JPH02177379A - Infrared photodetector - Google Patents

Infrared photodetector

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JPH02177379A
JPH02177379A JP63332417A JP33241788A JPH02177379A JP H02177379 A JPH02177379 A JP H02177379A JP 63332417 A JP63332417 A JP 63332417A JP 33241788 A JP33241788 A JP 33241788A JP H02177379 A JPH02177379 A JP H02177379A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
light
substrate
receiving element
Prior art date
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Pending
Application number
JP63332417A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noritoshi Yamaguchi
文紀 山口
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Publication of JPH02177379A publication Critical patent/JPH02177379A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To facilitate a diffusion process by a method wherein a diffused layer, which is used for forming a P-N junction and consists of an N-type or P-type dopant, is formed on the rear of a substrate and a filter layer, in which a dopant identical with that in the substrate is diffused in a high concentration, is formed on the photodetecting surface of the substrate. CONSTITUTION:A diffused layer 3, which is used for forming a P-N junction and consists of an N-type or P-type dopant, is formed on the rear of a P-type or N-type silicon substrate 1 and a diffused layer 2, which acts as a filter layer to decide the lowest limit of the wave-length of a spectral sensitivity of silicon by a film thickness and in which a dopant identical with that in the substrate 1 is diffused in a high concentration, is formed on the side of the photodetecting surface of the substrate 1. By this constitution, as the sensitivity of the wavelength is controlled by the thickness of the layer 2 on the side of the photodetecting surface, a bulk resistivity and a bulk thickness and moreover, carriers produced by the P-N junction, which is formed by the layer 3 formed by diffusion on the surface of the rear, are captured and collected, an infrared photodetecting element can be manufactured by an easy diffusion process.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業の利用分野〕 本発明は、可視光カットフィルターを使用せずに従来か
らの拡散技術により、容易に又認可能な赤外線受光素子
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an infrared light receiving element that can be easily recognized by conventional diffusion techniques without using a visible light cut filter.

〔従来の技術及びその問題点〕[Conventional technology and its problems]

従来の結晶系シリコン基板を用いた赤外線受光素子の一
般的な構造は、P−N接合したシリコン基板(太陽電池
と同一の”構造)の受光面側に可視光カットフィルター
を形成して、シリコンの分光感度の中の可視光領域の波
長をカットして、赤外線の照射に対応する出力を得てい
た。しかし、このように受光面側に可視光カットフィル
ターをもうけると、コスト的に高価となり、さらにこの
可視光カットフィルターを機械的な殺傷などから保護す
るために受光素子全体をケースシングしなくてはならず
、大型化してしまう。
The general structure of an infrared receiving element using a conventional crystalline silicon substrate is to form a visible light cut filter on the light-receiving surface side of a P-N junction silicon substrate (same structure as a solar cell). The output corresponding to infrared irradiation was obtained by cutting wavelengths in the visible light region of the spectral sensitivity of the spectral sensitivity.However, adding a visible light cut filter on the light receiving surface like this would be expensive. Furthermore, in order to protect this visible light cut filter from mechanical damage, the entire light receiving element must be enclosed in a casing, resulting in an increase in size.

可視光カットフィルターを設けない赤外線の受光を可能
とする素子として、特開昭55−52277号公報や特
開昭55−46556号公報などがある。これらは、シ
リコン基板に2つのP−N接合を形成し、受光面側のフ
ォトダイオードで可視光領域の波長光の変換を、下要側
のフォトダイオードで近赤外領域の波長光の変換を夫々
行っているものである。この下層側のフォトダイオード
において、上述の可視光カットフィルターとして作用す
るものは、基板の厚み及び受光面側のフォトダイオード
であり、それ故、可視光カットフィルターを不要とする
ことができるものであった。
JP-A-55-52277 and JP-A-55-46556 are examples of devices that can receive infrared light without a visible light cut filter. These have two P-N junctions formed on a silicon substrate, and the photodiode on the light-receiving surface side converts wavelength light in the visible light region, and the photodiode on the bottom side converts wavelength light in the near-infrared region. This is what each of them is doing. In the photodiode on the lower layer side, what acts as the above-mentioned visible light cut filter is the thickness of the substrate and the photodiode on the light receiving surface side, so the visible light cut filter can be made unnecessary. Ta.

この考え方に基づ〈従来の受光素子の構造が第7図の断
面図である。
Based on this idea, the structure of a conventional light-receiving element is shown in a sectional view in FIG.

P型シリコン基板61の受光面側にP−N接合65が、
また所定深さにP−P”接合が夫々形成されるように、
受光面側からN層62.2層63及びP”層64の構造
となっている。
A P-N junction 65 is provided on the light-receiving surface side of the P-type silicon substrate 61.
In addition, so that each P-P" junction is formed at a predetermined depth,
The structure includes an N layer 62, a second layer 63, and a P'' layer 64 from the light receiving surface side.

