(57)【要約】【課題】低ノイズで速い光応答速度を有するとともに、さらに、高い光感度を有するホトダイオードと、このホトダイオードを複数備えるホトダイオードアレイと、このホトダイオードアレイを光検出手段として用いる分光器と、このホトダイオードの製造方法と、を提供すること。【解決手段】ホトダイオード１０は、第１導電型の不純物を含有した基体１内部に、低濃度の第２導電型の不純物を含有した低濃度埋込層２が形成され、この低濃度埋込層２の内部には、高濃度の第２導電型の不純物を含有した高濃度層３が形成され、この高濃度層３には、基体１の表面に露出する引き出し部４が、高濃度の第２導電型の不純物を含有して形成される。そして、この高濃度層３に電極６が電気的に接続される。【選択図】図１
2006093442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の不純物を含有する半導体によって成る基体と、
前記基体の内部に形成されるとともに、前記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含有する半導体によって成る低濃度埋込層と、
前記低濃度埋込層に連続した領域に形成されるとともに、前記第２導電型の不純物を前記低濃度埋込層よりも高濃度に含有する半導体によって成る高濃度層と、
前記基体の表面から前記高濃度層に至る領域であって該高濃度層に接合するように形成されるとともに、前記第２導電型の不純物を前記低濃度埋込層よりも高濃度に含有する半導体によって成る引き出し部と、を有することを特徴とするホトダイオード。
【請求項２】
前記低濃度埋込層は、平面視で、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状を成すことを特徴とする請求項１に記載のホトダイオード。
【請求項３】
前記高濃度層は、平面視で、前記低濃度埋込層の長辺方向に沿って伸びる領域が一または複数含まれる形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のホトダイオード。
【請求項４】
前記高濃度層は、平面視で、前記低濃度埋込層の長辺方向に沿って伸びる領域が前記基体表面に略平行な平面状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のホトダイオード。
【請求項５】
前記高濃度層は、平面視で、前記低濃度埋込層の長辺方向に沿って伸びる領域が線状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のホトダイオード。
【請求項６】
請求項１〜５のうち何れか一項に記載のホトダイオードが基板表面に複数配置されていることを特徴とするホトダイオードアレイ。
【請求項７】
入射光を分光する分光手段と、分光後の入射光の光量を電気信号に変換する請求項６に記載のホトダイオードアレイと、を備えることを特徴とする分光器。
【請求項８】
第１導電型の不純物を含有する半導体によって構成される基体の内部に、該第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含有する領域が埋め込まれて成るホトダイオードの製造方法であって、
前記第２導電型の不純物イオンを、前記基体内部の第１の領域と、該第１の領域に連続して成る第２の領域と、にイオン注入するイオン注入工程を有し、このイオン注入工程では、前記第２の領域のほうが前記第１の領域よりも不純物濃度が高くなるようにイオン注入することを特徴とするホトダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記イオン注入工程は、
前記第２導電型の不純物イオンを前記第１の領域内部にイオン注入する工程と、
前記第２導電型の不純物イオンを、不純物濃度が前記第１の領域よりも高濃度になるように、前記第２の領域にイオン注入する工程と、
前記第２導電型の不純物イオンを、不純物濃度が前記第２の領域と略同一となるように、前記基体表面から前記第２の領域に連通する第３の領域にイオン注入する工程と、
をさらに有することを特徴とするホトダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホトダイオードと、ホトダイオードを複数備えるホトダイオードアレイと、ホトダイオードアレイを光検出手段として用いる分光器と、ホトダイオードの製造方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光器などに広く利用されているホトダイオードは、例えばＰＮ接合部が形成されたＳｉ層と、このＳｉ層の表面に絶縁層として形成されたＳｉＯ２層と、を有する。このＳｉ層は、光が入射する光感応領域としてのＮ型（或いはＰ型）半導体層（Ｓｉ層）が、基体としてのＰ型（或いはＮ型）半導体層（Ｓｉ層）の表面に埋め込まれるように形成される。これにより、Ｓｉ層内にＰＮ接合部が形成される。このＰＮ接合の界面周辺に生じる空乏層またはその周辺とに光が入射すると、この空乏層内にキャリア電荷が発生する。このキャリア電荷を抽出することによって入射光が検出される。このようなホトダイオードに係る技術としては、例えば、下記特許文献１，２に開示されたものなどが知られている。
