JP2000150842A - 受光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電変換信号を処理する回路を内蔵した受光
素子において、その信号を処理するフォトダイオード等
の受光素子の信号処理時の応答速度を改善することがで
きる受光素子の構造及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 受光素子を、表面に酸化膜２が形成され
たＰ型半導体基板１と、表面にＰ型高濃度不純物拡散層
３が形成されたＰ型高比抵抗半導体基板４とが、酸化膜
２及びＰ型高濃度不純物拡散層３の各表面で貼り合わさ
れた構造を有し、Ｐ型高比抵抗半導体基板４の表面に形
成されたＮ型半導体層５と、Ｎ型半導体層５の表面から
Ｐ型高比抵抗半導体基板４の表面に達するように形成さ
れ、Ｎ型半導体層５を複数のＮ型半導体領域に分割する
Ｐ型半導体領域７、８とを備え、Ｎ型半導体領域と、そ
れに重畳するＰ型半導体領域とにより、信号光を検出す
る光検出フォトダイオード部が形成されている構成とす
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、光電変換信号を処
理する回路を内蔵した受光素子及びその製造方法に関
し、特にその信号を処理するフォトダイオードの信号処
理時の応答速度を改善することを可能とする受光素子の
構造及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ（デジタル
ビデオディスク）等の光ディスク装置は、動画像等の多
量のデータを高速で取り扱うために高速化が急激に進ん
できており、それに使用される光ピックアップの信号処
理の高速化の要求は非常に強くなってきている。この光
ピックアップの信号検出用素子としては、従来から分割
フォトダイオードが用いられているが、光ディスク装置
の小型高性能化に伴い、光ピックアップを小型軽量化す
ることが重要となっている。これを実現するために、ト
ラッキングビームを生成するための機能、光分岐を行う
ための機能、誤差信号を生成するための機能を１つのホ
ログラム素子に集積化し、レーザダイオード及びフォト
ダイオード等を１つのパッケージ（図示せず）内に収容
し、上記ホログラム素子をパッケージ上面に配した構造
の光モジュールが提案されている（従来例１）。

【０００３】この従来例１の光ピックアップの光学系の
概略構成を図４に示す。この光学系における信号検出の
原理を簡単に説明すると、まず、レーザダイオードＬＤ
から出射された光は、ホログラム素子３１の裏面側に配
置されたトラッキングビーム生成用回折格子３０によ
り、２つのトラッキング用副ビームと情報信号読みだし
用主ビームの３つの光ビームに分けられる。そして、上
記パッケージ上面のホログラム素子３１を０次光として
透過したこれらの光は、コリメートレンズ３２で平行光
に変換された後、対物レンズ３３によってディスク３４
上に集光される。

【０００４】このディスク３４上のピットによる変調を
受けた反射光は、対物レンズ３３、コリメートレンズ３
２を透過した後、ホログラム素子３１によって回折され
た１次回折光が、分割された５つの光検出部（以下、光
検出フォトダイオード部という。）Ｄ１〜Ｄ５を有する
５分割フォトダイオードＰＤ上に導かれる。ここで、上
記ホログラム素子３１は、回折周期の異なる２つの領域
からなり、主ビームの反射光のうち、その一方の領域に
入射したものが、上記光検出部Ｄ２及びＤ３を分割する
分割線上に、上記主ビームの反射光のうち、他方の領域
に入射したものが光検出部Ｄ４上に集光されるようにな
っている。また、副ビームの反射光は上記ホログラム素
子３１によりそれぞれ光検出部Ｄ１、Ｄ５上に集光され
る。

【０００５】また、この光学系は、ホログラム素子３１
とディスク３４との距離の変化に応じて、主ビームの反
射光のフォトダイオードＰＤ上での位置が光検出フォト
ダイオード部Ｄ２、Ｄ３の並ぶ方向に変化するようにな
っており、主ビームの焦点がディスク上で合っている時
は、その反射光が上記光検出フォトダイオード部Ｄ２と
Ｄ３の間の分割部分に入射するようになっている。従っ
て、５分割フォトダイオードＰＤの、上記各光検出部Ｄ
１〜Ｄ５に対応する出力をＳ１〜Ｓ５とすると、フォー
カス誤差信号ＦＥＳは、下記の式（１）で与えられる。

【０００６】ＦＥＳ＝Ｓ２−Ｓ３・・・・（１） 他方、トラッキング誤差はいわゆる３ビーム法で検出さ
れる。２つのトラッキング用副ビームはそれぞれ光検出
部Ｄ１、Ｄ５上に集光されるので、トラッキング誤差信
号ＴＥＳは、下記の式（２）で与えられる。 ＴＥＳ＝Ｓ１−Ｓ５・・・・（２） この誤差信号ＴＥＳが０であるとき、主ビームが照射す
べきトラック上に位置していることになる。また、再生
信号ＲＦは、主ビームの反射光を受光する光検出部Ｄ２
〜Ｄ４の出力の総和として、下記の式（３）で与えられ
る。

