WO2015064750A1 - 光検出装置 - Google Patents

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WO2015064750A1
WO2015064750A1 PCT/JP2014/079106 JP2014079106W WO2015064750A1 WO 2015064750 A1 WO2015064750 A1 WO 2015064750A1 JP 2014079106 W JP2014079106 W JP 2014079106W WO 2015064750 A1 WO2015064750 A1 WO 2015064750A1
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WO
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fabry
interference filter
perot interference
light
photodetector
Prior art date
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PCT/JP2014/079106
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English (en)
French (fr)
Inventor
柴山　勝己
笠原　隆
真樹 廣瀬
敏光 川合
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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Publication date
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Priority to EP14857161.5A priority patent/EP3064912B1/en
Priority to KR1020167005472A priority patent/KR102273849B1/ko
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Priority to US16/662,448 priority patent/US10895501B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0286—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by temperature, humidity or pressure, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a spectrometer, e.g. vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a light detection apparatus including a Fabry-Perot interference filter.
  • Patent Document 1 describes a conventional photodetector.
  • a light receiving element is disposed on a support substrate.
  • a Fabry-Perot interference filter is bonded onto the light receiving element via an adhesive layer.
  • a bonding pad for electrical connection of the light receiving element is disposed on the upper surface of the light receiving element.
  • the Fabry-Perot interference filter is disposed away from the bonding pad on the upper surface of the light receiving element when viewed from the light transmission direction of the Fabry-Perot interference filter.
  • an object of the present invention is to provide a photodetector that can be miniaturized.
  • a photodetector includes a wiring board having a main surface, a photodetector disposed on the main surface of the wiring board and electrically connected to the wiring board, and the main surface of the wiring board. And a Fabry-Perot interference filter that has a light transmission region and is disposed on the main surface of the wiring board via the support member.
  • the Fabry-Perot interference filter is supported in the peripheral region of the transmission region, and the support member has an opening that communicates the inside of the peripheral region and the outside of the peripheral region when viewed from the light transmission direction in the light transmission region. Have.
  • an opening is provided in the support member. For this reason, even when the bonding pad electrically connected to the photodetector is disposed in the peripheral region of the light transmission region, wiring for electrically connecting the bonding pad and other elements is provided. It can be provided so as to pass through the opening of the support member. Thereby, the electrical connection with respect to a photodetector can be ensured. Therefore, when viewed from the direction of light transmission in the Fabry-Perot interference filter, there is no need to dispose the bonding pad outside the Fabry-Perot interference filter. Therefore, the size of the photodetection device can be made substantially equal to the size of the Fabry-Perot interference filter. Therefore, the photodetection device can be reduced in size.
  • one end of a wire electrically connected to the photodetector or the Fabry-Perot interference filter is connected, and the photodetector or the Fabry-Perot interference filter is connected.
  • a wire connection part for inputting or outputting an electric signal may be further provided, and the upper surface of the wire connection part may be disposed at a position lower than the upper surface of the Fabry-Perot interference filter. According to this configuration, it becomes easy to connect the wire from the Fabry-Perot interference filter or the photodetector to the lead pin.
  • the upper surface of the wire connection portion may be disposed at a position lower than the upper surface of the support member. According to this configuration, it becomes easy to connect the wire from the Fabry-Perot interference filter or the photodetector to the lead pin.
  • the wire connection portion includes a first wire connection portion that is electrically connected to the photodetector, and a second wire connection portion that is electrically connected to the Fabry-Perot interference filter.
  • the first direction in which the distance between the wire connection portion and the Fabry-Perot interference filter is the shortest intersects the second direction in which the distance between the second wire connection portion and the Fabry-Perot interference filter is the shortest. Also good. According to this configuration, the arrangement of the wires is prevented from becoming complicated, and the workability of wire bonding is improved.
  • the bonding pads electrically connected to the light detector may be disposed in the surrounding region. According to this configuration, it is possible to provide wiring for electrically connecting the bonding pad and another element so as to pass through the opening of the support member. Thereby, the electrical connection with respect to a photodetector can be ensured. Therefore, as compared with the case where the bonding pad is disposed outside the region surrounded by the support member, a space for disposing the bonding pad becomes unnecessary. Therefore, the photodetection device can be reduced in size.
  • the Fabry-Perot interference filter has a bonding pad, and the support member is located at a position corresponding to the bonding pad of the Fabry-Perot interference filter when viewed from the transmission direction. It may be arranged. According to this configuration, the bonding pad of the Fabry-Perot interference filter is supported by the support member provided at a position corresponding to the bonding pad in the wire bonding process at the time of manufacturing the photodetector. Therefore, wire bondability can be improved.
  • the support member may be separated from the light transmission region of the Fabry-Perot interference filter when viewed from the transmission direction. According to this configuration, since the support member and the light transmission region are separated from each other, even when a material such as a resin used for the bonding portion protrudes from the bonding portion at the time of manufacturing the photodetector, the resin or the like The material can be prevented from entering the light transmission region.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a manufacturing process of the photodetection device following FIG.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a manufacturing process of the photodetection device following FIG. 4.
  • FIG. 6 is a side view corresponding to FIG. It is the figure which expands and shows the VII-VII sectional view taken on the line in FIG. 5 (B), and its part.
  • It is a top view which shows the manufacturing process of the photon detection apparatus following FIG.
  • It is a top view which shows the modification of a photon detection apparatus.
  • It is a top view which shows the modification of a photon detection apparatus.
  • the spectroscopic sensor (light detection device) 1 includes a wiring board 2, a light detector 3, a plurality of spacers (support members) 4, and a Fabry-Perot interference filter 10. .
  • the wiring board 2 has a main surface 2A.
  • a mounting portion 2a On the main surface 2A of the wiring board 2, a mounting portion 2a, a plurality of electrode pads (bonding pads) 2b, and a mounting portion 2c are provided.
  • the photodetector 3 is mounted on the mounting portion 2a.
  • a temperature compensation element such as a thermistor is mounted on the mounting portion 2c.
  • the electrode pad 2b_1 is electrically connected to the mounting portion 2a by the wiring 2d.
  • the electrode pad 2b_2 (the electrode pad 2b_2 that is not electrically connected to the mounting portion 2a) is electrically connected to the mounting portion 2c by the wiring 2d.
  • the electrode pad 2b_2 (electrode pad 2b_2 not electrically connected to the mounting portion 2a) electrically connects the thermistor and the like mounted on the mounting portion 2c to the outside of the spectroscopic sensor 1.
  • the photodetector 3 is, for example, an infrared detector. Examples of the infrared detector include a quantum type sensor using InGaAs or the like, or a thermal type sensor using a thermopile or a bolometer. Note that a silicon photodiode or the like can be used as the photodetector 3 when detecting each region of ultraviolet (UV), visible, and near infrared.
  • the plurality of spacers 4 are fixed on the main surface 2A of the wiring board 2.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 is fixed on the plurality of spacers 4. In this way, the plurality of spacers 4 support the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 is disposed on the main surface 2 ⁇ / b> A of the wiring board 2. At this time, in order to suppress the influence of thermal distortion on the Fabry-Perot interference filter 10, it is preferable that the plurality of spacers 4 and the Fabry-Perot interference filter 10 are fixed by an adhesive portion.
  • the bonding portion is made of a flexible resin material.
  • the resin material constituting the bonding portion for example, various resin materials such as silicone, urethane, epoxy, acrylic, and hybrid can be used.
  • a material having an elastic modulus (or Young's modulus) of 0.1 GPa or less is used as the resin material.
  • the resin material is preferably selected from those cured at room temperature or cured at low temperature.
  • the die bond resin 5 as an adhesive for adhering the spacer 4 and the Fabry-Perot interference filter 10 is softer than the adhesive for adhering the spacer 4 and the wiring board 2 after curing.
  • the spacer 4 and the Fabry-Perot interference filter 10 are preferably fixed with an adhesive made of a silicone-based resin material having an elastic modulus after curing of less than 10 MPa.
  • the spacer 4 and the wiring board 2 are preferably fixed with an adhesive made of an epoxy resin material having an elastic modulus after curing of 100 MPa or more.
  • the material of the plurality of spacers 4 for example, silicon, ceramic, quartz, glass, plastic, or the like can be used.
  • the material of the plurality of spacers 4 is less than that of the material of the Fabry-Perot interference filter 10. It is preferable that the materials have the same or a small expansion coefficient.
  • the plurality of spacers 4 are preferably formed of a material having a low thermal expansion coefficient such as quartz or silicon.
  • the photodetector 3 faces the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10 between the wiring board 2 and the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the photodetector 3 detects the light transmitted through the Fabry-Perot interference filter 10.
  • a temperature sensor such as a thermistor may be installed on the wiring board 2.
