JPH07221341A

JPH07221341A - 紫外線検出用シリコンアバランシェフォトダイオード

Info

Publication number: JPH07221341A
Application number: JP6273709A
Authority: JP
Inventors: Koji Kobayashi; 考二小林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】微弱な紫外線を高速動作によって検出し、紫外
線に対して十分な増倍率があり、且つ、Ｓ／Ｎ比も良好
である紫外線検出用シリコンＡＰＤを提供する。【構成】紫外線の入射する側から順にｐ⁺ 型層、ｎ型
層、ｎ^- 型層及びｎ⁺ 型シリコン基板を有し、且つ、シ
リコンの紫外線に対する吸収係数をαとしたとき、ｐ⁺
型層が０．７／α以上の厚さを有していることを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線を検出するため
のシリコンアバランシェフォトダイオードに関する。

【０００２】

【従来の技術】アバランシェフォトダイオード（以下
「ＡＰＤ」と称す）は、光を検出する半導体受光素子の
１種である。この素子は、半導体のなだれ現象による増
幅作用を利用するもので、高速動作が要求される微弱光
検出に優れた特性を発揮する。

【０００３】なだれ現象は、受光部で光電変換されたキ
ャリアを、半導体のｐｎ接合部に形成した高電界領域に
進入させることによって生ずる。高電界領域に進入した
キャリアは、中性の半導体原子に衝突し、別のキャリア
を生じさせる。更に、この新たに生じたキャリアは、別
の中性原子に衝突し、更に新たなキャリアを生じさせ
る。そして、キャリアは、次々と衝突を繰り返す。この
ように、ＡＰＤは、光電変換された僅かなキャリアをな
だれ現象によって増幅させる素子である。別言すれば、
中性原子をイオン化させることにより、光の信号電流を
増幅するものである。

【０００４】また、高電界領域は、ｐｎ接合部に１００
Ｖ程度の逆バイアス電圧を印加することによって発生さ
れる。このような高電界が半導体中に発生すると、ｐｎ
接合部の端部（以下「エッジ」と称す）において、エッ
ジブレークダウンが起こり易くなり、エッジブレークダ
ウンが起こると、受光部におけるなだれ現象が阻害され
る。そこで、このエッジブレークダウンを防止するた
め、様々な構造が提案されているが、周知のプレーナ技
術を使用したＡＰＤにおいては、一般に、ｐｎ接合周縁
部にガードリングを形成することによってエッジブレー
クダウンを防止している。

【０００５】ところで、近年、光通信システムの受光素
子として使用されている、従来のシリコンＡＰＤは、図
８に示されているような断面構造を有している。使用さ
れる光は、一般に、８００〜９００ｎｍ近辺の赤外線で
あり、シリコンＡＰＤの断面構造は、赤外線の入射する
側からｎ⁺−ｐ−ｐ^-−ｐ⁺ の各不純物領域を有してい
る。この構造は、上記の波長領域の光に対しては十分な
感度特性を示す。そして、ｎ⁺ 型拡散層５３及びｐ型拡
散層５２の周縁部には、ｎ^- 型又はｎ型の拡散領域から
なるガードリング５５が形成されている。ガードリング
５５には、コンタクトホール５７を介して電極５８が接
続されており、また、ガードリング５５の周囲には、ｐ
型拡散領域からなる反転防止拡散層６０（以下「チャネ
ルカット」という）が形成されている。ｎ⁺ 型拡散層５
３上には、反射防止膜５４が、また、受光部周囲にはＳ
ｉＯ₂ 保護膜５６が形成されている。また、ｐ⁺ 型シリ
コン基板５０の上にはｐ^- 型エピタキシャル成長層５１
が形成されていると共に、ｐ⁺ 型シリコン基板５０の底
面には電極５９が設けられている。ｎ⁺ 型拡散層５３と
ｐ⁺ 型シリコン基板５０との間には、電極５８及び５９
を介して１００Ｖ程度の高い逆バイアス電圧が印加さ
れ、高電界領域が形成される。入射した赤外線は、光電
変換され、生じた電子−ホール対（キャリア）が高電界
領域に進入する。このキャリアは、上述したように、中
性の半導体原子に衝突し、別のキャリアを生じさせる。
更に、この新たに生じたキャリアは、別の中性原子に衝
突し、更に新たなキャリアを生じさせる。このように、
キャリアは、次々と衝突を繰り返し、入射した赤外線
は、１００倍以上増幅されて出力されるのが一般的であ
る。

