JP2696300B2 - Two-terminal photoelectric conversion element - Google Patents

Two-terminal photoelectric conversion element

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JP2696300B2
JP2696300B2 JP5189131A JP18913193A JP2696300B2 JP 2696300 B2 JP2696300 B2 JP 2696300B2 JP 5189131 A JP5189131 A JP 5189131A JP 18913193 A JP18913193 A JP 18913193A JP 2696300 B2 JP2696300 B2 JP 2696300B2
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清水克哉
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光入力に対してスイ
ッチ動作する光電変換素子にかかるものであり、応答性
が速く、光入力に対しヒステリシスをもって二端子でス
イッチ動作が可能な二端子光電変換素子に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device which operates as a switch with respect to an optical input, and has a quick response and a two-terminal photoelectric switch capable of performing a two-terminal switch operation with hysteresis with respect to an optical input. It relates to a conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光入力に対し、スイッチ動作する
光電変換素子として、ホトトランジスタ、あるいはホト
ダーリントントランジスタ、さらには特開平2−249
238号に開示されるような本発明者の発明にかかるベ
ース変調形バイポーラ・ホトトランジスタ等が知られて
いる。上記する従来の光電変換素子のうち、ホトトラン
ジスタ、あるいはホトダーリントントランジスタ等の光
電変換素子は、その特性の面において、光入力に対し
て、リニア動作するものにすぎず、スレッシュ・レベル
を持たせたり、ヒステリシス動作を行わせることなどは
できなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a phototransistor or a photo Darlington transistor has been used as a photoelectric conversion element that performs a switching operation with respect to an optical input.
No. 238, there is known a base modulation type bipolar phototransistor according to the present inventors' invention. Among the above-described conventional photoelectric conversion elements, photoelectric conversion elements such as a phototransistor or a photo-Darlington transistor only perform linear operation with respect to optical input in terms of characteristics, and have a threshold level. And no hysteresis operation could be performed.

【0003】そこで、従来のこの種の光電変換素子の場
合、例えば、ホトトランジスタ、ホトダーリントントラ
ンジスタの後段にシュミット回路等の後処理回路を設け
ておき、これによって波形処理を行っている。さらに
は、最近では、ホトダイオード、シュミット回路並びに
定電圧回路などをワンチップ化した集積回路も実用化さ
れている。しかしながら、この方法による場合には、回
路による消費電流も増大し、コストも高くなるという欠
点を有している。また、二端子のものにおいて、光入力
に対し、ヒステリシスを持ったスイッチ動作は不可能な
ものであり、小型化にも限界があった。
Therefore, in the case of this type of conventional photoelectric conversion element, for example, a post-processing circuit such as a Schmitt circuit is provided downstream of a phototransistor or a photodarlington transistor, and waveform processing is performed by this. Further, recently, integrated circuits in which a photodiode, a Schmitt circuit, a constant voltage circuit, and the like are integrated into one chip have been put to practical use. However, this method has the disadvantage that the current consumption by the circuit increases and the cost increases. Further, in a two-terminal device, a switch operation with hysteresis cannot be performed with respect to optical input, and there is a limit to miniaturization.

