JP2004200408A - Light receiving element, light receiving device with built-in circuit, and optical disk device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光素子、回路内蔵型受光装置および光ディスク装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光ディスク装置が備える光ピックアップ部は、半導体レーザの出射光をレンズで光ディスク上に集光・照射し、この光ディスクに形成されているデータ部で光強度が変調された反射光を、受光素子で受光している。この反射光を受光した受光素子からの出力信号を、信号処理回路によって処理して、上記光ディスクに書き込まれているデータを示すデータ信号を検出すると共に、フォーカス信号やサーボ信号を検出する。上記光ディスク装置は、上記フォーカス信号に基づいて上記レンズの焦点を制御すると共に、上記サーボ信号に基づいて上記ディスク上のレーザ光の照射位置を制御している。
【0003】
従来、上記光ディスク装置に用いられる受光素子としては、図6に示すようなものがある(例えば特許文献1参照)。この受光素子は、P型半導体基板600上に、N型拡散層606とN型半導体層601とを順に備え、このN型半導体層601の表面部分に、P型不純物で形成された第1および第2P型表面拡散部602a,602bを備える。上記N型半導体層601の表面部分であって、上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bの間に、N型不純物で形成されて上記N型半導体層601の不純物濃度よりも大きい不純物濃度を有するN型表面拡散部604が形成されている。また、上記N型半導体層601には、上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bの図6における左右両側に位置すると共に、上記N型半導体層601の表面から上記N型拡散層606に達するN型拡散部603が形成されている。このN型拡散部603は、上記N型半導体層601の不純物濃度よりも大きい不純物濃度を有する。上記N型半導体層601の表面には反射防止膜605が設けられている。上記N型表面拡散部604によって、上記N型半導体層601の表面反転に起因する上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bの間のリーク電流を防止している。
【0004】
上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bで生成された光キャリアは、この第1および第2P型表面拡散部602a,602bに各々接続された図示しない2つの出力端子から別個に取り出される。上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bから別個に取り出された光キャリアの量、つまり、上記2つの出力端子から各々検出される出力値に基いて、上記光ディスクにレーザビームが現実に照射されている位置を算出する。この算出された上記レーザビームの照射位置に基いて、上記光ディスク装置のサーボ制御を行なっている。
【0005】
上記光ディスク装置のサーボ制御は、以下のようにして行なわれる。すなわち、上記光ディスクへのレーザ光の照射位置が正規の位置からずれた場合、上記光ディスクの反射光が上記受光素子に入射する位置がずれる。上記反射光が受光素子に入射する位置がずれることによって、上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bからの出力値の比が変化する。この出力比の変化量から、光ディスクへのレーザ光の照射位置のずれを算出して、この算出されたずれを縮小するように光ピックアップ部等を駆動する。このようなサーボ制御を行なうため、上記光ディスクの正規位置に照射されたレーザ光の反射光が上記受光素子に入射した場合、この入射光の中心が、上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bの間に位置する上記N型表面拡散部604の幅方向中央に位置するように設定している。これによって、上記光ディスクの正規位置にレーザ光が照射された場合、上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bから各々得られる出力電流の比が1:1になるようにしている。そして、上記出力電流比を1:1に保つようにサーボ制御を行う。
【0006】
図7は、図6の受光素子に、波長が650nmの光が入射した場合のクロストーク特性を示す図である。クロストーク特性は、上記受光素子の表面における入射光の中心の位置と、上記受光素子の第1および第2P型表面拡散部602a,602bからの出力電流との関係を表した曲線で示している。図7において、横軸は、上記受光素子の表面において、上記第1P型表面拡散部602aから第2P型表面拡散部602bに向う距離を示す。この横軸の0μmが、上記第1P型表面拡散部602aの図6における幅方向の中央に相当する。また、横軸の9.5μmが、上記N型表面拡散部604の幅方向の中央に相当する。さらに、横軸の19μmが、上記第2P型表面拡散部602bの図6における幅方向の中央に相当する。縦軸は、上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bからの出力電流であり、最大の出力電流の値を1としている。図7から分かるように、上記第1P型表面拡散部602aの中央に反射光の中心が位置するように反射光が入射した場合、この第1P型表面拡散部602aのみから出力電流が得られる。そして、上記反射光の入射位置がN型表面拡散部604に近づくに従って、第2P型表面拡散部602bからの出力電流が増加する。上記反射光の中心と、上記N型表面拡散部604の中央とが一致すると、第1P型表面拡散部602aからの出力電流と、第2P型表面拡散部602bからの出力電流とが1:1になる。さらに、上記反射光の入射位置が第2P型表面拡散部602b側にずれるに従って、上記第1P型表面拡散部602aからの出力電流が減少すると共に、第2P型表面拡散部602bからの出力電流が増大する。
【0007】
