JP3490959B2 - 受光素子及び受光モジュール - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
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-
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
- H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は受光素子とそれを備
える受光モジュールに係り、特にフィルタ機能、電磁シ
ールド機能を強化した受光素子とそれを備える受光モジ
ュールに関する。
える受光モジュールに係り、特にフィルタ機能、電磁シ
ールド機能を強化した受光素子とそれを備える受光モジ
ュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】リモコン用の受光モジュール等に搭載さ
れる受光素子は一般に、赤外光用の受光素子で構成さ
れ、ＰＩＮ型フォトダイオードからなる受光部を図９に
示すように基板の厚さ方向に形成したもの、あるいは図
１０に示すように基板の表面と同方向に形成したものが
知られている。図９に示す構造の場合は、Ｐ＋層に達し
た長波長光成分に起因するキャリアが拡散（Ｌｐで示
す）して光電流に寄与する。また、図１０に示す構造の
場合は、長波長光成分に起因して空乏層（幅Ｗで示す）
以外で発生したキャリアもその拡散長（Ｌｐ）範囲内で
あれば光電流に寄与する。
れる受光素子は一般に、赤外光用の受光素子で構成さ
れ、ＰＩＮ型フォトダイオードからなる受光部を図９に
示すように基板の厚さ方向に形成したもの、あるいは図
１０に示すように基板の表面と同方向に形成したものが
知られている。図９に示す構造の場合は、Ｐ＋層に達し
た長波長光成分に起因するキャリアが拡散（Ｌｐで示
す）して光電流に寄与する。また、図１０に示す構造の
場合は、長波長光成分に起因して空乏層（幅Ｗで示す）
以外で発生したキャリアもその拡散長（Ｌｐ）範囲内で
あれば光電流に寄与する。
【０００３】そして、これらの素子は、可視光による誤
動作を防ぐため可視光遮光用樹脂で覆われて使用される
場合が多い。また、前記受光素子は電磁ノイズに対して
も非常に弱く、受光モジュールとして誤動作の要因とな
ってしまうので、これを防ぐ目的で受光モジュール内部
に導電性フィルム（金属化フィルム）等を挿入したり、
また、モジュールケースの受光窓にメッシュ構造を配し
ている。一方、金属ケースではなく樹脂封止を行なって
いる受光モジュールでは、内部の受光素子表面にメッシ
ュ状金属電導体を形成している。
動作を防ぐため可視光遮光用樹脂で覆われて使用される
場合が多い。また、前記受光素子は電磁ノイズに対して
も非常に弱く、受光モジュールとして誤動作の要因とな
ってしまうので、これを防ぐ目的で受光モジュール内部
に導電性フィルム（金属化フィルム）等を挿入したり、
また、モジュールケースの受光窓にメッシュ構造を配し
ている。一方、金属ケースではなく樹脂封止を行なって
いる受光モジュールでは、内部の受光素子表面にメッシ
ュ状金属電導体を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】受光素子において、所
要の波長光より長波長側の波長光を受光し、誤動作を生
じてしまうことがあるので、この誤動作の発生を防止す
ることを課題の1つとする。
要の波長光より長波長側の波長光を受光し、誤動作を生
じてしまうことがあるので、この誤動作の発生を防止す
ることを課題の1つとする。
【０００５】また、赤外線受光モジュールを用いた照明
器具においては、可視光の影響に対しては、受光モジュ
ールまた受光素子を可視光遮光用樹脂により覆われたも
の使用することで対応している。しかし、実際には、照
明器具においては、蛍光ランプから発生する多数のスペ
クトル（光）の影響を抑えるためバンドパスフィルタ等
を装着させている。また、近年では、その蛍光ランプの
多灯化や高出力化が進み、従来以上に蛍光ランプのスペ
クトル（例えば、1013nm光）よる受光モジュールの誤動
作がクローズアップされている。この様な背景のもと、
可視光遮光用樹脂により覆われた受光素子の上部に、干
渉フィルタを配置し、発生している不要スペクトルをカ
ットした信号を受光するタイプや可視光遮光用樹脂内部
に干渉フィルタを埋め込んだモジュールが用いられてい
る。
器具においては、可視光の影響に対しては、受光モジュ
ールまた受光素子を可視光遮光用樹脂により覆われたも
の使用することで対応している。しかし、実際には、照
明器具においては、蛍光ランプから発生する多数のスペ
クトル（光）の影響を抑えるためバンドパスフィルタ等
を装着させている。また、近年では、その蛍光ランプの
多灯化や高出力化が進み、従来以上に蛍光ランプのスペ
クトル（例えば、1013nm光）よる受光モジュールの誤動
作がクローズアップされている。この様な背景のもと、
可視光遮光用樹脂により覆われた受光素子の上部に、干
渉フィルタを配置し、発生している不要スペクトルをカ
ットした信号を受光するタイプや可視光遮光用樹脂内部
に干渉フィルタを埋め込んだモジュールが用いられてい
る。
【０００６】しかしこの場合、受光モジュールとして
は、部品点数が増加し、組み立て工数も増えコストアッ
