区15的杂质浓度优选地大于或等于基极区12中最大杂质浓度的十倍。例如，在基极区12中的杂质浓度大于或等于5 X 116Cnf3但小于或等于5 X117Cnf3的情况下，高杂质浓度区15的杂质浓度优选地大于或等于5 X 1018cm—3。这是因为变得能够使得稍后将描述的寄生MOS(金属氧化物半导体)晶体管90的阈值更大。
[0042]同时，基于在电极30和基极区12之间的绝缘膜20的膜厚度和与绝缘膜20相邻的基极区12的基极扩散浓度确定寄生MOS晶体管90的阈值。因此，通过布置高杂质浓度区15以使得基极区12中的浓度更大，可以获得期望的阈值。另外，通过改变绝缘膜20的膜厚度，也可以改变阈值。
[0043]然而，因为在光电转换时，高杂质浓度区15降低了电流放大因子，所以其宽度优选地更小。因此，优选地设置可以改变寄生MOS晶体管90的阈值的边界宽度，S卩，在施加电压到电极30时电场到达的边界距离。
[0044]为了给出具体例子，在施加到电极30的电压是大约5V的情况下，考虑根据电压的施加而增加的耗尽层的宽度，高杂质浓度区15的宽度W优选地是大约0.2到1.Ομπι。在该情况下，因为如果光接收单元的宽度是大约3到20μηι，则基极区12存在于就在光接收单元的中央部分中的发射极区11下方，可以防止电流放大因子的降低。
[0045]在此，将参考比较例子来说明在半导体器件I中提供高杂质浓度区15的技术含义。图3Α和3Β是图示根据比较例子的半导体器件的例子的图。根据比较例子的半导体器件IX与根据本发明的半导体器件1(见图1A和1Β)不同之处在于，不提供高杂质浓度区15。
[0046]在将图3Α所示的半导体器件IX当作光电晶体管的情况下，图3Β中所示的寄生MOS晶体管90的存在引起问题。在经由绝缘膜20接触电极30的发射极区11、基极区12和集电极区13中形成寄生MOS晶体管。发射极区11变成寄生MOS晶体管90的源极，且集电极区13变成寄生MOS晶体管90的漏极。另外，基极区12变成寄生MOS晶体管90的沟道。
[0047]在施加电压到半导体器件IX中的电极30以便增加电流放大因子的情况下，寄生MOS晶体管90导通，且添加了与光电流无关的电流。存在如下问题:由于通过寄生MOS晶体管90导通而添加的电流，暗电流增加，且在低发光强度下敏感度降低。
[0048]尤其是，在降低基极区12的杂质浓度以便增加电流放大因子的情况下，寄生MOS晶体管90导通的阈值降低并且暗电流增加。此外，在降低光接收单元的尺寸的情况下，因为寄生MOS晶体管90在光接收单元中占据的比率增加，由于通过向电极30施加电压而产生的电场的影响，寄生MOS晶体管90导通的阈值降低并且暗电流增加。
[0049]以此方式，在传统的半导体器件IX中，虽然能够通过施加电压到电极30来改变电流放大因子，但是不能控制寄生MOS晶体管90的阈值，且不能抑制暗电流的增加。
[0050]然后，在根据第一实施例的半导体器件I中，通过提供高杂质浓度区15，使得寄生MOS晶体管90的沟道浓度更大，且寄生MOS晶体管90的阈值偏移到更高。以此方式，通过使得寄生MOS晶体管90的阈值大于传统的阈值，可以抑制暗电流的增加。
[0051 ]图4是图示通过提供高杂质浓度区的阈值偏移的图。图4示出了在要施加到电极30的电压(横坐标)与在半导体器件I和IX中的暗电流(纵坐标)之间的关系。同时，纵坐标的轴是对数轴。
[0052]具体地，通过在电压Vce= 5V经由电极等被施加到发射极区11和集电极区13之间的情况下测量发射极电流(暗电流)同时扫描(sweep)施加到电极30的电压来获得图4中的数据。在图4中，“Id(l)”表示半导体器件I的特性，且“Id(lX)”表示半导体器件IX的特性。
[0053]同时，在半导体器件I中，如图1所示，高杂质浓度区15的杂质浓度被设置为大于或等于基极区12中的最大杂质浓度的十倍。高杂质浓度区15的宽度W关于光接收单元(10 X 10Mi2)被设置为大约0.2到1.Ομπι。
[0054]如由图4中的“Id(IX)”所示，在未被提供有高杂质浓度区15的半导体器件IX中，当施加到电极30的电压超过大约0.2V时，暗电流开始增加。暗电流开始增加是因为寄生MOS晶体管90导通。也就是说，在半导体器件IX中，寄生MOS晶体管90导通的阈值是大约0.2V。
[0055]另一方面，如由图4中的“Id(l)”所示，在被提供有高杂质浓度区15的半导体器件I中，当施加到电极30的电压是从O到大约3.7V时，暗电流小于或等于测量极限(小于或等于IX 10—11A)。然后，当施加到电极30的电压超过大约3.7V时，暗电流开始增加。也就是说，在半导体器件I中，寄生MOS晶体管90导通的阈值是大约3.7V，其从半导体器件IX向阈值的较高侧偏移了大约3.5V。
[0056]以此方式，发现在被提供有高杂质浓度区15的半导体器件I中，与未被提供有高杂质浓度区15的半导体器件IX相比，寄生MOS晶体管90导通的阈值变得更大(偏移到较高侧)。
