JPS6358495B2 - - Google Patents
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- JPS6358495B2 JPS6358495B2 JP57106511A JP10651182A JPS6358495B2 JP S6358495 B2 JPS6358495 B2 JP S6358495B2 JP 57106511 A JP57106511 A JP 57106511A JP 10651182 A JP10651182 A JP 10651182A JP S6358495 B2 JPS6358495 B2 JP S6358495B2
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は光の強弱を検出する半導体受光装置
に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 光の強弱によつて電子回路を制御する場合に
は、その光検知手段として第１図ａないしｃに示
すようなシンボルで表わされるフオトダイオー
ド、フオトトランジスタ、フオトサイリスタ等の
半導体受光素子が用いられる。これらの半導体受
光素子は基本的には、１つのPN接合部に光が照
射されることによつて発生する光電流もしくは光
起電圧を利用するものであり、フオトトランジス
タおよびフオトサイリスタではさらにこれらの電
流あるいは電圧を増幅している。すなわち、第２
図は一般的なフオトダイオードの電圧（Ｖ）−電
流(I)特性を示すものであり、一方の特性曲線Ａは
光が照射されていないときのものであり、他方の
特性曲線Ｂは光が照射されたときのものである。
第２図においてフオトダイオードに負極性の一定
電圧を印加した場合、光を照射すると電流は増加
する。一方、フオトダイオードに正極性の電圧を
印加し電流が一定となるようにした場合、光を照
射すると電圧は増加する。このように光が照射さ
れることによつて光電流もしくは光起電圧が発生
するものである。 上記フオトダイオードを光検知手段として実際
の回路で使用する場合には、光照射による光電流
を効率良く利用する目的で、第３図に示すように
逆バイアス状態で使用されるのが一般的である。
すなわち、第３図において正極性の電源電圧VCC
印加点にフオトダイオード１のカソードが接続さ
れ、アノードは出力端子２に接続され、また端子
２と接地電位点との間にはフオトダイオード１の
光電流を電圧に変換するための負荷抵抗３が接続
される。 このようにフオトダイオード１を逆バイアス状
態で使用する場合にはリーク電流が発生する。こ
のリーク電流の値は電源電圧VCCの値によつても
変化するが、周囲温度変化による影響が最も大き
く、温度が約20℃上昇すればリーク電流は１桁増
加する。したがつて、光照射による光電流の増加
分が上記温度上昇に伴なうリーク電流の増加分と
同程度である場合には、Ｓ／Ｎ比が悪くなつて出
力端子２における出力電圧の増加が光照射による
ものか不明になる。 また、フオトダイオードを光検知手段として実
際の回路で使用する場合には、第４図に示すよう
に順バイアス状態で使用されることもある。すな
わち、第４図においてフオトダイオード１には電
流源４からの一定電流が供給され、出力端子２か
らはフオトダイオード１の順方向降下電圧VFが
出力される。 上記第４図回路において、フオトダイオード１
に光が照射されるとその順方向降下電圧はΔVFだ
け増加する。ところが、フオトダイオード１の順
方向降下電圧VFは周囲温度上昇に伴なつて減少
し、たとえばシリコンフオトダイオードの場合、
１℃の温度上昇に対して約数ｍＶ減少する。した
がつて、この場合にも光照射による順方向降下電
圧の変化分と温度変化による順方向降下電圧の変
化分とがほぼ等しい場合にはやはりＳ／Ｎ比が悪
くなる。 このように従来では単一の受光素子を用いて光
の検出を行なうようにしているため、光電流およ
び光起電圧のいずれを利用するものであつても、
