JPH0656898B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0656898B2 JPH0656898B2 JP59265499A JP26549984A JPH0656898B2 JP H0656898 B2 JPH0656898 B2 JP H0656898B2 JP 59265499 A JP59265499 A JP 59265499A JP 26549984 A JP26549984 A JP 26549984A JP H0656898 B2 JPH0656898 B2 JP H0656898B2
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/08—Semiconductor 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
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は零バイアスで無入射光のとき略々完全に空乏化
される項感応障壁領域を有する半導体装置、特に入射光
により高電圧阻止状態と高電流状態との間で切換わり得
る半導体装置に関するものである。
される項感応障壁領域を有する半導体装置、特に入射光
により高電圧阻止状態と高電流状態との間で切換わり得
る半導体装置に関するものである。
米国特許第４４９１７４号明細書には、一導電型の第１
及び第２領域と、第１及び第２領域間にあつて第１及び
第２領域間の電流通路を流れる電流を制御する障壁領域
を有する半導体本体を具える半導体装置の数例が開示さ
れている。その障壁領域は反対導電型の正味不純物濃度
を有し、零バイアス時において少くとも入射光がない場
合に第１及び第２領域により形成される空乏層により少
くとも略々完全に自由電荷キヤリアが空乏化される。こ
れら装置はユニポーラ型であり、障壁領域を経て流れる
電流は多数キヤリア（即ち前記一導電型の電荷キヤリ
ア）により生じ、従つて高いスイツチング速度を有す
る。
及び第２領域と、第１及び第２領域間にあつて第１及び
第２領域間の電流通路を流れる電流を制御する障壁領域
を有する半導体本体を具える半導体装置の数例が開示さ
れている。その障壁領域は反対導電型の正味不純物濃度
を有し、零バイアス時において少くとも入射光がない場
合に第１及び第２領域により形成される空乏層により少
くとも略々完全に自由電荷キヤリアが空乏化される。こ
れら装置はユニポーラ型であり、障壁領域を経て流れる
電流は多数キヤリア（即ち前記一導電型の電荷キヤリ
ア）により生じ、従つて高いスイツチング速度を有す
る。
上記米国特許の第６図には斯る装置の一例として光子検
出器が開示されている。この場合には障壁領域は光感応
性で、光透過部（電極層の窓の形に構成される）により
光を入射させて障壁領域の近傍に電荷キヤリアを発生さ
せて障壁の高さを低減するよう構成されている。従つ
て、光により発生した電子−正孔対の少数電荷キヤリア
（即ち前記反対導電型の電荷キヤリア）が障壁領域に捕
集され、これにより障壁の高さ及び従つて障壁領域を流
れる多数電荷キヤリアの量が変調される。そして、この
第６図の装置の構造は高い量子効率及び利得を有する低
光子レベル検出器として使用することができることが示
唆されている。
出器が開示されている。この場合には障壁領域は光感応
性で、光透過部（電極層の窓の形に構成される）により
光を入射させて障壁領域の近傍に電荷キヤリアを発生さ
せて障壁の高さを低減するよう構成されている。従つ
て、光により発生した電子−正孔対の少数電荷キヤリア
（即ち前記反対導電型の電荷キヤリア）が障壁領域に捕
集され、これにより障壁の高さ及び従つて障壁領域を流
れる多数電荷キヤリアの量が変調される。そして、この
第６図の装置の構造は高い量子効率及び利得を有する低
光子レベル検出器として使用することができることが示
唆されている。
上記米国特許に示されている殆んどの例では、第１及び
第２領域とも本体表面に隣接させ、第１領域を反対導電
型の単一の非空乏化環状領域により限界し、この環状領
域により第１領域を第２領域の一部から横方向に分離し
ている。この環状領域は本体内に十分深く侵入させて障
壁領域の縁と交差させて障壁領域をこの環状領域内に終
端させると共にこの環状領域が障壁領域のガードリング
としても作用するようにしている。いくつかの例（第６
図の光子検出器も含む）では、この環状領域は障壁領域
を形成するのと同一のドーピング工程で形成して本体内
に障壁層と同一の深さまで延在させている。しかし、他
の例ではこの環状領域を別のドーピング工程で設けて一
層高い障壁を形成しており、この場合にはこの環状領域
を障壁領域より一般に深く延在させている。
第２領域とも本体表面に隣接させ、第１領域を反対導電
型の単一の非空乏化環状領域により限界し、この環状領
域により第１領域を第２領域の一部から横方向に分離し
ている。この環状領域は本体内に十分深く侵入させて障
壁領域の縁と交差させて障壁領域をこの環状領域内に終
端させると共にこの環状領域が障壁領域のガードリング
としても作用するようにしている。いくつかの例（第６
図の光子検出器も含む）では、この環状領域は障壁領域
を形成するのと同一のドーピング工程で形成して本体内
に障壁層と同一の深さまで延在させている。しかし、他
の例ではこの環状領域を別のドーピング工程で設けて一
層高い障壁を形成しており、この場合にはこの環状領域
を障壁領域より一般に深く延在させている。
