(57)【要約】【課題】  素子の高感度化と素子の面積を小さく維持しながら高耐圧化を図り、かつ光感度ばらつきが少ない高耐圧フォトサイリスタを提供する。【解決手段】  シリコン基板１と、そのシリコン基板の第１の主表面に位置し、アノード領域３（３’）、ゲート領域４’（４）、カソード領域６’（６）を有するトランジスタ部と、外部からの光を受光する受光部と、アノード領域およびカソード領域とオーミック接触する電極を備え、受光部は、透光性絶縁膜１０を介在させてシリコン基板を覆う酸素ドープ多結晶シリコン膜１１を含んで、トランジスタ部の周りを取り囲むように配置され、上記の電極７（７’）は、トランジスタ部の上に位置し、中央部７ａ（７ａ’）と、その中央部の周りを取り囲む外周部７ｂ（７ｂ’）とを備える２重構造を有し、その中央部と外周部とが電気的に接続されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、そのシリコン基板の第１の主表面に位置し、アノード領域、ゲート領域およびカソード領域を含むトランジスタ部と、外部からの光を受光する受光部と、前記アノード領域およびカソード領域のいずれかと電気的に接続する電極とを備えたフォトサイリスタであって、
前記受光部は、前記シリコン基板の上に位置する酸素ドープ多結晶シリコン膜を含み、前記トランジスタ部の周りを取り囲むように配置され、
前記電極は、前記トランジスタ部の上に位置し、中央部と、その中央部の周りを取り囲む外周部とを備える２重構造を有し、その中央部と外周部とが電気的に接続されている、フォトサイリスタ素子。
【請求項２】
前記電極の前記中央部および外周部が、前記受光部に面する側の前記アノード領域およびカソード領域のいずれかと前記シリコン基板とのｐｎ接合と、平面的に見て、重ならない、請求項１に記載のフォトサイリスタ素子。
【請求項３】
前記電極の前記中央部および外周部が、前記受光部に面する側の、前記アノード領域およびカソード領域のいずれかと前記シリコン基板とのｐｎ接合を、平面的に見て、その中央部と外周部との間に挟むように位置している、請求項２に記載のフォトサイリスタ素子。
【請求項４】
前記電極の中央部および外周部は、５０μｍ〜１０００μｍの距離をおいて配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトサイリスタ素子。
【請求項５】
前記電極の中央部および外周部は、前記酸素ドープ多結晶シリコン膜と電気的に接続されいる、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトサイリスタ素子。
【請求項６】
前記酸素ドープ多結晶シリコン膜では、前記電極側の部分の領域が、酸素と異なる不純物をドープされている、請求項１〜５のいずれかに記載のフォトサイリスタ素子。
【請求項７】
前記電極の外周部が、前記酸素ドープ多結晶シリコンにおける前記不純物ドープ領域と、非ドープ領域との境界付近の不純物ドープ領域を覆っている、請求項６に記載のフォトサイリスタ素子。
【請求項８】
前記電極の外周部と、前記酸素ドープ多結晶シリコン膜における不純物ドープ領域との間に、ＰＳＧ(Phospho Silicate Glass)膜またはＢＳＧ(Boro Silicate Glass)膜を介在させている、請求項６または７に記載のフォトサイリスタ素子。
【請求項９】
前記請求項１〜８に記載のフォトサイリスタ素子を２つ、前記シリコン基板に対をなすように備え、その２つのフォトサイリスタ素子のうちの、第１のフォトサイリスタ素子の第１電極は第１のフォトサイリスタ素子におけるアノード領域およびカソード領域のいずれかと電気的に接続し、第２のフォトサイリスタ素子の第２電極は第２のフォトサイリスタ素子におけるアノード領域およびカソード領域のいずれかと電気的に接続し、さらに前記第１電極は、前記第２のフォトサイリスタ素子における前記アノード領域およびカソード領域のうち第２電極と電気的に接続していないほうと電気的に接続し、前記第２電極は、前記第１のフォトサイリスタ素子におけるアノード領域およびカソード領域のうち第１電極と電気的に接続していないほうと電気的に接続しており、前記第１および第２のフォトサイリスタ素子を取り囲むようにシリコン基板の第１主表面に形成されたチャンネルストッパとして機能する不純物領域を備える、双方向フォトサイリスタ素子。
【請求項１０】
