JP7169745B2

JP7169745B2 - 半導体装置および光学式エンコーダ

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Publication number: JP7169745B2
Application number: JP2018007590A
Authority: JP
Inventors: 靖中田; 和敏虎島; 政範柴田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2038-01-19
Also published as: US20190226884A1; US10788338B2; JP2019128152A

Description

本発明は、半導体装置および光学式エンコーダに関する。

光学式エンコーダ等の光源部を備える電子機器のなかには、該光源部の発光光量を一定に維持するための光量制御を行うものがある。このような制御は、ＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）とも称される。

特開２００５－２６５５１２号公報

特許文献１には、光源部と、光源部からの光を反射するスケールと、スケールからの反射光を受ける複数の受光素子（光電変換素子）が配列された受光部とを備える構成が記載されている。上記ＡＰＣは、受光部の複数の受光素子の信号に基づいて行われ、これにより光源部の発光光量が一定に維持される。

特許文献１のように複数の受光素子が配列されると、隣り合う２つの受光素子の間で信号が干渉しあうことがあり、即ち、一方の受光素子から他方の受光素子に信号成分が流出することがある。このような現象はクロストークとも称され、このことはＡＰＣの精度低下の原因となることがある。

本発明の目的は、ＡＰＣの精度向上に有利な技術を提供することにある。

本発明の一つの側面は半導体装置にかかり、前記半導体装置は、基板上に配列された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の信号を読み出すための読出部と、光源部を駆動するための光源駆動部と、を備え、前記複数の光電変換素子は、入射光を受光可能に構成された第１素子と、入射光が遮蔽されるように構成された第２素子と、を含んでおり、前記読出部は、前記複数の光電変換素子の信号を選択的に出力する選択部と、前記選択部から出力された信号を変換する第１変換部と、前記選択部から出力された信号以外の信号を変換する第２変換部と、を含んでおり、前記第１素子の信号は、前記選択部を介して前記第１変換部に供給され、前記第２素子の信号は、前記選択部を介さずに前記第２変換部に供給され、前記光源駆動部は、前記読出部により読み出された前記第１素子の信号および前記第２素子の信号の双方に基づいて前記光源部を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、ＡＰＣの精度を向上させることができる。

光学式エンコーダの構成の一例を説明するための図である。受光部の構成の一例を説明するための図である。受光部からの信号読出の態様の一例を説明するための図である。受光部からの信号読出の態様の一例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、各図は、実施形態の構造ないし構成を示す模式図であり、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、各図において同一の要素には同一の参照番号を付しており、本明細書において重複する内容については説明を省略する。

図１は、実施形態に係る光学式エンコーダＥの構成の一例を示す斜視図である。光学式エンコーダＥは、本実施形態では反射型エンコーダ（反射型光電式リニアエンコーダ）とし、エンコーダヘッドあるいはセンサヘッドとしての半導体装置１、及び、光反射用スケール２を具備する。図２は、半導体装置１の構成の一例を示すブロック図である。半導体装置１は、受光部１１、読出部１２、差動回路部１３、プロセッサ１４、光源駆動部１５、及び、光源部１６を備える。

受光部１１は、複数の光電変換素子１１１及び１１２を含み、詳細については後述とするが、本実施形態では、それらの配列方向の最端に位置するものを光電変換素子１１２とし、それ以外のものを光電変換素子１１１とする。光電変換素子１１２の位置はこれに限らず、受光部１１の受光機能を大幅に損なわない場所であればよい。光電変換素子１１１及び１１２には、例えばフォトダイオード等、公知の光検出素子が用いられればよい。ここで、光電変換素子１１１（第１素子）は、入射光を受光可能に構成されており、該入射光により発生した電荷量に応じた電流を出力可能である。一方、光電変換素子１１２（第２素子）は、当該光電変換素子１１２へ向かう光が遮蔽されるように構成されている。例えば、光電変換素子１１２の受光面ないし光検出面が金属膜等の遮光性部材により覆われている。

