JP2003051607A - 受光素子及びその製造方法並びにその受光素子を用いた受光装置 - Google Patents
受光素子及びその製造方法並びにその受光素子を用いた受光装置Info
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- JP2003051607A JP2003051607A JP2001239964A JP2001239964A JP2003051607A JP 2003051607 A JP2003051607 A JP 2003051607A JP 2001239964 A JP2001239964 A JP 2001239964A JP 2001239964 A JP2001239964 A JP 2001239964A JP 2003051607 A JP2003051607 A JP 2003051607A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 受光された光によって半導体表面に発生した
光キャリアが再結合される割合を低減し、受光面からの
侵入長が浅い短波長の光に対して高い光感度を有する。 【解決手段】 シリコン基板(第一導電型半導体層)1
と、このシリコン基板1上に形成されたN型不純物拡散
層(第二導電型不純物拡散層)2を備えた受光素子10
において、N型不純物拡散層2の表面における不純物濃
度が1×1019atoms/cm3以下としたため、N
型不純物拡散層2の表面近傍で光キャリアが発生する短
波長の光を入射しても、発生した光キャリアが、N型不
純物拡散層2の表面近傍にて再結合することが低減され
て効率的に接合部まで到達し、光電流に寄与するため、
光感度の低下を防止する事ができる。
光キャリアが再結合される割合を低減し、受光面からの
侵入長が浅い短波長の光に対して高い光感度を有する。 【解決手段】 シリコン基板(第一導電型半導体層)1
と、このシリコン基板1上に形成されたN型不純物拡散
層(第二導電型不純物拡散層)2を備えた受光素子10
において、N型不純物拡散層2の表面における不純物濃
度が1×1019atoms/cm3以下としたため、N
型不純物拡散層2の表面近傍で光キャリアが発生する短
波長の光を入射しても、発生した光キャリアが、N型不
純物拡散層2の表面近傍にて再結合することが低減され
て効率的に接合部まで到達し、光電流に寄与するため、
光感度の低下を防止する事ができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、短波長の光に対し
て高感度で応答し得る受光素子及びその製造方法並びに
その受光素子を用いた受光装置に関し、特に、DVD等
の光ディスク装置に用いられる高密度化した光ピックア
ップに適した受光素子及びその製造方法並びにその受光
素子を用いた受光装置に関する。
て高感度で応答し得る受光素子及びその製造方法並びに
その受光素子を用いた受光装置に関し、特に、DVD等
の光ディスク装置に用いられる高密度化した光ピックア
ップに適した受光素子及びその製造方法並びにその受光
素子を用いた受光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CD−ROM、DVD−ROM、DVD
−RAM等の光ディスク装置は、その用途の多様化に伴
って、映像データ等の大容量化が進められており、この
ため、光ディスク装置の情報処理能力を高速化し、且
つ、記憶容量を大容量化することに対する市場要望が高
まっている。このような状況の中、光ディスク装置の高
密度化に関する研究開発が盛んに行われている。
−RAM等の光ディスク装置は、その用途の多様化に伴
って、映像データ等の大容量化が進められており、この
ため、光ディスク装置の情報処理能力を高速化し、且
つ、記憶容量を大容量化することに対する市場要望が高
まっている。このような状況の中、光ディスク装置の高
密度化に関する研究開発が盛んに行われている。
【0003】光ディスク装置には、光信号を電気信号に
変換する受光素子を有する光ピックアップが備えられ
る。光ディスク装置の記録密度の向上を図るためには、
光ピックアップに備えられた受光素子に向けられる光ビ
ームのビーム径を小さくして、記録を行うためのピット
を小さくすることが有効である。このような光ビームの
小径化には、光の短波長化を図ることが有効であり、実
際に光ディスク装置の光ピックアップに使用される光源
は、CDで780nm、DVDで650nmの短波長の
光が使用されており、次世代のDVDでは、400nm
前後のさらに短波長化された光を使用することが見込ま
れている。
変換する受光素子を有する光ピックアップが備えられ
る。光ディスク装置の記録密度の向上を図るためには、
光ピックアップに備えられた受光素子に向けられる光ビ
ームのビーム径を小さくして、記録を行うためのピット
を小さくすることが有効である。このような光ビームの
小径化には、光の短波長化を図ることが有効であり、実
際に光ディスク装置の光ピックアップに使用される光源
は、CDで780nm、DVDで650nmの短波長の
光が使用されており、次世代のDVDでは、400nm
前後のさらに短波長化された光を使用することが見込ま
れている。
【0004】受光素子における光感度は、半導体内で発
生した光キャリアがその発生箇所からPN接合部まで到
達して、光電流に変換されることにより決定されること
から、光キャリアの発生から接合部に到達する途中で再
結合される光キャリアを低減することにより受光素子の
光感度は向上する。上記のように短波長化された光は、
受光素子の表面付近において光電変換されて光キャリア
を発生するため、短波長の光を光ピックアップに使用す
る場合には、受光素子の光感度は、その表面付近の不純
物濃度に大きく左右されることになる。
