光電二極管以及光電二極管陣列的制作方法
【專利摘要】p-型半導(dǎo)體基板（20）具有相互相對的第1主面（20a）及第2主面（20b），且包含光感應(yīng)區(qū)域（21）。光感應(yīng)區(qū)域（21）由n+型雜質(zhì)區(qū)域（23）、p+型雜質(zhì)區(qū)域（25）、及對p-型半導(dǎo)體基板（20）施加偏壓電壓時(shí)空乏化的區(qū)域構(gòu)成。在p-型半導(dǎo)體基板（20）的第2主面（20b）上形成有不規(guī)則的凹凸（10）。在p-型半導(dǎo)體基板（20）的第2主面（20b）側(cè)形成有累積層（37），累積層（37）中的與光感應(yīng)區(qū)域（21）相對的區(qū)域光學(xué)性地露出。
【專利說明】光電ニ極管以及光電ニ極管陣列
[0001 ] 本申請是申請日為2010年2月15日、申請?zhí)枮?01080009098.7、發(fā)明名稱為光電
ニ極管以及光電ニ極管陣列的專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及光電ニ極管以及光電ニ極管陣列。
【背景技術(shù)】
[0003]作為在近紅外光的波段具有高的分光靈敏度特性的光電ニ極管，已知有使用化合物半導(dǎo)體的光電ニ極管(例如參照專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I中所記載的光電ニ極管包括:第I受光層，其由InGaAsNUnGaAsNSb及InGaAsNP中的任意一者構(gòu)成；以及第2受光層，其具有比第I受光層的吸收端更長波長的吸收端，且由量子阱構(gòu)造構(gòu)成。
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-153311號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的問題
[0007]然而，這樣的使用化合物半導(dǎo)體的光電ニ極管的價(jià)格仍然較高，制造エ序也較為復(fù)雜。因此，尋求硅光電ニ極管的實(shí)用化，該硅光電ニ極管廉價(jià)且容易制造，并且在近紅外光的波段具有充分的分光靈敏度。一般來說，娃光電ニ極管在分光靈敏度特性的長波長側(cè)的極限為IlOOnm左右，但在IOOOnm以上的波段中的分光靈敏度特性并不充分。
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種光電ニ極管及光電ニ極管陣列，其是硅光電ニ極管及硅光電ニ極管陣列，且在近紅外光的波段具有充分的分光靈敏度特性。
[0009]解決問題的技術(shù)手段
[0010]本發(fā)明所涉及的光電ニ極管包括硅基板，該硅基板由第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有相互相対的第I主面及第2主面，在硅基板的第I主面?zhèn)扰渲糜醒┍拦怆姤藰O管(avalanche photodiode),該雪崩光電ニ極管由具有比娃基板更高的雜質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域之間的pn結(jié)所構(gòu)成，在硅基板的第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜裙杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的累積層，并且至少在與雪崩光電ニ極管相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸，硅基板的第2主面上的與雪崩光電ニ極管相対的區(qū)域光學(xué)性地露出。
[0011]本發(fā)明所涉及的光電ニ極管中，在第2主面上的至少與雪崩光電ニ極管相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸，因此，入射至光電ニ極管的光由該區(qū)域反射、散射或擴(kuò)散，在硅基板內(nèi)行進(jìn)較長距離。由此，入射至光電ニ極管(硅基板)的光，其大部分由硅基板吸收，而不會(huì)透過硅基板。因此，上述光電ニ極管中，入射至光電ニ極管的光的行進(jìn)距離變長，吸收光的距離也變長，因此，在近紅外光的波段的分光靈敏度特性提高。
[0012]本發(fā)明中，在硅基板的第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜裙杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的累積層。因此，在第2主面?zhèn)炔煌ㄟ^光而產(chǎn)生的多余載流子進(jìn)行再結(jié)合，可以減少暗電流。另外，第I導(dǎo)電類型的上述累積層抑制在硅基板的第2主面附近通過光而產(chǎn)生的載流子由該第2主面捕獲。因此，通過光而產(chǎn)生的載流子有效地朝向第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域與硅基板的pn結(jié)移動(dòng)，從而可提高光電ニ極管的光檢測靈敏度。
[0013]本發(fā)明所涉及的光電ニ極管包括硅基板，該硅基板由第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有相互相対的第I主面及第2主面，并且在第I主面?zhèn)刃纬捎械?導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域，硅基板上，在第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜裙杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的累積層，并且在第2主面上的至少與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸，硅基板的第2主面上的與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域相対的區(qū)域光學(xué)性地露出。
[0014]本發(fā)明所涉及的光電ニ極管中，如上所述，入射至光電ニ極管的光的行進(jìn)距離變長，吸收光的距離也變長，因此，在近紅外光的波段的分光靈敏度特性提高。通過形成于硅基板的第2主面?zhèn)鹊牡贗導(dǎo)電類型的累積層，可減少暗電流，并且可提高光電ニ極管的光檢測靈敏度。
[0015]本發(fā)明所涉及的光電ニ極管中，也可將硅基板的與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域?qū)?yīng)的部分從第2主面?zhèn)绕鸨』鴼埩粼摬糠值闹苓叢糠?。在該情況下，可獲得分別將硅基板的第I主面及第2主面?zhèn)茸鳛楣馊肷涿娴墓怆姤藰O管。
[0016]在本發(fā)明所涉及的光電ニ極管中，優(yōu)選為第I導(dǎo)電類型的累積層的厚度大于不規(guī)則的上述凹凸的高低差。在該情況下，如上所述，可確保累積層的作用效果。
[0017]本發(fā)明所涉及的光電ニ極管陣列包括硅基板，該硅基板由第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有相互相対的第I主面及第2主面，在硅基板的第I主面?zhèn)扰渲糜卸鄠€(gè)雪崩光電ニ極管，該等雪崩光電ニ極管由具有比硅基板更高的雜質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域之間的pn結(jié)所構(gòu)成，在硅基板的第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜裙杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的累積層，并且至少在與雪崩光電ニ極管相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸，硅基板的第2主面上的與雪崩光電ニ極管相対的區(qū)域光學(xué)性地露出。
[0018]本發(fā)明所涉及的光電ニ極管陣列中，如上所述，入射至光電ニ極管陣列的光的行進(jìn)距離變長，吸收光的距離也變長，因此，在近紅外光的波段的分光靈敏度特性提高。通過形成于硅基板的第2主面?zhèn)鹊牡贗導(dǎo)電類型的累積層，可減少暗電流，并且可提高光電ニ極管陣列的光檢測靈敏度。
