JPH01292219A - 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。この第
１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。

この第１の従来例によれば、光や粒子線の入射によって
入射面で生成された電荷は、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。

一方、位置検出のための領域を複数に区分するものとし
て、「距離検出の高精度化におけるＰＳＤの応用事例」
　（理研シンポジウム第８回「非接触計測と画像処理」
第１３〜２０頁、昭和６２年１０月１５日）や、ｒＲＯ
Ｒｓに基づく３次元計測機用光触針計の構成」　（上記
文献の第２１〜３２頁）などが知られている。これら第
２の従来例によれば、半導体基板上の受光面に所定間隔
で複数の位置信号電極が設けられ、これによって受光面
が複数の受光エリアに分割されている。

上記の第１および第２の従来例によって、光の入射位置
を実際に検出するためには、得られた信号光電流に対し
て所定の信号処理を施す必要がある。具体的には、一対
の位置信号電極からの信号光電流をＩ　、■　とすると
きには、これらを増Ｂ 幅するための増幅回路や、（ＩＡ＋ＩＢ）のアナログ演
算を行なう加算回路や、（ＩＡ−ＩＢ）のアナログ演算
を行なう減算回路や、（■い−ＩＢ）／（ｌＡ＋■Ｂ）
のアナログ演算を行なう割算回路が必要になる。これは
、上記の理研シンポジウムの文献にも示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の第１の従来例によれば、位置分解
能が悪化しやすいという欠点があった。

これは、位置信号電極が基幹導電層の両側にのみ一対だ
け設けられているためである。すなわち、これら位置信
号電極からの信号光電流１．ＩＢが、上記のアナログ演
算回路および位置検出用の半導体装置自体からの雑音に
比べて小さいときには、アナログ演算回路から得られる
位置信号出力における位置分解能は低下してしまう。

このような位置分解能の悪化は、第２の従来例のように
受光面を複数の位置信号電極で複数の受光エリアに分割
することにより、かなり改善することができる。しかし
ながら、この第２の従来例では光を透過しない位置信号
電極が受光面上に形成されるので、この位置に入射光が
当たると感度が低下してしまう。特に、入射光のスポッ
トが位置信号電極との関係で十分に小さいときには、ス
ポットが電極上に位置したときに感度は著しく低下し、
不安定な出力しか得られなかった。

そこで本発明は、位置分解能を高くしながら、しかも検
出感度を高くかつ安定にすることのできる位置検出用半
導体装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る位置検出用半導体装置は、一導電型の半導
体基板とこの半導体基板の入射面側に形成された高抵抗
の基幹導電層とこの基幹導電層から入射面に延びるよう
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、所定の間隔で基幹導電層に接続して半導体基板上
に形成された複数の位置信号電極とを備えることを特徴
とする。

〔作用〕

本発明の構成によれば、半導体基板の受光面上には入射
光を遮ぎる位置取出電極が設けられることなく、かつ受
光面に形成された分枝導電層に接続された基幹導電層は
複数の位置取出電極と所定間隔で接続され、従って、受
光面は見掛は上で複数の受光エリアに分割されることに
なる。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第３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。

本発明の実施例の装置の詳細な構成を、第１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關のｎ型のシリコンからなる半
導体基板１の表面側には、１×１０１３〜１０１４ｃｍ
−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、同様の工程によっ
て分枝導電層４が５μｍ程度のピッチで０．５〜１μｍ
程度の深さに形成される。

入射面の両端およびその間には１×１０１８〜１０１９
■−２程度にｐ型不純物を注入したオーミックコンタク
ト領域６ａ、６ｂ、６ｔ１〜６ｔｎ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、　　６ｔｌ〜
６ｔｎ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、２ｔ　　〜２ｔ　
とのオーミック接触がとられている。

一方、例えばアルミニウムからなるシールド膜５は基幹
導電層３の上を覆い、ワイヤ９Ｇを介して接地されてい
る。シールド膜５は外乱光の影響を低減するための遮光
作用をも有してい−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９　ａ、　　９　ｂ
、　　９　ｔ　１〜９ｔｎ。