生した光キャリアがその発生箇所からPN接合部まで到
達して、光電流に変換されることにより決定されること
から、光キャリアの発生から接合部に到達する途中で再
結合される光キャリアを低減することにより受光素子の
光感度は向上する。上記のように短波長化された光は、
受光素子の表面付近において光電変換されて光キャリア
を発生するため、短波長の光を光ピックアップに使用す
る場合には、受光素子の光感度は、その表面付近の不純
物濃度に大きく左右されることになる。
【0005】短波長の光に適用し得る受光素子として、
特開平9−298398号公報には、受光した光が光電
変換される拡散層の不純物濃度をその表面側に近づく程
高くなる濃度勾配になるように形成した受光素子が開示
されている。このようにすれば、拡散層にて発生する光
キャリアが、その発生箇所から接合部に到達するまでに
濃度勾配によるポテンシャルを乗り越える必要がないた
めに、接合部までの光キャリアの到達が促進され、受光
面の表面付近において光電交換される短波長の光の光感
度を向上させることができる。
特開平9−298398号公報には、受光した光が光電
変換される拡散層の不純物濃度をその表面側に近づく程
高くなる濃度勾配になるように形成した受光素子が開示
されている。このようにすれば、拡散層にて発生する光
キャリアが、その発生箇所から接合部に到達するまでに
濃度勾配によるポテンシャルを乗り越える必要がないた
めに、接合部までの光キャリアの到達が促進され、受光
面の表面付近において光電交換される短波長の光の光感
度を向上させることができる。
【0006】一方、受光素子の処理速度の高速化に関し
ては、受光素子の応答速度が、接合部の接合容量と、直
列抵抗とによって決定されるため、受光素子の高速応答
化を図るためには、直列抵抗及び接合容量を低減するこ
とが有効である。
ては、受光素子の応答速度が、接合部の接合容量と、直
列抵抗とによって決定されるため、受光素子の高速応答
化を図るためには、直列抵抗及び接合容量を低減するこ
とが有効である。
【0007】接合容量を低減するためには、基板の比抵
抗を大きくし、空乏層を広げることが有効である。ま
た、直列抵抗を低減するためには、基板の表面側に形成
される不純物層の不純物濃度を高くすることが有効であ
る。
抗を大きくし、空乏層を広げることが有効である。ま
た、直列抵抗を低減するためには、基板の表面側に形成
される不純物層の不純物濃度を高くすることが有効であ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】受光素子の拡散層にて
発生した光キャリアが、PN接合まで到達せず、その途
中で再結合すると、光電流の発生に寄与することができ
ないので、受光素子における光感度を向上させるために
は、半導体層における光キャリアが再結合する割合を低
減させることが求められる。
発生した光キャリアが、PN接合まで到達せず、その途
中で再結合すると、光電流の発生に寄与することができ
ないので、受光素子における光感度を向上させるために
は、半導体層における光キャリアが再結合する割合を低
減させることが求められる。
【0009】光キャリアは、半導体の表面における不純
物濃度が一定の濃度以下である場合には、再結合される
割合は低いが、半導体の表面における不純物濃度がある
一定の濃度を超えた場合には、半導体表面において再結
合される割合が大きくなり、光感度は低下する。特に、
短波長の光は、半導体の表面近傍までしか侵入すること
ができないため、半導体の表面における再結合の割合が
大きくなると、光感度は著しく低減される。この現象
は、受光面となる半導体の表面から接合部までの距離と
モビリティとの関係にも大きく依存している。
物濃度が一定の濃度以下である場合には、再結合される
割合は低いが、半導体の表面における不純物濃度がある
一定の濃度を超えた場合には、半導体表面において再結
合される割合が大きくなり、光感度は低下する。特に、
短波長の光は、半導体の表面近傍までしか侵入すること
ができないため、半導体の表面における再結合の割合が
大きくなると、光感度は著しく低減される。この現象
は、受光面となる半導体の表面から接合部までの距離と
モビリティとの関係にも大きく依存している。
【0010】したがって、特開平9−298398号公
報に記載された受光素子のように、半導体の表面部分で
不純物濃度が最も高くなるような濃度勾配を形成して、
濃度勾配によるポテンシャルを乗り越える必要がないよ
うにしても、半導体の表面の不純物濃度が高過ぎた場
合、あるいは、半導体の表面から接合部までの距離が離
れている場合には、光キャリアが接合部に到達するまで
に再結合するため、光感度が低下するという問題があ
る。特に、高速応答が要求される受光素子においては、
直列抵抗を低減するために、不純物濃度を高くする必要
があるが、表面における不純物の濃度が高い場合には、
上記のように光感度が低下するおそれがあるため、半導
体表面の不純物濃度を適正な濃度に厳密に制御すること
が重要である。
報に記載された受光素子のように、半導体の表面部分で
不純物濃度が最も高くなるような濃度勾配を形成して、
濃度勾配によるポテンシャルを乗り越える必要がないよ
うにしても、半導体の表面の不純物濃度が高過ぎた場
合、あるいは、半導体の表面から接合部までの距離が離
れている場合には、光キャリアが接合部に到達するまで
に再結合するため、光感度が低下するという問題があ
る。特に、高速応答が要求される受光素子においては、
直列抵抗を低減するために、不純物濃度を高くする必要
があるが、表面における不純物の濃度が高い場合には、
上記のように光感度が低下するおそれがあるため、半導
体表面の不純物濃度を適正な濃度に厳密に制御すること
が重要である。
