitting element 13.
  • the optical module 3 light is emitted from the light emitting element 13 toward the rotating plate 2, and the light reflected by the light reflection pattern 2a of the rotating plate 2 is detected by the light detection region (photodiode 26, described below) of the light detection element 12.
  • the support 11 is, for example, a wiring board formed in the shape of a rectangular plate from glass epoxy resin.
  • the support 11 has a flat surface 11a, on which a wiring section including multiple electrode terminals P1 and P2 is formed.
  • the photodetector element 12 is electrically connected to the electrode terminal P1
  • the light-emitting element 13 is electrically connected to the electrode terminal P2 via a wire WR.
  • the light detection element 12 includes a semiconductor substrate 21.
  • the semiconductor substrate 21 is formed, for example, in the shape of a rectangular plate from a semiconductor material such as silicon.
  • the semiconductor substrate 21 has a first surface 21a and a second surface 21b opposite the first surface 21a.
  • the first surface 21a and the second surface 21b are, for example, flat surfaces that are perpendicular to the thickness direction of the semiconductor substrate 21 and parallel to each other.
  • the first surface 21a is the device surface, and a device section (not shown) composed of a wiring layer, an insulating layer, etc. is formed on the first surface 21a of the semiconductor substrate 21.
  • the second surface 21b is the placement surface, and the semiconductor substrate 21 is placed on the support 11 so that the second surface 21b faces the support 11.
  • the semiconductor substrate 21 is fixed to the support 11 with the second surface 21b in contact with the surface 11a of the support 11.
  • the direction perpendicular to the first surface 21a is referred to as the Z direction
  • one direction perpendicular to the Z direction is referred to as the X direction
  • the direction perpendicular to the Z and X directions is referred to as the Y direction.
  • the semiconductor substrate 21 is formed in a rectangular shape with long sides parallel to the X direction and short sides parallel to the Y direction.
  • a through hole 22 is formed in the center of the semiconductor substrate 21, penetrating from the first surface 21a to the second surface 21b. That is, the through hole 22 is open to the first surface 21a and the second surface 21b.
  • the through hole 22 has, for example, a rectangular or circular cross section (a cross section perpendicular to the Z direction). In this example, the through hole 22 has a uniform square cross section in the Z direction.
  • the entire inner surface 22a of the through hole 22 extends along the Z direction. That is, the inner surface 22a does not include any portions that are inclined with respect to the Z direction, and the through hole 22 is configured as a vertical hole that extends perpendicular to the first surface 21a.
  • a p-type (first conductivity type) first semiconductor region 23 is formed on the first surface 21a side of the semiconductor substrate 21.
  • the first semiconductor region 23 is formed in a portion of the first surface 21a so as to be exposed at the first surface 21a.
  • the first semiconductor region 23 includes a pair of first semiconductor regions 23a, 23b. As shown in FIG. 2, the pair of first semiconductor regions 23a, 23b are located on either side of the through hole 22 in the X direction and face each other in the X direction across the through hole 22.
  • the first semiconductor regions 23a, 23b are formed to have the same shape, and in this example, are formed to have a rectangular shape in a plan view (when viewed from the Z direction). Note that the first semiconductor regions 23a, 23b may be formed to have different shapes.
  • An n-type (second conductivity type) second semiconductor region 24 is formed on the second surface 21b side of the semiconductor substrate 21.
  • the second semiconductor region 24 is formed over the entire second surface 21b so as to be exposed at the second surface 21b.
  • An n-type third semiconductor region 25 is formed on the first surface 21a side of the semiconductor substrate 21.
  • the third semiconductor region 25 is formed in a portion of the first surface 21a so as to be exposed at the first surface 21a. More specifically, as shown in FIG. 2, the third semiconductor region 25 extends along the edge of the through hole 22 so as to surround the through hole 22 when viewed from the Z direction.
  • the third semiconductor region 25 is electrically connected to the second semiconductor region 24 by a metal layer 27, which will be described later.
  • the first semiconductor region 23 constitutes one of the anode and cathode of the photodiode 26, and the second semiconductor region 24 constitutes the other of the anode and cathode of the photodiode 26.
  • the photodiode 26 is the part that performs photoelectric conversion and constitutes the photodetection region of the photodetector element 12.
  • the photodiode 26 includes a first photodiode 26a and a second photodiode 26b.
  • the first photodiode 26a is composed of the first semiconductor region 23a and a portion of the second semiconductor region 24 that faces the first semiconductor region 23a
  • the second photodiode 26b is composed of the first semiconductor region 23b and a portion of the second semiconductor region 24 that faces the first semiconductor region 23b.
  • a metal layer 27 is formed on the second surface 21b of the semiconductor substrate 21.
  • the metal layer 27 is formed over the entire second surface 21b and extends from above the second surface 21b to cover the entire inner surface 22a of the through hole 22. In other words, the metal layer 27 is formed continuously (integrally) from the second surface 21b to the inner surface 22a of the through hole 22.
  • the metal layer 27 has a laminated portion 30 in which multiple layers are stacked.
  • the entire metal layer 27 is composed of the laminated portion 30.
  • the laminated portion 30 is formed so as to extend from the second surface 21b of the semiconductor substrate 21 to the inner surface 22a of the through hole 22.
  • the laminated portion 30 is formed over the entire second surface 21b and extends from the second surface 21b to cover the entire inner surface 22a of the through hole 22.
  • the metal layer 27 formed on the inner surface 22a electrically connects the third semiconductor region 25 on the first surface 21a side and the second semiconductor region 24 on the second surface 21b side.
  • the laminated portion 30 has, from the semiconductor substrate 21 side, an Al (aluminum) layer 31, a Ti (titanium) layer 32, a Pt (platinum) layer 33, and an Au (gold) layer 34, in this order. That is, the Al layer 31 is disposed between the Au layer 34 and the semiconductor substrate 21, and the Ti layer 32 and Pt layer 33 are disposed between the Al layer 31 and the Au layer 34, in this order, from the Al layer 31 side.
  • the Al layer 31, Ti layer 32, Pt layer 33, and Au layer 34 are layers consisting only of Al, Ti, Pt, and Au, respectively.
  • the Al layer 31 is formed, for example, by DC (direct current) sputtering over the second surface 21b of the semiconductor substrate 21 and the inner surface 22a of the through-hole 22, and has a thickness of approximately 1000 nm.
  • the Al layer 31 formed on the second surface 21b is in contact with and electrically connected to the second semiconductor region 24.
  • the Ti layer 32, Pt layer 33, and Au layer 34 are formed on the Al layer 31 by EB (electron beam) evaporation.
  • the outermost Au layer 34 functions as a reflective layer that reflects light emitted from the light-emitting element 13.
  • the Ti layer 32 prevents the surface of the Al layer 31 from oxidizing to form alumina, and the Pt layer 33 functions as a barrier layer that prevents Ti contained in the Ti layer 32 from diffusing into the Au layer 34.
  • the photodetector element 12 is disposed on the surface 11a of the support 11 and is electrically connected to the electrode terminal P1 of the support 11. More specifically, the photodetector element 12 is electrically connected to the electrode terminal P1 in the metal layer 27 on the second surface 21b of the semiconductor substrate 21. At the connection point, the electrode terminal P1 is in contact with and electrically connected to the metal layer 27 (the Au layer 34 of the laminated portion 30), and is electrically connected to the second semiconductor region 24 (the first photodiode 26a and the second photodiode 26b) via the metal layer 27.
