JPS5952973B2 - 半導体による光検知回路の温度補償回路 - Google Patents

半導体による光検知回路の温度補償回路

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JPS5952973B2
JPS5952973B2 JP54039046A JP3904679A JPS5952973B2 JP S5952973 B2 JPS5952973 B2 JP S5952973B2 JP 54039046 A JP54039046 A JP 54039046A JP 3904679 A JP3904679 A JP 3904679A JP S5952973 B2 JPS5952973 B2 JP S5952973B2
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temperature
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俊文 吉川
善平 谷
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置を用いた光検知回路の温度補償回路
に関するものである。
半導体装置を用いた光検知回路として本発明者等によつ
て次のような波長検知装置が開発されている。
即ち半導体基板の厚さ方向における光吸収の度合が照射
光の波長に依存する性質を利用し、半導体基板内部に深
さを相違させて少なくとも2個のPN接合部を形成し、
各PN接合部での光電流出力を照射光の波長と対応させ
るものである。第1図は本発明者等によつて開発された
波長検知回路に適用される光半導体装置1の断面図で、
例えばP型シリコン基板2にN型導電性を示すエピタキ
シャル層3が設けられ、更に該N型エピタキシャル層3
中に比較的浅くP゛拡散が施こされてP型領域4が設け
られ、P型基板2とN型エピタキシャル層3との間で深
く位置する第1のPN接合5が形成され、N型エピタキ
シャル層3とP″′領域4との間で浅く位置する第2の
PN接合が形成されている。従来のホトトランジスタに
おいては、上記第2のPN接合に相当するベース・エミ
ッタ間のPN接合は直ちに光電変換に寄与する処がない
ため半導体領域の極めて限られた領域に設けられていた
が、上記光半導体装置1においては第2のPN接合6か
らも光電流が取り出されるため、N型エピタキシャル領
域3内の比較的広い範囲にPN接合が生じるように拡散
領域のパターンが設計されている。7はN型エピタキシ
ャル層3を貫通して設けられたP″′アイソレーシヨン
領域である。
上記P型基板2、N型エピタキシャル領域3及びP゛領
域フ4には夫々オーミックコンタクトがとられた電極8
、9、10が設けられ、少なくともP゛領域4を被う半
導体層上に反射防止膜等の透光性絶縁膜11が被着され
ている。上記第1のPN接合5が半導体層の表面に達す
る絶縁膜11上には、照射、された光エネルギーの内の
短波長成分が表面近傍の第1のPN接合5に吸収される
ことを防止するために、Al膜等からなる非透光性薄膜
12が設けられている。該非透光性薄膜12は、波長検
知時における波長と電極間出力との対応関係における短
波長側の直線性を改善するもので、第2のPN接合6が
半導体表面に達している近傍まで被うことが望ましい。
第2図は上記光半導体装置1の等価回路図で、P型基板
2とN型エピタキシヤル領域3で第1のホトダイオード
PDlが形成され、N型エピタキシヤル領域3とP+領
域4とで第2のホトダイオードPD2が形成される。
第3図は上記構造の光半導体装置1における分光感度特
性を示す図で、曲線Aは深いPN接合をもつ第1のホト
ダイオードPDlから、曲線Bは浅いPN接合をもつ第
2のホトダイオードPD2から得られた照射光の波長(
λmμ)と感度との関係を夫々示し、第1のホトダイオ
ードPDlでは長波長成分が吸収され、第2のホトダイ
オードPD2では短波長成分が吸収されている。
第4図は上記光半導体装置1を用いてなる波長検知回路