[0019]在本發(fā)明所涉及的光電ニ極管陣列中，也可將硅基板的配置有多個(gè)雪崩光電ニ極管的部分自第2主面?zhèn)绕鸨』?，而殘留該部分的周邊部分。在該情況下，可獲得分別將硅基板的第I主面及第2主面?zhèn)茸鳛楣馊肷涿娴墓怆姤藰O管陣列。
[0020]在本發(fā)明所涉及的光電ニ極管陣列中，優(yōu)選為第I導(dǎo)電類型的累積層的厚度大于不規(guī)則的凹凸的高低差。在該情況下，如上所述，可確保累積層的作用效果。
[0021]發(fā)明的效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，可提供ー種光電ニ極管及光電ニ極管陣列，其是硅光電ニ極管及硅光電ニ極管陣列，且在近紅外光的波段具有充分的分光靈敏度特性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0023]圖1是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0024]圖2是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0025]圖3是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0026]圖4是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0027]圖5是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0028]圖6是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0029]圖7是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0030]圖8是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0031]圖9是用 以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0032]圖10是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0033]圖11是表示第I實(shí)施方式所涉及的光電二極管的構(gòu)成的圖。
[0034]圖12是表示實(shí)施例1及比較例I中的分光靈敏度相對于波長的變化的線圖。
[0035]圖13是表示實(shí)施例1及比較例I中的溫度系數(shù)相對于波長的變化的線圖。
[0036]圖14是用以對第2實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0037]圖15是用以對第2實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0038]圖16是用以對第2實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0039]圖17是用以對第3實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0040]圖18是用以對第3實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0041]圖19是用以對第3實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0042]圖20是用以對第3實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0043]圖21是用以對第3實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0044]圖22是用以對第4實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0045]圖23是用以對第4實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0046]圖24是用以對第4實(shí)施方式所涉及的光電二極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0047]圖25是用以對第5實(shí)施方式所涉及的光電二極管的構(gòu)成進(jìn)行說明的圖。
[0048]圖26是表示實(shí)施例2及比較例2中的分光靈敏度相對于波長的變化的線圖。
[0049]圖27是表示實(shí)施例2及比較例2中的分光靈敏度相對于波長的變化的線圖。
[0050]圖28是用以對第5實(shí)施方式的變形例所涉及的光電二極管的構(gòu)成進(jìn)行說明的圖。
[0051]圖29是用以對第6實(shí)施方式所涉及的光電二極管陣列的構(gòu)成進(jìn)行說明的圖。
[0052]圖30是用以對第6實(shí)施方式所涉及的光電二極管陣列的構(gòu)成進(jìn)行說明的圖。
[0053]符號的說明
[0054]I…n_型半導(dǎo)體基板、Ia--?第I主面、Ib--?第2主面、3…p+型半導(dǎo)體區(qū)域、5…n+型半導(dǎo)體區(qū)域、10…不規(guī)則的凹凸、11…累積層、13、15…電極、20“*p-型半導(dǎo)體基板、20a…第I主面、20b…第2主面、21 --?光感應(yīng)區(qū)域、23…n+型雜質(zhì)區(qū)域、25…p+型雜質(zhì)區(qū)域、37-累積層、PL…脈沖激光、PDl~TO5--?光電二極管、PDA…光電二極管陣列。
【具體實(shí)施方式】
[0055]以下，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。還有，在說明中，對于相同要素或具有相同功能的要素使用相同符號，省略重復(fù)的說明。[0056](第I實(shí)施方式)
[0057]參照圖1?圖10，對第I實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明。圖1?圖10是用以對第I實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0058]首先，準(zhǔn)備由硅(Si)結(jié)晶構(gòu)成且具有相互相対的第I主面Ia及第2主面Ib的n-型半導(dǎo)體基板1(參照圖1)。n-型半導(dǎo)體基板I的厚度為300 u m左右，比電阻為IkQ *cm左右。本實(shí)施方式中，所謂“高雜質(zhì)濃度”，例如是指雜質(zhì)濃度為I X IO17CnT3左右以上，且對導(dǎo)電類型附加“ + ”表示。所謂“低雜質(zhì)濃度”，例如是指雜質(zhì)濃度為I X IO15CnT3左右以下，且對導(dǎo)電類型附加“-”表示。作為n型雜質(zhì)，存在銻(Sb)或神(As)等，作為p型雜質(zhì)，存在硼(B)等。
[0059]其次，在n-型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia側(cè)形成p+型半導(dǎo)體區(qū)域3及n+型半導(dǎo)體區(qū)域5 (參照圖2)。p+型半導(dǎo)體區(qū)域3通過使用中央部開ロ的掩模等，使高濃度的p型雜質(zhì)在n-型半導(dǎo)體基板I內(nèi)自第I主面Ia側(cè)擴(kuò)散而形成。n+型半導(dǎo)體區(qū)域5通過使用周邊部區(qū)域開ロ的其它的掩模等，以包圍P+型半導(dǎo)體區(qū)域3的方式使比n-型半導(dǎo)體基板I更高濃度的n型雜質(zhì)，在n-型半導(dǎo)體基板I內(nèi)自第I主面Ia側(cè)擴(kuò)散而形成。p+型半導(dǎo)體區(qū)域3的厚度例如為0.55 ii m左右，薄片電阻例如為44 Q /sq.。n+型半導(dǎo)體區(qū)域5的厚度例如為1.5 iim左右，薄片電阻例如為12Q/sq.。
