JPH0744289B2 - Base modulation bipolar phototransistor - Google Patents
Base modulation bipolar phototransistorInfo
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- JPH0744289B2 JPH0744289B2 JP1071474A JP7147489A JPH0744289B2 JP H0744289 B2 JPH0744289 B2 JP H0744289B2 JP 1071474 A JP1071474 A JP 1071474A JP 7147489 A JP7147489 A JP 7147489A JP H0744289 B2 JPH0744289 B2 JP H0744289B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、負性抵抗特性を有するベース変調形バイポ
ーラ・ホトトランジスタに関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a base modulation type bipolar phototransistor having a negative resistance characteristic.
[従来の技術] 従来、光電変換デバイスとしてホトダイオード、ホトト
ランジスタ、ホトダーリントントランジスタ等がよく知
られており、各種産業分野において極めて多く利用され
ている。しかしながら、上記する光電変換デバイスのう
ち、ホトダイオードは、応答速度の点において優れてい
るものの、感度が悪いという難点を有し、ホトトランジ
スタは、感度の点において優れているものの、応答性が
遅く、暗電流が悪いという難点を有し、ホトダーリント
ントランジスタは、感度の点において極めて優れている
ものの、応答性が極めて遅く、かつ暗電流が極めて悪い
という難点を有している。さらに、前記ホトダーリント
ントランジスタは、ホトトランジスタに比べて、コレク
タとエミッタ間の飽和電圧VCE(sat)が0.6V程度高くな
る。一方、これら光電変換デバイスは、光入力に対して
リニアな出力信号をもつものであり、ホトダイオードを
除いては、そのほとんどがON−OFFのスイッチ動作とし
て使用する目的においてパルス信号に変換するものであ
る。従って、この種の光電変換デバイスは、チャタリン
グ等の問題がないように、シユミットトリッガ回路等に
より波形整形を行うのが普通であり、そのため部品点数
の増加を招き、コスト高の原因ともなり、加えて消費電
流も必要となる。そこで、光通信等を目的として光双安
定デバイスの開発が活発であるが、高価な化合物半導体
を材料とし、双安定動作自身が限られた領域である等、
まだまだ実用に供するものではなかった。又、光入力に
対してスイッチ動作するホトサイリスタは、直流バイア
ス下においてONのスイッチ動作の制御はできても、OFF
のスイッチ動作の制御はできないものであって、通常、
そのほとんどは交流バイアス下で用いられていた。[Prior Art] Conventionally, photodiodes, phototransistors, photodarlington transistors, and the like are well known as photoelectric conversion devices, and are extremely widely used in various industrial fields. However, among the photoelectric conversion devices described above, the photodiode is excellent in response speed, but has a drawback of poor sensitivity, and the phototransistor is excellent in sensitivity, but slow in response, Although the dark current is poor, the photo Darlington transistor is extremely excellent in sensitivity, but has the drawback that the response is extremely slow and the dark current is extremely poor. Further, the saturation voltage V CE (sat) between the collector and the emitter of the photo Darlington transistor is about 0.6 V higher than that of the photo transistor. On the other hand, these photoelectric conversion devices have a linear output signal with respect to the optical input, and most of them, except for the photodiode, convert to a pulse signal for the purpose of being used as an ON-OFF switch operation. is there. Therefore, in this type of photoelectric conversion device, it is common to perform waveform shaping by a Schmitt trigger circuit or the like so that there is no problem such as chattering, which leads to an increase in the number of parts and causes a high cost. In addition, current consumption is also required. Therefore, development of an optical bistable device for the purpose of optical communication is active, but an expensive compound semiconductor is used as a material, and the bistable operation itself is a limited region.
It was not for practical use yet. In addition, the photo thyristor that switches to the optical input can be switched off even if it can be controlled to switch on under DC bias.
It is impossible to control the switch operation of
Most of them were used under AC bias.
以上のことから、上記する従来技術下において、光入力
に対して感度並びに出力電流が高く、応答性に優れ、直
流バイアス下で双安定なスイッチ動作を可能とし、製造
が容易で、コストが安価な光電変換デバイスの開発が強
く望まれている。From the above, under the above-mentioned conventional technology, the sensitivity and the output current are high with respect to the optical input, the response is excellent, the bistable switch operation is possible under the DC bias, the manufacturing is easy, and the cost is low. It is strongly desired to develop a new photoelectric conversion device.
[発明が解決しようとする課題] そこで、この発明は、上記する従来技術における光電変
換デバイスにみられる種々の問題点を解決し、上記する
要望に適合するとともに、さまざまな動作を可能とする
全く新しい負性抵抗特性を持ったベース変調形バイポー
ラ・ホトトランジスタを提供することにある。[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the present invention solves various problems found in the above-described conventional photoelectric conversion device, meets the above-mentioned demands, and enables various operations. It is to provide a base modulation type bipolar phototransistor having a new negative resistance characteristic.
[課題を解決するための手段] この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体
的には、 第1の導電型の半導体材料からなるコレクタ領域と、 前記コレクタ領域に対し、第1のPN接合を介して形成さ
れる第2の導電型の半導体材料からなるベース領域と、 前記ベース領域に対し、第2のPN接合を介して形成され
る第1の導電型の半導体材料からなるエミッタ領域とを
備えてなり、 前記ベース領域は、前記エミッタ領域に対し、前記第2
のPN接合を介して隣接する第1のベース領域と、前記第
1のベース領域から間隔を隔てて位置し、広域な受光部
を形成するものであって、該受光部における一部分にベ
ース電極を設けるようにした第2のベース領域と、前記
第1のベース領域と前記第2のベース領域との間に形成
される低不純物濃度の第3のベース領域とを含み、 前記第1のベース領域と前記第2のベース領域との間に
おける前記第3のベース領域内に、第1の導電型を有す
るゲート領域を備えたものからなり、 前記コレクタ領域及び前記ゲート領域を、前記第2のベ
ース領域に対して逆バイアス状態に付勢して、前記コレ
クタ領域より前記第3のベース領域中に侵入する空乏層
及び前記ゲート領域より前記第3のベース領域中に侵入
する空乏層により、前記第2のベース領域に対する光照
射時に、前記第2のベース領域と前記コレクタ領域間に
おけるPN接合部分の近傍に生じて、前記エミッタ領域へ
向けて流れる光入力電流を変調させ、光入力に対して負
性抵抗特性を有する出力を得るようにしたベース変調形
バイポーラ・ホトトランジスタを構成するものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the present invention specifically provides a collector region made of a semiconductor material of a first conductivity type and a first PN for the collector region. A base region made of a semiconductor material of a second conductivity type formed through a junction, and an emitter region made of a semiconductor material of a first conductivity type formed at a second PN junction with respect to the base region. And wherein the base region is the second region relative to the emitter region.
A first base region that is adjacent to the first base region via a PN junction, and forms a wide-area light receiving portion with a distance from the first base region, and a base electrode is formed in a part of the light receiving portion. A second base region provided, and a third base region having a low impurity concentration formed between the first base region and the second base region, the first base region And a gate region having a first conductivity type in the third base region between the second base region and the second base region, wherein the collector region and the gate region are connected to the second base region. The region is biased in a reverse bias state, and a depletion layer penetrating into the third base region from the collector region and a depletion layer penetrating into the third base region from the gate region are used to 2 base areas When a region is irradiated with light, a light input current generated near the PN junction between the second base region and the collector region and flowing toward the emitter region is modulated, and a negative resistance characteristic to the light input is obtained. A base modulation type bipolar phototransistor is constructed so as to obtain an output having.
