(57)【要約】【課題】短波長における光電変換効率を改善する。【解決手段】フォトダイオードＰＤは、受光領域１４に照射された光に応じた光電流を生成する。Ｐ型の低濃度アノード領域１２は、Ｐ型半導体基板２に形成される。Ｎ型の低濃度カソード領域１０は、低濃度アノード領域１２の上層に、受光領域１４をカバーするように形成される。Ｎ型の高濃度カソードコンタクト領域１６は、低濃度カソード領域１０の表層であって受光領域１４より外側の領域に形成される。アノードコンタクト領域２０は、高濃度カソードコンタクト領域１６よりも外側の領域に、フォトダイオードＰＤの表層から低濃度アノード領域１２に達する深さまで形成される。高濃度カソード領域２４は、低濃度カソード領域１０の表層に、高濃度カソードコンタクト領域１６から受光領域１４の中心に延びる方向に形成される。【選択図】図２
2012019014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光領域に照射された光に応じた光電流を生成するフォトダイオードであって、
第１導電性の半導体基板と、
前記半導体基板に形成された第１導電性の低濃度アノード領域と、
前記低濃度アノード領域の上層に、前記受光領域をカバーするように形成された第２導電性の低濃度カソード領域と、
前記低濃度カソード領域の表層であって前記受光領域より外側の領域に形成された第２導電性の高濃度カソードコンタクト領域と、
前記高濃度カソードコンタクト領域の上層に形成されたカソード電極と、
前記高濃度カソードコンタクト領域よりも外側の領域に、前記フォトダイオードの表層から前記低濃度アノード領域に達する深さまで形成された、第１導電性のアノードコンタクト領域と、
前記アノードコンタクト領域の上層に形成されたアノード電極と、
前記低濃度カソード領域の表層に、前記高濃度カソードコンタクト領域から前記受光領域の中心に延びる方向に形成された第２導電性の高濃度カソード領域と、
を備えることを特徴とするフォトダイオード。
【請求項２】
前記高濃度カソード領域は、光ビームの照射領域の範囲外にのみ形成されることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項３】
前記高濃度カソード領域は、光ビームの照射領域の内側に到達することを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項４】
前記カソードコンタクト領域は多角形の辺に沿って形成され、
前記高濃度カソード領域は、前記多角形の各頂点から前記受光領域の中心に向かって対角線に沿って形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフォトダイオード。
【請求項５】
前記カソードコンタクト領域は多角形の辺に沿って形成され、
前記高濃度カソード領域は、前記多角形の各辺上の一点から前記受光領域の中心に向かって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフォトダイオード。
【請求項６】
複数の前記高濃度カソード領域は、前記多角形の中心で接することを特徴とする請求項４または５に記載のフォトダイオード。
【請求項７】
前記多角形は、四角形であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載のフォトダイオード。
【請求項８】
前記多角形は、八角形であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載のフォトダイオード。
【請求項９】
前記フォトダイオードは、前記受光領域の中心を通る線によってｎ分割（ｎは２以上の整数）して形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフォトダイオード。
【請求項１０】
第１入力端子にバイアス電圧が印加された演算増幅器と、
前記演算増幅器の第２入力端子と固定電圧端子の間に設けられた請求項１から９のいずれかに記載のフォトダイオードと、
前記演算増幅器の第２入力端子と出力端子の間に設けられた抵抗と、
を備えることを特徴とする受光回路。
【請求項１１】
光ディスクに光ビームを照射するレーザ光源と、
前記光ディスクから反射する前記光ビームを受光する請求項１から９のいずれかに記載のフォトダイオードと、
を備えることを特徴とするディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクからデータを読み出すために、フォトダイオードが利用される。図１（ａ）、（ｂ）は、一般的なフォトダイオードの断面図および平面図である。フォトダイオードＰＤは縦型構造を有し、表層付近に形成されたカソード領域１０と、カソード領域１０の下側に形成されたアノード領域１２を備える。光が照射される受光領域が符号１４で示される。カソード領域１０の最上層には、受光領域１４全体にわたり、Ｎ＋のカソードコンタクト領域１６が形成され、カソードコンタクト領域１６の上面に、受光領域１４の外周に沿ってカソード電極１８が形成される。受光領域１４のさらに外側には、Ｐ＋のアノードコンタクト領域２０が形成され、その上部にはアノード電極２２が形成される。カソード領域１０とアノード領域１２の境界付近には空乏層が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８３７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえばＢｌｕ−ｒａｙ規格では、４００ｎｍ付近の青色レーザが利用されるが、図１（ａ）のフォトダイオードは、その表面から空乏層までの距離が遠いため、短波長の光は、空乏層に到達する前にＮ＋層で吸収される。Ｎ＋層で発生した光電子はただちに再結合し、光電流に寄与しないため、短波長における光電変換効率が低くなる。
【０００５】
