JPS646547B2 - - Google Patents

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JPS646547B2
JPS646547B2 JP55087329A JP8732980A JPS646547B2 JP S646547 B2 JPS646547 B2 JP S646547B2 JP 55087329 A JP55087329 A JP 55087329A JP 8732980 A JP8732980 A JP 8732980A JP S646547 B2 JPS646547 B2 JP S646547B2
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layer
semiconductor region
semiconductor
region
refractive index
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Application number
JP55087329A
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Japanese (ja)
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JPS5712571A (en
Inventor
Takafumi Tsuji
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS646547B2 publication Critical patent/JPS646547B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654Blooming suppression

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は素子間分離を確実に図つた簡易で実用
的な複合アレイ構造の半導体光検出器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor photodetector having a simple and practical composite array structure that ensures isolation between elements.

第1図はpin型フオトダイオードの基本構成を
示す断面模式図で、基板であるn+層1上にi層
としてのn-層2を形成しn-層2上にp+層3をエ
ピタキシヤル成長させたpin構造を有する。上記
p+層3は受光面として機能し、その表面に反射
防止膜4を形成し、またその周囲にAl電極リー
ド5を配設している。前記n-層2上の上記p+
3の周囲にはチヤンネルストツパとしてのp+
6が形成され、その表面にはパツシベーシヨンと
してのSiO2からなる絶縁膜7が形成されている。
また図中8は前記p+層1の裏面に蒸着等によつ
て形成されたTi―Pt―Au電極リードで、これら
の電極リード5,8間に負荷抵抗RLを介して逆
バイアス電圧VBが印加されている。この逆バイ
アスにより前記n-層2が空乏層化され、n+層1
とp+層3との間に高い電界が加えられている。
しかして前記反射防止膜4からp+層3を介して
入射された光n-層2にて吸収されて電子正孔対
を発生させ、これらの電子正孔対が上記電界によ
つて加速されることによつて、前記n+層1およ
p+層3にそれぞれ運ばれる。これによつて誘起
電流が生じ、負荷抵抗RLの両端に前記入射光に
比例した電位差が生じる。
Figure 1 is a schematic cross-sectional diagram showing the basic structure of a pin-type photodiode, in which an n - layer 2 as an i-layer is formed on an n + layer 1, which is a substrate, and a p + layer 3 is epitaxially formed on the n - layer 2. It has a pin structure that has been made to grow. the above
The p + layer 3 functions as a light-receiving surface, has an anti-reflection film 4 formed on its surface, and has an Al electrode lead 5 arranged around it. A p + layer 6 as a channel stopper is formed around the p + layer 3 on the n - layer 2, and an insulating film 7 made of SiO 2 as a passivation is formed on its surface.
8 in the figure is a Ti--Pt--Au electrode lead formed by vapor deposition on the back surface of the p + layer 1, and a reverse bias voltage V is applied between these electrode leads 5 and 8 via a load resistor R L. B is applied. Due to this reverse bias, the n - layer 2 becomes a depletion layer, and the n + layer 1
A high electric field is applied between the p+ layer 3 and the p + layer 3.
The light incident from the anti-reflection film 4 through the p + layer 3 is absorbed by the n - layer 2 to generate electron-hole pairs, and these electron-hole pairs are accelerated by the electric field. By doing so, the n + layer 1 and
p + layer 3 respectively. This generates an induced current, and a potential difference proportional to the incident light is generated across the load resistor R L .

