JPH06196727A - 光電変換装置 - Google Patents
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- JPH06196727A JPH06196727A JP4327749A JP32774992A JPH06196727A JP H06196727 A JPH06196727 A JP H06196727A JP 4327749 A JP4327749 A JP 4327749A JP 32774992 A JP32774992 A JP 32774992A JP H06196727 A JPH06196727 A JP H06196727A
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Classifications
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
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- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高価なエピタキシャルウエハを使用すること
なく通常の単結晶半導体基板を用いて高い変換効率が得
られるようにする。 【構成】 ｐ型シリコン基板１１の表面には受光面１２
に対応して燐の熱拡散によりｎ+ 層１３が設けられ、ｐ
ｎ接合１４が形成されている。ｐ型シリコン基板１１の
受光面１２と反対側の面はエッチングにより選択的に除
去されダイアフラム部１９となっている。これにより余
分な直列抵抗がなくなり変換効率が向上する。ダイアフ
ラム部１９の凹部には金属反射膜２０が設けられてい
る。ｐ型シリコン基板１１の被エッチング面には、ボロ
ンを高濃度で熱拡散してｐ+ 層２１が形成されている。
なく通常の単結晶半導体基板を用いて高い変換効率が得
られるようにする。 【構成】 ｐ型シリコン基板１１の表面には受光面１２
に対応して燐の熱拡散によりｎ+ 層１３が設けられ、ｐ
ｎ接合１４が形成されている。ｐ型シリコン基板１１の
受光面１２と反対側の面はエッチングにより選択的に除
去されダイアフラム部１９となっている。これにより余
分な直列抵抗がなくなり変換効率が向上する。ダイアフ
ラム部１９の凹部には金属反射膜２０が設けられてい
る。ｐ型シリコン基板１１の被エッチング面には、ボロ
ンを高濃度で熱拡散してｐ+ 層２１が形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板に形成された
ｐｎ接合部に対して光を照射し、光エネルギを電気エネ
ルギに変換する光電変換装置に係り、特にマイクロマシ
ン本体または作業モジュールの微小なアクチュエータや
センサ等に駆動エネルギを供給するために用いられる小
型の光電変換装置に関する。
ｐｎ接合部に対して光を照射し、光エネルギを電気エネ
ルギに変換する光電変換装置に係り、特にマイクロマシ
ン本体または作業モジュールの微小なアクチュエータや
センサ等に駆動エネルギを供給するために用いられる小
型の光電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、シリコンを用いたＳｉマイクロマ
シーニング技術の開発が盛んになっており、たとえば血
液の微小流量制御のためのマイクロポンプ、マイクロバ
ルブ等の医療用マイクロマシンが種々提案されている。
シーニング技術の開発が盛んになっており、たとえば血
液の微小流量制御のためのマイクロポンプ、マイクロバ
ルブ等の医療用マイクロマシンが種々提案されている。
【０００３】ところで、この種のマイクロマシン本体ま
たは作業モジュールには、多くの微小なアクチュエータ
（駆動部）やセンサ等が搭載される。このようなアクチ
ュエータ等に対して駆動エネルギを供給する方法とし
て、最も一般的に考えられるのは、電線を用いた電力の
電送供給である。
たは作業モジュールには、多くの微小なアクチュエータ
（駆動部）やセンサ等が搭載される。このようなアクチ
ュエータ等に対して駆動エネルギを供給する方法とし
て、最も一般的に考えられるのは、電線を用いた電力の
電送供給である。
【０００４】しかしながら、電線を用いる場合には、少
なくとも一対の配線が必要であり、特に狭い空間内で多
数のアクチュエータ等にエネルギを供給する際には、配
線数が増加するため、取り回しが困難になり、アクチュ
エータ等の運動を制限してしまう。また、細くて長い配
線は、ジュール熱等により伝送中において電力損失が大
きくなるという問題もある。さらに電線による電源供給
は、医療用システムでは安全性において問題がある。
