JP3192366B2 - Light receiving element and method of manufacturing the same - Google Patents

Light receiving element and method of manufacturing the same

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JP3192366B2
JP3192366B2 JP01505496A JP1505496A JP3192366B2 JP 3192366 B2 JP3192366 B2 JP 3192366B2 JP 01505496 A JP01505496 A JP 01505496A JP 1505496 A JP1505496 A JP 1505496A JP 3192366 B2 JP3192366 B2 JP 3192366B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光結合装置
等に使用される受光素子、特にダーリントントランジス
タ構成を有する受光素子及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light receiving element used for, for example, an optical coupling device, and more particularly to a light receiving element having a Darlington transistor configuration and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にトランジスタのコレクタ・エミッ
タ間降伏電圧は式(1)に示すように、hFEの増大に従
って低下する。
2. Description of the Related Art In general, the breakdown voltage between the collector and the emitter of a transistor decreases as hFE increases, as shown in equation (1).

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】ここで、BVCE0:コレクタ・エミッタ間
降伏電圧、BVCB0:コレクタ・ベース間降伏電圧、h
FE:直流電流増幅率、n≒3〜6 これは、コレクタ・ベース接合で発生した暗電流がhFE
増幅され、なだれ降伏過程を引き起こすためである。従
って、所定のコレクタ・エミッタ間降伏電圧を得るため
には、hFEをある程度の大きさに抑えなければならず出
力には限界がある。
Here, BV CE0 : breakdown voltage between collector and emitter, BV CB0 : breakdown voltage between collector and base, h
FE : DC current amplification factor, n ≒ 3-6 This is because the dark current generated at the collector-base junction is h FE
It is amplified and causes the avalanche breakdown process. Therefore, in order to obtain a predetermined collector-emitter breakdown voltage, there is a limit to the output should be kept to a certain size of h FE.

【0005】そこで、出力を大きくとる方法の1つとし
てダーリントントランジスタが一般に用いられている
が、更に高出力、高耐圧を得るためには図8に示すよう
に、ベース・エミッタ間に抵抗を内蔵したダーリントン
トランジスタが用いられている。図8において、NPN
タイプの初段トランジスタ100と同じくNPNタイプ
の出力段トランジスタ101とがダーリントン接続され
ている。そして、初段トランジスタ100及び101の
それぞれのベース・エミッタ間に各々抵抗102及び1
03が介挿されている。この構成は一般にパワートラン
ジスタ等に使用されている。
To increase the output, a Darlington transistor is generally used. One way to obtain a higher output and a higher breakdown voltage is to incorporate a resistor between the base and the emitter as shown in FIG. Darlington transistors are used. In FIG. 8, NPN
A Darlington connection is made between an NPN type output stage transistor 101 and a NPN type output stage transistor 101. The resistors 102 and 1 are connected between the base and the emitter of the first-stage transistors 100 and 101, respectively.
03 is inserted. This configuration is generally used for power transistors and the like.

【0006】この図の構成は、暗電流を抵抗102、
103を介してベース・エミッタ間に流すことにより、
暗電流がhFE増幅されないようにして、hFEの増加によ
るコレクタ・エミッタ間降伏電圧の低下を防止するよう
にしたものである。
[0006] configuration of Figure 8, resistor dark current 102,
By flowing between the base and the emitter via 103,
Dark current is prevented from being h FE amplified, is obtained so as to prevent a decrease in the collector-emitter breakdown voltage due to an increase in h FE.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ダーリ
ントントランジスタの構成を受光素子に適用しようとし
た場合、入力されるベース電流は内蔵フォトダイオード
にて発生する光電流となるが、光源の光量や受光部とな
るフォトダイオードの感度を考慮すると、少なくとも数
μAのベース電流で初段トランジスタが駆動しなけれ
ば、その用途は非常に狭い範囲に限定されてしまう。
When the above-described Darlington transistor configuration is applied to a light receiving element, the input base current is a photocurrent generated by a built-in photodiode. In consideration of the sensitivity of the photodiode serving as a part, unless the first-stage transistor is driven by at least a base current of several μA, its use is limited to a very narrow range.

