JP2001127332A - フォトダイオード - Google Patents
フォトダイオードInfo
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- JP2001127332A JP2001127332A JP30421499A JP30421499A JP2001127332A JP 2001127332 A JP2001127332 A JP 2001127332A JP 30421499 A JP30421499 A JP 30421499A JP 30421499 A JP30421499 A JP 30421499A JP 2001127332 A JP2001127332 A JP 2001127332A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い受光感度と、高速な応答特性と、高い信
号分離特性を兼ね備えたフォトダイオードを提供するこ
と。 【解決手段】 第一導電型の半導体基板と、半導体基板
上に形成される低不純物濃度の第二導電型のエピタキシ
ャル層と、半導体基板とエピタキシャル層との間に形成
された高不純物濃度の第二導電型の第一埋込層と、エピ
タキシャル層の表面に形成される高不純物濃度の第一導
電型のアノード層と、エピタキシャル層の表面から埋込
層に達する高不純物濃度の第二導電型のカソード層と、
アノード層の一部から第一埋込層の一部に達する高不純
物濃度の第一導電型の第二埋込層と、を具備することを
特徴とする。
号分離特性を兼ね備えたフォトダイオードを提供するこ
と。 【解決手段】 第一導電型の半導体基板と、半導体基板
上に形成される低不純物濃度の第二導電型のエピタキシ
ャル層と、半導体基板とエピタキシャル層との間に形成
された高不純物濃度の第二導電型の第一埋込層と、エピ
タキシャル層の表面に形成される高不純物濃度の第一導
電型のアノード層と、エピタキシャル層の表面から埋込
層に達する高不純物濃度の第二導電型のカソード層と、
アノード層の一部から第一埋込層の一部に達する高不純
物濃度の第一導電型の第二埋込層と、を具備することを
特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、受光感度を向上さ
せたフォトダイオードに関するものである。
せたフォトダイオードに関するものである。
【0002】
【従来の技術】CD−ROM、DVD等の光ピックアッ
プに用いられるフォトダイオードは、内蔵される半導体
回路を駆動するために高い受光感度、高速応答性を持つ
ことが望まれている。
プに用いられるフォトダイオードは、内蔵される半導体
回路を駆動するために高い受光感度、高速応答性を持つ
ことが望まれている。
【0003】図2(a)は、従来のフォトダイオードの
構成を示す断面図であり、図2(b)はこのフォトダイ
オードの回路図である。図2(a)において、フォトダ
イオードは、半導体基板1に形成されたエピタキシャル
層2と、埋込層3a,3bと、アノード層5と、拡散領
域5bと、カソード層6a,6bとからなっている。
構成を示す断面図であり、図2(b)はこのフォトダイ
オードの回路図である。図2(a)において、フォトダ
イオードは、半導体基板1に形成されたエピタキシャル
層2と、埋込層3a,3bと、アノード層5と、拡散領
域5bと、カソード層6a,6bとからなっている。
【0004】エピタキシャル層2は、P型の半導体基板
1上に低濃度のN型(以下、N-と記す)不純物がドープ
された半導体層がエピタキシャル成長されてなり、埋込
層3a,3bは、半導体基板1とエピタキシャル層2の
間に高濃度のN型(以下、N+と記す)不純物が拡散さ
れて形成され、それぞれが離間されて配置されている。
1上に低濃度のN型(以下、N-と記す)不純物がドープ
された半導体層がエピタキシャル成長されてなり、埋込
層3a,3bは、半導体基板1とエピタキシャル層2の
間に高濃度のN型(以下、N+と記す)不純物が拡散さ
れて形成され、それぞれが離間されて配置されている。
【0005】アノード層5は、エピタキシャル層2の表
面に高濃度のP型(以下、P+と記す)不純物が拡散さ
れて形成され、拡散領域5bは、アノード層5を半導体
基板1にショートさせるように、エピタキシャル層2の
表面から半導体基板1に達し、その左右に埋込層3a,
3bが配置されるようにP+の不純物が拡散されて形成
されている。