【０００７】ＲＦ＝Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４・・・・（３） 図５は、特開平８−３２１００号公報に開示されてお
り、上記光学系の構成に組み込まれた５分割フォトダイ
オードＰＤの構造の一例を示す平面図である。この５分
割フォトダイオードの形状は上記光学系により決まり、
ここではフォトダイオードの光検出部は縦長の形状とな
る。図６は、図５に示すフォトダイオードのａ−ａ’線
部分の断面構造を示す図であるが、メタル処理工程以後
の工程により形成される構造、例えば多層配線、保護膜
等の記載は省略している。従来から用いられていた光検
出用の５分割フォトダイオードＰＤは、例えば、図５に
示すように、各光検出フォトダイオード部Ｄ１〜Ｄ５に
共通のアノード電極２０２と、上記各光検出フォトダイ
オード部Ｄ１〜Ｄ５に対応するカソード電極２０３ａ〜
２０３ｅとを有する。

【０００８】次に、図７に基づいて、このフォトダイオ
ードの作製方法を説明する。図７（ａ）に示すように、
例えば、Ｐ型シリコン基板１上の光検出フォトダイオー
ドの形成予定領域の一部にＮ型埋め込み拡散層３を形成
し、次にＰ型半導体基板１上の光検出部を分割する分割
部となる領域に、Ｐ型埋め込み拡散層２を形成する。次
に、図７（ｂ）に示すように、Ｐ型半導体基板１の表面
全体にＮ型エピタキシャル層４を形成する。次に、Ｎ型
エピタキシャル層４の表面からＰ型埋め込み拡散層２に
対応する部分にＰ型分離拡散層５を形成する。これによ
り、電気的に分離された光検出部Ｄ１〜Ｄ５が形成され
る。次に、図７（ｃ）に示すように、Ｎ型エピタキシャ
ル層４の表面および光検出部Ｄ１〜Ｄ５の分割部となる
Ｐ型分離拡散層５の表面にＰ型拡散層６を形成する。次
に、図７（ｄ）に示すように、Ｐ型拡散層６の形成時に
表面に形成された酸化膜７のうち、Ｐ型拡散層６の表面
の受光領域に対応する部分を除去して、全面に窒化膜８
を形成する。その際、この窒化膜８の膜厚は、反射防止
膜として機能するようにレーザダイオードの波長に合っ
たものとする。次に、図６に示すように、これらの窒化
膜８及び酸化膜７に電極窓を開口して、電極配線９ａを
形成すると同時に窒化膜８の表面の信号光が当たらない
部分に金属膜９を形成して、５分割フォトダイオードＰ
Ｄを得る。

【０００９】尚、信号処理回路部分（図示せず）は、通
常のバイポーラＩＣプロセスにより上記半導体基板１上
に作製される。実際に集光ビームが当たるフォトダイオ
ードの光検出部Ｄ２及びＤ３間の分割部では、集光ビー
ムの受光面での反射は、窒化膜８により低反射に抑えら
れるため、フォトダイオードを高感度化することができ
る。また、信号光が当たらない部分に、ここでは光検出
部Ｄ１とＤ２の間、及び光検出部Ｄ３とＤ５の間に金属
膜９が形成されているため、迷光などの影響を受けにく
くなり、フォトダイオードのＳ／Ｎ比を向上することが
できる。

【００１０】また、特開平９−１５３６０５号公報に
は、フォトダイオードの応答速度を改善するために、フ
ォトダイオードを図８（ａ）に示す断面構造とすること
が記載されている（従来例２）。尚、図８（ｂ）は、図
８（ａ）に示すフォトダイオードのｂ−ｂ’断面におけ
る不純物濃度と深さとの関係を表している。この従来例
２は、Ｐ型半導体基板８４の比抵抗を高く設定し、この
Ｐ型半導体基板８４内に広がる空乏層８６を広がりやす
くすることで、フォトダイオードの接合容量を低減し
て、フォトダイオードの応答を律速するＣＲ時定数を低
減し、応答速度を高速化するものである。

【００１１】すなわち、基板比抵抗を高くしていくと、
フォトダイオードの応答速度を律速するＣＲ定数のうち
Ｃ成分を低減することができるので、図１１に示すよう
に、基板比抵抗がある値になるまでは、フォトダイオー
ド遮断周波数を高くして応答速度を高速化することがで
きる。