【0011】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、受光された光によって半導体表面に発
生した光キャリアが再結合される割合を低減し、受光面
からの侵入長が浅い短波長の光に対して高い光感度を有
する受光素子及びその製造方法並びにその受光素子を用
いた受光装置を提供することを目的とする。
れたものであり、受光された光によって半導体表面に発
生した光キャリアが再結合される割合を低減し、受光面
からの侵入長が浅い短波長の光に対して高い光感度を有
する受光素子及びその製造方法並びにその受光素子を用
いた受光装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の受光素子は、第一導電型半導体層と、該第
一導電型半導体層上に形成された第二導電型不純物拡散
層とを備えた受光素子において、第二導電型不純物拡散
層の表面における不純物濃度が1×1019atoms/
cm3以下であることを特徴とするものである。
め、本発明の受光素子は、第一導電型半導体層と、該第
一導電型半導体層上に形成された第二導電型不純物拡散
層とを備えた受光素子において、第二導電型不純物拡散
層の表面における不純物濃度が1×1019atoms/
cm3以下であることを特徴とするものである。
【0013】上記本発明の受光素子において、前記第二
導電型不純物拡散層の表面から、前記第一導電型半導体
層と前記第二導電型不純物拡散層との接合部までの深さ
方向の長さが、2.0μm以下であることが好ましい。
導電型不純物拡散層の表面から、前記第一導電型半導体
層と前記第二導電型不純物拡散層との接合部までの深さ
方向の長さが、2.0μm以下であることが好ましい。
【0014】上記本発明の受光素子において、前記第二
導電型不純物拡散層の表面部分における不純物濃度と、
不純物濃度の変位がない、若しくは少ない領域の長さと
が、次の(1)式を満足する関係にあることが好まし
い。
導電型不純物拡散層の表面部分における不純物濃度と、
不純物濃度の変位がない、若しくは少ない領域の長さと
が、次の(1)式を満足する関係にあることが好まし
い。
【0015】
X<5×1018/N (X:平坦な領域の長さ N:表面濃度)…(1)
上記本発明の受光素子において、前記第二導電型不純物
拡散層に注入される不純物が砒素であることが好まし
い。
拡散層に注入される不純物が砒素であることが好まし
い。
【0016】上記本発明の受光素子において、前記砒素
の第二導電型不純物拡散層の表面における濃度が1×1
020atoms/cm3以下であることが好ましい。
の第二導電型不純物拡散層の表面における濃度が1×1
020atoms/cm3以下であることが好ましい。
【0017】上記本発明の受光素子において、前記第二
導電型不純物拡散層の表面に反射防止膜が形成されてい
ることが好ましい。
導電型不純物拡散層の表面に反射防止膜が形成されてい
ることが好ましい。
【0018】上記本発明の受光素子において、前記反射
防止膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを積層し
た積層構造を有することが好ましい。
防止膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを積層し
た積層構造を有することが好ましい。
【0019】また、本発明の受光素子の製造方法は、上
記本発明の受光素子の製造方法であって、前記第二導電
型不純物拡散層は、全ての酸化工程が終了した後に形成
されることを特徴とするものである。
記本発明の受光素子の製造方法であって、前記第二導電
型不純物拡散層は、全ての酸化工程が終了した後に形成
されることを特徴とするものである。
【0020】また、本発明の受光装置は、上記本発明の
受光素子と、該受光素子が受光した光信号を処理する信
号処理回路素子とが内蔵されたことを特徴とするもので
ある。
受光素子と、該受光素子が受光した光信号を処理する信
号処理回路素子とが内蔵されたことを特徴とするもので
ある。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の受光素子は、第1導電型
の半導体層と、この第1導電型の半導体層上に形成され
る第2導電型の不純物拡散層を形成した構造を有してお
り、この第2導電型の不純物拡散層の表面が、光の受光
面となっている。
の半導体層と、この第1導電型の半導体層上に形成され
る第2導電型の不純物拡散層を形成した構造を有してお
り、この第2導電型の不純物拡散層の表面が、光の受光
面となっている。
【0022】以下、本発明の具体的な受光素子につい
て、実施例1〜8に基づいて説明する。
て、実施例1〜8に基づいて説明する。
【0023】(実施例1)図1は、本実施例1の受光素
子の概略を示す断面図である。
子の概略を示す断面図である。
【0024】この受光素子10は、P型の高比抵抗シリ
コン基板1を有しており、このシリコン基板1上の所定
位置に、N型の不純物拡散層2が設けられている。この
N型の不純物拡散層2が形成されたシリコン基板1上に
は、その全面にわたって酸化膜3が形成される。なお、
この受光素子10では、用いられる基板として、P型の
高比抵抗シリコン基板に限定されるものではなく、N型
シリコン基板等を用いてもよい。この場合、拡散層はP
型とされる。また、シリコン基板1は、受光素子の接合
容量を低減し、ノイズ特性、応答速度を改善するため、
その比抵抗は、100Ωcm以上の高比抵抗のものを用
いることが望ましい。
コン基板1を有しており、このシリコン基板1上の所定
位置に、N型の不純物拡散層2が設けられている。この
N型の不純物拡散層2が形成されたシリコン基板1上に
は、その全面にわたって酸化膜3が形成される。なお、
この受光素子10では、用いられる基板として、P型の
