KR100197772B1 - 트랜지스터 및 감광 영역을 포함하는 감광 소자가 반도체 몸체부에 제공된 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제1실시예의 평면도.
제2도는 제1도의 반도체 장치를 라이 II-II에 따라 자른 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제2실시예의 평면도.
제4도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제3실시예의 평면도.
제5도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제4실시예의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : n형 실리콘 기판 2 : 에피택셜층
3 : 전극 5 : 정류 접합
7 : 감광 영역 9 : 도전체 트랙
10 : 콘택트 표면
본 발명은 트랜지스터 및 감광(radiation-sensitive)영역을 구비하는 감광 소자가 갖추어진 반도체 몸체부(body)를 포함하는 반도체 장치에 관한 것으로, 이때 상기 트랜지스터는 제1도전형의 에미터 영역 및 콜렉터 영역, 그리고 상기 주 영역 사이에 위치하며 두 영역과 반대의 도전형인 제2도전형의 베이스 영역을 구비하고, 상기 감광 영역은 정류 접함을 가지며 상기 트랜지슨터의 상기 베이스 영역과 도전적으로 접속된다.
이러한 반도체 장치는 S. M. Sze 씨의 논문집 반도체 장치의 물리학 제2판 제 784 페이지로부터 공지되는데, 여기서 감광 소자는 포토트랜지스터(photo transistor)로 이루어져 있다. 상기 트랜지스터의 베이스 영역은 p형 반도체 영역에 의해 구성되고, 이 p형 반도체 영역은 n형 실리콘 기판내에 제공된다. 기판은 그 자체로서 상기 트랜지스터의 콜렉터 영역의 역할을 한다. 트랜지스터 n형 에미터 영역은 베이스 영역내에 위치한다. 동작동안, 상기 베이스 영역 및 콜렉터 영역 사이의 pn접합 둘레에 공핍 영역이 발생하며, 이것은 장치의 감광성 영역을 구성한다.
서두에서 전술한 종류의 반도체 장치는 광을 전기신호로 변환하기 위해 사용된다. 이렇게 발생된 신호는 전기적으로 처리될 수 있다. 특히, 최근 몇 년동안은 이러한 반도체 장치의 이용가능성이 예컨대 광학 전기 통신분야 및, 정보 매체상에 정보를 광학적 또는 자기 광학적으로 기록 및 판독하는 분야(이후부터 간단히 광학 기록분야로 칭함)에서 증가해 왔으며, 광학 기록의 예로서는 DOR(직접 광학 기록), CD(컴팩트 디스크), VLP 및 예컨대 CDROM/CDI 같은 컴퓨터 응용들을 들 수 있다.
CD를 판독하기 위한 감광 다이오드의 이용은 1982년 출판된 필립스 기술 보고서 제40 권 제6호 제 148 페이지에 기술되어 있다. 이것에 따르면 4개의 인접 다이오드로 이루어진 시스템이 CD를 판독하기 위해 사용된다. 정보는 CD상에 트랙으로서, 기억되며, 이 트랙들은 레이저 빔에 의해 주사된다.
반사 빔에서, 세기 변화에 의해 표시되며, 이 세기 변화들은 다이오드에 의해 검출되어 전기 신호로 변환된다.
다이오드 대신에 감광 트랜지스터를 갖는 감광소자는 상당히 큰 출력 신호를 얻을 수 있는 큰 장점을 갖는다. 포토다이오드에서의 출력 신호는 발생된 광전류에 대해 제한되는 반면에, 적당한 증폭률을 갖는 트랜지스터에서는 출력신호가 몇배 더 크게 될 수 있다. 그러나 일반적으로 감광 트랜지스터는 동일한 크기의 감광 표면을 갖는 감광 다이오드보다 상당히 낮은 (검출)속도를 가진다. 트랜지스터의 감광 접합이 기생 캐패시턴스로 인해 더 높은 주파수에는 트랜지스터가 광학 신호를 더 이상 적절히 따라갈 수 없다.
