JPH1146010A - アバランシェフォトダイオード - Google Patents
アバランシェフォトダイオードInfo
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- JPH1146010A JPH1146010A JP10019302A JP1930298A JPH1146010A JP H1146010 A JPH1146010 A JP H1146010A JP 10019302 A JP10019302 A JP 10019302A JP 1930298 A JP1930298 A JP 1930298A JP H1146010 A JPH1146010 A JP H1146010A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
- H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02024—Position sensitive and lateral effect photodetectors; Quadrant photodiodes
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L31/10—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 不感帯である分離領域を縮小して分解能を向
上させ、素子の小型化を図ることができるＡＰＤを提供
する。 【解決手段】 ＡＰＤ１０は、高濃度Ｐ型領域５４（第
１のＰ型領域）と、高濃度Ｐ型領域５４の周囲に形成さ
れた、高濃度Ｐ型領域５４より低不純物濃度の低濃度Ｐ
型領域５３（第２のＰ型領域）と、低濃度Ｐ型領域５３
の周囲に形成されたＮ型領域を、Ｐ型基板５０に形成し
た構成となっている。ここで、高濃度Ｐ型領域５４は、
受光部５４ａ〜５４ｄの４つの部分に、田の字状に分割
されている。また、上記Ｎ型領域は、低濃度Ｐ型領域５
３の下部に形成されたＮ型埋め込み層５１と低濃度Ｐ型
領域５３の側面部に形成されたＮ型拡散層５２からな
る。
上させ、素子の小型化を図ることができるＡＰＤを提供
する。 【解決手段】 ＡＰＤ１０は、高濃度Ｐ型領域５４（第
１のＰ型領域）と、高濃度Ｐ型領域５４の周囲に形成さ
れた、高濃度Ｐ型領域５４より低不純物濃度の低濃度Ｐ
型領域５３（第２のＰ型領域）と、低濃度Ｐ型領域５３
の周囲に形成されたＮ型領域を、Ｐ型基板５０に形成し
た構成となっている。ここで、高濃度Ｐ型領域５４は、
受光部５４ａ〜５４ｄの４つの部分に、田の字状に分割
されている。また、上記Ｎ型領域は、低濃度Ｐ型領域５
３の下部に形成されたＮ型埋め込み層５１と低濃度Ｐ型
領域５３の側面部に形成されたＮ型拡散層５２からな
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アバランシェフォ
トダイオード（以下、ＡＰＤという）に関するものであ
り、特に、分割された受光領域を有する多分割ＡＰＤに
関するものである。
トダイオード（以下、ＡＰＤという）に関するものであ
り、特に、分割された受光領域を有する多分割ＡＰＤに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＡＰＤは、光を検出する受光素子の一種
であり、半導体のなだれ現象による増幅作用を利用して
微弱な光を検出するものである。
であり、半導体のなだれ現象による増幅作用を利用して
微弱な光を検出するものである。
【０００３】受光部で光電変換されたキャリアを半導体
のＰＮ接合部に形成した逆方向の高電界領域に進入させ
ると、キャリアは高電界によって加速されて、中性の半
導体原子に衝突し、別のキャリアを生ずる。更に、その
キャリアは別の半導体原子に衝突して更に新たなキャリ
アを生ずる。以下同様に次々とキャリアが発生して、キ
ャリアが指数関数的に増加する現象がなだれ現象であ
り、微弱な光の信号電流を増幅することができるもので
ある。
のＰＮ接合部に形成した逆方向の高電界領域に進入させ
ると、キャリアは高電界によって加速されて、中性の半
導体原子に衝突し、別のキャリアを生ずる。更に、その
キャリアは別の半導体原子に衝突して更に新たなキャリ
アを生ずる。以下同様に次々とキャリアが発生して、キ
ャリアが指数関数的に増加する現象がなだれ現象であ
り、微弱な光の信号電流を増幅することができるもので
ある。
【０００４】また、近年、同一素子領域内に複数の受光
部を備えた多分割ＡＰＤが考案されており、このような
多分割ＡＰＤを用いると、分割された受光部毎に受光素
子として光を検出することができ、微弱光の位置検出の
分解能が向上し、測定装置等の機能を向上させることが
できるものである。
部を備えた多分割ＡＰＤが考案されており、このような
多分割ＡＰＤを用いると、分割された受光部毎に受光素
子として光を検出することができ、微弱光の位置検出の
分解能が向上し、測定装置等の機能を向上させることが
できるものである。
【０００５】しかし、従来のＡＰＤ及び多分割ＡＰＤに
おいては、ＰＮ接合の端部（エッジ）に電界が集中する
ため、エッジブレークダウンが生じやすく、エッジブレ
ークダウンが生じると、受光部におけるなだれ現象が阻
害されてしまう。そのため、ＰＮ接合の周縁部にガード
リングを設けることによってエッジブレークダウンを防
ぐようになっていた。
おいては、ＰＮ接合の端部（エッジ）に電界が集中する
ため、エッジブレークダウンが生じやすく、エッジブレ
ークダウンが生じると、受光部におけるなだれ現象が阻
