JPS5914180B2 - 光検出器セル - Google Patents
光検出器セルInfo
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- JPS5914180B2 JPS5914180B2 JP53143467A JP14346778A JPS5914180B2 JP S5914180 B2 JPS5914180 B2 JP S5914180B2 JP 53143467 A JP53143467 A JP 53143467A JP 14346778 A JP14346778 A JP 14346778A JP S5914180 B2 JPS5914180 B2 JP S5914180B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
-
- 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
-
- 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
- H01L31/08—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
- 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
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
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- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光検出器セルに関し、更に具体的にいうと、或
る導電形の物質によつて実質的に囲まれた反対導電形の
領域内に感光部を含ませるようにした光検出器セルに関
する。
る導電形の物質によつて実質的に囲まれた反対導電形の
領域内に感光部を含ませるようにした光検出器セルに関
する。
半導体基体に形成した光検出器セルは従来公知であるが
、従来の光検出器セルは、米国特許第３５２９２１７号
、同３８１２５１８号及び同第３８３６７３９号に示さ
れるように、そして後述するように、深く埋込んだ厚い
サブコレクタの上に、シールドされた非常に厚いエピタ
キシャル層を用いるものである。
、従来の光検出器セルは、米国特許第３５２９２１７号
、同３８１２５１８号及び同第３８３６７３９号に示さ
れるように、そして後述するように、深く埋込んだ厚い
サブコレクタの上に、シールドされた非常に厚いエピタ
キシャル層を用いるものである。
本発明によれば、浅い感光性整流接合即ちＰＮ接合を含
む非常に薄いエピタキシャル層を薄いサ５ ブコレクタ
の上に設けることによつて光吸収効率を大巾に改善でき
ることが判明した。
む非常に薄いエピタキシャル層を薄いサ５ ブコレクタ
の上に設けることによつて光吸収効率を大巾に改善でき
ることが判明した。
埋込まれたエピタキシャル領域及びその下側の薄いサブ
コレクタを単一の連続するＰＮ接合で取囲むように形成
すると、従来よりも著しく応答時間の速い高効１０率感
光装置を得ることができる。また、本発明によれば、同
じ半導体基板に複数個のセルを設けてセル相互間の漏話
結合を防止する必要があるときだけシールドを用いれば
よく、従来のように１個のセルの場合でもシールドを用
１５いる必要がないため、セル構造を簡単化することが
できる。
コレクタを単一の連続するＰＮ接合で取囲むように形成
すると、従来よりも著しく応答時間の速い高効１０率感
光装置を得ることができる。また、本発明によれば、同
じ半導体基板に複数個のセルを設けてセル相互間の漏話
結合を防止する必要があるときだけシールドを用いれば
よく、従来のように１個のセルの場合でもシールドを用
１５いる必要がないため、セル構造を簡単化することが
できる。
更に、本発明によれば、発生されるすべてのキャリアが
電流に寄与するような独特の縦方向構造として構成する
ことにより非常に動作速度の速いフ０ 高効率光検出器
セルをつくることができる。
電流に寄与するような独特の縦方向構造として構成する
ことにより非常に動作速度の速いフ０ 高効率光検出器
セルをつくることができる。
従つて、本発明の目的は動作速度が速く、高効率であり
、しかも構造簡単な光検出器セルを提供することである
。本発明の光検出器セルは第１導電形の半導体基ク５
体を含み、この半導体基体の上に第２導電形の薄いエピ
タキシャル領域を有する。
、しかも構造簡単な光検出器セルを提供することである
。本発明の光検出器セルは第１導電形の半導体基ク５
体を含み、この半導体基体の上に第２導電形の薄いエピ
タキシャル領域を有する。
このエピタキシャル領域には第１導電形の薄い表面半導
体領域が形成される。エピタキシャル領域及び表面半導
体領域は感光性整流接合即ちＰＮ接合を形成するが、３
