DE2211384A1 - Schaltungsanordnung mit mindestens einem strahlungsgespeisten Schaltungselement und Halbleiteranordnung zur Anwendung in einer derartigen Schaltungsanordnung - Google Patents
Schaltungsanordnung mit mindestens einem strahlungsgespeisten Schaltungselement und Halbleiteranordnung zur Anwendung in einer derartigen SchaltungsanordnungInfo
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Description
Pc^.Tias'sssor
Anmelder: N. V. PHILIPS1 GLOEiLAMPENFABRlEKEN
Zri Hfl
"Schaltungsanordnung mit mindestens einem strahlungsgespeisten Schaltungselement
und Halbleiteranordnung zur Anwendung in einer derartigen Schaltungsanordnung."
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit mindestens einem strahlungsgespeisten Schaltungselement und
auf eine Halbleiteranordnung mit einem strahlungsgespeisten Schaltunga·
element zur Anwendung in einer derartigen Schaltungsanordnung.
Die Erfindjijig bezweckt insbesondere, Speiseleitungen
für eine von aussen anzuschliessende elektrische Speisung für den Betrieb
wenigstens eines Teiles einer derartigen Schaltungsanordnung zu vermeiden, so dass die Schaltungsanordnung sich besonders gut zur
Ausbildung als eine integrierte Halbleiteranordnung eignet, wobei auf
eine Anzahl von Speiseanschlusspunkten auf dieser Halbleiteranordnung
verzichtet werden kann oder sogar nur noch Anschlusspunkte für elektrische Eingangs- und Ausgangssignale benötigt werden. Eine Schaltung»
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anordnung nach der Erfindung unterscheidet sich daher im allgemeinen
τοπ den bekannten, von Licht gesteuerten Traneistorschaltungen, bei
denen Lichtsignale die Leitfähigkeit eines Ton einer elektrischen
Stromquelle gespeisten Transistors steuern, darin,' dass gemäss der
Erfindung durch das auffallende Licht - oder in allgemeinen durch die auffallende Strahlung - Energie zum Erreichen elektrischer Verstärkung
geliefert wird.
Der in dieser Beschreibung Terwendete Ausdruck
"Strahlung" beschränkt sich nicht auf sichtbares Licht, sondern umfasst
auch Infrarot- bzw. Ultraviolettlicht, im allgemeinen diejenige Strahlung, für die das Halbleitermaterial eine Umwandlung in elektrische
Energie bewirkt.
Wenn nachstehend von "Speisung" die Hede ist, wird
im allgemeinen an die Lieferung der für Signal verstärkung benötig «ei:
Energie, d.h. an die vollständige oder nahezu vollständige Lieferung
des HauptstroBs durch das betrachtete Schaltungselement gesacht. Dieser Hauptstrom wird bei einem Bipolartransistor durch den Emitter-Kollektorstrom,
bei einem Feldeffekttransistor durch den Kanalstrom von der Quelle zu der Senke, bei einem "Unijunction"- oder Doppelbasiatransistor
durch den Strom von einer Basis zu der anderen gebildet, usw. Obendrein wird für den Betrieb eines solchen Schaltungr,-elements
meistens noch ein weiterer einer Steuerelektrode zuzuführender Einstellstrom oder -Spannung benotigt, der oder die gegebenenfalls
auch m.-rt Hilfe der auffallenden Strahlung geliefert werden kann. rn
der nachstehend zu beschreibenden Halbleiteranordnung kann die Strahlung gegebenenfalls 3ogar lediglich zum Erzeugen von Einstellströnuin
oder -Spannungen dienen.
Bekannte von Licht gespeiste Transistorschalturu;e^
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-j-
enthalten ein Halbleiterbauelement, von dem ein oder »ehrere pn-U*b#rgange
bestrahlt werden, so dass sich ein solcher Uebtrgang wie eine
elektrische Speisestroroquelle für einen oder mehrere weitere Traneistoren
der Schaltungsanordnung verhält.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein'e Schalt
tungsanOrdnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet,
dass sie eine Kaskadenschaltung eines ersten und eines zweiten Tran-Bistors
enthält, und dass der Hauptstrom des ersten Transistors wenigstens iffl wesentlichen durch Bestrahlung des Eeitter-Basis-Uebergangs
des zweiten Transistors geliefert wird. Dadurch dass der Emitter-Basis-Uebergang
des zweiten Transistors für die Speisung des ersten Transistors ausgewählt wird, lassen sich Schaltungsanordnungen erhalten,
die sich besonders gut für logische Punktionen eignen, wie ein Nicht-Oder-Tor (nor-gate) bzw. für Niederleistungs- und/oder lineare
Verstärkung, wie für Hörgeräte. Die Vorteile besthen namentliche in
einer erheblichen Vereinfachung der Integrationstechnologie.
Die Schaltungeanordnung nach diesem Aspekt der
Erfindung weist als Vorzugsmerkmal auf, dass die Emitter des ersten
und des zweiten Transistors als eine zusammenhängende Zone von einer
ersten Leitfähigkeitstjrp in einem Halbleiterkörper ausgebildet sind,
in welcher Zone voneinander getrennte Basiszonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorgesehen sind, innerhalb deren die Basis-Kollektor-Uebergänge
des ersten und des zweiten Transistors liegen.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist die
Schaltunß3anordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet
das« sie ein entweder in dem "Ein"- oder in den "Aus"-Zustand betriebenes
aln elektronischen Schalter dienendes Schaltungselement enthält,
und dußa der Speieeetrom für die Schaltungaanordnung von einem
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BAOOlSGiNAt
Strahlung ausgesetzten gleichrichtetenden Uebergang geliefert wird,
der zu der Hauptstrombahn des Schalters parallel lieft und der demzufolge in der Nähe entweder des Kurzschlussstroawertes oder des NuIletromwertes e«iner von der Strahlung erzeugten Strom-Spannungs-Kennlinie betrieben wird« je nachdem die Schaltungsanordnung sich in
ihrem "Ein"- oder in ihrem "Aus"-Zu8tand befindet, wobei die auf diese Weise über dem gleichrichtenden Uebergang erzeugte Spannung zur
Steuerung an ein weiteres al· elektronischen Schalter dienendes Schaltungselement weitergeleitet wird. Dabei wird daher der merkwürdige
Effekt benutzt, dass der gleichrichtende Uebergang als eine Speisequelle und zugleich als Belastung für den Transistor dient.
der Erfindung ist besonders geeignet zur Anwendung in Digitalkreisen
für legischt Schaltungen. Derartige logische Schaltungen enthalten
häufig eine Vielzahl auf einem einzigen Halbleiterkörper integrierter
Transistoren, die durch Leiterbahnen Miteinander verbunden sind, so
dass eine Anzahl von Anschlusspunkten für einen oder mehrere Eingänge, einen oder mehrere Ausgänge und elektrische Speisung gebildet
wird. Leiterbahnen für die Speisung werden durch Anwendung der Pffindung wenigstens zu einem wesentlichen Teil vermieden.
Die Erfindung bezweckt weiterhin, Halbleiteranordnungen zu schaffen, die eine einfache und zweckmässige Transistorstruktur mit einem durch Bestrahlung einzustellenden pn-Uebergang
enthalten und die sich vorteilhaft auch in Schaltungsanordnungen gemäss der Erfindung verwenden lassen.
Die Erfindung hat weiter den Zweck, eine Halbleiterstruktur zu schaffen, bei der der Grad der Umwandlung von Strahlung
in einen Photostrom über einem bestrahlten Uebergang besonders hoch ist.
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- 5 - 221138A -PHN.5705 c
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine
Halbleiteranordnung, die sich zur Anwendung in einer Schaltungsanordnung
nach einem vorangehenden Aspekt der Erfindung eignet und die
einen Halbleiterkörper mit einem Transistor mit einer Emitter-, einer
Basis- und einer Kollektorzone enthält,welche Zonen ait je einem Anschlusskontakt
versehen sind, wobei optische Mittel mit deren Hilfe der Emitter-Basis-Uebergang des Transistors wenigstens zeitweilig
durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung eingestellt werden können, und eine Speiaequelle zur Einstellung der Kollektorzone im
kollektierenden Zustand vorgesehen sind, und wobei elektrische Eingangssignale
zwischen den Anschlusskontakten der Basis- und der Emitterzone dem Transistor zugeführt und elektrische Ausgangssignale
dem Anschlusskontakt der Kollektorzone entnommen werden, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kollektorzone an eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers granzt und - auf diese Hauptoberfläche gesehen - die
ganze Kollektorzone auf einem Teil der Basiszone liegt; dass d:.e
Basiszone ringsum die Kollektorzone an die Hauptoberfläche grenzt; dass die Basiszone und die Kollektorzone zusammen nur örtlich an die
Hauptoberfläche grenzen, und dass sich die Emitterzone unterhalb
der ganzen Basiszone erstreckt, wobei die optischen Mittel di _%ch
Mittel gebildet werden, äit deren Hilfe über die Hauptoberfläche optische
Strahlung der Umgebung des Emitter-Basis-Uebergangs des Transistors zugeführt wird, so dass der von den optischen Mitteln erzeugte
Photostrom über dem Emitter-Basis-Uebergang bei einem äusseren
Kurzschluss über diesem Uebergang grosser als der Photostrom über dem
\ Kollektor-Ba3i3-Uebergang bei einem äusssren Kurzschluss über dem
) letzteren Uebergang ist.
Dem dritten Aspekt der Erfindung liegt u.a. die
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Erkenntnis zugrunde, dass, obgleich die Anwendung eines umgekehrten
Transistors, d.h. eines Transistors, dessen Emitter-Basis-Uebergang
tiefer alsder Kollektor-Baais-Uebirgang in dem Halbleiterkörper liegt,
einen etwas niedrigeren Verstärkungsfaktor bedingen kann, dennoch die Anwendung eines solchen umgekehrten Transistors zu bevorzugen ist.
Ausserdem ist für Schaltungaanordnungen der obenbeschriebenen Art der
erhaltene Verstärkungsfaktor der Transistoren im allgemeinen gut ausreichend. Ferner ermöglicht die Anwendung umgekehrter Transistoren
eine besonders günstige Integrationsform, wie aus Nachstehendem noch näher hervorgehen wird.
Der Erfindung liegt also u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass die obenbeschriebene umgekehrte Transistorstruktur bestimmte
Vorteile gegenüber einem üblichen planaren Siliciuatransistor aufweisen
kann, dessen Emitterzone eine an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende hochdotierte Oberflächenzone ist und bei dem
der Emitter-Basis-Uebergang unmittelbar unter der betreffenden Oberfläche liegt, während der Umgebung des Emitter-Basis-Üeberganga über
die eine Oberfläche optische Strahlung zugeführt wird.
Dies hängt mit der Tatsache zusammen, dass, z.B. bei
Anwendung der üblichen Halbleitermaterialien, wie Germanium und
Silicium, in der dünnen Emitterzone im wesentlichen nur biaucs Licht
absorbiert wird und ausserdem die dabei erhaltenen Elektr^n-L<ch-Paare
in der hochdotierten Emitterzone grös3tenteils rekombinieren,
bevor sie zu dem Fhotostrom über dem Emitter-Basis-Uebergang beitragen
können. Die schnelle Rekombination ist dar grosser, Verunr^inigungakon?*ntration
in der Emitterzone e.net; üblichen plnnarer.
Transistors zuzuschreiben, welche Verunre nigungskonzontration hoch
sein muQS, eil die Emitterzone gewöhnlich durch Diffusion in einem
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Oberflächenteil einer bereits diffundierten Basiszone gebildet wird* ·
Grünes und rotes Licht dringen tiefer in den Halbleiterkörper des Transistors ein, wodurch auch diese Absorption nur in geringe· Mass·
zu dem Bhotostrom über dem Emitter-Basis-Uebergang beiträgt, während
gerade rotes Licht einen wesentlichen Bestandteil der von üblichen
Strahlungsquellen, wie Glühlampen., emittierten Strahlung bildet.
In einen Halbleiterkörper nach den dritten Aspekt
der Erfindung ist die Kollektorzone als eine an die Oberfläche die
Halbleiterkörper grenzende Oberflächenzone ausgebildet, während der
Emitter-Basis-Uebergang - von der Hauptoberfläche her gesehen- tiefer
in dem Halbleiterkörper und unterhalb des Basis-Kollektor-Uebergangs
liegt, was sich zum Erzeugen eines Photostroms und/oder einer Photospannung über dem Emitter-Basis-Uebergang als günstig erwiesen hat.
Bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung besteht eine grössere Wahlfreiheit in bezug auf die
Dotierung der Emitterzone als bei der Herstellung eines üblichen planeren Transistors, weil die Emitterzone nicht als eine diffundierte
Oberflächenzone in einem Oberflächenteil einer diffundierten Basiszone
angebracht zu werden braucht. Dadurch kann die Dotierung der Emitterzone den Anforderungen in bezug auf die Erzeugung eines Photostroms
und/oder einer Photospannung über dem Emitter-Basis-Uebergang besser
angepasst werden.
grenzende Teil der Basiszone weist vorzugsweise in Richtung nach der
Hauptoberfläche eine zunehmende Verunreinigungskonzentration auf, weil eine hohe Verunreinigungskonzentration an der Hauptoberfläche
die Oberflächenrekombination von Ladungsträgern in der Basiszone
herabsetzt, wodurch der Verstärkungsfaktor des Transistors verbessert
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wird. Die Verunreinigungskonzentration kann dabei in Richtung auf die
Hauptoberfläche allmählich, wie in einer diffundierten Oberflächenzone, oder vielmehr stufenweise zunehmen.
Eine besondere Auöführungsform der Halbleiteranordnung
gemäss dem dritten Aspekt der Erfindung, die .eine einfache leicht
herzustellende Struktur aufweist und eich besonders gut für Integration
eignet, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ein Halbleitersubstrat ait einer darauf angebrachten epitaktischen
Schicht enthält, in welcher Schicht sich die Basiszone des Transistors befindet, während wenigstens der an die epitaktische Schicht
grenzende Teil des Substrats tu der Emitterzone gehört.
Vorzugsweise umgibt die Emitterzone im Halbleiterkörper
die Basiszone vollständig und die Emitterzone grenzt gleichfalls an die eine Oberfläche. Dies bedeutet bei gleichbleibender
Ausdehnung der Basiszone eine Vergrösserung des zu bestrahlenden
Eaitter-Basis-Uebergangs und somit des zu erhaltenden Photostroms.
Ausserdem kann die Emitterzone erwünschtenfalls nun auch an der einen
Oberfläche kontaktiert werden.
Eine weitere Vergrösserung des Eaiitter-Basis-Ueber-
gangs und somit des zu erhaltenden Photostroms lässt sich dadurch erzielen,
dass die Emitterzone eine neben der Kollektorzone liegende Oberflächenzone enthält, die als Emitterrandzone bezeichnet wird
und die durch die Basiszone von dem unterhalb der Basiszone liegenden Teil der Emitterzone getrennt ist und an einen neben der Basiszone
liegenden und an die eine Hauptoberflfiche grenzenden Teil der Emitterzone
grenzt.
Eine besondere Ausführungsform der Halbleiteranordnung
fernäss den fritten Aspekt der Erfindung, die sich u.a. auf
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Integration von Schaltungsanordnungen nach der Erfindung bezieht, in·
denen Transistoren mit miteinander verbundenen Emittern enthalten sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ausser
dem bereits genannten einen Transistor noch einen weiteren Transistor mit einer an die Hauptobeffläche des Halbleiterkörpers grenzenden
Kollektorzone enthält, wobei - auf die Hauptoberfläche gesehen - diese
Kollektorzone auf einem Teil der Basiszone des anderen Transistors
liegt, diese Basiszone ringsum die Kollektorzone an die Hauptoberfläche
grenzt und die Emitterzone, die dem anderen und dem faereifcs
genannten einen Transistor gemeinsam ist, aich unterhalb der ganzen '
Basiszonen der beiden Transistoren erstreckt. Es dürfte einleuchten, dass mehr als zwei Transistoren mit einer gemeinsamen Emitterzone
in derHalbleiteranordnung angebracht sein können; in der Praxis wird dies auch häufig der Fall sein.
Vorzugsweise werden die optischen Mitteln durch
Mittel gebildet, die auch der Umgebung des Emitter-Basis-Uebergan^s
des anderen Transistors Strahlung zuführen, damit dieser Uebergang wenigstens zeitweilig durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung
vorgespannt wird, wobei eine weitere besondere Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kollektorzone des einen
Transistors elektrisch mit der Basiszone des anderen Transistors verbunden ist, während elektrische Eingangssignale der Basiszone des
einen Transistors zugeführt und elektrische Ausgangssignale von der Kollektorzone des anderen Transistors abgeführt werden. So ist auf
einfache und zweckmässige Weise ein wesnetlicher Teil einer Schaltung
nachder Erfindung in integrierter Form erhalten«
Die Basiszone τοη Transistoren *it einer gemeinsamer
Emitterzone einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung sind vor-
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zugsweise derart voneinander getrennt, dass parasitäre laterale Transistoren, deren Emitter- und Kollektorzonen durch die Basiszonen
der Transistoren mit einer gemeinsamen Emitterzone gebildet werden, gar keine oder nur eine geringe störende Wirkung haben. Daher ist
eine bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Basiszonen -des einen und des anderen Transistors eine zu der gemeinsamen
Emitterzone gehörige Oberflächenzone, die hoher als die Basiszone dotiert ist, angebracht ist. Mit Hilfe der hochdotierten
Zonen zwischen den B»siszonen wird die Wirkung der lateralen Transistoren
wenigstens grösstentiils beseitigt und ferner die Oberflächenrekombination verringert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den Basiszonen des einen und des anderer
Transistors eine in den Halbleiterkörper versenkte Isolierschicht liegt, die sich von der Hauptoberfläche her in dem Halbleiterkörper
ober einen Teil der Dicke dieses Körpers erstreckt. Dadurch kann praktisch keine laterale Transistorwirkung auftreten.
Die Erfindung schafft weiterhin eine Struktur für
die Emitterzone eines Transistors mit einem durch Bestrahlung einzustellenden
Emitter-Basis-Uebergang, welche Struktur die Erzeugung eines Photostroms fiber dem Emitter-Basis-Uebergang durch Absorption
von Strahlung in der Umgebung dieses Uebergangs günstig beeinflusst und die dennoch das Erhalten eines guten Verstärkungsfaktors ermöglicht.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist eine
Halbleiteranordnung, die sich zur Anvendun§ in einer erfinduögsgeinässen
Schaltung eignet und die mit eine» Halbleiterkörper mit einem
Transistor mit einer Emitter-, Basis- und Kollektorzone versehen ist
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wobei optische Mittel mit deren Hilfe der Emit;ter-Basis-Uebergang
des Transistors wenigstens zeitweilig durch optische Einstrahlung in
der ■ Vorwärtsrichtung eingestellt wird, und eine Speisequelle zur
Einstellung der Kollektorzone im kollektierenden Zustand'vorgesehen
sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone zwei aneinander grenzende Teilzonen vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, von denen
die eine Teilzone einen höheren spezifischen Widerstand als die andere Teilzone aufweist und die eine Teilzone zwieohen der Basiszone
und deranderen Teilzone liegt und mit der Basiszone, die den entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp aufweist, wenigstens dön grössten Teil dee Emitter-Basis-Uebergangs bildet»
Dem vierten Aspekt der Erfindung liegi u.a. die
Erkenntnis zugrunde, dass die Emitterzone eines Transistors einer Halbleiteranordnung, wie einer für Anwendung in einer Schaltung nach
der Erfindung geeignet, bei der derEmitter-Basis-^ebergang durch optische
Einstrahlung in der Vorw&rierichtung eingestellt wird, vorzugsweise
nicht nur die für eine Emitterzone Übliche hohe Dotierung aufweisen muss.
Die eine Teilzone mit höherem spezifischem Widerstand der Emitterzone einer Halbleiteranordnung nach dem vierten Aspekt
der Erfindung ergibt, wie sich herausgestellt hat, eine Verbesserung des elektrooptischen Effekts des Emitter-Basis-Üeb'crgangs,
d.h. der Erzeugung eines Photostroms über dem Emitter-Basis-Uebergang,
während dennoch ein angemessener Emitterwirkungsgrad erhalten wird. Tatsächlich ist für einen angemessenen Emitterwirkungegrad die Dicke
der einen Teilzone mit höherem spezifischem Widerstand voreugsvei&e
kleiner als die Diffusionslänge der Minoritäteladungsträger in der
einen Teilzone mit höherem spezifischem Widerstand. Mit Rücksicht auf
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die hohe Güte der jetzt verwendeten Halbleitermaterialien, in deren
Diffusionslängen von 100/um und mehr vorkommen, bedeutet dies in der
Praxis 'kaum eine Beschränkung in bezug auf die Dicke der einen Teilzone,
weil· in der Halbleitertechnik.Zonen eines Halbleiterschaltungselements
gewöhnlich mit einer 100/um wesentlich unterschreitenden
Dicke ausgeführt werden. In praktischen Ausführungsformen einer Halbleiteranordnung
nach dem vierten Aspekt der Erfindung wird die Dicke der einen Teilzone meistens zwischen 0,1 /um und 50/us gewählt.
Vorzugsweise wird, höchstens mit Ausnahme von Randteilen des Emitter-Basis-Uebergangs, dieser Uebergang durch die eine
Teilzone und die Basiszone gebildet.
Eine besondere Ausführungsform einer Halbleiteranordnung
nach dem vierten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorzone an eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers
grenzt, und dass - auf diese Hauptoberflache gesehen- die
ganze Kollektorzone auf einem Teil der Basiszone liegt, während die
Basiszone ringsum die Kollektorzone an die Hauptoberfläche grenzt, die Basiszone völlig auf der einen Teilzone der Emitterzone liegt,
diese eine Teilzone auf der anderen Teilzone der Emitterzone liegt, und die eine Teilzone in zu der Hauptoberfläche parallelen Richtungen
von einem die Basiszone umgebenden und sich von der Hauptoberflache
her in dem Halbleiterkörper erstreckenden Gebiet begrenzt ist, das sich dem unterhalb der einen Teilzone liegenden Teil der anderen Teilzone
anschliesst und mit der einen Teilzone einen Uebergang bildet, der das Eindringen von Minoritatsladungsträgern aus der einen Teilzone
in das betreffende Gebiet erschwert.
Bei dieser Ausführungsform weist der Transistor überraschenderweise einen besonders günstigen Verstärkungsfaktor auf,
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was wahrscheinlich auf folgende Umstände zurückzuführen ist: Wenn der Emitter-Basis-Uebergang in der Vorwärtsrichtung eingestellt
wird, werden auch Ladungsträger aus der Basiszone in die Emitterzone injiziert, die dort Minoritätsladungsträger sind. Diese Injektion
soll zur Erzielung eines befriedigenden Eraitterwirkungsgrades möglichst
gering sein. Die in die eine Teilzone der Emitterzone injizierten
Minoritätsladungsträger können schwer in die hoher dotierte an- · dere Teilzone der Emitterzone eindringen, während sie ausserdem durch
das Vorhandensein der erwähnten Gebiete seitlich schwer entweichen können. Dadurch ist die Aufenthaltszeit der injizierten Minoritäts- ■
ladungsträger in der an die Basiszone grenzenden einen Teilzone lang, wodurch die Injektion aus der Basiszone in die eine Teilzone beschränkt
wird.
Eine günstige Ausführungsform einer Halbleiteranordnung
nach dem vierten Aspekt der Erfindung, die sich besonders gut als integrierte Halbleiteranordnung ausbilden lässt, ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ein Halbleitersubstrat mit einer darauf angebrachten epitaktischen Schicht enthält, die an eine
Hauptoberfläche dea Halbleiterkörpers grenzt und in der die Basiszone
als eine ringsum die Kollektorzone an die Hauptoberfläche grenzende Zone angebracht ist, die sich nur über einen Teil der Dicke der
epitaktischen Schicht erstreckt und die unterhalb der ganzen an die Hauptoberfläche grenzenden Kollektorzone liegt, wobei wenigstens der
unterhalb der Basiszone liegende Teil der epitaktischen Schicht zu der einen Teilzone der Emitterzone und wenigstens der an die epitaktische
Schicht grenzende Teil des Substrats zu der anderen Teilzone der Emitterzone gehört, und wobei die optischen Mittel durch
Mittel· gebildet werden, mit deren Hilfe über die Hauptoberfläche de-
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Umgebung des Emitter-Basis-Uebergangs Strahlung zugeführt wird.
Dabei erstreckt sich das Gebiet vorzugsweise■über
die ganze Dicke der e;itaktischen Schicht, wobei das Gebiet den gleich
en Leitfähigkeitstyp wie die Emitterzone aufweist und höher als die
Basiszone dotiert ist und zu der anderen Teilzone der Emitterzone gehört.
Das Gebiet kann auch vorteilhaft, aus Isoliermaterial, wie Silicxumoxyd, bestehen und sich über die ganze Dicke der epitaktischen
Schicht erstrecken.
Mit Rücksicht auf einen möglichst günstigen Verstärkungsfaktor des Transistors ist die eine Teilzone nicht grosser
als erforderlich ist, zu welchem Zweck eine bevorzugte Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach dem vierten Aspekt der Erfindung
dadurch gekennzeichnet ist, dass in zu der Hauptoberfläche parallelen
Richtungen die Basiszone von dem Gebiet begrenzt wird.