なくとも一対の配線が必要であり、特に狭い空間内で多
数のアクチュエータ等にエネルギを供給する際には、配
線数が増加するため、取り回しが困難になり、アクチュ
エータ等の運動を制限してしまう。また、細くて長い配
線は、ジュール熱等により伝送中において電力損失が大
きくなるという問題もある。さらに電線による電源供給
は、医療用システムでは安全性において問題がある。
【０００５】従来、このような配線を用いることなく、
電気エネルギを供給するものとして、光電磁気素子が提
案されている（特開平３−６２３０５号公報）。この光
電磁気素子は、同一基板に光電変換素子と薄膜コイルと
磁路を形成することにより、薄膜磁気ヘッドや薄膜変成
器等の電気エネルギを必要とするもののコイル部分に、
この光電変換素子により得られた電気を配線を介さずに
電気エネルギを供給するためのものである。これにより
得られる電力は非常に微小なものであり、ある程度の電
力を得ようとすれば、光電変換素子の領域を多くとり、
光電変換素子自体の発生電力を大きくするか、または非
常に強い光を照射する必要がある。したがってこれだけ
では上述のマイクロマシンの電力供給源として用いるに
は不十分な場合があった。
電気エネルギを供給するものとして、光電磁気素子が提
案されている（特開平３−６２３０５号公報）。この光
電磁気素子は、同一基板に光電変換素子と薄膜コイルと
磁路を形成することにより、薄膜磁気ヘッドや薄膜変成
器等の電気エネルギを必要とするもののコイル部分に、
この光電変換素子により得られた電気を配線を介さずに
電気エネルギを供給するためのものである。これにより
得られる電力は非常に微小なものであり、ある程度の電
力を得ようとすれば、光電変換素子の領域を多くとり、
光電変換素子自体の発生電力を大きくするか、または非
常に強い光を照射する必要がある。したがってこれだけ
では上述のマイクロマシンの電力供給源として用いるに
は不十分な場合があった。
【０００６】また、ここに開示された薄膜変成器を変圧
器（トランス）として用い、この基板上のコイルを変圧
器の一次コイルとし、２次コイル側に光電変換素子によ
り得られた電圧よりも高い電圧を得ようとする場合に
は、変圧するために１次側コイルに交流を必要とするた
めに、光電変換素子に照射する光をチョッピングする等
して光を交流とする等、本体以外に何らかの２次的な手
段、方法が必要となる。このためマイクロマシンに適用
するためのエネルギ源としてそのまま用いることが困難
であった。
器（トランス）として用い、この基板上のコイルを変圧
器の一次コイルとし、２次コイル側に光電変換素子によ
り得られた電圧よりも高い電圧を得ようとする場合に
は、変圧するために１次側コイルに交流を必要とするた
めに、光電変換素子に照射する光をチョッピングする等
して光を交流とする等、本体以外に何らかの２次的な手
段、方法が必要となる。このためマイクロマシンに適用
するためのエネルギ源としてそのまま用いることが困難
であった。
【０００７】このようなことから本出願人と同一出願人
は先に、変換効率が高く、マイクロマシン等の微小な装
置に用いて好適な光電変換装置を提案した（特願平４−
１５１６６号）。この光電変換装置は、図４および図５
に表すようにエピタキシャルウエハ４０上に形成したも
のである。
は先に、変換効率が高く、マイクロマシン等の微小な装
置に用いて好適な光電変換装置を提案した（特願平４−
１５１６６号）。この光電変換装置は、図４および図５
に表すようにエピタキシャルウエハ４０上に形成したも
のである。
【０００８】この光電変換装置では、ｎ- 層（エピタキ
シャル層）４２にボロンを高濃度に拡散してｐ+ 領域４
３を設け、ｐｎ接合を形成している。ここで、ｎ- 層４
２は空乏層の拡がりをできるだけ深くしてそこで光を吸
収させるため、ドナー濃度を特に低くしてある。ｐ+ 領
域４３の表面には反射防止膜としての酸化膜４４が形成
されている。ｎ- 層４２の表面には、さらに燐を選択的
に拡散することによりｎ+ 領域４５が設けられている。
このｎ+ 領域４５およびｐ+ 領域４３の周囲には、電流
を取り出すための金属電極４６、４７が設けられてい
る。
シャル層）４２にボロンを高濃度に拡散してｐ+ 領域４
３を設け、ｐｎ接合を形成している。ここで、ｎ- 層４
２は空乏層の拡がりをできるだけ深くしてそこで光を吸
収させるため、ドナー濃度を特に低くしてある。ｐ+ 領
域４３の表面には反射防止膜としての酸化膜４４が形成
されている。ｎ- 層４２の表面には、さらに燐を選択的
に拡散することによりｎ+ 領域４５が設けられている。
このｎ+ 領域４５およびｐ+ 領域４３の周囲には、電流
を取り出すための金属電極４６、４７が設けられてい
る。
