JPH03220782A - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
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- JPH03220782A JPH03220782A JP2016654A JP1665490A JPH03220782A JP H03220782 A JPH03220782 A JP H03220782A JP 2016654 A JP2016654 A JP 2016654A JP 1665490 A JP1665490 A JP 1665490A JP H03220782 A JPH03220782 A JP H03220782A
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- JP
- Japan
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- light
- conductivity type
- electrode
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/30—Coatings
- H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/223—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PIN barrier
-
- H—ELECTRICITY
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- H10F77/20—Electrodes
- H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
- H10F77/241—Electrodes for devices having potential barriers comprising ring electrodes
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
- H10F77/334—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers or cold shields for infrared detectors
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- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、半導体受光装置に関するものてあり、特に
応答速度が速いフォトタイオードに関するものである。
応答速度が速いフォトタイオードに関するものである。
第３図は従来のＩｎＧａＡｓプレーナ型フォトタイオー
トの代表的な構造例を示す断面図てｎ８型（以下、ｎ′
″−と称す） ＩｎＰ基板（１）の一方の面上には、ｎ
型（以下、ｎ−と称す） ＩｎＰｎソバ９フフ 収層（３） 、 ｎ−−１ｎＰ窓層（４）がこの順序て
層状に形成されている。ｎ−−１ｎＰ窓層（４）の表面
の一部から例えばＺｎなどのｐ型不純物を拡散して導電
型か反転された領域、すなわちｐ＋領領域５）か形成さ
れており、その最ド部はｎ − − １ｎＧａ八ｓ光へ
収層（３）に達している。点線の（１２）は空乏層（３
ａ）の空乏層フロントを示し、この場合は、この空乏層
フロント（１２）かｐ１領域（５）とｎ−−１ｎＰ窓層
（４）およびｎ −−１ｎＧａＡｓ光吸収層（３）との
間の実質的なｐｎ接合部となる。
トの代表的な構造例を示す断面図てｎ８型（以下、ｎ′
″−と称す） ＩｎＰ基板（１）の一方の面上には、ｎ
型（以下、ｎ−と称す） ＩｎＰｎソバ９フフ 収層（３） 、 ｎ−−１ｎＰ窓層（４）がこの順序て
層状に形成されている。ｎ−−１ｎＰ窓層（４）の表面
の一部から例えばＺｎなどのｐ型不純物を拡散して導電
型か反転された領域、すなわちｐ＋領領域５）か形成さ
れており、その最ド部はｎ − − １ｎＧａ八ｓ光へ
収層（３）に達している。点線の（１２）は空乏層（３
ａ）の空乏層フロントを示し、この場合は、この空乏層
フロント（１２）かｐ１領域（５）とｎ−−１ｎＰ窓層
（４）およびｎ −−１ｎＧａＡｓ光吸収層（３）との
間の実質的なｐｎ接合部となる。
ｎ−−１ｔ＋Ｐ窓層（４）上には、少なくとも受光領域
（１１）か形成される部分を除いて例えはプラズマＣＶ
Ｄなとの方法でシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの表面保
護用絶縁膜（６）か形成されている。絶縁膜（６）の上
記受光領域（１１）か形成される開口部分にはｐ＋領領
域５）にオーミック接触するｐ側電極（７）か形成され
ている。絶縁膜（５）上にはまた上記ｐ側電極（７）と
電気的に絶縁されるように間隙（９）をおいて金属遮光
膜（８）か形成されている。
（１１）か形成される部分を除いて例えはプラズマＣＶ
Ｄなとの方法でシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの表面保
護用絶縁膜（６）か形成されている。絶縁膜（６）の上
記受光領域（１１）か形成される開口部分にはｐ＋領領
域５）にオーミック接触するｐ側電極（７）か形成され
ている。絶縁膜（５）上にはまた上記ｐ側電極（７）と
