JPH03290979A - フォトダイオード - 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〕 この発明はフォトダイオードに関し、特にデバイスオン
チップで製造されるフォトダイオードに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第４図はデバイスオンチップで製造される従来のベース
−エピ型の５ＰＤ（シリコンフォトダイオード）を示す
断面図である。同図に示すように、Ｐ基板１上にＮエピ
タキシャル層２が形成されており、このＮエピタキシャ
ル層２の表面がらＰ基板１の表面にかけて選択的にＰ＋
分離層７が形成されている。Ｐ＋分離層７に囲まれた半
導体基板１とＮエピタキシャル層２との間に埋込まれて
Ｎ１埋込み層８が形成されている。そして、Ｎエピタキ
シャル層２におけるＰ＋分離層７で囲まれた領域の表面
にＰ＋拡散層３（ベース領域）　Ｎ＋拡散層４が選択的
に形成されている。Ｐ＋拡散層３の一部上及びＮ４拡散
層４上にはそれぞれアノード電極５及びカソード電極６
が形成され、これらの電極５．６が形成されていないＮ
エピタキシャル層２全面に反射防止膜９が形成されてい
る。

このような構成のベース−エビ構造のＳＰＤはＰ１拡散
層３とＮエピタキシャル層２とのＰＮ接合により光電変
換部を形成している。

上記構成のベース−エビ型ＳＰＤにおいて、電極５，６
それぞれに所定の電圧を印加しＰ＋拡散層３とＮエピタ
キシャル層２との界面に形成されるＰＮ接合に逆バイア
スを与えると、その電圧に応じてＰＮ接合面に空乏層が
広がる。この状態で反射防止膜９上から光を照射すると
該空乏層内に電子、正孔が発生し、空乏層内の電界によ
り電子はＮエピタキシャル層２に、正孔はＰ＋拡散層３
にそれぞれ移動して光電流が流れる。この光電流を検出
することにより照射光の量を検知することができる。

第５図は、エビ−３ＵＢ構造の従来のＳＰＤを示す断面
図である。同図に示すように、Ｐ基板１１上にＮエピタ
キシャル層１２が形成されており、このＮエピタキシャ
ル層１２の表面からＰ基板１１の表面にかけてＰ＋分離
層１７が選択的に形成されている。Ｐ＋分離層１７に囲
まれた半導体基板１１とＮエピタキシャル層２との間に
埋込まれてＮ＋埋込み層１８か形成されている。そして
、Ｐ＋分離層１７で囲まれたＮエピタキシャル層２の表
面にＮ＋拡散層１４が選択的に形成され、Ｐ１分離層１
７の一部上及びＮ＋拡散層１４上にはそれぞれアノード
電極１５及びカソード電極］６が形成され、これらの電
極１５．１６が形成されていないＮエピタキシャル層１
２全面に反射防止膜１９か形成されている。

このような構成のエビ−５ＵＢ構造のＳＰＤは、アノー
ド電極１５とＰ＋分離層１７を介して電気的に接続され
たＰ基板１１と、カソード電極１６とＮ１拡散層１４を
介して電気的に接続されたＮエピタキシャル層１２との
ＰＮ接合により光電変換部を形成しており、ベース−エ
ピ構造のＳＰＤと同様にして、光照射に応じて光電流を
発生する。

〔発明が解決しようとする課題〕

エピ−５ＵＢ構造のＳＰＤは光電変換部であるＰＮ接合
にＰ基板１１を使用しているため、Ｐ基板１１の表面の
結晶欠陥によりリーク電流か流れる。一方、ベース−エ
ピ構造のＳＰＤはＰＮ接合にＰ基板１を用いないため、
リーク電流は流れない。

また、エビ−３ＵＢ構造のＳＰＤはＰＮ接合にＰ基板１
１を用いており、アノード電極１５に与える電圧により
Ｐ基板１１の基板電位が設定される。従って、基板電位
を最低電位に設定する必要から、電極のコモン端子はア
ノード電極１５に限られる。一方、ベース−エピ構造の
ＳＰＤはＰＮ接合にＰ基板１１を用いないため、そのよ
うな制限はなく、アノード電極５．カソード電極６のど
ちらをコモン端子にしてもよく、コモン端子の融通性が
高い。

第６図はベース−エピ構造及びエビ−３Ｕ　Ｂ　ｔｌＩ
造のＳＰＤの光の波長に対する感度を示したグラフであ
る。同図において、１１１はベース−エピ構造のＳＰＤ
の感度、ｐ２はエビ−３ＵＢ構造のＳＰＤの感度である
。同図に示すように、ベースエビ構造のＰＮ接合は比較
的浅い位置に形成されるため短波長帯域において感度が
ピークに達する。

一方、エピ−５ＵＢ構造のＰＮ接合は比較的深い位置に
形成されるため長波長帯域において感度がピークに達す
る。

ところで、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＬＤ（レーザ
ディスク）用の光源は、安価に作製できるという理由か
ら波長が７８０　ｎｍと長波長の光を発する半導体レー
ザーである。したかって、ＣＤＬＤ用の光ピツクアップ
センサとしては長波長帯域に感度ピークをもっているエ
ビ−８ＵＢ構造のＳＰＤの方が適している。一方、ベー
ス−エピ構造のＳＰＤのＰ＋拡散層３はバイポーラプロ
セス上でオンチップ構成で製造するため、深く形成する
ことができず、ＣＤ、ＬＤ用の光ピツクアップセンサと
しては不適である。

