JPH0695578B2 - 半導体光検出素子 - Google Patents
半導体光検出素子Info
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- JPH0695578B2 JPH0695578B2 JP59074475A JP7447584A JPH0695578B2 JP H0695578 B2 JPH0695578 B2 JP H0695578B2 JP 59074475 A JP59074475 A JP 59074475A JP 7447584 A JP7447584 A JP 7447584A JP H0695578 B2 JPH0695578 B2 JP H0695578B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
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Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は可視光のほか、赤外光にも充分高い感度があ
り、増幅機能を有する高速の半導体光検出素子に関す
る。
り、増幅機能を有する高速の半導体光検出素子に関す
る。
（発明の背景） 従来の自己増幅機能を有する半導体光検出素子では、主
たる光検出領域となる部分が増幅部分と同一である。例
えば、バイポーラトランジスタの場合には、ベース・コ
レクタ間のPN接合、またはPIN接合が光検出領域であ
り、電界効果トランジスタや静電誘導形トランジスタの
場合には、ゲート・ドレーン間のPN接合、またはPIN接
合が光検出領域である。前記のような素子では、光検出
素子としての最適化条件と、増幅素子としての最適化条
件とを合致させることが困難であり、特に高速を目的と
した光検出素子の場合には、赤外感度を低下させてしま
うという欠点があった。
たる光検出領域となる部分が増幅部分と同一である。例
えば、バイポーラトランジスタの場合には、ベース・コ
レクタ間のPN接合、またはPIN接合が光検出領域であ
り、電界効果トランジスタや静電誘導形トランジスタの
場合には、ゲート・ドレーン間のPN接合、またはPIN接
合が光検出領域である。前記のような素子では、光検出
素子としての最適化条件と、増幅素子としての最適化条
件とを合致させることが困難であり、特に高速を目的と
した光検出素子の場合には、赤外感度を低下させてしま
うという欠点があった。
第１図は、従来のバイポーラトランジスタを使用した半
導体光検出素子の一例を示す断面図である。第１図にお
いて、半導体光検出素子は高不純物濃度のN+形半導体層
11（コレクタ）と、N+形半導体層11の上に形成された高
比抵抗のN-形半導体層12と、N-形半導体層12の内部に形
成された高不純物濃度のＰ形半導体領域15（ベース）
と、Ｐ形半導体領域15の内部に形成された高不純物濃度
のN+形半導体領域16（エミッタ）とから構成されてい
る。なお、同図でｈνは入射光を示している。
導体光検出素子の一例を示す断面図である。第１図にお
いて、半導体光検出素子は高不純物濃度のN+形半導体層
11（コレクタ）と、N+形半導体層11の上に形成された高
比抵抗のN-形半導体層12と、N-形半導体層12の内部に形
成された高不純物濃度のＰ形半導体領域15（ベース）
と、Ｐ形半導体領域15の内部に形成された高不純物濃度
のN+形半導体領域16（エミッタ）とから構成されてい
る。なお、同図でｈνは入射光を示している。
第２図は電界効果トランジスタ、または静電誘導形トラ
ンジスタによる半導体光検出素子の一例を示す断面図で
ある。第２図において、N+形半導体領域26はＰ形半導体
領域25に挿まれたり、あるいは囲まれて形成されてい
る。前記以外には、第２図は第１図とほぼ同様である。
第２図において、21はN+形半導体層、22はN-形半導体層
であり、それぞれ第１図におけるN+形半導体層11、なら
びにN-形半導体層12に相当する。したがって、第１図の
エミッタが第２図のソース，ベースがゲート，コレクタ
がドレーンにそれぞれ対応する。
ンジスタによる半導体光検出素子の一例を示す断面図で
ある。第２図において、N+形半導体領域26はＰ形半導体
領域25に挿まれたり、あるいは囲まれて形成されてい
る。前記以外には、第２図は第１図とほぼ同様である。
第２図において、21はN+形半導体層、22はN-形半導体層
