CN1185659A

CN1185659A - 与电路相集成的光接收元件

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Publication number: CN1185659A
Application number: CN97119246A
Authority: CN
Inventors: 泷本贵博; 福永直树; 久保胜
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1998-06-24
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: HK1012867A1; JPH10107243A; KR19980025177A; EP0834925A3; KR100288367B1; US6114740A; EP0834925A2; JP3170463B2; CN1109364C; TW359039B

Abstract

与电路集成的光接收元件,包括:Ⅰ型导电半导体基底;在该基底上的Ⅱ型导电的第一半导体层;把该层分成多个Ⅱ型导电区的Ⅰ型导电的第一半导体层;由分隔开的半导体区和下方基底区构成的光探测部分,由多个光探测部分构成一个分隔光电二极管;仅在Ⅰ型导电的第一层附近和形成各个光探测部分的基底区中形成的Ⅱ型导电的第二半导体层;在Ⅱ型导电的第一层的表面区,包括分隔区形成的Ⅰ型导电的第二半导体层,覆盖第二层的上方。

Description

与电路相集成的光接收元件

本发明涉及一种与处理光电转换信号的电路相集成的光接收元件。更具体地说，本发明涉及一种做在与电路相集成的光接收元件中的、有一个被分隔成多个光探测部分(以后称为“光电二极管光探测区”)的光接收区的、能降低其射频噪声的水平同时又不降低其响应速度的分隔光电二极管结构。

例如，通常采用这种与电路相集成的拥有一个分隔光电二极管的光接收元件作为光学检测用的信号探测元件。

图10A和10B示出一种一般的与电路相集成光接收元件：图10A是与电路相集成光接收元件四分隔光电二极管的一般结构的平面图，图10B是沿图10A中10b-10b线的截面结构图。注意：图10A和图10B中省略了继金属处理步骤之后各个步骤期间所形成的各个构造部分，包括多层配线、保护层等。

在图10A和10B中，PD20是一个做在一般与电路集成的光接收元件中的四分隔光电二极管，在P型半导体基底11上形成N型外延层14。在基底11与N型外延层14之间的边界区中有选择性地形成P⁺型埋入扩散层12。在N型外延层14的表面区中形成P⁺型隔离扩散层15，并使之到达P⁺型埋入扩散层12。此外，用P⁺型埋入扩散层12和与埋入扩散层12相联系的P⁺型隔离扩散层15将N型外延层14分隔成多个N型外延区14a。这里，由分别隔开的N型外延区14a和下方的基底区11形成探测信号光的光电二极管光探测部分PDa、PDb、PDc和PDd。四分隔光电二极管PD20是由这些光电二极管光探测部分PDa至PDd构成的。实际上，在N型外延层14表面上形成减反射膜层，如氧化硅膜层或氮化硅膜层。然而，为简便起见，在图10B中未示出这些膜层。

接着，将介绍利用该四分隔光电二极管PD20探测聚焦误差的方法。

图11A至11C示出在信号光照射时，在四分隔光电二极管PD20的表面上形成的光束光斑的形状，这里以象差方法作为利用由光电二极管光探测部分PDa至PDd构成四分隔光电二极管PD20探测聚焦误差的典型方法。

图11A示出当光学检拾器的出射光束聚焦在圆盘上时在四分隔光电二极管表面上形成的光斑形状，图11B示出当圆盘与光学器之间的距离太小时在四分隔光电二极管表面上形成的光斑形状，图11C示出当圆盘与光学检拾器之间的距离太大时在四分隔光电二极管表面上形成的光斑形状。

通常，通过获得对角上两对光电二极管光探测部分各光信号(即光电转换输出)之和，然后获得两信号和的差，探测焦点误差。具体说，在这种情况下，误差信号S的计算如下：

误差信号S＝{(光电二极管光探测部分PDa的光信号)+(光电二极管光探测部分PDd的光信号)}-{(光电二极管光探测部分PDb的光信号)+(光电二极管光探测部分PDc的光信号)}

例如，当形成如图11A所示的圆形光斑时，S＝0，可确定束聚焦在圆盘上。另一方面，当形成如图11B所示的相对分隔光电二极管垂直轴逆时针倾斜的椭圆光斑10b时，S＞0，确定圆盘太靠近光学检拾器。此外，当形成如图11C所示的相对分隔光电二极管垂直轴顺时针倾斜的椭圆光斑10c时，S＜0，确定圆盘离光学检拾器太远。

在实际使用光学检拾器时，对光束进行聚焦控制，使S＝0，如图11A至11C所示，信号光的光束照射在分隔光电二极管的各个分隔区上。

以这种方式调节光学检拾器到圆盘的距离后，获得包含从圆盘实际读出数据的射频信号，这种信号是当分隔光电二极管处于图11A所示光束照射时的状态中时，光电二极管各个光探测部分光信号(光电转换信号)的和。也就是说，

射频信号＝{(光电二极管光探测部分PDa的光信号)+(光电二极管光探测部分PDd的光信号)}+{(光电二极管光探测部分PDb的光信号)+(光电二极管光探测部分PDc的光信号)}

此外，为了实现高速信号处理，必须在分隔的光电二极管中高速地把照射的信号光转换为电信号。因此，随着光盘驱动性能的不断改善，实际使用分隔光电二极管时需要进一步提高照射信号光区域中分隔光电二极管的响应特性。

由于需要提高如图11A所示在光照射下分隔光电二极管的区域中光电二极管的分隔区的响应特性，现已提出了提高分隔区响应速度的结构(见日本公开公报No.8-32100(日本专利申请号6-162412))。

图12示出了这种提高分隔区响应速度的结构的示意图，它对应于图10B所示四分隔光电二极管PD20部分的截面图。注意：在图12中省略了继金属处理步骤之后各个步骤期间所形成的氧化膜或氮化膜(作为减反射膜)和各个构造部分(包括多层配线、保护层等)。

在图12中，PD30是一个采用提高分隔区响应速度结构的四分隔光电二极管。除了如图10A和10B所示的分隔光电二极管PD20的各层和各区外，四分隔光电二极管PD30进一步包括在P型硅基底11与构成光电二极管各个光探测部分PDa至PDd的N型外延层14a之间的边界区中形成的N⁺型埋入扩散层13。分隔光电二极管PD30的其余结构与分隔光电二极管PD20的相同。

接着，将介绍分隔光电二极管PD30的制备方法。

首先，如图13A所示，在P型硅基底11表面区中将分隔光电二极管与其它器件隔离开来的区域和将分隔光电二极管分隔为各个光探测部分的分隔区中形成P⁺型埋入扩散层12。此外，在基底11表面区中形成的一部分光电二极管光探测区中形成N⁺型埋入扩散层13。

接着，如图13B所示，在P型硅基底11的整个表面上生长N型外延层14。下一步如图13C所示，在与P⁺型埋入扩散层12相对应的区域中形成P⁺型隔离扩散层15，这个扩散层就这样从N型外延层14的表面延伸到P⁺型埋入扩散层12，并且在构成分隔光电二极管的N型外延层14的表面区中进一步形成P⁺型扩散层16。

用这种方法可获得具有如12所示这种结构的分隔光电二极管PD30。此外，用常规的双极集成电路工艺，在P型硅基底11中可以形成把信号处理电路部分(未示出)和分隔光电二极管一起做在与电路集成的光接收元件中。

