KR100386541B1 - 광 감지기 및 내부회로를 갖는 광 감지기 - Google Patents
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Abstract
광감지기는 제 1 도전형의 반도체기판; 상기 반도체기판상에 형성되고 상기 반도체기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 1 도전형의 반도체층; 제 1 도전형의 반도체기판상에 형성된 제 2 도전형의 반도체층; 및 제 1 도전형의 반도체층의 표면에 도달하기 위해 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 형성된 적어도 하나의 제 1 도전형의 확산층을 포함하고, 적어도 하나의 확산층은 제 2 도전형의 반도체층을 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들로 분할한다. 신호광을 전기적 신호로 변환시키는 적어도 하나의 포토다이오드 부분이 제 2 도전형의 반도체 영역과 제 1 도전형의 반도체층 사이의 접합점에 형성된다. 역바이어스 전압이 적어도 하나의 포토다이오드 부분에 인가되는 경우 제 1 도전형의 반도체층에 형성된 공핍층은 약 0.3 V/㎛ 이상의 전계 강도를 갖는다.
Description
본 발명은 서포트(support)가 동작을 기입하는 등의 광학 픽업에서 사용되는광감지기, 및 내부회로를 갖는 광감지기에 관한 것이다.
CD-ROM 또는 DVD(디지털 비디오 디스크) 장치 등의 광학 디스크 장치에서 광학 픽업이 채용된다. 최근, 광학 디스크 장치의 동작속도는 증가하고, 높은 속도로 이동 화상 데이터 등의 많은 양의 데이터를 처리하는 추세이다. 이 때문에, 광학 픽업의 동작속도를 증가시키기 위한 강한 요구가 제기되고 있다.
이전부터, 광학 디스크 즉, CD-R/RW 및 DVD-R/RAM에 데이터를 기입할 수 있는 광학 디스크 장치가 개발되고 있다. 레이저-유도 열에 의해 디스크에 제공되는 다이(dye)의 위상 변화를 유발시킴으로써 이와 같이 동작을 기입할 수 있는 광학 디스크 장치는 광학 디스크상에 정보를 기입한다. 광학 디스크상에 고전력 레이저광을 조사하고, 포토다이오드상에 광학 디스크로부터 반사된 광이 입사한다. 따라서, 대량의 레이저광이 독출 시보다 기입 시에 포토다이오드에 조사된다. 이와 같은 기입가능한 디스크 매체의 고속 동작도 강하게 요구되고 있다.
도1a 및 1b는 일본국 공개특허공보 9-153605에 개시된 종래 포토다이오드 (1000)의 구조를 나타낸다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 이 포토다이오드(1000)는 제 1 도전형의 반도체기판(84)에 제공된 제 2 도전형의 에피텍셜층(85)을 포함한다. 제 2 도전형의 에피텍셜층(85)은 제 1 도전형의 확산층(87,88)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 각 분할 영역과 제 1 도전형의 반도체기판(84)의 하부 부분 사이의 접합부가 포토다이오드(1000)를 제공한다.
상기 구조의 종래 포토다이오드(1000)에 있어서의 응답 속도는, 포토다이오드의 커패시턴스(C) 및 레지스턴스(R)의 함수인 CR 시정수와 상기 기판(84)에 근접한 공핍층(86)의 측면에 생성되는 캐리어의 확산을 통한 이동거리의 함수이다.
따라서, 상기 종래 기술에 따르면, 제 1 도전형의 반도체기판 내의 불순물 농도는, 도 1a의 a-a'선을 따른 불순물 농도의 종단면도를 나타낸 도 1b에 나타낸 바와 같이 낮은 레벨로 설정되어, 제 1 도전형의 반도체기판(84) 내의 공핍층(86)이 크게 연장된다. 그 결과, 포토다이오드(1000)의 접합부 커패시턴스가 감소하여 CR 시정수가 감소하고 이에 의해 상기 포토다이오드(1000)의 응답 속도가 증가한다. 또한, 공핍층(86)이 기판(84)으로 깊게 연장하기 때문에, 기판(84)내의 비교적 깊은 부분에 생성되는 캐리어들이 확산을 통해 긴 거리를 이동할 필요가 없기 때문에, 포토다이오드(1000)의 응답 속도가 증가한다.
CR 시정수에서의 C는 포토다이오드의 응답 속도를 결정하고, 기판(84)의 저항률을 소정치까지 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 따라서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드의 응답 속도(즉, 컷 오프 주파수)는 기판(84)의 저항률이 상기 값에 도달할 때까지 증가될 수 있다. 그러나, 기판(84)의 저항률을 상기 값 이상 증가시키면 애노드 측의 직렬 레지스턴스가 증가하게 되어(R 성분이 증가하기 때문에), 도 2에 나타낸 바와 같이, CR 시정수의 함수로서 포토다이오드의 응답 속도가 증가하기보다는 감소한다.
따라서, 포토다이오드의 응답 속도를 더 증가시키기 위해, 예컨대, 일본국 공개 공보 넘버 61-154063에는 도 3에 나타낸 바와 같은 구성을 갖는 광감지기(2000)가 제안되어 있다. 여기서, 포토다이오드는 P형 저저항 기판(141)상에 P형 고저항 결정 성장층(142)을 형성함으로써 얻어지는 적층기판상에 구성된다.
도 3에 나타낸 광감지기(2000)는 N형 에피텍셜층(143), P형 분리 확산층(144), N형 콘택트 영역(145), N형 매립 영역(146), P형 베이스 영역(147), N형 에미터 영역(148), 산화 실리콘막(149), 전극 배선층(150a,150b,150c), 신호광을 검출하기 위한 포토다이오드 구성부(180), 및 검출된 신호를 처리하기 위한 회로구성부(190)를 포함한다.
고저항 결정 성장층(142)은 저저항 기판(141)에서 시작하여 점차 불순물 농도가 감소하는 오토도프(autodope)층(142a), 및 이온 농도가 일정한 층(142b)을 포함한다. 상기 종래 기술에 의하면, 고저항 결정 성장층(142)은 공핍층(160)이 기판 (141)으로 연장하기 쉽게 한다. 또한, 애노드 측의 직렬 레지스턴스는 상기 공핍층(160)의 연장부 아래에 있는 P형 저저항 기판(141)에 의해 감소한다. 그 결과, 포토다이오드의 C와 R 모두가 감소하여, 광감지기(2000)의 응답 속도가 증가한다.
상기 적층기판을 채용함으로써 포토다이오드의 응답 속도를 개선하기 위해, 상기 공핍층(160)을 고저항 결정 성장층(142)으로 적절히 연장함으로써 접합부 커패시턴스를 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 고저항 결정 성장층(142)의 저항률을 에피텍셜 성장하의 최대 제어가능한 저항률에 대응하는 1000 Ω㎝까지 증가시키고, 고저항 결정 성장층(142)의 두께를 약 20 ㎛로 지정하여(고저항층의 일정 불순물 농도부(142b)의 두께가 약 13 ㎛가 되도록 한다), 공핍층(160)이 고저항층의 일정 불순물 농도부(142b)에 충분히 확장하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 고저항 결정 성장층(142)이 연장하지 않는 영역의 증가는 애노드 측의 직렬 저항의 증가를 야기시키고, 이는 반대로 응답 속도의 개선에 방해가 된다.
서포트가 동작을 기입하는 광학 픽업의 경우, 레이저에 의해 광학 디스크상에 조사되는 광량은 기입 속도에 비례하여 증가하기 때문에, 광학 디스크로부터 반사되어 포토다이오드에 입사하는 레이저광량도 증가한다. 상기 포토다이오드에 입사하는 광량이 소정 레벨을 초과하면, 상기 포토다이오드의 응답 속도는 저하할 수 있다.
도 4는 도 1에 나타낸 구성을 갖는 포토다이오드의 입사광량에 대한 응답 속도(즉, 컷 오프 주파수)의 의존도를 나타낸다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 포토다이오드의 응답 속도(즉, 컷 오프 주파수)는 포토다이오드에 입사하는 광량이 소정 레벨을 초과할 때 감소한다. 또한, 이와 같은 응답 속도의 감소는 기판의 저항률이 증가함에 따라 더욱현저해지는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 광감지기는 제 1 도전형의 반도체기판; 상기 반도체기판상에 형성되고 상기 반도체기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 1 도전형의 반도체층; 제 1 도전형의 반도체기판상에 형성된 제 2 도전형의 반도체층: 및 제 1 도전형의 반도체층의 표면에 도달하도록 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 형성된 적어도 하나의 제 1 도전형의 확산층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 확산층은 제 2 도전형의 반도체층을 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들로 분할하며, 신호광을 전기적 신호로 변환시키는 적어도 하나의 포토다이오드 부분은 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들중 적어도 하나와 제 1 도전형의 반도체층 사이의 접합점에 형성되고, 역바이어스 전압이 적어도 하나의 포토다이오드 부분에 인가되는 경우 제 1 도전형의 반도체층에 형성되는 공핍층은 약 0.3 V/㎛ 이상의 전계 강도를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 도전형의 반도체층에 형성된 공핍층의 두께는 약 5 ㎛ 이상이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 도전형의 반도체층의 두께는 약 13 ㎛ 내지 약 17 ㎛이고 저항률은 약 100 Ω㎝ 내지 약 1500 Ω㎝이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 반도체기판의 저항률은 약 1 Ω㎝ 내지 약 20 Ω㎝이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광감지기는 상기 반도체 기판의 후면에 제공된 제 1 전극; 및 제 2 도전형의 반도체층의 표면에 제공된 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전극은 서로 전기적으로 결합되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들은 적어도 하나의 포토다이오드 부분을 정의하는 적어도 하나의 제 1 영역 및 적어도 하나의 제 1 영역으로부터 분리된 적어도 하나의 제 2 영역을 포함하고, 전자신호를 처리하기 위한 신호처리 회로부가 적어도 하나의 제 2 영역에 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광감지기는 적어도 하나의 제 2 영역과 제 1 도전형의 제 1 반도체층 사이의 인터페이스에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층을 더 포함한다.