プにつながる。また、樹脂内部に埋め込む場合、干渉フ
ィルタの取り付け精度、樹脂と干渉フィルタ間での樹脂
剥離等の信頼性に問題が生じてくる。そこで本発明は、
このような問題を解決することを課題の1つとする。
は、部品点数が増加し、組み立て工数も増えコストアッ
プにつながる。また、樹脂内部に埋め込む場合、干渉フ
ィルタの取り付け精度、樹脂と干渉フィルタ間での樹脂
剥離等の信頼性に問題が生じてくる。そこで本発明は、
このような問題を解決することを課題の1つとする。
【０００７】すなわち、受光モジュールの耐電磁ノイズ
特性において、電磁シールドとして受光モジュール内部
に装着する導電性フィルム（金属化フィルム）、モジュ
ールケース受光窓のメッシュ構造を削除し部品点数を削
減することを課題の1つとする。また、金属ケースでは
なく樹脂封止した受光モジュールにおいては、受光部の
高濃度不純物層をグランドと等電位にし、シールド層と
することによりシールド効果を素子自体に持たせ、さら
に、低工数・低コストで素子製造を可能とすることを課
題の1つとする。
特性において、電磁シールドとして受光モジュール内部
に装着する導電性フィルム（金属化フィルム）、モジュ
ールケース受光窓のメッシュ構造を削除し部品点数を削
減することを課題の1つとする。また、金属ケースでは
なく樹脂封止した受光モジュールにおいては、受光部の
高濃度不純物層をグランドと等電位にし、シールド層と
することによりシールド効果を素子自体に持たせ、さら
に、低工数・低コストで素子製造を可能とすることを課
題の1つとする。
【０００８】また、樹脂封止を行っている受光モジュー
ルでは、内部の受光表面にメッシュ状 金属電導体
を形成しているが、直接素子表面に電導体を形成したの
では等価的に素子表面で平行平板コンデンサーを生じて
しまい、素子の容量が増大し、受光モジュールに搭載し
た場合、到達距離が短くなってしまう。そこで本発明
は、その素子容量の増大を防止することを課題の1つと
する。
ルでは、内部の受光表面にメッシュ状 金属電導体
を形成しているが、直接素子表面に電導体を形成したの
では等価的に素子表面で平行平板コンデンサーを生じて
しまい、素子の容量が増大し、受光モジュールに搭載し
た場合、到達距離が短くなってしまう。そこで本発明
は、その素子容量の増大を防止することを課題の1つと
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の受光素子は、請
求項１に記載のように、不純物濃度の低い基板に受光部
としての第１導電型高濃度不純物層と第2導電型高濃度
不純物層を形成し、前記第1、第２導電型高濃度不純物
層を基板表面と同方向に配置した受光素子において、前
記基板の裏面にキャリアライフタイムの短い層を形成し
たことを特徴とする。前記キャリアライフタイムの短い
層は、第１導電型もしくは第2導電型の高濃度不純物層
とすることができる。また、前記キャリアライフタイム
の短い層は、前記基板に金などのＤｅｅｐ−Ｌｅｖｅｌ
（深い準位）を形成する不純物を添加して形成した層と
することができる。また、前記第1導電型をＮ型、第2導
電型をＰ型とした場合に、前記受光部を構成する第１導
電型の高濃度不純物層を第2導電型の高濃度不純物層と
同電位の電極によってシールドすることができる。
求項１に記載のように、不純物濃度の低い基板に受光部
としての第１導電型高濃度不純物層と第2導電型高濃度
不純物層を形成し、前記第1、第２導電型高濃度不純物
層を基板表面と同方向に配置した受光素子において、前
記基板の裏面にキャリアライフタイムの短い層を形成し
たことを特徴とする。前記キャリアライフタイムの短い
層は、第１導電型もしくは第2導電型の高濃度不純物層
とすることができる。また、前記キャリアライフタイム
の短い層は、前記基板に金などのＤｅｅｐ−Ｌｅｖｅｌ
（深い準位）を形成する不純物を添加して形成した層と
することができる。また、前記第1導電型をＮ型、第2導
電型をＰ型とした場合に、前記受光部を構成する第１導
電型の高濃度不純物層を第2導電型の高濃度不純物層と
同電位の電極によってシールドすることができる。
【００１０】本発明の受光モジュールは、上記の受光素
子をリードに絶縁性材料によって固定したことを特徴と
する。
子をリードに絶縁性材料によって固定したことを特徴と
する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について図
面を参照して説明する。 図１は本発明の受光素子の第1
の実施形態を示す断面図、図２はその平面図である。受
光素子１は、不純物濃度が低い基板2の表面に受光部３
を形成し、基板２の裏面にキャリアライフタイムの短い
層４を形成している。
面を参照して説明する。 図１は本発明の受光素子の第1
の実施形態を示す断面図、図２はその平面図である。受
光素子１は、不純物濃度が低い基板2の表面に受光部３
を形成し、基板２の裏面にキャリアライフタイムの短い
層４を形成している。
【００１２】基板2は、例えば素子不純物濃度が４×１
０13cm-3以下、厚さが３００μｍ程度の第１導電型（Ｐ
型）のＳｉ基板を用いている。この基板2は、高抵抗で
例えば５００Ωｃｍ以上の比抵抗に設定され、（Ｐ−）
層として機能する。そしてこの基板２の裏面に、Ｎ型不
純物として例えばリン（Ｐ）を拡散することにより、キ