であり、それぞれ第１図におけるN+形半導体層11、なら
びにN-形半導体層12に相当する。したがって、第１図の
エミッタが第２図のソース，ベースがゲート，コレクタ
がドレーンにそれぞれ対応する。
第１図に示したバイポーラトランジスタが高速応答する
ためにはコレクタ直列抵抗が小さい方がよく、そのため
にN-形半導体層12はできる限り薄くする方がよい。ま
た、第２図に示した電界効果トランジスタや静電誘導形
トランジスタの場合にも、N-形半導体層22は薄くするこ
とが望ましい。第３図（ａ）は、第２図に示すN-形半導
体層22が厚い場合の静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ特
性図の一例である。第３図（ａ）では、ソース・ドレー
ン間の主電流通路（チャンネル）の抵抗が大きいため、
ドレーン電圧の印加に伴ってドレーン電流が飽和してし
まう。第３図（ｂ）は、N-形半導体層22が厚い場合のＶ
−Ｉ特性図の一例である。第３図（ａ），（ｂ），の特
性は、静電誘導形トランジスタとして最適ではないた
め、ゲート電圧によるＶ−Ｉ特性のシフトが一様ではな
く、したがって電圧増幅率が一定ではない。第３図
（ａ），（ｂ）に示すような特性を有する静電誘導形ト
ランジスタをホトトランジスタとして使用した場合に
は、入出力特性の直線性、すなわちγ特性が著しく劣化
する。第３図（ｃ）はN-形半導体層22を薄くして、静電
誘導形トランジスタとして最適化した場合のＶ−Ｉ特性
の一例を示す図であり、この場合には電圧増幅率が一定
となるのでγ特性は向上する。
ためにはコレクタ直列抵抗が小さい方がよく、そのため
にN-形半導体層12はできる限り薄くする方がよい。ま
た、第２図に示した電界効果トランジスタや静電誘導形
トランジスタの場合にも、N-形半導体層22は薄くするこ
とが望ましい。第３図（ａ）は、第２図に示すN-形半導
体層22が厚い場合の静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ特
性図の一例である。第３図（ａ）では、ソース・ドレー
ン間の主電流通路（チャンネル）の抵抗が大きいため、
ドレーン電圧の印加に伴ってドレーン電流が飽和してし
まう。第３図（ｂ）は、N-形半導体層22が厚い場合のＶ
−Ｉ特性図の一例である。第３図（ａ），（ｂ），の特
性は、静電誘導形トランジスタとして最適ではないた
め、ゲート電圧によるＶ−Ｉ特性のシフトが一様ではな
く、したがって電圧増幅率が一定ではない。第３図
（ａ），（ｂ）に示すような特性を有する静電誘導形ト
ランジスタをホトトランジスタとして使用した場合に
は、入出力特性の直線性、すなわちγ特性が著しく劣化
する。第３図（ｃ）はN-形半導体層22を薄くして、静電
誘導形トランジスタとして最適化した場合のＶ−Ｉ特性
の一例を示す図であり、この場合には電圧増幅率が一定
となるのでγ特性は向上する。
一方、PN接合またはPIN接合を光検出素子として使用し
た場合、N-形半導体層12（22）を薄くすると赤外光領域
の感度は著しく低下する。第４図はこのような性質を説
明するための特性例で、シフトについての検出波長λと
量子効率η（λ）との関係を、正孔の拡散長Lpをパラメ
ータとして示してある。赤外光により感度を有するため
には、N-形半導体層22は厚くする方がよい。また、N-形
半導体層22を厚くしても空乏化していない状態では、空
乏層より深い所で光により生成したキャリアは、空乏層
まで拡散により移動するため、高速にはならない。高速
で光を検出するためには、入射した光の90％以上が空乏
層内で吸収されなくてはならない。例えば、λ＝900nan
o ｍの光の高感度、高速検出には空乏層が最低30μｍ
以上である必要がある。
た場合、N-形半導体層12（22）を薄くすると赤外光領域
の感度は著しく低下する。第４図はこのような性質を説
明するための特性例で、シフトについての検出波長λと
量子効率η（λ）との関係を、正孔の拡散長Lpをパラメ
ータとして示してある。赤外光により感度を有するため
には、N-形半導体層22は厚くする方がよい。また、N-形
半導体層22を厚くしても空乏化していない状態では、空
乏層より深い所で光により生成したキャリアは、空乏層
まで拡散により移動するため、高速にはならない。高速
で光を検出するためには、入射した光の90％以上が空乏
層内で吸収されなくてはならない。例えば、λ＝900nan
o ｍの光の高感度、高速検出には空乏層が最低30μｍ
