JP2003234497A - 受光素子、回路内蔵型受光装置および光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーク電流が殆ど無くて、良好な歩留まりで
製造できる受光素子を提供すること。 【解決手段】 シリコン基板１００上に、第１Ｐ型拡散
層１０１とＰ型半導体層１０２とを備え、このＰ型半導
体層１０２の表面部分に２つのＮ型拡散層１０３，１０
３を設けて２つの受光部を構成する。このＮ型拡散層１
０３，１０３上と、この２つのＮ型拡散層１０３，１０
３の間のＰ型半導体層１０２の上に、第１シリコン酸化
膜１０５と、シリコン窒化膜１０６と、第２シリコン酸
化膜１０７との３層の光透過性膜を配置する。この３層
の光透過性膜の２つの界面に、製造工程で生じた正孔が
分散して捕獲されるので、Ｐ型半導体層１０２の表面付
近における電界強度が従来より小さくなり、導電型の反
転が少なくなって、受光部間のリーク電流が少なくでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光素子、回路内
蔵型受光装置および光ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光ディスク装置が備える光ピ
ックアップ部では、半導体レーザからのレーザ光を回折
格子で複数のレーザ光に分光し、この複数のレーザ光を
対物レンズで光ディスク上の複数位置に集光して、この
光ディスク上で変調された複数の反射光を、受光素子で
受光している。この受光素子は、１つの半導体基板上に
複数の受光部が形成された受光素子であり、上記複数の
受光部が各々受光する上記複数の反射光のパワーに応じ
て、複数の信号を出力する。この複数の信号から、上記
光ディスクに記録されているデータ信号や、サーボ制御
のためのフォーカス信号およびトラッキング信号を生成
している。

【０００３】従来、受光素子としては、特開平１０−８
４１０２号公報に開示されているようなものがある。こ
の受光素子は、Ｐ型シリコン基板の表面にＮ型エピタキ
シャル層を形成し、このＮ型エピタキシャル層を、上記
Ｐ型シリコン基板表面に達するＰ型拡散層によって分割
して、複数のＮ型エピタキシャル領域を形成している。
この複数のＮ型エピタキシャル領域と上記Ｐ型シリコン
基板との間に形成される複数のＰＮ接合で、複数の受光
部を構成している。上記Ｎ型エピタキシャル領域および
Ｐ型拡散層の上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の
２層の膜からなる反射防止構造を設け、上記複数の受光
部に入射する光の反射を防止して、受光素子の感度を向
上するようにしている。

【０００４】上記受光素子は、光ディスク装置に搭載す
る場合、Ｓ／Ｎ比を良好にするために高い感度が要求さ
れる。例えば、波長が４００ｎｍの青色レーザ光を受光
する場合、上記従来の受光素子は、１０ｎｍ厚のシリコ
ン酸化膜と３９ｎｍ厚のシリコン窒化膜との２層の膜で
上記反射防止構造を構成することによって、上記レーザ
光の反射率を略０％にして、良好な感度を得るようにし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の受光素子は、上記複数の受光部の間でリーク電流が
生じ易く、最悪の場合、受光部間のリーク電流が大きく
て受光素子として機能しなくなるという問題がある。こ
の問題の原因は、上記反射防止構造を形成するシリコン
酸化膜とシリコン窒化膜との界面に正孔が蓄積されるこ
とにある。この蓄積された正孔で生じる電界によって、
上記複数のＮ型エピタキシャル領域の間のＰ型拡散層の
導電型が反転され、この導電型が反転された部分に、上
記Ｎ型エピタキシャル領域の間のリーク電流が流れるの
である。上記反射防止構造の界面に蓄積される正孔は、
この受光素子の製造工程において、ドライエッチング工
程でのプラズマへの曝露や、ダイシング工程で生じる静
電気によって生成されることが判明した。したがって、
上記従来の受光素子は、製造時の歩留まりが悪くコスト
高になり、光ディスク装置には不適であるという問題が
ある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、リーク電流が殆
ど無くて、良好な歩留まりで製造できる受光素子を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の受光素子は、半導体層上に、複数の受光部
が設けられた受光素子において、上記複数の受光部と、
この複数の受光部の間の部分との上に、３層以上の光透
過性膜を設け、隣接する上記光透過性膜の材料が互いに
異なることを特徴としている。

【０００８】上記構成によれば、上記受光素子の上記複
数の受光部と、この複数の受光部の間の部分との上に、
３層以上の光透過性膜を設け、隣接する上記光透過性膜
の材料が互いに異なるので、この３層以上の光透過性膜
の間には２個以上の界面が形成される。例えば製造工程
などにおいて生じた電子または正孔は、上記２個以上の
界面に分散して蓄積される。従来、上記電子や正孔は、
２層の透過性膜の間の１つの界面に蓄積されていた。し
たがって、本発明の受光素子は、上記蓄積された電子ま
たは正孔によって上記受光部および受光部の間の部分に
形成される電界の強さが、従来の受光素子におけるより
も小さくなる。その結果、上記複数の受光部の間の部分
は導電型の反転が減少する。したがって、この複数の受
光部の間の部分に電流が流れ難くなって、上記複数の受
光部間のリーク電流が効果的に抑制される。

