【手続補正書】
【提出日】平成16年9月13日(2004.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  受光素子および回路内蔵型受光装置および光ディスク装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層上の第２導電型の半導体層とを有し、
上記第２導電型の半導体層の厚みは、この第２導電型の半導体層に入射する受けるべき光の吸収長よりも大きく、
かつ、上記第２導電型の半導体層は、表面近傍の不純物濃度が、１Ｅ１７ｃｍ−３以上１Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする受光素子。
【請求項２】  請求項１に記載の受光素子において、
上記第２導電型の半導体層は、表面から厚み方向に、この第２導電型の半導体層に入射する上記光の吸収長と略同じ距離の位置において、不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３以上１Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする受光素子。
【請求項３】  請求項１に記載の受光素子において、
上記第２導電型の半導体層は、表面において、不純物濃度が最も大きいことを特徴とする受光素子。
【請求項４】  第１導電型を有する第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上に形成された第２導電型を有する第２の半導体層と、
上記第２の半導体層上に形成された第２導電型を有する第３の半導体層とを有し、
上記第３の半導体層の厚みは、この第３の半導体層に入射する受けるべき光の吸収長よりも大きく、
かつ、上記第３の半導体層は、表面近傍の不純物濃度が、１Ｅ１８ｃｍ−３以上１Ｅ２０ｃｍ−３以下であることを特徴とする受光素子。
【請求項５】  請求項４に記載の受光素子において、
上記第３の半導体層は、表面から厚み方向に、この第３の半導体層に入射する上記光の吸収長と略同じ距離の位置において、不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする受光素子。
【請求項６】  請求項４に記載の受光素子において、
上記第３の半導体層は、表面において、不純物濃度が最も大きいことを特徴とする受光素子。
【請求項７】  請求項１または４に記載の受光素子と、
この受光素子からの信号を処理する信号処理回路とを有し、
上記受光素子と信号処理回路とを、同一の基板上に形成したことを特徴とする回路内蔵型受光装置。
【請求項８】  請求項１または４に記載の受光素子を備えた光ディスク装置。
【請求項９】  請求項７に記載の回路内蔵型受光装置を備えた光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光素子および回路内蔵型受光装置および光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）などの光ディスクを用いた光ディスク装置には、光ピックアップが設けられている。この光ピックアップは、光ディスクに照射される光を出射する半導体レーザ素子と、上記光ディスクに照射されて反射した反射光を受光する受光素子とを有する。近年、ＤＶＤは高密度化が盛んに進められており、動画像などのような大量のデータの取り扱いや、１２倍速動作などのような読み出し速度の高速化の要求が強まっている。上記ＤＶＤなどのような光ディスクのデータ記憶容量は照射光の波長の２乗に反比例するので、上記ピックアップシステムは、上記半導体レーザ素子の出射光の短波長化が進められている。
【０００３】
上記ピックアップシステムにおいて、半導体レーザ素子の出射光の短波長化に伴い、上記受光素子は入射光を高効率で電気信号に変換する必要がある。すなわち、受光素子の入射光に対する感度を高くする必要がある。この受光素子の感度は、下記の式で求められる。
【数１】
2003197949.tif 000001
ここにおいて、ｑは電荷素量、ｈはプランク定数、λは入射光の波長、ｃは光の速度、ηは量子効率、Ｒは入射光が受光素子の表面で反射する割合である素子の表面反射率である。
【０００４】
上記受光素子では、入射光によって生成された少数キャリアが、高効率で電流として取り出されるためには、光の入射側の表面から所定深さ位置に形成されて電界が形成されるＰＮ接合部の近傍に上記キャリアが生成されることが必要である。ここで、強度Ｐｉ０の光が媒質に入射する場合、媒質中の入射表面からの深さｘにおける光強度Ｐｉ（ｘ）は、
【数２】
2003197949.tif 000002
【数３】
