JPH04313278A - 二次元光入射位置検出素子 - Google Patents
二次元光入射位置検出素子Info
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- JPH04313278A JPH04313278A JP3079303A JP7930391A JPH04313278A JP H04313278 A JPH04313278 A JP H04313278A JP 3079303 A JP3079303 A JP 3079303A JP 7930391 A JP7930391 A JP 7930391A JP H04313278 A JPH04313278 A JP H04313278A
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- semiconductor
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- resistance layer
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 84
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は二次元光入射位置検出素
子に関する。
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、二次元光入射位置検出素子として
二次元半導体光入射位置検出素子（二次元ＰＳＤ）や、
４分割ホトダイオードなどが知られている。二次元ＰＳ
Ｄには表面（片面）分割型と両面分割型があり、前者で
はシリコン基板の表面に、イオン注入で面状の高抵抗層
が形成される。また、後者ではシリコン基板の両面に、
線状の抵抗層が形成される。一方、４分割ホトダイオー
ドでは中心に対して点対称に、４つの受光面が形成され
る。
二次元半導体光入射位置検出素子（二次元ＰＳＤ）や、
４分割ホトダイオードなどが知られている。二次元ＰＳ
Ｄには表面（片面）分割型と両面分割型があり、前者で
はシリコン基板の表面に、イオン注入で面状の高抵抗層
が形成される。また、後者ではシリコン基板の両面に、
線状の抵抗層が形成される。一方、４分割ホトダイオー
ドでは中心に対して点対称に、４つの受光面が形成され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の表面分割型ＰＳ
Ｄでは、抵抗層を高抵抗すなわち低濃度イオン注入にし
なければならないので、特性良品率を上げるのが難しい
。両面分割型ＰＳＤでは、基板の両面に対する加工が必
要となるため高価になる。一方、４分割ホトダイオード
では光スポットが中心から外れると、その入射位置を検
出できない。
Ｄでは、抵抗層を高抵抗すなわち低濃度イオン注入にし
なければならないので、特性良品率を上げるのが難しい
。両面分割型ＰＳＤでは、基板の両面に対する加工が必
要となるため高価になる。一方、４分割ホトダイオード
では光スポットが中心から外れると、その入射位置を検
出できない。
【０００４】そこで本発明は、光スポットの入射位置を
広い範囲で二次元的に検出することができ、しかも構造
が簡単で低コストな二次元光入射位置検出素子を提供す
ることを目的とする。
広い範囲で二次元的に検出することができ、しかも構造
が簡単で低コストな二次元光入射位置検出素子を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る二次元光入
射位置検出素子は、半導体基板に半導体入射位置検出素
子とホトダイオードが形成され、半導体光入射位置検出
素子は、半導体基板に形成された線状の半導体抵抗層と
、この半導体抵抗層の両端に接続された一対の位置信号
電極を含んで構成され、ホトダイオードは、上記半導体
抵抗層と同一導電型の複数の半導体層をアノードもしく
はカソードとして構成され、上記半導体層は、上記半導
体抵抗層に所定間隔で接続されて、この半導体抵抗層の
長手方向と実効的に直交する方向に延設され、かつ半導
体層の面積がその延設方向に向って一様に増加または減
少していることを特徴とする。
射位置検出素子は、半導体基板に半導体入射位置検出素
子とホトダイオードが形成され、半導体光入射位置検出
素子は、半導体基板に形成された線状の半導体抵抗層と
、この半導体抵抗層の両端に接続された一対の位置信号
電極を含んで構成され、ホトダイオードは、上記半導体
抵抗層と同一導電型の複数の半導体層をアノードもしく
はカソードとして構成され、上記半導体層は、上記半導
体抵抗層に所定間隔で接続されて、この半導体抵抗層の
長手方向と実効的に直交する方向に延設され、かつ半導
体層の面積がその延設方向に向って一様に増加または減
少していることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明によれば、複数の半導体層が半導体光入
射位置検出素子（ＰＳＤ）用の半導体抵抗層に接続され
ることにより、ＰＳＤのキャリア収集部として働く。ま
た、一定方向に面積が一様に増加または減少して形成さ
れることで、上記の半導体層は光入射位置に応じて出力
光電流が異なるホトダイオードのアノードまたはカソー
ドとして動く。
射位置検出素子（ＰＳＤ）用の半導体抵抗層に接続され
ることにより、ＰＳＤのキャリア収集部として働く。ま
た、一定方向に面積が一様に増加または減少して形成さ
れることで、上記の半導体層は光入射位置に応じて出力
光電流が異なるホトダイオードのアノードまたはカソー
ドとして動く。
【０００７】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【０００８】図１は実施例に係る二次元光入射位置検出
素子の平面図、図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ図１のＡ
１ −Ａ２ 線、Ａ３ −Ａ４ 線断面図である。ｎ型
半導体基板１０の裏面の全面にはｎ＋ 型裏面層１１が
形成される。ＰＳＤは互いに平行に配設された低不純物
濃度の第１のｐ型抵抗層２１と第２のｐ型抵抗層２２を
含み、これらの両端に各一対の信号取出電極３１〜３４
が接続される。第１のｐ型抵抗層２１と第２のｐ型抵抗
層２２の間のｎ型半導体基板１０には、それぞれクサビ
型をなして互いに入り込む高不純物濃度の第１のｐ＋
型半導体層４１と第２のｐ＋ 型半導体層４２が複数ず
つ形成され、これらは低ドープのｐ型半導体層５によっ
て、それぞれ所定間隔で第１のｐ型抵抗層２１と第２の
ｐ型抵抗層２２に接続されている。なお、第１のｐ＋
型半導体層４１と第２のｐ＋ 型半導体層４２の間には
、アイソレーション用のｎ＋型層１３が形成されている
。
素子の平面図、図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ図１のＡ
１ −Ａ２ 線、Ａ３ −Ａ４ 線断面図である。ｎ型
半導体基板１０の裏面の全面にはｎ＋ 型裏面層１１が
形成される。ＰＳＤは互いに平行に配設された低不純物
濃度の第１のｐ型抵抗層２１と第２のｐ型抵抗層２２を
含み、これらの両端に各一対の信号取出電極３１〜３４
が接続される。第１のｐ型抵抗層２１と第２のｐ型抵抗
層２２の間のｎ型半導体基板１０には、それぞれクサビ
型をなして互いに入り込む高不純物濃度の第１のｐ＋
型半導体層４１と第２のｐ＋ 型半導体層４２が複数ず
つ形成され、これらは低ドープのｐ型半導体層５によっ
て、それぞれ所定間隔で第１のｐ型抵抗層２１と第２の
ｐ型抵抗層２２に接続されている。なお、第１のｐ＋
型半導体層４１と第２のｐ＋ 型半導体層４２の間には
、アイソレーション用のｎ＋型層１３が形成されている
。
【０００９】上記の構造によれば、第１のｐ型抵抗層２
１は第１のｐ＋ 型半導体層４１によって収集された光
生成キャリアを抵抗分割する役割を有し、第２のｐ型抵
抗層２２は第２のｐ＋ 型半導体層４２によって収集さ
れた光生成キャリアを抵抗分割することになる。これに
より、Ｘ方向の入射位置演算は ｛（Ｉ１ ＋Ｉ３ ）−（Ｉ２ ＋Ｉ４ ）｝／（
Ｉ１ ＋Ｉ２ ＋Ｉ３ ＋Ｉ４ ）に従って行なえばよ
い。
１は第１のｐ＋ 型半導体層４１によって収集された光
生成キャリアを抵抗分割する役割を有し、第２のｐ型抵
抗層２２は第２のｐ＋ 型半導体層４２によって収集さ
れた光生成キャリアを抵抗分割することになる。これに
より、Ｘ方向の入射位置演算は ｛（Ｉ１ ＋Ｉ３ ）−（Ｉ２ ＋Ｉ４ ）｝／（
Ｉ１ ＋Ｉ２ ＋Ｉ３ ＋Ｉ４ ）に従って行なえばよ
い。
【００１０】一方、上記の構造によれば、第１のホトダ
イオードが第１のｐ＋ 型半導体層４１をアノードとし
て構成され、第２のホトダイオードが第２のｐ＋ 型半
導体層４２をアノードとして構成され、かつ各々のホト
ダイオードのアノードの面積はＹ方向に一様に増加また
は減少傾向となっているので、この２分割ホトダイオー
ドの光電流出力比により、光スポットのＹ方向入射位置
が検出できる。すなわち、Ｙ方向の入射位置演算を、下
記の式 ｛（Ｉ１ ＋Ｉ２ ）−（Ｉ３ ＋Ｉ４ ）｝／（
Ｉ１ ＋Ｉ２ ＋Ｉ３ ＋Ｉ４ ）に従って行なえばよ
い。
イオードが第１のｐ＋ 型半導体層４１をアノードとし
て構成され、第２のホトダイオードが第２のｐ＋ 型半
導体層４２をアノードとして構成され、かつ各々のホト
ダイオードのアノードの面積はＹ方向に一様に増加また
は減少傾向となっているので、この２分割ホトダイオー
ドの光電流出力比により、光スポットのＹ方向入射位置
