DE10118796A1 - Optoelektronischer Strahlungsempfänger für eine Abtasteinheit eines fotoelektrischen Positionsmeßsystems - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen optoelektronischen Strahlungsempfänger für eine Abtasteinheit eines photoelektrischen Positionsmeßsystems mit einem halbleitenden Substrat; mit einer Mehrzahl in einer Ebene auf dem Substrat angeordneter halbleitender Schichten, die entlang einer Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnet sind und die jeweils mit dem Substrat einen pn-Übergang bilden; und mit entlang der Erstreckungsrichtung auf dem Substrat verlaufender metallischer Kontaktierungsbahnen, die zur elektrischen Kontaktierung der halbleitenden Schichten dienen, die quer zu der Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet sind und die in einer anderen Ebene als die halbleitenden Schichten angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der halbleitenden Schichten (2, 3) in elektrisch voneinander isolierte Abschnitte (31, 32) unterteilt ist, die jeweils mit einer der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) elektrisch verbunden sind, und dass zur elektrischen Verbindung zumindest eines Teiles der Abschnitte (31, 32) mit jeweils einer Kontaktierungsbahn (53) Verbindungsleiterbahnen (6) dienen, die in derselben Ebene verlaufen wie die Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53).

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Strahlungsempfänger für eine Abtasteinheit eines fotoelek­ trischen Positionsmeßsystems nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Das fotoelektrische Positionsmeßsystem dient zur Bestimmung der Lage zweier zueinander beweglicher Objekte. Dabei ist dem einen der beiden Objekte ein Codeträger in Form eines Maßstabes (im Fall eines Linearmeßsystems) oder in Form einer Teilscheibe (im Fall rotatorischen Meßsystems) zuge­ ordnet, dessen Code mittels einer dem anderen Objekt zuge­ ordneten Abtasteinheit abtastbar ist. Bei einem fotoelektri­ schen Positionsmeßsystem umfaßt die Abtasteinheit einen Strahlungsempfänger, dem durch den auf dem Codeträger des ersten Objektes vorgesehenen Code modulierte elektromagneti­ sche Strahlung zugeführt wird. Der Strahlungsempfänger erzeugt ein Ausgangssignal, aus dem die Lage des Strahlungs­ empfängers bezüglich des Codeträger und damit auch der beiden genannten Objekte zueinander bestimmbar ist.

Vorliegend umfaßt der Strahlungsempfänger ein halbleitendes Substrat; eine Mehrzahl auf dem Substrat in einer Ebene angeordneter halbleitender Schichten, die entlang einer Er­ streckungsrichtung hintereinander (und voneinander beabstan­ det) angeordnet sind und die jeweils mit dem Substrat einen strahlungsempfindlichen pn-Übergang (Fotodiode) bilden; sowie auf dem Substrat entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende metallische Kontaktierungsbahnen, die zur elektrischen Kontaktierung der halbleitenden Schichten dienen, die in einer anderen Ebene als die halbleitenden Schichten angeordnet sind und die quer zu der Erstreckungs­ richtung voneinander beabstandet sind.

