JP2005158834A - Optical semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受光素子を有した光半導体装置に関し、特に、受光素子とCMOSとが同一基板上に形成された光半導体装置に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device having a light receiving element, and more particularly to an optical semiconductor device in which a light receiving element and a CMOS are formed on the same substrate.
近年、DVD(Digital Video Disk)や赤外線通信などの光検出に用いる光検出素子として、受光素子(例えばフォトダーオード)とその周辺回路を同一基板上に形成した光半導体装置が注目されている。上記光半導体装置によれば、受光素子とその周辺回路を、それぞれ別個に形成する必要が無くなるため、光半導体装置の製造コストを極力低減することが可能となる。また、光半導体装置外部からの電磁干渉を極力低く抑えることができる。 2. Description of the Related Art In recent years, an optical semiconductor device in which a light receiving element (for example, photodiode) and its peripheral circuit are formed on the same substrate has attracted attention as a light detecting element used for light detection such as a DVD (Digital Video Disk) or infrared communication. According to the above optical semiconductor device, it is not necessary to separately form the light receiving element and its peripheral circuit, so that the manufacturing cost of the optical semiconductor device can be reduced as much as possible. In addition, electromagnetic interference from the outside of the optical semiconductor device can be suppressed as low as possible.
次に、従来例に係る光半導体装置について、図面を参照して説明する。図5は、従来例に係る光半導体装置の概略断面図である。図5に示すように、p型半導体基板10の表面に、フォトダイオード部20sが形成されている。そして、フォトダイオード部20sに隣接した位置には、周辺回路部30が形成されている。
Next, an optical semiconductor device according to a conventional example will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a conventional example. As shown in FIG. 5, a photodiode portion 20 s is formed on the surface of the p-
ここで、フォトダイオード部20sでは、端子aに接続されたp+型拡散層21psが、p型半導体基板10の表面に形成されている。端子aは、不図示の抵抗Rを介して接地されている。p+型拡散層21psに隣接する位置のp型半導体基板10の表面には、第2のn型ウェル22sが形成されている。第2のn型ウェル22sの表面には、端子bに接続されたn+型拡散層21nsが形成されている。端子bには、電源電圧Vddが供給されている。
Here, in the photodiode portion 20 s, a p + -type diffusion layer 21 ps connected to the terminal a is formed on the surface of the p-
また、周辺回路部30には、第2のn型ウェル31が、上記フォトダイオード部20sに形成された第2のn型ウェル22sと同じ深さ(p型半導体基板10の表面からの深さ)を有して形成されている。さらに、第2のn型ウェル31には、p型ウェル32p及び第1のn型ウェル32nが、互いに隣り合って形成されている。p型ウェル32pには、n+型拡散層33n,34nから成るソース及びドレイン、及び絶縁膜を介して形成されるゲート電極35nを有したnチャンネル型MOSトランジスタNMOSが形成されている。また、第1のn型ウェル32nには、p+型拡散層33p,34pから成るソース及びドレイン、及び絶縁膜を介して形成されるゲート電極35pを有したpチャンネル型MOSトランジスタPMOSが形成されている。即ち、周辺回路部30は、nチャンネル型MOSトランジスタNMOS及びpチャンネル型MOSトランジスタPMOSから成るCMOSトランジスタにより構成される。
Further, in the peripheral circuit portion 30, the second n-
次に、従来例に係る光半導体装置の動作について、図5を参照すると共に、図6に示すフォトダイオード部20sの等価回路図を参照して説明する。ここで、検出対象となる光は、赤外線光であるものとする。フォトダイオード部20sに、検出対象となる光が入射すると、入射光は、第2のn型ウェル22s、第2のn型ウェル22sとp型半導体基板10との境界に存在する空乏層23s、及び空乏層23sの外側のp型半導体基板に到達する。この場合、第2のn型ウェル22s、空乏層23s、及びp型半導体基板10には、自由電子及び正孔の対(以下、「電子−正孔対」と略称する)が発生する。
Next, the operation of the optical semiconductor device according to the conventional example will be described with reference to FIG. 5 and the equivalent circuit diagram of the photodiode portion 20s shown in FIG. Here, it is assumed that the light to be detected is infrared light. When light to be detected is incident on the photodiode portion 20s, the incident light is incident on the
