JPH03136381A - 光センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、同一半導体基板に形成された複数のフォトダ
イオードからなり、各フォトダイオードの出力によって
基板面に入射する光の強さの分布を検出するもので、カ
メラなどに用いられる光センサに関する。

〔従来の技術〕

一平面上に入射する光の強さの分布を検出するために、
光検知素子としてのＰＮ接合を用いたフォトダイオード
を同一半導体基板に形成した光センサが知られている。

第２図（１１）、（ｂｌはそのような光センサを示し、
シリコン基板１の、例えばｎ型の領域２の表面部に不純
物を拡散してｐ要領域３が設けられ、ｐ要領域３とそれ
をとり囲むｎ型領域２の間にＰＮ接合が形成されている
。このシリコン素体の表面は、第２図（ａｌで斜線を引
いて示した領域が酸化膜からなる遮光膜４で覆われてお
り、その開口部の輪郭とｐ領域３の輪郭とは一致してい
る。ｐＨＨＢＯ２面には、透明保護膜５に設けられたコ
ンタクトホール５１で電流取出し配ｗＡ６が接触してい
るが、この配線とのオーム性接触を得るため、ｐ　８Ｎ
域３の表面部にｐ″領域７が形成されている。そのほか
に、第３図のようにｐ要領域３がｎ型領域２の中に埋め
込まれている光センサもある。

これらのフォトダイオードでは、領域２．３の間に形成
されるＰＮ接合に逆バイアスを印加することにより、接
合面の周りに電界を点線で示した空乏層領域８を形成し
ている。基板内に入射した光は領域２．３にて電子・正
札対を発生させる。領域３は一般的に狭く、不純物濃度
が高いため、キャリアのライフタイムが短い。従ってｐ
　ＳＩ域３へ入射した光による光電流の発生への寄与が
小さい。

ところが空乏層領域８にて発生したキャリアは、空乏層
内の電界によりほぼ１００％電流として流れる。空乏層
領域８の外側のｎ領域ｌで発生したキャリアは、キャリ
アのライフタイムの間に拡散にて空乏層領域８までたど
り着いたもののみ電流として流れ、その他は再結合して
熱となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような光センサを使って入射光量をその接合容量
への充電時間として検出する場合を考える。光電流の寄
与する領域としては、空乏層領域８とその外側のｎ領域
２のみを対象とする。空乏層領域８で発生する光電流は
接合面積に比例するが、その外側のｎ　Ｍｌ域２でのキ
ャリアのライフタイムが大きい場合、空乏層領域８に達
するキャリアは接合の形状に依存しない、従って、接合
面積が大きいほど、すなわち接合容量が大きいほど充電
時間が長くなる。それ故、接合容量が大きい場合、セン
サの応答時間が長くなり、入射光量が低い状況では実質
的に検出不可能となる事態が発生する問題がある。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、応答時間を短く
して検出感度を向上させた光センサを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、半導体基板の一
面上に被着する遮光膜の開口部の下の低不純物濃度の第
一導電型の領域とその表面部に形成された第二導電型の
領域よりなるフォトダイオードを複数個有し、各第二導
電型領域に配線が接続される光センサにおいて、第二導
電型領域の面積が遮光膜開口部の面積より小さく、配線
が接触する高不純物濃度の第二導電型領域の基板面に平
行の少なくとも一方向の両側には低不純物濃度の第一導
電型領域が隣接するものとする。

〔作用〕

第二導電型領域の面積を開口部面積より小さくすること
により、フォトダイオードの接合面積は、接合面が開口
部の下いつばいに広がった場合にくらべて低減する。従
って、センサの接合容量が小さくなる。一方、低不純物
濃度の第一導電型領域ではキャリアのライフタイムが大
きいので、第一導電型領域から接合に流れ込むキャリア
は接合面積の大きさには依存しない、すなわち、光セン
サの発生電流を低下させることなく接合容量を低減して
応答時間を短くすることができる。そして、配線とのオ
ーム性接触のために形成される高不純物濃度の第二導電
型領域の基板面に平行の少なくとも一方向の側方に、従
来のように低不純物濃度の第二導電型領域を隣接させな
いで直接第一導電型領域を隣接させることにより、有効
に第二導電型領域の面積を小さくすることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の光センサのシリコン基板を
基板上の配線を除いて示し、第２図と共通の部分には同
一の符号が付されている。シリコン基板１の表面を覆う
斜線を引いて示した遮光膜４にはフォトダイオードの数
だけ開口部が設けられている。各フォトダイオードから
の光電流の取り出しのための配［６は点線で示されてて
いるが、その配線のオーム性接触のために形成されたｐ
゛領域７は低不純物濃度のｐ領域には囲まれず、直接ｎ
　ｆｉｌ域２に囲まれている。ｐ９領域７の寸法は５−
角で、その不純物濃度は５Ｘ１０’″／−である。

従って、ＰＮ接合はｐ９領域７とｎ　６１域２との間に
形成され、第２図の従来の光センサにおける遮光膜４の
１００μ角の開口部いっばいに広がったｐ領域３とｎ　
ｔ＋Ｊｌ域２との間のＰＮ接合に（らべると接合面積が
４００分の１と著しく小さくなり、それだけ接合容量も
小さくなる。

第４図は別の実施例の光センサのシリコン基板を基板上
の配線を除いて示す、この場合は、配線６の接触する５
Ｉｔｍ角のｐ″領域７から幅３ｐｍのｐ型碩域３が伸び
ている。このｐ型領域３は不純物濃度１×１０′？／−
で長さが約１００−あり、遮光膜４の開口部の下の空乏
層領域の外側で発生するキャリアのうち、ライフタイム
の小さいものを集める効果がある。この場合も、ｐ　ｆ
＋Ｉ域３の幅が狭いのでそれによる接合容量の増加はわ
ずかである。

以上の実施例のほか、本発明の範囲内で各種の形状をも
った光センサが考えられることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光センサを構成するフォトダイオード
の配線に接続される一方の導電型の領域を遮光膜開口部
いっばいに広げず、配線の接触する高不純物濃度の傾城
の両側で他導電型Ｍ域と清するようにすることにより、
光の入射による発生電流を低下させることなく接合容量
を低減して応答時間を短くすることができ、検出感度の
高い光センサを得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光センサの配線を除いて示
した平面図、第２図は従来の光センサの一例で、そのう
ち（１に＋は平面図、（ｂｌは＋ａｌのＡ−Ａ線断面図
、第３図は従来の光センサの他の例の断面図、第４図は
本発明の別の実施例の光センサの配線を除いて示した平
面図である。 １ニジＩＪコア１ｉ仮、２：ｎｊｌ域、３：ｐＳＪｌ域
、４：遮光膜、６：配線、７：ｐ′領領域ワＦＰ頭境゛
　　６配蝶 ワ ｌジノコン蔓叛 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一面上に被着する遮光膜の開口部の
   下の低不純物濃度の第一導電型の領域とその表面部に形
   成された第二導電型の領域よりなるフォトダイオードを
   複数個有し、各第二導電型領域に配線が接続されるもの
   において、第二導電型領域の面積が遮光膜開口部の面積
   より小さく、配線が接触する高不純物濃度の第二導電型
   領域の基板面に平行の少なくとも一方向の両側には低不
   純物濃度の第一導電型領域が隣接することを特徴とする
   光センサ。