【0004】上記する従来の光電変換素子のうち、ホト
トランジスタ、あるいはホトダーリントントランジスタ
にみられる問題点並びに欠点を解消する目的において、
上記する本発明者の発明にかかるベース変調形バイポー
ラ・ホトトランジスタ(Photo・Base Mod
ulation Bipolar Transisto
r:以下、ホト・BAMBITと略記する)が開発され
提供されてきている。この従来のホト・BAMBIT
は、第7図(ホト・BAMBITの平面図)に示す通り
の構造のものからなっていて、第8図(ホト・BAMB
ITの使用例を示す回路図)に例示するように使用した
場合に、第9図(ホト・BAMBITの光入力に対する
出力特性例を示すグラフ)に示す通りの特性を得るもの
である。すなわち、このホト・BAMBITは、全く消
費電流を必要とせず、さらにまた、光入力に対し、完全
に二端子で動作するという特徴を有するものである。
[0004] Among the above-mentioned conventional photoelectric conversion elements, in order to solve the problems and disadvantages seen in a phototransistor or a photodarlington transistor,
The base modulation type bipolar phototransistor (Photo / Base Mod) according to the invention of the present inventor described above.
ullation Bipolar Transisto
r: hereinafter abbreviated as “photo BAMBIT”) has been developed and provided. This conventional photo BAMBIT
Has a structure as shown in FIG. 7 (plan view of photo BAMBIT), and FIG. 8 (photo BAMBIT).
When used as exemplified in a circuit diagram showing an example of the use of IT, characteristics as shown in FIG. 9 (a graph showing an example of an output characteristic with respect to an optical input of a photo-BAMBIT) are obtained. In other words, the photo BAMBIT has the feature that it does not require any current consumption and operates completely with two terminals for optical input.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記す
る従来のホト・BAMBITは、次に記述するような問
題点を有している。すなわち、第7図に示す従来のホト
・BAMBITは、第8図の使用例において、該ホト・
BAMBITがスイッチ動作するには、光入力によりベ
ース電位Vが、V=V(ON)=Vcc−V
(Vとは、第10図に示すホト・BAMBITのベ
ース接地図において、コレクタ電流IがピンチOFF
するコレクターベース間の電圧である。)に上昇しない
とスイッチONしない。このホト・BAMBITの場
合、V≒0Vが適当な値であるため、V(ON)≒
CCとなる。そこで、高感度を得るには、rBE≒1
0MΩ以上の高抵抗が必要になる。これは、ホトダイオ
ードによるCR時定数の増大を招き、応答性が悪くなる
という難点を有している。また、ワンチップ内に10M
Ω以上の抵抗を挿入するには極めて大きなチップ面を必
要とし、コスト高になるという欠点も有している。
However, the above-mentioned conventional photo BAMBIT has the following problems. That is, the conventional photo BAMBIT shown in FIG.
The BAMBIT to operate the switch, the base potential V B by light input, V B = V B (ON ) = V cc -V
P (A V P, the common base view of photo · BAMBIT shown in FIG. 10, the collector current I c pinch OFF
Is the voltage between the collector and the base. The switch does not turn on unless it rises to). In the case of this photo BAMBIT, since V P ≒ 0 V is an appropriate value, V B (ON) ≒
VCC . Therefore, to obtain high sensitivity, r BE ≒ 1
A high resistance of 0 MΩ or more is required. This has the disadvantage that the CR time constant is increased by the photodiode and the response is deteriorated. Also, 10M in one chip
Inserting a resistor of Ω or more requires an extremely large chip surface, and has the disadvantage of increasing costs.

【0006】そこで、この発明は、上記する従来技術に
おける光電変換素子にみられる種々の欠点並びに問題点
に鑑み、これらの欠点並びに問題点を解消する目的にお
いて開発されたものであり、応答性が速く、光入力に対
し、ヒステリシスを持って二端子でスイッチ動作を可能
とする新規な構成になる二端子光電変換素子を提供する
ことにある。
Accordingly, the present invention has been developed for the purpose of solving these drawbacks and problems in view of the above-mentioned various drawbacks and problems of the photoelectric conversion element in the prior art. It is an object of the present invention to provide a two-terminal photoelectric conversion element having a novel configuration that enables a two-terminal switch operation with hysteresis with respect to light input quickly.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記する目
的を達成するにあたって、具体的には、第1の導電型の
半導体材料からなる第1の半導体領域層と、前記第1の
半導体領域層に対し、第2の導電型の半導体材料からな
る第2の半導体領域層とによってPN接合受光面域を形
成するものからなり、前記第1の半導体領域層は、第1
の導電型の半導体基板であって、コレクタ領域を形成
し、前記コレクタ領域に付勢するコレクタ電圧に対し、
電圧制御型負性抵抗特性を呈する負性抵抗部と、前記負
性抵抗部の入力部にバイアス電圧を付勢するために設け
たバイアス電圧付勢部とを含むものからなり、前記バイ
アス電圧付勢部は、コレクタ電極とエミッタ電極に接続
された第1および第2の抵抗体の分割比でコレクタ・エ
ミッタ間電圧を分圧し、前記分圧された分圧点より第3
の抵抗体を通して前記負性抵抗部の入力部に接続されて
いる二端子光電変換素子を構成するものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, specifically, a first semiconductor region layer made of a semiconductor material of a first conductivity type; A second semiconductor region layer made of a semiconductor material of the second conductivity type with respect to the first semiconductor region layer, the first semiconductor region layer being formed of a first semiconductor region layer.
A conductive type semiconductor substrate, forming a collector region, for a collector voltage energizing the collector region,
A negative resistance section exhibiting a voltage control type negative resistance characteristic; and a bias voltage applying section provided for applying a bias voltage to an input section of the negative resistance section. The voltage divider divides the voltage between the collector and the emitter by a division ratio of the first and second resistors connected to the collector electrode and the emitter electrode, and divides the third voltage from the divided voltage by the third voltage.
And a two-terminal photoelectric conversion element connected to the input part of the negative resistance part through the above resistor.