しかし、上述の赤外線受光素子は、通常逆バイアス電圧
を印加して使用されるものであり、暗状態の電流を充分
に低くしなくてはならい。
However, the above-mentioned infrared light receiving element is normally used with a reverse bias voltage applied thereto, and the current in the dark state must be made sufficiently low.

このためには、受光面側からN層62の拡散深さを充分
に厚くし、且つN層62のドービントであるリン原子の
濃度を均一にしなくてはならなかった。これにより、拡
散工程での拡散制御が困難となるという問題点を有して
いた。
To achieve this, it was necessary to make the diffusion depth of the N layer 62 sufficiently thick from the light-receiving surface side, and to make the concentration of phosphorus atoms, which are dobints in the N layer 62, uniform. This poses a problem in that diffusion control in the diffusion process becomes difficult.

また、受光素子の信号の取り出しについて、特開昭58
−50783号のようにメサ型などの受光素子(第8図
)の場合、基板71にP−N接合を施す拡散層72を拡
散し、受光面である拡散層72に 出力端子74.75
を設けて、出力信号を導出していた。
In addition, regarding the extraction of the signal from the light receiving element, Japanese Patent Laid-Open No. 58
In the case of a mesa-type light-receiving element (Fig. 8) as in No. 50783, the diffusion layer 72 that forms a P-N junction on the substrate 71 is diffused, and the output terminals 74, 75 are connected to the diffusion layer 72, which is the light-receiving surface.
was used to derive the output signal.

しかしながら、上述の受光素子では、出力端子74.7
5が受光面側に形成されており、有効受光面積以外に出
力端子を形成すべき面積が必要となり、さらに、計測装
置などに実装した場合には、出力端子からのリード線を
実装装置の内部制御回路、即ち受光素子の裏面側に引き
回さなくてはならず、極めて制約の多い受光素子であっ
た。
However, in the above-mentioned light receiving element, the output terminal 74.7
5 is formed on the light-receiving surface side, and in addition to the effective light-receiving area, an area for forming the output terminal is required.Furthermore, when mounted on a measuring device, etc., the lead wire from the output terminal is connected to the inside of the mounting device. The control circuit, that is, the light receiving element had to be routed to the back side of the light receiving element, and the light receiving element had extremely many restrictions.

〔本発明の目的〕[Object of the present invention]

本発明は、上述の問題点に鑑み案出されたものであり、
その目的は可視光カットフィルターを使用することがな
く、容易な拡散工程によって達成できる赤外線受光素子
を提供するものである。
The present invention was devised in view of the above problems, and
The purpose is to provide an infrared receiving element that can be achieved through a simple diffusion process without using a visible light cut filter.

また別の目的は、チップ化が可能な赤外線受光素子を提
供するものである。
Another object is to provide an infrared light receiving element that can be made into a chip.

C問題点を解決するための具体的な手段〕本発明によれ
ば、上述の目的を達成するために、P型又はN型のシリ
コン基板の裏面に、P−N接合を形成するためのN型又
はP型ドーパントによる拡散層を形成し、該基板の受光
面に、基板と同一ドーパントが高濃度に拡散されたフィ
ルター層を形成する赤外線受光素子が提供される。
[Specific Means for Solving Problem C] According to the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, an N-type silicon substrate for forming a P-N junction is formed on the back surface of a P-type or N-type silicon substrate. An infrared light receiving element is provided in which a diffusion layer is formed using a type or P type dopant, and a filter layer in which the same dopant as that of the substrate is diffused at a high concentration is formed on the light receiving surface of the substrate.

また、P型又はN型のシリコン基板の裏面に、P−N接
合を形成し、且つバイアス電圧が印加される2つの電極
が形成されるように互いに分離した複数個のN型又はP
型ドーパントによる拡散層を形成し、該基板の受光面に
、基板と同一ドーパントが高濃度に拡散されたフィルタ
ー層を形成した赤外線受光素子が提供される。
In addition, a plurality of N-type or P-type silicon substrates are separated from each other so that a P-N junction is formed on the back surface of the P-type or N-type silicon substrate, and two electrodes to which a bias voltage is applied are formed.
An infrared light-receiving element is provided in which a diffusion layer is formed using a type dopant, and a filter layer in which the same dopant as that of the substrate is diffused at a high concentration is formed on the light-receiving surface of the substrate.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の赤外線受光素子を図面に基づいて詳細に
説明する。
Hereinafter, the infrared light receiving element of the present invention will be explained in detail based on the drawings.

第1図は本発明に係る赤外線受光素子の構造を示す断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an infrared receiving element according to the present invention.

