JPH03102835A - 半導体装置およびこれを用いた光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体装置および光電変換装置に関する。

［従来の技術］ 従来の半導体装置としては、例えば、ＭＩＳ（メタルー
絶縁物一半導体）構造のパイボーラトランジスタ（ＢＰ
Ｔ）が知られていた。

第９図は、従来のＭＩＳ構造のＢＰＴの一例を示す概略
的断面図である。

以下、第９図に示したＭＩＳ構造ＢＰＴの各構成部分に
ついて説明する。

１は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（ｓ　ｂ
）等の不純物をドーブしてｎ形とされた基板、あるいは
ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｆｌ），ガリウム（Ｇ
ａ）等の不純物をドーブしてｐ形とされたシリコン基板
である。

２は、不純物濃度１　０　”　〜１　０　”ｃ　ｍ−３
の、埋め込み領域としてのｎゝ領域である。

３は、エビタキシャル技術等で形成された、不純物濃度
の低い（　１　０　１３〜５　Ｘ　１　０　ｌ７ｃ　ｍ
−３程度）、コレクタ領域の一部としてのｎ領域である
。

４は、不純物濃度１　０　′５〜１　０　”ｃ　ｍ−３
の、ベース領域としてのｐ形領域である。

５は、不純物濃度１　０　１７〜１　０　”ｃ　ｍ−３
の、ベース抵抗を下げるためのＰ＋領域である。

７は、コレクタ電極と埋め込み層２とをつなぐ、コレク
タ抵抗を下げるためのｎゝ領域である。

３０は、トンネル注入を行うための薄い絶縁膜である。

１０１，１０２，１０３は、電極、素子間、配線間を分
離するための絶縁膜である。

２００は、金属、シリサイド等により形成された配線電
極である。

［発明が解決しようとする課題コ しかし、従来のＭＩＳ構造のＢＰＴは、微小電流領域に
おいてコレクタ電流■。に対するべ一ス電流■８の比が
増加し、このため電琉増幅率ｂｒｉ（＝Ｉｃ／Ｉａ）が
低下するという課題を有していた。さらに、ベース電流
の比の増加が著しい場合には、コレクタ電流よりもベー
ス電流のほうが多く流れるようになり、電流増幅率が１
以下となる場合もあった。

また、ベース電流の比の増加がそれ程多くない場合であ
っても、ベース電流が再結合電流とじて流れるため、電
流増幅率がコレクタ電流に依存して変化することとなり
、電流増幅率の安定性が確保されていないという課題も
有していた。

さらに、従来のＭＩＳ構造のＢＰＴは、金属と絶縁物が
反応しやすく、信頼性が悪いという課題があった。特に
、長期間使用した場合には、ベース電流が増加しやすく
、このため電流増幅率の劣化がおこりやすかった。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体装置は、第１導電型のコレクタと；第２
導電型のベースと；第１導電型のエミツタと；当該エミ
ッタを形戊する材料よりも禁止帯幅の広い材料からなる
当該エミッタ上に形成された膜と；当該膜上に半導体材
料により形成された電極と；を少なくとも有することを
特徴とする。

上記特徴において、前記エミツタの厚さが前記ベースか
ら注入される少数キャリアの拡散長よりも薄いことが望
ましい。

上記特徴においては、前記半導体材料により形成された
電極が、多結晶半導体により形成された電極であること
が望ましい。

上記特徴においては、前記絶縁膜が、第１導電形のキャ
リアのトンネル確率が第２導電形のキャリアのトンネル
確率よりも大きくなる材料により形成されることが望ま
しい。

