JPH06163867A - 色選択的な集積フォトダイオードとその後段に接続された増幅器を有する装置 - Google Patents

色選択的な集積フォトダイオードとその後段に接続された増幅器を有する装置

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JPH06163867A
JPH06163867A JP5169489A JP16948993A JPH06163867A JP H06163867 A JPH06163867 A JP H06163867A JP 5169489 A JP5169489 A JP 5169489A JP 16948993 A JP16948993 A JP 16948993A JP H06163867 A JPH06163867 A JP H06163867A
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bipolar transistor
semiconductor
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Radivoje Popovic
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LANDIS and GEAR BUSINESS SAPOOTO AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 色選択的なフォトダイオードと後段に接続さ
れた増幅器を１つの半導体チップ内に集積可能にする。 【構成】 増幅器がフォトダイオードと同一の集積回路
に配置された少なくとも１つの縦形バイポーラトランジ
スタを有する。そのエミッタ層１７は第２の導電型Ｎで
あり、フォトダイオードの第２の半導体層と同じドーピ
ングと層厚ｃ２を有し、かつベース層１８の表面に配置
されている。ベース層は第１の導電型Ｐであり、フォト
ダイオードの第３の半導体層と同じドーピングおよび層
厚ｄ２を有し、かつエピタキシャル層１０の縦形バイポ
ーラトランジスタに対応する部分でコレクタ層を形成す
る部分内の表面に配置される。フォトダイオードの第２
の半導体層のドーピングＮ+とアクティブな層厚Ｗ1の値
並びに縦形バイポーラトランジスタのベース層１８のド
ーピングＰとアクティブな層厚Ｗ2の値は所定の関係が
成立するように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、色選択的な集積フォト
ダイオードとフォトダイオードの後段に接続された増幅
器を有する装置であって、フォトダイオードは第１の導
電型の第１の半導体層を有し、前記第１の半導体層は第
２の導電型の第２の半導体層内でその表面に配置されて
おり、前記第２の半導体層自体は第１の導電型の第３の
半導体層内でその表面に配置されている装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧＢ２２４４１７５Ａから、ＵＳ４９１
０５７０Ａの図９から知られた色選択的な集積フォトダ
イオードとその後段に接続された関連する増幅器を単一
のハウジング内に組み込むことが知られている。色選択
的な集積フォトダイオードは、選択的に光を透過する反
射防止層を設けた入射窓の下方に、第１の導電型Ｐ++の
第１の半導体層を有する。この第１の半導体層は、第２
の導電型Ｎ+の第２の半導体層内でその表面に配置され
ており、第２の半導体層自体は第１の導電型Ｐの第３の
半導体層内でその表面に配置されている。その場合、第
３の半導体層はサブストレートとして形成されている。
これら３つの半導体層はそれぞれオーム接続接点を有す
る。反射防止層は、酸化物層と金属層を交互にして構成
される干渉フィルタとして機能する。干渉フィルタの前
にはさらに色フィルタが配置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
の装置を改良して、色選択的なフォトダイオードと後段
に接続された増幅器を１つの半導体チップ内に集積可能
にすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
よれば、請求項１に記載された構成により解決される。
【０００５】