害されてしまう。そのため、ＰＮ接合の周縁部にガード
リングを設けることによってエッジブレークダウンを防
ぐようになっていた。
【０００６】また、素子間や、多分割素子の隣接する受
光部の間には、素子分離のための反転防止層が設けられ
ている。但し、ガードリングや反転防止層は、光電変換
部としては機能するが、アバランシェ増倍しないため不
感帯となり、素子分離部又は分割された受光部の分離領
域の幅が広くなると、ＡＰＤの分解能は低下してしま
う。
光部の間には、素子分離のための反転防止層が設けられ
ている。但し、ガードリングや反転防止層は、光電変換
部としては機能するが、アバランシェ増倍しないため不
感帯となり、素子分離部又は分割された受光部の分離領
域の幅が広くなると、ＡＰＤの分解能は低下してしま
う。
【０００７】そこで、多分割ＡＰＤにおいて、隣接する
受光部の間にガードリングを設けず、不感帯の幅を縮小
して、分解能を向上させる多分割ＡＰＤが考案されてい
る（特開平７−２２６５３２号公報参照）。
受光部の間にガードリングを設けず、不感帯の幅を縮小
して、分解能を向上させる多分割ＡＰＤが考案されてい
る（特開平７−２２６５３２号公報参照）。
【０００８】ここで、従来の多分割ＡＰＤの構成につい
て説明する。図５（ａ）は、従来のＡＰＤの構成を示す
平面図であり、図５（ｂ）は、ｃ−ｃ′線の断面説明図
である。
て説明する。図５（ａ）は、従来のＡＰＤの構成を示す
平面図であり、図５（ｂ）は、ｃ−ｃ′線の断面説明図
である。
【０００９】図５（ｂ）に示すように、従来のＡＰＤ
は、Ｐ型基板６０上に形成されたエピタキシャル層のＰ
-層６１と、更にその上部に形成されたＮ型拡散層であ
るガードリング６５ａ及び６５ｂと、高電界領域を形成
するためのＰ型層６４ａ及び６４ｂと、更に高濃度のＮ
型層（Ｎ+層）６３ａ、６３ｂと、から構成されてい
る。
は、Ｐ型基板６０上に形成されたエピタキシャル層のＰ
-層６１と、更にその上部に形成されたＮ型拡散層であ
るガードリング６５ａ及び６５ｂと、高電界領域を形成
するためのＰ型層６４ａ及び６４ｂと、更に高濃度のＮ
型層（Ｎ+層）６３ａ、６３ｂと、から構成されてい
る。
【００１０】図５（ａ）に示すように、高濃度のＮ型層
（Ｎ+層）６３ａ、６３ｂが分割された受光部であり、
カソード電極７１ａ、７１ｂに接続されている。また、
基板底面にはアノード電極７２が設けられている。
（Ｎ+層）６３ａ、６３ｂが分割された受光部であり、
カソード電極７１ａ、７１ｂに接続されている。また、
基板底面にはアノード電極７２が設けられている。
【００１１】上記構成の従来の多分割ＡＰＤでは、隣接
する受光部間には空乏層が広がって電界集中は緩和さ
れ、エッジブレークダウンが防止されるため、高濃度の
Ｎ型層（Ｎ+層）６３ａ、６３ｂを分離する領域にはガ
ードリングは設けられていない。
する受光部間には空乏層が広がって電界集中は緩和さ
れ、エッジブレークダウンが防止されるため、高濃度の
Ｎ型層（Ｎ+層）６３ａ、６３ｂを分離する領域にはガ
ードリングは設けられていない。
【００１２】しかし、高濃度のＮ型層（Ｎ+層）６３
ａ、６３ｂの外周縁部にはＮ型のガードリング６５ａ及
び６５ｂが設けられ、更に反転防止層６８が受光部の分
離領域及び外周縁部に設けられている。
ａ、６３ｂの外周縁部にはＮ型のガードリング６５ａ及
び６５ｂが設けられ、更に反転防止層６８が受光部の分
離領域及び外周縁部に設けられている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の多分割ＡＰＤは、隣接する受光部間にはガードリング
が設けられていないが、受光部の外周縁部にはガードリ
ングが設けられており、また、分割素子間、素子間共に
反転防止層が設けられているため、不感帯の縮小は十分
とは言えず、小型化及び分解能向上の妨げとなるという
問題点があった。
の多分割ＡＰＤは、隣接する受光部間にはガードリング
が設けられていないが、受光部の外周縁部にはガードリ
ングが設けられており、また、分割素子間、素子間共に
反転防止層が設けられているため、不感帯の縮小は十分
とは言えず、小型化及び分解能向上の妨げとなるという
問題点があった。
【００１４】また、上記従来の多分割ＡＰＤでは、表面
に形成されるＰＮ接合に最大電界強度がかかるため、隣
接する分割素子間の分離領域に電界が集中しないよう
に、分離領域の幅をある程度大きくする必要があり、不
感帯が広くなって分解能を低下させてしまうという問題
点があった。
に形成されるＰＮ接合に最大電界強度がかかるため、隣
接する分割素子間の分離領域に電界が集中しないよう
に、分離領域の幅をある程度大きくする必要があり、不
感帯が広くなって分解能を低下させてしまうという問題
点があった。
【００１５】本発明は、上記問題点を解決し、不感帯で
ある分離領域を縮小して分解能を向上させ、素子の小型
化を図ることができるＡＰＤを提供することを課題とす
る。
ある分離領域を縮小して分解能を向上させ、素子の小型
化を図ることができるＡＰＤを提供することを課題とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＡＰＤは、第１のＰ型領域と、第１のＰ型
領域の周囲に形成された、第１のＰ型領域より低不純物
濃度の第２のＰ型領域と、第２のＰ型領域の周囲に形成
されたＮ型領域とを備え、第１のＰ型領域は、複数に分
割されて形成されていることを特徴としている。
に、本発明のＡＰＤは、第１のＰ型領域と、第１のＰ型
領域の周囲に形成された、第１のＰ型領域より低不純物