上記電子−正孔対のうち、空乏層23s中で発生した電子−正孔対の電子及び正孔は、第2のn型ウェル22sとp型半導体基板10との境界近傍の電界により加速され、それぞれ、p+型拡散層21psの端子a側、及びn+型拡散層21nsの端子bに移動し、結果として端子a及び端子bとの間に電流が流れる。この電流をドリフト電流と呼ぶ。一方、第2のn型ウェル22s及びp型半導体基板10で発生した電子−正孔対の電子及び正孔は、それらの分布密度勾配応じた拡散により、それぞれ端子a及び端子bに移動し、結果として電流が流れる。この電流を拡散電流と呼ぶ。
Among the electron-hole pairs, electrons and holes generated in the
これらのドリフト電流及び拡散電流は、フォトダイオード部20sにおける逆方向電流Iである(図6参照の矢印参照)。これらの逆方向電流Iは、接地された抵抗Rに流れる。そして、その抵抗Rによる電圧降下によって生じた電圧が、増幅器AMPにより増幅され、光検出信号として出力される(図6参照)。 These drift current and diffusion current are the reverse current I in the photodiode portion 20s (see arrows in FIG. 6). These reverse currents I flow through the grounded resistor R. The voltage generated by the voltage drop due to the resistor R is amplified by the amplifier AMP and output as a light detection signal (see FIG. 6).
なお、関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
しかしながら、従来例に係る光半導体装置では、検出する対象となる光の波長によっては、その光エネルギーの検出が充分に行われないという問題が生じていた。 However, in the optical semiconductor device according to the conventional example, there has been a problem that the light energy cannot be sufficiently detected depending on the wavelength of light to be detected.
即ち、例えば赤外線を検出しようとする場合、入射する赤外線光の光エネルギーは、シリコン基板の深部(例えば20μm)まで侵入する。しかし、従来例に係る光半導体装置では、そのウェルの深さ、即ち第2のn型ウェル22sの深さは、高々5μm程度である。従って、空乏層23sも上記深さに存在する。よって、入射する光の光エネルギーの大半は、光の検出効率が高い空乏層23sでの電子−正孔対の生成に寄与せずに、空乏層23sより深いp型半導体基板10中での電子−正孔対の生成に寄与する。即ち、上記光の検出は、ドリフト電流に依らず、拡散電流を主体に行われるため、その光を検出する際の効率が低下していた。
That is, for example, when detecting infrared rays, the light energy of incident infrared rays penetrates to the deep part (for example, 20 μm) of the silicon substrate. However, in the optical semiconductor device according to the conventional example, the depth of the well, that is, the depth of the second n-
また、p型半導体基板10中におけるp+型拡散層21psとn+型拡散層21nsとの間の抵抗が高抵抗であると共に、電子−正孔対の移動距離が長距離であったため、光エネルギーを検出の際の高周波応答特性が低下していた。
In addition, since the resistance between the p + type diffusion layer 21 ps and the n + type diffusion layer 21 ns in the p-
そこで、本発明は、光エネルギーの検出効率及び高周波応答特性を向上させた光半導体装置を提供するものである。 Accordingly, the present invention provides an optical semiconductor device with improved light energy detection efficiency and high frequency response characteristics.
本発明の光半導体装置は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、第1導電型(p型)半導体基板と、その第1導電型半導体基板の表面に形成された受光部と、第1導電型半導体基板の表面で前記受光部に隣接する位置に形成された周辺回路部と、を有し、上記受光部は、周辺回路部よりも深く形成された複数の拡散領域(拡散層)から成ることを特徴とする。 The optical semiconductor device of the present invention has been made in view of the above-described problems, and includes a first conductivity type (p-type) semiconductor substrate, a light receiving portion formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, A peripheral circuit portion formed at a position adjacent to the light receiving portion on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and the light receiving portion includes a plurality of diffusion regions (diffusion layers) formed deeper than the peripheral circuit portion. ).
