JPS6328503B2 - - Google Patents
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- JPS6328503B2 JPS6328503B2 JP57042103A JP4210382A JPS6328503B2 JP S6328503 B2 JPS6328503 B2 JP S6328503B2 JP 57042103 A JP57042103 A JP 57042103A JP 4210382 A JP4210382 A JP 4210382A JP S6328503 B2 JPS6328503 B2 JP S6328503B2
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F77/95—Circuit arrangements
- H10F77/953—Circuit arrangements for devices having potential barriers
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- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、例えばフオトカプラやフオトイン
タラプタの受光素子として使用されるダーリント
ン フオトトランジスタに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a Darlington phototransistor used as a light-receiving element in, for example, a photocoupler or a photointerrupter.
従来、高変換効率を要求されるフオトカプラや
フオトインタラプタにおいては、受光素子として
第１図に示すようなダーリントン フオトトラン
ジスタが用いられている。すなわち、フオトトラ
ンジスタTr1にトランジスタTr2をダーリントン
接続して設け、上記フオトトランジスタTr1のエ
ミツタ電流（光電流）を増幅して得るように構成
されている。
Conventionally, in photocouplers and photointerrupters that require high conversion efficiency, a Darlington phototransistor as shown in FIG. 1 has been used as a light receiving element. That is, the transistor Tr 2 is connected to the phototransistor Tr 1 in a Darlington connection, and the emitter current (photocurrent) of the phototransistor Tr 1 is amplified and obtained.
しかし、上記のような構成では、暗電流が各ト
ランジスタTr1，Tr2の電流増幅率hFEに依存する
ため、通常のフオトトランジスタと比較して暗電
流が大きくなる。このようなダーリントン フオ
トトランジスタを高照度下で使用する場合には光
電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）が大きいのでほ
どんど問題を生じないが、低照度下で使用する場
合（例えばフオトカプラやフオトインタラプタに
使用した場合）には、暗電流が大きくなると次段
の回路における誤動作の原因となる欠点がある。
However, in the above configuration, the dark current depends on the current amplification factor h FE of each transistor Tr 1 and Tr 2 , so the dark current becomes larger than that of a normal phototransistor. When such a Darlington phototransistor is used under high illuminance, the ratio between photocurrent and dark current (S/N ratio) is large, so there is almost no problem, but when it is used under low illuminance (for example, When used in photocouplers and photointerrupters), there is a drawback that if the dark current becomes large, it will cause malfunction in the next stage circuit.
この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、雑音電流とな
る暗電流を低減することにより、次段の回路動作
を安定化できる信頼性の高いダーリントン フオ
トトランジスタを提供することである。
This invention was made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a highly reliable Darlington photo sensor that can stabilize the operation of the next stage circuit by reducing the dark current that becomes noise current. The purpose of the present invention is to provide a transistor.
すなわち、この発明においては、上記第１図の
回路における光電流の増幅用トランジスタTr2の
ベース・エミツタ間にバイパス用の抵抗を設けた
ものである。
That is, in the present invention, a bypass resistor is provided between the base and emitter of the photocurrent amplifying transistor Tr2 in the circuit shown in FIG.
以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第２図はその構成を示すもので、
上記第１図の回路構成に加えて、トランジスタ
Tr2のベース・エミツタ間にバイパス抵抗RBEを
設け、低照度時におけるトランジスタTr2のベー
ス電流を分流して暗電流を低減するように構成し
たものである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 2 shows its configuration.
In addition to the circuit configuration shown in Figure 1 above, a transistor
A bypass resistor R BE is provided between the base and emitter of Tr 2 , and the base current of transistor Tr 2 is shunted during low illumination to reduce dark current.
第３図は、上記第２図の回路の断面構成例を示
すもので、図において第２図と同一符号がそれぞ
れ対応しており、１１はN+領域、１２はＮ型の
気相エピタキシヤル層、１３はＰ型の不純物拡散
領域、１４はN+型の不純物拡散領域、１５は絶
縁層、１６はアルミ配線である。 FIG. 3 shows an example of the cross-sectional configuration of the circuit shown in FIG. 2. In the figure, the same symbols as in FIG . 13 is a P type impurity diffusion region, 14 is an N + type impurity diffusion region, 15 is an insulating layer, and 16 is an aluminum wiring.
