JPS5946111B2 - 光検出半導体装置 - Google Patents
光検出半導体装置Info
- Publication number
- JPS5946111B2 JPS5946111B2 JP52014874A JP1487477A JPS5946111B2 JP S5946111 B2 JPS5946111 B2 JP S5946111B2 JP 52014874 A JP52014874 A JP 52014874A JP 1487477 A JP1487477 A JP 1487477A JP S5946111 B2 JPS5946111 B2 JP S5946111B2
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- JP
- Japan
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- diffusion
- light
- layer
- junction
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光検出半導体装置に関し、特に紫外から近赤外
の広い波長領域において高い光電変換効率を示す高安定
且つ高信頼なシリコンフォトディテクタに関するもので
ある。
の広い波長領域において高い光電変換効率を示す高安定
且つ高信頼なシリコンフォトディテクタに関するもので
ある。
従来提案されている拡散接合型シリコンフォトディテク
タは、主として可視光を検出するのに適した安定で且つ
信頼性ある素子であるが、紫外領域の光に対して良好な
応答を示さない欠点を有する。
タは、主として可視光を検出するのに適した安定で且つ
信頼性ある素子であるが、紫外領域の光に対して良好な
応答を示さない欠点を有する。
これは、シリコンの紫外波長光に対する吸収係数が極め
て大きいので入射光が受光表面から約１０００λ以内で
ほとんど吸収されてしまうことに１つの原因がある。受
光表面近傍で光励起された電子一正孔対は表面再結合速
度が大きいので、そのほとんどのものがｐｎ接合に到達
する前に再結合により消滅してしまう。従つて受光表面
から約１μｍ以上の深さに拡散ｐｎ接合が形成されてい
る通常のシリコンフォトディテクタはその紫外感度が低
下せざるを得なかつた。一方、このような拡散接合型フ
ォトディテクタとは別に高い紫外感度を有するフォトデ
ィテクタとして５１０２−５１界面に生ずる反転層を利
用したものやショットキバリヤを利用したものが提案さ
れているが、この種の素子は、半導体の表面又は界面の
現象を利用しているため安定性、信頼性に欠けるという
問題点をもつている。
て大きいので入射光が受光表面から約１０００λ以内で
ほとんど吸収されてしまうことに１つの原因がある。受
光表面近傍で光励起された電子一正孔対は表面再結合速
度が大きいので、そのほとんどのものがｐｎ接合に到達
する前に再結合により消滅してしまう。従つて受光表面
から約１μｍ以上の深さに拡散ｐｎ接合が形成されてい
る通常のシリコンフォトディテクタはその紫外感度が低
下せざるを得なかつた。一方、このような拡散接合型フ
ォトディテクタとは別に高い紫外感度を有するフォトデ
ィテクタとして５１０２−５１界面に生ずる反転層を利
用したものやショットキバリヤを利用したものが提案さ
れているが、この種の素子は、半導体の表面又は界面の
現象を利用しているため安定性、信頼性に欠けるという
問題点をもつている。
本発明の目的は、上記した従来技術の利点を維持しつつ
欠点をなくし、紫外領域を含む広い範囲にわたつて高い
光感度を示す高安定且つ高信頼なシリコンフォトディテ
クタを提供することにある。
欠点をなくし、紫外領域を含む広い範囲にわたつて高い
光感度を示す高安定且つ高信頼なシリコンフォトディテ
クタを提供することにある。
本発明は、拡散接合型シリコンフォトディテクタにおい
てｐｎ接合形成深さと拡散層のシート抵抗とを特定する
ことにより従来の反転層型フォトディテクタの紫外感度
をこえる高い紫外感度を達成しうるという知見に基づく
