JPH04134862A - 光電変換装置 - 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〕 本発明は半導体基板にホトダイオードを形成した光電変
換装置に関する。

〔従来の技術〕

このような分野の従来技術として、第２図に示されるも
のかある。図示の通り、例えばシリコンからなるｐ型基
板１にはｎ型不純物ドーピングされてｎ型拡散層２か形
成され、ｐ型基板１とｎ型拡散層２てホトダイオードが
構成されている。ｎ型拡散層２にはリセット用のトラン
ジスタＱＲか接続され、そのゲートに印加されるリセッ
トパルスφＲにより、ｎ型拡散層２にはリセット電圧Ｖ
Ｒか印加される。インピーダンス変換用の出力トランジ
スタＱ　とバイアス設定用のトランジスタＱＢは■ＤＤ
電源とアースの間に直列接続され、出力トランジスタＱ
　のゲートにはｎ型拡散層２の信号電荷による電圧が印
加され、トランジスタＱＢのゲートにはバイアス電圧Ｖ
Ｂが印加される。

上記の光電変換装置は、次のように動作する。

まず、リセットパルスφＲに同期してリセット電圧ＶＲ
かｎ型拡散層２に印加され、ホトダイオードが充電され
た後に、入射光（ｈν）による信号電荷の蓄積（ホトダ
イオードからの放電）が始まる。すると、入射光量に応
して出力トランジスタＱ　のゲート電位か変化し、イン
ピーダンス変換された出力電圧Ｖ　か外部回路（図示せ
ず）に取り出される。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来装置では、受光部のｎ型拡散
層２の電位変化の７〜８割以上か読み出されるため、光
電変換装置としての感度向上か難しい。このため、入射
光が微弱であるときには、信号成分が雑音成分に埋もれ
てしまい、好適な光検出か難しい。

そこで本発明は、Ｓ／Ｎ比を劣化させることなく高感度
を実現できる光電変換装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る光電変換装置は、第１導電型の半導体基板
上に絶縁膜を介してメツシュ状電極を形成することで構
成されたＭＩＳ構造のホトダイオードと、半導体基板の
一部に第２導電型不純物をドーピングすることで形成さ
れ、ホトダイオードで生成された信号電荷を蓄積する電
荷蓄積部と、ホトダイオードと電荷蓄積部の間の半導体
基板上に絶縁膜を介して形成され、ホドダイオードの信
号電荷を電荷蓄積部に読み出す読出ゲート電極と、電荷
蓄積部の信号電荷をインピーダンス変換して出力する出
力手段とを備える。

〔作用〕

本発明の構成によれば、メツシュ状電極の下側の半導体
基板に空乏層か形成されることで、大きな電荷蓄積容量
のホトダイオードによる高い光吸収効率か実現され、こ
れによる信号電荷が読出ゲート電極を介して、小さな容
量の電荷蓄積部に読み出し得る。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は実施例に係る光電変換装置を示し、同図（ａ）
は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図示の
通り、第１導電型の半導体基板であるｐ型基板１の上面
には絶縁膜（図示せず）が堆積され、その上にメツシュ
状電極３が形成されている。そして、メツシュ状電極３
の右側端の突出部に隣接して、読出ゲート電極をなす第
１のゲート電極４１と第２のゲート電極４２が形成され
、これらを挟んでメツシュ状電極３の反対側のｐ型基板
１には、ｎ型不純物がドーピングされて電荷蓄積部をな
すｎ型拡散層２が形成されている。

上記構造において、メツシュ状電極３の材料としてはア
ルミニウム（Ａｌｌ　）やポリシリコンを用い得るが、
可視光を検出するときには紫外線、赤外線以外の光を透
過するポリシリコンを用いるのが好ましい。また、メツ
シュ状電極３の形状については、図示のような格子状で
あってもよいし、六角形状、三角形状あるいは円形状の
網目等であってもよい。また、ｐ型基板１の不純物濃度
については特に制限はないが、短波長の光の大部分はｐ
型基板１の表面近傍で吸収されることを考慮すると、メ
ソシュ状電極３に電圧を印加したときに空乏層の深さが
数１０μｍとなるような不純物濃度が望ましい。

