JP2023124978A - Photosensor - Google Patents

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祥嗣 上平
Yoshitsugu Kamihira
崇博 北原
Takahiro Kitahara
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Abstract

To improve electric noise reduction performance.SOLUTION: A light receiving unit 10 of a photosensor includes a p-type substrate 120, an n layer 121, a p layer 122, and a p+ layer 123. The n layer 121 is formed in the p-type substrate 120. The p layer 122 is formed in the n layer 121. The p+ layer 123 is formed in the p layer 122. The p+ layer 123 has an impedance lower than that of the p layer 122. The p+ layer 123 is grounded.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、光センサに関する。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates to optical sensors.

特開平7-30143号公報(特許文献1)には、光センサが開示されている。この光センサでは、P型基板に、N+層が設けられている。この光センサでは、N+層が、電気的ノイズを除去する電磁シールドの役割を果たす。 JP-A-7-30143 (Patent Document 1) discloses an optical sensor. In this optical sensor, an N+ layer is provided on a P-type substrate. In this optical sensor, the N+ layer serves as an electromagnetic shield to remove electrical noise.

特開平7-30143号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-30143

光センサにおいては、電気的ノイズの除去性能を向上させるニーズがある。
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電気的ノイズの除去性能を向上させる光センサを提供することである。
In optical sensors, there is a need to improve electrical noise removal performance.
The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide an optical sensor that improves electrical noise removal performance.

本開示の光センサは、半導体基板と、第1半導体層と、第2半導体層と、第3半導体層とを備える。第1半導体層は、半導体基板に配置され、第1導電型とは異なる第2導電型である。第2半導体層は、第1半導体層に配置され、第1導電型である。第3半導体層は、第2半導体層に配置され、第2半導体層よりもインピーダンスが低い。第3半導体層は、接地されている。 The optical sensor of the present disclosure includes a semiconductor substrate, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer. The first semiconductor layer is disposed on the semiconductor substrate and has a second conductivity type different from the first conductivity type. The second semiconductor layer is disposed on the first semiconductor layer and is of the first conductivity type. The third semiconductor layer is disposed on the second semiconductor layer and has lower impedance than the second semiconductor layer. The third semiconductor layer is grounded.

本開示によれば、電気的ノイズの除去性能を向上させることができる。 According to the present disclosure, electrical noise removal performance can be improved.

図1は、光センサの構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an optical sensor. 図2は、第1の実施の形態の受光部の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the light receiving section of the first embodiment. 図3は、本実施の形態の半導体層のシート抵抗を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the sheet resistance of the semiconductor layer of this embodiment. 図4は、第2の実施の形態の受光部の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of the light receiving section of the second embodiment. 図5は、実験例1の光センサの受光部の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the light receiving portion of the optical sensor of Experimental Example 1. 図6は、実験例2の光センサの受光部の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the light receiving portion of the optical sensor of Experimental Example 2. 図7は、実験例1の光センサの検出値を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing detection values of the optical sensor of Experimental Example 1. 図8は、実験例2の光センサの検出値を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing detection values of the optical sensor of Experimental Example 2.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are attached to the same or corresponding parts in the drawings, and the description thereof will not be repeated.

<第1の実施の形態>
[光センサについて]
図1は、光センサ1の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、光センサ1は、受光部10、アンプ部15と、ADC30、演算部40、オシレータ(Oscillator)61と、外部端子21とを備える。光センサ1は、受光部10、アンプ部15、ADC30、および演算部40が1つの半導体基板に形成された半導体集積回路である。
<First embodiment>
[About the optical sensor]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the optical sensor 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 1, the optical sensor 1 includes a light receiving section 10, an amplifier section 15, an ADC 30, a calculation section 40, an oscillator 61, and an external terminal 21. The optical sensor 1 is a semiconductor integrated circuit in which a light receiving section 10, an amplifier section 15, an ADC 30, and a calculation section 40 are formed on one semiconductor substrate.

受光部10は、第1フォトダイオード101と、第2フォトダイオード102とを含む。第1フォトダイオード101と、第2フォトダイオード102とは、まとめて「フォトダイオード」とも称される。フォトダイオードは、光が照射されると、該光の照射量に応じた電流または電圧を発生させ、該電流または電圧に応じたアナログ信号を出力する。アナログ信号は、第1フォトダイオード101からアナログ信号と、第2フォトダイオード102からのアナログ信号とは統合されてアンプ部15に入力される。 The light receiving section 10 includes a first photodiode 101 and a second photodiode 102. The first photodiode 101 and the second photodiode 102 are also collectively referred to as a "photodiode." When irradiated with light, the photodiode generates a current or voltage depending on the amount of light irradiated, and outputs an analog signal depending on the current or voltage. The analog signal from the first photodiode 101 and the analog signal from the second photodiode 102 are integrated and input to the amplifier section 15 .

