JPH01115172A - 入射位置検出用半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光や粒子線の入射位置についての情報を、電流
等として出力できる入射位置検出用半導体装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、このような分野の技術としては、例えば特開昭５
９−１７２８８号公報に示されるものがあった。この従
来例では、まずｎ型の矩形の半導体基板の両端部に一対
の位置信号電極が設けられる。そして、これらの間の入
射面の中央には、均一な断面積で均一な不純物濃度のｐ
型の基幹導電層が形成され、この基幹導電層から入射面
に延びるように、複数のｐ型の分枝導電層が形成されて
いる。

この従来例によれば、光や粒子線の入射によって入射面
で土盛された電荷は、分枝導電層で集められて基幹導電
層で抵抗分割される。ここで、基幹導電層は細く形成さ
れているので、その抵抗値は十分に高く、精度よく設定
することができ、従って検出感度を向上させることがで
きる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来例を例えばカメラの自動焦点用
に実雨化するときには、入射面の一部分のみを有効な入
射領域とし、他の無効入射領域には光または粒子線を入
射しないことがある。このようなときに、従来装置のよ
うに無効入射領域にも分枝導電層を設けておくと、ここ
で熱励起により発生した正孔も基幹導電層に流れこみ、
雑音となってしまう。また、分枝導電層によるｐｎ接合
容量が無効入射領域においても現れるため、高速応答に
なじまなくなる。さらに、無効入射領域であってもレン
ズ（入射面の前方に設けられる）の反射などによって光
電流が発生し、検出感度を低下させる。

そこで本発明は、無効入射領域が検出信号の雑音をもた
らしたり、検出感度を低下させたりすることのない入射
位置検出用半導体装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本出願の第１の発明に係る入射位置検出用半導体装置は
、有効入射領域および無効入射領域を含む入射面が設定
される一導電型の半導体基板と、この半導体基板の入射
面の両端に設けられた一対の位置信号電極と、この一対
の位置信号電極を高い抵抗で接続するように半導体基板
に形成された基幹導電層と、この基幹導電層から入射面
の有効入射領域に延びるように形成された反対導電型の
不純物を含む複数の分枝導電層とを備えることを特徴と
する。

本出願の第２の発明に係る入射位置検出用半導体装置は
、上記第１の発明のものに加えて、入射面の無効入射領
域に形成された反対導電型の不純物を含むキャリア捕獲
層を備えることを特徴とする。そして、望ましくは、こ
のキャリア捕獲層は半導体基板と電気的に短絡される。

本出願の第３の発明に係る入射位置検出用半導体装置は
、上記第１の発明のものに加えて、入射面の無効入射領
域を覆うように形成された遮光膜を備えることを特徴と
する。

〔作用〕

第１の発明によれば、無効入射領域には分枝導電層が存
在しないので、ここで電子／正孔対が発生しても基幹導
電層に流れこむ確率は低い。ま−た、ｐｎ接合容量も分
枝導電層の設けられていない分だけ少なくなる。

第２の発明によれば、無効入射領域には基板と反対導電
型のキャリア捕獲層が設けられているので、熱励起やレ
ンズからの反射光により電子／正孔対が発生しても、こ
れらキャリアは捕獲されて基幹導電層に流入することは
ない。

第３の発明によれば、無効入射領域には遮光膜が設けら
れるので、レンズからの反射光があったとしても、無効
領域で光電流が生じることはない。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第５図を参照して、本発
明の詳細な説明する。なお、図面の説明において同一要
素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は第１実施例に係る入射位置検出用半導体装置の
平面図である。図示の通り、半導体基板１の表面側であ
る入射面の短辺側両端部には一対の位置信号電極２ａ、
２ｂが設けられ、これらの間の入射面の中央部には基幹
導電層３が形成されている。基幹導電層３からは入射面
方向に延びるように分枝導電層４が有効入射領域Ｂのみ
に形成されているが、これは互いに等間隔で複数本とな
っている。そして、右半分の無効入射領域Ｃには分枝導
電層が形成されていない。