또한, 광감지기에는 제 1 도전형의 반도체기판; 상기 반도체기판에 형성되고 상기 반도체기판보다 높은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 제 1 반도체층; 제 1 도전형의 제 1 반도체층상에 형성되고 상기 반도체기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 제 2 반도체층; 제 1 도전형의 제 2 반도체층상에 형성된 제 2 도전형의 반도체층; 및 제 1 도전형의 제 2 반도체층의 표면에 도달하도록 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 형성된 적어도 하나의 제 1 도전형의 확산층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 확산층은 제 2 도전형의 반도체층을 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들로 분할하며, 신호광을 전기적 신호로 변환하기 위한 적어도 하나의 포토다이오드 부분이 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들중 적어도 하나와 재 1 도전형의 제 2 반도체층 사이의 접합점에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 역바이어스 전압이 적어도 하나의 포토다이오드 부분에 인가되는 경우 제 1 도전형의 제 2 반도체층에 형성된 공핍층은 전계 강도가 약 0.3 V/㎛ 이상이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 도전형의 제 2 반도체층의 두께는 약 9 ㎛ 내지 약 17 ㎛이고 저항률은 약 100 Ω㎝ 내지 약 1500 Ω㎝이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 반도체기판의 불순물 농도는 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 피크 불순물 농도의 약 1/100 이하이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 반도체기판은 CZ법에 의해 생성되고 약 20 Ω㎝ 내지 약 50 Ω㎝의 저항률을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 피크 불순물농도는 약 1 ×1017㎝-3이상이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층은 도포 및 확산됨으로써 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층은 반도체기판으로부터 제 2 도전형의 반도체의 표면 쪽으로 불순물 농도가 증가하는 영역을 갖고, 제 1 도전형의 제 1 반도체층에 걸쳐 최고 불순물 농도의 약 1/100을 갖는 부분은 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 약 38 ㎛ 이하의 깊이에 존재한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들은 적어도 하나의 포토다이오드 부분을 정의하는 적어도 하나의 제 1 영역 및 적어도 하나의 제 1 영역으로부터 분리된 적어도 하나의 제 2 영역을 포함하고, 전기적 신호를 처리하기 위한 신호처리 회로부가 적어도 하나의 제 2 영역에 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광감지기는 적어도 하나의 제 2 영역과 제 1 도전형의 제 2 반도체층 사이의 인터페이스에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층을 더 포함한다.
따라서, 상기 발명은 (1) 광감지기가 독출동작 동안에는 소량의 광을 수신하고 기입동작 동안에는 다량의 광을 수신하는 경우 모두에 있어서 개선된 응답 특성을 제공하도록, 서포트가 동작을 기입하는 광학 픽업에서 사용하는 광감지기를 제공하며, (2) 내부 회로를 갖는 광감지기를 제공하는 이점을 가능하게 한다.
이하에는, 본 발명의 효과에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 광감지기는 제 1 도전형의 반도체기판 및 그 위에 형성되고 상기 반도체기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 반도체층을 포함한다. 그 결과, 포토다이오드의 커패시턴스 및 애노드 레지스턴스가 감소하여, 기입동작 동안 소량의 광을 수신할 때 응답 속도가 개선된다. 종래 기입동작 동안 다량의 광을 수신하는 경우 발생하던 평탄해진 전위 배분에 의한 응답 속도의 감소를 방지하기 위해, 공핍층의 두께는 제 1 도전형의 반도체층의 두께를 감소시킴으로써 제어되고, 이에 의해 공핍층 내의 전계 강도가 증가한다. 공핍층 내의 전계 강도는, 다량의 광을 수신할 때 요구되는 응답 속도의 관점에서, 서포트가 동작을 기입하는 포토다이오드에 의해 만족되어야 하는 약 0.3 V/㎛ 이상으로 설정된다. 또한, 공핍층의 두께는, 소량의 광을 수신할 때 요구되는 응답 속도의 관점에서, 서포트가 동작을 기입하는 포토다이오드에 의해 만족되어야 하는 약 5 ㎛ 이상으로 설정된다.
이와 같은 조건을 만족시키기 위해, 제 1 도전형의 반도체층의 두께(오토도포층을 포함)는 약 13 ㎛에서 17 ㎛이고, 저항률은 약 100 Ω㎝ 내지 약 1500 Ω㎝이다.
애노드 레지스턴스를 감소시킴으로써 포토다이오드의 응답 속도를 증가시키기 위해, 기판의 저항률을 최소화시키는 것이 바람직하다. 그러나, 기판의 지극히 작은 저항률은 제 2 도전형의 반도체층의 결정 성장 공정동안 기판으로부터 제 1 도전형의 반도체층으로 불순물이 오토도프되는 결과를 야기시키기 때문에 응답속도가 감소한다. 이와 같은 오토도프층의 영향은 반도체기판의 저항률이 약 1 Ω㎝ 내지 약 20 Ω㎝인 것을 보장함으로써 무시할 수 있는 레벨로 최소화될 수 있다.
반도체기판의 후면상에, 표면 근처에 위치한 분리 확산 영역상에 제공된 애노드 전극에 전기적으로 결합되어 있는 애노드 전극을 제공함으로써, 상기 애노드 레지스턴스는, 애노드 전극이 광감지기의 표면에만 제공되는 경우와 비교하여 더욱 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 제 1 도전형의 반도체기판 및 그 위에 형성되고 상기 반도체기판보다 높은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 제 1 반도체층을 포함하는 적층기판이 채용되고, 상기 적층기판은 부가적으로 제 1 도전형의 제 1 반도체상에 형성되고 반도체기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 제 2 반도체층을 포함한다. 상기 제 1 도전형의 제 1 반도체층이 기판에서 보면 전위장벽으로서 작용하기 때문에, 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 기판측상에 생성되는 캐리어들이 PN 접합점에 도달하도록 제 1 도전형의 제 1 반도체층을 넘지 못하고, 기판 내에서 재결합을 통해 사라질 것이다. 그 결과, 상기 기판 내에서 생성되는 캐리어들과 관련된 느린 전류 성분이 제거될 수 있기 때문에, 응답 속도가 증가한다. 제 1 도전형의 제 1 반도체층과 제 1 도전형의 제 2 반도체층 사이의 농도 차이가 증가하기 때문에, 전계 강도가 증가하고 이에 의해 응답속도가 개선된다.
공핍층 내의 전계 강도는, 다량의 광을 수신할 때(즉, 12 ×속도 기입 동작 동안)의 응답 속도 요구의 관점에서, 서포트가 동작을 기입하는 포토다이오드에서 필요한 약 0.3 V/㎛ 이상으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 도전형의 제 2 반도체층의 두께는, 다량의 광을 수신할 때(즉, 12 ×속도 기입 동작 동안)의 응답 속도 요구의 관점에서, 약 9 ㎛와 약 17 ㎛ 사이의 값으로 설정되는 것이 바람직하고, 제 1 도전형의 제 2 반도체층의 저항률은 약 100 Ω㎝와 1500 Ω㎝ 사이의 값으로 지정되는 것이 바람직하다. 공핍층의 두께는, 소량의 광을 수신할 때 응답속도 요구의 관점에서, 약 3 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
제 1 도전형의 반도체기판의 불순물 농도를 제 1 도전형의 제 1 반도체층 내의 피크 불순물 농도의 약 1/100 이하로 설정함으로써, PN 접합점에 도달하기 위해 제 1 도전형의 제 1 반도체층을 넘는 다량의 광을 수신할 때 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 기판측에 생성되는 캐리어의 수를 충분히 감소시킬 수 있다.