上記米国特許には高電圧、例えば少くとも５０ボルトの
電圧を阻止するよう設計した装置は何も開示されていな
い。例えば上記米国特許の第５図には斯る障壁領域の１
６ボルトまでの逆バイアス特性が示されており、１６ボ
ルトを越えると障壁領域に隣接する第２領域の空乏層内
の高電界を結果として逆リーク電流が著しく増大し始め
ることが示されている。即ち、この高電界が障壁をプル
ダウンして高電圧時に許容し得ない程大きな逆電流を生
ずる。
電圧を阻止するよう設計した装置は何も開示されていな
い。例えば上記米国特許の第５図には斯る障壁領域の１
６ボルトまでの逆バイアス特性が示されており、１６ボ
ルトを越えると障壁領域に隣接する第２領域の空乏層内
の高電界を結果として逆リーク電流が著しく増大し始め
ることが示されている。即ち、この高電界が障壁をプル
ダウンして高電圧時に許容し得ない程大きな逆電流を生
ずる。
本発明の目的は、一導電型の第１及び第２領域間に空乏
化障壁をする半導体装置を高電圧阻止に使用し得ると共
に高電圧阻止（オフ）状態と高電流（オン）状態との間
を高速にスイツチし得るようにすることにある。
化障壁をする半導体装置を高電圧阻止に使用し得ると共
に高電圧阻止（オフ）状態と高電流（オン）状態との間
を高速にスイツチし得るようにすることにある。
本発明は、一導電型の第１及び第２領域と、該第１及び
第２領域間にあつて第１及び第２領域間の電流通路に沿
つて流れる電流を制御する光感応障壁領域を有する半導
体本体を具え、該障壁領域は反対導電型の正味不純物濃
度を含み、零バイアスで入射光がないときに前記第１及
び第２領域により形成される空乏層により自由電荷キヤ
リアが略略完全に空乏化されるよう構成し、更に光透過
部により光を入射させて前記障壁領域の近傍に電荷キヤ
リアを発生させて該障壁領域の障壁の高さを低減し得る
ように構成して成る半導体装置において、前記障壁領域
を該障壁領域より大きな深さまで半導体本体内に侵入す
る互に近接する複数個のフイールドリリーフ（電界低
減）領域間に位置する複数個の部分に分割し、当該装置
を、入射光がなく且つ前記障壁領域が逆バイアスの場合
に、前記フイールドリリーフ領域が互に十分に近接して
いて障壁領域の逆バイアス時において隣接するフイール
ドリリーフ領域から前記第２領域内に拡がる空乏層が互
に融合するために高い電圧阻止特性を有し、入射光によ
り高電圧阻止状態と高電流状態との間でスイツチし得る
ものとしたことを特徴とする。
第２領域間にあつて第１及び第２領域間の電流通路に沿
つて流れる電流を制御する光感応障壁領域を有する半導
体本体を具え、該障壁領域は反対導電型の正味不純物濃
度を含み、零バイアスで入射光がないときに前記第１及
び第２領域により形成される空乏層により自由電荷キヤ
リアが略略完全に空乏化されるよう構成し、更に光透過
部により光を入射させて前記障壁領域の近傍に電荷キヤ
リアを発生させて該障壁領域の障壁の高さを低減し得る
ように構成して成る半導体装置において、前記障壁領域
を該障壁領域より大きな深さまで半導体本体内に侵入す
る互に近接する複数個のフイールドリリーフ（電界低
減）領域間に位置する複数個の部分に分割し、当該装置
を、入射光がなく且つ前記障壁領域が逆バイアスの場合
に、前記フイールドリリーフ領域が互に十分に近接して
いて障壁領域の逆バイアス時において隣接するフイール
ドリリーフ領域から前記第２領域内に拡がる空乏層が互
に融合するために高い電圧阻止特性を有し、入射光によ
り高電圧阻止状態と高電流状態との間でスイツチし得る
ものとしたことを特徴とする。
本発明による斯る半導体装置においては、間に障壁領域
部分が位置する互に近接する複数個のフイールドリリー
フ領域が第２領域を障壁領域の下方に一層深いところま
で空乏化して障壁領域の下方の電界を低減するよう作用
し、これにより障壁領域が高い逆電圧を阻止することが
可能になると共に、その光感応性のために障壁は光の入
射により急速に消失して装置を高電流状態に高速にスイ
ツチすることができる。障壁領域を大面積（但し分割し
てある）にすることにより多数キヤリアの大電流をオン
状態において第１及び第２領域間に流すことができる。
更に、本発明装置は、流れる電流が多数キヤリアである
ため、入射光をスイツチオフした後に急速に阻止状態に
戻ることができる。
部分が位置する互に近接する複数個のフイールドリリー
フ領域が第２領域を障壁領域の下方に一層深いところま
で空乏化して障壁領域の下方の電界を低減するよう作用
し、これにより障壁領域が高い逆電圧を阻止することが
可能になると共に、その光感応性のために障壁は光の入
射により急速に消失して装置を高電流状態に高速にスイ
ツチすることができる。障壁領域を大面積（但し分割し
てある）にすることにより多数キヤリアの大電流をオン
状態において第１及び第２領域間に流すことができる。
更に、本発明装置は、流れる電流が多数キヤリアである
ため、入射光をスイツチオフした後に急速に阻止状態に
戻ることができる。
複数個のフイールドリリーフ領域及び障壁領域部分の配
置及び形状は障壁領域の光感度及び装置の阻止状態から
オン状態及びその逆のスイツチング速度が増大するよう
最適化することができる。
置及び形状は障壁領域の光感度及び装置の阻止状態から
オン状態及びその逆のスイツチング速度が増大するよう
最適化することができる。
その一例では、複数個の障壁領域をフイールドリリーフ
領域まで横方向に延在させ、これによりオン状態から高
電圧阻止状態へのスイツチング速度を高くすることがで