接下来，将简要描述在采用这种结构的分隔光电二极管的分隔区中是如何提高响应速度的。

采用这种结构的分隔光电二极管PD30的特点是为光电二极管各个光探测部分提供N⁺型埋入扩散层13以及在构成分隔光电二极管的N型外延层14的表面区中提供P⁺型扩散层16。

首先，将说明为什么提供N⁺型埋入扩散层13。在图10B所示的一般分隔光电二极管PD20的结构中，分隔区B受光照产生的光生载流子C0(见图14A)在绕过分隔区B后到达P-N结区。结果，载流子C0扩散到P-N结区的距离比基底11中除光电二极管分隔区B以外区域中产生的光生载流子C1的距离长。因此，在光电二极管PD20分隔区B中的响应速度要比分隔区B以外区域中的响应速度慢，分隔区B中的截止频率要比分隔区B以外区域中的截至频率低。

相比而言，在如图13C所示的采用包含N⁺型扩散层13结构的分隔光电二极管PD30中，利用了从N⁺型扩散层1 3扩展的耗尽层，因此，使在分隔区中产生的光生载流子围绕分隔区扩散的距离从几十微米缩短到几微米。因此，能够防止由于分隔区中产生的光生载流子造成的响应速度的延迟。

从提高响应速度的观点看，对于分隔光电二极管PD30来说，采用在分隔区附近包含N⁺型扩散层13的结构是重要的。通过以这种方式改进分隔光电二极管的结构，能够提高响应速度以及在更高的速度下处理射频信号。

另一方面，以下将说明为什么形成P⁺型扩散层16的原因。

在分隔光电二极管PD30光接收表面的光反射比较高的情况下，当信号光照射在分隔光电二极管PD30上时，只有少量的光穿透到分隔光电二极管PD30中。结果，把光通过光电转换成电信号产生的电流量是很小的。换句话说，分隔光电二极管的光灵敏度较低。

因此，为了防止以这种方式降低光电灵敏度，必须要降低分隔光电二极管表面上的光反射。因此，在分隔光电二极管的光接收表面上通常形成氧化硅膜层，作为减反射膜(未示出)。然而，即时使氧化硅的膜层厚度达到最佳值，由于其折射率的限制，氧化硅膜层只能使反射率减少大约15％。

另一方面，在用氮化硅代替氧化硅作为减反射膜层的情况中，通过使膜层厚度达到最佳值能够使反射率减少约1％。然而，如果在外延层的表面上形成氮化硅膜层，会使N型外延层14与P⁺型扩散层15之间的P-N结端面直接与氮化硅膜层接触，以致P-N结端面中的结漏电产生不利的增大。

因此，如图14C所示，通过在分隔光电二极管外延层表面区中形成P⁺型扩散层16，能够防止N型外延层14与P⁺型扩散层15之间的P-N结端面与氮化硅接触，从而阻止P-N结端面的结漏电。

以下将说明采用图14C所示结构的分隔光电二极管PD30的问题。

当用作光检拾器的分隔光电二极管的工作速度升高时，电路要在较高频率下对由分隔光电二极管获得的光电转换信号进行处理。因此，必须降低与电路集成的光接收元件中信号处理电路的射频噪声水平。

现已发现，分隔光电二极管的电容越大，射频噪声水平越高。其原因大概如下。

图15是光检拾器用的与电路集成的光接收元件的简化等效电路图，其中包括与射频噪声有关的部分。在与电路集成的光接收元件中，为信号处理电路(SC)提供一个如放大器前级那样的反馈电路。因此，在等效电路图中，分隔光电二极管的电容CPD和反馈电路的电阻Rf并联在信号处理电路SC的输入端上。在图15中，V代表信号处理电路SC的参考电压，这和放大器一样。

这个等效电路中的噪声可以用下面的方程式(1)表示：

i_n ²＝i_na ²+V_na ²/{Rf²/(1+ωC_PDRf²)}+4kT(Δf/Rf)……(1)

在方程式(1)中，变量和常量分别为：

I_n：相对整个信号处理电路的输入转换噪声电流源的输出电流(复数)；

I_na：相对反馈电路的输入转换电流噪声源的输出电流(复数)；

V_na：相对反馈电路的输入转换电压噪声源的输出电压(复数)；

Δf：由信号处理电路处理的信号的频率带宽；

Rf：反馈电路的电阻(反馈电阻)；

C_PD：光电二极管的电容；

k：玻尔兹曼常数；

T：绝对温度；

ω＝2πf：角速度(弧/秒)；

f：光学信号的频率。

在方程式中，第一项代表散粒噪声，第二项代表射频噪声，第三项代表热噪声。在这几项中，散粒噪声和热噪声与频率无关。

正如从方程式(1)可以明白的，与频率有关的第二项依赖于分隔光电二极管的负载电阻Rf和电容C_PD。然而，由于负载电阻Rf与放大电路(即信号处理电路)SC的放大倍数有关，电阻值不能自由地改变。因此，为了降低射频噪声水平，必须降低分隔光电二极管PD30的电容C_PD。

如上所述，在一般的分隔光电二极管PD30中，通过提供N⁺型埋入扩散层13可提高响应速度，同时，利用氮化硅作为减反射膜层，而且在分隔光电二极管的N型外延层表面区中形成P⁺型扩散层16，以减小光接收表面上的反射，且不产生结漏电。然而，由于N⁺型扩散层13与P型半导体基底11间的结电容和P⁺型扩散层16与N型外延层14间的结电容较大，分隔光电二极管的总结电容也较大。因此，分隔光电二极管存在与电路集成的光接收元件中信号处理所产生的射频噪声水平高的问题。

根据本发明的方案1，与电路相集成的光接收元件包括：一层具有第一导电类型的半导体基底；在第一导电类型半导体基底上形成的具有第二导电类型的第一半导体层；使具有第二导电类型的第一半导体层分隔成多个第二导电类型半导体区的具有第一导电类型的第一半导体层；由各个具有第二导电类型的被分隔半导体区和下方具有第一导电类型半导体基底区构成的、探测信号光并输出信号光的光电转换信号的多个光探测部分，由所述的多个光探测部分构成一个分隔光电二极管，在具有第二导电类型的第一半导体区中形成的对光电转换信号进行处理的信号处理电路部分，所述信号处理电路与形成分隔光电二极管的区域是电隔离的；仅在起光电二极管分隔区作用的具有第一导电类型的第一半导体层附近和形成各个光探测部分的具有第一导电类型的半导体基底区中形成的具有第二导电类型的第二半导体层；在具有第二导电类型的第一半导体层的表面区，包括一部分起分隔区作用的具有第一导电类型的第一半导体层中形成的具有第一导电类型的第二半导体层，它覆盖具有第二导电类型的第二半导体层的上方部分。

在一个实施例中，仅在分隔区附近形成具有第一导电类型的第二半导体层，其上照射信号光，半导体层的面积基本与信号光束的直径相等；具有第二导电类型的第二半导体的形成使具有第二导电类型的第二半导体层的平面图案不比具有第一导电类型的第二半导体层的平面图案长得大。

在另一个实施例中，仅在分隔区附近形成具有第二导电类型的第二半导体层，其上照射信号光，使平面图案满足制造工艺设计规则的最小尺寸；形成具有第一导电类型的第二半导体层，使其覆盖具有第二导电类型的第二半导体层的上方部分。