０表面半導体領域は基体と合体して即ち基体とつながる
ように設けられる。従つて、感光性ＰＮ接合はエピタキ
シャル領域を基体から分離するＰＮ接合と合体し、エピ
タキシャル領域は単一の連続するＰＮ接合によつて実質
的に取囲まれる。３５次に図面を参照して具体的に実施
例の説明を行う。
体領域が形成される。エピタキシャル領域及び表面半導
体領域は感光性整流接合即ちＰＮ接合を形成するが、３
０表面半導体領域は基体と合体して即ち基体とつながる
ように設けられる。従つて、感光性ＰＮ接合はエピタキ
シャル領域を基体から分離するＰＮ接合と合体し、エピ
タキシャル領域は単一の連続するＰＮ接合によつて実質
的に取囲まれる。３５次に図面を参照して具体的に実施
例の説明を行う。
第１図は従来の典型的な半導体光検出装置の断面図であ
る。この装置は約３Ω儂の抵抗率のＰ形基板１０を含み
、その上にＮ形シリコンのエピタキシヤル層１１が設け
られる。
る。この装置は約３Ω儂の抵抗率のＰ形基板１０を含み
、その上にＮ形シリコンのエピタキシヤル層１１が設け
られる。
このエピタキシヤル層１１はリング状のＰ形分離チヤネ
ル１４によつて他のエピタキシヤル層領域から分離され
た島領域１１ａを有する。分離チヤネル１４は装置の表
面からエピタキシヤル層を通つて延び、基板１０と合体
している。表面に隣接した所には３μの深さにＰ形の表
面拡散領域１５が設けられ、この領域１５は島領域１１
ａによつて囲まれ、島領域１１ａ（５ＰＮ接合を形成す
る。領域１５の下側には、エピタキシヤル島領域１１ａ
と境界面１８で接する埋込みＮ＋サブコレクタ層１７が
設けられる。サブコレクタ１７と基板１０は第２のＰＮ
接合１９を形成する。このＰＮ接合１９はＰ形分離チヤ
ネル１４とエピタキシヤル層１１ａの間のＰＮ接合とつ
ながつている。このように従来の感光性装置は２つの別
々な、不連続的なＰＮ接合１６及び１９を有する。可視
光放射は通常４０００λ−８０００人の範囲にある。
ル１４によつて他のエピタキシヤル層領域から分離され
た島領域１１ａを有する。分離チヤネル１４は装置の表
面からエピタキシヤル層を通つて延び、基板１０と合体
している。表面に隣接した所には３μの深さにＰ形の表
面拡散領域１５が設けられ、この領域１５は島領域１１
ａによつて囲まれ、島領域１１ａ（５ＰＮ接合を形成す
る。領域１５の下側には、エピタキシヤル島領域１１ａ
と境界面１８で接する埋込みＮ＋サブコレクタ層１７が
設けられる。サブコレクタ１７と基板１０は第２のＰＮ
接合１９を形成する。このＰＮ接合１９はＰ形分離チヤ
ネル１４とエピタキシヤル層１１ａの間のＰＮ接合とつ
ながつている。このように従来の感光性装置は２つの別
々な、不連続的なＰＮ接合１６及び１９を有する。可視
光放射は通常４０００λ−８０００人の範囲にある。
最大透過度及び最大波長（８０００人）を持つ放射の吸
収長は約１０μである。従来技術は後述するように、境
界面１８の近くに寮在する上向きのドリフト電界の下側
では電荷キヤリアが発生されないようにしようとしてい
たため、境界面１８は装置の表面下１０μに定められて
いた。
収長は約１０μである。従来技術は後述するように、境
界面１８の近くに寮在する上向きのドリフト電界の下側
では電荷キヤリアが発生されないようにしようとしてい
たため、境界面１８は装置の表面下１０μに定められて
いた。
ＰＮ接合１６と境界面１８の間の間隔は７μに設定され
ていた。また、半導体基板で発生する少数キヤリアがＰ
Ｎ接合１９へ浸透しないようにするため、サブコレクタ
１７はサブコレクタにおける光吸収により発生される少
数キヤリア（この場合は正孔）の拡散距離の２倍よりも
長い１０μだけ基板内へ延びるように定められていた。
装置の表面には酸化物層１３が設けられ、また島領域１
１ａ及び拡散領域１５に対して接点を形成するため貫通
孔が設けられる。導体層２０は島領域１１ａに対する端
子接続を与え、導体層２１は拡散領域１５に対する端子
接続を与える。
ていた。また、半導体基板で発生する少数キヤリアがＰ
Ｎ接合１９へ浸透しないようにするため、サブコレクタ
１７はサブコレクタにおける光吸収により発生される少
数キヤリア（この場合は正孔）の拡散距離の２倍よりも
長い１０μだけ基板内へ延びるように定められていた。
装置の表面には酸化物層１３が設けられ、また島領域１
１ａ及び拡散領域１５に対して接点を形成するため貫通
孔が設けられる。導体層２０は島領域１１ａに対する端
子接続を与え、導体層２１は拡散領域１５に対する端子
接続を与える。
装置の表面まで届いているＰＮ接合１６，１９の端部に
入射する光による望ましくない光電流を避けるため、導
体層２０，２１は不透明にされ且つＰＮ接合１６，１９
が装置の表面と交わる部分を十分に覆うように形成され
る。装置が端子２０，２１の間で例えば８Ｖにバイアス
されると、ＰＮ接合１５の付近には、破線２５で示され
るように、Ｎ形島領域１１ａへ約１μだけ延びる空乏領
域がつくられる。勿論空乏領域はバイアスされた接合１
