JP2002329853A - Light receiving element with built-in circuit - Google Patents

Light receiving element with built-in circuit

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JP2002329853A
JP2002329853A JP2002045558A JP2002045558A JP2002329853A JP 2002329853 A JP2002329853 A JP 2002329853A JP 2002045558 A JP2002045558 A JP 2002045558A JP 2002045558 A JP2002045558 A JP 2002045558A JP 2002329853 A JP2002329853 A JP 2002329853A
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Japan
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type semiconductor
photodiode
type
light
layer
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JP2002045558A
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Takahiro Takimoto
貴博 瀧本
Masaru Kubo
勝 久保
Naoki Fukunaga
直樹 福永
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Original Assignee
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the deterioration in response speed due to the extension of travel distance of light carriers by diffusion and to improve a cut-off frequency, when a division section DB in a divided photodiode is illuminated with a light beam in a light receiving element 101 built-in circuit with that mounts a divided photodiode PD. SOLUTION: The light receiving element with built-in circuit comprises a P-type silicon substrate 1, a P-type epitaxial layer 2 formed on the substrate 1, and a plurality of N-type diffusion layers 3 selectively formed in the surface region of the epitaxial layer 2. Light detection photodiode sections D1, D2, D3, and D5 for detecting signal light for outputting the photoelectric conversion signal are composed by the P-type epitaxial layer 2. The divided photodiode PD is composed by the plurality of light detection photodiode sections.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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回路内蔵受光素子に関し、特に、
複数の光検出フォトダイオード部からなる分割フォトダ
イオードのような、受光領域が分割された受光素子にお
ける、その応答速度の改善を図るための構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light receiving element with a built-in circuit having a circuit for processing a photoelectric conversion signal.
The present invention relates to a structure for improving the response speed of a light-receiving element having a divided light-receiving region, such as a divided photodiode including a plurality of light-detecting photodiode units.

【0002】[0002]

【従来の技術】このような分割フォトダイオードは、た
とえば光ピックアップの信号検出用素子として従来から
用いられている。
2. Description of the Related Art Such a divided photodiode has been conventionally used, for example, as a signal detecting element of an optical pickup.

【0003】近年、光ディスク装置の小型高性能化に伴
い、光ピックアップの小型軽量化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。
In recent years, as optical disk devices have become smaller and more sophisticated, it has become important to reduce the size and weight of optical pickups.
In order to realize this, a function for generating a tracking beam, a function for performing optical branching, and a function for generating an error signal are integrated into one hologram element, and a laser diode, a photodiode, and the like are integrated into one hologram element. An optical module having a structure in which the hologram element is housed in a package (not shown) and the hologram element is arranged on the upper surface of the package has been proposed.

【0004】図9は、上記ピックアップの光学系の概略
構成を示す。この光学系における信号検出原理を簡単に
説明すると、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1つの情報信号読出し用主ビームとの
3つの光ビームに分けられる。
FIG. 9 shows a schematic configuration of an optical system of the pickup. The signal detection principle in this optical system will be briefly described. Light emitted from a laser diode LD is divided into two tracking sub-beams and one by a tracking beam generation diffraction grating 30 arranged on the back side of the hologram element 31. It is divided into three light beams, namely, one information signal reading main beam.

【0005】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3
3によってディスク34上に集光される。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32を透過した後、ホログラ
ム素子31によって回折され、1次回折光として、分割
された5つの光検出部(光検出フォトダイオード部)D
1〜D5を有する5分割フォトダイオードPD上に導か
れる。
The light transmitted through the hologram element 31 on the upper surface of the package as the zero-order light is converted into a parallel light by a collimator lens 32, and then converted into a parallel light.
The light is condensed on the disk 34 by 3. The reflected light modulated by the pits on the disk 34 is transmitted through the objective lens 33 and the collimator lens 32, then diffracted by the hologram element 31, and divided into five first-order diffracted light beams. Photodiode section) D
The light is guided onto a five-segment photodiode PD having 1 to D5.

【0006】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31a及び31bからなり、主ビ
ームの反射光のうち、その一方の領域31aに入射した
ものが、上記光検出部D2及びD3を分割する分割部D
B上に、上記主ビームの反射光のうち、他方の領域31
b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、2つの副ビームの反射光のうち上記
ホログラム素子31の領域31aに入射したものは、そ
れぞれ光検出部D1,D5上に集光される。また上記光
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P
D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DBに入
射するようになっている。
Here, the hologram element 31 is composed of two regions 31a and 31b having different diffraction periods. Of the reflected light of the main beam, the one that has entered the one region 31a is the photodetectors D2 and D3. Division D for dividing
B, the other region 31 of the reflected light of the main beam
The light incident on b is collected on the light detection unit D4. Of the reflected light of the two sub beams, those incident on the region 31a of the hologram element 31 are condensed on the photodetectors D1 and D5, respectively. In addition, the above-mentioned optical system changes the distance between the hologram element 31 and the disk 34 by changing the photodiode P of the reflected light of the main beam.
The position on D changes in the direction in which the photodetector photodiodes D2 and D3 are arranged. When the main beam is focused on the disk, the reflected light is reflected on the photodetector photodiodes D2 and D3. The light enters the division DB between D2 and D3.

【0007】従って、5分割フォトダイオードPDの、
上記各光検出部D1〜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、 FES=S2−S3 で与えられる。
Accordingly, the five-division photodiode PD
Outputs corresponding to the respective light detection units D1 to D5 are represented by S1 to S5.
Then, the focus error signal FES is given by FES = S2-S3.

【0008】一方、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、 TES=S1−S5 で与えられる。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 RF=S2+S3+S4 で与えられる。
On the other hand, a tracking error is detected by a so-called three-beam method. Since the two tracking sub-beams are respectively condensed on the photodetectors D1 and D5, the tracking error signal TES is given by TES = S1-S5. When the error signal TES is 0, it means that the main beam is located on the track to be irradiated. Further, the reproduction signal RF is given by RF = S2 + S3 + S4 as the sum of the outputs of the photodetectors D2 to D4 that receive the reflected light of the main beam.

【0009】図10は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の構造を示す平面図であ
る。ここでは5分割フォトダイオードとともに基板上に
組み込まれている信号処理回路は図示していない。図に
おいて、200は、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を搭載した回路内蔵受光素
子であり、202は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、203a〜203eは上記
各光検出フォトダイオード部D1〜D5に対応するカソ
ード電極である。
FIG. 10 is a plan view showing the structure of a five-segment photodiode PD incorporated in the configuration of the optical system. Here, a signal processing circuit incorporated on the substrate together with the five-division photodiode is not shown. In the figure, reference numeral 200 denotes a light receiving element with a built-in circuit mounted with a conventionally used five-division photodiode PD for light detection, and 202 denotes each of the light detection photodiode units D1 to D1.
An anode electrode common to D5, and 203a to 203e are cathode electrodes corresponding to the respective photodetector photodiode sections D1 to D5.

【0010】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、つまり図10中の矢印Yの方向に長
い形状となる。この形状は以下の理由により決まる。
The shape of the five-division photodiode is determined by the above-described optical system. Here, the light detecting portion of the photodiode has a vertically long shape, that is, a shape that is long in the direction of arrow Y in FIG. This shape is determined for the following reasons.

【0011】上記光学系を構成するレーザダイオードL
DとフォトダイオードPDは、1つのパッケージに組み
込まれ、ホログラム素子31はこのパッケージ上面に接
着されている。このレーザダイオードとフォトダイオー
ドとはその位置合わせの際、上記光検出部D2,D3と
光検出部D4とが並ぶ方向Y、及びこれと垂直な方向X
に相対的にずれるバラツキが生ずる。また、上記レーザ
ダイオードLDの発振波長は個体間でバラツキがあり、
温度変動に起因して変化する。
The laser diode L constituting the above optical system
D and the photodiode PD are incorporated in one package, and the hologram element 31 is adhered to the upper surface of the package. When the laser diode and the photodiode are aligned, the direction Y in which the photodetectors D2, D3 and the photodetector D4 are arranged, and the direction X perpendicular thereto.
Causes a relative deviation. Also, the oscillation wavelength of the laser diode LD varies among individuals,
It changes due to temperature fluctuations.

【0012】ここで、上記レーザダイオードとフォトダ
イオードとの位置合わせにおける上記Y方向の位置ずれ
や発振波長のバラツキによる回折光の回折角の変化に起
因して、フォトダイオードPDの受光面上に入射するデ
ィスクからの反射光の位置が上記Y方向に変化する。
Here, the laser beam and the photodiode are incident on the light receiving surface of the photodiode PD due to the displacement in the Y direction and the change in the diffraction angle of the diffracted light due to the variation in the oscillation wavelength in the alignment between the laser diode and the photodiode. The position of the reflected light from the rotating disk changes in the Y direction.

【0013】このため、フォトダイオードPDの受光面
は、図10に示すようにY方向,つまり、上記回折角の
変化により回折光のフォトダイオードへの入射位置が変
わる方向の寸法を広くとる必要がある。
Therefore, the light receiving surface of the photodiode PD needs to have a wide dimension in the Y direction, that is, the direction in which the position of incidence of the diffracted light on the photodiode changes due to the change in the diffraction angle, as shown in FIG. is there.

【0014】また、上記受光面のY方向と直交するX方
向については、レーザダイオードの発振波長の個体間バ
ラツキと温度変動に起因する発振波長変化とにより回折
光の回折角が変化しても、回折光のフォトダイオードへ
の入射位置が変化することはない。また、レーザダイオ
ードとフォトダイオードの位置合わせにおけるX方向の
位置ずれは、パッケージ上面にホログラム31を接着す
る際、これを回転させることで調整できるため、X方向
の受光面の寸法を広くとる必要がない。しかも、受光面
のX方向の寸法については、このX方向にならぶ3ビー
ム、つまり1つの主ビームと2つの副ビームが離れてい
ると光ピックアップを光ディスク装置に組み込む際に調
整が難しくなるため、フォトダイオードの各光検出部D
1〜D5の幅および光検出部間の分割部DBの幅は狭く
する必要がある。
In the X direction orthogonal to the Y direction of the light receiving surface, even if the diffraction angle of the diffracted light changes due to the variation between the individual oscillation wavelengths of the laser diode and the change in the oscillation wavelength due to the temperature fluctuation, The incident position of the diffracted light on the photodiode does not change. In addition, when the hologram 31 is bonded to the upper surface of the package, the position of the laser diode and the photodiode in the X direction can be adjusted by rotating the hologram 31. Therefore, it is necessary to increase the size of the light receiving surface in the X direction. Absent. In addition, the dimension of the light receiving surface in the X direction is difficult to adjust when incorporating the optical pickup into the optical disc device if three beams arranged in the X direction, that is, one main beam and two sub beams are separated, Each photodetector D of the photodiode
It is necessary to reduce the width of 1 to D5 and the width of the division DB between the photodetectors.

【0015】以上のことから、フォトダイオードPDの
各光検出部の形状は図10に示すように必然的に縦長の
構造,つまり回折角の変化により回折光のフォトダイオ
ードへの入射位置が変わる方向の寸法が長い構造となっ
てしまう。
From the above, as shown in FIG. 10, the shape of each light detecting portion of the photodiode PD is necessarily a vertically long structure, that is, the direction in which the incident position of the diffracted light to the photodiode changes due to the change of the diffraction angle. Results in a structure having a long dimension.

【0016】図11は、図10に示す、回路内蔵受光素
子の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。この図では、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、保護膜等は省略
している。
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional structure taken along the line aa 'of the photodiode of the photodetector with a built-in circuit shown in FIG. In this figure, structures formed by steps subsequent to the metal processing step, for example, a multilayer wiring, a protective film, and the like are omitted.

【0017】図11において、200は上記5分割フォ
トダイオードPDを信号処理回路(図示せず)とともに
搭載した回路内蔵受光素子で、そのP型半導体基板11
上にはN型エピタキシャル層14が形成されている。該
基板11とN型エピタキシャル層14の境界部分には、
選択的にP型埋め込み拡散層12が形成されており、該
N型エピタキシャル層14の表面部分には、該P型埋め
込み拡散層12に達するようP型分離拡散層15が形成
されている。そして、上記P型埋め込み拡散層12及び
これにつながるP型分離拡散層15により、上記N型エ
ピタキシャル層14が複数のN型半導体領域に分割され
ている。ここで、該分割された個々のN型半導体領域と
その下側の基板部分とにより、信号光を検出する光検出
フォトダイオード部D1〜D5が構成されている。
In FIG. 11, reference numeral 200 denotes a light receiving element with a built-in circuit in which the five-division photodiode PD is mounted together with a signal processing circuit (not shown).
An N-type epitaxial layer 14 is formed thereon. At the boundary between the substrate 11 and the N-type epitaxial layer 14,
A P-type buried diffusion layer 12 is selectively formed, and a P-type isolation diffusion layer 15 is formed on the surface of the N-type epitaxial layer 14 so as to reach the P-type buried diffusion layer 12. The N-type epitaxial layer 14 is divided into a plurality of N-type semiconductor regions by the P-type buried diffusion layer 12 and the P-type separation / diffusion layer 15 connected thereto. Here, the divided individual N-type semiconductor regions and the substrate portion therebelow constitute light detection photodiode portions D1 to D5 for detecting signal light.

【0018】また、上記N型エピタキシャル層14の表
面には酸化膜17が形成されており、上記フォトダイオ
ード部D1,D2,D3,D5を構成するN型エピタキ
シャル層14の表面部分及び分割フォトダイオードの分
離部となるP型拡散層15の表面部分では、上記酸化膜
17は除去されており、これらの部分には、P型拡散層
16が形成されている。そして、該P型拡散層16の表
面上には、反射防止膜となるようレーザダイオードの波
長に合わせてその膜厚が設定されたシリコン窒化膜18
が形成されている。なお19aは、上記分割フォトダイ
オードPDの両端側のP型分離拡散層15上に形成され
た、上記アノード電極202を構成する電極配線、19
は窒化膜18の表面の信号光があたらない部分に形成さ
れた金属膜である。
An oxide film 17 is formed on the surface of the N-type epitaxial layer 14, and the surface portion of the N-type epitaxial layer 14 and the divided photodiodes constituting the photodiode portions D1, D2, D3 and D5 are formed. The oxide film 17 has been removed from the surface of the P-type diffusion layer 15 serving as an isolation portion, and a P-type diffusion layer 16 has been formed in these portions. Then, on the surface of the P-type diffusion layer 16, a silicon nitride film 18 whose thickness is set in accordance with the wavelength of the laser diode so as to serve as an anti-reflection film.
Are formed. Reference numeral 19a denotes an electrode wiring which is formed on the P-type separation / diffusion layer 15 at both ends of the divided photodiode PD and constitutes the anode electrode 202;
Is a metal film formed on a portion of the surface of the nitride film 18 where the signal light is not applied.

【0019】このフォトダイオードの作製方法は以下の
とおりである。
The method of manufacturing this photodiode is as follows.

【0020】まず、P型半導体基板11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1
2を形成する(図12(a))。
First, the P-type buried diffusion layer 1 is formed in a region on the P-type semiconductor substrate 11 which is to be a division portion for dividing the photodetection portion.
2 is formed (FIG. 12A).

【0021】次に、図12(b)に示すようにP型半導
体基板11の表面全面にN型エピタキシャル層14を形
成する。その後N型エピタキシャル層14の、P型埋め
込み拡散層12上に位置する部分にP型分離拡散層15
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。
Next, an N-type epitaxial layer 14 is formed on the entire surface of the P-type semiconductor substrate 11, as shown in FIG. Thereafter, a portion of the N-type epitaxial layer 14 located on the P-type buried diffusion layer 12 is
To form Thereby, electrically separated photodetectors D1 to D5 are formed.