이것은 광학 판독과 같은 고주파수 응용의 경우에서 트랜지스터를 부적절하게 만든다. 예를 들어 CD의 경우 정보 매체가 1m/s이상의 속도로 판독될 때, 이것은 반사 빔이 그 세기에 있어서 초당 백만번 이상 변할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 전술한 종류의 반도체 장치로서, 광학 기록 같은 고주파수 응용에 적합한 감광 소자를 구비하고 또한 비교적 큰 출력 신호를 공급할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 서두에서 전술한 종류의 반도체 장치에 있어서 감광 영역이 적어도 제1서브-영역(subregion) 및 제2서브-영역을 포함하고 트랜지스터는 적어도 두 개의 서브-트랜지스터로 나뉘어져, 그 베이스 영역들은 각각 상기 서브-영역들에 접속되고 또한 그 콜렉터 영역들 및 에미터 영역들은 상호 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 소자의 전체 감광 표면은 서브-영역들의 표면을 합하여 구성된다. 이 표면은 광학 기록시 레이저 빔이 정보 매체상에서 집속되지 못할 때 레이저 빔을 포획하기 위해 사용될 수 있다. 빔을 포획하기 의해, 감광 표면은 소정의 최소 크기를 가져야 하고 이것은 공지된 감광 소자가 고주파수 응용의 경우에서 기생 캐패시턴스 때문에 그 속도가 매우 느리도록 만든다. 본 발명은 포획 동안에는 빔이 비교적 넓어서 감광 표면의 큰 부분을 덮지만, 집속(focus)시에는 빔이 더 좁아져서 전체 감광 표면의 제한된 부분만을 향하게 된다는 사실에 근거하고 있다. 본 발명에 따르면, 사이 소자의 기생 캐패시턴스는 상기 최종 영역의 캐패시턴스로 제한될 수 있다. 집속시 빔이 향하게 되는 영역은 제2서브-영역에 위치하며 본 발명에 따라 상기 제2 서브-영역은 제1`서브-영역으로 부터 분리된다. 이때 상기 소자의 기생 캐패시턴스는 제2서브-영역의 캐패시턴스로 제한된다. 사실상, 다른 서브-영역 즉 제1서브-영역은 이 상태에서 광을 수신하지 않으며 따라서 실제로 광전률를 공급하지 않는다. 그러므로 상기 서브-영역과 관련된 트랜지스터는 이 상태에서 항상 차단되어 제1 서브-영역의 캐패시턴스가 상기 소자의 속도에 역으로 영향을 미치지 않는다. 집속시, 정보 매체는 제 2서브-영역에서 판독되고, 이때 제2영역의 캐패시턴스는 상당히 작아서, 레이저 빔의 세기 변화가 매우 높은 주파수까지 예컨대 1 내지 2MHz 정도까지 따라갈 수 있을 정도이다. 더구나 이런 상태에서 더 큰 세기의 빔으로 인해 제2서브-영역에 의해 발생된 광전류는 제2서브-영역의작은 표면에도 불구하고, 빔의 포획동안 전체 감광 표면의 광전류보다 더 작을 필요가 없다.
본 발명에 따른 장치에서 감광 소자는 특히 광학 기록용장치의 결합된 판독 및 접속 시스템에서 사용하기에 적합하며, 상기 시스템의 예로서는 전술된 필립스 기술 보고서의 논문에 기술되어 있는 CD 플레이어의 포컬트(Foucault)시스템을 들 수 있다. 특정 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 적어도 유사 제2감광 소자를 포함하고, 상기 두 소자의 감광 서브-영역들은 일렬로 배열되어 있으며, 이때 바깥쪽 서브-영역들이 제1서브 영역들이고 안쪽서브-영역들은 제2 서브-영역들이다. 두 개의 감광 소자의 출력신호간의 차이로 부터 소위 집속 에러신호가 유도되며 , 이것은 CD 상에 레이저 빔을 집속하는 경우 제어신호로서 사용된다. 출력신호의 합은 판독 신호를 구성하고 CD에 기억된 정보를 표시한다. 시스템은 집속시 레이저 빔이 사실상 열의 안쪽 제2 서브-영역에만 향하도록 설계된다.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 장치의 세로측상에서 상기 열과 대응하여 제2 및 제4감광소자의 감광 서브-영역들로 이루어진 적어도 거의 유사한 제2열이 배열되어 있는 것을 특징으로 한다. 제2열의 소자들을 첨가함으로써, 판독 신호 및 접속 에러 신호에도 불구하고 트랙킹 신호를 발생하는 것이 가능해지고, 이 트랙킹 신호에 의해 레이저 빔은 정보 트랙내에 있을 수 있다.
상기 트랙킹 신호는 제1열 및 제2열의 소자들의 출력신호의 차이에 의해 구성된다.
레이저의 정확한 조정을 위해 특히 증폭률 같은 여러 트랜지스터의 특징들이 가능한 동일해야 하는 것이 중요하다. 이것은 트랜지스터의 구성을 가능한 동일하도록 선택함으로써 달성된다. 그러나 사실상 이것만으로는 충분하지 않다.
장치를 제조하는 동안 반도체 몸체부에 대한 국소 처리 변동으로 인해, 동일한 구성에도 불구하고 트랜지스터들은 차이를 나타낸다. 트랜지스터는 반도체 몸체부에서의 상대적인 거리가 더 작아질수록 이런 차이는 더 작아진다. 본 발명에 따른 반도체 장치의 다른 실시예는 감광 소자의 베이스 영역이 감광 서브-영역들을 포함하고, 에미터 영역은 열들의 세로측으로 대항하여 베이스 영역내에 위치되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 트랜지스터의 에미터 즉, 활성 부분은 비교적 작은 상대 거리상에 위치하며 결과적으로 여러 트랜지스터의 성질은 똑같아진다.