読出部１２は、光電変換素子１１１及び１１２から信号を読み出すことが可能である。本実施形態では、読出部１２は、選択部１２１、変換部１２２、及び、変換部１２２Ｘを含む。選択部１２１は、ＭＯＳトランジスタ等の公知のスイッチ素子を用いて構成され、複数の光電変換素子１１１の信号を選択的に変換部１２２に出力する。変換部１２２は、本実施形態では電流‐電圧コンバータであり、選択部１２１により選択された光電変換素子１１１の電流量（電荷量）に応じた電圧の信号を発生する。ここでは２つの変換部１２２が示されており、選択部１２１は、複数の光電変換素子１１１のうちの２つを選択し、それらの信号をそれぞれ該２つの変換部１２２に出力するものとするが、それらの数量は本例に限られるものではない。また、変換部１２２Ｘは、変換部１２２同様の構成を有する電流‐電圧コンバータであり、光電変換素子１１２の電流量に応じた電圧の信号を発生する。読出部１２は、このような構成により、光電変換素子１１２から信号を読み出すと共に、複数の光電変換素子１１１から選択的に信号を読み出す。

詳細については後述とするが、差動回路部１３は、上記２つの変換部１２２の信号の差分に応じた信号を、検出信号として、プロセッサ１４に対して出力する。この検出信号は、位置信号、エンコーダ信号等とも称されうる。

光源駆動部１５は、加算部１５１、補正部１５２、及び、比較部１５３を含み、光源部１６を駆動する。加算部１５１は、上記２つの変換部１２２の信号を加算する。詳細については後述とするが、補正部１５２は、基準値を与える参照信号（参照電圧）Ｖ_ＲＥＦ１を受け取り、また、変換部１２２Ｘの信号を受け取り、参照信号Ｖ_ＲＥＦ１を変換部１２２Ｘの信号に基づいて補正する。比較部１５３は、加算部１５１からの信号と補正部１５２からの信号とを受け取り、それらを比較した結果に応じた電流を出力する。光源駆動部１５は、このような構成により、ＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）を行い、所望の発光光量となるよう光源部１６を制御する。例えば、光源駆動部１５は、加算部１５１からの信号が補正部１５２からの信号より大きい場合、光源部１６の駆動力を小さくし、加算部１５１からの信号が補正部１５２からの信号より小さい場合、光源部１６の駆動力を大きくする。光源部１６としては、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）素子を備える電子部品が用いられる。

再び図１を参照すると、半導体装置１において、受光部１１、光源部１６、その他ここでは不図示の読出部１２等は第１基材１０上に配置される。受光部１１の複数の光電変換素子１１１及び１１２は、図中Ｘ方向に沿って配列される。光源部１６は、受光部１１から図中＋Ｙ方向にシフトした位置に配置されており、その上方（図中＋Ｚ方向にシフトした位置）のスケール２に対して光を出射する。スケール２の下面（光源部１６側の面）には、光を反射可能に設けられた反射部と、この反射部よりも光反射率が抑制されて成る非反射部と、がＸ方向に所定間隔で交互に配されている。これにより、スケール２から受光部１１への反射光は、縞状あるいは波状の光量分布を形成する。図中には入射光の光量が比較的大きくなっている領域が領域Ｒ１として示され、この光量分布に従う複数の領域Ｒ１がＸ方向に周期的に形成されることとなる。半導体装置１及びスケール２はＸ方向に相対移動可能となっており、一方が他方に対して相対移動した場合、この光量分布はＸ方向にシフトすることとなる。

図２も併せて参照すると、スケール２からの反射光の上記光量分布は受光部１１により検出され、その検出結果は、読出部１２および差動回路部１３を介して、検出信号としてプロセッサ１４により処理される。プロセッサ１４は、この検出信号に基づいて、半導体装置１とスケール２との相対位置、及び／又は、それらの相対的な移動量を取得することができる。尚、ここではプロセッサ１４は半導体装置１の一部として示されるが、プロセッサ１４の一部／全部は半導体装置１外に設けられてもよい。

