JP2021027185A

JP2021027185A - 光半導体装置

Info

Publication number: JP2021027185A
Application number: JP2019144240A
Authority: JP
Inventors: 雅彦筒井; Masahiko Tsutsui
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2021-02-22

Abstract

【課題】赤外線を検出する感度を向上させる光半導体装置の提供。【解決手段】光半導体装置の光検出部１０は、ｐ型半導体基板１１と、ｐ型半導体基板１１に形成されたｎ型半導体領域１２と、ｎ型半導体領域１２の底面から底面内のパターンに従い深さ方向に櫛型の形状を有して延びる拡大ｎ型半導体領域１３とを含み、パターンは、底面内において、拡大ｎ型半導体領域１３が延びる部分と拡大ｎ型半導体領域１３が延びない部分とが所定方向に所定間隔で交互に配置されたものである。【選択図】図２

Description

この発明は、フォトダイオードによる光検出部を含む光半導体装置に関する。

従来、光検出部としてフォトダイオードを備え、周辺回路や論理回路を半導体基板に一体として構成した光半導体装置が提供されている（例えば、特許文献１を参照。）。このような光半導体装置は、例えば、スマートフォンの表側に赤外線の光源とともに設けられ、スマートフォンの使用者が通話をするためにスマートフォンを頭部に近づけたことを赤外線の反射光に基づいて検出し、画面の表示を停止するために使用される近接センサーに用いられている。

図１は、従来の光半導体装置に含まれる光検出部１１０の構造の一例を示す図である。図１（ａ）は光検出部１１０の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の切断面Ｉ−Ｉにおける断面図である。光検出部１１０は、ｐ型半導体基板１１１をアノード、ｐ型半導体基板１１１の表面に形成されたｎ型半導体領域１１２をカソードとするフォトダイオードを構成している。ｐ型半導体基板１１１及びｎ型半導体領域１１２は、不純物濃度の高いｐ＋型半導体領域１１７及びｎ＋型半導体領域１１８とコンタクト２７とを介してそれぞれアノード電極１３６及びカソード電極１３４に接続している。ｐ型半導体基板１１１の表面を覆う絶縁膜１２０には、光検出部１１０に入射する光を内部に透過させる受光領域として開口１１５が形成され、開口１１５は透明な薄い保護膜１１６によって覆われている。

ｐ型半導体基板１１１においてｎ型半導体領域１１２の底面のｐｎ接合部には、受光領域の開口１１５の直下において高さｈにわたる広がりを有する空乏層１３０が形成されている。開口１５から空乏層１３０に光が入射すると、電子と正孔との対が励起され、印加されている逆バイアスによって電子はｎ型半導体領域１１２に、正孔はｐ型半導体基板１１１にそれぞれ移動し、光電変換による電流が発生する。このように発生した電流によって、光検出部１１０への光の入射が検出される。

特開２００９−２６０１６０号公報

光検出部１１０のフォトダイオードは、ｐｎ接合部に形成された空乏層１３０に入射した光が電子と正孔との対を励起させる光電変換によって光を検出するため、光を検出する感度は光の波長に依存することがあった。例えば、波長の短い紫外線の光はエネルギーが大きく光電変換の効率も高いが、波長の長い赤外線のエネルギーが低いために光電変換の効率も低くなることがあった。このため、赤外線を検出するための十分な感度が得られないことがあった。

本実施の形態は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、赤外線の光に対する感度を向上させた光検出部を含む光半導体装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、この出願に係る光半導体装置は、光電変換による光検出部を含む光半導体装置であって、光検出部は、第１導電型を有する半導体基板と、半導体基板に形成された第２導電型を有する第１半導体領域と、第１半導体領域の底面から底面内のパターンに従い深さ方向に延びる第２導電型を有する拡大第１半導体領域とを含んでいる。

パターンは、底面内において、拡大第１半導体領域が延びる部分と拡大第１半導体領域が延びない部分とが所定方向に所定間隔で交互に配置されてもよい。

所定のパターンは、底面内において、拡大第１半導体領域が延びる部分と拡大第１半導体領域が延びない部分とが所定間隔で交互に配置された第１パターンと、拡大第１半導体領域が延びない部分が続く第２パターンとについて、第１方向について、第１方向とは直交する第２方向に延びる第１パターン及び第２パターンが所定間隔で交互に配置され、第２方向について、第１方向に延びる第１パターン及び第２パターンが所定間隔で交互に配置されてもよい。