前記請求項１〜８のいずれかに記載のフォトサイリスタ素子を用いた、電子機器。
【請求項１１】
前記請求項９に記載の双方向フォトサイリスタ素子を用いた、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高耐圧のフォトサイリスタ素子、双方向フォトサイリスタ素子および電子機器に関し、より具体的には光点弧型ＳＳＲ（Solid State Relay）に使用されるフォトサイリスタ素子、双方向フォトサイリスタ素子および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図７および図８に示すような高耐圧フォトサイリスタ素子におけるフィールドプレート構造が知られている。図７および図８を参照して、ｎ型シリコン基板１０１の表面の周辺部にはチャンネルストッパとなるｎ型拡散領域１０２が形成されている。ｎ型拡散領域１０２の内側には、アノード拡散領域１０３（１０３’）、ｐ型ゲート拡散領域１０４（１０４’）、ゲート抵抗領域１０５（１０５’）およびカソード拡散領域１０６（１０６’）が、それぞれ選択的拡散により形成されている。ｎ型拡散領域１０２からアノード拡散領域１０３（１０３’）までのｎ型シリコン基板１０１、またアノード拡散領域１０３（１０３’）からｐ型ゲート拡散領域１０４（１０４’）およびゲート抵抗領域１０５（１０５’）までのｎ型シリコン基板１０１を覆う絶縁膜として酸化膜１１０が形成されている。ｎ型拡散領域１０２からアノード拡散領域１０３（１０３’）までのｎ型シリコン基板１０１上の酸化膜１１０の上に、半絶縁性の酸素ドープ多結晶シリコン膜１１１が位置し、さらにその上にシリコン窒化膜１１２が位置している。
【０００３】
２つのフォトサイリスタ素子のうちの一方のｃｈ１（チャンネル１）において、Ｔ１電極１０７はアノード拡散領域１０３と、またチャンネルストッパ電極１０８はｎ型拡散領域１０２と、それぞれオーミックコンタクトされている。また、ｃｈ２（チャンネル２）において、Ｔ２電極１０７’はアノード拡散領域１０３’と、またチャンネルストッパ電極１０８はｎ型拡散領域１０２と、それぞれオーミックコンタクトされている。ｃｈ１が動作する場合、Ｔ１電極１０７に正のバイアスが印加されたとき、ｐ型ゲート拡散領域１０４にはＴ２電極１０７’により逆バイアスとなるように（−）電位が印加され、ｎ型拡散領域１０２にはチャンネルストッパ電極１０８により（＋）電位が印加される。
【０００４】
上記の電圧関係から、Ｔ２電極１０７’とチャンネルストッパ電極１０８との間の酸素ドープ多結晶シリコン膜１１１には微小電流が流れる。また、素子表面のフィールド部は酸素ドープ多結晶シリコン膜１１１により固定電荷とされる。そして、ｐ型ゲート拡散領域１０４から、空乏層が周囲のシリコン基板に向かって形成される。このとき、酸素ドープ多結晶シリコン１１１は、所望の固定電荷を得るために、微小電流を制御する必要があるが、素子のリーク電流となるため、膜質の最適化が必要である。
【０００５】
上述の電圧関係により、素子内部の電界集中が緩和され、素子を高耐圧化することができる。図７および図８において、Ｔ１電極１０７およびＴ２電極１０７’がｎ型シリコン基板１０１表面のｐｎ接合部を越えてチャンネルストッパ電極側に延長されている理由は、Ｔ１電極１０７およびＴ２電極１０７’によるフィールドプレート効果を補助するためである。つまり、このような構造を採用しなければ、酸素ドープ多結晶シリコン膜１１１の抵抗率にもよるが、ＱSSと呼ばれるの正の固定電位や、酸素ドープ多結晶シリコン膜１１１中のナトリウム等の正電荷により、ｎ型シリコン基板１０１の表面はさらにｎ型化し、空乏層はアノード拡散領域１０３（１０３’）からｎ型シリコン基板１０１に向けて拡大しにくくなる。この結果、アノード拡散領域１０３（１０３’）の表面におけるｐｎ接合界面付近で降伏が発生する。これを防止するために電極１０７および１０７’を延長して、いわゆるオーバーレイ構造を採用している。
【０００６】
次に、他の従来例の高耐圧フォトサイリスタ例について、図９および図１０を用いて説明する（特許文献１および２参照）。図９および図１０に示す従来例では、フィールド部に固定電位を付与するための酸素ドープ多結晶シリコン膜１１１の電極１０７（１０７’）側の部分１１３に、リンまたはボロン等の不純物を選択的に注入して当該部分を低抵抗部に変換する。電極１０７(１０７’)がｎ型シリコン基板１０１の表面におけるアノード拡散領域１０３(１０３’)およびｐ型ゲート拡散領域１０４(１０４’)の、シリコン基板とのｐｎ接合界面の上部を覆わないようにし、透光性の低抵抗部１１３をフィールドプレート用の電極としている。
