JP2000022195A - フォトダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な光起電力を発生する。 【解決手段】 ポリシリコン層4 との間を二酸化珪素か
らなる誘電体分離3 膜により分離され第１又は第２の導
電型のいずれかを有した島状の第１の半導体領域5 と、
第１の半導体領域5 の導電型とは異なる導電型を有して
第１の半導体領域5 内に設けられた第２の半導体領域6
と、を備え、第１の半導体領域5 と第２の半導体領域6
との境界領域に光照射されて光起電力を発生するフォト
ダイオード1 であって、第２の半導体領域6 は、誘電体
分離膜3 との間に第１の半導体領域5 が位置する状態で
設けられた構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体分離基板上
に設けられたフォトダイオードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のフォトダイオードとして、図６
及び図７に示されたものが存在する。このものは、誘電
体分離膜A によりポリシリコン層B とは分離されてなる
第１導電型（ｐ型）の島状の第１の半導体領域C と、第
１の半導体領域C の導電型とは異なる第２の導電型（ｎ
型）を有するよう不純物が拡散されることにより第１の
半導体領域内に設けられた第２の半導体領域D と、を備
えている。詳しくは、第２の半導体領域D を設けるため
の不純物は、垂直な方向から見て、第１の半導体領域C
よりも広い範囲で拡散されるので、第２の半導体領域D
が誘電体分離膜と接触する状態となっている。

【０００３】このものは、第１の半導体領域C と第２の
半導体領域D との境界領域に光照射されると、光起電力
を発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のフォト
ダイオードにあっては、第２の半導体領域D を設けるた
めの不純物は、半導体基板に垂直な方向から見て、第１
の半導体領域C よりも広い範囲で拡散されるので、第１
の半導体領域C と第２の半導体領域D との境界領域が広
くなっており、第１の半導体領域C と第２の半導体領域
D との境界領域に光照射されることにより発生する光起
電力が大きくなるはずであったが、第２の半導体領域C
と誘電体分離膜A との接触界面から、光起電力を発生さ
せるための光照射に基づく過剰キャリアが漏洩している
らしく、設計当初の光起電力よりも小さいものとなって
おり、十分な光起電力を発生することができないという
問題点があった。

【０００５】本発明は、上記の点に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、十分な光起電力を発生
できるフォトダイオードを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載の発明は、ポリシリコン層との間
を二酸化珪素からなる分離膜により分離され第１又は第
２の導電型のいずれかを有した島状の第１の半導体領域
と、第１の半導体領域の導電型とは異なる導電型を有し
て第１の半導体領域内に設けられた第２の半導体領域
と、を備え、第１の半導体領域と第２の半導体領域との
境界領域に光照射されて光起電力を発生するフォトダイ
オードであって、前記第２の半導体領域は、前記誘電体
分離膜との間に前記第１の半導体領域が位置する状態で
設けられた構成にしてある。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態のフォトダイ
オード1 を図１乃至図５に基づいて以下に説明する。

【０００８】2 は誘電体分離基板で、その一表面に沿っ
て、二酸化珪素からなる誘電体分離膜3 により、ポリシ
リコン層4 との間が分離された第１の導電型（ｐ型）を
有した単結晶の島状の第１の半導体領域5 が設けられて
いる。この第１の半導体領域5 には、第２の導電型（ｎ
⁺ 型）を有した単結晶の第２の半導体領域6 が、表面に
沿って設けられている。詳しくは、この第２の半導体領
域6 は、誘電体分離膜3 との間に第１の半導体領域5 が
位置する状態で設けられている。

【０００９】また、この第２の半導体領域6 には、第１
の半導体領域5 に達するよう、第１の導電型（ｐ⁺ 型）
を有した第３の半導体領域7 が設けられている。そし
て、所定の酸化膜絶縁層8 を設けた絶縁状態で、第２の
半導体領域6 及び第３の半導体領域7 には、アルミニウ
ム製の電極9 がそれぞれ接続されている。

【００１０】このフォトダイオード1 は、第１の半導体
領域5 と第２の半導体領域6 との境界領域に光照射され
ると、光起電力を発生して、両電極9 間に光電流が流れ
るようになる。