Bei bekannten Strahlungsempfängern dieser Art sind die halbleitenden Schichten jeweils länglich ausgebildet und verlaufen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung, entlang der sie hintereinander angeordnet sind. An den Stirnseiten der länglichen halbleitenden Schichten verlaufen entlang der Erstreckungsrichtung mehrere Leiterbahnen (metallische Kontaktierungsbahnen), die zur elektrischen Kontaktierung der halbleitenden Schichten dienen. Dabei sind jeweils diejenigen halbleitenden Schichten, die ein Ausgangssignal der selben Phase erzeugen, mit der selben Kontaktierungs­ bahn elektrisch verbunden. Hierzu ist jede halbleitende Schicht jeweils bis zu der Kontaktierungsbahn hin verlän­ gert, mit der sie elektrisch verbunden ist. Dies ist mög­ lich, weil die halbleitenden Schichten in einer anderen Ebene liegen als die Kontaktierungsbahnen, so dass die halbleitenden Schichten diejenigen Kontaktierungsbahnen, mit denen keine elektrische Verbindung hergestellt werden soll, kreuzen können. Zur Herstellung der Verbindung zwi­ schen den halbleitenden Schichten und der jeweils zugeordne­ ten Kontaktierungsbahn dient jeweils ein elektrisch leiten­ des Element, das sich von der jeweiligen halbleitenden Schicht zu der zugehörigen Kontaktierungsbahn erstreckt und dabei die Distanz zwischen der Ebene der halbleitenden Schichten und der Ebene der Kontaktierungsbahnen überbrückt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen optoelektro­ nischen Strahlungsempfänger der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einfachen Mitteln eine größere Vielfalt bei der Anordnung der halbleitenden Schichten ermöglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines optoelektronischen Strahlungsempfängers mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Danach ist zumindest ein Teil der halbleitenden Schichten in Abschnitte unterteilt, die voneinander elektrisch iso­ liert sind und die jeweils separat mit einer der Kontaktie­ rungsbahnen elektrisch verbunden sind. Dabei dienen zur elektrischen Verbindung zumindest eines Teils dieser Ab­ schnitte mit jeweils einer Kontaktierungsbahn zusätzliche Verbindungsleiterbahnen, die in der selben Ebene verlaufen wie die Kontaktierungsbahnen. Die Abschnitte der halbleiten­ den Schichten können dabei insbesondere quer zu der Er­ streckungsrichtung des Strahlungsempfängers nebeneinander angeordnet sein.

Es sind also erfindungsgemäß nicht nur halbleitende Schich­ ten vorgesehen, die entlang einer ersten Richtung (Erstrec­ kungsrichtung des Strahlungsempfängers) voneinander beab­ standet hintereinander angeordnet sind; sondern die halblei­ tenden Schichten sind darüber hinaus noch in Abschnitte unterteilt, die z. B. quer zu der genannten Erstreckungsrich­ tung nebeneinander angeordnet sind. Die einzelnen Abschnit­ te können dabei sowohl eine identische als auch eine unter­ schiedliche Form haben, also jeweils halbleitende Schichten mit einer eigenen Geometrie definieren. Jeder dieser Ab­ schnitte einer halbleitenden Schicht bildet wiederum einen eigenen strahlungsempfindlichen pn-Übergang (Fotodiode), der aufgrund der zugeführten (durch den abzutastenden Code modulierten) elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Signal mit einer bestimmten Phase erzeugt.

Das Erfordernis, die einzelnen Abschnitte der halbleitenden Schichten jeweils unabhängig mit einer der Kontaktierungs­ bahnen elektrisch zu verbinden, führt zu dem Problem, dass diejenigen Abschnitte der halbleitenden Schichten, die durch einen weiteren Abschnitt der jeweiligen halbleitenden Schicht von den Kontaktierungsbahnen getrennt sind, nicht einfach bis zu den Kontaktierungsbahnen herangeführt werden können. Daher sind erfindungsgemäß zur Verbindung der entsprechenden Abschnitte der halbleitenden Schichten mit der jeweils zugeordneten Kontaktierungsbahn zusätzliche Verbindungsleiterbahnen vorgesehen, die sich in der selben Ebene erstrecken, wie die Kontaktierungsbahnen. Hierdurch können diese Verbindungsleiterbahnen zusammen mit den Kontaktierungsbahnen in einem Verfahrensschritt bei der Strukturierung der entsprechenden Oberfläche des Strahlungs­ empfängers hergestellt werden.

Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine größere Vielfalt bei der Anordnung halbleitender Schichten auf einem halbleitenden Substrat zur Erzeugung strahlungsempfin­ dlicher pn-Übergänge, die elektrische Signale unterschiedli­ cher Phasen erzeugen, wobei diese größere Vielfalt mit einem nur geringfügig erhöhtem fertigungstechnischen Auf­ wand erzielt wird. Denn die zur Kontaktierung der unter­ schiedlichen Abschnitte der halbleitenden Schichten zusätz­ lich erforderlichen Verbindungsleiterbahnen können bei dem zur Herstellung der Kontaktierungsbahnen ohnehin erforderli­ chen Strukturierungsschritt gleichzeitig erzeugt werden.

