JP3047063B2 - フォトダイオード - Google Patents
フォトダイオードInfo
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- JP3047063B2 JP3047063B2 JP8277743A JP27774396A JP3047063B2 JP 3047063 B2 JP3047063 B2 JP 3047063B2 JP 8277743 A JP8277743 A JP 8277743A JP 27774396 A JP27774396 A JP 27774396A JP 3047063 B2 JP3047063 B2 JP 3047063B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラプロセ
スで作成されるフォトダイオードに関するものである。
更に詳しくは、周波数特性を改良するための工夫を施し
たフォトダイオードに関するものである。
スで作成されるフォトダイオードに関するものである。
更に詳しくは、周波数特性を改良するための工夫を施し
たフォトダイオードに関するものである。
【0002】
【従来の技術】PNP型トランジスタやNPN型トラン
ジスタを作成するバイポーラプロセスを用いてフォトダ
イオードを作ることができる。図4はバイポーラプロセ
スで作成されるフォトダイオードの従来例を示した構成
図である。図4で、1はP型の基板、2は基板1上に形
成されたN-型のエピタキシャル層、3はエピタキシャ
ル層2上に形成されたP型拡散層、4は基板1とエピタ
キシャル層2の境界に形成されたN+型の埋め込み拡散
層、5はエピタキシャル層2上にP型拡散層3とは分離
して形成され、埋め込み拡散層4まで到達する深さにな
ったN+型拡散層である。6はフォトダイオードを他の
回路から分離する接合分離層である。図4ではNPN型
トランジスタを作るバイポーラプロセスを用いてフォト
ダイオードを作成する例を示している。NPN型トラン
ジスタを作るときは、エピタキシャル層2はコレクタ領
域、P型拡散層3はベース領域、N+型拡散層がエミッ
タ領域になる。図4のフォトダイオードではP型拡散層
3がアノード側、N+型拡散層4がカソード側になって
PN接合をなしている。バイポーラプロセスでは、基板
電位は通常は最低電位である接地電位に接続される。P
型拡散層3は接合分離層6とともに接地電位GNDに接
続されている。
ジスタを作成するバイポーラプロセスを用いてフォトダ
イオードを作ることができる。図4はバイポーラプロセ
スで作成されるフォトダイオードの従来例を示した構成
図である。図4で、1はP型の基板、2は基板1上に形
成されたN-型のエピタキシャル層、3はエピタキシャ
ル層2上に形成されたP型拡散層、4は基板1とエピタ
キシャル層2の境界に形成されたN+型の埋め込み拡散
層、5はエピタキシャル層2上にP型拡散層3とは分離
して形成され、埋め込み拡散層4まで到達する深さにな
ったN+型拡散層である。6はフォトダイオードを他の
回路から分離する接合分離層である。図4ではNPN型
トランジスタを作るバイポーラプロセスを用いてフォト
ダイオードを作成する例を示している。NPN型トラン
ジスタを作るときは、エピタキシャル層2はコレクタ領
域、P型拡散層3はベース領域、N+型拡散層がエミッ
タ領域になる。図4のフォトダイオードではP型拡散層
3がアノード側、N+型拡散層4がカソード側になって
PN接合をなしている。バイポーラプロセスでは、基板
電位は通常は最低電位である接地電位に接続される。P
型拡散層3は接合分離層6とともに接地電位GNDに接
続されている。
【0003】図4のフォトダイオードでは、キャリアの
拡散により、エピタキシャル層2内の正孔はP型拡散層
3へ移動し、基板1内の電子は埋め込み拡散層5へ移動
する。P型拡散層3周辺のエピタキシャル層2、及び、
埋め込み拡散層5周辺の基板1には破線に示すように空
乏層ができる。
拡散により、エピタキシャル層2内の正孔はP型拡散層
3へ移動し、基板1内の電子は埋め込み拡散層5へ移動
する。P型拡散層3周辺のエピタキシャル層2、及び、
埋め込み拡散層5周辺の基板1には破線に示すように空
乏層ができる。
【0004】図4の集積回路では、ベース・コレクタ間
フォトダイオード(これをBC−PDとする)と、サブ
ストレート・コレクタ間フォトダイオード(これをSC
−PDとする)とが作成される。BC−PDはP型拡散
層3とエピタキシャル層2とから構成され、SC−PD
は基板1とエピタキシャル層2とから構成される。BC
−PDは、エピタキシャル層2の不純物濃度を低くして
空乏層を広げたり、エピタキシャル層2の厚さを最適化
すること等により周波数特性を向上することができる。
これに対してSC−PDは、照射光の波長にも依存する