【０００９】さらに、この受光素子は、３層以上の光透
過性膜が設けられ、隣接する上記光透過性膜の材料が互
いに異なるので、上記光透過性膜の膜厚を、この受光素
子が受光する光の波長に応じて所定の厚みにすることに
よって、この受光素子に入射する光の反射率が効果的に
低下する。したがって、この受光素子の感度が効果的に
向上する。

【００１０】ここで、半導体層とは、層状に形成された
半導体を指し、半導体基板をも含む。また、受光部と
は、半導体層上に形成されて光電変換効果を奏する最小
の部分をいう。

【００１１】１実施形態の受光素子は、１つの上記光透
過性膜はシリコン酸化膜であり、もう１つの上記光透過
性膜はシリコン窒化膜である。

【００１２】上記実施形態によれば、上記シリコン酸化
膜およびシリコン窒化膜で光透過性膜を構成することに
より、通常のプロセスによって容易かつ安価に、リーク
電流が殆ど無く、しかも、入射光に対する反射率が小さ
くて、良好な感度を有する受光素子が得られる。ここに
おいて、上記シリコン酸化膜の膜数と、上記シリコン窒
化膜の膜数とは、各々１つ以上のいくつであってもよ
い。

【００１３】１実施形態の受光素子は、１つの上記光透
過性膜は、チタン酸化膜である。

【００１４】上記実施形態によれば、上記１つの光透過
性膜を構成するチタン酸化膜は、屈折率が比較的高いの
で、このチタン酸化膜よりも屈折率が小さい例えばシリ
コン酸化膜などと組合わせることによって、この受光素
子への入射光の反射率が効果的に低減できる。また、上
記チタン酸化膜は、屈折率が比較的高いので、このチタ
ン酸化膜を有する複数の光透過性膜の外側が、空気であ
っても、あるいは、空気以外の物質であっても、受光素
子の表面における反射率は殆ど変化しない。したがっ
て、この受光素子を例えば樹脂封止した場合であって
も、樹脂封止しない場合と略同じ反射率になるので、樹
脂封止をする場合としない場合とで、受光する光のパワ
ーに対する出力特性を変える必要がない。その結果、樹
脂封止の有無などに対応して受光素子の駆動回路を変更
する必要が無くなる。従来、受光素子の表面に２層の光
透過性膜を備えた受光素子では、樹脂封止をした場合、
光透過膜性膜の膜厚を最適化しても、受光素子の表面に
おける反射率を、樹脂封止をしない場合の反射率と同一
にすることができなかった。

【００１５】１実施形態の受光素子は、上記複数の光透
過性膜のうちの上記受光部に最も近い光透過性膜はシリ
コン酸化膜であり、このシリコン酸化膜の厚みは１０ｎ
ｍ以上である。

【００１６】上記実施形態によれば、上記複数の光透過
性膜のうちの上記受光部に最も近い光透過性膜が、厚み
が１０ｎｍ以上のシリコン酸化膜にすることによって、
このシリコン酸化膜とその上に配置される光透過性膜と
の間に捕獲される電子または正孔を、複数の受光部およ
びこの受光部の間の部分から遠ざけて、この複数の受光
部およびこの受光部の間の部分における上記電荷による
電界の影響を低減できる。その結果、上記複数の受光部
の間の部分の導電型の反転を抑制して、上記受光部間の
リーク電流を効果的に減少できる。ここにおいて、上記
受光部に最も近い光透過性膜の厚みが１０ｎｍより薄い
と、上記受光部の間の部分のリーク電流が増加してしま
う。

【００１７】本発明の回路内臓型受光装置は、上記受光
素子と、この受光素子の複数の受光部からの信号を処理
する信号処理回路とを、同一の半導体基板上に形成した
ことを特徴としている。

【００１８】上記構成によれば、信号処理回路がモノリ
シックに形成され、リーク電流が殆ど無く、しかも良好
な感度を有する回路内蔵型受光装置が得られる。

【００１９】１実施形態の光ディスク装置は、上記受光
素子または上記回路内蔵型受光装置を備える。

【００２０】上記構成によれば、リーク電流が殆どな
く、しかも良好な感度の受光素子を備えるので、例えば
青色レーザ光源などを用いることによって、高密度記録
の光ディスクの読み書きに好適な光ディスク装置が得ら
れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
より詳細に説明する。

【００２２】（第１実施形態）図１（ａ）は、本発明の
第１実施形態の受光素子を示す平面図であり、図１
（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ’線での断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）では、コンタクト工程以降に形成さ
れるコンタクト、メタル配線、および層間絶縁膜は省略
している。図１（ａ）において、第１シリコン酸化膜１
０５と、シリコン窒化膜１０６と、第２シリコン酸化膜
１０７とは省略している。