根据本发明的方案2，与电路集成的光接收元件包括：具有第一导电类型的半导体基底；在第一导电类型半导体基底上形成的具有第二导电类型的第一半导体层；把具有第二导电类型的第一半导体层分隔成多个第二导电类型半导体区的具有第一导电类型的第一半导体层；由各个具有第二导电类型的被分隔半导体区和下方的具有第一导电类型半导体基底区构成的、探测信号光并输出信号光的光电转换信号的多个光探测部分，由多个所述的光探测部分构成一个分隔光电二极管，在具有第二导电类型的第一半导体区中形成的对光电转换信号进行处理的信号处理电路部分，信号处理电路与形成的分隔光电二极管区是电隔离的；通过从具有第二导电类型半导体区的表面扩散杂质，在构成光探测部分的具有第二导电类型的一部分半导体区中形成的具有第二导电类型的第二半导体层，第二导电类型半导体层的杂质浓度高于第二导电类型第一半导体层的杂质浓度。

在一个实施例中，具有第二导电类型的第二半导体层是与起电路作用的垂直型PNP晶体管的基区同时形成的。

根据本发明的方案3，与电路集成的光接收元件包括：具有第一导电类型的半导体基底；在第一导电类型半导体基底上形成的具有第二导电类型的第一半导体层；把具有第二导电类型的第一半导体层分隔成多个具有第二导电类型半导体区的具有第一导电类型的第一半导体层；由多个具有第二导电类型的被分隔半导体区和下方的具有第一导电类型半导体基底区构成的、探测信号光并输出信号光的光电转换信号的多个光探测部分，由多个所述的光探测部分构成一个分隔光电二极管，在具有第二导电类型的第一半导体区中形成的对光电转换信号进行处理的信号处理电路部分，信号处理电路与所形成分隔光电二极管区是电隔离的；在由第一导电类型的第一半导体层构成的一部分分隔区和分隔区附近，在其上照射信号光的第二导电类型的第一半导体层的表面区中形成的第一导电类型的第二半导体层，其覆盖面积基本等于信号光束的直径。

以下将介绍本发明所实现的功能或效果。

根据本发明的方案1，仅仅在构成分隔光电二极管的第一导电类型半导体基底中的分隔光电二极管的分隔区附近形成第二导电类型的第二半导体层。因此，由于存在第二导电类型的第二半导体层，能够缩短分隔区下产生的光生载流子围绕分隔区扩散到达P-N结的距离。从而，能够抑制由于光生载流子绕过分隔区造成的在分隔区中响应速度的下降。

此外，由于第一导电类型的第二半导体层是在构成分隔光电二极管的第二导电类型第一半导体层的表面区中形成的，它覆盖了第二导电类型第二半导体层的上方部分，在第二导电类型第二半导体层上部产生的光生载流子被吸收到第一导电类型的第二半导体层中。因此，光生载流子不再绕过第二导电类型的第二半导体层到达P-N结区。因而，即使在形成第二导电类型的第二半导体层时，也能够防止响应速度的降低。

此外，由于仅在分隔区附近形成第二导电类型的第二半导体层和第一导电类型的第二半导体层，降低了分隔光电二极管在这些层中产生的结电容。因此，在处理分隔光电二极管得到的光电转换信号的电路中，能够降低射频噪声水平。

在本发明的一个实施例中，仅在分隔区附近形成第一导电类型的第二半导体层，在其大致等于信号光束直径的较小面积上照射信号光，第二导电类型的第二半导体层是这样形成的，使第二导电类型第二半导体层的平面图案不超过第一导电类型第二半导体层的平面图案。因此，能够进一步降低分隔光电二极管的电容，电容的降低能够降低射频噪声水平。

更具体地说，实际上，包含要求更高响应特性的射频信号的信号光不照射在分隔光电二极管的整个分隔区上。因此，通过仅在其上照射信号光的分隔区附近，在相应于辐射信号光直径的窄小面积上形成第一导电类型的第二半导体层，并通过仅在分隔区附近的第一导电类型的半导体基底中形成第二导电类型的第二半导体层，且使之不超过第一导电类型的第二半导体层，减小分隔光电二极管的电容。此外，在这种情况中，第二导电类型的第二半导体层位于分隔区附近，包含要求较高相应特性的射频信号的信号光实际上照在它上面。因此，光生载流子绕过分隔区不降低响应速度。

在本发明的另一个实施例中，仅在分隔区附近形成第二导电类型的第二半导体层，在其上照射信号光，使平面图案满足制造工艺设计规则的最小尺寸，而第一导电类型的第二半导体层的形成应使其覆盖第二导电类型的第二半导体层的上方部分。因此，能够进一步减小结面积，因而能够进一步降低分隔光电二极管的电容和射频噪声水平。

在这种情况中，由于照射信号光的区域包括未在分隔区附近形成的第二导电类型的第二半导体层和覆盖其上方部分的第一导电类型的第二半导体层的区域，由于光生载流子绕过分隔区或第二导电类型的第二半导体层，响应速度未降低。然而，在降低由分隔光电二极管中结电容所导致的射频噪声水平的情况中，降低这种结构的结电容的效果是明显的，这种结构是非常有用的。

根据本发明的方案2，第二导电类型的半导体层是通过在第一导电类型的半导体基底上构成分隔光电二极管光探测部分的一部分第二导电类型半导体区中扩散杂质形成的，使其杂质浓度高于第二导电类型的半导体区的杂质浓度。因此，利用第二导电类型的半导体层的杂质浓度梯度，能够缩短第二导电类型的半导体区中产生的光生载流子扩散到P-N结区的距离。从而，能够加速响应速度。

例如，在所用半导体激光器发射激光束波长较短的情况下，由于在分隔区下产生的光生载流子绕过分隔区造成的响应速度的降低变得可以忽略不计，因为从分隔光电二极管的光接收表面看，很少量的光生载流子是在深层产生的。因此，在这种情况中，不需要形成第一导电类型的第二半导体层和第二导电类型的第二半导体层。另一方面，在第一导电类型的半导体基底上构成分隔光电二极管的第二导电类型第一半导体层中产生的光生载流子在第二导电类型的第一半导体层中扩散到第二导电类型的第一半导体层与第一导电类型的半导体基底之间的结区。于是，如果在第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子的扩散距离长，响应速度就降低。

因此，通过在第一导电类型的半导体基底上构成分隔光电二极管的第二导电类型的第一半导体层的表面扩散杂质，形成杂质浓度高于第二导电类型的第一半导体层杂质浓度的具有第二导电类型的第三半导体层，利用第二导电类型第三半导体层的浓度梯度引起的电势，缩短光生载流子通过第二导电类型的第一半导体层的扩散距离，提高响应速度。

在本发明的一个实施例中，具有第二导电类型的第三半导体层是与垂直型PNP晶体管的基区同时形成的。由于形成具有第二导电类型的第三半导体层可以不增加工艺步骤，本发明还具有成本低的优点。

根据本发明的方案3，仅在其上照射信号的分隔光电二极管的分隔区附近，在构成光接收区的第二导电类型第一半导体层的表面区中形成具有第一导电类型的第二半导体层，其面积基本等于信号光束的直径。因此，能够提高响应速度。

