JPH059948B2 - - Google Patents
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- JPH059948B2 JPH059948B2 JP57138225A JP13822582A JPH059948B2 JP H059948 B2 JPH059948 B2 JP H059948B2 JP 57138225 A JP57138225 A JP 57138225A JP 13822582 A JP13822582 A JP 13822582A JP H059948 B2 JPH059948 B2 JP H059948B2
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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
- 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
-
- 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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
『発明の利用分野』
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に関する。
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に関する。
『従来の技術』
従来より知られたフオトトランジスタ機能を有
する光電変換装置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を第１図に示
す。
する光電変換装置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を第１図に示
す。
図より明らかなように、単結晶半導体基板１上
にプレナー技術によつてベース２、エミツタ３を
拡散形成し、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。
にプレナー技術によつてベース２、エミツタ３を
拡散形成し、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。
このような構成において、光１０はエミツタ３
上の酸化珪素絶縁膜４をとおして、単結晶半導体
のベース・エミツタ間の空乏層領域に導かれ、こ
の部分でフオトキヤリアを発生させる。
上の酸化珪素絶縁膜４をとおして、単結晶半導体
のベース・エミツタ間の空乏層領域に導かれ、こ
の部分でフオトキヤリアを発生させる。
『発明が解決しようとする課題』
かかる構造においては、入射光１０に対し、エ
ミツタ３が高濃度のN+導電型であり、かつその
Eg（光学的エネルギーバンド巾を以下Egという）
は、例えば半導体として、珪素を使用した場合に
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。
ミツタ３が高濃度のN+導電型であり、かつその
Eg（光学的エネルギーバンド巾を以下Egという）
は、例えば半導体として、珪素を使用した場合に
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。
さらに、珪素半導体を使用した場合ではその光
照射１０による活性領域（エミツタ・ベース間の
空乏層領域）の厚さ方向の巾が高濃度の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）のために、きわめて薄い
厚さでしか形成されない。
照射１０による活性領域（エミツタ・ベース間の
空乏層領域）の厚さ方向の巾が高濃度の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）のために、きわめて薄い
厚さでしか形成されない。
しかし、従来のフオトトランジスタ機能を持つ
光電変換装置は単結晶半導体を使用しているた
め、間接遷移型であり、また可視光に対する吸収
係数も非常に小さい。即ち、フオトキヤリアを多
数発生させるには、この空乏層領域の厚みが厚い
ことが必要であるにもかかわらず、前述のような
理由で〜0.1μｍと薄くしか形成されない。このた
め、フオトキヤリアの発生確率が非常に小さいと
いう問題があつた。さらに、珪素半導体を使用し
た場合、そのEgが1.1eVであるため、人間の視感
度特性より離れてしまい、長波長光に対する光感
度が高くなつていた。
光電変換装置は単結晶半導体を使用しているた
め、間接遷移型であり、また可視光に対する吸収
係数も非常に小さい。即ち、フオトキヤリアを多
数発生させるには、この空乏層領域の厚みが厚い
ことが必要であるにもかかわらず、前述のような
理由で〜0.1μｍと薄くしか形成されない。このた
め、フオトキヤリアの発生確率が非常に小さいと
いう問題があつた。さらに、珪素半導体を使用し
た場合、そのEgが1.1eVであるため、人間の視感
度特性より離れてしまい、長波長光に対する光感
度が高くなつていた。
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
オトトランジスタ機能を持つ光電変換装置が求め
られていた。
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
オトトランジスタ機能を持つ光電変換装置が求め
られていた。
『課題を解決するための手段』
