JP2004055743A

JP2004055743A - 受光素子及び受光モジュール

Info

Publication number: JP2004055743A
Application number: JP2002209679A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nishimura; 西村　晋
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【目的】感度の良い受光素子を提供すること。
【構成】低濃度の不純物を含んだ半導体基板２と、半導体基板の表面に形成した第１導電型表面高濃度不純物層５と、第１導電型表面高濃度不純物層５に接続した第１導電型表面電極８と、半導体基板の表面に形成した第２導電型表面高濃度不純物層６と、第２導電型表面高濃度不純物層６に接続した第２導電型表面電極９と、基板２の裏面に形成した第２導電型裏面高濃度不純物層１０と、第２導電型裏面高濃度不純物層１０に接続した第２導電型裏面電極１１とを備え、第１導電型表面高濃度不純物層５と半導体基板２と第２導電型表面高濃度不純物層６とによって基板２の表面と平行な方向の第１の受光部３を形成し、第１導電型表面高濃度不純物層５と半導体基板２と第２導電型裏面高濃度不純物層１０とによって基板２の厚さ方向の第２の受光部４を形成したことを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受光素子とそれを備える受光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線タイプの光リモコンに用いられる受光モジュールは、受光モジュールの構成部品である受光素子が電磁ノイズに対して弱いので、電磁ノイズに対する種々のシールドが施されている。
【０００３】
電磁シールドは、一般的に、金属製のシールドケースによって受光素子を覆い、金属製ケースをグランド電位に接続する方式、受光素子をモールドする樹脂内に受光素子の受光面を覆うようにメッシュ状金属や透明な導電体を配置し、それらをグランド電位に接続する方式が知られているが、部品点数が増加するという問題を有している。
【０００４】
部品点数を削減することが可能な構成として、図５に示すように、低濃度のＮ型の半導体基板１００の表面に受光部を構成する高濃度のＮ型層１０１とＰ型層１０２を基板１００の表面と同方向に配置し、Ｎ型層１０１に接続した信号出力用のＮ型電極１０３をＩＣ（図示せず）にワイヤボンド線１０４を用いて接続し、受光窓となるＰ型層１０２に接続したＰ型電極１０５をワイヤボンド線１０６を用いてリード１０７のグランド電位に接続するものが知られている。
【０００５】
しかしながら、図５に示すように、シールドのために受光窓を構成する表面の高濃度をグランドに接続する構成では、信号のリーク防止のために、半導体基板１００をグランド電位に接続されたリード（リードフレームや回路パターン）に絶縁性接着剤１０８で接着する必要があり、その絶縁が不充分であると、受光素子に信号のリークが発生する。そのため、受光感度か低下するという問題を有している。
【０００６】
また、図５に示すような構成では、ＰＮ接合が基板の表面と同方向に配置され、空乏層の拡がりが半導体基板の厚さ（深さ）方向ではなく、基板の表面と同方向になってしまう。光リモコンで使用される赤外線などの長波長帯の光は、短波長帯の光に比べて光浸透性が良いので、基板１００の１００μｍ前後の深さまで到達可能であり、図５のような表面近傍のみに光吸収層として機能する空乏層が形成される構成では、受光感度が低下してしまうという問題を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、受光素子の感度を高めることを課題の１つとする。また、部品点数を削減することを課題の１つとする。耐電磁ノイズ特性を向上させることを課題の１つとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の受光素子は、請求項１に記載のように、低濃度の不純物を含んだ半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成した第１導電型表面高濃度不純物層と、この第１導電型表面高濃度不純物層に接続した第１導電型表面電極と、前記半導体基板の表面に形成した第２導電型表面高濃度不純物層と、この第２導電型表面高濃度不純物層に接続した第２導電型表面電極と、前記基板の裏面に形成した第２導電型裏面高濃度不純物層と、この第２導電型裏面高濃度不純物層に接続した第２導電型裏面電極とを備え、前記第１導電型表面高濃度不純物層と前記半導体基板と前記第２導電型表面高濃度不純物層とによって前記基板の表面と平行な方向の第１の受光部を形成し、前記第１導電型表面高濃度不純物層と前記半導体基板と前記第２導電型裏面高濃度不純物層とによって前記基板の厚さ方向の第２の受光部を形成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の受光素子は、請求項２に記載のように、前記第２導電型表面高濃度不純物層を囲むように前記第１導電型表面高濃度不純物層を配置することができる。
【００１０】
本発明の受光素子は、請求項３に記載のように、前記半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、前記第１、第２導電型表面電極は前記絶縁膜に形成したスルーホールを介して前記第１、第２導電型表面高濃度不純物層に接続した構成とすることができる。
【００１１】
本発明の受光素子は、請求項４に記載のように、前記第２導電型表面電極は、絶縁膜を介して前記第１導電型表面高濃度不純物層の半分以上の面積を覆う構成とすることができる。
【００１２】
本発明の受光モジュールは、請求項５に記載のように、上記いずれかに記載の受光素子をリードに導電性接着剤によって固定した構成とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。　図１は本発明の受光素子の実施形態を示す断面図、図２はその平面図である。図１は図２のＡ−Ａに沿った断面を表す。
【００１４】
受光素子１は、不純物濃度が低い半導体基板２の表面と平行な方向に第１の受光部３を形成し、基板２の厚さ方向（基板の表面と垂直な方向）に第２の受光部４を形成している。第１、第２の受光部３，４は、フォトダイオード、例えばＰＩＮ型のフォトダイオードで構成している。第１、第２の受光部３，４は、一方の電極、この例ではカソード側の電極を共通に接続している。
【００１５】
基板２は、実質的に真性と見なすことが出来る程度に不純物濃度が低いＳｉ基板を用いている。この例では、不純物濃度が４×１０１３ｃｍ^−３以下で、厚さが３００μｍ程度の第１導電型（Ｎ型）のＳｉ基板を用いている。この基板２は、高抵抗で例えば５００Ωｃｍ以上の比抵抗に設定され、低濃度不純物層（Ｎ−）として機能する。基板２は、不純物濃度が４×１０１３ｃｍ^−３以下で、厚さが３００μｍ程度の第２導電型（Ｐ型）のＳｉ基板を用いることも出来、この場合は低濃度の不純物層（Ｐ−）として機能する。