濃度の第２のＰ型領域と、第２のＰ型領域の周囲に形成
されたＮ型領域とを備え、第１のＰ型領域は、複数に分
割されて形成されていることを特徴としている。
【００１７】ＡＰＤを上記構成にすることにより、高電
圧印加時に第２のＰ型領域が空乏化し、分割された第１
のＰ型領域の各部分を電気的に分離することができる。
従って、分割された第１のＰ型領域の各部分の間隙、又
は、第１のＰ型領域の外周にガードリング、又は、反転
防止層等の特別な分離手段を設ける必要が無くなる。
圧印加時に第２のＰ型領域が空乏化し、分割された第１
のＰ型領域の各部分を電気的に分離することができる。
従って、分割された第１のＰ型領域の各部分の間隙、又
は、第１のＰ型領域の外周にガードリング、又は、反転
防止層等の特別な分離手段を設ける必要が無くなる。
【００１８】また、ＡＰＤを上記構成にすることによ
り、高電圧印加時に第２のＰ型領域が空乏化し、第１の
Ｐ型領域の縁辺部への電界集中が緩和される。
り、高電圧印加時に第２のＰ型領域が空乏化し、第１の
Ｐ型領域の縁辺部への電界集中が緩和される。
【００１９】本発明のＡＰＤは、第１のＰ型領域が２分
割されて形成されていることを特徴としても良い。
割されて形成されていることを特徴としても良い。
【００２０】また、本発明のＡＰＤは、第１のＰ型領域
が４分割されて形成されていることを特徴としても良
い。
が４分割されて形成されていることを特徴としても良
い。
【００２１】更に、本発明のＡＰＤは、Ｎ型領域が、Ｐ
型基板に形成されていることを特徴としても良い。
型基板に形成されていることを特徴としても良い。
【００２２】上記構成のように、Ｎ型領域をＰ型基板に
形成することで、電気的に分離された複数のＮ型領域を
同一のＰ型基板に形成することができる。
形成することで、電気的に分離された複数のＮ型領域を
同一のＰ型基板に形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係るＡ
ＰＤについて説明する。まず、本実施形態に係るＡＰＤ
の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るＡ
ＰＤ１０の断面図である。ＡＰＤ１０は、高濃度Ｐ型領
域５４（第１のＰ型領域）と、高濃度Ｐ型領域５４の周
囲に形成された、高濃度Ｐ型領域５４より低不純物濃度
の低濃度Ｐ型領域５３（第２のＰ型領域）と、低濃度Ｐ
型領域５３の周囲に形成されたＮ型領域を、Ｐ型基板５
０に形成した構成となっている。
ＰＤについて説明する。まず、本実施形態に係るＡＰＤ
の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るＡ
ＰＤ１０の断面図である。ＡＰＤ１０は、高濃度Ｐ型領
域５４（第１のＰ型領域）と、高濃度Ｐ型領域５４の周
囲に形成された、高濃度Ｐ型領域５４より低不純物濃度
の低濃度Ｐ型領域５３（第２のＰ型領域）と、低濃度Ｐ
型領域５３の周囲に形成されたＮ型領域を、Ｐ型基板５
０に形成した構成となっている。
【００２４】ここで、高濃度Ｐ型領域５４は、受光部５
４ａ〜５４ｄの４つの部分に、田の字状に分割されてい
る。また、上記Ｎ型領域は、低濃度Ｐ型領域５３の下部
に形成されたＮ型埋め込み層５１と低濃度Ｐ型領域５３
の側面部に形成されたＮ型拡散層５２からなる。
４ａ〜５４ｄの４つの部分に、田の字状に分割されてい
る。また、上記Ｎ型領域は、低濃度Ｐ型領域５３の下部
に形成されたＮ型埋め込み層５１と低濃度Ｐ型領域５３
の側面部に形成されたＮ型拡散層５２からなる。
【００２５】さらに、各受光部５４ａ〜５４ｄには、ア
ノード電極５６が設けられており、また、Ｎ型拡散層５
２には、カソード電極５８が設けられている。
ノード電極５６が設けられており、また、Ｎ型拡散層５
２には、カソード電極５８が設けられている。
【００２６】ここで、各構成要素を形成する材料につい
て説明する。Ｐ型基板５０は、例えば、１×１０15／ｃ
ｍ3程度の不純物濃度を有するＰ型半導体から形成され
ており、また、Ｎ型埋め込み層５１、Ｎ型拡散層５２
は、それぞれ、例えば、１×１０19／ｃｍ3程度、１×
１０17／ｃｍ3程度の不純物濃度を有するＮ型半導体か
ら形成されている。さらに、低濃度Ｐ型領域５３は、例
えば、２×１０15／ｃｍ3程度の不純物濃度を有するＰ
型半導体から形成されており、また、高濃度Ｐ型領域５
４は、例えば、表面不純物濃度が１×１０20／ｃｍ3程
度のＰ型半導体から形成された浅い拡散層となってい
る。
て説明する。Ｐ型基板５０は、例えば、１×１０15／ｃ
ｍ3程度の不純物濃度を有するＰ型半導体から形成され
ており、また、Ｎ型埋め込み層５１、Ｎ型拡散層５２
は、それぞれ、例えば、１×１０19／ｃｍ3程度、１×
１０17／ｃｍ3程度の不純物濃度を有するＮ型半導体か
ら形成されている。さらに、低濃度Ｐ型領域５３は、例
えば、２×１０15／ｃｍ3程度の不純物濃度を有するＰ
型半導体から形成されており、また、高濃度Ｐ型領域５
４は、例えば、表面不純物濃度が１×１０20／ｃｍ3程
度のＰ型半導体から形成された浅い拡散層となってい
る。
【００２７】また、低濃度Ｐ型領域５３は、Ｎ型埋め込
み層５１とＮ型拡散層５２とから成るＮ型領域で囲まれ
て形成されており、周囲のＮ型領域に高電圧を印加した
場合に完全に空乏化することが好ましい。一方、この低
濃度Ｐ型領域５３は、ＡＰＤ１０の光電変換部としても
機能しており、長波長領域における感度を向上させるに
は比較的厚い層とする必要がある。そのため、低濃度Ｐ
型領域５３は、印加電圧及び電界強度を考慮して、高電
圧印加時に十分に空乏化され、且つ、十分な感度が得ら