きる。これは、入射光により発生され障壁領域に捕集さ
れた少数キヤリアがフイールドリリーフ領域に横方向に
流れ得るためである。本例装置は第１領域の電気接点を
フイールドリリーフ領域にも接続すると、これら少数キ
ヤリアが急速に流出されて有利である。この場合、第１
領域をフイールドリリーフ間に位置する複数個の部分に
横方向に分割し、第１領域の電気接続をフイールドリリ
ーフ領域及び複数個の第１領域部分と接触する電極層で
構成することができる。
領域まで横方向に延在させ、これによりオン状態から高
電圧阻止状態へのスイツチング速度を高くすることがで
きる。これは、入射光により発生され障壁領域に捕集さ
れた少数キヤリアがフイールドリリーフ領域に横方向に
流れ得るためである。本例装置は第１領域の電気接点を
フイールドリリーフ領域にも接続すると、これら少数キ
ヤリアが急速に流出されて有利である。この場合、第１
領域をフイールドリリーフ間に位置する複数個の部分に
横方向に分割し、第１領域の電気接続をフイールドリリ
ーフ領域及び複数個の第１領域部分と接触する電極層で
構成することができる。
他の例では、複数個の障壁領域部分をフイールドリリー
フ領域から第２領域の一部により横方向に離間させる。
この場合には入射光により発生した少数キヤリアが障壁
領域から脱出しにくくなり、これにより障壁領域の光感
度が増大して装置が光により照射されたときに阻止状態
からオン状態へのスイツチングが高速になる。しかし、
障壁領域により捕集された少数キヤリアが急速に流出し
得ない場合、オン状態から阻止状態へのスイツチング速
度が少数キヤリアの減衰時間の結果として遅くなる。
フ領域から第２領域の一部により横方向に離間させる。
この場合には入射光により発生した少数キヤリアが障壁
領域から脱出しにくくなり、これにより障壁領域の光感
度が増大して装置が光により照射されたときに阻止状態
からオン状態へのスイツチングが高速になる。しかし、
障壁領域により捕集された少数キヤリアが急速に流出し
得ない場合、オン状態から阻止状態へのスイツチング速
度が少数キヤリアの減衰時間の結果として遅くなる。
図面につき本発明を説明する。
先ず、各図は略図であつて正しいスケールで描いてない
点に注意されたい。各図の種々の部分の相対寸法及び比
率は図を明瞭とするために大きくしたり小さくしたりし
てある。第１，３及び４図の断面図においては空乏層に
より電荷キヤリアが空乏化された区域を明瞭のためハツ
チをつけずに示してある。各図において対応する部分は
同一の符号で示してある。
点に注意されたい。各図の種々の部分の相対寸法及び比
率は図を明瞭とするために大きくしたり小さくしたりし
てある。第１，３及び４図の断面図においては空乏層に
より電荷キヤリアが空乏化された区域を明瞭のためハツ
チをつけずに示してある。各図において対応する部分は
同一の符号で示してある。
第１及び第２図に示す光学的にスイツチし得る高電圧ダ
イオードは一導電型（本例ではｎ型）の第１及び第２領
域１及び２を有する半導体本体１０（例えば単結晶シリ
コン）を具える。第１及び第２領域１及び２間には第１
及び第２領域の電極接点１１及び１２間の電流通路に沿
つて流れる電流を制御する光感応障壁領域３がある。こ
の障壁領域３は反対導電型（本例ではｐ型）の正味不純
物濃度を含み、零バイアス時において入射光がない場合
に第１及び第２領域１及び２により形成される空乏層に
より自由電荷キヤリアが略々完全に空乏化される。これ
がため、第１図では障壁領域３をハツチをつけずに示し
てあり、障壁領域３はｎ型領域１及び２間に電位ピーク
又はハンプを与える負空間電荷領域を形成する。このダ
イオードのオン状態ではｎ型領域１及び２間のこの障壁
領域３を横切つて流れる電流は電子、即ち領域１及び２
の多数キヤリアによる。
イオードは一導電型（本例ではｎ型）の第１及び第２領
域１及び２を有する半導体本体１０（例えば単結晶シリ
コン）を具える。第１及び第２領域１及び２間には第１
及び第２領域の電極接点１１及び１２間の電流通路に沿
つて流れる電流を制御する光感応障壁領域３がある。こ
の障壁領域３は反対導電型（本例ではｐ型）の正味不純
物濃度を含み、零バイアス時において入射光がない場合
に第１及び第２領域１及び２により形成される空乏層に
より自由電荷キヤリアが略々完全に空乏化される。これ
がため、第１図では障壁領域３をハツチをつけずに示し
てあり、障壁領域３はｎ型領域１及び２間に電位ピーク
又はハンプを与える負空間電荷領域を形成する。このダ
イオードのオン状態ではｎ型領域１及び２間のこの障壁
領域３を横切つて流れる電流は電子、即ち領域１及び２
の多数キヤリアによる。
第１及び第２図の装置の動作においては、電極接点１１
及び１２にバイアス電圧を供給する。第１ｎ型領域１は
極めて高い不純物濃度（ｎ++）を有するが、第２ｎ型領
域２は遥かに低い不純物濃度（ｎ-）を有し、高い抵抗
率を有する。その結果、領域１に対し負にバイアスされ
たときの高抵抗率の領域２からの多数キヤリア（電子）
に対する障壁領域３の障壁高さは領域２に対し負にバイ
アスされたときの高濃度領域１からの多数キヤリアに対
する障壁高さよりも著しく低くなる。これがため、第１
図は領域２が接地され負電圧（-V）が接点１１を経て領
域１に供給された、障壁領域３の逆バイアス状態を示し
ている。後述するように、第１及び第２図の装置構造は
このダイオードを高逆電圧（-V）を阻止すると共に入射
光２３によりこの阻止状態とON状態との間をスイツチし
得るようにする本発明の特徴も具えている。