６の両側に延びるが、印加電圧及び領域１５のドーピン
グ濃度の関係で、空乏領域は領域１５に少ししか延びず
、簡明化のため第１図では図示してない。基板がエピタ
キシヤル島領域１１ａ及びサブコレクタ１７に関してバ
イアスされたときはＰＮ接合１９の付近に同様の空乏領
域ができる。このときの空乏領域は破線２６のようにつ
くられる。ここでも島領域１１ａ及びサブコレクタ１７
に延びる空乏領域は示してない。基板は軽くドープされ
ているため空乏領域の境界２６は基板１０に深く延びる
。第２図は装置の表面からの深さとドーピング濃度の関
係を示している。
入射する光による望ましくない光電流を避けるため、導
体層２０，２１は不透明にされ且つＰＮ接合１６，１９
が装置の表面と交わる部分を十分に覆うように形成され
る。装置が端子２０，２１の間で例えば８Ｖにバイアス
されると、ＰＮ接合１５の付近には、破線２５で示され
るように、Ｎ形島領域１１ａへ約１μだけ延びる空乏領
域がつくられる。勿論空乏領域はバイアスされた接合１
６の両側に延びるが、印加電圧及び領域１５のドーピン
グ濃度の関係で、空乏領域は領域１５に少ししか延びず
、簡明化のため第１図では図示してない。基板がエピタ
キシヤル島領域１１ａ及びサブコレクタ１７に関してバ
イアスされたときはＰＮ接合１９の付近に同様の空乏領
域ができる。このときの空乏領域は破線２６のようにつ
くられる。ここでも島領域１１ａ及びサブコレクタ１７
に延びる空乏領域は示してない。基板は軽くドープされ
ているため空乏領域の境界２６は基板１０に深く延びる
。第２図は装置の表面からの深さとドーピング濃度の関
係を示している。
第２図では、簡明化のため、表面からの深さは必ずしも
比例的にプロツトされていない。第２図で注目すべきこ
とはサブコレクタ１７に存在するドリフト電界（矢印２
７及び２８）である。これらのドリフト電界はサブコレ
クタ１７の濃度とこれに隣接するエピタキシャル島領域
１１ａ及び基板１０の濃度との関係によつて生じる。こ
れらのドリフト電界は矢印２７，２８によつて示される
ように、サブコレクタ１７の最大濃度点（線２９）から
両方向に延びる。従来はサブコレクタを基板１０の中に
深く設定して上向きのドリフト電界２８によつて、ＰＮ
接合１６と境界面１８の間につくられる少数電荷キヤリ
アをＰＮ接合１６の方へ駆動し、これによつてＰＮ接合
１９を通る電流を減じていた。従来の場合この電流は失
われ、寄生漏洩電流として考えられていた。サブコレク
タ１７の最大濃度点２９より低い位置で発生する少数キ
ヤリアは下向きのドリフト電界２７によつてＰＮ接合１
９を通つて駆動される。これらのキヤリアは基板１０に
吸収され、装置によつて発生される電流に寄与しないこ
とになる。従来はサブコレクタを基板の中に深く設けて
ＰＮ接合１９を深くし、これによつて、放射がほとんど
又は全然ＰＮ接合１９まで浸透しないようにまた少数キ
ヤリアがほとんどＰＮ接合１９まで拡散しないようにし
ていた。
比例的にプロツトされていない。第２図で注目すべきこ
とはサブコレクタ１７に存在するドリフト電界（矢印２
７及び２８）である。これらのドリフト電界はサブコレ
クタ１７の濃度とこれに隣接するエピタキシャル島領域
１１ａ及び基板１０の濃度との関係によつて生じる。こ
れらのドリフト電界は矢印２７，２８によつて示される
ように、サブコレクタ１７の最大濃度点（線２９）から
両方向に延びる。従来はサブコレクタを基板１０の中に
深く設定して上向きのドリフト電界２８によつて、ＰＮ
接合１６と境界面１８の間につくられる少数電荷キヤリ
アをＰＮ接合１６の方へ駆動し、これによつてＰＮ接合
１９を通る電流を減じていた。従来の場合この電流は失
われ、寄生漏洩電流として考えられていた。サブコレク
タ１７の最大濃度点２９より低い位置で発生する少数キ
ヤリアは下向きのドリフト電界２７によつてＰＮ接合１
９を通つて駆動される。これらのキヤリアは基板１０に
吸収され、装置によつて発生される電流に寄与しないこ
とになる。従来はサブコレクタを基板の中に深く設けて
ＰＮ接合１９を深くし、これによつて、放射がほとんど
又は全然ＰＮ接合１９まで浸透しないようにまた少数キ
ヤリアがほとんどＰＮ接合１９まで拡散しないようにし
ていた。
単色光ビームの強度は古典的なベールの法則に従つて、
吸収媒体の通過中に減少し、これは基体表面における初
期光束、基体へ浸透する距離、及び基体の吸収係数に依
存する。
吸収媒体の通過中に減少し、これは基体表面における初
期光束、基体へ浸透する距離、及び基体の吸収係数に依
存する。
例えばシリコン感光性ダイオードでは、光子エネルギ即
ち吸収される光の波長がシリコンの禁止帯の巾よりも大
きいときは、各吸収される光子は電子一正孔対を発生し
、かかる半導体ダイオードのＰＮ接合を取囲む空乏領域
では各電子一正孔対は１個の電荷キヤリアを生じ、残り
の領域では電子一正孔対による少数キヤリアのみが外部
電流に寄与する。発生する電子一正孔対の数と電流収集
ＰＮ接合を通る少数キヤリアの数との比によつて装置の
