JPS63124474A - 光半導体装置 - 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］ この発明は、光の入射方向に対応した電気的信号を出力
する光半導体装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、光の入射方向に対応した電気的信号を出力し、姿
勢制御装置等に用いられる光半導体装置として、たとえ
ば第６図および第７図に示すものがあった。第６図に示
す光半導体装置は、半導体基板１の表面１ａに光検出素
子３が設けられ、この光検出素子３の端部に電気的信号
を取出すための配線４が取付けられたものである。また
第７図に示す光半導体装置は、半導体基板１の表面１ａ
に複数の光検出素子３が並設され、それらの上方に入射
光６を集光するための光学レンズ７が配されたものであ
る。

ここで、半導体基板１の表面１ａの法線を含む１つの平
面をα平面とし、入射光６の入射角度をθとし、半導体
基板１の表面１ａの法線を軸としてα平面を入射光６の
方向まで回転させた角度をβとする。すると、第６図の
光半導体装置においては、検出素子３に入射する光量は
ＣＯＳθに比例し、光検出素子３の出力信号もＣＯＳθ
に比例するので、この値から入射光６の入射角度θの弁
別を行なっていた。また、第７図の光半導体装置におい
ては、光学レンズ７により入射光６を半導体基板１の表
面１ａ上に集光し、複数の光検出素子３のうち最も大き
い出力信号を発生する光検出素子３を検知し、入射角度
θと回転角度βを解析することによって、光の入射方向
を弁別していた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記の従来の光半導体装置には次のような
欠点がある。すなわち、第６図の光半導体装置において
は、光検出素子３に入射する光量がＣＯＳθに比例する
ため、出力信号の入射角度θによる変化の割合はｓｉｎ
θに比例する。したがって、光の入射方向が半導体基板
１の表面１ａの法線方向に近いとき、すなわちθム０の
ときには、出力信号の変化分が少ないことになり、半導
体基板１の表面１ａにほぼ垂直に入射してくる光に対し
ては方向弁別性が鈍感になってくるという欠点がある。

さらにこの光半導体装置では回転角度βに対応する方向
の弁別ができないという欠点もある。

また、第７図の光半導体装置においては、第６図の光半
導体装置と同様に入射角度θ＝Ｑにおける方向弁別性が
鈍感であるという欠点のほか、集光用の光学レンズ７を
必要とし、入射光６の入射角度θおよび回転角度βによ
っては出力信号が不連続となるという欠点もある。さら
に複数の光検出素子３を半導体基板１の同一平面上に設
けなければならないので、集積度が悪く、光半導体装置
を小形にできないという欠点もある。

この発明は上記の欠点を除去するためになされたもので
、半導体基板表面の法線方向に近い入射光に対する方向
検出感度が敏感であり、入射光の入射角度θおよび回転
角度βの方向弁別性が優れている上、集積度も向上でき
る光半導体装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る光半導体装置は、半導体基板の表面に凹
部を形成し、その凹部の各側壁部に光検出素子を互いに
独立に設けたものである。

［作用］ この発明に係る光半導体装置によれば、半導体基板の表
面に光を照射すると、凹部の側壁部に設けられた各光検
出素子の電気的出力は、半導体基板の表面に対する光の
入射方向によって変化するので、各光検出素子の電気的
出力の関係から光の入射方向を知ることができる。

いま凹部の１つの側壁部の光検出素子のみを考え、他の
側壁部による遮光を考えないとし、またこの側壁部は半
導体基板の表面に対してほぼ９０゜の角度をなすように
形成されているとする。ここでこの側壁部の表面の法線
と半導体基板表面の法線とを含む１つの平面をα平面と
し、光がこのα平面と平行な面内で入射し、光の入射方
向と半導体基板表面の法線とがなす角度を入射角度θと
すると、光検出素子に入射する光量はｓｉｎθに比例し
、光検出素子の出力信号もｓｌｎθに比例することにな
る。したがって、光検出素子の出力信号の入射角度θに
よる変化の割合はＣＯＳθに比例することになる。上述
したように、従来の光検出素子においては、出力信号の
入射角度θによる変化の割合はａｌｎθに比例するので
、入射角度θが０゜に近いときには、この発明における
光検出素子の出力信号の変化分の方が従来の光検出素子
の出力信号の変化分よりも大きくなる。すなわち、光の
入射方向が半導体基板表面の法線方向に近いときには、
この発明における光検出素子の出力信号は、従来のもの
よりも光の入射角度に敏感であるという特徴を有する。

さらに、凹部の他の側壁部による遮光を考慮した場合に
も、凹部の寸法を検出可能な最大の光入射角度に応じた
寸法に形成することによって、上記の特徴を維持するこ
とができる。