上記のような構成において動作を説明する。フ
オトトランジスタTr1のベース領域に光が照射さ
れると、このトランジスタTr1のベース，コレク
タを形成しているpn接合に光電流が発生し、こ
の光電流はエミツタ側に流れる。上記エミツタ電
流IEは、トランジスタTr2のベースとバイパス抵
抗RBEに分流される。バイパス抵抗RBEに流れる
電流の最大値IRMAXは、トランジスタTr2のベー
ス・エミツタ間電圧をVBE、バイパス抵抗RBEの
抵抗値をｒとすると、
IRMAX＝VBE／ｒ
となる。シリコンでトランジスタTr2を形成した
場合のベース・エミツタ間電圧VBEは、約0.6Vで
あり、仮りに60KΩの抵抗値を有するバイパス抵
抗RBEを設けたとすると、このバイパス抵抗RBE
には10μAまでの電流を流すことができる。上記
バイパス抵抗RBEの抵抗値ｒを小さくしすぎる
と、トランジスタTr1のエミツタ電流IEはほとん
どがバイパス抵抗RBE側に流れてしまうため、変
換効率が悪くなるので、この抵抗値ｒは次段の回
路特性に合わせて適宜設定する必要がある。実験
によるとこの低抗値ｒは25〜35KΩが最適であつ
た。 The operation in the above configuration will be explained. When the base region of phototransistor Tr 1 is irradiated with light, a photocurrent is generated in the pn junction forming the base and collector of phototransistor Tr 1 , and this photocurrent flows toward the emitter side. The emitter current I E is shunted to the base of the transistor Tr 2 and the bypass resistor R BE . The maximum value I RMAX of the current flowing through the bypass resistor R BE is I RMAX = V BE /r, where V BE is the voltage between the base and emitter of the transistor Tr 2 , and r is the resistance value of the bypass resistor R BE . When the transistor Tr 2 is formed of silicon, the base-emitter voltage V BE is approximately 0.6V. If a bypass resistor R BE with a resistance value of 60KΩ is provided, this bypass resistor R BE
can pass current up to 10μA. If the resistance value r of the bypass resistor R BE is made too small, most of the emitter current I E of the transistor Tr 1 will flow to the bypass resistor R BE side, resulting in poor conversion efficiency. It is necessary to set it appropriately according to the circuit characteristics of the stage. According to experiments, the optimum low resistance value r was 25 to 35KΩ.
第４図は、通常のダーリントン フオトトラン
ジスタと、30KΩのバイパス抵抗を設けたダーリ
ントン フオトトランジスタの暗電流ID―温度
Taの特性を示す図で、図において、破線Ａが従
来のダーリントン フオトトランジスタ、実線Ｂ
はこの発明によるダーリントン フオトトランジ
スタである。従来のダーリントン フオトトラン
ジスタは周囲温度Taに比例して暗電流IDが上昇
するが、この発明による回路においては、フオト
トランジスタTr1のエミツタ電流IE（光電流）は、
所定の値までバイパス抵抗RBEに分流されるた
め、実線Ｂに示すように特性となる。したがつ
て、暗電流を低減できる。 Figure 4 shows the dark current ID vs. temperature of a normal Darlington phototransistor and a Darlington phototransistor with a 30KΩ bypass resistor.
This is a diagram showing the characteristics of Ta. In the diagram, the broken line A is a conventional Darlington phototransistor, and the solid line B
is the Darlington phototransistor according to this invention. In the conventional Darlington phototransistor, the dark current I D increases in proportion to the ambient temperature Ta, but in the circuit according to the present invention, the emitter current I E (photocurrent) of the phototransistor Tr 1 is
Since the current is shunted to the bypass resistor R BE up to a predetermined value, the characteristic is as shown by the solid line B. Therefore, dark current can be reduced.
