JP2000502215A - 光電センサ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、前以て決められた導電型を有する第１の半導体層と、別の半導体または金属導電型の第２の層と、前記２つの層の間の接合領域と、検出すべき電磁放射が前記接合領域に侵入することができる少なくとも１つの表面領域（放射側の表面領域）と、前記２つの層を電気回路に接続するためのそれぞれ１つの電極とを備えた光電センサ素子に関する。前記２つの層（２，３）の電極（１０，１１）は、前記素子（１）の、前記放射側の表面領域（６）に相対向する表面（７）に配置される。これにより、センサ素子の、プリント配線板または類似のもの上に配置された電気回路への接続が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】 光電センサ素子 本発明は、請求項１に上位概念に記載の光電センサ素子に関する。 光電センサ素子は、電磁放射エネルギー（ホトン）を電気信号に変換する、測 定技術において非常に重要である放射受信機である。例えば、長さ測定装置およ び角度測定装置（インクリメンタルまたは絶対形式）のような位置測定装置にお いて、格子構造の後に複数の放射受信機（殊にホトエレメント）が配設されてい る。 この形式の放射受信機は通例、阻止層ホト検出器として形成されている。これ らはＰＮ接合、ＰＩＮ接合、ＭＳ接合またはＭＯＳ接合を含んでおり、ここでホ ト阻止層効果を用いて電磁放射エネルギーの、電気信号への変換が行われる。電 気信号を測定しかつ評価することができるようにするために、放射受信機は電気 接点を備えかつ適当な電気回路に接続されていなければならない。電気回路への このような集積は、プリント配線板において行われることが多い。従って放射受 信機は有利にはＳＭＤ素子（Surface Mounted Devices）として形成される。 ヨーロッパ特許出願公告第０４６４２３２号公報か ら、電子素子に対するはんだ付け接続体が公知である。これは、複数のホトエレ メントを電気回路に集積するために使用することができる。ホトエレメントは例 えば、接点面として形成されている金属化された裏面がプリント配線板上に固定 される。はんだ付け接続体は複数のはんだ付けブリッジを有しておりかつホトエ レメントの前側に配置されている第２の接点をプリント配線板の対応する導体路 に接続するために用いられる。はんだ付けブリッジは、所望の電気回路の製造が 容易になるように、目標破断箇所および撓み縁部を備えている。しかしプリント 配線板上の限られたスペースのために、この措置にも拘わらず、はんだ接続の製 造は困難であることがしばしば認められている。 支持板上に存在する光電素子の接触接続のための方法は、ドイツ連邦共和国特 許出願公開第４２２８２７４号公報からも公知である。その際、素子の、支持板 とは反対側に配置されている光電素子の接点は、プラスチック層の上に配置され ている導体路を用いて、素子の隣りに存在する、支持板の接続面と接続される。 この方法を使用した場合、プリント配線板上の素子の所要スペースは、プラスチ ック支持板を含めて導体路の付加的な所要スペースによって拡大される。 ヨーロッパ特許出願公開第０４５２５８８号公報から、太陽電池並びにその製 造方法が公知である。この太陽電池はｐ導電層およびｎ導電層を有しており、こ れらの層は半導体サブストレート上に配置されておりかつＰＮ接合を形成してい る。その際ｐ導電層およびｎ導電層の電極は、相並んで配置されている太陽電池 の導電接続が容易になるように、サブストレートの一方の側に配置されている。 米国特許第４８９７１２３号明細書から同様に、太陽電池並びにその製造方法 が公知であり、その際ｐ導電層およびｎ導電層はサブストレート上に配置されか つＰＮ接合を形成している。この太陽電池の場合も、ｐ導電層およびｎ導電層の 電極は、サブストレートの一方の側に設けられている。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の光電センサ素子を、プリント配線板また は類似のもの上の電気回路に素子を出来るだけ簡単かつスペースを節約して接続 することができるように構成することである。 この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。 本発明は、光電センサ素子の両方の電極の接点箇所を該素子の１つの表面（裏 面）に配置することができるように光電センサ素子およびその電極が構成されて いれば、該素子をプリント配線板上の回路に著しく容易に接続することができる という認識に基づいている。この形式の素子は裏面が、付加的なワイヤまたは別 の接続エレメントを必要とすることなく、適当な接点面を備えているプリント配 線板に接続することができ る。 光電素子は例えば、ｎ型の第１の半導体層から成っていることができ、この層 の上に、ｐ型の第２の半導体層が配置されている。２つの層の間に、空間電荷帯 域が接合領域（阻止層）として形成され、ここで入射する放射は吸収されてホト 電流を発生する。しかし、第１および第２の導電型の２つの半導体層の間に自己 導電性の中間層が阻止層として配置されているＰＩＮ接合も可能である。 第１の半導体層の上に、薄い金属層を配置して、ショットキー接合が生じるよ うにすることも可能である。第１の半導体装置と第２の金属層との間に酸化層が 設けられていれば、ＭＯＳ接合が実現される。この素子も、電磁放射を検出しか つ本発明の解決策を実現するのに適している。 ここで接合ないし接合領域とはそれぞれ、ホト効果を用いて、光エネルギーの 、電気信号への変換を行うことができる、光電素子の領域の謂いである。この概 念は、概念阻止層、空間電荷帯域、ｐｎ接合等に対する上位概念として使用され かついつも、吸収された放射が電気信号に変換される、半導体素子の全体の領域 を表すものである。これにより、例えば、阻止層に隣接する領域も含まれる。即 ち、この種の領域から、生成されたキャリアがその寿命の期間に電場帯域に拡散 することができ、そこで電子が正孔から分離される、 そういう領域も含まれる。 放射側の表面領域とは、第１の層および第２の層並びに接合領域から成る、素 子の中核の表面の謂である。即ち、この表面を通って、検出すべき放射が接合領 域に侵入することができかつ素子をセンサとして使用する場合、検出すべき放射 に配向されている表面である。従って、それは必ずしも広義の意味での素子の表 面である必要はない（それには、反射防止層、構造化絶縁層および類似のものも 属している）例えば、放射側の表面領域に更に反射防止層を配置することができ る。 入射する放射が出来るだけ大部分接合領域に達するように、２つの層の少なく とも１つの層（例えば半導体かまたは金属である第２の層）は、相応の材料にお ける検出すべき放射の侵入深度よりも薄い。他方の層はしばしばより厚く実現さ れておりかつこれにより素子の安定性が保証される。それから素子は作動中、比 較的薄い、第２の層が検出すべき放射の方に向くように配向される。しかし、放 射が比較的厚い第１の層を通って接合領域に達するようにした実施例も可能であ る。 安定性を与える、比較的厚い第１の層に基づいて、センサ素子は通例実質的に 、その間に接合層が形成される２つの層からのみ成っている。更に、場合によっ ては、反射防止層並びに例えば素子の表面の構造化の ために用いられる薄い絶縁層がある。しかし、接合領域を形成する、２つの能動 層の支持体としてのサブストレートは省略することができる。 本発明の有利な実施例において、素子の放射側の表面領域は少なくとも部分的 に第２の層によって形成され、その際少なくとも１つの導電性の接続エレメント （ドーピングされた半導体または金属）が第２の層から放射側の表面領域に相対 向している、素子の表面まで延在しておりかつそこで電極を介して第２の層に対 する接点箇所と導電接続されている。 その際、放射側の表面領域が少なくとも部分的に第２の層によって形成される という特徴は必ずしも、素子が第２の層で終端していることを意味するものでは ない。ここでは単に、第１の層および第２の層並びに接合領域から成る、素子の 中核のことを問題にしているだけであって、その上に、例えば反射防止層のよう な更に補足的な層を配置することができる。 その際、第２の層および接続エレメントは共に半導体に形成することができる 。その場合これらは同じ導電型を有していなければならない（両方ともｐまたは ｎドーピングされている）。 