量子収率が表わされる。電流出力と入射光束入力との比
である装置の感応度は入射光の波長に対して直線的な依
存関係にあり、サブコレクタの深さに対して指数的な依
存関係にある。従つてサブコレクタの深さはこのような
感光性装置において光子によつて発生される利用可能な
最大電流に根本的な制限を与える。従つて、基本的には
、次に示す３つの半導体領域を吟昧する必要がある。（
１）Ｐ形の表面拡散領域（２）空乏領域とサブコレクタ
ーエピタキシヤル層境界面との間にある中間領域（３）
サブコレクタ自体。これらの領域の各々を考える必要が
ある。Ｐ形の表面拡散領域１５及びこれと関連する空間
電荷領域即ち空乏領域において発生するすべての電子一
正孔対はこの領域の電界によつて直ちに運ばれてＰＮ接
合１６を通り電流に寄与するから、この部分の領域は簡
単に扱うことができる。しかし空乏領域の境界２５と境
界面１８の間で発生する電子一正孔対は拡散機構によつ
てゆつくりとＰＮ接合１６の方へ移動する。少数キヤリ
ア（正孔）はこの物質中では約４μの拡散距離を有し、
空乏領域の境界２５と境界面１８の間の中間領域は約６
μの巾であるから、少数キヤリアが拡散だけでこの中間
領域を移動する間に再結合が生じる。
ち吸収される光の波長がシリコンの禁止帯の巾よりも大
きいときは、各吸収される光子は電子一正孔対を発生し
、かかる半導体ダイオードのＰＮ接合を取囲む空乏領域
では各電子一正孔対は１個の電荷キヤリアを生じ、残り
の領域では電子一正孔対による少数キヤリアのみが外部
電流に寄与する。発生する電子一正孔対の数と電流収集
ＰＮ接合を通る少数キヤリアの数との比によつて装置の
量子収率が表わされる。電流出力と入射光束入力との比
である装置の感応度は入射光の波長に対して直線的な依
存関係にあり、サブコレクタの深さに対して指数的な依
存関係にある。従つてサブコレクタの深さはこのような
感光性装置において光子によつて発生される利用可能な
最大電流に根本的な制限を与える。従つて、基本的には
、次に示す３つの半導体領域を吟昧する必要がある。（
１）Ｐ形の表面拡散領域（２）空乏領域とサブコレクタ
ーエピタキシヤル層境界面との間にある中間領域（３）
サブコレクタ自体。これらの領域の各々を考える必要が
ある。Ｐ形の表面拡散領域１５及びこれと関連する空間
電荷領域即ち空乏領域において発生するすべての電子一
正孔対はこの領域の電界によつて直ちに運ばれてＰＮ接
合１６を通り電流に寄与するから、この部分の領域は簡
単に扱うことができる。しかし空乏領域の境界２５と境
界面１８の間で発生する電子一正孔対は拡散機構によつ
てゆつくりとＰＮ接合１６の方へ移動する。少数キヤリ
ア（正孔）はこの物質中では約４μの拡散距離を有し、
空乏領域の境界２５と境界面１８の間の中間領域は約６
μの巾であるから、少数キヤリアが拡散だけでこの中間
領域を移動する間に再結合が生じる。
この再結合のため装置の量子収率が低下する。境界面１
８の付近又はそのわずか下の所で発生するキヤリアはド
リフト電界２８の影響を受け、ＰＮ接合１６の方に追い
やられる。このドリフト電界２８の影響のため少数キヤ
リアはＰＮ接合１９の方へ拡散しない。従つてサブコレ
クタの上側領域はそれより上の部分でつくられる少数キ
ヤリアの反射体として働く。最大濃度点２９の下側のサ
ブコレクタ領域で発生するキヤリアはドリフト電界２７
の影響で下降しＰＮ接合１９へ運ばれる。ＰＮ接合１９
を通るキヤリアは収集されないから、電流には寄与せず
、基板１０で失われることになる。以上の理由により、
従来の感光性装置は入射光の波長が長くなるほど量子収
率が低下するという問題があり、例えば従来の場合５０
００人での量子収率はわずか８０％であり、これが６３
００λでは６２％に下がり、８０００人では２９０！）
まで下がり、９０００八ではわずか１４％に落ちる。
８の付近又はそのわずか下の所で発生するキヤリアはド
リフト電界２８の影響を受け、ＰＮ接合１６の方に追い
やられる。このドリフト電界２８の影響のため少数キヤ
リアはＰＮ接合１９の方へ拡散しない。従つてサブコレ
クタの上側領域はそれより上の部分でつくられる少数キ
ヤリアの反射体として働く。最大濃度点２９の下側のサ
ブコレクタ領域で発生するキヤリアはドリフト電界２７
の影響で下降しＰＮ接合１９へ運ばれる。ＰＮ接合１９
を通るキヤリアは収集されないから、電流には寄与せず
、基板１０で失われることになる。以上の理由により、
従来の感光性装置は入射光の波長が長くなるほど量子収
率が低下するという問題があり、例えば従来の場合５０
００人での量子収率はわずか８０％であり、これが６３
００λでは６２％に下がり、８０００人では２９０！）
まで下がり、９０００八ではわずか１４％に落ちる。
このように、先行技術の教示するところは、エピタキシ
ヤル層−サブコレクタの境界面を装置表面から約１０μ
にすべきであること、並びに電荷キヤリアがＰＮ接合１
９付近で発生されるのを防止すると共に少数キヤリアが
