JPH06302848A - 集積化受光素子 - Google Patents

集積化受光素子

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JPH06302848A
JPH06302848A JP6054118A JP5411894A JPH06302848A JP H06302848 A JPH06302848 A JP H06302848A JP 6054118 A JP6054118 A JP 6054118A JP 5411894 A JP5411894 A JP 5411894A JP H06302848 A JPH06302848 A JP H06302848A
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chip
anode
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thyristor
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Hideo Muro
英夫 室
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型でかつ検出精度の高いオプチカルICを
提供する。 【構成】 オプチカルICはフォト・ダイオード1,フ
ォト・サイリスタ16およびインピーダンス変換器17
から構成されている。このうち、フォト・ダイオード1
はアノードが接地され、カソードがフォト・サイリスタ
16のカソードへ接続され、その接続点aはインピーダ
ンス変換器17へ入力されている。また、フォト・サイ
リスタ16のアノードは正電源に接続されており、この
フォト・サイリスタ16の等価回路は、PNPトランジ
スタ18とNPNトランジスタ19とで表わされてお
り、それぞれのベース端子を相手のコレクタ端子へ接続
し、ベース・エミッタ間へ抵抗20,21を接続した構
成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、受光素子とその信号
処理回路を1チップ化した集積化受光素子、いわゆるオ
プチカルICに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、オプチカルICとしては、例えば
図4及び図5に示すようなものがある。
【0003】すなわち、図4はその電気回路図であっ
て、図中1はフォト・ダイオード,2はフォト・ダイオ
ードの出力信号を増幅するための増幅器,3は増幅され
た信号をオン−オフ処理するシュミット・トリガ回路,
4はシュミット・トリガ信号により駆動される出力トラ
ンジスタ,5はその負荷抵抗および6は安定化電源であ
る。
【0004】さらに、図5には、上記回路を1チップ化
したデバイス構造が示されており、その構成素子である
フォト・トランジスタ1,出力トランジスタ4にあたる
NPNトランジスタ7および負荷抵抗5にあたるベース
拡散抵抗8の部分が示されている。
【0005】すなわち、このデバイス構造はP形シリコ
ン基板9中の左右側にn+ 埋込み層10を設け、このn
+ 埋込み層10の上面およびP形シリコン基板9中央上
面にn- エピタキシャル層11が設けられている。さら
に左右側のn- エピタキシャル層11上面には、P形ベ
ース拡散層12が設けられ、このうちの左側のP形ベー
ス拡散層12と左側および中央のn- エピタキシャル層
11上面にn+ エミッタ拡散層13が設けられている。
またP形シリコン基板9の上面は酸化膜14で覆われて
おり、この酸化膜14を貫通してAl配線15が設けら
れている。
【0006】上記デバイス構造において、中央部のフォ
ト・ダイオード1はP形シリコン基板9とn- エピタキ
シャル層11の間にpn接合が形成され、P形シリコン
基板9がアノードになっている。また、NPNトランジ
スタ7は左側のP形ベース拡散層12上のn+ エミッタ
拡散層13がエミッタ,P形ベース拡散層12がベース
およびn- エピタキシャル層11がコレクタとなってい
る。さらに、ベース拡散抵抗8はデバイス構造右側のP
形ベース拡散層12により形成されている。
【0007】上記構成からなるオプチカルICにおい
て、逆バイアスされたフォト・ダイオード1に光があた
ると微小な光電流が流れ、この電流は増幅器2により電
圧変換されて、シュミット・トリガ回路3に入力され
る。このシュミット・トリガ回路3は入力電圧がある一
定のレベルを越えるとオンとなり、それよりも低い一定
のレベルを下回るとオフとなるヒステリシスを有する。
【0008】このシュミット・トリガ回路3の出力は出
力トランジスタ4を駆動してここから信号が外部に取り
出される。つまり、出力トランジスタ4からは所定のヒ
ステリシスをもって、照射光の光強度を基準値と比較
し、それに対応した「0」「1」の信号が出力される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のオプチカルICにおいては、フォト・トランジスタ
の光電流の検出部を増幅器とシュミット・トリガ回路で
構成しているため、構成素子数が非常に多く、占有面積
が大きくなり、また検出は電圧変換してから基準電圧と
比較するため、誤差要因が多く、このため感度バラツキ
が多く温度依存性が大きいという問題点があった。
【0010】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、小型