ャリアライフタイムの短い層４として機能する第2導電
型（Ｎ型）高濃度不純物層（Ｎ＋Ｂ）を深さ（厚さ）が
１５０μｍ程度に形成する。このＮ型高濃度不純物層
（Ｎ＋Ｂ）は、横軸に不純物濃度、縦軸にその不純物濃
度におけるキャリアのライフタイムを示した特性図にお
いて、不純物濃度を徐々に高めていった場合にキャリア
ライフタイムが急激に短くなり始める不純物濃度である
１×１０16ｃｍ-3よりも大きな不純物濃度に設定（Ｓｉ
基板の場合）され、例えば３×１０ 18ｃｍ-3程度の不純
物濃度に設定されている。
０13cm-3以下、厚さが３００μｍ程度の第１導電型（Ｐ
型）のＳｉ基板を用いている。この基板2は、高抵抗で
例えば５００Ωｃｍ以上の比抵抗に設定され、（Ｐ−）
層として機能する。そしてこの基板２の裏面に、Ｎ型不
純物として例えばリン（Ｐ）を拡散することにより、キ
ャリアライフタイムの短い層４として機能する第2導電
型（Ｎ型）高濃度不純物層（Ｎ＋Ｂ）を深さ（厚さ）が
１５０μｍ程度に形成する。このＮ型高濃度不純物層
（Ｎ＋Ｂ）は、横軸に不純物濃度、縦軸にその不純物濃
度におけるキャリアのライフタイムを示した特性図にお
いて、不純物濃度を徐々に高めていった場合にキャリア
ライフタイムが急激に短くなり始める不純物濃度である
１×１０16ｃｍ-3よりも大きな不純物濃度に設定（Ｓｉ
基板の場合）され、例えば３×１０ 18ｃｍ-3程度の不純
物濃度に設定されている。
【００１３】受光部３は、第1導電型の高濃度不純物層
（Ｐ＋）と第２導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）を備
えて構成され、これらの層を基板２の表面と同方向に配
置している。第１導電型の高濃度不純物層（Ｐ＋）とし
て機能させるために、基板２の表面にＰ型不純物として
のボロン（Ｂ）を拡散させて（Ｐ＋）層を環状に形成し
ている。この（Ｐ＋）層は、不純物濃度が３×１０19ｃ
ｍ-3程度、深さ（厚さ）が３μｍ程度に形成している。
一方、第２導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）として機
能させるために、基板２の表面の（Ｐ＋）層で囲まれた
領域内にＮ型不純物としてのリン（Ｐ）を拡散させて
（Ｎ＋Ｆ）層を形成している。この（Ｎ＋Ｆ）層は、シ
ート抵抗が２０Ω／□程度、深さ（厚さ）が１〜２μｍ
に形成している。
（Ｐ＋）と第２導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）を備
えて構成され、これらの層を基板２の表面と同方向に配
置している。第１導電型の高濃度不純物層（Ｐ＋）とし
て機能させるために、基板２の表面にＰ型不純物として
のボロン（Ｂ）を拡散させて（Ｐ＋）層を環状に形成し
ている。この（Ｐ＋）層は、不純物濃度が３×１０19ｃ
ｍ-3程度、深さ（厚さ）が３μｍ程度に形成している。
一方、第２導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）として機
能させるために、基板２の表面の（Ｐ＋）層で囲まれた
領域内にＮ型不純物としてのリン（Ｐ）を拡散させて
（Ｎ＋Ｆ）層を形成している。この（Ｎ＋Ｆ）層は、シ
ート抵抗が２０Ω／□程度、深さ（厚さ）が１〜２μｍ
に形成している。
【００１４】基板２の表面には、表面保護膜および反射
防止膜として機能する膜５を例えば酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ２）によって形成している。受光部３の第1、第2導電
型高濃度不純物層（Ｐ＋）、（Ｎ＋Ｆ）とのコンタクト
を行なうため 、フォトリソグラフィにより膜５の一部
が除去されている。膜５の上には、アルミニウム等の金
属を蒸着し、フォトリソグラフィにより不要部分を除去
することによって、Ｐ，Ｎ側電極６，７を形成してい
る。
防止膜として機能する膜５を例えば酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ２）によって形成している。受光部３の第1、第2導電
型高濃度不純物層（Ｐ＋）、（Ｎ＋Ｆ）とのコンタクト
を行なうため 、フォトリソグラフィにより膜５の一部
が除去されている。膜５の上には、アルミニウム等の金
属を蒸着し、フォトリソグラフィにより不要部分を除去
することによって、Ｐ，Ｎ側電極６，７を形成してい
る。
【００１５】この実施形態の動作について、長波長光カ
ットの効果を中心に説明する。まず、素子１に入射した
光が、深さ方向に対し、光電流となる量子効率Ｒは、Ｒ
＝１−ｅｘｐ（−αＷ）／（１＋αＬp）により表すこ
とができる。ここで、Ｗは低濃度不純物領域の幅（逆電
圧により拡がる空乏層幅）、αはある波長の光に対する
光吸収係数、Ｌp は、裏面の高濃度不純物層におけるキ
ャリアの拡散長である。従って、効率Ｒをあげるには、
十分な低濃度不純物領域の幅Ｗを設ければよい。言いか
えれば、不要な波長成分に対するＷの幅を規制すれば良
いことになる。しかし、図９のような通常の受光素子の
場合、Ｗの幅を規制しても、高濃度不純物層（Ｐ＋）に
おいて発生したキャリアは、拡散長Ｌｐの成分が光電流
に寄与してしまい、長波長成分が十分低減できない。ま
た、図１０に示す受光素子の表面に形成された受光部に
おいては、効率的に受光できる領域である空乏層は、電
