CN1292933A - 半导体位置探测器 - Google Patents

Abstract

由于构成基干导电层的多个电阻区域的宽度随着从一端朝向另一端前进而变宽,其各自的电阻率实质上是相同的,故如果把本半导体位置探测器配置为使得相应于来自位于远距离处的被测定物的光而产生的电荷流入宽度窄的电阻区域,则即便是在入射光位置因被测定物的距离的变化而在受光面上只进行微小的移动的情况下,由于宽度窄的电阻区域的电阻值高,故来自基干导电层两端的输出电流变化得也大,因而将提高位置测定精度。

Description

半导体位置探测器

技术领域

本发明涉及测定入射光的位置的半导体位置探测器(PSD)。

背景技术

半导体位置探测器(PSD)作为用所谓的三角测量的原理来测定被测定物的距离的装置，人们很熟悉。PSD作为有源方式的距离探测器被装载在摄象机等的摄象机器中，在这样的摄象机器中，可以根据用PSD测定的被测定物的距离进行摄影透镜的聚焦。

发明的公开

在上边所说的PSD中，PSD的受光面上边的入射光斑的位置相应于到被测定物的距离进行移动。由于PSD电阻层的电阻值根据入射光斑位置进行分割，并根据电阻分割比使来自PSD的输出电流变化，故可以根据该输出电流测定到被测定物为止的距离。然而，在用三角测量法的原理进行距离测定的情况下，在到位于近距离处的被测定物为止的距离发生了变化时，入射光斑的位置在受光面上边移动得大，而在到位于远距离处的被测定物为止的距离发生了变化时入射光斑的位置则不怎么移动。就是说，以往，到处于远距离的被测定物为止的距离测定精度与近距离处的精度比较起来精度低。于是，采用随着从受光面的近距离一侧向着远距离一侧的变化，使照射入射光斑的电阻层的宽度一次函数性地变窄的办法，即便是来自位于远距离处的被测定物的入射光斑的移动量是微小的，也可以作成为使得电阻层的电阻分割比变化得大。这是在日本专利杂志特开平4-240511号公报中讲述的。

但是，在该公报所讲述的PSD中，随着从远距离一侧向着近距离一侧前进电阻层的宽度一次函数性地变宽，就是说，随着从近距离一侧向着远距离一侧前进电阻层的宽度一次函数性地逐渐变窄。该电阻层形成受光面。电阻层可以看作是把微小的电阻接线成矩阵状的微小电阻集合体。借助于向电阻层入射光而产生的电荷，虽然可以根据从入射光位置到电阻层两端的电极为止的电阻比进行分割，但是，当仅仅向在电阻层宽度方向上整齐排列的微小电阻群的一部分上照射光斑形状的入射光时，所发生的电荷并不沿电阻层长度方向均一地通过电阻群，因此，根据电阻层的形状在理论上计算出来的入射光位置和输出电流之间的关系，对于每一入射光位置和入射光形状都是不同的，根据输出电流用单一的关系式正确地运算入射光位置是困难的。就是说，要想根据输出电流得到正确的入射光位置，就必须有对每一个入射光位置和入射光形状都不同的多个运算电路。换句话说，在上述现有的PSD中，在向在电阻层宽度方向上整齐排列的微小电阻群的全部都照射入射光的情况下，就是说，仅仅在使切缝状的入射光纵断电阻层那样地进行入射的情况下，才可以用单一的运算电路求入射光位置。

本发明就是为解决上边所说的课题而发明的，目的是提供与现有技术比较可以进一步提高位置测定精度，而且，对入射光形状没有限制的半导体位置探测器。

本发明的半导体位置探测器，具备在规定的方向上连续起来形成多个电阻区域的基干导电层、从基干导电层开始沿着受光面延伸，使得相应于受光面上边的入射光位置，使来自基干导电层的输出电流不同的多个分支导电层，电阻区域的特征是：实质上具有同一电阻率，而且，在规定的方向随上垂直的宽度从基干导电层的一端向着另一端逐渐变宽。另外，多个电阻区域，理想的是在各个电阻区域之间，中间存在着分支导电层的同时进行连接，但是，也可以使各个电阻区域互相接触的同时进行连接。

入射光的位置相应于被测定物的距离在受光面上边移动。相应于向受光面上的入射光的照射而发生的电荷通过分支导电层流入基干导电层。由于分支导电层延伸为使得来自基干导电层的两端的输出电流相应于受光面上边的入射光位置而异，故可以根据输出电流来测定入射光位置。

由于构成基干导电层的多个电阻区域的宽度，随着从一端向着另一端前进而变宽，且每一个区域的电阻率实质上是一样的，故当把本半导体位置探测器配置为使得相应于当来自位于远距离的被测定物的入射光而产生的电荷流入宽度窄的电阻区域内时，采用使被测定物的距离变化的办法，即便是入射光位置在受光面上边只进行了微小的移动的情况下，由于宽度窄的电阻区域的电阻值高，故来自基干导电层两端的输出电流变化得也大。

