JPH0832100A - 受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホログラム素子を用いた光ピックアップに使
用される、受光領域が複数の光検出フォトダイオード部
に分割された分割フォトダイオードにおいて、主ビーム
の反射光が、フォーカス誤差測定のための光検出フォト
ダイオード部の分割部に照射された状態での応答速度の
劣化を改善すること。 【構成】 Ｐ型半導体基板１上の、Ｐ型分離拡散層５に
より分離されたＮ型エピタキシャル領域と、その下側の
基板部分とにより光検出フォトダイオード部Ｄ１，Ｄ
２，Ｄ３，Ｄ５を構成し、該基板の，該光検出フォトダ
イオード部を構成する部分にＮ型埋め込み拡散層３を形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換信号を処理す
る回路を内蔵した回路内蔵受光素子に関し、特に、受光
領域が複数の光検出部に分割された分割フォトダイオー
ドにおいて、その応答速度の改善を図り、光検出部の光
学的な分割位置とその構造的な分割位置とのズレによる
特性劣化を低減するための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような分割フォトダイオードは、た
とえば光ピックアップの信号検出用素子として従来から
用いられている。

【０００３】近年、光ディスク装置の小型高性能化に伴
い、光ピックアップの小型軽量化が重要となっている。
これを実現するために、トラッキングビームを生成する
ための機能、光分岐を行うための機能、誤差信号を生成
するための機能を１つのホログラム素子に集積化し、レ
ーザダイオード及びフォトダイオード等を１つのパッケ
ージ（図示せず）内に収容し、上記ホログラム素子をパ
ッケージ上面に配した構造の光モジュールが提案されて
いる。

【０００４】図３は、上記ピックアップ光学系の概略構
成を示す。この光学系における信号検出原理を簡単に説
明すると、レーザダイオードＬＤから出射された光は、
ホログラム素子３１の裏面側に配置されたトラッキング
ビーム生成用回折格子３０により、二つのトラッキング
用副ビームと情報信号読みだし用主ビームの三つの光ビ
ームに分けられる。

【０００５】そして上記パッケージ上面のホログラム素
子３１を０次光として透過したこれらの光は、コリメー
トレンズ３２で平行光に変換された後、対物レンズ３３
によってディスク３４上に集光される。このディスク３
４上のピットによる変調を受けた反射光は、対物レンズ
３３、コリメートレンズ３２を透過した後、ホログラム
素子３１によって回折され、１次回折光として、分割さ
れた５つの光検出部（以下、光検出フォトダイオード部
ともいう。）Ｄ１〜Ｄ５を有する５分割フォトダイオー
ドＰＤ上に導かれる。

【０００６】ここで上記ホログラム素子３１は、回折周
期の異なる二つの領域からなり、主ビームの反射光のう
ち、その一方の領域に入射したものが、上記光検出部Ｄ
２及びＤ３を分割する分割線上に、上記主ビームの反射
光のうち、他方の領域に入射したものが光検出部Ｄ４上
に集光されるようになっている。また、副ビームの反射
光は上記ホログラム素子３１によりそれぞれ光検出部Ｄ
１，Ｄ５上に集光される。また上記光学系は、ホログラ
ム素子３１とディスク３４との距離の変化に応じて、主
ビームの反射光のフォトダイオードＰＤ上での位置が光
検出フォトダイオード部Ｄ２，Ｄ３の並ぶ方向に変化す
るようになっており、主ビームの焦点がディスク上で合
っている時は、その反射光が上記光検出フォトダイオー
ド部Ｄ２とＤ３の間の分割部分に入射するようになって
いる。

【０００７】従って、５分割フォトダイオードＰＤの、
上記各光検出部Ｄ１〜Ｄ５に対応する出力をＳ１〜Ｓ５
とすると、フォーカス誤差信号ＦＥＳは、 ＦＥＳ＝Ｓ２−Ｓ３ で与えられる。一方、トラッキング誤差はいわゆる３ビ
ーム法で検出される。２つのトラッキング用副ビームは
それぞれ光検出部Ｄ１，Ｄ５上に集光されるので、トラ
ッキング誤差信号ＴＥＳは、 ＴＥＳ＝Ｓ１−Ｓ５ で与えられる。この誤差信号ＴＥＳが０であるとき、主
ビームが照射すべきトラック上に位置していることにな
る。また、再生信号ＲＦは、主ビームの反射光を受光す
る光検出部Ｄ２〜Ｄ４の出力の総和として ＲＦ＝Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４ で与えられる。

【０００８】図４は上記光学系の構成に組み込まれた５
分割フォトダイオードＰＤの構造を示す平面図である。
この５分割フォトダイオードの形状は上記光学系により
決まり、ここではフォトダイオードの光検出部は縦長の
形状となる。この形状は以下の理由により決まる。

【０００９】上記光学系を構成するレーザダイオードＬ
ＤとフォトダイオードＰＤは、１つのパッケージに組み
込まれ、ホログラム素子３１はこのパッケージ上面に接
着されている。このレーザダイオードとフォトダイオー
ドはその位置合わせの際バラツキが生ずる。上記レーザ
ダイオードＬＤの発振波長は個体間でバラツキがあり、
温度変動に起因して変化する。上記レーザダイオード
と、フォトダイオードとの位置合わせにおけるバラツキ
や発振波長のバラツキによって回折光の回折角が変化す
るため、フォトダイオードＰＤの受光面は、図４に示す
ようにＹ方向，つまり回折角の変化により回折光のフォ
トダイオードへの入射位置が変わる方向の寸法を広くと
る必要がある。

【００１０】上記受光面のＹ方向と直交するＸ方向につ
いては、レーザダイオードの発振波長の個体間バラツキ
と温度変動に起因する発振波長変化とによる回折光の回
折角の変化の影響は受けない。また、レーザダイオード
とフォトダイオードの位置合わせにおけるバラツキは、
パッケージ上面にホログラム３１を接着する際、これを
回転させることで調整できるため、Ｘ方向の受光面の寸
法を広くとる必要がない。逆に、受光面のＸ方向につい
ては、このＸ方向にならぶ３ビームが離れていると光ピ
ックアップを光ディスク装置に組み込む際に調整が難し
くなるため、フォトダイオードの各光検出部Ｄ１〜Ｄ５
の幅および光検出部間の分割部の幅は狭くする必要があ
る。