【0008】そこで、受光素子を、例えば数μA以上の
ベース電流が発生し得る条件下で使用するものとした場
合には、図8の構成ならば、初段トランジスタ100の
ベース・エミッタ間のオン電圧が約0.5Vであること
から、初段トランジスタ100におけるベース・エミッ
タ間の抵抗102は設計裕度を考慮すると、約1MΩ以
上の抵抗値にする必要があることになる。なお、出力段
のトランジスタ101におけるベース・エミッタ間の抵
抗103は、初段トランジスタ100で光電流がhFE
増幅されているので例えば数十KΩでよい。
Therefore, when the light receiving element is used under the condition that a base current of, for example, several μA or more can be generated, the ON-voltage between the base and the emitter of the first-stage transistor 100 can be obtained with the configuration of FIG. Is about 0.5 V, the resistance 102 between the base and the emitter in the first-stage transistor 100 needs to have a resistance value of about 1 MΩ or more in consideration of design margin. The resistance 103 between the base and the emitter of the transistor 101 in the output stage may be, for example, several tens of KΩ because the photocurrent is amplified by hFE times in the first stage transistor 100.

【0009】ところで、初段トランジスタ100で必要
とされる約1MΩのような高抵抗102を、通常のフォ
トトランジスタプロセスにて精度良く1チップ内蔵する
ことは、非常に困難である(非常に大きな面積を要して
しまう)。敢えて、この抵抗を設けようとしてもこの抵
抗を外付けせざるを得ず1チップ化はできない。
By the way, it is very difficult to accurately incorporate a high resistance 102 such as about 1 MΩ required for the first-stage transistor 100 into one chip by a normal phototransistor process (very large area is required). You need it). Even if we dare to provide this resistor, we have to attach this resistor externally and we cannot make it into one chip.

【0010】そこで、本発明の目的は、受光素子、特に
ダーリントントランジスタを受光素子に適用した構造に
おいて、高出力を有し、かつコレクタ・エミッタ間降伏
電圧を高く設定でき高耐圧が得られ、しかもベース・エ
ミッタ間に介挿する抵抗値を低く抑えられて内蔵抵抗と
することができる1チップ化可能な受光素子を実現する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a light-receiving element, particularly a structure in which a Darlington transistor is applied to a light-receiving element, to have a high output, to set a high collector-emitter breakdown voltage, to obtain a high breakdown voltage, and to obtain a high breakdown voltage. An object of the present invention is to realize a light-receiving element that can be formed into a single chip in which a resistance value inserted between a base and an emitter can be suppressed to be low and can be used as a built-in resistor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項1は、光電変換部と、該光電変換部に
よって得られる光電流を増幅するダーリントン接続され
た初段及び出力段のトランジスタと、該出力段トランジ
スタのベースエミッタ間に介挿された電流抑制用の抵抗
と、を有する受光素子において、前記ダーリントントラ
ンジスタの初段トランジスタの増幅率よりも出力段トラ
ンジスタの増幅率を大きくしてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to provide a photoelectric conversion unit and a Darlington-connected first stage and an output stage for amplifying a photocurrent obtained by the photoelectric conversion unit. A transistor and the output stage transistor
Current-suppressing resistor inserted between the base and emitter of the star
If, in the light-receiving element having, wherein said formed by large comb the amplification factor of the output stage transistor than the amplification factor of the first stage transistor of the Darlington transistor.

【0012】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の受光素子において、前記各トランジスタの増幅率の差
異は、各トランジスタのベース領域への不純物の注入ド
ーズ量の差異によって設定されてなることを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, in the light-receiving element according to the first aspect, the difference in the amplification factor of each transistor is set by the difference in the dose of impurity implantation into the base region of each transistor. It is characterized by becoming.

【0013】請求項3に記載の発明は、本発明による受
光素子の製造方法であって、請求項1または2のい
かに記載の受光素子の製造方法において、半導体基板上
に形成した酸化膜をマスクとして、前記初段及び出力段
の両トランジスタのベース領域に不純物をイオン注入す
る第1工程と、次いで前記出力段トランジスタのベース
領域をフォトレジストによって被覆し、不純物を前記初
段トランジスタのベース領域に選択的にイオン注入する
第2工程と、を含むことを特徴とする。
[0013] According to a third aspect of the invention, a method for manufacturing a photodiode according to the present invention, in the manufacturing method of the light-receiving element according to any Re without gall claim 1 or 2, formed on a semiconductor substrate A first step of ion-implanting impurities into the base regions of both the first-stage and output-stage transistors using an oxide film as a mask, and then covering the base region of the output-stage transistor with a photoresist; And a second step of selectively implanting ions into the region.

