JP3086514B2 - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JP3086514B2 JP03302026A JP30202691A JP3086514B2 JP 3086514 B2 JP3086514 B2 JP 3086514B2 JP 03302026 A JP03302026 A JP 03302026A JP 30202691 A JP30202691 A JP 30202691A JP 3086514 B2 JP3086514 B2 JP 3086514B2
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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、複数個のカソードコモ
ン型ホトダイオードと周辺回路とを一体化した光半導体
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】受光素子と周辺回路とを一体化してモノ
リシックに形成した光半導体装置は、受光素子と回路素
子とを別個に作ってハイブリッドIC化したものと異な
り、コストダウンが期待でき、また、外部電磁界による
雑音に対して強いというメリットを持つ。そのため、こ
のような装置は電気信号を光信号に変換して伝送する光
通信用としての用途のみならず、CDやLD等の光学的
記憶装置のピックアップ用としての用途にまで拡大する
動きがある。
【0003】従来の光ピックアップ用の光半導体装置
(ディスクリート)は、N型基板の表面にP型領域を形
成してPN接合ホトダイオードとし、6個のホトダイオ
ードPD1〜PD6を図3に示すように配置したもので
ある。PD1とPD6はトラッキング用のホトダイオー
ドであり、信号検出用のビームがトラックからずれない
よう制御するために設けられている。PD2〜PD4は
フォーカス用のホトダイオードであり、盤に記録された
信号を電気信号に変換すると同時に、PD2〜PD4の
各々の光電流を比較して光ビームのフォーカスが合致し
ているか否かを判定するために設けられている。
【0004】このような光ピックアップ用ホトダイオー
ド群をIC化する場合、P型基板がGND(接地電位)
となることから、N型エピタキシャル層をP+分離領域
で分離し、基板とエピとのPN接合をホトダイオードと
したアノードコモン型の方が製造上のメリットがある。
しかしながら、従来のディスクリート製品が全てカソー
ドコモンで製作され、回路技術もカソードコモンに対応
して開発されてきた経緯から、上記ホトダイオードをI
C化する場合もカソードコモン型にする要求が強い。
【0005】そこで、上記要求に応えるべくカソードコ
モン型のホトダイオード群を形成した例が図4である。
即ち、P型基板(1)上に形成したN型エピタキシャル
層(2)をP+型分離領域(3)で分離して共通のカソ
ード領域とし、エピタキシャル層(2)の表面に6個の
+型アノード領域(4)を形成したものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CDピ
ックアップ用等に利用される波長780nmの光はシリ
コン表面から15〜20μ位の深さまで十分に到達でき
るので、深く侵入した光をどの程度光電流として回収で
きるかがホトダイオードの感度を左右することになる。
そのため、P型基板を共通アノードとしたアノードコモ
ン型は基板深部で発生した光生成キャリアを光電流に寄
与できるので感度が高いのに対し、図4のカソードコモ
ン型は基板(1)深部で発生した光生成キャリアが無効
電流となってしまうので感度が低いという欠点があっ
た。
【0007】尚、エピタキシャル層(2)の厚みを厚く
すれば変換効率が向上するが、エピタキシャル層(2)
の厚みは共存する他の素子(NPNトランジスタ等)の
特性に大きく関係し、また微細加工の点からも単純に厚
くすることはできない。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した欠点に
鑑み成されたもので、ホトダイオード群を形成する複数
個のP+型アノード領域(17)の下部に、各々のアノ
ード領域(17)と対応するように基板(13)表面か
ら拡散形成したN型ウェル領域(19)を具備すること
により、入射光に対する感度が高く且つ各ダイオード間
のクロストークを向上したカソードコモン型のホトダイ
オードを提供するものである。
【0009】