불량품을 거의 생산하지 않는 CZ법을 사용하여 제 1 도전형의 반도체기판을 생산하는 것이 바람직하다. CZ법에 의해 얻어질 수 있는 가장 높은 저항률 즉, 약 20 Ω㎝ 내지 약 50 Ω㎝로 기판의 저항률을 설정함으로써, 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 기판측상의 전위장벽의 레벨을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 제 1 도전형의 제 1 반도체층을 넘는 기판내에 생성되는 캐리어의 수를 충분히 감소시킬 수 있어 응답속도가 증가한다.
상기 기판에 비해 충분히 높은 불순물 농도(100배 이상)를 유지하도록, 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 피크 불순물 동도가 1 ×1017㎝-3인 것이 바람직하다.
제 1 도전형의 제 1 반도체는 도포된 후 확산됨으로써 생산되는 것이 바람직하고, 상기 기술은 불량품을 거의 발생시키지 않는다.
불순물 농도의 증가가 반도체기판에서 표면쪽으로 증가하는 제 1 도전형의제 1 반도체층 내의 영역에서, 응답 속도의 개선을 위해, 제 1 도전형의 제 1 반도체층을 통해 가장 높은 불순물 농도의 약 1/100이 표면으로부터 약 38 ㎛ 이하의 깊이로 존재하도록 보장하는 것이 효과적이다.
본 발명에 의한 내부회로를 갖는 광감지기는 제 1 도전형의 확산층에 의해 포토다이오드 부분들로부터 분리된 제 2 도전형의 반도체층의 영역에 제공되는 검출신호를 처리하기 위한 신호처리 회로부를 포함한다. 그 결과, 전체 픽업 시스템이 소형화될 수 있다.
신호처리 회로부의 하부에 제 1 도전형의 고농도 확산층을 제공하고 포터 다이오드 부분의 근방에 애노드 전극에 결합된 P형 분리 확산층을 제공함으로써, 제 1 도전형의 제 1 및 제 2 반도체층의 표면으로부터 시작하여, 서포트가 동작을 기입하는 포토다이오드에 대한 요구로서, 다량의 광을 수신할 때 상기 응답 속도를 실현하는 데 필요한 낮은 애노드 레지스턴스를 설정할 수 있다. 또한, 회로의 래치업 현상을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 상기 및 또 다른 이점은, 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 이해한다면 당업자들에게 명백해질 것이다.
도 1a는 종래의 포토다이오드를 설명하는 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 a-a'선을 따른 불순물 농도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 기판의 저항률과 종래 광감지기의 응답속도(컷오프 주파수) 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 종래 광감지기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 입사광량에 대한 도 1a 및 1b에 나타낸 구성을 갖는 포토다이오드의 응답속도(즉, 컷오프 주파수)의 의존성을 나타낸 실험으로 얻어진 그래프이다.
도 5는 상기 포토다이오드가 소량의 광을 수신한 경우, 도 1a 및 1b에 나타낸 구조의 광감지기에서 포토다이오드내의 전위 레벨을 일시적으로 변화시켰을 때의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 상기 포토다이오드가 다량의 광을 수신한 경우, 도 1a 및 1b에 나타낸 구조의 광감지기에서 포토다이오드내의 전위 레벨을 일시적으로 변화시켰을 때의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 상기 포토다이오드가 소량의 광을 수신한 경우, 도 1a 및 1b에 나타낸 구조의 광감지기에서 포토다이오드내의 캐리어 밀도 분포를 일시적으로 변화시켰을 때의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 본 발명에 따라, 발명자가 수행한 시뮬레이션에 사용된 포토다이오드를 나타낸 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 a-a'선을 따른 불순물 농도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 8c는 본 발명의 예 1에 따른 광감지기를 나타낸 단면도이다.
도 9는 응답속도와 포토다이오드의 공핍층내의 전계 강도 사이의 관계를 나타내는 시뮬레이션 결과 및 실제 측정을 나타낸 그래프이다.
도 10a 및 10b는 도 8a에 나타낸 구조를 갖는 광감지기에 따른 포토다이오드에 대해, 캐리어 밀도 분포의 일시적인 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11a 및 11b는 도 8a에 나타낸 구조를 갖는 광감지기에 따른 포토다이오드에 대해, 광을 조사하지 않을 때와 펄스광을 조사한 바로 직후의 전계 강도 분포 프로파일을 각각 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 8c에 나타낸 광감지기에 따라 포토다이오드에 의해 소량의 광이 수신된 경우, 공핍층의 두께에 대한 응답속도의 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 13a는 본 발명의 예 2에 따른 광감지기를 나타낸 단면도이다.
도 13b는 도 13a의 c-c'선을 따른 불순물 농도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 14a 내지 14c는 도 13a 및 13b에 나타낸 광감지기에 따른 시뮬레이션을 위해 사용된 포토다이오드의 깊이 방향에 따른 불순물 농도 분포를 각각 나타낸 그래프이다.
도 15a는 도 14c에 나타낸 불순물 농도 프로파일을 갖는 포토다이오드에서, 펄스광(펄스 폭: 10 ㎲) 조사가 수행되고 2 nsec 후에 취해진 캐리어의 평면 분포를 나타낸다.
도 15b는 도 14b에 나타낸 불순물 농도 프로파일을 갖는 포토다이오드에서, 펄스광(펄스 폭: 10 ㎲) 조사가 수행되고 2 nsec 후에 취해진 캐리어의 평면 분포를 나타낸다.
도 16a는 P형 에피텍셜층의 두께가 15 ㎛인 포토다이오드에서, 펄스광(펄스 폭: 10 ㎲) 조사시에 취해진 캐리어의 평면 분포를 나타낸다.
도 16b는 P형 에피텍셜층의 두께가 20 ㎛인 포토다이오드에서, 펄스광(펄스 폭: 10 ㎲) 조사시에 취해진 캐리어의 평면 분포를 나타낸다.
도 17은 다량의 광이 수신된 경우, 도 13a 및 13b에 나타낸 광감지기에 따른 포토다이오드의 응답속도와 공핍층내의 전계강도에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 18은 불순물 농도 증감에 의해 발생되는 확산 전위와 불순물 농도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부 구성을 갖는 광감지기의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명을 도면을 참조하여 설명한다.
상기한 바와 같이, 도 1 또는 도 3에 나타난 구조를 갖는 종래의 포토다이오드는 기입동작에 대한 포토다이오드로 사용시 다량의 광이 수신될 때 응답속도가 저하되는 문제점이 있다.
소자 실험을 통해 포토다이오드에 의해서 다량의 광이 수신될 때 캐리어 밀도와 전위의 시간적 변화를 분석하였다. 그 실험 결과, 응답속도의 저하는 다음과 같이 일어난다는 것을 알게 되었다. 다량의 광을 수신할 때 발생되는 많은 캐리어는 전위 분포를 평탄하게 함으로써 캐리어를 접합으로 구동하기에 미약한 힘으로 되어 접합 근방에 축적된다. 그래서, 캐리어는 있다 하더라도 단지 확산을 통해서 이동한다.
도 5 및 6은 독출동작(도 5)에서처럼 포토다이오드에 의해 소량의 광이 수신되는 경우에 대해서와 6X속도 기입동작(도 6)에서처럼 다량의 광이 수신경우에 대해 포토다이오드 내에서 전위 레벨의 시간적 변화의 실험결과를 나타낸다. 도 7은 포토다이오드에 의해 다량의 광이 수신되는 경우에 대한 캐리어 밀도에 대한 시간적 변화의 실험적 결과를 나타낸 것이다.
도 5에서 나타난 것처럼, 소량의 광이 수신될 때에는 접합 근방에서 어떠한 전위변화도 일어나지 않는다. 한편, 도 6에 나타난 것처럼, 기판전위가 광 발생률에 따른 시간의 경과와 함께 증가한다. 또한, 도 7은 다량의 광이 수신되었을 때 PN 접합 근방과 기판에 축적되는 캐리어를 나타낸다. 이는 다량의 광이 수신될 때 다량의 캐리어가 공핍영역과 기판에서 발생되기 때문에 기판전위를 증가시킨다. 전계강도가 접합 근방에서 줄어들기 때문에 캐리어를 구동하기에 힘이 작아 더 많은 캐리어가 축적됨으로써 기판전위는 다시 증가하게 된다. 이러한 반복을 통해 접합 근방에서 전위분포가 평탄화 되어, 캐리어는 확산을 통해 먼 거리를 이동해야만 하고, 응답속도 감소의 원인이 된다.
다음에서부터, 발명자가 어떻게 캐리어의 축적에 대한 원인을 분석하고 본 발명에 도달했는가에 대해 설명한다.
상기에서 나타난 것처럼 도 4로부터, 다량의 광을 수신할 때 응답속도의 감소율이 기판의 저항이 낮아짐에 따라 작아진다는 것을 볼 수 있다. 동일한 역바이어스 전압이 인가될 때 기판의 저항이 낮아짐에 따라 공핍층의 두께는 작아지게 되어 더 강한 전계가 공핍층에 인가된다. 더 강한 전계가 인가될 때 접합 근방으로부터 캐리어를 구동해내기 위한 더 강한 힘이 존재하고, 이는 캐리어의 축적을 방지한다. 이는 공핍층 두께의 감소에도 불구하고 기판의 저항이 감소함에 따라 다량의 광을 수신할 때 더 빠른 응답속도가 제공되는 추정적 이유이다.