[作 用] 上記するように構成されるこの発明になるベース変調形
バイポーラ・ホトトランジスタは、コレクタ領域及びゲ
ート領域に、第2のベース領域に対してある電圧以上の
逆バイアスを加えると、光入力によりベース・エミッタ
間を順バイアスし、第3のベース領域に注入されている
少数キャリヤがコレクタ領域あるいはゲート領域よりの
空乏層に吸収され、光入力により、コレクタ領域から第
2のベース領域を経て第3のベース領域へ注入されてい
る多数キャリヤも第3のベース領域への注入が抑止され
る。このように、第3のベース領域が、コレクタ領域あ
るいはゲート領域と第2のベース領域との逆バイアス電
圧により変調することになり、光入力電流が変調をきた
し、増幅されたコレクタ電流及びゲート電流が負性抵抗
特性を示す。[Operation] The base-modulation-type bipolar phototransistor according to the present invention, which is configured as described above, receives a light bias when a reverse bias higher than a certain voltage is applied to the collector region and the gate region with respect to the second base region. The base-emitter is forward-biased by the input, the minority carriers injected into the third base region are absorbed in the depletion layer from the collector region or the gate region, and the light input causes the second base region to flow from the collector region. The majority carriers that have been injected into the third base region after that are also suppressed from being injected into the third base region. In this way, the third base region is modulated by the reverse bias voltage of the collector region or the gate region and the second base region, the optical input current is modulated, and the amplified collector current and gate current are amplified. Indicates a negative resistance characteristic.
さらに、この発明になるベース変調形バイポーラ・ホト
トランジスタは、ベース端子により負性抵抗光特性を自
由に設定及び制御することができるとともに、ゲート端
子でも負性抵抗光特性を自由に設定及び制御することが
できる。Further, in the base modulation type bipolar phototransistor according to the present invention, the negative resistance light characteristic can be freely set and controlled by the base terminal, and the negative resistance light characteristic can be freely set and controlled also at the gate terminal. be able to.
[本発明の実施例] 以下、この発明になるベース変調形バイポーラ・ホトト
ランジスタ(Photo・Base Modulation Bipolar Transis
tor:以下ホト・BAMBITと略記する)について、図面に示
す具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。尚、この
発明の実施例の説明において、シリコンを半導体材料と
した場合について、NPN型の半導体デバイスを例示的に
説明する。しかしながら、この発明は、他の化合物半導
体を半導体材料として適用することも可能であり、しか
もPHP型の半導体デバイスに構成することも可能であ
る。[Embodiment of the Invention] The base-modulation bipolar phototransistor according to the present invention will be described below.
tor: BAMBIT) will be described in detail based on specific examples shown in the drawings. In the description of the embodiments of the present invention, an NPN semiconductor device will be exemplarily described when silicon is used as a semiconductor material. However, the present invention can be applied to other compound semiconductors as a semiconductor material, and can also be configured as a PHP type semiconductor device.
この発明において、その第1の実施例になるホト・BAMB
ITについての概略的断面図を第1図に、さらに、その概
略的平面図を第2図に示す。第1図において、まず、N+
高不純物濃度基板(1)の上にN-コレクタ層(2)を10
15原子/cm3程度の不純物濃度で約5〜15μm程度の厚み
にエピタキシャル成長させる。続いて、前記N-コレクタ
層(2)の上面にP-ベース層(3)を1016原子/cm3程度
の不純物濃度に、厚みを約1〜3μm程度にエピタキシ
ャル成長させる。次に、P-ベース層をベース領域とし
て、N-コレクタ層(2)と分離すべく不純物濃度1020原
子/cm3程度に拡散あるいはイオン注入して、N+領域
(4)を形成する。アイソレーションされたP-ベース層
(3)の一部にP+ベース領域(5)を1018原子/cm3程度
の不純物濃度に拡散あるいはイオン注入を行う。このP+
ベース領域(5)を第1のベース領域とする。次に、前
記P-ベース領域(3)に対して、前記第1のベース領域
(5)からP-ベース領域(3a)を隔てて、P+ベース領域
(6)を形成する。前記P+ベース領域(6)は、前記第
1のP+ベース領域(5)と同時に形成してもよい。一
方、前記P+ベース領域(5)及び前記P+ベース領域
(6)は、共に、前記N-コレクタ層(2)に達する深さ
のものであってもよいし、場合によっては、前記N-コレ
クタ層(2)に達しない深さのものであってもよい。前
記P+ベース領域(6)を第2のベース領域とし、前記P-
ベース領域(3a)を第3のベース領域とする。続いて、
N+エミッタ領域(7)をP+ベース領域(5)の内部に所
望の電流増幅率hFEとなるように、不純物濃度及び深さ
を選定して形成する。引き続いて、N+ゲート領域(8)
をP+ベース領域(5)とP+ベース領域(6)で囲まれた
P-ベース領域(3a)内にP+ベース領域(5)を取り囲む
ように拡散あるいはイオン注入により形成する。この
時、ゲート領域(8)の不純物濃度及び深さは、この発
明におけるホト・BAMBITの特性を左右する工程の一つで
あり、後述する特性の所望値を得るべく、P-ベース領域
の不純物濃度及び厚さ、N-コレクタ領域の不純物等との
兼合いにより決定するものである。又、以上の工程で目
的とする負性抵抗特性及び電流増幅率hFEによっては、
エミッタ領域(7)とN+領域(4)との同時形成、エミ
ッタ領域(7)とN+ゲート領域(8)との同時形成も可
能である。次いで、周知の技術により、P+ベース領域
(6)、N+エミッタ領域(7)及びN+ゲート領域(8)
に対して、それぞれコンタクト用の穴を設け、たとえ
ば、アルミニウム等の所望の金属材料によって電極を形
成する。各電極は、P+ベース領域(6)に対するベース
電極(10)、エミッタ領域(7)に対するエミッタ電極
(11)、コレクタ領域(1)に対するコレクタ電極(1
2)及びゲート領域(8)に対するゲート電極(13)に
よって構成される。上記する工程間において、リソグラ
フィ及びパシベーション等は、従来周知の技術によって
形成すればよい。In the present invention, the first embodiment of the photo / BAMB
A schematic sectional view of IT is shown in FIG. 1, and a schematic plan view thereof is shown in FIG. In FIG. 1, first, N +
N - collector layer (2) 10 on high impurity concentration substrate (1)
Epitaxial growth is performed with an impurity concentration of about 15 atoms / cm 3 to a thickness of about 5 to 15 μm. Then, a P - base layer (3) is epitaxially grown on the upper surface of the N - collector layer (2) to an impurity concentration of about 10 16 atoms / cm 3 and a thickness of about 1 to 3 μm. Next, using the P − base layer as a base region, diffusion or ion implantation is performed at an impurity concentration of about 10 20 atoms / cm 3 to separate it from the N − collector layer (2) to form an N + region (4). A P + base region (5) is diffused or ion-implanted into a part of the isolated P − base layer (3) to an impurity concentration of about 10 18 atoms / cm 3 . This P +
The base region (5) is the first base region. Then, the P - the base region (3), said first base region from (5) P - separated by a base region (3a), to form a P + base region (6). The P + base region (6) may be formed at the same time as the first P + base region (5). On the other hand, both the P + base region (5) and the P + base region (6) may have a depth reaching the N − collector layer (2), and in some cases, the N + collector region (2). - it may be of depth not reaching the collector layer (2). The P + base region (6) is used as a second base region, and the P −
The base region (3a) is the third base region. continue,
The N + emitter region (7) is formed inside the P + base region (5) by selecting the impurity concentration and depth so as to obtain a desired current amplification factor h FE . Subsequently, N + gate region (8)
Surrounded by P + base region (5) and P + base region (6)
It is formed by diffusion or ion implantation so as to surround the P + base region (5) in the P − base region (3a). At this time, the impurity concentration and the depth of the gate region (8) are one of the steps that influence the characteristics of the photo / BAMBIT in the present invention, and in order to obtain a desired value of the characteristics described later, the impurity concentration of the P - base region is increased. It is determined in consideration of concentration and thickness, impurities in the N − collector region, and the like. Also, depending on the target negative resistance characteristics and current amplification factor h FE in the above process,
Simultaneous formation of the emitter region (7) and the N + region (4) and simultaneous formation of the emitter region (7) and the N + gate region (8) are possible. Then, by known techniques, P + base region (6), N + emitter region (7) and N + gate region (8)
On the other hand, a hole for each contact is provided, and an electrode is formed of a desired metal material such as aluminum. Each electrode is a base electrode (10) for the P + base region (6), an emitter electrode (11) for the emitter region (7), and a collector electrode (1 for the collector region (1).