【００１１】以上のことから、フォトダイオードＰＤの
各光検出部の形状は図４に示すように必然的に縦長とな
ってしまう。

【００１２】図５は、図４に示すフォトダイオードのａ
−ａ’線部分の断面構造を示す図である。図４中、２０
１は、従来から用いられていた光検出用の５分割フォト
ダイオードであり、２０２は各光検出フォトダイオード
部Ｄ１〜Ｄ５に共通のアノード電極、２０３ａ〜２０３
ｅは上記各光検出フォトダイオード部Ｄ１〜Ｄ５に対応
するカソード電極である。この図では、メタル処理工程
以後の工程により形成される構造、例えば多層配線、保
護膜等は省略している。

【００１３】このフォトダイオードの作製方法は以下の
とおりである。まず、Ｐ型半導体基板１上の、光検出部
を分割する分割部となる領域に、Ｐ型埋め込み拡散層２
を形成する（図６（ａ））。

【００１４】次いで、図６（ｂ）に示すようにＰ型半導
体基板１の表面全面にＮ型エピタキシャル層４を形成す
る。ついでＮ型エピタキシャル層４の表面からＰ型埋め
込み拡散層２に対応する部分にＰ型分離拡散層５を形成
する。これにより、電気的に分離された光検出部Ｄ１〜
Ｄ５が形成される。

【００１５】次いで、Ｎ型エピタキシャル層４の表面お
よび光検出部Ｄ１〜Ｄ５の分割部となるＰ型分離拡散層
５の表面にＰ型拡散層６を形成する（図６（ｃ））。

【００１６】次いで、図６（ｄ）に示すようにＰ型拡散
層６の形成時に表面に形成された酸化膜７のうち、Ｐ型
拡散層６の表面の受光領域に対応する部分を除去して、
全面に窒化膜８を形成する。この際、該窒化膜８の膜厚
は、これが反射防止膜となるよう、レーザダイオードの
波長に合ったものとする。

【００１７】次いで、上記窒化膜８及び酸化膜７に電極
窓を開口して、電極配線９ａを形成すると同時に窒化膜
８の表面の信号光があたらない部分に金属膜９を形成し
て、図５に示す構造の５分割フォトダイオードを得る。
また信号処理回路部分（図示せず）は通常のバイポーラ
ＩＣプロセスにより上記半導体基板１上に作製される。

【００１８】このような構成の５分割フォトダイオード
ＰＤでは、光検出部Ｄ１〜Ｄ５の分割部のＰＮ接合はＰ
型拡散層６によって覆われているため、窒化膜８をフォ
トダイオード表面に直接形成しても接合リークの増大等
の問題は起こらない。したがって、実際に集光ビームが
当たるフォトダイオードの光検出部Ｄ２及びＤ３間の分
割部では、集光ビームの受光面での反射は、窒化膜８に
より低反射に抑えられるため、フォトダイオードの高感
度化が実現できる。

【００１９】また、信号光が当たらない部分に、ここで
は光検出部Ｄ１とＤ２の間、及び光検出部Ｄ３とＤ５の
間に金属膜９が形成されているため、迷光などの影響を
受けにくくなり、フォトダイオードのＳ／Ｎを向上する
ことができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、再生信号Ｒ
Ｆを処理する光検出部Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は特に高速動作
が必要とされる。その内、光検出部Ｄ２及びＤ３では、
光ビームがこれらの分割部に照射された場合、各光検出
部の中央に光ビームが照射された時に比べて遮断周波数
が低下してしまうことがわかった。その実験結果を図７
に示す。

【００２１】デバイスシミュレーションを使用して上記
隣接する光検出部の分割部に光ビームが照射された状態
を解析した結果、この状態では光キャリアが該分割部の
Ｐ型埋め込み拡散層２を迂回して、Ｎ型エピタキシャル
層４とＰ型半導体基板１の接合に到達することから、光
キャリアが拡散で移動する距離が長くなってしまってい
ることが上記遮断周波数の低下の原因であることがわか
った。

【００２２】図８は上記分割部のＰ型埋め込み拡散層２
及びその近傍部分での電流の向きを矢印で示しており、
光キャリアである電子は上記矢印とは逆向きに移動して
いる。

【００２３】図９は上記分割部の分離拡散層５の深さ方
向のポテンシャル分布を示しており、この図からわかる
ようにこのポテンシャル分布は、基板表面側に向う基板
中の光キャリアである電子に対してポテンシャルバリア
となるものである。そのため、光キャリアがＰ型埋め込
み拡散層２を迂回していることがわかった。この迂回に
よって増大する電子の移動距離は十数μｍに及んでい
る。

【００２４】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、光ビームが隣接する光検出
部を分割する分割部に照射された状態での応答速度の劣
化を改善できる受光素子を得ることが本発明の目的であ
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る受光素子
は、第１導電型半導体基板上に形成された第１の第２導
電型半導体層と、該第１の第２導電型半導体層の表面か
ら該基板の表面に達するように形成され、該第１の第２
導電型半導体層を複数の第２導電型半導体領域に分割す
る第１導電型半導体層とを備え、該基板表面の、該第１
導電型半導体層と重なる部分が高不純物濃度の第１導電
型半導体領域となっており、該分割された個々の第２導
電型半導体領域とその下側の基板とにより光検出フォト
ダイオード部が複数構成され、該基板の，該光検出フォ
トダイオード部を構成する部分に第２の第２導電型半導
体層が埋め込まれており、そのことにより上記目的が達
成される。

