JPS5823478A - 電荷結合素子 - Google Patents

電荷結合素子

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Publication number
JPS5823478A
JPS5823478A JP12265081A JP12265081A JPS5823478A JP S5823478 A JPS5823478 A JP S5823478A JP 12265081 A JP12265081 A JP 12265081A JP 12265081 A JP12265081 A JP 12265081A JP S5823478 A JPS5823478 A JP S5823478A
Authority
JP
Japan
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layer
band edge
charge
doped
mobility
Prior art date
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Pending
Application number
JP12265081A
Other languages
English (en)
Inventor
Noriaki Tsukada
塚田 紀昭
Masahiro Nunoshita
布下 正宏
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP12265081A priority Critical patent/JPS5823478A/ja
Publication of JPS5823478A publication Critical patent/JPS5823478A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762Charge transfer devices
    • H01L29/765Charge-coupled devices
    • H01L29/768Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/76833Buried channel CCD
    • H01L29/7685Three-Phase CCD

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

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】 この発明は電荷結合素子(C!harge (!oup
lsdDevice : 0OD)の改良に関するもの
である。
第1図は従来のCCDの構成を示す断面図で、(1)は
p形シリコン基板、(2)はその上に形成された厚さ1
000 A程度の二酸化シリコシ(sio2)からなる
絶縁層、(3a)、 (3b)、 (3(りは絶縁層(
21の上に順次並べて形成された信号電荷移送ゲートw
t極で、この順序に繰返して形成されている。(41F
i侶号電荷移送ゲート電極(sa)、 (sb)、 (
3C) +7)列(7) 入口側に設けられ信号電荷の
移送ゲート電極(3a)への注入を制御するサンプリン
グゲート、(5)はサンプ1フングゲート(4)に接し
て基板(11内に形成され毎号電荷(少数キャリヤ)を
つくり出すn影領域、(6a)、 (6b)、 (6a
)はそれぞれ移送グー) t& (3a)、 (3b)
(3C)に接続され三相クロックパルスの6Nパルスを
それぞれの移送ゲート電極(3a)、 (3b)、 (
3c) K供給するクロック信号線路、(7)はサンプ
リングゲート(4)にサンプリングパルスを供給するサ
ンプリング信号線路、(8)はその信号源、(9)は移
送ゲート電極(3a)、 (3b)、 C3C)に供給
される三相クロックパルスに応じて順次各移送ゲート電
極〔図では(3a)の時点を示す。〕の下に生じるポテ
ンシャル井戸、eはそれにトラップされた信号電荷であ
る0次に動作について説明する。信号線路の一本(6a
Y正のパルスを加えると転送ゲート電極(3a)の下の
シリコン基板illに空乏層が形成される。正電位が長
時間持続すると熱励起された少数キャリヤが蓄積し、電
極(5a)下に反転層が形成される。反転層が形成され
る時間はシリコン基板(1)の比抵抗、表面再結合速度
、バルク中の発生・再結合中心のに%によるが、通常の
半導体基板の場合1秒〜数秒である。したがって、これ
より十分短いパルス幅を用いれば、電極下にはポテンシ
ャル井戸(9)が形成されることになる。信号線路(6
a)、 (ab)、 (6c)に三相クロックパルスを
印加すると、ポテンシャルの井戸(9)は順次右方に移
動する0このポテンシャル井戸(9)中IC!tンプリ
ングゲート(4)を通して信号電荷eを注入するとこの
信号電荷eは一つの塊としてポテンシャル井戸(9)の
動きに従って右方へ移動する。この信号電荷eの有無を
信号のl l/、、 ttojK対応させれば、このデ
バイスは、走査機能と記憶機能を備えた機能デバイスと
して動作する。また信号電荷eの量はアナログ量である
から、アナログ信号処理にも適している。
しかし、上記従来のCODにおいては電荷転送用チャネ