面に高濃度のP型(以下、P+と記す)不純物が拡散さ
れて形成され、拡散領域5bは、アノード層5を半導体
基板1にショートさせるように、エピタキシャル層2の
表面から半導体基板1に達し、その左右に埋込層3a,
3bが配置されるようにP+の不純物が拡散されて形成
されている。
【0006】カソード層6aは、エピタキシャル層2の
表面から埋込層3aに達するように、カソード層6b
は、エピタキシャル層2の表面から埋込層3bに達する
ように、N+の不純物が拡散されて形成されている。
表面から埋込層3aに達するように、カソード層6b
は、エピタキシャル層2の表面から埋込層3bに達する
ように、N+の不純物が拡散されて形成されている。
【0007】このようにして、アノード層5を共通とし
てカソード層6a,6bから出力信号を取り出す2つに
分離されたフォトダイオードPD1,PD2を形成して
いる。
てカソード層6a,6bから出力信号を取り出す2つに
分離されたフォトダイオードPD1,PD2を形成して
いる。
【0008】このような構成において、フォトダイオー
ドPD1,PD2に光が照射されると、その光の強さに
対応した電流がアノード層5とカソード層6a,6bの
間に流れ、この電流をカソード6a,6bからそれぞれ
取り出す。
ドPD1,PD2に光が照射されると、その光の強さに
対応した電流がアノード層5とカソード層6a,6bの
間に流れ、この電流をカソード6a,6bからそれぞれ
取り出す。
【0009】この場合、アノード層5とエピタキシャル
層2の間に広がる空乏層で発生した光キャリアと、拡散
領域5bとエピタキシャル層2の間に広がる空乏層で発
生した光キャリアとがフォトダイオードPD1,PD2
の出力信号に寄与するため、その受光感度を高くするこ
とができる。
層2の間に広がる空乏層で発生した光キャリアと、拡散
領域5bとエピタキシャル層2の間に広がる空乏層で発
生した光キャリアとがフォトダイオードPD1,PD2
の出力信号に寄与するため、その受光感度を高くするこ
とができる。
【0010】しかし、アノード層5と半導体基板1が分
離されていないため、カソード層6a,6bと半導体基
板1の間に低速の寄生フォトダイオードPDP1,PDP2
が形成される。
離されていないため、カソード層6a,6bと半導体基
板1の間に低速の寄生フォトダイオードPDP1,PDP2
が形成される。
【0011】寄生フォトダイオードPDP1は、図2
(b)に示すように、フォトダイオードPD1と並列に
半導体回路7に接続された場合、フォトダイオードPD
1の動作速度は、この低速の寄生フォトダイオードPD
P1によって制限されてしまい、高速動作を確保すること
ができなかった。
(b)に示すように、フォトダイオードPD1と並列に
半導体回路7に接続された場合、フォトダイオードPD
1の動作速度は、この低速の寄生フォトダイオードPD
P1によって制限されてしまい、高速動作を確保すること
ができなかった。
【0012】また、フォトダイオードに光が照射された
場合は、基板の深い部分で発生したキャリアが拡散によ
りランダムな方向へ走行し迷走キャリアとなる。この迷
走キャリアはフォトダイオードPD1,PD2にそれぞ
れ存在する寄生フォトダイオードPDP1,PDP2を動作
させる成分となるので、結果としてフォトダイオードP
D1とフォトダイオードPD2との間にクロストークを
発生させ、その信号分離特性が劣化するという問題があ
った。
場合は、基板の深い部分で発生したキャリアが拡散によ
りランダムな方向へ走行し迷走キャリアとなる。この迷
走キャリアはフォトダイオードPD1,PD2にそれぞ
れ存在する寄生フォトダイオードPDP1,PDP2を動作
させる成分となるので、結果としてフォトダイオードP
D1とフォトダイオードPD2との間にクロストークを
発生させ、その信号分離特性が劣化するという問題があ
った。
【0013】次に、図2に示したフォトダイオードの問
題点を改善したフォトダイオードについて図3を用いて
説明する。尚、図2と重複する部分は同一番号を付して
その説明は適宜に省略する。
題点を改善したフォトダイオードについて図3を用いて
説明する。尚、図2と重複する部分は同一番号を付して
その説明は適宜に省略する。
【0014】図3は、従来のフォトダイオードの構成を
示す断面図であり、図3(b)はこのフォトダイオード
の回路図である。図3において、フォトダイオードは、
