KR100527969B1 - 광수신장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종래보다 광 검출감도가 높고, 광 리모트 콘트롤 수신장치의 수신 가능거리를 종래보다 길게 할 수 있는 광 수신장치를 제공하기 위한 것이다.
P형 반도체 기판(1)과, 이 위에 형성된 N형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부(2)에 의해 포토다이오드가 구성되어 있다. 반도체 기판(1) 상의 수광부(2) 표면과 그 주위에 제 1의 P형 불순물 영역(3)이 형성되어 있고, 수광부(2)의 표면 영역에 형성된 제 1의 P형 불순물 영역(3)에 의해, 전자 노이즈를 제거하는 제 1 실드부(5)가 구성되어 있다. 제 1 실드부(5)는 수광부(2)와의 접촉에 기인하여 생기는 자발 노이즈가 과도하게 생기지 않도록, 수광부(2) 표면을 격자 형상으로 부분적으로 피복하고 있다. 또한 수광부(2) 보다 깊은 제 2의 P형 불순물 영역(4)이 제 1의 P형 불순물 영역(3)을 둘러싸도록 형성되어 있고, 반도체 기판(1) 측면으로부터의 전자 노이즈를 제거한다.
Description
본 발명은, 광 수신장치, 특히, 광 리모트 콘트롤로 송신된 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 리모트 콘트롤 수신장치에 이용되는 광 수신장치에 관한 것이다.
광 리모트 콘트롤 수신장치(이하「광 리모콘 수신장치」라 함)는, 포토다이오드 등의 광 신호를 전류로 변환하는 광 수신장치와, 광이 입사했을 때 광 수신장치에 발생하는 광 전류를 마이크로 컴퓨터 등의 논리회로를 판별할 수 있는 신호로 변환하는 주변회로로 이루어진다.
일반적으로, 광 수신장치가 수신하는 광은 송신기와의 거리 즉 수신거리가 길어질수록 약해지기 때문에, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리는 그 광 검출감도가 높으면 높을수록 길어지고, 반대로 낮으면 낮을수록 짧아진다. 또한, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리가 길면, 송신기의 광 신호의 출력을 떨어뜨려 전지의 수명을 길게 하거나, 넓은 범위에서의 수신을 가능하게 하여 편리함을 향상시킬 수 있다.
이러한 배경에서, 일반적으로 시장에서는, 수신 가능거리가 긴(10m 이상 정도) 광 리모콘 수신장치가 요청되고 있고, 이 때문에, 광 수신장치로서 광 검출감도가 보다 우수한 것이 요구되고 있다.
한편, 광 리모콘 수신장치는, 통상 일반 가정에서 이용되므로 형광등 등의 전자 노이즈의 존재에 의해 그 광 검출감도는 큰 영향을 받는다. 즉 광 리모콘 수신장치에는 송신기로부터 출력되는 광 신호와 동시에 전자 노이즈도 입사되기 때문에, 수신한 광 신호는 전자 노이즈에 가려져, 광 검출감도가 저하된다.
따라서, 이러한 전자 노이즈를 제거하기 위해서, 종래부터 광 수신장치에 대해 여러 가지 연구가 이루어져 왔다.
예를 들면, 종래의 광 수신장치로서는, 금속제 용기에 의해서 장치 전체를 전자 차폐한 것(일본국 특개평 6-69409호 공보 참조)이나, 투광성 도전막을 수광면 표면에 형성한 것(일본국 특개평 6-291356호 공보 참조), 또한 포토다이오드의 수광면 전체를 확산층에 의해 실드한 것(일본국 특개평 2-275680호 공보 참조)이나 수광면 중 노이즈 발생원에 가까운 부분만을 확산층에 의해 실드한 것(일본국 실개평 4-40553호 공보 참조) 등이 있었다.
그런데, 종래의 광 수신장치에는 아래와 같은 문제점이 있었다.
우선 장치 전체를 전자 차폐하는 것은, 장치 규모의 면이나 비용면에서 바람직하지 못하다. 또한 투과성 도전막을 형성한 것으로는, 투과성 도전막은 투과성을 갖는다고 해도, 그 투과도는 100%가 아니기 때문에, 광 검출감도를 향상시키는 데 한계가 있다. 따라서, 상기 종래의 광 수신장치 중에서는, 수광면을 확산층에 의해 실드한 것이 장치 규모, 비용 및 광 검출감도의 면에서 비교적 바람직하다고 할 수 있다.