及び１２にバイアス電圧を供給する。第１ｎ型領域１は
極めて高い不純物濃度（ｎ++）を有するが、第２ｎ型領
域２は遥かに低い不純物濃度（ｎ-）を有し、高い抵抗
率を有する。その結果、領域１に対し負にバイアスされ
たときの高抵抗率の領域２からの多数キヤリア（電子）
に対する障壁領域３の障壁高さは領域２に対し負にバイ
アスされたときの高濃度領域１からの多数キヤリアに対
する障壁高さよりも著しく低くなる。これがため、第１
図は領域２が接地され負電圧（-V）が接点１１を経て領
域１に供給された、障壁領域３の逆バイアス状態を示し
ている。後述するように、第１及び第２図の装置構造は
このダイオードを高逆電圧（-V）を阻止すると共に入射
光２３によりこの阻止状態とON状態との間をスイツチし
得るようにする本発明の特徴も具えている。
第１及び第２図の例では、上側電極接点１１に開口２１
及び２２を設けて同心環状光透過窓２１及び２２を形成
して入射光２３が障壁領域３の近傍で電荷キヤリアを発
生し得るようにしてある。障壁領域３はシリコン本体内
に形成することができ、この場合には近赤外の波長並び
に可視波長の入射光２３を用いて障壁領域３の近傍に電
子−正孔対を発生させることができる。本明細書中にお
いて使用する“光感応”及び“光”なる表現は本発明に
従う任意の特性装置をスイツチするために使用し得る任
意の光子波長を意味し、人間の目に見えるか見えないか
とは無関係である点に注意されたい。
及び２２を設けて同心環状光透過窓２１及び２２を形成
して入射光２３が障壁領域３の近傍で電荷キヤリアを発
生し得るようにしてある。障壁領域３はシリコン本体内
に形成することができ、この場合には近赤外の波長並び
に可視波長の入射光２３を用いて障壁領域３の近傍に電
子−正孔対を発生させることができる。本明細書中にお
いて使用する“光感応”及び“光”なる表現は本発明に
従う任意の特性装置をスイツチするために使用し得る任
意の光子波長を意味し、人間の目に見えるか見えないか
とは無関係である点に注意されたい。
障壁領域３の障壁高さは、入射光２３により領域３の近
傍に発生された後に領域３に捕集される少数キヤリア
（第１図の例では正孔）により減少する。本発明におい
ては、この効果を用いて第１及び第２図のダイオードを
高電圧阻止状態からスイツチオンさせる。更に、高電圧
阻止特性を達成するために本発明ではこのダイオードを
次の構造を有するものとする。
傍に発生された後に領域３に捕集される少数キヤリア
（第１図の例では正孔）により減少する。本発明におい
ては、この効果を用いて第１及び第２図のダイオードを
高電圧阻止状態からスイツチオンさせる。更に、高電圧
阻止特性を達成するために本発明ではこのダイオードを
次の構造を有するものとする。
障壁領域３を、反対導電型（第１図の例ではｐ型）の互
に近接するフイールドリリーフ（電界低減）領域４間に
位置する複数個の部分に横方向に分割する。第２図の平
面図から明らかなように、本例ではフイールドリリーフ
領域４及び複数個の障壁領域部分は同心環状構造で、窓
２２の障壁領域部分は窓２１の障壁領域部分を取り囲
み、これらの２部分間に中間環状フイールドリリーフ領
域４が位置している。最外側の環状フイールドリリーフ
領域４は絶縁層３４にあけた窓内の障壁領域３全体の周
縁を取り囲み、ガードリングとしても作用する。この同
心構造の中心には第２図に示すように最内側フイールド
リリーフ領域４を設けることができ、またこの同心構造
の中心には環状の最内側フイールドリリーフ領域４によ
り取り囲まれた障壁領域部分を位置させることができ
る。第２図にはこれらのフイールドリリーフ領域４を破
線で示してあるが、これとオーバラツプする電極接点１
１の縁は実線で示してある。また、本体１０の上側表面
上の絶縁層３４の窓の縁は一点鎖線で示してある。第１
及び第２図は３個のフイールドリリーフ領域４と２個の
障壁領域部分を示すのみであるが、特に高電流装置に対
してはもつと多数の斯る領域及び領域部分を設けること
ができる。
に近接するフイールドリリーフ（電界低減）領域４間に
位置する複数個の部分に横方向に分割する。第２図の平
面図から明らかなように、本例ではフイールドリリーフ
領域４及び複数個の障壁領域部分は同心環状構造で、窓
２２の障壁領域部分は窓２１の障壁領域部分を取り囲
み、これらの２部分間に中間環状フイールドリリーフ領
域４が位置している。最外側の環状フイールドリリーフ
領域４は絶縁層３４にあけた窓内の障壁領域３全体の周
縁を取り囲み、ガードリングとしても作用する。この同
心構造の中心には第２図に示すように最内側フイールド
リリーフ領域４を設けることができ、またこの同心構造
の中心には環状の最内側フイールドリリーフ領域４によ
り取り囲まれた障壁領域部分を位置させることができ
る。第２図にはこれらのフイールドリリーフ領域４を破
線で示してあるが、これとオーバラツプする電極接点１
１の縁は実線で示してある。また、本体１０の上側表面
上の絶縁層３４の窓の縁は一点鎖線で示してある。第１
及び第２図は３個のフイールドリリーフ領域４と２個の
障壁領域部分を示すのみであるが、特に高電流装置に対
してはもつと多数の斯る領域及び領域部分を設けること
ができる。
ｐ型フイールドリリーフ領域４はｎ型第２領域内に障壁
領域３より著しく大きい深さまで、例えば障壁領域３よ
り１０2〜１０3倍深く侵入させる。入射光２３がなく障
壁領域３が逆バイアスされている状態では第１及び第２
図のダイオードは高い電圧阻止特性を有し、これはフイ