半導体基板1形成された、エピタキシャル層2と、第一
埋込層3と、アノード層5a,5bと、カソード層6と
からなっている。
示す断面図であり、図3(b)はこのフォトダイオード
の回路図である。図3において、フォトダイオードは、
半導体基板1形成された、エピタキシャル層2と、第一
埋込層3と、アノード層5a,5bと、カソード層6と
からなっている。
【0015】N-型のエピタキシャル層2は、P型の半
導体基板1上にエピタキシャル成長されてなり、N+型
の第一埋込層3は、半導体基板1とエピタキシャル層2
の間に形成されている。
導体基板1上にエピタキシャル成長されてなり、N+型
の第一埋込層3は、半導体基板1とエピタキシャル層2
の間に形成されている。
【0016】P+型のアノード層5a,5bは、エピタ
キシャル層2の表面にそれぞれ離間されて配置され、N
+型のカソード層6は、エピタキシャル層2の表面から
第一埋込層3に達するように形成されている。
キシャル層2の表面にそれぞれ離間されて配置され、N
+型のカソード層6は、エピタキシャル層2の表面から
第一埋込層3に達するように形成されている。
【0017】このようにして、カソード層6を共通とし
てアノード層5a,5bから出力信号を取り出す2つに
分離されたフォトダイオードPD1,PD2を形成して
いる。
てアノード層5a,5bから出力信号を取り出す2つに
分離されたフォトダイオードPD1,PD2を形成して
いる。
【0018】この場合、カソード層6と半導体基板1の
間に、フォトダイオードPD1とフォトダイオードPD
2に共通な寄生フォトダイオードPDP12が形成される
が、アノード5a,5bと半導体基板1が分離されてい
るため、図3(b)に示すように、フォトダイオードP
D1と寄生フォトダイオードPDP12は、半導体回路7
に対して並列接続とならない。従ってフォトダイオード
PD1,PD2は、低速の寄生フォトダイオードPDP1
2の影響を受けずに高速の動作が可能となっている。
間に、フォトダイオードPD1とフォトダイオードPD
2に共通な寄生フォトダイオードPDP12が形成される
が、アノード5a,5bと半導体基板1が分離されてい
るため、図3(b)に示すように、フォトダイオードP
D1と寄生フォトダイオードPDP12は、半導体回路7
に対して並列接続とならない。従ってフォトダイオード
PD1,PD2は、低速の寄生フォトダイオードPDP1
2の影響を受けずに高速の動作が可能となっている。
【0019】また、この寄生フォトダイオードPDP12
は、フォトダイオードPD1及びフォトダイオードPD
2に入射した光により発生する迷走キャリアを吸い上げ
るため、この迷走キャリアが隣のフォトダイオードに到
達することを抑制している。従って、フォトダイオード
PD1とフォトダイオードPD2間の信号の分離特性を
良くすることができる。このように、図2に示したフォ
トダイオードの欠点である、高速応答性、信号分離特性
を改善することができる。
は、フォトダイオードPD1及びフォトダイオードPD
2に入射した光により発生する迷走キャリアを吸い上げ
るため、この迷走キャリアが隣のフォトダイオードに到
達することを抑制している。従って、フォトダイオード
PD1とフォトダイオードPD2間の信号の分離特性を
良くすることができる。このように、図2に示したフォ
トダイオードの欠点である、高速応答性、信号分離特性
を改善することができる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図3に示した
フォトダイオードにおいては、次のような問題点があっ
た。フォトダイオードに光が照射されて出力される電流
信号の成分となるのは、アノード層5a,5bとエピタ
キシャル層2の間に広がる空乏層で発生する光キャリア
のみで、その受光感度は小さい。つまり、図2に示した
フォトダイオードの欠点である、高速応答性、信号分離
特性を改善することができるが、逆に受光感度が高いと
いう利点を実現することができない。
フォトダイオードにおいては、次のような問題点があっ
た。フォトダイオードに光が照射されて出力される電流
信号の成分となるのは、アノード層5a,5bとエピタ
キシャル層2の間に広がる空乏層で発生する光キャリア
のみで、その受光感度は小さい。つまり、図2に示した
フォトダイオードの欠点である、高速応答性、信号分離
特性を改善することができるが、逆に受光感度が高いと
いう利点を実現することができない。
