JPH04360584A - Optical semiconductor device - Google Patents

Optical semiconductor device

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JPH04360584A
JPH04360584A JP3162480A JP16248091A JPH04360584A JP H04360584 A JPH04360584 A JP H04360584A JP 3162480 A JP3162480 A JP 3162480A JP 16248091 A JP16248091 A JP 16248091A JP H04360584 A JPH04360584 A JP H04360584A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
collector
phototransistor
semiconductor device
epitaxial layer
optical semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP3162480A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideshi Tamai
玉井 秀史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH04360584A publication Critical patent/JPH04360584A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an optical semiconductor device which intends to enhance high sensitivity and low power consumption of a phototransistor and to reduce in size a package. CONSTITUTION:An optical semiconductor device having an n<+> type buried epitaxial part 6 in a phototransistor operation section B in a boundary between an epitaxial layer 2 and an n<+> type silicon substrate 1 as a structure of a phototransistor. The part 6 is provided thereby to reduce a collector resistance, and hence a high sensitivity, low power consumption can be performed without altering the size of a chip, and further a package can be also reduced in size.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置に関し、
特に、フォトトランジスタの構造に特徴を有する光半導
体装置に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an optical semiconductor device.
In particular, the present invention relates to an optical semiconductor device having a feature in the structure of a phototransistor.

【0002】0002

【従来の技術】従来のフォトトランジスタの構造及びそ
の動作を図4〜図6に基づいて説明する。図4は、従来
の半導体チップの断面図であり、図5は、図4の平面図
(上視図)である。また、図6は、フォトトランジスタ
の等価回路図である。従来のフォトトランジスタは、図
4及び図5に示すように、サブストレ−ト21上にエピ
タキシャル成長された比較的濃度の低いコレクタ領域2
2を持ち、このコレクタ領域22内にイオン注入又は熱
拡散により形成されたベ−ス領域23及びエミッタ領域
24を有する。ここで、ベ−ス領域23は、機能的に2
つのパ−ト部分、即ち、フォトダイオ−ド部分Aとトラ
ンジスタ動作部分Bとを有する。なお、図4〜図6にお
いて、25及び26は素子分離部分、27は裏面コレク
タ電極、28は外来光(入射光)、29はコレクタ電流
をそれぞれ示す。
2. Description of the Related Art The structure and operation of a conventional phototransistor will be explained with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor chip, and FIG. 5 is a plan view (top view) of FIG. 4. Moreover, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a phototransistor. A conventional phototransistor has a relatively low concentration collector region 2 epitaxially grown on a substrate 21, as shown in FIGS. 4 and 5.
2, and has a base region 23 and an emitter region 24 formed within this collector region 22 by ion implantation or thermal diffusion. Here, the base area 23 has two functions.
It has two parts, namely a photodiode part A and a transistor operation part B. In FIGS. 4 to 6, 25 and 26 are element isolation portions, 27 is a back collector electrode, 28 is external light (incident light), and 29 is a collector current.

【0003】次に、従来の上記フォトトランジスタの動
作について説明すると、フォトダイオ−ド部分A内のp
−n接合により形成される空乏層領域及びその周辺に入
射した外来光(入射光)28により発生するキャリアが
トランジスタ動作部分Bに注入され、コレクタ電流29
が流れる。この時、高い受光効率を得るため、(1)コ
レクタ領域22の不純物濃度を下げ、また、ベ−ス領域
23の不純物濃度を上げて上述の空乏層領域を広げる手
段を採用するか、あるいは、(2)フォトダイオ−ド部
分Aの面積を広げる手段を採用するのが一般的である。 なお、図6にフォトトランジスタの等価回路図を付記す
る。
Next, the operation of the conventional phototransistor will be explained.
Carriers generated by external light (incident light) 28 that has entered the depletion layer region formed by the -n junction and its surroundings are injected into the transistor operating portion B, and the collector current 29
flows. At this time, in order to obtain high light-receiving efficiency, either (1) the impurity concentration of the collector region 22 is lowered and the impurity concentration of the base region 23 is increased to widen the depletion layer region, or, (2) It is common to employ means to increase the area of the photodiode portion A. Note that an equivalent circuit diagram of the phototransistor is added to FIG. 6.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の上記
フォトトランジスタにおいて、受光効率を上げる手段と
して、受光領域であるコレクタ−ベ−ス間の空乏層幅を
広げるために、コレクタ領域22の不純物濃度を下げた
場合、コレクタ抵抗が増大し、トランジスタの直流電流
増幅率が高電流域で低下するため、大電流を流すことが
できなくなるという問題点があった。また、フォトダイ
オ−ド部分Aの面積を広げると、パッケ−ジの大きさが
増大するという問題点を有する。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned conventional phototransistor, in order to increase the light receiving efficiency, it is necessary to increase the impurity concentration of the collector region 22 in order to widen the width of the depletion layer between the collector and the base, which is the light receiving region. If the voltage is lowered, the collector resistance increases and the DC current amplification factor of the transistor decreases in a high current range, resulting in a problem that a large current cannot flow. Furthermore, there is a problem in that increasing the area of the photodiode portion A increases the size of the package.

