JPH0738135A - Semiconductor photoelectric conversion element - Google Patents

Semiconductor photoelectric conversion element

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JPH0738135A
JPH0738135A JP5183766A JP18376693A JPH0738135A JP H0738135 A JPH0738135 A JP H0738135A JP 5183766 A JP5183766 A JP 5183766A JP 18376693 A JP18376693 A JP 18376693A JP H0738135 A JPH0738135 A JP H0738135A
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semiconductor layer
photoelectric conversion
layer
film
light
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JP5183766A
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Inventor
Satoshi Endo
智 遠藤
Tatsuo Sunayama
竜男 砂山
Haruo Yoshinaga
春生 吉永
Shinichi Tamura
真一 田村
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor photoelectric conversion element which is improved in spectral characteristics and response characteristics to incident light. CONSTITUTION:All intrinsic semiconductor layer (I layer) 2 is formed on an N-type semiconductor layer 1, a P-type semiconductor layer 10 is provided onto the I-type layer 2, an antireflection film 9 of transparent conductive high refractive index film such as an ITO film or a TiN film is formed on a light, receiving surface, and a P-type semiconductor layer 10 as a diffusion layer is formed to be shallow.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超高速応答が可能な半
導体光電変換素子に関するものであり、殊に、紫外線領
域の短波長の分光特性と応答特性を改善した半導体光電
変換素子に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor photoelectric conversion device capable of ultra-high speed response, and more particularly to a semiconductor photoelectric conversion device having improved spectral characteristics and response characteristics of short wavelength in the ultraviolet region. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】超高速応答が可能な半導体光電変換素子
として、通常、pin接合形のフォト・ダイオードが用
いられている。この光電変換素子は、不純物のない高純
度なi層をpn接合間に設けたものであり、i層による
キャリアのない空乏層を厚く形成して、静電容量を小さ
くすることにより、高速応答を可能にしている。図7
(a)は、pin接合形のフォト・ダイオードの一例を
示す断面図である。同図に於いて、N型の半導体層1に
真性半導体層(i層)2が積層形成された半導体基体の
i層2にP型の拡散層3が形成されている。光hνが照
射される受光側の半導体基体表面の周囲には、シリコン
酸化膜(SiO2 )等の絶縁膜4が形成され、受光感度
を高める為にシリコン窒化膜(Si3 4 )の反射防止
膜8が被着されている。反射防止膜8には、開口部5が
設けられ、アノードとなる表面電極6は開口部5に露呈
するP型の半導体層3にオーム接触しており、N型の半
導体層1の裏面にはカソードとなる裏面電極7が形成さ
れている。
2. Description of the Related Art A pin junction type photodiode is usually used as a semiconductor photoelectric conversion element capable of an ultra-high speed response. This photoelectric conversion element is one in which a high-purity i-layer without impurities is provided between pn junctions, and a depletion layer without carriers due to the i-layer is formed thick to reduce the capacitance, thereby providing a high-speed response. Is possible. Figure 7
(A) is sectional drawing which shows an example of the pin junction type photodiode. In the figure, a P type diffusion layer 3 is formed on an i layer 2 of a semiconductor substrate in which an intrinsic semiconductor layer (i layer) 2 is laminated on an N type semiconductor layer 1. An insulating film 4 such as a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed around the surface of the semiconductor substrate on the light receiving side which is irradiated with the light hν, and the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is reflected to enhance the light receiving sensitivity. The prevention film 8 is applied. The antireflection film 8 is provided with an opening 5, the front surface electrode 6 serving as an anode is in ohmic contact with the P-type semiconductor layer 3 exposed in the opening 5, and the rear surface of the N-type semiconductor layer 1 is A back surface electrode 7 serving as a cathode is formed.

【0003】P形の半導体層3の拡散深さXj に対する
不純物濃度の分布(拡散プロファイル)は、図7(b)
に示されるように、ガウス分布をしており、半導体基板
表面の不純物濃度が1×1019atoms/cm3 以上の高濃度
に拡散されている。従って、空乏層はi層2には広がる
が、高濃度に不純物がドープされたP型の半導体層3に
は広がり難い特徴を示す。
The distribution (diffusion profile) of the impurity concentration with respect to the diffusion depth X j of the P-type semiconductor layer 3 is shown in FIG.
As shown in (1), the Gaussian distribution is obtained, and the impurity concentration on the surface of the semiconductor substrate is diffused to a high concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more. Therefore, the depletion layer spreads over the i-layer 2, but has a characteristic that it hardly spreads over the P-type semiconductor layer 3 that is highly doped with impurities.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の半導体光電変換
素子では、光を吸収し易いように受光面にシリコン窒化
膜(Si3 4 )による反射防止膜8である絶縁膜が形
成されており、その結果、負荷に対して直列の抵抗成分
が大きくな欠点があり、これにより入射光に対する応答
特性が悪化する欠点がある。因に、図7(c)は、半導
体光電変換素子の等価回路を示しており、Vp は光起電
力、Cj は接合容量、Rpはpn接合の並列抵抗(損失
抵抗)、Rsはダイオードの直列抵抗をそれぞれ示し、
光が照射されると、その光エネルギーに応じて電流Ie
が発生し、ダイオード電流ID と並列抵抗電流IRPが流
れるとともに出力電流IP が負荷抵抗に流れる。
In the above-mentioned semiconductor photoelectric conversion element, the insulating film which is the antireflection film 8 made of the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is formed on the light receiving surface so as to easily absorb light. As a result, there is a drawback that the resistance component in series with respect to the load is large, and as a result, the response characteristics to incident light deteriorate. Incidentally, FIG. 7C shows an equivalent circuit of the semiconductor photoelectric conversion device, where Vp is a photovoltaic power, Cj is a junction capacitance, Rp is a parallel resistance (loss resistance) of a pn junction, and Rs is a series of diodes. Each show resistance,
When irradiated with light, the current Ie is changed according to the light energy.
There occurs, the output current I P with flowing diode current I D and the parallel resistance current I RP is flowing in the load resistor.

