JP2957837B2 - Photo detector and photo detector with built-in circuit - Google Patents

Photo detector and photo detector with built-in circuit

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JP2957837B2
JP2957837B2 JP7692293A JP7692293A JP2957837B2 JP 2957837 B2 JP2957837 B2 JP 2957837B2 JP 7692293 A JP7692293 A JP 7692293A JP 7692293 A JP7692293 A JP 7692293A JP 2957837 B2 JP2957837 B2 JP 2957837B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子特に信号処理
回路を内蔵した受光素子の応答速度を高速化する構造に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure for increasing the response speed of a light receiving element, particularly a light receiving element having a built-in signal processing circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】回路内蔵受光素子は、光センサ,フォト
カプラ等に広く用いられている。
2. Description of the Related Art Light receiving elements with built-in circuits are widely used in optical sensors, photocouplers, and the like.

【0003】図8は、従来の一般的な回路内蔵受光素子
の一例の構造を示す略断面図であり、特開平1−302
854で提案されている構造である。
FIG . 8 is a schematic sectional view showing the structure of an example of a conventional general light receiving element with a built-in circuit.
854.

【0004】図中Aに示す部分には、PINフォトダイ
オードが構成されており、図中Bに示す部分には、信号
処理回路の一例としてNPNトランジスタが構成されて
いる。この構造は以下に示す方法で製造される。
[0006] A portion shown in FIG. 1A is provided with a PIN photodiode, and a portion shown in FIG. 1B is provided with an NPN transistor as an example of a signal processing circuit. This structure is manufactured by the following method.

【0005】まず、第1の導電型たとえばN型半導体基
板1の表面にN型高比抵抗エピタキシャル層3が成長さ
れる。次いで、イオン注入または熱拡散法により、N型
高比抵抗エピタキシャル層3上の信号処理回路形成領域
に、高濃度の第2の導電型たとえばP型不純物を含む素
子分離用の底面層5を形成する。次いで、この素子分離
用の底面層5の内側の一部に、N型埋込拡散層6を形成
し、素子分離用の底面層5の端部に対応する領域にP型
埋込素子分離用拡散層7−1を形成する。
First, an N-type high resistivity epitaxial layer 3 is grown on the surface of a first conductivity type, for example, an N-type semiconductor substrate 1. Next, a bottom layer 5 for element isolation containing a high-concentration second conductivity type, for example, a P-type impurity is formed in the signal processing circuit formation region on the N-type high resistivity epitaxial layer 3 by ion implantation or thermal diffusion. I do. Next, an N-type buried diffusion layer 6 is formed on a part of the inside of the element isolation bottom layer 5, and a P-type buried element isolation layer is formed in a region corresponding to an end of the element isolation bottom layer 5. The diffusion layer 7-1 is formed.

【0006】その後、エピタキシャル成長法により、N
型高比抵抗エピタキシャル層3上にN型高比抵抗エピタ
キシャル層12を積層し、P型埋込素子分離用拡散層7
−1に対応する部分に、N型高比抵抗エピタキシャル層
12の表面よりP型素子分離用拡散層8−1を形成す
る。
[0006] Thereafter, N is grown by epitaxial growth.
An N-type high-resistivity epitaxial layer 12 is laminated on the P-type high-resistivity epitaxial layer 3 and a P-type buried element isolation diffusion layer 7 is formed.
A P-type element isolation diffusion layer 8-1 is formed from the surface of the N-type high resistivity epitaxial layer 12 in a portion corresponding to −1.

【0007】ここで、このN型高比抵抗エピタキシャル
層12は高比抵抗であることから、信号処理回路部分を
このままにしておくと、NPNトランジスタのVCE(飽
和時)の増大,周波数特性の低下等の悪影響を引起こす
ことから、信号処理回路部分のN型高比抵抗エピタキシ
ャル層12の不純物濃度を信号処理回路に適した濃度に
すべく、信号処理回路部分にはイオン注入または熱拡散
法によりN型高比抵抗エピタキシャル層12の表面から
N型拡散を行なう。
Here, since the N-type high resistivity epitaxial layer 12 has a high resistivity, if the signal processing circuit portion is left as it is, an increase in V CE (at the time of saturation) of the NPN transistor and an increase in the frequency characteristic will occur. In order to make the impurity concentration of the N-type high-resistivity epitaxial layer 12 in the signal processing circuit portion suitable for the signal processing circuit, ion implantation or thermal diffusion method is used. Performs N-type diffusion from the surface of N-type high resistivity epitaxial layer 12.

