(57)【要約】【課題】移動速度が遅い光キャリアを低減することにより応答速度を高速化した受光素子を提供すること。【解決手段】本発明の受光素子では、Ｎ＋型埋込拡散層６がＰ＋型埋込拡散層２の下に形成されていることにより、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置からＮ＋埋込拡散層６までの領域にて発生した光キャリアは、Ｐ＋型埋込拡散層２とＮ＋埋込拡散層６とのＰＮ接合による空乏層内に取り込まれ、フォトダイオードの出力に寄与することはない。【選択図】　図１
2004103668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の第１導電型半導体層と、該第１の第１導電型半導体層の一方の面上に設けられた第１の第２導電型半導体層と、該第１の第２導電型半導体層を貫通して該第１の第１導電型半導体層に達して、該第１の第２導電型半導体層を複数の第２導電型領域に分割するように形成された第１導電型領域とを備え、該第２導電型領域および該第１導電型領域を用いて信号光を電気信号として出力する受光素子であって、
該第１の第１導電型半導体層の他方の面上に設けられた第２の第１導電型半導体層と、
該第１の第１導電型半導体層に対向するように、該第２の第１導電型半導体層の一方の面上に設けられた第２の第２導電型半導体層と、
該第１の第１導電型半導体層に対向するように、該第２の第２導電型半導体層の一方の面上に設けられた酸化膜と、
該第１の第１導電型半導体層に対向するように、該酸化膜の一方の面上に設けられた第１導電型半導体基板と、
をさらに備える、受光素子。
【請求項２】
前記第２の第２導電型半導体基板の不純物濃度の最大値が前記第２の第１導電型半導体層の不純物濃度の最大値よりも高い、請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記第２の第２導電型半導体層に含まれる不純物がアンチモンである、請求項１に記載の受光素子。
【請求項４】
前記第２の第１導電型半導体層に含まれる不純物がボロンである、請求項１に記載の受光素子。
【請求項５】
前記酸化膜の膜厚は、該酸化膜と前記第２の第２導電型半導体層との界面に対する前記信号光の反射率を低減するように設定された、請求項１に記載の受光素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの記載の受光素子が前記電気信号を処理する信号処理回路が設けられた基板上に形成された、回路内蔵受光素子。
【請求項７】
（ａ）第１の第１導電型半導体層の一方の面上に、第２の第１導電型半導体層を形成し、該第２の第１導電型半導体層上に、第２の第２導電型半導体層を形成する工程と、
（ｂ）第１導電型半導体基板の一方の面上に酸化膜を形成する工程と、
（ｃ）該第２の第２導電型半導体層と該酸化膜とを貼り合わせる工程と、
（ｄ）該第１の第１導電型半導体層が所定の膜厚になるように該第１の第１導電型半導体層の他方の面を研磨する工程と、
（ｅ）第１導電型不純物を該第１の第１導電型半導体層の他方の面に注入して、該第１の第１導電型半導体層の他方の面を分割するように第１の第１導電型領域を形成する工程と、
（ｆ）該第１の第１導電型半導体層の他方の面上に第１の第２導電型半導体層を形成する工程と、
（ｇ）該第１導電型不純物を該第１の第２導電型半導体層から該第１の第１導電型領域に重畳するように注入して、該第１の第２導電型半導体層を分割するように第２の第１導電型領域を形成する工程と、
を包含する、受光素子を製造する方法。
【請求項８】
（ａ）工程は、前記第１の第１導電型半導体層の一方の面上に、低温エピタキシャル成長法により前記第２の第１導電型半導体層を形成し、該第２の第１導電型半導体層上に、低温エピタキシャル成長法により前記第２の第２導電型半導体層を形成する工程である、請求項７に記載の受光素子を製造する方法。
【請求項９】
（ａ）工程は、第２導電型不純物を前記第１の第１導電型半導体層の一方の面上から注入して、前記第２の第２導電型半導体層を該第１の第１導電型半導体内に形成し、第１導電型不純物を該第２の第２導電型半導体層が形成された該第１の第１導電型基板の一方の面上から注入して、該第２の第２導電型半導体層と該第１の第１導電型半導体層の他方の面との間に前記第２の第１導電型半導体層を形成する工程である、請求項７に記載の受光素子を製造する方法。
【請求項１０】
（ｂ）工程は、前記第１導電型半導体基板の一方の面上に、熱酸化により前記酸化膜を形成する工程である、請求項７に記載の受光素子を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ−Ｒ／ＲＷおよびＤＶＤ−Ｒ／ＲＷとして用いられる書き込み／書き換え型の光ディスクにデータを書き込みおよび読み出しを行う光ディスク装置の光ピックアップに使用される受光素子および回路内蔵受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＴ関連技術の発展に伴って、アナログデータである音声データおよび画像データがデジタル化されて用いられることが多くなっており、日常生活においても、デジタルデータは、デジタルカメラ、デジタルムービー、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、地上波デジタル放送等の需要が拡大することによって様々な形で用いられ、日常生活において用いられるデジタルデータの大容量化がさらに進んでいる。また、デジタルデータを保存するメディアとしては、ＣＤ−Ｒ／ＲＷおよびＤＶＤ−Ｒとして用いられる光ディスクが現在広く普及しており、光ディスクを用いることにより取り扱われるデジタルデータの容量がますます増大する傾向にある。このような状況において、光ディスクの書き込み速度および読み出し速度を高速化しようとする要求は、非常に高まっている。
【０００３】
光ディスクへのデータの書き込みおよび読み出しを実行する光ディスク装置に用いられる光ピックアップには、受光素子としてフォトダイオードが使用されており、光ディスクへのデータの書き込み速度および読み出し速度を高速化するためには、受光素子であるフォトダイオードの動作を高速化させる必要がなる。
【０００４】
通常、フォトダイオードの応答速度は、フォトダイオードの空乏層内に発生する光キャリアの減衰時間と、空乏層外に発生する光キャリアが空乏層端まで拡散する拡散時間とによって決定される。したがって、フォトダイオードの動作を高速化させるためには、ＣＲ時定数を小さく、光キャリアの拡散時間を小さくする必要がある。フォトダイオードの空乏層内で発生する光キャリアの減衰時間は、フォトダイオードのＰＮ接合の空乏層容量（Ｃ）とアノード部およびカソード部の直列抵抗（Ｒ）との積により決まるＣＲ時定数により規定される。