【００１２】しかしながら、フォトダイオードの応答速
度をさらに高速化するために、基板比抵抗をさらに高く
していくと、今度は逆に基板比抵抗に起因するアノード
側の直列抵抗が増大するため、フォトダイオードの応答
を律速するＣＲ時定数のＲ成分が大きくなるので、図１
１に示すように、フォトダイオード遮断周波数が低くな
って、応答速度が律速され、充分な高速化を達成するこ
とができない。

【００１３】この問題を解決するために、図９に示すよ
うに、高抵抗層９４と低抵抗層９３とからなる基板上に
フォトダイオードを形成する構造が提案されている。こ
の従来例は、高抵抗層９４で基板側に空乏層９６を広が
りやすくすることで接合容量を低減し、その空乏層９６
が広がるより深いところにある低抵抗層９３で基板比抵
抗に起因するアノード側の直列抵抗をさげることにより
フォトダイオードの応答速度を律速するＣＲ定数のＣ成
分とＲ成分を両方同時に低減し、応答速度の高速化を図
るものである。尚、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すフ
ォトダイオードのｃ−ｃ’断面における不純物濃度と深
さとの関係を表している。

【００１４】ここで、高抵抗層と低抵抗層とからなる基
板として、図９に示すように、低比抵抗基板９３上に高
比抵抗なシリコン層９４をエピタキシャル成長により形
成したものを用いることができる（従来例３）。また、
図１０に示すように、高比抵抗基板１０４の一方の表面
から高濃度の不純物を深く拡散した層１０３を形成した
ものを用いてもよい（従来例４）。尚、図１０（ｂ）
は、図１０（ａ）に示すフォトダイオードのｄ−ｄ’断
面における不純物濃度と深さとの関係を表している。

【００１５】上述した高抵抗層と低抵抗層とからなる基
板を使用して応答速度を改善するには、空乏層を充分に
高抵抗層内に広げ接合容量を低減するために、例えば比
抵抗を１０００Ωｃｍ程度にすると共に、高抵抗層の厚
さを１３μｍ程度にするのが望ましい。なぜなら、空乏
層が広がらない高抵抗層の領域が厚くなると、この高比
抵抗層が直列抵抗となってアノード側の直列抵抗が大き
くなり応答速度を向上する上での妨げになるためであ
る。

【００１６】従って、高抵抗層と低抵抗層とからなる基
板を使用して応答速度を改善するには、高抵抗層の比抵
抗を、空乏層が広がって接合容量を十分低減できるよう
に調整し、同時に高抵抗層の厚さを、空乏層が広がった
時に空乏化しない高抵抗層が広く残らないようにコント
ロールする必要がある。また、空乏層が広がらないとこ
ろでのキャリアを速く移動させるために、高抵抗層と低
抵抗層の接合されている界面における不純物濃度の分布
勾配が急であることが望ましい。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高抵抗
層と低抵抗層とからなる基板を、上記従来例３で示した
ような低抵抗基板上に高抵抗なシリコンをエピタキシャ
ル成長により形成した基板を用いるものでは、高比抵抗
層が１００Ωｃｍ程度のものしかエピタキシャル成長で
コントロールできないため、１０００Ωｃｍ程度の高抵
抗層を安定して形成することが困難である。

【００１８】また、上記従来例４で示した高抵抗基板の
一方の表面から高濃度の不純物を深く拡散した基板を用
いるものでは、１０００Ωｃｍ程度の高比抵抗層は得ら
れるが、例えば、６２５μｍの基板を使用する場合は、
熱処理時間が膨大な時間になり生産性が極端に落ちる。
このため、高濃度の不純物を３００μｍ程度までしか拡
散することができず、高抵抗層を３２５μｍまでにしか
薄くできない。

【００１９】そこで、高比抵抗層の厚さを薄くするため
に、基板自体の厚さを薄くすることが考えられる。しか
しながら、高比抵抗層の厚さを１３μｍ程度にするに
は、基板自体の厚さを３１３μｍ程度まで薄くする必要
があり、この場合にはそれより前の製造工程においてウ
ェハ割れ等が発生し生産性が極端に低下する。

【００２０】また、高濃度の不純物を３００μｍの深さ
まで拡散するには高温で長時間の熱処理が必要となる
が、高温での長時間の拡散では高抵抗層の厚さのコント
ロールが精度良くできない。また、高温での長時間の拡
散では、拡散する不純物のプロファイルはガウシアン分
布となってしまうため、高抵抗層と低抵抗層の接合され
ている界面における不純物濃度の分布勾配が急峻にでき
ない。このため、高抵抗層と低抵抗層の接合されている
界面付近では、電界強度が弱くキャリアーの移動が遅く
なり、フォトダイオードの応答速度の改善の妨げにな
る。