アンプ部15は、統合されたアナログ信号を増幅することにより、増幅信号を生成する。なお、アンプ部15は、たとえば、そのゲインを任意に調整することのできるPGA[programmable gain amplifier]などが用いられる。アンプ部15からの増幅信号は、ADC30に出力される。 The amplifier section 15 generates an amplified signal by amplifying the integrated analog signal. Note that the amplifier section 15 uses, for example, a PGA (programmable gain amplifier) whose gain can be arbitrarily adjusted. The amplified signal from the amplifier section 15 is output to the ADC 30.

ADC(Analog-to-digital converter)30は、たとえば、積分形のアナログ/デジタル変換回路である。アンプ部15は、ADC30に電気的に接続されている。ADC30は、アンプ部15からのアナログ信号(増幅信号)をデジタル信号に変換する。 The ADC (Analog-to-digital converter) 30 is, for example, an integral type analog/digital conversion circuit. The amplifier section 15 is electrically connected to the ADC 30. ADC 30 converts the analog signal (amplified signal) from amplifier section 15 into a digital signal.

演算部40は、例えばLSI(Large Scale Integration)などの集積回路からなり、トランジスタ、キャパシタ、レジスタなどの各種回路素子を含む。演算部40は、ADC30からのデジタル信号を受信する。演算部40は、これらのデジタル信号に基づいた数値を用いて、所定の光パラメータを算出する。所定の光パラメータは、たとえば、照度、光の強度、および光の輝度などのいずれかである。演算部40は、本開示の「検出回路」に対応する。このように、光センサ1は、第1フォトダイオード101からの信号に基づく値と、第2フォトダイオード102からの信号に基づく値との合算値により、光パラメータを算出する。 The calculation unit 40 is formed of an integrated circuit such as an LSI (Large Scale Integration), and includes various circuit elements such as transistors, capacitors, and registers. The calculation unit 40 receives the digital signal from the ADC 30. The calculation unit 40 calculates predetermined optical parameters using numerical values based on these digital signals. The predetermined light parameter is, for example, one of illuminance, light intensity, and light brightness. The calculation unit 40 corresponds to the "detection circuit" of the present disclosure. In this way, the optical sensor 1 calculates the optical parameter based on the sum of the value based on the signal from the first photodiode 101 and the value based on the signal from the second photodiode 102.

光センサ1は、外部端子21を経由して電源端子(VCC)に接続されている。また、光センサ1は、外部端子21を経由してグランド(GND)に接地されている。光センサ1は、外部端子21に印可された電圧を昇圧又は降圧して所定の電圧を生成し、受光部10,ADC30、および演算部40などに電圧を供給する。 The optical sensor 1 is connected to a power terminal (VCC) via an external terminal 21. Further, the optical sensor 1 is grounded via an external terminal 21 to the ground (GND). The optical sensor 1 boosts or steps down the voltage applied to the external terminal 21 to generate a predetermined voltage, and supplies the voltage to the light receiving section 10, ADC 30, calculation section 40, and the like.

演算部40は、制御回路170と、外部端子21を経由して通信線で接続されている。図1の例では、通信線は、シリアルデータバス(SDA:Serial Data Access)と、シリアルクロック(SCL:Serial CLock)とにより構成される。演算部40は、通信線を経由して、演算した照度を示す信号を制御回路170へ出力する。制御回路170は、光パラメータを受信することにより、該光パラメータに応じた制御を実行する。オシレータ61は、所定周波数でパルス駆動されるクロック信号を生成し、該クロック信号を演算部40に出力する。 The calculation unit 40 is connected to the control circuit 170 via the external terminal 21 via a communication line. In the example of FIG. 1, the communication line is composed of a serial data bus (SDA: Serial Data Access) and a serial clock (SCL: Serial CLock). The calculation unit 40 outputs a signal indicating the calculated illuminance to the control circuit 170 via a communication line. The control circuit 170 receives the optical parameters and executes control according to the optical parameters. The oscillator 61 generates a clock signal pulse-driven at a predetermined frequency, and outputs the clock signal to the arithmetic unit 40.

[受光部の構成]
次に、受光部10を説明する。図2は、本実施の形態の受光部10の断面図である。受光部10は、受光面150を有する。光センサ1は、受光面150に入射した光を検出し、上述の光パラメータを算出する。本実施の形態では、受光面150をXY平面とする。また、光センサ1の厚み方向(受光面150の法線方向)をZ軸方向とする。また、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向は互いに直交する。
[Configuration of light receiving section]
Next, the light receiving section 10 will be explained. FIG. 2 is a cross-sectional view of the light receiving section 10 of this embodiment. The light receiving section 10 has a light receiving surface 150. The optical sensor 1 detects the light incident on the light receiving surface 150 and calculates the above-mentioned optical parameters. In this embodiment, the light receiving surface 150 is an XY plane. Further, the thickness direction of the optical sensor 1 (the normal direction of the light receiving surface 150) is defined as the Z-axis direction. Further, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are orthogonal to each other.