【作用】本発明による装置の好ましい実施例が従属請求
項に記載されている。
【０００６】
【実施例】本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に
説明する。
【０００７】図面の全ての図において同一の参照符号は
同一の部材を示す。
【０００８】本発明による装置においては色選択的な集
積フォトダイオード１は、フォトダイオード１の後段に
接続された増幅器２の例えば２極の入力と接続されてお
り、従って増幅器は電気的にフォトダイオードの後段に
接続されている。フォトダイオード１は例えば紫外線ま
たは黄色の光３を受光する。増幅器２は少なくとも１つ
の縦形（バーティカル）バイポーラトランジスタ４を備
え、例えば図１に示す公知の構造を有する。その場合、
縦形バイポーラトランジスタ４のベースは増幅器２の２
極の入力の第１の極を形成し、この入力には例えばフォ
トダイオード１のアノードが接続されており、一方、縦
形バイポーラトランジスタ４のコレクタは横形（ラテラ
ル）バイポーラトランジスタ５のベースと接続されてお
り、横形バイポーラトランジスタのコレクタは増幅器２
の出力を形成する。
【０００９】縦形バイポーラトランジスタ４は例えばＮ
ＰＮトランジスタであって、横形バイポーラトランジス
タ５は例えばＰＮＰトランジスタである。横形バイポー
ラトランジスタ５のエミッタは直流電源電圧の正の極Ｖ
+に接続されており、直流電源電圧の図１には不図示の
他方の極は例えばアースに接続されている。その場合
に、増幅器２の２極入力の第２の極と縦形バイポーラト
ランジスタ４のエミッタも直接アースに接続され、横形
バイポーラトランジスタ５のコレクタは集積抵抗６を介
してアースと接続されている。集積抵抗６は例えばバイ
ポーラトランジスタ４と５の電流増幅の温度補償に用い
られる。図１にはさらに、縦形バイポーラトランジスタ
４のコレクタとエミッタ間に接続された漂遊ダイオード
７と、横形バイポーラトランジスタ５の漂遊コレクタ８
が点線で図示されており、この漂遊コレクタはアースと
接続されている。
【００１０】フォトダイオード１、バイポーラトランジ
スタ４と５および抵抗６は図２から６においては分離し
て示されているが、フォトダイオード１と増幅器２はバ
イポーラトランジスタ４と５および抵抗６とともに１つ
の集積回路に集積されている。集積回路にはすべての集
積素子に共通なサブストレート９が設けられており、そ
のサブストレートの上に同様に共通の１つのエピタキシ
ャル層１０が配置されている。エピタキシャル層は公知
のように互いに並べて配置されかつ互いに電気的に絶縁
されたアイランドに分割されており、そのアイランド内
にそれぞれ素子１、４、５、６等の一つが配置されてい
る。その場合、アイランドは、それぞれエピタキシャル
層１０の全深さにわたって延び、かつ該当するアイラン
ドの側方を包囲する管状の絶縁リング１１ａ；１１ｂ
（図２を参照）ないし１２ａ；１２ｂ（図３を参照）な
いし１３ａ；１３ｂ（図４を参照）ないし３６ａ；３６
ｂ（図５と６を参照）によって形成され、そのうち図面
では管状であるために２つの断面１１ａと１１ｂないし
１２ａと１２ｂないし１３ａと１３ｂないし３６ａと３
６ｂが図示されている。
【００１１】本発明装置においては第１の導電型Ｐある
いはＮと第２の導電型ＮないしＰの半導体材料からなる
層と接続接点が使用される。簡略化するためと外観性の
ために、以下において、および図面ではそれぞれ第１の
導電型がＰであり、第２の導電型がＮであると仮定す
る。その場合に、本発明装置においてその逆も可能であ
ることはそれぞれ言うまでもない。
【００１２】サブストレート９と絶縁リング１１ａ；１
１ｂ、１２ａ；１２ｂ、１３ａ；１３ｂおよび３６ａ；
３６ｂはそれぞれ第１の導電型Ｐの半導体材料からな
り、エピタキシャル層１０は第２の導電型Ｎの半導体材
料から形成される。各絶縁リング１１ａ；１１ｂ、１２
ａ；１２ｂ、１３ａ；１３ｂおよび３６ａ；３６ｂはそ
の表面に、接続接点１１ｃ；１１ｄ（図２を参照）ない
し１２ｃ；１２ｄ（図３を参照）ないし１３ｃ；１３ｄ
（図４を参照）ないし３６ｃ；３６ｄ（図５と６を参
照）を有しており、この接続接点はそれぞれ比較的大き
な第１の導電型Ｐの接続接点１１ｃないし１２ｃないし
１３ｃないし３６ｃからなり、その表面にそれぞれ不純
物原子で濃くドーピングされた比較的小さい同様に第１