또다른 실시예에서 상기 장치는 적어도 두 개의 감광소자를 구비하고, 이 소자의 베이스 영역 및 감광 서브-영역은 상호분리되어 반도체 몸체부내에 위치되며, 베이스영역은 감광 서브-영역 보다는 평균적으로 서로 더욱 근접하여 배열된다.
따라서, 이런 베이스 영역들이 부분을 형성하고 있는 트랜지스터들은 상기 장치의동작시 처리 변동의 영향을 상당히 감소시키거나 또는 배제시키기 위해 상호 매우 근접하게 위치된다. 개별적으로 베이스 영역에 접속되어 베이스 영역들을 위해 베이스 전류을 공급하는 감광 영역들은, 집속 시스템 및 그와 관련된 광학 시스템에 따라 반도체 몸체부내의 적당한 영역에 배열될 수 있다.
본 발명은 도면 및 몇가지 실시예를 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.
상기 도면들은 개략도이며 일정한 비율로 그려진 것은 아니다. 특히, 명확성을 위해 특정 디멘젼은 확대되었다.
가능하면, 도면에서 같은 도전형의 반도체 영역은 같은 방향으로 빗금쳤으며, 대응하는 같은 도면 부호로 표시되었다.
제1도에서 본 발명에 따른 반도체 장치는 4개의 감광소자 A,B,C 및 ,D를 포함하고 이 소자들은 반도체 몸체부에서 두 개의 대항하는 열로 배열되어 있다. 제1도에서 2개의 열중하나가 라인 II-II를 따라 자른 단면도로 도시된다.
이 실시예에서 반도체 몸체부는 n 형 실리콘 기판(1)을 구비하고, 또한 상기 기판상에는 기판과 같은 도전형이지만 그보다 도핑 농도가 낮은 에피택셜층(2)이 형성된다. 기판(1)의 하부측에는 금속층의 형태인 전극(3)이 제공된다.
소자 A,B,C 및 D 에는 정류 접합(5)을 갖는 감광 영역(7)이 제공되며 이 영역(7)은 입사광을 광전류로 변환하는 능력을 갖는다. 소자 A,B,C 및 D 의 출력 신호는 도전체 트랙(9)을 통해 콘택트 표면(10)으로 공급되고 이 접촉면에서 상기 신호들은 도출되어, 장치의 외부에서 전기적으로 처리된다. 그러나 반도체 몸체부에 있어서, 부분적 또는 전체적으로 처리하는데 필요한 전자회로를 집적하는 것도 가능하며 이때 도전체 트랙은 콘택트 표면(10)이 아니라 회로의 입력단까지 연장된다. 본 실시예의 장치는 특히 전술한 필립스 기술 보고서의 논문에 기술된 바와 같은 컴팩트 디스크 플레이어의 포컬트 집속 시스템에서 사용하기에 적당하다. 여기에 기술된 시스템에서, 트랙내에 정보가 기억되어 있는 매체는 레이저빔에 의해 주사된다. 반사 빔은 프리즘에 의해 두 개의 서브빔으로 나뉘어지며, 이렇게 나뉘어진 각각의 서브-빔은 인접하는 두 개의 감광소비자에 공급된다. 상기 매체상에 기억된 정보는 세기 변화에 의해 반사 빔으로 표시된다. 매체가 1m/s 이상의 속도로 주사된는 CD의 경우, 반사 빔은 초당 대략 백만번 정도로 변한다.
제1도에서 서브-빔들은 원 S1및 S2로서 개략적으로 표시되어 있다. 원 S1및 S2는각각 시스템이 정보 매체상에 집속될때의 제1 및 제2서브-빔을 표시한다. 감광 소자 A,B,C 및 D 의 시스템에 의해 세기 변화는 전기 신호 IL로 변환된다. 상기 판독 신호 IL는 여러 소자의 판독신호 IA,IB,IC및 ID의 합으로 이루어진다. 즉 IL=IA +IB +IC+ID이다.
또한, 판독 빔이 포획되어 정보 매체상에 집속되고 판독될 트랙내에 유지되는 동안 소위 집속 에러신호 및 트랙킹 신호로 불리는 2개의 제어 신호가 상기 소자 A,B,C 및 D의 출력신호로 부터 유도될 수 있다. 설명을 위하여 상기 도면에는 원S1',S2', 및 S1', S2이 도시되어 있으며 이것은 각각 시스탬의 집속 평면이 정보 매체의 평면 위 및 아래에 위치하는 경우의 서브-빔들을 표시한다. 집속 에러 신호 IF는 소자 A 및 D의 출력 신호와 소자 B 및 C의 출력 신호 사이의 차이로부터 얻어진다. 즉 IF= (IA+ID) - (IB+IC)이다. 판독 빔이 트랙밖으로 이동할 때 제1서브-빔 S1가 제1세트의 트랜지스터들 A 및 B의 출력 신호와 제2세트의 C 및 D의 출력신호와의 차이로부터 유도될 수 있다. 즉 IS= (IA+IB) - (IC+ID)이다.
