KR100516950B1 - 포토다이오드 - Google Patents

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Abstract

전자노이즈의 영향을 받기 어려운 구조를 갖고 차폐케이스를 필요로 하지 않는 포토다이오드를 제공한다.
제1의p형층(11)이 되는 p형의 기판상에 n형층(12)을 형성하고 n형층(12)의 주위에 p형의 분리띠를 형성해서 n형층(12)을 단말가장자리로부터 분리하고 n형층(12)상에 그 일부를 남겨서 제2의p형층(13)을 형성해서 보호막층(14)으로 씌운다.
보호막층(14)상에 제1 및 제2의 전극(15),(16)을 설치하고 보호막층(14)에 형성한 개방구를 거쳐서 제1의 전극(15)을 n형층(12)에 접속하고 제2의 전극(16)을 p형의 분리띠 및 제2의 p형층(13)에 접속한다.
제2의 전극(16)을 접지전위에 접속해서 제1 및 제2의 p형층(11),(13)을 접지전위로 하고 광전변환으로 생긴 전하를 제1의 전극(15)으로부터 출력시킨다.
제2의 p형층(13)은 접지전위에 접속되어서 저임피던스(low impedance)이므로 차폐효과를 갖고 표면으로부터의 전자노이즈가 차단된다.

Description

포토다이오드
본 발명은 포토다이오드(photo diode)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 전자노이즈(electromagnetic noise)의 영향을 받기 어려운 포토다이오드에 관한 것이다.
광을 받아서 전기신호로 변환하는 포토다이오드는 원격제어장치나 광통신장치의 수신용소자로서 많이 사용되고 있다.
종래의 포토다이오드는 도5에 나타내는 바와 같이 p형의 기판(51)상에 n형층을 형성해서 이루어지고 p형기판(51)의 하면이 은페이스트(paste)(53) 등에 의해 접지전위로 접속된 프레임(54)에 다이본딩(die bonding)되어 있다.
따라서, 양극(56)이 프레임측 음극(55)이 광을 받는 칩(chip)표면이 되어 있다.
칩표면으로부터 입사한 광은 n형층(52)과 p형기판(51)의 접합면에서 광전변환되어 이에 의해 생성된 전하가 수광량을 나타내는 신호로서 음극(55)에 의해 빼내진다.
도6에 나타내는 바와같이 음극(55)은 신호처리회로(9)에 접속되어 있어 음극으로부터 출력되는 미약한 신호는 증폭된 후 장치에 따른 처리를 받는다.
그런데 상기한 구성의 포토다이오드는 칩표면의 음극이 고임피던스(high impedance)가 되기 때문에 브라운관이나 컴퓨터등의 포토다이오드가 조립되어 있는 장치의 다른부분으로부터의 전자노이즈를 받아서 거짓신호를 출력하기 쉽게 되어버린다.
거짓신호는 신호처리회로의 오동작을 초래하고 원격제어장치가 정확히 기능하지 않게 되거나 광통신에서 정보가 변화하든가 하는 등의 중대한 문제를 일으킨다.
이 때문에 종래로부터 포토다이오드를 금속성의 차폐케이스로 씌우므로서 전자노이즈를 차단해서 포토다이오드가 거짓신호를 출력시키는것을 방지하는것이 행해지고 있다.
그러나, 차폐케이스로 씌우면 포토다이오드가 대형화함과 동시에 부품점수가 증가해서 비용이 상승하고 제조공정수도 많아진다.
또, 차폐케이스는 전자노이즈의 차단에 유효한 방법이지만 전자노이즈의 영향을 받기 쉽다고 하는 포토다이오드의 약점을 본질적으로 해결하는 것은 아니다.
본 발명은 전자노이즈의 영향을 받기 어려운 구조를 갖고 차폐케이스를 필요로 하지 않는 포토다이오드를 제공하는것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 광통신용송수신장치에 사용할수 있는 포토다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 접지전위에 접속된 제1의 p형층과 이 제1의 p형층상에 형성된 n형층을 갖고 n형층측으로부터 광을 받아서 광전변환하고 생성된 전하를 n형층으로부터 출력시키는 포토다이오드에 있어서, n형층상에 제2의 p형층을 형성해서 제2의 p형층을 접지전위로 접속한 구성으로 한다.
광은 제2의 p형층으로부터 입사하고 제2의 p형층과 n형층 및 n형층과 제1의 p형층의 접합면에서 광전변환이 행해진다.
광전변환에 의해 생성된 전하는 n형층으로부터 출력되지만 n형층의 상부에는 제2의 p형층이 형성되어 있다.
이 제2의 p형층은 접지전위에 접속되어서 저임피던스로 되어 있기 때문에 차폐효과를 갖고 외부로부터의 전자노이즈를 차단할 수가 있다.
