JPH0542827B2 - - Google Patents
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- JPH0542827B2 JPH0542827B2 JP57141500A JP14150082A JPH0542827B2 JP H0542827 B2 JPH0542827 B2 JP H0542827B2 JP 57141500 A JP57141500 A JP 57141500A JP 14150082 A JP14150082 A JP 14150082A JP H0542827 B2 JPH0542827 B2 JP H0542827B2
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- single crystal
- emitter
- light
- crystal semiconductor
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-
- 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
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
- H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
-
- 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
- H10F30/24—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 two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors
- H10F30/245—Bipolar phototransistors
-
- 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
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/197—Bipolar transistor image sensors
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は単結晶半導体と非単結晶半導体とを複
合化して設けた半導体装置、特にフオトトランジ
スタ機能を有する光電変換装置またはその集積化
構造に関する。
合化して設けた半導体装置、特にフオトトランジ
スタ機能を有する光電変換装置またはその集積化
構造に関する。
従来フオトトランジスタは単結晶半導体によつ
てのみ作られていた。その代表的なたて断面図を
第１図に示す。
てのみ作られていた。その代表的なたて断面図を
第１図に示す。
図面により明らかなように、単結晶半導体基板
１にプレナー技術によりベース２、エミツタ３を
拡散し、さらに酸化珪素絶縁膜４に開口を設け
て、エミツタの電極リード５、ベースの電極リー
ド６を設け、また基板の大部分をコレクタ７とし
て用い、その電極８を設けたものである。
１にプレナー技術によりベース２、エミツタ３を
拡散し、さらに酸化珪素絶縁膜４に開口を設け
て、エミツタの電極リード５、ベースの電極リー
ド６を設け、また基板の大部分をコレクタ７とし
て用い、その電極８を設けたものである。
かかる構造については、入射光１０に対し、エ
ミツタがN+であり、かつそのEg（光学的エネル
ギバンド巾を以下Egという）は、珪素にあつて
は1.1eVであるため、このエミツタ領域での光の
吸収損失が多い。また、珪素では、その光照射１
０により活性領域（エミツタ・ベース間の空乏
層）が高濃度そN+型エミツタ（不純物濃度1019
〜1021cm-3）−Ｐ型ベース（不純物濃度1018cm-3）
のため、きわめて薄い。このため単結晶の間接遷
移型であり、また吸収係数も小さいのにかかわら
ず、即ち、フオトキヤリアの多数発生させるには
厚いことが必要であるにもかかわらず、この空乏
層が〜0.1μと薄くなつている。このため、フオト
キヤリアの発生確立（量子効率）が小さい。ま
た、単結晶珪素にあつては、1.1eVであるため人
間の視覚度特性より離れてしまつている。
ミツタがN+であり、かつそのEg（光学的エネル
ギバンド巾を以下Egという）は、珪素にあつて
は1.1eVであるため、このエミツタ領域での光の
吸収損失が多い。また、珪素では、その光照射１
０により活性領域（エミツタ・ベース間の空乏
層）が高濃度そN+型エミツタ（不純物濃度1019
〜1021cm-3）−Ｐ型ベース（不純物濃度1018cm-3）
のため、きわめて薄い。このため単結晶の間接遷
移型であり、また吸収係数も小さいのにかかわら
ず、即ち、フオトキヤリアの多数発生させるには
厚いことが必要であるにもかかわらず、この空乏
層が〜0.1μと薄くなつている。このため、フオト
キヤリアの発生確立（量子効率）が小さい。ま
た、単結晶珪素にあつては、1.1eVであるため人
間の視覚度特性より離れてしまつている。
これらの欠点のため、メカトロニクスの光セン
サ等への使用は十分なものではなくまた光通信用
の受光素子としてもさらに光感度のすぐれたフオ
トトランジスタが求められている。
サ等への使用は十分なものではなくまた光通信用
の受光素子としてもさらに光感度のすぐれたフオ
トトランジスタが求められている。
本発明はかかる欠点を補つたものである。
本発明は単結晶半導体上に設けられたコレクタ
の上の単結晶半導体上に設けられたコレクタの上