光センサ1は、P型基板120を有している。P型基板120は、本開示の「半導体基板」の一例に対応する。また、P型は、本開示の「第1導電型」の一例に対応する。P型基板120は、たとえば、シリコンにP型不純物がドーピングされた基板である。Z軸方向は、「P型基板120の厚み方向」と称されてもよい。 The optical sensor 1 has a P-type substrate 120. The P-type substrate 120 corresponds to an example of a "semiconductor substrate" in the present disclosure. Further, the P type corresponds to an example of the "first conductivity type" of the present disclosure. The P-type substrate 120 is, for example, a silicon substrate doped with P-type impurities. The Z-axis direction may be referred to as the "thickness direction of the P-type substrate 120."

P型基板120の表層部には、受光面150の法線方向からの平面視において、P型基板の周縁から所定幅を隔てた内側の領域に、P型基板の表面からN型不純物をドーピングすることによって、N層121が埋設(形成)されている。このように、P型基板120上には、N層121が配置される。また、N型は、本開示の「第2導電型」の一例に対応する。第2導電型は第1導電型とは異なる。 In the surface layer of the P-type substrate 120, an N-type impurity is doped from the surface of the P-type substrate to an inner region separated by a predetermined width from the periphery of the P-type substrate when viewed from the normal direction of the light-receiving surface 150. By doing so, the N layer 121 is buried (formed). In this way, the N layer 121 is arranged on the P type substrate 120. Further, the N type corresponds to an example of the "second conductivity type" of the present disclosure. The second conductivity type is different from the first conductivity type.

N層121の表層部には、受光面150の法線方向からの平面視において、N層121の周縁から間隔を隔てた内側の領域に、N層121の表面からP型不純物をドーピングすることによって、P層122が埋設(形成)されている。このように、N層121上には、P層122が配置される。P層122は、本開示の「第2半導体層」に対応する。 In the surface layer portion of the N layer 121, a P-type impurity is doped from the surface of the N layer 121 to an inner region separated from the periphery of the N layer 121 when viewed in plan from the normal direction of the light receiving surface 150. The P layer 122 is buried (formed) by. In this way, the P layer 122 is arranged on the N layer 121. The P layer 122 corresponds to the "second semiconductor layer" of the present disclosure.

P層122の表層部には、受光面150の法線方向からの平面視において、P層122の周縁から間隔を隔てた内側の領域に、P層122の表面からP型不純物をドーピングすることによって、P+層123が埋設(形成)されている。このように、P層122上には、P+層123が配置される。P+層123は、本開示の「第3半導体層」に対応する。 In the surface layer portion of the P layer 122, a P-type impurity is doped from the surface of the P layer 122 to an inner region spaced apart from the periphery of the P layer 122 when viewed in plan from the normal direction of the light receiving surface 150. A P+ layer 123 is buried (formed). In this way, the P+ layer 123 is arranged on the P layer 122. The P+ layer 123 corresponds to the "third semiconductor layer" of the present disclosure.

また、P+層123のインピーダンスは、P層122のインピーダンスよりも低い。つまり、P+層123のP型不純物濃度は、P層122のP型不純物濃度よりも高い。よって、P+層123の導電性は高い。さらに、P+層123は、グランド104に接続されている。つまり、P+層123は接地されている。なお、本開示において、「+」は、不純物濃度が濃い、つまり、インピーダンスが低い半導体層を示す。 Further, the impedance of the P+ layer 123 is lower than the impedance of the P layer 122. That is, the P type impurity concentration of the P+ layer 123 is higher than the P type impurity concentration of the P layer 122. Therefore, the conductivity of the P+ layer 123 is high. Further, P+ layer 123 is connected to ground 104. In other words, the P+ layer 123 is grounded. Note that in the present disclosure, "+" indicates a semiconductor layer with a high impurity concentration, that is, a semiconductor layer with low impedance.

図2の例では、P+層123の表面が受光面150と一致している、つまり、P+層123の表面に光が入射する構成が示されている。たとえば、P+層123の表面には防護層が形成されてもよい。また、N層、P層については、それぞれ、N層ウェル、P層ウェルと称されてもよい。 The example in FIG. 2 shows a configuration in which the surface of the P+ layer 123 coincides with the light-receiving surface 150, that is, light is incident on the surface of the P+ layer 123. For example, a protective layer may be formed on the surface of the P+ layer 123. Further, the N layer and the P layer may be referred to as an N layer well and a P layer well, respectively.

P型基板120とN層121とのPN接合部により、第1フォトダイオード101が形成される。また、N層121とP層122とのPN接合部により、第2フォトダイオード102が形成される。 The first photodiode 101 is formed by the PN junction between the P type substrate 120 and the N layer 121. Further, the second photodiode 102 is formed by the PN junction between the N layer 121 and the P layer 122.