所定間隔は、半導体基板の深さ方向の空乏層の広がりが大きくなるように最適化されてもよい。第１半導体領域の表面に形成された第１導電型の第２半導体領域をさらに含んでもよい。

この発明によると、光半導体装置の含む光検出部の赤外線の光に対する感度を向上させることができる。

従来の光半導体装置の光検出部の構造の一例を示す図である。本実施の形態の光半導体装置の光検出部の構成を概略的に示す図である。本実施の形態の光半導体装置の光検出部の第１変形例を示す平面図である本実施の形態の光半導体装置の光検出部の第２変形例を示す断面図である。本実施の形態の光半導体装置の光検出部の製造工程を示すフロー図である。本実施の形態の光半導体装置の光検出部の他の製造工程を示すフロー図である。本実施の形態の光半導体装置を含む半導体パッケージを示す図である。

以下、本実施の形態の光半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。図２は、本実施の形態の光半導体装置の光検出部１０の構成を概略的に示す図である。図２（ａ）は光検出部１０の平面図であり、図２（ｂ）は光検出部１０を図２（ａ）中の切断面ＩＩ−ＩＩで切断した断面図である。本実施の形態では、光検出部１０に含まれる第１導電型の半導体をｐ型半導体、第２導電型の半導体をｎ型半導体として説明するが、逆に第１導電型がｎ型半導体、第２導電型がｐ型半導体としてもよい。

光検出部１０は、シリコンなどによる所定の高さのｐ型半導体基板１１と、ｐ型半導体基板１１の表面から第１深さＤ１にある底面まで形成された第１半導体領域であるｎ型半導体領域１２と、ｎ型半導体領域１２の底面における所定のパターンに従い、ｎ型半導体領域１２の底面から第２深さＤ２まで櫛型の形状を有して延びる拡大第１半導体領域である拡大ｎ型半導体領域１３とを含んでいる。

ｎ型半導体領域１２の底面において、受光領域となる後述する開口１５の直下では、深さ方向に延びる拡大ｎ型半導体領域１３が形成された部分と、拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分とがパターンを形成している。図２（ａ）に示すように、拡大ｎ型半導体領域１３が形成された部分と、拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分とは、図中縦方向に延び、横方向に所定間隔で交互に配置されたパターンを有している。なお、拡大ｎ型半導体領域１３に含まれるｎ型不純物は、アニールなどにより、ｎ型半導体領域１２の底面を越えて拡大ｎ型半導体領域１３の直上のｎ型半導体領域１２にも拡散している。

ｎ型半導体領域１２及びｐ型半導体基板１１の表面は酸化物（ＳｉＯ_２）や窒化物（ＳｉＮ）などによる第１絶縁膜２０によって覆われ、ｎ型半導体領域１２の表面の中央部には第１絶縁膜２０に開口１５が形成されている。開口１５は、光検出部１０に入射した光を内部に透過させる受光領域を形成し、開口１５のｎ型半導体領域１２の表面は酸化物や窒化物などによる透明で第１絶縁膜２０より薄い保護膜１６で覆われている。

ｎ型半導体領域１２の表面で開口１５の外側には、ｎ型半導体領域１２のｎ型不純物の濃度よりも高い濃度の不純物を含んだｎ＋型半導体領域１７が形成され、ｎ＋型半導体領域１７は表面に接するコンタクト２７を介してカソード電極３４に電気的に接続されている。また、ｐ型半導体基板１１の表面でｎ型半導体領域１２の外側には、ｐ型半導体基板１１のｐ型不純物の濃度よりも高い濃度の不純物を含んだｐ＋型半導体領域１８が形成され、ｐ＋型半導体領域１８は表面に接するコンタクト２７を介してアノード電極３６に電気的に接続されている。