電気的に絶縁されるように間隙（９）をおいて金属遮光
膜（８）か形成されている。
ｎ″″−ＩｎＰ基板（１）の他方の面にはｎ側電極（１
０）か該基板（１）にオーミック接触して形成されてい
る。
０）か該基板（１）にオーミック接触して形成されてい
る。
上記のようなプレーナ型フォトタイオートにおいて、受
光領域（１１）から入射した光は窓層（４）を通過して
、光吸収層（３）の特に空乏層（３ａ）てその大部分か
吸収される。空乏層（３ａ）における光吸収により発生
した黒点て示すキャリア（３１）は、空乏層（３ａ）中
の空間電界により加速され、入力光信号に対して極めて
速く応答するドリフト電流成分として、電極（７）と（
１０）との間の受光検出電気信号として検出される。
光領域（１１）から入射した光は窓層（４）を通過して
、光吸収層（３）の特に空乏層（３ａ）てその大部分か
吸収される。空乏層（３ａ）における光吸収により発生
した黒点て示すキャリア（３１）は、空乏層（３ａ）中
の空間電界により加速され、入力光信号に対して極めて
速く応答するドリフト電流成分として、電極（７）と（
１０）との間の受光検出電気信号として検出される。
一方、受光領域（１１）以外の例えば間隙（９）から入
射した光は空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）て吸収
され、白点て示すようなキャリア（３２）が発生する。
射した光は空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）て吸収
され、白点て示すようなキャリア（３２）が発生する。
このキャリア（３２）は拡散によってｐｎ接合部である
空乏層フロント（Ｊ２）に辿りつき、検出電流中に拡散
電流成分として含まれることになる。ところで、拡散電
流成分は光励起されたキャリア（３２）の空間的密度勾
配により生しるため、一般にドリフト電流成分に比して
その移動がはるかに遅く、入射光信号に対する応答速度
を低下させる原因となる。
空乏層フロント（Ｊ２）に辿りつき、検出電流中に拡散
電流成分として含まれることになる。ところで、拡散電
流成分は光励起されたキャリア（３２）の空間的密度勾
配により生しるため、一般にドリフト電流成分に比して
その移動がはるかに遅く、入射光信号に対する応答速度
を低下させる原因となる。
第３図に示す従来のプレーナ型フォトダイオードの上記
のような欠点、すなわち入力光信号に対する応答速度か
遅いという欠点を解消したフォトタイオートとして、例
えば特開昭５５−１４０２７５号公報上記載されたもの
がある。第４図は上記公報上記載されたフォトダイオー
ドの主要部の構造を示す断面図である。同図て、第３図
と同等部分には同し参照番号を付して説明を省略する。
のような欠点、すなわち入力光信号に対する応答速度か
遅いという欠点を解消したフォトタイオートとして、例
えば特開昭５５−１４０２７５号公報上記載されたもの
がある。第４図は上記公報上記載されたフォトダイオー
ドの主要部の構造を示す断面図である。同図て、第３図
と同等部分には同し参照番号を付して説明を省略する。
第３図のフォトタイオートと同様に絶縁膜（６）の受光
領域（１１）が形成される開口部分にはｐ″″″領域）
にオーくツク接触するｐ側電極（７１）か形成されてい
る。ｐ側電極（７１）の一部はワイヤボンデインク領域
の開口（２３）を越えて伸びて延長部（７２）を構成し
ている。絶縁膜（６）およびｐ側電極（７１）上にはリ
ン硅酸ガラス（ＰＳＧ）等の絶縁膜（２１）が形成され
、該絶縁膜（２１）上には金属遮光膜（２２）が形成さ
れている。絶縁膜（２１）および金属遮光膜（２２）に
は上記ワイヤボンディング領域の開口（２３）が形成さ
れており、該開口（２３）においてｐ側電極（７１）に
接続用ワイヤがボンディングされる。
領域（１１）が形成される開口部分にはｐ″″″領域）
にオーくツク接触するｐ側電極（７１）か形成されてい
る。ｐ側電極（７１）の一部はワイヤボンデインク領域
の開口（２３）を越えて伸びて延長部（７２）を構成し
ている。絶縁膜（６）およびｐ側電極（７１）上にはリ
ン硅酸ガラス（ＰＳＧ）等の絶縁膜（２１）が形成され
、該絶縁膜（２１）上には金属遮光膜（２２）が形成さ
れている。絶縁膜（２１）および金属遮光膜（２２）に
は上記ワイヤボンディング領域の開口（２３）が形成さ
れており、該開口（２３）においてｐ側電極（７１）に
接続用ワイヤがボンディングされる。
第４図に示す構造のプレーナ型フォトダイオードでは、
ボンデインク領域の開口（２３）はｐ側電極（７１）の
延長部（７２）て覆われているので、完全に遮光され、
受光領域（１１）のみから入射した光が窓層（４）を通
過して光吸収層（３）の空乏層（３ａ）に達して、実質
的にドリフト電流成分に寄与するキャリア（３１）が発
生する。従って、空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）
でキャリアが発生するのか防止され、拡散電流成分は実
質的に存在しないので、拡散電流成分に起因する応答速
度の低下を防ぐことかできる。
ボンデインク領域の開口（２３）はｐ側電極（７１）の
延長部（７２）て覆われているので、完全に遮光され、
受光領域（１１）のみから入射した光が窓層（４）を通
過して光吸収層（３）の空乏層（３ａ）に達して、実質
的にドリフト電流成分に寄与するキャリア（３１）が発
生する。従って、空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）