그런데, 수광면 전체를 확산층에 의해 실드하는 종래의 장치로는, 전자 노이즈의 영향은 저감할 수 있지만, 실제로는 그다지 광 검출감도의 향상으로는 연결되지 않고, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리를 1Om 이상으로 하는 것이 곤란하였다. 또한, 일반 가정에서의 전자 노이즈는 그 발생원의 위치를 특정할 수 없기 때문에, 수광면 중 노이즈 발생원에 가까운 부분만을 확산층에 의해서 실드하는 것은 실제로는 불가능하다.
본 발명자의 실험 등에 의한 검토에 의하면, 실드를 위한 확산층과 수광층의 접촉에 의해 광 수신장치 내에서 자발 노이즈가 발생하고 있고, 이 자발 노이즈가 광 수신장치의 광 검출감도 향상을 방해하고 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 종래보다 광 검출감도가 높고, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리를 종래보다 연장시킬 수 있는 광 수신장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 제 1 광 수신장치는, 하나의 도전형 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 다른 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부를 갖는 광 수신장치로서, 상기 수광부의 표면영역에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지고 전자 노이즈를 제거하는 실드부가 형성되어 있고, 상기 실드부는 상기 수광부와의 접촉에 기인하여 생기는 자발 노이즈가 과도하게 생기지 않도록 상기 수광부 표면을 부분적으로 피복하도록 형성되어 있다.
본 발명의 제 1 광 수신장치에 의하면, 전자 노이즈를 제거하는 실드부는, 수광부와의 접촉에 기인하여 생기는 자발 노이즈가 과도하게 생기지 않도록, 수광부 표면을 부분적으로 피복하도록 형성되어 있기 때문에, 자발 노이즈는 광 수신장치의 광 검출감도 향상의 방해가 될 정도로 과도하게 생기지는 않는다. 이 때문에, 종래보다도 광 검출감도를 향상시킬 수 있어, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리를 종래보다 연장시킬 수 있다.
또, 제 1 광 수신장치의, 상기 실드부가 상기 수광부 표면에서 차지하는 면적은, 당해 광 수신장치의 광 검출감도가 소정의 레벨이 되도록 설정되어 있는 것으로 한다.
또한, 상기 실드부가 상기 수광부 표면에서 차지하는 면적의 상기 수광부 표면적 전체에 대한 비율은, 0.40∼0.60인 것으로 한다.
또, 상기 수광부의 표면 영역에 형성된 실드부를 제 1 실드부로 하면, 상기 반도체 기판의 표면 영역에서의 상기 수광부의 주위에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 제 2 실드부가 형성되어 있는 것으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 상기 수광부의 표면 영역에 형성된 제 1 실드부 외에, 반도체 기판의 표면 영역에서의 수광부의 주위에 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 제 2 실드부가 형성되어 있으므로, 수광부 표면 이외의 반도체 기판 표면에서 들어가는 전자 노이즈도 제 2 실드부에 의해서 제거할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실드부는, 전기적으로 접속되어 있는 것으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 제 1 및 제 2 실드부는 전기적으로 접속되어 있으므로, 제 1 실드부를 접지하기 위한 실드 전극은 제 1 실드부 상에 설치할 필요는 없고, 제 2 실드부 상에 설치하면 된다. 이 때문에, 수광부 표면이 실드 전극에 의해 차광되는 일이 없게 되어, 수광부 표면을 수광면으로서 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실드부는 일체로 형성되어 있는 것으로 한다.
또, 상기 제 1 및 제 2 실드부는 금속배선으로 접속되어 있는 것으로 한다.
또한, 상기 금속배선은, 상기 반도체 기판 상에서의 상기 수광부의 경계 영역을, 거의 전체 주위에 걸쳐 피복하도록 설치되는 것으로 한다.
또한, 상기 제 2 실드부는 상기 반도체 기판 표면에서 상기 수광부를 거의 전체 주위에 걸쳐 둘러싸도록 형성되어 있는 것으로 한다.
또, 상기 제 2 실드부는, 상기 반도체 기판에 있어서 상기 수광부보다 깊게 형성된 측방 실드부를 갖고 있는 것으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 측방 실드부는 반도체 기판에서 수광부보다 깊게 형성되어 있기 때문에, 수광부 측방으로부터의 전자 노이즈를 제거할 수 있다.
그리고, 상기 측방 실드부는, 상기 반도체 기판 측면의 표면 영역에 형성되어 있는 것으로 한다.
또한, 상기 반도체 기판 이면의 표면 영역에 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 콘택트층이 형성되고, 상기 반도체 기판의 이면은, 거의 전면에 걸쳐 도전 접착제에 의해서 리드에 접착되어 있는 것으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 반도체 기판의 이면은 거의 전면에 걸쳐, 도전 접착제에 의해 리드에 접착되어 있으므로, 반도체 기판의 이면측으로부터의 전자 노이즈는 리드에 의해서 확실히 제거된다.