本発明はかかる欠点を補つたものである。
本発明では、単結晶の半導体、例えば珪素半導
体が1.1eVのEgを有し、赤外光の検出は可能で
も、可視光の視感度が十分ではない。また赤外光
であつても、単結晶半導体の光の吸収係数が小さ
いため、フオトキヤリアが十分発生しない。
体が1.1eVのEgを有し、赤外光の検出は可能で
も、可視光の視感度が十分ではない。また赤外光
であつても、単結晶半導体の光の吸収係数が小さ
いため、フオトキヤリアが十分発生しない。
このため、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、これらを総称
してエミツタ領域という）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。
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、これらを総称
してエミツタ領域という）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。
すなわち単結晶半導体を設けられた一導電型の
コレクタ領域とこのコレクタ領域上にコレクタ領
域とは逆導電型の単結晶半導体のベース領域と、
このベース領域上に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
晶半導体で構成されたエミツタ領域が設けられた
光電変換装置である。
コレクタ領域とこのコレクタ領域上にコレクタ領
域とは逆導電型の単結晶半導体のベース領域と、
このベース領域上に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
晶半導体で構成されたエミツタ領域が設けられた
光電変換装置である。
かかるエミツタ領域に非単結晶半導体として、
真性または実質的に真性（1015〜1017cm-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ア発生用の半導
体（以下、単にＩ型半導体層またはＩ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る。
真性または実質的に真性（1015〜1017cm-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ア発生用の半導
体（以下、単にＩ型半導体層またはＩ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る。
さらにこのＰまたはＮ型の半導体層を、Ｉ型に
比べて広いEg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の大きさの結晶粒径を持つマ
イクロポリクリ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ることができ、
このためエミツタ側より入射する光が有効にＩ層
に到達し、フオトキヤリアを多数発生せしめるこ
とも可能な構成である。
比べて広いEg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の大きさの結晶粒径を持つマ
イクロポリクリ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ることができ、
このためエミツタ側より入射する光が有効にＩ層
に到達し、フオトキヤリアを多数発生せしめるこ
とも可能な構成である。
また、このコレクタ領域に単結晶半導体よりな
る複数のベース領域とこのベース領域上に非単結
晶半導体よりなる複数のエミツタ領域を設けさら
に、この各々のエミツタ領域の光照射面側に特定
の波長範囲の光を透過するフイルターを設けるこ
とにより、色に対する感度を持つセンサーを実現
できる。さらに、このフイルターを赤、緑、青等
の光の要素に対応するように設けることにより、
人間の色感度と同程度のセンサーを実現できる。
る複数のベース領域とこのベース領域上に非単結
晶半導体よりなる複数のエミツタ領域を設けさら
に、この各々のエミツタ領域の光照射面側に特定
の波長範囲の光を透過するフイルターを設けるこ
とにより、色に対する感度を持つセンサーを実現
できる。さらに、このフイルターを赤、緑、青等
の光の要素に対応するように設けることにより、
人間の色感度と同程度のセンサーを実現できる。
特に、この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るため、
そのEg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、きわめて変換効率
が高く、また光感特性も人間の視感度と同一であ
るため、『光増幅機能を有する人間の目』の代行
をさせることができる。
ルフアスまたは半非晶質の半導体を用いるため、
そのEg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、きわめて変換効率
が高く、また光感特性も人間の視感度と同一であ
るため、『光増幅機能を有する人間の目』の代行
をさせることができる。
また、光活性半導体層としてのＩ層に、アモル
フアス構造または半非晶質構造の半導体を使用で
き、かつ使用する材料を変更することで任意の波
長帯を選択することができる。例えば、ゲルマニ
ユームの場合そのEgが１〜1.2eVの範囲、また
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、光フアイバーを用いた光通