【0008】次に、図中Aに示す部分のN型エピタキシ
ャル層12の表面よりフォトダイオードのアノードとな
るP型拡散層8を形成し、図中Bに示す部分には、コレ
クタ用のN型拡散層9,ベースとなるP型拡散層10,
エミッタとなるN型拡散層11を順次形成すると、図8
に示す構造が完成する。
Next, a P-type diffusion layer 8 serving as an anode of a photodiode is formed from the surface of the N-type epitaxial layer 12 at the portion shown in FIG. A diffusion layer 9, a base P-type diffusion layer 10,
When an N-type diffusion layer 11 serving as an emitter is sequentially formed, FIG.
Is completed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の回路内蔵受光素子には以下のような問題点
があった。
However, the above-mentioned conventional light receiving element with a built-in circuit has the following problems.

【0010】通常、図8に示すようなフォトダイオード
の構造を高速動作させることを目的に最適化する場合、
アノードとなるP型拡散層8の下端と、N型半導体基板
1の間に存在するN型高比抵抗エピタキシャル層3およ
び12の厚みは、フォトダイオードに印加される逆バイ
アス条件とN型高比抵抗エピタキシャル3および12の
不純物濃度より決定される。これは、フォトダイオード
に印加される逆バイアスで高比抵抗部分を完全に空乏層
化してしまうためである。仮に、N型高比抵抗エピタキ
シャル層が厚く、高比抵抗部分が完全に空乏層化しなか
った場合、高比抵抗部分がフォトダイオードの直列抵抗
を増大させてしまい、フォトダイオードの応答性を低下
させてしまう。さらに、空乏層化しなかった高比抵抗部
分で発生したキャリアが、拡散により空乏層端まで移動
するため、フォトダイオードの応答性を低下させる。逆
に、高比抵抗エピタキシャル層が薄いと、空乏層の広が
りが不十分になるため、フォトダイオードの接合容量が
大きくなり、フォトダイオードの応答性を低下させるた
めである。
Normally, when optimizing the structure of a photodiode as shown in FIG.
The thickness of the N-type high resistivity epitaxial layers 3 and 12 existing between the lower end of the P-type diffusion layer 8 serving as the anode and the N-type semiconductor substrate 1 depends on the reverse bias condition applied to the photodiode and the N-type high resistivity. It is determined from the impurity concentration of the resistive epitaxial layers 3 and 12. This is because the reverse bias applied to the photodiode completely depletes the high resistivity portion. If the N-type high-resistivity epitaxial layer is thick and the high-resistivity portion is not completely depleted, the high-resistivity portion increases the series resistance of the photodiode and reduces the responsiveness of the photodiode. Would. Further, carriers generated in the high resistivity portion that has not been depleted move to the end of the depletion layer due to diffusion, thereby lowering the responsiveness of the photodiode. Conversely, when the high resistivity epitaxial layer is thin, the depletion layer is insufficiently expanded, so that the junction capacitance of the photodiode is increased and the response of the photodiode is reduced.

【0011】たとえば、フォトダイオードに印加される
逆バイアスが3VでN型高比抵抗エピタキシャル層の比
抵抗が100Ωcmとした場合、空乏層の広がる幅はお
よそ10μmであるため、アノードとなるP型拡散層8
の拡散深さが1μmで、熱処理によるN型半導体基板1
からの不純物のはい上がりが7μmとすると、n型高比
抵抗エピタキシャル層3とN型高比抵抗エピタキシャル
層12のトータルの厚みは、18μm程度とすればよい
ことがわかる。
For example, when the reverse bias applied to the photodiode is 3 V and the specific resistance of the N-type high-resistivity epitaxial layer is 100 Ωcm, the width of the depletion layer is about 10 μm. Layer 8
Has a diffusion depth of 1 μm, and has an N-type semiconductor substrate 1 formed by heat treatment.
It can be understood that the total thickness of the n-type high-resistivity epitaxial layer 3 and the N-type high-resistivity epitaxial layer 12 should be about 18 μm, assuming that the rise of the impurity from the substrate is 7 μm.

