專利名稱：與電路相集成的光接收元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與處理光電轉(zhuǎn)換信號的電路相集成的光接收元件。更具體地說，本發(fā)明涉及一種做在與電路相集成的光接收元件中的、有一個(gè)被分隔成多個(gè)光探測部分(以后稱為“光電二極管光探測區(qū)”)的光接收區(qū)的、能降低其射頻噪聲的水平同時(shí)又不降低其響應(yīng)速度的分隔光電二極管結(jié)構(gòu)。
例如，通常采用這種與電路相集成的擁有一個(gè)分隔光電二極管的光接收元件作為光學(xué)檢測用的信號探測元件。


圖10A和10B示出一種一般的與電路相集成光接收元件圖10A是與電路相集成光接收元件四分隔光電二極管的一般結(jié)構(gòu)的平面圖，圖10B是沿圖10A中10b-10b線的截面結(jié)構(gòu)圖。注意圖10A和圖10B中省略了繼金屬處理步驟之后各個(gè)步驟期間所形成的各個(gè)構(gòu)造部分，包括多層配線、保護(hù)層等。
在圖10A和10B中，PD20是一個(gè)做在一般與電路集成的光接收元件中的四分隔光電二極管，在P型半導(dǎo)體基底11上形成N型外延層14。在基底11與N型外延層14之間的邊界區(qū)中有選擇性地形成P+型埋入擴(kuò)散層12。在N型外延層14的表面區(qū)中形成P+型隔離擴(kuò)散層15，并使之到達(dá)P+型埋入擴(kuò)散層12。此外，用P+型埋入擴(kuò)散層12和與埋入擴(kuò)散層12相聯(lián)系的P+型隔離擴(kuò)散層15將N型外延層14分隔成多個(gè)N型外延區(qū)14a。這里，由分別隔開的N型外延區(qū)14a和下方的基底區(qū)11形成探測信號光的光電二極管光探測部分PDa、PDb、PDc和PDd。四分隔光電二極管PD20是由這些光電二極管光探測部分PDa至PDd構(gòu)成的。實(shí)際上，在N型外延層14表面上形成減反射膜層，如氧化硅膜層或氮化硅膜層。然而，為簡便起見，在圖10B中未示出這些膜層。
接著，將介紹利用該四分隔光電二極管PD20探測聚焦誤差的方法。
圖11A至11C示出在信號光照射時(shí)，在四分隔光電二極管PD20的表面上形成的光束光斑的形狀，這里以象差方法作為利用由光電二極管光探測部分PDa至PDd構(gòu)成四分隔光電二極管PD20探測聚焦誤差的典型方法。
圖11A示出當(dāng)光學(xué)檢拾器的出射光束聚焦在圓盤上時(shí)在四分隔光電二極管表面上形成的光斑形狀，圖11B示出當(dāng)圓盤與光學(xué)器之間的距離太小時(shí)在四分隔光電二極管表面上形成的光斑形狀，圖11C示出當(dāng)圓盤與光學(xué)檢拾器之間的距離太大時(shí)在四分隔光電二極管表面上形成的光斑形狀。
通常，通過獲得對角上兩對光電二極管光探測部分各光信號(即光電轉(zhuǎn)換輸出)之和，然后獲得兩信號和的差，探測焦點(diǎn)誤差。具體說，在這種情況下，誤差信號S的計(jì)算如下誤差信號S＝{(光電二極管光探測部分PDa的光信號)+(光電二極管光探測部分PDd的光信號)}-{(光電二極管光探測部分PDb的光信號)+(光電二極管光探測部分PDc的光信號)}例如，當(dāng)形成如圖11A所示的圓形光斑時(shí)，S＝0，可確定束聚焦在圓盤上。另一方面，當(dāng)形成如圖11B所示的相對分隔光電二極管垂直軸逆時(shí)針傾斜的橢圓光斑10b時(shí)，S＞0，確定圓盤太靠近光學(xué)檢拾器。此外，當(dāng)形成如圖11C所示的相對分隔光電二極管垂直軸順時(shí)針傾斜的橢圓光斑10c時(shí)，S＜0，確定圓盤離光學(xué)檢拾器太遠(yuǎn)。
在實(shí)際使用光學(xué)檢拾器時(shí)，對光束進(jìn)行聚焦控制，使S＝0，如圖11A至11C所示，信號光的光束照射在分隔光電二極管的各個(gè)分隔區(qū)上。
以這種方式調(diào)節(jié)光學(xué)檢拾器到圓盤的距離后，獲得包含從圓盤實(shí)際讀出數(shù)據(jù)的射頻信號，這種信號是當(dāng)分隔光電二極管處于圖11A所示光束照射時(shí)的狀態(tài)中時(shí)，光電二極管各個(gè)光探測部分光信號(光電轉(zhuǎn)換信號)的和。也就是說，射頻信號＝{(光電二極管光探測部分PDa的光信號)+(光電二極管光探測部分PDd的光信號)}+{(光電二極管光探測部分PDb的光信號)+(光電二極管光探測部分PDc的光信號)}此外，為了實(shí)現(xiàn)高速信號處理，必須在分隔的光電二極管中高速地把照射的信號光轉(zhuǎn)換為電信號。因此，隨著光盤驅(qū)動性能的不斷改善，實(shí)際使用分隔光電二極管時(shí)需要進(jìn)一步提高照射信號光區(qū)域中分隔光電二極管的響應(yīng)特性。
由于需要提高如圖11A所示在光照射下分隔光電二極管的區(qū)域中光電二極管的分隔區(qū)的響應(yīng)特性，現(xiàn)已提出了提高分隔區(qū)響應(yīng)速度的結(jié)構(gòu)(見日本公開公報(bào)No.8-32100(日本專利申請?zhí)?-162412))。
圖12示出了這種提高分隔區(qū)響應(yīng)速度的結(jié)構(gòu)的示意圖，它對應(yīng)于圖10B所示四分隔光電二極管PD20部分的截面圖。注意在圖12中省略了繼金屬處理步驟之后各個(gè)步驟期間所形成的氧化膜或氮化膜(作為減反射膜)和各個(gè)構(gòu)造部分(包括多層配線、保護(hù)層等)。
在圖12中，PD30是一個(gè)采用提高分隔區(qū)響應(yīng)速度結(jié)構(gòu)的四分隔光電二極管。除了如圖10A和10B所示的分隔光電二極管PD20的各層和各區(qū)外，四分隔光電二極管PD30進(jìn)一步包括在P型硅基底11與構(gòu)成光電二極管各個(gè)光探測部分PDa至PDd的N型外延層14a之間的邊界區(qū)中形成的N+型埋入擴(kuò)散層13。分隔光電二極管PD30的其余結(jié)構(gòu)與分隔光電二極管PD20的相同。
接著，將介紹分隔光電二極管PD30的制備方法。
首先，如圖13A所示，在P型硅基底11表面區(qū)中將分隔光電二極管與其它器件隔離開來的區(qū)域和將分隔光電二極管分隔為各個(gè)光探測部分的分隔區(qū)中形成P+型埋入擴(kuò)散層12。此外，在基底11表面區(qū)中形成的一部分光電二極管光探測區(qū)中形成N+型埋入擴(kuò)散層13。
接著，如圖13B所示，在P型硅基底11的整個(gè)表面上生長N型外延層14。下一步如圖13C所示，在與P+型埋入擴(kuò)散層12相對應(yīng)的區(qū)域中形成P+型隔離擴(kuò)散層15，這個(gè)擴(kuò)散層就這樣從N型外延層14的表面延伸到P+型埋入擴(kuò)散層12，并且在構(gòu)成分隔光電二極管的N型外延層14的表面區(qū)中進(jìn)一步形成P+型擴(kuò)散層16。
用這種方法可獲得具有如12所示這種結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD30。此外，用常規(guī)的雙極集成電路工藝，在P型硅基底11中可以形成把信號處理電路部分(未示出)和分隔光電二極管一起做在與電路集成的光接收元件中。
接下來，將簡要描述在采用這種結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管的分隔區(qū)中是如何提高響應(yīng)速度的。
采用這種結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD30的特點(diǎn)是為光電二極管各個(gè)光探測部分提供N+型埋入擴(kuò)散層13以及在構(gòu)成分隔光電二極管的N型外延層14的表面區(qū)中提供P+型擴(kuò)散層16。
首先，將說明為什么提供N+型埋入擴(kuò)散層13。在圖10B所示的一般分隔光電二極管PD20的結(jié)構(gòu)中，分隔區(qū)B受光照產(chǎn)生的光生載流子C0(見圖14A)在繞過分隔區(qū)B后到達(dá)P-N結(jié)區(qū)。結(jié)果，載流子C0擴(kuò)散到P-N結(jié)區(qū)的距離比基底11中除光電二極管分隔區(qū)B以外區(qū)域中產(chǎn)生的光生載流子C1的距離長。因此，在光電二極管PD20分隔區(qū)B中的響應(yīng)速度要比分隔區(qū)B以外區(qū)域中的響應(yīng)速度慢，分隔區(qū)B中的截止頻率要比分隔區(qū)B以外區(qū)域中的截至頻率低。
相比而言，在如圖13C所示的采用包含N+型擴(kuò)散層13結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD30中，利用了從N+型擴(kuò)散層1 3擴(kuò)展的耗盡層，因此，使在分隔區(qū)中產(chǎn)生的光生載流子圍繞分隔區(qū)擴(kuò)散的距離從幾十微米縮短到幾微米。因此，能夠防止由于分隔區(qū)中產(chǎn)生的光生載流子造成的響應(yīng)速度的延遲。
從提高響應(yīng)速度的觀點(diǎn)看，對于分隔光電二極管PD30來說，采用在分隔區(qū)附近包含N+型擴(kuò)散層13的結(jié)構(gòu)是重要的。通過以這種方式改進(jìn)分隔光電二極管的結(jié)構(gòu)，能夠提高響應(yīng)速度以及在更高的速度下處理射頻信號。
另一方面，以下將說明為什么形成P+型擴(kuò)散層16的原因。
在分隔光電二極管PD30光接收表面的光反射比較高的情況下，當(dāng)信號光照射在分隔光電二極管PD30上時(shí)，只有少量的光穿透到分隔光電二極管PD30中。結(jié)果，把光通過光電轉(zhuǎn)換成電信號產(chǎn)生的電流量是很小的。換句話說，分隔光電二極管的光靈敏度較低。
因此，為了防止以這種方式降低光電靈敏度，必須要降低分隔光電二極管表面上的光反射。因此，在分隔光電二極管的光接收表面上通常形成氧化硅膜層，作為減反射膜(未示出)。然而，即時(shí)使氧化硅的膜層厚度達(dá)到最佳值，由于其折射率的限制，氧化硅膜層只能使反射率減少大約15％。
另一方面，在用氮化硅代替氧化硅作為減反射膜層的情況中，通過使膜層厚度達(dá)到最佳值能夠使反射率減少約1％。然而，如果在外延層的表面上形成氮化硅膜層，會使N型外延層14與P+型擴(kuò)散層15之間的P-N結(jié)端面直接與氮化硅膜層接觸，以致P-N結(jié)端面中的結(jié)漏電產(chǎn)生不利的增大。
因此，如圖14C所示，通過在分隔光電二極管外延層表面區(qū)中形成P+型擴(kuò)散層16，能夠防止N型外延層14與P+型擴(kuò)散層15之間的P-N結(jié)端面與氮化硅接觸，從而阻止P-N結(jié)端面的結(jié)漏電。
以下將說明采用圖14C所示結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD30的問題。