따라서, 본 발명자는 다량의 광(350㎼)을 수신할 때 공핍영역에서 포토다이오드의 응답속도에 대한 전계 강도의 영향을 검사하기 위한 실험을 수행하였다. 이 실험은 도 8a에 나타난 구조를 가지고 도 8b(도 8a의 b-b′선에 해당)에 나타난 불순물 농도 특성을 갖는 포토다이오드(100)를 사용하여 행해졌다. 상기 포토다이오드(100)은 P형의 저저항 기판(181)상에 형성된 P형 고저항층(182)과, 상기 P형 고저항층(182)상에 형성된 N형 반도체층(183)을 포함하는 적층(laminate) 구조를 갖는다. 상기 N형 반도체층(183)은 P형 확산층(184,185)에 의한 복수의 영역으로 세분된다. 상기 포토다이오드(100)는 농도가 상기 P형 저저항 기판(181)과 상기 P형 고저항층(192)간에 단계적으로 변하도록 도 8b에 나타난 불순물 특성을 가지기 때문에, 공핍층이 상기 기판(181)과 상기 P형 고저항층(182)간의 인터페이스까지 확장한다. 기판의 저항이 낮아 애노드 저항의 영향은 무시될 수 있다.
상기 포토다이오드(100)에 다량의 펄스(pulse)광이 방사될 때 상기 포토다이오드 (100)의 응답은 실험에 의해 얻어졌으며, 전계 강도에 대한 응답속도의 의존성은 인가된 역바이어스 전압을 변화시킴으로서 연구되었다. 도 9는 전계 강도에 대한 응답 시간 tf(90% →10%)의 의존성의 실험 결과를 나타낸다. 여기서, 응답 시간 tf(90% →10%)는, 펄스광이 상기 포토다이오드(100)상에 확산된 후 광전류 최대값의 90%에서 10%로 광전류가 감소하는데 요구되는 시간으로 정의된다. 도 9에서 나타난 것처럼, 상기 포토다이오드(100)의 응답속도는 공핍층의 전계 강도 감소에 따라 감소한다.
또한, 감소된 응답속도에 대한 원인을 조사하기 위해서, 발명자는 펄스광(펄스 폭 : 10㎲)의 확산 후 깊이 방향에 따른 상기 포토다이오드(100)내에서 캐리어 밀도 분포의 시간적 변화를 검사하였다. 결과는 도 10a 및 10b에 나타나 있다. 도 10a는 공핍층내에 0.16V/㎛의 전계 강도가 존재하는 경우를 나타낸다. 도 10b는 공핍층내에 0.4V/㎛의 전계 강도가 존재하는 경우를 나타낸다. 도 10a에서 나타난 것처럼, 낮은 전계 강도가 공핍층내에 존재하는 경우에 펄스광 조사직후 접합 근방(약 2㎛의 깊이에서)에 다량의 캐리어가 축적된다. 예로 1012㎝-3캐리어가 바로 접합 근방에 축적된다. 축적된 캐리어가 N형 반도체 층을 향해 구동되기 위해 비교적 긴시간(예로, 10㎱ 또는 그 이상)을 필요로 한다는 사실은 저하된 응답속도의 증거이다. 한편, 도 10b에 나타난 것처럼, 공핍층 근방의 캐리어 밀도는 거의 변하지 않으며 이는 캐리어 축적이 없음을 나타낸다.
도 11a 및 11b 각각은 광 조사가 없는 경우와 펄스광(펄스 폭 : 10㎲)의 조사 직후의 전계 강도 분포 특성을 나타낸다. 도 11a에 나타난 것처럼, 접합 근방의 전계 강도는 공핍층내에 0.16V/㎛전계 강도의 캐리어 축적이 존재하는 경우에 캐리어 축적으로 인하여 더 줄어든다. N형 반도체 층을 향해 축적 캐리어를 구동하기 위한 줄어든 힘은 크게 줄어든 응답 특성의 증거이다. 한편, 도 11b에 나타난 것처럼, 공핍층내에서 전계강도는 광 조사의 유무에 무관하게 공핍층내에 0.4V/㎛ 전계 강도를 갖는 캐리어 축적이 없는 경우에는 실질적으로 동일하다.
따라서, 대광량을 수신(즉, 기입동작 동안)할 때에 저하된 응답속도에 대한 원인은 접합 근방의 캐리어 축적이어서 공핍층내에 전계강도를 증가시킴으로써 완화될 수 있다.
그러나, 실제 포토다이오드에서, 공핍층내에서 전계강도를 증가시키기 위해서 인가되는 역 바이어스 전압을 증가시키는 것은 또한 인가 전압의 변동에 기인하는 잡음을 증가시킨다. 따라서, 인가 전압은 크게 변할 수 없다. 인가 전압이 크게 변할 수 없는 또 다른 이유는 이러한 포토다이오드가, 장치내에서 LSI의 전원과 함께 동일한 전원을 공유한다는 것이다.
(실시예 1)
도 8c는 본 발명의 실시예 1에 따른 광감지기를 나타낸다. 도 3에 나타난 광감지기(2000)에 대응하는 부분은 동일 참조 번호를 사용한다. 광감지기(200)는 P형 에피텍셜층(242)을 가지며, 차례로 저저항 기판(141)에서부터 시작하여 점차로 감소하는 불순물 농도를 갖는 오토도프(autodope)층(242a)과 일정 불순물 농도를 갖는 층(242b)을 포함한다. 상기 광감지기(200)와 일치하여, P형 에피텍셜층(P형 고저항 결정성장층)(242)이 도 3에 나타난 종래의 광감지기(2000)의 대응부보다 얇도록 형성됨으로써 공핍층 두께는 제한되고 공핍층내에서 전계 강도는 향상된다.
앞에서 언급한 박편기판(141)을 적용함으로써 응답속도를 증가시키기 위해, 상기 공핍영역(16)이 적절히 상기 고저항층(242)까지 확장되도록 하면서 접합 커패시턴스를 줄일 필요가 있다. 따라서, 에피텍셜 성장하에서 최대 조절 가능한 저항에 해당하는 약 1000Ω㎝로 상기 P형 에피텍셜층(242)을 증가시키고 상기 P형 에피텍셜층(242)의 두께를 약 20㎛(고저항층의 일정 불순물 농도 부분 (242b)는 약 13㎛ 두께이다)로 정하는 것이 필요하다. 공핍층이 확장하지 않는데 상기 P형 에피텍셜층(242) 영역에서 어떠한 증가도 양극측상의 직렬 저항의 증가를 일으키며, 이는 차례로 응답속도 개선을 막는다.
상기 P형 에피텍셜층(242)의 두께가 변화된 도 8c에 나타난 실질적으로 나타난 상기 광감지기(200)의 응답은 다량의 광이 수신되고 소량의 광이 수신되는 경우에 대해 측정되었다. 결과는 다음의 표 1에 나타나있다. 표 1은 또한 상기 P형 에피텍셜층(242)의 다양한 두께에서 공핍층의 두께와 공핍층내에서 전계강도를 나타낸다.
표 1
상기 P형 에피텍셜층(242)은 가변 불순물 농도를 갖는 영역(즉, 상기 오토도프층(242))을 포함하기 때문에, 공핍층 두께는 표 1에 나타난 것처럼 상기 P형 에피텍셜층(242)의 두께보다 작게 된다.
도 9는 다량의 광을 수신할 때 응답속도와 표 1에 나타난 측정 조건에 관계된 것처럼 공핍층내에서 전계 강도 사이의 관계를 나타내는 측정값을 보여준다. 도 9에 나타난 것처럼, 앞서 언급한 실험 결과와 부합하는 의존성의 레벨을 가지면서 응답속도는 공핍층내에서 전계강도가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 다량의 광을 수신할 때 응답속도는 공핍층의 두께에 의해서가 아니고 주로 공핍층내에서 전계 강도에 의해서 결정된다. 도 10a(이는 응답속도가 앞서의 실험에서 저하된 경우에 있어서 캐리어 분포를 나타낸다)에서 나타난 것처럼 접합의 근처(약 2㎛의 깊이)에서 일어나기 때문에 이는 접합 부근의 전계 강도에 대한 캐리어 축적의 가정된 큰 의존성과 또한 부합한다.
한편, 위의 표 1에서 나타난 것처럼, 소량의 광을 수신할 때 응답속도는 공핍층의 두께가 감소함에 따라 감소한다. 이는 공핍층의 두께의 감소가 커패시턴스 성분의 증가와 공핍층 아래에서 생성된 캐리어는 확산을 통해서 이동하는 거리의 증가를 일으킨다.
