JP2933870B2 - Photodetector and method of manufacturing the same - Google Patents
Photodetector and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光検出装置及びそ
の製造方法に関するものであり、特に、波長帯域が40
0nm〜800nmの人間の比視感度に近い光を検出す
るために用いられる光検出装置及びその製造方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodetector and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a photodetector having a wavelength band of 40.
The present invention relates to a photodetector used for detecting light close to human relative luminosity of 0 nm to 800 nm and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光を検出するには、一般的にシリ
コンフォトダイオード等の受光部の前面に検出したい波
長帯域の光学フィルタや分光器を配置した光検出装置が
用いられていた。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to detect light, a photodetector is generally used in which an optical filter or a spectroscope of a wavelength band to be detected is arranged in front of a light receiving portion such as a silicon photodiode.
【0003】しかし、光検出装置の形状が大きくなりコ
ストがかかるという欠点があった。これを解決するため
の光検出装置(例えば、特開昭63−65325号公
報,特開平2−291182号公報)が提案されてい
る。[0003] However, there is a drawback that the shape of the photodetector becomes large and the cost increases. In order to solve this, a photodetector (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-65325, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-291182) has been proposed.
【0004】図10は、従来例として、特開平2−29
1182号公報に開示された光検出装置の構成を示す。
図10において、41はセンサ複合体、42はオペアン
プ等からなる増幅器、43は抵抗、44,45は配線、
46はP型半導体基板、47,48はN型不純物領域、
49はP型不純物領域である。FIG. 10 shows a conventional example as disclosed in JP-A-2-29.
1 shows a configuration of a photodetector disclosed in Japanese Patent Publication No. 1182.
In FIG. 10, 41 is a sensor complex, 42 is an amplifier including an operational amplifier or the like, 43 is a resistor, 44 and 45 are wires,
46 is a P-type semiconductor substrate, 47 and 48 are N-type impurity regions,
49 is a P-type impurity region.
【0005】図10に示す光検出装置は、センサ複合体
41及び増幅器42を主たる構成要素とする。センサ複
合体41は、互いに異なる光検出特性を有する第1の受
光部PD1 ′及び第2の受光部PD2 ′と、第1の受光
部PD1 ′と第2の受光部PD2 ′とを逆並列に接続す
る配線44,45とを備えている。なお、第1の受光部
PD1 ′はP型半導体基板46及びN型不純物領域47
からなるフォトダイオードであり、第2の受光部P
D2 ′はN型不純物領域48及びP型不純物領域49か
らなるフォトダイオードである。ここで、逆並列に接続
するとは、受光部であるフォトダイオードの極性を反対
にして並列に接続することをいう。増幅器42は、第1
の受光部PD1 ′と第2の受光部PD2 ′の出力電流の
差を増幅する。[0005] The photodetector shown in FIG. 10 has a sensor complex 41 and an amplifier 42 as main components. Sensor complex 41, the first and the light-receiving portion PD 1 'and the second light receiving portion PD 2' having a different light detection characteristics each other, 'and the second light receiving portion PD 2' first light receiving portion PD 1 and Are connected in reverse parallel to each other. Note that the first light receiving portion PD 1 ′ includes a P-type semiconductor substrate 46 and an N-type impurity region 47.
And a second light receiving portion P
D 2 ′ is a photodiode including an N-type impurity region 48 and a P-type impurity region 49. Here, connecting in anti-parallel means connecting in parallel with the polarity of the photodiode as the light receiving unit reversed. The amplifier 42 is connected to the first
The difference between the output currents of the light receiving section PD 1 ′ and the second light receiving section PD 2 ′ is amplified.
【0006】この光検出装置では、第1の受光部P
D1 ′及び第2の受光部PD2 ′に光が照射されると、
各受光部にはそれぞれの光検出特性に応じた光電流が発
生し、これらの光電流の差が配線44を介して増幅器4
2に出力される。発生する光電流量は、各受光部が感度
を有する波長帯域の光量に比例する。In this photodetector, the first light receiving portion P
When light is applied to D 1 ′ and the second light receiving unit PD 2 ′,
A photocurrent corresponding to each photodetection characteristic is generated in each light receiving unit, and a difference between these photocurrents is transmitted through the wiring 44 to the amplifier 4.
2 is output. The amount of generated photoelectric flow is proportional to the amount of light in a wavelength band in which each light receiving unit has sensitivity.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光検出装置には以下のような課題がある。However, the conventional photodetector has the following problems.
【0008】前記の光検出装置では、第1の受光部PD
1 ′及び第2の受光部PD2 ′は配線44,45により
逆並列に接続されている。ところが、逆並列に接続され
た場合、一方の受光部に逆バイアス電圧を印加すると他
方の受光部には過大な順方向電流が流れてしまうため、
逆バイアス電圧を印加できないことになる。このため、
光電流の差を増幅する増幅器42は入力バイアス電圧が
0Vである正負2電源型の増幅器に限定されてしまう。
これにより、光検出装置の回路規模が大きくなるという
問題がある。In the above-described light detecting device, the first light receiving section PD
1 ′ and the second light receiving section PD 2 ′ are connected in anti-parallel by wires 44 and 45. However, when connected in anti-parallel, if a reverse bias voltage is applied to one of the light receiving units, an excessive forward current will flow to the other light receiving unit.
The reverse bias voltage cannot be applied. For this reason,
The amplifier 42 that amplifies the difference between the photocurrents is limited to a positive / negative dual power supply type amplifier having an input bias voltage of 0V.
Thus, there is a problem that the circuit scale of the photodetector increases.
【0009】また、逆バイアス電圧を印加できないため
P型不純物領域とN型不純物領域との接合面に空乏層が
拡がらないので、各受光部の光感度が悪くなるという問
題があり、光感度を向上するためには受光部の面積を大
きくする必要が出てくる。In addition, since a reverse bias voltage cannot be applied, the depletion layer does not expand at the junction between the P-type impurity region and the N-type impurity region. It is necessary to increase the area of the light receiving section in order to improve the image quality.
【0010】また、各受光部面積より小さいスポット光
などが照射された場合には、検出したい波長帯域の光量
が検出できないという問題がある。Further, when a spot light or the like smaller than the area of each light receiving portion is irradiated, there is a problem that the light amount in the wavelength band to be detected cannot be detected.
【0011】前記の問題に鑑み、本発明は、様々な増幅
器が使用可能であり回路規模の小さい光検出装置及びそ
の製造方法を提供すること、また、受光部の光感度が高
い光検出装置及びその製造方法を提供すること、さら
に、各受光部面積より小さいスポット光等が照射された
場合でも検出したい波長帯域の光量が検出可能である光
検出装置及びその製造方法を提供することを課題とす
る。In view of the above problems, the present invention provides a photodetector capable of using various amplifiers and having a small circuit scale, and a method of manufacturing the same. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method thereof, and to provide a light detection device capable of detecting the light amount of a wavelength band to be detected even when a spot light or the like smaller than each light receiving area is irradiated, and a manufacturing method thereof. I do.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、請求項1の発明が講じた解決手段は、光検出装置と
して、第1導電型の半導体基板上に形成された第2導電
型の第1の不純物領域と該第1の不純物領域上に形成さ
れた第1導電型の第2の不純物領域とからなる第1の受
光部と、前記第1導電型の半導体基板と該半導体基板上
に形成された第2導電型の第3の不純物領域とからな
り、前記第1の受光部と異なる分光感度特性を有し前記
第1の受光部と直列に接続された第2の受光部と、前記
第1の受光部と前記第2の受光部との接続部から前記第
1及び第2の受光部に発生した光電流の差電流を入力し
て増幅する増幅手段とを備え、前記半導体基板の、主面
のうち前記第1の不純物領域が形成された部分と、裏面
との間に電圧を印加することによって、前記第1及び第
2の受光部に逆バイアス電圧が印加されるよう構成され
たものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, a solution taken by the invention of claim 1 is a photo-detecting device, comprising a second conductive type formed on a semiconductor substrate of a first conductive type. A first light receiving portion including a first impurity region of the first type and a second impurity region of the first conductivity type formed on the first impurity region; the semiconductor substrate of the first conductivity type; and the semiconductor substrate. A second light-receiving unit, comprising a third impurity region of the second conductivity type formed thereon and having a spectral sensitivity characteristic different from that of the first light-receiving unit and connected in series with the first light-receiving unit If, a amplifying means for amplifying by inputting a difference current of the first photoelectric current generated in the first and second light receiving portions from the connecting portion between the and the light receiving portion and the second light receiving portion, wherein Main surface of semiconductor substrate
A portion in which the first impurity region is formed, and a back surface
By applying a voltage between the first and second
And a reverse bias voltage is applied to the second light receiving section.
It is a thing.
【0013】請求項1の発明によると、第1の受光部及
び第2の受光部に同一の光が照射されると、それぞれの
光検出特性に応じて光電流が発生する。この光電流の差
電流が増幅手段によって増幅されるので、増幅手段の出
力電流は検出したい波長帯域の光量に比例する。ここ
で、第1及び第2の受光部は直列接続されているので様
々な増幅手段を用いることができ、例えばバイポーラト
ランジスタを用いることによって、光検出装置の回路規
模を小さくできると共にコストを低減することができ
る。また、第1及び第2受光部には逆バイアスが印加さ
れるので、各受光部の空乏層領域が広がり光感度が高感
度となる。また、接合容量が低減し周波数特性も改善さ
れる。 According to the first aspect of the present invention, when the same light is applied to the first light receiving portion and the second light receiving portion, a photocurrent is generated according to the respective light detection characteristics. Since the difference current between the photocurrents is amplified by the amplifying means, the output current of the amplifying means is proportional to the amount of light in the wavelength band to be detected. Here, since the first and second light receiving units are connected in series, various amplifying means can be used. For example, by using a bipolar transistor, the circuit scale of the photodetector can be reduced and the cost can be reduced. be able to. A reverse bias is applied to the first and second light receiving sections.
As the depletion layer region of each light receiving section expands, light sensitivity is high.
Degree. Also, the junction capacitance is reduced and the frequency characteristics are improved.
It is.
【0014】また、請求項2の発明では、前記請求項1
の光検出装置における増幅手段は、第1導電型の半導体
基板に形成された複数の不純物領域からなる増幅器を備
えたものとする。[0014] According to the second aspect of the present invention, the first aspect is provided.
