NL8901400A - Halfgeleiderinrichting met een stralingsgevoelig element. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Halfgeleiderinrichting met een stralingsgevoelig element.

De uitvinding heeft betrekking op een half-geleiderinrichting met een halfgeleiderlichaam, voorzien van een stralingsgevoelig element omvattende een transistor met een emittergebied en een collectorgebied van een eerste geleidingstype en een daartussen gelegen basisgebied van een tweede, tegengestelde geleidingstype en omvattende en stralingsgevoelig met een gelijkrichtende overgang, dat geleidend met het basisgebied van de transistor is verbonden.

Uit het handboek: " Physics of Semiconductor

Devices, 2nd ed.; p. 784” van S.M. Sze, is een dergelijke halfgeleiderinrichting bekend, waarbij het stralingsgevoelige element een fototransistor omvat. Het basisgebied van de transistor wordt gevormd door een p-type halfgeleider-zone die in een n-type silicumsubstraat is aangebracht. Het substraat zelf dient als collectorgebied van de transistor. In het basisgebied ligt een n-type halfgeleiderzone als emittergebied van de transistor. Rondom de tussen het basisgebied en het collectorgebied liggende pn-overgang bevindt zich tijdens bedrijf een depletiegebied, dat het lichtgevoelige gebied van de inrichting vormt.

Een halfgeleiderinrichting van de in de aanhef genoemde soort wordt gebruikt om straling om te zetten in een elektrisch signaal. Het opgewekte signaal kan vervolgen langs elektronische weg verder worden verwerkt. Vooral de laatste jaren winnen dergelijke inrichtingen aan toepassingsmogelijkheden, zoals bijvoorbeeld in de optische telecommunicatie en bij het optisch of magneto-optisch optekenen en uitlezen van informatie op een informatiedrager 9 hierna kortweg optical recording genoemd, zoals bijvoorbeeld DOR (Direct Optical Recording), CD (Compact Disc), VLP en computertoepassingen zoals CDROM/CDI).

Het gebruik van stralingsgevoelige diodes vooor het . -lezen :;van een... GD\ is: beschreven ••.in..: Philips Technical Review, Vol. 401982, No. 6, p.148 ff. Voor het lezen van de CD wordt hierin een stelsel van vier naast elkaar liggende fotodiodes gebruikt. De informatie ligt op de CD in sporen opgeslagen, die door een laserbundel worden afgetast. In de gereflecteerde bundel wordt de informatie gerepresenteerd door intensiteitsveranderingen, die door de diodes worden gedetecteerd en omgezet in een elektrisch signaal dat elektronisch verder kan worden verwerkt.

Een stralingsgevoelig element met een stralingsgevoelige transistor in plaats van een diode heeft als belangrijk voordeel dat een aanmerkelijk groter uitgangssignaal kan worden verkregen. Bij een fotodiode is het uitgangssignaal beperkt tot de opgewekte fotostroom, terwijl bij een transistor, bij een geschikte versterkings-factor, het uitgangssignaal vele malen groter kan zijn. Daar staat echter tegenover dat een stralingsgevoelige transistor in het algemeen een veel lagere (detectie)snelheid heeft dan een stralingsgevoelige diode met een evengroot stralingsgevoelig oppervlak. Door de parasitaire capaciteit van de stralingsgevoelige overgang van de transistor, is deze bij hogere frequenties niet meer in staat het optische signaal adequaat te volgen. Dit laatste maakt een dergelijke transistor ongeschikt voor hoogfrequent toepassingen zoals optical recording. Bij CD bijvoorbeeld wordt de informatiedrager afgelezen met een snelheid van ruim één meter per seconde, wat inhoudt dat de gereflecteerde bundel ruim een miljoen maal per seconde van intensiteit kan veranderen.

De uitvinding beoogt ondermeer te voorzien in een halfgeleiderinrichting van de in de aanhef genoemde soort, met een stralingsgevoelig element dat mede geschikt is voor hoog-frequent toepassingen, zoals optical recording, en dat bovendien een relatief hoog uitgangssignaal kan leveren.

Een halfgeleiderinrichting van de in de aanhef genoemde soort heeft volgens de uitvinding als kenmerk dat het stralingsgevoelige gebied ten minste een eerste deelgebied en een tweede deelgebied omvat en dat de transistor is opgedeeld in ten minste twee deeltransis-toren, waarvan de basisgebieden afzonderlijk met de deelgebieden in verbinding staan, en waarvan de collector-gebieden c.q. de emittergebieden onderling zijn doorverbonden.