ールドリリーフ領域が互に十分に近接していて障壁領域
３の逆バイアス状態では隣接フイールドリリーフ領域４
から高抵抗率の第２領域２内に延在する空乏層が互に融
合して障壁領域３の下側の静電界を低減するためであ
る。この領域２内に生ずる空乏層の融合の模様を第１図
に領域２のハツチしてない部分と破線３３で示してあ
る。この手段により空乏層３３を領域２内に、フイール
ドリリーフ領域４間の間隔の例えば何拾倍の深さまで延
在させることができる。そして、低濃度領域２の空乏層
から生ずる電気力線はｐ+領域４で終端するため、障壁
領域３に加わる電界が著しく減少する。
領域３より著しく大きい深さまで、例えば障壁領域３よ
り１０2〜１０3倍深く侵入させる。入射光２３がなく障
壁領域３が逆バイアスされている状態では第１及び第２
図のダイオードは高い電圧阻止特性を有し、これはフイ
ールドリリーフ領域が互に十分に近接していて障壁領域
３の逆バイアス状態では隣接フイールドリリーフ領域４
から高抵抗率の第２領域２内に延在する空乏層が互に融
合して障壁領域３の下側の静電界を低減するためであ
る。この領域２内に生ずる空乏層の融合の模様を第１図
に領域２のハツチしてない部分と破線３３で示してあ
る。この手段により空乏層３３を領域２内に、フイール
ドリリーフ領域４間の間隔の例えば何拾倍の深さまで延
在させることができる。そして、低濃度領域２の空乏層
から生ずる電気力線はｐ+領域４で終端するため、障壁
領域３に加わる電界が著しく減少する。
第１及び第２図のダイオードでは、分割された障壁領域
部分をフイールドリリーフ領域４まで横方向に延在させ
てあると共に、第１領域１の電極接点を第１領域１にも
フイールドリリーフ領域４にも接触させてある。この場
合には、光２３がスイツチオフされたとき、障壁領域３
内に捕集されている少数キヤリア（第１図の例では正
孔）が領域４及び負バイアス接点１１を経て急速に流出
し得るため、ダイオードはオン状態から阻止状態に急速
に戻ることができる。この接続を容易に達成するため
に、第１領域１を第１図に示すようにフイールドリリー
フ領域４間に位置する複数個の部分に横方向に分割し、
有孔電極層１１をフイールドリリーフ領域４上に設ける
と共に複数個の第１領域部分の周縁部と接触させる。し
かし、光２３をスイツチオンしてダイオードを阻止状態
からオン状態にスイツチするとき、障壁領域３に到達す
る発生少数キヤリアの若干部分が接点１１を経て流れ去
るため障壁領域３の光感度が低下する。しかし、この感
度低下は十分高い強度の光２３を用いることにより補償
して装置の高速ターンオン時間を維持することができ
る。
部分をフイールドリリーフ領域４まで横方向に延在させ
てあると共に、第１領域１の電極接点を第１領域１にも
フイールドリリーフ領域４にも接触させてある。この場
合には、光２３がスイツチオフされたとき、障壁領域３
内に捕集されている少数キヤリア（第１図の例では正
孔）が領域４及び負バイアス接点１１を経て急速に流出
し得るため、ダイオードはオン状態から阻止状態に急速
に戻ることができる。この接続を容易に達成するため
に、第１領域１を第１図に示すようにフイールドリリー
フ領域４間に位置する複数個の部分に横方向に分割し、
有孔電極層１１をフイールドリリーフ領域４上に設ける
と共に複数個の第１領域部分の周縁部と接触させる。し
かし、光２３をスイツチオンしてダイオードを阻止状態
からオン状態にスイツチするとき、障壁領域３に到達す
る発生少数キヤリアの若干部分が接点１１を経て流れ去
るため障壁領域３の光感度が低下する。しかし、この感
度低下は十分高い強度の光２３を用いることにより補償
して装置の高速ターンオン時間を維持することができ
る。
第１及び第２図のダイオードは既知の技術を用いて製造
することができる。例えば領域２は領域２の接点の一部
を形成する高導電率のｎ型単結晶シリコン基板２０上の
高抵抗率のｎ型エピタキシヤルシリコン層により形成す
ることができる。フイールドリリーフ領域４は硼素不純
物拡散又は他の局部ドーピング技術により前記エピタキ
シヤル層の表面に形成することができる。エピタキシヤ
ル層の表面上の絶縁層３４に能動装置限界窓を形成した
後に、障壁領域３とｎ型領域１をイオンインプランテー
シヨンにより形成することができる。障壁領域３は米国
特許第４１４９１７４号明細書に記載されている一般的
なタイプのものとすることができ、ドーパントマスクを
異なる形状にすると共にｐ型領域４の深さ及び障壁領域
３及び第１領域１の面積を大きくする点を除いて同一の
製造工程を使用することができる。この米国特許の内容
は全て本発明の背景をなしている。この米国特許に記載
されているように、障壁領域３の厚さ及びドーピングレ
ベルは無入射光で零バイアスのときにこの領域３が完全
に空乏化されるように所定の条件を満足する必要があ
る。
することができる。例えば領域２は領域２の接点の一部
を形成する高導電率のｎ型単結晶シリコン基板２０上の
高抵抗率のｎ型エピタキシヤルシリコン層により形成す
ることができる。フイールドリリーフ領域４は硼素不純
物拡散又は他の局部ドーピング技術により前記エピタキ
シヤル層の表面に形成することができる。エピタキシヤ
ル層の表面上の絶縁層３４に能動装置限界窓を形成した
後に、障壁領域３とｎ型領域１をイオンインプランテー
シヨンにより形成することができる。障壁領域３は米国
特許第４１４９１７４号明細書に記載されている一般的
なタイプのものとすることができ、ドーパントマスクを
異なる形状にすると共にｐ型領域４の深さ及び障壁領域