【０００６】なお、不純物濃度の低いｐ^- 型層の上にＳ
ｉＯ₂ 膜が形成されると、ｐ^- 型層は、ｎ型の半導体層
に反転してしまう。チャネルカット６０は、これを防止
するために配置される。

【０００７】また、近年、科学の進歩に伴って、マトリ
ックス状に配列されている複数の受光部からなる受光ア
レイを有するシリコンアバランシェフォトダイオード
（以下「多分割シリコンＡＰＤ」と称す）に対する要求
が高まっている。これを用いれば、微弱な光の位置測定
等が可能になり、測定装置等の高機能化が図れる。

【０００８】２つの受光部からなる受光アレイを有す
る、従来の２分割シリコンＡＰＤを示す図１０及び図１
１を参照して、従来の多分割シリコンＡＰＤについて説
明する。ｐ型不純物濃度の高いｐ⁺ 型シリコン基板７０
上に、不純物濃度の低いｐ^- 型層７１が配置される。こ
のｐ^- 型層は、一般に、エピタキシャル成長によって形
成される。ｐ^- 型層７１に、ｎ型不純物濃度の高い、受
光部としてのｎ⁺ 型層７３ａ及び７３ｂと、これらのｎ
⁺ 型層の下に、高電界領域を形成するためのｐ型層７２
ａ及び７２ｂとが形成されている。受光部即ちｎ⁺ 型層
７３ａ及び７３ｂの上には反射防止膜７４ａ及び７４ｂ
がそれぞれ形成されていると共に、それらの周縁部には
ｎ型のガードリング７５ａ及び７５ｂがそれぞれ配設さ
れている。従って、ガードリング７５ａ及び７５ｂは、
ｐｎ接合部のエッジをそれぞれ取り囲んでおり、これに
より、エッジブレークダウンが防止される。受光部は、
それぞれが独立して光を検出する。このため、互いに隣
接する受光部即ちｎ⁺ 型層によって挟まれている領域に
は、分離領域８１ａが設けられている。また、互いに隣
接する受光部によって挟まれている領域には、分離領域
８１ａの他に、ガードリング７５ａ及び７５ｂも設けら
れている。

【０００９】表面には保護膜７６が形成されている。ガ
ードリング７５ａ及び７５ｂ上の保護膜はその一部が除
去されており、これにより、コンタクトホール７７ａ及
び７７ｂが形成され、これらのコンタクトホールには、
電極７８ａ及び７８ｂがそれぞれ設けられている。ま
た、ｐ⁺ 型シリコン基板７０の底面にも、電極７９が設
けられている。なお、ガードリングの周囲には、ｐ型拡
散領域からなるチャネルカット８０が形成されている。

【００１０】ところで、分離領域８１ａとガードリング
７５ａ及び７５ｂとは、光検出感度が低く、不感帯と呼
ばれている。この不感帯８１ｂの幅は、狭い方が好まし
い。不感帯８１ｂが狭いほど、分解能に関して有利だか
らである。例えば、入射する光を０．５ｍｍφ程度のス
ポット光として、この不感帯の幅が０．５ｍｍ以上であ
る場合、この不感帯に光が入射すると、信号電流は、出
力されない。このため、不感帯の幅が広いと、より小さ
いスポット光を使用できず、また、大きなスポット光を
位置検出等に使用すると、分解能が悪化する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】微弱な紫外線を高速動
作によって検出する紫外線検出用シリコンＡＰＤは、提
案されておらず、従来のシリコンＡＰＤを紫外線検出用
に使用すると、十分な増倍率が得られない。また、ノイ
ズも大きく、出力信号の信号成分とノイズ成分との比で
あるＳ／Ｎ比が悪いという問題点もあった。