【０００７】
上記の構造を採用することで、耐圧に影響を与えることなく受光面積が増加し、高感度な受光素子が得られる。
【特許文献１】特開平８−１３０３２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１９０６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトサイリスタ等の光電素子では、入射光に対する光感度が高いことが要求され、可能な限り小さいチップで光信号を電気信号に変換することが重要である。しかしながら、高耐圧特性を得るためには、図８に示すフォトサイリスタの場合、アルミニウム（Ａｌ）等のフィールドプレート電極により高感度となるｐｎ接合部を覆う必要がある。この結果、光感度が大幅に低下する。
【０００９】
また、上記の特許文献１、２に示されているような、高抵抗膜に不純物をドーピングして光感度を上げる手法では、不純物のドーピングによりＱSSが増大し、ｎ型シリコン基板表面に余計な準位が形成される。このため、フォトサイリスタではラテラル型ｐｎｐトランジスタの電流増幅率ｈFEの低下やばらつきが発生する。これが、光感度のばらつきになる。
【００１０】
本発明の目的は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、素子の高感度化と素子の面積を小さく維持しながら高耐圧化を図り、かつ光感度ばらつきが少ないフォトサイリスタ素子、双方向フォトサイリスタ素子およびそれらを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のフォトサイリスタ素子は、シリコン基板と、そのシリコン基板の第１の主表面に位置し、アノード領域、ゲート領域およびカソード領域を含むトランジスタ部と、外部からの光を受光する受光部と、前記アノード領域およびカソード領域のいずれかと電気的に接続される電極を備えている。そして、受光部は、シリコン基板の上に位置する酸素ドープ多結晶シリコン膜を含み、トランジスタ部の周りを取り囲むように配置され、上記の電極は、トランジスタ部の上に位置し、中央部と、その中央部の周りを取り囲む外周部とを備える２重構造を有し、その中央部と外周部とが電気的に接続されている。
【００１２】
上記のように、電極を中央部と外周部との２重構造とし、これ中央部と外周部とを接続することにより、２つの部分からなる開口部が受光部において光を通過させる部分となり、光感度を素子の面積を大きくすることなく向上することができる。また、外周部の電極を、酸素ドープ多結晶シリコン膜１１とコンタクトさせ、開口部の酸素ドープ多結晶シリコン膜の電位を安定させることにより、高耐圧を維持することができる。
【００１３】
なお、「電極が、トランジスタ部の上に位置する」とは、電極がトランジスタ部に接して上に位置してもよいし、また他の膜を介在させて上方に位置してもよい。また、電極とトランジスタ部との、平面的に見た大小関係については何も限定しない。
【００１４】
また、酸素ドープ多結晶シリコン膜に不純物をドープした構成においても上記の手法により酸素ドープ多結晶シリコン膜の開口部の電位を安定化することができる。この結果、不純物のドーピングによるシリコン基板の界面への影響を緩和することができる。加えて、外周部の電極と酸素ドープ多結晶シリコン膜との間にＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜を介する構造としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフォトサイリスタ素子、双方向フォトサイリスタ素子および電子機器は、素子の面積を小さく維持しながら、素子の高耐圧化、高光感度化および光感度の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における双方向フォトサイリスタ素子の平面図であり、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態における双方向フォトサイリスタ素子５０は、２つのフォトサイリスタ素子５０ａ，５０ｂから構成される。２つのフォトサイリスタ素子は、構成が同じなので、対応する部分の符合を括弧に示しながら説明する。