【0022】次いで、N型エピタキシャル層14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15の表面にP型拡散層16を形成する(図12
(c))。
Next, a P-type diffusion layer 16 is formed on the surface of the N-type epitaxial layer 14 and the surface of the P-type separation / diffusion layer 15 which is a division of the photodetectors D1 to D5 (FIG. 12).
(C)).

【0023】さらに、図12(d)に示すように、P型
拡散層16の形成時にその表面に形成された酸化膜17
のうち、P型拡散層16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18を形成する。この際、該
窒化膜18の膜厚は、これが反射防止膜となるよう、レ
ーザダイオードの波長に合ったものとする。
Further, as shown in FIG. 12D, an oxide film 17 formed on the surface of the P-type diffusion layer 16 when the P-type diffusion layer 16 is formed.
Of these, a portion corresponding to the light receiving region on the surface of the P-type diffusion layer 16 is removed, and a nitride film 18 is formed on the entire surface. At this time, the thickness of the nitride film 18 is set to the wavelength of the laser diode so that the nitride film 18 becomes an anti-reflection film.

【0024】そして、上記窒化膜18及び酸化膜17に
電極窓を開口して、電極配線19aを形成すると同時に
窒化膜18の表面の信号光があたらない部分に金属膜1
9を形成して、図11に示す構造の5分割フォトダイオ
ードPDを得る。また信号処理回路部分(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
1上に作製される。
Then, an electrode window is opened in the nitride film 18 and the oxide film 17 to form the electrode wiring 19a, and at the same time, the metal film 1 is formed on the surface of the nitride film 18 where signal light does not shine.
9 to obtain a five-division photodiode PD having the structure shown in FIG. The signal processing circuit portion (not shown) is formed on the semiconductor substrate 1 by a normal bipolar IC process.
1 is produced.

【0025】このような構成の回路内蔵受光素子200
の5分割フォトダイオードPDでは、光検出部D1〜D
5の分割部のPN接合はP型拡散層16によって覆われ
ているため、窒化膜18をフォトダイオード表面に直接
形成しても接合リークの増大等の問題は起こらない。し
たがって、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DBでは、集光ビー
ムの受光面での反射は、窒化膜18により低反射に抑え
られるため、フォトダイオードの高感度化が実現でき
る。
The light receiving element 200 with a built-in circuit having such a configuration.
In the five-division photodiode PD, the photodetectors D1 to D
Since the PN junction of the divisional portion 5 is covered with the P-type diffusion layer 16, even if the nitride film 18 is formed directly on the photodiode surface, problems such as an increase in junction leakage do not occur. Therefore, in the division portion DB between the photodetectors D2 and D3 of the photodiode to which the focused beam actually strikes, reflection of the focused beam on the light receiving surface is suppressed by the nitride film 18 to low reflection. High sensitivity can be realized.

【0026】また、上記分割フォトダイオードPDの、
信号光が当たらない部分に、ここでは光検出部D1とD
2の間、及び光検出部D3とD5の間に金属膜19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を向上することができる。
In addition, the divided photodiode PD
Here, the light detecting portions D1 and D1
2 and between the photodetectors D3 and D5, the metal film 19 is less susceptible to stray light and the like,
The S / N of the photodiode can be improved.

【0027】ところが、再生信号RFを処理する光検出
部D2,D3,D4は特に高速動作が必要とされる。そ
の内、光検出部D2及びD3では、光ビームがこれらの
分割部DBに照射された場合、各光検出部の中央に光ビ
ームが照射された時に比べて遮断周波数が低下してしま
う。
However, the photodetectors D2, D3, and D4 that process the reproduction signal RF require particularly high-speed operations. Among them, in the light detection units D2 and D3, when a light beam is applied to these divided units DB, the cutoff frequency is lower than when the light beam is applied to the center of each light detection unit.

【0028】デバイスシミュレーションを使用して上記
隣接する光検出部の分割部DBに光ビームが照射された
状態を解析した結果、この状態では光キャリアが該分割
部DBのP型埋込拡散層12を迂回して、N型エピタキ
シャル層14とP型半導体基板11の接合に到達するこ
とから、光キャリアが拡散で移動する距離が長くなって
いることが上記遮断周波数の低下の原因であることがわ
かった。
As a result of analyzing a state in which a light beam is applied to the divided portion DB of the adjacent photodetecting portion by using a device simulation, in this state, photocarriers are supplied to the P-type buried diffusion layer 12 of the divided portion DB. , And reaches the junction between the N-type epitaxial layer 14 and the P-type semiconductor substrate 11. Therefore, the fact that the distance traveled by diffusion of the optical carriers is long may be the cause of the decrease in the cutoff frequency. all right.

【0029】そこで、このような遮断周波数の低下に対
する対策を講じた光検出用の分割フォトダイオードがす
でに開発されている。
Therefore, photodetection split photodiodes which have taken measures against such a decrease in cutoff frequency have already been developed.

【0030】図13はこのような改良型の分割フォトダ
イオードの構成を説明するための図であり、上記図11
に示す、回路内蔵受光素子200の分割フォトダイオー
ドPDの断面構造に相当する部分を示している。
FIG. 13 is a view for explaining the structure of such an improved split photodiode.
2 shows a portion corresponding to the sectional structure of the divided photodiode PD of the light receiving element 200 with a built-in circuit.

【0031】図において、201は改良型の分割フォト
ダイオードPD1を搭載した回路内蔵受光素子で、これ
は、図11に示す分割フォトダイオードPDにおける基
板11の、各光検出フォトダイオード部D1,D2,D
3,D5を構成する部分に、N型埋込拡散層13を形成
したものである。
In the figure, reference numeral 201 denotes a light receiving element with a built-in circuit on which an improved divided photodiode PD1 is mounted, which is a photodetector photodiode section D1, D2, or D2 of the substrate 11 in the divided photodiode PD shown in FIG. D
3, an N-type buried diffusion layer 13 is formed in a portion constituting D5.

【0032】この構造のフォトダイオードPD1を搭載
した回路内蔵受光素子201の作成方法は、上記分割フ
ォトダイオードPDを搭載した回路内蔵受光素子200
の形成プロセスにおいて、予めP型半導体基板11表面
の、光検出フォトダイオードを形成すべき予定領域の一
部に、N型埋込拡散層13を形成しておく点のみ異な
り、該N型埋込拡散層の形成後の処理は、上記回路内蔵
受光素子200の作製プロセスにおけるものと同じであ
る。
The method of manufacturing the light receiving element with a built-in circuit 201 equipped with the photodiode PD1 of this structure is described in the light receiving element with a built-in circuit 200 mounted with the divided photodiode PD.
The only difference is that an N-type buried diffusion layer 13 is formed in advance in a part of a region where a photodetector photodiode is to be formed on the surface of a P-type semiconductor substrate 11. The processing after the formation of the diffusion layer is the same as that in the manufacturing process of the light receiving element 200 with a built-in circuit.

【0033】このような構造の光検出用の分割フォトダ
イオードPD1では、分割部DBである、光キャリアが
迂回するP型埋込拡散層12の近傍にN型埋込拡散層1
3が位置することになる。このため、光検出フォトダイ
オードの分割部DBに光ビームを照射した際、光キャリ
アが上記分割部DB下側の深い位置からこの分離部DB
を迂回してPN接合面まで移動する経路において、空乏
領域が分割部近傍まで広がることになり、光キャリアが
拡散により移動する距離が短くなり、これにより遮断周
波数の向上を図っている。
In the divided photodiode PD1 for photodetection having such a structure, the N-type buried diffusion layer 1 is located near the P-type buried diffusion layer 12, which is the division part DB, where the optical carrier bypasses.
3 will be located. For this reason, when a light beam is applied to the divided portion DB of the photodetector photodiode, the photocarriers move from the deep position below the divided portion DB to the separated portion DB.
In the path that bypasses the PN junction and moves to the PN junction surface, the depletion region expands to the vicinity of the split part, and the distance that the optical carrier moves by diffusion is shortened, thereby improving the cutoff frequency.

【0034】また、上記分割フォトダイオードPD1で
は、P型半導体基板11と、N型エピタキシャル層14
の接合位置に比べて、P型半導体基板11とN型埋込拡
散層13の接合位置が深くなるため、光キャリアが深さ
方向に拡散により移動する距離が短くなっている。この
ため、分割部以外に光ビームが照射された時の遮断周波
数も向上したものとなっている。
In the above-mentioned divided photodiode PD1, the P-type semiconductor substrate 11 and the N-type epitaxial layer
Since the junction position between the P-type semiconductor substrate 11 and the N-type buried diffusion layer 13 is deeper than the junction position, the distance that the optical carrier moves by diffusion in the depth direction is shorter. For this reason, the cutoff frequency when a light beam is irradiated to a part other than the division part is also improved.

【0035】[0035]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うに、個々のフォトダイオード部にN型埋込拡散層13
を形成している、改良型分割フォトダイオードを搭載し
た回路内蔵受光素子においても、以下の点で改善の余地
がある。
However, as described above, the N-type buried diffusion layer 13 is formed in each photodiode portion.
There is also room for improvement in the following points in the light receiving element with a built-in circuit equipped with the improved divided photodiode, which forms the above.

【0036】つまり、上記分割フォトダイオードでは、
受光領域を分割する分割部DBの下側部分で発生した光
キャリアが分割部DBとしてのP型埋込拡散層12を迂
回するという問題は本質的には解決されていない。この
ため、改良型の分割フォトダイオードPD1において、
遮断周波数が改善されたとはいえ、依然として光検出部
D2およびD3では、光ビームがこれらの分割部DBに
照射された場合は、各光検出部の中央に光ビームが照射
された場合に比べて遮断周波数が低下することとなる。
That is, in the above divided photodiode,
The problem that optical carriers generated in the lower part of the division DB dividing the light receiving region bypass the P-type buried diffusion layer 12 as the division DB has not been essentially solved. Therefore, in the improved split photodiode PD1,
Despite the cutoff frequency being improved, the light detectors D2 and D3 still irradiate these divisions DB with a light beam as compared with the case where the light beam is radiated to the center of each light detector. The cutoff frequency will decrease.

【0037】また、信号光の周波数が短くなると、光キ
ャリアが基板の浅い部分で多く発生することとなるが、
分割フォトダイオードの分離部であるP型分離拡散層1
5は不純物濃度が高いため、光キャリアのライフタイム
が短く、感度が低下するという問題もある。
Further, when the frequency of the signal light is shortened, many optical carriers are generated in a shallow portion of the substrate.
P-type separation / diffusion layer 1 serving as a separation part of a divided photodiode
Since No. 5 has a high impurity concentration, there is also a problem that the lifetime of the optical carrier is short and the sensitivity is reduced.

【0038】このような問題は、分離部DBとしてP型
分離拡散層を用いる限り生じる問題であり、本質的な解
決のためには、P型分離拡散層を用いないで分割部を形
成しなければならないということになるが、基板上に複
数の素子をモノリシックに搭載する上で、上記P型分離
拡散層は必須のものであり、以下このP型分離拡散層が
必要となる理由について説明する。
Such a problem occurs as long as a P-type separation / diffusion layer is used as the separation part DB. For an essential solution, a division part must be formed without using a P-type separation / diffusion layer. However, the P-type separation / diffusion layer is indispensable for monolithically mounting a plurality of elements on a substrate, and the reason why the P-type separation / diffusion layer is necessary will be described below. .

【0039】まず、光電変換信号の信号処理回路を搭載
した回路内蔵受光素子では、受光素子が形成される基板
と同一の基板上に、信号処理回路を構成する回路素子、
例えばNPNトランジスタなどが形成されることとな
る。各回路素子は導電性などの観点からN型エピタキシ
ャル層内に形成されるが、この場合、N型エピタキシャ
ル層内の各素子を電気的に分離するためには、隣り合う
素子が配置される領域間で、各領域の電位レベルに拘わ
らず電流が流れないようにする必要がある。このため隣
り合う素子が配置される領域間を半導体層により電気的
に分離するには、これらの領域間にPN接合とNP接合
とが介在するよう、N型エピタキシャル層とは逆導電型
のP型分離拡散層を形成する必要がある。
First, in a light receiving element with a built-in circuit on which a signal processing circuit for a photoelectric conversion signal is mounted, a circuit element constituting the signal processing circuit is mounted on the same substrate as the substrate on which the light receiving element is formed.
For example, an NPN transistor or the like is formed. Each circuit element is formed in the N-type epitaxial layer from the viewpoint of conductivity or the like. In this case, in order to electrically isolate each element in the N-type epitaxial layer, a region where adjacent elements are arranged It is necessary to prevent current from flowing between the regions regardless of the potential level of each region. Therefore, in order to electrically separate the regions where the adjacent elements are arranged by the semiconductor layer, a P-type semiconductor having a conductivity type opposite to that of the N-type epitaxial layer is formed so that a PN junction and an NP junction are interposed between these regions. It is necessary to form a mold separation diffusion layer.

【0040】このような素子の分離構造は、光電変換素
子である複数のフォトダイオード部を同一基板上に配設
する場合にも適用されるものであり、特に、信号処理回
路を搭載した回路内蔵受光素子では、P型半導体基板と
その上のN型エピタキシャル層からなる、分割フォトダ
イオードを構成する複数の光検出フォトダイオード部も
それぞれ、該N型エピタキシャル層内に形成したP型分
離拡散層により電気的に分離する構造を採用している。
Such an element separation structure is also applied to a case where a plurality of photodiode units, which are photoelectric conversion elements, are provided on the same substrate, and in particular, a circuit built-in circuit having a signal processing circuit mounted thereon. In the light-receiving element, a plurality of photodetector photodiode portions constituting a divided photodiode, each including a P-type semiconductor substrate and an N-type epitaxial layer thereon, are also formed by a P-type separation / diffusion layer formed in the N-type epitaxial layer. A structure that electrically separates is adopted.

【0041】本発明は上記のような問題を解決するため
になされたものであり、光ビームが隣接する光検出部を
分割する分割部に照射された状態での応答速度の劣化を
改善できる回路内蔵受光素子を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a circuit capable of improving the deterioration of the response speed in a state where a light beam is applied to a division section that divides an adjacent photodetection section. It is intended to obtain a built-in light receiving element.

【0042】[0042]

【課題を解決するための手段】この発明(請求項1)に
係る回路内蔵受光素子は、第1導電型半導体基板と、該
第1導電型半導体基板上に形成された第1導電型半導体
層と、該第1導電型半導体層の表面領域に選択的に形成
された複数の第2導電型半導体層とを備えている。
A light receiving element with a built-in circuit according to the present invention (claim 1) has a first conductivity type semiconductor substrate and a first conductivity type semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate. And a plurality of second conductivity type semiconductor layers selectively formed in a surface region of the first conductivity type semiconductor layer.