2) and the gate electrode (13) for the gate region (8). Lithography, passivation, and the like may be formed by a conventionally known technique between the above steps.
次に、第1図及び第2図に示すような第1の実施例にな
るホト・BAMBITの動作原理について説明する。まず、そ
の動作原理を解りやすくする目的において、当該ホト・
BAMBITに対して光を照射しない場合について、第3図の
ベース接地接続図に示すように接続して、電気入力によ
り動作させた場合について説明する。尚、第3図は、通
常のトランジスタと同様のベース接地回路図であり、ゲ
ート電位がコレクタ電位と同電位であることを示し、通
常のNPNトランジスタと区別すべく、この発明になるNPN
−ホト・BAMBITについては、新しいシンボルマークを用
いている。又、ベース・エミッタ間を抵抗rEBで順バイ
アスしており、コレクタ及びゲートをベースに対して電
圧VCBにより逆バイアスしていることを示し、この時流
れる電流を、コレクタ電流IC、ゲート電流IG、ベース電
流IB、エミッタ電流IEで示している。Next, the operation principle of the photo-BAMBIT according to the first embodiment as shown in FIGS. 1 and 2 will be described. First, for the purpose of making it easier to understand the operating principle,
A case where light is not emitted to BAMBIT, and a case where the BAMBIT is connected as shown in the base ground connection diagram of FIG. 3 and operated by electric input will be described. Note that FIG. 3 is a grounded base circuit diagram similar to that of a normal transistor, showing that the gate potential is the same as the collector potential, and the NPN according to the present invention is distinguished from a normal NPN transistor.
-For the photo and BAMBIT, a new symbol mark is used. It is also shown that the base-emitter is forward-biased with a resistor r EB , and the collector and gate are reverse-biased with a voltage V CB with respect to the base. The current that flows at this time is the collector current I C , the gate It is shown by current I G , base current I B , and emitter current I E.
第1図において、ベース電極(10)とコレクタ電極(1
2)及びゲート電極(13)を同電位もしくは低逆バイア
ス状態にし、ベース電極(11)に対して抵抗rEBを介し
て順バイアスを加えておく。すると、エミッタ領域
(7)からP+ベース領域(5)へと少数キャリアである
電子が注入され、そのほとんどは通常のトランジスタと
同様に、N-コレクタ領域(2)へと引き込まれ、コレク
タ電流ICとなり、一部は、ゲート電流IGとなる。一方、
P+ベース領域(5)あるいはP-ベース領域(3a)からP+
ベース領域にかけて、一部の電子は再結合し、ベース電
流IBとなる。一方、電子と再結合した多数キャリヤであ
るホールを補足するためP+ベース領域よりホールがP-ベ
ース領域(3a)へと注入される。その結果、ゲート領域
(8)直下では、まだ再結合していない電子と、すでに
再結合し、それを補足するためのホールとが共存するこ
とになる。この状態から、徐々に電圧VCBを増加して行
くと、コレクタ・ベース接合部JCB2ではP-ベース領域
(3a)へも徐々に空乏層が侵入して来る。又、ゲート・
ベース接合部においては、N+/P-接合部を形成している
為、空乏層はほとんどP-ベース領域(3a)へと広がる。
この結果、エミッタ領域(7)より注入されている電子
が、ゲート領域(8)及びN-コレクタ領域(2)に吸収
される割合が益々増えて来る。すなわち、少数キャリヤ
に対しては、再結合によるベース電流IBを減少させると
ともに、コレクタ電流ICを増加させ、電流増幅率hFEを
増加させるように働き、ゲート電流IGをも増加させるよ
うに働く。すなわち、コレクタ電流ICとゲート電流IGと
の和に対する電流増幅率hFE′を増加させるように働く
ことになる。尚、第1図に示すような実施例において
は、構造上IC≫IGとなり、hFE′hFEとなる。In FIG. 1, the base electrode (10) and collector electrode (1
2) and the gate electrode (13) are set to the same potential or a low reverse bias state, and a forward bias is applied to the base electrode (11) via the resistor r EB . Then, electrons, which are minority carriers, are injected from the emitter region (7) into the P + base region (5), and most of them are drawn into the N − collector region (2) as in a normal transistor, and the collector current is collected. It becomes I C , and partly becomes the gate current I G. on the other hand,
From P + base region (5) or P - base region (3a) to P +
A part of the electrons recombines to reach the base region and becomes the base current I B. On the other hand, holes are injected into the P - base region (3a) from the P + base region in order to capture holes that are majority carriers recombined with electrons. As a result, immediately below the gate region (8), electrons that have not yet been recombined and holes that have already recombined and supplemented with them coexist. When the voltage V CB is gradually increased from this state, the depletion layer gradually enters the P − base region (3a) at the collector-base junction J CB2 . Also, the gate
Since the N + / P - junction is formed at the base junction, the depletion layer almost extends to the P - base region (3a).
As a result, the ratio of electrons injected from the emitter region (7) to the gate region (8) and the N − collector region (2) increases. That is, for minority carriers, the base current I B due to recombination is decreased, the collector current I C is increased, the current amplification factor h FE is increased, and the gate current I G is also increased. To work. That is, it works to increase the current amplification factor h FE ′ with respect to the sum of the collector current I C and the gate current I G. In the embodiment as shown in FIG. 1, I C >> I G and h FE ′ h FE because of the structure.