で、第1ホトダイオードPDl及び第2ホトダイオード
PD2の光出力電流しDl,し。
2が夫々導出されて入力インピーダンスの高い演算増幅
回路0P1及び0P2に入力される。
該演算増幅回路0P1及び0P2にはいずれもフイード
バツク路に対数圧縮特性を備えた対数圧縮ダイオードD
l,D2が接続され、入力されたホトダイオードPDl
,円λの光比力電流が対数圧縮されて出力される。両演
算増幅回路0P1,0P2から導出された出力信゜号V
OPl,VOP2は続いて夫々抵抗R1或いは抵抗R2
を介してオペアンプ0P3のe端子或いはO端子に入力
される。ここでオペアンプ0P3に接続された抵抗Rl
,R2,R3,R4を各抵抗値が予めR1=R2、R3
=R4の関係になるように設計することにより、オペア
ンプ出力として上記V。PlとV。P2を減算した値に
比例するV。Olが得られる。即ち出力VOUTは両ホ
トダイオードPDl,PD2の光出力電流IPOl,I
PO2の比を対数圧縮した値10gIP02/IPOl
に比例した値として得られる。第5図は上記波長検知回
路出力V。
Olと波長(λmμ)との関係を示す図で、ほぼ直線関
係が得られ、照射光の波長に応じた値の出力信号を得る
ことができる。従つて光半導体装置の分光感度特性が予
め決定されれば、光出力と波長の関係は一義的に決定さ
れ、波長が不明な光が光半導体装置に照射された場合に
、波長検知回路の出力によつて波長を測定することがで
きる。しかし、上記波長検知回路において、演算増幅回
路に接続された対数圧縮ダイオードD1及びD2は相当
に大きい温度係数をもち、通常の抵抗が接続されたまま
の回路では温度変化に対して精度の高い動作を期待する
ことができず、上記波長検知回路の適用条件が制限され
る等実用化には問題があつた。
本発明は上記従来回路の問題点に鑑みてなされたもので
簡単な構成の温度補償回路を付加するのみで温度変化に
拘わらず信頼度の高い光検知動作を実行させ得る光検知
回路を提供することを目的とする。
次に本発明に係る温度補償回路の一実施例を詳細に説明
する。
まず、本発明に係る前提どなる温度補償回路の回路構成
について説明を行なう。
第4図の波長検知回路において、単純化のために接続さ
れた抵抗値をR1=R2、R3=R4とし、ホトダイオ
ードPDlの短絡電流を1501、ホトダイオードPD
2の短絡電流を1502とすると、各演算増幅回路0P
1,0P2の出力V。
p,及び゛VOP2はVOPl1−Vα1L0gISC
1+β1V0P21−V滅LOgIsc2+V虎 と表わされる。
ただし、Val、V,l、Va2、V2は定数で、一般
にはVal=Va2=Va、VIJl=V2=VIJと
なる。次に光検知回路の出力V。
UlはR VOUT]:(0P!−VOP2) R =Vαm:(LOgIsc2−LOgIscl)R=
Va−Ii−[メ@ LOg(Isc2/Iscl)とな
る。
ここで定数Vaは1502/1501の対数圧縮分につ
いての温度係数をもち、例えば常温で約十0.34%/
℃程度の値を示す。従つて上記出力V。Ulが温度補償
された値として出力されるためには、上記式中のVa・
R3A<,2の値が温度に拘わらずほぼ一定になるよう
に回路設計される必要がある。従つて温度補償された回
路とするために定数Vaの温度変化を補正するに充分な
温度係数をもつた抵抗を用いる。この為には定数Vaと
抵抗Rl,R2の温度係数が同一になる抵抗を選択すれ
ばよい。尚抵抗R2としては温度係数の大きい抵抗と通
常の回路に接続されている抵抗とを組み合せて利用する
こともできる。また特に高精度が要求されない場合には
抵抗として温度係数が大きいポジスタ、或いはサーミス
タを利用することもできる。第6図に以上の温度補償に
係る技術を用いてなした本発明による実施例を示す。同
図に示す回路は第4図に示した波長検知回路に更に抵抗
R5を介して演算増幅回路0P4が接続されてなる。更
に演算増幅器0P4のO入力端子に、抵抗R6を介して
電圧V。が印加されると共に、抵抗R8を介して電圧V
。が印加される。上記回路において説明を簡略にするた