図３は、受光部１１の構造の一例を示す模式図として、図２のＸ－Ｚ面を切断面とする断面図を示す。図中には２つの光電変換素子１１１及びそれらの周辺領域を示す。受光部１１は、公知の半導体製造プロセスを用いて半導体基板１１０に形成される。本実施形態では、半導体基板１１０は、比較的深い領域に形成された領域Ｒ１、領域Ｒ１上方（領域Ｒ１より浅い位置）に形成された領域Ｒ２、領域Ｒ２上方に形成された領域Ｒ３、領域３に形成された領域Ｒ４、及び、領域Ｒ３を区画する領域５を有する。尚、上記深い／浅いという表現は、半導体基板１１０の上面からの距離の大小関係を示し、以下の説明においても同様とする。

領域Ｒ１はＮ型であり、領域Ｒ１のＮ型不純物濃度は比較的低く設定されている。領域Ｒ２はＮ型であり、領域Ｒ２のＮ型不純物濃度は領域Ｒ１のものより高く設定されている。領域Ｒ３はＮ型であり、領域Ｒ３のＮ型不純物濃度は比較的低く（少なくとも領域Ｒ２のものより低く）設定されている。領域Ｒ４はＰ型であり、領域Ｒ４のＰ型不純物濃度は、不図示の配線部との電気接続がオーミック接触により実現されるように、比較的高く設定されている。また、領域Ｒ５はＮ型であり、領域Ｒ５のＮ型不純物濃度は、領域Ｒ３を電気的に分離して区画するように、領域Ｒ３のものより高く設定されている。

上記構造によれば、領域Ｒ３が領域Ｒ５で区画され且つ該区画された領域Ｒ３の個々に領域Ｒ４が形成されて、光電変換素子１１１が形成される。換言すると、領域Ｒ５は、互いに隣り合う光電変換素子１１１間の境界部に形成する。光電変換素子１１１としてのフォトダイオードは領域Ｒ３及びＲ４間のＰＮ接合によって形成され、領域Ｒ３では入射光に応じて電荷（電子‐正孔対）が発生し、そのうちの小数キャリア（正孔）は領域Ｒ４に集められる。該小数キャリアは、その後、前述の読出部１２により信号として読み出される。

領域Ｒ３～Ｒ５は、本実施形態ではエピタキシャル成長層に形成され、これにより、結晶性のよい半導体領域に光電変換素子１１１を形成可能となる。このエピタキシャル成長層は、例えば２μｍ以上、好適には４μｍ以上、かつ、例えば１５μｍ以下、好適には１０μｍ以下の厚さで形成される。本実施形態では、領域Ｒ３～Ｒ５は、半導体基板１１０表面から０μｍ～１５μｍの範囲内の深さに形成されているものとするが、０～１０μｍの範囲内の深さに形成されてもよい。

ここで、図３に示されるように、領域Ｒ５は、半導体基板１１０表面付近の比較的浅い領域Ｒ５１と、この領域Ｒ５１より深く且つ領域Ｒ２より浅くに位置する領域Ｒ５２とを含む。一般に、所定の導電型の半導体領域は、半導体基板１１０の上方から不純物注入を行うことで形成されるため、深い位置では浅い位置に比べて不純物濃度が低くなりうる。よって、詳細については後述とするが、上記領域Ｒ５においては、領域Ｒ５２は、領域Ｒ５１に比べてＮ型不純物濃度が低くなっている。

上述の領域Ｒ１等の個々の導電型、及び、それらの不純物濃度の程度を見やすく表すと、
領域Ｒ１Ｎ^－
領域Ｒ２Ｎ^＋＋
領域Ｒ３Ｎ^－
領域Ｒ４Ｐ^＋＋
領域Ｒ５１Ｎ^＋＋
領域Ｒ５２Ｎ^＋
となる。尚、プラス（＋、＋＋）の記号は不純物濃度が比較的高いことを示し、マイナス（－）の記号は不純物濃度が比較的低いことを示す。