でキャリアが発生するのか防止され、拡散電流成分は実
質的に存在しないので、拡散電流成分に起因する応答速
度の低下を防ぐことかできる。
（発明が解決しようとする課題）
第４図に示すプレーナ型フォトダイオードは拡故電流戒
分による応答速度の低下を防止することは出来るか、絶
縁［（２］）および金属遮光膜（２２）を形成すると共
にワイヤボンデインク領域の開口（２３）を形成する必
要かあり、第３図のプレーナ型フォトタイオートに比し
て製造工程か増え、製造原価か高くなる。また金属遮光
膜（２２）とｐ側電極（７１）との間に大きな寄生静電
容量が生し、電気的時定数か大きくなって、入力光信号
に対する出力の応答速度か低下するという欠点かある。
分による応答速度の低下を防止することは出来るか、絶
縁［（２］）および金属遮光膜（２２）を形成すると共
にワイヤボンデインク領域の開口（２３）を形成する必
要かあり、第３図のプレーナ型フォトタイオートに比し
て製造工程か増え、製造原価か高くなる。また金属遮光
膜（２２）とｐ側電極（７１）との間に大きな寄生静電
容量が生し、電気的時定数か大きくなって、入力光信号
に対する出力の応答速度か低下するという欠点かある。
この発明は、上記のような従来のプレーナ型フォトタイ
オートの欠点を解消したものであり、所要の受光領域以
外からの光の入射を完全に遮断することかできると共に
、金属遮光膜の形成に伴なう寄生容量の増加がなく、し
かも製造工程が第３図の受光装置に比して増えることの
ない半導体受光装置を提供することを目的とする。
オートの欠点を解消したものであり、所要の受光領域以
外からの光の入射を完全に遮断することかできると共に
、金属遮光膜の形成に伴なう寄生容量の増加がなく、し
かも製造工程が第３図の受光装置に比して増えることの
ない半導体受光装置を提供することを目的とする。
この発明による半導体装置は、第１の導電型の基板と、
該基板の一方の面上に直接あるいは第１の導電型のバッ
ファ層を介して積層して形成された第１の導電型の光吸
収層と、該光吸収層上に積層して形成された第１の導電
型の窓層と、該窓層の少なくとも一部分の領域に上記光
吸収層に達する深さに形成された第２の導電型の導電型
反転領域と、上記窓層の上記導電型反転領域の表面の少
なくとも受光領域が形成される部分な除いて上記窓層上
に形成された表面保護膜と、該表面保護膜上の上記受光
領域の周囲に形成され、上記導電型反転領域にオーミッ
ク接触する第１の電極と、該第１の電極を取り囲む形態
て該第１の電極と所定の幅の絶縁用間隙をおいて上記表
面保護膜上に形成された金属遮光膜と、上記基板の他方
の面にオーミック接触して形成された第２の電極とを具
備する。そして、上記金属遮光膜は、その上記第１の電
極を取り囲む側の輪郭が上記導電型反転領域と上記窓層
との実質的なｐｎ接合部の輪郭よりも外側に位置するこ
とがないように形成されている。
該基板の一方の面上に直接あるいは第１の導電型のバッ
ファ層を介して積層して形成された第１の導電型の光吸
収層と、該光吸収層上に積層して形成された第１の導電
型の窓層と、該窓層の少なくとも一部分の領域に上記光
吸収層に達する深さに形成された第２の導電型の導電型
反転領域と、上記窓層の上記導電型反転領域の表面の少
なくとも受光領域が形成される部分な除いて上記窓層上
に形成された表面保護膜と、該表面保護膜上の上記受光
領域の周囲に形成され、上記導電型反転領域にオーミッ
ク接触する第１の電極と、該第１の電極を取り囲む形態
て該第１の電極と所定の幅の絶縁用間隙をおいて上記表
面保護膜上に形成された金属遮光膜と、上記基板の他方
の面にオーミック接触して形成された第２の電極とを具
備する。そして、上記金属遮光膜は、その上記第１の電
極を取り囲む側の輪郭が上記導電型反転領域と上記窓層
との実質的なｐｎ接合部の輪郭よりも外側に位置するこ
とがないように形成されている。
〔作用）
この発明の半導体受光装置ては、金属遮光膜が上記のよ
うに形成されているので、受光領域以外の領域からの光
の入射が完全に阻止され、従って、光が導電型反転領域
以外の領域に入射するのが防止され、入力光信号に対す
る応答速度の低下の原因となる拡散電流成分に寄与する
キャリアの発生を実質的に押えることができる。また、
この発明の半導体受光装置は、製造工程か第３図の装置
に比して特に増えることはない。
うに形成されているので、受光領域以外の領域からの光
の入射が完全に阻止され、従って、光が導電型反転領域
以外の領域に入射するのが防止され、入力光信号に対す
る応答速度の低下の原因となる拡散電流成分に寄与する
キャリアの発生を実質的に押えることができる。また、
この発明の半導体受光装置は、製造工程か第３図の装置
に比して特に増えることはない。
以下第１図および第２図を参照して、この発明の半導体
受光装置、特にプレーナ型フォトタイオートについて説
明する。なお、第３図と同じ構成要素については同し参
照番号を付す。この発明のプレーナ型フォトダイオード
は、第３図の従来のフォトダイオードと同様に、ｎ”−
１ｎＰ基板（１）の一方の面にはｎ −ＩｎＰｎソバ９
フフＩｎＧａＡｓ光吸収層（３） 、 ｎ−−ｒｎＰ窓
層（４）がこの順序で積層して形成されている。また、
基板（１）の他方の面には例えばＡｕＧｅ共晶半田を用
いてＡｕからなるｎ側電極（１０）か形成されている。
受光装置、特にプレーナ型フォトタイオートについて説
明する。なお、第３図と同じ構成要素については同し参
照番号を付す。この発明のプレーナ型フォトダイオード
