JP4951552B2 - 半導体光検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体光検出装置に関する。

半導体光検出装置として、第１導電型の半導体基板の表層部に第２導電型の半導体領域が形成された第１の受光部（フォトダイオード）と、半導体基板の他の表層部に第２導電型の半導体領域が形成された第２の受光部とを有する半導体受光素子と、第１及び第２の受光部の出力の差を演算する信号処理回路とを備えているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された半導体光検出装置では、第２の受光部における第２導電型の半導体領域の下層部に高濃度の第１導電型の不純物層が形成されているため、第１の受光部における空乏層と第２の受光部における空乏層との形成位置が異なり、第１及び第２の受光部がそれぞれ異なる波長成分の光を検出するように構成されている。これにより、特許文献１に記載された半導体光検出装置では、特定波長成分の光を検出することが可能となる。
特開平２−２４０５３１号公報

ところで、特許文献１に記載された半導体光検出装置に対し、特定波長成分の検出精度の更なる向上が望まれている。特許文献１に記載された半導体光検出装置（半導体受光素子）では、半導体基板での厚さ方向における、第１の受光部における空乏層が形成される位置と第２の受光部における空乏層が形成される位置とが異なるため、第１の受光部にて感度を有することとなる波長領域と、第２の受光部にて感度を有することとなる波長領域とが異なってしまう。このため、例えば、空乏層が半導体基板の深い位置で形成される受光部では、短波長成分の検出が十分ではなく、第１の受光部と第２の受光部とで短波長成分の感度を揃えることが難しくなる。したがって、上述したように特定波長成分を検出する場合等において、検出精度の向上には限界があった。

そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数のフォトダイオードにおける入射光の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることが可能な半導体光検出装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体光検出装置は、互いに対向する第１及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、半導体基板の第１の主面側に並んで配置されていると共に、半導体基板との接合によりフォトダイオードをそれぞれ構成する第２導電型の第１及び第２の半導体領域と、を備え、半導体基板には、第２の主面と第１の半導体領域との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、改質領域が形成されており、半導体基板における第２の主面と第２の半導体領域との間には、改質領域が形成されていないことを特徴とする。

本発明に係る半導体光検出装置では、半導体基板の第２の主面と第１の半導体領域との間に改質領域が形成されており、第２の主面と第２の半導体領域との間には改質領域が形成されていない。この場合、入射光の特定波長成分によって第２の主面と改質領域との間において発生するキャリアは、改質領域によりトラップされ、再結合することにより消滅するため、第１の半導体領域におけるフォトダイオードにおいて、入射光の特定波長成分の検出が抑制されることとなる。一方で、入射光の特定波長成分によって半導体基板の第２の主面と第２の半導体領域との間において発生するキャリアは、改質領域によりトラップされず、第２の半導体領域のフォトダイオードにおいて入射光の特定波長成分が抑制されることなく検出されることとなる。従って、それぞれのフォトダイオードにおける入射光の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることができる。

本発明に係る半導体光検出装置は、互いに対向する第１及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、半導体基板の第１の主面側に並んで配置されていると共に、半導体基板との接合によりフォトダイオードをそれぞれ構成する第２導電型の第１及び第２の半導体領域と、を備え、半導体基板には、第２の主面と第１及び第２の半導体領域との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、改質領域がそれぞれ形成されており、形成された改質領域の態様は、第２の主面と第１の半導体領域との間に形成された改質領域と、第２の主面と第２の半導体領域との間に形成された改質領域とで異なっていることを特徴とする。

本発明に係る半導体光検出装置では、半導体基板の第２の主面と、第１及び第２の各半導体領域とのそれぞれの間において改質領域が形成されており、形成された改質領域の態様は、第２の主面と第１の半導体領域との間に形成された改質領域と、第２の主面と第２の半導体領域との間に形成された改質領域とで異なっている。この場合、それぞれの半導体領域側の改質領域は、入射光における互いに異なる波長成分によって発生するキャリアをトラップするため、それぞれのフォトダイオードにおいて互いに異なる波長成分が検出されることとなる。従って、それぞれのフォトダイオードにおける入射光の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることができる。