ＰＮ接合１９を通つて基板に消えるのを防止するためＰ
Ｎ接合１９を装置表面から２０μにすべきであるという
ことであり、ＰＮ接合１９を通る電流は漏洩電流であつ
て、失われたものと考えられていた。本発明はこの電流
を何ら失うことなく、発生されるすべての電荷を検出電
流に寄与させるものであり、本発明によれば光検出器セ
ルの量子収率が大巾に増大し、１００％に近くなる。
ヤル層−サブコレクタの境界面を装置表面から約１０μ
にすべきであること、並びに電荷キヤリアがＰＮ接合１
９付近で発生されるのを防止すると共に少数キヤリアが
ＰＮ接合１９を通つて基板に消えるのを防止するためＰ
Ｎ接合１９を装置表面から２０μにすべきであるという
ことであり、ＰＮ接合１９を通る電流は漏洩電流であつ
て、失われたものと考えられていた。本発明はこの電流
を何ら失うことなく、発生されるすべての電荷を検出電
流に寄与させるものであり、本発明によれば光検出器セ
ルの量子収率が大巾に増大し、１００％に近くなる。
第３図及び第４図は４０００人−９０００Ａの可視光範
囲においてほぼ１００％の量子収率を有する本発明によ
る光検出器セル３０を示している。
囲においてほぼ１００％の量子収率を有する本発明によ
る光検出器セル３０を示している。
この感光性装置は約５Ω？の抵抗率のＰ形シリコン半導
体基体３１を有し、この半導体基体３１には、普通の集
積回路技術によつてＮ＋サブコレクタ領域３２が拡散さ
れる。拡散工程はサブコレタタ領域が半導体基体にわず
か３μの深さに届くまで行う。次に、知られている技術
によつて約１２００℃の温度で約０．５Ω礪の抵抗率の
Ｎ形エピタキシヤル層３３を基体上に４μ以下の厚さに
成長させる。基体３１の表面にエピタキシヤル層３３が
成長するときサブコレクタ領域３２は成長しているエピ
タキシヤル層３３へ約１．４μ部分的に浸透する。エピ
タキシヤル層３３を所望の厚さに成長させた後、イオン
注入、拡散等の知られている技術を用いてリング状のＰ
＋分離チヤネル即ち分離リング３４を形成する。分離チ
ヤネル３４は、エピタキシヤル層３３の厚さを越えて延
びてＰ形基体３１と合体し、サブコレクタ領域３２を完
全に取囲んでこれを分離し、またエピタキシヤル層３３
の中心ポケツト領域３３ａを分離し限定するように形成
される。このエピタキシヤル・ポゲット領域３３ａはサ
ブコレクタ領域３２の上にある。このＰ＋分離チヤネル
３４の形成に続いて、サブコレクタ領域３２の上のエピ
タキシヤル・ポケツト領域３３ａの全表面を実質的に覆
い且つＰ＋分離チヤネル３４と合体するように拡散又は
他の技術によつて１μよりも薄く、好ましくは約０．５
μの厚さに浅いＰ＋表面層３４ａを形成する。このとき
は、Ｎ形ポケツト３３ａ及びサブコレクタ３２は単一の
連続するＰＮ接合３６によつてほぼ完全に囲まれている
ことがわかる。第３図に示されるようにＰ＋表面層３４
ａはポケツト３３ａの右端の一部領域を装置表面に露出
させるように形成され、このポケツト領域にはポケツト
３３ａに対する接点としてＮ＋領域３５が拡散される。
続いて装置の表面に約８０００人の厚さに二酸化シリコ
ン層３７を付着し、２つの開孔３８，３９を形成する。
開孔３８は分離チヤネル３４の上にあり、開孔３９はＮ
形拡散領域３５の上にある。次にアルミニウム線のよう
な導体線４０，４１を設けて分離チヤネル３４及び拡散
領域３５に対して端子接続を形成する。もし希望するな
らば導体線４０，４１の上に石英被覆４２を設けること
ができる。導体線４０は好ましくは、光が分離チヤネル
３４に入つて隣接装置に漏話を生じるのを防止するため
分離チヤネル３４の全域を覆うように形成される。この
装置は導体線４０，４１の間に例えば８Ｖを印加するこ
とによつてバイアスされる。
体基体３１を有し、この半導体基体３１には、普通の集
積回路技術によつてＮ＋サブコレクタ領域３２が拡散さ
れる。拡散工程はサブコレタタ領域が半導体基体にわず
か３μの深さに届くまで行う。次に、知られている技術
によつて約１２００℃の温度で約０．５Ω礪の抵抗率の
Ｎ形エピタキシヤル層３３を基体上に４μ以下の厚さに
成長させる。基体３１の表面にエピタキシヤル層３３が
成長するときサブコレクタ領域３２は成長しているエピ
タキシヤル層３３へ約１．４μ部分的に浸透する。エピ
タキシヤル層３３を所望の厚さに成長させた後、イオン
注入、拡散等の知られている技術を用いてリング状のＰ
＋分離チヤネル即ち分離リング３４を形成する。分離チ
ヤネル３４は、エピタキシヤル層３３の厚さを越えて延
びてＰ形基体３１と合体し、サブコレクタ領域３２を完
全に取囲んでこれを分離し、またエピタキシヤル層３３
の中心ポケツト領域３３ａを分離し限定するように形成
される。このエピタキシヤル・ポゲット領域３３ａはサ
ブコレクタ領域３２の上にある。このＰ＋分離チヤネル
３４の形成に続いて、サブコレクタ領域３２の上のエピ
タキシヤル・ポケツト領域３３ａの全表面を実質的に覆
い且つＰ＋分離チヤネル３４と合体するように拡散又は
他の技術によつて１μよりも薄く、好ましくは約０．５
