JP2002319669A

JP2002319669A - 裏面入射型ホトダイオード及びホトダイオードアレイ

Info

Publication number: JP2002319669A
Application number: JP2001124591A
Authority: JP
Inventors: Koji Okamoto; 浩二岡本; Yoshimarou Fujii; 義磨郎藤井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバ等のアセンブリ時における作業効
率を低下させることなく、受光部の損傷を抑制可能な裏
面入射型ホトダイオードを提供する。【解決手段】この裏面入射型ホトダイオードによれ
ば、光ファイバＦをホトダイオード１０の凹部１ｄ内に
挿入して取付ける際、この部品は段部１ｄｓに当接する
ので、これよりも深部に位置する光感応領域１ｒは当該
部品から保護されることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、裏面入射型ホトダ
イオード及びホトダイオードアレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】短波長光に対して高感度が期待できる光
検出器として、例えば特開平６−２９５０６号公報に開
示されたような裏面入射型ＣＣＤが知られている。この
ＣＣＤは、当該基板における転送電極が存在する側と対
向する側（裏面）からエッチングを行い、受光部の厚み
を１５μｍから２０μｍ程度まで薄くしている。

【０００３】この裏面入射型ＣＣＤは受光部の厚さが非
常に薄いため、短波長の入射光であっても、受光部に至
るまでに半導体材料において吸収されず、また、光入射
に応じて発生したキャリアが基板内で再結合することな
く受光部に到達する。したがって、このような裏面入射
型ホトダイオードは、０．１ｎｍ程度の短波長光まで感
度を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受光部
の厚みが非常に薄い場合、機械的強度が弱くなる。例え
ば、光通信の分野においては、特開平５−１２９６３８
号公報に記載されるように、光ファイバとホトダイオー
ドとを光学的に結合して用いている。ところが、上記の
ような裏面入射型ホトダイオードにおいては、光ファイ
バと光学的結合を行う際、薄化された受光部にファイバ
端部が接触し、当該受光部が損傷を受け易くなる。この
ような損傷傾向は、製造歩留りを低下させる。

【０００５】このホトダイオードの裏面から受光部に至
るまでの開口部側面形状、すなわち円筒面形状に併せて
ファイバの先端を尖頭加工し、上記のような損傷を抑制
することも可能ではあるが、このような場合には、作業
効率が低下する。このように、裏面入射型ホトダイオー
ドにおいては、薄板部を有するが故に機械的強度が非常
に弱く、アセンブリ時に破損し易いという問題を内在す
る。

【０００６】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、光ファイバ等のアセンブリ時における作
業効率を低下させることなく、受光部の損傷を抑制可能
な裏面入射型ホトダイオードを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る裏面入射型ホトダイオードは、半導体
基板の表面側に光感応領域が形成され、半導体基板の裏
面側から光感応領域方向に延びた凹部を有し、この凹部
を介して光感応領域に光が入射する裏面入射型ホトダイ
オードにおいて、凹部の側面は段部を有することを特徴
とする。

【０００８】本発明のホトダイオードによれば、光ファ
イバ等の光透過性の光学部品をホトダイオードに取付け
る際、この部品は上記段部に当接するので、これよりも
深部に位置する光感応領域は保護されることとなる。

【０００９】この段部は、光ファイバの端面の周辺部が
当接する当接部を有すると共に、光ファイバ端面近傍の
側面の位置が規制されるように、当接部の周囲から裏面
方向に延びた円筒面を有することが好ましい。この場
合、光ファイバを凹部内に挿入すると、円筒面に沿って
光ファイバが当接部に移動し、当該当接部において、光
ファイバの深部への移動が制限されると共に、円筒面に
よって光ファイバ端面近傍の側面の位置（横方向移動）
が規制される。また、円筒面と光ファイバ側面との間に
接着剤（樹脂）を充填することとすれば、光ファイバを
より確実に固定することができる。なお、当接部の径は
光ファイバのクラッド径（１２５μｍ）に設定されるこ
とが望ましい。

【００１０】半導体基板の表面側に、光の入射に応じて
光感応領域内で発生したキャリアを取出すための電極を
備え、半導体基板の表面側は樹脂材料を介して支持基板
に固定され、電極は概略リング状の形状を有しており、
このリング状の電極は周方向に沿って一部切れているこ
とが好ましい。

【００１１】すなわち、上記凹部の存在によって光感応
領域の厚みは周囲よりも薄化しているので、短波長の光
が入射した場合においても、光感応領域内で発生したキ
ャリアは表面側の電極を介して取出すことができる。と
ころが、上述のように、光感応領域の薄化によって、そ
の機械的強度は減少している。そこで、半導体基板の表
面側を樹脂材料を介して支持基板に固定することによ
り、本発明のホトダイオードにおいては光感応領域を補
強している。