一方、P+ベース領域(6)より注入されているホールに
対しては、P-ベース領域(3a)に侵入して来る空乏層
が、接合型電界効果トランジスタ(以下J−FETとす
る)の場合と同様に働き、自由電荷領域を縮減し、ホー
ルによる注入を抑止して再結合電流を減少させ、コレク
タ電流及びゲート電流を減少させる。そして、ゲート領
域(8)及びN-コレクタ領域(2)よりの空乏層がくっ
つき、ピンチ・オフするように働く。しかしながら、ホ
ールによる再結合電流は徐々には減少しない。それは、
第3図に示す接続図において、ホールに対してはP+ベー
ス領域(6)がJ−FETのソースと、P+ベース領域
(5)がドレインと同じように作用し、コレクタ及びゲ
ートをP+ベース領域(6)と同電位にした時のホールに
対する飽和電流値IBP(sat)に比べ、ベース電流IBは抵
抗rEBのhFE′倍程度の高抵抗負荷で低い値に維持され、
コレクタ及びゲートとベース間の電圧VCBにより、I
BP(sat)をその時のベース電流値まで下げられないか
らである。さらに、コレクタ及びゲートとベース間の電
圧VCBを増加させ、ピンチ・オフ電圧に至るとホールに
よる再結合電流、すなわち、ベース電流IBは遮断され
る。又、この時、コレクタ及びゲートとベース間の電圧
VCBはピンチ・オフする電圧が低い程、ベース電流対飽
和電流値の比、IB/IBP(sat)が大きい程小さくなり、
又、ピンチ・オフする電圧が低く、IB/IBP(sat)が小
さく、電流増幅率が高い程急激に遮断される。On the other hand, for holes injected from the P + base region (6), the depletion layer that enters the P − base region (3a) is a junction field effect transistor (hereinafter referred to as J-FET). It works in the same way as in the case of reducing the free charge region, suppressing injection by holes, reducing recombination current, and reducing collector current and gate current. Then, the depletion layers from the gate region (8) and the N − collector region (2) stick to each other and work to pinch off. However, the recombination current due to holes does not decrease gradually. that is,
In the connection diagram shown in FIG. 3, for holes, the P + base region (6) acts as the source of the J-FET, and the P + base region (5) acts as the drain. + Compared to the saturation current value I BP (sat) for the hole when the potential is the same as that of the base region (6), the base current I B is maintained at a low value with a high resistance load that is approximately h FE ′ times the resistance r EB. ,
The voltage between the collector and the gate and the base V CB causes I
This is because BP (sat) cannot be reduced to the base current value at that time. Further, when the voltage V CB between the collector and the gate and the base is increased to reach the pinch-off voltage, the recombination current due to holes, that is, the base current I B is cut off. At this time, the voltage between the collector and the gate, and the base
V CB becomes smaller the lower the pinch-off voltage, the larger the ratio of base current to saturation current value, I B / I BP (sat),
In addition, the lower the pinch-off voltage, the smaller I B / I BP (sat), and the higher the current amplification factor, the sharper the cutoff.
以上のように、前記ゲート領域(8)及びN-コレクタ領
域(2)から前記P-ベース領域(3a)への空乏層の侵入
は、再結合する以前の少数キャリヤに対しては、電流増
幅率hFE′を増加するように働くものであるが、それ以
上に、多数キャリヤに対しては、ベース電流自身を減少
するように働き、エミッタ領域から注入される少数キャ
リヤの総量を制限するように働く。かかる作用により、
コレクタ及びゲートとベース間の逆バイアス電圧に対
し、P-ベース領域(3a)が変調を来し、ベース電流が変
調して、負性抵抗特性を示し、遮断する。そして、増幅
されたコレクタ電流及びゲート電流も負性抵抗特性を示
し、遮断する。又、この時、P-ベース領域(3a)に注入
されている少数キャリヤの電導度変調作用も関与する。As described above, the invasion of the depletion layer from the gate region (8) and the N - collector region (2) to the P - base region (3a) causes current amplification to minor carriers before recombination. It acts to increase the rate h FE ′, but moreover, to majority carriers, it acts to decrease the base current itself, limiting the total amount of minority carriers injected from the emitter region. To work. By this action,
With respect to the reverse bias voltage between the collector and the gate and the base, the P - base region (3a) is modulated and the base current is modulated to exhibit the negative resistance characteristic and cut off. The amplified collector current and gate current also show negative resistance characteristics and are cut off. At this time, the conductivity modulation effect of the minority carriers injected into the P - base region (3a) is also involved.
このホト・BAMBITについて、第3図に示すベース接地接
続における電気的入出力特性を第4図に示す。第4図に
示すように、特性が変曲する電圧VCBを、VCB(ON)、V
CB(OFF)とすると、ゲート電圧が固定されている限
り、負性抵抗特性は可逆的であり、出力電流(IC+IG)
に対し、VCB(ON)はほとんど変動せず、コレクタ及び
ゲートとベース間電圧VCBの微少変化VCB(OFF)−V
CB(ON)≒0.4Vでオン・オフ動作している。これは、前
述したようにP+ベース受光部領域(6)とP+ベース領域
(5)との間の多数キャリヤであるホールに対する飽和
電流値よりも、ベース電流値が十分低く、ゲート領域
(8)及びコレクタ・ベース接合JCB2が少数キャリヤで
ある電子を吸収し、電流増幅率hFE′が増加する所以で
ある。FIG. 4 shows the electrical input / output characteristics of the photo / BAMBIT in the base ground connection shown in FIG. As shown in Fig. 4, the voltage V CB at which the characteristic changes is V CB (ON), V
When CB (OFF), as long as the gate voltage is fixed, the negative resistance characteristic is reversible, and the output current (I C + I G )
On the other hand, V CB (ON) hardly changes, and a slight change in the voltage between the collector and the gate and the base V CB V CB (OFF) -V
CB (ON) ≈ 0.4V, turning on and off. This is because the base current value is sufficiently lower than the saturation current value for holes which are the majority carriers between the P + base light receiving region (6) and the P + base region (5) as described above, and the gate region ( 8) and the collector-base junction J CB2 absorbs electrons which are minority carriers and the current amplification factor h FE ′ increases.
次に、このホト・BAMBITについて、エミッタ接地におけ
る光入力に対する動作原理、及びベース接地における電
気的入出力特性をもとに、第5図に従って説明する。第
5図は、第6図に示す接続態様と同じように、ベース・
エミッタ間の抵抗rBEを介して接続してあるが、まず、
第5図においてベース端子がオープン、すなわち、抵抗
rBEを通しての接続をはずした、通常のホト・トランジ
スタと同様の動作状態について説明する。Next, this photo / BAMBIT will be described with reference to FIG. 5 based on the operation principle for light input in the grounded emitter and the electrical input / output characteristics in the grounded base. FIG. 5 shows a base, similar to the connection mode shown in FIG.
Although it is connected via the resistor r BE between the emitters, first,
In Fig. 5, the base terminal is open, that is, the resistor
and disconnect through r BE, described similar operation state and normal photo-transistor.