當(dāng)用作光檢拾器的分隔光電二極管的工作速度升高時(shí)，電路要在較高頻率下對由分隔光電二極管獲得的光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理。因此，必須降低與電路集成的光接收元件中信號處理電路的射頻噪聲水平。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，分隔光電二極管的電容越大，射頻噪聲水平越高。其原因大概如下。
圖15是光檢拾器用的與電路集成的光接收元件的簡化等效電路圖，其中包括與射頻噪聲有關(guān)的部分。在與電路集成的光接收元件中，為信號處理電路(SC)提供一個(gè)如放大器前級那樣的反饋電路。因此，在等效電路圖中，分隔光電二極管的電容CPD和反饋電路的電阻Rf并聯(lián)在信號處理電路SC的輸入端上。在圖15中，V代表信號處理電路SC的參考電壓，這和放大器一樣。
這個(gè)等效電路中的噪聲可以用下面的方程式(1)表示in2＝ina2+Vna2/{Rf2/(1+ωCPDRf2)}+4kT(Δf/Rf)……(1)
在方程式(1)中，變量和常量分別為In相對整個(gè)信號處理電路的輸入轉(zhuǎn)換噪聲電流源的輸出電流(復(fù)數(shù))；Ina相對反饋電路的輸入轉(zhuǎn)換電流噪聲源的輸出電流(復(fù)數(shù))；Vna相對反饋電路的輸入轉(zhuǎn)換電壓噪聲源的輸出電壓(復(fù)數(shù))；Δf由信號處理電路處理的信號的頻率帶寬；Rf反饋電路的電阻(反饋電阻)；CPD光電二極管的電容；k玻爾茲曼常數(shù)；T絕對溫度；ω＝2πf角速度(弧/秒)；f光學(xué)信號的頻率。
在方程式中，第一項(xiàng)代表散粒噪聲，第二項(xiàng)代表射頻噪聲，第三項(xiàng)代表熱噪聲。在這幾項(xiàng)中，散粒噪聲和熱噪聲與頻率無關(guān)。
正如從方程式(1)可以明白的，與頻率有關(guān)的第二項(xiàng)依賴于分隔光電二極管的負(fù)載電阻Rf和電容CPD。然而，由于負(fù)載電阻Rf與放大電路(即信號處理電路)SC的放大倍數(shù)有關(guān)，電阻值不能自由地改變。因此，為了降低射頻噪聲水平，必須降低分隔光電二極管PD30的電容CPD。
如上所述，在一般的分隔光電二極管PD30中，通過提供N+型埋入擴(kuò)散層13可提高響應(yīng)速度，同時(shí)，利用氮化硅作為減反射膜層，而且在分隔光電二極管的N型外延層表面區(qū)中形成P+型擴(kuò)散層16，以減小光接收表面上的反射，且不產(chǎn)生結(jié)漏電。然而，由于N+型擴(kuò)散層13與P型半導(dǎo)體基底11間的結(jié)電容和P+型擴(kuò)散層16與N型外延層14間的結(jié)電容較大，分隔光電二極管的總結(jié)電容也較大。因此，分隔光電二極管存在與電路集成的光接收元件中信號處理所產(chǎn)生的射頻噪聲水平高的問題。
根據(jù)本發(fā)明的方案1，與電路相集成的光接收元件包括一層具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底上形成的具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；使具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層分隔成多個(gè)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；由各個(gè)具有第二導(dǎo)電類型的被分隔半導(dǎo)體區(qū)和下方具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底區(qū)構(gòu)成的、探測信號光并輸出信號光的光電轉(zhuǎn)換信號的多個(gè)光探測部分，由所述的多個(gè)光探測部分構(gòu)成一個(gè)分隔光電二極管，在具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)中形成的對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理的信號處理電路部分，所述信號處理電路與形成分隔光電二極管的區(qū)域是電隔離的；僅在起光電二極管分隔區(qū)作用的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層附近和形成各個(gè)光探測部分的具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底區(qū)中形成的具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；在具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)，包括一部分起分隔區(qū)作用的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中形成的具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，它覆蓋具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的上方部分。
在一個(gè)實(shí)施例中，僅在分隔區(qū)附近形成具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，其上照射信號光，半導(dǎo)體層的面積基本與信號光束的直徑相等；具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體的形成使具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的平面圖案不比具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的平面圖案長得大。
在另一個(gè)實(shí)施例中，僅在分隔區(qū)附近形成具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，其上照射信號光，使平面圖案滿足制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)則的最小尺寸；形成具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，使其覆蓋具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的上方部分。
根據(jù)本發(fā)明的方案2，與電路集成的光接收元件包括具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底上形成的具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；把具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層分隔成多個(gè)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；由各個(gè)具有第二導(dǎo)電類型的被分隔半導(dǎo)體區(qū)和下方的具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底區(qū)構(gòu)成的、探測信號光并輸出信號光的光電轉(zhuǎn)換信號的多個(gè)光探測部分，由多個(gè)所述的光探測部分構(gòu)成一個(gè)分隔光電二極管，在具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)中形成的對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理的信號處理電路部分，信號處理電路與形成的分隔光電二極管區(qū)是電隔離的；通過從具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的表面擴(kuò)散雜質(zhì)，在構(gòu)成光探測部分的具有第二導(dǎo)電類型的一部分半導(dǎo)體區(qū)中形成的具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度高于第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
在一個(gè)實(shí)施例中，具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層是與起電路作用的垂直型PNP晶體管的基區(qū)同時(shí)形成的。
根據(jù)本發(fā)明的方案3，與電路集成的光接收元件包括具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底上形成的具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；把具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層分隔成多個(gè)具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；由多個(gè)具有第二導(dǎo)電類型的被分隔半導(dǎo)體區(qū)和下方的具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底區(qū)構(gòu)成的、探測信號光并輸出信號光的光電轉(zhuǎn)換信號的多個(gè)光探測部分，由多個(gè)所述的光探測部分構(gòu)成一個(gè)分隔光電二極管，在具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)中形成的對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理的信號處理電路部分，信號處理電路與所形成分隔光電二極管區(qū)是電隔離的；在由第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層構(gòu)成的一部分分隔區(qū)和分隔區(qū)附近，在其上照射信號光的第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)中形成的第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，其覆蓋面積基本等于信號光束的直徑。
以下將介紹本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的功能或效果。