ここで、図7で示したクロストーク特性において、第1P型表面拡散部602aの出力電流の曲線と、第2P型表面拡散部602bの出力電流の曲線とが交差するN型表面拡散部604近傍の領域であって、いずれの出力電流値の割合が、5%以上かつ95%以下である領域をクロストーク領域という。このクロストーク領域について、第1P型表面拡散部602aの中央と第2P型表面拡散部602bの中央とを結ぶ直線上に現れる幅を、クロストーク幅という。なお、上記クロストーク領域は、上記第1P型表面拡散部602aの出力電流の値と、上記第2P型表面拡散部602bの出力電流の値とが、いずれも5%以上かつ95%以下であるものに限られず、例えば、信号処理回路の回路構成等に応じて、いずれの電流値も10%以上かつ90%以下である領域を、クロストーク領域とする場合もある。図7から分かるように、上記クロストーク幅が狭いほど、入射光の上記N型表面拡散部604の中央からのずれに対する出力電流の変化量が急峻になる。したがって、上記クロストーク幅が小さいと、上記第1および第2P型表面拡散部602a,602bの出力値によって検出可能な上記入射光のずれの幅が狭まって、サーボ制御が困難になる。他の実験の結果、サーボ制御を適切に行うためには4μm以上のクロストーク幅が必要であることが判明した。図7に示すように、図6の構造を有する受光素子に波長650nmの光が入射する場合、4μm以上のクロストーク幅が得られるので、適切なサーボ制御を行うことができる。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−148503号公報(第3図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の受光素子は、短波長光を用いた光ディスク装置には不適であるという問題がある。図8は、図6の従来の受光素子に、波長が405nmの短波長光が入射した際のクロストーク特性を示す図である。図8に示すように、上記従来の受光素子は、短波長光が入射した際のクロストーク幅が約2.5μmであるので、前述のような入射光の検出可能なずれの幅が狭くて、光ディスク装置のサーボ制御が適切に行えない。
【0010】
そこで本発明の目的は、短波長光を用いた光ディスク装置のサーボ制御を適切に実行できる受光素子を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の受光素子は、第1導電型の第1半導体層と、
上記第1半導体層の表面部分に形成された第2導電型の複数の第1半導体部と、
上記複数の第1半導体部の間に形成され、上記第1半導体層の不純物濃度よりも大きい不純物濃度を有すると共に、2μm以上の幅を有する第1導電型の第2半導体部と
を備えることを特徴としている。
【0012】
上記構成によれば、上記受光素子への入射光について、例えば1つの上記第2半導体部と、この第2半導体部に隣接する例えば2つの上記第1半導体部とに関して、上記入射光の中心が上記第2半導体部の中央から上記2つの第1半導体部のうちの1つの側にずれている場合、上記2つの第1半導体部から各々得られる出力値は、上記入射光のずれの大きさに対応する比をなす。ここで、上記第2半導体部は2μm以上の幅を有するので、上記入射光のずれに対応する比をなした状態で上記2つの第1半導体部から入力値が得られる範囲が、従来の受光素子よりも大きくなる。すなわち、上記2つの第1半導体部のいわゆるクロストーク幅が従来よりも拡大する。したがって、例えば短波長の入射光についても、比較的広い範囲にわたって入射光のずれが検出される。その結果、本発明の受光素子は、例えば短波長光を用いる光ディスク装置において、光ディスクの反射光のずれを適切に検出して、サーボ制御が適切に実行できる。
【0013】
ここにおいて、上記1つの第2半導体部に隣接する2つの上記第1半導体部に限られず、1つの第2半導体部に隣接する2つ以上の第1半導体部についても、入射光の上記第2半導体部からのずれに対応する比をなして、上記2つ以上の第1半導体部から出力が各々得られる。この場合においても、上記第2半導体部が2μm以上の幅を有することによって、2つ以上の第1半導体部に関するクロストーク幅が従来よりも拡大できる。
【0014】
また、上記1つの第2半導体部に限られず、複数の第2半導体部に各々隣接する2つ以上の第1半導体部についても、入射光の上記第2半導体部からのずれに対応する比をなして、上記2つ以上の第1半導体部から出力が各々得られる。この場合においても、上記第2半導体部が2μm以上の幅を有することによって、上記複数の第2半導体部について、この第2半導体部に各々隣接する2つ以上の第1半導体部に関するクロストーク幅が拡大できる。
【0015】
1実施形態の受光素子は、上記第2半導体部の幅は、8μm以下である。
【0016】
上記実施形態によれば、上記第2半導体部の幅は、8μm以下であるので、良好な感度の受光素子が形成できる。ここで、上記第2半導体部の幅が8μmよりも大きいと、入射光に対する感度が急激に低下してしまうので、例えば光ディスクのサーボ制御が不正確になる。
【0017】
本発明の回路内蔵型受光装置は、本発明の受光素子と、この受光素子から出力される信号を処理する信号処理回路とを、同一基板上に形成している。
【0018】
上記構成によれば、上記信号処理回路と受光素子とがモノリシックに形成されて小型であり、かつ、第2半導体部の中央からの入射光のずれを比較的広い範囲にわたって検出可能な回路内蔵型受光装置が得られる。
【0019】
本発明の光ディスク装置は、本発明の受光素子、または、本発明の回路内蔵型受光装置を備える。
【0020】
上記構成によれば、本発明の受光素子、または、本発明の回路内蔵型受光装置を備えるので、光ディスクへの光の照射位置に関する正規位置からのずれが比較的広い範囲にわたって検出できて、良好なサーボ性能を有する光ディスク装置が形成できる。また、例えば短波長光を用いた光ディスク装置において、適切なサーボ性能が得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0022】
(第1実施形態)
図1は、図6の受光素子と同様の構成部分を有する受光素子について、N型表面拡散部604の幅wを変化させたときのクロストーク幅の変化を示した図である。なお、図1が示すクロストーク幅について、図6の第1および第2P型表面拡散部602a,602bの出力電流値の割合が、5%以上かつ95%以下である領域をクロストーク領域としている。上記受光素子の入射光は、N型表面拡散部604の形成深さdよりも小さい侵入長を有する450nmの波長の入射光である。図1において、横軸はN型表面拡散部604の幅w(μm)であり、縦軸はクロストーク幅(μm)である。本発明の受光素子は、N型表面拡散層604の幅wが2μm以上の受光素子である。図6の受光素子において、N型半導体層601が第1導電型の第1半導体層であり、P型不純物で形成された第1および第2P型表面拡散部602a,602bが、第2導電型の複数の第1半導体部である。また、N型不純物で形成されたN型表面拡散部604であって2μm以上の幅を有するN型表面拡散部604が、本発明の第1導電型の第2半導体部である。