  • the light-emitting element 13 is disposed on the surface 11a of the support 11 so as to be located within the through-hole 22. In this example, the entire light-emitting element 13 is located within the through-hole 22.
  • the light-emitting element 13 is electrically connected to the electrode terminal P2 via a wire WR. As shown in FIG. 2 , in this example, the entire wire WR is located within the through-hole 22. [Observation results]
  • Figures 4 and 5 show the observation results for the first example
  • Figures 6 and 7 show the observation results for the second example.
  • the object of observation in the first example shown in Figures 4 and 5 is a metal layer 27 formed on the inner surface 22a of a through-hole 22 in a photodetector element 12, where the through-hole 22 is circular and has a diameter of 150 ⁇ m.
  • Figure 4 shows the observation results when the metal layer 27 does not include the Al layer
  • Figure 5 shows the observation results when the metal layer 27 includes the Al layer 31.
  • the "first surface side” indicates the observation results on the first surface 21a side
  • the "second surface side” indicates the observation results on the second surface 21b side
  • the “middle” indicates the observation results in the intermediate portion between the first surface 21a and the second surface 21b.
  • the right column indicates the observation results on the orientation flat side
  • the right column indicates the observation results on the side opposite the orientation flat.
  • the metal layer 27 includes the Al layer 31, the metal layer 27 is formed well (with sufficient thickness) on the inner surface 22a of the through hole 22, compared to when the metal layer 27 does not include the Al layer 31.
  • the metal layer 27 was not formed to the extent that electrical conductivity was achieved throughout the entire metal layer 27, whereas in the case of FIG. 5, the metal layer 27 was formed to the extent that electrical conductivity was achieved throughout the entire metal layer 27.
  • the metal layer 27 is formed with sufficient thickness, as in FIG. 5, it can reliably block light from the light-emitting element 13.
  • the metal layer 27 is thicker on the second surface 21b side than on the first surface 21a side because the sputtering of the Al layer 31 and the deposition of the Ti layer 32, Pt layer 33, and Au layer 34 are performed from the second surface 21b side (the lower side in the figure).
  • the object of observation in the second example shown in Figures 6 and 7 is a metal layer 27 formed on the inner surface 22a of a through-hole 22 in a photodetector element 12 in which the through-hole 22 is rectangular and measures 560 ⁇ m x 505 ⁇ m.
  • Figure 6 shows the observation results when the metal layer 27 does not contain an Al layer
  • Figure 7 shows the observation results when the metal layer 27 does contain an Al layer 31.
  • the metal layer 27 includes the Al layer 31, the metal layer 27 is formed well (with a sufficient thickness) on the inner surface 22a of the through hole 22, compared to when the metal layer 27 does not include the Al layer 31.
  • the metal layer 27 is not formed to the extent that electrical conductivity is achieved throughout the entire metal layer 27, whereas in the case of FIG. 7 , the metal layer 27 is formed to the extent that electrical conductivity is achieved throughout the entire metal layer 27.
  • the metal layer 27 is formed with a sufficient thickness as shown in FIG. 7 , light from the light-emitting element 13 can be reliably blocked, as in the case of FIG. 5 .
  • the inner surface 22a of the through hole 22 formed in the semiconductor substrate 21 includes a portion extending along the Z direction (a direction perpendicular to the first surface 21a). This reduces the dead area in the semiconductor substrate 21, allowing for the miniaturization of the optical module 3 (in a direction parallel to the first surface 21a).
  • the inner surface 22a of the through hole 22 is configured as an inclined hole tilted relative to the Z direction, a dead area may be created in the semiconductor substrate 21 due to the formation of the through hole 22.
  • the inner surface 22a includes a portion extending along the Z direction, thereby reducing the dead area.
  • the pair of first semiconductor regions 23a, 23b constituting the photodiode 26 are located on both sides of the through hole 22 in the X direction (a predetermined direction). This allows the photodiode 26 to effectively detect light emitted from the light-emitting element 13 in the through hole 22 and reflected by the rotating plate 2. Furthermore, a metal layer 27 is formed extending from the second surface 21b of the semiconductor substrate 21 to cover the inner surface 22a of the through hole 22. This allows the metal layer 27 to block light from the light-emitting element 13.
  • the metal layer 27 has a stacked portion 30 including an Au layer 34 and an Al layer 31 disposed between the Au layer 34 and the semiconductor substrate 21, and the stacked portion 30 is formed extending from the second surface 21b of the semiconductor substrate 21 to the inner surface 22a of the through hole 22. This allows the metal layer 27 to be formed more satisfactorily on the inner surface 22a of the through hole 22 than when the metal layer 27 does not include the Al layer 31, thereby preventing an increase in noise.
  • a metal layer 27 is formed extending from the second surface 21b of the semiconductor substrate 21 to cover the inner surface 22a of the through-hole 22, and the metal layer 27 electrically connects the second semiconductor region 24 to the electrode terminal P1 of the support 11. This allows for a stable electrical connection between the second semiconductor region 24 of the photodetector element 12 and the electrode terminal P1 of the support 11. Therefore, the optical module 3 can be made smaller, suppress an increase in noise, and achieve a stable connection.
  • the first semiconductor region 23a, together with the second semiconductor region 24, constitutes the first photodiode 26a
  • the first semiconductor region 23b, together with the second semiconductor region 24, constitutes the second photodiode 26b. This allows the photodiode 26 to more effectively detect light emitted from the light-emitting element 13 inside the through-hole 22 and reflected by the rotating plate 2.
  • the laminated portion 30 includes a Ti layer 32 and a Pt layer 33, in this order from the Al layer 31 side, between the Au layer 34 and the Al layer 31.
  • the Ti layer 32 has high adhesion to the Al layer 31 and a high reducing effect, which prevents the surface of the Al layer 31 from oxidizing to form alumina, thereby preventing poor connection with the Au layer 34.
  • the Pt layer 33 can function as a barrier layer that prevents Ti from diffusing into the Au layer 34. As a result, the reliability of the metal layer 27 can be improved.
  • the light-emitting element 13 is electrically connected to an electrode terminal P2 provided on the support 11 via a wire WR, which is located within the through-hole 22. This makes it possible to suppress the generation of noise due to stray light caused by the wire WR. It also makes it possible to bring the light-receiving surface of the light-detecting element 12 closer to the rotating plate 2, improving detection accuracy.
  • the entire metal layer 27 is composed of the laminated portion 30, and the Al layer 31 is in contact with the second semiconductor region 24. This makes it easier to form the metal layer 27.
  • An n-type third semiconductor region 25 is formed on the first surface 21a side of the semiconductor substrate 21 so as to surround the through-hole 22 in a planar view, and the third semiconductor region 25 is electrically connected to the second semiconductor region 24 by a metal layer 27. This prevents carriers generated by light incident on the dead area (area other than the first semiconductor region 23) around the through-hole 22 on the first surface 21a from becoming noise. Furthermore, because the third semiconductor region 25 is electrically connected to the second semiconductor region 24 by the metal layer 27, it is possible to prevent the third semiconductor region 25 from becoming floating.