【００２１】また、このような低抵抗層の比抵抗を低く
した基板では、フォトダイオードを形成するプロセスに
おいて、高温での熱処理を行う時に、基板抵抗を下げる
ために基板に拡散されている不純物であるボロンがオー
トドープする。このため、表面側の高抵抗層の比抵抗が
低くなってしまったり、Ｎ型拡散層にＰ型不純物である
ボロンが入り、不要な接合ができてしまうという問題が
生じる。従って、低抵抗層の比抵抗を低くした基板のフ
ォトダイオードを形成するプロセスにおいては、高温で
の熱処理を行う時にナイトライド膜や酸化膜等のカバー
膜をウェハ裏面に形成し、さらに製造工程の途中で表面
をエッチングする時にカバー膜がエッチングされないよ
うに製造工程を追加する必要がある。その結果、製造工
程が複雑になり生産性が悪くなる。

【００２２】本発明は、こうした従来技術の課題を解決
するものであり、光電変換信号を処理する回路を内蔵し
たフォトダイオード等の受光素子において、その信号を
処理する受光素子の信号処理時の応答速度を改善するこ
とができる受光素子の構造及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の受光素子は、表
面に酸化膜が形成された第１導電型半導体基板と、表面
に第１導電型高濃度不純物拡散層が形成された第１導電
型高比抵抗半導体基板とが、該酸化膜及び該第１導電型
高濃度不純物拡散層の各表面で貼り合わされた構造を有
し、該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面に形成され
た第２導電型半導体層と、該第２導電型半導体層の表面
から該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面に達するよ
うに形成され、該第２導電型半導体層を複数の第２導電
型半導体領域に分割する第１導電型半導体領域とを備
え、該第２導電型半導体領域と、それに重畳する第１導
電型半導体領域とにより、信号光を検出する光検出フォ
トダイオード部が形成されてなり、そのことにより上記
目的が達成される。

【００２４】また、本発明の受光素子は、表面に第１導
電型高濃度不純物拡散層が形成された第１導電型高比抵
抗半導体基板が、該第１導電型高濃度不純物拡散層の表
面で第１導電型半導体基板と貼り合わされた構造を有
し、該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面に形成され
た第２導電型半導体層と、該第２導電型半導体層の表面
から該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面に達するよ
うに形成され、該第２導電型半導体層を複数の第２導電
型半導体領域に分割する第１導電型半導体領域とを備
え、該第２導電型半導体領域と、それに重畳する第１導
電型半導体領域とにより、信号光を検出する光検出フォ
トダイオード部が形成されてなり、そのことにより上記
目的が達成される。

【００２５】好ましくは、印加される逆バイアス電圧に
よって前記第１導電型高比抵抗半導体基板に形成される
空乏層の深さＸｄと、該第１導電型高比抵抗半導体基板
の厚さＸｔが、Ｘｄ≦Ｘｔという条件を満たすように、
該第１導電型高比抵抗半導体基板の比抵抗と厚さが所定
の範囲内に設定されている構成とする。

【００２６】また、前記光検出フォトダイオード部が複
数に分割された構造としてもよい。

【００２７】本発明の受光素子の製造方法は、表面に第
１導電型高濃度不純物拡散層が形成された第１導電型高
比抵抗半導体基板と、第１導電型半導体基板とを、該第
１導電型高濃度不純物拡散層の表面で貼り合わせる工程
と、該第１導電型高比抵抗半導体基板を所定の厚さに加
工する工程と、該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面
に第２導電型半導体層を形成する工程と、該第２導電型
半導体層の表面から該第１導電型高比抵抗半導体基板の
表面に達するように、該第２導電型半導体層を複数の第
２導電型半導体領域に分割する第１導電型半導体領域を
形成する工程とを包含し、該第２導電型半導体領域と、
それに重畳する第１導電型半導体領域とにより、信号光
を検出する光検出フォトダイオード部を形成するように
しており、そのことにより上記目的が達成される。

【００２８】以下に、本発明の作用について説明する。
上記構成によれば、表面に第１導電型高濃度不純物拡散
層が形成された第１導電型高比抵抗半導体基板が、この
第１導電型高濃度不純物拡散層の表面で第１導電型半導
体基板と貼り合わされた構造を有しており、上記第１導
電型高比抵抗半導体基板が所定の厚さに加工された後
に、その上にフォトダイオードが形成されている。

