JPH04242980A - 受光素子 - Google Patents

受光素子

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JPH04242980A
JPH04242980A JP3000158A JP15891A JPH04242980A JP H04242980 A JPH04242980 A JP H04242980A JP 3000158 A JP3000158 A JP 3000158A JP 15891 A JP15891 A JP 15891A JP H04242980 A JPH04242980 A JP H04242980A
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semiconductor substrate
diffusion layer
resistivity semiconductor
layer
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Yoshiaki Nozaki
義明 野崎
Naoki Fukunaga
直樹 福永
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、受光素子の応答速度を
高速化する構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】受光素子は、フォトカプラ、光ファイバ
等に広く用いられており、応答速度を高速化するために
、種々の構造が提案されている。
【0003】図9はその一例のpinフォトダイオード
の略断面図である。このような装置は、以下のような工
程で作成される。まず、N型低比抵抗半導体基板1に、
たとえば、100オームcm程度のN型高比抵抗エピタ
キシャル層6が積層される。次にN型高比抵抗エピタキ
シャル層6の表面に、アノードとしてP型拡散層3が形
成される。受光素子を5ボルトの逆バイアスで使用する
とした場合、カソード側の空乏層の幅は、約12ミクロ
ンとなるのでN型高比抵抗エピタキシャル層6の厚さは
、受光素子のP型拡散層3の底面からN型低比抵抗半導
体基板1の表面までが約12ミクロンとなるように設定
される。この表面は酸化シリコンのような表面保護膜4
で被覆される。この表面保護膜4の所望の場所に穴を開
け、アノード端子5が設けられる。図示されていないが
、カソード端子はN型低比抵抗半導体基板1の裏面に設
けられる。
【0004】以上のようにN型高比抵抗エピタキシャル
層6を受光部とすることによって、高速応答を得る工夫
がされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような構造の受光素子では、カソードとなるN型層の高
比抵抗部分をエピタキシャル層で形成するため、さらに
高比抵抗化することが困難で、300オームcm程度が
限界であり、接合容量を十分低減することができない。 このためCR時定数を十分小さくできないので高速化を
妨げる。また、エピタキシャル成長等の高温熱処理によ
り、不純物濃度の高いN型低比抵抗半導体基板1から、
N型高比抵抗エピタキシャル層6にN型不純物が這上が
ってしまうため、空乏層化していない這上がり部分で発
生したキャリアが、拡散により空乏層に到達するため、
応答速度の高速化を妨げる。
【0006】本発明の目的は、前述の欠点を除き、受光
素子の応答速度の高速化を図ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明においては、たと
えばN型の低比抵抗半導体基板の表面に、基板接着法に
よりN型の高比抵抗半導体基板を貼合わせ、このN型の
高比抵抗半導体基板の厚さは、その表面に形成されるア
ノード底面からN型の低比抵抗半導体基板の表面に到る
までの厚さが、受光素子に加えられる逆バイアスによっ
て広がる空乏層の幅に等しくなるように設定した。
【0008】
【作用】本発明は、以上のような構造であるから、カソ
ードの高比抵抗部分に高比抵抗半導体基板を用いるため
、エピタキシャル成長では得られない、たとえば、10
00オームcm程度の高比抵抗層が得られ、接合容量を
十分低減でき、CR時定数を小さくすることができる。 また、基板接着法により高比抵抗基板と低比抵抗半導体
基板とを貼合わせるため、低比抵抗半導体基板から高比
抵抗半導体基板への不純物の這上がりが抑えられ、不純
物濃度プロファイルを急峻に保つことができる。これに
より、受光素子に印加される逆バイアスによって広がる
空乏層以外の領域の不純物濃度プロファイルを急峻にで
きるため、空乏層外で発生したキャリアはライフタイム
が短く、光電流に寄与しなくなる。
【0009】このような構造にすることによって、応答
速度の高速化の妨げとなる拡散電流成分の寄与しない、
時定数の小さい優れた受光素子が得られる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の一実施例の構造を示す略断面
図である。図9の従来例と異なるところは、N型高比抵
抗エピタキシャル層6の代わりにN型高比抵抗半導体基
板2を用い、所望の厚さまで研摩していることである。 図9との同一の部分については、同一の符号で表わされ
る。この装置は図2及び図3の略断面図に示されるよう
な工程で製造される。
【0011】まず、図2に示されるように、第1の導電
型をN型とすると、N型低比抵抗半導体基板1の表面に
、1000オームcm程度のN型高比抵抗半導体基板2
が、ウェハ接着法により矢印の方向に貼合わされる。
【0012】次に、図3に示されるように、N型高比抵
抗半導体基板2は、所望の厚さまで研摩される。受光素
子を5ボルトの逆バイアスで使用するとした場合、カソ
ード側の空乏層の幅は約35ミクロンとなるので、N型
高比抵抗半導体基板の厚さは、後で形成されるアノード
となるP型拡散層3の底面からN型低比抵抗半導体基板
