JPH10261237A

JPH10261237A - 受光素子

Info

Publication number: JPH10261237A
Application number: JP9063615A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Takimoto; 貴博瀧本; Naoki Fukunaga; 直樹福永
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】各フォトダイオード部の受光領域の幅が狭く
ても高速化に対応できるようにする。【解決手段】半導体基板１の上に半導体層２が形成さ
れ、半導体層２には分離拡散層４が形成され、その下側
の半導体層２から半導体基板１に達する部分に分離拡散
層３が形成されている。これら分離拡散層３、４により
複数の領域に分割されて、複数のフォトダイオード部７
ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆが形成されている。フォトダイオ
ード部７ａ、７ｂは２分割フォトダイオード部であり、
フォトダイオード部７ｅ、７ｆが補助用フォトダイオー
ド部である。また、半導体層２の上には、遮光層として
の遮光メタルＭ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４が設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば光ピック
アップ装置に設けられ、光電変換を行うフォトダイオー
ド部を複数有する受光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した受光素子として、複数のフォト
ダイオード部を有する分割フォトダイオードが知られて
いる。この分割フォトダイオードは、主に光ピックアッ
プ装置に用いられている。その光ピックアップ装置にお
ける分割フォトダイオードの役割は、半導体レーザーの
焦点位置をディスク上に合わせるためのフォーカス誤差
信号（ＦＥＳ：ＦｏｃｕｓＥｒｒｏｒＳｉｇｎａｌ
で、以下ＦＥＳ信号と呼ぶ）を得たり、半導体レーザー
の焦点位置をディスク上のピットに合わせる（トラッキ
ング）ためのラジアル誤差信号（ＲＥＳ：Ｒａｄｉａｌ
ＥｒｒｏｒＳｉｇｎａｌで、以下ＲＥＳ信号と呼
ぶ）得るのに用いられる。

【０００３】図１０は、通常用いられる光ピックアップ
装置の光学系の概略構成図を示す。この図を用いて簡単
に光ピックアップ装置の動作原理を説明する。まず、光
源としての半導体レーザー２１からの出射光がホログラ
ム素子２２により回折され、その内の０次回折光がコリ
メートレンズ２３および対物レンズ２５を介して光ディ
スク２６上に集光される。その戻り光は、対物レンズ２
５およびコリメートレンズ２３を介して、ホログラム素
子２２に導かれる。ホログラム素子２２は、光ディスク
２６のラジアル方向に延びる分割線２２ｇと、ホログラ
ム素子２２の中心から光ディスク２６のラジアル方向と
直交する方向、つまり光ディスク２６のトラック方向に
延びる分割線２２ｈとにより、３つの分割領域２２ａ、
２２ｂ、２２ｃに分割されており、各分割領域２２ａ、
２２ｂ、２２ｃに対応して別個の格子が形成されてい
る。このようなホログラム素子２２に導かれた光ディス
ク２６からの戻り光は、ホログラム素子２２の３つの分
割領域２２ａ、２２ｂ、２２ｃにより３つの光ビームＰ
１、Ｐ２、Ｐ３に分割され、分割フォトダイオード７へ
照射される。

【０００４】分割フォトダイオード７は、光ディスク２
６のトラック方向に配列された４つのフォトダイオード
部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに分割されており、各フォト
ダイオード部７ａ〜７ｄの各々は矩形状の受光領域を有
する。中央の２つのフォトダイオード部７ａ、７ｂはフ
ォーカス用であり、光ディスク２６のラジアル方向に延
びる分割線７ｘにより分割されており、２分割フォトダ
イオード部となっている。一方、両側のフォトダイオー
ド部７ｃ、７ｄはトラッキング用であり、フォトダイオ
ード部７ａ、７ｂに対してトラック方向に所定の間隔を
隔てて設けられている。また、分割フォトダイオード７
の各フォトダイオード部７ａ〜７ｄは、ラジアル方向に
延びている。この理由は、分割フォトダイオード７や半
導体レーザー２１を光ピックアップ装置に設置する際の
位置誤差や光の波長のずれのために、光ディスク２６か
らの戻り光の位置がラジアル方向にずれても光検出を可
能とするためである。

【０００５】そして、分割フォトダイオード７の各フォ
トダイオード部７ａ〜７ｄからの出力信号に対して適当
な演算を行うことにより、前記ＦＥＳ信号や前記ＲＥＳ
信号が得られる。以下に、このことを具体的に図１１を
用いて説明する。