上記特徴においては、前記膜の厚さが、前記ベースによ
り決定されるコレクタＮ　Ｑ’ｌＬよりも当該膜のトン
ネル電流が大きくなるような厚さであることが望ましい
。

上記特徴においては、前記エミッタを形成する材料より
も禁止帯幅の広い材料が絶縁体または半導体であること
が望ましい。

本発明の光電変換装置は、上記本発明の半導体装置を少
なくとも光電変換素子として用いたことを特徴とする。

［作用］ 本発明の半導体装置によれば、トンネル注入用の絶縁膜
の下にエミッタ領域を設けたので、安定なエミッタ・ベ
ース接合を半導体中に設けることができる。従って、微
小電流領域においても電流増幅率が低下することがなく
、且つ、電流増幅率がコレクタ電流に依存することがな
い。

また、本発明によれば、電極として半導体を用いたので
、電極と絶縁膜の反応をおさえることができ、従って、
信頼性を飛躍的に向上させることが可能となる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について説明するとともに、本発
明について、さらに詳細に説明する。

（実施例１） 本発明の１実施例について、図を用いて説明する。

第１図は、木発明の１実施例に係る半導体装置（ＭＩＳ
構造ＢＰＴ）を示す概略断面図である。

図において、第９図と同じ符号を付したものは、それぞ
れ第９図の場合と同じ構成部を示す。

また、６は不純物濃度が１　０　”〜１　０　”ｃ　ｍ
−’程度のエミッタ領域としてのｎ＋領域、８は絶縁膜
３０を安定化させるための多結晶シリコンｎ０電極であ
る。

また、第２図は、第１図に示した半導体装置のＡ−Ａ’
断面における電位図である． 以下、第１図に示したＭＩＳ構造ＢＰＴについて説明す
る。

第１図に示したＭＩＳ構造ＢＰＴにおいて、絶縁膜では
、電子はトンネル効果により通通しなければならないが
、正孔は阻止されなければならない。

ここで、トノネルの確率は近似的に次式で表わされる。

７ｔｏｃ　ｅｘｐ（−Ａ−ｍ””φ８３／２）　　　　
・−（１）ただし、Ａは定数、ｍ８はキャリアの有効質
量、φ６は障壁の高さである。本発明の場合、電子、正
孔に対し絶縁膜の厚さ、それに印加する電界は一定であ
るので、トンネルの確率は、（１）式で考えてよい。

本実施例では、半導体としてＳｉを用い、また、絶縁膜
としてＳｉ０２を用いた。これらのφ，およびｍ１は、
表１に示す通りである。

表　　１ 表１から解るように、φ８およびｍ′は、いずれも正孔
の方が大きく、従って、正孔の方がトンネル確率が小さ
いことがわかる。しかし、これは従来のＭＩＳ構造ＢＰ
Ｔの場合も同じであり、従って、電子／正孔の注入差は
原理的に同じである。

上記（１）式で示したトンネル確率を絶縁膜の厚みによ
り表わすと、 ７ｔｃｃ　ｅｘｐ　（Ｂ　（ｍ”　，φａ）・ｔ＋）　
　　　−（１）’となる。但し、Ｂは有効質ｆｆｉｍ“
と障壁高さφ，により決まる定数、１，は絶縁膜の厚み
である。

通常、酸化膜の場合は、膜厚が５０人以下となるとトン
ネル電流が著しく増加する。φ８が小さくなると、ｔ１
は厚い領域までトンネル用絶縁膜として使用できるよう
になる。また、φ，が小さくなると、絶縁膜のトンネル
電流が支配的となる臨界膜厚が大きくなる。

この絶縁膜の厚みの上限を決めるのは、本発明において
は、ＢＰＴのコレクタ電流である。すなわち、ベース電
流の濃度と厚みによって決まるＢＰＴのコレクタ電流を
、絶縁膜の厚みが律速しないようにするべきである。Ｂ
ＰＴのコレクタ電疏を絶縁膜の厚みが律速するようにな
ると、コレクタ電流がエミッタ中の絶縁膜の厚みにより
決定されることとなり、製造工程において、絶縁膜の厚
みを高精度に制御しなければならなくなるからである。

