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光检测器
    本发明涉及用于红外遥控接收的半导体装置中用的光检测器。

    广泛应用于家用电器中的红外遥控系统包括在手中操作的发送器和装在诸如电视机等电器上的接收器。为了使发送器即使在离开接收器20米距离或更远也能工作，接收器必须设有高倍放大。为此原因，接收器容易受到来自外部源的电磁噪声干扰。

    因此，在用于接收器的传统的光检测器中，例如，日本公开让公众审查的专利申请No.H3-159180中公开的，在光接收部分的整个表面上形成透光的屏蔽层，或者在光接收部分的表面上形成条纹状、筛网状或辐射状的透光的屏蔽层，而电极引线从屏蔽层引出，并将其电位连接到地电位，以此提高抗干扰性。具体地说，n⁺区域扩散入p型衬底内，以形成光接受部分，屏蔽层由构成光接收部分的n⁺型区域上的浅浅的p⁺型扩散层形成，而构成光接收部分的pn结被p型衬底和屏蔽层包围，以此防止外部噪声的影响。

    但是，在传统的光检测器中，因为屏蔽层是由n⁺型区域上的浅的p⁺型扩散层形成的，起屏蔽层作用的p⁺型扩散层在n⁺型区域上形成结，并从p⁺n⁺结产生自发噪声，致使接收距离缩短。屏蔽层抑制的外部噪声和由于形成屏蔽层而产生的自发噪声之间的关系如下：若通过增大p⁺型扩散层的杂质浓度来减小电阻，以便有效地减少外部噪声，则由屏蔽层的n⁺型区域和p⁺型扩散层形成p⁺n⁺结产生的自发噪声增大，使得接收距离缩短，而若降低杂质浓度，以便减少自发噪声的产生，则屏蔽作用恶化，以致降低外部噪声的抵消功能，以致接收距离缩短。这样，按照传统光检测器的结构，不可能充分地降低噪声，并难以增大接收距离。为了增大接收距离，如何减少由于屏蔽层而产生的噪声是很重要的。

    这里，解释一下自发噪声。自发噪声是在二极管pn结产生的正态噪声，并造成光接收部分的暗电流。就是说，自发噪声与反偏置时产生的暗电流成正比。当p⁺n⁺结的p⁺型区域和n⁺型区域的浓度都高时，自发噪声电平高，而至少一个所述区域的杂质浓度低时自发噪声电平低。

    这一点将用表达式来解释。以下表达式代表的电流流过p^-型屏蔽部分和n^-型光接收部分：

    I=qA[D_pN_aL_p^-1×exp{-(φ₀+V_R)/V_T}

      +D_nN_dL_n^-1×exp{-(φ₀+V_R)/V_T}]

      ×exp{(-V_R/V_T)-1}

    式中D_p和D_n是扩散系数，L_p和L_n是扩散长度，φ₀是结电位，V_R是反偏置电位，V_T=kT/q,A是结面积，N_a是p型杂质浓度，而N_d是n型杂质浓度。

    正如从所述表达式中可以明显看出的，自发噪声随着杂质浓度增大而增大。自发噪声还取决于所加的反偏置电压。当p型区域和n型区域的表面杂质浓度都变成10¹⁷的数量级或更高时，噪声便成为一个问题。

    本发明的目的是提供一种光检测器，它能抑制自发噪声的产生、防止外部噪声的影响并增大接收距离。

    本发明第一方面的光检测器包括：n型半导体衬底；设置在n型半导体衬底正面的p型层；设置在p型层正面的p型低电阻层；在n型半导体衬底反面设置的导体，在衬底和导线之间夹有绝缘层；设置在n型半导体衬底内一个区域的衬底连接区域，所述区域与其中设置p型层的区域不同；以及电连接导线，用来在电气上连接低电阻层和所述导体。

    按照本发明第一方面的光检测器，因为在n型半导体衬底的正面设置p型层、在p型层的正面设置p型低电阻层、并且低电阻层在电气上连接到设置在n型半导体衬底反面的中间夹有绝缘层的导体上，所以所述光检测器的正面保持在地电位，故能防止来自外界的电磁噪声的侵入，亦即外部噪声的影响，所以接收距离得以增大。另外，由于低电阻层是p型的，而在p型层和低电阻层之间的接合处不形成pn结，所以自发噪声的产生便得到抑制。在诸如遥控装置等用光接收信息地装置中，防噪声是必不可少的，抗干扰性优异的本发明的光检测器不仅达到尺寸减小，还产生巨大的经济利益。