2003197949.tif 000003
より、
【数４】
2003197949.tif 000004
となる。ここで、α０は吸収係数であり、媒質や光の波長の違いに対応して異なる物理定数である。半導体などの媒質の表面に照射された光は、媒質に吸収されながら内部に侵入し、式（３）で示すように、媒質中における光強度は表面からの深さに応じて指数関数的に減少する。吸収係数α０が大きい波長の光ほど、媒質の表面で媒質に吸収され、キャリアが生成される。上記媒質表面から入射した光が媒質の深さ方向に到達する距離Ｌａを、以下のように定義する。
式（２）より、
【数５】
2003197949.tif 000005
【数６】
2003197949.tif 000006
となり、吸収係数α０の逆数で定義される値Ｌａを吸収長と言い、この位置での入射光強度はｅｘｐ（−１）となる。例えば、波長が６００ｎｍ程度の赤色入射光は、吸収係数α０が３０００ｃｍ−１程度であって吸収長が３μｍであり、波長が４００ｎｍ程度の青紫色の入射光は、吸収係数α０が５００００ｃｍ−１程度と大幅に大きくなって、吸収長が０．２μｍと小さくなる。
【０００５】
このことより、短波長の光を受光する受光素子は、充分な感度を得るためには、入射光の吸収長よりも浅い厚み方向位置にＰＮ接合を設ける必要があると言える。
【０００６】
図１４は、従来の受光素子を示す図である（特開平９−２３７９１２号公報参照）。この受光素子は、Ｐ型の半導体基板５００上に、低抵抗のＮ型拡散層５０１とＮ型半導体層５０２とを備える。上記Ｎ型半導体層５０２の表面には、受光部となる第１のＰ型拡散層５０３が形成されており、これによってＰＮ接合を得ている。５０４は、第１のＰ型拡散層５０３の抵抗を下げるための高濃度の第２のＰ型拡散層である。５０５は、Ｎ型高濃度拡散層であり、上記低抵抗のＮ型拡散層５０１に接触している。５０６は絶縁膜である。上記第１のＰ型拡散層５０３の濃度を１Ｅ１６ｃｍ−３〜１Ｅ２０ｃｍ−３にすると共に、接合深さが受光波長の吸収長よりも浅くなるように、０．０１〜０．２μｍと極めて浅い位置にＰＮ接合を形成している。これによって、特に５００ｎｍ以下の波長の光に対して感度が高くなるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の受光素子は、接合が浅すぎるので応答速度が低下するという問題がある。例えば、接合深さが０．２μｍより浅くなると、接合深さが１．０μｍの場合に比べて抵抗が約１／１０以上高くなり、これに伴って応答速度が大幅に悪化する。この抵抗の上昇を防止するために受光素子の表面部分の不純物濃度を高くすると、この表面部分におけるキャリアの再結合が顕著になり、感度が低下してしまう。
【０００８】
一方、応答速度の低下を避けるために、受光素子の接合深さを深くすると、受光素子が受光する光が短波長である場合、キャリアの大部分が受光素子の表面部分で吸収されてしまい、感度が悪化する。また、上記従来の受光素子におけるように低抵抗化のための高濃度の拡散層を別途設けた場合、受光面積が大きくなるので容量が増大し、応答速度が悪化する。すなわち、受光素子の高速化と高感度化とはトレードオフの関係にあり、特に、光ディスクのさらなる高速化のために短波長光を受光する場合には、高速化と高感度化の両立の難しさは顕著になる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、高速化と高感度化の両立ができる受光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の受光素子は、第１導電型の半導体層と、上記第１導電型の半導体層上の第２導電型の半導体層とを有し、上記第２導電型の半導体層の厚みは、この第２導電型の半導体層に入射する受けるべき光の吸収長よりも大きく、かつ、上記第２導電型の半導体層は、表面近傍の不純物濃度が、１Ｅ１７ｃｍ−３以上１Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、上記第２導電型の半導体層は、厚みがこの半導体層への入射光の吸収長よりも大きくて比較的深い位置に、上記第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との接合が存在するにも拘らず、上記第２導電型の半導体層の表面近傍の不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３以上１Ｅ１９ｃｍ−３以下であるので、この第２導電型の半導体層の表面近傍において、キャリアの再結合が効果的に少なくなり、その結果、受光素子の感度が向上する。ここで、上記第２導電型の半導体層の表面近傍の不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３よりも小さいと、この半導体層の抵抗が大きくなって受光素子の応答が悪くなる。一方、上記第２導電型の半導体層の表面近傍の不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３よりも大きいと、この半導体層の表面近傍におけるキャリアの再結合が増大して、受光素子の感度が悪化してしまう。
