JPH09162378A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPH09162378A
JPH09162378A JP7323406A JP32340695A JPH09162378A JP H09162378 A JPH09162378 A JP H09162378A JP 7323406 A JP7323406 A JP 7323406A JP 32340695 A JP32340695 A JP 32340695A JP H09162378 A JPH09162378 A JP H09162378A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
sub
photodiode
semiconductor substrate
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP7323406A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Araki
俊雄 荒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH09162378A publication Critical patent/JPH09162378A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトダイオードの受光感度を向上させ、ト
ランジスタを容易に集積化可能とする。 【解決手段】 低キャリア密度のp- サブ6の半導体基
板上に、n埋込層11とnエピ層7とn+ コレクタ層1
0とで形成されたコレクタと、pベース層8と、n+
ミッタ層9とで構成されたトランジスタが形成されてい
る。トランジスタの周囲はp+ 絶縁層12で囲まれてお
り、p- サブ6の半導体基板とn埋込層11との間には
+ 絶縁層12に接するようにp埋込層13が埋め込ま
れている。p- サブ6の半導体基板上には外部から光が
入射された時に電流を発生するよう、nエピ層7とp-
サブ6とで構成されたフォトダイオード14が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光半導体装置に関
し、特にフォトダイオードと集積回路とを一体に形成し
た光半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の光半導体装置において
は、図3に示すように、p+ サブ26の基板上に、n埋
込層31とnエピ層27とn+ コレクタ層30とで形成
されたコレクタと、pベース層28と、n+ エミッタ層
29とで構成されたトランジスタが形成されている。こ
のトランジスタの周囲はp+ 絶縁層32で囲まれてお
り、トランジスタがまわりに対して電気的に絶縁された
構造となっている。
【0003】ここで、コレクタ端子22はn+ コレクタ
層30に電気的に接続されるように、ベース端子23は
pベース層28に電気的に接続されるように、エミッタ
端子24はn+ エミッタ層29に電気的に接続されるよ
うに、グランド端子25はp+ サブ26に電気的に接続
されるように夫々形成されている。
【0004】また、基板上には外部から光が入射された
時に電流を発生するように、nエピ層27とp+ サブ2
6とで構成されたフォトダイオード(PD)33が形成
されている。ここで、フォトダイオードカソード端子2
1はnエピ層27上に形成されたn+ エミッタ層29に
電気的に接続されるように形成されている。
【0005】これに対して、他の光半導体装置において
は、図4に示すように、nサブ43の基板上に、n-
ピ層44及びn- コレクタ層47の低キャリア密度領域
を有し、その周囲にpベース層45を形成しており、n
- コレクタ層47の上部にn+ コレクタ層46及びコレ
クタ端子41が形成されている。
【0006】n- エピ層44とn- コレクタ層47との
接合部にはpベース層45のキャリアによって反転層が
でき、トランジスタが構成されている。また、nサブ4
3とn- エピ層44とpベース層45とによって、PI
Nフォトダイオード(PIN−PD)48が構成されて
いる。上記の他の光半導体装置については、特公昭63
−29424号公報に詳述されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光半導
体装置では、高キャリア密度のp+ サブを基板として用
いているため、フォトダイオードに逆バイアス電圧を印
加しても空乏層が主にnエピ層の領域にしか拡がらない
ので、p+ サブの領域に空乏層を拡げられず、フォトダ
イオードの受光感度を向上させることができない。
【0008】また、p+ サブの領域に空乏層を拡げるた
め、低キャリア密度のサブを用いると、空乏層の拡がり
に伴ってリーク電流が大きくなり、トランジスタの形成
部の電気的な絶縁性を保つことができず、低キャリア密
度のサブを用いて光半導体装置を製造することは困難で
ある。
【0009】さらに、図4に示すような光半導体装置で
は、トランジスタの周囲がp+ 絶縁層で囲まれていない
ため、つまりトランジスタがまわりに対して電気的に絶
縁された構造となっていないため、トランジスタの集積
化が困難である。