根據(jù)本發(fā)明的方案1，僅僅在構(gòu)成分隔光電二極管的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底中的分隔光電二極管的分隔區(qū)附近形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。因此，由于存在第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，能夠縮短分隔區(qū)下產(chǎn)生的光生載流子圍繞分隔區(qū)擴(kuò)散到達(dá)P-N結(jié)的距離。從而，能夠抑制由于光生載流子繞過分隔區(qū)造成的在分隔區(qū)中響應(yīng)速度的下降。
此外，由于第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層是在構(gòu)成分隔光電二極管的第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)中形成的，它覆蓋了第二導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層的上方部分，在第二導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層上部產(chǎn)生的光生載流子被吸收到第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層中。因此，光生載流子不再繞過第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層到達(dá)P-N結(jié)區(qū)。因而，即使在形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層時(shí)，也能夠防止響應(yīng)速度的降低。
此外，由于僅在分隔區(qū)附近形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層和第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，降低了分隔光電二極管在這些層中產(chǎn)生的結(jié)電容。因此，在處理分隔光電二極管得到的光電轉(zhuǎn)換信號的電路中，能夠降低射頻噪聲水平。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，僅在分隔區(qū)附近形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，在其大致等于信號光束直徑的較小面積上照射信號光，第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層是這樣形成的，使第二導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層的平面圖案不超過第一導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層的平面圖案。因此，能夠進(jìn)一步降低分隔光電二極管的電容，電容的降低能夠降低射頻噪聲水平。
更具體地說，實(shí)際上，包含要求更高響應(yīng)特性的射頻信號的信號光不照射在分隔光電二極管的整個(gè)分隔區(qū)上。因此，通過僅在其上照射信號光的分隔區(qū)附近，在相應(yīng)于輻射信號光直徑的窄小面積上形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，并通過僅在分隔區(qū)附近的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底中形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，且使之不超過第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，減小分隔光電二極管的電容。此外，在這種情況中，第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層位于分隔區(qū)附近，包含要求較高相應(yīng)特性的射頻信號的信號光實(shí)際上照在它上面。因此，光生載流子繞過分隔區(qū)不降低響應(yīng)速度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，僅在分隔區(qū)附近形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，在其上照射信號光，使平面圖案滿足制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)則的最小尺寸，而第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的形成應(yīng)使其覆蓋第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的上方部分。因此，能夠進(jìn)一步減小結(jié)面積，因而能夠進(jìn)一步降低分隔光電二極管的電容和射頻噪聲水平。
在這種情況中，由于照射信號光的區(qū)域包括未在分隔區(qū)附近形成的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層和覆蓋其上方部分的第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的區(qū)域，由于光生載流子繞過分隔區(qū)或第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，響應(yīng)速度未降低。然而，在降低由分隔光電二極管中結(jié)電容所導(dǎo)致的射頻噪聲水平的情況中，降低這種結(jié)構(gòu)的結(jié)電容的效果是明顯的，這種結(jié)構(gòu)是非常有用的。
根據(jù)本發(fā)明的方案2，第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層是通過在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底上構(gòu)成分隔光電二極管光探測部分的一部分第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)中擴(kuò)散雜質(zhì)形成的，使其雜質(zhì)濃度高于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度。因此，利用第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度梯度，能夠縮短第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的光生載流子擴(kuò)散到P-N結(jié)區(qū)的距離。從而，能夠加速響應(yīng)速度。
例如，在所用半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光束波長較短的情況下，由于在分隔區(qū)下產(chǎn)生的光生載流子繞過分隔區(qū)造成的響應(yīng)速度的降低變得可以忽略不計(jì)，因?yàn)閺姆指艄怆姸O管的光接收表面看，很少量的光生載流子是在深層產(chǎn)生的。因此，在這種情況中，不需要形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。另一方面，在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底上構(gòu)成分隔光電二極管的第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子在第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中擴(kuò)散到第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底之間的結(jié)區(qū)。于是，如果在第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散距離長，響應(yīng)速度就降低。
因此，通過在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底上構(gòu)成分隔光電二極管的第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的表面擴(kuò)散雜質(zhì)，形成雜質(zhì)濃度高于第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層雜質(zhì)濃度的具有第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層，利用第二導(dǎo)電類型第三半導(dǎo)體層的濃度梯度引起的電勢，縮短光生載流子通過第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的擴(kuò)散距離，提高響應(yīng)速度。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，具有第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層是與垂直型PNP晶體管的基區(qū)同時(shí)形成的。由于形成具有第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層可以不增加工藝步驟，本發(fā)明還具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的方案3，僅在其上照射信號的分隔光電二極管的分隔區(qū)附近，在構(gòu)成光接收區(qū)的第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)中形成具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，其面積基本等于信號光束的直徑。因此，能夠提高響應(yīng)速度。
具體而言，在所用半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光束波長較短的情況中，僅在面積基本等于信號光束直徑的構(gòu)成分隔光電二極管光探測部分的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)中形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，而不形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。在這種結(jié)構(gòu)中，雖然分隔光電二極管的電容被第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層增大到一定的程度，但在構(gòu)成光探測部分的第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子能夠被第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層所吸收，并能夠減小因構(gòu)成光探測部分第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散距離造成的響應(yīng)時(shí)間的延遲。