ベースがオープンの場合、P+ベース受光部領域に光を照
射すると、コレクタ・ベース接合部JCB1の近傍で発生し
たホールは、P+ベース受光部領域(6)に蓄積され、電
子は、コレクタ領域に蓄積される。P+ベース受光部領域
(6)は、コレクタ領域及びゲート領域に対し、又、エ
ミッタ領域に対してもプラス電位にある。この状態から
コレクタ及びゲート電圧をエミッタに対しVCEにより上
昇させていくと、光電流増幅作用により、エミッタ領域
(7)から少数キャリヤである電子がP+ベース領域
(5)に注入される。ベース接地で説明したのと同じ
く、注入された電子の多くは経路をたどり、N-コレク
タ領域(2)へと吸収され、コレクタ電流ICELとなり、
その一部は経路によりゲート電流IGELとなる。そし
て、経路により、P+ベース領域(5)あるいはP-ベー
ス領域(3a)からP+ベース受光部領域(6)にかけて一
部の電子がホールと再結合する。この電子と再結合した
ホールを補足するのが、光によりP+ベース受光部領域
(6)に注入されている多数キャリヤのホールである。
コレクタ領域(2)からP+ベース受光部領域(6)を経
て、エミッタ領域(7)に至る照度に応じた光入力に対
し、光入力電流の流れが有り、それはP+ベース受光部領
域(6)とコレクタ領域(2)との接合部JCB1の面積に
比例するものであって、第5図において、ベースがオー
プンの場合、ICBL″=0であり、ICBL′=ICBLとなる
(ここで、ICBLはコレクタ・ベース接合JCB1で生じる光
入力電流、ICBL′はエミッタへ入力される光入力電流、
ICBL″は抵抗rBE側へ流れる光電流であり、ICBL=
ICBL′+ICBL″である)。そして、この光入力電流
ICBL′=ICBLが増幅されて光入力に対するホトBAMBITの
出力電流(ICEL+IGEL)になり、ICEL+IGEL=ICBL′×
hFE′+ICBLとなる。When the base is open and the P + base light receiving area is irradiated with light, holes generated in the vicinity of the collector-base junction J CB1 are accumulated in the P + base light receiving area (6), and electrons are collected in the collector. Accumulated in the area. The P + base light receiving region (6) is at a positive potential with respect to the collector region and the gate region, and also with respect to the emitter region. When the collector and gate voltages are raised by V CE with respect to the emitter from this state, electrons, which are minority carriers, are injected from the emitter region (7) into the P + base region (5) by the photocurrent amplification effect. As explained in the grounded base, most of the injected electrons follow the path and are absorbed in the N - collector region (2), resulting in the collector current I CEL ,
A part of it becomes the gate current I GEL due to the route. Then, by the route, some electrons are recombined with holes from the P + base region (5) or the P − base region (3a) to the P + base light receiving region (6). The holes recombined with the electrons are complemented by holes of majority carriers injected into the P + base light-receiving region (6) by light.
There is a flow of light input current to the light input from the collector region (2) through the P + base light receiving region (6) to the emitter region (7) according to the illuminance, which is the P + base light receiving region ( 6) and the area of the junction J CB1 between the collector region (2) and I CBL ″ = 0 and I CBL ′ = I CBL when the base is open in FIG. (Where I CBL is the optical input current generated at the collector-base junction J CB1 , I CBL ′ is the optical input current input to the emitter,
I CBL ″ is the photocurrent flowing to the resistance r BE side, and I CBL =
I CBL ′ + I CBL ″), and this optical input current
I CBL ′ = I CBL is amplified and becomes the photo BAMBIT output current (I CEL + I GEL ) for the optical input, and I CEL + I GEL = I CBL ′ ×
h FE ′ + I CBL .
ここで、電圧VCEの増加に対して、従来のホトトランジ
スタの場合、受光部のベース電圧は、ベース・エミッタ
間の立ち上がり電圧にほぼ固定される。しかしながら、
このホト・BAMBITの場合は、電圧VCEの増加に対して、
ベース・エミッタ間の立ち上がり電圧VF(B,E)とする
と、VCEがVF(B,E)になる電圧より、コレクタ及びゲー
トとベース間が逆バイアス状態になる。そして、電圧V
CEがVCE=VF(B,E)+VCB(ON)に至り、本来、ベース
接地特性で説明したようにコレクタ電流ICEL及びゲート
電流IGELが負性抵抗特性を示そうとする。しかし、P+ベ
ース受光部領域(6)が開放状態のため、電圧VCEの増
加と共に、P+ベース受光部領域(6)の電位も上昇す
る。そして、P+ベース受光部領域(6)の電位は、VCE
の増加と共に、VCE−VCB(ON)の電位になるように変化
し、コレクタ領域(2)からP+ベース受光部領域(6)
を経てエミッタ領域(7)に至る照度に応じた光入力電
流ICBL′=ICBLが、電圧VCEにかかわらず常に流れる。
従って、P+ベース受光部領域(6)が開放の場合、増幅
された出力電流(ICEL+IGEL)は負性抵抗特性を示さな
い。Here, in the case of the conventional phototransistor, the base voltage of the light receiving portion is almost fixed to the rising voltage between the base and the emitter with respect to the increase of the voltage V CE . However,
In the case of this photo BAMBIT, as the voltage V CE increases,
Rising voltage V F (B, E) between the base and emitter and when, V CE is V F (B, E) than the voltage becomes, between the collector and the gate and the base is reverse biased. And the voltage V
CE reaches V CE = V F (B, E) + V CB (ON), and the collector current I CEL and the gate current I GEL tend to exhibit negative resistance characteristics as described in the base grounding characteristics. However, since the P + base light-receiving region (6) is in the open state, the potential of the P + base light-receiving region (6) rises as the voltage V CE increases. The electric potential of the P + base light-receiving area (6) is V CE
Changes to the potential of V CE −V CB (ON) with an increase in the voltage from the collector region (2) to the P + base light receiving region (6).
A light input current I CBL ′ = I CBL depending on the illuminance that reaches the emitter region (7) through the current always flows regardless of the voltage V CE .
Therefore, when the P + base light receiving portion region (6) is open, the amplified output current (I CEL + I GEL ) does not exhibit the negative resistance characteristic.
そこで、次に、光照射時、コレクタ及びゲートとエミッ
タ間電圧VCEに対し、コレクタ及びゲートとベース間にV
CB(OFF)以上の逆バイアス電圧がかかるように、たと
えば第5図に示すように抵抗rBEとして100KΩ程度以上
の高抵抗をベース・エミッタ間に挿入した場合につき説
明する。第5図において、電圧VCEを上昇して行き、VCE
がVF(B,E)になると、ベース開放時と同じくコレクタ
及びゲートとベース間が逆バイアス状態になる。そし
て、VCE=VCE(ON)≒VF(B,E)+VCB(ON)より、ベー
ス接地で説明した如く、少数キャリヤである電子は、コ
レクタ及びゲート領域より、より吸収され電流増幅率を
上げる。一方、N-コレクタ領域(2)より、P+ベース受
光部領域(6)を経てP-ベース領域(3a)に光により注
入されている多数キャリヤであるホールは、その注入が
抑止される。その結果、エミッタ領域(7)に至る光入
力電流ICBL′は減少し、増幅された出力電流(ICEL+I
GEL)も減少する。この減少した光入力電流は、高抵抗r
BE側へICBL″として流入し、ベース電圧VBを上昇させ
る。さらに、電圧VCEを増加すると、エミッタに入力さ
れる光入力電流ICBL′は、益々減少し、増幅された出力
電流(ICEL+IGEL)も減少して負性抵抗特性を示す。そ
して、電圧VCEが、VCE=VCE(OFF)=VCB(OFF)+ICBL
×rBE側に至り、光入力電流ICBLは、すべて抵抗rBE側へ
ICBL″として流れ、ホト・BAMBITの出力としてICBLが増
幅さらなくなり、抵抗rBEを通してICBLのみが出力され
ることになる。Therefore, next, during light irradiation, the collector-gate-to-emitter voltage V CE is increased with respect to the collector-gate-to-base V
A case where a high resistance of about 100 KΩ or more is inserted between the base and the emitter as the resistance r BE as shown in FIG. 5 so that a reverse bias voltage of CB (OFF) or more is applied will be described. In Fig. 5, the voltage V CE rises and V CE
When becomes V F (B, E), the collector and gate are reverse-biased, as is the case when the base is open. From V CE = V CE (ON) ≈ V F (B, E) + V CB (ON), as explained in the grounded base, electrons that are minority carriers are more absorbed by the collector and gate regions, and current amplification is performed. Increase the rate. On the other hand, N - than the collector region (2), through the P + base receiving region (6) P - holes that are majority carriers which are injected by light in the base region (3a), the injection is suppressed. As a result, the optical input current I CBL ′ reaching the emitter region (7) decreases and the amplified output current (I CEL + I
GEL ) also decreases. This reduced optical input current is
It flows into the BE side as I CBL ″ and raises the base voltage V B. Further, when the voltage V CE is increased, the optical input current I CBL ′ inputted to the emitter is further reduced and the amplified output current ( I CEL + I GEL ) also decreases to show a negative resistance characteristic, and the voltage V CE is V CE = V CE (OFF) = V CB (OFF) + I CBL
X r BE side, all optical input current I CBL goes to resistance r BE side
As I CBL ″, I CBL is not amplified as the output of the photo / BAMBIT, and only I CBL is output through the resistor r BE .