信用の受光センサとしてきわめて好都合である。
フアス構造または半非晶質構造の半導体を使用で
き、かつ使用する材料を変更することで任意の波
長帯を選択することができる。例えば、ゲルマニ
ユームの場合そのEgが１〜1.2eVの範囲、また
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、光フアイバーを用いた光通
信用の受光センサとしてきわめて好都合である。
また、フオトトランジスタ構造においては、エ
ミツタ・ベース間には順方向バイアスが加わる。
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、逆方向耐圧を約〜5V、あるい
は順方向においては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の耐圧は何ら支障なく実
用上耐えることができる。
ミツタ・ベース間には順方向バイアスが加わる。
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、逆方向耐圧を約〜5V、あるい
は順方向においては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の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、順方向バイアスが印加される空
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、また逆バイアスが
印加される領域はその耐圧向上と、逆方向バイア
ス印加時のリーク電流を10-9〜10-11A（10V印加
の場合）の程度にまで減少を計ることができる。
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、また逆バイアスが
印加される領域はその耐圧向上と、逆方向バイア
ス印加時のリーク電流を10-9〜10-11A（10V印加
の場合）の程度にまで減少を計ることができる。
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、得られる電
流として10-4〜10-6A（5V印加の場合）を得るこ
とができることになり、本発明のように単結晶半
導体を非単結晶半導体と複合化したことは、それ
ぞれ長所を互いに出し合い、またそれぞれの短所
を互いに補い合うことができ、その構成効果は著
しいものがある。
領域に非単結晶半導体を用いた場合、得られる電
流として10-4〜10-6A（5V印加の場合）を得るこ
とができることになり、本発明のように単結晶半
導体を非単結晶半導体と複合化したことは、それ
ぞれ長所を互いに出し合い、またそれぞれの短所
を互いに補い合うことができ、その構成効果は著
しいものがある。
以下に図面に従つてその実施例を示す。
実施例 １
第２図は本発明の光電変換装置の製造工程を示
すたて断面図である。
すたて断面図である。
第２図Ａにおいて、単結晶半導体基板として
（100）面をする珪素半導体を用いた。この基板１
はN+型の半導体層７とＮ型（Ｉ型またはN-型を
含む）半導体１７とよりなつている。さらにこの
表面を1100℃の酸素中にて熱酸化し、酸化珪素膜
４を0.1〜0.5μｍの厚に形成し、これをマスクと
してＰ型不純物を選択的に200Å〜1μｍの厚さに
ドープした。
（100）面をする珪素半導体を用いた。この基板１
はN+型の半導体層７とＮ型（Ｉ型またはN-型を
含む）半導体１７とよりなつている。さらにこの
表面を1100℃の酸素中にて熱酸化し、酸化珪素膜
４を0.1〜0.5μｍの厚に形成し、これをマスクと
してＰ型不純物を選択的に200Å〜1μｍの厚さに
ドープした。
このドープは例えばBSG（ボロンガラス）を使
用しての熱拡散法であつても、またイオン注入法
で形成させてもよい。
用しての熱拡散法であつても、またイオン注入法
で形成させてもよい。
かくして第２図Ａの単結晶半導体１はコレクタ
機能を有するN-N基板と、その上部に単結晶半
導体よりなるベース２を構成させている。さらに
かかる単結晶半導体のベース２上に真性または
1015〜1017cm-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真性の非単結晶半導体
層を500〜5000Åの厚さにプラズマCVD法により
形成させた。
機能を有するN-N基板と、その上部に単結晶半
導体よりなるベース２を構成させている。さらに
かかる単結晶半導体のベース２上に真性または
1015〜1017cm-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真性の非単結晶半導体
層を500〜5000Åの厚さにプラズマCVD法により
形成させた。
この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
フアスまたは半非晶質の珪素を主成分とする半導
体を作製する場合、シランまたはジクロールシラ
ンまたはフツ化珪素ガスを13.56MHzの周波数を
持つ高周波電力を加え、グロー放電法により100
〜350℃の温度で形成させた。
元素例えばフツ素または塩素の添加されたアモル
フアスまたは半非晶質の珪素を主成分とする半導
体を作製する場合、シランまたはジクロールシラ
ンまたはフツ化珪素ガスを13.56MHzの周波数を
持つ高周波電力を加え、グロー放電法により100
〜350℃の温度で形成させた。
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
