(57)【要約】【課題】様々な波長の光線に対して効率的に電気信号へ変換することが可能な多波長受光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】多波長受光素子は、第１導電型基板と、前記第１導電型基板上に位置した第１真性半導体層と、前記第１真性半導体層上に位置した高濃度第２導電型埋込層と、前記高濃度第２導電型埋込層上に位置した第２真性半導体層と、前記第２真性半導体層に浅く形成された多数の高濃度第１導電型フィンガー領域とを含んでなり、前記第１導電型と第２導電型は極性が互いに反対である。【選択図】図４
2006128592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型基板と、
前記第１導電型基板上に位置した第１真性半導体層と、
前記第１真性半導体層上に位置した高濃度第２導電型埋込層と、
前記高濃度第２導電型埋込層上に位置した第２真性半導体層と、
前記第２真性半導体層に浅く形成された多数の高濃度第１導電型フィンガー領域とを含み、
前記第１導電型と前記第２導電型は極性が互いに反対であることを特徴とする多波長受光素子。
【請求項２】
前記第２真性半導体層及び前記多数の高濃度第１導電型フィンガー領域上に位置した無反射コーティング層をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の多波長受光素子。
【請求項３】
前記第１導電型はＰ型で、前記第２導電型はＮ型であることを特徴とする請求項１記載の多波長受光素子。
【請求項４】
前記第１真性半導体層の厚さが３μｍ〜２０μｍであり、
前記高濃度第２導電型埋込層の厚さが１μｍ〜４μｍであり、
前記第２真性半導体層の厚さが０．８μｍ〜３μｍであり、
前記高濃度第１導電型フィンガー領域の幅が４μｍ以下であり、
前記高濃度第１導電型フィンガー領域間の間隔が８．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の多波長受光素子。
【請求項５】
前記第１導電型基板の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、
前記第１真性半導体層の不純物の濃度が１０１４ｃｍ−３以下であり、
前記高濃度第２導電型埋込層の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、
前記第２真性半導体層の不純物の濃度が１０１５ｃｍ−３以下であり、
前記高濃度第１導電型フィンガー領域の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１記載の多波長受光素子。
【請求項６】
第１導電型基板と、
前記第１導電型基板上に位置した真性半導体層と、
前記真性半導体層に浅く形成された多数の高濃度第２導電型フィンガー領域とを含み、
前記第２導電型と前記第１導電型はドーピング状態が互いに反対であることを特徴とする多波長受光素子。
【請求項７】
前記第１導電型基板と前記真性半導体層との間に位置した高濃度第１導電型埋込層をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の多波長受光素子。
【請求項８】
前記真性半導体層及び前記多数の高濃度第１導電型フィンガー領域上に位置した無反射コーティング層をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の多波長受光素子。
【請求項９】
前記第２導電型はＰ型で、前記第１導電型はＮ型であることを特徴とする請求項６記載の多波長受光素子。
【請求項１０】
前記真性半導体層の厚さが０．８μｍ〜３μｍであり、
前記高濃度第２導電型フィンガー領域の幅が４μｍ以下であり、
前記高濃度第２導電型フィンガー領域間の間隔が８．４μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の多波長受光素子。
【請求項１１】
前記第１導電型基板の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、
前記真性半導体層の不純物の濃度が１０１５ｃｍ−３以下であり、
前記高濃度第２導電型フィンガー領域の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項６記載の多波長受光素子。
【請求項１２】
（Ａ）第１導電型基板上に第１真性半導体層を形成する段階と、
（Ｂ）前記第１真性半導体層の上部に高濃度第２導電型埋込層を形成する段階と、
（Ｃ）前記高濃度第２導電型埋込層上に第２真性半導体層を形成する段階と、
（Ｄ）前記第２真性半導体層に多数の高濃度第１導電型フィンガー領域を浅く形成する段階とを含むことを特徴とする多波長受光素子の製造方法。
【請求項１３】
（Ｅ）前記第２真性半導体層及前記多数の高濃度第１導電型フィンガー領域上に無反射コーティング層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の多波長受光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記（Ａ）段階で、前記第１真性半導体層は４μｍ〜２４μｍの厚さに形成し、
前記（Ｂ）段階で、前記高濃度第２導電型埋込層は前記第１真性半導体層の上部に１μｍ〜４μｍの厚さに形成し、
前記（Ｃ）段階で、前記第２真性半導体層は０．８μｍ〜３μｍの厚さに形成し、
