JPH08330620A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
- Publication number
- JPH08330620A JPH08330620A JP7138217A JP13821795A JPH08330620A JP H08330620 A JPH08330620 A JP H08330620A JP 7138217 A JP7138217 A JP 7138217A JP 13821795 A JP13821795 A JP 13821795A JP H08330620 A JPH08330620 A JP H08330620A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- substrate
- receiving element
- semiconductor substrate
- light receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 受光素子の誤動作の原因となるノイズ光によ
る影響を低減させ受光素子のＳＮ比を改善する。 【構成】 受光素子の基板１の表面から基板内の再結合
中心までの距離Ｄを５０μｍ以上２００μｍ未満とす
る。なお図１の場合は、基板裏面に存在する表面準位に
より再結合させるので、基板の厚さはＤと等しい。
る影響を低減させ受光素子のＳＮ比を改善する。 【構成】 受光素子の基板１の表面から基板内の再結合
中心までの距離Ｄを５０μｍ以上２００μｍ未満とす
る。なお図１の場合は、基板裏面に存在する表面準位に
より再結合させるので、基板の厚さはＤと等しい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光センサ，光空間伝送
等に使用される受光素子の改良、特に低ノイズ化，ＳＮ
比の向上に関するものである。
等に使用される受光素子の改良、特に低ノイズ化，ＳＮ
比の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の受光素子の一例の略断面
図である。たとえば、Ｐ型の半導体基板１の表面には、
Ｎ型拡散層２が形成されている。受光素子の光電流は、
入射した光が半導体基板で吸収されそれにより発生した
光キャリアがＰＮ接合に到達して発生する。表面には酸
化膜、保護膜等が形成されるが、図６では簡略化のため
の省略されている。
図である。たとえば、Ｐ型の半導体基板１の表面には、
Ｎ型拡散層２が形成されている。受光素子の光電流は、
入射した光が半導体基板で吸収されそれにより発生した
光キャリアがＰＮ接合に到達して発生する。表面には酸
化膜、保護膜等が形成されるが、図６では簡略化のため
の省略されている。
【０００３】通常の受光素子の厚さは、３００〜５００
μｍであり、接合は表面から１〜２０μｍの深さに形成
されている。
μｍであり、接合は表面から１〜２０μｍの深さに形成
されている。
【０００４】図７は各波長の光のシリコン基板に対する
侵入長を示すグラフであり、αは各光の吸収係数であ
る。波長λ＝９５０ｎｍはリモコンに使用され、λ＝８
８０ｎｍは光空間伝送システムに使用されている。λ＝
１０１４ｎｍは後述のインバータ蛍光灯によるノイズで
ある。なおそれぞれのαは、４００ｃｍ-1，７００ｃｍ
-1，１７０ｃｍ-1である。
侵入長を示すグラフであり、αは各光の吸収係数であ
る。波長λ＝９５０ｎｍはリモコンに使用され、λ＝８
８０ｎｍは光空間伝送システムに使用されている。λ＝
１０１４ｎｍは後述のインバータ蛍光灯によるノイズで
ある。なおそれぞれのαは、４００ｃｍ-1，７００ｃｍ
-1，１７０ｃｍ-1である。
【０００５】信号光を最大限に電気信号に変換するため
には、できる限り、シリコン基板に再結合中心を設けな
いことが望ましい。たとえば、９５０ｎｍの光を９９％
以上電気信号に変換するためには、表面からおよそ１２
０μｍの深さまで再結合中心を設けないことが望まし
い。
には、できる限り、シリコン基板に再結合中心を設けな
いことが望ましい。たとえば、９５０ｎｍの光を９９％
以上電気信号に変換するためには、表面からおよそ１２
０μｍの深さまで再結合中心を設けないことが望まし
い。
【０００６】本出願人が平成４年１２月１日に出願した
特願平４−３２１８５４号において、受光部分の半導体
基板の厚さＷを基板の光吸収係数αと一定の関係に設定
し、さらに裏面に反射膜を設け、入射光により発生した
光キャリアが接合に到達するまでに再結合してしまうの
を低減する発明を開示している。
特願平４−３２１８５４号において、受光部分の半導体
基板の厚さＷを基板の光吸収係数αと一定の関係に設定
し、さらに裏面に反射膜を設け、入射光により発生した
光キャリアが接合に到達するまでに再結合してしまうの
を低減する発明を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受光素