【0043】この回路内蔵受光素子では、該第1導電型
半導体層と、該各第2導電型半導体層とにより、信号光
を検出してその光電変換信号を出力する光検出フォトダ
イオード部が複数構成され、該複数の光検出フォトダイ
オード部により分割フォトダイオードが構成されてい
る、また、該第1導電型半導体層の、該分割フォトダイ
オードが形成されている領域とは電気的に分離された領
域には、該光電変換信号を処理する信号処理回路を構成
する回路素子が形成されている。そのことにより上記目
的が達成される。
In this light receiving element with a built-in circuit, the first conductivity type semiconductor layer and each of the second conductivity type semiconductor layers have a plurality of photodetection photodiode sections for detecting signal light and outputting the photoelectric conversion signal. A plurality of light-detecting photodiode portions, wherein a divided photodiode is formed, and the first conductive semiconductor layer is electrically separated from a region where the divided photodiode is formed. In the region, circuit elements that constitute a signal processing circuit that processes the photoelectric conversion signal are formed. Thereby, the above object is achieved.

【0044】この発明(請求項2)は、上記請求項1記
載の回路内蔵受光素子において、前記分割フォトダイオ
ードが、前記各第2導電型半導体層を、隣接する第2導
電型半導体層から延びる空乏層が互いに接触するよう配
置した構造となっているものである。
According to a second aspect of the present invention, in the light receiving element with a built-in circuit according to the first aspect, the divided photodiode extends each of the second conductive type semiconductor layers from an adjacent second conductive type semiconductor layer. In this structure, the depletion layers are arranged so as to be in contact with each other.

【0045】この発明(請求項3)は、上記請求項2記
載の回路内蔵受光素子において、前記分割フォトダイオ
ードを、これを構成する前記各第2導電型半導体層から
延びる空乏層が、前記第1導電型半導体基板内部にまで
到達する構造としたものである。
According to a third aspect of the present invention, in the photodetector with a built-in circuit according to the second aspect, the divided photodiode is formed by a depletion layer extending from each of the second conductivity type semiconductor layers. The structure reaches the inside of the one conductivity type semiconductor substrate.

【0046】この発明(請求項4)は、上記請求項2ま
たは3記載の回路内蔵受光素子において、前記第1導電
型半導体層を、前記第1導電型半導体基板としてのP型
半導体基板上に成長されたP型エピタキシャル層とした
ものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the photodetector with a built-in circuit according to the second or third aspect, the first conductive type semiconductor layer is formed on a P-type semiconductor substrate as the first conductive type semiconductor substrate. This is a grown P-type epitaxial layer.

【0047】このP型エピタキシャル層は、前記光検出
フォトダイオード部を構成する第2導電型半導体層とし
てのN型拡散層と、前記信号処理回路の回路素子である
NPNトランジスタの形成領域としてのNウェル拡散層
と、該回路素子である縦型PNPトランジスタを構成す
るN型ベース拡散層とを有するものとなっている。
The P-type epitaxial layer has an N-type diffusion layer as a second conductivity type semiconductor layer constituting the photodetection photodiode section, and an N-type diffusion layer as a region for forming an NPN transistor which is a circuit element of the signal processing circuit. It has a well diffusion layer and an N-type base diffusion layer constituting a vertical PNP transistor as the circuit element.

【0048】また、該光検出フォトダイオード部を構成
するN型拡散層は、該NPNトランジスタ形成用のNウ
ェル拡散層及び該縦型PNPトランジスタのN型ベース
拡散層と同一工程にて形成したものとなっている。
Further, the N-type diffusion layer constituting the light detecting photodiode portion is formed by the same process as the N-well diffusion layer for forming the NPN transistor and the N-type base diffusion layer of the vertical PNP transistor. It has become.

【0049】この発明(請求項5)は、上記請求項1な
いし4のいずれかに記載の回路内蔵受光素子において、
前記第1導電型半導体層として、比抵抗が3Ωcm以上
の高比抵抗半導体層を用いたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a light receiving element with a built-in circuit according to any one of the first to fourth aspects.
As the first conductivity type semiconductor layer, a high specific resistance semiconductor layer having a specific resistance of 3 Ωcm or more is used.

【0050】この発明(請求項6)は、上記請求項1な
いし4のいずれかに記載の回路内蔵受光素子において、
前記第1導電型半導体基板として、比抵抗が20Ωcm
以上の高比抵抗基板を用い、前記第1導電型半導体層と
して、比抵抗が3Ωcm以上の高比抵抗半導体層を用い
たものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the photodetector with a built-in circuit according to any one of the first to fourth aspects,
The first conductivity type semiconductor substrate has a specific resistance of 20 Ωcm
The above-described high resistivity substrate is used, and a high resistivity semiconductor layer having a resistivity of 3 Ωcm or more is used as the first conductivity type semiconductor layer.

【0051】この発明(請求項7)に係る回路内蔵受光
素子は、第1導電型半導体基板と、該第1導電型半導体
基板上に形成された第1導電型半導体層と、該第1導電
型半導体基板上に選択的に形成された、該第1導電型半
導体層の表面から該第1導電型半導体基板の内部まで達
する複数の第2導電型半導体層とを備えている。
A light receiving element with a built-in circuit according to the present invention (claim 7) includes a semiconductor substrate of a first conductivity type, a semiconductor layer of a first conductivity type formed on the semiconductor substrate of the first conductivity type, and a first conductive type. And a plurality of second conductivity type semiconductor layers selectively formed on the type semiconductor substrate and extending from the surface of the first conductivity type semiconductor layer to the inside of the first conductivity type semiconductor substrate.

【0052】そして、本回路内蔵受光素子では、該第1
導電型半導体層及び第1導電型半導体基板と、該各第2
導電型半導体層とにより、信号光を検出してその光電変
換信号を出力する光検出フォトダイオード部が複数構成
され、該複数の光検出フォトダイオード部により分割フ
ォトダイオードが構成されている。また、該第1導電型
半導体層の、該分割フォトダイオードが形成されている
領域と電気的に分離された領域には、該光電変換信号を
処理する信号処理回路を構成する複数の回路素子が形成
されている。そのことにより上記目的が達成される。
In the light-receiving element with a built-in circuit, the first
A conductive type semiconductor layer and a first conductive type semiconductor substrate;
The conductive semiconductor layer constitutes a plurality of photodetection photodiode sections for detecting signal light and outputting the photoelectric conversion signal, and the plurality of photodetection photodiode sections constitute a split photodiode. A plurality of circuit elements constituting a signal processing circuit for processing the photoelectric conversion signal are provided in a region of the first conductivity type semiconductor layer which is electrically separated from a region where the divided photodiode is formed. Is formed. Thereby, the above object is achieved.

【0053】この発明(請求項8)は、上記請求項7記
載の回路内蔵受光素子において、前記第1導電型半導体
基板として、比抵抗が20Ωcm以上の高比抵抗基板を
用いたものである。
According to the present invention (claim 8), in the photodetector with built-in circuit according to claim 7, a high specific resistance substrate having a specific resistance of 20 Ωcm or more is used as the first conductive type semiconductor substrate.

【0054】以下、本発明の作用について説明する。Hereinafter, the operation of the present invention will be described.

【0055】この発明(請求項1)においては、第1導
電型半導体基板上に形成された第1導電型半導体層と、
該第1導電型半導体層の表面領域に選択的に形成された
複数の第2導電型半導体層とを備え、該第1導電型半導
体層と該各第2導電型半導体層とにより、分割フォトダ
イオードを構成する複数の光検出フォトダイオード部を
形成したから、隣接する光検出フォトダイオード部の間
は、第1導電型半導体層により分離されることとなる。
つまり、第1導電型半導体基板の、分割フォトダイオー
ドの分離部に対応する表面領域には、第1導電型半導体
基板上に形成された第2導電型半導体層を複数の領域に
分離するための高濃度の第1導電型分離拡散領域は存在
しない。
According to the present invention (claim 1), the first conductivity type semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
A plurality of second conductivity type semiconductor layers selectively formed in a surface region of the first conductivity type semiconductor layer, wherein the first conductivity type semiconductor layer and each of the second conductivity type semiconductor layers form a divided photo. Since a plurality of photodetection photodiode portions constituting the diode are formed, adjacent photodetection photodiode portions are separated by the first conductivity type semiconductor layer.
That is, in the surface region of the first conductivity type semiconductor substrate corresponding to the separation portion of the divided photodiode, the second conductivity type semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate is separated into a plurality of regions. There is no high concentration first conductivity type separation / diffusion region.

【0056】このため、上記分割フォトダイオードの分
割部には光ビームが照射された際、光キャリアが上記分
離拡散領域を迂回する現象が起こらず、結果的に光キャ
リアがPN接合まで拡散により移動する距離を短くでき
る。これにより応答速度を改善することができ、遮断周
波数を向上することができる。
Therefore, when a light beam is applied to the divided portion of the divided photodiode, the phenomenon that the optical carrier bypasses the separation / diffusion region does not occur, and as a result, the optical carrier moves to the PN junction by diffusion. Distance can be shortened. As a result, the response speed can be improved, and the cutoff frequency can be improved.

【0057】また、分割フォトダイオードの分離部には
濃度の高い分離拡散層は存在していないため、信号光の
波長が短くなって光キャリアが基板の浅い部分で多く発
生することとなっても、光キャリアのライフタイムが短
くなって感度が低下するということもない。
Further, since there is no separation / diffusion layer having a high concentration in the separation portion of the divided photodiode, even if the wavelength of the signal light becomes short, many photocarriers are generated in a shallow portion of the substrate. Also, there is no reduction in the sensitivity due to the shortened lifetime of the optical carrier.

【0058】この発明(請求項2)においては、上記請
求項1記載の回路内蔵受光素子において、前記分割フォ
トダイオードの各第2導電型半導体層を、隣接する第2
導電型半導体層から延びる空乏層が互いに接触するよう
配置したので、隣接する光検出フォトダイオード部の分
離部に信号光が照射された場合に、光検出フォトダイオ
ード部の中央部に信号光が照射された場合に比べて応答
速度が低下するのを抑制することができる。
According to the present invention (claim 2), in the photodetector with a built-in circuit according to claim 1, each of the second conductivity type semiconductor layers of the divided photodiode is connected to an adjacent second conductive type semiconductor layer.
Since the depletion layers extending from the conductive semiconductor layer are arranged so as to be in contact with each other, when the signal light is applied to the separation part of the adjacent light detection photodiode unit, the signal light is applied to the central part of the light detection photodiode unit. It is possible to suppress a decrease in the response speed as compared with the case where it is performed.

【0059】この発明(請求項3)においては、上記請
求項2記載の回路内蔵受光素子において、前記分割フォ
トダイオードを、これを構成する前記各第2導電型半導
体層から延びる空乏層が、前記第1導電型半導体基板内
部にまで到達する構造としたので、第1導電型半導体層
を形成する際に、信号処理回路の回路素子を構成する半
導体領域の不純物がオートドープにより基板やその上の
半導体層中に侵入しても、光検出フォトダイオード部で
は、上記オートドープによりポテンシャルの谷部や山部
が生じる領域も空乏化されることとなる。このため、上
記オートドープに起因する応答速度の劣化を抑制でき
る。
According to the present invention (claim 3), in the photodetector with built-in circuit according to claim 2, the depletion layer extending from each of the second conductivity type semiconductor layers constituting the divided photodiode is formed as the depletion layer. Since the structure reaches the inside of the semiconductor substrate of the first conductivity type, when forming the semiconductor layer of the first conductivity type, impurities in the semiconductor region constituting the circuit element of the signal processing circuit are subjected to auto-doping to the substrate or over the substrate. Even if the light enters the semiconductor layer, in the photodetection photodiode portion, a region where a potential trough or a peak occurs due to the autodoping is also depleted. For this reason, it is possible to suppress the deterioration of the response speed due to the above-mentioned autodoping.

【0060】この分割フォトダイオードの構造では、上
記第1導電型半導体層と第2導電型型半導体層との接合
の深さ位置が光の侵入長の半分以上となるよう、該第2
導電型半導体層を形成することにより、応答速度の劣化
の抑制効果をより大きくできる。
In the structure of the split photodiode, the depth of the junction between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer is set to be equal to or more than half of the light penetration length.
By forming the conductive semiconductor layer, the effect of suppressing the deterioration of the response speed can be increased.

【0061】この発明(請求項4)においては、上記請
求項2または3記載の回路内蔵受光素子において、前記
第1導電型半導体基板及びその上に第1導電型半導体層
として形成されたエピタキシャル層の導電型をそれぞれ
P型とし、このP型エピタキシャル層の表面領域に位置
する、光検出フォトダイオード部を構成する第2導電型
半導体層としてのN型拡散層を、信号処理回路のNPN
トランジスタ形成用のNウェル拡散層及び該縦型PNP
トランジスタのN型ベース拡散層と同一工程にて形成し
たものとしたので、製造工程の簡略化により、製造コス
トの削減を図ることができる。
According to the present invention (claim 4), in the photodetector with a built-in circuit according to claim 2 or 3, the first conductive type semiconductor substrate and the epitaxial layer formed thereon as the first conductive type semiconductor layer. And the N-type diffusion layer serving as the second conductivity type semiconductor layer constituting the photodetection photodiode portion, which is located in the surface region of the P-type epitaxial layer, is connected to the NPN of the signal processing circuit.
N-well diffusion layer for forming transistor and vertical PNP
Since the transistor is formed in the same process as the N-type base diffusion layer of the transistor, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

【0062】この発明(請求項5)においては、上記請
求項1ないし4のいずれかに記載の回路内蔵受光素子に
おいて、前記第1導電型半導体層として、比抵抗が3Ω
cm以上の高比抵抗半導体層を用いたので、基板上の、
光検出フォトダイオード部が形成される半導体層は、通
常の回路内蔵受光素子で使用される半導体層に比べて比
抵抗の高いものとなる。これにより分割フォトダイオー
ドの接合容量が低減されることとなり、分割フォトダイ
オードの応答速度の高速化により遮断周波数を向上する
ことができる。
According to the present invention (claim 5), in the photodetector with a built-in circuit according to any one of claims 1 to 4, the first conductive semiconductor layer has a specific resistance of 3Ω.
cm high-resistivity semiconductor layer is used.
The semiconductor layer on which the light detection photodiode portion is formed has a higher specific resistance than the semiconductor layer used in a normal light receiving element with a built-in circuit. As a result, the junction capacitance of the divided photodiode is reduced, and the cutoff frequency can be improved by increasing the response speed of the divided photodiode.

【0063】この発明(請求項6)においては、上記請
求項1ないし4のいずれかに記載の回路内蔵受光素子に
おいて、前記第1導電型半導体基板として、比抵抗が2
0Ωcm以上の高比抵抗基板を用い、前記第1導電型半
導体層として、比抵抗が3Ωcm以上の高比抵抗半導体
層を用いたので、基板及びその上の、光検出フォトダイ
オード部が形成される半導体層がそれぞれ、通常の回路
内蔵受光素子で使用される基板及びその上の半導体層に
比べて比抵抗の高いものとなる。これにより分割フォト
ダイオードの接合容量をさらに低減することが可能とな
り、分割フォトダイオードの応答速度のさらなる高速化
により遮断周波数を一層向上することができる。
According to the present invention (claim 6), in the photodetector with a built-in circuit according to any one of claims 1 to 4, the first conductive semiconductor substrate has a specific resistance of 2%.
Since a high resistivity substrate having a resistivity of 0 Ωcm or more was used and a high resistivity semiconductor layer having a resistivity of 3 Ωcm or more was used as the first conductivity type semiconductor layer, the substrate and a photodetection photodiode portion thereon were formed. Each of the semiconductor layers has a higher specific resistance than the substrate used in the ordinary light receiving element with a built-in circuit and the semiconductor layer thereon. As a result, the junction capacitance of the divided photodiode can be further reduced, and the cutoff frequency can be further improved by further increasing the response speed of the divided photodiode.