另外，由于用分支导电层接受入射光，用基干导电层对所产生的电荷进行电阻分割，故可以把基干导电层的宽度形成得窄，即便是提高杂质浓度来降低电阻率也可以得到所希望的电阻值。就是说，由于采用提高杂质浓度的办法来减小可控最小杂质浓度对整个杂质浓度的比率，故可以减小电阻率的不均一，提高位置测定精度。

此外，电阻区域的宽度，理想的是沿着距基干导电层的一端的规定方向的位置的一次函数或2次函数，由于向形成了分支导电层的受光面上照射入射光，故可以用由电阻区域的宽度是位置的1次函数或2次函数的事实导出用来进行距离测定的函数，根据来自基于导电层的两端的输出电流来计算到被测定物为止的距离，而无须限制入射光的形状。

在基干导电层的两端设置用来取出输出电流的信号取出电极的情况下，当入射光照射到与之毗邻的分支导电层上时，由于入射光的一部分照射到信号取出电极上，故入射光的重心位置将从真正的位置向分支导电层一侧偏离，使位置测定精度劣化。

于是，本发明的半导体位置探测器的特征是还具备：高浓度半导体区域，该区域与从具有位于基干导电层的一个端部的最窄的宽度的电阻区域延伸出来的规定的分支导电层毗邻，且具有比基干导电层低的电阻率；信号取出电极，设置在相应于入射光通过了半导体区域的电可以流入而无须中间存在着基干导电层的位置上，并取出上述输出电流的一方。

在没有高浓度半导体区域的情况下，当向从位于基干导电层的一个端部的具有最窄的宽度的电阻区域延伸出来的分支导电层和信号取出电极照射入射光时，采用用信号取出电极遮挡入射光的办法来减小来自信号取出电极的输出电流。但是，由于本发明的半导体位置探测器具备高浓度半导体区域，相应于照射到高浓度半导体层上的入射光而产生的电荷将流入信号取出电极而无须通过基干导电层，增加来自信号取出电极的输出电流，故要进行计算的入射光的重心位置接近真正的位置，因而可以提高位置测定精度。

在向基干导电层照射光的情况下，取决于光的形状，要进行计算的入射光位置常常偏离真正的值。于是，在要求更高的精度的情况下，规定半导体位置探测器还要具备在基干导电层上边形成的遮光膜，还要进一步提高位置测定精度。

此外，半导体位置探测器的特征还在于：具备分别取出来自基干导电层两端的输出电流的一对信号取出电极，在基干导电层位于信号取出电极间的情况下，遮光膜由绝缘性的材料构成，并把信号取出电极间的基干导电层覆盖起来。在用绝缘性的材料构成遮光膜的情况下，即便是用遮光膜把信号取出电极间的基干导电层的整个区域都覆盖起来，信号取出电极也不会短路。

此外，该遮光膜理想的是用黑色的光刻胶构成。通常的光刻胶虽然可以用做金属布线等的元件形成时的掩模，但是在本发明中，却在光刻胶本身中使用黑色的光刻胶。因此，可以仅仅用向硬化前的光刻胶照射光后进行显影的办法来形成遮光膜。

附图的简单说明

图1是实施例1的PSD的平面图。

图2是图1所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图3是图1所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图4是使用PSD的测距装置的构成图。

图5的曲线图示出了测定距离L(M)与入射光位置(微米)之间的关系。

图6的曲线图示出了入射光斑位置X(微米)与光电流相对输出(％)之间的关系。

图7是实施例2的PSD的平面图。

图8的曲线图示出了入射光斑位置X(微米)与光电流相对输出(％)之间的关系。

图9的曲线图示出了电阻长度(微米)与电阻宽度(微米)之间的关系。

图10是实施例3的PSD的平面图。

图11是图10所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图12是图10所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图13是实施例4的PSD的平面图。

图14是图13所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图15是图13所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图16是实施例5的PSD的平面图。

图17是图16所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图18是图16所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图19是实施例6的PSD的平面图。

图20是图19所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图21是图19所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图22是实施例7的PSD的平面图。

图23是图22所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图24是图22所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图25是实施例8的PSD的平面图。

图26是图25所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图27是图25所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图28是实施例9的PSD的平面图。

图29是图28所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图30是图28所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图31是实施例10的PSD的平面图。

图32是图30所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图33是图30所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图34是实施例11的PSD的平面图。

图35是图34所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图36是图34所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

图37是实施例12的PSD的平面图。

图38是图37所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图。

图39是图37所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。

优选实施例

以下，对实施例的半导体位置探测器进行说明。决定对同一要素或具有同一功能的要素使用同一标号，省略反复进行说明。

(实施例1)