まとめると、光電変換素子１１１は、Ｐ型（第１導電型）の領域Ｒ４（第１半導体領域）と、領域Ｒ４より深い位置に領域Ｒ４の底面を覆うように形成されたＮ型（第２導電型）の領域Ｒ３（第２半導体領域）と、領域Ｒ３より深い位置に形成され且つ領域Ｒ３よりもＮ型不純物濃度の高い領域Ｒ２（第３半導体領域）と、を含む。また、互いに隣り合う光電変換素子１１１の間には、それらの領域Ｒ３を電気的に分離するためのＮ型の領域Ｒ５（第４半導体領域）が形成されている。この領域Ｒ５は、領域Ｒ２よりも浅い位置に形成された領域Ｒ５１（第１部分）と、領域Ｒ２よりも浅く且つ領域Ｒ５１より深い位置に形成された領域Ｒ５２と（第２部分）、を含む。領域Ｒ５１のＮ型不純物濃度は領域Ｒ３より高く、また、領域Ｒ５２のＮ型不純物濃度は領域Ｒ３より高く且つ領域Ｒ５１より低い。

ここでは図３を参照しながら光電変換素子１１１の構造を述べたが、入射光が遮蔽されるように構成された光電変換素子１１２（図２参照）は、半導体基板１１０については上記光電変換部１１１同様の構造を有する。半導体基板１１０の上方には、配線層と絶縁層とが積層されて成る配線構造（不図示）が配され、光電変換素子１１２の直上には、この配線構造内に金属膜等の遮光性部材が設けられる。スケール２からの反射光は、この遮光性部材により遮蔽されることとなる。

図４（Ａ）は、受光部１１からの信号読出の態様を説明するための簡易回路図である。図１及び図２を参照しながら述べたとおり、受光部１１は、複数の光電変換素子１１１及び１１２を含み、本実施形態では、それらの配列方向の最端に光電変換素子１１２が位置している。複数の光電変換素子１１１は選択部１２１により変換部１２２に選択的に接続され、ここでは説明の容易化のため、複数の光電変換素子１１１に対応して設けられた複数のスイッチ素子を選択部１２１として図示する。

本明細書では、区別のため、オン状態（導通状態）のスイッチ素子に対応する光電変換素子１１１を「選択素子」と表現し、オフ状態（非導通状態）のスイッチ素子に対応する光電変換素子１１１を「非選択素子」と表現する。即ち、選択部１２１により選択された状態の光電変換素子１１１を選択素子とし、それ以外のものを非選択素子とする。

光電変換素子１１２は、本実施形態では、変換部１２２Ｘに接続されており、光電変換素子１１２の信号の経時的変化を取得可能とする。他の実施形態として、光電変換素子１１２は、光電変換素子１１１同様、スイッチ素子を介して変換部１２２Ｘに接続されてもよく、必要に応じて光電変換素子１１２の信号を読み出すこととしてもよい。図中において、光電変換素子１１２はストライプを付して示される。

図４（Ｂ）は、受光部１１からの信号読出の態様の一例を図４（Ａ）同様に示している。図中において、選択素子（オン状態のスイッチ素子に対応する光電変換素子）１１１は、ドットを付して示される。ここでは一例として、連続して並ぶ３つの選択素子１１１_１～１１１_３、及び、それらから離間した位置において連続して並ぶ他の３つの選択素子１１１_４～１１１_６から信号を読み出す態様が示される。このようにして、複数の光電変換素子１１１のうち任意のものが選択部１２１により選択的に変換部１２２に接続される。また、図中には、スケール２からの反射光の光量、即ち受光部１１への入射光量、が比較的大きい領域として、領域Ｒ１（図１参照）が併せて示される。

ところで、再び図３を参照すると、破線の矢印で示されるように、或る光電変換素子１１１の領域Ｒ３で生じた電荷は、Ｎ型不純物濃度が比較的低くなっている領域Ｒ５２を通って、その隣の光電変換素子１１１の領域Ｒ３へ流出（漏出）する可能性がある。そのため、互いに隣り合う光電変換素子１１１間では、この電荷の流出に起因して、信号の干渉が発生することがある。このことは、例えば赤外光（波長７８０～１０００［ｎｍ］程度）等、比較的長波長の光が入射した場合、その光の半導体基板１１０への侵入深さは大きくなりうるため、顕著に表れうる。この現象は、クロストークとも称され、光源駆動部１５が読出部１２から受け取る信号に、このクロストークに起因する成分が混入することとなるため、前述のＡＰＣの精度を低下させる原因ともなりうる。