Die Erfindung schafft weiterhin eine Struktur für
einen Transistor mit einem durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung
einzustellenden Emitter-Basis-Uebergang, wobei der in
der Praxis nahezu unvermeidlich über dem Kollektor-Basis-Uebergang auftretende Photostrom, der' oft unerwünscht ist, in bezug auf den
über dem Err.itter-Basis-Uebergang auftretenden Photostrom klein ist.
Nach einein fünften Aspekt der Erfindung ist eine
Halbleiteranordnung, die sich zxir Anwendung in einer Schaltungsanordnung
gemäss der Erfindung eignet und einen Halbleiterkörper mit einem Transistor enthält, der eine sich an einer Seite des Halbleiterkörpers
befindende Kollektorzone aufweist, die einen Kollektor-Basis-Uebergang mit der Basiszone des Transistors bildet, welcher Tranaistor
ferner auf die erwähnte Seite des Halbleiterkörpers gesehen, ei:>e
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.5705 c
wenigstens unterhalb der Kollektorzone liegende Emitterzone enthält, ·
die den Emitter-Basis-Uebergang mit der Basiszone bildet, wobei optische
Mittel,'.mit deren Hilfe der Emitter-Basis-Uebergang wenigstens
zeitweilig durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung eingestellt
wird, und eine Speiseq\ielle zur Einstellung der Kollektomzone
im kollektierenden Zustand vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
dass - auf die erwähnte eine Seite des Halbleiterkörpers gesehen der Kollektor-Basis-Uebergang eine beträchtlich kleinere laterale
Ausdehnung als der Emitter-Basis-Uebergang aufweist, wobei der von der.
optischen Mitteln über dem Emitter-Basis-Uebergang erzeugte Photostron bei einem äusseren Kurzschluss über diesem Uebergang grosser ale. der
Fhotostrom über dem Kollektor-Basis-Uebergang bei einem äusseren Kurzschluss über diesem Uebergang grosser als der Photostrom über
dem Kollektor-Basis-Uebergang bei einem äusseren Kurzschluss über diesem Uebergang ist.
Dem fünften Aspekt der Erfindung liegt also u.a. die
Erkenntnis zugrunde, dass ein in bezug auf den Photostrom über dem Emitter-Basis-Uebergang kleiner Photostrom über dem LJ i.*5ktor-Basis~
Uebergang durch einen Unterschied in der Grosse dieser Uebergänge erreicht werden kann und dass dabei dennoch ein genügend grosser Verstärkungsfaktor
erzielbar ist.
Infolge der jetzigen hohen Güte der verwendeten
Halbleitermaterialien ist, wie sich herausgestellt hat, trotz der Tatsache, dass der Kollektor-Basis-Uebergang eine kleinere Ausdehnung
als der Emitter-Basis-Uebergang aufweist,.ein sehr günstiger Verstärkungsfaktor,
z.B. ein Kollektor-Basisstrom-Verstärkungsfaktor von mehr als 10, leicht erzielbar.
Vorzugsweise werden die optischen Mittel durch
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Mittel gebildet, mit deren Hilfe über die erwähnte eine Seite des Halblei-terkörpers der Umgebung dee Emitter-Basis-Uebergangs Strahlung
zugeführt wird, wobei der Photostrom über dem Kollektor-Baeis-Uebergang
durch eine mit der Kollektorzone verbundene Metallschicht (Metallelektrode) weiter herabgesetzt werden kann, welche Metallschicht
aus - auf die eine Seite des Halbleiterkörper*? gesehen wenigstens
oberhalb des grössten Teiles der Kollektorzone befindet.
Auch kann vorteilhaft eine Kollektorzone verwendet
werden, die durch eine metallhaltige Schicht gebildet wird, die auf
der Basiszone angebracht ist und mit dieser Zone einen Schottky-Uebergang
bildet. Die metallhaltige Schicht kann den Kollektor-Basis-Uebergang
gegen von den optischen Mitteln emittierte Strahlung abschirmen und auf diese Weise dazu beitragen, dass ein sehr kleiner
Photostrom über dem Kollektor-Basis-TJebergang auftritt.
Eine weitere Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach dem fünften Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Transistor eine Anzahl auf einer Seite des Halbleiterkörpers nebeneinander liegender Kollektorzonen enthält. Die Anwendung mehrerej
Kollektoren ermöglicht es, auf geeignete Weise elektrisch getrennte Ausgänge zu erhalten, die getrennten Eingängen von Folgertransistoren
zugeleitet werden können. Ferner kann durch Regelung der Enrnahme des Stromes an dem einen Kollektor der Verstärkungsfaktor ß. für den
anderen Kollektor geregelt werden.
Vorzugsweise ist die Ausdehnung des Emitter-Basis-Uebergangs
mindestens zweimal grosser als die eines Kollektor-Basis-Uebergangs.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in Jen schematischen Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden naher
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, beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die Strom-Spannungs-Kennlinien eines pn-Uebergangs
im unbeleuchteten und im beleuchteten Zustand;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung;
Fig. 3 eine Anzahl Strom-Spannungs-Kennlinien der
Transistoren in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung;
Fig. 5 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung;
Fig. 6 einen Schnitt durch einen weiteren Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung;
Figure 7» 8t 9 und 10 ja einen Schnitt durch eine
Abwandlung der letzteren Ausführungsform;
Fig. 11 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung;
Fig. 12 das Schaltbild der letzteren Ausführungsform;
Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung;
Fig. 14 einen Schnitt durch einen Teil einer weiteren Abwandlung der Halbleiteranordnung nach Fig. 6, und
Fig. 15 ein letztes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung in integrierter Form.
Die Kurve a in Fig. 1 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie eines pn-Uebergangs in einem Halbleiterkörper in unbestrahltem
Zustand und die Kurve b in bestrahltem Zustand.
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Dadurch, dass man Strahlung geeigneter Wellenlänge auf die Umgebung des pn-Uehergangs fallen lässt, werden durch Absorption
Loch-Elektron-Paare erzeugt. Die erzeugten Minoritätsladungsträger überschreiten infolge der Diffusionsspannung über dem
pn-Uebergang diesen Uebergang, d.h., dass in dem η-leitenden Gebiet
erzeugte Löcher zu dem p-leitenden Gebiet und in dem p-leitenden
Gebiet erzeugte Elektronen zu dem η-leitenden Gebiet wandern. Bei Kurzschluss des pn-Uebergangs werden alle Minoritätsladungsträger,
die den pn-Uebergang überschritten haben und dann zu Majoritätsladungsträgern geworden sind, abgeführt und beeinflussen die Diffusionsspannung
nicht. Sie sind äusserlich als Photostrom messbar: Kurzschlusstrom I , Bei einem nicht-äusserlichen Anschluss des pn-Uebergangs
sammeln sich die erzeugten Löcher in dem p-leitenden Gebiet und die erzeugten Elektronen im η-leitenden Gebiet, wodurch der
pn-Uebergang in der Vorwärtsrichtung polarisiert wird. Die dabei in der Vorwärtsrichtung über dem pn-Uebergang auftretende Photospannung
V ist gleich der Vorwärtsspannung über dem pn-Uebergang,
die ohne Bestrahlung zum Erzeugen eines Stromes I über dem Uebergang
erforderlich wäre.
Diese Erscheinung wird in den nachstehend zu beschreibenden
Schaltunganordnungen auf besondere Weise ausgenutzt.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung nach dem
ersten Aspekt der Erfindung, und zwar ein Nicht-Oder-Tor (Nor-gate),
das aus zwei oder mehr Tortransistoren T., Tp .., und einem darauf
folgenden Folgertransistor T, besteht. Die Eingänge A, B... der Torschaltung werden durch die Basis-Eliktroden der Tortransistoren T1,
T2 ... gebildet, während ihre Emitter-Kollektor-Strecken von der
Emitter-Basis-Strecke des Folgertransistpra T, überbrückt sind. Bei
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Annahme des Vorhandenseins der dargestellten Stromquellen I1 . I?, I-mit
der angegebenen Polarität zwischen den Basis- und Emitter-Elektroden wird der Transistor T, nur.Strom führen (infolge der in der
Vorwärtsrichtung wirksamen Stromquelle I-), wenn wedör der Transistor
-T1, noch der Transistor T„ leitend ist, d.h. wenn sowohl am Eingang
A als auch am Eingang B Erdpotent.ial wenigstens ein die innere Basis-Eingangsschwellwertspannung
der Transistoren T1 bzw* T„ unterschreitendes
Potential, vorherrscht, so dass die Strome der Quellen I1 bzw.
Ip zu Erde abfliessen.
Die erwähnten Stromquellen werden durch Bestrahlung der"Emitter-Basis-Uebergänge der Transistoren T1, Tp ... und T, erhalten.·
Wie an Hand der Fig. 2 bereits beschrieben wurde,
werden beim Fehlen von Signalen an den Punkten A und B (die mit den
Basis-Elektroden der entsprechenden Transistoren T1 bzw, Tp verbunden
sind) diese Transistoren infolge des erzeugten Emitter-Bais-Photostroms
leitend werden», und zwar derart stark, dass sie den Emitter-Basisphotostrom des Transistors T, (sowie diß 1:"?gebenenfalls
erzeugten parasitären Kollektor-Basisphotoströme) abführen, so dass für die Basis des Transistors T, zu wenig Strom verbleibt, um diesen
Transistor stromführend zu machen. Der Emitter-Basisphotostrom des Transistors T- als Funktion der Emitter-Basiss annung dieses Transistors
ist in Fig. 3 durch die Kurve c dargestellt; der Emitter-Kollektorstrom
des Transistors T1 bzw. T„ als Funktion der Emitter-Kollektorspannung
desselben ist in dieser Figur durch die Kurve d dargestellt. Unter den beschriebenen Bedingungen gelangt die Schaltungsanordnung
in den Gleichgewichtszustand L, dessen zugehöriger Spannungswert unterhalb der inneren Basis-Emitter-Eingangsschwell- .
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wertspannung des Transistors T, bleibt. Wenn die Spannungen anden
Punkten A und B unter diese Schwellwertspannung der Transistoren T1
bzw. Tp herabsinken, werden der Transistor T1 wowie der Transistor
Τ« gesperrt und es gilt ein Emitter-Kollektorstrom als Punktion der
Emitter-Kollektorspannung dieser Transistoren entsprechend der Kurve
e in Fig. 3 5 in diesem Falle wird der Gleichgewichtszustand H erreicht.
Der Transistor T, wird dann völlig Strom führen, so dass die Spannung an dessen Kollektor (Punkt D) praktisch auf Erdpotential herabsinkt.
Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung wird auf
besondere Weise die Kurve b (siehe Fig. 1) sowohl zur Speisung der
Hauptstrombahn eines entweder in einem "Ein"- oder in einem "Aus"-Zustand
betriebenen elektronischen Schalters, z.B. einer! Transistors, als auch zur Bildung der Belastungsimpedanz für diesen elektronischen
Schalter benutzt. Wie bereits beschrieben wurde, kann der bestrahlte gleichrichtende Uebergang einen Teil eines folgenden Transistors
bilden, der dann je nach dem Zustand des ersteren Transistors ein- oder ausgeschaltet wird; der gleichrichtende Uebergang kann aber
auch einen Teil des ersteren Transistors selber bilden, der dann zu gleicher Zeit durch den Spannungszustand über dem gleichrichtende!
Uebergang in seinen "Ein"- oder "Aus"-Zustand gebracht wird.
Fig. 15 zeigt ein Beispiel gemäss diesem zweioen
Aspekt der Erfindung. Ein p-leitender Halbleiterkörper 91S dessen
Oberfläche 95 mit einer Isolierschicht 94 überzogen ist, enthält die
an die Oberfläche 95 grenzenden η-leitenden Inseln 97» 98 und 9°·
In der Insel 97 ist ein Feldeffekttransistor VT1 mit einer p-leittM-den
Quellenzone 100 und einer p-leitenden Senkenzone 101 angebracht.
Auf der Isolierschicht 94 ist zwischen der Quellen- und der Sei ken/o
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100 und 101 die Torelektrode 102 des Feldeffekttransistor YT1 angebracht.
Die Quellenzone 101 ist mit Hilfe des Leiters 103 mit der
η-leitenden Teil des Halbleiterkörpers 96 verbunden. Die Senkenzone
101 ist über einen Kontakt IO4 mit einem Kontakt IO5 der Insel 98
verbunden.
Die Insel 98 bildet mit dem umgebenden p-leitenden
Teil des Halbleiterkörpers 96 den pn-Uebergang IO6. Durch Bestrahlung
der Umgebung dieses pn-Uebergangs IO6 mit einer Strahlung 107 wird
die Speisung der Senkenzone 101 versorgt. Ferner wirkt die durch die Insel 98 und den umgebenden p-leitenden Teil des Halbleiterkörpers
gebildete Diode wie eine Belastungsimpedanz des Feldeffekttransistors
VT1.