图1是实施例1的半导体位置探测器(PSD)的平面图，图2是图1所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图3是图1所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。另外，在说明中所使用的PSD的剖面图，示出了其端面。

本实施例的PSD具备由低浓度n型Si构成的半导体衬底2n、在半导体衬底2n的背面上形成的由高浓度n型Si构成的背面一侧n型半导体层1n。半导体衬底2n的表面是长方形。在以下的说明中，把从背面一侧n型半导体层1n向着n型半导体衬底2n的方向定为上方向，把n型半导体衬底2n的长方形表面的长边的延伸方向定为长度方向(长边方向)X，把短边的延伸方向定为宽度方向Y，把与长度方向X和宽度方向Y双方垂直的方向定为深度方向(厚度方向)Z。就是说，方向X、Y、Z互相垂直。

本PSD具备在半导体衬底2n内形成、沿长度方向X延伸的基干导电层P_N。基干导电层P_N由p型Si构成，基干导电层P_N的电阻率比半导体衬底2n的电阻率低。基干导电层P_N由多个p型电阻区域P₁～P₂₀沿PSD的长度方向X连续地构成，且在n型半导体衬底2n内形成。各个电阻区域P₁～P₂₀具有实质上同样的杂质浓度，从n型半导体衬底2n的表面开始沿着厚度方向Z实质上一直延伸到同一深度。各个p型电阻区域P₁～P₂₀实质上具有同一电阻率ρ。各个p型电阻区域P₁～P₂₀的表面形成为台形，台形表面的上底和下底都与宽度方向Y平行，剩下的2边之内的位于PSD表面的外缘一侧的一方的边与长度方向X平行且与上底和下底垂直，另一方的边对于长度方向X成同一角度，而且，这2个边分别位于同一直线上。因此，基干导电层P_N的表面的轮廓作为整体构成大体上的台形。

本PSD具备在PSD的表面两个端部上形成，并分别取出来自基干导电层P_N两端的输出电流的一对信号取出电极1e、2e。在以下的说明中，把离基干导电层P_N的信号取出电极1e最近的位置定为长度方向X的基准位置(X=0)。此外，把在构成基干导电层P_N表面的边之内，与长度方向X平行的边的位置定为宽度方向Y的基准位置(Y=0)。此外，把从信号取出电极1e朝向信号取出电极2e的方向定为X的正方向，把从基干导电层P_N朝向受光面的方向定为Y的正方向。在本实施例的PSD中，基干导电层P_N的宽度Y，随着在信号取出电极1e朝向2e前进而变宽，具有宽度Y=aX+b的关系。其中，a和b是常数。

本PSD具备从基干导电层P_N开始沿受光面延伸的多个分支导电层4P_N。分支导电层4P_N由高浓度的p型Si构成。分支导电层4P_N的杂质浓度比基干导电层P_N的杂质浓度高，此外，分支导电层4P_N的电阻率比基干导电层P_N低。构成分支导电层4P_N的多个分支导电层4P₁～4P₁₉，在n型半导体衬底2n内形成，从构成基干导电层P_N的多个电阻区域P₁～P₂₀间开始沿宽度方向Y延伸。分支导电层4P₁～4P₁₉，沿着厚度方向Z从半导体衬底2n的表面一直延伸到比基干导电层P_N还深的位置，分支导电层4P₁～4P₁₉的宽度方向Y的长度是同一的。

此外，沿着分支导电层4P_N的宽度方向的长度，可以作成为比入射光斑的直径还长，使得该光斑不会照射到基干导电层P_N上。

本PSD具备分别连接到电阻区域P₁～P₂₀在长度方向上连续起来构成的基干导电层P_N的两端上，在半导体衬底2n内形成的一对高浓度信号取出用半导体层1p、2p。高浓度信号取出用半导体层1p、2p，由高浓度p型Si构成。高浓度信号取出用半导体层1p、2p从半导体衬底2n的表面开始沿着厚度方向Z一直延伸到比电阻区域P₁～P₂₀的深度还深的位置。高浓度信号取出用半导体层1p、2p分别具有长方形的表面，其长边与宽度方向Y平行，短边与长度方向X平行。基干导电层P_N的两端，分别以高浓度信号取出用半导体层1p、2p的长方形表面的长边的一个端部为边界连接到高浓度信号取出用半导体层1p、2p上。换句话说，沿着基干导电层P_N的长度方向X的一方的端部，就是说，宽度Y的最窄的电阻区域P₁，连接到沿一方的高浓度信号取出用半导体层1p的宽度方向的一方的端部上，沿着基干导电层P_N的长度方向X的另一方的端部，就是说，宽度Y最宽的电阻区域P₂₀，连接到沿另一方的高浓度信号取出用半导体层2p的宽度方向Y的一方的端部上。