の単結晶半導体のベースと、このベース上にエミ
ツタ機能を有する水素またはハロゲン元素が添加
された光照射により光起電力を発生する非単結晶
半導体が設けられた半導体装置としたものであ
る。
の上の単結晶半導体上に設けられたコレクタの上
の単結晶半導体のベースと、このベース上にエミ
ツタ機能を有する水素またはハロゲン元素が添加
された光照射により光起電力を発生する非単結晶
半導体が設けられた半導体装置としたものであ
る。
本発明において、エミツタ機能を有する非単結
晶半導体として、真性または実質的に真性（1014
〜1017cm-3の低い濃度にＰまたはＮ型用の不純物
が添加された）の光吸収係数の大きなフオトキヤ
リヤ発生用の半導体（以下、単に型半導体層ま
たは層という）と、この半導体層上にエミツタ
電極機能を有するＰまたはＮ型半導体層とを設け
た半導体装置として良く、さらにこのＰまたはＮ
形の半導体層を、形に比べて広いエネルギバン
ド巾を有する半導体、例えばSixC1-x（０＜ｘ＜
１）を用いたり、または光の吸収損失の少ない50
〜200Åの大きさのマイクロポリクルスタルまた
は一軸単結晶性を有する繊維構造の多結晶半導体
を用い、このエミツタ側より入射する光が有効に
層に到達し、フオトキヤリアを多数発生せしめ
ることとしても良い。
晶半導体として、真性または実質的に真性（1014
〜1017cm-3の低い濃度にＰまたはＮ型用の不純物
が添加された）の光吸収係数の大きなフオトキヤ
リヤ発生用の半導体（以下、単に型半導体層ま
たは層という）と、この半導体層上にエミツタ
電極機能を有するＰまたはＮ型半導体層とを設け
た半導体装置として良く、さらにこのＰまたはＮ
形の半導体層を、形に比べて広いエネルギバン
ド巾を有する半導体、例えばSixC1-x（０＜ｘ＜
１）を用いたり、または光の吸収損失の少ない50
〜200Åの大きさのマイクロポリクルスタルまた
は一軸単結晶性を有する繊維構造の多結晶半導体
を用い、このエミツタ側より入射する光が有効に
層に到達し、フオトキヤリアを多数発生せしめ
ることとしても良い。
また、本発明では、単結晶半導体時に珪素半導
体が1.1eVのエネルギバンド巾を有し、赤外光の
検出は可能でも、可視光の視覚度が十分でなく、
赤外光であつても、単結晶半導体の光吸収係数が
小さいため、フオトキヤリアが十分発生できない
ため、従来より知られていた単結晶半導体を用い
たフオトトランジスタをさらに改良し、この光感
領域のエミツタまたはエミツタベース間の空乏層
領域（本明細書においては、これらの総称してエ
ミツタ機能を有する半導体という）に対し、光吸
収件数を大きな単結晶半導体を用いたことを特徴
としている。
体が1.1eVのエネルギバンド巾を有し、赤外光の
検出は可能でも、可視光の視覚度が十分でなく、
赤外光であつても、単結晶半導体の光吸収係数が
小さいため、フオトキヤリアが十分発生できない
ため、従来より知られていた単結晶半導体を用い
たフオトトランジスタをさらに改良し、この光感
領域のエミツタまたはエミツタベース間の空乏層
領域（本明細書においては、これらの総称してエ
ミツタ機能を有する半導体という）に対し、光吸
収件数を大きな単結晶半導体を用いたことを特徴
としている。
以下に図面に従つてその実施例を示す。
実施例 １
この実施例における本発明の半導体装置を第２
図に示す。
図に示す。
本実施例においてNIPIN接合のフオトトラン
ジスタをマトリツク構造にしてフオトトランジス
タアレイを構成せしめたものである。
ジスタをマトリツク構造にしてフオトトランジス
タアレイを構成せしめたものである。
第３図に本実施例の回路図を示す。
第２図は第３図の回路図に従つて作られたアレ
イの平面図ＡおよびＡ−A′でのたての断面図Ｂ、
Ｂ−B′のたて断面図Ｃを示している。
イの平面図ＡおよびＡ−A′でのたての断面図Ｂ、
Ｂ−B′のたて断面図Ｃを示している。
図面において明らかな如く、照射光１０は基板
１側より与えられ、透光性第１の電極１３の下に
Ｎ（１２）Ｉ（１１）Ｐ（２）Ｎ（８）が単結晶基板
上にマトリツクス構成を有して設けられている。
１側より与えられ、透光性第１の電極１３の下に
Ｎ（１２）Ｉ（１１）Ｐ（２）Ｎ（８）が単結晶基板
上にマトリツクス構成を有して設けられている。
第３図において、NPNトランジスタ（NIPN
トランジスタを用いてもよい。ここでは、
NIPN、NIPNN構造を簡略化してNPNトランジ
スタと記す）２０はベースが接続されていない
が、このフオトトランジスタの二次アレイは、ひ
とつのトランジスタが２０にみられる如く、エミ
ツタ・ベース間のダイオードによる光電変換用の
フオトダイオードと逆方向になつたベース・コレ
クタ間のダイオードによる回路選択用のダイオー
ド（ブロツキングダイオード）がオンになつて、
光電流が負荷抵抗Ｒを流れる。この時光変換用フ
オトダイオードには外部より光があたり続けてい
たと考えられるから、この前の読出しの時印加さ
れた逆方向に電圧により、フオトダイオードの持
つキヤパシタ１８に充電され、その電荷をこの間
に発生した光電流で放電した分だけ読出しの時の
このフオトダイオードのキヤパシタを充電するこ
とになり、いわゆる蓄積効果が得られる。この蓄
積効果により、PINフオトダイオードの102〜104
倍もその感度を高めることができた。
トランジスタを用いてもよい。ここでは、
NIPN、NIPNN構造を簡略化してNPNトランジ
スタと記す）２０はベースが接続されていない
が、このフオトトランジスタの二次アレイは、ひ
とつのトランジスタが２０にみられる如く、エミ
ツタ・ベース間のダイオードによる光電変換用の
フオトダイオードと逆方向になつたベース・コレ