高比抵抗シリコン基板に限定されるものではなく、N型
シリコン基板等を用いてもよい。この場合、拡散層はP
型とされる。また、シリコン基板1は、受光素子の接合
容量を低減し、ノイズ特性、応答速度を改善するため、
その比抵抗は、100Ωcm以上の高比抵抗のものを用
いることが望ましい。
【0025】N型の不純物拡散層2は、受光素子10の
直列抵抗を低減し、且つ、応答速度を高速化するため、
表面部分における不純物濃度は高いほうが望ましい。し
かし、不純物濃度が高過ぎると、光感度が低下するた
め、光感度が低下しない範囲内で高くする必要がある。
直列抵抗を低減し、且つ、応答速度を高速化するため、
表面部分における不純物濃度は高いほうが望ましい。し
かし、不純物濃度が高過ぎると、光感度が低下するた
め、光感度が低下しない範囲内で高くする必要がある。
【0026】図3は、N型の不純物拡散層2における表
面部分の不純物濃度と光感度との関係を実験により求め
た結果を表すグラフである。
面部分の不純物濃度と光感度との関係を実験により求め
た結果を表すグラフである。
【0027】図3を参照すると、表面部分における不純
物の濃度が、1×1019atoms/cm3以下である
場合に、光感度の低下が発生しないことが明らかとなっ
た。
物の濃度が、1×1019atoms/cm3以下である
場合に、光感度の低下が発生しないことが明らかとなっ
た。
【0028】この結果に基づき、本実施例1の発光素子
10では、N型の拡散層3の表面部分における不純物濃
度を、1×1019atoms/cm3とした。
10では、N型の拡散層3の表面部分における不純物濃
度を、1×1019atoms/cm3とした。
【0029】図2は、本実施例1の受光素子10のA−
A’線に示す位置における深さ方向の不純物の濃度分布
を示している。本実施例1の受光素子10では、図2に
示すように、N型の拡散層3の表面部分において、不純
物濃度が、最も高い1×10 19atoms/cm3にな
るように形成されており、N型の拡散層3が表面から深
くなる程、不純物濃度が低減され、接合部となるP型の
シリコン基板1との接合面において極小値となるように
形成されている。
A’線に示す位置における深さ方向の不純物の濃度分布
を示している。本実施例1の受光素子10では、図2に
示すように、N型の拡散層3の表面部分において、不純
物濃度が、最も高い1×10 19atoms/cm3にな
るように形成されており、N型の拡散層3が表面から深
くなる程、不純物濃度が低減され、接合部となるP型の
シリコン基板1との接合面において極小値となるように
形成されている。
【0030】(実施例2)本実施例2の受光素子は、図
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
ので、構造の詳細については説明を省略する。
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
ので、構造の詳細については説明を省略する。
【0031】N型拡散層は、実施例1で示したように、
表面部分における不純物の濃度が1×1019atoms
/cm3以下になっていても、表面部分から接合部分ま
での距離が長いと、表面部分付近で発生した光キャリア
は、接合部に到達するまでに再結合して、光感度は低下
する。
表面部分における不純物の濃度が1×1019atoms
/cm3以下になっていても、表面部分から接合部分ま
での距離が長いと、表面部分付近で発生した光キャリア
は、接合部に到達するまでに再結合して、光感度は低下
する。
【0032】本発明者らは、拡散層の表面部分における
不純物の濃度を1×1019atoms/cm3とし、表
面部分から接合部までの深さを2μmとした場合には、
光感度は、0.10A/Wと低い値が得られることを実
験により明らかにした。
不純物の濃度を1×1019atoms/cm3とし、表
面部分から接合部までの深さを2μmとした場合には、
光感度は、0.10A/Wと低い値が得られることを実
験により明らかにした。
【0033】したがって、図5に示すように、表面部分
から接合部分まで2.0μmの深さを有する受光素子で
は、表面部分における不純物濃度が1×1019atom
s/cm3以下であっても、例えば、波長400nmの
短波長の光は、拡散層の表面部分から0.5μm以内の
部分で光キャリアを発生するため、発生キャリアは、接
合部に到達するまでに再結合し、その結果、光感度は低
下する。
から接合部分まで2.0μmの深さを有する受光素子で
は、表面部分における不純物濃度が1×1019atom
s/cm3以下であっても、例えば、波長400nmの
短波長の光は、拡散層の表面部分から0.5μm以内の
部分で光キャリアを発生するため、発生キャリアは、接
合部に到達するまでに再結合し、その結果、光感度は低
下する。
【0034】そこで、本実施例2の受光素子では、拡散
層の表面部分から接合部までの距離を2.0μm以下と
している。
層の表面部分から接合部までの距離を2.0μm以下と
している。
【0035】図4は、本実施例2の受光素子の深さ方向
の不純物の濃度分布を示しており、表面部分から接合部
までの距離が、2.0μm以下になるように形成されて
いる。
の不純物の濃度分布を示しており、表面部分から接合部
までの距離が、2.0μm以下になるように形成されて
いる。
【0036】(実施例3)本実施例3の受光素子は、図
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
ので、構造の詳細については説明を省略する。
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
ので、構造の詳細については説明を省略する。
【0037】拡散層で発生した光キャリアは、拡散層の