前記（Ｄ）段階で、前記高濃度第１導電型フィンガー領域は前記第２真性半導体層に４μｍ以下の幅及び８．４μｍ以下の間隔で形成することを特徴とする請求項１２記載の多波長受光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１導電型基板の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、
前記第１真性半導体層の不純物の濃度が１０１４ｃｍ−３以下であり、
前記高濃度第２導電型埋込層の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、
前記第２真性半導体層の不純物の濃度が１０１５ｃｍ−３以下であり、
前記高濃度第１導電型フィンガー領域の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１２記載の多波長受光素子の製造方法。
【請求項１６】
（Ａ）第１導電型基板上に真性半導体層を形成する段階と、
（Ｂ）前記真性半導体層に多数の高濃度第２導電型フィンガー領域を浅く形成する段階とを含むことを特徴とする多波長受光素子の製造方法。
【請求項１７】
（Ｃ）前記（Ａ）段階以後、前記第１導電型基板の上部に高濃度第１導電型埋込層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の多波長受光素子の製造方法。
【請求項１８】
（Ｃ）前記（Ｂ）段階以後、前記真性半導体層及び前記多数の高濃度第２導電型フィンガー領域上に無反射コーティング層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の多波長受光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記（Ａ）段階で、前記真性半導体層は０．８μｍ〜３μｍの厚さに形成し、
前記（Ｂ）段階で、前記高濃度第２導電型フィンガー領域は前記真性半導体層に４μｍ以下の幅及び８．４μｍ以下の間隔で形成することを特徴とする請求項１６記載の多波長受光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１導電型基板の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、
前記真性半導体層の不純物の濃度が１０１５ｃｍ−３以下であり、
前記高濃度第２導電型フィンガー領域の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１６記載の多波長受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長受光素子及びその製造方法に係り、より詳しくは、ＣＤ、ＣＶＤ及びＢＤなどの光再生装置の光ピックアップに適するように様々な波長の光線を検出することが可能な多波長受光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、メディア産業の発達に伴い、高容量の記憶装置に対する需要が増加する趨勢にある。したがって、音楽を録音して聞いた磁気テープを代替するためにデジタルサンプリング方式のＣＤ(Compact Disc)系列が登場した。このＣＤ系列は波長７８０ｎｍを用いて直径１２ｃｍのＣＤメディアで６５０ＭＢ容量を実現した。
【０００３】
ところが、デジタルビデオに対する需要が増加するにつれて、波長６５０ｎｍを用いたＤＶＤ(Digital Versatile Disc)系列が登場して約４．７ＧＢの容量を実現した。これにより、このようなＤＶＤはＳＤ(Super Density)級画質を２時間以上録画できるようになった。
【０００４】
また、これらのＣＤとＤＶＤに同時に対応できるように、様々な波長の光信号を受光して電気信号に変換させる受光素子のフォトダイオード(photodiode)、及び受光素子から出力される電気信号を増幅して出力させる光電集積回路(photodiode integrated circuit:ＰＤＩＣ)が研究されてきた。
【０００５】
図１は従来の２波長受光素子の断面図である。図１の２波長受光素子はＣＤとＤＶＤに同時に対応できる受光素子である。図２はシリコン表面からの深さによる様々な波長の光線強度の変化を示すグラフである。
【０００６】
図１に示すように、従来の２波長受光素子は、シリコン基板１１、高濃度Ｐ型（Ｐ＋）埋込層(heavily-doped P-type buried-layer)１２、Ｐ型エピタキシャル層(P-type epitaxial layer)１３、Ｎ型エピタキシャル層(N-type epitaxial layer)１４及び高濃度Ｎ型（Ｎ＋）層(heavily-doped N-type layer)１５からなり、高濃度Ｐ型埋込層１２、Ｐ型エピタキシャル層１３、Ｎ型エピタキシャル層１４及び高濃度Ｎ型層１５が垂直のＰＩＮ構造を形成する。この従来の２波長受光素子は、Ｐ型エピタキシャル層１３とＮ型エピタキシャル層１４によって形成される空乏層(depletion region)で波長７８０ｎｍと６５０ｎｍを吸収して電気信号を変換させる。
【０００７】
しかし、段々放送の需要がＳＤ級画質からＨＤ(High Definition)級画質へとＤＶＤ級以上の音質を追求することになった。このようなＨＤ級画質とＤＶＤ級以上の音質を録画及び再生するために、光記録密度を高めることが必要となった。
【０００８】
これを解決するために、短波長（たとえば、約４０５ｎｍの波長）系列のレーザを使用し、対物レンズの開口数(numerical aperture)を大きくすることにより、光線のスポットサイズ(spot size)を最小化させて光記録密度を増加させるＢＤ(Blue-ray Disc)技術が研究されている。このような約４０５ｎｍの短波長は、図２に示すように、シリコン表面から０．１μｍの深さで大部分の吸収がなされる。