の導電型Ｐの接続接点１１ｄないし１２ｄないし１３ｄ
ないし３６ｄが配置されている。
【００１３】同様にエピタキシャル層１０の少なくとも
フォトダイオード１とバイポーラトランジスタ４と５に
属するアイランドの表面にも、接続接点１０ａ；１０ｂ
（図２を参照）ないし１０ｃ；１０ｄ（図３を参照）な
いし１０ｅ；１０ｆ（図４を参照）が設けられており、
この接続接点はそれぞれ比較的大きい第２の導電型Ｎの
接続接点１０ａないし１０ｃないし１０ｅからなり、そ
の表面にはそれぞれ濃くドーピングされた比較的小さい
同様に第２の導電型Ｎの接続接点１０ｂないし１０ｄな
いし１０ｆが配置されている。
【００１４】図２に示す公知の色選択的な集積フォトダ
イオード１は、サブストレート９、接続接点１０ａ；１
０ｂを有するエピタキシャル層１０および接続接点１１
ｃ；１１ｄを有する絶縁リング１１ａ；１１ｂの他にさ
らに第１の導電型Ｐの第１の半導体層１４を有する。こ
の半導体層は第２の導電型Ｎの第２の半導体層１５内で
その表面に配置されており、第２の半導体層自体は第１
の導電型Ｐの第３の半導体層１６内でその表面に配置さ
れている。第３の半導体層１６はエピタキシャル層１０
のフォトダイオード１に対応する部分で絶縁リング１１
ａ；１１ｂによってその側方を包囲されている部分内の
表面に配置されている。フォトダイオード１の第２と第
３の半導体層１５と１６内でその表面には第２の導電型
Ｎの管状の接続接点１５ａ；１５ｂないしは第１の導電
型Ｐの接続接点１６ａ；１６ｂがそれぞれ、第１ないし
第２の半導体層１４ないし１５の側方をリング状に包囲
するように配置されている。接続接点１５ａ；１５ｂと
１６ａ；１６ｂは形状が管状であるため、図２において
はそれぞれ２つの断面１５ａと１５ｂないし１６ａと１
６ｂによって示されている。
【００１５】増幅器２は少なくとも縦形バイポーラトラ
ンジスタ４を有し、この縦形バイポーラトランジスタは
フォトダイオード１と同一の集積回路内にフォトダイオ
ードと電気的に絶縁されて配置されている。図３に示す
縦形バイポーラトランジスタ４は、サブストレート９、
接続接点１０ｃ；１０ｄを有するエピタキシャル層１０
および接続接点１２ｃ；１２ｄを有する絶縁リング１２
ａ；１２ｂの他にさらに第２の導電型Ｎのエミッタ層１
７を有する。このエミッタ層はフォトダイオード１の第
２の半導体層１５と同じドーピングと層厚ｃ２を有し、
かつ縦形バイポーラトランジスタ４のベース層１８内で
その表面に配置されている。ベース層１８は第１の導電
型Ｐである。このベース層はフォトダイオード１の第３
の半導体層１６と同じドーピングと層厚ｄ２を有し、か
つエピタキシャル層１０の縦形バイポーラトランジスタ
４に対応する部分で絶縁リング１２ａ；１２ｂによって
側方をリング状に包囲され縦形バイポーラトランジスタ
４のコレクタ層を形成する部分内の表面に配置されてい
る。
【００１６】縦形バイポーラトランジスタ４のエミッタ
層１７とベース層１８内でその表面には、第２の導電型
Ｎの接続接点１７ａないしは第１の導電型Ｐの接続接点
１８ａ；１８ｂが配置されており、後者は管状であっ
て、それぞれ、エミッタ層１７の側方をリング状に包囲
するように配置されている。接続接点１８ａ；１８ｂは
形状が管状であるために、図３においては２つの断面１
８ａと１８ｂによって図示されている。
【００１７】増幅器２が少なくとも１つの横形バイポー
ラトランジスタ５を有する場合には、横型バイポーラト
ランジスタはフォトダイオード１と縦形バイポーラトラ
ンジスタ４と同一の集積回路内にかつこれら両者から電
気的に絶縁されて配置される。図４に示すように、横形
バイポーラトランジスタ５はサブストレート９、接続接
点１０ｅ；１０ｆを有するエピタキシャル層１０および
接続接点１３ｃ；１３ｄを有する絶縁リング１３ａ；１
３ｂの他にさらに中央のエミッタ層２０ａ；２０ｂと管
状のコレクタ層１９ａ；１９ｂを有する。この両者は第
１の導電型Ｐである。これらはフォトダイオード１の第
３の半導体層１６と同じドーピングおよび層厚ｄ３を有
し、エピタキシャル層１０の横形バイポーラトランジス
タ５に対応する部分で絶縁リング１３ａ；１３ｂによっ
て側方をリング状に包囲され横形バイポーラトランジス
タ５のベース層を形成する部分内の表面に配置されてい
る。
【００１８】管状のコレクタ層１９ａ；１９ｂは、中央