また、受光面150からの該フォトダイオードの形成位置が浅いほど、該ダイオードにおいて、短い波長の光を効率よく吸収される。したがって、第1フォトダイオード101で検出される光の波長は、第2フォトダイオード102で検出される光の波長よりも短い。 Further, the shallower the formation position of the photodiode from the light receiving surface 150, the more efficiently light with a short wavelength is absorbed in the diode. Therefore, the wavelength of the light detected by the first photodiode 101 is shorter than the wavelength of the light detected by the second photodiode 102.

このような構成の場合において、電磁ノイズEが受光面150に入力されたとする。上述のように、第1フォトダイオード101と、第2フォトダイオード102とから出力されたアナログ信号は、アンプ部15により増幅される。したがって、該電磁ノイズEもアンプ部15により増幅され得る。よって、光センサ1による光の検出精度が低下する(S/N比が低下する)。 In the case of such a configuration, it is assumed that electromagnetic noise E is input to the light receiving surface 150. As described above, the analog signals output from the first photodiode 101 and the second photodiode 102 are amplified by the amplifier section 15. Therefore, the electromagnetic noise E can also be amplified by the amplifier section 15. Therefore, the accuracy of light detection by the optical sensor 1 decreases (the S/N ratio decreases).

そこで、本実施の形態においては、P層122に、該P層122よりもインピーダンスが低く、かつ接地されているP+層123が形成される。したがって、受光面150に電磁ノイズEが入力された場合には、上述のようにP+層123の導電性は高いことから、該電磁ノイズEに基づく成分はグランド104から排出される。このように、P+層123は、シールド層としての役割を果たし、該P+層123により、電磁ノイズEは除去される。よって、本実施の形態の光センサ1によれば、電気的ノイズ(電磁ノイズE)の除去性能を向上させることができる。 Therefore, in the present embodiment, a P+ layer 123, which has lower impedance than the P layer 122 and is grounded, is formed in the P layer 122. Therefore, when electromagnetic noise E is input to the light-receiving surface 150, the component based on the electromagnetic noise E is discharged from the ground 104 because the conductivity of the P+ layer 123 is high as described above. In this way, the P+ layer 123 serves as a shield layer, and the electromagnetic noise E is removed by the P+ layer 123. Therefore, according to the optical sensor 1 of this embodiment, the removal performance of electrical noise (electromagnetic noise E) can be improved.

また、光センサ1は、第1フォトダイオード101からの信号および第2フォトダイオード102からの信号に基づいて、光パラメータを算出する。具体的には、第1フォトダイオード101からのアナログ信号と第2フォトダイオード102からのアナログ信号とを統合したアナログ信号に基づいて、光パラメータを算出する。したがって、光センサ1は、電気的ノイズ(電磁ノイズE)の除去性能を向上させつつも、光パラメータを適切に算出できる。 Further, the optical sensor 1 calculates optical parameters based on the signal from the first photodiode 101 and the signal from the second photodiode 102. Specifically, the optical parameters are calculated based on an analog signal obtained by integrating the analog signal from the first photodiode 101 and the analog signal from the second photodiode 102. Therefore, the optical sensor 1 can appropriately calculate optical parameters while improving the removal performance of electrical noise (electromagnetic noise E).

図3は、本実施の形態の半導体層のシート抵抗を示す図である。図3においては、レイヤの列では、半導体層の種別が示され、シート抵抗の列では、該半導体層のシート抵抗が示されている。 FIG. 3 is a diagram showing the sheet resistance of the semiconductor layer of this embodiment. In FIG. 3, the type of semiconductor layer is shown in the layer column, and the sheet resistance of the semiconductor layer is shown in the sheet resistance column.

図3の例では、P層122のシート抵抗は、5000Ω/sqであり、P+層123の122のシート抵抗は、100Ω/sqであることが示されている。また、P+層123(第3半導体層)のシート抵抗に対するP層122(第2半導体層)のシート抵抗の比率Cは、0.02である。この比率Cについては、発明者により、0.002以上0.2以下であることが好ましいことが確認されている。 In the example of FIG. 3, it is shown that the sheet resistance of the P layer 122 is 5000 Ω/sq, and the sheet resistance of the P+ layer 123 122 is 100 Ω/sq. Further, the ratio C of the sheet resistance of the P layer 122 (second semiconductor layer) to the sheet resistance of the P+ layer 123 (third semiconductor layer) is 0.02. The inventor has confirmed that this ratio C is preferably 0.002 or more and 0.2 or less.