【００２９】このため、第１導電型高比抵抗半導体基板
の比抵抗と厚さを広範囲で任意に精度よく設定できるた
め、入射される光の侵入長や印加されるバイアス電圧に
合わせて、高速応答に必要な条件を満たす基板を形成す
ることが容易となる。特に、印加される逆バイアス電圧
によって第１導電型高比抵抗半導体基板に形成される空
乏層の深さＸｄと、第１導電型高比抵抗半導体基板の厚
さＸｔが、Ｘｄ≦Ｘｔという条件を満たすように、第１
導電型高比抵抗半導体基板の比抵抗と厚さを所定の範囲
内に設定すると、高速応答特性に優れた受光素子が確実
に得られる。

【００３０】また、表面に第１導電型高濃度不純物拡散
層が形成された第１導電型高比抵抗半導体基板を、この
第１導電型高濃度不純物拡散層の表面で第１導電型半導
体基板と貼り合わせる構造をとり、エピタキシャル成長
工程や長時間の熱処理工程を伴わないので、貼り合わせ
面に形成される第１導電型高濃度不純物拡散層の不純物
濃度勾配は、急峻な勾配がそのまま維持される。従っ
て、界面付近での電界強度が強く、キャリアーの移動が
速くなるので、高速応答特性に優れた受光素子が得られ
る。

【００３１】また、第１導電型高濃度不純物拡散層は、
露出することなく、２つの濃度の低い基板により挟み込
まれているために、フォトダイオードを形成する熱処理
工程においてオートドープが起こらない。このため、第
１導電型高濃度不純物拡散層の比抵抗が低くなったり、
又第２導電型半導体層に第１導電型不純物が入り不要な
接合ができるといった問題が生じることがなくなる。従
って、これらの問題を解消するために、従来必要として
いたカバー膜の形成工程等が不要となり、通常のプロセ
スで受光素子を製造することが可能となるため、受光素
子の生産性が向上する。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて具体的に説明する。 （実施形態１）図１は、本発明の実施形態１による受光
素子であるフォトダイオードの断面構造を示す。尚、こ
の図１では、メタル配線の処理工程以降に形成される構
造、例えば、多層配線、保護膜等の記載は省略してい
る。

【００３３】この実施形態１の受光素子は、図１（ａ）
に示すように、表面に酸化膜２が形成されたＰ型半導体
基板１と、表面にＰ型高濃度不純物拡散層３が形成され
たＰ型高比抵抗半導体基板４とが、酸化膜２及びＰ型高
濃度不純物拡散層３の各表面で貼り合わされた構造を有
している。このＰ型高比抵抗半導体基板４の表面にエピ
タキシャル成長により形成されたＮ型半導体層５は、そ
の表面からＰ型高比抵抗半導体基板４の表面に達するよ
うに形成されたＰ型半導体領域７、８によって、複数の
Ｎ型半導体領域に分割されている。これらのＮ型半導体
領域と、それに重畳するＰ型半導体領域とにより、信号
光を検出する光検出フォトダイオード部が形成されてい
る。尚、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す受光素子のｅ
−ｅ’断面における不純物濃度と深さとの関係を表して
いる。

【００３４】ここで、このＰ型高比抵抗半導体基板４
は、フォトダイオードに印加されるバイアスにより広が
る空乏層６がＰ型高濃度不純物拡散層３に当たるより広
くなるように、比抵抗と厚さが調整される。すなわち、
図１（ａ）に示すように、印加される逆バイアス電圧に
よってＰ型高比抵抗半導体基板４に形成される空乏層６
の深さＸｄと、Ｐ型高比抵抗半導体基板４の厚さＸｔ
が、Ｘｄ≦Ｘｔという条件を満たすように、Ｐ型高比抵
抗半導体基板４の比抵抗と厚さが所定の範囲内に設定さ
れる。特に、フォトダイオードに印加されるバイアスに
より広がる空乏層６がＰ型高濃度不純物拡散層３にちょ
うど当たるように、Ｐ型高比抵抗半導体基板４の比抵抗
と厚さが調整されることが望ましい。例えば、フォトダ
イオードに印加されるバイアスが１．５Ｖの時、比抵抗
は１０００Ωｃｍ程度にし、この時の空乏層６の広がり
は約１３μｍ程度となるので、Ｐ型高比抵抗半導体基板
４の厚さは１３μｍ程度にすることが望ましい。ただ
し、この比抵抗と厚さは、フォトダイオードに印加され
るバイアス電圧により変わる。

【００３５】Ｎ型半導体層５を複数のＮ型半導体領域に
分割するＰ型半導体領域７、８として、例えば、Ｎ型半
導体層５内には、その表面からＰ型分離拡散層７が形成
されており、このＰ型分離拡散層７と対応する領域に
は、Ｎ型半導体層５とＰ型高比抵抗半導体基板４との界
面を跨ぐように埋め込まれたＰ型分離埋め込み拡散層８
が形成されている。