以上である必要がある。
また、一般に空乏層幅Ｗは Ｗ＝（1/2）・（ρＶ）1/2 …（１） により与えられている。ここで、ρは空乏層を形成する
半導体層の比抵抗、ＶはPN接合またはPIN接合に加える
印加電圧である。従って、静電容量Ｃは Ｃ∝1/（ρＶ）1/2 …（２） により表される。したがって、同じ空乏層幅を得るため
には、比抵抗が大きいほど印加電圧が小さくて済む。こ
のため、赤外に高感度で高速な光検出素子を得るために
は、空乏層を形成する半導体領域に高抵抗層を有するこ
とが必要である。
半導体層の比抵抗、ＶはPN接合またはPIN接合に加える
印加電圧である。従って、静電容量Ｃは Ｃ∝1/（ρＶ）1/2 …（２） により表される。したがって、同じ空乏層幅を得るため
には、比抵抗が大きいほど印加電圧が小さくて済む。こ
のため、赤外に高感度で高速な光検出素子を得るために
は、空乏層を形成する半導体領域に高抵抗層を有するこ
とが必要である。
前記理由により、第１図および第２図に示した従来方式
の半導体光検出素子では、赤外光領域で高感度であっ
て、高速応答特性を有し、γ特性の良好な素子を得るこ
とは困難であった。また、第２図に示した電界効果トラ
ンジスタや静電誘導形トランジスタでは、通常、チャン
ネル抵抗を小さく構成するため、N+形半導体領域26は多
数の線状構造により形成されるため、アルミニウム薄膜
により取出し電極を形成すると開口率が低下するばかり
か、アルミニウム薄膜層からの反射のため、光検出素子
としては好ましくないという欠点を有した。
の半導体光検出素子では、赤外光領域で高感度であっ
て、高速応答特性を有し、γ特性の良好な素子を得るこ
とは困難であった。また、第２図に示した電界効果トラ
ンジスタや静電誘導形トランジスタでは、通常、チャン
ネル抵抗を小さく構成するため、N+形半導体領域26は多
数の線状構造により形成されるため、アルミニウム薄膜
により取出し電極を形成すると開口率が低下するばかり
か、アルミニウム薄膜層からの反射のため、光検出素子
としては好ましくないという欠点を有した。
（発明の目的） 本発明の目的は、不純物をドープしたシリコン基板上へ
PIN接合により形成した光検出部と、バイポーラトラン
ジスタ、電界効果トランジスタ、または静電誘導形トラ
ンジスタにより形成した光電流増幅部とを集積構造によ
って個々に近接して形成し、前記PIN接合のＩ層の厚さ
を十分に厚くして赤外光領域においても多量の正孔−電
子対が得られるように選定し、かつ、前記光電流増幅部
の増幅率が大きく、高速であって、直線性が良好である
ように選択して構成することによって前記欠点を除去
し、赤外光領域においても高感度で高速の半導体光検出
素子を提供することにある。
PIN接合により形成した光検出部と、バイポーラトラン
ジスタ、電界効果トランジスタ、または静電誘導形トラ
ンジスタにより形成した光電流増幅部とを集積構造によ
って個々に近接して形成し、前記PIN接合のＩ層の厚さ
を十分に厚くして赤外光領域においても多量の正孔−電
子対が得られるように選定し、かつ、前記光電流増幅部
の増幅率が大きく、高速であって、直線性が良好である
ように選択して構成することによって前記欠点を除去
し、赤外光領域においても高感度で高速の半導体光検出
素子を提供することにある。
（発明の構成） 本発明による半導体光検出素子は、N+形を有する第１の
半導体層と、 前記第１の半導体層上に形成されたN-形を有する第２の
半導体層と、 前記第２の半導体層の内部に形成されたN+形を有する第
３の半導体部分領域と、 前記第２の半導体層上に形成されたN-形を有する第４の
半導体層と、 前記第４の半導体層の内部の前記第３の半導体部分領域
上の部分に形成されたP+形を有する第５の半導体領域
と、 前記第５の半導体領域の内部または前記第５の半導体領
域に挿入されたり、あるいは取囲まれた部分に形成さ
れ、N+形を有する第６の半導体領域と、 前記第４の半導体層の内部の前記第３の半導体部分領域
上の部分であって、前記第６の半導体領域以外の部分に
形成されたN+形を有する第７の半導体領域と、 前記第４の半導体層の内部であって、前記第３の半導体
部分領域上の部分以外に形成されたP+形を有する第８の
半導体領域からなり、 前記第１および第７の半導体領域を配線により接続し、 前記第1,第２および第４の半導体層、ならびに前記第８
の半導体領域により光検出部を形成し、前記第３の半導
体部分領域、前記第４の半導体層、ならびに前記第5,第
