JPH0330374A - Semiconductor photosensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、カメラなどに用いられる半導体光センサに関
し、特に、複数のpn接合フォトダイオードを備えた半
導体光センサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor optical sensor used in cameras and the like, and particularly relates to a semiconductor optical sensor including a plurality of pn junction photodiodes.
従来、pn接合フォトダイオードを複数個備えた半導体
光センサの構造は1、第3図に示すように、n型半導体
基板lの表面側で島状に互いに分離された複数のアノー
ド領域としてのp型頭域2を有してふり、この分離島の
p型頭域2とn型半導体基板lとのpn接合が1個のp
n接合フォトダイオードとして機能するものである。ま
た、第4図に示すように、p型頭t*2がn型半導体基
板l内に埋め込まれたものも知られている。Conventionally, the structure of a semiconductor optical sensor equipped with a plurality of pn junction photodiodes is as shown in FIGS. 1 and 3, as shown in FIG. The p-n junction between the p-type head region 2 of this isolation island and the n-type semiconductor substrate l is one p-type head region 2.
It functions as an n-junction photodiode. Furthermore, as shown in FIG. 4, a device in which a p-type head t*2 is embedded in an n-type semiconductor substrate l is also known.
各pn接合ダイオードが図示のように電気的に付勢され
ると、接合面から双方に空乏層1a、2aが形成され、
光が入射すると、電子・正札対が生成されて光の強弱に
比例した強さの光電流が流れる。空乏層1a、2aにて
発生したキャリアは、空乏層1a、2a内の空乏電界に
よりほぼ100%が電流として流れるが、n型半導体基
板1及びp型頭域2の非空乏層内で発生したキリャアは
、キャリアのライフタイムの間に拡散し、空乏層1a2
aまで辿り着いたもののみが光電流として寄与し、その
他のものは再結合して熱エネルギーの形で失われる。When each pn junction diode is electrically energized as shown, depletion layers 1a and 2a are formed on both sides from the junction surface,
When light enters, an electron/genuine bill pair is generated, and a photocurrent flows with an intensity proportional to the intensity of the light. Almost 100% of carriers generated in the depletion layers 1a and 2a flow as current due to the depletion electric field in the depletion layers 1a and 2a, but carriers generated in the non-depletion layers of the n-type semiconductor substrate 1 and the p-type head region 2 Killaa diffuses during the carrier lifetime and forms the depletion layer 1a2.
Only those that reach a contribute as photocurrent, and the others recombine and are lost in the form of thermal energy.
上記従来の半導体光センサの構造においては、例えば第
2図に示すn型半導体基板2の非空乏層内で発生したキ
ャリアは、基板2の不純物濃度が均一なため、あらゆる
方向に当方的に等確率で拡散する。したがって光電流と
して有効に寄与するものは、発生キャリアのほぼ1/2
であり、低いレベルに留まっていた。各フォトダイオー
ドの近傍で発生したキャリア3は、その近くのフォトダ
イオードの空乏層1a、2aに到達でき、光電流として
寄与する確率が高いが、フォトダイオードから遠く離れ
たところで発生したキャリア4の場合には、複数のフォ
トダイオードへ到達する確率が同程度となる。このため
、あるフォトダイオード直下で発生したキャリアは、他
のフォトダイオードへも到達するので、フォトダイオー
ド間で互いにキャリアのやりとりが行われ、フォトダイ
オード間の相互作用(クロストーク)が強く、それ故、
フォトダイオード間のコントラストが悪くなったり、ま
た感度バラツキの原因になることもある。In the structure of the conventional semiconductor optical sensor described above, carriers generated in the non-depletion layer of the n-type semiconductor substrate 2 shown in FIG. Spread with probability. Therefore, what effectively contributes to photocurrent is approximately 1/2 of the generated carriers.
and remained at a low level. Carriers 3 generated near each photodiode have a high probability of reaching the depletion layers 1a and 2a of the nearby photodiodes and contributing as photocurrent, but in the case of carriers 4 generated far away from the photodiode, , the probability of reaching multiple photodiodes is approximately the same. For this reason, carriers generated directly under one photodiode also reach other photodiodes, and carriers are exchanged between photodiodes, resulting in strong interaction (crosstalk) between photodiodes. ,
This may worsen the contrast between photodiodes or cause variations in sensitivity.
本発明の課題は、非空乏層で発生したキャリアを集散さ
せることにより、フォトダイオード間のコントラストの
向上や感度バラツキの低減を図り、より高精度な半導体
光センサを提供することにある。An object of the present invention is to improve contrast between photodiodes and reduce sensitivity variations by converging carriers generated in a non-depletion layer, thereby providing a semiconductor optical sensor with higher precision.
上記課題を解決するために、本発明の講じた手段は、複
数のpn接合フォトダイオード下の基板内部に高濃度第
1iJ電型のキャリア集散領域を有する構造としたもの
である。In order to solve the above problems, the means taken by the present invention is to provide a structure in which a high concentration first iJ type carrier collection region is provided inside the substrate under a plurality of pn junction photodiodes.