【0010】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、フォトダイオードの受光感度を向上させることが
でき、トランジスタを容易に集積化することができる光
半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による光半導体装
置は、低キャリア密度の半導体基板と、前記半導体基板
上に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上
に前記フォトダイオードと一体に形成された集積回路
と、前記集積回路を周囲から絶縁分離するためのp型の
絶縁層とを備えている。
【0012】本発明による他の光半導体装置は、上記の
構成のほかに、前記半導体基板と前記集積回路の形成部
との間に前記p型の絶縁層に接するように埋め込んだp
型の埋込層を具備している。
【0013】
【発明の実施の形態】まず、本発明の作用について以下
に述べる。
【0014】低キャリア密度のp- サブまたはn- サブ
の半導体基板上に形成されたフォトダイオードと一体に
トランジスタを形成し、このトランジスタを周囲から絶
縁分離するためにp型の絶縁層を形成する。
【0015】これら半導体基板とトランジスタの形成部
との間にp型の絶縁層に接するようにp型の埋込層を埋
め込む。これによって、フォトダイオードの受光感度を
向上させることができ、トランジスタの集積化が容易と
なる。
【0016】次に、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。図1は本発明の一実施例の構成を示す断
面図である。図において、本発明の一実施例では抵抗率
が300〜1500Ωcmの低キャリア密度のp- サブ
6の半導体基板上に、n埋込層11とnエピ層7とn+
コレクタ層10とで形成されたコレクタと、pベース層
8と、n+ エミッタ層9とで構成されたトランジスタが
形成されている。
【0017】ここで、コレクタ端子2はn+ コレクタ層
10に電気的に接続されるように、ベース端子3はpベ
ース層8に電気的に接続されるように、エミッタ端子4
はn+ エミッタ層9に電気的に接続されるように、グラ
ンド端子5はp- サブ6に電気的に接続されるように夫
々形成されている。
【0018】また、トランジスタの周囲はp+ 絶縁層1
2で囲まれており、トランジスタがまわりに対して電気
的に絶縁された構造となっている。さらに、p- サブ6
の半導体基板とn埋込層11との間には、p+ 絶縁層1
2に接するように抵抗率が20〜40Ωcmのp埋込層
13が埋め込まれている。
【0019】これによって、トランジスタに対する電気
的な絶縁性能を、図3に示す抵抗率が20〜40Ωcm
の高キャリア密度のp+ サブを用いた従来例と同等に保
っている。
【0020】一方、p- サブ6の半導体基板上には外部
から光が入射された時に電流を発生するように、nエピ
層7とp- サブ6とで構成されたフォトダイオード(P
D)14が形成されている。ここで、フォトダイオード
カソード端子1はnエピ層7上に形成されたn+ エミッ
タ層9に電気的に接続されるように形成されている。
【0021】上記のp埋込層13によって、低キャリア
密度のp- サブ6を用いた時の空乏層の拡がりに伴って
大きくなるリーク電流を遮断することができるので、電
気的な絶縁性能を高キャリア密度のp+ サブを用いた従
来例と同等に保つことができる。
【0022】このような構造において、抵抗率を20〜
40Ωcmから300〜1500Ωcmに大きくした低
キャリア密度のp- サブ6の半導体基板を用いているの
で、フォトダイオード14の受光感度を従来に比べて4
〜10倍に向上させることができる。
【0023】また、上記のような構造は半導体集積回路
の製造プロセスと同じプロセスで実現することができ、
nエピ層7の厚さを従来よりも薄くすることができると
ともに、トランジスタの周囲をp+ 絶縁層12で囲んで
いるので、トランジスタを容易に集積化することができ
る。
【0024】図2は本発明の他の実施例の構成を示す断
面図である。図において、本発明の他の実施例では低キ
ャリア密度のn- サブ16の半導体基板上に、n埋込層
11とnエピ層7とn+ コレクタ層10とで形成された
コレクタと、pベース層8と、n+ エミッタ層9とで構
成されたトランジスタが形成されている。
【0025】ここで、コレクタ端子2はn+ コレクタ層
10に電気的に接続されるように、ベース端子3はpベ
ース層8に電気的に接続されるように、エミッタ端子4
はn+ エミッタ層9に電気的に接続されるように、グラ
ンド端子5はp+ 絶縁層12に電気的に接続されるよう
に夫々形成されている。
【0026】また、トランジスタの周囲はp+ 絶縁層1
2で囲まれており、トランジスタがまわりに対して電気
的に絶縁された構造となっている。さらに、n- サブ1
6の半導体基板とn埋込層11との間には、p+ 絶縁層
12に接するように抵抗率が20〜40Ωcmのp埋込
層13が埋め込まれている。
【0027】これによって、トランジスタに対する電気
的な絶縁性能を、図3に示す抵抗率が20〜40Ωcm
の高キャリア密度のp+ サブを用いた従来例と同等に保
っている。
【0028】一方、n- サブ16の半導体基板上には外
部から光が入射された時に電流を発生するように、p埋
込層13とn- サブ16とがpn接合されて構成された
