DE3001899A1

DE3001899A1 - Planar-fototransistor

Info

Publication number: DE3001899A1
Application number: DE19803001899
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Jörg 7101 Flein Angerstein; Dipl.-Ing. Dr. Peter Mischel; Jasbeer Singh 7100 Heilbronn Suri
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1980-01-19
Filing date: 1980-01-19
Publication date: 1981-07-23

Description

Planar-Fototransistor
Die Erfindung betrifft einen Planar-Fototransistor mit einer Kollektorzone, einer in die Kollektorzone eingelassenen Basiszone und einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone.
Bis lang bekannte Fototransistoren sind so aufgebaut, daß die Basiszone einen möglichst großen Teil der zur Verfügung stehenden Halbleiteroberfläche überdeckt. In diese Basiszone ist eine kleinflächige Emitterzone eingelassen, die praktisch ganzflächig mit dem Emitteranschlußkontakt abgedeckt ist. Ein Fototransistor dieser bekannten Art ist in der Figur 1 perspektivisch dargestellt. In einen Halbleiterkörper 1 vom ersten Leitungstyp ist die Basis zone 2 vom entgegengesetzten Leitungstyp eingelassen. Wenn die Kantenlänge des Halbleiterkörpers beispielsweise 0,6 mm beträgt, dann ist die Basiszone ca. 0,4 mm breit. In diese Basiszone 2 wird vorzugsweise in einer Ecke eine relativ kleinflächige Emitterzone 3 vom Leitungstyp der Kollektorzone eingelassen. Alle Herstellungsschritte erfolgen vorzugsweise mit Hilfe der bekannten Maskierungs- und Diffusiontechnik. Die Emitterzone 3 wird noch mit einem Emitteranschlußkontakt 4 versehen, während sich der Basisanschlußkontakt 5 in der diagonal dem Emitter gegenüberliegenden Ecke der Basiszone befindet. Auf der den Emitter-und Basisanschlußkontakten gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers wird noch ein großflächiger Kollektorkontakt 6 angeordnet.
Das Licht 7 tritt somit bei diesem bekannten Planar-Fototransistor direkt in die Basiszone 2 ein und erzeugt im Inneren des Halbeiterkörpers Ladungsträgerpaare, die durch das elektrische Feld in der Raumladungszone getrennt werden.
Der so erzeugte Fotostrom wird durch den bekannten Transistoreffekt verstärkt. Die Ladungsträger müssen jedoch bis zum aktiven Bereich des Transistors unterhalb des Emitteranschlußkontaktes einen relativ großen Weg zurücklegen. Auf diesem Weg rekombinieren viele Ladungsträger und tragen somit nicht zur Ansteuerung der Basis bei. Außerdem bildet dieser Stromweg einen relativ großen Bahnwiderstand für den vom Emitter in die Basis injizierten Strom. Die bekannten Planar-Fototransistoren weisen daher eine hohe Sättigungsspannung auf.
Deshalb läßt die Linearität der Stromverstärkung über dem Fotostrom zu wünschen übrig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fototransistor anzugeben, der gegenüber den bekannten Fototransistoren eine geringere Sättigungsspannung und eine höhere Linearität der Stromverstärkung aufweist und der zumindest im Bereich langwelligen Lichtes, insbesondere im Infrarot-Bereich, eine spektrale Empfindlichkeit besitzt, die der bekannter Transistoren gleichwertig ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Planar-Fototransistor der eingangs beschriebenen Art die Emitterzone an der Halbleiteroberfläche unter Freilassung des Basiskontaktierungsbereiches möglichst weitgehend die Basiszone ausfüllt, wobei der Emitteranschlußkontakt kleinflächig gegenüber der Emitterzone ist und daß die Emitterzone derart beschichtet ist, daß die Strahlung im wesentlichen durch die Emitterzone in den Halbleiterkörper eindringt.
Bei dem erfindungsgemäßen Planar-Fototransistor tritt somit im Gegensatz zu den bekannten Transistoren die Strahlung bzw.
das Licht durch die Emitterzone in den Halbleiterkörper ein.
Bei sehr kurzwelligem Licht ist die spektrale Empfindlichkeit bei der vorliegenden Ausführungsform reduziert, doch wirkt sich diese Abschwächung bei infrarotem Licht nicht aus. Der erfindungsgemäße Fototransistor ist daher insbesondere zur Detektion von Infrarot-Licht geeignet. Da nunmehr der optik wirksame Bereich des Fototransistors zugleich den elek- trisch aktiven Teil der verstärkenden Transistorstruktur bildet, reduziert sich die Sättigungsspannung erheblich.
Gegenüber den bekannten Foto-Transistoren wurde die Sättigungsspannung um den Faktor 3 verkleinert. Auch die Stromverstärkung ist nunmehr über einem sehr großen Bereich nahezu konstant. Bei einem Ausführungsbeispiel erzielte man eine nahezu konstante Stromverstärkung von 0,1 - 100 mA.