【特許文献１】特開２０００−２３２２３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、Ｓｉ層とＳｉＯ２層との界面には、分子結合の電子対欠陥に起因する暗電流がノイズとして発生する。特に、光感応領域が含有する不純物濃度が低いと、ＰＮ接合部の界面に形成される空乏層が光感応領域内に広がる。そして、この光感応領域内に広がった空乏層が、さらに、Ｓｉ層とＳｉＯ２層との界面にまで広がると、ここで、入射光に応じてＳｉＯ２層４８に電荷が発生し、上述の分子結合の電子対欠陥に起因する暗電流がより増大化されて大きなノイズとなる。したがって、例えば、高い光感度が要求される分光器にホトダイオードを適用する場合などには、ホトダイオードの光感度を上げるため、光感応領域の不純物濃度を低く設定しなければならず、このため、上記暗電流の増大が大きなノイズとなる。さらに、光感応領域の不純物濃度が低いと、それに応じて電気抵抗も大きくなるため、光応答速度も低下することとなる。このため、低ノイズで速い光応答速度を有するとともに、さらに、分光器（および分光器に用いられるホトダイオードアレイ）に利用可能な高い光感度を有するようなホトダイオードを実現するのは困難となる。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、低ノイズで速い光応答速度を有するとともに、さらに、高い光感度を有するホトダイオードと、このホトダイオードを複数備えるホトダイオードアレイと、このホトダイオードアレイを光検出手段として用いる分光器と、このホトダイオードの製造方法と、を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるホトダイオードは、第１導電型の不純物を含有する半導体によって成る基体と、上記基体の内部に形成されるとともに、上記第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含有する半導体によって成る低濃度埋込層と、上記低濃度埋込層に連続した領域に形成されるとともに、上記第２導電型の不純物を上記低濃度埋込層よりも高濃度に含有する半導体によって成る高濃度層と、上記基体の表面から上記高濃度層に至る領域であってこの高濃度層に接合するように形成されるとともに、上記第２導電型の不純物を上記低濃度埋込層よりも高濃度に含有する半導体によって成る引き出し部と、を有することを特徴とする。
【０００６】
さらに、本発明のホトダイオードの製造方法は、第１導電型の不純物を含有する半導体によって構成される基体の内部に、この第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含有する領域が埋め込まれて成るホトダイオードの製造方法であって、上記第２導電型の不純物イオンを、上記基体内部の第１の領域と、この第１の領域に連続して成る第２の領域と、にイオン注入するイオン注入工程を有し、このイオン注入工程では、上記第２の領域のほうが上記第１の領域よりも不純物濃度が高くなるようにイオン注入することを特徴とする。この場合、上記イオン注入工程は、上記第２導電型の不純物イオンを上記第１の領域内部にイオン注入する工程と、上記第２導電型の不純物イオンを、不純物濃度が上記第１の領域よりも高濃度になるように、上記第２の領域にイオン注入する工程と、上記第２導電型の不純物イオンを、不純物濃度が上記第２の領域と略同一となるように、上記基体表面から上記第２の領域に連通する第３の領域にイオン注入する工程と、をさらに有するのが好ましい。
【０００７】
本発明のホトダイオードと、ホトダイオードの製造方法とによれば、第２導電型（Ｎ型またはＰ型）の不純物を低濃度に含有する低濃度埋込層（第１の領域）が、第１導電型（Ｐ型またはＮ型）の不純物を含有する基体の内部に形成されるため、この基体と低濃度埋込層との界面に形成される空乏層の広がりが、基体の表面にまで至らないように形成可能となる。このため、Ｓｉ層としての基体の表面にＳｉＯ２層が形成されるような場合には、Ｓｉ層とＳｉＯ２層との界面に暗電流が発生するが、空乏層がこの界面にまで至らないので、暗電流の増大化が抑制可能となる。そして、低濃度埋込層と連続する領域に、この低濃度埋込層よりも高濃度（低抵抗）の不純物を含有する高濃度層（第２の領域）を設けたので、低濃度埋込層の不純物濃度が低濃度であっても、速い光応答速度が実現できる。そして、低濃度埋込層の不純物濃度が低濃度であるために、この低濃度埋込層の周囲だけでなく低濃度埋込層が占める領域全体にわたって広く空乏層が形成されることとなる。このため、広い波長領域に対して高い光感度が実現できる。
【０００８】
また、本発明では、上記低濃度埋込層は、平面視で、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状を成すのが好ましい。これにより、分光器に適用した場合には、複数のホトダイオードが基板表面に長辺を相互に隣接させる状態で高密度に配置可能となるため、高い波長分解能が実現できる。