【００１８】
双方向フォトサイリスタ素子５０は、ｎ型シリコン基板１と、ｎ型拡散領域２、９と、アノード拡散領域３（３’）と、ｐ型ゲート拡散領域４’（４）と、ゲート抵抗拡散領域５（５’）と、カソード拡散領域６’（６）とを備える。さらに、上記双方向フォトサイリスタ素子は、電極７（７’）（片方がアノード電極の場合は、他方はカソード電極となる）と、チャンネルストッパ電極８と、酸化膜１０と、酸素ドープ多結晶シリコン膜１１とシリコン窒化膜１２とを備える。
【００１９】
２重構造の電極７（７’）の中央部７ａ（７ａ’）の端部は、アノード拡散領域３（３’）、ｐ型ゲート拡散領域４’（４）、ゲート抵抗拡散領域５’（５）のそれぞれと、ｎ型シリコン基板１とのｐｎ接合のうち、受光部に面する部分３ａ（３ａ’），４ａ’（４ａ）と、平面的に見て重ならない配置をとっている。このため、上記受光部に面するｐｎ接合の部分３ａ（３ａ’），４ａ’（４ａ）を、電極に妨げられずに、入射光が照射することができる。この結果、良好な光感度を確保することができる。
【００２０】
図１において電極７（７’）を中央部７ａ（７ａ’）と外周部７ｂ（７ｂ’）との２重構造とし、これらの電極を接続している。このため、チャンネルストッパ電極８に面する周縁部では、２つの部分２０ａ，２０ｂからなる開口部２０が受光部において光を通過させる部分となり、光感度を素子の面積を大きくすることなく向上することができる。また、２つのフォトサイリスタ素子のうち、相手側のフォトサイリスタとの間の部分では、２つの部分３０ａ，３０ｂからなる開口部３０が受光部において光を透過させる部分となる。電極の中央部７ａ（７ａ’）と外周部７ｂ（７ｂ’）とは、５０〜１０００μｍの距離をおいて配置する。中央部の電極のみならず、外周部の電極も、図２に示すように酸素ドープ多結晶シリコン膜１１とコンタクトさせ、開口部の酸素ドープ多結晶シリコン膜の電位を安定させることにより、高耐圧を維持する。
【００２１】
ここで、受光部はとくに図面で示さないが、開口部２０ａ，２０ｂ，２０，３０ａ，３０ｂ，３０およびその下方の領域をさす。また、トランジスタ部は、アノード領域、カソード領域およびゲート領域を含む領域をさし、受光部と接すると解してもよいし、一部重なると解してもよい。
【００２２】
上述のように、酸素ドープ多結晶シリコン膜１１において、外周部７ｂのコンタクト部と、中央部７ａのコンタクト部との間の酸素ドープ多結晶シリコン膜１１の領域を同電位とすることで、酸素ドープ多結晶シリコン膜中の電位を安定させることができる。その結果、この部分での表面の空乏層の広がりを上述のフィールドプレート効果により補助し、高耐圧化を実現することができる。また、繰り返しになるが、電極７の中央部７ａと外周部７ｂとの間の距離２０ｂ，３０ｂを５０μｍ〜１０００μｍとすることにより、受光部における開口部を十分広くとり、良好な光感度を確保することができる。この結果、良好な光感度と耐圧性とを両立することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における双方向フォトサイリスタ素子を示す図である。従来の双方向フォトサイリスタを示す図９および１０では、酸素ドープ多結晶シリコン１１１に局所的にリン等の不純物を注入し、低抵抗部１１３を形成していた。この低抵抗部１１３がフィールドプレート電極の代わりとなり、かつ透光性を有するので、高耐圧を保ったまま、高い光感度を実現する構造になっていた。しかしながら、リンなどの不純物のドーピングにより、酸化膜１１０を介し、ｎ型シリコン基板１の界面上に余計な準位が形成される。この準位にキャリアがトラップされるためアノード拡散領域１０３（１０３’）とｎ型シリコン基板１とのｐ型ゲート拡散領域１０４（１０４’）とで形成されるラテラル型ｐｎｐトランジスタの電流増幅率ｈFEの低下やばらつきが発生する可能性がある。
【００２４】
本実施の形態における双方向フォトサイリスタでは、図３に示す構造により、この問題点を解消している。すなわち、酸素ドープ多結晶シリコン１１のドーピングされた低抵抗部（不純物ドープ領域）１３の先端部に電極７（７’）の外周部７ｂをコンタクトさせる。すなわち、不純物ドープ領域と非ドープ領域との境界付近の不純物ドープ領域を覆っている。この配置により、低抵抗部１３の電位を安定させ、ｐｎｐトランジスタの電流増幅率ｈFEの低下やばらつきを抑制することができる。