【0005】図7(c)を参照して説明すると、P形の
半導体層3のシート抵抗が大きくなると、直列抵抗Rs
は増大して、光に対する応答特性は悪化する。又、P形
の半導体層3の表面を覆う反射膜防止膜8が絶縁性であ
ると、同様に直列抵抗Rsが大きくなり、応答特性が悪
化する欠点がある。半導体光電変換素子に逆バイアス電
圧を印加した際の空乏層の広がりは、印加電圧と接合を
形成する半導体層の不純物濃度に依存するので、印加電
圧が一定であるならば、空乏層の広がりは、不純物濃度
に依存する。従って、i層2には空乏層が延びるが、光
が入射する不純物濃度が高いP形の半導体層3には余り
広がらない。
Explaining with reference to FIG. 7C, when the sheet resistance of the P-type semiconductor layer 3 increases, the series resistance Rs is increased.
, And the response characteristics to light deteriorate. In addition, if the antireflection film 8 covering the surface of the P-type semiconductor layer 3 is insulative, the series resistance Rs similarly becomes large and the response characteristics deteriorate. When the reverse bias voltage is applied to the semiconductor photoelectric conversion element, the spread of the depletion layer depends on the applied voltage and the impurity concentration of the semiconductor layer forming the junction. , Depends on the impurity concentration. Therefore, the depletion layer extends to the i layer 2, but does not spread much to the P-type semiconductor layer 3 having a high impurity concentration on which light is incident.

【0006】即ち、光が空乏層に入射して電子・正孔対
が発生して電子はアノード電極に、正孔はカソード電極
に加速されて電流Ieが発生する。従って、P形の半導
体層3の表面近くに空乏層が広がることが、光に対する
応答特性を改善するのに有効であるが、図7(b)に示
すように、その表面には高濃度の不純物が注入されてお
り、空乏層が広がり難いものとなっており、紫外線領域
の短波長の光に対して応答特性が悪化する要因となって
いる。無論、半導体光電変換素子の分光特性を悪化させ
る要因となっている。
That is, light is incident on the depletion layer to generate electron-hole pairs, electrons are accelerated to the anode electrode, and holes are accelerated to the cathode electrode to generate current Ie. Therefore, it is effective for the depletion layer to spread near the surface of the P-type semiconductor layer 3 to improve the response characteristics to light, but as shown in FIG. Impurities are injected, and the depletion layer is hard to spread, which is a factor of deteriorating the response characteristics to light having a short wavelength in the ultraviolet region. Of course, it is a factor that deteriorates the spectral characteristics of the semiconductor photoelectric conversion element.

【0007】本発明は、上述のような欠点に鑑みなされ
たものであり、分光特性の改善と光に対する応答特性を
改善する半導体光電変換素子を提供することを目的とす
るものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and an object of the present invention is to provide a semiconductor photoelectric conversion element which improves spectral characteristics and light response characteristics.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体光電変換素子は、前記半導体光電変
換素子の受光面に形成された反射防止膜が透明導電性膜
からなることを特徴とするものである。又、半導体光電
変換素子は、第1導電型の半導体層と、前記第1導電型
の半導体層上に積層形成された真性半導体層と、前記真
性半導体層に形成された第2導電型の半導体層と、前記
第2導電型の半導体層の受光面に形成された透明導電性
膜からなる反射防止膜と、を備えることを特徴とするも
のである。
To achieve the above object, the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention is characterized in that the antireflection film formed on the light receiving surface of the semiconductor photoelectric conversion device is made of a transparent conductive film. It is what The semiconductor photoelectric conversion element includes a semiconductor layer of a first conductivity type, an intrinsic semiconductor layer stacked on the semiconductor layer of the first conductivity type, and a semiconductor of a second conductivity type formed in the intrinsic semiconductor layer. And an antireflection film formed of a transparent conductive film formed on the light receiving surface of the second conductive type semiconductor layer.