換句話說，在不形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層時(shí)，在第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子到達(dá)第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底之間的結(jié)區(qū)。然而，由于光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動，響應(yīng)速度變慢。另一方面，如果形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，在第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子到達(dá)在第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層之間的較近結(jié)區(qū)。因此，載流子擴(kuò)散運(yùn)動的距離變短，并能夠提高響應(yīng)速度。
因此，這里所描述的與電路集成的光接收元件的發(fā)明，具有能夠降低分隔光電二極管光接收表面上的光反射，不增加結(jié)漏電，能夠提高分隔光電二極管響應(yīng)速度和降低射頻噪聲水平的優(yōu)點(diǎn)。
參照附圖，通過閱讀和理解以下詳細(xì)介紹，對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員來說，本發(fā)明的這些以及其它優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。
圖1A和圖1B是本發(fā)明實(shí)施例1的做在與電路集成的光接收元件中的分隔光電二極管的結(jié)構(gòu)，圖1A是分隔光電二極管的平面圖；圖1B是沿圖1A1a-1a線的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的與電路集成的光接收元件的結(jié)構(gòu)的截面圖，除了分隔光電二極管的截面結(jié)構(gòu)外，還示出了信號處理電路與光接收元件相集成的電路部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖3A至3C依次表示制備本發(fā)明實(shí)施例1的與電路集成的光接收元件中分隔光電二極管的主要工藝步驟。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2和3中與電路集成的光接收元件的平面圖，并示出了做在與電路集成的光接收元件中的分隔光電二極管。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的與電路集成的光接收元件中分隔光電二極管的截面結(jié)構(gòu)。
圖6A至6C是依次表示本發(fā)明實(shí)施例4的制備分隔光電二極管主要工藝步驟的截面圖。
圖7A和圖7B分別表示本發(fā)明實(shí)施例4的分隔光電二極管中在淺層中形成N型擴(kuò)散層7時(shí)的電位分布和結(jié)構(gòu)。
圖8A和圖8B分別表示本發(fā)明實(shí)施例4的分隔光電二極管中在深層中形成N型擴(kuò)散層7時(shí)的電位分布和結(jié)構(gòu)。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例5的與電路集成的光接收元件中分隔光電二極管的截面結(jié)構(gòu)。
圖10A和圖10B示出一般的四分隔光電二極管，圖10A是分隔光電二極管的一般結(jié)構(gòu)的平面圖，圖10B是沿圖10A10b-10b線的截面圖。
圖11A至11C表示用象散方法時(shí)光束斑樣子。
圖12是提高分隔區(qū)中響應(yīng)速度的一般分隔光電二極管的截面結(jié)構(gòu)。
圖13A至13C是分別表示制備圖12所示分隔光電二極管主要工藝步驟的截面圖。
圖14A至14C是表明圖12所示分隔光電二極管N型擴(kuò)散層13和P型擴(kuò)散層16必要性的截面圖。
圖15是表示包含射頻噪聲有關(guān)部分的一般常見的與電路集成的光接收元件的等效電路圖。
參照附圖，首先介紹本發(fā)明的基本原理。
為了解決在含有分隔光電二極管的與電路集成的光接收元件中降低分隔光電二極管電容，從而降低射頻噪聲水平的問題，必須使圖12所示的N+型擴(kuò)散層13和P+型擴(kuò)散層16盡可能地小，來降低N+型擴(kuò)散層13與P+型擴(kuò)散層11之間的結(jié)電容以及N型外延層14與P+型擴(kuò)散層16之間的結(jié)電容。
另一方面，為了不降低響應(yīng)速度，必須在分隔光電二極管的分隔區(qū)附近形成N+型擴(kuò)散層13。例如，在每條邊長約100微米的正方形分隔光電二極管中，假定N型外延層14的電阻約為3Ωcm，P型硅基底的電阻約為40Ωcm，N型外延層14與P+型擴(kuò)散層16之間的結(jié)電容約為0.63pF(反偏壓約為0.5V)，N+型擴(kuò)散層13與P型硅基底11之間的結(jié)電容約為0.25pF(反偏壓約為0.5V)。因此，如果減小N型外延層14與P+型擴(kuò)散層16之間的結(jié)電容，即如果不形成P+型擴(kuò)散層16，能夠有效地降低結(jié)電容。
然而，在形成N+型擴(kuò)散層13a，在擴(kuò)散層13a上不形成P+型擴(kuò)散層16的情況中，正如圖14B中所示的分隔光電二極管PD30a中一樣，在N+型擴(kuò)散層13a上方產(chǎn)生的光載流子繞過寬度在50微米至100微米范圍的N+型擴(kuò)散層向P型硅基底11擴(kuò)散運(yùn)動。因此，發(fā)現(xiàn)了在N+型擴(kuò)散層13a上方產(chǎn)生的光生載流子的響應(yīng)特性由于形成N+型擴(kuò)散層13a而退化。
另一方面，還發(fā)現(xiàn)了在N+型擴(kuò)散層13上方形成的P+型擴(kuò)散層16吸收在N+型擴(kuò)散層13上方的N型外延層14中產(chǎn)生的光生載流子，因而提高了其響應(yīng)特性。因此，發(fā)現(xiàn)了形成P+型擴(kuò)散層13以覆蓋N+型擴(kuò)散層13是很重要的，即不能省略P+型擴(kuò)散層16。
因此，發(fā)現(xiàn)了為了減小P+型擴(kuò)散層16的尺寸，且不降低響應(yīng)速度，使形成N+型擴(kuò)散層13的區(qū)域達(dá)到最小，并形成P+型擴(kuò)散層16以覆蓋N+型擴(kuò)散層13是重要的。
以下將介紹本發(fā)明的實(shí)施例，同時(shí)考慮到本發(fā)明的上述觀點(diǎn)。
實(shí)施例1圖1A和圖1B示出本發(fā)明實(shí)施例1的做在與電路集成的光接收元件中的分隔光電二極管的結(jié)構(gòu)，圖1A是分隔光電二極管的平面圖；圖1B是沿圖1A1a-1a線的截面結(jié)構(gòu)圖。圖2是實(shí)施例1的與電路集成的光接收元件的結(jié)構(gòu)的截面圖，除了分隔光電二極管的截面結(jié)構(gòu)外，還示出了信號處理電路與光接收元件相集成的電路部分的截面結(jié)構(gòu)。
注意圖中省略了在金屬加工之前各個(gè)步驟期間形成的氧化硅膜層或氮化硅膜層(作為減反射膜)以及各個(gè)不同的部分，包括多層引線、保護(hù)膜等。
在這些圖中，PD1是做在本實(shí)施例的與電路集成的光接收元件101中的四分隔光電二極管，在P型硅基底1上形成N型外延層4，有選擇地形成P+型埋入擴(kuò)散層2。在N型外延層4的表面區(qū)中形成P+型隔離擴(kuò)散層5，使其到達(dá)P+型埋入擴(kuò)散層2。此外，用與擴(kuò)散層2聯(lián)系的P+型埋入擴(kuò)散層2和P+型隔離擴(kuò)散層5把N型外延層4分隔成多個(gè)N型外延區(qū)4a。這里，探測信號光的光電二極管光探測部分PDa、PDb、PDc和PDd是由各個(gè)被分隔的N型外延區(qū)4a和下方的基底區(qū)1構(gòu)成的。四分隔光電二極管PD1是由這些光電二極管光探測部分PDa至PDd組成的。
此外，在分隔光電二極管PD1中，僅在構(gòu)成各個(gè)光探測部分PDa至PDd的P型硅基底1區(qū)中分隔區(qū)B的附近形成N+型埋入擴(kuò)散層3。此外，在包括起分隔區(qū)B作用的P+型擴(kuò)散層5的N型外延層4a的表面區(qū)中，形成P+型擴(kuò)散層6，以覆蓋分隔區(qū)B附近的N+型埋入擴(kuò)散層3的上方部分。
此外，在與電路集成的光接收元件101中，在與形成分隔光電二極管PD1區(qū)域電隔離的N型外延層4的區(qū)域中形成NPN晶體管Ta和垂直型PNP晶體管Tb，作為處理光電轉(zhuǎn)換信號的信號處理電路SC，如圖2所示。注意在N型外延層4的表面實(shí)際上形成了氧化硅薄膜、氮化硅薄膜或類似的薄膜，但是，在圖中未示出這些薄膜。在圖1A中，X表示P+型擴(kuò)散層6在垂直于分隔區(qū)B縱向方向的寬度。
接下來將介紹制備分隔光電二極管PD1的方法。
圖3A至3C依次表示制備與電路集成的光接收元件101中分隔光電二極管的主要工藝步驟。
首先，如圖3A所示，在P型硅基底1的表面區(qū)中在將分隔光電二極管與其它器件隔離開來的區(qū)域以及要成為光電二極管分隔區(qū)的區(qū)域中形成P+型埋入擴(kuò)散層2，并僅在基底1中形成光探測區(qū)的分隔區(qū)附近形成N+型埋入擴(kuò)散層3。
然后，如圖3B所示，在P型硅基底1的整個(gè)表面上生長一層N型外延層4，并從N型外延層4的表面擴(kuò)散雜質(zhì)，而在N型外延層4的表面中在與P+型埋入擴(kuò)散層2對應(yīng)的區(qū)域中形成P+型擴(kuò)散層5。用這種方法形成分隔光電二極管的分隔區(qū)B。
接著，如圖3C所示，在N型外延層4的表面區(qū)中，在起分隔區(qū)B作用的區(qū)域以及在水平方向介于分隔區(qū)兩邊的附近形成P+型擴(kuò)散層6，以覆蓋N+型埋入擴(kuò)散層3的上方部分。用這種方法得到圖1A和1B所示的四分隔光電二極管PD1。
此外，用通常的雙極集成電路的工藝方法在P型硅基底上形成光接收元件101的信號處理電路SC部分(見圖2)。
以下，參考圖2簡要地介紹制備電路部分的工藝過程。這里，示出了NPN晶體管Ta和垂直型PNP晶體管Tb，作為范例電路元件。