[0060]其次，在n-型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia側(cè)形成絕緣層7(參照圖3)。絕緣層7由SiO2構(gòu)成，且通過將n-型半導(dǎo)體基板I熱氧化而形成。絕緣層7的厚度例如為0.1 y m左右。然后，在P+型半導(dǎo)體區(qū)域3上的絕緣層7中形成接觸孔Hl，在n+型半導(dǎo)體區(qū)域5上的絕緣層7中形成接觸孔H2。也可形成由SiN構(gòu)成的抗反射(AR, ant1-reflective)層來代替絕緣層7。
[0061]其次，在n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib上及絕緣層7上形成鈍化層9(參照圖4)。鈍化層9由SiN構(gòu)成,且通過例如等離子CVD(chemical vapor deposition,化學(xué)氣相沉積)法而形成。鈍化層9的厚度例如為0.1 ii m。然后，自第2主面Ib側(cè)對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行研磨，以使n-型半導(dǎo)體基板I的厚度成為所期望的厚度(參照圖5)。由此，將形成于n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib上的鈍化層9除去，而露出n-型半導(dǎo)體基板I。此處，也將通過研磨而露出的面設(shè)為第2主面lb。所期望的厚度例如為270 iim。
[0062]其次，對n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib照射脈沖激光PL，形成不規(guī)則的凹凸10(參照圖6)。此處，如圖7所示，將n-型半導(dǎo)體基板I配置于腔室C內(nèi)，自配置于腔室C的外側(cè)的脈沖激光產(chǎn)生裝置PLD對n-型半導(dǎo)體基板I照射脈沖激光PL。腔室C包括氣體導(dǎo)入部Gin及氣體排出部Gott，將不活性氣體(例如氮?dú)饣驓鍤獾?自氣體導(dǎo)入部Gin導(dǎo)入后自氣體排出部Gott排出。由此，在腔室C內(nèi)形成有不活性氣體流Gf。通過不活性氣體流Gf，將照射脈沖激光PL時(shí)所產(chǎn)生的塵埃等排出至腔室C外，而防止加工屑或塵埃等附著于n-型半導(dǎo)體基板I上。
[0063]本實(shí)施方式中，使用皮秒?飛秒脈沖激光產(chǎn)生裝置作為脈沖激光產(chǎn)生裝置PLD，且遍及第2主面Ib的整個(gè)面照射皮秒?飛秒脈沖激光。第2主面Ib受到皮秒?飛秒脈沖激光破壞，如圖8所示，在第2主面Ib的整個(gè)面形成不規(guī)則的凹凸10。不規(guī)則的凹凸10具有相對于與第I主面Ia正交的方向而交差的面。凹凸10的高低差例如為0.5?IOiim左右，凹凸10中的凸部的間隔為0.5?10 ii m左右。皮秒?飛秒脈沖激光的脈沖時(shí)間寬度例如為50fs?2ps左右，強(qiáng)度例如為4?16GW左右，脈沖能量例如為200?800ii J/pulse左右。更通常的是，峰值強(qiáng)度為3X IO11?2.5X IO13 (W/cm2)，通量為0.1?1.3 (J/cm2)左右。圖8是對形成于第2主面Ib上的不規(guī)則的凹凸10進(jìn)行觀察的SEM (scanning electronmicroscope,掃描式電子顯微鏡)圖像。
[0064]其次，在n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib側(cè)形成累積層11(參照圖9)。此處，以成為比n-型半導(dǎo)體基板I更高的雜質(zhì)濃度的方式，將n型雜質(zhì)在n-型半導(dǎo)體基板I內(nèi)自第2主面Ib側(cè)離子注入或擴(kuò)散，從而形成累積層11。累積層11的厚度例如為I U m左右。
[0065]其次，對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行熱處理(退火)。此處，在隊(duì)氣體的氣氛下，以800?1000°C左右的范圍，將n-型半導(dǎo)體基板I加熱0.5?I小時(shí)左右。
[0066]其次，在將形成于絕緣層7上的鈍化層9除去之后，形成電極13、15 (參照圖10)。電極13形成于接觸孔Hl內(nèi)，電極15形成于接觸孔H2內(nèi)。電極13、15分別由鋁(Al)等構(gòu)成，且厚度例如為I Pm左右。由此，完成光電ニ極管roi。
[0067]如圖10所示，光電ニ極管PDl包括n-型半導(dǎo)體基板I。在n_型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia側(cè)形成有p+型半導(dǎo)體區(qū)域3及n+型半導(dǎo)體區(qū)域5，在n-型半導(dǎo)體基板I與P+型半導(dǎo)體區(qū)域3之間形成有pn結(jié)。電極13通過接觸孔Hl而與p+型半導(dǎo)體區(qū)域3電性接觸且連接。電極15通過接觸孔H2而與n+型半導(dǎo)體區(qū)域5電性接觸且連接。
[0068]在n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib形成有不規(guī)則的凹凸10。在れ-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib側(cè)形成有累積層11，且第2主面Ib光學(xué)性地露出。所謂第2主面Ib光學(xué)性地露出，不僅指第2主面Ib與空氣等的氣氛氣體接觸，而且也包括在第2主面Ib上形成有光學(xué)上透明的膜的情況。
[0069]光電ニ極管roi中，在第2主面Ib形成有不規(guī)則的凹凸10。因此，如圖11所示，入射至光電ニ極管PDl的光L由凹凸10反射、散射或擴(kuò)散，而在n-型半導(dǎo)體基板I內(nèi)行進(jìn)較長的距尚。
[0070]通常，相對于Si的折射率n=3.5，空氣的折射率n=l.0。光電ニ極管中，在光自與光入射面垂直的方向入射的情況下，未在光電ニ極管(娃基板)內(nèi)被吸收的光分為由光入射面的背面反射的光成分、與透過光電ニ極管的光成分。透過光電ニ極管的光無助于光電ニ極管的靈敏度。由光入射面的背面所反射的光成分若在光電ニ極管內(nèi)被吸收，貝1J成為光電流。未被吸收的光成分在光入射面，與到達(dá)光入射面的背面的光成分同樣地反射或透過。
[0071]光電ニ極管PDl中，在光L自與光入射面(第I主面Ia)垂直的方向入射的情況下，若到達(dá)形成于第2主面Ib的不規(guī)則的凹凸10，則以與來自凹凸10的出射方向成16.6°以上的角度到達(dá)的光成分由凹凸10全反射。因?yàn)榘纪?0不規(guī)則地形成，因此，相對于出射方向具有各種角度，全反射的光成分朝各個(gè)方向擴(kuò)散。因此，全反射的光成分中若存在由n-型半導(dǎo)體基板I內(nèi)部吸收的光成分，則存在到達(dá)第I主面Ia及側(cè)面的光成分。
[0072]到達(dá)第I主面Ia及側(cè)面的光成分由于凹凸10上的擴(kuò)散而朝各個(gè)方向行迸。因此，到達(dá)第I主面Ia及側(cè)面的光成分由第I主面Ia及側(cè)面全反射的可能性極高。由第I主面Ia及側(cè)面全反射的光成分使不同的面上的全反射反復(fù)，其行進(jìn)距離變得更長。如上所述，入射至光電ニ極管HH的光L在n-型半導(dǎo)體基板I的內(nèi)部行進(jìn)較長的距離的期間，由n-型半導(dǎo)體基板I吸收，而作為光電流被檢測。
[0073]如上所述，入射至光電ニ極管PDl的光L，其大部分不會(huì)透過光電ニ極管HH，而是行進(jìn)距離變長，由n-型半導(dǎo)體基板I吸收。因此，光電二極管PDl中，在近紅外光的波段的分光靈敏度特性提高。
[0074]在第2主面Ib形成有規(guī)則的凹凸的情況下，到達(dá)第I主面Ia及側(cè)面的光成分由凹凸擴(kuò)散，但朝相同的方向行迸。因此，到達(dá)第I主面Ia及側(cè)面的光成分由第I主面Ia及側(cè)面全反射的可能性較低。因此，在第I主面Ia及側(cè)面、進(jìn)而在第2主面Ib中透過的光成分增加，入射至光電二極管的光的行進(jìn)距離較短。其結(jié)果，難以提高在近紅外光的波段的分光靈敏度特性。
[0075]此處，為了對第I實(shí)施方式的在近紅外光的波段的分光靈敏度特性的提高效果進(jìn)行確認(rèn)，而進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