一例として、図４（Ｂ）において連続して並ぶ３つの選択素子１１１_４～１１１_６のうち図中右側の１つ、即ち選択素子１１１_６、に着目して述べる。選択素子１１１_６は、図中において領域Ｒ１で示されるように比較的大きい光量の入射光を受けるが、それにより発生する電荷の一部は、選択素子１１１_６の図中右隣に位置し且つ入射光量が比較的小さい非選択素子１１１_７に流出してしまう可能性がある。そのため、選択素子１１１_６から読出部１２により読み出される信号値は、本来読み出されるべき信号値とは異なるものとなってしまう場合がある。

本実施形態では、図４（Ｂ）から分かるように、入射光が遮蔽される光電変換素子１１２は、入射光を受光可能な光電変換素子１１１（図中の１１１_１）と隣り合っている。そのため、この光電変換素子１１１において入射光に応じて発生した電荷の一部は、光電変換素子１１２に流出する可能性がある。

一方、光電変換素子１１２には光が実質的に入射しないため、光電変換素子１１２では熱ノイズ等に起因する電荷が発生しうる。この電荷に起因する電流は暗電流とも称される。この電荷量（或いは暗電流）は比較的小さいため、光電変換素子１１２から光電変換素子１１１への電荷の流出は、ここでは実質的にないものとする。

よって、光電変換素子１１２の信号は、光電変換素子１１２における暗電流に起因する電流成分（暗電流成分）に、光電変換素子１１１から光電変換素子１１２へ流出した電荷量に相当する成分（クロストーク成分）が重畳された形で、読出部１２により読み出される。暗電流成分は比較的小さいため、光電変換素子１１２から読み出された信号は、実質的に、互いに隣り合う光電変換素子の一方から他方へのクロストーク成分に相当する、と言える。

光源駆動部１５は、この光電変換素子１１２から読み出された信号に基づいて、上記クロストークを考慮したＡＰＣを行う。具体的には、光源駆動部１５は、補正部１５２により参照信号Ｖ_ＲＥＦ１を光電変換素子１１２の信号に基づいて補正し、加算部１５１の信号値が該補正された参照信号（Ｖ_ＲＥＦ１’とする。）に近付くように、光源部１６を駆動する。

換言すると、光源駆動部１５は、上記補正済の参照信号Ｖ_ＲＥＦ１’を、光源部１６の発光光量が満たすべき目標値として、ＡＰＣを行うこととなる。この観点において、補正部１５２は、参照信号Ｖ_ＲＥＦ１と光電変換素子１１２の信号とに基づいて光源部１６の発光光量の目標値を生成し、目標値生成部として機能している。

加算部１５１の信号は、選択部１２１による複数の光電変換素子１１１の選択態様によって異なる。例えば、図４（Ｂ）の例では、連続して並ぶ３つの選択素子１１１_４～１１１_６のうち、中央の選択素子１１１_５については、その両隣の２つの選択素子１１１_４及び１１１_６への電荷の流出が考えられる一方で、それら選択素子１１１_４及び１１１_６からの電荷の流入も考えられる。これら３つの選択素子１１１_４～１１１_６の信号は加算部１５１により加算される。そのため、上記中央の選択素子１１１_５から得られる信号については、クロストークを考慮する必要は実質的にないと言える。

一方、選択素子１１１_４及び１１１_６については、それらの更に隣の非選択素子１１１との間で生じうる電荷の流出により本来読み出されるべき信号成分の一部が失われ、また、電荷の流入により本来読み出されるべきではない信号成分が混入しうる。即ち、これら２つの選択素子１１１_４及び１１１_６から得られる信号については、クロストークを考慮する必要があると言える。