특히 상기 제어신호에 대해 소자 A,B,C 및 D 가 고출력 신호 즉, 발생된 광 전류보다 여러배 큰 출력 신호를 갖는 것이 바람직하다. 레이저 빔이 사실상 동일한 위치에 있을 때, 신호 IF및 IS의 차이는 전술한 경우와는 달리 아주 작고 따라서 레이저를 다시 재조정하는 것은 거의 불가능 하다. 발생된 광 전류를 증폭하기 위하여 소자 A,B,C 및 D가 각각 트랜지스터 T에 제공된다.
트랜지스터 T는 각각 P형 베이스 영역(4)과 그속에 배치된 n형 에미터 영역(6)을 갖는다. n형 에피택셜층(2)은 모든 서브-트랜지스터 T에 대해 공통적으로 콜렉터 영역을 구성한다.
상기 트랜지스터는 감광 영역(7)으로부터 분리되도록 반도체 몸체부내에 배열될 수도 있고, 여기에서처럼 서로 합체될 수도 있다. 이 경우에서, 트랜지스터 T의 베이스 영역(4)은 그와 관련된 감광 영역(7)을 포함한다. 따라서, 상기 트랜지스터는 추가 공간을 차지하지 않는다.
상기 집합체(assembly)는 실리콘 산화물의 절연층(14)으로 피막되며, 접촉 윈도우(8)가 에미터 영역(6)에 제공된다. 접촉 윈도우(8)를 통하여 에미터 영역(6)은 알루미늄 도전체 트랙(9)에 의해 콘택트 표면(10)에 접속된다.
동작 동안에, 예컨대 5V의 양 전압이 콜렉터 전극(3)에 인가되며, 에미터 영역(6)은 접지된다. 베이스 영역(4)은 접속되지 않고 표류한다. 이 경우에서는 트랜지스터 T의 베이스-콜렉터 접합과 일치하는 감광 영역(7)의 정류접합(5)은 공핍 영역에 의해 둘러싸이게 되며, 이 공핍 영역은 도면에서 점선으로 개략적으로 도시되어 있다. 광이 감광 영역(7)으로 입사되어 공핍 영역으로 침투할 때 이 영향으로 공핍 영역내에는 홀-전자 쌍이 발생된다. 공핍 영역내에 퍼져 있는 전계는 발생된 홀이 트랜지스터의 베이스 영역(4)으로 도전되도록 한다. 따라서, 발생된 광 전류 If 는 트랜지스터 T를 위한 베이스 전류를 산출하며, 이 베이스 전류는 에미터 영역(6)과 베이스 영역(4) 사이의 전위를 감소시킨다. 광의 량이 충분해지면, 트랜지스터 T가 도전된다. 이때 전류 IT=(1+hFE)If가 트랜지스터를 통해 흐르며 여기서 hFE는 트랜지스터 T의 증폭률이다. 적당한 값의 증폭률 hFE에서 트랜지스터 T 는 발생된 광 전류 If 보다 몇배 더 큰 전류를 전달한다.
그러나, 트랜지스터를 갖는 공지된 감광 소자의단점은, 상기 트랜지스터 때문에 상기 소자가 동일한 크기의 감광 표면을 갖는 감광 다이오드 보다 느리게 신호를 따라간다는 것이다. 에미터에 대한 베이스 영역의 전압 변동 즉 출력신호 변동은 감광 영역의 정류 접합 즉 베이스-콜렉터 접합의 캐패시턴스에 의해 항상 중화된다. 상기 접합(의 캐패시턴스)이 더 커짐에 따라 소자는 더 천천히 동작한다. 감광 접합의 표면이 감소되어 소자의 속도가 증가될지라도, 감광 표면상에서 검출된 광의 정렬에 대해 더 엄격한 요구들이 부과되고 이것은 항상 용납될 수 없다. 예를 들어 광학 기록의 경우 레이저 빔이 정보 매체상에 집속되지 않았을 때 레이저 빔을 포획할 수 있기 위해서는 소정의 최소 크기의 감광 표면이 필요하다. 예를 들어, CD장치의 1MHZ신호를 따라가기 위해서는 감공 표면이 더 이상 레이저 빔을 포획할 수 없을 정도까지 감소되어야 한다.
지금까지는 감광 다이오드를 이용하여 왔고, 이것은 충분히 빠르게 동작하지만 출력 신호의 높이는 손실이 따랐다. 사실, 포토 다이오드에서 출력 신호는 항상 발생된 공 전류에 대해 제한되었다.
