JP3982138B2 - フォトダイオードアレイ素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電検出器、特に、分光光度計において、検出機構として用いられているフォトダイオードアレイ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分光光度計は、サンプル（試料）を通過するように向けられた光のスペクトル強度を分析することによって、サンプルの化学的組成を決定する機器である。光は、分光光度計によって、スペクトル成分に分割され、そして、光度測定をおこなうことにより、サンプルがビームのどのスペクトル成分を吸収されたかを決定する。
【０００３】
光ビームは、種々の装置（例えば、プリズム、回折格子、ホログラムなど）を用いて、各スペクトル成分に分割することができる。分割された光は、周波数の順に並べられ、離間したスペクトル帯に分離する傾向がある。これらスペクトル帯の相対強度を解析することによって、サンプルの化学的性質を推定することができる。
【０００４】
図６はこのような分光光度計に用いられるフォトダイオードアレイ素子の部分拡大斜視図、図７は図６のＸ−Ｘ断面図である。これらの図において、１はｎ⁺−ＩｎＰからなり、厚さ５００μm程度の基板である。この基板1の一方の面（図の下方）にはカソード電極２が形成されている。
【０００５】
基板１の他方の面（図の上方）にはｎ−ＩｎＧａＡｓからなり、厚さ２．５μm程度の受光層３が形成されている。そして、この受光層３の上面に不純物４を拡散すべき厚さ１μm程度のｎ−ＩｎＰ拡散層５が形成されており、この例では不純物としてＰ型拡散を行ったものを示している。
【０００６】
以下、不純物４が拡散された領域をアノード４ａという。６は不純物拡散により形成された空乏層、７は拡散層５上に形成された反射防止膜、９は切換えスイッチとして機能するマルチプレクサである。なお、不純物４の拡散幅（ｄ）は例えば３０〜４０μｍ、隣接する不純物４との間隔（ｅ）は１０μｍ程度である。
【０００７】
このようなフォトダイオードアレイ素子（以下、単にＰＤＡという）に分光された光を照射すると各フォトダイオード（以下、単にＰＤという）は所定の幅の波長域に応じた光電変換を行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＰＤＡを高密度に形成しようとすると、空乏層６の横方向への広がりによる影響で隣合うＰＤの間に入った光は電界の中立点を境にどちらのＰＤに引き込まれるかが確定されず電流出力に揺らぎが生じるという問題があった。
【０００９】
また、このようなＰＤＡではアノード電極８はアノード４ａの一端に接した状態で接続される。そして、光がアノード４ａに当たるとそれにより発生した電荷はＰ型拡散層を通りアノード電極８へと流れる。ここで、図８に示すように短冊状のアノード４ａの受光面の領域を長辺の一方の側から電極側へＡ，Ｂ，Ｃとした場合、Ｐ層と電極が最も近いＣ領域で光電変換された電流による電圧降下が低くなる。
【００１０】
即ち、アノード４ａ（Ｐ層）の抵抗は例えば数１００Ω／□程度であり、この抵抗による損失は光学特性（リニアリティ誤差）の劣化を招く。従って、光の当たる位置の制限やバイアス電圧に制限が必要となる。等の問題があった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、電流出力に揺らぎが生じたり、光の当たる位置やバイアス電圧に制限のないＰＤＡを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために、請求項１においては、
短冊状の複数のフォトダイオードが一つの基板上に並列に形成されたフォトダイオードアレイ素子において、導電部材からなる光遮蔽部材で隣り合うダイオードの電界中立点を覆うとともに前記導電部材からなる光遮蔽部材を前記複数のフォトダイオードのそれぞれの長辺に沿って接触させて形成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１（ａ，ｂ）は本発明の実施形態の一例を示す拡大斜視図、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。これらの図において、図６，７と同一要素には同一符号を付している。図１，２において、１０は光遮蔽部材であり、隣合うＰＤに沿ってこれらＰＤの間に、例えば厚さ１μｍ、幅５μｍ程度に形成されている。
【００１５】
この光遮蔽部材１０は単に帯状に形成してもよく、図１（ｂ）に示すようにアノード電極８ａを接続する側の対辺側を接続した状態で形成しても良く、要は隣合うＰＤ同士の出力に揺らぎなどが生じないようにものであればよい。図１（ｂ）の構成によれば全てのＰＤのアノード４ａ側の電位を適切な電位にすることが可能である。なお、光遮蔽部材１０は反射防止膜７の上に通常の半導体技術を用いて形成することが可能である。