本発明の上述した実施例では、半導体接続エレメントが第２の層とその電極と の間の唯一の導電接続部を形成しかつその際素子それ自体を通って延在している ようにすれば、センサ素子の特別簡単な構造が実現さ れる。しかし半導体の接続エレメントに対して付加的に金属接続エレメントも設 けることができる。 半導体接続エレメントの製造の際に、電極を備えている方の素子の表面（即ち 第２の層に相対向している表面）の近傍にしばしば、電子構造中に障害が形成さ れるので、半導体の接続エレメントをそこで同一の導電型の付加的な半導体領域 によって取り囲むと有利である。この種の付加的な半導体領域は例えば、イオン プランテーションまたはイオン拡散によって形成することができかつ、第２の半 導体層と、素子の他方の側に配置されているこの層の電極との申し分ない接触接 続を可能にする。 付加的な半導体領域は有利には、それが素子の裏側の表面の近傍における接続 エレメントの障害が生じ易い縁領域全体を被覆するような大きさを有している。 接続エレメントの延在方向に対して平行である、この領域の広がりは、典型的に は約６μｍである。 第２の層が導電接続エレメントを介して素子の他方の側の電極に接続されてい るという装置の抵抗を最小限にするために、素子において複数の（平行に延在す る）接続エレメントを設けることができる。 本発明の上述の実施例の有利な変形では、素子の放射側の表面は少なくとも部 分的に第２の層の表面によって形成され、その際第２の層から素子の、放射側の 表面領域とは相対向する表面まで少なくとも１つの通 路が延在しておりかつこの通路を完全に含んでいる、素子の領域（接続エレメン トとして）は第２の層と同じ導電型である。これにより、第２の層の電極は、第 １の層の電極と並んで素子の裏面に配置することができる。 通路は有利には円筒形状でありかつ通路を含んでいる領域は中空円筒形状に形 成されており、その際通路は１０μｍないし１５０μｍの直径を有している。通 路を含んでいる領域の厚さは有利には、３μｍと１０μｍとの間にある。 この実施例は殊に、第１の層並びに第２の層が半導体に形成されている場合に 有利である。上述の通路は、集中レーザビームによって製造することができかつ 通路を含んでいるドーピングされた領域は拡散によって製造することができる。 別の有利な変形において、素子の放射側の表面領域は同様に少なくとも部分的 に第２の層の表面によって形成され、その際少なくとも１つの半導体チャネルが 第２の層から素子の、放射側の表面領域に相対向している表面まで延在しており 、それは第２の層と同じ導電型を有しかつ素子の裏面で第２の層と接触接続する ことができるようになっている。この実施例も、第１の層も第２の層も半導体で ある場合に殊に適している。 この場合、約５μｍないし１５０μｍ、有利には３ ０μｍないし８０μｍという横断面直径を有する半導体チャネルは、ドーピング 材料の、素子への例えば熱拡散を用いて生成することができる。熱拡散の詳しい 説明は、図面に基づいた本発明の実施例の説明において行われる。 素子の、放射側の表面領域が少なくとも部分的に第２の層の表面によって形成 される、本発明の別の実施例は、第２の層から素子の、放射側の表面領域に相対 向している表面まで金属性の接続エレメントが延在しており、その結果そこに第 ２の層に対する接続電極を配置することができるという特徴を有している。 この実施例は殊に、第２の層から素子の、放射側の表面領域に相対向している 表面まで通路（約５０μｍないし１５０μｍの直径）が延在し、その壁が、第１ の層および接合領域を通っている部分において絶縁層を備えておりかつこの領域 に接続エレメントが配置されているようにすることで実現することができる。 素子の、放射側の表面領域が少なくとも部分的に第２の層の表面によって形成 される、本発明の別の実施例によれば、素子の、放射側の表面領域とは反対側の 表面に、第２の層の導電型の付加的な領域が設けられている。第２の導電型の領 域は、金属性の接続エレメント、殊にその中かまたはその上に接続エレメントが 延在している絶縁性の連結部材を介して相互に導電接続されている。第２の層の 接続電極は、第２の導電型 の付加的な領域に配置されている。 本発明のこの実施例を、半導体の接続エレメントが放射側の表面領域から接点 エレメントを備えている、素子の表面まで延在している、冒頭に述べた形式の変 形と組み合わせても有利である。 連結部材または類似のものとの導電接続の製造に対して殊に、第２の層が少な くとも、素子の、放射側の表面の縁の１つまで延在しているようにすれば、有利 である。このために、素子をウェハから個別化する際に接合領域を垂直に分離す ることが必要である。 更に、第１の（半導体の）層を、検出すべき放射が素子の、第２の層に相対向 している表面を通しても接合領域（阻止層）に侵入することができる程度の大き さのバンドギャップ（例えば炭化シリコン）を有する材料から形成することがで きる。この種の光電センサ素子により、前方入射（第２の層を介する）の他に、 有効な後方入射（第１の層を介する）も可能になる。 放射側の表面領域が第１の（半導体）層の表面によって形成される、本発明の 素子の実施例は、素子の放射側の表面領域と阻止層との間の材料の厚さが検出す べき放射の侵入深度より小さいような凹所を第１の層に有している。この実施例 において素子の安定性を保証するために、第１の層における凹所が検出すべき放 射を透過する材料によって充填されているようにすることができる。 本発明のこの実施例では、２つの層の接点は、素子の、第２の層が延在してい る方の側に配置される。 本発明は、複数の独立した接合領域（例えばＰＮ接合）、従って複数の放射に 感応する表面領域を有している素子にも有利に使用される。その際これら素子は 、複数の接合領域を有する一体型の半導体素子（モノリシックアレイ）並びに複 数の素子から成るハイブリッドアレイとすることができる。それぞれの接合領域 に１つの電極対が配属されており、該電極対の接点箇所は素子の一方の側にある 。 更に、本発明は、接合領域を形成する２つの素子の電極が、２つの層の一方そ れ自体によって形成されるもしくは定められる、素子の表面に配置されている素 子に特別有利に使用される。ここで、電極を備えている層が更に薄い反射防止層 、表面の構造化のための薄い絶縁層または類似のものを有しているような素子も 含まれるが、電極を備えている層が装置全体を支持する（絶縁性のまたは半導体 の）サブストレートを形成しているような層は含まれない。 更に、層の接点箇所を、はんだ付け可能なおよび／またはワイヤボンディング 可能なおよび／または導電接着可能な材料から形成すると有利である。 本発明の別の利点は図面に基づいた実施例の以下の説明において明らかになる だろう。 その際： 第１図は、素子の前側から後ろ側に中空円筒形状の、半導体の接続エレメントを 備えた本発明の光電センサ素子の実施例を示し、 第２図は、素子の前側から後ろ側に円筒形状の、半導体の接続エレメントを備え た実施例を示し、 第３図は、素子の前側から後ろ側に延在する金属性の接続エレメントを備えた実 施例を示し、 第４図は、連結部材を介して導電接続されている、ｐ型の２つの半導体層を備え た実施例を示し、 第５図は、光を、凹所を備えた第１の半導体層を介して入射させるようにしてい る実施例を示す。 第１図には、本発明の光電センサ素子の第１の実施例が図示されている。素子 １の半導体基板は例えば、素子１の半導体基板は例えばシリコンから成っており かつ広いｎ導電層１（３３０μｍから４００μｍ）を有しており、その前側の表 面には、著しく薄いｐ導電層３（約０．５５μｍ厚）が延在している。２つの半 導体層２，３の間に、空間電荷帯域４（空乏化帯域）が形成され、それは阻止層 として作用する。 素子１の前側（前面）は、反射防止層１５を備えておりかつ例えば酸化シリコ ンから成っていることができる絶縁性の層１６および１６′によって構造化され ている。２つの絶縁性の層１６，１６′の間に放射側の表面領域６が延在してい る。この領域はｐ導電性層３の表面によって形成される。 この表面領域６に到来する電磁放射１８はｐ導電層３を通って空間電荷帯域４ に達しかつそこで大部分が吸収される。その際空間電荷帯域４に電子−正孔対が 生じる。空間電荷領域はこれらキャリア対を分離する。即ち、電子はｎ側に流れ 、正孔はｐ側に流れる。入射放射量の尺度であるこれらのホト電流を測定するこ とができるようにするために、素子１は適当な電気回路に集積されていなければ ならない。