【0012】しかし、このような構造のフォトダイオー
ドに、たとえば、830nmの波長のレーザ光を変調し
た光を入射したときのフォトダイオードの周波数特性
は、図10ののような特性になってしまう。830n
mのレーザ光は、N型高比抵抗エピタキシャル層12の
表面から18μmで、およそ80%は吸収され、空乏層
内で電子−正孔対を発生させるが、残り20%はN型半
導体基板1に到達し、ここで電子−正孔対を発生させ
る。熱処理によりN型半導体基板1から不純物がはい上
がっている部分で発生した光キャリアは、この濃度勾配
による内部電界で、速やかに移動し空乏層端に到達す
る。しかし、N型半導体基板1内で発生した光キャリア
は、N型半導体基板1が高不純物濃度のためライフタイ
ムが短く、発生した光キャリアの大部分は消滅するが、
消滅しなかった光キャリアは、拡散で空乏層端に到達
し、光電流に寄与するため、図9のに示すような低周
波帯域からの出力の低下を引起こしてしまう。フォトダ
イオードの周波数特性がこのようになった場合、フォト
ダイオードの出力を信号処理回路に入力すると、ジッタ
等の問題が生じてしまう。なお、図9はの理想値の特
性である。
However, the frequency characteristic of the photodiode when a laser light having a wavelength of 830 nm is modulated is incident on the photodiode having such a structure, for example, as shown in FIG. 830n
The laser beam of m is 18 μm from the surface of the N-type high resistivity epitaxial layer 12 and is absorbed by about 80% to generate electron-hole pairs in the depletion layer, while the remaining 20% is the N-type semiconductor substrate 1. , Where electron-hole pairs are generated. The photocarriers generated in the portion where the impurities have risen from the N-type semiconductor substrate 1 due to the heat treatment move quickly and reach the end of the depletion layer due to the internal electric field due to the concentration gradient. However, optical carriers generated in the N-type semiconductor substrate 1 have a short lifetime due to the high impurity concentration of the N-type semiconductor substrate 1, and most of the generated optical carriers disappear.
The photocarriers that have not disappeared reach the edge of the depletion layer by diffusion and contribute to the photocurrent, which causes a decrease in the output from the low-frequency band as shown in FIG . When the frequency characteristics of the photodiode become such, if the output of the photodiode is input to the signal processing circuit, a problem such as jitter occurs. FIG. 9 shows the characteristic of the ideal value.

【0013】このような低周波帯域からの出力の低下を
防止するためには、空乏層内または熱処理によりN型半
導体基板1から不純物がはい上がっている部分内で、す
べての光キャリアを発生させればよい。このためにはN
型高比抵抗エピタキシャル層を厚くしてN型半導体基板
1に光が侵入しないようにすればよいが、たとえば、8
30nmの波長のレーザ光であれば、99%の光をN型
高比抵抗エピタキシャル層内で吸収しようとすると、エ
ピタキシャル層の厚さが約54μm必要となる。このと
き、応答速度が低下しないよう、フォトダイオードにか
かる逆バイアスで高抵抗部分を完全に空乏層化してしま
うためには、N型高比抵抗エピタキシャル層を高抵抗か
またはフォトダイオードにかかる逆バイアス大きくすれ
ばよい。
In order to prevent such a decrease in the output from the low frequency band, all the photocarriers are generated in the depletion layer or in the portion where the impurities have risen from the N-type semiconductor substrate 1 by the heat treatment. Just do it. For this, N
It is sufficient to prevent the light from entering the N-type semiconductor substrate 1 by increasing the thickness of the high-resistivity type epitaxial layer.
In the case of a laser beam having a wavelength of 30 nm, in order to absorb 99% of the light in the N-type high resistivity epitaxial layer, the thickness of the epitaxial layer is required to be about 54 μm. At this time, in order to completely deplete the high-resistance portion by the reverse bias applied to the photodiode so that the response speed does not decrease, the N-type high-resistivity epitaxial layer must have a high resistance or a reverse bias applied to the photodiode. You just need to increase it.