クタ間のダイオードによる回路選択用のダイオー
ド（ブロツキングダイオード）がオンになつて、
光電流が負荷抵抗Ｒを流れる。この時光変換用フ
オトダイオードには外部より光があたり続けてい
たと考えられるから、この前の読出しの時印加さ
れた逆方向に電圧により、フオトダイオードの持
つキヤパシタ１８に充電され、その電荷をこの間
に発生した光電流で放電した分だけ読出しの時の
このフオトダイオードのキヤパシタを充電するこ
とになり、いわゆる蓄積効果が得られる。この蓄
積効果により、PINフオトダイオードの102〜104
倍もその感度を高めることができた。
即ち、フオトトランジスタは第３図に示す如き
エミツタ接地構造を有する電流増巾回路を構成し
ている。
エミツタ接地構造を有する電流増巾回路を構成し
ている。
複数のフオトトランジスタの間に設けられた埋
置した絶縁物は、その上面のエミツタの電極リー
ドの電気的のアイソレイシヨンを行い、かつ半導
体基板１に光照射が行われないように遮光させる
ことにより各素子２０のコントラストをさらに向
上させるために有効である。
置した絶縁物は、その上面のエミツタの電極リー
ドの電気的のアイソレイシヨンを行い、かつ半導
体基板１に光照射が行われないように遮光させる
ことにより各素子２０のコントラストをさらに向
上させるために有効である。
図面より明らかな如く、コレクタ８またはコレ
クタリード（埋めこみＮ領域が兼ねている）がＹ
方向に設けられると、エミツタ１２、エミツタ電
極１３、リード１４はＸ方向に設けられ、その交
差点がひとつのフオトトランジスタ２０を構成し
ている。非単結晶半導体は吸着水分の影響を受け
やすいため、これら半導体装置に耐湿性樹脂（図
示せず）を0.5〜3μの厚さにオーバコードをし、
その信頼性の向上に務めた。
クタリード（埋めこみＮ領域が兼ねている）がＹ
方向に設けられると、エミツタ１２、エミツタ電
極１３、リード１４はＸ方向に設けられ、その交
差点がひとつのフオトトランジスタ２０を構成し
ている。非単結晶半導体は吸着水分の影響を受け
やすいため、これら半導体装置に耐湿性樹脂（図
示せず）を0.5〜3μの厚さにオーバコードをし、
その信頼性の向上に務めた。
各トランジスタ２０間の電機的分離（アイソレ
イシヨン）は他の単結晶半導体にみられる如く、
基板とコレクタとの間に逆バイヤスを加えたPN
接合分離と埋置した絶縁物４とにより実施した。
この複合アイソレイシヨンは、本発明人の特許
（時公昭55−18407S45.10.8出願）に示されてい
る。
イシヨン）は他の単結晶半導体にみられる如く、
基板とコレクタとの間に逆バイヤスを加えたPN
接合分離と埋置した絶縁物４とにより実施した。
この複合アイソレイシヨンは、本発明人の特許
（時公昭55−18407S45.10.8出願）に示されてい
る。
フオトトランジスタアレーは第３図に示すよう
に、特にフオトエツチによる精密なマスク合わせ
をさらに加えることなく作ることができる。即ち
第２図Ａにおいて、単結晶半導体として（１０
０）面を有する珪素を用いた。基板１にはＰ型の
半導体上部にＮ型とコレクタ機能を有するうめこ
み半導体領域が形成されており、このうめこみ領
域は選択拡散法により作製された。
に、特にフオトエツチによる精密なマスク合わせ
をさらに加えることなく作ることができる。即ち
第２図Ａにおいて、単結晶半導体として（１０
０）面を有する珪素を用いた。基板１にはＰ型の
半導体上部にＮ型とコレクタ機能を有するうめこ
み半導体領域が形成されており、このうめこみ領
域は選択拡散法により作製された。
次にこの基板１上に第２図Ｂに示されているよ
うに、酸化物気体に対しマスク作用を有する被膜
例えば酸化珪素（０〜200Å）および窒化珪素
（500〜1000Å）を選択的にうめこみ領域８上のセ
ンサを構成する領域上に形成した。この後、半導
体を900〜1100℃の酸素（５〜10気圧に加圧され
た湿酸素）中にて熱酸化し、埋置した酸化珪素膜
４を0.5〜1.5μ.の厚さに形成した。次にこれをマ
スクとして、イオン注入法により、Ｐ型不純物を
選択的に200Å〜1μの厚さにドープしてベースと
なるＰ型半導体層２を形成した。
うに、酸化物気体に対しマスク作用を有する被膜
例えば酸化珪素（０〜200Å）および窒化珪素
（500〜1000Å）を選択的にうめこみ領域８上のセ
ンサを構成する領域上に形成した。この後、半導
体を900〜1100℃の酸素（５〜10気圧に加圧され
た湿酸素）中にて熱酸化し、埋置した酸化珪素膜
４を0.5〜1.5μ.の厚さに形成した。次にこれをマ
スクとして、イオン注入法により、Ｐ型不純物を
選択的に200Å〜1μの厚さにドープしてベースと
なるＰ型半導体層２を形成した。
この後、このＰ型半導体層２上の酸化珪素、窒
化珪素マスクを除去して単結晶半導体表面を露呈
させた。次の工程として、かかる単結晶半導体上
に真性または1014〜17cm-3の濃度に価の不純物
例えばホウ素が添加された実質的に非単結晶半導
体層１１を500〜5000Åの厚さまでにプラズマ
CVD法により作成させた。
化珪素マスクを除去して単結晶半導体表面を露呈
させた。次の工程として、かかる単結晶半導体上
に真性または1014〜17cm-3の濃度に価の不純物
例えばホウ素が添加された実質的に非単結晶半導
体層１１を500〜5000Åの厚さまでにプラズマ
CVD法により作成させた。
このプラズマCVD法は、非単結晶半導体とし
て水素またはハロゲン元素例えばフツ素または塩
素の添加されたアモルフアスまたは非晶質の珪素
を主成分とする半導体を作製しようとする場合シ
ランまたはジクロールシランまたはフツ化珪素を
13.56MHzの周波数を加え、グロー放電法により