【００２３】この受光素子は、シリコン基板１００上
に、厚みが１μｍで不純物濃度が１Ｅ１８ｃｍ^−３程度
の第１Ｐ型拡散層１０１と、厚みが１０〜２０μｍ程度
で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ｃｍ^−３程度のＰ型
半導体層１０２とを備える。このＰ型半導体層１０２の
表面部分には、表面での不純物濃度が１Ｅ１７〜１Ｅ２
０ｃｍ^−３程度の２つのＮ型拡散層１０３，１０３を設
けて、２つの受光部を構成している。このＮ型拡散層１
０３，１０３は、Ｖ価の元素であれば、ヒ素、リン、ア
ンチモンなどいずれの元素を拡散、注入して形成しても
よい。

【００２４】上記Ｐ型半導体層１０２の図１（ｂ）にお
ける幅方向両端付近には、上記Ｐ型半導体層１０２表面
において上記第１Ｐ型拡散層１０１にコンタクトを得る
ために、上記Ｐ型半導体層１０２表面から上記第１Ｐ型
拡散層１０１に達する第２Ｐ型拡散層１０４，１０４が
形成されている。この第２Ｐ型拡散層１０４，１０４
は、図１（ａ）に示すように、平面において上記受光部
としてのＮ型拡散層１０３，１０３の周囲を囲むように
形成されている。上記第１および第２Ｐ型拡散層１０
１，１０４は、ＩＩＩ価の元素であれば、ボロンやイン
ジウムなどのいずれの元素を拡散、注入して形成しても
よい。

【００２５】上記Ｎ型拡散層１０３，１０３上と、この
２つのＮ型拡散層１０３，１０３の間のＰ型半導体層１
０２の上には、光透過性膜としての第１シリコン酸化膜
１０５と、シリコン窒化膜１０６と、第２シリコン酸化
膜１０７とが順に設けられている。上記Ｎ型拡散層１０
３に最も近い第１シリコン酸化膜１０５は厚みが９ｎｍ
程度であり、上記シリコン窒化膜１０６は厚みが３９ｎ
ｍであり、上記第２シリコン酸化膜１０７は厚みが２８
０ｎｍである。

【００２６】図２は、上記構成の受光素子と、光透過性
膜を２層有する従来の受光素子とについて、電極間の印
加電圧を変化させた際に、複数の受光部のカソード−カ
ソード間に生じるリーク電流の変化を示した図である。
上記実施形態と従来の受光素子において、一方の電極電
圧を１．５Ｖに保持すると共に他方の電極への印加電圧
を変化させた。図２において、横軸は上記他方電極の印
加電圧値（Ｖ）であり、縦軸は受光部のカソード−カソ
ード間の電流値（Ａ）である。

【００２７】本実施形態の受光素子は、通常の使用時に
は、両方の電極に１．５Ｖの電圧が印加されるが、電圧
を印加する回路や電源のばらつきによって、上記電極へ
の否電圧はが１．５Ｖを中心に０．３Ｖ程度のばらつき
が生じる。図２から分かるように、この印加電圧のばら
つきの範囲内で、本実施形態の受光素子は、受光部のカ
ソード−カソード間の電流値が１０^−９Ａオーダーにな
って、リーク電流が効果的に抑制できる。これは、複数
の光透過性膜の間に形成される界面に、この隣合う光透
過性膜のバンド構造が互いに異なることによって、正孔
が捕獲され、この界面が、第１シリコン酸化膜１０５と
シリコン窒化膜１０６との間の第１の界面と、シリコン
窒化膜１０６と第２シリコン酸化膜１０７との間との第
２の界面との２箇所に形成されていることによる。これ
によって、製造時におけるプラズマエッチング工程やダ
イシング工程で生じる正孔が、上記２箇所に形成された
界面に分散して捕獲されるので、従来の１箇所の界面に
正孔が捕獲されるよりも、受光部が設けられた半導体層
における導電型の反転の原因となる電界の強さが弱くな
るからである。さらに、上記第２界面は、上記第１界面
よりもシリコン窒化膜１０６の厚み分だけ遠くに位置す
るので、上記Ｐ型半導体層１０２の表面において、上記
第２界面に捕獲される正孔による電界強度は、上記第１
界面に捕獲される正孔による電界強度よりも小さくな
る。したがって、上記２つの界面に分散されて捕獲され
た正孔による電界強度は、従来の１つの界面に捕獲され
た正孔による電界強度よりも小さくなる。上記正孔によ
る電界強度が小さくなるので、上記Ｐ型半導体層１０２
のＮ型拡散層１０３，１０３の間の部分は、導電型が殆
ど反転しない。したがって、従来におけるように、Ｐ型
半導体層の一部が反転し、この反転部分を通って受光部
間に異常なリーク電流が流れることが、効果的に防止で
きる。

【００２８】さらに、本実施形態の受光素子は３層の光
透過性膜を備えるが、これらの光透過性膜の厚みを、上
記第１シリコン酸化膜１０５は９ｎｍ程度、上記シリコ
ン窒化膜１０６は３９ｎｍ程度、上記第２シリコン酸化
膜１０７は２８０ｎｍ程度にすることによって、従来の
２層の光透過性膜における反射率と略同程度の数％の反
射率にできる。ここにおいて、上記第２シリコン酸化膜
１０７を、膜厚２５０ｎｍ〜３１０ｎｍにすることによ
って、上記３層の光透過性膜による反射率を、従来の２
層の光透過性膜の反射率と略同じにできる。