この種の電気回路は複数のホトエレメントおよび別の半導体素子を有 していることが多い。これらは１つのプリント配線板上に共通に配置される。 素子１をこの形式の電気回路に接続するために、絶縁層１７によって構造化さ れている、素子の裏面側の表面７に電極１０および１１が設けられている。電極 ははんだ付け可能な材料から成る扁平な接点箇所１０ａおよび１１ａを有してい る。その際裏面側の表面７は、ｎ導電層２それ自体の表面によって形成される。 ｎ導電層２の接続電極１０は、半導体層２の領域５に配置されている。この領 域は、接点抵抗を最小限にするために低抵抗であって、強くドーピングされてい る。 ｐ導電層３の接続電極１１を同様に、素子１の裏面側の表面７に配置すること ができるようにするために、円筒形状の通路２１が延在している。この通路は、 約１００μｍの直径を有しており、素子１の、放射側 の表面領域６から素子の後ろ側にまで至っている。通路２１は全長が完全に中空 円筒形状の、ｐ導電領域２２によって取り囲まれている。この領域の厚さは３μ ｍないし１０μｍである。ｐ導電層３の接続電極１１は、通路２１の裏面側の端 部で、ｎ導電層２の電極１０と並んで配置されている。 通路２１の裏面側の端部は更に付加的なｐ導電領域２４によって取り囲まれて いる。この領域は例えば、イオンプランテーションまたはイオン拡散によって製 造することができる。この領域は中空円筒形状の領域２２を介してｐ導電層２と 電極１１とが申し分なく接続されるようにするものである。付加的なｐ導電領域 ２４の広がりは、それが中空円筒形状の領域２２の表面近傍部分を次のように取 り囲むように選定される。即ち、中空円筒形状の領域２２の製造の際に表面近傍 に発生する、電子構造中の障害が出来るだけ大幅に取り除かれるようにである。 この付加的なｐ導電領域の厚さ（通路２１の延在方向に対して平行である方向の 広がり）は、０．６μｍのオーダにある。 通路２１それ自体は、集中レーザビームを用いて生成することができる。この 通路２１に基づいて、素子１のｐ導電領域２２を、それが３００μｍ〜４００μ ｍの厚さのｎ導電層２を介して素子１の裏面まで延在しているように構成するこ とが難なくできる。通路２１がなければ、ｐ導電層３と素子１の裏面側の表面７ との間の距離は、従来の拡散方法で間に合わせるには、著しく大きくなる。即ち 典型的には、ドーピング材料を拡散を用いて半導体層内に約１０μｍの深さに拡 散させるためには数時間かかる。この場合、適当なドーピング材料を含む気体が 通路２１に導入されて、ドーピング材料は通路２１の壁に侵入しかつ中空円筒形 状の、ｐドーピング領域２２を形成するのである。付加的なｐ導電領域２４は有 利には、中空円筒形状の領域２２の準備後に形成される。 本発明のこの実施例においてアノードの抵抗を最小限にするために、複数の中 空円筒形状の、ｐ導電領域２２をｐ導電層３から素子１の裏面７まで延在させて かつそこで接点箇所に接続するようにできる。 素子１の裏面側の表面７に隣接配置されている、ｎ導電層２およびｐ導電層３ の電極１０ないし１１に基づいて、素子１は非常に簡単にプリント配線板に接続 されかつこれにより電気回路に集積される。このために単に、電極１０および１ １の接点箇所１０ａおよび１１ａをこのために設けられている、プリント配線板 の接点面に載置しかつはんだ付けまたは超音波溶接に基づいて固定しさえすれば よい。素子１の電極とプリント配線板との間の、例えばはんだ付けブリッジのよ うな付加的な接続エレメントは不要である。 本発明の第２の実施例は第２図に示されている。第１図に図示の実施例とは単 に、ｐ導電層３と電極１０ ，１１を有する、素子１の裏面側の表面７との間の接続構成に関して相異してい るだけである。 第２図の実施例によれば、ｐ導電層３と素子１の裏面側の表面７との間にｐ型 の円筒形状の、半導体チャネル２５が延在している。ｐ導電チャネル２５は有利 には、３０μｍないし１００μｍの直径を有しておりかつ熱拡散を用いて製造さ れる。 熱拡散の原理は、例えばシリコンのような半導体材料における金属ドーピング 材料の可溶性は温度に依存しておりかつ温度が上昇するに従って増加することに 基づいている。十分に加熱された半導体素子の２つの相対向する表面の間に温度 勾配が生じかつ素子のより冷えている表面に適当なドーピング材料が供給される と（例えばｎ導電領域からｐドーピングするためのアルミニウム）、金属ドーピ ング材料は、半導体素子の、相対向する、比較的熱い方の表面に移動する。例え ば酸化層を用いた、ドーピング材料が供給される比較的低温の表面の相応の構造 化によって、この形式のチャネルの形状が意図的に生じるようになる。 熱拡散が最適に実施されるようにする、圧力、温度および別のパラメータに関 する詳細は、関連の文献、例えば米国特許第３９９８７６４号明細書を参照する ことができる。 第１図の実施例の場合のように、ここでも、電極１１が配置されている、半導 体チャネル２５の端部に、 付加的な、ｐドーピング領域２７が設けられている。この領域はチャネル２５を 取り囲みかつ０．６μｍの厚さ（チャネル２５の長手延在方向において）を有し ている。 第３図には、センサ素子１の構成に関して第１図および第２図と基本的に一致 しているが、素子１の裏面側の表面７におけるｐ導電層３と所属の電極１１との 間の接続を形成するための第３の変形が例示されている。 第３図によれば、円筒形状の通路３１が素子１の、放射側の表面領域６から素 子の裏面側に延在している。この通路は５０μｍないし１５０μｍの直径を有し ておりかつｎ導電層２が通っている部分に、絶縁層３２を備えている。通路３１ には、ｐ導電層３から素子１の裏面側の表面７における層３の接続電極１１まで 金属接続エレメント３０が延在している。適当な通路３１は、レーザを用いて、 切削によりまたはイオンビームエッチングにより形成することができる。引き続 いて、通路３１の壁に周知の手法で絶縁層３２が施され、その結果通路３１に配 置される金属性の接続エレメント３０（例えばワイヤまたは導体板）がｎ導電層 ２に接触することはない。 本発明のこの実施例は、ショットキー検出器およびＭＯＳ検出器において特別 有利に使用される。 ショットキー接合は。第３図の実施例では、第２の 、薄い層３を、検出すべき放射を透過する金属材料から製造することによって実 現される。その際熱平衡状態において、金属３とｎ型半導体２との間に電位障壁 が生じる。入射光によってホト電流が生成されるが、ｐｎ接合とは異なって、多 数キャリアだけが電流形成に関係してくる。 薄い金属の第２層、例えば透明なＡｕ層と、半導体第１層、例えばｎドーピン グＳｉ層との間に更に酸化層、例えばシリコン酸化層が設けられれば、ＭＯＳ接 合が実現される。 両方の場合において（ショットキー接合およびＭＯＳ接合）、第３図の本発明 の実施例は、薄い金属の第２層の接続電極１１を半導体第１層２の接続電極１０ と並んで素子１の裏面に配置することができるようにするために直ちに適用可能 である。 第４図には本発明の第４の実施例が示されており、ここでは半導体素子１の放 射側の表面領域６がｐ導電層３の表面によって形成される。これまで説明してき た実施例とは異なって、この場合、放射側の表面領域６は素子１の外側の端部１ ２および１２′まで延在している。この種の全面のｐ導電層は、ホトリソグラフ ィーによる構造定義なしに、ウェハから形成することができる。半導体素子の個 別化のために、相応の全面に形成されたｐｎ接合が垂直方向に切り取られる。 半導体素子１の外側の端部１２の近傍で、ｐ導電層 ３に接点エレメント１３が配置されている。接点エレメント１３に対向して、素 子１の裏面側に付加的なｐ導電領域９が配置されている。この領域に、ｐ導電層 に対する接続電極１１が配置されている。接続電極１１は、対向する接点エレメ ント１３に、合成樹脂から成るクランプ式の連結部材４０を介して導電接続され ている。連結部材には金属性の接続エレメント４１（例えば銅板）が延在してい る。 それ故に光電センサ素子１は、これまで説明してきた実施例（第１図ないし第 ３図）の場合と同様に、裏面側の電極１０および１１を用いて電気回路、殊にプ リント配線板に接続することができる。 連結部材４０は、第１図ないし第３図の実施例においても、付加的な接続手段 としても、即ち半導体チャネル２５に対して付加的に使用することができる。 センサ素子１が十分大きなバンドギャップを有する半導体材料、例えばポリー 形式に応じて、２．２ｅＶないし３．３ｅＶのバンドギャップを有する炭化シリ コンから製造されるとき、赤外線放射および可視光線の一部は裏面側の表面７か らｎ導電層２を通って阻止層４に侵入する可能性がある。