【０００６】図１１は、分割フォトダイオード７の各フ
ォトダイオード部７ａ〜７ｄでＦＥＳ信号およびＲＥＳ
信号を検出する際の、光ディスク２６からの戻り光の光
ビームＰ１〜Ｐ３におけるスポットの様子を示す説明図
である。図７（ａ）は、半導体レーザーの焦点が光ディ
スクから遠すぎる場合、（ｂ）は、半導体レーザーの焦
点が光ディスクに合っている場合、（ｃ）は、半導体レ
ーザーの焦点が光ディスクよりも近すぎる場合に相当す
る。

【０００７】ここで、分割フォトダイオード７の各フォ
トダイオード部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄからの出力信号
をそれぞれＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄとすると、ＦＥＳ信
号はシングルナイフエッジ法により、ＦＥＳ＝Ｓａ−Ｓ
ｂで与えられる。また、ＲＥＳ信号は、ホログラム素子
２２の分割領域２２ｂ、２２ｃからの回折光を比較し、
プッシュプル法により、ＲＥＳ＝Ｓｃ−Ｓｄにより求め
られる。

【０００８】図１２は、このとき得られたＦＥＳカーブ
を示す。ＦＥＳ信号が０のときが半導体レーザーの焦点
位置とディスク位置とが一致している状態に相当してい
る。そして、ずれている場合はＦＥＳ信号が０になるよ
うに光学系にフィードバック制御を行って半導体レーザ
ーの焦点位置とディスク位置とを合わせるようにしてい
る。

【０００９】さて、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅ
ｏＤｉｓｋ）用の光ディスクでは高密度記録を目的と
しており、その方法の一つとして記録層を２層構造とし
たものがある。そのお互いの記録層の間隔は３０μｍ〜
４０μｍである。かかるＤＶＤ用の光ディスクに半導体
レーザーからの出射光を照射した場合、出射光が読み取
っている記録層（Ａ）の他に、他方の記録層（Ｂ）にも
当り、記録層（Ａ）で半導体レーザーの焦点が合ってい
たとしても、記録層（Ｂ）では当然ぼやけたものとな
る。この記録層（Ｂ）からの戻り光がぼやけていると、
余計な信号の発生源となるため、読み取っている記録層
（Ａ）からの出力信号に対し補正をする必要がある。具
体的に、このときのＦＥＳ信号がどのようになるかにつ
き、図１３を用いて説明する。

【００１０】ここで、記録層（Ａ）の合焦点がＴ１で、
記録層（Ｂ）の合焦点がＴ２であるとする。そして、１
つの層からなる光ディスク、例えば記録層（Ａ）しかな
い場合のＦＥＳ信号は図８と同じである曲線Ｆ′１とな
り、記録層（Ｂ）しかない場合のＦＥＳ信号は曲線Ｆ′
２のようになる。両曲線Ｆ′１とＦ′２とは、基本的に
曲線の形は同じであるが、合焦点Ｔ１とＴ２の位置が記
録層（Ａ）と（Ｂ）の間隔ｄ１だけずれる。

【００１１】しかしながら、実際には両方の記録層から
の戻り光により、ＦＥＳ信号が得られるため、両方の曲
線Ｆ′１とＦ′２との和である曲線Ｆ′３のようなＦＥ
Ｓ信号となる。この曲線Ｆ′３では、本来の合焦点であ
るＴ１、Ｔ２での値が０になっておらず、適切なフォー
カシングができない。そのため、図１０に示した分割フ
ォトダイオード７のうちのフォーカス用フォトダイオー
ド部７ａ、７ｂのそれぞれ外側に、図１４に示すように
補正用フォトダイオード部７ｅ、７ｆを設け、この補正
用フォトダイオード部７ｅ、７ｆにより、上述したぼや
けた戻り光による信号を補正している。

【００１２】なお、図１４は、この場合の分割フォトダ
イオードにおけるフォトダイオード部７ａ、７ｂ、７
ｅ、７ｆでＦＥＳ信号を検出する際の、光ディスク２６
からの戻り光の光ビームスポットの様子を示す説明図で
ある。図１４（ａ）は、半導体レーザーの焦点が光ディ
スクよりも遠すぎる場合、図１４（ｂ）は半導体レーザ
ーの焦点が光ディスクに合っている場合、図１４（ｃ）
は半導体レーザーの焦点が光ディスクよりも近すぎる場
合に相当する。

【００１３】ここで、フォトダイオード部７ｅ、７ｆか
らの出力信号をＳｅ、Ｓｆとすると、ＦＥＳ信号は、Ｆ
ＥＳ＝（Ｓａ−Ｓｅ）−（Ｓｂ−Ｓｆ）＝（Ｓａ＋Ｓ
ｆ）−（Ｓｂ＋Ｓｅ）で与えられ、ＲＥＳ信号は同じく
ＲＥＳ＝Ｓｃ−Ｓｄで与えられる。