【0009】又、半導体光電変換素子は、第1導電型の
半導体層と、前記第1導電型の半導体層上に積層形成さ
れた真性半導体層と、前記真性半導体層に形成された第
2導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層の受
光面に形成された透明導電性膜からなる反射防止膜とか
らなり、前記第1導電型の半導体層を拡散深さを浅く
し、超階接合を形成したことを特徴とするものである。
In the semiconductor photoelectric conversion element, a semiconductor layer of the first conductivity type, an intrinsic semiconductor layer laminated on the semiconductor layer of the first conductivity type, and a second conductivity formed in the intrinsic semiconductor layer. Type semiconductor layer and an antireflection film made of a transparent conductive film formed on the light receiving surface of the second conductivity type semiconductor layer, and the first conductivity type semiconductor layer has a shallow diffusion depth, It is characterized by forming a superficial junction.

【0010】[0010]

【作用】上記の手段により、本発明の半導体光電変換素
子は、その受光面に形成された反射防止膜を透明導電性
膜とするとともに、受光側の第2導電形の半導体層の不
純物濃度を低下させて負荷抵抗と直列の抵抗成分を小さ
くすることによって、短波の光(紫外線)に対する受光
感度を高めることにより、分光特性と応答特性を改善す
るものである。又、本発明の半導体光電変換素子は、半
導体光電変換素子の受光面に形成された反射防止膜を透
明導電性膜とするとともに、受光側の第2導電形の半導
体層を浅い拡散層とし、超階段接合とすることによっ
て、短波の光(紫外線)に対する受光感度を高めること
により分光特性を改善するとともに、光に対する応答特
性を高めたものである。
In the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention, the antireflection film formed on the light receiving surface of the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention is a transparent conductive film, and the impurity concentration of the second conductivity type semiconductor layer on the light receiving side is adjusted. By lowering and reducing the resistance component in series with the load resistance, the light-receiving sensitivity to short-wave light (ultraviolet rays) is increased, thereby improving the spectral characteristics and the response characteristics. Further, in the semiconductor photoelectric conversion element of the present invention, the antireflection film formed on the light receiving surface of the semiconductor photoelectric conversion element is a transparent conductive film, and the second conductivity type semiconductor layer on the light receiving side is a shallow diffusion layer, The super staircase junction enhances the light receiving sensitivity to short-wave light (ultraviolet rays) to improve the spectral characteristics and the response characteristics to light.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の半導体光電変換素子の一実施
例について、図1を参照して説明する。図1は、pin
接合形のフォト・ダイオードの一実施例を示す断面図で
ある。同図に於いて、N型の半導体層1に真性半導体層
(i層)2が積層形成された半導体基体であり、このi
層2にはP型の半導体層10が拡散形成され、pin接
合が形成されている。光hνが入射する受光側の半導体
基体表面の周囲には、酸化錫をドープしたシリコン酸化
膜等の絶縁膜4が形成され、受光面には受光感度を高め
る為に、酸化インジューム膜(ITO膜)や窒化チタニ
ューム膜(TiN膜)等の反射防止膜9が被着され、ア
ノード電極を形成している。反射防止膜9は、P型の半
導体層10にオーム接触し、N型の半導体層1の裏面に
はカソードとなる裏面電極7が形成されている。
EXAMPLE An example of the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention will be described below with reference to FIG. Figure 1 is a pin
It is sectional drawing which shows one Example of a junction type photodiode. In FIG. 1, an intrinsic semiconductor layer (i layer) 2 is laminated on an N-type semiconductor layer 1 to form a semiconductor substrate.
A P-type semiconductor layer 10 is diffused and formed on the layer 2 to form a pin junction. An insulating film 4 such as a silicon oxide film doped with tin oxide is formed around the surface of the semiconductor substrate on the light receiving side on which the light hν is incident, and an indium oxide film (ITO film) is formed on the light receiving surface to enhance the light receiving sensitivity. Film) or an antireflection film 9 such as a titanium nitride film (TiN film) is deposited to form an anode electrode. The antireflection film 9 is in ohmic contact with the P-type semiconductor layer 10, and the back surface electrode 7 serving as a cathode is formed on the back surface of the N-type semiconductor layer 1.

【0012】ITO膜やTiN膜等の反射防止膜9は、
透明導電膜であり、図7(c)に示した直列抵抗Rc を
低下させることができるとともに、高屈折率を有してお
り、光の吸収を良好なものとしている。更に、P型の半
導体層10は、図1(b)の拡散プロファイルに示され
るように、不純物濃度を1×1016〜1×1018atoms/
cm3 の範囲に設定する。最適には1×1017atoms/cm3
の不純物濃度に設定し、その拡散深さXjは、0.5〜
2μmに設定する。
The antireflection film 9 such as an ITO film or a TiN film is
It is a transparent conductive film, which can reduce the series resistance Rc shown in FIG. 7C, has a high refractive index, and has favorable light absorption. Further, as shown in the diffusion profile of FIG. 1B, the P-type semiconductor layer 10 has an impurity concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 atoms /
Set in the range of cm 3 . Optimally 1 × 10 17 atoms / cm 3
And the diffusion depth Xj is 0.5 to
Set to 2 μm.