Amplifying means in the photodetector of the first aspect is a semiconductor of the first conductivity type.
It is assumed that an amplifier including a plurality of impurity regions formed on a substrate is provided.
【0015】さらに、請求項3の発明では、前記請求項
2の光検出装置において、前記増幅器を構成する複数の
不純物領域のうち少なくとも1つの不純物領域の深さ
は、前記第1,第2及び第3の不純物領域のうち少なく
とも1つの不純物領域深さと等しいものとする。Further, in the invention according to claim 3, in the photodetector according to claim 2, at least one of the plurality of impurity regions constituting the amplifier has a depth of the first, second, and second impurity regions. It is assumed that the depth is equal to the depth of at least one of the third impurity regions.
【0016】請求項3の発明によると、第1及び第2の
各受光部と増幅器とを集積化するための拡散工程が容易
になる。According to the third aspect of the present invention, the diffusion step for integrating the first and second light receiving units and the amplifier is facilitated.
【0017】ここで、請求項4の発明が講じた解決手段
は、光検出装置として、第1導電型の半導体基板上に形
成されたエピタキシャル層によって構成された第2導電
型の第1の不純物領域と該第1の不純物領域上に形成さ
れた第1導電型の第2の不純物領域とからなる第1の受
光部と、前記第1導電型の半導体基板と該半導体基板上
に形成された前記エピタキシャル層によって構成された
第2導電型の第3の不純物領域とからなり、前記第1の
受光部と異なる光検出特性を有し前記第1の受光部と直
列に接続された第2の受光部と、前記エピタキシャル層
を前記第1の不純物領域と前記第3の不純物領域とに分
離する分離領域と、前記第1の受光部と前記第2の受光
部との接続部から前記第1及び第2の受光部に発生した
光電流の差電流を入力して増幅する増幅手段とを備えた
ものとする。Here, a solution implemented by the invention of claim 4 is that, as a photodetector, a first impurity of the second conductivity type constituted by an epitaxial layer formed on a semiconductor substrate of the first conductivity type. A first light receiving portion including a region and a second impurity region of a first conductivity type formed on the first impurity region; a semiconductor substrate of the first conductivity type; and a first light receiving portion formed on the semiconductor substrate. A second impurity-type third impurity region constituted by the epitaxial layer, having a light detection characteristic different from that of the first light receiving portion, and being connected in series with the first light receiving portion; A light receiving portion, an isolation region for separating the epitaxial layer into the first impurity region and the third impurity region, and a first connection portion between the first light receiving portion and the second light receiving portion. And the difference current of the photocurrent generated in the second light receiving portion And those with an amplifying means for amplifying by force.
【0018】請求項4の発明によると、前記請求項1の
発明による作用に加え、エピタキシャル層を用いること
によって第1の不純物領域と第3の不純物領域を低濃度
で且つ均一に形成できるので、光の照射によって生成さ
れるキャリアのライフタイムが伸びる。この結果、光の
吸収率が高くなり光感度は高感度となる。According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the function of the first aspect of the present invention, the first impurity region and the third impurity region can be uniformly formed at a low concentration by using an epitaxial layer. The lifetime of carriers generated by light irradiation is extended. As a result, the light absorptance increases and the light sensitivity becomes high.
【0019】また、請求項5の発明では、前記請求項4
の光検出装置において、前記エピタキシャル層によって
構成され、且つ分離領域によって前記第1及び第3の不
純物領域と分離された増幅器形成領域をさらに備え、前
記増幅手段は前記増幅器形成領域に形成された複数の不
純物領域からなる増幅器を備えたものとする。According to the fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect,
The photodetector, further comprising an amplifier forming region constituted by the epitaxial layer and separated from the first and third impurity regions by an isolating region, wherein the amplifying means is formed in the plurality of amplifier forming regions. And an amplifier composed of the impurity regions described above.
【0020】請求項5の発明によると、エピタキシャル
層を分離領域で分離して増幅器形成領域を設け、この増
幅器形成領域に複数の不純物領域からなる増幅器を形成
するので、集積化が容易になり、低ノイズ,低コスト化
を実現できる。According to the fifth aspect of the present invention, the amplifier layer is formed by separating the epitaxial layer by the separation region, and an amplifier including a plurality of impurity regions is formed in the amplifier formation region. Low noise and low cost can be realized.
【0021】さらに、請求項6の発明では、前記請求項
5の光検出装置における増幅器は、前記第1の受光部と
前記第2の受光部との接続部にベース領域が接続された
バイポーラトランジスタであり、前記ベース領域の深さ
は前記第2の不純物領域の深さと等しいものとする。According to a sixth aspect of the present invention, in the photodetector of the fifth aspect, the amplifier is a bipolar transistor in which a base region is connected to a connection portion between the first light receiving portion and the second light receiving portion. And the depth of the base region is equal to the depth of the second impurity region.
【0022】請求項6の発明によると、各受光部と増幅
器を集積化するための工程が容易になる。According to the sixth aspect of the present invention, the process for integrating each light receiving section and the amplifier becomes easy.
【0023】また、請求項7の発明では、前記請求項4
の光検出装置において、第1及び第2の受光部に逆バイ
アス電圧が印加されるものとする。According to the seventh aspect of the present invention, in the fourth aspect,
In this photodetector, a reverse bias voltage is applied to the first and second light receiving units.
【0024】請求項7の発明によると、第1及び第2受
光部には逆バイアスが印加されるので、各受光部の空乏
層領域が広がり光感度が高感度となる。また、接合容量
が低減し周波数特性も改善される。According to the seventh aspect of the present invention, since a reverse bias is applied to the first and second light receiving portions, the depletion layer region of each light receiving portion is widened and the light sensitivity is high. Further, the junction capacitance is reduced and the frequency characteristics are improved.
【0025】また、請求項8の発明では、前記請求項1
又は4の光検出装置において、光検出を行う波長帯域を
第1の受光部と第2の受光部との面積比によって設定す
るものとする。[0025] According to the invention of claim 8, the above-mentioned claim 1 is provided.
Alternatively, in the photodetector of 4, the wavelength band for performing photodetection is set by the area ratio between the first light receiving unit and the second light receiving unit.
【0026】請求項8の発明によると、光検出を行う波
長帯域を設定するために第1〜第3の不純物領域の濃度
及び深さを変更する必要がなく、第1受光部と第2受光
部との面積比によって波長帯域を容易に設定することが
できる。例えば、第1の受光部と第2の受光部との面積
比を800nm以上の光感度が0以下になるように設定
すると、検出される光量は400nm〜800nmの波
長帯域の光量であり、人間の比視感度に近い明るさを検
出することができる。According to the eighth aspect of the present invention, it is not necessary to change the concentrations and depths of the first to third impurity regions in order to set the wavelength band in which the light is detected. The wavelength band can be easily set by the area ratio with the part. For example, when the area ratio between the first light receiving unit and the second light receiving unit is set so that the light sensitivity of 800 nm or more becomes 0 or less, the detected light amount is the light amount in the wavelength band of 400 nm to 800 nm. Can be detected close to the relative luminous efficiency.
【0027】また、請求項9の発明では、前記請求項1
又は4の光検出装置において、第1及び第2の受光部の
表面形状は相互に入り組んでいるものとする。According to the ninth aspect of the present invention, in the first aspect,
Alternatively, in the photodetecting device of 4, the surface shapes of the first and second light receiving units are interdigitated.
【0028】請求項9の発明によると、各受光部の面積
よりも小さいスポット光等が照射されたときでも、検出
したい波長帯域の光量を検出することが可能となる。According to the ninth aspect of the present invention, even when a spot light or the like smaller than the area of each light receiving section is irradiated, it is possible to detect the amount of light in the wavelength band to be detected.
【0029】ここで、請求項10の発明が講じた解決手
段は、光検出装置として、直列に接続された第1の受光
部及び第2の受光部と、前記第2の受光部に並列に接続
され前記第1の受光部と同等の暗電流特性を有し且つ遮
光された第3の受光部と、前記第1の受光部に並列に接
続され前記第2の受光部と同等の暗電流特性を有し且つ
遮光された第4の受光部と、前記第1の受光部と前記第
2の受光部との接続部から前記第1及び第2の受光部に
発生した光電流の差電流を入力して増幅する増幅手段と
を備えたものとする。Here, the solution means of the invention of claim 10 is that, as a photodetecting device, a first light receiving portion and a second light receiving portion connected in series, and a light receiving device in parallel with the second light receiving portion. A third light-receiving unit connected and having a dark current characteristic equivalent to that of the first light-receiving unit and shielded from light, and a dark current connected in parallel with the first light-receiving unit and equivalent to the second light-receiving unit A fourth light-receiving unit having characteristics and shielded from light, and a difference current between photocurrents generated in the first and second light-receiving units from a connection between the first light-receiving unit and the second light-receiving unit. And amplifying means for inputting and amplifying the input.
【0030】請求項10の発明により、第1の受光部か
ら発生した暗電流は第3の受光部から発生した暗電流に
よって相殺され、第2の受光部から発生した暗電流は第
4の受光部から発生した暗電流によって相殺される。し
かも、第3及び第4の受光部は遮光されているので、光
検出装置全体の光検出特性には影響を与えない。したが
って、各受光部を流れる暗電流に起因するオフセット電
位の発生を防止することができる。According to the tenth aspect, the dark current generated from the first light receiving section is canceled by the dark current generated from the third light receiving section, and the dark current generated from the second light receiving section is changed to the fourth light receiving section. Offset by the dark current generated from the part. In addition, since the third and fourth light receiving sections are shielded from light, the light detection characteristics of the entire photodetector are not affected. Therefore, it is possible to prevent the generation of the offset potential due to the dark current flowing through each light receiving unit.
【0031】そして、請求項11の発明では、前記請求
項10の光検出装置において、第1〜第4の受光部に同
等の逆バイアス電圧が印加されるものとする。According to the eleventh aspect of the present invention, in the photodetector of the tenth aspect, an equivalent reverse bias voltage is applied to the first to fourth light receiving units.