首先，在P型硅基底1中形成隔離各個(gè)器件的P型阱51。接著，在P型阱51的表面上形成高濃度的N+型埋入擴(kuò)散層52a，以降低NPN晶體管Ta的集電區(qū)電阻。另外，在形成垂直型PNP晶體管Tb的區(qū)域中形成N+型埋入擴(kuò)散層52b。此外，在基底1的表面上形成高濃度的P+型埋入擴(kuò)散層53，同時(shí)形成高濃度的P+型埋入擴(kuò)散層53b，以降低PNP晶體管Tb的集電區(qū)電阻。
然后，形成N型外延層4，并形成降低NPN晶體管Ta集電區(qū)電阻的N型阱55a和PNP晶體管Tb的N型基區(qū)擴(kuò)散層55b和隔離各個(gè)器件的高濃度P+型擴(kuò)隔離散層54。
此外，在N型阱55a上形成NPN晶體管Ta的P型基區(qū)擴(kuò)散層56a，在PNP晶體管的N型基區(qū)擴(kuò)散層55b的表面上同時(shí)形成P型發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層56b。
最后，在NPN晶體管Ta的P型基區(qū)擴(kuò)散層56a的表面區(qū)中形成發(fā)射區(qū)擴(kuò)散層57a，從而獲得信號處理電路SC部分。這里，N型外延層4、P+型埋入擴(kuò)散層53和P+型隔離擴(kuò)散層54是用在分隔光電二極管的區(qū)域中形成N外延層4、P+型埋入擴(kuò)散層2和P+型隔離擴(kuò)散層3相同的工藝步驟形成的。
在采用這種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例1的與電路集成的光接收元件101中，分隔光電二極管PD1中N+型擴(kuò)散層3和P+型擴(kuò)散層6的面積比圖12所示一般分隔光電二極管結(jié)構(gòu)的面積要小，以降低了分隔光電二極管的電容。因此，能夠降低用該分隔光電二極管獲得的光電轉(zhuǎn)換信號的射頻噪聲水平。
此外，由于N+型擴(kuò)散層3位于P+型擴(kuò)散層構(gòu)成的分隔區(qū)附近，滿足了阻止響應(yīng)速度在分隔區(qū)中降低的條件。換句話說，為讀出要求更高響應(yīng)特性的射頻信號，信號光照在其上的分隔區(qū)的結(jié)構(gòu)基本上與圖12所示的結(jié)構(gòu)相當(dāng)。因此，分隔光電二極管PD1的響應(yīng)速度不低于圖12所示一般結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管的響應(yīng)速度。
用這種方法，能夠獲得降低射頻噪聲水平的結(jié)構(gòu)，與一般分隔光電二極管響應(yīng)特性相比，這種分隔光電二極管的響應(yīng)特性沒有變壞。
實(shí)施例2圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中與電路集成的光接收元件的平面圖，圖中示出了做在與電路集成的光接收元件中的分隔光電二極管。
圖中，PD2是做在實(shí)施例2的與電路集成的光接收元件中的分隔光電二極管。在該分隔光電二極管PD2中，用具有較小面積的N+型擴(kuò)散層3a和P+型擴(kuò)散層6a分別代替實(shí)施例1的分隔光電二極管PD1中在分隔區(qū)B及其附近形成的全部N+型擴(kuò)散層3(見圖1A)和在N+型擴(kuò)散層3上形成的P+型擴(kuò)散層6(見圖1A)。
更具體地說，實(shí)施例2的分隔光電二極管PD2包括僅在為了在聚焦后讀出射頻信號而被信號光照射的區(qū)域(例如照射光束直徑約為50微米信號光的面積)中形成P+型擴(kuò)散層6a；在P型硅基底中在分隔區(qū)B附近形成N+型擴(kuò)散層3a的，以使其平面圖案不大于P+型擴(kuò)散層6a的平面圖案。分隔光電二極管PD2的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1分隔光電二極管PD1的結(jié)構(gòu)是相同的。
接下來，將介紹分隔光電二極管PD2所獲得的功能或效果。
本發(fā)明的目的之一是提供一種與圖12所示一般分隔光電二極管PD30相比能夠通過降低分隔光電二極管的電容降低射頻噪聲水平同時(shí)又不降低分隔光電二極管的響應(yīng)特性的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明人分析了圖12所示分隔光電二極管PD30中提供N+型擴(kuò)散層13和P+型擴(kuò)散層16的結(jié)構(gòu)特征所獲得的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在分隔光電二極管的分隔區(qū)附近形成N+型擴(kuò)散層13是重要的，形成P+型擴(kuò)散層16，使其覆蓋N+型擴(kuò)散層13的上方部分也是重要的。
考慮到這一情況，在實(shí)施例1中，僅在分隔區(qū)附近形成N+型擴(kuò)散層3，并形成P+型擴(kuò)散層6，使其覆蓋N+型擴(kuò)散層3的上方部分。另一方面，在實(shí)施例2中，通過更精確地進(jìn)行這一分析以及形成不會降低響應(yīng)特性的較小的N+型擴(kuò)散層3a和較小的P+型擴(kuò)散層6a，可降低分隔光電二極管的電容和射頻噪聲水平。
首先，考慮N+型擴(kuò)散層3，在分隔區(qū)B附近必須形成N+型擴(kuò)散層3。此外，在形成N+型擴(kuò)散層3的區(qū)域中，N+型擴(kuò)散層3與P型硅基底1之間的結(jié)的位置比不形成N+型擴(kuò)散層3的區(qū)域深。在這種情況中，在N+型擴(kuò)散層3下方產(chǎn)生的光生載流子通過擴(kuò)散移動到N+型擴(kuò)散層3與P型硅基底1之間的結(jié)區(qū)。由于結(jié)的位置較深，擴(kuò)散運(yùn)動的距離變短。因此，發(fā)現(xiàn)在分隔區(qū)以外的區(qū)域中提高了響應(yīng)特性。
也就是說，通過形成N+型擴(kuò)散層3對響應(yīng)速度提高產(chǎn)生貢獻(xiàn)的效果包括能夠縮短在分隔區(qū)下方產(chǎn)生并繞著分隔區(qū)擴(kuò)散的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離的效果，和由于N+型擴(kuò)散層與P型硅基底之間結(jié)水位置較深，也能夠縮短在分隔區(qū)下方以外的區(qū)域中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離的效果。然而，與前一效果相比，后一效果對響應(yīng)速度的影響較小。
根據(jù)以上分析，使在不降低響應(yīng)速度的前提下讓N+型擴(kuò)散層3和P+型擴(kuò)散層6盡可能地小，以確定N+型擴(kuò)散層3和P+型擴(kuò)散層6的所需最小尺寸。
更具體地說，在光學(xué)檢測用的分隔光電二極管中，首先，信號探測光必須相對圓盤聚焦。在信號探測光未聚焦的狀態(tài)中，如圖11B和11C所示，被圓盤反射的信號探測光也會落在離開光電二極管分隔區(qū)一段距離的位置上。因此，要求分隔光電二極管具有一定的尺度。探測這種狀態(tài)的聚焦信號的響應(yīng)速度可以慢一些。
相反，在將信號探測光聚焦在盤片上并能夠讀出射頻信號的狀態(tài)下，分隔光電二極管要求響應(yīng)速度高的部分僅僅是照射信號光的部分。正如從圖11A看到的，信號光僅入射在分隔光電二極管的很小的面積上。也就是說，為了在讀出射頻信號的所有時(shí)候降低響應(yīng)速度，在照射信號光的面積中，要求用N+型擴(kuò)散層3和P+型擴(kuò)散層6獲得以下三個(gè)效果。
第一個(gè)效果是用N+型擴(kuò)散層3縮短在分隔區(qū)下方產(chǎn)生的并繞著分隔區(qū)擴(kuò)散的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離。第二個(gè)效果是由于N+型擴(kuò)散層3與P型硅基底1之間的結(jié)的位置較深，縮短了在分隔區(qū)下方以外的區(qū)域中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離。第三個(gè)效果是用為覆蓋N+型擴(kuò)散層3的上方部分而形成的P+型擴(kuò)散層6吸收N型外延層4中產(chǎn)生的光生載流子。
因此，在讀出射頻信號時(shí)被照射信號光的并要求高速響應(yīng)特性的分隔光電二極管區(qū)域上都必須形成N+型擴(kuò)散層3，并需要形成覆蓋N+型擴(kuò)散層3上方部分的P+型擴(kuò)散層6。
從這一點(diǎn)看，在實(shí)施例2中，N+型擴(kuò)散層3a和P+型擴(kuò)散層6a是僅在讀出射頻信號時(shí)被照射信號光的并要求高速響應(yīng)特性的分隔光電二極管區(qū)域下形成的。因此，與實(shí)施例1相比，能夠減小N+型擴(kuò)散層3a和P+型擴(kuò)散層6a的結(jié)面積，也能夠減小其結(jié)電容。結(jié)果，能夠方便地降低射頻噪聲的水平。
此外，由于在讀出射頻信號時(shí)被照射信號光的分隔光電二極管區(qū)域中用N+型擴(kuò)散層3a和P+型擴(kuò)散層6a能夠獲得上述的第一至第三效果，因此能夠阻止響應(yīng)速度降低。
實(shí)施例3接著介紹本發(fā)明實(shí)施例3的與電路相集成的光接收元件的分隔光電二極管。
在實(shí)施例3的分隔光電二極管中，僅在照射信號光的分隔區(qū)附近形成N+型擴(kuò)散層3a(即第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層)，以使其具有符合制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)則的最小尺寸圖案，并形成P+型擴(kuò)散層6a(即第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層)，以使其覆蓋N+型擴(kuò)散層3a的上方部分。實(shí)施例3分隔光電二極管的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1或?qū)嵤├?分隔光電二極管的結(jié)構(gòu)是相同的。
接著，將描述實(shí)施例3分隔光電二極管獲得的功能和效果。
在通過形成N+型擴(kuò)散層3a獲得的響應(yīng)速度的幾種效果中，由于N+型擴(kuò)散層與P型硅基底之間結(jié)的位置較深縮短了在分隔區(qū)以外區(qū)域中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離，與縮短分隔區(qū)下方產(chǎn)生并繞著分隔區(qū)擴(kuò)散的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離相比，前者對增大響應(yīng)速度的貢獻(xiàn)較小。因此，給出在這兩種效果(即前一個(gè)有關(guān)響應(yīng)速度的效果和通過進(jìn)一步減小N+型擴(kuò)散層3a和P+型擴(kuò)散層6a的尺寸獲得降低射頻噪聲水平的效果)中作出選擇的優(yōu)先權(quán)。
