JPH04275467A - フォトトランジスタ - Google Patents

フォトトランジスタ

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JPH04275467A
JPH04275467A JP3037449A JP3744991A JPH04275467A JP H04275467 A JPH04275467 A JP H04275467A JP 3037449 A JP3037449 A JP 3037449A JP 3744991 A JP3744991 A JP 3744991A JP H04275467 A JPH04275467 A JP H04275467A
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JP
Japan
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semiconductor
conductivity type
phototransistor
single crystal
amorphous
Prior art date
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Pending
Application number
JP3037449A
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English (en)
Inventor
Shigeru Noguchi
繁 能口
Hiroshi Iwata
浩志 岩多
Keiichi Sano
景一 佐野
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/11Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers or surface barriers, e.g. bipolar phototransistor
    • H01L31/1105Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers or surface barriers, e.g. bipolar phototransistor the device being a bipolar phototransistor
    • HELECTRICITY
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    • H01L31/036Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0376Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換素子における
フォトトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】フォトトランジスタは、通常単結晶半導
体の製造工程を利用して形成されることから、その光感
知部に加えトランジスタなどからなる光信号処理部も同
時に形成される。このため、斯る信号処理部による信号
増幅機能により微量な光に対しても高感度で感知し得る
【0003】この製造工程の中でとりわけ重要な部分と
して、半導体接合の製作工程がある。斯る工程は、前記
単結晶半導体へ導電型決定不純物をドーピングすること
により行われるが、その具体的な方法としては通常熱拡
散法が用いられる。
【0004】然し乍ら、前記熱拡散法によれば、その接
合面は前記単結晶半導体の表面から深い部分に形成され
ることとなり、主に浅い部分で吸収される短波長光に対
しては感度の低下を引き起こす原因となっていた。
【0005】そこで、近年、前記接合面の位置が、オン
グストロームのオーダーで制御し得るものとして、前記
単結晶半導体上に非晶質半導体薄膜を成膜し、これら半
導体間で、前記半導体接合を形成しようとする方法が検
討されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記単結晶半導体と前
記非晶質半導体との半導体接合は、所謂ヘテロ接合とな
ることから、その界面特性は、従来の熱拡散法による単
結晶半導体の内部に形成された接合界面の特性と比較し
て、一般に劣っている。
【0007】この原因は、主に前記非晶質半導体の禁止
帯内に存在する多数の局在準位に基づく前記ヘテロ接合
の界面準位にある。
【0008】前記界面準位が多数存在すると、例え多く
の光キャリアが前記ヘテロ接合界面の近傍で発生しても
前記界面準位が前記光キャリアの再結合中心として作用
し該光キャリアの消滅をもたらす。斯る現象は、フォト
トランジスタにあっては光感度の低下として素子特性に
現れる。
【0009】そこで、本発明の目的とするところは、前
記界面準位の密度を低減した前記半導体接合を備えたフ