【0032】[0032]
【0033】[0033]
【0034】また、請求項12の発明が講じた解決手段
は、第1導電型の半導体基板上に形成されたエピタキシ
ャル層によって構成された第2導電型の第1の不純物領
域と該前記第1の不純物領域上に形成された第1導電型
の第2の不純物領域とからなる第1の受光部と、前記第
1導電型の半導体基板と該半導体基板上に形成された前
記エピタキシャル層によって構成された第2導電型の第
3の不純物領域とからなり,前記第1の受光部と異なる
光検出特性を有し前記第1の受光部と直列に接続された
第2の受光部と、前記第1及び第3の不純物領域と分離
領域によって分離されたエピタキシャル層にベース領域
が形成され,前記第1の受光部と前記第2の受光部との
接続部に前記ベース領域が接続されたバイポーラトラン
ジスタとを備えた光検出装置を製造する光検出装置の製
造方法として、前記バイポーラトランジスタのベース領
域と前記第2の不純物領域とを同一の拡散工程において
同時に形成する工程を備えているものである。Moreover, solutions of the invention is taken as claimed in claim 1 2, the first impurity region and the front Symbol of the second conductivity type which is constituted by an epitaxial layer formed on a first conductivity type semiconductor substrate a A first light receiving portion including a second impurity region of a first conductivity type formed on one impurity region; a semiconductor substrate of the first conductivity type; and the epitaxial layer formed on the semiconductor substrate. A second light-receiving section, comprising a second impurity-type third impurity region having a different light detection characteristic from the first light-receiving section and connected in series with the first light-receiving section; A base region is formed in the epitaxial layer separated by the first and third impurity regions and the separation region, and the base region is connected to a connection between the first light receiving unit and the second light receiving unit. With bipolar transistor The method for manufacturing a photodetector for manufacturing the photodetector includes a step of simultaneously forming a base region of the bipolar transistor and the second impurity region in the same diffusion step.
【0035】請求項12の発明によると、各受光部及び
バイポーラトランジスタを集積化するとき、拡散工程を
容易にすることができ、拡散工程の増加も抑えられる。[0035] According to the present invention 1 2, when integrating the respective light receiving portions and the bipolar transistor, it is possible to facilitate the diffusion process, also suppressed the increase in the diffusion process.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、
第1導電型をP型とし、第2導電型をN型として説明す
る。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment,
The description will be made on the assumption that the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type.
【0037】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係る光検出装置の構成を示す図である。図
1において、PD1 は第1の受光部,PD2 は第2の受
光部,1,2,9は配線、3はP型の半導体基板、4は
N型の第1の不純物領域、5はP型の第2の不純物領
域、6はN型の第3の不純物領域、7はP型の分離領
域、8は増幅手段である。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
It is a figure showing composition of a photodetection device concerning an embodiment. In FIG. 1, PD 1 is a first light receiving portion, PD 2 is a second light receiving portion, 1, 2, and 9 are wirings, 3 is a P-type semiconductor substrate, 4 is an N-type first impurity region, Is a P-type second impurity region, 6 is an N-type third impurity region, 7 is a P-type isolation region, and 8 is amplification means.
【0038】本実施形態に係る光検出装置は、第1の受
光部PD1 ,第2の受光部PD2 及び増幅手段8を主た
る構成要素とする。第1の受光部PD1 は、P型の半導
体基板3に低濃度のリンを含んで深く形成されたN型の
第1の不純物領域4(表面濃度=10-16 cm-2以下,
不純物領域の深さ=3μm以上)と、N型の第1の不純
物領域4の表面にボロンを含んで浅く形成されたP型の
第2の不純物領域5(表面濃度=10-18 cm-2以上,
不純物領域の深さ=2μm以下)とからなる短波長検出
用のフォトダイオードであり、ピーク感度波長は560
nmである。The photodetector according to the present embodiment has the first light receiving portion PD 1 , the second light receiving portion PD 2, and the amplifying means 8 as main components. The first light receiving portion PD 1 is an N-type first impurity region 4 (surface concentration = 10 −16 cm −2 or less, deeply formed in a P-type semiconductor substrate 3 containing low-concentration phosphorus.
A depth of the impurity region = 3 μm or more, and a P-type second impurity region 5 (surface concentration = 10 −18 cm −2) formed shallowly containing boron on the surface of the N-type first impurity region 4. that's all,
(Depth of impurity region = 2 μm or less), and has a peak sensitivity wavelength of 560.
nm.
【0039】第2の受光部PD2 は、P型の半導体基板
3と、P型の半導体基板3に低濃度のリンを含んで深く
形成されたN型の第3の不純物領域6(表面濃度=10
-16cm-2以下,不純物領域の深さ=3μm以上)とか
らなる長波長検出用のフォトダイオードであり、ピーク
感度波長は880nmである。The second light receiving portion PD 2 is composed of a P-type semiconductor substrate 3 and an N-type third impurity region 6 (surface concentration) deeply formed in the P-type semiconductor substrate 3 with a low concentration of phosphorus. = 10
-16 cm -2 or less, impurity region depth = 3 μm or more), and has a peak sensitivity wavelength of 880 nm.
【0040】そして、第1の受光部PD1 のP型の第2
の不純物領域5と第2の受光部PD2 のN型の第3の不
純物領域6とを配線9によって接続することによって、
2つのフォトダイオード(受光部PD1 ,受光部P
D2 )を直列に接続し、その接続部を増幅手段8に接続
している。なお、第2の実施形態で説明するが、増幅手
段8をバイポーラトランジスタで構成すると、図7に示
すような回路になる。Then, the P-type second light-receiving portion PD 1
Is connected to the N-type third impurity region 6 of the second light receiving portion PD 2 by the wiring 9.
Two photodiodes (light receiving section PD 1 , light receiving section P
D 2 ) are connected in series, and the connection is connected to the amplification means 8. As will be described in the second embodiment, if the amplifying means 8 is constituted by a bipolar transistor, a circuit as shown in FIG. 7 is obtained.
【0041】図2は、図1に示す本実施形態に係る光検
出装置の光検出特性を示す図である。図2において、縦
軸は光電流(nA)、横軸は光波長λ(nm)であり、
10は第1の受光部PD1 の光検出特性、11は第2の
受光部PD2 の光検出特性、12は図1に示す光検出装
置全体の光検出特性である。また、13は第2の受光部
PD2 の面積を2倍にしたときに推定される光検出特性
である。なお、縦軸の光電流と光感度との間には(光電
流=光感度×光パワー×受光部の面積)という関係があ
る。また、本実施形態では、(第1の受光部PD1 の面
積):(第2の受光部PD2 の面積)=5:1とする。FIG. 2 is a diagram showing light detection characteristics of the light detection device according to the present embodiment shown in FIG. In FIG. 2, the vertical axis is the photocurrent (nA), the horizontal axis is the light wavelength λ (nm),
First light detection characteristics of the light-receiving portion PD 1 10, 11 light detection characteristics of the second light-receiving portion PD 2, 12 is a light detection characteristics of the entire optical detection device shown in FIG. Further, 13 is a light detection characteristics which are estimated when the second area of the light receiving portion PD 2 doubles. Note that there is a relationship between the photocurrent on the vertical axis and the photosensitivity (photocurrent = photosensitivity × optical power × area of light receiving unit). Further, in the present embodiment, (the first area of the light receiving portion PD 1) :( second area of the light receiving portion PD 2) = 5: 1 to.
【0042】以下、図1及び図2を用いて本実施形態に
係る光検出装置の動作について説明する。The operation of the photodetector according to this embodiment will be described below with reference to FIGS.
【0043】この光検出装置は、配線1を正電源(正極
性の基準電圧)Vccに接続すると共に配線2をグラウン
ドGNDに接続し、配線9の電位をVccとGNDとの間
の電位とし、第1の受光部PD1 及び第2の受光部PD
2 に各々逆バイアスを印加しておく。光が第1の受光部
PD1 及び第2の受光部PD2 に照射されると、第1の
受光部PD1 にはλ=560nmをピークとする光検出
特性10に応じた光電流I1 が発生し、第2の受光部P
D2 にはλ=880nmをピークとする光検出特性11
に応じた光電流I2 が発生する。第1の受光部PD1 と
第2の受光部PD2 との接続部から光電流I1 ,I2 の
差電流I3 が出力され、増幅手段8によって増幅され
る。In this photodetector, the wiring 1 is connected to a positive power supply (positive reference voltage) Vcc , the wiring 2 is connected to the ground GND, and the potential of the wiring 9 is set to a potential between Vcc and GND. And the first light receiving unit PD 1 and the second light receiving unit PD
Reverse bias is applied to each of 2 . When light is applied to the first light receiving unit PD 1 and the second light receiving unit PD 2 , the first light receiving unit PD 1 has a photocurrent I 1 according to the light detection characteristic 10 having a peak at λ = 560 nm. Occurs, and the second light receiving portion P
Light detection characteristics 11 in D 2 with a peak lambda = 880 nm
Photocurrent I 2 is generated in accordance with the. The difference current I 3 between the photocurrents I 1 and I 2 is output from the connection between the first light receiving unit PD 1 and the second light receiving unit PD 2, and is amplified by the amplifying unit 8.
【0044】第1の受光部PD1 の光検出特性10と第
2の受光部PD2 の光検出特性11との交点における光
波長は880nmである。このため、第1の受光部PD
1 で発生した光電流のうちλ=880nm以上の光成分
による光電流は、第2の受光部PD2 で発生した光電流
のうちのλ=880nm以上の光成分による光電流によ
って相殺される。したがって、差電流I3 として、照射
された光のうち光検出装置全体の光検出特性12に応じ
た波長帯域の光量に比例した電流を得ることができる。[0044] The first light detection characteristics 10 of the light-receiving portion PD 1 of the optical wavelength at the intersection of the second light-receiving portion PD light detection characteristics 11 2 is 880 nm. Therefore, the first light receiving unit PD
The photocurrent generated by the light component of λ = 880 nm or more in the photocurrent generated in 1 is canceled by the photocurrent generated by the light component of λ = 880 nm or more in the photocurrent generated in the second light receiving unit PD2. Therefore, the differential current I 3, it is possible to obtain a current proportional to the amount of light in a wavelength band corresponding to the light detection characteristics 12 of the entire inner photodetector of the irradiated light.