【０００５】
光ディスクのデータを読み出す場合、光ディスク装置では、通常、数μＷ程度の小光量のレーザ光が光ディスク表面に照射され、照射されたレーザー光が光ディスク表面で反射される。光ディスク表面にて反射されたレーザ光が光ディスク表面に記録されたピット（データ）により変調されてパルス光となり、このパルス光が信号光として光ピックアップの受光素子であるフォトダイオードに入射され、データ信号として検出される。一般に、光ディスクのデータを読み出す場合のフォトダイオードの応答速度は、空乏層内で発生する光キャリアが減衰する減衰時間により決定され、空乏層外で発生するキャリアの拡散時間は、フォトダイオードの応答速度に対してほとんど影響がない。
【０００６】
光ディスクにデータを書き込む場合、光ディスク装置では、通常、数百μＷの大光量のレーザ光が光ディスク表面に照射され、照射されたレーザー光が、光ディスクの記録面の色素に相変化等を生じさせて光ディスクの記録面の光の反射率を変化させるとともに、光ディスク表面で反射され、反射されたレーザ光が信号光として光ピックアップの受光素子であるフォトダイオードに入射され、データ信号として検出される。その後、小光量のレーザー光が光ディスク表面に照射され、反射されたレーザ光が光ディスク表面に記録されたピットにより変調されてパルス光となり、このパルス光が光ピックアップの受光素子であるフォトダイオードに信号光として入射され、光ディスクの記録面に書き込まれたデータの位置が所定の位置であるか否かを判断するアドレス信号として検出される。このように、光ディスクにデータを書き込む場合には、光ディスクに対して大光量のレーザー光と小光量のレーザー光とを交互に照射することによって光ディスクにデータが書き込まれる。なお、大光量のレーザー光による信号光と小光量のレーザー光による信号光との光量比は約１００：１である。
【０００７】
このような大光量のレーザー光による信号光と小光量のレーザー光による信号光との光量比により、フォトダイオードは、大光量のレーザー光によって発生した光キャリアの濃度がフォトダイオード内で１％以上である場合、大光量のレーザー光によって発生した光キャリアと区別できず、従ってアドレス信号を検出できないおそれがある。フォトダイオードにより小光量のレーザー光によって発生した光キャリアを検出できるようになるのは、大光量のレーザー光によって発生した光キャリアの濃度がフォトダイオード内で１％程度に低減している必要がある。したがって、光ディスクにデータを書き込む場合のフォトダイオードの応答速度は、大光量のレーザー光によるデータ信号がフォトダイオードの空乏層内外にて発生させた光キャリアの濃度が１％程度になるまでの減衰時間によって大きく影響される。
【０００８】
受光素子として用いられるフォトダイオードには、通常、所定の厚さの（高比抵抗）Ｉ層を有するＰＩＮ型フォトダイオードが用いられる。このＰＩＮ型フォトダイオードでは、ＰＮ接合の容量が低減されることにより、空乏層内に発生する光キャリアの減衰時間が短縮される一方で、入射光の進入長に対し空乏層が十分に広がっているために、ＰＩＮ型フォトダイオード内のほとんどの光キャリアが空乏層内で発生して、空乏層外における光キャリアの発生が減少し、これにより空乏層外の光キャリアによるＰＩＮ型フォトダイオードの応答速度への影響が低減される。さらに、このＰＩＮ型フォトダイオードでは、空乏層外の不純物濃度を高くすることにより素子内の抵抗を低減し、空乏層外で発生する光キャリアが空乏層端まで拡散する拡散時間を低減して、光キャリア全体の拡散時間を短縮している。このようなＰＩＮ型フォトダイオードを受光素子として用いることにより、光ディスクへのデータの書き込み速度および読み出し速度の高速化が可能になる。
【０００９】
受光素子としてＰＩＮ型フォトダイオードを用いる場合には、ほとんどの光キャリアが空乏層内で発生し、直ちに検出される。しかし、ＰＩＮ型フォトダイオードの空乏層外の深部で発生した残りの光キャリアは、拡散により空乏層外の深部から空乏層端に達するまで検出されないために、光ディスクにデータを書き込む場合のフォトダイオードの応答は、空乏層外の深部で発生した一部の光キャリアが空乏層端まで拡散する拡散時間に依存する。
【００１０】
したがって、光ディスクへのデータの書き込み速度を高速化しようとする場合、光ディスクの受光素子であるフォトダイオードの空乏層外の深部で発生した一部の光キャリアが空乏層端まで拡散する拡散時間の短縮化が問題となる。
【００１１】
従来のフォトダイオードとしては、空乏層外の深部で発生した一部の光キャリアが空乏層端まで拡散する拡散時間の短縮化するフォトダイオードが特開２００１−７７４０１号公報（特許文献１）開示されている。
【００１２】
図５（ａ）は、特許文献１に開示された受光素子であるフォトダイオードの概略構成を説明する断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＷ−Ｗ’線に沿ったフォトダイオードの不純物濃度分布図である。図５（ｂ）の縦軸は、フォトダイオードの深さを示し、図５（ｂ）の横軸は、不純物濃度を示す。
【００１３】
特許文献１に記載されたフォトダイオードは、Ｐ型半導体基板７上に形成されており、Ｐ型半導体基板７上には、Ｐ型半導体基板７より不純物濃度の高いＰ＋型埋込拡散層２が設けられている。Ｐ型半導体基板７上に設けられたＰ＋型埋込拡散層２上には、Ｐ型半導体基板７よりも不純物濃度の低い高比抵抗Ｐ−型半導体層３が設けられ、高比抵抗Ｐ−型半導体層３上には、Ｎ型半導体層４が設けられている。高比抵抗Ｐ−型半導体層３とＮ型半導体層４との界面およびその近傍領域には、Ｐ＋型埋込分離拡散層１２が高比抵抗Ｐ−型半導体層３とＮ型半導体層４との界面およびその近傍領域を複数の領域に分割するように設けられ、Ｎ型半導体層４の表面からＰ＋型埋込分離拡散層１２に達するように、Ｐ＋型分離拡散層１１が形成されている。特許文献１に記載されたフォトダイオードの空乏層は、高比抵抗Ｐ−型半導体層３とＮ型半導体層４とのＰＮ接合に形成されている。
【００１４】