Het totale stralingsgevoelige oppervlak van het element wordt gevormd door de som va de oppervlakken van de deelgebieden. Dit oppervlak kan bij optical recording worden gebruikt om de laserbundel in te vangen als die (nog) niet op de informatiedrager is gefocusseerd. Voor het invangen van de bundel moet het stralingsgevoelige oppervlak een zekere minimale grootte hebben, wat bij het bekende stralingsgevoelige element meebrengt dat door de parasitaire capaciteit daarvan het element te traag is voor hoog-frequent toepassingen. Aan de uitvinding ligt het inzicht ten grondslag dat bij het invangen, de bundel relatief breed is en een groot deel van het totale stralingsgevoelige oppervlak bestrijkt, terwijl eenmaal in focus smaller is en slechts op een beperkt gedeelte van het totale stralingsgevoelige oppervlak is gericht. Met de uitvinding kan de parasitaire capaciteit van het element tot de capaciteit van dit laatste gebied worden beperkt. Het gebied waarop de bundel in focus is gericht, ligt in het tweede deelgebied dat volgens de uitvinding geïsoleerd van het eerste deelgebied in het halfgeleiderlichaam ligt. De parasitaire capaciteit van het element is dan beperkt tot de capaciteit van het tweede deelgebied. Het andere, eerste deelgebied ontvangt in deze toestand namelijk nagenoeg geen stralng en levert daardoor praktisch geen fototstroom. De met dit deelgebied geassocieerde transistor is daardoor in deze toestand steeds geblokkeerd, zodat de capaciteit van het eerste deelgebied de snelheid van het element niet nadelig kan beïnvloeden. In focus wordt met het tweede deelgebied de informatiedrager gelezen, waarbij de capaciteit van het tweede gebied klein genoeg kan zijn om tot zeer hoge frequenties, van bijvoorbeeld de grootte- orde van 1-2 MHz, intensiteitswisselingen in de laserbundel te kunnen volgen. Bovendien. hehoeft, .door de grotere intensiteit van de bundel in deze toestand, de door het tweede deelgebied opgewekte fotostroom, ondanks het kleinere oppervlak daarvan, niet kleiner te zijn dan de fotostroom van het totale stralingsgevoelige oppervlak tijdens het invangen van de bundel.

Het stralingsgevoelige element in de inrichting volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor toepassing in een gecombineerd lees- en focusseersysteem van een inrichting voor optical recording, zoals bijvoorbeeld het Foucault-systeem van de CD-speler beschreven in het hierboren genoemde artikel uit Philips Technical Review. In een bijzondere uitvoeringsvorm, bevat de inrichting volgens de uitvinding in dat geval ten minste een tweede, soortgelijke stralingsgevoelig element omvat, waarbij de stralingsgevoelige deelgebieden van beide elementen op een rij liggen, waarin de buitenste deelgebieden, eerste deelgebieden zijn en de binnenste deelgebieden worden gevormd door tweede deelgebieden. Uit het verschil tussen de uitgangssignalen van beide stralingsgevoelige elementen kan een zogenaamd focusfout-signaal worden afgeleid, dat als stuursignaal wordt gebruikt om de laserbundel op de CD te focusseren. De som van de uitgangssignalen vormt het leessignaal en representeert de op de CD opgeslagen informatie. Het systeem is zodanig ingericht, dat in focus de laserbundel praktisch alleen op de binnenste, tweede deelgebieden van de rij is gericht.

In een verdere uitvoeringsvorm bevat de inrichting volgens de uitvinding met het kenmerk, dat tegenover de rij aan een langszijde daarvan, een althans nagenoeg gelijkvormige, tweede rij stralingsgevoelige deelgebieden van een derde en een vierde stralingsgevoelig element is gelegen. Door toevoeging van de tweede rij elementen is het mogelijk om behalve een leessignaal en een focusfoutsignaal, ook een zogenaamd spoorvolgsignaal op te wekken, waarmee de laserbundel in het informatiespoor gehouden kan worden. Het spoorvolgsignaal wordt gevormd door het verschil tussen de uitgangssignalen van de eerste rij en van de tweede rij elementen.

Voor een nauwkeurige afstelling van de laser is het van belang dat de karakteristieken, zoals met name de versterkingsfactoren, van de verschillende transistoren zoveel mogelijk gelijk zijn. Dit wordt in de eerste plaats bereikt door de transistoren van de elementen een zo identiek mogelijke configuratie te geven. In de praktijk blijkt dit echter niet voldoende te zijn. Door lokale proces-fluctuaties over het halfgeleiderlichaam tijdens de vervaardiging van de inrichting kunnen de transistoren ondanks hun identieke configuratie toch nog onderlinge verschillen vertonen. Deze veschillen zijn kleiner naarmate de transistoren minder ver van elkaar verwijderd in het halfgeleiderlichaam liggen. Een verdere uitvoeringsvorm van een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat van de stralingsgevoelige elementen de basisgebieden de stralingsgevoelige deelgebieden omvatten en dat de emittergebieden aan de naar elkaar toegewende langszijden van de rijen in de basisgebieden liggen. In dat geval liggen de emitters en daarmee de aktieve delen van de transistoren betrekkelijk dicht bij elkaar, waardoor de eigenschappen van de verschillende transistoren in hoge mate gelijk zijn.

