JP2006135190A - Photodiode array and spectroscope - Google Patents
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本発明は、ホトダイオードアレイと分光器とに関する。 The present invention relates to a photodiode array and a spectroscope.
ホトダイオードに係る技術としては、例えば、下記特許文献1などに開示されたものが知られている。このようなホトダイオードは、従来より様々な用途に用いられているが、特に、分光器の光検出手段として広く用いられている。
ところで、分光器の光検出手段としては、高い波長分解能を高感度で実現するため、光が入射する光感応領域の平面形状が極端に細長い略矩形状(例えば、短辺の長さが25〜50μmで、長辺の長さが略2.5mmの略矩形状)を成す複数のフォトダイオードを長辺を相互に隣接させて並列且つ高密度で配置したものが知られている。この場合、光感応領域に発生するキャリアの電荷(以下、キャリア電荷という)を抽出するための電極が光感応領域の平面形状における一方の短辺側(二つの短辺のうち何れか一方の側であって、この短辺の近傍領域。以下同様)に設けられる。そして、個々のホトダイオードはそれぞれ一画素として構成される。 By the way, as a light detection means of a spectroscope, in order to realize high wavelength resolution with high sensitivity, the planar shape of the light sensitive region where light is incident is extremely long and narrow (for example, the length of the short side is 25 to 25). A plurality of photodiodes having a long side of approximately 2.5 mm and a long side of approximately 2.5 mm are arranged in parallel and at a high density with their long sides adjacent to each other. In this case, an electrode for extracting the charge of carriers generated in the photosensitive region (hereinafter referred to as carrier charge) is one short side of the planar shape of the photosensitive region (one of the two short sides). And in the vicinity of this short side (the same applies hereinafter). Each photodiode is configured as one pixel.
ここで、上記した分光器の光検出手段の一例を図を参照して説明する。図12は分光器の光検出手段の構成を示す平面図であり、図13はこの光検出手段に用いられるホトダイオードの構成を示す平面図である。この光検出手段は、ホトダイオード40が一列に並列配置されたホトダイオードアレイ41であり、このホトダイオードアレイ41はそれぞれ光感応領域42を有する複数のホトダイオード40と、各ホトダイオード40に設けられた電極43と、この電極43により抽出されたキャリア電荷を収集する読出部44とが基板45の表面に配置されている。特に、各ホトダイオード40は、高い波長分解能を実現するため、光感応領域42の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして並列配置され、さらに、この光感応領域42の平面形状における一方の短辺側には電極43が配置されている。そして、光感応領域42には、例えば、P型(またはN型)の半導体領域46が、N型(またはP型)の半導体層47の表面に埋め込まれるように形成される。
Here, an example of the light detection means of the above-described spectroscope will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a plan view showing the configuration of the photodetecting means of the spectroscope, and FIG. 13 is a plan view showing the configuration of the photodiode used in the photodetecting means. This photodetecting means is a
ところで、分光器の光検出手段は、一般に、高い波長分解能が要求されるとともに、微弱な入射光でも高感度で検出できるような高い光感度も要求される。このため、この光検出手段として用いられるホトダイオード40には非常に高い光感度が要求される。このように、ホトダイオード40に高い光感度を実現させるためには、光感応領域42を構成する不純物領域(以下、単に不純物領域という)の不純物濃度を低くすればよい。このことは、不純物領域の不純物濃度が高いと光応答速度は速くなるが光感度は低くなり、逆に、この不純物領域の不純物濃度が低いと光応答速度は遅くなるが光感度は高くなる、というホトダイオードの特性に由来している。ここで、光応答速度とは、光が照射されてから、光により不純物領域内に生じたキャリアが、電極43により抽出されるまでの時間間隔を意味する。この光応答速度は、CRの時定数により決まっており、不純物領域内の電気抵抗値が高い(不純物濃度が低い)と遅く、不純物領域内の電気抵抗値が低い(不純物濃度が高い)と速い。また、同じ電気抵抗値(不純物濃度)であっても、キャリアの発生地点と、このキャリア電荷を抽出する電極との距離に応じて光応答速度は異なったものとなる。
By the way, the photodetecting means of the spectroscope is generally required to have high wavelength resolution and high photosensitivity so that even weak incident light can be detected with high sensitivity. For this reason, the
しかし、光感度を高くしようとして不純物領域の不純物濃度を低くすると、電気抵抗値が高くなって逆に光応答速度が低下する、という問題が生じる。さらに、光感応領域42のうち電極43から遠い場所でキャリアが発生した場合、すなわち、光感応領域42の平面形状を成す二つの短辺のうち電極43が配置された側とは反対側に位置する短辺側にキャリアが発生した場合には、このキャリアは光感応領域42の平面形状を成す長辺の長さに相当する距離を移動しなければ電極43に到達できず、このため、光応答速度がさらに低下することとなる。
However, if the impurity concentration in the impurity region is lowered in order to increase the photosensitivity, there arises a problem that the electrical resistance value is increased and the light response speed is decreased. Further, when carriers are generated in a location far from the
そこで、本発明の課題は、高い波長分解能、速い光応答速度および高い光感度を有するホトダイオードアレイと、このホトダイオードアレイを光検出手段として用いる分光器とを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a photodiode array having high wavelength resolution, fast light response speed and high light sensitivity, and a spectroscope using the photodiode array as a light detection means.