【０００９】
ところが、図１に示した従来の２波長受光素子は、表面である高濃度Ｎ型層で電気場が存在しないために発生したキャリアの拡散による移動速度が低く、発生した電子−正孔対(electron-hole pair)が表面再結合(surface recombination)（たとえば、キャリアがダングリングボンド(dangling bond)と結合）によって消滅するため、波長約４０５ｎｍの光線を使用することができないという問題点があった。
【００１０】
かかる問題点を解決するために、約４０５ｎｍの短波長に効率的な受光素子が研究されている。
【００１１】
図３は従来の青色光線受光素子の断面図である。図３の青色光線受光素子は特許文献１に開示されている。
【００１２】
図３に示すように、特許文献１に開示された受光素子は、Ｎ型シリコン基板２１、その上に形成されたＮ型エピタキシャル成長層２２、Ｎ型エピタキシャル成長層２２の受光部内に形成された複数のＰ型不純物拡散層２３、及び凹部を有する絶縁膜２４（すなわち、ＳｉＯ２）から構成されている。この特許文献１に開示された受光素子は、約４０５ｎｍの青色光線が吸収されて発生したキャリアが、表面方向ではない内部へ移動して電気信号を発生させるため、約４０５ｎｍの青色光線に対して比較的効率的であるという利点がある。
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示された受光素子は、波長７８０ｎｍと６５０ｎｍの吸収効率が低いため、ＣＤまたはＤＶＤに対応することが難しいという問題点があった。
【００１４】
【特許文献１】特開平９−２９８３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、様々な波長の光線に対して効率的に電気信号へ変換することが可能な多波長受光素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の第１観点によれば、第１導電型基板と、前記第１導電型基板上に位置した第１真性半導体層と、前記第１真性半導体層上に位置した高濃度第２導電型埋込層と、前記高濃度第２導電型埋込層上に位置した第２真性半導体層と、前記第２真性半導体層に浅く形成された多数の高濃度第１導電型フィンガー領域（Ｆｉｎｇｅｒ）とを含み、前記第１導電型と第２導電型は極性が互いに反対である、多波長受光素子を提供する。
【００１７】
本発明の第１観点に係る多波長受光素子の前記第１真性半導体層の厚さが３μｍ〜２０μｍであり、前記高濃度第２導電型埋込層の厚さが１μｍ〜４μｍであり、前記第２真性半導体層の厚さが０．８μｍ〜３μｍであり、前記高濃度第１導電型フィンガー領域の幅が４μｍ以下であり、前記高濃度第１導電型フィンガー領域間の間隔が８．４μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の第１観点に係る多波長受光素子の前記第１導電型基板の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、前記第１真性半導体層の不純物の濃度が１０１４ｃｍ−３以下であり、前記高濃度第２導電型埋込層の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、前記第２真性半導体層の不純物の濃度が１０１５ｃｍ−３以下であり、前記高濃度第１導電型フィンガー領域の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００１９】
前記課題を解決するために、本発明の第２観点に係る多波長受光素子は、第１導電型基板と、前記第１導電型基板上に位置した真性半導体層と、前記真性半導体層に浅く形成された多数の高濃度第２導電型フィンガー領域とを含み、前記第２導電型と第１導電型はドーピング状態が互いに反対であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２観点に係る多波長受光素子は、前記第１導電型基板と前記真性半導体層との間に位置した高濃度第１導電型埋込層をさらに含むことが好ましい。
【００２１】
本発明の第２観点に係る多波長受光素子の前記真性半導体層の厚さが０．８μｍ〜３μｍであり、前記高濃度第２導電型フィンガー領域の幅が４μｍ以下であり、前記高濃度第２導電型フィンガー領域間の間隔が８．４μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
本発明の第２観点に係る多波長受光素子の前記第１導電型基板の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、前記真性半導体層の不純物の濃度が１０１５ｃｍ−３以下であり、前記高濃度第２導電型フィンガー領域の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００２３】
前記課題を解決するために、本発明の第１観点に係る多波長受光素子の製造方法は、（Ａ）第１導電型基板上に第１真性半導体層を形成する段階と、（Ｂ）前記第１真性半導体層の上部に高濃度第２導電型埋込層を形成する段階と、（Ｃ）前記高濃度第２導電型埋込層上に第２真性半導体層を形成する段階と、（Ｄ）前記第２真性半導体層に多数の高濃度第１導電型フィンガー領域を浅く形成する段階とを含むことを特徴とする。
【００２４】
