JPS6249677A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえばバイポーラ型半導体集積回路に波長
識別素子と、その信号処理回路とを一体化した光半導体
Ｖｃｒｆ１に関する。

背景技術 従来からの波長識別素子の基本構造は、第６図および第
７図に示されるように、一方のＰＮ接合でホトダイオー
ドＤ１が構成され、他方のＰＮ接合によってホトダイオ
ードＤ２が構成される。矢符Ｗからの光が各Ｐ形および
Ｎ形シリコン層１゜２．３内に入射すると、入射光によ
り発生した少数キャリアがＰＮ接合まで再結合すること
なく移動した場合に光電流となる。シリコンの尤吸収率
は、一般に入射光が長波長であるほど小さく、したがっ
て長波長であるほどシリコン内に入射光が深く浸入する
。したがってホトダイオードＤ１は、短波長側に高い感
度をもち、ホトダイオードＤ２は、長波長側に高い感度
をもつ。その−例を第３図に示す、ここにラインノ１は
ホトダイオードＤ１の感度特性であり、ライン１２はホ
トダイオードＤ２の感度特性である。この波長識別素子
４の分光感度の特性は、各シリコン層１〜３の深さや少
数キャリヤの拡散長などによって決定される。

このように分光感度の異なる２つのホトグイオードＤｉ
、Ｄ２からの各光電流の比を演算することによって、そ
の光の波長（色）を識別することができる。第４図にそ
の一例を示す、そこでこのような波長識別素子４を、そ
の信号処理回路と一体化した光半導体装置がなく、この
ような光半導体装置の実現が所望されている。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、上述の技術的８題を解決し、波長識別
素子と信号処理回路とを一体化した光半導体装置を提供
することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、第１導電形式の半導体基板と、半導体基板に
形成される第２導電形式の第１層と、 Ｐｔ５１層によって囲まれるｍｌ導電形式の第２層と、 ｆｐＪ２層によって囲まれるｔＩＳ２導電形式の第３層
と、 第３Ｎによって囲まれる第１導電形式の第４層とを含み
、 前記第２Ｎ、第３層および第４層にそれぞれ電極を接続
することを特徴とする光半導体装置である。

作　　用 本発明に従えば、第１導電形式の半導体基板と、半導体
基板に形成される第２導電形式の第１層と、第１層によ
って囲まれる第１導電形式の第２層と、第２Ｎによって
囲まれるｆｊＳ２導電形式のＭＳ３層と、１３層によっ
て囲まれる第１導電形式の第４／Ｉとに、それぞれ電極
を接続するようにしたことによって、波長識別素子と信
号処理回路とを有する光半導体装置を得ることができる
。

文施例 第１図は本発明の一実施例の断面図であり、第２図はそ
の等価回路図である。ｒｊＳ１導電形式のＰ形半導体基
板２１上には、本発明に従う波長識別素子２０と、波長
識別素子２０からの信号を処理する信号処理回路（図示
せず）とが一体的に形成される。波長識別素子２０は、
Ｐ形半導体基板２１と、Ｐ形半導体基板２１上に形成さ
れる第２導電形式のＮ＋形埋込みＭ２２およびＮ形エピ
タキシャル層２３．２５と、これら各層２２，２３．２
５　　によって囲まれる第１導電形式のＰ＋形拡故層２
４と、Ｐ１形拡故層２４によって囲まれる第２導電形式
のＮ形エピタキシャル層２５と、Ｎ形エピタキシャル層
２５によって囲まれる第２導電形式のＮ＋形拡散層２６
および第１導電形式のＰ＋形拡散層２７とを含む。Ｐ１
形拡故層２４は、第１Ｐ１形拡散／１２４　ａと、ｆｊ
ＳＩＰ＋形拡散層２４ａに連なる第２Ｐ＋形拡散層２４
ｂとから成る。　Ｎ形エピタキシャル層２３は、Ｐ＋形
分離拡散Ｎ　（アイソレーション）２８によって分離さ
れる。Ｐ′″形分離拡散層２８は、第ＩＰ＋形分離拡散
層２８ｍと、第１Ｐ＋形分離拡散層２８ｍに連なる第２
Ｐ“形分離拡散層２８ｂとから成る。

Ｐ＋形拡故層２７には、ホトダイオードＤｌｌの７ノー
ド電極が接続され、Ｐ“形波散層２４には、ホトダイオ
ードＤ２２の７ノード電極が接続され、またＮ１形拡散
ＷＩ２６には、ホトダイオードＤｉ　１．Ｄ２２の共通
のカソード電極が接続される。このようにＰ“形波散層
２７と、Ｎ＋形拡散層２６を有するＮ形エピタキシャル
層２５とのＰＮ接合によってホトダイオードＤｌｌが構
成され、またＮ形エピタキシャル層２５と、Ｐ＋形拡散
層２４とのＰＮ接合によってホトダイオードＤ２２が構
成される。ホトダイオードＤｌｌは、短波長側に感度を
もち、ホトダイオードＤ２２は、長波長側に感度をもっ
こととなる。このように分光感度の異なる２つのホトダ
イオードＤｌｌ、Ｄ２２を、Ｐ形半導体基板２１の深さ
方向１１図の下方）にこの順序で形成するようにしたこ
とによって、これらホトダイオードＤｉ　１．Ｄ２２の
各光電流の比がら第４図のラインノ３で示されるような
波長に対する固有の出力が得られる。