【００１４】図１５は、このとき得られたＦＥＳカーブ
を示す。この場合は、２層の記録層のうちのいずれに焦
点を合わせた場合でも、つまりＴ１またはＴ２の位置で
も、ＦＥＳ信号の値が０になっている。したがって、Ｆ
ＥＳ信号が０になるようにフィードバック制御を行うこ
とにより、半導体レーザーの焦点位置と光ディスク位置
とを合わせることができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】図１６は、２層の記録
層を有する光ディスク（以下、２層ディスクとも称す
る）に対応して、補正用フォトダイオード部７ｅ、７ｆ
を有した従来の分割フォトダイオードの断面図を示す。
但し、フォトダイオード部７ｃ、７ｄは図示を省略して
いる。なお、それぞれのフォトダイオード部の受光領域
は、通常紙面に垂直な方向に長い縦長であり、その受光
領域の幅方向の寸法は、各部品を設置する際の位置ずれ
や半導体レーザーの波長のずれなどを考慮した値になっ
ており、変更することは困難である。

【００１６】この図１６の受光素子（分割フォトダイオ
ード）は、半導体基板１の上に半導体層２が形成され、
半導体層２に設けられた分離拡散層４と、半導体層２か
ら半導体基板１の上層部に達するように設けられた分離
拡散層３とにより、フォトダイオード部７ａ、７ｂ、７
ｅ、７ｆが区切られている。このように図１６の受光素
子は、フォトダイオード部７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆの受
光領域が分離拡散層３、４で区切られているため、それ
ぞれのフォトダイオード部７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆから
の出力信号を取り出すための電極を、分割フォトダイオ
ードの直列抵抗成分が小さくなるようにして設けること
ができない。この理由は、以下の通りである。

【００１７】まず、通常、抵抗は、電極間の距離が長い
ほど、また、電極長が短いほど大きくなる。例えば、図
１７（ａ）の場合の抵抗より、図１７（ｂ）の場合の抵
抗の方が小さい。フォトダイオードの直列抵抗は、光デ
ィスクからの戻り光が照射された位置と出力信号を取出
す電極との距離が、通常の抵抗としての電極間の距離に
相当している。ここで、図１７（ｃ）、（ｄ）はそれぞ
れ、図１７（ａ）、（ｂ）に相当する。

【００１８】また、電極はフォトダイオード部の受光領
域内には設けないため、受光領域とは別に電極のための
スペースが１０μｍ程度必要である。２層ディスクの補
正用フォトダイオード部７ｅ、７ｆの受光領域は、例え
ば図１６に示すように縦２５０μｍに対し、横１１μｍ
の縦長であるため、フォトダイオードの直列抵抗を小さ
くするためには、図１７（ｅ）のように電極を受光領域
の縦長方向に沿って形成するのが望ましい。しかし、こ
の場合、直列抵抗と同様に、フォトダイオードの応答速
度に重要な影響を与えるフォトダイオード容量が大きく
なってしまうという別の問題が生じる。具体的には、応
答速度が、フォトダイオード容量Ｃと直列抵抗Ｒとの積
に比例する時定数と、レーザー光を照射したときに発生
する光キャリアが拡散により移動する時間との和により
決まる。したがって、結局、直列抵抗Ｒとフォトダイオ
ード容量Ｃとの積が小さくなるようにする必要があり、
この場合、図１７（ｆ）に示すように、各フォトダイオ
ード部の端にしか電極を設けることができない。そし
て、図１７（ｇ）、（ｈ）に示すように、両端に電極を
設ける場合には、抵抗がレーザー光の戻り光位置とそれ
に近い側の電極との間の抵抗となるため、図１７
（ｃ）、（ｄ）に示したように片方の端にのみ電極を形
成した場合の半分の直列抵抗にすることができる。しか
し、今後のより高速性の要求される光ピックアップ装置
に対応可能な分割フォトダイオードの応答速度を達成す
るためには、まだ直列抵抗が大きい。