ところで、複合アレイ構造のpin型フオトダイ
オードは第2図に示すようにp+層3を相互に離
間配置することにより素子間分離されている。と
ころがn-層2には前記逆バイアスが略一様に加
わる為に横方向分布の一様な電界が生じている。
これ故空乏層内に発生したキヤリア(正孔と電
子)は前記電界によつて加速されたドリフト電流
を生じることのみならず、横方向への拡散電流も
生じさせる。上記拡散電流は素子間距離を100μm
程度としたシリコンの場合、ドリフト電流に比較
して殆んど無視することができ、クロストークを
−20dB乃至−30dB程度に押えることができる。
即ち、電子および正孔はそれらの移動度をμo
μp、拡散係数をDo,Dpとしたとき、 Do=kT/qμo,Dp=kT/qμp 但し、k:ボルツマン定数 T:絶対温度 q:電子の電荷量 なる関係を有するので、入射光が連続光でその光
吸収が表面からの距離に移存しないと考えられる
範囲では、キヤリアの拡散が両極性となるのでク
ロストークが小さい。然乍ら、p+−n-−n+型の
表面近傍では正孔だけが残存して横方向電界が生
じるのでクロストークが大きくなる虞れがある。
By the way, as shown in FIG. 2, the elements of the pin type photodiode having a composite array structure are isolated by arranging the p + layers 3 at a distance from each other. However, since the reverse bias is applied substantially uniformly to the n - layer 2, an electric field with a uniform lateral distribution is generated.
Therefore, carriers (holes and electrons) generated in the depletion layer not only cause a drift current accelerated by the electric field but also cause a lateral diffusion current. The above diffusion current has a distance between elements of 100μm.
In the case of silicon, which has a low current, it can be almost ignored compared to the drift current, and the crosstalk can be suppressed to about -20 dB to -30 dB.
That is, electrons and holes have their mobilities μ o ,
μ p , when the diffusion coefficients are D o and D p , D o = kT/qμ o , D p = kT/qμ p , where k: Boltzmann constant T: absolute temperature q: electron charge amount Therefore, in the range where the incident light is continuous light and its light absorption is not considered to shift with distance from the surface, the carrier diffusion becomes bipolar and crosstalk is small. However, in the vicinity of the surface of the p + −n −n + type, only holes remain and a lateral electric field is generated, which may increase crosstalk.

そこで例えば特開昭54−146681号公報等に第3
図に示す如き半導体構造を採用してクロストーク
を減少させることが提唱されている。即ち、この
素子構造は第3図に示すように表面側のp+層3
間にその逆導電性であるn+層9を設け、上述し
た横方向へ拡散するキヤリアを上記n+層9で捕
捉して再結合させてしまうようにしたものであ
る。この場合、n+層9にp+層3に比して正なる
バイアスを加えておけば、このバイアスにより形
成される電界によつて横方向に拡散しようとする
電荷の担体(電子およびホール)が素子内に引戻
される作用を受けるので、クロストークの大幅な
減少効果が期待できる。例えば素子間距離を
10μmとして波長632.8mmのHe―Neレーザ光を
1μmスポツトとして素子端部に入射した場合、隣
接素子に生じるクロストーク出力は高さ−23dB
程度となる。
For example, Japanese Patent Application Laid-open No. 54-146681, etc.
It has been proposed to reduce crosstalk by employing a semiconductor structure as shown in the figure. That is, this device structure has a p + layer 3 on the surface side as shown in FIG.
An n + layer 9 having the opposite conductivity is provided in between, so that the carriers diffusing in the lateral direction are captured by the n + layer 9 and recombined. In this case, if a positive bias is applied to the n + layer 9 compared to the p + layer 3, charge carriers (electrons and holes) will diffuse laterally due to the electric field formed by this bias. Since the material is pulled back into the element, a significant reduction in crosstalk can be expected. For example, the distance between elements
He-Ne laser beam with a wavelength of 632.8 mm as 10 μm
When a 1 μm spot is incident on the edge of an element, the crosstalk output generated in adjacent elements is -23 dB in height.
It will be about.