本発明の赤外線受光素子は、P型又はN型のシリコン基
板1と、該シリコン基板1の受光面に基板1と同一の導
電型で高濃度にドーパントが拡散された可視カットフィ
ルター屡として作用する第1の拡散層2と、該基板1の
裏面側にP型又はN型の基板1とP−N接合を形成する
ためN型又はP型にドーパントが拡散された第2の拡散
層3と、両面に形成された電極4.5とから構成されて
いる。
The infrared light-receiving element of the present invention includes a P-type or N-type silicon substrate 1, and a light-receiving surface of the silicon substrate 1, which acts as a visible cut filter in which a dopant of the same conductivity type as the substrate 1 is diffused at a high concentration. a first diffusion layer 2; a second diffusion layer 3 in which an N-type or P-type dopant is diffused to form a P-N junction with the P-type or N-type substrate 1 on the back side of the substrate 1; , and electrodes 4.5 formed on both sides.

シリコン基板1は、P型又はN型、例えばP型のドーパ
ントが予め混合された基板(以下、Pバルクともいう)
である。
The silicon substrate 1 is a P-type or N-type, for example, a substrate in which a P-type dopant is mixed in advance (hereinafter also referred to as P bulk).
It is.

Pバルク1は、所定濃度のボロン原子が含有した溶融し
たシリコン液より、引き上げ法、キャスト法などの公知
手段で形成したシリコンインゴットを厚み200〜50
0μ−でスライスし、さらにスライス両面が弗硝酸溶液
などで処理されたものである。
The P bulk 1 is a silicon ingot with a thickness of 200 to 50 mm formed by a known method such as a pulling method or a casting method from a molten silicon liquid containing boron atoms at a predetermined concentration.
The slices were sliced at 0μ, and both sides of the slices were treated with a fluoronitric acid solution.

第1の拡散層2は、Pバルク1の受光面側に形成された
同一の導電型の高濃度Pゝの層(以下P“層2)であり
、このP″層2の膜厚により、シリコンの分光感度の波
長の下限を決定するフィルター層として作用する。この
P“層2の膜厚としては、10〜20μ慣である。
The first diffusion layer 2 is a high concentration P layer of the same conductivity type (hereinafter referred to as P'' layer 2) formed on the light-receiving surface side of the P bulk 1, and due to the thickness of this P'' layer 2, It acts as a filter layer that determines the lower wavelength limit of silicon's spectral sensitivity. The thickness of this P'' layer 2 is approximately 10 to 20 microns.

具体的には、拡散炉中において、例えば三臭化硼素(B
Bri)、ジボラン(BZ H& )などの拡散ガス雰
囲気中で気相反応により拡散したり、アルミニウムペー
ストを塗布、焼成後、アルミニウムを除去して、アルミ
ニウム原子などのP型ドーパントを拡散cio”個以上
)して形成する。
Specifically, in a diffusion furnace, for example, boron tribromide (B
Diffusion by gas phase reaction in a diffusion gas atmosphere such as Bri), diborane (BZ H & ) to form.

第2の拡散層3は、Pバルク1の裏面に形成された異な
る導電型の高濃度N゛の層(以下、N゛層3いう)であ
り、これにより、N1MとPバルク1とでP−N接合が
形成され、受光面側から入射された長波長の光によって
Pバルク1で発生したキャーリアに電界を与えるもので
ある。
The second diffusion layer 3 is a high concentration N layer of a different conductivity type (hereinafter referred to as N layer 3) formed on the back surface of the P bulk 1. -N junction is formed, and an electric field is applied to carriers generated in the P bulk 1 by long wavelength light incident from the light receiving surface side.

具体的には、上述のPバルク1の受光面側にレジストを
形成し、再度、裏面側及び端面をエツチング処理したの
ち、拡散炉中において、例えばオキシ塩化燐(POCl
2 )とOx、Nzなどのキャリアガスなどの拡散ガス
雰囲気中で気相反応により拡散して形成する。
Specifically, a resist is formed on the light-receiving surface side of the above-mentioned P bulk 1, and the back surface side and end surface are etched again.
2) and is formed by diffusing in a gas phase reaction in an atmosphere of a diffusion gas such as a carrier gas such as Ox or Nz.