【００１２】しかし、樹脂材料による半導体基板と支持
基板の密着性が低い場合には、十分な補強を行うことで
きないので、上記電極は概略リング状の形状を有してお
り、このリング状の電極は周方向に沿って一部切れてい
ることとした。この場合、樹脂材料による接着時におい
て、リング状電極の切れた部分を通って余分な樹脂材料
或いは気泡が外部に押し出され、樹脂材料による半導体
基板と支持基板の密着性が向上し、したがって、光感応
領域の強度が向上する。なお、リング（環）とは、狭義
には周方向に連続して内部を囲む形状を示すものである
ので、本発明においては上記のように一部分が切れてい
る場合を概略リング状と呼称することとする。

【００１３】また、支持基板は、その上にパターン配線
が形成された配線基板であり、前記電極は前記パターン
配線とバンプを介して電気的に接続されていることが好
ましい。すなわち、光の入射に応じて光感応領域で発生
したキャリアはバンプ及び配線パターンを介して取出す
ことができる。

【００１４】また、本発明のホトダイオードアレイは、
上記の裏面入射型ホトダイオードを半導体基板内に一次
元又は二次元状に複数形成してなる。このようなホトダ
イオードアレイは、一次元又は二次元像を撮像すること
ができるが、従来、光ファイバ装着時の個々のホトダイ
オードの損傷によって全体としての歩留まりが著しく低
下していた。本発明のホトダイオードを用いることによ
り、装着時の作業効率を劣化させることなく、ホトダイ
オードアレイの製造歩留まりを増加させることができ、
また、不良ホトダイオード（画素）の頻度を著しく減少
させることができるので、１つのホトダイオードアレイ
における画素数を増加させることもできる。

【００１５】また、半導体基板の表面側に、光の入射に
応じて前記光感応領域内で発生したキャリアを取出すた
めの電極を備え、この電極は凹部の深さ方向延長領域上
から外れた位置に設けることとしてもよく、凹部の深さ
方向延長領域上に位置する光感応領域を電極から保護す
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る裏面入射
型ホトダイオードについて説明する。なお、同一要素に
は同一符号を用いることとし、重複する説明は省略す
る。

【００１７】まず、その構造について説明する。

【００１８】図１（ａ）は、実施の形態に係る裏面入射
型ホトダイオード１０を支持基板２０に貼り付けてなる
受光装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した受
光装置のＩ（ｂ）−Ｉ（ｂ）矢印線断面図、図２は裏面
入射型ホトダイオード主要部の拡大断面図である。な
お、図１（ｂ）に示す断面図において下側が裏面入射型
ホトダイオード１０の表面、上側が裏面を示し、また、
内部構造を分かりやすく説明するため、図１（ａ）に示
す平面図においては裏面側に設けられた保護膜の表示を
省略する。

【００１９】本受光装置は、裏面入射型ホトダイオード
１０を支持基板（配線基板、プリント回路基板）２０に
貼り付けてなり、裏面入射型ホトダイオード１０と支持
基板２０は、これらの間に介在する樹脂材料（アンダー
フィル樹脂）ＲＳＮによって接着されている。また、裏
面入射型ホトダイオード１０と支持基板２０の電気的接
続を行うため、これらの間には導電性のバンプ（バンプ
電極）Ｂが介在している。なお、これの代わりに必要に
応じて絶縁性のバンプを更に設けても良い。

【００２０】詳説すれば、支持基板２０は、その上に配
線パターンＷＰを備えており、裏面入射型ホトダイオー
ド１０の表面側の電極（電極パッド）Ｅａ、Ｅｃにバン
プＢを介して接続されている。

【００２１】裏面入射型ホトダイオード１０は、半導体
基板ＳＢの表面側に受光部である光感応領域（受光部）
１ｒ（１ａ，１ｎ，１ｉ，１ｐ）が形成され、半導体基
板ＳＢの裏面側から光感応領域１ｒ方向に延びた凹部１
ｄを有し、この凹部１ｄを介して光感応領域１ｒに光が
入射する裏面入射型ホトダイオードにおいて、凹部１ｄ
の側面が段部１ｄｓを有している。

【００２２】なお、電極Ｅａ、Ｅｃは、光の入射に応じ
て光感応領域内で発生したキャリアを取出すための電極
であり、電極Ｅａ、Ｅｃは凹部１ｄの深さ方向延長領域
上から外れた位置に設けられており、凹部１ｄの深さ方
向延長領域上に位置する光感応領域１ｒを取り付けの際
に印加される電極Ｅａ、Ｅｃへの付勢力から保護するこ
とができる。