また、改質領域は、第２の主面と第１の半導体領域との間と、第２の主面と第２の半導体領域との間とで、それぞれ複数形成されており、第２の主面と第１の半導体領域との間に形成された複数の改質領域の第１の主面からの深さと、第２の主面と第２の半導体領域との間に形成された複数の改質領域の第１の主面からの深さとが、互いに異なるように設定されていることが好ましい。この場合、第１の主面から深い位置に形成された複数の改質領域は、第１の主面から浅い位置に形成された複数の改質領域に比べて、入射光のより長波長側の波長成分によって発生するキャリアをトラップするため、それぞれのフォトダイオードにおいて互いに異なる波長成分が検出されることとなる。従って、それぞれのフォトダイオードにおける入射光の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることができる。

また、改質領域は、第２の主面と第１の半導体領域との間と、第２の主面と第２の半導体領域との間とで、それぞれ複数形成されており、第２の主面と第１の半導体領域との間に形成された複数の改質領域の間隔と、第２の主面と第２の半導体領域との間に形成された複数の改質領域の間隔とが、互いに異なるように設定されていることとが好ましい。この場合、第２の主面と改質領域との間において入射光の特定波長成分によって発生するキャリアは、間隔が狭く設定されている複数の改質領域において多くがトラップされ、間隔が広く設定されている複数の改質領域において少量がトラップされることとなる。従って、それぞれのフォトダイオードにおける入射光の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることができる。

また、半導体基板と第１の半導体領域との接合の第１の主面からの深さと、半導体基板と第２の半導体領域との接合の第１の主面からの深さとは、互いに等しく設定されていることが好ましい。

また、第１の半導体領域に電気的に接続されている第１の電極と、第２の半導体領域に電気的に接続されている第２の電極と、第１及び第２の電極が接続されると共に、第１及び第２のフォトダイオードからの入力信号の差分を出力する信号処理回路と、をさらに備えていることが好ましい。

本発明によれば、複数のフォトダイオードにおける入射光の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることが可能な半導体光検出装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１〜図４を参照して、第１実施形態に係る半導体光検出装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る半導体光検出装置の平面図である。図２は、図１に示した半導体光検出装置のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図２に示した半導体光検出装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、信号処理回路を備える第１実施形態に係る半導体光検出装置の回路図である。

図１に示すように、半導体光検出装置１は、ｎ型（第１導電型）の半導体基板３と、絶縁層４と、第１及び第２のｐ型（第２導電型）半導体領域５ａ，５ｂと、ｎ型半導体領域７と、第１及び第２のアノード電極（第１及び第２の電極）９ａ，９ｂと、カソード電極１１と、を備えている。以下の説明においては、光Ｌ１の入射面を表面（第１の主面）３ａとし、その反対側の面を裏面（第２の主面）３ｂとしている。

半導体基板３は、半導体材料（例えば、Ｓｉ（シリコン）等）によって略正方形状に形成されており、厚さが例えば３００μｍである。半導体基板３は、不純物（例えば、リン等）を含み、その濃度は例えば１×１０^１２〜１×１０^１６／ｃｍ^３のｎ型半導体である。半導体基板３は、内部の所定位置に後述する複数の改質領域２０を有している。

絶縁層４は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）又はシリコン窒化物（ＳｉＮ）からなり、半導体基板３の表面３ａ上に形成されている。絶縁層４は、表面３ａを保護するための保護膜として機能する。

第１のｐ型半導体領域５ａは、半導体材料（例えば、Ｓｉ等）によって矩形状に形成されており、厚さが例えば０．５μｍである。第１のｐ型半導体領域５ａは、不純物（例えば、ボロン等）を拡散又はイオン注入することにより含んでおり、その濃度は例えば１×１０^１５〜１×１０^１８／ｃｍ^３である。第１のｐ型半導体領域５ａは、半導体基板３の表面３ａ側における略半分側の領域の中央に形成されており、半導体基板３との第１のｐｎ接合１３ａにより第１のフォトダイオード１５ａを構成している。第１のｐｎ接合１３ａは、電圧が印加され、半導体基板３に空乏層が広がることにより第１のフォトダイオード１５ａの光感応領域として機能する。

また、第２のｐ型半導体領域５ｂは、第１のｐ型半導体領域５ａと並んで配置されている。第２のｐ型半導体領域５ｂは、半導体基板３の表面３ａ側における第１のｐ型半導体領域５ａと反対側の略半分の領域の中央に形成されている。第２のｐ型半導体領域５ｂは、半導体基板３との第２のｐｎ接合１３ｂにより第２のフォトダイオード１５ｂを構成している。第２のｐｎ接合１３ｂは、電圧が印加され、半導体基板３に空乏層が広がることにより第２のフォトダイオード１５ｂの光感応領域として機能する。第１及び第２のｐｎ接合１３ａ，１３ｂから広がる空乏層の表面３ａからの深さは、互いに等しく設定されている。第２のｐ型半導体領域５ｂは、その他の点では第１のｐ型半導体領域５ａと同様である。