μの厚さに浅いＰ＋表面層３４ａを形成する。このとき
は、Ｎ形ポケツト３３ａ及びサブコレクタ３２は単一の
連続するＰＮ接合３６によつてほぼ完全に囲まれている
ことがわかる。第３図に示されるようにＰ＋表面層３４
ａはポケツト３３ａの右端の一部領域を装置表面に露出
させるように形成され、このポケツト領域にはポケツト
３３ａに対する接点としてＮ＋領域３５が拡散される。
続いて装置の表面に約８０００人の厚さに二酸化シリコ
ン層３７を付着し、２つの開孔３８，３９を形成する。
開孔３８は分離チヤネル３４の上にあり、開孔３９はＮ
形拡散領域３５の上にある。次にアルミニウム線のよう
な導体線４０，４１を設けて分離チヤネル３４及び拡散
領域３５に対して端子接続を形成する。もし希望するな
らば導体線４０，４１の上に石英被覆４２を設けること
ができる。導体線４０は好ましくは、光が分離チヤネル
３４に入つて隣接装置に漏話を生じるのを防止するため
分離チヤネル３４の全域を覆うように形成される。この
装置は導体線４０，４１の間に例えば８Ｖを印加するこ
とによつてバイアスされる。
拡散領域３４ａの下部と境界面４４の間の距離は０．５
μと１μの間にあるため、上記のバイアス電圧では領域
３４ａとサブコレクタ３２の間の領域３３ａの全体が完
全に空乏化する。従つて空乏領域の下縁は境界面４４の
線にほぼ沿つており、図示されていない。勿論、ＰＮ接
合３６のこのバイアスによつて空乏領域は基板へかなり
の距離で延びる。上記のバイアスでは、この空乏領域は
基体３１へ約１０μの巾で延び、従つてこの空乏領域の
下線４９は表面から約１８μである。分離チヤネル３４
及び表面拡散領域３４ａの濃度のため、空乏領域はこれ
らの領域には深く延びない。第１図及び第２図に示した
従来の装置とは対照的に、本発明の場合は、サブコレク
ター基板の境界面３６の表面からの深さは１０μよりも
小さく第５図の例では約８μであり、エピタキシヤル層
３３の厚さは４μよりも薄く、拡散領域３４ａは浅いだ
けでなく即ち厚さが１μよりも小さいだけでなくエピタ
キシヤル物質とＰＮ接合を形成し、また分離チヤネル３
４を介して基体３１とつながつており、埋込みＮ形エピ
タキシヤル領域３３ａとサブコレクタ３２を実質的に包
囲する単一の連続するＰＮ接合３６を形成していること
が注目される。
μと１μの間にあるため、上記のバイアス電圧では領域
３４ａとサブコレクタ３２の間の領域３３ａの全体が完
全に空乏化する。従つて空乏領域の下縁は境界面４４の
線にほぼ沿つており、図示されていない。勿論、ＰＮ接
合３６のこのバイアスによつて空乏領域は基板へかなり
の距離で延びる。上記のバイアスでは、この空乏領域は
基体３１へ約１０μの巾で延び、従つてこの空乏領域の
下線４９は表面から約１８μである。分離チヤネル３４
及び表面拡散領域３４ａの濃度のため、空乏領域はこれ
らの領域には深く延びない。第１図及び第２図に示した
従来の装置とは対照的に、本発明の場合は、サブコレク
ター基板の境界面３６の表面からの深さは１０μよりも
小さく第５図の例では約８μであり、エピタキシヤル層
３３の厚さは４μよりも薄く、拡散領域３４ａは浅いだ
けでなく即ち厚さが１μよりも小さいだけでなくエピタ
キシヤル物質とＰＮ接合を形成し、また分離チヤネル３
４を介して基体３１とつながつており、埋込みＮ形エピ
タキシヤル領域３３ａとサブコレクタ３２を実質的に包
囲する単一の連続するＰＮ接合３６を形成していること
が注目される。
既述したように、４０００λ−９０００λの範囲の電磁
放射が分離チヤネル３４によつて取囲まれた領域に当た
ると電磁放射は半導体に吸収され電子一正孔対が発生さ
れる。
放射が分離チヤネル３４によつて取囲まれた領域に当た
ると電磁放射は半導体に吸収され電子一正孔対が発生さ
れる。
これらの電子一正孔対が領域３４ａ又は完全に空乏化さ
れる領域３３ａで発生される場合、少数キヤリアは領域
３４ａ及び３３ａの間のＰＮ接合を通つて直ちに一掃さ
れる。サブコレクタ３２の上部で発生される電子一正孔
対は第５図の矢印５０によつて示されるドリフト電界の
影響を受け、電子一正孔対の少数キヤリアは領域３４ａ
及び３３ａの間のＰＮ接合に向けて上方に１駆動される
。第５図も、簡明化のため、必ずしも表面からの深さを
比例的にプロツトしていない。サブコレクタの下半分で
発生される電子一正孔対はドリフト電界５１の影響を受
け、少数キヤリアはサブコレクタ３２と基板３１の間の
ＰＮ接合に向つて運ばれる。
れる領域３３ａで発生される場合、少数キヤリアは領域
３４ａ及び３３ａの間のＰＮ接合を通つて直ちに一掃さ
れる。サブコレクタ３２の上部で発生される電子一正孔
対は第５図の矢印５０によつて示されるドリフト電界の
影響を受け、電子一正孔対の少数キヤリアは領域３４ａ
及び３３ａの間のＰＮ接合に向けて上方に１駆動される
。第５図も、簡明化のため、必ずしも表面からの深さを
比例的にプロツトしていない。サブコレクタの下半分で
発生される電子一正孔対はドリフト電界５１の影響を受