【0021】そして、フォトダイオードと同一の製造プ
ロセスによって半導体回路7を形成し、フォトダイオー
ドの出力信号に基づいてこの半導体回路7を駆動するよ
うな場合、このように表面近傍のみで発生した光キャリ
アによって発生した信号を出力する受光感度の小さいフ
ォトダイオードからは、その半導体回路7を動作させる
ために必要な大きさの信号を得ることができなかった。
ロセスによって半導体回路7を形成し、フォトダイオー
ドの出力信号に基づいてこの半導体回路7を駆動するよ
うな場合、このように表面近傍のみで発生した光キャリ
アによって発生した信号を出力する受光感度の小さいフ
ォトダイオードからは、その半導体回路7を動作させる
ために必要な大きさの信号を得ることができなかった。
【0022】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、高い受光感度と、高速な応答特性
と、高い信号分離特性を兼ね備えたフォトダイオードを
提供することを目的とする。
なされたものであり、高い受光感度と、高速な応答特性
と、高い信号分離特性を兼ね備えたフォトダイオードを
提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1におい
ては、第一導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に
形成される低不純物濃度の第二導電型のエピタキシャル
層と、前記半導体基板と前記エピタキシャル層との間に
形成された高不純物濃度の第二導電型の第一埋込層と、
前記エピタキシャル層の表面に形成される高不純物濃度
の第一導電型のアノード層と、前記エピタキシャル層の
表面から前記第一埋込層に達する高不純物濃度の第二導
電型のカソード層と、前記アノード層の一部から前記第
一埋込層の一部に達する高不純物濃度の第一導電型の第
二埋込層と、を具備することを特徴とするフォトダイオ
ードである。
ては、第一導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に
形成される低不純物濃度の第二導電型のエピタキシャル
層と、前記半導体基板と前記エピタキシャル層との間に
形成された高不純物濃度の第二導電型の第一埋込層と、
前記エピタキシャル層の表面に形成される高不純物濃度
の第一導電型のアノード層と、前記エピタキシャル層の
表面から前記第一埋込層に達する高不純物濃度の第二導
電型のカソード層と、前記アノード層の一部から前記第
一埋込層の一部に達する高不純物濃度の第一導電型の第
二埋込層と、を具備することを特徴とするフォトダイオ
ードである。
【0024】請求項2においては、前記第二埋込層は、
前記エピタキシャル層と前記第一埋込層との間に形成さ
れる高不純物濃度の第一導電型の第一半導体層と、前記
アノード層の一部から前記第一半導体層の一部に達する
高不純物濃度の第一導電型の第二半導体層と、からなる
ことを特徴とする請求項1記載のフォトダイオードであ
る。
前記エピタキシャル層と前記第一埋込層との間に形成さ
れる高不純物濃度の第一導電型の第一半導体層と、前記
アノード層の一部から前記第一半導体層の一部に達する
高不純物濃度の第一導電型の第二半導体層と、からなる
ことを特徴とする請求項1記載のフォトダイオードであ
る。
【0025】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図2、
3と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に
省略する。図1は本発明の実施例の構成を示す断面図で
ある。
面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図2、
3と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に
省略する。図1は本発明の実施例の構成を示す断面図で
ある。
【0026】図1において、フォトダイオードは、半導
体基板1に形成されたエピタキシャル層2、第一埋込層
3、第二埋込層4a,4b、アノード層5a,5bとか
らなっている。
体基板1に形成されたエピタキシャル層2、第一埋込層
3、第二埋込層4a,4b、アノード層5a,5bとか
らなっている。
【0027】エピタキシャル層2は、P型の半導体基板
1上に低濃度のN-型の半導体層がエピタキシャル成長