【０００９】この光電変換装置では、ｐｎ接合に光を照
射すると光生成キャリアが発生し、この光生成キャリア
のうち電子はｎ- 層４２を貫通し、電気抵抗の低いｎ+
層４１を経由してｎ+ 領域４５、金属電極４７を介して
外部に取り出される。すなわちエピタキシャルウエハの
ｎ+ 層４１は光電変換素子の内部直列抵抗を低減させる
ために不可欠の構成要素であった。
射すると光生成キャリアが発生し、この光生成キャリア
のうち電子はｎ- 層４２を貫通し、電気抵抗の低いｎ+
層４１を経由してｎ+ 領域４５、金属電極４７を介して
外部に取り出される。すなわちエピタキシャルウエハの
ｎ+ 層４１は光電変換素子の内部直列抵抗を低減させる
ために不可欠の構成要素であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述のように先に提案
した光電変換装置においては、光電変換素子の内部直列
抵抗を低減させるために高濃度不純物層（ｎ+ 層４１）
の使用が不可欠であった。このような高濃度不純物層で
は少数キャリアの寿命が短く、光電流収集効率が低い。
このため高濃度不純物層（ｎ+ 層４１）の上に低濃度不
純物層（ｎ- 層４２）をエピタキシャル成長させてい
る。
した光電変換装置においては、光電変換素子の内部直列
抵抗を低減させるために高濃度不純物層（ｎ+ 層４１）
の使用が不可欠であった。このような高濃度不純物層で
は少数キャリアの寿命が短く、光電流収集効率が低い。
このため高濃度不純物層（ｎ+ 層４１）の上に低濃度不
純物層（ｎ- 層４２）をエピタキシャル成長させてい
る。
【００１１】しかしながら、基板材料がエピタキシャル
ウエハに限定されることは、非エピタキシャルウエハ、
すなわち単結晶シリコンウエハを用いて作製される微小
なアクチュエータ等との一体化を図るには不都合であっ
た。
ウエハに限定されることは、非エピタキシャルウエハ、
すなわち単結晶シリコンウエハを用いて作製される微小
なアクチュエータ等との一体化を図るには不都合であっ
た。
【００１２】また、低濃度不純物層はエピタキシャル成
長で形成する領域であり、高々２０μｍ程度の厚さであ
る。このため入射光の波長によっては、この層で光を十
分に吸収することができず、従来技術は必ずしも高い光
電変換効率を得るに適した構造ではなかった。
長で形成する領域であり、高々２０μｍ程度の厚さであ
る。このため入射光の波長によっては、この層で光を十
分に吸収することができず、従来技術は必ずしも高い光
電変換効率を得るに適した構造ではなかった。
【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、高価なエピタキシャルウエハを使用
することなく通常の単結晶半導体基板を用いて高い変換
効率が得られ、微小なアクチュエータやセンサ等に電極
エネルギを供給するのに好適な光電変換装置を提供する
ことにある。
ので、その目的は、高価なエピタキシャルウエハを使用
することなく通常の単結晶半導体基板を用いて高い変換
効率が得られ、微小なアクチュエータやセンサ等に電極
エネルギを供給するのに好適な光電変換装置を提供する
ことにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
一方の表面に形成されたｐｎ接合部に対して光を照射
し、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換装置
において、半導体基板の受光面と反対側の面からｐｎ接
合部に対応する領域を選択的に除去し、前記ｐｎ接合部
をダイアフラム部上に配置した構造とするとともに、前
記半導体基板の選択的に除去された領域に対応させて前
記半導体基板と同一導電型の高濃度不純物層を形成した
ものである。
一方の表面に形成されたｐｎ接合部に対して光を照射
し、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換装置
において、半導体基板の受光面と反対側の面からｐｎ接
合部に対応する領域を選択的に除去し、前記ｐｎ接合部
をダイアフラム部上に配置した構造とするとともに、前
記半導体基板の選択的に除去された領域に対応させて前
記半導体基板と同一導電型の高濃度不純物層を形成した
ものである。
【００１５】この光電変換装置では、ダイアフラム部に
設けられたｐｎ接合部に光を照射すると、光起電力が生
じ、外部に電気エネルギとして取り出すことができる。
設けられたｐｎ接合部に光を照射すると、光起電力が生
じ、外部に電気エネルギとして取り出すことができる。
【００１６】ダイアフラム部は単結晶半導体基板をエッ
チングにより選択的に除去することにより形成すること
ができ、その厚さは入射光のスペクトルに応じて最大効
