JP3609544B6

JP3609544B6 - 受光装置

Info

Publication number: JP3609544B6
Application number: JP1996194985A
Authority: JP
Inventors: 晋西村; 隆司油本
Original assignee: Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2016-07-24

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光センサーに好適な受光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より赤外線リモコンや短距離光通信の受信部を構成する光センサーに用いられる受光装置においては、例えば実公平５−３６１８１号公報に示されるように、電磁ノイズの影響を受けやすい。そこで受光素子の前方に、金属メッシュや導電性フィルムを配置してグランド電位に接続し、あるいは受光素子の表面に透明電極等で電磁シールドを施して、金属ケースに収納したり樹脂モールドを行っていた。
【０００３】
一方、受光素子部分と受光信号処理回路をモノリシック素子として組み込む場合、特公平７−１２０７６１号公報などに示されるように、受光信号処理回路のゲートやソースを形成するときに、同時に受光素子部分の表面に高濃度層を形成し、この高濃度層で配線と同時にシールドをさせようとするものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受光素子組立て体の中に電磁シールドを埋め込むものはメッシュやフィルムの位置ずれ防止や配線などが煩雑で、生産歩留まりが低くなる。また素子表面に透明電極等を設けると、そのシールド用電極と素子表面の間でコンデンサーを形成してしまい、電気容量の増大となって、受信感度が低下し、光通信にあっては通信可能到達距離が著しく短くなるという不都合がある。
【０００５】
一方、受光素子部分と受光信号処理回路をモノリシックに組み込む場合、受光素子に求められる光電気特性に対応する層の深さや不純物濃度と、回路部分に求められるドーパントや不純物濃度が異なり、あるいはこれら受光素子部分と回路部分の間のマッチングが取れなくなる。従って、シールド層を配線等に利用することは可能であるが、光信号の減衰やＳ／Ｎ比低下を生じることとなった。更にこのような回路付モノリシック受光素子は、製造プロセスが回路部分に制約されるので、受光素子としての高速応答性が得られず、特にＰｉＮホトダイオードは製造できなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の点を考慮して、受光特性の良好なＰｉＮホトダイオードを得るものである。本発明は、半導体基板の表面に設けられたＰ型高濃度層からなる受光面を有した受光素子と、その受光素子の載置部近傍に受光素子の側面と対向するような導電性壁を有したフレームと、該フレームの載置部に前記受光素子の底面を固着する絶縁性の接着剤と、前記フレームとＰ型高濃度層とをグランド電位に接続する配線手段を具備したものである。
【０００７】
より好ましくは、半導体基板は受光領域（Ｐ型高濃度層）に接する領域が低不純物濃度となるものを用い、Ｐ型高濃度層の周囲にそれを包囲するようなＮ型高濃度層を設ける。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明実施例の受光装置の側面断面図ａと平面図ｂである。図において、１は半導体基板で、例えば光吸収層を成すように不純物濃度が４×１０^１２ｃｍ^−３以下の低不純物濃度のＮ型シリコン基板を用いる。特に赤外光に感度を高くし、高速応答を得るためには、空乏層の広がりも考慮して、基板は５００Ω／ｃｍ以上である事が好ましい。また半導体基板１の導電型は、受光素子の出力を得る集積回路と同じフレームを用いる為に裏面の導電型と電流印加手段に制限を受けるが、他方基板自体がノイズを拾い易いか否かの特性、表面に有効な電磁シールド層を設け易いかどうかで定める。
【０００９】
２は、その半導体基板１の表面に設けられたＰ型高濃度層（Ｐ＋層）で、受光面を構成している。このＰ型高濃度層（Ｐ＋層）は、例えば深さ１乃至２μｍにホウ素（Ｂ）を拡散してシート抵抗２０Ω／□として構成している。光感度を得るためには、このＰ型高濃度層の表面積は広い方がよく、シート抵抗値は１０ｋΩ／□以下がよい。そしてこのＰ型高濃度層（Ｐ＋層）を電磁シールド層として用いるために、この層は５０Ω／ｃｍ以下であることが最も好ましい。３は、そのＰ型高濃度層２を周囲に設けられたＮ型高濃度層（Ｎ＋層）で、電気的に高ゲインを有する層であり、半導体基板１の表面にＰ型高濃度層２を包囲するように設けられる。従ってこのＮ型高濃度層３は、表面から観察した形状はロ字状を成し、深さ１乃至２μｍに燐（Ｐ）を不純物濃度１×１０^２０ｃｍ^−３程度に拡散して構成している。このＮ型高濃度層３は、不所望の光に対する感度を低減するとともに、ｎ型の電極を取り出すために設けたものである。
【００１０】
この半導体の表面には、表面保護と反射防止のために二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等からなる絶縁被膜７が設けられている。そして、この絶縁膜７の上にはアルミニウムからなる電極８１、８２が設けられ、絶縁膜７に設けられた透孔を介して各層とオーミック接触が取られている。なお、Ｐ型高濃度層２に接続されている電極８２は、素子表面の外周に沿って、Ｎ型高濃度層３の表面上方を覆う様に、略ロ字状に設けられている。