【００１２】また、従来の多分割シリコンＡＰＤは、Ｐ
ＮフォトダイオードやＰＩＮフォトダイオード等の他の
多分割受光素子に比べて上述した不感帯の幅が著しく広
く、このため、分解能が著しく悪いという問題点があっ
た。

【００１３】従って、本発明の目的は、紫外線に対して
も十分な増倍率が得られ、また、Ｓ／Ｎ比の良好な紫外
線検出用シリコンＡＰＤを提供することである。

【００１４】本発明の別の目的は、分解能を向上させた
紫外線検出用多分割シリコンＡＰＤを提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するため、本発明の第１の面によれば、紫外線検出用
シリコンＡＰＤが提供され、このシリコンＡＰＤは、紫
外線の入射する側から順にｐ⁺型層、ｎ型層、ｎ^- 型層
及びｎ⁺ 型シリコン基板を有し、且つ、シリコンの紫外
線に対する吸収係数をαとしたとき、ｐ⁺ 型層が０．７
／α以上の厚さを有していることを特徴としている。

【００１６】即ち、本発明者は、鋭意研究の結果、シリ
コンＡＰＤの構造を紫外線の入射する側からｐ⁺−ｎ−
ｎ^-−ｎ⁺ とすると、紫外線に対する感度が著しく向上
することを突き止めた。更に、ｐ⁺ 型層の厚さは、シリ
コンの紫外線に対する吸収係数をαとしたとき、０．７
／α以上であれば、更に感度が改善することを見出し、
本発明を成すに至った。なお、吸収係数αは、次式１で
定義され、単位長さ当たりの吸収係数である。Ｉ＝Ｉ₀ ×ｅｘｐ（−αｘ）式１ここで、Ｉ₀ は入射する紫外線の紫外線量、Ｉは吸収さ
れた後の紫外線の紫外線量、ｘはその間に紫外線が進行
した距離である。

【００１７】ＡＰＤは、ｐｎ接合部に形成された高電界
の領域に、光によって光電変換され生成されたキャリア
を注入し、なだれ現象を起こさせることによって光電流
を増幅させる半導体受光素子である。なだれ現象は、高
電界領域を生じさせた半導体物質のイオン化率と密接な
関連があり、シリコンの場合、ホールのイオン化率より
も電子のイオン化率の方が高い。よって、光電変換され
た電荷の内、電子を高電界領域に注入させた方がホール
を注入させるよりも、効率良くなだれ現象を生じさせる
ことができ、また、ノイズも小さい。

【００１８】実用化されているシリコンＡＰＤは、一般
には、赤外線を受光するためのものである。一方、紫外
線に対する応用は成されていない。何故ならば、紫外線
の光源は、水銀ランプ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレ
ーザ等、強い光量を発するものが多く、紫外線をシリコ
ンＡＰＤで受光せねばならない用途が限られていたから
である。しかし、近年、科学の進歩により、例えば、生
物が発する蛍光観測等、微弱な紫外線を受光したいとい
う要求が強まってきた。このような場合には、赤外線用
のシリコンＡＰＤを流用するか、光電子増倍管を用いて
いたのが現状である。しかし、赤外線用の従来のシリコ
ンＡＰＤを紫外線に流用しても、十分な増倍率が得られ
ず、Ｓ／Ｎ比も悪かった。また、光電子増倍管は、紫外
線に対しても高い増倍率が得られる反面、増倍管を含
め、装置全体が大型化してしまい、更に、Ｓ／Ｎ比も悪
いという欠点を有していた。

【００１９】ここで、シリコンに光が入射したときの、
光（９５％の光）の吸収される距離（光電変換されるま
での距離）を計算する。光の吸収係数は、例えば、波長
８００ｎｍでは１．０２×１０³ ｃｍ^-1であり、波長４
３０ｎｍでは３．４×１０⁴ｃｍ^-1であり、３６０ｎｍ
では１．０６×１０⁶ ｃｍ^-1である。入射した光の９５
％が吸収される距離は、式１にＩ／Ｉ₀ ＝（１−０．９
５）を代入して求めることができる。よって、ｘ＝（３
／α）となり、８００ｎｍでは２９μｍ、４３０ｎｍで
は０．９μｍ、３６０ｎｍでは０．０３μｍとなる。