ところで、フオトトランジスタ（ダーリントン
フオトトランジスタを含む）は、発光素子（例
えばGaAs）の受光側となる訳だが、この発光素
子の光を効率良く受光し、コレクタ電流Icとする
ために、第３図に示すように、通常のトランジス
タと比較して気相エピタキシヤル層１２が約２〜
３倍（20〜30μm）厚く設計されている。このた
め、ICの製造プロセスで行なわれているアイソ
レーシヨン拡散（コレクタ分離）を行なおうとす
ると、拡散時間が他のICの４〜９倍もかかるの
みならず、微細パターンにできない等の点から実
現が困難である。そこで、バイパス抵抗RBEは、
トランジスタTr1，Tr2のベース領域（P+型の拡
散領域１３）を形成する時に同時に形成した。こ
のため、バイパス抵抗となるP+型の不純物拡散
領域１３とＮ型の気相エピタキシヤル層１２との
間にpn接合ができ、トランジスタTr2のエミツ
タ・コレクタ間と並列に寄生ダイオードＤが形成
される。したがつて、トランジスタTr2のエミツ
タ・コレクタ間に電圧が印加されるとその耐圧
VEC0が寄生ダイオードＤの順方向耐圧VF（約0.6V
〜0.7V）まで低下する。しかし、実際の使用上
においては、トランジスタTr2のエミツタ・コレ
クタ間に電圧を印加することはないので何の問題
もない。 By the way, phototransistors (including Darlington phototransistors) are on the light-receiving side of a light-emitting element (e.g. GaAs), and in order to efficiently receive the light from this light-emitting element and convert it into a collector current I c , the phototransistor shown in Fig. 3. As shown in FIG. 2, the vapor phase epitaxial layer 12 is about 2 to
It is designed to be 3 times thicker (20 to 30 μm). For this reason, when attempting to perform isolation diffusion (collector separation), which is performed in the IC manufacturing process, not only does the diffusion time take 4 to 9 times longer than other ICs, but there are also problems such as the inability to form fine patterns. Therefore, it is difficult to realize this. Therefore, the bypass resistance R BE is
It was formed at the same time as the base regions (P + type diffusion regions 13) of the transistors Tr 1 and Tr 2 were formed. For this reason, a pn junction is formed between the P + type impurity diffusion region 13 that serves as a bypass resistance and the N type vapor phase epitaxial layer 12, and a parasitic diode D is formed in parallel between the emitter and collector of the transistor Tr2 . be done. Therefore, when a voltage is applied between the emitter and collector of transistor Tr 2 , its withstand voltage
V EC0 is the forward breakdown voltage V F of the parasitic diode D (approximately 0.6V
~0.7V). However, in actual use, there is no problem since no voltage is applied between the emitter and collector of the transistor Tr2 .
なお、通常のフオトトランジスタ（シングルタ
イプ）のベース・エミツタ間にバイパス抵抗を設
けても暗電流を低減できる。しかし、ダーリント
ン フオトトランジスタにバイパス抵抗を設けた
場合は、上述したように暗電流をバイパス抵抗で
分流し、光電流のみをトランジスタで増幅するの
に対し、シングルタイプのフオトトランジスタで
は光電流もバイパス抵抗に分流されるので、光電
流が減少して効率が低下する。したがつて、バイ
パス抵抗を設けることによつて得られる効果は、
ダーリントン フオトトランジスタに比べて小さ
い。 Note that the dark current can also be reduced by providing a bypass resistor between the base and emitter of a normal phototransistor (single type). However, when a bypass resistor is provided in a Darlington phototransistor, the dark current is shunted by the bypass resistor as described above, and only the photocurrent is amplified by the transistor, whereas in a single-type phototransistor, the photocurrent also flows through the bypass resistor. Since the photocurrent is shunted to , the photocurrent decreases and the efficiency decreases. Therefore, the effect obtained by providing a bypass resistor is as follows.