  • the entire inner surface 22a of the through-hole 22 extends along the Z direction, which allows the optical module 3 to be further miniaturized.
  • the light-emitting element 13 is electrically connected to an electrode terminal P3 provided on the light-detecting element 12 via a wire WR.
  • a portion of the wire WR is disposed outside the through-hole 22 (protruding outward).
  • This first modification like the above embodiment, allows for miniaturization, suppresses increases in noise, and achieves a stable connection. It also facilitates wire connection between the light-emitting element 13 and the electrode terminal P3. It also makes it possible to reduce the diameter of the through-hole 22, further miniaturizing the optical module 3. Furthermore, it is possible to bring the light-emitting surface of the light-emitting element 13 and the light-receiving surface of the light-detecting element 12 closer to the same height.
  • the optical module 3 may be configured as in the second, third, and fourth modified examples shown in Figures 9(a), 9(b), and 9(c).
  • the first semiconductor region 23 includes three first semiconductor regions 23a, 23b, and 23c.
  • the first semiconductor region 23a is formed in a rectangular ring shape surrounding the through hole 22 in a plan view.
  • the first semiconductor regions 23b and 23c are located on both sides of the through hole 22 in the X direction and face each other in the X direction, sandwiching the through hole 22 and the first semiconductor region 23a therebetween.
  • the first semiconductor regions 23b and 23c may not be formed, and only the first semiconductor region 23a may be formed.
  • the first semiconductor region 23a is also located on both sides of the through hole 22 in the X direction (having portions located on both sides of the through hole 22 in the X direction).
  • the through-hole 22 is formed in an elliptical shape.
  • the through-hole 22 is formed in a circular shape.
  • the portions of the first semiconductor regions 23a, 23b facing the through-hole 22 have a curved shape that follows the through-hole 22.
  • the entire inner surface 22a of the through hole 22 extends along the Z direction, but the inner surface 22a of the through hole 22 may include a portion that is inclined with respect to the Z direction.
  • the shape of the through hole 22 does not have to be uniform in the Z direction.
  • At least one first semiconductor region 23 needs to be provided, and one or three or more may be provided.
  • At least one second semiconductor region 24 needs to be provided, and one or three or more may be provided.
  • the photodiode 26 may be composed of a single photodiode.
  • the third semiconductor region 25 may be omitted.
  • the p-type and n-type may be interchanged. That is, the first semiconductor region 23 may be n-type, and the second semiconductor region 24 and the third semiconductor region 25 may be p-type.
  • the Pt layer 33 may be replaced with a Ni layer made of Ni (nickel). At least one of the Ti layer 32 and the Pt layer 33 may be omitted.
  • the entire metal layer 27 does not necessarily have to be made up of the laminated portion 30; only a portion of the metal layer 27 may be made up of the laminated portion 30, with the remainder being made up of a laminated portion made up of the Ti layer 32, Pt layer 33, and Au layer 34, without the Al layer 31.
  • the laminated portion 30 only needs to be formed so as to extend from the second surface 21b of the semiconductor substrate 21 to the inner surface 22a of the through hole 22.
  • the laminated portion 30 may be formed only on a central portion of the second surface 21b rather than on the entire second surface 21b.
  • the laminated portion 30 may be formed only on a portion of the inner surface 22a of the through hole 22 facing the second surface 21b rather than on the entire inner surface 22a of the through hole 22.