6,第７の半導体領域により光電流増幅部を形成して構成
されている。
半導体層と、 前記第１の半導体層上に形成されたN-形を有する第２の
半導体層と、 前記第２の半導体層の内部に形成されたN+形を有する第
３の半導体部分領域と、 前記第２の半導体層上に形成されたN-形を有する第４の
半導体層と、 前記第４の半導体層の内部の前記第３の半導体部分領域
上の部分に形成されたP+形を有する第５の半導体領域
と、 前記第５の半導体領域の内部または前記第５の半導体領
域に挿入されたり、あるいは取囲まれた部分に形成さ
れ、N+形を有する第６の半導体領域と、 前記第４の半導体層の内部の前記第３の半導体部分領域
上の部分であって、前記第６の半導体領域以外の部分に
形成されたN+形を有する第７の半導体領域と、 前記第４の半導体層の内部であって、前記第３の半導体
部分領域上の部分以外に形成されたP+形を有する第８の
半導体領域からなり、 前記第１および第７の半導体領域を配線により接続し、 前記第1,第２および第４の半導体層、ならびに前記第８
の半導体領域により光検出部を形成し、前記第３の半導
体部分領域、前記第４の半導体層、ならびに前記第5,第
6,第７の半導体領域により光電流増幅部を形成して構成
されている。
また、前記第１の半導体層から前記第２の半導体層を介
して前記第８の半導体領域により形成されるPIN接合の
空乏層の厚さを赤外光領域においても多量の正孔−電子
対が生成されるように充分厚く構成してある。
して前記第８の半導体領域により形成されるPIN接合の
空乏層の厚さを赤外光領域においても多量の正孔−電子
対が生成されるように充分厚く構成してある。
（実施例） 次に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第５図（ａ）は本発明による半導体光検出素子の第１の
実施例を示す断面図であり、第５図（ｂ）はその等価回
路である。第５図（ａ）は高不純物濃度のN+形半導体層
51と、N+形半導体層51上に形成された高比抵抗のN-形半
導体層52と、N-形半導体層52の内部に形成された高不純
物濃度のN+形半導体部分領域53と、N-形半導体層52上に
形成された高比抵抗のN-形半導体層54と、N-形半導体層
54の内部のN+形半導体部分領域53上の一部分に形成され
た高不純物濃度のＰ形半導体領域55と、Ｐ形半導体領域
55の内部に形成された高不純物濃度のN+形半導体領域56
と、N-形半導体層54の内部のN+形半導体部分領域53上の
一部分のＰ形半導体領域55の外側に形成された高不純物
濃度のN+形半導体領域57と、N-形半導体層54の内部のN+
形半導体部分領域53上の一部分以外に形成された高不純
物濃度のＰ形半導体領域58により構成されている。第５
図（ａ）に示す半導体光検出素子において、N+形半導体
層51と、N-形半導体領域58との半導体層、または半導体
領域により形成されたPIN接合が光検出領域として作動
し、N+形半導体部分領域53、N-形半導体層54、Ｐ形半導
体領域55、N+形半導体領域56、N+形半導体領域57により
形成されたバイポーラトランジスタが増幅領域として動
作する。第５図（ａ）に示すように、アルミニウム薄膜
層による配線やワイヤリングにより光電流増幅エレメン
トを光検出エレメントと接続すれば、第５図（ｂ）に示
すような等価回路が得られる。この等価回路は、第１図
に示した従来方式の半導体光検出素子の等価回路と全く
同様である。
実施例を示す断面図であり、第５図（ｂ）はその等価回
路である。第５図（ａ）は高不純物濃度のN+形半導体層
51と、N+形半導体層51上に形成された高比抵抗のN-形半
導体層52と、N-形半導体層52の内部に形成された高不純
物濃度のN+形半導体部分領域53と、N-形半導体層52上に
形成された高比抵抗のN-形半導体層54と、N-形半導体層
54の内部のN+形半導体部分領域53上の一部分に形成され
た高不純物濃度のＰ形半導体領域55と、Ｐ形半導体領域
55の内部に形成された高不純物濃度のN+形半導体領域56
と、N-形半導体層54の内部のN+形半導体部分領域53上の
一部分のＰ形半導体領域55の外側に形成された高不純物
濃度のN+形半導体領域57と、N-形半導体層54の内部のN+
形半導体部分領域53上の一部分以外に形成された高不純
物濃度のＰ形半導体領域58により構成されている。第５
図（ａ）に示す半導体光検出素子において、N+形半導体
層51と、N-形半導体領域58との半導体層、または半導体