ところが光学的周波数分析装置等に要求される
仕様は、素子ピツチが数μm、クロストークが−
50dB以上と極めて厳しいものである。これを第
3図に示す構造にて満す場合にはn+層9を可能
な限り深くし、下層であるn+層1と結合せしめ
ることが望まれる。然乍ら、第1にn+層1迄到
達る波長の長い光はn+層1内にてキヤリアを発
生させるが、n+層1は殆んど無電界である為に
上記キヤリアが隣接素子に拡散して空乏層に入り
込む可能性が大きい。特に金の如きキヤリアキラ
ー物質を拡散させるにしても拡散係数が大きく、
そのプロフイールの制御が非常に困難であるか
ら、この手法を採用することは不適当である。第
2にn+層9とn+層1とを結合させるには、不純
物の選択拡散とエピタキシーを多数繰返して行な
うか、あるいはn-層2を予め薄くしておくかの
必要がある。ところが前者は製作プロセスが複雑
である上n-層2を汚染する虞れが大であり、ま
た後者は基板(n+層1)からのオートドーピン
グがある為に所望の高抵抗のn-層2が得難い等
の不具合があつた。これ故、上述したクロストー
クの小さい微小ピツチの複合アレイ構造仕様を満
たすことが難しかつた。
However, the specifications required for optical frequency analyzers include an element pitch of several μm and crosstalk of -
It is extremely severe, exceeding 50dB. In order to satisfy this requirement with the structure shown in FIG. 3, it is desirable to make the n + layer 9 as deep as possible and to combine it with the n + layer 1 which is the underlying layer. Firstly, light with a long wavelength that reaches the n + layer 1 generates carriers in the n + layer 1, but since the n + layer 1 has almost no electric field, the carriers are adjacent to each other. There is a high possibility that it will diffuse into the device and enter the depletion layer. In particular, even when diffusing carrier killer substances such as gold, the diffusion coefficient is large.
It is inappropriate to adopt this approach since it is very difficult to control the profile. Second, in order to bond the n + layer 9 and the n + layer 1, it is necessary to repeatedly perform selective diffusion of impurities and epitaxy, or to thin the n - layer 2 in advance. However, the former has a complicated manufacturing process and there is a large risk of contaminating the n - layer 2, and the latter has autodoping from the substrate (n + layer 1), so it is difficult to achieve the desired high resistance n - layer. There were some problems such as difficulty in obtaining 2. For this reason, it has been difficult to satisfy the specifications of the composite array structure with small pitches and small crosstalk as described above.

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、微小ピツチで配
列された素子間のクロストークを十分に小さくす
ることのできる簡易で実用性の高い構造を有する
半導体光検出器を提供せんことにある。
The present invention has been made in consideration of these circumstances, and its purpose is to provide a simple and highly practical structure that can sufficiently reduce crosstalk between elements arranged at minute pitches. An object of the present invention is to provide a semiconductor photodetector having the following characteristics.

即ち本発明は空乏層から基板の表裏に向う電界
を形成せしめてキヤリアの捕捉再結合を効果的に
行なわせ、これによつて上記キヤリアの隣接素子
空乏層への流れ込みを阻止することによつて上述
した目的を効果的に達成したものである。
That is, the present invention forms an electric field from the depletion layer toward the front and back sides of the substrate to effectively capture and recombine carriers, thereby preventing the carriers from flowing into the depletion layer of an adjacent element. This effectively achieves the above objectives.

以下、図面を参照して本発明の実施例につき説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第4図は実施例の基本構成を示す断面模式図
で、第5図はその平面構成を示す模式図である。
一導電性の第1の半導体領域であるp+層11上
には逆導電性の第2の半導体領域であるn-層1
2が形成されている。このn-層12の表面には
第3の半導体領域であるp+層13が相互に離間
して複数個、所定ピツチで配設形成されている。
つまり各p+層13と前記p+層11とはn-層12
を介してそれぞれ対向配置された構成となつてい
る。しかして上記第2の半導体領域であるn-
12の表面には各p+層13をそれぞれ囲んでn-
層12の不純物濃度の約10倍の不純物濃度のn+
層14が形成されている。またこのn+層14の
表面および前記各p+層13の表面にはそれぞれ
独立してAl電極リード15,16が設けられ、
更に前記第1の半導体領域であるp+層11(基
板)の裏面にはTi―Pt―Au電極リード17が配
設形成されている。前記各p+層13はそれぞれ
受光素子を形成するもので、その表面には後述す
る反射防止膜18がコーテイング形成されてい
る。尚、図中19は上記電極リード15,16を
電気的分離し、各電極リード15,16をn+
14およびp+層13に接続するコンタクトホー
ルを備えたSiO2等からなる絶縁層である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing the basic configuration of the embodiment, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the planar configuration.
On the p + layer 11, which is the first semiconductor region of one conductivity, is the n - layer 1, which is the second semiconductor region of the opposite conductivity.
2 is formed. On the surface of this n - layer 12, a plurality of p + layers 13, which are third semiconductor regions, are formed at a predetermined pitch and spaced apart from each other.
In other words, each p + layer 13 and the p + layer 11 are the n - layer 12
The configuration is such that they are arranged opposite to each other via. Therefore, on the surface of the n - layer 12 which is the second semiconductor region, there are n - layers surrounding each p + layer 13.
n + with an impurity concentration approximately 10 times the impurity concentration of layer 12
A layer 14 is formed. Further, Al electrode leads 15 and 16 are provided independently on the surface of this n + layer 14 and the surface of each of the p + layers 13,
Further, a Ti--Pt--Au electrode lead 17 is provided on the back surface of the p + layer 11 (substrate), which is the first semiconductor region. Each of the p + layers 13 forms a light receiving element, and an antireflection film 18, which will be described later, is coated on the surface thereof. In the figure, reference numeral 19 denotes an insulating layer made of SiO 2 or the like, which is provided with contact holes for electrically separating the electrode leads 15 and 16 and connecting each electrode lead 15 and 16 to the n + layer 14 and the p + layer 13. be.