【作用】本発明によれば、P+型アノード領域(17)
の下部に各々N型ウェル領域(19)を有するので、N
型ウェル領域(19)の分だけカソードとなる領域の厚
みを増大できる。また、P+型アノード領域(17)の
各々にN型ウェル領域(19)を設けるので、ウェル領
域(19)の間のP型基板(13)で発生した光生成キ
ャリアは光電流に寄与できず、無効電流となる。
【0010】
【実施例】図1に本発明のホトダイオード内蔵ICの断
面構造を示す。同図は、図2のPD1〜PD6を形成し
たホトダイオード部(11)と周辺回路の一部としての
NPNトランジスタ部(12)を示している。図1にお
いて、(13)はP型シリコン半導体基板、(14)は
基板(13)上に気相成長法にて形成したN型エピタキ
シャル層、(15)は基板(13)表面に形成したN+
型の埋め込み層、(16)はエピタキシャル層(14)
を接合分離するP+型分離領域である。
【0011】分離領域(16)で囲まれたエピタキシャ
ル層(14)の表面には図3に示すパターンで複数個の
+型アノード領域(17)を形成し、アノード領域
(17)とエピタキシャル層(14)とのPN接合でト
ラッキング用ホトダイオードPD1,PD6とフォーカ
ス用ホトダイオードPD2〜PD4を形成する。トラッ
キング用ホトダイオードPD1,PD6とフォーカス用
ホトダイオードPD2〜PD4の間のエピタキシャル層
(14)表面およびホトダイオード群を囲むエピタキシ
ャル層(14)表面には、両ホトダイオードを分離し且
つカソードの取出しとなるN+型カソードコンタクト領
域(18)を形成する。カソードとなるエピタキシャル
層(14)が全ホトダイオード共用であるので、これら
のホトダイオードはカソードコモン型として構成され
る。
【0012】ホトダイオード部(11)下の基板(1
3)表面には、夫々がP+型アノード領域(17)と対
応する位置に設けたN型ウェル領域(19)を複数個形
成する。N型ウェル領域(19)は、エピタキシャル層
(14)側へのはい上りを抑え、基板(13)内部に十
分深く拡散されている形状とする。分離領域(16)で
囲まれた他のエピタキシャル層(14)の表面には、P
型ベース領域(20)、N+型エミッタ領域(21)お
よびN+型コレクタコンタクト領域(22)を形成して
NPNトランジスタ(12)とする。ホトダイオード部
(11)とNPNトランジスタ部(12)とでエピタキ
シャル層(14)の不純物濃度が合致しなければ、その
不純物濃度をホトダイオード部(11)に合致させ、N
PNトランジスタ部(12)はN型のウェルを拡散形成
して不純物濃度を増大した構成としても良い。
【0013】エピタキシャル層(14)の表面は酸化シ
リコン(SiO2)等の絶縁膜(23)で被覆され、A
l電極(24)を配設することで各素子の素子間接続を
行っている。ホトダイオード部(11)上の絶縁膜(2
3)は反射防止膜としての適切な膜厚に選択され、ホト
ダイオード部(11)以外の領域は余分な光入射がない
ように図示せぬ遮光膜で被覆されている。そして、例え
ば波長780nmの信号光がホトダイオード部(11)
に到達できるよう、窓付きのパッケージ又は前記波長の
光が透過可能な樹脂モールドパッケージに収納されて光
半導体装置となる。
【0014】以上の本発明による光半導体装置は、基板
(13)表面にN型ウェル領域(19)を具備するの
で、ホトダイオード部(11)では実質的にエピタキシ
ャル層(14)の膜厚を厚くしたのと等価になり、ウェ
ル領域(19)の分だけカソードとなるN型領域の厚み
を拡大できる。例えば、エピタキシャル層(14)の膜
厚が6μ、入射光が前記波長780nmの光であるとす
ると、その光はエピタキシャル層(14)の表面から1
5〜20μ位の深さまで達するので、N型ウェル領域
(19)の拡散深さを8〜10μとしておけば、入射光
が到達する領域の殆どをN型カソードとすることがで
き、入射光の殆どを光電流に寄与させることができる。
【0015】このように拡散深さが深いN型ウェル領域
を実現するため、本願の装置は例えば以下のフローによ
り製造することができる。先ず基板(13)表面にN型
ウェル領域(19)形成用の選択マスクを形成し、選択
マスクによりリン(P)等のN型不純物をドーズ量10
13程度選択的にイオン注入し、基板(13)全体を高温
長時間熱処理してN型ウェル領域(19)を十分な深さ
にまで拡散する。その後は、N+型埋込層(15)の形
成、エピタキシャル層(14)の形成、P+型分離領域
(16)の形成、ベース拡散、エミッタ拡散という一般