更具體地說，如果在比實(shí)施例2的N+型擴(kuò)散層3a還小的尺寸中形成N+型擴(kuò)散層3a，在P型硅基底1中P-N結(jié)的位置不會變深，在分隔區(qū)下方以外區(qū)域中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離在照射信號光并且不存在N+型擴(kuò)散層3a的區(qū)域中不會變短。結(jié)果，在這些區(qū)域中響應(yīng)速度有所下降。然而，在這種情況下，能夠進(jìn)一步減小N+型擴(kuò)散層3a的面積，也能夠進(jìn)一步減小與N+型擴(kuò)散層3a相應(yīng)形成的P+型擴(kuò)散層6a的面積。因此，能夠減小分隔光電二極管的電容，并能方便地進(jìn)一步降低射頻噪聲的水平。
因此，實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)存在響應(yīng)速度降低到與圖12所示結(jié)構(gòu)水平程度相當(dāng)?shù)娜秉c(diǎn)，但是，對于降低射頻噪聲水平占主導(dǎo)地位的這種情況，還是頗為適用的。
具體而言，在實(shí)施例3中，僅在讀出射頻信號時(shí)照射信號光并要求高響應(yīng)速度的分隔區(qū)中及其附近形成符合制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)則的最小尺寸的形成N+型擴(kuò)散層3a，并形成P+型擴(kuò)散層6a以覆蓋N+型擴(kuò)散層3a的上方部分。在這種結(jié)構(gòu)中，由于已經(jīng)使N+型擴(kuò)散層3a和P+型擴(kuò)散層6a的尺寸減至最小，也能夠使分隔光電二極管的電容減至最小并能夠大大降低射頻噪聲的水平。然而，另一方面，由于在讀出射頻信號時(shí)照射信號光并要求高速響應(yīng)特性的分隔光電二極管的面積比信號光束的直徑還小，存在這樣一些區(qū)域，除了分隔區(qū)以外在信號光照射的面積中未形成N+型擴(kuò)散層3a的區(qū)域。在這些區(qū)域中，由于P-N結(jié)的位置較淺，在P型硅基底1中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離變得相當(dāng)長，響應(yīng)速度降低到一定的程度。盡管如此，與圖10A和10B所示的一般結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD20相比，能夠保證具有足夠高的響應(yīng)速度。
實(shí)施例4圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的做在與電路集成的光接收元件中的分隔光電二極管的截面圖，圖中示出了與圖1B所示分隔光電二極管截面部分相對應(yīng)的部分。注意圖5中省略了氧化薄膜或氮化薄膜以及在金屬處理后各步驟期間形成的各個(gè)構(gòu)造部分，包括多層布線、保護(hù)膜等。
在圖5中，PD4是實(shí)施例4的做在與電路集成的光接收元件中的四分隔光電二極管，在其P型硅基底1上形成N型外延層4。在基底1與N型外延層4間的邊界區(qū)中，有選擇地形成P+型埋入擴(kuò)散層2。在N型外延層4的表面區(qū)中形成P+型隔離擴(kuò)散層5，以使它到達(dá)P+型埋入擴(kuò)散層2。此外，用P+型埋入擴(kuò)散層2和與擴(kuò)散層2相聯(lián)的P+型隔離擴(kuò)散層5把N型外延層4分隔成多個(gè)N型外延區(qū)4a。這里，用各個(gè)分隔的N型外延區(qū)4a和下方的基底區(qū)1形成探測信號光的光電二極管光探測區(qū)PDa、PDb、PDc和PDd。盡管圖5中未示出，但在圖1A和圖4中示出了光電二極管光探測區(qū)PDa和PDb。四分隔光電二極管PD4是由這些光電二極管光探測區(qū)PDa至PDd構(gòu)成的。
此外，在分隔光電二極管PD4中，在構(gòu)成各個(gè)光探測區(qū)PDa至PDd的N型外延層4a中，通過從N型外延層4表面擴(kuò)散雜質(zhì)形成濃度比N型外延層4a更高的N型擴(kuò)散層7。
接著描述制備分隔光電二極管PD4的方法。
首先，如圖6A所示，在P型硅基底1表面區(qū)中把光電二極管光探測區(qū)與其它器件隔開的區(qū)域中以及光電二極管分隔區(qū)B的區(qū)域中形成P+型埋入擴(kuò)散層2。接著，如圖6B所示，在P型硅基底1的整個(gè)表面上生長N外延層4，從N型外延層4的表面擴(kuò)散雜質(zhì)，從而在N型外延層4的表面區(qū)中形成P+型擴(kuò)散層5。用這種方法形成光電二極管的分隔區(qū)B。
接著，如圖6C所示，從分別起分隔光電二極管光探測區(qū)作用的N型外延區(qū)4a擴(kuò)散雜質(zhì)，從而形成濃度比N型外延區(qū)4a高的N型擴(kuò)散層7。
用這種方法獲得圖5所示結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD4。此外，用實(shí)施例1中介紹的通用雙極集成電路工藝在P型硅基底1上形成本實(shí)施例的與電路集成的光接收元件的信號處理電路(未示出)。
接下來將描述本實(shí)施例中獲得的功能或效果。
例如，在DVD(數(shù)字式視盤)用的光檢拾器中，光發(fā)射元件用的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長比一般的CD-ROM光檢拾器用的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長要短。具體而言，CD-ROM光檢拾器用的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長為780納米，而DVD光檢拾器用的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長是650納米。
這意味著，入射在與電路集成的光接收元件上的信號光的穿透深度(即信號光在與電路集成的光接收元件中能夠穿過多遠(yuǎn))在DVD光檢拾器中變得較淺，這還意味著，當(dāng)把為讀出射頻信號而把半導(dǎo)體激光器光束照射在分隔光電二極管上時(shí)，從深層位置產(chǎn)生的光生載流子較少。在這種情況中，即使不形成實(shí)施例1的分隔光電二極管PD1的N+型擴(kuò)散層3，由于光生載流子要繞過分隔區(qū)B，響應(yīng)很少有可能被延遲。因此，在照在分隔光電二極管上的信號光波長較短的光檢拾器中，在光電二極管的分隔區(qū)附近不必形成N+型擴(kuò)散層3，也不必形成覆蓋N+型擴(kuò)散層3的P+型擴(kuò)散層6。
從實(shí)施例1的分隔光電二極管中去掉N+型擴(kuò)散層3和P+型擴(kuò)散層6，就產(chǎn)生與圖10A和10B所示的一般分隔光電二極管PD20一樣的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，不存在射頻噪聲水平的問題。然而，當(dāng)信號光的波長較短時(shí)，在N型外延層4中產(chǎn)生的大量光生載流子成分通過N型外延層4因擴(kuò)散而移動，因而不能得到足夠快的響應(yīng)速度。
因此，在實(shí)施例4中，通過在N型外延層4a中擴(kuò)散雜質(zhì)，形成濃度高于N型外延層4a的N型擴(kuò)散層7，如圖6C所示，在N型外延層4a中產(chǎn)生的光生載流子被擴(kuò)散層7的內(nèi)電場加速，因此實(shí)現(xiàn)了較高的響應(yīng)速度。
此外，即使附加形成了N型擴(kuò)散層7，但并不產(chǎn)生新的P-N結(jié)，因此結(jié)電容不改變。與實(shí)施例1或3的任何結(jié)構(gòu)相比，實(shí)施例4的分隔光電二極管的結(jié)電容較小，射頻噪聲水平較低。
可選擇的情況是，在信號處理電路部分形成垂直型PNP晶體管基區(qū)55b(見圖2)工藝步驟的同時(shí)可以形成N型擴(kuò)散層7。在這種情況下，N型擴(kuò)散層7的位置較深，但是不必增加工藝步驟的次數(shù)。
再說，在較深位置形成N型擴(kuò)散層7(見圖8B)的情況中，與在較淺位置形成N型擴(kuò)散層7(見圖7B)的情況相比，相對于空穴的電勢是平坦的平坦區(qū)B變短(見圖7A和8A)。在圖7A和8A中，在由于濃度梯度造成電勢傾斜的傾斜區(qū)中，漂移是由電勢斜率產(chǎn)生的內(nèi)電場引起的，這加速了光生載流子的遷移率。另一方面，在電勢平坦的平坦區(qū)B中，由于不存在電勢斜率產(chǎn)生的內(nèi)電場，光生載流子僅僅作擴(kuò)散運(yùn)動，載流子的遷移變慢。這意味著，如果在較深的位置形成N型擴(kuò)散層7，能夠縮短電勢平坦和載流子遷移變慢的平坦區(qū)B的長度。結(jié)果，也能夠從擴(kuò)散電流來提高響應(yīng)速度。圖7A和8A分別示出沿圖7B中光電二極管光探測區(qū)b1-b1’線和8B中光電二極管光探測區(qū)b2-b2’線測得的相對空穴的電勢分布。
如上所述，N型擴(kuò)散層7可以在信號處理電路部分形成垂直型PNP晶體管基區(qū)55b(見圖2)工藝步驟的同時(shí)形成的。另外，N型擴(kuò)散層7也可以具有這樣的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，在形成擴(kuò)散到較淺位置、起NPN晶體管發(fā)射區(qū)作用的N型擴(kuò)散層的工藝步驟的同時(shí)形成第一N型擴(kuò)散層，在形成擴(kuò)散到較深位置、起垂直型PNP晶體管基區(qū)作用的N型擴(kuò)散層的工藝步驟的同時(shí)形成第二N型擴(kuò)散層，兩個(gè)擴(kuò)散層相互重疊。在這種情況中，也能夠?qū)崿F(xiàn)與上述效果相同的效果。
實(shí)施例5圖9是本發(fā)明實(shí)施例5的做在與電路集成的光接收元件中的分隔光電二極管的截面圖，它表示與圖1B所示的分隔光電二極管截面部分相對應(yīng)的部分。注意圖9中省略了氧化薄膜或氮化薄膜以及在金屬工藝步驟之后各個(gè)步驟中形成各個(gè)部分，包括多層布線、保護(hù)膜等。
在圖9中，PD5是實(shí)施例5的分隔光電二極管，其中已經(jīng)省略了實(shí)施例2的分隔光電二極管PD2的N+型擴(kuò)散層3a。其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)相同。
接下來介紹本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的功能或效果。