  • the wiring board 2, the photodetector 3, the plurality of spacers 4, and the Fabry-Perot interference filter 10 are accommodated in a CAN package.
  • the wiring board 2 is fixed on the stem, and the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10 faces the light transmission window of the cap.
  • the electrode pad 2b of the wiring board 2 is electrically connected to each of the lead pins that penetrate the stem by wire bonding.
  • the terminals 12 and 13 of the Fabry-Perot interference filter 10 are electrically connected to each of lead pins penetrating the stem by wire bonding.
  • Input / output of an electrical signal to / from the photodetector 3 is performed via the lead pin, the electrode pad 2b, and the mounting portion 2a.
  • a voltage is applied to the Fabry-Perot interference filter 10 through lead pins and terminals 12 and 13.
  • the spacer 4 When viewed from the light transmission direction of the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10, the spacer 4 is a region surrounding the light transmission region 11 (a region not including the light transmission region 11, the light transmission region 11 being It is arranged so as to have an opening that communicates the inside of the surrounding area) and the outside of the surrounding area.
  • an element for example, the spacer 4
  • has an opening means that the element has a cut at least at one place.
  • the element is not an annular element surrounding a certain region (for example, the light transmission region 11) without a gap.
  • the length relationship between the element and the opening is not particularly limited.
  • the spacer 4 is provided on a part of the circumference of a figure such as a circle or a polygon surrounding the light transmission region 11 and the spacer 4 is not provided on the whole (the spacer 4 is not provided). If there is a portion), the spacer 4 is assumed to have an opening.
  • the spacers 4 are preferably disposed at least on both sides of the light transmission region 11 when viewed from the light transmission direction.
  • the spacer 4 having an opening there is a case where two linearly extending spacers 4 are arranged in parallel to each other (see FIG. 4A).
  • a columnar spacer 4 is arranged at each of four vertices of a square (see FIG. 9).
  • the spacer 4 is arranged in a U-shape (see FIG. 10A).
  • two linear spacers 4A and 4B arranged in parallel to each other are used as the spacer 4.
  • These spacers 4A and 4B have an opening A1 indicated by a two-dot chain line between end portions on the same side of each of the spacers 4A and 4B.
  • a square surrounding the light transmission region 11 is formed by the spacers 4A and 4B and the two openings A1 and A1.
  • Spacers 4A and 4B are provided on two sides of the quadrangle.
  • the spacers 4A and 4B are not provided on the other two sides. Openings A1 and A1 are formed on the other two sides.
  • the electrode pad 2 b connected to the mounting portion 2 a is disposed in the peripheral region R 1 of the light transmission region 11 on the main surface 2 A of the wiring board 2.
  • the electrode pad 2b may be entirely disposed in the surrounding region R1. Further, only a part of the electrode pad 2b may be disposed in the surrounding region R1.
  • a spectral spectrum can be obtained by detecting the light transmitted through the Fabry-Perot interference filter 10 with the photodetector 3 while changing the voltage applied to the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 includes a substrate 14. On the light incident side surface 14 a of the substrate 14, the antireflection layer 15, the first stacked body 30, the sacrificial layer 16, and the second stacked body 40 are stacked in this order. A gap (air gap) S is formed by the frame-shaped sacrificial layer 16 between the first stacked body 30 and the second stacked body 40.
  • measurement light enters the second stacked body 40 from the opposite side of the substrate 14. The light having a predetermined wavelength passes through the light transmission region 11 defined at the center of the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the substrate 14 is made of, for example, silicon, quartz, glass or the like.
  • the antireflection layer 15 and the sacrificial layer 16 are made of, for example, silicon oxide.
  • the thickness of the sacrificial layer 16 is 200 nm to 10 ⁇ m.
  • the thickness of the sacrificial layer 16 is preferably an integral multiple of 1/2 of the central transmission wavelength (that is, the wavelength that is the center of the variable range of wavelengths transmitted by the Fabry-Perot interference filter 10).
  • the part corresponding to the light transmission region 11 in the first stacked body 30 functions as the first mirror 31.
  • the first stacked body 30 is configured by alternately stacking a plurality of polysilicon layers and a plurality of silicon nitride layers one by one.
  • the optical thickness of each of the polysilicon layer and the silicon nitride layer constituting the first mirror 31 is preferably an integral multiple of 1/4 of the center transmission wavelength (center wavelength in the variable wavelength range).
  • the part corresponding to the light transmission region 11 in the second stacked body 40 functions as the second mirror 41.
  • the second mirror 41 faces the first mirror 31 with the gap S therebetween.
  • the second stacked body 40 is configured by alternately stacking a plurality of polysilicon layers and a plurality of silicon nitride layers one by one.
  • the optical thickness of each of the polysilicon layer and the silicon nitride layer constituting the second mirror 41 is preferably an integral multiple of 1/4 of the center transmission wavelength (center wavelength in the variable wavelength range).
  • the several through-hole 40b is distributed uniformly.
  • the through hole 40b extends from the surface 40a of the second stacked body 40 to the gap S.
  • the through hole 40b is formed to such an extent that the function of the second mirror 41 is not substantially affected.
  • the diameter of the through hole 40b is 100 nm to 5 ⁇ m.
  • the opening area of the through hole 40b occupies 0.01% to 10% of the area of the second mirror 41.
  • the first mirror 31 and the second mirror 41 are supported by the substrate 14.
  • the first mirror 31 is disposed on the light incident side of the substrate 14.
  • the second mirror 41 is disposed on the light incident side of the first mirror 31 with the gap S therebetween.
  • a first electrode 17 is formed on the first mirror 31 so as to surround the light transmission region 11.
  • the first electrode 17 is formed by doping a polysilicon layer with an impurity to reduce the resistance.
  • the second electrode 18 is formed on the first mirror 31 so as to include the light transmission region 11.
  • the second electrode 18 is formed by doping the polysilicon layer with impurities to reduce the resistance.
  • the size of the second electrode 18 is preferably a size including the entire light transmission region 11.
  • the size of the second electrode 18 may be substantially the same as the size of the light transmission region 11.
  • the third electrode 19 is formed on the second mirror 41.
  • the third electrode 19 faces the first electrode 17 and the second electrode 18.
  • the third electrode 19 is formed by doping the polysilicon layer with impurities to reduce the resistance.
  • the second electrode 18 is located on the opposite side of the third electrode 19 with respect to the first electrode 17 in the facing direction D in which the first mirror 31 and the second mirror 41 face each other. Yes. That is, the first electrode 17 and the second electrode 18 are not arranged on the same plane in the first mirror 31. The second electrode 18 is farther from the third electrode 19 than the first electrode 17.
  • the terminal 12 is for applying a voltage to the Fabry-Perot interference filter 10.
  • a pair of the terminals 12 are provided so as to face each other with the light transmission region 11 in between.
  • Each terminal 12 is disposed in a through hole extending from the surface 40 a of the second stacked body 40 to the first stacked body 30.
  • Each terminal 12 is electrically connected to the first electrode 17 via the wiring 21.
  • the terminal 13 is for applying a voltage to the Fabry-Perot interference filter 10.
  • a pair of the terminals 13 are provided so as to face each other with the light transmission region 11 in between.
  • the direction in which the pair of terminals 12 face each other and the direction in which the pair of terminals 13 face each other are orthogonal.
  • Each terminal 13 is electrically connected to the third electrode 19 via the wiring 22.
  • the third electrode 19 is also electrically connected to the second electrode 18 through the wiring 23.
  • a trench 26 and a trench 27 are provided on the surface 30 a of the first stacked body 30.
  • the trench 26 extends in an annular shape so as to surround the wiring 23 extending along the facing direction D from the terminal 13.
  • the trench 26 electrically insulates the first electrode 17 and the wiring 23.
  • the trench 27 extends in a ring shape along the inner edge of the first electrode 17.
  • the trench 27 electrically insulates the first electrode 17 and a region inside the first electrode 17.
  • the region in each of the trenches 26 and 27 may be an insulating material or a gap.
  • a trench 28 is provided on the surface 40 a of the second stacked body 40.
  • the trench 28 extends in an annular shape so as to surround the terminal 12.
  • the bottom surface of the trench 28 reaches the sacrificial layer 16.
  • the trench 28 electrically insulates the terminal 12 and the third electrode 19.
  • the region in the trench 28 may be an insulating material or a gap.
  • An antireflection layer 51, a third laminated body 52, an intermediate layer 53, and a fourth laminated body 54 are laminated in this order on the surface 14b on the light emitting side of the substrate 14.
  • the antireflection layer 51 and the intermediate layer 53 have the same configuration as the antireflection layer 15 and the sacrificial layer 16, respectively.