Die Spannung am Kontakt IO5 wird dabei der Torelektrode
108 eines weiteren Feldeffekttransistors VT2 zugeführt, der in
der Insel 99 angebracht ist und der eine über einen Leiter 111 mit der Insel 99 und dem umgebenden p-leitenden Teil des Körpers 36 verbundene
p-leitende Quellenzone IO9 und eine fj-leitende Senkenzone
enthält. Dabei wird eine gleiche Schaltwirkung erhalten wie an Hand der Fig. 2 für Bipolartransistoren beschrieben wurde.
Der zweite Aspekt der Erfindung ist gleichfalls in
der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 verwirklicht. Dadurch, dass die
Hauptstrombahnen - d.h. die Emitter-Kollektor-Strecken- der Transistoren
T. und Tp zu dem dufch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors
T, gebildeten Halbleiterübergang parallel geschaltet sind, wird einerseits der Speisestrom für die Transistoren T1 und T„ von
diesem Halbleiterübergang geliefert (was durch die Photostromqueile
I2. dargestellt ist), während andererseits die Spannunrsänderung über
diesem Halbleiterübergang, also zwischen der Basis und dem Emitter
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des Transistors T,, zur Steuerung des Transistors T,, der als weiterer
elektronischer Schalter wirkt, benutzt wird.
In der Praxis bildet die Torschaltung nach Fig.
bzw. 3 nur einen kleinen Teil einer ganzen integrierten Schaltung,,
wobei in der Regel zwischen dem Punkt C und Erde mehr als die beiden Tortransistoren' T. und T? mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken angeordnet
sind ("fan-in"), während auch zwischen diesen Punkten mehr
Transistoren als lediglich der Transistor T2, mit ihren Basis-Emitter-Strecken
eingeschaltet sind ("fan-out"). Die Punkte A und B sind dann z.B. mit den Ausgängen C vorangehender ähnlicher Torschaltungen verbunden,
wie auch der Ausgang C der dargestellten Schaltung seinerseits zu den Eingängen (entsprechend T-) folgender ähnlicher Torschaltungen
führt. Es ist dabei wichtig, dass der Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor ·>
der verwendeten Transistoren die Anzahl verwendeter "Fan-out"-Transistoren in genügendem Masse übersteigt,
damit der flache Teil der Kurve d in Fig. 3 oberhalb des Arbeitspunktes L bleibt.
Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele von Halbleiteranordnungen nach der Erfindung beschrieben.
Die Halbleiteranordnung nach Fig. 4» die sich zur
Anwendung in einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 eignet, enthält einen Halbleiterkörper 1 mit einem Transistor T1. Dieser Transistor
T1 enthält eine Emitterzone 12, eine Basiszone 13 und eine Kollektovzone
14» die mit je einem Anschlusskontakt 15, 16 bzw. 17 versehen
sind. Optische Mittels, z.B. in Form einer Lichtquelle, sind vorgesehen, mit deren Hilfe der Emitter-Basis-Uebergang 19 des Transis t.ort;
T1 wenigstens zeitweilig durch Einstrahlung mit einer z.B. aus c;ioht,~
barem Licht bestehenden Strahlung 10 in der Vorwärtsrichtung einge-
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stellt wird. Ferner ist eine Speisequelle, die im vorliegenden Ausführungsb
ei spiel durch den bestrahlten Emitter-Basis-Uebergang 39 des Transistors T gebildet wird, vorgesehen, mit deren Hilfe die
Kollektorzone 14 des Transistors T1 auf den kollektierenden Zustand
eingestellt wird. Elektrische Eigang'ssignale werden zwischen den
Anschlusskontakten 16 und 15 der .Basiszone 13 und der Emitterzone
dem Transistor T. mit Hilfe einer Signalquelle 5 zugeführt. Elektrische
Ausgangssignale können an dem Anschlusskontakt 17 der Kollektorzone 14 entnommen werden; diese Signale werden im vorliegenden
Ausführungsbeispiel dem Transistor T, zugeführt.
Nach dem dritten Aspekt der Erfindung grenzt die
Kollektorzone 14 an die Hauptoberfläche 6 des Halbleiterkörpers 1,
wobei - von dieser Hauptoberfläche 6 her gesehen - die ganze Kollektorzone
14 auf einem Teil der Basiszone 13 liegt, die Basiszone ringsum die Kollektorzone 14 herum an die Hauptoberfläche 6 grenzt, die
Basiszone 13 und die Kollektorzone 14 zusammen nur örtlich an die
Hauptoberfläche 6 grenzen und sich, die Emitterzone 12 unterhalb der
ganzen Basiszone 13 erstreckt. Die optischen Mittel 8 werden durch
Mittel gebildet, mit deren Hilfe über die Hauptoberfläche 6 der Umgebung des Eraitter-Basis-Uebergangs 19 des Transistors T1 eine optische
Strahlung 10 zugeführt wird, so dass der von den optischen Mitteln 8 erzeugte Photostrom über dem Emitter-Basis-Uebergang 15
bei einem äusseren Kurzschluss über diesem Uebergang 19 grosser als der über dem Kollektor-Basis-Uebergang 19 erzeugte Photostrom bei
einem äusseren Kurzschluss über diesem Uebergang 18 ist.
Der Halbleiterkörper 1 enthält ein η-leitendes Halb.-leiternubstrat
2 und eine auf diesem Substrat 2 angebrachte epitaktifjche
p-leitende Schicht 3» in der sich die p-leitende Basiszone
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des Transistors T. befindet. Das an die epitaktische Schicht 3 grenzende
Substrat 2 gehört zu der η-leitenden Emitterzone des Transistors T1.. Die'Kollektorzone 14 weist den n-Leitfähigkeitstyp auf.
Der Halbleiterkörper 1 enthält ausser dem Transistor T1 noch einen weiteren Transistor T, mit einer η-leitenden Kollektorzone
34» die an die Hauptoberfläche 6 des Halbleiterkörpers 1 grenzt. Von der Hauptoberfläche 6 her gesehen4 ist diese Kollektorzone
34 auf einem Teil der p-leitenden Basiszone 33 des Transistors
T, befindlich, wobei die Basiszone 33 ringsum die Kollektorzone 34 herum an die Hauptoberfläche 6 grenzt. Die Emitterzone 12, die den
Transistoren T1 und T, gemeinsam ist, erstreckt sich unterhalb der
ganzen Basiszonen 13 und 33 der Transistoren T1 bzw. T,.
Die optischen Mittel 8 führen auch der Umgebung des Emitter-Basis-Uebergangs 39 des Transistors T, eine Strahlung 10 zu,
damit dieser Uebergang wenigstens zeitweilig duroh optische Einstrahlung
in der Vorwärtsrichtung eingestellt wird.
Die Kollektorzone 14 des einen Transistors T1 ist
elektrisch mit der Basiszone 33 des anderen Transistors T, verbunden.
Elektrische Eingangssignale' werden mit Hilfe der Signalquelle 5 der
Basiszone 13 des Transistors T1 zugeführt, während elektrische Au§·-
gangssignal der Kollektorzone 34 des Transistors T, entnommen werden,
wie in Fig. 4 schematisch mit dem Block 7 angegeben ist.
Der Halbleiterkörper 1, der z.B. aus Silicium besteht, ist mit einer auf der Hauptoberfläche 6 angebrachten Isolierschicht
9 überzogen, die a,B. aus Siliciumoxyd besteht und in der
Oeffnungen vorgesehen sind, in denen die Kontakte 16, 17, 36 und 37
für die Basis- und Kollektorzonen der Transistoren T. und T, angebracht
sind. Die elektrischen Verbindungen sind in Pig. 4 der
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Deutlichkeit halber schematisch dargestellt, In der Praxis bestehen
diese Verbindungen auf übliche Weise völlig oder teilweise aus auf der Isolierschicht 9 angebrachten Leiterbahnen, die z.B. aus Aluminium
bestehen.
Die Halbleiteranordnung nach Fig. 4 enthält einen weiteren Transistor T- der gleichen Art wie der Transistor T1, derauf
ähnliche Weise wie der Transistor T1 betrieben wird. Der Transistor
Tp enthält eine η-leitende Emitterzone 12, die den Transistoren
T1 und T, gemeinsam ist} weiter enthält er eine p-leitende
Basiszone 23 und eine η-leitende Kollektorzone 24. Die Basis- und
Kollektorzonen sind mit Kontakten 26 und 2J versehen. Die Kollektorzone
24 ist elektrisch mit der Basiszone 33 des Transistors T, verbunden,
während Eingangssignale der Basiszone 23 zugeführt werden,
wobei der Eingachheit halber diedazu verwendete Signalquelle in Fig.
4 nicht dargestellt ist.
Die Halbleiteranordnung nach Fig,, 4 eignet sich also
zur Anwendung in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2» Die Transistoren
T1, T2 und T, und die Punkte A, B, C und D sind in Fig. 4 sowie
in Fig. 2 dargestellt.
Die gemeinsame Emitterzone 12 umgibt in dem Halbleiterkörper 1 die Basiszone 13, 23 und 33 vollständig und grenzt
an die Hauptoberfläche 6, wobei zwischen den Basiszonen 13, 23 und
der Transistoren T1, T„ bzw. T, zu der gemeinsamen Emitterzone 12
gehörige Oberflächenzonen 4 liegen, die höher als die Basiszonen 13,
23 und 33 dotiert sind. Durch das Vorhandensein der hoher dotierten Oberflächenzonen 4 haben parasitäre Transistoren, wie der parasitäre
Transistor mit den Zonen 23, 4 und 44, keine oder nur eine geringe
störende Wirkung.
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- 26 - PHN.5705 C
Die Halbleiteranordnung nach Pig. 4 bildet eine
besonders einfache und gedrängte Struktur für die Schaltungsanordnung
nach Fig. 2 in integrierter Form, wobei die elektrische Speisung mit
Hilfe von Strahlung erhalten wird. Diese einfache und gedrängte Struktur
mit einer gemeinsamen Emitterzone für die Transistoren wird durch die Anwendung umgekehrter oder inverser Transistoren ermöglicht; dies«
umgekehrte Transistoren sind Transistoren, bei denen wenigstens der gröaste Teil des Emitter-Basis-Uebergangs tiefer als wenigstens der
grösste Teil des Kollektor-Basis-Üebergangs im Halbleiterkörper
liegt. Wie oben bereits auseinander gesetzt wurde, übt dies ausserdem einen günstigen Einfluss auf den mit Hilfe einer z.B. aus sichtbarem
Licht bestehenden Strahlung über den Emitter-Basis-Uebergängen
zu erzeugenden Photostrom und/oder die zu erzeugende Photospannung
aus. Diese Vorteile gleichen für alle Schaltungen, z.B. für die Schaltung nach Fig. 2, den Nachteil eines etwas niedrigeren Verstärkungsfaktors
der umgekehrten Transistoren reichlich aus.
Die Halbleiteranordnung nach Fig. 4 kann durch in
der Halbleitertechnik übliche Verfahren hergestellt werden. Es wird
von einem η-leitenden Siliciumsubstrat 2 ausgegangen, auf dem eine
p-leitende epitaktische Siliciumschicht 3 angebracht wird. In dieser
Schicht 3 werden durch Diffusion einer Verunreinigung die n-leitenden
Zonen 4 mit einer höheren Dotierung als die verbleibenden p-leitenden
Teile der epitaktischen Schicht 3 gebildet, wonach gleichfalls durch
Diffusion einer Verunreinigung die η-leitenden Kollektorzonen 14» 24
und 34 angebracht werden. Die aus Siliciumoxyd bestehende Isolierschicht
9 und die Kontakte 16, 17, 26, 27, 36, 37 der B&aie- und
Kollektorzonen 13, 14» 23, 24, 33 und 34 sowie der Kontakt 15 der
Emitterzone 12 werden ebenfalls durch ein in der Halbleitertechnik übliches Verfahren angebracht.
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- 27,- PHN.5705 C
Die Basiszone 13» 23 und 33 können durch Diffusion
einer Verunreinigung mit einer höher dotierten (p ) !oberflächenschicht
versehen werden, so dass die an die Hauptoberfläche 6 grenzenden Teile der Basiszone 13» 23 und 33 in Richtung auf diese Hauptoberfläche
eine zunehmende Verunreinigungskonzentration aufweisen. Dadurch wird die Oberflächenrekombination in den Basiszonen verringerwodurch
der Verstärkungsfaktor der Transistoren T-., T« und T, verbessert
wird. Ausserdem werden infolge des dabei erzeugten Driftfeldes in den Basiszonen die durch Strahlung in den Basiszonen erzeugten
freien Minoritätsladungsträger zu den Emitter-Basis-Uebergängen getrieben.