領域により形成されたPIN接合が光検出領域として作動
し、N+形半導体部分領域53、N-形半導体層54、Ｐ形半導
体領域55、N+形半導体領域56、N+形半導体領域57により
形成されたバイポーラトランジスタが増幅領域として動
作する。第５図（ａ）に示すように、アルミニウム薄膜
層による配線やワイヤリングにより光電流増幅エレメン
トを光検出エレメントと接続すれば、第５図（ｂ）に示
すような等価回路が得られる。この等価回路は、第１図
に示した従来方式の半導体光検出素子の等価回路と全く
同様である。
第６図（ａ）は本発明による半導体光検出素子の第２の
実施例を示す断面図であり、第６図（ｂ），（ｃ）はそ
の等価回路である。第６図（ａ）は、第５図（ａ）に示
すバイポーラトランジスタを、電界効果トランジスタや
静電誘導形トランジスタに置換したものにすぎない。
実施例を示す断面図であり、第６図（ｂ），（ｃ）はそ
の等価回路である。第６図（ａ）は、第５図（ａ）に示
すバイポーラトランジスタを、電界効果トランジスタや
静電誘導形トランジスタに置換したものにすぎない。
第５図（ａ）ならびに第６図（ａ）に示した本発明によ
る半導体光検出素子では、増幅領域と光検出領域とを分
割したことにより赤外光にも高感度、高速で増幅機能を
有する光検出素子として最適化されるものである。
る半導体光検出素子では、増幅領域と光検出領域とを分
割したことにより赤外光にも高感度、高速で増幅機能を
有する光検出素子として最適化されるものである。
第５図（ａ）ならびに第６図（ａ）の半導体光検出素子
では、例えば不純物濃度が１×1019cm-3のSbをドープし
たN+形Si基板を準備する。次に、この基板上に比抵抗が
100Ωcmのエピタキシャル層を40μｍにわたって成長さ
せ、選択拡散によって１×1019cm-3のSb、またはAsをド
ープしたN+形半導体領域53（63）を形成し、さらに比抵
抗が100Ωcmのエピタキシャル層を10μｍにわたって成
長させる。このエピタキシャル層はバイポーラトランジ
スタ、電界効果トランジスタ、ならびに静電誘導形トラ
ンジスタの特性を支配するもので、特性が最適化される
ようにエピタキシャル層を成長させる。これ以降は、従
来と全く同じ半導体プロセスにより、１×1019cm-3の不
純物濃度で厚さが２μｍのＰ形半導体領域55,58（65,6
8）を形成し、３×1019cm-3不純物濃度で厚さが１μｍ
のN+形半導体領域56,57（66,67）を形成する。バイポー
ラトランジスタを増幅素子とする場合には、Ｐ形半導体
領域55,58（65,68）の不純物濃度はN+形半導体領域56,5
7（66,67）に比べて１桁〜２桁だけ低い方がよい。ま
た、電界効果トランジスタや静電誘導形トランジスタを
増幅素子とする場合には、Ｐ形半導体領域55（65）、な
らびにN+形半導体領域56（66）の不純物濃度や厚さは、
パターンの寸法やN-形半導体層54（64）の比抵抗により
チャンネル抵抗や電圧増幅率のような素子特性を支配す
る。バイポーラトランジスタの場合には、電流増幅率や
オン電圧を支配するので、所望の値となるよう変えれば
よい。
では、例えば不純物濃度が１×1019cm-3のSbをドープし
たN+形Si基板を準備する。次に、この基板上に比抵抗が
100Ωcmのエピタキシャル層を40μｍにわたって成長さ
せ、選択拡散によって１×1019cm-3のSb、またはAsをド
ープしたN+形半導体領域53（63）を形成し、さらに比抵
抗が100Ωcmのエピタキシャル層を10μｍにわたって成
長させる。このエピタキシャル層はバイポーラトランジ
スタ、電界効果トランジスタ、ならびに静電誘導形トラ
ンジスタの特性を支配するもので、特性が最適化される
ようにエピタキシャル層を成長させる。これ以降は、従
来と全く同じ半導体プロセスにより、１×1019cm-3の不
純物濃度で厚さが２μｍのＰ形半導体領域55,58（65,6
8）を形成し、３×1019cm-3不純物濃度で厚さが１μｍ
のN+形半導体領域56,57（66,67）を形成する。バイポー
ラトランジスタを増幅素子とする場合には、Ｐ形半導体
領域55,58（65,68）の不純物濃度はN+形半導体領域56,5
7（66,67）に比べて１桁〜２桁だけ低い方がよい。ま
た、電界効果トランジスタや静電誘導形トランジスタを
増幅素子とする場合には、Ｐ形半導体領域55（65）、な
らびにN+形半導体領域56（66）の不純物濃度や厚さは、
