JPS6042897B2 - 光検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光検出器に関する。

物体等の位置センサや光検出形ビデオディスク用光検出
器にホトディテクタが用いられている。

このホトディテクタの素子間の間隔は１００μｍ程度の
分離帯になつている。この分離帯間隔は、キャリア拡散
速度と電界によるドリフト速度との比率で決まるキャリ
ア拡散距離以下に隣接素子を接近させるとクロストーク
が大きくなり、数１０μｍ以下には出来なかつた。しカ
ルながら装置の光学系を小形化したり、低コスト化した
りするためには光検出器を小形化する必要があり、その
際分離帯の幅が大きいとクロストークのため位置検出感
度を悪くする原因となる。したがつて光検出器上に入射
する光スポットに比べ分離帯を出来るだけ狭くし、かつ
良い分離特性を得たいという要望が強い。即ち従来の光
検出器は第１図に示すように構成されている。

Ｓｂドープなどのｎ＊彩Ｓｉ基板１上に高抵抗のｎ−層
２を数μｍ〜数１０μｍエピタキシャル技術により成長
させたコピウエーハを使用する。受光面はＢ（ホウ素）
拡散等により複数個隔離してＰ＊層３を形成し、Ａｌ）
Ａｕ等で電極４付Ｉけをした後、ＳｉＯ５等でＡＲコー
ト （無反射コート）を行なう。第１図は２素子から成
るアレイの断面を示したが、図に示すように通常は逆バ
イアスされ、Ｐ形電極極４とバイアス電源の間には負荷
抵抗Ｒ、、Ｒ２が接続されている。ｎ−層２はドア門一
濃度が低いため、空乏層はｎ−層２全体に広がり、Ｐ＊
層３やｎ＊層１には不純物濃度が１ぴ０ｃｍ一３程度と
高いためほとんど広がらない。そのため、Ｐｎ接合によ
るビルトインポテンシヤ少（ＢｕｉＩｄｉｎｐＯｔｅｎ
ｔｉａｌ）とバイアスによる電界はｎ−層２に集中する
。入射光のエネルギーは電子一正孔対（キャリア対）を
発生し、自身は吸収されるが、主として空乏層で吸収さ
れるようＰ＋層３を薄く、ｎ一層２を適当な厚さに選べ
ば発生したキャリア対は電界のため分離・加速され、外
部回路への電流に寄与することになる。もちろんＰ＋層
３やｎ＋層１で発生したキャリアの拡散による空乏層へ
の流入による電流への寄与も有り得る。２つの素子の境
界付近に発生したキャリア対のうちホールは電界により
Ｐ＋電極３へ引かれるが、濃度勾配による拡散のため隣
接素子の方へも一部流入し、クロストークを発生する。

このため素子間の間隔は数１０ｐｍ以下にすることは出
来なかつた。本発明は上記点に鑑みなされたもので、ホ
トセンサ間の分離帯を数１０μｍ以下にすることも可能
な光検出器を提供するものである。

即ちホトセンサエレメントを構成する一導電形半導体領
域間に隔離して該領域と反対導電形の高濃度領域を設け
、該領域と前記ホトセンサエレメントを構成する一導電
形領域間に該領域に同一導電形の低濃度領域を設けた光
検出器を得るものである。ホトセンサエレメントはＰ−
ｎ−ーｎ＋（又はｎ−Ｐ−ーＰ＋）構造の光検出器にお
いて効果は顕著である。次に本発明光検出器をＰ−ｎ−
ーｎ＋構造の光検出器に適用した実施例を第２図を参照
して説明する。

一導電形半導体基板例えば高濃度のｎ＋形シリコン基板
２１上に高抵抗で該基板２１と同一電形の低濃度ｎ−シ
リコン層２２を例えば気相エピタキシャル成長により、
厚さ例えば数μｍ〜数１０μｍ形成する。

このｎ−シリコン層２２の内表面に複数個前記ｎ一層２
２と反対導電形のＰ形領域例．えば高濃度Ｐ＋形領域２
３，２４を夫々隔離して設ける。この形成手段はイオン
注入や拡散など何れの手段でもよい。

このようにしてＰ−ｎ−ーｎ＋構造の複数個の素・子（
ホトセンサエレメント）２５，２６を形成する。

このようにして構成して各素子２５，２６間の分離帯構
造に本発明を適用する特徴がある。

即ち、各素子２５，２６間の前記ｎ−シリコン層内表面
にホトセンサエレメントのＰ＋領域２３，２４と隔離し
て、ｎ−シリコン層２２と反対導電形の即ち高濃度例え
ばドナー濃度１０１９〜１（ＰＯｄ−３程度のｎ＋領域
２７を例えば拡散により比較的深く形成する。このｎ＋
領域２７と各ホトセンサエレメントであるＰ＋領域２３
，２４に跨つて、該領域２３，２４と同一導電形で、よ
り低濃度のＰ一領域２ｊ８，２９をを比較的浅く形成す
る。

前記ｎ一層２２上で前記Ｐ＋領域２３，２４間即ち境界
のｎ＋領域２７を被う如く反射層として２酸化シリコン
層（ＳｉＯ２）３０を設け、該層３０上に一酸化シリコ
ン（ＳｉＯ）３１を設けてＰ−ｎーーｎ＋形光検出器を
構成する。