この場合ｎ導電層２は 、大きなバンドギャップに基づいて、上述の電磁放射に対するウィンドウとして 作用する。素子１のこのような構成の場合、阻止層４に、ホト電流を生成するた めの光が前面からも裏面からも侵入する可能性がある センサが生じる。 その場合素子１は、所属の電気回路の技術上の所与の条件（スペースの状態、 機能、別の素子との協働等）に応じて、選択的に、前側かまたは裏側に必要な接 続電極を備えるようにすることができる。電極を備えている、素子の表面がプリ ント配線板上に載置されかつ相対向する表面が放射源に対して配向される。 第５図には、素子１の、放射側の表面領域６′がｎ導電性の層２の表面によっ て形成される、本発明の実施例が示されている。ｎ導電性の層２は凹所３５を備 えていて、ここを通って検出すべき電磁放射１８がｎ導電層２に、ひいては阻止 層４に侵入することができる。というのは、凹所３５は阻止層４の方向において 、放射側の表面領域６′と阻止層４との間の距離ａが検出すべき放射１８の、ｎ 導電層２への侵入深度より小さいような広がりを有しているからである。 半導体素子１を安定化するために、Ｕ字型の、ｎ導電層２は応力最適に実現さ れている。付加的に、凹所２５には検出すべき放射１８を透過する材料３６が充 填されている。 本発明のセンサ素子のこの実施例では、半導体層２および３の接続電極１０な いし１１は素子の表面７′に配置されており、この表面に沿ってｐ導電層３が延 在している。この表面７′は絶縁層１７および１７′によって構造化されており かつ低抵抗の、強くｎドー ピングされた領域５を備えている。この領域は電極１０に対するオーミック接点 として用いられる。 要約すると、これまで説明してきた実施例は、本発明の光電センサ素子を種々 に構成しかつ種々様々な要求に整合することができることを示すものである。そ の際素子の、プリント配線板または類似のものへの簡単な接続が２つの電極の、 素子の裏面での相互に隣接した共通の配置によって可能になる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１２月２２日（１９９７．１２．２２） 【補正内容】 明 細 書 光電センサ素子 本発明は、請求項１に上位概念に記載の光電センサ素子に関する。 光電センサ素子は、電磁放射エネルギー（ホトン）を電気信号に変換する、測 定技術において非常に重要である放射受信機である。例えば、長さ測定装置およ び角度測定装置（インクリメンタルまたは絶対形式）のような位置測定装置にお いて、格子構造の後に複数の放射受信機（殊にホトエレメント）が配設されてい る。 この形式の放射受信機は通例、阻止層ホト検出器として形成されている。これ らはＰＮ接合、ＰＩＮ接合、ＭＳ接合またはＭＯＳ接合を含んでおり、ここでホ ト阻止層効果を用いて電磁放射エネルギーの、電気信号への変換が行われる。電 気信号を測定しかつ評価することができるようにするために、放射受信機は電気 接点を備えかつ適当な電気回路に接続されていなければならない。電気回路への このような集積は、プリント配線板において行われることが多い。従って放射受 信機は有利にはＳＭＤ素子（Surface Mounted Devices）として形成される。 ヨーロッパ特許出願公告第０４６４２３２号公報か ら、電子素子に対するはんだ付け接続体が公知である。これは、複数のホトエレ メントを電気回路に集積するために使用することができる。ホトエレメントは例 えば、接点面として形成されている金属化された裏面がプリント配線板上に固定 される。はんだ付け接続体は複数のはんだ付けブリッジを有しておりかつホトエ レメントの前側に配置されている第２の接点をプリント配線板の対応する導体路 に接続するために用いられる。はんだ付けブリッジは、所望の電気回路の製造が 容易になるように、目標破断箇所および撓み縁部を備えている。しかしプリント 配線板上の限られたスペースのために、この措置にも拘わらず、はんだ接続の製 造は困難であることがしばしば認められている。 支持板上に存在する光電素子の接触接続のための方法は、ドイツ連邦共和国特 許出願公開第４２２８２７４号公報からも公知である。その際、素子の、支持板 とは反対側に配置されている光電素子の接点は、プラスチック層の上に配置され ている導体路を用いて、素子の隣りに存在する、支持板の接続面と接続される。 この方法を使用した場合、プリント配線板上の素子の所要スペースは、プラスチ ック支持板を含めて導体路の付加的な所要スペースによって拡大される。 ヨーロッパ特許出願公開第０４５２５８８号公報から、半導体サブストレート 上にｎ型の半導体層が配置されている太陽電池が公知である。ｎ型の半導体層お よびサブストレートの一部は２つの層に切り込みを形成するために腐食除去され る。ｎ型の半導体層上に、ｐ型の半導体層が被着されかつその上に同じ導電型の 別の層並びに反射防止膜が被着される。切り込み内並びにｐ型の半導体層上に電 極が取り付けられかつサブストレートの切り離しによって、ｐ型の半導体層に接 続されている電極が素子の裏面まで貫通して達するようにされ、そこで電極は平 面電極と導電接続されている。 上側の層並びにｐ型の半導体層の腐食除去およびｎ型の半導体層並びに残って いるサブストレートへの切り込みのエッチングによって、ｎ側の電極が形成され る。この電極が、ｎ型の半導体層を素子の裏面およびそこに設けられている平面 電極に接続する。従って、この公知の太陽電池では、２つの半導体層間の導電接 続は、切り込み内に設けられた導電層によって形成される。 米国特許第４８９７１２３号明細書から、一方の導電型の半導体サブストレー トとサブストレートを介して延在している別の導電型の接合領域とを備えた太陽 電池が公知である。第１の半導体層はサブストレートの前面に配置されておりか つその上に反対の導電型の第２の半導体層が配置されているので、２つの層がｐ ｎ接合を形成している。第２の半導体層は、太陽電池の前面から裏面に延在して いる接合領域に接続されて いる。 太陽電池の前面に、一方の半導体層に接続されている接点電極が配置されてお りかつ太陽電池の裏面に、他方の半導体層に接続されている接点電極が設けられ ている。付加的に、別の接点電極が太陽電池の裏面に取り付けられており、これ は、導電性の連結部材を介して前面に配置されている、一方の半導体層に接続さ れている電極と接続されている。この公知の太陽電池の製造の際に、工程の１つ において、一方の半導体層は接合領域を介して素子の裏面に対して接続が行われ る。この時点で素子は切断されかつ前面に配置されている接点電極間の電気的な 接続が、素子の裏面に配置されている接点電極に対して接続エレメントを介して 形成される。しかし、半導体層間の接合領域とは一致していない半導体接続エレ メントを介する接続は行われていない。 米国特許第３９０３４２８号明細書から、半導体ウェハの表面に放射形状の電 流検出パスが設けられており、一方半導体ウェハの裏面が金属層に接続されてい る、太陽電池が公知である。半導体ウェハを通して、絶縁層によって被覆されて いる孔が設けられている。この孔の中に接点ピンが挿入される。接点ピンは前面 に導電金属リングを有しており、それは電流検出パスと導電接続されている。裏 面には接点ピンが金属層を通って突出しているので、前側の電流検出パスと接点 との間の導電接続が半導体ウェハの裏面に設けられているようになる。 米国特許第３９０３４２７号明細書から、ウェハに、絶縁層によって被覆され ている複数の孔が設けられている、太陽電池が公知である。太陽電池の前面に配 置されている表面層は裏面の金属層と線路を介して接続されており、これら線路 は前側において金属接点として実現されている電流検出点を備えている。ウェハ の裏面は第１の導体に接続されているが、この導体は太陽電池の裏面に対する電 気接続部を有してはいない。 米国特許第３５４９９６０号明細書から、放射側の表面領域に相対向している 表面に、相互にかみ合っているフィンガ部から成っているｐ接点およびｎ接点が 設けられている、半導体ウェハが公知である。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の光電センサ素子において、一方の半導体 層と素子の、放射側の表面領域と相対向する表面における接点箇所との間の簡単 に製造することができる接続を障害のない電子構造によって提供することである 。 