JPS5823477A - 光感応シリコンプレ−ナ形サイリスタ - Google Patents

光感応シリコンプレ−ナ形サイリスタ

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JPS5823477A
JPS5823477A JP56123270A JP12327081A JPS5823477A JP S5823477 A JPS5823477 A JP S5823477A JP 56123270 A JP56123270 A JP 56123270A JP 12327081 A JP12327081 A JP 12327081A JP S5823477 A JPS5823477 A JP S5823477A
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JP
Japan
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photothyristor
junction
photosensitive
impurity concentration
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JP56123270A
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Inventor
Kohei Matsuda
松田 公平
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NEC Corp
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20Individual 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
    • H10F30/21Individual 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
    • H10F30/26Individual 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 three or more potential barriers, e.g. photothyristors
    • H10F30/263Photothyristors

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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Thyristors (AREA)

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】 本発明は光感応サイリスタ%に光感応シリコンブレーナ
形ティリスタに関する。
光感応サイリスタ鉱、例えばPNPNの4層構状態から
順方向導通状部に移行せしめるように形成されたサイリ
スタである。
この光感応サイリスタは覗扱いうる電流により大電流用
と中小電流用に分けることができる。大電流としては阻
止接合がベベル形に形成された基板の側面に露出して−
るーわゆるベベル形構造が用いられており、これに対し
中小電流用としてはいわゆるプレーナ形構造のものが多
く用いられている。
これ線プレーナ形構造によるとリーク電流を小さくでき
るため比較的光感度を上げやいことと中小電流用では耐
圧もそう高耐圧で無くとも良−ためである。
しかしながら最近における光感応サイリスタの応用が進
むにつれてよシ高耐圧で一層光感度の高い光感応サイリ
スタの実用化が強く望まれている。
1g1図はか−る従来の光感応シリコ/プレーナ形サイ
リスタ(以下ホトサイリスタという。)の構造を示す模
式的断面図である。(酸化膜、電極などは省略しである
。) NWiのシリコン基板1に突抜は層2を有するP型の工
きツタ領域(P、領域)3とN型のベース領域(N1領
域)4とP臘のベース領域(p、領域)5とNWlのエ
ミッタ領域(N、領域)6からなるPl。
N、、P、、N、の4層が順次相隣接して形成されてい
る。
@2図はかかるホトサイリスタの光感度の試験回路の一
例を示し友もので、ホトサイリスタ7はバイアス電源8
により電流計9′t−介して順バイアスされ、ホトダイ
オード10により光がホトサイリスタ7の上面に照射さ
れるようにな9ている。