ものである。発明者等の研究によれば、第１図に示すよ
うに、従来の反転層型フォトディテクタで到達された紫
外感度レベルＢをこえるためには、ｐｎ接合の深さが、
０．０５〜０．２μｍの範囲で且つその接合を形成する
拡散層のシート抵抗が５００〜５０００Ω／口の範囲に
あればよいことが判明した０な訃、第１図において、感
度測定波長は２２０ｎｍであり、カーブＡ訃よびＣはそ
れぞれ、接合深さが０．０５〜０．２μｍである拡散接
合型フオトデイテクタに訃ける拡散層のシート抵抗卦よ
びＰｎ接合の深さと紫外感度との関係を示している０拡
散層のシート抵抗ふ一よびＰｎ接合の深さは一般に不純
物濃度に関係しており、上記のシート抵抗５００〜５０
００Ω／口は約１×１０１７〜１×１０２０ＣＴＬ′″
３の不純物濃度に相当する。
てｐｎ接合形成深さと拡散層のシート抵抗とを特定する
ことにより従来の反転層型フォトディテクタの紫外感度
をこえる高い紫外感度を達成しうるという知見に基づく
ものである。発明者等の研究によれば、第１図に示すよ
うに、従来の反転層型フォトディテクタで到達された紫
外感度レベルＢをこえるためには、ｐｎ接合の深さが、
０．０５〜０．２μｍの範囲で且つその接合を形成する
拡散層のシート抵抗が５００〜５０００Ω／口の範囲に
あればよいことが判明した０な訃、第１図において、感
度測定波長は２２０ｎｍであり、カーブＡ訃よびＣはそ
れぞれ、接合深さが０．０５〜０．２μｍである拡散接
合型フオトデイテクタに訃ける拡散層のシート抵抗卦よ
びＰｎ接合の深さと紫外感度との関係を示している０拡
散層のシート抵抗ふ一よびＰｎ接合の深さは一般に不純
物濃度に関係しており、上記のシート抵抗５００〜５０
００Ω／口は約１×１０１７〜１×１０２０ＣＴＬ′″
３の不純物濃度に相当する。
このように、本発明による拡散層は不純物濃度が１×１
０１７〜１×１０２０ｃ７ｎ−３の範囲にあり、かつ拡
散深さが０．０５〜０，２μｍの間にある特性を有し、
シート抵抗が５００〜５０００Ω／口になるような特徴
を有する。
０１７〜１×１０２０ｃ７ｎ−３の範囲にあり、かつ拡
散深さが０．０５〜０，２μｍの間にある特性を有し、
シート抵抗が５００〜５０００Ω／口になるような特徴
を有する。
こうした特徴を持つ拡散層が形成される場合には、拡散
層内に発生する欠陥が少なくなるので再結合の割合が低
減し、しかも層抵抗による電流の制限が低減され、その
結果、紫外感度が大幅に向上される。その他、第２図に
示すように厚さｔの拡散層内において深さ方向に漸減す
る不純物濃度の分布を形成することにより拡散層内での
静電的ポテンシヤルが位置によつて異なるため、結果的
にはバンドが傾斜し、ドリフト効果が作用するようにな
ること、｝よび、接合の拡散電位によつて生じる電界効
果が相乗して、拡散層内でドリフト電界が発生し、光励
起されたキヤリアはドリフトによつてすみやかに移動し
、発生後短時間のうちに接合にとらえられるため、再結
合する割合が極めて小さくなることなども紫外感度の向
上に寄与しているものと考えられる。なお、第２図に卦
いて、ＣＢ，ＥＦ，ＶＢはそれぞれ伝導帯、フエルミ準
位、価電子帯を示す〇しかし、もし、表面不純物濃度が
上述した値よりも高過ぎると欠隔が発生し、再結合速度
が早くなる欠点が生じる。一方、不純物濃度が低すぎる
と拡散層の抵抗が大きくなるため、光電流は抵抗により
制限される。また、拡散深さが深すぎる場合には、キヤ
リアが接合に到達するまでの距離が長くなること、｝よ
びそのために拡散層の表面近くでは電界効果が有効に作
用しなくなり、キヤリアの再結合割合が増大する。一方
、拡散深さが浅すぎる場合には層抵抗が大きくなること
や表面の影響を受け易くなるため、光電流は抵抗によつ
て制限されると共に、受光表面状態によつて変化しフ不
安定となる。
層内に発生する欠陥が少なくなるので再結合の割合が低
減し、しかも層抵抗による電流の制限が低減され、その
結果、紫外感度が大幅に向上される。その他、第２図に
示すように厚さｔの拡散層内において深さ方向に漸減す
る不純物濃度の分布を形成することにより拡散層内での