ルを構成するシリコン基板の部分は不純物がドープされ
ており、電荷移動度が大きくなく、その動作特性に不十
分な点があった。
この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、電
荷転送用チャネルを構成する半導体層の電荷移動度が大
きくなるような構成とすることによって、動作特性のす
ぐれたCODを提供することを目的としている。
第2図はこの発明の・一実施例を示す断面図で、第2図
において、(11)は高比抵抗のガリウム・ヒ素(Ga
Aa)基板、(121はGaAa基板(11)の上にエ
ピタキシャル成長で形成されたガリウム・アルミニウム
・ヒ素(GaAIAs)層、o:itiこのGaAIA
s層(121の上に形成されたGaAs層、04) I
d GaAs層aSの上に更にエピタキシャル成長で形
成されたGaAIAs層である0次に、本実施例素子の
基本原理について説明する。第2図に示した3つのエピ
タキシャル層αり。
+131 、 (14)の各層の不純物ドーピング量と
電子移動度の関係および伝導体のバンドエツジエネルギ
ーの変化を第3図に示す。第3図(A)に示すように、
GaA/Aθ層02+ + 04)へのみ不純物ドーピ
ングを行い、oaAs 4 +131へはドーピングを
行わないようにすると、電子親和力のためGaAlAs
 f@ Q2. 、 (14)のドナーによって生じた
電子(キャリヤー)は第3図(C)に示すようにエネル
ギーの低いGaAs層(13,にトラップされる。この
GaAa l@ Q31にはドーピングによる不純物の
散乱中心が無いので、この層の電子の移動度は第3図C
B)に示すように非常に大金くなる。
従って、この高速移動度効果を用いれは、従来の電荷結
合素子に較べ、応答速度が非常に高速で、しかも高効率
の電荷転送率を有する新しい形の電荷結合素子が実現可
能となる。
また、少数キャリヤ(信号電荷)をつくシ′出すための
手段として上記実施例では電流注入による方法を用いた
が、このかわりにGaAs −GaAIAe境界で光検
知用pn接合を形成させればこの部分に図示矢印りで示
すように入射する光の強度に比例した信号電荷が発生す
るので、このように構成したCODは高速の固体撮像デ
バイスとして用い得も第4図はこの原理に基づくこの発
明の他の実施例である固体撮像デバイスを示す断面図で
、図において、ガラス基板(15)側から入射する光は
バンドギャップの広いp形GaA/AB層θ6)を透過
した後、バンドギャップの小さいp形GaAe % (
17+で吸収され、ここで光電子が発生する。この光電
子は第2図に示したと同様のn形Gajk!As (1
21ヴンドープのGaA8(+31− n形GaAj?
As Q<のサンドイッチ栴造に拡散し、バンドギャッ
プの小さいノンドープの高8動度GaAsm031に捕
獲される。従ってこの構成によれば第2図に示した実施
例と同様な効果、すなわちノンドープGaAs層の高移
動度を利用した、高速かつ電荷転送効率の冒いという特
徴をもつ固体撮儂素子が可能となる。
以上のように、この発明によれば電荷転送チャンネルと
して、高移動度をもつエピタキシャル層を利用するので
高速応答が可能で、しかも電荷転送効率が高い電荷結合
菓子が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCODの構成を示す断面図、第2画はこ
の発明の一実施例を示す断面図、第3図(A)〜(0)
はこの発明の原理の説明図、第4図はこの発明の他の実
施例を示す断面図である。 図において、H+、Q4はGaA/As層(バンドエツ
ジエネルギーの高い化合物半導体# ) 、t+31は
GaAs N(バンドエツジエネルギーの低い化合物半
導体層)である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示すQ 代理人   葛 野 信 −(外1名)第1図 a 第2図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)伝導帯のバンドエツジエネルギーの異る同種また
    は異種の化合物半導体の多層構造を順次エピタキシャル
    成長で形成し、上記バンドエツジエネルギーの高い化合
    物半導体層には不純物のドーピングを行い、これに接す
    る上記バンドエツジエネルギーの低い化合物半導体層に
    は不純物のドーピングが行わないようにして構成してな
    り、上記バンドエツジエネルギーの低い化合物半導体層
    を電荷転送用チャネルとして利用するようにしたことを
    特徴とする電荷結合素子。
  2. (2)  バンドエツジエネルギーの低い化合物半導体
    層としてガリウム・ヒ素(Gaha ) 層’k 用い
    、バンドエツジエネルギーの高い化合物半導体層として
    上記ガリウム・ヒ素層を両側から挾むガリウム・アルミ
    ニウム・ヒ素(GaA/Aθ)層を用いたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の電荷結合素子。
JP12265081A 1981-08-04 1981-08-04 電荷結合素子 Pending JPS5823478A (ja)

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