【００２５】
図３では、２重構造の電極の外周部と不純物ドープ領域（低抵抗部）１３との間にＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜１４を介在させる構造としている。このＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜を介在させる構造では、外周電極７ｂがＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜を介して酸素ドープ多結晶シリコン膜と容量接合している。このため、図３に示す構造の場合においても、ＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜がなく、直接、不純物をドープした部分と接触した場合と同様に、低抵抗部１３の電位の安定に効果がある。
【００２６】
すなわち、酸素ドープ多結晶シリコン膜１１に不純物ドープした構造においても、電極を２重構造にすることにより酸素ドープ多結晶シリコン膜の開口部の電位を安定化することができる。この結果、不純物のドーピングによるシリコン基板１の界面への影響を緩和することができる。加えて、図３に示すように、２重構造電極の外側の電極と酸素ドープ多結晶シリコン膜との間にＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜を介する構造としてもよい。この結果、酸素ドープ多結晶シリコン膜に不純物をドーピングした構造においても、ｐｎｐトランジスタのｈFEの低下やばらつきを抑制し、光感度を安定させる作用がある。
【実施例１】
【００２７】
図１に示す双方向フォトサイリスタを、本発明例として実際に作製した。そして、図７および８に示す従来例と比較した。本発明例と、従来例とを同一のチップサイズにして、耐圧性能を比較したところ、いずれも８００Ｖ以上の耐圧性能があった。すなわち、本発明例では、耐圧性能を維持した上で、高感度化および感度ばらつきの低減が可能となった。
【００２８】
また、図４に示すように、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)と組み合わせて双方向サイリスタカプラとした場合の光感度（ＩＦＴ；最小トリガ電流）を本発明例と比較例とについて測定した。ここで、ＩＦＴは、双方向フォトサイリスタ素子を指定バイアス電圧条件、指定ゲート条件とし、ＬＥＤに順電流を流していったとき、双方向フォトサイリスタ素子がオフからオンになるときのＬＥＤ順電流をいう。本発明例の双方向フォトサイリスタ素子には、上述したように図１に示す素子を製作し、従来例の双方向フォトサイリスタ素子には図７および８に示す素子を製作した。結果を図５に示す。
【００２９】
同じＩＨ（保持電流）レベルで従来品と比較して、本発明例は、１０〜１５％程度ＩＦＴを向上することができた。ここで、ＩＨ（保持電流）は、指定温度条件、指定ゲート条件およびオン状態において、素子をオン状態に維持するのに必要な最小のアノード（Ｔ2またはＴ1）電流をいう。ＩＨは、ノイズ特性（ｄｖ／ｄｔ、転流特性、パルスノイズ）と相関があり、同一ＩＨであればノイズ特性も同一となる。したがって、上記のようにＩＨが同一の場合、本発明例のノイズ特性は、従来例と同等にすることができた。なお、上記ｄｖ／ｄｔは、臨界オフ電圧上昇率であり、指定温度条件、指定ゲート条件において、指定振幅を有する指数関数状のオフ電圧を加えたとき、オフからオンに移行しないオフ電圧上昇率の最大値をいう。ここで、転流特性は、トライアック（双方向サイリスタ）に特有の次のような特性をいう。トライアックを誘導負荷で使用した場合に負荷電流の位相が電圧の位相により送れているため、負荷電流が０になった瞬間にはすでに立ち上がっている逆極性の電圧によって逆方向にターンオンしやすい状態になる。この状態での最大許容電流を転流特性と呼ぶ。
【実施例２】
【００３０】
また、酸素ドープ多結晶シリコンに不純物をドーピングして、低抵抗部を形成した素子を作製して比較を行なった。本発明例は図３に示す双方向フォトサイリスタ素子であり、従来例は図９および１０に示す双方向フォトサイリスタ素子である。これら２種類の双方向フォトサイリスタ素子について酸素濃度とｈEFとの関係を求めた。結果を図６に示す。
【００３１】