【００１１】次に、図３及び図４に基づいて、このもの
の製造方法を説明する。初めに、図３(a) に示すよう
に、第１の導電型（ｐ型）を有した単結晶シリコンウエ
ハー10の両面に、二酸化珪素膜11をそれぞれ形成する。
次に、同図(b) に示すように、フォトリソ工程及び二酸
化珪素膜エッチング工程によって、単結晶シリコンウエ
ハー10の表面にパターニングを行う。次に、同図(c) に
示すように、異方性エッチング工程により、Ｖ字型の溝
12を形成する。次に、同図(d) に示すように、単結晶シ
リコンウエハー10上の二酸化珪素膜11を全て除去する。

【００１２】次に、図４(a) に示すように、単結晶シリ
コンウエハー10の両面に、再び、二酸化珪素膜13をそれ
ぞれ形成する。なお、Ｖ字型の溝12の表面に形成された
二酸化珪素膜13は、前述した誘電体分離膜3 となる。次
に、同図(b) に示すように、Ｖ字型の溝12の表面に形成
された二酸化珪素膜13上に、ポリシリコン14を堆積す
る。次に、同図(c) に示すように、堆積されたポリシリ
コン14を研磨して、前述したポリシコン層4 を形成す
る。次に、同図(d) に示すように、Ｖ字型の溝12が形成
された表面とは反対側の表面に設けられた二酸化珪素膜
13を研磨して、前述した島状の第１の半導体領域5 を形
成する。

【００１３】最後に、リンイオン注入及び拡散による第
２の半導体領域6 の形成、ホウ素イオン注入及び拡散に
よる第３の半導体領域7 の形成、酸化膜絶縁層8 の形成
及び電極9 の接続をして、図１に示されたフォトダイオ
ード1 が形成される。

【００１４】次に、図５に示すように、このフォトダイ
オードを使用した半導体リレー100について説明する。
この半導体リレー100 は、発光ダイオード101 、複数個
のフォトダイオード1 が直列接続されてなるフォトダイ
オードアレイ102 、出力用ＭＯＳＦＥＴ103 、抵抗104
、制御用ＭＯＳＦＥＴ105 を備えている。

【００１５】発光ダイオード101 、入力端子100a,100b
の間に入力される入力信号に応じて光信号を発光する。
フォトダイオードアレイ102 は、発光ダイオード101 か
らの光信号を受光して、光起電力を発生する。出力用Ｍ
ＯＳＦＥＴ103 は、ｎチャネル・エンハンスメント型で
あって、そのゲートがフォトダイオードアレイ102 のア
ノードに接続され、ドレインが出力端子100cに接続さ
れ、ソースが出力端子100dに接続されている。

【００１６】抵抗104 は、その一端がフォトダイオード
アレイ102 のカソードに直列接続され、他端が出力用Ｍ
ＯＳＦＥＴ103 のソースに接続されている。このよう
に、抵抗104 が接続されることにより、出力用ＭＯＳＦ
ＥＴ103 は、抵抗104 を介してフォトダイオードアレイ
1 に接続されることになる。

【００１７】制御用ＭＯＳＦＥＴ105 は、ｎチャネル・
デプレッション型であって、そのゲートソース間が抵抗
104 を介して接続され、ドレインが出力用ＭＯＳＦＥＴ
103のゲートに接続され、ソースが出力用ＭＯＳＦＥＴ1
03 のソースに接続されている。

【００１８】次に、動作を説明する。両入力端子100a,1
00b 間に入力信号が入力されると、発光ダイオード101
が発光する。そうすると、フォトダイオードアレイ102
は、発光ダイオード101 の発光した光を、フォトダイオ
ード1 の第１の半導体領域5と第２の半導体領域6 との
境界領域で受光して、光起電力を発生する。

【００１９】このフォトダイオードアレイ102 による光
起電力は、出力用ＭＯＳＦＥＴ103のゲートソース間に
印加され、これと同時に、制御用ＭＯＳＦＥＴ5 のドレ
インソースを介して光電流が流れる。

【００２０】また、フォトダイオードアレイ102 による
光起電力によって、出力用ＭＯＳＦＥＴ103 のゲートソ
ース間を充電する電流が抵抗104 に流れるので、この抵
抗104 の両端電圧差によって、制御用ＭＯＳＦＥＴ105
のゲートは、ソースに対して負のバイアス電圧を有する
ようになる。そうすると、制御用ＭＯＳＦＥＴ105 は、
このバイアス電圧によって、ドレインソース間が遮断状
態になるので、出力用ＭＯＳＦＥＴ103 のゲートソース
間が効率良く充電される。