【0013】上記実施例のように構成することによっ
て、反射防止膜9として透明導電膜であって高屈折率を
有するものであり、且つ、P型の半導体層10の不純物
濃度を低くすることにより、逆バイアス電圧を印加した
際に、空乏層がP型の半導体層10に深く延びるととも
に、i層2にも延びるので、表面で吸収され易い短波長
(450〜300nm)の紫外線が容易る空乏層に達し
て放射感度(受光感度)を向上させることができる。し
かしながら、P型の半導体層10は、不純物濃度を低く
したので、シート抵抗は従来のものより多少増大する
が、P型の半導体層10の受光面の大半を覆う反射防止
膜9を透明導電性高屈折率膜を使用することによって、
P型の半導体層10のシート抵抗の増大を補うことがで
きるので、分光特性と応答特性を改善することができ
る。
By configuring as in the above embodiment, the antireflection film 9 is a transparent conductive film having a high refractive index, and the impurity concentration of the P-type semiconductor layer 10 is lowered. When a reverse bias voltage is applied, the depletion layer extends deeply into the P-type semiconductor layer 10 and also extends to the i-layer 2, so depletion that facilitates absorption of ultraviolet rays of short wavelength (450 to 300 nm) on the surface is facilitated. The radiation sensitivity (light receiving sensitivity) can be improved by reaching the layer. However, since the impurity concentration of the P-type semiconductor layer 10 is lowered, the sheet resistance is slightly increased as compared with the conventional one, but the antireflection film 9 that covers most of the light-receiving surface of the P-type semiconductor layer 10 is transparent and conductive. By using a high refractive index film,
Since the increase in sheet resistance of the P-type semiconductor layer 10 can be compensated for, the spectral characteristics and response characteristics can be improved.

【0014】次に、本発明の半導体光電変換素子の他の
実施例について、図2を参照して説明する。この実施例
は、断面図が図1(a)と同様な構造を有しており、P
型の半導体層10の拡散プロファイルが図2に示すよう
に拡散深さXjを0.2〜0.25μmに設定し、その
不純物濃度を1×1020〜7×1018atoms/cm3 の範囲
に設定する。無論、反射防止膜10は、ITO膜やTi
N膜等の透明導電性高屈折率膜が使用される。従って、
P型の半導体層10は高不純物が拡散されて低比抵抗と
なるが、反射防止膜10として、透明導電性高屈折率膜
が使用され、且つ、その拡散層が極めて浅いものとなっ
ており、紫外線等の短波長の光に対しても放射感度(受
光感度)を高めることができる。
Next, another embodiment of the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the cross-sectional view has a structure similar to that of FIG.
As shown in FIG. 2, the diffusion profile of the p-type semiconductor layer 10 is such that the diffusion depth Xj is set to 0.2 to 0.25 μm and the impurity concentration is in the range of 1 × 10 20 to 7 × 10 18 atoms / cm 3 . Set to. Of course, the antireflection film 10 is made of ITO film or Ti.
A transparent conductive high refractive index film such as an N film is used. Therefore,
The P-type semiconductor layer 10 diffuses high impurities to have a low specific resistance, but a transparent conductive high refractive index film is used as the antireflection film 10, and the diffusion layer thereof is extremely shallow. Also, the radiation sensitivity (light receiving sensitivity) can be increased even for light having a short wavelength such as ultraviolet rays.

【0015】上記実施例は、受光面に形成された反射防
止膜9として透明導電性膜を使用しており、図5(a)
に示すように、反射防止膜9上に表面電極12を形成し
てオーム接触させてもよく、又、図5(b)に示すよう
に、反射防止膜9に開口部11を形成して、表面電極1
2をオーム接触を形成してもよい。これら表面電極12
にはワイヤーが溶着される。このように電極構造は、種
々の形態とすることができる。
In the above embodiment, the transparent conductive film is used as the antireflection film 9 formed on the light receiving surface, as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, a surface electrode 12 may be formed on the antireflection film 9 to make an ohmic contact. Alternatively, as shown in FIG. 5B, an opening 11 is formed in the antireflection film 9. Surface electrode 1
2 may form an ohmic contact. These surface electrodes 12
The wire is welded to. As described above, the electrode structure can have various forms.