かかる手段によれば、基板内部の高濃度第1導電型のキ
ャリア集散領域より表面側に発生したキャリアは、キャ
リア集散領域からフォトダイオードに向かうポテンシャ
ルによってフォトダイオード方向へ引っ張られるため、
キャリアの収集効率が上がり、光電流への寄与が多くな
る。またキャリア集散領域より下の基板内部に発生した
キャリアは、キャリア集散領域のポテンシャルlII”
lに阻まれて、いかなるフォトダイオードの光電流にも
寄与しない。このようにフォトダイオード近傍に発生し
たキャリアのみが有効に寄与するため、各フォトダイオ
ードの感度が増大すると共に、フォトダイオード間のコ
ントラストが向上し、感度バラツキが低減する。According to this means, carriers generated on the surface side of the highly concentrated first conductivity type carrier collection region inside the substrate are pulled toward the photodiode by the potential flowing from the carrier collection region toward the photodiode.
The carrier collection efficiency increases and the contribution to photocurrent increases. In addition, carriers generated inside the substrate below the carrier-concentration region are generated at the potential lII” of the carrier-concentration region.
1 and does not contribute to any photodiode photocurrent. In this way, only the carriers generated in the vicinity of the photodiodes effectively contribute, so that the sensitivity of each photodiode increases, the contrast between the photodiodes improves, and sensitivity variations are reduced.
次に、本′発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。Next, embodiments of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
第1図は本発明の第1実施例に係る半導体光センサの構
造を示す縦断面図である。第1図において第3図に示す
部分と同一部分には同一参照符号を付し、その説明は省
略する。図中、n型半導体基板1の表面側に形成された
島状のp壁領域2はフォトダイオードの数だけ互いに分
離されており、表面から約lOμm深さには高濃度n型
層のキャリア集散領域5が形成されている。したがって
、キャリア集散領域5を境に上下にn型領域10.20
が振り分けられている。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor optical sensor according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same parts as those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted. In the figure, island-shaped p-wall regions 2 formed on the surface side of an n-type semiconductor substrate 1 are separated from each other by the number of photodiodes, and at a depth of about 10 μm from the surface, there is a highly concentrated n-type layer with carrier concentration. Region 5 is formed. Therefore, there are n-type regions 10.20 above and below the carrier concentration region 5.
are being distributed.
この高濃度n型のキャリア集散領域5の形成方法を説明
するに、まず、比抵抗2〜3Ω・cmのn型半導体基板
に通常のフォトリソグラフィー技術によりp型領域形成
と同じく窓開けしたフォトレジスタを被着した後、イオ
ン注入法によりリンを加速電圧9QkeV 、注入量5
X10”am−2程度打ち込む。続いて、窒素ガス中9
00℃、 30m1n、酸素ガス中1100℃、 2
0m1nの熱処理を施すと、基板内部にのみ拡散深さ〜
1.5pm、 8度5 XIO”am−3の高濃度n型
のキャリア集散領域5が形成される。この後、半導体基
板表面に2・−30・cllで厚さ10μmのエピタキ
シャル層を成長させ、そして、その上にp壁領域2を熱
拡散形成する。これによって高濃度n型のキャリア集積
領域5がn型半導体基板内に埋め込まれる。To explain the method for forming this highly concentrated n-type carrier collection region 5, first, a photoresistor is formed by opening a window in an n-type semiconductor substrate with a specific resistance of 2 to 3 Ω·cm using ordinary photolithography technology in the same way as in the case of forming a p-type region. After depositing the
Insert about X10"am-2. Then, in nitrogen gas
00℃, 30m1n, 1100℃ in oxygen gas, 2
When heat treatment is applied to 0m1n, the diffusion depth is only within the substrate ~
A high concentration n-type carrier collection region 5 of 1.5 pm and 8 degrees 5 Then, a p-wall region 2 is formed thereon by thermal diffusion.As a result, a highly concentrated n-type carrier accumulation region 5 is embedded in the n-type semiconductor substrate.
このようにキャリア集積領域5が埋め込まれた構造にお
いては、基板表面側のn型領域10内に発生したキャリ
ア3は、高濃度n型領域たるキャリア集散領域5のポテ
ンシャルによってフォトダイオード方向へ押しやられる
ため、キャリアの収集効率が高まり、あるフォトダイオ
ード近傍で発生したキャリアはその空乏層1a、2aへ
確実に到達する。一方、キャリア集散領域5下のn型領
域20内に発生したキャリア4はキャリア集散領域5の
ポテンシャル障壁に阻止されるので、いかなるフォトダ
イオードの空乏層1a、2aにも到達せず、光電流とし
て寄与しない。つまり、あるフォトダイオードの近傍で
発生したキャリアのみがそのフォトダイオードの光電流
として寄与するため、センサ感度が向上すると共に、フ
ォトダイオード相互間のキャリアのやりとりが低減する
ので、コントラストが向上する。また遠方からのキャリ
アの影響がなくなるので、感度のバラツキも低減する。In the structure in which the carrier accumulation region 5 is embedded in this way, the carriers 3 generated in the n-type region 10 on the substrate surface side are pushed toward the photodiode by the potential of the carrier accumulation region 5, which is a highly concentrated n-type region. Therefore, carrier collection efficiency increases, and carriers generated near a certain photodiode reliably reach its depletion layer 1a, 2a. On the other hand, carriers 4 generated in the n-type region 20 under the carrier-concentration region 5 are blocked by the potential barrier of the carrier-concentration region 5, so they do not reach the depletion layers 1a and 2a of any photodiode and are converted into photocurrent. Does not contribute. In other words, only carriers generated in the vicinity of a certain photodiode contribute to the photocurrent of that photodiode, improving sensor sensitivity and reducing carrier exchange between photodiodes, improving contrast. Furthermore, since the influence of carriers from a distance is eliminated, variations in sensitivity are also reduced.
