JPS6094768A - 光半導体装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、エミッタ短絡型の光半導体装置に係シ、特に
光半導体装置の光感度を向上させる構造に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

第１図は、エミッタ短絡型の光半導体装置のひとつであ
る従来の光サイリスタの断面構造を示している。図にお
いて、半導体基体１は積層状になっておシ、例えば、１
３はｎ型導電性の第１エミッタ層であシ、その上に順次
ｎ型導電性の第１ペース層１２．ｎ型導電性の第２ベー
ス層１１．ｎ型導電性の第２エミッタ層１ｏが積層状に
形成され、各層間にｐｎ接合ＪＩ−Ｊｓができている。

第１エミッタ層１３の裏面にはアノード電極２１が低抵
抗接触している。一方、表面側では、第２エミッタ層１
０と第２ペース層１１とが露出１〜、その上にカソード
電極２００が低抵抗接触している。従って、ｐｎ接合Ｊ
３は短絡されている。更に、第２ベース層１１内には、
第２エミッタ層１０から離れ、表面に露出する第２エミ
ッタ層１０と同じ導電型の受光エミツタ層１０ａが形成
され、この受光部エミツタ層１０ａと第２ベース層１１
との間のｐｎ接合Ｊ４の露出部が受光部電極２０１で短
絡されている。

この光サイリスタは、例えば光ファイバ３０からの光３
１でまず点弧する受光部サアリスタとしての第１の４層
領域Ｔｌ１ｌ　とこの受光部サイリスタの電流で点弧す
る主サイリスタとしての第２の４層領域Ｔｈ２とからな
る。第１の４層領域と第２の４層領域の間に補助サイリ
スタとしての第３の４層領域を形成し、第１の４層領域
で発生する電流を増幅して主サイリスタに供給すること
も可能である。

とのような構造を採るのは、大電流を制御する場合、初
期点弧領域である光照射領域に大電流が集中することを
防ぎ、小電流のうちに導通面積を補助サイリスタ、更に
主サイリスタへと広げ、ジ２　ニール熱による素子破壊
を防ぐためである３、こうすると、主サイリスタよシも
補助サイリスタ、それよりも受光部サイリスタの点弧感
度を高くてき＼受光部サイリスタの高感度化を図ること
ができる。

光による点弧現象に関する発明者等の研究の結果、第１
図の受光部エミッタ層１０ａｆｃ通して光が照射される
受光部サイリスタをもつ光サイリスタでは、光によって
第１エミツタ層１３．第１ベース層１２．第２ベース層
１１に発生し主サイリスタのカソード電極２００へ流れ
るｉ！流ｉＩ、のほかに、受光部サイリスクの第２ベー
ス層１１と受光部エミツタ層１０ａのｐｎ接合Ｊ４によ
る太陽電池効果で受光部電極２０１を通って流れる電流
１ｐがあることが発見された。これらの電流の和ｉ　ｂ
　十ｉｐと第２ベース層１１の横方向の抵抗Ｒｍとによ
り、光照射領域下の受光部エミツタ層ｉｏａと第２ベー
ス層１１とのＪ４接合に１１＃１方向ノ’Ｉ［圧（Ｉ　
ｂ　＋　ｔ　ｐ　）　Ｘ　Ｒｎが加わる。この電圧がＪ
４接合のしきい値電圧よシ大きくＡると、受光部エミツ
タ層１０ａから多量の電子が注入されることから、アノ
ード・カソード電極間に印加された電圧を阻止していた
Ｊ２接合の空乏層が第１の４層領域において消滅し、受
光部サイリスタは点弧する。この受光部サイリスタが点
弧するときの最小の光照射量を最小点弧光入力ＰＧＴと
呼ぶことにする。

最小点弧光入力ＰＧＴは、第１図のような構造で４ｋＶ
程度の阻止電圧をもつ光サイリスタでは、５ｍＷ程度で
あシ、ターンオン時間を短くするには、更にＰＧＴの５
倍以上の光量が必要である。しかし、現状では、発光素
子と光ファイバの光結合効率が数チと低いため、光ファ
イバからの光出力は小さく、そのような大きな光量を、
発光素子によシ安定的に供給するのは困難で、Ｐ（ＩＴ
を小さくすることが望ましい。最小点弧光入力Ｐｏｔを
小さくするには、抵抗ＲＢを大きくし、小さな１ｂ−４
−ｔｐの電流でＪｎ４接合がしきい値電圧に達するよう
にすればよい。

ここで、第１図に示すような光サイリスタのアノード電
極２１に正、カソード電極２００に負の急峻な立ち上シ
の電圧を加えると、ｔＴ２接合にｉｂと同じような変位
電流が流れる。この変位電流と抵抗Ｒｍとにより、第２
ベース層１１と第２エミッタ層１０との間の５３接合及
び第２ペース層と受光部エミツタ層１０との間のＪ４接
合が順バイアスされ、光照射しなくても、光サイリスタ
が誤点弧してしまう。誤点弧しない電圧上昇率の限界値
をｄ　ｖ　／　ｄ　を耐１．という。先に述べた抵抗′
ｆＬＩＩを大きくすることは、ｄｖ／ｄｉ耐計を低下さ
せるので好ましくない。