【0014】しかしながら、エピタキシャル層の比抵抗
を制御しながら精度よく成長できるのは200Ωcm以
下であり、この場合、フォトダイオードには50V以上
印加する必要があるが、このようなデバイスを組込んだ
製品は通常10V以下で使用されるため、高抵抗部分を
完全に空乏層化してしまうのは不可能である。
However, it is 200 Ωcm or less that can be grown accurately while controlling the specific resistance of the epitaxial layer. In this case, it is necessary to apply 50 V or more to the photodiode. Is usually used at 10 V or less, so that it is impossible to completely deplete the high resistance portion.

【0015】本発明の目的は、このような周波数特性に
おける低周波帯域からの出力の低下を防止した周波数特
性がフラットで、かつ、広帯域のフォトダイオードを持
つ回路内蔵受光素子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a light receiving element with a built-in circuit having a photodiode having a flat frequency characteristic and a wide band in which the output from a low frequency band in such a frequency characteristic is prevented from lowering. .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明においては、第1
の導電型の半導体基板上に少なくともその受光素子形成
予定領域に半導体基板よりも高不純物濃度のN型拡散層
を埋込んで形成し、この上にN型高比抵抗エピタキシャ
ル層とN型の適宜の比抵抗のエピタキシャル層を積層し
て成長させ、受光素子はN型のエピタキシャル層の表面
に形成されたP型拡散層によるアノードとN型高比抵抗
エピタキシャル層を含む部分によって形成した。また、
受光素子と信号処理回路素子は、N型高比抵抗エピタキ
シャル層表面の信号処理回路素子予定領域に埋込まれた
P型拡散層と、N型高比抵抗または低比抵抗のエピタキ
シャル層の表面より拡散されたP型拡散層により分離し
た。
According to the present invention, there is provided the following:
An N-type diffusion layer having a higher impurity concentration than that of the semiconductor substrate is buried at least in a region where the light-receiving element is to be formed on the semiconductor substrate of the conductivity type of above, and an N-type high resistivity epitaxial layer and an N-type The light-receiving element was formed by a portion including an anode formed by a P-type diffusion layer formed on the surface of the N-type epitaxial layer and the N-type high-resistance epitaxial layer. Also,
The light-receiving element and the signal processing circuit element are separated from the P-type diffusion layer buried in the signal processing circuit element planned area on the surface of the N-type high specific resistance epitaxial layer and the surface of the N-type high specific resistance or low specific resistance epitaxial layer. Separated by the diffused P-type diffusion layer.

【0017】[0017]

【作用】本発明によれば、N型半導体基板内で発生した
電子−正孔対が光電流に寄与しないため、周波数特性が
フラットで、かつ、高速動作が可能な回路内蔵受光素子
を得ることができる。
According to the present invention, an electron-hole pair generated in an N-type semiconductor substrate does not contribute to photocurrent, so that a photodetector with a built-in circuit that has a flat frequency characteristic and can operate at high speed is provided. Can be.

【0018】[0018]

【実施例】図1は、本発明の一実施例である回路内蔵受
光素子の略断面図である。図2〜図4は、図1の構造を
得るための各工程の略断面図である。なお、これらの図
面において、従来例と同一要素には同一符号を付し重複
する説明は省略する。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a light-receiving element with a built-in circuit according to an embodiment of the present invention. 2 to 4 are schematic sectional views of respective steps for obtaining the structure of FIG. In these drawings, the same elements as those of the conventional example are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0019】便宜上、図1の構造を得るための図2〜図
4の各工程の略断面図について説明する。
For convenience, a schematic sectional view of each step of FIGS. 2 to 4 for obtaining the structure of FIG. 1 will be described.