【0064】この発明(請求項7)においては、第1導
電型半導体基板上に形成された第1導電型半導体層と、
該第1導電型半導体層の表面領域に選択的に形成され
た、該第1導電型半導体層の表面から該第1導電型半導
体基板の内部まで達する複数の第2導電型半導体層とを
備え、該第1導電型半導体層及び第1導電型半導体基板
と該各第2導電型半導体層とにより、分割フォトダイオ
ードを構成する複数の光検出フォトダイオード部を形成
したので、分割フォトダイオードの分割部には光ビーム
が照射された際に、光キャリアが上記分離拡散領域を迂
回する現象を回避できるだけでなく、オートドープに起
因して応答速度が劣化するという問題を解消できる。
According to the present invention (claim 7), the first conductivity type semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
A plurality of second conductivity type semiconductor layers selectively formed in a surface region of the first conductivity type semiconductor layer and extending from the surface of the first conductivity type semiconductor layer to the inside of the first conductivity type semiconductor substrate. Since the plurality of photodetection photodiode portions forming the divided photodiodes are formed by the first conductive type semiconductor layer, the first conductive type semiconductor substrate, and each of the second conductive type semiconductor layers, the divided photodiodes are divided. When the light beam is applied to the portion, not only the phenomenon that the optical carrier bypasses the separation / diffusion region can be avoided, but also the problem that the response speed is deteriorated due to the auto doping can be solved.

【0065】つまり、この発明では、オートドープによ
り不純物が基板とその上の半導体層との界面部分に侵入
しても、光検出フォトダイオード部では、これを構成す
る第2導電型半導体層内に該不純物の侵入領域が含まれ
るため、該侵入部分ではオートドープにより生ずるポテ
ンシャルの山部や谷部が、第2導電型半導体層のポテン
シャルにより打ち消されることとなる。これによりオー
トドープによる分割フォトダイオードの応答性の劣化を
回避できる。
In other words, according to the present invention, even if an impurity penetrates into the interface between the substrate and the semiconductor layer thereabove due to autodoping, the photodetection photodiode section does not allow the impurity to enter the second conductivity type semiconductor layer constituting the same. Since the intrusion region of the impurity is included, the peaks and valleys of the potential caused by the auto doping are canceled by the potential of the second conductivity type semiconductor layer in the intrusion portion. As a result, it is possible to avoid deterioration of the responsiveness of the divided photodiode due to autodoping.

【0066】この発明(請求項8)においては、上記請
求項7記載の回路内蔵受光素子において、前記第1導電
型半導体基板を、比抵抗が20Ωcm以上となるよう高
比抵抗化したので、分割フォトダイオードの接合容量を
低減して、さらなる応答速度の向上を図ることができ
る。
In the present invention (claim 8), in the photodetector with a built-in circuit according to claim 7, the first conductivity type semiconductor substrate is made to have a high specific resistance so as to have a specific resistance of 20 Ωcm or more. By reducing the junction capacitance of the photodiode, the response speed can be further improved.

【0067】[0067]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0068】(実施形態1)図1は本発明の実施形態1
による回路内蔵受光素子を説明するための図であり、該
回路内蔵受光素子に搭載された分割フォトダイオードの
断面構造を示している。また、図2(a)〜図2(c)
は上記回路内蔵受光素子の製造方法における分割フォト
ダイオードの形成プロセスを工程順に示す断面図であ
る。なおこれらの図では、信号処理回路部分、及びメタ
ル形成工程以降の工程により形成される構造、例えば多
層配線、保護膜などは省略している。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to the present invention, and shows a cross-sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element with a built-in circuit. 2 (a) to 2 (c).
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process of forming a divided photodiode in the method of manufacturing a light-receiving element with a built-in circuit in the order of steps. Note that, in these drawings, a signal processing circuit portion and a structure formed by a process after a metal forming process, such as a multilayer wiring and a protective film, are omitted.

【0069】図において、101は本実施形態1の回路
内蔵受光素子であり、不純物濃度1.5×1014atoms/
cm3のP型シリコン基板1と、該基板1上に形成された
不純物濃度5×1015atoms/cm3のP型エピタキシャル
層2と、該P型エピタキシャル層2の表面領域に選択的
に形成された、ピーク不純物濃度が4×1017atoms/cm
3である複数のN型拡散層3とを備えている。
In the drawing, reference numeral 101 denotes a light receiving element with a built-in circuit according to the first embodiment, which has an impurity concentration of 1.5 × 10 14 atoms /
cm 3 of a P-type silicon substrate 1, a P-type epitaxial layer 2 having an impurity concentration of 5 × 10 15 atoms / cm 3 formed on the substrate 1, and selectively formed on a surface region of the P-type epitaxial layer 2. Peak impurity concentration of 4 × 10 17 atoms / cm
3 and a plurality of N-type diffusion layers 3.

【0070】この受光素子101では、上記P型エピタ
キシャル層2と、該各N型拡散層3とにより、信号光を
検出してその光電変換信号を出力する光検出フォトダイ
オード部D1,D2,D3,D5が複数構成され、これ
らの複数の光検出フォトダイオード部により分割フォト
ダイオードPDが構成されている。図1では、図示して
いないが、図10に示す光検出フォトダイオード部D4
も、上記基板上に形成されている。
In the light receiving element 101, the P-type epitaxial layer 2 and each of the N-type diffusion layers 3 detect the signal light and output the photoelectric conversion signal from the light detection photodiodes D1, D2, D3. , D5, and a plurality of photodetector photodiodes constitute a split photodiode PD. Although not shown in FIG. 1, the light detection photodiode unit D4 shown in FIG.
Are also formed on the substrate.

【0071】また、上記P型エピタキシャル層2の表面
には酸化膜4が形成されており、上記フォトダイオード
部D1,D2,D3,D5を構成するN型拡散層3の表
面部分では、上記酸化膜4は開口されている。そして、
該N型拡散層3及び酸化膜4上には、反射防止膜となる
ようレーザダイオードの波長に合わせてその膜厚を設定
したシリコン窒化膜5が形成されている。なお、3sは
上記各N型拡散層3からP型エピタキシャル層2内に広
がる空乏層、6は上記分割フォトダイオードPDの両端
側のP型エピタキシャル層2に接触するよう形成され
た、上記アノード電極202(図10参照)を構成する
電極配線、6aは窒化膜5の表面の信号光があたらない
部分に形成された金属膜である。
An oxide film 4 is formed on the surface of the P-type epitaxial layer 2, and the surface of the N-type diffusion layer 3 constituting the photodiodes D1, D2, D3, and D5 has the oxide film 4 formed thereon. The film 4 is open. And
On the N-type diffusion layer 3 and the oxide film 4, a silicon nitride film 5 whose thickness is set according to the wavelength of the laser diode is formed so as to be an anti-reflection film. 3s is a depletion layer extending from each of the N-type diffusion layers 3 into the P-type epitaxial layer 2, and 6 is an anode electrode formed so as to contact the P-type epitaxial layers 2 at both ends of the divided photodiode PD. The electrode wirings 6a constituting 202 (see FIG. 10) are metal films formed on portions of the surface of the nitride film 5 where signal light is not applied.

【0072】さらに、本回路内蔵受光素子101では、
図3に示すように、上記P型エピタキシャル層2の、該
分割フォトダイオードPDが形成されている領域とは電
気的に分離された領域には、該光電変換信号を処理する
信号処理回路SCを構成する回路素子として、例えば縦
型NPNトランジスタTaや縦型PNPトランジスタT
bが形成されている。
Further, in the light-receiving element 101 with a built-in circuit,
As shown in FIG. 3, a signal processing circuit SC for processing the photoelectric conversion signal is provided in a region of the P-type epitaxial layer 2 which is electrically separated from a region where the divided photodiode PD is formed. As a circuit element to configure, for example, a vertical NPN transistor Ta or a vertical PNP transistor T
b is formed.

【0073】またここでは、分割フォトダイオードの接
合容量が大きいことから、フォトダイオードの応答速度
がCR時定数の成分により遅くなるのを避けるため、P
型シリコン基板1とP型エピタキシャル層2を高比抵抗
化して、分割フォトダイオードの接合容量を下げてい
る。例えば、通常P型シリコン基板1の比抵抗は15Ω
cmでP型エピタキシャル層2の比抵抗は1Ωcmであ
るが、ここでは、P型シリコン基板の比抵抗を100Ω
cm,P型エピタキシャル層2の比抵抗を3Ωcmとし
ている。これにより、分割フォトダイオードの接合容量
が2.21×10 4pF/cm2から1.2×104pF
/cm2と低減される。
Here, the connection of the divided photodiodes is described.
The large response capacitance of the photodiode
To avoid being delayed by the component of the CR time constant,
-Type silicon substrate 1 and P-type epitaxial layer 2 with high specific resistance
To reduce the junction capacitance of the split photodiode.
You. For example, the specific resistance of the normal P-type silicon substrate 1 is 15Ω.
cm and the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 is 1 Ωcm.
However, here, the specific resistance of the P-type silicon substrate is 100Ω.
cm, the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 is 3 Ωcm.
ing. This allows the junction capacitance of the split photodiode
Is 2.21 × 10 FourpF / cmTwoFrom 1.2 × 10FourpF
/ CmTwoIs reduced.

【0074】次に上記受光素子の製造方法について説明
する。
Next, a method of manufacturing the above light receiving element will be described.

【0075】まず、図2(a)に示すように、不純物濃
度1.5×1014atoms/cm3のP型シリコン基板1上に
不純物濃度5×1015atoms/cm3のP型エピタキシャル
層2を成長させる。続いてP型エピタキシャル層2の表
面領域に選択的にピーク不純物濃度4×1017atoms/cm
3のN型拡散層3を複数形成する。この時、P型エピタ
キシャル層2およびN型拡散層3の表面には、シリコン
酸化膜4が形成される。また、上記N型拡散層3と、こ
れに隣接するP型エピタキシャル層2とにより、フォト
ダイオード部D1〜D3,D5が形成されることとな
る。
First, as shown in FIG. 2A, a P-type epitaxial layer having an impurity concentration of 5 × 10 15 atoms / cm 3 is formed on a P-type silicon substrate 1 having an impurity concentration of 1.5 × 10 14 atoms / cm 3. Grow 2. Subsequently, a peak impurity concentration of 4 × 10 17 atoms / cm is selectively applied to the surface region of the P-type epitaxial layer 2.
A plurality of N-type diffusion layers 3 are formed. At this time, a silicon oxide film 4 is formed on the surface of P-type epitaxial layer 2 and N-type diffusion layer 3. The N-type diffusion layer 3 and the P-type epitaxial layer 2 adjacent to the N-type diffusion layer 3 form the photodiode portions D1 to D3 and D5.

【0076】次に、図2(b)に示すように、上記シリ
コン酸化膜4の、N型拡散層3の表面の受光領域に対応
する部分を除去して、全面にシリコン窒化膜5を形成す
る。この窒化膜5は反射防止膜となるようにレーザダイ
オードの波長にあわせてその膜厚が設定される。
Next, as shown in FIG. 2B, a portion of the silicon oxide film 4 corresponding to the light receiving region on the surface of the N-type diffusion layer 3 is removed, and a silicon nitride film 5 is formed on the entire surface. I do. The thickness of the nitride film 5 is set according to the wavelength of the laser diode so as to be an anti-reflection film.

【0077】その後、図2(c)に示すように、上記窒
化膜5および酸化膜4に電極窓を開口して、電極配線6
を形成すると同時に、光検出フォトダイオード部PDの
分割部のうち、信号光を照射しない領域に窒化膜5を介
して金属膜6aを形成する。これにより、図1に示す構
造の分割フォトダイオードPDを得る。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, an electrode window is opened in the nitride film 5 and the oxide film 4 and an electrode wiring 6 is formed.
At the same time, a metal film 6a is formed via a nitride film 5 in a region of the divided portion of the photodetection photodiode portion PD which is not irradiated with signal light. Thus, the divided photodiode PD having the structure shown in FIG. 1 is obtained.

【0078】また、受光素子101の信号処理回路SC
を構成する回路素子(図3参照)は、通常のバイポーラ
ICプロセスにより上記P型シリコン基板1上に形成さ
れる。
The signal processing circuit SC of the light receiving element 101
Are formed on the P-type silicon substrate 1 by a normal bipolar IC process.

【0079】以下、上記回路素子の製造プロセスについ
て図3を用いて簡単に説明する。ここでは、上記回路素
子として、NPNトランジスタTaと縦型PNPトラン
ジスタTbとを挙げる。
Hereinafter, the manufacturing process of the circuit element will be briefly described with reference to FIG. Here, an NPN transistor Ta and a vertical PNP transistor Tb are mentioned as the circuit elements.

【0080】まず、P型シリコン高比抵抗基板(不純物
濃度1.5×1014atoms/cm3)1上に素子分離のため
のPウェル(ピーク不純物濃度1×1016atoms/cm3
51を形成する。続いて、そのPウェル51の表面に、
NPNトランジスタTaのコレクタ抵抗を低減するため
の高濃度のN+型埋込拡散層(ピーク不純物濃度1×1
19atoms/cm3)52aを形成すると同時に、縦型PN
PトランジスタTbの高濃度のN+型埋込拡散層(ピー
ク不純物濃度2×1017atoms/cm3)52bを形成す
る。さらに、素子分離のための高濃度のP+型埋込拡散
層(ピーク不純物濃度4×1017atoms/cm3)53を基
板表面に形成すると同時に、PNPトランジスタTbの
コレクタ抵抗を低減するための高濃度のP+型埋込拡散
層(ピーク不純物濃度4×1017atoms/cm3)53bを
形成する。
[0080] First, P-type silicon high resistivity substrate (impurity concentration 1.5 × 10 14 atoms / cm 3 ) 1 P -well for isolation on (peak impurity concentration 1 × 10 16 atoms / cm 3 )
51 are formed. Then, on the surface of the P well 51,
A high-concentration N + -type buried diffusion layer (peak impurity concentration 1 × 1) for reducing the collector resistance of the NPN transistor Ta
0 19 atoms / cm 3 ) 52a and the vertical PN
A high concentration N + type buried diffusion layer (peak impurity concentration 2 × 10 17 atoms / cm 3 ) 52b of the P transistor Tb is formed. Further, a high-concentration P + type buried diffusion layer (peak impurity concentration of 4 × 10 17 atoms / cm 3 ) 53 for element isolation is formed on the substrate surface, and at the same time, the collector resistance of the PNP transistor Tb is reduced. A high concentration P + type buried diffusion layer (peak impurity concentration 4 × 10 17 atoms / cm 3 ) 53b is formed.

【0081】その後、高比抵抗のP型エピタキシャル層
(不純物濃度5×1015atoms/cm3)2を形成し、NP
NトランジスタTaのコレクタ抵抗を低減するためのN
ウェル(ピーク不純物濃度1.5×1016atoms/cm3
55a及びPNPトランジスタTbのN型ベース拡散層
(ピーク不純物濃度4×1017atoms/cm3)55bを形
成し、素子分離のための高濃度のP+型分離拡散層(ピ
ーク不純物濃度4×1018atoms/cm3)54を形成す
る。ここで、上記Nウェル55aあるいはN型ベース拡
散層55bの形成の工程では、上記分割フォトダイオー
ドPDを構成するN型拡散層3も形成してもよい。
Thereafter, a P-type epitaxial layer (impurity concentration 5 × 10 15 atoms / cm 3 ) 2 having a high specific resistance is formed,
N for reducing the collector resistance of N transistor Ta
Well (peak impurity concentration 1.5 × 10 16 atoms / cm 3 )
55a and an N-type base diffusion layer (peak impurity concentration 4 × 10 17 atoms / cm 3 ) 55b of the PNP transistor Tb are formed, and a high-concentration P + -type isolation diffusion layer (peak impurity concentration 4 × 10 18 atoms / cm 3 ) 54 are formed. Here, in the step of forming the N well 55a or the N type base diffusion layer 55b, the N type diffusion layer 3 constituting the split photodiode PD may also be formed.