【0014】請求項4に記載の発明は、前記第1工程で
イオン注入する不純物のドーズ量を低ドーズ量とし、第
2工程でイオン注入する不純物のドーズ量を高ドーズ量
としてなることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the dose of the impurity implanted in the first step is a low dose, and the dose of the impurity implanted in the second step is a high dose. And

【0015】以下、各請求項による作用を説明する。Hereinafter, the operation according to each claim will be described.

【0016】請求項1の発明によれば、出力段トランジ
スタのベース・エミッタ間にのみ暗電流抑制用抵抗が内
蔵されているため、受光素子としてのコレクタ・エミッ
タ降伏電圧は初段トランジスタの増幅率hFEで決定され
る。従って、初段トランジスタのhFEを制御することに
より、所定のコレクタ・エミッタ間降伏電圧が得られ
る。ここで、初段トランジスタのhFEを出力段トランジ
スタのhFEよりも小さく設定しているので、コレクタ・
エミッタ間降伏電圧を大きくすることができる(高耐圧
化を図れる)。
According to the first aspect of the present invention, since the dark current suppressing resistor is built only between the base and the emitter of the output stage transistor, the collector-emitter breakdown voltage as the light receiving element is increased by the amplification factor h of the first stage transistor. Determined by FE . Therefore, by controlling the hFE of the first-stage transistor, a predetermined collector-emitter breakdown voltage can be obtained. Here, since it is set to be smaller than the h FE of the output stage transistor h FE of the first-stage transistor, the collector and the
The breakdown voltage between the emitters can be increased (high breakdown voltage can be achieved).

【0017】一方、コレクタ・エミッタ間降伏電圧に影
響を与えない出力段トランジスタ2のhFEは逆に大きく
とっているので、ダーリントントランジスタとしてのh
FEは大きくできる(高出力化を図れる)。即ち、高出
力、高耐圧の受光チップを実現できる。
[0017] On the other hand, since the h FE of the output stage transistor 2, which does not affect the collector-emitter breakdown voltage is taken largely on the reverse, h as a Darlington transistor
FE can be increased (high output can be achieved). That is, a light-receiving chip with high output and high withstand voltage can be realized.

【0018】請求項2のように、各トランジスタのベー
ス領域へのドーズ量を制御することにより、所望のhFE
の値を精度よく得ることができる。
By controlling the dose of each transistor to the base region, a desired h FE can be obtained.
Can be obtained with high accuracy.

【0019】請求項3によれば、従来の受光素子の製造
プロセスから大幅な変更を行う事なく、請求項1または
2の受光素子を得ることができる。
According to the third aspect, the light receiving element according to the first or second aspect can be obtained without making a significant change from the conventional light receiving element manufacturing process.

【0020】請求項4によれば、出力段トランジスタの
増幅率/初段トランジスタの増幅率の比が大きくても、
その構成を容易に実現できる。
According to claim 4, even if the ratio of the amplification factor of the output stage transistor / the amplification factor of the first stage transistor is large,
The configuration can be easily realized.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、受光素子、特に
ダーリントントランジスタを受光素子に適用する構造に
おいて、高出力を有し、かつ初段トランジスタのhFE
小さく、出力段のトランジスタのhFEを大きくするとと
もに、出力トランジスタにのみ暗電流抑制用の抵抗を内
蔵させることによって、コレクタ・エミッタ間降伏電圧
を高く設定でき高耐圧が得られ、しかも内蔵抵抗の抵抗
値を低く抑えることができるために1チップ化が可能な
受光素子を実現した点にある。
Features of the embodiment of the present invention includes a light receiving element, especially in the structure for applying the Darlington transistor to the light receiving element, it has a high output and reduce the h FE of the first stage transistor, h FE of the transistor of the output stage In addition, by incorporating a resistor for suppressing dark current only in the output transistor, the breakdown voltage between the collector and the emitter can be set high, a high breakdown voltage can be obtained, and the resistance value of the built-in resistor can be suppressed low. That is, a light receiving element that can be integrated into one chip is realized.

【0022】以下、図面を参照して説明する。図1及び
図2はそれぞれ、本発明の一実施例によるダーリントン
フォトトランジスタチップの等価回路図及びそのチップ
略断面図である。
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings. 1 and 2 are an equivalent circuit diagram and a schematic sectional view of a Darlington phototransistor chip according to an embodiment of the present invention, respectively.