め各抵抗についてR1=R2、R3=R4、R5=R6
及びR7=R8とすると、出力V″0uェはVOPl出
−Vα1L0gISC1+β1V0P2出−Va2LO
gISC2+Vワa1=Va2=Va、Vl3l=2=
V,とすると VOP3 R 1二1αLOg(Isc2/Iscl) V′0UT=暑二 VD+o+マ?=卜÷嗣卜嘴ZVa
LOg(1801A802)となる。
従つて抵抗R5,R6又はR7,R8を温度係数の秦r
い抵抗又(♂苫コ西スタ等を用いる÷とにより玉KVD
の項、椙]上÷Vaの項により温度補償が可能になる。
また印加電圧V。の値により零巴豐?′7当弯X??i
)代:?VOは同グラフのx軸方向の調整値を意味して
,, R7いる。
ここでf−VDの項は上記した如く温度補償の可能な項
であつて、予め2個のホトダイオードPDl,PD2か
らなる光半導体装置1の温度係数に対応させて抵抗(サ
ーミスタ)の値及びVDの値を調整することにより温度
補償を行なうことができる。この点は従来のホトダイオ
ードの場合における温度補償と著しく異なるところであ
る。即ち従来の単一のホトダイオードでは温度係数の値
が入射光の波長によつて著しく変化するのでホトダイオ
ード自体の温度による変化に対する温度補償は難しかつ
た。しかし、第1図の構造の光半導体装置1を用い第6
図の如き波長検知回路を構成した場合、その出力V″0
uェは同一素子内に構成された2個のホトダイオードP
Dl,PD2の光出力電流の比を対数圧縮した値に比例
した形で導出されるもので゛あるので゛、その出力″0
UTにおける2個のホトダイオードPDl,PD2から
なる光半導体装置自体が原因の温度による変化は入射光
の波長に±つてほとべ?艷響を受けない。そのような背
景に基いて上記−VDの項が適用された。R5 以上本発明によれば対数圧縮ダイオードを接続してなる
光検知回路において、温度係数が大きい抵抗等を接続し
て回路を構成することにより、対数圧縮ダイオードの温
度変化を補償することができ、更に同一素子内部に複数
個のホトダイオードが具備される光半導体装置の温度変
化をも補償することができ、高精度の光検知動作を得る
ことができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は光半導体装置の断面図、第2図は同装置の等価
回路図、第3図は同装置の分光感度特性図、第4図は光
半導体装置を用いた波長検知装置の回路図、第5図は同
波長検知装置による波長と出力の開係を示す図、第6図
は本発明による実施例を示す回路図、である。 1:光半導体装置、PDl:第1ホトダイオード、PD
2:第2ホトダイオード、0P1,0P2,0P3,0
P4:演算増幅回路、R1〜R8:抵抗、Dl,D2:
対数圧縮ダイオード。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板の厚さ方向に深さを相違させて複数のP
    N接合が形成され、光が照射された状態で各PN接合に
    生じた光電流を夫々導出する電極が設けられた光半導体
    装置と、該光半導体装置の各PN接合の出力が夫々入力
    されて上記出力を対数圧縮する複数の対数圧縮回路と、
    該複数の対数圧縮回路の各出力が与えられて入力信号を
    減算処理する減算回路とを備えてなる光検知回路に付加
    される温度補償回路であつて、上記減算回路に含まれる
    抵抗の少なくとも一部に、上記対数圧縮回路内に設けら
    れた対数圧縮ダイオードの温度による値の変化を補償す
    る温度補償抵抗と、上記光半導体装置自体の温度による
    値の変化を補償する温度補償抵抗とを設けたことを特徴
    とする半導体による光検知回路の温度補償回路。
JP54039046A 1979-03-30 1979-03-30 半導体による光検知回路の温度補償回路 Expired JPS5952973B2 (ja)

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