Statt der diffundierten η-leitenden Zonen 4 können
zwischen den Basiszonen 13t 23 und 33 der Transistoren T.., T2 ^zw· T*
in den Halbleiterkörper 1 versenkte Isolierschichten angebracht werden, die sich von der Hauptoberfläche 6 her in dem Körper 1 über
einen Teil der Dicke des Körpers erstrecken» Diese Isolierschichten können z.B. durch örtliche Oxydation des körpers 1 erhalten werden,
wobei eine Silixiumnitridschicht als Oxydationsmaske :·.. "wendet werden
kann. Die Zonen 4 bestehen dann aus Siliciumoxyd und erstrecken sich über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 3·
Fig. 5 zeigt eine Halbleiteranordnung nach dem
vierten Aspekt der Erfindung, die einen Halbleiterkörper 40 mit einem
Transistor mit einer η-leitenden Emitterzone 44» einer p-leitenden
Basiszone 45 und einer η-leitenden Kollektcrzone 46 enthält. Es sind
optische Mittel 8, z.B. in Form einer Glühlampe, vorgesteheo,mit
dere Hilfe der Emitter-Basis-Uebergang 55 wenigstens zeitweilig durch
optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung eingestellt wird. Ferner ist eine Speisequelle vorhanden, mit deren Hilfe die Kollektor-
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- 28 - PHN.5705 C
zone 46 auf den kollektierenden Zustand eingestellt wird. Diese
Speisequelle ist in Fig. 5 der Einfachheit halber nicht dargestellt,
aber kann der Speisequelle für die Kollektorzone 14 des Transistors T1in Fig. 4 ähnlich sein.
Nach dem vierten Aspekt der Erfindung enthält die
η-leitende Emitterzone 44 zwei aneinander grenzende η-leitende Teilzonen
47 und 48, von denen die eine Teilzone 48 einen hSheren spezifischen
Widerstand als die anderen Teilzone 47 aufweist. Die eine Teilezone 48 ist zwischen der Basiszone 45 und der anderen Teilzone
47 angebracht und bildet mit der p-leitenden Basiszone den Emitter-Basis-Uebergang
55·
Die Halbleiteranordnung nach Fig. 5 eignet sich zur Anwendung in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2.
Dadurch, dass die Emitterzone 44 eine niederohmige
Teilzone 47 und eine hochohmige Teilzone 48 enthält, wird die Lebensdauer
der in diesem Teil der Umgebung des Emitter-Basis-Uebergangs erzeugten Minoritätsladungsträger durch die Teilzone 48 verlängert
und somit die Erzθugμng eines Photostroms über diesem Uebergang günstig
beeinflusst. Der Emitterwirkungsgrad und somit der Verstärkungsfaktor
des Transistors ist günstig, vorausgesetzt, dass die hochohmige Teilzone 48 nicht extrem dick ist. Die Dicke dieser Teilzone
nuss zur Erzielung eines günstigen Emitterwirkungsßrades kleiner als
die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in dieser Teilzone sein. Bei der hohen Güte der jetzt verwendeten Halbleitermaterialien,
z.B. Silicium, beträgt die Diffusionslänge viele Zehn Mikrons, während die Dicke der Teilzone 48 unterhalb der Teilzone 47, z.B.
zwischen 0,1 /um und 50/um liegt.
. Die Halbleiteranordnung nach Fig. 5 kann durch
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- 29 - PHN.5705 C
übliche Halbleitertechniken hergestellt werden. Es wird von einem η-leitenden SiIiciumsubstrat 41 ausgegangen, auf dem eine p-leitende
epitaktische Siliciumschicht 42 angebracht wird. Auf der Schicht 42
wird eine epitaktische η-leitende Siliciumschicht 43 angebracht. Dann werden dufch Diffusion von "Verunreinigungen die diffundierten ρ leitenden
Zonen 49» die sich über die ganze Dicke der epitaktischen
Schichten 42 und 43 erstrecken, die ρ -Zonen 50, die sich über die ■
ganze Dicke der epitaktischen Schicht 43 erstrecken, und die η leitende
Teilzone 47 der Emitterzone 44» die sich über einen Teil
der Dicke der epitaktischen Schicht 43 erstreckt, angebracht. Der Halbleiterkörper ist mit einer passivierenden und isolierenden Schich.1
51 aus Siliciumoxyd überzogen. In dieser Schicht 51 sind Oeffnungen
angebracht, durch die die Emitterzone 44 und die Basiszone 45» zu denen die Zonen 50 gehören, mit Kontakten 52 bzw. 53 versehen
werden. Die Kollektorzone 46, zu der die Zonen 49 gehören, ist mit
einem Kontakt 54 versehen.
Der vierte Aspekt der Erfindung lässt sich vorteilhaft
mit dem dritten Aspekt der Erfindung kombinieren. Wenn in der Halbleiteranordnung nach Fig. 4 eine zwei Teilzonen enthaltende
Emitterzone verwendet wird, wird die Halbleiteranordnung nach Fig. 6
erhalten. In den Figuren 4 und 6 sind entsprechende Teile mit den
gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die η -leitende Kollektorzone I4 des Transistor T.
in Fig. 6 grenzt an die Hauptoberfläche 6 des Halbleiterkörper 1. Von
dieser Hauptoberfläche her gesehen, befindet sich die ganze Kollektorzone
14 auf einem Teil der p-leitenden Basiszone 13, wobei die Basiszone
13 ringsum die Kollektorzone I4 herum an die Hauptoberfläche 6
grenzt. Die Basiszone I3 liegt völlig auf der einen, n-leitenden
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- 30 - PHN.5705 C
Teilzone 12a der Emitterzone 12, während diese eine Teilzone 12a auf der anderen η -leitenden Teilzone 12d der Emitterzone 12 liegt.
Die η-leitende Teilzone 12a weist einen höheren spezifischen Widerstand als die η -leitende Teilzone 12a auf. Die eine Teilzone 12a. ist
in zu der Hauptoberflache 6 parallelen Richtungen von einem die
Basiszone 13 umgebenden und sich von der Hauptoberfläche 6 her in dem
Halbleiterkörper 1 erstreckenden n+-leitenden Gebiet 4 begrenzt, das
sich dem unterhalb der einen Teilzone 12a liegenden Teil der anderen n+-leitenden Teilzone 12d anschliesst. Das η -leitende Gebiet 4 bildet
mit der einen η-leitenden Teilzone 12 a einen η n-Iebergang 60
der das Eindringen von Minoritätsladungsträgern (Lochern) aus der
einen Teilzone 12a in das Gebiet 4 erschwert.
Auch der η n»Uebergang 6ia zwischen der einen ^tril-
zone 12a und der anderen Teilzone 12d bildet ein Hindernis fi?r Löcher,
die aus der einen Teilzone 12a in die Teilzone 12d einzudringen ▼ersuchen. Dies bedeutet, dass beim Betrieb des Transistors T1 Lfinher,
die aus der prleitenden Basiszone 13 in die eine η-leitende Te.lzone
12a der Emitterzone 12 injiziert werden, eine lange Aufeinthaltszeit
in der einen Teilzone 12a haben, wodurch der Emitterwirkungsgrad und der Verstärkungsfaktor des transistors T1 verbessert werden.
Die Transistoren Tp und T, weisen eine ähnliche
Struktur wie der Transistor T1 auf und enthalten η-leitende E'iit'erteilzonen
12b bzw. 12c, die mit der η -leitenden Emitterteilu :e 12d
die η n-Uebergänge 61b bzw. 6ic bilden. Die Transistoren T1, T2 und
T, weisen eine geraeinsame Emitterzone 12 auf.
Die Halbleiteranordnung nach Fig. 6 enthält, wie die Halbleiteranordnung nach Fig. 4» die Schaltungsanordnung nach
Fig. 2 in integrierter Form.
BAD
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- 31,- PHN. 5.705 c
Der Halbleiterkörper 1 enthält ein η -leitendes Substrat 2 mit einer darauf angebrachten epitaktischen Schicht 5»
an die Hauptoberfläche 6 des Halbleiterkörpers 1 grenzt. In der epitaktischen Schicht 3 befinden sich die Basiszonen 13» 23 und 33» Äie
ringsum die Kollektorzonen 14» 24 und 34 herum an die Hauptoberf-läctle
6 grenzen und die sich nur über einen Teil der Dicke der epitaktisehei
Schicht erstrecken und die unterhalb der ganzen Kollektoraonen 14»
und 34 liegen* Die unterhalb der Basiszonen 13» 23 und 33 liegenden
Teile der epitaktischen Schicht 3 gehören zu den Teilzonen 12a, 12b
und 12c der gemeinsamen Emitterzone 12. Das an die epitaktische Schiel
5 grenzende Substrat 2 gehört zu der anderen Teilzone 12d der ge- *
meinsamen Emitterzone 12. Die optischen Mittel 8, z.B. in Form einer
Glühlampe, führen über die Hauptoberfläche 6 der Umgebung der Entitter-Basis-TJebergänge
19» 29 und 39 Strahlung zu»
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Basiszonen 13» 23 und 33 in zu der Hauptoberfläche 6 parallel Richtungen
von den η -leitenden Gebieten 4 begrenzt, wobei nur mit Ausnahme der Randteil* 19a, 29a und 39a der Emitter-Basis-TJebergänge 19» 29 bzw.
39 diese Uebergänge durch die Teilzonen 12a, 12b und 12c und durch
die Basiszonen 13, 23 und 33 gebildet werden. Dadurch sind die Teilzonen
12a, 12b und 12c möglichst klein, was für den Emitterwirkungsgrad günstig ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich
die η -leitenden Gebiete 4 über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 3» weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die gemeinsame
Emitterzone 12 auf, gehören zu der anderen η -leitenden Teilzone 12d dieser Emitterzone 12 und sind höher als die Basiszonen 12, 23 und
dotiort, wo'durch sie parasitäre Transistorwirkungen zwischen diesen'
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- 32 - PHN.5705 C
Basiszonen unterdrücken.
Die η -leitenden Gebiete 4 können durch sich über
die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 3 erstreckende Gebiete aus Isoliermaterial, z.B. Siliciumbxyd, ersetzt werden. Wenn der
Halbleiterkörper 1 aus Silicium besteht, können diese aus Siliciumoxyd bestehend'η Isoliergebiete z.B.durch örtliche Oxydation des
Siliciumkörpers unter Verwendung einer aus Siliciumnitrid bestehenden Oxydationsmaske erkalten werden.
Die Halbleiteranordnung nach Fig. 6 lässt sich auf folgende Weise herstellen.
Es wird von einem η -leitenden Siliciumsubstrat 2 mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,01-1— .cm und einer
Dicke von etwa 250 /um ausgegangen. Zunächst kann nun eine n-leitende
epitaktische Schicht 3b angebracht werden, auf der dann eine p-leitende
epitaktische Schicht 3a angebracht werden kann. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird aber zunächst .eine η-leitende epitaktische
Siliciumschicht 3 mit einem spezifischen Widerstand von etwa
0,2 .TL. .cm und einer Dicke von 6/um angebracht. Durch Diffusion von
Bor wird dann die p-leitende Oberflächenschicht 3a mit einer Dicke
von 3 /um und einer Oberflächenkonzentration von etwa 10 Boratomen/
cm erzeugt. Anschliessend werden durch Diffusion von Phosphor die η -leitenden Gebiete 4 erzeugt, die sich über die ganze Dicke der
epitaktischen Schicht 3 erstrecken. Die Kollektorzonen 14» 24 und
mit einer Dicke von 2,5/Um werden gleichfalls durch Diffusion von
Phosphor angebracht. Die Oberflächenkonzentration der Zonen 4» 14»
24 und 34 betragt etwa 10 Phosphoratome/cm5. Die Dicke der nleitenden
Teilzeonen 12a, 12b und 12c beträgt somit etwa 3/um. Auf
übliche Weise wird auf der Hauptoberfläche eine Isolierschicht 9
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2211304
- 33 - PHN.5705 C
■ aus Siliciumoxyd angebracht," die mit Oeffnungen versehen ist, in
denen die Aluminiumkontakte 16, 17, 27» 26, 36 und 37 angebracht
werden, die zur Bildung elektrischer Verbindungen mit auf der Isolierschicht 9 liegenden leitenden Aluminiumbahnen verbunden werden.
Diese leitenden Verbindungen sind in Pig, β nur schematisch dargestellt. Die Emitterzone 12 wird auf übliche Weise mit einem Kontakt
15 versehen.
Von der Hauptoberfläche 6 her gesehen, weisen die Kollektorzonen einen Flächeninhalt von etwa 20 /um χ 20 /um und die
Basiszonen 13» 23 und 33 einen Flächeninhalt von etwa 50/um x TOivai
auf, während die η -leitenden Zonen 4 eine Breite von etwa 10 /um
haben.