結晶性を有するもので、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
なる特許願（繊維構造を有する半導体およびその
作製方法 特許願57−87801 S57.5.24）に示され
ている。さらにまた、本発明人は1982年秋の第43
回応用物理学会学術講演会にて、この繊維構造を
有する半導体について発表を予定しており、その
発表よおび予稿集を参照されたい。
結晶性を有するもので、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
なる特許願（繊維構造を有する半導体およびその
作製方法 特許願57−87801 S57.5.24）に示され
ている。さらにまた、本発明人は1982年秋の第43
回応用物理学会学術講演会にて、この繊維構造を
有する半導体について発表を予定しており、その
発表よおび予稿集を参照されたい。
この繊維構造を有する半導体は、Egとして1.5
〜1.8eVを有しながらも、その光吸収係数が単結
晶半導体と同程度に小さく、また電気伝導度も10
〜300（Ωcm）-1ときわめて大きな値を有するため、
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。
〜1.8eVを有しながらも、その光吸収係数が単結
晶半導体と同程度に小さく、また電気伝導度も10
〜300（Ωcm）-1ときわめて大きな値を有するため、
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。
また、このＮ層１２をアモルフアス珪素半導体
で形成させると、その吸収係数が大きいため、フ
オトキヤリアを発生する空乏層領域に十分光が到
達せず好ましくない。このため、この半導体とし
て、珪素単体では前述のような光吸収係数の小さ
いマイクロポリクリスタル（結晶粒径100〜300
Å）または繊維構造を有する半導体を使用するこ
とが有効である。
で形成させると、その吸収係数が大きいため、フ
オトキヤリアを発生する空乏層領域に十分光が到
達せず好ましくない。このため、この半導体とし
て、珪素単体では前述のような光吸収係数の小さ
いマイクロポリクリスタル（結晶粒径100〜300
Å）または繊維構造を有する半導体を使用するこ
とが有効である。
また、このＮ層１２としてアモルフアス半導体
を用いる場合は、Ｉ層１１に比べ大きいエネルギ
ーバンド巾をSixC1-x（０＜ｘ＜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１２での光吸収による透過光の減
少を少なくし、空乏層領域に到達する光の量を大
きくさせることができた。
を用いる場合は、Ｉ層１１に比べ大きいエネルギ
ーバンド巾をSixC1-x（０＜ｘ＜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１２での光吸収による透過光の減
少を少なくし、空乏層領域に到達する光の量を大
きくさせることができた。
第２図Ｂでは、さらにこの上面に透明導電膜１
３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
ム光を蒸着法により形成した。この後フオトマス
ク１４を使用して、ITO１３、Ｎ層１２、Ｉ層１
１を選択的にエツチングし、エミツタ領域を形成
する。
３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
ム光を蒸着法により形成した。この後フオトマス
ク１４を使用して、ITO１３、Ｎ層１２、Ｉ層１
１を選択的にエツチングし、エミツタ領域を形成
する。
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５を作製し、同時にベース２よりベースリー
ド６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５を作製し、同時にベース２よりベースリー
ド６を作製した。
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会合化して含侵し、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。
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会合化して含侵し、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。
最後に第２図Ｃに示される如く、酸化珪素膜１
５を約0.5μｍの厚さにオーバーコートした。この
酸化珪素膜も、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℃以下の温度として、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の放出
による信頼性低下を防いだ。
５を約0.5μｍの厚さにオーバーコートした。この
酸化珪素膜も、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℃以下の温度として、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の放出
による信頼性低下を防いだ。
かくした後、半導体基板１の裏面にコレクタ領
域用の取り出し電極８をアルミニユームで形成し
た後、外部引き出し電極１６をボンデイングし
て、フオトトランジスタ機能を持つ光電変換装置