率が得られるように制御することができる。すなわち、
光電変換装置で高い変換効率を得るためには、半導体基
板は光を十分に吸収するために必要な厚さがあればよ
く、他の部分は直列抵抗成分を増大させるだけになるの
で、余分な厚さを除去するものである。
チングにより選択的に除去することにより形成すること
ができ、その厚さは入射光のスペクトルに応じて最大効
率が得られるように制御することができる。すなわち、
光電変換装置で高い変換効率を得るためには、半導体基
板は光を十分に吸収するために必要な厚さがあればよ
く、他の部分は直列抵抗成分を増大させるだけになるの
で、余分な厚さを除去するものである。
【００１７】また、本発明の光電変換装置では、ダイア
フラム部を形成した半導体基板の被エッチング面に、半
導体基板と同一導電型の高濃度の不純物層が形成されて
いるので、半導体基板の受光面と反対側の面における電
気抵抗を低減することができ、かつ金属電極と良好なオ
ーミック性接触を得ることができる。また、この高濃度
不純物層を設けることにより、半導体基板の裏面にポテ
ンシャルエネルギの勾配が生じ、多数キャリアは裏面に
引き寄せられ、一方少数キャリアはｐｎ接合部へ誘因さ
れるため、より効率的に光電流を取り出すことが可能と
なる。
フラム部を形成した半導体基板の被エッチング面に、半
導体基板と同一導電型の高濃度の不純物層が形成されて
いるので、半導体基板の受光面と反対側の面における電
気抵抗を低減することができ、かつ金属電極と良好なオ
ーミック性接触を得ることができる。また、この高濃度
不純物層を設けることにより、半導体基板の裏面にポテ
ンシャルエネルギの勾配が生じ、多数キャリアは裏面に
引き寄せられ、一方少数キャリアはｐｎ接合部へ誘因さ
れるため、より効率的に光電流を取り出すことが可能と
なる。
【００１８】本発明の光電変換装置では、さらにダイア
フラム部の被エッチング面を金属皮膜で覆う構成とする
ことが好ましく、このような構成であれば、ダイアフラ
ム部を貫通してきた光を再びｐｎ接合部の方へ反射させ
ることができる。したがって、このような構成では、ダ
イアフラム部は光の吸収に必要な厚さの２分の１程度の
厚さがあればよい。ダイアフラムが薄くなれば、それだ
けダイアフラム部を貫通して流れる光電流に対する電気
抵抗を小さくすることができ、変換効率が高くなる。
フラム部の被エッチング面を金属皮膜で覆う構成とする
ことが好ましく、このような構成であれば、ダイアフラ
ム部を貫通してきた光を再びｐｎ接合部の方へ反射させ
ることができる。したがって、このような構成では、ダ
イアフラム部は光の吸収に必要な厚さの２分の１程度の
厚さがあればよい。ダイアフラムが薄くなれば、それだ
けダイアフラム部を貫通して流れる光電流に対する電気
抵抗を小さくすることができ、変換効率が高くなる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。
的に説明する。
【００２０】図２は本発明の一実施例に係る光電変換装
置１０の構成を一部破断して表す斜視図であり、図１は
そのＡ−Ａ線に沿った縦断面構造を表すものである。
置１０の構成を一部破断して表す斜視図であり、図１は
そのＡ−Ａ線に沿った縦断面構造を表すものである。
【００２１】この光電変換装置１０では、単結晶半導体
基板、たとえばｐ型シリコン基板１１の一方の主面の、
たとえば０．５×０．５ｍｍ2 程度の領域が受光面１２
となっている。この受光面１２に対応して、ｐ型シリコ
ン基板１１の表面にはｎ型不純物たとえば燐が表面濃度
が１×１０19ｃｍ-3になるように熱拡散され、ｎ+ 層１
３が形成されており、これにより接合深さ約１μｍのｐ
ｎ接合１４が形成されている。
基板、たとえばｐ型シリコン基板１１の一方の主面の、
たとえば０．５×０．５ｍｍ2 程度の領域が受光面１２
となっている。この受光面１２に対応して、ｐ型シリコ
ン基板１１の表面にはｎ型不純物たとえば燐が表面濃度
が１×１０19ｃｍ-3になるように熱拡散され、ｎ+ 層１
３が形成されており、これにより接合深さ約１μｍのｐ
ｎ接合１４が形成されている。
【００２２】受光面１２の表面には適当な屈折率を持つ
材料、たとえばシリコン酸化膜により膜厚０．１６μｍ
の反射防止膜１５が形成されている。この反射防止膜１
５の周囲にはたとえばシリコン酸化膜等により絶縁膜１
６が形成されている。絶縁膜１６と反射防止膜１５との
間には開口部（コンタクトホール）１８が設けられ、こ
の開口部１８にはたとえばアルミニウム（Ａｌ）により
形成された金属電極１７が設けられている。金属電極１
７は開口部１８を介してｎ+ 層１３に接続されている。
ｎ+ 層１３の金属電極１７との接触部は、金属電極１７