【００１９】そこで、この対策としては、通常、図１８
に示すように、各フォトダイオード部７ａ、７ｂ、７
ｅ、７ｆの半導体層２部分に、不純物濃度の高い埋込み
拡散層５を形成し、直列抵抗成分を低減している。これ
は、不純物濃度が高い方が抵抗率が低く、同じ形状でも
直列抵抗が低くできるためである。しかし、このために
は、例えば図１８に示す分離拡散層３（または４）同士
の間隔Ｘがある程度大きくなければならない。なぜな
ら、不純物を拡散させる場合に深さ方向だけでなく、当
然横方向（水平方向）にも不純物が拡散し、間隔Ｘがあ
る程度広くないと分割フォトダイオードの分離拡散層４
と埋込み拡散層５とが接触するため、そこで高濃度のｐ
ｎ接合ができて接合容量が大きくなり、上述したように
応答速度が遅くなってしまうからである。したがって、
受光領域の幅、つまり分離拡散層同士の間隔Ｘが小さい
場合は、不純物濃度の高い埋込み拡散層５を形成するこ
とが困難となり、分割フォトダイオードの直列抵抗を低
減できず、光ピックアップ装置の高速化には対応できな
いことになる。つまり、受光領域の幅は光ピックアップ
装置の光学系に基づいて決定されるため、その受光領域
の幅が狭い場合には、所定の幅の受光領域を持ちかつ応
答が高速な分割フォトダイオードを実現できないことに
なる。

【００２０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、各フォトダイオード部の
受光領域の幅が狭くても高速化に対応できる受光素子を
提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の受光素子は、信
号光を受光する２分割フォトダイオード部を挟んで両側
それぞれに、２つ以上の補正用フォトダイオード部が設
けられた受光素子であって、第一導電型半導体基板の上
に、該半導体基板の上層部に達するように形成された第
一導電型分離拡散層にて複数に分割された第二導電型半
導体層が設けられ、該半導体基板及び該半導体層の該分
離拡散層にて分割された各々の領域がフォトダイオード
部となっており、そのうちの２つからなる該２分割フォ
トダイオード部とその外側の該補正用フォトダイオード
部との間および該補正用フォトダイオード部の外側に存
在する分離拡散層の上を少なくとも覆って設けられた遮
光層にて、各フォトダイオード部の受光領域が狭められ
ており、そのことにより上記目的が達成される。

【００２２】本発明の受光素子において、前記フォトダ
イオード部の各々における前記半導体層部分に、不純物
濃度の高い埋込み拡散層が設けられている構成とするこ
とができる。

【００２３】本発明の受光素子において、前記遮光層
が、その端を、前記２分割フォトダイオード部と前記補
正用フォトダイオード部との間の前記分離拡散層におけ
る補正用フォトダイオード部側の端に一致させて設けら
れている構成とすることができる。

【００２４】以下に、本発明の作用について説明する。

【００２５】従来では受光領域を分離拡散層により決定
していたのに対し、本発明ではそれを遮光層で決定する
こととなり、分離拡散層は受光領域の大きさに拘らずに
形成できる。このため、分離拡散層を配置する位置の自
由度が大きくなる。具体的にいえば、受光領域の幅が狭
くても、その間に不純物濃度の高い埋込み拡散層を形成
することが可能になる。実際に埋込み拡散層を設ける場
合は、例えば半導体基板およびその上の半導体層に対
し、不純物濃度の高い埋込み拡散層を形成できるだけの
幅で分離拡散層を形成し、上表面に遮光層を、必要な受
光領域だけ残し他を遮光するように形成すればよい。こ
うすることにより、所定の幅の受光領域を持つと共に、
高速化に対応できる受光素子を得ることができる。

【００２６】また、本発明にあっては、遮光層の端を、
２分割フォトダイオード部と補正用フォトダイオード部
とを分割する分離拡散層の補正用フォトダイオード部側
の端に一致させるように設計すると、遮光層のアライメ
ントずれにより生じる光感度のバラツキを低減できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に、具体的に本発明の実施の
形態について説明する。

【００２８】（実施形態ｌ）図１に本発明の実施形態１
による受光素子（分割フォトダイオード）の断面図を示
す。

【００２９】この受光素子は、たとえばｐ型シリコン基
板からなる半導体基板１の上にｎ型エピタキシャル層か
らなる半導体層２が形成され、半導体層２には分離拡散
層４が形成され、その下側の半導体層２から半導体基板
１に達する部分に分離拡散層３が形成されている。これ
ら分離拡散層３、４により複数の領域に分割されて、複
数のフォトダイオード部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７
ｅ、７ｆが形成されている（但し、７ｃと７ｄとは図示
せず）。フォトダイオード部７ａ、７ｂは２分割フォト
ダイオード部であり、フォトダイオード部７ｅ、７ｆが
補助用フォトダイオード部である。これらはフォーカス
用である。また、図示しないフォトダイオード部７ｃと
７ｄはトラッキング用である。