  • the third stacked body 52 and the fourth stacked body 54 have a stacked structure that is symmetrical to the first stacked body 30 and the second stacked body 40, respectively, with respect to the substrate 14.
  • the antireflection layer 51, the third stacked body 52, the intermediate layer 53, and the fourth stacked body 54 constitute a stress adjusting layer 50.
  • the stress adjustment layer 50 is disposed on the light emission side of the substrate 14 and has a function of suppressing warpage of the substrate 14.
  • An opening 50 a is provided in the stress adjustment layer 50 so as to include the light transmission region 11.
  • a light shielding layer 29 is formed on the light emitting surface 50 b of the stress adjustment layer 50.
  • the light shielding layer 29 is made of aluminum or the like and has a function of shielding measurement light.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 configured as described above, when a voltage is applied between the first electrode 17 and the third electrode 19 via the terminals 12 and 13, an electrostatic force corresponding to the voltage is generated. Occurs between the first electrode 17 and the third electrode 19.
  • the second mirror 41 is driven by the electrostatic force so as to be attracted to the first mirror 31 fixed to the substrate 14. By this driving, the distance between the first mirror 31 and the second mirror 41 is adjusted.
  • the wavelength of light transmitted through the Fabry-Perot interference filter 10 depends on the distance between the first mirror 31 and the second mirror 41 in the light transmission region 11. Therefore, by adjusting the voltage applied between the first electrode 17 and the third electrode 19, the wavelength of the transmitted light can be appropriately selected.
  • the second electrode 18 has the same potential as the electrically connected third electrode 19. Therefore, the second electrode 18 functions as a compensation electrode for keeping the first mirror 31 and the second mirror 41 flat in the light transmission region 11.
  • FIGS. 3 to 8 are plan views for illustrating the manufacturing process.
  • FIG. 6 is a side view corresponding to FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 5B and a partially enlarged view thereof.
  • the stem 6 is prepared.
  • the stem 6 is, for example, a TO-CAN stem.
  • the stem 6 has a configuration in which a conductive lead pin 6b passes through a disk-shaped base 6a.
  • the wiring board 2 is disposed on the base 6a of the stem 6. Then, the wiring board 2 is bonded to the base 6a with a resin.
  • a mounting portion 2a On the wiring board 2, a mounting portion 2a, a plurality of electrode pads 2b (bonding pads), and a mounting portion 2c are arranged.
  • the mounting portion 2 a is for fixing the photodetector 3.
  • the mounting portion 2c is for arranging the thermistor 7.
  • the mounting portions 2a and 2c are electrically connected to separate electrode pads 2b and wirings 2d, respectively.
  • the wiring board 2 is described as having a square planar shape. However, the wiring board 2B is not limited to this. For example, as shown in FIG.
  • the 3 may have a rectangular planar shape that is long in the direction in which the distance between the lead pin 6b connected to 3 and the Fabry-Perot interference filter 10 is the shortest. According to this configuration, electrical connection between the lead pin 6b and an element such as the photodetector 3 disposed on the upper surface of the wiring board 2 is facilitated.
  • the photodetector 3 is disposed on the mounting portion 2a of the wiring board 2.
  • the thermistor 7 is disposed on the mounting portion 2 c of the wiring board 2.
  • spacers 4A and 4B which are two rod-shaped members, are arranged on the wiring board 2 so as to extend in parallel with each other.
  • the spacer 4 is provided so as to have two openings A1 and A1 when viewed from the light transmission direction (direction perpendicular to the paper surface) in the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the openings A1 and A1 communicate the inner side of the surrounding region R1 of the light transmission region 11 and the outer side of the surrounding region R1.
  • the electrode pad 2b electrically connected to the mounting portion 2a on which the photodetector 3 is mounted is disposed in the peripheral region R1 of the light transmission region 11 on the main surface 2A of the wiring board 2.
  • the two spacers 4 ⁇ / b> A and 4 ⁇ / b> B are arranged in a peripheral region of the light transmission region 11 when viewed from the light transmission direction in the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10. That is, the spacers 4 ⁇ / b> A and 4 ⁇ / b> B are arranged apart from the light transmission region 11 when viewed from the light transmission direction in the light transmission region 11.
  • the thermistor 7 may be omitted.
  • the photodetector 3, the thermistor 7, the electrode pads 2b_1 and 2b_2, and the lead pin 6b_1 (first wire connecting portion) of the stem 6 are used with the wire 8. Electrical connection is made by wire bonding.
  • the material of the wire 8 is, for example, gold (Au).
  • the electrode pad 2b electrically connected to the photodetector 3 is disposed in the peripheral region R1 of the light transmission region 11 on the main surface 2A of the wiring board 2.
  • the wire 8 connected to the electrode pad 2b electrically connected to the photodetector 3 is connected to the lead pin 6b of the stem 6 via the opening A1 formed between the spacers 4A and 4B.
  • a wire 8 connected to the photodetector 3 and the thermistor 7 placed on the upper surface of the wiring board 2 is connected to the lead pin 6b_1 of the stem 6 via the opening A1 formed between the spacers 4A and 4B. It is connected.
  • a die bond resin 5 (adhesive portion) is applied to the spacer 4.
  • the die bond resin 5 has an opening that communicates the inside of the peripheral region of the light transmission region 11 and the outside of the peripheral region.
  • the fact that the die bond resin 5 has an opening means that the die bond resin 5 is not in a continuous annular shape, and includes the same shape as exemplified for the spacer 4 previously.
  • the die bond resin 5 is applied so as to be disposed only on both sides of the Fabry-Perot interference filter 10 when viewed from the light transmission direction in the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10. .
  • the die bond resin 5 is applied over substantially the entire length of the upper surfaces of the spacers 4A and 4B.
  • a Fabry-Perot interference filter 10 is disposed on the spacer 4.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 is fixed on the spacer 4 via the die bond resin 5 (the Fabry-Perot interference filter 10 is disposed apart from the photodetector 3).
  • the spacer 4 is arranged at a position corresponding to the terminals 12 and 13.
  • the terminals 12 and 13 function as bonding pads for the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the terminals 12 and 13 of the Fabry-Perot interference filter 10 are electrically connected to the lead pin 6b_2 (second wire connecting portion) of the stem 6 by the wire 8.
  • the material of the wire 8 is, for example, gold (Au).
  • connection direction between the Fabry-Perot interference filter 10 and the lead pin 6b_2 (second direction in which the distance between the lead pin 6b_2 connected to the Fabry-Perot interference filter 10 and the Fabry-Perot interference filter 10 is the shortest), and the photodetector 3 and the lead pin 6b_1 intersect with each other (the first direction in which the distance between the lead pin 6b connected to the photodetector 3 and the Fabry-Perot interference filter 10 is the shortest).
  • the arrangement of the wires 8 is prevented from becoming complicated, and the workability of wire bonding is improved.
  • FIG. 6 shows a side view corresponding to FIG.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 and the spacers 4A and 4B are bonded by a die bond resin 5.
  • FIG. 5 a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 5 is shown in FIG. 5 .
  • the spacers 4 ⁇ / b> A and 4 ⁇ / b> B are separated from the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10.
  • Spacers 4A and 4B are located at positions corresponding to the terminals 12 and 13 of the Fabry-Perot interference filter 10. Specifically, the spacers 4A and 4B are located directly below the terminals 12 and 13, respectively.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 is bonded to the upper surfaces of the spacers 4A and 4B so that the upper surfaces of the spacers 4A and 4B are in contact with the light shielding layer 29 of the Fabry-Perot interference filter 10. Further, as shown in FIG.
  • the outer surface 4 ⁇ / b> Aa of the spacer 4 ⁇ / b> A is slightly outside the outer surface 10 a of the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the thickness of the wiring board 2 along the light transmission direction is 0.3 mm
  • the height of the spacer 4B is 0.4 mm
  • Fabry-Perot interference is slightly outside the outer surface 10 a of the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the thickness of the wiring board 2 along the light transmission direction is 0.3 mm
  • the height of the spacer 4B is 0.4 mm
  • Fabry-Perot interference The thickness of the filter 10 is 0.6 mm.
  • the height of the portion where the lead pin 6b protrudes from the upper surface of the base 6a is 0.5 mm. That is, the upper surface 6 c of the lead pin 6 b is at a position lower than the upper surface 10 b of the Fabry-Perot interference filter 10.
  • the upper surface 6c of the lead pin 6b is at a position lower than the upper surfaces 4Ab and 4Bb of the spacers 4A and 4B. Thereby, it becomes easy to connect the wire from the Fabry-Perot interference filter 10 or the photodetector 3 to the lead pin 6b.
  • FIG. 8 The process following FIG. 5 (B) is shown in FIG.
  • a cap 9 made of metal is attached on the base 6 a of the stem 6.
