JPH0438149B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0438149B2 JPH0438149B2 JP58230321A JP23032183A JPH0438149B2 JP H0438149 B2 JPH0438149 B2 JP H0438149B2 JP 58230321 A JP58230321 A JP 58230321A JP 23032183 A JP23032183 A JP 23032183A JP H0438149 B2 JPH0438149 B2 JP H0438149B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- semiconductor
- semiconductor layer
- detection element
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/221—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN homojunction
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- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、静電誘導トランジスタをフオトトラ
ンジスタに応用した半導体検出素子に関する。
ンジスタに応用した半導体検出素子に関する。
従来の静電誘導トランジスタの１例を図面を参
照して説明する。
照して説明する。
第１図は従来の静電誘導トランジスタの断面
図、第２図は同じく平面図である。
図、第２図は同じく平面図である。
この静電誘導トランジスタは、Ｎ型の半導体層
１と、この層の上に形成されたＮ型の半導体層２
と、この層２内に形成されたＰ型の半導体領域３
および領域４と、領域３および領域４にはさまれ
たりあるいは囲まれて形成されたＮ型の半導体領
域５から構成されている。
１と、この層の上に形成されたＮ型の半導体層２
と、この層２内に形成されたＰ型の半導体領域３
および領域４と、領域３および領域４にはさまれ
たりあるいは囲まれて形成されたＮ型の半導体領
域５から構成されている。
前記領域３と領域４は形成時に同時に形成して
もいいし、形成後短絡してもよい。
もいいし、形成後短絡してもよい。
このトランジスタを半導体検出素子に応用し、
ある程度強い入射光量に対し感度を持たすために
受光部となる半導体領域３および領域４の面積を
ある程度大きくする必要がある。
ある程度強い入射光量に対し感度を持たすために
受光部となる半導体領域３および領域４の面積を
ある程度大きくする必要がある。
従来の半導体検出素子では領域３および領域４
に入射した光により生成された少数キヤリアの正
孔は、ドリフトにより移動して電位分布に従つて
領域３および領域４に蓄積され、この蓄積された
正孔により層１と領域５の間のチヤンネルの電位
障壁は低下し、注入キヤリアの制御をし、増幅す
る素子である。このような半導体検出素子では受
光領域と少数キヤリアを蓄積し、電位障壁を制御
する領域の区別がなく抵抗率10-2Ω・cm程度の不
純物濃度の高いＰ型の半導体領域で形成されてい
るため、チヤンネルと反対側の受光領域で生成さ
れた正孔が大きな容量のため蓄積される領域まで
ドリフトする時、容量相当の時定数を持ち、この
大きな容量のため電位障壁の効果的な低下は妨げ
られていた。
に入射した光により生成された少数キヤリアの正
孔は、ドリフトにより移動して電位分布に従つて
領域３および領域４に蓄積され、この蓄積された
正孔により層１と領域５の間のチヤンネルの電位
障壁は低下し、注入キヤリアの制御をし、増幅す
る素子である。このような半導体検出素子では受
光領域と少数キヤリアを蓄積し、電位障壁を制御
する領域の区別がなく抵抗率10-2Ω・cm程度の不
純物濃度の高いＰ型の半導体領域で形成されてい
るため、チヤンネルと反対側の受光領域で生成さ
れた正孔が大きな容量のため蓄積される領域まで
ドリフトする時、容量相当の時定数を持ち、この
大きな容量のため電位障壁の効果的な低下は妨げ
られていた。
本発明の目的は、前記の欠点を改良した半導体
検出素子を提供することである。
検出素子を提供することである。
前記目的を達成するために、第一の導電型を有
する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成
された前記第１の半導体層よりも低い濃度の第一
の導電型を有する第２の半導体層と、前記第２の
半導体層内に形成された第二の導電型を有する第
３の半導体領域にはさまれたり、あるいは囲まれ
た前記第２の半導体層よりも高濃度の第一の導電
型を有する第４の半導体領域から構成された半導
体検出素子において、入射した光によつて生成さ
れた少数キヤリアの蓄積と前記半導体検出素子の
第１の半導体層と第４の半導体領域の間のキヤリ
アの注入を制御する前記第３の半導体領域を、主
として光を受けて少数キヤリアの生成をする第一
の部分領域と、主として生成した少数キヤリアを
蓄積して第１の半導体層と第４の半導体層の間の
キヤリアの注入を制御する前記第一の部分領域よ
りも不純物濃度が高く前記第４の領域よりに設け
られた第二の部分領域から構成されている。
する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成
された前記第１の半導体層よりも低い濃度の第一