電極4.5は、P−N接合によって発生したキャリアを
捕集するものであり、受光面のP″層2及び裏面のN+
層3にそれぞれオーミックに接合し得る全屈材料で形成
される。そして、受光面側の電極4は、表面側から充分
に赤外光が照射されるように受光面の一部又は櫛形上に
形成され、また、裏面側の電極5は、裏面との抵抗成分
を極小化せしめるために、その全面に形成される。
The electrode 4.5 is for collecting carriers generated by the P-N junction, and is connected to the P″ layer 2 on the light-receiving surface and the N+ layer on the back surface.
Each layer 3 is made of a fully flexural material that can be ohmically bonded to the layer 3 . The electrode 4 on the light-receiving surface side is formed on a part of the light-receiving surface or in a comb shape so that infrared light is sufficiently irradiated from the front surface side, and the electrode 5 on the back surface side is formed on the resistance component with the back surface. is formed on the entire surface in order to minimize the

以上の構造の赤外線受光素子において、受光面であるP
+層層側側ら光が入射されると、Pバルク1内に電子−
正孔対が生成され、電子は、N4層3とPバルク1とで
形成されたP−N接合の電界によってN+層3に捕集さ
れ、正孔は、P”B2に捕集される。
In the infrared receiving element with the above structure, P which is the light receiving surface
When light is incident from the + layer side, electrons are generated in the P bulk 1.
Hole pairs are generated, electrons are collected in the N+ layer 3 by the electric field of the PN junction formed between the N4 layer 3 and the P bulk 1, and holes are collected in P''B2.

一方、結晶系のシリコン基板は、入射波長に対して固有
の吸収係数の関係(第2図)を有し、第2図より短波長
の光はシリコン基板の浅いところで吸収される。即ち、
本発明の赤外線受光素子においては、受光面側の浅い部
分には、高濃度にドープされたP″N2が形成されてい
るため、このP” F2で吸収された比較的短い波長を
有する光によって生成される電子−正孔対は直ちに消滅
し、P゛層2吸収領域の波長光に対する光電流は、全光
電流より減衰することになる。即ち、このP゛層2厚み
を制御して可視光領域の波長の感度を有効にカットする
ことができる。
On the other hand, a crystalline silicon substrate has a unique absorption coefficient relationship (FIG. 2) with respect to the incident wavelength, and light with a shorter wavelength than that in FIG. 2 is absorbed in a shallow part of the silicon substrate. That is,
In the infrared receiving element of the present invention, highly doped P″N2 is formed in the shallow part on the receiving surface side, so that light having a relatively short wavelength absorbed by this P″F2 The generated electron-hole pairs disappear immediately, and the photocurrent for wavelength light in the P layer 2 absorption region is attenuated more than the total photocurrent. That is, by controlling the thickness of this P layer 2, sensitivity to wavelengths in the visible light region can be effectively cut.

第3図は、700nmの波長光における基板の深さに対
する減衰(吸収)状況を示す特性図である。°入射光の
減衰率d=e−”で表される。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the attenuation (absorption) state of light with a wavelength of 700 nm with respect to the depth of the substrate. The attenuation rate of incident light is expressed as d=e-''.

(α:吸収係数、X:表面からの距離)図より、波長7
00 nmの光は、表面からIOμ階の深さでは、照射
時の1/10にまで減衰してしまい、殆どが吸収されて
しまう。
(α: absorption coefficient, X: distance from the surface) From the diagram, wavelength 7
At a depth of IOμ from the surface, light of 00 nm is attenuated to 1/10 of that of irradiation, and most of it is absorbed.

このことにより、本発明におけるP″層2の厚みは、波
長700 nmという可視光領域で赤色成分の多い光を
減衰させるに充分な厚みである10μm以上あればよい
。尚、該厚みの上限は、拡散工程における処理時間や拡
散の均一性に鑑みせいぜい50μl未満で充分である。
Therefore, the thickness of the P'' layer 2 in the present invention may be at least 10 μm, which is sufficient to attenuate light with a large red component in the visible light region of wavelength 700 nm. In view of the processing time and uniformity of diffusion in the diffusion process, less than 50 μl is sufficient at most.

第4図は、本発明の赤外線受光素子の分光感度を示す。FIG. 4 shows the spectral sensitivity of the infrared receiving element of the present invention.

尚、線AはP+層2の厚みを10μlに設定し、線Bは
27層2の厚みを3μmに設定した。また線Cは本発明
の赤外線受光素子の裏面(N’層側)を受光側とした時
の参考例である。
Note that for line A, the thickness of the P+ layer 2 was set to 10 μl, and for line B, the thickness of the 27 layer 2 was set to 3 μm. Line C is a reference example when the back surface (N' layer side) of the infrared receiving element of the present invention is set as the light receiving side.

図より、線A及び線B゛はいづれも11000nの波長
光に感度ピークを有していおり、赤外光に対して充分な
感度がある。また、線Aと線Bとでは感度波長の下限に
違いがあるが、これは上述のように、P+層2の厚みに
よる減衰の差によるものである。
From the figure, both line A and line B' have sensitivity peaks at a wavelength of 11,000 nm, and are sufficiently sensitive to infrared light. Furthermore, there is a difference in the lower limit of the sensitivity wavelength between line A and line B, but this is due to the difference in attenuation due to the thickness of the P+ layer 2, as described above.