前記課題を解決するために、本発明の第２観点に係る多波長受光素子の製造方法は、（Ａ）第１導電型基板上に真性半導体層を形成する段階と、（Ｂ）前記真性半導体層に多数の高濃度第２導電型フィンガー領域を浅く形成する段階とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明の第２観点に係る多波長受光素子の製造方法は、（Ｃ）前記（Ａ）段階以後、前記第１導電型基板の上部に高濃度第１導電型埋込層を形成する段階をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、様々な波長の光線を効率よく吸収して電気信号に変換させることが可能な多波長受光素子及びその製造方法を提供する。
【００２７】
したがって、本発明に係る多波長受光素子及びその製造方法は、様々な波長の光線に対して優れた光電変換効率を示す多波長受光素子を提供するので、ＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤなどが一体化した光再生装置に適用することができるという効果がある。
【００２８】
特に、本発明に係る多波長受光素子及びその製造方法は、短波長の青色光線に対して非常に優れた光電変換効率を示す多波長受光素子を提供するので、ＨＤ級画質とＤＶＤ級以上の音質を提供する高容量の光再生装置に適用することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の多波長受光素子及びその製造方法について詳細に説明する。
【００３０】
図４は本発明の第１実施形態に係る３波長受光素子の断面図である。
【００３１】
図４に示すように、本発明に係る３波長受光素子１００は、第１導電型基板１１０と、前記第１導電型基板１１０上に位置した第１真性半導体層(first intrinsic layer)１２０と、前記第１真性半導体層１２０上に位置した高濃度第２導電型埋込層(heavily-doped second-type buried-layer)１３０と、前記高濃度第２導電型埋込層１３０上に位置した第２真性半導体層(second intrinsic layer)１４０と、前記第２真性半導体層１４０に浅く形成される多数の高濃度第１導電型フィンガー領域１５０とを含んでなる。ここで、前記第１導電型と第２導電型はドーピング状態が互いに反対である（たとえば、第１導電型がＰ型であれば、第２導電型はＮ型である。）。また、本発明に係る３波長受光素子１００は、光線が表面から反射されないように、前記第２真性半導体層１４０及び前記高濃度第１導電型フィンガー領域１５０上に位置した無反射コーティング層１６０をさらに含むことが好ましい。
【００３２】
第１導電型基板１１０は、シリコンに基盤をおいた基板を使用することが好ましい。たとえば、第１導電型基板１１０はＰ型またはＮ型シリコン基板を使用することができる。
【００３３】
また、第１導電型基板１１０にドープされた不純物の濃度は１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましい。もしこの濃度より低い濃度の不純物が第１導電型基板１１０にドープされると、第１導電型基板１１０の抵抗増加により周波数特性が下落するという問題が発生する。
【００３４】
第１真性半導体層１２０は、シリコンに基盤をおいた物質からなり、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によって第１導電型基板１１０上にエピタキシャル成長(epitaxial growth)させて形成することが好ましい。この際、第１導電型基板１１０と第１真性半導体層１２０の格子整合(lattice match)のために、第１真性半導体層１２０はシリコン結晶と類似の格子定数(lattice constant)を有するシリコン、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）またはダイアモンドから構成できる。
【００３５】
また、第１真性半導体層１２０は、第１導電型基板１１０及び高濃度第２導電型埋込層１３０と共にＰＩＮ構造を形成して波長６５０ｎｍ及び７８０ｎｍの光線を吸収して電気信号に変換させることができ、主に波長７８０ｎｍの光線を吸収して電気信号に変換させる役割をする。この際、第１真性半導体層１２０は、波長７８０ｎｍの光線が十分吸収できるように約３μｍ〜２０μｍの厚さを有することが好ましい。
【００３６】
また、十分な抵抗を有する限り、第１真性半導体層１２０は、エピタキシャル成長過程で若干の不純物を注入して成長させることができる。この際、第１真性半導体層１２０の不純物の濃度は１０１４ｃｍ−３以下であることが好ましい。もし、この濃度より高い濃度の不純物が第１真性半導体層１２０にドープされると、波長７８０ｎｍの光線に対する周波数特性が下落するという問題が発生する。
【００３７】
高濃度第２導電型の埋込層１３０は、III族またはＶ族元素をイオン注入(ion implantation)法によって第１真性半導体層１２０の上部に注入して形成することが好ましい。この際、第２導電型埋込層１３０は約１μｍ〜４μｍの厚さに形成することが好ましい。
【００３８】
また、高濃度第２導電型埋込層１３０にドープされた不純物の濃度は１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましい。もし、この濃度より低い濃度の不純物が第２導電型埋込層１３０にドープされると、第２導電型埋込層１３０の抵抗増加によって周波数特性が下落するという問題が発生する。
【００３９】
第２真性半導体層１４０は、シリコンに基盤をおいた物質からなり、ＣＶＤ法を用いて第２導電型埋込層１３０上にエピタキシャル成長させて形成することが好ましい。上述した第１真性半導体層１２０と同様に、高濃度第２導電型埋込層１３０と第２真性半導体層１４０の格子整合のために、第２真性半導体層１４０もシリコン、シリコンカーバイドＳｉＣまたはダイアモンドから構成できる。