れるように厚さと不純物濃度とを調節して形成されてい
る。本実施形態に係るＡＰＤ１０においては、低濃度Ｐ
型領域５３の厚さが４μｍ程度となっている。
み層５１とＮ型拡散層５２とから成るＮ型領域で囲まれ
て形成されており、周囲のＮ型領域に高電圧を印加した
場合に完全に空乏化することが好ましい。一方、この低
濃度Ｐ型領域５３は、ＡＰＤ１０の光電変換部としても
機能しており、長波長領域における感度を向上させるに
は比較的厚い層とする必要がある。そのため、低濃度Ｐ
型領域５３は、印加電圧及び電界強度を考慮して、高電
圧印加時に十分に空乏化され、且つ、十分な感度が得ら
れるように厚さと不純物濃度とを調節して形成されてい
る。本実施形態に係るＡＰＤ１０においては、低濃度Ｐ
型領域５３の厚さが４μｍ程度となっている。
【００２８】続いて、本実施形態に係るＡＰＤの作用に
ついて説明する。ＡＰＤ１０のアノード電極５６とカソ
ード電極５８との間に高い逆電圧を印加すると、低濃度
Ｐ型領域５３内でアバランシェ増倍が発生する。ここ
で、ＡＰＤ１０は、低濃度Ｐ型領域５３とＮ型埋め込み
層５１との間でＰＮ接合が形成されているため、高電圧
印加時に低濃度Ｐ型領域５３とＮ型埋め込み層５１の接
合面が空乏化し、この空乏層は低濃度Ｐ型領域５３内に
拡がる。従って、各受光部５４ａ〜５４ｄは、空乏化し
た低濃度Ｐ型領域５３によって電気的に分離される。そ
のため、各受光部５４ａ〜５４ｄの間隙、又は、高濃度
Ｐ型領域５４の外周にガードリング、又は、反転防止層
等の特別な分離手段を設けること無く、各受光部５４ａ
〜５４ｄを４つの独立した分割素子として機能させるこ
とができる。
ついて説明する。ＡＰＤ１０のアノード電極５６とカソ
ード電極５８との間に高い逆電圧を印加すると、低濃度
Ｐ型領域５３内でアバランシェ増倍が発生する。ここ
で、ＡＰＤ１０は、低濃度Ｐ型領域５３とＮ型埋め込み
層５１との間でＰＮ接合が形成されているため、高電圧
印加時に低濃度Ｐ型領域５３とＮ型埋め込み層５１の接
合面が空乏化し、この空乏層は低濃度Ｐ型領域５３内に
拡がる。従って、各受光部５４ａ〜５４ｄは、空乏化し
た低濃度Ｐ型領域５３によって電気的に分離される。そ
のため、各受光部５４ａ〜５４ｄの間隙、又は、高濃度
Ｐ型領域５４の外周にガードリング、又は、反転防止層
等の特別な分離手段を設けること無く、各受光部５４ａ
〜５４ｄを４つの独立した分割素子として機能させるこ
とができる。
【００２９】さらに、低濃度Ｐ型領域５３と高濃度Ｐ型
領域５４との接合部ではなく、低濃度Ｐ型領域５３とＮ
型埋め込み層５１との接合部に空乏層を発生させること
で、高濃度Ｐ型領域５４を形成する各受光部５４ａ〜５
４ｄの縁辺部への電界集中が緩和される。
領域５４との接合部ではなく、低濃度Ｐ型領域５３とＮ
型埋め込み層５１との接合部に空乏層を発生させること
で、高濃度Ｐ型領域５４を形成する各受光部５４ａ〜５
４ｄの縁辺部への電界集中が緩和される。
【００３０】実際に、ＡＰＤ１０のアノード電極５６と
カソード電極５８との間に高い逆電圧を印加した状態
で、受光部５４ａ〜５４ｄから光が入射すると、入射し
た光の強度に応じて受光部５４ａ〜５４ｄ、空乏化した
低濃度Ｐ型領域５３、Ｎ型領域において電子と正孔の対
が発生し、発生したキャリアは高電界によってそれぞれ
加速され、空乏層を越えてなだれ現象を引き起こし、大
きな逆電流を発生する。これにより微弱な光を大きな電
流として取り出すようになっている。
カソード電極５８との間に高い逆電圧を印加した状態
で、受光部５４ａ〜５４ｄから光が入射すると、入射し
た光の強度に応じて受光部５４ａ〜５４ｄ、空乏化した
低濃度Ｐ型領域５３、Ｎ型領域において電子と正孔の対
が発生し、発生したキャリアは高電界によってそれぞれ
加速され、空乏層を越えてなだれ現象を引き起こし、大
きな逆電流を発生する。これにより微弱な光を大きな電
流として取り出すようになっている。
【００３１】また、ＡＰＤ１０は、空乏化した低濃度Ｐ
型領域５３の電界により、光電変換によって生じたキャ
リアが光が入射した位置の真上のアノード電極５６に垂
直に引かれて検出される。
型領域５３の電界により、光電変換によって生じたキャ
リアが光が入射した位置の真上のアノード電極５６に垂
直に引かれて検出される。
【００３２】また、低濃度Ｐ型領域５３は、周囲をＮ型
領域によって囲まれているので、Ｐ型基板５０とは電気
的に分離された状態となっている。これにより、Ｐ型基
板５０上に、他のバイポーラのＮＰＮトランジスタ、Ｐ
ＮＰトランジスタ、ＣＭＯＳ等の信号処理回路を形成し
て、集積回路を作成することもできる。
領域によって囲まれているので、Ｐ型基板５０とは電気
的に分離された状態となっている。これにより、Ｐ型基
板５０上に、他のバイポーラのＮＰＮトランジスタ、Ｐ
ＮＰトランジスタ、ＣＭＯＳ等の信号処理回路を形成し
て、集積回路を作成することもできる。
【００３３】続いて、本実施形態に係るＡＰＤの効果に
ついて説明する。ＡＰＤ１０は、低濃度Ｐ型領域５３と
Ｎ型埋め込み層５１との間でＰＮ接合が形成されている
ため、高電圧印加時に低濃度Ｐ型領域５３とＮ型埋め込
み層５１の接合面が空乏化し、この空乏層は低濃度Ｐ型
領域５３内に拡がる。従って、各受光部５４ａ〜５４ｄ
は、空乏化した低濃度Ｐ型領域５３によって電気的に分
離されるとともに、各受光部５４ａ〜５４ｄの縁辺部へ
の電界集中が緩和される。そのため、各受光部５４ａ〜
５４ｄの間隙、又は、高濃度Ｐ型領域５４の外周にガー
ドリング、又は、反転防止層等の特別な分離手段を設け
る必要が無くなる。その結果、各受光部５４ａ〜５４ｄ
