JP4338542B2 - Light receiving element - Google Patents
Light receiving element Download PDFInfo
- Publication number
- JP4338542B2 JP4338542B2 JP2004030008A JP2004030008A JP4338542B2 JP 4338542 B2 JP4338542 B2 JP 4338542B2 JP 2004030008 A JP2004030008 A JP 2004030008A JP 2004030008 A JP2004030008 A JP 2004030008A JP 4338542 B2 JP4338542 B2 JP 4338542B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- concentration
- light receiving
- electrode
- light
- low
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 57
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 22
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 4
- 240000009038 Viola odorata Species 0.000 description 4
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 4
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
本発明は、赤外から可視光の光を受光することができる受光素子にかかわり、特に、短波長の光をモニターする用途に好適な受光素子に関する。 The present invention relates to a light receiving element that can receive visible light from infrared, and more particularly to a light receiving element suitable for use in monitoring light having a short wavelength.
赤外から赤色の波長を持つレーザ光の出力をモニターする受光素子は、シリコンからなる半導体基板に、P,N型の不純物を拡散させてPIN構造の受光素子として利用している(例えば特許文献1参照)。このような受光素子は、図10に示すように、低濃度のN型不純物を含んだシリコン製の半導体基板100の表面に、B(ボロン)等のP型不純物を高濃度に拡散させてP型高濃度不純物層101とそれらを覆う絶縁膜102を形成し、絶縁膜102の一部にコンタクトホール103を形成し、これを介してP型電極104を接続することによって一定面積の受光領域を形成する。半導体基板100の裏側にP(燐)等のN型不純物を高濃度に拡散させてN型高濃度不純物層105を形成し、これにN型電極106を接続して受光素子を構成している。
A light receiving element that monitors the output of a laser beam having a wavelength from infrared to red is used as a light receiving element having a PIN structure by diffusing P and N type impurities into a semiconductor substrate made of silicon (for example, Patent Document 1). 1). As shown in FIG. 10, such a light receiving element has a P-type impurity such as B (boron) diffused at a high concentration on the surface of a
このような受光素子を波長が短い青、青紫のLEDやレーザダイオードのモニター用に用いると、受光素子表面、特に高濃度不純物層101での光吸収が大きいため、赤や赤外の波長における感度に比べて1/5程度の感度しか得られない。
そこで本発明は、受光素子の感度を高め、青や青紫の短波長の光を効率的に受光して感度を高めること、並びにそれに適した構造を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to increase the sensitivity of a light receiving element, efficiently receive light of blue or blue-violet short wavelength light, increase the sensitivity, and provide a structure suitable for it.
本発明の受光素子は請求項1に記載の様に、低不純物濃度の半導体基板に高濃度の一導電型不純物層と逆導電型不純物層を形成し、電極に接続した一導電型の高濃度不純物層を基板表面に配置して一定面積の受光領域を形成したPN型あるいはPIN型の受光素子において、前記受光領域の中に前記半導体基板の低濃度不純物層が基板表面に露出する低濃度層露出領域を複数形成し、これらの低濃度層露出領域を前記受光領域に分散して配置するとともに、前記電極に接続した高濃度不純物層を前記電極を中心として前記受光領域の全体に亘って放射状に延びるように配置し、前記電極を前記受光領域の中央に配置し、この電極を囲むように前記低濃度層露出領域を分散して配置したことを特徴とする。
As described in
本発明によれば、短波長の光であっても受光素子表面での光吸収が抑制されるので、感度を高めることができる。電極を受光領域の中央に配置し、この電極を囲むように前記低濃度層露出領域を分散して配置し、露出領域と高濃度層の配置を適正化することによって、感度を高めるに適した構造を提供することができる。特に、高濃度不純物層を電極を中心として受光領域の全体に亘って放射状に延びるように配置したので、光電流を高濃度不純物層によって効率よく電極に集めることができる。 According to the present invention, since light absorption on the surface of the light receiving element is suppressed even for light with a short wavelength, sensitivity can be increased. An electrode is arranged in the center of the light receiving region, the low-concentration layer exposed region is dispersed and arranged so as to surround the electrode, and the arrangement of the exposed region and the high-concentration layer is optimized, so that it is suitable for increasing sensitivity. Structure can be provided. In particular, since the high-concentration impurity layer is disposed so as to extend radially over the entire light receiving region with the electrode as the center, the photocurrent can be efficiently collected on the electrode by the high-concentration impurity layer.