【００１２】
また、上記第２導電型の半導体層は、厚みがこの半導体層への入射光の吸収長よりも大きいので、従来の入射光の吸収長よりも小さい厚みの半導体層を有するよりも抵抗が低く、これにより、受光素子の応答速度が従来よりも大きい。したがって、この受光素子は、感度の向上と応答速度の向上とを両立して高性能にできる。
【００１３】
ここにおいて、第１導電型の半導体層上に、第２導電型の半導体層を有する受光素子とは、例えば第１導電型の半導体層の表面部分に第２導電型の不純物が拡散されて第２導電型の半導体層が形成されたものや、第１導電型の半導体層上に第２導電型の半導体層が積層されたものなど、種々の形態の受光素子を意味する。
【００１４】
特に、本発明の受光素子は、波長が６００ｎｍ程度以下の赤色光を受光する場合、効果的に感度と応答速度の向上ができる。従来の受光素子では、波長が６００ｎｍ程度以下の赤色光を受光する場合、感度向上のために接合深さを浅くすると共に応答速度向上のために不純物濃度を大きくしても、感度の向上と応答速度の向上とを両立するのは不可能であった。
【００１５】
本発明者は、種々の実験を行った結果、従来の受光素子とは逆に接合位置を深く形成した場合であっても、不純物濃度の深さ方向のプロファイルをコントロールすることによって高感度化が可能なことを発見し、これにもとづいて本発明がなされた。
【００１６】
１実施形態の受光素子は、上記第２導電型の半導体層は、表面から厚み方向に、この第２導電型の半導体層に入射する上記光の吸収長と略同じ距離の位置において、不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３以上１Ｅ１９ｃｍ−３以下である。
【００１７】
上記実施形態によれば、上記第２導電型の半導体層について、この半導体層に入射する上記光の吸収長と略同じ厚み方向距離における不純物濃度が、１Ｅ１７ｃｍ−３以上１９ｃｍ−３以下であるので、この第２導電型の半導体層の表面付近で生じたキャリアの再結合が効果的に防止されて、受光素子の感度が向上する。したがって、この第２導電型の半導体層の厚みを上記光の吸収長よりも大きくしても、良好な感度が得られると共に応答速度が向上できる。
【００１８】
ここで、上記第２導電型の半導体層の上記光の吸収長と略同じ厚み方向位置の不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３よりも小さいと、この半導体層の抵抗が大きくなって受光素子の応答が悪くなる。一方、上記第２導電型の半導体層の上記光の吸収長と略同じ厚み方向位置の不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３よりも大きいと、この不純物濃度が大きい位置でキャリアの再結合が増大して、受光素子の感度が悪化してしまう。
【００１９】
１実施形態の受光素子は、上記第２導電型の半導体層は、表面において、不純物濃度が最も大きい。
【００２０】
上記実施形態によれば、上記第２導電型の半導体層は表面における不純物濃度が最も高いので、この第２導電型の半導体層内に入射した光によって生成されたキャリアが、この半導体層の表面付近で再結合を起こすことが効果的に防止される。したがって、上記キャリアは、入射光で生成されたうちの多くが接合部分に達することができ、その結果、この受光素子は十分な感度が得られる。
【００２１】
本発明の回路内蔵型受光装置は、上記受光素子と、この受光素子からの信号を処理する信号処理回路とを、同一の基板上に形成したことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、上記受光素子と上記信号処理回路とがモノリシックに形成されて、小型で良好な感度を有して応答速度が高速な受光装置が得られる。
【００２３】
本発明の光ディスク装置は、上記受光素子または上記回路内蔵型受光装置を備える。
【００２４】
上記構成によれば、良好な感度を有して高速応答が可能な受光素子を有するので、特に、短波長光を用いて大容量の光ディスクの読み書きに好適な光ディスク装置が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態の受光素子の平面図であり、図1（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線の矢視断面図である。なお、本実施形態では、メタル配線の処理工程以降に形成される多層配線、層間膜は省略している。