この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。 本発明は、光電センサ素子の両方の電極の接点箇所を該素子の１つの表面（裏 面）に配置することができるように光電センサ素子およびその電極が構成されて いれば、該素子をプリント配線板上の回路に著しく容易に接続することができる という認識に基づいている。この形式の素子は裏面が、付加的なワイヤまたは別 の接続エレメントを必要とすることなく、適当な接点面を備えているプリント配 線板に接続することができる。 本発明の解決法によって、一方の半導体層と素子の、放射側の表面領域と相対 向する表面における接点箇所との間に、イオンプランテーション、イオン拡散ま たは熱拡散によって簡単な手法で製造することができる接続が提供される。この 半導体接続エレメントは、半導体層と裏面の接点箇所との間の接続の障害に陥り にくい電子構造に対する前提条件を満足するものである。この半導体接続エレメ ントは、本発明の解決法の別の特徴によれば、半導体接続エレメントの周りの同 じ導電型の付加的な半導体領域によって接点箇所の領域において一層増強するこ とができる。 公知の素子と相異するところであるが、一方の半導体層から、素子の裏面に配 置されている接点箇所に至る接続は、導電性の接続エレメントを用いてではなく て、素子の構造中に集積される半導体接続エレメントを用いて形成される。これ により製造プロセスは簡単化される。というのは、この接続は、素子ないしウェ ハの製造時に既に製造することができるからである。 光電素子は例えば、ｎ型の第１の半導体層から成っていることができ、この層 の上に、ｐ型の第２の半導体層が配置されている。２つの層の間に、空間電荷帯 域が接合領域（阻止層）として形成され、ここで入射する放射は吸収されてホト 電流を発生する。しかし、第１および第２の導電型の２つの半導体層の間に自己 導電性の中間層が阻止層として配置されているＰＩＮ接合も可能である。 第１の半導体層の上に、薄い金属層を配置して、ショットキー接合が生じるよ うにすることも可能である。第１の半導体装置と第２の金属層との間に酸化層が 設けられていれば、ＭＯＳ接合が実現される。この素子も、電磁放射を検出しか つ本発明の解決策を実現するのに適している。 ここで接合ないし接合領域とはそれぞれ、ホト効果を用いて、光エネルギーの 、電気信号への変換を行うことができる、光電素子の領域の謂いである。この概 念は、概念阻止層、空間電荷帯域、ｐｎ接合等に対する上位概念として使用され かついつも、吸収された放射が電気信号に変換される、半導体素子の全体の領域 を表すものである。これにより、例えば、阻止層に隣接する領域も含まれる。即 ち、この種の領域から、生成されたキャリアがその寿命の期間に電場帯域におい て拡散することができ、そこで電子が正孔から分離される、そういう領域も含ま れる。 放射側の表面領域とは、第１の層および第２の層並びに接合領域から成る、素 子の中核の表面の謂である。即ち、この表面を通って、検出すべき放射が接合領 域に侵入することができ勝つ素子をセンサとして使用する場合、検出すべき放射 に配向されている表面である。従って、それは必ずしも広義の意味での素子の表 面である必要はな意（それには、反射防止層、構造化絶縁層および類似のものも 属している）例えば、放射側の表面領域に更に反射防止層を配置することができ る。 入射する放射が出来るだけ大部分接合領域に達するように、２つの層の少なく とも１つの層（例えば半導体かまたは金属である第２の層）は、相応の材料にお ける検出すべき放射の侵入深度よりも薄い。他方の層はしばしばより厚く実現さ れておりかつこれにより素子の安定性が保証される。それから素子は作動中、比 較的薄い、第２の層が検出すべき放射の方に向くように配向される。しかし、放 射が比較的厚い第１の層を通って接合領域に達するようにした実施例も可能であ る。 安定性を与える、比較的厚い第１の層に基づいて、センサ素子は通例実質的に 、その間に接合層が形成される２つの層からのみ成っている。更に、場合によっ ては、反射防止層並びに例えば素子の表面の構造化のために用いられる薄い絶縁 層がある。しかし、接合領 域を形成する、２つの能動層の支持体としてのサブストレートは省略することが できる。 本発明の有利な実施例において、素子の放射側の表面領域は少なくとも部分的 に、導電性の接続エレメント（ドーピングされた半導体または金属）が第２の層 から放射側の表面領域に相対向している、素子の表面まで延在しておりかつそこ で電極を介して第２の層に対する接点箇所と導電接続されている。 その際、放射側の表面領域が少なくとも部分的に第２の層によって形成される という特徴は必ずしも、素子が第２の層で終端していることを意味するものでは ない。ここでは単に、第１の層および第２の層並びに接合領域から成る、素子の 中核のことを問題にしているだけであって、その上に、例えば反射防止層のよう な更に補足的な層を配置することができる。 その際、第２の層および接続エレメントは共に半導体に形成することができる 。その場合これらは同じ導電型を有していなければならない（両方ともｐまたは ｎドーピングされている）。 本発明では、半導体接続エレメントが第２の層とその電極との間の唯一の導電 接続部を形成しかつその際素子それ自体を通って延在しているようにすれば、セ ンサ素子の特別簡単な構造が実現される。しかし半導体の接続エレメントに対し て付加的に金属接続エレメントも設けることができる。 半導体接続エレメントの製造の際に、電極を備えている方の素子の表面（即ち 第２の層に相対向している表面）の近傍にしばしば、電子構造中に障害が形成さ れるので、半導体の接続エレメントをそこで同一の導電型の付加的な半導体領域 によって取り囲むと有利である。この種の付加的な半導体領域は例えば、イオン プランテーションまたはイオン拡散によって形成することができかつ、第２の半 導体層と、素子の他方の側に配置されているこの層の電極との申し分ない接続を 可能にする。 付加的な半導体領域は有利には、それが素子の裏側の表面の近傍における接続 エレメントの障害が生じ易い縁領域全体をカバーするような大きさを有している 。接続エレメントの延在方向に対して平行である、この領域の広がりは、典型的 には約６μｍである。 第２の層が導電接続エレメントを介して素子の他方の側の電極に接続されてい るという装置の抵抗を最小限にするために、素子において複数の（平行に延在す る）接続エレメントを設けることができる。 通路は有利には円筒形状でありかつ通路を含んでいる領域は中空円筒形状に形 成されており、その際通路は１０μｍないし１５０μｍの直径を有している。通 路を含んでいる領域の厚さは有利には、３μｍと１０μｍとの間にある。通路は 、集中レーザビームによって製造することができかつ通路を含んでいるドーピン グされた領域は拡散によって製造することができる。 別の有利な変形において、少なくとも１つの半導体チャネルが第２の層から素 子の、放射側の表面領域に相対向している表面まで延在しており、それは第２の 層と同じ導電型を有しかつ素子の裏面で第２の層と接触接続することができるよ うになっている。 この場合、約５μｍないし１５０μｍ、有利には３０μｍないし８０μｍとい う横断面直径を有する半導体チャネルは、ドーピング材料の、素子への例えば熱 拡散を用いて生成することができる。熱拡散の詳しい説明は、図面に基づいた本 発明の実施例の説明において行われる。 素子の、放射側の表面領域が少なくとも部分的に第２の層の表面によって形成 される、本発明の別の実施例によれば、素子の、放射側の表面領域に相対向して いる表面において、第２の層の導電型を有する付加的な領域が設けられている。 第２の層の導電型のこの領域は、金属性の接続エレメント、殊にその中かまたは その上に接続エレメントが延在している絶縁性の連結部材を介して相互に導電接 続されている。第２の層の接続電極は、第２の導電型の付加的な領域に配置され ている。 本発明のこの実施例を、半導体の接続エレメントが放射側の表面領域から接点 エレメントを備えている、素子の表面まで延在している、冒頭に述べた形式の変 形と組み合わせても有利である。 連結部材または類似のものとの導電接続の製造に対して殊に、第２の層が少な くとも、素子の、放射側の表面の縁の１つまで延在しているようにすれば、有利 である。このために、素子をウェハから個別化する際に接合領域を垂直に切り離 すことが必要である。 