【００３０】また、半導体層２の上には、遮光層として
の遮光メタルＭ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４が設けら
れている。遮光メタルＭ１１は、２分割フォトダイオー
ド部７ａと補正用フォトダイオード部７ｅとの間の分離
拡散層３、４の上にそれより広幅で形成され、遮光メタ
ルＭ１２は、２分割フォトダイオード部７ｂと補正用フ
ォトダイオード部７ｆとの間の分離拡散層３、４の上に
それより広幅で形成されている。遮光メタルＭ１３は、
補正用フォトダイオード部７ｅの一部と、分離拡散層
３、４と、その外側からフォトダイオード部（７ｃ）ま
での間とを覆って形成され、遮光メタルＭ１４は、補正
用フォトダイオード部７ｆの一部と、分離拡散層３、４
と、その外側からフォトダイオード部（７ｄ）までの間
とを覆って形成されている。遮光メタルＭ１１、Ｍ１
２、Ｍ１３、Ｍ１４で覆われていない部分が、各フォト
ダイオード部７ａ〜７ｆの受光領域である。

【００３１】ここで、各フォトダイオード部７ａ、７
ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆの幅は、隣合う分離拡散層
３、４の中心部間の距離であり、Ｗａ１、Ｗｂ１、Ｗｃ
１、Ｗｄ１、Ｗｅ１、Ｗｆ１とする。また、各フォトダ
イオード部７ａ〜７ｆの受光領域の幅をＷａ２、Ｗｂ
２、Ｗｃ２、Ｗｄ２、Ｗｅ２、Ｗｆ２とする。

【００３２】図示例では、上記フォトダイオード部７ａ
〜７ｆの受光領域の幅Ｗａ２、Ｗｂ２、Ｗｃ２、Ｗｄ
２、Ｗｅ２、Ｗｆ２は、それぞれ２７μｍ、２７μｍ、
６０μｍ、６０μｍ、１１μｍ、１１μｍであり、ま
た、フォトダイオード部７ａ〜７ｆの幅Ｗａ１、Ｗｂ
１、Ｗｃ１、Ｗｄ１、Ｗｅ１、Ｗｆ１は、それぞれ３０
μｍ、３０μｍ、６５μｍ、６５μｍ、２０μｍ、２０
μｍである。

【００３３】ところで、フォトダイオード部７ｅ、７ｆ
については、応答の高速化のために直列抵抗成分を低減
するなどの目的のために不純物濃度の高い埋込み拡散層
を形成するためには、その幅Ｗｅ１、Ｗｆ１は最低限２
０μｍ必要である。なぜなら、不純物を拡散させる場
合、不純物が深さ方向だけでなく、当然横方向（水平方
向）にも拡散し、フォトダイオード部７ｅ、７ｆの幅を
ある程度広くしないと、分離拡散層４と接触し、そこで
高濃度のｐｎ接合ができて接合容量が大きくなり、その
結果として応答速度が遅くなってしまうからである。

【００３４】したがって、従来構造のように受光領域を
分離拡散層で決定する場合には、最低限必要な幅である
２０μｍよりも受光領域の幅の方が狭いため、不純物濃
度が高い埋込み拡散層は形成できない。それに対し、本
発明の場合には、フォトダイオード部の幅は従来通り分
離拡散層で決定するが、受光領域７ｅ、７ｆの幅Ｗｅ
１、Ｗｆ１は、遮光メタルで決定する構造であるため、
分離拡散層の間隔が受光領域の幅に制限されないので、
受光領域７ｅ、７ｆの幅が狭いときでも接合容量を増加
させることなく不純物濃度の高い埋込み拡散層を形成す
ることが可能となる。よって、各フォトダイオード部の
直列抵抗成分を低減できるため、応答の高速化にも対応
できる。

【００３５】（実施形態２）図２に本発明の実施形態２
に係る受光素子（分割フォトダイオード）の断面図を示
す。

【００３６】この受光素子は、半導体層２に拡散層５を
形成した場合であり、他は実施形態１と同様にしてい
る。以下に、拡散層５を形成した理由を述べる。

【００３７】上述した図１の受光素子のそれぞれのフォ
トダイオード部の領域は、ｎ型エピタキシャル層からな
る半導体層２とｐ型シリコン基板１とのｐｎ接合を利用
した構造である。この構造は基本的なものであるが、今
や様々な要求がフォトダイオードに対してもなされてお
り、この要求に答えるべく工夫がされている。その一つ
は直列抵抗成分を低減するという要求に対し、不純物濃
度の高い埋込み拡散層を形成することである。