されてなり、第一埋込層3は、半導体基板1とエピタキ
シャル層2の間に高濃度の不純物が拡散されて形成され
たN+型の半導体層である。
1上に低濃度のN-型の半導体層がエピタキシャル成長
されてなり、第一埋込層3は、半導体基板1とエピタキ
シャル層2の間に高濃度の不純物が拡散されて形成され
たN+型の半導体層である。
【0028】アノード層5a,5bは、エピタキシャル
層2の表面にそれぞれ離間されて島状に高濃度の不純物
が拡散されたP+型の半導体層で、カソード層6は、エ
ピタキシャル層2の表面から第一埋込層3に達するよう
に高濃度の不純物が拡散されて形成されたN+型の半導
体層である。
層2の表面にそれぞれ離間されて島状に高濃度の不純物
が拡散されたP+型の半導体層で、カソード層6は、エ
ピタキシャル層2の表面から第一埋込層3に達するよう
に高濃度の不純物が拡散されて形成されたN+型の半導
体層である。
【0029】第二埋込層4aは、第一半導体層4a
1と、第二半導体層4a2とからなり、第二埋込層4b
は、第一半導体層4b1と、第二半導体層4b2とからな
っている。
1と、第二半導体層4a2とからなり、第二埋込層4b
は、第一半導体層4b1と、第二半導体層4b2とからな
っている。
【0030】第一半導体層4a1は、アノード層5aの
下部のエピタキシャル層2と第一埋込層3の間に形成さ
れたP+型の半導体領域であり、第一半導体層4b1は、
アノード層5bの下部のエピタキシャル層2と第一埋込
層3の間に形成されたP+型の半導体領域である。
下部のエピタキシャル層2と第一埋込層3の間に形成さ
れたP+型の半導体領域であり、第一半導体層4b1は、
アノード層5bの下部のエピタキシャル層2と第一埋込
層3の間に形成されたP+型の半導体領域である。
【0031】第二半導体層4a2は、アノード層5aの
一部と第一半導体層4a1の一部を接続するように形成
されたP+型の半導体領域であり、第二半導体層4b
2は、アノード層5bの一部と第一半導体層4b1の一部
を接続するように形成されたP+型の半導体領域であ
る。
一部と第一半導体層4a1の一部を接続するように形成
されたP+型の半導体領域であり、第二半導体層4b
2は、アノード層5bの一部と第一半導体層4b1の一部
を接続するように形成されたP+型の半導体領域であ
る。
【0032】このようにして、カソード層6を共通とし
てアノード層5a,5bから出力信号を取り出す2つに
分離されたフォトダイオードを形成している。
てアノード層5a,5bから出力信号を取り出す2つに
分離されたフォトダイオードを形成している。
【0033】この場合、第一半導体層4a1,4b1とエ
ピタキシャル層2の間に広がる空乏層で発生した光キャ
リアと、第二半導体層4a2,4b2とエピタキシャル層
2の間に広がる空乏層で発生した光キャリアと、アノー
ド層5a、5bとエピタキシャル層2の間に広がる空乏
層で発生した光キャリアとが、フォトダイオードの出力
信号に寄与するため、出力信号に寄与する光キャリアの
量を増やすことができ、その受光感度を高くすることが
できる。
ピタキシャル層2の間に広がる空乏層で発生した光キャ
リアと、第二半導体層4a2,4b2とエピタキシャル層
2の間に広がる空乏層で発生した光キャリアと、アノー
ド層5a、5bとエピタキシャル層2の間に広がる空乏
層で発生した光キャリアとが、フォトダイオードの出力
信号に寄与するため、出力信号に寄与する光キャリアの
量を増やすことができ、その受光感度を高くすることが
できる。
【0034】また、カソード層6と半導体基板1の間に
は、図3に示したフォトダイオードと同様に、2つのフ
ォトダイオードに共通な低速の寄生フォトダイオードP
DP1 2が形成されるが、アノード層5a、5bと半導体
基板1が分離されているため、その影響を受けずに高速
応答性を得ることができる。
は、図3に示したフォトダイオードと同様に、2つのフ
ォトダイオードに共通な低速の寄生フォトダイオードP
DP1 2が形成されるが、アノード層5a、5bと半導体
基板1が分離されているため、その影響を受けずに高速
応答性を得ることができる。
【0035】また、この寄生フォトダイオードは、各フ
ォトダイオードに入射した光により発生する迷走キャリ
アが隣のフォトダイオードに到達することを抑制するの
で、2つのフォトダイオード間の信号分離特性を改善す
ることができる。
ォトダイオードに入射した光により発生する迷走キャリ