【０００９】
また、本発明では、上記高濃度層は、平面視で、上記低濃度埋込層の長辺方向に沿って伸びる領域が一または複数含まれる形状に形成されているのが好ましい。これにより、長辺方向に長尺な低濃度埋込層周辺の空乏層の何れの箇所で生成されたキャリア電荷であっても、高い不純物濃度（低い電気抵抗）を有する高濃度層が、そのキャリア生成箇所の近傍に形成されていることになるため、このキャリア電荷が高濃度層を介して高速移動可能となる。したがって、光応答速度の向上がより一層図られる。
【００１０】
また、本発明では、上記高濃度層は、平面視で、上記低濃度埋込層の長辺方向に沿って伸びる領域が上記基体表面に略平行な平面状に形成されていても良いし、また、上記高濃度層は、平面視で、上記低濃度埋込層の長辺方向に沿って伸びる領域が線状に形成されていても良い。これにより、低濃度埋込層が占める領域が拡大され、さらに、これに伴って空乏層の形成領域も拡大化されるため、光感度の向上がより一層図られる。
【００１１】
さらに、本発明のホトダイオードアレイは、上記ホトダイオードが基板表面に複数配置されていることを特徴とする。したがって、本発明のホトダイオードアレイによれば、上記した低ノイズで、高い光感度と速い光応答速度とを有するホトダイオードが用いられているため、高機能なホトダイオードアレイが実現できる。特に、ホトダイオードが平面視で二つの長辺と二つの短辺とによって形作られるような細長い略矩形状を成す場合には、ホトダイオードアレイの基板表面に複数のホトダイオードを長辺を相互に隣接させる状態で高密度に設けることができるため、高い波長分解能が実現できる。
【００１２】
さらに、本発明の分光器は、入射光を分光する分光手段と、分光後の入射光の光量を電気信号に変換する上記ホトダイオードアレイと、を備えることを特徴とする。本発明の分光器によれば、光検出手段としてのホトダイオードアレイが、高い光感度を維持しつつ、高い波長分解能と速い光応答速度とを有するため、高精度な分光器が実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低ノイズで速い光応答速度を有するとともに、さらに、高い光感度を有するホトダイオードと、このホトダイオードを複数備えるホトダイオードアレイと、このホトダイオードアレイを光検出手段として用いる分光器と、このホトダイオードの製造方法と、が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本実施形態に係るホトダイオード、ホトダイオードアレイ、分光器およびホトダイオードの製造方法について説明する。なお、以下の図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。
【００１５】
まず、図１、図２に基づいて本実施形態に係るホトダイオードの構成について説明する。図１（ａ）は本実施形態に係るホトダイオードの平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＩ−Ｉ矢印方向の断面構造を示す図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すＩＩ−ＩＩ矢印方向の断面構造を示す図である。そして、図２は、本実施形態に係るホトダイオードに形成される空乏層の態様を説明するための図である。ここで、図２は、図１（ａ）に示すＩ−Ｉ矢印方向の断面を表している。
【００１６】
まず、図１に基づいて、ホトダイオード１０の構成について説明する。ホトダイオード１０は、基体１と、この基体１の内部に埋め込まれた低濃度埋込層２（第１の領域）と、この低濃度埋込層２の内部にさらに埋め込まれた高濃度層３（第２の領域）と、この高濃度層３に接合するとともに、基体１の表面に露出する引き出し部４（第３の領域）と、を備える。そしてこのホトダイオード１０には、さらに、この引き出し部４が露出する側の基体１の表面に形成されたシリコン熱酸化膜層（ＳｉＯ２）５と、このシリコン熱酸化膜５の表面に形成されるととともに、シリコン熱酸化膜５を貫通して引き出し部４に接合する電極６と、上記シリコン熱酸化膜５が形成された表面とは反対側の表面に形成された電極７と、が形成されている。
【００１７】
基体１は、シリコン（Ｓｉ）層に第１導電型不純物（ここで、第１導電型がＮ型の場合には砒素などであり、Ｐ型の場合には硼素などである。以下同様）が含有された半導体層である。基体１が含有する不純物濃度は１０１３〜１０１５ｃｍ−３程度となっている。
【００１８】
低濃度埋込層２は、シリコン（Ｓｉ）層に第１導電型とは異なる第２導電型の不純物が低濃度に含有された半導体層であり、この低濃度埋込層２が含有する不純物濃度は１０１４〜１０１６ｃｍ−３程度となっている。
【００１９】
ここで、上記した「第１導電型」、「第２導電型」とは、互いに異なる導電型（Ｎ型、Ｐ型）を意味する。すなわち、第１導電型がＰ型の場合には、第２導電型はＮ型であり、第１導電型がＮ型の場合には、第２導電型はＰ型である。
