JP2957834B2 - 回路内蔵受光素子 - Google Patents

回路内蔵受光素子

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JP2957834B2 JP5061873A JP6187393A JP2957834B2 JP 2957834 B2 JP2957834 B2 JP 2957834B2 JP 5061873 A JP5061873 A JP 5061873A JP 6187393 A JP6187393 A JP 6187393A JP 2957834 B2 JP2957834 B2 JP 2957834B2
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元彦 山本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、信号処理回路を内蔵し
た回路内蔵受光素子に関するものであり、特に光ピック
アップ等に使用される分割フォトダイオードを有する回
路内蔵受光素子において、その光感度を向上させるため
の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】回路内蔵受光素子は、光ピックアップの
信号検出用として、従来から用いられている。光ピック
アップに回路内蔵受光素子を用いる場合には、次の2つ
の特性を向上させることが重要である。
【0003】第1にS/N比向上のために光感度を向上
させることであり、第2には映像信号のような高周波の
信号を扱えるように動作速度を向上させることである。
【0004】これらの2つの特性を向上させるための構
造として、図6および図7の略断面図に示されるような
構造が考えられる。いずれも表面のシリコン酸化膜,光
反射防止膜等は省略してある。
【0005】図6において、2分割型のフォトダイオー
ドAは、N型高比抵抗半導体基板1上に積層して成長さ
れたN型エピタキシャル層4と、N型エピタキシャル層
4の所定領域にN型エピタキシャル層4を貫通してN型
高比抵抗半導体基板1上に形成されたP型アノード拡散
層5,5と、P型アノード拡散層5,5から所定の間隔
を隔ててN型高比抵抗半導体基板1に埋め込むように形
成されたN型埋込み拡散層3,3と、N型埋込み拡散層
3,3上のN型エピタキシャル層4内に形成されたN型
カソード補償拡散層6,6とで形成されている。
【0006】NPNトランジスタBは、N型高比抵抗半
導体基板1に埋め込むように形成されたP型埋込み拡散
層2と、P型埋込み拡散層2の表面上に形成されたN型
埋込み拡散層3aと、P型埋込み拡散層2およびN型埋
込み拡散層3a上に形成されたN型エピタキシャル層4
と、N型エピタキシャル層4の表面上の所定領域に形成
されたP型ベース拡散層7と、P型ベース拡散層7の表
面上の所定領域に形成されたN型エミッタ拡散層8と、
P型ベース拡散層7から所定の間隔を隔てたN型埋込み
拡散層3a上に形成されたN型コレクタ補償拡散層6a
とで形成されている。
【0007】フォトダイオードAとNPNトランジスタ
Bは、P型分離拡散層5aによって分離されている。ま
た、フォトダイオードAのアノード拡散層5は、焦点誤
差検出のために分割されている。分割される数は検出す
る方式により異なる。
【0008】この図6の構造では、フォトダイオードA
に広がる空乏層は、N型高比抵抗半導体基板1中に広が
るため、空乏層幅を広くすることができ、光感度,動作
速度を向上させることができる。
【0009】図7の構造は、図6の構造に対して、N型
高比抵抗半導体基板1の代わりに、N型低比抵抗基板9
の上にN型高比抵抗エピタキシャル層10を積層したも
のを使用している点が異なっている。この図7の構造を
取ることにより、フォトダイオードAのN型低比抵抗基
板9中で発生した光キャリアはライフタイムが短く、光
電流にはほとんど寄与しないため、光キャリアの拡散に
よる電流成分が低減でき、動作速度はより高速化されて
いる。また、フォトダイオードAの内部直列抵抗が図6
の構造に対して低減されており、フォトダイオードAの
CR時定数の低減によっても、動作速度が高速化されて
いる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】光ピックアップ用とし
て使用する回路内蔵受光素子を、図6および図7のよう
な構造で実現するためには、以下のような問題点があ
る。
【0011】光ピックアップ用に使用する場合には、フ
ォトダイオードAのアノードを分割する必要がある。こ
れは焦点誤差を検出するためである。
【0012】図8は、フォトダイオードa,b,cおよ
びdよりなる4分割フォトダイオードで焦点誤差を検出
するための方式の1つである非点収差法における光ビー
