(57)【要約】【課題】受光面積が大きく、容量が小さく、且つ動作速度が速い半導体受光素子を提供する。【解決手段】高抵抗Ｎ型半導体基板１の裏面側からＮ型拡散層２を形成し、表面側からＰ型拡散層３を形成し、Ｎ型拡散層２が半導体基板表面側まで拡散されていて、Ｐ型拡散層３が裏面側から拡散されたＮ型拡散層２と接合を形成している。この構成により、空乏層４の拡がりが抑えられ、空乏層４内の電界を大きくすることができ、速い動作速度を得ることができ、かつ受光素子の容量を小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高抵抗Ｎ型半導体基板の裏面側からＮ型拡散層を形成し、表面側からＰ型拡散層を形成して成る半導体受光素子において、
前記Ｎ型拡散層が半導体基板表面側まで拡散されていて、
前記Ｐ型拡散層が裏面側から拡散されたＮ型拡散層と接合を形成していることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
高抵抗Ｎ型半導体基板の裏面側からＮ型拡散層を形成し、表面側からＰ型拡散層を形成して成る半導体受光素子において、
前記Ｎ型拡散層が半導体基板表面側に現れるまで前記半導体基板の表面側を研磨し、
前記Ｐ型拡散層が裏面側から拡散されたＮ型拡散層と接合を形成していることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項３】
高抵抗Ｎ型半導体基板の裏面側からＮ型不純物を拡散する工程と、
裏面側から拡散されたＮ型拡散層が半導体基板表面側に現れるまで該半導体基板の表面側を研磨する工程と、
表面側から拡散されたＰ型拡散層と裏面側から拡散されたＮ型拡散層との接合を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体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、ＰＮ接合を用いた半導体受光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体受光素子としては、Ｐ型基板の表面側にＮ＋拡散層を、裏面側にＰ＋拡散層を形成したものが広く知られている（特許文献１参照）。また、基板の一面側にＮ＋拡散層とＰ＋拡散層とを形成したものも広く知られている（特許文献２参照）。ここでは、比較的、構造が簡単で少ない工程で製造可能な前者の構成について説明する。
【０００３】
この種の半導体受光素子を図４に示す。この半導体受光素子は、高抵抗Ｎ型半導体基板１０の一表面側にＰ型拡散層３を、もう一方の裏面側にＮ型拡散層２を形成した構造となっている。このＰＮ構造に逆バイアス電圧を印加すると、Ｐ型拡散層から空乏層が伸びる。この状態で、Ｐ型領域側から光が照射されると、光吸収により空乏層内に電子と正孔が生成され、これによりＰ，Ｎ型拡散層間に電圧が発生し、外部回路を通して電流が流れる。つまり、入射光は電気信号に変換されることになる。
【０００４】
図５は、図４のＩＩ−ＩＩ’線断面の不純物濃度を表している。高抵抗Ｎ型半導体基板の表面側からＰ型拡散層が、裏面側からＮ型拡散層が形成され、その間に挟まれた部分が元の高抵抗Ｎ型半導体基板となっている。
【特許文献１】特開平８−２１３６４２号公報
【特許文献２】米国特許第６３０３９６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、光通信に使用されるような半導体受光素子は、高速応答性つまり動作速度が速いことが求められる。また、ｌＣとの組み合わせ上、容量が小さいことも求められる。上述した図４、図５に示した半導体受光素子は、高抵抗Ｎ型半導体基板を用いることで、Ｐ型拡散層から空乏層が伸びやすいものになっている。ここに、空乏層が伸びる程、半導体受光素子の容量は小さくなる。他方、空乏層が伸びれば、空乏層内の電界強度は小さくなり、電子、正孔のドリフト速度は小さくなり、その結果、半導体受光素子の動作速度は遅くなってしまう。従って、半導体受光素子が同一受光面積、同一印加電圧である場合、容量を小さくすれば、空乏層を伸ばす必要があり、そのとき、電界強度は小さくなって動作時間は長くなる。そこで、動作時間を短くするには、電界強度を上げると共に空乏層の伸びは短くする必要があるが、その場合、容量は大きくなる。このように、容量と動作時間とは相反する関係にある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解消するものであり、受光面積を大きく、容量が小さく、かつ動作速度の速い半導体受光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述目的を達成するため、本発明は、高抵抗Ｎ型半導体基板の裏面側からＮ型拡散層を形成し、表面側からＰ型拡散層を形成して成る半導体受光素子において、前記Ｎ型拡散層が半導体基板表面側まで拡散されていて、前記Ｐ型拡散層が裏面側から拡散されたＮ型拡散層と接合を形成しているものである。