静電的ポテンシヤルが位置によつて異なるため、結果的
にはバンドが傾斜し、ドリフト効果が作用するようにな
ること、｝よび、接合の拡散電位によつて生じる電界効
果が相乗して、拡散層内でドリフト電界が発生し、光励
起されたキヤリアはドリフトによつてすみやかに移動し
、発生後短時間のうちに接合にとらえられるため、再結
合する割合が極めて小さくなることなども紫外感度の向
上に寄与しているものと考えられる。なお、第２図に卦
いて、ＣＢ，ＥＦ，ＶＢはそれぞれ伝導帯、フエルミ準
位、価電子帯を示す〇しかし、もし、表面不純物濃度が
上述した値よりも高過ぎると欠隔が発生し、再結合速度
が早くなる欠点が生じる。一方、不純物濃度が低すぎる
と拡散層の抵抗が大きくなるため、光電流は抵抗により
制限される。また、拡散深さが深すぎる場合には、キヤ
リアが接合に到達するまでの距離が長くなること、｝よ
びそのために拡散層の表面近くでは電界効果が有効に作
用しなくなり、キヤリアの再結合割合が増大する。一方
、拡散深さが浅すぎる場合には層抵抗が大きくなること
や表面の影響を受け易くなるため、光電流は抵抗によつ
て制限されると共に、受光表面状態によつて変化しフ不
安定となる。
以下、添付図面に示す実施例について本発明を詳述する
。
。
第３図は、本発明の一実施例によるシリコンフオトダイ
オードの断面図である。
オードの断面図である。
１は１０２ｒ−３程度の高不純物濃度のｎ＋型シリコン
基枝である。
基枝である。
２は不純物濃度が１×１０１４？−３の高比抵抗ｎ型層
で、その厚さは１０μｍである０これはエピタキシヤル
成長法で形成した。
で、その厚さは１０μｍである０これはエピタキシヤル
成長法で形成した。
一般には、ｎ型層２の不純物濃度は１Ｘ１０１６ｃＴｒ
Ｌ−３程度以下であることが望ましく、長波長側感度を
高める必要がある場合には、その厚さを厚くする必要が
ある。次にｎ＋型層３ｐ型層４が公知の拡散方法でいず
れもリング状に形成される。ｍｌ型層３はチヤンネルに
よる表面漏洩電流の防止用に形成されるもので、チヤン
ネル発生の心配がない場合には取り除くことが可能であ
る。ｐ型層４は一方の電極を取り出すための領域である
。次に、酸化膜を形成し、公知のホツトエツチング方法
によつて、ｐ型層５を形成する部分の酸化膜を取り除く
。この酸化膜は、その後のボロン拡散のマスタとして作
用する０その後、ウエ一・表面にボロンを含んだ酸化膜
を気相成長法によつて形成した後、短時間熱処理する。
これによつてｐ型拡散層５が形成される。この実施例で
形成された拡散層は表面濃度が１×１０１９？−３、拡
散深さ０．１５μ亀 シート抵抗２０００Ω／？であつ
た。公知の方法により、ＳｉＯ２からなる表面保護（パ
ツシベーシヨン）膜６を形成した後、反射防止膜７を形
成する。８｝よび９は電極層である。
Ｌ−３程度以下であることが望ましく、長波長側感度を
高める必要がある場合には、その厚さを厚くする必要が
ある。次にｎ＋型層３ｐ型層４が公知の拡散方法でいず
れもリング状に形成される。ｍｌ型層３はチヤンネルに
よる表面漏洩電流の防止用に形成されるもので、チヤン
ネル発生の心配がない場合には取り除くことが可能であ
る。ｐ型層４は一方の電極を取り出すための領域である
。次に、酸化膜を形成し、公知のホツトエツチング方法
によつて、ｐ型層５を形成する部分の酸化膜を取り除く
。この酸化膜は、その後のボロン拡散のマスタとして作
用する０その後、ウエ一・表面にボロンを含んだ酸化膜
を気相成長法によつて形成した後、短時間熱処理する。
これによつてｐ型拡散層５が形成される。この実施例で
形成された拡散層は表面濃度が１×１０１９？−３、拡
散深さ０．１５μ亀 シート抵抗２０００Ω／？であつ
た。公知の方法により、ＳｉＯ２からなる表面保護（パ
ツシベーシヨン）膜６を形成した後、反射防止膜７を形
成する。８｝よび９は電極層である。
また、Ｊは領域２と領域５によつて形成される浅いＰｎ
接合を示す。以上の方法で製作されたフオトダイオード
は、前述したような配慮がなされているため、紫外線に