<第2の実施の形態>
第2の実施の形態においては、第1の実施の形態で説明した受光部10が、受光部20に代替される(図1の括弧書き参照)。第1の実施の形態の受光部10は、第3半導体層として、P+層123を有する。第2の実施の形態の受光部20は、第3半導体層として、N+層を有する。また、第2の実施の形態は、第1導電型は、P形であり、第2導電型は、N形である。
<Second embodiment>
In the second embodiment, the light receiving section 10 described in the first embodiment is replaced by a light receiving section 20 (see parentheses in FIG. 1). The light receiving section 10 of the first embodiment has a P+ layer 123 as the third semiconductor layer. The light receiving section 20 of the second embodiment has an N+ layer as the third semiconductor layer. Further, in the second embodiment, the first conductivity type is P type, and the second conductivity type is N type.

図4は、第2の実施の形態の受光部20の断面図である。図4に示すように、P層122の表層部には、受光面150の法線方向からの平面視において、P層122の周縁から間隔を隔てた内側の領域に、P層122の表面からN型不純物をドーピングすることによって、N+層133が埋設(形成)されている。このように、P層122には、N+層133が配置される。N+層133は、本開示の「第3半導体層」に対応する。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the light receiving section 20 of the second embodiment. As shown in FIG. 4, in the surface layer part of the P layer 122, in a plan view from the normal direction of the light-receiving surface 150, there is an inner region spaced apart from the periphery of the P layer 122 from the surface of the P layer 122. An N+ layer 133 is buried (formed) by doping with N-type impurities. In this way, the N+ layer 133 is arranged on the P layer 122. The N+ layer 133 corresponds to the "third semiconductor layer" of the present disclosure.

また、N+層133とP層122とによるPN接合部により第3フォトダイオード103が形成される。本実施の形態においては、演算部40は、該第3フォトダイオード103からの信号を用いない。 Further, the third photodiode 103 is formed by a PN junction formed by the N+ layer 133 and the P layer 122. In this embodiment, the calculation unit 40 does not use the signal from the third photodiode 103.

また、N+層133のインピーダンスは、P層122のインピーダンスおよびN層121のインピーダンスよりも低い。つまり、N+層133のP型不純物濃度は、P層122のP型不純物濃度およびN層121のN型不純物濃度よりも高い。よって、N+層133の導電性は高い。 Further, the impedance of the N+ layer 133 is lower than the impedance of the P layer 122 and the impedance of the N layer 121. That is, the P type impurity concentration of the N+ layer 133 is higher than the P type impurity concentration of the P layer 122 and the N type impurity concentration of the N layer 121. Therefore, the conductivity of the N+ layer 133 is high.

また、図3の例では、P層122のシート抵抗は、5000Ω/sqであり、N+層133(第2の実施の形態)の122のシート抵抗は、100Ω/sqであることが示されている。また、N+層133(第3半導体層)のシート抵抗に対するP層122(第2半導体層)のシート抵抗の比率Cは、0.02である。この比率Cについては、発明者により、0.002以上0.2以下であることが好ましいことが確認されている。 Further, in the example of FIG. 3, it is shown that the sheet resistance of the P layer 122 is 5000Ω/sq, and the sheet resistance of the N+ layer 133 (second embodiment) 122 is 100Ω/sq. There is. Further, the ratio C of the sheet resistance of the P layer 122 (second semiconductor layer) to the sheet resistance of the N+ layer 133 (third semiconductor layer) is 0.02. The inventor has confirmed that this ratio C is preferably 0.002 or more and 0.2 or less.

さらに、N+層133は、グランド104に接続されている。つまり、N+層133は接地されている。 Furthermore, N+ layer 133 is connected to ground 104. In other words, the N+ layer 133 is grounded.

このような構成によれば、電磁ノイズEが入力された場合には、上述のようにN+層133の導電性は高いことから、該電磁ノイズEに基づく成分はグランド104から排出される。このように、このように、N+層133は、シールド層としての役割を果たし、該N+層133により、電磁ノイズEは除去される。よって、本実施の形態の光センサによれば、電気的ノイズの除去性能を向上させることができる。 According to such a configuration, when electromagnetic noise E is input, components based on the electromagnetic noise E are discharged from the ground 104 because the conductivity of the N+ layer 133 is high as described above. In this way, the N+ layer 133 serves as a shield layer, and the electromagnetic noise E is removed by the N+ layer 133. Therefore, according to the optical sensor of this embodiment, the electrical noise removal performance can be improved.