  • the metal layer 27 does not necessarily have to be formed on the entire inner surface 22a of the through hole 22; it may be formed only on a portion of the inner surface 22a facing the second surface 21b.

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

光モジュールの光検出素子では、半導体基板における第１面の側に第１導電型の第１半導体領域が形成され、第２面の側に第２導電型の第２半導体領域が形成されている。半導体基板には貫通孔が形成され、貫通孔の内面は第１面に垂直な方向に沿って延在する部分を含む。金属層により第２半導体領域が支持体の電極端子に電気的に接続されている。金属層は、第２面上から延在して貫通孔の内面を覆うように形成されている。金属層は、Ａｕ層とＡｌ層とを含む積層部を有する。積層部は、第２面上から延在して貫通孔の内面に至るように形成されている。

Description

光モジュール及び反射型エンコーダ
　本開示の一側面は、反射型エンコーダ用の光モジュール、及び反射型エンコーダに関する。
　特許文献１には、支持体上に光検出素子及び発光素子が配置された反射型エンコーダ用の光モジュールが記載されている（図４）。この光モジュールでは、光検出素子を構成する半導体基板に貫通孔が形成されており、当該貫通孔内に発光素子が配置されている。貫通孔の内面には、発光素子からの光を反射する被覆層が形成されている。
特開２０００－１９３４１７号公報
　上述したような光モジュールでは、貫通孔がテーパ状に形成されているため、例えば蒸着やスパッタリングにより金属層（被覆層）を形成しやすい。一方、光モジュールの小型化のために、貫通孔の内面の少なくとも一部を垂直に形成することが考えられる。ただし、この場合、金属層を良好に形成できないおそれがあり、貫通孔の内面における遮光性が低下してノイズが増加するおそれがある。そのため、光モジュールには、小型化を図りつつノイズの増加を抑制することが求められ得る。また、光モジュールには、部材間を安定的に電気的に接続することが求められ得る。
　そこで、本開示の一側面は、小型化を図ることができると共にノイズの増加を抑制することができ、且つ安定的な接続を実現することができる光モジュール及び反射型エンコーダを提供することを目的とする。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［１］「反射型エンコーダ用の光モジュールであって、電極端子が設けられた支持体と、前記電極端子に電気的に接続された光検出素子と、前記支持体上に配置された発光素子と、を備え、前記光検出素子は、第１面、及び前記第１面とは反対側の第２面を有する半導体基板を有し、前記第２面が前記支持体と向かい合うように前記支持体上に配置されており、前記半導体基板における前記第１面の側には、フォトダイオードのアノード及びカソードの一方を構成する第１導電型の少なくとも１つの第１半導体領域が形成されており、前記半導体基板における前記第２面の側には、フォトダイオードのアノード及びカソードの他方を構成する第２導電型の少なくとも１つの第２半導体領域が形成されており、前記半導体基板には、前記第１面から前記第２面に貫通する貫通孔が形成されており、前記貫通孔の内面は、前記第１面に垂直な方向に沿って延在する部分を含み、前記第１面に垂直な方向から見た場合に、前記少なくとも１つの第１半導体領域は、所定方向における前記貫通孔の両側に位置しており、前記半導体基板の前記第２面上には金属層が形成されており、前記金属層により前記少なくとも１つの第２半導体領域が前記支持体の前記電極端子に電気的に接続されており、前記金属層は、前記第２面上から延在して前記貫通孔の前記内面を覆うように形成されており、前記金属層は、Ａｕ層と、前記Ａｕ層と前記半導体基板との間に配置されたＡｌ層と、を含む積層部を有し、前記積層部は、前記第２面上から延在して前記貫通孔の前記内面に至るように形成されており、前記発光素子は、前記貫通孔内に位置するように前記支持体上に配置されている、光モジュール」である。
　この光モジュールでは、半導体基板に形成された貫通孔の内面が、第１面に垂直な方向に沿って延在する部分を含んでいる。これにより、半導体基板におけるデッドエリアを小さくすることができ、光モジュールの小型化（第１面に平行な方向における小型化）を図ることができる。また、第１面に垂直な方向から見た場合に、フォトダイオードを構成する第１半導体領域が、所定方向における貫通孔の両側に位置している。これにより、貫通孔内の発光素子から出射されて回転板で反射された光をフォトダイオードによって良好に検出することができる。また、半導体基板の第２面上から延在して貫通孔の内面を覆うように金属層が形成されている。これにより、金属層によって発光素子からの光を遮光することができる。その結果、当該光が貫通孔の内面から半導体基板内に入射し、半導体基板内を進行してフォトダイオードに入射し、ノイズとして検出されてしまうことを抑制することができる。また、金属層が、Ａｕ層と、Ａｕ層と半導体基板との間に配置されたＡｌ層と、を含む積層部を有し、積層部が、半導体基板の第２面上から延在して貫通孔の内面に至るように形成されている。これにより、金属層がＡｌ層を含まない場合と比べて貫通孔の内面に金属層を良好に形成することができ、ノイズの増加を抑制することができる。さらに、金属層が半導体基板の第２面上から延在して貫通孔の内面を覆うように形成されており、金属層により第２半導体領域が支持体の電極端子に電気的に接続されている。これにより、光検出素子の第２半導体領域を支持体の電極端子に安定的に電気的に接続することができる。よって、この光モジュールによれば、小型化を図ることができると共にノイズの増加を抑制することができ、且つ安定的な接続を実現することができる。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［２］「前記少なくとも１つの第１半導体領域は一対の第１半導体領域を含み、前記フォトダイオードは第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードを含み、前記一対の第１半導体領域の一方は、前記少なくとも１つの第２半導体領域と共に前記第１フォトダイオードを構成しており、前記一対の第１半導体領域の他方は、前記少なくとも１つの第２半導体領域と共に前記第２フォトダイオードを構成している、［１］に記載の光モジュール」であってもよい。この場合、貫通孔内の発光素子から出射されて回転板で反射された光をフォトダイオードによって一層良好に検出することができる。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［３］「前記積層部は、前記Ａｌ層と前記Ａｕ層との間に、（１）Ｔｉ層と、（２）Ｐｔ層又はＮｉ層と、を前記Ａｌ層の側からこの順に更に含んでいる、［１］又は［２］に記載の光モジュール」であってもよい。この場合、Ｔｉ層はＡｌ層との密着性が高く且つ高い還元作用を有するため、Ａｌ層の表面が酸化してアルミナが形成されることによるＡｕ層との接続不良の発生を抑制することができる。また、Ｐｔ層又はＮｉ層をＴｉのＡｕ層への拡散を抑制するバリア層として機能させることができる。その結果、金属層の信頼性を高めることができる。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［４］「前記発光素子は、前記支持体に設けられた電極端子にワイヤを介して電気的に接続されており、前記ワイヤは、前記貫通孔内に位置している、［１］～［３］のいずれかに記載の光モジュール」であってもよい。この場合、ワイヤに起因する迷光によるノイズの発生を抑制することができる。また、光検出素子の受光面を回転板に近づけることができ、検出精度を向上することができる。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［５］「前記発光素子は、前記光検出素子に設けられた電極端子にワイヤを介して電気的に接続されている、［１］～［３］のいずれかに記載の光モジュール」であってもよい。この場合、発光素子と電極端子とのワイヤ接続を容易化することができる。また、貫通孔の径を小さくすることが可能となり、光モジュールの更なる小型化が可能となる。