JP2008187081A

JP2008187081A - 受光素子

Info

Publication number: JP2008187081A
Application number: JP2007020719A
Authority: JP
Inventors: Jun Higuchi; 潤樋口
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】受光部の内部抵抗を増加させることなく、特に、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が向上可能な受光素子を提供する。
【解決手段】受光素子２０であって、半導体基板１と、この半導体基板上に設けられて受光領域Ａとこの受光領域で受光した光を電荷に光電変換する光電変換部とを有する半導体層２と、半導体層上に受光領域を覆うように設けられた光透過性を有する絶縁層３と、絶縁層上の受光領域に対応する範囲に設けられた光透過性を有する電極部６と、半導体層における受光領域の外側に設けられて光電変換部で光電変換された電荷を取り出す電荷取り出し電極１０と、を有する構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、受光素子に係り、特に短波長例えば４０５ｎｍ帯の青色波長の光に対しても高感度を有する受光素子に関する。

現在、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクにレーザ光を照射し、その反射光を受光して光電変換することによって、光ディスクに記録されている情報を電気信号として再生する光ディスク再生装置が普及している。
光ディスクに照射されるレーザ光の発光波長は再生する光ディスクによって異なり、例えば、ＣＤに用いられるレーザ光の発振波長は７８０ｎｍ帯の近赤外波長であり、ＤＶＤに用いられるレーザ光の発振波長は６３５ｎｍ帯または６５０ｎｍ帯の赤色波長である。
通常、光ディスク再生装置は、これら各種光ディスクに対応できるように、上記各発振波長のレーザ光をそれぞれ照射する複数の半導体レーザ素子と、上記各発振波長に対して高感度を有する受光素子とを備えている。
このような受光素子の一例が特許文献１に記載されている。
特開平９−２３７９１２号公報

ところで、近年、ＣＤやＤＶＤよりもさらに情報記録容量の大きい次世代光ディスクとしてBlu-ray Disc（以下、ＢＤと称す）が着目されている。
ＢＤに用いられるレーザ光の発振波長は、ＣＤやＤＶＤに用いられるレーザ光の発振波長よりもさらに短い４０５ｎｍ帯の青色波長である。
しかしながら、発明者が鋭意実験した結果、特許文献１に記載されているような受光素子では、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が、上述の７８０ｎｍ帯の近赤外波長や６３５ｎｍ帯または６５０ｎｍ帯の赤色波長における受光感度と比較して低いことが確認されており、この４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度の向上が望まれている。

４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が低い原因について説明する。
受光素子に照射されるレーザ光の発振波長が短いほど、その受光領域は受光素子の表面を含むより浅い領域となる。この表面を含むより浅い領域に高ドーパント濃度の拡散層が存在すると、この拡散層中での少数キャリアの再結合が発生する。この少数キャリアの再結合によって光電変換効率が悪化するため、受光感度が低くなる。

また、高ドーパント濃度の拡散層の領域を削減して受光感度の低下を防止しようとすると、受光部の内部抵抗が増加するため、応答速度が悪化する場合がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、受光部の内部抵抗を増加させることなく、特に、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が向上可能な受光素子を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願各発明は次の手段を有する。
１）半導体基板（１）と、前記半導体基板上に設けられて、受光領域（Ａ）と該受光領域で受光した光を電荷に光電変換する光電変換部とを有する半導体層（２）と、前記半導体層上に前記受光領域を覆うように設けられた光透過性を有する絶縁層（３）と、前記絶縁層上の前記受光領域に対応する範囲に設けられた光透過性を有する電極部（６）と、前記半導体層における前記受光領域の外側に設けられて、前記光電変換部で光電変換された電荷を取り出す電荷取り出し電極（１０）と、を有することを特徴とする受光素子（２０）である。
２）前記電極部と前記半導体基板との間に電位差が生じた際に、前記半導体層における前記電極部に対応する範囲に空乏層を発生することを特徴とする１）項記載の受光素子である。

本発明によれば、受光部の内部抵抗を増加させることなく、特に、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が向上するという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図５を用いて説明する。
図１〜図４は本発明の受光素子の実施例を説明するための模式的断面図であり、図５は本発明の受光素子において空乏層が形成される様子を示す模式図である。

＜実施例＞
実施例の受光素子を、図１〜図４を用いて、製造工程毎に第１工程〜第４工程として順を追って説明する。

［第１工程］（図１参照）
高ドーパント濃度を有するｎ型シリコン（Ｓｉ）基板１上に形成されてｎ型シリコン基板１よりも低ドーパント濃度のｎ型エピタキシャル層２に、熱酸化処理を行ってｎ型エピタキシャル層２の表面を含む表面近傍部を酸化させ、光透過性を有する酸化絶縁層３を形成する。
実施例では、ｎ型エピタキシャル層２の比抵抗が４０Ω・cmとなるようにｎ型エピタキシャル層２のドーパント濃度を１Ｅ１４／ｃｍ^３とし、その厚さを１０μｍとした。
また、酸化絶縁層３の厚さを１２ｎｍとした。