不純物濃度の分布に傾きがあれは、不純物濃度の濃度差
の変位によって生じる電界により接合部まで移動するた
め、比較的短時間にて接合部まで到達することができ、
再結合される割合は低減される。しかし、不純物濃度の
変位がない、若しくは少ない領域(以下、平坦な領域と
いう)が拡散層中に存在すると、その領域では、光キャ
リアは、拡散により移動することになり、接合部まで移
動するのに時間を要し、不純物濃度によって規定される
再結合割合で再結合が起こり、その結果、光感度が低下
する。拡散によって光キャリアが移動する場合、光キャ
リアは、不純物濃度によって決まる移動度を有し、平坦
な領域の長さがこの移動度よりも広いと、再結合の割合
は高くなるため、拡散層の不純物濃度と平坦な領域の幅
との関係により、光感度は決まる。例えば、不純物濃度
が比較的低い場合には、不純物濃度が平坦な領域が広く
ても光感度の低下は生じないが、不純物濃度が高い場合
には、平坦領域が短くても光感度の低下が生じる。
不純物濃度の分布に傾きがあれは、不純物濃度の濃度差
の変位によって生じる電界により接合部まで移動するた
め、比較的短時間にて接合部まで到達することができ、
再結合される割合は低減される。しかし、不純物濃度の
変位がない、若しくは少ない領域(以下、平坦な領域と
いう)が拡散層中に存在すると、その領域では、光キャ
リアは、拡散により移動することになり、接合部まで移
動するのに時間を要し、不純物濃度によって規定される
再結合割合で再結合が起こり、その結果、光感度が低下
する。拡散によって光キャリアが移動する場合、光キャ
リアは、不純物濃度によって決まる移動度を有し、平坦
な領域の長さがこの移動度よりも広いと、再結合の割合
は高くなるため、拡散層の不純物濃度と平坦な領域の幅
との関係により、光感度は決まる。例えば、不純物濃度
が比較的低い場合には、不純物濃度が平坦な領域が広く
ても光感度の低下は生じないが、不純物濃度が高い場合
には、平坦領域が短くても光感度の低下が生じる。
【0038】実験によると、Si基板の場合、不純物の
濃度が1オーダー変化すると、約0.5V程度のポテン
シャル差が発生することが判明している。したがって、
深さ方向に1μmの間に不純物濃度が1オーダー変化す
ると、0.5V/μmの電界が発生することとなる。本
実施の形態では、深さ方向に1μmの長さあたり、不純
物の濃度の変化量が1オーダー以下であった場合を平坦
領域と規定する。
濃度が1オーダー変化すると、約0.5V程度のポテン
シャル差が発生することが判明している。したがって、
深さ方向に1μmの間に不純物濃度が1オーダー変化す
ると、0.5V/μmの電界が発生することとなる。本
実施の形態では、深さ方向に1μmの長さあたり、不純
物の濃度の変化量が1オーダー以下であった場合を平坦
領域と規定する。
【0039】本発明者らが行った実験によると、平坦な
領域の長さが0.2μmであった場合、表面部分におけ
る不純物濃度が1×1019atoms/cm3であれ
は、光感度の低下が見られなかったが、不純物濃度が上
記の1×1019atoms/cm3以上、または平坦な
領域の長さが上記の0.2μm以上になった場合には、
光感度の低下が見られた。
領域の長さが0.2μmであった場合、表面部分におけ
る不純物濃度が1×1019atoms/cm3であれ
は、光感度の低下が見られなかったが、不純物濃度が上
記の1×1019atoms/cm3以上、または平坦な
領域の長さが上記の0.2μm以上になった場合には、
光感度の低下が見られた。
【0040】この実験結果により、不純物拡散層が、平
坦な領域を有している場合には、その不純物拡散層の表
面部分における不純物濃度と、平坦な領域の長さとが、
下記の(1)式を満足していれば、光感度の低下を防止
することができることが分かった。
坦な領域を有している場合には、その不純物拡散層の表
面部分における不純物濃度と、平坦な領域の長さとが、
下記の(1)式を満足していれば、光感度の低下を防止
することができることが分かった。
【0041】
X<5×1018/N (X:平坦な領域の長さ N:表面濃度)…(1)
そこで、本実施例3の受光素子は、不純物拡散層が、不
純物濃度の変位がない、若しくは少ない平坦な領域を有
しており、その不純物拡散層の表面部分における不純物
濃度と、平坦な領域の長さとが、上記(1)式を満足す
るように形成した。
純物濃度の変位がない、若しくは少ない平坦な領域を有
しており、その不純物拡散層の表面部分における不純物
濃度と、平坦な領域の長さとが、上記(1)式を満足す
るように形成した。
【0042】図6は、本実施例3の受光素子の深さ方向
の濃度分布を示しており、平坦部の長さが、(1)式に
より規定される長さ以下になるように規定されている。
の濃度分布を示しており、平坦部の長さが、(1)式に
より規定される長さ以下になるように規定されている。
【0043】(実施例4)本実施例4の受光素子は、図
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
のて、構造の詳細については説明を省略する。
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
のて、構造の詳細については説明を省略する。
【0044】本実施例4の受光素子では、不純物拡散層
に不純物として注入される原子として砒素を用いた。
に不純物として注入される原子として砒素を用いた。
【0045】砒素原子は大きいため、シリコン中のイオ
ン注入すると、アモルファス層が形成される。アモルフ
ァス層は、アニールを行うことにより再結晶化される。
このアモルファス層に対してアニールを行うと、砒素の
注入により形成される欠陥層が回復する。このように欠
陥層が回復すると、不純物拡散層の表面側において、光
キャリアが再結合される割合が低減され、接合部におい