Zur Verbindung einzelner Abschnitte der halbleitenden Schichten mit den in einer anderen Ebene gelegenen Verbindungsleiterbahnen dienen elektrisch leitende Kanäle, die sich jeweils von der Ebene der halbleitenden Schichten zu der Ebene der Kontaktierungs- und Verbindungsleiterbah­ nen erstrecken.

Zur elektrischen Verbindung der einzelnen Verbindungsleiter­ bahnen mit der jeweils zugeordneten Kontaktierungsbahn können halbleitende Verbindungsbereiche dienen, die in der Ebene der halbleitenden Schichten dienen. Dies hat den Vorteil, dass die genannten Verbindungsbereiche zusammen mit dotierten halbleitenden Schichten in einem Strukturie­ rungsschritt in einer Ebene erzeugt werden können. Da die Verbindungsbereiche (wie die halbleitenden Schichten) in einer anderen Ebene liegen, als die metallischen Kontaktierungsbahnen, können die halbleitenden Verbindungsbereiche diejenigen Kontaktierungsbahnen, mit denen keine elektri­ sche Verbindung hergestellt werden soll, ohne weiteres kreuzen.

Die halbleitenden Verbindungsbereiche sind wiederum vorzugs­ weise sowohl mit der jeweils zugehörigen Verbindungsleiter­ bahn als auch mit der jeweils zugehörigen Kontaktierungs­ bahn über einen elektrisch leitenden Kanal verbunden, der sich von der Ebene der halbleitenden Schichten (und der halbleitenden Verbindungsbereiche) zu der Ebene der Kontak­ tierungsbahnen (und der Verbindungsleiterbahnen) erstreckt. Die elektrisch leitenden Kanäle verlaufen dabei vorzugswei­ se senkrecht zu der Ebene der halbleitenden Schichten und der Ebene der Kontaktierungsbahnen.

Die Ebene der Kontaktierungsbahnen (und der Verbindungslei­ terbahnen) ist von dem halbleitenden Substrat (auf dem unmittelbar die halbleitenden Schichten angeordnet sind) beabstandet, z. B. durch mindestens eine isolierende Schicht (Passivierungsschicht), die zwischen der Oberfläche des halbleitenden Substrates und den metallischen Kontaktie­ rungs- und Verbindungsleiterbahnen vorgesehen ist.

Wenn die halbleitenden Schichten länglich ausgebildet und im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung des Strahlungsempfängers orientiert sind, dann verlaufen die Verbindungsleiterbahnen vorzugsweise parallel zu diesen halbleitenden Schichten und zwischen diesen.

Die Kontaktierungsbahnen wiederum sind vorzugsweise an den kurzen Stirnseiten der halbleitenden Schichten angeordnet, wobei insgesamt so viele unterschiedliche Kontaktierungsbah­ nen vorgesehen sind, wie Signale unterschiedlicher Phasen in dem Strahlungsempfänger erzeugt werden sollen.

Diejenigen halbleitenden Schichten bzw. Abschnitte halblei­ tender Schichten, die sich bis zu den Kontaktierungsbahnen hin erstrecken, können mit der jeweils zugeordneten Kontak­ tierungsbahn direkt über einen elektrisch leitenden Kanal verbunden sein, der von der jeweiligen halbleitenden Schicht bzw. deren Abschnitt bis zu der zugeordneten Kontak­ tierungsbahn verläuft.

Eine Abtasteinheit für ein Positionsmeßsystem mit einem erfindungsgemäßen Strahlungsempfänger bzw. ein solches Positionsmeßsystem sind durch die Ansprüche 17 bzw. 18 charakterisiert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Strahlungsemp­ fänger mit einer Mehrzahl auf einem halbleitenden Substrat angeordneter und entlang einer Erstreckungsrichtung vonein­ ander beabstandeter halbleitender Schich­ ten, die jeweils mit einer metallischen Kontaktierungsbahnen elektrisch leitend verbunden sind;

Fig. 2a bis 2c drei Querschnitte durch den optoelektroni­ schen Strahlungsempfänger aus Fig. 1 entlang der Linien A-A', B-B' sowie C-C'.

