JPS5912034B2 - 受光半導体装置 - Google Patents
受光半導体装置Info
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- JPS5912034B2 JPS5912034B2 JP56113769A JP11376981A JPS5912034B2 JP S5912034 B2 JPS5912034 B2 JP S5912034B2 JP 56113769 A JP56113769 A JP 56113769A JP 11376981 A JP11376981 A JP 11376981A JP S5912034 B2 JPS5912034 B2 JP S5912034B2
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Classifications
-
- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は接合容量を増加させることなく受光感度を増
大できる受光半導体装置に関するものである。
大できる受光半導体装置に関するものである。
第1図は従来の受光半導体装置、ここでは基板としてN
型シリコンを用いたプレーナ形の受光半導体装置の断面
構成説明図で、図中1は上記N型基板、2はP型拡散層
、3は酸化膜、4はAι電極、5はN型基板1にオーミ
ック接続されたヘッダ、6はPN接合面からN型基板1
の不純物濃度で決定される少数キャリアの拡散距離だけ
離れた面、□はN型基板1の不純物濃度と、Aι電極4
及びヘッダ5間に印加されるバノアス電圧で決定される
空乏層のN型基板1側への広がりの端面を示す。
型シリコンを用いたプレーナ形の受光半導体装置の断面
構成説明図で、図中1は上記N型基板、2はP型拡散層
、3は酸化膜、4はAι電極、5はN型基板1にオーミ
ック接続されたヘッダ、6はPN接合面からN型基板1
の不純物濃度で決定される少数キャリアの拡散距離だけ
離れた面、□はN型基板1の不純物濃度と、Aι電極4
及びヘッダ5間に印加されるバノアス電圧で決定される
空乏層のN型基板1側への広がりの端面を示す。
このような構成の従来装置において、外部から10の光
によつて励起された少数キャリアが上記PN接合面に到
達することにより光電流が発生するものである。
によつて励起された少数キャリアが上記PN接合面に到
達することにより光電流が発生するものである。
励起された少数キャリアの光電流への寄与は、空乏層中
で発生したキャリアによるドリフト電流15と、空乏層
以外で発生するキャリアによる拡散電流に分けられる。
で発生したキャリアによるドリフト電流15と、空乏層
以外で発生するキャリアによる拡散電流に分けられる。
ドリフト電流と拡散電流の構成比は、特別なPIN構造
ホトダイオードのように、空乏層を広げさらに空乏層以
外の領域の少数キャリア拡散距離を極端に短かくする設
計を行わない20限り、拡散電流が支配的であることが
知られている。即ち、拡散層2端より距離Xで発生した
少数キャリアが再結合領域(拡散層2)に拡散により達
する率Aは A■GeLP・・・・・・(1) である。
ホトダイオードのように、空乏層を広げさらに空乏層以
外の領域の少数キャリア拡散距離を極端に短かくする設
計を行わない20限り、拡散電流が支配的であることが
知られている。即ち、拡散層2端より距離Xで発生した
少数キャリアが再結合領域(拡散層2)に拡散により達
する率Aは A■GeLP・・・・・・(1) である。
ここで、Lpは少数キャリアの拡散長である。Gは比例
係数である。従って、光が一様に当ると、拡散層2の周
辺で30Xの範囲内で生じる拡散電流工P はIp■f
Adx■Ipo(1−eLP)・・・・・・(2)とな
る。
係数である。従って、光が一様に当ると、拡散層2の周
辺で30Xの範囲内で生じる拡散電流工P はIp■f
Adx■Ipo(1−eLP)・・・・・・(2)とな
る。
ここで、工Poは拡散層2端周辺で発生す35るキャリ
アによる全拡散電流である。従つて、距離XがLpより
大となると拡散電流Ipの増加への寄与は極めて小さく
なることが判る。従来、受光感度を上げるためにはP型
拡散層2を拡げることになり、その結果空乏層端面7も
広がり空乏層の巾と空乏層の端面の面積で決定される接
合容量が増大し、これをホトダイオードあるいはホトト
ランジスタとした場合には応答速度の高速またホトサイ