よって、光源駆動部１５は、選択素子１１１の信号値および光電変換素子１１２の信号値の他、更に、選択素子１１１と非選択素子１１１とが隣り合う箇所の数に基づいて、光源部１６を駆動するとよい。即ち、上記補正済の参照信号Ｖ_ＲＥＦ１’は、複数の光電変換素子１１１をどのような態様で選択しているかに基づいて、生成されうる。一例として、上記補正済の参照信号Ｖ_ＲＥＦ１’は、
Ｖ_ＲＥＦ１’＝Ｖ_ＲＥＦ１－（Ｋ×Ｖ_１１２×Ｎ）
Ｖ_１１２：光電変換素子１１２の信号値（変換部１２２Ｘの出力値）
Ｎ：選択素子と非選択素子とが隣り合う箇所の数
Ｋ：係数
により生成可能である。

上述のとおり、光電変換素子１１２の信号は、隣接素子１１１間の一方から他方へのクロストーク成分に相当するものとして、上記補正に用いられる。よって、上記補正の精度の向上のため、光電変換素子１１２は、光電変換素子１１１同様の構成（例えば上面レイアウト）で設けられるとよい。例えば、光電変換素子１１１及び１１２は、平面視において所定の対称性を形成するように設けられるとよく、好適には並進対称であるとよい。

また、上記クロストーク成分を光電変換素子１１２の信号に基づいて高い精度で特定可能とするため、光電変換素子１１１及び１１２が隣り合う面積を大きくしてもよい。即ち、光電変換素子１１１及び１１２は、平面視において、それぞれ長辺および短辺を有する矩形状となっており、それらの長辺において隣り合っているとよい。これにより、光電変換素子１１１から光電変換素子１１２への電荷の流出量が大きくなり、前述の暗電流成分に比べてクロストーク成分が支配的となるため、上記補正の精度を更に向上可能となる。

クロストーク量は入射光量に依存し、即ち、隣接素子１１１間の一方から他方への電荷の流出量は該一方への入射光量によって変動しうる。そのため、読出部１２により光電変換素子１１２の信号の経時的変化を取得することで、補正部１５２は、その取得結果に基づく補正を行うことが可能となる。例えば、補正部１５２は、光電変換素子１１２の信号の積分値、最大値、平均値、中央値等に基づいて、参照信号Ｖ_ＲＥＦ１を補正するとよい。本実施形態においては半導体装置１及びスケール２の相対移動により受光部１１における光量分布がシフトするため、好適には、補正部１５２は、光電変換素子１１２の信号の積分値（所定期間における累積加算値）に基づいて参照信号Ｖ_ＲＥＦ１を補正するとよい。

他の実施形態として、補正部１５２は、参照信号Ｖ_ＲＥＦ１を補正する代わりに、加算部１５１からの信号を補正してもよい。この場合、補正部１５２は、加算部１５１の信号と変換部１２２Ｘの信号とを受け取って該補正を行い、その結果を比較部１５３に出力する。比較部１５３は、補正部１５２からの信号と、参照信号Ｖ_ＲＥＦ１（補正されていないもの）とを受け取り、それらを比較した結果に応じた電流を出力する。このような構成によってもＡＰＣの精度を向上可能である。

付随的に、予め（例えばＡＰＣ開始前、製造時の検査工程等）、光電変換素子１１２及びその隣の光電変換素子１１１の信号を取得して、光電変換素子１１２の信号値を光電変換素子１１１の信号値と関連付けてもよい。即ち、入射光量とクロストーク量との相関関係（光電変換素子１１１の信号が何れの値の場合に光電変換素子１１２の信号が何れの値となるか）を示す情報を予め取得する。これにより上記補正を更に精度の高いものとすることも可能である。