界が基板表面と平行に加わるため、空乏層の深さ方向へ
の拡がりを抑制できるが、空乏層以外において発生した
キャリアは、拡散長Ｌｐの成分が光電流に寄与してしま
い、長波長成分が十分低減できない。
ットの効果を中心に説明する。まず、素子１に入射した
光が、深さ方向に対し、光電流となる量子効率Ｒは、Ｒ
＝１−ｅｘｐ（−αＷ）／（１＋αＬp）により表すこ
とができる。ここで、Ｗは低濃度不純物領域の幅（逆電
圧により拡がる空乏層幅）、αはある波長の光に対する
光吸収係数、Ｌp は、裏面の高濃度不純物層におけるキ
ャリアの拡散長である。従って、効率Ｒをあげるには、
十分な低濃度不純物領域の幅Ｗを設ければよい。言いか
えれば、不要な波長成分に対するＷの幅を規制すれば良
いことになる。しかし、図９のような通常の受光素子の
場合、Ｗの幅を規制しても、高濃度不純物層（Ｐ＋）に
おいて発生したキャリアは、拡散長Ｌｐの成分が光電流
に寄与してしまい、長波長成分が十分低減できない。ま
た、図１０に示す受光素子の表面に形成された受光部に
おいては、効率的に受光できる領域である空乏層は、電
界が基板表面と平行に加わるため、空乏層の深さ方向へ
の拡がりを抑制できるが、空乏層以外において発生した
キャリアは、拡散長Ｌｐの成分が光電流に寄与してしま
い、長波長成分が十分低減できない。
【００１６】しかしながら、第1の実施形態では、図1、
２に示すように、低濃度不純物領域（Ｐ−）の幅を上記
式にて計算される幅Ｗに規制する高濃度不純物層（Ｎ＋
Ｂ）を裏面に設けたので、この高濃度不純物層（Ｎ＋
Ｂ）内で発生したキャリアを光電流に寄与する前に短時
間で消滅させることができる。この時、裏面の高濃度不
純物層は、表面の電極（Ｐ側電極６、Ｎ側電極７）と独
立させて、電気的に絶縁状態としている。
２に示すように、低濃度不純物領域（Ｐ−）の幅を上記
式にて計算される幅Ｗに規制する高濃度不純物層（Ｎ＋
Ｂ）を裏面に設けたので、この高濃度不純物層（Ｎ＋
Ｂ）内で発生したキャリアを光電流に寄与する前に短時
間で消滅させることができる。この時、裏面の高濃度不
純物層は、表面の電極（Ｐ側電極６、Ｎ側電極７）と独
立させて、電気的に絶縁状態としている。
【００１７】これにより、高濃度不純物層（Ｎ＋Ｂ）が
低濃度不純物領域（Ｐ−）（空乏層）の幅を最適幅Ｗに
規制させるとともに、この高濃度不純物領域（Ｎ＋Ｂ）
に達した不要な光成分に起因して発生するキャリアのラ
イフタイムを短くし（Ｌｐを短くし）、拡散させない効
果をもたらし、不要成分（長波長光成分）を十分にカッ
トすることができる。
低濃度不純物領域（Ｐ−）（空乏層）の幅を最適幅Ｗに
規制させるとともに、この高濃度不純物領域（Ｎ＋Ｂ）
に達した不要な光成分に起因して発生するキャリアのラ
イフタイムを短くし（Ｌｐを短くし）、拡散させない効
果をもたらし、不要成分（長波長光成分）を十分にカッ
トすることができる。
【００１８】この実施形態においては、Ｐ型低濃度不純
物層（Ｐ−）の幅（Ｗ）は、１０００ｎｍの入射光波長
の除去を目的とし９０μｍとした。ここで、裏面高濃度
不純物層（Ｎ＋Ｂ）でのキャリアの拡散長を１μｍ、ま
た、１０００ｎｍの入射波長光の吸収係数を７×１０1
ｃｍ-1とした。図４に、図１に示す受光素子の分光感度
特性Ａおよび図９に示す受光素子の分光感度特性Ｂを示
す。１０００ｎｍの入射波長光の受光感度が従来に比べ
約１／６に低減されている。
物層（Ｐ−）の幅（Ｗ）は、１０００ｎｍの入射光波長
の除去を目的とし９０μｍとした。ここで、裏面高濃度
不純物層（Ｎ＋Ｂ）でのキャリアの拡散長を１μｍ、ま
た、１０００ｎｍの入射波長光の吸収係数を７×１０1
ｃｍ-1とした。図４に、図１に示す受光素子の分光感度
特性Ａおよび図９に示す受光素子の分光感度特性Ｂを示
す。１０００ｎｍの入射波長光の受光感度が従来に比べ
約１／６に低減されている。
【００１９】図３は、受光素子１の別の形態例を示して
いる。内部は、図1に示した上記構造と同様であるが表
面形状が相違している、すなわち、高濃度不純物層（Ｎ
＋Ｆ）の４方向を囲んでいた高濃度不純物層（Ｐ＋）の
形状を変更し、高濃度不純物層（Ｐ＋）が高濃度不純物
層（Ｎ＋Ｆ）の3方向を囲むような平面形状としてい
る。また、隣接配置していたＰ側とＮ側の電極６，７の
配置を変更し、両電極を受光素子の両側に配置してい
る。
いる。内部は、図1に示した上記構造と同様であるが表
面形状が相違している、すなわち、高濃度不純物層（Ｎ
＋Ｆ）の４方向を囲んでいた高濃度不純物層（Ｐ＋）の
形状を変更し、高濃度不純物層（Ｐ＋）が高濃度不純物
層（Ｎ＋Ｆ）の3方向を囲むような平面形状としてい
る。また、隣接配置していたＰ側とＮ側の電極６，７の
配置を変更し、両電極を受光素子の両側に配置してい
る。
【００２０】図５は、前記受光素子１を備える受光モジ
ュール８の実施形態を示す要部平面図である。このモジ
ュール８は、金属製のリードフレーム９に受光素子１を
マウントし、それらを可視光遮光用の成分を含んだ絶縁
性樹脂１０によって一体にモールドした構造としてい
る。ここで、受光素子１は導電性接着剤１１により中央
のリード１２にマウントしているが、マウントされたリ
ード１２は他のリード１３，１４と切り離されて電気的
に浮いている。そして両端に位置する他の２本のリード
１３，１４とＰ側電極６並びにＮ側電極７との間に金線
１５，１５等をワイヤボンディングすることで、受光素