【００２６】また上記基板の、光検出部を構成する部分
に第２の第２導電型半導体層を埋め込んだことに伴い、
信号光受光用のフォトダイオード部（光検出フォトダイ
オード部）におけるクロストーク増大が懸念されるた
め、クロストークが低減するよう、隣接する光検出フォ
トダイオード部の間にダミーフォトダイオード部を設
け、基板の、該ダミーフォトダイオードを構成する部分
に高濃度の第２導電型半導体層を埋め込んだ構造として
もよい。このダミーフォトダイオード部の第２導電型半
導体層と分離用の第１導電型半導体層の間の間隔は、信
号光受光用のフォトダイオード部におけるそれらの間隔
よりも狭くし、ダミーフォトダイオード部のアノードと
カソードは短絡してもよい。

【００２７】また、ダミーフォトダイオード部に、基板
表面から高濃度の第２導電型半導体層を形成してもよ
い。このときダミーフォトダイオード部のアノードとカ
ソードは短絡し、シリコン窒化膜からなる表面反射防止
膜をダミーフォトダイオード部全面に形成してもよい。

【００２８】

【作用】この発明においては、第１導電型半導体基板
の、分割された光検出フォトダイオード部を構成する部
分に、第２導電型半導体層を埋め込んだから、該光検出
フォトダイオード部の分離部である、光キャリアが迂回
する第１導電型半導体層の近傍に第２導電型半導体層が
位置することとなる。このため光キャリアが上記分離部
周辺の各位置からこの分離部を迂回してＰＮ接合面まで
移動する経路において空乏領域が広がることとなって光
キャリアが拡散により移動する距離が短くなる。これに
より隣接する２つの光検出フォトダイオード部の分離部
に光が照射された時の応答速度を改善し、遮断周波数を
向上することができる。また、ダミーフォトダイオード
部分に高濃度の第２導電型半導体層を埋め込んだので、
ダミーフォトダイオードの内部直列抵抗が低減でき、信
号光受光用フォトダイオード間のクロストークを低減す
ることができる。

【００２９】さらに、ダミーフォトダイオード部のＰＮ
接合深さも信号光受光用フォトダイオード部と同等に深
くすることができるため、ダミーフォトダイオード部に
収集される光キャリアが増加し、クロストーク低減に有
効である。このとき、ダミーフォトダイオード部のアノ
ードとカソードを短絡することで、ダミーフォトダイオ
ード部の幅を狭くすることが可能となり、ホログラム素
子を用いた光ピックアップ用フォトダイオードにおい
て、その幅、つまりその長手方向に対する垂直方向の寸
法を大きくすることなく、クロストークを低減すること
ができる。

【００３０】また、ダミーフォトダイオード部に高濃度
の第２導電型半導体層を表面からの拡散により形成する
ことにより、ダミーフォトダイオード部の内部直列抵抗
を低減することができ、クロストークを低減することが
できる。この場合にも、ダミーフォトダイオード部のア
ノードとカソードを短絡しておくことで、ダミーフォト
ダイオード部の幅を狭くすることが可能となり、ホログ
ラム素子を用いた光ピックアップ用フォトダイオードに
おいて、その幅を大きくせずにクロストークを低減する
ことができる。

【００３１】上記ダミーフォトダイオード部のアノード
とカソードを短絡した構造においては、信号光受光用フ
ォトダイオード部全面にシリコン窒化膜による表面反射
防止膜を形成することが可能であるため、反射防止膜
の、隣接するフォトダイオード部間でのマスク合わせマ
ージンが不要である。このためフォトダイオードの幅を
狭く保持しつつ、信号光受光用フォトダイオードの周辺
部における表面反射率を増加させることなく、クロスト
ークを低減することができる。

【００３２】

【実施例】以下本発明の実施例を図について説明する。

【００３３】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
による受光素子である分割フォトダイオードの断面構造
を示す。この図ではメタル配線の処理工程以降に形成さ
れる構造、例えば多層配線、保護膜等は省略している。
図において、１はＰ型半導体基板で、その上にはＮ型エ
ピタキシャル層４が形成されている。このＮ型エピタキ
シャル層４内には、Ｐ型分離拡散層５が、上記エピタキ
シャル層４の表面から形成され、上記基板１表面の、該
拡散層５と対向する部分にはＰ型埋め込み拡散層２が形
成されて、この層４を複数の領域に分割している。ここ
で該分割された個々のＮ型半導体領域とその下側の基板
部分とにより、信号光を検出する光検出フォトダイオー
ド部Ｄ１〜Ｄ５が構成され、該基板１の、該光検出フォ
トダイオード部を構成する部分にＮ型埋め込み拡散層３
が形成されている。ここで該Ｎ型埋め込み拡散層３は、
Ｐ型埋め込み分離拡散層２の外周の各点から該拡散層を
迂回してＮ型エピタキシャル層４に到達する距離よりも
分離拡散層２に近いところに形成すればよい。

【００３４】次に、この構造の受光素子の製造方法を図
２を用いて工程順に説明する。

【００３５】まず、図２（ａ）に示すように、例えばＰ
型シリコン基板１上の、光検出フォトダイオード部を形
成すべき部分（フォトダイオード形成予定領域）の一部
にＮ型埋め込み拡散層３を形成し、また上記基板１上の
光検出フォトダイオード部の分割部となるべき領域にＰ
型埋め込み拡散層２を形成する。

【００３６】ついで、従来例と同様、図２（ｂ）に示す
ようにＰ型シリコン基板１の上全面にＮ型エピタキシャ
ル層４を成長させる。続いて、Ｎ型エピタキシャル層４
の表面から前記Ｐ型埋め込み分離拡散層２に対応する領
域にＰ型分離拡散層５を形成し、ついで、分割フォトダ
イオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５を構成するＮ型エピタ
キシャル層４の表面、分割フォトダイオードの分割部と
なるＰ型拡散層５の表面にＰ型拡散層６を形成する（図
２（ｃ））。

【００３７】その後、Ｐ型拡散層６の形成時にＰ型拡散
層６およびＮ型エピタキシャル層４の表面に形成された
シリコン酸化膜７の、Ｐ型拡散層６の表面の受光領域に
対応する部分を除去して、シリコン窒化膜８を全面に形
成する。このシリコン窒化膜８は反射防止膜となるよう
にレーザダイオードの波長にあわせて膜厚が設定される
（図２（ｄ））。