子は、光センサ，光空間伝送システム等に使用されるこ
とが多く、太陽光および蛍光灯等の照明器具からの散乱
光の影響も受けており、これらの外乱光がノイズとなっ
て、光センサ等の誤動作，信号光の到達距離低下といっ
た、いわゆるＳＮ比の劣化が問題となっている。
子は、光センサ，光空間伝送システム等に使用されるこ
とが多く、太陽光および蛍光灯等の照明器具からの散乱
光の影響も受けており、これらの外乱光がノイズとなっ
て、光センサ等の誤動作，信号光の到達距離低下といっ
た、いわゆるＳＮ比の劣化が問題となっている。
【０００８】特に、近年よく使用されるインバータ蛍光
灯はλ＝１０１４ｎｍの光成分を持っており、この光が
受光素子のＳＮ比をさらに劣化させており、その対策が
必要となっている。図７に１０１４ｎｍの光の侵入長を
併せて示した。波長が長くなる分信号光よりも深いとこ
ろまで侵入していることが理解できる。
灯はλ＝１０１４ｎｍの光成分を持っており、この光が
受光素子のＳＮ比をさらに劣化させており、その対策が
必要となっている。図７に１０１４ｎｍの光の侵入長を
併せて示した。波長が長くなる分信号光よりも深いとこ
ろまで侵入していることが理解できる。
【０００９】従来の受光素子は、その光を電気に変換す
る受光領域の厚さが３００〜５００μｍであったため、
ＳＮ比を劣化させる、前述のインバータによるノイズ
光、すなわち１０１４ｎｍの光も十分吸収しており、こ
れが受光素子のＳＮ比を劣化させていた。
る受光領域の厚さが３００〜５００μｍであったため、
ＳＮ比を劣化させる、前述のインバータによるノイズ
光、すなわち１０１４ｎｍの光も十分吸収しており、こ
れが受光素子のＳＮ比を劣化させていた。
【００１０】本発明の目的は誤動作の原因となるノイズ
光を低減させることにより、受光素子のＳＮ比を改善す
ることにある。
光を低減させることにより、受光素子のＳＮ比を改善す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】受光部分の半導体基板の
表面から再結合中心までの距離Ｄを下記の範囲
表面から再結合中心までの距離Ｄを下記の範囲
【００１２】
【数２】
【００１３】とすることにより、誤動作の原因となるノ
イズ光を再結合させ、ノイズが電気信号に変換されない
ようにする。
イズ光を再結合させ、ノイズが電気信号に変換されない
ようにする。
【００１４】再結合中心は、基板の裏面の研磨，エッチ
ング等により薄くすることにより形成する。また、ＩＧ
処理により基板に含まれている格子間酸素を析出させ再
結合中心を所定の深さに形成する。
ング等により薄くすることにより形成する。また、ＩＧ
処理により基板に含まれている格子間酸素を析出させ再
結合中心を所定の深さに形成する。
【００１５】
【作用】受光素子のノイズの影響を受ける領域に再結合
中心を設けたので、ノイズ光により発生した光キャリア
が再結合し電気信号に変換されない。したがって、受光
素子から発生する光電流に含まれるノイズ光の影響が低
減され、受光素子のＳＮ比が向上，改善される。
中心を設けたので、ノイズ光により発生した光キャリア
が再結合し電気信号に変換されない。したがって、受光
素子から発生する光電流に含まれるノイズ光の影響が低
減され、受光素子のＳＮ比が向上，改善される。
【００１６】
【実施例】図１は本発明の一実施例の略断面図である。
図６の従来例と異なるところは、その半導体基板１の厚
さである。図において、たとえば、Ｐ型の半導体基板１
の表面にＮ型拡散層２を形成し、裏面を研磨，エッチン
グ等で薄くしている。半導体基板１の厚さは、５０μｍ
以上でかつ２００μｍより薄くされる。このようにする
ことにより、基板表面から再結合中心までの深さＤは２
００μｍ未満となり、従来深さ２００μｍより深いとこ
ろで発生していたノイズ光（λ＝１０１４ｎｍ）による
光キャリアは、基板裏面に存在する表面準位により再結
合し消滅する。この場合、基板表面から再結合中心まで
の深さは基板の厚さと等しい。なお図７から明らかなよ
うに、λ＝９５０ｎｍの光は表面からおよそ１７０μｍ
の深さまで侵入する。λ＝８８０ｎｍの光は表面からの
深さ約１００μｍまで侵入する。これにより、ノイズ光
による光電流は低減し受光素子のＳＮ比を改善できる。
図６の従来例と異なるところは、その半導体基板１の厚
さである。図において、たとえば、Ｐ型の半導体基板１
の表面にＮ型拡散層２を形成し、裏面を研磨，エッチン
グ等で薄くしている。半導体基板１の厚さは、５０μｍ
以上でかつ２００μｍより薄くされる。このようにする
ことにより、基板表面から再結合中心までの深さＤは２
００μｍ未満となり、従来深さ２００μｍより深いとこ
ろで発生していたノイズ光（λ＝１０１４ｎｍ）による
光キャリアは、基板裏面に存在する表面準位により再結
合し消滅する。この場合、基板表面から再結合中心まで