【0008】[0008]

【作用】上記するように構成されるこの発明になる二端
子光電変換素子は、光入力に対してスイッチ動作する負
性抵抗部を含み、該負性抵抗部に対して、あらかじめバ
イアス電圧を与えるための領域を同一基板内に設け、比
較的弱い入力光でスイッチONするようにバイアスす
る。これにより、感度を上げることができ、また、光入
力信号に対しての時定数を大幅に削減できるので、光電
変換素子の応答性の向上に有効に作用し、さらには、生
産コストを大幅に削減することができる。
The two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention, which is configured as described above, includes a negative resistance section that performs a switching operation with respect to an optical input, and applies a bias voltage to the negative resistance section in advance. Are provided in the same substrate and biased to switch on with relatively weak input light. As a result, the sensitivity can be increased, and the time constant with respect to the optical input signal can be significantly reduced, which effectively works to improve the responsiveness of the photoelectric conversion element, and further significantly reduces the production cost. Can be reduced.

【0009】[0009]

【実施例の説明】以下、この発明になる二端子光電変換
素子について、図面に示す具体的な実施例に基づいて詳
細に説明する。図1Aは、この発明になる二端子光電変
換素子であって、その第1の実施例を概略的平面図で示
すものであり、図1Bは、図1AにおけるB−B’線に
沿った概略的断面図である。図1Aにおいて、この発明
になる二端子光電変換素子は、BAMBIT構造になる
負性抵抗部1、バイアス電圧付勢部2、第1の導電型の
半導体材料からなる第1の半導体領域層4および5、第
2の導電型の半導体材料からなる第2の半導体領域層
3、およびホトダイオードをなすPN接合受光面域3a
を含むものからなっている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention will be described in detail with reference to specific embodiments shown in the drawings. FIG. 1A is a schematic plan view showing a first embodiment of a two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention, and FIG. 1B is a schematic view taken along line BB ′ in FIG. 1A. FIG. In FIG. 1A, a two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention includes a negative resistance portion 1, a bias voltage biasing portion 2, a first semiconductor region layer 4 made of a semiconductor material of a first conductivity type, and a BAMBIT structure. 5, a second semiconductor region layer 3 made of a semiconductor material of the second conductivity type, and a PN junction light receiving surface area 3a forming a photodiode
It consists of what contains.

【0010】この実施例になる二端子光電変換素子にお
いて、前記負性抵抗部1は、Pベース領域6、P
ース領域8、Pコンタクト領域9、エミッタ領域1
0、ゲート領域11によってBAMBITを構成する。
図中、参照符号16は、BAMBITのベース電極であ
り、参照符号17は、BAMBITのエミッタ電極であ
る。
In the two-terminal photoelectric conversion element according to this embodiment, the negative resistance portion 1 includes a P - base region 6, a P + base region 8, a P + contact region 9, and an emitter region 1.
0, BAMBIT is constituted by the gate region 11.
In the figure, reference numeral 16 is a base electrode of BAMBIT, and reference numeral 17 is an emitter electrode of BAMBIT.