ォトトランジスタを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明フォトトランジス
タの特徴とするところは、一導電型単結晶半導体と他導
電型非晶質半導体との間に、真性の非晶質半導体を介在
させるとともに、その光入射側を前記他導電型非晶質半
導体側としたことにある。
【0011】
【作用】前記一導電型単結晶半導体と他導電型非晶質半
導体との間に、真性の非晶質半導体を介在させることに
よって、本来斯様なヘテロ接合において多数発生する界
面準位を低減させることが可能となる。
【0012】従って、前記ヘテロ接合を通って流れるキ
ャリアの再結合が抑制され、フォトトランジスタの感度
が向上することとなる。
【0013】
【実施例】図1は、本発明フォトトランジスタの素子構
造と、それを駆動させるための電気接続を示す図である
【0014】図中の(1)は単結晶半導体で低抵抗のp
+型のシリコン、(2)は単結晶半導体(1)の一主面
に通常の拡散法によって形成された一導電型単結晶半導
体で高抵抗のn型シリコン、(3)は本発明の特徴であ
る真性の非晶質シリコンからなる非晶質半導体、(4)
は非晶質半導体(3)上に形成された他導電型非晶質半
導体、(5)は光入射側に配置された酸化錫や酸化イン
ジュウムなどからなる透明導電膜、(6)は前記フォト
トランジスタに電圧を印加するバイアス電源である。非
晶質半導体(3)は、従来周知のプラズマCVD法によ
って形成した。
【0015】斯る構造に於ては、単結晶半導体(1)が
コレクタであり、一導電型単結晶半導体(2)がベース
として機能し、他導電型非晶質半導体(4)は光の入射
側となるエミッタとして機能する。単結晶半導体(1)
は低抵抗であるためにフォトトランジスタの一電極とし
ても機能している。従って、単結晶半導体(1)に被着
するように、新たに金属膜を形成し、これを電極として
もよい。
【0016】尚、通常、導電型決定不純物を添加せずに
形成された非晶質シリコンにおいては、物性からくる特
性によってややn型の特性を示す。本実施例で使用する
非晶質シリコンは斯様なややn型の非晶質シリコンを使
用してもよく、さらにはp型不純物を微量に添加して実
質的に真性とした非晶質シリコンを使用してもよい。
【0017】前記フォトトランジスタの電圧印加の極性
は、単結晶半導体(1)を負電圧、前記他導電型非晶質
半導体(4)を正電圧としている。
【0018】図2は、前記フォトトランジスタのエネル
ギーバンド図をその動作過程毎に示したものである。前
記エネルギーバンド図自体は、未だ検証されたものでは
なく推定によるものであるが、これに基づけば以下のよ
うに本発明フォトトランジスタを説明し得る。尚、図中
の符号は図1と対応させている。さらに、図中の(7)
はエネルギーバンドにおける伝導帯、(8)は禁止帯、
(9)は価電子帯、(10)はフォトトランジスタに接
続された金属部、(11)はフェルミ準位を示す。
【0019】同図(a)は光照射を行わない状態(以下
暗状態と略する)でコレクタとエミッタとの2端子を短
絡状態にしたもの、(b)は暗状態で前記電圧印加を行
った場合であり、(c)は光照射下での電圧印加状態を
示している。
【0020】前記電圧印加の極性によれば単結晶半導体
(1)と一導電型単結晶半導体(2)との接合部は逆バ
イアス状態となることから、前記フォトトランジスタが
暗状態(同図(b))の場合、前記電圧の殆どが前記接
合部で消費され、回路には殆ど電流が流れない。
【0021】次に、前記フォトトランジスタに光を照射
する(同図(c))と、上記実施例では一導電型単結晶
半導体(2)内で発生した光キャリアのうち、正孔(イ
)は単結晶半導体(1)の方へ、即ち、ベースからコレ
クタの方へ拡散していくが、電子(ロ)は、単結晶半導
体(1)と、非晶質半導体(3)及び他導電型非晶質半
導体(4)とで挟まれているために、前記一導電型単結
晶半導体(2)内に閉じ込められた形となる。従って、
斯る電子(ロ)は前記一導電型単結晶半導体(2)の電
位、即ちベースの電位を押し上げるように作用する。
【0022】これによれば、一導電型単結晶半導体(2
)と前記他導電型非晶質半導体(4)とによって形成さ
れる障壁の高さ(Φ)が減少する(同図(b)(c))
こととなり、他導電型非晶質半導体(4)から一導電型
単結晶半導体(2)への正孔(ハ)の移動が容易となる
【0023】即ち、一導電型単結晶半導体(2)での光
生成キャリアが発生すると、斯る光生成キャリアによる
電流の他に、他導電型非晶質半導体(4)から一導電型
単結晶半導体(2)への正孔による電流が流れることと
なり、光感度が非常に高くなる。
【0024】従来のフォトトランジスタでは、他導電型
非晶質半導体(4)と一導電型単結晶半導体(2)との
半導体接合はヘテロ接合であることから、これら半導体
の界面に存在する界面準位が多数発生し、例え前記障壁
の高さが変化しても、これによって移動するキャリアを
トラップ若しくは再結合によって消滅させてしまう。