具体而言，在所用半导体激光器发射激光束波长较短的情况中，仅在面积基本等于信号光束直径的构成分隔光电二极管光探测部分的第二导电类型半导体区中形成第一导电类型的第二半导体层，而不形成第二导电类型的第二半导体层。在这种结构中，虽然分隔光电二极管的电容被第一导电类型的第二半导体层增大到一定的程度，但在构成光探测部分的第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子能够被第一导电类型的第二半导体层所吸收，并能够减小因构成光探测部分第二导电类型的半导体区中产生的光生载流子的扩散距离造成的响应时间的延迟。

换句话说，在不形成第一导电类型的第二半导体层时，在第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子到达第二导电类型的第一半导体层与第一导电类型的半导体基底之间的结区。然而，由于光生载流子的扩散运动，响应速度变慢。另一方面，如果形成第一导电类型的第二半导体层，在第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子到达在第一导电类型的第二半导体层与第二导电类型的第一半导体层之间的较近结区。因此，载流子扩散运动的距离变短，并能够提高响应速度。

因此，这里所描述的与电路集成的光接收元件的发明，具有能够降低分隔光电二极管光接收表面上的光反射，不增加结漏电，能够提高分隔光电二极管响应速度和降低射频噪声水平的优点。

参照附图，通过阅读和理解以下详细介绍，对于本领域专业人员来说，本发明的这些以及其它优点将是明显的。

图1A和图1B是本发明实施例1的做在与电路集成的光接收元件中的分隔光电二极管的结构，图1A是分隔光电二极管的平面图；图1B是沿图1A1a-1a线的截面结构图。

图2是本发明实施例1的与电路集成的光接收元件的结构的截面图，除了分隔光电二极管的截面结构外，还示出了信号处理电路与光接收元件相集成的电路部分的截面结构。

图3A至3C依次表示制备本发明实施例1的与电路集成的光接收元件中分隔光电二极管的主要工艺步骤。

图4是本发明实施例2和3中与电路集成的光接收元件的平面图，并示出了做在与电路集成的光接收元件中的分隔光电二极管。

图5是本发明实施例4的与电路集成的光接收元件中分隔光电二极管的截面结构。

图6A至6C是依次表示本发明实施例4的制备分隔光电二极管主要工艺步骤的截面图。

图7A和图7B分别表示本发明实施例4的分隔光电二极管中在浅层中形成N型扩散层7时的电位分布和结构。

图8A和图8B分别表示本发明实施例4的分隔光电二极管中在深层中形成N型扩散层7时的电位分布和结构。

图9是本发明实施例5的与电路集成的光接收元件中分隔光电二极管的截面结构。

图10A和图10B示出一般的四分隔光电二极管，图10A是分隔光电二极管的一般结构的平面图，图10B是沿图10A10b-10b线的截面图。

图11A至11C表示用象散方法时光束斑样子。

图12是提高分隔区中响应速度的一般分隔光电二极管的截面结构。

图13A至13C是分别表示制备图12所示分隔光电二极管主要工艺步骤的截面图。

图14A至14C是表明图12所示分隔光电二极管N型扩散层13和P型扩散层16必要性的截面图。

图15是表示包含射频噪声有关部分的一般常见的与电路集成的光接收元件的等效电路图。

参照附图，首先介绍本发明的基本原理。

为了解决在含有分隔光电二极管的与电路集成的光接收元件中降低分隔光电二极管电容，从而降低射频噪声水平的问题，必须使图12所示的N⁺型扩散层13和P⁺型扩散层16尽可能地小，来降低N⁺型扩散层13与P⁺型扩散层11之间的结电容以及N型外延层14与P⁺型扩散层16之间的结电容。

另一方面，为了不降低响应速度，必须在分隔光电二极管的分隔区附近形成N⁺型扩散层13。例如，在每条边长约100微米的正方形分隔光电二极管中，假定N型外延层14的电阻约为3Ωcm，P型硅基底的电阻约为40Ωcm，N型外延层14与P⁺型扩散层16之间的结电容约为0.63pF(反偏压约为0.5V)，N⁺型扩散层13与P型硅基底11之间的结电容约为0.25pF(反偏压约为0.5V)。因此，如果减小N型外延层14与P⁺型扩散层16之间的结电容，即如果不形成P⁺型扩散层16，能够有效地降低结电容。

然而，在形成N⁺型扩散层13a，在扩散层13a上不形成P⁺型扩散层16的情况中，正如图14B中所示的分隔光电二极管PD30a中一样，在N⁺型扩散层13a上方产生的光载流子绕过宽度在50微米至100微米范围的N⁺型扩散层向P型硅基底11扩散运动。因此，发现了在N⁺型扩散层13a上方产生的光生载流子的响应特性由于形成N⁺型扩散层13a而退化。

另一方面，还发现了在N⁺型扩散层13上方形成的P⁺型扩散层16吸收在N⁺型扩散层13上方的N型外延层14中产生的光生载流子，因而提高了其响应特性。因此，发现了形成P⁺型扩散层13以覆盖N⁺型扩散层13是很重要的，即不能省略P⁺型扩散层16。

因此，发现了为了减小P⁺型扩散层16的尺寸，且不降低响应速度，使形成N⁺型扩散层13的区域达到最小，并形成P⁺型扩散层16以覆盖N⁺型扩散层13是重要的。

以下将介绍本发明的实施例，同时考虑到本发明的上述观点。

实施例1

图1A和图1B示出本发明实施例1的做在与电路集成的光接收元件中的分隔光电二极管的结构，图1A是分隔光电二极管的平面图；图1B是沿图1A1a-1a线的截面结构图。图2是实施例1的与电路集成的光接收元件的结构的截面图，除了分隔光电二极管的截面结构外，还示出了信号处理电路与光接收元件相集成的电路部分的截面结构。

注意：图中省略了在金属加工之前各个步骤期间形成的氧化硅膜层或氮化硅膜层(作为减反射膜)以及各个不同的部分，包括多层引线、保护膜等。

在这些图中，PD1是做在本实施例的与电路集成的光接收元件101中的四分隔光电二极管，在P型硅基底1上形成N型外延层4，有选择地形成P⁺型埋入扩散层2。在N型外延层4的表面区中形成P⁺型隔离扩散层5，使其到达P⁺型埋入扩散层2。此外，用与扩散层2联系的P⁺型埋入扩散层2和P⁺型隔离扩散层5把N型外延层4分隔成多个N型外延区4a。这里，探测信号光的光电二极管光探测部分PDa、PDb、PDc和PDd是由各个被分隔的N型外延区4a和下方的基底区1构成的。四分隔光电二极管PD1是由这些光电二极管光探测部分PDa至PDd组成的。

此外，在分隔光电二极管PD1中，仅在构成各个光探测部分PDa至PDd的P型硅基底1区中分隔区B的附近形成N⁺型埋入扩散层3。此外，在包括起分隔区B作用的P⁺型扩散层5的N型外延层4a的表面区中，形成P⁺型扩散层6，以覆盖分隔区B附近的N⁺型埋入扩散层3的上方部分。

此外，在与电路集成的光接收元件101中，在与形成分隔光电二极管PD1区域电隔离的N型外延层4的区域中形成NPN晶体管Ta和垂直型PNP晶体管Tb，作为处理光电转换信号的信号处理电路SC，如图2所示。注意：在N型外延层4的表面实际上形成了氧化硅薄膜、氮化硅薄膜或类似的薄膜，但是，在图中未示出这些薄膜。在图1A中，X表示P⁺型扩散层6在垂直于分隔区B纵向方向的宽度。

