JPH01107579A - 光検知素子 - Google Patents
光検知素子Info
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- JPH01107579A JPH01107579A JP62265107A JP26510787A JPH01107579A JP H01107579 A JPH01107579 A JP H01107579A JP 62265107 A JP62265107 A JP 62265107A JP 26510787 A JP26510787 A JP 26510787A JP H01107579 A JPH01107579 A JP H01107579A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 18
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 −
本発明は、ＰＮ接合もしくはショットキー接合を有する
半導体基板への光の侵入により生ずる光電流を利用した
光検知素子に関する。
半導体基板への光の侵入により生ずる光電流を利用した
光検知素子に関する。
従来、光検知素子を応用した装置は、多く実用化されて
いる。それらはいずれも半導体基板にＰＮ接合もしくは
ショットキー接合を形成し、その空乏層での内部電界で
光励起キャリアを電子と正孔に分離するという手法をと
っている。したがって、空乏層からの距離が拡散長より
小さい領域で生成されたキャリアは、光電流に寄与する
。半４体基板がシリコンの場合、光吸収係数の波長依存
性は第２図に示すとおりであるので、光がシリコンキャ
リア内を侵入する距離は、第３図９ような波長依存性を
有する。ここで、侵入距離としては光の強度が１／ｅに
減衰する距離をとっている。
いる。それらはいずれも半導体基板にＰＮ接合もしくは
ショットキー接合を形成し、その空乏層での内部電界で
光励起キャリアを電子と正孔に分離するという手法をと
っている。したがって、空乏層からの距離が拡散長より
小さい領域で生成されたキャリアは、光電流に寄与する
。半４体基板がシリコンの場合、光吸収係数の波長依存
性は第２図に示すとおりであるので、光がシリコンキャ
リア内を侵入する距離は、第３図９ような波長依存性を
有する。ここで、侵入距離としては光の強度が１／ｅに
減衰する距離をとっている。
第３図より波長５００１の光はたかだか１−しか侵入し
ないが、波長８００ｎｓの光は１０ｍ、１０００ａｓの
光では５０μも侵入するということが分かる。したがっ
て、キャリアの拡散長が５０μ程度もある場合には、１
１００Ｇａという近赤外波長領域でも光検知素子は充分
感度をもっている。第４図に従来のシリコンフォトダイ
オードの分光感度曲線の一例を示す。
ないが、波長８００ｎｓの光は１０ｍ、１０００ａｓの
光では５０μも侵入するということが分かる。したがっ
て、キャリアの拡散長が５０μ程度もある場合には、１
１００Ｇａという近赤外波長領域でも光検知素子は充分
感度をもっている。第４図に従来のシリコンフォトダイ
オードの分光感度曲線の一例を示す。
近赤外波長領域でも充分感度を有していることが分かる
。
。
ところが、レンズを構成要素として含む光学系では、レ
ンズの色収差が７５０ｎｓより長波長の光で急激に大き
くなろため、この光学系に光検知素子を組み込んで使用
する場合、光検知素子に入射する光は７５０Ｉより長波
長をカントされたものでなければならない、これに対す
る方策として、光学系の光路上、光検知素子の前段に赤
外力ットフィルタを設置することが必要となるが、実際
には７５０〜Ｉ１．ＯＱｎｍの全波長範囲で有効にカッ
トできるフィルタが得にくいため、本波長範囲の光が一
部透過する。従って、この透過光の影響を実質的に受け
ないようにするためには、光検知素子の７５０ｎｕより
長波長域で感度を充分低（しなければならない。しかし
、従来の技術で形成されたシリコンフォトダイオードで
は、第４図に示すように１５０ｎ−より長波長域でも感
度があまり低下しないので、従来の光検知素子を用いた
ラインセンサで測距等の動作を行わせると、誤ワた距離
値を出す確率が高いという問題が生していた。
ンズの色収差が７５０ｎｓより長波長の光で急激に大き
くなろため、この光学系に光検知素子を組み込んで使用
する場合、光検知素子に入射する光は７５０Ｉより長波
長をカントされたものでなければならない、これに対す
る方策として、光学系の光路上、光検知素子の前段に赤
外力ットフィルタを設置することが必要となるが、実際
には７５０〜Ｉ１．ＯＱｎｍの全波長範囲で有効にカッ
トできるフィルタが得にくいため、本波長範囲の光が一
部透過する。従って、この透過光の影響を実質的に受け
ないようにするためには、光検知素子の７５０ｎｕより
長波長域で感度を充分低（しなければならない。しかし
、従来の技術で形成されたシリコンフォトダイオードで
は、第４図に示すように１５０ｎ−より長波長域でも感
度があまり低下しないので、従来の光検知素子を用いた
ラインセンサで測距等の動作を行わせると、誤ワた距離
値を出す確率が高いという問題が生していた。
本発明の目的は、上述の問題を解決し、近赤外波長領域
での感度が低減され、実質的にレンズの色収差の影響を
受けない光検知素子を提供することにある。
での感度が低減され、実質的にレンズの色収差の影響を
受けない光検知素子を提供することにある。
Ｃ問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成す名ために、本発明の光検知素子は、