本発明によるホトダイオードアレイは、光が入射する光感応領域の平面形状が二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状を成すとともに、上記光感応領域の平面形状を成す長辺を互いに隣接させるように並列配置した複数のホトダイオードと、上記光感応領域に光が入射することによって発生する電荷を抽出するための電極と、を備え、上記ホトダイオードは、第1導電型不純物を含有して上記光感応領域を構成する第1の半導体領域と、上記第1導電型不純物を上記第1の半導体領域に比べて高濃度に含有して上記光感応領域の平面形状を成す長辺の向きに延びるように前記光感応領域に電気的に接続して形成され、前記電極に電気的に接続された第2の半導体領域とが、上記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物を含有する第3の半導体層内に形成されている、ことを特徴とする。 The photodiode array according to the present invention has a substantially rectangular shape in which the planar shape of the photosensitive region where light is incident is formed by two long sides and two short sides, and the long side that forms the planar shape of the photosensitive region. A plurality of photodiodes arranged in parallel so as to be adjacent to each other; and an electrode for extracting charges generated when light enters the photosensitive region, wherein the photodiode contains a first conductivity type impurity. A first semiconductor region constituting the photosensitive region, and a direction of a long side containing the first conductivity type impurity at a higher concentration than the first semiconductor region to form a planar shape of the photosensitive region The second semiconductor region formed electrically connected to the photosensitive region and extending to the electrode and electrically connected to the electrode has impurities of a second conductivity type different from the first conductivity type. Contains The third is formed in the semiconductor layer that is characterized in that.
本発明のホトダイオードアレイによれば、ホトダイオードが、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる細長い略矩形状の光感応領域を有し、キャリア電荷を抽出するための電極が、この光感応領域の平面形状における所定位置に設けられ、さらに、長辺を互いに隣接させるように並列配置される。これにより、ホトダイオードを高密度に配置可能となり、ホトダイオードアレイを分光器に適用した場合に非常に高い波長分解能が実現できる。そして、ホトダイオードの光感応領域を構成する第1の半導体領域に電気的に接続されるように、この第1の半導体領域より不純物濃度が高く光応答速度が速い(電気抵抗値が低い、たとえばキャリア濃度1×1018cm−3以上)第2の半導体領域が形成され、さらに、この第2の半導体領域にキャリア電荷を抽出するための電極が電気的に接続される。このため、第1の半導体領域に光が照射されることにより生じるキャリア電荷が電気抵抗値の高い第1の半導体領域を移動することなく電気抵抗値の低い第2の半導体領域を移動して電極まで到達できるので、光応答速度が向上する。特に、第2の半導体領域が光感応領域の平面形状を成す長辺の向きに延びるように形成されるため、光感応領域のどの地点で発生したキャリアであっても(特に、電極が設けられた側とは反対に位置する短辺側で発生したキャリアであっても)、発生地点からすぐに第2の半導体領域に到達可能となり、より速い光応答速度が実現できる。さらに、第1の半導体領域の不純物濃度を低く、たとえばキャリア濃度1×1017cm−3以下に設定すれば、第1の半導体領域だけの光応答速度は遅いが(電気抵抗値が高いが)、全体としては光感度がよく、微弱な入射光でも感度良く検出可能となる。したがって、高い波長分解能、速い光応答速度および高い光感度を有するホトダイオードアレイが実現できる。 According to the photodiode array of the present invention, the photodiode has an elongated, substantially rectangular photosensitive region formed by two long sides and two short sides, and an electrode for extracting carrier charge is the photosensitive layer. It is provided at a predetermined position in the planar shape of the region, and is further arranged in parallel so that the long sides are adjacent to each other. As a result, the photodiodes can be arranged at high density, and a very high wavelength resolution can be realized when the photodiode array is applied to a spectrometer. Then, the impurity concentration is higher and the light response speed is faster than the first semiconductor region so as to be electrically connected to the first semiconductor region constituting the photosensitive region of the photodiode (for example, carrier resistance is low, for example, carrier) A concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more) is formed, and an electrode for extracting carrier charges is electrically connected to the second semiconductor region. For this reason, the carrier charge generated by irradiating light to the first semiconductor region moves through the second semiconductor region having a low electrical resistance value without moving through the first semiconductor region having a high electrical resistance value. The light response