て効率良く光キャリアを光電流に変換できるようにな
る。このため、砒素を不純物として用いる場合には、他
の原子を不純物として用いる場合よりも、不純物拡散層
の不純物の表面濃度を高くすることができる。不純物の
表面濃度を高くすることができることにより、直列抵抗
を低減することができるため、応答速度の高速化を図る
ことができる。
ン注入すると、アモルファス層が形成される。アモルフ
ァス層は、アニールを行うことにより再結晶化される。
このアモルファス層に対してアニールを行うと、砒素の
注入により形成される欠陥層が回復する。このように欠
陥層が回復すると、不純物拡散層の表面側において、光
キャリアが再結合される割合が低減され、接合部におい
て効率良く光キャリアを光電流に変換できるようにな
る。このため、砒素を不純物として用いる場合には、他
の原子を不純物として用いる場合よりも、不純物拡散層
の不純物の表面濃度を高くすることができる。不純物の
表面濃度を高くすることができることにより、直列抵抗
を低減することができるため、応答速度の高速化を図る
ことができる。
【0046】(実施例5)本実施例5の受光素子は、図
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
ので、構造の詳細については説明は省略する。
1に示す実施例1の受光素子と同様の構造を有している
ので、構造の詳細については説明は省略する。
【0047】本発明者が行った実験によると、不純物拡
散層に注入される不純物として砒素を用い、この砒素の
不純物拡散層の表面部分における濃度が、2×1020a
toms/cm3以下であると、光感度の低下が見ら
れ、不純物拡散層の表面部分における濃度が2×1020
atoms/cm3であると、光感度の低下がみられな
いことが明らかとなった。この実験結果により、砒素の
不純物拡散層の表面部分における濃度が、2×1020a
toms/cm3以下とすることにより、光感度の低下
を防止することができる。この場合、応答速度の高速化
を図るためには、不純物拡散層の表面部分における不純
物濃度は高い方が望ましいため、不純物拡散層の表面部
分における不純物濃度は、1×1020atoms/cm
3にすることが望ましい。
散層に注入される不純物として砒素を用い、この砒素の
不純物拡散層の表面部分における濃度が、2×1020a
toms/cm3以下であると、光感度の低下が見ら
れ、不純物拡散層の表面部分における濃度が2×1020
atoms/cm3であると、光感度の低下がみられな
いことが明らかとなった。この実験結果により、砒素の
不純物拡散層の表面部分における濃度が、2×1020a
toms/cm3以下とすることにより、光感度の低下
を防止することができる。この場合、応答速度の高速化
を図るためには、不純物拡散層の表面部分における不純
物濃度は高い方が望ましいため、不純物拡散層の表面部
分における不純物濃度は、1×1020atoms/cm
3にすることが望ましい。
【0048】そこで、本実施低5の受光素子は、実施例
4の受光素子と同様に不純物拡散層に注入される不純物
として砒素を用い、この砒素の不純物拡散層の表面部分
における濃度を、1×1020atoms/cm3以下に
した。
4の受光素子と同様に不純物拡散層に注入される不純物
として砒素を用い、この砒素の不純物拡散層の表面部分
における濃度を、1×1020atoms/cm3以下に
した。
【0049】(実施例6)図7は、本実施例6の受光素
子の概略を示す断面図である。
子の概略を示す断面図である。
【0050】本実施例6の受光素子は、上記の実施例1
〜3に示した構造と同様の構造を有し、さらに、図7に
示すように、受光素子の表面全体にわたって、反射防止
膜4が設けられている。この反射防止膜4の膜厚は、光
の波長に対し、反射率が低下するように設定される。こ
の反射防止膜4としては、例えば、シリコンナイトライ
ドが用いられ、10nm〜100nmの膜厚に形成され
る。
〜3に示した構造と同様の構造を有し、さらに、図7に
示すように、受光素子の表面全体にわたって、反射防止
膜4が設けられている。この反射防止膜4の膜厚は、光
の波長に対し、反射率が低下するように設定される。こ
の反射防止膜4としては、例えば、シリコンナイトライ
ドが用いられ、10nm〜100nmの膜厚に形成され
る。
【0051】このように、反射防止膜を適正な膜厚によ
り形成することによって、光感度を高める効果が大きく
なる。
り形成することによって、光感度を高める効果が大きく
なる。
【0052】(実施例7)本実施例7の受光素子は、実
施例6の受光素子に示した反射防止膜として、シリコン
酸化膜とシリコン窒化膜とからなる積層構造としたもの
を用いる。実施例6のように、反射防止膜としてシリコ
ン窒化膜を用い、このシリコン窒化膜をシリコン上に形
成した場合、不純物拡散層の表面上に接合部が生じ、こ
の接合部に接合リークが発生する。
施例6の受光素子に示した反射防止膜として、シリコン
酸化膜とシリコン窒化膜とからなる積層構造としたもの
を用いる。実施例6のように、反射防止膜としてシリコ
ン窒化膜を用い、このシリコン窒化膜をシリコン上に形
成した場合、不純物拡散層の表面上に接合部が生じ、こ
の接合部に接合リークが発生する。
【0053】本実施例7では、このような接合リークの
発生を防止するため、不純物拡散層上にシリコン酸化膜
を形成した後に、このシリコン酸化膜の上にシリコン窒
化膜を形成する。それぞれの膜厚は、光の波長に対して
反射率が低くなるように設定する。例えば、シリコン酸
化膜を10nm〜50nmの膜厚に形成し、シリコン窒
化膜を10〜50nmの膜厚に形成する。
発生を防止するため、不純物拡散層上にシリコン酸化膜
を形成した後に、このシリコン酸化膜の上にシリコン窒