ムのスポット11の様子を示す説明図である。(a)が
焦点が合っている場合、(b)および(c)はディスク
が近すぎる場合および遠すぎる場合に相当する。通常、
対角線位置のフォトダイオードの光信号の和を取り、そ
の和信号の差を見ることによって焦点誤差を検出してい
る。すなわち、 S={(aの光信号)+(dの光信号)}−{(bの光
信号)+(cの光信号)} を計算し、図8の例でいえば、S=0であれば焦点が合
っており、S>0ならディスクが近すぎる場合、S<0
であればディスクが遠すぎる場合、と検出される。
【0013】ここで、図8によれば、光ビームはフォト
ダイオードの分割部分に照射されている割合が大きいこ
とがわかる。
【0014】この分割部分の拡大断面図を図9に示す。
図中Xは、P型アノード拡散層5を形成するとき窓開け
によるパターン幅、Yはシリコン窒化膜による光反射防
止膜13をP型アノード拡散層上に直付けするためのパ
ターン幅、ZはP型アノード拡散層5,5間の実効距離
である。
【0015】このような分割フォトダイオードを有する
回路内蔵受光素子において、その信号受信感度を向上さ
せるためには、XおよびYの幅(以下単に分割幅と称す
る)を小さくする必要がある。それを以下に説明する。
【0016】図9に明らかなように、P型アノード拡散
層5上にはシリコン窒化膜による光反射防止膜13を形
成している。しかし、分割部分にはPN接合が存在し、
光反射防止膜13を付けるとリーク電流が増大してしま
うため、SiO2 膜12を残している。このため分割部
分における光反射率が大きくなり、分割幅が大きくなる
ほど信号強度が低下してしまうことになる。
【0017】図6および図7の構造においては、P型ア
ノード拡散層5はエピタキシャル層4を貫通する必要が
ある。これはP型アノード拡散層5をN型高比抵抗半導
体基板1まで到達させることにより、空乏層がN型高比
抵抗半導体基板1中で広がるようにするためである。こ
のため、P型アノード拡散層5はかなり深く拡散する必
要があり、このとき横方向へもアノード拡散層が広がる
ので、P型アノード拡散層間の分割幅をあまり小さくす
ることができず、光受信感度を高くすることができない
という問題点があった。
【0018】また、分割幅が大きいと、隣接するフォト
ダイオード間での信号の混信(クロストーク)が大きく
なるという問題も発生する。本発明は、上記問題点を解
決するためになされたものであり、分割フォトダイオー
ドの分割幅を小さくすることができ、光受信感度の向上
および隣接するフォトダイオード間での信号のクロスト
ークの低減が可能な回路内蔵受光素子を提供することで
ある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明の回路内蔵受光素
子は、第1の導電型の半導体基板の表面に形成された受
光素子と信号処理回路とよりなり、受光素子は、第1の
導電型の半導体基板の表面のエピタキシャル層を含む第
1の導電型の半導体層と、第1の導電型の半導体層を介
して分割され、第1の導電型の半導体層の表面から第1
の導電型の半導体基板に達する複数の第2の導電型の半
導体層とによって形成された分割フォトダイオードであ
り、それぞれの第2の導電型の半導体層は、第1の導電
型の半導体層に埋め込まれた半導体層と、第1の導電型
の半導体層の表面から拡散された半導体層とよりなる。
【0020】
【作用】以上のような構成にすることにより、第1の導
電型の半導体層の表面から拡散された第2の導電型の半
導体層の横方向への広がりが小さくなり、フォトダイオ
ード分割幅を小さくすることが可能となるため、光受信
感度を高くすることができる。また隣接するフォトダイ
オード間のクロストークを低減することも可能となる。
【0021】
【実施例】図1は図6の構造に本発明を適用した場合の
略断面図であり、図2は図7の構造に本発明を適用した
場合の略断面図である。図1において、フォトダイオー
ドAのP型アノード拡散層をN型高比抵抗半導体基板1
に埋め込んだP型拡散層14bと表面から拡散したP型
拡散層7bとで構成している。図2においては、N型高
比抵抗エピタキシャル層10に埋め込んだP型拡散層1
4bと表面から拡散したP型拡散層7bとによってP型
アノード拡散層を形成している。
【0022】なお、本実施例では、NPNトランジスタ
Bの素子間分離拡散を、フォトダイオードAのアノード
拡散と同時に形成している。また、アノード拡散のうち
表面から拡散するP型アノード拡散層7bは、NPNト
ランジスタのP型ベース拡散層7と同時に形成してい
る。
【0023】以下に図1の実施例の製造工程を、図3〜
図5の各工程の略断面図について説明する。なお、図2
の実施例については、N型高比抵抗半導体基板1の代わ
りに、N型低比抵抗半導体基板9にN型高比抵抗エピタ