【0082】さらに、Nウェル55a上にNPNトラン
ジスタTaのP型べース拡散層(ピーク不純物濃度2×
1018atoms/cm3)56aを形成するとともに、上記P
NPトランジスタTbのN型ベース拡散層55bの表面
にそのP型エミッタ拡散層(ピーク不純物濃度2×10
18atoms/cm3)56bを形成する。
Further, a P-type base diffusion layer (peak impurity concentration 2 ×) of the NPN transistor Ta is formed on the N well 55a.
10 18 atoms / cm 3 ) 56a and the above P
An N-type base diffusion layer 55b of the NP transistor Tb has a P-type emitter diffusion layer (peak impurity concentration 2 × 10
18 atoms / cm 3 ) 56b are formed.

【0083】そして、最後に上記NPNトランジスタT
aのP型べース拡散層56aの表面領域にそのエミッタ
拡散層(ピーク不純物濃度1×1019atoms/cm3)57
aを形成する。これにより信号処理回路SCを構成する
回路素子が得られる。
Finally, the NPN transistor T
The emitter diffusion layer (peak impurity concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 ) 57 is formed on the surface region of the P-type base diffusion layer 56a of FIG.
a is formed. As a result, circuit elements constituting the signal processing circuit SC are obtained.

【0084】このような構造の分割フォトダイオードP
Dでは、基板1とエピタキシャル層2とが同一導電型で
あるため、基板表面の各フォトダイオード部の分割部に
対応する領域には、高濃度の分離拡散層が設けれらてい
ない。このため、分割部で発生した光キャリア(電子)
は、従来例で見られたような分離拡散層の不純物プロフ
ァイルが形成するポテンシャルによって分離拡散層を迂
回する現象は生じない。これにより、光キャリアが拡散
で移動する距離を短くでき、分離部での光キャリアの迂
回による応答速度の低下を回避することができる。
The divided photodiode P having such a structure
In D, since the substrate 1 and the epitaxial layer 2 are of the same conductivity type, no high-concentration separation / diffusion layer is provided in the region corresponding to the division of each photodiode on the substrate surface. For this reason, photocarriers (electrons) generated in the split part
Does not cause the phenomenon of bypassing the isolation / diffusion layer due to the potential formed by the impurity profile of the isolation / diffusion layer as seen in the conventional example. This makes it possible to shorten the distance over which the optical carrier moves by diffusion, and to avoid a reduction in the response speed due to the detour of the optical carrier at the separation unit.

【0085】また、分割フォトダイオードの分離部には
濃度の高い分離拡散層が存在していないため、信号光の
周波数が短くなって光キャリアが基板の浅い部分で多く
発生することとなっても、光キャリアのライフタイムが
短くなって感度が低下するということもない。
Further, since there is no high-concentration separation / diffusion layer in the separation portion of the divided photodiode, the frequency of the signal light is shortened, so that many photocarriers are generated in a shallow portion of the substrate. Also, there is no reduction in the sensitivity due to the shortened lifetime of the optical carrier.

【0086】さらに、本実施形態1では、P型シリコン
基板1とP型エピタキシャル層2を高比抵抗化して分割
フォトダイオードの接合容量を下げているため、分割フ
ォトダイオードの応答速度の高速化により、遮断周波数
の向上が図られている。
Further, in the first embodiment, since the P-type silicon substrate 1 and the P-type epitaxial layer 2 have a high specific resistance to reduce the junction capacitance of the divided photodiode, the response speed of the divided photodiode is increased. , The cutoff frequency is improved.

【0087】なお、上記実施形態1では、基板及びその
上に成長された半導体層として、高比抵抗のP型シリコ
ン基板及びP型エピタキシャル層を用いたが、これら
は、N型のものを用いてもよい。
In the first embodiment, a high-resistivity P-type silicon substrate and a P-type epitaxial layer are used as the substrate and the semiconductor layer grown thereon, but these are N-type. You may.

【0088】以下、上記実施形態1の変形例として、基
板及びその上に成長された半導体層として、高比抵抗の
N型シリコン基板及び高比抵抗のN型エピタキシャル層
を用いた回路内蔵受光素子について説明する。
Hereinafter, as a modification of the first embodiment, a light-receiving element with a built-in circuit using a high-resistivity N-type silicon substrate and a high-resistivity N-type epitaxial layer as a substrate and a semiconductor layer grown thereon. Will be described.

【0089】図4は上記実施形態1の変形例に係る回路
内蔵受光素子の断面構造を示しており、これは、上記実
施形態1の回路内蔵受光素子の断面構造を示す図3に対
応している。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a light-receiving element with a built-in circuit according to a modification of the first embodiment. This corresponds to FIG. 3 showing a cross-sectional structure of the light-receiving element with a built-in circuit of the first embodiment. I have.

【0090】図において、101aは、実施形態1の変
形例としての回路内蔵受光素子であり、上記図3と同一
符号は上記実施形態1の回路内蔵受光素子101と同一
のものを示している。
In the drawing, reference numeral 101a denotes a light receiving element with a built-in circuit as a modification of the first embodiment, and the same reference numerals as those in FIG.

【0091】この回路内蔵受光素子101aでは、高比
抵抗のN型シリコン基板(不純物濃度5×1013atoms/
cm3)1a上に成長した高比抵抗のN型エピタキシャル
層(不純物濃度5×1013atoms/cm3)2aの表面領域
には、選択的にP型拡散層(ピーク不純物濃度1×10
17atoms/cm3)3aが複数形成されている。そして、上
記N型エピタキシャル層2aと該各P型拡散層3aとに
より、信号光を検出してその光電変換信号を出力する光
検出フォトダイオード部D1,D2,D3,D5が複数
構成され、これらの複数の光検出フォトダイオード部に
より分割フォトダイオードPDが構成されている。
In this light receiving element with built-in circuit 101a, an N-type silicon substrate (impurity concentration 5 × 10 13 atoms /
The surface region of the high resistivity N-type epitaxial layer (impurity concentration 5 × 10 13 atoms / cm 3 ) 2a grown on the cm 3 ) 1a is selectively provided with a P-type diffusion layer (peak impurity concentration 1 × 10 3 ).
A plurality of 17 atoms / cm 3 ) 3a are formed. The N-type epitaxial layer 2a and each of the P-type diffusion layers 3a constitute a plurality of photodetection photodiode sections D1, D2, D3, and D5 for detecting signal light and outputting the photoelectric conversion signal. The divided photodiode PD is constituted by the plurality of light detection photodiode units.

【0092】また、本回路内蔵受光素子101aにおい
ても、図4に示すように、上記N型エピタキシャル層2
aの、該分割フォトダイオードPDが形成されている領
域とは電気的に分離された領域には、該光電変換信号を
処理する信号処理回路SCを構成する回路素子として、
例えば縦型NPNトランジスタTaや縦型PNPトラン
ジスタTbが形成されている。
Further, in the photodetector element 101a with built-in circuit, as shown in FIG.
a in a region that is electrically separated from the region where the divided photodiode PD is formed, as a circuit element configuring a signal processing circuit SC that processes the photoelectric conversion signal,
For example, a vertical NPN transistor Ta and a vertical PNP transistor Tb are formed.

【0093】次に図4に示す回路内蔵受光素子の製造方
法について簡単に説明する。まず、N型シリコン高比抵
抗基板1a上に素子分離のためのPウェル51を形成す
る。ついで、そのPウェル51の表面領域に、上記NP
NトランジスタTaのコレクタ抵抗を低減するための高
濃度のN+型埋込拡散層52aを形成するとともに、上
記PNPトランジスタTbの高濃度のN+型埋込拡散層
52bを形成する。さらに、素子分離のための高濃度の
+型埋込拡散層53を形成すると同時に、上記N+型拡
散層52b内にPNPトランジスタTbの高濃度のP+
型埋込拡散層53bを形成する。
Next, a brief description will be given of a method of manufacturing the light receiving element with a built-in circuit shown in FIG. First, a P well 51 for element isolation is formed on an N-type silicon high resistivity substrate 1a. Then, the NP is added to the surface area of the P well 51.
A high-concentration N + -type buried diffusion layer 52a for reducing the collector resistance of the N-transistor Ta is formed, and a high-concentration N + -type buried diffusion layer 52b for the PNP transistor Tb is formed. Furthermore, high concentrations of simultaneously forming a P + -type buried diffusion layer 53, a high concentration of PNP transistor Tb to the N + -type diffusion layer 52b for element isolation P +
A mold buried diffusion layer 53b is formed.

【0094】次に、N型エピタキシャル層2aを基板1
a上に成長し、該エピタキシャル層2aの表面領域のフ
ォトダイオード部を形成すべき部分に、P型拡散層3a
を形成し、また、高濃度のP+型分離拡散層54を上記
高濃度のP+型埋込拡散層53に達するよう形成する。
さらに、NPNトランジスタTaのコレクタ抵抗を低減
するためのNウェル55aを上記高濃度のN+型埋込拡
散層52a上に形成するとともに、PNPトランジスタ
TbのN型ベース拡散層55bを形成する。
Next, the N-type epitaxial layer 2a is
a in the surface region of the epitaxial layer 2a where a photodiode portion is to be formed.
Is formed, and the high-concentration P + -type isolation diffusion layer 54 is formed so as to reach the high-concentration P + -type buried diffusion layer 53.
Further, an N well 55a for reducing the collector resistance of the NPN transistor Ta is formed on the high-concentration N + type buried diffusion layer 52a, and an N type base diffusion layer 55b of the PNP transistor Tb is formed.

【0095】そして、Nウェル55aの表面領域にNP
NトランジスタのP型べース拡散層56aを形成すると
ともに、上記PNPトランジスタTbのN型ベース拡散
層55b内にそのP型エミッタ拡散層56bを形成し、
さらに上記P型べース拡散層56a内にN型エミッタ拡
散層57aを形成する。これにより、図4に示す回路内
蔵受光素子101aが得られる。
Then, NP is added to the surface region of N well 55a.
Forming a P-type base diffusion layer 56a of the N-transistor, and forming the P-type emitter diffusion layer 56b in the N-type base diffusion layer 55b of the PNP transistor Tb;
Further, an N-type emitter diffusion layer 57a is formed in the P-type base diffusion layer 56a. Thus, the light receiving element with built-in circuit 101a shown in FIG. 4 is obtained.

【0096】このようなN型の半導体基板1a及びエピ
タキシャル層2aを用いた、分割フォトダイオードを有
する回路内蔵受光素子101aでは、上記実施形態1の
P型の半導体基板1及びエピタキシャル層2を用いたも
のに比べて、以下のような問題がある。
In the light-receiving element with built-in circuit 101a having the divided photodiode using the N-type semiconductor substrate 1a and the epitaxial layer 2a, the P-type semiconductor substrate 1 and the epitaxial layer 2 of the first embodiment are used. There are the following problems as compared with the ones.

【0097】まず、N型エピタキシャル層2aを基板1
a上に成長する際に、縦型PNPトランジスタTbを構
成する高濃度のP+型埋込拡散層53bや素子分離のた
めの高濃度のP+型埋込拡散層53からボロンが、上記
N型エピタキシャル層2a及びN型半導体基板1a中に
オートドープするという問題がある。つまり、エピタキ
シャル層の成長中に、上記拡散層からのボロンが、N型
シリコン高比抵抗基板1aとN型エピタキシャル層2a
との界面部分に取り込まれ、該界面部分がP型に反転す
ることとなる。
First, the N-type epitaxial layer 2a is
a, the boron is removed from the high-concentration P + -type buried diffusion layer 53b constituting the vertical PNP transistor Tb and the high-concentration P + -type buried diffusion layer 53 for element isolation. There is a problem of autodoping in the epitaxial layer 2a and the N-type semiconductor substrate 1a. That is, during the growth of the epitaxial layer, boron from the diffusion layer is transferred to the N-type silicon high resistivity substrate 1a and the N-type epitaxial layer 2a.
Is taken into the interface portion, and the interface portion is inverted to P-type.

【0098】これに対し、上記実施形態1では、回路内
蔵受光素子を構成する基板及びエピタキシャル層として
はP型の導電型を有するものを用いているため、上記の
ようなエピタキシャル層を成長する際のボロンのオート
ドープによる界面部分の導電型反転の問題は生じない。
On the other hand, in the first embodiment, a substrate having a P-type conductivity is used as the substrate and the epitaxial layer constituting the light receiving element with a built-in circuit. The problem of conductivity inversion at the interface due to the autodoping of boron does not occur.

【0099】また、フォトダイオード部を構成する半導
体領域(拡散層)では、その不純物濃度が高いと、該拡
散層中で発生したキャリアのライフタイムが短くなり、
感度が低下してしまうので、該拡散層(図3のカソード
拡散層3,図4のアノード拡散層3a)の不純物濃度を
低くする必要がある。
In the semiconductor region (diffusion layer) constituting the photodiode portion, when the impurity concentration is high, the lifetime of carriers generated in the diffusion layer is shortened.
Since the sensitivity is reduced, it is necessary to lower the impurity concentration of the diffusion layers (the cathode diffusion layer 3 in FIG. 3 and the anode diffusion layer 3a in FIG. 4).

【0100】ところで、実施形態1のようにP型シリコ
ン基板1を用いている回路内蔵受光素子101では、例
えば、縦型PNP卜ランジスタTbのN型べース拡散層
55bやNPNトランジスタのNウェル55aは、低不
純物濃度の領域であるので、これらのN型の低濃度領域
を形成する工程を、上記フォトダイオード部のN型拡散
層(カソード拡散層)3を形成する工程に利用できる。
例えば、N型ベース拡散層55bの形成工程でカソード
拡散層3を形成すると、上記実施形態1のように、カソ
ード拡散層3の不純物濃度は4×1017atoms/cm3とな
る。
Incidentally, in the light receiving element 101 with a built-in circuit using the P-type silicon substrate 1 as in the first embodiment, for example, the N-type base diffusion layer 55b of the vertical PNP transistor Tb and the N-well of the NPN transistor are used. Since the region 55a has a low impurity concentration, the step of forming these N-type low-concentration regions can be used for the step of forming the N-type diffusion layer (cathode diffusion layer) 3 of the photodiode section.
For example, when the cathode diffusion layer 3 is formed in the step of forming the N-type base diffusion layer 55b, the impurity concentration of the cathode diffusion layer 3 becomes 4 × 10 17 atoms / cm 3 as in the first embodiment.

【0101】これに対し、上記実施形態1の変形例のよ
うにN型シリコン基板1aを用いている回路内蔵受光素
子101aでは、信号処理回路を構成する回路素子の形
成プロセスには、低不純物濃度のP型拡散層を形成する
工程はなく、このため、フォトダイオード部を構成する
低不純物濃度のP型拡散層(アノード拡散層)3aを形
成するためには、別途工程を追加しなければならず、こ
れは製造コストの点で、上記実施形態1のものと比べる
と不利である。
On the other hand, in the light-receiving element 101a with a built-in circuit using the N-type silicon substrate 1a as in the modification of the first embodiment, the process of forming the circuit element constituting the signal processing circuit requires a low impurity concentration. There is no step of forming a P-type diffusion layer, and therefore, in order to form a P-type diffusion layer (anode diffusion layer) 3a having a low impurity concentration which constitutes a photodiode portion, an additional step must be added. However, this is disadvantageous in comparison with the first embodiment in terms of manufacturing cost.