また、本発明の光半導体装置は、上記構成の複数の拡散領域が、第1導電型半導体基板の表面に形成された溝内に埋め込まれた第1導電型拡散領域(p+型拡散層)及び第2導電型拡散領域(n+型拡散層)から成り、第1導電型拡散領域及び第2導電型拡散領域は、互いに異なる導電型拡散領域が隣り合うようにして形成され、フォトダイオードを構成していることを特徴とする。 The optical semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type diffusion region (p + type diffusion layer) in which a plurality of diffusion regions having the above-described configuration are embedded in a groove formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate. It consists of a second conductivity type diffusion region (n + type diffusion layer), and the first conductivity type diffusion region and the second conductivity type diffusion region are formed so that different conductivity type diffusion regions are adjacent to each other, and constitute a photodiode. It is characterized by.
また、本発明の光半導体装置は、上記構成の複数の拡散領域が、第1導電型半導体基板の表面に形成された溝内に埋め込まれた複数の第2導電型拡散領域から成り、複数の第2導電型拡散領域は、互いに隣接して形成され、フォトトランジスタを構成していることを特徴とする。 In the optical semiconductor device of the present invention, the plurality of diffusion regions having the above-described configuration includes a plurality of second conductivity type diffusion regions embedded in grooves formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, The second conductivity type diffusion regions are formed adjacent to each other and constitute a phototransistor.
また、本発明の光半導体装置は、上記構成の周辺回路部が、CMOSトランジスタから成ることを特徴とする。 The optical semiconductor device of the present invention is characterized in that the peripheral circuit portion having the above-described configuration is formed of a CMOS transistor.
本発明は、光半導体装置の受光素子が形成される受光部(フォトダイオード部やフォトトランジスタ部)表面に、周辺回路部よりも深く延びた複数のトレンチ(幅の狭い溝)を形成して、そのトレンチ内にp+型拡散層またはn+型拡散層を形成した。これにより、空乏層が、p型半導体基板の浅い領域から深い領域にかけて広く形成されるため、入射する光の大部分をドリフト電流として検出することが可能となる。また、p+型拡散層とn+型拡散層との間の距離が短縮されるため、p型半導体基板中の抵抗が低抵抗となる。従って、光エネルギーの検出効率及び高周波応答特性を向上させることが可能となる。 The present invention forms a plurality of trenches (narrow grooves) extending deeper than the peripheral circuit portion on the surface of the light receiving portion (photodiode portion or phototransistor portion) where the light receiving element of the optical semiconductor device is formed, A p + type diffusion layer or an n + type diffusion layer was formed in the trench. As a result, the depletion layer is widely formed from the shallow region to the deep region of the p-type semiconductor substrate, so that most of the incident light can be detected as a drift current. Further, since the distance between the p + type diffusion layer and the n + type diffusion layer is shortened, the resistance in the p type semiconductor substrate becomes low. Accordingly, it is possible to improve the detection efficiency and high frequency response characteristics of light energy.
また、p+型拡散層やn+型拡散層を、上記トレンチに形成しているため、フォトダイオード部やフォトトランジスタ部の形成領域を極力小さくすることが可能となる。従って、光半導体装置の小型化を図ることが可能となる。 In addition, since the p + -type diffusion layer and the n + -type diffusion layer are formed in the trench, it is possible to make the formation region of the photodiode portion and the phototransistor portion as small as possible. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical semiconductor device.
次に、本発明の第1の実施形態に係る光半導体装置ついて、図面を参照して説明する。なお、図5に示した従来例に係る光半導体装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。 Next, an optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components as those of the optical semiconductor device according to the conventional example shown in FIG.