温度変化による影響を受けてＳ／Ｎ比が極めて悪
くなるという欠点がある。 〔発明の目的〕 この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は高いＳ／Ｎ比で光を検知す
ることができる半導体受光装置を提供することに
ある。 〔発明の概要〕 上記目的を達成するためにこの発明では、それ
ぞれ受光素子を含み電気的特性が等価な２つ以上
の回路のうち少なくとも１つの回路の受光素子表
面の少なくとも一部分を光の透過量を減衰せしめ
るかもしくは光を遮断する部材で覆い、上記回路
以外の回路の受光素子表面は光に対して開放状態
とするようにしたものである。 〔発明の実施例〕 以下図面を参照してこの発明の実施例を説明す
る。第５図はこの発明に係る半導体受光装置の回
路構成図である。図において正極性の電源電圧
VCC印加点と接地電位点との間には、フオトダイ
オード１１と負荷抵抗１２からなる直列回路１３
が挿入されている。これと同様にVCC印加点と接
地電位点との間にはフオトダイオード２１と上記
負荷抵抗１２と等価な値の負荷抵抗２２からなる
直列回路２３が挿入されている。上記両回路１
３，２３内の各フオトダイオード１１，２１のカ
ソードは共にVCC印加点に接続されていて、両フ
オトダイオード１１，２１は共に逆バイアス状態
に設定されている。上記一方の直列回路１３の出
力電位となるフオトダイオード１１と負荷抵抗１
２との接続点の電位は差動増幅回路１５の一方入
力端に供給される。また上記他方の直列回路２３
の出力電位となるフオトダイオード２１と負荷抵
抗２２との接続点の電位は、上記差動増幅回路１
５の他方入力端に供給される。この差動増幅回路
１５は両入力端に供給される電位の差を所定の増
幅度で増幅して出力するものである。 第６図は上記両直列回路１３，２３を同一半導
体基板上に形成する場合の素子構造を示す断面図
である。図において３１はＰ形のシリコン半導体
基板であり、この基体３１上には上記フオトダイ
オード１１のカソード領域となるＮ形半導体領域
３２、上記抵抗１２を構成するＮ形半導体領域３
３、上記フオトダイオード２１のカソード領域と
なるＮ形半導体領域３４および上記抵抗２２を構
成するＮ形半導体領域３５それぞれがたとえば拡
散法によつて互いに分離して形成され、さらにＮ
形半導体領域３２上にはフオトダイオード１１の
アノード領域となるＰ形半導体領域３６が拡散法
によつて形成され、またＮ形半導体領域３４上に
はフオトダイオード２１のアノード領域となるＰ
形半導体領域３７が拡散法によつて形成される。
そして上記Ｐ形半導体領域３６は上記Ｎ形半導体
領域３３の一端に接続され、さらにこの両領域３
６，３３は前記差動増幅回路１５の一方入力端に
接続される。これと同様に上記Ｐ形半導体領域３
７は上記Ｎ形半導体領域３５の一端に接続され、
さらにこの両領域３７，３５は前記差動増幅回路
１５の他方入力端に接続される。また上記両Ｎ形
半導体領域３２，３４には共に電源電圧VCCが供
給され、さらに上記両Ｎ形半導体領域３３，３５
の他端は共に接地される。したがつて、上記両直
列回路１３，２３は等価な電気的特性をもつこと
になる。そして第６図において、フオトダイオー
ド１１を構成するＮ形半導体領域３２およびＰ形
半導体領域３６からなるPN接合部上の一部又は
全面は、金属、樹脂、フイルム等の部材からなり
光を遮断する光遮断膜３８によつて覆われてい
て、他方、もう１つのフオトダイオード２１を構
成するＮ形半導体領域３４およびＰ形半導体領域
３７からなるPN接合部の面は光に対して開放状
態になつている。したがつて、上記一方の直列回
路１３内のフオトダイオード１１の受光面全面に
は光がほとんど照射されず、また上記他方の直列
回路２３内のフオトダイオード２１の受光面には
光が照射されるようになつている。以下の文章で
は、説明の簡素化のために第５図のフオトダイオ
ード１１には、光がいつさい照射されないとす
る。 上記構成において、両直列回路１３，２３に外
部から光が照射されていないとき、両回路は同一