本PSD具备在半导体衬底2n的长方形表面的外周形成的外框半导体层3n。外框半导体层3n是高浓度n型Si。外框半导体层3n在半导体衬底2n的长方形表面的外缘区域内形成呈口字形状，把形成了分支导电层4P_N、基干导电层P_N和高浓度信号取出用半导体层1p、2p的衬底表面区域包围起来，从n型半导体衬底2n的表面开始，沿着厚度方向Z一直延伸到规定的深度为止。

本PSD具备在半导体衬底2n内形成的分支导电层隔离用半导体层4n。分支导电层隔离用半导体层4n是高浓度n型Si。分支导电层隔离用半导体层4n由从口字形的外框半导体层3n的一方的长边的内侧开始沿着宽度方向Y向基干导电层P_N方向延伸的多个n型分支区域4n₁～4n₂₀构成。各个分支区域4n₁～4n₂₀，从n型半导体衬底2n的表面开始沿着厚度方向Z一直延伸到规定的深度为止。n型分支区域4n₂～4n₁₉具有大体上与p型分支导电层4P₁～4P₁₉相同的深度，存在于分支导电层4P₁～4P₁₉之间，对分支导电层4P₁～4P₁₉进行电隔离。就是说，分支区域4n₂～4n₁₉阻止分支导电层4P₁～4P₁₉的毗邻的导电层之间沿着长度方向流动的电流。位于最外侧的分支区域4n₁和4n₂₀，沿着长度方向X分别存在于处于最外侧的分支导电层4P₁和4P₁₉和高浓度信号取出用半导体层1p、2p之间，分支导电层4P₁和4P₁₉与高浓度信号取出用半导体层1p、2p分别进行电隔离。

本PSD具备覆盖n型半导体衬底2n的长方形表面的钝化膜5。另外，在图1和以下的实施例的PSD的平面图中，将省略钝化膜5的记述。钝化膜5在长度方向两个端部上具有信号取出电极用的一对长方形开口，在外周部分具有外框电极用口字形开口。钝化膜5由SiO₂构成。信号取出电极1e、2e中间分别存在着钝化膜5的信号取出电极用的一对开口而分别在高浓度信号取出用半导体层1p、2p上边形成，与高浓度信号取出用半导体层1p、2p进行欧姆接触。另外，信号取出电极1e、2e的表面形状与高浓度信号取出用半导体层1p、2p的表面形状是相同的。

本PSD具备通过钝化膜5的外框电极用的开口，在n型的外框半导体层3n上边形成的外框电极3e。外框电极3e与外框半导体层3n进行欧姆接触。外框电极3e阻止光向半导体衬底2n外周部分入射。此外，也可以把规定的电压加在外框电极3e和信号取出电极1e、2e之间。

本PSD具备在背面一侧n型半导体层1n的下表面上形成的下表面电极4e。下表面电极4e与背面一侧n型半导体层1n进行欧姆接触。

当在一对信号取出电极1e、2e和下表面电极4e之间，在给由p型分支导电层4P_N和n型半导体层2n构成的PN结二极管加上反向偏置电压之类的电压的状态下，向由已形成了分支导电层4P_N的分支导电层4P_N的n型半导体衬底2n的表面区域规定的受光面上入射的光作为光斑入射时，在PSD内部就与该入射光对应地产生空穴电子对(电荷)，借助于扩散和PSD的内部电场，其一方就流入分支导电层4P_N。该电荷在分支导电层4P_N内传导并流入基干导电层P_N的规定的电阻区域，根据规定的电阻区域的基干导电层P_N的长度方向X的位置来分配其电荷量，分配后的电荷分别通过基干导电层P_N的两端被信号取出电极1e、2e取出。

在本实施例的PSD中，具备上边所说的分支导电层4P_N，入射光向已形成了分支导电层4P_N的受光面上照射。因此，可以正确地测定位置而不受入射光形状的影响，因而可以使位置测定精度提高得比现有的PSD的位置测定精度高。

在以下的说明中，假定与入射光向受光面的入射相对应地分别从信号取出电极1e、2e输出的输出电流分别为I1和I2。

图4示出了使用图1所示的PSD100的测距装置，该测距装置可以设置在摄象机等的摄象机器内。另外，在该测距装置中，也可以使用以下的任何一个实施例的PSD来取代图1所示的PSD。该测距装置，具备PSD100、发光二极管(LED)101、投光用透镜102、聚光用透镜103、运算电路104。另外，已给PSD100加上了上述电压。PSD100被配置为使得其长度方向X与由透镜102和103的光轴间距离(基线长度)B规定的线段平行，而且，被配置为使得信号取出电极1e比信号取出电极2e更靠近透镜103的光轴。此外，透镜102、103与PSD100的受光面之间的距离f与这些透镜102、103的焦距大体上一致。另外，与基干导电层P_N的离信号取出电极2e最近的端部一致的受光面位于聚光透镜103的光轴上边。