対して高感度（例えば波長２５０ｎｍの光に対する量子
効率は約４０％）である。
接合を示す。以上の方法で製作されたフオトダイオード
は、前述したような配慮がなされているため、紫外線に
対して高感度（例えば波長２５０ｎｍの光に対する量子
効率は約４０％）である。
また、可視｝よび近赤外の波長の光は抵抗が高く、キヤ
リアの寿命が長い領域２で吸収されるため、そこで発生
したキヤリアは再結合により消滅することなしに接合Ｊ
にとらえられる。従つて、高感度が実現される。また、
本発明によつて形成される接合では、接合近傍での欠陥
が少なくなるため、そうした欠陥に基因した雑音が減少
し、受光素子のＳ／Ｎ比が改善される〇なお、本発明の
実施実験によればシート抵抗が６０００Ω／？あるいは
、２００Ω／？の場合、本発明の場合に比べて紫外感度
は約１／２になることを確認した。
リアの寿命が長い領域２で吸収されるため、そこで発生
したキヤリアは再結合により消滅することなしに接合Ｊ
にとらえられる。従つて、高感度が実現される。また、
本発明によつて形成される接合では、接合近傍での欠陥
が少なくなるため、そうした欠陥に基因した雑音が減少
し、受光素子のＳ／Ｎ比が改善される〇なお、本発明の
実施実験によればシート抵抗が６０００Ω／？あるいは
、２００Ω／？の場合、本発明の場合に比べて紫外感度
は約１／２になることを確認した。
本発明によるシリコンフオトダイオードに｝けるうすい
拡散層５を得るための別の方法としては、次のようなド
ープドシリコン法による拡散法を使用することもできる
。
拡散層５を得るための別の方法としては、次のようなド
ープドシリコン法による拡散法を使用することもできる
。
約８×１０１８の濃度でボロンがドープされた拡散源と
してのシリコンウエハを、拡散層５を形成すべきシリコ
ンウエハと共に真空石英管中に封じ込んで、例えば約１
０００℃で１２０分間熱処理し、シート抵抗ρｓが約１
１００Ω／口のうすい拡散層５を形成する。
してのシリコンウエハを、拡散層５を形成すべきシリコ
ンウエハと共に真空石英管中に封じ込んで、例えば約１
０００℃で１２０分間熱処理し、シート抵抗ρｓが約１
１００Ω／口のうすい拡散層５を形成する。
このようなドープドシリコン法による拡散法は、再現性
や歩留りが良好であるので、実用化の際には有効である
。また、ボロンナイトライド（ＢＮ）を拡散源とした低
温（例えば７５０〜８００℃）での開管拡散法によつて
形成することも可能である。
や歩留りが良好であるので、実用化の際には有効である
。また、ボロンナイトライド（ＢＮ）を拡散源とした低
温（例えば７５０〜８００℃）での開管拡散法によつて
形成することも可能である。
以上に詳述したように、本発明を採用することによつて
次のような有利な効果が得られる。
次のような有利な効果が得られる。
（１）紫外波長領域の感度が著しく向上する。（４）紫
外から近赤外の広い波長帯域にわたつて高感度の受光素
子が得られる。（１１１）接合近傍の欠陥が少なくなる
ため、雑音が少なくなりＳ／Ｎ比が向上する。
外から近赤外の広い波長帯域にわたつて高感度の受光素
子が得られる。（１１１）接合近傍の欠陥が少なくなる
ため、雑音が少なくなりＳ／Ｎ比が向上する。
なお、上記した本発明の具体的実施例では、拡散層５の
形成をボロン拡散によつて形成することを述べたが、イ
オンインプランテーシヨン方法、イオンビーム法、イオ
ンプレーテイング方法などを用いて形成しても、本発明
の本質を変えるものではない。
形成をボロン拡散によつて形成することを述べたが、イ
オンインプランテーシヨン方法、イオンビーム法、イオ
ンプレーテイング方法などを用いて形成しても、本発明
の本質を変えるものではない。
また、実施例ではｎ＋基板を用いた場合について述べた
が、ｎ＋→ｐ＋，ｎ−＋Ｐ，ｐ−＋ｎ１に変えたｐ＋基
板を用いた場合においても本発明の本質を変えるもので
はない。
が、ｎ＋→ｐ＋，ｎ−＋Ｐ，ｐ−＋ｎ１に変えたｐ＋基
板を用いた場合においても本発明の本質を変えるもので
はない。
第１図は、シリコンフオトデイテクタにおけるシート抵
抗ふ・よびＰｎ接合の深さと紫外線感度との関係を示す