【００２７】
図１（ｂ）に示すように、この受光素子は、Ｐ型シリコン基板１００上に、不純物濃度が１Ｅ１８ｃｍ−３程度で厚さが１μｍ程度のＰ型拡散層１０１を有し、このＰ型拡散層１０１上に、不純物濃度が１Ｅ１３ｃｍ−３〜１Ｅ１５ｃｍ−３程度で厚さが１０μｍ〜２０μｍ程度のＰ型半導体層１０２を有する。このＰ型半導体層１０２の表面付近に、受光部となるＮ型拡散層（カソード）１０３が形成されている。このＮ型拡散層１０３を形成する不純物は、Ｐ（リン）などのＶ価の不純物である。上記Ｎ型拡散層１０３上には、反射防止膜としての光透過性膜１０４が配置されており、この光透過性膜１０４は、シリコン酸化膜１０５およびシリコン窒化膜１０６で構成している。このシリコン酸化膜１０５およびシリコン窒化膜１０６の膜厚は、この受光素子に入射する光に対して反射率が最も低くなるようにしている。すなわち、この受光素子への入射光の波長が４００ｎｍである場合、シリコン酸化膜１０５の厚みを１０ｎｍ〜３０ｎｍにすると共に、シリコン窒化膜１０６の厚みを２０ｎｍ〜５０ｎｍにしている。なお、上記光透過性膜１０４は２層に限定されず、１層でも３層以上の多層で構成してもよい。また、上記シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜に限られず、どのような材料で光透過性膜１０４を構成してもよい。
【００２８】
１０７は、アノード電極を引き出すためのＰ型拡散層であり、Ｐ型半導体層１０２表面からＰ型拡散層１０１に達するように形成されている。このＰ型拡散層１０７は、表面近傍の不純物濃度が５Ｅ１９ｃｍ−３〜１Ｅ２１ｃｍ−３程度である。また、１０８は、カソードであるＮ型拡散層１０３から引き出された電極である。
【００２９】
上記Ｎ型拡散層１０３は、層厚、すなわち、ＰＮ接合の接合深さと、このＮ型拡散層１０３の表面における不純物濃度とを、この受光素子が良好な感度と応答速度が得られるように設定している。図２は、０．７μｍ〜１．２μｍの接合深さを有する受光素子について、カソードにおける不純物の表面濃度を変えた場合、入射する光の波長が４００ｎｍにおける感度の変化を示した図である。図２の横軸は受光部のカソード表面濃度（ｃｍ−３）であり、縦軸は感度（Ａ／Ｗ）である。図２に示すように、受光素子が受光する光の波長が４００ｎｍ程度である場合、上記Ｎ型拡散層１０３の不純物濃度を表面において１Ｅ１９ｃｍ−３以下にすることによって、接合深さが入射光の吸収長よりも深くても、量子効率で９０％以上の良好な感度が得られる。ここで、上記Ｎ型拡散層１０３の不純物濃度のプロファイルにおいて、不純物濃度が最も高い部分が、接合部側の比較的深い位置に存在すると、上記Ｎ型拡散層１０３の表面近傍でキャリアの再結合が起きる。そうすると、上記Ｎ型拡散層１０３の表面近傍で発生したキャリアのうち、接合部に達することができなくなるキャリアの割合が増加して受光素子の感度が低下する虞がある。このような感度の低下を防止するため、不純物濃度のプロファイルにおいて濃度がピークになる位置は、Ｎ型拡散層１０３の表面にある方が好ましい。
【００３０】
上記Ｎ型拡散層１０３の層厚、つまり接合深さを０．８μｍ〜１．０μｍ程度とすることにより、さらに良好な応答速度を得るようにしている。図３は、接合深さを変化させた場合のカソード抵抗の変化を示した図であり、横軸が接合深さ（μｍ）であり、縦軸がカソード抵抗（Ω／ｓｑ．）である。図３に示すように、上記Ｎ型拡散層１０３の表面近傍の不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３である場合、接合深さを０．８μｍ〜１．０μｍ程度にすることによって、Ｎ型拡散層１０３のシート抵抗が２００Ω／ｓｑ．以下にできる。図４は、カソード抵抗を変えた場合の応答周波数の変化を示す図であり、横軸がカソード抵抗（Ω／ｓｑ．）であり、縦軸が応答周波数（ＭＨｚ）である。図４に示すように、カソード抵抗を２００Ω／ｓｑ．以下にすることによって、素子面積が７０μｍ×１００μｍ程度の受光素子を、応答速度が１ＧＨｚ以上にできる。また、素子面積が２００μｍ×２００μｍ程度である場合、応答速度が５００ＭＨｚ以上にできる。また、表面近傍の不純物濃度が５Ｅ１８ｃｍ−３程度である場合、不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３程度である場合と同等の応答速度を得るためには、接合深さを１．０μｍ〜１．２μｍ程度にすればよい。図５は、表面濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３である場合にＮ型拡散層１０３に形成すべき不純物濃度のプロファイルの一例である。図５において、横軸は受光部表面からの厚み方向深さ（μｍ）であり、縦軸は不純物濃度（ｃｍ−３）である。ＰＮ接合深さとの比較のために、波長４００ｎｍの光の吸収長も重ねて示している。