【００１１】
以上の説明が受光素子に関する部分であり、ＰｉＮホトダイオードを構成している。受光素子とその受光素子の信号を受ける集積回路素子９０は、フレームに載置され、配線手段９１、９２で配線される。
【００１２】
４は銅、鉄、アルミニウム若しくはこれらの合金からなるフレームで、必要に応じて錫メッキなどが施されており、受光素子の載置部には凹部４１を有している。この例では受光素子の載置部近傍に受光素子の側面と対向するような導電性壁を有する様に、凹部４１の深さを受光素子の高さとほぼ同じに設けてある。５は、フレーム４の載置部に受光素子の底面を固着する絶縁性の接着剤である。Ｐ型高濃度層（Ｐ＋層）２をシールド層とし、受光素子をシールドで覆う様に構成するため、両者をワイヤボンド線などの配線手段９２で接続する。
【００１３】
このように構成することによって、製造においては金属ネットなどは必要とせず、組立て容易であり、表面電極により不所望に要領の大きいコンデンサは形成されず、到達距離と雑音発生距離を測定した結果、良好な結果が得られた。ここに到達距離とは、一定の光出力のリモコンを用い、準備した受光装置をユニットにしてセットしたテレビ装置が、リモコンの信号を受け付けて正常に動作する最大離隔距離のことで、１０ｃｍ単位で測定した。また雑音発生距離とは、準備した受光装置に電源を与えて出力をモニターできる状態のユニットとし、テレビ装置とインバータ螢光灯のノイズを発生する家庭用機器に順次近接させ、出力に雑音成分が現れたときの機器と受光素子ユニットの距離をいう。
【００１４】
光特性について具体的に説明する。受光素子ユニットは、受光素子の上に金属ネットを配置したいわゆる従来の受光素子ユニットＡと、上述した実施例のうちフレーム４に凹部を持たないで受光素子側面がフレームから露出した受光素子ユニットＢと、上述した実施例通りの受光素子ユニットＣで比較した。１ロット５０個のテレビ用リモコンセットの受光素子ユニット５ロットずつにおいて、到達距離と雑音発生距離を測定した。到達距離は、従来のＡが最も遠く、最大のもので９ｍであり、Ｂ、Ｃはほとんど同じで、５ロット平均は５．４ｍ、５．６ｍであった。それに対して、雑音発生距離は、従来のＡと本発明実施例のＣが共に０ｍｍであり、Ｂは４〜２５ｍｍであった。従って、ユニットＢを従来と比較すると組立て工程・歩留まりが良好な上実用上問題がなく、本発明実施例のユニットＣにおいては、製造上も有利なだけでなく、光特性上もきわめて優れたものと言える。
【００１５】
更にＰ型高濃度層２は受光面を形成するものであるが、Ｐ型高濃度層以外からの生成キャリアが拡散により光電流として寄与してしまい、応答性が悪くなる。例えば矩形波の光信号が入射した場合、受光部で生成したキャリアによる光電流波形は光信号に追従した形となるが、受光部以外で生成されたキャリアは、拡散により光電流として寄与するため、拡散速度分、入射光信号に対して遅れることとなる。従って受光素子の出力としては、入射光信号の立ち上がりに対しては追従するものの、立ち下がりに対しては波形なまりが生じる。さらに受光面の周辺の遮光性電極との境界では遮光できない部分が広がり、漏れ電流が発生することがあった。
【００１６】
そこで図２ａに示すように、先の例と同程度の不純物濃度の低いＮ型の半導体基板１の表面にＰ型高濃度層２を設けるとともに、裏面に基板と同導電型の高濃度層１１を形成する。そしてＰ型高濃度層（Ｐ＋層）２の周辺にＰ型高濃度層２と離れて別のＰ型高濃度層（Ｐ＋層）６を設ける。さらに、その周囲に設けたＰ型高濃度層６の上方を、遮光性の電極８３で覆う。保護膜７は先の実施例と同様であるが、フレーム４には導電性の接着剤５１を用いる。そして、半導体基板１の裏面と受光部であるＰ型高濃度層２の間に所定の電圧を印加し、さらに半導体基板１のの裏面と周辺のＰ型高濃度層６の間に同じ電圧を印加する。これらの電圧印加は、受光部であるＰ型高濃度層２の電圧印加は光出力を得るためのものであるから、別途Ｐ型高濃度層６にバイアス印加するのが好ましい。
【００１７】
このようにすることで、例えば矩形波の光信号が入射した場合、受光素子の出力としては、入射光信号の立ち上がりに対しては追従し、立ち下がりに対しても波形なまりがきわめて少なくなった。また、図２ｂに示すように、受光素子の表面位置において、遮光電極の下側における感度がシャープとなり、従来破線のように広がっていた相対感度が、実線で示す特性のように受光領域で鋭敏となり、応答特性も光入力の強さによく追従した。また受光素子の載置部近傍に受光素子の側面と対向するように設けられたフレーム４の導電性壁は低くてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上の如く、受光面を電磁シールドとし、側面を金属フレームで覆ったので、生産性がよく、ノイズに強く、高速で高光感度の受光素子が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の受光素子の側面断面図ａと平面図ｂである。
【図２】他の実施例の受光素子の側面断面図ａと特性図ｂである。
【符号の説明】
１半導体基板
２Ｐ型高濃度層（Ｐ＋層）
３Ｎ型高濃度層
４フレーム
５接着剤

Claims

半導体基板の表面に設けられたＰ型高濃度層からなる受光面を有した受光素子と、その受光素子の載置部近傍に受光素子の側面と対向するような導電性壁を有したフレームと、該フレームの載置部に前記受光素子の底面を固着する絶縁性の接着剤と、前記フレームとＰ型高濃度層とをグランド電位に接続する配線手段を具備したことを特徴とする受光装置。