【００３６】次に、図３を用いて、この受光素子の製造
方法を工程順に説明する。まず、図３（ａ−１）に示す
所定の比抵抗のＰ型高比抵抗半導体基板４の裏面に、図
３（ｂ−１）に示すように、Ｐ型高濃度不純物拡散層３
を形成する。同時に図３（ａ−２）に示すＰ型半導体基
板１の表面に、図３（ｂ−２）に示すように、ＳｉＯ₂
等からなる酸化膜２を形成する。

【００３７】次に、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ
−１）に示す基板と図３（ｂ−２）に示す基板とを、Ｐ
型高濃度不純物拡散層３の表面と酸化膜２の表面とが合
わさるように、例えば熱処理を加えることによって貼り
合わせる。その後、Ｐ型高比抵抗半導体基板４の表面を
研磨し、Ｐ型高比抵抗半導体基板４を、上述した空乏層
６の深さＸｄとＰ型高比抵抗半導体基板４の厚さＸｔと
の関係において、Ｘｄ≦Ｘｔの条件を満たす所定の厚さ
にする。

【００３８】次に、図３（ｄ）に示すように、従来と同
様の方法により、Ｐ型高比抵抗半導体基板４の回路を形
成する部分にＰ型埋め込み拡散層９を形成する。次に、
図３（ｅ）に示すように、フォトダイオードを分割する
ためのＰ型分離埋め込み拡散層８を、後にＮ型半導体層
５とＰ型高比抵抗半導体基板４との界面となる部分を跨
ぐように埋め込んで形成した後に、このＰ型分離埋め込
み拡散層８を覆うようにＮ型半導体層５をエピタキシャ
ル成長により形成する。次に、図３（ｆ）に示すよう
に、Ｎ型半導体層５におけるＰ型分離埋め込み拡散層８
に対応する領域に、Ｎ型半導体層５を複数のＮ型半導体
領域に分割し、フォトダイオードを分割するためのＰ型
分離拡散層７を形成する。以上により、Ｎ型半導体領域
とそれに重畳するＰ型半導体領域とで構成されたフォト
ダイオードが形成される。

【００３９】この実施形態１による受光素子によれば、
表面に酸化膜２が形成されたＰ型半導体基板１と、表面
にＰ型高濃度不純物拡散層３が形成されたＰ型高比抵抗
半導体基板４とが、酸化膜２及びＰ型高濃度不純物拡散
層３の各表面で貼り合わされた構造を有しており、上記
Ｐ型高比抵抗半導体基板４が所定の厚さに加工された後
に、その上にフォトダイオードが形成されている。この
ため、Ｐ型高比抵抗半導体基板４の比抵抗と厚さを広範
囲で任意に精度よく設定できるため、入射される光の侵
入長や印加されるバイアス電圧に合わせて、高速応答に
必要な条件を満たす基板を形成することが容易となる。

【００４０】特に、印加される逆バイアス電圧によって
Ｐ型高比抵抗半導体基板４に形成される空乏層６の深さ
Ｘｄと、Ｐ型高比抵抗半導体基板４の厚さＸｔが、Ｘｄ
≦Ｘｔという条件を満たすように、Ｐ型高比抵抗半導体
基板４の比抵抗と厚さを所定の範囲内に設定すると、高
速応答特性に優れた受光素子が確実に得られる。

【００４１】また、表面に酸化膜２が形成されたＰ型半
導体基板１と、表面にＰ型高濃度不純物拡散層３が形成
されたＰ型高比抵抗半導体基板４とを、酸化膜２及びＰ
型高濃度不純物拡散層３の各表面で貼り合わせる構造を
とり、エピタキシャル成長工程や長時間の熱処理工程を
伴わないので、貼り合わせ面に形成されるＰ型高濃度不
純物拡散層３の不純物濃度勾配は、急峻な勾配をそのま
ま維持することができる。従って、界面付近での電界強
度が強く、キャリアーの移動が速くなるので、高速応答
特性に優れた受光素子が得られる。

【００４２】また、Ｐ型高濃度不純物拡散層３は、露出
することなく、２つの濃度の低い基板１、４により挟み
込まれているために、フォトダイオードを形成する熱処
理工程においてオートドープが起こらない。このため、
Ｐ型高濃度不純物拡散層３の比抵抗が低くなったり、又
Ｎ型半導体層５にＰ型不純物が入り不要な接合ができる
といった問題が生じることがなくなる。従って、これら
の問題を解消するために、従来必要としていたカバー膜
の形成工程等が不要となり、通常のプロセスで受光素子
を製造することが可能となるため、受光素子の生産性が
向上する。