【0102】また、N型シリコン基板を用いた受光素子
101aでは、素子分離を行うためのウェル領域は、N
型シリコン基板内に形成されたPウェル拡散層であるた
め、各素子に対するグラウンド抵抗が大きく、加えて、
N型基板1a、Pウェル拡散層51、及びNPNトラン
ジスタのN型コレクタ領域55aによって形成される寄
生NPNトランジスタのhFEが大きいため、ラッチアッ
プが起こりやすい素子構造となってしまう。
Further, in the light receiving element 101a using the N-type silicon substrate, the well region for performing element isolation is N
Since it is a P-well diffusion layer formed in a silicon substrate, the ground resistance for each element is large.
N-type substrate 1a, for h FE of the parasitic NPN transistor formed by the N-type collector region 55a of the P well diffusion layer 51 and the NPN transistor, is large, resulting in latch-up is likely to occur the device structure.

【0103】一方、上記実施形態1のようにP型シリコ
ン基板を用いた受光素子では、P型シリコン基板1内に
Pウェル拡散層を形成しているため、N型シリコン基板
を用いた変形例の受光素子101aに比べてグラウンド
抵抗が小さく、ラッチアップが起こりにくい素子構造と
なっている。
On the other hand, in the light receiving element using the P-type silicon substrate as in the first embodiment, since the P-well diffusion layer is formed in the P-type silicon substrate 1, a modification using the N-type silicon substrate is used. This has an element structure in which the ground resistance is smaller than that of the light receiving element 101a and the latch-up hardly occurs.

【0104】さらに、N型シリコン基板の光キャリアで
ある正孔とP型シリコン基板の光キャリアである電子の
移動度を比較すると、電子の方が3倍程度大きいので応
答速度の点で、N型シリコン基板を用いている受光素子
101aに比べて、P型シリコン基板を用いている受光
素子101の方が有利である。
Further, comparing the mobility of holes as photocarriers on the N-type silicon substrate with the mobility of electrons as photocarriers on the P-type silicon substrate, the electrons are about three times as large, so that the response speed is N The light receiving element 101 using a P-type silicon substrate is more advantageous than the light receiving element 101a using a P-type silicon substrate.

【0105】以上のことから、P型シリコン基板を用い
た受光素子101の方が望ましいと言える。
From the above, it can be said that the light receiving element 101 using the P-type silicon substrate is more preferable.

【0106】ところが、実施形態1の受光素子の構造で
は、P型エピタキシャル層2の表面領域に複数形成され
た、隣接するN型拡散層3からの空乏層が互いに離れて
いるので、分割部DBに光ビームが照射された場合、フ
ォトダイオード部の中央部に光ビームが照射された時に
比べて若干応答が遅くなる。
However, in the structure of the light receiving element of the first embodiment, the depletion layers formed in the surface region of the P-type epitaxial layer 2 and adjacent to the N-type diffusion layer 3 are separated from each other. When the light beam is applied to the photodiode, the response is slightly slower than when the light beam is applied to the central portion of the photodiode unit.

【0107】そこで、このような分割部に光ビームが照
射された時の応答速度の低下を改善したものを、本発明
の実施形態2として、以下に説明する。
Therefore, an embodiment in which the reduction of the response speed when the light beam is irradiated to such a divided portion is improved will be described below as a second embodiment of the present invention.

【0108】(実施形態2)図5は本発明の実施形態2
による回路内蔵受光素子を説明するための図であり、図
5(a)は該受光素子に搭載された分割フォトダイオー
ドの断面構造を示している。なお、この図においても、
図1と同様、メタル形成プロセス以降の処理により形成
される部材、例えば多層配線、保護膜などは省略してい
る。
(Embodiment 2) FIG. 5 shows Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5A is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit, and FIG. 5A shows a sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element. In addition, also in this figure,
As in FIG. 1, members formed by processing after the metal forming process, such as multilayer wiring and a protective film, are omitted.

【0109】図において、102は、本実施形態2の回
路内蔵受光素子であり、上記図1と同一符号は上記実施
形態1の回路内蔵受光素子101と同一のものを示して
いる。
In the figure, reference numeral 102 denotes a light receiving element with a built-in circuit according to the second embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same elements as those with the light receiving element with a built-in circuit 101 according to the first embodiment.

【0110】この回路内蔵受光素子102では、P型エ
ピタキシャル層2の表面領域に形成された複数のN型拡
散層3を、隣接する拡散層3から延びる空乏層3sが互
いに接触するよう配置したものである。その他の構成
は、図1に示す実施形態1の受光素子101と同一であ
る。
In this light receiving element with a built-in circuit 102, a plurality of N-type diffusion layers 3 formed in the surface region of the P-type epitaxial layer 2 are arranged such that depletion layers 3s extending from adjacent diffusion layers 3 are in contact with each other. It is. Other configurations are the same as those of the light receiving element 101 of the first embodiment shown in FIG.

【0111】また、この実施形態2の受光素子の製造プ
ロセスは、上記実施形態1の受光素子のものとほぼ同じ
であり、上記P型エピタキシャル層2の表面領域に、分
割フォトダイオードを構成するN型拡散層3を形成する
際、各拡散層3の位置を、隣接するN型拡散層3から延
びる空乏層が互いに接触するように調整する点のみ、上
記実施形態1の受光素子の形成プロセスと異なってい
る。
The manufacturing process of the light receiving element of the second embodiment is almost the same as that of the light receiving element of the first embodiment. In the surface region of the P-type epitaxial layer 2, N When the diffusion layers 3 are formed, only the position of each diffusion layer 3 is adjusted so that the depletion layers extending from the adjacent N-type diffusion layers 3 are in contact with each other. Is different.

【0112】ここで、P型エピタキシャル層2の比抵抗
やフォトダイオード部に印加される逆バイアスによっ
て、N型拡散層3から延びる空乏層の幅が異なることと
なるが、例えば、P型エピタキシャル層2の比抵抗が1
Ωcm、フォトダイオードに印加される逆バイアスが
2.5Vである時、N型拡散層3からの空乏層は約2μ
mである。従って、このような条件では、隣り合うN型
拡散層3の間隔を4μm以下とすればよい。
Here, the width of the depletion layer extending from the N-type diffusion layer 3 varies depending on the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 and the reverse bias applied to the photodiode portion. The specific resistance of 2 is 1
When the reverse bias applied to the photodiode is 2.5 V, the depletion layer from the N-type diffusion layer 3 is about 2 μm.
m. Therefore, under such conditions, the interval between adjacent N-type diffusion layers 3 may be set to 4 μm or less.

【0113】また、上記実施形態2の回路内蔵受光素子
においても、実施形態1と同様に分割フォトダイオード
部の接合容量が大きいことから、フォトダイオードの応
答速度がCR時定数成分により遅くなるのを避けるた
め、分割フォトダイオード部の接合容量を下げている。
つまり、P型シリコン基板1とP型エピタキシャル層2
を高比抵抗化することにより、接合容量の低減が図られ
ている。
Also, in the light receiving element with a built-in circuit according to the second embodiment, since the junction capacitance of the divided photodiode portion is large as in the first embodiment, the response speed of the photodiode is reduced by the CR time constant component. To avoid this, the junction capacitance of the divided photodiode section is reduced.
That is, the P-type silicon substrate 1 and the P-type epitaxial layer 2
, The junction capacitance is reduced.

【0114】例えば、通常P型シリコン基板1の比抵抗
が15Ωcmで、P型エピタキシャル層2の比抵抗が1
Ωcmである場合は、接合容量は2×104pF/cm2
であるが、P型シリコン基板1の比抵抗を100Ωc
m、P型エピタキシャル層2の比抵抗を3Ωcmとする
ことにより、接合容量を1.2×104pF/cm2に低
減できる。これにより分割フォトダイオードの応答速度
がより高速化し、遮断周波数が向上する。
For example, the P-type silicon substrate 1 usually has a specific resistance of 15 Ωcm, and the P-type epitaxial layer 2 has a specific resistance of 1 Ωcm.
Ωcm, the junction capacitance is 2 × 10 4 pF / cm 2
However, the specific resistance of the P-type silicon substrate 1 is 100 Ωc.
By setting the specific resistance of the m, P type epitaxial layer 2 to 3 Ωcm, the junction capacitance can be reduced to 1.2 × 10 4 pF / cm 2 . Thereby, the response speed of the divided photodiode is further increased, and the cutoff frequency is improved.

【0115】この実施形態2では、複数のN型拡散層3
を、隣接する拡散層3から延びる空乏層3sが互いに接
触するよう配置しており、P型シリコン基板1とP型エ
ピタキシャル層2を高比抵抗化することにより、同じ逆
バイアス条件でもN型拡散層3からの空乏層の拡がりが
大きくなるので、フォトダイオード部を構成するN型拡
散層3の配置間隔の設計の自由度が増すという効果もあ
る。
In the second embodiment, a plurality of N-type diffusion layers 3
Are arranged so that a depletion layer 3s extending from an adjacent diffusion layer 3 is in contact with each other. By increasing the specific resistance of the P-type silicon substrate 1 and the P-type epitaxial layer 2, even under the same reverse bias condition, the N-type diffusion Since the expansion of the depletion layer from the layer 3 is increased, there is also an effect that the degree of freedom in designing the arrangement interval of the N-type diffusion layers 3 constituting the photodiode section is increased.

【0116】この設計の自由度の増大について具体的に
説明すると、上記実施形態2では、図5(a)に示すよ
うに隣接するN型拡散層3は、これから延びる空乏層3
sが互いに接触するように配置される。ここで、P型エ
ピタキシャル層2の比抵抗が変わると、N型拡散層3か
ら延びる空乏層3sの幅(空乏層幅)が異なることにな
る。例えば、P型エピタキシャル層2の比抵抗が1Ωc
mである場合、逆バイアスVRが2.5vであるときの
空乏層幅は、約2μmであり、P型エピタキシャル層2
の比抵抗が3Ωcmである場合、逆バイアスVRが2.
5vであるときの空乏層幅は、約3.5μmである。こ
のようにN型拡散層3の比抵抗が高いほど、つまりその
不純物濃度が低いほど、空乏層の拡がり幅は大きくな
る。そこで、実施形態2のように空乏層が互いに接触す
るようにN型拡散層3の配置を考慮する必要が生ずる。
つまり、N型拡散層3の配置を、隣接するもの同士の間
隔が4μm以下となるようにする必要がある。
The increase in the degree of freedom of the design will be described in detail. In the second embodiment, as shown in FIG. 5A, the adjacent N-type diffusion layer 3 has a depletion layer 3 extending therefrom.
s are arranged so as to contact each other. Here, if the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 changes, the width (depletion layer width) of the depletion layer 3s extending from the N-type diffusion layer 3 will be different. For example, the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 is 1Ωc
If it is m, the width of the depletion layer when the reverse bias V R is 2.5v is about 2 [mu] m, P-type epitaxial layer 2
If the specific resistance of a 3Omucm, the reverse bias V R is 2.
The width of the depletion layer at 5 V is about 3.5 μm. As described above, the higher the specific resistance of the N-type diffusion layer 3, that is, the lower the impurity concentration, the larger the width of the depletion layer. Therefore, it is necessary to consider the arrangement of the N-type diffusion layers 3 so that the depletion layers are in contact with each other as in the second embodiment.
That is, it is necessary to arrange the N-type diffusion layer 3 so that the distance between adjacent ones is 4 μm or less.

【0117】さて、上記のようにP型エピタキシャル層
2の比抵抗を1Ωcmから3Ωcmに変えると、同じ逆
バイアス条件でも拡がる空乏層幅が大きくなるため、P
型エピタキシャル層2の比抵抗が3Ωcmである場合、
上記実施形態2の素子構造となるように、つまり隣接す
るN型拡散層3から延びる空乏層3sが互いに接触する
ようにN型拡散層3の配置を考慮する際、N型拡散層3
の配置間隔は7μm以下にすればよい。
When the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 is changed from 1 Ωcm to 3 Ωcm as described above, the width of the depletion layer which expands even under the same reverse bias condition becomes large.
When the specific resistance of the epitaxial layer 2 is 3 Ωcm,
When considering the arrangement of the N-type diffusion layers 3 so as to have the element structure of the second embodiment, that is, so that the depletion layers 3s extending from the adjacent N-type diffusion layers 3 are in contact with each other,
May be set to 7 μm or less.

【0118】言い換えると、P型エピタキシャル層2の
比抵抗が1Ωcmである場合には、図5(b)に示すよ
うに、実施形態2の素子構造を実現するにはN型拡散層
3の配置間隔を4μm以下にする必要があり、この配置
間隔が5〜6μm以下では実施形態2の素子構造は実現
できない。一方、P型エピタキシャル層2の比抵抗が3
Ωcmである場合には、図5(c)に示すように、実施
形態2の素子構造を実現するにはN型拡散層3の配置間
隔が7μm以下であればよく、この配置間隔が5〜6μ
mであっても、実施形態2の素子構造を実現できる。な
お、図5(b),(c)では、シリコン酸化膜4,シリ
コン窒化膜5,金属膜6a等は省略している。
In other words, when the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 is 1 Ωcm, as shown in FIG. 5B, the arrangement of the N-type diffusion layer 3 is required to realize the device structure of the second embodiment. The interval must be 4 μm or less, and if the arrangement interval is 5 to 6 μm or less, the element structure of the second embodiment cannot be realized. On the other hand, the specific resistance of the P-type epitaxial layer 2 is 3
In the case of Ωcm, as shown in FIG. 5C, in order to realize the element structure of the second embodiment, the arrangement interval of the N-type diffusion layers 3 may be 7 μm or less. 6μ
m, the element structure of the second embodiment can be realized. 5B and 5C, the silicon oxide film 4, the silicon nitride film 5, the metal film 6a and the like are omitted.

【0119】結局、N型拡散層3の配置間隔の自由度が
増すとは、同じような実施形態2の素子構造でも、基板
やエピタキシャル層の比抵抗が通常の値(基板が15Ω
cm、エピタキシャル層が1Ωcm)であるものに比べ
て、基板やエピタキシャル層を高比抵抗にしたもので
は、上述したようにN型拡散層から延びる空乏層の拡が
りがより大きくなるので、N型拡散層を、これから延び
る空乏層が互いに接触するように配置する場合に、隣接
するN型拡散層の配置間隔が広くてもよいということで
ある。
As a result, the increase in the degree of freedom of the arrangement interval of the N-type diffusion layer 3 means that the specific resistance of the substrate or the epitaxial layer is a normal value (substrate is 15Ω) even in the same element structure of the second embodiment.
cm and the epitaxial layer is 1 Ωcm), the depletion layer extending from the N-type diffusion layer becomes larger in the case where the substrate or the epitaxial layer has a higher specific resistance as described above. When the layers are arranged such that the depletion layers extending therefrom are in contact with each other, the arrangement interval between adjacent N-type diffusion layers may be wide.

