DE4413481C2

DE4413481C2 - Optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE4413481C2
Application number: DE19944413481
Authority: DE
Inventors: Peter Mischel; Ulrich Wicke; Josef Wolf
Original assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Current assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2014-04-20
Also published as: DE4413481A1

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement nach dem Oberbegriff des An spruchs 1. Ein derartiges Bauelement ist aus R. Paul: "Optoelektronische Halbleiterbauelemente" (Teubner Studienskripte, Stuttgart, 1992, Kap. 3.2.6 "Weitere Fotodetektoren", Seiten 272-277) bekannt.

Als optoelektronische Bauelemente, die dazu geeignet sind, die Position eines auftref fenden Lichtstrahls zu detektieren, sind beispielsweise die Duo- oder Doppeldiode und der PSD (Position Sensitive Detector) bekannt. Der Nachteil der Duodiode liegt zum einen in ihrer eindimensionalen Wirkungsweise, so daß die Position eines auftreffenden Licht strahls generell nur in einer einzigen Achsenrichtung bestimmt werden kann; zum ande ren ist die Bestimmung der Position eines auftreffenden Lichtstrahls auf den recht schmalen Bereich beschränkt, in dem die beiden lichtempfindlichen Zonen einer Duo diode aneinandergrenzen. Deshalb kann zwar ziemlich genau bestimmt werden, ob sich ein auftreffender Lichtstrahl innerhalb oder außerhalb dieses Bereiches befindet, also seine exakte Position innerhalb des Fangbereiches der Duodiode; zur Erkennung seiner Positionsänderung hingegen eignet sich eine Duodiode nicht.

Der PSD in zweidimensionaler Ausführung besitzt zwar die Fähigkeit, eine Positionsände rung eines auftreffenden Lichtstrahls in zwei Achsenrichtungen über seinen gesamten Fangbereich hin zu erfassen, jedoch ist eine exakte Positionsbestimmung wie bei der Duodiode aufgrund eines nicht exakt linearen Oberflächenwiderstands nicht möglich. Der daraus resultierende Meßfehler ist zudem bei zweidimensionalen PSD größer als bei ein dimensionalen.

Beide Positionsprinzipien, jedoch bei verschiedenen Halbleiterbauelementen, sind in der zuvor genannten Druckschrift beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit zwei dimensionaler Wirkungsweise anzugeben, mit dem sich in einer Achsenrichtung die exak te Position und in der anderen Achsenrichtung die Positionsänderung eines auftreffen den Lichtstrahls bestimmen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß aufgrund der Anordnung des optoelektronischen Bauelements auf einem einzigen Chip im Gegensatz zum Hybridaufbau, d. h. der Kombination einer Duodiode und eines PSD in einem Gehäu se, keine Justie rung der Einzelelemente vorgenommen werden muß. Hinzu kommt, daß die zur Verstärkung und anschließender Ver knüpfung der Signale notwendige Schaltungsanordnung mitintegriert werden kann, wodurch die Ausgangssignale des erfindungsmäßigen optoelektronischen Bauelements direkt einer Auswerteschaltung zugeführt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1a die Draufsicht und

Fig. 1b den Querschnitt eines ersten Ausführungsbei spiels der Erfindung,

Fig. 2a die Draufsicht und

Fig. 2b den Querschnitt eines zweiten Ausführungsbei spiels der Erfindung,

Fig. 3 das Blockschaltbild der zur Auswertung des ersten Ausführungsbeispiels geeigneten Schal tungsanordnung und

Fig. 4 das Blockschaltbild der zur Auswertung des zweiten Ausführungsbeispiels geeigneten Schaltungsanordnung.

Fig. 1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In ein vorzugsweise schwach dotiertes, n-leitendes Substrat 1 werden zwei lichtempfindliche, p-leitende Zonen 2a und 2b mit rechteckförmiger Ober fläche derart eindiffundiert, daß sie möglichst viel der Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers 4 abdecken und daß beide Zonen möglichst nahe beieinanderliegen. Die Kontaktierung erfolgt bei der Rückseite mittels der Elektrode R', bei der ersten lichtempfindlichen Zone 2a mittels der Elektroden A' und B' und bei der zweiten lichtempfindlichen Zone 2b mittels der Elektrode C'. Hierbei stehen sich die Elektroden A' und B' der ersten lichtempfindlichen Zone 2a gegenüber und sind parallel zur jeweils kurzen Seite der rechteckförmigen Oberflä che angeordnet. Die Elektrode C' der zweiten lichtemp findlichen Zone 2b ist parallel zu derjenigen langen Seite angeordnet, die an der Außenseite des Halbleiter körpers 4 liegt.