【0023】本実施例のダーリントンフォトトランジス
タチップ(以下、単に受光チップと記す)は、図1及び
図2に示すように、NPNタイプの初段トランジスタ1
と同じくNPNタイプの出力段トランジスタ2とがダー
リントン接続されている。即ち、初段トランジスタ1の
コレクタ11と出力段トランジスタ2のコレクタ21と
が共通接続され、初段トランジスタ1のエミッタ12が
出力段トランジスタ2のベース22に接続されている。
そして、フォトダイオード3が初段トランジスタ1のコ
レクタ11とベース13との間に接続されており、拡散
抵抗4が出力段トランジスタ2のベース22とエミッタ
23との間に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the Darlington phototransistor chip (hereinafter simply referred to as a light receiving chip) of the present embodiment has an NPN type first stage transistor 1.
Similarly, the NPN type output stage transistor 2 is Darlington connected. That is, the collector 11 of the first-stage transistor 1 and the collector 21 of the output-stage transistor 2 are commonly connected, and the emitter 12 of the first-stage transistor 1 is connected to the base 22 of the output-stage transistor 2.
The photodiode 3 is connected between the collector 11 and the base 13 of the first-stage transistor 1, and the diffused resistor 4 is connected between the base 22 and the emitter 23 of the output-stage transistor 2.

【0024】なお、図1中、5はコレクタ電極、6は出
力段トランジスタ2のエミッタ電極、また、図2中、3
0は半導体基板、31は酸化膜、34はチャンネルスト
ッパー層である。
In FIG. 1, 5 is a collector electrode, 6 is an emitter electrode of the output stage transistor 2, and 3 in FIG.
0 is a semiconductor substrate, 31 is an oxide film, and 34 is a channel stopper layer.

【0025】ここで、出力段トランジスタ2の入力ベー
ス電流は初段トランジスタ1の増幅により数百μA程度
まで上げられる。従って、この拡散抵抗4の抵抗値とし
ては約10KΩ〜数十KΩ程度でよい。この程度の抵抗
値であれば、通常のフォトトランジスタプロセスによる
拡散抵抗によって精度良く形成ができる。
Here, the input base current of the output stage transistor 2 is increased to about several hundred μA by the amplification of the first stage transistor 1. Therefore, the resistance value of the diffusion resistor 4 may be about 10 KΩ to several tens KΩ. With such a resistance value, it can be formed with high precision by diffusion resistance by a normal phototransistor process.

【0026】そして、図1の等価回路では明らかではな
いが、後述するように初段トランジスタ1のベース
(層)13よりも出力段トランジスタ2のベース(層)
22の方が濃度が低く、従って、初段トランジスタ1の
FEよりも出力段トランジスタ2のhFEの方が大きくな
っている。
Although not clear in the equivalent circuit of FIG. 1, the base (layer) of the output stage transistor 2 is more than the base (layer) 13 of the first stage transistor 1 as described later.
22 it is a low concentration, therefore, towards the h FE of the output stage transistor 2 than h FE of the first stage transistor 1 is increased.

【0027】本実施例のこのような構造によれば、出力
段トランジスタ2のベース・エミッタ間にのみ暗電流抑
制用の拡散抵抗4が内蔵されているため、受光チップと
してのコレクタ・エミッタ降伏電圧は初段トランジスタ
1のhFEで決定される。従って、初段トランジスタ1の
FEを制御することにより、所定のコレクタ・エミッタ
間降伏電圧が得られる。ここで、上述のように初段トラ
ンジスタ1のhFEを小さく設定しているので、このコレ
クタ・エミッタ間降伏電圧を大きくすることができる。
According to such a structure of this embodiment, since the diffusion resistor 4 for suppressing the dark current is built only between the base and the emitter of the output stage transistor 2, the collector-emitter breakdown voltage as the light receiving chip is provided. Is determined by hFE of the first-stage transistor 1. Therefore, by controlling the hFE of the first-stage transistor 1, a predetermined collector-emitter breakdown voltage can be obtained. Here, since the smaller the h FE of the first stage transistor 1, as described above, it is possible to increase the collector-emitter breakdown voltage.

【0028】一方、コレクタ・エミッタ間降伏電圧に影
響を与えない出力段トランジスタ2のhFEは大きくとっ
ているので、ダーリントントランジスタとしてのhFE
大きくできる。即ち、高出力、高耐圧の受光チップが得
られる。
[0028] On the other hand, since h FE of the output stage transistor 2, which does not affect the collector-emitter breakdown voltage is taking large, it can be increased the h FE as a Darlington transistor. That is, a light-receiving chip with high output and high withstand voltage can be obtained.