が検出できる。すなわち、Ｙ方向の入射位置演算を、下
記の式 ｛（Ｉ１ ＋Ｉ２ ）−（Ｉ３ ＋Ｉ４ ）｝／（
Ｉ１ ＋Ｉ２ ＋Ｉ３ ＋Ｉ４ ）に従って行なえばよ
い。
【００１１】ここで、第１のｐ型抵抗層２１および第２
のｐ型抵抗層２２の長さをＬとし、座標の原点を受光面
の中心にとった場合には、Ｘ方向については、既知の一
次元ＰＳＤの動作原理より上記関係式の演算は、スポッ
ト光入射位置をｘとしたとき、２ｘ／Ｌとなり、Ｙ方向
については、スポット光入射位置をｙとしたとき、２ｙ
／Ｌとなる。
のｐ型抵抗層２２の長さをＬとし、座標の原点を受光面
の中心にとった場合には、Ｘ方向については、既知の一
次元ＰＳＤの動作原理より上記関係式の演算は、スポッ
ト光入射位置をｘとしたとき、２ｘ／Ｌとなり、Ｙ方向
については、スポット光入射位置をｙとしたとき、２ｙ
／Ｌとなる。
【００１２】本発明の二次元光入射位置検出素子につい
ては、図３〜図５に示すように、種々の変形が可能であ
る。
ては、図３〜図５に示すように、種々の変形が可能であ
る。
【００１３】図３はＰＳＤを１本のｐ型抵抗層２１のみ
で構成し、ｐ型層２２はＰＳＤとして用いないようにし
た二次元光入射位置検出素子の平面図である。それ以外
の構成については、図１と基本的に同一である。この場
合には、電極３５の光電流をＩ５ とし、信号取出電極
３１，３２の光電流をＩ１ ，Ｉ２ としたときには、
Ｘ方向の位置演算の式は （Ｉ１ −Ｉ２ ）／（Ｉ１ ＋Ｉ２ ）となり、Ｙ方
向の位置演算の式は ｛（Ｉ１ ＋Ｉ２ ）−Ｉ５ ｝／（Ｉ１ ＋Ｉ２ ＋
Ｉ５ ）となる。
で構成し、ｐ型層２２はＰＳＤとして用いないようにし
た二次元光入射位置検出素子の平面図である。それ以外
の構成については、図１と基本的に同一である。この場
合には、電極３５の光電流をＩ５ とし、信号取出電極
３１，３２の光電流をＩ１ ，Ｉ２ としたときには、
Ｘ方向の位置演算の式は （Ｉ１ −Ｉ２ ）／（Ｉ１ ＋Ｉ２ ）となり、Ｙ方
向の位置演算の式は ｛（Ｉ１ ＋Ｉ２ ）−Ｉ５ ｝／（Ｉ１ ＋Ｉ２ ＋
Ｉ５ ）となる。
【００１４】図４は第１のｐ＋ 型半導体層４１と第２
のｐ＋型半導体層４２を個々にクサビ型とすることなく
、その長さを調整することにより、第１のｐ＋ 型半導
体層４１と第２のｐ＋ 型半導体層４２の全体の面積を
、Ｙ方向に第１のｐ型抵抗層２１および第２のｐ型抵抗
層２２から離れるにつれて、実質的に減少させた変形例
である。
のｐ＋型半導体層４２を個々にクサビ型とすることなく
、その長さを調整することにより、第１のｐ＋ 型半導
体層４１と第２のｐ＋ 型半導体層４２の全体の面積を
、Ｙ方向に第１のｐ型抵抗層２１および第２のｐ型抵抗
層２２から離れるにつれて、実質的に減少させた変形例
である。
【００１５】図５（ａ），（ｂ）についても、２分割ホ
トダイオードをなす第１のｐ＋ 型半導体層４１と第２
のｐ＋ 型半導体層４２のそれぞれの全体の面積は、個
々の第１のｐ＋ 型半導体層４１と第２のｐ＋ 型半導
体層４２をクサビ型にしたのと同様に、中心に向って一
様に減少している。このため、Ｙ方向の位置検出が２分
割ホトダイオードの機能として実現できる。また、第１
のｐ＋ 型半導体層４１および第２のｐ＋ 型半導体層
４２は第１のｐ型抵抗層２１および第２のｐ型抵抗層２
２に対して完全には直交していないが、実効的には直交
する関係にあり、従って第１のｐ型抵抗層２１および第
２のｐ型抵抗層２２で抵抗分割されるキャリアを収集す
る役割を果すことになる。
トダイオードをなす第１のｐ＋ 型半導体層４１と第２
のｐ＋ 型半導体層４２のそれぞれの全体の面積は、個
々の第１のｐ＋ 型半導体層４１と第２のｐ＋ 型半導
体層４２をクサビ型にしたのと同様に、中心に向って一
様に減少している。このため、Ｙ方向の位置検出が２分
割ホトダイオードの機能として実現できる。また、第１
のｐ＋ 型半導体層４１および第２のｐ＋ 型半導体層
４２は第１のｐ型抵抗層２１および第２のｐ型抵抗層２
２に対して完全には直交していないが、実効的には直交
する関係にあり、従って第１のｐ型抵抗層２１および第
２のｐ型抵抗層２２で抵抗分割されるキャリアを収集す
る役割を果すことになる。
【００１６】なお、ホトダイオードは２分割型である必
要はなく、例えば図３の例で第２のｐ＋ 型半導体層４
２を省略し、第１のｐ＋ 型半導体層４１のみをアノー
ドとするホトダイオードとしてもよい。但し、この場合
に光スポットのＹ方向入射位置を検出するためには、光
スポットの光量が一定であることが条件となる。
要はなく、例えば図３の例で第２のｐ＋ 型半導体層４
２を省略し、第１のｐ＋ 型半導体層４１のみをアノー
ドとするホトダイオードとしてもよい。但し、この場合
に光スポットのＹ方向入射位置を検出するためには、光