【0120】ところで、上述した本実施形態2の受光素
子の構造では、P型シリコン基板1とP型エピタキシャ
ル層2の界面付近で、図3に示すP+型埋込拡散層53
やPウェル拡散層51、さらにはNPNトランジスタT
aのN+型埋込拡散層52a等からの不純物のオートド
ープにより、不純物濃度が変化するという問題がある。
By the way, in the structure of the light receiving element of the second embodiment described above, the P + -type buried diffusion layer 53 shown in FIG. 3 is provided near the interface between the P-type silicon substrate 1 and the P-type epitaxial layer 2.
And the P-well diffusion layer 51 and the NPN transistor T
There is a problem that the impurity concentration changes due to the auto-doping of the impurity from the N + type buried diffusion layer 52a or the like.

【0121】例えば、N+型埋込拡散層52aからN型
不純物が基板やエピタキシャル層のP型半導体領域中に
オートドープすると、該P型半導体領域中に図6(a)
に示すようにポテンシャルの谷部が生じる。このような
ポテンシャルの谷部では、光キャリアがポテンシャルバ
リアを乗り越えることとなるため、応答速度の低下を招
く原因となる。
For example, when an N-type impurity is auto-doped into the P-type semiconductor region of the substrate or the epitaxial layer from the N + -type buried diffusion layer 52a, the P-type semiconductor region in FIG.
A valley of the potential is generated as shown in FIG. In such a valley of potential, photocarriers cross the potential barrier, which causes a reduction in response speed.

【0122】また、P+型埋込拡散層53やPウェル拡
散層51からP型不純物が基板やエピタキシャル層のP
型半導体領域中にオートドープすると、該P型半導体領
域中に図6(b)に示すようにポテンシャルの山部が生
じる。このようなポテンシャルの山部でも、上記ポテン
シャルの谷部と同様、光キャリアがポテンシャルバリア
を乗り越えることとなるため、応答速度の低下を招く原
因となる。
Further, P-type impurities from P + -type buried diffusion layer 53 and P-well diffusion layer 51
When auto-doping is performed in the p-type semiconductor region, a peak portion of the potential is generated in the p-type semiconductor region as shown in FIG. Even in such a peak portion of the potential, as in the case of the above-described valley portion of the potential, the photocarriers cross over the potential barrier, which causes a reduction in response speed.

【0123】そこで、このような不純物のオートドープ
が応答速度の低下の原因となる点を改善したものを、本
発明の実施形態3として以下に説明する。
Therefore, an embodiment in which such auto-doping of impurities causes a reduction in response speed will be described below as Embodiment 3 of the present invention.

【0124】(実施形態3)図7は本発明の実施形態3
による回路内蔵受光素子を説明するための図であり、該
受光素子に搭載された分割フォトダイオードの断面構造
を示している。なお、この図においても、図1と同様、
メタル形成プロセス以降の処理により形成される部材、
例えば多層配線、保護膜などは省略している。
(Embodiment 3) FIG. 7 shows Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to the present invention, and shows a cross-sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element. In this figure, as in FIG.
A member formed by processing after the metal forming process,
For example, a multilayer wiring, a protective film, and the like are omitted.

【0125】図において、103は、本実施形態3の回
路内蔵受光素子であり、上記図5と同一符号は上記実施
形態2の回路内蔵受光素子102と同一のものを示して
いる。この回路内蔵受光素子103では、P型エピタキ
シャル層2の表面領域に形成された複数のN型拡散層3
bを、各拡散層3bから延びる空乏層3sがP型シリコ
ン基板1の内部にまで到達する構造としている。その他
の構成は、図5に示す実施形態2の受光素子102と同
一である。
In the figure, reference numeral 103 denotes a light receiving element with a built-in circuit according to the third embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same elements as the light receiving element with a built-in circuit 102 according to the second embodiment. In this light receiving element 103 with a built-in circuit, a plurality of N-type diffusion layers 3 formed in the surface region of the P-type epitaxial layer 2 are formed.
b has a structure in which a depletion layer 3s extending from each diffusion layer 3b reaches the inside of the P-type silicon substrate 1. Other configurations are the same as those of the light receiving element 102 of the second embodiment shown in FIG.

【0126】この構造は、例えば以下のようにN型拡散
層3の深さを設定することにより実現できる。
This structure can be realized by setting the depth of the N-type diffusion layer 3 as follows, for example.

【0127】すなわち、P型エピタキシャル層2が厚さ
4μm、P型シリコン基板1の比抵抗が15Ωcm、P
型エピタキシャル層2の比抵抗が3Ωcmである場合、
フォトダイオードに2.5Vの逆バイアスを印加する
と、N型拡散層3bからの空乏層が約2.5μm広が
る。従って、この条件では、N型拡散層3bを1.5μ
m以上の深さに形成すれば、上記実施形態3の構造の分
割フォトダイオードを搭載した回路内蔵受光素子103
が得られる。
That is, the P-type epitaxial layer 2 has a thickness of 4 μm, the specific resistance of the P-type silicon substrate 1 is 15 Ωcm,
When the specific resistance of the epitaxial layer 2 is 3 Ωcm,
When a reverse bias of 2.5 V is applied to the photodiode, the depletion layer from N-type diffusion layer 3b expands by about 2.5 μm. Therefore, under this condition, the N-type diffusion layer 3b has a thickness of 1.5 μm.
m, the light receiving element 103 with a built-in circuit mounted with the divided photodiode having the structure of the third embodiment.
Is obtained.

【0128】このような構造の受光素子103では、上
述したオートドープにより基板やエピタキシャル層中
の、ポテンシャルの山部や谷部が生じた領域も空乏化さ
れることとなって、該ポテンシャルの山部や谷部がなく
なる。これにより、光キャリアがオートドープに起因す
るポテンシャルの部分的な変動の影響を受けなくなり、
上記オートドープが応答速度の劣化原因となるのを回避
できる。
In the light receiving element 103 having such a structure, a region where a potential peak or a valley in the substrate or the epitaxial layer is formed is also depleted by the above-described autodoping, and the potential peak is reduced. Parts and valleys disappear. As a result, the optical carrier is not affected by the partial fluctuation of the potential caused by the auto doping,
It is possible to avoid that the above-mentioned auto-doping causes deterioration of the response speed.

【0129】また、この実施形態3では、実施形態2の
ように、隣接するN型拡散層3bの配置間隔を例えば4
μmとし、該N型拡散層3bからの空乏層が互いに接触
するようしているので、分割フォトダイオードの分離部
DBに光が入射した場合の応答性も改善されたものとな
っている。
In the third embodiment, as in the second embodiment, the interval between adjacent N-type diffusion layers 3b is set to, for example, four.
Since the thickness is set to μm and the depletion layers from the N-type diffusion layer 3b are in contact with each other, the responsiveness when light enters the separation part DB of the divided photodiode is also improved.

【0130】また、この上記実施形態3の回路内蔵受光
素子においても、実施形態1,2と同様に分割フォトダ
イオード部の接合容量が大きいことから、フォトダイオ
ードの応答速度がCR時定数成分により遅くなるのを避
けるため、分割フォトダイオード部の接合容量を下げて
いる。つまり、P型シリコン基板1とP型エピタキシャ
ル層2の高比抵抗化により、接合容量の低減が図られて
いる。
Also, in the light receiving element with a built-in circuit according to the third embodiment, since the junction capacitance of the divided photodiode portion is large as in the first and second embodiments, the response speed of the photodiode is slower due to the CR time constant component. In order to avoid this, the junction capacitance of the divided photodiode portion is reduced. That is, the junction capacitance is reduced by increasing the specific resistance of the P-type silicon substrate 1 and the P-type epitaxial layer 2.

【0131】例えば、通常P型シリコン基板1の比抵抗
が15Ωcmで、P型エピタキシャル層2の比抵抗が1
Ωcmである場合は、接合容量は2×104pF/cm2
であるが、P型シリコン基板1の比抵抗を100Ωc
m、P型エピタキシャル層2の比抵抗を3Ωcmとする
ことにより、接合容量を1.2×104pF/cm2に低
減できる。これにより分割フォトダイオードの応答速度
がより高速化し、遮断周波数が向上する。この場合、低
電圧で空乏層の広がりを大きくできる。
For example, the resistivity of the P-type silicon substrate 1 is usually 15 Ωcm, and the resistivity of the P-type epitaxial layer 2 is 1
Ωcm, the junction capacitance is 2 × 10 4 pF / cm 2
However, the specific resistance of the P-type silicon substrate 1 is 100 Ωc.
By setting the specific resistance of the m, P type epitaxial layer 2 to 3 Ωcm, the junction capacitance can be reduced to 1.2 × 10 4 pF / cm 2 . Thereby, the response speed of the divided photodiode is further increased, and the cutoff frequency is improved. In this case, the spread of the depletion layer can be increased at a low voltage.

【0132】また、この実施形態3では、複数のN型拡
散層3bを、隣接する拡散層3bから延びる空乏層3s
が互いに接触するよう配置しており、P型シリコン基板
1およびP型エピタキシャル層2を高比抵抗化すること
により、上記実施形態2と同様、フォトダイオード部を
構成するN型拡散層の配置間隔の設計の自由度が増すと
いう効果もある。
In the third embodiment, a plurality of N-type diffusion layers 3b are formed by forming a depletion layer 3s extending from an adjacent diffusion layer 3b.
Are arranged so as to be in contact with each other, and by increasing the specific resistance of the P-type silicon substrate 1 and the P-type epitaxial layer 2, similarly to the second embodiment, the arrangement interval of the N-type diffusion layers constituting the photodiode portion This also has the effect of increasing the degree of freedom in design.

【0133】(実施形態4)次に、本発明の実施形態4
について説明する。
(Embodiment 4) Next, Embodiment 4 of the present invention.
Will be described.

【0134】図8は本発明の実施形態3による回路内蔵
受光素子を説明するための図であり、該受光素子に搭載
された分割フォトダイオードの断面構造を示している。
なお、この図においても、図1と同様、メタル形成プロ
セス以降の処理により形成される部材、例えば多層配
線、保護膜などは省略している。
FIG. 8 is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to Embodiment 3 of the present invention, and shows a cross-sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element.
In this figure, as in FIG. 1, members formed by the processes after the metal forming process, such as a multilayer wiring and a protective film, are omitted.

【0135】図において、104は、本実施形態4の回
路内蔵受光素子であり、上記図5と同一符号は上記実施
形態2の回路内蔵受光素子102と同一のものを示して
いる。この回路内蔵受光素子104では、P型エピタキ
シャル層2の表面領域に形成された複数のN型拡散層3
cを、各拡散層3cがP型シリコン基板1の内部にまで
到達する構造としている。その他の構成は、図5に示す
実施形態2の受光素子102と同一である。
In the figure, reference numeral 104 denotes a light receiving element with a built-in circuit according to the fourth embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same elements as those with the light receiving element with a built-in circuit 102 according to the second embodiment. In this light receiving element with a built-in circuit 104, a plurality of N-type diffusion layers 3 formed in the surface region of the P-type epitaxial layer 2 are formed.
c is a structure in which each diffusion layer 3c reaches the inside of the P-type silicon substrate 1. Other configurations are the same as those of the light receiving element 102 of the second embodiment shown in FIG.

【0136】この構造の分割フォトダイオードでも、実
施形態3の場合と同様、上記オートドープによりポテン
シャルの山部や谷部が基板とエピタキシャル層との界面
部分に生じる場合があるが、光検出フォトダイオード部
では、オートドープによるポテンシャルの山部や谷部
が、N型拡散層3cにより打ち消されることとなる。こ
のため、オートドープに起因して応答速度が遅延する問
題はない。
In the split photodiode having this structure, as in the case of the third embodiment, the peaks and valleys of the potential may be generated at the interface between the substrate and the epitaxial layer due to the above-described autodoping. In the portion, the peaks and valleys of the potential due to the autodoping are canceled by the N-type diffusion layer 3c. For this reason, there is no problem that the response speed is delayed due to the auto doping.

【0137】また、上記実施形態1ないし3では、P型
シリコン基板1とP型エピタキシャル層2を高比抵抗化
して分割フォトダイオードの接合容量を下げることによ
り、分割フォトダイオードの接合容量に起因するフォト
ダイオードの応答速度の劣化を低減しているが、本実施
形態4では、必ずしもP型エピタキシャル層2を高比抵
抗化する必要はない。
In the first to third embodiments, the P-type silicon substrate 1 and the P-type epitaxial layer 2 are made to have a high specific resistance to reduce the junction capacitance of the divided photodiodes. Although the deterioration of the response speed of the photodiode is reduced, in the fourth embodiment, it is not always necessary to increase the resistivity of the P-type epitaxial layer 2.

【0138】つまり、本実施形態4では、N型拡散層3
cがP型シリコン基板1の表面にまで到達しているた
め、接合容量はP型シリコン基板1とN型拡散層3cの
接合が大半を占めており、P型シリコン基板1のみを高
比抵抗化しても、分割フォトダイオードの接合容量に起
因するフォトダイオードの応答速度の劣化を十分改善で
きる。
That is, in the fourth embodiment, the N-type diffusion layer 3
Since c has reached the surface of the P-type silicon substrate 1, the junction capacitance is occupied mostly by the junction between the P-type silicon substrate 1 and the N-type diffusion layer 3 c, and only the P-type silicon substrate 1 has a high resistivity However, the deterioration of the response speed of the photodiode due to the junction capacitance of the divided photodiode can be sufficiently improved.

【0139】言い換えると、本実施形態4では、上記実
施形態1〜3の利点に加えて次のような利点がある。
In other words, the fourth embodiment has the following advantages in addition to the advantages of the first to third embodiments.

【0140】詳述すると、エピタキシャル層の高比抵抗
化により応答速度のさらなる改善を行う際、上記実施形
態1〜3の素子構造では、主にP型エピタキシャル層2
とN型拡散層3bとの接合の容量が応答速度を律速し、
この接合容量を低減する必要があるため、P型エピタキ
シャル層2を高比抵抗にしなければならない。ところ
が、P型エピタキシャル層2はせいぜい100Ωcmま
でしか高比抵抗にできないので、接合容量は、3×10
3pF/cmまでしか低減することができない。
More specifically, when the response speed is further improved by increasing the resistivity of the epitaxial layer, the device structure of each of the first to third embodiments mainly includes the P-type epitaxial layer 2.
And the capacitance of the junction between the N-type diffusion layer 3b and the N-type diffusion layer 3b determine the response speed.
Since it is necessary to reduce the junction capacitance, the P-type epitaxial layer 2 must have a high specific resistance. However, since the P-type epitaxial layer 2 can have a high specific resistance only up to 100Ωcm at most, the junction capacitance is 3 × 10
It can only be reduced to 3 pF / cm.

【0141】一方、本実施形態4では、主にP型シリコ
ン基板1とN型拡散層3cとの接合の容量が応答速度を
律速するため、P型シリコン基板1の高比抵抗により応
答速度の高速化を図ることができる。また、このP型シ
リコン基板は1000Ωcm以上にまで比抵抗を高くで
きる。例えばP型シリコン基板の比抵抗が1000Ωc
mである場合、接合容量は1×103pF/cmまで低
減でき、その分応答速度の改善効果が大きい。
On the other hand, in the fourth embodiment, since the capacitance of the junction between the P-type silicon substrate 1 and the N-type diffusion layer 3c mainly determines the response speed, the high specific resistance of the P-type silicon substrate 1 reduces the response speed. Higher speed can be achieved. Further, the P-type silicon substrate can increase the specific resistance to 1000 Ωcm or more. For example, the specific resistance of a P-type silicon substrate is 1000Ωc
In the case of m, the junction capacitance can be reduced to 1 × 10 3 pF / cm, and the effect of improving the response speed is correspondingly large.