の間隙、或いは、他の素子との間隙を小さくすることが
可能となり、不感帯である分離領域が縮小され分解能が
向上するとともに、素子の小型化を図ることが可能とな
る。
ついて説明する。ＡＰＤ１０は、低濃度Ｐ型領域５３と
Ｎ型埋め込み層５１との間でＰＮ接合が形成されている
ため、高電圧印加時に低濃度Ｐ型領域５３とＮ型埋め込
み層５１の接合面が空乏化し、この空乏層は低濃度Ｐ型
領域５３内に拡がる。従って、各受光部５４ａ〜５４ｄ
は、空乏化した低濃度Ｐ型領域５３によって電気的に分
離されるとともに、各受光部５４ａ〜５４ｄの縁辺部へ
の電界集中が緩和される。そのため、各受光部５４ａ〜
５４ｄの間隙、又は、高濃度Ｐ型領域５４の外周にガー
ドリング、又は、反転防止層等の特別な分離手段を設け
る必要が無くなる。その結果、各受光部５４ａ〜５４ｄ
の間隙、或いは、他の素子との間隙を小さくすることが
可能となり、不感帯である分離領域が縮小され分解能が
向上するとともに、素子の小型化を図ることが可能とな
る。
【００３４】具体的には、受光部５４ａ〜５４ｄを含む
高濃度Ｐ型領域５４の層の深さが０．３μｍ程度の場
合、分離領域の幅が２μｍ程度であっても、各受光部５
４ａ〜５４ｄを十分に分離することができる。
高濃度Ｐ型領域５４の層の深さが０．３μｍ程度の場
合、分離領域の幅が２μｍ程度であっても、各受光部５
４ａ〜５４ｄを十分に分離することができる。
【００３５】さらに、ＡＰＤ１０は、空乏化した低濃度
Ｐ型領域５３の電界により、光電変換によって生じたキ
ャリアが光が入射した位置の真上のアノード電極５６に
垂直に引かれて検出される。その結果、アバランシェ電
流を入射光の真上に位置する受光部で検出することがで
き、クロストークを少なくし、雑音を低減化することが
できる効果がある。
Ｐ型領域５３の電界により、光電変換によって生じたキ
ャリアが光が入射した位置の真上のアノード電極５６に
垂直に引かれて検出される。その結果、アバランシェ電
流を入射光の真上に位置する受光部で検出することがで
き、クロストークを少なくし、雑音を低減化することが
できる効果がある。
【００３６】また、ＡＰＤ４０は、高濃度Ｐ型領域５４
を４分割して受光部５４ａ〜５４ｄを形成するため、同
一素子領域内に４個の受光素子を形成することができ、
製造工程を増加させることなく、容易に分解能を向上さ
せることができる。
を４分割して受光部５４ａ〜５４ｄを形成するため、同
一素子領域内に４個の受光素子を形成することができ、
製造工程を増加させることなく、容易に分解能を向上さ
せることができる。
【００３７】次に、図１に示したＡＰＤ１０を用いて集
積回路を構成した例について図２を用いて説明する。図
２は、ＡＰＤ１０を用いた集積回路の回路構成図であ
る。
積回路を構成した例について図２を用いて説明する。図
２は、ＡＰＤ１０を用いた集積回路の回路構成図であ
る。
【００３８】図２に示すように、本集積回路は、１チッ
プ上にＡＰＤ１０が形成され、４つの受光部５４ａ〜５
４ｄのそれぞれにアンプ及び抵抗が接続されて構成され
ており、４つの受光部５４ａ〜５４ｄからの信号を独立
して取り出せるようになっている。図２に示す集積回路
は、同一基板上に、ＡＰＤ１０と４組のアンプとを形成
して、それらを金属配線で接続することによりモノリシ
ックに形成することができるものである。
プ上にＡＰＤ１０が形成され、４つの受光部５４ａ〜５
４ｄのそれぞれにアンプ及び抵抗が接続されて構成され
ており、４つの受光部５４ａ〜５４ｄからの信号を独立
して取り出せるようになっている。図２に示す集積回路
は、同一基板上に、ＡＰＤ１０と４組のアンプとを形成
して、それらを金属配線で接続することによりモノリシ
ックに形成することができるものである。
【００３９】続いて、本発明の第２の実施形態に係るＡ
ＰＤについて説明する。図３は、本実施形態に係るＡＰ
Ｄ２０の断面図である。本実施形態に係るＡＰＤ２０
が、第１の実施形態に係るＡＰＤ１０と構成上異なる点
は、第１の実施形態に係るＡＰＤ１０は、高濃度Ｐ型領
域５４が、受光部５４ａ〜５４ｄの４つの部分に、田の
字状に分割されていたのに対し、本実施形態に係るＡＰ
Ｄ２０は、高濃度Ｐ型領域５４が、受光部５４ａ〜５４
ｂの２つの部分に分割されている点である。
ＰＤについて説明する。図３は、本実施形態に係るＡＰ
Ｄ２０の断面図である。本実施形態に係るＡＰＤ２０
が、第１の実施形態に係るＡＰＤ１０と構成上異なる点
は、第１の実施形態に係るＡＰＤ１０は、高濃度Ｐ型領
域５４が、受光部５４ａ〜５４ｄの４つの部分に、田の
字状に分割されていたのに対し、本実施形態に係るＡＰ
Ｄ２０は、高濃度Ｐ型領域５４が、受光部５４ａ〜５４
ｂの２つの部分に分割されている点である。
【００４０】また、ＡＰＤ２０の作用及び効果は、第１
の実施形態に係るＡＰＤ１０と同様である。
の実施形態に係るＡＰＤ１０と同様である。
【００４１】続いて、上記実施形態に係るＡＰＤ１０及
びＡＰＤ２０の製造方法を、高濃度Ｐ型領域が２分割さ
れたＡＰＤ（以下、２分割ＡＰＤという）を例にとって
説明する。図４（ａ）は、２分割ＡＰＤの平面図であ
り、（ｂ）は、ｂ―ｂ′線断面図である。図４（ａ）及
び（ｂ）に示すように、本２分割ＡＰＤは、Ｐ型基板１
上に形成されたＰ型第１半導体層５と、Ｐ型第２半導体
層１３と、Ｐ型第１半導体層５とＰ型第２半導体層１３
との界面に形成された単一の矩形のＰ型第２埋め込み層
１１と、Ｐ型第２半導体層１３の上部表層に２個に分離
されて形成されたＰ型第４半導体層２９と、これらＰ型
領域の周囲を取り囲んで形成されたＮ型第１埋め込み層