  • the cap 9 has a substantially cylindrical shape and includes a circular transmission window 9a on the upper surface thereof.
  • the transmission window 9a may be a transmission window using a material corresponding to the applicable wavelength range of the spectroscopic sensor 1. Examples of the material include glass, silicon, and germanium. Further, the transmission window 9a may be a window with an antireflection film or a band-pass filter that limits the applicable wavelength range.
  • the spectroscopic sensor 1 is obtained by the manufacturing process described above with reference to FIGS.
  • the spacers 4A and 4B are provided with openings A1 and A1 that connect the inside of the surrounding region R1 of the light transmission region 11 and the outside of the surrounding region R1. For this reason, even when the electrode pad 2b electrically connected to the photodetector 3 is arranged inside the region surrounded by the spacers 4A and 4B in the peripheral region of the light transmission region 11, this electrode pad It becomes possible to provide the wire 8 for electrically connecting 2b and another element so that it may pass through opening A1 of spacer 4A, 4B. Thereby, electrical connection to the photodetector 3 can be ensured.
  • the size of the spectroscopic sensor 1 can be made substantially equal to the size of the Fabry-Perot interference filter 10. Therefore, the spectral sensor 1 can be reduced in size.
  • the spacers 4A and 4B have openings A1 and A1.
  • the sealed space is not formed by the Fabry-Perot interference filter 10, the spacer 4, and the die bond resin 5. Therefore, the air surrounded by the Fabry-Perot interference filter 10, the spacer 4, and the die bond resin 5 is not thermally expanded during the thermosetting of the die bond resin 5 at the time of manufacturing the spectroscopic sensor 1 and the die bond resin 5 is not ruptured.
  • an element having a membrane structure such as a thermopile
  • an electrode pad 2b electrically connected to the photodetector 3 is disposed inside the region surrounded by the spacers 4A and 4B in the peripheral region R1 of the light transmission region 11. For this reason, it is possible to provide a wiring for electrically connecting the electrode pad 2b and another element so as to pass through the opening A1 of the spacers 4A and 4B. Thereby, the electrical connection with respect to the photodetector 3 can be ensured. Therefore, a space for arranging the electrode pad 2b becomes unnecessary as compared with the case where the electrode pad 2b is arranged outside the region surrounded by the spacers 4A and 4B. Therefore, the spectral sensor 1 can be reduced in size.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 has terminals 12 and 13.
  • the spacers 4 ⁇ / b> A and 4 ⁇ / b> B are arranged at positions corresponding to the terminals 12 and 13 of the Fabry-Perot interference filter 10 when viewed from the light transmission direction in the Fabry-Perot interference filter 10. For this reason, in the wire bonding step when manufacturing the spectroscopic sensor 1, the terminals 12 and 13 of the Fabry-Perot interference filter 10 are supported by the spacers 4A and 4B provided at positions corresponding to the terminals 12 and 13, respectively. Therefore, wire bondability can be improved.
  • the Fabry-Perot interference filter 10 has a light transmission region 11.
  • the spacers 4 ⁇ / b> A and 4 ⁇ / b> B are separated from the light transmission region 11 of the Fabry-Perot interference filter 10 when viewed from the light transmission direction of the Fabry-Perot interference filter 10. Therefore, since the spacers 4A and 4B and the light transmission region 11 are separated from each other, the die bond resin 5 is prevented from entering the light transmission region 11 even when the die bond resin 5 protrudes when the spectroscopic sensor 1 is manufactured. can do. Even if the die bond resin 5 is applied excessively, the excess die bond resin 5 is transmitted to the lower side of the spacers 4A and 4B. This can also prevent the die bond resin 5 from being transmitted to the light transmission region 11.
  • the outer surface of the spacer 4A is slightly outside the outer surface of the Fabry-Perot interference filter 10. Therefore, since the resin fillet of the die bond resin 5 is formed, the bonding is reliably performed.
  • a U-shaped spacer 4D is fixed on the wiring board 2. Then, the die bond resin 5 may be applied over substantially the entire length of the upper surface of the U-shaped spacer 4D.