更に、発光素子の発光面と光検出素子の受光面とを同一の高さに近付けることが可能となり、その結果、例えば、エンコーダが備える回転板の光反射パターンに対する光モジュールの位置が僅かにずれたとしても、この位置ずれに起因して受光面に入射する光のパターンに歪みが生じるのを抑制することができる。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［６］「前記金属層の全体が前記積層部によって構成されており、前記Ａｌ層が前記少なくとも１つの第２半導体領域に接触している、［１］～［５］のいずれかに記載の光モジュール」であってもよい。この場合、被覆性の高い厚膜の金属層を形成することが可能である。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［７］「前記半導体基板における前記第１面の側には、前記第１面に垂直な方向から見た場合に前記貫通孔を囲むように前記第２導電型の第３半導体領域が形成されており、前記第３半導体領域は、前記金属層により前記少なくとも１つの第２半導体領域に電気的に接続されている、［１］～［６］のいずれかに記載の光モジュール」であってもよい。この場合、第１面における貫通孔の周辺のデッドエリア（第１半導体領域以外の領域）に入射した光により発生したキャリアがノイズになることを抑制することができる。また、第３半導体領域が金属層により第２半導体領域に電気的に接続されていることで、第３半導体領域がフローティング状態となることを回避することができる。
　本開示の一側面に係る光モジュールは、［８］「前記貫通孔の前記内面の全体が、前記第１面に垂直な方向に沿って延在している、［１］～［７］のいずれかに記載の光モジュール」であってもよい。この場合、光モジュールの一層の小型化を図ることができる。
　本開示の一側面に係る反射型エンコーダは、［９］「［１］～［８］のいずれかに記載の光モジュールと、光反射パターンを有する回転板と、を備える反射型エンコーダ」である。この反射型エンコーダによれば、上述した理由により、小型化を図ることができると共にノイズの増加を抑制することができ、且つ安定的な接続を実現することができる。
　本開示の一側面によれば、小型化を図ることができると共にノイズの増加を抑制することができ、且つ安定的な接続を実現することができる光モジュール及び反射型エンコーダを提供することが可能となる。
実施形態に係る反射型エンコーダの断面図である。 光検出素子の平面図である。 金属層の断面図である。 第１例において金属層がＡｌ層を含まない場合の観察結果を示す図である。 第１例において金属層がＡｌ層を含む場合の観察結果を示す図である。 第２例において金属層がＡｌ層を含まない場合の観察結果を示す図である。 第２例において金属層がＡｌ層を含む場合の観察結果を示す図である。 第１変形例を説明するための断面図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ第２変形例、第３変形例及び第４変形例を説明するための平面図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［反射型エンコーダ］
　図１に示されるように、反射型エンコーダ１は、回転板２と、光モジュール３と、を備えている。反射型エンコーダ１は、例えばアブソリュート型のロータリーエンコーダであり、測定対象物の絶対角度を検出するための装置である。反射型エンコーダ１は、インクリメンタル型に構成されてもよい。
　回転板２は、回転軸（図示省略）に固定されており、回転軸と共に回転する。回転板２は、例えば円板状に形成され、回転軸の軸線に垂直に配置されるように中心部において回転軸に取り付けられている。回転板２には、光モジュール３から出射された光を反射させる光反射パターン２ａが形成されている。光反射パターン２ａは、グレイコード等の所定のパターンを表している。光反射パターン２ａは、例えば金属膜により構成されている。
　光モジュール３は、反射型エンコーダ１に適用されるエンコーダ用光モジュールであり、回転板２の一部と向かい合うように固定されている。より具体的には、光モジュール３は、光反射パターン２ａの一部と向かい合っている。光モジュール３は、後述する光検出素子１２及び発光素子１３を有している。反射型エンコーダ１は、例えば信号処理回路により構成された処理部（図示省略）を更に備えている。処理部は光モジュール３に電気的に接続されており、光モジュール３の光検出素子１２における光検出結果を符号化して回転軸の回転角の絶対値を表すグレイコードを出力する。
　反射型エンコーダ１では、光モジュール３の発光素子１３から出射される光の光軸上に光反射パターン２ａが位置すると光反射パターン２ａで光が反射され、反射された光が光モジュール３の光検出素子１２に入射する。一方、発光素子１３から出射される光の光軸上に光反射パターン２ａが位置しないと発光素子１３からの光は回転板２を通過し、光検出素子１２に入射しない。
　図１に示されるように、光モジュール３は、支持体１１と、光検出素子１２と、発光素子１３と、を備えている。光モジュール３においては、発光素子１３から回転板２に向けて光が出射され、回転板２の光反射パターン２ａで反射された光が光検出素子１２の光検出領域（後述するフォトダイオード２６）により検出される。
　支持体１１は、例えば、ガラスエポキシ樹脂により矩形板状に形成された配線基板である。支持体１１は平坦な表面１１ａを有しており、表面１１ａには複数の電極端子Ｐ１，Ｐ２を含む配線部が形成されている。電極端子Ｐ１には光検出素子１２が電気的に接続されており、電極端子Ｐ２にはワイヤＷＲを介して発光素子１３が電気的に接続されている。
　光検出素子１２は、半導体基板２１を含んで構成されている。半導体基板２１は、例えば、シリコン等の半導体材料により矩形板状に形成されている。半導体基板２１は、第１面２１ａと、第１面２１ａとは反対側の第２面２１ｂと、を有している。第１面２１ａ及び第２面２１ｂは、例えば、半導体基板２１の厚さ方向に垂直で且つ互いに平行な平坦面である。
　第１面２１ａはデバイス面であり、半導体基板２１の第１面２１ａ上には、配線層、絶縁層等により構成されたデバイス部（図示省略）が形成されている。第２面２１ｂは配置面であり、半導体基板２１は、第２面２１ｂが支持体１１と向かい合うように支持体１１上に配置されている。この例では、半導体基板２１は、第２面２１ｂが支持体１１の表面１１ａに接触した状態で支持体１１に固定されている。以下、第１面２１ａに垂直な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な一の方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向として説明する。図２に示されるように、この例では、半導体基板２１は、Ｘ方向に平行な長辺及びＹ方向に平行な短辺を有する長方形状に形成されている。
　半導体基板２１の中央部には、第１面２１ａから第２面２１ｂに貫通する貫通孔２２が形成されている。すなわち、貫通孔２２は、第１面２１ａ及び第２面２１ｂに開口している。貫通孔２２は、例えば矩形状又は円形状の断面（Ｚ方向に垂直な断面）を有している。この例では、貫通孔２２は、Ｚ方向において正方形状の一様な断面を有している。貫通孔２２の内面２２ａの全面は、Ｚ方向に沿って延在している。すなわち、内面２２ａはＺ方向に対して傾斜した部分を含んでおらず、貫通孔２２は、第１面２１ａに垂直に延在する垂直孔として構成されている。
　半導体基板２１の第１面２１ａの側には、ｐ型（第１導電型）の第１半導体領域２３が形成されている。この例では、第１半導体領域２３は、第１面２１ａにおいて露出するように、第１面２１ａの一部に形成されている。第１半導体領域２３は、一対の第１半導体領域２３ａ，２３ｂを含んでいる。図２に示されるように、一対の第１半導体領域２３ａ，２３ｂは、Ｘ方向における貫通孔２２の両側に位置しており、Ｘ方向において貫通孔２２を挟んで向かい合っている。第１半導体領域２３ａ，２３ｂは、互いに同一の形状に形成されており、この例では平面視において（Ｚ方向から見た場合に）矩形状に形成されている。なお、第１半導体領域２３ａ，２３ｂは、互いに異なる形状に形成されていてもよい。
　半導体基板２１の第２面２１ｂの側には、ｎ型（第２導電型）の第２半導体領域２４が形成されている。この例では、第２半導体領域２４は、第２面２１ｂにおいて露出するように、第２面２１ｂの全体に形成されている。半導体基板２１の第１面２１ａの側には、ｎ型の第３半導体領域２５が形成されている。この例では、第３半導体領域２５は、第１面２１ａにおいて露出するように、第１面２１ａの一部に形成されている。より具体的には、図２に示されるように、第３半導体領域２５は、Ｚ方向から見た場合に貫通孔２２を囲むように、貫通孔２２の縁に沿って延在している。第３半導体領域２５は、後述する金属層２７により第２半導体領域２４に電気的に接続されている。