第１絶縁膜２０及び保護膜１６を覆うように、酸化物や窒化物などによるいずれも透明な第２絶縁膜２１、第３絶縁膜２２及び第４絶縁膜２３が順に積層されている。第１絶縁膜２０、第２絶縁膜２１、第３絶縁膜２２及び第４絶縁膜２３には、配線が形成され、コンタクト２７をカソード電極３４及びアノード電極３６に接続している。図２（ｂ）において、第４絶縁膜２３の表面には、ｐ＋型半導体領域１８に接続する図２（ａ）には現れていないパッド２９が形成されている。第４絶縁膜２３の表面には、パッド２９などを露出させて第４絶縁膜２３を覆うように酸化物や窒化物などによる透明な第５絶縁膜２５が形成されている。

図２（ｂ）を参照すると、光検出部１０は、ｐ型半導体基板１１をアノード、ｎ型半導体領域１２及び拡大ｎ型半導体領域１３をカソードとするフォトダイオードを構成している。フォトダイオードの極性は、図中のダイオードの記号に示されている。このフォトダイオードは、受光領域の開口１５から入射した光がｐ型半導体基板１１におけるｎ型半導体領域１２又は拡大ｎ型半導体領域１３とのｐｎ接合部に広がる空乏層３０において電子と正孔との対を励起して電流を発生させる光電変換により光を検出することができる。空乏層３０で発生した電子と正孔との対は、フォトダイオードに印加されている逆バイアスのため、電子はｎ型半導体領域１２又は拡大ｎ型半導体領域１３に移動し、正孔はｐ型半導体基板１１に移動して電流を発生する。

空乏層３０は、ｐ型半導体基板１１におけるｎ型半導体領域１２又は拡大ｎ型半導体領域１３とのｐｎ接合の境界を含んで広がり、光検出部１０の開口１５の直下では、深さＤ１にあるｎ型半導体領域１２の底面の上方から深さＤ２にある拡大ｎ型半導体領域１３の底面の下方まで延びている。したがって、開口１５の直下において空乏層３０が深さ方向に広がる範囲Ｈは、拡大ｎ型半導体領域１３が深さ方向に延びる距離であるＤ２−Ｄ１より大きくなることが確保されている。

ｎ型半導体領域１２の底面の上方に形成された空乏層Ｄの上側の境界の一部は、ｎ型半導体領域１２の底面から拡大ｎ型半導体領域１３の側面に沿って深さ方向に延び、くぼみ又は溝を形成している。このようなくぼみの深さは、ｎ型半導体領域１２の底面において、深さ方向に延びる拡大ｎ型半導体領域１３が形成された部分と拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分との間隔を設定することにより調整することができる。例えば、前記間隔を最適化することにより、くぼみが縮小されて空乏層３０が図中２（ｂ）中の横方向に連結されたり、空乏層３０が縦方向に広がったりするようにすることで、開口１５の直下における空乏層３０の範囲が最大になるようにすることができる。空乏層３０の範囲を大きくすることにより入射した光が電子と正孔の対を発生させる確率を増加させて光電変換の効率を高めることができ、入射した光を検出する感度も向上させことができる。

本実施の形態の光半導体装置の光検出部１０は、ｐ型半導体基板１１に形成されたｎ型半導体領域１２の底面から底面におけるパターンに従い深さ方向に櫛状の形状を有して延びる拡大ｎ型半導体領域１３を有している。このような櫛状の形状を有する拡大ｎ型半導体領域１３によりｐｎ接合を形成する面積が広がり、ｐ型半導体基板１１の表面の面積当たりのダイオードのサイズを大きくすることができる。また、ｎ型半導体領域１２の底面において、拡大ｎ型半導体領域１３が形成された部分と拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分との間隔を最適化することにより、開口１５の直下における空乏層３０の広がりが最大になるようにすることができ、光を検出する感度を向上させることができる。したがって、光検出部１０においては、エネルギーが低い赤外線の光についても、十分な感度を確保することができる。