と良好なオーミック性接触が得られるよう受光部１２よ
りも高濃度、たとえば１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度領
域１３ａとなっている。
材料、たとえばシリコン酸化膜により膜厚０．１６μｍ
の反射防止膜１５が形成されている。この反射防止膜１
５の周囲にはたとえばシリコン酸化膜等により絶縁膜１
６が形成されている。絶縁膜１６と反射防止膜１５との
間には開口部（コンタクトホール）１８が設けられ、こ
の開口部１８にはたとえばアルミニウム（Ａｌ）により
形成された金属電極１７が設けられている。金属電極１
７は開口部１８を介してｎ+ 層１３に接続されている。
ｎ+ 層１３の金属電極１７との接触部は、金属電極１７
と良好なオーミック性接触が得られるよう受光部１２よ
りも高濃度、たとえば１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度領
域１３ａとなっている。
【００２３】ｐ型シリコン基板１１の受光面１２と反対
側の面（裏面）はエッチングにより選択的に除去されて
おり、ダイアフラム部１９が形成されており、ｐｎ接合
１４がこのダイアフラム部１９上に形成された構造とな
っている。このダイアフラム部１９のエッチング側の凹
部にはたとえばアルミニウムにより形成された金属反射
膜２０が設けられている。またダイアフラム部１９の周
囲の膜厚部には同じくアルミニウムにより形成された金
属電極２２が設けられている。
側の面（裏面）はエッチングにより選択的に除去されて
おり、ダイアフラム部１９が形成されており、ｐｎ接合
１４がこのダイアフラム部１９上に形成された構造とな
っている。このダイアフラム部１９のエッチング側の凹
部にはたとえばアルミニウムにより形成された金属反射
膜２０が設けられている。またダイアフラム部１９の周
囲の膜厚部には同じくアルミニウムにより形成された金
属電極２２が設けられている。
【００２４】ダイアフラム部１９を形成したｐ型シリコ
ン基板１１の被エッチング面にはｐ + 層２１が設けられ
ており、この部分の電気抵抗を低くするとともに金属反
射膜２０とのオーミック性接触を得るようになってい
る。このｐ+ 層２１はｐ型不純物たとえばボロンを表面
濃度５×１０20ｃｍ-3以上の高濃度で熱拡散することに
より形成される。また、このｐ+ 層２１によりｐ型シリ
コン基板１１の内部にポテンシャルエネルギの勾配が生
じ、正孔はｐ+ 層２１側に、電子はｐｎ接合界面１４ａ
側に誘因されるようになっている。
ン基板１１の被エッチング面にはｐ + 層２１が設けられ
ており、この部分の電気抵抗を低くするとともに金属反
射膜２０とのオーミック性接触を得るようになってい
る。このｐ+ 層２１はｐ型不純物たとえばボロンを表面
濃度５×１０20ｃｍ-3以上の高濃度で熱拡散することに
より形成される。また、このｐ+ 層２１によりｐ型シリ
コン基板１１の内部にポテンシャルエネルギの勾配が生
じ、正孔はｐ+ 層２１側に、電子はｐｎ接合界面１４ａ
側に誘因されるようになっている。
【００２５】この光電変換装置１０では、適当な波長の
入射光２４、たとえば波長８００ｎｍの光を受光面１２
に照射すると、ｐｎ接合界面１４ａを挟んで光起電力が
発生する。そして金属電極１７および金属電極２２にセ
ンサ等の負荷を接続すると閉回路が形成され、負荷に対
して電流が流れる。
入射光２４、たとえば波長８００ｎｍの光を受光面１２
に照射すると、ｐｎ接合界面１４ａを挟んで光起電力が
発生する。そして金属電極１７および金属電極２２にセ
ンサ等の負荷を接続すると閉回路が形成され、負荷に対
して電流が流れる。
【００２６】この光電変換装置１０では、入射光２４は
ｎ+ 層１３、ｐｎ接合面１４ａ両側に形成される空乏層
領域（図示せず）およびｐ型シリコン基板１１の各々で
吸収され光電流を生じさせる。このとき光電流は光の吸
収量に比例して増加するが、光の吸収量は光が通過する
各層の厚さによって指数関数的に増大する。ｎ+ 層１３
および空乏層の厚さはミクロンオーダであり、ごく薄
く、大部分の光はｐ型シリコン基板１１で吸収されるこ
とになる。
ｎ+ 層１３、ｐｎ接合面１４ａ両側に形成される空乏層
領域（図示せず）およびｐ型シリコン基板１１の各々で
吸収され光電流を生じさせる。このとき光電流は光の吸
収量に比例して増加するが、光の吸収量は光が通過する
各層の厚さによって指数関数的に増大する。ｎ+ 層１３
および空乏層の厚さはミクロンオーダであり、ごく薄
く、大部分の光はｐ型シリコン基板１１で吸収されるこ
とになる。
【００２７】ところで、光の強度は侵入深さが深くなる
につれて指数関数的に減少するが、波長８００ｎｍの光
