JP2016164985A - 受光素子、光センサー及び分光センサー - Google Patents
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Abstract
Description
この態様によれば、第2の外部電極に接続された第4の半導体領域が、第2の半導体領域上において複数形成されているので、第2の半導体領域におけるキャリアの移動距離が小さくて済み、第4の半導体領域に対してキャリアを効率良く移動できる。
これによれば、第3の半導体領域に所定電圧を印加することにより、第3の半導体領域の下に形成された第2の半導体領域において、十分な空乏層を形成できる。
この態様によれば、第2の外部電極に接続された第3の半導体領域が、第2の半導体領域上において第4の半導体領域を囲んで形成されているので、第2の半導体領域におけるキャリアの移動距離が小さくて済み、第3の半導体領域に対してキャリアを効率良く移動できる。
これによれば、複数の第4の半導体領域に所定電圧を印加することにより、第4の半導体領域の下に形成された第2の半導体領域において、十分な空乏層を形成できる。
これによれば、第1の半導体領域に接続された第1の外部電極と、第3又は第4の半導体領域に接続された第3の外部電極とを共通化できるので、回路構成を簡易にすることができる。
この態様によれば、第3の半導体領域に囲まれた第4の半導体領域と、第2の外部電極との間の電気的接続を、角度制限フィルターによって行うので、配線のための他の構成を不要とし、配線による受光量の低下を抑制することができる。
この態様によれば、第3の半導体領域に囲まれた第4の半導体領域と、第3の外部電極との間の電気的接続を、角度制限フィルターによって行うので、配線のための他の構成を不要とし、配線による受光量の低下を抑制することができる。
この態様によれば、上述の受光素子を用いるので、第2の半導体領域におけるキャリアの移動距離が小さくて済み、キャリアを効率良く移動できる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る受光素子及び分光センサーを示す平面透視図である。図2は、図1のII−II線断面図である。
分光センサー1は、角度制限フィルター10と、波長制限フィルター20と、受光素子30とを具備している(図2参照)。図1においては、波長制限フィルター20を省略している。
図2に示すように、角度制限フィルター10は、受光素子30が形成されたシリコン基板3上に形成されている。本実施形態の角度制限フィルター10においては、上述の電子回路上の導電プラグと同じプロセスにより形成した導電プラグからなる遮光体13によって、光路壁部が形成されている。遮光体13は、タングステン(W)によって構成されている。
波長制限フィルター20は、角度制限フィルター10上に、酸化シリコン(SiO2)等の低屈折率の薄膜21と、酸化チタン(TiO2)等の高屈折率の薄膜22とを、シリコン基板3に対して僅かに傾斜させて多数積層したものである。
低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22は、それぞれ例えばサブミクロンオーダーの所定膜厚とし、これを例えば計60層程度にわたって積層することにより、全体で例えば6μm程度の厚さとする。
すなわち、波長制限フィルター20に入射した入射光は、低屈折率の薄膜21と高屈折率の薄膜22との境界面において、一部は反射光となり、一部は透過光となる。そして、反射光の一部は、他の低屈折率の薄膜21と高屈折率の薄膜22との境界面において再度反射して、上述の透過光と合波する。このとき、反射光の光路長と一致する波長の光は、反射光と透過光の位相が一致して強めあい、反射光の光路長と一致しない波長の光は、反射光と透過光の位相が一致せずに弱めあう(干渉する)。
受光素子30は、波長制限フィルター20及び角度制限フィルター10を通過した光を受光して光起電力に変換する素子である。
図2には、波長制限フィルター20の傾斜角度θ1によって決まる波長の光を受光するための受光素子30と、傾斜角度θ2によって決まる波長の光を受光するための受光素子30の一部とが図示されている。
なお、ここでは第1の半導体領域31と第3の半導体領域33とを第5の半導体領域35において接続しているが、これに限らず、第1の半導体領域31を、第3の半導体領域33に接続されない導電層(図示せず)によって第1の外部電極に接続することとし、第1の外部電極と第3の外部電極とを同一極性の別の電位にしても構わない。
ここで、第1の実施形態に係る分光センサー1の製造方法について簡単に説明する。分光センサー1は、最初にシリコン基板3に受光素子30を形成し、次に、受光素子30の上に角度制限フィルター10を形成し、次に、角度制限フィルター10の上に波長制限フィルター20を形成することによって製造する。
図3は、受光素子の形成工程を示す図である。