본 발명은 광학 신호가 수 MHZ이상의 높은 주파수까지 판독될 수 있을 정도로 빠르게 동작하는 감광 소자 A,B,C 및 D 를 제공하며, 이 소자들의 전체 감광 표면은 광학 기록의 경우 아직 집속되지 않은 레이저 빔을 포획할 수 있을 정도로 크며, 또한 동일한 크기의 감광 표면을 갖는 포토 다이오드보다 몇배 더 큰 출력 신호를 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 특히 광학 기록용으로 적당하다.
본 발명에 따르면, 소자 A,B,C 및 D 의 감광 영역(7)이 적어도 제1 서브-영역(71)과 제2서브-영역(72)으로 분할되고, 이들 서브-영역은 상호 떨어져서 반도체 몸체부(2)내에 위치된다.
또한, 본 발명에 따르면 소자 A,B,C 및 D 의 트랜지스터 T도 2개의 서브-트랜지스터 T1및 T2로 분할된다. 트랜지스터 T1및 T2는 n형 에피택셜층(2)의 형태로 공통 콜렉터 영역을 가지며 공통 콜렉터 영역 내부에 상호 분리되어 위치하는 p형 베이스 영역(4) 및 n형 에미터 영역(6)을 갖는다 이 실시예에서, 감광 서브-영역(71,72)은 서브-트랜지스터 T1및 T2의 각 베이스 영역(4)의 일부를 형성하고 따라서 감광 영역(7)이 분할은 트랜지스터 T가 두 개의 서브-트랜지스터 T1및 T2로 나뉘어지는 것을 암시한다. 소자마다 서브-트랜지스터 T1및 T2의 에미터 영역(6)이 도전체 트랙(9)에 의해 상호 접속되고 상기 도전체 트랙은 또한 접촉 표면으로서의 접속도 제공한다.
이 실시예에서, 소자 A,B,C 및 D 의 감광 서브-영역(71,72)들은 적어도 거의 동일한 열로 배열된다. 이 열들은 그들의 세로측으로 상호 대향하여 배열된다. 열에서, 바깥쪽 감광 서브-영역들은 제1서브-영역들(71)에 의해 구성된다.
상기 열에서 안쪽의 더 작은 서브-영역들은 제2서브-영역들(72)이다.
소자 A,B,C 및 D 의 전체 감광 표면은 감광 서브-영역들(71,72)의표면의 합으로 이루어진다. 전체 표면은 예컨대 광학 기록의 경우 레이저 빔 S' 및 S''가 정보 매체상에 집속되지 않았을 때 상기 레이저빔 S' 및 S를 포획하기 위해 사용될 수 있다. 상기 소자가 신속히 동작할 필요는 없고, 레이저빔 S' 및 S은 비교적 넓어서, 감광 표면(71,72)의 비교적 큰 부분을 덮는다.
일단 집속되면 빔 S이 좁아져서 전체 감광 표면(71,72)의 제한된 부분만을 향하게 된다. 본 발명에 따른 장치에 있어서, 빔이 집속되는 상기 제한된 부분은 적어도 제2서브영역(72) 내부의 주요부분이다. 집속시, 소자 A,B,C 및 D 의 기생 캐패시턴스는 제2 서브 영역(72)의 캐패시턴스로 제한된다. 이 상태에서, 제1 서브-영역(71)은 사실상 어떠한 광도 수신하지 않고, 베이스 전류를 공급하지도 않는다. 그 결과, 제1서브-트랜지스터는 항상 차단된 채로 유지된다.
이때 광 신호가 판독된다. 제 2 서브-영역(72)은 소자가 에컨대 CD 장치로 부터의 반사된 레이저 빔같은 공급된 광 신호를 매우 높은 주파수까지 적절히 따라갈 수 있을 정도로 작게 선택될 수 있다. 또한 더 작은 빔의 단면적으로 인해 이때의 평균 세기는 더 높다. 단위 감광 표면당 더 큰 광전류가 발생될 수 있고, 따라서 전체 감광 표면(71+72)과 비교하여 더 작은 표면의 제2서브 영역(72)에도 불구하고 소자에서 발생된 광전류는 충분히 클 수 있다.
소자 A,B,C 및 D 의 출력 신호는 이 소자들의 서브-트랜지스터 T1및 T2의 출력 신호의 합으로 이루어지고, 이것은 집속시 제2서브-영역만이 노출되므로 제2서브 트랜지스터 T2에 의한 출력신호로 단순화될 수 있다. 서브 트랜지스터 T1및 T2는 자신에게 각각 접속된 감광 서브-영역(71 및 72)에서 발생된 광 전류가 증폭되는 것을 가능케 한다. 이 실시예에서 서브-트랜지스터 T1및 T2의 증폭률 hFE은 약 15이고 그 결과 소자 A,B,C 및 D 의 출력 신호는 소자에서 발생된 광 전류보다 약 16배 더큰 신호이다.