【００２０】次に、従来のシリコンＡＰＤが紫外線を十
分に増倍できない理由を説明する。従来のシリコンＡＰ
Ｄにおいては、ｎ⁺−ｐ−ｐ^-−ｐ⁺ 構造であるので、８
００ｎｍの赤外線は、その大部分の光量がｐ型層及びｐ
^- 型層で吸収され、４３０ｎｍあるいは３６０ｎｍの紫
外線は、ｎ⁺ 型層で吸収される。このことにより、従来
の赤外線用シリコンＡＰＤにおいて、ｎ⁺ −ｐ型層によ
って生ずる高電界領域に注入される電荷は、入射する光
が赤外線であれば、ｐ型層及びｐ^- 型層の少数キャリア
である電子であり、入射する光が紫外線であれば、ｎ⁺
型層の少数キャリアであるホールであることが判る。図
９は、従来のシリコンＡＰＤの相対分光感度特性を示す
グラフである。最大感度は、８５０〜９００ｎｍの間に
あり、これに対して、紫外線領域においては、感度が悪
いことが判る。

【００２１】このように、入射する光が紫外線であれ
ば、なだれ現象を効率良く生じさせる電子は、高電界領
域に注入されず、このため、従来のシリコンＡＰＤにお
いては、十分な増倍率を得ることができず、Ｓ／Ｎ比も
悪かった。

【００２２】本発明においてその構造にｐ⁺−ｎ−ｎ^-−
ｎ⁺ を採用したのは、高電界領域に電子を注入させるた
めである。即ち、この構造を採用すれば、４３０ｎｍあ
るいは３６０ｎｍの紫外線をシリコンＡＰＤに入射させ
ても、高電界領域には、ホールではなく、電子が注入さ
れることになる。これにより、効率良くなだれ増倍を生
じさせることが可能になる。

【００２３】次に、ｐ⁺ 型層の厚さに関して説明する。
受光素子は、光を１００％吸収できれば、最も好まし
い。しかし、鋭意研究の結果、シリコンＡＰＤの構造が
ｐ⁺−ｎ−ｎ^-−ｎ⁺であれば、入射する光は、ｐ⁺ 型層
で５０％吸収されるだけでも十分な増倍が得られ、且
つ、Ｓ／Ｎ比も改善されることが判明した。入射した光
の５０％が吸収される距離は、式１にＩ／Ｉ₀ ＝（１−
０．５）を代入して求めることができ、ｘ＝（０．７／
α）に相当する距離である。

【００２４】本発明の第２の面によると、マトリックス
状に配列されている複数の受光部からなる受光アレイを
有する紫外線検出用シリコンＡＰＤが提供され、このシ
リコンＡＰＤは、紫外線の入射する側から順にｐ⁺ 型
層、ｎ型層、ｎ^- 型及びｎ⁺ 型シリコン基板を有し、シ
リコンの紫外線に対する吸収係数をαとしたとき、ｐ⁺
型層が０．７／α以上の厚さを有し、且つ、受光アレイ
の外周縁部にのみガードリングが設けられていることを
特徴としている。

【００２５】この場合において、受光アレイ内の互いに
隣接する受光部によって挟まれている領域は、シリコン
ＡＰＤが動作している間、空乏層化される。

【００２６】従来の多分割シリコンＡＰＤは、互いに隣
接する受光部によって挟まれている領域にガードリング
を含んでおり、このため、不感帯幅が著しく広かった。
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、互いに隣接する
受光部によって挟まれている領域に含まれていたガード
リングを省略しても、エッジブレークダウンが防止でき
ることを見出し、本発明をするに至った。

【００２７】互いに隣接する受光部によって挟まれてい
る領域内のガードリングを省略し、且つ、シリコンＡＰ
Ｄの動作時に、この領域が空乏層化すれば、ｐｎ接合部
のエッジでの電界集中が緩和される。このため、受光部
同士が接近して隣接している場合には、それらの間の受
光部周縁にガードリングを配設しなくても、エッジブレ
ークダウンが生じないのである。そして、ガードリング
が省略されることにより、不感帯幅は、ＰＮフォトダイ
オードあるいはＰＩＮフォトダイオード等の受光素子
の、一般的な不感帯幅である数１０μｍ程度まで減少さ
せられることが可能になる。