  • L-shaped spacers 4E are fixed to two vertices located on the diagonal of the wiring board 2 among the four vertices of the wiring board 2. Then, the die bond resin 5 may be applied over the upper surface of the spacer 4E.
  • the light transmission region 11 is described as being a region narrower than the opening 50a, but the present invention is not limited to such a form.
  • the light transmission region 11 becomes narrower than the opening 50a as shown in FIG.
  • the opening 50 a defines the light transmission region 11.
  • the present invention is also applicable to such a form.
  • the photodetection device according to one embodiment of the present invention can be downsized.
  • SYMBOLS 1 Spectral sensor (light detection apparatus), 2 ... Wiring board, 2A ... Main surface, 2b ... Electrode pad (bonding pad), 3 ... Photo detector, 4, 4A-4E ... Spacer (support member), 10 ... Fabry Perot interference filter, 11... Light transmission region, 12, 13... Terminal (bonding pad), A1.

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Abstract

分光センサ１は、主面を有する配線基板２と、配線基板２の主面２Ａ上に配置され、配線基板２と電気的に接続された光検出器３と、配線基板２の主面２Ａ上において光検出器３の周囲に配置されたスペーサ４と、光透過領域１１を有し、スペーサ４を介して配線基板２の主面２Ａ上に配置されたファブリペロー干渉フィルタ１０と、スペーサ４は、光透過領域１１の周囲領域Ｒ１においてファブリペロー干渉フィルタ１０を支持しており、スペーサ４は、光透過領域１１における光の透過方向から見た場合に、周囲領域Ｒ１の内側と周囲領域Ｒ１の外側とを連通する開口部Ａ１を有する。

Description

光検出装置
　本発明は、ファブリペロー干渉フィルタを備える光検出装置に関する。
　例えば特許文献１には、従来の光検出装置が記載されている。この光検出装置では、支持基板上に受光素子が配置されている。また、この光検出装置では、受光素子の上に接着層を介してファブリペロー干渉フィルタが接着されている。このような光検出素子では、受光素子の上面に受光素子の電気的接続のためのボンディングパッドが配置されている。ファブリペロー干渉フィルタは、ファブリペロー干渉フィルタにおける光の透過方向から見て、受光素子の上面において、上記のボンディングパッドから離間して配置されている。
特開２０１２－１７３３４７号公報
　しかしながら、上述したような光検出素子では、ファブリペロー干渉フィルタにおける光の透過方向から見て、ボンディングパッドをファブリペロー干渉フィルタの外側に配置させる必要がある。したがって、光検出装置の小型化が妨げられるおそれがある。
　そこで、本発明は、小型化が可能な光検出装置を提供することを目的とする。
　本発明の一形態に係る光検出装置は、主面を有する配線基板と、配線基板の主面上に配置され、配線基板と電気的に接続された光検出器と、配線基板の主面上において光検出器の周囲に配置された支持部材と、光透過領域を有し、支持部材を介して配線基板の主面上に配置されたファブリペロー干渉フィルタと、を備え、支持部材は、光透過領域の周囲領域においてファブリペロー干渉フィルタを支持しており、支持部材は、光透過領域における光の透過方向から見た場合に、周囲領域の内側と周囲領域の外側とを連通する開口部を有する。
　この光検出装置では、開口部が支持部材に設けられている。このため、光検出器に電気的に接続されたボンディングパッドを光透過領域の周囲領域に配置した場合であっても、このボンディングパッドと他の素子とを電気的に接続するための配線を、支持部材の開口部を経由するように設けることが可能になる。これにより、光検出器に対する電気的な接続を確保することができる。したがって、ファブリペロー干渉フィルタにおける光の透過方向から見た場合に、ボンディングパッドをファブリペロー干渉フィルタの外側に配置する必要がない。したがって、光検出装置の大きさをファブリペロー干渉フィルタの大きさとほぼ同等とすることができる。したがって、光検出装置を小型化することができる。
　ここで、本発明の一形態に係る光検出装置は、光検出器又はファブリペロー干渉フィルタに対して電気的に接続されるワイヤの一端が接続され、光検出器又はファブリペロー干渉フィルタに対して電気信号を入力又は出力させるワイヤ接続部を更に備え、ワイヤ接続部の上面は、ファブリペロー干渉フィルタの上面よりも低い位置に配置されていてもよい。この構成によれば、ファブリペロー干渉フィルタ、あるいは光検出器からリードピンへのワイヤの接続が行いやすくなる。
　また、ワイヤ接続部の上面は、支持部材の上面よりも低い位置に配置されていてもよい。この構成によれば、ファブリペロー干渉フィルタ、あるいは光検出器からリードピンへのワイヤの接続が行いやすくなる。
　また、ワイヤ接続部は、光検出器に電気的に接続される第１のワイヤ接続部と、ファブリペロー干渉フィルタに電気的に接続される第２のワイヤ接続部と、を含み、第１のワイヤ接続部とファブリペロー干渉フィルタとの距離が最短となる第１の方向は、第２のワイヤ接続部とファブリペロー干渉フィルタとの距離が最短となる第２の方向に対して交差していてもよい。この構成によれば、ワイヤの配置が複雑化することを防ぎ、ワイヤボンディングの作業性が向上する。
　ここで、本発明の一形態に係る光検出装置では、光検出器に電気的に接続されたボンディングパッドの少なくとも一部は、周囲領域内に配置されていてもよい。この構成によれば、ボンディングパッドと他の素子とを電気的に接続するための配線を、支持部材の開口部を経由するように設けることが可能になる。これにより、光検出器に対する電気的な接続を確保することができる。したがって、ボンディングパッドを、支持部材により囲まれた領域の外に配置した場合と比較して、ボンディングパッドを配置するためのスペースが不要になる。したがって、光検出装置を小型化することができる。
　また、本発明の一形態に係る光検出装置では、ファブリペロー干渉フィルタは、ボンディングパッドを有し、支持部材は、透過方向から見た場合に、ファブリペロー干渉フィルタのボンディングパッドに対応する位置に配置されていてもよい。この構成によれば、光検出装置の製造時におけるワイヤボンディング工程において、ファブリペロー干渉フィルタのボンディングパッドが、当該ボンディングパッドに対応する位置に設けられた支持部材により支持される。したがって、ワイヤボンディング性を向上させることができる。
　また、本発明の一形態に係る光検出装置では、支持部材は、透過方向から見た場合に、ファブリペロー干渉フィルタの光透過領域から離間していてもよい。この構成によれば、支持部材と光透過領域とが離間しているため、光検出装置の製造時において、接着部に用いられる樹脂等の材料が接着部からはみ出した場合でも、この樹脂等の材料が光透過領域に浸入することを抑制することができる。
　本発明によれば、小型化が可能な光検出装置を提供することができる。
実施形態に係る光検出装置の分解斜視図である。 ファブリペロー干渉フィルタの断面図である。 光検出装置の製造工程を示す平面図である。 図３に続く光検出装置の製造工程を示す平面図である。 図４に続く光検出装置の製造工程を示す平面図である。 図５（Ｂ）に対応する側面図である。 図５（Ｂ）におけるVII－VII線断面図及びその一部を拡大して示す図である。 図５に続く光検出装置の製造工程を示す平面図である。 光検出装置の変形例を示す平面図である。 光検出装置の変形例を示す平面図である。 第１実施形態に係る光検出装置の変形例を示す平面図である。
　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、重複する部分を省略する。
［第１実施形態］
［分光センサ］
　図１に示されるように、分光センサ（光検出装置）１は、配線基板２と、光検出器３と、複数のスペーサ（支持部材）４と、ファブリペロー干渉フィルタ１０と、を備えている。配線基板２は、主面２Ａを有している。配線基板２の主面２Ａ上には、実装部２ａと、複数の電極パッド（ボンディングパッド）２ｂと、実装部２ｃとが設けられている。実装部２ａには、光検出器３が実装される。実装部２ｃには、例えばサーミスタ等の温度補償用素子が実装される。電極パッド２ｂ＿１は、配線２ｄにより実装部２ａと電気的に接続されている。電極パッド２ｂ＿２（実装部２ａと電気的に接続されていない電極パッド２ｂ＿２）は、配線２ｄにより実装部２ｃと電気的に接続されている。また、電極パッド２ｂ＿２（実装部２ａと電気的に接続されていない電極パッド２ｂ＿２）は、実装部２ｃに実装されるサーミスタ等を、分光センサ１の外部と電気的に接続する。光検出器３は、例えば、赤外線検出器である。この赤外線検出器には、ＩｎＧａＡｓ等が用いられた量子型センサ、又は、サーモパイル若しくはボロメータ等が用いられた熱型センサが挙げられる。なお、紫外（ＵＶ）、可視、近赤外の各領域を検出する場合には、光検出器３としてシリコンフォトダイオード等を用いることができる。