【００３８】ついで、上記窒化膜８及び酸化膜７に電極
窓を開口して、電極配線９ａを形成すると同時に、光検
出フォトダイオード部の分割部のうち、信号光を照射し
ないものの上にシリコン窒化膜８を介して金属膜９を形
成して、図１の構造の受光素子を得る。また信号処理回
路部分（図示せず）は通常のバイポーラＩＣプロセスで
上記半導体基板１上に形成される。

【００３９】このような構造の分割フォトダイオードに
おける遮断周波数の光ビーム位置依存性を図１０に示
す。また、上記構造のフォトダイオードにおける光キャ
リアの動きをシミュレーションした結果を図１１に示
す。図１１の矢印は電流の向きを示しており、光キャリ
アである電子の移動方向は該矢印と逆向きである。

【００４０】上記図１０、図１１からわかるように、該
光検出フォトダイオード部の分離部である、光キャリア
が迂回するＰ型埋め込み分離拡散層２の近傍にＮ型埋め
込み拡散層３が位置することとなる。このため光検出フ
ォトダイオード部の分割部に光ビームを照射した際、光
キャリアが上記分離部周辺の各位置からこの分離部を迂
回してＰＮ接合面まで移動する経路において、空乏領域
が広がることとなって、光キャリアが拡散により移動す
る距離が短くなる。具体的にはその距離が十数μｍから
数μｍとなって、遮断周波数が向上した。

【００４１】また、この構造にすることにより、接合位
置が従来に比べて深くなるため、光キャリアが深さ方向
に拡散により移動する距離が短くなり、分割部以外に光
ビームを照射した時の遮断周波数も向上する。

【００４２】上記Ｎ型埋め込み拡散層３は、Ｐ型埋め込
み分離拡散層２よりも深く形成したほうが、迂回する光
キャリアが拡散で移動する距離を短くできるため、効果
が大きい。また、Ｎ型埋め込み拡散層３は、信号処理回
路部のＮ型埋め込み拡散層と同時に形成してもよいし、
別途形成してもよい。

【００４３】さらに、Ｎ型埋め込み拡散層３とＰ型埋め
込み分離拡散層２の距離を規定することでフォトダイオ
ードの光学的な分割位置，つまり光検出フォトダイオー
ド部Ｄ２での光感度と光検出フォトダイオード部Ｄ３で
の光感度とが等しくなる光ビームの位置のばらつきによ
る特性劣化を抑えることができる。以下詳しく説明す
る。

【００４４】上記Ｎ型埋め込み拡散層３とＰ型埋め込み
分離拡散層２の距離は、信号処理回路部分では通常電源
電圧印加時にＮ型埋め込み拡散層３からの空乏層がＰ型
埋め込み分離拡散層２に接触しないように設定されてお
り、広くなっている。これはＰＮ接合耐圧を維持するた
めおよび接合容量が増大しないようにするためである。

【００４５】例えば、Ｐ型シリコン基板１の比抵抗を１
５Ωｍ、Ｎ型埋め込み拡散層３の最終的な横方向の拡散
拡がり（以下、横方向の拡散拡がりとは、拡散窓からの
はみ出し部分の寸法をいう。）を３μｍ、Ｐ型埋め込み
分離拡散層２の横方向の拡散拡がりを１μｍ、Ｎ型埋め
込み拡散層３とＰ型埋め込み分離拡散層２のアライメン
トばらつきを１μｍとした場合、Ｎ型埋め込み拡散層３
とＰ型埋め込み分離拡散層２のマスクの開口パターン間
隔は、電源電圧が５ＶであるときＮ型埋め込み拡散層２
からＰ型シリコン基板１に広がる空乏層厚３．４μｍ
と、上記拡散拡がり及びアライメントばらつきを合計し
た８．４μｍ以上に設定されている。

【００４６】図１２（ａ）は、光検出フォトダイオード
部Ｄ２及びＤ３の要部の断面構造をを示す。これは信号
処理回路部におけるＮ型埋め込み拡散層３とＰ型埋め込
み分離拡散層２のパターン間隔と同じパターン間隔を受
光部に採用した場合のものである。破線１０は空乏層の
広がりを示す。この構造における上記各光検出フォトダ
イオード部での光感度プロファイルを図１２（ｂ）に示
す。この図に示すようにＰ型埋め込み拡散層２とＮ型埋
め込み拡散層３のアライメントばらつきがない場合は光
学的な分割位置がＰ型埋め込み分離拡散層２の位置と一
致している。

【００４７】一方、アライメントズレがあった場合の断
面構造を図１３（ａ）に、この構造における上記各光検
出フォトダイオード部での光感度プロファイルを図１３
（ｂ）に示す。空乏層端の位置が分離拡散層２に対して
左右非対象となるため、光学的な分割位置がＰ型埋め込
み分離拡散層２の位置と一致しなくなってしまう。そう
すると、光ビームが光検出フォトダイオード部Ｄ２，Ｄ
３の中央のＰ型埋め込み分離拡散層２の位置に当たって
いても光学的な位置がずれているため、光検出フォトダ
イオード部Ｄ２，Ｄ３の光電流が異なり、この光電流の
差に基づくフォーカス誤差信号が正確に得られないとい
う問題を生じる。

【００４８】また、Ｎ型埋め込み拡散層３とＰ型埋め込
み分離拡散層２のパターン間隔をアライメントばらつき
より狭くすると、Ｎ型埋め込み拡散層３がＰ型埋め込み
拡散層２に重なる場合があり、その場合、大幅な容量の
増加、耐圧の低下という問題が生じる。

【００４９】上記Ｎ型埋め込み拡散層３とＰ型埋め込み
分離拡散層２との最終的なでき上がり間隔ｄを、△≦ｄ
≦△＋ｄｘ（△：アライメントバラツキ、ｄｘ：Ｎ型埋
め込み拡散層３からＰ型シリコン基板１側に拡がる空乏
層幅）の条件を満たすようにすれば、前記のような問題
は生じない。