本実施形態に係る光半導体装置は、例えばIrDA(Infrared Data Association)規格の赤外線通信機器などに用いられるものであるが、その他の機器やシステムに内蔵されて用いられるか、もしくは単体で用いられるものであってもよい。 The optical semiconductor device according to the present embodiment is used for, for example, an infrared communication device of IrDA (Infrared Data Association) standard, but is used by being incorporated in other devices or systems, or used alone. It may be.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光半導体装置の概略断面図である。図1に示すように、p型シリコン基板等のp型半導体基板10の表面上に、受光素子であるフォトダイオード部20が形成されている。そして、フォトダイオード部20に隣接した位置には、周辺回路部30が形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
ここで、周辺回路部30は、図5に示した従来例に係る光半導体装置の周辺回路部と同一の構成を有している。即ち、周辺回路部30は、CMOSトランジスタから成る。 Here, the peripheral circuit section 30 has the same configuration as the peripheral circuit section of the optical semiconductor device according to the conventional example shown in FIG. That is, the peripheral circuit unit 30 is composed of a CMOS transistor.
一方、フォトダイオード部20には、それに隣接する上記周辺回路部30よりも深く延びた複数のp+型拡散層21p及びn+型拡散層21nが形成されている。即ち、p型半導体装置10の表面には、周辺回路部30の第2のn型ウェル31よりも深く延びるトレンチ(幅の狭い溝)Tp,Tnが、所定の間隔で隣接して形成されている。トレンチTpとトレンチTnは、交互に隣接して形成されている。
On the other hand, in the
それらのトレンチTp,Tn内には、端子aに接続されたp+型拡散層21p及び端子bに接続されたn+型拡散層21nがそれぞれ埋め込まれている。即ち、トレンチTpに形成されたp+型拡散層21p及びトレンチTnに形成されたn+型拡散層21nが、互いに異なる導電型の拡散層が隣り合うようにして、p型半導体基板10上に形成されている。また、端子aは、不図示の抵抗Rを介して接地されており、端子bは、電源電圧Vddを供給する不図示の電源に接続されている。
In these trenches Tp and Tn, a p +
次に、フォトダイオード部20の詳細な構造について、図面を参照して説明する。図2は、フォトダイオード部20におけるトレンチTp,Tn近傍の断面図である。図2に示すように、p型半導体基板10の表面上に、シリコン酸化膜11が形成されている。そして、シリコン酸化膜11及びp型半導体基板10に、複数のトレンチTp,Tnが、例えばトレンチエッチャーなどにより、p型半導体基板10の垂直方向に延びて形成されている。これらのトレンチTp,Tnは、所定の間隔で互いに隣接して形成されている。
Next, the detailed structure of the
各トレンチTp,Tn内には、p+型ポリシリコン層21psi及びn+型ポリシリコン層21nsiがそれぞれ形成されている。p+型ポリシリコン層21psi及びn+型ポリシリコン層21nsiの外側には、p+型拡散層21p及びn+型拡散層21nがそれぞれ形成されている。そして、p+型ポリシリコン層21psi及びn+型ポリシリコン層21nsi上には、タングステンシリサイド(WSi)21wが形成されている。ここで、各トレンチTp,Tnの空洞部を埋めるようにして、WSi21wを形成してもよい。もしくは、タングステンシリサイド21wが形成された各トレンチTp,Tnの空洞部に、それを埋め込むようにして、例えば、タングステン(W)やアルミニウム(Al)などの金属が形成されてもよい。
A p + type polysilicon layer 21 psi and an n + type polysilicon layer 21 nsi are formed in each of the trenches Tp and Tn. A p +
ここで、上記p+型拡散層21p及びn+型拡散層21nは、例えば次のように形成されることが好ましい。即ち、最初にポリシリコン層が形成される。次に、マスクを用いて、トレンチTp内のポリシリコン層にはp+不純物を、トレンチTn内のポリシリコン層にはn+型不純物をそれぞれドーピングする。これにより、トレンチTp内にp+型ポリシリコン層21psiが形成されると共に、ドーピングしたp+型不純物の染み出しにより、p+型ポリシリコン層21psiの外側にp+型拡散層21pが形成される。同様に、トレンチTn内にn+型ポリシリコン層21nsiが形成されると共に、ドーピングしたn+型不純物の染み出しにより、n+型ポリシリコン層21nsiの外側にn+型拡散層21nが形成される。
Here, the p +
なお、図1に示した本実施形態の光半導体装置では、フォトダイオード部20に、複数のp+型拡散層21p及びn+型拡散層21nが交互に隣接して形成されているが、本発明はこれに限定されない。即ち、本実施形態の光半導体装置は、フォトダイオード部20に、1対のp+型拡散層21p及びn+型拡散層21nが形成されるものであってもよい。
In the optical semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1, a plurality of p + type diffusion layers 21p and n +