３及びカソード引き出し領域であるＮ型第２埋め込み領
域７とから構成されている。
びＡＰＤ２０の製造方法を、高濃度Ｐ型領域が２分割さ
れたＡＰＤ（以下、２分割ＡＰＤという）を例にとって
説明する。図４（ａ）は、２分割ＡＰＤの平面図であ
り、（ｂ）は、ｂ―ｂ′線断面図である。図４（ａ）及
び（ｂ）に示すように、本２分割ＡＰＤは、Ｐ型基板１
上に形成されたＰ型第１半導体層５と、Ｐ型第２半導体
層１３と、Ｐ型第１半導体層５とＰ型第２半導体層１３
との界面に形成された単一の矩形のＰ型第２埋め込み層
１１と、Ｐ型第２半導体層１３の上部表層に２個に分離
されて形成されたＰ型第４半導体層２９と、これらＰ型
領域の周囲を取り囲んで形成されたＮ型第１埋め込み層
３及びカソード引き出し領域であるＮ型第２埋め込み領
域７とから構成されている。
【００４２】図４（ａ）から分かるように、分割されて
いるのは、表層の受光部であるＰ型第４半導体層２９だ
けであり、下層の構造は全て４つの受光素子共通となっ
ている。また、２分割されたＰ型第４半導体層２９のそ
れぞれを分離する領域の幅は数μｍ程度と狭く形成して
いるが、上述したように、空乏層領域の延長上であるた
め分割素子間は十分分離される。
いるのは、表層の受光部であるＰ型第４半導体層２９だ
けであり、下層の構造は全て４つの受光素子共通となっ
ている。また、２分割されたＰ型第４半導体層２９のそ
れぞれを分離する領域の幅は数μｍ程度と狭く形成して
いるが、上述したように、空乏層領域の延長上であるた
め分割素子間は十分分離される。
【００４３】また、ＰＮ接合部が表層部から離れている
ため、表層部への電界集中によるエッジブレークダウン
の心配が無くなり、受光部外周のガードリングは設けて
いない。
ため、表層部への電界集中によるエッジブレークダウン
の心配が無くなり、受光部外周のガードリングは設けて
いない。
【００４４】ここで、図３と対応させて説明すると、図
３におけるＮ型埋め込み層５１は、図４のＮ型第１埋め
込み層３に相当し、図３におけるＮ型拡散層５２は、図
４のＮ型第２埋め込み領域７とＮ型第４半導体層２５及
びＮ型第６半導体領域４２に相当し、図３における低濃
度Ｐ型領域５３は、図４のＰ型第１半導体層５とＰ型第
２半導体層１３とＰ型第２埋め込み層１１に相当し、図
３の受光部５４ａ及び５４ｂは、図４の２個のＰ型第４
半導体層２９に相当している。
３におけるＮ型埋め込み層５１は、図４のＮ型第１埋め
込み層３に相当し、図３におけるＮ型拡散層５２は、図
４のＮ型第２埋め込み領域７とＮ型第４半導体層２５及
びＮ型第６半導体領域４２に相当し、図３における低濃
度Ｐ型領域５３は、図４のＰ型第１半導体層５とＰ型第
２半導体層１３とＰ型第２埋め込み層１１に相当し、図
３の受光部５４ａ及び５４ｂは、図４の２個のＰ型第４
半導体層２９に相当している。
【００４５】ここで、Ｐ型第１半導体層５とＰ型第２半
導体層１３との界面に設けられた低濃度のＰ型第２埋め
込み層１１は、ＡＰＤの特性を制御するために形成され
るものである。具体的には、Ｐ型第２埋め込み層１１
は、Ｎ型第１埋め込み層３と対向して配置され、その不
純物プロファイルによってＮ型第１埋め込み層３からの
空乏層の広がり具合を制御することができ、その結果と
してアバランシェ降伏電圧を調整することができるもの
である。
導体層１３との界面に設けられた低濃度のＰ型第２埋め
込み層１１は、ＡＰＤの特性を制御するために形成され
るものである。具体的には、Ｐ型第２埋め込み層１１
は、Ｎ型第１埋め込み層３と対向して配置され、その不
純物プロファイルによってＮ型第１埋め込み層３からの
空乏層の広がり具合を制御することができ、その結果と
してアバランシェ降伏電圧を調整することができるもの
である。
【００４６】２分割ＡＰＤを製造するには、まず、Ｐ型
Ｓｉ基板１上にＳｉ酸化膜を形成し、パターニング後、
Ｓｉ酸化膜をマスクとしてＮ型不純物を熱拡散してＮ型
第１埋め込み層３を形成し、その上にＰ型第１半導体層
５をエピタキシャル成長により形成する。そして、熱拡
散によりＮ型第１埋め込み領域７を、イオン注入により
Ｐ型第２埋め込み層１１を形成し、更にその上部にＰ型
第２半導体層１３をエピタキシャル成長により形成す
る。
Ｓｉ基板１上にＳｉ酸化膜を形成し、パターニング後、
Ｓｉ酸化膜をマスクとしてＮ型不純物を熱拡散してＮ型
第１埋め込み層３を形成し、その上にＰ型第１半導体層
５をエピタキシャル成長により形成する。そして、熱拡
散によりＮ型第１埋め込み領域７を、イオン注入により
Ｐ型第２埋め込み層１１を形成し、更にその上部にＰ型
第２半導体層１３をエピタキシャル成長により形成す
る。
【００４７】そして、Ｎ型第６半導体領域４２を熱拡散
により形成し、Ｎ型第１埋め込み層３とＮ型第２埋め込
み領域７とＮ型第６半導体領域４２とは熱拡散工程によ
り不純物が拡散して互いに重なり合い、電気的に接続さ
れる。
により形成し、Ｎ型第１埋め込み層３とＮ型第２埋め込
み領域７とＮ型第６半導体領域４２とは熱拡散工程によ
り不純物が拡散して互いに重なり合い、電気的に接続さ
れる。
【００４８】これにより、Ｐ型基板中にＮ型領域によっ
て囲まれたＰ型領域が形成されるものである。図４
（ｂ）に示すように、Ｎ型の分離領域は、Ｎ型第１埋め
込み層３の外周に沿って帯状に閉じた形状に形成され
る。
て囲まれたＰ型領域が形成されるものである。図４
（ｂ）に示すように、Ｎ型の分離領域は、Ｎ型第１埋め
込み層３の外周に沿って帯状に閉じた形状に形成され
る。
【００４９】そして、Ｐ型第２半導体層１３上に、フォ
トレジストによって２分割された矩形領域を形成し、こ