【0020】まず、図2に示されるように、高不純物濃
度の第1の導電型たとえばN型半導体基板1の表面の受
光素子としてのフォトダイオード予定領域に、前記N型
半導体基板1より高不純物濃度のN型拡散層2を形成す
る。次に、図に示されるように、全面にわたり高比抵抗
エピタキシャル層3を成長させる。この導電型は真性半
導体に近いのが望ましく、図ではiと表示してある。こ
の厚さは応答速度を最優先で設計される場合、フォトダ
イオードに印加される逆バイアスと高比抵抗エピタキシ
ャル層3の比抵抗を考慮して決定される。この高比抵抗
エピタキシャル層3は、すべて空乏層化した方が高速動
作が可能となる。その一例として、エピタキシャル層比
抵抗が100Ωcmで逆バイアスが3Vであれば、従来
例と同様エピタキシャル層の厚さは18μm程度であ
る。
First, as shown in FIG. 2, a high impurity concentration first conductivity type, for example, an N-type semiconductor substrate 1 is provided with a higher impurity concentration than that of the N-type semiconductor substrate 1 in a photodiode expected region as a light receiving element. An N type diffusion layer 2 having a concentration is formed. Next, as shown in the figure, a high resistivity epitaxial layer 3 is grown over the entire surface. This conductivity type is desirably close to an intrinsic semiconductor, and is denoted by i in the figure. This thickness is determined in consideration of the reverse bias applied to the photodiode and the specific resistance of the high resistivity epitaxial layer 3 when the response speed is designed with the highest priority. The high-resistivity epitaxial layer 3 can operate at high speed when all layers are depleted. For example, if the specific resistance of the epitaxial layer is 100 Ωcm and the reverse bias is 3 V, the thickness of the epitaxial layer is about 18 μm as in the conventional example.

【0021】その後図3に示されるように高比抵抗エピ
タキシャル層3の表面からイオン注入または熱拡散法に
より、高比抵抗エピタキシャル層3上の信号処理回路形
成予定領域に、P型素子分離用の底面層5を形成する。
次いで、この素子分離用の底面層5の内側の一部に、信
号処理回路素子の寄生動作の低減とNPNトランジスタ
のコレクタ直列抵抗の低減のため、N型埋込拡散層6を
形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3, a P-type element isolation region is formed in the region where the signal processing circuit is to be formed on the high resistivity epitaxial layer 3 by ion implantation or thermal diffusion from the surface of the high resistivity epitaxial layer 3. The bottom layer 5 is formed.
Next, an N-type buried diffusion layer 6 is formed on a part of the inside of the element isolation bottom layer 5 in order to reduce the parasitic operation of the signal processing circuit element and the collector series resistance of the NPN transistor.

【0022】次いで、図4に示されるように、素子分離
用の底面層5の端部に対応する領域に、P型埋込素子分
離用拡散層7−1を形成する。このとき同時に、フォト
ダイオード部分にアノード拡散としてP型埋込拡散層7
を形成する。その後、エピタキシャル層成長法により、
N型高比抵抗エピタキシャル層3上に、N型低比抵抗エ
ピタキシャル層4を積層し、P型埋込素子分離用拡散層
7−1に対応する部分に、N型低比抵抗エピタキシャル
層4の表面よりP型素子分離用拡散層8−1を形成す
る。また、同時にフォトダイオード部分にアノード拡散
としてP型埋込拡散層7に対応する部分に、N型低比抵
抗エピタキシャル層4の表面よりP型拡散層8を形成す
る。ここで、このN型低比抵抗エピタキシャル層4は、
信号処理回路部分に適したものとすればよいため、たと
えば厚さが2μmで比抵抗が1Ωcmである。
Next, as shown in FIG. 4, a P-type buried element isolation diffusion layer 7-1 is formed in a region corresponding to the end of the bottom layer 5 for element isolation. At the same time, the P-type buried diffusion layer 7 is formed as an anode diffusion in the photodiode portion.
To form Then, by the epitaxial layer growth method,
An N-type low-resistivity epitaxial layer 4 is laminated on the N-type high-resistivity epitaxial layer 3, and a portion of the N-type low-resistivity epitaxial layer 4 corresponding to the P-type buried element isolation diffusion layer 7-1 is provided. A P-type element isolation diffusion layer 8-1 is formed from the surface. At the same time, a P-type diffusion layer 8 is formed from the surface of the N-type low resistivity epitaxial layer 4 in a portion corresponding to the P-type buried diffusion layer 7 as an anode diffusion in the photodiode portion. Here, the N-type low resistivity epitaxial layer 4 is
For example, the thickness is 2 μm and the specific resistance is 1 Ωcm, since it may be suitable for the signal processing circuit portion.

【0023】次に、信号処理回路素子部分にはコレクタ
用のN型拡散層9,ベースとなるP型拡散層10,エミ
ッタとなるN型拡散層11を順次形成すると、図1に示
す構造が完成する。
Next, an N-type diffusion layer 9 for a collector, a P-type diffusion layer 10 as a base, and an N-type diffusion layer 11 as an emitter are sequentially formed in the signal processing circuit element portion, and the structure shown in FIG. Complete.