例えば絶縁膜として酸化膜を使用した場合、２０〜３０
人近傍を正確に制御することは極めて困難である。上述
のように、臨界膜厚は、障壁の高さφＢが低い程厚くな
るので、有利である。

本発明においては、第２図で示した、エミッタの厚みＷ
，とその濃度および絶縁物と半導体における少数キャリ
ア（正孔）の再結合速度Ｓｏが問題となる。

まず、ＢＰＴの電流の構成成分について述べる。

コレクタ電流は、近似的に ＪＣ−　（ｑ−ｏｎ−ｎ＋’）／　（Ｎｉｌ−Ｗｌ！）
　｛ｅｘｐ　（ｖａｚ／ｋＴ）　−ｔ｝・・・（２） ただし、電子の拡散距離はベース幅よりも長いものとす
る。なお、Ｎ，はベース濃度、ＷＢはベース幅、Ｄｒ１
は電子の拡敗距離、ｎｌはＳｉの真性キャリア密度、Ｖ
Ｓ！はベース・エミ・ンタ印加電圧である。

本発明においては、上記（２）式で表されるコレクタ電
流が、トンネル電流よりも大きくなるように設計するこ
とが望ましい。

また、ベース電流は、エミツタから注入された電子の再
結合電流 ’Ｊａｒａｃ　　”（Ｑ’Ｏｎ’ｎ＋２・Ｗｌ１）／（
２Ｎ１Ｌｎ’）ｘ　（ｅｘｐ（Ｖａｔ／ｋＴ）−１）　
　　　　　＋＋＋　（３）（ただし、Ｌ，１は電子の拡
散距！！）と、ベースからエミツタに注入される正孔電
流ＪＢｄｌｆとから威るが、Ｊ　Ｂｄｌｆｆが主成分で
あり、通常のＢＰＴでは、このＪ　Ｉｌｄｌｆｆにより
、ベース電流が決定されるといってもよい。本発明のよ
うなＭＩＳ構造のＢＰＴでは、Ｊ　Ｂｄｌｆｆは、絶縁
膜が存在するために、 Ｊ８ｄｌ　ｔｔ”ｑ　（ＤＩｌ／ＬＰ）　［｛ＳＯ−　
（ＤＩｌ／ＬＰ）　ｔａｎｈ　（ｔｖｅ／Ｌ．）　｝／
　（（Ｄｐ／Ｌｐ）−Ｓｏ・ｔａｎｈ　（Ｗｅ／Ｌｐ）
）］　（ｎｔ’／Ｎｃ）ｘ　ｅｘｐ　（（ＶＩＩＥ−ｋ
Ｔ）　−１）　　　　　　　−（４）となる。但し、Ｎ
，はエミッタ中のエミッタ濃度、ＤＰは正孔の拡散定数
、ＬＰは正孔の拡散距離、ＳｏはＳｉ０２／Ｓｉ界面の
再結合速度である。