図３は、本実施の形態の光半導体装置の光検出部の第１変形例を示す平面図である。第１変形例においては、ｐ型半導体基板１１の表面から第１深さＤ１にある底面まで形成されたｎ型半導体領域１２の底面において、深さ方向に延びる拡大ｎ型半導体領域１３が形成された部分と、拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分とが、所定間隔で繰り返す延びる第１パターンと、拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分が所定方向に延びる第２パターンとについて、図中横方向に、横方向とは直交する図中縦方向に延びる第１パターン及び第２パターンが交互に前記所定間隔で配置され、縦方向について、横方向に延びる第１パターン及び第２パターンが前記所定間隔で交互に配置されたパターンが形成されている。換言すると、ｎ型半導体領域１２の底面において、深さ方向に拡大ｎ型半導体領域１３が延びる所定の一辺の長さを有する正方形の領域が、各辺が図中の横方向又は縦方向に平行になるように、前記一辺の長さに等しい間隔で縦横に規則的に配置されたパターンが形成されている。第１変形例において、ｎ型半導体領域１２の底面のパターンに従って形成された拡大ｎ型半導体領域１３の構成を除くと、他の構成は図２に示した本実施の形態の光半導体装置の光検出部１０と同様であり、対応する部材には同様の記号を付して説明を省略することにする。

第１変形例においては、前述した本実施の形態の光半導体装置の光検出部と同様に、ｎ型半導体領域１２の底面から深さ方向に櫛状の形状を有して延びる拡大ｎ型半導体領域１３によりｐｎ接合を形成する面積が広がり、ｐ型半導体基板１１の表面の面積当たりのダイオードのサイズを大きくすることができる。また、ｎ型半導体領域１２の底面において、拡大ｎ型半導体領域１３が形成された部分と拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分とで形成されるパターンにおける間隔を最適化することにより、開口１５の直下における空乏層３０の広がりが最大になるようにすることができ、光を検出する感度を向上させることができる。したがって、光検出部１０においては、エネルギーが低い赤外線の光についても、十分な感度を確保することができる。

なお、第１変形例においては、図中の横方向及び縦方向について、第１パターンと第２パターンとを同一の間隔で配置したが、第１パターンと第２パターンとは横方向と縦方向とについて異なる間隔で配置することもできる。また、ｎ型半導体領域１２の底面において拡大ｎ型半導体領域１３が形成された部分と拡大ｎ型半導体領域１３が形成されていない部分とで形成されるパターンは、深さ方向に櫛状に延びた拡大ｎ型半導体領域１３によって面積当たりのダイオードのサイズが大きくなり、空乏層３０の広がりを大きくして光を検出する感度を向上させることができるのであれば、本実施の形態の光半導体装置の光検出部１０や変形例１で示したパターンに限らず、他のパターンであってもよい。

図４は、本実施の形態の光半導体装置の光検出部の第２変形例を示す断面図である。図４においては、簡単のため、光検出部１０のｐ型半導体基板１１の表面に形成された第１絶縁膜２０及び保護膜１６より上の構造を省略している。第２変形例においては、ｐ型半導体基板１１に形成されたｎ型半導体領域１２の表面において、第１絶縁膜２０の表面に形成され開口１５の表面に、第２半導体領域であるｐ型半導体領域１９が形成されている。ｐ型半導体領域１９は、ｎ型半導体領域１２と比べて深さ方向の長さが小さくなるように薄く形成され、保護膜１６によって覆われている。第２変形例において、ｎ型半導体領域１２の表面に形成されたｐ型半導体領域１９を除くと、他の構成は図２に示した本実施の形態の光半導体装置の光検出部１０と同様であり、対応する部材には同様の記号を付して説明を省略することにする。

第２変形例においては、光検出部１０は、ｐ型半導体領域１９をアノード、ｎ型半導体領域１２をカソードとするフォトダイオードをさらに含んでいる。フォトダイオードの極性は、開口１５の付近に描かれたダイオードの記号に示されている。このフォトダイオードにおいて、ｐ型半導体領域１９及びｎ型半導体領域１２のｐｎ接合部分に空乏層が広がり、受光領域の開口１５から入射した光により電子と正孔との対を励起して光電変換により電流を発生する。ｎ型半導体領域１２に形成されたｐ型半導体領域１９は薄く、ｐｎ接合部に形成される空乏層も薄いため、電子と正孔との対を励起する確率の大きい紫外線が光電変換される。受光領域に入射した紫外線は、ｐ型半導体領域１９とｎ型半導体領域１２によって形成されたフォトダイオードで光電変換されて減衰し、このフォトダイオードより深く進むことが実質的に阻まれる。したがって、このフォトダイオードは、入射した紫外線を遮断するフィルタの役割を果たしている。