【0029】次に、図2の実施例の製造方法について説
明する。図3(a)乃至(e)は本実施例の製造工程図
である。
Next, the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 2 will be described. 3A to 3E are manufacturing process diagrams of the present embodiment.

【0030】まず、図3(a)に示すように、N型基板
30の表面に熱酸化法等により酸化膜31を形成した
後、この酸化膜31を選択的に除去する。
First, as shown in FIG. 3A, after an oxide film 31 is formed on the surface of the N-type substrate 30 by a thermal oxidation method or the like, the oxide film 31 is selectively removed.

【0031】次に図3(b)に示すように、この酸化膜
31をマスクとして、比較的低いドーズ量で、初段及び
出力段トランジスタのベース領域、フォトダイオードの
アノード及びカソード領域、拡散抵抗領域にボロン等の
P型不純物32を選択的にイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 3B, using this oxide film 31 as a mask, the base regions of the first and output stage transistors, the anode and cathode regions of the photodiode, and the diffusion resistance region at a relatively low dose. P-type impurities 32 such as boron are selectively ion-implanted.

【0032】次に、図3(c)に示すように、出力段ト
ランジスタのベース領域及び拡散抵抗領域をフォトレジ
スト33で被覆し、比較的高いドーズ量でボロン等のP
型不純物32の2回目のイオン注入を行う。この2回目
のイオン注入は、初段トランジスタのベース領域及びフ
ォトダイオードのアノード(カソード)領域に選択的に
イオン注入されることになる。
Next, as shown in FIG. 3C, the base region and the diffusion resistance region of the output stage transistor are covered with a photoresist 33, and a relatively high dose of P such as boron is used.
A second ion implantation of the type impurity 32 is performed. In this second ion implantation, ions are selectively implanted into the base region of the first transistor and the anode (cathode) region of the photodiode.

【0033】次いで、フォトレジスト33を除去した
後、熱拡散を行うことにより図3(d)に示す構造を得
る。ここで、出力段トランジスタのベース層及び拡散抵
抗層(P部)の不純物濃度が初段トランジスタのベース
層及びフォトダイオードのアノード及びカソード層(Q
部)の不純物濃度よりも低くなる。
Next, after the photoresist 33 is removed, the structure shown in FIG. 3D is obtained by performing thermal diffusion. Here, the impurity concentration of the base layer and the diffusion resistance layer (P portion) of the output stage transistor is changed to the base layer of the first stage transistor and the anode and cathode layers (Q
Part).

【0034】次に、リン等のN型不純物を熱拡散等によ
り拡散することで、初段、出力段トランジスタのエミッ
タ層チャンネルストッパー層34を同時形成し、図3
(e)の構造を得る。最後に、所要の電極を設けること
により図2に示した構造が得られる。
Next, by diffusing an N-type impurity such as phosphorus by thermal diffusion or the like, an emitter layer channel stopper layer 34 of the first and output stage transistors is simultaneously formed.
(E) structure is obtained. Finally, by providing the required electrodes, the structure shown in FIG. 2 is obtained.

【0035】なお、上記実施例では図3(b)に示す工
程でのドーズ量を7×1013cm-2、図3(c)に示す
工程でのドーズ量を2.3×1014cm-2とした。
In the above embodiment, the dose in the step shown in FIG. 3B is 7 × 10 13 cm −2 , and the dose in the step shown in FIG. 3C is 2.3 × 10 14 cm. -2 .

【0036】以上のように本発明の製造方法では、初段
トランジスタ1のベース領域13への不純物のドーズ量
を、出力段トランジスタ2のベース領域22への不純物
ドーズ量よりも大きくすることによって、出力トランジ
スタ4のhFEの方を大きくしている。このように、ドー
ズ量を変えることによってトランジスタのhFEを変えら
れることを図4を参照して説明する。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the output dose of the impurity to the base region 13 of the first transistor 1 is made larger than that of the impurity to the base region 22 of the output transistor 2. It is set to be larger towards the h FE of the transistor 4. Thus, with reference to FIG. 4 to be varied the h FE of the transistor will be described by varying the dose.