【００２０】
低濃度埋込層２は、平面視で、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる細長い略矩形状を成す。そして低濃度埋込層２は、基体１の表面に略平行で、かつ、この表面から１．５μｍ程度の深度で１．０μｍ程度の厚みを伴って基体１の内部に埋め込まれた状態で形成されている。
【００２１】
高濃度層３は、シリコン（Ｓｉ）層に第２導電型の不純物が高濃度に含有された半導体層であり、この高濃度層３が含有する不純物濃度は１０１８〜１０１９ｃｍ−３程度となっている。そして、高濃度層３は、平面視で、基体１の表面に略平行で、かつ、低濃度埋込層２の一方の短辺側から他方の短辺側にわたって伸びている略矩形状に形成されている。
【００２２】
引き出し部４は、第２導電型の不純物が高濃度に含有された半導体層であり、この引き出し部４が含有する不純物濃度は１０１９ｃｍ−３程度となっている。この引き出し部４は、電極６とともに、平面視で、低濃度埋込層２の一方の短辺側に形成されている。そして、引き出し部４は、高濃度層３に接合し、高濃度層３と、基体１の表面とを連通するように形成されている。
【００２３】
ここで、上記した基体１、低濃度埋込層２、高濃度層３および引き出し部４の各不純物濃度と、低濃度埋込層２の埋め込み位置および厚さと、高濃度層３の埋め込み位置および厚さとは、基体１と低濃度埋込層２との界面（ＰＮ接合面）周辺に形成される空乏層が所望の形状となるよう詳細設定される。具体的には、図２に示すように、暗電流の低減化を図るため、基体１と低濃度埋込層２との界面周辺に形成される空乏層Ａが、基体１とシリコン熱酸化膜５との界面には達しない程度に低濃度埋込層２を広く包含する領域に形成されるように詳細設定される。さらに、低濃度埋込層２の周囲だけでなく、低濃度埋込層２の内部にも空乏層Ａが形成されるような設定が、光感度の向上を図るうえで好ましい。ここで、実際には、空乏層Ａには高濃度層３の占める領域は含まれない。
【００２４】
上記構成のホトダイオード１０では、電極６，７間に電圧が印加された状態で空乏層Ａ内に光が入射すると、この空乏層Ａ内において入射光に応じたキャリアが発生する。このキャリアは、高濃度層３および引き出し部４を移動して電極６に到達し、この電極６によって電荷が抽出される。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態に係るホトダイオードによれば、空乏層Ａが、基体１とシリコン熱酸化膜５との界面には達しないので、この界面近傍に生じる暗電流（ノイズ）の増大化が抑制可能となる。そして、低濃度埋込層２の内部には、低濃度埋込層２と同じ導電型の不純物を高濃度（低電気抵抗）に含む高濃度層３が形成されている。このため、本実施形態のように低濃度埋込層２を細長い略矩形状に設けた場合であっても、入射光に応じて発生したキャリアが、電気抵抗の低い高濃度層３および引き出し部４を移動して電極６に到達できるので、電気抵抗の高い低濃度埋込層２の内部を長い距離（例えば長辺の長さに相当する距離）を移動する、という現象が生じにくくなる。このため、光応答速度の向上が図られる。しかも、低濃度埋込層２が含有する不純物濃度が低濃度であるため、空乏層Ａが、低濃度埋込層２の周囲だけでなく、低濃度埋込層２の内部（低濃度埋込層２の内部に高濃度層３が含まれている場合には、高濃度層３の占める領域は除かれる）を含む広い領域にわたって形成されることとなる。このため、広い波長領域にわたって高い光感度が実現できる。すなわち、本実施形態に係るホトダイオード１０によれば、低ノイズで速い光応答速度を有するとともに、さらに、高い光感度を有するホトダイオードが実現できる。
【００２６】
次に、本実施形態に係るホトダイオードアレイについて説明する。本実施形態に係るホトダイオードアレイの基本構成は、上記説明したホトダイオード１０を複数備え、このホトダイオード１０が低濃度埋込層２の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板表面に高密度に並列配置されていることである。この場合、ホトダイオード１０に発生するキャリア電荷を抽出するための電極６は、低濃度埋込層２の平面形状内における一方の短辺側にそれぞれ設けられているため、多数のホトダイオード１０が高密度に配置されている。
【００２７】
上記のような基本構成を有する四タイプのホトダイオードアレイを図３に示す。図３（ａ）〜（ｄ）は、何れも、本実施形態に係るホトダイオードアレイを示す平面図である。
【００２８】
図３（ａ）に示すホトダイオードアレイ２１は、モノリシック型であって、シフトレジスタ２０ｂに接続された複数のホトダイオード１０が低濃度埋込層２の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板２０ａ表面に一列に並列配置されたものである。そして図３（ｂ）に示すホトダイオードアレイ２２は、同じくモノリシック型であって、シフトレジスタ２０ｂに接続された複数のホトダイオード１０が低濃度埋込層２の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板２０ａ表面に並列配置されたものを複数列（図３に示す例では二列）設けたものである。