【００２９】上記実施形態において、Ｐ型半導体層１０
２にＮ型拡散層１０３，１０３を形成して受光部を構成
したが、他の構造によって複数の受光部を構成してもよ
い。

【００３０】また、上記光透過性膜は、第１シリコン酸
化膜１０５或いは第２シリコン酸化膜１０７に限ること
なく、窒素を含有した窒化酸化膜などを用いることも可
能である。特に、第１シリコン酸化膜１０５の代わり
に、窒素を含有する窒化酸化膜を用いた場合には、受光
素子内部のキャリアが光透過性膜にリークし、この光透
過性膜の界面に蓄積されてしまうのを防止することがで
きると言う効果を得ることができる。

【００３１】（第２実施形態）図３は、本発明の第２実
施形態の受光素子を示す断面図である。図３において、
図１（ｂ）の第１実施形態の受光素子と同一の機能を有
する部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省
略する。

【００３２】図３に示すように、本実施形態の受光素子
は、第１実施形態の受光素子について、受光部となるＮ
型拡散層１０３，１０３上と、この２つのＮ型拡散層１
０３，１０３の間のＰ型半導体層１０２の上に、４層の
光透過性膜を形成し、この光透過性膜上に封止用樹脂２
０４を配置した点のみが、第１実施形態の受光素子と異
なる。

【００３３】上記４層の光透過性膜は、上記受光部に近
い順に、膜厚９ｎｍ程度の第１シリコン酸化膜２００、
膜厚３９ｎｍ程度の第１シリコン窒化膜２０１、膜厚２
５０ｎｍ程度の第２シリコン酸化膜２０２、および、膜
厚１２０ｎｍ程度の第２シリコン窒化膜２０３である。

【００３４】この受光素子は、上記４層の光透過性膜を
備えて３箇所に界面を有するので、製造工程などで生じ
て上記界面に捕獲される正孔を、第１実施形態よりもさ
らに分散させ、かつ、Ｐ型半導体層１０２表面から遠ざ
けることによって、この正孔による電界強度をさらに減
少することができる。したがって、上記Ｐ型半導体層１
０２の上記Ｎ型拡散層１０３，１０３の間の部分におけ
る導電型の反転が効果的に防止でき、その結果、受光部
のカソード−カソード間のリーク電流を効果的に減少で
きる。

【００３５】従来、２層の光透過性膜を有する受光素子
は、表面に樹脂をコーティングした場合、樹脂をコーテ
ィングしない場合よりも入射光の反射率が増加してい
た。例えば、２層の光透過性膜を有する従来の受光素子
は、樹脂をコーティングした場合、光透過性膜の膜厚を
最適化しても、反射率を１５％以下にできなかった。こ
れに対して、本実施形態の受光素子は、４層の光透過性
膜を備えるので、この４層の光透過性膜の厚みおよび屈
折率を調節することによって、樹脂コーティングする場
合と、樹脂コーティングしない場合とのいずれも反射率
を略０にできる。したがって、この受光素子は、樹脂コ
ーティングの有無に拘らず、受光する光のパワーに対す
る出力特性を均一にできるので、樹脂コーティングの有
無などのような光学形態の違いに応じて駆動回路を変え
る必要がない。その結果、この受光素子は、１つの駆動
回路を用意すればよいので、製造コストが安価になる。

【００３６】（第３実施形態）図４（ａ）は、本発明の
第３実施形態の受光素子の平面図であり、図４（ｂ）
は、図４（ａ）のＩＩ−ＩＩ’線における断面図であ
る。図４（ａ）、（ｂ）では、コンタクト工程以降に形
成されるコンタクト、メタル配線、および層間絶縁膜は
省略している。図４（ａ）において、第１シリコン酸化
膜３０６、チタン酸化膜３０７、および第２シリコン酸
化膜３０８は省略している。

【００３７】本実施形態の受光素子は、シリコン基板３
００上に、厚みが１μｍで不純物濃度が１Ｅ１８ｃｍ
^−３程度のＰ型拡散層３０１と、厚みが１０〜２０μｍ
程度で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ｃｍ^−３程度の
Ｐ型半導体層３０２とを備える。このＰ型半導体層３０
２上に、厚みが１〜３μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１６
〜１Ｅ１７ｃｍ^−３程度のＮ型半導体層３０３，３０３
を備える。このＮ型半導体層３０３，３０３は、上記Ｐ
型半導体層３０２上にＮ型半導体を積層し、このＮ型半
導体を、表面から上記Ｐ型半導体層３０２に達するＰ型
拡散層３０４によって分割して形成している。上記Ｎ型
半導体層３０３，３０３によって受光部を構成してい
る。上記Ｎ型半導体層３０３，３０３およびＰ型半導体
層３０２の図４（ｂ）における両端部には、上記Ｎ型半
導体層３０３，３０３表面からＰ型拡散層３０１に達す
るＰ型拡散層３０５が設けられている。このＰ型拡散層
３０５によって、上記Ｎ型半導体層３０３，３０３表面
と、Ｐ型拡散層３０１との間のコンタクトを得ている。