【0045】本実施形態によると、第1,第2の受光部
PD1 ,PD2 を直列接続し、その接続部に増幅手段8
を接続する構成としているので、増幅手段8として、バ
イポーラトランジスタ,トランジスタ2個で構成される
トランスインピーダンス型アンプ(特開昭57−140
053号公報の第1図及び特開昭57−142031号
公報の第1図等参照),FETによるトランスインピー
ダンス型アンプ(National Technical Report Vol.34 N
o.1 Feb.1988,p36等参照),単電源型オペアンプ(AN
1358,AN6500等)等の様々な簡易な増幅器を
用いることができ、光検出装置の回路規模を小さくする
ことができる。According to the present embodiment, the first and second light receiving sections PD 1 and PD 2 are connected in series, and the connecting section is connected to the amplifying means 8.
, A transimpedance type amplifier composed of a bipolar transistor and two transistors (Japanese Patent Laid-Open No. 57-140).
053 and FIG. 1 of JP-A-57-142031), a transimpedance amplifier using FET (National Technical Report Vol.
o.1 Feb.1988, p36), single power supply type operational amplifier (AN
1358, AN6500, etc.) can be used, and the circuit scale of the photodetector can be reduced.
【0046】さらに、本実施形態では、直列接続された
フォトダイオードからなる第1の受光部PD1 及び第2
の受光部PD2 には各々逆バイアスが印加されるので、
0バイアス状態より各受光部PD1 ,PD2 の光感度が
高感度になると共に、接合容量も低減し周波数特性も改
善される。Further, in the present embodiment, the first light receiving portion PD 1 and the second light
Since a reverse bias each light-receiving portion PD 2 of is applied,
The light sensitivity of each of the light receiving sections PD 1 and PD 2 becomes higher than the 0 bias state, and the junction capacitance is reduced and the frequency characteristic is improved.
【0047】また、第1の受光部PD1 と第2の受光部
PD2 との面積比を変えることにより、検出する光の波
長帯域を容易に変えることができる。例えば、第2の受
光部PD2 の面積を2倍にして第1の受光部PD1 と第
2の受光部PD2 の面積比が5:2に設定したとする。
このとき、図2において、第2の受光部PD2 の光検出
特性は13のようになり、第1の受光部PD1 の光検出
特性10との交点における光波長が880nmから80
0nmに変化する。このため、検出する光の波長帯域を
400nm〜800nmと設定でき、赤外光に対する感
度が十分低くなり、人間の比視感度に近い明るさを検出
可能になる。Further, by changing the area ratio between the first light receiving portion PD 1 and the second light receiving portion PD 2 , the wavelength band of the light to be detected can be easily changed. For example, the first light receiving portion PD 1 and the second area ratio of the light-receiving portion PD 2 to the second area of the light receiving portion PD 2 doubling 5: a is set to 2.
At this time, in FIG. 2, the light detection characteristic of the second light receiving unit PD2 is as shown by 13, and the light wavelength at the intersection with the light detection characteristic 10 of the first light receiving unit PD1 is from 880 nm to 80.
It changes to 0 nm. For this reason, the wavelength band of the light to be detected can be set to 400 nm to 800 nm, the sensitivity to infrared light is sufficiently low, and brightness close to human relative luminosity can be detected.
【0048】図3は、本実施形態における第1の受光部
PD1 及び第2の受光部PD2 の配置構成の一例を示す
平面図である。図3に示すように、第1の受光部PD1
と第2の受光部PD2 とは櫛形の形状で互いに入り組ん
で配置されている。このため、各受光部PD1 ,PD2
の面積より小さいスポット光等が照射された場合でも検
出したい波長帯域の光量を検出することができる。[0048] Figure 3 is a plan view showing an example of the first light-receiving portion PD 1 and the second arrangement of the light-receiving portion PD 2 configuration in this embodiment. As shown in FIG. 3, the first light receiving unit PD 1
When the second and the light-receiving portion PD 2 are arranged convoluted with each other in comb shape. For this reason, each light receiving section PD 1 , PD 2
Can be detected even when a spot light or the like smaller than the area is irradiated.
【0049】図4は、本実施形態における第1の受光部
PD1 及び第2の受光部PD2 の配置構成の他の例を示
す平面図である。図4に示すように、第1の受光部PD
1 と第2の受光部PD2 とが湾曲した形状で互いに入り
組んで配置されていても、図3に示した配置構成と同様
の効果が得られる。なお、図3,図4に示した配置構成
は一例であり、第1の受光部PD1 と第2の受光部PD
2 とが互いに入り組んで配置されていれば、これ以外の
配置構成であっても同様の効果が得られる。[0049] Figure 4 is a plan view showing another example of the first light-receiving portion PD 1 and the second arrangement of the light-receiving portion PD 2 configuration in this embodiment. As shown in FIG. 4, the first light receiving unit PD
Even 1 are arranged convoluted with each other in the second shape and the light-receiving portion PD 2 is curved, the same effect as the arrangement shown in FIG. 3 is obtained. The arrangement shown in FIGS. 3 and 4 is an example, and the first light receiving unit PD 1 and the second light receiving unit PD
The same effect can be obtained with other arrangements as long as the two are arranged in a mutually intricate manner.
【0050】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について説明する。本実施形態に係る光検出装
置は、図1に示した第1の実施形態に係る光検出装置に
おける増幅手段8をバイポーラトランジスタで構成した
ものである。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The photodetector according to the present embodiment is configured such that the amplifying means 8 in the photodetector according to the first embodiment shown in FIG. 1 is constituted by a bipolar transistor.
【0051】図5は、本発明の第2の実施形態に係る光
検出装置の構成を示す断面図である。図5において、P
D1 は第1の受光部、PD2 は第2の受光部、27はバ
イポーラトランジスタであり、配線は省略している。ま
た、20はP型の半導体基板、21はN型の第1の不純
物領域、22はP型の第2の不純物領域、23はN型の
第3の不純物領域、24はバイポーラトランジスタ27
のコレクタ領域(N型)、25はバイポーラトランジス
タ27のベース領域(P型)である。第1の受光部PD
1 は、N型の第1の不純物領域21とP型の第2の不純
物領域22とからなるフォトダイオードであり、第2の
受光部PD2 は、P型の半導体基板20とN型の第3の
不純物領域23とからなるフォトダイオードである。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a photodetector according to a second embodiment of the present invention. In FIG.
D 1 is a first light receiving unit, PD 2 is a second light receiving unit, 27 is a bipolar transistor, and wiring is omitted. 20 is a P-type semiconductor substrate, 21 is an N-type first impurity region, 22 is a P-type second impurity region, 23 is an N-type third impurity region, and 24 is a bipolar transistor 27.
Is the base region (P type) of the bipolar transistor 27. First light receiving unit PD
1 is a photodiode consisting of N-type first impurity region 21 and the P-type second impurity region 22. in the second light receiving portion PD 2 includes a first semiconductor substrate 20 and the N-type P-type 3 is a photodiode including the third impurity region 23.
【0052】また、図7は図5に示す光検出装置の回路
構成を示す回路図である。図7に示すように、第1の受
光部PD1 と第2の受光部PD2 とは直列接続されてお
り、それぞれ逆バイアスが印加されている。第1の受光
部PD1 と第2の受光部PD2 との接続部はトランジス
タTr1のベースに接続されている。この光検出装置に光
が照射されると、第1の受光部PD1 には光電流I1 が
流れ、第2の受光部PD2 には光電流I2 が流れ、その
差電流I3 がトランジスタTr1のベースに流れ、検出し
たい波長帯域の光量に比例した電流を得ることができ
る。FIG. 7 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the photodetector shown in FIG. As shown in FIG. 7, the first and the light-receiving portion PD 1 and the second light receiving portion PD 2 are connected in series, the reverse bias respectively is applied. Connecting portions of the first and the light-receiving portion PD 1 and the second light receiving portion PD 2 is connected to the base of the transistor T r1. When light in the light detecting device is irradiated, the first photocurrent I 1 flows through the light-receiving portion PD 1, the optical current I 2 flows in the second light receiving portion PD 2, is the difference current I 3 flows to the base of the transistor T r1, it can be obtained in proportion to the amount of light in a wavelength band to be detected current.
【0053】本実施形態によれば、増幅器をバイポーラ
トランジスタ27で構成することにより各受光部及び増
幅器の集積化が可能になり、光検出装置の回路規模を小
さくすることができる。According to the present embodiment, since the amplifier is constituted by the bipolar transistor 27, each light receiving section and the amplifier can be integrated, and the circuit scale of the photodetector can be reduced.
【0054】また、本実施形態において、第1の受光部
PD1 のP型の第2の不純物領域22の深さをバイポー
ラトランジスタ27のベース領域25の深さと等しくす
ることによって、拡散工程を容易にすることができる。
さらに、第1の不純物領域21及び第3の不純物領域2
3の深さをバイポーラトランジスタ27のコレクタ領域
24の深さと等しくすることによって、拡散工程を容易
にすることができる。これにより、各受光部PD1 ,P
D2 と増幅器であるバイポーラトランジスタ27の集積
化が容易になる。In this embodiment, the diffusion step can be easily performed by making the depth of the P-type second impurity region 22 of the first light receiving portion PD 1 equal to the depth of the base region 25 of the bipolar transistor 27. Can be
Further, the first impurity region 21 and the third impurity region 2
By making the depth of 3 equal to the depth of collector region 24 of bipolar transistor 27, the diffusion process can be facilitated. Thereby, each light receiving section PD 1 , P
The integration of D 2 and the bipolar transistor 27 as an amplifier is facilitated.