Da das Licht nunmehr durch die Emitterzone in die Basiskollektorsperrschicht eintritt, muß die Emitterzone an der Halbleiteroberfläche mit Ausnahme des möglichst kleinflächigen Emitterkontaktes mit einer reflexionsmindernden Schicht bedeckt werden. Diese reflexionsmindernde Schicht ist vorzugsweise eine Glasschicht, die mit einer weiteren Schicht aus Siliziumnitrid bedeckt werden kann.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In der Figur 2 ist der Foto-Planartransistor nach der Erfindung perspektivisch dargestellt, während die Figur 2a einen Schnitt durch den Transistor zeigt.
Ausgegangen wird beispielsweise von einem n +-leitenden Halbleiterkörper 1 aus einkristallinem Silizium, auf dem eine n-leitende Schicht 1b, die die Kollektorzone bildet, angeordnet ist. Diese Halbleiterschicht 1b wird vorzugsweise epitaktisch auf dem Halbleitergrundkörper 1 niedergeschlagen. In die Kollektorzone 1b wird die p-leitende Basiszone 2 eindiffundiert oder einimplantiert. Die Eindringtiefe der Basiszone 2 beträgt beispielsweise 3,5 ßm. Bei einer Kantenlänge des Halbleiterkörpers von 0,6 x 0,6 mm hat die Basis zone an der Halbleiteroberfläche eine Abmessung von vorzugsweise 0,4 x 0,4 mm. Der Schichtwiderstand der Basiszone liegt beispielsweise bei 200 - 300 Q 11 . In die Basis zone 2 wird wiederum mit Hilfe der bekannten Maskierungs- und Diffusions- bzw. Implantationstechnik die nunmehr mehr n -leitende Emitterzone 8 eingebracht, die an der Halbleiteroberfläche ein####n##l,ic,h#t großen Teil der Basiszone abdeckt. Aus der Figur 2a wird deutlich, daß nur der Teil der Basiszone von der Emitterzone unbedeckt bleibt, an dem der Basis-Emitteranschlußkontakt 5 angebracht werden muß. Im übrigen beträgt die Fläche der Emitterzone bei einer Basisfläche von 0,4 x 0,4 mm vorzugsweise 0,35 x 0,35 mm. Wenn die Eintringtiefe der Basiszone 3,5 ßm ist, dann liegt die der Emitterzone vorzugsweise bei 3 #m. Der Schichtwiderstand der Emitterzone liegt bei beispielsweise 10 - 15 Aus der Figur 2b wird deutlich, daß die allen Halbleiterzonen gemeinsame Oberflächensei~- des Halbleiterkörpers mit einer Oxidschicht 9 bedeckt ist, die bei den Implantations- oder Diffusionsprozessen als Maske mit verwendet wird. Wenn die Emitterzone eindiffundiert wird und als Störstellenmaterial Phosphor dient, so bildet sich während der Eindiffusion der Emitterzone an der Halbleiteroberfläche eine Glasschicht, die aus Phosporglas und aus Siliziumdioxid besteht. Diese Glasschicht kann als reflexionsmindernde Schicht auf der Halbleiteroberfläche belassen werden. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die durch die Diffusionsprozesse verunreinigte Glasmaskierungsschicht von der Halbleiteroberfläche wieder zu entfernen und durch eine neue reflexionsmindernde Schicht zu ersetzen.
Bei einem Ausführungsbeispiel wurde auf der Emitterzone 8 die Glasschicht 9 aus Phosphorglas und Siliziumdioxid belassen, die ca. 0,7 ßm dick war. Diese Glasschicht wurde zusätzlich mit einer weiteren Schicht 10 bedeckt, die beispielsweise aus Siliziumnitrid besteht und ca. 0,1 ßm dick ist.
Durch diese Schichtenkombination auf der Halbleiteroberfläche erhält man besonders günstige reflexionsmindernde -Eigenscriaften. Schließlich werden noch die Kontakte an den einzelnen Halbleiterzonen angebracht. Der Emitteranschlußkontakt 3 ist möglichst kleinflächig, um die zur Erzeugung des Fotostroms wirksame Fläche möglichst wenig zu reduzieren. Aus denselben Gründen wird auch der Basisanschlußkontakt 5 möglichst kleinflächig ausgebildet. Die Kontakte sind, wie aus der Figur 2a ersichtlich, beispielsweise an den entfernten Endpunkten einer Diagonale über die Halbleiteroberfläche angeordnet. Zur besseren Unterscheidung kann ein Kontakt quadratisch und der andere rund ausgeführt werden. Auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers befindet sich der großflächige Kollektoranschlußkontakt 6.
Es besteht noch die Möglichkeit, in die Kollektorzone 1b einen n -leitenden Ring einzubringen, der die Basiszone 2 umgibt und Kanalbildungen an der Halbleiteroberfläche wirksam verhindert. Die Kontakte an dem Halbleiterkörper aus Silizium bestehen beispielsweise aus Aluminium.
Bei einem zur Detektion von Infrarot-Licht vorgesehenen Planar-Transistor beträgt die Dicke der Kollektorschicht 1b beispielsweise 40 ßm. Dieser Wert entspricht der Eindringtiefe der von GaAs-Lichtemittern abgegebenen Strahlung.
Bei einem Ausführungsbeispiel konnte die Sättigungsspannung von 400 mV bei einem bezüglich der Chipfläche vergleichbaren Fototransistor auf 130 mV reduziert werden. Die Stromverstärkung entspricht der bekannter Transistoren, ist jedoch nunmehr über einen Strombereich von 3 Größenordnungen nahezu konstant.