【0037】図4は、本発明者が実験した結果得た特性
図であって、図2と同構造の受光チップにおいて、初段
トランジスタ1のベース領域13へのイオン注入ドーズ
量を一定にして、出力段トランジスタ2のベース領域2
2へのイオン注入ドーズ量を変えた場合の、両ドーズ量
の比(A:初段トランジスタのベース領域へのドーズ量
/出力段トランジスタのベース領域へのドーズ量)と、
両トランジスタのhFEの比(B:出力段トランジスタの
FE/初段トランジスタのhFE)との関係を示したもの
である。
FIG. 4 is a characteristic diagram obtained as a result of an experiment conducted by the inventor. In the light-receiving chip having the same structure as that of FIG. 2, the ion implantation dose to the base region 13 of the first-stage transistor 1 is made constant. Base region 2 of output stage transistor 2
The ratio of the two doses (A: dose to the base region of the first-stage transistor / dose amount to the base region of the output-stage transistor) when the dose of the ion implantation into 2 is changed;
The ratio of h FE of the transistors: shows the relationship between the (B h FE of h FE / first stage transistor of the output stage transistor).

【0038】図4より明らかなように、初段/出力段の
各ベース領域へのイオン注入ドーズ量の比を変化させる
ことによって、出力段/初段のトランジスタhFEの比を
変化させることができるのがわかる。
As can be seen from FIG. 4, the ratio of the output stage / first stage transistor hFE can be changed by changing the ratio of the ion implantation dose to each base region of the first stage / output stage. I understand.

【0039】つまり、上記製造方法において、図3
(c)に示す2回目のイオン注入の際のドーズ量、即
ち、初段トランジスタ1へのイオン注入ドーズ量を制御
することによってこの受光チップのhFEを容易に制御す
ることができる。
That is, in the above manufacturing method, FIG.
Dose during the second ion implantation (c), the words, it is possible to easily control the h FE of the receiving chip by controlling an ion implantation dose of the first stage transistor 1.

【0040】さらに、発明者は、上記出力段/初段のh
FEの比が大きい程、コレクタ・エミッタ間降伏電圧が大
きくなることを確認した。このこと、図5を参照して説
明する。図5は図4同様、発明者が確認した実験結果で
あって、出力段/初段のhFE(図4のB)をパラメー
ターとして、ダーリントントランジスタとしてのhFE
と初段トランジスタ1のコレクタ・エミッタ間降伏電圧
との関係を示したものである。図5より明らかなよう
に、初段トランジスタ1に比べて出力段トランジスタ2
のhFEを大きくとる程、同じダーリントントランジスタ
のhFEに対してコレクタ・エミッタ間降伏電圧が高くな
る。
Further, the inventor has proposed that the output stage / first stage h
It has been confirmed that the collector-emitter breakdown voltage increases as the FE ratio increases. This will be described with reference to FIG. 5 4 Similarly, a result inventors have confirmed experimentally, the output stage / first stage h FE (B in FIG. 4) as a parameter, h FE as Darlington transistors
3 shows the relationship between the breakdown voltage between the collector and the emitter of the first-stage transistor 1. As is clear from FIG. 5, the output stage transistor 2 is
Enough to take the h FE large, the collector-emitter breakdown voltage is higher than the h FE of the same Darlington transistor.

【0041】即ち、初段トランジスタのhFEを所定の値
にコントロールし、出力段トランジスタのhFEを大きく
取ることによって、コレクタ・エミッタ間降伏電圧の値
を損なうことなく受光チップの高耐圧化を図れる。しか
も、本実施例の構造はダーリントントランジスタ構成を
とっており、出力段トランジスタのhFEを大きくとって
いるので高出力化を図れる。
That is, by controlling the hFE of the first-stage transistor to a predetermined value and increasing the hFE of the output-stage transistor, it is possible to increase the breakdown voltage of the light receiving chip without impairing the value of the collector-emitter breakdown voltage. . Moreover, the structure of this embodiment adopts a Darlington transistor configuration, thereby high output because it takes a large h FE of the output stage transistors.

【0042】ところで、図1の回路構成において、ダー
リントントランジスタとしてのhFEを求めれば、以下の
ような式になる。なお、説明を分かり易くするため図6
を参照して説明する(受光素子は省略している)。
By the way, in the circuit configuration of FIG. 1, by obtaining the h FE of the Darlington transistor, the following formula. In order to make the explanation easy to understand, FIG.
(The light receiving element is omitted).