３及び第１領域１の面積を大きくする点を除いて同一の
製造工程を使用することができる。この米国特許の内容
は全て本発明の背景をなしている。この米国特許に記載
されているように、障壁領域３の厚さ及びドーピングレ
ベルは無入射光で零バイアスのときにこの領域３が完全
に空乏化されるように所定の条件を満足する必要があ
る。
第１及び第２図のダイオードの特定の例では、領域２は
約４０Ω・cmの抵抗率を生ずる約1047cm-3の砒素ドーピ
ング濃度を有するものとし、そのエピタキシヤル層の厚
さは８０μｍとすることができる。フイールドリリーフ
領域４は約５〜２５μｍの深さを有し、１０19cm-3の表
面ドーピング濃度を有するものとすることができる。障
壁領域３は４．５KeVの硼素イオンを５×１０13cm-2の
ドーズ量で注入して形成する。隣接フイールドリリーフ
領域４の縁間の間隔は１０〜２５μｍとすることができ
る。絶縁層３４は例えば二酸化シリコンとすることがで
き、電極層１１及び１２はアルミニウムすることができ
る。層１１の別々の電極部分はワイヤ３１により電気的
に相互接続することができる。
約４０Ω・cmの抵抗率を生ずる約1047cm-3の砒素ドーピ
ング濃度を有するものとし、そのエピタキシヤル層の厚
さは８０μｍとすることができる。フイールドリリーフ
領域４は約５〜２５μｍの深さを有し、１０19cm-3の表
面ドーピング濃度を有するものとすることができる。障
壁領域３は４．５KeVの硼素イオンを５×１０13cm-2の
ドーズ量で注入して形成する。隣接フイールドリリーフ
領域４の縁間の間隔は１０〜２５μｍとすることができ
る。絶縁層３４は例えば二酸化シリコンとすることがで
き、電極層１１及び１２はアルミニウムすることができ
る。層１１の別々の電極部分はワイヤ３１により電気的
に相互接続することができる。
第３図は第１及び第２図のダイオードの変形例を示し、
本例では複数個の障壁領域部分３をフイールドリリーフ
領域４から高抵抗率の第２領域２の部分８により横方向
に分離させてある。即ち本例では、絶縁層２４の窓全体
を通してドーピングしてフイールドリリーフ領域４によ
り分割された第１及び第２図の障壁領域３を形成する代
りに、半導体表面まで延在する個所の障壁領域３をフイ
ールドリリーフ領域４間に形成する。有孔電極層１１は
領域１及び４と略々オーム接触を形成するが、障壁領域
３からは中間絶縁層２４により分離する。この装置では
入射光２３により発生した少数キヤリア（正孔）が障壁
領域３から漏出しにくくなり、これにより障壁領域３の
光感度が向上し、従つて光２３のスイツチオン時におけ
る装置の阻止状態からオン状態へのスイツチング速度が
向上する。しかし、オン状態から阻止状態へのスイツチ
ング速度は、これらの少数キヤリアが電極１１を経て流
出しにくくなるために低下する。
本例では複数個の障壁領域部分３をフイールドリリーフ
領域４から高抵抗率の第２領域２の部分８により横方向
に分離させてある。即ち本例では、絶縁層２４の窓全体
を通してドーピングしてフイールドリリーフ領域４によ
り分割された第１及び第２図の障壁領域３を形成する代
りに、半導体表面まで延在する個所の障壁領域３をフイ
ールドリリーフ領域４間に形成する。有孔電極層１１は
領域１及び４と略々オーム接触を形成するが、障壁領域
３からは中間絶縁層２４により分離する。この装置では
入射光２３により発生した少数キヤリア（正孔）が障壁
領域３から漏出しにくくなり、これにより障壁領域３の
光感度が向上し、従つて光２３のスイツチオン時におけ
る装置の阻止状態からオン状態へのスイツチング速度が
向上する。しかし、オン状態から阻止状態へのスイツチ
ング速度は、これらの少数キヤリアが電極１１を経て流
出しにくくなるために低下する。
第１〜第３図の装置は短波長の光で光学的にスイッチす
ることができ、この状態では電荷キャリヤの殆どまたは
全てが障壁領域３の近傍に浅い部分において発生する。
これはもっとも効率のよい場合である。しかし、この装
置は近赤外線のような長波長で光でスイッチすることも
できる。この状態では、電荷キャリヤが障壁領域３の近
傍のみならず空乏層３３内の深い部分においても発生す
る。この状態では、深い部分に発生した少数キャリヤが
フィールドリリーフ領域４で終端する電気力線に沿っ
て、ｐ型領域４とｎ型領域２との間のｐｎ接合により捕
集されるためにバイポーラ動作を生ずることが考えられ
るが、障壁領域３の近傍の電気力線は障壁領域３で終端
し、障壁領域３の近傍に発生した電荷キャリヤは、深い
部分で発生した電荷キャリヤがフィールドリリーフ領域
４に到達する前に障壁領域３に到達する。従って、バイ
ポーラ動作が発生する前に障壁領域３の障壁高さが減少
し、ユニポーラ動作により装置がスイッチされる。この
光学的スイッチング機構の高い量子効率および利得のた
めに、装置をこのようにスイッチするには障壁領域３の
近傍に少数の電荷キャリヤを発生させるだけでよい。ス
イッチング後に、第１および第２領域１および２間に得
られる電流は多数電荷キャリヤ、即ち第１および第２領
域と同一の導電型の電荷キャリヤからなる。第１〜第３
図の装置では、更に、フィールドリリーフ領域４および
障壁領域３の周縁部を電極層１１により入射光から遮蔽
しているため、入射光によってフィールドリリーフ領域
４の近傍に電荷キャリヤが発生されない。深い部分に発
生される電荷キャリヤのフィールドリリーフ領域４への
走行時間は障壁領域３の近傍に発生される電荷キャリヤ
の障壁領域３への走行時間よりも著しく長いため、第１