のエミッタ層２０ａ；２０ｂとエピタキシャル層１０の
半導体材料によって分離され、中央のエミッタ層２０
ａ；２０ｂの側方をリング状に包囲するように配置され
ている。コレクタ層１９ａ；１９ｂは管状の比較的大き
な半導体層１９ｃ；１９ｅからなり、その表面にそれぞ
れ不純物原子で濃くドーピングされた管状の比較的小さ
い接続接点で管状の比較的大きい半導体層１９ｃ；１９
ｅと同一の第１の導電型Ｐの接続接点１９ｄ；１９ｆが
配置されている。
【００１９】エミッタ層２０ａ；２０ｂは比較的大きな
半導体層２０ａから形成され、その表面に不純物原子で
濃くドーピングされた比較的小さい接続接点で比較的大
きい半導体層２０ａと同一の第１の導電型Ｐの接続接点
２０ｂが配置されている。半導体層１９ａ；１９ｂおよ
び１９ｃ；１９ｅ並びに接続接点１９ｄ；１９ｆは図４
においては、形状が管状であるためにそれぞれ２つの断
面１９ｃ；１９ｄおよび１９ｅ；１９ｆないし１９ｃと
１９ｅないし１９ｄと１９ｆによって示されている。
【００２０】コレクタ層の抵抗値を減少させるために、
縦形バイポーラトランジスタ４のサブストレート９とエ
ピタキシャル層１０との境界面には好ましくはいわゆる
「埋め込み層」２１が設けられる。小数キャリアがエピ
タキシャル層１０からサブストレート９内に拡散するの
を防止する拡散バリアを形成するために、横形バイポー
ラトランジスタ５はサブストレート９とエピタキシャル
層１０との境界面にも好ましくはいわゆる「埋め込み
層」２２を有する。「埋め込み層」２１と２２はそれぞ
れ第２の導電型Ｎであって、不純物原子で濃くドーピン
グされている。各埋め込み層はそれぞれ、対応するバイ
ポーラトランジスタ４ないし５に関連するエピタキシャ
ル層１０内に存在するアイランド底部の大部分を覆って
いる。
【００２１】増幅器２は少なくとも１つの集積抵抗６を
有し、この抵抗はフォトダイオード１およびバイポーラ
トランジスタ４並びに５と同一の集積回路内に、かつこ
れらすべてから電気的に絶縁して配置されている。図５
に示す公知の構造の集積抵抗６は、サブストレート９、
エピタキシャル層１０および外部の電気接続３７を介し
てアースに接続されている接続接点３６ｃ；３６ｄを有
する絶縁リング３６ａ；３６ｂの他に、さらに第１の導
電型Ｐの注入された抵抗半導体層３８を有する。この抵
抗半導体層はフォトダイオード１の第３の半導体層１６
と同じドーピングと層厚ｄ４を有し、かつ抵抗６のエピ
タキシャル層１０内でその表面に配置されている。抵抗
半導体層３８内でその表面には、不純物原子でいずれも
濃くドーピングされた第１の導電型Ｐの２つの半導体接
続接点３９と４０が配置されている。
【００２２】図６に示す新しい構造の集積抵抗６も同様
にサブストレート９、エピタキシャル層１０および外部
の電気接続３７を介してアースに接続された接続接点３
６ｃ；３６ｄを有する絶縁リング３６ａ；３６ｂを有す
る。その場合、接続接点３６ｃ；３６ｄの大きい方の接
続接点３６ｃは、半導体槽（浴槽）の形状を有し、この
半導体槽は、エピタキシャル層１０の抵抗６に対応する
部分内でその表面に、次のように、即ち少なくとも一部
が絶縁リング３６ａ；３６ｂの上部に設けられ、それに
よって少なくとも一部が重なるように配置されている。
その場合、小さい方の接続接点３６ｄは好ましくは大き
い方の接続接点３６ｃと絶縁リング３６ａ；３６ｂの共
通部分に配置される。第１の導電型Ｐの半導体槽３６ｃ
は、フォトダイオード１の第３の半導体層１６と同じド
ーピングと層厚ｄ５を有する。
【００２３】新しい構造の抵抗６は図７に示すように、
同極の多数のＰ／Ｎダイオードの直列回路を有する。図
６と図７においてはそれぞれ、抵抗６は３つのＰ／Ｎダ
イオード４３、４４、４５の直列回路を有するものと仮
定されている。半導体槽３６ｃ内でその表面には、互い
に分離された第２の導電型Ｎのより小さい半導体槽４３
ａ、４４ａ、４５ａが、集積抵抗６内のＰ／Ｎダイオー
ドの数と同じだけ設けられている。その場合、小さい方
の半導体槽４３ａ、４４ａおよび４５ａはそれぞれ半導
体槽３６ｃの半導体材料によって互いに電気的に絶縁さ
れている。小さい方の半導体槽４３ａ、４４ａ、４５ａ
はフォトダイオード１の第２の半導体層１５とそれぞれ
同じドーピングと層厚ｃ５を有する。
【００２４】小さい方のそれぞれの半導体槽４３ａ、４