[0076]制作包括上述構(gòu)成的光電二極管(稱作實(shí)施例1)、與未在n-型半導(dǎo)體基板的第2主面形成不規(guī)則的凹凸的光電二極管(稱作比較例I)，分別研究分光靈敏度特性。實(shí)施例1與比較例I除通過脈沖激光的照射而形成不規(guī)則的凹凸以外，為相同的構(gòu)成。將n-型半導(dǎo)體基板I的尺寸設(shè)定為6.5_X6.5_。將p+型半導(dǎo)體區(qū)域3即光感應(yīng)區(qū)域的尺寸設(shè)定為5.8mmX 5.8mm。將對光電二極管施加的偏壓電壓VR設(shè)定為0V。
[0077]將結(jié)果表示于圖12中。在圖12中，實(shí)施例1的分光靈敏度特性由Tl所表示，比較例I的分光靈敏度特性由特性T2所表示。在圖12中，縱軸表示分光靈敏度(mA/W)，橫軸表示光的波長(nm)。以一點(diǎn)劃線所表示的特性表示量子效率(QE)為100%的分光靈敏度特性，以虛線所表示的特性表示量子效率為50%的分光靈敏度特性。
[0078]根據(jù)圖12可知，例如在1064nm下，比較例I中分光靈敏度為0.2A/W(QE=25%)，相對于此，實(shí)施例1中分光靈敏度為0.6A/W (QE=72%)，在近紅外光的波段的分光靈敏度大幅提聞。
[0079]也對實(shí)施例1及比較例I中的分光靈敏度的溫度特性進(jìn)行了確認(rèn)。此處，使氣氛溫度自25°C上升至60°C而研究分光靈敏度特性，求出60°C下的分光靈敏度相對于25°C下的分光靈敏度的比例(溫度系數(shù))。將結(jié)果表示于圖13中。在圖13中，實(shí)施例1的溫度系數(shù)的特性由T3所表示，比較例I的溫度系數(shù)的特性由特性T4所表示。在圖13中，縱軸表示溫度系數(shù)(%/0C )，橫軸表示光的波長(nm)。
[0080]根據(jù)圖13可知，例如在1064nm下，比較例I中溫度系數(shù)為0.7%/°C，相對于此，實(shí)施例I中溫度系數(shù)為0.2%/°C，溫度依賴性較低。通常，若溫度上升，則吸收系數(shù)増大且?guī)赌芰繙p少，由此，分光靈敏度變高。實(shí)施例1中，在室溫的狀態(tài)下分光靈敏度充分地高，因此，與比較例I相比較，溫度上升所引起的分光靈敏度的變化變小。
[0081]光電二極管HH中，在n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib側(cè)形成有累積層11。由此，在第2主面Ib側(cè)不通過光而產(chǎn)生的多余載流子進(jìn)行再結(jié)合，可減少暗電流。累積層11抑制在第2主面Ib附近通過光而產(chǎn)生的載流子由該第2主面Ib捕獲。因此，通過光而產(chǎn)生的載流子有效地朝向pn結(jié)移動(dòng)，從而可進(jìn)ー步提高光電二極管roi的光檢測靈敏度。
[0082]第1實(shí)施方式中，在形成累積層11之后，對n_型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行熱處理。由此，n-型半導(dǎo)體基板1的結(jié)晶性恢復(fù)，可防止暗電流的增加等的不良情況。
[0083]第I實(shí)施方式中，在對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行熱處理之后，形成電極13、15。由此，在電極13、15使用熔點(diǎn)相對較低的金屬的情況下，電極13、15也不會(huì)由于熱處理而熔融。其結(jié)果，可不受熱處理的影響而適當(dāng)?shù)匦纬呻姌O13、15。[0084]第I實(shí)施方式中，照射皮秒?飛秒脈沖激光，而形成不規(guī)則的凹凸10。由此，可適當(dāng)且容易地形成不規(guī)則的凹凸10。
[0085](第2實(shí)施方式)
[0086]參照圖14?圖16，對第2實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明。圖14?圖16是用以對第2實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0087]第2實(shí)施方式的制造方法中，直至自第2主面Ib側(cè)對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行研磨為止，與第I實(shí)施方式的制造方法相同，省略至此為止的エ序的說明。自第2主面Ib側(cè)對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行研磨，使n-型半導(dǎo)體基板I成為所期望的厚度之后，在n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib側(cè)形成累積層11 (參照圖14)。累積層11的形成與第I實(shí)施方式同樣地進(jìn)行。累積層11的厚度例如為I Pm左右。
[0088]其次，對n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib照射脈沖激光PL，而形成不規(guī)則的凹凸10 (參照圖15)。不規(guī)則的凹凸10的形成與第I實(shí)施方式同樣地進(jìn)行。
[0089]其次，與第I實(shí)施方式同樣地對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行熱處理。然后，在將形成于絕緣層7上的鈍化層9除去之后，形成電極13、15 (參照圖16)。由此，完成光電ニ極管PD2。
[0090]在第2實(shí)施方式中，也與第I實(shí)施方式同樣地，入射至光電ニ極管PD2的光的行進(jìn)距離變長，吸收光的距離也變長。由此，在光電ニ極管PD2中，也可提高在近紅外光的波段的分光靈敏度特性。
[0091]第2實(shí)施方式中，累積層11的厚度大于不規(guī)則的凹凸10的高低差。因此，即使在形成累積層11之后，照射脈沖激光而形成不規(guī)則的凹凸10，累積層11仍可靠地殘留。因此，可確保累積層11的作用效果。
[0092](第3實(shí)施方式)
[0093]參照圖17?圖21，對第3實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明。圖17?圖21是用以對第3實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0094]第3實(shí)施方式的制造方法中，直至形成鈍化層9為止，與第I實(shí)施方式的制造方法相同，省略至此為止的エ序的說明。在形成鈍化層9之后，將n-型半導(dǎo)體基板I中的與p+型半導(dǎo)體區(qū)域3對應(yīng)的部分自第2主面Ib側(cè)起薄化，而殘留該部分的周邊部分(參照圖17)。n-型半導(dǎo)體基板I的薄化例如通過由使用氫氧化鉀溶液或TMAH (tetrame thy I ammoniumhydroxide,氫氧化四甲基銨溶液)等的堿性蝕刻進(jìn)行的各向異性蝕刻而進(jìn)行。n_型半導(dǎo)體基板I的已薄化的部分的厚度例如為IOOiim左右，周邊部分的厚度例如為300iim左右。
[0095]其次，自第2主面Ib側(cè)對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行研磨，以使n_型半導(dǎo)體基板I的周邊部分的厚度成為所期望的厚度(參照圖18)。所期望的厚度例如為270 ym。
[0096]其次，對n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib照射脈沖激光PL，而形成不規(guī)則的凹凸10 (參照圖19)。不規(guī)則的凹凸10的形成與第I實(shí)施方式同樣地進(jìn)行。
[0097]其次，在n-型半導(dǎo)體基板I的已薄化的部分的第2主面Ib側(cè)形成累積層11 (參照圖20)。累積層11的形成與第I實(shí)施方式同樣地進(jìn)行。累積層11的厚度例如為3pm左右。
[0098]其次，與第I實(shí)施方式同樣地，在對n_型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行熱處理之后，將形成干絕緣層7上的鈍化層9除去，形成電極13、15 (參照圖21)。由此，完成光電ニ極管TO3。[0099]在第3實(shí)施方式中，也與第I及第2實(shí)施方式同樣地，入射至光電ニ極管PD3的光的行進(jìn)距離變長，吸收光的距離也變長。由此，光電ニ極管PD3中，也可提高在近紅外光的波段的分光靈敏度特性。