　複数のスペーサ４は、配線基板２の主面２Ａ上に固定されている。ファブリペロー干渉フィルタ１０は、複数のスペーサ４上に固定されている。このようにして、複数のスペーサ４は、ファブリペロー干渉フィルタ１０を支持する。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、配線基板２の主面２Ａ上に配置される。このとき、ファブリペロー干渉フィルタ１０への熱歪みの影響を抑制するために、複数のスペーサ４及びファブリペロー干渉フィルタ１０は、接着部によって固定されることが好ましい。接着部は、可撓性を有する樹脂材料からなる。接着部を構成する樹脂材料としては、例えば、シリコーン系、ウレタン系、エポキシ系、アクリル系、ハイブリッド等の各種の樹脂材料が用いられ得る。好ましくは、樹脂材料としては、弾性率（又はヤング率）が０．１ＧＰａ以下の材料が用いられる。さらに、当該樹脂材料は、室温硬化又は低温硬化のものから選択されることが望ましい。
　ここで、スペーサ４とファブリペロー干渉フィルタ１０とを接着する接着剤としてのダイボンド樹脂５は、硬化後の硬さが、スペーサ４と配線基板２とを接着する接着剤よりも柔らかい。例えば、スペーサ４とファブリペロー干渉フィルタ１０との固定は、硬化後の弾性率が１０ＭＰａ未満であるシリコーン系の樹脂材料から成る接着剤で行うことが好適である。また、スペーサ４と配線基板２との固定は、硬化後の弾性率が１００ＭＰａ以上であるエポキシ系の樹脂材料から成る接着剤で行うことが好適である。これにより、スペーサ４と配線基板２との固定が強固に行われる一方で、ファブリペロー干渉フィルタ１０の周辺の部材からの熱歪みが接着剤を介してファブリペロー干渉フィルタ１０に伝わることを抑制することができる。
　また、複数のスペーサ４の材料としては、例えばシリコン、セラミック、石英、ガラス、プラスチック等が用いられ得る。特に、ファブリペロー干渉フィルタ１０において特に複数のスペーサ４と接する部分との熱膨張係数差を緩和するために、複数のスペーサ４の材料は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の材料と比較して、その熱膨張係数が同等又は小さい材料であることが好ましい。一例として、ファブリペロー干渉フィルタ１０をシリコン基板上に形成する場合には、複数のスペーサ４は、石英又はシリコンといった熱膨張係数の小さい材料で形成されることが望ましい。なお、上述のように配線基板２とスペーサ４とを別体として形成する構成に代えて、配線基板２の表面上にスペーサ４となる部分を一体形成した構成としてもよい。光検出器３は、配線基板２とファブリペロー干渉フィルタ１０との間においてファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１と対向している。また、光検出器３は、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過した光を検出する。なお、サーミスタ等の温度センサを配線基板２上に設置してもよい。
　後述するように、配線基板２、光検出器３、複数のスペーサ４及びファブリペロー干渉フィルタ１０は、ＣＡＮパッケージ内に収容されている。この収容状態では、配線基板２がステム上に固定され且つファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１がキャップの光透過窓に対向している。配線基板２の電極パッド２ｂは、ステムを貫通するリードピンのそれぞれとワイヤボンディングによって電気的に接続されている。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０の端子１２，１３は、ステムを貫通するリードピンのそれぞれとワイヤボンディングによって電気的に接続されている。光検出器３に対する電気信号の入出力等は、リードピン、電極パッド２ｂ及び実装部２ａを介して行われる。ファブリペロー干渉フィルタ１０への電圧の印加は、リードピン及び端子１２，１３を介して行われる。
　以下、スペーサ４の配置について説明する。スペーサ４は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１における光の透過方向から見た場合に、光透過領域１１の周囲領域（光透過領域１１を含まない領域であって、光透過領域１１を囲む領域）の内側と、この周囲領域の外側とを連通する開口部を有するように配置されている。ここで、本明細書において、ある要素（例えばスペーサ４）が開口部を有するとは、当該要素が少なくとも一箇所において切れ目を有していることを意味する。言い換えれば、当該要素はある領域（例えば光透過領域１１）を隙間なく囲む環状のものではない。当該要素と開口部との長さの関係は、特に限定されるものではない。例えば、光透過領域１１を囲む円、多角形等の図形の周上のうち一部にスペーサ４が設けられており、かつ全部にスペーサ４が設けられていなければ（スペーサ４が設けられていない部分があれば）、スペーサ４は開口部を有しているものとする。なお、ファブリペロー干渉フィルタ１０を安定的に設置するために、スペーサ４は、光の透過方向から見た場合に少なくとも光透過領域１１の両側に配置されていることが好ましい。開口部を有するスペーサ４の具体例としては、直線状に延びる２本のスペーサ４を互いに平行に配置した場合（図４（Ａ）参照）がある。別の具体例としては、四角形の４つの頂点のそれぞれに柱状のスペーサ４を配置した場合（図９参照）がある。さらに別の具体例としては、スペーサ４をＵ字状に配置した場合（図１０（Ａ）参照）等がある。
　本実施形態の分光センサ１においては、スペーサ４として、互いに平行に配置された２本の直線状のスペーサ４Ａ，４Ｂが用いられている。これらのスペーサ４Ａ，４Ｂは、スペーサ４Ａ，４Ｂのそれぞれにおける同じ側の端部同士の間に、二点鎖線で示される開口部Ａ１を有している。言い換えれば、スペーサ４Ａ，４Ｂと２つの開口部Ａ１，Ａ１とにより、光透過領域１１を囲む四角形が形成されている。この四角形における２辺には、スペーサ４Ａ，４Ｂが設けられている。、また、他の２辺には、スペーサ４Ａ，４Ｂが設けられていない。他の２辺には、開口部Ａ１，Ａ１が形成されている。
　また、分光センサ１では、実装部２ａに接続された電極パッド２ｂは、配線基板２の主面２Ａ上において、光透過領域１１の周囲領域Ｒ１に配置されている。この電極パッド２ｂは、その全部が周囲領域Ｒ１内に配置されていてもよい。また、この電極パッド２ｂは、その一部のみが周囲領域Ｒ１内に配置されていてもよい。
　以上のように構成された分光センサ１では、測定光が入射すると、ファブリペロー干渉フィルタ１０に印加している電圧に応じて、所定の波長を有する光がファブリペロー干渉フィルタ１０を透過する。そして、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過した光は、光検出器３で検出される。分光センサ１では、ファブリペロー干渉フィルタ１０に印加する電圧を変化させながら、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過した光を光検出器３で検出することで、分光スペクトルを得ることができる。
［ファブリペロー干渉フィルタ］
　図２に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、基板１４を備えている。基板１４の光入射側の表面１４ａには、反射防止層１５、第１積層体３０、犠牲層１６及び第２積層体４０がこの順序で積層されている。第１積層体３０と第２積層体４０との間には、枠状の犠牲層１６によって空隙（エアギャップ）Ｓが形成されている。ファブリペロー干渉フィルタ１０においては、第２積層体４０に対して基板１４の反対側から測定光が入射する。そして、所定の波長を有する光は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の中央部に画定された光透過領域１１を透過する。なお、基板１４は、例えばシリコン、石英、ガラス等からなり、基板１４がシリコンからなる場合には、反射防止層１５及び犠牲層１６は、例えば、酸化シリコンからなる。犠牲層１６の厚みは、２００ｎｍ～１０μｍである。犠牲層１６の厚みは、中心透過波長（すなわち、ファブリペロー干渉フィルタ１０が透過させる波長の可変範囲の中央である波長）の１／２の整数倍であることが好ましい。
　第１積層体３０のうち光透過領域１１に対応する部分は、第１ミラー３１として機能する。第１積層体３０は、複数のポリシリコン層と複数の窒化シリコン層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。第１ミラー３１を構成するポリシリコン層及び窒化シリコン層それぞれの光学厚みは、中心透過波長（可変波長範囲の中心波長）の１／４の整数倍であることが好ましい。
　第２積層体４０のうち光透過領域１１に対応する部分は、第２ミラー４１として機能する。第２ミラー４１は、空隙Ｓを介して第１ミラー３１と対向している。第２積層体４０は、第１積層体３０と同様に、複数のポリシリコン層と複数の窒化シリコン層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。第２ミラー４１を構成するポリシリコン層及び窒化シリコン層それぞれの光学厚みは、中心透過波長（可変波長範囲の中心波長）の１／４の整数倍であることが好ましい。
　なお、第２積層体４０において空隙Ｓに対応する部分には、複数の貫通孔４０ｂが均一に分布されている。当該貫通孔４０ｂは、第２積層体４０の表面４０ａから空隙Ｓに至る。貫通孔４０ｂは、第２ミラー４１の機能に実質的に影響を与えない程度に形成されている。貫通孔４０ｂの直径は、１００ｎｍ～５μｍである。また、貫通孔４０ｂの開口面積は、第２ミラー４１の面積の０．０１％～１０％を占める。
　ファブリペロー干渉フィルタ１０においては、第１ミラー３１及び第２ミラー４１は、基板１４に支持されている。そして、第１ミラー３１は、基板１４の光入射側に配置されている。第２ミラー４１は、空隙Ｓを介して第１ミラー３１の光入射側に配置されている。
　第１ミラー３１には、光透過領域１１を囲むように第１電極１７が形成されている。第１電極１７は、ポリシリコン層に不純物をドープして低抵抗化することで形成されている。
　第１ミラー３１には、光透過領域１１を含むように第２電極１８が形成されている。第２電極１８は、ポリシリコン層に不純物をドープして低抵抗化することで形成されている。ポリシリコン層において、第２電極１８の大きさは、光透過領域１１の全体を含む大きさであることが好ましい。なお、第２電極１８の大きさは、光透過領域１１の大きさと略同一であってもよい。
　第２ミラー４１には、第３電極１９が形成されている。第３電極１９は、第１電極１７及び第２電極１８と対向している。第３電極１９は、ポリシリコン層に不純物をドープして低抵抗化することで形成されている。