【0011】一方、前記バイアス電圧付勢部2は、参照
符号12、13、14で示される抵抗領域を含むもので
あって、それぞれ抵抗r,r,rとして作用す
る。BAMBITのエミッタ領域10は、エミッタ電極
17、ボンディンパット19によって抵抗領域13に接
続されており、BAMBITのPコンタクト領域9
は、BAMBITのベース電極16によって抵抗領域1
4に接続されている。ホトダイオードをなすPN接合受
光面域3aは、BAMBITのベース電極16によって
BAMBITのPコンタクト領域9並びに抵抗領域1
4と接続されている。
Meanwhile, the bias voltage biasing unit 2 comprise a resistive region indicated by reference numeral 12, 13, 14, act as resistors r 1, r 2, r 3 . The emitter region 10 of BAMBIT is connected to the resistance region 13 by the emitter electrode 17 and the bonding pad 19, and the P + contact region 9 of BAMBIT is provided.
Is the resistance region 1 by the base electrode 16 of BAMBIT.
4 is connected. The PN-junction light receiving surface area 3a forming a photodiode is connected to the P + contact region 9 of the BAMBIT and the resistance region 1 by the base electrode 16 of the BAMBIT.
4 is connected.

【0012】この発明において、前記第1の導電型の半
導体材料からなる第1の半導体領域層は、図1に示す実
施例のものにおいて、参照符号4および5によって示さ
れるように、基本的には、第1の導電型の半導体基板に
対し、その一方の面に成長形成される同導電型の半導体
領域層とからなっている。前記第1の半導体領域層4お
よび5は、BAMBITのコレクタ領域およびホトダイ
オードのカソード領域を示すものであり、参照符号7
は、N領域であり、参照符号15は、酸化膜を示すも
のであり、参照符号18は、ホトダイオードのカソード
及びBAMBITのコレクタ電極を示すものである。
In the present invention, the first semiconductor region layer made of the semiconductor material of the first conductivity type is basically formed as shown by reference numerals 4 and 5 in the embodiment shown in FIG. Consists of a first conductivity type semiconductor substrate and a semiconductor region layer of the same conductivity type grown and formed on one surface thereof. The first semiconductor region layers 4 and 5 indicate a collector region of BAMBIT and a cathode region of a photodiode, respectively.
Is an N + region, reference numeral 15 indicates an oxide film, and reference numeral 18 indicates a cathode of a photodiode and a collector electrode of BAMBIT.

【0013】図2は、この第1の実施例になる二端子光
電変換素子の動作原理を示すものであり、以下、第1の
実施例になる光電変換素子について、図2に示す動作原
理にもとづいて詳細に説明する。なお、図2において、
前記BAMBITについては新しいシンボルマークを用
いている。
FIG. 2 shows the principle of operation of the two-terminal photoelectric conversion element according to the first embodiment. Hereinafter, the operation principle of the photoelectric conversion element according to the first embodiment shown in FIG. It will be described in detail based on this. In FIG. 2,
A new symbol mark is used for the BAMBIT.

【0014】図1A及び図1Bに示す実施例になる二端
子光電変換素子の動作原理は次の通りである。図2にお
いて、抵抗r,rにより電圧Vccを分圧し、抵抗
を通してBAMBITのベースにバイアス電圧を与
えている。抵抗rと、抵抗rとの比は、およそ1:
9程度であり、電圧Vcc=5.0Vとすると、ホトダ
イオードのアノード電圧は、4.5Vとなる。もちろ
ん、この場合のBAMBITの電圧Vも、図10に示
したベース接地特性例のようにV≒0Vに設計され
る。したがって、BAMBITは、光が与えられない状
態ではスイッチOFFのままである。そこで、BAMB
ITをスイッチONさせるには、ホトBAMBITの場
合と異なり、ホトダイオードのアノード電圧を、抵抗r
を通して、ホトダイオードの光電流Ishを流すこと
で、約0.5V上昇させばよい。故に、図8に示す従来
のホトBAMBITと同じ感度においてスイッチONさ
せるためには、r/rBE≒1/10でよいことが理
解される。
The operation principle of the two-terminal photoelectric conversion device according to the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B is as follows. In FIG. 2, the voltage Vcc is divided by the resistors r 1 and r 2 , and a bias voltage is applied to the base of the BAMBIT through the resistor r 3 . The ratio between the resistance r 1 and the resistance r 2 is approximately 1:
Is about 9, when the voltage V cc = 5.0V, the anode voltage of the photodiode becomes 4.5V. Of course, the voltage V P of BAMBIT in this case, is designed to V P ≒ 0V as grounded base characteristic example shown in FIG. 10. Thus, BAMBIT remains switched off in the absence of light. So BAMB
In order to switch IT on, unlike the case of the photo BAMBIT, the anode voltage of the photodiode is changed by the resistance r
By passing the photocurrent Ish of the photodiode through 3 , the voltage may be increased by about 0.5V. Therefore, it is understood that r 3 / r BE ≒ 1/10 may be used in order to switch ON at the same sensitivity as the conventional photo BAMBIT shown in FIG.