子１の検出信号を取り出す構成としている。
ュール８の実施形態を示す要部平面図である。このモジ
ュール８は、金属製のリードフレーム９に受光素子１を
マウントし、それらを可視光遮光用の成分を含んだ絶縁
性樹脂１０によって一体にモールドした構造としてい
る。ここで、受光素子１は導電性接着剤１１により中央
のリード１２にマウントしているが、マウントされたリ
ード１２は他のリード１３，１４と切り離されて電気的
に浮いている。そして両端に位置する他の２本のリード
１３，１４とＰ側電極６並びにＮ側電極７との間に金線
１５，１５等をワイヤボンディングすることで、受光素
子１の検出信号を取り出す構成としている。
【００２１】図６、７は受光素子１のさらに他の実施形
態を示すもので、受光面に電磁シールドを備えた構成例
を示す。図7は、図6のＡ−Ａ断面図である。受光素子１
は、図1に示す受光素子と同等の構成であるが、基板
２、発光部３の導電型がＮ型とＰ型の関係において逆転
している点、基板２表面にシールド用の電極１６を形成
している点などで相違している。すなわち、不純物濃度
が低い基板２として、例えば素子不純物濃度が４×１０
13cm-3以下、厚さが３００μｍ程度のＮ型Ｓｉ基板を用
いている。そしてこの基板２の裏面に形成したキャリア
ライフタイムの短い層４は、基板２と同じ導電型のＮ型
高濃度不純物層（Ｎ＋Ｂ）としている。このＮ型高濃度
不純物層（Ｎ＋Ｂ）は、例えば３×１０18ｃｍ-3程度の
不純物濃度で深さ（厚さ）が１５０μｍに設定されてい
る。
態を示すもので、受光面に電磁シールドを備えた構成例
を示す。図7は、図6のＡ−Ａ断面図である。受光素子１
は、図1に示す受光素子と同等の構成であるが、基板
２、発光部３の導電型がＮ型とＰ型の関係において逆転
している点、基板２表面にシールド用の電極１６を形成
している点などで相違している。すなわち、不純物濃度
が低い基板２として、例えば素子不純物濃度が４×１０
13cm-3以下、厚さが３００μｍ程度のＮ型Ｓｉ基板を用
いている。そしてこの基板２の裏面に形成したキャリア
ライフタイムの短い層４は、基板２と同じ導電型のＮ型
高濃度不純物層（Ｎ＋Ｂ）としている。このＮ型高濃度
不純物層（Ｎ＋Ｂ）は、例えば３×１０18ｃｍ-3程度の
不純物濃度で深さ（厚さ）が１５０μｍに設定されてい
る。
【００２２】受光部３は、第1導電型の高濃度不純物層
（Ｐ＋）と第２導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）を備
えて構成され、これらの層を基板２の表面と同方向に配
置している。第１導電型の高濃度不純物層（Ｐ＋）とし
て機能させるために、基板２の表面の中央にＰ型不純物
としてのボロン（Ｂ）を拡散させて（Ｐ＋）層を形成し
ている。この（Ｐ＋）層は、シート抵抗が２０Ω／□程
度、深さが１〜２μｍ程度に形成している。一方、第２
導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）として機能させるた
めに、基板２の表面の（Ｐ＋）層が形成された領域を囲
むようにＮ型不純物としてのリン（Ｐ）を拡散させて
（Ｎ＋Ｆ）層を形成している。この（Ｎ＋Ｆ）層は、不
純物濃度が３×１０19ｃｍ-3程度、深さ（厚さ）が３μ
ｍ程度に形成している。
（Ｐ＋）と第２導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）を備
えて構成され、これらの層を基板２の表面と同方向に配
置している。第１導電型の高濃度不純物層（Ｐ＋）とし
て機能させるために、基板２の表面の中央にＰ型不純物
としてのボロン（Ｂ）を拡散させて（Ｐ＋）層を形成し
ている。この（Ｐ＋）層は、シート抵抗が２０Ω／□程
度、深さが１〜２μｍ程度に形成している。一方、第２
導電型の高濃度不純物層（Ｎ＋Ｆ）として機能させるた
めに、基板２の表面の（Ｐ＋）層が形成された領域を囲
むようにＮ型不純物としてのリン（Ｐ）を拡散させて
（Ｎ＋Ｆ）層を形成している。この（Ｎ＋Ｆ）層は、不
純物濃度が３×１０19ｃｍ-3程度、深さ（厚さ）が３μ
ｍ程度に形成している。
【００２３】基板２の表面には、表面保護膜および反射
防止膜として機能する絶縁用の膜５を例えば酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２）によって形成している。受光部３の第
1、第2導電型高濃度不純物層（Ｐ＋）、（Ｎ＋Ｆ）との
コンタクトを行なうため 、フォトリソグラフィにより
膜５の一部が除去されている。膜５の上には、アルミニ
ウム等の金属を蒸着し、フォトリソグラフィにより不要
部分を除去することによって、Ｐ，Ｎ側電極６，７を形
成する。絶縁層５上に形成されたＰ側電極６は、（Ｎ＋
Ｆ）層を完全に覆うようにＮ＋Ｆ層よりも幅広に形成さ
れている。そして、Ｐ側電極６は、Ｎ側電極７が形成さ
れた領域を除いて、（Ｎ＋Ｂ）層の上を覆うように環状
に形成されて、前記シールド用の電極１６を構成してい
る。
防止膜として機能する絶縁用の膜５を例えば酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２）によって形成している。受光部３の第
1、第2導電型高濃度不純物層（Ｐ＋）、（Ｎ＋Ｆ）との
コンタクトを行なうため 、フォトリソグラフィにより