キシャル層10を成長させたものを用いる以外は、図1
の実施例と全く同一であるので省略する。
【0024】まず、図3に示すように、N型高比抵抗半
導体基板1上の信号処理回路素子形成領域に、P型埋込
み拡散層2を形成する。P型埋込み拡散層2の表面上の
所定領域にN型埋込み拡散層3aを形成する。これと同
時に、フォトダイオード形成予定領域のN型高比抵抗半
導体基板1上に、所定の間隔を隔ててN型埋込み拡散層
3を形成する。このN型埋込み拡散層3は、カソード電
極引出領域となる。
【0025】また、フォトダイオードのアノード形成領
域およびNPNトランジスタの分離拡散形成領域には、
P型拡散層14b,14aをそれぞれ形成する。
【0026】次に、図4に示すように、全面に数Ω・c
m程度のN型エピタキシャル層4を成長させる。この
際、P型埋込み拡散層2,14aおよび14bならびに
N型埋込み拡散層3,3aは、それぞれ上方に拡散す
る。
【0027】次に、図5に示すように、N型エピタキシ
ャル層4上の所定領域に、N型カソード補償拡散層6、
フォトダイオードを構成するP型アノード拡散層7b、
およびP型分離拡散層7aを拡散によって形成する。本
実施例においてはNPNトランジスタのP型ベース拡散
層7を同時に形成する。これらのP型拡散層はそれぞれ
別に形成してもよい。
【0028】その後NPNトランジスタのN型エミッタ
拡散層8を形成することにより図1の構造を得る。な
お、表面はSiO2 膜で覆われ、受光素子部は光反射防
止膜が設けられ、必要な箇所に電極が形成される。
【0029】なお、本発明の適用は図6,図7のような
構造の回路内蔵受光素子に限定されるものではなく、フ
ォトダイオードの活性層が複数の同一導電型の半導体層
で形成されており、それと逆導電型のアノードまたはカ
ソード拡散層がそのうちの1層を貫通して形成されてい
るような構造に対しては適用可能である。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、第1の導電型の半導体
層の表面から拡散された第2の導電型の半導体層の横方
向拡散は従来の構造の約1/2に低減できるため、分割
フォトダイオードの分割幅を小さくすることができ、光
受信感度を高くすることができる。また、隣接するフォ
トダイオード間のクロストークも低減される。さらに回
路内蔵受光素子の面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の略断面図である。
【図2】本発明の他の実施例の略断面図である。
【図3】図1の構造を得るための1工程の略断面図であ
る。
【図4】図1の構造を得るための1工程の略断面図であ
る。
【図5】図1の構造を得るための1工程の略断面図であ
る。
【図6】従来の一例の略断面図である。
【図7】従来の他の一例の略断面図である。
【図8】(a)〜(c)は、それぞれ非点収差法におけ
る光ビームのスポットの状態を示す説明図である。
【図9】フォトダイオードの分割部分の拡大断面図であ
る。
【符号の説明】
1 N型高比抵抗半導体基板 2 P型埋込み拡散層 3 N型埋込み拡散層 4 N型エピタキシャル層 5 P型アノード拡散層 6 N型カソード補償拡散層 7 P型ベース拡散層 8 N型エミッタ拡散層 9 N型低比抵抗基板 10 N型高比抵抗エピタキシャル層 12 SiO2 膜 13 光反射防止膜 14a,14b P型埋込み拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−23668(JP,A) 特開 平2−132857(JP,A) 特開 平2−146168(JP,A) 特開 平1−248572(JP,A) 特開 昭56−61160(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/10 H01L 27/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の導電型の半導体基板の表面に形成
    された受光素子と信号処理回路とよりなり、前記 受光素子は、前記第1の導電型の半導体基板の表面
    のエピタキシャル層を含む第1の導電型の半導体層と、前記第1の導電型の半導体層を介して分割され、前記第
    1の導電型の半導体層 の表面から前記第1の導電型の半
    導体基板に達する複数の第2の導電型の半導体層とによ
    って形成された分割フォトダイオードであり、 それぞれの前記第2の導電型の半導体層は、前記第1の
    導電型の半導体層に埋め込まれた半導体層と、前記第
    の導電型の半導体層の表面から拡散された半導体層とよ
    りなることを特徴とする回路内蔵受光素子。
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