４ａ、４５ａ内でその表面には２つの接続接点４３ｂと
４３ｃないし４４ｂと４４ｃないしは４５ｂと４５ｃが
配置されており、２つの接続接点は少なくとも部分的に
重なり合い、かつ両者とも不純物原子で濃くドーピング
されている。その場合に２つの接続接点の最初のもの４
３ｃないし４４ｃないし４５ｃはそれぞれ第１の導電型
Ｐであって、２つの接続接点の２つ目のもの４３ｂ、４
４ｂおよび４５ｂはそれぞれ第２の導電型Ｎである。
【００２５】増幅器２の抵抗６は、図５に示す抵抗とし
ても、あるいは図６に示す抵抗としても、あるいは両種
類の抵抗を組み合せてもよい。最後の場合には抵抗は２
つの種類の抵抗の適当な直列および／または並列回路で
ある。
【００２６】図５に示す抵抗６は正の温度係数と最大で
１ＭΩの値を有する。図６に示す抵抗６は負の温度係数
と約１００ＫΩからほぼ１ＧΩの値を有する。後者の抵
抗においては、ドーピングＮ++ないしＰ++が大きく、か
つ接続接点４３ｂ、４３ｃ、４４ｂ、４４ｃ、４５ｂお
よび４５ｃの深さが少ないことにより、ミリボルトの領
域の低い電圧においてすでに、互いに重なり合う２つの
接続接点４３ｂと４３ｃないしは４４ｂと４４ｃないし
は４５ｂと４５ｃのそれぞれの間の遷移領域に電荷担体
のトンネル効果が発生するので、ダイオード４３、４
４、４５はそれぞれ一種の「逆ダイオード（バックワー
ドダイオード）」のように機能し、約−５０ｍＶから＋
５０ｍＶの領域でほぼ線形の電圧／電流特性曲線を有す
る。
【００２７】２種類の抵抗の直列および／または並列回
路を適当に選択することによって、例えば−０．５％／
°Ｋ（ケルビン）の所定の温度係数を有する１０ＭΩか
ら１００ＭΩの大きさの集積抵抗を実現することができ
る。２つのバイポーラトランジスタ４と５は電圧を増幅
するために通常それぞれ正の温度係数、例えば＋０．２
５％／°Ｋを有するので、抵抗６の負の温度係数を用い
て本発明による装置を温度に不感にすることができる。
【００２８】ドーピングが異るので、サブストレート９
の半導体材料はＰsで、絶縁リング１１ａ；１１ｂ、１
２ａ；１２ｂ、１３ａ；１３ｂおよび３６ａ；３６ｂの
それはＰiで、半導体層１６、１８および３８と接続接
点１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１９ｃ；１９ｅ、２０ａお
よび３６ｃの半導体材料はＰで、そして半導体層１４と
接続接点１１ｄ、１２ｄ、１３ｄ、１６ａ；１６ｂ、１
８ａ；１８ｂ、１９ｄ；１９ｆ、２０ｂ、３９、４０、
４３ｃ、４４ｃおよび４５ｃのそれはＰ+で示されてい
る。最後の半導体材料は、不純物原子、好ましくは硼素
原子を用いてＰで示す半導体材料よりも濃くドーピング
されている。
【００２９】エピタキシャル層１０の半導体材料はＮ
で、半導体層１５、１７、２１および２２、半導体槽４
３ａ、４４ａおよび４５ａと接続接点１０ａ、１０ｃお
よび１０ｅの半導体材料はＮ+で、そして接続接点１０
ｂ、１０ｄ、１０ｆ、１５ａ；１５ｂ、１７ａ、４３
ｂ、４４ｂおよび４５ｂのそれはＮ++で示され、最後の
半導体材料は、不純物原子、好ましくは燐原子を用いて
Ｎ+で示される半導体材料よりも濃くドーピングされて
いる。Ｎ+で示される半導体材料は不純物原子、好まし
くは燐原子を用いてＮで示される半導体材料よりも濃く
ドーピングされている。
【００３０】フォトダイオード１の第１の半導体層１４
上には光３を透過する、図２には不図示の入射窓が設け
られており、この入射窓は、ＵＳ４９１０５７０Ａから
知られた入射窓と同様に形成されており、その反射防止
膜は干渉フィルタとして機能する。本発明装置は、好ま
しくは透明なプラスチックから形成されてかつ従来技術
では干渉フィルタの前に配置される色フィルタの役割を
引き受けるハウジング内に配置される。
【００３１】半導体層１４と接続接点１０ｂ、１１ｄ、
１５ａ；１５ｂ、１６ａ；１６ｂ、１０ｄ、１２ｄ、１
７ａ、１８ａ；１８ｂ、１０ｆ、１３ｄ、１９ｄ；１９
ｆ、２０ｂ、３６ｄ、３９、４０、４３ｂ、４３ｃ、４
４ｂ、４４ｃ、４５ｂ、および４５ｃは、それぞれ電気
接続２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３
０、３１、３２、３３、３４、３５、３７、４１、４
２、４３ｄ、４３ｅ、４４ｄ、４４ｅ、４５ｄないし４