上記実施例の装置の詳細な構成を、第２図の平面図およ
びＡ−Ａ線断面図により説明する。

例えば、各辺が１〜５０龍のｎ型のシリコンからなる半
導体基板１の表面側には、１×１０１３〜１０１４■−
２程度にｐ型不純物を注入した基幹導電層３が０．５〜
１．０μｍ程度の深さで形成されると共に、無効入射領
域Ｃを除く有効入射領域Ｂには、分枝導電層４が基幹導
電層３と同様の不純物を含んで５μｍ程度のピッチで０
，５〜１μｍ程度の深さに形成される。入射面の両端に
は１×１０１８〜１０１９ｃＩＩ＋−２程度にｐ型不細
物ヲ注入シタオーミックコンタクト領域６ａ、６ｂが形
成され、これらは上記の基幹導電層３と接続されている
。

これらの上には、例えば熱酸化５１０２からなる絶縁膜
７が形成され、オーミックコンタクト領域６ａ、６ｂ上
の絶縁膜７の開口を介して、例えばアルミニウムからな
る位置信号電極２ａ、　　２ｂとのオーミック接触がと
られている。そして、これらの上には例えばエポキシ樹
脂からなる表面保護層８が塗布形成され、その開口（図
示せず）を介してワイヤ９ａ、９ｂが位置信号電極２ａ
、２ｂにボンディングされている。半導体基板１の裏面
側には、例えばｌＸ１０〜１０２０ｃＩ１１−２程度の
ｎ型不純物を含むオーミックコンタクト層１０が形成さ
れ、この表面には裏面電極１１がオーミック接触して設
けられる。

次に、上記の第１実施例の装置の作用を説明する。

例えば、赤外線スポットが表面側から有効入射領域Ｂに
入射されると、これは表面保護層８および絶縁膜７を透
過して半導体基板１の入射面に達する。これにより半導
体基板１で電子／正孔対が発生すると、電子はオーミッ
クコンタクト層１０および裏面電極１１側へ流れ、正孔
はｐ型の分枝導電層４に流れ込む。そして、この正孔に
よる光電流は分枝導電層４を通って基幹導電層３に流れ
、この流入点から位置信号電極２ａ、２ｂまでの距離の
比に応じた抵抗比により分割される。

ここで、無効入射領域Ｃにはｐ型の分枝導電層が設けら
れていないので、ここで熱励起により電子／正孔対が発
生したり、レンズの反射等により電子／正孔対が発生し
ても、これらは無効入射領域Ｃの中で再結合してしまう
。このため、検出信号に雑音が含まれて検出感度が低下
するようなことはなくなる。

また、半導体基板１と基幹導電層３および分枝導電層４
によるｐｎ接合の総面積を、無効入射領域Ｃの分だけ少
なくできるので、リーク電流を抑えて感度を向上できる
。さらに、ｐｎ接合容量もその分たけ少なくなるので、
高速、高周波の検出に適している。

次に、第３図を参照して、第２実施例を説明する。

第３図はその平面図であり、第１図のものと比べて異な
る点は、無効入射領域にキャリア捕獲層２０が形成され
ていることである。このキャリア捕獲層２０は例えば基
幹導電層３および分枝導電層４の形成時に、マスクの開
口を介してｐ型不純物を注入することにより形成できる
。そして、このキャリア捕獲層２０は半導体基板１ある
いは図示しない外部のアース端子に短絡しておく。

このようにすれば、熱励起やレンズの反射などにより発
生した電子／正孔対は、それぞれ半導体基板１とキャリ
ア捕獲層２０に流れこむ。ここで、半導体基板１とキャ
リア捕獲層２ｏが上記のように短絡されていると、これ
ら電子と正孔は再結合し、従ってこれが検出信号の雑音
成分となることはない。

次に、第４図を参照して、第３実施例を説明する。

第４図はその平面図であり、第１実施例と異なる点は、
無効入射領域に遮光膜２１が設けられていることである
。この遮光膜２１は検出すべき光や粒子線を透過しない
材料で形成され、例えばアルミニウムを用いたときには
半導体基板１との間に絶縁膜が介在させられる二なお、
遮光膜２１の下側に第３図のようなキャリア捕獲層２０
を設けてもよい。