【0055】次に、本実施形態に係る光検出装置の製造
方法について説明する。第1の不純物領域21及び第3
の不純物領域23をバイポーラトランジスタ27のコレ
クタ領域24を形成する拡散工程において同時に形成
し、第2の不純物領域22をバイポーラトランジスタ2
7のベース領域25を形成する拡散工程において同時に
形成する。これにより、各受光部PD1 ,PD2 は増幅
器(バイポーラトランジスタ27)を形成する際に同時
に形成され、集積化に伴う拡散工程の増加を抑えること
ができる。なお、バイポーラトランジスタ27は、P型
の半導体基板20にN型不純物をドープしてコレクタ領
域24を形成し、コレクタ領域24にP型不純物をドー
プしてベース領域25を形成し、ベース領域25にN型
不純物をドープしてエミッタ領域(図示せず)を形成す
ることによって作られる。Next, a method for manufacturing the photodetector according to this embodiment will be described. The first impurity region 21 and the third impurity region
Impurity region 23 is formed at the same time in a diffusion step of forming collector region 24 of bipolar transistor 27, and second impurity region 22 is formed
7 are simultaneously formed in the diffusion step of forming the base region 25. Thereby, each of the light receiving sections PD 1 and PD 2 is formed at the same time when the amplifier (bipolar transistor 27) is formed, and it is possible to suppress an increase in a diffusion step due to integration. In the bipolar transistor 27, the P-type semiconductor substrate 20 is doped with an N-type impurity to form a collector region 24, the collector region 24 is doped with a P-type impurity to form a base region 25, and the base region 25 is formed. It is made by doping N-type impurities to form an emitter region (not shown).
【0056】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態について説明する。(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described.
【0057】図6は本発明の第3の実施形態に係る光検
出装置の構成を示す断面図である。図6において、PD
1 は第1の受光部、PD2 は第2の受光部、40は増幅
手段としてのバイポーラトランジスタである。また、3
0はP型の分離領域、31はP型の半導体基板、32は
エピタキシャル層からなるN型の第1の不純物領域、3
3はP型の第2の不純物領域、34はエピタキシャル層
からなるN型の第3の不純物領域、35,36,37は
配線、38はP型の不純物領域、39はエピタキシャル
層からなる増幅器形成領域としてのN型の不純物領域で
ある。P型の不純物領域38はバイポーラトランジスタ
40のベース領域になり、N型の不純物領域39はバイ
ポーラトランジスタ40のコレクタ領域になる。FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a photodetector according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 6, PD
1 is a first light receiving unit, PD 2 is a second light receiving unit, and 40 is a bipolar transistor as amplifying means. Also, 3
0 is a P-type isolation region, 31 is a P-type semiconductor substrate, 32 is an N-type first impurity region made of an epitaxial layer, 3
3 is a P-type second impurity region, 34 is an N-type third impurity region made of an epitaxial layer, 35, 36, and 37 are wirings, 38 is a P-type impurity region, and 39 is an amplifier formed of an epitaxial layer. This is an N-type impurity region as a region. P-type impurity region 38 becomes a base region of bipolar transistor 40, and N-type impurity region 39 becomes a collector region of bipolar transistor 40.
【0058】本実施形態に係る光検出装置は、第1の受
光部PD1 ,第2の受光部PD2 及びバイポーラトラン
ジスタ40を主たる構成要素とし、第1の受光部PD1
と第2の受光部PD2 、第1,第2の受光部PD1 ,P
D2 とバイポーラトランジスタ40とは分離領域30に
より分離されている。The photodetector according to the present embodiment has a first light receiving portion PD 1 , a second light receiving portion PD 2 and a bipolar transistor 40 as main components, and a first light receiving portion PD 1.
And the second light receiving section PD 2 , the first and second light receiving sections PD 1 , P
D 2 and bipolar transistor 40 are separated by separation region 30.
【0059】第1の受光部PD1 は、エピタキシャル工
程を利用してP型の半導体基板31に形成され,低濃度
のリンを含んで深く形成されたN型の第1の不純物領域
32(表面濃度=10-16 cm-2,不純物領域の深さ=
5μm)と、N型の第1の不純物領域32の表面にボロ
ンを含んで浅く形成されたP型の第2の不純物領域33
(表面濃度=10-18 cm-2,不純物領域の深さ=2μ
m)とからなる短波長検出用のフォトダイオードであ
り、ピーク感度波長=560nmである。The first light receiving portion PD 1 is formed on a P-type semiconductor substrate 31 by using an epitaxial process, and is formed deeply in an N-type first impurity region 32 (surface) containing a low concentration of phosphorus. Concentration = 10 −16 cm −2 , depth of impurity region =
5 μm) and a P-type second impurity region 33 formed shallowly containing boron on the surface of the N-type first impurity region 32.
(Surface concentration = 10 −18 cm −2 , depth of impurity region = 2 μ)
m), and has a peak sensitivity wavelength of 560 nm.
【0060】第2の受光部PD2 は、P型の半導体基板
31と、これにエピタキシャル工程を利用して形成さ
れ,低濃度のリンを含んで深く形成されたN型の第3の
不純物領域34(表面濃度=10-16 cm-2,不純物領
域の深さ=5μm)とからなる長波長検出用のフォトダ
イオードであり、ピーク感度波長=880nmである。The second light receiving portion PD 2 is formed of a P-type semiconductor substrate 31 and an N-type third impurity region formed by utilizing the epitaxial process and deeply containing low-concentration phosphorus. 34 (surface concentration = 10 −16 cm −2 , depth of impurity region = 5 μm), and has a peak sensitivity wavelength of 880 nm.
【0061】そして、第1の受光部PD1 の第2の不純
物領域33と第2の受光部PD2 の第3の不純物領域3
4とをアルミの配線35によって接続することによっ
て、第1,第2の受光部PD1 ,PD2 を直列に接続
し、その接続部をバイポーラトランジスタ40のベース
領域38に接続している。なお、図6に示す光検出装置
の回路構成は、第2の実施形態に係る光検出装置と同様
に、図7のようになる。Then, the second impurity region 33 of the first light receiving portion PD 1 and the third impurity region 3 of the second light receiving portion PD 2
4 is connected to the base region 38 of the bipolar transistor 40 by connecting the first and second light receiving units PD 1 and PD 2 in series by connecting them with an aluminum wiring 35. The circuit configuration of the photodetector shown in FIG. 6 is as shown in FIG. 7, similarly to the photodetector according to the second embodiment.
【0062】また、本実施形態における第1の受光部P
D1 と第2の受光部PD2 の配置構成は、第1の実施形
態と同様に、図3又は図4に示すように、第1の受光部
PD1 と第2の受光部PD2 とは互いに入り組んだ形状
に配置されている。Further, the first light receiving portion P in the present embodiment
D 1 and second arrangement of the light-receiving portion PD 2, as in the first embodiment, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the first light receiving portion PD 1 and the second and the light-receiving portion PD 2 Are arranged in an intricate shape.
【0063】第1の実施形態との主な違いは、N型の第
1の不純物領域32,N型の第3の不純物領域34及び
N型第4不純物領域40をエピタキシャル層で形成し、
分離領域30によって分離していることである。分離領
域30はP型の不純物領域であり、N型のエピタキシャ
ル層(32,34,39)から半導体基板31に達する
ように形成されている。The main difference from the first embodiment is that an N-type first impurity region 32, an N-type third impurity region 34, and an N-type fourth impurity region 40 are formed by an epitaxial layer.
That is, they are separated by the separation region 30. The isolation region 30 is a P-type impurity region and is formed so as to reach the semiconductor substrate 31 from the N-type epitaxial layers (32, 34, 39).
【0064】図6に示す光検出装置の動作は第1の実施
形態と同様である。配線36を正電源Vccに接続すると
共に配線37をグラウンドGNDに接続して、第1の受
光部PD1 と第2の受光部PD2 とに各々逆バイアスを
印加する。第1の受光部PD1 及び第2の受光部PD2
に光が照射されると、第1の受光部PD1 にはλ=56
0nmをピークとする光検出特性に応じた光電流I1 が
発生し、第2の受光部PD2 にはλ=880nmをピー
クとする光検出特性に応じた光電流I2 が発生し、光電
流I1 とI2 との差電流I3 がバイポーラトランジスタ
40によって増幅される。したがって、本実施形態にお
いても第1の実施形態と同様の効果が得られる。The operation of the photodetector shown in FIG. 6 is the same as that of the first embodiment. Connect the wire 37 with connecting wires 36 to the positive supply V cc to ground GND, it is applied respectively a reverse bias to the first and the light-receiving portion PD 1 second light receiving portion PD 2. First light receiving unit PD 1 and second light receiving unit PD 2
When light is irradiated to, the first light receiving portion PD 1 lambda = 56
Photocurrent I 1 is generated in accordance with the light detection characteristics with a peak 0 nm, the second light-receiving portion PD 2 photocurrent I 2 is generated in response to the light detection characteristics with a peak lambda = 880 nm, the light differential current I 3 of the current I 1 and I 2 is amplified by the bipolar transistor 40. Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained in this embodiment.
【0065】さらに、本実施形態では、第1の受光部P
D1 のN型の第1の不純物領域32及び第2の受光部P
D2 のN型の第3の不純物領域34を、エピタキシャル
層を用いることによって同時に低濃度に均一に形成でき
るため、光の照射によって生成されるキャリアのライフ
タイムを伸ばすことができ、光の吸収率が高くなり、光
感度はより高感度になる。Further, in the present embodiment, the first light receiving portion P
N-type first impurity region 32 of D 1 and second light-receiving portion P
Since the N-type third impurity region 34 of D 2 can be uniformly formed at a low concentration at the same time by using an epitaxial layer, the lifetime of carriers generated by light irradiation can be extended, and light absorption can be achieved. The efficiency is higher and the light sensitivity is higher.
【0066】また、分離領域30により分離されたエピ
タキシャル層からなるN型の不純物領域39にバイポー
ラトランジスタ40が増幅器として形成されているの
で、光検出装置の集積化が容易になり、回路規模を小さ
くできると共にノイズの低減及びコストの低減が実現で
きる。Further, since the bipolar transistor 40 is formed as an amplifier in the N-type impurity region 39 formed of the epitaxial layer separated by the separation region 30, the photodetector can be easily integrated and the circuit scale can be reduced. In addition, noise and cost can be reduced.
【0067】さらに、第1の受光部PD1 のP型の第2
の不純物領域33の深さをバイポーラトランジスタ40
のベース領域となるP型の不純物領域38の深さと等し
くすることによって、拡散工程を容易にすることができ
る。さらに、第1の不純物領域32,第3の不純物領域
34の深さをバイポーラトランジスタ40のコレクタ領
域となるN型の不純物領域39の深さと等しくすること
によって、拡散工程を容易にすることができる。これに
より、各受光部PD1 ,PD2 と増幅器であるバイポー
ラトランジスタの集積化が容易になる。Further, the P-type second light-receiving portion PD 1
Of the impurity region 33 of the bipolar transistor 40
By making the depth equal to the depth of the P-type impurity region 38 serving as the base region, the diffusion process can be facilitated. Further, by making the depths of first impurity region 32 and third impurity region 34 equal to the depth of N-type impurity region 39 serving as the collector region of bipolar transistor 40, the diffusion step can be facilitated. . This facilitates integration of the light receiving units PD 1 and PD 2 and the bipolar transistor as an amplifier.