スポットの光量が一定であることが条件となる。
【００１７】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り本発明では、
複数の半導体層がＰＳＤ用の半導体抵抗層に接続される
ことにより、ＰＳＤのキャリア収集部として働く。また
、一定方向に面積が一様に増加または減少して形成され
ることで、光入射位置に応じて出力光電流が異なるホト
ダイオードのアノードまたはカソードとして動く。この
ため、光スポットの入射位置を広い範囲で二次元的に検
出することができ、しかも構造が簡単で低コストな二次
元光入射位置検出素子を提供できる。
複数の半導体層がＰＳＤ用の半導体抵抗層に接続される
ことにより、ＰＳＤのキャリア収集部として働く。また
、一定方向に面積が一様に増加または減少して形成され
ることで、光入射位置に応じて出力光電流が異なるホト
ダイオードのアノードまたはカソードとして動く。この
ため、光スポットの入射位置を広い範囲で二次元的に検
出することができ、しかも構造が簡単で低コストな二次
元光入射位置検出素子を提供できる。
【図１】本発明の実施例に係る二次元光入射位置検出素
子の平面図である。
子の平面図である。
【図２】図１に示す二次元光入射位置検出素子の断面図
である。
である。
【図３】変形例に係る二次元光入射位置検出素子の平面
図である。
図である。
【図４】別の変形例に係る二次元光入射位置検出素子の
平面図である。
平面図である。
【図５】さらに別の変形例に係る二次元光入射位置検出
素子の平面図である。
素子の平面図である。
１０…ｎ型半導体基板
２１…第１のｐ型抵抗層
２２…第２のｐ型抵抗層
３１〜３４…信号取出電極
４１…第１のｐ＋ 型半導体層
４２…第２のｐ＋ 型半導体層
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板に半導体光入射位置検出素子と
ホトダイオードが形成され、前記半導体光入射位置検出
素子は、前記半導体基板に形成された線状の半導体抵抗
層と、この半導体抵抗層の両端に接続された一対の位置
信号電極を含んで構成され、前記ホトダイオードは、前
記半導体抵抗層と同一導電型の複数の半導体層をアノー
ドもしくはカソードとして構成され、前記半導体層は、
前記半導体抵抗層に所定間隔で接続されて、当該半導体
抵抗層の長手方向と実効的に直交する方向に延設され、
かつ前記半導体層の面積がその延設方向に向って一様に
増加または減少していることを特徴とする二次元光入射
位置検出素子。 - 【請求項２】 前記ホトダイオードは第１および第２
のホトダイオードからなる２分割ホトダイオードであっ
て、第１のホトダイオードは前記複数の半導体層であり
、第２のホトダイオードは前記複数の半導体層の間にそ
れぞれ形成された別の複数の半導体層をアノードもしく
はカソードとして構成され、かつその面積が前記延設方
向に向って一様に減少または増加している請求項１記載
の二次元光入射位置検出素子。 - 【請求項３】 前記半導体基板は単一の基板からなり
、前記ホトダイオードは、前記半導体抵抗層と同一導電
型であって前記半導体基板に形成された複数の半導体層
をアノードもしくはカソードとして構成されている請求
項１記載の二次元光入射位置検出素子。 - 【請求項４】 前記ホトダイオードは第１および第２
のホトダイオードからなる２分割ホトダイオードであっ
て、前記第１のホトダイオードは前記複数の半導体層を
含み、前記第２のホトダイオードは前記複数の半導体層
の間にそれぞれ形成された別の複数の半導体層をアノー
ドもしくはカソードとして構成され、かつ前記別の複数
の半導体層の面積が前記延設方向に向って一様に減少ま
たは増加している請求項１記載の二次元光入射位置検出
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7930391A JP3107585B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 二次元光入射位置検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7930391A JP3107585B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 二次元光入射位置検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313278A true JPH04313278A (ja) | 1992-11-05 |