speed is improved. In particular, since the second semiconductor region is formed so as to extend in the direction of the long side forming the planar shape of the photosensitive region, carriers generated at any point in the photosensitive region (particularly, electrodes are provided). Even if the carrier is generated on the short side opposite to the opposite side), the second semiconductor region can be reached immediately from the point of occurrence, and a faster optical response speed can be realized. Furthermore, if the impurity concentration of the first semiconductor region is low, for example, if the carrier concentration is set to 1 × 10 17 cm −3 or less, the optical response speed of only the first semiconductor region is slow (although the electric resistance value is high). As a whole, the photosensitivity is good and even weak incident light can be detected with good sensitivity. Therefore, a photodiode array having high wavelength resolution, fast light response speed and high light sensitivity can be realized.
また、本発明では、ホトダイオードは、上記電極が、上記光感応領域の平面形状を成す一方の短辺の近傍に設けられているのが好ましい。これにより、ホトダイオードを高密度に整列配置できるので、高い波長分解能を有するホトダイオードアレイが実現できる。 In the present invention, the photodiode is preferably provided in the vicinity of one short side forming the planar shape of the photosensitive region. As a result, the photodiodes can be arranged at high density, so that a photodiode array having high wavelength resolution can be realized.
また、本発明では、上記第2の半導体領域は、上記光感応領域の平面形状の外周に沿うように形成されているのが好ましい。これによれば、光感応領域の平面形状の外周に沿って第2の半導体領域が形成されるため、互いに導電型が異なる第1の半導体領域と第3の半導体層との界面がこの外周に沿っては形成されないこととなる。このため、SiO2層(またはSiN層)が光感応領域(第1の半導体領域)の表面に形成された場合であっても、この界面近傍に生じる空乏層が、第1の半導体領域(Si領域)内で暗電流が生じるSiO2層との界面近傍にまで拡大形成される、という現象が起こりにくくなる。このため、第1の半導体領域内における暗電流の増大化が抑制可能となり、低ノイズ化が実現できる。 In the present invention, the second semiconductor region is preferably formed along the outer periphery of the planar shape of the photosensitive region. According to this, since the second semiconductor region is formed along the outer periphery of the planar shape of the photosensitive region, the interface between the first semiconductor region and the third semiconductor layer having different conductivity types is formed on the outer periphery. It will not be formed along. For this reason, even when the SiO 2 layer (or SiN layer) is formed on the surface of the photosensitive region (first semiconductor region), the depletion layer generated in the vicinity of the interface is not formed in the first semiconductor region (Si In the region), a phenomenon that the dark current is enlarged and formed near the interface with the SiO 2 layer is less likely to occur. For this reason, an increase in dark current in the first semiconductor region can be suppressed, and a reduction in noise can be realized.
また、本発明による分光器は、入射光を分光する分光手段と、分光後の入射光の光量を電気信号に変換するための上記したホトダイオードアレイとを備えることを特徴とする。本発明の分光器によれば、光検出手段としてのホトダイオードアレイが高い波長分解能、速い光応答速度および高い光感度を有するため、高精度な分光器が実現できる。 In addition, a spectroscope according to the present invention is characterized by comprising spectroscopic means for splitting incident light and the above-described photodiode array for converting the amount of incident light after splitting into an electric signal. According to the spectrometer of the present invention, since the photodiode array as the light detecting means has high wavelength resolution, fast light response speed and high light sensitivity, a highly accurate spectrometer can be realized.
本発明によれば、高い波長分解能、速い光応答速度および高い光感度を有する低ノイズなホトダイオードアレイと、このホトダイオードアレイを光検出手段として用いる分光器とが提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a low-noise photodiode array having high wavelength resolution, fast light response speed and high light sensitivity, and a spectroscope using the photodiode array as a light detection means.