５ｅを有し、この電気接続は図面ではワイヤ接続として
図示されているが、実際には通常集積回路の表面に配置
された金属皮膜として形成される。電気接続２４、２
５、２６、２７、２９、３３および３７はすべて互いに
接続され、またアースと接続されているので（図２、図
３および図４を参照）、特にフォトダイオード１におい
て半導体層１５と１６、エピタキシャル層１０および絶
縁リング１１ａ；１１ｂはすべてアースに接続されてい
る。接続２３はフォトダイオード１のアノード端子を形
成する。接続３０、３１および２８は縦形バイポーラト
ランジスタ４のエミッタ端子Ｅ、ベース端子Ｂおよびコ
レクタ端子Ｃを形成する（図３を参照）。
【００３２】接続３５、３４および３２は横形バイポー
ラトランジスタ５のエミッタ端子Ｅ、コレクタ端子Ｃお
よびベース端子Ｂを形成する（図４を参照）。電気接続
４１と４２は図５に示す抵抗６の２つの端子を形成す
る。電気接続４３ｅ（図６を参照）は外部で例えば金属
皮膜によって電気接続４４ｄと、電気接続４４ｅは外部
で電気接続４５ｄと接続されているので、集積抵抗６を
形成するダイオード４３から４５は同極で電気的に直列
に接続されている。その場合、電気接続４３ｄはダイオ
ード直列回路４３；４４；４５、即ち抵抗６の第１の極
４１を形成し、電気接続４５ｅはダイオード直列回路４
３；４４；４５、即ち抵抗６の第２の極４２を形成す
る。
【００３３】２つの半導体層１４と１５はフォトダイオ
ード１のＰＮ層を形成し、一方半導体層１７、１８およ
び１０は縦形バイポーラトランジスタ４のエミッタ、ベ
ース及びコレクタ層である。半導体層２０ａ、１９ｃ；
１９ｅおよび１０は横形バイポーラトランジスタ５のエ
ミッタ、コレクタおよびベース層を形成し、バイポーラ
トランジスタ５は付加的なコレクタとして、すなわち漂
遊コレクタとしてサブストレート９を有する。というの
は、横形バイポーラトランジスタ５の層２０ａ、１０；
２２および９は、横形バイポーラトランジスタ５とはコ
レクタ層９ないし１９ｃ；１９ｅのみが異るＰＮＰ型の
漂遊縦形バイポーラトランジスタを形成するからであ
る。縦形バイポーラトランジスタ４においては「埋め込
み層」２１とサブストレート９が漂遊ダイオード７を形
成する。層４３ｃと４３ａないし４４ｃと４４ａないし
４５ｃと４５ａはそれぞれＰ／Ｎダイオード４３ないし
４４ないし４５のＰ／Ｎ層を形成する。
【００３４】フォトダイオード１の接続接点１５ａ；１
５ｂおよび１０ｂはそれぞれ層厚ａ１を有し、縦形バイ
ポーラトランジスタ４の接続接点１７ａと１０ｄはそれ
ぞれ層厚ａ２を、横形バイポーラトランジスタ５の接続
接点１０ｆは層厚ａ３を有し、かつ新規な抵抗６の接続
接点４３ｂ、４４ｂおよび４５ｂはそれぞれ層厚ａ５を
有し、これら４つの層厚はほぼ同じ大きさである。
【００３５】フォトダイオード１の半導体層１４と接続
接点１６ａ；１６ｂおよび１１ｄはそれぞれ層厚ｂ１を
有し、縦形バイポーラトランジスタ４の接続接点１８
ａ；１８ｂおよび１２ｄはそれぞれ層厚ｂ２を、横形バ
イポーラトランジスタ５の接続接点１９ｄ；１９ｆ、２
０ｂおよび１３ｄはそれぞれ層厚ｂ３を、接続接点３９
と４０はそれぞれ層厚ｂ４を、また接続接点４３ｃ、４
４ｃおよび４５ｃはそれぞれ層厚ｂ５を有し、これら５
つの層厚はほぼ同一の大きさである。
【００３６】フォトダイオード１の第２の半導体層１５
と接続接点１０ａはそれぞれ層厚ｃ１を有し、縦形バイ
ポーラトランジスタ４のエミッタ層１７と接続接点１０
ｃはそれぞれ層厚ｃ２を、また横形バイポーラトランジ
スタ５の接続接点１０ｅは層厚ｃ３を有し、半導体槽４
３ａ、４４ａおよび４５ａはそれぞれ層厚ｃ５を有し、
これら４つの層厚はすべてほぼ同じ大きさである。
【００３７】フォトダイオード１の第３の半導体層１６
と接続接点１１ｃはそれぞれ層厚ｄ１を有し、縦形バイ
ポーラトランジスタ４のベース層１８と接続接点１２ｃ
はそれぞれ層厚ｄ２を、また横形バイポーラトランジス
タ５のエミッタ層２０ａ；２０ｂ、コレクタ層１９ａ；
１９ｂおよび接続接点１３ｃはそれぞれ層厚ｄ３を、ま
た抵抗６の接続接点３６ｃは層厚ｄ４（図５を参照）な
いしｄ５（図６を参照）を有し、これら５つの層厚はす
べてほぼ同一の大きさである。
【００３８】フォトダイオード１の接続接点１５ａ；１
５ｂおよび１０ｂはそれぞれ層厚ａ１を、また縦形バイ
ポーラトランジスタ４の接続接点１７ａと１０ｄはそれ