［第２工程］（図２参照）
酸化絶縁層３上に光透過性及び電気導電性を有するポリシリコン膜５を成膜した後、フォトリソ法を用いてこのポリシリコン膜５をパターニングして光透過性を有する電極部６とする。
実施例では、ポリシリコン膜５の比抵抗を約１ｍΩ・ｃｍとし、その厚さを５０ｎｍとした。
ポリシリコンは、半導体プロセスで一般的に用いられる材料であり、例えば薄膜トランジスタのゲート電極材料として用いられている。
従って、後述する受光部Ａで光電変換された信号電荷を増幅するための薄膜トランジスタを形成する場合、この薄膜トランジスタのゲート電極と上述の電極部６とを同じ工程で一括して形成することができる。

［第３工程］（図３参照）
第３工程を図３を用いて説明する。図３中の（ａ）〜（ｃ）は第３工程における各過程をそれぞれ示している。

まず、図３（ａ）に示すように、フォトリソ法を用いて、電極部６の近傍に開口部８ａを有するパターン化されたレジスト層８を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト層８をマスクとして、開口部８ａにおけるｎ型エピタキシャル層２にイオン注入を行って、イオン注入部９を形成する。
実施例では、導入ガスとしてＢＦ_２（２フッ化ホウ素）を用い、印加電圧を５０ｅＶとして、イオン注入部９におけるＢ（ホウ素）濃度を２Ｅ１５atoms／cm²とした。

さらに、図３（Ｃ）に示すように、レジスト層８を除去した後、このｎ型エピタキシャル層２に熱処理を行い、イオン注入部９中のＢ原子をｎ型エピタキシャル層２中に拡散させて、信号電荷（ホールともいう）の取り出し電極であるｐ電極１０を形成する。
実施例では、ｐ電極１０の厚さ、即ちＢ原子の拡散深さが約０．２５μｍとなるように熱処理条件を設定した。

また、図示しないが、ｎ型エピタキシャル層２に接続するｎ電極を周知の方法、例えば上記ｐ電極１０と同様の方法により形成する。

［第４工程］（図４参照）
電極部６を含む酸化絶縁層３上に、ＳｉＮ(窒化シリコン)層を例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて成膜する。
そして、このＳｉＮ層をフォトリソ法を用いてパターニングすることにより、受光部Ａとなる領域に反射防止膜１２を形成する。

上述した第１工程〜第４工程により、実施例の受光素子２０を得る。

次に、上述した受光素子２０の受光部Ａに光を照射した際の空乏層の形成について、図５を用いて説明する。
図５に示すように、ｎ型シリコン基板１と電極部６との間に電位差を生じさせることによって、電極部６に対応する範囲におけるｎ型エピタキシャル層２の表面を含む表面近傍に空乏層が発生する。
例えば、ｎ型シリコンに基板１に５Ｖの電圧を印加し、電極部６に２Ｖの電圧を印加すると、その電位差は３Ｖとなり、このときに形成される空乏層の幅は約６．３μｍとなる。この幅はＢＤ等に用いられる４０５ｎｍ帯の青色波長の光を受光するのに十分な幅である。
そして、受光素子２０の受光部Ａに照射された光はこの受光部Ａで光電変換されて信号電荷になり上記空乏層の電界で移動し、さらに高ドーパント濃度を有するｐ電極１０を介して外部に出力される。

前述したように、本発明の受光素子によれば、受光部の内部抵抗を増加させることなく、特に、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度を向上させることができる。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。

本発明の受光素子の実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子の実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子の実施例、及び実施例における第４工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子において空乏層が形成される様子を示す模式図である。

符号の説明

１ｎ型シリコン基板、２ｎ型エピタキシャル層、３酸化絶縁層、５ポリシリコン膜、６電極部、８ａ開口部、８レジスト層、９イオン注入部、１０ｐ電極、１２反射防止膜、２０受光素子、Ａ受光部

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられて、受光領域と該受光領域で受光した光を電荷に光電変換する光電変換部とを有する半導体層と、
前記半導体層上に前記受光領域を覆うように設けられた光透過性を有する絶縁層と、
前記絶縁層上の前記受光領域に対応する範囲に設けられた光透過性を有する電極部と、
前記半導体層における前記受光領域の外側に設けられて、前記光電変換部で光電変換された電荷を取り出す電荷取り出し電極と、
を有することを特徴とする受光素子。
前記電極部と前記半導体基板との間に電位差が生じた際に、前記半導体層における前記電極部に対応する範囲に空乏層を発生することを特徴とする請求項１記載の受光素子。