接下来将介绍制备分隔光电二极管PD1的方法。

图3A至3C依次表示制备与电路集成的光接收元件101中分隔光电二极管的主要工艺步骤。

首先，如图3A所示，在P型硅基底1的表面区中在将分隔光电二极管与其它器件隔离开来的区域以及要成为光电二极管分隔区的区域中形成P⁺型埋入扩散层2，并仅在基底1中形成光探测区的分隔区附近形成N⁺型埋入扩散层3。

然后，如图3B所示，在P型硅基底1的整个表面上生长一层N型外延层4，并从N型外延层4的表面扩散杂质，而在N型外延层4的表面中在与P⁺型埋入扩散层2对应的区域中形成P⁺型扩散层5。用这种方法形成分隔光电二极管的分隔区B。

接着，如图3C所示，在N型外延层4的表面区中，在起分隔区B作用的区域以及在水平方向介于分隔区两边的附近形成P⁺型扩散层6，以覆盖N⁺型埋入扩散层3的上方部分。用这种方法得到图1A和1B所示的四分隔光电二极管PD1。

此外，用通常的双极集成电路的工艺方法在P型硅基底上形成光接收元件101的信号处理电路SC部分(见图2)。

以下，参考图2简要地介绍制备电路部分的工艺过程。这里，示出了NPN晶体管Ta和垂直型PNP晶体管Tb，作为范例电路元件。

首先，在P型硅基底1中形成隔离各个器件的P型阱51。接着，在P型阱51的表面上形成高浓度的N⁺型埋入扩散层52a，以降低NPN晶体管Ta的集电区电阻。另外，在形成垂直型PNP晶体管Tb的区域中形成N⁺型埋入扩散层52b。此外，在基底1的表面上形成高浓度的P⁺型埋入扩散层53，同时形成高浓度的P⁺型埋入扩散层53b，以降低PNP晶体管Tb的集电区电阻。

然后，形成N型外延层4，并形成降低NPN晶体管Ta集电区电阻的N型阱55a和PNP晶体管Tb的N型基区扩散层55b和隔离各个器件的高浓度P⁺型扩隔离散层54。

此外，在N型阱55a上形成NPN晶体管Ta的P型基区扩散层56a，在PNP晶体管的N型基区扩散层55b的表面上同时形成P型发射区扩散层56b。

最后，在NPN晶体管Ta的P型基区扩散层56a的表面区中形成发射区扩散层57a，从而获得信号处理电路SC部分。这里，N型外延层4、P⁺型埋入扩散层53和P⁺型隔离扩散层54是用在分隔光电二极管的区域中形成N外延层4、P⁺型埋入扩散层2和P⁺型隔离扩散层3相同的工艺步骤形成的。

在采用这种结构的实施例1的与电路集成的光接收元件101中，分隔光电二极管PD1中N⁺型扩散层3和P⁺型扩散层6的面积比图12所示一般分隔光电二极管结构的面积要小，以降低了分隔光电二极管的电容。因此，能够降低用该分隔光电二极管获得的光电转换信号的射频噪声水平。

此外，由于N⁺型扩散层3位于P+型扩散层构成的分隔区附近，满足了阻止响应速度在分隔区中降低的条件。换句话说，为读出要求更高响应特性的射频信号，信号光照在其上的分隔区的结构基本上与图12所示的结构相当。因此，分隔光电二极管PD1的响应速度不低于图12所示一般结构的分隔光电二极管的响应速度。

用这种方法，能够获得降低射频噪声水平的结构，与一般分隔光电二极管响应特性相比，这种分隔光电二极管的响应特性没有变坏。

实施例2

图4是本发明实施例2中与电路集成的光接收元件的平面图，图中示出了做在与电路集成的光接收元件中的分隔光电二极管。

图中，PD2是做在实施例2的与电路集成的光接收元件中的分隔光电二极管。在该分隔光电二极管PD2中，用具有较小面积的N⁺型扩散层3a和P⁺型扩散层6a分别代替实施例1的分隔光电二极管PD1中在分隔区B及其附近形成的全部N⁺型扩散层3(见图1A)和在N⁺型扩散层3上形成的P⁺型扩散层6(见图1A)。

更具体地说，实施例2的分隔光电二极管PD2包括：仅在为了在聚焦后读出射频信号而被信号光照射的区域(例如照射光束直径约为50微米信号光的面积)中形成P⁺型扩散层6a；在P型硅基底中在分隔区B附近形成N⁺型扩散层3a的，以使其平面图案不大于P⁺型扩散层6a的平面图案。分隔光电二极管PD2的其余结构与实施例1分隔光电二极管PD1的结构是相同的。

接下来，将介绍分隔光电二极管PD2所获得的功能或效果。

本发明的目的之一是提供一种与图12所示一般分隔光电二极管PD30相比能够通过降低分隔光电二极管的电容降低射频噪声水平同时又不降低分隔光电二极管的响应特性的结构。

本发明人分析了图12所示分隔光电二极管PD30中提供N⁺型扩散层13和P⁺型扩散层16的结构特征所获得的效果。结果发现，在分隔光电二极管的分隔区附近形成N⁺型扩散层13是重要的，形成P+型扩散层16，使其覆盖N⁺型扩散层13的上方部分也是重要的。

考虑到这一情况，在实施例1中，仅在分隔区附近形成N⁺型扩散层3，并形成P⁺型扩散层6，使其覆盖N⁺型扩散层3的上方部分。另一方面，在实施例2中，通过更精确地进行这一分析以及形成不会降低响应特性的较小的N⁺型扩散层3a和较小的P⁺型扩散层6a，可降低分隔光电二极管的电容和射频噪声水平。

首先，考虑N⁺型扩散层3，在分隔区B附近必须形成N⁺型扩散层3。此外，在形成N⁺型扩散层3的区域中，N⁺型扩散层3与P型硅基底1之间的结的位置比不形成N⁺型扩散层3的区域深。在这种情况中，在N⁺型扩散层3下方产生的光生载流子通过扩散移动到N⁺型扩散层3与P型硅基底1之间的结区。由于结的位置较深，扩散运动的距离变短。因此，发现在分隔区以外的区域中提高了响应特性。

也就是说，通过形成N⁺型扩散层3对响应速度提高产生贡献的效果包括：能够缩短在分隔区下方产生并绕着分隔区扩散的光生载流子的扩散运动距离的效果，和由于N⁺型扩散层与P型硅基底之间结水位置较深，也能够缩短在分隔区下方以外的区域中产生的光生载流子的扩散运动距离的效果。然而，与前一效果相比，后一效果对响应速度的影响较小。

根据以上分析，使在不降低响应速度的前提下让N⁺型扩散层3和P⁺型扩散层6尽可能地小，以确定N⁺型扩散层3和P⁺型扩散层6的所需最小尺寸。

更具体地说，在光学检测用的分隔光电二极管中，首先，信号探测光必须相对圆盘聚焦。在信号探测光未聚焦的状态中，如图11B和11C所示，被圆盘反射的信号探测光也会落在离开光电二极管分隔区一段距离的位置上。因此，要求分隔光电二极管具有一定的尺度。探测这种状态的聚焦信号的响应速度可以慢一些。