또한, 상기 반도체 기판은 상기 도전 접착제에 의해 그 측면 하부의 적어도 일부가 피복되어 있는 것으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 반도체 기판의 측면측으로부터의 전자 노이즈가 도전 접착제에 의해서 제거된다.
또한, 상기 콘택트층은 상기 반도체 기판 이면의 거의 전면에 걸쳐 형성되어 있고, 상기 반도체 기판 측면에 있어서의 상기 콘택트층의 표면은, 상기 도전 접착제에 의해 피복되어 있는 것으로 한다.
또, 상기 수광부의 표면 영역에 형성된 실드부를 제 1 실드부로 하면, 상기 반도체 기판의 표면 영역에서의 상기 수광부의 주위에, 상기 하나의 도전형의 불순물 영역으로 이루어지고, 또한, 상기 제 1 실드부와 전기적으로 접속된 제 2 실드부가 형성되어 있으며, 상기 제 2 실드부 상에 상기 리드와 접속된 애노드 전극이 설치되어 있다.
상기한 구성에 의하면, 제 2 실드부 상에 설치된 애노드 전극이 실드를 위한 전극으로서 기능한다. 이 때문에, 수광부 표면이 실드를 위한 전극에 의해서 차광되지 않는다.
또한, 상기 반도체 기판 상에 광 반사 방지기능을 갖는 보호막이 형성되어 있는 것으로 한다.
그리고, 상기 보호막은 적어도 실리콘 나이트라이드막을 포함하는 다층막인 것으로 한다.
또한, 상기 실드부가 상기 수광부 표면에서 차지하는 영역의 형상은 원형인 것으로 한다.
또, 상기 수광부 및 실드부는 확산법, 주입법 또는 에피텍셜법으로 형성되는 것으로 한다.
또한, 상기 실드부는 투과성 도전막에 의해 형성되는 것으로 한다.
또, 본 발명에 의한 제 2 광 수신장치는, 하나의 도전형 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 다른 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부를 갖는 광 수신장치로서, 상기 수광부의 표면 영역에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 제 1 실드부가 형성되고, 또한, 상기 반도체 기판의 표면 영역에서의 상기 수광부의 주위에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 제 2 실드부가 형성되어 있고, 상기 제 2 실드부는 상기 반도체 기판에 있어서, 상기 수광부보다 깊게 형성된 측방 실드부를 갖고 있는 것이다.
상기 제 2 광 수신장치에 의하면, 측방 실드부는 반도체 기판에 있어서 수광부보다 깊게 형성되어 있기 때문에, 수광부 측방으로부터의 전자 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 제 3 광 수신장치는, 하나의 도전형 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 다른 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부를 갖는 광 수신장치로서, 상기 수광부의 표면 영역에 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 실드부가 형성되고, 상기 반도체 기판 이면의 표면 영역에 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 콘택트층이 형성되며, 또한, 상기 반도체 기판의 이면은, 거의 전면에 걸쳐 도전 접착제에 의해 리드에 접착되어 있고, 상기 반도체 기판은 상기 도전 접착제에 의해 그 측면 하부가 피복되어 있는 것이다.
상기 제 3 광 수신장치에 의하면, 반도체 기판의 이면은, 거의 전면에 걸쳐 도전 접착제에 의해서 리드에 접착되어 있기 때문에, 반도체 기판의 이면측으로부터의 전자 노이즈는, 리드에 의해서 확실히 제거됨과 동시에, 반도체 기판의 측면측으로부터의 전자 노이즈가 도전 접착제에 의해서 제거된다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.
( 발명의 실시예 )
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 하나의 도전형을 P형으로 하고, 다른 도전형을 N형으로 한다.
( 제 1 실시예 )
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 광 수신장치의 구성을 도시한 X-X' 단면도이다. 또한, 설명의 편의를 위해, 절단선 X-X'는, 캐소드 전극(12) 및 애노드 전극(13)을 지나도록, 직선이 아니라 꺾은 선으로 하고 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 광 수신장치에 있어서, 불순물 밀도가 10-13cm-3가 되도록 P(인)가 도핑된, 종횡의 치수가 1.50ㅧ1.50mm, 두께가 350㎛의 P형 반도체 기판(1) 상에, 불순물 밀도가 10-15cm-3가 되도록 B(붕소)가 도핑된, 종횡의 치수가 1.35ㅧ1.35mm, 깊이가 5㎛인 N형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부(2)가 형성되어 있다. 이 반도체 기판(1)과 수광부(2)에 의해 포토다이오드(PD)가 구성되어 있고, 반도체 기판(1)은 PD의 애노드로서 동작하고, 수광부(2)는 PD의 캐소드로서 동작한다.