【００２８】以下、添付図面を参照して、これを説明す
る。図１２及び図１３は、ガードリングが省略されてい
るシリコンＡＰＤにおける電界分布を説明するための概
念断面図である。図１２は、独立している、単一の受光
部周辺を示している。第１導電型（例えばｎ型）の半導
体層９１と、受光部である第２導電型（例えばｐ型）の
半導体層９２とには、高電界領域を生じさせるため、高
電圧の逆バイアス電圧が印加される。これにより、その
間に空乏層９３及び９４が生ずる。空乏層９３は、受光
部中央の平坦な領域に生ずる空乏層である。この空乏層
９３は、その上下に平行で面積の等しい半導体層９１及
び９２で挟まれている。このため、空乏層９３内の電気
力線は、平行となる。また、空乏層９４は、周縁の湾曲
した領域を示す。湾曲しているため、その両側の半導体
層の面積は異なる。即ち、それぞれの面積は、図１２に
おけるｂ−ｃの長さと、ｅ−ｆの長さとに対応する。こ
のため、空乏層９４内の電気力線は、半導体層９１から
半導体層９２に向かうに従って、その密度が高くなる。
即ち、電界は、ａ−ｂ（又はｄ−ｅ）よりも、ｂ−ｃの
方に集中する。そして、この湾曲した領域でエッジブレ
ークダウンが生じ易くなる。

【００２９】図１３は、２つの接近して隣接した受光部
周辺を示している。なお、この図は、中心線Ｄ−Ｄに対
して左右対称となるので、左側についてのみ説明する。
第１導電型（例えばｎ型）の半導体層９５と、受光部で
ある第２導電型（例えばｐ型）の半導体層９６及び９９
には、高電界領域を生じさせるため、高電圧の逆バイア
ス電圧が印加される。なお、半導体層９６及び９９に
は、同一の電圧が印加される。これにより、その間に空
乏層９７及び９８が生ずる。空乏層９７は、受光部中央
の平坦な領域に生ずる空乏層である。この空乏層９７
は、その上下に平行で面積の等しい半導体層９５及び９
６で挟まれている。このため、空乏層９７での電気力線
は、平行となる。また、空乏層９８は、周縁の湾曲した
領域を示す。湾曲しているため、その両側の半導体層の
面積は異なる。即ち、それぞれの面積は、図１３におけ
るｇ−ｈの長さと、ｉ−ｊの長さとに対応する。このた
め、空乏層９８内での電気力線は、半導体層９５から半
導体層９６に向かうに従って、その密度が高くなる。し
かし、図１２との比較から明らかなように、空乏層９８
の両側の半導体層の面積差は、空乏層９４の両側のそれ
よりも小さい。その様子は、長さｅ−ｆがｉ−ｊに短縮
されたことに表れている。このため、ｇ−ｈでの電界の
集中は緩和され、エッジブレークダウンは、生じない。
しかしながら、この電界集中の緩和は、ｐｎ接合が平坦
な領域と同程度にまで緩和することはできない。従っ
て、ｎ型拡散領域は、受光部より内側に配置することが
肝要である。そして、この構造での不感帯幅は、ｎ型拡
散領域間の間隔となる。このようにすれば、多分割シリ
コンＡＰＤの不感帯幅を数１０μｍにすることが可能と
なる。なお、不純物濃度の低いｎ^- 型層の上にＳｉＯ₂
膜が形成されても、ｎ^- 型層は、更にｎ型の濃度が高く
なるだけである。従って、本発明のＡＰＤにおいては、
チャネルカットを配置する必要はない。