次に、フォトダイオードの製造方法を簡単に説明する。ボロンの塗布拡散により、Ｐ型半導体基板７（例えば４０Ωｃｍ）の平坦な表面上にＰ＋型埋込拡散層２を形成する。Ｐ＋型埋込拡散層２を形成した後、エピタキシャル成長法により、Ｐ＋型埋込拡散層２上に高比抵抗Ｐ−型半導体層３（例えば２００Ωｃｍ）を成長させる。Ｐ＋型埋込拡散層２上にＰ−型半導体層を成長させ、高比抵抗Ｐ−型半導体層３を形成する過程においては、Ｐ型半導体基板７表面に形成された埋込拡散層２中のボロンが拡散効果により高比抵抗Ｐ−型半導体層３に這い上がる。高比抵抗Ｐ−型半導体層３を成長させるエピタキシャル成長法は、約１２００℃という高温で行われ、この高温の影響により、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度分布は、ほぼガウシアン分布になる。その後、イオン注入により、一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２を高比抵抗Ｐ−型半導体層３の所定の位置に形成する。一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２を形成した後、エピタキシャル成長法によりＮ型半導体層４を高比抵抗Ｐ−型半導体層３上に形成する。その後、一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２に対応するＮ型半導体層４の表面部分にイオン注入等をすることにより、一対のＰ＋型分離拡散層１１を一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２に達するように形成する。
【００１５】
図５（ｂ）に示すように、Ｎ型半導体層４の不純物濃度分布は、Ｎ型半導体層４の表面から高比抵抗高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面まで均一であり、高比抵抗Ｐ−型半導体層３における不純物濃度分布は、高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面からＰ＋型埋込拡散層２との界面近傍まで均一である。Ｐ＋型埋込拡散層２における不純物濃度の分布は、高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面近傍からＰ型半導体基板７との界面近傍にわたって、高比抵抗Ｐ−型半導体層３の不純物濃度より高く設定されており、上に凸型の放物線を描くようなガウシアン分布である。さらに、Ｐ＋型埋込拡散層２の下に設けられているＰ型半導体基板７の不純物濃度は、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度より低く、高比抵抗Ｐ−型半導体層３の不純物濃度より高く、Ｐ＋型埋込拡散層２との界面から深さ方向に沿ってほぼ均一である。
【００１６】
フォトダイオードがこのような不純物濃度分布を有することにより、フォトダイオードのＮ型半導体層４の表面上に光が照射されると、Ｎ型半導体層４と高比抵抗Ｐ−型半導体層３とのＰＮ接合に形成された空乏層外で発生した光キャリアは、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置を境にして、ピーク位置よりＮ型半導体層４側で発生した光キャリアと、ピーク位置よりＰ型半導体基板７側で発生した光キャリアとに分けられる。ピーク位置よりＮ型半導体層４側で発生した光キャリアは、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度勾配により生じる内蔵電界によって加速されるために空乏層内に取り込まれる。ピーク位置よりＰ型半導体基板７側で発生した光キャリアは、光キャリアが発生した位置とＰ＋型埋込拡散層２との電位差が光キャリアに対してポテンシャルバリアとして働くために、ＰＮ接合の空乏層端部まで拡散できずに再結合して消滅する。空乏層外の深部であるＰ型半導体基板７の内部で発生する光キャリアは、空乏層端まで拡散する前に再結合により消滅して、その数が低減する。これにより、特許文献１に開示されたフォトダイオードは、空乏層外の深部で発生した一部の光キャリアが空乏層端まで拡散する拡散時間を短縮化し、データを書き込む場合のフォトダイオードの応答速度の低下を防止することができる。
【００１７】
しかし、図５（ｂ）に示すように、Ｐ＋型埋込拡散層２のピーク位置近傍の不純物濃度勾配は、Ｐ＋型埋込拡散層２の残りの部分の内蔵電界と比較すると、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度分布が不純物の拡散により形成されることにより相対的に小さい。これにより、この不純物濃度勾配により形成されるＰ＋型埋込拡散層２のピーク位置近傍の内蔵電界も、Ｐ＋型埋込拡散層２の残りの部分の内蔵電界と比較すると、相対的に小さくなる。
【００１８】
図６は、図５（ａ）および（ｂ）に示された特許文献１に開示されたフォトダイオードのバンドダイアグラムを示す。図６の縦軸は、エネルギーを示し（Ｅｃは、伝導エネルギー、Ｅｆは、フェルミエネルギー、Ｅｖは、価電子エネルギーをそれぞれ示す）、図６の横軸は、フォトダイオードの深さを示す。
【００１９】
図６に示すように、特許文献１に開示されたフォトダイオードにおいては、Ｎ型半導体層４と高比抵抗Ｐ−型半導体層３とのＰＮ接合による空乏層内で発生した光キャリアＡは、空乏層内の内蔵電界によりアノード電極およびカソード電極に向かって加速され、高速移動して出力される。
【００２０】
Ｎ型半導体層４と高比抵抗Ｐ−型半導体層３とのＰＮ接合による空乏層の外の深部で発生した光キャリアについては、ピーク位置よりＮ型半導体層４側の表面側に生じた光キャリアＢは、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度勾配による電界に加速されて高速に移動する。
【００２１】
しかしながら、Ｐ＋埋込拡散層２のピーク位置近傍においては、Ｐ＋埋込拡散層２のピーク位置近傍の不純物濃度勾配が緩やかなために、内蔵電界は、Ｐ＋埋込拡散層２の残りの領域で生じる内蔵電界よりも弱くなる。これにより、Ｐ＋埋込拡散層２のピーク位置近傍で発生した光キャリアＣは、光キャリアＡおよびＢよりも移動速度が遅くなる。
【００２２】
このようにＰ＋埋込拡散層２のピーク位置近傍にて発生した光キャリアＣの移動速度が、Ｐ＋埋込拡散層２の残りの領域で発生した光キャリアＡおよびＢと比較すると相対的に小さいことにより、特許文献１のフォトダイオードの応答速度が結果的に低下してしまうおそれがある。
【００２３】
また、Ｐ＋埋込拡散層２にて光キャリアをより加速するようにＰ＋型埋込拡散層２の内臓電界を増大させるフォトダイオードが特開２０００−１５０８４２号公報（特許文献２）に開示されている。
【００２４】
図７（ａ）は、特許文献２に開示されたフォトダイオードの概略構成を説明する断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のｅ−ｅ’線に沿ったフォトダイオードの不純物濃度分布図である。図７（ｂ）の縦軸は、フォトダイオードの深さを示し、図７（ｂ）の横軸は、不純物濃度を示す。
【００２５】