当从LED101射出来的红外光，通过投光用透镜102照射到处于近距离(L1)处的被测定物OB1上时，来自被测定物OB1的反射光，就通过聚光透镜103向PSD的受光面的近距离一侧，就是说，向离信号取出电极2e近的一方的分支导电层4P_N入射。此外，来自处于远距离(L2)处的被测定物OB1的反射光，就通过聚光透镜103向PSD的受光面的远距离一侧，就是说，向离信号取出电极1e近的一方的分支导电层4P_N入射。

被处于近距离的被测定物OB1反射的光向受光面上边入射的入射位置X1，位于从聚光透镜103的光轴算起沿PSD的长度方向X离开距离X1的位置上，被处于远距离的被测定物OB2反射的光向受光面上边入射的入射位置X2，位于从聚光透镜103的光轴算起沿PSD的长度方向X离开距离X2的位置上。此外，假定基干导电层P_N的长度方向X的全长为C。

到被测定物为止的距离L(L1、L2)和入射光斑X(X1、X2)，具有由下式给出的关系，该关系示于图5。另外，在本实施例中，设基线长度B=30mm，焦距f=15mm。

(式1)

L=f×(B／X)

如图5所示，随着距离L变长相对距离L的变动量的入射光斑位置X的移动量减小。另一方面，基干导电层P_N的宽度方向Y与长度方向位置X具有Y=aX+b的关系。就是说，电阻区域P₁～P₂₀的宽度Y是距基干导电层P_N的一端的沿长度方向的位置X的1次函数。在这种情况下，入射光位置X和光电流相对输出(％)具有图6所示的关系。在这里，设基干导电层P_N的全长C为1000微米，设宽度Y和位置X满足Y=0．1X+10(微米)。另外，所谓光电流相对输出，是来自基干导电层P_N两端的输出电流I1和I2对全部输出电流I1+I2的比率。此外，在已计算出比率R1=I1／(I1+I2)和R2=I2／(I1+I2)的情况下，入射光斑位置X可以用下式来求。

(式2)

X=10^{(log︱b／a︱×R1+log︱c+b／a︱×R2)}-(b／a)

运算电路104，在用输出电流I1、I2计算完R1、R2后，可以采用计算位置X，并检索与存放有表示预先计算出来的距离L和位置X之间的关系的表的存储器内的位置X对应的距离的办法，来求距离L。另外，由于入射光位置X具有以下的关系，故也可以在用以下的公式直接计算出X之后，再由上式来求距离L。

(式3)

X=10^{(log︱b／a︱×l1+log︱c+b／a︱×l2)／(l1+l2)}-(b／a)

(实施例2)

图7是实施例2的PSD的平面图。另外，图7中的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面和Ⅱ-Ⅱ箭头剖面分别与图2和图3是一样的，故未画出来。就是说，图1所示的PSD和图7所示的PSD，仅仅其基干导电层P_N的表面形状不同。基干导电层P_N的宽度Y和长度方向位置X具有Y=aX²+b的关系。就是说，电阻区域P₁～P₂₀的宽度Y是从基干导电层P_N的一端开始的沿长度方向的位置X的2次函数。在这种情况下，入射光位置X和光电流相对输出(％)具有图8所示的关系。在这里，设基干导电层P_N的全长C为1000微米，设宽度Y与位置X满足Y=0．0001X²+10(微米)的关系式。此外，在已计算出了比率R2=I2／(I1+I2)的情况下，入射光位置X可以用以下的公式来求。

(式4) $X=\sqrt{b/a}\×\tan (R2\×{\tan }^{-1}(C/\sqrt{b/a}))$

在这种情况下，运算电路104在用输出电流I1、I2计算完R1、R2后，可以采用计算位置X，并检索与存放有表示预先计算出来的距离L和位置X之间的关系的表的存储器内的位置X对应的距离的办法，来求距离L。

另外，由于入射光位置X具有以下的关系，故也可以在用以下的公式直接计算出X之后，再由上式来求距离L。

(式5) $X=\sqrt{b/a}\×\tan (\frac{I2}{I1\×I2}\×{\tan }^{-1}(C/\sqrt{b/a}))$

图9的曲线图示出了长度方向位置(电阻长度)X与基干导电层P_N的宽度(电阻宽度)Y的关系。基干导电层P_N的全长C为1000微米，基干导电层P_N的远距离一侧(离X=0近的一方)的宽度Y的最小值为10微米，基干导电层P_N的近距离一侧(距X=0远的一方)的宽度Y的最大值为100微米。在宽度Y是位置X的1次函数(Y=aX+b)的情况下，在X=100微米和200微米处的宽度Y分别为19微米和28微米。此外，在宽度Y是位置X的2次函数(Y=aX²+b)的情况下，在X=100微米和200微米处的宽度Y，分别为10．9微米和13．6微米。如上述实施例1和实施例2的PSD那样，在基干导电层P_N的宽度Y和长度方向位置X满足1次函数(Y=aX+b)或2次函数(Y=aX²+b)的情况下，对于远距离一侧的X的变化，Y变化得大。因此，在X和Y存在着这些关系的情况下，即便是用通常的制造精度来制造基干导电层P_N，由于宽度Y对制造精度的变化率大，故可以制造具有被认为必要的特性的基干导电层P_N。