ぞれ層厚ａ２を有し、横形バイポーラトランジスタ５の
接続接点１０ｆは層厚ａ３を有し、これら３つの層厚は
ほぼ同一の大きさである。
【００３９】フォトダイオード１の接続接点１５ａ；１
５ｂと１０ｂはそれぞれ層厚ａ１を有し、縦形バイポー
ラトランジスタ４の接続接点１７ａと１０ｄはそれぞれ
層厚ａ２を有し、横形バイポーラトランジスタ５の接続
接点１０ｆは層厚ａ３を有し、これら３つの層厚はすべ
てほぼ同一の大きさである。
【００４０】フォトダイオード１の第２の半導体層１５
のドーピングＮ+の値と第１の半導体層１４の下方にあ
る第２の半導体層１５のアクティブな層厚Ｗ1＝ｃ１−
ｂ１の値、並びに縦形バイポーラトランジスタ４のベー
ス層１８のドーピングＰの値とエミッタ層１７の下方に
あるベース層１８のアクティブな層厚Ｗ2＝ｄ２−ｃ２
の値は、本発明によれば次の不等式、即ち
【００４１】
【数２】
【００４２】が成立するように選択される。なお、パラ
メータｘは集積回路の表面に対して垂直に延びる座標で
ある。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、色選択的なフォトダイオードと後段に接続さ
れた増幅器を１つの半導体チップ内に集積可能にするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】色選択的なフォトダイオードによって駆動され
る増幅器の回路図である。
【図２】本発明による装置の公知の色選択的な集積フォ
トダイオードの構造を示す断面図である。
【図３】本発明による装置の増幅器の縦形バイポーラト
ランジスタの構造を示す断面図である。
【図４】本発明による装置の横形バイポーラトランジス
タの構造を示す断面図である。
【図５】本発明による装置の増幅器の集積抵抗の公知の
構造を示す断面図である。
【図６】本発明による装置の集積抵抗の新規な構造を示
す断面図である。
【図７】図６に示す集積抵抗の電気的な回路図である。
【符号の説明】
１ フォトダイオード ２ 増幅器 ４ 縦形バイポーラトランジスタ ５ 横形バイポーラトランジスタ １０ エピタキシャル層 １４ 第１の半導体層 １５ 第２の半導体層 １６ 第３の半導体層 １７ エミッタ装置 １８ ベース層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 色選択的な集積フォトダイオード（１）
    とフォトダイオード（１）の後段に接続された増幅器
    （２）を有する装置であって、フォトダイオード（１）
    は第１の導電型（ＰないしＮ）の第１の半導体層（１
    ４）を有し、前記第１の半導体層は第２の導電型（Ｎな
    いしＰ）の第２の半導体層（１５）内でその表面に配置
    されており、前記第２の半導体層自体は第１の導電型
    （ＰないしＮ）の第３の半導体層（１６）内でその表面
    に配置されている装置において、 第３の半導体層（１６）は、第２の導電型（Ｎないし
    Ｐ）のエピタキシャル層（１０）のフォトダイオード
    （１）に対応する部分内でその表面に配置されており、 増幅器（２）は、フォトダイオード（１）と同一の集積
    回路内にかつフォトダイオードから電気的に絶縁されて
    配置された少なくとも１つの縦形バイポーラトランジス
    タ（４）を有し、 縦形バイポーラトランジスタ（４）のエミッタ層（１
    ７）は、第２の導電型（ＮないしＰ）であって、フォト
    ダイオード（１）の第２の半導体層（１５）と同じドー
    ピングと層厚（ｃ２）を有し、かつ縦形バイポーラトラ
    ンジスタ（４）のベース層（１８）内でその表面に配置
    されており、 縦形バイポーラトランジスタ（４）のベース層（１８）
    は、第１の導電型（ＰないしＮ）であって、フォトダイ
    オード（１）の第３の半導体層（１６）と同じドーピン
    グおよび層厚（ｄ２）を有し、かつエピタキシャル層
    （１０）の縦形バイポーラトランジスタ（４）に対応す
    る部分で縦形バイポーラトランジスタ（４）のコレクタ
    層を形成する部分の表面に配置されており、 フォトダイオード（１）の第２の半導体層（１５）のド
    ーピングＮ+の値と第１の半導体層（１４）の下方にあ
    る第２の半導体層（１５）のアクティブな層厚Ｗ1（ｃ