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、短波長における光電変換効率を改善したフォトダイオードの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、受光領域に照射された光に応じた光電流を生成するフォトダイオードに関する。このフォトダイオードは、第１導電性の半導体基板と、半導体基板に形成された第１導電性の低濃度アノード領域と、低濃度アノード領域の上層に、受光領域をカバーするように形成された第２導電性の低濃度カソード領域と、低濃度カソード領域の表層であって受光領域より外側の領域に形成された第２導電性の高濃度カソードコンタクト領域と、高濃度カソードコンタクト領域の上層に形成されたカソード電極と、高濃度カソードコンタクト領域よりも外側の領域に、フォトダイオードの表層から低濃度アノード領域に達する深さまで形成された、第１導電性のアノードコンタクト領域と、アノードコンタクト領域の上層に形成されたアノード電極と、低濃度カソード領域の表層に、高濃度カソードコンタクト領域から受光領域の中心に延びる方向に形成された第２導電性の高濃度カソード領域と、を備える。
【０００７】
この態様では、高濃度のカソード領域が、受光領域全体にわたって形成されず、部分的に形成されるため、短波長光が空乏層に到達することができ、光電変換効率を改善することができる。また、高濃度カソード領域が、受光領域の中心に延びる方向で形成されるため、受光領域の広範囲にわたり均一なバイアスを与え、それにより空乏層を厚く保つことができ、寄生容量を低減することができる。また、高濃度カソード領域を設けることにより、寄生抵抗を低減できる。
【０００８】
高濃度カソード領域は、光ビームの照射領域の範囲外にのみ形成されてもよい。この場合、高濃度カソード領域によって光ビームが遮られないため、光電変換効率の低下を抑制できる。
【０００９】
高濃度カソード領域は、光ビームの照射領域の内側に到達してもよい。この場合、ビームの内側にまで広範囲にわたり均一なバイアスを与えることができ、寄生容量および寄生抵抗を低減できる。
【００１０】
カソードコンタクト領域は多角形の辺に沿って形成され、高濃度カソード領域は、多角形の各頂点から受光領域の中心に向かって対角線に沿って形成されてもよい。
【００１１】
カソードコンタクト領域は多角形の辺に沿って形成され、高濃度カソード領域は、多角形の各辺上の一点から受光領域の中心に向かって形成されてもよい。
【００１２】
複数の高濃度カソード領域は、多角形の中心で接してもよい。
【００１３】
多角形は、四角形であってもよい。この場合、レイアウトの効率が高くなる。
多角形は、八角形であってもよい。この場合、フォトダイオードの寄生容量を低減できる。
【００１４】
フォトダイオードは、受光領域の中心を通る線によってｎ分割（ｎは２以上の整数）して形成されてもよい。
【００１５】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のある態様によれば、光電変換効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、一般的なフォトダイオードの断面図および平面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るフォトダイオードの断面図および平面図を示す図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｈ）は、カソードコンタクト領域および高濃度カソード領域のパターンを示す平面図である。
【図４】実施の形態に係るフォトダイオードＰＤを用いた受光回路の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１９】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２０】
図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るフォトダイオードの断面図および平面図を示す。フォトダイオードＰＤは、第１導電性（ここではＰ型とする）半導体基板２上に形成され、縦型構造を有する。
【００２１】
Ｐ型半導体基板２最下層には、高濃度Ｐ型領域４が形成される。高濃度Ｐ型領域４の上層には、Ｐ型の低濃度アノード領域１２が形成される。低濃度アノード領域１２の上層には、受光領域１４をカバーするように第２導電性（Ｎ型）の低濃度カソード領域１０が形成される。
【００２２】
高濃度（Ｎ＋）カソードコンタクト領域１６は、低濃度カソード領域１０の表層であって、受光領域１４より外側の領域に形成される。カソード電極１８は、高濃度カソードコンタクト領域１６の上層に形成される。アノードコンタクト領域２０は、高濃度カソードコンタクト領域１６よりも外側の領域に、フォトダイオードＰＤの表層から低濃度アノード領域１２に達する深さまで形成される。アノード電極２２は、アノードコンタクト領域２０の上層に形成される。
【００２３】
カソードコンタクト領域１６に加えて、低濃度カソード領域１０の表層には、ストリップ状の高濃度（Ｎ＋）の高濃度カソード領域２４が形成される。高濃度カソード領域２４は、高濃度カソードコンタクト領域１６から受光領域１４の中心に延びる方向に形成される。
【００２４】
以上がフォトダイオードＰＤの基本構成である。図３（ａ）〜（ｈ）は、カソードコンタクト領域１６および高濃度カソード領域２４のパターンの例を示す平面図である。