【0015】そして、より感度を上げるには、r/r
をより小さくするか、rを大きくするか、あるい
は、BAMBITのVをよりプラスにコントロールす
ればよい。なお、抵抗r,rを通して消費電流が生
じるが、抵抗r,rとして各々、r≒100K
Ω、r≒900KΩ程度が良く、消費電流は僅か5μ
A程度であり、全く問題にならない。また、抵抗体につ
いては、r,r共に1MΩ程度と、まだ高抵抗であ
るが、図1Bに示すところのP−領域が使用でき、図1
Aでは、抵抗r,r,rは、それぞれ参照符号1
2、13、14で示される程度のものであり、それほど
大きな面積を占めない。したがって、低コスト化につな
がる。
In order to further increase the sensitivity, r 1 / r
Or two smaller, or increasing the r 3, or may be controlled V P of BAMBIT more positively. Although the current consumption through the resistor r 1, r 2 occurs, each as the resistance r 1, r 2, r 1 ≒ 100K
Ω, r 2 ≒ 900KΩ is good, and current consumption is only 5μ
About A, no problem at all. In addition, the resistor has a high resistance of about 1 MΩ for both r 2 and r 3 , but the P− region shown in FIG. 1B can be used.
In A, the resistors r 1 , r 2 , and r 3 are denoted by reference numerals 1 respectively.
2, 13, and 14 and do not occupy a very large area. Therefore, it leads to cost reduction.

【0016】この発明になる二端子光電変換素子の入出
力特性例を図3に示す。この図3から理解されるよう
に、この発明になる二端子光電変換素子は、図9に示す
従来のホトBAMBITに較べ、OFF状態時に、約
0.5V程度の初期電圧が生じる。これは、前述したよ
うに、5μA程度の電流消費によるものである。しか
し、CR時定数の大幅削減により、格段な応答性の改善
が図れる。また、感度等の設計の自由度も向上する。な
お、コレクタ負荷接続時は、ロー、ハイが逆転するだけ
である。
FIG. 3 shows an example of input / output characteristics of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention. As can be understood from FIG. 3, in the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention, an initial voltage of about 0.5 V is generated in the OFF state as compared with the conventional photo BAMBIT shown in FIG. This is due to the current consumption of about 5 μA as described above. However, remarkable improvement in responsiveness can be achieved by greatly reducing the CR time constant. In addition, the degree of freedom of design such as sensitivity is improved. Note that when the collector load is connected, only the low and the high are reversed.