【００４０】
また、第２真性半導体層１４０は、高濃度第２導電型埋込層１３０及び高濃度第１導電型フィンガー領域１５０と共にフィンガー形状フォトダイオード(fingered photo diode)を形成し、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍの光線を吸収して電気信号に変換させることができ、主に波長６５０ｎｍ及び４０５ｎｍの光線を吸収して電気信号に変換させる役割をする。この際、第２真性半導体層１４０は、波長６５０ｎｍ及び４０５ｎｍの光線が十分吸収できるように約０．８μｍ〜３μｍの厚さを有することが好ましい。ここで、波長６５０ｎｍの光線は全て第２真性半導体層１４０に吸収され、波長４０５ｎｍの光線は点線で表示された領域の空乏領域(depletion region)に殆ど吸収される。
【００４１】
また、十分な抵抗を有する限り、第２真性半導体層１４０は、エピタキシャル成長過程で若干の不純物を注入して成長させることができる。この際、第２真性半導体層１４０の不純物の濃度は１０１５ｃｍ−３以下であることが好ましい。もしこの濃度より高い濃度の不純物が第２真性半導体層１４０にドープされると、波長６５０ｎｍの光線に対する周波数特性が下落するという問題が発生する。
【００４２】
高濃度第１導電型フィンガー領域１５０は、III族またはＶ族元素をイオン注入法によって第２真性半導体層１４０に浅く注入して形成することが好ましい。ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０は、フィンガー状のように第２真性半導体層１４０に長く形成される。
【００４３】
また、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０にドープされた不純物の濃度は１０１３ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００４４】
また、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０の幅Ｗ１は０．３μｍ〜４μｍであることが好ましい。ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０の幅Ｗ１を０．３μｍより小さくしても、本発明に係る３波長受光素子１００の特性を有するのに特に制限はないが、現在半導体製造工程の最小設計寸法より小さいため製作し難いという問題が発生する。一方、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０の幅Ｗ１を４μｍより大きくする場合、全体受光素子の大きさに比べてフィンガー領域の大きさがあまり大きいため、フィンガー領域の効果（すなわち、点線で表示された空乏領域）が低下するという問題が発生する。
【００４５】
また、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０間の間隔Ｓ１は０．６μｍ〜８．４μｍであることが好ましい。ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０間の間隔Ｓ１は０．６μｍより小さくしても、本発明に係る３波長受光素子１００の特性を有するのに特に制限はないが、現在半導体製造工程の最小設計寸法より小さいため製作し難いという問題が発生する。一方、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０間の間隔Ｓ１を８．４μｍより大きくする場合、波長４０５ｎｍ及び６５０ｎｍの光線に対する効率が低下するという問題が発生する。
【００４６】
無反射コーティング層１６０は、光線の波長に応じて適正の厚さに形成することが好ましい。本発明に係る３波長受光素子１００が３つの互いに異なる波長（すなわち、４０５ｎｍ、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍの波長）を受光するので、多層構造で無反射コーティング層１６０を形成することが好ましい。
【００４７】
図５は図４の３波長受光素子を備えた光電集積回路の断面図である。ここで、第１導電型はＰ型で、第２導電型はＮ型である。図５に示すように、これは、電気信号を受光素子の外部に伝送するためのバイポーラトランジスタ(bipolar transistor)の製作において、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型にすることが、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型にすることより容易であり、それによる電気的特性も優れるためである。
【００４８】
図５に示すように、本発明に係る光電集積回路は、Ｐ型基板１１１、第１真性半導体層１２１、高濃度Ｎ型埋込層１３１、第２真性半導体層１４１、多数の高濃度Ｐ型フィンガー領域１５１及び無反射コーティング層１６１を含む３波長受光素子を備える。
【００４９】
また、本発明に係る３波長受光素子を備えた光電集積回路は、高濃度Ｎ型埋込層１３１の両側に形成された高濃度Ｐ型埋込層１７１、第２真性半導体層１４１の両側にそれぞれ内方から外方に向かう順序で形成されるＮ型ウェル１７２とＰ型ウェル１７３、前記Ｎ型ウェル１７２とＰ型ウェル１７３にそれぞれ浅く形成された高濃度Ｎ型電極１７４と高濃度Ｐ型電極１７５、並びに前記高濃度Ｎ型電極１７４及び高濃度Ｐ型電極１７５に連結され、外部に電気信号を連結する回路層１７６とをさらに含む。
【００５０】