【0142】なお、上記実施形態4では、P型エピタキ
シャル層2の表面領域に形成された複数のN型拡散層3
cを、各拡散層3cがP型シリコン基板1の内部にまで
到達する構造としているが、各拡散層3cをこれがP型
シリコン基板1の表面に接する構造としてもよく、この
場合も上記実施形態4と同様の効果が得られる。
In the fourth embodiment, a plurality of N-type diffusion layers 3 formed in the surface region of P-type epitaxial layer 2 are formed.
c is a structure in which each diffusion layer 3c reaches the inside of the P-type silicon substrate 1. However, each diffusion layer 3c may have a structure in which it contacts the surface of the P-type silicon substrate 1. In this case as well, The same effect as that of No. 4 can be obtained.

【0143】このように本実施形態の回路内蔵受光素子
は、分割フォトダイオードの分割部での応答速度を改善
する目的を十分に達成することができるものである。
As described above, the light-receiving element with a built-in circuit according to the present embodiment can sufficiently achieve the object of improving the response speed at the divided portion of the divided photodiode.

【0144】[0144]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1導電
型半導体基板と、その上に形成された第1導電型半導体
層と、該半導体層の表面領域に選択的に形成された第2
導電型半導体層とを備え、第2導電型半導体層と第1導
電型半導体層とにより分割フォトダイオードを構成した
ので、基板表面の、分割フォトダイオードの分離部に対
応する部分には高濃度の拡散層は存在しておらず、該分
割部に光ビームが照射された場合でも、光キャリアが分
離拡散層を迂回して、光キャリアが拡散で移動する距離
が長くなるということはない。このため応答速度の劣化
を改善することができ、これにより遮断周波数を向上す
ることができる効果がある。
As described above, according to the present invention, the first conductivity type semiconductor substrate, the first conductivity type semiconductor layer formed thereon, and the semiconductor layer selectively formed on the surface region of the semiconductor layer are provided. Second
Since the divided photodiode is constituted by the second conductive semiconductor layer and the first conductive semiconductor layer, the portion of the substrate surface corresponding to the separation portion of the divided photodiode has a high concentration. There is no diffusion layer, and even when the light beam is applied to the divisional portion, the distance that the optical carrier travels by diffusion by bypassing the separation / diffusion layer does not increase. Therefore, it is possible to improve the deterioration of the response speed, and thereby it is possible to improve the cutoff frequency.

【0145】また、本発明では、上記第1導電型基板や
その上の第1導電型半導体層の比抵抗を高くして、分割
フォトダイオードにおける接合容量を小さくしているた
め、分割フォトダイオード部での接合容量に起因する遮
断周波数の低下が改善されているという効果もある。
In the present invention, since the specific resistance of the first conductive type substrate and the first conductive type semiconductor layer thereon is increased to reduce the junction capacitance in the divided photodiode, the divided photodiode portion Also, there is an effect that the reduction of the cutoff frequency due to the junction capacitance in the above is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態1による回路内蔵受光素子を
説明するための図であり、該受光素子に搭載された分割
フォトダイオードの断面構造を示している。
FIG. 1 is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to a first embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element.

【図2】図2(a)ないし図2(c)は、実施形態1の
受光素子に搭載された分割フォトダイオードの構造を得
るためのプロセスを工程順に示す断面図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating a process for obtaining a structure of a divided photodiode mounted on the light receiving element according to the first embodiment in the order of steps.

【図3】上記実施形態1の回路内蔵受光素子における信
号処理回路を構成する回路素子を、分割フォトダイオー
ドとともに示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a circuit element constituting a signal processing circuit in the circuit built-in light receiving element of Embodiment 1 together with a divided photodiode.

【図4】上記実施形態1の変形例に係る回路内蔵受光素
子を説明するための図であり、該回路内蔵受光素子にお
ける信号処理回路を構成する回路素子を、分割フォトダ
イオードとともに示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to a modification of the first embodiment, in which circuit elements constituting a signal processing circuit in the light-receiving element with a built-in circuit are shown together with divided photodiodes.

【図5】本発明の実施形態2による回路内蔵受光素子を
説明するための図であり、図5(a)は該受光素子に搭
載された分割フォトダイオードの断面構造を示し、図5
(b)はP型エピタキシャル層の比抵抗が1Ωcmであ
る場合の隣接するN型拡散層間の距離を、図5(c)は
P型エピタキシャル層の比抵抗が3Ωcmである場合の
隣接するN型拡散層間の距離を示している。
5A and 5B are diagrams for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5A shows a cross-sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element.
5B shows the distance between adjacent N-type diffusion layers when the specific resistance of the P-type epitaxial layer is 1 Ωcm, and FIG. 5C shows the distance between adjacent N-type diffusion layers when the specific resistance of the P-type epitaxial layer is 3 Ωcm. The distance between the diffusion layers is shown.

【図6】上記実施形態2の受光素子の製造プロセスにて
P型エピタキシャル層を成長する際に生じた不純物のオ
ートドープによるエネルギーポテンシャルの変化を示す
図であり、図6(a)はP型半導体領域中にN型不純物
がオートドープした場合、図6(b)はP型半導体領域
中にP型不純物がオートドープした場合を示している。
FIG. 6 is a diagram showing a change in energy potential due to auto-doping of impurities generated when a P-type epitaxial layer is grown in the manufacturing process of the light-receiving element according to the second embodiment, and FIG. FIG. 6B shows a case where a semiconductor region is auto-doped with an N-type impurity, and FIG. 6B shows a case where a P-type impurity is auto-doped in a P-type semiconductor region.

【図7】本発明の実施形態3による回路内蔵受光素子を
説明するための図であり、該受光素子に搭載された分割
フォトダイオードの断面構造を示している。
FIG. 7 is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to Embodiment 3 of the present invention, and shows a cross-sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element.

【図8】本発明の実施形態4による回路内蔵受光素子を
説明するための図であり、該受光素子に搭載された分割
フォトダイオードの断面構造を示している。
FIG. 8 is a diagram for explaining a light-receiving element with a built-in circuit according to a fourth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional structure of a divided photodiode mounted on the light-receiving element.

【図9】従来の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。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical pickup using a conventional hologram element.

【図10】図9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の分割フォトダイオー
ドを搭載した回路内蔵受光素子を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing a light-receiving element with a built-in circuit, which is used in the optical pickup shown in FIG. 9 and on which a conventional divided photodiode in which a light detection unit is divided into a plurality of regions is mounted.

【図11】図10に示す従来の分割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。
11 is a diagram showing a cross-sectional structure taken along line aa ′ of the conventional divided photodiode shown in FIG.

【図12】図12(a)ないし図12(d)は、図11
に示す分割フォトダイオードの構造を得るためのプロセ
スを工程順に示す断面図である。
12 (a) to FIG. 12 (d) show FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process for obtaining the structure of the divided photodiode shown in FIG.

【図13】従来の改良型の分割フォトダイオードを搭載
した回路内蔵受光素子の断面構造を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional photodetector with a built-in circuit on which an improved split photodiode is mounted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型シリコン基板 2 P型エピタキシャル層 3,3b,3c N型拡散層 3a P型拡散層 3s 空乏層 4 シリコン酸化膜 5 シリコン窒化膜 6 電極配線 6a 金属膜 101,101a,102,103,104 回路内蔵
受光素子 D1,D2,D3,D4,D5 光検出フォトダイオー
ド部 DB 分割部 PD 分割フォトダイオード SC 信号処理回路 Ta NPNトランジスタ Tb 縦型PNPトランジスタ
REFERENCE SIGNS LIST 1 P-type silicon substrate 2 P-type epitaxial layer 3, 3 b, 3 c N-type diffusion layer 3 a P-type diffusion layer 3 s depletion layer 4 silicon oxide film 5 silicon nitride film 6 electrode wiring 6 a metal film 101, 101 a, 102, 103, 104 Light receiving element with built-in circuit D1, D2, D3, D4, D5 Photodetection photodiode section DB division section PD division photodiode SC Signal processing circuit Ta NPN transistor Tb Vertical PNP transistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福永 直樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 4M118 AA10 AB05 AB10 BA02 CA04 CA34 CB13 EA01 FC09 FC18 GB11 5F049 MA02 NA03 NA18 NB08 PA09 QA03 RA08 SS03 UA07 5F082 AA06 AA08 BA02 BA12 BA19 BA21 BA41 BA47 BC03 BC11 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Naoki Fukunaga 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka F-term (reference) 4M118 AA10 AB05 AB10 BA02 CA04 CA34 CB13 EA01 FC09 FC18 GB11 5F049 MA02 NA03 NA18 NB08 PA09 QA03 RA08 SS03 UA07 5F082 AA06 AA08 BA02 BA12 BA19 BA21 BA41 BA47 BC03 BC11

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型半導体基板と、 該第1導電型半導体基板上に形成された第1導電型半導
体層と、 該第1導電型半導体層の表面領域に選択的に形成された
複数の第2導電型半導体層とを備え、 該第1導電型半導体層と、該各第2導電型半導体層とに
より、信号光を検出してその光電変換信号を出力する光
検出フォトダイオード部が複数構成され、該複数の光検
出フォトダイオード部により分割フォトダイオードが構
成されており、 該第1導電型半導体層の、該分割フォトダイオードが形
成されている領域とは電気的に分離された領域には、該
光電変換信号を処理する信号処理回路を構成する回路素
子が形成されている回路内蔵受光素子。
A first conductive type semiconductor substrate; a first conductive type semiconductor layer formed on the first conductive type semiconductor substrate; and a first conductive type semiconductor layer selectively formed on a surface region of the first conductive type semiconductor layer. A plurality of second conductivity type semiconductor layers, wherein the first conductivity type semiconductor layer and each of the second conductivity type semiconductor layers detect a signal light and output a photoelectric conversion signal of the signal light. And a plurality of light-detecting photodiode portions constitute a divided photodiode, and are electrically separated from a region of the first conductivity type semiconductor layer where the divided photodiode is formed. A circuit built-in light receiving element in which a circuit element constituting a signal processing circuit for processing the photoelectric conversion signal is formed in the region.
【請求項2】 請求項1記載の回路内蔵受光素子におい
て、 前記分割フォトダイオードは、前記各第2導電型半導体
層を、隣接する第2導電型半導体層から延びる空乏層が
互いに接触するよう配置したものである回路内蔵受光素
子。
2. The light receiving element with a built-in circuit according to claim 1, wherein the divided photodiodes are arranged such that each of the second conductive type semiconductor layers is in contact with a depletion layer extending from an adjacent second conductive type semiconductor layer. Light receiving element with a built-in circuit.
【請求項3】 請求項2記載の回路内蔵受光素子におい
て、 前記分割フォトダイオードは、これを構成する前記各第
2導電型半導体層から延びる空乏層が、前記第1導電型
半導体基板内部にまで到達する構造としたものである回
路内蔵受光素子。
3. The light receiving element with a built-in circuit according to claim 2, wherein the divided photodiode has a depletion layer extending from each of the second conductivity type semiconductor layers constituting the divided photodiode, extending into the first conductivity type semiconductor substrate. A light receiving element with a built-in circuit that has a structure that can be reached.
【請求項4】 請求項2または3記載の回路内蔵受光素
子において、 前記第1導電型半導体層は、前記第1導電型半導体基板
としてのP型半導体基板上に成長されたP型エピタキシ
ャル層であり、 該P型エピタキシャル層は、前記光検出フォトダイオー
ド部を構成する第2導電型半導体層としてのN型拡散層
と、前記信号処理回路の回路素子であるNPNトランジ
スタの形成領域としてのNウェル拡散層と、該回路素子
である縦型PNPトランジスタを構成するN型ベース拡
散層とを有するものであり、 該光検出フォトダイオード部を構成するN型拡散層は、
該NPNトランジスタ形成用のNウェル拡散層及び該縦
型PNPトランジスタのN型ベース拡散層と同一工程に
て形成したものである回路内蔵受光素子。
4. The light-receiving element with a built-in circuit according to claim 2, wherein the first conductive type semiconductor layer is a P-type epitaxial layer grown on a P-type semiconductor substrate as the first conductive type semiconductor substrate. The P-type epitaxial layer includes an N-type diffusion layer as a second conductivity type semiconductor layer constituting the photodetection photodiode section, and an N-well as a formation region of an NPN transistor as a circuit element of the signal processing circuit. A diffusion layer, and an N-type base diffusion layer forming a vertical PNP transistor as the circuit element, wherein the N-type diffusion layer forming the photodetection photodiode section includes:
A light receiving element with a built-in circuit formed in the same process as the N-well diffusion layer for forming the NPN transistor and the N-type base diffusion layer of the vertical PNP transistor.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の回
路内蔵受光素子において、 前記第1導電型半導体層は、比抵抗が3Ωcm以上の高
比抵抗半導体層である回路内蔵受光素子。
5. The light-receiving element with a built-in circuit according to claim 1, wherein the first conductive semiconductor layer is a high-resistance semiconductor layer having a specific resistance of 3 Ωcm or more.
【請求項6】 請求項1ないし4のいずれかに記載の回
路内蔵受光素子において、 前記第1導電型半導体基板は、比抵抗が20Ωcm以上
の高比抵抗基板であり、 前記第1導電型半導体層は、比抵抗が3Ωcm以上の高
比抵抗半導体層である回路内蔵受光素子。
6. The light-receiving element with a built-in circuit according to claim 1, wherein the first conductive type semiconductor substrate is a high specific resistance substrate having a specific resistance of 20 Ωcm or more, and the first conductive type semiconductor. The layer is a high-resistance semiconductor layer having a specific resistance of 3 Ωcm or more.
【請求項7】 第1導電型半導体基板と、 該第1導電型半導体基板上に形成された第1導電型半導
体層と、 該第1導電型半導体基板上に選択的に形成された、該第
1導電型半導体層の表面から該第1導電型半導体基板の
内部まで達する複数の第2導電型半導体層とを備え、 該第1導電型半導体層及び第1導電型半導体基板と、該
各第2導電型半導体層とにより、信号光を検出してその
光電変換信号を出力する光検出フォトダイオード部が複
数構成され、該複数の光検出フォトダイオード部により
分割フォトダイオードが構成されており、 該第1導電型半導体層の、該分割フォトダイオードが形
成されている領域と電気的に分離された領域には、該光
電変換信号を処理する信号処理回路を構成する複数の回
路素子が形成されている回路内蔵受光素子。
7. A first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type semiconductor layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type semiconductor layer selectively formed on the first conductivity type semiconductor substrate. A plurality of second conductivity type semiconductor layers extending from the surface of the first conductivity type semiconductor layer to the inside of the first conductivity type semiconductor substrate; the first conductivity type semiconductor layer and the first conductivity type semiconductor substrate; The second conductivity type semiconductor layer forms a plurality of photodetection photodiode sections that detect signal light and output the photoelectric conversion signal, and the plurality of photodetection photodiode sections form a split photodiode. A plurality of circuit elements constituting a signal processing circuit for processing the photoelectric conversion signal are formed in a region of the first conductivity type semiconductor layer that is electrically separated from a region where the divided photodiode is formed. Circuit built-in receiver Element.
【請求項8】 請求項7記載の回路内蔵受光素子におい
て、 前記第1導電型半導体基板は、比抵抗が20Ωcm以上
の高比抵抗基板である回路内蔵受光素子。
8. The light-receiving element with a built-in circuit according to claim 7, wherein the first conductive type semiconductor substrate is a high specific resistance substrate having a specific resistance of 20 Ωcm or more.
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