【００２９】
また、図３（ｃ）に示すホトダイオードアレイ２３は、チップ別体構造であって、読出し回路２０ｃに接続された複数のホトダイオード１０が低濃度埋込層２の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして基板２０ａ表面に一列に並列配置されたものである。そして図３（ｄ）に示すホトダイオードアレイ２４は、チップ別体構造であるが、複数の基板２０ａ（図３に示す例では二枚）を有し、各基板２０ａの表面には、それぞれ、読出し回路２０ｃに接続された複数のホトダイオード１０が低濃度埋込層２の平面形状を成す長辺を相互に隣接させるようにして一列に並列配置されている。
【００３０】
ここで、モノリシック型とは、基板２０ａにシフトレジスタ２０ｂを備え、このシフトレジスタ２０ｂによってホトダイオード１０の受光量がデジタルデータとして出力可能となっている。これに対し、チップ別体構造とは、半導体チップ（この場合、シフトレジスタ２０ｂを含む読出し回路２０ｃ）が基板２０ａとは別体に設けられた構成のホトダイオードアレイであり、外部に設けられた読出し回路２０ｃと、基板２０ａに設けられた各ホトダイオード１０との間がワイヤ２０ｄによって電気的に接続されたものである。
【００３１】
このホトダイオードアレイ２１〜２４によれば、ホトダイオード１０が基板２０ａに高密度で配置可能となるので高い波長分解能が実現できる。
【００３２】
次に、図４を参照して、本実施形態に係る分光器３０について説明する。図４は、本実施形態に係る分光器を示す斜視図である。
【００３３】
図示のように、分光器３０は、光ファイバ３１、入射部３２、回折格子部３３、ミラー３４、基台３５、光検出手段３６などを備える。入射部３２は光ファイバ３１の端部を固定し、分光手段としての回折格子部３３は光ファイバ３１を通じて入射した光を回折させ、ミラー３４は光ファイバ３１から入射した光を回折格子部３３に向けて反射させるとともに回折格子部３３により回折された光を光検出手段３６に向けて反射させる。また、光検出手段３６は、回折格子部３３によって回折された光の光量を波長ごとに電気信号に変換するためのものであり、本実施形態に係るホトダイオードアレイ２１〜２４の何れかが用いられる。そして、入射部３２、回折格子部３３、ミラー３４、光検出手段３６は基台３５に設置される。
【００３４】
このように、本実施形態に係るホトダイオードアレイ２１〜２４を光検出手段として用いた分光器３０は、光検出手段３６（すなわち、ホトダイオードアレイ２１〜２４のいずれか）が、複数のホトダイオード１０を高密度に配置した形で有し、さらに、このホトダイオード１０が、低暗電流（低ノイズ）、高い光感度および速い光応答速度を有するので、高い波長分解能を有する極めて精度の高い分光器となる。
【００３５】
次に、図５を参照して、本実施形態に係るホトダイオード１０の製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係るホトダイオードの製造方法を説明するための図であり、同図（ａ）〜（ｃ）は平面視で長辺方向のホトダイオードの断面図であり、同図（ｄ）〜（ｆ）の各々は、それぞれ、同図（ａ）〜（ｃ）に示す各製造工程における不純物濃度プロファイルを示す図であり、何れも、横軸は不純物濃度の対数値を示し、縦軸は表面からの深さを示す。
【００３６】
まず、図５（ａ）に示すように、基体１の表面に形成されたシリコン熱酸化膜５ａに対し、エッチング等の方法によって低濃度埋込層２の形成予定領域に対応する開口部８ａを形成する。そして、低濃度埋込層２の形状、形成位置および不純物濃度を特定するための、不純物の注入エネルギーと、不純物のビーム電流と、このビーム電流の照射時間と、を含む第１の不純物注入条件を用いて、第２導電型の不純物を上記開口部８ａからイオン注入法を用いて注入する。その後、アニール処理して低濃度埋込層２を形成し、シリコン熱酸化膜５ａを除去する。
【００３７】
ここで、第１の不純物注入条件を用いて注入する第１の不純物濃度プロファイルを図５（ｄ）に示す。図５（ｄ）に示す不純物濃度プロファイルは、基体１の表面に垂直な低濃度埋込層２を含む断面に対する不純物濃度プロファイルである。図５（ｄ）に示すように、第１の不純物注入条件を用いて注入される不純物濃度は、基体１の内部における低濃度埋込層２の形成領域に対応した範囲内（それぞれ例えば０．５〜１．５μｍ程度の深さＡ１１，Ａ１２の間）で例えば１０１４〜１０１６ｃｍ−３程度の略一定値Ｂ１をとる。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、基体１の表面に新たに形成されたシリコン熱酸化膜５ｂに対し、エッチング等の方法によって高濃度層３の形成予定領域に対応する開口部８ｂを形成する。そして、高濃度層３の形状、形成位置および不純物濃度を特定するための、不純物の注入エネルギーと、不純物のビーム電流と、このビーム電流の照射時間と、を含む第２の不純物注入条件のもとで、第２導電型の不純物を上記開口部８ｂからイオン注入法を用いて注入し、その後、アニール処理して高濃度層３を形成する。そして、シリコン熱酸化膜５ｂを除去する。