以下、図面を参照して、本実施形態に係るホトダイオードと、このホトダイオードを複数備えるホトダイオードアレイと、このホトダイオードアレイを光検出手段として用いる分光器とについて説明する。なお、以下の図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。 Hereinafter, a photodiode according to the present embodiment, a photodiode array including a plurality of the photodiodes, and a spectroscope using the photodiode array as a light detection unit will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same reference numerals are given to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
まず、図1〜図3に基づいて本実施形態に係るホトダイオードについて説明する。図1(a)は、本実施形態に係るホトダイオードの平面図であり、同図(b)は、同図(a)に示すI−I矢示方向の断面構造を示す図であり、同図(c)は、同図(a)に示すII−II矢示方向の断面構造を示す図である。図2(a)は、本実施形態に係るホトダイオードに対し遮光膜が形成された場合の態様を示す平面図であり、同図(b)は、同図(a)に示すIII−III矢示方向の断面構造を示す図である。そして、図3は、本実施形態に係るホトダイオードに生じる空乏層を説明するための図である。 First, the photodiode according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view of the photodiode according to the present embodiment, and FIG. 1B is a diagram showing a cross-sectional structure in the direction of arrows I-I shown in FIG. (C) is a figure which shows the cross-section of the II-II arrow direction shown to the figure (a). FIG. 2A is a plan view showing a mode in which a light-shielding film is formed on the photodiode according to the present embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line III-III shown in FIG. It is a figure which shows the cross-sectional structure of a direction. And FIG. 3 is a figure for demonstrating the depletion layer produced in the photodiode which concerns on this embodiment.
まず、図1に基づいて、ホトダイオード10の構成について説明する。ホトダイオード10は、第1の半導体領域としての第1導電型低濃度不純物領域1と、第2の半導体領域としての第1導電型高濃度不純物領域2と、第3の半導体層としての第2導電型不純物層3と、シリコン熱酸化膜(SiO2であるが、SiNでも良い)4と、電極5,6と、光感応領域7とが形成される。ここで「第1導電型」と「第2導電型」とは、互いに異なる導電型(N型、P型)を意味する。すなわち、第1導電型がP型の場合には、第2導電型はN型であり、第1導電型がN型の場合には、第2導電型はP型である。以下、本実施形態においては、第1導電型を例えばP型として説明する。
First, the configuration of the
第1導電型低濃度不純物領域1は、シリコン(Si)領域に、低濃度、たとえばキャリア濃度1×1017cm−3以下の第1導電型不純物(導電型がN型の場合には砒素などであり、P型の場合には硼素などである。以下同様)が含有されたものであり、第1導電型高濃度不純物領域2は、シリコン(Si)領域に、第1導電型低濃度不純物領域1より高い濃度、たとえばキャリア濃度1×1018cm−3以上の第1導電型不純物が含有されたものである。
The first conductivity type low
第1導電型低濃度不純物領域1は光感応領域7に形成され、第1導電型高濃度不純物領域2は第1導電型低濃度不純物領域1を取り囲むようにして形成される。また、第1導電型高濃度不純物領域2の厚さL2は第1導電型低濃度不純物領域1の厚さL1よりも厚くなるように設計されている。ここで、光感応領域7の平面形状は、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状を成し、この平面形状における短辺側であってシリコン熱酸化膜4表面には電極5が形成される。電極5はシリコン熱酸化膜4を貫通して第1導電型高濃度不純物領域2と電気的に接続されている。
The first conductivity type low
そして、第1導電型低濃度不純物領域1と第1導電型高濃度不純物領域2とは第2導電型不純物層3の一方の表面にプレーナー状になるように形成され、さらに、その表面にシリコン熱酸化膜4が形成される。第2導電型不純物層3の上記表面とは反対側の表面には電極6が形成される。
The first-conductivity-type low-
さらに、本実施形態に係るホトダイオードアレイに並列配置されたホトダイオード10の場合には、図2に示すような遮光膜8が、互いに隣接するホトダイオード10の光感応領域7の間にあってシリコン熱酸化膜4の表面に形成される。図2には、図示簡略化のため、ホトダイオードアレイに並列配置される複数のホトダイオード10のうちの二つが示されている。この遮光膜8は、例えば、ポリシリコン或いはTiNなどの物質により構成される。
Further, in the case of the