９Ｇが位置信号電極２　ａ　、２　ｂ　、２　ｔ　ｔ〜
２ｔｎおよびシールド膜５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ｌＸ１０１９〜１０
２０ｃＯ＋−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１
０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、例えば光電流の
取り出し位置を位置信号電極２ａ、２ｂに設定すると、
基幹導電層３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。

赤外線スポットが位置信号電極２ｔ、２ｔの区間内に存
在するときには、光電流の取り出し位置を位置信号電極
２ｔ、２ｔ２に設定し、得られる光電流をＩ、Ｉ２とす
ると、アナログ演■ 算出力（１１−Ｉ２）／（１，＋Ｉ２）は上記区間内に
おける赤外線スポットの入射位置に対応することになる
。従って、基幹導電層３に接続する位置信号電極の数（
ｎ）を多くし、各区間の長さを小さくすることにより、
位置検出分解能を高めることができる。

ここで、基幹導電層３を覆うシールド膜５は入射面の端
部に設けられているので、シールド膜５の材料としてア
ルミニウムなどを用いたときにも、外乱光は遮ぎられる
ことがあっても受光面に集光された信号成分の入射光は
遮ぎられることがない。

従って、受光感度は低下することがない。また、表面保
護層８にＮａ　　などの電荷があるときにも、基幹導電
層３はシールド膜５によってシールドされるので、抵抗
値が変化することはなくなる。従って、光電流の抵抗分
割は精度よくなされるので、検出感度の向上が可能にな
る。なお、シールド膜５が存在することにより基幹導電
層３の抵抗が変動すると、位置検出そのものが精度よく
行なえなくなるので、基幹導電層３の不純物濃度は例え
ばＩ　Ｘ　１０　’ａｍ−２程度以上であることが望ま
しい。

第２図は位置信号電極選択用スイッチを含んだアナログ
演算回路とＡ／Ｄ変換器のブロック図である。

同図において、位置信号電極選択回路ＳＷは第１図の半
導体基板に設けられ、これは要素スイッチｓ、ｓ−ｓ、
ｓｓ　　〜Ｓ　を有してＡ　　　ＡＩ　　　Ａｎ　　　
Ｂ’　　８１　　　Ｂｎいる。そして、要素スイッチＳ
　、Ｓ　〜Ｓ　のＡ　　　ＡＩ　　　Ａｎ 一端はそれぞれ位置信号電極２ａ、２ｔ１〜２ｔ　に接
続され、他端は相互に短絡されて、ここから信号光電流
！いが取り出される。要素スイッチＳ　、ＳＢ□〜ＳＢ
ｎの一端はそれぞれ位置信号電極２ｂ、２ｔ１〜２ｔｎ
に接続され、他端は相互に短絡されて、ここから信号光
電流ＩＢが取り出される。そして、信号光電流１　　、
Ｉ　　は増幅Ｂ 器Ｂ　　、Ｂ　　および減算器Ａ、Ａ２を介して割算器
３０に与えられ、この出力はＡ／Ｄ変換器３１でＡ／Ｄ
変換される。

次に、上記の回路の作用を説明する。

まず、初めに位置信号電極２ａ、　　２ｂを選択し、位
置信号電極選択回路ＳＷ中の要素スイッチＳＡ。

ＳＢをＯＮ状態にし、他の要素スイッチをＯＦＦ状態に
設定する。この時、得られた光電流ＩＡ。

■　は増幅器Ｂ、Ｂ２で増幅され、減算器Ａ１Ｂ　　　
　　　　　　　　１ により（１−Ｉ　　）が演算され、加算器Ａ２にＢ より（１＋ＩＢ）が演算される。この２つの信号はアナ
ログ演算器３０で（ＩＡ−ＩＢ）／（ＩＡ＋ＩＢ）が演
算され、この出力電圧はＡ／Ｄ変換器３１でディジタル
信号Ｘ、に変換される。

このディジタル信号Ｘ、は位置検出用半導体装置の入射
面に入射した赤外スポット光の位置と対応関係にある。

それ故、ディジタル信号Ｘ、を用いて位置信号電極選択
回路ＳＷの選択制御が可能となる。第２図ではディジタ
ル信号ＸＤより、赤外スポット光が位置信号電極２ｔ、
２ｔ２の区■ 間に入射していることが判定され、位置信号電極選択回
路ＳＷ内の要素スイッチＳ　、Ｓ　が０ＮＡＩ　　　Ｂ
ｌ 状態になり、その他のスイッチがＯＦＦ状態に制御され
ている状態を示している。