ｎ型半導体領域７は、半導体材料（例えば、Ｓｉ等）からなり、厚さが例えば１μｍである。ｎ型半導体領域７は、不純物（例えば、リン等）を拡散又はイオン注入することにより含んでおり、その濃度は例えば１×１０^１２〜１×１０^１６／ｃｍ^３である。ｎ型半導体領域７は、半導体基板３の表面３ａ側において、第１のｐ型半導体領域５ａと離隔して、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂのそれぞれの外周を囲むように形成されている。

第１及び第２のアノード電極９ａ，９ｂは、金属材料（例えば、Ａｌ又はＡｕ等）からなり、例えばスパッタ法又は蒸着法等によって矩形状に形成されている。第１及び第２のアノード電極９ａ，９ｂは、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂの形成位置に対応する絶縁層４上において、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂの外側の長辺に沿ってそれぞれ形成されている。第１及び第２のアノード電極９ａ，９ｂは、絶縁層４に設けられたコンタクトホールを介して、それぞれ第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂと電気的に接続されている。

カソード電極１１は、金属材料（例えば、Ａｌ又はＡｕ等）からなり、例えばスパッタ法又は蒸着法等によって矩形状に形成されている。カソード電極１１は、ｎ型半導体領域７の形成位置に対応する絶縁層４上において、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂのそれぞれの短辺の略半分に重なるように形成されている。カソード電極１１は、絶縁層４に設けられたコンタクトホールを介して、ｎ型半導体領域７と電気的に接続されている（図示せず）。

次に、図２及び図３を用いて、改質領域２０について説明する。改質領域２０は、図２に示すように、半導体基板３の裏面３ｂと第１のｐ型半導体領域５ａとの間における表面３ａから所定の深さ位置（例えば、２０〜５０μｍ）に複数形成されている。改質領域２０は、第１のｐｎ接合１３ａから半導体基板３に広がる空乏層の外側に形成されている。複数の改質領域２０は、断面が深さ方向に長軸を有する楕円状を呈していると共に、短軸方向の幅が例えば３μｍに形成されている。

複数の改質領域２０の形状は、図３に示すように、例えば半導体基板３の側面と略平行な長手方向及び該長手方向に直交する短手方向を有している。複数の改質領域２０は、第１のｐ型半導体領域５ａ側の略全面において、隣接する改質領域２０同士が連続して格子状に形成されている。格子状の改質領域２０は、例えば第１のｐ型半導体領域５ａの長辺方向と略平行な８本の直線からなる部分と、第１のｐ型半導体領域５ａの短辺方向と略平行な１５本の直線からなる部分とによって構成されている。複数の改質領域２０のうち互いに隣接している改質領域２０の間隔Ｐ１は、例えば１００μｍに設定されている。改質領域２０は、後述するように表面３ａから所定の深さ位置に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって、例えば多光子吸収により形成されている。なお、集光点Ｆとはレーザ光Ｌａが集光した箇所のことである。

以上の構成を有する半導体光検出装置１は、次の動作を行う。半導体光検出装置１の表面３ａ側から光Ｌ１が入射すると、光Ｌ１は絶縁層４を透過し、半導体基板３、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂ及びｎ型半導体領域７に達する。そして、光Ｌ１における各波長成分によって発生するキャリアが、半導体基板３、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂ及びｎ型半導体領域７の内部における電界に従って拡散する。

半導体基板３の裏面３ｂと改質領域２０との間の部分において光Ｌ１によって発生するキャリアは、当該部分を拡散している間に改質領域２０に達して、改質領域２０にトラップされることとなる。改質領域２０にトラップされたキャリアは、その後、再結合して消滅する。一方、第１のｐ型半導体領域５ａと改質領域２０との間の部分、又は半導体基板３の裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ａとの間の部分にて発生し、第１及び第２のｐｎ接合１３ａ，１３ｂに達したキャリアは、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂにて光電流として検出され、第１及び第２のアノード電極９ａ，９ｂから外部に取り出される。この光電流により、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂは、光Ｌ１の光波長成分に応じた電気信号をそれぞれ出力することとなる。