パターンの寸法やN-形半導体層54（64）の比抵抗により
チャンネル抵抗や電圧増幅率のような素子特性を支配す
る。バイポーラトランジスタの場合には、電流増幅率や
オン電圧を支配するので、所望の値となるよう変えれば
よい。
ここで、光検出領域となるN-形半導体層52,54（62,64）
は使用するバイアス電圧により完全に空乏化するように
エピタキシャル層の比抵抗と厚さとを決定する。また、
増幅領域のＰ形半導体領域55（65）とN+形半導体部分領
域53（63）とによって形成されたPIN接合が降伏しない
ようN-形半導体層54の比抵抗と厚さとを決定する。前記
の実施例では、70V〜80Vの逆バイアス電圧でN-形半導体
層52,54（62,64）は完全に空乏化して降伏は起らない。
は使用するバイアス電圧により完全に空乏化するように
エピタキシャル層の比抵抗と厚さとを決定する。また、
増幅領域のＰ形半導体領域55（65）とN+形半導体部分領
域53（63）とによって形成されたPIN接合が降伏しない
ようN-形半導体層54の比抵抗と厚さとを決定する。前記
の実施例では、70V〜80Vの逆バイアス電圧でN-形半導体
層52,54（62,64）は完全に空乏化して降伏は起らない。
本発明による半導体光検出素子では、光検出領域と増幅
領域とを分割することにより光検出領域の空乏層の厚さ
を厚くすることができ、従来の光検出素子に比べて赤外
光領域の感度を著しく向上できる。しかし、PIN構造で
あるため、高速動作は変らない。また、光検出領域のア
ルミニウム配線も最小で済むため反射も問題にはなら
ず、増幅領域は最適化できる。すなわち、増幅領域では
必要なだけアルミニウム配線を布線することができ、エ
ミッタやソースも多数に構成できるため、直列抵抗も十
分に小さくでき、高速動作が可能であってγ特性も向上
する。
領域とを分割することにより光検出領域の空乏層の厚さ
を厚くすることができ、従来の光検出素子に比べて赤外
光領域の感度を著しく向上できる。しかし、PIN構造で
あるため、高速動作は変らない。また、光検出領域のア
ルミニウム配線も最小で済むため反射も問題にはなら
ず、増幅領域は最適化できる。すなわち、増幅領域では
必要なだけアルミニウム配線を布線することができ、エ
ミッタやソースも多数に構成できるため、直列抵抗も十
分に小さくでき、高速動作が可能であってγ特性も向上
する。
第７図は、本発明による半導体光検出素子の第３の実施
例を示す断面図である。第５図（ａ）により示したN+形
半導体領域57がN+形半導体部分領域53と接するように構
成し、しかもＰ形半導体領域55を囲むように形成したも
のである。このような素子では、直列抵抗をさらに小さ
く構成できるので、より高速の動作が可能である。
例を示す断面図である。第５図（ａ）により示したN+形
半導体領域57がN+形半導体部分領域53と接するように構
成し、しかもＰ形半導体領域55を囲むように形成したも
のである。このような素子では、直列抵抗をさらに小さ
く構成できるので、より高速の動作が可能である。
なお、前記においては本発明による半導体光検出素子の
一実施例を示したにとどまり、前記の「Ｐ形」を「Ｎ
形」、「Ｎ形」を「Ｐ形」として構成でき、その他の変
形や変更が可能であることはいうまでもない。
一実施例を示したにとどまり、前記の「Ｐ形」を「Ｎ
形」、「Ｎ形」を「Ｐ形」として構成でき、その他の変
形や変更が可能であることはいうまでもない。
（発明の効果） 本発明は以上説明したように、不純物をドープしたシリ
コン基板上へPIN接合により形成した光検出部と、バイ
ポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、または静
電誘導形トランジスタにより形成した光電流増幅部とを
集積構造によって個々に近接して形成し、前記PIN接合
のＩ層の厚さを十分に厚くして赤外光領域においても多
量の正孔−電子対が得られるように選定し、かつ、前記
光電流増幅部の増幅率が大きく、高速であって、直線性
が良好であるように選択して構成することにより、赤外
光領域においても可視光領域と同様な感度が得られ、同
時に光電流増幅部においては光検出部の特性とは独立に
高速が得られるという効果がある。
コン基板上へPIN接合により形成した光検出部と、バイ
ポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、または静
電誘導形トランジスタにより形成した光電流増幅部とを