【0043】[0043]

【数2】 (Equation 2)

【0044】ここで、IC及びIBはそれぞれ、hFE測定
時のコレクタ及びベース電流、hFE1は初段トランジス
タのhFE、hFE2は出力段トランジスタのhFE(ベース
・エミッタ間に抵抗を内蔵していない時のhFE)、RBE
は暗電流抑制用の内蔵抵抗の抵抗値、VBE2はhFE測定
時の出力段トランジスタのベース・エミッタ間電圧(約
0.7V)である。
[0044] Here, each of the I C and I B, the collector and base currents when h FE measurement, h FE of h FE1 first stage transistor, h FE2 is a resistor between the h FE (base-emitter of the output stage transistor H FE without built-in), R BE
Is the resistance of the internal resistor for suppressing a dark current, V BE2 is the base-emitter voltage of the output stage transistors at the time of h FE measurements (about 0.7 V).

【0045】従って、受光素子としての出力について
は、式(2)に基づくダーリントントランジスタとして
の出力が向上するような設定値を求め、且つ降伏電圧に
ついては上記に説明したように出力段/初段のhFEを高
く設定することにより、高耐圧、高出力の受光素子を実
現できる。
Therefore, for the output as the light receiving element, a set value that improves the output as the Darlington transistor based on equation (2) is obtained, and for the breakdown voltage, the output stage / first stage is determined as described above. By setting h FE high, a light-receiving element with high withstand voltage and high output can be realized.

【0046】具体的には、上記実施例では出力段/初段
のhFEの値を5〜6にした。ここで、暗電流抑制用の抵
抗RBEの大きさは約25KΩとした。これによって、耐
圧については従来構造の定格340Vを約380Vに高
耐圧化が図れ、出力については約2〜3倍に高出力化で
きた。
[0046] Specifically, in the above embodiment was 5-6 the value of the output stage / first stage h FE. Here, the size of the resistor R BE for suppressing dark current was about 25 KΩ. As a result, the withstand voltage can be increased from the rated 340 V of the conventional structure to about 380 V, and the output can be increased about two to three times.

【0047】ところで、上記図1乃至図3で説明した実
施例はダーリントントランジスタがNPNタイプのもの
であったが、PNPタイプのトランジスタに適用できる
ことは言うまでもない。その回路図を図に示す。トラ
ンジスタタイプが異なることと、フォトダイオードの接
続方向が逆になっている他は、図1と同じである。
In the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 3, the Darlington transistor is of the NPN type, but it goes without saying that the Darlington transistor can be applied to a PNP type transistor. The circuit diagram shown in FIG. It is the same as FIG. 1 except that the transistor type is different and the connection direction of the photodiode is reversed.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、出
力段トランジスタのベース・エミッタ間にのみ暗電流抑
制用抵抗が内蔵されているため、受光素子としてのコレ
クタ・エミッタ降伏電圧は初段トランジスタの増幅率h
FEで決定される。従って、初段トランジスタのhFEを制
御することにより、所定のコレクタ・エミッタ間降伏電
圧が得られる。ここで、初段トランジスタのhFEを出力
段トランジスタよりも小さく設定しているので、コレク
タ・エミッタ間降伏電圧を大きくすることができる(高
耐圧化を図れる)。
As described above, according to the present invention, since the dark current suppressing resistor is built only between the base and the emitter of the output stage transistor, the collector-emitter breakdown voltage as the light receiving element is reduced by the first stage transistor. Amplification factor h
Determined by FE . Therefore, by controlling the hFE of the first-stage transistor, a predetermined collector-emitter breakdown voltage can be obtained. Here, (attained a high breakdown voltage) so is set to be smaller than the output stage transistor to h FE of the first stage transistor, it is possible to increase the collector-emitter breakdown voltage.

【0049】一方、コレクタ・エミッタ間降伏電圧に影
響を与えない出力段トランジスタ2のhFEは逆に大きく
とっているので、ダーリントントランジスタとしてのh
FEは大きくできる(高出力化を図れる)。即ち、高出
力、高耐圧の受光チップを実現できる。
[0049] On the other hand, since h FE of the output stage transistor 2, which does not affect the collector-emitter breakdown voltage is taken largely on the reverse, h as a Darlington transistor
FE can be increased (high output can be achieved). That is, a light-receiving chip with high output and high withstand voltage can be realized.

【0050】さらに、暗電流抑制用抵抗は出力段トラン
ジスタに設けられているので、光電流は初段トランジス
タにて増幅されていることから、比較的小さい抵抗値で
よい。従って、通常のプロセスを使用して受光素子内に
作り込むことができ、1チップ化を容易に実現できる。
Further, since the dark current suppressing resistor is provided in the output stage transistor, the photocurrent is amplified by the first stage transistor, so that a relatively small resistance value is sufficient. Therefore, it can be built in the light receiving element using a normal process, and it is easy to realize one chip.