【0068】図6に示す光検出装置の製造方法は、次の
ようになる。第1の受光部PD1 のN型の第1の不純物
領域32及び第2の受光部PD2 のN型の第3の不純物
領域34を、バイポーラトランジスタ40のコレクタ領
域となるN型の不純物領域39を形成するエピタキシャ
ル層形成工程において同時に形成する。次に、第1の受
光部PD1 のP型の第2の不純物領域33をバイポーラ
トランジスタ40のベース領域となるP型の不純物領域
38を形成する工程において同時に形成する。これによ
り、各受光部PD1 ,PD2 は、増幅器(バイポーラト
ランジスタ)を形成する際に同時に形成されるので、集
積化に伴う拡散工程の増加を抑えることができる。The method for manufacturing the photodetector shown in FIG. 6 is as follows. The first light receiving portion PD 1 of the N-type first third impurity region 34 of the N-type impurity region 32 and the second light-receiving portion PD 2, an N-type impurity region serving as the collector region of the bipolar transistor 40 39 are formed at the same time in the epitaxial layer forming step. Then, simultaneously formed in the step of forming a P-type impurity region 38 serving as the base region of the first light-receiving portion PD 1 of the P-type second impurity regions 33 a bipolar transistor 40. Thus, since each of the light receiving units PD 1 and PD 2 is formed at the same time when an amplifier (bipolar transistor) is formed, it is possible to suppress an increase in the number of diffusion steps due to integration.
【0069】なお、第1〜第3の実施形態では、第1導
電型をP型とし、第2導電型をN型として説明したが、
第1導電型をN型とし、第2導電型をP型としても同様
の効果が得られる。In the first to third embodiments, the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type.
The same effect can be obtained when the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type.
【0070】ここで、図7に示す回路の動作について説
明しておく。Here, the operation of the circuit shown in FIG. 7 will be described.
【0071】第1の受光部PD1 と第2の受光部PD2
とは直列接続され、第1の受光部PD1 のカソードは電
源Vccに接続されると共に第2の受光部PD2 のアノー
ドは接地されており、各受光部PD1 ,PD2 には逆バ
イアスが印加されている。また、NPN型トランジスタ
Tr1のコレクタは出力端子Iout に接続され、エミッタ
は接地され、ベースは第1の受光部PD1 のアノード及
び第2の受光部PD2のカソードに接続されている。N
PN型トランジスタTr1のベース−エミッタ間の電圧を
VBEとすると、第1,第2の受光部PD1 ,PD2 には
各々(Vcc−VBE),VBEの逆バイアスが印加され、光
感度は共に高感度になっている。The first light receiving section PD 1 and the second light receiving section PD 2
Connected in series with, the second anode of the light-receiving portion PD 2 with the first cathode of the light-receiving portion PD 1 is connected to a power supply V cc is grounded, opposite to the light receiving unit PD 1, PD 2 Bias is applied. The collector of the NPN transistor T r1 is connected to the output terminal I out, the emitter is grounded, the base is connected to the anode and a second cathode of the light-receiving portion PD 2 of the first light-receiving portion PD 1. N
Based PN-type transistor T r1 - when the voltage between the emitter and V BE, first, second, respectively the light receiving unit PD 1, PD 2 (V cc -V BE), the reverse bias of V BE is applied The light sensitivity is both high.
【0072】光が照射されると、各受光部PD1 ,PD
2 には各々の光検出特性に応じて光電流I1 ,I2 が流
れ、NPN型トランジスタTr1のベースには差電流I3
(=I1 −I2 )が流れ込む。この結果、出力端子I
out からhFE1 ×I3 の電流(hFE1 はNPN型トラン
ジスタTr1の電流増幅率)が流れ出す。この電流の大き
さは、受光部PD1 ,PD2 によって設定された波長帯
域の光量に比例する。When light is irradiated, each of the light receiving sections PD 1 , PD
The photocurrent I 1 in response to each of the light detection characteristics in the 2, I 2 flows, a difference in the base of the NPN type transistor T r1 current I 3
(= I 1 −I 2 ) flows in. As a result, the output terminal I
current h FE1 × I 3 from out (h FE1 is a current amplification factor of the NPN type transistor T r1) flows out. The magnitude of this current is proportional to the amount of light in the wavelength band set by the light receiving units PD 1 and PD 2 .
【0073】また、第1〜第3の実施形態に係る光検出
装置の回路構成は、図7に限るものではない。図8は他
の回路構成を示す回路図である。The circuit configuration of the photodetector according to the first to third embodiments is not limited to FIG. FIG. 8 is a circuit diagram showing another circuit configuration.
【0074】図8(a)は、NPN型トランジスタTr1
の代わりにPNP型トランジスタTr2を用いたものであ
る。第1の受光部PD1 と第2の受光部PD2 とは直列
接続され、第2の受光部PD2 のカソードは電源Vccに
接続されると共に第1の受光部PD1 のアノードは接地
されており、各受光部PD1 ,PD2 には逆バイアスが
印加されている。また、PNP型トランジスタTr2のコ
レクタは出力端子Iou t に接続され、エミッタは電源V
ccに接続され、ベースは第1の受光部PD1 のカソード
及び第2の受光部PD2 のアノードに接続されている。
PNP型トランジスタTr2のベース−エミッタ間の電圧
をVBEとすると、第1,第2の受光部PD1 ,PD2 に
は各々(Vcc−VBE),VBEの逆バイアスが印加され、
光感度は共に高感度になっている。[0074] FIG. 8 (a), NPN type transistor T r1
Instead, a PNP transistor Tr2 is used. First the light-receiving portion PD 1 and the second light receiving portion PD 2 connected in series, the first anode of the light-receiving portion PD 1 together with the second cathode of the light-receiving portion PD 2 is connected to a power supply V cc ground A reverse bias is applied to each of the light receiving sections PD 1 and PD 2 . The collector of the PNP transistor T r2 is connected to the output terminal I ou t, emitter supply V
connected to cc, the base is connected to the cathode and the second anode of the light-receiving portion PD 2 of the first light-receiving portion PD 1.
The base of the PNP-type transistor T r2 - when the voltage between the emitter and V BE, first, second, respectively the light receiving unit PD 1, PD 2 (V cc -V BE), the reverse bias of V BE is applied ,
The light sensitivity is both high.
【0075】光が照射されると、各受光部PD1 ,PD
2 には各々の光検出特性に応じて光電流I1 ,I2 が流
れ、PNP型トランジスタのベースから差電流I3 (=
I1−I2 )が流れ出す。この結果、出力端子Iout か
らhFE2 ×I3 の電流(hFE 2 はPNP型トランジスタ
Tr2の電流増幅率)が流れ込む。この電流は、受光部P
D1 ,PD2 によって設定された波長帯域の光量に比例
する。When light is irradiated, each of the light receiving sections PD 1 , PD
2 , photocurrents I 1 and I 2 flow according to the respective photodetection characteristics, and a difference current I 3 (=
I 1 -I 2 ) flows out. As a result, a current of h FE2 × I 3 (h FE 2 is a current amplification factor of the PNP transistor Tr2 ) flows from the output terminal I out . This current is applied to the light receiving portion P
It is proportional to the light amount in the wavelength band set by D 1 and PD 2 .
【0076】また、図7に示す回路と同様に、各受光部
PD1 ,PD2 を直列に接続して逆バイアスを印加して
いるので0バイアス状態よりも光感度が向上し、受光部
面積を小さくできると共に、様々な増幅器を接続できる
ので回路規模を小さくすることができる。Further, similarly to the circuit shown in FIG. 7, since the light receiving sections PD 1 and PD 2 are connected in series and a reverse bias is applied, the light sensitivity is improved as compared with the 0 bias state, and the area of the light receiving section is increased. Can be reduced, and various amplifiers can be connected, so that the circuit scale can be reduced.
【0077】図8(b)は、NPN型トランジスタTr1
と抵抗R1 及びR2 とを用いたものである。第1の受光
部PD1 と第2の受光部PD2 とは直列接続され、第2
の受光部PD2 のカソードは電源Vccに接続される一
方、第1の受光部PD1 のアノードは接地されており、
各受光部PD1 ,PD2 には逆バイアスが印加されてい
る。また、NPNトランジスタTr1のコレクタは出力端
子Vout に接続され、エミッタは接地され、ベースは第
1の受光部PD1 のカソード及び第2の受光部PD2 の
アノードに接続されている。抵抗R1 はNPN型トラン
ジスタTr1のベース−コレクタ間に配され、抵抗R2 は
NPN型トランジスタTr1のコレクタと電源Vccとの間
に配されている。第1,第2の受光部PD1 ,PD2 に
は各々VBE,(Vcc−VBE)の逆バイアスが印加され、
光感度は共に高感度になっている。[0077] FIG. 8 (b), NPN type transistor T r1
And resistors R 1 and R 2 . First the light-receiving portion PD 1 and the second light receiving portion PD 2 are connected in series, the second
The cathode of the light receiving portion PD 2 of one connected to the power supply V cc, the first anode of the light-receiving portion PD 1 is grounded,
A reverse bias is applied to each of the light receiving units PD 1 and PD 2 . The collector of the NPN transistor T r1 is connected to the output terminal V out, the emitter is grounded, the base is connected to the cathode and the second anode of the light-receiving portion PD 2 of the first light-receiving portion PD 1. Based resistor R 1 is an NPN transistor T r1 - is arranged between the collector resistance R 2 is disposed between the collector and a power supply V cc of the NPN type transistor T r1. Reverse biases of V BE and (V cc −V BE ) are applied to the first and second light receiving sections PD 1 and PD 2 , respectively.
The light sensitivity is both high.