Die an den Elektroden A', B' und C' anliegenden Signale werden den Verstärkern 5 der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung zugeführt. Die Bestimmung der Posi tionsänderung eines auftreffenden Lichtstrahls in x- Richtung erfolgt mittels einer Auswerteschaltung 8, der die verstärkten Signale der Elektroden A' und B' zuge führt werden. Zur Auswertung der genauen Position in y- Richtung benötigt die Auswerteschaltung 7 das ver stärkte Signal der Elektrode C' und die zuerst ver stärkten und dann addierten Signale A' + B' der Elek troden A' und B'. Das erfindungsgemäße optoelektroni sche Bauelement weist demnach in x-Richtung die Wir kungsweise eines PSD's und in y-Richtung die Wirkungs weise einer Duodiode auf.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ein weiteres Ausführungs beispiel eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements zur Positionsbestimmung eines auftreffenden Lichtstrahls. Diese Ausführung ist besonders für Anwen dungen mit hoher Signalgeschwindigkeit geeignet. Für derartige Anwendungen muß die Sperrschichtkapazität, die direkt proportional zur lichtempfindlichen Fläche der p-Zonen 2a und 2b ist, kleingehalten werden. Des halb ist es vorteilhaft, die gesamte Fläche der p-Zonen 2a und 2b (Fig. 2a) möglichst klein zu halten, so daß sie ungefähr der halben Fläche der p-Zonen 2a und 2b der Fig. 1a entspricht.

Infolge der geringeren Flächen der beiden p-Zonen 2a und 2b ist es vorteilhaft, zur Kontaktierung dieser lichtempfindlichen Zonen anstatt der einen Elektrode C' der Fig. 1a zwei Elektroden C und D (Fig. 2a) anzu bringen. Um trotz der gegenüber den in Fig. 1a wesent lich verkleinerten Dimensionen eine genügend große Elektrodenfläche zu erhalten, werden zur Erkennung ei nes auftreffenden Lichtstrahls in x-Richtung jeweils die Elektroden A und C bzw. B und D parallelgeschaltet, indem man ihre Signale zuerst einzeln verstärkt und an schließend addiert. Zur Erkennung eines auftreffenden Lichtstrahls in y-Richtung werden die Elektroden A und B bzw. C und D dadurch parallelgeschaltet, indem die Signale dieser Elektroden einzeln verstärkt und an schließend addiert werden.

Fig. 3 zeigt die zu dem in Fig. 1 dargestellten opto elektronischen Bauelement gehörende Schaltungsanord nung. Die an den Elektroden A' und B' anliegenden Signale werden jeweils zuerst einem Verstärker 5 und anschließend einem Addierverstärker 6 zugeführt. Zur Auswertung der y-Position benötigt eine Schaltungsan ordnung 7 zusätzlich zu dem am Ausgang des Addierver stärkers 6 anstehenden Signals A' + B' das mittels ei nes Verstärkers 5 verstärkte Signal C' und das Signal der Rückseitenkontaktierung R'. Einer zur Auswertung der x-Position dienenden Schaltungsanordnung 8 werden die zuerst verstärkten Signale A' und B' und ebenfalls das Signal der Rückseitenkontaktierung R' zugeführt.

Fig. 4 zeigt die zum in Fig. 2 dargestellten opto elektronischen Bauelement gehörende Schaltungsanord nung, bestehend aus vier Verstärkern 5, vier Addierver stärkern 6 und jeweils einer Auswerteschaltung 7 bzw. 8 zur Bestimmung der y- bzw. x-Position eines auf das optoelektronische Bauelement auftreffenden Licht strahls. Zur Auswertung der x- und y-Position dient ferner das Signal R des Rückseitenkontakts. Um die x- bzw. y-Position mittels der Schaltungsanordnung 8 bzw. 7 zu bestimmen, werden die zuvor einzeln verstärkten Signale A + C und B + D bzw. A + B und C + D am Ausgang des jeweiligen Addierverstärkers 6 abgegriffen.

Claims

1. Optoelektronisches Bauelement zur Positionsbestimmung eines auftreffenden Licht strahls in zwei zueinander senkrechten Achsenrichtungen (X, Y), mit einem Halbleiterkör per (1), der aus einem mit einem Rückseitenkontakt (R; R') versehenen Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps und aus zwei voneinander getrennten, mit Vorderseitenkontakten (A, B, C, D; A', B', C') versehenen Zonen (2a, 2b) des zweiten Leitfähigkeitstyps besteht, wobei die beiden Zonen (2a, 2b) mit rechteckförmiger Oberfläche an die von dem Lichtstrahl beaufschlagte Fläche grenzen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der bei den Zonen (2a, 2b) des zweiten Leitfähigkeitstyps mit zwei Vorderseitenelektroden (A, B, C, D; A', B') versehen ist, die jeweils parallel zur jeweiligen kleinen Seite an den Rand an grenzend vorgesehen sind.

2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Zone (2b) einen einzigen Vorderseitenkontakt (C') parallel zu der außenliegenden langen Seite und an deren Rand angrenzend aufweist.

3. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die andere Zone (2b) zwei Vorderseitenkontakte (C, D) jeweils parallel zur jeweiligen kur zen Seite und an deren Rand angrenzend aufweist.