上記構成を有するホトダイオード10では、電極5,6間に電圧が印加された状態で光感応領域7に光が入射すると、光感応領域7を構成する第1導電型低濃度不純物領域1内の空乏層でキャリアが発生する。このキャリアは第1導電型低濃度不純物領域1や第1導電型高濃度不純物領域2内を移動して電極5に到達し、電極5によってそのキャリア電荷が抽出される。しかし、キャリアの移動速度は、第1導電型低濃度不純物領域1内よりも、第1導電型高濃度不純物領域2内のほうが速い(低電気抵抗)ため、第1導電型低濃度不純物領域1で発生するキャリアは、主に第1導電型高濃度不純物領域2内を移動して電極5に到達する。これにより、キャリアが第1導電型低濃度不純物領域1内のみを移動する場合に比べて移動速度が速くなり、光応答速度の向上が図られることとなる。さらに、光感応領域7が低不純物濃度の第1導電型低濃度不純物領域1により構成されるため、微弱な入射光も検出可能な高い光感度が実現できる。すなわち、本実施形態に係るホトダイオード10によれば、高い光感度と速い光応答速度とが実現できる。尚、第2導電型高濃度不純物層3内に延びた空乏層でもキャリアが発生するが、このキャリアは第2導電型高濃度不純物層3内を移動して電極6に速やかに到達する。
In the
また、上記したような第1導電型低濃度不純物領域1内に第1導電型高濃度不純物領域が形成されていないホトダイオードの場合には、図14に示すように、半導体領域46(光感応領域42)や半導体層47を含むSi層と、このSi層の表面に形成されるSiO2層48との界面近傍には、分子結合の電子対欠陥に起因する暗電流(ノイズ)が発生するが、特に、この界面が空乏層に接している場合には暗電流がより増大化されて大きくなる。したがってこの場合、半導体領域46(光感応領域42)の不純物濃度を低く設定すると、この半導体領域46内にも空乏層が拡がるため、半導体領域46内で生じる暗電流も増大化されて大きくなり、ノイズが増大する、という問題が生じる。これに対し、本実施例にかかるホトダイオード10では、図3に示すように、第1導電型低濃度不純物領域1と第2導電型不純物層3との界面近傍に空乏層(図中符号A1に示す点線で囲まれた領域)が生じるが、第1導電型高濃度不純物領域2が第1導電型低濃度不純物領域1(光感応領域7)を取り囲むようにして形成されるため、第1導電型低濃度不純物領域1内であって第1導電型低濃度不純物領域1とシリコン熱酸化膜4との界面近傍(例えば、図中符号A2に示す一点鎖線で囲まれた領域)にまでこの空乏層が拡がる、という現象が起こりにくくなっている。このため、第1導電型低濃度不純物領域1とシリコン熱酸化膜4との界面近傍に生じる暗電流の増大化が抑制可能となり、低ノイズ化が実現できる。
In the case of the photodiode in which the first conductivity type high
更に、図2に示されるように、第1導電型高濃度不純物領域2と第2導電型不純物層3との界面近傍を、遮光膜8で覆うことにより、空乏層が生じる第1導電型高濃度不純物領域2と第2導電型不純物層3との界面に光が入射することを防ぎ、分子結合の電子対欠陥に起因する暗電流(ノイズ)が光入射によって増大することを防ぐこともできる。
Further, as shown in FIG. 2, the first conductivity type high concentration in which a depletion layer is generated by covering the vicinity of the interface between the first conductivity type high
ところで、上記特許文献1(特開2003−158251号公報)に記載のホトダイオードは、本実施形態に係るホトダイオード10のような、高い波長分解能が要求される分光器のホトダイオードアレイ(光検出手段)に設置できるような構成とはなっていない。すなわち、本発明に係るホトダイオードは、高い波長分解能を実現するためホトダイオードアレイに高密度に並列配置が可能な構成、すなわち、平面形状が細長い略矩形状を成し、キャリア電荷を抽出するための電極がこの平面形状における短辺側に設置された構成となっているが、上記文献に記載のホトダイオードはこのような構成にはなっていない。すなわち、本実施形態に係るホトダイオードアレイが備えるホトダイオードは、上記文献に記載のホトダイオードとは異なり、分光器に適用した場合に高い波長分解能と、十分に高い光感度および速い光応答速度とが実現できるものとなっている。
By the way, the photodiode described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-158251) is used as a photodiode array (photodetection means) of a spectrometer that requires a high wavelength resolution, such as the
次に、本実施形態に係るホトダイオードアレイについて説明する。本実施形態に係るホトダイオードアレイの基本構成は、上記説明したホトダイオード10を複数備え、このホトダイオード10が光感応領域7の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板表面に高密度に並列配置されていることである。この場合、ホトダイオード10に発生するキャリア電荷を抽出するための電極5は、できるだけ多くのホトダイオード10を高密度に配置できるようにするため、光感応領域7の平面形状における短辺側にそれぞれ設けられている。
Next, the photodiode array according to the present embodiment will be described. The basic configuration of the photodiode array according to the present embodiment includes a plurality of the
上記のような基本構成を有する四タイプのホトダイオードアレイを図4に示す。図4(a)〜(d)は、何れも、本実施形態に係るホトダイオードアレイを示す平面図である。 FIG. 4 shows four types of photodiode arrays having the above basic configuration. 4A to 4D are all plan views showing the photodiode array according to this embodiment.
