(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に、複数の受光部が設けられた受光素子において、
上記複数の受光部と、この複数の受光部の間の部分との上に、３層以上の光透過性膜を設け、隣接する上記光透過性膜の材料が互いに異なり、
最も上記受光部側の上記光透過性膜は、上記複数の受光部の上面全面および上記受光部の間の部分の上面の全てに接触しており、
上記受光部は、青色レーザ光を受光し、
上記複数の光透過性膜のうちの上記受光部に最も近い光透過性膜はシリコン酸化膜であり、このシリコン酸化膜の厚みは１０ｎｍ以上であることを特徴とする受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の受光素子において、
１つの上記光透過性膜はシリコン酸化膜であり、もう１つの上記光透過性膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする受光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の受光素子において、
１つの上記光透過性膜は、チタン酸化膜であることを特徴とする受光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の受光素子と、この受光素子の複数の受光部からの信号を処理する信号処理回路とを、同一の半導体基板上に形成したことを特徴とする回路内蔵型受光装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の受光素子または請求項４に記載の回路内蔵型受光装置を備えた光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光素子、回路内蔵型受光装置および光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ディスク装置が備える光ピックアップ部では、半導体レーザからのレーザ光を回折格子で複数のレーザ光に分光し、この複数のレーザ光を対物レンズで光ディスク上の複数位置に集光して、この光ディスク上で変調された複数の反射光を、受光素子で受光している。この受光素子は、１つの半導体基板上に複数の受光部が形成された受光素子であり、上記複数の受光部が各々受光する上記複数の反射光のパワーに応じて、複数の信号を出力する。この複数の信号から、上記光ディスクに記録されているデータ信号や、サーボ制御のためのフォーカス信号およびトラッキング信号を生成している。
【０００３】
従来、受光素子としては、特開平１０−８４１０２号公報に開示されているようなものがある。この受光素子は、Ｐ型シリコン基板の表面にＮ型エピタキシャル層を形成し、このＮ型エピタキシャル層を、上記Ｐ型シリコン基板表面に達するＰ型拡散層によって分割して、複数のＮ型エピタキシャル領域を形成している。この複数のＮ型エピタキシャル領域と上記Ｐ型シリコン基板との間に形成される複数のＰＮ接合で、複数の受光部を構成している。上記Ｎ型エピタキシャル領域およびＰ型拡散層の上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の２層の膜からなる反射防止構造を設け、上記複数の受光部に入射する光の反射を防止して、受光素子の感度を向上するようにしている。
【０００４】
上記受光素子は、光ディスク装置に搭載する場合、Ｓ／Ｎ比を良好にするために高い感度が要求される。例えば、波長が４００ｎｍの青色レーザ光を受光する場合、上記従来の受光素子は、１０ｎｍ厚のシリコン酸化膜と３９ｎｍ厚のシリコン窒化膜との２層の膜で上記反射防止構造を構成することによって、上記レーザ光の反射率を略０％にして、良好な感度を得るようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の受光素子は、上記複数の受光部の間でリーク電流が生じ易く、最悪の場合、受光部間のリーク電流が大きくて受光素子として機能しなくなるという問題がある。この問題の原因は、上記反射防止構造を形成するシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との界面に正孔が蓄積されることにある。この蓄積された正孔で生じる電界によって、上記複数のＮ型エピタキシャル領域の間のＰ型拡散層の導電型が反転され、この導電型が反転された部分に、上記Ｎ型エピタキシャル領域の間のリーク電流が流れるのである。上記反射防止構造の界面に蓄積される正孔は、この受光素子の製造工程において、ドライエッチング工程でのプラズマへの曝露や、ダイシング工程で生じる静電気によって生成されることが判明した。したがって、上記従来の受光素子は、製造時の歩留まりが悪くコスト高になり、光ディスク装置には不適であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、リーク電流が殆ど無くて、良好な歩留まりで製造できる受光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の受光素子は、半導体層上に、複数の受光部が設けられた受光素子において、