〜第３図の本願発明の装置は、長い波長で動作するとき
でも常にユニポーラ動作する。
ることができ、この状態では電荷キャリヤの殆どまたは
全てが障壁領域３の近傍に浅い部分において発生する。
これはもっとも効率のよい場合である。しかし、この装
置は近赤外線のような長波長で光でスイッチすることも
できる。この状態では、電荷キャリヤが障壁領域３の近
傍のみならず空乏層３３内の深い部分においても発生す
る。この状態では、深い部分に発生した少数キャリヤが
フィールドリリーフ領域４で終端する電気力線に沿っ
て、ｐ型領域４とｎ型領域２との間のｐｎ接合により捕
集されるためにバイポーラ動作を生ずることが考えられ
るが、障壁領域３の近傍の電気力線は障壁領域３で終端
し、障壁領域３の近傍に発生した電荷キャリヤは、深い
部分で発生した電荷キャリヤがフィールドリリーフ領域
４に到達する前に障壁領域３に到達する。従って、バイ
ポーラ動作が発生する前に障壁領域３の障壁高さが減少
し、ユニポーラ動作により装置がスイッチされる。この
光学的スイッチング機構の高い量子効率および利得のた
めに、装置をこのようにスイッチするには障壁領域３の
近傍に少数の電荷キャリヤを発生させるだけでよい。ス
イッチング後に、第１および第２領域１および２間に得
られる電流は多数電荷キャリヤ、即ち第１および第２領
域と同一の導電型の電荷キャリヤからなる。第１〜第３
図の装置では、更に、フィールドリリーフ領域４および
障壁領域３の周縁部を電極層１１により入射光から遮蔽
しているため、入射光によってフィールドリリーフ領域
４の近傍に電荷キャリヤが発生されない。深い部分に発
生される電荷キャリヤのフィールドリリーフ領域４への
走行時間は障壁領域３の近傍に発生される電荷キャリヤ
の障壁領域３への走行時間よりも著しく長いため、第１
〜第３図の本願発明の装置は、長い波長で動作するとき
でも常にユニポーラ動作する。
本発明の範囲内において多くの変更が可能であること明
らかである。例えば、フイールドリリーフ領域４を本体
１０の上側表面から深く拡散する代りに、最初にその表
面の領域４を形成すべき部分に溝を食刻し、斯る後に第
１及び第３図と同一の深さまで侵入する領域４を浅い拡
散により設けることができる。溝は適当な形状、例えば
Ｕ字断面又はＶ字断面にすることができる。更に、フイ
ールドリリーフ領域は第２領域２とpn接合を形成する反
対導電型の半導体領域で構成する必要はない。第４図は
領域４をＰ型半導体領域で構成しないで、その代りに電
極層１１を溝４４の側壁上に設けて領域２の高抵抗率部
分８と整流シヨツトキーバリヤを形成することによりフ
イールドリリーフ領域を構成した例を示す。更に、シヨ
ツトキーバリヤの代りに溝４４の側壁に薄い絶縁層を設
け、その上に電極層１１を設けてフイールドリリーフ領
域をMIS容量性電界効果構造として形成することもでき
る。また、溝４４内に溝の側壁と障壁を形成して逆バイ
アス時に領域２内に空乏層を形成する半絶縁層（例えば
多結晶シリコンと酸化シリコンの混合物）を設けること
によりフイールドリリーフ領域を形成することもでき
る。
らかである。例えば、フイールドリリーフ領域４を本体
１０の上側表面から深く拡散する代りに、最初にその表
面の領域４を形成すべき部分に溝を食刻し、斯る後に第
１及び第３図と同一の深さまで侵入する領域４を浅い拡
散により設けることができる。溝は適当な形状、例えば
Ｕ字断面又はＶ字断面にすることができる。更に、フイ
ールドリリーフ領域は第２領域２とpn接合を形成する反
対導電型の半導体領域で構成する必要はない。第４図は
領域４をＰ型半導体領域で構成しないで、その代りに電
極層１１を溝４４の側壁上に設けて領域２の高抵抗率部
分８と整流シヨツトキーバリヤを形成することによりフ
イールドリリーフ領域を構成した例を示す。更に、シヨ
ツトキーバリヤの代りに溝４４の側壁に薄い絶縁層を設
け、その上に電極層１１を設けてフイールドリリーフ領
域をMIS容量性電界効果構造として形成することもでき
る。また、溝４４内に溝の側壁と障壁を形成して逆バイ
アス時に領域２内に空乏層を形成する半絶縁層（例えば
多結晶シリコンと酸化シリコンの混合物）を設けること
によりフイールドリリーフ領域を形成することもでき
る。
フイールドリリーフ領域４及び障壁領域部分３を同心環
状構造にする代りに他の形状、例えば網目或は格子状構
造又は多角形構造にすることができる。また、能動装置
の窓を取り囲む一連の同心ガードリングを領域２内に設
けることができ、これらガードリングはフイールドリリ
ーフ領域４と同一の技術で形成することができる。更
に、上述の実施例は障壁領域部分３及び第１領域部分１
をイオンインプランテーシヨンにより形成するのに適し
ているが、障壁領域部分及び第１領域部分をモレキユラ
ビームエピタキシによりドープした層として形成する他
の構造に設計することもできる。
状構造にする代りに他の形状、例えば網目或は格子状構
造又は多角形構造にすることができる。また、能動装置
の窓を取り囲む一連の同心ガードリングを領域２内に設
けることができ、これらガードリングはフイールドリリ
ーフ領域４と同一の技術で形成することができる。更
に、上述の実施例は障壁領域部分３及び第１領域部分１
をイオンインプランテーシヨンにより形成するのに適し
ているが、障壁領域部分及び第１領域部分をモレキユラ
ビームエピタキシによりドープした層として形成する他
の構造に設計することもできる。
第１〜第４図の装置の例はダイオードである。しかし、