In den Fig. 1 und 2a bis 2c ist ein optoelektronischer Strahlungsempfänger in Form einer auf einem halbleitenden Substrat 1 aufgebrachten Sensor- bzw. Fotodiodenanordnung dargestellt. Dieser optoelektronische Strahlungsempfänger ist vorgesehen als Bestandteil einer Abtasteinheit eines fotoelektrischen Positionsmeßsystems zur Bestimmung der Lage zweier zueinander verschiebbarer Objekte, z. B. zweier Baugruppen einer Werkzeugmaschine. Bei einer Positionsmes­ sung werden dem Strahlungsempfänger, der an einem der beiden zueinander beweglichen Objekte angeordnet ist, elektromagnetische Strahlen zugeführt, die zuvor von einem am anderen Objekt vorgesehenen Code moduliert wurden. Der Strahlungsempfänger erzeugt aufgrund der elektromagneti­ schen Strahlung Ausgangssignale, aus denen sich die Lage der beiden Objekte zueinander bestimmen läßt. Es ist dabei vorliegend ohne Bedeutung, ob das Positionsmeßsystem als ein absolutes oder ein relatives Meßsystem ausgebildet ist, also ob die auf dem Codeträger des Positionsmeßsystems vorgesehene Codespur eine absolute Positionsinformation enthält oder als Inkrementalcode ausgebildet ist.

Der optoelektronische Strahlungsempfänger (Sensoranordnung) weist gemäß den Fig. 1 und 2a bis 2c ein aus Silizium bestehendes, halbleitendes Substrat auf, auf dem entlang einer Erstreckungsrichtung E hintereinander angeordnet und voneinander beabstandet längliche (rechteckige), dotierte halbleitende Schichten 2, 3 aufgebracht sind. Die halblei­ tenden Schichten 2, 3 sind entlang einer Querrichtung Q senkrecht zu der Erstreckungsrichtung E orientiert und bilden mit dem halbleitenden Substrat fotoempfindliche pn-Übergänge in Form von Fotodioden. Dabei ist jede Zweite der länglichen, halbleitenden Schichten 2, 3 in der Quer­ richtung Q in zwei Abschnitte 31, 32 unterteilt, die vonein­ ander elektrisch isoliert sind, z. B. indem die beiden Abschnitte 31, 32 voneinander beabstandet sind oder indem sie durch eine zusätzliche isolierende Zwischenschicht separiert sind.

Die durch die halbleitenden Schichten 2, 3 bzw. die entspre­ chenden fotoempfindlichen pn-Übergänge gebildeten Fotodi­ oden dienen zum Empfang elektromagnetischer Strahlung (die zuvor durch eine Codespur des Positionsmeßsystems moduliert worden ist) und zur Umwandlung der elektromagnetischen Strahlung in elektrische Ausgangssignale. Dabei dienen die ersten halbleitenden Schichten 2 sowie die beiden Abschnit­ te 31, 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 zur Erzeu­ gung von Ausgangssignalen (Fotostromsignalen) unterschiedli­ cher Phase. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die von den ersten halbleitenden Schichten 2 erzeugten Ausgangssignale phasenversetzt gegenüber den von den Abschnitten 31, 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 erzeugten Ausgangssigna­ le. Auch die von den gegeneinander elektrisch isolierten Abschnitten 31, 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 erzeugten Ausgangssignale sind wiederum zueinander phasen­ versetzt.