れをマスクとしてイオン注入により高濃度のＰ型不純物
を打ち込んで浅い接合を形成し、受光部（アノード）と
しての２つのＰ型第４半導体層２９を形成する。
トレジストによって２分割された矩形領域を形成し、こ
れをマスクとしてイオン注入により高濃度のＰ型不純物
を打ち込んで浅い接合を形成し、受光部（アノード）と
しての２つのＰ型第４半導体層２９を形成する。
【００５０】そして、ＢＰＳＧ膜３１、メタル電極３
３、層間絶縁膜３５を形成し、受光部分を除いた部分に
遮光膜３７を形成し、ウエハ全面にパッシベーション膜
を形成して図４の２分割ＡＰＤが形成されるものであ
る。
３、層間絶縁膜３５を形成し、受光部分を除いた部分に
遮光膜３７を形成し、ウエハ全面にパッシベーション膜
を形成して図４の２分割ＡＰＤが形成されるものであ
る。
【００５１】尚、ここでは受光部であるＰ型第４半導体
層２９が矩形の２分割ＡＰＤについて説明したが、Ｐ型
第４半導体層２９を形成する際のイオン注入のマスクと
なるレジストパターンを所望の分割数、所望の形状に形
成すれば任意の分割数で任意の形状のアノード電極を形
成することができるものであり、特別な工程が必要にな
ることはない。
層２９が矩形の２分割ＡＰＤについて説明したが、Ｐ型
第４半導体層２９を形成する際のイオン注入のマスクと
なるレジストパターンを所望の分割数、所望の形状に形
成すれば任意の分割数で任意の形状のアノード電極を形
成することができるものであり、特別な工程が必要にな
ることはない。
【００５２】上記実施形態に係るアバランシェフォトダ
イオードは、基板としてＰ型基板５０を用いていたが、
集積回路を構成しない場合には、Ｎ型基板を使用してＡ
ＰＤを形成し、基板底面にカソード電極を設けるように
しても良い。
イオードは、基板としてＰ型基板５０を用いていたが、
集積回路を構成しない場合には、Ｎ型基板を使用してＡ
ＰＤを形成し、基板底面にカソード電極を設けるように
しても良い。
【００５３】
【発明の効果】本発明のＡＰＤは、第１のＰ型領域と、
第１のＰ型領域の周囲に形成された、第１のＰ型領域よ
り低不純物濃度の第２のＰ型領域と、第２のＰ型領域の
周囲に形成されたＮ型領域とを備えて構成したことによ
り、高電圧印加時に第２のＰ型領域が空乏化し、分割さ
れた第１のＰ型領域の各部分を電気的に分離することが
できるとともに、第１のＰ型領域の縁辺部への電界集中
が緩和される。従って、分割された第１のＰ型領域の各
部分の間隙、又は、第１のＰ型領域の外周にガードリン
グ、又は、反転防止層等の特別な分離手段を設ける必要
が無くなる。
第１のＰ型領域の周囲に形成された、第１のＰ型領域よ
り低不純物濃度の第２のＰ型領域と、第２のＰ型領域の
周囲に形成されたＮ型領域とを備えて構成したことによ
り、高電圧印加時に第２のＰ型領域が空乏化し、分割さ
れた第１のＰ型領域の各部分を電気的に分離することが
できるとともに、第１のＰ型領域の縁辺部への電界集中
が緩和される。従って、分割された第１のＰ型領域の各
部分の間隙、又は、第１のＰ型領域の外周にガードリン
グ、又は、反転防止層等の特別な分離手段を設ける必要
が無くなる。
【００５４】その結果、分割された第１のＰ型領域の各
部分の間隙、或いは、他の素子との間隙を小さくするこ
とが可能となり、不感帯である分離領域が縮小され分解
能が向上するとともに、素子の小型化を図ることが可能
となる。
部分の間隙、或いは、他の素子との間隙を小さくするこ
とが可能となり、不感帯である分離領域が縮小され分解
能が向上するとともに、素子の小型化を図ることが可能
となる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＡＰＤの断面図
である。
である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＡＰＤを用いた
集積回路の構成図である。
集積回路の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＡＰＤの断面図
である。
である。
【図４】（ａ）は、２分割ＡＰＤの平面図であり、
（ｂ）は、ｂ―ｂ′線断面図である。
（ｂ）は、ｂ―ｂ′線断面図である。
【図５】（ａ）は、従来のＡＰＤの構成を示す平面図で
あり、（ｂ）は、ｃ−ｃ′線の断面説明図である。
あり、（ｂ）は、ｃ−ｃ′線の断面説明図である。
１…Ｐ型Ｓｉ基板、 ３…Ｎ型第１埋め込み層、 ５…
Ｐ型第１半導体層、７…Ｎ型第２埋め込み領域、 １１
…Ｐ型第２埋め込み層、 １３…Ｐ型第２半導体層、
２５…Ｎ型第４半導体層、 ２９…Ｐ型第４半導体層、
３１…ＢＰＳＧ膜、 ３３…メタル電極、 ３５…層
間絶縁膜、 ４２…Ｎ型第６半導体領域、 ５０…Ｐ型
基板、 ５１…Ｎ型拡散層、 ５２…Ｎ型埋め込み層、
５３…低濃度Ｐ型領域、 ５４…高濃度Ｐ型領域、
６０…Ｐ型基板、 ６１…Ｐ-層、 ６３…高濃度のＮ
型層、 ６４…Ｐ型層、 ６５…ガードリング、 ６８
…反転防止層、 ７１…カソード電極、 ７２…アノー
ド電極
Ｐ型第１半導体層、７…Ｎ型第２埋め込み領域、 １１
…Ｐ型第２埋め込み層、 １３…Ｐ型第２半導体層、
２５…Ｎ型第４半導体層、 ２９…Ｐ型第４半導体層、
３１…ＢＰＳＧ膜、 ３３…メタル電極、 ３５…層
間絶縁膜、 ４２…Ｎ型第６半導体領域、 ５０…Ｐ型
基板、 ５１…Ｎ型拡散層、 ５２…Ｎ型埋め込み層、
５３…低濃度Ｐ型領域、 ５４…高濃度Ｐ型領域、
６０…Ｐ型基板、 ６１…Ｐ-層、 ６３…高濃度のＮ
型層、 ６４…Ｐ型層、 ６５…ガードリング、 ６８
…反転防止層、 ７１…カソード電極、 ７２…アノー
ド電極
Claims (4)