しかして前記各電極リード15,16間にはそ
れぞれ負荷抵抗RLを介して逆バイアス電圧VB
印加され、各p+層13とn-層12およびn+層1
4との間にp+−n-−n+形のフオトダイオード
(PD)が形成されている。また前記n+層14と基
板であるp+層11との間には電極リード15,
17を介して逆バイアスVcが印加され、各々ダ
イオードが形成されている。
Therefore, a reverse bias voltage V B is applied between each of the electrode leads 15 and 16 via a load resistor R L , and each of the p + layer 13, the n - layer 12 and the n + layer 1
A p + −n −n + type photodiode (PD) is formed between the 4 and 4. Further, an electrode lead 15,
A reverse bias V c is applied through 17, each forming a diode.

ところで前記n-層12は、例えば基板である
p+層11上にエピタキシヤル成長させて形成さ
れるものであるが、あるいは高抵抗n型ウエハの
バルクをn-層12として採用し、その両面をド
ーピングしてp+層11,13を形成して第4図
に示す構造を得たものであつてもよい。さて、前
記n+層14は素子の高密度化の観点からみれば
素子間分離に必要な程度に出来るだけ幅が狭く、
またp+層13に比較して深く形成されたもので
あることが望ましい。同時に前記逆バイアスVc
は、n-層12内に形成される空乏層(図中破線
で示す)がp+層11からn+層14の下端に達す
る程度に幅広く形成されるように印加する。また
逆バイアスVBは、n-層12内をp+層13から伸
びた空乏層がp+層11とp+層13との間をパン
チスルーしてしまうことのないように低く設定す
る必要がある。
By the way, the n - layer 12 is, for example, a substrate.
It is formed by epitaxial growth on the p + layer 11, or alternatively, the bulk of a high-resistance n-type wafer is used as the n - layer 12, and both sides thereof are doped to form the p + layers 11 and 13. The structure shown in FIG. 4 may be obtained by doing this. Now, from the viewpoint of increasing the density of devices, the width of the n + layer 14 is as narrow as possible to the extent necessary for isolation between devices.
Further, it is desirable that the layer be formed deeper than the p + layer 13. At the same time, the reverse bias V c
is applied so that the depletion layer (indicated by a broken line in the figure) formed in the n - layer 12 is formed so wide as to reach from the p + layer 11 to the lower end of the n + layer 14. In addition, the reverse bias V B needs to be set low so that the depletion layer extending from the p + layer 13 in the n - layer 12 does not punch through between the p + layer 11 and the p + layer 13. There is.

かくしてこのようなバイアス設定を施せば、空
乏層内で入射光を吸収して発生した正孔は、その
ドリフトによつてp+層11および各素子のp+
13にそれぞれ到達し、また両空乏層の間のn-
層12で発生した正孔は上記何れかの空乏層に入
り、p+層11又は13に到達して再結合する。
あるいは水平方向へ拡散したキヤリアはn+層1
4に入つて再結合することになる。この為、上記
空乏層中のキヤリアの横方向の拡散、あるいは下
層部で発生したキヤリアの拡散の悪影響は殆んど
なくなる。これによつて各素子間は略完全に信号
分離され、ここにクロストークの非常に小さいア
レイ構造のフオトダイオードが得られる。特に素
子がシリコンである場合、波長λが0.7μm以下の
短波長光に対して吸収係数が大きい為、その効果
が大きい。また長波長光に対しても素子空乏層を
厚くするような製造上の工夫により十分なる作用
効果が奏せられる。
Thus, if such a bias setting is applied, the holes generated by absorbing the incident light in the depletion layer will reach the p + layer 11 and the p + layer 13 of each element due to their drift, and both n between depletion layers -
Holes generated in layer 12 enter one of the depletion layers mentioned above, reach p + layer 11 or 13, and recombine.
Or the carrier diffused in the horizontal direction is n + layer 1
4 and will be reunited. Therefore, the adverse effects of the lateral diffusion of carriers in the depletion layer or the diffusion of carriers generated in the lower layer are almost eliminated. As a result, signals are almost completely separated between each element, and a photodiode having an array structure with very low crosstalk can be obtained. In particular, when the element is made of silicon, the absorption coefficient is large for short wavelength light with a wavelength λ of 0.7 μm or less, so the effect is large. In addition, sufficient effects can be achieved even for long wavelength light by making the device depletion layer thicker.

さて、前記p+層13の表面は光入射面となり、
量子効率ηの向上を期待する場合には光学的に遮
蔽されていないことが必要である。しかもその表
面が無反射であることが上記量子効率ηの向上を
散乱光によるクロストークの減少の為に望まし
い。従つて例えば石黒浩二著「光学」共立全書,
PP169〜170(昭和42年8月10日発行:初版13版)
等に紹介されるように、p+層13の屈折率をn
としたとき、その平方根n0(=√)なる屈折率
を有し、検知対象とする光の波長λ0に対して厚み
がλ0/4n0なる透明な膜を反射防止膜18として
コーテイングすれば良い。このような反射防止膜
18を形成すれば、無反射条件を満たして素子の
量子効率ηの向上を図り、且つ散乱光による悪影
響を未然に防ぐことができる。
Now, the surface of the p + layer 13 becomes the light incident surface,
If an improvement in the quantum efficiency η is expected, it is necessary that there is no optical shielding. Furthermore, it is desirable that the surface be non-reflective in order to improve the quantum efficiency η and reduce crosstalk caused by scattered light. Therefore, for example, Koji Ishiguro's ``Optics'' Kyoritsu Zensho,
PP169-170 (Published on August 10, 1962: 1st edition, 13th edition)
As introduced in et al., the refractive index of the p + layer 13 is set to n
Then, a transparent film having a refractive index equal to the square root of n 0 (=√) and a thickness of λ 0 /4n 0 with respect to the wavelength λ 0 of the light to be detected is coated as the anti-reflection film 18. Good. By forming such an anti-reflection film 18, it is possible to satisfy the non-reflection condition, improve the quantum efficiency η of the device, and prevent the adverse effects of scattered light.

また前記n+層14はキヤリアの再結合を促進
し、素子間分離特性の向上を図るものであるか
ら、不純物(ドナー)密度ができる限り高いこと
が望ましい。従つて例えばPSG(リンケイ酸ガラ
ス)やPOCl3(オキシ塩化リン)等を拡散源とし
て不純物注入を行なえば1019〜1020cm-3程度の濃
度を容易に得ることができるから、上記要求(仕
様)を十分に満足できる。更にはイオン注入法に
よりn+層14を形成するのであれば、横方向の
拡散を小さくすることができる利点がある上、加
速電圧の可変によりn+層14の深さを制御する
ことができる等の利点がある。また深さを十分深
く設定するには上記不純物ドーピングとエピタキ
シーを交互に複数回繰返すことによつて容易に達
せられるので、本構造の光検出器を実現すること
が容易であり、格別の製造上の工夫を要しない。
尚、n+層14とn-層12の不純物濃度の比を少
なくとも10倍以上に設定すれば、その作用効果が
顕著に生じる。かくしてここに、素子間のピツチ
を小さくし、且つ素子間分離を十分になし得る簡
易な構造の半導体光検出器が実現される。
Furthermore, since the n + layer 14 is intended to promote carrier recombination and improve the isolation characteristics between elements, it is desirable that the impurity (donor) density be as high as possible. Therefore, if impurities are implanted using PSG (phosphosilicate glass) or POCl 3 (phosphorus oxychloride) as a diffusion source, a concentration of about 10 19 to 10 20 cm -3 can be easily obtained, and the above requirements ( specifications). Furthermore, if the n + layer 14 is formed by ion implantation, there is an advantage that lateral diffusion can be reduced, and the depth of the n + layer 14 can be controlled by varying the acceleration voltage. There are advantages such as Furthermore, setting a sufficiently deep depth can be easily achieved by alternately repeating the impurity doping and epitaxy several times, making it easy to realize a photodetector with this structure and requiring exceptional manufacturing efficiency. It does not require any ingenuity.
Note that if the ratio of the impurity concentrations of the n + layer 14 and the n - layer 12 is set to at least 10 times or more, the effect will be noticeable. Thus, a semiconductor photodetector with a simple structure is realized in which the pitch between elements can be reduced and the elements can be sufficiently separated.