また、本実施形態では、フォトダイオード部20にトレンチを形成して、そのトレンチにp+型拡散層21p及びn+型拡散層21nを埋め込んで形成したが、本発明は、これに限定されない。即ち、p型半導体基板10の垂直方向に延びて、周辺回路部30よりも深く形成されるものであれば、上記トレンチTp,Tnに替わり、その他の形状の溝もしくは孔が形成されてもよい。
In the present embodiment, a trench is formed in the
次に、上述した本実施形態に係る光半導体装置の動作について、図1及び図2を参照すると共に、図6に示したフォトダイオード部の等価回路図を参照して説明する。ここで、検出する対象となる光は赤外線光であるとする。赤外線光がフォトダイオード部20に入射すると、その光は、トレンチTp,Tnの底部近傍の深さまで達する。即ち、光は、トレンチTp,Tnに形成されたp+型拡散層21p中及びn+型拡散層21n中を横断するように入射する。
Next, the operation of the above-described optical semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 and the equivalent circuit diagram of the photodiode section shown in FIG. Here, it is assumed that the light to be detected is infrared light. When infrared light enters the
n+型拡散層21nに光が入射すると、n+型拡散層21nとp型半導体基板10との境界に存在する空乏層40中において、電子−正孔対が発生する。上記空乏層40中で発生した電子−正孔対の電子は、n+型拡散層21nとp型半導体基板10との境界の電界により加速されて、p+型拡散層21pの端子aに移動する。また、正孔は、n+型拡散層21nの端子bに移動する。これにより、端子aと端子bとの間には、検出された光の強さに応じたドリフト電流(pn接合部近傍の電界によって電子−正孔対が加速されて生じる電流)が流れる。
When light enters the n + -
このドリフト電流は、従来例に係る光半導体装置のフォトダイオード部20sから出力される電流と同様に、図6のフォトダイオード部20sの等価回路図に示すように、増幅器AMPにより増幅されて出力される。 This drift current is amplified and output by an amplifier AMP, as shown in the equivalent circuit diagram of the photodiode section 20s in FIG. 6, similarly to the current output from the photodiode section 20s of the optical semiconductor device according to the conventional example. The
上述したように、入射する光の大部分を、フォトダイオード部20に流れるドリフト電流により検出することができるため、光の検出効率を従来例に比して向上させることが可能となる。また、p型半導体基板10の垂直方向に延びるトレンチTp,Tnに、それぞれp+型拡散層21p及びn+型拡散層21nを形成したことにより、p型半導体基板10中において、電子−正孔対の移動距離が従来例に比して短くなり、その移動経路の抵抗が低抵抗となる。従って、光検出の際の高周波応答特性を、従来例に比して高速化することが可能となる。
As described above, since most of the incident light can be detected by the drift current flowing through the
また、p+型拡散層21pやn+型拡散層21nを、トレンチTp,Tnに形成しているため、フォトダイオード部20形成領域を極力小さくすることが可能となる。従って、光半導体装置の小型化を図ることが可能となる。
Further, since the p + -
上述した第1の実施形態の光半導体装置では、受光部としてフォトダイオード部20を設けたが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明は、以下に説明する第2の実施形態のように、フォトダイオード部20に替わり、フォトトランジスタ部20tを設けたものであってもよい。
In the optical semiconductor device of the first embodiment described above, the
次に、本発明の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図1及び図2に示した第1の実施形態に係る光半導体装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、本実施形態に係る光半導体装置は、第1の実施形態と同様に、例えばIrDA(Infrared Data Association)規格の赤外線通信機器などに用いられるものであるが、その他の機器やシステムに内蔵されて用いられるか、もしくは単体で用いられるものであってもよい。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Components similar to those of the optical semiconductor device according to the first embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Note that the optical semiconductor device according to the present embodiment is used in, for example, an infrared communication device conforming to the IrDA (Infrared Data Association) standard, as in the first embodiment, but is incorporated in other devices and systems. Or may be used alone.