回路構成であるために両出力電位は互いに等し
い。また、周囲温度が変化して両フオトダイオー
ド１１，２１のリーク電流が変動しても、共に値
は変化するが両直列回路１３，２３の出力電位は
等しいものとなる。ここである周囲温度における
両直列回路１３，２３の出力電位をυ0とし、差動
増幅回路１５の増幅度をＤとすると、光が照射さ
れていないときの差動増幅回路１５の出力電位
υputは、υput＝Ｄ・（υ0−υ0）＝０で０となる。 次に外部から光が照射されると、一方のフオト
ダイオード１１には光電流は流れずその時の周囲
温度に応じたリーク電流が流れ、また他方のフオ
トダイオード２１には上記と値の同じリーク電流
の他に光電流が流れる。ここで上記リーク電流に
よる出力電位を前記と同様にυ0とし、光電流によ
る出力電位をΔυとすると、一方の直列回路１３
の出力電位は変化せずυ0であるが、他方の直列回
路２３の出力電位はυ0からυ0＋Δυに変化する。
このときの差動増幅回路１５の出力電位υputは、
υput＝Ｄ・（υ0＋Δυ−υ0）＝Ｄ・Δυとなる。 このように上記実施例では、光が照射されない
フオトダイオード１１が設けられている回路１３
からの出力電位と光が照射されるフオトダイオー
ド２１が設けられている回路２３からの出力電位
との差に応じた電位を差動増幅回路１５で得るよ
うにしたので、リーク電流による出力成分がキヤ
ンセルされ、差動増幅回路１５からは光電流のみ
に応じた電位が出力される。この結果、高いＳ／
Ｎ比でもつて光を検知することができる。 第７図はこの発明の他の実施例を示す断面図で
ある。この実施例では、上記第５図に示す回路を
構成するにあたつて、一方のフオトダイオード１
１を構成するＮ形半導体領域３２およびＰ形半導
体領域３６からなるPN接合部の露出面の全面で
はなくその一部のみを前記光遮断膜３８で覆うよ
うにしたものである。 このような構成にした場合、差動増幅回路１５
においてリーク電流による出力成分がキヤンセル
されることは上記実施例と同様であるが、前記直
列回路１３からもレベルは低いが光電流による電
位が出力されるので、光が照射されたときに差動
増幅回路１５で得られる出力電位υputは第６図の
場合よりも低いものとなる。また上記PN接合部
の露出面の一部を光遮断膜３８で覆うかわりにこ
の露出面の全面あるいは一部のみを、光の透過量
を減衰する部材からなる膜で覆うようにしても、
第６図の場合よりも低い出力電位υputを得ること
ができる。しかし、光の照射に伴なう出力電位
υputを得ることができる。 第８図はこの発明のさらに他の実施例を示す回
路構成図であり、この実施例回路では半導体受光
素子としてフオトトランジスタを用いるようにし
たものである。図において電源電圧VCC印加点と
接地電位点との間には負荷抵抗４１、フオトトラ
ンジスタ４２のコレクタ、エミツタ間および電流
手段としての抵抗４３がこの順に直列挿入され、
さらにVCC印加点と上記フオトトランジスタ４２
のベースとの間には所定ベース電流を流すための
バイアス抵抗４４が挿入されて一方の回路４５を
構成している。これと同様にVCC印加点と接地電
位点との間には、上記負荷抵抗４１と等価な価の
負荷抵抗５１、フオトトランジスタ５２のコレク
タ、エミツタ間および上記抵抗４３と等価な価の
抵抗５３がこの順に直列挿入され、さらにVCC印
加点と上記フオトトランジスタ５２のベースとの
間には上記バイアス抵抗４４と等価な値のバイア
ス抵抗５４が挿入されて他方の回路５５を構成し
ている。上記一方の回路４５の出力電位であるフ
オトトランジスタ４２のコレクタ電位は差動増幅
回路１５の一方入力端に供給され、上記他方の回
路５５の出力電位であるフオトトランジスタ５２
のコレクタ電位は同じく他方入力端に供給され
る。そして上記両回路４５，５５は同一半導体基
板上に形成されていて、互いに等価な電気的特性
をもつていて、一方のフオトトランジスタ４２の
受光面全面は前記光遮断膜によつて覆われている
と共に他方のフオトトランジスタ５２の受光面は