の場合、数十μｍの深さに達すると、その強度は入射時
の１／１００まで低下する。すなわち、ｐ型シリコン基
板１１がこれ以上厚くても光の吸収量、ひいては光電流
の発生量はこれ以上増大せず、むしろ金属電極２２に達
するまでの経路が長くなり、直列抵抗の増加につながる
だけとなる。
につれて指数関数的に減少するが、波長８００ｎｍの光
の場合、数十μｍの深さに達すると、その強度は入射時
の１／１００まで低下する。すなわち、ｐ型シリコン基
板１１がこれ以上厚くても光の吸収量、ひいては光電流
の発生量はこれ以上増大せず、むしろ金属電極２２に達
するまでの経路が長くなり、直列抵抗の増加につながる
だけとなる。
【００２８】本実施例では、受光部１２に対応する領域
がダイアフラム部１９となっており、他の素子領域より
も薄く形成されているので、余分な直列抵抗による変換
効率の低下を防止することができる。また、このダイア
フラム部１９の凹部には金属反射膜２０が設けられてい
るので、光がダイアフラム部１９を透過しても、この金
属反射膜２０において反射し、再びｐ型シリコン基板１
１側へ導かれる。このため光の吸収に必要なダイアフラ
ム部１９の厚さはさら薄くなり、したがって直列抵抗成
分もより小さくすることができる。
がダイアフラム部１９となっており、他の素子領域より
も薄く形成されているので、余分な直列抵抗による変換
効率の低下を防止することができる。また、このダイア
フラム部１９の凹部には金属反射膜２０が設けられてい
るので、光がダイアフラム部１９を透過しても、この金
属反射膜２０において反射し、再びｐ型シリコン基板１
１側へ導かれる。このため光の吸収に必要なダイアフラ
ム部１９の厚さはさら薄くなり、したがって直列抵抗成
分もより小さくすることができる。
【００２９】また本実施例の光電変換装置１０では、ｐ
型シリコン基板１１の被エッチング面にｐ+ 層２１が設
けられているため、この部分の電気抵抗が低くなり、し
かもｐ型シリコン基板１１の内部にポテンシャルエネル
ギの勾配が生じている。したがって正孔はｐ+ 層２１側
に、電子はｐｎ接合界面１４ａ側にそれぞれ誘因される
ものであり、このため光電流を効率的に取り出すことが
できる。
型シリコン基板１１の被エッチング面にｐ+ 層２１が設
けられているため、この部分の電気抵抗が低くなり、し
かもｐ型シリコン基板１１の内部にポテンシャルエネル
ギの勾配が生じている。したがって正孔はｐ+ 層２１側
に、電子はｐｎ接合界面１４ａ側にそれぞれ誘因される
ものであり、このため光電流を効率的に取り出すことが
できる。
【００３０】図３はｐ型シリコン基板１１の抵抗率ρを
バラメータとして、入射光の波長が８００ｎｍのとき
の、光電変換効率ｅとダイアフラム部１９の厚さｄとの
関係を計算によって求めた結果の一例を表すものであ
る。なお、計算を簡単にするために、受光面１２の反射
率を０％、金属反射膜２０での反射率を１００％とし、
ｐ + 領域でのキャリア再結合は起こらないものと仮定し
た。また変換効率は各ダイアフラム厚さでの最大値を求
めてプロットしたものである。
バラメータとして、入射光の波長が８００ｎｍのとき
の、光電変換効率ｅとダイアフラム部１９の厚さｄとの
関係を計算によって求めた結果の一例を表すものであ
る。なお、計算を簡単にするために、受光面１２の反射
率を０％、金属反射膜２０での反射率を１００％とし、
ｐ + 領域でのキャリア再結合は起こらないものと仮定し
た。また変換効率は各ダイアフラム厚さでの最大値を求
めてプロットしたものである。
【００３１】この図３からも明らかなように、ｐ型シリ
コン基板１１の抵抗率ρがいずれの値であっても、ダイ
アフラム部が形成されていない場合（ｄ＝３００μｍ）
よりも、ダイアフラム部１９を形成したときの方が変換
効率が高くなっている。効率が最大になるときのダイア
フラム部１９の厚さｄは、基板の抵抗率ρによって異な
る。その値は図３に示すようにρ＝０．０６Ω・ｃｍで
はｄ＝１８μｍ、ρ＝０．２８Ω・ｃｍではｄ＝２６μ
ｍ、またρ＝１．００Ω・ｃｍではｄ＝２１μｍであ
る。そして、このときの変換効率ｅはそれぞれ順に、４
１．５４％、４２．４７％、３８．５６％である。
コン基板１１の抵抗率ρがいずれの値であっても、ダイ
アフラム部が形成されていない場合（ｄ＝３００μｍ）
よりも、ダイアフラム部１９を形成したときの方が変換
効率が高くなっている。効率が最大になるときのダイア
フラム部１９の厚さｄは、基板の抵抗率ρによって異な
る。その値は図３に示すようにρ＝０．０６Ω・ｃｍで
はｄ＝１８μｍ、ρ＝０．２８Ω・ｃｍではｄ＝２６μ
ｍ、またρ＝１．００Ω・ｃｍではｄ＝２１μｍであ
る。そして、このときの変換効率ｅはそれぞれ順に、４
１．５４％、４２．４７％、３８．５６％である。