[0100]第3實(shí)施方式中，在形成不規(guī)則的凹凸10之前，將n-型半導(dǎo)體基板I中的與P+型半導(dǎo)體區(qū)域3對應(yīng)的部分自第2主面Ib側(cè)起薄化，而殘留該部分的周邊部分。由此，可獲得分別將n-型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia及第2主面Ib側(cè)作為光入射面的光電ニ極管 PD3。
[0101](第4實(shí)施方式)
[0102]參照圖22?圖24，對第4實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明。圖22?圖24是用以對第4實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的制造方法進(jìn)行說明的圖。
[0103]第4實(shí)施方式的制造方法中，直至將n-型半導(dǎo)體基板I薄化為止，與第3實(shí)施方式的制造方法相同，省略至此為止的エ序的說明。自第2主面Ib側(cè)對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行研磨，使n-型半導(dǎo)體基板I成為所期望的厚度之后，在n-型半導(dǎo)體基板I的已薄化的部分的第2主面Ib側(cè)形成累積層11 (參照圖22)。累積層11的形成與第I實(shí)施方式同樣地進(jìn)行。累積層11的厚度例如為3 ii m左右。
[0104]其次，對n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib照射脈沖激光PL，而形成不規(guī)則的凹凸10 (參照圖23)。不規(guī)則的凹凸10的形成與第I實(shí)施方式同樣地進(jìn)行。
[0105]其次，與第I實(shí)施方式同樣地，對n-型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行熱處理。然后，在將形成于絕緣層7上的鈍化層9除去之后，形成電極13、15 (參照圖24)。由此，完成光電ニ極管PD4。
[0106]在第4實(shí)施方式中，也與第I?第3實(shí)施方式同樣地,入射至光電ニ極管PD4的光的行進(jìn)距離變長，吸收光的距離也變長。由此，光電ニ極管PD4中，也可提高在近紅外光的波段的分光靈敏度特性。
[0107]第4實(shí)施方式中，在形成累積層11之前，將n-型半導(dǎo)體基板I中的與P+型半導(dǎo)體區(qū)域3對應(yīng)的部分自第2主面Ib側(cè)起薄化，而殘留該部分的周邊部分。由此，可獲得分別將n-型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia及第2主面Ib側(cè)作為光入射面的光電ニ極管TO4。
[0108](第5實(shí)施方式)
[0109]參照圖25，對第5實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管PD5進(jìn)行說明。圖25是用以對第5實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管的構(gòu)成進(jìn)行說明的圖。
[0110]光電ニ極管PD5是用以對波長區(qū)域處于可見光?近紅外光區(qū)域的低能量光進(jìn)行檢測的雪崩光電ニ極管。光電ニ極管PD5包括p-型半導(dǎo)體基板20。p_型半導(dǎo)體基板20由硅(Si)結(jié)晶構(gòu)成，且具有相互相対的第I主面20a及第2主面20b。p_型半導(dǎo)體基板20包含光感應(yīng)區(qū)域21。
[0111]平面視時(shí)，光感應(yīng)區(qū)域21設(shè)置于第I主面20a的中央部。光感應(yīng)區(qū)域21自第I主面20a起朝向內(nèi)側(cè)具有厚度。光感應(yīng)區(qū)域21由n+型雜質(zhì)區(qū)域23、p+型雜質(zhì)區(qū)域25、及對P-型半導(dǎo)體基板20施加偏壓電壓時(shí)空乏化的區(qū)域構(gòu)成。n+型雜質(zhì)區(qū)域23自第I主面20a起朝向P-型半導(dǎo)體基板20的內(nèi)側(cè)具有厚度。n+型雜質(zhì)區(qū)域23具有n+型保護(hù)環(huán)23a。n+型保護(hù)環(huán)23a設(shè)置于n+型雜質(zhì)區(qū)域23的周端。p+型雜質(zhì)區(qū)域25自n+型雜質(zhì)區(qū)域23起進(jìn)ー步朝向P-型半導(dǎo)體基板20的內(nèi)側(cè)具有厚度。P-型半導(dǎo)體基板20具有p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27。平面視時(shí)，p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27處于第I主面20a的周端，且自第I主面20a起朝向內(nèi)側(cè)具有厚度。P+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27以包圍光感應(yīng)區(qū)域21的方式而設(shè)置。
[0112]P-型半導(dǎo)體基板20是添加有例如硼(B)等的p型雜質(zhì)的硅基板。P+型雜質(zhì)區(qū)域25是添加有比P-型半導(dǎo)體基板20更高濃度的p型雜質(zhì)的區(qū)域。p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27是以比P+型雜質(zhì)區(qū)域25更高濃度添加有p型雜質(zhì)的區(qū)域。n+型雜質(zhì)區(qū)域23是添加有例如銻(Sb)等n型雜質(zhì)的區(qū)域。n+型雜質(zhì)區(qū)域23 (包括n+型保護(hù)環(huán)23a)及p+型雜質(zhì)區(qū)域25在p-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)構(gòu)成pn結(jié)。
[0113]光電ニ極管PD5具有層疊于第I主面20a上的鈍化膜24。光電ニ極管PD5具有設(shè)置于鈍化膜24上的電極31及電極33。鈍化膜24中，在n+型雜質(zhì)區(qū)域23上設(shè)置有接觸孔H11，并且在p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27上設(shè)置有接觸孔H12。電極31經(jīng)由接觸孔Hll而與n+型雜質(zhì)區(qū)域23電性接觸且連接。電極33經(jīng)由接觸孔H12而與p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27電性接觸且連接。鈍化膜24的材料例如為氧化硅等。
[0114]光電ニ極管PD5具有形成于第2主面20b側(cè)的凹部35。凹部35通過自第2主面20b側(cè)起將P-型半導(dǎo)體基板20薄化而形成，在凹部35的周圍存在較厚的框部。凹部35的側(cè)面與凹部35的底面成鈍角而傾斜。平面視時(shí)，凹部35以與光感應(yīng)區(qū)域21重疊的方式而形成。凹部35的底面與第I主面20a之間的厚度相對較小，例如為100?200 iim左右，優(yōu)選為150 ii m左右。如上所述，因?yàn)榈贗主面20a與凹部35的底面之間的厚度相對較小，因此，使響應(yīng)速度高速化，并且降低對光電ニ極管PD5施加的偏壓電壓。
[0115]在P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b的整體形成有不規(guī)則的凹凸10。在P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b側(cè)形成有累積層37。累積層37中的與凹部35的底面對應(yīng)的區(qū)域、即與構(gòu)成雪崩光電ニ極管的光感應(yīng)區(qū)域21相対的區(qū)域光學(xué)性地露出。所謂第2主面20b光學(xué)性地露出，不僅指第2主面20b與空氣等的氣氛氣體接觸，而且也包括在第2主面20b上形成有光學(xué)上透明的膜的情況。不規(guī)則的凹凸10也可僅形成于凹部35的底面、即與作為雪崩光電ニ極管發(fā)揮功能的光感應(yīng)區(qū)域21相対的區(qū)域。