変形例２においては、ｎ型半導体領域１２の表面に薄いｐ型半導体領域１９が形成され、これらｐ型半導体領域１９及びｎ型半導体領域１２によって形成されたフォトダイオードにより紫外線が遮断されている。したがって、ｐ型半導体基板１１及びｎ型半導体領域１２又は拡大ｎ型半導体領域１３のｐｎ接合部に形成された空乏層３０へ紫外線が進むことが阻まれている。変形例２により検出を想定している赤外線は波長が長くエネルギーが低く光電変換の効率が低いため、赤外線の検出時にエネルギーが大きい紫外線が入射すると大きなノイズになることがある。変形例２においては、紫外線の空乏層３０への進入が受光領域の開口１５に形成されたフォトダイオードによって遮断されているため、紫外線によるノイズの発生を抑えて赤外線を検出する感度を向上させることができる。

図５は、本実施の形態の光半導体装置の光検出部１０の製造工程を示すフロー図である。この製造工程においては、半導体基板上でエピタキシャル成長を繰り返すことにより、ｐ型半導体基板１１に形成されたｎ型半導体領域１２の底面からｎ型半導体が深さ方向に延びる拡大ｎ型半導体領域１３を形成する。

図５（ａ）に示す工程においては、所定の高さのｐ型半導体基板３１の表面に所定のパターンのレジスト４１が形成され、レジスト４１で覆われていない部分にｎ型不純物が注入され、深さ方向に延びるｎ型半導体領域３５が形成される。ｎ型半導体領域３５がｐ型半導体基板３１の所定の深さに達すると、ｎ型不純物の注入は停止される。そして、ｐ型半導体基板３１の表面からレジスト４１が取り除かれる。

図５（ｂ）に示す工程においては、図５（ａ）に示した工程で加工されたｐ型半導体基板３１の表面にエピタキシャル成長により所定の高さの第１ｐ型半導体層３２が形成される。第１ｐ型半導体層３２が形成されると、アニールによりｐ型半導体基板３１に形成されたｎ型半導体領域３５に含まれるｎ型不純物が第１ｐ型半導体層３２との境界を越えて第１ｐ型半導体層３２に拡散し、ｐ型半導体基板３１に形成されたｎ型半導体領域３５の直上に第１ｐ型半導体層３２の所定の高さまでｎ型半導体領域３５が拡大する。

そして、第１ｐ型半導体層３２の表面に所定のパターンのレジスト４１が形成される。レジスト４１で覆われていない部分にｎ型不純物が注入され、深さ方向に延びるｎ型半導体領域３５が形成される。ｎ型半導体領域３５が第１ｐ型半導体層３２の所定の深さに達し、ｐ型半導体基板３１との境界から所定の高さまで形成されたｎ型半導体領域３５と連結すると、ｎ型不純物の注入は停止される。そして、第１ｐ型半導体層３２の表面からレジスト４１が取り除かれる。

図５（ｃ）に示す工程においては、図５（ｂ）に示した工程で形成された第１ｐ型半導体層３２の表面にエピタキシャル成長により形成された所定の高さの第２ｐ型半導体層３３が形成される。第２ｐ型半導体層３３が形成されると、アニールにより第１ｐ型半導体層３２に形成されたｎ型半導体領域３５に含まれるｎ型不純物が第２ｐ型半導体層３３との境界を越えて第２ｐ型半導体層３３に拡散し、第１ｐ型半導体層３２に形成されたｎ型半導体領域３５の直上に第２ｐ型半導体層３３の所定の高さまでｎ型半導体領域３５が拡大する。

そして、第２ｐ型半導体層３３の表面に所定のパターンのレジスト４１が形成される。レジスト４１で覆われていない部分にｎ型不純物が注入され、深さ方向に延びるｎ型半導体領域３５が形成される。ｎ型半導体領域３５が第２ｐ型半導体層３３の所定の深さに達し、第１ｐ型半導体層３２の境界から所定の高さまで形成されたｎ型半導体領域３５と連結すると、ｎ型不純物の注入は停止される。そして、第１ｐ型半導体層３２の表面からレジスト４１が取り除かれる。