でかつ検出精度の高いオプチカルICを提供することに
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的達成
のために、チップ上に集積して形成され、アノードが低
電源に接続されカソードは出力端に接続されたフォト・
ダイオードと、前記チップ上に集積して形成され、アノ
ードが高電源に接続されると共にカソードが前記出力端
に接続され、かつ入力する光強度が予め定めた強度以下
から以上に変化した場合にオンし、流れる電流が予め定
めた保持電流以上から以下に変化した場合にオフするフ
ォト・サイリスタと、を有することを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明では、光強度が強くなるとフォト・サイ
リスタがオンとなり、カソードの電位は急激に「H」レ
ベルになる。このときフォト・サイリスタに流れる電流
はフォト・ダイオードの光電流であり光強度に比例す
る。また、光強度が弱くなっていくとフォト・ダイオー
ドの電流はそれに比例して減少し、電流値がフォト・サ
イリスタの保持電流を下回ったところでフォト・サイリ
スタはオフとなり、カソードの電圧は再び「L」レベル
になる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。な
お、従来と同一構成要素には同一符号を付して説明す
る。
【0014】図1は、本発明に係わるオプチカルICの
電気回路図を示すものであって、フォト・ダイオード
1,フォト・サイリスタ16およびインピーダンス変換
器17から構成されている。
【0015】このうち、フォト・ダイオード1はアノー
ドが接地され、カソードがフォト・サイリスタ16のカ
ソードへ接続され、その接続点aはインピーダンス変換
器17へ入力されている。
【0016】またフォト・サイリスタ16のアノードは
正電源に接続されており、このフォト・サイリスタ16
の等価回路は、PNPトランジスタ18とNPNトラン
ジスタ19とで表わされており、それぞれのベース端子
を相手のコレクタ端子へ接続し、ベース・エミッタ間へ
抵抗20,21を接続した構成となっている。
【0017】図2には、上記回路中のフォトダイオード
1とフォトサイリスタ16の部分を1チップ状のデバイ
ス構造にしたものが示されている。
【0018】すなわち、P形シリコン基板9の右側中央
にn+ 埋込み層10を設けるとともに、左右上面にn-
エピタキシャル層11を設けている。また、図中12
a,12bおよび12cは右側のn- エピタキシャル層
11上にそれぞれ別個に設けられたP形ベース拡散領域
であり、このうちの12aのP形ベース拡散領域と左側
のn- エピタキシャル層11には、n+ エミッタ拡散領
域13が設けられている。
【0019】図中14はSiO2 膜および15はSiO
2 膜14を貫通して設けられたAl配線である。
【0020】上記デバイス構造において、P形シリコン
基板9と左側のn- エピタキシャル層11との間に形成
されるpn接合を用いて、P形シリコン基板9をアノー
ドとして、フォト・ダイオード1が形成されている。ま
た、P形拡散領域12aはNPNトランジスタ19のベ
ースとPNPトランジスタ18のコレクタを兼用し、さ
らに右側のn- エピタキシャル層11の島がNPNトラ
ンジスタ19のコレクタとPNPトランジスタ18のベ
ースを兼用し、P形拡散領域12bがPNPトランジス
タ19のエミッタを形成し、これを取囲むP形拡散領域
12a,12cがコレクタを形成して、フォト・サイリ
スタ16が形成されている。
【0021】さらに、図3には他のデバイス構造が示さ
れている。
【0022】すなわち、このデバイス構造はフォト・サ
イリスタ16の部分は上記第2図と同じであるが、上記
したpn接合のフォト・ダイオード1の代りに、SiO
2 膜14表面上に三層薄膜構造のポリSi−pinフォ
ト・ダイオード23を形成したものである。このポリS
i・pinフォト・ダイオード23は下層にp層23
a,中層にi層23bおよび上層にn層23cが設けら
れ、このうちp層23aはP形シリコン基板9中のp+
素子分離領域に直接接触させて電極を取出し、n層23
cは層間絶縁膜24にコンタクトホールを開けて金属配
線の電極を取り出すようになっている。
【0023】なお、上記ポリSi薄膜の代りにa−Si
薄膜を用いても良いことは勿論であり、またp層23a
の電極は金属配線により取り出すようにしても良い。
【0024】上記構造のデバイスにおいては1つの島で
光検出機能を実現できるようにしたので、占有面積をさ
らに小さくすることができる特長がある。
【0025】さて、上述の構成からなるオプチカルIC
において、フォト・ダイオード1とフォト・サイリスタ
16に光が照射されると、光強度が弱いときはフォト・
サイリスタ16がオフとなるため光電流は流れず、a点
の電圧は「L」レベルのままになっている。
【0026】これに対し、光強度が強くなるとフォト・
サイリスタ16がオンとなりa点の電位は急激に「H」
レベルになる。このときフォト・サイリスタ16に流れ
る電流はフォト・ダイオード1の光電流であり光強度に
比例する。また、光強度が弱くなっていくとフォト・ダ
イオード1の電流はそれに比例して減少し、電流値がフ
ォト・サイリスタの保持電流を下回ったところでフォト
・サイリスタはオフとなり、a点の電圧は再び「L」レ