続いて、図４を用いて、半導体光検出装置１が備える信号処理回路２１について説明する。図４に示すように、カソード電極１１は、電源電圧源Ｖ_ＣＣに接続されており、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂは、電源電圧源Ｖ_ＣＣによりそれぞれ逆バイアス電圧が印加される。信号処理回路２１は、第１のフォトダイオード１５ａの第１のアノード電極９ａが接続されている入力端子２２ａと、第２フォトダイオード１５ｂの第２のアノード電極９ｂが接続されている入力端子２２ｂとを備えている。

従って、第１及び第２フォトダイオード１５ａ，１５ｂの出力は、第１及び第２のアノード電極９ａ，９ｂを介して信号処理回路２１に入力される。信号処理回路２１は、これらの入力信号の差分を演算し、出力端子２３から出力する。なお、第１及び第２のアノード電極９ａ，９ｂは、それぞれ入力端子２２ａ，２２ｂと接続されていると共に、抵抗２４ａ，２４ｂをそれぞれ介して接地されている。

次に、図５を用いて、多光子吸収により改質領域２０を形成するためのレーザ加工方法について説明する。図５は、レーザ加工方法を示す断面図である。

まず、多光子吸収について簡単に説明する。光子のエネルギーｈνが、材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇよりも小さい場合、光学的に透明となる。よって、ｈν＞Ｅ_Ｇである場合には、材料に吸収が生じる。しかし、光学的に透明であっても、レーザ光の強度を非常に大きくした場合には、ｎｈν＞Ｅ_Ｇの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）において材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まる。

改質領域２０は、半導体光検出装置１において改質領域２０を除く部分が形成されている構成を有する加工対象物２５に形成された形成予定ライン（図示せず）に沿って、レーザ光Ｌａの集光点Ｆを相対移動させることにより形成される。形成予定ラインは、直線状に延びた仮想線であり、各改質領域２０の形成位置に対応するように、例えば加工対象物２５の裏面３ｂに形成されている。

レーザ光Ｌａを多光子吸収が生じる条件に設定し、図４に示すように、加工対象物２５における表面３ａから所定の深さ位置に対し、例えば加工対象物２５の裏面３ｂよりレーザ光Ｌａの集光点Ｆを合わせる。改質領域２０は、集光点Ｆより加工対象物２５の裏面３ｂ側に向かって拡がることにより、断面が深さ方向に長軸を有する楕円状を呈して形成される。

次に、改質領域２０の形状が長手方向及び該長手方向に直交する短手方向を有するように、集光点Ｆを上述の形成予定ラインに沿って相対移動させる。また、隣接する改質領域２０同士が連続して格子状に形成されるように、表面３ａ及び半導体基板３の側面と略平行に集光点Ｆを半導体基板３の各側面まで相対移動させる。この際、複数の改質領域２０のうち互いに隣接している部分の間隔Ｐ１が１００μｍとなるように集光点Ｆを相対移動させる。以上により、図２及び図３に示されるような改質領域２０が形成される。

第１実施形態に係るレーザ加工では、加工対象物２５がレーザ光Ｌａを吸収することにより加工対象物２５を発熱させて改質領域２０を形成するのではない。加工対象物２５にレーザ光Ｌａを透過させ加工対象物２５の内部に多光子吸収を発生させて改質領域２０を形成している。よって、加工対象物２５の裏面３ｂではレーザ光Ｌａがほとんど吸収されないので、加工対象物２５の裏面３ｂが溶融することはない。

第１実施形態において多光子吸収により形成される改質領域２０の一つの例として、溶融処理領域がある。

この場合には、レーザ光を加工対象物２５の内部に集光点Ｆを合わせて、集光点Ｆにおける電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。これにより、加工対象物２５の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により、加工対象物２５の内部に溶融処理領域が形成される。

溶融処理領域とは、一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくともいずれか一つを意味する。溶融処理領域は、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。溶融処理領域は、単結晶構造、非晶質構造又は多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物２５がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１〜２００ｎｓが好ましい。