け、少数キヤリアはサブコレクタ３２と基板３１の間の
ＰＮ接合に向つて運ばれる。
サブコレクタ３２の下側の空乏領域で生じる電子一正孔
対もＰＮ接合３６のこの部分に向けて運ばれる。サブコ
レクタ３２と基板３１の間のＰＮ接合３６の部分は表面
かられずか８μであり、下側空乏領域は装置の表面下１
８μに延び、４０００八一９０００λの光はすべて１５
μ以内で吸収されるから、本発明の装置で発生されるす
べての少数キヤリアは直ちにドリフト電界又は空乏領域
の影響下に入り、従つてすみやかに収集ＰＮ接合３６を
通つて運ばれるため、応答時間が非常に速くなる。
対もＰＮ接合３６のこの部分に向けて運ばれる。サブコ
レクタ３２と基板３１の間のＰＮ接合３６の部分は表面
かられずか８μであり、下側空乏領域は装置の表面下１
８μに延び、４０００八一９０００λの光はすべて１５
μ以内で吸収されるから、本発明の装置で発生されるす
べての少数キヤリアは直ちにドリフト電界又は空乏領域
の影響下に入り、従つてすみやかに収集ＰＮ接合３６を
通つて運ばれるため、応答時間が非常に速くなる。
また、少数キヤリアが拡散機構によつて移動するような
領域がないため、事実上再結合が生じず、ほぼ１００％
の量子収率を実現することができる。更に、装置は単一
のＰＮ接合３６しか持たないようにつくられるため、発
生するすべての少数キヤリアはこの単一のＰＮ接合３６
を通つて運ばれ集められる。
領域がないため、事実上再結合が生じず、ほぼ１００％
の量子収率を実現することができる。更に、装置は単一
のＰＮ接合３６しか持たないようにつくられるため、発
生するすべての少数キヤリアはこの単一のＰＮ接合３６
を通つて運ばれ集められる。
第６図は単一の基板６０に３つの装置６１，６２，６３
を形成した場合を例示している。
を形成した場合を例示している。
夫々の埋込みエピタキシヤル領域には３つの別々な端子
接続６４，６５，６６が形成され、分離チヤネル上には
単一の曲がりくねつた導体線６７が形成されている。こ
の分離チヤネルは破線６８で示されるように梯子状をし
ている。分離チヤネルによつて分離された個々の領域内
の装置は第３図及び第４図で説明した装置と同じもので
ある。線６７は分離チヤネルに対する電気接点として働
くだけでなく、隣接する装置間の漏話を防止するように
隣接装置間のチヤネルを覆う手段としても働く。
接続６４，６５，６６が形成され、分離チヤネル上には
単一の曲がりくねつた導体線６７が形成されている。こ
の分離チヤネルは破線６８で示されるように梯子状をし
ている。分離チヤネルによつて分離された個々の領域内
の装置は第３図及び第４図で説明した装置と同じもので
ある。線６７は分離チヤネルに対する電気接点として働
くだけでなく、隣接する装置間の漏話を防止するように
隣接装置間のチヤネルを覆う手段としても働く。
第１図は従来の光検出器セルを示す断面図、第２図は第
１図の光検出器セルの特性を示す図、第３図は本発明の
光検出器セルの平面図、第４図は第３図の線３−３に沿
つて得られる断面図、第５図は本発明の光検出器セルの
特性を示す図、第６図は単一の基板に複数個の光検出器
セルを形成した例を示す図である。 ３１・・・・・・半導体基体、３３・・・・・・エピタ
キシヤル層、３３ａ・・・・・・エピタキシヤル・ポケ
ツト領域、３４・・・・・・分離チヤネル、３４ａ・・
・・・・表面半導体層、３６・・・・・・ＰＮ接合、４
０，４１・・・・・・導体線。
１図の光検出器セルの特性を示す図、第３図は本発明の
光検出器セルの平面図、第４図は第３図の線３−３に沿
つて得られる断面図、第５図は本発明の光検出器セルの
特性を示す図、第６図は単一の基板に複数個の光検出器
セルを形成した例を示す図である。 ３１・・・・・・半導体基体、３３・・・・・・エピタ
キシヤル層、３３ａ・・・・・・エピタキシヤル・ポケ
ツト領域、３４・・・・・・分離チヤネル、３４ａ・・
・・・・表面半導体層、３６・・・・・・ＰＮ接合、４
０，４１・・・・・・導体線。
Claims (1)
- １ 第１導電形の半導体基体と、該半導体基体上に設け
られた第２導電形の半導体層と、該半導体層上に設けら
れ且つ上記半導体基体とつながつている上記第１導電形
の表面半導体層とよりなり、上記第２導電形の半導体層
と上記半導体基体及び上記表面半導体層との間に単一の
連続する整流接合が形成されていることを特徴とする光
検出器セル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/866,128 US4157560A (en) | 1977-12-30 | 1977-12-30 | Photo detector cell |
| US000000866128 | 1977-12-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5495283A JPS5495283A (en) | 1979-07-27 |