[0116]光電ニ極管PD5具有電極39。電極39設(shè)置于累積層37上,且與累積層37電性接觸且連接。累積層37中的形成有電極39的區(qū)域不光學(xué)性地露出。
[0117]具有上述構(gòu)成的光電ニ極管PD5中，在對電極31與電極39施加逆向偏壓電壓(崩潰電壓)的情況下，在光感應(yīng)區(qū)域21產(chǎn)生與入射至光感應(yīng)區(qū)域21的光量對應(yīng)的載流子。在P+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27的附近所產(chǎn)生的載流子流入至p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27。因此，通過p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27，而將來自電極31的輸出信號中產(chǎn)生的裙邊降低。
[0118]其次，對第5實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管H)5的制造方法加以說明。
[0119]首先，準(zhǔn)備P-型半導(dǎo)體基板20。P-型半導(dǎo)體基板20的厚度為300 iim左右。
[0120]其次，在P-型半導(dǎo)體基板20的第I主面20a側(cè)形成p+型雜質(zhì)區(qū)域25及p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27。p+型雜質(zhì)區(qū)域25通過使用中央部開ロ的掩模等，將高濃度的P型雜質(zhì)在P-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)自第I主面20a側(cè)離子注入而形成。p+型擴(kuò)散遮斷區(qū)域27通過使用周邊部區(qū)域開ロ的其它的掩模等，使高濃度的P型雜質(zhì)在P-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)自第I主面20a側(cè)擴(kuò)散而形成。
[0121]其次，在P-型半導(dǎo)體基板20的第I主面20a側(cè)形成n+型保護(hù)環(huán)23a及n+型雜質(zhì)區(qū)域23。n+型保護(hù)環(huán)23a通過使用開ロ成環(huán)狀的掩模等，使高濃度的n型雜質(zhì)在p-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)自第I主面20a側(cè)擴(kuò)散而形成。n+型雜質(zhì)區(qū)域23通過使用中央部開ロ的其它的掩模等，將高濃度的n型雜質(zhì)在P-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)自第I主面20a側(cè)離子注入而形成。
[0122]其次，通過對P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b的表面進(jìn)行研磨而使其平坦化。然后，將P-型半導(dǎo)體基板20中的與p+型雜質(zhì)區(qū)域25對應(yīng)的部分自第2主面20b側(cè)起薄化,而殘留該部分的周邊部分。P-型半導(dǎo)體基板20的薄化例如通過由使用KOH水溶液或TMAH等的堿性蝕刻進(jìn)行的各向異性蝕刻而進(jìn)行。P-型半導(dǎo)體基板20的已薄化的部分的厚度例如為150 iim左右，周邊部分的厚度例如為200iim左右。
[0123]其次，在P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b側(cè)形成累積層37。此處，以成為比P-型半導(dǎo)體基板20更高的雜質(zhì)濃度的方式，將p型雜質(zhì)在p-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)自第2主面20b側(cè)離子注入，從而形成累積層37。累積層37的厚度例如為1.5iim左右。
[0124]其次，對P-型半導(dǎo)體基板20進(jìn)行熱處理(退火)。此處，在N2氣體的氣氛下，以900?1100°C左右的范圍、優(yōu)選為以1000°C左右，將P-型半導(dǎo)體基板20加熱0.5?1.0小時(shí)左右、優(yōu)選為0.5小時(shí)左右。通過熱處理，P型半導(dǎo)體基板20的結(jié)晶性恢復(fù)，可防止暗電流的増加等的不良情況。
[0125]其次，對P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b照射脈沖激光PL，形成不規(guī)則的凹凸10。不規(guī)則的凹凸10與上述實(shí)施方式同樣地，通過對P型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b照射脈沖激光而形成。照射脈沖激光的脈沖激光產(chǎn)生裝置可使用皮秒?飛秒脈沖激光產(chǎn)生裝置。不規(guī)則的凹凸10具有相對于與第I主面20a正交的方向交差的面。凹凸10的高低差例如為0.5?IOiim左右，凹凸10中的凸部的間隔為0.5?IOiim左右。皮秒?飛秒脈沖激光的脈沖時(shí)間寬度例如為50fs?2ps左右，強(qiáng)度例如為4?16GW左右，脈沖能量例如為200?800ii J/pulse左右。更通常的是，峰值強(qiáng)度為3X IO11?2.5X 1013(W/cm2)，通量為 0.1 ?1.3 (J/cm2)左右。
[0126]其次，對P-型半導(dǎo)體基板20進(jìn)行熱處理(退火)。此處，在N2氣體的氣氛下，以900?1100°C左右的范圍、優(yōu)選為以1000°C左右，將P-型半導(dǎo)體基板20加熱0.5?1.0小時(shí)左右、優(yōu)選為0.5小時(shí)左右。通過熱處理，可進(jìn)行混亂的結(jié)晶損傷的恢復(fù)及再結(jié)晶化。
[0127]其次，在P-型半導(dǎo)體基板20的第I主面20a側(cè)形成鈍化膜24。然后，在鈍化膜24中形成接觸孔H11、H12，形成電極31、33。電極31形成于接觸孔Hll內(nèi)，電極33形成于接觸孔H12內(nèi)。另外，在P-型半導(dǎo)體基板20的已薄化的部分的周邊部分的累積層37上形成電極39。電極31、33分別由鋁(Al)等構(gòu)成，電極39由金(Au)等構(gòu)成。由此，完成光電ニ極管H)5。
[0128]光電ニ極管PD5中，在第2主面20b形成有不規(guī)則的凹凸10。因此，入射至光電ニ極管TO5的光由凹凸10反射、散射或擴(kuò)散，而在P-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)行進(jìn)較長的距離。
[0129]光電ニ極管H)5中，在光自與光入射面(第I主面20a)垂直的方向入射的情況下，若到達(dá)形成于第2主面20b的不規(guī)則的凹凸10，則以與來自凹凸10的出射方向成16.6°以上的角度到達(dá)的光成分由凹凸10全反射。因?yàn)榘纪?0不規(guī)則地形成，因此，相對于出射方向具有各種角度，全反射的光成分朝各個(gè)方向擴(kuò)散。因此，全反射的光成分中，若存在由P-型半導(dǎo)體基板20內(nèi)部吸收的光成分，則存在到達(dá)第I主面20a及側(cè)面的光成分。
[0130]到達(dá)第I主面20a及側(cè)面的光成分通過凹凸10上的擴(kuò)散而朝各個(gè)方向行迸。因此,到達(dá)第I主面20a及側(cè)面的光成分由第I主面20a及側(cè)面全反射的可能性極高。由第I主面20a及側(cè)面全反射的光成分使不同的面上的全反射反復(fù)，其行進(jìn)距離變得更長。因此，入射至光電ニ極管PD5的光在P-型半導(dǎo)體基板20的內(nèi)部行進(jìn)較長的距離的期間，由P-型半導(dǎo)體基板20吸收，而作為光電流被檢測。
