JP2004303878A - 受光素子アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子アレイにおいて受光領域外への入射光に対する感度の抑制および隣接セル間のクロストーク低減化を可能にする。
【解決手段】基板には、複数個のフォトダイオードが列状に配列されたアレイを取り囲むようにガードリング１８が形成されている。ガードリングには電極４２が設けられており、基板の裏面に設けられたコモン電極と電気的に接続されている。フォトダイオードの受光領域外に入射する光によって生起されたキャリアで、ガードリングに向かって拡散するものは、ガードリングに吸収される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光素子アレイ、特にガードリングを備える受光素子アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、受光素子アレイに用いられる受光素子として、例えば、特許文献１に開示されたフォトダイオードが知られている。
【０００３】
図１に、この従来のフォトダイオードを用いたフォトダイオード・アレイ１０の平面図を示す。フォトダイオードは、ｎ型ＩｎＰ基板上にノンドープ（ｉ型）ＩｎＧａＡｓ層，ｎ型ＩｎＰ層を形成し、ＩｎＰ層にＺｎを拡散してｐ型拡散領域を形成したｐｉｎフォトダイオードである。このようなフォトダイオードが列状に配列されている。１２は各フォトダイオードの受光領域を、１４は各フォトダイオードの電極を示す。ＩｎＰ基板の裏面には、コモンの電極が設けられている。
【０００４】
このようなフォトダイオード・アレイは、光通信における受光素子アレイとしてよく用いられる。光通信においては、フォトダイオード・アレイは、波長によって受光する領域（セル）を切換える目的で使用されることが多いため、通常、分光器等との組み合わせで使用される。光信号は、そこに含まれる波長に応じて分光され、フォトダイオード・アレイの対応する受光領域（セル）で受光される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１００７９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフォトダイオード・アレイは、受光領域外に入射した光、あるいは隣接するセルに入射した光に対しても感度を有する（クロストークが発生する）ため、誤って信号として認識する可能性が生じる。これは、キャリアが拡散によってある確率で近接セルに到達し、電流（信号）として検出されるためである。
【０００７】
また、従来のフォトダイオード・アレイは、隣接セル間のクロストーク低減化のために、セル間のピッチを広くするという方法が考えられるが、フォトダイオードと組み合わせる分光器などの構成に影響を与えるため自由に設計変更することが難しい。フォトダイオード・アレイの隣接セル間のピッチを変更すると分光器も設計変更が必要となるためである。
【０００８】
その他のクロストーク低減化法として、セル間を金属膜で遮光する方法があるが、その場合、金属膜で反射された光が迷光となって新たなキャリアを発生し、結果的にクロストークを悪化させる原因となり得る。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、フォトダイオード・アレイにガードリングを設けることで、受光領域外への入射光に対する感度の抑制および隣接セル間のクロストーク低減化を可能にすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、列状に並んだフォトダイオードを取り囲むようにガードリングを形成する。ガードリングはフォトダイオードと同様に拡散技術によって作製する。また、ガードリングには電極を設け、ｐｎ接合への逆バイアス印加を可能とする。
【００１１】
ガードリングを設けることにより、受光領域外へ入射した光によって発生したキャリアをガードリングで捕獲し、近接セルへの拡散を抑制することができる。
【００１２】
このように、近接セルへのキャリアの拡散を抑制することにより、受光領域外への入射光に対して感度を抑制することができる。また、隣接するセルの間に入射した光によって発生したキャリアに対しても拡散を抑制できるため、結果的にクロストーク低減化が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
【第１実施例】
図２に、本発明の第１実施例であるガードリングつきフォトダイオード・アレイ１６の構成を示す。図２において、ガードリング１８は受光領域（セル）と同様、拡散技術により作製したｐｎ接合であり、列状に配列されたフォトダイオードを取り囲むように形成されている。
【００１４】
図３に、図２のＸ−Ｘ′線断面を示す。ｎ型ＩｎＰ基板３０上にノンドープ（ｉ型）ＩｎＧａＡｓ層３２，ｎ型ＩｎＰ層３４を形成し、ＩｎＰ層３４にＺｎを拡散してｐ型拡散領域を形成する。拡散領域３６はフォトダイオードの受光領域１２を、拡散領域３８はガードリング１８を構成する。各受光領域１２上には、ｐ型電極（アノード）１４が形成され、ｎ型ＩｎＰ基板３０の裏面には、コモンのｎ型電極（カソード）４０が形成される。
【００１５】
図２に示すように、ガードリング１８には電極４２を設けてあり、コモン電極４０と電気的に接続することで外部に光電流を流すことができる。また、電極４２を、コモン電極４０に接続することなく、電極４２とコモン電極４０との間に逆バイアスを印加することも可能である。
【００１６】
図４は、ガードリングつきフォトダイオード・アレイ１６に光が入射した時のキャリア（図中の●印）の動きを示す。図４（Ａ）は平面図を、図４（Ｂ）はＹ−Ｙ′線断面図を示す。図は光が受光領域外に入射した場合を示しているが、受光素子としては迷光など受光領域外への入射光に対して感度を持たないことが望ましい。つまり、図中の実線矢印で示す方向、すなわち受光領域への方向へのキャリアの移動は、できる限り抑制する必要がある。
【００１７】
図５は、図６に示すようにＸ−Ｙ座標軸を原点０を受光領域の中心に位置させて設定したときの、Ｙ方向すなわちガードリングへの方向に対する光感度分布の測定結果を示している。なおＸ方向は、フォトダイオードの配列方向にとる。
【００１８】
図５において、曲線Ａは本実施例のガードリング有りの場合の光感度分布を、曲線Ｂはガードリング無しの場合の光感度分布を示している。
【００１９】
光感度は、受光領域の電極から取り出される電流の値から求めている。光の入射位置が受光領域から外れると、原点０から離れるに従って光感度が低下するが、カードリング１８が有る場合の方が無い場合よりも低減効果が大きくなっている。これは、ガードリング１８を形成した場合、図４に示す点線矢印の方向へ拡散してきたキャリアをガードリング１８で捕獲することにより、受光領域側へのキャリアの拡散を抑制できることを示している。
【００２０】
【第２実施例】
図７は、本発明の第２の実施例であるガードリングつきフォトダイオード・アレイ４４を示す。各セルを取り囲むようにはしご状ガードリング４６を構成する。４８は、ガードリング４６上に形成された電極である。
【００２１】
このような構成のガードリングは、受光領域外へ入射した光によって発生したキャリアをより効果的に捕獲することができる。これは、Ｘ方向に対する光感度分布を測定することで確認することができる。Ｘ方向の原点は、受光領域の中心である。図８はその測定結果を示す。曲線Ｃはガードリング有りの場合の光感度分布を、曲線Ｄはガードリング無しの場合の光感度分布を示している。これら曲線から、ガードリング効果により受光領域外の光に対する光感度が十分低減できることがわかる。またこの場合、結果的に隣接セルとのクロストークも低減化できる。
【００２２】
【第３実施例】
第１実施例および第２実施例のガードリング効果は、ガードリングとセルの距離が近いほど大きくなるが、セルおよび電極の形状や配置に応じてガードリングパターンを変形することは可能である。
【００２３】
図９は、第１実施例の変形例であり、フォトダイオード・アレイの電極側に直線状のガードリング５０，５２を２列に配列したものである。５４，５６は、各ガードリング５０，５２上に形成された電極である。
【００２４】
図１０は、第２実施例の変形例であり、フォトダイオード・アレイの電極側に、櫛歯状のガードリング６０，６２を２列に配列したものである。６４，６６は、各ガードリング６０，６２上に形成された電極である。
【００２５】
いずれの構成でも、ある一定の効果を得ることができる。
【００２６】
第１〜第３実施例のフォトダイオード・アレイ（図２，図７，図９および図１０）において、各受光素子の電極は交互に配置されているが、電極は１列に並ぶようにどちらか一方の側に配置しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の受光素子アレイによれば、ガードリングを設けることで、受光領域外への入射光に対する感度の抑制および隣接セル間のクロストーク低減化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフォトダイオードを用いたフォトダイオード・アレイの平面図である。
【図２】本発明の第１実施例であるガードリングつきフォトダイオード・アレイの構成を示す平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ′線断面図である。
【図４】ガードリングつきフォトダイオード・アレイに光が入射した時のキャリアの動きを示す図である。
【図５】Ｙ方向に対する光感度分布の測定結果を示す図である。
【図６】Ｘ−Ｙ座標軸を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例であるガードリングつきフォトダイオード・アレイを示す平面図である。
【図８】Ｘ方向に対する光感度分布の測定結果を示す図である。
【図９】第１実施例の変形例を示す平面図である。
【図１０】第２実施例の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，１６，４４ フォトダイオード・アレイ
１２ 受光領域
１４ 各フォトダイオードの電極
１８，４６，５０，５２，６０，６２ ガードリング
３０ ｎ型ＩｎＰ基板
３２ ノンドープＩｎＧａＡｓ層
３４ ｎ型ＩｎＰ層
３６，３８ 拡散領域
４０ コモンのｎ型電極
４２，４８，５４，５６，６４，６６ ガードリング電極