【0023】
図1から分かるように、N型表面拡散部604の幅wが大きくなるに従って、クロストーク幅が拡大する。具体的には、N型表面拡散部の幅wを2μm以上に形成することによって、4μm以上のクロストーク幅が得られる。また、他の実験により、上記N型表面拡散部604の形成深さdよりも侵入長が小さい他の波長の光を入射した場合も、上記N型表面拡散部604の幅wを2μm以上に形成することによって、4μm以上のクロストーク幅が得られることが分かった。また、当然に、上記N型表面拡散部604の形成深さdよりも侵入長が大きい他の波長の光を入射した場合においても、4μm以上のクロストーク幅が得られた。
【0024】
これらのことから、上記N型表面拡散部604の幅を2μm以上に形成することによって、入射光の侵入長と上記N型表面拡散部604の形成深さとの大小に拘らず、4μm以上のクロストーク幅を得ることができる。したがって、本発明の受光素子によって、適切なサーボ制御を実行できる光ディスク装置が形成できる。特に、従来、光ディスクのサーボ制御を行なうのにクロストーク幅が不十分であった短波長光についても、上記N型表面拡散部604の形成幅を2μm以上にすることによって、十分なクロストーク幅を有する受光素子が形成できる。その結果、短波長光を用いた光ディスク装置において、適切なサーボ制御が実行可能になる。
【0025】
なお、上記クロストーク領域は、図6の第1P型表面拡散部602aの出力電流の値と、上記第2P型表面拡散部602bの出力電流の値とが、いずれも5%以上かつ95%以下である領域としたが、この出力電流値の割合に限られず、例えば、いずれの出力電流値も10%以上かつ90%以下であるような他の割合をなす領域をクロストーク領域としてもよい。
【0026】
本発明者は、受光素子の入射光の波長によって決定される侵入長が、N型表面拡散部604の形成深さdよりも小さい場合と大きい場合とで、クロストーク幅が大幅に変わることを見出した。すなわち、図6の従来の受光素子において、N型表面拡散部604の形成深さdは2.5μmであり、波長650nmの光の侵入長3.3μmよりも小さい。この場合、上記入射光によって、N型半導体層601の部分であって上記N型表面拡散部604の下方の部分に、光キャリアが生成される。上記光キャリアが形成される深さにおいて、上記N型半導体層601は、図6の断面における幅方向に亘って濃度プロファイルが一定であり、ポテンシャルの変化がない。このため、上記N型表面拡散部604の下方で生成した光キャリアは、拡散によってN型半導体層601を幅方向に移動する。したがって、入射光がN型表面拡散部604の中央から第1P型表面拡散部602a側にずれた場合においても、上記N型表面拡散部604に対して上記第1P型表面拡散部602aと反対側の第2P型表面拡散部602bに、比較的多くのキャリアが到達する。その結果、この第2P型表面拡散部602bから比較的大きい出力電流が得られて、クロストーク幅が比較的大きくなるのである。
【0027】
これに対して、上記従来の受光素子に波長が405nmの光が入射した場合、この光の侵入長は0.1μmであって、上記N型表面拡散部604の形成深さdよりも小さい。この場合、第1P型表面拡散部602a側で発生した光キャリアが第2P型表面拡散部602b側に達するためには、N型表面拡散部604のポテンシャルバリアを超えなくてはならない。このため、上記第2P型表面拡散部602bに達するキャリアは殆ど無くなるので、クロストーク幅が狭くなるのである。
【0028】
これらのことから、N型表面拡散部604の形成深さを光の侵入長よりも小さくすれば、十分なクロストーク幅が得られることになる。しかしながら、例えば波長が405nmの光を入射する場合、この入射光の侵入長は0.1μmであるので、0.1μmよりも形成深さが浅いN型表面拡散部を形成することは、プロセス技術上、非常に困難である。そこで、本発明者は、N型表面拡散部604の形成深さdが入射光波長よりも深い場合においても、十分に広いクロストーク幅を得ることを目的として研究を行なった結果、クロストーク幅はN型表面拡散部604の幅wによっても変化することを見出した。そして、N型表面拡散部604の形成深さdよりも小さい侵入長の光を入射した場合のクロストーク幅と、N型表面拡散部604の幅wとの関係を明らかにし、本発明をなすに至ったのである。
【0029】
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態の受光素子を示す断面図である。本実施形態の受光素子は、シリコン基板200上に、濃度が1×1018cm-3程度で厚みが1μm程度のP型拡散層201と、このP型拡散層201上に、濃度が1×1013〜1×1016cm-3程度で厚みが10〜20μm程度の第1導電型の第1半導体層としてのP型半導体層202とを備える。上記P型半導体層202上には、濃度が1×1017〜1×1019cm-3程度で厚みが2μm程度の第2導電型の複数の第1半導体部としての第1および第2N型半導体部203a,203bを形成している。上記第1および第2N型半導体部203a,203bの間には、第1導電型の第2半導体部としてのP型表面拡散部206を形成している。このP型表面拡散部206は、4μmの深さdを有すると共に、2μmの幅wを有する。このP型表面拡散部206を形成する不純物はIII価の元素であればよく、例えばボロン、インジウムなどであればよい。また、このP型表面拡散部206の不純物濃度は、比較的高い感度を得るため、1×1019cm-3以下の濃度にしている。上記P型半導体層202、ならびに、上記第1および第2N型半導体部203a,203bの図2における左右両端の近傍には、受光素子表面からP型拡散層201にコンタクトを取るためのP型拡散部204が、上記第1および第2N型半導体部203a,203bの表面から上記P型拡散層201の表面に達するように形成されている。上記P型拡散層201およびP型拡散部204を形成する不純物は、III価の元素であればよく、例えばボロン、インジウムなどであればよい。
【0030】
上記第1および第2N型半導体部203a,203bの表面と、上記P型表面拡散部206の表面との少なくとも光の入射領域に、通常のシリコンプロセスを用いて形成された反射防止膜205を設けている。
【0031】