光に対して開放状態となつている。 上記構成でなる回路において、両回路４５，５
５内のフオトトランジスタ４２，５２の受光用
PN接合は、第８図中、ダイオードのシンボルで
示すように逆バイアス状態に設定されている。し
たがつて、光が照射されていないとき両回路４
５，５５からは各バイアス抵抗４４，５４による
バイアス電流とある周囲温度における上記受光用
PN接合のリーク電流の和電流に対応する電位が
出力される。そしてこの電位は互いに等しいた
め、このときの差動増幅回路１５の出力電位υput
は０になる。 一方、外部から光が照射された場合、一方のフ
オトトランジスタ４２の受光用PN接合には光が
照射されないので、一方の回路４５からの出力電
位は上記バイアス電流とリーク電流の和電流に対
応するものとなる。このとき、他方のフオトトラ
ンジスタ５２の受光用PN接合には光が照射され
て光電流が生じるため、他方の回路５５からの出
力電位はバイアス電流とリーク電流および光電流
の和電流に対応するものとなる。このとき、差動
増幅回路１５では上記バイアス電流とリーク電流
に対応する電位成分がキヤンセルされて、光電流
のみによる電位成分が出力されるため、この実施
例回路の場合でも高いＳ／Ｎ比でもつて光を検知
することができる。 上記各実施例では、フオトダイオードあるいは
フオトトランジスタのPN接合を逆バイアス状態
で使用する場合の、リーク電流の周囲温度変化に
伴なう変動の影響をなくすようにしているもので
あるが、次にフオトダイオードを順バイアス状態
で使用する場合の実施例について説明する。 第９図はフオトダイオードを順バイアス状態で
使用した、この発明の異なる他の実施例の回路構
成図である。図において正極性の電源電圧VCC印
加点と接地電位点との間には、抵抗６１とフオト
ダイオード６２からなる直列回路６３が挿入され
ている。これと同様にVCC印加点と接地電位点と
の間には、上記抵抗６１と等価な値の抵抗７とフ
オトダイオード７２からなる直列回路７３が挿入
されている。上記両直列回路６３，７３内の各フ
オトダイオード６２，７２のカソードは共に接地
電位点に接続されていて、両フオトダイオード６
２，７２は共に順バイアス状態に設定されてい
る。上記一方の直列回路６３の出力電位となるフ
オトダイオード６２のアノード電位は差動増幅回
路１５の一方入力端に供給され、他方の直列回路
７３の出力電位となるフオトダイオード７２のア
ノード電位は差動増幅回路１５の他方入力端に供
給される。そして上記両直列回路６３，７３は同
一半導体基板上に形成され、一方のフオトダイオ
ード６２の受光面全面が前記光遮断膜によつて覆
われていて、他方のフオトダイオード７２の受光
面は光に対して開放状態となつている。 上記構成において、両直列回路６３，７３に外
部から光が照射されていないとき、両回路は同一
回路構成であるために両出力電位は互いに等し
い。また、周囲温度が変化して両フオトダイオー
ド６２，７２の順方向降下電圧が変動しても、両
電圧は同じように変動し値は常に等しいので、差
動増幅回路１５の出力は０になる。 次に外部から光が照射されると、一方のフオト
ダイオード７２の順方向降下電圧のみが上昇する
ため、差動増幅回路１５からはある電位が出力さ
れる。この出力電位はフオトトランジスタ７２に
光が照射されたことによつて生ずる順方向降下電
圧の変化分がある増幅度でもつて増幅されたもの
であり、周囲温度が変動すればこの値も変動す
る。しかしながら、光が照射されていないときの
差動増幅回路１５の出力電位は０であり、光が照
射されてはじめてこの出力電位がある値をもつの
で、この実施例回路の場合でも高いＳ／Ｎ比でも
つて光を検知することができる。 第１０図はこの発明のさらに異なる他の実施例
の回路構成図である。この回路は、抵抗８１とフ
オトダイオード８２からなる直列回路８３と、上
記抵抗８１と等価な値の抵抗９１とフオトダイオ
ード９２からなる直列回路９３とを正極性の電源
電圧VCC印加点と接地電位点との間にさらに直列
接続し、上記両直列回路８３，９３の直列接続点