　第１半導体領域２３は、フォトダイオード２６のアノード及びカソードの一方を構成しており、第２半導体領域２４は、フォトダイオード２６のアノード及びカソードの他方を構成している。フォトダイオード２６は、光電変換を行う部分であり、光検出素子１２における光検出領域を構成する。この例では、フォトダイオード２６は、第１フォトダイオード２６ａ及び第２フォトダイオード２６ｂを含んでいる。第１フォトダイオード２６ａは、第１半導体領域２３ａと、第２半導体領域２４における第１半導体領域２３ａと向かい合う部分とにより構成されており、第２フォトダイオード２６ｂは、第１半導体領域２３ｂと、第２半導体領域２４における第１半導体領域２３ｂと向かい合う部分とにより構成されている。
　半導体基板２１の第２面２１ｂには、金属層２７が形成されている。金属層２７は、第２面２１ｂの全体に形成されると共に、第２面２１ｂ上から延在して貫通孔２２の内面２２ａの全体を覆っている。すなわち、金属層２７は、第２面２１ｂから貫通孔２２の内面２２ａにわたって連続して（一体的に）形成されている。
　金属層２７は、複数の層が積層された積層部３０を有している。この例では、金属層２７の全体が積層部３０によって構成されている。これにより、積層部３０は、半導体基板２１の第２面２１ｂ上から延在して貫通孔２２の内面２２ａに至るように形成されている。この例では、積層部３０は、第２面２１ｂの全体に形成されると共に、第２面２１ｂ上から延在して貫通孔２２の内面２２ａの全体を覆っている。内面２２ａ上に形成された金属層２７により、第１面２１ａ側の第３半導体領域２５と第２面２１ｂ側の第２半導体領域２４とが互いに電気的に接続されている。
　図３に示されるように、積層部３０は、半導体基板２１の側から、Ａｌ（アルミニウム）層３１、Ｔｉ（チタン）層３２、Ｐｔ（白金）層３３及びＡｕ（金）層３４をこの順に有している。すなわち、Ａｌ層３１は、Ａｕ層３４と半導体基板２１との間に配置されており、Ｔｉ層３２、Ｐｔ層３３は、Ａｌ層３１とＡｕ層３４との間に、Ａｌ層３１の側からこの順に配置されている。Ａｌ層３１、Ｔｉ層３２、Ｐｔ層３３及びＡｕ層３４は、それぞれ、Ａｌ，Ｔｉ，Ｐｔ、Ａｕのみからなる層である。
　Ａｌ層３１は、例えば、ＤＣ（直流）スパッタリングにより半導体基板２１の第２面２１ｂ上及び貫通孔２２の内面２２ａ上にわたって形成されており、１０００ｎｍ程度の厚さを有している。第２面２１ｂ上に形成されたＡｌ層３１は、第２半導体領域２４に接触して電気的に接続されている。Ｔｉ層３２、Ｐｔ層３３及びＡｕ層３４は、ＥＢ（電子ビーム）蒸着によりＡｌ層３１上に形成されている。最外層のＡｕ層３４は、発光素子１３から出射された光を反射させる反射層として機能する。Ｔｉ層３２は、Ａｌ層３１の表面が酸化してアルミナが形成されることを抑制し、Ｐｔ層３３は、Ｔｉ層３２に含まれるＴｉのＡｕ層３４への拡散を抑制するバリア層として機能する。
　光検出素子１２は、支持体１１の表面１１ａ上に配置されており、支持体１１の電極端子Ｐ１に電気的に接続されている。より具体的には、光検出素子１２は、半導体基板２１の第２面２１ｂ上の金属層２７において、電極端子Ｐ１に電気的に接続されている。接続箇所においては、電極端子Ｐ１が金属層２７（積層部３０のＡｕ層３４）に接触して電気的に接続され、金属層２７を介して第２半導体領域２４（第１フォトダイオード２６ａ及び第２フォトダイオード２６ｂ）に電気的に接続されている。
　発光素子１３は、貫通孔２２内に位置するように支持体１１の表面１１ａ上に配置されている。この例では発光素子１３の全体が貫通孔２２内に位置している。発光素子１３は、ワイヤＷＲを介して電極端子Ｐ２に電気的に接続されている。図２に示されるように、この例ではワイヤＷＲの全体が貫通孔２２内に位置している。
［観察結果］
　図４～図７を参照しつつ、金属層２７がＡｌ層３１を含む場合と含まない場合についての観察結果について説明する。図４及び図５は第１例についての観察結果を示す図であり、図６及び図７は第２例についての観察結果を示す図である。
　図４及び図５に示される第１例の観察対象は、貫通孔２２が直径１５０μｍの円形状である光検出素子１２における、貫通孔２２の内面２２ａ上に形成された金属層２７である。図４には金属層２７がＡｌ層３１を含まない場合の観察結果が示されており、図５には金属層２７がＡｌ層３１を含む場合の観察結果が示されている。各図において、「第１面側」は第１面２１ａの側における観察結果であり、「第２面側」は第２面２１ｂの側における観察結果であり、「中間」は第１面２１ａと第２面２１ｂと間の中間部における観察結果である。各図において、右側の列はオリエンテーションフラットの側における観察結果であり、右側の列はオリエンテーションフラットとは反対側における観察結果である。これらの点は図６及び図７についても同様である。
　図４及び図５から、金属層２７がＡｌ層３１を含む場合、金属層２７がＡｌ層３１を含まない場合と比べて、貫通孔２２の内面２２ａに金属層２７を良好に（十分な厚さで）形成できていたことが分かる。評価基準の１つとして、図４の場合、金属層２７の全体にわたる電気的導通が実現される程度にまでは金属層２７が形成されなかったのに対し、図５の場合、金属層２７の全体にわたる電気的導通が実現される程度にまで金属層２７が形成されていた。図５のように金属層２７が十分な厚さで形成されている場合、発光素子１３からの光を確実に遮光することができる。その結果、当該光が貫通孔２２の内面２２ａから半導体基板２１内に入射し、半導体基板２１内を進行してフォトダイオード２６に入射し、ノイズとして検出されてしまうことを効果的に抑制することができる。なお、第２面２１ｂの側において第１面２１ａの側よりも金属層２７が厚く形成されているのは、Ａｌ層３１のスパッタリング及びＴｉ層３２、Ｐｔ層３３及びＡｕ層３４の蒸着が、第２面２１ｂの側（図中下側）から行われるためである。
　図６及び図７に示される第２例の観察対象は、貫通孔２２が５６０μｍ×５０５μｍの長方形状である光検出素子１２における、貫通孔２２の内面２２ａ上に形成された金属層２７である。図６には金属層２７がＡｌ層３１を含まない場合の観察結果が示されており、図７には金属層２７がＡｌ層３１を含む場合の観察結果が示されている。
　図６及び図７から、金属層２７がＡｌ層３１を含む場合、金属層２７がＡｌ層３１を含まない場合と比べて、貫通孔２２の内面２２ａに金属層２７を良好に（十分な厚さで）形成できていたことが分かる。評価基準の１つとして、図６の場合、金属層２７の全体にわたる電気的導通が実現される程度にまでは金属層２７が形成されなかったのに対し、図７の場合、金属層２７の全体にわたる電気的導通が実現される程度にまで金属層２７が形成されていた。図７のように金属層２７が十分な厚さで形成されている場合、図５の場合と同様に、発光素子１３からの光を確実に遮光することができる。その結果、当該光が貫通孔２２の内面２２ａから半導体基板２１内に入射し、半導体基板２１内を進行してフォトダイオード２６に入射し、ノイズとして検出されてしまうことを効果的に抑制することができる。
［作用及び効果］
　光モジュール３では、半導体基板２１に形成された貫通孔２２の内面２２ａが、Ｚ方向（第１面２１ａに垂直な方向）に沿って延在する部分を含んでいる。これにより、半導体基板２１におけるデッドエリアを小さくすることができ、光モジュール３の小型化（第１面２１ａに平行な方向における小型化）を図ることができる。すなわち、例えば貫通孔２２の内面２２ａがＺ方向に対して傾斜した傾斜孔として構成されている場合、貫通孔２２の形成のために半導体基板２１にデッドエリアが生じ得るが、光モジュール３では内面２２ａがＺ方向に沿って延在する部分を含んでいるため、デッドエリアを小さくすることができる。また、平面視において（第１面２１ａに垂直な方向から見た場合に）、フォトダイオード２６を構成する一対の第１半導体領域２３ａ，２３ｂが、Ｘ方向（所定方向）における貫通孔２２の両側に位置している。これにより、貫通孔２２内の発光素子１３から出射されて回転板２で反射された光をフォトダイオード２６によって良好に検出することができる。また、半導体基板２１の第２面２１ｂ上から延在して貫通孔２２の内面２２ａを覆うように金属層２７が形成されている。これにより、金属層２７によって発光素子１３からの光を遮光することができる。その結果、当該光が貫通孔２２の内面２２ａから半導体基板２１内に入射し、半導体基板２１内を進行してフォトダイオード２６に入射し、ノイズとして検出されてしまうことを抑制することができる。また、金属層２７が、Ａｕ層３４と、Ａｕ層３４と半導体基板２１との間に配置されたＡｌ層３１と、を含む積層部３０を有し、積層部３０が、半導体基板２１の第２面２１ｂ上から延在して貫通孔２２の内面２２ａに至るように形成されている。これにより、金属層２７がＡｌ層３１を含まない場合と比べて貫通孔２２の内面２２ａに金属層２７を良好に形成することができ、ノイズの増加を抑制することができる。さらに、金属層２７が半導体基板２１の第２面２１ｂ上から延在して貫通孔２２の内面２２ａを覆うように形成されており、金属層２７により第２半導体領域２４が支持体１１の電極端子Ｐ１に電気的に接続されている。これにより、光検出素子１２の第２半導体領域２４を支持体１１の電極端子Ｐ１に安定的に電気的に接続することができる。よって、光モジュール３によれば、小型化を図ることができると共にノイズの増加を抑制することができ、且つ安定的な接続を実現することができる。