上記複数の受光部と、この複数の受光部の間の部分との上に、３層以上の光透過性膜を設け、隣接する上記光透過性膜の材料が互いに異なり、
最も上記受光部側の上記光透過性膜は、上記複数の受光部の上面全面および上記受光部の間の部分の上面の全てに接触しており、
上記受光部は、青色レーザ光を受光し、
上記複数の光透過性膜のうちの上記受光部に最も近い光透過性膜はシリコン酸化膜であり、このシリコン酸化膜の厚みは１０ｎｍ以上であることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、上記受光素子の上記複数の受光部と、この複数の受光部の間の部分との上に、３層以上の光透過性膜を設け、隣接する上記光透過性膜の材料が互いに異なるので、この３層以上の光透過性膜の間には２個以上の界面が形成される。例えば製造工程などにおいて生じた電子または正孔は、上記２個以上の界面に分散して蓄積される。従来、上記電子や正孔は、２層の透過性膜の間の１つの界面に蓄積されていた。したがって、本発明の受光素子は、上記蓄積された電子または正孔によって上記受光部および受光部の間の部分に形成される電界の強さが、従来の受光素子におけるよりも小さくなる。その結果、上記複数の受光部の間の部分は導電型の反転が減少する。したがって、この複数の受光部の間の部分に電流が流れ難くなって、上記複数の受光部間のリーク電流が効果的に抑制される。
【０００９】
さらに、この受光素子は、３層以上の光透過性膜が設けられ、隣接する上記光透過性膜の材料が互いに異なるので、上記光透過性膜の膜厚を、この受光素子が受光する光の波長に応じて所定の厚みにすることによって、この受光素子に入射する光の反射率が効果的に低下する。したがって、この受光素子の感度が効果的に向上する。
【００１０】
ここで、半導体層とは、層状に形成された半導体を指し、半導体基板をも含む。また、受光部とは、半導体層上に形成されて光電変換効果を奏する最小の部分をいう。
【００１１】
また、上記複数の光透過性膜のうちの上記受光部に最も近い光透過性膜が、厚みが１０ｎｍ以上のシリコン酸化膜にすることによって、このシリコン酸化膜とその上に配置される光透過性膜との間に捕獲される電子または正孔を、複数の受光部およびこの受光部の間の部分から遠ざけて、この複数の受光部およびこの受光部の間の部分における上記電荷による電界の影響を低減できる。その結果、上記複数の受光部の間の部分の導電型の反転を抑制して、上記受光部間のリーク電流を効果的に減少できる。ここにおいて、上記受光部に最も近い光透過性膜の厚みが１０ｎｍより薄いと、上記受光部の間の部分のリーク電流が増加してしまう。
【００１２】
１実施形態の受光素子は、１つの上記光透過性膜はシリコン酸化膜であり、もう１つの上記光透過性膜はシリコン窒化膜である。
【００１３】
上記実施形態によれば、上記シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜で光透過性膜を構成することにより、通常のプロセスによって容易かつ安価に、リーク電流が殆ど無く、しかも、入射光に対する反射率が小さくて、良好な感度を有する受光素子が得られる。ここにおいて、上記シリコン酸化膜の膜数と、上記シリコン窒化膜の膜数とは、各々１つ以上のいくつであってもよい。
【００１４】
１実施形態の受光素子は、１つの上記光透過性膜は、チタン酸化膜である。
【００１５】
上記実施形態によれば、上記１つの光透過性膜を構成するチタン酸化膜は、屈折率が比較的高いので、このチタン酸化膜よりも屈折率が小さい例えばシリコン酸化膜などと組合わせることによって、この受光素子への入射光の反射率が効果的に低減できる。また、上記チタン酸化膜は、屈折率が比較的高いので、このチタン酸化膜を有する複数の光透過性膜の外側が、空気であっても、あるいは、空気以外の物質であっても、受光素子の表面における反射率は殆ど変化しない。したがって、この受光素子を例えば樹脂封止した場合であっても、樹脂封止しない場合と略同じ反射率になるので、樹脂封止をする場合としない場合とで、受光する光のパワーに対する出力特性を変える必要がない。その結果、樹脂封止の有無などに対応して受光素子の駆動回路を変更する必要が無くなる。従来、受光素子の表面に２層の光透過性膜を備えた受光素子では、樹脂封止をした場合、光透過膜性膜の膜厚を最適化しても、受光素子の表面における反射率を、樹脂封止をしない場合の反射率と同一にすることができなかった。
【００１６】