以上のレーザ加工により、図１及び図２に示すような構成の半導体光検出装置１が得られる。

以上のように、第１実施形態では、半導体基板３の裏面３ｂと第１のｐ型半導体領域５ａとの間に改質領域２０が形成されており、裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ｂとの間には改質領域２０が形成されていない。この場合、光Ｌ１の特定波長成分によって裏面３ｂと改質領域２０との間において発生するキャリアは、改質領域２０によりトラップされ、再結合することにより消滅するため、第１のフォトダイオード１５ａにおいて光Ｌ１の特定波長成分の検出が抑制されることとなる。一方で、光Ｌ１の特定波長成分によって半導体基板３の裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ｂとの間において発生するキャリアは、改質領域２０によりトラップされず、第２のフォトダイオード１５ｂにおいて光Ｌ１の特定波長成分が抑制されることなく検出されることとなる。従って、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂにおける光Ｌ１の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることができる。

第１実施形態では、第１のｐ型半導体領域５ａに電気的に接続されている第１のアノード電極９ａと、第２のｐ型半導体領域５ｂに電気的に接続されている第２のアノード電極９ｂと、第１及び第２のアノード電極９ａ，９ｂが接続されると共に、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂからの入力信号の差分を出力する信号処理回路２１と、を備えている。これにより、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂの分光感度特性の相違に基づいて、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂからの入力信号の差分を信号処理回路２１により演算することによって、光Ｌ１の特定波長成分を検出することができる。

［第２実施形態］
次に、図６に基づいて、第２実施形態に係る半導体光検出装置３１について説明する。図６は、第２実施形態に係る半導体光検出装置の断面図である。半導体光検出装置３１は、改質領域２０の構成の点で上述した半導体光検出装置１と異なる。

半導体光検出装置３１における改質領域２０は、図６に示すように、裏面３ｂと第１のｐ型半導体領域５ａとの間に形成された複数の改質領域２０の表面３ａからの深さと、裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ｂとの間に形成された複数の改質領域２０の表面３ａからの深さとが、互いに異なるように設定されている。半導体基板３の裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ｂとの間の改質領域２０は、表面３ａから所定の深さ位置（例えば、１２５〜１５５μｍ）に複数形成されている。第２のｐ型半導体領域５ｂ側の改質領域２０は、第２のｐｎ接合１３ｂから半導体基板３に広がる空乏層の外側に形成されている。第２のｐ型半導体領域５ｂ側の複数の改質領域２０の間隔Ｐ２は、例えば第１のｐ型半導体領域５ａ側の複数の改質領域２０の間隔Ｐ１と等しく設定されている。その他の点については、半導体光検出装置１と同様である。

以上のように、第２実施形態では、第１のｐ型半導体領域５ａと半導体基板３の裏面３ｂとの間に形成された複数の改質領域２０は、表面３ａから浅い位置に形成されており、第２のｐ型半導体領域５ｂと裏面３ｂとの間に形成された複数の改質領域２０は、表面３ａから深い位置に形成されている。この場合、第２のｐ型半導体領域５ｂ側の複数の改質領域２０は、第１のｐ型半導体領域５ａ側の複数の改質領域２０に比べて、光Ｌ１の長波長側の波長成分によって発生するキャリアをトラップするため、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂにおいて互いに異なる波長成分が検出されることとなる。従って、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂにおける光Ｌ１の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることができる。

［第３実施形態］
次に、図７に基づいて、第３実施形態に係る半導体光検出装置４１について説明する。図７は、第３実施形態に係る半導体光検出装置の断面図である。半導体光検出装置４１は、改質領域２０の構成の点で上述した半導体光検出装置１と異なる。

半導体光検出装置４１における改質領域２０は、図７に示すように、半導体基板３の裏面３ｂと第１のｐ型半導体領域５ａとの間の複数の改質領域２０の間隔Ｐ１と、裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ｂとの間の複数の改質領域２０の間隔Ｐ２とは、互いに異なるように設定されている。この場合、第２のｐ型半導体領域５ｂ側の複数の改質領域２０は、例えば第２のｐｎ接合１３ｂから半導体基板３に広がる空乏層の外側において、互いに隣接している部分の間隔Ｐ２が例えば５０μｍに設定されている。裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ｂとの間の複数の改質領域２０は、例えば裏面３ｂと第１のｐ型半導体領域５ａとの間の複数の改質領域２０の表面３ａからの深さ位置が等しく設定されている。その他の点については、半導体光検出装置１と同様である。