제어신호 IF및 IS에 대한 소정의 유도로부터 소작 동일한 전기적 성질 특히 동일한 증폭률 hFE을 가질 경우에 한하여 상기 신호들은 레이저 빔의 위치를 확실히 표현함을 알 수 있을 것이다. 이 요구를 만족시키기 위하여 소자 A 내지 D는 간능한 동일한 것으로 사용된다. 그럼에도 불구하고, 실제 상호간의차이는 여전히 발생할 수 있다.
상이한 제조 단계에서의 국소 변동 때문에 소자의 모든 또는 거의 모든 특성은 약간의 차이를 갖는다. 소자 A,B,C 및 D 가 더 큰 간격으로 위치될수록 이런 종류이 편차는 더 커진다. 본 실시예에 있어서, 상기 편차를 없애기 위하여, 에미터 영역(6)은 베이스 영겨(4)에서 대향하는 측면 열로 배치된다. 따라서 소자 A 내지 D의 트랜지스터 T1및 T2의 대부분의 활성 부분은 비교적 상호 근접하여 위치되고, 그 결과 장치는 국소 처리 변동에 덜 민감해진다.
제3도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제2실시예를 도시한다. 이 경우의 장치는 n형 반도체 몸체부(1)내에 배열되어 있는 4개의 사실상 동일한 감광 소자 A,B,C 및 D 를 갖는다.
소자 A,B,C 및 D 에는 각각 p형 감광 영역(7)이 제공되고, 이 감광 영역은 본 발명에 따라 제 1서브-영역(71) 및 제2서브 영역(72)으로 나뉘어진다. 서브-영역(71,72)은 각각 인접하는 반도체 몸체부(1)의 부분과 정류 pn접합(5)을 형성하고 사실상 동일한 두 개의 열로서 서로 나란히 배열된다. 또한 소자 A,B,C 및 D 는 각각 트랜지스터 T를 구비하고, 이 트랜지스터는 다시 두 개의 서브-트랜지스터는 T1및 T2로 나뉘어 진다.
상기 서브-트랜지스터는 각각 p형 베이스 영역(4), 이 베이스 영역내에 배치된 n 형 에미터 영역(6) 및, 반도체, 몸체부(1)로 구성된 공통 n형 콜렉터 영역을 갖는다. 소자 A 내지 D의 에미터 영역들(6)은 도전체 트랙(9)에 의해 콘택트 표면 (10)에 접속된다.
제1실시예와 대조적으로 본 실시예에 있어서, 감과 서브-영역(71,72) 및 서브-트랜지스터 T1및 T2는 상호 분리되도록 반도체 몸체부(1)내에 위치된다. 여러 소자 A 내지 D 의 서브-트랜지스터 T1및 T2는 반도체 몸쳅에 대해 제조 공정시 발생하는 상호 차이를 가능한 작게 하기 위해 반도체 몸체부(1)내에서 가능한 서로 근접하여 위치된다. 감광 서브-영역(71,72)은 평균적으로 더 큰 간격으로 위치되고, 각각의 도전체 트랙(95)을 통해 각가 소자 A 내지 D의 서브 트랜지스터 T1및 T2중 하나의 베이스 영역(4)으로 접속된다.
또한 이 실시예에 있어서, 반도체 장치는 에컨대 광학 기록용 장치의 포컬트 집속 시스템에 특히 적합하다. 이때 본 장치는 제 1 실시예와 동일 방식으로 동작 될 수 있다. 특히 제 1실시예와 동일한 방정식이 판독 신호 및 두 개의 제어 신호에 적용한다.
감광 서브-영역(71,72)은 집속시 서브-빔 S1및 S2이 두열이 안쪽 제 2서브-영역들(72)에 사실상 전적으로 입사되도록 위치된다. 이 상태에서 정보 매체는 판독될 수 있고, 소자 A 내지 D 의 기생 캐패시턴스는 제 2 감광 서브-영역(72)의 캐패시턴스로 제한된다. 레이저가 정보 매체의 표면 상부 및 하부에 접속될 때 서브-빔 S1' ,S2' 및 S1,S2을 각각 포획하기 위해 양쪽 서브-영역 T1및 T2이 사용될 수 있다.