具有這種結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD5可以有效地運(yùn)用于光檢拾器中的光發(fā)射器件用半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束波長較短的情況中，這與實(shí)施例4的方法相同。其原因如下如果所用半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長較短，入射在與電路集成的光接收元件上的信號光的穿透深度(即信號光在與電路集成的光接收元件中穿透多遠(yuǎn))變淺。因此，當(dāng)為讀出射頻信號而把半導(dǎo)體激光束照射在分隔光電二極管上時(shí)，從離分隔光電二極管光接收表面較深位置產(chǎn)生的光生載流子較少。在這種情況下，即使不形成N+型擴(kuò)散層3a，由于光生載流子要繞過分隔區(qū)，響應(yīng)很少有可能被延遲。因此，即使在分隔區(qū)附近形成N+型擴(kuò)散層3a，響應(yīng)不延遲，也不必形成P+型擴(kuò)散層6a。
如果不形成P+型擴(kuò)散層6a，在N型外延層4中淺層處產(chǎn)生的光生載流子擴(kuò)散到N型外延層4與P型硅基底1之間的結(jié)。另一方面，如果形成P+型擴(kuò)散層6a，光生載流子向P型硅基底與N型外延層4a之間的結(jié)和P+型擴(kuò)散層6a與N型外延層4a之間的結(jié)中較近的一個(gè)結(jié)擴(kuò)散。因此，與不形成P+型擴(kuò)散層6a的情況相比，這種情況能夠縮短光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離，提高響應(yīng)速度。
因此，可以看出，如果所用半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長較短，不形成N型外延層4a但形成P+型擴(kuò)散層6a的結(jié)構(gòu)是好的。盡管如此，如果形成P+型擴(kuò)散層6a，P+型擴(kuò)散層6a與N型外延層4a之間的結(jié)電容會增大分隔光電二極管的電容，射頻噪聲的水平會升高。
因此，不僅要滿足提高分隔光電二極管照射信號光面積上響應(yīng)速度的條件，而且要形成具有盡可能最小面積的P+型擴(kuò)散層6a。
從這幾方面可以看出，如果所用半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長較短，僅僅在分隔光電二極管的為讀出射頻信號而照射信號光的區(qū)域形成P+型擴(kuò)散層6a就足夠了，如實(shí)施例2所述，這個(gè)區(qū)域需要高速處理。
因此，與圖10A和10B所示的采用一般結(jié)構(gòu)的分隔光電二極管PD20相比，圖9所示的實(shí)施例5的分隔光電二極管PD5在射頻噪聲水平方面，比實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)要差，但是，在提高響應(yīng)速度方面，比實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)要有效。
從以上的描述中顯而易見，根據(jù)本發(fā)明方案1，分隔光電二極管是這樣構(gòu)造的，它僅僅在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底上分隔區(qū)附近形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，并形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，以覆蓋第二導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層的上方部分。因此，與一般分隔光電二極管相比，能夠減小結(jié)的面積。結(jié)面積的減小又能減小結(jié)電容和射頻噪聲水平。此外，在本發(fā)明的分隔光電二極管中，由于在照射信號光和要求具有更高響應(yīng)速度的分隔區(qū)附近形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，縮短了光生載流子繞過分隔區(qū)擴(kuò)散的擴(kuò)散運(yùn)動距離，因此能夠避免分隔區(qū)中響應(yīng)速度的降低。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，要求以更高響應(yīng)特性讀出射頻信號時(shí)，信號光實(shí)際上并不照射在分隔區(qū)的整個(gè)區(qū)域。因此，通過形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，以吸收僅在面積大致等于信號光束直徑的信號光照射區(qū)及其附近產(chǎn)生的載流子，和通過形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，以縮短僅在分隔區(qū)(不大于第一導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層)附近產(chǎn)生的載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離，也能夠進(jìn)一步減小分隔光電二極管的結(jié)面積，并減小其結(jié)電容。而結(jié)電容的減小又能夠降低射頻信號噪聲的水平。
此外，在要求具有更高響應(yīng)特性，其上照射信號光的區(qū)域中，在分隔區(qū)附近位置上形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，這和一般分隔光電二極管一樣。因此，這能夠避免光生載流子繞過分隔區(qū)所產(chǎn)生的延遲，并能夠防止響應(yīng)速度的降低。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，僅在照射信號光的分隔區(qū)附近形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，其平面圖案滿足制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)則的最小尺寸，并形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，以覆蓋第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。因此，能夠進(jìn)一步減小結(jié)面積，因而能夠進(jìn)一步減小分隔光電二極管的電容和射頻噪聲水平。在這種情況中，由于照射信號光的區(qū)域包括不形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的區(qū)域，在一定程度上降低了響應(yīng)速度。然而，與不含這些半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)在響應(yīng)速度上也是好的。因此，在注重降低射頻噪聲水平的情況中，這種結(jié)構(gòu)是十分有用的。
根據(jù)本發(fā)明的方案2，通過從第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的表面擴(kuò)散雜質(zhì)，可形成第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層。因此，利用第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層中濃度梯度所表示的電勢斜率，能夠縮短第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離，提高響應(yīng)速度。
也就是說，如果所用半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束的波長較短，從分隔光電二極管的光接收表面看，在較深位置產(chǎn)生少量的光生載流子。因此，不必形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。在不形成這些半導(dǎo)體層時(shí)，分隔光電二極管的結(jié)電容最小。然而，在這種情況中，在第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層產(chǎn)生的光生載流子擴(kuò)散到第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底間的結(jié)區(qū)，使響應(yīng)速度變慢。因此，通過從第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的表面擴(kuò)散雜質(zhì)，形成第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層，用第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層的內(nèi)電場縮短第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層是與垂直型PNP晶體管的基區(qū)同時(shí)形成的。因此，能夠增大分隔光電二極管的P-N結(jié)的深度，也能夠從擴(kuò)散電流成分方面提高響應(yīng)速度。此外，由于形成第二導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層不增加工藝步驟的次數(shù)，從制造成本上看，本發(fā)明也有優(yōu)勢。
根據(jù)本發(fā)明的方案3，僅在照射信號光的分隔區(qū)中以及其附近的表面中形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，以吸收光生載流子。因此，能夠縮短分隔區(qū)中產(chǎn)生的載流子的擴(kuò)散運(yùn)動距離，并提高響應(yīng)速度。
具體而言，在所用半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束波長較短的情況中，僅在面積大致等于照射信號光直徑的分隔區(qū)及其附近形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，而不形成縮短光生載流子繞過分隔區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動距離的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。在這種情況中，雖然分隔光電二極管的電容與不存在第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的情況相比略有增大，但是，第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層能夠吸收第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子，響應(yīng)速度不會變慢。