の深さは基板の厚さと等しい。なお図７から明らかなよ
うに、λ＝９５０ｎｍの光は表面からおよそ１７０μｍ
の深さまで侵入する。λ＝８８０ｎｍの光は表面からの
深さ約１００μｍまで侵入する。これにより、ノイズ光
による光電流は低減し受光素子のＳＮ比を改善できる。
【００１７】以下に再結合中心の深さの範囲について述
べる。光を媒体として信号をやり取りする場合、前述の
ように、リモコンであれば９５０ｎｍ、光空間伝送シス
テムであれば８８０ｎｍの光が使用される。これらのシ
リコンに対する光の侵入長は図７に示した。
べる。光を媒体として信号をやり取りする場合、前述の
ように、リモコンであれば９５０ｎｍ、光空間伝送シス
テムであれば８８０ｎｍの光が使用される。これらのシ
リコンに対する光の侵入長は図７に示した。
【００１８】デバイスシミュレーションを利用し、基板
表面からの再結合中心までの深さをパラメータとし、信
号光となる９５０ｎｍおよび８８０ｎｍの光、ノイズと
なる１０１４ｎｍの光による光電流の変化を計算した。
その結果を図４に示す。再結合中心が表面に近づくにつ
れ、光電流は低下し、光の波長が長いほど深い位置で低
下し始める。
表面からの再結合中心までの深さをパラメータとし、信
号光となる９５０ｎｍおよび８８０ｎｍの光、ノイズと
なる１０１４ｎｍの光による光電流の変化を計算した。
その結果を図４に示す。再結合中心が表面に近づくにつ
れ、光電流は低下し、光の波長が長いほど深い位置で低
下し始める。
【００１９】このデータをもとに、ノイズ光に対する信
号光の比いわゆるＳＮ比をプロットしたのが図５であ
る。曲線Ａは波長８８０ｎｍの信号と波長１０１４ｎｍ
のノイズとの比であり、曲線Ｂは波長９５０ｎｍの信号
と波長１０１４ｎｍのノイズとの比である。再結合中心
が表面に近づくほどＳＮ比は向上する。これは、信号光
とノイズ光の波長の違いによる侵入長の違いにより生じ
ており、信号光とノイズ光の波長が違うほど、効果は大
きい。再結合中心が表面から２００μｍの位置にくると
効果が現れ始め、従来に対し、およそ１０％以上の効果
が期待できるよう、表面から再結合中心までの深さを２
００μｍ未満と設定した。
号光の比いわゆるＳＮ比をプロットしたのが図５であ
る。曲線Ａは波長８８０ｎｍの信号と波長１０１４ｎｍ
のノイズとの比であり、曲線Ｂは波長９５０ｎｍの信号
と波長１０１４ｎｍのノイズとの比である。再結合中心
が表面に近づくほどＳＮ比は向上する。これは、信号光
とノイズ光の波長の違いによる侵入長の違いにより生じ
ており、信号光とノイズ光の波長が違うほど、効果は大
きい。再結合中心が表面から２００μｍの位置にくると
効果が現れ始め、従来に対し、およそ１０％以上の効果
が期待できるよう、表面から再結合中心までの深さを２
００μｍ未満と設定した。
【００２０】次に光空間伝送システムに用いられる波長
８８０ｎｍの光の場合について考える。再結合中心の深
さを浅くすればするほど、ＳＮ比は向上するが、浅くし
すぎた場合、図４に示すように信号光による光電流も低
下してしまう。したがってこの再結合中心深さの下限は
５０μｍと考えられる。よって基板表面から再結合中心
までの深さＤ（μｍ）は下記のようになる。
８８０ｎｍの光の場合について考える。再結合中心の深
さを浅くすればするほど、ＳＮ比は向上するが、浅くし
すぎた場合、図４に示すように信号光による光電流も低
下してしまう。したがってこの再結合中心深さの下限は
５０μｍと考えられる。よって基板表面から再結合中心
までの深さＤ（μｍ）は下記のようになる。
【００２１】
【数３】
【００２２】受光素子の用途により上記の範囲で適切な
ものを選択できる。図２は本発明の他の実施例の略断面
図である。再結合中心を酸素の析出によって所定の深さ
Ｄに発生させた場合である。酸素の析出方法については
周知のＩＧ熱処理を用いればよい。
ものを選択できる。図２は本発明の他の実施例の略断面
図である。再結合中心を酸素の析出によって所定の深さ
Ｄに発生させた場合である。酸素の析出方法については
周知のＩＧ熱処理を用いればよい。
【００２３】図３は本発明を応用した回路内蔵受光素子
の一実施例の略断面図である。図３において、たとえば
Ｐ型の半導体基板１の表面の信号処理回路部の一部に
は、Ｎ型埋込拡散層３が形成され、Ｐ型半導体基板１の
表面全面にＮ型エピタキシャル層４が形成されている。
Ｎ型エピタキシャル層４の表面は、Ｐ型分離拡散層５，
５…により、受光素子と信号処理回路部は電気的に分離
される。
の一実施例の略断面図である。図３において、たとえば
Ｐ型の半導体基板１の表面の信号処理回路部の一部に
は、Ｎ型埋込拡散層３が形成され、Ｐ型半導体基板１の
表面全面にＮ型エピタキシャル層４が形成されている。
Ｎ型エピタキシャル層４の表面は、Ｐ型分離拡散層５，
５…により、受光素子と信号処理回路部は電気的に分離
される。
【００２４】受光素子であるフォトダイオードは、Ｐ型
半導体基板１の表面に形成されたＮ型エピタキシャル層