1の表面までが約35ミクロンとなるように設定される
【0013】次に図1に示すように、N型高比抵抗半導
体基板2の表面にアノードとなる第2の導電型のP型拡
散層3が設けられる。これらの表面は表面保護膜4で被
覆され、その所望の場所に穴を開け、アノード端子5が
設けられる。図示されていないが、カソード端子はN型
低比抵抗半導体基板1の裏面に設けられる。
【0014】前記の実施例においては、単一の受光素子
のみを形成する構造について述べたが、受光素子と信号
処理回路を同一チップ上に形成する構造についても適用
できる。
【0015】図4は、受光素子と信号処理回路を同一チ
ップ上に形成する構造の一実施例を示す略断面図である
。図1と同一の部分については同一の符号で表わされる
。図の左方には受光素子部20が形成され、右方には信
号処理回路部21が形成されている。
【0016】この装置は、図5ないし図8の略断面図に
示されるような工程で製造される。まず、図5に示され
るように、約1000オームcm程度のN型高比抵抗半
導体基板2の信号処理回路予定領域にP型埋込拡散層7
を形成する。次に、このN型高比抵抗半導体基板2を、
N型低比抵抗半導体基板1の表面に、ウェハ接着法によ
り矢印の方向に貼合わせる。ここでP型埋込拡散層7は
、受光素子と信号処理回路を電気的に分離するためのも
のである。
【0017】次に、図6に示すように、N型高比抵抗半
導体基板2を所望の厚さまで研摩する。受光素子を5ボ
ルトの逆バイアスで使用するとした場合、前記実施例と
同様、カソード側の空乏層の幅は約35ミクロンとなる
ので、N型高比抵抗半導体基板2の厚さは、後の工程で
形成されるアノードとなるP型拡散層11の底面からN
型低比抵抗半導体基板1の表面まで約35ミクロンとな
るように設定される。
【0018】次に、図7に示すように、信号処理回路予
定領域のみにN型埋込拡散層8を形成し、それらの表面
の全面に信号処理回路に適した不純物濃度のN型エピタ
キシャル層9が積層される。
【0019】次に、図8に示されるように、各素子を分
離するため、P型埋込拡散層7の周縁部の上に、P型分
離拡散層10が形成される。また同時に、受光素子部は
その表面にアノードとなるP型拡散層11が形成される
【0020】次に、図4に示されるように、信号処理回
路予定領域の表面にP型のベース拡散層12、N型のコ
レクタ拡散層14、ベース拡散層12の一部にN型のエ
ミッタ拡散層13が形成される。これらによってNPN
トランジスタが構成される。これらの表面は表面保護膜
4で被覆され、この表面保護膜4の所望の場所に穴を開
け、アノード端子5、ベース端子15、コレクタ端子1
7、エミッタ端子16等が設けられる。カソード端子は
、前述のように図示されていないが、N型低比抵抗半導
体基板1の裏面に設けられる。
【0021】本実施例においては、カソード端子を裏面
に設けているが、受光素子20の適当な場所に、N型埋
込拡散層のような適当な拡散を順次行なうことによって
、そのカソード端子を表面に設けることもできる。また
、P型埋込拡散層7を、N型低比抵抗半導体基板1とN
型高比抵抗半導体基板2を貼合わせる前に形成している
が、N型高比抵抗半導体基板2の研摩後に行なっても構
わない。
【0022】前記のP型半導体をN型半導体に置換える
こともできる。
【0023】
【発明の効果】本発明は、不純物濃度の低い高比抵抗半
導体基板をpinフォトダイオードのi層として用いる
ため、i層の比抵抗をエピタキシャル層では不可能な3
00オームcm以上の高比抵抗とすることができ、受光
素子のカソード側の空乏層の幅が大きくなり、接合容量
を低減できるため、CR時定数を小さくすることができ
る。
【0024】また、貼合わせ技術を用いることで、N型
低比抵抗半導体基板1からのN型不純物の這上がりがな
くなり、カソード側に広がる空乏層外の不純物濃度プロ
ファイルを急峻に保てるため、空乏層外で発生するキャ
リアのライフタイムが短くなり、空乏層に到達する拡散
成分を大幅に低減でき、受光素子の高速動作が可能とな
る。
【0025】また、受光素子と信号処理回路を同一チッ
プ上に形成する構造においても、P型埋込拡散層7形成
時の熱処理をウェハ貼合わせ前に行なえるため、N型低
比抵抗半導体基板1からのN型不純物の這上がりを抑え
ることができる。そのために受光素子の高速動作が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の略断面図である。
【図2】本発明の工程の略断面図である。
【図3】本発明の工程の略断面図である。
【図4】本発明の他の実施例の略断面図である。
【図5】図4の工程を示す略断面図である。
【図6】図4の工程を示す略断面図である。
【図7】図4の工程を示す略断面図である。
【図8】図4の工程を示す略断面図である。
【図9】従来の一例の略断面図である。
【符号の説明】
1  N型低比抵抗半導体基板 2  N型高比抵抗半導体基板 3  P型拡散層 4  表面保護膜 6  N型高比抵抗エピタキシャル層 7  P型埋込拡散層 8  N型埋込拡散層 9  N型エピタキシャル層 10  P型分離拡散層 11  P型拡散層 12  ベース拡散層 13  エミッタ拡散層 14  コレクタ拡散層 15  ベース端子 16  エミッタ端子 17  コレクタ端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1の導電型の低比抵抗半導体基板と
    、これに張合わせられた同じ導電型の高比抵抗半導体基
    板とよりなり、高比抵抗半導体基板の表面に第2の導電
    型の拡散層が形成され、第2の導電型の拡散層の底面か
    ら前記の低比抵抗半導体基板の表面までの厚さは逆バイ
    アス時の空乏層の幅に等しくなるようにされた受光素子
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