| JPS5914180B2 true JPS5914180B2 (ja) | 1984-04-03 |
Family
ID=25346971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53143467A Expired JPS5914180B2 (ja) | 1977-12-30 | 1978-11-22 | 光検出器セル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4157560A (ja) |
| EP (1) | EP0002752B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5914180B2 (ja) |
| DE (1) | DE2861103D1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3744992C2 (de) * | 1986-08-28 | 1994-04-14 | Nissan Motor | Lichtempfindlicher Positionssensor |
| DE59008698D1 (de) * | 1989-09-07 | 1995-04-20 | Siemens Ag | Optokoppler. |
| US6117643A (en) * | 1997-11-25 | 2000-09-12 | Ut Battelle, Llc | Bioluminescent bioreporter integrated circuit |
| US6590242B1 (en) * | 1999-02-25 | 2003-07-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Light-receiving element and photoelectric conversion device |
| EP1662579A1 (en) * | 2004-11-25 | 2006-05-31 | STMicroelectronics (Research & Development) Limited | Photodiode detector |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL6709192A (ja) * | 1967-07-01 | 1969-01-03 | ||
| DE2113093A1 (de) * | 1970-03-18 | 1971-10-07 | Texas Instruments Inc | Phototransistor mit vollstaendig eingebetteter Basis |
| GB1423779A (en) * | 1972-02-14 | 1976-02-04 | Hewlett Packard Co | Photon isolators |
| US3812518A (en) * | 1973-01-02 | 1974-05-21 | Gen Electric | Photodiode with patterned structure |
| JPS5616553B2 (ja) * | 1973-11-19 | 1981-04-16 | ||
| US3994012A (en) * | 1975-05-07 | 1976-11-23 | The Regents Of The University Of Minnesota | Photovoltaic semi-conductor devices |
-
1977
- 1977-12-30 US US05/866,128 patent/US4157560A/en not_active Expired - Lifetime
-
1978
- 1978-11-22 JP JP53143467A patent/JPS5914180B2/ja not_active Expired
- 1978-12-16 DE DE7878101718T patent/DE2861103D1/de not_active Expired
- 1978-12-16 EP EP78101718A patent/EP0002752B1/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0002752A2 (de) | 1979-07-11 |
| EP0002752B1 (de) | 1981-09-16 |
| DE2861103D1 (en) | 1981-12-03 |
| US4157560A (en) | 1979-06-05 |
| EP0002752A3 (en) | 1979-07-25 |
| JPS5495283A (en) | 1979-07-27 |
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