本発明の回路内臓型受光装置は、上記受光素子と、この受光素子の複数の受光部からの信号を処理する信号処理回路とを、同一の半導体基板上に形成したことを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、信号処理回路がモノリシックに形成され、リーク電流が殆ど無く、しかも良好な感度を有する回路内蔵型受光装置が得られる。
【００１８】
１実施形態の光ディスク装置は、上記受光素子または上記回路内蔵型受光装置を備える。
【００１９】
上記構成によれば、リーク電流が殆どなく、しかも良好な感度の受光素子を備えるので、例えば青色レーザ光源などを用いることによって、高密度記録の光ディスクの読み書きに好適な光ディスク装置が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態により詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の受光素子を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ’線での断面図である。図１（ａ）、（ｂ）では、コンタクト工程以降に形成されるコンタクト、メタル配線、および層間絶縁膜は省略している。図１（ａ）において、第１シリコン酸化膜１０５と、シリコン窒化膜１０６と、第２シリコン酸化膜１０７とは省略している。
【００２２】
この受光素子は、シリコン基板１００上に、厚みが１μｍで不純物濃度が１Ｅ１８ｃｍ−３程度の第１Ｐ型拡散層１０１と、厚みが１０〜２０μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ｃｍ−３程度のＰ型半導体層１０２とを備える。このＰ型半導体層１０２の表面部分には、表面での不純物濃度が１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ−３程度の２つのＮ型拡散層１０３，１０３を設けて、２つの受光部を構成している。このＮ型拡散層１０３，１０３は、Ｖ価の元素であれば、ヒ素、リン、アンチモンなどいずれの元素を拡散、注入して形成してもよい。
【００２３】
上記Ｐ型半導体層１０２の図１（ｂ）における幅方向両端付近には、上記Ｐ型半導体層１０２表面において上記第１Ｐ型拡散層１０１にコンタクトを得るために、上記Ｐ型半導体層１０２表面から上記第１Ｐ型拡散層１０１に達する第２Ｐ型拡散層１０４，１０４が形成されている。この第２Ｐ型拡散層１０４，１０４は、図１（ａ）に示すように、平面において上記受光部としてのＮ型拡散層１０３，１０３の周囲を囲むように形成されている。上記第１および第２Ｐ型拡散層１０１，１０４は、ＩＩＩ価の元素であれば、ボロンやインジウムなどのいずれの元素を拡散、注入して形成してもよい。
【００２４】
上記Ｎ型拡散層１０３，１０３上と、この２つのＮ型拡散層１０３，１０３の間のＰ型半導体層１０２の上には、光透過性膜としての第１シリコン酸化膜１０５と、シリコン窒化膜１０６と、第２シリコン酸化膜１０７とが順に設けられている。上記Ｎ型拡散層１０３に最も近い第１シリコン酸化膜１０５は厚みが９ｎｍ程度であり、上記シリコン窒化膜１０６は厚みが３９ｎｍであり、上記第２シリコン酸化膜１０７は厚みが２８０ｎｍである。
【００２５】
図２は、上記構成の受光素子と、光透過性膜を２層有する従来の受光素子とについて、電極間の印加電圧を変化させた際に、複数の受光部のカソード−カソード間に生じるリーク電流の変化を示した図である。上記実施形態と従来の受光素子において、一方の電極電圧を１．５Ｖに保持すると共に他方の電極への印加電圧を変化させた。図２において、横軸は上記他方電極の印加電圧値（Ｖ）であり、縦軸は受光部のカソード−カソード間の電流値（Ａ）である。
【００２６】
本実施形態の受光素子は、通常の使用時には、両方の電極に１．５Ｖの電圧が印加されるが、電圧を印加する回路や電源のばらつきによって、上記電極への否電圧はが１．５Ｖを中心に０．３Ｖ程度のばらつきが生じる。図２から分かるように、この印加電圧のばらつきの範囲内で、本実施形態の受光素子は、受光部のカソード−カソード間の電流値が１０−９Ａオーダーになって、リーク電流が効果的に抑制できる。
これは、複数の光透過性膜の間に形成される界面に、この隣合う光透過性膜のバンド構造が互いに異なることによって、正孔が捕獲され、この界面が、第１シリコン酸化膜１０５とシリコン窒化膜１０６との間の第１の界面と、シリコン窒化膜１０６と第２シリコン酸化膜１０７との間との第２の界面との２箇所に形成されていることによる。これによって、製造時におけるプラズマエッチング工程やダイシング工程で生じる正孔が、上記２箇所に形成された界面に分散して捕獲されるので、従来の１箇所の界面に正孔が捕獲されるよりも、受光部が設けられた半導体層における導電型の反転の原因となる電界の強さが弱くなるからである。さらに、上記第２界面は、上記第１界面よりもシリコン窒化膜１０６の厚み分だけ遠くに位置するので、上記Ｐ型半導体層１０２の表面において、上記第２界面に捕獲される正孔による電界強度は、上記第１界面に捕獲される正孔による電界強度よりも小さくなる。したがって、上記２つの界面に分散されて捕獲された正孔による電界強度は、従来の１つの界面に捕獲された正孔による電界強度よりも小さくなる。上記正孔による電界強度が小さくなるので、上記Ｐ型半導体層１０２のＮ型拡散層１０３，１０３の間の部分は、導電型が殆ど反転しない。したがって、従来におけるように、Ｐ型半導体層の一部が反転し、この反転部分を通って受光部間に異常なリーク電流が流れることが、効果的に防止できる。
【００２７】
さらに、本実施形態の受光素子は３層の光透過性膜を備えるが、これらの光透過性膜の厚みを、上記第１シリコン酸化膜１０５は９ｎｍ程度、上記シリコン窒化膜１０６は３９ｎｍ程度、上記第２シリコン酸化膜１０７は２８０ｎｍ程度にすることによって、従来の２層の光透過性膜における反射率と略同程度の数％の反射率にできる。ここにおいて、上記第２シリコン酸化膜１０７を、膜厚２５０ｎｍ〜３１０ｎｍにすることによって、上記３層の光透過性膜による反射率を、従来の２層の光透過性膜の反射率と略同じにできる。
【００２８】
上記実施形態において、Ｐ型半導体層１０２にＮ型拡散層１０３，１０３を形成して受光部を構成したが、他の構造によって複数の受光部を構成してもよい。
【００２９】
また、上記光透過性膜は、第１シリコン酸化膜１０５或いは第２シリコン酸化膜１０７に限ることなく、窒素を含有した窒化酸化膜などを用いることも可能である。特に、第１シリコン酸化膜１０５の代わりに、窒素を含有する窒化酸化膜を用いた場合には、受光素子内部のキャリアが光透過性膜にリークし、この光透過性膜の界面に蓄積されてしまうのを防止することができると言う効果を得ることができる。
【００３０】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の受光素子を示す断面図である。図３において、図１（ｂ）の第１実施形態の受光素子と同一の機能を有する部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように、本実施形態の受光素子は、第１実施形態の受光素子について、受光部となるＮ型拡散層１０３，１０３上と、この２つのＮ型拡散層１０３，１０３の間のＰ型半導体層１０２の上に、４層の光透過性膜を形成し、この光透過性膜上に封止用樹脂２０４を配置した点のみが、第１実施形態の受光素子と異なる。
【００３２】
上記４層の光透過性膜は、上記受光部に近い順に、膜厚９ｎｍ程度の第１シリコン酸化膜２００、膜厚３９ｎｍ程度の第１シリコン窒化膜２０１、膜厚２５０ｎｍ程度の第２シリコン酸化膜２０２、および、膜厚１２０ｎｍ程度の第２シリコン窒化膜２０３である。
【００３３】
この受光素子は、上記４層の光透過性膜を備えて３箇所に界面を有するので、製造工程などで生じて上記界面に捕獲される正孔を、第１実施形態よりもさらに分散させ、かつ、Ｐ型半導体層１０２表面から遠ざけることによって、この正孔による電界強度をさらに減少することができる。したがって、上記Ｐ型半導体層１０２の上記Ｎ型拡散層１０３，１０３の間の部分における導電型の反転が効果的に防止でき、その結果、受光部のカソード−カソード間のリーク電流を効果的に減少できる。
【００３４】
従来、２層の光透過性膜を有する受光素子は、表面に樹脂をコーティングした場合、樹脂をコーティングしない場合よりも入射光の反射率が増加していた。例えば、２層の光透過性膜を有する従来の受光素子は、樹脂をコーティングした場合、光透過性膜の膜厚を最適化しても、反射率を１５％以下にできなかった。これに対して、本実施形態の受光素子は、４層の光透過性膜を備えるので、この４層の光透過性膜の厚みおよび屈折率を調節することによって、樹脂コーティングする場合と、樹脂コーティングしない場合とのいずれも反射率を略０にできる。したがって、この受光素子は、樹脂コーティングの有無に拘らず、受光する光のパワーに対する出力特性を均一にできるので、樹脂コーティングの有無などのような光学形態の違いに応じて駆動回路を変える必要がない。その結果、この受光素子は、１つの駆動回路を用意すればよいので、製造コストが安価になる。
【００３５】
（第３実施形態）
図４（ａ）は、本発明の第３実施形態の受光素子の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩ−ＩＩ’線における断面図である。図４（ａ）、（ｂ）では、コンタクト工程以降に形成されるコンタクト、メタル配線、および層間絶縁膜は省略している。図４（ａ）において、第１シリコン酸化膜３０６、チタン酸化膜３０７、および第２シリコン酸化膜３０８は省略している。
【００３６】
本実施形態の受光素子は、シリコン基板３００上に、厚みが１μｍで不純物濃度が１Ｅ１８ｃｍ−３程度のＰ型拡散層３０１と、厚みが１０〜２０μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ｃｍ−３程度のＰ型半導体層３０２とを備える。このＰ型半導体層３０２上に、厚みが１〜３μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１６〜１Ｅ１７ｃｍ−３程度のＮ型半導体層３０３，３０３を備える。このＮ型半導体層３０３，３０３は、上記Ｐ型半導体層３０２上にＮ型半導体を積層し、このＮ型半導体を、表面から上記Ｐ型半導体層３０２に達するＰ型拡散層３０４によって分割して形成している。上記Ｎ型半導体層３０３，３０３によって受光部を構成している。上記Ｎ型半導体層３０３，３０３およびＰ型半導体層３０２の図４（ｂ）における両端部には、上記Ｎ型半導体層３０３，３０３表面からＰ型拡散層３０１に達するＰ型拡散層３０５が設けられている。このＰ型拡散層３０５によって、上記Ｎ型半導体層３０３，３０３表面と、Ｐ型拡散層３０１との間のコンタクトを得ている。
【００３７】
上記Ｎ型半導体層３０３，３０３の光入射部と、上記Ｐ型拡散層３０４との表面には、３層の光透過性膜が配置されている。この３層の光透過性膜は、上記Ｎ型半導体層３０３，３０３表面に近い側から順に、膜厚９ｎｍ程度の第１シリコン酸化膜３０６、膜厚３０ｎｍ程度のチタン酸化膜３０７、および、膜厚２１０ｎｍ程度の第２シリコン酸化膜３０８である。
【００３８】
本実施形態の受光素子は、上記３層の光透過性膜を備えて２箇所に界面を有するので、２層の光透過性膜を備えて１つの界面に正孔が捕獲される従来の受光素子よりも、界面に捕獲される正孔の数を分散させることができる。したがって、上記Ｐ型拡散層３０４表面における電界強度を従来よりも小さくできる。さらに、上記チタン酸化膜３０７と第２シリコン酸化膜３０８との間に捕獲される正孔は、上記Ｐ型拡散層３０４表面から第１シリコン酸化膜３０６とチタン酸化膜３０７とによって隔てられる。したがって、上記チタン酸化膜３０７と第２シリコン酸化膜３０８との間に捕獲される正孔による電界は、上記Ｐ型拡散層３０４表面において、強度が格段に小さくなる。したがって、上記Ｐ型拡散層３０４における導電型の反転が効果的に防止でき、その結果、受光部のカソード−カソード間の異常なリーク電流が効果的に抑制できる。
【００３９】
また、本実施形態の受光素子は、シリコン窒化膜よりも屈折率が大きいチタン酸化膜を用いるので、受光素子への入射光の反射率を、シリコン窒化膜を用いるよりも小さくできる。具体的には、樹脂コーティングが施された場合、第１実施形態の第１シリコン酸化膜１０５と、シリコン窒化膜１０６と、第２シリコン酸化膜１０７とを備える受光素子は表面反射率が１５％程度である一方、本実施形態の第１シリコン酸化膜３０６と、チタン酸化膜３０７と、第２シリコン酸化膜３０８とを備える受光素子は、表面反射率が略０％にできる。
【００４０】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態の受光素子を示す断面図である。この受光素子は、第１実施形態と同様のシリコン基板１００と、第１Ｐ型拡散層１０１と、Ｐ型半導体層１０２と、このＰ型半導体層１０２上に形成されたＮ型拡散層１０３，１０３とを備える。上記Ｐ型半導体層１０２およびＮ型拡散層１０３，１０３上に、第１シリコン酸化膜４０６と、シリコン窒化膜４０７と、第２シリコン酸化膜４０８との３層の光透過性膜を備える。上記シリコン窒化膜４０７は膜厚が３３ｎｍ程度であり、上記第２シリコン酸化膜４０８は膜厚が７０ｎｍ程度である。本実施形態では、上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みが異なる場合において、受光素子の一方の電極に１．５Ｖの電圧を印加し、他方の電極の印加電圧を変化させて、受光部であるＮ型拡散層１０３，１０３間のリーク電流特性を調べた。このリーク電流は、受光素子に光が入射して出力される光電流において、ノイズ成分となる。通常、数百μｍ程度の寸法の受光素子で生じる暗電流は数ｐＡ程度であるので、受光素子全体としてノイズ成分になる電流を抑制するために、上記カソード−カソード間のリーク電流を数ｐＡ程度以下にする必要がある。
【００４１】
図６は、印加電圧を変化させた場合のリーク電流の変化を示す曲線であって、上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みが、５ｎｍの場合の曲線１００１と、７ｎｍの場合の曲線１００２と、１０ｎｍの場合の曲線１００３と、１６ｎｍの場合の曲線１００４とを重ねて示している。
【００４２】
図６から分かるように、上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みが５ｎｍから７ｎｍに増加すると、全ての印加電圧においてリーク電流が少なくなる。さらに、上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みが１０ｎｍに増加すると、全ての印加電圧において、リーク電流がさらに減少する。このとき、受光素子の通常の使用時には、両電極に各々１．５Ｖの電圧が印加される。しかしながら、電圧を印加する回路や電源のばらつきにより、両極への印加電圧が１．５Ｖを中心に０．３Ｖ程度ばらつく場合がある。この場合においても、受光部間のリーク電流をｐＡのオーダーにできる。上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みが１６ｎｍに増加すると、第１シリコン酸化膜４０６の厚みが１０ｎｍであるよりも、リーク電流は多少減少する。以上のことから、上記第１シリコン酸化膜４０６の厚みを１０ｎｍ以上にすることによって、リーク電流を効果的に減少させて、出力信号のノイズ成分を効果的に抑制することができると言える。
【００４３】
なお、上記光透過性膜が４層である場合、４層の光透過性膜は３層の光透過性膜よりも正孔を分散させてＰ型半導体層１０２の表面付近の電界を減少できるので、上記Ｐ型半導体層１０２の表面に接して設けられるシリコン酸化膜の厚みを１０ｎｍ以上にすることによって、上記Ｐ型半導体層１０２の導電型が反転することによって生じるリーク電流を十分に小さくｐＡオーダーにすることができる。実際に、上記Ｐ型半導体層１０２表面に、膜厚が１６ｎｍ程度のシリコン酸化膜と、膜厚が３３ｎｍ程度のシリコン窒化膜と、膜厚が６４ｎｍ程度のシリコン酸化膜と、膜厚が４９ｎｍ程度のシリコン窒化膜との４層の光透過性膜を設けた場合、上記受光部の間のＰ型半導体層１０２に流れるリーク電流を、十分に小さくｐＡオーダーにすることができた。
【００４４】
（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態の受光素子を示す断面図である。この受光素子は、不純物濃度が１Ｅ１９ｃｍ−３程度のＰ型ＧａＮ（ガリウム窒素）基板５００上に、厚みが１５μｍ程度で不純物濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１６ｃｍ−３程度のＰ型ＧａＮエピタキシャル層５０１を備える。このＰ型ＧａＮエピタキシャル層５０１の表面付近に、表面における不純物濃度が１Ｅ１７〜１Ｅ２０ｃｍ−３程度の２つのＮ型拡散層５０２，５０２を形成して、受光部を構成している。なお、上記Ｎ型拡散層５０２，５０２は、例えばIV価のシリコンのイオン注入で形成してもよい。
【００４５】
この受光素子は、少なくとも上記受光部およびＰ型ＧａＮエピタキシャル層５０１の上記受光部の間の部分の上に、３層の光透過性膜を設けている。この３層の光透過性膜は、上記Ｐ型ＧａＮエピタキシャル層５０１に近い側から順に、膜厚が９ｎｍの第１シリコン酸化膜５０３と、膜厚が３９ｎｍ程度のシリコン窒化膜５０４と、層厚が２１０ｎｍ程度の第２シリコン酸化膜５０５とである。この３層の光透過性膜によって、この受光素子への入射光の表面反射率を、３％程度にすることができる。本実施形態においても、製造工程などで生じる正孔を、上記２つの界面を有する３層の光透過性膜によって分散して捕獲できる。また、上記シリコン窒化膜５０４と第２シリコン酸化膜５０５との界面によって、上記Ｐ型ＧａＮエピタキシャル層５０１表面から正孔を隔離して捕獲できる。したがって、上記Ｐ型ＧａＮエピタキシャル層５０１表面付近において、上記正孔で形成される電界による導電型の反転を防止でき、上記受光部のカソード−カソード間のリーク電流を効果的に防止できる。
【００４６】
本実施形態では、基板およびこの基板上のエピタキシャル層に、ＧａＮを用いたが、ガリウムヒ素、ガリウムアルミニウムヒ素、またはインジウムリン系などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体や、セレン化亜鉛などのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、あるいは、これらの混晶などによって構成してもよい。
【００４７】
（第６実施形態）
図８は、本発明の第６実施形態の回路内蔵型受光装置を示す図である。この回路内蔵型受光装置は、本発明の受光素子Ｄと、この受光素子から出力された信号を処理するバイポーラトランジスタＴとを、同一の半導体基板上に形成して構成している。なお、図８において、メタル配線の処理工程以降の工程で形成される多層配線や層間膜などは、省略している。
【００４８】
本実施形態の回路内蔵型受光装置は、ボロン濃度が１Ｅ１５ｃｍ−３程度のシリコン基板６００上に、厚みが１〜２μｍでボロン濃度が１Ｅ１８〜１Ｅ１９ｃｍ−３程度の第１Ｐ型拡散層６０１と、厚みが１５〜１６μｍでボロン濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１４ｃｍ−３程度の第１Ｐ型半導体層６０２とが形成されている。この第１Ｐ型半導体層６０２上のバイポーラトランジスタが形成される領域の一部には、コレクタとなるＮ型拡散層６１３が設けられている。上記第１Ｐ型半導体層６０２およびＮ型拡散層６１３上に、厚みが１〜２μｍでボロン濃度が１Ｅ１３〜１Ｅ１４ｃｍ−３程度の第２Ｐ型半導体層６１０が形成されている。この第２Ｐ型半導体層６１０表面付近には、素子分離を行うための複数のロコス領域６０３，６０３・・・が形成されている。
【００４９】
受光素子Ｄが形成された領域であって、上記第２Ｐ型半導体層６１０の表面部分には、リン濃度が１Ｅ１９〜１Ｅ２０ｃｍ−３程度で接合深さが０．３〜０．８μｍ程度の２つのＮ型半導体領域６０４，６０４が形成されて、受光部を構成している。この受光部の上、および、上記第２Ｐ型半導体層６１０の上記受光部の間の部分の上には、４層の光透過性膜が配置されている。この４層の光透過性膜は、上記第２Ｐ型半導体層６１０に近い側から順に、膜厚が１６ｎｍの第１シリコン酸化膜６０５、膜厚が３３ｎｍの第１シリコン窒化膜６０６、膜厚が２１０ｎｍの第２シリコン酸化膜６０７、および、膜厚が２００ｎｍの第２シリコン窒化膜６０８である。上記第１Ｐ型半導体層６０２および第２Ｐ型半導体層６１０には、配線としての第１Ｐ型拡散層６０１と第２Ｐ型半導体層６１０表面とを接続する第２Ｐ型拡散層６０９が形成されている。
【００５０】
一方、バイポーラトランジスタＴが形成された領域であって、上記第２Ｐ型半導体層６１０には、上記Ｎ型拡散層６１３上に位置するように、リン濃度が２Ｅ１５〜２Ｅ１６ｃｍ−３のＮ型ウェル構造６１２が形成されている。このＮ型ウェル構造６１２の一部に、ボロン濃度が１Ｅ１７〜２Ｅ１７ｃｍ−３のＰ型半導体層が形成されてトランジスタのベース６１５を構成している。さらに、上記ベース６１５を構成するＰ型半導体層の表面部分に、ヒ素を注入したポリシリコンによる固層拡散でＮ型半導体層が形成されて、トランジスタのエミッタ６１６を構成している。
【００５１】
上記受光素子Ｄには、図示しないカソード電極と、アノード電極６１１を形成する共に、上記バイポーラトランジスタＴには、コレクタ電極６１７、ベース電極６１８、エミッタ電極６１９を形成している。
【００５２】
上記構成によって、上記受光素子Ｄにリーク電流が殆ど流れなくて、良好な特性を有する回路内蔵型受光装置が構成できた。
【００５３】
本実施形態において、ＮＰＮ型トランジスタを用いたが、ＰＮＰ型トランジスタを用いてもよく、また、ＮＰＮ型とＰＮＰ型との両方のトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタ構造は、本実施形態の構造に限定されることなく、他の構造を用いることができる。
【００５４】
（第７実施形態）
図９は、本発明の第７実施形態の光ディスク装置を示す図であり、この光ディスク装置は本実施形態の受光素子を備える。
【００５５】
この光ディスク装置は、青色発光の半導体レーザ７００を備え、この半導体レーザ７００から出射した光を、トラッキングビーム生成用の回折格子７０１によって２つのトラッキング用副ビームと１つの信号読み出し用主ビームとに分けるようにしている。これらの光を、ホログラム素子７０２を０次光として透過させて、コリメートレンズ７０３で平行光に変換した後、対物レンズ７０４によってディスク盤面７０５上に集光する。この集光した光は、上記ディスク盤面７０５で反射されると共にディスク盤面上に形成されたピットによって光強度が変調され、この変調された反射光を、対物レンズ７０４およびコリメートレンズ７０３を介してホログラム素子７０２に入射させている。このホログラム素子７０２で、入射光を回折し、この回折した１次光を、受光素子７０６のＤ１からＤ５までの５つの受光部に入射させる。そして、上記５つの受光部への入射光に対応して出力された信号を加算および減算して、読み出し信号とトラッキング信号とを得ている。
【００５６】
上記光ディスク装置は、本発明の受光素子７０６を備え、この受光素子７０６は受光部間のリーク電流が少なく、また、入射光の反射率が比較的小さいので、高密度の光ディスクを高速に読み出し可能な光ディスク装置が得られる。
【００５７】
本実施形態において、受光素子７０６に代えて回路内蔵型受光装置を設けてもよい。この場合、光ディスク装置の回路構成を簡単にできる。
【００５８】
また、本実施形態の光学系に限らず、他の光学系を用いてもよい。
【００５９】
また、青色発光以外の例えば赤色発光の半導体レーザを用いてもよい。
【００６０】