Auch ist es möglich, die Basiszonen 13» 23 und 33
durch örtliche Diffusion in der epitaktischen Schicht 3 anzubringen,
wobei η-leitende Teile der epitaktischen Schicht 3 zwischen den Basiszonen
liegen und an die Hauptoberfläche 6 grenzen, in welchen fi3j.len
die η -leitenden Gebiete 4 dann angebracht werden können. Fig. 7
zeigt diese Ausführungsform für den Transistor T1 und seine Umgebung.
Tn diesem Falle liegen die η -leitenden Gebiete 4 in einiger Entfernung
von den Basiszonen I3» 23 und 33» während die erhaltene
Konfiguration etwas weniger gedrängt ist. Auch in diesem Falle können
die η -leitenden Gebiete 4 durch Gebiete aus Isoliermaterial ersetzt
werden.
Die Stromquellen I., I~ und I, in Fig. 2 werden
durch die bestrahlten Emitter-Basis-Uebergänge 19» 29 und 39 in Fig-6
gebildet. Die auffallende Strahlung 10 trifft aber sowohl auf die Umgebung der Kollektor-Basis-Uebergänge 18, 28 und 38 als auch auf
die Umgebung der Emitter-Basis-Uebergänge 19» 29 und 39 auf, wodurch
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ausser den Stromquellen l,t I_ und I, zwischen den Basiszonen 13, 23
und 33 und den Kollektorzonen 14» 24 und 35 noch wirksame Stromquellen
vorhanden sind. Die letzteren Stromquellen beeinträchtigen in geringem Masse die Wirkung der Schaltungsanordnung'nach Fig. 2;
dieser ungünstige Einfluss ist aber durch die gewählte Konfiguration vernachlässigbär, wie auch Nachstehendem noch weiter hervorgehen wird..
Bei der Halbleiteranordnung nach Pig. 6, die einen
Halbleiterkörper 1 enthält mit einem Transistor T1 mit einer auf einer
Seite (auf der Hauptoberfläche 6) des Salbleiterkörpers 1 liegenden Kollektorzone 14» die den Kollektor-Basis-Uebergang 18 des Transistors
bildet, und mit einer - von der erwähnten Seite (der Hauptoberfläche 6) her gesehen - wenigstens unterhalb der Kollektorzone 14 liegenden
Emitterzone 12, die den Emitter-Basis-Uebergang 19 mit der B'tsiszone
13 bildet, wobei optische Mittel 8, mit deren Hilfe der Emitter-Basis-Uebergang
19 wenigstens zeitweilig durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung eingestellt wird, und eine (durch den bestrahlten
Uebergang 39 gebildete) Speisequelle zur Einstellung üer Kollektorzone 14 im kollektierenden Zustand vorgesehen sind, weist
nach dem fünften Aspekt der Erfindung - von der erwähnten einen Seite (der Hauptoberfläche 6) her gesehen - der Kollektor-Basis-11 ebergang
18 eine erheblich kleinere laterale Ausdehnung als der Emittar»Basis-Uebergang
19 auf, wodurch der von den optischen Mitteln 8 erzeugte Photostron über dem Emitter-Basis-Uebergang 19 bei einem äusseren
Kurzschluss über diesem Uebergang grosser als der über den Kollektor ·
Basis-Uebergang 18 erzeugte Photostrom bei einem äusseren Kurzschluss
über diesem Uebergang ist.
Da die optischen Mittel 8 eine Strahlung 10 über dio erwähnte eine Seite (die Hauptoberflache 6) des Halbleiterkörpers 1
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der Umgebung des Emitter-Basis-Uebergangs 19 zuführen, wird ein
wesentlicher Teil des Kollektor-Basis-Uebergangs 18 von dem aus einer
Aluminiumschich-t bestehenden Kontakt 17 gegen die Strahlung 10 abgeschirmt.
Die mit der Kollektorzone 14 verbundene Aluminiumschicht 17
kann sich sogar - von der Hauptoberfläche 6 her gesehen - oberhalb der ganzen Kollektorzone 14 erstrecken (siehe Fig. 7) und. auf diese
Weise den Kollektor-Basis-Uebergang 18 nahezu völlig abschirmen.
Für die Transistoren T- und T, trifft ebenfalls zu,
dass die laterale Ausdehnung der Kollektor-Basis-Uebergänge 28" und
38 erheblich kleiner als die der Emitter-Basis-Uebergänge 29 und 39
ist und dass die aus je einer Aluminiumschicht bestehenden Kontakte 27 und 37 wenigstens einen grossen Teil der Kollektor-Basis-Uebergänge
28 und 38 gegen die Strahlung 10 abschirmen.
Eine weitere Verbesserung lässt sich noch dadurch
erhalten, dass statt Kollektorzonen mit einer η -leitenden Zone TToI-lektorzonen
verwendet .werden, die durch je eine metallhaltige Schicht gebildet werden, welche Schichten auf den Basiszonen angebracht
werden und mit diesen Basiszonen einen Schottky-Uebergang bilden. Dies ist für den Transistor T. in Fig. 8 gezeigt. Die metallhaltige
Schicht 63 bildet den Schottky-Uebergang 64» d.h. den Kollektor-Basis-Uebergang
64, mit der Basiszone I3. Ein Schottky-Ueb^rgang
hat eine geringe Licht'empfindlichkeit und weist ausserdem den Vorteil
auf, dass die Geschwindigkeit der Schaltungsanordnung vergrössert wird.
Die Kollektorzonen I4, 24 und 35 in Fig. 6 sind
hoch dotiert, wodurch von der Strahlung in diesen Zonen erzeugt;-:
fro ie Ladungsträger zu einem grossen Teil rekombiniert werden, bevor
3ie zu dem Photon tram über den Kollektor-Basis-Uebergängen 1f'.f 28
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und 38 beitragen können.
Die Basiszonen 13» 23 und 33 sind diffundierte
Zonen mit einer in Richtung auf die Emitter-Basis-Uebergänge 19, 29
und 39 abnehmenden Verunreinigungskonzentration, wodurch diese Zonen
ein Driftfeld aufweisen und die sich in den Basiszonen erzeugten Elektronen im wesentlichen nicht zu den Kollektor-Basis-Uebergängen,
sondern zu den Emitter-Basis-Uebergängen bewegen werden.
Durch passende Wahl der Dicken und Dotierungen der
unterschiedlichen Zonen können die erzeugten Photoströme noch weiter
beeinflusst werden. So ist die Dicke der Kollektorzonen I4, 24 und
kleiner als die Eindringtiefe wenigstens eines erheblichen Teiles der
Strahlung 10 in den Halbleiterkörper 1. Ferner liegen die EmitterT Basis-Uebergänge 19» 29 und 39 etwas tiefer als die Kolxektor-Basis-Uebergänge
10, 28 und 38 und enthält die gemeinsame Emitterzone 12
die hochohmigen Teilzonen 12a, 12b und 12c, wodurch die Strahlungsabsorption in der Umgebung der Emitter-Basis-Uebergänge günstig beeinflusst
wird.
■Ferner können die Emitter-Basis-Uebergänge der
Transistoren dadurch vergrössert werden, dass die Emitterzone eint t;
Transistors mit einer neben der Kollektorzone liegenden Oberflächenzone
versehen wird, die als Emitterrandzone bezeichnet wird uiV. die
durch die Basiszone von dem unterhalb der Basiszone liegenden Teil
der Emitterzone getrennt ist und an einen neben der Basiszone liegerden und an die Hauptoberfläche grenzenden Teil der emitterzone
grenzt. Dies ist. für den Transistor T1 in Fig. 9 dargestellt. Der
Transisfbor T1 enthält eine Emitterzone 12, die eine Emitterrandzon ^
65 aufweist, die an den neben der Basiszone 17>
liegenden und an dio
Ha.uptoberflache 6 grenzenden Teil 4 der Emitterzone 12 grenzt.
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Die angewandte Strahlung 10 muss auf für photoemp- ■ findliche Halbleiteranordnungen übliche Weise dem verwendeten Halbleitermaterial
angepasst sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel muss also die Strahlung 10 freie Ladungsträger in Silicium erzeugen
können. Die Strahlung 10 kann z«B* aus sichtbarer Strahlung und/oder
Infrarotstrahlung bestehen und enthält vorzugsweise einen wesentlichen Teil mit einer Wellenlänge in der Nähe von 800/um. Die
Strahlungsquelle 8 kann durch jede Strahlungsquelle gebildet werden, die Strahlung mit der gewünschten Wellenlänge emittiert, z.B. eine
Glühlampe oder eine Entladungslampe. Auch kann Tageslicht angewandt ■ werden. Ferner kann die Strahlungsquelle eine pn-Rekombinationsstrahlungsquelle
sein. Die letztere Strahlungsquelle kann nicht nut mit dem Halbleiterkörper 1 zusammengebaut sein, sondern sie kann
sogar in den Halbleiterkörper 1 aufgenommen sein.
Die optischen Mittel zum Zuführen einer Strahlung 10 können also eine gegebenenfalls mit dem Halbleiterkörper 1 zusammengebaute
odei* eine in den Halbleiterkörper 1 aufgenommene
Strahlungsquelle enthalten, oder sie können nur aus Mitteln bestehen»
die gestatten, dass dem Halbleiterkörper 1 Strahlung zugeführt wjrd,
welche letzteren Mittel z.B» durch ein für Strahlung durchlässiges
Fenster in einer Umhüllung der Halbleiteranordnung gebildet werden, über welches Fenster man z.B. Tageslicht auf den h-älK eiterkorper 1
auffallen lassen kann.
Der Halbleiterkörper 1 kannsowohl in lateraler.
Richtungen, d.h. in zu der Hauptoberfläche 6 parallelen Richtungen
als auch in der Dickenrichtung, d.h. in einer zu der Hauptoberfläche 6 senkrechten Richtung, einen Teil eines grösseren Halbleiterkörpers
bilden.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, dass durch die Amiendung der Erfindung erhebliche technologische Ersparungen
und Vorteile elektrischer Art erhalten werden. In der Regel ist die Anwendung von vier Masken während des Herstellungsvorgangs ausreichend,
während eine besonders hohe Packungsdichte der aktiven Elemente erreicht wird; die Emitter der verwendeten Transistoren
liegen alle ohne weiteres aneinander an, so dass Verbindungsbahnen überflüssig werden; die Kollektoren sind dagegen automatisch voneinander
getrennt. Widerstände können völlig weggelassen wer dein # wodurch
eine sehr grosse Raumersparung erzielt wird. Der Raum innerhalb der
verwendeten die Basiszonen voneinander trennenden Gebiete 4 is"&
völlig mit den aktiven Elementen ausgefüllt. Vergrabene Schichten werden überflüssig, während Verdrahtungen zum Zuführen von Speisespannungen
weggelassen werden können. Beim Betrieb ist es ausserdem besonders vorteilhaft, dass alle Ströme sich auf gleiche V/eise mit
der Intensität des auffallenden Lichtes ändern, so dass die Schaltung eine sehr geringe Störanfälligkeit aufweist. Ueberbelas+.ung infolge
zu grosser Lichtstärke ist kaum zu befürchten (vorausgesetzt, dass dio
dadurch auftretende Temperaturzunahme nicht ausserordentlich «rosg
ist); die erzeugten Spannungen nahmen nur mit dem Logarithmus der auffallenden Strahlungsenergie zu, so dass die Schaltung automatisch
eine gewisse Begrenzung dieser Spannungen ergibt.
Ein Transistor, z.B. der Halbleiteranordnung nach
Fig. 6, kann eine Anzahl auf der einen Seite (auf der Haupxrberflache
6) des Halbleiterkörpers 1 liegender Kollektorzonen 14a, 1/b und 1/lc
enthalten, wie Fig. 10 für einen derartigen Transistor zeigt. Die Anwendung einer Anzahl von Kollektorzonen schafft die Möglichkeit
auf einfache Weise elektrisch voneinander getrennte Ausgänge zu
j*.. 209849/1021
erhalten, die getrennten Eingängen von Polgertransistoren zugeleitet
werden können. Ferner kann durch Steuerung der Stromentnahme an
einer der Kollektorzonen der Verstärkungsfaktor ^j. für die anderen
Kollektorzonen geregelt werden. Venn z.B. einer der Kollektoren z.B. 14a, über einen regelbaren Widerstand, z.B. die Kollektor-Emitter-Strecke
eines steuerbaren Transistors, mit dem Emitter 12 verbunden wird, wird der Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor β für einen
anderen Kollektor, z.B. 14"b>
sich mit dem erwähnten regelbaren Widerstand ändern.
Es stellt sich heraus, dass sich in der Praxis
ohne Schwierigkeiten für einen umgekehrten Transistor nach der Erfindung
ein Verstärkungsfaktor p mit einem Wert 10 erzielen lässt.
Dies ist für die meisten Zwecke ausrechend.