が、基板1が不純物濃度が低いものを使用していないた
め、SC−PDの空乏層は薄く、基板1に発生するキャ
リアは拡散によりほとんどが空乏層に到達することか
ら、周波数特性は悪い。空乏層はキャリアが速く移動で
きる領域である。このため、空乏層が広がるほどキャリ
アが速く動ける領域が大きくなり、周波数特性が向上す
る。
フォトダイオード(これをBC−PDとする)と、サブ
ストレート・コレクタ間フォトダイオード(これをSC
−PDとする)とが作成される。BC−PDはP型拡散
層3とエピタキシャル層2とから構成され、SC−PD
は基板1とエピタキシャル層2とから構成される。BC
−PDは、エピタキシャル層2の不純物濃度を低くして
空乏層を広げたり、エピタキシャル層2の厚さを最適化
すること等により周波数特性を向上することができる。
これに対してSC−PDは、照射光の波長にも依存する
が、基板1が不純物濃度が低いものを使用していないた
め、SC−PDの空乏層は薄く、基板1に発生するキャ
リアは拡散によりほとんどが空乏層に到達することか
ら、周波数特性は悪い。空乏層はキャリアが速く移動で
きる領域である。このため、空乏層が広がるほどキャリ
アが速く動ける領域が大きくなり、周波数特性が向上す
る。
【0005】図5は図4のBC−PDが出力する電流信
号を電圧信号に変換する回路の構成例を示した図であ
る。図5で、A1はオペアンプ、R1は抵抗、D1はB
C−PD、D2はSC−PDである。BC−PD D1
とSC−PD D2はともにアノードは接地電位GN
D、カソードはオペアンプA1の入力端子に接続されて
いる。VrefはオペアンプA1に与えられた基準電圧
である。BC−PDが出力する電流信号を電圧信号に変
換するのは、電圧信号の方が電流信号に比べて信号処理
をする上で扱いやすいためである。
号を電圧信号に変換する回路の構成例を示した図であ
る。図5で、A1はオペアンプ、R1は抵抗、D1はB
C−PD、D2はSC−PDである。BC−PD D1
とSC−PD D2はともにアノードは接地電位GN
D、カソードはオペアンプA1の入力端子に接続されて
いる。VrefはオペアンプA1に与えられた基準電圧
である。BC−PDが出力する電流信号を電圧信号に変
換するのは、電圧信号の方が電流信号に比べて信号処理
をする上で扱いやすいためである。
【0006】図6は図5の回路の出力特性を示した図で
ある。図6に示すように、図5の回路の出力電圧はVr
efから入射光の強度に比例して増加する。図5の回路
は、入射光強度の増加に伴って出力電圧が増加するため
信号処理をする上で扱いやすい。
ある。図6に示すように、図5の回路の出力電圧はVr
efから入射光の強度に比例して増加する。図5の回路
は、入射光強度の増加に伴って出力電圧が増加するため
信号処理をする上で扱いやすい。
【0007】しかし、図5の回路では、BC−PDとS
C−PDが並列に接続されているため、SC−PDはB
C−PDに対して寄生フォトダイオードとして作用す
る。これにより、高速動作をするBC−PDと低速動作
するSC−PDが並列接続されているため、周波数特性
はこれらのフォトダイオードを合成した特性になる。従
って、周波数特性はSC−PDの特性で制限されてしま
う。
C−PDが並列に接続されているため、SC−PDはB
C−PDに対して寄生フォトダイオードとして作用す
る。これにより、高速動作をするBC−PDと低速動作
するSC−PDが並列接続されているため、周波数特性
はこれらのフォトダイオードを合成した特性になる。従
って、周波数特性はSC−PDの特性で制限されてしま
う。
【0008】図7は上述した問題点を解決するための信
号変換回路の一例を示した図である。図7で前出した図
と同一のものは同一符号を付ける。図7の回路では、B
C−PD D1とSC−PD D2のカソードには駆動電
圧Vccが印加されているが、BC−PD D1のアノ
ードはオペアンプA1の入力端子に接続され、SC−P
D D2のアノードは接地電位GNDに接続されてい
る。
号変換回路の一例を示した図である。図7で前出した図
と同一のものは同一符号を付ける。図7の回路では、B
C−PD D1とSC−PD D2のカソードには駆動電
圧Vccが印加されているが、BC−PD D1のアノ
ードはオペアンプA1の入力端子に接続され、SC−P
D D2のアノードは接地電位GNDに接続されてい
る。
【0009】この信号変換回路だとBC−PD D1の
アノードをオペアンプA1の入力端子に接続することに
よって、SC−PD D2をBC−PD D1から分離
することができ、BC−PD D1を高速で動作させる
ことができる。しかし、図7の回路の出力特性は図8に
示すように入射光強度の増加に伴って出力電圧が減少し
ていく特性になっているため、信号処理をする上で扱い
にくい。出力特性を図6に示す特性にするには回路構成