【００３１】
上記構成の受光素子は、以下のように動作する。すなわち、上記受光素子が光を受けると、この光は上記光透過性膜１０４を透過して、上記Ｎ型拡散層１０３表面で殆ど反射されることなくＮ型拡散層１０３内に入射する。このＮ型拡散層１０３に光が入射して、キャリアが生成する。このＮ型拡散層１０３は、不純物濃度が表面において１Ｅ１９ｃｍ−３であって、不純物濃度が上記表面でピークになるように形成されているので、上記キャリアは、上記Ｎ型拡散層１０３の表面付近で再結合することが殆ど無い。したがって、上記キャリアの殆どが、上記Ｐ型半導体層１０２とＮ型拡散層１０３との接合部に達する。その結果、この受光素子は、良好な感度を有する。また、上記Ｎ型拡散層１０３は、厚みが０．８μｍ〜１．０μｍであるので比較的低抵抗であり、この結果、この受光素子は従来よりも周波数応答が良好であり、高速動作ができる。すなわち、本実施形態の受光素子は、高感度化と高速化とが両立できる。この受光素子は、特に、波長が６００ｎｍ以下の短波長光を受光するのに好適である。また、従来におけるような低抵抗化のための高濃度層を別途設ける必要がないので、受光部の面積を小さくできて、寸法の制限を受け難い。
【００３２】
上記実施形態において、上記Ｎ型拡散層１０３に用いる不純物は、Ｖ価であれば、Ｐ以外の他の不純物を用いてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態において、Ｐ型とＮ型の導電型を入れ替えてもよい。
【００３４】
さらに、図６に示すように、抵抗を下げるためにカソード電極１０８を複数設けてもよい。また、上記受光素子は、受光部分を複数備えた分割型受光素子であってもよい。この場合、上記受光部分の形状、個数、および形成方法は、どのようなものでもよい。
【００３５】
また、上記Ｐ型拡散層１０１およびＰ型半導体層１０２について、不純物濃度および層厚は、本実施形態に記載されたものに限定されない。また、上記Ｐ型拡散層１０１、Ｐ型半導体層１０２を削除して、Ｐ型基板１００に直接Ｎ型拡散層を形成してＰＮ接合を形成してもよい。
【００３６】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態の受光素子において、受光部を形成するＮ型拡散層と、このＮ型拡散層と接合するＰ型半導体層との不純物濃度プロファイルを示した図である。上記受光部を形成するＮ型拡散層は、不純物としてＡｓ（ヒ素）を用いている。図７の濃度プロファイルは、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）で不純物濃度を検出して作成している。
【００３７】
第２実施形態の受光素子は、上記Ｎ型拡散層の不純物がＡｓである点以外は、第１実施形態の受光素子と同一の構成を有する。本実施形態において、図１（ａ），（ｂ）に示した第１実施形態の受光素子と同一の参照番号を用いて説明する。
【００３８】
本実施形態の受光素子は、Ｎ型拡散層１０３の表面から入射光の吸収長と略同じ深さにおいて、不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３以下である濃度プロファイルを有する。本実施形態では、上記入射光は４００ｎｍの波長を有し、上記Ｎ型拡散層１０３の厚み、すなわち、接合深さは０．８μｍであり、Ｎ型拡散層１０３の表面での不純物濃度は１Ｅ２０ｃｍ−３である。本実施形態の受光素子もまた、第１実施形態と同様に、表面近傍の不純物濃度がピークの濃度である。
【００３９】
図８は、上記Ｎ型拡散層１０３つまり受光部のカソードの表面近傍の不純物濃度を変えた場合の受光素子の感度の変化を示す図である。図８において、横軸はカソード表面濃度（ｃｍ−３）であり、縦軸は感度（Ａ／Ｗ）である。図８から分かるように、Ｎ型拡散層１０３の表面近傍の不純物濃度が１Ｅ２０ｃｍ−３程度以下の場合、この受光素子は良好な感度特性が得られる。このとき、上記Ｎ型拡散層１０３とＰ型半導体層１０２との接合位置は、従来におけるように浅くする必要はなく、上記接合位置を深くして、シート抵抗を下げることができる。これによって、感度と応答とを良好に両立できる受光素子が得られる。図９は、接合深さを変化させた場合のカソード抵抗の変化を示す図である。図９において、横軸は接合深さ（μｍ）であり、縦軸はカソード抵抗（Ω／ｓｑ．）である。図９に示すように、接合深さが０．８μｍ程度である場合、Ｎ型拡散層１０３のシート抵抗、すなわちカソード抵抗は５０Ω／ｓｑ．程度であり、これによって、受光素子の応答速度が１ＧＨｚ以上にできる。すなわち、低抵抗化のためＮ型拡散層１０３の表面近傍の不純物濃度を１Ｅ２０ｃｍ−３程度に高くしても、このＮ型拡散層１０３表面から入射光の吸収長と略同じ距離における濃度を１Ｅ１９ｃｍ−３以下にすることによって、接合位置が深くても良好な感度が得られると共に、高速化が可能となる。特に、本実施形態の受光素子は、６００ｎｍ以下の短波長の光を受光する場合に、感度と応答速度との両方を効果的に向上できる。