In een andere uitvoeringsvorm bevat de inrichting ten minste twee stralingsgevoelige elementen, waarvan de basisgebieden en de stralingsgevoelige deelgebieden gescheiden in het halfgeleiderlichaam liggen, waarbij de basisgebieden gemiddeld dichter bij elkaar zijn geplaatst dan de stralingsgevoelige deelgebieden. Op deze wijze kunnen de transistoren waarvan de basisgebieden deel uit maken, tot zeer dicht bij elkaar worden geplaatst, om zo de invloed van proces-fluctuaties op de werking van de inrichting sterk te verminderen of zelfs uit te sluiten. Daarbij kunnen de stralingsgevoelige gebieden, die afzonderlijk met de basisgebieden zijn verbonden en daarvoor de basisstroom leveren, afhankelijk van het focusseersysteem en de daarbij behorende optica op een geschkte plaats .in het halfgeleiderlichaam worden geplaatst .

De uitvinding zal in het navolgende, aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en een tekening, nader worden toegelicht.

Figuur 1 een bovenaanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van de halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding; figuur 2 de halfgeleiderinrichting van figuur 1 in een dwarsdoorsnede volgens de lijn II-II; figuur 3 een tweede uitvoeringsvorm van de halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding in bovenaanzicht; figuur 4 een bovenaanzicht van een derde uitvoeringsvorm van de halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding; figuur 5 een vierde uitvoeringsvorm van de halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding in een bovenaanz icht;

De figuren zijn zuiver schematisch en niet op schaal getekend. In het bijzonder zijn terwille van de duidelijkheid sommige dimensies overdreven. Zoveel mogelijk zijn in de tekening halfgeleidergebieden van eenzelfde geleidingstype in eenzelfde richting gearceerd en overeenkomstige delen met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.

De halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding bevat in figuur 1 vier stralingsgevoelige elementen A, B, C, D die in twee tegenover elkaar gelegen rijen in een halfgeleiderlichaam zijn aangebracht. Eén van beide rijen is in figuur 2 tevens in een dwarsdoorsnede volgens de lijn II-II weergegeven.

Het halfgeleiderlichaam omvat in deze uitvoeringsvorm een n-type siliciumsubstraat 1 waarop een epitaxiale laag 2 is aangebracht, van hetzelfde geleidingstype maar een zwakkere doteringsconcentratie. Het substraat 1 is aan de onderzijde voorzien van een elektrode 3 in de vorm van een metaallaag.

De elementen A, B, C, D zijn voorzien van een stralingsgevoelig gebied 7, met een gelijkrichtende overgang 5, dat in staat is daarop vallende straling om te zetten in een fotostroom. Het uitgangssignaal van het element A, B, C, D wordt via een geleiderspoor 9 naar een contactvlak 10 gevoerd, waar het kan worden afgenomen om buiten de inrichting elektronisch verder worden verwerkt. Het is echter ook mogelijk om de voor de verwerking benodigde elektronische schakeling geheel of gedeeltelijk in halfgeleiderlichaam mee te integreren, waarbij de geleidersporen niet naar de contactvlakken 10 maar naar de ingangen van de schakeling lopen. De inrichting is in de onderhavige uitvoeringsvorm bijzonder geschikt voor toepassing in een zogenaamd Foucault-focusseersysteem, bijvoorbeeld dat van een compactdisc-speler zoals beschreven in het hierboven genoemde artikel uit Philips Technical Review. In het daarin beschreven systeem wordt de een drager, waarop informatie in sporen ligt opgeslagen, afgetast met een laserbundel. De gereflecteerde bundel wordt door middel van een prisma gesplitst in twee deelbundels, die ieder aan een tweetal naast elkaar liggende stralingsgevoelige elementen worden toegevoegd. De op de drager opgeslagen informatie, wordt in de gereflecteerde bundels gerepresenteerd door intensiteitsveranderin-gen. Bij CD, waarbij de drager met een snelheid van ruim 1 m/s wordt afgetast, wisselt de gereflecteerde bundel ongeveer een miljoen maal per seconde.

In figuur 1 zijn de deelbundels schematisch als cirkels S]_, S2 weergegeven. Daarbij duiden de cirkels en S2 respectievelijk de eerste en de tweede deelbundel aan als het systeem op de informatiedrager is gefocusseerd. Met het stelsel stralingsgevoelige elementen A, B, C, D kunnen de intensiteitswisselingen worden omgezet in een elektrisch signaal 1^. Dit leessignaal Ιβ wordt daarbij gevormd door de som van de uitgangssignalen Ι^,Ιβ,1^,1^ van de verschillende elementen,i.e. Ιβ = Ia + IB + IC + ID·

Uit de uitgangssignalen van de elementen A, B, C, D kunnen bovendien twee stuursignalen worden afgeleid: een zogenaamd focusfoutsignaal en een spoorvolgsignaal, waarmee de laserbundel kan worden - ingevangen en op de informatiedrager kan worden gefocusseerd respectievelijk in het te lezen spoor kan worden gehouden. Om dit te verduidelijken zijn in de figuur de cirkels Si',S2' en sl,,^s2'' getekend, die de deelbundels weergeven in het geval het vlak van focussering van het systeem boven respectievelijk onder het vlak van de informatiedrager ligt. Het focusfoutsignaal lp wordt verkregen uit het verschil tussen het uitgangssignaal van de elementen A,D en het uitgangssignaal van de elementen B,C, i.e. I F = (¾ + ID> - (IB· + IC) * Wanneer laserbundel uit het spoor loopt zal de intensiteit van de eerste deelbundel verschillen van die van de tweede deelbundel, zodat uit het verschil tussen het uitgangssignaal van het eerste stel transistoren A,B en dat van het tweede stel C,D het spoorvolgsignaal Is kan worden afgeleid, i.e.