フォトダイオード(PD)18が形成されている。
【0029】ここで、フォトダイオードカソード端子1
はn- サブ16に電気的に接続されるように、フォトダ
イオードアノード端子15はp埋込層13上に形成され
たp+ アノード層17に電気的に接続されるように夫々
形成されている。
【0030】上記のp埋込層13によって、低キャリア
密度のn- サブ6を用いた時の空乏層の拡がりに伴って
大きくなるリーク電流を遮断することができるので、電
気的な絶縁性能を高キャリア密度のp+ サブを用いた従
来例と同等に保つことができる。
【0031】このような構造において、抵抗率を従来例
よりも大きくした低キャリア密度のn- サブ6の半導体
基板を用いているので、フォトダイオード18の受光感
度を従来に比べて4〜10倍に向上させることができ
る。
【0032】また、上記のような構造は半導体集積回路
の製造プロセスと同じプロセスで実現することができ、
nエピ層7の厚さを従来よりも薄くすることができると
ともに、トランジスタの周囲をp+ 絶縁層12で囲んで
いるので、トランジスタを容易に集積化することができ
る。
【0033】さらに、グランド端子5をp+ 絶縁層12
に接続して接地しているため、p埋込層13がp+ 絶縁
層12を通してグランド端子5に接続されるので、アー
ス電位(ゼロ電位)に安定しやすくなる。
【0034】このように、低キャリア密度のp- サブ6
またはn- サブ16の半導体基板上に形成されたフォト
ダイオードと一体にトランジスタを形成し、このトラン
ジスタを周囲から絶縁分離するためにp型の絶縁層12
を形成するとともに、半導体基板とトランジスタの形成
部との間にp型の絶縁層12に接するようにp型の埋込
層13を埋め込むことによって、フォトダイオードの受
光感度を向上させることができ、トランジスタを容易に
集積化することができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
キャリア密度の半導体基板上に形成されたフォトダイオ
ードと一体に集積回路を形成し、この集積回路を周囲か
ら絶縁分離するためにp型の絶縁層を形成するととも
に、半導体基板と集積回路の形成部との間にp型の絶縁
層に接するようにp型の埋込層を埋め込むことによっ
て、フォトダイオードの受光感度を向上させることがで
き、トランジスタを容易に集積化することができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す断面図である。
【図2】本発明の他の実施例の構成を示す断面図であ
る。
【図3】従来例の構成を示す断面図である。
【図4】他の従来例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 フォトダイオードカソード端子 2 コレクタ端子 3 ベース端子 4 エミッタ端子 5 グランド端子 6 p- サブ 7 nエピ層 8 pベース層 9 n+ エミッタ層 10 n+ コレクタ層 11 n埋込層 12 p+ 絶縁層 13 p埋込層 14,18 フォトダイオード 15 フォトダイオードアノード端子 16 n- サブ 17 p+ アノード層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低キャリア密度の半導体基板と、前記半
    導体基板上に形成されたフォトダイオードと、前記半導
    体基板上に前記フォトダイオードと一体に形成された集
    積回路と、前記集積回路を周囲から絶縁分離するための
    p型の絶縁層とを有することを特徴とする光半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板と前記集積回路の形成部
    との間に前記p型の絶縁層に接するように埋め込んだp
    型の埋込層を含むことを特徴とする請求項1記載の光半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体基板を低キャリア密度のp-
    サブで構成したことを特徴とする請求項1または請求項
    2記載の光半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体基板と前記フォトダイオード
    の形成部との間に埋め込んだp型の埋込層を含み、前記
    半導体基板を低キャリア密度のn- サブで構成したこと
    を特徴とする請求項1または請求項2記載の光半導体装
    置。
JP7323406A 1995-12-13 1995-12-13 光半導体装置 Pending JPH09162378A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63174357A (ja) * 1987-01-13 1988-07-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体集積回路装置
JPS63217658A (ja) * 1987-03-06 1988-09-09 Nec Corp 光半導体装置
JPH0298977A (ja) * 1988-10-05 1990-04-11 Fuji Electric Co Ltd 電荷蓄積形フォトダイオード

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