100〜350℃の温度まで形成させた。
て水素またはハロゲン元素例えばフツ素または塩
素の添加されたアモルフアスまたは非晶質の珪素
を主成分とする半導体を作製しようとする場合シ
ランまたはジクロールシランまたはフツ化珪素を
13.56MHzの周波数を加え、グロー放電法により
100〜350℃の温度まで形成させた。
この半非晶質の半導体に関しては、本発明人の
出願になる特許願（セミアモルフアス半導体、特
願昭55−26388）に示されている。
出願になる特許願（セミアモルフアス半導体、特
願昭55−26388）に示されている。
さらにこの上面に繊維構造を有するＮ型の非単
結晶半導体層１２を100〜300Åの厚さに形成させ
た。
結晶半導体層１２を100〜300Åの厚さに形成させ
た。
この繊維構造を有する半導体は、一軸方向に単
結晶を有するもので、200〜250℃の低温でも５〜
10Wの低い高周波出力で作ることができる。この
繊維構造を有する半導体は、本発明人の出願によ
る特許願（繊維構造を有する半導体およびその作
動方法特許昭57−87801S57.5.24）に示されてい
る。
結晶を有するもので、200〜250℃の低温でも５〜
10Wの低い高周波出力で作ることができる。この
繊維構造を有する半導体は、本発明人の出願によ
る特許願（繊維構造を有する半導体およびその作
動方法特許昭57−87801S57.5.24）に示されてい
る。
この繊維構造を有する半導体は、光学的エネル
ギバンド巾が1.5〜1.8eV有しながらも、その光吸
収係数が単結晶と同程度に小さく、また電気導電
度も10〜300（Ωcm）-1ときわめて大きな置を有す
るため、本発明のフオトトランジスタのエミツタ
を構成させるには好都合である。
ギバンド巾が1.5〜1.8eV有しながらも、その光吸
収係数が単結晶と同程度に小さく、また電気導電
度も10〜300（Ωcm）-1ときわめて大きな置を有す
るため、本発明のフオトトランジスタのエミツタ
を構成させるには好都合である。
このN+層をアモルフアス珪素半導体で形成さ
せると、その吸収が大きく、好ましくない。この
ため、半導体として、珪素単体では吸収係数の小
さなマイクロポリクリスタル（結晶粒径100〜300
Å）または前記した繊維構造を有する半導体がす
ぐれている。
せると、その吸収が大きく、好ましくない。この
ため、半導体として、珪素単体では吸収係数の小
さなマイクロポリクリスタル（結晶粒径100〜300
Å）または前記した繊維構造を有する半導体がす
ぐれている。
また、アモルフアス半導体を用いる場合は、Ｉ
層１１に比べて大きいエネルギバンド巾をSix
C1-X（０＜×＜１）等により作製して、Ｗ（Ｎ型半
導体層）−Ｎ（Ｉ型半導体層）（WIDE Eg−
NARROW Eg）構造とすれば、このＮ型半導体
層での光吸収を大きくさせることができた。第２
図Ｃでは、さらにこの上面に透明導電膜１３例え
ばITO（酸化スズが０〜10％添加された酸化イン
ジユーム）を600〜750Åの厚さに電子ビーム蒸着
法により形成した。この時フオトマスクにより、
ITO１３、N+層１２、層１１を選択的にエツ
チングした。
層１１に比べて大きいエネルギバンド巾をSix
C1-X（０＜×＜１）等により作製して、Ｗ（Ｎ型半
導体層）−Ｎ（Ｉ型半導体層）（WIDE Eg−
NARROW Eg）構造とすれば、このＮ型半導体
層での光吸収を大きくさせることができた。第２
図Ｃでは、さらにこの上面に透明導電膜１３例え
ばITO（酸化スズが０〜10％添加された酸化イン
ジユーム）を600〜750Åの厚さに電子ビーム蒸着
法により形成した。この時フオトマスクにより、
ITO１３、N+層１２、層１１を選択的にエツ
チングした。
さらに第２図Ｃにおいて示される如く、この半
導体上にフオトレジストをコーテイングし、選択
的に穴あけを行い、穴の部分にアルミニユームを
真空蒸着し、リフトオフすることにより、エミツ
タを構成する透明導電膜電極１３よりエミツタリ
ード１４を作製した。
導体上にフオトレジストをコーテイングし、選択
的に穴あけを行い、穴の部分にアルミニユームを
真空蒸着し、リフトオフすることにより、エミツ
タを構成する透明導電膜電極１３よりエミツタリ
ード１４を作製した。
この状態にて、フオトトランジスタ素子の特性
を測定したところ、第５図、第６図にあるよう
な、明暗時の−特性及び、光感度特性が得ら
れた。これらの測定素子の受光面積は0.598cm2で
あつた この実施例において、アルミニユーム電極をリ
フトオフ法で作製したのは、真空蒸着の際ITO中
にアルミニユームが合金化して含浸し、透明導電
膜の光透過率が低下することを防ぐのが目的であ
る。
を測定したところ、第５図、第６図にあるよう
な、明暗時の−特性及び、光感度特性が得ら
れた。これらの測定素子の受光面積は0.598cm2で
あつた この実施例において、アルミニユーム電極をリ
フトオフ法で作製したのは、真空蒸着の際ITO中
にアルミニユームが合金化して含浸し、透明導電
膜の光透過率が低下することを防ぐのが目的であ
る。
最後に、酸化珪素（図示せず）を約0.5μの厚さ
にオーバコートして信頼性の向上に務めた。この
酸化珪素も、プラズマ気相法または真空蒸着法に
より形成した。基板は非単結晶半導体層の形成温
度は300℃以下とし、かかる半導体中の水素等の
再結合中心中和用元素の外部へ放出により信頼性
低下を防いだ。
にオーバコートして信頼性の向上に務めた。この
酸化珪素も、プラズマ気相法または真空蒸着法に
より形成した。基板は非単結晶半導体層の形成温
度は300℃以下とし、かかる半導体中の水素等の
再結合中心中和用元素の外部へ放出により信頼性