アが隣のフォトダイオードに到達することを抑制するの
で、2つのフォトダイオード間の信号分離特性を改善す
ることができる。
【0036】また、上記のフォトダイオードの受光感度
を特定の条件に従って試算し、従来の図2に示したフォ
トダイオードとの比較を行った。上記のフォトダイオー
ドに特定のバイアスを加えた場合、アノード層5a、5
b直下のエピタキシャル層2が全て空乏化し、従来のフ
ォトダイオードよりも受光感度が向上することが確認さ
れた。
を特定の条件に従って試算し、従来の図2に示したフォ
トダイオードとの比較を行った。上記のフォトダイオー
ドに特定のバイアスを加えた場合、アノード層5a、5
b直下のエピタキシャル層2が全て空乏化し、従来のフ
ォトダイオードよりも受光感度が向上することが確認さ
れた。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
及び請求項2によれば、アノード層の一部から第一埋込
層の一部に達する高不純物濃度の第一導電型の第二埋込
層を設けたので、高い受光感度と、高速な応答特性と、
高い信号分離特性を兼ね備えたフォトダイオードを提供
することができる。
及び請求項2によれば、アノード層の一部から第一埋込
層の一部に達する高不純物濃度の第一導電型の第二埋込
層を設けたので、高い受光感度と、高速な応答特性と、
高い信号分離特性を兼ね備えたフォトダイオードを提供
することができる。
【0038】
【図1】本発明の実施例の構成を示す断面図である。
【図2】従来のフォトダイオードの構成を示す断面図で
ある。
ある。
【図3】従来のフォトダイオードの構成を示す断面図で
ある。
ある。
1 半導体基板 2 エピタキシャル層 3 第一埋込層 4a、4b 第二埋込層 4a1、4b1 第一半導体層 4a2、4b2 第二半導体層 5a、5b アノード層 6 カソード層
Claims (2)
- 【請求項1】 第一導電型の半導体基板と、 前記半導体基板上に形成される低不純物濃度の第二導電
型のエピタキシャル層と、 前記半導体基板と前記エピタキシャル層との間に形成さ
れた高不純物濃度の第二導電型の第一埋込層と、 前記エピタキシャル層の表面に形成される高不純物濃度
の第一導電型のアノード層と、 前記エピタキシャル層の表面から前記第一埋込層に達す
る高不純物濃度の第二導電型のカソード層と、 前記アノード層の一部から前記第一埋込層の一部に達す
る高不純物濃度の第一導電型の第二埋込層と、を具備す
ることを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項2】 前記第二埋込層は、前記エピタキシャル
層と前記第一埋込層との間に形成される高不純物濃度の
第一導電型の第一半導体層と、前記アノード層の一部か
ら前記第一半導体層の一部に達する高不純物濃度の第一
導電型の第二半導体層と、からなることを特徴とする請
求項1記載のフォトダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30421499A JP2001127332A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30421499A JP2001127332A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | フォトダイオード |
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ID=17930392
Family Applications (1)
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JP30421499A Pending JP2001127332A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | フォトダイオード |
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JP (1) | JP2001127332A (ja) |
-
1999
- 1999-10-26 JP JP30421499A patent/JP2001127332A/ja active Pending
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