【００３８】上記Ｎ型半導体層３０３，３０３の光入射
部と、上記Ｐ型拡散層３０４との表面には、３層の光透
過性膜が配置されている。この３層の光透過性膜は、上
記Ｎ型半導体層３０３，３０３表面に近い側から順に、
膜厚９ｎｍ程度の第１シリコン酸化膜３０６、膜厚３０
ｎｍ程度のチタン酸化膜３０７、および、膜厚２１０ｎ
ｍ程度の第２シリコン酸化膜３０８である。

【００３９】本実施形態の受光素子は、上記３層の光透
過性膜を備えて２箇所に界面を有するので、２層の光透
過性膜を備えて１つの界面に正孔が捕獲される従来の受
光素子よりも、界面に捕獲される正孔の数を分散させる
ことができる。したがって、上記Ｐ型拡散層３０４表面
における電界強度を従来よりも小さくできる。さらに、
上記チタン酸化膜３０７と第２シリコン酸化膜３０８と
の間に捕獲される正孔は、上記Ｐ型拡散層３０４表面か
ら第１シリコン酸化膜３０６とチタン酸化膜３０７とに
よって隔てられる。したがって、上記チタン酸化膜３０
７と第２シリコン酸化膜３０８との間に捕獲される正孔
による電界は、上記Ｐ型拡散層３０４表面において、強
度が格段に小さくなる。したがって、上記Ｐ型拡散層３
０４における導電型の反転が効果的に防止でき、その結
果、受光部のカソード−カソード間の異常なリーク電流
が効果的に抑制できる。

【００４０】また、本実施形態の受光素子は、シリコン
窒化膜よりも屈折率が大きいチタン酸化膜を用いるの
で、受光素子への入射光の反射率を、シリコン窒化膜を
用いるよりも小さくできる。具体的には、樹脂コーティ
ングが施された場合、第１実施形態の第１シリコン酸化
膜１０５と、シリコン窒化膜１０６と、第２シリコン酸
化膜１０７とを備える受光素子は表面反射率が１５％程
度である一方、本実施形態の第１シリコン酸化膜３０６
と、チタン酸化膜３０７と、第２シリコン酸化膜３０８
とを備える受光素子は、表面反射率が略０％にできる。

【００４１】（第４実施形態）図５は、本発明の第４実
施形態の受光素子を示す断面図である。この受光素子
は、第１実施形態と同様のシリコン基板１００と、第１
Ｐ型拡散層１０１と、Ｐ型半導体層１０２と、このＰ型
半導体層１０２上に形成されたＮ型拡散層１０３，１０
３とを備える。上記Ｐ型半導体層１０２およびＮ型拡散
層１０３，１０３上に、第１シリコン酸化膜４０６と、
シリコン窒化膜４０７と、第２シリコン酸化膜４０８と
の３層の光透過性膜を備える。上記シリコン窒化膜４０
７は膜厚が３３ｎｍ程度であり、上記第２シリコン酸化
膜４０８は膜厚が７０ｎｍ程度である。本実施形態で
は、上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みが異なる場合
において、受光素子の一方の電極に１．５Ｖの電圧を印
加し、他方の電極の印加電圧を変化させて、受光部であ
るＮ型拡散層１０３，１０３間のリーク電流特性を調べ
た。このリーク電流は、受光素子に光が入射して出力さ
れる光電流において、ノイズ成分となる。通常、数百μ
ｍ程度の寸法の受光素子で生じる暗電流は数ｐＡ程度で
あるので、受光素子全体としてノイズ成分になる電流を
抑制するために、上記カソード−カソード間のリーク電
流を数ｐＡ程度以下にする必要がある。

【００４２】図６は、印加電圧を変化させた場合のリー
ク電流の変化を示す曲線であって、上記第１シリコン酸
化膜４０６の厚みが、５ｎｍの場合の曲線１００１と、
７ｎｍの場合の曲線１００２と、１０ｎｍの場合の曲線
１００３と、１６ｎｍの場合の曲線１００４とを重ねて
示している。

【００４３】図６から分かるように、上記第１シリコン
酸化膜４０６の厚みが５ｎｍから７ｎｍに増加すると、
全ての印加電圧においてリーク電流が少なくなる。さら
に、上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みが１０ｎｍに
増加すると、全ての印加電圧において、リーク電流がさ
らに減少する。このとき、受光素子の通常の使用時に
は、両電極に各々１．５Ｖの電圧が印加される。しかし
ながら、電圧を印加する回路や電源のばらつきにより、
両極への印加電圧が１．５Ｖを中心に０．３Ｖ程度ばら
つく場合がある。この場合においても、受光部間のリー
ク電流をｐＡのオーダーにできる。上記第１シリコン酸
化膜４０６の厚みが１６ｎｍに増加すると、第１シリコ
ン酸化膜４０６の厚みが１０ｎｍであるよりも、リーク
電流は多少減少する。以上のことから、上記第１シリコ
ン酸化膜４０６の厚みを１０ｎｍ以上にすることによっ
て、リーク電流を効果的に減少させて、出力信号のノイ
ズ成分を効果的に抑制することができると言える。