図６ａ〜図６ｄは図４の３波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【００５１】
図６ａに示すように、第１導電型基板１１０上にＣＶＤ法によって第１真性半導体層１２０をエピタキシャル成長させる。
【００５２】
ここで、第１導電型基板１１０は、不純物が１０１６ｃｍ−３以上の濃度でドープされたＰ型またはＮ型シリコン基板１１０を使用することが好ましい。
【００５３】
また、第１真性半導体層１２０は、濃度１０１４ｃｍ−３以下の不純物を含有して十分な抵抗を有するようにエピタキシャル成長させることが好ましく、その後形成される第２導電型埋込層１３０の厚さを考慮して約４μｍ〜２４μｍの厚さに形成することが好ましい。
【００５４】
図６ｂに示すように、第１真性半導体層１２０の上部にイオン注入法を用いてIII族またはＶ族元素を注入することにより、高濃度第２導電型埋込層１３０を形成する。
【００５５】
ここで、高濃度第２導電型埋込層１３０の不純物の濃度が１０１６ｃｍ−３以上となるようにIII族またはＶ族イオンを注入することが好ましく、また、高濃度第２導電型埋込層１３０の厚さが約１μｍ〜４μｍとなるようにイオンの運動エネルギーを適切に調節して注入することが好ましい。
【００５６】
図６ｃに示すように、高濃度第２導電型埋込層１３０上にＣＶＤ法によって第２真性半導体層１４０をエピタキシャル成長させる。
【００５７】
ここで、第２真性半導体層１４０は、濃度１０１５ｃｍ−３以下の不純物を含有して十分な抵抗を有するようにエピタキシャル成長させることが好ましく、約０．８μｍ〜３μｍの厚さに形成することが好ましい。
【００５８】
図６ｄに示すように、第２真性半導体層１４０にイオン注入法を用いてIII族またはＶ族元素を注入することにより、多数の高濃度第１導電型フィンガー領域１５０を薄く形成する。
【００５９】
ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上となるようにIII族またはＶ族イオンを注入することが好ましく、また、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０が浅く形成されるようにイオンの運動エネルギーを適切に調節して注入することが好ましい。
【００６０】
この際、それぞれの高濃度第１導電型フィンガー領域１５０の幅は０．３μｍ〜４μｍとすることが好ましく、高濃度第１導電型フィンガー領域１５０間の間隔は０．６μｍ〜８．４μｍとすることが好ましい。
【００６１】
その後、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍの光線に対する反射率を最小化させるように第２真性半導体層１４０及び高濃度第１導電型フィンガー領域１５０上に無反射コーティング層１６０を形成する。
【００６２】
表１は本発明の第１実施形態に係る３波長受光素子の光電変換効率及び周波数特性を列挙したものである。ここで、３波長受光素子は、約３８０μｍの厚さ及び約１０１８ｃｍ−３の濃度を有するＰ型シリコン基板、前記Ｐ型シリコン基板上に位置し、約１０μｍの厚さ及び約１０１３ｃｍ−３の濃度を有するＰ型真性半導体層、前記Ｐ型真性半導体層上に位置し、約２μｍの厚さ及び約１０１７ｃｍ−３の濃度を有する高濃度Ｎ型埋込層、及び前記高濃度Ｎ型埋込層上に位置し、約１．３μｍの厚さ及び約１０１４ｃｍ−３の濃度を有するＮ型真性半導体層を含むように製作された。
【００６３】
【表１】
2006128592.tif 000003
【００６４】
表１に示すように、本発明に係る３波長受光素子は、波長４０５ｎｍ、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍの光線に対して優れた光電変換効率を示す。特に、波長４０５ｎｍの光線に対して非常に優れた光電変換効率（理論的に、波長４０５ｎｍの光線に対して３．２Ａ／Ｗの光電変換効率が算出される）を示すことが分かる。
【００６５】
図７は本発明の第２実施形態に係る２波長受光素子の断面図である。
【００６６】
図７に示すように、本発明に係る２波長受光素子２００は、基板２１０、前記基板２１０上に位置した高濃度第２導電型埋込層２２０、前記高濃度第２導電型埋込層２２０上に位置した真性半導体層２３０、及び前記真性半導体層２３０に浅く形成された多数の高濃度第１導電型フィンガー領域２４０を含んでなる。ここで、前記第１導電型と第２導電型はドーピング状態が互いに反対である。また、本発明に係る２波長受光素子２００は、光線が表面から反射されないように、前記真性半導体層２３０及び前記第１導電型フィンガー領域２４０上に位置した無反射コーティング層２５０をさらに含むことが好ましい。
【００６７】
基板２１０は、シリコンに基盤をおいた基板を使用することが好ましく、上部に形成される高濃度第２導電型埋込層２２０と同導電型の基板２１０を使用することがより好ましい。
【００６８】
高濃度第２導電型埋込層２２０は、III族またはＶ族元素をイオン注入法によって基板２１０の上部に注入して形成することが好ましい。
【００６９】
また、高濃度第２導電型埋込層２２０にドープされた不純物の濃度は１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましい。もしこの濃度より高い濃度の不純物が高濃度第２導電型埋込層２２０にドープされると、第２導電型埋込層２２０の抵抗の増加によって周波数特性が下落するという問題が発生する。
【００７０】
他の好適な実施形態において、基板２１０の不純物の濃度が十分高い場合（たとえば、１０１６ｃｍ−３以上の場合）、基板２１０が高濃度第２導電型埋込層２２０の役割をすることができるので、高濃度第２導電型埋込層２２０を形成しなくてもよい。