상기에서 논의된 것처럼, 다량의 광을 수신할 때 도 8c에 나타난 구조의 상기 광감지기(200)의 응답속도는 상기 P형 에피텍셜층의 두께를 줄임으로써 공핍층내에서 전계강도를 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 상기 P형 에피텍셜층(242)의 두께의 지나친 감소는 소량의 광을 수신할 때 응답속도를 줄이게 된다. 따라서, 다량의 광을 수신(기입 동작에서처럼)할 때 요구되는 응답속도와 소량의 광을 수신(독출 동작에서처럼)할 때 요구되는 응답속도의 관점에서 상기 P형 에피텍셜층(242)의 두께를 최적화하는 것이 필요하다.
도 8c에 나타난 광감지기의 구조는 더 상세히 설명된다.
발명의 본 실시예에 따른 광감지기(200)는 도 3에 나타난 구조를 갖는 종래의 광감지기(2000)를 만들기 위한 동일 방법에 의해서 만들어 질 수 있다. 본 실시예에 따른 상기 광감지기(200)의 특징적 차이는 P형 에피텍셜층(P형 고저항 결정성장층)(242)의 두께와 저항에 있다. 상기 P형 에피텍셜층(242)의 두께 및 저항은 다음의 식을 만족하도록 설정된다.
Ed ≥0.3 V/㎛
여기서 Ed는 동작 역 바이어스 전압이 상기 광감지기(200)에 인가될 때 상기공핍층(160)내에서 발생되는 평균 전계 강도를 나타낸다.
상기 방법에서 공핍층내에 전계강도를 정하는 이유는 다음과 같다. 공핍층내에서 전게 강도를 증가시킴으로서, 접합 근방에 존재하는 광캐리어를 구동하기 위한 힘은 상기 광감지기(200)가 다량의 광을 수신할 때 캐리어 축적에 기인한 응답속도의 감소를 최소화하도록 증가한다.
현재, 6X속도 기입성능은 기입 동작을 지원하는 CD에 대한 요구사항이다. 상기에 언급된 도 9에 나타난 것처럼, 6X속도 기입성능에 대해 필요한 응답속도는 약 0.3V/㎛ 또는 그 이상에서 공핍층내에 전계 강도를 정함으로서 실현될 수 있다.
또한, 기입동작동안 응답속도 뿐만 아니라 독출동작동안 응답속도도 기입 동작을 지원하는 포토다이오드에서는 중요하다. 현재 32X속도 독출성능이 요구조건이다. 도 12는 상기 표 1에 나타난 실험에서 추정된 것처럼 소량의 광을 수신할 때 공핍층 두께와 응답속도 사이의 관계를 나타낸다. 32배 따른 응답속도를 얻기 위해서, 응답 주파수는 23㎒ 이거나 이상이 필요하며, 차례로 포토다이오드의 주파수 특성이 15㎒ 보다 작지 않은 주파수에서 1㏈ 까지 저하를 요구한다. 도 12의 그래프에 따르면, 32X속도 독출능력에 필요한 응답속도는 약 5㎛ 또는 그 이상으로 공핍층 두께를 정함으로써 실현될 수 있다.
기입동작과 독출동작에 대해 앞서 언급한 응답속도 요구를 완전히 만족시키기 위해, 공핍층내에서 전계강도가 약 0.3V/㎛ 또는 그 이상이고 공핍층 두께가 약 0.5㎛ 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 차례로 이는 상기 P형 에피텍셜층(242)의 두께가 약 13㎛와 약 17㎛ 사이이고 상기 P형 에피텍셜층(242)의 저항이 약 100Ω㎝ 과 약 1500Ω㎝ 사이인 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 영역은 발명자에 의해 얻어진 실험적 결과에 기초하여 결정된다.
또한, 상기 P형 반도체층(141)의 불순물 농도는, N형 에피텍셜층의 형성까지의 과정동안, 오토도프층이 기판으로부터 벗어나고 기판상에 형성된 P형 에피텍셜층(또는 일정 불순물 농도 층 242b)(242)의 표면에 접착하는 불순물에 의해 성장되는 것을 방지하기 위해서 상기 P형 에피텍셜층(242)의 표면의 불순물 농도의 103배와 같은 레벨을 초과하지 않는다. 예로서, 상기 P형 에피텍셜층(242)의 표면에 형성된 어떤 오토도프층의 불순물 농도와 상기 P형 반도체 기판(141)의 불순물 농도는 일반적으로 1:1000 의 관계를 가지기 때문에 상기 P형 에피텍셜층(242)이 약 1㏀의 고저항을 갖도록 형성되는 것이고, 상기 P형 반도체 기판(141)의 불순물 농도가 약 1Ω㎝이다. 따라서, 비록 불순물로 오토도핑(autodoping)이 발생하지만, 상기 P형 반도체 기판(141)의 불순물 농도가 상기 P형 에피텍셜층(242)의 표면에서 정해진 불순물 농도의 1000배에 같은 레벨을 초과하지 않는 것을 보장함으로써, 결과적인 상기 P형 에피텍셜층(242)의 표면의 불순물 농도는 미리 정해진 설계치를 초과하지 않는다. 애노드 저항을 줄이기 위해서, 오토도프가 발생하지 않는 한 기판저항은 바람직하게는 가능한 낮을 수 있다. 예로서, 기판 저항이 약 1Ω㎝의 하한선을 가지면, 광감지기의 안정된 대량생산을 허용하도록 기판 저항의 상한선은 바람직하게는 20Ω㎝ 또는 이하이다.
또한, 기판의 저부면상에 양극전극(151)(도 8c)를 제공하고 상기광감지기(200)의 상부면상의 분리확산층(144)에 제공된 양극전극(152)에 상기 양극전극(151)을 전기적으로 접속함으로써, 양극전극이 단지 상부면상에만 제공되는 경우에 비해 애노드 저항을 더 줄일 수 있다. 결과로 응답속도는 더 향상될 수 있다.
(실시예 2)
도 13a 및 13b는 실시예 2에 다른 광감지기(300)의 구조를 나타내는 단면도이다. 양극전극, 음극전극, 배선, 커버 막 등은 도 13a에서 생략된다.
도 13a에 나타난 것처럼, 상기 광감지기(300)는 P형 매립(embeded) 확산층(109), P형 에피텍셜층(104) 및 P형 반도체 기판(103)상에 형성된 N형 에피텍셜층(110)을 포함하는 적층구조를 갖는다. 상기 N형 에피텍셜층(110)은 P형 분할확산층(107)과 P형 매립 확산층(108)에 의해 복수의 영역으로 세분된다.
각 세분된 영역과 상기 P형 에피텍셜층의 바탕부분 사이의 접속은 포토다이오드 구조를 제공한다. 도 13a의 c-c′선을 따른 불순물 특성을 보여주는 도 13b에 나타난 것처럼, 상기 P형 에피텍셜층(104)은 오토도프("크리프업(creep up)")층(104a) 및 일정 저항을 갖는 층(104b)을 포함한다.
상기 광감지기(300)는 상기 P형 매립 확산층(109)이 상기 P형 반도체 기판(103)과 상기 P형 에피텍셜층(104) 사이에 제공된다는 점에서 실시예 1에 따른 광감지기(200)와 다르다. 상기 광감지기(300)는 다음과 같이 만들어질 수 있다. P형 반도체 기판(103)상에 상기 매립 확산층(109)을 형성하도록 상기 P형 반도체 기판상에 보론(Boron)이 확산되고, 상기 P형 에피텍셜층(104)이 결정성장을 통해 형성되고 종래의 공정에서처럼 동일한 공정이 수행될 수 있다.
실시예 1의 광감지기(200)에 따라, 단지 6X속도 기입능력과 32X속도 독출능력이 P형 에피텍셜층(242)의 두께와 저항을 최적화 함으로써 얻어질 수 있다. 이는 전계강도를 향상시키기 위해 공핍층의 두께를 줄이는 것이 커패시턴스 성분의 증가와 확산을 통해 이동해야 할 캐리어에 대한 거리의 증가에 이르기 때문이다. 이는 독출동작 동안뿐만 아니라 기입동작 동안의 응답속도에 제한을 가한다.
따라서, 본 실시예에 따라, 상기 P형 매립 확산층(109)은 기판내에 비교적 깊은 부분에서 발생된 캐리어에 대해 전위 장벽으로서 역할을 하도록 상기 P형 매립 확산층(109)은 상기 P형 반도체 기판(103)과 상기 P형 에피텍셜층(104)사이에 형성됨으로써 상기 광감지기(300)의 응답속도를 향상시킨다.
첫째, 소자 실험은 상기 P형 매립 확산층(109)이 어떻게 역할을 하는가 조사하기 위해서 행해졌다. 표 2는 도 14a, 14b 및 14c에 나타난 것처럼 포토다이오드 부분의 농도 특성인 세가지 구조에 대해 펄스광(780㎚, 300㎼)의 사용에 의한 1% 응답시간 tf(90%→1%)(즉, 광전류가 최대값의 90%에서 1%로 감소하는데 필요한 시간)를 나타낸다. 표 2에서, 매립 층 두께는 상기 P형 매립 확산층(109)내에서 최대 불순물 농도로부터 표면에 근접하게 위치되어 1014㎝-3농도가 존재하는 부분까지 거리로 정의된다.