図4(a)に示すホトダイオードアレイ21は、モノリシック型であって、シフトレジスタ20bに接続された複数のホトダイオード10が光感応領域7の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板20a表面に一列に並列配置されたものである。そして図4(b)に示すホトダイオードアレイ22は、同じくモノリシック型であって、シフトレジスタ20bに接続された複数のホトダイオード10が光感応領域7の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板20a表面に並列配置されたものを複数列(図4に示す例では、二列)設けたものである。また、図4(c)に示すホトダイオードアレイ23は、チップ別体構造であって、読出し回路20cに接続された複数のホトダイオード10が光感応領域7の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板20a表面に一列に並列配置されたものである。そして図4(d)に示すホトダイオードアレイ24は、チップ別体構造であるが、複数の基板20a(図4に示す例では、二枚)を有し、各基板20aの表面には、それぞれ、読出し回路20cに接続された複数のホトダイオード10が光感応領域7の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして一列に並列配置されている。
The
ここで、モノリシック型とは、基板20aにシフトレジスタ20bを備え、このシフトレジスタ20bによって複数のホトダイオード10の受光量がシリアルデータとして出力可能となっている。これに対し、チップ別体構造とは、半導体チップ(この場合、シフトレジスタ20bを含む読出し回路20c)が基板20aとは別体に設けられた構成のホトダイオードアレイであり、外部に設けられた読出し回路20cと、基板20aに設けられた各ホトダイオード10との間がワイヤ20dによって電気的に接続されたものである。
Here, the monolithic type includes a
このホトダイオードアレイ21〜24によれば、ホトダイオード10が基板20aに高密度で配置可能となるので高い波長分解能が実現できる。
According to the
次に、図5を参照して、本実施形態に係る分光器30について説明する。図5は、本実施形態に係る分光器を示す斜視図である。
Next, the
図示のように、分光器30は、光ファイバ31、入射部32、回折格子部33、ミラー34、基台35、光検出手段36などを備える。入射部32は光ファイバ31の端部を固定し、分光手段としての回折格子部33は光ファイバ31を通じて入射した光を回折させ、ミラー34は光ファイバ31から入射した光を回折格子部33に向けて反射させるとともに回折格子部33により回折された光を光検出手段36に向けて反射させる。また、光検出手段36は、回折格子部33によって回折された光の光量を波長ごとに電気信号に変換するためのものであり、本実施形態に係るホトダイオードアレイ21〜24の何れかが用いられる。そして、入射部32、回折格子部33、ミラー34、光検出手段36は基台35に設置される。
As shown in the figure, the
このように、本実施形態に係るホトダイオードアレイ21〜24を光検出手段として用いた分光器30は、光検出手段36(すなわち、ホトダイオードアレイ21〜24のいずれか)に用いられるホトダイオード10が、低暗電流(低ノイズ)であるとともに高い光感度と速い光応答速度とを有するので、高い波長分解能を維持しつつ極めて精度の高い分光器となる。
As described above, the
なお、本発明は、上記説明したホトダイオードアレイ21〜24やホトダイオード10に限らず、詳細構成や詳細動作については変更可能である。
The present invention is not limited to the
例えば、ホトダイオード10に替えて、図6〜図9に示すホトダイオード10a〜10dを用いてもよい。図6〜図9は、それぞれ本実施形態に係るホトダイオードの第1〜4の変形例を示す図である。なお、以下では、説明簡略化のため、第1導電型高濃度不純物領域2の立体的な形成領域(位置や形状)の説明を、平面形状を用いて行う。
For example,
<第1の変形例> 図6(a)は、本実施形態に係る第1の変形例としてのホトダイオードを示す平面図であり、同図(b)は同図(a)に示すIV−IV矢示方向の断面構造を示す図であり、同図(c)は同図(a)に示すV−V矢示方向の断面構造を示す図である。図6に示すホトダイオード10aは、第1導電型高濃度不純物領域2の厚さL2が第1導電型低濃度不純物領域1の厚さL1よりも薄くなっており、この点を除けば、ホトダイオード10aの構成は上記した図1に示すホトダイオード10と同様のものとなっている。
<First Modification> FIG. 6A is a plan view showing a photodiode as a first modification according to the present embodiment, and FIG. 6B is a IV-IV shown in FIG. It is a figure which shows the cross-section of an arrow direction, and the figure (c) is a figure which shows the cross-section of the VV arrow direction shown to the figure (a). In the
<第2の変形例> 図7(a)は、本実施形態に係る第2の変形例としてのホトダイオードを示す平面図であり、同図(b)は同図(a)に示すVI−VI矢示方向の断面構造を示す図であり、同図(c)は同図(a)に示すVII−VII矢示方向の断面構造を示す図である。図7に示すホトダイオード10bは、第1導電型高濃度不純物領域2が、電極5を含む光感応領域7の平面形状における短辺側に位置する略矩形状領域に形成されると共に、当該形成された略矩形状領域に連結して光感応領域7の平面形状における略中央部で長辺の向きに延びる略直線状領域に形成される。そして、第1導電型低濃度不純物領域1の厚さL1が第1導電型高濃度不純物領域2の厚さL2よりも薄くなっている。