図６において、従来例では酸素ドープ多結晶シリコン膜中の酸素濃度に対するラテラル型ｐｎｐトランジスタのｈFEの依存性が大きい。このため、酸素濃度が高くなったとき、電流増幅率ｈFEのばらつきにより、ｈEFと相関のある光感度（ＩＦＴ）が大きくばらついた。これは、酸素ドープ多結晶シリコンの酸素濃度が高くなったとき、酸素過多によるダングリングボンドの増加により、不要な準位がシリコン基板界面に形成されるためと推測される。逆に酸素濃度が小さくなった場合は、導電性を持つシリコン過多となり酸素ドープ多結晶シリコン膜を流れるリーク電流が増加する。このため、従来の構造では、酸素ドープ多結晶シリコン膜生成時の酸素濃度制御範囲（３０±数％）内で、所望の特性を得ることが困難であった。
【００３２】
これに比して、本発明例では、酸素ドープ多結晶シリコンの酸素濃度はｐｎｐトランジスタの電流増幅率ｈFEの変動にほとんど影響せず、ｈFEは安定に維持される。このため、光感度ばらつきを抑制し、安定な量産化が可能となる。
【００３３】
次に、上記の本発明の実施の形態に説明した例も含めて、本発明の実施の形態を羅列的に挙げて説明する。
【００３４】
上記の電極の中央部および外周部が、受光部に面する側の、アノード領域およびカソード領域のいずれかとシリコン基板とのｐｎ接合と、平面的に見て、重ならないようにしてもよい。たとえば、上記の電極の中央部および外周部が、受光部に面する側の、アノード領域およびカソード領域のいずれかとシリコン基板とのｐｎ接合を、平面的に見て、その中央部と外周部との間に挟むように位置するように配置してもよい。
【００３５】
この構成により、最も光に敏感な箇所を入射光で照射できるので、耐圧性を維持しながら高い光感度を確保することができる。
【００３６】
上記の電極の中央部および外周部は、５０μｍ〜１０００μｍの距離をおいて配置されてもよい。
【００３７】
２重構造電極の中央部と、外周部との距離を５０μｍ〜１０００μｍとることにより、受光部の開口部を十分大きくとることができ、光感度を向上させることができる。上記の距離が５０μｍ未満では、開口を十分大きくとることができず、また１０００μｍを超えると開口は大きくとれても、安定したフィールドプレート効果を得ることができない。より望ましい範囲は、１００μｍ〜５００μｍの範囲である。
【００３８】
上記の電極の中央部および外周部は、酸素ドープ多結晶シリコン膜と電気的に接続されてもよい。
【００３９】
この構成により、光感度を確保した上で、酸素ドープ多結晶シリコン膜において、上記中央部とのコンタクト部および上記外周部とのコンタクト部の間の電位を一定に安定化し、高耐圧を維持することができる。
【００４０】
上記の酸素ドープ多結晶シリコン膜では、電極側の部分の領域が、酸素と異なる不純物をドープされてもよい。そして、電極の外周部が、酸素ドープ多結晶シリコンにおける不純物ドープ領域と、非ドープ領域との境界付近の不純物ドープ領域を覆っていてもよい。
【００４１】
この構成により、低抵抗化された多結晶シリコン膜をフィールドプレート電極として用いてフィールドプレート効果を得ることができる。さらに上記電極は中央部と、外周部との２重構造なので、開口部の電位を安定化することにより、不純物ドーピングによるシリコン基板の界面への影響を緩和することができる。
【００４２】
上記の電極の外周部と酸素ドープ多結晶シリコン膜との間に、ＰＳＧ(Phospho Silicate Glass)膜またはＢＳＧ(Boro Silicate Glass)膜を介在させてもよい。
【００４３】
上記のようにＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜を、外周部と、低抵抗部との間に配置することにより、外周部が、酸素ドープ多結晶シリコン膜と、ＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜を介在させて容量結合をすることができる。このため、ＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜の狭いコンタクトパターンを形成する必要がなくなる。この結果、酸素ドープ多結晶シリコン膜の電位安定化をはかることができ、不純物ドーピングに起因するｐｎｐトランジスタの電流増幅率ｈFEの低下や光感度のばらつきを抑制することができる。
【００４４】