本実施形態の光半導体装置の受光部であるフォトトランジスタ部20tは、図示しないが、図1に示した第1の実施形態のp型半導体基板10上のフォトダイオード部20と同じ位置に形成されている。また、フォトトランジスタ部20tに隣接する周辺回路部は、図1に示した第1の実施形態の周辺回路部30と同じ構成を有して、p型半導体基板10上に形成されている。
Although not shown, the
フォトトランジスタ部20tには、図示しないが、p型半導体基板10の垂直方向に延びる複数のトレンチ(幅の狭い溝)Tntが、所定の間隔で隣接して形成されている。それらのトレンチTntの形状は、図1に示した第1の実施形態のフォトダイオード部20に形成されたトレンチTp,Tnと同様の形状を呈している。そして、それらのトレンチTntには、n+型拡散層21nが埋め込まれている。
In the
また、図示しないが、上記各トレンチTntのn+型拡散層21nには、互いに隣接するトレンチTntの順において、2つの異なる端子a及び端子bが、各トレンチTntに交互に接続されている。即ち、隣り合うトレンチTntのn+型拡散層21nには、端子a及び端子bのうち、異なる端子がそれぞれ接続されている。ここで、端子a及び端子bは、第1に実施形態の端子a及び端子bと同様のものである。
Although not shown, two different terminals a and terminals b are alternately connected to the trenches Tnt in the order of the trenches Tnt adjacent to each other in the n +
次に、上記フォトトランジスタ部20tの詳細な構造について、図面を参照して説明する。図3は、フォトトランジスタ部20tに形成されたトレンチTnt近傍の断面図である。図3に示すように、p型半導体基板10の表面上に、シリコン酸化膜11が形成されている。そして、シリコン酸化膜11及びp型半導体基板10に、複数のトレンチTntが、例えばトレンチエッチャーなどにより、p型半導体基板10の垂直方向に延びて形成されている。これらのトレンチTntは、所定の間隔で互いに隣接して形成されている。
Next, the detailed structure of the
各トレンチTnt内には、図2に示した第1の実施形態のトレンチTnと同様に、n+型ポリシリコン層21nsi、n+型拡散層21n、及びタングステンシリサイド(WSi)21wが形成されている。ここで、各トレンチTntの空洞部を埋めるようにして、タングステンシリサイド21wが形成されてもよい。もしくは、タングステンシリサイド21wが形成された各トレンチTntの空洞部に、それを埋め込むようにして、例えば、タングステン(W)やアルミニウム(Al)などの金属が形成されてもよい。
In each trench Tnt, as in the trench Tn of the first embodiment shown in FIG. 2, an n + type polysilicon layer 21nsi, an n +
なお、本実施形態の光半導体装置のフォトトランジスタ部20tには、3つ以上の複数のn+型拡散層21nを形成してもよいし、1対のn+型拡散層21nのみを形成してもよい。
In the
また、本実施形態では、フォトトランジスタ部20tにトレンチTntを形成して、そのトレンチTntにn+型拡散層21nを埋め込んで形成したが、本発明は、これに限定されない。即ち、p型半導体基板10の垂直方向に延びて、周辺回路部30よりも深く形成されるものであれば、上記トレンチTntに替わり、その他の形状の溝もしくは孔が形成されてもよい。
In this embodiment, the trench Tnt is formed in the
次に、本実施形態に係る光半導体装置の動作について、図3を参照すると共に、図4に示すフォトトランジスタ部20tの等価回路図を参照して説明する。ここで、検出する対象となる光は,赤外線光であるものとする。
Next, the operation of the optical semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 and the equivalent circuit diagram of the
図4の等価回路図に示すように、互いに隣接し合う1対のn+型拡散層21nが、p型半導体基板10と共に、バイポーラトランジスタTbを構成している。即ち、フォトトランジスタ部20tは、n+型拡散層21nの対から成る単数もしくは複数のバイポーラトランジスタTbにより構成されている。ここで、バイポーラトランジスタTbのコレクタ及びエミッタには、1対のn+型拡散層21nのそれぞれが対応し、そのベースには、p型半導体基板10が対応している。
As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 4, a pair of adjacent n + -type diffusion layers 21 n together with the p-
フォトトランジスタ部20tに光が入射すると、トレンチTntのn+型拡散層21nとp型半導体基板10及びその境界に存在する空乏層40t中で、電子−正孔対が発生する。発生した正孔はベース層に滞留し、ベース電位を上昇させる。これにより、エミッタ−ベース間に順方向電流が流れ、バイポーラトランジスタTbがオンし、コレクタ電流Icが流れる。このコレクタ電流Icは、コレクタに接続された抵抗Rに流れる。そして、抵抗Rによる電圧降下により生じた電圧が増幅器AMPにより増幅されて出力される。
When light enters the
上述したように、本実施形態では、第1の実施形態に係る光半導体装置のフォトダイオード部20と異なり、n+型拡散層21nのためのトレンチTntのみを形成すればよい。従って、上記フォトダイオード部20を形成する場合に比して、光半導体装置の製造プロセスが簡易になると共に、製造コストを低減することが可能となる。