このような動作状態にお−ては、PlとN1O接合J1
とP、とN、の接合J、は順バイアス、NlとP。
の接合J、は逆バイアスされるので、バイアス電圧はほ
とんど接合J、に印加されJ、近傍に空間電荷層が形成
される。
この状態で光が照射されると、その光エネルギによりて
正孔−電子対が発生し接合J、の近傍で増幅されて18
層あるーはN1 層に流れ込み光電流工、を流すことに
なる。この光電流は通常のサイリスタにおけるゲート電
流と同様に少数キャリヤの増倍率を増大しター/オンさ
せることになる。
上述の説明からも明か−なとおり、このホトサイリスタ
で光感度を上げるためには光照射によりて発生される正
孔−電子対の発生効率を高めるとともに発生された正孔
−電子対を効率曳く接合J。
に到達せしめ少数キャリヤO増倍率を上げさせることが
必要である。従りてこのためにはP、領域5の接合J、
の深さ!、、(1!1図参照、)ftできるだけ浅く形
成しなければならないことになる。
一方順方向耐圧であるところのピークオフ電圧(以下耐
圧という)は、接合J、の形状(正しくは形成される空
間電荷領域の形状)に依存することが大である。すなわ
ち−合52 の底部両端部分の曲率半径r(第1図参照
)が小さければ小さい程電界集中が強くなり耐圧が低下
する。従って上述のように光感度を上げるために接合J
、の深さN5.を浅くすればする1!、光感度は上がる
が耐圧が低下してしまい場合によりでは製品の規格を満
足しなくなる。
次に光によシP、領域5中で発生した少数キャリヤであ
るところの電子を効率良く接合J8  に到達せしめる
には、発生した電子が再結合作用により消滅しないよう
に、P、領域5における少数キャリヤのライフタイムを
大としなければならない。
このためにはP、領域SOH面不純物濃度C,を小さく
する必要がある。
一方すイリスタOターンオy%性の安定性を規定する重
要な特性の一つであるオフ電圧上昇率(dv/dt) 
 Idこのp、領域5F)抵抗が大スeわち宍面不純瞼
濃度C0が小さくなると、その領域における偏位電流に
よる電圧降下が大となるためK d v / d t 
 が小さくなる。
上に詳細に説明したとおり、従来のホトサイリスタはそ
の光感!l!を上げようとすると耐圧が低下するとと4
にdマ/dtが小さくなるために、高光感度・高耐圧・
高dマ/dt特性を併せ持つとζろのホトサイリスタを
製作することが非常に困難であり、この難点を打開して
高光感度・高耐圧―高dマ/dt 特性のホトサイリス
タの実現が強く望まれている。
本発明の目的は、かかる難点を打開して高光感度・高耐
圧・高dv/dt 特性の光感鞄シリコンプレーナ形サ
イリスタを提供することにある。
本発明のホトサイリスタは、第1導電型のシリコン基板
に突抜は層を有する第2導電型のエミッタ領域とIII
導電臘のベース領域と1!2導電型のベース領域と第1
導電区のエミッタ領域との4層が順次相隣接して形成さ
れてなる光感応シリコンプレーナ形サイリスタにお−で
、前記第2導電截のベース領域の表面不純物濃度が(2
X1017〜2 X 10”) /cAかりその接合深
さカ(43〜60)μmであることからなりている。
以下1本発明について図面を用い詳細に説明する。
本発明のホトサイリスタは上に詳しく説明した従来技術
の有する難点を解決するために、第1図に示したと同じ
構成すなわち、N型シリコン基板lに突接は層2を有す
るP型のエンツタ領域(η領域)3とNWAのペース領
域(N、領域)4とP型のペース領域(P、領域)5と
N型のエンツタ領域(N2領域)6からなるPK、Nl
、P、、Nlの4層が順次相隣して形成されでなるホト
サイリスタについて、P、領域50接合J、の深さ”j
p及びその表面不純物濃度C1を金色と変えて実験した
結果、前述の従来技術による推論とは反対に、光感度を
上げるためには接合J、の深さを従来よりも却って深く
したところに、更にその表面不純物濃度C3も従来より
も却9て大としたところに最適範囲が存在することを見
出したことによる。この事は上述の従来技術の説明から
明らかな如く耐圧並びにdv/dt  をも高めること
になり、本発明の目的とした高光感・高耐圧・高dマ/
dt 伸性Oホトサイリスタが得られることになる。
次にこれらの実験結果について詳しく説明する。
実験に用−た試験回路は先に説明した第2図に示す回路
を用いた。ここで使用したLBDIOとしては通常LB
Dとホトサイリスタを結合させたホトサイリスタカプラ
として良く用いられる発光波長が0.94μm付近にピ