또한 반도체 기판(1) 상에는, 불순물 밀도가 10-18cm-3가 되도록 P(인)가 도핑된 제 1의 P형 불순물 영역(3) 및 제 2의 P형 불순물 영역(4)이 형성되어 있다. 제 1의 P형 불순물 영역(3)은, 수광부(2)의 표면을 격자 형상으로 부분적으로 피복하고, 또한, 수광부(2)를 둘러싸도록 깊이 2㎛로 형성되어 있다. 또한, 측방 실드로서의 제 2의 P형 불순물 영역(4)은, 제 1의 P형 불순물 영역(3)을 둘러싸도록, 반도체 기판(1) 측면의 표면 영역에, 수광부(2)보다도 깊은 깊이 5㎛ 이상으로 형성되어 있다. 제 1의 P형 불순물 영역(3) 중 수광부(2)의 표면 영역에 형성된 부분에 의해 제 1 실드부(5)가 구성되어 있고, 제 1의 P형 불순물 영역(3) 중 수광부(2)의 표면영역 이외에 형성된 부분 및 제 2의 P형 불순물 영역(4)에 의해, 제 2 실드부(6)가 구성되어 있다. 이 제 1 및 제 2 실드부(5, 6)는 접지함으로써, 전자 노이즈를 제거하는 실드로서 동작한다.
또한 반도체 기판(1) 상에는, LP-CVD법(감압 기상 성장법)에 의해서 형성한 실리콘 나이트라이드(LP-SiN)막을 포함하는 다층막으로 이루어지는 보호막(11)이 형성되어 있다(도 1에서는 도시 생략). 실리콘 나이트라이드막은 LP-CVD법에 의해서 형성되기 때문에, 형성시 수광부(2) 표면에 손상을 주는 일이 없고, 또한 막질도 치밀하므로 보호기능이 높다. 이 때문에, 보호막(11)의 막두께를 통상의 보호막보다도 얇게 할 수 있기 때문에, 보호막(11)은 광의 반사방지 기능을 가질 수 있다. 보호막(11)의 막두께는 광의 파장에 따라 설정하여, 예를 들면, 실리콘 나이트라이드막을 400∼1000Å의 막두께로 형성하여, 그 위에 실리콘 산화(SiO2)막을 200∼400Å의 막두께로 형성한다.
수광부(2)와 주변회로를 접속하기 위한 캐소드 전극(12)은, 수광부(2) 표면의 제 1 실드부(5)가 구성되어 있지 않은 부분에 설치되어 있고, 반도체 기판(1)과 주변회로를 접속하는 애노드 전극(13)은, 제 2 실드부(6) 표면에 설치된다. 또한 반도체 기판(1) 이면의 표면 영역에, 제 3의 P형 불순물 영역으로 이루어지는 콘택트층(14)이 형성되어 있고, 반도체 기판(1)의 이면은, 거의 전면에 걸쳐 Ag 페이스트, 땜납, 도전성 수지 등의 도전성 접착제(22)에 의해 리드로서의 다이패드(21)에 접착되어 있다. 다이패드(21)의 표면적은 반도체 기판(1) 이면의 면적보다 넓고, 또한 도전성 접착제(22)는 표면장력에 의해서 반도체 기판(1)의 측면을 따라 올라가고, 반도체 기판(1)의 측면 하부의 적어도 일부를 피복하고 있다.
애노드 전극(13)은 본딩 와이어(23)에 의해서 다이패드(21)와 와이어 본딩되어 있다(도 1에서는 도시 생략). 이에 따라, 제 1 실드부(5)는 제 2 실드부(6), 애노드 전극(13) 및 본딩 와이어(23)에 의해서 다이패드(21)와 전기적으로 접속되고, 접지된다. 또 캐소드 전극(12)의 와이어 본딩에 있어서는 도시를 생략했다.
도 3은 본 실시예에 의한 광 수신장치에 있어서, 제 1 실드부(5)에 의해서 제거되지 않고 수광부(2)에 입사하는 투과 전자 노이즈량과, 제 1 실드부(5)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 3에 있어서, 세로축은 투과 전자 노이즈량(수광부(2)표면에 제 1 실드부(5)를 전혀 설치하지 않을 때를 1로 한 상대비로 나타낸다), 가로축은 실드 면적비, 즉 제 1 실드부(5)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적의 수광부(2) 표면적 전체에 대한 비율이다.