ここで、（４）式は、エミッタの厚みＷ，と正孔の拡散
距ｌ！！ＬＰ、再結合速度Ｓにより、以下のように表す
ことが可能となる。

■ケース１ 正孔の拡散距離が長く、ＬＰ＞ＷＥの場合は、ＪＢｄＩ
ｆｔは、絶縁膜があってもなくても同じであり、次のよ
うにして表すことができる。

ＪａａＩｅｒ＋−”　（ｑ−ｏｐ／ｔ．ｐ）　（ｎ　，
ｚ　／ＮＥ）　（ｅＸｐ（Ｖａｃ／ｋＴ）　−１）・・
・（５） ■ケース２ ｗ，＜Ｌｐの場合は、絶縁膜が影響し Ｊａｄｒ　ｔｔ２−　（Ｑ　’ｏｐ／　ｔ．ｐ）　［　
｛（Ｄｐ　’ｗｅ．／　し．’）　−ｓｏ｝／　（（Ｄ
ｊ／Ｌｐ）　−　（ＷＥ−Ｓｏ八，）｝］Ｘ　（ｎ＋”
／Ｎｃ）　（ｅｘｐ（Ｖａｃ／ｋＴ）−１）　＋＋　（
６）■ケース３ Ｗ　Ｅ　＜　Ｌ　ｐであり、Ｓ−Ｏの場合は、Ｊａｄｒ
ｔｔ３・＋（ＱＪｐ′Ｗｔ／Ｌｐ２）ｉｒ＋＋２／Ｎｃ
）ｘ　　（ｅｘｐ（Ｖａｉ／ｋ丁）−１｝　　　　　　
　　−　　（７）■ケース４ Ｗε＜Ｌｐであり、Ｓ−■の場合は、 ＪＢｄＩｔｔ３−　”（ＱＪｐ／Ｗｃ）Ｉｎ＋２／Ｎｚ
）ｘ　（ｅｘｐ　（Ｖａｃ／ｋＴ）　−１）　　　　−
（８）となる。

ケース１は、従来の一般的な、ＭＩＳ構造でないＢＰＴ
の場合である。また、ケース４は、高密度化され、エミ
ツタが浅い、ＭＩＳ構造でなレ）ＢＰＴの場合である。

ケース３が本発明のＭＩＳ構造ＢＰＴの場合である。実
際、本実施例でＧよケース３に近い状態が実現されてい
る。ケース３を実現するには、ＷＥ《ＬＰとした上、さ
らに（６）式より、 （ＤＰ／Ｗ！）　（ｗｚ”／ｔ．ｐ’）　　＞　ｓ　ｏ
　　　　　　　・・・（９）の条件を満たすことが必要
となる。この条件を満たすと、ケース１のＢＰＴに対し
、ＪＢｄ１ｆｔは、ＷＥ／ＬＰ倍となる。また、ケース
４のＢＰＴに対し、ＪＢｄｌｆｆは、（ＷＥ　／ＬＰ　
）２倍となる。このように、本実施例では、Ｊ　ｌｌｄ
ｌｆｆを飛躍的に減少させることができる。従って、電
流増幅率ｈｒｃを飛躍的に増加させることができる。

従来のＭＩＳ構造ＢＰＴにおいては、Ｗｌ：＝Ｏであり
Ｊ　！ｌｄｌｆｆは存在しないが、別の電流成分が存在
する。すなわち、絶縁膜はもともとアモルファスである
ため完全な絶縁膜ではなく、禁止帯中に再結合準位を有
しているため、従来のＭＩＳ構造ＢＰＴのエミッタ（金
属電極〉では、正孔はベースの多数キャリアであり、注
入量が本発明の場合よりも多く、絶縁膜中での再結合電
流が多くなるのである。一方、本発明のＭＩＳ構造ＢＰ
Ｔではエミッタ中に注入される正孔はエミッタの少数キ
ャリアであり、 ｎ＋２／Ｎａ　　Ｈ　ｅＸｐ　（ＶａＥ／ｋＴ）で表さ
れる。この正孔は、通常の動作領域ではベースの多数キ
ャリアＮ３に比べて遥かに小さく、問題とならない。ま
た、絶縁膜中の再結合が小さい大電流領域ではＮＢに近
くなるが、この領域では、従来のＭＩＳ構造ＢＰＴでも
ベース電流はコレクタ電流より小さく、問題にならない
。

第３図は、トランジスタの電流・電圧特性を模式的に示
したグラフであり、横軸がベース・エミッタ間の印加電
圧、縦軸がベース電流Ｉ，およびコレクタ電流■。を示
す。本発明のＭ■Ｓ構造ＢＰＴでは、コレクタ電流とベ
ース電疏はほぼ平行になり、ｈｒＥ（与Ｉ　ｃ　／　Ｉ
　ａ　）は一定値なるが、従来のＭＩＳ構造ＢＰＴでは
、微小電流領域で過剰電琉が流れる。本発明のＭＩＳ構
造ＢＰＴでＬ　Ｐ　＞　Ｗ　ｅ且つＤＰ　／ｗｅ　＞Ｓ
ｏとすると、ベース電流は主に（３）式で示される再結
合電流となり、その時の電流増幅率ｈＦＥは ｈ　ｒｔ−ａ−　＝　２　（　Ｌｎ　／　Ｗａ　）’　
　　　　−　（１０）となり、ベース条件のみによって
ｈＰＥの上限が決まる。