リスタとした場合には耐DV/Dt特性の向上に大きな
妨げとなつていた。
アによる全拡散電流である。従つて、距離XがLpより
大となると拡散電流Ipの増加への寄与は極めて小さく
なることが判る。従来、受光感度を上げるためにはP型
拡散層2を拡げることになり、その結果空乏層端面7も
広がり空乏層の巾と空乏層の端面の面積で決定される接
合容量が増大し、これをホトダイオードあるいはホトト
ランジスタとした場合には応答速度の高速またホトサイ
リスタとした場合には耐DV/Dt特性の向上に大きな
妨げとなつていた。
この発明は上記のような実情に鑑みなされたもので、基
板半導体とは反対の導電性を有する半導体層をリング状
または複数の島状に形成することにより接合容量を増加
させることなく、受光感度を増大できる受光半導体装置
を提供することを目的とする。以下図面を参照してこの
発明の実施例を説明する。
板半導体とは反対の導電性を有する半導体層をリング状
または複数の島状に形成することにより接合容量を増加
させることなく、受光感度を増大できる受光半導体装置
を提供することを目的とする。以下図面を参照してこの
発明の実施例を説明する。
第2図はこの発明による受光半導体装置の一実施例を示
す断面構成説明図で、ここではホトダイオードを例示し
ている。図中1,3,5,6はそれぞれ第1図に示した
従来装置と同様であるのでその説明を省略する。2はP
型拡散層であるが、この発明ではこのP型拡散層2がリ
ング状または複数の島状に形成されており、これに伴つ
てAt電極Aが1個またはP型拡散層2が複数の島状で
ある場合にはその数に応じた個数だけ設けられるもので
ある。
す断面構成説明図で、ここではホトダイオードを例示し
ている。図中1,3,5,6はそれぞれ第1図に示した
従来装置と同様であるのでその説明を省略する。2はP
型拡散層であるが、この発明ではこのP型拡散層2がリ
ング状または複数の島状に形成されており、これに伴つ
てAt電極Aが1個またはP型拡散層2が複数の島状で
ある場合にはその数に応じた個数だけ設けられるもので
ある。
又、空乏層端面7もその数に応じ発生する。なお、P型
拡散層2は、リング状の場合にはその内径が、また複数
の島状の場合には相互の間隔が、それぞれ少数キヤリア
が拡散する距離の範囲内に設定される。また、P型拡散
層2上のA′電極4は相互に接続される。このような受
光半導体装置において、有効に動.作する受光部分は面
6で囲まれた部分であり、これはあたかもP型拡散層2
,2間の欠落部分に、同じくP型拡散層2があるような
受光感度が得られるものである。
拡散層2は、リング状の場合にはその内径が、また複数
の島状の場合には相互の間隔が、それぞれ少数キヤリア
が拡散する距離の範囲内に設定される。また、P型拡散
層2上のA′電極4は相互に接続される。このような受
光半導体装置において、有効に動.作する受光部分は面
6で囲まれた部分であり、これはあたかもP型拡散層2
,2間の欠落部分に、同じくP型拡散層2があるような
受光感度が得られるものである。
これを接合容量の面からみれば、上記欠落部分は接合面
積の減少となり、接合容量5は小さくなる。従つて、ホ
トダイオードの応答速度は、同感度の従来の受光装置と
比較してCR時定数で左右できる範囲において高速化さ
れる。例えばN型基板1に通常用いられる不純物濃度2
.5×1014/iを使用した場合を考えると、こ 4
の時少数キヤリアの拡散長はLpヨハX−ヨ「で与えら
れ、ここで)は拡散定数であり、τ2はライフタイムで
ある。数値を考慮すると、前記N型基板1の不純物濃度
から=10d/Sec、τ,二2×101sec1!=
141唯 となる。1第5図Aは従来の装置の平面図5
で、拡散暦20面積は40×240μmである。
積の減少となり、接合容量5は小さくなる。従つて、ホ
トダイオードの応答速度は、同感度の従来の受光装置と
比較してCR時定数で左右できる範囲において高速化さ
れる。例えばN型基板1に通常用いられる不純物濃度2
.5×1014/iを使用した場合を考えると、こ 4
の時少数キヤリアの拡散長はLpヨハX−ヨ「で与えら
れ、ここで)は拡散定数であり、τ2はライフタイムで
ある。数値を考慮すると、前記N型基板1の不純物濃度
から=10d/Sec、τ,二2×101sec1!=
141唯 となる。1第5図Aは従来の装置の平面図5
で、拡散暦20面積は40×240μmである。
65ぱ少数キヤリアの拡散層の範囲140μmを示し、
この範囲で光照射に対応した光電流が得られる。