도 3으로부터 명백한 바와 같이, 제 1 실드부(5)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적이 크면 클수록, 외부로부터의 전자 노이즈는 제 1 실드부(5)를 통해 접지로 빠져나가기 쉽게 되기 때문에, 투과 전자 노이즈량은 적어진다. 이 때문에, 외부로부터의 전자 노이즈 이외의 노이즈가 전혀 없으면, 제 1 실드부(5)의 표면적이 크면 클수록, 광 수신장치의 광 검출감도는 높아진다.
그런데 실제로는, 수광부(2)와 제 1 실드부(5)의 접촉에 기인하여 자발 노이즈가 생기기 때문에, 제 1 실드부(5)의 표면적이 지나치게 크면, 이 자발 노이즈에 의해서, 광 수신장치의 광 검출감도는 오히려 저하된다.
도 4는 본 실시예에 의한 광 수신장치에 있어서, 수광부(2)와 제 1 실드부(5)의 접촉에 기인하여 생기는 자발 노이즈량과, 제 1 실드부(5)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적의 관계를 도시한 그래프이다. 도 4에 있어서, 세로축은 자발 노이즈량(수광부(2) 표면 전면에 제 1 실드부(5)를 설치하였을 때를 1로 한 상대비로 나타낸다), 가로축은 실드 면적비이다.
도 4로부터 명백하듯이, 제 1 실드부(5)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적이 작을수록 자발 노이즈는 작아지기 때문에, 외부로부터의 전자 노이즈가 전혀 없는 환경에서는, 제 1 실드부(5)가 수광부(2) 표면에 전혀 설치되지 않을 때, 광 수신장치의 광 검출감도는 가장 높아지고, 광 리모콘 수신장치로서 이용하였을 때의 수신가능거리도 가장 길어진다.
이 때문에 본 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 실드부(5)를 수광부(2)와의 접촉에 기인하여 생기는 자발 노이즈가 과도하게 생기지 않도록, 수광부(2) 표면에 부분적으로 형성하고 있다. 이로써, 외부로부터의 전자 노이즈에 대해서는, 수광부(2) 표면에 실드부가 전혀 형성되어 있지 않은 광 수신장치보다도 강하게 되는 한편, 수광부(2) 표면 전면에 실드부가 형성된 광 수신장치보다도 자발 노이즈의 발생을 적게 억제할 수 있기 때문에, 결과적으로, 종래보다도 광 검출감도가 높아지고, 광 리모콘 수신장치로서 이용하였을 때의 수신 가능거리도 길어진다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시한 본 실시예에 의한 광 수신장치를 광 리모콘 수신장치로서 이용한 경우의, 전자 노이즈가 있는 일상 실내 환경에 있어서의 동작실험의 결과를 도시한 그래프이고, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리와 제 1 실드부(5)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적의 관계를 도시한 도면이다. 도 5에 있어서, 세로축은 수신 가능거리(m), 가로축은 실드 면적비이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 실드 면적비가 0일 때 즉 수광부(2) 표면에 제 1 실드부(5)가 전혀 형성되어 있지 않은 경우는, 수신 가능거리는 7m 정도이다. 또한, 실드 면적비가 1.0일 때 즉 수광부(2) 표면 전면에 제 1 실드부(5)가 형성되어 있는 경우는, 수신 가능거리는 10m 정도가 된다. 이것에 대하여, 실드 면적비를 0.25∼0.95로 하면 수신 가능거리를 10m보다 길게 할 수 있다. 다시 말하면, 실드 면적비를 0.25∼0.95로 함으로써, 수광부(2) 표면 전면에 실드부를 형성한 종래의 광 수신장치보다, 광 검출감도를 향상시킬 수 있다. 또한 실드 면적비를 0.5로 설정하면, 광 수신장치의 광 검출감도가 가장 높아지고, 광 리모콘 수신장치의 수신가능거리는 최장 약 13m가 된다. 이는 투과 전자 노이즈량 및 자발 노이즈량의 합이 최소가 되기 때문이다. 실제로는, 실드 면적비를 0.4∼0.6의 범위로 설정하면, 가장 바람직한 광 검출감도를 얻을 수 있다.
또한 본 실시예에 의한 광 수신장치에는, 수광부(2) 표면을 부분적으로 피복하도록 제 1 실드부(5)를 형성하고 있는 이외에도, 몇 개의 기술적인 특징이 있다.
우선, 반도체 기판(1)의 표면 영역에서의 수광부(2)의 주위에 제 2 실드부(6)가 형성되어 있으므로, 수광부(2) 표면 이외의 반도체 기판(1) 표면에서 들어가는 전자 노이즈도 제 2 실드부(6)에 의해서 제거할 수 있다. 또한 제 2 실드부(6)는, 수광부(2)보다 깊게 형성된 측방 실드부로서의 제 2의 P형 불순물 영역(4)을 갖기 때문에, 수광부(2) 측방으로부터의 전자 노이즈도 제 2 실드부(6)에 의해 제거할 수 있다. 또 본 실시예에서는, 제 2의 P형 불순물 영역(4)은 반도체 기판(1)측면의 표면 영역에 형성되어 있지만, 반드시 반도체 기판(1) 측면에 위치하지 않아도 된다.