本発明はもつと複雑な領域構造の装置、例えば第１及び
第２領域間の電流通路内にオン状態と高圧阻止状態との
間の装置の電流の切換えを制御する光感応障壁領域部分
（及びフイールドリリーフ領域）を具える光学式スイツ
チングトランジスタ又はサイリスタ又は集積回路に適用
することもできる。
本発明はもつと複雑な領域構造の装置、例えば第１及び
第２領域間の電流通路内にオン状態と高圧阻止状態との
間の装置の電流の切換えを制御する光感応障壁領域部分
（及びフイールドリリーフ領域）を具える光学式スイツ
チングトランジスタ又はサイリスタ又は集積回路に適用
することもできる。
第１図は本発明による光学的にスイツチし得る高電圧半
導体ダイオードの断面図、 第２図は第１図のダイオードの平面図、 第３及び第４図は本発明による光学的にスイツチし得る
半導体ダイオードの他の例の断面図である。 １……第１領域、２……第２領域 ３……障壁領域 ４……フイールドリリーフ領域 10……半導体本体、11,12……電極接点 20……シリコン基板、21,22……光透過窓 23……入射光、24……中間絶縁層 31……接続導線、33……空乏層
導体ダイオードの断面図、 第２図は第１図のダイオードの平面図、 第３及び第４図は本発明による光学的にスイツチし得る
半導体ダイオードの他の例の断面図である。 １……第１領域、２……第２領域 ３……障壁領域 ４……フイールドリリーフ領域 10……半導体本体、11,12……電極接点 20……シリコン基板、21,22……光透過窓 23……入射光、24……中間絶縁層 31……接続導線、33……空乏層
Claims (8)
- 【請求項１】一導電型の第１及び第２領域と、該第１及
び第２領域間にあって該第１及び第２領域間の電流通路
に沿って流れる一導電型の電荷キャリアから成る電流を
制御する領域であって、反対導電型の正味不純物濃度を
含み、零バイアスで入射光がないときに前記第１及び第
２領域により形成される空乏層により自由電荷キャリア
が略々完全に空乏化される光感応障壁領域とを有する半
導体本体と、前記第１領域への電気接続を構成する電極
であって前記障壁領域の上方に光入射用の開口を有する
電極層とを具え、入射光が前記障壁領域の近傍に電荷キ
ャリアを発生して該障壁領域の障壁の高さを低減するよ
うに構成された光学的にスイッチし得る半導体装置にお
いて、前記障壁領域は該障壁領域より大きな深さまで半
導体本体内に侵入した互いに近接する複数個のフィール
ドリリーフ（電界低減）領域間に位置する複数個の部分
に分割され、前記電極層は前記フィールドリリーフ領域
及び前記複数個の障壁領域部分の周縁部を覆い前記複数
個の障壁領域部分の周縁部以外の区域の上方に複数個の
光入射用開口を有するように構成され、且つ当該装置
は、入射光がなく且つ前記障壁領域が逆方向バイアスの
場合に、前記フィールドリリーフ領域が互いに十分に近
接している結果として、隣接するフィールドリリーフ領
域から前記第２領域内に拡がる空乏層が互いに融合して
障壁領域の下方の電界を低減するために高い電圧阻止特
性を有し、前記複数個の開口を経て光が入射すると、入
射光が複数個の障壁領域部分の少なくとも近傍に電荷キ
ャリアを発生して高電圧阻止状態から高電流状態へスイ
ッチするようにしたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の半導体装置に
おいて、前記複数個の障壁領域部分は前記フィールドリ
リーフ領域から前記第２領域の一部により横方向に離間
されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の半導体装置に
おいて、前記複数個の障壁領域部分は前記フィールドリ
リーフ領域まで横方向に延在していることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項記載の半導体装置に
おいて、前記第１領域は前記フィールドリリーフ領域に
位置する複数個の部分に横方向に分割され、且つ前記第
１領域への電気接続が前記フィールドリリーフ領域に接
触する電極層で構成されていることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１〜４項の何れかに記載
の半導体装置において、前記複数個の障壁領域部分は、
一つの障壁領域部分が他の障壁領域部分を取り囲み、そ
の間に環状のフィールドリリーフ領域が位置する環状構
造に構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項６】特許請求の範囲第１〜５項の何れかに記載
の半導体装置において、前記フィールドリリーフ領域は
前記第２領域とｐｎ接合を形成する反対導電型の半導体
領域で構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項７】特許請求の範囲第１〜６項の何れかに記載
の半導体装置において、前記フィールドリリーフ領域は
半導体本体の主表面から前記第２領域内に侵入する溝内
に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項８】特許請求の範囲第７項記載の半導体装置に
おいて、前記第１領域への電気接続を構成する電極層が
前記溝内において前記第２領域とショットキー接合を形
成して前記フィールドリリーフ領域を構成していること
を特徴とする半導体装置。
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