更に、第１の（半導体の）層を、検出すべき放射が素子の、第２の層に相対向 している表面を通しても接合領域（阻止層）に侵入することができる程度の大き さのバンドギャップ（例えば炭化シリコン）を有する材料から形成することがで きる。この種の光電センサ素子により、前方入射（第２の層を介する）の他に、 有効な後方入射（第１の層を介する）も可能になる。 放射側の表面領域が第１の（半導体）層の表面によって形成される、本発明の 素子の実施例は、素子の放射側の表面領域と阻止層との間の材料の厚さが検出す べき放射の侵入深度より小さいような凹所を第１の層に有している。この実施例 において素子の安定性を保証するために、第１の層における凹所が検出すべき放 射を透過する材料によって充填されているようにすることができる。 本発明のこの実施例では、２つの層の接点は、素子の、第２の層が延在してい る方の側に配置される。 本発明は、複数の独立した接合領域（例えばＰＮ接合）、従って複数の放射に 感応する表面領域を有して いる素子にも有利に使用される。その際これら素子は、複数の接合領域を有する 一体型の半導体素子（モノリシックアレイ）並びに複数の素子から成るハイブリ ッドアレイとすることができる。それぞれの接合領域に１つの電極対が配属され ており、該電極対の接点箇所は素子の一方の側にある。 更に、本発明は、接合領域を形成する２つの素子の電極が、２つの層の一方そ れ自体によって形成されるもしくは定められる、素子の表面に配置されている素 子に特別有利に使用される。ここで、電極を備えている層が更に薄い反射防止層 、表面の構造化のための薄い絶縁層または類似のものを有しているような素子も 含まれるが、電極を備えている層が装置全体を支持する（絶縁性のまたは半導体 の）サブストレートを形成しているような層は含まれない。 更に、層の接点箇所を、はんだ付け可能なおよび／またはワイヤボンディング 可能なおよび／または導電接着可能な材料から形成すると有利である。 本発明の別の利点は図面に基づいた実施例の以下の説明において明らかになる だろう。 その際： 第１図は、素子の前側から後ろ側に中空円筒形状の、半導体の接続エレメントを 備えた本発明の光電センサ素子の実施例を示し、 第２図は、素子の前側から後ろ側に円筒形状の、半導 体の接続エレメントを備えた実施例を示す。 第１図には、本発明の光電センサ素子の第１の実施例が図示されている。素子 １の半導体基板は例えば、素子１の半導体基板は例えばシリコンから成っており かつ広いｎ導電層１（３３０μｍから４００μｍ）を有しており、その前側の表 面には、著しく薄いｐ導電層３（約０．５５μｍ厚）が延在している。２つの半 導体層２，３の間に、空間電荷帯域４（空乏化帯域）が形成され、それは阻止層 として作用する。 素子１の前側（前面）は、反射防止層１５を備えておりかつ例えば酸化シリコ ンから成っていることができる絶縁性の層１６および１６′によって構造化され ている。２つの絶縁性の層１６，１６′の間に放射側の表面領域６が延在してい る。この領域はｐ導電性層３の表面によって形成される。 この表面領域６に到来する電磁放射１８はｐ導電層３を通って空間電荷帯域４ に達しかつそこで大部分が吸収される。その際空間電荷帯域４に電子−正孔対が 生じる。空間電荷領域はこれらキャリア対を分離する。即ち、電子はｎ側に流れ 、正孔はｐ側に流れる。入射放射量の尺度であるこれらのホト電流を測定するこ とができるようにするために、素子１は適当な電気回路に集積されていなければ ならない。この種の電気回路は複数のホトエレメントおよび別の半導体素子を有 していることが多い。これらは１つのプリント配線板 上に共通に配置される。 素子１をこの形式の電気回路に接続するために、絶縁層１７によって構造化さ れている、素子の裏面側の表面７に電極１０および１１が設けられている。電極 ははんだ付け可能な材料から成る扁平な接点箇所１０ａおよび１１ａを有してい る。その際裏面側の表面７は、ｎ導電層２それ自体の表面によって形成される。 ｎ導電層２の接続電極１０は、半導体層２の領域５に配置されている。この領 域は、接点抵抗を最小限にするために低抵抗であって、強くドーピングされてい る。 ｐ導電層３の接続電極１１を同様に、素子１の裏面側の表面７に配置すること ができるようにするために、円筒形状の通路２１が延在している。この通路は、 約１００μｍの直径を有しており、素子１の、放射側の表面領域６から素子の後 ろ側にまで至っている。通路２１は全長が完全に中空円筒形状の、ｐ導電領域２ ２によって取り囲まれている。この領域の厚さは３μｍないし１０μｍである。 ｐ導電層３の接続電極１１は、通路２１の裏面側の端部で、ｎ導電層２の電極１ ０と並んで配置されている。 通路２１の裏面側の端部は更に付加的なｐ導電領域２４によって取り囲まれて いる。この領域は例えば、イオンプランテーションまたはイオン拡散によって製 造することができる。この領域は中空円筒形状の領域 ２２を介してｐ導電層２と電極１１とが申し分なく接続されるようにするもので ある。付加的なｐ導電領域２４の広がりは、それが中空円筒形状の領域２２の表 面近傍部分を次のように取り囲むように選定される。即ち、中空円筒形状の領域 ２２の製造の際に表面近傍に発生する、電子構造中の障害が出来るだけ大幅に取 り除かれるようにである。この付加的なｐ導電領域の厚さ（通路２１の延在方向 に対して平行である方向の広がり）は、０．６μｍのオーダにある。 通路２１それ自体は、集中レーザビームを用いて生成することができる。この 通路２１に基づいて、素子１のｐ導電領域２２を、それが３００μｍ〜４００μ ｍの厚さのｎ導電層２を介して素子１の裏面まで延在しているように構成するこ とが難なくできる。通路２１がなければ、ｐ導電層３と素子１の裏面側の表面７ との間の距離は、従来の拡散方法で間に合わせるには、著しく大きくなる。即ち 典型的には、ドーピング材料を拡散を用いて半導体層内に約１０μｍの深さに拡 散させるためには数時間かかる。この場合、適当なドーピング材料を含む気体が 通路２１に導入されて、ドーピング材料は通路２１の壁に侵入しかつ中空円筒形 状の、ｐドーピング領域２２を形成するのである。付加的なｐ導電領域２４は有 利には、中空円筒形状の領域２２の準備後に形成される。 本発明のこの実施例においてアノードの抵抗を最小 限にするために、複数の中空円筒形状の、ｐ導電領域２２をｐ導電層３から素子 １の裏面７まで延在させてかつそこで接点箇所に接続するようにできる。 素子１の裏面側の表面７に隣接配置されている、ｎ導電層２およびｐ導電層３ の電極１０ないし１１に基づいて、素子１は非常に簡単にプリント配線板に接続 されかつこれにより電気回路に集積される。このために単に、電極１０および１ １の接点箇所１０ａおよび１１ａをこのために設けられている、プリント配線板 の接点面に載置しかつはんだ付けまたは超音波溶接に基づいて固定しさえすれば よい。素子１の電極とプリント配線板との間の、例えばはんだ付けブリッジのよ うな付加的な接続エレメントは不要である。 本発明の第２の実施例は第２図に示されている。第１図に図示の実施例とは単 に、ｐ導電層３と電極１０，１１を有する、素子１の裏面側の表面７との間の接 続構成に関して相異しているだけである。 第２図の実施例によれば、ｐ導電層３と素子１の裏面側の表面７との間にｐ型 の円筒形状の、半導体チャネル２５が延在している。ｐ導電チャネル２５は有利 には、３０μｍないし１００μｍの直径を有しておりかつ熱拡散を用いて製造さ れる。 熱拡散の原理は、例えばシリコンのような半導体材料における金属ドーピング 材料の可溶性は温度に依存しておりかつ温度が上昇するに従って増加することに 基づいている。十分に加熱された半導体素子の２つの相対向する表面の間に温度 勾配が生じかつ素子のより冷えている表面に適当なドーピング材料が供給される と（例えばｎ導電領域からｐドーピングするためのアルミニウム）、金属ドーピ ング材料は、半導体素子の、相対向する、比較的熱い方の表面に移動する。例え ば酸化層を用いた、ドーピング材料が供給される比較的低温の表面の相応の構造 化によって、この形式のチャネルの形状が意図的に生じるようになる。 熱拡散が最適に実施されるようにする、圧力、温度および別のパラメータに関 する詳細は、関連の文献、例えば米国特許第３９９８７６４号明細書を参照する ことができる。 第１図の実施例の場合のように、ここでも、電極１１が配置されている、半導 体チャネル２５の端部に、付加的な、ｐドーピング領域２７が設けられている。 この領域はチャネル２５を取り囲みかつ０．６μｍの厚さ（チャネル２５の長手 延在方向において）を有している。 