또한 제 1 실드부(5)는 제 2 실드부(6)와 전기적으로 접속되어 있고, 애노드 전극(13)을 통해 접지되기 때문에, 실드 전극을 수광부(2) 표면에 별도로 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 수광부(2) 표면이 실드 전극에 의해서 차광되지 않고, 수광부(2) 표면을 수광면으로서 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
또한, 반도체 기판(1)의 이면측에서 도래하는 전자 노이즈도 다이패드(2l)에 의해서 확실히 제거된다. 또한, 도전 접착제(22)는 표면장력에 의해서 반도체 기판(1)의 측면을 따라 올라오고 있기 때문에, 도전 접착제(22)에 의해서 반도체 기판(1)의 측면측으로부터의 전자 노이즈를 제거할 수 있다. 도전 접착제(22)에 의한 전자 노이즈 제거의 효과는, 그 높아지는 높이가 콘택트층(14)보다 높을 때, 즉 반도체 기판(1) 측면에서의 콘택트층(14)의 표면이 도전 접착제(22)에 의해 피복되어 있을 때, 보다 현저하게 얻을 수 있다.
( 제 2 실시예 )
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 평면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 광 수신장치에서는, 반도체 기판(1) 상에, 불순물 밀도가 10-18㎝-3가 되도록 P(인)가 도핑된 P형 불순물 영역(3A)이, 수광부(2)의 표면을 격자 형상으로 부분적으로 피복하고, 또한, 수광부(2)를 둘러싸도록 깊이 2㎛로 형성되어 있다. 이 P형 불순물 영역(3A)은 접지함으로써, 전자 노이즈를 제거하는 실드로서 동작한다. P형 불순물 영역(3A) 중, 수광부(2)의 표면 영역에 형성된 부분에 의해 제 1 실드부(5A)가 구성되어 있고, 수광부(2)의 표면 영역 이외에 형성된 부분에 의해서 제 2 실드부(6A)가 구성되어 있다. 단, 본 실시예에서는, 제 1 실시예와 같이 제 2의 P형 불순물 영역(4)은 형성되어 있지 않고, 제 2 실드부(6A)는 반도체 기판의 측면까지는 연장되어 있지 않다. 또 도 6에서는, 애노드 전극 및 캐소드 전극의 도시를 생략하고 있다.
도 7은 도 6에 도시한 본 실시예에 의한 광 수신장치를 광 리모콘 수신장치로서 이용한 경우의, 전자 노이즈가 있는 날 일상 실내 환경 하에서의 동작실험의 결과를 도시한 그래프이고, 광 리모콘 수신장치의 수신가능거리와 제 1 실드부(5A)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적과의 관계를 도시한 도면이다. 도 7에 있어서, 세로축은 수신 가능거리(m), 가로축은 실드 면적비 즉 제 1 실드부(5A)가 수광부(2) 표면에서 차지하는 면적의 수광부(2) 표면적 전체에 대한 비율이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 실드 면적비를 0.25∼0.95로 하면, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리로서 10m 이상을 보증할 수 있다. 또한 실드 면적비를 0.35∼0.70으로 하면, 자발 노이즈 및 전자 노이즈의 영향이 보다 적어져, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리를 11m 이상으로 할 수 있다. 또한 실드 면적비를 0.5로 하면, 광 수신장치의 광 검출감도가 가장 높아지고, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리는 최장 약 12m가 된다. 이것은 투과 전자 노이즈량 및 자발 노이즈량의 합이 최소가 되기 때문이다. 실제로는, 실드 면적비를 0.4∼0.6의 범위로 설정하면, 가장 바람직한 광 검출감도를 얻을 수 있다.
( 제 3 실시예 )
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 평면도이고, 도 9는 도 8의 광 수신장치의 구성을 도시한 Y-Y' 단면도이다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 광 수신장치에서는, N형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부(2)가 그 표면 영역에 형성된 P형 반도체 기판(1) 상에, 불순물 밀도가 10-18㎝-3가 되도록 P(인)가 도핑된 P형 불순물 영역(3B)이, 수광부(2)의 표면을 격자 형상으로 부분적으로 피복하는 부분과 수광부(2)의 표면영역을 둘러싸도록 형성된 부분과 분리되고, 깊이 2㎛로 형성되어 있다. 이 P형 불순물 영역(3B)도 또한, 접지함으로써 전자 노이즈를 제거하는 실드로서 동작한다. P형 불순물 영역(3B) 중, 수광부(2)의 표면 영역에 형성된 부분에 의해 제 1 실드부(5B)가 구성되어 있고, 수광부(2)의 표면 영역 이외에 형성된 부분에 의해서 제 2 실드부(6B)가 구성되어 있다.