集積構造によって個々に近接して形成し、前記PIN接合
のＩ層の厚さを十分に厚くして赤外光領域においても多
量の正孔−電子対が得られるように選定し、かつ、前記
光電流増幅部の増幅率が大きく、高速であって、直線性
が良好であるように選択して構成することにより、赤外
光領域においても可視光領域と同様な感度が得られ、同
時に光電流増幅部においては光検出部の特性とは独立に
高速が得られるという効果がある。
さらに本発明では、N+基板とトランジスタのN+電極を短
絡接続することにより、第１の半導体層と埋め込み層の
間に寄生的に入ってくる抵抗の影響を無くすことができ
る。
絡接続することにより、第１の半導体層と埋め込み層の
間に寄生的に入ってくる抵抗の影響を無くすことができ
る。
第１図は、バイポーラトランジスタを使用した従来方式
による半導体光検出素子の一例を示す断面図である。 第２図は、電界効果トランジスタまたは静電誘導形トラ
ンジスタを使用した従来方式による半導体光検出素子の
一例を示す断面図である。 第３図は、静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ特性を示す
図である。第３図において、（ａ）はチャンネル抵抗の
大きい静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ特性の一例、
（ｂ）は最適ではない静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ
特性の一例、（ｃ）は最適化した静電誘誘形トランジス
タのＶ−Ｉ特性の一例を示す図である。 第４図は、シリコン半導体によるPN接合、あるいはPIN
接合の波長と量子効率との関係を示す特性図を例示した
ものである。 第５図はバイポーラトランジスタを使用した本発明によ
る半導体光検出素子の第１の実施例を示す図であり、同
図において（ａ）は断面図、（ｂ）は等価回路図であ
る。 第６図は電界効果トランジスタまたは静電誘導形トラン
ジスタを使用した本発明による半導体光検出素子の第２
の実施例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）およ
び（ｃ）は等価回路図である。 第７図はバイポーラトランジスタを使用した本発明によ
る半導体光検出素子の第３の実施例を示す断面図であ
る。 11,16,21,26,51,53,56,57,61,63,66,67,71,73,76,77…
…N+形半導体層（領域） 12,22,52,54,62,64,72,74……N-形半導体層（領域） 15,25,55,58,65,68,75,78……Ｐ形半導体層（領域）
による半導体光検出素子の一例を示す断面図である。 第２図は、電界効果トランジスタまたは静電誘導形トラ
ンジスタを使用した従来方式による半導体光検出素子の
一例を示す断面図である。 第３図は、静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ特性を示す
図である。第３図において、（ａ）はチャンネル抵抗の
大きい静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ特性の一例、
（ｂ）は最適ではない静電誘導形トランジスタのＶ−Ｉ
特性の一例、（ｃ）は最適化した静電誘誘形トランジス
タのＶ−Ｉ特性の一例を示す図である。 第４図は、シリコン半導体によるPN接合、あるいはPIN
接合の波長と量子効率との関係を示す特性図を例示した
ものである。 第５図はバイポーラトランジスタを使用した本発明によ
る半導体光検出素子の第１の実施例を示す図であり、同
図において（ａ）は断面図、（ｂ）は等価回路図であ
る。 第６図は電界効果トランジスタまたは静電誘導形トラン
ジスタを使用した本発明による半導体光検出素子の第２
の実施例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）およ
び（ｃ）は等価回路図である。 第７図はバイポーラトランジスタを使用した本発明によ
る半導体光検出素子の第３の実施例を示す断面図であ
る。 11,16,21,26,51,53,56,57,61,63,66,67,71,73,76,77…
…N+形半導体層（領域） 12,22,52,54,62,64,72,74……N-形半導体層（領域） 15,25,55,58,65,68,75,78……Ｐ形半導体層（領域）
Claims (2)