【００７１】
真性半導体層２３０は、シリコンに基盤をおいた物質であって、ＣＶＤ法によって高濃度第２導電型埋込層２２０上にエピタキシャル成長させて形成することが好ましい。この際、高濃度第２導電型埋込層２２０と真性半導体層２３０の格子整合のために、真性半導体層２３０はシリコン結晶と類似の格子定数を有するシリコン、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）またはダイアモンドから構成できる。
【００７２】
また、真性半導体層２３０は、高濃度第２導電型埋込層２２０及び高濃度第１導電型フィンガー領域２４０と共にフィンガー形状フォトダイオードを形成し、波長４０５ｎｍ及び６５０ｎｍの光線を吸収して電気信号に変換させる役割をする。この際、真性半導体層２３０は波長６５０ｎｍ及び４０５ｎｍの光線が十分吸収できるように約０．８μｍ〜３μｍの厚さを有することが好ましい。ここで、波長６５０ｎｍの光線は全て真性半導体層２３０に吸収され、波長４０５ｎｍの光線は点線で表示された空乏領域に殆ど吸収される。
【００７３】
また、十分な抵抗を有する限り、真性半導体層２３０は、エピタキシャル成長過程で若干の不純物を注入して成長させることができる。この際、真性半導体層２３０の不純物の濃度は１０１５ｃｍ−３以下であることが好ましい。もしこの濃度より高い濃度の不純物が真性半導体層２３０にドープされると、波長６５０ｎｍの光線に対する周波数特性が下落するという問題が発生する。
【００７４】
高濃度第１導電型フィンガー領域２４０は、III族またはＶ族元素をイオン注入法によって真性半導体層２３０に薄く注入して形成することが好ましい。ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０は、フィンガー状のように真性半導体層２３０に長く形成される。
【００７５】
また、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０にドープされた不純物の濃度は１０１３ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００７６】
また、高濃度第導電型フィンガー領域２４０の幅Ｗ２は０．３μｍ〜４μｍであることが好ましい、ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０の幅Ｗ２は０．３μｍより小さくしても、本発明に係る２波長受光素子２００の特性を有するのに特に制限はないが、現在半導体製造工程の最小設計寸法より小さいため製作し難いという問題が発生する。一方、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０の幅Ｗ２を４μｍより大きくする場合、全体受光素子の大きさに比べてフィンガー領域の大きさがあまり大きいため、フィンガー領域の効果（すなわち、点線で表示された空乏領域）が低下するという問題が発生する。
【００７７】
また、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０間の間隔Ｓ２は０．６μｍ〜８．４μｍであることが好ましい。ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０間の間隔Ｓ２は０．６μｍより小さくしても、本発明に係る２波長受光素子２００の特性を有するのに特に制限はないが、現在半導体製造工程の最小設計寸法より小さいため製作し難いという問題が発生する。一方、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０間の間隔Ｓ２を８．４μｍより大きくする場合、波長４０５ｎｍ及び６５０ｎｍの光線に対する効率が低下するという問題が発生する。
【００７８】
無反射コーティング層２５０は、受光される光線の波長に応じて適正の厚さに形成することが好ましい。本発明に係る２波長受光素子２００が２つの互いに異なる波長（すなわち、波長４０５及び６５０ｎｍ）を受光するので、多層構造で無反射コーティング層２５０を形成することが好ましい。
【００７９】
図８は図７の２波長受光素子を備えた光電集積回路の断面図である。ここで、第１導電型はＰ型、第２導電型はＮ型である。図８に示すように、これは、電気信号を受光素子の外部に伝送するためのバイポーラトランジスタの製作において、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型にすることが、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型にすることより容易であり、それによる電気的特性も優れるためである。
【００８０】
図８に示すように、本発明に係る光電集積回路は、Ｎ型基板２１１、高濃度Ｎ型埋込層２２１、真性半導体層２３１、多数の高濃度Ｐ型フィンガー領域２４１、及び無反射コーティング層２５１を含む２波長受光素子を備える。
【００８１】
また、本発明に係る２波長受光素子を備えた光電集積回路は、高濃度Ｎ型埋込層２２１の両側に形成された高濃度Ｐ型埋込層２６１、真性半導体層２３１の両側にそれぞれ内方から外方に向かう順序で形成されたＮ型ウェル２６２とＰ型ウェル２６３、前記Ｎ型ウェル２６２とＰ型ウェル２６３にそれぞれ浅く形成された高濃度Ｎ型電極２６４と高濃度Ｐ型電極２６５、並びに前記高濃度Ｎ型電極２６４及び高濃度Ｐ型電極２６５に連結され、外部と電気信号をやり取りする回路層２６６をさらに含む。
【００８２】
図９ａ〜図９ｃは、図７の２波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【００８３】