【００２３】本構造によれば、光ファイバ等の光透過性
の光学部品をホトダイオード１０の凹部１ｄ内に挿入し
て取付ける際、この部品は段部１ｄｓに当接するので、
これよりも深部に位置する光感応領域１ｒは当該部品か
ら保護されることとなる。また、光ファイバの取り付け
時においても、その先端を尖頭加工する必要がない。な
お、加工することもできる。

【００２４】したがって、裏面入射型ホトダイオード１
０によれば、光ファイバ等のアセンブリ時における作業
効率を低下させることなく、光感応領域１ｒの損傷を抑
制することができる。

【００２５】なお、凹部の最深部における光感応領域１
ｒの厚みは、略１０〜１５μｍにまで薄板化されてい
る。

【００２６】以下の説明においては、凹部１ｄにおける
段部１ｄｓよりも裏面側の開口を第１開口とし、表面側
の開口を第２開口とする。

【００２７】第１開口の直径は略１２５μｍ程度であ
り、第１開口は、段部１ｄｓにおいて基板厚と垂直な平
面を有する平坦棚部（中間底部）を介して、これよりも
表面側に位置する第２開口に連続し、これらは同心円状
に位置している。

【００２８】なお、第２開口の直径は略１０μｍであ
る。また、これらの開口の形状は円形であるが、四角形
や六角形等の半導体材料の結晶面に沿った形状とするこ
ともできる。

【００２９】半導体基板ＳＢは、基体となる高濃度Ｎ型
半導体基板１ｂと、Ｎ型半導体基板１ｂの表面側にエピ
タキシャル成長した低濃度のエピタキシャル層１ｉと、
凹部１ｄの底面直下の領域（第２開口の底面：薄板部）
におけるエピタキシャル層１ｉの裏面側に形成されたア
キュムレーション層１ａと、アキュムレーション層１ａ
内に形成された格子状の高濃度Ｎ型半導体層１ｎと、上
記凹部１ｄ直下の領域におけるエピタキシャル層１ｉの
表面側に形成されたＰ型半導体層（Ｐ⁺型拡散層）１ｐ
とを備えている。

【００３０】低濃度のエピタキシャル層１ｉの導電型
は、Ｉ型又は低濃度のＮ型であるが、本例では１×１０
¹³／ｃｍ³以下の不純物濃度を有する低濃度のＮ型であ
ることとする。したがって、Ｉ型とは低不純物（キャリ
ア）濃度を示すものである。

【００３１】上記構造を詳説すれば、半導体基板ＳＢの
凹部１ｄの直下の領域には、裏面側から、Ｎ型半導体層
１ｎ、Ｉ型エピタキシャル層１ｉ、Ｐ型半導体層１ｐが
順番に積層され、これらはＰＩＮホトダイオードを構成
している。また、エピタキシャル層１ｉにおけるＮ型不
純物の濃度を増加させれば、これは通常のＰＮ接合型ホ
トダイオードとして機能する。いずれの場合において
も、Ｎ型半導体層１ｎの抵抗値は比較的低く設定され、
エピタキシャル層１ｉ内における効率的な空乏層の形成
に寄与している。

【００３２】また、高濃度Ｎ型半導体基板１ｂは、凹部
１ｄ内における露出表面、凹部１ｄの外側に位置する基
板裏面の濃度が高濃度とされた高濃度導電層１ｂ’を有
しているが、これは全体が高濃度であってもよい。

【００３３】高濃度Ｎ型基板１ｂは、エピタキシャル層
１ｉを厚み方向に横切るコンタクト用の高濃度Ｎ型半導
体層（接続層（Ｎ⁺層拡散層）とする）１ｂｂ’に物理
的及び電気的に接続されている。

【００３４】また、接続層１ｂｂ’は基板表面に設けら
れたカソード電極Ｅｃに物理的及び電気的に接続されて
いる。

【００３５】格子状の高濃度Ｎ型半導体層１ｎの厚み
（深さ）は、アキュムレーション層１ａよりも厚い。こ
のＮ型半導体層１ｎは、その周辺部でＮ⁺型基板１ｂと
接続される。

【００３６】したがって、カソード電極Ｅｃに所定の電
位を与えると、接続層１ｂｂ’及びＮ⁺型基板１ｂを介
して格子状の高濃度Ｎ型半導体層１ｎに、この電位を与
えることができる。