上記構成の受光素子においても、上記P型表面拡散部206の形成深さdである4μmよりも侵入長が大きい波長の光と、4μmよりも侵入長が小さい波長の光とのいずれの光が入射した場合においても、上記P型表面拡散部206は2μmの幅wを有するので、4μm以上のクロストーク幅を得ることができる。
【0032】
上記実施形態において、受光素子の構成部分のN型とP型とが逆であっても同様の効果を得ることができる。また、上記反射防止膜205が無くても、4μm以上の適切なクロストーク幅が得られる。
【0033】
(第3実施形態)
図3は、図6と同様の構成部分を有する受光素子において、第1導電型の第2半導体部としてのN型表面拡散部604の幅wを1μmから12μmまで変化させて、受光素子の感度の変化を測定する実験を行なった際の実験結果を示す図である。図3において、横軸がN型表面拡散部604の幅w(μm)であり、縦軸が受光素子の感度(A/W)である。この実験において、受光素子には波長が405nmの光を入射させた。図3は、上記N型表面拡散部604の表面の不純物濃度が1×1015cm-3であるときの実験結果である。図3の実験結果を得た実験条件の他に、上記N型表面拡散部604の表面の不純物濃度を1×1015〜3×1019cm-3の範囲で変えて同様の実験を行なった。その結果、いずれの不純物濃度においても、図3と略同じ実験結果が得られた。すなわち、N型表面拡散部604の幅wが8μmを越えると、受光素子の感度が急激に悪化することが明らかになった。また、入射光を、波長が405nmの光に限らず、他の波長の光に変えて実験を行った場合も、同様の結果が得られた。
【0034】
これらのことから、上記N型表面拡散部604の幅wを2μm以上8μm以下に形成することによって、十分なクロストーク幅を有すると共に、良好な感度特性を有する受光素子が得られる。
【0035】
上記実施形態において、上記N型表面拡散部604以外の部分は、他の構造であってもよい。例えば、P型半導体基板600の代わりにN型半導体基板を用いてもよい。また、図2に示す受光素子のような構造であってもよい。また、受光素子の構成部分のN型とP型とが逆であってもよい。
【0036】
(第4実施形態)
図4は、本発明の第4実施形態の回路内蔵型受光装置を示す断面図である。この回路内蔵型受光装置は、本発明の受光素子と同一の構成部分を有する受光素子としての受光部Dと、この受光部Dから出力される信号を処理するための信号処理回路としてのトランジスタ部Tとを、同一の基板上に形成している。なお、図4の回路内蔵型受光装置では、メタル配線の処理工程以降に形成される例えば多層配線,層間膜等は省略している。
【0037】
図4に示すように、ボロン濃度が1×1015cm-3程度のP型半導体基板400上に、受光部のアノードに対して生じる寄生抵抗を下げるため、厚みが1〜2μmでボロン濃度が1×1018〜1×1019cm-3程度の第1P型半導体層401を備える。この第1P型半導体層401上に、厚みが15〜16μmでボロン濃度が1×1013〜1×1014cm-3程度の第2P型半導体層402を形成している。そして、この第2P型半導体層402上に、膜厚が1〜2μmでボロン濃度が1×1013〜1×1014cm-3程度の第3のP型半導体層411を形成している。上記第2のP型半導体層402と上記第3のP型半導体層411との間であって、上記トランジスタ部T側に、NPNトランジスタのコレクタ413として働くN型半導体層を形成している。さらに、上記第3P型半導体層411上に、素子分離を行うためのロコス領域403を形成している。上記トランジスタ部Tの表面部分には、絶縁膜419を形成している。
【0038】
上記第3P型半導体層411の受光部D側の表面部分には、例えばリン濃度が1×1019〜1×1020cm-3程度で、接合深さが0.3〜0.8μm程度の複数の第1半導体部としての2つのN型表面拡散部405a,405bを形成している。ここで、上記第3P型半導体層411は、第1半導体層として機能している。上記2つのN型表面拡散部405a,405bの間には、ボロン濃度が1×1018cm-3であり、2μmの幅を有すると共に形成深さが4μmであるP型表面拡散部407を形成している。
【0039】
また、上記受光部Dの第3P型半導体層411,N型表面拡散部405a、405bおよびP型表面拡散部407の表面であって、少なくとも光が照射される領域に、入射光に対する反射防止膜404を形成している。
【0040】
また、上記P型半導体基板400上に形成された第1P型半導体層401を、上記第4P型半導体層411の上方に形成されるメタル配線に接続するため、ボロン濃度が1×1019〜1×1020cm-3程度のP型半導体部408,409を形成している。
【0041】
さらに、上記第3のP型半導体層411のトランジスタTが形成される領域に、例えばリン濃度が2×1015〜2×1016cm-3程度のN型ウエル構造412を形成している。上記N型ウエル構造412の1部に、トランジスタTのコレクタコンタクト414となる例えばリン濃度が1×1019〜1×1020cm-3程度のN型拡散部を形成している。また、上記N型ウエル構造412の1部に、トランジスタTのベース415となる例えばボロン濃度が1×1017〜2×1017cm-3程度のP型拡散層を形成し、さらに、このP型拡散層の1部に、エミッタ416となるN型拡散層を、例えばヒ素を注入したポリシリコンからの固層拡散によって形成している。
【0042】
そして、上記受光部Dのカソード電極(図示せず)とアノード電極417、ならびに、上記トランジスタ部Tのコレクタ電極418,ベース電極406およびエミッタ電極410を形成している。
【0043】
上記構成の回路内蔵型受光装置は、あらゆる波長の入射光に対して良好なクロストーク特性が得られた。また、上記P型表面拡散部407の幅を2μm以上に形成した場合においても良好なクロストーク特性が得られた。
【0044】
本実施形態では、信号処理回路にNPN型トランジスタを用いたが、PNP型トランジスタを用いてもよく、また、NPN型およびPNP型の両方のトランジスタを用いて信号処理回路を形成してもよい。また、トランジスタの構造は、本実施形態の構造に限られず、他の構造を用いてもよい。また、受光素子としての受光部Dは、本実施形態の構造に限定されることなく、例えば第1実施形態の受光素子等の他の受光素子を用いることができる。
【0045】
(第5実施形態)
図5は、本発明の第5実施形態の光ディスク装置が有する光ピックアップ部を示す概略図である。
【0046】