以上の事柄をまとめると、最小点弧光入力ＰＧ？を小さ
くするために抵抗Ｒ１を大きくした場合に、ｄ　ｖ　／
　ｄ　を耐量が逆に低下してしまう欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ｄｖ／ｄｔｉｌｌＩｔｔの低下を来さ
ずに、光入力に対して高感度の光半導体装置を提供する
ことである。

〔発明の概要〕

本発明は、太陽電池効果により発生する起電力を効率よ
く引き出すために第２ベース層１１と受光部エミツタ層
１０ａとの間に抵抗分を介在させて光感度を高める一方
、ｄ　ｖ　／　ｄ　を耐量に対しては、この抵抗分が影
響を及ぼさないようにして、最小点弧光入力ＰＯＴとｄ
ｖ／ｄｔ耐量を独立に設定できるようにしたものである
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図〜第６図により説明する
。

第２図は、本発明の光半導体装置のひとつの実施例を示
しており、第１図の従来例と同一符号を付した部分は同
一機能を果す。この第１実施例の特徴は、第１の４層領
域のｐ型溝電性の第２ベース層１１とｎ型導電性の受光
部エミツタ層１０ａとの間に外付は抵抗Ｒを介在させて
いる点にある。

従って、従来例の受光部電極２０１ば、この実施例では
、第１の電極２０２と第２の電極２０３とに分割されて
いる。

抵抗層を介在させたことにより、第２ベース層１１と受
光部エミツタ層１０ａとの間に順方向の電圧降下を生じ
させる成分として、（１ｂ−１−１ｐ　）ｘｎ、ｎのほ
かに、ｔ、ＸＲが加わるために、Ｊ４接合をしきい値電
圧に高め易く、光感度が向上する。

抵抗Ｒを付加したことのｄｖ／ｄｔ耐−畦に与える影響
を考慮してみると、アノード電極２１とカソード電極２
００間に負の急峻な立ち上りの電圧を加えた場合は、電
流Ｉ、の影響はなく、ｉｂのような電流のみが流れるた
めに、第２ベース層１１と受光部エミツタ層１０ａとの
間に順方向の電圧降下を生じさせる抵抗分としては、Ｔ
Ｌ＊のみが関与する。従って、抵抗Ｒを介在させること
によ、９、ｄｖ／ｄｔ耐量が低下することは危い。

第３図は、抵抗Ｒを変えたときの最小点弧光入力ＰＯＴ
の変化を示す図である。Ａ点から抵抗層を大きくするに
つれてＰ（ＩＴが低下し、すなわち光感度が向上する。

更に抵抗Ｒを大きくすると、最小点弧光入力はＢ点で極
小値に達し、その後は急速に光感度が悪化する。との光
感度の低下は、光サイリスタの点弧直前から始まる受光
部エミツタ層１０ａから第２ベース層１１への電子注入
により、受光部エミッタ層１０ａ、抵抗Ｒ９第１の電極
へと流れる電流が生じ、この電流が抵抗Ｒを電流量、と
は逆方向に流れるため、第２ベース層１１と第２エミッ
タ層１０との間に逆方向の電圧降下を生じることと、抵
抗Ｒにより電子注入の電流が抑制されることに起因する
。

次に抵抗層の好ましい値について述べる。第４図は、受
光部サイリスクの第２ベース層１１と受光部エミツタ層
１０ａとの間の太陽電池効果によって生ずるこれら層間
の電圧Ｖ１ｍと電流ｉ、の関係を示す図である。発明者
らの研究の結果、第３図のＡ、Ｂ、Ｃ各点に対応する抵
抗値を重ねて表示してみると、Ｐｏｔが極小値を示すＢ
点の抵抗は、第４図において、太陽電池の起電力（ｉ、
ＸＶｎＰ＋）を最も効率よく引き出す抵抗であることが
わかった。つまシ、第２ベース層１１の横方向の抵抗Ｒ
＋＋と抵抗Ｒとの和を、太陽電池の起電力を効率よく引
き出す値に調整することで、光感度を最大にできること
が発見された。なお、Ａ点ではＶＢ　ｚ０Ｓ が小さく、第２べ・−ス層１１と受光部エミツタ層１０
との間に順方向の電圧降下を生じさせる効果が少ない。

一方、０点では、Ｉｐが小さいために、１、とは逆方向
の電子注入による電流で抵抗Ｒを流れるみかけの１．の
電流が更に小さくなシ、抵抗Ｒによる順方向の電圧降下
が小さくなる。以上の理由からＡ点およびＣ点付近では
光感度が低下する。