Diejenigen halbleitenden Schichten 2 bzw. Abschnitte 31, 32 halbleitender Schichten 3, die Ausgangssignale der selben Phase erzeugen, sind jeweils mit einer gemeinsamen der Kontaktierung dienenden Leiterbahn verbunden. Die metalli­ schen Kontaktierungsbahnen 51, 52, 53 (Kontaktierungsschienen) sind als Gruppe 5 auf einer nichtleitenden Passivie­ rungsschicht 12, beispielsweise einer Siliziumnitrid- Schicht, aufgebracht. Diese ist durch eine weitere nichtlei­ tende Passivierungsschicht 11, beispielsweise eine Silizium­ dioxid-Schicht, von dem Halbleitersubstrat 1 getrennt. Die Kontaktierungsschienen 51, 52, 53 verlaufen nebeneinander entlang der Erstreckungsrichtung E und sind quer zu dieser Richtung E (in Querrichtung Q) voneinander beabstandet. Die Kontaktierungsschienen 51, 52, 53 definieren eine zweite Ebene des Strahlungsempfängers, die durch die Siliziumdi­ oxid-Schicht 11 und die Siliziumnitrid-Schicht 12 von der Ebene der unmittelbar auf dem Siliziumsubstrat 1 aufgebrach­ ten halbleitenden Schichten 2, 3 getrennt ist. Die Ebene der halbleitenden Schichten 2, 3 einerseits und die Ebene der Kontaktierungsschienen 51, 52, 53 andererseits verlau­ fen somit parallel zueinander und weisen einen Abstand voneinander auf, der durch die Gesamtdicke der Siliziumdi­ oxid-Schicht 11 und der Siliziumnitrid-Schicht 12 definiert ist. Aus Platzgründen werden dabei die Kontaktierungsschie­ nen 51 bis 53 eng nebeneinander geführt.

Die Kontaktierungsschienen 51, 52, 53 verlaufen vorliegend neben einer Stirnseite der länglichen halbleitenden Schich­ ten 2, 3. Zusätzlich könnten auch auf der anderen Stirnsei­ te der halbleitenden Schichten 2, 3 entsprechende Kontaktie­ rungsschienen vorgesehen seien. Dies ist dann erforderlich, wenn nicht nur drei sondern mehr als drei Ausgangssignale unterschiedlicher Phase erzeugt werden sollen. Beispielswei­ se kann vorgesehen sein, dass nicht (wie im vorliegen Ausführungsbeispiel) jede zweite sondern etwa nur jede vierte halbleitende Schicht ein Ausgangssignal der selben Phase erzeugt. Darüber hinaus können einzelne halbleitende Schichten nicht nur in zwei sondern auch mit mehr als zwei unterschiedliche Abschnitte unterteilt sein, die wiederum Ausgangssignale unterschiedlicher Phasen erzeugen. In jedem Fall wird die Anzahl der erforderlichen Kontaktierungsschie­ nen durch die Anzahl der in dem Strahlungsempfänger erzeug­ ten Signale unterschiedlicher Phase erzeugt.

Die der Gruppe 5 von Kontaktierungsschienen unmittelbar benachbarten Abschnitte 31 der zweiten halbleitenden Schich­ ten 3 sind, wie insbesondere anhand Fig. 2b erkennbar ist, mit derjenigen Kontaktierungsschiene 51 elektrisch verbun­ den, die unmittelbar vor den Stirnseiten der halbleitenden Schichten 2, 3 verläuft. Hierzu erstrecken sich diese halbleitenden Abschnitte 31 jeweils bis unter die genannte Kontaktierungsschiene 51 und sind dann mit einem metalli­ schen Verbindungskanal 4, der sich von der Ebene der halbleitenden Schichten 2, 3 zur Ebene der Kontaktierungs­ schienen 5 erstreckt, mit der zugehörigen Kontaktierungs­ schiene 51 elektrisch leitend verbunden.

Die ersten halbleitenden Schichten 2 sind jeweils mit einer mittleren Kontaktierungsschiene 52 der Gruppe 5 von Kontak­ tierungsschienen elektrisch leitend verbunden, vergl. Fig. 2c. Hierzu kreuzen diese halbleitenden Schichten 2 mit ihrem kontaktierungsschienenseitigen Endabschnitt 25 je­ weils eine Kontaktierungsschiene 51 und sind mit diesem Endabschnitt 25 bis unter die zweite, mittlere Kontaktie­ rungsschiene geführt. Mit dieser sind sie wiederum über einen metallischen Verbindungskanal 4 elektrisch leitend verbunden.