膜５の一部が除去されている。膜５の上には、アルミニ
ウム等の金属を蒸着し、フォトリソグラフィにより不要
部分を除去することによって、Ｐ，Ｎ側電極６，７を形
成する。絶縁層５上に形成されたＰ側電極６は、（Ｎ＋
Ｆ）層を完全に覆うようにＮ＋Ｆ層よりも幅広に形成さ
れている。そして、Ｐ側電極６は、Ｎ側電極７が形成さ
れた領域を除いて、（Ｎ＋Ｂ）層の上を覆うように環状
に形成されて、前記シールド用の電極１６を構成してい
る。
【００２４】図８は、図６，７に示す受光素子１を搭載
した受光モジュール８の実施形態を示す。この受光モジ
ュール８は、光検出部としての前記受光素子１とその駆
動用であるＩＣ１７を共通のフレーム９上に配置し、そ
れらを樹脂１０によってモールドした１モールド型の構
成としている。樹脂１０は可視光遮光用の材料を含有し
た絶縁性樹脂を用いているが、その他の樹脂でモールド
することもできる。
した受光モジュール８の実施形態を示す。この受光モジ
ュール８は、光検出部としての前記受光素子１とその駆
動用であるＩＣ１７を共通のフレーム９上に配置し、そ
れらを樹脂１０によってモールドした１モールド型の構
成としている。樹脂１０は可視光遮光用の材料を含有し
た絶縁性樹脂を用いているが、その他の樹脂でモールド
することもできる。
【００２５】一般に、１チップで光検出部、駆動ＩＣ部
を構成したモノリシックタイプでは、光検出部の光感度
が不十分であるとの理由により、このモジュール８は、
高速性・高感度性に優れた受光素子１と駆動用ＩＣ１７
とを組み合わせた２チップ構造を採用している。すなわ
ち、フレーム９上に、前記受光素子１を絶縁性接着剤１
８によって固定配置し、ＩＣ１７を導電性接着剤１９に
よって固定配置している。そして、両者の間の接続は、
受光素子１のＮ側電極７とＩＣ１７の増幅回路部を金線
２０等で配線するのみとなっている。発光素子１のＰ側
電極６は、金線２１等でフレーム９に配線してアース電
位に接続している。
を構成したモノリシックタイプでは、光検出部の光感度
が不十分であるとの理由により、このモジュール８は、
高速性・高感度性に優れた受光素子１と駆動用ＩＣ１７
とを組み合わせた２チップ構造を採用している。すなわ
ち、フレーム９上に、前記受光素子１を絶縁性接着剤１
８によって固定配置し、ＩＣ１７を導電性接着剤１９に
よって固定配置している。そして、両者の間の接続は、
受光素子１のＮ側電極７とＩＣ１７の増幅回路部を金線
２０等で配線するのみとなっている。発光素子１のＰ側
電極６は、金線２１等でフレーム９に配線してアース電
位に接続している。
【００２６】上記のように共通のフレーム９上に絶縁性
接着剤１８により受光素子１をボンディングし、このフ
レーム９に、受光素子１表面に形成された受光面である
（Ｐ+）層と接続した電極６を配線することにより、電
磁ノイズを受けやすい受光素子１の上下をを同一電位で
挟みこむ構造となり、効果的な電磁シールドが形成され
る、さらに、高ゲインの（Ｎ+Ｆ）層表面をもシールド
用の電極１６によってシールドすることができる。
接着剤１８により受光素子１をボンディングし、このフ
レーム９に、受光素子１表面に形成された受光面である
（Ｐ+）層と接続した電極６を配線することにより、電
磁ノイズを受けやすい受光素子１の上下をを同一電位で
挟みこむ構造となり、効果的な電磁シールドが形成され
る、さらに、高ゲインの（Ｎ+Ｆ）層表面をもシールド
用の電極１６によってシールドすることができる。
【００２７】図８示す受光モジュールは、電磁シールド
性をより高めるために、受光素子１の側面をフレ―ム９
と同電位で覆うための構造を備えている。すなわち、フ
レーム９に受光素子１の側面と同等の高さの壁２２を一
体に形成し、この壁２２も利用しながら電磁シールドを
行なっているが、フレーム９の一部を落としこんでくぼ
みを形成し、その中に受光素子１をマウウントしても良
い。素子１側面を覆う壁２２は、１面でも良いが、素子
の４面を覆うように複数面配置するのが好ましい。この
壁２２は、構成上必ずしも必要ではないが、シールド効
果を高める上では有用である。
性をより高めるために、受光素子１の側面をフレ―ム９
と同電位で覆うための構造を備えている。すなわち、フ
レーム９に受光素子１の側面と同等の高さの壁２２を一
体に形成し、この壁２２も利用しながら電磁シールドを
行なっているが、フレーム９の一部を落としこんでくぼ
みを形成し、その中に受光素子１をマウウントしても良
い。素子１側面を覆う壁２２は、１面でも良いが、素子
の４面を覆うように複数面配置するのが好ましい。この
壁２２は、構成上必ずしも必要ではないが、シールド効
果を高める上では有用である。
【００２８】尚、上記の説明は、ＰＩＮフォトダイオー
ドタイプの受光素子１を例にとったが、本発明はこれら
に限られるものではなく、ＰＮタイプの一般のフォトダ
イオード、駆動用のＩＣと同一基板上に形成されたＩＣ
に内臓の受光素子についても適用できる。
ドタイプの受光素子１を例にとったが、本発明はこれら
に限られるものではなく、ＰＮタイプの一般のフォトダ
イオード、駆動用のＩＣと同一基板上に形成されたＩＣ
に内臓の受光素子についても適用できる。
【００２９】また、上記実施形態はキャリアライフタイ
ムの短い層４として、Ｎ型の高濃度不純物層を用いる例
を示したが、これに限られるものではなく、Ｐ型の高濃
度不純物層を用いることもできる。また、基板に金など