本発明の双方向サイリスタ素子は、上記いずれかのフォトサイリスタ素子を２つ、シリコン基板に対をなすように備える。その２つのフォトサイリスタ素子のうちの、第１のフォトサイリスタ素子の第１電極は第１のフォトサイリスタ素子におけるアノード領域およびカソード領域のいずれかと電気的に接続し、第２のフォトサイリスタ素子の第２電極は第２のフォトサイリスタ素子におけるアノード領域およびカソード領域のいずれかと電気的に接続する。さらに、第１電極は、第２のフォトサイリスタ素子におけるアノード領域およびカソード領域のうち第２電極と電気的に接続していないほうと電気的に接続し、第２電極は、第１のフォトサイリスタ素子におけるアノード領域およびカソード領域のうち第１電極と電気的に接続していないほうと電気的に接続する。そして、第１および第２のフォトサイリスタ素子を取り囲むようにシリコン基板の第１主表面に形成されたチャンネルストッパとして機能する不純物領域を備える。
【００４５】
この構成により、高い耐圧性を有し、光感度が優れ、ｐｎｐトランジスタにおけるｈFEを高く維持し、光感度のばらつきを抑制することができる。
【００４６】
上記のフォトサイリスタ素子または双方向フォトサイリスタ素子を用いて、たとえばＬＥＤと組み合せて光カップラを形成してもよい。この光カップラは、小型化され、高い感度と耐圧性とを有するフォトサイリスタまたは双方向フォトサイリスタを用い、小型で高性能の光学部品となる。
【００４７】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されることはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のフォトサイリスタ素子、双方向フォトサイリスタ素子およびこれらを用いたフォトカップラなどの電子機器を用いることにより、フィールドプレート電極を２重構造とするという構造を採用して、素子面積を小さく、また高耐圧特性を維持しながら安定した高感度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における双方向フォトサイリスタ素子の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における双方向フォトサイリスタ素子の平面図である。
【図４】本発明の実施例１のフォトカップラを示す配線図である。
【図５】本発明の実施例１において、本発明例と従来例との感度を比較した結果の図である。
【図６】本発明の実施例２において、本発明例と従来例とのｐｎｐトランジスタの電流増幅率ｈEFのばらつきを比較した結果の図である。
【図７】従来の双方向フォトサイリスタ素子の一例の平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】従来の双方向フォトサイリスタ素子の他の一例の平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ｎ型シリコン基板、２，９  ｎ型拡散領域、３  チャンネル１のアノード拡散領域、３’  チャンネル２のアノード拡散領域、３ａ，３ａ’  アノード拡散領域の受光部に面する部分のｐｎ接合、４  チャンネル２のｐ型ゲート拡散領域，４’  チャンネル１のｐ型ゲート拡散領域、４ａ，４ａ’  ｐ型ゲート拡散領域の受光部に面する部分のｐｎ接合、５  チャンネル１のゲート抵抗領域、５’  チャンネル２のゲート抵抗領域、６  チャンネル２のカソード拡散領域，６’  チャンネル１のカソード拡散領域、７，７’  アノード電極またはカソード電極（一方がチャンネル１のアノード電極の場合、他方がチャンネル２のカソード電極となる）、７ａ，７ａ’  アノード電極またはカソード電極の中央部、７ｂ，７ｂ’  アノード電極またはカソード電極の外周部、８  チャンネルストッパ電極、１０  酸化膜、１１  酸素ドープ多結晶シリコン膜、１２  シリコン窒化膜、１３  低抵抗部（不純物をドープされた酸素ドープ多結晶シリコン膜）、１４  ＰＳＧ膜またはＢＳＧ膜、２０，２０ａ，２０ｂ，３０，３０ａ，３０ｂ  開口部、５０ａ，５０ｂ  フォトサイリスタ素子、５０  双方向フォトサイリスタ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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