特許文献２に記載されたフォトダイオードは、Ｐ型半導体基板７上に形成されており、Ｐ型半導体基板７上には、所望の厚さを有するＳｉＯ２膜等の酸化膜１が形成されている。酸化膜１が形成されたＰ型半導体基板７上には、全体にわたって、Ｐ型半導体基板７上より不純物濃度の高いＰ＋型埋込拡散層２が設けられている。Ｐ型半導体基板７上に設けられたＰ＋型埋込拡散層２上には、Ｐ型半導体基板７よりも不純物濃度の低い高比抵抗の高比抵抗Ｐ−型半導体層３が設けられ、高比抵抗Ｐ−型半導体層３上には、Ｎ型半導体層４が設けられている。高比抵抗Ｐ−型半導体層３とＮ型半導体層４との界面およびその近傍領域には、一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２が設けられており、この一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２に達するように、一対のＰ＋型分離拡散層１１がＮ型半導体層４の表面から形成されている。これら一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２および一対のＰ＋型分離拡散層１１の下方には、酸化膜１が設けられている。
【００２６】
次に、フォトダイオードの製造方法を簡単に説明する。Ｐ型半導体基板７の平坦な表面上に長方形の島状のＳｉＯ２膜等の酸化膜１を形成するとともに、高比抵抗の高比抵抗Ｐ−型半導体層３（例えば１０００Ωｃｍ）上に、ボロンの塗布拡散によってＰ＋型埋込拡散層２を形成する。その後、酸化膜１を形成されたＰ型半導体基板７とＰ＋型埋込拡散層２を形成された高比抵抗Ｐ−型半導体層３とを貼り合わせて、ＳＯＩ構造を形成する。ＳＯＩ構造を形成した後、ＳＯＩ構造の一方の面である高比抵抗Ｐ−型半導体層３の表面を研磨して、高比抵抗Ｐ−型半導体層３を所望の厚さにし、その後、高比抵抗Ｐ−型半導体層３の表面の所定位置にイオン注入することによりＰ＋型埋込分離拡散層１２を形成する。高比抵抗Ｐ−型半導体層３上に一対のＰ＋型埋込分離拡散層１２を形成した後、高比抵抗Ｐ−型半導体層３上にＮ型半導体層４を形成し、Ｎ型半導体層４の表面にイオン注入等をすることにより、一対のＰ＋型埋込拡散層１２に達するように一対のＰ＋型分離拡散層１１を形成する。
【００２７】
図７（ｂ）に示すように、Ｎ型半導体層４の不純物濃度は、Ｎ型半導体層４の表面から高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面まで放物線状に減少しており、高比抵抗Ｐ−型半導体層３における不純物濃度は、高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面近傍にて一旦増加してからは、ほぼ均一になっている。Ｐ＋型埋込拡散層２における不純物濃度は、Ｐ＋型埋込拡散層２のほぼ中間点まで放物線状に増加しており、この中間点近傍から酸化膜１に至るまでの不純物濃度は、ほぼ均一になっている。さらに、酸化膜１の下に設けられているＰ型半導体基板７の不純物濃度は、Ｐ＋型埋込拡散層２の最大濃度とほぼ同じである。
【００２８】
特許文献２のフォトダイオードにおいて、高比抵抗Ｐ−型半導体層３と酸化膜１とのほぼ中間点までのＰ＋型埋込拡散層２の不純物濃度勾配は、特許文献１のフォトダイオードのＰ＋型埋込拡散層２の不純物濃度勾配と比較すると、相対的に大きくなっている。これは、特許文献２のフォトダイオードを製造する場合、酸化膜１を形成されたＰ型半導体基板７とＰ＋型埋込拡散層２を形成された高比抵抗Ｐ−型半導体層３とを貼り合わせることで、不純物濃度分布をガウシアン分布にするようなエピタキシャル成長法等の高温プロセスが不要となるためである。
【００２９】
【特許文献１】
特開２００１−７７４０１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５０８４２号公報
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＯＩ構造の形成プロセスにおいて、一般的なエピタキシャル成長法のような温度１２００℃での高温プロセスは、必要とされないが、約１１００℃での高温プロセスがやはり必要となる。Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度勾配は、Ｐ＋型埋込拡散層２と酸化膜１との界面に近づくにつれて緩やかになり、Ｐ＋型埋込拡散層２のほぼ中間点近傍（すなわち、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置近傍）から酸化膜１との界面までの不純物濃度は、ほぼ均一になっている。したがって、特許文献２のフォトダイオードでは、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置近傍に発生する光キャリアの移動をさらに高速化することはできず、上述したような問題を解決することはできない。
【００３１】
本発明は、このような問題を解決するものであり、応答速度を高速化した受光素子を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の受光素子は、第１の第１導電型半導体層と、上記第１の第１導電型半導体層の一方の面上に設けられた第１の第２導電型半導体層と、上記第１の第２導電型半導体層を貫通して上記第１の第１導電型半導体層に達して、上記第１の第２導電型半導体層を複数の第２導電型領域に分割するように形成された第１導電型領域とを備え、上記第２導電型領域および上記第１導電型領域を用いて信号光を電気信号として出力する受光素子であって、上記第１の第１導電型半導体層の他方の面上に設けられた第２の第１導電型半導体層と、上記第１の第１導電型半導体層に対向するように、上記第２の第１導電型半導体層の一方の面上に設けられた第２の第２導電型半導体層と、上記第１の第１導電型半導体層に対向するように、上記第２の第２導電型半導体層の一方の面上に設けられた酸化膜と、上記第１の第１導電型半導体層に対向するように、上記酸化膜の一方の面上に設けられた第１導電型半導体基板と、をさらに備える。
【００３３】
上記第２の第２導電型半導体基板の不純物濃度の最大値が上記第２の第１導電型半導体層の不純物濃度の最大値よりも高い。
【００３４】
上記第２の第２導電型半導体層に含まれる不純物がアンチモンである。
【００３５】
上記第２の第１導電型半導体層に含まれる不純物がボロンである。
【００３６】
上記酸化膜の厚みは、上記酸化膜と上記第２の第２導電型半導体層との界面に対する前記信号光の反射率を低減するように設定されている。
【００３７】
本発明の受光素子は、上記電気信号を処理する信号処理回路が設けられた基板上に形成されている。
【００３８】