    １−ｂ１）の値、並びに縦形バイポーラトランジスタ
    （４）のベース層（１８）のドーピングＰの値とエミッ
    タ層（１７）の下方にあるベース層（１８）のアクティ
    ブな層厚Ｗ2（ｄ２−ｃ２）の値が、ｘを集積回路の表
    面に対して垂直に延びる座標として次の不等式、即ち 【数１】 が満たされるように選択されることを特徴とする色選択
    的な集積フォトダイオードとその後段に接続された増幅
    器を有する装置。
  2. 【請求項２】 増幅器（２）は、フォトダイオード
    （１）および縦形バイポーラトランジスタ（４）と同一
    の集積回路内にかつこれら両者から電気的に絶縁されて
    配置された少なくとも１つの横形バイポーラトランジス
    タ（５）を有しており、 横形バイポーラトランジスタ（５）の中央のエミッタ層
    （２０ａ；２０ｂ）および管状のコレクタ層（１９ａ；
    １９ｂ）は第１の導電型（ＰないしＮ）であって、フォ
    トダイオード（１）の第３の半導体層（１６）と同じド
    ーピングおよび層厚（ｄ３）を有し、かつエピタキシャ
    ル層（１０）の横形バイポーラトランジスタ（５）に対
    応する部分で横形バイポーラトランジスタ（５）のベー
    ス層を形成する部分の表面に配置されており、 管状のコレクタ層（１９ａ；１９ｂ）は、中央のエミッ
    タ層（２０ａ；２０ｂ）とエピタキシャル層（１０）の
    半導体材料によって分離されて、中央のエミッタ層（２
    ０ａ；２０ｂ）の側方をリング状に包囲するように配置
    されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 増幅器（２）に設けられる少なくとも１
    つの集積抵抗（６）が、同極の多数のＰ／Ｎダイオード
    （４３、４４、４５）の直列回路を有することを特徴と
    する請求項１あるいは２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 同極の多数のＰ／Ｎダイオード（４３、
    ４４、４５）の直列回路を有する集積抵抗（６）が、フ
    ォトダイオード（１）および縦形バイポーラトランジス
    タ（４）と同一の集積回路内に電気的に絶縁して配置さ
    れており、 第１の導電型（ＰないしＮ）の半導体槽（３６ｃ）がエ
    ピタキシャル層（１０）の抵抗（６）に対応する部分内
    でその表面に配置され、かつフォトダイオード（１）の
    第３の半導体層（１６）と同じドーピングおよび層厚
    （ｄ５）を有し、 半導体槽（３６ｃ）の表面に、集積抵抗（６）に設けら
    れるＰ／Ｎダイオード（４３、４４、４５）の数と同じ
    数の、互いに分離されかつ互いに対して電気的に絶縁さ
    れたより小さい第２の導電型の半導体槽（４３ａ、４４
    ａ、４５ａ）が配置されており、その場合、より小さい
    半導体槽（４３ａ、４４ａ、４５ａ）はそれぞれフォト
    ダイオード（１）の第２の半導体層（１５）と同じドー
    ピングおよび層厚（ｃ５）を有し、 それぞれより小さい半導体槽（４３ａ、４４ａ、４５
    ａ）内でその表面に、少なくとも部分的に互いに重なり
    合い、かつ両方とも不純物原子で濃くドーピングされた
    ２つの接続接点（４３ｂ、４３ｃないし４４ｂ、４４ｃ
    ないし４５ｂ、４５ｃ）が配置されており、その場合２
    つの接続接点のうち第１のもの（４３ｃ、４４ｃ、４５
    ｃ）が第１の導電型（ＰないしＮ）であって、２つの接
    続接点の第２のものが第２の導電型（ＮないしＰ）であ
    ることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 装置が透明なプラスチックからなるハウ
    ジング内に配置されていることを特徴とする請求項１か
    ら４までのいずれか１項に記載の装置。
JP5169489A 1992-07-16 1993-07-09 色選択的な集積フォトダイオードとその後段に接続された増幅器を有する装置 Pending JPH06163867A (ja)

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