を工夫する必要があり、トランジスタの数が増えて回路
構成が複雑になり、高速化の設計が難しくなる。
アノードをオペアンプA1の入力端子に接続することに
よって、SC−PD D2をBC−PD D1から分離
することができ、BC−PD D1を高速で動作させる
ことができる。しかし、図7の回路の出力特性は図8に
示すように入射光強度の増加に伴って出力電圧が減少し
ていく特性になっているため、信号処理をする上で扱い
にくい。出力特性を図6に示す特性にするには回路構成
を工夫する必要があり、トランジスタの数が増えて回路
構成が複雑になり、高速化の設計が難しくなる。
【0010】
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたものであり、フォトダイ
オードの出力電流を、入射光強度の増加に伴って増加す
る出力電圧に変換しても、十分な周波数特性が得られる
フォトダイオードを実現することを目的とする。
題点を解決するためになされたものであり、フォトダイ
オードの出力電流を、入射光強度の増加に伴って増加す
る出力電圧に変換しても、十分な周波数特性が得られる
フォトダイオードを実現することを目的とする。
【0012】本発明は、バイポーラプロセスで作成され
るフォトダイオードにおいて、P型の基板と、この基板
上に形成されたN-型のエピタキシャル層と、このエピ
タキシャル層上に形成されたP型拡散層と、前記エピタ
キシャル層上に前記P型拡散層とは分離して形成された
第1のN+型拡散層と、前記エピタキシャル層の下方に
形成されたN+型の埋め込み拡散層と、前記エピタキシ
ャル層上に形成され、前記N+型の埋め込み拡散層まで
到達する深さに形成された第2のN+型拡散層と、前記
エピタキシャル層の直下に形成され、前記N+型の埋め
込み拡散層とエピタキシャル層を分離するP型の埋め込
み拡散層と、このP型の埋め込み拡散層まで到達する深
さに形成され、前記第2のN+型拡散層とエピタキシャ
ル層を分離するP型の接合分離層と、を具備し、前記P
型拡散層がアノード側、前記第1のN+型拡散層が第1
のカソード側、前記第2のN+型拡散層が第2のカソー
ド側になっていて、アノード側は基板とともに接地電位
に接続され、第1のカソード側はオペアンプの入力端子
に接続され、第2のカソード側は基板に接続されている
ことを特徴とするフォトダイオードである。
るフォトダイオードにおいて、P型の基板と、この基板
上に形成されたN-型のエピタキシャル層と、このエピ
タキシャル層上に形成されたP型拡散層と、前記エピタ
キシャル層上に前記P型拡散層とは分離して形成された
第1のN+型拡散層と、前記エピタキシャル層の下方に
形成されたN+型の埋め込み拡散層と、前記エピタキシ
ャル層上に形成され、前記N+型の埋め込み拡散層まで
到達する深さに形成された第2のN+型拡散層と、前記
エピタキシャル層の直下に形成され、前記N+型の埋め
込み拡散層とエピタキシャル層を分離するP型の埋め込
み拡散層と、このP型の埋め込み拡散層まで到達する深
さに形成され、前記第2のN+型拡散層とエピタキシャ
ル層を分離するP型の接合分離層と、を具備し、前記P
型拡散層がアノード側、前記第1のN+型拡散層が第1
のカソード側、前記第2のN+型拡散層が第2のカソー
ド側になっていて、アノード側は基板とともに接地電位
に接続され、第1のカソード側はオペアンプの入力端子
に接続され、第2のカソード側は基板に接続されている
ことを特徴とするフォトダイオードである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明
する。図1は本発明の一実施例を示した構成図である。
図1で、10はエピタキシャル層2上に形成され基板1
まで到達する深さになったN+型拡散層、11は基板1
とエピタキシャル層2の境界に形成され、エピタキシャ
ル層2とは分離して形成されたN+型の埋め込み拡散層
である。N+型拡散層10は埋め込み拡散層11に到達
する深さになっている。12はN+型拡散層10をBC
−PD(P型拡散層3とエピタキシャル層2から構成さ
れるフォトダイオード)から分離するP型拡散層、13
は埋め込み拡散層11をBC−PDから分離するP型の
埋め込み拡散層である。P型拡散層12は埋め込み拡散
層13まで到達する深さになっている。14はエピタキ
シャル層2上に形成されたN +型拡散層である。図1の
フォトダイオードは、P型拡散層3がアノード側、N+
型拡散層14が第1のカソード側、N+型拡散層10が
第2のカソード側になっている。アノード側は基板1と
ともに接地電位GNDに接続され、第1のカソード側は
オペアンプA1の入力端子に接続され、第2のカソード
側は基板1に接続されている。
する。図1は本発明の一実施例を示した構成図である。
図1で、10はエピタキシャル層2上に形成され基板1