以上、本実施形態によれば、光源駆動部１５は、光電変換素子１１１の信号および光電変換素子１１２の信号の双方に基づいて光源部１６を駆動し、ＡＰＣを行う。光電変換素子１１２の信号は、隣接素子１１１間の一方から他方へのクロストーク成分に相当するため、これを用いることで、ＡＰＣの際には光源部１６の発光光量の目標値を適切に設定可能となる。光源駆動部１５は、加算部１５１の信号値がこの目標値に近付くように光源部１６を制御することで、ＡＰＣを高精度に行うことができる。

前述のとおり、クロストークは、例えば赤外光（波長７８０～１０００［ｎｍ］程度）等、比較的長波長の光が入射した場合に顕著に表れうる。そのため、本実施形態によれば、光源部１６が赤色光を発生する構成において上記ＡＰＣの精度を効果的に向上させることができる。尚、クロストークを抑制するため、例えば注入エネルギ及びドーズ量を大きくして深い不純物注入を追加的に行うことで領域Ｒ５２の不純物濃度を高めることも可能であるが、本実施形態によれば、これを行うことなくＡＰＣの精度を向上可能となる。よって、本実施形態によれば製造コストの低減にも有利であると言える。

以上において実施形態およびそれに付随する幾つかの好適な例を示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で多様な変形ないし変更が可能である。

例えば、本発明は、実施形態の反射型エンコーダの他、透過型エンコーダにも適用可能である。反射型エンコーダの場合、光源部１６は、受光部１１、読出部１２、差動回路部１３および光源駆動部１５と共に共通の基材１０上に配置され（図１及び図２参照）、それらは共通にパッケージングされる。一方、透過型エンコーダの場合、基材１０とは異なる他の基材（第２基材）を用意し、光源部１６は該他の基材に配置される。この場合、これら２つの基材は互いに向かい合うように配され、それらの間には、光源部１６から受光部１１への光を通過させる部分と、該光を遮蔽する部分とが交互に配された遮光用スケールが配されうる。

その他、実施形態では光学式エンコーダを例示したが、本発明は、所定の光源部を備える光源装置（例えばレーザ）、該光源部についてＡＰＣを行う制御装置（例えばレーザドライバ）等、多様な電子機器に適用可能である。