は、第３図の従来のフォトダイオードと同様に、ｎ”−
１ｎＰ基板（１）の一方の面にはｎ −ＩｎＰｎソバ９
フフＩｎＧａＡｓ光吸収層（３） 、 ｎ−−ｒｎＰ窓
層（４）がこの順序で積層して形成されている。また、
基板（１）の他方の面には例えばＡｕＧｅ共晶半田を用
いてＡｕからなるｎ側電極（１０）か形成されている。
ｎＩｎＰ窓層（４）の表面の一部から例えばＺｎなどの
ｐ型不純物を拡散して、上記窓層（４）を貫通して光吸
収層（３）に達する導電型が反転したｐ＋領領域５）が
形成されている。点！１（１２）は導電型反転ｐ＋領領
域５）とｎ−−１ｎＰ窓層（４）およびｎＩｎＧａＡｓ
光吸収層（３）との間の実質的なｐｎ接合部となる空乏
層フロントを示す。（３ａ）は空乏層である。
ｐ型不純物を拡散して、上記窓層（４）を貫通して光吸
収層（３）に達する導電型が反転したｐ＋領領域５）が
形成されている。点！１（１２）は導電型反転ｐ＋領領
域５）とｎ−−１ｎＰ窓層（４）およびｎＩｎＧａＡｓ
光吸収層（３）との間の実質的なｐｎ接合部となる空乏
層フロントを示す。（３ａ）は空乏層である。
ｎ−−ＴｎＰ窓層（４）」−には、少なくとも受光領域
（１１）か形成される部分を除いて例えばプラズマＣＶ
Ｄなとの方法でシリコン窒化膜（ＳｉＮ）やシリコン酸
化膜（Ｓｉ０２）などの誘電体膜からなる表面保護用絶
縁膜（６）が形成されている。絶縁＠（６）の上記受光
領域（１１）か形成される開口部分には、導電型反転ｐ
十領域（５）にオーミック接触するＴｉ／Ａｕ（Ｔｉと
八〇との積層構造）からなるｐ側電極（７）か形成され
ている。ｐ側電極（７）は上記導電型反転ｐ＋領領域５
）に直接オーミック接触していてもよいし、あるいはオ
ーミック接触性を向上させるためにｐ型のＩｎＧａＡｓ
あるいはＩ ｎＧａＡｓＰからなるオ−ミック接触層を
介してオーミック接触してもよい。
（１１）か形成される部分を除いて例えばプラズマＣＶ
Ｄなとの方法でシリコン窒化膜（ＳｉＮ）やシリコン酸
化膜（Ｓｉ０２）などの誘電体膜からなる表面保護用絶
縁膜（６）が形成されている。絶縁＠（６）の上記受光
領域（１１）か形成される開口部分には、導電型反転ｐ
十領域（５）にオーミック接触するＴｉ／Ａｕ（Ｔｉと
八〇との積層構造）からなるｐ側電極（７）か形成され
ている。ｐ側電極（７）は上記導電型反転ｐ＋領領域５
）に直接オーミック接触していてもよいし、あるいはオ
ーミック接触性を向上させるためにｐ型のＩｎＧａＡｓ
あるいはＩ ｎＧａＡｓＰからなるオ−ミック接触層を
介してオーミック接触してもよい。
絶縁膜（６） ｌにはまた上記ｐ側電極（７）と電気的
に絶縁されるように間隙（９）をおいて金属遮光膜（８
）が形成されている。金属遮光膜（８）は、そのｐ側電
極（７）を取り囲む側の内側輪郭か、導電型反転ｐ＋領
領域５）と窓層（４）との実質的なｐｎ接合部である空
乏層フロント（１２）の外周と一致するか、あるいは上
記空乏層フロント（１２）の外周より内側、すなわち受
光領域（１１）に近い側に位置するように形成されてい
る。！！！！言すれば、この発明のプレーナ型フォトダ
イオードては、金属遮光膜（８）の内側輪郭か空乏層フ
ロント（１２）の外周より外にくることはない。第１図
において、金属遮光膜（８）の内側輪郭を示す垂直線と
点線で示す空乏層フロント（１２）の外周との間の距離
、すなわち金属遮光膜（８）と空乏層フロント（１２）
より内側の部分とのオーバーラツプ量をｄとすれば、上
記内側輪郭と空乏層フロント（１２）の外周とが一致す
る場合はｄ＝ｏてあり、上記内側輪郭か空乏層フロン１
−（１，２）の外周の内側に位置する場合はｄ＞Ｏて、
金属遮光膜（８）は導電型反転ｐ＋領領域５）あるいは
空乏層（３ａ）と僅かにオーバーラツプする。金属遮光
膜（８）と導電型反転領域（５）とがあまり大きくオー
バーラツプすると、両者の間の浮遊寄生容量が無視てき
なくなるので、一般にはｄはＯ〜５ルｍ程度が適当であ
る。
に絶縁されるように間隙（９）をおいて金属遮光膜（８
）が形成されている。金属遮光膜（８）は、そのｐ側電
極（７）を取り囲む側の内側輪郭か、導電型反転ｐ＋領
領域５）と窓層（４）との実質的なｐｎ接合部である空
乏層フロント（１２）の外周と一致するか、あるいは上
記空乏層フロント（１２）の外周より内側、すなわち受
光領域（１１）に近い側に位置するように形成されてい
る。！！！！言すれば、この発明のプレーナ型フォトダ
イオードては、金属遮光膜（８）の内側輪郭か空乏層フ
ロント（１２）の外周より外にくることはない。第１図
において、金属遮光膜（８）の内側輪郭を示す垂直線と
点線で示す空乏層フロント（１２）の外周との間の距離
、すなわち金属遮光膜（８）と空乏層フロント（１２）
より内側の部分とのオーバーラツプ量をｄとすれば、上
記内側輪郭と空乏層フロント（１２）の外周とが一致す
る場合はｄ＝ｏてあり、上記内側輪郭か空乏層フロン１
−（１，２）の外周の内側に位置する場合はｄ＞Ｏて、
金属遮光膜（８）は導電型反転ｐ＋領領域５）あるいは
空乏層（３ａ）と僅かにオーバーラツプする。金属遮光
膜（８）と導電型反転領域（５）とがあまり大きくオー
バーラツプすると、両者の間の浮遊寄生容量が無視てき
なくなるので、一般にはｄはＯ〜５ルｍ程度が適当であ
る。
第２図は第１図のプレーナ型フォトタイオードを受光面
側から見た構造を示す平面図て、第１図と同じ構成素子
に対して同じ参照番号を付す。電極（７）の一部は外方
へ膨出してワイヤボンディング用の電極パッド部（１３
）を構成しており、これに伴って導電型反転領域（５）