第2図は本発明の第2実施例に係る半導体光センサの構
造を示す縦断面図である。この実施例は第4図に示す埋
め込み型のp型頭域2を有する半導体光センサにおいて
、第1実施例と同様の高濃度n型のキャリア集散領域5
が形成されており、第1実施例と同様の効果を有するも
のである。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor optical sensor according to a second embodiment of the present invention. This embodiment is applied to a semiconductor optical sensor having a buried p-type head region 2 shown in FIG.
is formed, and has the same effect as the first embodiment.
以上説明したように、本発明は高濃度第1導電型のキャ
リア集散領域を基板内部に埋め込み形成した点に特徴を
有するものであるから、次の効果を奏する。As described above, the present invention is characterized in that a highly concentrated carrier collection region of the first conductivity type is buried inside the substrate, and therefore has the following effects.
すなわち、高濃度のキャリア集散領域によって基板内が
ポテンシャル障壁によって2分されるので、キャリア集
散領域上側の非空乏層で発生したキャリアはその近傍の
フォトダイオードへ速やかに吸引され光電流として寄与
するが、キャリア集散領域下側の基板内で発生したキャ
リアはいずれのフォトダイオードにも迷い込まず、光電
流としては寄与しない。したがってセンサ感度が向上す
ると共に、フォトダイオード間の相互作用が低減し、コ
ントラストが向上する。また、遠方からのキャリアの影
響がなくなるので、感度のバラツキも低減する。In other words, since the inside of the substrate is divided into two by a potential barrier in the highly concentrated carrier-concentration region, carriers generated in the non-depleted layer above the carrier-concentration region are quickly attracted to the nearby photodiode and contribute as a photocurrent. , carriers generated within the substrate below the carrier collection region do not stray into any of the photodiodes and do not contribute to photocurrent. Therefore, sensor sensitivity is improved, interaction between photodiodes is reduced, and contrast is improved. Furthermore, since the influence of carriers from a distance is eliminated, variations in sensitivity are also reduced.
第1図は本発明の第1実施例に係る半導体光センサの構
造を示す縦断面図である。
第2図は本発明の第2実施例に係る半導体光センサの構
造を示す縦断面図である。
第3図は従来の半導体光センサの構造を示す縦断面図で
ある。
第4図は従来の別の半導体光センサの構造を示す縦断面
図である。
1 n型半導体基板、2 フォトダイオードのp壁領域
、la、2a 空乏層、3,4 発生したキャリア、
5 高濃度n型のキャリア集散領域、10 キャリア
集散領域より上側のn型領域、201・−引手導体基板
5・・・高濃度ml智のキャI集散領域第1区
篤 2 ΣFIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor optical sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor optical sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional semiconductor optical sensor. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the structure of another conventional semiconductor optical sensor. 1 n-type semiconductor substrate, 2 p-wall region of photodiode, la, 2a depletion layer, 3, 4 generated carriers,
5 High concentration n-type carrier collection region, 10 N-type region above the carrier collection region, 201 - Pull conductor substrate 5... High concentration ML carrier collection region 1st section 2 Σ
Claims (1)
数の第2導電型領域とから構成される複数のpn接合フ
ォトダイオードを備える半導体光センサにおいて、 該複数のpn接合フォトダイオード下の基板内部に高濃
度第1導電型のキャリア集散領域を有することを特徴と
する半導体光センサ。[Claims] 1) A semiconductor optical sensor comprising a plurality of pn junction photodiodes each including a first conductivity type region and a plurality of island-shaped second conductivity type regions separated from each other, the plurality of semiconductor optical sensors comprising: A semiconductor optical sensor comprising a highly concentrated first conductivity type carrier collection region inside a substrate below a pn junction photodiode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1164995A JPH0330374A (en) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | Semiconductor photosensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1164995A JPH0330374A (en) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | Semiconductor photosensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0330374A true JPH0330374A (en) | 1991-02-08 |
Family
ID=15803843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1164995A Pending JPH0330374A (en) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | Semiconductor photosensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0330374A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5481094A (en) * | 1977-11-25 | 1979-06-28 | Hewlett Packard Yokogawa | Semiconductor photodetector |
-
1989
- 1989-06-27 JP JP1164995A patent/JPH0330374A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5481094A (en) * | 1977-11-25 | 1979-06-28 | Hewlett Packard Yokogawa | Semiconductor photodetector |
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