【0017】この発明になる二端子光電変換素子の第2
の実施例を図4に示す。図4に示すこの発明の第2の実
施例になる二端子光電変換素子は、電圧制御型負性抵抗
として、J−FET(接合型電界効果トランジスタ)
と、バイポーラトランジスタとを用いた構成のものであ
る。図4は、第2の実施例になる二端子光電変換素子に
関して、図1Bに示す断面に対応する断面図であって、
この発明における負性抵抗部1を概略的に示すものであ
る。この実施例の場合、負荷抵抗の入力部として、J−
FETのソース21を用い、J−FETのゲート11を
トランジスタのコレクタと同電位にすることで、ベース
電流に対する帰還作用で、負性抵抗特性を実現するもの
である。この場合、もちろん、従来のBAMBITと異
なり、ゲート11からの少数キャリアの吸い出し効果は
なくスイッチング性は劣る。しかし、ソース、ドレイン
間の飽和電流値や、耐圧の設計に対し、自由度が増大
し、負性抵抗特性をよりコントロールすることができ
る。この実施例において参照符号20は、トランジスタ
のベース領域、参照符号22は、J−FETのトルイン
領域を示すものである。
The second embodiment of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention
4 is shown in FIG. The two-terminal photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is a J-FET (junction field effect transistor) as a voltage-controlled negative resistance.
And a bipolar transistor. FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to the cross section shown in FIG. 1B with respect to the two-terminal photoelectric conversion element according to the second embodiment,
1 schematically shows a negative resistance section 1 according to the present invention. In the case of this embodiment, J-
By using the source 21 of the FET and setting the gate 11 of the J-FET at the same potential as the collector of the transistor, a negative resistance characteristic is realized by a feedback action to the base current. In this case, of course, unlike the conventional BAMBIT, there is no effect of extracting minority carriers from the gate 11 and the switching performance is poor. However, the degree of freedom is increased with respect to the design of the saturation current value between the source and the drain and the withstand voltage, and the negative resistance characteristic can be more controlled. In this embodiment, reference numeral 20 indicates a base region of a transistor, and reference numeral 22 indicates a toluin region of a J-FET.

【0018】この発明になる二端子光電変換素子の第3
の実施例を図5に示す。この第3の実施例になる二端子
光電変換素子は、図5に示すように負性抵抗部1を含む
ものである。図5に示すこの発明の第3の実施例になる
二端子光電変換素子は、より高速性並びに高感度性を引
き出すために、数KΩ−cmで、200〜300μm程
度の厚みを持った高抵抗基板23が使われる。これによ
り、第1の実施例のものに較べ、N層の厚みを約10
倍にすることができ、感度は約2倍になる。また、高抵
抗基板を使うため、ホトダイオードの接合容量Cが前
記第1の実施例に較べ約1/10になりスイッチング性
が一桁改善される。この場合、高抵抗基板内に、負性抵
抗部のVCE(sat)を下げて、スイッチング性をよ
くするために、高濃度領域24が部分的に設けてある。
この実施例において、参照符号25は、Nコレクタ取
り出し部を示すものである。
The third terminal of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention
5 is shown in FIG. The two-terminal photoelectric conversion element according to the third embodiment includes a negative resistance portion 1 as shown in FIG. The two-terminal photoelectric conversion element according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 5 has a high resistance of several KΩ-cm and a thickness of about 200 to 300 μm in order to bring out higher speed and higher sensitivity. A substrate 23 is used. Thus, compared to those of the first embodiment, N - the thickness of the layer to about 10
The sensitivity can be doubled. Also, to use the high-resistance substrate, switching property is approximately 1/10 junction capacitance C 1 of the photodiode is compared with the first embodiment is improved by an order of magnitude. In this case, the high-concentration region 24 is partially provided in the high-resistance substrate in order to lower the V CE (sat) of the negative resistance portion and improve the switching performance.
In this embodiment, reference numeral 25 indicates an N + collector extraction portion.

【0019】この発明になる二端子光電変換素子の第4
の実施例を図6に示す。図6において、参照符号1は、
この発明における二端子光電変換素子の負性抵抗部を示
すものである。図6に示すこの発明の第4の実施例にな
る二端子光電変換素子は、図2に示した回路例のホトダ
イオードに代えて、ホトトランジスタを用いたものであ
り、感度と出力は、図2に示すものに対し、約10倍に
でき、抵抗rの値は、抵抗rに較べ、1/数10以
下になる。この第4の実施例は、図6に示すように、図
1Aに示すホトダイオード内にエミッタ領域を形成した
構成のものである。この接続は、エミッタ領域(第1の
導電型)と負性抵抗部1とで行われるものである。
The fourth aspect of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention
6 is shown in FIG. In FIG. 6, reference numeral 1 is
4 shows a negative resistance portion of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention. The two-terminal photoelectric conversion element according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 6 uses a phototransistor instead of the photodiode of the circuit example shown in FIG. Can be made about ten times as large as that shown in FIG. 2, and the value of the resistor r 6 is 1 / several tens or less as compared with the resistor r 3 . In the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, an emitter region is formed in the photodiode shown in FIG. 1A. This connection is made between the emitter region (first conductivity type) and the negative resistance section 1.