グラフ、第２図は、本発明によるフオトデイテクタのバ
ンド構造を示す図、第３図は、本発明の一実施例による
フオトダイオードの断面図である。 １・・・・・・ｎ＋型シリコン層、２・・・・・・ｎ型
シリコン層、３・・・・・・ｎ＋型チヤンネル防止層、
４・・・・・・ｐ＋型拡散層、５・・・・・・ｐ型拡散
層、６・・・・・・表面保護膜、７・・・・・・反射防
止膜、８，９・・・・・・電極層。
抗ふ・よびＰｎ接合の深さと紫外線感度との関係を示す
グラフ、第２図は、本発明によるフオトデイテクタのバ
ンド構造を示す図、第３図は、本発明の一実施例による
フオトダイオードの断面図である。 １・・・・・・ｎ＋型シリコン層、２・・・・・・ｎ型
シリコン層、３・・・・・・ｎ＋型チヤンネル防止層、
４・・・・・・ｐ＋型拡散層、５・・・・・・ｐ型拡散
層、６・・・・・・表面保護膜、７・・・・・・反射防
止膜、８，９・・・・・・電極層。
Claims (1)
- １ 一導電型のシリコン半導体層の受光表面領域に上記
導電型とは反対の導電型の半導体領域をその不純物濃度
が深さ方向に漸減するように形成して前記半導体層の受
光表面にほぼ平行な受光用ｐｎ接合を前記半導体層と前
記半導体領域との間に規定した光検出半導体装置におい
て、前記受光用ｐｎ接合の深さを約０．０５〜０．２μ
ｍの範囲に定めるとともに、前記半導体領域のシート抵
抗を約５００〜５０００Ω／□の範囲に定めたことを特
徴とする光検出半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52014874A JPS5946111B2 (ja) | 1977-02-14 | 1977-02-14 | 光検出半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52014874A JPS5946111B2 (ja) | 1977-02-14 | 1977-02-14 | 光検出半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5399890A JPS5399890A (en) | 1978-08-31 |
| JPS5946111B2 true JPS5946111B2 (ja) | 1984-11-10 |
Family
ID=11873151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52014874A Expired JPS5946111B2 (ja) | 1977-02-14 | 1977-02-14 | 光検出半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5946111B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7586108B2 (en) * | 2007-06-25 | 2009-09-08 | Asml Netherlands B.V. | Radiation detector, method of manufacturing a radiation detector and lithographic apparatus comprising a radiation detector |
| US11114491B2 (en) * | 2018-12-12 | 2021-09-07 | Kla Corporation | Back-illuminated sensor and a method of manufacturing a sensor |
-
1977
- 1977-02-14 JP JP52014874A patent/JPS5946111B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5399890A (en) | 1978-08-31 |
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