半導体基板の光入射主表面から所定の距離以上の基板内
部に高密度の欠陥を有するものとする。
半導体基板の光入射主表面から所定の距離以上の基板内
部に高密度の欠陥を有するものとする。
半導体基板の光入射主表面からある程度内部に入った内
部に高密度の欠陥が存在することにより、近赤外波長領
域の光によって基板内部に生成したキャリアがその欠陥
により捕獲され再結合するため、光電流に寄与しなくな
る。
部に高密度の欠陥が存在することにより、近赤外波長領
域の光によって基板内部に生成したキャリアがその欠陥
により捕獲され再結合するため、光電流に寄与しなくな
る。
第１図は、本発明の一実施例を説明するための光信号処
理用半導体集積回路の要部構造断面図である０図におい
て、Ｎ型シリコン基板１には、表面側に２層２を形成し
図示しない部分でｔａを接触させることによりＰＮ接合
フォトダイオード、Ｐ型ソース・ドレイン領域３１と基
板上の酸化膜４を介してのゲート電極５を形成すること
によりＭＯＳトランジスタ、酸化膜４をはさむＰｊ！！
３２とり配＆ｉ６によりキャパシタが集積され、各素子
の間はフィールド酸化膜４１により分離されている。各
素子は、ＣＶＤ酸化膜４２で覆われ、光信号処理部は遮
光膜７で覆われている。さらに、本発明による高密度欠
陥層８は基板１の表面から５ｎの深さに上面が位置する
。
理用半導体集積回路の要部構造断面図である０図におい
て、Ｎ型シリコン基板１には、表面側に２層２を形成し
図示しない部分でｔａを接触させることによりＰＮ接合
フォトダイオード、Ｐ型ソース・ドレイン領域３１と基
板上の酸化膜４を介してのゲート電極５を形成すること
によりＭＯＳトランジスタ、酸化膜４をはさむＰｊ！！
３２とり配＆ｉ６によりキャパシタが集積され、各素子
の間はフィールド酸化膜４１により分離されている。各
素子は、ＣＶＤ酸化膜４２で覆われ、光信号処理部は遮
光膜７で覆われている。さらに、本発明による高密度欠
陥層８は基板１の表面から５ｎの深さに上面が位置する
。
以下に高密度欠陥層８の形成工程を説明する。
半導体基板１はＣＺ型（１００）面詰晶であり、酸素濃
度は２〜３×１０Ｉｓａａ４のものを使用する。まず、
１１００℃の高温で５００人厚０酸化膜４を成長させた
後、同温度＋ ＮＸ雰囲気で１時間熱処理を行う、続い
て４℃／分の降温速度で６５０℃まで温度を下げ、この
温度で１６時間熱処理する。さらに、再び２℃／分の昇
温速度でゆっくり温度を上げ、１１００℃までもってい
＜ 、 １１００℃では３０分間熱処理を加える。
度は２〜３×１０Ｉｓａａ４のものを使用する。まず、
１１００℃の高温で５００人厚０酸化膜４を成長させた
後、同温度＋ ＮＸ雰囲気で１時間熱処理を行う、続い
て４℃／分の降温速度で６５０℃まで温度を下げ、この
温度で１６時間熱処理する。さらに、再び２℃／分の昇
温速度でゆっくり温度を上げ、１１００℃までもってい
＜ 、 １１００℃では３０分間熱処理を加える。
最後に４℃／分の降温速度で８００℃まで温度を下げ、
この温度で半導体基板１を炉からな引き出す。
この温度で半導体基板１を炉からな引き出す。
ここで示した熱処理によってこの半導体基板内部には表
面より５Ｉｒｍの深さから酸素析出物が約１０４個／−
程度形成される。逆に、表面から５μまでの領域は欠陥
のほとんどない無欠陥領域となり、この領域で素子を形
成するとリーク電流の極めて少ないものが得られる。
面より５Ｉｒｍの深さから酸素析出物が約１０４個／−
程度形成される。逆に、表面から５μまでの領域は欠陥
のほとんどない無欠陥領域となり、この領域で素子を形
成するとリーク電流の極めて少ないものが得られる。
本発明での光信号処理用半導体集積回路は、上記高密度
欠陥形成工程を通した半導体基板１を出発材料とする０
本光信号処理用半導体集積回路は基本的にＭＯＳ型の半
導体装置であり、その製造プロセスは通常のＭＯＳプロ
セスである。すなわち、選択酸化法による素子分離用の
フィールド酸化膜４１形成、ポリシリコンゲート５の形
成、イオン注入法による自己整合的なＰ型ソース・ドレ
イン領域３１の形成、アルミニウム配線６の形成、ＣＶ
Ｄ酸化膜７、遮光ｌｌ１８の形成からなり、本発明によ
る光検知素子としてのＰＮ接合フォトダイオードの２層
２はソース・ドレイン領域と同時に形成する。
欠陥形成工程を通した半導体基板１を出発材料とする０
本光信号処理用半導体集積回路は基本的にＭＯＳ型の半
導体装置であり、その製造プロセスは通常のＭＯＳプロ
セスである。すなわち、選択酸化法による素子分離用の
フィールド酸化膜４１形成、ポリシリコンゲート５の形
成、イオン注入法による自己整合的なＰ型ソース・ドレ
イン領域３１の形成、アルミニウム配線６の形成、ＣＶ
Ｄ酸化膜７、遮光ｌｌ１８の形成からなり、本発明によ
る光検知素子としてのＰＮ接合フォトダイオードの２層
２はソース・ドレイン領域と同時に形成する。
本実施例でのフォトダイオードの２層２は０．５μの深
さを存しているので、接合面の下４．５μから欠陥領域
が始まる。したがって、侵入距離の大きい１００ｔｎａ
より長波長側の光による光キャリアは、波長が長くなる
につれて、欠陥による再結合割合が増加し、実効的に近
赤外領域の感度が低減される。その結果、第５図に示す
ような分光感度曲線を得、本発明の効果は第４図と比較
すれば明らかである。
さを存しているので、接合面の下４．５μから欠陥領域
が始まる。したがって、侵入距離の大きい１００ｔｎａ
より長波長側の光による光キャリアは、波長が長くなる
につれて、欠陥による再結合割合が増加し、実効的に近
赤外領域の感度が低減される。その結果、第５図に示す