以下本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態を示す平面図、図2は図1のA−Aに沿った断面図、図3は図1のB−Bに沿った断面図である。これらの図において、受光素子1は、低濃度の不純物を含んだシリコン製の半導体基板2にP型とN型の不純物を拡散させてPN型あるいはPIN型の受光素子としている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In these figures, the
半導体基板2は、I層として機能するに必要な低濃度の不純物を含む単結晶シリコンによって構成している。半導体基板2はN型とされ、その不純物濃度は例えば4×1012cm-3以下としている。
The
半導体基板2の表面の大部分に、所定形状の拡散マスクを用いてB(ボロン)等のP型不純物を高濃度に拡散させることによってP型高濃度不純物層3を形成している。P型高濃度不純物層3の厚さは1〜2μmとされ、不純物濃度は例えば約1×1020cm-3としている。このP型高濃度不純物層3が半導体基板2の表面に一定面積の受光領域4を形成する。P型高濃度不純物層3が形成された半導体基板2の表面を覆うように、窒化シリコンや酸化シリコン等からなる絶縁膜5を形成している。受光領域4上の絶縁膜5の一部にコンタクトホール6を形成し、これを介してP型電極7をP型高濃度不純物層3にオーミック接続している。半導体基板2の裏側にP(リン)等のN型不純物を高濃度に拡散させてN型高濃度不純物層8を形成し、これにN型電極9をオーミック接続している。N型高濃度不純物層8の厚さは20〜50μmとされ、不純物濃度は例えば約1×1020cm-3としている。
A P-type high-
通常の場合、受光領域4は一導電型(この例ではP型)の不純物層で埋め尽くされるが、この不純物層が光(特に青色〜青紫の波長付近の短波長)の吸収層として作用するので、本発明ではその光吸収を抑制するための低濃度層露出領域10を受光領域4に複数形成している。この低濃度層露出領域10は、前記半導体基板2を構成する低濃度不純物層が基板表面に露出することによって構成される。低濃度層露出領域10は、高濃度不純物層3を選択拡散によって形成する際のマスクパターンの形状を変更することによって形成される。この実施形態は、低濃度層露出領域10を微小な正方形状あるいは長方形状とし、それらを受光領域4の略全体にわたって2次元のマトリックス状に分散して配列している。よって、受光領域に入射する光の一部は、この低濃度層露出領域10を通って入射するので、高濃度不純物層3における光吸収が抑制される。
In a normal case, the
前記電極間に一定の逆バイアスを印加させると、半導体基板のI層として機能する低濃層部分において、入射した光のエネルギーによって正負のキャリアが発生し、前記逆バイアスによって正負キャリアが各々P、N高濃度不純物層の一方に移動することによって光電流が発生する。このような光電変換によって入射した光が電気に変換される。 When a constant reverse bias is applied between the electrodes, positive and negative carriers are generated by the energy of incident light in the low-concentration layer portion functioning as the I layer of the semiconductor substrate. A photocurrent is generated by moving to one of the N high-concentration impurity layers. Incident light is converted into electricity by such photoelectric conversion.
図4、5は、低濃度層露出領域10の形状を変更した別の実施形態を示す。他の構成は先の実施形態と同じであるので、相違点を中心に説明する。図4に示す実施形態は、低濃度層露出領域10の形状を帯状として前記受光領域4に一定の方向に分散して配置したことを特徴とする。低濃度層露出領域10を受光領域4に分散して配置することによって、受光領域の全体に亘って光の変換効率を高めることができる。
4 and 5 show another embodiment in which the shape of the low-concentration layer exposed
図5に示す実施形態は、低濃度層露出領域10を帯状として前記受光領域に複数の方向に分散して配置したことを特徴とする。すなわち、縦長と横長の低濃度層露出領域10を受光領域4の対角線の一方を境界に区分けして配置したことを特徴とする。低濃度層露出領域10を受光領域4に分散して配置することによって、受光領域4の全体に亘って光の変換効率を高めることができる。
The embodiment shown in FIG. 5 is characterized in that the low-concentration layer exposed
図1、図5に示す実施形態は、電極7を中心として高濃度不純物層3(低濃度層露出領域10と10の間に位置する)が放射状に延びている点で共通している。このように高濃度不純物層3が電極7を中心として受光領域4の全体に亘って放射状に延びているので、光電流を高濃度不純物層3によって効率よく電極7に集めることができる。
The embodiment shown in FIGS. 1 and 5 is common in that the high-concentration impurity layer 3 (located between the low-concentration layer exposed
図6、7は、低濃度層露出領域10の形状と電極7の配置を変更したさらに別の実施形態を示す。ここで、図7は、図6のC−Cに沿った断面図である。他の構成は先の実施形態と同じであるので、相違点を中心に説明する。図6、7に示す実施形態は、電極7を受光領域4の中央部に配置し、この電極7を囲むように低濃度層露出領域10を環状に分散配置したことを特徴とする。低濃度層露出領域10を受光領域4に分散して配置することによって、受光領域の全体に亘って光の変換効率を高めることができる。電極7を囲むように配置した低濃度層露出領域10を完全な環ではなく、その一部が高濃度不純物層3によって分断された形状とすることによって、図1,5に示す形態と同様に、高濃度不純物層3が電極7を中心として受光領域4の全体に亘って放射状に延びた形態とすることができるので、光電流を高濃度不純物層3によって効率よく電極7に集めることができる。
6 and 7 show still another embodiment in which the shape of the low-concentration layer exposed
図8、9は高濃度不純物層8と電極9の形状と配置を変更したさらに別の実施形態を示す。ここで、図9は、図8のD−Dに沿った断面図である。他の構成は先の実施形態と同じであるので、相違点を中心に説明する。図8,9に示す実施形態は、半導体基板2の裏側に配置していた高濃度不純物層8と電極9を電極7とともに半導体基板2の表側に配置したことを特徴とする。高濃度不純物層8は、受光領域4の外側に一定の間隔を持って環状に配置している。電極9は、絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して高濃度不純物層8にオーミック接続している。電極7,9を同一面に配置することによって、電極配置の自由度を高めることができる。また、PN層の配置が、図1から7に示す実施形態では基板の厚さ方向であるのに対して、図8,9に示す実施形態では基板の表面と同方向であるので、PN接合の配置自由度を高めることができる。
8 and 9 show still another embodiment in which the shape and arrangement of the high
上記実施形態においては、低濃度層露出領域10を拡散マスクの変更によって選択的に形成したので、半導体基板2の表面が平坦となる。
低濃度層露出領域10は、受光領域4の前面に高濃度不純物層を形成後に、この層を選択的に除去して基板表面に凹凸を形成することによって形成することも可能である。上記実施形態はシリコン半導体を用いる場合を例示したが、それ以外の半導体を用いて受光素子を形成する場合にも本発明を適用することができる。また、上記の不純物のP、Nの極性を反対の極性に変更することもできる。