ところで、先の第3図に示した構造を例えば第
6図に示すように本発明に適用することも可能で
ある。即ち第3図においてp-層10はイオン注
入等によつて形成することが可能である。つまり
特にp+層13が薄くその周辺部に電界が集中し
て絶縁破壊をおこす可能性がある場合に適用でき
る。例えばp-層10をp+層13よりも深くし、
且つn+層14よりも浅く形成すれば隣接素子と
の電気的な遮断を行なわしむることができ、また
その接合面をn+層14とp-層10との界面とす
ることができるので急峻な接合部分がなくなるの
で絶耐圧の向上を図ることができる。従つて第6
図に示すようにp+層13とn+層14との間に第
5の半導体領域としてのp-層10を形成し、そ
の不純物濃度をn-層12より高く、且つp+層1
3に比して少なくとも1/5以下に定めれば先の実
施例と同様の効果が期待できる。またp-層10
中の空乏層がp+層13の周囲に到達する程度に
逆バイアスVcを印加しておけばよい。
By the way, it is also possible to apply the structure shown in FIG. 3 to the present invention as shown in FIG. 6, for example. That is, in FIG. 3, the p - layer 10 can be formed by ion implantation or the like. In other words, it can be applied particularly when the p + layer 13 is thin and the electric field is concentrated around it and there is a possibility of causing dielectric breakdown. For example, make the p - layer 10 deeper than the p + layer 13,
In addition, if it is formed shallower than the n + layer 14, it can be electrically isolated from adjacent elements, and the junction surface can be used as the interface between the n + layer 14 and the p - layer 10. Since there are no steep joints, it is possible to improve the absolute voltage. Therefore, the sixth
As shown in the figure, a p - layer 10 as a fifth semiconductor region is formed between a p + layer 13 and an n + layer 14, and its impurity concentration is higher than that of the n - layer 12, and the p + layer 1
If it is set to at least 1/5 or less compared to 3, the same effect as in the previous embodiment can be expected. Also p - layer 10
It is sufficient to apply the reverse bias V c to such an extent that the depletion layer therein reaches the periphery of the p + layer 13 .

また本発明は、次のように変形して実施するこ
とができる。先の実施例においてn-層12の空
乏層がp+層11とp+層13との間をパンチスル
ーしない程度にそのバイアス条件が設定されるこ
とを述べた。この場合、2つの空乏層間の領域は
各素子の信号電流の通路として機能し、直列抵抗
として作用して出力信号を低下させる虞れがあ
る。従つて例えば第7図に示すように上記空乏層
間の領域の不純物濃度を少なくとも5倍以上に高
くして抵抗を下げることが有用である。即ち、こ
のように空乏層間の領域20の不純物濃度を高め
るには、例えばn-層12のエピタキシヤル成長
を行なつたウエハ表面に砒素(As)やアンチモ
ン(Sb)のようにリン(P)に比して拡散係数
の小さいn形の不純物を拡散し、しかる後所定領
域にリン(P)の選択的ドーピングおよびエピタ
キシーを交互に繰返して行なつてn+層14を形
成し、その後p+層13をドーピング形成すれば
本構造を構成することができる、尚、必要に応じ
てp-層10をドーピング形成しても差支えない。
Moreover, the present invention can be modified and implemented as follows. In the previous embodiment, it has been described that the bias conditions are set to such an extent that the depletion layer of the n - layer 12 does not punch through between the p + layer 11 and the p + layer 13. In this case, the region between the two depletion layers functions as a path for the signal current of each element, and may act as a series resistance to reduce the output signal. Therefore, as shown in FIG. 7, for example, it is useful to lower the resistance by increasing the impurity concentration in the region between the depletion layers by at least five times or more. That is, in order to increase the impurity concentration in the region 20 between the depletion layers, for example, phosphorus (P) such as arsenic (As) or antimony (Sb) is added to the surface of the wafer on which the n - layer 12 is epitaxially grown. After that, selective doping of phosphorus (P) and epitaxy are alternately repeated in a predetermined region to form an n + layer 14, and then p + This structure can be constructed by forming the layer 13 by doping, but the p - layer 10 may also be formed by doping if necessary.