Wenn eine Anzahl getrennter Kollektorzonen 14a, 14b
und 14c angebracht wird (siehe Fig. 10), stellt sich überraschenderweise
heraus, dass fy mehr als proportional mit der Anzahl von KoI-lektorzonen
zunimmt. Wenn z.B. eine Kollektorzone einen Faktor J/ von 10 liefert, wobei die übrigen Kollektorzonen nach wie vor ein
schwebendes Potential aufweisen, wird bei Anwendung zweier solcher Zonen ein Faktor p von etwa 24, bei Anwendung dreier solcher Zonen
ein C" von etwa 40 erreicht, usw. Dies trifft zu, wenn alle Hollektorzonen
gleich gross sind. Dieser "ffekt ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass sich die Kollektorwirkung über ein grösseres
Gebiet als die eigentliche Gesamtoberfläche der Kollektorzonen geltend
machen wird. Der gegenseitige Abstand dieser Kollektorzonen liegt vorzugsweise in der Grössenordnung der Basisdicke unterhalb
der Kollektorzonen.
9
Die η -leitenden Gebiete 4 der Halbleiteranordnung
Die η -leitenden Gebiete 4 der Halbleiteranordnung
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BÄDöWßWÄL
nach Pig. 6 haben u.a. den Zweck, eine laterale Transistorwirkung
zwischen den Basiszonen der unterschiedlichen Transistoren zu verhindern.
Es ist aber denbar, dass unter gewissen Umständen gerade eine laterale Transistorwirkung zwischen zwei benachbarten Zonen
erwünscht ist.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer Halbleiteranordnung
in der eine laterale Transistorwirkung auftritt. Die Struktur dieser Anordnung unterscheidet sich nur darin von der Struktur z.B. des
Transistors T nach Fig. 6, dass die p-leitende Basiszone 13 "in
1
Fig. 6 in Fig. 11 aus zwei feilen 70 und f1 besteht, die nahe aneinander
liegen. Dadurch enthält die Struktur nach Fig. 11 ausser einem Transistor T,- mit der η-leitenden Emitterzone 72, der p-leitendan
Basiszone 70 und der η -leitenden Kollektorzone 73 noch rinnen lateralen
Transistor T. mit den p-leitenden Emitter- und Kollektorzonen 4
70 und 71 und der η-leitenden Basiszone 74. Die Kollektorzonen 73
und 71 sind miteinander verbunden. Das elektrische Ersa^zschalxHJd
ist in Fig.12 gezeigt. Die Stromquelle I,- wird durch Bestrahlimg
des Emitter-Basis-Uebergangs 75 des Transistors T1- erhal.en, während
die Stromquelle I. durch Bestrahlung des Kollektur-Basis-Ueberr,,i/ifr
76 des Transistors T. erhalten wird.
Durch Bestrahlung wird die Photostromquelle J^ den
Transistor T,- leitend machen. Der Strom der Photostromquelle T^ wirr!
daher im wesentlichen die Kollektcr-Emitter-Strecko des Transisic-1^
Te durchfliessen. Dadurch sinkt die Spannung an der Kollrktor-^loktro·
de c . des Transistors T,- unter die Spannung an der Kollekto^-Mok ■
trode b des Transistors T^. herab, wodurch durch den lateralen pn; ·
Transistor T. ein Strom fliessen wird, der der Quelle I1. ontnonrmi.
wird. Endgültig wird dabei Einstellpunkt N (Fig. 3) erreicht werde",
bei dem nur noch ein geringer Bruchteil des Stromes der Quelle !
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als Basisstrom durch den Transistor T1- fliesst, und zwar ein derart
geringer Teil, dass dieser Transistor in seinen linearen Arbeitsbereich gelangt.Hei Anwendung dieses Transistors als elektronischer
Schalter weist eine derartige Einstellung den Vorteil auf, dass keine grössere Ladungsmenge in der Basiszone gespeichert wird (storage)
als gerade zum Betreiben des Transistors in seinem stark leitenden Zustand erforderlich ist. Die Anordnung kann aber auch als
gegengekoppelter linearer Verstärker verwendet werden.
Mit der Struktur nach Fig. 6 lässt sich auch ein
einfacher anderer linearer Verstärker erhalten, dessen Ersatzschaltbild
in Fig. 13 dargestellt ist. Die Transistoren T11, T1? und T.,
entsprechen in bezug auf ihren Aufbau wieder den Transistoren T1,
Tp und T, nach Fig. 6. Der Kollektor c des ersten Transistors ist
nun jedoch mit der Basis b des zweiten Transistors und dessen Kollektor mit der Basis des dritten Transistors verbunden, während
schliesslich der Kollektor des dritten Transistors über einen für Gleichstrom durchlässigen Kreis, der einen Lautsprecher oder ein
Telephon L und ein Mikrophon M enthält, mit der Basis des ersten
Transistors verbunden ist. Der Kondensator C dient zur Unterdrückung
von V/echselstrorcgegenkopplung. Infolge der Gleichstromgegenkoppl'.xng
über den erwähnten für Gleichstrom durchlässigen Kreis wird wiede',
wie an Hand der Figuren 11 und 12 beschrieben wurde, nur noch ein derartiger Basisstrom für jeden der Transistoren zur Verfügung
kommen (wobei der übrige Teil des Stromes der Photostromquellen I11,
I12 und I1, über den Kollektor-Emitter-Kreis des vorangehenden
Transistors der Kaskadenschaltung abfliesst), dass diese Transistoren
in ihren !inearon Arbeitsbereich gelangen. Auf diese Weise wird ein
.besonders einfacher Verstärker z.B. für Hörgeräte, erhalten, der mir
Ä 209849/1021
221138A PHN.5705 c
arbeitet, solange das Halbleiterbauelement bestrahlt wird. Um Stromquellen
I-,, I._ und I._ geeigneter Gröss* zu erhalten, ist es empfehlenswert,
dass die Oberfläche der Emitter-Basis-Uebergänge' der
Transistoren T.^ und T., gegenüber der des Transistors T11 klein ist.
Ein einfaches Verfahren sur (gegebenenfalls automatischen) Verstärkungsregelung kann durch Anwendung z.B. zweier
Kollektoren erhalten werden, wie an Hand der Fig. 10 beschriebpn wurd-e. Wenn einer der Kollektoren über einen regelbaren Widerstand
(z.B. den Innenwiderstand eines Transistors) mit Erde verbunden wird ,
wird der Signalstrom zu einem anderen Kollektor von diesem Widerstand
abhängig werden, so dass dieser Strom leicht - erwünschteni'alls
automatisch - geregelt werden kann.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 lässt sich auf
einfache V/eise zu einem Ringzähler oder einen; Schieberegister ausbauen.
Die einfaehste Form eines Ringzählers ist eine bistabile Kippschaltung, die erhalten wird, wenn der Anschlusspunkt D z.B.
mit dem Anschlusspunkt B verbunden wird.Die Transistoren T? und T7.
bilden in diesem Falle eine Kippschaltung vom Eccles-Jordan-Typ
Es ist einleuchtend, dasgdich die Erfindung nichi
auf die beschriebenen- Ausführungsbeispiele beschränkt und dass für
eden Fachmann imRahmen der Erfindung viele Abarten ."löslich sind.
LUo kann auf der Isolierschicht 9 in den Figuren 4 und 6 z.B. noch
eine Antireflexionsschicht angebracht werden. Zur Verbesserung ^ er
Schaltgeschwindigkeit können die Basiszonen wenigstens unterhalb der Kollektorzonen von den Kollektorzonen zu der Emitterzone eine
zunehmende Dotierung aufweisen. Eine derartige Dotierung kann z.l1.
durch Ionenimplantation oder durch epitaktisches Anwachsen unter Zufuhr einer sich ändernden Menge an Verunreinigungen erhalten wer.km
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BAO
- 43 -- PHU.5705 C
Statt von einem η -leitenden Substrat 2 (siehe Fig. 6) mit einer
darauf angebrachten epitaktischen niedriger dotierten n-leiteriden
Schicht 3 kann"auch von einem η -leitenden Substrat ausgegangen
werden, das durch Ausdiffusion von Verunreinigungen mit einer niedriger dotierten Oberflächenschicht versehen wird. Die Leitfähigkeitstypen
können in den beschriebenen Ausführungsformen verwechselt werden. Andere übliche Halbleitermaterialien und Isoliermaterialien
als Silicium und Siliciumoxyd können verwendet werden, wie z.B. A B -Halbleitermaterialien und Isolierschichten aus Siliciumnitrid.
Die η-leitenden Gebiete 4 in Fig. 6 können nicht
nur vollständig, sondern auch teilweise durch Gebiete aus Isoliermaterial
ersetzt werden, wie in Fig. 14 für den Transistor T1 und
seine Umgebung dargestellt ist. Die Gebiete 4 sind aus den isolierenden Teilgebieten 4a und den η -leitenden Teilgebieten 4^ zueammengesetzt.
Die isolierenden Teilgebiete 4a bestehen z.B. aus Siliciur.-oxyd
und erstrecken sich von der Hauptoberflache 6 her über eine,
etwas grösseren Abstand als die Basiszone 13. Sie können durch örtliche
Oxydation des Halbleiterkörpers 1 unter Verwendung einer z.E. aus Siliciumnitrid bestehenden Oxydationsmaske erhalten werden. Die
η -leitenden Teilgebiete 4b können auf übliche Weise in Form von
vergrabenen Schichten erhalten werden. Auch können verschiedene Halbleiterstrukturen,
z.B. zu einem einzigen Halbleiterkörper zuaa?uinengebau.t
werden, wobei der Leitfähigkeitstyp einer Struktur düm der
anderen Struktur entgegengesetzt ist. In der einen Struktur erzeugte l'hotoutröme können dann die andere Struktur speisen, und umgekehi t.
Jn schalttechnischer Hinsicht lassen sich noch
einige Verfeinerungen einführen, wie die Stabilisierung der wuf-
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- 44 - 22113W-57O5 C
fallenden Lichtmenge, z.B. durch Steuerung der Lichtquelle in Abhängigkeit
von der erzeugten Photospannung. Durch elektrische Rückkopplung kann z.B. . ein Oszillator erhalten werden, dessen Frequenz
mit der Lichtstärke zunimmt, woraus sich dann eine Steuergrösse für die Lichtquelle ableiten lässt. Zum Erhalten eines Ausgangssignals
höherer Leistung können bei einem Element mit z.B. vielen Zehn oder Hundert nur von der auffallenden Strahlung gespeisten
Transistoren ein einziger oder nur einige Ausgangstransistoren (z.B. in Emitterfolgerschaltung) verwendet werden, deren Ausgangsanschlüsse
über einen ^-usgangswiderstand an je eine Speiseppannung
gelegt werden sollen. (Weitere Leiterbahnen innerhalb der integrierten Schaltung zum Zuführen dieser Speisespannung sind dann nach
wie vor überflüssig).
Die beschriebenen Ausführungsformen von Helbleiteranordnungen
und Halbleiterkonfigurationen zum Erhalten einer Energieumwandlung, die frequenzmässig mit Hilfe des Emitter-Basis-Uebergangs
stattfindet, können vorteilhaft auch in anderen als e'en ba · schriebenen Schaltungen, in denen ein pn-TJebergang in der Vorwärtsrichtung
eingestellt werden muss, angewendet werden.
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Claims (32)
1./ Schaltungsanordnung mit mindestens einem mit Hilfe
von Strahlung gespeisten Schaltungselement, dadurch gekennzeichnet,
äass die Schaltungsanordnung einen ersten und einen zweiten Transistor
in Kaskadenanordnung enthält, und dass der Haupts-fcrom des
ersten Transistors wenigstens im wesentlichen durch Bestrahlung des Basis-Emitter-Uebergangs des zweiten Transistors erzeugt wird.
ersten Transistors wenigstens im wesentlichen durch Bestrahlung des Basis-Emitter-Uebergangs des zweiten Transistors erzeugt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Emitter des ersten und des zweiten Transistors als eine zusammenhängende Zone von einem ersten Leifähigkeit3-typ
in einem Halbleiterbauelement angebracht sind, in welcher Zone voneinander getrennte Basiszonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
vorgesehen sind, innerhalb deren die Basis-Kollektor-Uebergänge des ersten und des zweiten Transistors angeordnet sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Basiszone mehrere Kollektoren
angebracht sind.
angebracht sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalverstärkung zu dem einen Kollektor
durch steuerbare Stromentnahme an einem anderen Kollektor geregelt wird (Fig. 10).
durch steuerbare Stromentnahme an einem anderen Kollektor geregelt wird (Fig. 10).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Basiszone eines Transistors eine weitere
Zone vom gleichen Leitfähigkeitstyp angebracht ist, die mit
der Emitter- und der erwähnten Basiszone des ersteren Transistors
einen lateralen Transistor bildet (Fig. 11).
der Emitter- und der erwähnten Basiszone des ersteren Transistors
einen lateralen Transistor bildet (Fig. 11).