In the above embodiment, since the low-concentration layer exposed
The low-concentration layer exposed
赤外から可視光に受光感度を持つ受光素子に利用することができる。青色から青紫に波長を有するLEDやレーザダイオードのモニター用の受光素子として利用することができる。 It can be used for a light receiving element having light receiving sensitivity from infrared to visible light. It can be used as a light-receiving element for monitoring LEDs or laser diodes having a wavelength from blue to blue-violet.
1 受光素子
2 半導体基板
3 一導電型高濃度不純物層
4 受光領域
5 絶縁膜
6 コンタクトホール
7 電極
8 逆導電型高濃度不純物層
9 電極
10 低濃度層露出領域
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004030008A JP4338542B2 (en) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | Light receiving element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004030008A JP4338542B2 (en) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | Light receiving element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005223160A JP2005223160A (en) | 2005-08-18 |
| JP4338542B2 true JP4338542B2 (en) | 2009-10-07 |
Family
ID=34998544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004030008A Expired - Fee Related JP4338542B2 (en) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | Light receiving element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4338542B2 (en) |
-
2004
- 2004-02-06 JP JP2004030008A patent/JP4338542B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005223160A (en) | 2005-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12113078B2 (en) | Photodetector | |
| US8994135B2 (en) | Photodiode and photodiode array | |
| US8916945B2 (en) | Semiconductor light-detecting element | |
| EP1835539A3 (en) | Photodiode array, method of manufacturing the same, and radiation detector | |
| JP5496473B2 (en) | Back electrode type solar cell, solar cell string and solar cell module | |
| WO2010140621A1 (en) | Semiconductor light detecting element and manufacturing method therefor | |
| JP2005259829A (en) | Back-illuminated light receiving element array | |
| US8212327B2 (en) | High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme | |
| JPH0799782B2 (en) | Semiconductor photodetector | |
| JP2002083995A (en) | Multi-wavelength photodiode | |
| JP2002314116A (en) | Lateral semiconductor photodetector with PIN structure | |
| JP4338542B2 (en) | Light receiving element | |
| JP2006060103A (en) | Semiconductor light receiving device and ultraviolet sensor device | |
| JPWO2011087068A1 (en) | Avalanche photodiode and manufacturing method thereof | |
| JP2002319669A (en) | Back-illuminated photodiode and photodiode array | |
| TWI660491B (en) | Image sensor | |
| CN114520268B (en) | Photodiode unit and photodiode array | |
| US20120305057A1 (en) | Solar battery string, solar battery module, and solar battery cell | |
| JPH01216581A (en) | Semiconductor device | |
| JPH04241458A (en) | Semiconductor optical detector | |
| WO2022201798A1 (en) | Light receiving element array and manufacturing method therefor | |
| JPS63204645A (en) | Photodetector and optoelectronic device having such photodetector built-in | |
| JP4422132B2 (en) | Phototransistor | |
| JP5722413B2 (en) | Back electrode type solar cell, solar cell string and solar cell module | |
| KR20240093319A (en) | Photo diode capable of enhancing intensity of visible light in short-wavelength region and method for manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051227 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060830 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081014 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081021 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090217 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090403 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090602 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090630 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120710 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |