(57)【要約】【課題】分割部の直下及び分割部直下周囲に空乏層を広げて分割フォトダイオードの応答速度を向上させる。【解決手段】本実施の形態の分割フォトダイオードは、光を受光する受光領域が平面視において複数個に分割される分割フォトダイオードである。この分割フォトダイオードは、Ｐ型基板１０９と、Ｐ型基板１０９上に形成されたＰ型エピタキシャル層１０１と、Ｐ型エピタキシャル層１０１上に形成されたＮ型エピタキシャル層１０３と、Ｎ型エピタキシャル層１０３内にＰ型エピタキシャル層１０１と離隔して設けられ、受光領域を分割するＰ型分割領域１０７と、を備え、印加される逆バイアス電圧によってＰ型分割領域１０７とＰ型エピタキシャル層１０１との間に位置する分割部直下Ｎ型領域１０６に形成された空乏層（第１の空乏層）が、Ｎ型エピタキシャル層１０３とＰ型エピタキシャル層１０１との接合面に形成される空乏層（第２の空乏層）に達することによって受光領域が電気的に分離されるように構成されている。【選択図】図１
2009064800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光する受光領域が平面視において複数個に分割される分割フォトダイオードであって、
第一導電型の基板と、
前記基板上に形成された第一導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された第二導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層内に前記第１半導体層と離隔して設けられ、前記受光領域を分割する第一導電型の分割部と、
を備え、
印加される逆バイアス電圧によって前記分割部と前記第１半導体層との間に第１の空乏層が形成され、前記第１の空乏層が、前記第２半導体層と前記第１半導体層との接合面に形成される第２の空乏層に達することによって前記受光領域が電気的に分離されるように構成されていることを特徴とする分割フォトダイオード。
【請求項２】
前記分割部は、第一導電型の不純物が拡散された拡散層からなることを特徴とする請求項１記載の分割フォトダイオード。
【請求項３】
平面視において分割される前記受光領域を取り囲む第一導電型の分離部をさらに備え、
前記分離部は、前記第１半導体層の表面と前記第２半導体層の表面との間にわたって設けられていることを特徴とする請求項２記載の分割フォトダイオード。
【請求項４】
前記分離部と前記基板とがアノードコモンを構成していることを特徴とする請求項３記載の分割フォトダイオード。
【請求項５】
前記受光領域と、前記受光領域を取り囲む前記分離部とからなる構造単位が複数設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の分割フォトダイオード。
【請求項６】
前記分離部は、
前記第２半導体層内に設けられ、第一導電型の不純物が拡散された第一導電型の拡散層と、
前記第２半導体層及び前記第１半導体層に埋め込まれた第一導電型の埋込層と、
を含み、
前記分離部において、前記第一導電型の拡散層と、前記第一導電型の埋込層とが連結していることを特徴とする請求項３乃至５いずれか記載の分割フォトダイオード。
【請求項７】
前記第２半導体層の表面に、第二導電型の不純物が拡散された第二導電型の拡散層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の分割フォトダイオード。
【請求項８】
前記受光領域は、前記分割部によって電気的に分離される複数の小領域から構成され、前記受光領域の全域にわたって前記第２の空乏層が形成されることを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の分割フォトダイオード。
【請求項９】
前記分割部は、平面視にて十字形であり、前記受光領域を平面視において４個に分離することを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の分割フォトダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受光する受光領域が平面視において複数個に分割される分割フォトダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクの情報を読み取る光ピックアップにおいては、ディスクにレーザ光を照射し、反射した光をフォトダイオードで検出することで情報の読取り処理が行われる。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、複数のＰ＋型アノード領域の下部に、各々のアノード領域と対応するように基板表面から拡散形成したＮ型ウェル領域を具備することにより、入射光に対する感度が高くかつ各ダイオード間のクロストークを向上したカソードコモン型のフォトダイオードが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｎ型半導体層に、帯状領域を含む所定のパターンにＰ＋型表面拡散層を形成してＰＮ接合面積を大きく増加させることなく半導体層で発生したキャリアの拡散走行時間を短縮し、さらにＰ＋型表面拡散層の帯状領域間にＮ＋型拡散層を配置してカソード抵抗を低下させるフォトダイオードが記載されている。
【０００５】
一方、近年、光ピックアップにおける信号検出用素子として、受光領域が複数の光検出部に分割された分割フォトダイオードが用いられている。分割フォトダイオードは、分割された受光領域の各受光部からの信号差に基づいて、良好な焦点ずれ信号やトラッキング誤差信号を検出することができる。したがって、異なる複数の光ディスクの再生を正しく行うことができる。
【０００６】
従来の分割フォトダイオードとしては、例えば特許文献３に記載されたものがある。同文献に記載された分割フォトダイオードを図７に示す。この分割フォトダイオードは、４分割された受光面２００、２０１、２０２を備える。
【０００７】
この分割フォトダイオードは、フォトダイオードとその信号を増幅する集積回路からなり、同一のシリコン基板上に形成される。
【０００８】
ディスクからの反射光は、図７のように分割された個々の受光領域のみならず、分割面にも照射される。また、光ディスクの読取・書き込み速度の高速化に伴い、分割フォトダイオードにも高速応答が要求されている。このことから、フォトダイオードには分割面に照射された光に対しても、高速に応答することが求められている。
【０００９】
特許文献４及び特許文献５にも特許文献３に記載された分割フォトダイオードと同様な分割された受光領域を有するフォトダイオードが記載されている。
【特許文献１】特開平５−１４５１０７号公報
【特許文献２】特開２００１−１３５８４９号公報
【特許文献３】特開２０００−８２２２６号公報
【特許文献４】特開平９−１５３６０５号公報
【特許文献５】特開平１０−２７０７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
【００１１】
特許文献４に記載された分割フォトダイオードの断面図を図８（ａ）に示す。この分割フォトダイオード１００は、受光領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５に相当する領域の断面図である。Ｎ型エピタキシャル層４を貫通してＰ型半導体基板１にＰ型分離拡散層５（分割部）が埋め込まれている。
【００１２】
このフォトダイオードの構造の場合、分割部の周囲に空乏層は発生せず、電界のかかっていない領域が存在する。したがって、Ｎ型エピタキシャル層４に対して、分割部の応答特性は低下する。
【００１３】
図８（ｂ）に特許文献４に記載された分割フォトダイオードにおける光キャリアの動きのシミュレーション結果を示す。図８（ｂ）の中の矢印は電流の向きを示しており、光キャリアである電子は、矢印とは逆向きに移動している。図８（ｂ）で示されるように、空乏層端と示されている線は分割部の両脇に存在しており、分割部直下及びその周囲に空乏層が発生していない。
【００１４】
特許文献５に記載された分割フォトダイオードの断面図を図８（ｃ）に示す。特許文献５に記載された分割フォトダイオードの構造は、特許文献４に記載された分割フォトダイオードにおいて、高比抵抗エピタキシャル層を用いることにより、フォトダイオードの直列抵抗増加を改善している。しかしながら、分割部にはＮ型エピタキシャル層４を貫通してＰ型高比抵抗半導体基板１１にＰ型分離拡散領域５（分割部）が埋め込まれている。したがって、特許文献４記載の分割フォトダイオードと同様に、分割部の直下及びその周囲には空乏層が発生しないと考えられる。
【００１５】
このように、従来の分割フォトダイオードにおいては、Ｐ型分割領域直下及びその周囲には空乏層は発生せず、電界のかかっていない領域があるため、分割部に照射された光によりＰ型半導体層に発生したキャリアは、分割部の直下を拡散で移動する。したがって、移動速度が遅く、応答速度の低下につながっていた。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、分割部の直下及び分割部直下周囲に空乏層を広げて分割フォトダイオードの応答速度を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、
光を受光する受光領域が平面視において複数個に分割される分割フォトダイオードであって、
第一導電型の基板と、
基板上に形成された第一導電型の第１半導体層と、
第１半導体層上に形成された第二導電型の第２半導体層と、
第２半導体層内に第１半導体層と離隔して設けられ、受光領域を分割する第一導電型の分割部と、
を備え、
印加される逆バイアス電圧によって分割部と第１半導体層との間に第１の空乏層が形成され、第１の空乏層が、第２半導体層と第１半導体層との接合面に形成される第２の空乏層に達することによって受光領域が電気的に分離されるように構成されていることを特徴とする分割フォトダイオード
が提供される。
【００１８】
この発明によれば、第一導電型の分割部が第二導電型の第２半導体層内に第一導電型の第１半導体層と離隔して設けられている。これにより、動作時は、分割部と第１半導体層との間に第１の空乏層が形成され、第１半導体層及び第２半導体層のＰＮ接合により形成される第２の空乏層に達することによって、受光領域を電気的に分離することができる。また、分割部が、第１半導体層に達していないため、第２の空乏層が分割部の直下で分断されることなく、ＰＮ接合の全域にわたって広がり、受光領域を拡大させることができる。したがって、分割フォトダイオードとしての機能を保持しつつ、分割フォトダイオードの応答速度を向上させることが可能となる。
【００１９】
ここで、例えば「第一導電型」はＰ型、「第二導電型」はＮ型を指す。逆に「第一導電型」がＮ型、「第二導電型」はＰ型であってもよい。
【００２０】
本発明において、分割部は、第一導電型の不純物が拡散された拡散層からなる構成を採用することができる。拡散層とは、所定の領域に不純物を拡散することにより形成される領域をいう。
【００２１】
また、本発明において、受光領域とは、第１半導体層及び第２半導体層の界面に形成されるＰＮ接合部である。
【００２２】
また、本発明において、受光領域は、分割部によって電気的に分離される複数の小領域から構成され、受光領域の全域にわたって第２の空乏層が形成される構成を採用することができる。これにより、キャリアが高速移動できるため、高速応答が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、応答速度を向上させた分割フォトダイオードが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２５】
図１は、本実施の形態の分割フォトダイオードを模式的に示した図である。図１（ａ）は、本実施の形態の分割フォトダイオードを模式的に示した平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）で示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２６】
本実施の形態の分割フォトダイオードは、光を受光する受光領域が平面視において４個に分割される分割フォトダイオードである。この分割フォトダイオードは、Ｐ型基板１０９と、Ｐ型基板１０９上に形成されたＰ型エピタキシャル層１０１と、Ｐ型エピタキシャル層１０１上に形成されたＮ型エピタキシャル層１０３と、Ｎ型エピタキシャル層１０３内にＰ型エピタキシャル層１０１と離隔して設けられ、受光領域を分割するＰ型分割領域１０７と、を備える。
【００２７】
また、本実施の形態の分割フォトダーオードは、印加される逆バイアス電圧によってＰ型分割領域１０７とＰ型エピタキシャル層１０１との間に位置する分割部直下Ｎ型領域１０６が空乏化され、分割部直下Ｎ型領域１０６に形成された空乏層（第１の空乏層）が、Ｎ型エピタキシャル層１０３とＰ型エピタキシャル層１０１との接合面に形成される空乏層（第２の空乏層）に達することによって受光領域が電気的に分離されるように構成されている。
【００２８】
また、本実施の形態の分割フォトダーオードは、平面視において分割される受光領域を取り囲むＰ型分離領域１０８をさらに備える。Ｐ型分離領域１０８は、Ｐ型エピタキシャル層１０１の表面とＮ型エピタキシャル層１０３との表面との間にわたって設けられている。Ｐ型分離領域１０８は、Ｐ型エピタキシャル層１０１の表面とＮ型エピタキシャル層１０３との表面との間を分断することなく、連続的に設けられている。
【００２９】
また、本実施の形態の分割フォトダイオードは、Ｐ型分離領域１０８とＰ型基板１０９とがアノードコモンを構成している。
【００３０】
Ｐ型分割領域１０７は、Ｐ型不純物が拡散されたＰ型拡散層１０４からなる。Ｐ型拡散層１０４は、Ｐ型不純物を所定の領域に拡散させることにより、形成される。Ｐ型不純物としては、ボロンが例示される。
【００３１】
また、Ｐ型分離領域１０８は、Ｐ型エピタキシャル層１０１内に設けられている。Ｐ型不純物が拡散されたＰ型拡散層１０４と、Ｎ型エピタキシャル層１０３及びＰ型エピタキシャル層１０１に埋め込まれたＰ型埋込層１０２と、を含む。Ｐ型分離領域１０８において、Ｐ型拡散層１０４と、Ｐ型埋込層１０２とが連結している。
【００３２】
Ｐ型分離領域１０８は、フォトダイオードの基板電位を取り出す。Ｐ型埋込層１０２が設けられることにより、Ｐ型分離領域１０８の下部が空乏層化しないで、分割フォトダイオードの基板電位を取り出すことができる。したがって、空乏層化によるフォトダイオードの直列抵抗の増大が発生せず、フォトダイオードの周波特性を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態の分割フォトダイオードは、Ｎ型エピタキシャル層１０３の表面に、Ｎ型不純物が拡散されたＮ型拡散層１０５が設けられている。Ｎ型拡散層１０５は、Ｎ型不純物を所定の領域に拡散させることにより、形成される。Ｎ型不純物としては、リンやヒ素が例示される。
【００３４】
受光領域は、Ｐ型分割領域１０７によって電気的に分離される４つの小領域から構成される。受光領域の全域にわたって空乏層が形成される。
【００３５】
Ｐ型分割領域１０７は、平面視にて十字形であり、受光領域を平面視において４個に分離する。これにより、受光領域は、４分割されることとなり、非点収差法により、フォーカスエラー信号を得ることができる。Ｐ型分割領域１０７の配置を適宜設計することにより、受光領域を目的に併せて分割することできる。
【００３６】
また、本実施の形態の分割フォトダイオードは、受光領域と、受光領域を取り囲むＰ型分離領域１０８とからなる受光構造単位が複数設けられていてもよい。
【００３７】
受光構造単位の数は、特に限定されない。たとえば、本実施の形態の分割フォトダイオードの受光領域は、十字形のＰ型分割領域１０７により、４つに分割される。したがって、３つの受光構造単位を備えることにより、１２分割された受光領域を備えることとなる。３つの受光構造単位を備えることにより、３ビーム法（３スポット法)により、トラッキングエラー信号を得ることができる。３つの受光構造単位は、たとえば、直線上に配置させることができる。
【００３８】
分割部直下Ｎ型領域１０６の厚みは、逆バイアス電圧を印加したとき、分割部直下Ｎ型領域１０６が空乏化され、Ｎ型エピタキシャル層１０３とＰ型エピタキシャル層１０１との接合面に形成される空乏層に達するように設計することができる。たとえば、２．１Ｖの逆バイアス電圧を印加したとき、Ｎ型エピタキシャル層１０３の不純物濃度を５×１０１５ｃｍ−３、Ｐ型エピタキシャル層１０１の不純物濃度を１×１０１４ｃｍ−３とした場合、分割部直下Ｎ型領域１０６に形成される空乏層（第１の空乏層）はＮ型エピタキシャル層１０３の表面から深さ２．０μｍまで到達し、Ｎ型エピタキシャル層１０３とＰ型エピタキシャル層１０１との接合面に発生する空乏層（第２の空乏層）は接合面から１．０μｍ上方まで到達する。この場合、Ｎ型エピタキシャル層１０３の厚さを３．０μｍ以下とすると好ましく、実用性を考えると、２．５μｍとするとさらに好ましい。これにより、第１の空乏層と第２の空乏層とを連続させることができ、受光領域を分割させることができる。
【００３９】
つづいて、本実施の形態の分割フォトダイオードの動作について説明する。この分割フォトダイオードは、Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＰ型分離領域１０８がアノードとして機能し、Ｎ型拡散層１０５及びＮ型エピタキシャル層１０３がカソードとして機能する。
【００４０】
本実施の形態の分割フォトダイオードを動作させる時には、アノードとなるＰ型分離領域１０８のＰ型拡散層１０４を接地とし、カソードとなるＮ型エピタキシャル層１０３に２．１Ｖ程度の逆バイアスを印加する。このバイアスにより、Ｐ型エピタキシャル層１０１およびＮ型エピタキシャル層１０３のＰＮ接合は空乏層化し、電界がかかった状態となる。
【００４１】
このとき、Ｐ型分割領域１０７は、Ｎ型エピタキシャル層１０３を貫通せずに、底面がＮ型エピタキシャル層１０３に接するようにＮ型エピタキシャル層１０３に埋め込まれている。したがって、空乏層は、Ｐ型分割領域１０７で分断されることなく、Ｐ型分離領域１０８の内側にあるＰＮ接合の全域にわたって形成されることとなる。
【００４２】
また、Ｐ型分割領域１０７が、Ｐ型エピタキシャル層１０１の表面の上部に設けられているため、Ｐ型分割領域１０７のＰ型拡散層１０４直下の分割部直下Ｎ型領域１０６にも空乏層が発生する。これにより、アノード・カソード間の印加電圧による電界が直下にもかかることとなる。したがって、Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＮ型エピタキシャル層１０３との界面によって構成される受光領域は、動作時は、平面視において分割されることとなる。
【００４３】
したがって、受光領域は、電気的に４つの領域に分割されることとなる。また、Ｐ型分離領域１０８とＰ型基板１０９は、アノードコモンとなっている。アノードコモンとは、分割されたフォトダイオードの各カソードが電気的に分離され、アノード同士が電気的に接続されていること示す。本実施の形態において、各フォトダイオードのアノードは接地（ＧＮＤ）に固定されている。
【００４４】
次に、本実施の形態の分割フォトダイオードの製造方法について図２を用いて説明する。シリコン基板からなるＰ型基板１０９上にＰ型エピタキシャル層１０１を成長し、Ｐ型分離領域１０８となる箇所にＰ型埋込層１０２を形成する。このとき、Ｐ型分割領域１０７となる箇所にはＰ型埋込層１０２を形成しない（図２（ａ））。次にＮ型エピタキシャル層１０３を成長する。この時、Ｐ型分離領域１０８のＰ型埋込層１０２は熱拡散により、Ｎ型エピタキシャル層１０３の領域にも拡散する（図２（ｂ））。次に表面からイオン注入などの方法を用いて、Ｐ型拡散層１０４を形成し、Ｐ型分割領域１０７及びＰ型分離領域１０８を形成する（図２（ｃ））。
【００４５】
この製造方法の前後または途中にバイポーラトランジスタ、抵抗などから成る集積回路を製造する工程の一部または全部を追加することもできる。
【００４６】
また、Ｐ型拡散層１０４を形成するとき、Ｎ型エピタキシャル層１０３の厚さが薄く、Ｐ型拡散層１０４がＰ型エピタキシャル層１０１に到達してしまう場合がある。この場合、イオン注入の加速エネルギーを調節することによって、Ｐ型分離領域１０８のＰ型拡散層１０４に対してＰ型分割領域１０７のＰ型拡散層１０４を浅く形成させることができる。これにより、本実施の形態の分割フォトダイオードを製造することができる。
【００４７】
続いて、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態の分割フォトダイオードによれば、Ｎ型エピタキシャル層１０３と接するようにＰ型分割領域１０７の底面が設けられている。これにより、動作時は、Ｐ型分割領域１０７とＰ型エピタキシャル層１０１との間に第１の空乏層が形成され、第１の空乏層が、Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＮ型エピタキシャル層１０３のＰＮ接合により形成される第２の空乏層に達することによって、受光領域を電気的に分離することができる。
【００４８】
また、Ｐ型分割領域１０７が、Ｎ型エピタキシャル層１０３を貫通してＰ型エピタキシャル層１０１に到達していない。これにより、Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＮ型エピタキシャル層１０３のＰＮ接合により形成される空乏層をＰ型分割領域１０７の直下及びＰ型分割領域１０７の直下周囲に広げることができ、受光領域を拡大させることができる。
【００４９】
また、本実施の形態において、受光領域は、Ｐ型分割領域１０７によって電気的に分離される４つの小領域から構成される。その一方で、空乏層は、受光領域の全域にわたって形成される。光の入射により発生したキャリアは、空乏層の広がりにより、高速移動が可能になる。
【００５０】
したがって、本実施の形態の分割フォトダイオードによれば、分割フォトダイオードとしての機能を保持しつつ、分割フォトダイオードの応答速度を向上させることが可能となる。
【００５１】
図３は、本実施の形態の比較例となる分割フォトダイオードを模式的に示した断面図である。図３は、従来の分割フォトダイオードの受光面（図７のＢ−Ｂ線）の断面を示している。Ｐ型エピタキシャル層１０１およびＰ型分離領域１０８がアノード、Ｎ型拡散層１０５とＮ型エピタキシャル層１０３がカソードとして機能し、フォトダイオードを構成している。さらにＮ型拡散層１０５とＮ型エピタキシャル層１０３からなるカソードがＰ型分割領域１０７によって分割されることで複数に分割されたフォトダイオードを形成している。
【００５２】
このＰ型分割領域１０７は、図３（ａ）のように、Ｐ型拡散層１０４とＰ型埋込層１０２から構成される場合と、図３（ｂ）のようにＰ型拡散層１０４のみで形成される場合とがある。
【００５３】
図４に図３（ａ）で示す比較例の分割フォトダイオードの製造方法を示す。半導体基板（図示しない）上にＰ型エピタキシャル層１０１を成長し、Ｐ型分離領域１０８となる箇所にＰ型埋込層１０２を形成する。次にＮ型エピタキシャル層１０３を成長する。この時、Ｐ型埋込層１０２は熱拡散により、Ｎ型エピタキシャル層１０３の領域も拡散する。次に表面からイオン注入などの方法を用いて、Ｐ型分離領域１０８およびＰ型分割領域１０７にＰ型拡散層１０４を形成し、Ｐ型分割領域１０７とＰ型分離領域１０８を形成する。
【００５４】
Ｐ型分離領域１０８におけるＰ型拡散層１０４の深さはＰ型埋込層１０２の上端よりも深くなっている。また、Ｐ型拡散層１０４とＰ型埋込層１０２が一体となっている。Ｐ型分離領域１０８ではＮ型エピタキシャル層１０３がＰ型拡散層１０４及びＰ型埋込層１０２で分離された構造となっている。
【００５５】
このフォトダイオードを動作させる時には、アノードを接地とし、カソードに２．１Ｖ程度の逆バイアスを印加する。このバイアスにより、Ｐ型エピタキシャル層およびＮ型エピタキシャル層は空乏層化し、電界がかかった状態となるため、発生したキャリアは高速に移動することができる。
【００５６】
図３で示すように、比較例のフォトダイオードはＰ型分割領域１０７は表面からＰ型エピタキシャル層１０１まで貫通している。したがって、Ｐ型分割領域１０７自体にはＰＮ接合が無いため、バイアスによる空乏層は発生せず、電界は発生しない。Ｐ型分割領域１０７に光が照射されたときに応答特性が低下する原因は、Ｐ型分割領域１０７の下部のＰ型エピタキシャル層１０１で発生したキャリアが、Ｐ型分割領域１０７を迂回してＰＮ接合の空乏層端に到達するためである。ＰＮ接合部は、Ｎ型エピタキシャル層１０３とＰ型エピタキシャル層１０１との界面で形成される。したがって、Ｐ型分割領域１０７の下部で発生した光キャリアは空乏層端に到達するまで拡散で移動する必要がある。拡散による移動速度は遅いため、応答特性の低下につながっている。
【００５７】
図５は比較例の分割フォトダイオードを用いた周波数応答の結果を示す図である。図５（ａ）は、光の照射面を表す図である。IはＮ型拡散層１０５の表面を示している。また、IIはＰ型分割領域１０７の表面を示している。図５（ｂ）は、周波数応答の結果を表すグラフである。縦軸にゲイン（２ｄＢ／ｄｖ）、横軸に周波数が示されている。周波数応答の測定は、逆バイアス２．１Ｖ、負荷抵抗５０Ω、光波長７８０ｎｍの条件で測定を行った。
【００５８】
低周波帯域での値に対し３ｄＢ下がる周波数を遮断周波数というが、図５（ｂ）より、Ｉに光を照射した際の遮断周波数は、約２００ＭＨｚである一方、ＩＩで示すＰ型分割領域１０７に照射した際の遮断周波数は、約５０ＭＨｚである。したがって、Ｐ型分割領域１０７における応答特性が低下しているといえる。
【００５９】
７８０ｎｍの光を使用するＣＤにおいて取り扱われる信号の周波数は、最高レートで０．７２ＭＨｚであり、２倍速では、１．４４ＭＨｚ、４倍速では、２．８８ＭＨｚである。したがって、５０倍速ＣＤ用のフォトダイオードには、低周波から３６ＭＨｚまでのゲインが一定であることが要求されるが、比較例のフォトダイオードでは約２ｄＢゲインが低下している。よって、比較例のフォトダイオードでは、５０倍速のＣＤに使用した場合、このゲインの低下により正常な再生信号が得られない可能性がある。
【００６０】
図６に本実施の形態の分割フォトダイオードと比較例となるフォトダイオードにおける効果を説明する図を示す。
【００６１】
図６（ａ）は、実施の形態の電位分布図を示す。また、図６（ｂ）は、比較例の電位分布図を示す。また、図６（ｃ）は、受光面からの距離と電位との関係を表すグラフを示す。縦軸は、電位（Ｖ）、横軸は受光面からの距離（μｍ）を表す。Ｉの線に沿った非分割部の断面、IIの線に沿った実施の形態の分割部の断面及びIIIの線に沿った比較例の分割部の断面をそれぞれ示す。
【００６２】
図６（ｂ）で示すように、比較例のフォトダイオードの場合では、Ｐ型分割領域１０７直下のみならず、Ｐ型分割領域１０７の周囲に電位が分布していない。空乏層端は、Ｐ型分割領域１０７を避けるように、Ｐ型分割領域１０７の両脇にのみ存在している。Ｐ型分割領域１０７直下及びその周囲には空乏層が発生していない。Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＮ型エピタキシャル層１０３との間に形成されるＰＮ接合により発生した空乏層は、Ｐ型分割領域１０７により分離されている。したがって、Ｐ型分割領域１０７及びその周囲はＮ型拡散層１０５と比較して光の応答機能が低下する。
【００６３】
図６（ｃ）のグラフにIIIの線に沿った断面における電位分布を示す。IIIの断面においては、電位の傾きがなく電界がほとんどかかっていない。この電界がかかっていない領域では、キャリアは拡散のみでしか移動することができない。この結果、空乏層のあるＮ型エピタキシャル層１０３の直下に対して、空乏層のないＰ型分割領域１０７の直下では帯域が低下する問題が発生する。
【００６４】
一方、図６（ａ）に示すように、本実施の形態の分割フォトダイオードの電位分布の結果によれば、Ｐ型分割領域１０７直下及び底面周囲にも電位がかかり、空乏層が広がることが示されている。Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＮ型エピタキシャル層１０３との間に形成されるＰＮ接合により発生した空乏層は、Ｐ型分割領域１０７により分断されずに、分割フォトダイオードの層内で面方向に全域にわたって広がっている。また、比較例では、Ｐ型分割領域１０７の両脇にのみ空乏層端が存在していたが、本実施形態の分割フォトダイオードでは、Ｐ型分割領域１０７の直下にまで空乏層端が広がっている。また、受光領域となるＰＮ境界は電気的に分離される一方、Ｐ型分割領域１０７の障害を受けないことから、比較例に比べて広がりを持つ。
【００６５】
図６（ｃ）のグラフで示されるように、IIの線に沿った断面における電位分布を示されている。IIの線に沿った断面において、電位勾配が生じ、一定以上の電圧をかけることで、Ｐ型分割領域１０７の直下にも電界をかけることが可能となる。したがって、電界により、Ｐ型分割領域１０７直下のＰ型エピタキシャル層１０１で発生したキャリア(ホール)は高速で移動でき、結果としてＰ型分割領域１０７への光照射時における分割フォトダイオードの帯域低下を防ぐことができる。
【００６６】
さらに、図６（ａ）に示すように、Ｎ型エピタキシャル層１０３は、Ｐ型分割領域１０７によって分割されている。これは、Ｐ型分割領域１０７の底面がＮ型エピタキシャル層１０３と接していることから、Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＮ型エピタキシャル層１０３に逆バイアスをかけることによって、分割部直下Ｎ型領域１０６が空乏層化され、Ｐ型エピタキシャル層１０１とＮ型エピタキシャル層１０３との間に形成されるＰＮ接合により発生した空乏層と連続することとなる。これにより、Ｐ型分割領域１０７にＰ型埋込層１０２が設けられていなくても、動作時は、分割フォトダイオードの機能を有することとなる。したがって、良好な焦点ずれ信号やトラッキング誤差信号を検出することが可能となる。
【００６７】
このように、Ｐ型エピタキシャル層１０１及びＮ型エピタキシャル層１０３のＰＮ接合によって形成される空乏層は、Ｐ型分割領域１０７の周囲で分断されることなく、Ｐ型分離領域１０８で囲まれたＰＮ接合面の全面にわたり、連続して広がりをもつ。したがって、Ｐ型エピタキシャル層１０１で発生したキャリアは、Ｐ型分割領域１０７の直下においても、広がった空乏層の内部をドリフト移動することができる。また、比較例のフォトダイオードの場合と比較し、Ｐ型分割領域１０７を迂回するようにキャリアが拡散移動する空間は縮小されることとなる。これにより、受光領域が広がることとなり、応答特性が向上し、分割フォトダイオードの応答速度を高速化することが可能となる。
【００６８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、本実施の形態の分割フォトダイオードは光検出器を構成していてもよい。この光検出器は、複数の分離された受光領域により、半導体レーザ光線から発射されＣＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスクを反射した分岐された光ビームを受光し、光ディスクに記録されているデータを検出することができる。
【００６９】
また、この光検出器は、たとえば、ＣＤプレーヤーやＤＶＤプレーヤー等の光学的再生装置の構成として用いられていてもよい。
【００７０】
分割フォトダイオードの領域以外の部分に、Ｐ型半導体基板の表面において、ＮＰＮトランジスタ等の回路素子が設けられていてもよい。回路素子はＰ型分離領域１０８を介して分割フォトダイオードと分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態に係る分割フォトダイオードを模式的に示した図である。（ａ）実施の形態に係る分割フォトダイオードを模式的に示した平面図である。（ｂ）図１（ａ）で示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】実施の形態に係る分割フォトダイオードの製造方法の例を示す図である。
【図３】比較例の分割フォトダイオードを模式的に示した断面図である。
【図４】比較例の分割フォトダイオードの製造方法の例を示す図である。
【図５】比較例の分割フォトダイオードを説明する図である。
【図６】実施の形態に係る分割フォトダイオードの効果を説明する図である。（ａ）は、実施の形態の電位分布図を示す。また、（ｂ）は、比較例の電位分布図を示す。また、（ｃ）は、実施の形態の効果を説明するグラフを示す。
【図７】従来の分割フォトダイオードを示した模式図である。
【図８】従来の分割フォトダイオードを示した模式図である。（ａ）従来の分割フォトダイオードを模式的に示した断面図である。（ｂ）従来の分割フォトダイオードを説明する図である。（ｃ）従来の分割フォトダイオードを模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０１    Ｐ型エピタキシャル層
１０２    Ｐ型埋込層
１０３    Ｎ型エピタキシャル層
１０４    Ｐ型拡散層
１０５    Ｎ型拡散層
１０６    分割部直下Ｎ型領域
１０７    Ｐ型分割領域
１０８    Ｐ型分離領域
１０９    Ｐ型基板
【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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