Claims (8)

1. 複数個の受光素子が列状に配列され、裏面にコモン電極が設けられた基板と、
   前記複数個の受光素子を全体として取り囲むように形成されたガードリングと、
   前記ガードリング上に形成された電極と、
   を備える受光素子アレイ。
2. 複数個の受光素子が列状に配列され、裏面にコモン電極が設けられた基板と、
   前記複数個の受光素子をそれぞれ取り囲むように形成されたガードリングと、
   前記ガードリング上に形成された電極と、
   を備える受光素子アレイ。
3. 複数個の受光素子が列状に配列され、裏面にコモン電極が設けられた基板と、
   前記複数個の受光素子を挟むようにして配列方向に延びるように形成された直線状のガードリングと、
   前記ガードリング上にそれぞれ形成された電極と、
   を備える受光素子アレイ。
4. 複数個の受光素子が列状に配列され、裏面にコモン電極が設けられた基板と、
   前記複数個の受光素子を挟むようにして配列方向に延びるように形成された櫛歯状のガードリングと、
   前記ガードリング上にそれぞれ形成された電極と、
   を備える受光素子アレイ。
5. 前記受光領域は、拡散技術によって作製されたｐｉｎフォトダイオードである、請求項１〜４のいずれかに記載の受光素子アレイ。
6. 前記ガードリングは、前記フォトダイオードの作製時の拡散技術によって作製されたｐｎ接合よりなる請求項５に記載の受光素子アレイ。
7. 前記ガードリング上に形成された電極と、前記コモン電極とが接続されている請求項６に記載の受光素子アレイ。
8. 前記ガードリング上に形成された電極と、前記コモン電極との間に、前記ｐｎ接合に対し逆バイアスになるように電圧を印加する請求項６に記載の受光素子アレイ。

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