ベルになる。
【0027】このようにa点の電圧はサイリスタオン時
に「H」から「L」レベルになり、サイリスタ保持電流
以下のときに「L」から「H」レベルになるまでインピ
ーダンス変換器からの出力は光の強度に対して図4同様
にヒステリシスを有する特性となる。このため、フォト
・サイリスタ16の保持電流である基準値と光強度の比
較により、それに対応してインピーダンス変換器17か
らは「0」「1」の出力信号を得ることができる。
【0028】なお、フォト・サイリスタ16のトリガ光
強度と保持電流は抵抗20,21の抵抗値およびフォト
・ダイオード1の感度を調節することにより自由に設定
することができる。
【0029】以上のように本実施例によれば、フォト・
サイリスタとフォト・ダイオードとを直列接続し、その
接続点から出力を取り出すような構成としたため、構成
素子数が少なく、占有面積を小さくでき、また電圧変換
をしないため感度バラツキや温度依存性を低くできる効
果がある。
【0030】また、オフ時はリーク電流だけなので、ス
タンバイ電流をほとんど0とすることができ、消費電流
の少ないオプチカルICとすることができる。
【0031】
【発明の効果】本発明は、フォト・ダイオードとともに
1チップ上に設け、かつフォト・ダイオードに直列接続
したフォト・サイリスタを、入力する光強度が予め定め
た強度以下から以上に変化した場合にオンし、流れる電
流が予め定めた保持電流以上から以下に変化した場合に
オフする構成としたため、構成素子が少なく、このため
占有面積が小となり、また感度バラツキや温度依存性が
低くなり、小型でかつ検出精度の高いオプチカルICと
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる集積化受光素子の電気回路図。
【図2】図1に示した集積化受光素子の1チップ化した
デバイス構造の断面図。
【図3】他の集積化受光素子の1チップ化したデバイス
構造の断面図。
【図4】従来の集積化受光素子の電気回路図。
【図5】図4に示した集積化受光素子の1チップ化した
デバイス構造の断面図。
【符号の説明】
1 ダイオード 9 P形シリコン基板 10 n+ 埋込み層 11 n- エピタキシャル層 12 P形ベース拡散領域 13 n+ エミッタ領域 14 酸化膜 15 Al配線 16 フォト・サイリスタ 17 インピーダンス変換器 18 PNPトランジスタ 19 NPNトランジスタ 23 ポリSi−pinフォト・ダイオード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年4月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、チップ上に集積して形成され、アノー
ドが低電源に接続されカソードは出力端に接続されたフ
ォト・ダイオードと、前記チップ上に集積して形成さ
れ、アノードが高電源に接続されると共にカソードが前
記出力端に接続されたフォト・サイリスタよりなる集積
化受光素子であって、上記フォト・サイリスタは、エミ
ッタがアノード側に接続されたPNPトランジスタと、
コレクタおよびベースがそれぞれ前記PNPトランジス
タのベースおよびコレクタに接続されるとともに、エミ
ッタがカソード側に接続されたNPNトランジスタと、
前記PNPトランジスタのベース・エミッタ間に接続さ
れた第1の抵抗と、前記NPNトランジスタのベース・
エミッタ間に接続された第2の抵抗と、を有し、入力す
る光強度が予め定めた強度以下から以上に変化した場合
にオンし、流れる電流が予め定めた保持電流以上から以
下に変化した場合にオフすることを特徴とする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/74 E G 31/111 8422−4M H01L 31/10 F

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チップ上に集積して形成され、アノード
    が低電源に接続されカソードは出力端に接続されたフォ
    ト・ダイオードと、 前記チップ上に集積して形成され、アノードが高電源に
    接続されると共にカソードが前記出力端に接続され、か
    つ入力する光強度が予め定めた強度以下から以上に変化
    した場合にオンし、流れる電流が予め定めた保持電流以
    上から以下に変化した場合にオフするフォト・サイリス
    タと、 を有することを特徴とする集積化受光素子。
JP6054118A 1994-03-24 1994-03-24 集積化受光素子 Expired - Lifetime JP2661629B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006202984A (ja) * 2005-01-20 2006-08-03 Hamamatsu Photonics Kk 検出器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60115263A (ja) * 1983-11-28 1985-06-21 Toshiba Corp 半導体装置
JPS61157213A (ja) * 1984-12-28 1986-07-16 キヤノン株式会社 安全装置

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