また、この分光感度の違いは、バルク比抵抗及び基板の
厚みのさによってもあられれる。例えばバルク比抵抗が
10ΩCO+の場合、少数キャリアの拡散長は232μ
lであり、P″FF2/Pバルク1界面近傍で発生した
キャリアは基板の厚みが200μm前後の場合、P−N
接合まで到達し、光電流に寄与する。
Further, this difference in spectral sensitivity is also caused by the bulk resistivity and the thickness of the substrate. For example, if the bulk resistivity is 10ΩCO+, the minority carrier diffusion length is 232μ
1, and the carriers generated near the P''FF2/P bulk 1 interface are P-N when the substrate thickness is around 200 μm.
It reaches the junction and contributes to the photocurrent.

一方、バルク比抵抗が0.1ΩC@の場合、少数キャリ
アの拡散長は52μmであり、20層2/Pバルク1界
面近傍で発生したキャリアはP−N接合まで到達しない
ため、光電流に寄与しない。
On the other hand, when the bulk resistivity is 0.1ΩC@, the diffusion length of minority carriers is 52 μm, and the carriers generated near the 20 layer 2/P bulk 1 interface do not reach the P-N junction, so they contribute to the photocurrent. do not.

従って、バルクの比抵抗、厚み及びP″層2の厚みによ
って分光感度が決定されることになり、バルクの比抵抗
によるキャリアの拡散長を考慮して、バルクの厚み及び
21層2の厚みを所定値に設定すればよい。
Therefore, the spectral sensitivity is determined by the specific resistance and thickness of the bulk and the thickness of the P'' layer 2. Considering the carrier diffusion length due to the bulk specific resistance, the bulk thickness and the thickness of the 21 layer 2 are determined. It may be set to a predetermined value.

尚、本実施例(第3図及び第4図の特性を示す赤外線受
光素子)では、バルクの比抵抗が5ΩCIII。
In this example (infrared receiving element exhibiting the characteristics shown in FIGS. 3 and 4), the bulk resistivity is 5ΩCIII.

バルクの厚み450μmのP型シリコン単結晶基板を使
用した。
A P-type silicon single crystal substrate with a bulk thickness of 450 μm was used.

これにより、本発明では、赤外光に充分の感度ピークを
有し、さらにノイズと成り得る可視光領域のカットでき
るので精度の高い赤外線受光素子が達成できる。
As a result, in the present invention, it is possible to achieve a highly accurate infrared receiving element, which has a sufficient sensitivity peak for infrared light, and can also cut out the visible light region that can cause noise.

本発明によれば、受光面側のP゛層2厚み、バルクの比
抵抗、バルクの厚みにより、波長感度を制御して、且つ
裏面表面に拡散形成したN0層3により形成されるP−
N接合で生成したキャリアを捕集しているため、製造上
、受光面側及び表面側に夫々公知の拡散又はイオン打ち
込み技術を使って容易に且つ安定して製造することがで
きる。
According to the present invention, the wavelength sensitivity is controlled by the thickness of the P layer 2 on the light-receiving surface side, the specific resistance of the bulk, and the bulk thickness, and the P- layer 3 formed by the N0 layer 3 diffused on the back surface is controlled.
Since the carriers generated at the N junction are collected, it can be manufactured easily and stably by using known diffusion or ion implantation techniques on the light-receiving surface side and the front side, respectively.

また、本発明は受光面から有効なキャリアの生成に寄与
するPF部分までの深さ及びキャリアを捕集するための
P−N接合部分までの深さが充分にあるため、受光面の
耐衝撃性の保護樹脂などがなくとも、衝撃や外傷による
接合破壊が一切なく、特性的に安定な赤外線受光素子が
達成される。
In addition, the present invention has a sufficient depth from the light-receiving surface to the PF part that contributes to the generation of effective carriers and a sufficient depth to the P-N junction part for collecting carriers, so that the light-receiving surface has a sufficient impact resistance. Even without a protective resin or the like, an infrared light-receiving element with stable characteristics can be achieved without any bonding failure due to impact or external trauma.

また、計測装置に実装する際に、表面カバーが不要とな
り、装置への実装が極めて田単になる。
Furthermore, when mounting on a measuring device, a surface cover is not required, making mounting on the device extremely simple.

第5図は本発明に係る赤外線受光素子のメサ型構造を示
す断面図である。尚、第1図の赤外線受光素子と同一部
分は同一符号を付す。
FIG. 5 is a sectional view showing a mesa-type structure of an infrared receiving element according to the present invention. Note that the same parts as those of the infrared light receiving element in FIG. 1 are given the same reference numerals.