【００５０】例えば、Ｐ型シリコン基板１の比抵抗を１
５Ωｃｍ、Ｎ型埋め込み拡散層３の最終的な横方向の拡
散拡がりを３μｍ、Ｐ型埋め込み分離拡散層２の横方向
の拡散拡がりを１μｍ、Ｎ型埋め込み拡散層３とＰ型シ
リコン基板１との間に逆バイアス１．０Ｖを印加した状
態でＮ型埋め込み拡散層３とＰ型シリコン基板１との間
で拡がる空乏層幅を１．８μｍとし、Ｎ型埋め込み拡散
層３とＰ型埋め込み分離拡散層２のアライメントばらつ
きを１μｍとした場合、１．０≦ｄ≦１．０＋１．８
（μｍ）とすれば良い。

【００５１】接合容量の増加等が問題ない場合には、ｄ
≦△＋ｄｘで良い。

【００５２】すなわち、Ｎ型埋め込み拡散層とＰ型埋め
込み分離拡散層のパターン間隔を５．０〜６．８μｍに
すれば良い。この構造でアライメントばらつきのない場
合の光検出フォトダイオード部Ｄ２，Ｄ３の要部の断面
構造を図１４（ａ）に示す。この構造における上記各光
検出フォトダイオード部での光感度プロファイルを図１
４（ｂ）に示す。またこの構造でアライメントばらつき
が生じた場合の光検出フォトダイオード部Ｄ２，Ｄ３の
要部の断面構造を図１５（ａ）に示す。この構造におけ
る上記各光検出フォトダイオード部での光感度プロファ
イルを図１５（ｂ）に示す。

【００５３】アライメントばらつきが生じても、Ｎ型埋
め込み拡散層３から広がる空乏層が左右ともにＰ型埋め
込み分離拡散層２まで到達しているため光学的な分割位
置がＰ型埋め込み分離拡散層２とほぼ一致し、フォーカ
ス誤差信号は正確に得られる。

【００５４】また、Ｎ型埋め込み拡散層２はＰ型埋め込
み分離拡散層３に接触することがないため、容量増大、
耐圧低下は起こらない。

【００５５】なお、実施例では、光検出フォトダイオー
ド部の分割部にＰ型埋め込み分離拡散層２を使用した場
合について説明したが、上記分離部は表面からの拡散に
より形成した分離拡散層だけで構成してもよく、また他
の半導体層による分離構造を用いてもよい。

【００５６】（実施例２）また、図５に示したような従
来の分割フォトダイオードにおいては重要な特性として
クロストーク特性がある。これは隣接する光検出フォト
ダイオード部の間で光信号が混信する程度をあらわすも
のであり、なるだけ小さいほうが望ましい。このクロス
トークは、光キャリアが発生した位置からそれぞれの分
割フォトダイオードのＰＮ接合までの距離が近いほど大
きなものとなる。このため、クロストークを小さくする
ためには、隣接する光検出フォトダイオード部の接合間
の距離をできるだけ離すことが効果的である。

【００５７】しかし、図１に示す実施例１のように光検
出フォトダイオード部にＮ型埋め込み拡散層３を設ける
と、隣接する光検出フォトダイオード部のＰＮ接合間の
距離が近くなってしまうため、クロストークが増大して
しまうという問題が発生する。この問題点を解決するた
めには、隣接する光検出フォトダイオード部間にダミー
フォトダイオードと呼ばれるフォトダイオードを形成
し、光検出フォトダイオード部の端部で発生し、その隣
りの光検出フォトダイオード部に向かう光キャリアをこ
のダミーフォトダイオード部で収集することで、隣りの
光検出フォトダイオード部の光電流には寄与しないよう
にすることが有効である。

【００５８】図１６はこのような構造の受光素子の断面
構造を示す。図において、１０１ａは分割フォトダイオ
ードで、これは図４の構造の分割フォトダイオードにお
いてダミーフォトダイオード部を備えたものである。こ
の受光素子１０１ａでは、ダミーフォトダイオードＤＤ
１及びＤＤ２を、フォトダイオードＤ１とＤ２との間、
及びフォトダイオードＤ３とＤ５の間に配置している。

【００５９】ところが、このようなダミーフォトダイオ
ード部の構造では、ダミーフォトダイオード部の内部直
列抵抗が大きく、動作速度が低いため、高周波変調の加
わった光信号に対しては、ダミーフォトダイオードとし
ての動作を果たさなくなる。例えば、ダミーフォトダイ
オード部の幅を１０μｍ、長さを７００μｍ、エピタキ
シャル層の比抵抗を１Ωｃｍ、実効厚さを２μｍとする
と、ダミーフォトダイオード部のカソード側の直列抵抗
は以下のように計算される。

【００６０】１（Ωｃｍ）×７００Ｅ−４（ｃｍ）／
｛１０Ｅ−４（ｃｍ）×２Ｅ−４（ｃｍ）｝＝３５０
（ｋΩ） また、ダミーフォトダイオード部のアノード側の直列抵
抗は、基板深さ方向の２０μｍが抵抗に寄与し、ダミー
フォトダイオード部からアノード電極までの距離が１０
０μｍ、ダミーフォトダイオード部の長さを７００μ
ｍ、基板比抵抗を１０Ωｃｍとすると、以下のように計
算される。

【００６１】１０（Ωｃｍ）×１００Ｅ−４（ｃｍ）／
｛７００Ｅ−４（ｃｍ）×２０Ｅ−４（ｃｍ）｝≒７１
４（Ω） これらの結果より、ダミーフォトダイオード部の内部直
列抵抗は主にカソード側の直列抵抗であり、非常に大き
な値であることがわかる。また、ダミーフォトダイオー
ド部の接合容量は、０．２５（ｐＦ）と見積もられる。
すなわち、ダミーフォトダイオード部のＣＲ時定数でき
まる遮断周波数は、 １／｛２×π×０．２５Ｅ−１２（Ｆ）×３５０Ｅ３
（Ω）｝≒１．８（ＭＨｚ） と求められる。