本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。

１：半導体装置、１１：受光部、１１１及び１１２：光電変換素子、１２：読出部、１５：光源駆動部、１６：光源部。

Claims

基板上に配列された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の信号を読み出すための読出部と、
光源部を駆動するための光源駆動部と、を備え、
前記複数の光電変換素子は、
入射光を受光可能に構成された第１素子と、
入射光が遮蔽されるように構成された第２素子と、
を含んでおり、
前記読出部は、
前記複数の光電変換素子の信号を選択的に出力する選択部と、
前記選択部から出力された信号を変換する第１変換部と、
前記選択部から出力された信号以外の信号を変換する第２変換部と、
を含んでおり、
前記第１素子の信号は、前記選択部を介して前記第１変換部に供給され、
前記第２素子の信号は、前記選択部を介さずに前記第２変換部に供給され、
前記光源駆動部は、前記読出部により読み出された前記第１素子の信号および前記第２素子の信号の双方に基づいて前記光源部を駆動する
ことを特徴とする半導体装置。
基板上に配列された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の信号を読み出すための読出部と、
光源部を駆動するための光源駆動部と、を備え、
前記複数の光電変換素子は、
入射光を受光可能に構成された第１素子と、
入射光が遮蔽されるように構成された第２素子と、
を含んでおり、
前記光源駆動部は、所定の基準値を前記第２素子の信号に基づいて補正し、前記第１素子の信号の値が該補正された基準値に近付くように前記光源部を駆動する
ことを特徴とする半導体装置。
基板上に配列された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の信号を読み出すための読出部と、
光源部を駆動するための光源駆動部と、を備え、
前記複数の光電変換素子は、
入射光を受光可能に構成された第１素子と、
入射光が遮蔽されるように構成された第２素子と、
を含んでおり、
前記複数の光電変換素子は、前記第１素子を複数含み、
前記読出部は、前記第２素子の信号を読み出すと共に、前記複数の第１素子の一部を選択して該一部の信号を読み出し、
前記複数の第１素子のうち、前記選択されたものを選択素子とし、それ以外のものを非選択素子としたときに、
前記光源駆動部は、
前記第２素子の信号の値と、
前記選択素子からの信号の値と、
前記選択素子と前記非選択素子とが隣り合う箇所の数と、
に基づいて前記光源部を駆動する
ことを特徴とする半導体装置。
基板上に配列された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の信号を読み出すための読出部と、
光源部を駆動するための光源駆動部と、を備え、
前記複数の光電変換素子は、
入射光を受光可能に構成された第１素子と、
入射光が遮蔽されるように構成された第２素子と、
を含んでおり、
前記光源駆動部は、前記読出部により読み出された前記第１素子の信号および前記第２素子の信号の双方に基づいて前記光源部を駆動し、
前記第１素子の信号は、前記光源駆動部に出力される他、検出信号としてプロセッサに出力され、
前記第２素子の信号は、前記光源駆動部および前記プロセッサのうち前記光源駆動部に出力される
ことを特徴とする半導体装置。
基板上に配列された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の信号を読み出すための読出部と、
光源部を駆動するための光源駆動部と、を備え、
前記複数の光電変換素子は、
入射光を受光可能に構成された第１素子と、
入射光が遮蔽されるように構成された第２素子と、
を含んでおり、
前記光源駆動部は、前記読出部により読み出された前記第１素子の信号と、前記第２素子の信号の積分値または前記第２素子の信号の経時的変化との双方に基づいて前記光源部を駆動する
ことを特徴とする半導体装置。
前記第２素子は、前記複数の光電変換素子のうち、それらの配列方向における最端の光電変換素子である
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の半導体装置。
前記光源部を更に備え、
前記光源部は、前記複数の光電変換素子、前記読出部および前記光源駆動部と共に共通の基材上に配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の半導体装置。
前記複数の光電変換素子、前記読出部および前記光源駆動部が配置された第１基材と、
前記光源部が配置された第２基材と、を更に備え、
前記第１基材と前記第２基材とは、互いに向かい合うように配された
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の半導体装置。
前記第１素子と前記第２素子とは、平面視において対称性を有して互いに隣り合うように設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の半導体装置。
平面視において、前記複数の光電変換素子のそれぞれは、長辺および短辺を有するように矩形状に形成されており、かつ、前記第１素子と前記第２素子とは、それらの長辺において互いに隣り合うように設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の半導体装置。
前記光源部は赤外光を発生する
ことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の半導体装置。
前記複数の光電変換素子のそれぞれは、前記基板に形成された第１導電型の第１半導体領域を含み、
前記基板は、
前記基板の断面において、前記第１半導体領域より深い位置に前記第１半導体領域の底面を覆うように形成された第２導電型の第２半導体領域と、
前記基板の断面において、前記第２半導体領域より深い位置に形成された前記第２導電型の第３半導体領域であって前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度の高い第３半導体領域と、
を含む
ことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の半導体装置。
前記第２半導体領域は、前記基板の表面から０μｍ～１５μｍの範囲内の深さに形成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
前記断面において、互いに隣り合う光電変換素子の前記第１半導体領域の間には、前記第２導電型の第４半導体領域が形成されており、
前記第４半導体領域は、
前記第３半導体領域よりも浅い位置に形成された前記第２導電型の第１部分であって前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度の高い第１部分と、
前記第３半導体領域よりも浅く且つ前記第１部分より深い位置に形成された前記第２導電型の第２部分であって前記第２半導体領域よりも前記第２導電型の不純物濃度が高く且つ前記第１部分よりも前記第２導電型の不純物濃度が低い第２部分と、
を含む
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の半導体装置。
前記第２素子は、前記第２素子の隣に位置する前記第１素子への入射光の光量に応じた信号を出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の半導体装置。
前記複数の光電変換素子は、前記第１素子を複数含み、
前記光源駆動部は、前記複数の第１素子の信号を加算するための加算部を含む
ことを特徴とする請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の半導体装置を具備する
ことを特徴とする光学式エンコーダ。