【００４４】なお、上記光透過性膜が４層である場合、
４層の光透過性膜は３層の光透過性膜よりも正孔を分散
させてＰ型半導体層１０２の表面付近の電界を減少でき
るので、上記Ｐ型半導体層１０２の表面に接して設けら
れるシリコン酸化膜の厚みを１０ｎｍ以上にすることに
よって、上記Ｐ型半導体層１０２の導電型が反転するこ
とによって生じるリーク電流を十分に小さくｐＡオーダ
ーにすることができる。実際に、上記Ｐ型半導体層１０
２表面に、膜厚が１６ｎｍ程度のシリコン酸化膜と、膜
厚が３３ｎｍ程度のシリコン窒化膜と、膜厚が６４ｎｍ
程度のシリコン酸化膜と、膜厚が４９ｎｍ程度のシリコ
ン窒化膜との４層の光透過性膜を設けた場合、上記受光
部の間のＰ型半導体層１０２に流れるリーク電流を、十
分に小さくｐＡオーダーにすることができた。

【００４５】（第５実施形態）図７は、本発明の第５実
施形態の受光素子を示す断面図である。この受光素子
は、不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ^−３程度のＰ型ＧａＮ
（ガリウム窒素）基板５００上に、厚みが１５μｍ程度
で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ｃｍ^−３程度のＰ型
ＧａＮエピタキシャル層５０１を備える。このＰ型Ｇａ
Ｎエピタキシャル層５０１の表面付近に、表面における
不純物濃度が１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ^−３程度の２つの
Ｎ型拡散層５０２，５０２を形成して、受光部を構成し
ている。なお、上記Ｎ型拡散層５０２，５０２は、例え
ばIV価のシリコンのイオン注入で形成してもよい。

【００４６】この受光素子は、少なくとも上記受光部お
よびＰ型ＧａＮエピタキシャル層５０１の上記受光部の
間の部分の上に、３層の光透過性膜を設けている。この
３層の光透過性膜は、上記Ｐ型ＧａＮエピタキシャル層
５０１に近い側から順に、膜厚が９ｎｍの第１シリコン
酸化膜５０３と、膜厚が３９ｎｍ程度のシリコン窒化膜
５０４と、層厚が２１０ｎｍ程度の第２シリコン酸化膜
５０５とである。この３層の光透過性膜によって、この
受光素子への入射光の表面反射率を、３％程度にするこ
とができる。本実施形態においても、製造工程などで生
じる正孔を、上記２つの界面を有する３層の光透過性膜
によって分散して捕獲できる。また、上記シリコン窒化
膜５０４と第２シリコン酸化膜５０５との界面によっ
て、上記Ｐ型ＧａＮエピタキシャル層５０１表面から正
孔を隔離して捕獲できる。したがって、上記Ｐ型ＧａＮ
エピタキシャル層５０１表面付近において、上記正孔で
形成される電界による導電型の反転を防止でき、上記受
光部のカソード−カソード間のリーク電流を効果的に防
止できる。

【００４７】本実施形態では、基板およびこの基板上の
エピタキシャル層に、ＧａＮを用いたが、ガリウムヒ
素、ガリウムアルミニウムヒ素、またはインジウムリン
系などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体や、セレン化亜鉛な
どのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、あるいは、これらの混
晶などによって構成してもよい。

【００４８】（第６実施形態）図８は、本発明の第６実
施形態の回路内蔵型受光装置を示す図である。この回路
内蔵型受光装置は、本発明の受光素子Ｄと、この受光素
子から出力された信号を処理するバイポーラトランジス
タＴとを、同一の半導体基板上に形成して構成してい
る。なお、図８において、メタル配線の処理工程以降の
工程で形成される多層配線や層間膜などは、省略してい
る。

【００４９】本実施形態の回路内蔵型受光装置は、ボロ
ン濃度が１Ｅ１５ｃｍ^−３程度のシリコン基板６００上
に、厚みが１〜２μｍでボロン濃度が１Ｅ１８〜１Ｅ１
９ｃｍ^−３程度の第１Ｐ型拡散層６０１と、厚みが１５
〜１６μｍでボロン濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１４ｃｍ^−３
程度の第１Ｐ型半導体層６０２とが形成されている。こ
の第１Ｐ型半導体層６０２上のバイポーラトランジスタ
が形成される領域の一部には、コレクタとなるＮ型拡散
層６１３が設けられている。上記第１Ｐ型半導体層６０
２およびＮ型拡散層６１３上に、厚みが１〜２μｍでボ
ロン濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１４ｃｍ^−３程度の第２Ｐ型
半導体層６１０が形成されている。この第２Ｐ型半導体
層６１０表面付近には、素子分離を行うための複数のロ
コス領域６０３，６０３・・・が形成されている。