低下を防いだ。
図面において、ベース２、コレクタ８は単結晶
半導体１よりなり、エミツタ機能を構成する領域
はエミツタ１２、活性層１１はともに非単結晶半
導体３で構成されている。透明導電膜１３側より
光１０が照射され、電子、ホールが発生する。
半導体１よりなり、エミツタ機能を構成する領域
はエミツタ１２、活性層１１はともに非単結晶半
導体３で構成されている。透明導電膜１３側より
光１０が照射され、電子、ホールが発生する。
この時ベース２、エミツタ１２間には、順方向
バイヤスが、またベース２、コレクタ８には５〜
50Vの逆方向バイヤスを印加させた。かくするこ
とにより、hfe＝5000以上のフオトトランジスタ
を作ることができた。
バイヤスが、またベース２、コレクタ８には５〜
50Vの逆方向バイヤスを印加させた。かくするこ
とにより、hfe＝5000以上のフオトトランジスタ
を作ることができた。
もちろん、光照射を行わない時には、単なるト
ランジスタとして作用させることができ、係る場
合においても、ベース２（単結晶珪素で1.1eV）
に比べてエミツタ１２，１１（1.7〜2ev）はその
エネルギバンド巾が大きいため、ベースよりエミ
ツタに逆向きに流れるホールがブロツキングされ
るため、単結晶のみで作るプレーナー型のトラン
ジスタに比べて、はるかにすぐれた増巾をさせる
ことができた。
ランジスタとして作用させることができ、係る場
合においても、ベース２（単結晶珪素で1.1eV）
に比べてエミツタ１２，１１（1.7〜2ev）はその
エネルギバンド巾が大きいため、ベースよりエミ
ツタに逆向きに流れるホールがブロツキングされ
るため、単結晶のみで作るプレーナー型のトラン
ジスタに比べて、はるかにすぐれた増巾をさせる
ことができた。
特にこの実施例においては、活性層をアモルフ
アスまたは半非晶質の珪素を用いたため、視感度
が人間の目と同じであり、いわゆる従来にない可
視光用のフオトトランジスタを基板１上に集積化
した構造を作ることができた。この集積化の素子
型は、その応用に応じて、図面での左右方向また
は前後に拡大することが可能なことはいうまでも
ない。
アスまたは半非晶質の珪素を用いたため、視感度
が人間の目と同じであり、いわゆる従来にない可
視光用のフオトトランジスタを基板１上に集積化
した構造を作ることができた。この集積化の素子
型は、その応用に応じて、図面での左右方向また
は前後に拡大することが可能なことはいうまでも
ない。
加えて第２図においてフオトトランジスタの透
明導電膜をおおつて、アルミニユーム電極１４を
形成することにより、エミツタのEgが大きい、
高いhfeのトランジスタを構成させることができ
るため、周辺のデコーダ等の論理回路を全く新た
なフオトマスクを用いて作る必要がないという大
きな特徴を有する。また第４図において、Ｐ型の
ベースを作る工程を１種類のフオトマスクを用い
て省略し、かつアルミニユーム電極により透明導
電膜をおおうと、その領域はN+（８）−N-（７）−
Ｉ（１１）−N+（１２）−透明導電膜１３−アルミ
ニユーム電極１４となり、型の非単結晶半導体
層の暗伝導度を用いたたて方向の低抗体を作るこ
とが可能である。
明導電膜をおおつて、アルミニユーム電極１４を
形成することにより、エミツタのEgが大きい、
高いhfeのトランジスタを構成させることができ
るため、周辺のデコーダ等の論理回路を全く新た
なフオトマスクを用いて作る必要がないという大
きな特徴を有する。また第４図において、Ｐ型の
ベースを作る工程を１種類のフオトマスクを用い
て省略し、かつアルミニユーム電極により透明導
電膜をおおうと、その領域はN+（８）−N-（７）−
Ｉ（１１）−N+（１２）−透明導電膜１３−アルミ
ニユーム電極１４となり、型の非単結晶半導体
層の暗伝導度を用いたたて方向の低抗体を作るこ
とが可能である。
これは論理回路を構成するためと負荷抵抗を従
来よりバイポーラ型ICで知られた横方向ではな
く、たて方向で作り得る。これは微少面積化に対
してきわめて有効である。
来よりバイポーラ型ICで知られた横方向ではな
く、たて方向で作り得る。これは微少面積化に対
してきわめて有効である。
この図面では二次元のフオトトランジスタアレ
ーであり、イメージセンサ等に用いた場合、Ｉ層
の非単結晶珪素（1.6〜1.8ev）とすると、その視
感度が人間の目と同じであるため、人の視光と同
じ波長感度を得ることができる。一次元のフオト
トランジスタアレー（リニアアレー）を第２図の
Ａ−A′の部分を一部のみ作つて作製し、コンピ
ユーターのカード読取りセンサ等に用いてもよ
い。
ーであり、イメージセンサ等に用いた場合、Ｉ層
の非単結晶珪素（1.6〜1.8ev）とすると、その視
感度が人間の目と同じであるため、人の視光と同
じ波長感度を得ることができる。一次元のフオト
トランジスタアレー（リニアアレー）を第２図の
Ａ−A′の部分を一部のみ作つて作製し、コンピ
ユーターのカード読取りセンサ等に用いてもよ
い。
またこのフオトトランジスタの周辺部にはバイ
ポーラトランジスタを用いた赤外光用の集積化さ
れたマトリツクスアレーを構成することも本発明
の特徴とするところである。
ポーラトランジスタを用いた赤外光用の集積化さ
れたマトリツクスアレーを構成することも本発明
の特徴とするところである。
その場合、各トランジスタも赤、青、黄または
赤、緑、黄等の３種類のフイルタを交互に配列し
て設け、それぞれの色感度を選別して検出できる
ようになつた集積化構造とすることにより、カラ
ー用イメージセンサとしてもよい。
赤、緑、黄等の３種類のフイルタを交互に配列し
て設け、それぞれの色感度を選別して検出できる