化膜を形成する。それぞれの膜厚は、光の波長に対して
反射率が低くなるように設定する。例えば、シリコン酸
化膜を10nm〜50nmの膜厚に形成し、シリコン窒
化膜を10〜50nmの膜厚に形成する。
【0054】次に、上記に示した受光素子の製造方法に
ついて説明する。ここでは、例として、実施例5の受光
素子の製造方法について説明する。
ついて説明する。ここでは、例として、実施例5の受光
素子の製造方法について説明する。
【0055】図8(a)〜(c)は、それぞれ、実施例
5の受光素子を製造する方法を工程毎に説明して断面図
である。
5の受光素子を製造する方法を工程毎に説明して断面図
である。
【0056】まず、図8(a)に示すようなN型のシリ
コン基板1を用意し、このN型のシリコン基板1に対し
て、図8(b)に示すように、酸化反応を行い、N型の
シリコン基板1の表面の全体にわたって、反射防止膜と
して最適な膜厚を有する酸化膜3を形成する。
コン基板1を用意し、このN型のシリコン基板1に対し
て、図8(b)に示すように、酸化反応を行い、N型の
シリコン基板1の表面の全体にわたって、反射防止膜と
して最適な膜厚を有する酸化膜3を形成する。
【0057】次に、酸化膜3が形成されたN型シリコン
基板の表面上から、所望の領域にP型の不純物をイオン
注入により導入して、P型の不純物拡散層2を形成す
る。
基板の表面上から、所望の領域にP型の不純物をイオン
注入により導入して、P型の不純物拡散層2を形成す
る。
【0058】このP型の不純物拡散層2を形成すること
により、実施例5に示した受光素子が形成される。
により、実施例5に示した受光素子が形成される。
【0059】なお、この受光素子が形成される基板1上
に他の素子を形成する場合、不純物拡散層2を形成した
後に酸化工程を行うと、不純物拡散層2上の酸化膜3中
に不純物が取り込まれる現象が起こり、不純物拡散層2
の表面部分における不純物濃度が低下する。このような
表面濃度の低下が起こると、表面部分から接合部への濃
度によるポテンシャルが局所的に深さ方向が深くなる方
向に高くなる領域が形成され、表面部分で発生した光キ
ャリアが接合部に到達する割合が低くなり、光感度が低
下するおそれがある。したがって、不純物拡散層2の形
成は、酸化工程が全て終了した後に行うことにより、表
面部における再結合の割合を抑え、短波長の光に対する
光感度に優れた受光素子を製造することができる。
に他の素子を形成する場合、不純物拡散層2を形成した
後に酸化工程を行うと、不純物拡散層2上の酸化膜3中
に不純物が取り込まれる現象が起こり、不純物拡散層2
の表面部分における不純物濃度が低下する。このような
表面濃度の低下が起こると、表面部分から接合部への濃
度によるポテンシャルが局所的に深さ方向が深くなる方
向に高くなる領域が形成され、表面部分で発生した光キ
ャリアが接合部に到達する割合が低くなり、光感度が低
下するおそれがある。したがって、不純物拡散層2の形
成は、酸化工程が全て終了した後に行うことにより、表
面部における再結合の割合を抑え、短波長の光に対する
光感度に優れた受光素子を製造することができる。
【0060】以上に説明した実施例1〜7の受光素子
は、この受光素子とこの受光素子が受光した光信号を処
理する信号処理回路素子とを組合わせて、半導体基板等
の同一の基板上にこれらの素子が内蔵された受光装置を
構成することができる。
は、この受光素子とこの受光素子が受光した光信号を処
理する信号処理回路素子とを組合わせて、半導体基板等
の同一の基板上にこれらの素子が内蔵された受光装置を
構成することができる。
【0061】
【発明の効果】本発明の受光素子によると、第二導電型
不純物拡散層の表面近傍で光キャリアが発生する短波長
の光を入射しても、発生した光キャリアが、第二導電型
不純物拡散層の表面近傍にて再結合することが低減され
て効率的に接合部まで到達し、光電流に寄与するため、
光感度の低下を防止する事ができる。
不純物拡散層の表面近傍で光キャリアが発生する短波長
の光を入射しても、発生した光キャリアが、第二導電型
不純物拡散層の表面近傍にて再結合することが低減され
て効率的に接合部まで到達し、光電流に寄与するため、
光感度の低下を防止する事ができる。
【0062】本発明の受光素子は、次世代DVD等での
応用が期待される、400nm前後の波長を有する光に
対して有効であり、極めて高い感度を有する受光素子を
提供する事ができる。
応用が期待される、400nm前後の波長を有する光に
対して有効であり、極めて高い感度を有する受光素子を
提供する事ができる。
【図1】実施例1の受光素子を示す断面図である。
【図2】実施例1の受光素子における深さ方向の不純物
の濃度分布を示している。
の濃度分布を示している。
【図3】不純物表面濃度と光感度との関係を表すグラフ
である。
である。
【図4】実施例2の受光素子における深さ方向の不純物
の濃度分布を示している。
の濃度分布を示している。
【図5】実施例2の受光素子と比較するために示された
従来の受光素子の深さ方向の不純物の濃度分布を示して
いる。
従来の受光素子の深さ方向の不純物の濃度分布を示して
いる。
【図6】実施例3の受光素子における深さ方向の不純物
の濃度分布を示している。
の濃度分布を示している。
【図7】実施例4の受光素子示す断面図である。
【図8】(a)〜(c)はそれぞれ本発明の受光素子の
製造方法を示す断面図である。
製造方法を示す断面図である。
1 シリコン基板
2 N型不純物拡散層
3 酸化層
4 反射防止膜
10 受光素子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 和田 秀夫
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
(72)発明者 森岡 達也