표 2
여기서 사용된 것처럼, 1% 응답시간은 확산을 통해 기판내에서 이동하는 캐리어에 의해 정해진다. 도 14a 및 도 14b에 나타난 농도 특성을 갖는 구조간에, 상기 P형 반도체 기판(103), 상기 P형 매립 확산층(109) 및 상기 P형 에피텍셜층(104)의 불순물 농도를 동일 레벨로 유지하지만 상기 P형 매립 확산층(109)의 두께는 변한다.
도 14a 및 14b에 나타난 농도 특성을 갖는 구조간에, 도 14b에 나타난 특성을 갖는 구조는 크게 개선된 응답속도를 제공한다. 따라서, 상기 P형 매립 확산층(109)에 의해 만들어진 전위 장벽은 큰 경사도를 가지지 않도록 하기 위해 상기 P형 매립 확산층(109)이 큰 두께를 가지는 경우에 있어서 응답속도 개선 효과는 얻어질 수 없음을 볼 수 있다.
도 14b 및 14c에 나타난 농도 특성을 갖는 구조간에, 단지 상기 P형 반도체 기판(103)의 불순물 농도(저항)만 변하고 나머지는 불순물 농도를 그대로 유지한다. 도 14b 및 14c로부터 응답속도는 상기 P형 반도체 기판(103)의 농도에 따라 크게 변하는 것을 볼 수 있다.
도 15a는 펄스광 조사(펄스 폭 : 10㎲)가 도 14c에 나타난 농도 특성을 갖는 구조에 대해 행해진 후 약 2㎱에서 취해진 전자 농도 분포를 나타낸다. 도 15b는 펄스광 조사(펄스 폭 : 10㎲)가 도 14b에 나타난 농도 특성을 갖는 구조에 대해 행해진 후 약 2㎱에서 취해진 전자 농도 분포를 나타낸다. 도 15a 및 15b 각각은 포토다이오드는 부분의 단면도를 나타낸다. 여기서 전자는 도트(dot)를 나타내고 보다 높은 밀도의 도트 영역은 보다 높은 전자 농도를 나타낸다. 도 15a 및 15b 각각에서 실선은 상기 P형 반도체 기판(103)의 최대 농도를 나타낸다. 전체 표면 근방에서 보다 높은 전자 농도는 음극저항을 줄이기 위해 N형 고농도 주입층의 제공에 기인한 것이다.
도 14c에 나타난 농도 특성을 갖는 구조를 나타내는 도 15a에서 보여지는 것처럼, 기판은 높은 저항을 가지고 전위 장벽은 충분한 높이를 가지므로 상기 P형 매립 확산층(109) 보다 깊은 위치에서 캐리어는 장벽을 타고 넘을 수 없어서 캐리어 축적에 이른다. 한편, 도 14b에 나타난 농도 특성을 갖는 구조를 나타내는 도 15b에서 보여지는 것처럼, 전위 장벽은 충분히 높지 않으므로 상기 P형 매립 확산층(109)의 최대 농도의 주변에 분포되도록 캐리어는 표면 방향으로 흘러나간다. 따라서, 도 15b에 나타난 농도 특성을 갖는 구종의 감소된 응답 속도는 상기 P형 매립 확산층(109)의 기판측에서 발생된 캐리어가 느린 전류 성분으로 동작하도록 전위 장벽을 타고 넘는다.
따라서, 도 13에 나타난 상기 P형 매립 확산층(109)을 적용한 광감지기에서, 상기 P형 매립 확산층(109)은 상기 P형 매립 확산층(109)의 기판측면에서 발생한 캐리어에 대해 전위장벽 역할을 한다. 그 결과, 상기 P형 매립 확산층(109)의 기판 측면에서 발생한 캐리어는 표면을 향해 이동하기 위해 전위 장벽을 타고 넘는 것이 저지되고 기판내에서 재결합을 통해 사라진다. 또한, 상기 P형 매립 확산층(109)의 최대 농도 부분으로부터 상기 공핍층(106)에 달하는 범위에서 발생된 캐리어는 상기 P형 매립 확산층(109)에 기인한 큰 농도 경사도에 의해 만들어진 내부 전계에 의해서 가속되어서 확산을 통한 것보다 빨리 상기 공핍층(106)의 끝까지 이동한다. 따라서, 기입동작 동안의 응답속도와 기입동작을 지원하는 포토다이오드의 독출동작 동안 응답속도는 향상될 수 있다. 이 응답속도 개선은 상기 P형 반도체 기판(103)에 대해 충분한 농도차와 경사도를 나타내는 상기 P형 매립 확산층(109)에 의해 더 향상될 수 있다.
다음, 발명자는 상기 P형 공핍층(016)의 두께를 변화시킴으로써 얻어지는 특성에 대한 실험을 행하였다. 표 3은 P형 고저항 에피텍셜층(104)이 변하는 포토다이오드 부분의 농도 특성이 도 14에 나타난 것과 같은 구조에 대해 350㎼를 사용에 의한 응답시간 tf(90%→10%)(즉, 광전류가 최대값의 90%에서 10%로 줄어드는데 필요한 시간)를 보여준다.
표 3
도 16a는 P형 에피텍셜 층(104)이 15㎛의 두께를 가지고 펄스광 조사(펄스 폭 : 10㎲)가 행해졌을 때 얻어진 상기 공핍층(106)내에서 전계강도 0.42V/㎛를 가지는 구조의 포토다이오드 부분에서 농도 분포를 나타낸다. 도 16b는 P형 에피텍셜 층(104)이 20㎛의 두께를 가지고 펄스광 조사(펄스 폭 : 10㎲)가 행해졌을 때 얻어진 상기 공핍층(106)내에서 전계강도 0.21V/㎛를 가지는 구조의 포토다이오드 부분에서 농도 분포를 나타낸다. 도 16a 및 16b 각각은 포토다이오드는 부분의 단면도를 나타낸다. 여기서 전자는 도트(dot)를 나타내고 보다 높은 밀도의 도트 영역은 보다 높은 전자 농도를 나타낸다. 도 16a 및 16b 각각에서 실선은 상기 P형 매립 확산층(109)의 최대 농도를 나타낸다. 전체 표면 근방에서 보다 높은 전자 농도는 음극저항을 줄이기 위해 N형 고농도 주입층의 제공에 기인한 것이다.
P형 에피텍셜 층(104)이 20㎛ 두께인 구조를 도 16b에 나타난 것처럼, 캐리어는 상기 공핍층(106) 근방에 축적된다. 따라서, 공핍층은 더욱 확산되고 공핍층내에서의 전계강도는 P형 에피텍셜층의 두께가 증가함에 따라 감소됨으로써 전하 축적되고 응답속도가 저하된다.
도 17은 펄스광(780㎚, 300㎼)을 사용에 의한 상기 공핍층(106)과 10% 응답시간 tf(0%→90%)(즉, 음극 전류가 최대값의 10%로 줄어드는데 필요한 시간)의 관계를 보여준다. 도 17에 나타난 것처럼, 상기 P형 에피텍셜층(104)의 두께와 저항이 다음 식을 만족하도록 정함으로써, 차세대 포토다이오드에 대한 요구사항인 12X속도 기입능력(tf ≤4㎱)은 기입동작을 지원한다.
Ed′〉 0.3 V/㎛
여기서 Ed′는 동작 역 바이어스 전압이 광감지기(300)에 인가될 때 상기 공핍층(106)내에서 발생하는 평균 전계강도이다. 상기 방법에서 상기 P형 에피텍셜층(104)의 두께와 저항을 정하는 이유는 다음과 같다. 공핍층내에서 전계강도를 증가시킴으로써, 접합 근방에 존재하는 광 캐리어를 구동하기 위한 힘이 광감지기(300)가 다량의 광을 수신할 때 캐리어 축적에 기인한 응답의 저하를 최소화하도록 증가된다.