【0016】因に、図6に基づいて、本発明の半導体光
電変換素子の製造方法について簡単に説明する。図6
(a)に示すように、真性半導体層2(リン不純物濃度
が1×1010〜1×1012atoms/cm3 )にN型半導体層
1を熱拡散等を用いて形成する。その後、図6(b)に
示すように、熱酸化によって絶縁膜4を形成し、受光面
の絶縁膜を除去してその周囲に絶縁膜4を形成する。そ
の後、図6(c)に示すように、レジスク膜や酸化膜等
をマスクとして、P型のドーパントを真性半導体層2の
表面にイオン注入してアニーリング処理をして、図6
(d)に示すように、拡散深さXjが0.5〜2.0μ
mのシャロー拡散層からなるP形の半導体層10を形成
する。続いて、図6(e)に示すように、アルミニウム
を蒸着してパターニングして表面電極(パッド電極)1
2を形成する。続いて、図6(f)に示すように、N形
の半導体層1の裏面に裏面電極7を形成し、図5(a)
の半導体光電変換素子が形成される。
The method of manufacturing the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention will be briefly described with reference to FIG. Figure 6
As shown in (a), the N-type semiconductor layer 1 is formed in the intrinsic semiconductor layer 2 (phosphorus impurity concentration is 1 × 10 10 to 1 × 10 12 atoms / cm 3 ) by using thermal diffusion or the like. Thereafter, as shown in FIG. 6B, the insulating film 4 is formed by thermal oxidation, the insulating film on the light receiving surface is removed, and the insulating film 4 is formed around the insulating film. After that, as shown in FIG. 6C, a P-type dopant is ion-implanted into the surface of the intrinsic semiconductor layer 2 using the resist film, the oxide film, or the like as a mask, and an annealing treatment is performed.
As shown in (d), the diffusion depth Xj is 0.5 to 2.0 μm.
A P-type semiconductor layer 10 composed of m shallow diffusion layers is formed. Subsequently, as shown in FIG. 6E, surface electrode (pad electrode) 1 is formed by evaporating and patterning aluminum.
Form 2. Subsequently, as shown in FIG. 6F, a back surface electrode 7 is formed on the back surface of the N-type semiconductor layer 1, and the back surface electrode 7 is formed as shown in FIG.
The semiconductor photoelectric conversion element of is formed.

【0017】無論、P形の半導体層10は、種々の公知
の方法により、シャロー拡散層が形成し得る。又、図2
の実施例のような超階段接合を形成する方法としては、
その一例とし、真性半導体層2の表面に形成された熱酸
化膜を介してP形のドーパントを高濃度に真性半導体層
2にイオン注入してアニール処理をすることにより、そ
の表面は高濃度のP形ドーパントが注入され、超階段接
合が形成される。その後、熱酸化膜を除去して反射防止
膜9を形成して半導体光電変換素子を形成する。無論、
超階段接合を形成する方法は、上記の方法に限定するこ
となく、公知の種々の方法によって形成し得ることは明
らかである。
Of course, the P-type semiconductor layer 10 can be formed into a shallow diffusion layer by various known methods. Moreover, FIG.
As a method of forming a super staircase junction as in the embodiment of
As an example thereof, a P-type dopant is ion-implanted into the intrinsic semiconductor layer 2 at a high concentration through a thermal oxide film formed on the surface of the intrinsic semiconductor layer 2 and an annealing treatment is performed, so that the surface has a high concentration. A P-type dopant is implanted to form a hyperstep junction. After that, the thermal oxide film is removed and the antireflection film 9 is formed to form a semiconductor photoelectric conversion element. Of course,
It is obvious that the method of forming the super staircase junction is not limited to the above-mentioned method and can be formed by various known methods.

【0018】次に、図1と図2の実施例の分光特性と光
に対する応答特性について、従来例と比較して説明す
る。図3がその横軸が入射される光の波長(nm)であ
り、縦軸が放射感度(A/W)を示した分光特性を示
し、図4がその横軸が周波数(HZ )を示し、縦軸が相
対出力(dB)を示す応答特性を示しており、これらの
図中の(a)は従来例の特性を示し、(b)が図1の実
施例の特性を示し、(c)が図2の実施例の特性を示し
ている。従来の半導体光電変換素子に対して、実施例の
分光特性と光に対する応答特性が優れていることを示し
ている。殊に、図2の実施例のように、浅い拡散層から
なる超階段接合として、その反射防止膜として透明導電
性高反射率膜とすることによって、紫外線領域の短波長
の放射感度(受光感度)が増し、分光特性が改善される
とともに、光に対しての応答特性が改善される。
Next, the spectral characteristics and light response characteristics of the embodiments of FIGS. 1 and 2 will be described in comparison with the conventional example. 3 shows the wavelength (nm) of incident light on the horizontal axis, the vertical axis shows the spectral characteristics showing the radiation sensitivity (A / W), and FIG. 4 shows the frequency (Hz) on the horizontal axis. The vertical axis represents the response characteristic indicating the relative output (dB). In these figures, (a) shows the characteristic of the conventional example, (b) shows the characteristic of the embodiment of FIG. 2) shows the characteristics of the embodiment of FIG. It is shown that the spectral characteristics and the light response characteristics of the embodiment are superior to the conventional semiconductor photoelectric conversion element. In particular, as in the embodiment shown in FIG. 2, by using a hyper-step junction composed of a shallow diffusion layer and a transparent conductive high-reflectance film as its antireflection film, the radiation sensitivity (light receiving sensitivity) of short wavelength in the ultraviolet region is obtained. ) Is increased, the spectral characteristics are improved, and the response characteristics to light are improved.