ｎ一層２２に点線で示めす曲線は電界を示している。

このような構成によりＰ＋領域２３，２４間の境界付近
に発生した入射光によるキャリア対は横・方向の電界の
ため正孔は光入射を受けた素子２５又は２６のＰ＋電動
２３又は２４へドリフト作用を受け、隣接素子の方へ拡
散するのをさまたげられる。

境界のｎ＋層２７と基板２１との境界付近の正孔も横方
向電界成分の分離される傾向にある。境界に設けられる
ｎ＋領域２７はさらに深く形成して第３図のように基板
２１の表面まで深く形成してもよい。フィールドの一部
がｎ＋層でサブストレート２と連続していれば素子間の
分離がより完全である。また、境界部には出来る限り入
射光を少なくするために表面の酸化助βＩＯ２−ＳｉＯ
層３０，３１が反射膜となるようにすることが望ましい
。反射膜の構成は次の通りである。ＳｉＯ層３１は無反
射の条件を満す必要があり、３２またはＳｉ，Ｎ４等の
膜厚ｄは、を満す値に対し、無反射の条件が成立する。

しかし実質的には（２）式は必ずしも満足するとは限ら
ない。ＳｌＯやＳｌ３Ｎ４等の層３１はｎ七１．８〜２
．０の値をとり、（２）式の条件に近く、反射防止の効
果が大きく現われる。（１）式は許容幅が大きく、膜厚
に多少の増減があつても有効である。ＳｉＯ２層３０と
ＳｉＯ層３１の積層構造部での反射条件は、（Ｎ：正整
数） を満すよう、予めＡＲコートの下層のＳｉＯ２３Ｏの厚
さｄ１を（ｎ１：ＳｉＯ２屈折率）に選んで付けておけ
ばよい。

ただし、ｎ１とｎとはあまり差がない方が良い。また、
下層の誘電体膜を多層膜で形成すれは反射条件を作り出
すのにより効果的である。また下層のＳｉＯ２層３０の
表面にＡｆ等の金属膜をして反射面を形成してもよいし
、多層膜等のかわりにＡｆ表面が反射機能を持つように
してもよく、要するに分離帯のｎ＋層２７に光の入射す
るのを防ぐようにすれば良い。また、ｎ＋層２７は直接
Ｐ＋層２３，２４と接していると両者とも高濃度のため
数■と著しく耐圧が下つてしまつて実用にならにい。

そのため例えばｎ＋層２７の両側にはイオン注入法等の
方法によりＰ一層２８，２９を形成している。Ｐ一層２
８，２９濃度を１０１６ｃｍ−３程度に選べば耐圧は約
６０Ｖ１ブレークダウンにおける空乏層の厚みが２．５
μｍとなる。したがつてＰ一層２８，２９の幅は５μｍ
程度に選べば良い。

Ｐ一層２８，２９をイオン注入法で形成する場合、たと
えば１５０ＫＶの加速電圧で約４０００Ａの深さにホウ
素を打込める。さらに高圧で加速すれば、より深くする
ことも可能である。この場合、アニールによつて両側拡
散する条件に近づくので最高濃度を抑えられ、耐圧を上
げることが出来る。加速電圧を変えれば望ましい分布を
つくることも可能であり、この方法はＢＳＧによる表面
からの拡散よりも優れている。第３図の如くｎ＋層２７
を深くする手段は、予め埋め込みエピタキシャル成長方
法や第４図の如く境界部のｎ一層２２表面をエッチング
しＶ字状溝４１を形成してから拡散する方法が良い。

また、Ｐ一層２８，２９へのイオン注入または拡散は、
ｎ＋層２７に比べて３〜４桁不純物濃度が薄く、ｎ＋層
２７の不純物拡散に影響を及ぼすことはなく、また、Ｐ
＋層２３，２４に重複していても空乏層はＰ＋層２３，
２４下の境界付近から始まるので感度や接合容量に影響
を及ぼすことも少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光検出器説明図、第２図は本発明光検出
器の実施例を説明するための略図、第３図及び第４図は
第２図の他の実施例説明図である。 ２１，２７・・・・・・ｎ＋層、２２・・・・・・ｎ一
層、２３，２４・・・・ホトセンサエレメント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一導電形半導体基板内表面に該基板と異なる導電形
   領域を夫々隔離して複数個形成することにより複数個の
   ホトセンサエレメントを形成した光検出器において、前
   記各ホトセンサエレメント間の境界に隔離して設けられ
   た前記基板と同一導電形の高濃度領域と、該高濃度領域
   およびホトセンサエレメント間に設けられたホトセンサ
   エレメントと同一導電形の低濃度領域とを具備してなる
   ことを特徴とする光検出器。 ２ 半導体基板は同一導電形で高濃度半導体上に低濃度
   半導体層を積層した構造であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光検出器。 ３ 高濃度領域は半導体基板の高濃度領域と接触した構
   造である特許請求の範囲第２項記載の光検出器。 ４ 境界にはＶ字状溝が形成されたものである特許請求
   の範囲第１項記載の光検出器。 ５ 境界に入射光遮断手段をＳｉＯ＿２とＳｉＯの積層
   構造で設けることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光検出器。 ６ 高濃度領域はＶ字状溝に沿つてＶ字状に形成された
   ものである特許請求の範囲第４項記載の光検出器。