のＤｅｅｐ−Ｌｅｖｅｌ（深い準位）形成用の不純物を
添加した層もキャリアライフタイムを短くすることがで
きるので、これを層４として用いることもできる。
ムの短い層４として、Ｎ型の高濃度不純物層を用いる例
を示したが、これに限られるものではなく、Ｐ型の高濃
度不純物層を用いることもできる。また、基板に金など
のＤｅｅｐ−Ｌｅｖｅｌ（深い準位）形成用の不純物を
添加した層もキャリアライフタイムを短くすることがで
きるので、これを層４として用いることもできる。
【００３０】以上の実施形態によれば以下の効果を奏す
ることができる。
ることができる。
【００３１】まず、（１）受光素子自体に長波長光に対
する感度を低減するカットフィルタ機能を有することが
でき、従来、照明器具において、蛍光ランプから発生す
る多数のスペクトル（光）の影響を抑えるためバンドパ
スフィルタ等を装着させ、また、近年では、その蛍光ラ
ンプの多灯化や高出力化が進み、従来以上に蛍光ランプ
のスペクトル（例えば、1013nm光）よる受光モジュール
誤動作がクローズアップされ、可視光遮光用樹脂により
覆われた受光素子の上部に、干渉フィルタを配置し、発
生しているスペクトルをカットした信号を受光するタイ
プや可視光遮光用樹脂内部に干渉フィルタを埋め込んだ
モジュールが用いられているが、この場合、受光モジュ
ールとしては、部品点数が増加し、組み立て工数も増え
コストアップにつながり、サイズも制限されるが、これ
を解消でき安価な超小型のモジュールが可能となる。
する感度を低減するカットフィルタ機能を有することが
でき、従来、照明器具において、蛍光ランプから発生す
る多数のスペクトル（光）の影響を抑えるためバンドパ
スフィルタ等を装着させ、また、近年では、その蛍光ラ
ンプの多灯化や高出力化が進み、従来以上に蛍光ランプ
のスペクトル（例えば、1013nm光）よる受光モジュール
誤動作がクローズアップされ、可視光遮光用樹脂により
覆われた受光素子の上部に、干渉フィルタを配置し、発
生しているスペクトルをカットした信号を受光するタイ
プや可視光遮光用樹脂内部に干渉フィルタを埋め込んだ
モジュールが用いられているが、この場合、受光モジュ
ールとしては、部品点数が増加し、組み立て工数も増え
コストアップにつながり、サイズも制限されるが、これ
を解消でき安価な超小型のモジュールが可能となる。
【００３２】（２）樹脂内に埋め込む場合、干渉フィル
タの取り付け精度・樹脂と干渉フィルタ間での樹脂剥離
等の信頼性に問題が生じるが、この様な不安定性が、排
除できる。接合部（空乏層以外）での発生キャリアを防
止できるため、拡散成分を抑え、ドリフト成分のみに出
来、高速応答性が得られる。
タの取り付け精度・樹脂と干渉フィルタ間での樹脂剥離
等の信頼性に問題が生じるが、この様な不安定性が、排
除できる。接合部（空乏層以外）での発生キャリアを防
止できるため、拡散成分を抑え、ドリフト成分のみに出
来、高速応答性が得られる。
【００３３】（３）受光素子自体に素子表面かつ素子側
面において電磁シールド機能を有することにより、金属
導電体を電磁シールドとして用いた場合、入射光が金属
導電体により反射され、実効的受光面積が減少する（入
射光ロス）が、これを解消できる。金属導電体を電磁シ
ールドとして用いた場合、実効的受光面積が減少するた
め、あまり広域に金属導電体を受光素子表面に配置する
ことができない事から有効な電磁シールドとしては、不
十分であるが、上記実施形態では、受光素子表面自体が
シールド層となるため十分な電磁シールド効果が得られ
る。樹脂封止を行なっている受光モジュールでは、内部
の受光素子表面にメッシュ状金属導電体を形成している
が、直接素子表面に電導体を形成するため、等価的に素
子表面で平行平板コンデンサーを生じてしまい、素子の
容量が増大し受光モジュールに搭載した場合到達距離が
短くなってしまう。しかしながら、上記実施形態によれ
ば、素子容量の増大を防止でき、受光モジュール搭載時
の到達距離を損なわれない。受光素子自体に電磁シール
ド機能を有する為、従来、耐電磁ノイズとして、受光モ
ジュール内部に装着した導電性フィルム（金属化フィル
ム）、更には、モジュールケース受光窓のメッシュ構造
をもが不要となる。以上ように、電磁シールド用部品が
削除できるため、超小型受光モジュールが可能となる。
面において電磁シールド機能を有することにより、金属
導電体を電磁シールドとして用いた場合、入射光が金属
導電体により反射され、実効的受光面積が減少する（入
射光ロス）が、これを解消できる。金属導電体を電磁シ
ールドとして用いた場合、実効的受光面積が減少するた
め、あまり広域に金属導電体を受光素子表面に配置する
ことができない事から有効な電磁シールドとしては、不
十分であるが、上記実施形態では、受光素子表面自体が
シールド層となるため十分な電磁シールド効果が得られ
る。樹脂封止を行なっている受光モジュールでは、内部
の受光素子表面にメッシュ状金属導電体を形成している
が、直接素子表面に電導体を形成するため、等価的に素
子表面で平行平板コンデンサーを生じてしまい、素子の
容量が増大し受光モジュールに搭載した場合到達距離が
短くなってしまう。しかしながら、上記実施形態によれ
ば、素子容量の増大を防止でき、受光モジュール搭載時
の到達距離を損なわれない。受光素子自体に電磁シール
ド機能を有する為、従来、耐電磁ノイズとして、受光モ