第２図では外部回路として位置信号電極選択回路のスイ
ッチを示したが、これら要素スイッチＳＡ”　Ａｌ−８
ＡｎおよびＳ　〜ｓｓ　　は位置ＢＩ　　　Ｂｎ’　　
Ｂ 検出用半導体装置にアナログスイッチ回路を集積化し、
外部からの選択信号で所望の区間の位置信号電極からの
信号光電流を出力できるように構成することが望ましい
。

第３図は区分けした各区間の長さが左側で短く、右側で
長くなっている実施例を示す。図示の通り、半導体基板
１の受光面には等間隔で複数本の分枝導電層４が形成さ
れ、図示しない基幹導電層には位置信号電極２ａ、２ｂ
、　　２ｔ　　〜２　ｔ　ｔｏが接続されている。図に
示すように、位置信号電極２ｔ　〜２ｔ１ｏを同図の上
下方向に２列またはそれ以上の列に配列することにより
、位置信号電極２ｔｌ〜２ｔｎの大きさに制限されるこ
となく、狭い位置検出区間を作り出すことができる。こ
れは、入射位置によって要求される分解能が異なる場合
などに用いるのに適している。

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、半導体基板１などの材料や基幹導電層３、分枝
導電層４の不純物濃度は、例示のものに限られない。ま
た、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、ＳｎＯ□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。さらに、受光面は矩形に限られず、また分枝
導電層も等間隔に設けたものに限られない。

【発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、半導体基板の受
光面上には入射光を遮ぎる位置取出電極が設けられるこ
となく、かつ受光面に形成された分枝導電層に接続され
た基幹導電層は複数の位置信号電極と所定間隔で接続さ
れるので、受光面は見掛は上で複数の受光エリアに分割
されることになる。従って、位置分解能を高くしながら
、しかも検出感度を高くかつ安定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る位置検出用半導体装置
の平面図および断面図、第２図は、信号処理回路の回路
図、第３図は、変形例の平面図である。 １・・・半導体基板、２　ａ　、２　ｂ　、２　ｔ　１
〜２ｔｎ・・・位置信号電極、３・・・基幹導電層、４
・・・分枝導電層、５・・・シールド膜、６　ａ　、６
　ｂ　＊　６　ｔ　ｔ　〜６ｔ　・・・オーミックコン
タクト領域、７・・・絶縁膜、８・・・表面保護層、９
　ａ　、９　ｂ　、９　ｔ　１〜９ｔｎ。 ９Ｇ・・・ワイヤ、１０・・・オーミックコンタクト層
、１１・・・裏面電極、３０・・・割算回路、３１・・
・Ａ／Ｄ変換器。 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社同　　　　　　
理　　化　　学　　研　　究　　所代理人弁理士　　　
長谷用　　芳　　樹第　２１！１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一導電型の半導体基板と、この半導体基板の入射面
   側に形成された高抵抗の基幹導電層とこの基幹導電層か
   ら前記入射面に延びるように形成された複数の分枝導電
   層と、所定の間隔で前記基幹導電層に接続して前記半導
   体基板上に形成された複数の位置信号電極とを備えるこ
   とを特徴とする位置検出用半導体装置。 ２、一導電型の半導体基板と、この半導体基板の入射面
   側に形成された高抵抗の基幹導電層と、この基幹導電層
   から前記入射面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、所定の間隔で前記基
   幹導電層に接続して前記半導体基板上に形成された複数
   の位置信号電極とを備えることを特徴とする位置検出用
   半導体装置。 ３、前記半導体基板に、前記複数の位置信号電極のそれ
   ぞれに接続され信号光電流の取り出しを任意に設定しう
   る選択回路が形成されていることを特徴とする請求項１
   記載の位置検出用半導体装置。 ４、前記半導体基板に、絶縁膜を介して前記基幹導電層
   を覆い、かつ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形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の位置検出用半導体装置
   。