【0019】[0019]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、反射防
止膜を透明導電性高反射率膜とし、且つ、受光側のP形
の半導体層の不純物濃度を低く抑え、空乏層に紫外線領
域の短波長の光が容易に到達し得るようにするか、或い
はP形の半導体層の接合深さを浅いものとし、階段接合
を形成することによって、紫外線領域の短波長の光の受
光感度が増することによって、分光特性と応答特性を改
善するものである。
As described above, according to the present invention, the antireflection film is a transparent conductive high reflectance film, the impurity concentration of the P-type semiconductor layer on the light receiving side is suppressed to be low, and the depletion layer is irradiated with ultraviolet rays. The short-wavelength light in the region can easily reach, or the step depth junction is formed by making the junction depth of the P-type semiconductor layer shallow so that the short-wavelength light in the ultraviolet region can be received. Is improved, so that the spectral characteristics and the response characteristics are improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は、本発明の半導体光電変換素子の一実
施例を示す断面図であり、(b)がその受光側の半導体
層の拡散プロファイルを示す図である。
FIG. 1A is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor photoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 1B is a view showing a diffusion profile of a semiconductor layer on the light receiving side thereof.

【図2】本発明の半導体光電変換素子の他の実施例を説
明する為の拡散プロファイルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a diffusion profile for explaining another embodiment of the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention.

【図3】入射される光の波長に対する放射感度を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing radiation sensitivity with respect to a wavelength of incident light.

【図4】光の照射に対する応答特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing response characteristics to light irradiation.

【図5】(a),(b)は、表面電極の構造を示す断面
図である。
5A and 5B are cross-sectional views showing a structure of a surface electrode.

【図6】(a)乃至(f)は、本発明の半導体光電変換
素子の製造方法を示す断面図である。
6A to 6F are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor photoelectric conversion element of the present invention.

【図7】(a)は、従来の半導体光電変換素子の一例を
示す断面図であり、(b)がその受光側の半導体層の拡
散プロファイルを示す図、(c)は半導体光電変換素子
の等価回路図である。
7A is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor photoelectric conversion device, FIG. 7B is a diagram showing a diffusion profile of a semiconductor layer on the light receiving side thereof, and FIG. It is an equivalent circuit diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 N型の半導体層 2 真性半導体層(i層) 4 絶縁膜 7 裏面電極 9 反射防止膜 10 P形の半導体層 11 開口部 12 表面電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N-type semiconductor layer 2 Intrinsic semiconductor layer (i layer) 4 Insulating film 7 Backside electrode 9 Antireflection film 10 P-type semiconductor layer 11 Opening 12 Surface electrode

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年11月10日[Submission date] November 10, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項3[Name of item to be corrected] Claim 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0004[Correction target item name] 0004