　第１半導体領域２３ａが第２半導体領域２４と共に第１フォトダイオード２６ａを構成しており、第１半導体領域２３ｂが第２半導体領域２４と共に第２フォトダイオード２６ｂを構成している。これにより、貫通孔２２内の発光素子１３から出射されて回転板２で反射された光をフォトダイオード２６によって一層良好に検出することができる。
　積層部３０が、Ａｕ層３４とＡｌ層３１との間に、Ｔｉ層３２と、Ｐｔ層３３と、をＡｌ層３１の側からこの順に含んでいる。これにより、Ｔｉ層３２はＡｌ層３１との密着性が高く且つ高い還元作用を有するため、Ａｌ層３１の表面が酸化してアルミナが形成されることによるＡｕ層３４との接続不良の発生を抑制することができる。また、Ｐｔ層３３をＴｉのＡｕ層３４への拡散を抑制するバリア層として機能させることができる。その結果、金属層２７の信頼性を高めることができる。
　発光素子１３が、支持体１１に設けられた電極端子Ｐ２にワイヤＷＲを介して電気的に接続されており、ワイヤＷＲが、貫通孔２２内に位置している。これにより、ワイヤＷＲに起因する迷光によるノイズの発生を抑制することができる。また、光検出素子１２の受光面を回転板２に近づけることができ、検出精度を向上することができる。
　金属層２７の全体が積層部３０によって構成されており、Ａｌ層３１が第２半導体領域２４に接触している。これにより、金属層２７の形成を容易化することができる。
　半導体基板２１における第１面２１ａの側に、平面視において貫通孔２２を囲むようにｎ型の第３半導体領域２５が形成されており、第３半導体領域２５が、金属層２７により第２半導体領域２４に電気的に接続されている。これにより、第１面２１ａにおける貫通孔２２の周辺のデッドエリア（第１半導体領域２３以外の領域）に入射した光により発生したキャリアがノイズになることを抑制することができる。また、第３半導体領域２５が金属層２７により第２半導体領域２４に電気的に接続されていることで、第３半導体領域２５がフローティング状態となることを回避することができる。
　貫通孔２２の内面２２ａの全体が、Ｚ方向に沿って延在している。これにより、光モジュール３の一層の小型化を図ることができる。
［変形例］
　図８に示される第１変形例では、発光素子１３が、光検出素子１２に設けられた電極端子Ｐ３にワイヤＷＲを介して電気的に接続されている。この例ではワイヤＷＲの一部が貫通孔２２の外部に配置されている（外部に突出している）。このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、小型化を図ることができると共にノイズの増加を抑制することができ、且つ安定的な接続を実現することができる。また、発光素子１３と電極端子Ｐ３とのワイヤ接続が容易化することができる。また、貫通孔２２の径を小さくすることが可能となり、光モジュール３の更なる小型化が可能となる。更に、発光素子１３の発光面と光検出素子１２の受光面とを同一の高さに近付けることが可能となり、その結果、例えば、反射型エンコーダ１が備える回転板２の光反射パターン２ａに対する光モジュール３の位置が僅かにずれたとしても、この位置ずれに起因して受光面に入射する光のパターンに歪みが生じるのを抑制することができる。
　図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示される第２変形例、第３変形例及び第４変形例のように光モジュール３が構成されてもよい。第２変形例では、第１半導体領域２３が３つの第１半導体領域２３ａ，２３ｂ，２３ｃを含んでいる。第１半導体領域２３ａは、平面視において貫通孔２２を囲むように矩形リング状に形成されている。第１半導体領域２３ｂ，２３ｃは、Ｘ方向における貫通孔２２の両側に位置しており、Ｘ方向において貫通孔２２及び第１半導体領域２３ａを挟んで向かい合っている。第２変形例において、第１半導体領域２３ｂ，２３ｃが形成されずに、第１半導体領域２３ａのみが形成されてもよい。この場合にも、第１半導体領域２３ａは、Ｘ方向における貫通孔２２の両側に位置する（Ｘ方向における貫通孔２２の両側に位置する部分を有する）。
　第３変形例では、貫通孔２２が楕円形状に形成されている。第４変形例では、貫通孔２２が円形状に形成されている。また、第１半導体領域２３ａ，２３ｂにおける貫通孔２２側の部分が、貫通孔２２に沿った湾曲形状を有している。これらの第２～第４変形例によっても、上記実施形態と同様に、小型化を図ることができると共にノイズの増加を抑制することができ、且つ安定的な接続を実現することができる。
　本開示は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。
　例えば、上記実施形態では、貫通孔２２の内面２２ａの全体がＺ方向に沿って延在していたが、貫通孔２２の内面２２ａがＺ方向に対して傾斜した部分を含んでいてもよい。貫通孔２２の形状はＺ方向に関して一様でなくてもよい。第１半導体領域２３は少なくとも１つ設けられていればよく、１つ又は３つ以上設けられてもよい。第２半導体領域２４は少なくとも１つ設けられていればよく、１つ又は３つ以上設けられてもよい。フォトダイオード２６は１つのフォトダイオードによって構成されてもよい。第３半導体領域２５は省略されてもよい。上記実施形態又は変形例において、ｐ型とｎ型とが入れ替えられてもよい。すなわち、第１半導体領域２３がｎ型で、第２半導体領域２４及び第３半導体領域２５がｐ型であってもよい。
　上記実施形態又は変形例において、Ｐｔ層３３はＮｉ（ニッケル）からなるＮｉ層に置き換えられてもよい。Ｔｉ層３２及びＰｔ層３３の少なくとも一方が省略されてもよい。必ずしも金属層２７の全体が積層部３０によって構成されていなくてもよく、金属層２７の一部のみが積層部３０によって構成され、例えば残部はＡｌ層３１を含まないＴｉ層３２、Ｐｔ層３３及びＡｕ層３４からなる積層部によって構成されてもよい。この場合、積層部３０は、半導体基板２１の第２面２１ｂ上から延在して貫通孔２２の内面２２ａに至るように形成されていればよく、例えば第２面２１ｂにおける全体ではなく中央側の一部に形成されてもよい。積層部３０は、貫通孔２２の内面２２ａにおける全体ではなく第２面２１ｂ側の一部のみに形成されてもよい。金属層２７は、必ずしも貫通孔２２の内面２２ａの全体に形成されなくてもよく、内面２２ａにおける第２面２１ｂ側の一部のみに形成されてもよい。
１…反射型エンコーダ、２…回転板、３…光モジュール、２ａ…光反射パターン、１１…支持体、１２…光検出素子、１３…発光素子、２１…半導体基板、２１ａ…第１面、２１ｂ…第２面、２２…貫通孔、２２ａ…内面、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…第１半導体領域、２４…第２半導体領域、２５…第３半導体領域、２６…フォトダイオード、２６ａ…第１フォトダイオード、２６ｂ…第２フォトダイオード、２７…金属層、３０…積層部、３１…Ａｌ層、３２…Ｔｉ層、３３…Ｐｔ層、３４…Ａｕ層、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…電極端子、ＷＲ…ワイヤ。

Claims (9)

  1. 　反射型エンコーダ用の光モジュールであって、
    　電極端子が設けられた支持体と、
    　前記電極端子に電気的に接続された光検出素子と、
    　前記支持体上に配置された発光素子と、を備え、
    　前記光検出素子は、第１面、及び前記第１面とは反対側の第２面を有する半導体基板を有し、前記第２面が前記支持体と向かい合うように前記支持体上に配置されており、
    　前記半導体基板における前記第１面の側には、フォトダイオードのアノード及びカソードの一方を構成する第１導電型の少なくとも１つの第１半導体領域が形成されており、
    　前記半導体基板における前記第２面の側には、フォトダイオードのアノード及びカソードの他方を構成する第２導電型の少なくとも１つの第２半導体領域が形成されており、
    　前記半導体基板には、前記第１面から前記第２面に貫通する貫通孔が形成されており、
    　前記貫通孔の内面は、前記第１面に垂直な方向に沿って延在する部分を含み、
    　前記第１面に垂直な方向から見た場合に、前記少なくとも１つの第１半導体領域は、所定方向における前記貫通孔の両側に位置しており、