また、上述のように、受光面150からの該フォトダイオードの形成位置が浅いほど、該ダイオードにおいて、短い波長の光を効率よく吸収される。したがって、第3フォトダイオード103においては、短波長の光(つまり、可視光)が吸収される。そして、第3フォトダイオード103を形成するN+層133およびP層122は、接地されている。よって、該第3フォトダイオード103で吸収された光に基づく成分はグランド104から排出される。つまり、N+層133のみならずP層122もシールド層としての役割を果たす。したがって、第2フォトダイオード102および第3フォトダイオード103においては、上述の可視光に基づくノイズが低減された光を吸収(検出)できる。よって、たとえば、第2の実施の形態の光センサは、たとえば、長波長の光(たとえば、赤外線)を検出する装置またはアプリケーションに適用されることが好ましい。 Furthermore, as described above, the shallower the formation position of the photodiode from the light-receiving surface 150, the more efficiently light with a short wavelength is absorbed in the diode. Therefore, the third photodiode 103 absorbs short wavelength light (that is, visible light). The N+ layer 133 and the P layer 122 forming the third photodiode 103 are grounded. Therefore, components based on the light absorbed by the third photodiode 103 are discharged from the ground 104. In other words, not only the N+ layer 133 but also the P layer 122 serves as a shield layer. Therefore, the second photodiode 102 and the third photodiode 103 can absorb (detect) light with reduced noise based on the above-mentioned visible light. Therefore, for example, the optical sensor of the second embodiment is preferably applied to a device or application that detects long wavelength light (for example, infrared rays).

<実験結果>
次に、実験結果を説明する。図5は、実験例1の光センサの受光部10Aの断面図である。また、図6は、実験例2の光センサの受光部10Bの受光部の断面図である。
<Experiment results>
Next, the experimental results will be explained. FIG. 5 is a cross-sectional view of the light receiving section 10A of the optical sensor of Experimental Example 1. Further, FIG. 6 is a cross-sectional view of the light receiving section of the light receiving section 10B of the optical sensor of Experimental Example 2.

図5の受光部10Aにおいては、P型基板120AにN層121Aが形成されている。また、実験例1の光センサは、P型基板120AおよびN層121AのPN接合部の第1フォトダイオード101Aの信号を用いる。また、受光部10Aにおいては、シールド層は形成されていない。 In the light receiving section 10A of FIG. 5, an N layer 121A is formed on a P type substrate 120A. Further, the optical sensor of Experimental Example 1 uses a signal from the first photodiode 101A at the PN junction between the P-type substrate 120A and the N layer 121A. Furthermore, no shield layer is formed in the light receiving section 10A.

図6の受光部10Bにおいては、P型基板120AにN層121Aが形成されている。さらに、N層121AにP層122Aが形成されている。P型基板120AとN層121AとによるPN接合部による第1フォトダイオード101が形成される。N層121AとP層122AによるPN接合部による第2フォトダイオード102が形成される。また、実験例2の光センサは、第1フォトダイオード101からの信号と第2フォトダイオード102からの信号との合算値が用いられる。さらに、P層122Aはグランド104Aに接続されている(接地されている)。したがって、P層122Aがシールド層の役割を果たす。 In the light receiving section 10B of FIG. 6, an N layer 121A is formed on a P type substrate 120A. Further, a P layer 122A is formed on the N layer 121A. A first photodiode 101 is formed by a PN junction formed by the P type substrate 120A and the N layer 121A. A second photodiode 102 is formed by a PN junction formed by the N layer 121A and the P layer 122A. Further, in the optical sensor of Experimental Example 2, the sum of the signal from the first photodiode 101 and the signal from the second photodiode 102 is used. Furthermore, the P layer 122A is connected to the ground 104A (grounded). Therefore, the P layer 122A plays the role of a shield layer.

図7は、受光部10Aの第1フォトダイオード101Aによる検出値を示す。図8は、受光部10Bの第1フォトダイオード101と第2フォトダイオード102との合算検出値を示す。図7および図8において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。 FIG. 7 shows values detected by the first photodiode 101A of the light receiving section 10A. FIG. 8 shows the total detection value of the first photodiode 101 and the second photodiode 102 of the light receiving section 10B. In FIGS. 7 and 8, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time.

図7の例では、電気的ノイズの影響により、検出値は大きく振動していることが示されている。また、図8の例では、検出値の振動は、図7と比較して小さい。これは、受光部10Aがシールド層を有していないからである。 The example in FIG. 7 shows that the detected values oscillate greatly due to the influence of electrical noise. Further, in the example of FIG. 8, the vibration of the detected value is smaller than that of FIG. This is because the light receiving section 10A does not have a shield layer.

また、図6の受光部10Bにおいて、P層122Aのインピーダンスを低下させて、本実施の形態の受光部として用いることが考えられる。しかしながら、インピーダンスが低下されたP層122AがN層121Aに形成された構成では、受光部10Bの耐圧性が低くなる傾向にあることが発明者により確認されている。そこで、本実施の形態では、P+層123およびN+層133よりもインピーダンスが高いP層122を設け、該P層122にP+層123またはN+層133が形成される(図2および図4参照)。このような構成により、受光部10および受光部20の耐圧性を確保することができる。 Furthermore, in the light receiving section 10B of FIG. 6, it is possible to reduce the impedance of the P layer 122A and use it as the light receiving section of this embodiment. However, the inventor has confirmed that in a configuration in which the P layer 122A with reduced impedance is formed on the N layer 121A, the voltage resistance of the light receiving section 10B tends to be lower. Therefore, in this embodiment, a P layer 122 having higher impedance than the P+ layer 123 and the N+ layer 133 is provided, and the P+ layer 123 or the N+ layer 133 is formed on the P layer 122 (see FIGS. 2 and 4). . With such a configuration, the pressure resistance of the light receiving section 10 and the light receiving section 20 can be ensured.