本実施例の赤外線受光素子は、P型又はN型のシリコン
基板1と、該シリコン基板1の受光面に基板1と同一の
導電型で高濃度にドーパントが拡散された第1の拡散層
2と、該基板1の表面側にP型又はN型の基板1とP−
N接合を形成するためN型又はP型にドーパントが拡散
された少なくとも島状に分離した第2の拡散層(N″屡
)3a、3bと、該第2の拡散F3a、3bに形成され
、外部電源よりバイアス電圧が印加される電極4a、4
bとから構成されている。即ち、本実施例は、電極4a
、4bが裏面側に配置されている赤外線受光素子である
The infrared light receiving element of this embodiment includes a P-type or N-type silicon substrate 1, and a first diffusion layer 2 having the same conductivity type as the substrate 1 and having a dopant diffused at a high concentration on the light-receiving surface of the silicon substrate 1. and a P-type or N-type substrate 1 and a P- type substrate on the front side of the substrate 1.
formed in at least island-like separated second diffusion layers (N″) 3a, 3b in which N-type or P-type dopants are diffused to form an N-junction, and the second diffusion layers F3a, 3b; Electrodes 4a, 4 to which a bias voltage is applied from an external power source
It is composed of b. That is, in this embodiment, the electrode 4a
, 4b is an infrared light receiving element arranged on the back side.

N”B3a、3bは、Pバルク1の裏面側に1、その間
に漏れ電流が発生しないように互いに分離して形成され
ている。
The N''Bs 3a and 3b are formed on the back side of the P bulk 1 and are separated from each other so that no leakage current occurs between them.

具体的には、上述のように拡散炉中において、例えばオ
キシ塩化燐(POCh )と0□、N2などのキャリア
ガスなどの拡散ガス雰囲気中で気相反応により拡散して
形成した後、N+層3a、3bが所定形状となるように
、Pバルク1の裏面側を弗酸溶液などでエツチング処理
して形成される。
Specifically, as mentioned above, the N+ layer is formed by diffusion in a diffusion furnace in a gas phase reaction in an atmosphere of a diffusion gas such as phosphorous oxychloride (POCh) and a carrier gas such as N2. The back side of the P bulk 1 is etched with a hydrofluoric acid solution or the like so that 3a and 3b have a predetermined shape.

電極−4a、4bは、該N”B3a、3b上に夫々形成
されている。具体的には、金属電極4a、4bはN+層
3a、3b上にマスクを装着し、ニッケル、アルミニウ
ム等の金属を装着したり、N”Fj3a、3b上にニッ
ケル、アルミニウム等の金属膜を被着した後、レジスト
・エツチング処理したりして所定パターンに形成された
り、厚膜手法を利用してニッケル、アルミニウム、銀等
の金属粉末などが含有した導電性ペーストをN″層3a
、3b上に塗布・乾燥・焼成してされる。
The electrodes 4a and 4b are formed on the N''B 3a and 3b, respectively. Specifically, the metal electrodes 4a and 4b are formed by attaching a mask to the N+ layers 3a and 3b, and using a metal such as nickel or aluminum. After depositing a metal film such as nickel or aluminum on N''Fj3a, 3b, resist etching is performed to form a predetermined pattern, or by using a thick film method, nickel or aluminum , a conductive paste containing metal powder such as silver is applied to the N'' layer 3a.
, 3b by coating, drying, and baking.

そして、電極4a、4b間に外部回路(図示せず)から
一定のパイアズ電圧を印加しておく。
Then, a constant voltage is applied between the electrodes 4a and 4b from an external circuit (not shown).

6は、裏面保護樹脂であり、裏面側からの光の入射を阻
止し、表面側からの入射光を正確に検出するためのもの
であり、その材料はアクリル、エポキシなどの樹脂材に
遮光性顔料を混合したものが使用される。
6 is a back protection resin that blocks light from entering from the back side and accurately detects incident light from the front side, and its material is a resin material such as acrylic or epoxy with light blocking properties. A mixture of pigments is used.

以上のように、本実施例の素子は、P−N接合されたダ
イオードaと、ダイオードbとが互いに抱き合わされた
構造になっている。
As described above, the element of this embodiment has a structure in which diode a and diode b, which are connected to each other in a PN junction, are held together.

次に、本発明の赤外線受光素子の動作について説明する
Next, the operation of the infrared light receiving element of the present invention will be explained.

今、ダイオードaの電極4aに+、ダイオードbの電極
4bに−でバイアス電圧をかけておくと、ダイオードa
側には逆バイアスが、ダイオードbには順バイアスがか
かることになる。
Now, if we apply a + bias voltage to electrode 4a of diode a and - to electrode 4b of diode b, diode a
A reverse bias is applied to the side, and a forward bias is applied to the diode b.

暗状態において、電極4a、4b間の抵抗はダイオード
aの逆方向抵抗Raとダイオードbの順方向抵抗Rbの
和になり、電極4a、4b間に流れる電流は、該抵抗(
Ra+Rb)とバイアス電圧によって定まる。
In the dark state, the resistance between the electrodes 4a and 4b is the sum of the reverse resistance Ra of diode a and the forward resistance Rb of diode b, and the current flowing between the electrodes 4a and 4b is equal to the resistance (
(Ra+Rb) and the bias voltage.