【００３２】また、いずれの場合においても、ピーク値
付近での変換効率ｅの変化は緩やかである。したがって
ダイアフラム部１９の厚さは異方性ウェットエッチング
で得られる精度（±２μｍ以内）で制御すれは充分であ
る。
付近での変換効率ｅの変化は緩やかである。したがって
ダイアフラム部１９の厚さは異方性ウェットエッチング
で得られる精度（±２μｍ以内）で制御すれは充分であ
る。
【００３３】以上実施例を挙げて本発明を説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を変更しない範囲で種々変形可能である。たとえば上
記実施例ではｐ型シリコン基板１１を用いて説明した
が、基板をｎ型とし、受光部１２にボロン等のｐ型不純
物を拡散してｐｎ接合１４を形成するようにしてもよ
い。また、このｐｎ接合１４等の形成は拡散法に限ら
ず、イオン注入法によってもよいことはいうまでもな
い。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を変更しない範囲で種々変形可能である。たとえば上
記実施例ではｐ型シリコン基板１１を用いて説明した
が、基板をｎ型とし、受光部１２にボロン等のｐ型不純
物を拡散してｐｎ接合１４を形成するようにしてもよ
い。また、このｐｎ接合１４等の形成は拡散法に限ら
ず、イオン注入法によってもよいことはいうまでもな
い。
【００３４】また、前述の特願平４−１５１６６号明細
書に示されるように、この光電変換装置を、自励発振回
路、変圧器および蓄電機構とともに同一基板上に形成す
るようにしてもよい。
書に示されるように、この光電変換装置を、自励発振回
路、変圧器および蓄電機構とともに同一基板上に形成す
るようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光電変換装
置によれば、ｐｎ接合をダイアフラム部上に配置した構
造とするようにしたので、高価なエピタキシャルウエハ
を用いることなく、高い変換効率で電気エネルギを取り
出すことができ、微小なアクチュエータやセンサ等と一
体化が可能になるという効果を奏する。
置によれば、ｐｎ接合をダイアフラム部上に配置した構
造とするようにしたので、高価なエピタキシャルウエハ
を用いることなく、高い変換効率で電気エネルギを取り
出すことができ、微小なアクチュエータやセンサ等と一
体化が可能になるという効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例に係る光電変換装置の縦断面
図である。
図である。
【図２】図１の光電変換装置を一部断面にして表す斜視
図である。
図である。
【図３】ダイアフラム部の厚さと変換効率との関係を、
本発明の光電変換装置と従来のそれとを比較して表す図
である。
本発明の光電変換装置と従来のそれとを比較して表す図
である。
【図４】従来の光電変換装置の平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
１０ 光電変換装置 １１ ｐ型シリコン基板 １２ 受光部 １３ ｎ+ 層 １４ ｐｎ接合部 １５ 反射防止膜 １７、２２ 金属電極 １９ ダイアフラム部 ２０ 金属反射膜 ２１ ｐ+ 層
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板の一方の表面に形成されたｐ
ｎ接合部に対して光を照射し、光エネルギを電気エネル
ギに変換する光電変換装置であって、 半導体基板の受光面と反対側の面からｐｎ接合部に対応
する領域を選択的に除去し、前記ｐｎ接合部をダイアフ
ラム部上に配置した構造とするとともに、前記半導体基
板の選択的に除去された領域に対応させて前記半導体基
板と同一導電型の高濃度不純物層を形成したことを特徴
とする光電変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4327749A JPH06196727A (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 光電変換装置 |