【0005】そこで、本発明は、上記問題点を解消する
光半導体装置を提供することを目的とし、詳細には、コ
レクタ抵抗を低減させ、フォトトランジスタの高感度、
低消費電力化を図り、また、パッケ−ジの小型化をも意
図する光半導体装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor device that solves the above-mentioned problems. Specifically, the collector resistance is reduced, and the high sensitivity of the phototransistor is improved.
It is an object of the present invention to provide an optical semiconductor device which is intended to reduce power consumption and also to reduce the size of the package.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、上記
目的を達成するため、フォトトランジスタのコレクタ部
分において、コレクタ電流が流れるバルク部分の全部又
は一部に、上記コレクタ部分に比べ、不純物濃度の高い
部分を持つことを特徴とする光半導体装置であり、また
、このような特徴を有するフォトトランジスタを内蔵す
る光半導体装置である。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides that, in the collector portion of a phototransistor, all or part of the bulk portion through which the collector current flows is doped with an impurity concentration higher than that in the collector portion. This is an optical semiconductor device characterized by having a high portion, and also includes a built-in phototransistor having such characteristics.

【0007】本発明におけるフォトトランジスタは、上
記したように、コレクタ電流が流れるバルク部分の全部
又は一部に不純物濃度の高い部分を有する構造のフォト
トランジスタであり、具体的には、トランジスタ動作部
分中のコレクタ部分に、このコレクタ部分よりも不純物
濃度の高い埋込みエピを埋込んだ構造のものであり、こ
のような埋込みエピを1又は複数備えている構造のもの
である。そして、フォトダイオ−ド部分とトランジスタ
動作部分とを明確に機能分離した構造を有するものであ
る。
As described above, the phototransistor of the present invention is a phototransistor having a structure in which all or part of the bulk portion through which the collector current flows has a portion with high impurity concentration. It has a structure in which a buried epitaxial layer having an impurity concentration higher than that of the collector portion is buried in the collector portion of the semiconductor device, and has one or more such buried epitaxial layers. It has a structure in which the photodiode portion and the transistor operating portion are clearly separated in function.

【0008】[0008]

【作用】本発明は、上述の埋込みエピを備えることによ
り、トランジスタ動作部分において、低不純物濃度=高
抵抗部分が減り、コレクタ抵抗が減少し、トランジスタ
の直流電流増幅率の低下を防ぎ、大電流を流すことがで
きる作用が生ずる。また、本発明において、フォトダイ
オ−ド部分の面積を広げる必要がないことから、パッケ
−ジの大きさが増大するという問題が生ぜず、パッケ−
ジの小型化が図れる作用が生ずる。即ち、埋込みエピを
備えたことにより、コレクタ抵抗を低減させることがで
き、そのため、チップの大きさを変更せずに高感度化並
びに低消費電力化が図れる作用が生じ、また、パッケ−
ジも小型化することができる。
[Function] By providing the above-mentioned buried epitaxial layer, the low impurity concentration = high resistance part is reduced in the transistor operating part, the collector resistance is reduced, the direct current amplification factor of the transistor is prevented from decreasing, and the large current An effect occurs that allows the flow of water. In addition, in the present invention, since there is no need to increase the area of the photodiode portion, the problem of increasing the size of the package does not occur, and the package size increases.
This results in the effect that the size of the engine can be reduced. In other words, by providing a buried epitaxial layer, the collector resistance can be reduced, resulting in higher sensitivity and lower power consumption without changing the chip size.
can also be made smaller.