【００３９】
ここで、第２の不純物注入条件を用いて注入する第２の不純物濃度プロファイルを図５（ｅ）に示す。図５（ｅ）に示すプロファイルは、基体１の表面に垂直な高濃度層３を含む断面に対する不純物濃度プロファイルである。図５（ｅ）に示すように、第２の不純物注入条件を用いて注入される不純物濃度は、低濃度埋込層２内における高濃度層３の形成領域に対応した範囲内（それぞれ例えば０．７〜１．２μｍ程度の深さＡ２１，Ａ２２の間）で例えば１０１８〜１０１９ｃｍ−３程度の略一定値Ｂ２をとる。この値Ｂ２は、上記した値Ｂ１よりも大きい。この第２の不純物濃度プロファイルによれば、高濃度層３は、低濃度埋込層２よりも高い不純物濃度で低濃度埋込層２の内部に形成される。
【００４０】
次に、図５（ｃ）に示すように、基体１の表面に新たに形成されたシリコン熱酸化膜５ｃに対し、エッチング等の方法によって引き出し部４の形成予定領域に対応する開口部８ｃを形成する。そして、引き出し部４の形状、形成位置および不純物濃度を特定するための、不純物の注入エネルギーと、不純物のビーム電流と、このビーム電流の照射時間と、を含む第３の不純物注入条件のもとで、第２導電型の不純物を上記開口部８ｃからイオン注入法を用いて注入し、その後、アニール処理して引き出し部４を形成する。そしてこの後、シリコン熱酸化膜５ｃの表面であって開口部８ｃを含む領域に電極６を形成する。この場合、電極６は、開口部８ｃを介して引き出し部４と電気的に接続するように形成される。さらに、基体１の他の表面に電極７を形成する。以上によりホトダイオード１０が形成される。
【００４１】
ここで、第３の不純物注入条件を用いて注入する第３の不純物濃度プロファイルを図５（ｆ）に示す。図５（ｆ）に示すプロファイルは、基体１の表面に垂直な引き出し部４を含む断面に対する不純物濃度プロファイルである。図５（ｆ）に示すように、第３の不純物注入条件を用いて注入される不純物濃度は、基体１内における引き出し部４の形成領域に対応した範囲内（基体１の表面から図中符号Ａ３に示す例えば０．７〜１．２μｍ程度の深さに至るまでの範囲内）で例えば１０１９ｃｍ−３程度の略一定値Ｂ３をとる。値Ｂ３は、上記した値Ｂ２と略同一である。この第３の不純物濃度プロファイルによれば、引き出し部４は、高濃度層３と略同一であって低濃度埋込層２よりも高い不純物濃度で、基体１の表面から高濃度層３に至るまでの領域に形成される。
【００４２】
なお、本発明は、上記した本実施形態に係るホトダイオード１０、ホトダイオードアレイ２１〜２４および分光器３０や、ホトダイオード１０の製造方法に限らず、その詳細構成や詳細動作、そして詳細な製造工程については変更可能である。例えば、低濃度埋込層２は、平面状の複数の高濃度層が互いに略平行となって低濃度埋込層２の内部に埋め込まれたものであっても良い。また、低濃度埋込層２の平面形状については、上記した矩形状に限らず、例えば、細長い楕円形など、他の形状であっても良い。
【００４３】
＜ホトダイオードに係る変形例＞
また、ホトダイオード１０に替えて、図６〜図８に示すホトダイオード１０ａ〜１０ｃを用いてもよい。ここで、図６（ａ）は、本実施形態に係る第１の変形例としてのホトダイオードを示す平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢印方向の断面構造を示す図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すＩＶ−ＩＶ矢印方向の断面構造を示す図である。
【００４４】
そして、図７（ａ）は、本実施形態に係る第２の変形例としてのホトダイオードを示す平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＶ−Ｖ矢印方向の断面構造を示す図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すＶＩ−ＶＩ矢印方向の断面構造を示す図である。そして、図８（ａ）は、本実施形態に係る第３の変形例としてのホトダイオードを示す平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＶＩＩ−ＶＩＩ矢印方向の断面構造を示す図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢印方向の断面構造を示す図である。
【００４５】
まず、図６に示すホトダイオード１０ａは、平面視で、低濃度埋込層２の略中央において長辺方向に伸びる一本の線状領域を有する形に高濃度層３ａが形成されたものであり、この点を除けば、本実施形態に係るホトダイオード１０と同様の構成となっている。また、図７に示すホトダイオード１０ｂは、平面視で、低濃度埋込層２の二つの長辺の各々に沿って伸びる二本の線状領域を有する形に高濃度層３ｂが形成されたものであり、この点を除けば、本実施形態に係るホトダイオード１０と同様の構成となっている。また、図８に示すホトダイオード１０ｃは、平面視で、低濃度埋込層２の二つの長辺の各々に沿って伸びる二本の線状領域と、低濃度埋込層２の略中央において長辺方向に伸びる一本の線状領域と、を含む形に高濃度層３ｃが形成されたものであり、この点を除けば、本実施形態に係るホトダイオード１０と同様の構成となっている。