【００５０】受光素子Ｄが形成された領域であって、上
記第２Ｐ型半導体層６１０の表面部分には、リン濃度が
１Ｅ１９〜１Ｅ２０ｃｍ^−３程度で接合深さが０．３〜
０．８μｍ程度の２つのＮ型半導体領域６０４，６０４
が形成されて、受光部を構成している。この受光部の
上、および、上記第２Ｐ型半導体層６１０の上記受光部
の間の部分の上には、４層の光透過性膜が配置されてい
る。この４層の光透過性膜は、上記第２Ｐ型半導体層６
１０に近い側から順に、膜厚が１６ｎｍの第１シリコン
酸化膜６０５、膜厚が３３ｎｍの第１シリコン窒化膜６
０６、膜厚が２１０ｎｍの第２シリコン酸化膜６０７、
および、膜厚が２００ｎｍの第２シリコン窒化膜６０８
である。上記第１Ｐ型半導体層６０２および第２Ｐ型半
導体層６１０には、配線としての第１Ｐ型拡散層６０１
と第２Ｐ型半導体層６１０表面とを接続する第２Ｐ型拡
散層６０９が形成されている。

【００５１】一方、バイポーラトランジスタＴが形成さ
れた領域であって、上記第２Ｐ型半導体層６１０には、
上記Ｎ型拡散層６１３上に位置するように、リン濃度が
２Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ^−３のＮ型ウェル構造６１２が
形成されている。このＮ型ウェル構造６１２の一部に、
ボロン濃度が１Ｅ１７〜２Ｅ１７ｃｍ^−３のＰ型半導体
層が形成されてトランジスタのベース６１５を構成して
いる。さらに、上記ベース６１５を構成するＰ型半導体
層の表面部分に、ヒ素を注入したポリシリコンによる固
層拡散でＮ型半導体層が形成されて、トランジスタのエ
ミッタ６１６を構成している。

【００５２】上記受光素子Ｄには、図示しないカソード
電極と、アノード電極６１１を形成する共に、上記バイ
ポーラトランジスタＴには、コレクタ電極６１７、ベー
ス電極６１８、エミッタ電極６１９を形成している。

【００５３】上記構成によって、上記受光素子Ｄにリー
ク電流が殆ど流れなくて、良好な特性を有する回路内蔵
型受光装置が構成できた。

【００５４】本実施形態において、ＮＰＮ型トランジス
タを用いたが、ＰＮＰ型トランジスタを用いてもよく、
また、ＮＰＮ型とＰＮＰ型との両方のトランジスタを用
いてもよい。また、トランジスタ構造は、本実施形態の
構造に限定されることなく、他の構造を用いることがで
きる。

【００５５】（第７実施形態）図９は、本発明の第７実
施形態の光ディスク装置を示す図であり、この光ディス
ク装置は本実施形態の受光素子を備える。

【００５６】この光ディスク装置は、青色発光の半導体
レーザ７００を備え、この半導体レーザ７００から出射
した光を、トラッキングビーム生成用の回折格子７０１
によって２つのトラッキング用副ビームと１つの信号読
み出し用主ビームとに分けるようにしている。これらの
光を、ホログラム素子７０２を０次光として透過させ
て、コリメートレンズ７０３で平行光に変換した後、対
物レンズ７０４によってディスク盤面７０５上に集光す
る。この集光した光は、上記ディスク盤面７０５で反射
されると共にディスク盤面上に形成されたピットによっ
て光強度が変調され、この変調された反射光を、対物レ
ンズ７０４およびコリメートレンズ７０３を介してホロ
グラム素子７０２に入射させている。このホログラム素
子７０２で、入射光を回折し、この回折した１次光を、
受光素子７０６のＤ１からＤ５までの５つの受光部に入
射させる。そして、上記５つの受光部への入射光に対応
して出力された信号を加算および減算して、読み出し信
号とトラッキング信号とを得ている。

【００５７】上記光ディスク装置は、本発明の受光素子
７０６を備え、この受光素子７０６は受光部間のリーク
電流が少なく、また、入射光の反射率が比較的小さいの
で、高密度の光ディスクを高速に読み出し可能な光ディ
スク装置が得られる。

【００５８】本実施形態において、受光素子７０６に代
えて回路内蔵型受光装置を設けてもよい。この場合、光
ディスク装置の回路構成を簡単にできる。

【００５９】また、本実施形態の光学系に限らず、他の
光学系を用いてもよい。

【００６０】また、青色発光以外の例えば赤色発光の半
導体レーザを用いてもよい。

【００６１】上記実施形態の受光素子において、受光素
子の構成部分のＮ型とＰ型とが逆であってもよい。この
場合、上記複数の光透過性膜の間の界面には電子が蓄積
されるが、この電子で形成される電界強度を従来よりも
減少させて、この電界によって、半導体層の受光部の間
の部分の導電型が反転することが効果的に回避でき、そ
の結果、複数の受光部の間のリーク電流が効果的に減少
できる。

【００６２】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の受光
素子によれば、半導体層上に、複数の受光部が設けられ
た受光素子において、上記複数の受光部と、この複数の
受光部の間の部分との上に、３層以上の光透過性膜を設
け、隣接する上記光透過性膜の材料が互いに異なるの
で、製造工程などで生じた電子または正孔を、２箇所以
上に形成された界面に分散して蓄積し、上記受光部およ
び受光部の間の部分に形成される電界の強さを従来より
も小さくできる。したがって、上記複数の受光部の間の
部分での導電型の反転を防止して、この複数の受光部の
間のリーク電流を抑制できる。また、上記受光素子は、
上記光透過性膜の膜厚を所定厚にすることによって、こ
の受光素子に入射する光の反射率を効果的に低下できる
から、この受光素子の感度が効果的に向上できる。