【００３０】

【実施例】図１は、本発明に係る紫外線検出用シリコン
ＡＰＤの第１実施例の断面図である。このシリコンＡＰ
Ｄは、その波長が３６０〜４３０ｎｍの紫外線を検出す
るためのものであり、紫外線の入射する側から、ｐ⁺−
ｎ−ｎ^-−ｎ⁺ の構造を有している。ｎ⁺ 型シリコン基
板１０は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3の不純物濃度を有してい
る。このシリコン基板上に、不純物濃度１×１０¹⁴ｃｍ
^-3、厚さ２５μｍのエピタキシャル成長層１１が形成さ
れている。ｎ型層１２は、不純物濃度が１．２×１０¹⁶
ｃｍ^-3、基板表面からの拡散深さ（ｘｊ）が２．５μｍ
である、リンが拡散されている拡散層である。受光部と
してのｐ⁺ 型層１３は、不純物濃度が１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、ｘｊが０．２μｍである、ボロンが拡散されてい
る拡散層である。この拡散深さは、３６０〜４３０ｎｍ
の紫外線に対して、０．７／α以上になっている。ｐ⁺
型層１３上には、ＳｉＯ₂ からなる反射防止膜１４が形
成されている。この反射防止膜の厚さは、紫外線が十分
に透過する６００オングストロームである。ｐ⁺ 型層１
３の周縁部には、ボロンが拡散されているｐ型拡散層で
あるガードリング１５が配設されている。また、表面に
はＳｉＯ₂ からなる保護膜１６が形成されている。更
に、保護膜１６の一部を除去することによって反射防止
膜１４と保護膜１６との間にコンタクトホール１７が形
成されており、このコンタクトホールには、ｐ⁺ 型層１
３及びガードリング１５に接触するようにして、アルミ
ニウムからなる電極１８が設けられている。また、ｎ⁺
型シリコン基板１０の底面にも、アルミニウムからなる
電極１９が設けられている。なお、増倍された信号（電
荷）は、電極１８から取り出される。

【００３１】図２は、図１に示されているシリコンＡＰ
Ｄの相対分光感度特性を示すグラフである。最大感度
は、４００〜５００ｎｍの間にあり、また、紫外線領域
の感度特性も従来のシリコンＡＰＤ（図９参照）に比べ
て向上している。

【００３２】また、ノイズの大きさは、増倍率によって
異なるが、従来のシリコンＡＰＤのノイズに比べて、増
倍率２０倍のときは（１／２．０５）倍、増倍率４０倍
のときは（１／２．２１）倍、増倍率１００倍のときは
（１／１．７４）倍であった。

【００３３】図３及び図４は、本発明に係る紫外線検出
用シリコンＡＰＤの第２実施例を示している。この実施
例は、２つの受光部からなる受光アレイを有する２分割
シリコンＡＰＤである。不純物濃度２×１０¹⁷ｃｍ^-3の
ｎ⁺ 型シリコン基板４０上に、不純物濃度１×１０¹⁴ｃ
ｍ^-3、厚さ２５μｍのｎ^- 型エピタキシャル成長層４１
が形成されている。このエピタキシャル成長層４１に、
本発明に従って、ボロンが拡散されているｐ型拡散層で
あるガードリング４５ａ及び４５ｂ、高電界領域を形成
するための、リンが拡散されているｎ型拡散層４２ａ及
び４２ｂ、ｐｎ接合を形成するための、ボロンが拡散さ
れているｐ⁺ 型拡散層４３ａ及び４３ｂがそれぞれ形成
されており、ｐ⁺ 型拡散層４３ａ及び４３ｂが受光部と
なる。

【００３４】ガードリング４５ａ及び４５ｂは、図３に
明瞭に示されているように、本発明に従って、２つの受
光部即ちｐ⁺ 型拡散層４３ａ及び４３ｂからなる受光ア
レイの外周縁部にのみ形成されている。換言すると、互
いに隣接する受光部によって挟まれている領域には、ガ
ードリングは設けられていない。これらのガードリング
４５ａ及び４５ｂは、それらの拡散深さ（ｘｊ）は約６
μｍ、シート抵抗（Ｒｓ）は２４０Ω／□であり、エッ
ジ部分の電界集中を緩和している。