Claims

Patentansprüche 9 Planar-Fototransistor mit einer Kollektorzone, einer in die Kollektorzone eingelassenen Basis zone und einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone, daduch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (8) an der Halbleiteroberfläche unter Freilassung des Basiskontaktierungsbereiches (5) möglichst weitgehend die Basiszone (2) ausfüllt, wobei der Emitteranschlußkontakt (3) kleinflächig gegenüber der Emitterzone (8) ist und daß die Emitterzone (8) derart beschichtet ist, daß die Strahlung (7) im wesentlichen durch die Emitterzone (8) in den Halbleiterkörper eindringt.
2) Planar-Fototransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (8) mit Ausnahme des Emitterkontaktes (3) mit einer reflexionsmindernden Schicht (9, 10) bedeckt ist.
3) Planar-Fototransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsmindernde Schicht aus einer auf der Halbleiteroberfläche angeordneten Glasschicht (9) besteht, die mit einer weiteren Schicht (10) aus Siliziumnitrid bedeckt ist
4) Planar-Fototransistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Phosphorglas und Siliziumdioxid bestehende Glasschicht (9) ca. 0,7 Am und die Siliziumnitridschicht (10) ca. 0,1 #m dick ist.
5) Planar-Fototransistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Detektion von Infrarot-Licht.