まで到達する深さになったN+型拡散層、11は基板1
とエピタキシャル層2の境界に形成され、エピタキシャ
ル層2とは分離して形成されたN+型の埋め込み拡散層
である。N+型拡散層10は埋め込み拡散層11に到達
する深さになっている。12はN+型拡散層10をBC
−PD(P型拡散層3とエピタキシャル層2から構成さ
れるフォトダイオード)から分離するP型拡散層、13
は埋め込み拡散層11をBC−PDから分離するP型の
埋め込み拡散層である。P型拡散層12は埋め込み拡散
層13まで到達する深さになっている。14はエピタキ
シャル層2上に形成されたN +型拡散層である。図1の
フォトダイオードは、P型拡散層3がアノード側、N+
型拡散層14が第1のカソード側、N+型拡散層10が
第2のカソード側になっている。アノード側は基板1と
ともに接地電位GNDに接続され、第1のカソード側は
オペアンプA1の入力端子に接続され、第2のカソード
側は基板1に接続されている。
【0014】図1のフォトダイオードでは、基板1内で
発生した電子は拡散により移動し、埋め込み拡散層11
に吸収されてしまい、エピタキシャル層2まで到達しな
い。P型の埋め込み拡散層13内で発生した電子がエピ
タキシャル層2には到達するが、この電子は少数であ
る。これによって、基板1内で発生した電子は第2のカ
ソードへ流れ、第1のカソードへはほとんど到達しな
い。
発生した電子は拡散により移動し、埋め込み拡散層11
に吸収されてしまい、エピタキシャル層2まで到達しな
い。P型の埋め込み拡散層13内で発生した電子がエピ
タキシャル層2には到達するが、この電子は少数であ
る。これによって、基板1内で発生した電子は第2のカ
ソードへ流れ、第1のカソードへはほとんど到達しな
い。
【0015】図2は図1のフォトダイオードが用いられ
る信号変換回路の構成例を示した図である。図2で、D
3は基板1と埋め込み拡散層11で構成されるBC−P
Dである。C1及びC2は第1及び第2のカソードであ
る。図4のフォトダイオードでは基板内で発生した電子
が空乏層に到達するまでに要する時間が長かったが、図
1のフォトダイオードでは基板内で発生した電子を埋め
込み拡散層11が吸収する。このため、図1のフォトダ
イオードではSC−PDは光によってほとんどキャリア
の発生はない。よって、C1のカソードはBC−PDの
周波数特性が支配的となるので、全体の周波数特性は改
善される。
る信号変換回路の構成例を示した図である。図2で、D
3は基板1と埋め込み拡散層11で構成されるBC−P
Dである。C1及びC2は第1及び第2のカソードであ
る。図4のフォトダイオードでは基板内で発生した電子
が空乏層に到達するまでに要する時間が長かったが、図
1のフォトダイオードでは基板内で発生した電子を埋め
込み拡散層11が吸収する。このため、図1のフォトダ
イオードではSC−PDは光によってほとんどキャリア
の発生はない。よって、C1のカソードはBC−PDの
周波数特性が支配的となるので、全体の周波数特性は改
善される。
【0016】図3は本発明の他の実施例の構成図であ
る。図3で、20は埋め込み拡散層5の直上に形成さ
れ、一部は基板面に向かって延びP型拡散層3まで到達
しているP型拡散層である。図3のフォトダイオードで
は、P型拡散層20が設けられているため、フォトダイ
オードを逆バイアスしたときに空乏層は図の破線に示す
ように上下左右に向けて広がるため、図4のフォトダイ
オードに比べて空乏層を多くとることができる。これに
よって、図3のフォトダイオードは図4のフォトダイオ
ードに比べて周波数特性が良好になる。
る。図3で、20は埋め込み拡散層5の直上に形成さ
れ、一部は基板面に向かって延びP型拡散層3まで到達
しているP型拡散層である。図3のフォトダイオードで
は、P型拡散層20が設けられているため、フォトダイ
オードを逆バイアスしたときに空乏層は図の破線に示す
ように上下左右に向けて広がるため、図4のフォトダイ
オードに比べて空乏層を多くとることができる。これに
よって、図3のフォトダイオードは図4のフォトダイオ
ードに比べて周波数特性が良好になる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば次の効果が得られる。 B
C−PDの直下に埋め込み層を設け、基板で発生したキ
ャリアをこの埋め込み層で吸収し、BC−PDまで到達
しない構成になっている。これにより、BC−PDのア
ノードを接地電位、カソードをオペアンプの入力端子に
接続する信号変換回路を用いても、BC−PDはSC−
PDによる寄生ダイオードの影響を受けることがない。
これによって、フォトダイオードの出力電流を、入射光
強度の増加に伴って増加する出力電圧に変換しても、十
分な周波数特性が得られる。
C−PDの直下に埋め込み層を設け、基板で発生したキ