[0131 ] 入射至光電ニ極管PD5的光L的大部分不會(huì)透過光電ニ極管PD5，而是行進(jìn)距離變長，由P-型半導(dǎo)體基板20吸收。因此，光電ニ極管TO5中，在近紅外光的波段的分光靈敏度特性提高。
[0132]此處，為了對第5實(shí)施方式的在近紅外光的波段的分光靈敏度特性的提高效果進(jìn)行確認(rèn)，而進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
[0133]制作具有上述構(gòu)成的光電ニ極管(稱作實(shí)施例2)、與未在P-型半導(dǎo)體基板的第2主面形成不規(guī)則的凹凸的光電ニ極管(稱作比較例2)，分別研究分光靈敏度特性。實(shí)施例2與比較例2除通過照射脈沖激光而形成不規(guī)則的凹凸以外，為相同的構(gòu)成。將P-型半導(dǎo)體基板20的尺寸設(shè)定為4.24mmX 4.24mm。將p+型雜質(zhì)區(qū)域25即光感應(yīng)區(qū)域的尺寸設(shè)定為3mmO。將對光電ニ極管施加的偏壓電壓VR設(shè)定為約300V。
[0134]將結(jié)果表示于圖26中。在圖26中，實(shí)施例2的分光靈敏度特性由TS1表示，比較例2的分光靈敏度特性由特性T52表示。在圖26中，縱軸表示分光靈敏度(mA/W)，橫軸表示光的波長(nm)。根據(jù)圖26可知，例如在1064nm下，比較例2中分光靈敏度為4.1A/W，相對于此，實(shí)施例2中分光靈敏度為7.6A/W，在近紅外光的波段的分光靈敏度大幅提高。
[0135]光電ニ極管TO5中，在P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b側(cè)形成有累積層37。由此，在第2主面20b側(cè)不通過光而產(chǎn)生的多余載流子進(jìn)行再結(jié)合，可減少暗電流。累積層37抑制在第2主面20b附近通過光而產(chǎn)生的載流子由該第2主面20b捕獲。因此，通過光而產(chǎn)生的載流子有效地朝pn結(jié)移動(dòng)，可進(jìn)ー步提高光電ニ極管TO5的光檢測靈敏度。
[0136]第5實(shí)施方式中，在形成累積層37之后，對P-型半導(dǎo)體基板20進(jìn)行熱處理。由此，P-型半導(dǎo)體基板20的結(jié)晶性恢復(fù)，可防止暗電流的增加等的不良情況。
[0137]累積層37也可在形成不規(guī)則的凹凸10之后形成。在形成累積層37之后，照射脈沖激光而形成不規(guī)則的凹凸10的情況下，優(yōu)選為將累積層37的厚度設(shè)定為大于不規(guī)則的凹凸10的高低差。在該情況下，即使照射脈沖激光而形成不規(guī)則的凹凸10，累積層37仍可靠地殘留。因此，可確保累積層37的作用效果。
[0138]第5實(shí)施方式中，在對P-型半導(dǎo)體基板20進(jìn)行熱處理之后，形成電極31、33、39。由此，在電極31、33、39使用熔點(diǎn)相對較低的材料的情況下，電極31、33、39也不會(huì)由于熱處理而熔融。因此，可不受熱處理的影響而適當(dāng)?shù)匦纬呻姌O31、33、39。
[0139]第5實(shí)施方式中，照射皮秒?飛秒脈沖激光，而形成不規(guī)則的凹凸10。由此，適當(dāng)且容易地形成不規(guī)則的凹凸10。
[0140]第5實(shí)施方式中，自第2主面20b側(cè)將P-型半導(dǎo)體基板20薄化。由此，可獲得分別將P-型半導(dǎo)體基板20的第I主面20a及第2主面20b側(cè)作為光入射面的光電ニ極管。即，光電ニ極管PD5不僅可用作表面入射型光電ニ極管，而且可用作背面入射型光電ニ極管。
[0141]此處，為了確認(rèn)將第5實(shí)施方式的光電ニ極管PD5用作背面入射型光電ニ極管的情況下的在近紅外光的波段的分光靈敏度特性的提高效果，而進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。[0142]使用上述實(shí)施例2及比較例2的光電ニ極管，分別對自背面入射光時(shí)的分光靈敏度特性進(jìn)行研究。將結(jié)果表示于圖27中。在圖27中，實(shí)施例2的分光靈敏度特性由T53來表示，比較例2的分光靈敏度特性由特性T54來表示。在圖27中，縱軸表示分光靈敏度(mA/W)，橫軸表示光的波長(nm)。根據(jù)圖27可知，例如在1064nm下，比較例2中分光靈敏度為
1.9A/W，相對于此，實(shí)施例2中分光靈敏度為5.7A/W，在近紅外光的波段的分光靈敏度大幅提聞。
[0143]如上所述，無論第5實(shí)施方式的光電ニ極管PD5為表面入射型及背面入射型，在1064nm下均具有充分的分光靈敏度。因此，光電ニ極管PD5可用作YAG激光的檢測元件。
[0144]但是，在雪崩光電ニ極管中，通過將由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板設(shè)定為較厚(例如數(shù)百 ?2_左右)，可實(shí)現(xiàn)在近紅外光的波段具有實(shí)用上充分的分光靈敏度特性的雪崩光電
ニ極管。然而，雪崩光電ニ極管中，需要用以空乏化的偏壓電壓與用以雪崩倍増的偏壓電壓，因此，在使上述半導(dǎo)體基板的厚度増大的情況下，需要施加極高的偏壓電壓。另外，若半導(dǎo)體基板較厚，則暗電流也増加。
[0145]然而，第5實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管TO5中，如上所述，通過在第2主面20b形成不規(guī)則的凹凸10，入射至光電ニ極管PD5的光的行進(jìn)距離變長。因此，可實(shí)現(xiàn)ー種不使半導(dǎo)體基板(P-型半導(dǎo)體基板20)、特別是與光感應(yīng)區(qū)域21對應(yīng)的部分變厚，而在近紅外光的波段具有實(shí)用上充分的分光靈敏度特性的光電ニ極管。因此，與通過使半導(dǎo)體基板變厚而在近紅外光的波段具有分光靈敏度特性的光電ニ極管相比較，上述光電ニ極管PD5可通過施加較低的偏壓電壓而獲得良好的分光靈敏度特性。另外，暗電流的増加被抑制，光電ニ極管TO5的檢測精度提高。進(jìn)而，因?yàn)镻-型半導(dǎo)體基板20的厚度較薄，因此，光電ニ極管PD5的響應(yīng)速度提高。
[0146]第5實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管TO5中，也可如圖28所示，將第2主面20b側(cè)的整個(gè)區(qū)域薄化。
[0147](第6實(shí)施方式)
[0148]參照圖29，對第6實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管陣列PDA進(jìn)行說明。圖29是用以對第6實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管陣列的剖面構(gòu)成進(jìn)行說明的圖。
[0149]光電ニ極管陣列PDA包括P-型半導(dǎo)體基板20，在P-型半導(dǎo)體基板20上配置有多個(gè)作為雪崩光電ニ極管發(fā)揮功能的光感應(yīng)區(qū)域21。
[0150]在P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b整體形成有不規(guī)則的凹凸10。S卩，光電ニ極管陣列TOA中，不僅在與作為雪崩光電ニ極管發(fā)揮功能的光感應(yīng)區(qū)域21相対的區(qū)域，也在與光感應(yīng)區(qū)域21之間相對的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸10。
[0151]在第6實(shí)施方式中，也與第5實(shí)施方式同樣地,入射至光電ニ極管陣列PDA的光的行進(jìn)距離變長，吸收光的距離也變長。由此，光電ニ極管陣列PDA中，也可提高在近紅外光的波段的分光靈敏度特性。