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

【図1】本発明の一実施例による受光素子の等価回路図
である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a light receiving element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の受光素子の具体的なチップ断面図であ
る。
FIG. 2 is a specific chip sectional view of the light receiving element of FIG.

【図3】(a)乃至(e)は、それぞれ本発明の一実施
例による受光素子の製造工程図である。
3 (a) to 3 (e) are manufacturing process diagrams of a light receiving element according to one embodiment of the present invention.

【図4】図2の構造におけるドーズ量とhFEとの関係を
示した特性図である。
Is a characteristic diagram showing the relation between the dose and the h FE in the structure of FIG. 4 FIG.

【図5】図2の構造におけるダーリントントランジスタ
のhFEと初段トランジスタのコレクタ・エミッタ間降伏
電圧との関係を示した特性図である。
5 is a characteristic diagram showing the relationship between the collector-emitter breakdown voltage of the h FE and the first stage transistor of the Darlington transistor in the structure of FIG.

【図6】図1の実施例の出力を説明するための回路図で
ある。
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining an output of the embodiment of FIG. 1;

【図7】本発明の他の実施例による受光素子の等価回路
図である。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a light receiving element according to another embodiment of the present invention.

【図8】従来の一般的なダーリントントランジスタの回
路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional general Darlington transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 初段トランジスタ 2 初段段トランジスタ 3 光電変換部 4 暗電流抑制用抵抗 13 初段トランジスタのベース領域 22 出力段トランジスタのベース領域 REFERENCE SIGNS LIST 1 first-stage transistor 2 first-stage transistor 3 photoelectric conversion unit 4 dark current suppressing resistor 13 first-stage transistor base region 22 output-stage transistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/00 - 31/119 H04B 10/00 - 10/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/00-31/119 H04B 10/00-10/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光電変換部と、該光電変換部によって得
られる光電流を増幅するダーリントン接続された初段及
び出力段のトランジスタと、該出力段トランジスタのベ
ースエミッタ間に介挿された電流抑制用の抵抗と、を有
する受光素子において、 前記ダーリントントランジスタの初段トランジスタの増
幅率よりも出力段トランジスタの増幅率を大きくしてな
ることを特徴とする受光素子。
1. A photoelectric conversion unit, a Darlington-connected first-stage and an output-stage transistor for amplifying a photocurrent obtained by the photoelectric conversion unit, and a base of the output- stage transistor.
A resistor for current suppression interposed between Suemitta, the light-receiving element having a light receiving element, characterized in that said formed by large comb the amplification factor of the output stage transistor than the amplification factor of the first stage transistor of the Darlington transistor.
【請求項2】 請求項1に記載の受光素子において、前
記各トランジスタの増幅率の差異は、各トランジスタの
ベース領域への不純物の注入ドーズ量の差異によって設
定されてなることを特徴とする受光素子。
2. The light-receiving element according to claim 1, wherein the difference in the amplification factor of each transistor is set by the difference in the dose of impurity implantation into the base region of each transistor. element.
【請求項3】 請求項1または2のいれかに記載の受
光素子の製造方法において、半導体基板上に形成した酸
化膜をマスクとして、前記初段及び出力段の両トランジ
スタのベース領域に不純物をイオン注入する第1工程
と、 次いで前記出力段トランジスタのベース領域をフォトレ
ジストによって被覆し、不純物を前記初段トランジスタ
のベース領域に選択的にイオン注入する第2工程と、を
含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
3. A method of manufacturing a light receiving device according to any Re without gall claim 1 or 2, the oxide film formed on a semiconductor substrate as a mask, impurity in the base region of the two transistors of the first stage and the output stage And a second step of covering the base region of the output stage transistor with a photoresist and selectively implanting impurities into the base region of the first stage transistor. Of manufacturing a light receiving element.
【請求項4】 前記第1工程でイオン注入する不純物の
ドーズ量を低ドーズ量とし、第2工程でイオン注入する
不純物のドーズ量を高ドーズ量としてなることを特徴と
する請求項3に記載の受光素子の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the dose of the impurity implanted in the first step is a low dose, and the dose of the impurity implanted in the second step is a high dose. Method for manufacturing a light receiving element.
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