図５（ａ）から図５（ｃ）に示したｐ型半導体層のエピタキシャル成長とｐ型半導体層内へのｎ型半導体領域の形成とは、ｐ型半導体層が所定の高さに達するまで繰り返される。ここでは、簡単のため、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の２層のｐ型半導体層のエピタキシャル成長で所定の高さに達するものとする。図５（ａ）から図５（ｃ）に至る一連の工程によって、積層されたｐ型半導体基板３１、第１ｐ型半導体層３２及び第２ｐ型半導体層３３に深さ方向に延びるｎ型半導体領域３５が形成された。

図５（ｄ）は、ｐ型半導体基板１１の表面に形成された第１絶縁膜２０及び保護膜１６より上の構造を省略した光検出部１０の構成を示している。このような光検出部１０は、図５（ａ）から図５（ｃ）に示したｐ型半導体基板３１に第１ｐ型半導体層３２及び第２ｐ型半導体層３３を形成する工程に続く一連の工程により製造することができる。例えば、第２ｐ型半導体層３３の上に所定の高さまでｐ型半導体層を成長させてｐ型半導体基板１１とし、ｐ型半導体基板１１の表面の所定の領域にｎ型不純物を注入してｎ型半導体領域１２を形成することができる。ｎ型半導体領域１２の底面からｎ型半導体が深さ方向に延びる拡大ｎ型半導体領域１３は、図５（ａ）から図５（ｃ）の工程においてｎ型半導体領域３５として形成されている。さらに、ｎ＋型半導体領域１７及びｐ＋型半導体領域１８、保護膜１６及び第１絶縁膜２０を形成し、保護膜１６及び第１絶縁膜２０より上の構造を形成することにより、光検出部１０を作製することができる。

図６は、本実施の形態の光半導体装置の光検出部の他の製造工程を示すフロー図である。他の製造工程においては、ｐ型半導体基板に形成したトレンチ３７にｎ型半導体を埋め込むことにより、ｐ型半導体基板１１に形成されたｎ型半導体領域１２の底面からｎ型半導体が深さ方向に拡大された拡大ｎ型半導体領域１３を形成する。

図６（ａ）に示す工程においては、所定の高さを有するｐ型半導体基板３１の表面から所定の深さまで、ｐ型半導体基板３１の表面のパターンに従い、深さの方向に櫛型の形状を有して延びるトレンチ３７を所定の深さまで形成する。トレンチ３７は、例えばｐ型半導体基板３１の表面に所定のパターンでレジストを形成し、エッチングにより形成してもよい。図６（ｂ）に示す工程においては、図６（ａ）に示されたトレンチ３７にｎ型半導体を埋め込んでｎ型半導体領域３９を形成する。図６（ａ）及び図６（ｂ）の工程によって、ｐ型半導体基板３１に深さ方向に延びるｎ型半導体領域３９が形成された。

図６（ｃ）は、ｐ型半導体基板１１の表面に形成された第１絶縁膜２０及び保護膜１６より上の構造を省略した光検出部１０を示している。このような光検出部１０は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したｐ型半導体基板３１に深さ方向に延びるｎ型半導体領域３９を形成する工程に続く一連の工程により製造することができる。例えば、ｐ型半導体基板３１の上に所定の高さまでｐ型半導体層を成長させてｐ型半導体基板１１とし、ｐ型半導体基板１１の表面の所定の領域にｎ型不純物を注入してｎ型半導体領域１２を形成することができる。ｎ型半導体領域１２の底面からｎ型半導体が深さ方向に延びる拡大ｎ型半導体領域１３は、図６（ａ）及び図６（ｂ）の工程においてｎ型半導体領域３９として形成されている。さらに、ｎ＋型半導体領域１７及びｐ＋型半導体領域１８、保護膜１６及び第１絶縁膜２０を形成し、保護膜１６及び第１絶縁膜２０の上の構造を形成することにより、光検出部１０を作製することができる。