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,
da.ssv. die, weitere Zone (c.) mit dem Kollektor (c) des
ersteren Transistors elektrisch verbunden ist (Figuren 11, 12),
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BAD ORIQtNAt
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die die Gleichstromkaskadenanordnung einer Anzahl Transistoren enthält,
von denen der letzte über einen die Belastung enthaltenden für Gleichstrom durchlässigen Gegenkopplungskreis mit dem ersten Tranr
sistor der Kaskadenanordnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Basis-Emitter-Uebergang des ersten Transistors einen
grösseren Flächeninhalt als der des darauffolgenden Transistors aufweis-t
(Fig. 13).
8. Schaltungsanordnung mit einem entweder in einem "Ein"- oder in einem "Aus"-Zustand betriebenen als elektronischer
Schalter dienenden Schaltungselement, dadurch gekennzeichnet, das«
der Hauptstrom für den Schalter von einem einer Strahlung ausgesetzten gleichrichtenden Uebergang geliefert wird, der zu der Hauptstrombahn
des Schalters parallel geschaltet ist und demzufolge in der Nähe entweder des Kursschlusstromwertea oder des Nullstromwertes
seiner von der Strahlung erzeugten Strom-Spannungs-Kennlinie betrieben
wird, je nachdem der Schalter sich in seinem "Ein"- oder in seinem "Aus"-Zustand befindet, wobei die auf diese V/eise über dem
gleichrichtenden Uebergang erzeugte Spannung zur Steuerung an eir weiteres als elektronischen Schalter dienendes Schaltungselement
weitergeleitet wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die als elektronische Schalter dienende Schaltungselemente
Bipolartransistoren sind.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9» daduish
gekennzeichnet, dass der gleichrichtende Uebergang einen Teil äet,
als weiterer elektronischer Schalter wirkenden Schaltungselsments
bildet.
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- 47.- ··*■ ' ■ v wT>ffl.5705 C
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gleichrichtende Uebergang durch den Basis-Emit
ter-Uebergang des als weiterer elektronischer-Schalter wirkenden Bipolartransistors gebildet wird.
12. Halbleiteranordnung zur Anwendung in einer Schaltungsanordnung
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, die einen Halbleiterkörper enthält mit einem Transistor mit einer Emitter-,
einer Basis- und einer Kollektorzone', die mit je einem Anschlusskontakt versehen sind, wobei optische Mittel mit deren Hilfe
der Emitter-Basis-Uebergang des Transistors wenigstens zeitweilig durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung eingestellt
wird, und eine Speisequelle zur Einstellung der Kollektorzone im kollektierenden Zustand vorgesehen sind, und wobei elektrische Eingangssignale
zwischen den Anschlusskontakten der Basis- und der Emitterzone dem Transistor zugeführt werden, während elektrische Ausgangssignale
an dem Anschlusskontakt der Kollektorzone entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorzone an eine
Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers grenzt und dass - auf diese Hauptoberfläche gesehen - die ganze Kollektorzone auf einem Teil der
Basiszone liegt, die Basiszone ringsum die Kollektorzone herum an die Hauptoberfläche grenzt, die Basiszone und die Kollektorzone
zusammen nur ortlich an die Hauptoberfläche grenzen und sich die Emitterzone unterhalb der ganzen Basiszone erstreckt, wobei die
optischen Mittel durch Mittel gebildet werden, mit deren Hilfe über die Hauptoberfläche der Umgäbung des Emitter-Basis-Uebergangs des
Tranaistors eine strahlung zugeführt wird, so dass der von den optischen
Mitteln über dem Emitter-Basis-Uebergang erzeugte Photostrom
bei einem äusoeren KurzschlusK über diesem Uebergang grosser als der
über dem Kollektor-Basis-Uebergang erzeugte Photostrom bei einen
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äusseren Kurzschluss über diesem Uebergang ist.
13· Halbleiteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers
grenzende Teil der Basiszone in Richtung noch dieser Hauptoberfläche eine zunehmende Verunreinigungskonzentration aufweist.
14· Halbleiteranordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper ein Halbleitersubstrat mit einer darauf angebrachten epitaktischen Schicht enthält,
in der sich die Basiszone des Transistors befindet, während wenigstens der an die epitaktische Schicht grenzende Teil des Substrats
zu der Emitterzone gehört.
15· Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren d-jr
Ansprüche 12 bis 14» dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone in dem Halbleiterkörper die Basiszone völlig umgibt und an die eine
Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers grenat.
16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet,
dass die Emitterzone eine neben der Kollektorzone liegende Oberflächenzone enthält, die als Emitterrand::oi„e bezeichnet wird und die durch die Basiszone von dem unterhalb der Brisi.-"^!^1
liegenden Teil der Emitterzone getrennt ist und an einen neben der Basiszone liegenden und an die eine Hauptoberfläche grenzenden Te:']
der Emitterzone grenzt.
17. Halbleiteranordnung nach einem oder -:;ev ::erm d'v
Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der IT-lblei lerkörper
ausser dem bereits erwähnten einen Transistor nocn oinon
anderen Transistor enthält, dessen Kollektorzone an die Haiirtoberflache
des Halbleiterkörpers grenzt, wobei - auf die IlauptolOrf J 'ic!:t>
gesehen - diese. Kollektorzone auf einem Tei] der Basiszone "es1
anderen Transistors liegt, diese Basiszone ringsum die Kollekto
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BAD ORIGfNAL
' herum an die Hauptoberfläche grenzt und die Emitterzone, die dem'
anderen und dem bereits erwähnten einen Transistor gemeinsam ist, sich unterhalb der ganzen Basiszonen der beiden Transistoren erstreckt.
18. Halbleiteranordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet,
dass die optischen Mittel durch Kittel gebildet werden, die auch der Umgebung des Emitter-Basis-^ebergangs des anderen Transistors
Strahlung zuführen, damit dieser Uebergang wenigstens zeitweilig durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung eingestellt
wird.
19. Halbleiteranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorzone des einen Transistors elektrisch
mit der Basiszone des anderen Transistors verbunden ist, wobei elektrische Eingangssignale der Basiszone des einen.Transistors zugeführt
werden, während elektrische Ausgangssignale von der, Kollektorzone des anderen Transistors abgeführt werden.
20. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis I9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Basiszonen
des einen und des anderen Transistors eine zu der gemeinsamer. Emitterzone gehörige Oberflächenzone liegt, die höher als die Basiszone
dotiert ist.
21. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, und einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Basiszonen des einen und des anderen Transistors eine in den Halbleiterkörper versenkte Isolierschicht liegt, die sich
von der Hauptoberfläche her in dem Halbleiterkörper über einen Teil
der Dicke dieses Körpers erstreckt.
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22. Halbleiteranordnung zur Anwendung in einer Schaltungsanordnung
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 mit einem Halbleiterkörper mit einem Transistor mit einer Emitter-,
einer Basis- und einer Kollektorzone, wobei optische Mittel mit deren Hilfe der Smitter-gasis-Uebergang des Transistors wenigstens zeitweilig
durch optische Einstrahlung in der Vorwärtsrichtung eingestellt wird, und eine Speisequelle zur Einstellung der Kollektorzone·
im kollektierenden Zustand vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone zwei aneinander grenzende Teilzonen
vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, von denen die eine Teilzone einen höheren spezifischen Widerstand als die andere Teilzone aufweist
und die eine Teilzone zwischen der Basiszone und der anderen Teilzone liegt und mit der Basiszone, die den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
aufweist, wenigstens den grö'ssten Teil des liiitter-Basis-Uebergangs
bildet.
23. Halbleiteranordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
dass höchstens mit Ausnahme von Randteilen des Emitter·- Basis-Uebergangs dieser Uebergang durch die eine Teilzone und die
Basiszone gebildet wird.
24. Halbleiteranordnung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kollektorzone an eine Hauptoberflä^he
des Halbleiter1·örpers grenzt, und dass - auf diese Hauptoberfläche
gesehen - die ganze Kollektorzone auf einem Teil der Basiszone lieft, die Basiszone ringsum die Kollektorzone an die Hauptoberfläche
grenzt, die Basiszone völlig auf der einen Teilzone der Emitterzone
liegt, diese eine Teilzone auf der anderen Teilzone der Emit'erzone liegt und die eine Teilzone in zu der Hauptoberfläche parallelen
Richtungen von einem die Basiszone umgebenden und sich von der Hauptoberfläche her in den Halbleiterkörper erstreckenden
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BAD
begrenzt ist, das sich dem unterhalb der einen' Teilzone liegenden
Teil der anderen Teilzone anschliesst und mit der einen Teilzone einen Uebergang bildet, der das Eindringen von Minoritätsladungsträgern
aus der einen Teilzone in das Gebiet erschwert.
25. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass, der Halbleiterkörper
ein Halbleitersubstrat mit einer darauf angebrachten epitaktischen Schicht enthält, die an eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers
grenzt und in der sich die Basiszone als eine ringsum die Kollektorzone an die Hauptoberfläche grenzende Zone befindet, die
sich über einen Teil der Dicke der epitaktischen Schicht erstreckt und die unterhalb der ganzen an die Hauptoberfläche grenzenden Kollektorzone
liegt, wobei wenigstens der unterhalb der Basiszone liegende Teil der epitaktischen Schicht zu der einen Teilzone der
Emitterzone und wenigstens der an die epitakticche Schicht grenzen«]
Teil des Substrat zu der anderen Teilzone der Emitterzone gehört, während die optischen Mittel durch Mittel gebildet werden, mit
deren Hilfe über die Hauptoberfläche der Umgebung des Emitter-Bais-Uebergangs
Strahlung zugeführt wird.
26. Halbleiteranordnung nach Ansprüchen 24 und 25,
dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gebiet über die ganze Dicke dpr
epitaktischen Schicht erstreckt, den gleichen Leitfähigkeitstyp wie
die Emitterzone aufweist und höher als die Basiszone dotiert ist und zu der anderen Teilzone der Emitterzone gehört.
27. Halbleiteranordnung nach Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gebiet über die ganze Dicke
der epitaktischen Schicht erstreckt und aus Isoliermaterial besteht.
28. Halbleiteranordnung nach ^nspruch 26 oder 27,
dadurch gekennzeichnet, dass in zu der Hauptoberfläche parallelen
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Richtungen die Basiszone von dem Gebiet begrenzt wird.
29. Halbleiteranordnung zur Anwendung in einer Schaltungsanordnung
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, die einen Halbleiterkörper enthält mit einem Transistor mit einer sich
an einer Seite des Halbleiterkörper befindenden Kollektorzone, die
mit der Basiszone des Transistors einen Kollektor-Basis-Uebergang bildet, und mit einer - auf die erwähnten Seite des Halbleiterkörpers
gesehen - wenigstens unterhalb der Kollektorzone liegender Emitterzone, die mit der Basiszone den Emitter-Basis-Uebergang
bildet, wobei optische Mittel mit deren Hilfe der Emitter-Basis-Uebergang wenigstens zeitweilig durch optische Einstrahlung in der
Vorwärtsrichtung eingestellt wird, und eine Speisequelle zur Einstellung der Kollektorzone im kollektierenden Zustand vorgesehen
sind, dadurch gekennzeichnet, dass - auf die erwähnten einen Seite des Halbleiterkörpers gesehen - der Kollektor-Basis-^ebergang eine
erheblich kleinere laterale Ausdehnung als der Emitter-Basis-^ebergang
aufweist, wobei der von den optischen Kitteln über dem Emitter-Basis-Uebergang erzeugte Fhotostrom bei einem äusseren Kurzschluss
über diesem Uebergang grosser als der über dem Kollektor-Basis-Uebergang
erzeugte Photostron bei einem äusseren Kurzschluss über diesem Uebergang ist.
30. Halbleiteranordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
dass die optischen Mittel durch Mittel gebildet- we τ1 ,τ,
mit deren Hilfe über die erwähnte eine Seite des Ilalblei tev'-öippv:·
der Umgebung des Emitter-Basis-^ebergangs Strahlung zugeführt wird,
31. Halbleiteranordnung nach Anspruch 30, dne^urch .·;(■»-
kennzeichnet, dass - auf die eine Seite des Halbleiterkörpern pesehen
- eine mit der Kollektorzone verbundene Metallschicht oberhalb wenigstens des gröbsten Teiler, der KoIIrUtorzone lio^t,
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BAD ÖRKälNAl.
32. Halbleiteranordnung nach Anspruch 29 oder 30,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorzone durch eine auf der Basiszone angebrachte metallhaltige Schicht gebildet wird, die mit
der Basiszone einen Schottky-Uebergang bildet.
33· Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor
eine Anzahl auf der einen Seite des Halbleiterkörpers nebeneinanderliegender Kollektorzonen enthält.
34· Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 29 bis 33» dadurc'h gekennzeichnet, dass die laterale Ausdehnung
des Emitter-Basis-"ebergangs mindestens doppelt so gross wie
die des Kollektor-Basis-^ebergangs ist.
Wi;.;-^ 2 ΰ £849/ 102 1
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