<変形例>
(1) 上述の実施の形態においては、第1導電型はP形であり、第2導電型はN形である構成を説明した。しかしながら、第1導電型はN形であり、第2導電型はP形である構成が採用されてもよい。このような構成が採用された場合には、半導体基板はN形となり、第1半導体層はP形となり、第2半導体層は、N形となる。そして、このような構成が採用された第1の実施の形態においては、第3半導体層は、N+層となる。また、このような構成が採用された第2の実施の形態においては、第3半導体層は、P+層となる。このような構成であっても、上述の実施の形態と同様の効果を奏する。
<Modified example>
(1) In the embodiments described above, the first conductivity type is P type and the second conductivity type is N type. However, a configuration may be adopted in which the first conductivity type is N type and the second conductivity type is P type. When such a configuration is adopted, the semiconductor substrate becomes N type, the first semiconductor layer becomes P type, and the second semiconductor layer becomes N type. In the first embodiment employing such a configuration, the third semiconductor layer is an N+ layer. Furthermore, in the second embodiment employing such a configuration, the third semiconductor layer is a P+ layer. Even with such a configuration, the same effects as the above-described embodiment can be achieved.

(2) 上述の実施の形態においては、図1に示すように、演算部40は、第1フォトダイオード101からの信号および第2フォトダイオード102からの信号を検出する構成を説明した。しかしながら、演算部40は、第1フォトダイオード101からの信号または第2フォトダイオード102からの信号を検出するようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the calculation unit 40 is configured to detect the signal from the first photodiode 101 and the signal from the second photodiode 102. However, the calculation unit 40 may detect the signal from the first photodiode 101 or the signal from the second photodiode 102.

たとえば、演算部40が、第1フォトダイオード101からの信号を検出する一方、第2フォトダイオード102からの信号を検出しない構成が採用されてもよい。このような構成が採用された場合には、演算部40は、ADC30からのデジタル信号(第1フォトダイオード101からの信号)を取得し、該デジタル信号に基づいて、上述の光パラメータを算出する。 For example, a configuration may be adopted in which the calculation unit 40 detects a signal from the first photodiode 101 but does not detect a signal from the second photodiode 102. When such a configuration is adopted, the calculation unit 40 acquires a digital signal from the ADC 30 (signal from the first photodiode 101), and calculates the above-mentioned optical parameters based on the digital signal. .

また、演算部40が、第2フォトダイオード102からの信号を検出する一方、第1フォトダイオード101からの信号を検出しない構成が採用されてもよい。このような構成が採用された場合には、演算部40は、ADC30からのデジタル信号(第2フォトダイオード102からの信号)を取得し、該デジタル信号に基づいて、上述の光パラメータを算出する。 Further, a configuration may be adopted in which the calculation unit 40 detects the signal from the second photodiode 102 but does not detect the signal from the first photodiode 101. When such a configuration is adopted, the calculation unit 40 acquires a digital signal from the ADC 30 (signal from the second photodiode 102), and calculates the above-mentioned optical parameters based on the digital signal. .

<付記>
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
<Additional notes>
This embodiment as described above includes the following technical idea.

(第1項) 本開示の光センサは、半導体基板と、第1半導体層と、第2半導体層と、第3半導体層とを備える。第1半導体層は、半導体基板に配置され、第1導電型とは異なる第2導電型である。第2半導体層は、第1半導体層に配置され、第1導電型である。第3半導体層は、第2半導体層に配置され、第2半導体層よりもインピーダンスが低い。第3半導体層は、接地されている。 (Section 1) The optical sensor of the present disclosure includes a semiconductor substrate, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer. The first semiconductor layer is disposed on the semiconductor substrate and has a second conductivity type different from the first conductivity type. The second semiconductor layer is disposed on the first semiconductor layer and is of the first conductivity type. The third semiconductor layer is disposed on the second semiconductor layer and has lower impedance than the second semiconductor layer. The third semiconductor layer is grounded.

このような構成によれば、第3半導体層は、第2半導体層よりもインピーダンスが低く、かつ、接地されている。したがって、電気的ノイズが光センサに入力されたとしても、導電性の高い第3半導体層により、該電気的ノイズに基づく成分はグランドに排出される。よって、電気的ノイズの除去性能を向上させることができる。 According to such a configuration, the third semiconductor layer has lower impedance than the second semiconductor layer and is grounded. Therefore, even if electrical noise is input to the optical sensor, the component based on the electrical noise is discharged to the ground by the highly conductive third semiconductor layer. Therefore, the electrical noise removal performance can be improved.