図5に示すように、本実施形態の光ディスク装置の光ピックアップ部は、短波長光を出射する半導体レーザ500を備える。この半導体レーザ500から出射した短波長光を、2つのトラッキング用副ビームと信号読み出し用主ビームとの3つのビームに分ける回折格子501を備える。この回折格子で分けられた3つのビームは、ホログラム素子502を0次光として透過し、コリメートレンズ503で平行光に変換された後、対物レンズ504によって光ディスク505上に集光されるようになっている。この集光された光は、上記光ディスク505に形成されてデータを表すピットによって光強度が変調されて反射する。この反射光は、対物レンズ504およびコリメートレンズ503を透過した後に、ホログラム素子502によって回折される。この回折された光のうちの1次光成分は、5分割された受光部D1〜D5を有する本発明の受光素子506に入射するようになっている。そして、上記受光部D1〜D5からの出力値を加減算することにより、データ信号とトラッキング用信号とを得るようになっている。
【0047】
上記光ピックアップ部を有する光ディスク装置は、本発明の受光素子506を有し、この受光素子506は、上記5分割された各受光部D1〜D5の間の部分に、2μmの幅を有する第2半導体部を備える。したがって、上記受光素子506の上記各受光部D1〜D5は、互いに適切なクロストーク幅を有する。これによって、上記半導体レーザ500から出射されて光ディスクで反射された短波長光について、上記受光素子506への入射位置のずれが適切に検出できる。その結果、この光ディスク装置の光ピックアップ部は、良好なサーボ性能が得られる。また、短波長光に限られず、あらゆる波長の光を用いた場合に良好なサーボ特性が得られる。また、上記光ピックアップ部は、良好なサーボ性能を有するので、良好な周波数特性が得られる。
【0048】
上記実施形態において、5分割の受光部を有する受光素子に限らず、複数の光が照射されるPN接合を有したものであればよい。
【0049】
また、上記受光素子506は、本発明の回路内蔵型受光装置であってもよい。また、本実施形態の光ディスク装置のピックアップ部は、回折格子501、ホログラム素子502、コリメートレンズ503および対物レンズ504によって光学系を構成したが、他の構成の光学系を用いてもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の受光素子によれば、第1導電型の第1半導体層と、上記第1半導体層の表面部分に形成された第2導電型の複数の第1半導体部と、上記複数の第1半導体部の間に形成され、上記第1半導体層の不純物濃度よりも大きい不純物濃度を有すると共に、2μm以上の幅を有する第1導電型の第2半導体部とを備えるので、上記複数の第1半導体部のいわゆるクロストーク幅が従来よりも拡大できるから、例えば短波長の入射光についても、比較的広い範囲にわたって入射光のずれが検出できる。その結果、例えば短波長光を用いた光ディスク装置において、光ディスクの反射光のずれを適切に検出して、サーボ制御が適切に実行できる。
【0051】
また、他の実施形態の受光素子によれば、上記第2半導体部の幅は、8μm以下であるので、良好な感度の受光素子が形成できる。その結果、例えば光ディスク装置において、光ディスクの反射光のずれを適切に検出して、サーボ制御が適切に実行できる。
【0052】
また、本発明の回路内蔵型受光装置によれば、本発明の受光素子と、この受光素子から出力される信号を処理する信号処理回路とを、同一基板上に形成しているので、小型であり、かつ、第2半導体部の中央からの入射光のずれを比較的広い範囲にわたって検出可能な回路内蔵型受光装置が得られる。
【0053】
また、本発明の光ディスク装置によれば、本発明の受光素子、または、本発明の回路内蔵型受光装置を備えるので、良好なサーボ性能を有する光ディスク装置が形成でき、また、例えば短波長光を用いた場合においても適切なサーボ性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の受光素子について、N型表面拡散部の幅を変化させたときの受光素子のクロストーク幅の変化を示した図である。
【図2】本発明の第2実施形態の受光素子を示す断面図である。
【図3】N型表面拡散部の幅を1μmから12μmまで変化させて、受光素子の感度の変化を測定した実験結果を示す図である。
【図4】本発明の第4実施形態の回路内蔵型受光装置を示す断面図である。
【図5】本発明の第5実施形態の光ディスク装置が有する光ピックアップ部を示す概略図である。
【図6】従来の受光素子を示す断面図である。
【図7】従来の受光素子のクロストーク特性を示す図である。
【図8】従来の受光素子に短波長光が入射した際のクロストーク特性を示す図である。
【符号の説明】
200 シリコン基板
201 P型拡散層
202 P型半導体層
203a 第1N型半導体部
203b 第2N型半導体部
204 P型拡散部
205 反射防止膜
206 P型表面拡散部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light receiving element, a light receiving device with a built-in circuit, and an optical disk device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical pickup unit provided in an optical disk device focuses and irradiates the emitted light of a semiconductor laser onto an optical disk with a lens, and receives reflected light whose light intensity is modulated by a data portion formed on the optical disk. The device is receiving light. An output signal from the light receiving element that has received the reflected light is processed by a signal processing circuit to detect a data signal indicating data written on the optical disk and also detect a focus signal and a servo signal. The optical disk device controls the focus of the lens based on the focus signal, and controls the irradiation position of the laser beam on the disk based on the servo signal.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a light receiving element used in the above-described optical disk device, there is a light receiving element as shown in FIG. This light receiving element is provided with an N-