(1)まず、図3(A)に示すように、パターニングしたレジスト(図示せず)を形成し、このレジストをマスクとして、P型のシリコン基板3にイオン注入等を行うことによって、N型の第1の半導体領域31を形成する。注入するイオンは例えばリン(P+)とし、イオン注入エネルギーは例えば1MeV〜3MeVとし、ドーズ量は例えば1.0×1012atoms/cm2〜1.0×1014atoms/cm2とする。イオン注入後、レジストを除去する。
以上の(1)〜(5)の工程は、同一のシリコン基板3上に形成される電子回路の形成と同時に行うことができる。
例えば、タングステンの遮光体13は、上述の電子回路のための配線用のアルミニウム合金層を接続する導電プラグの形成と同時に形成することができる。また、アルミニウム合金層11は、上述の電子回路のための配線用のアルミニウム合金層の形成と同時に形成することができる。酸化シリコン層12も、上述の電子回路のための配線用の複数のアルミニウム合金層間の絶縁膜の形成と同時に形成することができる。
受光素子30と角度制限フィルター10とを組み合わせることにより、所定の制限角度範囲内の入射光を検知する光センサー(指向性光センサー)を得ることができる。
以上の工程によって分光センサー1が製造される。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る受光素子及び分光センサーを示す平面透視図である。図5は、図4のV−V線断面図である。
第2の実施形態に係る分光センサーは、主に受光素子40に関して、第1の実施形態に係る分光センサーと相違している。
ここでは第1の外部電極と第3の外部電極は共通の電極としているが、これに限らず、第1の外部電極と第3の外部電極とを同一極性の別の電位にしても構わない。
Claims (8)
- 第1の外部電極に対して電気的に接続された第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域上に形成された第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域上に形成された第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第2の半導体領域上に前記第3の半導体領域に囲まれて複数形成され、前記第2の半導体領域より高濃度の第2導電型不純物を含み、第2の外部電極に対して電気的に接続された第2導電型の第4の半導体領域と、を具備する受光素子。 - 請求項1において、
前記第3の半導体領域は、第3の外部電極に対して電気的に接続されている受光素子。 - 第1の外部電極に対して電気的に接続された第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域上に形成された第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域上に形成され、前記第2の半導体領域より高濃度の第2導電型不純物を含み、第2の外部電極に対して電気的に接続された第2導電型の第3の半導体領域と、
前記第2の半導体領域上に前記第3の半導体領域に囲まれて複数形成された第1導電型の第4の半導体領域と、を具備する受光素子。 - 請求項3において、
前記複数の第4の半導体領域は、第3の外部電極に対してそれぞれ電気的に接続されている受光素子。 - 請求項2又は請求項4において、
前記第3の外部電極は、前記第1の外部電極と共通の電極である受光素子。 - 請求項1又は請求項2に記載の受光素子と、
前記受光素子に向けて通過する光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、を具備し、
前記角度制限フィルターの少なくとも一部が導電材料によって形成され、
前記受光素子の前記複数の第4の半導体領域が、前記角度制限フィルターの前記一部を介して前記第2の外部電極にそれぞれ接続された指向性光センサー。 - 請求項4に記載の受光素子と、
前記受光素子に向けて通過する光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、を具備し、
前記角度制限フィルターの少なくとも一部が導電材料によって形成され、
前記受光素子の前記複数の第4の半導体領域が、前記角度制限フィルターの前記一部を介して前記第3の外部電極にそれぞれ接続された指向性光センサー。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項記載の受光素子と、
前記受光素子に向けて通過する光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、
前記角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する波長制限フィルターと、を具備する分光センサー。
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