　ファブリペロー干渉フィルタ１０においては、第２電極１８は、第１ミラー３１と第２ミラー４１とが対向する対向方向Ｄにおいて、第１電極１７に対して第３電極１９の反対側に位置している。すなわち、第１電極１７と第２電極１８とは、第１ミラー３１において同一平面上に配置されていない。第２電極１８は、第１電極１７よりも第３電極１９から離れている。
　図１及び図２に示されるように、端子１２は、ファブリペロー干渉フィルタ１０に電圧を印加するためのものである。当該端子１２は、光透過領域１１を挟んで対向するように一対設けられている。各端子１２は、第２積層体４０の表面４０ａから第１積層体３０に至る貫通孔内に配置されている。各端子１２は、配線２１を介して、第１電極１７と電気的に接続されている。
　図１及び図２に示されるように、端子１３は、ファブリペロー干渉フィルタ１０に電圧を印加するためのものである。当該端子１３は、光透過領域１１を挟んで対向するように一対設けられている。なお、一対の端子１２が対向する方向と、一対の端子１３が対向する方向とは、直交している。各端子１３は、配線２２を介して、第３電極１９と電気的に接続されている。また、第３電極１９は、配線２３を介して、第２電極１８とも電気的に接続されている。
　図２に示されるように、第１積層体３０の表面３０ａには、トレンチ２６、及びトレンチ２７が設けられる。トレンチ２６は、端子１３から対向方向Ｄに沿って延びる配線２３を囲むように環状に延在している。トレンチ２６は、第１電極１７と配線２３とを電気的に絶縁している。トレンチ２７は、第１電極１７の内縁に沿って環状に延在している。トレンチ２７は、第１電極１７と第１電極１７の内側の領域とを電気的に絶縁している。各トレンチ２６，２７内の領域は、絶縁材料であっても、空隙であってもよい。
　第２積層体４０の表面４０ａには、トレンチ２８が設けられている。トレンチ２８は、端子１２を囲むように環状に延在している。トレンチ２８の底面は、犠牲層１６に達している。トレンチ２８は、端子１２と第３電極１９とを電気的に絶縁している。トレンチ２８内の領域は、絶縁材料であっても、空隙であってもよい。
　基板１４の光出射側の表面１４ｂには、反射防止層５１、第３積層体５２、中間層５３及び第４積層体５４がこの順序で積層されている。反射防止層５１及び中間層５３は、それぞれ、反射防止層１５及び犠牲層１６と同様の構成を有している。第３積層体５２及び第４積層体５４は、それぞれ、基板１４を基準として第１積層体３０及び第２積層体４０と対称の積層構造を有している。これらの反射防止層５１、第３積層体５２、中間層５３及び第４積層体５４によって、応力調整層５０が構成されている。応力調整層５０は、基板１４の光出射側に配置されており、基板１４の反りを抑制する機能を有している。応力調整層５０には、光透過領域１１を含むように開口５０ａが設けられている。応力調整層５０の光出射側の表面５０ｂには、遮光層２９が形成されている。遮光層２９は、アルミニウム等からなり、測定光を遮光する機能を有している。
　以上のように構成されたファブリペロー干渉フィルタ１０においては、端子１２，１３を介して第１電極１７と第３電極１９との間に電圧が印加されると、当該電圧に応じた静電気力が第１電極１７と第３電極１９との間に発生する。当該静電気力によって、第２ミラー４１は、基板１４に固定された第１ミラー３１側に引き付けられるように駆動される。この駆動によって、第１ミラー３１と第２ミラー４１との距離が調整される。ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過する光の波長は、光透過領域１１における第１ミラー３１と第２ミラー４１との距離に依存する。したがって、第１電極１７と第３電極１９との間に印加する電圧を調整することで、透過する光の波長を適宜選択することができる。このとき、第２電極１８は、電気的に接続された第３電極１９と同電位となる。したがって、第２電極１８は、光透過領域１１において第１ミラー３１及び第２ミラー４１を平坦に保つための補償電極として機能する。
［分光センサの製造工程］
　次に、図３～８を参照して、本実施形態に係る分光センサの製造工程について説明する。図３～５及び図８は、製造工程を示すための平面図である。図６は、図５（Ｂ）に対応する側面図である。図７は図５（Ｂ）のVII－VII線断面図及びその一部拡大図である。図３（Ａ）に示されるように、まず、ステム６を用意する。ステム６は、例えばＴＯ－ＣＡＮステムである。ステム６は、円盤状のベース６ａに、導電性を有するリードピン６ｂが貫通した構成を有する。
　次に、図３（Ｂ）に示されるように、ステム６のベース６ａの上に配線基板２を配置する。そして、ベース６ａに配線基板２を樹脂により接着する。配線基板２の上には、実装部２ａと、複数の電極パッド２ｂ（ボンディングパッド）と、実装部２ｃと、が配置されている。実装部２ａは、光検出器３を固定するためのものである。実装部２ｃは、サーミスタ７を配置するためのものである。実装部２ａ，２ｃは、それぞれ別個の電極パッド２ｂと、配線２ｄにより電気的に接続されている。なお、図３（Ｂ）において配線基板２は正方形の平面形状を有するものとして記載されているが、これに限定されず、例えば、図１１に示されるように、配線基板２Ｂは、光検出器３と接続されるリードピン６ｂとファブリペロー干渉フィルタ１０との距離が最短となる方向に長い長方形の平面形状を有していてもよい。この構成によれば、リードピン６ｂと配線基板２の上面に配置される光検出器３などの素子との電気的接続が容易となる。
　次に、図４（Ａ）に示されるように、配線基板２の実装部２ａ上に、光検出器３を配置する。また、配線基板２の実装部２ｃ上に、サーミスタ７を配置する。また、配線基板２上に２本の棒状部材であるスペーサ４Ａ，４Ｂを、互いに平行に延びるように配置する。スペーサ４は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１における光の透過方向（紙面に垂直な方向）から見た場合に、二つの開口部Ａ１，Ａ１を有するように設けられる。開口部Ａ１，Ａ１は、光透過領域１１の周囲領域Ｒ１の内側と、周囲領域Ｒ１の外側と、を連通する。光検出器３が実装された実装部２ａに電気的に接続された電極パッド２ｂは、配線基板２の主面２Ａ上において、光透過領域１１の周囲領域Ｒ１内に配置される。
　２本のスペーサ４Ａ，４Ｂは、ファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１における光の透過方向から見た場合に、光透過領域１１の周囲領域に配置される。すなわち、スペーサ４Ａ，４Ｂは、光透過領域１１における光の透過方向から見た場合に、光透過領域１１から離間して配置される。なお、サーミスタ７については省略してもよい。
　次に、図４（Ｂ）に示されるように、光検出器３、サーミスタ７、電極パッド２ｂ＿１，２ｂ＿２と、ステム６のリードピン６ｂ＿１（第１のワイヤ接続部）とを、ワイヤ８を用いてワイヤボンディングにより電気的に接続する。ワイヤ８の材質は、例えば金（Ａｕ）である。
　ここで、光検出器３に電気的に接続された電極パッド２ｂは、配線基板２の主面２Ａ上において、光透過領域１１の周囲領域Ｒ１内に配置されている。また、光検出器３に電気的に接続された電極パッド２ｂに接続されるワイヤ８は、スペーサ４Ａ，４Ｂの間に形成された開口部Ａ１を経由して、ステム６のリードピン６ｂに接続されている。また、配線基板２の上面に載置された光検出器３、サーミスタ７に接続されるワイヤ８はスペーサ４Ａ，４Ｂの間に形成された開口部Ａ１を経由して、ステム６のリードピン６ｂ＿１に接続されている。
　次に、図５（Ａ）に示されるように、スペーサ４にダイボンド樹脂５（接着部）を塗布する。ここで、ダイボンド樹脂５は、光透過領域１１における光の透過方向から見た場合に、光透過領域１１の周囲領域の内側と、この周囲領域の外側と、を連通する開口部を有するように設けられる。ここで、ダイボンド樹脂５が開口部を有するとは、ダイボンド樹脂５が切れ目のない環状となっていないことを意味し、先にスペーサ４について例示したのと同様の形状を含む。具体的には、ダイボンド樹脂５は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１における光の透過方向から見た場合に、ファブリペロー干渉フィルタ１０の両方の側のみに配置されるように塗布される。図５（Ａ）に示される例の場合には、ダイボンド樹脂５は、スペーサ４Ａ，４Ｂの上面の略全長にわたって塗布される。
　次に、図５（Ｂ）に示されるように、スペーサ４の上にファブリペロー干渉フィルタ１０を配置する。これにより、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、ダイボンド樹脂５を介してスペーサ４の上に固定される（光検出器３の上に離間してファブリペロー干渉フィルタ１０が配置される）。このとき、端子１２，１３に対応する位置には、スペーサ４が配置されている。当該端子１２，１３はファブリペロー干渉フィルタ１０のボンディングパッドとして機能する。さらに、ファブリペロー干渉フィルタ１０の端子１２，１３を、ステム６のリードピン６ｂ＿２（第２のワイヤ接続部）にワイヤ８により電気的に接続する。ワイヤ８の材質は、例えば金（Ａｕ）である。
　ここで、ファブリペロー干渉フィルタ１０とリードピン６ｂ＿２との接続方向（ファブリペロー干渉フィルタ１０に接続されるリードピン６ｂ＿２とファブリペロー干渉フィルタ１０との距離が最短となる第２の方向）と、光検出器３とリードピン６ｂ＿１との接続方向（光検出器３に接続されるリードピン６ｂとファブリペロー干渉フィルタ１０との距離が最短となる第１の方向）とは、交差している。この構成によれば、ワイヤ８の配置が複雑化するのを防ぎ、ワイヤボンディングの作業性が向上する。
　図５（Ｂ）に対応する側面図を図６に示す。ファブリペロー干渉フィルタ１０とスペーサ４Ａ，４Ｂの間は、ダイボンド樹脂５により接着されている。
　さらに、図５におけるVII－VII線断面図を図７（Ａ）に示す。図７（Ａ）における楕円ＥＢにより囲まれた部分に相当する拡大図を図７（Ｂ）に示す。