Ｐ形半導体基板２１およびＰ＋形分離拡散ＷＩ２８を、
ホトダイオードＤ２２に使用しないため、従来のホトダ
イオードＤ２（ｆ５６図参照）に比べ、ホトダイオード
Ｄ２２の７ノード側の電位の自由度が増加するという長
所を有する。

第５図を参照して、本発明に従う波長識別素子２０を形
成するにあたっては、まずＰ形半導体基板２１に、ＭＳ
図（１）で示されるように、Ｎ″″形埋込み層２２を拡
散により形成する。

次いで、第１回目のエピタキシセル成長法によって、第
５図（２）で示されるように、Ｐ形半導体基板２１およ
びＮ″″形埋込み層２２の全表面に亘って、Ｎ形エピタ
キシャル層２３を成長させる。

次いで、第５図（３）で示されるように、Ｎ形エピタキ
シャル層２３内に拡故によって、第１Ｐ”膨拡散層２４
ａと、　Ｎ形エピタキシャル層２３の両端部に第１Ｐ＋
形分離拡散層２８ａとを同時に形成する。

次いで、第２回目のエピタキシャル成長法によって、第
５図（４）で示されるように、Ｎ形エピタキシャルＷＩ
２５を形成する。

次いで、１５図（５）で示されるように、Ｎ形エピタキ
シャル／Ｉ２５内に拡散によって、前記第１Ｐ′″形拡
散層２４ａに連なるホトグイオードＤ２２用の第２Ｐ＋
形拡散層２４ｂと、前記第１Ｐ”形分離拡散層２８ａに
連なる第２Ｐ”形分離拡散層２８ｂとを同時に形成する
。

次いで、ＰＩＳ５図（６）で示されるように、Ｎ形エピ
タキシャル層２５内に拡散によって、ホトダイオードＤ
ｌｌの７ノード用のＰ＋形拡散１２７と、ホトダイオー
ドＤｌｌ、Ｄ２２の共通のカソード用のＮ１形拡散／１
２６とをそれぞれ形成する。

その後、Ｐｌ＆１図で示されるように、Ｐ＋形拡散層２
７と、Ｎ＋形拡散層２６と、第２Ｐ”膨拡散層２４ｂと
に、電極を個別的に接続し、隣接して形成される信号処
理回路に導くことによって、分光感度の異なるホトダイ
オードＤｌｌ、Ｄ２２を有する波長識別素子２０を作成
することができる。

前記実施例では、２個のホトダイオードＤ１１゜Ｄ２２
によって、波長識別素子２０を構成したけれども、Ｐ形
半導体基板２１の深さ方向にさらに複数のホトダイオー
ドを順次的に形成し、識別すべき波長の種類を増加する
ようにしてもよい。

またエピタキシャル成長法と拡散法以外の方法、たとえ
ばイオン注入法などによって、波長識別素子２０を作成
するような構成であってもよい。

本発明に従う光半導体装置は、たとえばカラーマークセ
ンサやＶＴＲのホワイトバランス調整用など、広範囲の
技術分野に亘って実施されることができる。またバイポ
ーラ型半導体集積回路だけではなく、ユニポーラ型半導
体集積回路に関しても実施されることができる。

効　　果 以上のように本発明によれば、第１導電形式の半導体基
板と、半導体基板に形成される第２導電形式のＰｔ５１
屑と、ｆｊＳｌｌ’ｌによって囲まれる第１導電形式の
第２層と、第２Ｎによって囲まれる第２導電形式の第３
層と、第３層によって囲まれる第１導電形式の第４層と
を形成し、第２層、第３層および第４層にそれぞれ電極
を接続するようにしたことによって、波長識別素子と信
号処理回路とを有する光半導体装置を得るとこができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一文施例の断面図、第２図はその等価
回路図、第３図および第４図は波長識別の原理を説明す
るためのグラフ、第５図は本発明に従う波長識別素子２
０の製造工程を説明するための図、第６図および第７図
は先行技術を説明するための図である。 ２０・・・波長識別素子、２１・・・Ｐ形半導体基板、
２２・・・Ｎ＋形埋込み層、２３．２５・・・Ｎ形エピ
タキシャル層、２４．２７・・・Ｐ＋形拡散層、２６・
・・Ｎ４形拡散層 代理人　　弁理士　　回教　圭一部 波長（ｎｍ）　　　第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１導電形式の半導体基板と、 半導体基板に形成される第２導電形式の第１層と、 第１層によって囲まれる第１導電形式の第２層と、 第２層によって囲まれる第２導電形式の第３層と、 第３層によって囲まれる第１導電形式の第４層とを含み
   、 前記第２層、第３層および第４層にそれぞれ電極を接続
   することを特徴とする光半導体装置。