このように、ベース−エピ構造のＳＰＤ、　エビＳＵＢ
構造のＳＰＤは共に一長一短があり、ＣＤ、ＬＤ用の光
ピツクアップセンサとして適用可能な長波長側に感度ピ
ークをもち、リーク電流が流れず、コモン融通性に富ん
だ構造のＳＰＤが存在しないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、リーク電流が流れることなくコモン端子の融
通性に富み、長波長帯域の感度が高いフォトダイオード
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るフォトダイオードは、第１の導電型の半
導体基板と、前記半導体基板上に形成された第２の導電
型の第１の半導体層と、前記半導体基板と前記第１の半
導体層との界面に埋込まれて形成された第２の導電型の
第２の半導体層と、前記半導体基板とは独立して前記第
１及び第２の半導体層の界面に埋込まれて形成された第
１の導電型の第３の半導体層と、前記第１の半導体層の
表面の一部から前記第３の半導体層にかけて形成された
第１の導電型の第４の半導体層と、前記第４の半導体層
に電気的に接続された第１の主電極と、前記第１の半導
体層に電気的に接続された第２の主電極とを備えて構成
されている。

〔作用〕

この発明は、第１及び第２の半導体層の界面に埋込まれ
て形成された第３の半導体層と第１の半導体層とにより
光電変換部であるＰＮ接合を形成しているため、比較的
深い位置にＰＮ接合を設けることができる。

また、第３の半導体層は半導体基板と独立して形成され
ているため、第３の半導体層と半導体基板とは互いに電
気的な接続関係を有していない。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例であるＳＰＤを示す断面図
である。同図に示すように、Ｐ基板２１上にＮエピタキ
シャル層２２が形成されており、このＮエピタキシャル
層２２の表面からＰ基板２１の表面にかけて選択的にＰ
＋分離層２７が形成されている。Ｐ＋分離層２７に囲ま
れたＰ基板２１とＮエピタキシャル層２２との間に埋込
まれてＮ＋埋込層２８が形成され、とのＮ＋埋込み層２
８とＮエピタキシャル層２２との間に埋込まれてＰ＋埋
込層３０が形成されている。このＰ＋埋込み層３０はＰ
基板２１とは独立して形成されている。そして、Ｐ＋分
離層２７で囲まれたＮエピタキシャル層２２において、
その表面にＮ＋拡散層２４が選択的に形成されており、
その表面の一部からＰ＋埋込み層３０の表面の一部にか
けてＰ＋拡散層２３が形成されている。Ｐ＋拡散層２３
上及びＮ＋拡散層２４上にはそれぞれアノード電極２５
及びカソード電極２６が形成されており、これらの電極
２５．２６が形成されていないＮエピタキシャル層２２
全面に反射防止膜２９が形成されている。このような構
造のＳＰＤは、主としてＰ＋埋込み層３０とＮエピタキ
シャル層２２とのＰＮ接合により光電変換部を形成して
いる。

この構造のＳＰＤは表面に結晶欠陥を有し最低電位に設
定する必要があるＰ基板２１を光電変換部のＰＮ接合に
用いていないため、リーク電流の発生もなく、電極５，
６のどちらをコモン端子にしてもよい。

また、Ｐ＋埋込み層３０とＮエヒリキシャル層２２との
ＰＮ接合は比較的深い位置に形成されるため、第２図の
感度曲線Ｌ１に示すように光の長波長帯域に感度ピーク
をもっている。

第３図はこの発明の他の実施例であるＳＰＤの構造を示
す断面図である。同図に示すように、Ｎエピタキシャル
層２２の表面においてＰ＋拡散層２３に隣接してＰ＋拡
散層３１を形成している。

そして、Ｐ＋拡散層２３とＰ＋拡散層３１それぞれの一
部上にアノード電極２５を形成している。

他の構成は第１図で示した実施例と同様であるので説明
は省略する。

このように、ベース−エピ構造のＳＰＤを第１図の実施
例のＳＰＤに並列に組込むことにより、第１図の実施例
の効果に加え、さらに、第２図の感度曲線Ｌ２に示すよ
うに、低波長帯域における感度をも上げることかできる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、第１及び第２
の半導体層の界面に埋込まれて形成された第３の半導体
層と第１の半導体層とにより光電変換部であるＰＮ接合
を形成しており、比較的深い位置にＰＮ接合を設けるこ
とができるため、光の長波長帯域の感度が高くなる効果
がある。

また、第３の半導体層は半導体基板と独立して形成され
ており、第３の半導体層と半導体基板とは互いに電気的
な接続関係を有していないため、リーク電流は流れず、
第１及び第２の電極のどちらをコモン端子に設定しても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるＳＰＤを示す断面図
、第２図は実施例で示したＳＰＤの光の波長に対する感
度を示すグラフ、第３図はこの発明の他の実施例である
ＳＰＤを示す断面図、第４図は従来のベース−エピ構造
のＳＰＤを示す断面図、第５図は従来のエビ−５ＵＢ構
造のＳＰＤを示す断面図、第６図は従来のＳＰＤの光の
波長に対する感度を示すグラフである。 図において、２１はＰ基板、２２はＮエピタキシャル層
、２３はＰ　拡散層、２４はＮ　拡散層、２５はアノー
ド電極、２６はカソード電極、２８はＮ＋埋込み層、３
０はＰ＋埋込み層である。 なお、 各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導電型の半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された第２の導電型の第１の半
   導体層と、 前記半導体基板と前記第１の半導体層との界面に埋込ま
   れて形成された第２の導電型の第２の半導体層と、 前記半導体基板とは独立して前記第１及び第２の半導体
   層の界面に埋込まれて形成された第１の導電型の第３の
   半導体層と、 前記第１の半導体層の表面の一部から前記第３の半導体
   層にかけて形成された第１の導電型の第４の半導体層と
   、 前記第４の半導体層に電気的に接続された第１の主電極
   と、 前記第１の半導体層に電気的に接続された第２の主電極
   とを備えたフォトダイオード。