소자 A,B,C 및 D 의 기생 캐패시턴스는 제2 서브-영역(72)을 감소시킴으로서 감소될 수 있을 뿐만 아니라 본 발명에 따라 예컨데 제 3실시예의 반도체 장치에서 처럼 제2서브-영역을 (72)을 다시 분할함으로써 역시 감소될 수 있다. 제4도는 감광영역을 갖는 감광 소자 A의 제3 실시예를 도시하고, 상기 감광 소자는 본 발명에 따라 제 1서브-영역(71) 및 제2서브-영역(72)으로 나뉘어진다. 이 실시예에 있어서, 본 발명에 따라 제 2 서브-영역은(72)은 다시 4개의 서브-영역(721 내지 724)으로 나뉘어지며, 이 4개의 서브-영역들은 서로 분리되어 반도체 몸체부내에 배열된다. 서브-영역(71, 721 내지 724)각각은 인접하는 반도체 몸체부의 부분과 정류 pn 접합(5)을 형성하고, 이 접합은 입사광을 전기 신호로 변화할 수 있다. 이 신호의 증폭을 위해 소자 A 에는 트랜지스터가 제공되고 이 경우 상기 트랜지스터는 본 발명에 따라 5개의 서브-트랜지스터 T1, T21내지 T24로 나뉘어진다. 서브-영역(71, 721 내지 724)이 각각의 베이스 영역(4)과 병합된다는 점에서, 서브-트랜지스터 T1, T21내지 T24는 각 서브-영역(71, 721 내지 724)에 배정되고 이 서브-영역(71, 721 내지 724)은 이 서브-트랜지스터에 접속된다. 서브-트랜지스터의 베이스 영역들(4)은 n형 에미터 영역들을 포함하고 이 에미터영역들 각각은 도전체 트랙(9)에 접속된다. 상기 도전체 트랙(9)은 콘택트 표면(10)으로 통하고 이 콘택트 표면에서 소자 A의 출력 신호가 유도될 수 있다.
레이저 빔 S 이 정보 매체상에 집속되었을 때 소자의 기생 캐패시턴스는 이때 상기 빔이 향하는서브-영역의 캐피시턴스로 제한하고 상기 서브-영역들은 도면에서 예컨대 안쪽 서브-영역들(722 및 723)이다. 제 2서브-영역의 감소와 관련한 제2서브-영역의 재분할의 장점은, 이 경우 재분할된 서브-영역(721 내지 724)에 대한 빔 S의정렬에 대해 엄중한 조건이 부과될 필요가 없다는 것이다. 집속시 소자 A,B,C 및 D의 기생 캐패시턴스는 설명된 것처럼 서브-영역들이 특정 경우인 것과 무관하게 서브-영역(722,723)의 캐피시턴스로 제한된다. 이때, 제 1서브-영역(71)에서와 동일한 이유로 비노출된 서브-영역(721, 724)은 소자 A의 기생 캐패시턴스에 기여하지 않는다.
제5도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제 4실시예를 도시하며, 이 반도체 장치는 특히 비점수차 집속 시스템에서 사용하기 적합하다. 상기 집속 시스템은 포컬트 시스템처럼 광학 기록용 장치에서 종종 사용된다. 정보 매체에 의해 반사된 빔 S 은 4개의 감광 소자 A,B,C 및 D로 이루어진 시스템에 공급되기 전에 비점수차 렌즈를 관통하게 된다. 그 결과, 빔 S이 정보 매체에 집속되었을 때 상기 빔 S은 거의 원형이고, 집속 평면이 정보 매체의 평면 위 및 아래에 위치될때는 상기 빔이 타원 S' 및 S 의 형태를 갖는다.
이 실시예에 있어서 장치는 각각 감광 영역을 갖는 4개의 감광소자 A,B,C 및 D를 구비하고, 이소자들은 각각 본 발명에 따라 두 개의 서브-영역(71,72)으로 분할된다. 소자 A,B,C 및 D 의서브-트랜지스터 T1및 T2는 각각 서브-영역 (71, 72)에 배정되고 상기 트랜지스터의 베이스 영역들(4)은 이들이 서브-영역(71 및 72)과 각각 병합되었다는 점에서 서브-영역에 접속되어 있다. 베이스 영역(4)은 n형 에피택셜 실리콘 층으로 구성된 공통 콜렉터 영역(2)내에 제공되어 있고, 이 베이스 영역내에는 n형 에미터 영역(6)이 각각 제공되어 있다. n형 에미터 영역(6)은 소자 A,B,C 및 D 마다 상호 접속되어 있고 도전체 트랙(9)을 통해 콘택트 표면(10)에 접속된다.
여러소자 A 내지 D 의 감광 서브-영역(71, 72)은 제1 서브-영역(71)이 중심부를 둘러싸고, 이 중심부에는 제2 서브-영역(72)이 위치되어, 레이저 빔이 정보 매체상에 집속될 때 빔이 이 제 2 서브-영역 내부에 모이도록 배열된다. 이때 소자 A,B,C 및 D 의 기생 캐피시턴스는 제2서브-영역(72)의 캐패시턴스로 제한된다.
집속되지 않을 때 타원형 레이저 빔 S' 및 S은 각각 4개의 소자 A 내지 D 중 2개의소자에 걸쳐 퍼진다. 빔 S' 및 S은 각각 조사된 소자 B,C 및 A, D 의 전체 감광 표면에 포획될 수 있으며, 이때의 전체 감광 표면은 서브-영역(71,72)의 표면의 합으로 이루어진다. 포컬트 집속 시스템과동일 방식으로, 판독 신호, 집속 에러 신호 및 트랙킹 신호가 소자 A,B,C 및 D의 출력 신호로부터 유도될 수 있다.