接続電極１１は、接続チャネル２１，２２ないし２５に対して付加的に、半導 体層３に、合成樹脂から成るクランプ式の連結部材を介して導電接続することが できる。連結部材には金属性の接続エレメント（例えば銅板）が延在している。 センサ素子１が十分大きなバンドギャップを有する 半導体材料、例えばポリー形式に応じて、２．２ｅＶないし３．３ｅＶのバンド ギャップを有する炭化シリコンから製造されるとき、赤外線放射および可視光線 の一部は裏面側の表面７からｎ導電層２を通って阻止層４に侵入することができ る。この場合ｎ導電層２は、大きなバンドギャップに基づいて、上述の電磁放射 に対するウィンドウとして作用する。素子１のこのような構成の場合、阻止層４ に、ホト電流を生成するための光が前面からも裏面からも侵入することができる センサが生じる。 その場合素子１は、所属の電気回路の技術上の所与の条件（スペースの状態、 機能、別の素子との協働等）に応じて、選択的に、前側かまたは裏側に必要な接 続電極を備えるようにすることができる。電極を備えている、素子の表面がプリ ント配線板上に載置されかつ相対向する表面が放射源に対して配向される。 要約すると、これまで説明してきた実施例は、本発明の光電センサ素子を種々 に構成しかつ種々様々な要求に整合することができることを示すものである。そ の際素子の、プリント配線板または類似のものへの簡単な接続が２つの電極の、 素子の裏面での相互に隣接した共通の配置によって可能になる。 請 求 の 範 囲 １．前以て決められた導電型を有する第１の半導体層（２）と、別の半導体導 電型の第２の層（３）と、前記２つの半導体層（２，３）の間の接合領域（４） と、検出すべき電磁放射（１８）が前記接合領域（４）に侵入することができる 少なくとも１つの放射側の表面領域（６，６′）と、前記２つの半導体層（２， ３）を電気回路に接続するために、前記素子（１）の、前記放射側の表面領域（ ６，６′）に相対向する表面（７，７′）に配置されているそれぞれ１つの接点 箇所（１０ａ、１１ａ）を有する２つの電極（１０，１１）とを備え、前記接点 箇所のうち第１の接点箇所（１１ａ）が接続エレメント（２２，２５）を介して 前記第２の層（３）に接続されている、光電センサ素子において、 前記接続エレメント（２２，２５）は半導体でありかつ前記第２の半導体層（３ ）と同じ導電型を有している ことを特徴とする光電センサ素子。 ２．前記１の半導体層（２）の導電型はｎ型でありかつ前記２の半導体層（３ ）の導電型はｐ型である 請求項１記載の素子。 ３．前記半導体接続エレメント（２２，２５）は、前記第２の層（３）と該第 ２の層の電極（１１）との 間の唯一の導電接続を形成する 請求項１記載の素子。 ４．前記半導体接続エレメント（２２，２５）は、前記放射側の表面領域（６ ）と相対向する端部で同じ導電型の付加的な半導体領域（２４，２７）によって 取り囲まれている 請求項１から３までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 ５．前記素子（１）において、複数の半導体接続エレメント（２２，２５）が 、前記第２の層（３）から前記素子（１）の、前記放射側の表面領域（６）に相 対向する表面（７）まで延在している 請求項１から４までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 ６．少なくとも１つの通路（２１）が、前記第２の層（３）から前記素子（１ ）の、前記放射側の表面領域（６）に相対向する表面（７）まで延在しておりか つ前記通路（２１）を包囲している、前記素子（１）の領域（２２）は前記第２ の半導体層（３）と同じ導電型である 請求項１から５までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 ７．前記通路（２１）は円筒形状に形成されており、１０μｍないし１５０μ ｍの直径を有しておりかつ前記第２の半導体層（３）の導電型の中空円筒形状の 領域（２２）によって包囲される 請求項７記載の素子。 ８．少なくとも１つの半導体チャネル（２５）が、前記第２の半導体層（３） から前記素子（１）の、前記放射側の表面領域（６）に相対向する表面（７）ま で延在しており、前記チャネルは前記第２の層（３）と同じ導電型を有している 請求項１から５までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 ９．前記チャネル（２５）は、１０μｍないし１５０μｍの直径を有する円筒 形状のチャネルとして形成されている 請求項８記載の素子。 10．前記チャネル（２５）は、３０μｍないし８０μｍの直径を有する 請求項９記載の素子。 11．前記第２の半導体層（３）は少なくとも、前記素子（１）の放射側の表面 の側方の縁部（１２，１２′）の１つまで延在している 請求項１から１０までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 12．前記放射側の表面領域（６）から該表面領域に相対向する表面（７）に、 前記半導体接続エレメント（２２，２５）に対して付加的に、金属接続部材（４ １）が延在している 請求項１１記載の素子。 13．前記金属接続部材（４１）は合成樹脂から成る連結部材中に配置されてい る 請求項１１記載の素子。 14．前記第２の半導体層（３）の厚さ（ｄ）は前記検出すべき放射の侵入深度 より小さくかつ前記放射側の表面領域（６）は少なくとも部分的に、前記第２の 半導体層（３）によって形成される 請求項１から１３までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 15．前記第１の半導体層（２）は、前記検出すべき放射（１８）が前記素子（ １）の、前記第２の半導体層（３）とは相対向している表面（７）を介しても前 記接合領域（４）に侵入することができるような大きさのバンドギャップを有す る材料から成っている 請求項１から１４までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 か１項記載の素子。 16．当該素子は少なくとも２つの独立した接合領域（４）を有しているかまた は別の素子（１）との組み合わせにおいて形成し、その際それぞれの接合領域（ ４）に１つの放射側の表面領域（６）が配属されておりかつ前記接点エレメント （１０，１１）の前記接点箇所（１０ａ、１１ａ）は１つのレベル（７，７′） に沿って配置されている 請求項１から１５までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 17．接合領域（４）の規則的な配置構成（アレイ）が設けられている 請求項１６記載の素子。 18．前記２つの層（２，３）の電極（１０，１１）は、前記素子（１）の、該 ２つの層（２，３）の１つそれ自体によって定められる表面（７，７′）に配置 されている 請求項１から１７までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 19．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は、はんだ付 け可能な材料から成っている 請求項１から１８までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 20．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は、導電接着 可能な材料から成っており、該材料によって、部品支持体に対する電気的接続を 導電性の接着剤によって形成することができる 請求項１から１９までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 21．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は、ワイヤボ ンディング可能な材料から成っている 請求項１から２０までのいずれか少なくとも１項記載の素子。 22．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は、はんだ付 け可能であると同時に導電接着およびワイヤボンディング可能である材料から成 っている 請求項１９から２１までのいずれか少なくとも１項記載の素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルマン ホーフバウアー ドイツ連邦共和国 トロストベルク ヨハ ン―ナムベルガー―シュトラーセ 46 (72)発明者 ベルント クリーゲル ドイツ連邦共和国 ベルリン オーステン トシュトラーセ １ (72)発明者 ペーター シュペックバッハー ドイツ連邦共和国 キルヒヴァイダッハ ヴィーゼンシュトラーセ 13 (72)発明者 マーティン ウルリッヒ ドイツ連邦共和国 ルーポルディング ハ ッスルベルク ６ (72)発明者 ルーペルト ディートゥル ドイツ連邦共和国 エンゲルスベルク ル ートヴィヒ―トーマ―シュトラーセ 48