따라서, n형층에 전자노이즈가 도달하는 일은 없고 n형층으로부터의 노이즈에 의해 발생한 전하가 출력되는 일은 없다.
n형층으로부터 전하를 출력시키기 위한 전극과 제1의 p형층 및 제2의 p형층을 접지전위로 접속하기 위한 전극을 n형층측의 표면에 구비하도록 하면 된다.
양극전극과 음극전극이 포토다이오드의 표면에 병설되는 것이 된다.
(실시예)
다음에 본 발명의 포토다이오드에 대해 도면을 참조해서 설명한다.
도1에 제1의 실시형태의 포토다이오드(1)의 칩의 단면도를 나타내고 도2에 그 평면도를 나타낸다.
포토다이오드(1)는 제1의 p형층(11), n형층(12), 제2의 p형층(13), 보호막층(14)및 2개의 전극(15),(16)에 의해 이루어진다.
n형층(12)은 제1의 p형층(11)인 p형의 Si기판상에 에피택셜(epitaxial)성장에 의해 형성되어 있고 p형불순물의 확산에 의해 주위에 형성된 p형띠(11a)에 의해 칩단말가장자리로부터 분리되어 있다.
제2의 p형층(13)은 n형층(12)에 이온을 주입하므로서 형성되어 있고 n형층(12)의 주변부를 제외한 영역의 상부에 형성되어 있다.
보호막층(14)은 SiO2 또는 SiN에 의해 이루어져 있고 칩상면의 전체를 씌우도록 형성되어 있다.
보호막층(14)에는 n형층(12)을 노출시키기 위한 개방구(14a), 제2의 p형층(13)을 노출시키기 위한 개방구(14b), 및 p형띠(11a)를 노출시키기위한 개방구(14c)가 각각 띠형상으로 형성되어있다.
전극(15)은 개방구(14a)상에 설치되어 있고 n형층(12)에 접속되어 있다.
전극(16)은 개방구(14b)와 개방구(14c)상에 설치되어 있고 제2의p형층(13)에 접속되고 p형띠(11a)를 거쳐서 제1의p형층(11)에 접속되어 있다.
또한, 전극(16)은 접지전위로 접속된다.
이에 의해 제1의p형층(11)과 제2의p형층(13)이 다같이 접지전위로 된다.
포토다이오드(1)는 보호막층(14)이 형성되어 있는 칩표면측으로부터 광을 받는다.
광은 보호막층(14)을 투과해서 제2의p형층(13)과 n형층(12)및 n형층(12)과 제1의p형층(11)의 접합면에서 광전변환이 행해진다.
광전변환으로 생성된 전하는 n형층(12)으로부터 전극(15)으로 출력된다.
상기한 구성에서는 전극(15)가 음극이 되고 전극(16)이 양극이 된다.
전극(15)은 실장시에 도시한 외의 신호처리회로에 접속되고 포토다이오드(1)의 수광량을 표시하는 전극(15)으로부터의 출력신호는 신호처리회로에 있어서 증폭된후 포토다이오드(1)를 조립하는 장치에 따른 처리를 받는다.
장치내의 다른 부분이 전자노이즈를 발생시키고 이것이 칩표면으로부터 포토다이오드(1)에 진입했다고 해도 제2의p형층(13)이 접지전위로 접속되어서 저임피던스로 되어 있기 때문에 전자노이즈는 제2의p형층(13)에서 차단된다.
따라서, 전자노이즈가 n형층(12)에 도달하는 일은 없어 외부의 전자노이즈에 기인하는 전하가 전극(15)에 나타나는 일은 없다.
이 때문에 신호처리회로는 항상 정확히 동작하고 포토다이오드(1)를 조립한 장치의 신뢰성은 극히 높게 된다.
제2의p형층(13)은 종래의 차폐케이스와 같은 기능을 수행한다.
즉, 포토다이오드(1)는 내부에 전자노이즈를 차단하는 구조를 구비하고 있고 차폐케이스에 의해 씌우지 않아도 안정적으로 동작한다.
따라서, 포토다이오드(1)를 단체로 사용하는것이 가능하다.
또한, 여기서는 보호막층(14)의 개방구(14b)를 p형층(13)의 한변에 따르는 형상으로 하고 제2의p형층(13)과 전극(16)을 직선상으로 접속하는 구조로 했으나, 개방구(14b)를 제2의p형층(13)의 4변에 따라서 형성하고 제2의p형층(13)을 전극(16)으로 둘러싸는 구조로 해도 된다.
이렇게 하면 제2의p형층(13)의 전체범위가 균일하게 접지전위가 되어서 전자노이즈를 차단하는 기능이 한층 높아진다.
제2의 실시형태의 포토다이오드의 단면을 도3에 나타낸다.
이 포토다이오드(2)는 제2의p형층(13)과 p형띠(11a)가 내부에서 접속되어있고, 제1의실시형태의 포토다이오드(1)의 보호막층(14)에 형성되어 있던 제2의p형층(13)과 전극(16)을 접속하기 위한 개방구(14b)는 형성되어 있지 않다.
제2의p형층(13)은 제1의p형층(11)과 마찬가지로 p형띠(11a)를 거쳐서 전극(16)에 접속되어 있다.
다른 구성은 포토다이오드(1)와 동일하며 설명을 생략한다.