IS = dA + *B> - (IC + JD) ·

In het bijzonder voor deze stuursignalen is het wenselijk dat de elementen A, B, C, D een hoog uitgangssignaal hebben, i.e. een uitgangssignaal vele malen groter dan de opgewekte fotostroom. Als de laserbundel zich nagenoeg in de ideale positie bevindt, zijn de verschilsig-nalen lp en Is anders zo klein, dat het niet meer goed mogelijk is de laser verder bij te sturen. Teneinde de opgewekte fotostroom te versterken zijn de elementen A, B, C, D ieder voorzien van een transistor T.

De transistoren T hebben ieder een p-type basisgebied 4 en een daarin gelegen n-type emittergebied 6. De n-type epitaxiale laag 2 vormt een voor alle deeltran-sistoren T gemeenschappelijk collectorgebied. De transistoren T kunnen gescheiden van de stralingsgevoelige gebieden 7 in het halfgeleiderlichaam worden aangebracht, maar ook zoals hier daarmee zijn verweven (merged). In dit geval omvat het basisgebied 4 van de transistor T het daarmee geassocieerde stralingsgevoelige gebied 7. Op deze wijze nemen de transistoren geen extra ruimte in beslag.

Het geheel is bedekt met een isolerende laag 14 van siliciumoxyde, waarin ter plaatse van de emitter-gebieden 6 contactvensters 8 zijn aangebracht. Via de contactvensters 8 zijn de emittergebieden 6 door middel van een aluminium geleiderspoor 9 met een contactvlak 10 verbonden.

Tijdens bedrijf wordt op de collector-elektrode 3 een positieve spanning, van bijvoorbeeld 5 Volt, aangelegd en liggen de emittergebieden 6 aan aarde. De basisgebieden 4 worden niet aangesloten, maar zweven. De gelijkrichtende overgang 5 van het stralingsgevoelige gebied 7, die in dit geval samenvalt met de basis-collector overgang van de transistor T, is dan omgeven door een depletiegebied, dat in de figuur schematisch met een stippellijn is aangegeven. Wanneer op het stralingsgevoelige gebied 7 straling valt, die doordringt tot in het depletiegebied, kunnen onder invloed daarvan in het depletiegebied gat-elektronparen worden gegenereerd. Het in het depletiegebied heersende elektrische veld zorgt ervoor dat de gegenereerde gaten naar het basisgebied 4 van de transistor worden afgevoerd. De aldus opgewekte fotostroom If levert een basisstroom voor de transistor T, die de potentiaal tussen het emittergebied 6 en het basisgebied 4 verlaagt. Bij voldoende straling raakt de transistor T in geleiding. Door de transistor loopt dan een stroom IT = (1+hpg)·Ifi waarbij hpg de versterkingsfactor van de transistor T representeert. Bij een geschikte waarde van de versterkings factor hpj; kan de transistor T een stroom voeren die vele malen groter is dan de opgewekte fotostroom If.

Een nadeel van het bekende stralingsgevoelige element met een transistor is echter, dat door de transistor het element het signaal veel trager volgt dan een stralingsgevoelige diode met een even groot stralingsgevoelig oppervlak. Een verandering van de spanning van het basisgebied ten opzichte van de emitter en daarme van het uitgangssignaal, wordt steeds tegengewerkt door de capaciteit van de gelijkrichtende overgang van het stralings- - _ - ^ - a.

gevoelige gebied, i.e de basis-collector overgang. Naarmate (de capaciteit van) deze overgang groter .is, is het element trager. Weliswaar kan de snelheid van het element worden verhoogd door het oppervlak van de stralingsgevoelige overgang te verkleinen, maar daarmee worden dan wel hogere eisen gesteld aan de uitrichting van de te detecteren straling op het stralingsgevoelige oppervlak, wat niet altijd toelaatbaar is. Zo is bijvoorbeeld bij optical recording een zekere minimale grootte van het stralingsgevoelig oppervlak nodig om de laserbundel in te kunnen vangen als die (nog) niet op de informatiedrager is gefocusseerd. Om bijvoorbeeld het ΙΜΗζ-signaal van een CD-inrichting te kunnen volgen, zou het stralingsgevoelige oppervlak zover moeten worden verkleind, dat het niet meer mogelijk is de laserbundel in te vangen. Tot nu toe moest daarom de toevlucht worden genomen tot stralingsgevoelige diodes, die wel voldoende snel zijn, ten koste van de hoogte van het uitgangssignaal. Bij fotodiodes is immers het uitgangssignaal steeds beperkt tot de opgewekte fotostroom.