、空乏層フロント（１２）も外方へ膨出している。
側から見た構造を示す平面図て、第１図と同じ構成素子
に対して同じ参照番号を付す。電極（７）の一部は外方
へ膨出してワイヤボンディング用の電極パッド部（１３
）を構成しており、これに伴って導電型反転領域（５）
、空乏層フロント（１２）も外方へ膨出している。
上記オーバーラツプ量ｄと浮遊寄生容量との関係を第５
図および第６図を参照して簡単に説明する。
図および第６図を参照して簡単に説明する。
第５図で、オーバーラツプ量をｄ、金属遮光膜（８）と
導電型反転ｐ＋領領域５）とのオーバーシップ量をｄ。
導電型反転ｐ＋領領域５）とのオーバーシップ量をｄ。
とする。また、空乏層容量をＣｄ、第１
−ハーラップ部全体の容量なＣ＋ 、金属遮光膜（８）
の容量をＣ２とする。これらの各容量Ｃｄ、Ｃ１、Ｃ２
による総合の容量を０１とすれば、第７図から明らかな
ように、ＣＴは次式によって表わされる。
の容量をＣ２とする。これらの各容量Ｃｄ、Ｃ１、Ｃ２
による総合の容量を０１とすれば、第７図から明らかな
ように、ＣＴは次式によって表わされる。
オーバーラツプ部の面積は金属遮光膜（８）全体の面積
に比して逢かに小さいから、Ｃ，＜Ｃ２である。よって
、（１）式は次式で近似される。
に比して逢かに小さいから、Ｃ，＜Ｃ２である。よって
、（１）式は次式で近似される。
Ｃ７ユｃ ｄ＋ ｃ 、 （２）（
２）式から明らかなように、総合の容量ＣＴを小さくす
るためには、オーバーラツプ部の容量Ｃ３を小さくする
必要がある。従って、総合の容量ＣＴを小さくし、且つ
空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）て吸収される光の
量を小さくするという点から見れば、ｄ＝ｏであること
か望ましい。しかし、実際には、製造時の写真製版ての
寸法のばらつきを考慮して、少なくとも、ｄｏ＝ｏとす
るか、あるいはＯ≦ｄ≦５７ＬＩ１１とするのか適当で
あると考えられる。受光領域（１１）の径ａか以下に示
す例よりも小さく、例えばａ＝５０ＪＬｍΦ程度てあれ
ば、ｄの上限値はさらに小さくするのが望ましい。
２）式から明らかなように、総合の容量ＣＴを小さくす
るためには、オーバーラツプ部の容量Ｃ３を小さくする
必要がある。従って、総合の容量ＣＴを小さくし、且つ
空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）て吸収される光の
量を小さくするという点から見れば、ｄ＝ｏであること
か望ましい。しかし、実際には、製造時の写真製版ての
寸法のばらつきを考慮して、少なくとも、ｄｏ＝ｏとす
るか、あるいはＯ≦ｄ≦５７ＬＩ１１とするのか適当で
あると考えられる。受光領域（１１）の径ａか以下に示
す例よりも小さく、例えばａ＝５０ＪＬｍΦ程度てあれ
ば、ｄの上限値はさらに小さくするのが望ましい。
ここて、各部の寸法、不純物濃度の例を示すと次の通り
である。
である。
受光領域（１１）の直径ａ ＋ ２００ルｍφワイヤボ
ンデインク用電極バット部（１３）の直径ｂ：
８０１Ｌｍφチップの寸法ｃ ： ５０
０川ｍ角電極（７）の幅ｄ、： ４１Ｌｍ間隔ｄ
２： ５ｇ＋ａ 基板（１）のキャリア濃度： ５ Ｘ Ｉｎ１８ｃ＋ｆ
３程度バッファ層（２）のキャリア濃度 ５ Ｘ １０１１０ｌ５’程度 光吸収層（３）のキャリア濃度： Ｉ Ｘ １．０１６ａｍ−’以下へ 望ましくはＩ Ｘ １０１５ｃＩ１１−３以下窓層（４
）のキャリア濃度： Ｉ Ｘ １０１１０ｌ６”以下、
望ましくはＩ Ｘ １０”ｃｍ−３以下導電型反転ｐ十
領域（５）のキャリア濃度：１ Ｘ １０１８〜Ｉ Ｘ
１０１１０ｌ９’程度第１図および第２図に示すこの
発明のプレーナ型フォトタイオートの動作は第３図に示
す従来のフォトタイオートのそれと実質的に同して、受
光領域（１１）から入射した光は窓層（４）の導電型反
転Ｐ＋領域（５）を通過して、実質的に光吸収層（３）
の空乏層（３ａ）て吸収される。空乏層（３ａ）におけ
る光吸収により発生した黒点て示すキＶリア（３１）は
空乏層（３ａ）中の空間電界により加速され、入力光信
号に応答するドリフト電流成分として電極（７）、（１
０）間で検出される。この発明のプレーナ型フォトタイ
オートては、前述のようにｄ≧０に設定されているから
、受光領域（１１）以外の間隙（９）から入射した光も
導電型反転ｐ１領域（５）を通過して光吸収層（３）中
の空乏層（３Ｂ）に、あるいは導電型反転ｐ＋領領域５
）の周囲の窓層（４）中の空乏層を通過して上記光吸収
層（３）中の空乏層（３ａ）に達して吸収される。従っ
て、この光吸収により発生したキャリアは受光領域（１
１）から入射された光に応答して発生したキャリアと同
様なキャリア（３１）て ５ あって、空乏層（３ａ）中の空間電界により加速され、
ドリフト電流成分として電極（７） 、 （１０）間て
検出される。この発明のプレーナ型ゝフォトタイオード
においても、空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）中て
拡散電流成分として検出されるキャリア（３２）も発生
するか、空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）において
吸収される光は実質的に存在せず、従って、上記拡散電
流成分として検出されるキャリア（３２）はドリフト電
流成分に寄与するキャリア（３１）に比して極めて僅か
で、実際にはこれを無視することができる。従って、電
極（７） 、 （１０）間で検出される検出電流中に、