【0020】以上示した各実施例は、もちろん、各実施
例を共有することも可能であり、周知の技術を用いて、
集積回路に組み込むことなども可能である。
Each of the embodiments described above can, of course, be shared with each other.
It is also possible to incorporate them into an integrated circuit.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上の構成になるこの発明の二端子光電
変換素子は、以下に示す数多くの作用効果を奏するもの
である。 (1)従来の光電変換素子に対し、完全な二端子素子と
して、ヒステリシス特性をもちながら、光速にスイッチ
ングする。 (2)ホトBAMBITに較べ、負性抵抗部の入力部に
内部バイアスを与えることで、CR時定数を小さくで
き、より高速になる。 (3)内部バイアス定数を自由に選定できるので高感度
化が容易である。 (4)内部バイアス定数を削減できるので、ホトBAM
BITに較べ、チップサイズの縮小が可能になる。 (5)二端子素子であるので、アレー化も可能であり、
さまざまな産業上の応用が考えられる。 (6)従来のホトトランジスタと同様に、コレクタ負荷
接続、エミッタ負荷接続どちらもヒステリシスを持った
スイッチングが可能であり、ICの場合のように、アク
ティブハイ、アクティブローの二機種を持つ必要がな
い。
The two-terminal photoelectric conversion element of the present invention having the above-described structure has many effects as described below. (1) Compared to a conventional photoelectric conversion element, switching is performed at the speed of light while having hysteresis characteristics as a complete two-terminal element. (2) By applying an internal bias to the input section of the negative resistance section, the CR time constant can be reduced and the operation speed can be increased as compared with the photo BAMBIT. (3) The sensitivity can be easily increased because the internal bias constant can be freely selected. (4) Since the internal bias constant can be reduced, the photo BAM
Chip size can be reduced as compared with BIT. (5) Since it is a two-terminal element, it can be arrayed,
Various industrial applications are possible. (6) Like a conventional phototransistor, switching with hysteresis is possible for both collector load connection and emitter load connection, and there is no need to have two types of active high and active low as in the case of IC. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1Aは、この発明になる二端子光電変換素子
の具体的な第1の実施例を示す概略的な平面図であり、
図1Bは、図1AにおけるB−B’線に沿って断面で示
す概略的な断面図である。
FIG. 1A is a schematic plan view showing a specific first embodiment of a two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention;
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along a line BB ′ in FIG. 1A.

【図2】図2は、図1Aおよび図1Bに示す第1の実施
例になる当該光電変換素子にもとづいて、その動作原理
を説明するための回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an operation principle based on the photoelectric conversion element according to the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B.

【図3】図3は、図1Aおよび図1Bに示す第1の実施
例のものにあって、図2に示す回路図において、光入力
に対する出力特性例を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing an example of output characteristics with respect to light input in the circuit diagram shown in FIG. 2 in the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B.

【図4】図4は、この発明になる二端子光電変換素子の
第2の実施例を示すものであって、図1Bに示す断面に
対応する概略的な断面図である。
FIG. 4 shows a second embodiment of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention, and is a schematic sectional view corresponding to the section shown in FIG. 1B.

【図5】図5は、この発明になる二端子光電変換素子の
第3の実施例を示すものであって、図1Bに示す断面に
対応する概略的な断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention and corresponding to the cross section shown in FIG. 1B.

【図6】図6は、この発明になる二端子光電変換素子の
第4の実施例を示すものであって、当該第4の実施例に
なる光電変換素子の等価回路図である。
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the two-terminal photoelectric conversion element according to the present invention, and is an equivalent circuit diagram of the photoelectric conversion element according to the fourth embodiment.

【図7】図7は、従来のベース変調形バイポーラホトト
ランジスタ(ホトBAMBIT)の例を示す概略的な平
面図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of a conventional base modulation type bipolar phototransistor (photo BAMBIT).