【００３８】この直列抵抗成分の低減が必要な理由は、
以下の通りである。まず、フォトダイオードの重要な特
性には、光感度と応答速度とがある。前者の光感度は、
フォトダイオードが受光した光を電流に変換する効率に
関係し、もちろん高い方が望ましい。また、後者の応答
速度は、光ディスク上の情報をいかに高速に読み取れる
かを示しており、もちろん高速である方が望ましい。

【００３９】ところで、上記応答速度は、拡散電流成分
とＣＲ時定数成分とで決まる。拡散電流成分は、フォト
ダイオードの空乏層外で発生した光キャリアが拡散によ
り移動する時間に関係しており、ＣＲ時定数成分はフォ
トダイオードの容量（Ｃ）と直列抵抗（Ｒ）とに対して
比例するため、高速化のためには、フォトダイオードの
容量（Ｃ）と直列抵抗（Ｒ）は共に小さくした方がよ
い。拡散電流成分の低減を達成するためには、例えば、
特願平６−１６２４１２号で提案したように埋込み拡散
層を形成すればよい。また、ＣＲ時定数成分の低減化に
ついては、フォトダイオードの容量は、例えば、特願平
８−１２２０５４号で提案したように高比抵抗基板を用
いればよい。また、直列抵抗の低減化については、本実
施形態２の図２に示すように、不純物濃度の高い拡散層
５を形成するのが一つの方法だからである。

【００４０】かかる拡散層５の不純物濃度については、
以下のようにするのが好ましい。拡散層５の抵抗は不純
物濃度が高いほど低くなるため、半導体層２が通常１×
１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であるから、例えば、１
×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上の不純物濃度とすれば
よい。

【００４１】（実施形態３）図３（ａ）に本発明の実施
形態３に係る受光素子（分割フォトダイオード）の断面
図を示す。

【００４２】この実施形態３は、遮光メタルを形成する
際のマスクアライメントがずれた場合でも、左右の受光
領域からの光信号のバラツキを補正する構造を持つこと
を特徴としている。以下に具体的に説明する。

【００４３】補正用フォトダイオード部７ｅ、７ｆの役
割は、従来の技術の欄で説明したように、多層の記録層
を持つ光ディスクにおいて、他の記録層からのぼやけた
戻り光による光信号を、本来の記録層からのＦＥＳ信号
に対して補正することであり、その補正用フォトダイオ
ード部７ｅ、７ｆの大きさはシミュレーションなどによ
り最適な値に設定される。これにより、ＦＥＳ信号が０
になるようにフィードバック制御を行うことで、レーザ
ーの焦点を光ディスクに合わせることができる。しか
し、これは左右の受光領域、つまり、フォトダイオード
部７ａと７ｂの各受光領域の大きさ、フォトダイオード
部７ｅと７ｆの各受光領域の大きさが同じであることが
前提条件である。

【００４４】ここで、受光素子となる半導体チップの製
造工程について簡単に説明する。まず、フォトリソグラ
フィ技術を用いて処理を行う領域に対して、予め作製し
てあるフォトマスクをウェハに合わせる、アライメント
工程を行う。

【００４５】次に、こうして決まった領域、もしくはそ
れ以外の領域の酸化膜を除去する。つまりエッチング工
程を行う。

【００４６】次に、不純物半導体を注入し、その不純物
半導体を拡散させる。つまり拡散工程を行う。

【００４７】次に、これらの工程を繰り返した後、保護
膜や配線を形成する。配線や遮光メタルは、メタルを全
面に形成した後、フォトマスクをアライメントして、不
要な所をエッチングにより除去することにより形成す
る。このとき、コンタクトアライナやプロジェクション
アライナを用いる場合は、数μｍ程度のアライメントず
れが生じ得る。この場合は、前記前提条件が成り立たな
くなり、最適なフォーカシングができない。例えば、ど
の程度ずれてしまうのかを、実施形態２の図２と同一構
造の場合を例に挙げる図４〜図６で説明する。なお、図
４はマスクアライメントずれが０μｍの場合であり、図
５はそれが２μｍの場合、図６はそれが４μｍの場合で
ある。また、図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）
はそれぞれの断面構造を示し、図４（ｂ）、図５（ｂ）
および図６（ｂ）はそれぞれの光感度プロファイルを示
す。