【００１６】
前記半導体基板２の表面には、第１受光部３を構成する第１導電型表面高濃度不純物層５と第２導電型表面高濃度不純物層６を隣り合わせで形成している。第１導電型表面高濃度不純物層５は、第２導電型表面高濃度不純物層６を囲むように環状にＮ型不純物、例えばリン（Ｐ）を拡散させて形成している。第１導電型表面高濃度不純物層５はシート抵抗が２０Ω／□程度、深さ（厚さ）が１〜２μｍに形成され、高濃度のＮ層（Ｎ＋）として機能する。
【００１７】
基板２の表面中央部に位置する第２導電型表面高濃度不純物層６は、Ｐ型不純物、例えばボロン（Ｂ）を拡散させて形成している。この第２導電型表面高濃度不純物層６は、不純物濃度が３×１０^１９ｃｍ^−３程度、深さ（厚さ）が３μｍ程度に形成され、高濃度のＰ層（Ｐ＋）として機能する。
【００１８】
基板２の表面の全面には、光透過性の絶縁膜７を形成している。絶縁膜７は、表面保護膜および反射防止膜としても機能し、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって形成している。この絶縁膜７の上に、絶縁膜７のコンタクトホールを介して第１導電型表面高濃度不純物層５に接続した第１導電型表面電極８と、絶縁膜７のコンタクトホールを介して第２導電型表面高濃度不純物層６に接続した第２導電型表面電極９を配置している。電極８，９は、アルミニウム等の金属をワイヤボンド接続に耐え得る程度の厚さ（１〜３μｍ）に蒸着し、フォトリソグラフィにより不要部分を除去することによって、所定のパターンに形成される。電極８と電極９のパターンによって、第１導電型表面高濃度不純物層５の大部分を絶縁層７を介して覆うようにしている。電磁シールド効果を得るために、電気的に高ゲインを有する層、この例では表面高濃度不純物層５の半分以上を電極９のパターンによって覆っている。
【００１９】
基板２の裏面には、第２受光部を構成する第２導電型裏面高濃度不純物層１０を形成している。第２導電型裏面高濃度不純物層１０は、Ｐ型不純物、例えばボロン（Ｂ）を拡散させて形成している。この第２導電型裏面高濃度不純物層１０は、不純物濃度が３×１０^１９ｃｍ^−３程度、深さ（厚さ）が１００〜２００μｍの範囲に形成され、高濃度のＰ層（Ｐ＋）として機能する。第２導電型裏面高濃度不純物層１０の深さ（厚さ）は、第２導電型表面高濃度不純物層６の深さよりも十分に深くなるように設定されているとともに、基板２の低濃度不純物層（Ｎ−）の厚さが９０〜１５０μｍの範囲内に得られるような範囲に設定されている。
【００２０】
基板２の裏面には、第２導電型裏面高濃度不純物層１０に接続した第２導電型裏面電極１１を配置している。電極１１は、アルミニウムあるいは金等の金属を蒸着して形成している。
【００２１】
この様な構成により、横方向と縦方向、すなわち基板２の表面に対して平行な方向と垂直な方向の２種類の受光部（フォトダイオード）３，４が形成される。一方の受光部３の一対の電極８，９は、受光素子１の一方の面に形成され、他方の受光部４の一対の電極８，１１は、受光素子１の一方と他方の面に形成されている。
【００２２】
このように、表面のみならず、深さ方向にも受光部４を形成しているので、例えば２つの受光部３，４を並列に接続することにより、受光感度、特に光リモコン等で使用される長波長帯（８００〜１０００ｎｍ）の感度を高めることができる。もちろん、２つの受光部３，４を、別々に扱うこともできる。
【００２３】
上記の実施形態において、各層に含まれるＰ型とＮ型の不純物を逆の導電型に変更しても良い。
【００２４】
図３は、前記受光素子１を備える受光モジュール２０の実施形態を示す要部断面図、図４はその要部平面図である。このモジュール２０は、金属製のリードフレーム２１に受光素子１とその増幅駆動用ＩＣ２２をマウントし、それらを可視光遮光用の成分を含んだ絶縁性樹脂２３によって一体にモールドした構造としている。ここで、受光素子１とその増幅用ＩＣ２２はそれぞれの裏面電極がリード２１に電気的に接続するように、導電性接着剤２４，２５によりリード２１上にマウントしている。２つの受光部３，４を並列に接続するために、リード２１と第２導電型表面電極９の間をワイヤボンド配線２６によって接続している。別のワイヤボンド配線２７によって、受光素子１の出力となる第１導電型表面電極８とＩＣの入力電極の間を接続している。ＩＣ２２の信号出力となる電極と別のリード２８間を別のワイヤボンド配線３０によって接続し、ＩＣ２２の駆動電源用電極とさらに別のリード２９間を、さらに別のワイヤボンド配線３１によって接続している。
【００２５】
リード２１を基準電位、例えばアース電位に接続することにより、受光素子１の表側の電極９がアース電位に保たれるので、受光素子１の表と裏の電極９，１１、並びに第２導電型高濃度不純物層６，１０をアース電位に保つことができ、素子１の表裏を広範囲にシールドすることによって、電磁のノイズによる影響を受けにくくすることができる。
【００２６】
従来のように金属導電体を電磁シールドとして用いた場合、入射光が金属導電体により反射され、実効的受光面積が減少する（入射光がロスする）が、上記の実施形態によれば、これを解消できる。従来のように金属導電体を電磁シールドとして用いた場合、実効的受光面積が減少するため、あまり広域に金属導電体を受光素子表面に配置することができない事から有効な電磁シールドとしては、不十分であるが、上記実施形態では、受光素子１表面と裏面自体がシールド層となるため十分な電磁シールド効果が得られる。
【００２７】
樹脂封止を行なっている従来の受光モジュールは、内部の受光素子表面にメッシュ状金属導電体を形成していることが多いが、このような場合は、直接素子表面に透明電導体を形成するため、等価的に素子表面で平行平板コンデンサーを生じてしまい、素子の容量が増大し受光モジュールに搭載した場合到達距離が短くなってしまう。しかしながら、上記実施形態によれば、素子容量の増大を防止でき、受光モジュール搭載時の到達距離が損なわれない。
【００２８】
受光素子１自体に電磁シールド機能を有する為、従来、耐電磁ノイズとして、受光モジュール内部に装着した透明導電性フィルム（金属化フィルム）、更には、モジュールケース受光窓のメッシュ構造をもが不要となる。以上のように、電磁シールド用部品が削除できるため、超小型受光モジュールの提供が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、受光素子の感度を高めることができる。また、部品点数を削減することができる。耐電磁ノイズ特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受光素子の実施形態を示す断面図である。
【図２】同実施形態の平面図である。
【図３】本発明の受光モジュールの実施形態を示す断面図である。
【図４】同実施形態の平面図である。
【図５】従来例を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１　受光素子
２　基板
３　受光部
４　受光部