【0009】[0009]

【実施例】図1〜図3に基づいて本発明を詳細に説明す
る。図1は、本発明の一実施例(実施例1)である半導
体チップの断面図であり、図2は、図1の平面図(上視
図)である。また、図3は、本発明の他の実施例(実施
例2)である半導体チップの断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in detail based on FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor chip that is an example (Example 1) of the present invention, and FIG. 2 is a plan view (top view) of FIG. Further, FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor chip which is another embodiment (Embodiment 2) of the present invention.

【0010】(実施例1)この実施例では、図1及び図
2に示すように、n+型シリコン基板1上にn−の抵抗
率100Ω・cm、層厚50μm程度のエピタキシャル
層(コレクタ部分)2を有し、このエピタキシャル層2
中に、0、5mm2程度の面積を持つベ−ス領域3、0
、1mm2程度の面積をもつエミッタ領域4及びこのエ
ミッタ領域4の下部のエピタキシャル層2とn+型シリ
コン基板1との界面に、抵抗率0、01Ω・cm程度の
n+の埋込みエピ6が埋込まれた構造となっている。な
お、図1、図2において、5は素子分離部分、7は裏面
コレクタ電極、8はエミッタ電極、9はベ−ス電極、1
0は酸化膜、11はパッシベ−ション膜、12は埋込み
エピ厚であり、また、Aはフォトダイオ−ド部分、Bは
トランジスタ動作部分である。
(Example 1) In this example, as shown in FIGS. 1 and 2, an n- epitaxial layer (collector portion) with a resistivity of 100 Ω·cm and a layer thickness of about 50 μm is formed on an n+ type silicon substrate 1. 2, this epitaxial layer 2
Inside, there is a base region 3,0 having an area of about 0,5 mm2.
, an n+ buried epitaxial layer 6 having a resistivity of about 0.01 Ω·cm is buried in the interface between the emitter region 4 having an area of about 1 mm 2 and the epitaxial layer 2 below this emitter region 4 and the n+ type silicon substrate 1. It has a similar structure. In FIGS. 1 and 2, 5 is an element isolation part, 7 is a back collector electrode, 8 is an emitter electrode, 9 is a base electrode, and 1
0 is an oxide film, 11 is a passivation film, 12 is a buried epitaxial thickness, A is a photodiode portion, and B is a transistor operating portion.

【0011】次に、この実施例のフォトトランジスタの
動作について説明すると、エピタキシャル層(コレクタ
部分)2及びベ−ス領域3との界面に生ずる空乏層領域
及びその周辺に光が入射し、ここで発生したキャリアが
エミッタ領域4直下のベ−ス領域3に注入され、本フォ
トトランジスタが動作する。ここで、感度を上げるため
、即ち、発生するキャリアを増すために空乏層領域をチ
ップ表面に近付けるため、ベ−スとエミッタのジャンク
ションは、表面から2μm程度又はそれ以下となってい
る。
Next, the operation of the phototransistor of this embodiment will be explained. Light is incident on the depletion layer region generated at the interface between the epitaxial layer (collector portion) 2 and the base region 3 and its surroundings. The generated carriers are injected into the base region 3 directly below the emitter region 4, and the present phototransistor operates. Here, in order to increase the sensitivity, that is, to bring the depletion layer region closer to the chip surface in order to increase the number of carriers generated, the junction between the base and the emitter is set at a distance of about 2 μm or less from the surface.