【００４８】上述したずれの目安としては、ＦＥＳ信号
が（Ｓａ＋Ｓｆ）と（Ｓｂ＋Ｓｅ）との差で求められる
ことから、左右の受光領域の出力信号比Ｙを、Ｙ＝（Ｓ
ａ＋Ｓｆ）／（Ｓｂ＋Ｓｅ）で与える。ここで、Ｓａ〜
Ｓｆは、図４〜図６の（ｂ）に示す光感度プロファイル
のハッチングにて示すそれぞれの面積に相当する。計算
すると、図４ではアライメントはずれておらず、左右対
称なのでＹ＝１である。また、同様に図５、図６では、
それぞれＹ＝１．１１、１．２３となる。このＹの値が
左右対称な場合のＹ＝１からずれると、レーザーの焦点
が合っている状態でもＦＥＳ信号が０にならず、ＦＥＳ
信号が０になる位置と実際の合焦点がずれてしまい、正
確なフォーカシングができない。

【００４９】そこで、実施形態２に対して、このずれを
できるだけ小さくするような工夫をしたのが本発明の実
施形態３である。実施形態３は、図４（ａ）に示す分離
拡散層Ｓ１１、Ｓ１２と、遮光メタルＭ１１、Ｍ１２と
の位置関係を工夫することで達成している。

【００５０】実施形態２では、図４（ａ）に示すよう
に、遮光メタルＭ１１、Ｍ１２の中心部に分離拡散層Ｓ
１１、Ｓ１２を形成しているのに対し、実施形態３では
図３（ａ）に示すように遮光メタルＭ１１、Ｍ１２の端
を、分離拡散層Ｓ１１、Ｓ１２における補正用フォトダ
イオード部７ｅ、７ｆ側の端と一致するようにしてい
る。なお、図３はマスクアライメントずれが０μｍの場
合であり、図７はそれが２μｍの場合、図８はそれが４
μｍの場合である。また、図３（ａ）、図７（ａ）およ
び図８（ａ）はそれぞれの断面構造を示し、図３
（ｂ）、図７（ｂ）および図８（ｂ）はそれぞれの光感
度プロファイルを示す。

【００５１】この構造でフォトマスクが同じようにずれ
た場合の出力信号比Ｙを計算すると図３では左右対称だ
からＹ＝１であり、図７ではＹ＝１．０８、図８ではＹ
＝１．１７となる。よって、実施形態２と比べると、同
じ量のフォトマスクのアライメントずれに対し、左右の
出力信号比Ｙの１からのずれの値が小さくなっている。
図９はこれらの値に基づいて作成したグラフであり、
縦軸に出力信号比Ｙをとり、横軸にアライメントずれ
（μｍ）をとっている。図中、□は本実施形態の場合で
あり、◇は従来の場合である。

【００５２】この図からも理解されるように、左右の出
力信号比Ｙの１からのずれの値が小さくなっている。な
ぜ、実施形態３の構造の方が、Ｙの値が小さくできるの
かについて簡単に説明する。

【００５３】遮光メタルのフォトマスクのアライメント
が左右のいずれかにずれると、フォトダイオード部７
ａ、７ｂの受光領域の幅Ｗａ２、Ｗｂ２のバランスがく
ずれ、当然そこから得られる光信号Ｓａ、Ｓｂのバラン
スがくずれる。しかし、ＦＥＳ信号の演算は、（Ｓａ＋
Ｓｆ）と（Ｓｂ＋Ｓｅ）との差で求めることから、最終
的には（Ｓａ＋Ｓｆ）と（Ｓｂ＋Ｓｅ）との差が小さく
なるように補正してやればよい。つまり、例えば、左に
遮光メタルのフォトマスクのアライメントがずれた場
合、Ｓａが大きくなり、Ｓｂは小さくなる。しかし、実
施形態３の場合は、Ｓｆが小さくなり（実施形態２では
変わらない）、Ｓｅは変わらないので、（Ｓａ＋Ｓｆ）
と（Ｓｂ＋Ｓｅ）との差としてはＳｆが小さくなる分だ
けを補正できるからである。

【００５４】なお、上述した各実施形態１〜３において
は補助用フォトダイオード部として、２分割フォトダイ
オード部の片方に一つを配置した構成としているが、本
発明はこれに限らず、２以上配置した構成とする場合に
も同様に適用できる。

【００５５】また、上述した各実施形態１〜３において
設けている遮光メタルとしては、遮光性のある金属一般
を用いることが可能であるが、その他としては遮光性の
ある樹脂等の有機材料や無機材料などを使用することが
できる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による場合に
は、従来では分離拡散層により決定していた受光領域の
大きさを、遮光層で決定することが可能となり、分離拡
散層は受光領域の大きさに余り拘らずに形成できる。こ
のため、受光領域の幅が狭いときでもその間に不純物濃
度の高い埋込み拡散層を形成することが可能となり、所
定の幅の受光領域を持つようにできると共に高速化に対
応できる。