このようにすれば、無効入射領域への光や粒子線の入射
は完全に防止される。例えば、入射面の前面にレンズが
配設されて用いられたときに、有効入射領域で反射され
た光が上記レンズで再び反射され、無効入射領域に戻っ
てくるときでも、その影響を完全になくすことができる
。従って、極めて精度よく入射位置を検出することが可
能になる。遮光膜２１によって基幹導電層３の抵抗値が
影響を受けると、検出精度そのものを低下させるので、
例えば基幹導電層３の不純物濃度は１×１０１３ｃｍ−
２程度以上であることが望ましい。

次に、第５図を参照して、第２および第３実施例を応用
した装置の一例を説明する。

第５図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ
線断面図である。図示の通り、ｐ型の基幹導電層３は入
射面の下側端部に配設され、この基幹導電層３から有効
入射領域Ｂにのみ分枝導電層４が平行に延びている。無
効入射領域Ｃの半導体基板１には、基幹導電層３、分枝
導電層４と同一の工程で形成されたｐ型のキャリア捕獲
層２０が設けられ、その上には絶縁膜７を介してアルミ
ニウムからなる遮光膜２１が形成されている。そして、
キャリア捕獲層２０の端部には絶縁膜７の開口を介して
コンタクト電極２３が設けられ、半導体基板１およびキ
ャリア捕獲層２０のそれぞれにオーミック接触すること
で互いに短絡されている。一方、位置信号電極２ａ、２
ｂは絶縁膜７を介して基幹導電層３上に延び、一対のシ
ールド膜２２ａ、２２ｂとなっている。

次に、第５図に示す装置の作用を説明する。

有効入射領域Ｂに例えば赤外線スポットが入射されると
、半導体基板１中で電子／正孔対が発生し、正孔のみが
分枝導電層４に流れ込んで光電流となる。この光電流は
基幹導電層３で抵抗分割され、従って赤外線スポットの
入射位置が検出されることになる。

このとき、入射された赤外線スポットの一部は有効入射
領域の半導体基板１で反射され、前方の対物レンズなど
で再び反射されて無効入射領域Ｃに戻ってくる。ところ
が、この戻ってきた光は遮光膜２１で遮られ、従って電
子／正孔対を発生させることはない。なお、遮光膜２１
の上に反射防止膜（図示せず）を設けておけば、遮光膜
２１の反射光が対物レンズを介して再び有効入射領域Ｂ
に戻ることはなくなる。

また、半導体基板１の無効入射領域Ｃでは熱励起により
電子／正孔対が発生する。しかし、この正孔はキャリア
捕獲層２０に流れ込んでコンタクト電極２３を介して半
導体基板１中の電子と再結合するので、熱雑音を著しく
低減できる。なお、キャリア捕獲層２０は基幹導電層３
および分枝導電層４とは接続されていないので、ｐｎ接
合容量を増大させることもない。

また、アルミニウムからなる位置信号電極２ａ。

２ｂは基幹導電層３の上に絶縁膜７を介して延設され、
シールド膜２２ａ、２２ｂとなっているので、検出感度
を高めることができる。すなわち、表面保護層８にイオ
ンが含まれているときでも、この電荷の影響はシールド
膜２２ａ、２２ｂによって遮断され、基幹導電層３に及
ぶことがない。

従って、基幹導電層３の抵抗を高くするために不純物濃
度を低くしても、基幹導電層３の有効断面積は変動せず
、分解能を高くすることができる。

本発明は上記実施例および変形例に限定されず、種々の
態様が可能である。

例えば、シールド膜２２ａ、２２ｂは位置信号電極２ａ
、　　２ｂに接続せずに、半導体基板１に接続したり、
別途の電極を介して外部のアースに接続してもよい。ま
た、半導体基板１などの材料や基幹導電層３、分枝導電
層４の不純物濃度も、例示のものに限られない。−さら
に、分枝導電層４の間隔を入射面における位置によって
異ならせてもよく、このようにすれば、入射位置によっ
て要求される分解能が異なる場合などに用いることがで
きる。さらに、基幹導電層３は半導体基板１の表面にポ
リシリコンを被着形成したり、ＳｎＯ２等の金属薄膜を
形成したりすることによっても実現できる。そして、こ
のポリシリコン膜や金属薄膜による基幹導電層３に分枝
導電層４を接続すれば、光電流は実施例と同様に抵抗分
割されることになる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り第１の発明では、無効入射領
域には分枝導電層が存在しないので、ここで電子／正孔
対が発生しても基幹導電層に流れこむ確率は低い。また
、ｐｎ接合容量も分枝導電層の設けられていない分だけ
少なくなる。従って、無効入射領域が検出信号の雑音を
もたらしたり、検出感度を低下させたりすることがない
。