照度(lx)をパラメータにした時、その様子を第7図に
示す。この図から明らかなように、エミッタ接地におけ
る光に対する入出力特性も、VCE(ON)はVCB(ON)同
様、コレクタ電流に対し、ほとんど変化していない。こ
の場合も、ベース接地特性で説明した場合と同じく、P+
ベース受光部領域(6)とP+ベース領域(5)との間の
ホールに対する飽和電流値よりも、光入力電流値が低
く、ゲート領域(8)及びコレクタ・ベース接合部JCB2
が少数キャリヤである電子を吸収し、電流増幅率を上げ
るからである。又、第8図において、ホト・BAMBITの能
動領域における出力電流(ICEL+IGEL)を(ICEL+
IGEL)≒ICBL′×hFE′とすると、ホト・BAMBIT側に流
入する光入力電流ICBL′が、ICBL′≒(ICBL−VF(B,
E)/rBE)となる為、光入力電流ICBLに対し、およそ、I
CEL+IGEL≒(ICBL−VF(B,E)/rBE)×hFE′であり、
負性抵抗領域での負性抵抗値RNは、 と表せる。上記(1)式により、抵抗rBEを大きくすれ
ば、ICELは増大するが、VCE(OFF)も増大することがわ
かる。この様子を第8図に示す。又、第7図及び第8図
に示す特性曲線群も、ゲート電圧でもさらに変化せしめ
ることが可能であり、これは同一出願人による特願昭63
−196627号より理解出来るものである。このような負性
抵抗特性をもつホト・BAMBITは、基本的回路例として第
9図のようにコレクタに負荷RLを、二端子接続として接
続しても、上記(1)式の|RN|に比べ、RL>|RN|が満た
されるならば、第10図のように光入力に対し、ヒステリ
シス特性をもった双安定出力が得られる。尚、第10図で
のスイッチONする光入力値はICBL×rBE>VCC−VCB(OF
F)を満たす値である。又、第11図のように、ベース端
子を抵抗rBEを介して定電圧にし、第7図に示すように
最初からB,C等のある出力特性カーブの状態を作り、微
弱入力光に対し、高出力を得るようにすることもでき
る。又、第12図のようにrBE≫RLとしてエミッタ側に負
荷を接続しても、光入力に対してヒステリシスを持った
双安定出力が得られる。さらに、この発明になるホト・
BAMBITは、第13図の例示回路のように、コンデンサC1を
接続するだけで、光入力により、高周波発振を可能とす
るもので、光入力強度により、発振周波数が変調され得
るものである。FIG. 7 shows the situation when the illuminance (lx) is used as a parameter. As is clear from this figure, the input / output characteristics of the grounded emitter with respect to light, V CE (ON), as well as V CB (ON), hardly change with respect to the collector current. Also in this case, P +
The light input current value is lower than the saturation current value for the hole between the base light receiving region (6) and the P + base region (5), and the gate region (8) and collector-base junction J CB2
Absorbs electrons that are minority carriers and increases the current amplification factor. Further, in FIG. 8, the output current (I CEL + I GEL ) in the active area of the photo-BAMBIT is represented by (I CEL +
I GEL ) ≈ I CBL ′ × h FE ′, the optical input current I CBL ′ flowing into the photo / BAMBIT side is I CBL ′ ≈ (I CBL −V F (B,
E) / r BE ), so for the optical input current I CBL , I
CEL + I GEL ≈ (I CBL −V F (B, E) / r BE ) × h FE ′,
The negative resistance value R N in the negative resistance region is Can be expressed as From the equation (1), it can be seen that increasing the resistance r BE increases I CEL but also increases V CE (OFF). This is shown in FIG. Further, the characteristic curve group shown in FIG. 7 and FIG. 8 can be further changed by the gate voltage.
-It can be understood from 196627. A photo / BAMBIT having such a negative resistance characteristic, even if a load R L is connected to the collector as a two-terminal connection as shown in FIG. 9 as a basic circuit example, | R N of the above formula (1) Compared with |, if R L > | R N | is satisfied, a bistable output with a hysteresis characteristic is obtained for the optical input as shown in FIG. The optical input value when the switch is turned on in Fig. 10 is I CBL × r BE > V CC −V CB (OF
It is a value that satisfies F). Also, as shown in FIG. 11, the base terminal is made to have a constant voltage through the resistor r BE , and as shown in FIG. It is also possible to obtain high output. Moreover, even if a load is connected to the emitter side with r BE >> R L as shown in Fig. 12, a bistable output with hysteresis for the optical input can be obtained. Furthermore, this invention
BAMBIT enables high-frequency oscillation by optical input simply by connecting a capacitor C 1 like the example circuit of FIG. 13, and the oscillation frequency can be modulated by the optical input intensity.
次いで、この発明になるホト・BAMBITの第2の実施例に
ついて、第14図を参照して説明する。この第2の実施例
になるホト・BAMBITは、P-ベース領域をイオン注入で形
成したものである。第14図において、まず、N+高不純物
濃度基板(1)の上にN-コレクタ層(2)をエピタキシ
ャル成長させ、前記N-コレクタ層(2)に対して、P+ベ
ース領域(5)及びP+ベース受光部領域(6)を拡散あ
るいはイオン注入により形成する。次に、P-領域(3c)
をP+ベース受光部領域(6)及びP+ベース領域(5)の
間に1016原子/cm3程度の不純物濃度で1〜3μm程度の
厚みにイオン注入により形成する。続いて、所望の電流
増幅率hFEとなるように、エミッタ領域(7)を拡散あ
るいはイオン注入により形成する。この第2の実施例に
おいても、N-コレクタ層(2)の不純物濃度、P-ベース
領域(3c)の不純物濃度及び深さ、N+ゲート領域(8)
の不純物濃度及び深さは、第1の実施例において示した
ように、目的とする負性抵抗特性に応じ、その値を決め
ればよい。又、目的とする負性抵抗特性や電流増幅率h
FEによっては、エミッタ領域(7)とN+ゲート領域
(8)とを同時に形成することもできる。その他、各電
極の形成や工程間のリソグラフィ、パシベーション等は
周知の技術によって行われる。この製造工程によると、
P-ベース領域(3b)をなくすことができ、場合によって
は、P+ベース領域(5)をP-ベース領域(3c)で囲む必
要もなくなり、大きなチップサイズの縮小化を図れる。Next, a second embodiment of the photo-BAMBIT according to the present invention will be described with reference to FIG. The photo-BAMBIT according to the second embodiment has a P - base region formed by ion implantation. In FIG. 14, first, an N − collector layer (2) is epitaxially grown on an N + high impurity concentration substrate (1), and a P + base region (5) and an N − collector layer (2) are formed on the N − collector layer (2). The P + base light receiving area (6) is formed by diffusion or ion implantation. Then P - region (3c)
Between the P + base light receiving region (6) and the P + base region (5) with an impurity concentration of about 10 16 atoms / cm 3 by ion implantation to a thickness of about 1 to 3 μm. Then, the emitter region (7) is formed by diffusion or ion implantation so as to obtain a desired current amplification factor h FE . Also in the second embodiment, the impurity concentration of the N − collector layer (2), the impurity concentration and depth of the P − base region (3c), the N + gate region (8)
As for the impurity concentration and the depth, the values may be determined according to the target negative resistance characteristic, as shown in the first embodiment. Also, the target negative resistance characteristics and current amplification factor h
Depending on the FE , the emitter region (7) and the N + gate region (8) can be simultaneously formed. In addition, formation of each electrode, lithography between steps, passivation and the like are performed by known techniques. According to this manufacturing process,
The P − base region (3b) can be eliminated, and in some cases, it is not necessary to surround the P + base region (5) with the P − base region (3c), and a large chip size can be reduced.