次に、上記実施例に係る光電変換装置の作用を説明する
。

ます、メツシュ状電極３に制御電圧Ｇ　としてｐ 所定の電圧を印加し、メツシュ状電極３の下側のｐ型基
板］を空乏化する。これにより、第１図（ｂ）に点線て
示すような空乏層５が形成され、初期充電される。引き
続いて信号光が入射すると、ｐ型基板１においてキャリ
アが発生し、信号電荷として蓄積される。なお、この場
合には第１のゲート電極４１、第２のゲート電極４２に
は制御電圧Ｇ　、Ｇ２としての所定の電圧が印加されて
い■ ないので、信号電荷はホトダイオードに蓄積され続ける
。

次に、入射光により生成された信号電荷の蓄積が所望の
時間継続された後、第１のゲート電極４１に電圧が印加
されて直下のｐ型基板１に深いポテンシャル井戸が形成
され、ここにホトダイオードの信号電荷が流入する。し
かる後、メツシュ状電極３への電圧印加をやめると、ホ
トダイオードの全ての信号電荷が第１のゲート電極４１
の直下に流入する。この状態でリセットパルスφＲに電
圧が印加され、トランジスタＱＲを介してｎ型拡散層２
にリセット電圧ＶＲが印加される。

次に、トランジスタＱＲをオフさせた後、第２のゲーｈ
ａ極４２に電圧が印加されて直下のｐ型基板１のポテン
シャルか下げられると、第１のゲート電極４１の直下の
信号電荷は第２のゲート電極４２の直下に流入する。し
かる後、第１のゲート電極４１の制御電圧Ｇ１を取り去
って信号電荷を全て第２のゲート電極４２の直下に送り
、第２のゲート電極４２の制御電圧Ｇ２を取り去ると信
号電荷は全てｎ型拡散層２に送られる。

ここで、ｐ型基板ｌとメツシュ状電極３によるホトダイ
オードか有する容量に比べて、ｎ型拡散層２の容量は十
分に小さくできるので、Ｑ−ＣＶの関係からｎ型拡散層
２において大きな電位変化が生じ、これが出力トランジ
スタＱ　のゲートに与えられるので、インピーダンス変
換された大きな検出出力を出力電圧Ｖ　として得ること
ができる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明によれば、メツシュ状
電極の下側の半導体基板に空乏層が形成されることで、
大きな容量のホトダイオードによる高い光吸収効率が実
現され、これによる信号電荷か読出ゲート電極を介して
、小さな容量の電荷蓄積部に読み出し得る。このため、
Ｓ／Ｎ比を劣化させることなく高感度の光検出を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る光電変換装置の構成を示
す図、第２図は従来例の構成図である。 １・・・ｐ型基板、２・・・ｎ型拡散層、３・・・メツ
シュ状電極、４１・・・第１のゲート電極、４２・・・
第２のゲート電極。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１導電型の半導体基板上に絶縁膜を介してメッシ
   ュ状電極を形成することで構成されたＭＩＳ構造のホト
   ダイオードと、前記半導体基板の一部に第２導電型不純
   物をドーピングすることで形成され、前記ホトダイオー
   ドで生成された信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記
   ホトダイオードと前記電荷蓄積部の間の前記半導体基板
   上に絶縁膜を介して形成され前記ホドダイオードの信号
   電荷を前記電荷蓄積部に読み出す読出ゲート電極と、前
   記電荷蓄積部の信号電荷をインピーダンス変換して出力
   する出力手段とを備える光電変換装置。 ２、前記読出ゲート電極は前記ホトダイオード側から順
   に配設された第１および第２のゲート電極を有し、これ
   らゲート電極には第１のゲート電極直下から第２のゲー
   ト電極直下に順にポテンシャル井戸が形成されるような
   制御電圧が印加される請求項１記載の光電変換装置。 ３、半導体基板に、入射光に応答して信号電荷を生成す
   るホトダイオードと、前記信号電荷を読み出す読出手段
   とが形成された光電変換装置において、 前記ホトダイオードは、前記半導体基板上に絶縁膜を介
   してメッシュ状電極を形成して構成されたＭＩＳ構造を
   なし、前記メッシュ状電極には前記半導体基板に空乏層
   を形成するための電圧が印加されることを特徴とする光
   電変換装置。