- 【請求項１】 第１のＰ型領域と、 前記第１のＰ型領域の周囲に形成された、前記第１のＰ
型領域より低不純物濃度の第２のＰ型領域と、 前記第２のＰ型領域の周囲に形成されたＮ型領域と、を
備え、 前記第１のＰ型領域は、複数に分割されて形成されてい
ることを特徴とするアバランシェフォトダイオード。 - 【請求項２】 前記第１のＰ型領域が、２分割されて形
成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のアバ
ランシェフォトダイオード。 - 【請求項３】 前記第１のＰ型領域が、４分割されて形
成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のアバ
ランシェフォトダイオード。 - 【請求項４】 前記Ｎ型領域が、Ｐ型基板に形成されて
いる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載のアバランシェフォトダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10019302A JPH1146010A (ja) | 1997-05-27 | 1998-01-30 | アバランシェフォトダイオード |
| AU21854/99A AU2185499A (en) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Light-receiving semiconductor device with buit-in bicmos and avalanche photodiode |
| PCT/JP1999/000397 WO1999039391A1 (fr) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR RECEPTEUR DE LUMIERE COMPORTANT UN BiCMOS INTEGRE ET UNE PHOTODIODE A AVALANCHE |
| US09/628,446 US6392282B1 (en) | 1998-01-30 | 2000-07-28 | BiCMOS-integrated photodetecting semiconductor device having an avalanche photodiode |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13702397 | 1997-05-27 | ||
| JP9-137023 | 1997-05-27 | ||
| JP10019302A JPH1146010A (ja) | 1997-05-27 | 1998-01-30 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1146010A true JPH1146010A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=26356139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10019302A Pending JPH1146010A (ja) | 1997-05-27 | 1998-01-30 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1146010A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6372531B1 (en) | 2000-04-03 | 2002-04-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and fabrication process therefor |
| JP2005531129A (ja) * | 2002-03-22 | 2005-10-13 | メレキシス ゲーエムベーハー | 増大する帯域幅を備えた光ファイバー受信器 |
| WO2008004547A1 (fr) | 2006-07-03 | 2008-01-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Ensemble photodiode |
| WO2014185643A1 (ko) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 주식회사 레이언스 | 포토다이오드를 사용한 이미지센서 |
| JP2018064086A (ja) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | キヤノン株式会社 | 光検出装置および光検出システム |
| CN107946326A (zh) * | 2016-10-13 | 2018-04-20 | 佳能株式会社 | 光检测装置及光检测系统 |
| CN110416335A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 南京邮电大学 | 硅基近红外单光子雪崩二极管探测器及其制作方法 |
| JP2020099046A (ja) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、撮像システム及び移動体 |
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