然而，在这些宽度Y和位置X之间的关系满足3次函数(Y=aX³+b)的情况下，在X=100微米和200微米处的宽度Y，分别为10．09微米和10．72微米，在满足4次函数(Y=aX⁴+b)的情况下，在X=100微米和200微米处的宽度Y，则分别变成为10．009微米和10．144微米，宽度Y的变化对长度方向位置X的变化显著地减小。

因此，在宽度Y和长度方向位置X具有3次以上的关系的情况下，就必须用非常高的精度来控制其宽度Y，在用通常的制造精度进行制造的情况下，位置测定精度将劣化。

于是，在把满足上述3次和4次函数的关系的情况下的X=100微米处的宽度设定为a，使得变成为与满足2次函数的关系的情况下一样，就是说，使得变成为Y=10．9微米的情况下，近距离一侧(离X=0远的一方)的宽度Y分别变成为非常之宽的910微米和9010微米。就是说在宽度Y和长度方向位置X具有3次函数以上的关系的情况下，与1次和2次函数一样，要想可以用通常的制造精度制造基干导电层P_N，就必须使PSD不同寻常地大型化。

在上述实施例的PSD中，由于把基干导电层P_N的宽度Y和长度方向位置X作成为满足1次函数或2次函数的关系，故在不会使PSD大型化地加宽受光面的面积的同时，由于不会使基干导电层宽度的精度降低，故将提高这些PSD的位置测定精度。

(实施例3)

图10是实施例3的PSD的平面图，图11是图10所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图12是图10所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD给实施例1的PSD附加上了遮光膜。遮光膜在基干导电层P_N上边形成，遮挡向基干导电层P_N入射的光。

在向实施例1的PSD的基干导电层P_N照射光的情况下，取决于光的形状，有时候计算的入射光位置与真正的值偏离开来。于是，本半导体位置探测器作成为还具备在基干导电层P_N上边形成的遮光膜6，以便进一步提高位置测定精度。另外，本遮光膜6对作为位置X的2次函数规定基干导电层P_N的宽度Y的实施例2的PSD也可以应用。

遮光膜6由含有黑色颜料或染料的感光性树脂，就是说，由黑色的光刻胶构成。就是说，由于遮光膜6是绝缘体，故即便是用遮光膜6把基干导电层P_N表面的整个区域都覆盖起来，信号取出电极1e和信号取出电极2e也不会电短路。此外，由于遮光膜6本身由黑色的光刻胶构成，由于在把光刻胶涂敷在PSD的整个表面上边之后，仅仅对之照射规定图形的曝光光束，并进行显影就可以形成遮光膜6，故可以容易地制造遮光膜6。

(实施例4)

图13是实施例4的PSD的平面图，图14是图13所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图15是图13所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD改变了实施例1的基干导电层P_N的电阻区域P₁～P₂₀的表面形状和外框半导体层3n、外框电极3e的形状以及分支导电层P_N的宽度方向Y的长度。

本PSD的基干导电层P_N的电阻区域P₁～P₂₀虽然具有台形的表面，但各个电阻区域P₁～P₂₀的台形表面的受光面一侧的边与长度方向平行，且位于同一直线上边。此外，各个电阻区域P₁～P₂₀的PSD的长方形表面的外缘一侧的边，以规定的角度与长度方向X进行交叉，基干导电层P_N的宽度与长度方向位置X具有Y=-aX-b的关系。再者，既是口字形的外框半导体层3n的内侧的边又毗邻基干导电层P_N的边，与基干导电层P_N的PSD的长方形表面的外缘一侧的边，就是说，与直线Y=-aX-b平行。在本实施例的PSD中，从基干导电层P_N的受光面一侧的边到分支导电层4P_N的顶端为止的距离是恒定的。因此，由于从每一个分支导电层4P_N的基干导电层P_N的受光面一侧的边到顶端的距离大体上变成为恒定，故可以抑制因分支导电层4P_N的宽度方向Y的电阻值的波动引起的位置测定精度的降低。此外，采用使外框电极3e的内侧的一边与基干导电层P_N的形状相吻合并靠近它的办法，借助于外框电极3e，就可以遮挡向基干导电层P_N的外侧入射的外干扰光，可以进一步地抑制因这样的外干扰光引起的位置测定精度的降低。

(实施例5)