図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、カソードコンタクト領域１６は多角形の辺に沿って形成される。図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）には四角形が、図３（ｃ）には、四角形の四隅を切り落とした八角形が示される。図３（ｃ）の形状とすると、フォトダイオードの寄生容量を低減することができる。なおカソードコンタクト領域１６の形状は、別の形状であってもよい。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｈ）には、光ビームが照射される領域ＢＭが示されている。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、高濃度カソード領域２４は、多角形の各頂点から、受光領域の中心、つまり領域ＢＭの中心に向かって対角線に沿って形成される。図３（ｄ）、（ｅ）では、高濃度カソード領域２４はそれぞれ、多角形の辺上の中点から、受光領域の中心に向かって形成される。
【００２６】
図３（ａ）、（ｄ）では、複数の高濃度カソード領域２４は、多角形の中心で接している。これにより、ビーム領域ＢＭ全体にわたり、均一なバイアスを与えることができる。
これに対して、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）では、高濃度カソード領域２４はビーム領域ＢＭを避けて形成される。この場合、ビームが高濃度カソード領域２４に遮られないため、光電変換効率を高めることができる。
【００２７】
図３（ｆ）〜（ｈ）は、図３（ａ）〜（ｃ）を、４分割した構成を示す。分割数は４には限定されず、フォトダイオードの形状に応じて分割すればよい。
【００２８】
以上がフォトダイオードＰＤの構造である。図４は、実施の形態に係るフォトダイオードＰＤを用いたディスク装置の構成を示す回路図である。ディスク装置２００は、レーザ光源２０２と、受光回路１００を備える。
レーザ光源２０２は、波長４００ｎｍの青色光をディスク２０４に照射する。青色光はディスク２０４により反射され、受光回路１００に入力される。受光回路１００は、反射光に応じた電圧Ｖｏｕｔを生成する。
【００２９】
受光回路１００は、フォトダイオードＰＤ、抵抗Ｒ１、演算増幅器３０、バイアス電圧源３２を備える。バイアス電圧源３２は、バイアス電圧ＶＲＥＦを生成する。演算増幅器３０の第１入力端子にはバイアス電圧ＶＲＥＦが入力される。演算増幅器３０の第２入力端子と接地端子の間には、アノードが接地端子となる向きでフォトダイオードＰＤが設けられる。抵抗Ｒ１は、演算増幅器３０の第２入力端子と出力端子の間に設けられる。
【００３０】
キャパシタＣｘは、フォトダイオードＰＤの並列寄生容量を、抵抗ＲｘはフォトダイオードＰＤの直列寄生抵抗を示す。寄生キャパシタＣｘおよび寄生抵抗Ｒｘは、受光回路１００の特性、特に応答速度を悪化させることに留意すべきである。
【００３１】
フォトダイオードＰＤには、受光量に応じた光電流ＩＰＨが流れる。その結果、受光回路１００の出力端子には、光電流ＩＰＨに応じた出力電圧Ｖｏｕｔが生ずる。
Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ＋ＩＰＨ×Ｒ１
【００３２】
続いて、実施の形態に係るフォトダイオードＰＤの利点を説明する。
【００３３】
実施の形態に係るフォトダイオードＰＤの利点は、以下の比較技術との対比によって明確となる。
１．  比較技術として、図１のフォトダイオードについて考察する。このフォトダイオードでは、上述のように、受光領域１４全体がＮ＋領域で覆われているため、空乏層がフォトダイオード表面まで広がらず、短波長光が空乏層に到達しにくくなるため、光電変換効率が悪化する。
これに対して、実施の形態に係るフォトダイオードＰＤによれば、高濃度カソード領域２４が、受光領域１４全体にわたって形成されるのではなく、部分的、局所的に形成されるため、高濃度カソード領域２４が無い領域では、空乏層がフォトダイオード表面付近まで形成されて、短波長光が空乏層に到達することができ、光電変換効率を改善することができる。
【００３４】
２．  比較技術として、高濃度カソード領域２４を設けないフォトダイオードについて考察する。このフォトダイオードでは、ビームの照射領域ＢＭの中心付近にはバイアス電圧ＶＲＥＦが印加されにくくなる。その結果、照射領域ＢＭの中心にいくに従い、空乏層の厚みが薄くなり、寄生容量Ｃｘが大きくなる。また、照射領域ＢＭの中心付近とカソードコンタクト領域１６の間のインピーダンス、つまり寄生抵抗Ｒｘが大きくなる。
【００３５】
これに対して実施の形態に係るフォトダイオードＰＤでは、高濃度カソード領域２４が、受光領域１４の中心に延びる方向で形成されるため、受光領域１４の広範囲にわたり均一なバイアスを与え、それにより空乏層を厚く保つことができ、寄生容量Ｃｘを低減することができる。また、高濃度カソード領域２４を設けることにより、寄生抵抗Ｒｘを低減できる。寄生容量Ｃｘ、寄生抵抗Ｒｘを低減することにより、受光回路１００の応答速度を改善することができる。
【００３６】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００３７】
実施の形態では、Ｐ型半導体基板上に形成されるフォトダイオードＰＤを説明したが、Ｎ型半導体基板上に形成してもよい。
【００３８】
実施の形態では、フォトダイオードＰＤの用途として、ディスク装置を説明したが、本発明はそれには限定されず、光通信をはじめとするさまざまな用途に利用できる。
【００３９】
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００４０】
ＰＤ…フォトダイオード、２…Ｐ型半導体基板、４…高濃度Ｐ型領域、１０…低濃度カソード領域、１２…低濃度アノード領域、１４…受光領域、１６…カソードコンタクト領域、１８…カソード電極、２０…アノードコンタクト領域、２２…アノード電極、２４…高濃度カソード領域、１００…受光回路、３０…演算増幅器、３２…バイアス電圧源、Ｒ１…抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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