【００６３】１実施形態の受光素子によれば、１つの上
記光透過性膜はシリコン酸化膜であり、もう１つの上記
光透過性膜はシリコン窒化膜であるので、通常のプロセ
スによって容易かつ安価に、異常なリーク電流が無く、
しかも、入射光の反射率が小さくて良好な感度を有する
受光素子が得られる。

【００６４】１実施形態の受光素子によれば、１つの上
記光透過性膜は、屈折率が比較的高いチタン酸化膜であ
るので、このチタン酸化膜よりも屈折率が小さい例えば
シリコン酸化膜などと組合わせることによって、例えば
受光素子に樹脂をコーティングするか否かに拘らず、受
光素子の表面の反射率を略均一にできる。したがって、
上記受光素子の信号特性が、光学形態に拘らず略同一に
できるので、１つの駆動回路で受光素子が駆動でき、そ
の結果、安価に所望の光学形態で使用できる受光素子が
得られる。

【００６５】１実施形態の受光素子によれば、上記複数
の光透過性膜のうちの上記受光部に最も近い光透過性膜
はシリコン酸化膜であり、このシリコン酸化膜の厚みは
１０ｎｍ以上であるので、上記複数の受光部の間の部分
に生じる電界の強度を効果的に低減できる。したがっ
て、上記受光部の間の部分の導電型の反転を抑制でき
て、上記受光部間の異常なリーク電流を効果的に防止で
きる。

【００６６】本発明の回路内臓型受光装置によれば、上
記受光素子と、この受光素子の複数の受光部からの信号
を処理する信号処理回路とを、同一の半導体基板上に形
成したので、リーク電流が殆ど無く、しかも良好な感度
を有する回路内蔵型受光装置が得られる。

【００６７】１実施形態の光ディスク装置によれば、上
記受光素子または上記回路内蔵型受光装置を備えるの
で、例えば青色レーザ光源などを用いることによって、
高密度記録の光ディスクの読み書きに好適な光ディスク
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の受光
素子の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−
Ｉ’線での断面図である。

【図２】 図２は、本発明の第１実施形態の受光素子と
従来の受光素子とについて、電極間の印加電圧を変化さ
せた際に、複数の受光部のカソード−カソード間に生じ
るリーク電流の変化を示した図である。

【図３】 本発明の第２実施形態の受光素子を示す断面
図である。

【図４】 図４（ａ）は、本発明の第３実施形態の受光
素子の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩ
−ＩＩ’線での断面図である。

【図５】 本発明の第４実施形態の受光素子を示す断面
図である。

【図６】 第１シリコン酸化膜４０６の厚みが、５ｎｍ
の場合と、７ｎｍの場合と、１０ｎｍの場合と、１６ｎ
ｍの場合とについて、印加電圧を変化させた場合のリー
ク電流の変化を示す曲線である。

【図７】 本発明の第５実施形態の受光素子を示す断面
図である。

【図８】 本発明の第６実施形態の回路内蔵型受光装置
を示す図である。

【図９】 本発明の第７実施形態の光ディスク装置を示
す図である。

【符号の説明】

１００ シリコン基板 １０１ 第１Ｐ型拡散層 １０２ Ｐ型半導体層 １０３ Ｎ型拡散層 １０４ 第２Ｐ型拡散層 １０５ 第１シリコン酸化膜 １０６ シリコン窒化膜 １０７ 第２シリコン酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 善彦 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 大久保 勇 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 AA05 AB10 BA06 CA03 CA33 CA34 CB13 FC03 FC09 FC18 5D119 AA11 AA22 AA38 AA43 BA01 DA01 DA05 EA02 EC41 FA05 JA02 JA14 JA15 JA22 JA43 KA17 KA20 KA43 NA06 5F049 MA04 MB02 MB07 NA02 NA05 NB08 PA09 PA10 QA03 QA05 QA20 RA08 SS02 SS04 SZ03 SZ04 UA01 UA20 WA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体層上に、複数の受光部が設けられ
   た受光素子において、 上記複数の受光部と、この複数の受光部の間の部分との
   上に、３層以上の光透過性膜を設け、隣接する上記光透
   過性膜の材料が互いに異なることを特徴とする受光素
   子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の受光素子において、 １つの上記光透過性膜はシリコン酸化膜であり、もう１
   つの上記光透過性膜はシリコン窒化膜であることを特徴
   とする受光素子。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の受光素子にお
   いて、 １つの上記光透過性膜は、チタン酸化膜であることを特
   徴とする受光素子。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   受光素子において、 上記複数の光透過性膜のうちの上記受光部に最も近い光
   透過性膜はシリコン酸化膜であり、このシリコン酸化膜
   の厚みは１０ｎｍ以上であることを特徴とする受光素
   子。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   受光素子と、この受光素子の複数の受光部からの信号を
   処理する信号処理回路とを、同一の半導体基板上に形成
   したことを特徴とする回路内蔵型受光装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   受光素子または請求項５に記載の回路内蔵型受光装置を
   備えた光ディスク装置。