【0024】図1のように、高不純物濃度のN型拡散層
2をフォトダイオード部に埋込んで設けることにより、
周波数特性がフラットで広帯域のフォトダイオードを実
現できる。
As shown in FIG. 1, an N-type diffusion layer 2 having a high impurity concentration is provided by being buried in a photodiode portion.
A broadband photodiode with flat frequency characteristics can be realized.

【0025】図5は、本発明におけるフォトダイオード
のホールに対するポテンシャル図である。縦軸はポテン
シャルを示し、横軸はフォトダイオード表面からの深さ
を示す。N型半導体基板1で発生した拡散電流成分とな
るホールは、高不純物濃度のN型拡散層2のポテンシャ
ル分布により基板側に押しやられ、N型半導体基板1と
N型高比抵抗エピタキシャル層3の界面より深いところ
で発生したキャリアは光電流に寄与しない。また、N型
拡散層2の不純物濃度を、N型半導体基板1では実現で
きないほどの高不純物濃度にできるため、ライフタイム
を短くすることができ、拡散電流成分を低減できる。こ
の効果により、周波数特性がフラットで広帯域のフォト
ダイオードが実現できる。
FIG. 5 is a potential diagram with respect to holes of the photodiode in the present invention. The vertical axis indicates the potential, and the horizontal axis indicates the depth from the photodiode surface. Holes that become diffusion current components generated in the N-type semiconductor substrate 1 are pushed to the substrate side by the potential distribution of the N-type diffusion layer 2 having a high impurity concentration, and the holes of the N-type semiconductor substrate 1 and the N-type high resistivity epitaxial layer 3 are removed. Carriers generated deeper than the interface do not contribute to photocurrent. Further, since the impurity concentration of the N-type diffusion layer 2 can be set to a high impurity concentration that cannot be realized by the N-type semiconductor substrate 1, the lifetime can be shortened and the diffusion current component can be reduced. By this effect, a photodiode having a flat frequency characteristic and a wide band can be realized.

【0026】図1においては、素子分離をP型埋込素子
分離用拡散層7−1とP型素子分離用拡散層8−1で行
なっているが、N型低比抵抗エピタキシャル層4の表面
からP型の深い拡散1回だけで素子分離を行なってもか
まわない。
In FIG. 1, element isolation is performed by the P-type buried element isolation diffusion layer 7-1 and the P-type element isolation diffusion layer 8-1. Therefore, the element isolation may be performed only by one deep diffusion of P-type.

【0027】また、図1においてはアノード拡散として
P型埋込拡散層7とP型拡散層8を用いているが、P型
埋込拡散層7を用いずに、N型低比抵抗エピタキシャル
層4の表面より、このN型低比抵抗エピタキシャル層4
を貫き抜ける拡散深さを持つP型拡散層のみでアノード
を形成してもかまわない。
Although the P-type buried diffusion layer 7 and the P-type diffusion layer 8 are used as the anode diffusion in FIG. 1, the N-type low resistivity epitaxial layer is used without using the P-type buried diffusion layer 7. 4, the N-type low resistivity epitaxial layer 4
The anode may be formed only with a P-type diffusion layer having a diffusion depth that penetrates through.

【0028】また、図1においては、フォトダイオード
部分のアノード拡散としてのP型拡散層8,P型素子分
離用拡散層8−1を形成した後、ベースとなるP型拡散
層10を形成したが、P型拡散層8,P型素子分離用拡
散層8−1を別に形成せずに、ベースとなるP型拡散層
10と同時に形成してもかまわない。
In FIG. 1, after forming a P-type diffusion layer 8 and a P-type element isolation diffusion layer 8-1 as an anode diffusion in a photodiode portion, a P-type diffusion layer 10 serving as a base is formed. However, the P-type diffusion layer 8 and the P-type element isolation diffusion layer 8-1 may not be separately formed, and may be formed simultaneously with the base P-type diffusion layer 10.