Die vorstehend beschriebene elektrische Verbindung der ersten halbleitenden Schichten 2 sowie der äußeren Abschnit­ te 31 der zweiten halbleitenden Schicht 3 mit den jeweils zugehörigen Kontaktierungsschienen 52 bzw. 51 ist bekannt. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die halbleiten­ den Schichten 2, 3 in einer anderen Ebene angeordnet sind als die zugehörige Gruppe 5 an Kontaktierungsschienen. Dadurch können sich die halbleitenden Schichten 2 sowie die äußeren Abschnitte 31 der zweiten halbleitenden Schichten 3 jeweils unterhalb der Ebene der Gruppe 5 von Kontaktierungs­ schienen bis hin zu der jeweils zugehörigen Kontaktierungs­ schiene 52 bzw. 51 erstrecken und dort jeweils über einen senkrechten metallischen Verbindungskanal 4 mit der zugeord­ neten Kontaktierungsschiene 52 bzw. 51 verbunden sein.

Eine derartige elektrische Anbindung an die zugehörige Kontaktierungsschiene 53 ist jedoch nicht möglich bei den innenliegenden Abschnitten 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3, die jeweils durch die entsprechenden außenlie­ genden Abschnitte 31 von den Kontaktierungsschienen 51, 52, 53 getrennt sind. Hierdurch können diese Abschnitte 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 nicht ohne weiteres mit der zugeordneten Kontaktierungsschiene 53 elektrisch verbun­ den werden.

Erfindungsgemäß sind hierzu zusätzliche Verbindungsleiter­ bahnen 6 vorgesehen, die sich in der Querrichtung Q senk­ recht zur Erstreckungsrichtung E von den inneren Abschnit­ ten 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 zu der Grup­ pe 5 der Kontaktierungsbahnen hin erstrecken, vergl. Fig. 2a. Diese zusätzlichen Verbindungsleiterbahnen 6 sind in der selben Ebene angeordnet wie die Kontaktierungsschie­ nen 51, 52, 53 und können daher bei der Herstellung des op­ toelektronischen Strahlungsempfängers in einem Strukturie­ rungsschritt gemeinsam mit letzteren erzeugt werden. Die inneren Abschnitte 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 sind über jeweils einen senkrechten metallischen Kanal 71 mit der zugeordneten Verbindungsleiterbahn 6 elektrisch verbunden.

Die Verbindungsleiterbahnen 6 enden unmittelbar vor der Gruppe 5 der Kontaktierungsschienen 51, 52, 53. An den entsprechenden Enden der Verbindungsleiterbahnen 6 er­ streckt sich jeweils ein senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1 verlaufender metallischer Kanal 72 von den Verbindungsleiterbahnen 6 zu einem dotierten halbleitenden Verbindungsbereich 35, der in der selben Ebene angeordnet ist wie die halbleitenden Schichten 2, 3. Dieser dotierte halbleitende Verbindungsbereich 35 erstreckt sich wiederum in der Ebene der halbleitenden Schichten 2, 3 von dem Endabschnitt der zugehörigen Verbindungsleiterbahn 6 bis zu der Kontaktierungsschiene 53, mit der eine elektrische Verbindung hergestellt werden soll. An dem kontaktierungs­ schienenseitigen Ende des halbleitenden Verbindungsberei­ ches 35 ist ein weiterer metallischer Kanal 7 vorgesehen, der sich senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1 von dem halbleitenden Verbindungsbereich 35 bis zu der Kontaktie­ rungsschiene 53 erstreckt und somit die elektrisch leitende Verbindung herstellt.

Dadurch dass die zusätzlich zur Kontaktierung der inneren Abschnitte 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 verwen­ deten halbleitenden Verbindungsbereiche 35 in der selben Ebene verlaufen wie die halbleitenden Schichten 2, 3 können diese zusätzlichen halbleitenden Bereiche 35, die vorzugs­ weise die gleiche Dotierung wie die halbleitenden Schich­ ten 2, 3 aufweisen, gemeinsam mit den genannten halbleitenden Schichten in einem Strukturierungsschritt erzeugt werden. Hierdurch wird der zusätzliche Herstellungsaufwand minimiert.