    本发明的第二方面的光检测器包括：n型半导体衬底；设置在n型半导体衬底正面的p型层；设置在p型层正面的n型低电阻层；设置在p型层内低电阻层未占用区域内的p型层连接区；设置在n型半导体衬底反面的导体，衬底和导体之间夹有绝缘体；设置在n型半导体衬底内一个区域中的衬底连接区，所述区域不同于其中设置p型层的区域；以及用于在电气上连接低电阻层和所述导体的电连接导线。

    按照的本发明第二方面的光检测器，因为在n型半导体衬底的正面设置p型层、在p型层的正面设置n型低电阻层、并且低电阻层在电气上连接到设置在n型半导体衬底的反面的中间夹有绝缘体的导体上，故光检测器的正面保持在地电位，能够防止来自外界的电磁噪声的侵入，亦即外部噪声的影响，并增大接收距离。另外，由于p型层不是高杂质浓度层，所以，尽管低电阻层是n型的，自发噪声的产生还是得到抑制。在诸如遥控装置等用光接收信息的装置中，防止噪声是必不可少的，抗干扰性优异的本发明的光检测器不仅达到尺寸减小，而且产生巨大的经济利益。

    具体地说，在上述本发明的第二方面，p型层连接区域在电气上最好连接到所述导体上。采用这样的接法，p型层和低电阻层便具有相同的电位，即使在p型层和低电阻层之间的接合处形成pn结，也不会施加反偏置，所以自发噪声的产生得到充分的抑制。另外，在本发明的第二方面，在自发噪声的抑制方面，p型层的表面杂质浓度最好为10¹⁴至10¹⁷cm^-3，而低电阻层的表面杂质浓度最好为10¹⁷至10¹⁹cm^-3。

    在本发明的上述第一和第二方面，在充分抑制外部噪声方面，低电阻层最好占有p型层面积的大约一半或更多。另外，低电阻层最好由包括至少一种杂质的材料淀积扩散形成，因为低电阻层的电阻值可以容易地减小。另外，n型半导体衬底上面的p型层和低电阻层的轮廓基本上彼此相似。具体地说，在本发明的第二方面，在防止低电阻层由于掩模图案偏移而扩展到p型层以外方面，n型半导体衬底上的p型层和低电阻层的轮廓线之间的距离最好为5至40μm，这大于n型半导体衬底上面的p型层和低电阻层的轮廓线彼此相似时掩模图案的偏移。

    另外，在本发明上述的第一或第二方面，在减小低电阻层电阻值以增强外部噪声抑制功能方面，最好在低电阻层的正面区域设置电连接到所述电连接导体上的条纹状或筛网状金属布线。类似地，在减小低电阻层的电阻值以增强外部噪声抑制功能方面，最好在低电阻层的周边区域设置电连接到所述电连接导体上的金属布线。

    另外，在本发明上述的第一或第二方面，所述导体是，例如，金属引线框架，而所述电连接导线是，例如，金属线。

    此外，在本发明上述的第一或第二方面，n型半导体衬底的反面，例如，最好固定在所述导体上，衬底和导体之间夹有绝缘体。

    图1是本发明第一实施例的光检测器的横向剖面图；

    图2是本发明第一实施例的光检测器的平面图；

    图3是本发明第一实施例的引线框架的横向剖面图；

    图4是本发明第一实施例的光敏二极管的横向剖面图；

    图5是本发明第一实施例的等效电路图；

    图6是表示本发明第一实施例中相对表面积和噪声电流相互关系的曲线图；

    图7是本发明第二实施例的光检测器的横向剖面图；以及

    图8是本发明第二实施例的光检测器的平面图。

    第一实施例

    现将参照图1至6描述按照本发明第一实施例的光检测器。

    图1是作为光检测器的光敏二极管的横向剖面图。所述光敏二极管11包括：n型半导体衬底12；在n型半导体衬底12正面形成的p型扩散层13；基本上在p型扩散层13整个正面上浅浅地形成的p型低电阻半导体扩散层14；在p型低电阻半导体扩散层14正面上形成的阳极15；在n型半导体衬底12的区域内形成的用作衬底连接区的不同于形成p型低电阻半导体扩散层14的区域的n型扩散层16；在n型扩散层16正面形成的阴极17；以及在n型半导体衬底12、p型扩散层13、p型低电阻半导体扩散层14和n型扩散层16的基本上整个表面上形成的保护膜18，阳极15和阴极17的接触部分除外。