【0029】さらに、図1においてはコレクタ用のN型
拡散層9およびエミッタとなるN型拡散層11を別々に
形成したが、コレクタ用のN型拡散層9をエミッタ用N
型拡散層11と同時に形成してもかまわない。
Further, in FIG. 1, the N-type diffusion layer 9 for the collector and the N-type diffusion layer 11 serving as the emitter are separately formed, but the N-type diffusion layer 9 for the collector is replaced with the N-type diffusion layer 9 for the emitter.
It may be formed simultaneously with the mold diffusion layer 11.

【0030】なお、図1においては、フォトダイオード
のカソード端子はウェハ裏面より取出す構成になってい
るが、N型埋込拡散層6やN型拡散層9等の形成のと
き、この工程を適当に使用してN型低比抵抗エピタキシ
ャル層4の表面からカソード端子を取出してもかまわな
い。
In FIG. 1, the cathode terminal of the photodiode is taken out from the back surface of the wafer. However, when forming the N-type buried diffusion layer 6, the N-type diffusion layer 9, etc., this step is appropriately performed. And the cathode terminal may be taken out from the surface of the N-type low resistivity epitaxial layer 4.

【0031】さらに、実施例では接合分離方式を用いた
ものについて述べてあるが、酸化膜分離方式でも通常の
バイポーラICの製造工程により実現できるため、極め
て性能が良いバイポーラICを内蔵させることが可能で
ある。また、信号処理形成領域Bに形成される能動素子
は、バイポーラトランジスタに限らず電界効果トランジ
スタ(FET)などであってもかまわない。
Furthermore, although the embodiment uses the junction separation method, the oxide film separation method can be realized by a normal bipolar IC manufacturing process, so that a bipolar IC having extremely high performance can be incorporated. It is. The active element formed in the signal processing formation region B is not limited to a bipolar transistor, but may be a field effect transistor (FET) or the like.

【0032】図6は、他の実施例の略断面図であって、
図1と同じ要素については同一符号を付し重複する説明
は省略する。図1と異なるところは、N型半導体基板1
上の埋込まれた高不純物濃度のN型拡散層2をN型半導
体基板1の全面に拡散していることである。こうするこ
とで、N型拡散層2を形成するときのフォトリソグラフ
ィ工程と、エッチング工程が省略できるため、半導体装
置の低コスト化というメリットがある。
FIG. 6 is a schematic sectional view of another embodiment,
The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The difference from FIG. 1 is that the N-type semiconductor substrate 1
That is, the buried high impurity concentration N-type diffusion layer 2 is diffused over the entire surface of the N-type semiconductor substrate 1. By doing so, since the photolithography step and the etching step when forming the N-type diffusion layer 2 can be omitted, there is an advantage that the cost of the semiconductor device can be reduced.

【0033】[0033]

【0034】また、図7はさらに他の実施例の略断面図
であって、図1と同じ要素については同一符号を付し重
複する説明は省略する。図1と異なるところは、N型高
比抵抗エピタキシャル層3の上のN型低比抵抗エピタキ
シャル層4の代わりにN型高比抵抗エピタキシャル層1
2を用いていることである。ただしこの場合は、信号処
理回路部分のエピタキシャル層比抵抗を下げる必要があ
るため、信号処理回路部分のみにN型拡散を行なう必要
がある。
FIG. 7 is a schematic sectional view of still another embodiment, in which the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The difference from FIG. 1 is that the N-type high-resistivity epitaxial layer 1 is replaced with the N-type low-resistivity epitaxial layer 4 on the N-type high-resistivity epitaxial layer 3.
2 is used. However, in this case, it is necessary to lower the epitaxial layer specific resistance of the signal processing circuit portion, so that it is necessary to perform N-type diffusion only on the signal processing circuit portion.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明は以上のような構造であるから、
フォトダイオードの周波数特性が改善でき、周波数特性
がフラットで広帯域の、かつ、応答速度が高速化したフ
ォトダイオードを内蔵した回路内蔵受光素子を得ること
ができる。
Since the present invention has the above structure,
The frequency characteristics of the photodiode can be improved, and a light receiving element with a built-in circuit incorporating a photodiode having a flat frequency characteristic, a wide band, and a high response speed can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of one embodiment of the present invention.

【図2】図1の構造を得るための1工程の略断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view of one step for obtaining the structure of FIG.