そして、半導体基板表面の法線を回転軸として、前記α
平面を回転角度βだけ回転させた平面と平行な面内で光
検出素子の光が入射した場合には、各側壁部に設けられ
た検出素子が入射角度θと回転角度βに応じた信号をそ
れぞれ出力することになるので、これらの信号を解析す
ることによって光の入射方向を知ることができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図（ａ）はこの発明の光半導体装置の一実施例を示
す斜視図であり、第１図（ｂ）はその断面図である。図
において、第１導電形のたとえばｎ形の半導体基板１の
表面１ａに直方体形状の凹部２が形成され、この凹部２
の側壁部１１．１２゜１３．１４に第２導電形のたとえ
ばｐ形半導体領域２１．２２．２３．２４が形成されて
いる。このｐ形半導体領域２１．２２．２３．２４とｎ
形半導体基板１とでｐｎ接合が形成されてこれが光検出
素子３１．３２．３３．３４となっている。この光検出
素子３１．３２．３３．３４は、凹部２の底部１５の中
心を通る半導体基板表面１ａの法線を４回対称軸として
配置されている。また、ｐ形半導体領域２１，２２，２
３．２４の上端部には、電気的接続をなすための配線４
１．４２．４３．４４がそれぞれ取付けられている。こ
の配線４１．４２．４３．４４と半導体基板表面１ａと
の間および凹部２の底部１５上には絶縁ｌ１１５が形成
されている。

次に、この光半導体装置の製造方法について説明する。

まず、平坦な半導体基板１の表面１ａに公知の成膜技術
および写真食刻技術によって、直方体形状の凹部２を形
成すべき領域を除いてたとえば酸化シリコン膜のパター
ンを形成する。そして、リアクティブ・イオン・エツチ
ング技術により半導体基板１を異方性エツチングするこ
とによって、酸化シリコン膜が形成されていない領域に
四部２を形成する。次いで、公知の成膜技術、写真食刻
技術および不純物拡散技術によって、側壁部１１．１２
．１３．１４を除いてその他の半導体基板１の表面１ａ
を酸化シリコン膜等の絶縁膜で覆った後、ボロン等の不
純物を側壁部１１，１２．１３．１４に拡散させ、入射
光の波長域に応じた深さを有するｐ形半導体領域２１．
２２．２３．２４を形成する。このｐ形半導体領域２１
゜２２．２３．２４とｎ形半導体基板１とにより、ｐｎ
接合が形成され、ｐ形半導体領域２１，２２゜２３．２
４にそれぞれ配線４１．４２．．４３．４４を接続する
と、光検出素子３１．３２．３３゜３４が形成される。

次に、この実施例の光半導体装置における光の入射方向
と電気的出力信号との関係を説明する。

なお、第１図（ａ）、（ｂ）において、凹部２の側壁部
１１．１２の表面の法線と半導体基板１の表面１ａの法
線とを含む平面をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ面とし、半導体基
板１の表面１ａの法線を軸として前記Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−
Ａ面を回転させた場合の回転角度をβとする。また、入
射光６の入射方向と半導体基板１の表面１ａの法線との
なず角度を入射角度θとし、向かい合う側壁部による遮
光を考慮した場合の入射光６の検出可能な入射角度の最
大値をθＭａ、Ｘとする。

第２図は、入射光６が／ＩＢ−Ｃ−Ｄ−Ａ面と平行な面
内においてθ≠０６の入射角度で光検出素子３１を照射
しているときをβ−〇０とし、この方向から同じθを保
って光検出素子３３，３２゜３４の順に照射されるよう
な方向に入射光６の入射方向を回転させ、回転角度がβ
＝３６００となるまで変化させたときの各光検出素子３
１，３２゜３３．３４の電気的出力信号７１．７２．７
３゜７４を示している。同図に示されているように、入
射光６が半導体基板１の表面１ａと垂直（θ−〇６）に
入射すると、光検出素子３１．３２．３３．３４の電気
的出力信号７１．７２．７３．７４はいずれも最小とな
る。またθ≠０″ならば電気的出力信号７１．７２，７
３．７４が発生し、それぞれの電気的出力信号７１．７
２．７３．７４のとり得る値は入射角度θおよび回転角
度βによって一義的に決まる。

したがって、電気的出力信号７１．７２．７３゜７４か
らθおよびβを求めることによって入射光６の入射方向
を弁別することができる。

第３図はこの発明の他の実施例を示す斜視図である。こ
の実施例においては、半導体基板１の表面１ａに所定の
周期的間隔で直方体形状の凹部２が複数個設けられてい
る。そして、それらの凹部２の側壁部１１．１２．１３
．１４には、第１図の実施例と同様に、光検出素子３１
，３２，３３゜３４が形成されている。各凹部２におい
て、同じ位置にある側壁部１１と１１．１２と１２．１
３と１３．１４と１４に設けられた光検出素子３１と３
１．３２と３２．３３と３３．３４と３４の一方の電極
は共通の配線４１．４２．４３．４４に接続され、半導
体基板１が他方の電極とされている。