전술한 발명의 실시예는 단지 예로서 제공되었다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예에만 제한되는 것은 아니다. 본 기술분야에 숙련된 사람에게는 본 발명은 범주내에서 많은 또다른 변형들이 가능하다.
예를 들면, 반도체 장치에 대해 실리콘 대신에 다른 반도체 재료들이 사용될 수도 있는데, 예컨대 게르미늄 또는 AIII-Bv 화합물이 가능하며 특히 GaAs 도 될 수 있다.
이 경우, 반도체 재료의 적합한 선택에 의해 상기 장치는 검출될 광의 파장에 동조될 수 있다. 또한 반도체 몸체부에 있어서, 전술한 도전형 종류가 반대 도전형으로 대체될 수도 있다.
그 밖에 전술한 실시예에서 처럼 감광 접합이 동일 재료의 pn 접합일 필요는 없으며 예컨대 GaAs-AlGaAs 접합 또는 실리콘과의 이종(hetero) 접합처럼 이종 접합으로 구성될 수도 있다.
도전체 트랙이 경우, 예컨대 알루미늄, 금 및 텅스텐, 금속 규화물 같은 금속 및 금속화합물을 제외한 어떠한 도전성재료라도 적당하며, 예컨대 인으로 도핑된 다결정 또는 비정질 실리콘 같이 도핑된 반도체 재료도 가능하다. 더 구체적으로, 예컨대 실리콘 또는 인듐 산화물 같이 검출될 광에 투명한 전기도전 재료의 배선을 이용하는 것도 가능하고, 그 결과 배선 아래에 위치되는 감광 서브-영역의 부분들은 감광 검출에 참여할 수 있다.
본 발명은 집속 장치 또는 광 기록에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 광이 검출되어야 하거나 또는 광 신호가 판독되어야 하는 모든 장치에 일반적으로 사용될 수 있다. 본 발명은 감광 다이오드와 비교하여 고출력 신호를 유지하는 반면에 매우 높은 주파수까지 신호를 적절히 따라가는 가능성을 제공한다.
Claims (10)
- 제 1도전형의 에미터 영역 및 콜렉터 영역 그리고 상기 두 영역 사이에 위치하며 상기 두 영역과 반대 도전형인 제2도전형의 베이스 영역을 갖는 트랜지스터 및 정류 접합을 갖고 상기 트랜지스터의 상기 베이스 영역에 도전적으로 접속되어 있는 감광영역을 포함하는 감광 소자가 반도체 몸체부에 제공된 반도체 장치에 있어서, 상기 감광 영역이 적어도 제1 서브-영역과 제2서브영역을 포함하고 상기 트랜지스터가 적어도 두 개의 서브 트랜지스터들로 나눠어지되 , 상기 서브-트랜지스터들의 베이스 영역들은 각기 상기 서브-영역들에 접속되고, 상기 서브-트랜지스터들의 콜렉터 영역들 및 에미터 영역들을 상호 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 감광 서브-영역이 상기 제1 감광 서브-영역보다 더 작은 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반도체 장치가 상기 감광 소자와 유사한 제2감광 소자를 가지며, 상기 두 감광 소자의 감광 서브-영역들은 일렬로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 열에서 바깥쪽 서브-영역들은 제1서브-영역들이고, 안쪽 서브-영역들은 제2서브-영역들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 열과 세로측으로 대향하여 제3 및 제4 감광소자의 감광 서브-영역들로 이루어진, 상기 열과 사실상 유사한 제2열이 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 감광 소자들의 상기 베이스 영역들은 감광 서브-영역들을 포함하고 상기 에미터 영역들은 상기 베이스 영역들내에서 상기 열들의 대향 세로측상에 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제1항, 제2항, 제4항, 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적어도 4개의 감광 소자들을 포함하고, 상기 4개의 감광 소자들의 제1감광 서브-영역들은 중심부를 둘러싸고, 상기 중심부내에는 제2감광 서브 영역들이 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제1항, 제2항, 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적어도 2개의 감광 소자들을 포함하고, 상기 2개의 감광 소자의 베이스 영역들 및 감광 서브-영역들은 상호 분리되도록 상기 반도체 몸체부내에 위치되며, 이때 상기 베이스 영역들은 상기 감광 베이스 영역들 보다 평균적으로 상호 더 근접하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제1항, 제2항, 제4항, 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2감광 서브-영역은 다시 서브-영역들로 나뉘어지고, 이 서브-영역들은 다른 서브-트랜지스터들의 상호 분리된 베이스 영역들에 각각 독립적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 공학적 또는 자기 광학적 기록 시스템에서 정보를 판독 또는 기입하기 위한 판독 또는 기입 유니트에 있어서, 상기 유니트가 상기 제1항, 제2항, 제4항, 제6항중 어느 한 항에 청구된 반도체 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 판독 또는 기입 유니트.
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