【００４６】
したがって、上記ホトダイオード１０ａ〜１０ｃによれば、高濃度層３ａ〜３ｃが一〜三本の長辺方向に伸びる線状領域を有する形に形成されるため、低濃度埋込層２の内部において高濃度層３ａが占める領域が、上記したホトダイオード１０の高濃度層３が占める領域に比較して縮小化される。このため、低濃度埋込層２の内部における空乏層が占める領域がホトダイオード１０の場合に比較して拡大化されるので、広い波長領域にわたってより高い光感度が実現できる。さらに、ホトダイオード１０ｂ，１０ｃについては、高濃度層３ｂ、３ｃがそれぞれ二本、三本の線状領域を有する形に各々形成されるため、ホトダイオード１０ａの場合に比較して、高濃度層３ａを介して移動するキャリアが多くなる。これにより、広い波長領域に対して高い光感度を保持しつつ、より速い光応答速度が実現できる。
【００４７】
なお、上記した線状領域の数は、一〜三本に限らず、四本以上であってもよい。特に、この線状領域の断面径を小さく設定すれば、低濃度埋込層２内における全線状領域の占める容積、すなわち高濃度層の占める容積を増加させることなく、より多数の線状領域を設けることも可能である。このような多数の線状領域を低濃度埋込層２の内部に均等に設けることにより、低濃度埋込層２内の空乏層で発生するキャリア電荷が、高濃度層３にさらに到達し易くなる。このため、より速い光応答速度が実現できる。
【００４８】
また、図１１に示すように、本発明に係るホトダイオードは、基体１の表面（基体１とシリコン熱酸化膜５との界面近傍）に高濃度層３が形成され、さらに、この高濃度層３の下層側であって、この高濃度層３に接合した状態で低濃度埋込層２が形成された構成であっても良い。ここで、図１１は、ホトダイオードの断面を表している。このような構成であっても、基体１の表面には高濃度不純物を含有する高濃度層３が形成されているため、基体１の表面近傍における暗電流発生領域に空乏層Ａが形成されず、このため、暗電流の増大化が抑制可能となる。この場合、広い波長領域の入射光に対する感度向上を図るため、高濃度層３の厚みをできるだけ薄くして、空乏層（この場合、低濃度埋込層２の内部に形成される空乏層）を、シリコン熱酸化膜５との界面にできるだけ近づけるように形成するのが好ましい。
【００４９】
＜製造方法に係る第１の変形例＞
また、上記したホトダイオード１０の製造方法に替えて、図９、図１０に示す他の二つの製造方法の何れかを用いても良い。図９（ａ）〜（ｆ）は、ホトダイオードの製造方法に係る第１の変形例を説明するための図であり、図１０（ａ）〜（ｄ）は、第２の変形例を説明するための図である。なお、図９（ａ）〜（ｄ）と、図１０（ａ）〜（ｄ）とは、何れも、ホトダイオードの断面を表している。
【００５０】
まず、図９（ａ）〜（ｆ）に基づいて、ホトダイオードの製造方法に係る第１の変形例について説明する。図９（ａ）に示すように、基板層１ａの表面にシリコン熱酸化膜５ａを形成し、このシリコン熱酸化膜５ａに対し、エッチング等の方法によって低濃度埋込層２ａ（形成途中の低濃度埋込層２を表している）の形成予定領域に対応する開口部８ａを形成し、そして、熱拡散法またはイオン注入法を用いて、低濃度埋込層２ａを基板層１ａの表面に形成する。ここで基板層１ａは、基体１を構成するものであって、基体１と同じ導電型で同濃度の不純物を含有するシリコン層である。低濃度埋込層２をイオン注入法によって形成する場合には、低濃度埋込層２ａの形状、形成位置および不純物濃度を特定するための、不純物の注入エネルギーと、不純物のビーム電流と、このビーム電流の照射時間と、を含む第４の不純物注入条件のもとで、第２導電型の不純物を上記開口部８ａからイオン注入法を用いて注入し、その後、アニール処理して低濃度埋込層２ａを形成する。その後、シリコン熱酸化膜５ａを除去する。
【００５１】
ここで、第４の不純物注入条件を用いて注入する第４の不純物濃度プロファイルを図９（ｅ）に示す。図９（ｅ）に示す不純物濃度プロファイルは、基体１の表面に垂直な低濃度埋込層２ａを含む断面に対する不純物濃度プロファイルである。図９（ｅ）に示すように、第４の不純物注入条件を用いて注入される不純物濃度は、基板層１ａ内における低濃度埋込層２ａの形成領域に対応した範囲内（基板層１ａの表面から例えば０．５μｍ程度の深さＡ４に至るまでの範囲内）で上記した略一定値Ｂ１をとる。この第４の不純物濃度プロファイルによれば、低濃度埋込層２ａは、基板層１ａの表面から深さＡ４に至るまでの領域に形成される。
【００５２】