相反，在将信号探测光聚焦在盘片上并能够读出射频信号的状态下，分隔光电二极管要求响应速度高的部分仅仅是照射信号光的部分。正如从图11A看到的，信号光仅入射在分隔光电二极管的很小的面积上。也就是说，为了在读出射频信号的所有时候降低响应速度，在照射信号光的面积中，要求用N⁺型扩散层3和P⁺型扩散层6获得以下三个效果。

第一个效果是用N⁺型扩散层3缩短在分隔区下方产生的并绕着分隔区扩散的光生载流子的扩散运动距离。第二个效果是由于N⁺型扩散层3与P型硅基底1之间的结的位置较深，缩短了在分隔区下方以外的区域中产生的光生载流子的扩散运动距离。第三个效果是用为覆盖N⁺型扩散层3的上方部分而形成的P+型扩散层6吸收N型外延层4中产生的光生载流子。

因此，在读出射频信号时被照射信号光的并要求高速响应特性的分隔光电二极管区域上都必须形成N⁺型扩散层3，并需要形成覆盖N⁺型扩散层3上方部分的P⁺型扩散层6。

从这一点看，在实施例2中，N⁺型扩散层3a和P⁺型扩散层6a是仅在读出射频信号时被照射信号光的并要求高速响应特性的分隔光电二极管区域下形成的。因此，与实施例1相比，能够减小N⁺型扩散层3a和P⁺型扩散层6a的结面积，也能够减小其结电容。结果，能够方便地降低射频噪声的水平。

此外，由于在读出射频信号时被照射信号光的分隔光电二极管区域中用N⁺型扩散层3a和P⁺型扩散层6a能够获得上述的第一至第三效果，因此能够阻止响应速度降低。

实施例3

接着介绍本发明实施例3的与电路相集成的光接收元件的分隔光电二极管。

在实施例3的分隔光电二极管中，仅在照射信号光的分隔区附近形成N⁺型扩散层3a(即第二导电类型的第二半导体层)，以使其具有符合制造工艺设计规则的最小尺寸图案，并形成P⁺型扩散层6a(即第一导电类型的第二半导体层)，以使其覆盖N⁺型扩散层3a的上方部分。实施例3分隔光电二极管的其余结构与实施例1或实施例2分隔光电二极管的结构是相同的。

接着，将描述实施例3分隔光电二极管获得的功能和效果。

在通过形成N⁺型扩散层3a获得的响应速度的几种效果中，由于N⁺型扩散层与P型硅基底之间结的位置较深缩短了在分隔区以外区域中产生的光生载流子的扩散运动距离，与缩短分隔区下方产生并绕着分隔区扩散的光生载流子的扩散运动距离相比，前者对增大响应速度的贡献较小。因此，给出在这两种效果(即前一个有关响应速度的效果和通过进一步减小N⁺型扩散层3a和P⁺型扩散层6a的尺寸获得降低射频噪声水平的效果)中作出选择的优先权。

更具体地说，如果在比实施例2的N⁺型扩散层3a还小的尺寸中形成N⁺型扩散层3a，在P型硅基底1中P-N结的位置不会变深，在分隔区下方以外区域中产生的光生载流子的扩散运动距离在照射信号光并且不存在N⁺型扩散层3a的区域中不会变短。结果，在这些区域中响应速度有所下降。然而，在这种情况下，能够进一步减小N⁺型扩散层3a的面积，也能够进一步减小与N⁺型扩散层3a相应形成的P⁺型扩散层6a的面积。因此，能够减小分隔光电二极管的电容，并能方便地进一步降低射频噪声的水平。

因此，实施例3的结构存在响应速度降低到与图12所示结构水平程度相当的缺点，但是，对于降低射频噪声水平占主导地位的这种情况，还是颇为适用的。

具体而言，在实施例3中，仅在读出射频信号时照射信号光并要求高响应速度的分隔区中及其附近形成符合制造工艺设计规则的最小尺寸的形成N⁺型扩散层3a，并形成P⁺型扩散层6a以覆盖N⁺型扩散层3a的上方部分。在这种结构中，由于已经使N⁺型扩散层3a和P⁺型扩散层6a的尺寸减至最小，也能够使分隔光电二极管的电容减至最小并能够大大降低射频噪声的水平。然而，另一方面，由于在读出射频信号时照射信号光并要求高速响应特性的分隔光电二极管的面积比信号光束的直径还小，存在这样一些区域，除了分隔区以外在信号光照射的面积中未形成N⁺型扩散层3a的区域。在这些区域中，由于P-N结的位置较浅，在P型硅基底1中产生的光生载流子的扩散运动距离变得相当长，响应速度降低到一定的程度。尽管如此，与图10A和10B所示的一般结构的分隔光电二极管PD20相比，能够保证具有足够高的响应速度。

实施例4

图5是本发明实施例4的做在与电路集成的光接收元件中的分隔光电二极管的截面图，图中示出了与图1B所示分隔光电二极管截面部分相对应的部分。注意：图5中省略了氧化薄膜或氮化薄膜以及在金属处理后各步骤期间形成的各个构造部分，包括多层布线、保护膜等。

在图5中，PD4是实施例4的做在与电路集成的光接收元件中的四分隔光电二极管，在其P型硅基底1上形成N型外延层4。在基底1与N型外延层4间的边界区中，有选择地形成P⁺型埋入扩散层2。在N型外延层4的表面区中形成P⁺型隔离扩散层5，以使它到达P⁺型埋入扩散层2。此外，用P⁺型埋入扩散层2和与扩散层2相联的P⁺型隔离扩散层5把N型外延层4分隔成多个N型外延区4a。这里，用各个分隔的N型外延区4a和下方的基底区1形成探测信号光的光电二极管光探测区PDa、PDb、PDc和PDd。尽管图5中未示出，但在图1A和图4中示出了光电二极管光探测区PDa和PDb。四分隔光电二极管PD4是由这些光电二极管光探测区PDa至PDd构成的。

此外，在分隔光电二极管PD4中，在构成各个光探测区PDa至PDd的N型外延层4a中，通过从N型外延层4表面扩散杂质形成浓度比N型外延层4a更高的N型扩散层7。

接着描述制备分隔光电二极管PD4的方法。

首先，如图6A所示，在P型硅基底1表面区中把光电二极管光探测区与其它器件隔开的区域中以及光电二极管分隔区B的区域中形成P⁺型埋入扩散层2。接着，如图6B所示，在P型硅基底1的整个表面上生长N外延层4，从N型外延层4的表面扩散杂质，从而在N型外延层4的表面区中形成P⁺型扩散层5。用这种方法形成光电二极管的分隔区B。

接着，如图6C所示，从分别起分隔光电二极管光探测区作用的N型外延区4a扩散杂质，从而形成浓度比N型外延区4a高的N型扩散层7。

用这种方法获得图5所示结构的分隔光电二极管PD4。此外，用实施例1中介绍的通用双极集成电路工艺在P型硅基底1上形成本实施例的与电路集成的光接收元件的信号处理电路(未示出)。

接下来将描述本实施例中获得的功能或效果。

例如，在DVD(数字式视盘)用的光检拾器中，光发射元件用的半导体激光器发射的激光束的波长比一般的CD-ROM光检拾器用的半导体激光器发射的激光束的波长要短。具体而言，CD-ROM光检拾器用的半导体激光器发射的激光束的波长为780纳米，而DVD光检拾器用的半导体激光器发射的激光束的波长是650纳米。