    　前記半導体基板の前記第２面上には金属層が形成されており、前記金属層により前記少なくとも１つの第２半導体領域が前記支持体の前記電極端子に電気的に接続されており、
    　前記金属層は、前記第２面上から延在して前記貫通孔の前記内面を覆うように形成されており、
    　前記金属層は、Ａｕ層と、前記Ａｕ層と前記半導体基板との間に配置されたＡｌ層と、を含む積層部を有し、
    　前記積層部は、前記第２面上から延在して前記貫通孔の前記内面に至るように形成されており、
    　前記発光素子は、前記貫通孔内に位置するように前記支持体上に配置されている、光モジュール。
  2. 　前記少なくとも１つの第１半導体領域は一対の第１半導体領域を含み、前記フォトダイオードは第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードを含み、
    　前記一対の第１半導体領域の一方は、前記少なくとも１つの第２半導体領域と共に前記第１フォトダイオードを構成しており、前記一対の第１半導体領域の他方は、前記少なくとも１つの第２半導体領域と共に前記第２フォトダイオードを構成している、請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記積層部は、前記Ａｌ層と前記Ａｕ層との間に、（１）Ｔｉ層と、（２）Ｐｔ層又はＮｉ層と、を前記Ａｌ層の側からこの順に更に含んでいる、請求項１又は２に記載の光モジュール。
  4. 　前記発光素子は、前記支持体に設けられた電極端子にワイヤを介して電気的に接続されており、
    　前記ワイヤは、前記貫通孔内に位置している、請求項１～３のいずれか一項に記載の光モジュール。
  5. 　前記発光素子は、前記光検出素子に設けられた電極端子にワイヤを介して電気的に接続されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の光モジュール。
  6. 　前記金属層の全体が前記積層部によって構成されており、前記Ａｌ層が前記少なくとも１つの第２半導体領域に接触している、請求項１～５のいずれか一項に記載の光モジュール。
  7. 　前記半導体基板における前記第１面の側には、前記第１面に垂直な方向から見た場合に前記貫通孔を囲むように前記第２導電型の第３半導体領域が形成されており、
    　前記第３半導体領域は、前記金属層により前記少なくとも１つの第２半導体領域に電気的に接続されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の光モジュール。
  8. 　前記貫通孔の前記内面の全体が、前記第１面に垂直な方向に沿って延在している、請求項１～７のいずれか一項に記載の光モジュール。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項に記載の光モジュールと、
    　光反射パターンを有する回転板と、を備える反射型エンコーダ。
PCT/JP2025/017356 2024-06-19 2025-05-13 光モジュール及び反射型エンコーダ Pending WO2025263159A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024-098635 2024-06-19
JP2024098635A JP2026001368A (ja) 2024-06-19 2024-06-19 光モジュール及び反射型エンコーダ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025263159A1 true WO2025263159A1 (ja) 2025-12-26

Family

ID=98212835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2025/017356 Pending WO2025263159A1 (ja) 2024-06-19 2025-05-13 光モジュール及び反射型エンコーダ

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2026001368A (ja)
TW (1) TW202608275A (ja)
WO (1) WO2025263159A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095660A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 受光素子及びエンコーダ
JP2005043192A (ja) * 2003-07-28 2005-02-17 Olympus Corp 光学式エンコーダ及びその製造方法並びに光学レンズモジュール
CN108168582A (zh) * 2018-01-18 2018-06-15 上海恩弼科技有限公司 反射式光学编码器及其制作方法
CN220708412U (zh) * 2022-12-30 2024-04-02 苏州汇川技术有限公司 一种狭缝部、光电编码器、伺服电机和伺服系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095660A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 受光素子及びエンコーダ
JP2005043192A (ja) * 2003-07-28 2005-02-17 Olympus Corp 光学式エンコーダ及びその製造方法並びに光学レンズモジュール
CN108168582A (zh) * 2018-01-18 2018-06-15 上海恩弼科技有限公司 反射式光学编码器及其制作方法
CN220708412U (zh) * 2022-12-30 2024-04-02 苏州汇川技术有限公司 一种狭缝部、光电编码器、伺服电机和伺服系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2026001368A (ja) 2026-01-07
TW202608275A (zh) 2026-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH10308276A (ja) 光検出システム用エレクトロルミネッセンス装置及び製造方法
WO2005011005A1 (ja) 裏面入射型光検出素子及びその製造方法
JPH05322653A (ja) 半導体光検出装置
JP5206944B2 (ja) 光学モジュールおよびそれを用いた医療用光計測システム
JP2011253987A (ja) 半導体受光素子及び光モジュール
JP2010114114A (ja) 反射型フォトインタラプタ
JP2026001368A (ja) 光モジュール及び反射型エンコーダ
JP7382325B2 (ja) 半導体発光装置
US11996425B2 (en) Photosensitive element and optoelectronic component
JP2001156325A (ja) フォトリフレクター
JP3029780B2 (ja) 透過型フォトインタラプタ
JP5614339B2 (ja) 分光センサー及び角度制限フィルター
EP3922955B1 (en) Position transducer and method for manufacturing position transducer
JP6405368B2 (ja) 光学式センサ
JPS6195580A (ja) 受光素子およびこの受光素子を内臓した光電子装置
WO2023068264A1 (ja) 光半導体素子
JPWO2023068264A5 (ja)
JP7674083B2 (ja) 光検出装置
US20260139974A1 (en) Reflective optical unit and encoder
US20240044675A1 (en) Optoelectronic device comprising light processing device with a through-opening
WO2025047186A1 (ja) ファブリペロー干渉フィルタ
JP6160167B2 (ja) 分光センサー及びその製造方法
JP2025099739A (ja) 検出装置
JPH11230784A (ja) 光学式エンコーダ
CN121604524A (zh) 红外线光学元件

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25830285

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1