を構成させることができた。
域用の取り出し電極８をアルミニユームで形成し
た後、外部引き出し電極１６をボンデイングし
て、フオトトランジスタ機能を持つ光電変換装置
を構成させることができた。
第３図は第２図ＣのＡ−A′のたて断面の対応
してエネルギーバンド図を示している。
してエネルギーバンド図を示している。
この図面において、ベース領域２、コレクタ領
域１７，７は単結晶半導体１よりなり、エミツタ
領域のＮ型半導体１２、Ｉ型活性層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２９、ホール
３１が発生する。
域１７，７は単結晶半導体１よりなり、エミツタ
領域のＮ型半導体１２、Ｉ型活性層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２９、ホール
３１が発生する。
この時ベース領域２、エミツタ領域１２間に
は、順方向バイアスが、またベース領域２、コレ
クタ領域１７，７間には５〜50Vの逆方向バイア
スが印加される。かくすることにより、hfe＝
5000以上のフオトトランジスタ機能を持つ光電変
換装置を作ることができた。
は、順方向バイアスが、またベース領域２、コレ
クタ領域１７，７間には５〜50Vの逆方向バイア
スが印加される。かくすることにより、hfe＝
5000以上のフオトトランジスタ機能を持つ光電変
換装置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、かかる
場合においても、ベース領域２（単結晶珪素半導
体ではそのEgが1.1eV）に比べてエミツタ領域１
２，１１（Egは1.7〜2eV）はそのEgが大きいた
め、ベース領域よりエミツタ領域に逆向きに流れ
るホールがブロツキングされるため、単結晶半導
体のみで作るプレナー型のトランジスタに比べ
て、はるかにすぐれた増幅作用をさせることがで
きた。
ランジスタとして作用させることができ、かかる
場合においても、ベース領域２（単結晶珪素半導
体ではそのEgが1.1eV）に比べてエミツタ領域１
２，１１（Egは1.7〜2eV）はそのEgが大きいた
め、ベース領域よりエミツタ領域に逆向きに流れ
るホールがブロツキングされるため、単結晶半導
体のみで作るプレナー型のトランジスタに比べ
て、はるかにすぐれた増幅作用をさせることがで
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作ることができ
た。
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作ることができ
た。
実施例 ２
この実施例は第２図に示すような製造工程にお
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。かくすることによ
り、そのエネルギーバンド巾は1eVを有し、非単
結晶半導体のためその光の吸収係数も大きい。こ
のため、赤外用のセンサとしてすぐれたものであ
つた。
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。かくすることによ
り、そのエネルギーバンド巾は1eVを有し、非単
結晶半導体のためその光の吸収係数も大きい。こ
のため、赤外用のセンサとしてすぐれたものであ
つた。
即ち、第２図Ａに示すように半導体基板中にベ
ース領域２を形成した後、プラズマ気相法により
200〜300℃の温度でゲルマン気体を導入し、ベー
ス領域２上に500〜5000Åの厚さに活性ゲルマニ
ユーム層１１を積層したものである。またエミツ
タ領域のＮ型半導体１２は、N+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、Ｎ型半導体層（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、多くの赤外光を活性ゲルマニユーム層１
１に供給することができた。
ース領域２を形成した後、プラズマ気相法により
200〜300℃の温度でゲルマン気体を導入し、ベー
ス領域２上に500〜5000Åの厚さに活性ゲルマニ
ユーム層１１を積層したものである。またエミツ
タ領域のＮ型半導体１２は、N+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、Ｎ型半導体層（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、多くの赤外光を活性ゲルマニユーム層１
１に供給することができた。
この工程以外は実施例１に基づいて作製した。
かくして、赤外検出用で逆方向のリーク電流が
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、本実施例の場合、特にNPN
（NIPIN型を含む）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。
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、本実施例の場合、特にNPN
（NIPIN型を含む）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。
実施例 ３
第４図Ａは本発明の他のフオトトランジスタ機
能を持つ光電変換装置のたて断面図を示す。
能を持つ光電変換装置のたて断面図を示す。
図において、受光部が大面積（１cm2以上）を有
するため、エミツタ領域のＮ型半導体層１２上の
透明導電膜１３上に補助電極１８が10〜30μｍの