【0012】この時、コレクタ電流の大半は、エミッタ
領域4の直下のベ−ス領域3及びエピタキシャル層2を
経由し、更に、n+の埋込みエピ6の部分をとおり、そ
して、n+型シリコン基板1を介し、裏面コレクタ電極
7へ導通する。このコレクタ電流の通過する部分におい
て、エピタキシャル層2の抵抗が最も大きいけれども、
n+の埋込みエピ6を有するため、低濃度層厚が低下し
、コレクタ抵抗が低減でき、素子発熱及び大電流領域で
の直流電流増幅率の低下を防止し、大電流対応を可能に
する。即ち、この実施例では、トランジスタ動作部分B
中のエピタキシャル層(コレクタ部分)2に、このコレ
クタ部分よりも不純物濃度の高い埋込みエピ6を備えて
いる構造のものであり、この埋込みエピ6を備えること
により、トランジスタ動作部分Bにおいて、コレクタ抵
抗が減少し、トランジスタの直流電流増幅率の低下を防
ぎ、大電流を流すことができる。
At this time, most of the collector current passes through the base region 3 and epitaxial layer 2 directly below the emitter region 4, further passes through the n+ buried epitaxial layer 6, and then passes through the n+ type silicon substrate 1. It is electrically connected to the backside collector electrode 7 via. Although the resistance of the epitaxial layer 2 is the highest in the part where this collector current passes,
Since the n+ buried epitaxial layer 6 is provided, the thickness of the low concentration layer is reduced, the collector resistance can be reduced, and element heat generation and a decrease in the DC current amplification factor in the high current region are prevented, making it possible to handle large currents. That is, in this embodiment, the transistor operating portion B
It has a structure in which the epitaxial layer (collector part) 2 in the middle is provided with a buried epitaxial layer 6 having a higher impurity concentration than the collector part, and by providing this buried epitaxial layer 6, the collector resistance in the transistor operating part B is reduced. This reduces the DC current amplification factor of the transistor and allows a large current to flow.

【0013】そして、埋込みエピ6を備えていない従来
のフォトトランジスタに光を照射し、フォトカレントと
して50μAを与えた時、直流電流増幅率のリニアリテ
イは、コレクタ電流〜1μA程度で下降しだすのに対し
、この実施例のように、埋込みエピ6を備え、その埋込
みエピ厚12を20μm程度までとした場合、同じフォ
トカレントに対し、リニアリティは、およそ4倍にまで
高めることができ、更に、埋込みエピ厚12を30μm
程度まで厚くすれば、およそ9倍にまで高めることがで
きるものである。
When a conventional phototransistor not equipped with a buried epitaxial layer 6 is irradiated with light and a photocurrent of 50 μA is applied, the linearity of the DC current amplification factor starts to decrease at a collector current of about 1 μA. As in this embodiment, when the buried epi layer 6 is provided and the buried epi layer thickness 12 is up to about 20 μm, the linearity can be increased to about 4 times for the same photocurrent. Thickness 12 to 30μm
If the thickness is increased to a certain extent, it can be increased to about 9 times.