以上のように、第３実施形態では、半導体基板３の裏面３ｂと第２のｐ型半導体領域５ｂとの間に形成された複数の改質領域２０の間隔Ｐ２は、裏面３ｂと第１のｐ型半導体領域５ａとの間に形成された複数の改質領域２０の間隔Ｐ１よりも狭く設定されている。この場合、裏面３ｂと複数の改質領域２０との間において光Ｌ１の特定波長成分によって発生するキャリアは、第２のｐ型半導体領域５ｂ側の複数の改質領域２０において多くがトラップされ、第１のｐ型半導体領域５ａ側の複数の改質領域２０において少量がトラップされることとなる。従って、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂにおける光Ｌ１の特定波長成分の分光感度特性のみを選択的に異ならせることができる。

ところで、本発明の実施形態に係る半導体光検出装置１，３１，４１では、半導体基板３の表面３ａから所望の深さ位置に改質領域２０を形成することによって、第１及び第２のフォトダイオード１５ａ，１５ｂにおいて所望の分光感度特性を得ることができる。図８は、改質領域の半導体基板の表面からの深さ位置が異なる場合における、本発明の実施形態に係る半導体光検出装置の分光感度特性の一例を示す図である。図８中において、縦軸、横軸はそれぞれ分光感度、光の波長を示しており、「ＱＥ＝１００％」は、量子効率が１００％となる分光感度特性を示す。

図８に示すように、改質領域２０の表面３ａからの深さ位置が２０〜５０μｍの場合には、長波長成分（８００〜１２００ｎｍ）の分光感度が顕著に抑制されている。すなわち、第１又は第２のｐｎ接合１３ａ，１３ｂに近い位置に改質領域２０を形成すればするほど、光Ｌ１におけるより短波長側の波長成分に起因する分光感度が抑制される。

図９は、本発明の実施形態に係る半導体光検出装置における二つのフォトダイオードの出力及び信号処理回路の出力についての波長依存性の一例を示す図である。図中において、第１のフォトダイオード１５ａの出力Ａ１と、第２のフォトダイオード１５ｂの出力Ａ２と、信号処理回路２１の出力（Ａ２−Ａ１）と、についての波長依存性が示されている。図中において、「ＱＥ＝１００％」は、上述と同様である。

図９に示すように、出力Ａ１は、長波長成分（８００〜１２００ｎｍ）の分光感度が抑制された出力が得られており、出力Ａ１及び出力Ａ２は、短波長成分（３００〜６００ｎｍ）の分光感度が略等しい出力が得られている。このため、信号処理回路２１の出力（Ａ２−Ａ１）は、中心波長９８０ｎｍをピークとした出力が得られていると共に、短波長成分に起因するノイズが低減されている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、半導体基板３の表面３ａ側に形成されているｐ型半導体領域は、二つ（第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂ）であることに限られず、三つ以上のｐ型半導体領域が形成されていてもよい。

複数の改質領域２０は、数、形状、半導体基板３の表面３ａからの深さ位置、断面における短軸方向の幅、互いに隣接している部分の間隔Ｐ１，Ｐ２は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、複数の改質領域２０は、それぞれが所定の方向に伸びて直線状に形成されていてもよい。改質領域２０は、半導体基板３の裏面３ｂと、第１及び第２の各ｐ型半導体領域５ａ，５ｂとのそれぞれの間に形成されている限り、半導体基板３の側面に至るまで形成されていなくてもよい。

半導体基板３の裏面３ｂと、第１及び第２の各ｐ型半導体領域５ａ，５ｂとのそれぞれの間において、改質領域２０の表面３ａからの深さ位置及び複数の改質領域２０のうち互いに隣接している部分の間隔Ｐ１，Ｐ２は、いずれもが互いに異なるように設定されていてもよい。改質領域２０は、半導体基板３の裏面３ｂよりレーザ光Ｌａを照射することによって形成されていることに限定されるものではなく、表面３ａからレーザ光Ｌａを照射することによって形成されていてもよい。改質領域２０は、多光子吸収以外によって改質されて形成されていてもよい。

半導体基板３、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂ、及びｎ型半導体領域７の材料、形状、厚さ、不純物濃度及び不純物の種類は、上述した実施形態に限定されるものではない。半導体基板３、第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂ、及びｎ型半導体領域７は、上述した実施形態とは逆の導電型となる不純物を含んでいてもよい。

半導体基板３は、Ｓｉによって形成されていることに限定されるものではなく、例えば半導体基板３と第１及び第２のｐ型半導体領域５ａ，５ｂが同一の化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ又はＧａＳｂ等）によって形成されていてもよい。また、例えば半導体基板３と半導体基板３の表面３ａ上に形成された半導体層とが異なる化合物半導体によって形成されていてもよく、この場合には、半導体基板３及び当該半導体層のヘテロ接合と、半導体基板３の裏面３ｂとの間に改質領域２０が形成される。