４とＰ型半導体基板１によって構成されている。信号処
理回路としては、ＮＰＮトランジスタが形成されてお
り、Ｎ型エピタキシャル層４の表面にベースとなるＰ型
拡散層６およびエミッタとなるＮ型拡散層７を順次形成
して構成されている。本実施例の基板の厚さは、上述の
ように５０μｍ以上２００μｍ未満とされる。その受光
素子部の動作は先に述べた実施例と同様である。
半導体基板１の表面に形成されたＮ型エピタキシャル層
４とＰ型半導体基板１によって構成されている。信号処
理回路としては、ＮＰＮトランジスタが形成されてお
り、Ｎ型エピタキシャル層４の表面にベースとなるＰ型
拡散層６およびエミッタとなるＮ型拡散層７を順次形成
して構成されている。本実施例の基板の厚さは、上述の
ように５０μｍ以上２００μｍ未満とされる。その受光
素子部の動作は先に述べた実施例と同様である。
【００２５】
【発明の効果】基板表面から再結合中心までの深さを５
０μｍ以上２００μｍ未満とすることにより、ノイズ光
（λ＝１０１４ｎｍ）の光電流を大幅に低減でき、受光
素子のＳＮ比を改善できる。
０μｍ以上２００μｍ未満とすることにより、ノイズ光
（λ＝１０１４ｎｍ）の光電流を大幅に低減でき、受光
素子のＳＮ比を改善できる。
【図１】本発明による受光素子の一例の略断面図であ
る。
る。
【図２】本発明による受光素子の他の一例の略断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明による回路内蔵受光素子の略断面図であ
る。
る。
【図４】再結合中心の表面からの深さに対する各波長の
光電流の変化を示すグラフである。
光電流の変化を示すグラフである。
【図５】再結合中心の表面からの深さに対する信号光対
ノイズ光の比の変化を示すグラフである。
ノイズ光の比の変化を示すグラフである。
【図６】従来の受光素子の一例の略断面図である。
【図７】各波長の光のシリコン基板に対する侵入長のグ
ラフである。
ラフである。
１ 半導体基板 ２ Ｎ型拡散層
Claims (4)
- 【請求項１】 第１の導電型の半導体基板と、該基板の
表面に形成された第２の導電型の半導体層よりなる受光
素子において、該基板の表面から該基板内の再結合中心
までの距離をＤ（μｍ）としたとき、Ｄの範囲は、 【数１】 であることを特徴とする受光素子。 - 【請求項２】 基板の研磨により再結合中心までの距離
を所定の範囲に形成したことを特徴とする請求項１記載
の受光素子。 - 【請求項３】 基板に含まれる酸素を析出させることに
より再結合中心までの距離を所定の範囲に形成したこと
を特徴とする請求項１記載の受光素子。 - 【請求項４】 受光素子を形成した半導体基板の表面の
受光素子以外の部分に回路素子が形成されていることを
特徴とする請求項１〜３記載の受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7138217A JPH08330620A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7138217A JPH08330620A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330620A true JPH08330620A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=15216831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7138217A Withdrawn JPH08330620A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08330620A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206174A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光検出装置 |
| JP2009206175A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
| JP2009206173A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光検出装置 |
| CN111630667A (zh) * | 2018-01-29 | 2020-09-04 | 伟摩有限责任公司 | 控制光电检测器中的检测时间 |
-
1995
- 1995-06-05 JP JP7138217A patent/JPH08330620A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206174A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光検出装置 |