【図3】図1の構造を得るための1工程の略断面図であ
る。
FIG. 3 is a schematic sectional view of one step for obtaining the structure of FIG. 1;

【図4】図1の構造を得るための1工程の略断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic sectional view of one step for obtaining the structure of FIG. 1;

【図5】本発明の構造におけるポテンシャル図である。FIG. 5 is a potential diagram in the structure of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例の略断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view of another embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の他の実施例の略断面図である。 FIG. 7 is a schematic sectional view of another embodiment of the present invention.

【図8】 従来の一例の略断面図である。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an example of the related art.

【図9】 従来の構造におけるフォトダイオードの周波数
特性のグラフである。
FIG. 9 is a graph showing frequency characteristics of a photodiode having a conventional structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 N型半導体基板 2,9,11 N型拡散層 3,12 N型高比抵抗エピタキシャル層 4 N型低比抵抗エピタキシャル層 5 底面層 6 N型埋込拡散層 7 P型埋込拡散層 8,10 P型拡散層 REFERENCE SIGNS LIST 1 N-type semiconductor substrate 2, 9, 11 N-type diffusion layer 3, 12 N-type high resistivity epitaxial layer 4 N-type low resistivity epitaxial layer 5 bottom layer 6 N-type buried diffusion layer 7 P-type buried diffusion layer 8 , 10 P-type diffusion layer

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の導電型の半導体基板と、半導体基
板上に形成された第1の導電型の高比抵抗エピタキシャ
ル層と、第1の導電型の高比抵抗エピタキシャル層の表
面に形成されたアノードよりなる受光素子において、
1の導電型の半導体基板表面と第1の導電型のエピタキ
シャル層との間に前記半導体基板よりも高い不純物濃度
の第1の導電型の拡散層を埋込んだことを特徴とする受
光素子。
A first conductivity type semiconductor substrate; a first conductivity type high resistivity epitaxial layer formed on the semiconductor substrate; and a first conductivity type high resistivity epitaxial layer formed on a surface of the first conductivity type high resistivity epitaxial layer. In the light receiving element comprising the
A light-receiving element, wherein a first conductivity type diffusion layer having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate is buried between the surface of the first conductivity type semiconductor substrate and the first conductivity type epitaxial layer.
【請求項2】 第1の導電型の半導体基板と、この半導
体基板上に形成された第1の導電型の高比抵抗エピタキ
シャル層と、その上に積層された第1の導電型のエピタ
キシャル層とよりなり、その表面に形成された受光素子
と信号処理回路を有し、 受光素子は上層の第1導電型のエピタキシャル層の表面
に形成された第2の導電型の一方の極と、下層の第1の
導電型の高比抵抗エピタキシャル層を含む他方の極によ
り形成され、 信号処理回路は上層の第1の導電型のエピタキシャル層
に形成されている回路内蔵受光素子において、第1の導電型の 半導体基板表面にそれよりも高不純物濃
度の第1の導電型の不純物拡散層を受光素子予定領域に
埋込んだことを特徴とする、回路内蔵受光素子。
2. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a high resistivity epitaxial layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate, and an epitaxial layer of the first conductivity type laminated thereon. A light receiving element and a signal processing circuit formed on the surface thereof, wherein the light receiving element has one pole of the second conductivity type formed on the surface of the upper epitaxial layer of the first conductivity type and a lower layer. the first is formed by the other electrode including a high-resistivity epitaxial layer of the conductivity type, the signal processing circuit in the photodetector element containing a circuit element formed in the epitaxial layer of the first conductivity type layer, a first conduction A light-receiving element with a built-in circuit, characterized in that an impurity diffusion layer of a first conductivity type having a higher impurity concentration than that of the semiconductor substrate is buried in a light-receiving element planned region on the surface of the semiconductor substrate.
【請求項3】 半導体基板表面の受光素子予定領域に埋
込んで形成された半導体基板よりも高不純物濃度の第1
の導電型の不純物拡散層を、前記の半導体基板表面全面
に形成したことを特徴とする請求項2記載の回路内蔵受
光素子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first substrate has a higher impurity concentration than a semiconductor substrate formed by being buried in a light receiving element expected region on the surface of the semiconductor substrate.
3. The photodetector with a built-in circuit according to claim 2, wherein the impurity diffusion layer of the conductivity type is formed on the entire surface of the semiconductor substrate.
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