応答速度の低下の原因となる拡散電流成分は実質的に含
まれず、入力光信号に対する応答速度は極めて速い。
ンデインク用電極バット部（１３）の直径ｂ：
８０１Ｌｍφチップの寸法ｃ ： ５０
０川ｍ角電極（７）の幅ｄ、： ４１Ｌｍ間隔ｄ
２： ５ｇ＋ａ 基板（１）のキャリア濃度： ５ Ｘ Ｉｎ１８ｃ＋ｆ
３程度バッファ層（２）のキャリア濃度 ５ Ｘ １０１１０ｌ５’程度 光吸収層（３）のキャリア濃度： Ｉ Ｘ １．０１６ａｍ−’以下へ 望ましくはＩ Ｘ １０１５ｃＩ１１−３以下窓層（４
）のキャリア濃度： Ｉ Ｘ １０１１０ｌ６”以下、
望ましくはＩ Ｘ １０”ｃｍ−３以下導電型反転ｐ十
領域（５）のキャリア濃度：１ Ｘ １０１８〜Ｉ Ｘ
１０１１０ｌ９’程度第１図および第２図に示すこの
発明のプレーナ型フォトタイオートの動作は第３図に示
す従来のフォトタイオートのそれと実質的に同して、受
光領域（１１）から入射した光は窓層（４）の導電型反
転Ｐ＋領域（５）を通過して、実質的に光吸収層（３）
の空乏層（３ａ）て吸収される。空乏層（３ａ）におけ
る光吸収により発生した黒点て示すキＶリア（３１）は
空乏層（３ａ）中の空間電界により加速され、入力光信
号に応答するドリフト電流成分として電極（７）、（１
０）間で検出される。この発明のプレーナ型フォトタイ
オートては、前述のようにｄ≧０に設定されているから
、受光領域（１１）以外の間隙（９）から入射した光も
導電型反転ｐ１領域（５）を通過して光吸収層（３）中
の空乏層（３Ｂ）に、あるいは導電型反転ｐ＋領領域５
）の周囲の窓層（４）中の空乏層を通過して上記光吸収
層（３）中の空乏層（３ａ）に達して吸収される。従っ
て、この光吸収により発生したキャリアは受光領域（１
１）から入射された光に応答して発生したキャリアと同
様なキャリア（３１）て ５ あって、空乏層（３ａ）中の空間電界により加速され、
ドリフト電流成分として電極（７） 、 （１０）間て
検出される。この発明のプレーナ型ゝフォトタイオード
においても、空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）中て
拡散電流成分として検出されるキャリア（３２）も発生
するか、空乏層（３ａ）以外の光吸収層（３）において
吸収される光は実質的に存在せず、従って、上記拡散電
流成分として検出されるキャリア（３２）はドリフト電
流成分に寄与するキャリア（３１）に比して極めて僅か
で、実際にはこれを無視することができる。従って、電
極（７） 、 （１０）間で検出される検出電流中に、
応答速度の低下の原因となる拡散電流成分は実質的に含
まれず、入力光信号に対する応答速度は極めて速い。
第７図（ａ）は、第１図に示すこの発明のプレーナ型フ
ォトダイオードにおいて、金属遮光膜（８）と導電型反
転ｐ十領域（５）または空乏層（３ａ）とのオーバーラ
ツプ量をＯとしたとき、すなわちｄ＝０としたときの第
７図（Ｃ）に示すパルス状の入力光信号に対する光励起
電流の応答性を示し、第７６ 図（ｂ）は第１図のプレーナ型フォトタイオートの金属
遮光膜（８）を除去した場合の同様なパルス状の入か光
信号に対する光励起電流の応答性を示す。なお、第１図
のプレーナ型フォトダイオードから金属遮光膜（８）を
除去したものは、第３図に示す従来のプレーナ型フォト
ダイオードと実質的に同じ特性を示すことが確かめられ
ている。第７図（ｃ）の入力光信号に対し、この発明の
プレーナ型フォトダイオードでは第７図（ａ）に示すよ
うに、立上り、立下りの各時間は約１ナノ秒以下である
が、金属遮光膜（８）か存在しないプレーナ型フォトダ
イオード、すなわち第３図に示す従来のプレーナ型フォ
トタイオードては、第７図（ｂ）に示すように、立上り
、立下りの各時間は約１５０ナノ秒てあった。
ォトダイオードにおいて、金属遮光膜（８）と導電型反
転ｐ十領域（５）または空乏層（３ａ）とのオーバーラ
ツプ量をＯとしたとき、すなわちｄ＝０としたときの第
７図（Ｃ）に示すパルス状の入力光信号に対する光励起
電流の応答性を示し、第７６ 図（ｂ）は第１図のプレーナ型フォトタイオートの金属
遮光膜（８）を除去した場合の同様なパルス状の入か光
信号に対する光励起電流の応答性を示す。なお、第１図
のプレーナ型フォトダイオードから金属遮光膜（８）を
除去したものは、第３図に示す従来のプレーナ型フォト
ダイオードと実質的に同じ特性を示すことが確かめられ
ている。第７図（ｃ）の入力光信号に対し、この発明の
プレーナ型フォトダイオードでは第７図（ａ）に示すよ
うに、立上り、立下りの各時間は約１ナノ秒以下である
が、金属遮光膜（８）か存在しないプレーナ型フォトダ
イオード、すなわち第３図に示す従来のプレーナ型フォ
トタイオードては、第７図（ｂ）に示すように、立上り
、立下りの各時間は約１５０ナノ秒てあった。
なお、この発明のフォトタイオートにおいて、導電型反
転Ｐ＋領域（５）を形成する方法としては、実施例で説
明した窓層（４）の表面からＺｎなとのｐ型不純物を拡
散する方法の他に、例えばイオン注入法、あるいは、ｎ
−−１ｎＧａＡｓ光吸収層（３）上に例えばＺｎを含
むｐ”−１ｎＰをエピタキシャル成長させ、Ｚｎの光吸
収層（３）への固相拡散により導電型反転Ｐ＋領域（５
）を形成する方法等がある。
転Ｐ＋領域（５）を形成する方法としては、実施例で説
明した窓層（４）の表面からＺｎなとのｐ型不純物を拡
散する方法の他に、例えばイオン注入法、あるいは、ｎ
−−１ｎＧａＡｓ光吸収層（３）上に例えばＺｎを含