포토다이오드의 커패시턴스 증가를 최소화하면서 앞서 언급한 기입 능력을 유지할 수 있도록 공핍층내에서 약 0.3V/㎛ 또는 그 이상의 전계강도를 유지하기 위해서 상기 P형 에피텍셜층(104)은 9㎛ 내지 17㎛인 두께를 가지고 약 100Ω㎝ 내지 약 1500Ω㎝인 저항을 가지는 것이 바람직하다. 상기 P형 에피텍셜층(104)의 두께의 바람직한 범위는 표 3에 나타난 실험데이터로부터 정해진다. 상기 P형 에피텍셜층(104)의 두께의 바람직한 하한선은, 도 14b에서 보여지는 것처럼 상기 N형 에피텍셜층(110)과 상기 P형 에피텍셜층(104) 사이의 접합 부분의 농도가, 상기 P형 에피텍셜층(104)의 두께가 약 9㎛ 보다 작게됨에 따라 상기 오토도프층(104a)의 영향으로 인하여 증가하기 때문에, 9㎛로 설정되어 증가된 접합 커패시턴스와 낮은 응답속도에 이른다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 P형 매립 확산층(109)이 전위 장벽으로써 충분히 기능을 하도록 하기 위해서, 상기 P형 매립 확산층(109)에서 최대 불순물 농도가 다음과 같은 이유로 P형 반도체 기판(103)에서 불순물 농도의 약 100배 또는 이상인 것이 바람직하다. 상기 P형 매립 확산층(109)이 상기 P형 반도체 기판(103)과 관련한 충분히 높은 확산 전위를 가지지 않는 경우에, 상기 P형 매립 확산층의 기판측에서 발생된 캐리어는 열 에너지 때문에 상기 P형 매립 확산층을 타고 넘어가 PN접합에 이르게 되어서 응답속도를 줄이게 된다. 동작온도 범위, 즉 10°C에서 약 100°C에서 열 에너지는 약 0.03eV 내지 약 0.04eV 범위이다. 따라서, 이러한 열 에너지를 누르기 위해서는 충분히 높은 확산 전위를 제공하는 것이 필요하다. 상기 기판(103)에서 발생된 캐리어가 상기 광감지기(300)의 표면을 향해 흐르는 것을 방지하도록 10% 또는 그 이하의 캐리어가 상기 P형 매립 확산층(109)을 타고 넘을 수 있도록 하기 위해, 상기 P형 매립 확산층(109)이 상기 P형 반도체 기판(103)에 대해 0.1V 또는 그 이상의 전위를 갖는 것이 필요하다. 이는 Eb(eV)의 전위 장벽을 타고 넘을 Ee(eV)의 열 에너지를 갖는 전자에 대한 확율 P는 아래와 같다.
p = Exp(-Eb/Ee)
이다.
p = Exp(-Eb/0.04)〈 0.1
Eb 〉 -0.04 X log(0.1) = 0.1
과 같다.
불순물 농도와 확산전위 사이의 관계는 도 18에 나타낸다. 도 18에 나타난 것처럼, 상기 P형 매립 확산층(109)과 상기 P형 반도체 기판(103)간의 전위차가 0.1V 또는 그 이상을 보장하기 위해서, 상기 P형 매립 확산층(109)의 최대 불순물 농도를 상기 P형 반도체 기판(103)의 불순물 농도보다 100배 또는 그 이상으로 정하는 것이 필요하다. 다시 말하면, 상기 P형 매립 확산층(109)의 최대 불순물 농도를 상기 P형 반도체 기판(103)의 불순물 농도보다 100배 또는 그 이상으로 정함으로써, 상기 P형 매립 확산층(109)의 측면에서 발생하는 캐리어에 기인하는 응답 속도의 저하를 개선하는 것이 가능하다.
또한, 상기 P형 반도체 기판(103)과 상기 P형 매립 확산층(109)간의 최대 불순물 농도 차이가 커짐에 따라 상기 P형 매립 확산층(109)은 전위 장벽으로써 더 효율적으로 역할을 한다. FZ(float zone) 기술에 의해 만들어지는 기판은 기판에서의 불순물 농도를 줄이기에 더 효율적이지만 웨이퍼(wafer)의 기계적 강도를 약하게 함으로써 제품의 결함과 수율 감소에 이르게 된다. CZ(Czochralski) 기술에 의해 만들어지는 기판은 제품 결함과 수율 감소의 문제를 배재하기 때문에 바람직하다. CZ 기술에 의해서 얻어질 수 있는 최고로 가능한 기판 저항은 약 50Ω㎝이기 때문에 약 20Ω㎝ 내지 약 50Ω㎝의 저항을 갖는 CZ 기판을 채택하는 것이 바람직하다. 약 50Ω㎝의 저항 상한선을 가정할 때, 광감지기의 안정된 대량생산을 보장하기 위해서 약 20Ω㎝ 하한선이 요구된다. 상기 반도체 기판(103)에 대해 충분히 높은 불순물 농도(100배 또는 그 이상)를 제공하기 위해, 상기 P형 매립 확산층(109)의 최대 불순물 농도는 약 1X1017㎝-3또는 이상인 것이 바람직하다.
막 두께 및 저항 조절의 관점에서 상기 P형 매립 확산층(109)을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 이온이 약 1X1017㎝-3또는 그 이상의 높은 농도에서 주입될 때 결함 제품 때문에 생산 수율은 떨어질 수 있다. 이러한 결함에 기인한 생산 수율 저하를 방지하기 위해서, 상기 P형 매립 확산층(109)이 적용되고 확산됨으로써 형성되는 것이 바람직하다.
펄스광에 대해 1% 응답 시간을 향상시키기 위해서, 상기 P형 매립 확산층(109)의 불순물 농도를 다음과 같이 정하는 것이 바람직하다.
Xu 〈 38 ㎛
여기서, Xu는 상기 P형 매립 확산층(109)에서 최대 불순물 농도의 약 1/100 농도 레벨이 상기 P형 매립 확산층(109)의 측면에 존재하는 위치에서 포토다이오드의 표면으로부터 얻은 두께를 나타낸다. 전위 장벽이 입사광이 약 1% 또는 그 이하로 흡수되어 떨어지는 위치보다 얕은 부분에서 형성되면 충분한 응답속도 개선이 얻어질 수 없도록 느린 응답 속도를 갖는 캐리어가 충분히 제거될 수 있기 때문에 이러한 농도 특성은 바람직하다. 파장 780㎚(CD-ROM에 적용되는 것이다)를 갖는 광이 Si에 입사될 때, 약 38㎛의 깊이에서 약 1% 또는 그 이하의 강도 레벨로 감쇠된다. 따라서, 포토다이오드의 표면으로부터 상기 P형 매립 확산층(109)의 최대 불순물 농도의 약 1/100 농도 레벨이 상기 P형 매립 확산층(109)의 기판측에 존재하는 위치까지 두께 Xu를 약 38㎛ 또는 그 이하로 정하는 것이 바람직하다.
도 8c에 나타난 본 발명의 실시예 1에 따른 광감지기(200)을 적용하는 것과 비슷한 방법으로, 동일 기판상에 제공되는 P형 분리 확산층(107)과 P형 분리 매립 확산층(108)에 의해 포토다이오드로부터 분리되는 N형 에피텍셜층 영역에 내부 회로를 갖는 광감지기가 형성된다. 그 결과, 전체적인 픽업 시스템(pick up system)은 줄어들 수 있고, 이의 제조 비용이 줄어들 수 있다.
도 19는 본 발명의 한 일 실시예에 다른 광감지기(400)를 나타낸다.
도 19에 나타난 광감지기(400)는 P형 반도체 기판(1), P형 고저항 에피텍셜층(30), P형 고농도 매립 확산층(4), P형 분리 매립 확산층(7), 공핍층(5), N형 콜렉터 영역(6), N형 에피텍셜층(8), P형 분리 확산층(9), N형 콜렉터 접촉영역(10), P형 베이스 영역(11), N형 에미터 영역(12), 커버 막(cover film)(14), 음극접속(15), 양극 접속(16), 트랜지스터 접속(17), 캐소드 접속 영역(22), 포토다이오드 구조부(80) 및 회로 구조부(90)를 포함한다. 상기 P형 고저항 에피텍셜층(30)은 일정 저항층(2)과 오토도프층(3)을 포함한다.
도 19의 광감지기(400)의 경우에서처럼, 내부 회로를 가지는 광감지기에 있어서, 상기 P형 에피텍셜층(30)의 표면으로부터 시작하는 상기 P형 고농도 매립 확산층(30)을 형성하는 것이 바람직하다. 그 결과, 애노드 저항은 상기 P형 분리 매립 확산층(7)하의 저항을 줄임으로써 줄어들 수 있어, 포토다이오드의 응답속도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 회로 부분에서 기판저항을 줄임으로써 래치-업(latch-up) 현상을 방지하는 것이 가능하다.
도 8c 및 도 13a에 나타난 광감지기(200) 또는 광감지기(300)에서, 상기 P형 에피텍셜층(242) 또는 상기 P형 매립 확산층(109)의 표면으로부터 시작하는 앞서 언급한 상기 P형 고농도 매립 확산층을 각각 형성하는 것이 바람직하다.
앞서 언급한 실시예는 제 1 도전형으로 P형, 그리고 제 2 도전형으로 N형을 나타내지만, N형이 제 1 도전형으로 적용되고 P형이 제 2 도전형으로 적용될 수 있는 것은 이해된다.
본 발명에 따른 광감지기에서 복수의 포토다이오드 부분을 형성하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 단 하나의 포토다이오드가 제공되는 실시예에도 적용이 가능하다.