Smaller than the Darlington phototransistor.
以上説明したようにこの発明によれば、雑音電
流となる暗電流を低減できるので、次段の回路動
作を安定化できる信頼性の高いダーリントン フ
オトトランジスタが得られる。
As explained above, according to the present invention, since the dark current which becomes a noise current can be reduced, a highly reliable Darlington phototransistor that can stabilize the operation of the next stage circuit can be obtained.
第１図は従来のダーリントン フオトトランジ
スタを示す回路図、第２図はこの発明の一実施例
に係るダーリントン フオトトランジスタを示す
回路図、第３図は上記第２図の回路の断面構成例
を示す図、第４図は上記第１図および第２図の回
路における周囲温度―暗電流特性を示す図であ
る。
Tr1……フオトトランジスタ、Tr2……トラン
ジスタ、RBE……バイパス抵抗。
Fig. 1 is a circuit diagram showing a conventional Darlington phototransistor, Fig. 2 is a circuit diagram showing a Darlington phototransistor according to an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a cross-sectional configuration example of the circuit shown in Fig. 2 above. 4 are diagrams showing ambient temperature-dark current characteristics in the circuits shown in FIGS. 1 and 2. Tr 1 ...Photo transistor, Tr 2 ...Transistor, R BE ...Bypass resistor.
Claims (1)
レクタ領域となる第１導電型の半導体基体と、こ
の半導体基体の表面領域にそれぞれ離隔して同一
工程で形成され、フオトトランジスタのベース領
域となる第２導電型の第１不純物拡散領域、トラ
ンジスタのベース領域となる第２導電型の第２不
純物拡散領域、およびバイパス抵抗となる第２導
電型の第３不純物拡散領域と、上記第１不純物拡
散領域内に形成されて上記フオトトランジスタの
エミツタ領域となり、上記第２不純物拡散領域お
よび上記第３不純物拡散領域の第１接続点にそれ
ぞれ電気的に接続される第１導電型の第４不純物
拡散領域と、上記第２不純物拡散領域内に形成さ
れて上記トランジスタのエミツタ領域となり、上
記第３不純物拡散領域の上記第１接続点と離隔し
た第２接続点に電気的に接続される第１導電型の
第５不純物拡散領域とを具備し、上記トランジス
タは上記フオトトランジスタにダーリントン接続
され、上記トランジスタのベース・エミツタ間に
上記第３不純物拡散領域から成るバイパス抵抗が
接続されて成ることを特徴とするダーリントン
フオトトランジスタ。1. A phototransistor and a semiconductor substrate of a first conductivity type that becomes a collector region of the transistor, and a first conductivity type of a second conductivity type that is formed in the same process separately on the surface region of this semiconductor substrate and becomes a base region of the phototransistor. an impurity diffusion region, a second conductivity type second impurity diffusion region serving as a base region of the transistor, and a second conductivity type third impurity diffusion region serving as a bypass resistor; a fourth impurity diffusion region of a first conductivity type that serves as an emitter region of the phototransistor and is electrically connected to a first connection point of the second impurity diffusion region and the third impurity diffusion region; and the second impurity diffusion region. a fifth impurity diffusion region of a first conductivity type formed within the region to serve as an emitter region of the transistor and electrically connected to a second connection point separated from the first connection point of the third impurity diffusion region; , wherein the transistor is Darlington-connected to the phototransistor, and a bypass resistor made of the third impurity diffusion region is connected between the base and emitter of the transistor.
Phototransistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57042103A JPS58159384A (en) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | Darlington photo-transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57042103A JPS58159384A (en) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | Darlington photo-transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58159384A JPS58159384A (en) | 1983-09-21 |
| JPS6328503B2 true JPS6328503B2 (en) | 1988-06-08 |
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ID=12626638
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP57042103A Granted JPS58159384A (en) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | Darlington photo-transistor |
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-
1982
- 1982-03-17 JP JP57042103A patent/JPS58159384A/en active Granted
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