ようになつた集積化構造とすることにより、カラ
ー用イメージセンサとしてもよい。
かかる半導体装置により、人間の目と同様の色
の識別が可能となり、その信号を増巾して検出す
ることができるようになつた。
の識別が可能となり、その信号を増巾して検出す
ることができるようになつた。
実施例 ２
この実施例は第４図において活性半導体層１１
の形成に非単結晶ゲルマニユームを用いたもので
ある。
の形成に非単結晶ゲルマニユームを用いたもので
ある。
第４図Ａにおいて、単結晶半導体として（100）
面を有する珪素を用いた。基板１はＰ型の半導体
上部に選択拡散法により形成させたＮ型のコレク
タ機能を有するうめこみ半導体領域８とエピタキ
シアル成長法にて0.2〜2μ（代表的には0.5〜0.7μ）
の厚さに形成したＮ型（Ｉ型またはN-型を含む）
半導体７からなつている。
面を有する珪素を用いた。基板１はＰ型の半導体
上部に選択拡散法により形成させたＮ型のコレク
タ機能を有するうめこみ半導体領域８とエピタキ
シアル成長法にて0.2〜2μ（代表的には0.5〜0.7μ）
の厚さに形成したＮ型（Ｉ型またはN-型を含む）
半導体７からなつている。
次にこの基板１上に第４図Ｂに示されているよ
うに、酸化物気体に対しマスク作用を有する被膜
例えば酸化珪素（０〜200Å）および窒化珪素
（500〜1000Å）９を選択的にうめこみ領域８上の
センサを構成する領域上に形成した。
うに、酸化物気体に対しマスク作用を有する被膜
例えば酸化珪素（０〜200Å）および窒化珪素
（500〜1000Å）９を選択的にうめこみ領域８上の
センサを構成する領域上に形成した。
この後、半導体を900〜1100℃の酸素（５〜10
気圧に加圧された湿酸素）中にて熱酸化し、埋置
した酸化珪素膜４を0.5〜1.5μの厚さに形成した。
次にこれをマスクとして、イオン注入法により、
Ｐ型不純物を選択的に200Å〜1μの厚さにドープ
してＰ型半導体層２を形成した。
気圧に加圧された湿酸素）中にて熱酸化し、埋置
した酸化珪素膜４を0.5〜1.5μの厚さに形成した。
次にこれをマスクとして、イオン注入法により、
Ｐ型不純物を選択的に200Å〜1μの厚さにドープ
してＰ型半導体層２を形成した。
かくして第４図Ｂの単結晶半導体１はコレクタ
機能を有する基板内に選択的に設けられたN+N
型コレクタと、その上部に単結晶半導体よりなる
Ｐ型ベース２を構成させている。
機能を有する基板内に選択的に設けられたN+N
型コレクタと、その上部に単結晶半導体よりなる
Ｐ型ベース２を構成させている。
この後、このベース２上の酸化珪素、窒化珪素
マスク９を除去して単結晶半導体表面を露呈させ
た。
マスク９を除去して単結晶半導体表面を露呈させ
た。
この後、プラズマ気相方法により200℃〜300℃
の温度でゲルマンを導入し、ベース２上に500〜
5000Åの厚さに活性半導体層１１を積層したもの
である。またエミツタ１２は、Ｎ型の繊維構造の
珪素非単結晶半導体を用いた。かくすることによ
り、エミツタ（1.7ev）−活性層（1.0ev）のＷ−
Ｎ構造を有しかつN+層の光吸収係数が小さいた
め、すべての赤外光を活性ゲルマニユーム層に供
給することができた。
の温度でゲルマンを導入し、ベース２上に500〜
5000Åの厚さに活性半導体層１１を積層したもの
である。またエミツタ１２は、Ｎ型の繊維構造の
珪素非単結晶半導体を用いた。かくすることによ
り、エミツタ（1.7ev）−活性層（1.0ev）のＷ−
Ｎ構造を有しかつN+層の光吸収係数が小さいた
め、すべての赤外光を活性ゲルマニユーム層に供
給することができた。
この後の工程での透明導電膜１３の形成、エミ
ツタリード１４の形成及び酸化珪素でオーバーコ
ートを施す工程は実施例１と同様に行つた。
ツタリード１４の形成及び酸化珪素でオーバーコ
ートを施す工程は実施例１と同様に行つた。
かくすることにより、活性半導体層１１のエネ
ルギバンド巾1evを有せしめることができ、しか
も非単結晶半導体のためその吸収係数も大きい。
このため、赤外線のセンサとしてすぐれたもので
あつた。
ルギバンド巾1evを有せしめることができ、しか
も非単結晶半導体のためその吸収係数も大きい。
このため、赤外線のセンサとしてすぐれたもので
あつた。
かくして、赤外検出用の逆方向リークが10-9A
以下のhfe〜104のフオトトランジスタを作ること
ができ、特にNPN（NIPN-N型エミツタベース
コレクタ構成を含む）であるため、キヤリアが電
子であり、その周波数応答速度が速く、光通信用
の受光センサとしての使用も可能になつた。
以下のhfe〜104のフオトトランジスタを作ること
ができ、特にNPN（NIPN-N型エミツタベース
コレクタ構成を含む）であるため、キヤリアが電
子であり、その周波数応答速度が速く、光通信用
の受光センサとしての使用も可能になつた。
本発明は従来より知られていた単結晶半導体を
用いたフオトトランジスタをさらに改良し、この
光感領域のエミツタまたはエミツタ−ベース間の
空乏層領域に対し、光吸収係数の大きな非単結晶
半導体を用いたことを特徴としているため、特に
光活性半導体層として、Ｉ層にアモルフアスまた
は半非晶質の半導体を用いた場合、その光学的エ
ネルギバンド巾は、珪素にあつては、1.6〜1.8eV
を有し、その光吸収係数も単結晶珪素に比べて約
10倍も大きい。このため可視光に対し、きわめて
交換効率が高く、また光感特性も人間の視覚度と
同一であるため、「光増巾機能を有する人間の目」
の代行をさせることができる。
用いたフオトトランジスタをさらに改良し、この
光感領域のエミツタまたはエミツタ−ベース間の
空乏層領域に対し、光吸収係数の大きな非単結晶