本発明の受光素子の製造方法は、（ａ）第１の第１導電型半導体層の一方の面上に、第２の第１導電型半導体層を形成し、上記第２の第１導電型半導体層上に、第２の第２導電型半導体層を形成する工程と、（ｂ）第１導電型半導体基板の一方の面上に酸化膜を形成する工程と、（ｃ）上記第２の第２導電型半導体層と上記酸化膜とを貼り合わせる工程と、（ｄ）上記第１の第１導電型半導体層が所定の厚みになるように上記第１の第１導電型半導体層の他方の面を研磨する工程と、（ｅ）第１導電型不純物を上記第１の第１導電型半導体層の他方の面に注入して、上記第１の第１導電型半導体層の他方の面を分割するように第１の第１導電型領域を形成する工程と、（ｆ）上記第１の第１導電型半導体層の他方の面上に第１の第２導電型半導体層を形成する工程と、（ｇ）上記第１導電型不純物を上記第１の第２導電型半導体層から上記第１の第１導電型領域に重畳するように注入して、上記第１の第２導電型半導体層を分割するように第２の第１導電型領域を形成する工程と、を包含する。
【００３９】
（ａ）工程は、上記第１の第１導電型半導体層の一方の面上に、低温エピタキシャル成長法により上記第２の第１導電型半導体層を形成し、上記第２の第１導電型半導体層上に、低温エピタキシャル成長法により上記第２の第２導電型半導体層を形成する工程である。
【００４０】
（ａ）工程は、第２導電型不純物を上記第１の第１導電型半導体層の一方の面上から注入して、上記第２の第２導電型半導体層を上記第１の第１導電型半導体内に形成し、第１導電型不純物を上記第２の第２導電型半導体層が形成された上記第１の第１導電型基板の一方の面上から注入して、上記第２の第２導電型半導体層と上記第１の第１導電型半導体層の他方の面との間に上記第２の第１導電型半導体層を形成する工程である。
【００４１】
（ｂ）工程は、上記第１導電型半導体基板の一方の面上に、熱酸化により上記酸化膜を形成する工程である。
【００４２】
本発明の受光素子では、Ｎ＋型埋込拡散層をＰ＋型埋込拡散層の下に形成することにより、Ｐ＋型埋込拡散層の不純物濃度のピーク位置からＮ＋埋込拡散層までの領域にて発生した光キャリアをＰ＋型埋込拡散層とＮ＋埋込拡散層との空乏層内に取り込むことができる。
【００４３】
このように、本発明は、応答速度の低下の原因となる光キャリアを低減することにより応答速度を高速化する受光素子およびその製造方法を提供することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４５】
図１（ａ）は、それぞれ、本発明の１実施形態である受光素子として光ピックアップにて使用されるフォトダイオードの概略構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿ったフォトダイオードの不純物濃度分布図である。図１（ｂ）の縦軸は、フォトダイオードの深さを示し、図１（ｂ）の横軸は、不純物濃度を示す。なお、図１（ａ）においては、アノード電極、カソード電極、各信号配線および表面保護絶縁膜が省略されている。
【００４６】
この光ピックアップは、光ディスクへのデータの書き込みおよび読み出しを実行するために光ディスク装置に用いられており、光ピックアップの受光素子としてフォトダイオードが使用されている。光ディスクへのデータの書き込み速度および読み出し速度を高速化するためには、受光素子であるフォトダイオードの動作の高速化が必要になる。
【００４７】
光ディスクのデータを読み出す場合、光ディスク装置では、通常、数μＷ程度の小光量のレーザ光が光ディスク表面に照射され、照射されたレーザー光が光ディスク表面で反射される。光ディスク表面にて反射されたレーザ光が光ディスク表面に記録されたピットにより変調されてパルス光となり、このパルス光が信号光として光ピックアップの受光素子であるフォトダイオードに入射され、アドレス信号として検出される。
【００４８】
光ディスクにデータを書き込む場合、光ディスク装置では、通常、数百μＷの大光量のレーザ光が光ディスク表面に照射され、照射されたレーザー光が、光ディスクの記録面の色素に相変化等を生じさせて光ディスクの記録面の光の反射率を変化させるとともに、光ディスク表面で反射され、反射されたレーザ光が信号光として光ピックアップの受光素子であるフォトダイオードに入射される。その後、小光量のレーザー光が光ディスク表面に照射され、照射されたレーザ光が光ディスク表面の記録面により変調されてパルス光となり、このパルス光が光ピックアップの受光素子であるフォトダイオードに信号光として入射され、光ディスクの記録面に書き込まれたデータの位置が所定の位置であるか否かを判断するアドレス信号として検出される。このように、光ディスクにデータを書き込む場合には、光ディスクに対して大光量のレーザー光と小光量のレーザー光とを交互に照射することによって光ディスクにデータが書き込まれる。
【００４９】
図１（ａ）に示されるフォトダイオードは、Ｐ型半導体基板７上に形成されており、Ｐ型半導体基板７上には、ＳｉＯ２膜等の酸化膜１が形成され、酸化膜１上には、Ｐ型半導体基板７よりも不純物濃度の高いＮ＋型埋込拡散層６が設けられている。Ｎ＋型埋込拡散層６上には、Ｐ型半導体基板７より不純物濃度の高いＰ＋型埋込拡散層２が設けられている。Ｎ＋型埋込拡散層６上に設けられたＰ＋型埋込拡散層２上には、Ｐ型半導体基板７よりも不純物濃度の低い高比抵抗Ｐ−型半導体層３が設けられ、高比抵抗Ｐ−型半導体層３上には、Ｎ型半導体層４が設けられている。高比抵抗Ｐ−型半導体層３の上端部には、高比抵抗Ｐ−型半導体層３を複数の領域に分離するようにＰ＋型埋込分離拡散層１２が設けられている。さらに、Ｎ型半導体層４からＰ＋型埋込分離拡散層１２に達するように、Ｐ＋型分離拡散層１１が形成されている。このように形成されたＰ＋型分離拡散層１１には、アノード電極（図示せず）が接続され、Ｎ型半導体層４には、カソード電極（図示せず）が接続されている。
【００５０】
このフォトダイオードでは、Ｎ＋型埋込拡散層６がＰ＋型埋込拡散層２の下に形成されていることにより、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置からＮ＋埋込拡散層６までの領域にて発生した光キャリアは、Ｐ＋型埋込拡散層２とＮ＋埋込拡散層６とのＰＮ接合による空乏層内に取り込まれ、フォトダイオードの出力に寄与することはない。なお、Ｎ＋型埋込拡散層６は、アノード電極およびカソード電極に電気的に結合されておらず、Ｎ＋型埋込拡散層６の電位が固定されていない。
【００５１】