【００３７】アキュムレーション層１ａは、均一の深さ
で形成されており、エピタキシャル層１ｉの裏面側表面
付近の浅いところで生じた光電子を再結合させることな
く、効率よく表面側の検出領域に到達させるように機能
する。

【００３８】なお、接続層１ｂｂ’はＰ型半導体層１ｐ
の側周を囲んでおり、Ｐ型半導体層１ｐは上記凹部１ｄ
の底面よりも外側の領域（厚板部）まで延びている。換
言すれば、Ｐ型半導体層１ｐは、半導体基板の薄板部１
ｒと重複すると共に厚板部まで延びている。Ｐ型半導体
層１ｐは、凹部１ｄの第２開口で規定される底面の面積
よりも大きな面積に設定されているので、電極Ｅａを配
線基板２０のパターン配線ＷＰにバンプＢを介して接続
する際に、その衝撃を半導体基板の厚板部で吸収し、薄
板部への衝撃を最小限に抑止することができる。

【００３９】なお、Ｐ型半導体層１ｐは、凹部１ｄの第
１開口で規定される開口面積よりも大きな面積に設定さ
れていることが更に望ましい。

【００４０】また、かかる構造による電気的な効果とし
ては、キャリアの電極への到達率の向上を挙げることが
できる。すなわち、Ｐ型半導体層１ｐの面積は、少なく
とも凹部１ｄの底面の面積、好ましくは凹部１ｄの第１
開口によって規定される面積よりも大きいので、この開
口部から入射する光により発生したキャリアが拡散して
も、殆どのキャリアがＰ型半導体層１ｐに到達すること
ができる。

【００４１】Ｐ型半導体層１ｐは、基板表面側に設けら
れたアノード電極Ｅａに接続されている。したがって、
アノード電極Ｅａに所定の電位を与えると、Ｐ型半導体
層１ｐに、この電位を与えることができる。これらの電
極Ｅｃ，Ｅａ間には、ホトダイオードへの印加電圧が逆
バイアスとなるような電圧が与えられる。

【００４２】なお、上述のように、電極Ｅｃ，Ｅａはバ
ンプＢを介して支持基板２０の配線パターンＷＰに接続
されている。したがって、配線パターンＷＰに上記電圧
を与えれば、本例のホトダイオードに駆動電圧を印加す
ることができる。

【００４３】上記Ｎ型及びＰ型層に至る電気的経路上に
位置する半導体層は、いずれも低抵抗であり、また、格
子状のＮ型高濃度半導体層１ｎも低抵抗であるため、こ
のホトダイオードは約２Ｖ以下の低バイアス電圧動作で
も完全空乏化が実現できると共に、高速応答性が実現で
きる。しかも、Ｎ型高濃度半導体層１ｎ中には、アキュ
ムレーション層１ａが形成されているため、キャリアの
表面付近での再結合も防止することができる。

【００４４】Ｐ型半導体層１ｐ、接続層１ｂｂ’及びエ
ピタキシャル層１ｉの露出表面は表面側保護膜ＰＬｆに
よって被覆されている。アキュムレーション層１ａ、Ｎ
型半導体層１ｎ、凹部１ｄ内及び基板裏面の露出表面
は、裏面側保護膜ＰＬｂによって被覆されている。これ
により、保護膜ＰＬｆ，ＰＬｂによって被覆された半導
体材料への異物の侵入等を抑制することができる。

【００４５】また、裏面側保護膜ＰＬｂは、第２開口の
下部底部、すなわち光感応領域１ｒの表面を被覆してお
り、反射防止膜として機能する。

【００４６】前記段部１ｄｓの裏面側及び基板１ｂの裏
面における保護膜ＰＬｂの露出表面上は、遮光機能を兼
ねた裏面電極Ｅｂによって全体が覆われている。なお、
凹部１ｄの外側に位置する基板裏面における高濃度導電
層１ｂ’は、基板裏面側に設けられた裏面電極Ｅｂに電
気的及び物理的に接続されており、裏面電極Ｅｂを接地
電位等の固定電位とすることにより、基板電位を接地す
ることができる。この為、裏面入射型ホトダイオード１
０の下部開口底部の受光面以外に入射した光は電極Ｅｂ
で遮光されると共に、受光面１ｒ以外に照射される電磁
ノイズを低減することができる。