【００４０】
上記実施形態において、Ｎ型拡散層１０３の不純物にＡｓを用いたが、図７と同様のプロファイルを形成すれば、他のＶ価の不純物を用いてもよい。
【００４１】
（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態の受光素子を示す断面図である。本実施形態において、メタル配線の処理工程以降に形成される多層配線や、層間膜などは省略している。
【００４２】
本実施形態の受光素子は、Ｐ型シリコン基板２００上に、不純物濃度が１Ｅ１８ｃｍ−３程度で厚さが１μｍ程度のＰ型拡散層２０１を有し、このＰ型拡散層２０１の上に、不純物濃度が１Ｅ１３ｃｍ−３〜１Ｅ１５ｃｍ−３程度で厚さが１０μｍ〜２０μｍ程度のＰ型半導体層２０２を有している。２０３はＮ型半導体層である。２０４は、抵抗を下げるための不純物が拡散されたＮ型拡散層であり、表面近傍の不純物濃度を１Ｅ１８ｃｍ−３〜１Ｅ２０ｃｍ−３程度にすると共に、厚さを１μｍ〜２μｍ程度にしている。なお、上記Ｎ型拡散層２０４の表面近傍の不純物濃度を１Ｅ１９ｃｍ−３以上にする場合、入射光の波長の吸収長と略同じ深さでの不純物濃度を、１Ｅ１９ｃｍ−３以下とする。この場合のＮ型拡散層２０４の不純物は、Ｖ価の不純物で有ればよく、例えばＰ、Ａｓ、Ｓｂ（アンチモン）などのいずれでもよい。また、上記Ｎ型拡散層２０４の不純物濃度のピークは、Ｎ型拡散層２０４の表面にあるのが好ましい。２０５は、反射防止膜としての光透過性膜であり、この光透過性膜２０５は、第１実施形態と同様に、シリコン酸化膜２０６及びシリコン窒化膜２０７によって構成している。上記Ｎ型半導体層２０３とＰ型半導体層２０２とで、ＮＰ接合をなしている。２０８は、アノードから電極を引き出すためのＰ型拡散層である。
【００４３】
図１１は、上記受光素子のＮ型拡散層２０４、Ｎ型半導体層２０３、およびＰ型半導体層２０２の一部の不純物濃度プロファイルを示した図である。この不純物濃度プロファイルは、４００ｎｍの波長の光を受光する場合、最も効果的に感度と応答速度とを向上できるプロファイルである。この不純物濃度プロファイルを備える受光素子は、接合深さが約２．０μｍと非常に深いが、入射光の吸収長と略同じ深さにおける不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３以下であるので、良好な感度が得られる。また、抵抗も５０Ω／ｓｑ．程度と低く、これによって、本実施形態においても良好な応答速度が得られる。本実施形態の受光素子は、特に、６００ｎｍ以下の短波長の光を受光する場合、効果的に感度と応答速度を向上できる。
【００４４】
（第４実施形態）
図１２は、本発明の第４実施形態の回路内蔵型受光装置を示す図である。この回路内蔵型受光装置は、本発明の受光素子Ｄと、この受光素子Ｄからの信号を処理する信号処理回路としてのバイポーラトランジスタＴとを、同一の半導体基板上に形成している。本実施形態において、メタル配線の処理工程以降に形成される多層配線や、層間膜などは省略している。
【００４５】
本実施形態の回路内蔵型受光装置は、不純物濃度が１Ｅ１５ｃｍ−３程度のシリコン基板３００上に、厚みが１〜２μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１８〜１Ｅ１９ｃｍ−３程度の第１のＰ型拡散層３０１を備える。このＰ型拡散層３０１上に、厚みが１５〜１６μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１４ｃｍ−３程度の第１のＰ型半導体層３０２が形成されている。この第１のＰ型半導体層３０２上に、厚みが１〜２μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１４ｃｍ−３程度の第２のＰ型半導体層３０３が形成されている。この第２のＰ型半導体層３０３上には、素子分離を行なうためのロコス領域３０４が形成されている。
【００４６】