図１（ｂ）に示すように、Ｎ型半導体層４の不純物濃度分布は、Ｎ型半導体層４の表面から高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面まで均一であり、高比抵抗Ｐ−型半導体層３における不純物濃度分布は、高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面からＰ＋型埋込拡散層２との界面近傍まで均一である。Ｐ＋型埋込拡散層２における不純物濃度の分布は、高比抵抗Ｐ−型半導体層３との界面近傍からＰ型半導体基板７との界面近傍にわたって、高比抵抗Ｐ−型半導体層３の不純物濃度より高く設定されており、所定の位置にピークを有するような上に凸型の放物線状になっている。このＰ＋型埋込拡散層２における不純物濃度の分布により、ピーク位置よりＮ型半導体層４側の表面側に内蔵電界が生じる。この不純物濃度のピークは、従来のフォトダイオードの不純物濃度のピークよりも鋭いために、ピーク位置よりＮ型半導体層４側の表面側に生じた内蔵電界は、従来のフォトダイオードの内蔵電界よりも大きくなる。
【００５２】
Ｐ＋型埋込拡散層２の下に設けられているＮ＋型埋込拡散層６の不純物濃度は、Ｐ＋型埋込拡散層２との界面から増加しているが、Ｎ＋型埋込拡散層６の下に設けられている酸化膜１が不純物の拡散を遮るために、このＮ＋型埋込拡散層６の厚さは非常に薄くなっている。
【００５３】
酸化膜１の下層であるＰ型半導体基板７の不純物濃度は、Ｎ＋型埋込拡散層６の不純物濃度より低く、高比抵抗Ｐ−型半導体層３の不純物濃度より高く、Ｐ＋型埋込拡散層２との界面から深さ方向に沿ってほぼ均一である。
【００５４】
図２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示された本発明の１実施形態であるフォトダイオードのバンドダイアグラムを示す。図２の縦軸は、エネルギーを示し（Ｅｃは、伝導エネルギー、Ｅｆは、フェルミエネルギー、Ｅｖは、価電子エネルギーをそれぞれ示す）、図２の横軸は、フォトダイオードの深さを示す。
【００５５】
このフォトダイオードにおいては、Ｎ型半導体層４と高比抵抗Ｐ−型半導体層３とのＰＮ接合による空乏層内で発生した光キャリアＡは、空乏層内の内蔵電界によりＮ型半導体層４に向かって加速され、高速移動して出力される。
【００５６】
Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置よりＮ型半導体層４側の表面側に生じた光キャリアＢは、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度勾配による電界によりＮ型半導体層４に向かって加速されて、高速移動して出力される。
【００５７】
Ｐ＋埋込拡散層２のピーク近傍で発生した光キャリアＣは、Ｐ＋埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置から基板内部側にＮ＋埋込拡散層６までの領域では、Ｐ＋埋込拡散層２とＮ＋埋込拡散層６とのＰＮ接合により強い内蔵電界が生じており、この強い内蔵電界により加速され、Ｎ＋埋込拡散層６に取り込まれる。Ｎ＋埋込拡散層６に取り込まれた光キャリアＣは、Ｎ＋埋込拡散層６とフォトダイオードとが電気的に結合されていないことにより、フォトダイオードの応答特性に寄与することなく、再結合により消滅する。これにより、Ｐ＋埋込拡散層２のピーク近傍で発生する光キャリアＣによるフォトダイオードの応答特性低下を防ぐことができる。
【００５８】
しかし、光ディスクにデータを書き込む動作をさらに高速化するために、データ書き込みに使用されるレーザの光出力を上げると、フォトダイオード内では、より絶対数の多い光キャリアがＰ＋埋込拡散層２とＮ＋埋込拡散層６とのＰＮ接合による空乏層の内部およびＮ＋埋込拡散層６にて発生し、この発生した光キャリアがＮ＋埋込拡散層６に蓄積する。Ｎ＋埋込拡散層６に蓄積した光キャリアによりＮ＋埋込拡散層６の電位が持ち上がり、その結果、フォトダイオード内部で、Ｎ＋埋込拡散層６をエミッタとし、Ｐ＋埋込拡散層２および高比抵抗Ｐ−半導体層３をベースとし、Ｎ型半導体層４をコレクタとした寄生ＮＰＮトランジスタが動作する。このフォトダイオード内の寄生ＮＰＮトランジスタは、フォトダイオードの応答特性を著しく低下させるおそれがある。このフォトダイオード内の寄生トランジスタ動作は、Ｎ＋埋込拡散層６に蓄積された光キャリアが再結合により消滅するまで持続する。
【００５９】
図３（ａ）は、酸化膜１が形成されていないことを除けば、図１のフォトダイオードと同一の構成であるフォトダイオードの応答特性のシミュレーション結果を示した図である。図３（ａ）の縦軸は、光量を変えて、フォトダイオードに波長７８０ｎｍの光を入射させた場合のフォトダイオードの出力比を示し、図３（ａ）の横軸は、光の入射を止めてからの経過時間を示す（単位は、ｎｓである）。
【００６０】
図３（ａ）に示されるように、フォトダイオードに入射された光量が大きい６．０ｍＷおよび７．２ｍＷの場合のフォトダイオードの出力が１％まで減少するまでの時間は、光量が小さい１．２ｍＷおよび３．６ｍＷの場合のフォトダイオードの出力が１％まで減少するまでの時間より長く、これによりフォトダイオードの応答特性が入射光量の増大により低下することがわかる。
【００６１】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のフォトダイオードに信号光を入射する時点（光ＯＮ）および信号光の入射を停止した時点（光ＯＦＦ）のフォトダイオード断面に沿った電位分布を示す。図３（ｂ）の縦軸は、電位を示し（単位は、ボルトである）、図３（ｂ）の横軸は、フォトダイオードの深さ（単位は、マイクロメートル）を示す。
【００６２】
図３（ｂ）に示されるように、図３（ａ）のフォトダイオードのＮ＋型埋込拡散層６（Ｎ＋領域）においては、光の入射を停止した時点（光ＯＦＦ）の電位は、入射光によりフォトダイオードに発生した光キャリアがＮ＋埋込拡散層６に蓄積しているために、フォトダイオードに信号光を入射した時点（光ＯＮ）の電位より高い。信号光の入射を停止した時点（光ＯＦＦ）の電位は、フォトダイオードに信号光を入射することを停止してからＮ＋型埋込拡散層６に蓄積したキャリアが再結合により消滅するまでの間、維持される。これにより、Ｎ＋埋込拡散層６（Ｎ＋領域）から、Ｐ＋埋込拡散層２（Ｐ＋領域）および高比抵抗Ｐ−半導体層３（Ｐ−領域）に光キャリアが注入され、Ｎ型半導体層４（Ｎ領域）を通して電流が長時間にわたって流れ続ける。すなわち、Ｎ＋埋込拡散層６をエミッタとし、Ｐ＋埋込拡散層２および高比抵抗Ｐ−半導体層３をベースとし、Ｎ型半導体層４をコレクタとした寄生ＮＰＮトランジスタが動作し、その結果、フォトダイオードの応答特性が低下する。
【００６３】