図７は、本実施の形態の光半導体装置を含む半導体パッケージを示す図である。図５（ａ）は半導体パッケージ５０の平面図であり、図５（ｂ）は半導体パッケージ５０に搭載した半導体チップ６０の部分を拡大した拡大平面図である。本実施の形態の光半導体装置には、半導体チップ６０が相当している。

図５（ａ）に示すように、半導体パッケージ５０において、絶縁体による略矩形の平坦な基板５１の表面の略中央には、光検出部６１などが形成された半導体チップ６０が搭載されている。この半導体チップ６０には、基板５１の長手方向に延びる対向する一対の辺の縁部に形成された複数のリード５２から、基板５１の表面に長手方向に沿ってリード５２に対応して形成された複数のパッド５３を介して、図示しないワイヤによって電気的に接続されている。半導体パッケージ５０において、基板５１の表面は、光半導体装置が検出する光を透過することができるように、半導体チップ６０を覆う透明な樹脂によって封止されている。

図（ｂ）示す半導体チップ６０において、略矩形状を有する半導体チップ６０の表面の図中右側の短辺に沿って、光検出部６１が形成されている。光検出部６１の表面には、光を検出するために入射した光を光検出部６１の内部に透過させる受光領域６２が形成されている。この受光領域６２は、図２に示した光検出部１０の構成において、入射した光を光検出部１０の内部に透過させるために第１絶縁膜２０に形成された開口１５に対応している。光検出部６１においては、表面に複数の受光領域６２が形成され、いずれかの受光領域６２に光が入射すれば検出できるようにしている。

半導体チップ６０の表面において、一組の長辺の図中左半分と図中左側の短辺に囲まれるように論理回路６３が形成されている。論理回路６３と光検出部６１との間には、キャパシタ６４が形成されている。論理回路６３と一対の長辺との間には、それぞれ複数のパッド６５が形成され、複数のパッド６５は図示しないワイヤによって基板５１に形成された複数のパッド５３に接続されている。半導体チップ６０において、光検出部６１、論理回路６３及びキャパシタ６４は、ｐ型半導体による同一の半導体基板の表面に形成されている。

本実施の形態の光半導体装置は、赤外線の光の感度を向上させた光検出部とともに論理回路などを一枚の半導体基板に一体として構成することができる。したがって、構成部品に小型化や軽量化が求められるスマートフォンなどにも適用することができる。

この発明は、スマートフォンに搭載される赤外線を用いた近接センサーに利用することができる。

１０光検出部
１１ｐ型半導体基板
１２ｎ型半導体領域
１３拡大ｎ型半導体領域
５０半導体パッケージ
６０半導体チップ

Claims

光電変換による光検出部を含む光半導体装置であって、前記光検出部は、
第１導電型を有する半導体基板と、
前記半導体基板に形成された第２導電型を有する第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の底面から底面内のパターンに従い深さ方向に延びる第２導電型を有する拡大第１半導体領域と
を含む光半導体装置。
前記拡大第１半導体領域は、前記第１半導体領域から深さ方向に延びる櫛型の形状を有する請求項１に記載の光半導体装置。
前記パターンは、前記底面内において、前記拡大第１半導体領域が延びる部分と前記拡大第１半導体領域が延びない部分とが所定方向に所定間隔で交互に配置された請求項１又は２に記載の光半導体装置。
前記所定のパターンは、前記底面内において、前記拡大第１半導体領域が延びる部分と前記拡大第１半導体領域が延びない部分とが所定間隔で交互に配置された第１パターンと、前記拡大第１半導体領域が延びない部分が続く第２パターンとについて、第１方向について、前記第１方向とは直交する第２方向に延びる前記第１パターン及び前記第２パターンが前記所定間隔で交互に配置され、前記第２方向について、前記第１方向に延びる前記第１パターン及び前記第２パターンが前記所定間隔で交互に配置された請求項１又は２に記載の光半導体装置。
前記所定間隔は、前記半導体基板の深さ方向の空乏層の広がりが大きくなるように最適化された請求項３又は４に記載の光半導体装置。
前記第１半導体領域の表面に形成された第１導電型の第２半導体領域をさらに含む請求項１から５のいずれか一項に記載の光半導体装置。