また、第２の発明では、無効入射領域には基板と反対導
電型のキャリア捕獲層が設けられているので、熱励起や
レンズからの反射光により電子／正孔対が発生しても、
これらキャリアは捕獲されて基幹導電層に流入すること
がない。従って、いわゆる熱雑音を著しく低減できる。

さらに、第３の発明では、無効入射領域には遮光膜が設
けられるので、レンズからの反射光があったとしても、
無効領域で光電流が生じることがない。このため、検出
信号に含まれる雑音成分が減少し、またレンズの反射率
などにも特に留意する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る入射位置検出用半導
体装置の平面図、第２図は第１図の拡大図および断面図
、第３図および第４図は第２および第３実施例の平面図
、第５図は第２および第３実施例を応用した装置の構成
図である。 １・・・半導体基板、２ａ、２ｂ・・・位置信号電極、
３・・・基幹導電層、４・・・分枝導電層、６ａ、６ｂ
・・・オーミックコンタクト領域、７・・・絶縁膜、８
・・・表面保護層、９ａ、９ｂ・・・ワイヤ、１０・・
・オーミックコンタクト層、１１・・・裏面電極、２０
・・・キャリア捕獲層、２１・・・遮光膜、２２ａ、２
２ｂ・・・シールド膜、２３・・・コンタクト電極。 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹Ｂ　　　　　　　　　　　　　
（ ４３，１゜ 第２実施例の平面構成 第３実施例の平面構成 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有効入射領域および無効入射領域を含む入射面が設
   定される一導電型の半導体基板と、この半導体基板の入
   射面の両端に設けられた一対の位置信号電極と、この一
   対の位置信号電極を高い抵抗で接続するように前記半導
   体基板に形成された基幹導電層と、この基幹導電層から
   前記入射面の有効入射領域に延びるように形成された反
   対導電型の不純物を含む複数の分枝導電層とを備えるこ
   とを特徴とする入射位置検出用半導体装置。 ２、表面保護層の電荷の影響から前記基幹導電層をシー
   ルドする導電性のシールド膜が、絶縁膜を介して前記基
   幹導電層を覆うように形成されている特許請求の範囲第
   １項記載の入射位置検出用半導体装置。 ３、有効入射領域および無効入射領域を含む入射面が設
   定される一導電型の半導体基板と、この半導体基板の入
   射面の両端に設けられた一対の位置信号電極と、この一
   対の位置信号電極を高い抵抗で接続するように前記半導
   体基板に形成された基幹導電層と、この基幹導電層から
   前記入射面の有効入射領域に延びるように形成された反
   対導電型の不純物を含む複数の分枝導電層と、前記入射
   面の無効入射領域に形成された反対導電型の不純物を含
   むキャリア捕獲層とを備えることを特徴とする入射位置
   検出用半導体装置。 ４、前記キャリア捕獲層は前記半導体基板と電気的に短
   絡されている特許請求の範囲第３項記載の入射位置検出
   用半導体装置。 ５、有効入射領域および無効入射領域を含む入射面が設
   定される一導電型の半導体基板と、この半導体基板の入
   射面の両端に設けられた一対の位置信号電極と、この一
   対の位置信号電極を高い抵抗で接続するように前記半導
   体基板に形成された基幹導電層と、この基幹導電層から
   前記入射面の有効入射領域に延びるように形成された反
   対導電型の不純物を含む複数の分枝導電層と、前記入射
   面の無効入射領域を覆うように形成された遮光膜とを備
   えることを特徴とする入射位置検出用半導体装置。 ６、表面保護層の電荷の影響から前記基幹導電層をシー
   ルドする導電性のシールド膜が、絶縁膜を介して前記基
   幹導電層を覆うように形成されている特許請求の範囲第
   ５項記載の入射位置検出用半導体装置。