【００４７】なお、上記構成要素の材料、厚み及び不純
物濃度又は比抵抗は以下の通りである。

【００４８】

【表１】

【００４９】図３は表面側（図２における矢印ＩＩＩ方
向）からみたホトダイオードの平面図である。カソード
電極Ｅｃ及びアノード電極Ｅａは、同図に示されるよう
な分割されたパターン状に形成される。本例の裏面入射
型ホトダイオード１０においては、凹部１ｄの存在によ
って光感応領域１ｒの厚みは周囲よりも薄化しており、
短波長の光が入射した場合においても、発生したキャリ
アは電極Ｅｃ及び／又はＥａを介して取出すことができ
る。すなわち、電極Ｅｃ及び／又はＥａは、光の入射に
応じて光感応領域１ｒ内で発生したキャリアを取出すた
め，半導体基板ＳＢの表面側に設けられており、半導体
基板ＳＢの表面側は樹脂材料ＲＳＮを介して支持基板２
０に固定されている。

【００５０】ところが、光感応領域１ｒの薄化によっ
て、その機械的強度は減少している。本例では、半導体
基板ＳＢの表面側を樹脂材料ＲＳＮを介して支持基板２
０に固定することにより、光感応領域１ｒを補強してい
る。

【００５１】しかし、樹脂材料ＲＳＮによる半導体基板
ＳＢと支持基板２０の密着性が低い場合には、十分な補
強を行うことできない。

【００５２】そこで、電極Ｅｃ及びＥａは概略リング状
の形状を有しており、このリング状の電極Ｅｃ及びＥａ
は周方向に沿って一部切れていることとした。この場
合、樹脂材料ＲＳＮによる接着時において、リング状電
極Ｅｃ及びＥａの切れた部分を通って余分な樹脂材料Ｒ
ＳＮ或いは気泡が外部に押し出され、樹脂材料ＲＳＮに
よる半導体基板ＳＢと支持基板２０の密着性が向上し、
したがって、光感応領域１ｒの強度が向上する。

【００５３】なお、リング（環）とは、狭義には周方向
に連続して内部を囲む形状を示すものであるので、説明
においては、一部分が切れている場合を概略リング状と
呼称することとする。

【００５４】電極構造について、詳説すれば、カソード
電極Ｅｃの周方向に沿った幅は約２００μｍ程度であ
り、電極Ｅｃ間のピッチ（間隔）は約２００μｍ程度で
ある。この寸法は、回路基板２０と裏面入射型ホトダイ
オード１０との間の間隙に樹脂材料ＲＳＮを充填する
際、樹脂材料ＲＳＮを流れ易くし、樹脂材料ＲＳＮを間
隙全体に充填させるために有効である。樹脂材料ＲＳＮ
を薄板部を含め間隙全体に行き渡らせるより、裏面入射
型ホトダイオード１０の薄板部は保護（支持）されるの
で、その機械的強度を十分に高めることができる。な
お、アノード電極Ｅａはカソード電極Ｅｃの内側に配置
されており、その形状及び配置はカソード電極Ｅｃのも
のと同様である。

【００５５】図４は、光ファイバＦが凹部内に固定され
た受光装置の縦断面図である。光ファイバＦは、凹部１
ｄの段部１ｄｓに当接している。段部１ｄｓは、光ファ
イバＦ端面の周辺部が当接する当接部ＡＢＴを有すると
共に、光ファイバ端面近傍の側面Ｆｓの位置が規制され
るように、当接部ＡＢＴの周囲から裏面方向に延びた円
筒面１ｄｃを有する。

【００５６】この場合、ホトダイオード１０と光ファイ
バＦとの光学的接続（結合）を行うために、光ファイバ
Ｆを凹部１ｄ内に挿入すると、円筒面１ｄｃに沿って光
ファイバＦが当接部ＡＢＴに移動し（自動アライン機
能）、当該当接部ＡＢＴにおいて、光ファイバＦの基板
深部への移動が制限される（ストッパとして機能）と共
に、円筒面１ｄｃによって光ファイバ端面近傍の側面Ｆ
ｓの位置（横方向移動）が規制される（位置規制機
能）。これらは、光ファイバＦの光学軸を裏面入射型ホ
トダイオード１０の受光部（検出領域）１ｒに位置合わ
せする手段として機能する。

【００５７】また、円筒面１ｄｃと光ファイバ側面Ｆｓ
との間に図示しない接着剤（樹脂）を充填することとす
れば、光ファイバＦをより確実に固定することができる
（樹脂収容機能）。

【００５８】なお、第１開口は光ファイバＦのクラッド
径（１２５μｍ）に設定されることが望ましい。

【００５９】第２開口は、第１開口の段部１ｄｓ（中間
底部）をエッチングすることによって形成されるが、こ
れは接続される光ファイバＦの径より十分小さい径であ
り、第１の開口と略同心状に形成される。本例では、第
２開口の径が光ファイバ径より小さい為、光ファイバが
基板薄板部である受光部１ｒと接触することはなく、薄
板部の損傷が防止される。