| JP2009206175A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
| JP2009206173A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光検出装置 |
| CN111630667A (zh) * | 2018-01-29 | 2020-09-04 | 伟摩有限责任公司 | 控制光电检测器中的检测时间 |
| JP2021511655A (ja) * | 2018-01-29 | 2021-05-06 | ウェイモ エルエルシー | 光検出器における検出時間の制御 |
| EP3747056A4 (en) * | 2018-01-29 | 2021-11-10 | Waymo LLC | CONTROL OF DETECTION TIME IN PHOTODETECTORS |
| US11594650B2 (en) | 2018-01-29 | 2023-02-28 | Waymo Llc | Controlling detection time in photodetectors |
| EP4246107A3 (en) * | 2018-01-29 | 2023-11-15 | Waymo LLC | Controlling detection time in photodetectors |
| CN111630667B (zh) * | 2018-01-29 | 2024-02-13 | 伟摩有限责任公司 | 控制光电检测器中的检测时间 |
| US11973154B2 (en) | 2018-01-29 | 2024-04-30 | Waymo Llc | Controlling detection time in photodetectors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2678400B2 (ja) | 回路内蔵受光素子 | |
| JP3516552B2 (ja) | 受光素子の製造方法 | |
| US4318115A (en) | Dual junction photoelectric semiconductor device | |
| JPH0287684A (ja) | 集積ｐｉｎ光検出器および方法 | |
| KR20080064761A (ko) | 반도체 장치 | |
| JPS5812746B2 (ja) | 半導体光検出装置 | |
| CN101373782B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| KR100428926B1 (ko) | 회로내장 수광장치 | |
| US7135349B2 (en) | Photodiode and method of fabricating the same | |
| JPH08330620A (ja) | 受光素子 | |
| US5272364A (en) | Semiconductor photodetector device with short lifetime region | |
| JPS6116580A (ja) | 光検知半導体装置 | |
| CA1078948A (en) | Method of fabricating silicon photodiodes | |
| JP2998646B2 (ja) | 受光演算素子 | |
| JP2004179469A (ja) | 光半導体装置 | |
| JPH09331080A (ja) | 受光素子を含む半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2001326378A (ja) | 受光センサ、それを備えた光電変換装置及び撮像装置 | |
| JP2770810B2 (ja) | 受光素子 | |
| KR100424366B1 (ko) | 이산분포형 확산층을 갖는 포토 다이오드와 제조방법 및이를 이용한 회로기판 및 전자기기 | |
| JP3139454B2 (ja) | 回路内蔵受光素子 | |
| JPH05145051A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP2005534186A (ja) | 放射線硬化された可視ｐ−ｉ−ｎ型検出器 | |
| JP3086514B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| JP3665478B2 (ja) | フォトトランジスタおよび特定物検出装置および特定物の検出方法 | |
| JP2002118280A (ja) | 半導体受光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020806 |