この範囲で光照射に対応した光電流が得られる。
第5図Bはこの発明に係る装置の平面図気40μMX4
Oμmの拡散層2が2個・、距離160μmを置いて設
けられている。
Oμmの拡散層2が2個・、距離160μmを置いて設
けられている。
6′は少数キヤリアの拡散長の範囲140μmを示し、
この範囲で光照射に対応した光電流が得られる。
この範囲で光照射に対応した光電流が得られる。
第5図A?:.Bから明らかなように、接合面積はAに
おいては40μm×240μm=9600μゴでありB
においては40μm×40gn×2二3200μゴであ
る。従つて、接合容量は接合面積にほぼ比例する故、B
はAに対して1/3程度に低減できる。一方、受光感度
は、少数キヤリアの拡散長の範囲がB2:Aとでほぼ等
しいことから、両者ともほとんど変らない。即ち、この
発明の一実施例においては、受光感度をほとんど落すこ
となく、接合容量を大幅に減少した受光半導体装置を実
現できるものである。
おいては40μm×240μm=9600μゴでありB
においては40μm×40gn×2二3200μゴであ
る。従つて、接合容量は接合面積にほぼ比例する故、B
はAに対して1/3程度に低減できる。一方、受光感度
は、少数キヤリアの拡散長の範囲がB2:Aとでほぼ等
しいことから、両者ともほとんど変らない。即ち、この
発明の一実施例においては、受光感度をほとんど落すこ
となく、接合容量を大幅に減少した受光半導体装置を実
現できるものである。
なお、第5図Bにおいて、両拡散層2の間の距離をyと
すると、受光感度は第6図Aの如く、y=Lp程度迄は
増加するが、それ以上は飽和してしまう。一方、接合容
量はy=O近辺を除きほとんど変化しない。
すると、受光感度は第6図Aの如く、y=Lp程度迄は
増加するが、それ以上は飽和してしまう。一方、接合容
量はy=O近辺を除きほとんど変化しない。
しかしながら、チツプ上の受光部の占有面積は第6図C
に示すようにyに直線的に比例して増大してしまう。
に示すようにyに直線的に比例して増大してしまう。
従つて、離隔する距離yは、一般に少数キヤリア拡散長
Lp以下に最適値がある。
Lp以下に最適値がある。
なお、上述実施例ではホトダイオードを例にとつて説明
したが、第3図に示すように第2図の構成にN型拡散層
8を付加形成すればNPNホトトランジスタが構成され
、そのコレクタ・ベース間の接合容量の減少が可能にな
り、上述ホトダイオードの場合と同様に応答速度の高速
化が可能となる。
したが、第3図に示すように第2図の構成にN型拡散層
8を付加形成すればNPNホトトランジスタが構成され
、そのコレクタ・ベース間の接合容量の減少が可能にな
り、上述ホトダイオードの場合と同様に応答速度の高速
化が可能となる。
また、第4図に示すように第3図の構成にさらにP型拡
散層9を付加形成すれば、カソード電極10、ゲート電
極11、アノード電極12を設けてホトサイリスタが構
成される。
散層9を付加形成すれば、カソード電極10、ゲート電
極11、アノード電極12を設けてホトサイリスタが構
成される。
この場合にはP型ゲート・N型ゲート間の接合容量Cj
2が小さくなる利点があり、アノード・カソード間電圧
VAOが印加されたときIc=Cj,dVAC//Dt
で表わされる充電電流が小さくなるため誤動作が少なく
なる。すなわち、図示するようにP型ゲートをリング状
または複数の島状に形成することにより !受光感度を
下げずに耐DV/Dt特性を上げることができる。次に
、従来例とこの発明の装置を試作品によつて比較して述
べる。
2が小さくなる利点があり、アノード・カソード間電圧
VAOが印加されたときIc=Cj,dVAC//Dt
で表わされる充電電流が小さくなるため誤動作が少なく
なる。すなわち、図示するようにP型ゲートをリング状
または複数の島状に形成することにより !受光感度を
下げずに耐DV/Dt特性を上げることができる。次に
、従来例とこの発明の装置を試作品によつて比較して述
べる。
試作は、不純物濃度2.5×1014/Cmf)N型シ
リコン基板を使用し、プレーナ技術により不純物として
ボロンを熱拡散し、深さ30μ程度のP型拡散層を形成
した。その後、通常のプレーナダイオードの製作方法で
ホトダイオードを作つた。第7図Aはこの試作による従
来例の平面図、同図Bはこの発明の例の平面図である。
リコン基板を使用し、プレーナ技術により不純物として
ボロンを熱拡散し、深さ30μ程度のP型拡散層を形成
した。その後、通常のプレーナダイオードの製作方法で