[0004]
The optical carriers generated by the first and second P-type
[0005]
The servo control of the optical disk device is performed as follows. That is, when the irradiation position of the laser beam on the optical disc deviates from the normal position, the position where the reflected light of the optical disc is incident on the light receiving element shifts. By shifting the position where the reflected light enters the light receiving element, the ratio of the output values from the first and second P-type
[0006]
FIG. 7 is a diagram showing crosstalk characteristics when light having a wavelength of 650 nm is incident on the light receiving element of FIG. The crosstalk characteristic is indicated by a curve representing the relationship between the position of the center of the incident light on the surface of the light receiving element and the output current from the first and second P-type
[0007]
Here, in the crosstalk characteristic shown in FIG. 7, the vicinity of the N-type
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-148503 A (FIG. 3)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a problem that the above-mentioned conventional light receiving element is not suitable for an optical disk device using short-wavelength light. FIG. 8 is a diagram showing crosstalk characteristics when short-wavelength light having a wavelength of 405 nm is incident on the conventional light receiving element of FIG. As shown in FIG. 8, since the cross-talk width of the conventional light receiving element when short-wavelength light is incident is about 2.5 μm, the width of the detectable shift of the incident light as described above is small. However, the servo control of the optical disk device cannot be performed properly.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a light receiving element capable of appropriately executing servo control of an optical disk device using short-wavelength light.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a light-receiving element of the present invention includes a first semiconductor layer of a first conductivity type,
A plurality of first semiconductor portions of the second conductivity type formed on a surface portion of the first semiconductor layer;
A first conductive type second semiconductor portion formed between the plurality of first semiconductor portions and having an impurity concentration higher than the impurity concentration of the first semiconductor layer and having a width of 2 μm or more;
It is characterized by having.