図９ａに示すように、基板２１０の上部にイオン注入法によってIII族またはＶ族元素を注入することにより、高濃度第２導電型埋込層２２０を形成する。
【００８４】
他の好適な実施形態において、基板２１０が高濃度第２導電型埋込層２２０と同一の導電型であり且つ基板２１０の不純物の濃度が十分高い場合（たとえば、１０１６ｃｍ−３以上の場合）、基板２１０が高濃度第２導電型埋込層２２０の役割をすることができるので、高濃度第２導電型埋込層２２０を形成しなくてもよい。
【００８５】
図９ｂに示すように、高濃度第２導電型埋込層２２０上にＣＶＤ法によって真性半導体層２３０をエピタキシャル成長させる。
【００８６】
ここで、真性半導体層２３０は、濃度１０１５ｃｍ−３以下の不純物を含有して十分な抵抗を有するようにエピタキシャル成長させることが好ましく、約０．８μｍ〜３μｍの厚さに形成することが好ましい。
【００８７】
図９ｃに示すように、真性半導体層２３０にイオン注入法を用いてIII族またはＶ族元素を注入することにより、多数の高濃度第１導電型フィンガー領域２４０を浅く形成する。
【００８８】
ここで、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０の不純物の濃度が１０１３ｃｍ−３以上となるようにIII族またはＶ族イオンを注入することが好ましく、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０が浅く形成されるようにイオンの運動エネルギーを適切に調節して注入することが好ましい。
【００８９】
この際、それぞれの高濃度第１導電型フィンガー領域２４０の幅は０．３μｍ〜４μｍとすることが好ましく、高濃度第１導電型フィンガー領域２４０間の間隔は０．６μｍ〜８．４μｍとすることが好ましい。
【００９０】
その後、波長４０５ｎｍ及び６５０ｎｍの光線に対する反射率を最小化させるように真性半導体層２３０及び高濃度第１導電型フィンガー領域２４０上に無反射コーティング層２５０を形成する。
【００９１】
以上、本発明について説明したが、これは一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想から逸脱することなく様々な変化及び変形が可能なのは、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば理解するであろう。また、このような変化及び変形も、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲内に属する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】従来の２波長受光素子の断面図である。
【図２】シリコン表面からの深さによる様々な波長の光線強度の変化を示すグラフである。
【図３】従来の青色光線受光素子の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る３波長受光素子の断面図である。
【図５】図４の３波長受光素子を備えた光電集積回路の断面図である。
【図６ａ】図４の３波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【図６ｂ】図４の３波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【図６ｃ】図４の３波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【図６ｄ】図４の３波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る２波長受光素子の断面図である。
【図８】図７の２波長受光素子を備えた光電集積回路の断面図である。
【図９ａ】図７の２波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【図９ｂ】図７の２波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【図９ｃ】図７の２波長受光素子の製造方法の流れを示す断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００    ３波長受光素子
１１０    第１導電型基板
１２０    第１真性半導体層
１３０    高濃度第２導電型埋込層
１４０    第２真性半導体層
１５０    高濃度第１導電型フィンガー領域
１６０    無反射コーティング層
２００    ２波長受光素子
２１０    基板
２２０    高濃度第２導電型埋込層
２３０    真性半導体層
２４０    高濃度第１導電型フィンガー領域
２５０    無反射コーティング層
【図１】
2006128592.tif 000004
【図２】
2006128592.tif 000005
【図３】
2006128592.tif 000006
【図４】
2006128592.tif 000007
【図５】
2006128592.tif 000008
【図６ａ】
2006128592.tif 000009
【図６ｂ】
2006128592.tif 000010
【図６ｃ】
2006128592.tif 000011
【図６ｄ】
2006128592.tif 000012
【図７】
2006128592.tif 000013
【図８】
2006128592.tif 000014
【図９ａ】
2006128592.tif 000015
【図９ｂ】
2006128592.tif 000016
【図９ｃ】
2006128592.tif 000017