【0014】(実施例2)図3は、本発明の他の実施例
(実施例2)である半導体チップの断面図であって、ト
ランジスタ動作部分Bのみを抜き出して図示したもので
ある。図3中の符号1〜11は、前記した図1、図2の
符号と同一であり、重複するため、その説明を省略する
。上記実施例1では、埋込みエピ6は、図1に示すよう
に、ダンゴ状になり、山のピ−クにコレクタ電流が集中
する。そこで、この実施例2では、これを防止するため
に、図3に示すように、埋込みエピ6を複数埋込み、配
置するものである。これによって、電流集中及びチップ
内での熱集中が防止できる利点を有する。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor chip according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention, in which only the transistor operating portion B is extracted and illustrated. Reference numerals 1 to 11 in FIG. 3 are the same as the reference numerals in FIGS. 1 and 2 described above, and their explanations will be omitted since they overlap. In the first embodiment, the buried epitaxial layer 6 has a dango shape as shown in FIG. 1, and the collector current is concentrated at the peak of the ridge. Therefore, in the second embodiment, in order to prevent this, a plurality of buried epitaxial layers 6 are buried and arranged as shown in FIG. This has the advantage of preventing current concentration and heat concentration within the chip.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、フォト
トランジスタのコレクタ部分において、コレクタ電流が
流れるバルク部分の全部又は一部に、上記コレクタ部分
に比べ、不純物濃度の高い部分(埋込みエピ部分)を持
つ構造のものであり、これによって、コレクタ抵抗を低
減できる効果が生ずる。そのため、本発明は、高感度で
、かつ、高負荷電流のフォトトランジスタの実現が可能
であり、また、コレクタ抵抗の低減の量については、上
述の埋込みエピの大きさ及び高さをコントロ−ルするこ
とにより、エピタキシャル層濃度から埋込みエピ濃度に
対応する抵抗まで自在に調整することができる効果が生
ずる。更に、本発明によれば、チップの大きさは、同じ
であり、発熱を抑制することもできるので、パッケ−ジ
の大きさを小型化することができる効果も生ずる。
Effects of the Invention As described in detail above, the present invention provides that, in the collector portion of a phototransistor, all or part of the bulk portion through which the collector current flows has a higher impurity concentration (buried epitaxial portion) than the collector portion. ), which has the effect of reducing collector resistance. Therefore, the present invention makes it possible to realize a phototransistor with high sensitivity and high load current, and the amount of reduction in collector resistance can be achieved by controlling the size and height of the buried epitaxial layer described above. By doing so, it is possible to freely adjust the resistance from the epitaxial layer concentration to the buried epitaxial layer concentration. Further, according to the present invention, since the size of the chips is the same and heat generation can be suppressed, there is also an effect that the size of the package can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施例である半導体チップの断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor chip that is an embodiment of the present invention.

【図2】図1の平面図(上視図)である。FIG. 2 is a plan view (top view) of FIG. 1;

【図3】本発明の他の実施例である半導体チップの断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor chip that is another embodiment of the present invention.

【図4】従来の半導体チップの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor chip.

【図5】図4の平面図(上視図)である。FIG. 5 is a plan view (top view) of FIG. 4;

【図6】フォトトランジスタの等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a phototransistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  n+シリコン基板 2  エピタキシャル層 3  ベ−ス領域 4  エミッタ領域 5  素子分離部分 6  埋込みエピ 7  裏面コレクタ電極 8  エミッタ電極 9  ベ−ス電極 10  酸化膜 11  パッシベ−ション膜 12  埋込みエピ厚 21  サブストレ−ト 22  コレクタ領域 23  ベ−ス領域 24  エミッタ領域 25  素子分離部分 26  素子分離部分 27  裏面コレクタ電極 28  入射光 29  コレクタ電流 A  フォトダイオ−ド部分 B  トランジスタ動作部分 1 n+ silicon substrate 2 Epitaxial layer 3 Base area 4 Emitter area 5 Element isolation part 6 Embedded epi 7 Back side collector electrode 8 Emitter electrode 9 Base electrode 10 Oxide film 11 Passivation film 12 Buried epitaxial thickness 21 Substrate 22 Collector area 23 Base area 24 Emitter area 25 Element isolation part 26 Element isolation part 27 Back side collector electrode 28 Incident light 29 Collector current A Photodiode part B Transistor operation part

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  フォトトランジスタのコレクタ部分に
おいて、コレクタ電流が流れるバルク部分の全部又は一
部に、上記コレクタ部分に比べ、不純物濃度の高い部分
を持つことを特徴とする光半導体装置。
1. An optical semiconductor device characterized in that, in a collector portion of a phototransistor, all or part of a bulk portion through which a collector current flows has a portion having a higher impurity concentration than the collector portion.
【請求項2】  コレクタ電流が流れるバルク部分の全
部又は一部に不純物濃度の高い部分を有する構造のフォ
トトランジスタを内蔵してなることを特徴とするフォト
トランジスタ内蔵光半導体装置。
2. An optical semiconductor device with a built-in phototransistor, comprising a phototransistor having a structure in which all or part of a bulk portion through which a collector current flows has a portion with a high impurity concentration.
JP3162480A 1991-06-07 1991-06-07 Optical semiconductor device Pending JPH04360584A (en)

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JP3162480A JPH04360584A (en) 1991-06-07 1991-06-07 Optical semiconductor device

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