この実施例によれば、最小点弧光入力ＰａＴが極小値と
なるＢ点では、抵抗層を付加しない時に比較して、光感
度を約３０％向上できることが、実験で確認できた。

第５図は、本発明の他の実施例を示すもので、抵抗Ｒを
光サイリスタ内に形成した点に特徴がある。抵抗層５０
０は、例えば抵抗率の制御が比較的容易な多結晶シリコ
ンによ多形成され、ｗｃｌ及び第２の電極２０２と２０
３によシ、第２ベース層１１と受光部エミツタ層１０Ｂ
とにそれぞれ低抵抗で接触している。４００は、第２ベ
ース層１１と受光部エミツタ層１０ｇとの短絡を防ぐた
（１０） めのｓ　ｓ　０２などの絶縁層である。

このように抵抗Ｒも集積化すれば、外付は抵抗が不要と
なるので、スペースの節約となり、取扱いも容易である
。

第６図は、本発明のもうひとつの実施例を示している。

この実施例では、第２図の抵抗Ｒと等価的な抵抗Ｒｚを
受光部エミツタ層内に設けたことを特徴とする。ｎ型導
電性の受光部エミツタ層１０ａは、電子の注入効率を良
くするために、一般に高濃度のキャリアを含んでおり、
抵抗率が小さくなっている。そこで、この受光部エミツ
タ層内に抵抗Ｒと等価な抵抗Ｒｚを設けるには、第６図
示の如く、受光部エミツタ層の一部をエツチングしてキ
ャリア数が少なく抵抗の大きな領域を形成すればよい。

本実施例では、第５図に示すような抵抗層５００を形成
する必要がなく、製造が容易になる利点がある。

なお、ｄｖ／ｄｔ耐量についての要求がそれほど厳しく
ｋい光サイリスタでは、上記抵抗層ＲＩＩを調整しても
よいことはいうまでもない。

（１１） 〔発明の効果〕 本発明によれば、太陽電池効果により発生する起電力を
効率よく引き出すために第２ペース層と受光部エミツタ
層との間に抵抗層を設けて光感度を高めることができ、
しかもこの抵抗層がｄ　ｖ／ｄ　ｉ耐量に対して何らの
悪影響を及ぼさないので、光感度が高くしかもｄ　ｖ／
ｄ　ｉ耐重も高い光半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光サイリスタの概略断面図、第２図は本
発明の第１実施例の概略断面図、第３図は抵抗と最小点
弧光入力の関係を示す特性図、第４図はベースとエミッ
タ間の市、圧と電流との関係を示す特性図、第５図は本
発明の第２実施例の概略断面図、第６図は本発明の第３
実施例の概略断面図である。 １・・・光半導体装置（光サイリスタ）、ｌｏ・・・ｎ
型導電性第２エミッタＭ、１０　ａ・・・受光部エミツ
タ層、１１・・・ｐ型導電性第２ベース層、１２・・・
ｎ型導電性第１ベース層・　１３・・・ｐ型導電性第１
エミ（１２） ツタ層、２１・・・アノード電極、３０・・・光ファイ
バ、３１・・・光、２００・・・カソード電極、２０１
・・・受光部電極、２０２，２０３・・・第１．第２の
電極、４００・・・絶縁層、５００・・・抵抗層、Ｒ，
ＲＩ・・・抵抗。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 （１３） 帛　ｌ　目 茅３　目 ヘース・エミンタ向めｆｉ−”ｂ　％ニア九尺第　５　
日 第　６　日 ３０２０！ ３’　１０（Ｌ ；″ Ｊ３／ｌ ＝ 丁Ｌ？　Ｔ／１２−一−−−トーー丁り、、ｒｈ、２１ 丁　１１ Ｊｌ　”　＼１３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電型が交互に異なる第１エミツタ層、第１ペース
   層、第２ベース層、第２エミッタ層の積層からなる主サ
   イリスタ領域と、第１エミッタ層。 第１ペース層、第２ベース層及び受光部エミツタ層の積
   層からなる受光部サイリスタ領域とが並設された半導体
   基体と、第１エミッタ層にオーミックコンタクトした第
   １の主電極と、第２エミッタ層にオーミックコンタクト
   した第２の主電極と、受光部エミツタ層表面に光ｌ・リ
   ガー信号を付与する手段と、受光部エミツタ層と第２ペ
   ース層との間に、光トリガ信号を付与したときに第２ペ
   ース層と受光部エミツタ層との間に発生する光起電力を
   最大にする抵抗値を有する抵抗分と、を形成したことを
   特徴とする光半導体装Ｉｆｆ。 ２、特許請求の範囲第１項において、抵抗分が前記短絡
   部に介在させた外付は抵抗であることを特徴とする光半
   導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、抵抗分を前記半導
   体基体内の第１領域自体に形成したことを特徴とする光
   半導体装置。