上述の赤外線受光素子のP″府2側より光照射される明
状態(P″層2を透過し得る長波長光が照射された状態
)では、ダイオードa及びダイオードbに夫々キャリア
が生成され、光起電力が生じるが、互いに逆電位である
ため相殺され、実際には光起電流は流れない。しかし、
電極4a、4b間にバイアス電圧が印加されているので
、ダイオードaに逆方向光電流が発生する。なお、ダイ
オードbは順方向抵抗から成る抵抗体となる。
In the bright state in which light is irradiated from the P'' layer 2 side of the infrared receiving element described above (a state in which long wavelength light that can pass through the P'' layer 2 is irradiated), carriers are generated in each of diode a and diode b, A photovoltaic force is generated, but since they have opposite potentials, they cancel each other out, and no photovoltaic current actually flows. but,
Since a bias voltage is applied between the electrodes 4a and 4b, a reverse photocurrent is generated in the diode a. Note that diode b is a resistor consisting of forward resistance.

そして、2つの電極4a、4b間の電流はダイオードa
の電極4a−N”層3a−P−N接合−Pバルク1−ダ
イオードbのP−N接合−N1層3b電極4bに流れる
The current between the two electrodes 4a and 4b is caused by the diode a.
Flows to electrode 4a-N'' layer 3a-P-N junction-P bulk 1-P-N junction of diode b-N1 layer 3b electrode 4b.

第6図は、本発明の他の実施例であるプレーナ型赤外線
受光素子の構造を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a planar infrared receiving element according to another embodiment of the present invention.

第5図のメサ型赤外線受光素子の構造との相違部分は、
基板1の裏面側にP−N接合を形成するだめの、P型ド
ーパントの拡散工程及びその後工程である。
The differences from the structure of the mesa-type infrared receiving element in Fig. 5 are as follows.
This step is a step of diffusing a P-type dopant and a subsequent step to form a P-N junction on the back side of the substrate 1.

21層23a、23bは、Nバルク21の裏面に、互い
に分離して形成された異なる導電型の高濃度の拡散層で
ある。この2つのP″層23a、23bは、その間に漏
れ電流が発生しないように充分に離れて形成されている
The 21 layers 23a and 23b are high concentration diffusion layers of different conductivity types formed separately from each other on the back surface of the N bulk 21. These two P'' layers 23a and 23b are formed sufficiently apart from each other so that no leakage current occurs between them.

このP+層23a、23bは次のような工程により形成
される。先ず、N″層22を形成したNバルク21全体
に酸化シリコン膜28を形成する。
The P+ layers 23a and 23b are formed by the following steps. First, a silicon oxide film 28 is formed over the entire N bulk 21 on which the N″ layer 22 has been formed.

次に、P+層23a、23b部分の酸化シリコン膜28
を弗酸等で除去する。さらに、拡散炉中において、例え
ば三臭化硼素(BBr:+)などの拡散ガス雰囲気中で
気相反応により、該酸化シリコン膜28から露出するN
バルク21表面より拡散し、P”Ff23a、23bを
所定深さに拡散する。
Next, the silicon oxide film 28 of the P+ layers 23a and 23b is
is removed with hydrofluoric acid, etc. Furthermore, in a diffusion furnace, N is exposed from the silicon oxide film 28 by a gas phase reaction in an atmosphere of a diffusion gas such as boron tribromide (BBr:+).
It diffuses from the surface of the bulk 21, and diffuses P''Ff23a, 23b to a predetermined depth.

以上のように、電極4a、4bが赤外線受光素子の裏面
側に形成されているため、実装が容易となり、電極表面
を半田層形成により、簡単なチップ部品が可能となる。
As described above, since the electrodes 4a and 4b are formed on the back side of the infrared receiving element, mounting becomes easy, and by forming a solder layer on the surface of the electrodes, a simple chip component becomes possible.

尚、第二の実施例(メサ型)では、シリコン基板にPバ
ルクを用いて、受光側からP″層−PFj−N層層の構
造となっているが、シリコン基板にNバルクを用いて、
受光側からN“層−N層−P゛厄の構造としてもよい。
In the second embodiment (mesa type), a P bulk is used for the silicon substrate, and the structure is P'' layer-PFj-N layer from the light receiving side. ,
It is also possible to have a structure of N layer-N layer-P layer from the light receiving side.