次に、図９（ｂ）に示すように、基板層１ａの表面にシリコン熱酸化膜５ｂを新たに形成し、このシリコン熱酸化膜５ｂに対し、エッチング等の方法によって高濃度層３ｄ（形成途中の高濃度層３を表している）の形成予定領域に対応する開口部８ｂを形成し、そして、熱拡散法またはイオン注入法を用いて、低濃度埋込層２ａの表面に高濃度層３ｄを形成する。高濃度層３ｄをイオン注入法によって形成する場合には、上記したホトダイオード１０の製造工程の場合と同様に、高濃度層３ｄの形状、形成位置および不純物濃度を特定するための、不純物の注入エネルギーと、不純物のビーム電流と、このビーム電流の照射時間と、を含む第５の不純物注入条件のもとで、第２導電型の不純物を上記開口部８ｂからイオン注入法を用いて注入し、その後、アニール処理して高濃度層３ｄを形成する。その後、シリコン熱酸化膜５ｂを除去する。
【００５３】
ここで、第５の不純物注入条件を用いて注入する第５の不純物濃度プロファイルを図９（ｆ）に示す。図９（ｆ）に示すプロファイルは、基体１の表面に垂直な高濃度層３ｄを含む断面に対する不純物濃度プロファイルである。図９（ｆ）に示すように、第５の不純物注入条件を用いて注入される不純物濃度は、低濃度埋込層２ａ内における高濃度層３ｄの形成領域に対応した範囲内（低濃度埋込層２ａの表面から例えば０．２μｍ程度の深さＡ５に至るまでの範囲内）で上記した略一定値Ｂ２をとる。この第５の不純物濃度プロファイルによれば、高濃度層３ｄは、低濃度埋込層２ａよりも高い不純物濃度で低濃度埋込層２ａの内部に形成される。
【００５４】
次に、図９（ｃ）に示すように、基板層１ａの表面にエピタキシャル成長させて、基板層１ａと同じ導電型で同濃度の不純物を含有するエピタキシャル層１ｂを形成するとともに、このエピタキシャル層の形成過程において、上記図９（ａ），（ｂ）を用いて説明したイオン注入法を繰り返し用いることにより、低濃度埋込層２と、その内部に埋め込まれる高濃度層３とを形成する。そして、基板層１ａと、このエピタキシャル層１ｂとによって基体１が構成される。その後、上記した本実施形態に係るホトダイオード１０の製造方法と同様にして（図５（ｃ），（ｆ）を参照）、図９（ｄ）に示すように引き出し部４を形成し、さらに、電極６，７を形成する。以上によりホトダイオード１０が形成される。
【００５５】
＜製造方法に係る第２の変形例＞
次に、図１０（ａ）〜（ｄ）に基づいて、ホトダイオードの製造方法に係る第２の変形例について説明する。まず、上記した第１の変形例の場合と同様にして（図９（ａ），（ｅ）を参照）、図１０（ａ）に示すように、基板層１ａの表面に低濃度埋込層２ａを形成する。次に、基板層１ａの表面にエピタキシャル成長させて、基板層１ａと同じ導電型で同濃度の不純物を含有するエピタキシャル層１ｂを形成するとともに、このエピタキシャル層の形成過程において、上記図９（ａ）を用いて説明したイオン注入法を繰り返し用いることにより低濃度埋込層２を形成する。そして、基板層１ａとエピタキシャル層１ｂとによって基体１が構成される。
【００５６】
次に、上記したホトダイオード１０の製造方法と同様にして（図５（ｂ），（ｅ）を参照）、図１０（ｃ）に示すように低濃度埋込層２の内部に高濃度層３を形成し、その後、シリコン熱酸化膜５ｂを除去する。そして、上記したホトダイオード１０の製造方法と同様にして（図５（ｃ），（ｆ）を参照）、図１０（ｄ）に示すように引き出し部４を形成し、さらに、電極６，７を形成する。以上によりホトダイオード１０が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態に係るホトダイオードを示す図である。
【図２】本実施形態に係るホトダイオードに形成される空乏層の様子を説明するための図である。
【図３】本実施形態に係るホトダイオードアレイを示す平面図である。
【図４】本実施形態に係る分光器を示す斜視図である。
【図５】本実施形態に係るホトダイオードの製造方法を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係るホトダイオードの変形例を示す図である。
【図７】本実施形態に係るホトダイオードの変形例を示す図である。
【図８】本実施形態に係るホトダイオードの変形例を示す図である。
【図９】本実施形態に係るホトダイオードの製造方法の変形例を説明するための図である。
【図１０】本実施形態に係るホトダイオードの製造方法の変形例を説明するための図である
【図１１】本実施形態に係るホトダイオードの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…基体、１ａ…基板層、１ｂ…エピタキシャル層、２，２ａ…低濃度埋込層、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…高濃度層、４…引き出し部、５，５ａ〜５ｃ…シリコン熱酸化膜、６，７…電極、１０，１０ａ〜１０ｃ…ホトダイオード、２０ａ…基板、２０ｂ…シフトレジスタ、２０ｃ…読出し回路、２０ｄ…ワイヤ、２１〜２４…ホトダイオードアレイ、３０…分光器、３１…光ファイバ、３２…入射部、３３…回折格子部、３４…ミラー、３５…基台、３６…光検出手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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