ホトダイオードを作つた。第7図Aはこの試作による従
来例の平面図、同図Bはこの発明の例の平面図である。
図中2はP型拡散層、4はA′電極、62は少数キヤリ
アの拡散長(Lp:一V5]7、ここで?=101/S
eclτ2=2×10−5sec)の範囲140μmを
示し、この範囲が有効受光部分になる。また、第7図A
においてa=70μM,.b=180μM.c=55μ
M,.d=1401tmであり、同図Bにおいてe二1
25μMsf=55μMsg二140μM.h=250
μM,.i=140μmである。このような2種のホト
ダイオードは同一基板内に近接して形成した。この2種
類のホトダイオードの特性評価を光電流および接合容量
で行つた。
アの拡散長(Lp:一V5]7、ここで?=101/S
eclτ2=2×10−5sec)の範囲140μmを
示し、この範囲が有効受光部分になる。また、第7図A
においてa=70μM,.b=180μM.c=55μ
M,.d=1401tmであり、同図Bにおいてe二1
25μMsf=55μMsg二140μM.h=250
μM,.i=140μmである。このような2種のホト
ダイオードは同一基板内に近接して形成した。この2種
類のホトダイオードの特性評価を光電流および接合容量
で行つた。
接合容量はキヤパシタンスブリツジにより、また光電5
流・は3″φ″3のシリコン基板上に第7図A,Bのホ
トダイオードを形成したまま、ウエーハプローパのステ
ージ上にのせ、光源として落射型実体顕微鏡の・・ロゲ
ン電球照射光を用いて測定した。落射型実体顕微鏡の照
射光を用い顕微鏡の焦点を利用することにより、第7図
A,Bそれぞれのホトダイオードに照射される光強度は
全く同一となる。以上の特性評価の結果および各々のホ
トダイオードの拡散層面積、c=v??H九AYで得ら
れる接合容量理論値、A′電極部を除いた有効受光部分
の面積を下記表に示す。
流・は3″φ″3のシリコン基板上に第7図A,Bのホ
トダイオードを形成したまま、ウエーハプローパのステ
ージ上にのせ、光源として落射型実体顕微鏡の・・ロゲ
ン電球照射光を用いて測定した。落射型実体顕微鏡の照
射光を用い顕微鏡の焦点を利用することにより、第7図
A,Bそれぞれのホトダイオードに照射される光強度は
全く同一となる。以上の特性評価の結果および各々のホ
トダイオードの拡散層面積、c=v??H九AYで得ら
れる接合容量理論値、A′電極部を除いた有効受光部分
の面積を下記表に示す。
また、光電流の分布データ(測定数10)を第8図に示
す。第8図においてはAに従来例、Bにこの発明を示す
。上記表および第8図より明らかなように、この発明に
よるホトダイオードでは拡散層の面債がやや小さくなつ
たにもかかわらず、光電流(受光感度)は平均で1.2
3倍となり、23%の増加が確認された。また、接合容
量の実測値は両方とも測定系容量を除いて1pF程度で
あるが、容量が極めて小さく、更に測定系容量が1.1
pF程度あるため、精度に欠けると考える。そこで、拡
散層面積と接合容量は比例するのは明らかであるから、
従来例と全く同一の拡散層面積でこの発明によるホトダ
イオードを製造すると、1.23÷0.94=1.31
より、接合容量を増加させることなく受光感度を31%
増大できることになる。これらのデータは、この発明の
実施例で述べた効果を数値的に裏付けたことを示してい
る。また、上記この発明の装置の試作の各部の数値(寸
法など)により、実施例で述べた装置が数値的にも明瞭
になつたものと考える。以上述べたようにこの発明によ
れば、基板半導体とは反対の導電性を有する半導体層を
リング状または複数の島状に形成することにより、接合
容量を増加させることなく受光感度を増大できる。
す。第8図においてはAに従来例、Bにこの発明を示す
。上記表および第8図より明らかなように、この発明に
よるホトダイオードでは拡散層の面債がやや小さくなつ
たにもかかわらず、光電流(受光感度)は平均で1.2
3倍となり、23%の増加が確認された。また、接合容
量の実測値は両方とも測定系容量を除いて1pF程度で
あるが、容量が極めて小さく、更に測定系容量が1.1
pF程度あるため、精度に欠けると考える。そこで、拡
散層面積と接合容量は比例するのは明らかであるから、
従来例と全く同一の拡散層面積でこの発明によるホトダ
イオードを製造すると、1.23÷0.94=1.31
より、接合容量を増加させることなく受光感度を31%
増大できることになる。これらのデータは、この発明の