De uitvinding voorziet in een stralingsgevoelig element A, B, C, D dat snel genoeg is om tot hoge frequenties, van meer dan enkele MHz, een optisch signaal te kunnen lezen, waarvan het totale stralingsgevoelige oppervlak groot genoeg kan zijn om, zoals bij optical recording, een (nog) niet gefocusseerde laserbundel in te vangen en dat bovendien een vele malen hoger uitgangssignaal kan leveren dan een fotodiode met een even groot stralingsgevoelig oppervlak. Daarmee is de inrichting volgens de uitvinding bijzonder geschikt voor optical recording.

Volgens de uitvinding is het stralingsgevoelige gebied 7 van het element A, B, C, D opgedeeld in ten minste een eerste deelgebied 71 en een tweede deelgebied 72, die van elkaar geïsoleerd in het halfgeleiderlichaam 2 liggen. Bovendien is volgens de uitvinding de transistor T van het element A, B, C, D opgedeeld in twee deeltransis-toren Tl en T2. De transistoren Tl, T2 hebben een gemeen schappelijk collectorgebied in de vorm van de n-type epitaxiale laag 2 en gescheiden p-type basisgebieden 4 met een daarin gelegen n-type emittergebied 6. In deze uitvoeringsvorm maken de stralingsgevoelige deelgebieden 71,72 deel uit van de respectievelijke basisgebieden 4 van de deeltransistoren en T2, zodat met de opdeling van het stralingsgevoelige gebied 7, impliciet de transistor T is opgedeeld in twee deeltransistoren T1,T2. Per element zijn de emittergebieden 6 van de deeltransistoren Tl, T2 onderling doorverbonden door middel van het geleiderspoor 9 dat ook voor de verbinding met het contactvlak zorgt.

In deze uitvoeringsvorm liggen de stralingsgevoelige deelgebieden 71, 72 van de elementen A, B, C, D in twee althans nagenoeg identieke rijen. De rijen liggen aan hun langszijde tegenover elkaar. Binnen een rij worden de buitenste stralingsgevoelige deelgebieden gevormd door eerste deelgebieden 71. De kleinere, binnenste deelgebieden in de rij zijn tweede deelgebieden 72.

Het totale stralingsgevoelige oppervlak van een element A, B, C, D wordt gevormd door de som van de oppervlakken van de stralingsgevoelige deelgebieden 71, 72 daarvan. Dit totale oppervlak kan bijvoorbeeld bij optical recording worden gebruikt om de laserbundel S1, S' ' in te vangen als die (nog) niet op de informatiedrager is gefocusseerd. Daarbij behoeft ,het element niet snel te zijn, en is de laserbundel S', S* 1 betrekkelijk breed en bestrijkt een betrekkelijk groot deel van het stralingsgevoelige oppervlak 71,72.

Eenmaal in focus is de bundel S smaller en slechts gericht op een beperkt gedeelte van het totale stralingsgevoelige oppervlak 71,72. In de inrichting volgens de uitvinding valt dit laatste gedeelte althans grotendeels binnen het tweede deelgebied 72. In focus is daardoor de parasitaire capaciteit van het element A, B, C, D beperkt tot de capaciteit van het tweede deelgebied 72. Het eerste deelgebied 71 ontvangt in deze toestand praktisch geen straling en levert geen basisstroom, waardoor de eerste deeltransitor steeds geblokkeerd blijft.

r. >'· ·-. - / ^ .ï*

In deze toestand wordt het optische signaal gelezen. Het tweede deelgebied 72 kan klein genoeg worden genomen om het element in staat te stellen tot: zeer hoge frequentie een aangeboden optisch signaal adequaat te kunnen volgen, zoals bijvoorbeeld de gereflecteerde laserbundel uit een CD-inrichting. Bovendien is door de kleinere doorsnede van de bundel, in deze toestand de gemiddelde intensiteit daarvan groter. Per eenheid stralingsgevoelig oppervlak kan daardoor meer fotostroom worden opgewekt, zodat ondanks het kleinere oppervlak van het tweede deelgebied 72, vergeleken met het totale stralingsgevoelige oppervlak 71+72, de in het element opgewekte fotostroom voldoende groot kan zijn.

Het uitgangssignaal van een element A, B, C, D wordt gevormd door de som van de uitgangssignalen van diens deeltransistoren T^, T2, wat zich in focus laat vereenvoudigen tot het uitgangssignaal van alleen de tweede deeltransistor T2 omdat dan alleen het tweede deelgebied 72 wordt belicht. De deeltransistoren Tl, T2 zorgen ervoor dat de fotostroom die in het daarmee verbonden stralingsgevoelige deelgebied 71 resp. 72 wordt opgewekt, wordt versterkt. De versterkingsfactor hFE van de deeltransistoren Tl en T2 bedraagt in deze uitvoeringsvorm ongeveer 15, waardoor het uitgangssignaal van het element A, B, C, D circa 16 maal groter is dan de daarin opgewekte fotostroom.