このような第7図に示す構造を採用すれば、2
つの空乏層の伸びが上述した高不純物領域に達し
て低下するので前記したパンチスルーが効果的に
防止される。従つてパンチスルーによる素子機能
の破壊を招くことなしに、隣接素子間のクロスト
ークの大幅な減少を図ることができ、その効果は
非常に大きい。
If the structure shown in Fig. 7 is adopted, 2
Since the extension of the two depletion layers reaches the above-mentioned high impurity region and decreases, the above-mentioned punch-through is effectively prevented. Therefore, crosstalk between adjacent elements can be significantly reduced without destroying element functions due to punch-through, and the effect is very large.

尚、上記各実施例はフオトダイオード(PD)
を対象として説明したが、第8図に示す如く、フ
オトトランジスタに適用することもできる。第8
図中21は、p層13中に設けらたn+層で、こ
のn+層21、p+層13、n+層14によつてn+
p+−n+型のフオトトランジスタが構成される。
またこのようにフオトトランジスタを構成するこ
とのみならず、同一ペレツト上に増幅素子やスイ
ツチング素子、更には変調素子等をモノリシツク
に同時形成することも勿論可能である。またペレ
ツト上に入射光の導波路を形成した構造の光検出
器に適用することも可能であり、複数の受光素子
の配列構成等は仕様に応じて定めればよい。また
反対極性の半導体仕様であつても勿論よい。要す
るに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。
Note that each of the above embodiments uses a photodiode (PD).
Although the present invention has been described with reference to FIG. 8, it can also be applied to a phototransistor. 8th
In the figure, 21 is an n + layer provided in the p layer 13, and the n + layer 21, the p + layer 13, and the n + layer 14 form an n +
A p + −n + type phototransistor is constructed.
In addition to configuring a phototransistor in this manner, it is of course also possible to monolithically form an amplifier element, a switching element, a modulation element, etc. on the same pellet at the same time. It is also possible to apply the present invention to a photodetector having a structure in which a waveguide for incident light is formed on a pellet, and the arrangement and configuration of the plurality of light receiving elements may be determined according to specifications. Of course, it is also possible to use semiconductor specifications with opposite polarity. In short, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