- 【請求項１】N+形を有する第１の半導体層と、 前記第１の半導体層上に形成されたN-形を有する第２の
半導体層と、 前記第２の半導体層の内部に形成されたN+形を有する第
３の半導体部分領域と、 前記第２の半導体層上に形成されたN-形を有する第４の
半導体層と、 前記第４の半導体層の内部の前記第３の半導体部分領域
上の部分に形成されたP+形を有する第５の半導体領域
と、 前記第５の半導体領域の内部または前記第５の半導体領
域に挿入されたり、あるいは取囲まれた部分に形成さ
れ、N+形を有する第６の半導体領域と、 前記第４の半導体層の内部の前記第３の半導体部分領域
上の部分であって、前記第６の半導体領域以外の部分に
形成されたN+形を有する第７の半導体領域と、 前記第４の半導体層の内部であって、前記第３の半導体
部分領域上の部分以外に形成されたP+形を有する第８の
半導体領域からなり、 前記第１および第７の半導体領域を配線により接続し、 前記第1,第２および第４の半導体層、ならびに前記第８
の半導体領域により光検出部を形成し、前記第３の半導
体部分領域、前記第４の半導体層、ならびに前記第5,第
6,第７の半導体領域により光電流増幅部を形成して構成
したことを特徴とする半導体光検出素子。 - 【請求項２】前記第１の半導体層から前記第２の半導体
層を介して前記第８の半導体領域により形成されるPIN
接合の空乏層の厚さを赤外光領域においても多量の正孔
−電子対が生成されるように充分厚く構成した特許請求
の範囲第１項記載の半導体光検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59074475A JPH0695578B2 (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 半導体光検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59074475A JPH0695578B2 (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 半導体光検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60218887A JPS60218887A (ja) | 1985-11-01 |
| JPH0695578B2 true JPH0695578B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=13548321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59074475A Expired - Lifetime JPH0695578B2 (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 半導体光検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0695578B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2858088B2 (ja) * | 1994-11-30 | 1999-02-17 | 株式会社ユニトロン | 受光装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55146967A (en) * | 1979-05-02 | 1980-11-15 | Hitachi Ltd | Semiconductor ic device |
| JPS589356A (ja) * | 1981-07-08 | 1983-01-19 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JPS58170077A (ja) * | 1982-03-31 | 1983-10-06 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP59074475A patent/JPH0695578B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60218887A (ja) | 1985-11-01 |
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