また、前記Ｎ型拡散層が半導体基板表面側に現れるまで前記半導体基板の表面側を研磨し、前記Ｐ型拡散層が裏面側から拡散されたＮ型拡散層と接合を形成するものとしてもよい。
また、本発明は、高抵抗Ｎ型半導体基板の裏面側からＮ型不純物を拡散する工程と、裏面側から拡散されたＮ型拡散層が半導体基板表面側に現れるまで該半導体基板の表面側を研磨する工程と、表面側から拡散されたＰ型拡散層と裏面側から拡散されたＮ型拡散層との接合を形成する工程と、を備えた半導体受光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体受光素子及びその製造方法によれば、空乏層の拡がりが抑えられ、空乏層内の電界を大きくすることができ、もって、速い動作速度を得ることができ、また、受光素子の容量を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る半導体受光素子について図面を参照して説明する。
図１は半導体受光素子を示す。半導体受光素子は、高抵抗Ｎ型半導体基板１（以下、基板という）の裏面側からＮ型不純物を拡散して拡散層２を形成し、同基板１の表面側からＰ型不純物を拡散してＰ型拡散層３を形成したものであり、Ｎ型拡散層２が基板１の表面側まで拡散されていて、Ｐ型拡散層３はＮ型拡散層２と接合を形成している。このＰ，Ｎ接合領域には、平衡状態においてＰ型拡散層３から伸びる空乏層４（破線で示す）が発生する。ここに、空乏層４は裏面側から拡散されたＮ型拡散層２に届くように、半導体基板１の高抵抗領域の寸法形状が設定されている。基板１の裏面側、及びＰ型拡散層３の表面側には、それぞれ電極５，６が形成される。
【００１０】
高抵抗Ｎ型半導体基板は、例えば、シリコン基板（ウエハ）にＮ型不純物としてアンチモン（Ｓｂ）、砒素（Ａｓ）等をドープしたものを用いればよい。Ｐ型不純物としては、ホウ素（Ｂ）を用いればよい。
【００１１】
図２は、図１のＩ−Ｉ’線断面の不純物濃度と空乏層を表したものである。空乏層４はＮ型拡散層２の不純物濃度の低い領域に位置する。このように構成された半導体受光素子に逆バイアスに電圧を印加すると、空乏層４は伸びるが、裏面から拡散されたＮ型拡散層２の不純物濃度の高い領域に達すると、拡がり難くなり、その結果、空乏層４内の電界は大きくなる。これにより、容量が小さくなると共に、空乏層４内を移動する電子、正孔の移動速度が速くなり、従って、受光素子の動作時間が速くなることになる。
【００１２】
図３（ａ）〜（ｄ）は半導体受光素子の製造方法の一実施形態による各工程を順に示している。同図（ａ）は高抵抗Ｎ型半導体基板１（ここでは、研磨前の状態を示している）の裏面側からＮ型不純物を拡散する工程、（ｂ）は裏面側から拡散されたＮ型拡散層２が半導体基板表面側に現れるまで半導体基板１の表面側を研磨する工程、（ｃ）は表面側からＰ型拡散層３を拡散し、これと裏面側から拡散されたＮ型拡散層２との接合を形成する工程、（ｄ）は電極５，６を構成する工程である。このような製造方法により、容易に所期の半導体受光素子を製造することができる。
【００１３】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、種々の変形が可能で、例えば、上記のような研磨工程を経ることなく、裏面側から拡散したＮ型拡散層２が半導体基板１の表面側に現れるように、Ｎ型拡散層２の不純物の拡散プロファイルを調整し、又は、高抵抗Ｎ型半導体基板１（ウエハ）の厚さを調整して製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体受光素子の断面図。
【図２】図１のＩ−Ｉ’線断面による不純物濃度と空乏層を表した図。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体受光素子の製造方法の各工程を示す図。
【図４】従来の半導体受光素子の断面図。
【図５】図４のＩＩ−ＩＩ’線断面による不純物濃度と空乏層を表した図。
【符号の説明】
【００１５】
１  高抵抗Ｎ型半導体基板
２  Ｎ型拡散層
３  Ｐ型拡散層
４  空乏層
【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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