ークを有するGaAs赤外発光ダイオードを用いた。そ
してバイアス電源8によfi12Vのバイアス電圧を与
えホトサイリスタ7の暗電流を光電流I8 として測定
した。
(実験l) 接合J、の接合深さ”jpと光電流IRo
関係。
P、領域の表面不純物濃度をI X 10”(/ca)
一定にして、接合深さ”jpのみを金色変えた場合の■
8の測定結果を第3図に示す、同図の横軸はxj、(μ
m)、縦軸はI、(μ人)である。
この図から明らかなように、■、はxJpとして50μ
m付近に最大値を有する曲線で示すことができ、従来用
−られている40μm以下よシは却9て深いところに光
感度の大きい領域が存在すると、とになる、このことは
使用したLBDIOの波長0.94μmの赤外光Oシリ
コ/中への平均浸透深さが約50μmである門と考える
と容易に理解することかで睡る。
(実験2)N、領域OP、面不純物濃度C,と光電施工
、の関係。
接合J、の深さ”jpをそれぞれ40,50.60μm
一定としてP、領域の表面不純物濃度C8を金色変えた
場合OI、の測定結果を第4図に示す。
同図の横軸は表面不純物濃度C,(/cj ) 、縦軸
は光電流IN(μ人)、パラメータはX4.(μm)で
ある。
この図から明らかなように、11はC8がl×1σ8/
 cd付近に最大値を有する曲線で示すことかで龜る。
更に”jpに対する依存性はほとんど見られず第1図に
示した工、対”j?の関係に従りて各曲線が移行して−
ることが分る。
この結果も前述の従来技術による表面不純物濃度C1が
小さvh@光感fCI、に相当)が高−はずであるとい
う推論とは異なハC1の大舞いところにしかも最適値が
存在することを明らかにして−る。
この結果は次のように考えると曳く理解することかで話
る。光照射によりP、領域5に発生した少数キャリヤと
しての電子はP、領域を拡散にようて接合J3に向って
運ばれるとともにP、領域内の不純物の濃度勾配によシ
誘起されるドリフト電界によって加速を受ける。そして
このドリフト電界はC,の大なる程強くなる。−刀先に
説明した如く前記電子は正孔との再結合によりて接合J
8に到達前に消滅するものがある。すなわち光照射界に
より運ばれる割合M、との相乗積に関連して定まる。(
Mac(t−M、)M、)。ところで、 Cs大ではM
l大、M、大* (1−Ml)小、C1小ではN1小、
N8小、(1−Ml)大であるので特定のC1(c、。
)でMが最大となる。かくして”Jpt−一定にしてC
1を変えるとC1,でIRが最大となる曲線が得られる
ことになる。
しからばどの範囲に”jp及びC,の範囲を定めたら本
発明の目的とする高光感度ホトサイリスタが得られるか
を次に検討する。
まず、従来技術によるホトサイリスタの光感度はIRの
値として10μ人であるのでこれを満足するところの範
囲を求める。@4図においてI、−10μAの線を引く
と3(、、−59μmの曲線とC5が2 X 1o1?
/c−と2xlO”/cdの2点で交わり、C1がlX
10”/C−ではIRが22鮎であることが分る。次い
で第3図において工、が22μ人となるx −60μm
に対応する”jpのjp 籠を求るとX、、!43μmを得る。すなわちI、71
0μAt”最低規格とした場合には、xl、として(4
3〜60)amかツC3とじて(2X1017〜2XI
O””)/C−を有するところのP、領域5を形成すれ
ば良iことになる。
更に、高光感度ホトサイリスタとして工、O値を従来の
もの02倍の20μ人とした場合を検討する。tず、I
I4図にお−て、C6が2 X 101?、イ(及び2
 X 10”/ cjの2点KThlnてI、−20μ
Aとなるように%l、、M5Qμmの曲線に相似的に曲
線を引き%C,tlX10”ν′C−に対する工、)値
としてI、−30,5μAli得る0次に第3図よシこ
の1.■30.5μ人に対応するx、、。
籠として455m及び55μmを得る。すなわち工Rw
z29μ人を最低規格とした場合には’ xJpトして
(45〜55)μmかつCとして(2X10”$ /cd 〜2 x 10”/csa)/cmを有すると
ころノP。
領域5を形成すれば良いことになる。
@5図は以上の検討結果から得られたものを図示したも
のである。なお図の表し方は繭と同様である。
第5図から本発明のホトサイリスタは、P、領域として
弐面不純吻濃度C1を(2X1017〜2xxO”)/
cdかつ一合J、 O深さX、、t(43〜60)μm
を有するよう形成されて−るので、光感度はIIlとし
て従来のものの値であるlOμ人よりは4倍近くも大き