    光敏二极管11的反面粘结在起导体作用的接地引线框架20上，中间夹有起绝缘体作用的绝缘树脂薄膜19。阳极15通过一根起电气连接导线作用的金属连接线21连接到接地引线框架20上，并向p型低电阻半导体扩散层14提供地电位。光敏二极管11的输出从阴极17取出，并通过连接装置、诸如连接线(未示出)输入到诸如放大器等外部电路。

    n型半导体衬底12包括硅半导体衬底，其杂质浓度为10¹⁰至10¹⁶cm^-3，而比电阻为1至4000Ω.cm。p型扩散层13是在900℃下利用BN片通过淀积和扩散硼(B)而形成的，其表面杂质浓度为10¹⁴至10¹⁷cm^-3，扩散长度2至6μm，而比电阻为0.1至100Ω.cm。p型低电阻半导体扩散层14是在1050℃下利用BN片通过淀积硼(B)而形成的，使浓度高于p型扩散层13，其表面杂质浓度最好为10¹⁷至10¹⁹cm^-3，扩散长度0.5至2μm，而比电阻为0.01至0.1Ω.cm。n型半导体扩散层16是在POCl₃气体的的气氛下通过扩散磷(P)而形成的，具有表面杂质浓度10¹⁷至10¹⁹cm^-3，扩散长度0.5至2μm，而比电阻为0.01至0.1Ω.cm。接地引线框架20通过切割厚度0.1至1mm的SPCC(冷轧钢板)而形成。POCl₃气体气氛下的扩散是通过把加有N₂气泡的POCl₃液体作为扩散源气体送入扩散反应器来进行的。利用BN片作为扩散源的扩散是把BN片和半导体晶片彼此相对地放置在石英舟上来进行的。

    扩散层13,14和16是通过淀积和扩散或通过淀积扩散形成的，然而它们也可以用离子注入法形成。但是，为了获得p型低电阻半导体扩散层14，通过向半导体衬底提供扩散源即可获得用离子注入法无法获得的低电阻，而且较易实现批量生产。

    光敏二极管11的正面结构示于图2。在p型扩散层13内这样形成p型低电阻半导体扩散层14、使得它在衬底表面的轮廓基本上与扩散层13的相似。但是，p型低电阻半导体扩散层14较大亦无妨。为了减小p型低电阻半导体扩散层14的电阻分量，在p型低电阻半导体扩散层14的周边区域和正面区域设置条纹状或筛网状铝线22。铝线22可以只设置在p型低电阻半导体扩散层14的周边区域。在这种情况下获得足够的辐射量。当设置条纹状或筛网状铝线时，这样设置它、使得线的间隔不是非常短，以便获得足够的辐射量。不设置铝线22亦无妨。

    图3表示引线框架20的结构。引线框架20形成方法是在金属框23正面要安装光敏二极管11的区域先形成绝缘树脂薄膜19。连接线21焊接在没有形成绝缘树脂薄膜19的区域上，并使p型低电阻半导体扩散层14保持在地电位。

    图4是光敏二极管11的横剖面图。在n型半导体衬底12的反面形成厚度500至10000埃的热氧化薄膜24，也可以不形成热氧化薄膜24，而形成诸如氮化物等另一种绝缘薄膜。

    图5表示光敏二极管的等效电路。

    图6表示在p型扩散层13上形成的p型低电阻半导体扩散层14的表面积和电磁噪声特性之间的关系。横轴代表p型低电阻半导体扩散层14相对于p型扩散层13的相对表面积(％)，而纵轴代表光敏二极管11的噪声电流。随着相对表面积的比率减小，电磁噪声造成的噪声电流增大。当p型低电阻半导体扩散层14占p型扩散层13面积的一半或更少时，就超过先有技术的噪声电流A。

    按照这样构造的光敏二极管，因为在n型半导体衬底12正面设置P型扩散层13，在p型扩散层13的正面设置p型低电阻半导体扩散层14，并且p型低电阻半导体扩散层14在电气上连接到引线框架20，所以光敏二极管11的正面保持地电位，并防止电磁噪声亦即外部噪声的侵入，使得接收距离增加。另外，因为p型低电阻半导体扩散层14是p⁺型的，而p型扩散层13和p型低电阻半导体扩散层14之间的接合处并不是p⁺n⁺结，故充分地抑制自发噪声的产生。

    构成放大器的IC芯片最好装在引线框架上，从而邻接光敏二极管11。

    可以把光敏二极管封装在透光树脂内。

    第二实施例

    现将参照图7和8描述按照本发明第二实施例的光检测器。

    图7是作为光检测器的光敏二极管的横向剖面图。所述光敏二极管30包括：n型半导体衬底12；在n型半导体衬底12正面形成的p型扩散层13；在p型扩散层13的基本上整个正面上浅浅地形成的n型低电阻半导体扩散层32；作为P型层连接区域的p型扩散层31，用作在p型扩散层13内n型低电阻半导体扩散层32未占用区域上形成的阳极15的接点；在n型低电阻半导体扩散层32正面上形成的屏蔽电极33；在n型半导体衬底12的不同于形成n型低电阻半导体扩散层32的区域的一个区域内形成的用作衬底连接区的n型扩散层16；在n型扩散层16正面形成的阴极17；以及在n型半导体衬底12、p型扩散层13、p型扩散层31、n型低电阻半导体扩散层32和n型扩散层16的基本上整个表面上形成的保护膜34，阳极15、阴极17和屏蔽电极33的接点部分除外。