제 1 실시예에서는, 제 1 및 제 2 실드부(5, 6)는 제 1 불순물 영역(3)에 의해 일체로 형성되어 있지만, 본 실시예에서는 제 1 실드부(5B) 및 제 2 실드부(6B)가, 반도체 기판(1) 상에 설치한 금속배선으로서의 알루미늄 배선막(7)에 의해서 전기적으로 접속되어 있다. 이로써, 제 1 실드부(5B)는 제 2 실드부(6B) 상에 설정된 애노드 전극(13)을 통해 접지되므로, 수광부(2) 표면이 실드 전극에 의해서 차광되지 않고, 수광부(2) 표면을 수광면으로서 효율적으로 이용할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 알루미늄 배선막(7)은, 반도체 기판(1) 상에서의 수광부(2)의 경계 영역을 거의 전체 주위에 걸쳐 피복하도록 설치하고 있으므로, 알루미늄 배선막(7)은 외부로부터의 전자 노이즈를 제거하는 기능도 갖는다.
또 제 1∼제 3 실시예에서는, 반도체 기판(1) 표면 영역에서의 수광부(2)의 주위에도, 전자 노이즈를 제거하는 제 2 실드부(6, 6A, 6B)를 설치하고 있었지만, 수광부(2)의 표면 영역에만 실드부를 설치한 구성으로 해도 물론 상관없다. 도 10은 수광부(2)의 표면 영역에만 실드부(5C)가 형성된 광 수신장치의 일례를 도시한 평면도이다.
또한 제 1∼제 3 실시예에서는, 수광부(2) 표면에서 제 1 실드부(5, 5A, 5B)를 격자 형상으로 형성했지만, 수광부 표면에서의 실드부의 형상은 격자 형상으로 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 도 11에 도시한 바와 같은 장방형(실드부(5D))이어도, 도 12에 도시한 바와 같은 원 형상(실드부(5E))이어도 상관없다. 이 경우, 실드부의 두께는 그 면적에 비하여 통상은 극히 작기 때문에, 수광부(2) 표면에서의 실드부의 면적이 동일하면, 그 형상에 관계없이 거의 동등한 광 검출감도를 얻을 수 있다. 단지, 실드부가 그 면적에 비하여 무시할 수 없을 정도의 두께를 가질 때는, 그 형상을 도 12에 도시한 바와 같은 원 형상으로 함으로써, 표면적이 동일하면 주위 둘레는 다른 형상보다 짧아지고, 수광부와의 접촉면적이 작아지기 때문에, 자발 노이즈량이 보다 적어지므로 광 수신장치의 광 검출감도는 높아진다.
또, 수광부 및 실드부를 확산법으로 형성하는 대신 주입법이나 에피텍셜법으로 형성해도 상관없다. 또한 실드부를 투과성 도전막으로 형성해도 된다.
또 본 실시예에서는, 포토다이오드를 예로 들어 이용하여 설명했지만, PIN형, 어밸런시형(avalanche type) 등의 다른 반도체 광전 소자에 대해서도, 본 발명은 마찬가지로 적용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 전자 노이즈를 제거하는 실드부는, 수광부와의 접촉에 의해서 발생하는 자발 노이즈가 과도하게 생기지 않도록, 수광부 표면을 부분적으로 피복하도록 형성되어 있기 때문에, 종래보다 광 검출감도를 향상시킬 수 있고, 광 리모콘 수신장치의 수신 가능거리를 종래보다 연장시킬 수 있다. 이로써, 송신기의 출력을 낮추어 전지의 수명을 길게 하거나, 넓은 범위로부터의 송신을 가능하게 하여 송신기 사용의 편리함을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특정청구범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 수신장치에 있어서의 투과 전자 노이즈량과 실드 면적비의 관계를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 수신장치에 있어서의 자발 노이즈량과 실드 면적비의 관계를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 수신장치를 광 리모트 콘트롤 수신장치로서 이용한 경우의 수신 가능거리와 실드 면적비의 관계를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 광 수신장치를 광 리모트 콘트롤 수신장치로서 이용한 경우의 수신 가능거리와 실드 면적비의 관계를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 평면도.
도 9는 도 8에 도시한 본 발명의 제 3 실시예에 의한 광 수신장치의 구성을 도시한 단면도.