<Second Modification> FIG. 7A is a plan view showing a photodiode as a second modification according to this embodiment, and FIG. 7B is a VI-VI shown in FIG. It is a figure which shows the cross-sectional structure of an arrow direction, and the same figure (c) is a figure which shows the cross-sectional structure of the VII-VII arrow direction shown to the same figure (a). In the
<第3の変形例> 図8(a)は、本実施形態に係る第3の変形例としてのホトダイオード示す平面図であり、同図(b)は同図(a)に示すVIII−VIII矢示方向の断面構造を示す図であり、同図(c)は同図(a)に示すIX−IX矢示方向の断面構造を示す図である。図8に示すホトダイオード10cは、第1導電型高濃度不純物領域2が、電極5の下に形成されると共に、当該形成された領域に連結して光感応領域7の平面形状の略中央部で長辺の向きに延びる略直線状領域に形成される。そして、第1導電型高濃度不純物領域2の厚さL2が第1導電型低濃度不純物領域1の厚さL1よりも薄くなっている。
<Third Modification> FIG. 8A is a plan view showing a photodiode as a third modification according to the present embodiment, and FIG. 8B is a VIII-VIII arrow shown in FIG. It is a figure which shows the cross-sectional structure of a shown direction, and the same figure (c) is a figure which shows the cross-sectional structure of the IX-IX arrow direction shown to the same figure (a). In the
<第4の変形例> 図9(a)は、本実施形態に係る第4の変形例としてのホトダイオードを示す平面図であり、同図(b)は同図(a)に示すX−X矢示方向の断面構造を示す図であり、同図(c)は同図(a)に示すXI−XI矢示方向の断面構造を示す図である。図9に示すホトダイオード10dは、第1導電型高濃度不純物領域2が、電極5を含む光感応領域7の平面形状における短辺側に位置する略矩形状領域に形成されると共に、当該形成された略矩形状領域に連結して光感応領域7の平面形状を成す長辺の向きにジグザグ状に延びる領域に形成される。そして、第1導電型低濃度不純物領域1の厚さL1が第1導電型高濃度不純物領域2の厚さL2よりも薄くなっている。
<Fourth Modification> FIG. 9A is a plan view showing a photodiode as a fourth modification according to the present embodiment, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line XX shown in FIG. It is a figure which shows the cross-sectional structure of an arrow direction, and the same figure (c) is a figure which shows the cross-sectional structure of the XI-XI arrow direction shown to the same figure (a). In the
上記した第1〜4の変形例としてのホトダイオード10a〜10dは、第1導電型高濃度不純物領域2の形成領域が、何れも電極5に電気的に接続された構成となっている。すなわち、ホトダイオード10a〜10dは、第1導電型高濃度不純物領域2を移動するキャリアのキャリア電荷が電極5によって抽出される構成となっている。
The
ここで、上記した第1〜4の変形例に対して遮光膜8が形成された場合の態様について、特に、第2の変形例に係るホトダイオード10bを用いて示す。図10は、本実施例に係るホトダイオードに対し遮光膜が形成された場合の態様を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)に示すXII−XII矢示方向の断面構造を示す図である。図10に示すように、ホトダイオード10aがホトダイオードアレイ21〜24の基板20a表面に並列配置された際には、互いに隣接するホトダイオード10aの光感応領域7の間にあってシリコン熱酸化膜4の表面に遮光膜8が形成される。ここで図10には、図示簡略化のため、並列配置される複数のホトダイオード10aのうちの二つのみが示されている。
Here, an aspect in the case where the
<その他の変形例> 以上、本実施形態に係るホトダイオード10の第1〜4の変形例について説明したが、上記第1〜4の変形例に限らず、第1導電型高濃度不純物領域2の形成領域の幾何学的形状の違いに応じて、本実施形態に係るさらに多くの変形例が存在する。このような変形例を図11に四つ例示する。図11(a)〜(d)は、何れも、本実施形態に係るホトダイオードの他の変形例を示す平面図である。
<Other Modifications> The first to fourth modifications of the