第４図は、ｎ０領域における不純物濃度と正孔の拡散距
離および正孔の寿命との関係を示すグラフである。エミ
ッタ深さは、少なくとも正孔の拡散距離の１／５程度に
した方がよい。また、Ｓ０は、絶縁膜の形成の方法にも
よるが、Ｓｉを直接に酸化する方法をとれば、間違いな
く（９）式を満足するようにすることができる。なお、
このときの形成方法は、Ｓｉを直接に酸化する方法であ
れば何でもよい。

本発明においては、上記（１０）式で決まるｈＦＥを実
現するためには、上述したように、トンネル電流がベー
ス条件で決まる上記（２）式で示されたコレクタ電流よ
りも大きくなるように、トンネル膜の厚さを決定する必
要がある。また、トンネル膜の厚さのバラツキは、その
ままＢＰＴの特性バラツキに反映されてしまう。ベース
濃度およびベース幅は、トンネル膜の厚さよりも遥かに
制御しやすいので、コレクタ電流を安定化することがで
きる。また、ベース電流も、エミッタ濃度、エミッタの
深さおよびベース条件により決まるので、電流増幅率ｈ
ｒｔが大きく、しかも電流増幅率ｈｒεのバラツキの小
さいＢＰＴを得ることができる。

次に、第１図に示した半導体装置の製造プロセスについ
て説明する。

■ｐ型あるいはｎ型基板１に、Ａｓ，Ｓｂ，Ｐ等をイオ
ン注入（不純物拡散等でもよい）することにより、不純
物濃度１×１０′５〜１　０　ｌ９ｃ『”のｎ＋埋め込
み領域２を形成した。

・■エビタキシャル技術等により、不純物濃度ｔ　Ｘ　
１　０　”〜１　０　”ｃｍ−’のｎ一領域３を形成し
た。

■コレクタの抵抗を減少させるためのｎ“領域７（不純
物濃度ＩＸＩＯ”〜１　０　”ｃｌ３）を形成した。

■素子分離領域１０２を、選択酸化法、ＣＶＤ法等によ
り作成した。

■活性領域中に、ｐ゛領域５及びベース領域であるｐ領
域４をイオン注入法等により形成した。

■絶縁膜１０１にエミッタコンタクトを開口した後、Ａ
ｓ，Ｓｂ，Ｐ等をドーブしたｎ０領域（不純物濃度５Ｘ
１０”〜５　ｘ　１　０　２０ａｍ−３）　６をイオン
注入法あるいは熱拡散法により形成した。

■薄いトンネル絶縁層３０を、５００℃〜６５０℃の低
温による酸化若しくは急速熱加速（ＲＴＡ）による熱酸
化によって形成作成した。

■ＬＰＣＶＤ法により多結晶Ｓｔを堆積し、これイオン
注入法あるいは熱拡散法等によりｎ０層とした後、バタ
ーニングした。

■絶縁膜１０３を堆積し、これをアニールした後、コン
タクトの開口を行なった。

［相］電極２００となるＡＬ−Ｓｉ（１％）をスバッタ
し、その後、ＡＬ−Ｓｔのパターン化を行なった。

■ＡＬＳｉ電ｉのアロイ後、パツシベーシツン膜をつけ
、ＭＩＳ構造ＢＰＴを完戒した。

本発明におけるトンネル絶縁膜としては、低温で容易に
形成できることより、シリコン酸化膜が最も簡単である
が、シリコン窒化膜、アルミナ膜等の絶縁膜であっても
よい。