| EP93119787A EP0601561A1 (en) | 1992-12-08 | 1993-12-08 | Photoelectric device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4327749A JPH06196727A (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196727A true JPH06196727A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18202557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4327749A Pending JPH06196727A (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 光電変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0601561A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06196727A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832099A (ja) * | 1994-07-11 | 1996-02-02 | Terumo Corp | 光電変換装置とその製造方法 |
| JP2016092243A (ja) * | 2014-11-06 | 2016-05-23 | 株式会社豊田中央研究所 | 光電変換素子 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE313857T1 (de) * | 1995-05-19 | 2006-01-15 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Strahlungsempfindliches detektorelement |
| FR2809534B1 (fr) * | 2000-05-26 | 2005-01-14 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif semiconducteur a injection electronique verticale et son procede de fabrication |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2284989A1 (fr) * | 1974-09-13 | 1976-04-09 | Comp Generale Electricite | Photodetecteur rapide a faible tension d'alimentation |
| JPS6032812B2 (ja) * | 1978-02-10 | 1985-07-30 | 日本電気株式会社 | 光検出器 |
| JPS58131525A (ja) * | 1982-01-31 | 1983-08-05 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線検出装置 |
| NL8700370A (nl) * | 1987-02-16 | 1988-09-16 | Philips Nv | Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting. |
| JP2709631B2 (ja) * | 1989-07-29 | 1998-02-04 | 光照 木村 | 光電磁気素子 |
| FR2656738B1 (fr) * | 1989-12-29 | 1995-03-17 | Telemecanique | Procede pour fabriquer un dispositif semiconducteur, dispositif et composant semiconducteur obtenus par le procede. |
-
1992
- 1992-12-08 JP JP4327749A patent/JPH06196727A/ja active Pending
-
1993
- 1993-12-08 EP EP93119787A patent/EP0601561A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832099A (ja) * | 1994-07-11 | 1996-02-02 | Terumo Corp | 光電変換装置とその製造方法 |
| JP2016092243A (ja) * | 2014-11-06 | 2016-05-23 | 株式会社豊田中央研究所 | 光電変換素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0601561A1 (en) | 1994-06-15 |
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