【００２１】こうして、出力用ＭＯＳＦＥＴ103 は、ゲ
ートソース間が充電されてゆき、ゲートソース間電圧が
しきい値電圧を超えると、ドレインソース間が高インピ
ーダンス状態から低インピーダンス状態に変化する。

【００２２】このように、半導体リレー100 は、出力用
ＭＯＳＦＥＴ103 のゲートソース間にフォトダイオード
アレイ102 による光起電力が印加されることにより、高
インピーダンス状態から低インピーダンス状態に変化す
るのであるから、フォトダイオードアレイ102 が十分な
光起電力を発生することにより、出力用ＭＯＳＦＥＴ10
3 のオン抵抗を小さくすることができる。

【００２３】一方、両入力端子100a,100b 間に入力信号
が入力されなくなると、発光ダイオード101 が発光しな
くなり、フォトダイオードアレイ102 が、光起電力を発
生しなくなるので、抵抗104 の両端電圧差がなくなっ
て、制御用ＭＯＳＦＥＴ105 のドレインソースが低イン
ピーダンス状態になり、出力用ＭＯＳＦＥＴ103 のゲー
トソース間に充電されていた電荷が、制御用ＭＯＳＦＥ
Ｔ105 を介して放電し、ゲートソース間電圧がしきい値
電圧よりも低くなった出力ＭＯＳＦＥＴ103 のドレイン
ソース間が、低インピーダンス状態から高インピーダン
ス状態に変化する。

【００２４】かかるフォトダイオード1 にあっては、誘
電体分離膜3 との間に第１の半導体領域5 が位置する状
態で設けられた第２の半導体領域は、誘電体分離膜3 と
は接触しないので、第２の半導体領域6 と誘電体分離膜
3 との接触界面から、光起電力を発生させるための光照
射に基づく過剰キャリアが漏洩するようなことはなく、
十分な光起電力を発生することができ、ひいては、出力
用ＭＯＳＦＥＴ103 のオン抵抗を小さくすることができ
る。

【００２５】また、電気分解のような比較的手間のかか
る工程を伴わず、二酸化珪素膜の形成やエッチング等の
比較的容易な工程により製造されるので、製作がやり易
いものとなっている。

【００２６】なお、本実施形態のフォトダイオード1
は、第１の導電型がｐ型で、第２の導電型がｎ型である
が、第１の導電型がｎ型で、第２の導電型がｐ型であっ
ても、同様の効果を奏することができる。

【００２７】また、本実施形態のフォトダイオード1
は、エンハンスメント型の出力用ＭＯＳＦＥＴ103 を有
する半導体リレーに使用されたものであるが、デプレッ
ション型の出力用ＭＯＳＦＥＴ103 を有する半導体リレ
ーに使用された場合でも、十分な光起電力を発生するこ
とができるという効果を奏することができる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、誘電体分離膜と
の間に第１の半導体領域が位置する状態で設けられた第
２の半導体領域は、誘電体分離膜とは接触しないので、
第２の半導体領域と誘電体分離膜との接触界面から、光
起電力を発生させるための光照射に基づく過剰キャリア
が漏洩するようなことはなく、十分な光起電力を発生す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の断面図である。

【図２】同上の拡大断面図である。

【図３】同上の製造方法を示す断面図である。

【図４】図３に続く同上の製造方法を示す断面図であ
る。

【図５】同上を用いた半導体リレーの回路図である。

【図６】従来例の断面図である。

【図７】同上の拡大断面図である。

【符号の説明】

3 誘電体分離膜 4 ポリシリコン層 5 第１の半導体領域 6 第２の半導体領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリシリコン層との間を二酸化珪素から
   なる誘電体分離膜により分離され第１又は第２の導電型
   のいずれかを有した島状の第１の半導体領域と、第１の
   半導体領域の導電型とは異なる導電型を有して第１の半
   導体領域内に設けられた第２の半導体領域と、を備え、
   第１の半導体領域と第２の半導体領域との境界領域に光
   照射されて光起電力を発生するフォトダイオードであっ
   て、前記第２の半導体領域は、前記誘電体分離膜との間
   に前記第１の半導体領域が位置する状態で設けられたこ
   とを特徴とするフォトダイオード。