の導電型を有する第２の半導体層と、前記第２の
半導体層内に形成された第二の導電型を有する第
３の半導体領域にはさまれたり、あるいは囲まれ
た前記第２の半導体層よりも高濃度の第一の導電
型を有する第４の半導体領域から構成された半導
体検出素子において、入射した光によつて生成さ
れた少数キヤリアの蓄積と前記半導体検出素子の
第１の半導体層と第４の半導体領域の間のキヤリ
アの注入を制御する前記第３の半導体領域を、主
として光を受けて少数キヤリアの生成をする第一
の部分領域と、主として生成した少数キヤリアを
蓄積して第１の半導体層と第４の半導体層の間の
キヤリアの注入を制御する前記第一の部分領域よ
りも不純物濃度が高く前記第４の領域よりに設け
られた第二の部分領域から構成されている。
すなわち、前記構成によれば、入射した光を受
光する領域と、生成した少数キヤリアを蓄積し電
位障壁を制御する領域の不純物濃度に差をつけ、
少数キヤリアを蓄積し電位障壁を制御する領域の
不純物濃度を高くすることで蓄積した少数キヤリ
アが増幅率に効果的に寄与するようにし、また受
光する領域の不純物濃度を低くすることで生成し
た少数キヤリアを蓄積する領域に効果的にドリフ
トさせることができる。
光する領域と、生成した少数キヤリアを蓄積し電
位障壁を制御する領域の不純物濃度に差をつけ、
少数キヤリアを蓄積し電位障壁を制御する領域の
不純物濃度を高くすることで蓄積した少数キヤリ
アが増幅率に効果的に寄与するようにし、また受
光する領域の不純物濃度を低くすることで生成し
た少数キヤリアを蓄積する領域に効果的にドリフ
トさせることができる。
以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。
説明する。
第３図は本発明による半導体検出素子の実施例
を示す断面図、第４図は同じく平面図である。
を示す断面図、第４図は同じく平面図である。
本発明による半導体検出素子においては、従来
の半導体検出素子で光を受光し、生成した少数キ
ヤリアを蓄積するＰ型の半導体領域３および領域
４は光を受光するＰ型の不純物濃度の低い半導体
領域３ｂおよび領域４ｂと、生成した少数キヤリ
アを蓄積し電位障壁を制御するＰ型の不純物濃度
の高い半導体領域３ａおよび領域４ａより構成さ
れている。
の半導体検出素子で光を受光し、生成した少数キ
ヤリアを蓄積するＰ型の半導体領域３および領域
４は光を受光するＰ型の不純物濃度の低い半導体
領域３ｂおよび領域４ｂと、生成した少数キヤリ
アを蓄積し電位障壁を制御するＰ型の不純物濃度
の高い半導体領域３ａおよび領域４ａより構成さ
れている。
半導体領域３ａおよび領域４ａも受光領域とし
て機能するから有効受光面積が減少させられるこ
とはなく、有効受光面積は従来の素子と全く変わ
らない。
て機能するから有効受光面積が減少させられるこ
とはなく、有効受光面積は従来の素子と全く変わ
らない。
各部の構成を数値例を挙げてさらに説明する。
層１；比抵抗0.01Ω・cmのＮ型Si基板
層２；比抵抗200Ω・cmのN-エピタキシヤル成長
層、厚さ10μｍ 領域３ａおよび領域４ａ；ボロンをドープした比
抵抗0.03Ω・cmのP+型領域、厚さ2μｍ 領域３ａおよび領域４ａの間隔は10μｍとし、
各主表面は5μｍ×100μｍとする。
層、厚さ10μｍ 領域３ａおよび領域４ａ；ボロンをドープした比
抵抗0.03Ω・cmのP+型領域、厚さ2μｍ 領域３ａおよび領域４ａの間隔は10μｍとし、
各主表面は5μｍ×100μｍとする。
領域３ｂおよび領域４ｂ；ボロンをドープした比
抵抗10Ω・cmのＰ型領域、厚さ0.7μｍ、領域３
ｂおよび領域４ｂは各々領域３ａおよび領域４
ａと2μｍ×100μｍオーバラツプする。
抵抗10Ω・cmのＰ型領域、厚さ0.7μｍ、領域３
ｂおよび領域４ｂは各々領域３ａおよび領域４
ａと2μｍ×100μｍオーバラツプする。
各主表面は100μｍ×70μｍである。
半導体領域３ｂ、領域４ｂで生成された少数キ
ヤリアは半導体領域３ａおよび領域４ａに蓄積さ
れ、有効に半導体層１と領域５の間の電位障壁を
低下させキヤリアの注入を制御する。
ヤリアは半導体領域３ａおよび領域４ａに蓄積さ
れ、有効に半導体層１と領域５の間の電位障壁を
低下させキヤリアの注入を制御する。
本発明では従来の半導体検出素子の有効受光面
積を変えないで、有効に光により生成した少数キ
ヤリアを蓄積し増幅率に寄与するようにできる。
積を変えないで、有効に光により生成した少数キ
ヤリアを蓄積し増幅率に寄与するようにできる。
第５図は本発明による半導体検出素子の光電変
換特性を示す。図中に示した接続方法により測定
しており、ここでVDSはドレイン・ソース電圧源
で負荷抵抗1KΩを介してドレインにつながつて
おり、ソースは接地してゲートはフローテイング
状態である。
換特性を示す。図中に示した接続方法により測定
しており、ここでVDSはドレイン・ソース電圧源
で負荷抵抗1KΩを介してドレインにつながつて
おり、ソースは接地してゲートはフローテイング
状態である。
この動作は入射光に励起された少数キヤリアが
高濃度のゲート領域に集まり、ゲートに順方向電
圧が生じ、ソース・ドレイン電流が流れることに
よつている。出力はソース・ドレイン電流が負荷
抵抗に生じる電圧降下分により出力電圧Voutと
して得ることができる。本発明により半導体検出
素子は広いダイナミツクレンジを得ているため各
種光センサやフオト・カプラなどの光スイツチに
応用可能である。
高濃度のゲート領域に集まり、ゲートに順方向電
圧が生じ、ソース・ドレイン電流が流れることに