この回路内蔵型受光装置の受光素子Ｄ部分には、上記第２のＰ型半導体層３０３に、不純物濃度が１Ｅ１８〜１Ｅ２０ｃｍ−３程度で厚みが０．８〜１．２μｍ程度のＮ型拡散層３０５が形成されている。このＮ型拡散層３０５によって受光素子のカソードを構成している。このＮ型拡散層３０５の不純物は、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＶ価の元素であればいずれでもよい。この不純物が、上記Ｎ型拡散層３０５において、第１および第２実施形態の受光素子における場合と同様の不純物濃度のプロファイルをなしている。これによって、受光素子Ｄの高速化と高感度化との双方を満たすようにしている。
【００４７】
さらに、上記第２のＰ型半導体層３０３上の少なくとも光が照射される領域に、反射防止膜としての光透過性膜３０６が設けられている。この光透過性膜３０６は、上記第２のＰ型半導体層３０３側から順に、厚みが１６ｎｍのシリコン酸化膜３０７と、厚みが３０ｎｍ程度のシリコン窒化膜３０８とを配置して形成している。
【００４８】
さらに、上記第２のＰ型半導体層３０３の表面から、この第２のＰ型半導体層３０３と第１のＰ型半導体層３０２とを厚み方向に貫いて上記第１のＰ型拡散層３０１の表面に達する第２のＰ型拡散層３０９を備える。この第２のＰ型拡散層３０９は、１Ｅ１８〜１Ｅ１９ｃｍ−３程度の濃度でＢ（ボロン）により形成している。この第２のＰ型拡散層３０９によって、この回路内蔵型受光装置の表面に形成する配線を、上記第１のＰ型拡散層３０１に電気的に接続するようにしている。
【００４９】
一方、この回路内蔵型受光装置のトランジスタＴ部分には、第２のＰ型半導体層３０３に、１Ｅ１７〜１Ｅ１９ｃｍ−３程度の濃度のＰ（リン）によるＮ型ウエル構造３１０が形成されている。このＮ型ウエル構造３１０の抵抗を下げるため、上記Ｎ型ウエル構造３１０の下方に、１Ｅ１８〜１Ｅ１９ｃｍ−３程度の濃度のＰ（リン）によるＮ型拡散層３１１を設けている。上記Ｎ型ウェル構造３１０の一部の領域に、トランジスタのコレクタコンタクトとなる濃度１Ｅ１９〜２Ｅ１９ｃｍ−３程度のリンによるＮ型拡散層３１２が形成されている。また、上記Ｎ型ウエル構造３１０の一部の領域に、トランジスタのベースとなる濃度１Ｅ１７〜１Ｅ１９ｃｍ−３程度のＢ（ボロン）によるＰ型拡散層３１３と、エミッタとなるAsで形成されたＮ型拡散層３１４とが、夫々形成されている。
【００５０】
そして、この受光素子ＤのＮ型拡散層３０５から電極を引き出すためのカソード電極（図示せず）と、上記Ｐ型拡散層３０９に接続するアノード電極３１５と、トランジスタのコレクタ電極３１６、ベース電極３１７、およびエミッタ電極３１８が形成されている。
【００５１】
上記構成の回路内蔵受光装置は、感度特性と応答特性とが効果的に両立できる受光素子Ｄを備え、特に、短波長の光を受光するのに好適である。
【００５２】
上記実施形態において、ＮＰＮ型トランジスタを用いたが、ＰＮＰ型トランジスタ、あるいは、この両方のトランジスタを基板上に形成してもよい。
【００５３】
また、上記トランジスタＴの構造は本実施形態に記載したものに限定されず、他の構造を用いてもよい。
【００５４】
さらに、上記受光素子と共にシリコン基板３００上に形成される信号処理回路は、バイポーラトランジスタ以外のＭＯＳ（金属−酸化物−半導体）トランジスタや、ＢｉＣＭＯＳ（バイポーラＣＭＯＳ）などでもよい。
【００５５】
（第５実施形態）
図１３は、本発明の第５実施形態の光ディスク装置に設けられた光ピックアップを示す図である。この光ピックアップは、半導体レーザ４００が出射した約４００ｎｍの波長の光を、トラッキングビーム生成用の回折格子４０１で、２つのトラッキング用副ビームと、１つの信号読み出し用主ビームとの３つのビームに分ける。これらのビームは、ホログラム素子４０２を0次光として透過して、コリメートレンズ４０３で平行光に変換された後、対物レンズ４０４でディスク盤面４０５上に集光される。このディスク盤面４０５上に集光された光は、上記ディスク盤面４０５上に形成されたピットによって光強度が変調されて反射し、この反射光が、対物レンズ４０４およびコリメートレンズ４０３を透過した後、ホログラム素子４０２によって回折される。このホログラム素子４０２によって回折された１次光成分が、Ｄ１からＤ５までの５つの受光面を備える分割型受光素子４０６に入射する。そして、上記５つの受光面からの出力を加減算することにより、信号読み出し用信号と、トラッキング用信号とを得ている。
【００５６】
上記分割型受光素子４０６は本発明の受光素子であり、上記５つの受光面を形成するＮ型半導体層は、上記ホログラム素子４０２からの入射光の波長の吸収長よりも大きい厚み、すなわち、接合深さを有し、また、図７と同様の不純物濃度プロファイルを有する。したがって、上記分割型受光素子４０６は、入射光の吸収長と略同じ深さにおける不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３以下であるので、感度が良好である。また、この分割型受光素子４０６は、入射光の吸収長よりも大きい接合深さを有するので、抵抗が５０Ω／ｓｑ．程度と低く、これによって、良好な応答速度を有する。したがって、この分割型受光素子４０６は良好な感度および応答速度を有するので、上記光ピックアップは、高密度の光ディスクの読み出しおよび書き込みに好適である。