| JP3107585B2 JP3107585B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=13686078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7930391A Expired - Fee Related JP3107585B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 二次元光入射位置検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3107585B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536964A (en) * | 1994-09-30 | 1996-07-16 | Green; Evan D. H. | Combined thin film pinhole and semiconductor photodetectors |
| JP2001068724A (ja) * | 1999-08-25 | 2001-03-16 | Hamamatsu Photonics Kk | 測距装置 |
| EP1160878A1 (en) * | 1998-12-28 | 2001-12-05 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor position detector and range finder using the same |
| US7800038B2 (en) | 2004-02-02 | 2010-09-21 | Hamamatsu Photonis K.K. | Photodetector device |
| JP2015213188A (ja) * | 2011-10-31 | 2015-11-26 | 日本精工株式会社 | フォトダイオード |
| WO2019058897A1 (ja) * | 2017-09-20 | 2019-03-28 | 浜松ホトニクス株式会社 | 位置検出センサ及び位置計測装置 |
| CN111133282A (zh) * | 2017-09-20 | 2020-05-08 | 浜松光子学株式会社 | 位置检测传感器 |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP7930391A patent/JP3107585B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP1160878A4 (en) * | 1998-12-28 | 2003-04-16 | Hamamatsu Photonics Kk | SEMICONDUCTOR POSITION DETECTOR AND TELEMETER USING THE SAME |
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| US9726560B2 (en) | 2011-10-31 | 2017-08-08 | Nsk Ltd. | Optical sensor, method for manufacturing optical sensor, optical encoder, torque detection apparatus, and electric power steering apparatus |
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| CN111133282A (zh) * | 2017-09-20 | 2020-05-08 | 浜松光子学株式会社 | 位置检测传感器 |
| CN111133283A (zh) * | 2017-09-20 | 2020-05-08 | 浜松光子学株式会社 | 位置检测传感器和位置测量装置 |
| JPWO2019058897A1 (ja) * | 2017-09-20 | 2020-11-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 位置検出センサ及び位置計測装置 |
| US11085760B2 (en) | 2017-09-20 | 2021-08-10 | Hamamatsu Photonic K.K. | Shape measurement sensor |
| CN111133282B (zh) * | 2017-09-20 | 2021-10-19 | 浜松光子学株式会社 | 位置检测传感器 |
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| JP3107585B2 (ja) | 2000-11-13 |
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