图16是实施例5的PSD的平面图，图17是图16所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图18是图16所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD，在实施例4的PSD中的信号取出电极1e、2e和位于最外侧的分支导电层4P₁、4P₁₉之间设置规定的区域，并使高浓度信号取出用半导体层1p、2p从信号取出电极1e、2e的正下边延伸到该区域内为止。另外，在作为高浓度信号取出用半导体层1p、2p的延伸部分的高浓度半导体区域11p、12p的正上边，未设置信号取出电极1e、2e，故入射光可以向高浓度半导体区域11p、12p内入射。高浓度半导体区域11p、12p，与最外侧的分支导电层4P₁、4P₁₉以规定的间隔进行隔离，而且沿与之平行的宽度方向Y延伸。因此，在入射光入射到该高浓度半导体区域11p、12p上的情况下，在高浓度半导体区域11p、12p中发生和收集的电荷之内，流入与各自的高浓度半导体区域11p、12p近的一方的信号取出电极1e、2e的电荷，就可以从信号取出电极1e、2e取出来而无须通过基干导电层P_N。

就是说，在实施例4的PSD中，在入射光作为光斑入射到最外侧的PSD的分支导电层4P₁、4P₁₉附近的情况下，由于光斑的一部分被信号取出电极1e、2e遮挡，故入射光位置会与光斑的被遮挡部分对应地偏离，但在本实施例的PSD中，即便是在这样的情况下，与光斑对应地发生的电荷也可以用高浓度半导体区域11p、12p进行收集，因而可以进一步提高PSD的位置测定精度。

(实施例6)

图19是实施例6的PSD的平面图，图20是图19所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图21是图19所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD，去掉了实施例4的PSD的信号取出电极1e、2e的一部分，并把信号取出电极1e、2e的已去掉了的部分正下边的高浓度信号取出用半导体层1p、2p当做高浓度半导体区域11p、12p，入射光可以入射到高浓度半导体区域11p、12p内。高浓度半导体区域11p、12p，与最外侧的分支导电层4P₁、4P₁₉以规定的间隔进行隔离，而且沿与之平行的宽度方向Y延伸。因此，在入射光入射到该高浓度半导体区域11p、12p上的情况下，在高浓度半导体区域11p、12p中发生和收集的电荷之内，流入与各自的高浓度半导体区域11p、12p近的一方的信号取出电极1e、2e的电荷，就可以从信号取出电极1e、2e取出来而无须通过基干导电层P_N。

就是说，在实施例4的PSD中，在入射光作为光斑入射到最外侧的PSD的分支导电层4P₁、4P₁₉附近的情况下，由于光斑的一部分被信号取出电极1e、2e遮挡，故入射光位置会与光斑的被遮挡部分对应地进行偏离，但在本实施例的PSD中，即便是在这样的情况下，与光斑对应地发生的电荷也可以用高浓度半导体区域11p、12p进行收集，因而可以进一步提高PSD的位置测定精度。

此外，信号取出电极1e、2e，虽然被配置在基干导电层P_N的基干导电层P_N的长度方向X两端的延长线上边，但是，在已形成了分支导电层4P_N的受光面的长度方向X两端的延长线上边并不配置。采用这样地配置信号取出电极1e、2e的办法，与实施例5的PSD比较，可以缩短PSD的长度方向X的长度，可以使PSD小型化。

(实施例7)

图22是实施例7的PSD的平面图，图23是图22所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图24是图22所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD，在实施例6的PSD的基干导电层P_N上边形成了遮光膜6。遮光膜6由含有黑色颜料或染料的感光性树脂、就是说，由黑色光刻胶构成。

(实施例8)

图25是实施例8的PSD的平面图，图26是图25所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图27是图25所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD，把信号取出电极1e、2e配置为使得跨接实施例6的PSD的位于基干导电层P_N的长度方向X两端部分的电阻区域P₁、P₂₀和高浓度信号取出用半导体层1p、2p。两端的电阻区域P₁、P₂₀，分别直接连接到信号取出电极1e、2e上，此外，高浓度半导体区域11p、12p，也直接连接到信号取出电极1e、2e上。若用该PSD，则可直接从信号取出电极1e、2e取出来自基干导电层P_N的电荷和用高浓度半导体区域11p、12p收集的电荷。

(实施例9)