むｐ”−１ｎＰをエピタキシャル成長させ、Ｚｎの光吸
収層（３）への固相拡散により導電型反転Ｐ＋領域（５
）を形成する方法等がある。
また、受光領域（１１）の表面にアンチ・フレクション
膜として、例えば、ＳｉＮ膜を形成してもよい。この場
合、使用される光の光学長を入、ＳｉＮ膜の屈折率をｎ
、ＳｉＮ膜の膜厚をｔとすれば、入／４＝ｎ−ｔとなる
ように膜厚ｔが設定される。
膜として、例えば、ＳｉＮ膜を形成してもよい。この場
合、使用される光の光学長を入、ＳｉＮ膜の屈折率をｎ
、ＳｉＮ膜の膜厚をｔとすれば、入／４＝ｎ−ｔとなる
ように膜厚ｔが設定される。
（発明の効果）
以上のように、この発明によれば、受光領域（１１）よ
り導電型反転ｐ＋領領域５）にのみ光が入射するように
金属遮光膜（８）を形成したので、入射光により励起さ
れるキャリアは実質的にすべてかドリフト電流成分とし
て検出されるものであり、従って、入力光信号に対する
応答速度は前述のように極めて速くなる。また、この発
明の半導体受光装置では、Ｐ側電極（７）と金属遮光膜
（８）とは同一面上にあるから、１回の蒸着等により形
成された金属膜を写真製版等のパターニングにより同時
に形成することがてき、第４図に示すような構造の従来
装置に比して工程数か少なく、生産効率も遥かによい。
り導電型反転ｐ＋領領域５）にのみ光が入射するように
金属遮光膜（８）を形成したので、入射光により励起さ
れるキャリアは実質的にすべてかドリフト電流成分とし
て検出されるものであり、従って、入力光信号に対する
応答速度は前述のように極めて速くなる。また、この発
明の半導体受光装置では、Ｐ側電極（７）と金属遮光膜
（８）とは同一面上にあるから、１回の蒸着等により形
成された金属膜を写真製版等のパターニングにより同時
に形成することがてき、第４図に示すような構造の従来
装置に比して工程数か少なく、生産効率も遥かによい。
よって、この発明によれば、第３図に示す従来のプレー
ナ型フォトタイオートと実質的に回し工程数て、入力光
信号に対する応答速度か極めて速い半導体受光装置を安
価に製造することかてきる。
ナ型フォトタイオートと実質的に回し工程数て、入力光
信号に対する応答速度か極めて速い半導体受光装置を安
価に製造することかてきる。
第１図はこの発明の半導体受光装置の一実施例の構造を
示す断面図てあって、第２図のイーイ線に沿う断面図、
第２図は第１図の半導体受光装置をその受光面側から見
た平面図、第３図は従来の半導体受光装置の第１の例の
構造を示す断面図、第４図は従来の半導体受光装置の第
２の例の構造を示す断面図、第５図および第６図はオー
バーラツプ量ｄと浮遊寄生容量との関係を示す図、第７
図（ａ）はこの発明の半導体受光装置の入力光信号に対
する応答性を示す図、第７図（ｂ）は金属遮光膜か無い
半導体受光装置における入力光信号に対 ９ する応答性を示す図、第７図（Ｃ）は入力光信号のタイ
ミンクを示す図である。 （１）・・・・・基板、（２）・・・・・バッファ層、
（３）・・・・・光吸収層、（３ａ）・・・・空乏層、
（５）・・・・・導電型反転領域、（６）・・・・表面
保護膜、（７）・・・・・第１の電極、（８）・・・・
・金属遮光膜、（９）・・・・・間隙、（１０）・・・
・第２の電極、（１１）・・・・受光領域、（１２）・
・・・空乏層フロント。 代 理 人 大 岩 増 雄 ０
示す断面図てあって、第２図のイーイ線に沿う断面図、
第２図は第１図の半導体受光装置をその受光面側から見
た平面図、第３図は従来の半導体受光装置の第１の例の
構造を示す断面図、第４図は従来の半導体受光装置の第
２の例の構造を示す断面図、第５図および第６図はオー
バーラツプ量ｄと浮遊寄生容量との関係を示す図、第７
図（ａ）はこの発明の半導体受光装置の入力光信号に対
する応答性を示す図、第７図（ｂ）は金属遮光膜か無い
半導体受光装置における入力光信号に対 ９ する応答性を示す図、第７図（Ｃ）は入力光信号のタイ
ミンクを示す図である。 （１）・・・・・基板、（２）・・・・・バッファ層、
（３）・・・・・光吸収層、（３ａ）・・・・空乏層、
（５）・・・・・導電型反転領域、（６）・・・・表面
保護膜、（７）・・・・・第１の電極、（８）・・・・
・金属遮光膜、（９）・・・・・間隙、（１０）・・・
・第２の電極、（１１）・・・・受光領域、（１２）・
・・・空乏層フロント。 代 理 人 大 岩 増 雄 ０
Claims (3)
- （１）第１の導電型の基板と、該基板の一方の面上に直
接あるいは第１の導電型のバッファ層を介して積層して
形成された第１の導電型の光吸収層と、該光吸収層上に
積層して形成された第１の導電型の窓層と、該窓層の少
なくとも一部の領域に上記光吸収層に達する深さに形成
された第２の導電型の導電型反転領域と、上記窓層上に
上記導電型反転領域の少なくとも受光領域を露出させて
形成された表面保護膜と、該表面保護膜の上記受光領域
の周囲に形成され、上記導電型反転領域にオーミック接
触する第１の電極と、該第１の電極を取り囲む形態で該
第１の電極と所定の幅の絶縁用間隙をおいて上記表面保
護膜上に形成された金属遮光膜と、上記基板の他方の面
にオーミック接触して形成された第２の電極とを有し、
特徴として上記金属遮光膜は、その上記第１の電極を取
り囲む側の輪郭が上記導電型反転領域と上記窓層との実
質的なｐｎ接合部の輪郭よりも外側に位置することがな
いように形成されている、半導体受光装置。 - （２）上記金属遮光膜は、その上記第１の電極を取り囲
む側の輪郭が上記導電型反転領域と上記窓層との実質的