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の半導体光電変換
素子では、光を吸収し易いように受光面にシリコン窒化
膜(Si3 4 )による反射防止膜8である絶縁膜が形
成されており、その結果、負荷に対して直列の抵抗成分
が大きくな欠点があり、これにより入射光に対する応
答特性が悪化する欠点がある。因に、図7(c)は、半
導体光電変換素子の等価回路を示しており、Vp は光起
電力、Cj は接合容量、Rpはpn接合の並列抵抗(損
失抵抗)、Rsはダイオードの直列抵抗をそれぞれ示
し、光が照射されると、その光エネルギーに応じて電流
Ieが発生し、ダイオード電流ID と並列抵抗電流IRP
が流れるとともに出力電流IP が負荷抵抗に流れる。
In the above-mentioned semiconductor photoelectric conversion element, the insulating film which is the antireflection film 8 made of the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is formed on the light receiving surface so as to easily absorb light. As a result, there is a drawback resistance components of the series is greater ing to the load, thereby there is a drawback that response to incident light is deteriorated. Incidentally, FIG. 7C shows an equivalent circuit of the semiconductor photoelectric conversion device, where Vp is a photovoltaic power, Cj is a junction capacitance, Rp is a parallel resistance (loss resistance) of a pn junction, and Rs is a series of diodes. Resistances are shown respectively, and when light is irradiated, a current Ie is generated according to the light energy, and a diode current I D and a parallel resistance current I RP are generated.
And the output current I P flows through the load resistance.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0006】即ち、光が空乏層に入射して電子・正孔対
が発生して正孔はアノード電極に、電子はカソード電極
に加速されて電流Ieが発生する。従って、P形の半導
体層3の表面近くに空乏層が広がることが、光に対する
応答特性を改善するのに有効であるが、図7(b)に示
すように、その表面には高濃度の不純物が注入されてお
り、空乏層が広がり難いものとなっており、紫外線領域
の短波長の光に対して応答特性が悪化する要因となって
いる。無論、半導体光電変換素子の分光特性を悪化させ
る要因となっている。
Namely, the hole in electron-hole pairs the light is incident on the depletion layer is generated in the anode electrode, electrons are accelerated into the cathode current Ie is generated. Therefore, it is effective for the depletion layer to spread near the surface of the P-type semiconductor layer 3 to improve the response characteristics to light, but as shown in FIG. Impurities are injected, and the depletion layer is hard to spread, which is a factor of deteriorating the response characteristics to light having a short wavelength in the ultraviolet region. Of course, it is a factor that deteriorates the spectral characteristics of the semiconductor photoelectric conversion element.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0009】又、半導体光電変換素子は、第1導電型の
半導体層と、前記第1導電型の半導体層上に積層形成さ
れた真性半導体層と、前記真性半導体層に形成された第
2導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層の受
光面に形成された透明導電性膜からなる反射防止膜とか
らなり、前記第導電型の半導体層を拡散深さを浅く
し、超階接合を形成したことを特徴とするものであ
る。
In the semiconductor photoelectric conversion element, a semiconductor layer of the first conductivity type, an intrinsic semiconductor layer laminated on the semiconductor layer of the first conductivity type, and a second conductivity formed in the intrinsic semiconductor layer. Type semiconductor layer and an antireflection film made of a transparent conductive film formed on the light receiving surface of the second conductive type semiconductor layer, and the second conductive type semiconductor layer has a shallow diffusion depth. it is characterized in that the formation of the ultra stairs bonding.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の半導体光電変換素子の一実施
例について、図1を参照して説明する。図1は、pin
接合形のフォト・ダイオードの一実施例を示す断面図で
ある。同図に於いて、N型の半導体層1に真性半導体層
(i層)2が積層形成された半導体基体であり、このi
層2にはP型の半導体層10が拡散形成され、pin接
合が形成されている。光hνが入射する受光側の半導体
基体表面の周囲には、をドープしたシリコン酸化膜等
の絶縁膜4が形成され、受光面には受光感度を高める為
に、酸化インジューム膜(ITO膜)や窒化チタニュー
ム膜(TiN膜)等の反射防止膜9が被着され、アノー
ド電極を形成している。反射防止膜9は、P型の半導体
層10にオーム接触し、N型の半導体層1の裏面にはカ
ソードとなる裏面電極7が形成されている。
EXAMPLE An example of the semiconductor photoelectric conversion device of the present invention will be described below with reference to FIG. Figure 1 is a pin
It is sectional drawing which shows one Example of a junction type photodiode. In FIG. 1, an intrinsic semiconductor layer (i layer) 2 is laminated on an N-type semiconductor layer 1 to form a semiconductor substrate.
A P-type semiconductor layer 10 is diffused and formed on the layer 2 to form a pin junction. An insulating film 4 such as a silicon oxide film doped with phosphorus is formed around the surface of the semiconductor substrate on the light receiving side on which the light hν enters, and an oxide indium film (ITO film) is formed on the light receiving surface to enhance the light receiving sensitivity. ) Or a titanium nitride film (TiN film) or the like is applied to form an anode electrode. The antireflection film 9 is in ohmic contact with the P-type semiconductor layer 10, and the back surface electrode 7 serving as a cathode is formed on the back surface of the N-type semiconductor layer 1.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0013】上記実施例のように構成することによっ
て、反射防止膜9として透明導電膜であって高屈折率を
有するものであり、且つ、P型の半導体層10の不純物
濃度を低くすることにより、逆バイアス電圧を印加した
際に、空乏層がP型の半導体層10に深く延びるととも
に、i層2にも延びるので、表面で吸収され易い短波長
(450〜300nm)の紫外線が容易空乏層に達し
て放射感度(受光感度)を向上させることができる。し
かしながら、P型の半導体層10は、不純物濃度を低く
したので、シート抵抗は従来のものより多少増大する
が、P型の半導体層10の受光面の大半を覆う反射防止
膜9を透明導電性高屈折率膜を使用することによって、
P型の半導体層10のシート抵抗の増大を補うことがで
きるので、分光特性と応答特性を改善することができ
る。
By configuring as in the above embodiment, the antireflection film 9 is a transparent conductive film having a high refractive index, and the impurity concentration of the P-type semiconductor layer 10 is lowered. , when a reverse bias voltage is applied, a depletion layer with extends deeper into the semiconductor layer 10 of P-type, since even extending the i-layer 2, ultraviolet is absorbed by the surface easily short wavelength (450~300nm) is easily depleted The radiation sensitivity (light receiving sensitivity) can be improved by reaching the layer. However, since the impurity concentration of the P-type semiconductor layer 10 is lowered, the sheet resistance is slightly increased as compared with the conventional one, but the antireflection film 9 that covers most of the light-receiving surface of the P-type semiconductor layer 10 is transparent and conductive. By using a high refractive index film,
Since the increase in sheet resistance of the P-type semiconductor layer 10 can be compensated for, the spectral characteristics and response characteristics can be improved.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0018】次に、図1と図2の実施例の分光特性と光
に対する応答特性について、従来例と比較して説明す
る。図3がその横軸が入射される光の波長(nm)であ
り、縦軸が放射感度(A/W)を示した分光特性を示
し、図4がその横軸が周波数(HZ )を示し、縦軸が相
対出力(dB)を示す応答特性を示しており、これらの
図中の(a)は従来例の特性を示し、(b)が図1の実
施例の特性を示し、(c)が図2の実施例の特性を示し
ている。従来の半導体光電変換素子に対して、実施例の
分光特性と光に対する応答特性が優れていることを示し
ている。殊に、図2の実施例のように、浅い拡散層から
なる超階段接合として、その反射防止膜として透明導電
性高屈折率膜とすることによって、紫外線領域の短波長
の放射感度(受光感度)が増し、分光特性が改善される
とともに、光に対しての応答特性が改善される。
Next, the spectral characteristics and light response characteristics of the embodiments of FIGS. 1 and 2 will be described in comparison with the conventional example. 3 shows the wavelength (nm) of incident light on the horizontal axis, the vertical axis shows the spectral characteristics showing the radiation sensitivity (A / W), and FIG. 4 shows the frequency (Hz) on the horizontal axis. The vertical axis represents the response characteristic indicating the relative output (dB). In these figures, (a) shows the characteristic of the conventional example, (b) shows the characteristic of the embodiment of FIG. 2) shows the characteristics of the embodiment of FIG. It is shown that the spectral characteristics and the light response characteristics of the embodiment are superior to the conventional semiconductor photoelectric conversion element. In particular, as in the embodiment shown in FIG. 2, by forming a hyper-step junction composed of a shallow diffusion layer and using a transparent conductive high refractive index film as its antireflection film, the radiation sensitivity (light receiving sensitivity) of the short wavelength in the ultraviolet region ) Is increased, the spectral characteristics are improved, and the response characteristics to light are improved.