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．前以て決められた導電型を有する第１の、半導体層と、別の半導体または 金属導電型の第２の層と、前記２つの層の間の接合領域と、 検出すべき電磁放射が前記接合領域に侵入することができる少なくとも１つの放 射側の表面領域と、 前記２つの層を電気回路に接続するためのそれぞれ１つの接点箇所を有する２つ の電極と を備えた光電センサ素子において、 前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ、１１ａ）が、前記素子（１） の、前記放射側の表面領域（６，６′）に相対向する表面（７，７′）に配置さ れている ことを特徴とする光電センサ素子。 ２．前記第２の層（３）は半導体に形成されておりかつ前記１の半導体層（２ ）の導電型はｎ型でありかつ前記２の半導体層（３）の導電型はｐ型である 請求項１記載の素子。 ３．前記第２の層（３）は金属導電型でありかつ前記第１の層（２）と前記第 ２の層（３）との間に酸化層が延在している 請求項１記載の素子。 ４．前記第２の層（３）の厚さ（ｄ）は前記検出すべき放射の侵入深度より小 さくかつ前記放射側の表面 領域（６）は少なくとも部分的に、前記第２の層（３）によって形成される 請求項１から３までのいずれか１項記載の素子。 ５．前記第２の層（３）から前記放射側の表面領域（６）に相対向する、前記 素子（１）の表面（７）まで少なくとも１つの導電接続エレメント（２２，２５ ，３０，４１）が延在しておりかつそこで前記第２の層（３）の接点箇所（１１ ａ）と導電接続されている 請求項４記載の素子。 ６．前記第２の層（３）および前記接続エレメント（２２，２５）は半導体に 形成されておりかつ同じ導電型を有している 請求項５記載の素子。 ７．前記半導体接続エレメント（２２，２５）は、前記第２の層（３）と該第 ２の層の電極（１１）との間の唯一の導電接続を形成する 請求項６記載の素子。 ８．前記半導体接続エレメント（２２，２５）は、前記放射側の表面領域（６ ）と相対向する端部で同じ導電型の付加的な半導体領域（２４，２７）によって 取り囲まれている 請求項６または７記載の素子。 ９．前記素子（１）において、複数の導電接続エレメント（２２，２５）が、 前記第２の層（３）から前記素子（１）の、前記放射側の表面領域（６）に相対 向する表面（７）まで延在している 請求項４から８までのいずれか１項記載の素子。 10．少なくとも１つの通路（２１）が、前記第２の層（３）から前記素子（１ ）の、前記放射側の表面領域（６）に相対向する表面（７）まで延在しておりか つ前記通路（２１）を包囲している、前記素子（１）の領域（２２）は前記第２ の層（３）と同じ導電型である 請求項４から９までのいずれか１項記載の素子。 11．前記通路（２１）は円筒形状に形成されており、１０μｍないし１５０μ ｍの直径を有しておりかつ前記第２の層（３）の導電型の中空円筒形状の領域（ ２２）によって包囲される 請求項１０記載の素子。 12．少なくとも１つの半導体チャネル（２５）が、前記第２の層（３）から前 記素子（１）の、前記放射側の表面領域（６）に相対向する表面（７）まで延在 しており、前記チャネルは前記第２の層（３）と同じ導電型を有している 請求項４から９までのいずれか１項記載の素子。 13．前記チャネル（２５）は、１０μｍないし１５０μｍの直径を有する円筒 形状のチャネルとして形成されている 請求項１２記載の素子。 14．前記チャネル（２５）は、３０μｍないし８０ ０μｍの直径を有する 請求項１３記載の素子。 15．金属接続エレメント（３０）が、前記第２の層（３）から前記素子（１） の、前記放射側の表面領域（６）に相対向する表面（７）まで延在している 請求項１から１４までのいずれか１項記載の素子。 16．通路（３１）が、前記第２の層（３）から前記素子（１）の、前記放射側 の表面領域（６）に相対向する表面（７）まで延在しており、前記通路の壁は、 前記第１の層（２）が通っている部分において絶縁層（３２）を備えており、か つ前記通路内に前記接続エレメント（３０）が配置されている 請求項１５記載の素子。 17．前記通路（３０）は円筒形状に形成されておりかつ５０μｍないし１５０ μｍの直径を有している 請求項１６記載の素子。 18．前記素子（１）の、前記放射側の表面領域（６）とは反対側の表面（７） において、前記第２の層（３）の導電型を有する別の領域（９）が設けられてお りかつ第２の導電型の該２つの領域（３，９）は金属接続エレメント（４１）に よって接続されている 請求項１から１７までのいずれか１項記載の素子。 19．前記放射側の表面領域（６）から該表面領域に相対向している表面（７） まで、連結部材（４０）が延在しており、該連結部材中または連結部材上に前記 金属接続エレメント（４１）が配置されている 請求項１５または１８記載の素子。 20．前記第２の層（３）は少なくとも、前記素子（１）の放射側の表面の側方 の縁部（１２，１２′）の１つまで延在している 請求項１から１９までのいずれか１項記載の素子。 21．前記第１の層（２）は、前記検出すべき放射（１８）が前記素子（１）の 、前記第２の層（３）とは相対向している表面（７）を介しても前記接合領域（ ４）に侵入することができるような大きさのバンドギャップを有する材料から成 っている 請求項４から２０までのいずれか１項記載の素子。 22．前記素子の放射側の表面領域（６′）は前記第１の層（２）の表面によっ て形成され、その際該第１の層（２）は、前記素子（１）の前記放射側の表面領 域（６′）と前記接合領域（４）との間の材料の厚さ（ａ）が前記検出すべき放 射（１８）の侵入深度より小さくなるように形成された凹所（３５）を有してい る 請求項１から３までのいずれか１項記載の素子。 23．前記第１の層（２）における前記凹所（３５）は、前記検出すべき放射（ １８）に対して透過性である材料（３６）によって充填されている 請求項２２記載の素子。 24．当該素子は少なくとも２つの独立した接合領域 （４）を有しているかまたは別の素子（１）との組み合わせにおいて形成し、そ の際それぞれの接合領域（４）に１つの放射側の表面領域（６）が配属されてお りかつ前記接点エレメント（１０，１１）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は １つのレベル（７，７′）に沿って配置されている 請求項１から２３までのいずれか１項記載の素子。 25．接合領域（４）の規則的な配置構成（アレイ）が設けられている 請求項２４記載の素子。 26．前記２つの層（２，３）の電極（１０，１１）は、前記素子（１）の、該 ２つの層（２，３）の１つそれ自体によって定められる表面（７，７′）に配置 されている 請求項１から２５までのいずれか１項記載の素子。 27．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は、はんだ付 け可能な材料から成っている 請求項１から２６までのいずれか１項記載の素子。 28．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は、導電接着 可能な材料から成っており、該材料によって、部品支持体に対する電気的接続を 導電性の接着剤によって形成することができる 請求項１から２７までのいずれか１項記載の素子。 29．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ ａ，１１ａ）は、ワイヤボンディング可能な材料から成っている 請求項１から２８までのいずれか１項記載の素子。 30．前記２つの層（２，３）の前記接点箇所（１０ａ，１１ａ）は、はんだ付 け可能であると同時に導電接着およびワイヤボンディング可能である材料から成 っている 請求項２７から２９までのいずれか１項記載の素子。