半導体を用いたことを特徴としているため、特に
光活性半導体層として、Ｉ層にアモルフアスまた
は半非晶質の半導体を用いた場合、その光学的エ
ネルギバンド巾は、珪素にあつては、1.6〜1.8eV
を有し、その光吸収係数も単結晶珪素に比べて約
10倍も大きい。このため可視光に対し、きわめて
交換効率が高く、また光感特性も人間の視覚度と
同一であるため、「光増巾機能を有する人間の目」
の代行をさせることができる。
他方、光活性半導体層としてのＩ層を、アモル
フアスまたは半非晶質の半導体であつてかつ材料
としてゲルマニユーム、SiXGe1-X（０＜Ｘ＜１）
またはSiXSn1-X（０＜Ｘ＜１）を用いたため、ゲ
ルマニユームでは１〜1.2eVを、またはSiXGe1-X
（０＜Ｘ＜１）では1.1〜1.8eVの間の任意の波長
帯を、さらにSiXSn1-X（０＜Ｘ＜１）では0.5〜
1.8eVの間の任意の波長帯を選択することができ
る。
フアスまたは半非晶質の半導体であつてかつ材料
としてゲルマニユーム、SiXGe1-X（０＜Ｘ＜１）
またはSiXSn1-X（０＜Ｘ＜１）を用いたため、ゲ
ルマニユームでは１〜1.2eVを、またはSiXGe1-X
（０＜Ｘ＜１）では1.1〜1.8eVの間の任意の波長
帯を、さらにSiXSn1-X（０＜Ｘ＜１）では0.5〜
1.8eVの間の任意の波長帯を選択することができ
る。
このため、本発明の集積化構造を有する単結晶
半導体と非単結晶との複合化半導体装置は可視
光、赤外光さらにまたフイルターを用いることに
より、赤、青、緑等の選択を持たせることによ
り、イメージセンサ、固体撮像管を構成せしめる
ことができる。
半導体と非単結晶との複合化半導体装置は可視
光、赤外光さらにまたフイルターを用いることに
より、赤、青、緑等の選択を持たせることによ
り、イメージセンサ、固体撮像管を構成せしめる
ことができる。
さらにこの集積化を一軸性のアレーとすること
により、人間の目と同じ視覚度を有する光センサ
−集積体として用いることができる。このため、
かかる集積体はフアクシミリ用の受光センサーと
しても有効であり、また、素子サイズを小さく微
細加工技術を用いることにより、従来知られてい
るコピー（静電複写機）のアナログ式の面記憶方
式のかわりに、デイジタル信号を番地に指定して
記憶させることが可能である。
により、人間の目と同じ視覚度を有する光センサ
−集積体として用いることができる。このため、
かかる集積体はフアクシミリ用の受光センサーと
しても有効であり、また、素子サイズを小さく微
細加工技術を用いることにより、従来知られてい
るコピー（静電複写機）のアナログ式の面記憶方
式のかわりに、デイジタル信号を番地に指定して
記憶させることが可能である。
さらに本発明は逆バイヤスが加わるベース・コ
レクタ間は単結晶半導体を用いるため、周波数応
答速度が速く、光フアイバー通信用の受光センサ
ーとして、赤外光のみならず、可視光においても
好都合である。特に可視光に使用可能なため、医
療用の胃カメラ等に関し、肉眼と同じ色の視覚度
をもつて電気信号に変換できるという特徴を有す
る。
レクタ間は単結晶半導体を用いるため、周波数応
答速度が速く、光フアイバー通信用の受光センサ
ーとして、赤外光のみならず、可視光においても
好都合である。特に可視光に使用可能なため、医
療用の胃カメラ等に関し、肉眼と同じ色の視覚度
をもつて電気信号に変換できるという特徴を有す
る。
また電圧関係に関し、エミツタ・ベース間は順
方向バイヤスが加わる。このため、アモルフアス
半導体の如き非単結晶半導体にあつては、順方向
耐圧は約〜5Vであるが、その順方向においては
0.5〜2Vしか加わらないため信頼性上何ら支障が
ない。他方、ベース・コレクタ間には〜200V代
表的には10〜20Vが印加される。しかしこれは
PN接合またはPIN接合を設け、加えて単結晶半
導体における格子欠陥を除去することにより、20
〜200Vにおいても10-8A以下のリークを有する
耐圧は何ら支障なく実用上耐えることができる。
方向バイヤスが加わる。このため、アモルフアス
半導体の如き非単結晶半導体にあつては、順方向
耐圧は約〜5Vであるが、その順方向においては
0.5〜2Vしか加わらないため信頼性上何ら支障が
ない。他方、ベース・コレクタ間には〜200V代
表的には10〜20Vが印加される。しかしこれは
PN接合またはPIN接合を設け、加えて単結晶半
導体における格子欠陥を除去することにより、20
〜200Vにおいても10-8A以下のリークを有する
耐圧は何ら支障なく実用上耐えることができる。
このことより、順方向バイヤス領域は、その空
乏層領域には水素またはハロゲン元素が添加され
た非単結晶半導体が用いられ、また、逆バイヤス
領域はその耐圧向上、逆バイヤスのリークを10-9
〜10-11A（10V印加の場合）の減少を計ることで
きる。これは、もしこのベース・コレクタ間の空
乏層領域に非単結晶半導体を用いた場合、10-4〜
10-6A（5V印加の場合）を得ることができること
を考えると、本発明の単結晶半導体を非単結晶半
導体と複合化したことは、それぞれの長所を互い
に出しあい、またそれそれの短所を互いに補ない
あうことにより、その構成効果は著しいものがあ
る。
乏層領域には水素またはハロゲン元素が添加され
た非単結晶半導体が用いられ、また、逆バイヤス
領域はその耐圧向上、逆バイヤスのリークを10-9
〜10-11A（10V印加の場合）の減少を計ることで
きる。これは、もしこのベース・コレクタ間の空
乏層領域に非単結晶半導体を用いた場合、10-4〜
10-6A（5V印加の場合）を得ることができること
を考えると、本発明の単結晶半導体を非単結晶半