換句話說，在不形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層時(shí)，第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子到達(dá)第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底間的結(jié)區(qū)。然而，由于光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動，響應(yīng)速度變慢。另一方面，如果形成第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的光生載流子到達(dá)第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層與第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層間的較近的結(jié)區(qū)。因此，擴(kuò)散運(yùn)動距離變短，響應(yīng)速度能夠得到提高。
只要不偏離本發(fā)明的范圍和精神，本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員顯然能夠方便地作出各種其它改進(jìn)。于是，這里附屬的權(quán)利要求的范圍并不是試圖限制上述的說明，而是要廣義地概括權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種與電路集成的光接收元件，其特征在于包括具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底上形成的具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；把第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層分成多個(gè)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；由各個(gè)第二導(dǎo)電類型的分隔的半導(dǎo)體區(qū)和下方的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底區(qū)構(gòu)成的多個(gè)光探測部分，它用于探測信號光和輸出該信號光的光電轉(zhuǎn)換信號，由多個(gè)所述的光探測部分構(gòu)成一個(gè)分隔光電二極管，和在與形成分隔光電二極管區(qū)電隔離的第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體區(qū)中形成的信號處理電路部分，它用于對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理；僅在起光電二極管分隔區(qū)作用的第一導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層附近和形成各個(gè)光探測部分的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底區(qū)中形成的具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；在第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)，包括一部分第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層中形成的具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，它覆蓋第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的上方部分。
2.如權(quán)利要求1所述的與電路集成的光接收元件，其特征在于僅在其上照射信號光的、面積與信號光束直徑基本相等的分隔區(qū)附近形成具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的形成使得第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的平面圖案不比第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的平面圖案長得大。
3.如權(quán)利要求1所述的與電路集成的光接收元件，其特征在于僅在其上照射信號光的、平面圖案滿足制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)則最小尺寸的分隔區(qū)附近形成具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；形成的具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層覆蓋了第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的上方部分。
4.如權(quán)利要求2所述的與電路集成的光接收元件，其特征在于僅在其上照射信號光的、平面圖案滿足制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)則最小尺寸的分隔區(qū)附近形成具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；形成的具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層覆蓋了第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層的上部。
5.一種與電路集成的光接收元件，其特征在于包括具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底上形成的具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；把第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層分成多個(gè)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；由各個(gè)第二導(dǎo)電類型的分隔半導(dǎo)體區(qū)和下方的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底區(qū)構(gòu)成的多個(gè)光探測部分，它用于探測信號光和輸出該信號光的光電轉(zhuǎn)換信號，由多個(gè)光探測部分構(gòu)成一個(gè)分隔光電二極管，和在與形成分隔光電二極管區(qū)電隔離的第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體區(qū)中形成的信號處理電路部分，它用于對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理；通過從第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的表面擴(kuò)散雜質(zhì)，在構(gòu)成光探測部分的一部分第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)中形成的具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度高于第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
6.如權(quán)利要求5所述的與電路集成的光接收元件，其特征在于具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層是與起電路元件作用的垂直型PNP晶體管的基區(qū)同時(shí)形成的。
7.一種與電路集成的光接收元件，其特征在于包括具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底；在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底上形成的具有第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；把第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層分成多個(gè)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體區(qū)的具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；由各個(gè)第二導(dǎo)電類型的分隔半導(dǎo)體區(qū)和下方的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底區(qū)構(gòu)成的多個(gè)光探測部分，它用于探測信號光和輸出該信號光的光電轉(zhuǎn)換信號，由多個(gè)光探測部分構(gòu)成一個(gè)分隔光電二極管，和在與形成分隔光電二極管區(qū)電隔離的第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體區(qū)中形成的信號處理電路部分，它用于對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理；在第二導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)中，在其上照射信號光的由第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層構(gòu)成的一部分分隔區(qū)中和面積與信號光束直徑基本相等的分隔區(qū)附近形成的具有第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。
全文摘要
與電路集成的光接收元件,包括:Ⅰ型導(dǎo)電半導(dǎo)體基底;在該基底上的Ⅱ型導(dǎo)電的第一半導(dǎo)體層;把該層分成多個(gè)Ⅱ型導(dǎo)電區(qū)的Ⅰ型導(dǎo)電的第一半導(dǎo)體層;由分隔開的半導(dǎo)體區(qū)和下方基底區(qū)構(gòu)成的光探測部分,由多個(gè)光探測部分構(gòu)成一個(gè)分隔光電二極管;僅在Ⅰ型導(dǎo)電的第一層附近和形成各個(gè)光探測部分的基底區(qū)中形成的Ⅱ型導(dǎo)電的第二半導(dǎo)體層;在Ⅱ型導(dǎo)電的第一層的表面區(qū),包括分隔區(qū)形成的Ⅰ型導(dǎo)電的第二半導(dǎo)體層,覆蓋第二層的上方。
文檔編號H01L31/02GK1185659SQ9711924
公開日1998年6月24日 申請日期1997年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月30日
發(fā)明者瀧本貴博, 福永直樹, 久保勝 申請人:夏普株式會社