Uit de gegeven afleiding voor de stuursignalen IF en IS, zal duidelijk zijn dat deze signalen slechts dan een getrouwe weergave zijn van de positie van de laserbundel, wanneer de elementen dezelfde elektrische eigenschappen, in het bijzonder dezelfde versterkingsfactoren hFE, vertonen. Om hier aan te voldoen zijn elementen A t/m D toegepast die zoveel mogelijk identiek zijn. Desalniettemin kunnen in de praktijk toch nog onderlinge verschillen optreden. Ten gevolge van lokale fluctuaties in de verschillende vervaardigingsstappen, zullen alle of vrijwel alle eigenschappen van de elementen een zekere spreiding vertonen. Naarmate de elementen A, B, C, D verder uit elkaar liggen, zijn dit soort afwijkingen groter. Om dit tegen te gaan zijn in de onderhavige uitvoeringsvorm de emittergebieden 6 in de naar elkaar toegewende zijden van de rijen in de basisgebieden 4 geplaatst. De meest aktieve delen van de transistoren Tl, T2 van de elementen A t/m D liggen op deze wijze relatief dicht bij elkaar, waardoor de inrichting minder gevoelig is voor lokale procesfluctuaties .

Figuur 3 toont een tweede uitvoeringsvorm van de halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding. De inrichting omvat ook hier vier praktisch identieke stralingsgevoelige elementen A, B, C, D, die in een n-type halfgeleiderlichaam 1 zijn aangebracht. De elementen A, B, C, D zijn ieder voorzien van een p-type stralingsgevoelig gebied 7 dat volgens de uitvinding is opgedeeld in een eerste deelgebied 71 en een tweede deelgebied 72. De deelgebieden 71, 72 vormen ieder een gelijkrichtende pn-overgang 5 met het aangrenzende deel van het halfgeleiderlichaam 1, en liggen in twee praktisch identieke rijen naast elkaar. De elementen A, B, C, D omvatten verder ieder een transistor T die volgens de uitvinding is opgedeeld in twee deeltransistoren Tl, T2, beide met een van elkaar geïsoleerd p-type basisgebied 4, een daarin liggend n-type emittergebied 6 en een gemeenschappelijk n-type collector-gebied dat door het halfgeleiderlichaam 1 wordt gevormd. De emittergebieden 6 van het element A..D zijn door middel van een geleiderspoor 9 met een contactvlak 10 verbonden.

In tegenstelling tot de eerste uitvoeringsvorm, liggen in de onderhavige uitvoeringsvorm de stralingsgevoelige deelgebieden 71, 72 en de deeltransistoren Tl, T2 gescheiden in het halfgeleiderlichaam 1. De deeltransistoren Tl, T2 van de verschillende elementen A..D zijn zo dicht mogelijk bij elkaar in het halfgeleiderlichaam 1 geplaatst, om onderlinge verschillen, ten gevolge van spreidingen in het fabricageproces over het halfgeleiderlichaam, zo klein mogelijk te maken. De stralingsgevoelige deelgebieden 71, 72 liggen gemiddeld verder uit elkaar en zijn via afzonderlijke geleidersporen 95 ieder met het basisgebied 4 van een van de deeltransistoren Tl resp. T2 van het element A..D verbonden.

Ook in deze uitvoeringsvorm is de halfgelei-derinrichting bijzonder geschikt voor een Foulcault-focusseersysteem, van bijvoorbeeld .een inrichting voor optical recording. De inrichting kan daarbij op analoge wijze als de eerste uitvoeringsvorm, worden bedreven. Met name gelden voor het leessignaal en beide stuursignalen dezelfde vergelijkingen als in de eerste uitvoeringsvorm.

De stralingsgevoelige deelgebieden 71, 72 zijn zodanig gepositioneerd dat in focus de deelbundels SI, S2 praktisch uitsluitend op de binnenste, tweede deelgebieden 72 van beide rijen vallen. In deze toestand kan de informatiedrager worden afgelezen en is de parasitaire capaciteit van een element A..D beperkt tot de capaciteit van het tweede stralingsgevoelige deelgebied 72 daarvan. Voor het invangen van de deelbundels SI', S2' resp SI1', S2'1, als de laser boven resp. onder het vlak van de informatiedrager is gefocusseerd, kunnen beide deelgebieden Tl, T2 worden gebruikt.