Claims

低濃度の不純物を含んだ半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成した第１導電型表面高濃度不純物層と、この第１導電型表面高濃度不純物層に接続した第１導電型表面電極と、前記半導体基板の表面に形成した第２導電型表面高濃度不純物層と、この第２導電型表面高濃度不純物層に接続した第２導電型表面電極と、前記基板の裏面に形成した第２導電型裏面高濃度不純物層と、この第２導電型裏面高濃度不純物層に接続した第２導電型裏面電極とを備え、前記第１導電型表面高濃度不純物層と前記半導体基板と前記第２導電型表面高濃度不純物層とによって前記基板の表面と平行な方向の第１の受光部を形成し、前記第１導電型表面高濃度不純物層と前記半導体基板と前記第２導電型裏面高濃度不純物層とによって前記基板の厚さ方向の第２の受光部を形成したことを特徴とする受光素子。
前記第２導電型表面高濃度不純物層を囲むように前記第１導電型表面高濃度不純物層を配置したことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
前記半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、前記第１、第２導電型表面電極は前記絶縁膜に形成したスルーホールを介して前記第１、第２導電型表面高濃度不純物層に接続したことを特徴とする請求項２記載の受光素子。
前記第２導電型表面電極は、絶縁膜を介して前記第１導電型表面高濃度不純物層の半分以上の面積を覆うことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
請求項１〜４のいずれかに記載の受光素子をリードに導電性接着剤によって固定したことを特徴とする受光モジュール。