【００５７】また、本発明による場合は、遮光層の端
を、２分割フォトダイオード部と補正用フォトダイオー
ド部との間の分離拡散層における補正用フォトダイオー
ド部側の端に一致させることにより、受光領域を決定し
ている遮光層のアライメントずれに対して演算精度の高
いものにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る受光素子（分割フォ
トダイオード）の断面図である。

【図２】本発明の実施形態２に係る受光素子（分割フォ
トダイオード）の断面図である。

【図３】遮光メタルのアライメントずれが０μｍの場合
であり、（ａ）は本発明の実施形態３に係る受光素子
（分割フォトダイオード）の断面図、（ｂ）はその光感
度プロファイルを示す。

【図４】遮光メタルのアライメントずれが０μｍの場合
であり、（ａ）は本発明の実施形態２に係る受光素子
（分割フォトダイオード）の断面図、（ｂ）はその光感
度プロファイルを示す。

【図５】遮光メタルのアライメントずれが２μｍの場合
であり、（ａ）は本発明の実施形態２に係る受光素子
（分割フォトダイオード）の断面図、（ｂ）はその光感
度プロファイルを示す。

【図６】遮光メタルのアライメントずれが４μｍの場合
であり、（ａ）は本発明の実施形態２に係る受光素子
（分割フォトダイオード）の断面図、（ｂ）はその光感
度プロファイルを示す。

【図７】遮光メタルのアライメントずれが２μｍの場合
であり、（ａ）は本発明の実施形態３に係る受光素子
（分割フォトダイオード）の断面図、（ｂ）はその光感
度プロファイルを示す。

【図８】遮光メタルのアライメントずれが４μｍの場合
であり、（ａ）は本発明の実施形態３に係る受光素子
（分割フォトダイオード）の断面図、（ｂ）はその光感
度プロファイルを示す。

【図９】本発明の実施形態２、３において遮光メタルの
アライメントずれに対する左右の出力信号比を比較する
グラフである。

【図１０】従来の光ピックアップ装置の光学系を示す概
略構成図（斜視図）である。

【図１１】従来の光ピックアップ装置における分割フォ
トダイオードの形状と光ビームのスポットの状態を示す
説明図（平面図）である。

【図１２】通常の単層光ディスクからのＦＥＳ信号曲線
を示す図である。

【図１３】ＤＶＤ用の２層ディスクからの補正を行う前
のＦＥＳ信号曲線を示す図である。

【図１４】従来の光ピックアップ装置におけるＤＶＤ用
の２層ディスクのための分割フォトダイオードの形状と
光ビームのスポットの状態を示す説明図（平面図）であ
る。

【図１５】ＤＶＤ用の２層ディスクにおいて補正を行な
った後のＦＥＳ信号曲線である。

【図１６】２層ディスクの補正用フォトダイオード部を
形成した従来の分割フォトダイオードの断面図である。

【図１７】直列抵抗の大きさを説明するための図（平面
図）である。

【図１８】２層ディスクの補正用フォトダイオード部を
形成し、さらに不純物濃度の高い埋込み拡散層を形成し
た従来の分割フォトダイオードの断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２半導体層３分離拡散層４分離拡散層７ａ、７ｂフォトダイオード部（２分割フォトダイオ
ード部）７ｅ、７ｆフォトダイオード部（補正用フォトダイオ
ード部）Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４遮光メタル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号光を受光する２分割フォトダイオー
ド部を挟んで両側それぞれに、２つ以上の補正用フォト
ダイオード部が設けられた受光素子であって、第一導電型半導体基板の上に、該半導体基板の上層部に
達するように形成された第一導電型分離拡散層にて複数
に分割された第二導電型半導体層が設けられ、該半導体
基板及び該半導体層の該分離拡散層にて分割された各々
の領域がフォトダイオード部となっており、そのうちの
２つからなる該２分割フォトダイオード部とその外側の
該補正用フォトダイオード部との間および該補正用フォ
トダイオード部の外側に存在する分離拡散層の上を少な
くとも覆って設けられた遮光層にて、各フォトダイオー
ド部の受光領域が狭められている受光素子。
【請求項２】前記フォトダイオード部の各々における
前記半導体層部分に、不純物濃度の高い埋込み拡散層が
設けられている請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】前記遮光層が、その端を、前記２分割フ
ォトダイオード部と前記補正用フォトダイオード部との
間の前記分離拡散層における補正用フォトダイオード部
側の端に一致させて設けられている請求項１または２に
記載の受光素子。