[0057]图5是图示根据施加到电极的电压而改变的电流放大因子的图，且示出在施加预定电压到半导体器件I的电极30的情况下在亮度(横坐标)和光电流(纵坐标)之间的关系。同时，横坐标轴和纵坐标轴是对数轴。
[0058]具体地，通过在电压Vce= 5V经由电极等被施加在发射极区11和集电极区13的情况下测量通过用卤素光照射光接收单元(ΙΟΧΙΟμπι2)同时将施加到电极30的电压固定为预定电压而获得的发射极电流(光电流)来获得图5中的数据。同时，在图5中，““Δ”和“X”表示在施加到电极30的预定电压分别被设置为4V、3.5V、3V和OV的情况下的特性。
[0059]同时，在半导体器件I中，高杂质浓度区15的杂质浓度被设置为大于或等于基极区12中的最大杂质浓度的十倍。高杂质浓度区15的宽度W被设置为大约0.2到1.Ομπι。
[0060]如图5所示，在半导体器件I中，通过改变施加到电极30的电压，光电流相对亮度而变换。以此方式，确认在半导体器件I中，即使提供了高杂质浓度区15，也通过施加到电极30的电压来改变电流放大因子，且由此可以改变光电流。
[0061][半导体器件的制造方法]
[0062]图6Α到SB是图示根据第一实施例的半导体器件的制造工艺的例子的图，且示出对应于图1A的截面部分。
[0063]首先，如图6Α所示，例如，准备了在具有6m Qcm的电阻率的N+-型低电阻区14上提供有具有I Ω cm的电阻率的N-型外延层(epitaxial layer) 190的娃衬底。外延层190的厚度可以根据用于光源的波长的吸收率而被设置为任意值。
[0064]接下来，如图6B所示，为了嵌入电极30，沟槽300被形成在外延层190中穿过将作为发射极区11和基极区12的区域进入将作为集电极区13的区域中。可以通过例如干蚀刻来形成沟槽300。沟槽300的宽度可以是例如大约0.3到0.8μπι。沟槽300的深度可以是例如大约4到 20μηι。
[0065]接下来，如图6C所示，具有大约20nm的厚度的绝缘膜20被形成在沟槽300的底面和内部面上。然后，电极30经由绝缘膜20被形成在沟槽300内部。具体地，首先，例如，通过在沟槽300的底面和内部面上和在外延层190的正面上的热氧化方法来形成具有大约20nm的厚度的绝缘膜20( 二氧化硅薄膜)。然而，氮化硅薄膜等可以被用于绝缘膜20。
[0066]然后，例如，通过CVD方法或溅射方法将多晶硅沉积在沟槽300内部以及在外延层190的正面，其中，绝缘膜20形成在外延层190的正面上。然后，通过使用回蚀方法移除在正面上形成的多晶硅并仅留下沟槽300内部，准备了由多晶硅形成的电极30。同时，为了准备具有小电阻的电极30，优选地沉积其中磷杂质饱和的多晶硅。
[0067]接下来，如图7A所示，为了形成P-型基极区12，注入P-型杂质120。具体地，例如，以30KeV的加速度能量和3.2X 113Cnf2的注入剂量注入硼作为P-型杂质120。
[0068]然后，如图7B所示，例如，通过以大约1150°C进行热处理达大约50分钟，P-型杂质120被热扩散和激活，由此形成具有大约1.5mm的深度的基极区12。同时，在基极区12下方的层是集电极区13。深度和杂质浓度可以根据用于光源的波长的吸收速率而被设置为如下任意值:通过该值，电流放大因子是稳定的。
[0069]接下来，如图7C所示，P-型杂质150被注入以便形成接触就在将作为发射极区11的区域下方的绝缘膜20和基极区12的P+-型高杂质浓度区15。具体地，例如，以180KeV和I X1013cm—2注入硼作为P-型杂质150。
[0070]接下来，如图8A所示，为了形成N+-型发射极区11，注入N-型杂质110。具体地，例如，以50KeV和6 X 1013cm—2注入磷作为N-型杂质110。
[0071]然后，如图8B所示，例如，通过以大约920°C进行热处理达大约40分钟，N-型杂质110和P-型杂质150被热扩散和激活，由此发射极区11被形成在正面1a—侧，且高杂质浓度区15被形成在就在发射极区11下方。同时，扩散优选地是浅的，因为发射极区11阻止光被吸收。
[0072]然后，在半导体衬底10的正面1a上，通过CVD方法等来形成层间绝缘膜40，在层间绝缘膜40中形成连接到发射极区11的接触50，且在层间绝缘膜40上进一步形成连接到接触50的金属电极60。另外，形成电极30的多晶硅从形成每个光接收单元的区域的外围延伸，且形成电极30的抽取接线(extract1n wiring)。同时，因为金属电极60屏蔽光，因此优选将金属电极60布置在电极30上达最大程度。根据各个上述处理，完成如图1A和IB所示的半导体器件I。
[0073]以此方式，在根据第一实施例的半导体器件I中，电极30经由绝缘膜20被嵌入于半导体衬底10中，且从半导体衬底10的正面1a—侧在深度方向上相继地形成接触电极30的发射极区U、基极区12和集电极区13。根据上述配置，通过施加电压到电极30，基极区12的宽度变化，且因此可以改变半导体器件I的电流放大因子