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0019】[0019]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、反射防
止膜を透明導電性高屈折率膜とし、且つ、受光側のP形
の半導体層の不純物濃度を低く抑え、空乏層に紫外線領
域の短波長の光が容易に到達し得るようにするか、或い
はP形の半導体層の接合深さを浅いものとし、階段接合
を形成することによって、紫外線領域の短波長の光の受
光感度が増することによって、分光特性と応答特性を改
善するものである。
As described above, according to the present invention, the antireflection film is a transparent conductive high refractive index film, the impurity concentration of the P-type semiconductor layer on the light receiving side is suppressed to a low level, and the depletion layer is exposed to ultraviolet rays. The short-wavelength light in the region can easily reach, or the step depth junction is formed by making the junction depth of the P-type semiconductor layer shallow so that the short-wavelength light in the ultraviolet region can be received. Is improved, so that the spectral characteristics and the response characteristics are improved.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 真一 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinichi Tamura 1500 Onjuku, Susono, Shizuoka Prefecture Yazaki Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体光電変換素子に於いて、 前記半導体光電変換素子の受光面に形成された反射防止
膜が透明導電性膜からなることを特徴とする半導体光電
変換素子。
1. A semiconductor photoelectric conversion element, wherein the antireflection film formed on the light receiving surface of the semiconductor photoelectric conversion element is made of a transparent conductive film.
【請求項2】 半導体光電変換素子に於いて、 第1導電型の半導体層と、 前記第1導電型の半導体層上に積層形成された真性半導
体層と、 前記真性半導体層に形成された第2導電型の半導体層
と、 前記第2導電型の半導体層の受光面に形成された透明導
電性膜からなる反射防止膜と、 を備えることを特徴とする半導体光電変換素子。
2. In a semiconductor photoelectric conversion device, a semiconductor layer of a first conductivity type, an intrinsic semiconductor layer laminated on the semiconductor layer of the first conductivity type, and a first semiconductor layer formed on the intrinsic semiconductor layer. A semiconductor photoelectric conversion device comprising: a two-conductivity-type semiconductor layer; and an antireflection film formed of a transparent conductive film formed on the light-receiving surface of the second-conductivity-type semiconductor layer.
【請求項3】 半導体光電変換素子に於いて、 第1導電型の半導体層と、 前記第1導電型の半導体層上に積層形成された真性半導
体層と、 前記真性半導体層に形成された第2導電型の半導体層
と、 前記第2導電型の半導体層の受光面に形成された透明導
電性膜からなる反射防止膜とからなり、 前記第1導電型の半導体層を拡散深さを浅くし、超階接
合としたことを特徴とする半導体光電変換素子。
3. In a semiconductor photoelectric conversion element, a semiconductor layer of a first conductivity type, an intrinsic semiconductor layer formed on the semiconductor layer of the first conductivity type, and a first semiconductor layer formed on the intrinsic semiconductor layer. The semiconductor layer of the second conductivity type and the antireflection film formed of the transparent conductive film formed on the light receiving surface of the semiconductor layer of the second conductivity type, and the semiconductor layer of the first conductivity type having a shallow diffusion depth. The semiconductor photoelectric conversion device is characterized by having a super-junction.
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