しかし、本発明のフォトダイオードにおいては、Ｎ＋埋込拡散層６の下に酸化膜１を設けることにより、Ｎ＋埋込拡散層６の不純物がＰ型半導体基板７内に拡散することを防ぐとともに、Ｎ＋埋込拡散層６の厚さを非常に薄くすることにより、フォトダイオードに入射された信号光がＮ＋埋込拡散層６に吸収されずに、Ｎ＋埋込拡散層６の下層である酸化膜１に入射する。酸化膜１に入射した光は、酸化膜１を透過し、酸化膜１の下層であるＰ型半導体基板７に入射する。Ｐ型半導体基板７に入射された信号光は、Ｐ型半導体基板７にて光キャリアＤを発生させる。Ｐ型半導体基板７に発生した光キャリアＤは、再結合により消滅するまで存在しているが、Ｐ型半導体基板７がフォトダイオードと電気的に接続されていないために、フォトダイオード内に寄生ＮＰＮトランジスタが生じることなく、これによりフォトダイオードの応答特性の低下を防ぐことができる。
【００６４】
以下に、図１（ａ）に示す本発明のフォトダイオードの製造方法を簡単に説明する。
【００６５】
まず、高比抵抗Ｐ−半導体基板の一方の面上に、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上の高濃度のＮ型不純物を拡散させ、これにより、Ｎ＋埋込拡散層６を形成する。その後、高比抵抗Ｐ−半導体基板内に形成されたＮ＋埋込拡散層６の下に、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上のＰ型不純物を拡散させ、これにより、Ｎ＋埋込拡散層６の下にＰ型埋込拡散層２を形成する。なお、高比抵抗Ｐ−半導体基板のＰ型不純物が拡散していないＰ型埋込拡散層２の下層部分を高比抵抗Ｐ−半導体層３とする。
【００６６】
このように高比抵抗Ｐ−半導体基板内にＮ＋埋込拡散層６およびＰ型埋込拡散層２を形成する一方で、Ｐ型半導体基板７の一方の表面上に酸化膜１を形成する。その後、Ｐ型半導体基板７に形成された酸化膜１と、高比抵抗Ｐ−半導体基板内に形成されたＮ＋埋込拡散層６とを貼り合わせ、その後、高比抵抗Ｐ−半導体基板が所定の厚さになるように高比抵抗Ｐ−半導体層３を研磨により薄くする。
【００６７】
高比抵抗Ｐ−半導体層３を研磨した後、高比抵抗Ｐ−半導体層３側の面にＰ型不純物を拡散することにより、高比抵抗Ｐ−半導体層３を複数の領域に分離するＰ型埋込分離拡散層１２を形成する。その後、Ｐ型埋込分離拡散層１２が形成されたＰ−半導体層３上に、エピタキシャル成長法により、Ｎ型半導体層４を形成する。Ｐ−半導体層３上にＮ型半導体層４を形成した後、Ｎ型半導体層４の表面からＰ型埋込分離拡散層１２に重畳するようにＰ＋型分離拡散層１１を形成する。
【００６８】
なお、Ｎ＋埋込拡散層６の不純物濃度は、Ｐ＋埋込拡散層２の不純物濃度よりも高いことが望ましく、これにより、Ｎ＋埋込拡散層６とＰ＋埋込拡散層２との接合ＰＮ接合を形成することができるとともに、Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置近傍の電位勾配を大きくすることができる。Ｐ＋型埋込拡散層２の不純物濃度のピーク位置近傍の電位勾配を大きくすることにより、Ｐ＋埋込拡散層２の電位のピーク位置近傍にて発生した光キャリアを高速移動させることができ、フォトダイオードの応答速度の低下を防ぐことができる。
【００６９】
また、Ｎ＋埋込拡散層６のＮ型不純物は、Ｓｂ（アンチモン）であることが好ましい。拡散係数が低いアンチモンをＮ＋埋込拡散層６のＮ型不純物を用いることにより、Ｎ＋埋込拡散層６の不純物濃度勾配を大きくし、Ｎ＋埋込拡散層６の幅を小さくすることができる。これにより、光キャリアがＮ＋埋込拡散層６にて発生し、Ｎ＋埋込拡散層６に蓄積することを防止し、フォトダイオード内にて寄生ＮＰＮトランジスタの動作を引き起こすＮ＋埋込拡散層６の電位の上昇を防ぐことができ、フォトダイオードの応答速度の低下を防ぐことができる。
【００７０】
また、Ｐ＋埋込拡散層２のＰ型不純物は、Ｂ（ボロン）であることが好ましい。Ｐ＋埋込拡散層２のＰ型不純物として、アンチモンより拡散係数の大きいボロンを用いると、埋込アンチモンおよび埋込ボロンを拡散させた高比抵抗Ｐ−半導体基板とＰ型半導体基板７とを貼り合わせた時に生じる熱拡散により、ボロンがアンチモンより多く高比抵抗Ｐ−半導体基板に拡散され、高比抵抗Ｐ−半導体基板を所定の構造にすることができる。
【００７１】
図４は、光ディスク（ＣＤ−Ｒ／ＲＷ）にデータを書き込む場合の本発明のフォトダイオードの酸化膜１の膜厚に対するＮ＋埋込拡散層６と酸化膜１との界面の反射率の変化を示す図である。図４の縦軸は、Ｎ＋埋込拡散層６と酸化膜１との界面の反射率（％）を示しており、図４の横軸は、酸化膜１の膜厚（ｎｍ）を示している。なお、本発明のフォトダイオードに入射する信号光としては、λ＝７８０ｎｍの光を用いており、酸化膜１上に形成された半導体層（Ｎ型半導体層４、高比抵抗Ｐ−半導体層３、Ｐ＋埋込拡散層２およびＮ＋埋込拡散層６）の厚さは１７ｕｍとしている。
【００７２】
Ｎ＋埋込拡散層６と酸化膜１との界面での信号光に対する反射率は、酸化膜１の膜厚が０．０ｎｍから１４０．０ｎｍ近傍までの範囲内で逓増し、ほぼ１４０．０ｎｍにて極大（約６５％）となる。さらに、Ｎ＋埋込拡散層６と酸化膜１との界面の反射率は、１４０．０近傍から２７５．０ｎｍ近傍までの範囲で逓減し、ほぼ２７５．０ｎｍにて極小（２．５％）になり、２７５．０ｎｍ近傍から再度逓増している。
【００７３】
したがって、Ｎ＋埋込拡散層６と酸化膜１との界面の信号光に対する反射率が極小（２．５％）にするように酸化膜１の厚さを２７５．０ｎｍにすることにより、Ｎ＋埋込拡散層６と酸化膜１との界面に入射される信号光によるＮ＋埋込拡散層６内の光キャリアの発生が低減し、Ｎ＋埋込拡散層６の電位が光キャリアの蓄積により上昇することを防ぐことができる。これにより、上述したようにフォトダイオード内の寄生トランジスタの動作によるフォトダイオードの応答速度低下を防ぐことができる。
【００７４】
しかし、Ｎ＋埋込拡散層６と酸化膜１との界面での信号光に対する反射率が極小（２．５％）となるように酸化膜１の膜厚を２７５．０ｎｍにしようとしても、形成された酸化膜１の膜厚に、例えば±２５．０ｎｍの誤差があると、その反射率は１０％に増加し、フォトダイオード内の寄生トランジスタの動作によるフォトダイオードの応答速度の低下が生じるおそれがある。
【００７５】
このような酸化膜１の膜厚の誤差によるフォトダイオードの応答速度の低下を防ぐために、酸化膜１は、形成された酸化膜の膜厚の誤差が少ない熱酸化により形成することが望ましい。
【００７６】
また、酸化膜１を有するＳＯＩ構造は、貼り合わせ法により作製されることが好ましい。一般に、ＳＯＩ構造の作製方法は、「貼り合わせ法」および「ＳＩＭＯＸ」の２種類に大別できる。
【００７７】
貼り合わせ法によりＳＯＩ構造を作製する場合、上述したように、酸化膜１を有するＰ型半導体基板７と、Ｎ＋埋込拡散層６およびＰ＋埋込拡散層２を有する高比抵抗Ｐ−半導体基板とを貼り合わせることにより、図１（ａ）に示されような構造を形成する。