さらに、この発明になるホト・BAMBITの第3の実施例に
ついて、第15図を参照して説明する。この第3の実施例
になるホト・BAMBITは、第2の実施例のものにおいて、
第5図を例に説明した高抵抗rBEを高抵抗領域(14)と
して同一チップ内に形成できる。さらには、第1の実施
例においても、高抵抗体を組み込むことが可能である。Furthermore, a third embodiment of the photo / BAMBIT according to the present invention will be described with reference to FIG. The photo / BAMBIT according to the third embodiment is the same as that of the second embodiment.
The high resistance r BE described with reference to FIG. 5 can be formed in the same chip as the high resistance region (14). Further, also in the first embodiment, it is possible to incorporate a high resistance body.
その他、この発明になるホト・BAMBITは、同一出願人の
特願昭63−196627号に示したように、ゲート部の構造を
MOS構造やショートキー構造等にすることも可能であ
り、化合物半導体を適用しても同じである。そして、当
該ホト・BAMBITは、N-コレクタ領域(2)の不純物濃度
が高い程、あるいはP-ベース領域(3a)の不純物濃度が
低い程、あるいはN+ゲート領域(8)の深さが深い程、
VCB(ON)及びVCB(OFF)が共に低くなり、コレクタとP
-ベース領域(3a)間及びゲートとP-ベース領域(3a)
間のビルト・イン電圧Viを利用することによって、コレ
クタ及びゲートとP+ベースの受光部が外部的に同電位で
あっても、ゲート領域(8)近辺のP-ベース領域(3a)
を空乏化し、オフ状態とし、光照射により、ONできるメ
モリ動作が容易なノーマル・OFF型光スイッチも可能に
なる。In addition, as shown in Japanese Patent Application No. 63-196627 of the same applicant, the photo / BAMBIT which is the invention has the structure of the gate portion.
It is also possible to use a MOS structure, a short key structure, or the like, and the same applies when a compound semiconductor is applied. In the photo BAMBIT, the higher the impurity concentration of the N - collector region (2), the lower the impurity concentration of the P - base region (3a), or the deeper the depth of the N + gate region (8). 、、
Both V CB (ON) and V CB (OFF) become low, and collector and P
- the base region (3a) and between the gate and the P - base region (3a)
By using the built-in voltage V i between them, even if the collector and gate and the light receiving part of the P + base are externally at the same potential, the P − base region (3a) near the gate region (8) is
It is also possible to use a normal / OFF type optical switch that can be turned on by light irradiation, by depleting and turning off the state.
[発明の効果] 以上の構成になるこの発明のベース変調形バイポーラ・
ホトトランジスタは、以下に示す通りの多くの作用効果
を奏する。[Advantages of the Invention] The base modulation type bipolar transistor of the present invention having the above configuration
The phototransistor has many operational effects as shown below.
(i) 当該ホト・BAMBITが、負性抵抗特性を持つた
め、後処理回路なしに、又、極めて簡単な回路構成で、
光入力に対し、ヒステリシスをもった双安定スイッチ動
作を二端子で可能とする。(I) Since the photo / BAMBIT has a negative resistance characteristic, there is no post-processing circuit, and the circuit configuration is extremely simple.
Bistable switch operation with hysteresis is possible with two terminals for optical input.
(ii) 素子自体の特性から、双安定なスイッチ動作を
可能とするため、集積回路を使った場合のような消費電
流を必要としない。(Ii) Due to the characteristics of the element itself, bistable switching operation is possible, so that current consumption as in the case of using an integrated circuit is not required.
(iii) スイッチONした状態では、通常のバイポーラ
・ホトトランジスタと同等のVCE(sat)である。(Iii) When the switch is turned on, V CE (sat) is equivalent to that of a normal bipolar phototransistor.
(iv) 光入力による過剰な少数キャリヤをコレクタ領
域やゲート領域からの空乏層により、急激に吸収でき、
高速スイッチ動作を可能とする。(Iv) Excess minority carriers due to light input can be rapidly absorbed by the depletion layer from the collector region and the gate region,
Enables high-speed switch operation.
(v) スイッチOFFの状態では、受光部よりのリーク
電流が増幅されないため、リーク電流の値は低く、従来
のホトトランジスタで問題となった温度上昇によりリー
ク電流の著しい増加もない。(V) In the switch OFF state, the leak current from the light receiving portion is not amplified, so the leak current value is low, and the leak current does not significantly increase due to the temperature rise that has been a problem in the conventional phototransistor.
(vi) 当該ホト・BAMBITが、負性抵抗特性をもつた
め、簡単な回路構成でも光入力により高周波弛張発振を
可能とする。(Vi) Since the photo / BAMBIT has a negative resistance characteristic, high frequency relaxation oscillation is possible by optical input even with a simple circuit configuration.
(vii) ゲート領域の深さ等により、光入力に対して
メモリ動作が容易なノーマル・オフ型の光スイッチも設
計できる。(Vii) Depending on the depth of the gate region, etc., it is possible to design a normal-off type optical switch that facilitates memory operation for optical input.
(viii) ゲート端子を使うことにより、負性抵抗特性
を変化させることができ、スイッチONする光入力値が変
えられ、又、スイッチング速度も改善できる。(Viii) By using the gate terminal, the negative resistance characteristic can be changed, the light input value for turning on the switch can be changed, and the switching speed can be improved.
(ix) 従来のホトトランジスタと同様に、高い高感度
並びに高い端子電圧を持たせることができる。(Ix) Like the conventional phototransistor, it can have high sensitivity and high terminal voltage.
(x) 従来のホトトランジスタに近いプロセスで製造
することができ、製造が容易であり、低コストである。(X) It can be manufactured by a process similar to that of a conventional phototransistor, is easy to manufacture, and is low in cost.