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) 5F049 MA02 MB02 NA01 PA09 PA18
QA03 SS03 SZ03
Claims (9)
- 【請求項1】 第一導電型半導体層と、該第一導電型半
導体層上に形成された第二導電型不純物拡散層とを備え
た受光素子において、第二導電型不純物拡散層の表面に
おける不純物濃度が1×1019atoms/cm3以下
であることを特徴とする受光素子。 - 【請求項2】 前記第二導電型不純物拡散層の表面か
ら、前記第一導電型半導体層と前記第二導電型不純物拡
散層との接合部までの深さ方向の長さが、2.0μm以
下である、請求項1に記載の受光素子。 - 【請求項3】 前記第二導電型不純物拡散層の表面部分
における不純物濃度と、不純物濃度の変位がない、若し
くは少ない領域の長さとが、次の(1)式を満足する関
係にある、請求項1または2に記載の受光素子。 X<5×1018/N (X:平坦な領域の長さ N:表面濃度)…(1) - 【請求項4】 前記第二導電型不純物拡散層に注入され
る不純物が砒素である、請求項1〜3のいずれかに記載
の受光素子。 - 【請求項5】 前記砒素の第二導電型不純物拡散層の表
面における濃度が1×1020atoms/cm3以下で
ある、請求項4に記載の受光素子。 - 【請求項6】 前記第二導電型不純物拡散層の表面に反
射防止膜が形成されている、請求項1〜5のいずれかに
記載の受光素子。 - 【請求項7】 前記反射防止膜は、シリコン酸化膜とシ
リコン窒化膜とを積層した積層構造を有する、請求項6
に記載の受光素子。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の受光素
子の製造方法であって、 前記第二導電型不純物拡散層は、全ての酸化工程が終了
した後に形成されることを特徴とする受光素子の製造方
法。 - 【請求項9】 請求項1〜7のいずれかに記載の受光素
子と、該受光素子が受光した光信号を処理する信号処理
回路素子とが内蔵されたことを特徴とする受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001239964A JP2003051607A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 受光素子及びその製造方法並びにその受光素子を用いた受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001239964A JP2003051607A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 受光素子及びその製造方法並びにその受光素子を用いた受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003051607A true JP2003051607A (ja) | 2003-02-21 |
Family
ID=19070643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001239964A Pending JP2003051607A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 受光素子及びその製造方法並びにその受光素子を用いた受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003051607A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010064370A1 (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| CN117334775A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-02 | 江苏致芯微电子技术有限公司 | 一种光纤接收电路的高传输速率的光电二极管及工艺方法 |
-
2001
- 2001-08-07 JP JP2001239964A patent/JP2003051607A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010064370A1 (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US8390090B2 (en) | 2008-12-01 | 2013-03-05 | Nec Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| CN102232248B (zh) * | 2008-12-01 | 2013-05-08 | 日本电气株式会社 | 半导体器件及其制造方法 |
| JP5304797B2 (ja) * | 2008-12-01 | 2013-10-02 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| CN117334775A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-02 | 江苏致芯微电子技术有限公司 | 一种光纤接收电路的高传输速率的光电二极管及工艺方法 |
| CN117334775B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-09-27 | 江苏致芯微电子技术有限公司 | 一种光纤接收电路的高传输速率的光电二极管及工艺方法 |
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