巾で200〜1000μｍの間隔をおいて設けられてい
る。また、バイアス電圧はエミツタ領域３−コレ
クタ領域７間に電極１６，８より印加し、結果と
してエミツタ領域のＮ型半導体層１２−活性層１
１−ベース領域２間は順方向に、またＰ型のベー
ス領域２−ＩまたはN-型の半導体層１７−N+型
のコレクタ領域７には逆方向バイアスがかかり、
ベースの電極は設けていない。これでも十分なフ
オトトランジスタ効果を確認することができた。
するため、エミツタ領域のＮ型半導体層１２上の
透明導電膜１３上に補助電極１８が10〜30μｍの
巾で200〜1000μｍの間隔をおいて設けられてい
る。また、バイアス電圧はエミツタ領域３−コレ
クタ領域７間に電極１６，８より印加し、結果と
してエミツタ領域のＮ型半導体層１２−活性層１
１−ベース領域２間は順方向に、またＰ型のベー
ス領域２−ＩまたはN-型の半導体層１７−N+型
のコレクタ領域７には逆方向バイアスがかかり、
ベースの電極は設けていない。これでも十分なフ
オトトランジスタ効果を確認することができた。
この実施例において、活性層１１は半導体層全
体にわたつて形成している。またこの活性層１１
を非単結晶珪素として可視光を、また非単結晶ゲ
ルマニユームまたSixSn1-x（０＜ｘ＜１）、Six
Pb1-x（０＜ｘ＜１）として赤外または可視−赤外
領域の検出と使い分けることが好ましい。
体にわたつて形成している。またこの活性層１１
を非単結晶珪素として可視光を、また非単結晶ゲ
ルマニユームまたSixSn1-x（０＜ｘ＜１）、Six
Pb1-x（０＜ｘ＜１）として赤外または可視−赤外
領域の検出と使い分けることが好ましい。
実施例 ４
第４図Ｂは、本発明の他の光電変換装置を示し
ている。
ている。
この図面においては、Ｎ型のコレクタ領域７、
N-層１７、Ｐ型のベース領域２は単結晶珪素半
導体１により構成されエミツタ領域は非単結晶半
導体３により活性層１１が設けられている。本実
施例では、たの実施例とは異なり、この上のＮ層
の製造を省略したものである。図面ではアルミニ
ユームのくし型電極１８をリフトオフ法で作製
し、その上面をSiOまたはTiO2を電子ビーム蒸着
法で作製して反射防止膜を形成させている。
N-層１７、Ｐ型のベース領域２は単結晶珪素半
導体１により構成されエミツタ領域は非単結晶半
導体３により活性層１１が設けられている。本実
施例では、たの実施例とは異なり、この上のＮ層
の製造を省略したものである。図面ではアルミニ
ユームのくし型電極１８をリフトオフ法で作製
し、その上面をSiOまたはTiO2を電子ビーム蒸着
法で作製して反射防止膜を形成させている。
さらに、この構成に加えて、活性層１１と電極
１８との間に、トンネル電流を流し得る２〜20Å
の厚さの窒化珪素、炭化珪素膜を作製しMIS構造
としてもよい。
１８との間に、トンネル電流を流し得る２〜20Å
の厚さの窒化珪素、炭化珪素膜を作製しMIS構造
としてもよい。
その他は実施例１、２と同様である。
実施例 ５
第４図Ｃは本発明の他の実施例を示す。
本実施例はコレクタ領域内に複数のベース領域
を構成させてできたものである。
を構成させてできたものである。
図面においては、単結晶半導体のＰ型の３つの
ベース領域２，２′，２″がコレクタ領域７，１７
上に設けられている。単結晶半導体基板１の上に
非単結晶半導体３として活性層１１、エミツタ領
域１２、透明導電膜１３が設けられ、外部引き出
し電極５がアルミニユームでできている。３つの
光電変換装置部分２５，２６，２７はコレクタを
共有している。それらの入射光１０側には、赤、
青、黄または赤、緑、黄等の３種類の色フイルタ
ー２０，２１，２２が設けられ、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
を有している。
ベース領域２，２′，２″がコレクタ領域７，１７
上に設けられている。単結晶半導体基板１の上に
非単結晶半導体３として活性層１１、エミツタ領
域１２、透明導電膜１３が設けられ、外部引き出
し電極５がアルミニユームでできている。３つの
光電変換装置部分２５，２６，２７はコレクタを
共有している。それらの入射光１０側には、赤、
青、黄または赤、緑、黄等の３種類の色フイルタ
ー２０，２１，２２が設けられ、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
を有している。
かかる構造の光電変換装置により、人間の目と
同様の色の識別が可能となり、その信号を増幅し
て検出することができるようになつた。
同様の色の識別が可能となり、その信号を増幅し
て検出することができるようになつた。
もちろん、コレクタを共有せず、それぞれ独立
型としたいわゆる集積化構造としてもよいことは
いうまでもない。
型としたいわゆる集積化構造としてもよいことは
いうまでもない。
さらに、エミツタ側をベース、コレクタに比べ
て広いEgを持つ半導体を使用したことにより、
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を持つ半導体を使用したことにより、
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
キヤリア移動度はホールが電子に比べて数十分の
一しかないことにある。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
キヤリア移動度はホールが電子に比べて数十分の
一しかないことにある。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。