第1図は、この発明になるベース変調形バイポーラ・ホ
トトランジスタの具体的な第1の実施例を示す概略的断
面図、 第2図は、第1図に示す実施例の概略的平面図、 第3図は、当該ベース変調形バイポーラ・ホトトランジ
スタの電気的入力に対する特性を示すべく、ベース接地
接続剤を示す回路図、 第4図は、第3図の電気的入力に対するベース接地特性
曲線、 第5図は、当該ベース変調形バイポーラ・ホトトランジ
スタの動作原理を説明するための第1図の例を拡大して
示す動作原理図、 第6図は、当該ベース変調形バイポーラ・ホトトランジ
スタの第1のエミッタ接地接続例を示す回路図、 第7図は、第6図に示すエミッタ接地接続例において、
ベース・エミッタ間抵抗を一定とし、光入力をパラメー
タとした時の第2のエミッタ接地特性曲線図、 第8図は、第6図に示すエミッタ接地接続例において、
光入力を一定とし、ベース・エミッタ間抵抗をパラメー
タとした時の第2のエミッタ接地特性曲線図、 第9図は、当該ベース変調形バイポーラ・ホトトランジ
スタに負荷を接続し、光入力に対して双安定出力を得る
ための第1の接続例を示す回路図、 第10図は、第9図に示す回路例において、光入力に対す
る出力特性例を示すグラフ、 第11図は、当該ベース変調形バイポーラ・ホトトランジ
スタに負荷を接続し、光入力に対して双安定出力を得る
ための第2の接続例を示す回路図、 第12図は、当該ベース変調形バイポーラ・ホトトランジ
スタに負荷を接続し、光入力に対して双安定出力を得る
ための第3の接続例を示す回路図、 第13図は、当該ベース変調形バイポーラ・ホトトランジ
スタに負荷を接続し、光入力に対し、高周波弛張発振出
力を得るための接続例を示す回路図、 第14図は、この発明になるベース変調形バイポーラ・ホ
トトランジスタの第2の実施例を示す概略的断面図、 第15図は、この発明になるベース変調形バイポーラ・ホ
トトランジスタの第3の実施例であって、第2の実施例
のものにおいて、ベース・エミッタ間に高抵抗体を配
し、これを同一素子内に形成した例を示す概略的断面図
である。 (1)、(2)……コレクタ領域 (3)……ベース領域 (3a)……第3のベース領域 (4)……N+領域 (5)……第1のベース領域 (6)……第2のベース領域 (7)……エミッタ領域 (8)……ゲート領域 (9)……酸化膜 (10)……ベース電極 (11)……エミッタ電極 (12)……コレクタ電極 (13)……ゲート電極 (14)……ベース・エミッタ間抵抗 (15)……接地電極1 is a schematic sectional view showing a concrete first embodiment of a base modulation type bipolar phototransistor according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of the embodiment shown in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a base-grounded connection agent to show the characteristics of the base modulation type bipolar phototransistor with respect to an electric input, and FIG. 4 is a base-grounded characteristic curve with respect to an electric input of FIG. FIG. 5 is an operation principle diagram showing an enlarged example of FIG. 1 for explaining the operation principle of the base modulation type bipolar phototransistor, and FIG. 6 is a diagram showing the base modulation type bipolar phototransistor. FIG. 7 is a circuit diagram showing a grounded-emitter connection example of FIG. 1, and FIG.
A second grounded-emitter characteristic curve diagram when the base-emitter resistance is fixed and the light input is used as a parameter, and FIG. 8 shows the grounded-emitter connection example shown in FIG.
The second grounded-emitter characteristic curve diagram when the light input is constant and the resistance between the base and emitter is used as a parameter. Fig. 9 shows a load connected to the base modulation type bipolar phototransistor, FIG. 10 is a circuit diagram showing a first connection example for obtaining a bistable output, FIG. 10 is a graph showing an output characteristic example with respect to an optical input in the circuit example shown in FIG. 9, and FIG. 11 is the base modulation type. A circuit diagram showing a second connection example for connecting a load to a bipolar phototransistor and obtaining a bistable output with respect to an optical input. Fig. 12 shows a load connected to the base modulation type bipolar phototransistor. , A circuit diagram showing a third connection example for obtaining a bistable output with respect to an optical input, and FIG. 13 shows a high frequency relaxation oscillation with respect to an optical input by connecting a load to the base modulation type bipolar phototransistor. output FIG. 14 is a circuit diagram showing a connection example for obtaining the same, FIG. 14 is a schematic sectional view showing a second embodiment of a base modulation type bipolar phototransistor according to the present invention, and FIG. 15 is a base according to the present invention. A third embodiment of the modulation type bipolar phototransistor, which is a schematic view showing an example in which a high resistance body is arranged between the base and the emitter and is formed in the same element in the second embodiment. FIG. (1), (2) ... collector region (3) ... base region (3a) ... third base region (4) ... N + region (5) ... first base region (6) ... … Second base region (7) …… Emitter region (8) …… Gate region (9) …… Oxide film (10) …… Base electrode (11) …… Emitter electrode (12) …… Collector electrode (13) ) …… Gate electrode (14) …… Base-emitter resistance (15) …… Ground electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/73 7210−4M H01L 27/14 K ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 29/73 7210-4M H01L 27/14 K
Claims (1)
タ領域と、 前記コレクタ領域に対し、第1のPN接合を介して形成さ
れる第2の導電型の半導体材料からなるベース領域と、 前記ベース領域に対し、第2のPN接合を介して形成され
る第1の導電型の半導体材料からなるエミッタ領域とを
備えてなり、 前記ベース領域は、前記エミッタ領域に対し、前記第2
のPN接合を介して隣接する第1のベース領域と、前記第
1のベース領域から間隔を隔てて位置し、広域な受光部
を形成するものであって、該受光部における一部分にベ
ース電極を設けるようにした第2のベース領域と、前記
第1のベース領域と前記第2のベース領域との間に形成
される低不純物濃度の第3のベース領域とを含み、 前記第1のベース領域と前記第2のベース領域との間に
おける前記第3のベース領域内に、第1の導電型を有す
るゲート領域を備えたものからなり、 前記コレクタ領域及び前記ゲート領域を、前記第2のベ
ース領域に対して逆バイアス状態に付勢して、前記コレ
クタ領域より前記第3のベース領域中に侵入する空乏層
及び前記ゲート領域より前記第3のベース領域中に侵入
する空乏層により、前記第2のベース領域に対する光照
射時に、前記第2のベース領域と前記コレクタ領域間に
おけるPN接合部分の近傍に生じて、前記エミッタ領域へ
向けて流れる光入力電流を変調させ、光入力に対して負
性抵抗特性を有する出力を得るようにしたことを特徴と
するベース変調形バイポーラ・ホトトランジスタ。1. A collector region made of a semiconductor material of a first conductivity type, and a base region made of a semiconductor material of a second conductivity type formed in the collector region via a first PN junction. An emitter region made of a semiconductor material of a first conductivity type formed via a second PN junction with respect to the base region, the base region having a second region with respect to the emitter region;
A first base region that is adjacent to the first base region via a PN junction, and forms a wide-area light receiving portion with a distance from the first base region, and a base electrode is formed in a part of the light receiving portion. A second base region provided, and a third base region having a low impurity concentration formed between the first base region and the second base region, the first base region And a gate region having a first conductivity type in the third base region between the second base region and the second base region, wherein the collector region and the gate region are connected to the second base region. The region is biased in a reverse bias state, and a depletion layer penetrating into the third base region from the collector region and a depletion layer penetrating into the third base region from the gate region are used to 2 base areas When a region is irradiated with light, a light input current generated near the PN junction between the second base region and the collector region and flowing toward the emitter region is modulated, and a negative resistance characteristic to the light input is obtained. A base modulation type bipolar phototransistor characterized in that an output having the above is obtained.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1071474A JPH0744289B2 (en) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | Base modulation bipolar phototransistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1071474A JPH0744289B2 (en) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | Base modulation bipolar phototransistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02249238A JPH02249238A (en) | 1990-10-05 |
| JPH0744289B2 true JPH0744289B2 (en) | 1995-05-15 |
Family
ID=13461654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1071474A Expired - Lifetime JPH0744289B2 (en) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | Base modulation bipolar phototransistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744289B2 (en) |
-
1989
- 1989-03-22 JP JP1071474A patent/JPH0744289B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02249238A (en) | 1990-10-05 |
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