这意味着，入射在与电路集成的光接收元件上的信号光的穿透深度(即信号光在与电路集成的光接收元件中能够穿过多远)在DVD光检拾器中变得较浅，这还意味着，当把为读出射频信号而把半导体激光器光束照射在分隔光电二极管上时，从深层位置产生的光生载流子较少。在这种情况中，即使不形成实施例1的分隔光电二极管PD1的N⁺型扩散层3，由于光生载流子要绕过分隔区B，响应很少有可能被延迟。因此，在照在分隔光电二极管上的信号光波长较短的光检拾器中，在光电二极管的分隔区附近不必形成N⁺型扩散层3，也不必形成覆盖N⁺型扩散层3的P⁺型扩散层6。

从实施例1的分隔光电二极管中去掉N⁺型扩散层3和P⁺型扩散层6，就产生与图10A和10B所示的一般分隔光电二极管PD20一样的结构。在这种结构中，不存在射频噪声水平的问题。然而，当信号光的波长较短时，在N型外延层4中产生的大量光生载流子成分通过N型外延层4因扩散而移动，因而不能得到足够快的响应速度。

因此，在实施例4中，通过在N型外延层4a中扩散杂质，形成浓度高于N型外延层4a的N型扩散层7，如图6C所示，在N型外延层4a中产生的光生载流子被扩散层7的内电场加速，因此实现了较高的响应速度。

此外，即使附加形成了N型扩散层7，但并不产生新的P-N结，因此结电容不改变。与实施例1或3的任何结构相比，实施例4的分隔光电二极管的结电容较小，射频噪声水平较低。

可选择的情况是，在信号处理电路部分形成垂直型PNP晶体管基区55b(见图2)工艺步骤的同时可以形成N型扩散层7。在这种情况下，N型扩散层7的位置较深，但是不必增加工艺步骤的次数。

再说，在较深位置形成N型扩散层7(见图8B)的情况中，与在较浅位置形成N型扩散层7(见图7B)的情况相比，相对于空穴的电势是平坦的平坦区B变短(见图7A和8A)。在图7A和8A中，在由于浓度梯度造成电势倾斜的倾斜区中，漂移是由电势斜率产生的内电场引起的，这加速了光生载流子的迁移率。另一方面，在电势平坦的平坦区B中，由于不存在电势斜率产生的内电场，光生载流子仅仅作扩散运动，载流子的迁移变慢。这意味着，如果在较深的位置形成N型扩散层7，能够缩短电势平坦和载流子迁移变慢的平坦区B的长度。结果，也能够从扩散电流来提高响应速度。图7A和8A分别示出沿图7B中光电二极管光探测区b1-b1’线和8B中光电二极管光探测区b2-b2’线测得的相对空穴的电势分布。

如上所述，N型扩散层7可以在信号处理电路部分形成垂直型PNP晶体管基区55b(见图2)工艺步骤的同时形成的。另外，N型扩散层7也可以具有这样的结构，在这种结构中，在形成扩散到较浅位置、起NPN晶体管发射区作用的N型扩散层的工艺步骤的同时形成第一N型扩散层，在形成扩散到较深位置、起垂直型PNP晶体管基区作用的N型扩散层的工艺步骤的同时形成第二N型扩散层，两个扩散层相互重叠。在这种情况中，也能够实现与上述效果相同的效果。

实施例5

图9是本发明实施例5的做在与电路集成的光接收元件中的分隔光电二极管的截面图，它表示与图1B所示的分隔光电二极管截面部分相对应的部分。注意：图9中省略了氧化薄膜或氮化薄膜以及在金属工艺步骤之后各个步骤中形成各个部分，包括多层布线、保护膜等。

在图9中，PD5是实施例5的分隔光电二极管，其中已经省略了实施例2的分隔光电二极管PD2的N⁺型扩散层3a。其余结构与实施例2的结构相同。

接下来介绍本实施例实现的功能或效果。

具有这种结构的分隔光电二极管PD5可以有效地运用于光检拾器中的光发射器件用半导体激光器发射的激光束波长较短的情况中，这与实施例4的方法相同。其原因如下：如果所用半导体激光器发射的激光束的波长较短，入射在与电路集成的光接收元件上的信号光的穿透深度(即信号光在与电路集成的光接收元件中穿透多远)变浅。因此，当为读出射频信号而把半导体激光束照射在分隔光电二极管上时，从离分隔光电二极管光接收表面较深位置产生的光生载流子较少。在这种情况下，即使不形成N⁺型扩散层3a，由于光生载流子要绕过分隔区，响应很少有可能被延迟。因此，即使在分隔区附近形成N⁺型扩散层3a，响应不延迟，也不必形成P⁺型扩散层6a。

如果不形成P⁺型扩散层6a，在N型外延层4中浅层处产生的光生载流子扩散到N型外延层4与P型硅基底1之间的结。另一方面，如果形成P⁺型扩散层6a，光生载流子向P型硅基底与N型外延层4a之间的结和P⁺型扩散层6a与N型外延层4a之间的结中较近的一个结扩散。因此，与不形成P⁺型扩散层6a的情况相比，这种情况能够缩短光生载流子的扩散运动距离，提高响应速度。

因此，可以看出，如果所用半导体激光器发射的激光束的波长较短，不形成N型外延层4a但形成P⁺型扩散层6a的结构是好的。尽管如此，如果形成P⁺型扩散层6a，P⁺型扩散层6a与N型外延层4a之间的结电容会增大分隔光电二极管的电容，射频噪声的水平会升高。

因此，不仅要满足提高分隔光电二极管照射信号光面积上响应速度的条件，而且要形成具有尽可能最小面积的P⁺型扩散层6a。

从这几方面可以看出，如果所用半导体激光器发射的激光束的波长较短，仅仅在分隔光电二极管的为读出射频信号而照射信号光的区域形成P⁺型扩散层6a就足够了，如实施例2所述，这个区域需要高速处理。

因此，与图10A和10B所示的采用一般结构的分隔光电二极管PD20相比，图9所示的实施例5的分隔光电二极管PD5在射频噪声水平方面，比实施例4的结构要差，但是，在提高响应速度方面，比实施例4的结构要有效。

从以上的描述中显而易见，根据本发明方案1，分隔光电二极管是这样构造的，它仅仅在第一导电类型半导体基底上分隔区附近形成第二导电类型的第二半导体层，并形成第一导电类型的第二半导体层，以覆盖第二导电类型第二半导体层的上方部分。因此，与一般分隔光电二极管相比，能够减小结的面积。结面积的减小又能减小结电容和射频噪声水平。此外，在本发明的分隔光电二极管中，由于在照射信号光和要求具有更高响应速度的分隔区附近形成第二导电类型的第二半导体层，缩短了光生载流子绕过分隔区扩散的扩散运动距离，因此能够避免分隔区中响应速度的降低。