[0012]
According to the above configuration, the center of the incident light with respect to the light incident on the light receiving element is, for example, one second semiconductor portion and, for example, two first semiconductor portions adjacent to the second semiconductor portion. If the center of the second semiconductor portion is shifted toward one of the two first semiconductor portions, the output value obtained from each of the two first semiconductor portions is the magnitude of the shift of the incident light. Make a ratio corresponding to Here, since the second semiconductor portion has a width of 2 μm or more, the range in which an input value can be obtained from the two first semiconductor portions in a state where a ratio corresponding to the shift of the incident light is obtained is the conventional light receiving portion. Larger than the element. That is, the so-called crosstalk width of the two first semiconductor portions is larger than in the related art. Therefore, for example, even for short-wavelength incident light, a shift of the incident light is detected over a relatively wide range. As a result, the light receiving element of the present invention can appropriately detect the deviation of the reflected light of the optical disk and appropriately execute the servo control in, for example, an optical disk device using short wavelength light.
[0013]
Here, not only the two first semiconductor portions adjacent to the one second semiconductor portion but also the two or more first semiconductor portions adjacent to the one second semiconductor portion are not limited to the second second semiconductor portions. Outputs are respectively obtained from the two or more first semiconductor portions in a ratio corresponding to the deviation from the semiconductor portion. Also in this case, since the second semiconductor portion has a width of 2 μm or more, the crosstalk width of the two or more first semiconductor portions can be increased as compared with the related art.
[0014]
In addition, the ratio corresponding to the shift of the incident light from the second semiconductor unit is not limited to the one second semiconductor unit, but may be two or more first semiconductor units adjacent to the plurality of second semiconductor units. An output is obtained from each of the two or more first semiconductor units. Also in this case, since the second semiconductor portion has a width of 2 μm or more, the crosstalk width of the plurality of second semiconductor portions with respect to the two or more first semiconductor portions adjacent to the second semiconductor portion, respectively. Can be expanded.
[0015]
In one embodiment, the width of the second semiconductor portion is 8 μm or less.
[0016]
According to the above embodiment, since the width of the second semiconductor portion is 8 μm or less, a light-receiving element having good sensitivity can be formed. Here, if the width of the second semiconductor portion is larger than 8 μm, the sensitivity to incident light is sharply reduced, so that, for example, servo control of the optical disk becomes inaccurate.
[0017]
In a light receiving device with a built-in circuit according to the present invention, the light receiving element of the present invention and a signal processing circuit for processing a signal output from the light receiving element are formed on the same substrate.
[0018]
According to the above configuration, the signal processing circuit and the light receiving element are monolithically formed to be small, and a circuit built-in type capable of detecting a shift of incident light from the center of the second semiconductor portion over a relatively wide range. A light receiving device is obtained.
[0019]
The optical disk device of the present invention includes the light receiving element of the present invention or the light receiving device with a built-in circuit of the present invention.
[0020]
According to the above configuration, since the light receiving element of the present invention or the light receiving device with a built-in circuit of the present invention is provided, the deviation of the irradiation position of light onto the optical disc from the normal position can be detected over a relatively wide range, An optical disk device having excellent servo performance can be formed. Also, for example, in an optical disk device using short-wavelength light, appropriate servo performance can be obtained.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0022]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a change in the crosstalk width when the width w of the N-type
[0023]
As can be seen from FIG. 1, as the width w of the N-type
[0024]
From these facts, by forming the width of the N-type
[0025]
In the crosstalk region, the output current value of the first P-type surface diffusion portion 602a and the output current value of the second P-type
[0026]
The inventor of the present invention has found that the crosstalk width greatly changes depending on whether the penetration length determined by the wavelength of the incident light of the light receiving element is smaller or larger than the formation depth d of the N-type
[0027]
On the other hand, when light having a wavelength of 405 nm is incident on the conventional light receiving element, the penetration depth of the light is 0.1 μm, which is smaller than the formation depth d of the N-type
[0028]
From these facts, if the formation depth of the N-type
[0029]
(2nd Embodiment)
FIG. 2 is a sectional view showing a light receiving element according to a second embodiment of the present invention. The light receiving element of this embodiment has a concentration of 1 × 10 18 cm -3 P-
[0030]
An
[0031]
In the light receiving element having the above-described configuration, either light having a wavelength longer than 4 μm, which is the formation depth d of the P-type
[0032]
In the above embodiment, the same effect can be obtained even if the N-type and P-type components of the light receiving element are reversed. Further, even without the
[0033]
(Third embodiment)
FIG. 3 shows the sensitivity of the light receiving element having the same configuration as that of FIG. 6 by changing the width w of the N-type
[0034]
For these reasons, by forming the width w of the N-type
[0035]
In the above embodiment, the portion other than the N-type
[0036]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a light receiving device with a built-in circuit according to a fourth embodiment of the present invention. The light receiving device with a built-in circuit includes a light receiving section D as a light receiving element having the same components as the light receiving element of the present invention, and a transistor section as a signal processing circuit for processing a signal output from the light receiving section D. T are formed on the same substrate. In the light receiving device with a built-in circuit of FIG. 4, for example, a multilayer wiring, an interlayer film, and the like formed after the processing step of the metal wiring are omitted.