【００６０】なお、第１及び第２開口の寸法は、それぞ
れ１２５μｍ及び１０μｍである。

【００６１】本例においては、光ファイバＦは、クラッ
ド径１２５μｍ、コア径１０μｍを有するので、上記寸
法を採用することにより、第1開口での位置合わせ機能
を十分達成でき、しかも薄板部への接触は防止できる。
なお、光ファイバＦは第１開口内に位置するが、これら
は樹脂接着剤等により固定される。

【００６２】次に上記受光装置の製造方法について説明
する。この受光装置は、以下の順で行われる工程（１）
〜（１２）によって製造される。

【００６３】（１）エピタキシャル層１ｉを形成する。
すなわち、半導体基板１ｂを用意し、半導体基板１ｂの
表面上にエピタキシャル層１ｉを成長させる。半導体基
板１ｂは厚さ約３８５μｍ、比抵抗が０．０２Ω・ｃｍ
以下の基板である。エピタキシャル層１ｉは厚さ１０〜
１５μｍ、比抵抗が数１００Ω・ｃｍ以上である。ＣＶ
Ｄ法等を用いることができる。

【００６４】（２）カソード用の接続層１ｂｂ’を形成
する。すなわち、エピタキシャル層１ｉ表面の所定領域
に開口を有するマスクを形成した後、この開口を介して
Ｎ型不純物（リン）を拡散させ、基板１ｂに到達する接
続層１ｂｂ’を形成する。

【００６５】（３）アノード用のＰ型半導体層１ｐを接
続層１ｂｂ’の内側に形成する。すなわち、この層の形
成予定領域に開口を有するマスクをエピタキシャル層１
ｉ表面に再び形成し、表面側からＰ型不純物（ボロン）
を拡散させる。Ｐ型半導体層１ｐの不純物濃度は１×１
０¹⁹／ｃｍ³以上で、厚さ０．５μｍ程度に設定する。
これにより不純物濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³以上、厚さ
１０〜１５μｍ程度の接続層１ｂｂ’がＰ型半導体層１
ｐの周囲を取り囲んで形成されたこととなる。

【００６６】（４）表面側保護膜ＰＬｆを形成する。す
なわち、Ｐ型半導体層１ｐ及びエピタキシャル層１ｉの
露出表面を酸化することにより、表面側保護膜ＰＬｆを
形成する。この酸化は熱酸化であり、表面側保護膜ＰＬ
ｆとしてＳｉＯ₂が形成される。

【００６７】（５）基板裏面をエッチングして２段凹状
構造の凹部１ｄを形成する。まず、半導体基板１ｂの裏
面における第１開口形成予定領域のみが露出したマスク
を裏面上に形成する。このマスクを用い、誘電結合プラ
ズマ（ＩＣＰ）エッチングにより、第１開口を形成す
る。

【００６８】第１開口の形成後、一旦、エッチングを中
断する。次に、形成された第1開口の底部（中間底部）
における第２開口形成予定領域のみが露出したマスクを
当該底部上に形成する。このマスクを用い、再度、誘電
結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングにより、第２開口を
形成する。第２開口の形成工程は、エピタキシャル層１
ｉが露出した時点で終了する。本例では、第1開口は１
２５μｍφ程度であり、第２開口は１０μｍφ程度とす
る。

【００６９】（６）パターン状半導体層１ｎを形成す
る。すなわち、凹部１ｄの底面上に所定パターンのマス
ク（格子状）を形成し、このマスクを介してＮ型不純物
（リン）をエピタキシャル層１ｉ内に拡散させる。この
不純物濃度は２×１０¹⁸／ｃｍ³程度に設定する。

【００７０】（７）パターン状半導体層１ｎと同じ領域
内の露出面にアキュムレーション層を形成する。

【００７１】一般的にアキュムレーションを行う際に
は、Ｎ型シリコン基板に対してリンをイオン注入すれば
良いが、イオン注入層はアモルファス状となり、その後
の熱処理で再結晶化とイオン注入したリン原子の活性化
を行わなくてはいけない。通常この熱処理（アニール）
としては、６００℃付近と１０００℃付近の熱処理を連
続して行う、所謂２ステップ・アニールを行われる。

【００７２】（８）裏面側保護膜ＰＬｂを形成する。す
なわち、凹部１ｄ及び裏面を含めた基板１ｂの露出表面
と、エピタキシャル層１ｉの露出表面上に保護膜ＰＬｂ
を形成する。保護膜ＰＬｂとしてＳｉＮｘ（シリコン窒
化物）を用いる場合には、形成にＣＶＤ法を用いる。