在本发明的一个实施例中，要求以更高响应特性读出射频信号时，信号光实际上并不照射在分隔区的整个区域。因此，通过形成第一导电类型的第二半导体层，以吸收仅在面积大致等于信号光束直径的信号光照射区及其附近产生的载流子，和通过形成第二导电类型的第二半导体层，以缩短仅在分隔区(不大于第一导电类型第二半导体层)附近产生的载流子的扩散运动距离，也能够进一步减小分隔光电二极管的结面积，并减小其结电容。而结电容的减小又能够降低射频信号噪声的水平。

此外，在要求具有更高响应特性，其上照射信号光的区域中，在分隔区附近位置上形成第二导电类型的第二半导体层，这和一般分隔光电二极管一样。因此，这能够避免光生载流子绕过分隔区所产生的延迟，并能够防止响应速度的降低。

在本发明的另一实施例中，仅在照射信号光的分隔区附近形成第二导电类型的第二半导体层，其平面图案满足制造工艺设计规则的最小尺寸，并形成第一导电类型的第二半导体层，以覆盖第二导电类型的第二半导体层。因此，能够进一步减小结面积，因而能够进一步减小分隔光电二极管的电容和射频噪声水平。在这种情况中，由于照射信号光的区域包括不形成第一导电类型的第二半导体层和第二导电类型的第二半导体层的区域，在一定程度上降低了响应速度。然而，与不含这些半导体层的结构相比，这种结构在响应速度上也是好的。因此，在注重降低射频噪声水平的情况中，这种结构是十分有用的。

根据本发明的方案2，通过从第二导电类型的第一半导体层的表面扩散杂质，可形成第二导电类型的第三半导体层。因此，利用第二导电类型的第三半导体层中浓度梯度所表示的电势斜率，能够缩短第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子的扩散运动距离，提高响应速度。

也就是说，如果所用半导体激光器发射的激光束的波长较短，从分隔光电二极管的光接收表面看，在较深位置产生少量的光生载流子。因此，不必形成第一导电类型的第二半导体层和第二导电类型的第二半导体层。在不形成这些半导体层时，分隔光电二极管的结电容最小。然而，在这种情况中，在第二导电类型的第一半导体层产生的光生载流子扩散到第二导电类型的第一半导体层与第一导电类型的半导体基底间的结区，使响应速度变慢。因此，通过从第二导电类型的第一半导体层的表面扩散杂质，形成第二导电类型的第三半导体层，用第二导电类型的第三半导体层的内电场缩短第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子的扩散运动距离。

在本发明的一个实施例中，第二导电类型的第三半导体层是与垂直型PNP晶体管的基区同时形成的。因此，能够增大分隔光电二极管的P-N结的深度，也能够从扩散电流成分方面提高响应速度。此外，由于形成第二导电类型的第三半导体层不增加工艺步骤的次数，从制造成本上看，本发明也有优势。

根据本发明的方案3，仅在照射信号光的分隔区中以及其附近的表面中形成第一导电类型的第二半导体层，以吸收光生载流子。因此，能够缩短分隔区中产生的载流子的扩散运动距离，并提高响应速度。

具体而言，在所用半导体激光器发射的激光束波长较短的情况中，仅在面积大致等于照射信号光直径的分隔区及其附近形成第一导电类型的第二半导体层，而不形成缩短光生载流子绕过分隔区扩散运动距离的第二导电类型的第二半导体层。在这种情况中，虽然分隔光电二极管的电容与不存在第一导电类型的第二半导体层的情况相比略有增大，但是，第一导电类型的第二半导体层能够吸收第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子，响应速度不会变慢。

换句话说，在不形成第一导电类型的第二半导体层时，第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子到达第二导电类型的第一半导体层与第一导电类型的半导体基底间的结区。然而，由于光生载流子的扩散运动，响应速度变慢。另一方面，如果形成第一导电类型的第二半导体层，第二导电类型的第一半导体层中产生的光生载流子到达第一导电类型的第二半导体层与第二导电类型的第一半导体层间的较近的结区。因此，扩散运动距离变短，响应速度能够得到提高。

只要不偏离本发明的范围和精神，本领域的专业技术人员显然能够方便地作出各种其它改进。于是，这里附属的权利要求的范围并不是试图限制上述的说明，而是要广义地概括权利要求。

Claims

1.一种与电路集成的光接收元件，其特征在于包括：

具有第一导电类型的半导体基底；

在第一导电类型半导体基底上形成的具有第二导电类型的第一半导体层；

把第二导电类型的第一半导体层分成多个第二导电类型半导体区的具有第一导电类型的第一半导体层；

由各个第二导电类型的分隔的半导体区和下方的第一导电类型半导体基底区构成的多个光探测部分，它用于探测信号光和输出该信号光的光电转换信号，由多个所述的光探测部分构成一个分隔光电二极管，和在与形成分隔光电二极管区电隔离的第二导电类型第一半导体区中形成的信号处理电路部分，它用于对光电转换信号进行处理；

仅在起光电二极管分隔区作用的第一导电类型第一半导体层附近和形成各个光探测部分的第一导电类型半导体基底区中形成的具有第二导电类型的第二半导体层；

在第二导电类型的第一半导体层的表面区，包括一部分第一导电类型的第一半导体层中形成的具有第一导电类型的第二半导体层，它覆盖第二导电类型的第二半导体层的上方部分。

2.如权利要求1所述的与电路集成的光接收元件，其特征在于：仅在其上照射信号光的、面积与信号光束直径基本相等的分隔区附近形成具有第一导电类型的第二半导体层；

具有第二导电类型的第二半导体层的形成使得第二导电类型的第二半导体层的平面图案不比第一导电类型的第二半导体层的平面图案长得大。

3.如权利要求1所述的与电路集成的光接收元件，其特征在于：仅在其上照射信号光的、平面图案满足制造工艺设计规则最小尺寸的分隔区附近形成具有第二导电类型的第二半导体层；

形成的具有第一导电类型的第二半导体层覆盖了第二导电类型的第二半导体层的上方部分。

4.如权利要求2所述的与电路集成的光接收元件，其特征在于：仅在其上照射信号光的、平面图案满足制造工艺设计规则最小尺寸的分隔区附近形成具有第二导电类型的第二半导体层；

形成的具有第一导电类型的第二半导体层覆盖了第二导电类型的第二半导体层的上部。

5.一种与电路集成的光接收元件，其特征在于包括：

具有第一导电类型的半导体基底；

由各个第二导电类型的分隔半导体区和下方的第一导电类型半导体基底区构成的多个光探测部分，它用于探测信号光和输出该信号光的光电转换信号，由多个光探测部分构成一个分隔光电二极管，和在与形成分隔光电二极管区电隔离的第二导电类型第一半导体区中形成的信号处理电路部分，它用于对光电转换信号进行处理；

通过从第二导电类型半导体区的表面扩散杂质，在构成光探测部分的一部分第二导电类型半导体区中形成的具有第二导电类型的第二半导体层，所述第二导电类型半导体层的杂质浓度高于第二导电类型第一半导体层的杂质浓度。

6.如权利要求5所述的与电路集成的光接收元件，其特征在于：具有第二导电类型的第二半导体层是与起电路元件作用的垂直型PNP晶体管的基区同时形成的。

7.一种与电路集成的光接收元件，其特征在于包括：

具有第一导电类型的半导体基底；

在第二导电类型第一半导体层的表面区中，在其上照射信号光的由第一导电类型的第一半导体层构成的一部分分隔区中和面积与信号光束直径基本相等的分隔区附近形成的具有第一导电类型的第二半导体层。