以上詳述したように本発明に係る半導体構造
は、素子間の配列ピツチを狭くすることができ、
且つ素子間のクロストークを十分に低減すること
ができる。その上、素子に入射光の波長選択性を
持たせることができ、特にSi素子の場合には短波
長側に検出感度のピークを設定することができ
る。また特殊な場合には視感度曲線に特性を近付
けることができるのでその利点は絶大である。従
つて画像フアイルメモリやフアクシミリ送信部等
のセンサとして有用であり、更に分光光検出器等
への応用も可能である等、実用的利点が極めて大
きく、前述した目的を効果的に達成することがで
きる。
As detailed above, the semiconductor structure according to the present invention can narrow the arrangement pitch between elements,
Moreover, crosstalk between elements can be sufficiently reduced. Moreover, the element can be given wavelength selectivity for incident light, and in particular, in the case of a Si element, the peak of detection sensitivity can be set on the short wavelength side. Furthermore, in special cases, the characteristics can be brought close to the visibility curve, which is a great advantage. Therefore, it is useful as a sensor for image file memory, facsimile transmitter, etc., and can also be applied to spectrophotometers, etc., and has extremely great practical advantages, and it is possible to effectively achieve the above-mentioned purpose. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はpin型フオトダイオードの基本構成を
示す模式図、第2図は素子間分離の簡単な一例を
示す図、第3図は素子間分離を図つた従来構造の
一例を示す構成図、第4図は本発明の一実施例を
示す断面構成図、第5図は実施例の平面構成図、
第6図〜第8図はそれぞれ本発明の別の実施例を
示す断面構成図である。 11……p+層(第1の半導体領域)、12……
n-層(第2の半導体領域)、13……p+層(第3
の半導体領域)、14……n+層(第4の半導体領
域)、15,16,17……電極リード、18…
…反射防止膜、19……絶縁層、20……高濃度
領域(空乏層間領域)、21……n+層、10……
p-層(高濃度領域)。
Fig. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of a pin type photodiode, Fig. 2 is a diagram showing a simple example of isolation between elements, and Fig. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional structure with isolation between elements. FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a plan configuration diagram of the embodiment,
FIGS. 6 to 8 are cross-sectional configuration diagrams showing other embodiments of the present invention. 11... p + layer (first semiconductor region), 12...
n - layer (second semiconductor region), 13... p + layer (third
semiconductor region), 14... n + layer (fourth semiconductor region), 15, 16, 17... electrode lead, 18...
...Antireflection film, 19...Insulating layer, 20...High concentration region (depletion interlayer region), 21...n + layer, 10...
p -layer (high concentration region).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一導電性の第1の半導体領域上に形成された
逆導電性の第2の半導体領域と、上記第1の半導
体領域と同一導電性を有し、前記第2の半導体領
域の表面に配列形成されてその表面を受光面とし
た複数の第3の半導体領域と、前記第2の半導体
領域と同一導電性で前記第2の半導体領域よりも
不純物濃度が高く、前記第3の半導体領域をそれ
ぞれ囲んで前記第2の半導体領域の表面に設けら
れた第4の半導体領域とを具備し、上記第1の半
導体領域と第4の半導体領域との間、および前記
第3の半導体領域と第4の半導体領域との間にそ
れぞれ逆バイアスを印加したことを特徴とする半
導体光検出器。 2 第3の半導体領域は、少なくともその表面を
第3の半導体領域の屈折率の平方根に略等しい屈
折率npを有し、所望受光波長λpに対して略λp
4npなる厚みをなす透明膜でコーテイングしたも
のである特許請求の範囲第1項記載の半導体光検
出器。 3 第4の半導体領域は、第2の半導体領域の10
倍以上の不純物濃度を有し、上記第2の半導体領
域に不純物ドーピングおよびエピタキシを交互に
繰返して形成したものである特許請求の範囲第1
項記載の半導体光検出器。 4 第2の半導体領域は、その表面の第3および
第4の半導体領域の間に、第3の半導体領域より
深く、且つ第4の半導体領域より浅い領域に前記
第3の半導体領域と同一導電性の不純物濃度が1/
5以下の層を形成したものである特許請求の範囲
第1項記載の半導体光検出器。 5 第3の半導体領域は、第2の半導体領域の表
面に島状に複数個形成されてアレイ構造をなすも
のである特許請求の範囲第1項記載の半導体光検
出器。
[Scope of Claims] 1: a second semiconductor region of opposite conductivity formed on a first semiconductor region of one conductivity; a plurality of third semiconductor regions arranged on the surface of the semiconductor region and having the surface as a light-receiving surface; a fourth semiconductor region provided on the surface of the second semiconductor region surrounding each of the third semiconductor regions; A semiconductor photodetector characterized in that a reverse bias is applied between each of the third semiconductor region and the fourth semiconductor region. 2 The third semiconductor region has at least its surface a refractive index n p approximately equal to the square root of the refractive index of the third semiconductor region, and has a refractive index n p approximately equal to the square root of the refractive index of the third semiconductor region, and approximately λ p /
The semiconductor photodetector according to claim 1, which is coated with a transparent film having a thickness of 4np . 3 The fourth semiconductor region is 10 times larger than the second semiconductor region.
Claim 1, which has an impurity concentration twice or more, and is formed by alternately repeating impurity doping and epitaxy in the second semiconductor region.
Semiconductor photodetector described in Section 1. 4 The second semiconductor region has the same conductivity as the third semiconductor region in a region deeper than the third semiconductor region and shallower than the fourth semiconductor region between the third and fourth semiconductor regions on the surface thereof. Sexual impurity concentration is 1/
2. The semiconductor photodetector according to claim 1, wherein five or less layers are formed. 5. The semiconductor photodetector according to claim 1, wherein a plurality of the third semiconductor regions are formed in an island shape on the surface of the second semiconductor region to form an array structure.
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