【0025】本発明にあっては、前記ヘテロ接合に本発
明の特徴である真性の非晶質半導体を介在させているこ
とから、このような消滅を低減させることが可能となる
【0026】ところで、非晶質シリコンを斯様な接合に
介在させる構造に対しては、非晶質半導体を主成分とす
る太陽電池の構造を想起させる。斯る例としては、本出
願人が平成2年第51回応用物理学会予稿集(29a−
G−4)第696頁で発表したような、p型非晶質シリ
コンとn型単結晶シリコンとの接合にノン・ドープ非晶
質シリコンを介在せしめた太陽電池がある。
【0027】然し乍ら、斯様な太陽電池では、ノン・ド
ープ非晶質シリコンは光生成キャリアの発生そのものを
行うとともに、該非晶質シリコンの両端の接合は、電子
、正孔を透過させることが必要である。
【0028】これに対して、本発明フォトトランジスタ
の基本的な動作機構は、導電性非晶質半導体と導電性単
結晶半導体との禁止帯幅の差による前記障壁の高さを利
用することによって、多数キャリアを界面近傍で閉じ込
める動作、即ち前記実施例では電子を閉じ込める動作を
行わしめるものである。斯様な障壁の高さによる多数キ
ャリアの閉じ込めを効率よく行うには、前述のような界
面準位に起因するキャリアの再結合をできる限り減少さ
せる必要があることから、本発明の特徴である真性の非
晶質半導体を使用することが有効となるのである。
【0029】従って、前記太陽電池の場合とは全く、そ
の機能効果を異にするものである。従来のフォトトラン
ジスタと上記実施例フォトトランジスタとを比較した場
合、その感度は、波長500nmの場合では、約1.4
倍、波長450nmの場合は、約1.2倍に向上した。
【0030】また、本発明で特徴とする前記非晶質半導
体(3)は、前記半導体接合の特性を向上させるもので
あるが、該非晶質半導体も光を吸収することからその膜
厚が問題となる。
【0031】図3は、本発明フォトトランジスタで使用
する非晶質シリコンの膜厚と、フォトトランジスタの感
度との関係を示す特性図である。感度のピークは、波長
によって変化するものの概ね50〜100Å内に存在す
る。
【0032】従って、本発明フォトトランジスタにおい
ては、前記非晶質シリコンの膜厚は、数10Åから30
0Åの範囲で使用することが好ましい。これよりも膜厚
が厚くなると、前記非晶質シリコンによる光吸収が増加
してしまい、フォトトランジスタとしての感度低下が発
生する。
【0033】実施例では、pnp接合の構造で説明した
が、npn接合の構造であっても同様に作用効果し、こ
の場合光入射側のnpヘテロ界面に本発明の前記非晶質
半導体を介在せしめればよい。
【0034】さらに、本発明フォトトランジスタは、実
施例で説明した前記非晶質シリコンに限られるものでは
なく、非晶質シリコンカーバイド、非晶質シリコンゲル
マニューム、非晶質シリコンスズ等の非晶質半導体を使
用しても同様の効果を呈する。
【0035】
【発明の効果】本発明フォトトランジスタによれば、半
導体接合において発生する界面準位密度を低減させるこ
とが可能となることから、光キャリアの再結合等による
消滅が低減でき、光に対する感度向上が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明フォトトランジスタの素子構造図である
【図2】前記フォトトランジスタの各動作過程における
バンドプロファイル図である。
【図3】実施例フォトトランジスタの非晶質シリコンの
膜厚に対する波長感度特性図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  一導電型単結晶半導体と他導電型非晶
    質半導体との間に、真性の非晶質半導体を介在させると
    ともに、その光入射側を前記他導電型非晶質半導体側と
    したことを特徴とするフォトトランジスタ。
JP3037449A 1991-03-04 1991-03-04 フォトトランジスタ Pending JPH04275467A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3037449A JPH04275467A (ja) 1991-03-04 1991-03-04 フォトトランジスタ
US07/839,107 US5243216A (en) 1991-03-04 1992-02-20 Phototransistor

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JP3037449A JPH04275467A (ja) 1991-03-04 1991-03-04 フォトトランジスタ

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US5243216A (en) 1993-09-07

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