【００６２】この結果からわかるように、１．８ＭＨｚ
より信号光の変調周波数が高くなると、ダミーフォトダ
イオード部の動作が追随せず、ダミーフォトダイオード
としての役割を果たさなくなる。

【００６３】図１８はこの点を改善した本発明の第２の
実施例による受光素子である分割フォトダイオードの構
造を示す平面図、図１７はそのｂ−ｂ’線の断面図であ
る。図において、１０２は本実施例の分割フォトダイオ
ードで、これは、図１６に示す分割フォトダイオードの
ダミーフォトダイオード部に、Ｎ型埋め込み拡散層３ａ
を設けたものである。この構造を採用することにより、
ダミーフォトダイオード部の内部直列抵抗を低減するこ
とが可能となり、高周波変調の加わった光信号に対して
も、ダミーフォトダイオードとしての動作が可能になる
このＮ型埋め込み拡散層３ａを設けた構造において同じ
ようにカソード側の直列抵抗を計算してみると、以下の
ようになる。ここではＮ型埋め込み拡散層３のシート抵
抗を２０Ω／□、拡散幅を５μｍとした。

【００６４】２０（Ω／□）×７００（μｍ）／５（μ
ｍ）＝２．８（ｋΩ） この結果からわかるように、Ｎ型埋め込み拡散層３ａを
設けることにより、カソード側の直列抵抗は約１／１０
０に低減できることがわかる。このときのダミーフォト
ダイオード部のＣＲ時定数できまる遮断周波数は、 １／｛２×π×０．２５Ｅ−１２（ｐＦ）×（２．８＋
０．７）（ｋΩ）｝≒１８２（ＭＨｚ） となり、通常使用される周波数領域（〜３０ＭＨｚ）で
は問題なくダミーフォトダイオードが動作する。

【００６５】ところが、ダミーフォトダイオード部にＮ
型埋め込み拡散層３ａを設けると、ダミーフォトダイオ
ードの幅が図１６に示す構造よりも広がってしまい、分
割フォトダイオードのそれぞれのセグメント（光検出フ
ォトダイオード部）の幅方向（Ｘ方向）のピッチが広が
ってしまうという問題が生じる。

【００６６】このＸ方向のフォトダイオードセグメント
ピッチは、前述のように、Ｘ方向に並ぶ３つのレーザー
ビームの間隔が離れていると、光ピックアップを光ディ
スク装置に組み込む際の調整が難しくなるため、なるだ
け狭くする必要がある。信号光受光用のフォトダイオー
ド部と同じデザインルールでダミーフォトダイオード部
にＮ型埋め込み拡散層３ａを設けると、ホログラム素子
を用いた光ピックアップにおけるＸ方向のフォトダイオ
ードセグメントピッチを狭くする要請と相反する結果と
なってしまう。

【００６７】信号光受光用フォトダイオード部において
は、前述のように、Ｎ型埋め込み拡散層３とＰ型埋め込
み分離拡散層２との距離を、拡散窓間隔にて５．０〜
６．８μｍ離しておく必要がある。このため、ダミーフ
ォトダイオード部において信号光受光用フォトダイオー
ド部におけるデザインルールを用い、Ｎ型埋め込み拡散
層３の幅を５μｍとすると、ダミーフォトダイオードの
幅（Ｐ型埋め込み分離拡散間の距離）は１５〜１８．６
μｍとなってしまう。

【００６８】これに対し、この実施例では、ダミーフォ
トダイオード部ＤＤ１，ＤＤ２においては、カソードと
アノードを短絡電極２０４ａ，２０４ｂを用いて短絡
し、Ｎ型埋め込み拡散層３ａとＰ型埋め込み分離拡散層
２との距離を、信号光受光用フォトダイオード部よりも
狭く設定した。ここでＮ型埋め込み拡散層３ａとＰ型埋
め込み分離拡散層２との距離は、耐圧を維持する必要が
なければマスクアライメントズレが発生したときに接触
しても問題はなく、Ｎ型埋め込み拡散層３ａがＰ型埋め
込み分散拡散層２よりはみ出して信号光受光用フォトダ
イオードの領域まで到達しなければよい。また、Ｐ型埋
め込み分離拡散層２の拡散窓幅を４μｍ、Ｎ型埋め込み
拡散層３ａの横方向への広がりを３μｍ、Ｐ型埋め込み
分離拡散層２とＮ型埋め込み拡散層３ａとのマスクアラ
イメントズレを１μｍとすると、Ｎ型埋め込み拡散層３
ａがＰ型埋め込み分離拡散層２の高濃度領域（拡散窓部
分）よりもはみ出さないためのこれらの拡散窓間の距離
の設計最小値は、 ３（μｍ）＋１（μｍ）−４（μｍ）＝０（μｍ） となる。すなわち、Ｎ型埋め込み拡散層３の幅（拡散窓
部の幅）を５μｍとするとダミーフォトダイオード部の
幅は５μｍとすることができる。

【００６９】（実施例３）図１９はダミーフォトダイオ
ード部の直列抵抗を低減するための別の構成例として、
本発明の第３の実施例による分割フォトダイオードを示
す。図において、１０３は本発明の第３の実施例による
分割フォトダイオードであり、これは図１６に示す分割
フォトダイオードの構成においてダミーフォトダイオー
ド部ＤＤ１，ＤＤ２の表面にＮ型の高濃度拡散層１１を
設けたものである。これにより、光検出フォトダイオー
ド部のカソード側の内部直列抵抗を低減している。この
構造においても、Ｎ型拡散層１１とＰ型分散拡散層５と
の間隔は、ダミーフォトダイオード部での接合耐圧を維
持する必要がないため、Ｎ型拡散層１１がＰ型分離拡散
層５よりはみ出さない範囲で両拡散層の間隔を狭めるこ
とができ、ダミーフォトダイオード部の幅を狭くするこ
とができる。