Behalve door het tweede deelgebied 72 te verkleinen kan de parasitaire capaciteit van het element A, B, C, D volgens de uitvinding ook worden verlaagd door het tweede deelgebied 72 verder op te delen, bijvoorbeeld zoals in een derde uitvoeringsvorm van de halfgeleiderinrichting. Figuur 4 toont van de derde uitvoeringsvorm een stralingsgevoelig element A met een stralingsgevoelig gebied dat volgens de uitvinding is opgedeeld in een eerste deelgebied 71 en een tweede deelgebied 72. In deze uitvoeringsvorm is volgens de uitvinding het tweede deelgebied 72 opgedeeld in vier verdere deelgebieden 721..724, die onderling geïsoleerd in het halfgeleiderlichaam liggen. De deelgebieden 71, 721..724 vormen ieder met het aangrenzende deel van het halfgeleiderlichaam een gelijkrichtende pn-overgang 5, die in staat is invallende straling om te zetten in een elektrisch signaal. Ter versterking van dit signaal is het element A voorzien van een transistor die in dit geval volgens de uitvinding is opgedeeld in vijf deeltransistoren Τι, T2I..T24. Aan ieder deelgebied 71, 721..724 is een deeltranssitor Tl, T21..T24 toegevoegd, waarmee het deelgebied 71, 721..724 in verbinding staat doordat het deelgebied 71, 721..724 met het basigebeid 4 daarvan is verweven (merged). In de basisgebieden 4 van de deeltran-sistoren liggen n-type emittergebieden die ieder met een geleiderspoor 9 zijn verbonden. Het geleiderspoor 9 leidt naar een contactvlak 10, waar het uitgangssignaal van het element A kan worden afgenomen.

Als de laserbundel S op de informatiedrager is gefocusseerd, is de parasitaire capaciteit van het element beperkt tot de capaciteit van de verdere deelgebieden waarop de bundel dan is gericht, wat in de figuur bij wijze van voorbeeld de binnenste deelgebieden 722, 723 zijn. Een voordeel van de verdere opdeling van het tweede deelgebied, boven een verkleining daarvan, is dat in dit geval geen hoge eisen behoeven te worden gesteld aan de uitrichting van de bundel S ten opzichte van de verdere deelgebieden 721 tot en met 724. De parasitaire capaciteit van het element A, B, C, D is in focus beperkt tot de capaciteit van de verdere deelgebieden 722, 723 die worden belicht, ongeacht welke dat in een specifiek geval zijn. De niet belichte verdere deelgebieden 721, 724 dragen om dezelfde reden als het eerste deelgebied 71 in deze toestand niet bij aan de parasitaire capaciteit van het element A.

Figuur 5 toont een vierde uitvoeringsvorm van de half geleider inrichting volgens de uitvinding, die bijzonder geschikt is voor toepassing in een zogenaamd astigmatisch focusseersysteem. Dit focusseersysteem wordt evenals het Foucault-systeem veel toegepast in inrichtingen voor optical recording. De door de informatiedrager gereflecteerde bundel S wordt in dit geval door een astigmatische lens geleid voordat hij aan het stelsel van vier stralingsgevoelige elementen A, B, C, D wordt toegevoegd. Hierdoor is de bundel S vrijwel cirkelvormig wanneer de bundel op de informatiedrager is gefocusseerd, en heeft de bundel de vorm van een ellips S' en S'1 als het vlak van focussering zich boven respectievelijk onder het vlak van de informatiedrager bevindt.

De inrichting omvat in deze uitvoeringsvorm vier stralingsgevoelige elementen A, B, C, D met ieder een stralingsgevoelig gebeid dat volgens de uitvinding is opgedeeld in.twee deelgebeiden 71, 72. Aan ieder deelgebied 71, 72 is een deeltransistor Tl respectievelijk T2 van het element A, B, C, D toegevoegd, met een basisgebied 4 waarvan het deelgebied 71 respectievelijk 72 in verbinding staat doordat het daarmee is verweven (merged)twee deeltransistoren en T2. De basisgebieden 4 zijn aangebracht in een gemeenschappelijk collectorgebied 2 dat wordt gevormd door een n-type epitaxiale siliciumlaag en zijn ieder voorzien van een daarin gelegen n-type emitter-gebied 6. De n-type emittergebieden 6 zijn per element A, B, C, D onderling doorverbonden en liggen via een geleider-spoor 9 aan een contactvlak 10.

De stralingsgevoelige deelgebieden 71, 72 van de verschillenede elementen A..D zijn zodanig geplaatst, dat de eerste deelgebieden 71 een centraal deel omsluiten, waarin de tweede deelgebieden 72 liggen en waarbinnen de laserbundel S valt als de bundel op de informatiedrager is gefocusseerd. De parasitaire capaciteit van een element A, B, C, D is dan beperkt tot de capaciteit van het tweede deelgebied 72 daarvan.

Uit focus strekt de ellipsvormige laserbundel S'respectievelijk S' · zich uit over twee van de vier elementen A..D. De bundel S' respectievelijk S'· kan worden ingevangen met het totale sralingsgevoelige oppervlak van de bestraalde elementen B, C respectievelijk A, D, dat wordt gevormd door de som van de oppervlakken van de deelgebieden 71, 72 daarvan. Uit de uitgangssignalen van de elementen A, B, C, D kunnen op dezelfde wijze als bij een Foucault-focusseersysteem, een leessignaal, een focusfout-signaal en een spoorvolgsignaal worden afgeleid.

De hierboven gegeven uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn slechts bij wijze van voorbeeld gegeven. De uitvinding is evenwel geenszins tot deze uitvoeringsvormen beperkt. Binnen het kader van de uitvinding zijn voor de vakman nog vele variaties mogelijk.