图28是实施例9的PSD的平面图，图29是图28所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图30是图28所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。在本实施例的PSD中，实质上作成为与实施例1的基干导电层P_N、分支导电层4P_N和高浓度信号取出用半导体层1p、2p的杂质浓度是一样的。该PSD采用向半导体衬底2n中掺入p型杂质的办法，同时制造基干导电层P_N、分支导电层4P_N和高浓度信号取出用半导体层1p、2p。当增加高浓度信号取出用半导体层1p、2p的杂质浓度使得与电极1e、2e进行欧姆接触时，就会降低作为电阻层的基干导电层P_N的电阻率。于是，采用把基干导电层P_N的深度Z形成得浅的办法，就可以增加电阻率，得到所希望的电阻值。在本实施例的PSD中，虽然基干导电层P_N、分支导电层4P_N和高浓度信号取出用半导体层1p、2p的杂质浓度高，而且，表面的厚度方向的深度Z是一样的，但是，由于其深度Z浅，故高浓度信号取出用半导体层1p、2p与电极1e、2e进行欧姆接触，基干导电层P_N则具有对于位置测定足够的电阻值。此外，由于n型的分支区域4N₂～4N₁₉具有比p型的分支导电层4P₁～4P₂₀还深的深度，故存在于分支导电层4P₁～4P₂₀之间，对分支导电层4P₁～4P₂₀进一步实施电隔离。分支区域4N₂～4N₂₀，沿着长度方向X分别存在于位于最外侧的分支导电层4P₁、4P₂₀和高浓度信号取出用半导体层1p、2p之间，分别对分支导电层4P₁、4P₂₀和高浓度信号取出用半导体层1p、2p实施电隔离。倘采用本实施例的PSD，由于可以用同一工序制造基干导电层P_N、分支导电层4P_N和高浓度信号取出用半导体层1p、2p，故与上述实施例比较起来容易制造。

(实施例10)

图31是实施例10的PSD的平面图，图32是图31所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图33是图31所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD，使构成基干导电层P_N的电阻区域P₁～P₂₀的宽度电阻区域P₁～P₂₀的宽度Y分别变成为实施例1的PSD的电阻区域P₁～P₂₀的宽度的1／2，同时，设置沿PSD的长度方向X相对宽度方向Y的中心线与电阻区域P₁～P₂₀线对称的电阻区域P₂₁～P₄₀，并用分支导电层4P_N把处于对称关系的电阻区域彼此连接起来，用电阻区域P₁～P₂₀和电阻区域P₂₁～P₄₀把信号取出电极1e、2e间串联连接起来。

(实施例11)

图34是实施例11的PSD的平面图，图35是图34所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图36是图34所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD，使构成实施例1的PSD的基干导电层P_N的电阻区域P₁～P₂₀的偶数号的电阻区域P_2n(n为整数且在1～10之间)，沿PSD的长度方向X相对宽度方向Y的中心线进行线对称移动，并用分支导电层4P_N使偶数号的电阻区域P_2n和毗邻的奇数号的电阻区域P_2n-1，P_2n+1(2n+1＜21)进行连接，用电阻区域P₁～P₂₀把信号取出电极1e、2e串联连接起来。

(实施例12)

图37是实施例12的PSD的平面图，图38是图37所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭头剖面图，图39是图37所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭头剖面图。本实施例的PSD，使构成实施例1的PSD的基干导电层P_N的各电阻区域P₁～P₂₀的宽度方向Y的中心线与沿PSD的长方形表面的长度方向X的宽度方向Y的中心线一致。

如上所述，本发明的半导体位置探测器，由于从宽度可变的基干导电层两端取出用分支导电层收集的光生电荷，故可以对光斑形状或切缝形状等没有限制地高精度地取出与距半导体位置探测器的距离对应的输出电流。

工业上利用的可能性

本发明的半导体位置探测器(PSD)，是用所谓的三角测量原理测定被测定物的距离的装置，作为有源方式的距离探测器，可装载于摄象机等的摄象机器内。

Claims (6)

1．半导体位置探测器，其特征是：具备多个电阻区域在规定的方向上连续起来构成的基干导电层、和使来自上述基干导电层两端的输出电流相应于受光面上的入射光位置变化而从上述基干导电层开始沿上述受光面延伸的多个分支导电层，上述电阻区域实质上具有相同的电阻率，而且，垂直于上述规定方向的宽度随着从上述基干导电层的一端朝向另一端前进而变宽。

2．权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征是：上述电阻区域的宽度是沿从上述基干导电层的一端开始的上述规定方向的位置的1次或2次函数。

3．权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征是还具备：高浓度半导体区域，该区域与从具有位于上述基干导电层的一个端部的最窄宽度的电阻区域延伸出来的规定的上述分支导电层毗邻，且具有比上述基干导电层低的电阻率；信号取出电极，设置在相应于上述入射光通过上述高浓度半导体区域的电荷可以不通过上述基干导电层而流入的位置上，并取出上述输出电流的一方。

4．权利要求2所述的半导体位置探测器，其特征是：还具备在上述基干导电层上边形成的遮光膜。

5．权利要求4所述的半导体位置探测器，其特征是：还具备分别取出来自上述基干导电层两端的输出电流的一对信号取出电极，上述基干导电层位于上述信号取出电极间，上述遮光膜由绝缘性的材料构成，并把上述信号取出电极间的上述基干导电层覆盖起来。

6．权利要求5所述的半导体位置探测器，其特征是：上述遮光膜由黑色光刻胶构成。

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