的なプロセスで製造される。このようにN型ウェル領域
(19)を最初に拡散形成しておくことにより、エピタ
キシャル層(14)側へのはい上りが殆ど無い構造が得
られる。また、低不純物濃度のN型ウェル領域(19)
が容易に深く形成されるよう、基板(13)の比抵抗を
6〜12Ω・cm、又は40〜60Ω・cmと一般的な
ものより低不純物濃度の基板(13)を使用すると良
い。尚、ベース領域(20)とアノード領域(17)を
同時工程で、エミッタ領域(21)とカソードコンタク
ト領域(18)を同時工程で夫々形成すると、製造工程
を簡略化できる。
【0016】このようなホトダイオード群の性能を示す
1つの指標として、隣接するホトダイオード間の分解能
を表すクロストローク特性がある。クロストローク特性
は、図3の拡大断面図で示すようにアノード領域(1
7)とアノード領域(17)の間の領域で発生した光生
成キャリア(25)が拡散によってどちらが一方のアノ
ード領域(17)に達しアノード電流として検出される
ことに起因する。従って、このような領域で発生する光
生成キャリア(25)の量が少なければ、そして発生し
た光生成キャリア(25)がアノード領域(17)に達
しなければ、クロストーク特性を改善できる。尚、ホト
ダイオード内蔵ICは、基板(13)を接地電位(GN
D)にすると共に、カソードとなるエピタキシャル層
(14)に+5V程度、アノード領域(17)に+3V
程度の電位を印加してホトダイオードを逆バイアス状態
で動作させる。
【0017】本発明の構造によれば、N型ウェル領域
(19)が部分的に除去されていることによって、アノ
ード領域(17)とアノード領域(17)の間の領域は
カソードとなるN型領域の厚みがウェル領域(19)を
設けた部分の厚みより小さくなる。まして、基板(1
3)からのはい上り拡散の分(27)によってその厚み
が一層小さくなる。よってカソードでの光生成キャリア
(25)の発生が少ない。また、ウェル領域(19)で
挾まれたP型基板(13)においても光生成キャリア
(26)が発生するが、ここで発生した光生成キャリア
(26)は基板(13)とエピタキシャル層(14)間
のダイオード電流となり、ホトダイオードの電流には関
与しない。従って、ウェル領域(19)を全面に形成す
るよりはクロストーク特性を改善できる。
【0018】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によればア
ノード領域(17)の個々にN型ウェル領域(19)を
有するので、光吸収率の高い高感度のカソードコモン型
のホトダイオード群をIC化できる利点を有する。しか
も、個々にN型ウェル領域(19)を設けたので、隣接
するホトダイオード間のクロストークを低減できる利点
をも有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための断面図。
【図2】本発明を説明するための拡大断面図。
【図3】ホトダイオード群を示す平面図。
【図4】従来例を説明するための断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/10 - 31/119 H01L 27/14 - 27/148

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光用ダイオードと周辺回路とを一体化
    した光半導体装置であって、 一導電型の半導体基板の上に形成した逆導電型のエピタ
    キシャル層と、前記エピタキシャル層を分離して形成した島領域と、 1つの前記島領域の 表面に互いに近接して形成した複数
    個の一導電型のアノード領域と、 前記基板の表面に、各々が個々のアノード領域と対応す
    るように複数個形成した逆導電型低不純物濃度のウェル
    領域とを具備し、前記ウェル領域と前記ウェル領域との間の前記基板表面
    は前記エピタキシャル層と境を接しており、該接してい
    る箇所から上方向に、前記基板の不純物が前記エピタキ
    シャル層内にはい上がり拡散されていることを 特徴とす
    る光半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記エピタキシャル層の他の島領域に縦
    型バイポーラトランジスタを具備することを特徴とする
    請求項1記載の光半導体装置。
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