(第2項) 前記第1導電型は、P型であり、前記第2導電型は、N型であり、前記第3半導体層は、P型である。 (Section 2) The first conductivity type is P type, the second conductivity type is N type, and the third semiconductor layer is P type.

このような構成によれば、電気的ノイズの除去性能を向上させることができる。
(第3項) 前記第1導電型は、P型であり、前記第2導電型は、N型であり、前記第3半導体層は、N型である。
According to such a configuration, the electrical noise removal performance can be improved.
(Section 3) The first conductivity type is P type, the second conductivity type is N type, and the third semiconductor layer is N type.

このような構成によれば、電気的ノイズの除去性能を向上させることができる。
(第4項) 第3項において、前記第2半導体層は、接地されている。
According to such a configuration, the electrical noise removal performance can be improved.
(Section 4) In Section 3, the second semiconductor layer is grounded.

このような構成によれば、短波長の光に基づくノイズを除去することができる。
(第5項) 前記第3半導体層のシート抵抗に対する前記第2半導体層のシート抵抗の比率の範囲は、0.002以上0.2以下である。
According to such a configuration, noise based on short wavelength light can be removed.
(Section 5) The range of the ratio of the sheet resistance of the second semiconductor layer to the sheet resistance of the third semiconductor layer is 0.002 or more and 0.2 or less.

このような構成によれば、電気的ノイズの除去性能を向上させることができる。
(第6項) 光センサは、前記半導体基板と前記第1半導体層とのPN接合部の信号および前記第1半導体層と前記第2半導体層とのPN接合部の信号の少なくとも一方を検出する検出回路をさらに備える。
According to such a configuration, the electrical noise removal performance can be improved.
(Section 6) The optical sensor detects at least one of a signal at a PN junction between the semiconductor substrate and the first semiconductor layer and a signal at a PN junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. It further includes a detection circuit.

このような構成によれば、電気的ノイズの除去性能を向上させることができつつも、入射された光を検出できる。 According to such a configuration, the incident light can be detected while improving the electrical noise removal performance.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the description of the embodiments described above, and it is intended that all changes within the meaning and scope equivalent to the claims are included.

1 光センサ、10,20 受光部、15 アンプ部、21 外部端子、30 ADC、40 演算部、61 オシレータ、101 第1フォトダイオード、102 第2フォトダイオード、103 第3フォトダイオード、104 グランド、120 P型基板、121 N層、122 P層、123 P+層、133 N+層、150 受光面、170 制御回路。 1 optical sensor, 10, 20 light receiving section, 15 amplifier section, 21 external terminal, 30 ADC, 40 calculation section, 61 oscillator, 101 first photodiode, 102 second photodiode, 103 third photodiode, 104 ground, 120 P type substrate, 121 N layer, 122 P layer, 123 P+ layer, 133 N+ layer, 150 light receiving surface, 170 control circuit.

Claims (6)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に配置された、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層に配置された、前記第1導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層に配置された、前記第2半導体層よりもインピーダンスが低い第3半導体層とを備え、
前記第3半導体層は、接地されている、光センサ。
a semiconductor substrate of a first conductivity type;
a first semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type disposed on the semiconductor substrate;
a second semiconductor layer of the first conductivity type disposed on the first semiconductor layer;
a third semiconductor layer disposed on the second semiconductor layer and having a lower impedance than the second semiconductor layer,
The third semiconductor layer is an optical sensor that is grounded.
前記第1導電型は、P型であり、
前記第2導電型は、N型であり、
前記第3半導体層は、P型である、請求項1に記載の光センサ。
The first conductivity type is P type,
the second conductivity type is N type;
The optical sensor according to claim 1, wherein the third semiconductor layer is of P type.
前記第1導電型は、P型であり、
前記第2導電型は、N型であり、
前記第3半導体層は、N型である、請求項1に記載の光センサ。
The first conductivity type is P type,
the second conductivity type is N type;
The optical sensor according to claim 1, wherein the third semiconductor layer is of N type.
前記第2半導体層は、接地されている、請求項3に記載の光センサ。 The optical sensor according to claim 3, wherein the second semiconductor layer is grounded. 前記第3半導体層のシート抵抗に対する前記第2半導体層のシート抵抗の比率の範囲は、0.002以上0.2以下である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の光センサ。 The light according to any one of claims 1 to 4, wherein the ratio of the sheet resistance of the second semiconductor layer to the sheet resistance of the third semiconductor layer is 0.002 or more and 0.2 or less. sensor. 前記半導体基板と前記第1半導体層とのPN接合部の信号および前記第1半導体層と前記第2半導体層とのPN接合部の信号の少なくとも一方を検出する検出回路をさらに備える、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の光センサ。 Claim 1 further comprising a detection circuit that detects at least one of a signal at a PN junction between the semiconductor substrate and the first semiconductor layer and a signal at a PN junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. - The optical sensor according to any one of claims 5 to 6.
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