    光敏二极管30的反面粘结在接地引线框架20上，中间夹有绝缘树脂薄膜19。屏蔽电极33用金属连接线35粘结到接地引线框架20，并向n型低电阻半导体扩散层32提供地电位。尽管阳极15可以通过连接线加上地电位，但是它可以预先用铝线37(图8)连接到屏蔽电极33。在这种情况下，连接线35可以连接到阳极15或者屏蔽电极33。光敏二极管30的输出从阴极17取出，并通过连接装置，诸如连接线(未示出)输入到诸如放大器等外部电路。

    n型半导体衬底12包括硅半导体衬底，其杂质浓度最好为10¹⁰至10¹⁶cm^-3，比电阻为1至4000Ω.cm。p型扩散层13是在900℃下利用BN片通过淀积和扩散硼(B)而形成的，其表面杂质浓度为10¹⁴至10¹⁷cm^-3，扩散长度2至6μm，而比电阻为0.1至100Ω.cm。p型扩散层31是在1050℃下利用BN片通过淀积硼(B)而形成的，使得其浓度高于p型扩散层13，其表面杂质浓度为10¹⁷至10¹⁹cm^-3，扩散长度0.5至2μm，而比电阻为0.01至0.1Ω.cm。n型低电阻半导体扩散层32是在POCl₃气体的气氛下通过扩散磷(P)而形成的，具有表面杂质浓度10¹⁷至10¹⁹cm^-3，扩散长度0.5至2μm。接地引线框架20是通过切割0.1至1mm厚的SPCC(冷轧钢板)而形成的。

    虽然是通过作为扩散源的杂质源的淀积和扩散或通过来自蒸汽相的扩散来形成扩散层13,16,31和32的，然而它们也可以用离子注入法形成。但是，为了获得n型低电阻半导体扩散层32，获得低电阻和批量生产，来自蒸汽相的扩散比用离子注入法容易。

    在n型半导体12的表面上，为了使p型扩散层13和p型扩散层31的周边部分以及p型扩散层13和n型低电阻半导体扩散层32的周边部分彼此不接触，例如，为了使掩模对准粗糙而出现位置变化也无妨，在宽度方向留出w=5至40μm的余量，而为了即使在扩散中出现尺寸变化n型低电阻半导体扩散层32也不渗透到p型扩散层13，在深度方向上留出d=1.5至5.5μm的余量。在p型扩散层13和n型低电阻半导体扩散层32的周边部分留出5至40μm的间隔。

    光敏二极管30的正面结构示于图8。为了减少n型低电阻半导体扩散层32的电阻分量，在n型低电阻半导体扩散层32的周边区域和正面区域设置条纹状或筛网状铝线36。铝线36可以只设置在n型低电阻半导体扩散层32的周边区域。在这种情况下，获得足够的辐射量。当设置条文状或筛网状铝线36时，这样设置它、使得线的间隔不是非常短，以便获得足够的辐射量。不设置铝线36亦无妨。

    第二实施例的引线框架结构和反面的结构和图3和4的相同。

    按照这样构造的光检测器，因为在n型半导体衬底12的正面设置p型扩散层13，在p型扩散层13的正面设置n型低电阻半导体扩散层32，并且n型低电阻半导体扩散层32在电气上连接到引线框架20，光敏二极管30的正面保持地电位，故能防止电磁噪声亦即外部噪声的侵入，使得接收距离可以加大。另外，因为n型低电阻半导体扩散层32是n⁺型的，而p型扩散层13和n型低电阻半导体扩散层32之间的接合处是pN⁺结，杂质浓度比p⁺n⁺结低，故能充分地减少自发噪声的产生。具体地说，在这个实施例中，因为p型扩散层13和n型低电阻半导体扩散层32是电气连接的，使得它们具有相同的(地)电位，理论上可以消除自发噪声。另外，因为p型扩散层13和n型低电阻半导体扩散层32彼此用耗尽层绝缘，所以电磁噪声永远不能侵入p型扩散层13，使得提供更完全的电磁屏蔽效应。

    n型低电阻半导体扩散层32和n型扩散层16可以在同一道工序中形成。

    应该明白，本实施例的光检测器可以使用彼此不连接的p型扩散层13和p型低电阻半导体扩散层14，而在这种情况下，亦能充分地减少自发噪声的产生。