【００３５】高電界領域を形成するためのｎ型拡散層４
２ａ及び４２ｂは、ｘｊは２．１μｍ、Ｒｓは２ｋΩ／
□である。これらの拡散層によって動作電圧を制御する
ことができる。この第２実施例では、逆バイアス電圧１
００Ｖで増倍率１００倍が得られている。

【００３６】受光部となる、ｐｎ接合を形成するための
ｐ⁺ 型拡散層４３ａ及び４３ｂは、ｘｊは０．２μｍ、
Ｒｓは１８０Ω／□である。受光部としてのｐ⁺ 型拡散
層４３ａ及び４３ｂは、１４μｍの間隔で配置されてい
る。ｎ^- 型エピタキシャル成長層４１における１×１０
¹⁴ｃｍ^-3の不純物濃度において、逆バイアス電圧１００
Ｖでは、空乏層幅は３６μｍ程度となるため、ｐ⁺ 型拡
散層４３ａ及び４３ｂの間のエピタキシャル成長層は完
全に空乏化する。また、０．２μｍの拡散深さ（ｘｊ）
は、４３０ｎｍより短い波長の光に対して、０．７／α
以上の値となっている。

【００３７】これらのｐ⁺ 型拡散層は、それらの一部が
ガードリングにオーバーラップして形成されている。本
実施例におけるオーバーラップ量は１６μｍである。

【００３８】ｐ⁺ 型拡散層上には、ＳｉＯ₂ からなる反
射防止膜４４ａ及び４４ｂが形成されている。これらの
厚さは、紫外線を十分に透過させる６００オングストロ
ームである。また、表面には、ＳｉＯ₂ からなる保護膜
４６が形成されている。

【００３９】ガードリング４５ａ及び４５ｂ上の反射防
止膜４４ａ及び４４ｂはそれらの一部が除去されてコン
タクトホール４７ａ及び４７ｂが形成されており、これ
らのコンタクトホールには、アルミニウムからなる電極
４８ａ及び４８ｂが設けられている。ｎ⁺ 型シリコン基
板４０にも、アルミニウムからなる電極４９が設けられ
ている。なお、電極材料として金を用いてもよいこと
は、言うまでもない。

【００４０】第２実施例に係るシリコンＡＰＤの変形例
であって、ｎ型拡散層のｘｊ及びＲｓがそれぞれ２．０
μｍ及び２．１ｋΩ／□であるものは、紫外線（３６５
ｎｍ）に対して、約１６０Ｖのバイアス電圧で１００倍
の増倍率を示した。

【００４１】図５は、本発明に係る紫外線検出用シリコ
ンＡＰＤの第３実施例を示している。この実施例は、４
つの受光部からなる受光アレイを有する４分割シリコン
ＡＰＤである。この第３実施例においても、図５に明瞭
に示されているように、ガードリングは、受光アレイの
外周縁部にのみ形成されており、互いに隣接する受光部
によって挟まれている領域には形成されていない。な
お、図５におけるIV’−IV’線に沿う断面構造は、図４
に示されているそれと同じであるので、その説明は省略
する。

【００４２】図６及び図７は、本発明に係る紫外線検出
用シリコンＡＰＤの第４実施例を示している。この実施
例は、３つの受光部からなる受光アレイを有する３分割
シリコンＡＰＤである。この第４実施例においても、図
６に明瞭に示されているように、ガードリングは、受光
アレイの外周縁部にのみ形成されており、互いに隣接す
る受光部によって挟まれている領域には形成されていな
い。図６及び図７中、図３及び図４に示されているもの
と同一又は同様の部分には同一の参照数字を付して、そ
れらの説明は省略する。

【００４３】以上は、本発明に係る実施例であり、本発
明はこれらに限られるものではない。例えば、ｎ⁺ 型シ
リコン基板の不純物濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であれ
ばよく、ｎ^- 型層は、厚さが２０μｍ以上であり、不純
物濃度が３×１０¹⁴ｃｍ^-3以下であれば、エピタキシャ
ル成長層でなくてもよい。また、ｎ型層の不純物濃度
は、１×１０¹⁶〜２×１０¹⁶ｃｍ^-3の範囲内にあればよ
く、ｐ⁺ 型層の不純物濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であ
ればよい。