【0078】光が照射されると、各受光部PD1 ,PD
2 には各々の光検出特性に応じて光電流I1 ,I2 が流
れ、出力端子Vout には、次式で表される電圧が出力さ
れる。 Vout =A+B×(I1 −I2 ) ただし、 A=(R1 Vcc+(R2 +R2 hFE)VBE)/(R2 +
R2 hFE+R1 ) B=R1 R2 hFE/(R2 +R2 hFE+R1 ) ここで、R1 ,R2 ,hFE,VBE,Vccは定数であるた
め、A及びBは定数となるので、電圧Vout は受光部P
D1 ,PD2 によって設定された波長帯域の光量に比例
する。When light is irradiated, each of the light receiving sections PD 1 , PD
2 , photocurrents I 1 and I 2 flow according to the respective light detection characteristics, and a voltage expressed by the following equation is output to the output terminal V out . V out = A + B × (I 1 −I 2 ) where A = (R 1 Vcc + (R 2 + R 2 h FE ) V BE ) / (R 2 +
R 2 h FE + R 1) B = R 1 R 2 h FE / (R 2 + R 2 h FE + R 1) where, for R 1, R 2, h FE , V BE, the V cc is a constant, A And B are constants, the voltage V out is equal to the light receiving portion P
It is proportional to the light amount in the wavelength band set by D 1 and PD 2 .
【0079】また、図7に示す回路と同様に、各受光部
PD1 ,PD2 を直列に接続して逆バイアスを印加して
いるので、0バイアス状態よりも光感度が向上し、受光
部面積を小さくできると共に、様々な増幅器を接続でき
るので回路規模を小さくすることができ、マイコン等に
直結可能になる。Further, similarly to the circuit shown in FIG. 7, since the light receiving sections PD 1 and PD 2 are connected in series and a reverse bias is applied, the light sensitivity is improved as compared with the zero bias state, and Since the area can be reduced and various amplifiers can be connected, the circuit scale can be reduced, and it can be directly connected to a microcomputer or the like.
【0080】(第4の実施形態)図9は、本発明の第4
の実施形態に係る光検出装置の回路図である。図9にお
いて、第1の受光部PD1 と第2の受光部PD2 とは直
列に接続され、第3の受光部PD3 と第4の受光部PD
4 ともまた直列に接続されている。第1の受光部PD1
のアノード及び第4の受光部PD4 のアノードは共に接
地され、第2の受光部PD2 のカソード及び第3の受光
部PD3 のカソードは共に電源Vccに接続されている。
また、第1及び第4の受光部PD1 ,PD4 のカソード
と第2及び第3の受光部PD2 ,PD3 のアノードと
が、NPN型トランジスタTr1のベースに共に接続され
ている。(Fourth Embodiment) FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram of the photodetection device according to the embodiment. 9, the first and the light-receiving portion PD 1 and the second light receiving portion PD 2 are connected in series, and the third light-receiving portion PD 3 fourth light receiving portion PD
4 are also connected in series. First light receiving unit PD 1
The anode and the fourth anode of the light-receiving portion PD 4 is grounded together, the cathode of the second cathode and the third light receiving portion PD 2 of the light-receiving portion PD 3 are both connected to the power supply V cc.
Further, an anode of the first and fourth light receiving portion PD 1, PD 4 of the cathode and the second and third light receiving portion PD 2, PD 3, are both connected to the base of an NPN transistor T r1.
【0081】また、抵抗R1 はNPN型トランジスタT
r1のコレクタ−ベース間に配され、抵抗R2 はNPN型
トランジスタTr1のコレクタと電源Vccとの間に、抵抗
R3はNPN型トランジスタTr1のエミッタとGNDと
の間に、それぞれ配されている。抵抗R3 の値は、第1
〜第4の受光部PD1 〜PD4 に各々逆バイアスVcc/
2が印加されるように調整される。The resistor R 1 is an NPN transistor T
r1 collector of - disposed between the base, the resistance R 2 between the collector and a power supply V cc of the NPN type transistor T r1, resistor R 3 between the emitter and the GND of the NPN type transistor T r1, respectively distribution Have been. The value of the resistor R 3, the first
Through fourth light receiving portion PD 1 -PD 4 in each reverse bias V cc /
2 is applied.
【0082】第1の受光部PD1 と第3の受光部PD3
とは受光特性が等しく、第2の受光部PD2 と第4の受
光部PD4 ともまた受光特性が等しい。ここで、受光特
性が等しいとは、不純物領域の深さと受光面積とが等し
く、受光感度の波長特性や暗電流等の温度依存性が同等
であることをいう。また、第3及び第4の受光部P
D3 ,PD4 は、その表面を遮光されている。The first light receiving section PD 1 and the third light receiving section PD 3
The equal light receiving characteristics, also the light receiving characteristic is equal to the second light receiving portion PD 2 and the fourth light receiving portion PD 4. Here, equal light receiving characteristics mean that the depth of the impurity region and the light receiving area are equal, and the wavelength characteristics of the light receiving sensitivity and the temperature dependence of dark current and the like are equal. Further, the third and fourth light receiving portions P
The surfaces of D 3 and PD 4 are shielded from light.
【0083】図9に示した回路は、各受光部を流れる暗
電流に起因するオフセット電位の発生を防止できること
を特徴とする。The circuit shown in FIG. 9 is characterized in that generation of an offset potential due to dark current flowing through each light receiving section can be prevented.
【0084】図7又は図8に示す回路からなる光検出装
置では、光が照射されない場合でも第1,第2の受光部
PD1 ,PD2 には常に暗電流が流れているので、オフ
セット電位Voff が発生する。また、暗電流は温度によ
って指数関数的に増加するため、特に高温では高いオフ
セット電位Voff が発生する。In the photodetector comprising the circuit shown in FIG. 7 or FIG. 8, the dark current always flows through the first and second light receiving sections PD 1 and PD 2 even when the light is not irradiated. V off occurs. Further, since the dark current increases exponentially with temperature, a high offset potential V off is generated particularly at high temperatures.
【0085】例えば、図8(b)に示す回路によると、
第1の受光部PD1 の暗電流をId1、第2の受光部PD
2 の暗電流をId2とすると、オフセット電位Voff はR
1 ・(Id1−Id2)となる。(Id1−Id2)は常温25
℃において数nA、75℃において数十Aとなり、R1
を数百MΩとすると、オフセット電位Voff は常温では
約500mVであるが、75℃では約5Vとなるので、
回路は正常な動作ができない。For example, according to the circuit shown in FIG.
The dark current of the first light receiving unit PD 1 is I d1 , and the second light receiving unit PD
When the second dark current and I d2, offset potential V off is R
1 · (I d1 −I d2 ). (I d1 -I d2) is at room temperature 25
Tens A next in number nA, 75 ° C. at ° C., R 1
Is several hundred MΩ, the offset potential V off is about 500 mV at room temperature, but about 5 V at 75 ° C.
The circuit cannot operate normally.
【0086】これに対し、図9に示す回路によると、第
1〜第4の受光部PD1 〜PD4 の暗電流をそれぞれI
d1,Id2,Id3,Id4としたとき、オフセット電位V
off はR1 ・{(Id1−Id2)−(Id3−Id4)}とな
る。ここで、第1の受光部PD1 と第3の受光部PD3
の暗電流特性は等しく、第2の受光部PD2 と第4の受
光部PD4 の暗電流特性は等しく、しかも各受光部に印
加された逆バイアスはそれぞれ等しいので、Id1とId3
は等しくなり、Id2とId4は等しくなる。したがって、
理論上はオフセット電位Voff は0Vとなる。実際には
各受光部の特性のばらつきもあるので、オフセット電位
Voff は、常温25℃において10mV、75℃では1
00mV程度となる。On the other hand, according to the circuit shown in FIG. 9, the dark currents of the first to fourth light receiving sections PD 1 to PD 4 are respectively set to I
When d1 , Id2 , Id3 , and Id4 , the offset potential V
off is R 1 · {( Id 1 −Id 2 ) − ( Id 3 −Id 4 )}. Here, the first light receiving unit PD 1 and the third light receiving unit PD 3
Dark current characteristics are equal, the dark current characteristic of the second light-receiving portion PD 2 and the fourth light receiving portion PD 4 are equal, and since the reverse bias applied to the respective light receiving portions are equal respectively, I d1 and I d3
Are equal, and I d2 and I d4 are equal. Therefore,
Theoretically, the offset potential V off is 0V. In practice, the offset potential V off is 10 mV at room temperature 25 ° C. and 1 m at 75 ° C.
It is about 00 mV.
【0087】このように、第4の実施形態に係る光検出
装置によると、各受光部を流れる暗電流に起因するオフ
セット電位の発生を防止することができる。As described above, according to the photodetector of the fourth embodiment, it is possible to prevent the generation of the offset potential caused by the dark current flowing through each light receiving section.
【0088】[0088]
【発明の効果】以上のように本発明によると、直列接続
された第1及び第2の受光部に様々な増幅器を接続でき
るので、回路規模が小さくなると共にコストを低減でき
る。また、各受光部と増幅器とを集積化する拡散工程が
容易になる。As described above, according to the present invention, since various amplifiers can be connected to the first and second light receiving units connected in series, the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced. Further, a diffusion process for integrating each light receiving unit and the amplifier is facilitated.
【0089】また、光感度が高感度になり、さらに、検
出したい波長帯域を容易に設定変更することができる。Further, the light sensitivity becomes high, and the setting of the wavelength band to be detected can be easily changed.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る光検出装置の構
成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a photodetector according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施形態に係る光検出装置の光
検出特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating light detection characteristics of the light detection device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施形態に係る光検出装置の第
1の受光部及び第2の受光部の表面形状を示す平面図で
ある。FIG. 3 is a plan view showing the surface shapes of a first light receiving unit and a second light receiving unit of the photodetector according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施形態に係る光検出装置の第
1の受光部及び第2の受光部の表面形状を示す平面図で
ある。FIG. 4 is a plan view illustrating surface shapes of a first light receiving unit and a second light receiving unit of the photodetector according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施形態に係る光検出装置の構
成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photodetector according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施形態に係る光検出装置の構
成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a photodetector according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施形態に係る光検出装置において、
増幅器をバイポーラトランジスタで構成した場合の回路
構成を示す回路図である。FIG. 7 shows a photodetector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration when the amplifier is configured by a bipolar transistor.