Zo kan in plaats van silicium ook een ander halfgeleidermateriaal voor de halfgeleiderinrichting worden gebruikt, zoals bijvoorbeeld germanium of een AIII-BV verbinding in het bijzonder GaAs. Daarbij kan, door een geschikte keuze van het hafgeleidermateriaal, de inrichting worden afgestemd op de golflengte van de te detekteren straling. Bovendien kunnen in het halfgeleiderlichaam de hierboven gegeven geleidingstypen worden vervangen door het tegengestelde geleidingstype.

Bovendien behoeft de stralingsgevoelige overgang geen pn-overgang in hetzelfde materiaal te zijn, zoals in de gegeven voorbeelden, maar kan de stralingsgevoelige overgang ook door een hetero-overgang worden gevormd, zoals bijvoorbeeld een GaAs-AlGaAs overgang of een hetero-overgang met silicium.

Voor de geleidersporen is ieder geleidend materiaal geschikt, dat wil zeggen behalve metalen en metallische verbindingen zoals bijvoorbeeld aluminium, goud en wolfraam resp. metaalsilicides ook gedoteerde half-geleidermaterialen zolals bijvoorbeeld poly-kristallijn- of amorf silicium gedoteerd met fosfor. In het bijzonder is het mogelijk om voor de bedrading elektrisch geleidende materialen toe te passen die transparant zijn voor de te detekteren straling zoals bijvoorbeeld silicium of indiumoxyde, zodat de onder de bedrading gelegen delen van de stralingsgevoelige deelgebieden ook kunnen deelnemen aan de stralingsdetektie.

Ook is de uitvinding niet beperkt tot een focusseerinrichting of tot optical recording. De uitvinding is in het algemeen toepasbaar in iedere inrichting waarin straling dient te worden gedetecteerd c.q. een optisch signaal moet worden gelezen. Daarbij biedt de uitvinding steeds de mogelijkheid tot zeer hoge frequenties het signaal adequaat te volgen met behoud van een hoog uitgangssignaal vergeleken met stralingsgevoelige diodes.

Claims (10)

1. Halfgeleiderinrichting met een half-geleiderlichaam, voorzien van een stralingsgevoelig element omvattende een transistor met een emittergebied en een collectorgebied van een eerste geleidingstype en een daartussen gelegen basisgebied van een tweede, tegengestelde geleidingstype en omvattende een stralingsgevoelig gebied met een gelijkrichtende overgang, dat geleidend met het basisgebied van de transistor is verbonden, met het kenmerk, dat het stralingsgevoelige gebied ten minste een eerste deelgebied en een tweede deelgebied omvat en dat de transistor is opgedeeld in ten minste twee deeltransis-toren, waarvan de basisgebieden afzonderlijk met de deelgebieden in verbinding staan, en waarvan de collector-gebieden c.q. de emittergebieden onderling zijn doorverbonden.

2. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het tweede stralingsgevoelige deelgebied een kleiner oppervlak heeft dan het eerste stralingsgevoelige deelgebied.

3. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de inrichting een tweede, soortgelijk stralingsgevoelig element omvat, waarbij de stralingsgevoelige deelgebieden van beide elementen op een rij liggen.

4. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 2 en 3 met het kenmerk dat in de rij de buitenste deelgebieden, eerste deelgebieden zijn en dat de binnenste deelgebieden worden gevormd door tweede deelgebieden.

5. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 2, 3 of 4 met het kenmerk dat tegenover de rij aan een langszijde daarvan, een althans nagenoeg gelijkvormige, tweede rij stralingsgevoelige deelgebieden van een derde en een vierde stralingsgevoelig element is gelegen.

6. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 5 met het kenmerk dat van de stralingsgevoelige elementen de basisgebieden de stralingsgevoelige deelgebieden omvatten en dat de emittergebieden aan de naar elkaar toegewende langszijden van de rijen in de basisgebieden liggen.

7. Halfgeleiderinrichting volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de inrichting ten minste vier stralingsgevoelige elementen omvat, waarvan de eerste stralingsgevoelige deelgebieden een centraal deel omsluiten waarin de tweede stralingsgevoelige deelgebieden liggen.

8. Halfgeleiderinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 5 of conclusie 7 met het kenmerk dat de inrichting ten minste twee stralingsgevoelige elementen omvat, waarvan de basisgebieden en de stralingsgevoelige deelgebieden gescheiden in het halfgeleiderlichaam liggen, waarbij de basisgebieden gemiddeld dichter bij elkaar zijn geplaatst dan de stralingsgevoelige deelgebieden.

9. Halfgeleiderinrichting volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het tweede stralingsgevoelige deelgebied is opgedeeld in verdere deelgebieden, die ieder afzonderlijk in verbinding staan met onderling geïsoleerd basisgebieden van verdere deeltransistoren.

10. Uitlees- of schri j feenheid voor het uitlezen of schrijven van informatie in een optisch of magneto-optisch registratesysteem, met het kenmerk, dat de eenheid een halfgeleiderinrichting volgens een of meer der voorgaande conclusies bevat.