この実施例の光半導体装置においては、広い断面積を有
する入射光６の方向を弁別するときに電気的出力信号７
１．７２．７３．７４を大きくすることができるという
効果がある。

第４図（ａ）はこの発明のさらに他の実施例を示す斜視
図であり、第４図（ｂ）はその断面図である。この実施
例においては、半導体基板１の表面１ａおよび凹部２の
内面に絶縁膜５が形成され、凹部２の側壁部１１．１２
，１３．１４における絶縁膜５上に光導電Ｉ！８１．８
２，８３．８４が形成されている。そして側壁部１１．
１２，１３゜１４上の絶縁膜５の下端部にはコンタクト
穴９１゜９２．９３．９４が設けられ、このコンタクト
穴９１．９２．９３．９４を介して光導電膜８１゜８２
．８３．８４の一辺が半導体基板１に電気的に接続され
ている。この実施例においては、光導電膜８１．８２．
８３．８４が光検出素子３１゜３２．３３．３４となっ
ている。

第５図（ａ）はこの発明のさらに他の実施例を示す斜視
図であり、第５図（ｂ）はその断面図である。この実施
例においては、凹部２の底部１５に黒化膜等の入射光６
を反射しない光吸収膜９が設けられている。この実施例
の光半導体装置にお−いては、底部１５に入射した光は
光吸収膜９によって吸収されるので、底部１５で反射し
た光による雑音を除去することができ、光検出素子３１
゜３２．３３．３４により得られる電気的出力信号７１
．７２．７３．７４の信号対雑音比が高くなる。

なお、上記のいずれの実施例においても、側壁部１１．
１２．１３．１４の表面の法線と半導体基板１の表面１
ａの法線とがなす角度が９０°以下になるように側壁部
１１．１２．１３．１４を形成してもよい。このように
した場合には、光の入射方向が半導体基板１の表面１ａ
の法線方向に一致したとき、すなわち入射角度がθ−０
６となったときでも、光検出素子３１．３２，３３．３
４は同一の出力信号を発生するので、入射光６の方向弁
別性は少し低下するが、θ−０°を示す確実な出力信号
を得ることができるという効果がある。

また、上記のいずれの実施例においても、少なくとも光
検出素子３１．３２．３３．３４の表面を表面保ｇｕｍ
や反射防止膜で覆ってもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、半導体基板の表面に
形成された凹部の各側壁部に光検出素子が設けられてい
るので、半導体基板表面の法線方向に近い入射光に対す
る方向検出感度が敏感であり、入射光の方向弁別性が優
れている上、光検出素子を形成するのに必要な面積が少
なくてよく、高集積化に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）および（ｂ）はこの発明の一実施例を示
す斜視図および断面図、第２図は各検出素子の電気的出
力信号を示すグラフ、第３図は他の実施例を示す斜視図
、第４図（ａ）および（ｂ）はさらに他の実施例を示す
斜視図および断面図、第５図（ａ　）および（ｂ）はさ
らに他の実施例を示す斜視図および断面図である。第６
図は従来の光半導体装置の一例を示す斜視図、第７図は
従来の光半導体装置の他の例を示す斜視図である。 図において、１は半導体基板、１ａは半導体基板の表面
、２は凹部、１１，１２．１３．１４は側壁部、３１．
３２，３３．３４は光検出素子である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成され
   た凹部と、前記凹部の各側壁部に独立に設けられた光検
   出素子とを備えた光半導体装置。
2. （２）前記凹部は、ほぼ直方体形状に形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光半導体装
   置。
3. （３）前記凹部は、前記半導体基板の表面に一定の周期
   的間隔をもつて形成されており、前記光検出素子は、２
   電極型の光検出素子であり、各凹部の同じ位置の側壁部
   に設けられた光検出素子の一方の電極を共通の金属配線
   に接続し、光検出素子の他方の電極を半導体基板とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の光半導体装置。
4. （４）前記光検出素子は、第１導電形の半導体基板と前
   記凹部の各側壁部に設けられた第２導電形の領域とによ
   つて形成されるｐｎ接合素子であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の光
   半導体装置。
5. （５）前記光検出素子は、前記凹部の各側壁部に設けら
   れた絶縁膜上に独立に設けられた光導電素子であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載の光半導体装置。
6. （６）前記凹部の底面部に光吸収膜を設けたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに
   記載の光半導体装置。