도 10은 수광부 표면에만 실드부가 형성된 광 수신장치의 일례를 도시한 평면도.
도 11은 수광부 표면에, 실드부가 장방형으로 형성된 광 수신장치를 도시한 평면도.
도 12는 수광부 표면에, 실드부가 원 형상으로 형성된 광 수신장치를 도시한 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 반도체 기판 2 : 수광부
3 : 제 1의 P형 불순물 영역 3B : P형 불순물 영역
4 : 제 2의 P형 불순물 영역(측방 실드부)
5, 5A, 5B : 제 1 실드부(실드부) 5C, 5D, 5E : 실드부
6, 6A, 6B : 제 2 실드부 7 : 알루미늄 배선막(금속배선)
11 : 보호막 13 : 애노드 전극
14 : 콘택트층 21 : 다이패드(리드)
22 : 도전 접착제
Claims (22)
- (2회정정)하나의 도전형 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 다른 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부를 갖는 광 수신장치로서,상기 수광부의 표면에, 상기 수광부 표면을 부분적으로 피복하도록 하나의 도전형의 제 1 불순물 영역으로 이루어지는 제 1 실드부가 형성되어 있고,상기 수광부의 주위에, 하나의 도전형의 제 2 불순물 영역으로 이루어지는 제 2 실드부가, 상기 반도체 기판 표면에서 상기 수광부를 대략 전체 주위에 걸쳐 둘러싸도록 형성되며,상기 제 2 실드부는, 상기 수광부보다 깊게 형성된 측방 실드부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (삭제)
- (정정)제 1항에 있어서,상기 제 1 실드부가 상기 수광부 표면에서 차지하는 면적의 상기 수광부 표면적 전체에 대한 비율은, 0.40∼0.60인 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (삭제)
- (정정)제 1항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 실드부는, 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- 제 5항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 실드부는, 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- 제 5항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 실드부는, 금속배선으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- 제 7항에 있어서,상기 금속배선은, 상기 반도체 기판 상에서의 상기 수광부의 경계 영역을, 대략 전체 주위에 걸쳐 피복하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (삭제)
- (삭제)
- (정정)제 1항에 있어서,상기 측방 실드부는, 상기 반도체 기판 측면의 표면 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)제 1항에 있어서,상기 반도체 기판 이면의 표면 영역에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 콘택트층이 형성되고,상기 반도체 기판의 이면은, 대략 전면에 걸쳐, 도전 접착제에 의해 리드에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- 제 12항에 있어서,상기 반도체 기판은, 상기 도전 접착제에 의해 그 측면 하부의 적어도 일부가 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)제 13항에 있어서,상기 콘택트 층은, 상기 반도체 기판 이면의 대략 전면에 걸쳐 형성되어 있고,상기 반도체 기판 측면에 있어서의 상기 콘택트 층의 표면은, 상기 도전 접착제에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)제 12항에 있어서,상기 제 1 실드부가, 상기 제 2 실드부와 전기적으로 접속되고,상기 제 2 실드부 상에, 상기 리드와 접속된 애노드 전극이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- 제 1항에 있어서,상기 반도체 기판 상에, 광 반사 방지기능을 갖는 보호막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- 제 16항에 있어서,상기 보호막은 적어도 실리콘 나이트라이드막을 포함하는 다층막인 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)제 1항에 있어서,상기 제 1 실드부가 상기 수광부 표면에서 차지하는 영역의 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)제 1항에 있어서,상기 수광부 및 제 1 실드부는 확산법, 주입법 또는 에피텍셜법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)제 1항에 있어서,상기 제 1 실드부는, 투과성 도전막에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)하나의 도전형 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 다른 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부를 갖는 광 수신장치로서,상기 수광부의 표면 영역에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 제 1 실드부가 형성되고, 또한, 상기 반도체 기판의 표면 영역에서의 상기 수광부의 주위에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 제 2 실드부가 형성되어 있고,상기 제 2 실드부는, 상기 반도체 기판에 있어서, 상기 수광부보다 깊게 형성된 측방 실드부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
- (정정)하나의 도전형 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 표면 영역에 형성된 다른 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 수광부를 갖는 광 수신장치로서,상기 수광부의 표면 영역에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 실드부가 형성되고,상기 반도체 기판 이면의 표면 영역에, 상기 하나의 도전형 불순물 영역으로 이루어지는 콘택트층이 형성되고, 또한, 상기 반도체 기판의 이면은, 대략 전면에 걸쳐, 도전 접착제에 의해 리드에 접착되어 있고,상기 반도체 기판은, 상기 도전 접착제에 의해 그 측면 하부가 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 광 수신장치.
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