【００７０】Ｐ型分離拡散層５の拡散窓幅を４μｍ、Ｎ
型高濃度拡散層１１の横方向への広がりを１μｍ、Ｐ型
分離拡散層５とＮ型高濃度拡散層１１とのマスクアライ
メントズレを２μｍとすると、Ｎ型高濃度拡散層１１が
Ｐ型分離拡散層５よりはみ出さないためのこれらの拡散
窓間の距離の設計最小値は、 １（μｍ）＋２（μｍ）−４（μｍ）＝−１（μｍ） となる。すなわち、Ｎ型高濃度拡散層１１の拡散窓幅を
５μｍとすると、ダミーフォトダイオード部の幅は３μ
ｍとすることができる。

【００７１】また、ホログラム素子を用いた光ピックア
ップ用フォトダイオードにおいては、光感度向上のた
め、シリコン窒化膜による表面反射防止膜を受光領域の
表面に設ける必要があるが、ダミーフォトダイオード部
を設けてその表面にＮ型高濃度拡散層１１を設けた構
造、すなわちＰ型拡散層６がダミーフォトダイオード部
の表面に存在しない構造においては、ダミーフォトダイ
オード部表面にＰＮ接合が存在する。このためシリコン
窒化膜である表面反射防止膜がこのＰＮ接合上を覆う
と、界面準位の増大によりＰＮ接合のリーク電流が増大
してしまうという問題が発生する。

【００７２】これを避けるために、ダミーフォトダイオ
ード部にはシリコン酸化膜を残してシリコン窒化膜を半
導体層に直接つけない構造とすることが考えられる。こ
の場合には図２０に示すように、信号光受光用フォトダ
イオード部の両側端にはシリコン窒化膜による表面反射
防止膜が形成できない部分が存在することになり、その
部分を受光領域から除くとフォトダイオードセグメント
のｘ方向のピッチを大きくする必要が生じ、好ましくな
い。

【００７３】例えば、図２０において、シリコン窒化膜
８が信号光受光用フォトダイオード部の表面に直接付い
ている部分とダミーフォトダイオード部の表面ＰＮ接合
との距離は、マスクアライメントズレが生じても、シリ
コン窒化膜８がＰＮ接合上にかからないようにするため
には、６μｍ以上にしておく必要がある。

【００７４】このため、Ｐ型分離拡散層５の拡散窓幅が
４μｍであることから、２μｍの幅で信号光受光用フォ
トダイオード部の上にシリコン酸化膜が残ってしまうこ
とになり、その部分は表面反射率が増大してしまうた
め、その部分を受光領域から除くと、フォトダイオード
セグメント（光検出フォトダイオード部）のＸ方向のピ
ッチを大きくする必要が生じ、好ましくない。

【００７５】これに対し、この実施例においては、ダミ
ーフォトダイオードセグメント（ダミーフォトダイオー
ド部）を、そのアソード，カソード間を短絡した構造に
したため、ダミーフォトダイオード部のＰＮ接合上にシ
リコン窒化膜を直接付けても、リーク電流は発生しな
い。

【００７６】従って、ダミーフォトダイオード部のアノ
ードとカソードとを短絡した図１９の構造を採用するこ
とで、フォトダイオードセグメントピッチを増大させる
ことなく、ダミーフォトダイオード部の内部直列抵抗を
低減することができ、フォトダイオードクロストークの
低減が可能になる。

【００７７】なお、本発明は、図３に示す光学系以外の
他の光学系のピックアップを構成するフォトダイオード
や、図４に示す分割フォトダイオードとは形状の異なる
フォトダイオードにも適用可能である。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明にかかる受光素子に
よれば、第１導電型半導体基板の、分割された光検出フ
ォトダイオード部を構成する部分に、第２導電型半導体
層を埋め込んだので、光検出フォトダイオード部の分離
部である、光キャリアが迂回する第１導電型半導体層の
近傍に第２導電型半導体層が位置することとなる。この
ため光キャリアが上記分離部周辺の各位置からこの分離
部を迂回してＰＮ接合面まで移動する経路において、光
キャリアが拡散により移動する距離が短くなり、これに
より隣接する２つの光検出フォトダイオード部の分離部
に光が照射された時の応答速度を改善し、遮断周波数を
向上することができる。

【００７９】さらに上記第１導電型半導体層と第２導電
型半導体層の間隔を規定することにより、これらの半導
体層の多少の位置ずれに拘らず、光ピックアップのフォ
ーカシングを正確に行うことができる。

【００８０】また、光検出フォトダイオード部に第２導
電型埋め込み半導体層を設けることで悪影響が懸念され
るクロストークの増大の問題は、隣接する光検出フォト
ダイオード部の間にダミーフォトダイオード部を設ける
ことにより解決できる。この際、ダミーフォトダイオー
ド部に第２導電型半導体層を、第１導電型半導体層との
間隔が光検出フォトダイオード部におけるこれらの間隔
よりも狭くなるように形成し、ダミーフォトダイオード
部のアソード，カソード間を短絡することにより、分割
フォトダイオードの幅方向（Ｘ方向）のセグメントピッ
チの増大を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による分割フォトダイオ
ード（受光素子）の断面構造を示す図である。

【図２】図１の分割フォトダイオードの構造を得るため
のプロセスを工程順に示す断面図である。

【図３】従来のホログラム素子を用いた光ピックアップ
の構成を示す図である。

【図４】図３に示す光ピックアップに用いる、光検出部
が複数の領域に分割された従来の分割フォトダイオード
を示す平面図である。

【図５】図４に示す従来の分割フォトダイオードのａ−
ａ’線部分の断面図である。

【図６】上記従来の分割フォトダイオードの構造を得る
ためのプロセスを各工程順に示す断面図である。

【図７】上記従来の分割フォトダイオードにおける遮断
周波数の光ビーム位置依存性を示す図である。

【図８】上記従来の分割フォトダイオードにおいて光ビ
ームが光検出部の分割部に照射された状態をデバイスシ
ミュレーションした結果を示す図である。

【図９】上記光検出部の分割部近傍でのポテンシャル分
布を示す図である。

【図１０】上記第１の実施例の分割フォトダイオードに
おける遮断周波数の光ビーム位置依存性を示す図であ
る。

【図１１】上記第１の実施例の分割フォトダイオードに
おいて光ビームが光検出部の分割部に照射された状態を
デバイスシミュレーションした結果を示す図である。

【図１２】上記第１実施例において、Ｎ型埋め込み拡散
層３とＰ型埋め込み分離拡散層２の間隔を信号処理回路
部におけるものと同じにした場合の光検出フォトダイオ
ード部Ｄ２及びＤ３の断面構造、及び該両フォトダイオ
ード部の光感度プロファイルを示す図である。