『発明の効果』
以上の説明より明らかな如く、本発明は単結晶
半導体の特徴と、非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、微小リ
ーク特性を持ち、かつ視可得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、非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、微小リ
ーク特性を持ち、かつ視可得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、エミツタ側をベース、コレクタに比べ
て広いEgを持つ半導体を使用したことにより、
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を持つ半導体を使用したことにより、
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。
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。第２図は本発明の光電変換装置の作製
工程を示す。第３図は第２図Ｃに対応してエネル
ギーバンド図である。第４図は本発明の他の光電
変換装置のたて断面図を示す。
図を示す。第２図は本発明の光電変換装置の作製
工程を示す。第３図は第２図Ｃに対応してエネル
ギーバンド図である。第４図は本発明の他の光電
変換装置のたて断面図を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ コレクタ領域となる一導電型の半導体領域を
有する単結晶半導体基板と、前記基板に設けられ
た前記コレクタ領域とは逆導電型の単結晶半導体
のベース領域と、該ベース領域上の少なくとも一
部に水素またはハロゲン元素が添加され光照射に
より光起電力を発生する非単結晶半導体で構成さ
れたエミツタ領域とが設けられたことを特徴とす
る光電変換装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記エミツ
タ領域は、真性または実質的に真性の半導体層
と、前記半導体層上に前記ベース領域とは逆導電
型の半導体層を積層して設けられたことを特徴と
する光電変換装置。 ３ コレクタ領域となる一導電型の半導体領域を
有する単結晶半導体基板と、前記基板に複数設け
られた前記コレクタ領域とは逆導電型の単結晶半
導体のベース領域と、該ベース領域上の少なくと
も一部に水素またはハロゲン元素が添加され光照
射により光起電力を発生する非単結晶半導体で構
成された複数のエミツタ領域と、前記エミツタ領
域の各々の光照射面側に特定の波長範囲の光を透
過させるフイルターとが設けられたことを特徴と
する光電変換装置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記エミツ
タ領域は、真性または実質的に真性の半導体層
と、前記半導体層上に前記ベース領域とは逆導電
型の半導体層を積層して設けられたことを特徴と
する光電変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57138225A JPS5928387A (ja) | 1982-08-09 | 1982-08-09 | 光電変換装置 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP57138225A JPS5928387A (ja) | 1982-08-09 | 1982-08-09 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5928387A JPS5928387A (ja) | 1984-02-15 |
| JPH059948B2 true JPH059948B2 (ja) | 1993-02-08 |
Family
ID=15217008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57138225A Granted JPS5928387A (ja) | 1982-08-09 | 1982-08-09 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5928387A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61285638A (ja) * | 1985-06-13 | 1986-12-16 | New Japan Radio Co Ltd | ビ−ム直進形マイクロ波管 |
| CN110400859B (zh) * | 2019-08-23 | 2020-06-23 | 深圳市星华灿科技有限公司 | 一种红外三极管芯片制造工艺 |
| CN110473923A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-19 | 深圳市星华灿科技有限公司 | 一种红外光敏三极管芯片 |
-
1982
- 1982-08-09 JP JP57138225A patent/JPS5928387A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5928387A (ja) | 1984-02-15 |
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