第１及び第２のｐｎ接合１３ａ，１３ｂから広がる空乏層の表面３ａからの深さは、互いに等しく設定されていることに限定されるものではない。例えば、第１のｐｎ接合１３ａの表面３ａからの深さと第２のｐｎ接合１３ｂの表面３ａからの深さを異なるように設定することにより、第１及び第２のｐｎ接合１３ａ，１３ｂから広がる空乏層の表面３ａからの深さを異ならせてもよい。

第１実施形態に係る半導体光検出装置の平面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 信号処理回路を備えた第１実施形態に係る半導体光検出装置の回路図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法を示す図である。 第２実施形態に係る半導体光検出装置の断面図である。 第３実施形態に係る半導体光検出装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体光検出装置の分光感度特性の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る半導体光検出装置における二つのフォトダイオードの出力及び信号処理回路の出力についての波長依存性の一例を示す図である。

符号の説明

１，３１，４１…半導体光検出装置、３…ｎ型（第１導電型）の半導体基板、３ａ…半導体基板の表面（第１の主面）、３ｂ…半導体基板の裏面（第２の主面）、５ａ，５ｂ…第１及び第２のｐ型（第２導電型）半導体領域、９ａ，９ｂ…第１及び第２のアノード電極（第１及び第２の電極）、１３ａ，１３ｂ…第１及び第２のｐｎ接合、１５ａ，１５ｂ…第１及び第２のフォトダイオード、２０…改質領域、２１…信号処理回路、Ｆ…集光点、Ｌａ…レーザ光、Ｐ１，Ｐ２…互いに隣接している改質領域の間隔、Ｌ１…光。

Claims (6)

1. 互いに対向する第１及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の第１の主面側に並んで配置されていると共に、前記半導体基板との接合によりフォトダイオードをそれぞれ構成する第２導電型の第１及び第２の半導体領域と、を備え、
   前記半導体基板には、前記第２の主面と前記第１の半導体領域との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、改質領域が形成されており、
   前記半導体基板における前記第２の主面と前記第２の半導体領域との間には、改質領域が形成されていないことを特徴とする半導体光検出装置。
2. 互いに対向する第１及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の第１の主面側に並んで配置されていると共に、前記半導体基板との接合によりフォトダイオードをそれぞれ構成する第２導電型の第１及び第２の半導体領域と、を備え、
   前記半導体基板には、前記第２の主面と前記第１及び第２の半導体領域との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、改質領域がそれぞれ形成されており、
   形成された前記改質領域の態様は、前記第２の主面と前記第１の半導体領域との間に形成された前記改質領域と、前記第２の主面と前記第２の半導体領域との間に形成された前記改質領域とで異なっていることを特徴とする半導体光検出装置。
3. 前記改質領域は、前記第２の主面と前記第１の半導体領域との間と、前記第２の主面と前記第２の半導体領域との間とで、それぞれ複数形成されており、
   前記第２の主面と前記第１の半導体領域との間に形成された複数の前記改質領域の前記第１の主面からの深さと、前記第２の主面と前記第２の半導体領域との間に形成された複数の前記改質領域の前記第１の主面からの深さとが、互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項２記載の半導体光検出装置。
4. 前記改質領域は、前記第２の主面と前記第１の半導体領域との間と、前記第２の主面と前記第２の半導体領域との間とで、それぞれ複数形成されており、
   前記第２の主面と前記第１の半導体領域との間に形成された複数の前記改質領域の間隔と、前記第２の主面と前記第２の半導体領域との間に形成された複数の前記改質領域の間隔とが、互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項２記載の半導体光検出装置。
5. 前記半導体基板と前記第１の半導体領域との前記接合の前記第１の主面からの深さと、前記半導体基板と前記第２の半導体領域との前記接合の前記第１の主面からの深さとは、互いに等しく設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体光検出装置。
6. 前記第１の半導体領域に電気的に接続されている第１の電極と、
   前記第２の半導体領域に電気的に接続されている第２の電極と、
   前記第１及び第２の電極が接続されると共に、第１及び第２の前記フォトダイオードからの入力信号の差分を出力する信号処理回路と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体光検出装置。
   

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