【００５７】
本実施形態において、上記光ピックアップは、図１３に示した光学系以外の他の光学系を用いてもよい。
【００５８】
また、上記半導体レーザ４００は、約４００ｎｍの波長以外の波長の光を出射してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の受光素子によれば、第１導電型の半導体層と、上記第１導電型の半導体層上の第２導電型の半導体層とを有し、上記第２導電型の半導体層の厚みは、この第２導電型の半導体層に入射する受けるべき光の吸収長よりも大きく、かつ、上記第２導電型の半導体層は、表面近傍の不純物濃度が、１Ｅ１７ｃｍ−３以上１Ｅ１９ｃｍ−３以下であるので、この第２導電型の半導体層の表面近傍におけるキャリアの再結合が効果的に減少でき、その結果、受光素子の感度が向上でき、かつ、上記第２導電型の半導体層は入射光の吸収長よりも大きい厚みを有するので、従来よりも低抵抗にでき、その結果、感度の向上と応答速度の向上とを両立できる。
【００６０】
１実施形態の受光素子によれば、上記第２導電型の半導体層は、表面から厚み方向に、この第２導電型の半導体層に入射する上記光の吸収長と略同じ距離の位置において、不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３以上１Ｅ１９ｃｍ−３以下であるので、この第２導電型の半導体層の表面付近で生じたキャリアの再結合が効果的に防止されて、受光素子の感度が向上でき、これによって、上記第２導電型の半導体層の厚みを上記光の吸収長よりも大きくしても、良好な感度が得られると共に応答速度が向上できる。
【００６１】
１実施形態の受光素子によれば、上記第２導電型の半導体層は、表面において、不純物濃度が最も大きいので、この第２導電型の半導体層内に入射した光によって生成されたキャリアが、この半導体層の表面付近で再結合を起こすことが効果的に防止できて、この受光素子は十分な感度が得られる。
【００６２】
本発明の回路内蔵型受光装置によれば、上記受光素子と、この受光素子からの信号を処理する信号処理回路とを、同一の基板上に形成したので、小型で良好な感度を有して応答速度が高速な受光装置が得られる。
【００６３】
本発明の光ディスク装置によれば、上記受光素子または上記回路内蔵型受光装置を備えるので、特に、短波長光を用いて大容量の光ディスクの読み書きに好適な光ディスク装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の受光素子の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
【図２】  第１実施形態の受光素子について、受光部表面近傍の不純物濃度と受光素子の感度との関係を示した図である。
【図３】  第１実施形態の受光素子について、受光部表面近傍の不純物濃度と受光部のカソード抵抗との関係を示した図である。
【図４】  第１実施形態の受光素子について、受光部のカソード抵抗と受光素子の応答速度との関係を示した図である。
【図５】  第１実施形態の受光素子について、受光部の不純物濃度プロファイルを示した図である。
【図６】  第１の実施形態の受光素子において、カソード電極１０８を複数個設けた受光素子を示す平面図である。
【図７】  本発明の第２実施形態の受光素子について、受光部の不純物濃度プロファイルを示した図である。
【図８】  第２実施形態の受光素子について、受光部表面近傍の不純物濃度と受光素子の感度との関係を示した図である。
【図９】  第２実施形態の受光素子について、受光部表面近傍の不純物濃度と受光部のカソード抵抗との関係を示した図である。
【図１０】  本発明の第３実施形態の受光素子を示す断面図である。
【図１１】  第３実施形態の受光素子について、受光部の不純物濃度プロファイルを示した図である。
【図１２】  本発明の第４実施形態の回路内蔵受光装置を示す断面図である。
【図１３】  本発明の第５実施形態の光ディスク装置を示す図である。
【図１４】  従来の受光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１００  Ｐ型シリコン基板
１０１  Ｐ型拡散層
１０２  Ｐ型半導体層
１０３  Ｎ型拡散層
１０４  光透過性膜
１０５  シリコン酸化膜
１０６  シリコン窒化膜
１０７  Ｐ型拡散層
１０８  カソード電極