【００４３】（実施形態２）図２は、本発明の実施形態
２による受光素子であるフォトダイオードの断面構造を
示す。尚、この図２では、メタル配線の処理工程以降に
形成される構造、例えば、多層配線、保護膜等の記載は
省略している。この実施形態２の受光素子は、図２に示
すように、表面にＰ型高濃度不純物拡散層３が形成され
たＰ型高比抵抗半導体基板４が、Ｐ型高濃度不純物拡散
層３の表面でＰ型半導体基板１と貼り合わされた構造を
有している。このＰ型高比抵抗半導体基板４の表面にエ
ピタキシャル成長により形成されたＮ型半導体層５は、
その表面からＰ型高比抵抗半導体基板４の表面に達する
ように形成されたＰ型半導体領域７、８によって、複数
のＮ型半導体領域に分割されている。これらのＮ型半導
体領域と、それに重畳するＰ型半導体領域とにより、信
号光を検出する光検出フォトダイオード部が形成されて
いる。尚、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す受光素子の
ｆ−ｆ’断面における不純物濃度と深さとの関係を表し
ている。

【００４４】この実施形態２の受光素子は、上述した実
施形態１に対し、貼り合わせを行う面の酸化膜２がない
構造であるが、同様の効果が得られる。貼り合わせを行
う面に酸化膜がある構造では、フォトダイオードを形成
する部分と基板裏面とは絶縁されるため、裏面よりアノ
ード電極を取り出すことができないのに対し、貼り合わ
せを行う面に酸化膜が無い構造では、裏面よりアノード
電極を取り出すことができるため、パッケージにアセン
ブリする時の生産性が向上する利点がある。

【００４５】尚、上記した実施形態１及び実施形態２で
は、１つのフォトダイオードについて説明したが、本発
明はこれに限るものではなく、光検出フォトダイオード
部が複数に分割された構造のフォトダイオードに適用し
た場合にも上記と同様の効果が得られることは言うまで
もないことである。また、上記した実施形態１及び実施
形態２における受光素子を構成する各層の導電型を、Ｐ
型とＮ型で逆の関係としてもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の受光素子
によれば、表面に第１導電型高濃度不純物拡散層が形成
された第１導電型高比抵抗半導体基板が、この第１導電
型高濃度不純物拡散層の表面で第１導電型半導体基板と
貼り合わされた構造を有しており、上記第１導電型高比
抵抗半導体基板が所定の厚さに加工された後に、その上
にフォトダイオードが形成されている。

【００４７】このため、第１導電型高比抵抗半導体基板
の比抵抗と厚さを広範囲で任意に精度よく設定できるた
め、入射される光の侵入長や印加されるバイアス電圧に
合わせて、高速応答に必要な条件を満たす基板を形成す
ることが容易となる。

【００４８】特に、印加される逆バイアス電圧によって
第１導電型高比抵抗半導体基板に形成される空乏層の深
さＸｄと、第１導電型高比抵抗半導体基板の厚さＸｔ
が、Ｘｄ≦Ｘｔという条件を満たすように、第１導電型
高比抵抗半導体基板の比抵抗と厚さを所定の範囲内に設
定すると、高速応答特性に優れた受光素子が確実に得ら
れる。

【００４９】また、表面に第１導電型高濃度不純物拡散
層が形成された第１導電型高比抵抗半導体基板を、この
第１導電型高濃度不純物拡散層の表面で第１導電型半導
体基板と貼り合わせる構造をとり、エピタキシャル成長
工程や長時間の熱処理工程を伴わないので、貼り合わせ
面に形成される第１導電型高濃度不純物拡散層の不純物
濃度勾配は、急峻な勾配をそのまま維持することができ
る。従って、界面付近での電界強度が強く、キャリアー
の移動が速くなるので、高速応答特性に優れた受光素子
が得られる。

【００５０】また、第１導電型高濃度不純物拡散層は、
露出することなく、２つの濃度の低い基板により挟み込
まれているために、フォトダイオードを形成する熱処理
工程においてオートドープが起こらない。このため、第
１導電型高濃度不純物拡散層の比抵抗が低くなったり、
又第２導電型半導体層に第１導電型不純物が入り不要な
接合ができるといった問題が生じることがなくなる。従
って、これらの問題を解消するために、従来必要として
いたカバー膜の形成工程等が不要となり、通常のプロセ
スで受光素子を製造することが可能となるため、受光素
子の生産性が向上する。

【００５１】加えて、上記した２つの半導体基板を貼り
合わせを行う面に酸化膜がある構造とする場合に比べ、
貼り合わせを行う面に酸化膜が無い構造とする場合に
は、裏面よりアノード電極を取り出すことができるた
め、パッケージにアセンブリする時の生産性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１による受光素子の断面構造
と不純物濃度分布を示す図である。