【図１３】図１２に示す構造においてＮ型埋め込み拡散
層３とＰ型埋め込み分離拡散層２のアライメントズレが
生じた場合の光検出フォトダイオード部Ｄ２及びＤ３の
断面構造、及び該両フォトダイオード部の光感度プロフ
ァイルを示す図である。

【図１４】上記第１実施例において、Ｎ型埋め込み拡散
層２とＰ型埋め込み分離拡散層３の間隔ｄを規定した場
合の光検出フォトダイオード部Ｄ２及びＤ３の断面構
造、及び該両フォトダイオード部の光感度プロファイル
を示す図である。

【図１５】図１４に示す構造においてＮ型埋め込み拡散
層３とＰ型埋め込み分離拡散層２のアライメントズレが
生じた場合の光検出フォトダイオード部Ｄ２及びＤ３の
断面構造、及び該両フォトダイオード部の光感度プロフ
ァイルを示す図である。

【図１６】上記第１の実施例の問題点の対策を説明する
ための断面図である。

【図１７】本発明の第２の実施例による分割フォトダイ
オード（受光素子）を示す断面図である。

【図１８】上記第２の実施例の分割フォトダイオード
（受光素子）を示す平面図である。

【図１９】本発明の第３の実施例による分割フォトダイ
オード（受光素子）を示す断面図である。

【図２０】上記第３実施例の特徴をこの実施例の分割フ
ォトダイオードの構造と比較して説明するための素子構
造の断面図である。

【符号の説明】

１ Ｐ型半導体基板 ２ Ｐ型埋め込み分離拡散層 ３，３ａ Ｎ型埋め込み拡散層 ４ Ｎ型エピキシャル層 ５ Ｐ型分離拡散層 ６ Ｐ型表面拡散層 ７ 酸化膜 ８ 反射防止膜（窒化膜） ９ メタル層 ９ａ 電極配線 １０ Ｎ型埋め込み拡散層から拡がる空乏層 １１ Ｎ型拡散層 １０１，１０２，１０３ 分割フォトダイオード（受光
素子） Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５ 光検出フォトダイオー
ド部 ＤＤ１，ＤＤ２ ダミーフォトダイオード部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板と、 該第１導電型半導体基板上に形成された第１の第２導電
   型半導体層と、 該第１の第２導電型半導体層の表面から該第１導電型半
   導体基板の表面に達するように形成され、該第１の第２
   導電型半導体層を複数の第２導電型半導体領域に分割す
   る第１導電型半導体層とを備え、 該第１導電型半導体層の、該第１導電型半導体基板と重
   なる部分が高不純物濃度の第１導電型半導体領域となっ
   ており、 該分割された個々の第２導電型半導体領域とその下側の
   第１導電型半導体基板とにより、信号光を検出する光検
   出フォトダイオード部が複数構成され、 該第１導電型半導体基板の、該光検出フォトダイオード
   部を構成する部分に第２の第２導電型半導体層が埋め込
   まれている受光素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の受光素子において、 前記第１の第２導電型半導体層を分割する第１導電型半
   導体層は、前記第１導電型半導体基板に埋め込んだ第１
   の拡散層と、該第１の第２導電型半導体層の表面から形
   成した第２の拡散層とから構成されている受光素子。
3. 【請求項３】 請求項１記載の受光素子において、 前記第１導電型半導体基板に埋め込んだ第２の第２導電
   型半導体層は、前記第１の第２導電型半導体層を分割す
   る第１導電型半導体層よりもその深さが深いものである
   受光素子。
4. 【請求項４】 請求項１記載の受光素子において、 前記第１導電型半導体基板に埋め込んだ第２の第２導電
   型半導体層から広がる空乏層が、少なくとも１箇所以上
   で前記第１導電型半導体層に接触している受光素子。
5. 【請求項５】 請求項１記載の受光素子において、 隣接する光検出フォトダイオード部の間に、前記第１導
   電型半導体基板と第１の第２導電型半導体層よりなるダ
   ミーフォトダイオードを備え、 該ダミーフォトダイオード部は、該第１導電型半導体基
   板の，該ダミーフォトダイオード部を構成する部分に埋
   め込んだ高濃度の第２の第２導電型半導体層を有する受
   光素子。
6. 【請求項６】 請求項５記載の受光素子において、 前記ダミーフォトダイオード部はアノードとカソードを
   短絡したものである受光素子。
7. 【請求項７】 請求項６記載の受光素子において、 前記ダミーフォトダイオード部における、前記第１導電
   型半導体層と前記高濃度の第２の第２導電型半導体層と
   の距離が、光検出フォトダイオード部におけるものより
   も小さい受光素子。
8. 【請求項８】 請求項１記載の受光素子において、 隣接する光検出フォトダイオード部の間に、前記第１導
   電型半導体基板と第１の第２導電型半導体層よりなるダ
   ミーフォトダイオード部を備え、 該ダミーフォトダイオード部は、該第２導電型半導体層
   の表面から形成した高濃度の第３の第２導電型半導体層
   を有する受光素子。
9. 【請求項９】 請求項８記載の受光素子において、 前記ダミーフォトダイオード部は、そのアノードとカソ
   ードを短絡したものである受光素子。
10. 【請求項１０】 請求項６または９記載の受光素子にお
    いて、 前記光検出フォトダイオード部を構成する第２導電型半
    導体領域の表面には、シリコン窒化膜からなる表面反射
    防止膜が形成されている受光素子。