図11(a)に示すホトダイオード10eは、第1導電型高濃度不純物領域2が、光感応領域7の平面形状の外周に沿って閉じた帯状領域に形成されると共に、当該形成された帯状領域に連結して光感応領域7の平面形状における略中央部で長辺の向きに細長く延びる略矩形状領域に形成されたものとなっている。そして、図11(b)に示すホトダイオード10fは、第1導電型高濃度不純物領域2が、光感応領域7の平面形状の外周のうち、二つの長辺と一方の短辺とに沿うと共に他方の短辺側には開いた帯状領域に形成されたものとなっている。
In the
図11(c)に示すホトダイオード10gは、第1導電型高濃度不純物領域2が、各々光感応領域7の平面形状を成す短辺の向きに細く延びる(すなわち、光感応領域7の平面形状を成す二つの長辺を結ぶような)複数の略矩形状領域に形成されると共に、当該形成された複数の略矩形状領域に連結して光感応領域7の平面形状の略中央部で長辺の向きに細長く延びる略矩形状領域に形成されたものとなっている。そして、図11(d)に示すホトダイオード10hは、第1導電型高濃度不純物領域2が光感応領域7の平面形状を成す長辺の向きに細くジグザグ状に延びる領域に形成されたものとなっている。
In the
ここで、上記したホトダイオード10e〜10hは、何れも、第1導電型高濃度不純物領域2の形成領域が電極5に電気的に接続された構成となっており、第1導電型高濃度不純物領域2を移動するキャリアのキャリア電荷が電極5により抽出されるものである。
Here, each of the
1…第1導電型低濃度不純物領域、2…第1導電型高濃度不純物領域、3…第2導電型不純物層、4…シリコン熱酸化膜、5,6…電極、7…光感応領域、8…遮光膜、10,10a〜10h…ホトダイオード、20a…基板、20b…シフトレジスタ、20c…読出し回路、20d…ワイヤ、21〜24…ホトダイオードアレイ、30…分光器、31・・・光ファイバ、32…入射部、33…回折格子部、34…ミラー、35…基台、36…光検出手段。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ホトダイオードは、第1導電型不純物を含有して前記光感応領域を構成する第1の半導体領域と、前記第1導電型不純物を前記第1の半導体領域に比べて高濃度に含有して前記光感応領域の平面形状を成す長辺の向きに延びるように前記光感応領域に電気的に接続して形成され、前記電極に電気的に接続された第2の半導体領域とが、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物を含有する第3の半導体層内に形成されている、ことを特徴とするホトダイオードアレイ。 The planar shape of the photosensitive region where light enters is formed in a substantially rectangular shape formed by two long sides and two short sides, and the long sides forming the planar shape of the photosensitive region are arranged in parallel so as to be adjacent to each other A plurality of photodiodes, and an electrode for extracting charges generated by light incident on the photosensitive region,
The photodiode includes a first semiconductor region containing the first conductivity type impurity to constitute the photosensitive region, and the first conductivity type impurity is contained in a higher concentration than the first semiconductor region. A second semiconductor region formed by being electrically connected to the photosensitive region so as to extend in the direction of the long side forming the planar shape of the photosensitive region, and electrically connected to the electrode, A photodiode array, wherein the photodiode array is formed in a third semiconductor layer containing an impurity of a second conductivity type different from the conductivity type.
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US9368558B2 (en) | 2007-07-04 | 2016-06-14 | Samsung Display Co., Ltd. | Organic light emitting element and method of manufacturing the same |
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2004
- 2004-11-08 JP JP2004324195A patent/JP2006135190A/en active Pending
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