ジュール内部に装着した導電性フィルム（金属化フィル
ム）、更には、モジュールケース受光窓のメッシュ構造
をもが不要となる。以上ように、電磁シールド用部品が
削除できるため、超小型受光モジュールが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ノイズの
影響を受け難くして誤動作の発生を防止することができ
る。部品点数、組み立て工数の削減を図ることができ
る。素子容量の増大を防止して高速応答性を図ることが
できる。小型化を図ることができる。
影響を受け難くして誤動作の発生を防止することができ
る。部品点数、組み立て工数の削減を図ることができ
る。素子容量の増大を防止して高速応答性を図ることが
できる。小型化を図ることができる。
【図１】本発明の受光素子の実施形態を示す断面図であ
る。
る。
【図２】同実施形態の平面図である。
【図３】本発明の受光素子の他の実施形態を示す平面図
である。
である。
【図４】分光感度特性を示す図である。
【図５】本発明の受光モジュールの実施形態を示す平面
図である。
図である。
【図６】本発明の受光素子の他の実施形態を示す平面図
である。
である。
【図７】同実施形態の断面図である。
【図８】本発明の受光モジュールの他の実施形態を示す
模式的な断面図である。
模式的な断面図である。
【図９】従来例を示す概略的な断面図である。
【図１０】他の従来例を示す概略的な断面図である。
１ 受光素子
２ 基板
３ 受光部
４ キャリアライフタイムの短い層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭64−1286（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−13798（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−24472（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−29180（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−343727（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/10 - 31/119
Claims (5)
- 【請求項１】 不純物濃度の低い基板に受光部としての
第１導電型高濃度不純物層と第2導電型高濃度不純物層
を形成し、前記第1、第２導電型高濃度不純物層を基板
表面と同方向に配置した受光素子において、前記基板の
裏面にキャリアライフタイムの短い層を形成したことを
特徴とする受光素子。 - 【請求項２】 前記キャリアライフタイムの短い層は、
第１導電型もしくは第2導電型の高濃度不純物層とした
ことを特徴とする請求項1記載の受光素子。 - 【請求項３】 前記キャリアライフタイムの短い層は、
前記基板にＤｅｅｐ−Ｌｅｖｅｌ（深い準位）を形成す
る不純物としての金を添加して形成した層としたことを
特徴とする請求項1記載の受光素子。 - 【請求項４】 前記第1導電型をＮ型、第２導電型をＰ
型とし、前記受光部を構成する第１導電型の高濃度不純
物層を第2導電型の高濃度不純物層と同電位の電極によ
ってシールドしたことを特徴とする請求項1記載の受光
素子。 - 【請求項５】 請求項1〜４のいずれかに記載の受光素
子をリードに絶縁性材料によって固定したことを特徴と
する受光モジュール。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000210191A JP3490959B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 受光素子及び受光モジュール |
| PCT/JP2001/005923 WO2002005355A1 (fr) | 2000-07-11 | 2001-07-06 | Dispositif recepteur de lumiere et module recepteur de lumiere comprenant ce dernier |
| US10/332,540 US6989522B2 (en) | 2000-07-11 | 2001-07-06 | Light-receiving module and light-receiving device having malfunction preventing structure |
| CN01812621.9A CN1225030C (zh) | 2000-07-11 | 2001-07-06 | 光接收器件及含有该光接收器件的光接收模块 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000210191A JP3490959B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 受光素子及び受光モジュール |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| WO (1) | WO2002005355A1 (ja) |
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