[0037]
As shown in FIG. 4, the boron concentration is 1 × 10 Fifteen cm -3 In order to reduce the parasitic resistance generated on the anode of the light receiving portion on the P-
[0038]
The surface portion of the third P-type semiconductor layer 411 on the light receiving portion D side has, for example, a phosphorus concentration of 1 × 10 19 ~ 1 × 10 20 cm -3 Thus, two N-type
[0039]
The surface of the third P-type semiconductor layer 411, the N-type
[0040]
Further, in order to connect the first P-
[0041]
Further, the region where the transistor T is formed in the third P-type semiconductor layer 411 has, for example, a phosphorus concentration of 2 × 10 Fifteen ~ 2 × 10 16 cm -3 The N-
[0042]
Further, a cathode electrode (not shown) and an
[0043]
In the light receiving device with a built-in circuit having the above-described configuration, good crosstalk characteristics were obtained for incident light having any wavelength. Also, good crosstalk characteristics were obtained even when the width of the P-type
[0044]
In this embodiment, an NPN transistor is used for the signal processing circuit. However, a PNP transistor may be used, or a signal processing circuit may be formed using both NPN and PNP transistors. Further, the structure of the transistor is not limited to the structure of this embodiment, and another structure may be used. Further, the light receiving section D as the light receiving element is not limited to the structure of the present embodiment, and for example, another light receiving element such as the light receiving element of the first embodiment can be used.
[0045]
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an optical pickup unit included in an optical disc device according to a fifth embodiment of the present invention.
[0046]
As shown in FIG. 5, the optical pickup unit of the optical disc device according to the present embodiment includes a
[0047]
The optical disc device having the optical pickup unit has the
[0048]
In the above embodiment, the light receiving element is not limited to the light receiving element having the five-divided light receiving section, but may be any light emitting element having a PN junction irradiated with a plurality of lights.
[0049]
Further, the
[0050]
【The invention's effect】
As is apparent from the above, according to the light receiving element of the present invention, the first semiconductor layer of the first conductivity type and the plurality of first semiconductor portions of the second conductivity type formed on the surface portion of the first semiconductor layer And a second semiconductor portion of a first conductivity type formed between the plurality of first semiconductor portions and having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer and having a width of 2 μm or more. Therefore, the so-called crosstalk width of the plurality of first semiconductor portions can be increased as compared with the related art, so that even for incident light having a short wavelength, for example, a shift of the incident light can be detected over a relatively wide range. As a result, for example, in an optical disk device using short-wavelength light, a deviation of reflected light from the optical disk can be appropriately detected, and servo control can be appropriately performed.
[0051]
Further, according to the light receiving element of another embodiment, since the width of the second semiconductor portion is 8 μm or less, a light receiving element having good sensitivity can be formed. As a result, for example, in an optical disk device, the deviation of the reflected light from the optical disk can be appropriately detected, and the servo control can be appropriately performed.
[0052]
According to the light receiving device with a built-in circuit of the present invention, the light receiving element of the present invention and the signal processing circuit for processing a signal output from the light receiving element are formed on the same substrate. A light receiving device with a built-in circuit capable of detecting a shift of incident light from the center of the second semiconductor portion over a relatively wide range can be obtained.
[0053]
Further, according to the optical disk device of the present invention, since the optical disk device of the present invention or the light receiving device with a built-in circuit of the present invention is provided, an optical disk device having good servo performance can be formed. Even when used, appropriate servo performance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a change in a crosstalk width of a light receiving element when a width of an N-type surface diffusion portion is changed in the light receiving element of the first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view showing a light receiving element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an experimental result of measuring a change in sensitivity of a light receiving element by changing a width of an N-type surface diffusion portion from 1 μm to 12 μm.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a light receiving device with a built-in circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an optical pickup unit included in an optical disc device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional light receiving element.
FIG. 7 is a diagram illustrating crosstalk characteristics of a conventional light receiving element.
FIG. 8 is a diagram showing crosstalk characteristics when short-wavelength light is incident on a conventional light receiving element.
[Explanation of symbols]
200 silicon substrate
201 P-type diffusion layer
202 P-type semiconductor layer
203a 1st N-type semiconductor unit
203b 2nd N type semiconductor part
204 P-type diffusion unit
205 Anti-reflective coating
206 P type surface diffusion part
Claims (4)
上記第1半導体層の表面部分に形成された第2導電型の複数の第1半導体部と、
上記複数の第1半導体部の間に形成され、上記第1半導体層の不純物濃度よりも大きい不純物濃度を有すると共に、2μm以上の幅を有する第1導電型の第2半導体部と
を備えることを特徴とする受光素子。A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A plurality of first semiconductor portions of the second conductivity type formed on a surface portion of the first semiconductor layer;
A first conductivity type second semiconductor portion formed between the plurality of first semiconductor portions and having an impurity concentration higher than the impurity concentration of the first semiconductor layer and having a width of 2 μm or more. Characteristic light receiving element.
上記第2半導体部の幅は、8μm以下であることを特徴とする受光素子The light-receiving element according to claim 1,
A light receiving element, wherein the width of the second semiconductor portion is 8 μm or less.
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