【図２】本発明の実施形態２による受光素子の断面構造
と不純物濃度分布を示す図である。

【図３】本発明の実施形態１による受光素子の製造プロ
セスを工程順に示す断面図である。

【図４】従来例１によるホログラム素子を用いた光ピッ
クアップの構成を示す図である。

【図５】図４に示す光ピックアップに用いる、光検出部
が複数の領域に分割された従来例１による分割フォトダ
イオードを示す平面図である。

【図６】図５に示す従来例１による分割フォトダイオー
ドのａ−ａ’線部分の断面図である。

【図７】従来例１による分割フォトダイオードの製造プ
ロセスを工程順に示す断面図である。

【図８】従来例２によるフォトダイオードの断面構造と
不純物濃度分布を示す図である。

【図９】従来例３によるフォトダイオードの断面構造と
不純物濃度分布を示す図である。

【図１０】従来例４によるフォトダイオードの断面構造
と不純物濃度分布を示す図である。

【図１１】従来例の比抵抗応答速度の関係を表す図であ
る。

【符号の説明】

１ Ｐ型半導体基板 ２ 酸化膜 ３ Ｐ型高濃度不純物拡散層 ４ Ｐ型高比抵抗半導体基板 ５ Ｎ型半導体層 ６ 空乏層 ７ Ｐ型分離拡散層 ８ Ｐ型分離埋め込み拡散層 ９ Ｐ型埋め込み拡散層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB05 BA02 BA03 CA02 CA18 CA20 EA01 FC18 5F049 MA02 NA03 NB08 PA14 PA20 QA15 RA03 TA11 TA12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に酸化膜が形成された第１導電型半
   導体基板と、表面に第１導電型高濃度不純物拡散層が形
   成された第１導電型高比抵抗半導体基板とが、該酸化膜
   及び該第１導電型高濃度不純物拡散層の各表面で貼り合
   わされた構造を有し、 該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面に形成された第
   ２導電型半導体層と、 該第２導電型半導体層の表面から該第１導電型高比抵抗
   半導体基板の表面に達するように形成され、該第２導電
   型半導体層を複数の第２導電型半導体領域に分割する第
   １導電型半導体領域とを備え、 該第２導電型半導体領域と、それに重畳する第１導電型
   半導体領域とにより、信号光を検出する光検出フォトダ
   イオード部が形成された受光素子。
2. 【請求項２】 表面に第１導電型高濃度不純物拡散層が
   形成された第１導電型高比抵抗半導体基板が、該第１導
   電型高濃度不純物拡散層の表面で第１導電型半導体基板
   と貼り合わされた構造を有し、 該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面に形成された第
   ２導電型半導体層と、 該第２導電型半導体層の表面から該第１導電型高比抵抗
   半導体基板の表面に達するように形成され、該第２導電
   型半導体層を複数の第２導電型半導体領域に分割する第
   １導電型半導体領域とを備え、 該第２導電型半導体領域と、それに重畳する第１導電型
   半導体領域とにより、信号光を検出する光検出フォトダ
   イオード部が形成された受光素子。
3. 【請求項３】 印加される逆バイアス電圧によって前記
   第１導電型高比抵抗半導体基板に形成される空乏層の深
   さＸｄと、該第１導電型高比抵抗半導体基板の厚さＸｔ
   が、Ｘｄ≦Ｘｔという条件を満たすように、該第１導電
   型高比抵抗半導体基板の比抵抗と厚さが所定の範囲内に
   設定されている請求項１又は請求項２記載の受光素子。
4. 【請求項４】 前記光検出フォトダイオード部が複数に
   分割された構造とした請求項１〜請求項３のいずれかに
   記載の受光素子。
5. 【請求項５】 表面に第１導電型高濃度不純物拡散層が
   形成された第１導電型高比抵抗半導体基板と、第１導電
   型半導体基板とを、該第１導電型高濃度不純物拡散層の
   表面で貼り合わせる工程と、 該第１導電型高比抵抗半導体基板を所定の厚さに加工す
   る工程と、 該第１導電型高比抵抗半導体基板の表面に第２導電型半
   導体層を形成する工程と、 該第２導電型半導体層の表面から該第１導電型高比抵抗
   半導体基板の表面に達するように、該第２導電型半導体
   層を複数の第２導電型半導体領域に分割する第１導電型
   半導体領域を形成する工程とを包含し、 該第２導電型半導体領域と、それに重畳する第１導電型
   半導体領域とにより、信号光を検出する光検出フォトダ
   イオード部を形成する受光素子の製造方法。