導体と複合化したことは、それぞれの長所を互い
に出しあい、またそれそれの短所を互いに補ない
あうことにより、その構成効果は著しいものがあ
る。
以上の説明から明らかな如く、本発明は単結晶
半導体の特徴とを相互に組み合わせて、これまで
にない高耐圧、微少リークで、かつ視覚度が人間
の目にあつた光感度の高い光電変換装置を作るこ
とができた。
半導体の特徴とを相互に組み合わせて、これまで
にない高耐圧、微少リークで、かつ視覚度が人間
の目にあつた光感度の高い光電変換装置を作るこ
とができた。
さらに、エミツタ側のベース、コレクタに比べ
て広いEgとしたことにより、トランジスタとし
ての１／ｆノイズの減少、またhfeの増加を同時
に成就することができた。
て広いEgとしたことにより、トランジスタとし
ての１／ｆノイズの減少、またhfeの増加を同時
に成就することができた。
本発明の実施例においては、NPN、NIPNま
たはNIPIN型とした。これは非単結晶半導体の
キヤリヤ移動度はホールが電子に比べて数十分の
一しかないことによる。しかし、このホールを用
いたPNP型（PINIP型を含む）を作製してもよ
いことはいうまでもない。
たはNIPIN型とした。これは非単結晶半導体の
キヤリヤ移動度はホールが電子に比べて数十分の
一しかないことによる。しかし、このホールを用
いたPNP型（PINIP型を含む）を作製してもよ
いことはいうまでもない。
第１図は従来のフオトトランジスタのたて断面
図を示す図。第２図は本発明の第３図に対応した
半導体装置の平面図およびそのたて断面図を示す
図。第３図は本発明の集積化した半導体装置をマ
トリツクス化した場合の回路図を示す図。第４図
は本発明の半導体装置の製作工程を示す図。第５
図は実施例１の素子の明暗時のＩ−Ｖ特性の結果
を示す図。第６図は実施例１の素子の光感度特性
を示す図。
図を示す図。第２図は本発明の第３図に対応した
半導体装置の平面図およびそのたて断面図を示す
図。第３図は本発明の集積化した半導体装置をマ
トリツクス化した場合の回路図を示す図。第４図
は本発明の半導体装置の製作工程を示す図。第５
図は実施例１の素子の明暗時のＩ−Ｖ特性の結果
を示す図。第６図は実施例１の素子の光感度特性
を示す図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一導電型の単結晶半導体基板に設けられたコ
レクタ機能を有する逆導電型の複、数の領域と、
該領域上に密接して単結晶半導体層よりなるベー
スと、該ベース上にエミツタ機能を有する水素ま
たはハロゲン元素が添加された光照射により光起
電力を発生する複数の非単結晶半導体とを有する
ことを特徴とする半導体装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、一導電型の
単結晶半導体基板に設けられたコレクタおよびリ
ード機能を有する逆導電型の領域はＹ方向に配置
され、エミツタおよびリード機能を有する水素ま
たはハロゲン元素が添加された光照射により光起
電力を発生する複数の非単結晶半導体層はＸ方向
に配置されたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141500A JPS5931057A (ja) | 1982-08-13 | 1982-08-13 | 半導体装置 |
| US06/521,546 US4633287A (en) | 1982-08-09 | 1983-08-09 | Semiconductor photoelectric conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141500A JPS5931057A (ja) | 1982-08-13 | 1982-08-13 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5931057A JPS5931057A (ja) | 1984-02-18 |
| JPH0542827B2 true JPH0542827B2 (ja) | 1993-06-29 |
Family
ID=15293386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57141500A Granted JPS5931057A (ja) | 1982-08-09 | 1982-08-13 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931057A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8403005A (nl) * | 1984-10-02 | 1986-05-01 | Imec Interuniversitair Micro E | Werkwijze voor het vervaardigen van een bipolaire heterojunctietransistor en bipolaire heterojunctie-transistor vervaardigd volgens de werkwijze. |
-
1982
- 1982-08-13 JP JP57141500A patent/JPS5931057A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5931057A (ja) | 1984-02-18 |
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