【図8】本発明の実施形態に係る光検出装置による他の
回路構成の例を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of another circuit configuration of the photodetector according to the embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4の実施形態に係る光検出装置の構
成を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration of a photodetector according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】従来の光検出装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a conventional photodetector.
PD1 第1の受光部 PD2 第2の受光部 PD3 第3の受光部 PD4 第4の受光部 1,2,9,35,36,37 配線 3,20,31 半導体基板 4,21,32 第1の不純物領域 5,22,33 第2の不純物領域 6,23,34 第3の不純物領域 7,26 分離領域 8 増幅器 24 バイポーラトランジスタのコレクタ領域 25 バイポーラトランジスタのベース領域 27 バイポーラトランジスタ 30 分離領域 38 P型の不純物領域 39 N型不純物領域(増幅器形成領域) 40 バイポーラトランジスタPD 1 First light receiving section PD 2 Second light receiving section PD 3 Third light receiving section PD 4 Fourth light receiving section 1, 2, 9, 35, 36, 37 Wiring 3, 20, 31 Semiconductor substrate 4, 21 , 32 First impurity region 5, 22, 33 Second impurity region 6, 23, 34 Third impurity region 7, 26 Isolation region 8 Amplifier 24 Collector region of bipolar transistor 25 Base region of bipolar transistor 27 Bipolar transistor 30 Isolation region 38 P-type impurity region 39 N-type impurity region (amplifier formation region) 40 Bipolar transistor
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−291182(JP,A) 特開 昭63−133128(JP,A) 特開 平5−55621(JP,A) 特開 昭55−22871(JP,A) 特開 昭63−254736(JP,A) 特開 平5−55538(JP,A) 特開 昭63−88871(JP,A) 特開 平2−156575(JP,A) 特開 平5−122158(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/10 G02F 3/00 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-291182 (JP, A) JP-A-63-133128 (JP, A) JP-A-5-55621 (JP, A) JP-A-55-22871 (JP, A) JP-A-63-254736 (JP, A) JP-A-5-55538 (JP, A) JP-A-63-88871 (JP, A) JP-A-2-156575 (JP, A) 5-122158 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 31/10 G02F 3/00
Claims (12)
第2導電型の第1の不純物領域と、該第1の不純物領域
上に形成された第1導電型の第2の不純物領域とからな
る第1の受光部と、 前記第1導電型の半導体基板と、該半導体基板上に形成
された第2導電型の第3の不純物領域とからなり、前記
第1の受光部と異なる分光感度特性を有し、前記第1の
受光部と直列に接続された第2の受光部と、 前記第1の受光部と前記第2の受光部との接続部から前
記第1及び第2の受光部に発生した光電流の差電流を入
力して増幅する増幅手段とを備え、 前記半導体基板の、主面のうち前記第1の不純物領域が
形成された部分と、裏面との間に電圧を印加することに
よって、前記第1及び第2の受光部に逆バイアス電圧が
印加されるよう構成された光検出装置。 1. A first impurity region of a second conductivity type formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a second impurity region of a first conductivity type formed on the first impurity region. A first light receiving unit comprising: a first conductive type semiconductor substrate; and a second conductive type third impurity region formed on the semiconductor substrate, the first light receiving unit being different from the first light receiving unit. A second light receiving unit having a spectral sensitivity characteristic and connected in series with the first light receiving unit; and a first and second light receiving unit connected to the first light receiving unit and the second light receiving unit. a amplifying means for amplifying by entering the differential current of the photocurrent generated in the light receiving portion, of the semiconductor substrate, said first impurity region of the main surface
Applying a voltage between the formed part and the back surface
Therefore, a reverse bias voltage is applied to the first and second light receiving portions.
A light detection device configured to be applied.
形成された複数の不純物領域からなる増幅器を備えたこ
とを特徴とする請求項1に記載の光検出装置。2. The photodetector according to claim 1, wherein the amplifying means includes an amplifier including a plurality of impurity regions formed on the semiconductor substrate of the first conductivity type.
も1つの不純物領域の深さは、前記第1,第2及び第3
の不純物領域のうち少なくとも1つの不純物領域深さと
等しいことを特徴とする光検出装置。3. The photodetector according to claim 2, wherein at least one of the plurality of impurity regions constituting the amplifier has a depth of the first, second, and third impurity regions.
A photodetector characterized in that the depth is at least equal to the depth of one of the impurity regions.
エピタキシャル層によって構成された第2導電型の第1
の不純物領域と、該第1の不純物領域上に形成された第
1導電型の第2の不純物領域とからなる第1の受光部
と、 前記第1導電型の半導体基板と、該半導体基板上に形成
された前記エピタキシャル層によって構成された第2導
電型の第3の不純物領域とからなり、前記第1の受光部
と異なる光検出特性を有し、前記第1の受光部と直列に
接続された第2の受光部と、 前記エピタキシャル層を前記第1の不純物領域と前記第
3の不純物領域とに分離する分離領域と、 前記第1の受光部と前記第2の受光部との接続部から前
記第1及び第2の受光部に発生した光電流の差電流を入
力して増幅する増幅手段とを備えた光検出装置。 4. A second conductivity type first semiconductor device comprising an epitaxial layer formed on a first conductivity type semiconductor substrate.
A first light receiving portion including: an impurity region of a first conductivity type; a second impurity region of a first conductivity type formed on the first impurity region; a semiconductor substrate of the first conductivity type; A third impurity region of the second conductivity type formed by the epitaxial layer formed on the first light receiving portion, having a light detection characteristic different from that of the first light receiving portion, and connected in series with the first light receiving portion. A second light receiving unit, a separation region separating the epitaxial layer into the first impurity region and the third impurity region, and a connection between the first light receiving unit and the second light receiving unit. And amplifying means for inputting and amplifying a difference current between the photocurrents generated in the first and second light receiving sections from the section .
によって前記第1及び第3の不純物領域と分離された増
幅器形成領域をさらに備え、 前記増幅手段は、前記増幅器形成領域に形成された複数
の不純物領域からなる増幅器を備えたことを特徴とする
光検出装置。5. The photodetector according to claim 4, further comprising an amplifier forming region constituted by the epitaxial layer and separated from the first and third impurity regions by an isolation region. A photodetector comprising: an amplifier including a plurality of impurity regions formed in the amplifier formation region.
の接続部にベース領域が接続されたバイポーラトランジ
スタであり、前記ベース領域の深さは前記第2の不純物
領域の深さと等しいことを特徴とする光検出装置。6. The photodetector according to claim 5, wherein the amplifier is a bipolar transistor having a base region connected to a connection between the first light receiving unit and the second light receiving unit. A photodetector, wherein the depth of the base region is equal to the depth of the second impurity region.
が印加されるよう構成されたことを特徴とする請求項4
に記載の光検出装置。7. The method of claim 4 in which a reverse bias voltage to the first and second light receiving portion is characterized in that it is configured to be applied
3. The photodetector according to claim 1 .
第2の受光部との面積比によって設定するよう構成され
たことを特徴とする請求項1又は4に記載の光検出装
置。8. The photodetector according to claim 1, wherein a wavelength band for performing photodetection is set according to an area ratio between the first light receiving unit and the second light receiving unit. .
に入り組んでいることを特徴とする請求項1又は4に記
載の光検出装置。9. The photodetector according to claim 1, wherein the surface shapes of the first and second light receiving sections are interdigitated.
2の受光部と、 前記第2の受光部に並列に接続され前記第1の受光部と
同等の暗電流特性を有し且つ遮光された第3の受光部
と、 前記第1の受光部に並列に接続され前記第2の受光部と
同等の暗電流特性を有し且つ遮光された第4の受光部
と、 前記第1の受光部と前記第2の受光部との接続部から前
記第1及び第2の受光部に発生した光電流の差電流を入
力して増幅する増幅手段とを備えた光検出装置。 10. A first light receiving unit and a second light receiving unit connected in series, and a dark current characteristic which is connected in parallel with the second light receiving unit and has a dark current characteristic equivalent to that of the first light receiving unit; A light-shielded third light-receiving unit, a light-shielded fourth light-receiving unit connected in parallel to the first light-receiving unit, having a dark current characteristic equivalent to that of the second light-receiving unit, and blocking the light-shielding; And amplifying means for inputting and amplifying a difference current between photocurrents generated in the first and second light receiving portions from a connection portion between the light receiving portion and the second light receiving portion .
ス電圧が印加されるよう構成されたことを特徴とする請
求項10に記載の光検出装置。11. The photodetector according to claim 10, wherein an equivalent reverse bias voltage is applied to the first to fourth light receiving units.
たエピタキシャル層によって構成された第2導電型の第
1の不純物領域と該第1の不純物領域上に形成された第
1導電型の第2の不純物領域とからなる第1の受光部
と、前記第1導電型の半導体基板と該半導体基板上に形
成された前記エピタキシャル層によって構成された第2
導電型の第3の不純物領域とからなり,前記第1の受光
部と異なる光検出特性を有し前記第1の受光部と直列に
接続された第2の受光部と、前記第1及び第3の不純物
領域と分離領域によって分離されたエピタキシャル層に
ベース領域が形成され,前記第1の受光部と前記第2の
受光部との接続部に前記ベース領域が接続されたバイポ
ーラトランジスタとを備えた光検出装置を製造する光検
出装置の製造方法であって、 前記バイポーラトランジスタのベース領域及び前記第2
の不純物領域を同一の拡散工程において同時に形成する
工程を備えている光検出装置の製造方法。12. A first impurity region of a second conductivity type formed by an epitaxial layer formed on a semiconductor substrate of the first conductivity type, and a first impurity region of a first conductivity type formed on the first impurity region. A first light receiving portion including a second impurity region; a second conductive type semiconductor substrate; and a second light receiving portion configured by the epitaxial layer formed on the semiconductor substrate.
A second light-receiving section, which comprises a third impurity region of a conductivity type and has light detection characteristics different from that of the first light-receiving section and is connected in series with the first light-receiving section; A bipolar transistor in which a base region is formed in an epitaxial layer separated by the third impurity region and the separation region, and the base region is connected to a connection portion between the first light receiving portion and the second light receiving portion. A method for manufacturing a photodetecting device, wherein the base region of the bipolar transistor and the second
Impurity regions are formed simultaneously in the same diffusion step
A method for manufacturing a photodetector, comprising:
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