　スペーサ４Ａ及び４Ｂは、ファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１から離間している。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０の端子１２，１３に対応する位置にはスペーサ４Ａ，４Ｂが位置している。具体的に、端子１２，１３の真下には、スペーサ４Ａ，４Ｂが位置している。スペーサ４Ａ，４Ｂの上面と、ファブリペロー干渉フィルタ１０の遮光層２９とが接するように、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、スペーサ４Ａ，４Ｂの上面に接着されている。さらに、図７（Ｂ）に示されるように、スペーサ４Ａの外側面４Ａａは、ファブリペロー干渉フィルタ１０の外側面１０ａと比較して、僅かに外側に位置している。１つの実施形態において、図７（Ａ）に示されるように、光の透過方向に沿う配線基板２の厚みは０．３ｍｍであり、スペーサ４Ｂの高さは０．４ｍｍであり、ファブリペロー干渉フィルタ１０の厚みは０．６ｍｍである。また、リードピン６ｂがベース６ａの上面から突出する部分の高さは０．５ｍｍである。すなわち、リードピン６ｂの上面６ｃは、ファブリペロー干渉フィルタ１０の上面１０ｂよりも低い位置にある。また、リードピン６ｂの上面６ｃは、スペーサ４Ａ，４Ｂの上面４Ａｂ，４Ｂｂよりも低い位置にある。これにより、ファブリペロー干渉フィルタ１０、あるいは光検出器３からリードピン６ｂへのワイヤの接続が行いやすくなる。
　図５（Ｂ）に続く工程を図８に示す。図８に示されるように、ステム６のベース６ａの上に、金属からなるキャップ９を取り付ける。このキャップ９の取り付けによって、ファブリペロー干渉フィルタ１０及び光検出器３等を封止する。キャップ９は、略円柱状であり、その上面に円形の透過窓９ａを備えている。透過窓９ａは、分光センサ１の適用波長範囲に対応した材料を用いた透過窓であってもよい。当該材料として、ガラスやシリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。また、透過窓９ａは、反射防止膜付き窓、又は適用波長範囲を制限するバンドパスフィルタであってもよい。図３～８を参照して上述した製造工程により、分光センサ１が得られる。
　本実施形態の分光センサ１では、光透過領域１１の周囲領域Ｒ１の内側と、周囲領域Ｒ１の外側と、を連通する開口部Ａ１，Ａ１がスペーサ４Ａ，４Ｂに設けられている。このため、光透過領域１１の周囲領域のスペーサ４Ａ，４Ｂにより囲まれた領域の内側に、光検出器３に電気的に接続された電極パッド２ｂを配置した場合であっても、この電極パッド２ｂと他の素子とを電気的に接続するためのワイヤ８を、スペーサ４Ａ，４Ｂの開口部Ａ１を経由するように設けることが可能になる。これによって、光検出器３に対する電気的な接続を確保することができる。したがって、ファブリペロー干渉フィルタ１０における光の透過方向から見た場合に、光検出器３に電気的に接続された電極パッド２ｂを、ファブリペロー干渉フィルタ１０の外側に配置する必要がない。したがって、分光センサ１の大きさをファブリペロー干渉フィルタ１０の大きさとほぼ同等とすることができる。したがって、分光センサ１を小型化することができる。
　また、スペーサ４Ａ，４Ｂが開口部Ａ１，Ａ１を有する。これによって、密閉された空間がファブリペロー干渉フィルタ１０、スペーサ４及びダイボンド樹脂５によって形成されることがない。したがって、分光センサ１の製造時におけるダイボンド樹脂５の熱硬化時に、ファブリペロー干渉フィルタ１０、スペーサ４及びダイボンド樹脂５によって囲まれた空気が熱膨張してダイボンド樹脂５を破裂させることがなくなる。これによりファブリペロー干渉フィルタ１０のアライメントずれが生じて光学的特性が低下することを抑制することができる。さらに、光検出器３として例えばサーモパイル等のメンブレン構造を有する素子を用いた場合に、空気の熱膨張により光検出器３のメンブレン構造が破損することを防止することができる。
　また、光透過領域１１の周囲領域Ｒ１内の、スペーサ４Ａ，４Ｂにより囲まれた領域の内側に、光検出器３に電気的に接続された電極パッド２ｂが配置されている。このため、この電極パッド２ｂと他の素子とを電気的に接続するための配線を、スペーサ４Ａ，４Ｂの開口部Ａ１を経由するように設けることが可能になる。これにより、光検出器３に対する電気的な接続を確保することができる。したがって、電極パッド２ｂを、スペーサ４Ａ，４Ｂにより囲まれた領域の外に配置した場合と比較して、電極パッド２ｂを配置するためのスペースが不要となる。したがって、分光センサ１を小型化することができる。
　また、ファブリペロー干渉フィルタ１０は端子１２，１３を有している。スペーサ４Ａ，４Ｂは、ファブリペロー干渉フィルタ１０における光の透過方向から見た場合に、ファブリペロー干渉フィルタ１０の端子１２，１３に対応する位置に配置されている。このため、分光センサ１の製造時におけるワイヤボンディング工程において、ファブリペロー干渉フィルタ１０の端子１２，１３が、端子１２，１３に対応する位置に設けられたスペーサ４Ａ，４Ｂにより支持される。したがって、ワイヤボンディング性を向上させることができる。
　また、ファブリペロー干渉フィルタ１０が光透過領域１１を有している。スペーサ４Ａ，４Ｂは、ファブリペロー干渉フィルタ１０における光の透過方向から見た場合に、ファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１１から離間している。したがって、スペーサ４Ａ，４Ｂと光透過領域１１とが離間しているため、分光センサ１の製造時において、ダイボンド樹脂５がはみ出した場合でも、ダイボンド樹脂５が光透過領域１１に浸入することを抑制することができる。仮にダイボンド樹脂５が余分に塗布された場合であっても、余分なダイボンド樹脂５はスペーサ４Ａ，４Ｂの下側へ伝うこととなる。これにより光透過領域１１にダイボンド樹脂５が伝うことを防止することもできる。
　また、図７（Ｂ）に示したように、スペーサ４Ａの外側面がファブリペロー干渉フィルタ１０の外側面と比較して僅かに外側に位置している。したがって、ダイボンド樹脂５の樹脂のフィレットが形成されるため、確実に接着がなされる。
［変形例］
　なお、図４（Ｂ）を参照して説明したスペーサ４の配置、及び図５（Ａ）を参照して説明したダイボンド樹脂５の配置については、種々の変形をすることができる。例えば、図９に示されるように、矩形の配線基板２の４個の頂点のそれぞれの近傍に柱状のスペーサ４Ｃを配置する。そして、４本のスペーサ４Ｃのそれぞれの上面にダイボンド樹脂５をドット状に塗布してもよい。
　また、図１０（Ａ）に示されるように、配線基板２上にＵ字状のスペーサ４Ｄを固定する。そして、このＵ字状のスペーサ４Ｄの上面の略全長にわたってダイボンド樹脂５を塗布してもよい。
　また、図１０（Ｂ）に示されるように、配線基板２の４個の頂点のうち配線基板２の対角線上に位置する２つの頂点にＬ字型のスペーサ４Ｅを固定する。そして、このスペーサ４Ｅの上面にわたってダイボンド樹脂５を塗布してもよい。
　また、上記実施形態では、図２に示されるように、光透過領域１１が開口５０ａより狭い領域であるとして説明を行ったが、本発明は、このような形態に限定されない。予め幅が絞られた光を入射光として導入する場合には、図２に示されるように、光透過領域１１は開口５０ａより狭くなる。しかしながら、例えば、開口５０ａより幅の広い光を入射光として導入する場合には、開口５０ａが光透過領域１１を画定する。本発明は、このような形態にも適用可能である。
　本発明の一形態に係る光検出装置によれば、小型化が可能になる。
　１…分光センサ（光検出装置）、２…配線基板、２Ａ…主面、２ｂ…電極パッド（ボンディングパッド）、３…光検出器、４，４Ａ～４Ｅ…スペーサ（支持部材）、１０…ファブリペロー干渉フィルタ、１１…光透過領域、１２，１３…端子（ボンディングパッド）、Ａ１…開口部、Ｒ１…光透過領域１１の周囲領域。

Claims (7)

  1. 　主面を有する配線基板と、
    　前記配線基板の前記主面上に配置され、前記配線基板と電気的に接続された光検出器と、
    　前記配線基板の前記主面上において前記光検出器の周囲に配置された支持部材と、
    　光透過領域を有し、前記支持部材を介して前記配線基板の前記主面上に配置されたファブリペロー干渉フィルタと、を備え、
    　前記支持部材は、前記光透過領域の周囲領域において前記ファブリペロー干渉フィルタを支持しており、
    　前記支持部材は、前記光透過領域における光の透過方向から見た場合に、前記周囲領域の内側と前記周囲領域の外側とを連通する開口部を有する、光検出装置。
  2. 　前記光検出器又は前記ファブリペロー干渉フィルタに対して電気的に接続されるワイヤの一端が接続され、前記光検出器又は前記ファブリペロー干渉フィルタに対して電気信号を入力又は出力させるワイヤ接続部を更に備え、
    　前記ワイヤ接続部の上面は、前記ファブリペロー干渉フィルタの上面よりも低い位置に配置されている、請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記ワイヤ接続部の上面は、前記支持部材の上面よりも低い位置に配置されている、請求項２に記載の光検出装置。
  4. 　前記ワイヤ接続部は、前記光検出器に電気的に接続される第１のワイヤ接続部と、前記ファブリペロー干渉フィルタに電気的に接続される第２のワイヤ接続部と、を含み、
    　前記第１のワイヤ接続部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの距離が最短となる第１の方向は、前記第２のワイヤ接続部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの距離が最短となる第２の方向に対して交差している、請求項２又は３に記載の光検出装置。
  5. 　前記光検出器に電気的に接続されたボンディングパッドの少なくとも一部は、前記周囲領域内に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の光検出装置。
  6. 　前記ファブリペロー干渉フィルタは、ボンディングパッドを有し、
    　前記支持部材は、前記透過方向から見た場合に、前記ファブリペロー干渉フィルタのボンディングパッドに対応する位置に配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検出装置。
  7. 　前記支持部材は、前記透過方向から見た場合に、前記ファブリペロー干渉フィルタの前記光透過領域から離間している、請求項１～６のいずれか一項に記載の光検出装置。
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