ような分光感度曲線を得、本発明の効果は第４図と比較
すれば明らかである。
本発明によれば、光検知素子を製造するに当たり、出発
材料となる半導体基板を適当な熱処理に通し、基板主表
面から５〜１５ｎ以上の深さの基板内部に酸素析出物か
ら成る高密度の欠陥を形成するようにしたため、でき上
がった光検知素子においては近赤外波長領域の光によっ
て基板内部に生成したキャリアを、前記欠陥により効率
良く捕獲。
材料となる半導体基板を適当な熱処理に通し、基板主表
面から５〜１５ｎ以上の深さの基板内部に酸素析出物か
ら成る高密度の欠陥を形成するようにしたため、でき上
がった光検知素子においては近赤外波長領域の光によっ
て基板内部に生成したキャリアを、前記欠陥により効率
良く捕獲。
再結合させ、光電流に寄与しないようにしたことにより
、素子に入射させる光のための光学系に使用されるレン
ズの色収差の大きい近赤外波長領域の感度を低減させ、
測距等の精度を高めることができるようになった。
、素子に入射させる光のための光学系に使用されるレン
ズの色収差の大きい近赤外波長領域の感度を低減させ、
測距等の精度を高めることができるようになった。
第１図は、本発明の一実施例のフォトダイオードを含む
光信号処理用半導体集積回路の要部断面図、第２図はシ
リコンの°光吸収係数の分光曲線図、第３図はシリコン
への光の侵入距離の分光曲線図、第４図は従来のシリコ
ンフォトダイオードの分光感度曲線図、第５図は本発明
の一実施例のシリコンフォトダイオードの分光感度曲線
図である。 １：Ｎ型シリコン基板、２；フォトダイオード２層、３
１：Ｐ型ソース・ドレイン領域、４．：酸化膜、５：ゲ
ート電極、６８ｋｌ配線、８：高密度欠陥層。 ７″″）、 代理人弁理士 山 口 巌 ゛、 −１・□ 第２図 尤の波長（μｍ） 第３図 光丙涙棄（μｍ）
光信号処理用半導体集積回路の要部断面図、第２図はシ
リコンの°光吸収係数の分光曲線図、第３図はシリコン
への光の侵入距離の分光曲線図、第４図は従来のシリコ
ンフォトダイオードの分光感度曲線図、第５図は本発明
の一実施例のシリコンフォトダイオードの分光感度曲線
図である。 １：Ｎ型シリコン基板、２；フォトダイオード２層、３
１：Ｐ型ソース・ドレイン領域、４．：酸化膜、５：ゲ
ート電極、６８ｋｌ配線、８：高密度欠陥層。 ７″″）、 代理人弁理士 山 口 巌 ゛、 −１・□ 第２図 尤の波長（μｍ） 第３図 光丙涙棄（μｍ）
Claims (1)
- １）半導体基板の光入射主表面から所定の距離以上の基
板内部に高密度の欠陥を有する光検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62265107A JPH01107579A (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 光検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62265107A JPH01107579A (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 光検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01107579A true JPH01107579A (ja) | 1989-04-25 |
Family
ID=17412702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62265107A Pending JPH01107579A (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 光検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01107579A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61113287A (ja) * | 1984-11-08 | 1986-05-31 | Sharp Corp | 光検出素子 |
| JPS61120467A (ja) * | 1984-11-16 | 1986-06-07 | Sharp Corp | 半導体装置 |
| JPS61141177A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-06-28 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光検出装置 |
-
1987
- 1987-10-20 JP JP62265107A patent/JPH01107579A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61113287A (ja) * | 1984-11-08 | 1986-05-31 | Sharp Corp | 光検出素子 |
| JPS61120467A (ja) * | 1984-11-16 | 1986-06-07 | Sharp Corp | 半導体装置 |
| JPS61141177A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-06-28 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光検出装置 |
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