【００７８】
他方で、ＳＩＭＯＸによりＳＯＩ構造を作製する場合、Ｐ型半導体基板７に高エネルギー（例えば１８０ｋｅＶ）かつ高ドーズ（例えば４×１０１７ｃｍ−２）の酸素イオンを注入し、高温（例えば１３５０度）の熱処理を加えることにより酸化膜１を形成する。このように作製したＳＩＭＯＸ基板の表面にＮ＋埋込拡散層６およびＰ＋埋込拡散層２を順次に形成した後に、エピタキシャル成長等により、Ｐ＋埋込拡散層２上に高比抵抗Ｐ−半導体層３を形成し、図１（ａ）に示されような構造を形成する。
【００７９】
このように、貼り合わせ法によりＳＯＩ構造を形成する方法では、ＳＩＭＯＸによりＳＯＩ構造を形成する方法より必要な工程数が少ないために、貼り合わせ法を用いてＳＯＩ構造を形成することにより、フォトダイオードの作製期間を大幅に短縮できる。これによりコストを抑えて本発明のフォトダイオードを形成することができる。
【００８０】
また、貼り合わせ法によりＳＯＩ構造を形成する方法では、Ｐ型半導体基板７に酸化膜１を形成する工程と高比抵抗Ｐ−半導体基板内にＮ＋埋込拡散層６およびＰ＋埋込拡散層２を形成する工程とを同時進行させることができるが、ＳＩＭＯＸによりＳＯＩ構造を形成する方法では、Ｐ型半導体基板７上に順次に各半導体層を形成する必要がある。したがって、貼り合わせ法を用いてＳＯＩ構造を形成することにより、フォトダイオードの作製期間をより短縮することができる。
【００８１】
しかし、約１１００度の高温プロセスが必要である貼り合わせ法を用いると、高比抵抗Ｐ−半導体基板内に形成されたＰ＋埋込拡散層２の不純物であるボロンは、１１００度の熱プロセスにより大きく拡散し、これによりＰ＋埋込拡散層２の不純物濃度勾配が緩やかになる。この緩やかなＰ＋埋込拡散層２の不純物濃度勾配により生じるドリフト電界の強度は小さく、このドリフト電界に加速される光キャリアＢ（図２）の移動速度が小さくなることにより、フォトダイオードの応答速度が低下するおそれがある。
【００８２】
このようなフォトダイオードの応答速度の低下を防ぐために、低温エピタキシャル成長法によりＰ＋埋込拡散層２およびＮ＋埋込拡散層６を順次に高比抵抗Ｐ−半導体基板に積層することが望ましい。例えば、Ｐ型半導体基板７に酸化膜１を形成した後、プロセス温度を数百度に抑えることができる低温エピタキシャル成長により高比抵抗Ｐ−半導体基板にＮ＋埋込拡散層６およびＰ＋埋込拡散層２を順次に積層することにより、Ｐ＋埋込拡散層２の不純物の熱拡散を防止することができる。これにより、光キャリアＢに作用するＰ＋型埋込拡散層２の内蔵電界がより大きくなり、フォトダイオードの応答速度をさらに高速化することができる。なお、低温エピタキシャル法として、ＵＨＶ−ＣＶＤ（超高真空化学気相堆積法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、プラズマ励起ＣＶＤ、光励起ＣＶＤプロセス、および、リモートプラズマ励起ＣＶＤ法等が用いられる。
【００８３】
また、本発明のフォトダイオードを半導体基板上に形成するとともに、本発明のフォトダイオードが形成されていない半導体基板上の残りの領域に、半導体基板上に形成された本発明のフォトダイオードにより検出された信号を処理する信号処理回路（図示せず）を形成することができる。
【００８４】
また、本発明のフォトダイオードを構成する各層の導電型は、Ｐ型とＮ型とを逆にしてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の受光素子では、Ｎ＋型埋込拡散層をＰ＋型埋込拡散層の下に形成することにより、Ｐ＋型埋込拡散層の不純物濃度のピーク位置からＮ＋埋込拡散層までの領域にて発生した光キャリアをＰ＋型埋込拡散層とＮ＋埋込拡散層との空乏層内に取り込むことができる。
【００８６】
このように、本発明は、応答速度の低下の原因となる光キャリアを低減することにより応答速度を高速化する受光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の１実施形態である受光素子として光ピックアップに使用されるフォトダイオードの概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿ったフォトダイオードの不純物濃度分布図である。
【図２】図２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示された本発明の１実施形態であるフォトダイオードのバンドダイアグラムを示す図である。
【図３】（ａ）は、酸化膜１が形成されていないことを除けば、図１に示される本発明の１実施形態であるフォトダイオードと同一の構成であるフォトダイオードの応答特性のシミュレーション結果を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）のフォトダイオードに信号光を入射する時点（光ＯＮ）および信号光の入射を停止した時点（光ＯＦＦ）のフォトダイオード断面に沿った電位分布図を示す。
【図４】光ディスク（ＣＤ−Ｒ／ＲＷ）にデータを書き込む場合の本発明のフォトダイオードの酸化膜１の膜厚に対するＮ＋埋込拡散層と酸化膜との界面の反射率の変化を示す図である。
【図５】（ａ）は、従来のフォトダイオードの概略構成を説明する断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＷ−Ｗ’線に沿った従来のフォトダイオードの不純物濃度分布図である。
【図６】図６は、図５（ａ）および（ｂ）に示された従来のフォトダイオードのバンドダイアグラムを示す図である。
【図７】（ａ）は、従来のフォトダイオードの概略構成を説明する断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｅ−ｅ’線に沿ったフォトダイオードの不純物濃度分布図である。
【符号の説明】
１　酸化膜
２　Ｐ＋埋込拡散層
３　高比抵抗Ｐ−半導体層
４　Ｎ型半導体層
６　Ｎ＋埋込拡散層
７　Ｐ型半導体基板
１１　Ｐ＋分離埋込拡散層
１２　Ｐ＋分離拡散層
【図１】
2004103668.tif 000003
【図２】
2004103668.tif 000004
【図３】
2004103668.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004103668.tif 000007
【図６】
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【図７】
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