また、ＳｉＣ等の超薄膜を用いて、トンネル形障壁とな
る構造としてもよい。例えば、ＳｉＣは、Ｓｉと比べる
と、伝導帯エネルギー差△ＥｖＪ：９０．５３ｅＶ，価
電子ｆ差△Ｅｃ４０．５５ｅＶ，バンドギャップＥ　ｇ
　’Ｆ　２　−　２　ｅ　Ｖ程度であり、ＳｉＣとＳｉ
とが共にｎ形で階段的に接合する場合には、半導体／絶
縁体接合とは異なる構造となる。

第５図に、金属とｎ型ＳｉＣとの接合のバンド図を示し
た。

半導体階段へテロ接合による同じ導電型の半導体接合は
、第５図のようになり、△Ｅｖ．△ＥＣが上下に表われ
、伝導体側にはノッチと呼ばれる障壁ができる。一方、
価電子帯側には、ΔＥｃ＋△Ｅｖ一△Ｅｆの差が生ずる
。

また、ｎ型Ｓｉとｎ型ＳｉＣとｎ型Ｓｉとを接合すると
第５図（ｂ）のような構造となり、さらに、ＳｉＣを薄
膜化するとＳｉＣ層は空乏化し、第５図（Ｃ）のように
なって、絶縁物と同様になる。第５図（ｂ）に示したよ
うな構造でも本発明の効果を得ることはできるが、第５
図（Ｃ）に示したような構造の方が、より、電子電流を
大きくすることができる。一方、正孔の障壁は、価電子
帯側で十分行なうことができる。なお、第５図では、Ｓ
ｉＣを用いた場合の例を示したが、他の広禁制帯幅の材
料を用いてもよいことは明らかである。

ＩＣセンサを高密度化すると、平面寸法が小さくなるた
め、エミッタ周辺の二次元的な電流が問題となってくる
。第６図に、エミッタ周辺部の概略的断面図を示す。本
発明のＢＰＴの場合、先にも述べたように、エミッタ中
への正孔の拡散電流はほとんど無視できる程低くおさえ
ることができるので、ベース電流はエミッタから注入さ
れた電流の再結合電流が主成分となる。ベース電流の縦
方向主成分は（３）式と同じであり、また、横力向電流
は、 Ｊｌ！ｌｒａＣＸ−　　（ｑＪｎ／Ｌｎ）　（ｎ＋２／
Ｎａ）　｛ｅＸｐ（ＶＩＬＥ／ｋＴ）　−１）・・・（
１１） となる。さらに、エミッタ面積をＡε、　周辺長をし！
．エミッタ深さをＷ，とすると、ｈＦＥは近似的に ？ｒｔ　　＝　　Ｉｃ／Ｉａ ＃　（ＡＥ−ＪＣ）／（ＡＣ・Ｊ，■ア＋Ｌｔ４１Ｊａ
−。。８）ξ｛Ａ！・（ｔ／ｗａ）　１ ／ｆＡＥ・（１／２）　（Ｗａ／Ｌｎ”）＋Ｌ（・”ｉ
（１／Ｌｎ））＝　ｈｒｚ−−ｘ　［｛ｌ／　（１＋（
２ＬＥ・Ｗ１Ｌ，）／（ＡＥ・ｗａ））］・・・（工２
） となる。故に、本来 （２Ｌ，・ＷＥ−Ｌｎ）／ＡＥ・Ｗｌ１）　＜　　１　
　　　　　　・・−　（１３）としなければならない。

上記（１３）式で、デバイス設計上検討できるのは、Ｗ
，であるから、 Ｗｔ＜　　１／２　（ＡＥ／ＬＥ）　（ＷＢ／Ｌｎ）　
　　　　　　　・・・（１４）でなければならない。こ
こで、Ａ，＝１μｍ口，？．＝１μｍとし、ｗ，／Ｌｎ
　＝Ｑ．０　１とすると、（１４）式より、ＷＥ　（０
．００５μｍとなる。本発明のＢＰＴを微細化するに際
しては、（１４）式を満足するように、Ｗ６を定めなけ
ればならない。