[0152]第6實(shí)施方式所涉及的光電ニ極管陣列PDA與第5實(shí)施方式同樣地，與通過使半導(dǎo)體基板變厚而在近紅外光的波段具有實(shí)用上充分的分光靈敏度特性的光電ニ極管陣列相比較，可通過施加較低的偏壓電壓而獲得良好的分光靈敏度特性。另外，暗電流的増加被抑制，光電ニ極管陣列PDA的檢測精度提高。進(jìn)而，因?yàn)镻-型半導(dǎo)體基板20的厚度較薄，因此，光電ニ極管陣列PDA的響應(yīng)速度提高。[0153]光電ニ極管陣列PDA中，也在P-型半導(dǎo)體基板20的第2主面20b中的與光感應(yīng)區(qū)域21之間相對的區(qū)域，形成有不規(guī)則的凹凸10。因此，入射至光感應(yīng)區(qū)域21之間的光L，如圖30所示，通過形成于第2主面20b中的與光感應(yīng)區(qū)域21之間相對的區(qū)域的不規(guī)則的凹凸10而反射、散射或擴(kuò)散，由任意的光感應(yīng)區(qū)域21吸收。因此，光電ニ極管陣列PDA中，在光感應(yīng)區(qū)域21之間檢測靈敏度不會(huì)下降，檢測靈敏度提高。
[0154]光電ニ極管陣列PDA也與第5實(shí)施方式的光電ニ極管H)5同樣地，可用作YAG激光的檢測元件。
[0155]光電ニ極管陣列PDA與第5實(shí)施方式的光電ニ極管H35同樣地,也可將第2主面20b側(cè)的整個(gè)區(qū)域薄化。光電ニ極管陣列PDA可用作表面入射型及背面入射型的任意的光電ニ極管陣列。
[0156]以上，對本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，在不脫離其主g的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更。
[0157]第I?第4實(shí)施方式中，遍及第2主面Ib的整個(gè)面照射脈沖激光，而形成不規(guī)則的凹凸10，但是，并不限定于此。例如，也可僅對n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib中的與P+型半導(dǎo)體區(qū)域3相対的區(qū)域照射脈沖激光，而形成不規(guī)則的凹凸10。第5?第6實(shí)施方式中，也可僅對與光感應(yīng)區(qū)域21相対的區(qū)域照射脈沖激光，而形成不規(guī)則的凹凸10。
[0158]第I?第4實(shí)施方式中，將電極15與形成于n-型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia側(cè)的n+型半導(dǎo)體區(qū)域5電性接觸且連接，但是，并不限定于此。例如，也可將電極15與形成于n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib側(cè)的累積層11電性接觸且連接。在該情況下，優(yōu)選為在n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib中的與p+型半導(dǎo)體區(qū)域3相対的區(qū)域以外，形成電極15。其原因在于，若在n-型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib中的與p+型半導(dǎo)體區(qū)域3相対的區(qū)域形成電極15，則形成于第2主面Ib的不規(guī)則的凹凸10由電極15堵塞，而產(chǎn)生近紅外光的波段中的分光靈敏度下降的現(xiàn)象?？梢哉f第5?第6實(shí)施方式中也與上述情況相同。
[0159]也可將本實(shí)施方式的光電ニ極管PDl?PD5及光電ニ極管陣列PDA中的p型及n型的各導(dǎo)電類型替換為與上述相反。
[0160]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0161]本發(fā)明可用于半導(dǎo)體光檢測元件及光檢測裝置。
【權(quán)利要求】
1.ー種光電二極管，其特征在于， 包括硅基板，該硅基板由第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有相互相対的第I主面及第2主面， 在所述硅基板的所述第I主面?zhèn)扰渲糜醒┍拦怆姸O管，該雪崩光電二極管由具有比所述硅基板更高的雜質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域之間的pn結(jié)所構(gòu)成， 在所述硅基板的所述第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜人龉杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的累積層，并且至少在與所述雪崩光電二極管相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸， 所述硅基板的所述第2主面中的與所述雪崩光電二極管相対的所述區(qū)域光學(xué)性地露出， 至少在與所述雪崩光電二極管相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸的所述第2主面為光入射面，從所述第2主面入射的光在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)，所述光電二極管為背面入射型。
2.如權(quán)利要求1所述的光電二極管，其特征在干， 自所述第2主面?zhèn)绕鸨』龉杌宓呐c第2導(dǎo)電類型的所述半導(dǎo)體區(qū)域?qū)?yīng)的部分，并殘留該部分的周邊部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光電二極管，其特征在于， 第I導(dǎo)電類型的所述累積層的厚度大于不規(guī)則的所述凹凸的高低差。`
4.如權(quán)利要求1所述的光電二極管，其特征在干， 從所述第2主面入射并在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)的光，由不規(guī)則的所述凹凸進(jìn)行反射、散射或擴(kuò)散。
5.一種光電二極管陣列，其特征在于， 包括硅基板，該硅基板由第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有相互相対的第I主面及第2主面， 在所述硅基板的所述第I主面?zhèn)扰渲糜卸鄠€(gè)雪崩光電二極管，該雪崩光電二極管由具有比所述硅基板更高的雜質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域之間的pn結(jié)所構(gòu)成， 在所述硅基板的所述第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜人龉杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的累積層，并且至少在與所述雪崩光電二極管相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸， 所述硅基板的所述第2主面中的與所述雪崩光電二極管相対的所述區(qū)域光學(xué)性地露出， 至少在與所述雪崩光電二極管相対的區(qū)域形成有不規(guī)則的凹凸的所述第2主面為光入射面，從所述第2主面入射的光在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)，所述光電二極管陣列為背面入射型。
6.如權(quán)利要求5所述的光電二極管陣列，其特征在干， 自所述第2主面?zhèn)绕鸨』龉杌宓呐渲糜卸鄠€(gè)所述雪崩光電二極管的部分，并殘留該部分的周邊部分。
7.如權(quán)利要求5或6所述的光電二極管陣列，其特征在干， 第I導(dǎo)電類型的所述累積層的厚度大于不規(guī)則的所述凹凸的高低差。
8.如權(quán)利要求5所述的光電二極管陣列，其特征在干，從所 述第2主面入射并在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)的光，由不規(guī)則的所述凹凸進(jìn)行反射、散射或擴(kuò)散。
【文檔編號】H01L27/144GK103606588SQ201310641850
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2010年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2009年2月24日
【發(fā)明者】山村和久, 坂本 明, 永野輝昌, 石川嘉隆, 河合哲 申請人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社