また、第三の実施例(プレーナ型)では、酸化シリコン
とシリコン基板の反転層の影響があるため、Nバルクを
使用することが望ましい。また、シリコン基板は、単結
晶及び多結晶のいずれにおいても分光感度が可視光領域
により長波長側にも延びているために、両者ともに使用
される。
Furthermore, in the third embodiment (planar type), it is desirable to use N bulk because of the influence of the inversion layer between silicon oxide and the silicon substrate. Furthermore, both single crystal and polycrystalline silicon substrates are used because their spectral sensitivities extend to longer wavelengths in the visible light region.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明はP型又はN型のシリコン基板の
裏面に、P−N接合を形成するためのN型又はP型ドー
パントによる拡散層を形成し、該基板の受光面に、基板
と同一ドーパントが高濃度に拡散されたフィルター層を
形成したため、基板と同一ドーパントが高濃度に拡散さ
れたフィルター層の厚み制御により、赤外光に対してノ
イズ成分となる可視光領域の光を完全にカットできるの
で高精度の赤外光の検出が可能となる。
As described above, the present invention forms a diffusion layer made of an N-type or P-type dopant for forming a P-N junction on the back surface of a P-type or N-type silicon substrate, and forms a diffusion layer on the light-receiving surface of the substrate. By controlling the thickness of the filter layer in which the same dopant as that of the substrate is diffused in a high concentration, light in the visible light region that becomes a noise component with respect to infrared light is eliminated. Since it can be completely cut, it is possible to detect infrared light with high precision.

また、受光面側の拡散層及び裏面側より、拡散するとい
う極めて簡単な装造により達成できる赤外線受光素子で
ある。
Moreover, it is an infrared light receiving element that can be achieved by an extremely simple structure in which the light is diffused from a diffusion layer on the light receiving surface side and from the back surface side.

さらに、電極4a、4bが赤外線受光素子の裏面側に形
成されているため、実装が容易となり、電極表面を半田
層形成により、簡単なチップ部品が可能となる。
Furthermore, since the electrodes 4a and 4b are formed on the back side of the infrared light receiving element, mounting becomes easy, and a simple chip component can be formed by forming a solder layer on the electrode surface.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る赤外線受光素子の構造を示す断面
図である。 第2図は結晶系のシリコンの入射波長に対して固有の吸
収係数の関係を示す特性図である。 第3図は本発明の赤外線受光素子における700nmの
波長における基板の深さに対する減衰状況を示す特性図
である。 第4図は本発明の赤外線受光素子の分光感度を示す特性
図である。 第5図は本発明に係る第二の実施例の赤外線受光素子の
断面図である。 第6図は本発明に係る第三の実施例の赤外線受光素子の
断面図である。 第7図及び第8図は従来の受光素子の構造を示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an infrared receiving element according to the present invention. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the specific absorption coefficient and the incident wavelength of crystalline silicon. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the attenuation situation with respect to the depth of the substrate at a wavelength of 700 nm in the infrared receiving element of the present invention. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the spectral sensitivity of the infrared receiving element of the present invention. FIG. 5 is a sectional view of an infrared receiving element according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view of an infrared receiving element according to a third embodiment of the present invention. 7 and 8 are cross-sectional views showing the structure of a conventional light receiving element.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)P型又はN型のシリコン基板の裏面に、P−N接
合を形成するためのN型又はP型ドーパントによる拡散
層を形成し、該基板の受光面に、基板と同一ドーパント
が高濃度に拡散されたフィルター層を形成したことを特
徴とする赤外線受光素子。
(1) A diffusion layer made of an N-type or P-type dopant to form a P-N junction is formed on the back surface of a P-type or N-type silicon substrate, and the same dopant as the substrate is highly concentrated on the light-receiving surface of the substrate. An infrared receiving element characterized by forming a filter layer that is diffused in concentration.
(2)P型又はN型のシリコン基板の裏面に、P−N接
合を形成し、且つバイアス電圧が印加される2つの電極
が形成されるように互いに分離した複数個のN型又はP
型ドーパントによる拡散層を形成し、該基板の受光面に
、基板と同一ドーパントが高濃度に拡散されたフィルタ
ー層を形成したことを特徴とする赤外線受光素子。
(2) A plurality of N-type or P-type silicon substrates are separated from each other so that a P-N junction is formed on the back surface of a P-type or N-type silicon substrate, and two electrodes to which a bias voltage is applied are formed.
1. An infrared light-receiving element comprising: a diffusion layer made of a type dopant; and a filter layer in which the same dopant as that of the substrate is diffused at a high concentration on the light-receiving surface of the substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5463494A (en) * 1992-07-13 1995-10-31 Hughes Aircraft Company Extrinsic semiconductor optical filter
WO2013081104A1 (en) * 2011-12-02 2013-06-06 三洋電機株式会社 Solar cell, solar cell module, and method for manufacturing solar cell
JP2021511655A (en) * 2018-01-29 2021-05-06 ウェイモ エルエルシー Control of detection time in photodetector

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