【００１６】
図３は他の実施形態の一例を示す拡大斜視図である。図において、１０は光遮蔽部材、２０は帯状の導電部材であり、この導電部材２０は短冊状に形成されたアノード４ａに沿って接触した状態で形成され一端はＤで示す点でアノード電極８に接続されている。
【００１７】
ここで図４（ａ，ｂ）を用いて入力パワー（光エネルギー）に対するダイナミックレンジ（リニアリティ誤差）について説明する。図４（ａ）はＰＤに光を照射したときの等価回路図で、Ｒは各領域における抵抗の総和である。図４（ｂ）はＰＤのＩ−Ｖ特性である。
【００１８】
図４（ｂ）において、光が当たっていないときバイアス点は▲１▼にある。次に光が当たるとＩ−Ｖ特性は負荷線Ｒに沿って▲２▼へ移動する。更に大きな光が入射すると▲３▼に移動しＰＤの特性変化点を超える。そのため出力の直線性が保てなってリニアリティ誤差の原因となる。直線性を保つためには初期バイアス（−Ｖ）を高くすれば良いが暗電流の増加を招くので限界がある。
【００１９】
そのためには抵抗Ｒを小さくすれば良い。通常Ｐ層の比抵抗は数１００Ω／□あり、例えば３０×３００μmのＰ層の場合、その抵抗は最端部では数ＫΩとなる。従ってバイアス電圧−１Ｖの場合そのリニアリティ誤差の許容光電流は（例えばＰ層の抵抗を５ＫΩとすると）２００μＡとなる。
【００２０】
これに対し、導電部材をアノード４ａに沿って接触させて形成すると例えば金属の抵抗は１Ω／□以下になるので許容電流を制限する抵抗としてはコンタクト抵抗が主なものとなる。そのため、光の当たる場所による影響は無視することができ、リニアリティ許容電流はコンタクト抵抗による電圧ロスできまり、コンタクトの改善により数１０ｍＡの電流を得ることも可能となる。
【００２１】
このように光遮蔽部材１０とアノード４ａに沿って導電部材２０を設けることにより、電流出力の揺らぎを防止するとともに、光の当たる位置やバイアス電圧に制限のないＰＤＡを実現することができる。
【００２２】
図５は他の実施形態の一例を示す拡大斜視図である。この例では光遮蔽部材１０を導電体で形成し、その一部をアノード４ａに沿って接触させている。このような構成においても図３に示すＰＤＡと同様の効果を得ることができ、さらに図３に示す導電体２０を形成する工程を省略することができる。
【００２３】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、短冊状に形成された複数のフォトダイオードが並列に形成されたフォトダイオードアレイ素子において、隣合うそれぞれのフォトダイオードの長辺の全域に沿って導電部材からなる光遮蔽部材を設けたので、電流出力の揺らぎを防止するとともに、光の当たる位置やバイアス電圧に制限のないＰＤＡを実現することができる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフォトダイオードアレイ素子の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すフォトダイオードアレイ素子のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明のフォトダイオードアレイ素子の他の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図４】入力パワーに対するダイナミックレンジ（リニアリティ誤差）の説明図である。
【図５】本発明のフォトダイオードアレイ素子の他の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図６】従来のフォトダイオードアレイ素子の一例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す従来のフォトダイオードアレイ素子のＸ−Ｘ断面図である。
【図８】ＰＤの照射部位によって異なる電流抵抗の説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ カソード
３ 受光層
４ 不純物
５ 拡散層
６ 空乏層
７ 反射防止膜
８ アノード電極
１０ 光遮蔽部材
２０ 導電部材

Claims (1)

1. 短冊状の複数のフォトダイオードが一つの基板上に並列に形成されたフォトダイオードアレイ素子において、導電部材からなる光遮蔽部材で隣り合うダイオードの電界中立点を覆うとともに前記導電部材からなる光遮蔽部材を前記複数のフォトダイオードのそれぞれの長辺に沿って接触させて形成したことを特徴とするフォトダイオードアレイ素子。

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