As described above, in this embodiment, unlike the
なお、上記いずれの実施形態においても、検出する対象となる光は赤外線光であるとしたが、本発明は、これに限定されず、赤外線以外の波長帯の光であってもよい。この場合、光半導体装置に入射する光は、トレンチTp,Tnの底部まで到達しない場合があるため、光の検出効率は、従来例の光半導体装置に比して著しく向上するとは限らない。 In any of the above embodiments, the light to be detected is infrared light. However, the present invention is not limited to this, and may be light in a wavelength band other than infrared light. In this case, since the light incident on the optical semiconductor device may not reach the bottoms of the trenches Tp and Tn, the light detection efficiency is not always significantly improved as compared with the conventional optical semiconductor device.
しかし、p+型拡散層21pやn+型拡散層21nを、トレンチTp,Tnに形成しているため、電子−正孔対の移動距離が短縮されると共に、その移動経路が低抵抗となるため、高周波応答特性が向上する。また、p+型拡散層21pやn+型拡散層21nは狭い幅を有して形成されるため、フォトダイオード部20もしくはフォトトランジスタ部20tの形成領域を極力小さくすることが可能となる。従って、従来例の光半導体装置に比して、より小型の光半導体装置を実現することができる。
However, since the p + -
Claims (4)
前記受光部は、前記周辺回路部よりも深く形成された複数の拡散領域から成ることを特徴とする光半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate; a light receiving portion formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate; and a peripheral circuit portion formed at a position adjacent to the light reception portion on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate. Have
2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the light receiving part is composed of a plurality of diffusion regions formed deeper than the peripheral circuit part.
前記第1導電型拡散領域及び前記第2導電型拡散領域は、互いに異なる導電型の拡散領域が隣り合うようにして形成され、フォトダイオードを構成していることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。 The plurality of diffusion regions are composed of a first conductivity type diffusion region and a second conductivity type diffusion region embedded in a groove formed on a surface of the first conductivity type semiconductor substrate,
2. The photodiode according to claim 1, wherein the first conductivity type diffusion region and the second conductivity type diffusion region are formed so that diffusion regions of different conductivity types are adjacent to each other, and constitute a photodiode. Optical semiconductor device.
前記複数の第2導電型拡散領域は、互いに隣接して形成され、フォトトランジスタを構成していることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。 The plurality of diffusion regions include a plurality of second conductivity type diffusion regions embedded in grooves formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate,
The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of second conductivity type diffusion regions are formed adjacent to each other to constitute a phototransistor.
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