よつている。出力はソース・ドレイン電流が負荷
抵抗に生じる電圧降下分により出力電圧Voutと
して得ることができる。本発明により半導体検出
素子は広いダイナミツクレンジを得ているため各
種光センサやフオト・カプラなどの光スイツチに
応用可能である。
本発明による半導体検出素子はさらに以下の特
徴を備えるものである。
徴を備えるものである。
(1) Ｐ層を分割して、別々の役割に分けることで
検出素子として最適化がはかれる。
検出素子として最適化がはかれる。
(2) 受光層は差支えない限り低濃度とするとイオ
ン注入法により検出波長の差により厚さを適当
に選ぶことができる。
ン注入法により検出波長の差により厚さを適当
に選ぶことができる。
(3) イオン注入法においては熱処理時間の短縮と
広い光電面での欠陥発生が防止できるので歩留
りも向上する。
広い光電面での欠陥発生が防止できるので歩留
りも向上する。
(4) 比抵抗10Ω・cmのＰ型層を形成することで高
抵抗表面での表面反転を防止し、信頼性向上と
安定性向上ができる。
抵抗表面での表面反転を防止し、信頼性向上と
安定性向上ができる。
(5) 受光面の表面酸化膜の形成速度が高抵抗N-
より速くなる。
より速くなる。
(6) 領域３ｂおよび領域４ｂのＰ型の不純物濃度
の低い領域をMOS構造とすることもできる。
の低い領域をMOS構造とすることもできる。
第１図は従来の静電誘導トランジスタの半導体
検出素子の断面図である。第２図は第１図に示し
た半導体検出素子の平面図である。第３図は本発
明の半導体検出素子の実施例に係る断面図であ
る。第４図は第３図に示した半導体検出素子の平
面図である。第５図は本発明による半導体検出素
子の実施例に係る光電変換特性を示すグラフであ
る。 １……Ｎ型Si基板（第１の半導体層）、２……
Ｎ型エピタキシヤル成長（第２の半導体層）、３，
４……Ｐ型領域（第３の半導体領域）、３ａ，４
ａ……（第３の半導体領域の第１の部分領域）、
３ｂ，４ｂ……（第３の半導体領域の第２の部分
領域）、５……Ｎ型領域（第４の半導体領域）。
検出素子の断面図である。第２図は第１図に示し
た半導体検出素子の平面図である。第３図は本発
明の半導体検出素子の実施例に係る断面図であ
る。第４図は第３図に示した半導体検出素子の平
面図である。第５図は本発明による半導体検出素
子の実施例に係る光電変換特性を示すグラフであ
る。 １……Ｎ型Si基板（第１の半導体層）、２……
Ｎ型エピタキシヤル成長（第２の半導体層）、３，
４……Ｐ型領域（第３の半導体領域）、３ａ，４
ａ……（第３の半導体領域の第１の部分領域）、
３ｂ，４ｂ……（第３の半導体領域の第２の部分
領域）、５……Ｎ型領域（第４の半導体領域）。
Claims (1)
- １ 第一の導電型を有する第１の半導体層と、第
１の半導体層上に形成された前記第１の半導体層
よりも低い濃度の第一の導電型を有する第２の半
導体層と、前記第２の半導体層内に形成された第
二の導電型を有する第３の半導体領域にはさまれ
たり、あるいは囲まれた前記第２の半導体層より
も高濃度の第一の導電型を有する第４の半導体領
域から構成された半導体検出素子において、入射
した光によつて生成された少数キヤリアの蓄積と
前記半導体検出素子の第１の半導体層と第４の半
導体領域の間のキヤリアの注入を制御する前記第
３の半導体領域を、主として光を受けて少数キヤ
リアの生成をする第一の部分領域と、主として生
成した少数キヤリアを蓄積して第１の半導体層と
第４の半導体層の間のキヤリアの注入を制御する
前記第一の部分領域よりも不純物濃度が大きく前
記第４の領域よりに設けられた第二の部分領域か
ら構成したことを特徴とする半導体検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58230321A JPS60121781A (ja) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | 半導体検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58230321A JPS60121781A (ja) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | 半導体検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60121781A JPS60121781A (ja) | 1985-06-29 |
| JPH0438149B2 true JPH0438149B2 (ja) | 1992-06-23 |
Family
ID=16905997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58230321A Granted JPS60121781A (ja) | 1983-12-06 | 1983-12-06 | 半導体検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60121781A (ja) |
-
1983
- 1983-12-06 JP JP58230321A patent/JPS60121781A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60121781A (ja) | 1985-06-29 |
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