上記実施形態の受光素子において、受光素子の構成部分のＮ型とＰ型とが逆であってもよい。この場合、上記複数の光透過性膜の間の界面には電子が蓄積されるが、この電子で形成される電界強度を従来よりも減少させて、この電界によって、半導体層の受光部の間の部分の導電型が反転することが効果的に回避でき、その結果、複数の受光部の間のリーク電流が効果的に減少できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の受光素子によれば、半導体層上に、複数の受光部が設けられた受光素子において、上記複数の受光部と、この複数の受光部の間の部分との上に、３層以上の光透過性膜を設け、隣接する上記光透過性膜の材料が互いに異なるので、製造工程などで生じた電子または正孔を、２箇所以上に形成された界面に分散して蓄積し、上記受光部および受光部の間の部分に形成される電界の強さを従来よりも小さくできる。したがって、上記複数の受光部の間の部分での導電型の反転を防止して、この複数の受光部の間のリーク電流を抑制できる。また、上記受光素子は、上記光透過性膜の膜厚を所定厚にすることによって、この受光素子に入射する光の反射率を効果的に低下できるから、この受光素子の感度が効果的に向上できる。
【００６２】
１実施形態の受光素子によれば、１つの上記光透過性膜はシリコン酸化膜であり、もう１つの上記光透過性膜はシリコン窒化膜であるので、通常のプロセスによって容易かつ安価に、異常なリーク電流が無く、しかも、入射光の反射率が小さくて良好な感度を有する受光素子が得られる。
【００６３】
１実施形態の受光素子によれば、１つの上記光透過性膜は、屈折率が比較的高いチタン酸化膜であるので、このチタン酸化膜よりも屈折率が小さい例えばシリコン酸化膜などと組合わせることによって、例えば受光素子に樹脂をコーティングするか否かに拘らず、受光素子の表面の反射率を略均一にできる。したがって、上記受光素子の信号特性が、光学形態に拘らず略同一にできるので、１つの駆動回路で受光素子が駆動でき、その結果、安価に所望の光学形態で使用できる受光素子が得られる。
【００６４】
本発明の受光素子によれば、上記複数の光透過性膜のうちの上記受光部に最も近い光透過性膜はシリコン酸化膜であり、このシリコン酸化膜の厚みは１０ｎｍ以上であるので、上記複数の受光部の間の部分に生じる電界の強度を効果的に低減できる。したがって、上記受光部の間の部分の導電型の反転を抑制できて、上記受光部間の異常なリーク電流を効果的に防止できる。
【００６５】
本発明の回路内臓型受光装置によれば、上記受光素子と、この受光素子の複数の受光部からの信号を処理する信号処理回路とを、同一の半導体基板上に形成したので、リーク電流が殆ど無く、しかも良好な感度を有する回路内蔵型受光装置が得られる。
【００６６】
１実施形態の光ディスク装置によれば、上記受光素子または上記回路内蔵型受光装置を備えるので、例えば青色レーザ光源などを用いることによって、高密度記録の光ディスクの読み書きに好適な光ディスク装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の受光素子の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ’線での断面図である。
【図２】  図２は、本発明の第１実施形態の受光素子と従来の受光素子とについて、電極間の印加電圧を変化させた際に、複数の受光部のカソード−カソード間に生じるリーク電流の変化を示した図である。
【図３】  本発明の第２実施形態の受光素子を示す断面図である。
【図４】  図４（ａ）は、本発明の第３実施形態の受光素子の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩ−ＩＩ’線での断面図である。
【図５】  本発明の第４実施形態の受光素子を示す断面図である。
【図６】  第１シリコン酸化膜４０６の厚みが、５ｎｍの場合と、７ｎｍの場合と、１０ｎｍの場合と、１６ｎｍの場合とについて、印加電圧を変化させた場合のリーク電流の変化を示す曲線である。
【図７】  本発明の第５実施形態の受光素子を示す断面図である。
【図８】  本発明の第６実施形態の回路内蔵型受光装置を示す図である。
【図９】  本発明の第７実施形態の光ディスク装置を示す図である。
【符号の説明】
１００  シリコン基板
１０１  第１Ｐ型拡散層
１０２  Ｐ型半導体層
１０３  Ｎ型拡散層
１０４  第２Ｐ型拡散層
１０５  第１シリコン酸化膜
１０６  シリコン窒化膜
１０７  第２シリコン酸化膜
【図１】
0004000042.tif 000002
【図２】
0004000042.tif 000003
【図３】
0004000042.tif 000004
【図４】
0004000042.tif 000005
【図５】
0004000042.tif 000006
【図６】
0004000042.tif 000007
【図７】
0004000042.tif 000008
【図８】
0004000042.tif 000009
【図９】
0004000042.tif 000010