【００４４】また、多分割シリコンＡＰＤにあっては、
上述した２分割−、３分割−及び４分割シリコンＡＰＤ
に限られるものではなく、より多くの受光部からなる受
光アレイを有していてもよい。

【００４５】更に、隣接する受光部間の間隔は、図３に
示されている実施例においては１４μｍであるが、１０
μｍのパターンが形成可能であれば、１０μｍでもよ
い。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、紫外線
に対して高感度のシリコンＡＰＤが得られる。また、従
来のシリコンＡＰＤに比べて紫外線に対するＳ／Ｎ比も
改善される。

【００４７】更に、本発明によれば、多分割シリコンＡ
ＰＤの互いに隣接する受光部によって挟まれている領域
にガードリングを配置しないので、それらの領域に生ず
る不感帯幅をＰＮフォトダイオードあるいはＰＩＮフォ
トダイオード等の多分割素子の不感帯幅程度にまで減少
させることが可能となり、これにより、分解能が向上す
ると共に、多分割ＡＰＤの微細化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る紫外線検出用シリコンＡＰＤの第
１実施例の断面図である。

【図２】図１に示されているシリコンＡＰＤの相対分光
感度特性を示すグラフである。

【図３】本発明に係る紫外線検出用シリコンＡＰＤの第
２実施例の平面図である。

【図４】図３におけるIV−IV線に沿う断面図である。

【図５】本発明に係る紫外線検出用シリコンＡＰＤの第
３実施例の平面図である。

【図６】本発明に係る紫外線検出用シリコンＡＰＤの第
４実施例の平面図である。

【図７】図６におけるVII−VII線に沿う断面図である。

【図８】従来のシリコンＡＰＤの断面図である。

【図９】図８に示されているシリコンＡＰＤの相対分光
感度特性を示すグラフである。

【図１０】従来の２分割シリコンＡＰＤの平面図であ
る。

【図１１】図１０におけるXI−XI線に沿う断面図であ
る。

【図１２】ガードリングを省略したシリコンＡＰＤにお
ける電界分布を説明するための概念断面図である。

【図１３】ガードリングを省略したシリコンＡＰＤにお
ける電界分布を説明するための概念断面図である。

【符号の説明】

１０ｎ⁺ 型シリコン基板１１ｎ^- 型エピタキシャル成長層１２ｎ型層１３ｐ⁺ 型層１４反射防止膜１５ガードリング１６保護膜１７コンタクトホール１８電極１９電極４０ｎ⁺ 型シリコン基板４１ｎ^- 型エピタキシャル成長層４２ｎ型拡散層４３ｐ⁺ 型拡散層４４反射防止膜４５ガードリング４６保護膜４７コンタクトホール４８電極４９電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外線検出用シリコンアバランシェフォ
トダイオードにおいて、紫外線の入射する側から順にｐ⁺ 型層、ｎ型層、ｎ^- 型
層及びｎ⁺ 型シリコン基板を有し、且つ、シリコンの前
記紫外線に対する吸収係数をαとしたとき、前記ｐ⁺ 型
層が０．７／α以上の厚さを有していることを特徴とす
る紫外線検出用シリコンアバランシェフォトダイオー
ド。
【請求項２】マトリックス状に配列されている複数の
受光部からなる受光アレイを有する紫外線検出用シリコ
ンアバランシェフォトダイオードにおいて、紫外線の入射する側から順にｐ⁺ 型層、ｎ型層、ｎ^- 型
及びｎ⁺ 型シリコン基板を有し、シリコンの前記紫外線
に対する吸収係数をαとしたとき、前記ｐ⁺ 型層が０．
７／α以上の厚さを有し、且つ、前記受光アレイの外周
縁部にのみガードリングが設けられていることを特徴と
する紫外線検出用シリコンアバランシェフォトダイオー
ド。
【請求項３】前記受光アレイ内の互いに隣接する前記
受光部によって挟まれている領域が、前記シリコンアバ
ランシェフォトダイオードが動作している間、空乏層化
される請求項２の紫外線検出用シリコンアバランシェフ
ォトダイオード。