また、本実施例によれば、暗電流が改善ざれ、Ｓ／Ｎが
著しくよくなった。

なお、本実施例では、電極材料として多結晶Ｓｉを用い
た場合について説明したが、他の半導体材料を用いても
同様の効果を得ることができる。

（実施例２） 第７図は、本発明の第２の実施例に係る半導体装置を示
す概略的断面図である。本実施例では、エミッタ領域６
がエビタキシャル成長によりベース上に作成され、その
上に、トンネル注入用絶縁膜が形成されている。このよ
うな構造であれば、上記（１４）式において、Ｗ，＝Ｏ
となり、本来のｈ．■８に近い値を得ることが可能であ
る。

（実施例３） 第８図は、本発明に係る光電変換装置の１実施例を示す
回路図であり、本出願人が昭和６２年１２月２１日に特
許願（２）において開示した固体撮像装置に、上記実施
例１に示したＢＰＴを用いた場合を示すものである。第
８図において、Ｔｒで示した部分に、実施例１で示した
ＢＰＴを使用した。すなわち、本実施例では、ＳＩＳ型
ＢＰＴを光電変換素子として用いた。

第８図に示したエリ７センサーをカラーカメラとして使
用する場合には、同一の光電変換素子の光情報を複数回
読み出す動作を行なう。この際、同一素子から複数回読
み出すために、１回目読み出し時と２回目以降の読み出
し時の電気出力の比が問題となる。この値が小さくなる
と、補正が必要となる。

上記１回目と２回目との読み出し出力の比を非破壊度と
定義すると、非破壊度は次式で表わされる。

非破壊度＝　（１：ｔｏｔ　Ｘｈｒｚ）／（Ｃ：ｔｏｔ
Ｘｔ＋ｒｉ：　＋ＣＶ）ここで、Ｃｔａ、は第８図にＴ
ｒで示された光電変換素子のベースに接続されている全
容量を示し、ベース・コレクタ間容量Ｃｂｅと００８に
より決まる。また、ＣｖはＶＬ，・・・　ｖＬｌ，で示
される読み出し線路の浮遊容量である。ただし、ＣＯＸ
は回路方式によって存在しない場合もある。非破壊度は
電流増幅率ｈＦＥを大きくすることにより容易に改善で
きる。すなわち、ｈｒｔを大きくすることにより非破壊
度を大きくすることができる。

ここで、ＨＤ対応のエリアセンサーでは、Ｃｔｏｔ　＝
１０ｆＦ，Ｃｖ　＝２．５ｐＦであるので、例えば、非
［壊度を０．９０以上とするためにはｈｒｔは２２５０
以上必要となる。十分な非破壊度を得るためには、ｈ，
８は２０００以上必要であると思われる。

これに対して、従来、例えば、ホモ接合ＢＰＴでは、ｈ
ＦＥは１０００程度であったため、十分な非破壊度を得
ることができなかった。一方、本発明の半導体装置では
、ｈ２Ｅを十分大きくすることができるため、優れた非
破壊度を得ることができる。

さらに、望ましくは、非破壊度は０．９８以上であると
よい。そのときはｈＦＥは１００００程度必要となる。

従来のホモ接合ＢＰＴでは、この値は達しえず、本発明
のトランジスタにおいては容易である。

なお、本実施例においてはエリアセンサーの場合を示し
たが、ラインセンサーにも応用できることはあきらかで
ある。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように、本発明の半導体装置によ
れば、コレクタ電流の微小電流領域でベース電流の増加
を抑えることができ、コレクタ電流の広い領域に渡って
著しく高い電流増幅率を保ち、且つ、電流増幅率のコレ
クタ電流に対する依存性をなくすことができる。