【図8】図8は、従来のベース変調形バイポーラホトト
ランジスタ(ホトBAMBIT)の動作を説明するため
の回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram for explaining an operation of a conventional base modulation type bipolar phototransistor (photo BAMBIT).

【図9】図9は、従来のベース変調形バイポーラホトト
ランジスタ(ホトBAMBIT)の光入力に対する出力
特性例を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an example of output characteristics with respect to light input of a conventional base modulation type bipolar phototransistor (photo BAMBIT).

【図10】図10は、従来のベース変調形バイポーラホ
トトランジスタ(ホトBAMBIT)及び当該発明の光
電変換素子に用いられるべきBAMBITのベース接地
における電気的入力に対する出力特性例を示すグラフで
ある。
FIG. 10 is a graph showing an example of output characteristics of a conventional base modulation type bipolar phototransistor (photo BAMBIT) and a BAMBIT to be used for the photoelectric conversion element of the present invention with respect to an electrical input at a grounded base.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 負性抵抗部 2 バイアス電圧付勢部 3 第2の半導体領域層 3a PN接合受光面域 4、5 第1の半導体領域層 6 BAMBITのPベース領域 7 N領域 8 BAMBITのPベース領域 9 BAMBITのPコンタクト領域 10 エミッタ領域 11 ゲート領域 12、13、14 抵抗領域 15 酸化膜 16 ベース電極 17 エミッタ電極 18 ホトダイオードのカソード及びBAMBITのコ
レクタ電極 19 光電変換素子の出力取り出し用ボンディンパット 20 トランジスタのベース領域 21 J−FETのソース領域 22 J−FETのドレイン領域 23 高抵抗基板 24 N高濃度領域 25 Nコレクタ取り出し部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative resistance part 2 Bias voltage energizing part 3 Second semiconductor region layer 3a PN junction light receiving surface region 4, 5 First semiconductor region layer 6 P - base region of BAMBIT 7 N + region 8 P + base of BAMBIT Area 9 P + contact area of BAMBIT 10 Emitter area 11 Gate area 12, 13, 14 Resistance area 15 Oxide film 16 Base electrode 17 Emitter electrode 18 Cathode of photodiode and collector electrode of BAMBIT 19 Bonding pad for taking out output of photoelectric conversion element 19 Reference Signs List 20 base region of transistor 21 source region of J-FET 22 drain region of J-FET 23 high-resistance substrate 24 N + high-concentration region 25 N + collector extraction portion

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の導電型の半導体材料からなる第1
の半導体領域層と、前記第1の半導体領域層に対し、第
2の導電型の半導体材料からなる第2の半導体領域層と
によってPN接合受光面域を形成するものからなり、 前記第1の半導体領域層は、第1の導電型の半導体基板
であって、コレクタ領域を形成し、 前記コレクタ領域に付勢するコレクタ電圧に対し、電圧
制御型負性抵抗特性を呈する負性抵抗部と、 前記負性抵抗部の入力部にバイアス電圧を付勢するため
に設けたバイアス電圧付勢部とを含むものからなり、 前記バイアス電圧付勢部は、コレクタ電極とエミッタ電
極に接続された第1および第2の抵抗体の分割比でコレ
クタ・エミッタ間電圧を分圧し、前記分圧された分圧点
より第3の抵抗体を通して前記負性抵抗部の入力部に接
続されていることを特徴とする二端子光電変換素子。
A first conductive type semiconductor material;
Forming a PN junction light-receiving surface region by a semiconductor region layer of a second semiconductor region layer made of a semiconductor material of a second conductivity type with respect to the first semiconductor region layer. The semiconductor region layer is a semiconductor substrate of the first conductivity type, forms a collector region, and has a negative resistance portion exhibiting a voltage control type negative resistance characteristic with respect to a collector voltage applied to the collector region; A bias voltage energizing section provided to energize the input section of the negative resistance section with a bias voltage, wherein the bias voltage energizing section is connected to a collector electrode and an emitter electrode. And dividing the voltage between the collector and the emitter by a division ratio of the second resistor, and connecting the divided voltage dividing point to the input of the negative resistor through a third resistor. Two-terminal photoelectric conversion element .
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