상기에서 언급한 것처럼, 본 발명에 따르면, 제 1 도전형의 반도체 기판을 포함하는 적층 기판이 적용되고, 상기 반도체 기판상에 형성되며 상기 제 1 반도체 기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 반도체층이 그 위에 포토다이오드를 형성할 수 있도록 적용된다. 공핍층의 두께는 제 1 도전형의 반도체층의 두께와 저항을 조정함으로써 줄어들어, 공핍층내에서 전계강도는 포토다이오드에 인가되는 전압을 변화시키지 않고서 향상될 수 있다. 그 결과, 전기장에 기인한 접합의 근방에 캐리어의 구동력이 증대되어, 대광량시 캐리어 축적에 의한 응답 속도의 저하를 방지할 수 있다.
그러나, 보다 작은 공핍층 두께는 커패시턴스 성분의 증가에 이르고 공핍층하에서 생성된 캐리어에 의한 확산을 통해 이동되는 거리를 보다 길게 함으로써 소량의 광을 수신할 때 응답속도 저하를 초래한다. 따라서, 독출동작 동안 소량의 광에 대한 응답 속도 요구와 기입동작 동안 다량의 광에 대한 응답속도 요구를 모두 만족시키기 위해서, 제 1 도전형의 반도체층의 두께 및 저항이 소망의 소자 설계사양을 만족하도록 조정된다.
또한, 본 발명에 따르면, 비교적 고농도를 갖는 제 1 도전형의 제 1 반도체층이 제 1 도전형의 반도체층과 불순물 농도가 반도체층의 불순물 농도보다 높은 제 1 도전형의 제 2 반도체층 사이에 제공된다. 따라서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층은 이의 기판측에서 생성되는 캐리어에 대한 전위장벽으로서 역할을 할 수 있어서, 확산을 통해 먼 거리를 이동하는 느린 전류 성분을 제거한다. 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 최대 불순물 농도보다 표면에 가까운 부분에서 생성되는 캐리어가 제 1 도전형의 제 1 반도체층내에서 내부전계에 의해서 가속되기 때문에, 캐리어가 확산에 의해 이동할 수 있는 것보다 빨리 캐리어는 공핍층의 끝 부분까지 이동한다. 그 결과, 응답속도는 더 향상될 수 있다.
상기에서 언급한 것처럼, 본 발명에 따르면, 내부 회로를 갖는 광감지기 뿐만 아니라 기입 동작을 지원하는 광감지기가 제공됨으로써, 기입동작 동안 다량의 광을 수신할 때 캐리어 축적에 기인한 응답속도의 저하가 방지되어, 독출동작 동안 소량의 광을 수신할 때 응답속도와 기입동작 동안 다량의 광을 수신할 때 응답속도 모두가 향상될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않으면서 당해 분야의 기술자에게다양한 다른 변형은 명백하고 용이하게 만들어 질 수 있다. 따라서, 청구범위는 상기에 나타난 것과 같은 상세한 설명에 의해서 제한되지 않고 보다 넓게 해석되어야 할 것이다.
Claims (20)
- 제 1 도전형의 반도체기판;상기 반도체기판상에 형성되고 상기 반도체기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 반도체층;상기 제 1 도전형의 반도체기판상에 형성된 제 2 도전형의 반도체층: 및상기 제 1 도전형의 반도체층의 표면에 달하도록 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 형성된 적어도 하나의 제 1 도전형의 확산층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 확산층은 제 2 도전형의 반도체층을 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들로 분할하며,신호광을 전기적 신호로 변환시키는 적어도 하나의 포토다이오드부는 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들중 적어도 하나와 제 1 도전형의 반도체층 사이의 접합점에 형성되고,역바이어스 전압이 적어도 하나의 포토다이오드부에 인가되는 경우 제 1 도전형의 반도체층에 형성되는 공핍층은 약 0.3 V/㎛ 이상의 전계 강도를 갖는 광감지기.
- 제1항에 있어서, 제 1 도전형의 반도체층에 형성된 공핍층의 두께는 약 5 ㎛ 이상인 광감지기.
- 제1항에 있어서, 제 1 도전형의 반도체층의 두께는 약 13 ㎛ 내지 약 17 ㎛이고 저항률은 약 100 Ω㎝ 내지 약 1500 Ω㎝인 광감지기.
- 제1항에 있어서, 반도체기판의 저항률은 약 1 Ω㎝ 내지 약 20 Ω㎝인 광감지기.
- 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판의 후면에 제공된 제 1 전극; 및제 2 도전형의 반도체층의 표면에 제공된 제 2 전극을 더 포함하며,상기 제 1 및 제 2 전극은 서로 전기적으로 결합되어 있는 광감지기.
- 제1항에 있어서, 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들은 적어도 하나의 포토다이오드부를 정의하는 적어도 하나의 제 1 영역 및 적어도 하나의 제 1 영역으로부터 분리된 적어도 하나의 제 2 영역을 포함하고,전기적 신호를 처리하기 위한 신호처리 회로부가 상기 적어도 하나의 제 2 영역에 제공되는 광감지기.
- 제6항에 있어서, 광감지기는 적어도 하나의 제 2 영역과 제 1 도전형의 제 1 반도체층 사이의 인터페이스에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층을 더 포함하는 광감지기.
- 제 1 도전형의 반도체기판;상기 반도체기판에 형성되고 상기 반도체기판보다 높은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 제 1 반도체층;제 1 도전형의 제 1 반도체층상에 형성되고 상기 반도체기판보다 낮은 불순물 농도를 갖는 제 1 도전형의 제 2 반도체층;제 1 도전형의 제 2 반도체층상에 형성된 제 2 도전형의 반도체층; 및제 1 도전형의 제 2 반도체층의 표면에 달하도록 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 형성된 적어도 하나의 제 1 도전형의 확산층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 확산층은 제 2 도전형의 반도체층을 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역으로 분할하며,신호광을 전기적 신호로 변환하기 위한 적어도 하나의 포토다이오드 부분이 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들중 적어도 하나와 제 1 도전형의 제 2 반도체층 사이의 접합점에 형성되고,역바이어스 전압이 적어도 하나의 포토다이오드부에 인가되는 경우 제 1 도전형의 제 2 반도체층에 형성된 공핍층은 전계 강도가 약 0.3 V/㎛ 이상인 광감지기.
- 삭제
- 제8항에 있어서, 제 1 도전형의 제 2 반도체층의 두께는 약 9 ㎛ 내지 약 17 ㎛이고 저항률은 약 100 Ω㎝ 내지 약 1500 Ω㎝인 광감지기.
- 제8항에 있어서, 반도체기판의 불순물 농도는 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 피크 불순물 농도의 약 1/100 이하인 광감지기.
- 제8항에 있어서, 반도체기판은 CZ법에 의해 제조되고 약 20 Ω㎝ 내지 약 50 Ω㎝의 저항률을 갖는 광감지기.
- 제11항에 있어서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 피크 불순물 농도는 약 1 ×1017㎝-3이상인 광감지기.
- 제12항에 있어서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층의 피크 불순물 농도는 약 1 ×1017㎝-3이상인 광감지기.
- 제8항에 있어서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층은 도포 및 확산됨으로써 형성되는 광감지기.
- 제11항에 있어서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층은 반도체기판으로부터 제 2 도전형의 반도체의 표면 쪽으로 불순물 농도가 증가하는 영역을 갖고, 제 1 도전형의 제 1 반도체층에 걸쳐 최고 불순물 농도의 약 1/100을 갖는 부분은 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 약 38 ㎛ 이하의 깊이에 존재하는 광감지기.
- 제12항에 있어서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층은 반도체기판으로부터 제 2 도전형의 반도체의 표면 쪽으로 불순물 농도가 증가하는 영역을 갖고, 제 1 도전형의 제 1 반도체층에 걸쳐 최고 불순물 농도의 약 1/100을 갖는 부분은 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 약 38 ㎛ 이하의 깊이에 존재하는 광감지기.
- 제15항에 있어서, 제 1 도전형의 제 1 반도체층은 반도체기판으로부터 제 2 도전형의 반도체의 표면 쪽으로 불순물 농도가 증가하는 영역을 갖고, 제 1 도전형의 제 1 반도체층에 걸쳐 최고 불순물 농도의 약 1/100을 갖는 부분은 제 2 도전형의 반도체층의 표면으로부터 약 38 ㎛ 이하의 깊이에 존재하는 광감지기.
- 제8항에 있어서, 복수의 제 2 도전형의 반도체 영역들은 적어도 하나의 포토다이오드 부분을 정의하는 적어도 하나의 제 1 영역 및 적어도 하나의 제 1 영역으로부터 분리된 적어도 하나의 제 2 영역을 포함하고,전기적 신호를 처리하기 위한 신호처리 회로부가 적어도 하나의 제 2 영역에 제공되는 광감지기.
- 제19항에 있어서, 광감지기는 적어도 하나의 제 2 영역과 제 1 도전형의 제 2 반도체층 사이의 인터페이스에 형성된 제 1 도전형의 고농도 확산층을 더 포함하는 광감지기.
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