vh([のものまで容易に得られることが分る。
更に、高光感度のもOe)みが必要な場合には、Cs 
 t (2X 10 ” 〜2 X 10 ’ ” )
 / 7かり”It町(45〜55)μmとすることに
よp工、の値が従来のものの2倍である20μA以上の
よp 一層高光感度のホト・サイリスタを容易に得るこ
とかで自る。
であるところの耐圧とdv/dtは、本発明のホトサイ
リスタはP、領域50表面不純物濃度C8を従来よりも
高くしであるのでdv/dt  は従来のものよりも大
となる。又接合J、の深さを深くしであるので、J、 
O底部両端における曲率中径rはより大舞くなシ従うて
耐圧もより高くなる。(これらはいずれも実験的にも確
められて−る。)これまでの説明にお―ては、シリコ/
基板1としてN@の場合を採り上げたけれども、これが
P鉦の場合におりても同様に本発明が適用で愈ることは
言うまでもな−。
以上詳細に説明したとおり1本発明の光感応シリコンプ
レーナ形サイリスタは、@2導電型のペース領域として
弐面不純物濃度が(2X10 〜2X10” ) / 
al並びにそO接合深さが(43−60)μmとそれぞ
れ従来のものよシも大きく、かつそれぞれの光感度に対
f、h最大値を有するところの感度曲線に基づいて従来
のものよりも大話な光感度が得られるようにそれらの範
囲は定めであるので、光感度は平均として従来のものの
約(2〜3)倍の高光感度を有するとともに耐圧並びy
Cd v /dtの一層大きな高光感度・高耐圧・高d
v/dt特性の光感応シリーンプレーナ形サイリスタを
提供できることになシその効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のホトサイリスタの構造を示す模式的断面
図、第2図はホトサイリスタの試験回路図、第3図は接
合J、 O深さx39対光電流工、特性曲線図、第4図
及び@5図は”jpをパラメータとしたP、領域の異面
不純物濃度゛C1対光電流−特性曲線図である。 1・・・・・・N@のシリコ/基板、2・・・・・・突
接は層、3・・・・・・Pa1のエミッタ領域(P、領
域)4・・・・・・N型のペース領域(N、領域)%5
・・・・・・Pgのペース領域(P、領域)、6・・・
・・・N11のエミッタ領域(N、  領域)、7・・
・・・・ホトサイリスタ、8・・・・・・ノ(イアスミ
源、9・・・・・・電流針、10・・・・・・ホトダイ
オ−ド(LED)、Jl、J、、J、−−−−−−接合
、”jp”””接合JlO深さ、C1・・・・・・領域
P、O表面不純物濃度。 ト で   5   袷   ミ   ま   膓S2―戦
ご(1) 扁   5   砲   タ   ミ   (呆修櫨ζ
(1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. @l導電WIOシリラ/基板に実技は層を有する@2導
    電型のエミッタ領域と第1導電型のベース領域と第2導
    電型のベース領域と第1導電型のエミッタ領域と04層
    が順次相隣接して形成されてなる光感応シリコンブレー
    ナ形すイリスタにおいて、前記wi2導電導電m−ペー
    ス領域面不純物濃&カ(2X 10”〜2 x 10”
    )/c4がりその接合深さが(43〜60)μmである
    ことを特徴とする光感応シリコ/プレーナ形サイリスタ
JP56123270A 1981-08-05 1981-08-05 光感応シリコンプレ−ナ形サイリスタ Granted JPS5823477A (ja)

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JPH0136265B2 JPH0136265B2 (ja) 1989-07-31

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53164773U (ja) * 1977-05-31 1978-12-23
JPS5412574A (en) * 1977-06-29 1979-01-30 Shindengen Electric Mfg Photosensitive thyristor
JPS54102993A (en) * 1978-01-31 1979-08-13 Mitsubishi Electric Corp Optical semiconductor device

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