제3의 실시형태의 포토다이오드의 단면을 도4에 나타낸다.
이 포토다이오드(3)는 제2의p형층(13)과 p형띠(11a)가 내부에서 접속되어 있고, 제1의p형층(11)은 그 하면에 설치된 전극(16a)으로부터 접지전위로 접속된다.
제2의p형층(13)은 p형띠(11a)와 제1의p형층(11)을 거쳐서 접지전위로 접속되게 된다.
제1의 실시형태의 포토다이오드(1)의 보호막층(14)의 2개의 개방구(14b), (14c)및 전극(16)은 포토다이오드(3)에는 형성되어 있지 않다.
이 포토다이오드(3)는 은페이스트 등에 의해 프레임에 다이본딩 된다.
다른 구성은 포토다이오드(1)와 동일하며 설명은 생략한다.
또한, 제2, 제3실시형태의 포토다이오드(2)및 (3)에서는 전극(15)과의 접속을 위해 필요한 단말가장자리부를 제외하고 n형층(12)의 전체에 걸쳐서 제2의p형층(13)을 형성하는것이 바람직하다.
이와같이하면 제2의p형층(13)이 3개의 단말가장자리에서 p형띠(11a)와 접속되게 되므로 해서 제2의p형층(13)의 전체가 균일하게 접지전위가 되어 전자노이즈차단의 효과가 증대한다.
더구나, n형층(12)의 전체범위가 제2의p형층(13) 또는 전극(15)에 씌워지게되어 전자노이즈를 확실히 차단할 수가 있다.
청구항 1의 포토다이오드에 의하면, 외부로부터의 전자노이즈가 제2의p형층에의해 차단되기때문에 노이즈에 기인하는 신호를 출력시키는 일은 없다.
이 때문에 차폐케이스로 포토다이오드를 씌울 필요가 없고, 또한 비용을 절감해서 제조공정수를 감소시킬수가 있다.
청구항 2의 포토다이오드에서는 양극전극과 음극전극이 모두 포토다이오드표면에 형성되어 있으므로 양 전극을 같은 방법에 의해 회로기판의 배선에 접속할 수가 있다.
따라서, 실장의 공정이 용이하게 된다.
또한, 본 발명은 광통신용송수신장치에 사용할수 있는 포토다이오드를 제공하게 된다.
도1은 제1실시형태의 포토다이오드의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도
도2는 제1실시형태의 포토다이오드의 구조를 모식적으로 나타내는 평면도
도3은 제2실시형태의 포토다이오드의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도
도4는 제3실시형태의 포토다이오드의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도
도5는 종래의 포토다이오드의 구조를 모식적으로 나타내는 도면
도6은 종래의 포토다이오드의 그 출력신호를 처리하는 회로의 접속을나타내 는 도면
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
11. 제1의 p형층
12. n형층
13. 제2의 p형층
14. 보호막층
15. 제1의 전극
16. 제2의 전극

Claims (4)

  1. 제 1 p형층 및 상기 제 1 p형층 위에 형성된 n형층을 가지며, 상기 n형층측으로부터 광을 받아서 광전변환하여 생성된 전하를 상기 n형층으로부터 출력하는 포토다이오드에 있어서,
    상기 n형층 상에 제 2 p형층을 설치하고, 상기 제 1 p형층 및 상기 제 2 p형층을, 이들을 저 임피던스로 하는 소정 전위에 접속하는 것을 특징으로 하는 포토다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 n형층으로부터 전하를 출력시키기 위한 제 1 전극; 및
    상기 제 1 p형층 및 상기 제 2 p형층을 상기 소정 전위에 접속하기 위한 제 2 전극을 상기 n형층측의 표면에 구비하도록 한 것을 특징으로 하는 포토다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 n형층으로부터 전하를 출력하기 위한 제 1 전극; 및
    상기 제 1 p형층 및 상기 제 2 p형층을 상기 소정 전위에 접속하기 위한 제 2 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 포토다이오드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 p형층은, 상기 제 1 전극과 상기 n형층과의 접속부 이외의 부분에서 상기 n형층의 상부를 덮도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토다이오드.
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