なｐｎ接合部の輪郭と一致するように形成されている請
求項（１）記載の半導体受光装置。 - （３）上記金属遮光膜は、その上記第１の電極を取り囲
む側の輪郭が上記導電型反転領域と上記窓層との実質的
なｐｎ接合部の輪郭より僅かに内側に位置するように形
成されている請求項（１）記載の半導体受光装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016654A JPH03220782A (ja) | 1990-01-25 | 1990-01-25 | 半導体受光装置 |
| US07/563,411 US5040039A (en) | 1990-01-25 | 1990-08-07 | Semiconductor photodetector device |
| NL9002098A NL192281C (nl) | 1990-01-25 | 1990-09-26 | Halfgeleider-lichtdetectorinrichting. |
| DE4039380A DE4039380C2 (de) | 1990-01-25 | 1990-12-10 | Halbleiterphotodetektor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016654A JPH03220782A (ja) | 1990-01-25 | 1990-01-25 | 半導体受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03220782A true JPH03220782A (ja) | 1991-09-27 |
Family
ID=11922332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016654A Pending JPH03220782A (ja) | 1990-01-25 | 1990-01-25 | 半導体受光装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5040039A (ja) |
| JP (1) | JPH03220782A (ja) |
| DE (1) | DE4039380C2 (ja) |
| NL (1) | NL192281C (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05175539A (ja) * | 1991-12-25 | 1993-07-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光装置及びその製造方法 |
| WO2009128243A1 (ja) * | 2008-04-14 | 2009-10-22 | パナソニック株式会社 | 電磁波受信装置、イメージング装置、および電磁波受信方法 |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0513798A (ja) * | 1991-07-01 | 1993-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光装置 |
| US5189296A (en) * | 1992-04-03 | 1993-02-23 | International Business Machines Corporation | Optical receiver having a low capacitance integrated photodetector |
| US5593902A (en) * | 1994-05-23 | 1997-01-14 | Texas Instruments Incorporated | Method of making photodiodes for low dark current operation having geometric enhancement |
| JPH10173158A (ja) * | 1996-12-05 | 1998-06-26 | Denso Corp | 光センサｉｃ |
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| JP4450454B2 (ja) * | 1999-08-26 | 2010-04-14 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 半導体受光素子 |
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| JP2001358359A (ja) * | 2000-06-16 | 2001-12-26 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 半導体受光素子 |
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| US8068891B2 (en) | 2006-09-29 | 2011-11-29 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Symmetric LED array for pulse oximetry |
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