また、絶縁膜の安定性を向上させ、信頼性を著しく向上
させることができる。

また、本発明の光電変換装置によれば、電流増幅率を向
上させ、且つ、電流増幅率のコレクタ電流に対する依存
性をなくすことができるので、光入力に対する出力の線
形性を保つことができ、暗電流が少なく、且つ、高い信
号／雑音比（Ｓ／Ｎ比）を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る半導体装置を示す概略
断面図、 第２図は第１図に示した本実施例のＭＩＳ構造ＢＰＴの
Ａ−Ａ’断面におけるバンド図、第３図はトランジスタ
の電流・電圧特性を模式的に示したグラフ、 第４図はｎ０領域における不純物濃度と正孔の拡散距離
および正孔の寿命との関係を示すグラフ、 第５図（ａ）はｎ型Ｓｉとｎ型ＳｉＣとの接合を示すバ
ンド図、 第５図（ｂ）はｎ型Ｓｉとｎ型ＳｉＣとｎ型Ｓｉとの接
合を示すバンド図 第５図（Ｃ）はｎ型Ｓｉとｎ型ＳｉＣとｎ型Ｓｉとの接
合を示すバンド図、 第６図は第１図に示した半導体装置のエミッタ周辺部の
概略的断面図、 第７図は本発明の第２の実施例に係る半導体装置を示す
概略的断面図、 第８図は本発明に係る充電変換装置の１実施例を示す回
路図、 第９図は従来のＭｉｓ構造のＢＰＴの一例を示す概略的
断面図である。 ンネル注入を行うための薄い絶縁 １０１，　　１０２， ３・・・絶縁膜、 ２００・・・配線電極。 （符号の説明） １・・・ｎ形シリコン基板あるいｐ形シリコン基板、 ２・・・埋め込み領域としてのｎ０領域、３・・・コレ
クタ領域の一部としてのｎ領域、４・・・ベース領域と
してのｐ形領域、６・・・エミッタ領域としてのｎ＋領
域、５・・・ベース抵抗を下げるためのＰ＋領域、７・
・・コレクタ抵抗を下げるための００領域、８・・・絶
縁膜３０を安定化させるための多結晶シリコンｎ“電極 第 ２ 図 エミッタ ベース コレクタ 第 ３ 図 大電流領域 ＶＢＥ 図 「 第 ６ 図 第 ８ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１導電型のコレクタと；第２導電型のベースと
   ；第１導電型のエミッタと；当該エミッタを形成する材
   料よりも禁止帯幅の広い材料からなる当該エミッタ上に
   形成された膜と；当該膜上に半導体材料により形成され
   た電極と；を少なくとも有することを特徴とする半導体
   装置 （２）前記エミッタの厚さが前記ベースから注入される
   少数キャリアの拡散長よりも薄いことを特徴とする請求
   項１記載の半導体装置 （３）前記半導体材料により形成された電極が、多結晶
   半導体により形成された電極であることを特徴とする請
   求項１または２記載の半導体装置（４）前記絶縁膜が、
   第１導電形のキャリアのトンネル確率が第２導電形のキ
   ャリアのトンネル確率よりも大きくなる材料により形成
   されたことを特徴とする請求項１〜３記載の半導体装置 （５）前記膜の厚さが、前記ベースにより決定されるコ
   レクタ電流よりも当該膜のトンネル電流が大きくなるよ
   うな厚さであることを特徴とする請求項１〜４記載の半
   導体装置 （６）前記エミッタを形成する材料よりも禁止帯幅の広
   い材料が、絶縁体であることを特徴とする請求項１〜５
   記載の半導体装置 （７）前記エミッタを形成する材料よりも禁止帯幅の広
   い材料が、半導体であることを特徴とする請求項１〜５
   記載の半導体装置 （８）請求項１〜７記載の半導体装置を少なくとも光電
   変換素子として用いたことを特徴とする光電変換装置