実施例で述べた効果を数値的に裏付けたことを示してい
る。また、上記この発明の装置の試作の各部の数値(寸
法など)により、実施例で述べた装置が数値的にも明瞭
になつたものと考える。以上述べたようにこの発明によ
れば、基板半導体とは反対の導電性を有する半導体層を
リング状または複数の島状に形成することにより、接合
容量を増加させることなく受光感度を増大できる。
従つて、例えばホトダイオード、ホトトランジスタに適
用して応答速度を高速化でき、ホトサイリスタ等に適用
して耐DV/Dt特性を向上することができる等の効果
がある。
用して応答速度を高速化でき、ホトサイリスタ等に適用
して耐DV/Dt特性を向上することができる等の効果
がある。
第1図は従来の受光半導体装置を示す断面構成説明図、
第2図はこの発明による受光半導体装置の一実施例を示
す断面構成説明図、第3図および第4図はそれぞれ他の
実施例を示す断面構成説明図、第5図は従来装置とこの
発明の一実施例の装置とを比較して示す平面図、第6図
はこの発明の一実施例において離間距離と受光感度、接
合容量、占有面積との関係を示す図、第7図は従来例と
この発明の装置の試作品を示す平面図、第8図は第7図
の試作品における光電流の分布データを示す図である。 1・・・・・・N型基板、2・・・・・・P型拡散層、
3・・・・・・酸化膜、4・・・・・・A′電極、5・
・・・・・ヘツダ。
第2図はこの発明による受光半導体装置の一実施例を示
す断面構成説明図、第3図および第4図はそれぞれ他の
実施例を示す断面構成説明図、第5図は従来装置とこの
発明の一実施例の装置とを比較して示す平面図、第6図
はこの発明の一実施例において離間距離と受光感度、接
合容量、占有面積との関係を示す図、第7図は従来例と
この発明の装置の試作品を示す平面図、第8図は第7図
の試作品における光電流の分布データを示す図である。 1・・・・・・N型基板、2・・・・・・P型拡散層、
3・・・・・・酸化膜、4・・・・・・A′電極、5・
・・・・・ヘツダ。
Claims (1)
- 1 第1導電型の半導体基板と、該半導体基板主表面に
形成された第2導電型のリング状または複数の島状の半
導体層と、該半導体層および前記半導体基板にオーミッ
ク接続された電極とを備えた半導体装置において、前記
半導体層の相互距離を、前記半導体基板の不純物濃度で
決定される少数キャリアが拡散する距離の範囲で離間し
て定め、該半導体層の電極は相互に接続されたことを特
徴とする受光半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56113769A JPS5912034B2 (ja) | 1981-07-22 | 1981-07-22 | 受光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56113769A JPS5912034B2 (ja) | 1981-07-22 | 1981-07-22 | 受光半導体装置 |
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Family
ID=14620664
Family Applications (1)
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JP56113769A Expired JPS5912034B2 (ja) | 1981-07-22 | 1981-07-22 | 受光半導体装置 |
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JP (1) | JPS5912034B2 (ja) |
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-
1981
- 1981-07-22 JP JP56113769A patent/JPS5912034B2/ja not_active Expired
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Also Published As
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JPS5792877A (en) | 1982-06-09 |
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