Im Ergebnis dienen bei der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2a bis 2c zur elektrischen Verbindung der innenliegen­ den Abschnitte 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 zusätzliche metallische Verbindungsleiterbahnen 6 sowie zusätzliche halbleitenden Verbindungsbereiche 35, die je­ weils in der Ebene der Kontaktierungsschienen 51, 52, 53 bzw. der halbleitenden Schichten 2, 3 angeordnet sind. Weiterhin sind metallische Kanäle 7, 71, 72 erforderlich die zwischen den Ebenen der halbleitenden Schichten 2, 3 und der metallischen Kontaktierungsschienen 51, 52, 53 verlaufen, entsprechend den ohnehin vorhandenen Kanälen 4. Somit sind alle Elemente 71, 6, 72, 35, 7, über die die innenliegenden Abschnitte 32 der zweiten halbleitenden Schichten 3 mit der zugeordneten äußeren Kontaktierungs­ schiene 53 elektrisch verbunden sind, in Ebenen angeordnet, in denen bei der Herstellung des elektrooptischen Strah­ lungsempfängers ohnehin eine Strukturierung stattfindet. Der mit der Kontaktierung der innenliegenden Abschnitte 32 verbundene zusätzliche Aufwand ist daher minimal.

Gleichzeitig wird durch die Unterteilung halbleitender Schichten 3 in unterschiedliche Abschnitte 31, 32 eine größere Vielfalt hinsichtlich der Erzeugung von Ausgangssi­ gnalen unterschiedlicher Phasen ermöglicht.

Die halbleitenden Schichten bzw. Bereiche werden in den Abschnitten, in denen sie unter den Kontaktierungsschie­ nen 51, 52, 53 geführt sind, derart gestaltet, dass einer­ seits ein hinreichend großer Kontaktbereich zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der jeweils zugeordneten Kontaktierungsschiene zur Verfügung steht und dass anderer­ seits durch eine möglichst geringe Fläche der halbleitenden Schichten bzw. Bereiche unterhalb der Kontaktierungsschie­ nen 51, 52, 53 kapazitives Übersprechen sowie die Entste­ hung zusätzlicher, nicht gewollter Zonen mit optischer Empfindlichkeit möglichst vermieden wird.

Die anhand der Fig. 1 und 2a bis 2c beschriebene Sensor- bzw. Fotodiodenanordnung hat den Vorteil, dass die innenlie­ genden Abschnitte 32 halbleitender Schichten 3 im Wesentli­ chen frei im Hinblick auf die Optimierung des zu erzeugen­ den Ausgangssignals gestaltet werden können. Die erforderli­ che Verbindung mit einer Kontaktierungsbahn bzw. Kontaktie­ rungsschiene 53 erfolgt dann über zusätzliche Verbindungs­ leiterbahnen und halbleitende Verbindungsbereiche, die in den ohnehin vorhandenen Ebenen der Kontaktierungsbahnen bzw. der halbleitenden Schichten angeordnet sind. Es wird also ohne nennenswerten zusätzlichen Fertigungsaufwand eine Unterteilung der halbleitenden Schichten in verschiedene Abschnitte bzw. Segmente senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Sensor- bzw. Fotodiodenanordnung ermöglicht, wobei die geometrische Struktur und insbesondere die Breite (Ausdeh­ nung in Erstreckungsrichtung) der halbleitenden Schichten präzise auf ein gewünschte Maß eingestellt werden kann. In der Regel wird angestrebt, dass die einzelnen Abschnitte einer halbleitenden Schicht die gleiche Struktur aufweisen, um homogene Ausgangssignale zu erreichen.

Claims (18)

1. Optoelektronischer Strahlungsempfänger für eine Abtast­ einheit eines photoelektrischen Positionsmeßsystems mit
einem halbleitenden Substrat,
einer Mehrzahl in einer Ebene auf dem Substrat angeord­ neter halbleitender Schichten, die entlang einer Er­ streckungsrichtung hintereinander angeordnet sind und die jeweils mit dem Substrat einen pn-Übergang bilden, und
entlang der Erstreckungsrichtung auf dem Substrat verlaufender metallischer Kontaktierungsbahnen, die zur elektrischen Kontaktierung der halbleitenden Schichten dienen, wobei die metallischen Kontaktie­ rungsbahnen quer zu der Erstreckungsrichtung voneinan­ der beabstandet und in einer anderen Ebene als die halbleitenden Schichten angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil der halbleitenden Schichten (2, 3) in voneinander elektrisch isolierte Abschnitte (31, 32) unterteilt ist, die jeweils mit einer der Kontaktie­ rungsbahnen (51, 52, 53) elektrisch verbunden sind, und dass zur elektrischen Verbindung zumindest eines Teiles der Abschnitte (31, 32) mit jeweils einer Kontaktierungs­ bahn (53) Verbindungsleiterbahnen (6) dienen, die in derselben Ebene verlaufen wie die Kontaktierungsbah­ nen (51, 52, 53).

2. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiterbah­ nen (6) solchen Abschnitten (32) der halbleitenden Schichten (2, 3) zugeordnet sind, die durch mindestens einen anderen Abschnitt (31) der jeweiligen halbleiten­ den Schicht (3) von der zugehörigen Kontaktierungs­ bahn (53) getrennt sind.

3. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (31, 32) der halbleitenden Schichten (2, 3) mit der jeweili­ gen Verbindungsleiterbahn (6) über einen elektrisch leitenden Kanal (71) verbunden sind, der sich von der Ebene der halbleitenden Schichten (2, 3) zu der Ebene der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) erstreckt.

4. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiterbahnen (6) mit jeweils einer Kontak­ tierungsbahn (53) über einen halbleitende Verbindungsbe­ reich (35) verbunden sind, der in der Ebene der halblei­ tenden Schichten (2, 3) liegt.

5. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitenden Verbin­ dungsbereiche (35) mit der jeweiligen Verbindungsleiter­ bahn (6) und mit der jeweiligen Kontaktierungsbahn (53) über jeweils einen elektrisch leitenden Kanal (72, 7) verbunden sind, der sich von der Ebene der halbleitenden Schichten (2, 3) zu der Ebene der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) erstreckt.

6. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrisch leitende Kanal (4, 7, 71, 72) senkrecht zur Ebene der halbleitenden Schichten (2, 3) und senkrecht zur Ebene der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) erstreckt.

7. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitenden Verbindungsbereiche (35) mindestens eine Kontaktierungsbahn (51, 52) kreuzen, mit der sie nicht elektrisch leitend verbunden sind.

8. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) von dem halbleitenden Substrat (1) beabstandet ist.

9. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem halbleitenden Substrat (1) und der Ebene der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) mindestens eine nichtleitende Schicht (11, 12) vorgesehen ist.

10. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitenden Schichten (2, 3) länglich ausgebildet und im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrich­ tung (E) orientiert sind.

11. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiterbahnen (6) länglich ausgebildet und im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrich­ tung (E) orientiert sind.

12. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiterbahnen (6) jeweils zwischen zwei hintereinander angeordneten halbleitenden Schichten (2, 3) verlaufen.

13. Optoelektronischer Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) entlang minde­ stens einer Stirnseite der halbleitenden Schichten (2, 3) verlaufen.

14. Strahlungsempfänger nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an den Stirnseiten mindestens drei Kon­ taktierungsbahnen (51, 52, 53) nebeneinander verlaufen.

15. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der halbleitenden Schichten (2, 3) jeweils unmit­ telbar über einen elektrisch leitenden Kanal (4), der sich von der Ebene der halbleitenden Schichten (2, 3) zu der Ebene der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) er­ streckt, mit einer der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) verbunden ist.

16. Strahlungsempfänger nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass diejenigen halbleitenden Schichten (2) u­ nmittelbar über einen elektrisch leitenden Kanal (4), der sich von der Ebene der halbleitenden Schichten (2, 3) zu der Ebene der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) erstreckt, mit einer der Kontaktierungsbahnen (51, 52, 53) verbunden sind, die nicht durch einen anderen Abschnitt einer halbleitenden Schicht von der entspre­ chenden Kontaktierungsbahn (52) getrennt sind.

17. Abtasteinheit für ein Positionsmeßsystem zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte mit einem Strahlungsempfänger nach einem der vorherge­ henden Ansprüche.

18. Positionsmeßsystem zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte, wobei einem der Objekte ein Code und dem anderen Objekt eine Abtastein­ heit zum Abtasten des Codes zugeordnet ist, mit einer Abtasteinheit gemäß Anspruch 17.