【００７３】（９）カソード及びアノード電極Ｅｃ，Ｅ
ａを形成する。すなわち、表面側保護膜ＰＬｆにおけ
る、ｎ型の接続層１ｂｂ’、Ｐ型半導体層１ｐに対応す
る領域に、コンタクトホールを形成し、コンタクトホー
ルを介してｎ型の接続層１ｂｂ’、Ｐ型半導体層１ｐ上
にアルミニウムを蒸着し、それぞれ電極Ｅｃ，Ｅａを形
成する。なお、ＣＶＤ法等により、これらの上に更にＳ
ｉＯ₂保護膜を形成してもよい。

【００７４】（１０）遮光及び接地用裏面電極Ｅｂを形
成する。すなわち、裏面側保護膜ＰＬｂの所定領域にコ
ンタクトホールを形成した後、保護膜ＰＬｂ及びコンタ
クトホールによる基板１ｂの露出面上を電極Ｅｂによっ
て被覆する。電極材料としてはアルミニウムを用いるこ
とができる。なお、電極Ｅｂが接続される高濃度層１
ｂ’は工程（８）よりも前の適当な時期に形成してお
く。

【００７５】（１１）回路基板２０と裏面入射型ホトダ
イオード１０とを電気的に接続する。すなわち、基板Ｓ
Ｂ表面上を被覆している図示しない保護膜がある場合に
は、これの電極Ｅａ，Ｅｃに対応する部分を除去し、続
いて、アノード及びカソード電極Ｅａ，Ｅｃ上に導電性
のバンプＢを配置し、バンプＢによって回路基板２０上
の配線パターンＷＰと電極Ｅａ，Ｅｃとを接続する。バ
ンプＢはＮｉ／Ａｕからなる。なお、回路基板２０は、
必要に応じてホトダイオード１０からの出力信号を増幅
する増幅器等の回路を備えることとしてもよい。

【００７６】（１２）バンプにより接続された裏面入射
型ホトダイオード１０とプリント回路基板２０との間の
間隙に樹脂材料ＲＳＮを充填し、硬化させ、図１に示し
た受光装置が完成する。

【００７７】次に、上記裏面入射型ホトダイオード１０
を複数備えてなる裏面入射型ホトダイオードアレイにつ
いて説明する。このホトダイオードアレイは、単一の半
導体基板内に形成され、単一の配線基板２０上に形成さ
れた配線パターンＷＰに、上記１つのホトダイオード１
０と同様にバンプを介して接続される。

【００７８】図５は複数の裏面入射型ホトダイオード１
０が二次元状に配置されてなる裏面入射型ホトダイオー
ドアレイを配線基板２０に取付けてなる受光装置の平面
図であり、図６は図５に示した受光装置のＩＶ−ＩＶ矢
印線断面図である。

【００７９】アレイ状の裏面入射型ホトダイオードは、
同一基板上に所定の間隔で形成され、それぞれの開口部
（凹部１ｄ）には、複数の光ファイバＦが夫々光学的に
接続されている。各凹部１ｄは、いずれも上記実施態様
と同様に2重凹状に形成され、各々の第1開口内に光ファ
イバＦが位置し、これらは樹脂接着剤等により固定され
ている。

【００８０】この裏面入射型ホトダイオードアレイによ
れば、光ファイバＦを介して入射する二次元像を得るこ
とができる。なお、裏面入射型ホトダイオード１０は一
次元状に配置してもよい。この場合には、裏面入射型ホ
トダイオードアレイは一次元像を得ることができる。す
なわち、このホトダイオードアレイは、上述の裏面入射
型ホトダイオード１０を、半導体基板ＳＢ内に一次元又
は二次元状に複数形成してなる。

【００８１】従来、光ファイバ装着時の個々のホトダイ
オードの損傷によって全体としての歩留まりが著しく低
下していたが、上記ホトダイオード１０を用いることに
より、装着時の作業効率を低下させることなく、ホトダ
イオードアレイの製造歩留まりを増加させることがで
き、また、不良ホトダイオード（画素）の頻度を著しく
減少させることができるので、１つのホトダイオードア
レイにおける画素数を増加させることもできる。