ャリアをこの埋め込み層で吸収し、BC−PDまで到達
しない構成になっている。これにより、BC−PDのア
ノードを接地電位、カソードをオペアンプの入力端子に
接続する信号変換回路を用いても、BC−PDはSC−
PDによる寄生ダイオードの影響を受けることがない。
これによって、フォトダイオードの出力電流を、入射光
強度の増加に伴って増加する出力電圧に変換しても、十
分な周波数特性が得られる。
【図1】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図2】図1のフォトダイオードが適用される信号変換
回路の構成例を示した図である。
回路の構成例を示した図である。
【図3】本発明の他の実施例を示した構成図である。
【図4】バイポーラプロセスで作成されるフォトダイオ
ードの従来例を示した構成図である。
ードの従来例を示した構成図である。
【図5】フォトダイオードが適用される信号変換回路の
一例を示した図である。
一例を示した図である。
【図6】図5の回路の出力特性を示した図である。
【図7】フォトダイオードが適用される信号変換回路の
一例を示した図である。
一例を示した図である。
【図8】図7の回路の出力特性を示した図である。
1 基板 2 エピタキシャル層 3 P型拡散層 10,14 N+型拡散層 11 埋め込み拡散層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−2185(JP,A) 特開 昭53−94887(JP,A) 特開 平7−30143(JP,A) 特開 平3−290979(JP,A) 特開 昭64−9655(JP,A) 特開 昭62−16567(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/10 - 31/119
Claims (1)
- 【請求項1】バイポーラプロセスで作成されるフォトダ
イオードにおいて、 P型の基板と、 この基板上に形成されたN-型のエピタキシャル層と、 このエピタキシャル層上に形成されたP型拡散層と、 前記エピタキシャル層上に前記P型拡散層とは分離して
形成された第1のN+型拡散層と、 前記エピタキシャル層の下方に形成されたN+型の埋め
込み拡散層と、 前記エピタキシャル層上に形成され、前記N+型の埋め
込み拡散層まで到達する深さに形成された第2のN+型
拡散層と、 前記エピタキシャル層の直下に形成され、前記N+型の
埋め込み拡散層とエピタキシャル層を分離するP型の埋
め込み拡散層と、 このP型の埋め込み拡散層まで到達する深さに形成さ
れ、前記第2のN+型拡散層とエピタキシャル層を分離
するP型の接合分離層と、 を具備し、前記P型拡散層がアノード側、前記第1のN
+型拡散層が第1のカソード側、前記第2のN+型拡散層
が第2のカソード側になっていて、アノード側は基板と
ともに接地電位に接続され、第1のカソード側はオペア
ンプの入力端子に接続され、第2のカソード側は基板に
接続されていることを特徴とするフォトダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8277743A JP3047063B2 (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8277743A JP3047063B2 (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | フォトダイオード |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10256587A JPH10256587A (ja) | 1998-09-25 |
JP3047063B2 true JP3047063B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=17587716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8277743A Expired - Lifetime JP3047063B2 (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | フォトダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3047063B2 (ja) |
-
1996
- 1996-10-21 JP JP8277743A patent/JP3047063B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10256587A (ja) | 1998-09-25 |
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