【００８２】また、上記半導体の導電型は、反転させる
ことも可能である。すなわち、Ｎ型及びＰ型は互いに置
換可能である。

【００８３】また、上記アノード及びカソード電極Ｅ
ａ，Ｅｃの形状は、概略ディスク状であって、分割され
ていてもよい。

【００８４】図７は、Ｎ型半導体層１ｎの別の平面パタ
ーンを示す図である。上述のＮ型半導体層１ｎは格子状
とされたが、これは図７に示すように、リング状、概略
リング状、又は同心二重リング状等としてもよい。

【００８５】以上、説明したように、上記裏面入射型ホ
トダイオードにおいては、第1導電型（Ｎ+型）半導体基
板１ｂの第1面（表面）側に低濃度の第１導電型（Ｎ
^-型）エピタキシャル層１ｉが形成され、第１導電型の
エピタキシャル層１ｉの基板１ｂと対向する表面（第１
面：表面）の所定領域に高濃度第２導電型（Ｐ⁺型）拡
散層１ｐが形成され、半導体基板１ｂの露出面側の高濃
度第２導電型拡散層１ｐに対向する領域に第１導電型の
エピタキシャル層１ｉを露出するように形成された開口
部１ｄを有し、開口部１ｄから入射する光を検出する裏
面入射型半導体ホトダイオードであって、開口部１ｄ
は、第１開口と、第２開口とからなる二重凹状に構成さ
れ、第1開口の方が第２開口よりも径が大きく、略同心
で形成されている。

【００８６】

【発明の効果】本発明の裏面入射型ホトダイオードによ
れば、光ファイバ等のアセンブリ時における作業効率を
低下させることなく、受光部の損傷を抑制可能な裏面入
射型ホトダイオードを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は実施の形態に係る裏面入射型ホト
ダイオード１０を支持基板２０に貼り付けてなる受光装
置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した受光装置
のＩ（ｂ）−Ｉ（ｂ）矢印線断面図である。

【図２】裏面入射型ホトダイオード主要部の拡大断面図
である。

【図３】表面側（図２における矢印ＩＩＩ方向）からみ
たホトダイオードの平面図。

【図４】光ファイバ及び受光装置のＩ（ｂ）−Ｉ（ｂ）
矢印線断面図である。

【図５】複数の裏面入射型ホトダイオード１０が二次元
状に配置されてなる裏面入射型ホトダイオードアレイを
配線基板２０に取付けてなる受光装置の平面図である。

【図６】図５に示した受光装置のＩＶ−ＩＶ矢印線断面
図である。

【図７】Ｎ型半導体層１ｎの平面パターンを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０…裏面入射型ホトダイオード、ＳＢ…半導体基板、
１ｒ…光感応領域、１ｄ…凹部、１ｄｓ…段部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 BA06 CA02 CA32 GA02 GA09 HA14 HA31 5F049 MA04 NA09 NA10 NB03 NB05 QA06 QA20 RA02 SS02 SZ20 TA14 5F088 AA01 BA16 BB02 BB03 DA17 EA03 EA04 EA20 GA07 GA08 GA10 JA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の表面側に光感応領域が形成
され、前記半導体基板の裏面側から前記光感応領域方向
に延びた凹部を有し、前記凹部を介して前記光感応領域
に光が入射する裏面入射型ホトダイオードにおいて、前
記凹部の側面は段部を有することを特徴とする裏面入射
型ホトダイオード。
【請求項２】前記段部は、光ファイバの端面の周辺部
が当接する当接部を有すると共に、前記光ファイバ端面
近傍の側面の位置が規制されるように、前記当接部の周
囲から前記裏面方向に延びた円筒面を有することを特徴
とする請求項１に記載の裏面入射型ホトダイオード。
【請求項３】前記半導体基板の表面側に、光の入射に
応じて前記光感応領域内で発生したキャリアを取出すた
めの電極を備え、前記半導体基板の表面側は樹脂材料を
介して支持基板に固定され、前記電極は概略リング状の
形状を有しており、前記リング状の前記電極は周方向に
沿って一部切れていることを特徴とする請求項２に記載
の裏面入射型ホトダイオード。
【請求項４】前記支持基板は、その上にパターン配線
が形成された配線基板であり、前記電極は前記パターン
配線とバンプを介して電気的に接続されていることを特
徴とする請求項３に記載の裏面入射型ホトダイオード。
【請求項５】請求項１に記載の裏面入射型ホトダイオ
ードを、前記半導体基板内に一次元又は二次元状に複数
形成してなるホトダイオードアレイ。
【請求項６】前記半導体基板の表面側に、光の入射に
応じて前記光感応領域内で発生したキャリアを取出すた
めの電極を備え、この電極は前記凹部の深さ方向延長領
域上から外れた位置に設けられていることを特徴とする
請求項１に記載の裏面入射型ホトダイオード。