の電位υSを差動増幅回路１５の一方入力端に供給
し、またこの差動増幅回路１５の他方入力端には
電源電圧VCCの半分の基準電圧VREFを供給するよ
うにしたものである。そして上記両回路は同一半
導体基板上に形成されて互いに等価な電気的特性
をもち、一方のフオトダイオード８２の受光面全
面は前記光遮断膜によつて覆われていて、他方の
フオトダイオード９２の受光面は光に対して開放
状態となつている。 上記構成において、両直列回路８３，９３に外
部から出力が照射されていないときには、両フオ
トダイオード８２，９２における順方向降下電圧
が等しく、また抵抗８１，９１の値が等しくそれ
ぞれの降下電圧も等しいので、両回路８３，９３
の直列接続点の電位υSはVCCの半分のVCC／２の
値になる。そしてその値は、周囲温度が変化して
両フオトダイオード８２，９２の順方向降下電圧
が変動しても、常にVCCの値の半分となる。した
がつて、光が照射されていないときには差動増幅
回路１５の出力電位は常に０である。 次に外部から光が照射されると、フオトダイオ
ード９２の順方向降下電圧はフオトダイオード８
２のそれよりも大きなものとなるために、両回路
８３，９３の直列接続点の電位はVCC／２よりも
大きくなるため、差動増幅回路１５ではこのとき
の直列接続点の電位とVCC／２との差分が増幅さ
れ出力される。したがつて、この実施例回路の場
合でも、差動増幅回路１５の出力電位υputは周囲
温度の変化に対して変動するが、光が照射されて
はじめてこの出力電位がある値をもつので、この
実施例回路の場合でも高いＳ／Ｎ比でもつて光を
検知することができる。 第１１図は上記第１０図に示す実施例回路の変
形例の回路構成図であり、前記基準電位VREFを得
る手段を具体的に示したものである。すなわち、
第１１図によれば基準電位VREFは、VCC印加点と
接地電位点との間に直列接続されている前記直列
回路８３あるいは９３と等価な２つの直列回路１
０２，１０２の直列接続点から得られる。なお、
上記両直列回路１０１，１０２内のフオトダイオ
ードの受光面は共に前記光遮断膜によつて覆われ
ている。 この回路では光が照射されているか否かにかか
わらず直列回路１０１，１０２間の電圧降下が互
いに等しくなるため、その直列接続点電位υSは常
にVCCの半分のVCC／２となる。 なお、第１１図回路において、直列回路１０
１，１０２内の両フオトダイオードの受光面を共
に光遮断膜で覆うかわりに、一方の直列回路１０
２内のフオトダイオードの受光面のみを覆うよう
にすれば、光が照射されたときに基準電位VREFは
直列回路８３，９３の直列接続点の電位変化に対
して反対方向に変化する。このため、光が照射さ
れたときの差動増幅回路１５の出力電位の増加は
基準電位VREFをVCC／２一定としたときよりも大
きくなり、その分だけ差動増幅回路１５の増幅度
を小さくすることができる。 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、それぞ
れ受光素子を含み電気的特性が等価な２つ以上の
回路のうち少なくとも１つの回路の受光素子表面
の少なくとも一部分を光の透過量を減衰せしめる
かもしくは光を遮断する部材で覆い、上記回路以
外の回路の受光素子表面は光に対して開放状態と
するようにしたので、高いＳ／Ｎ比でもつて光を
検知することができる半導体受光装置を提供する
ことができる。
に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 光の強弱によつて電子回路を制御する場合に
は、その光検知手段として第１図ａないしｃに示
すようなシンボルで表わされるフオトダイオー
ド、フオトトランジスタ、フオトサイリスタ等の
半導体受光素子が用いられる。これらの半導体受
光素子は基本的には、１つのPN接合部に光が照
射されることによつて発生する光電流もしくは光
起電圧を利用するものであり、フオトトランジス
タおよびフオトサイリスタではさらにこれらの電
流あるいは電圧を増幅している。すなわち、第２
図は一般的なフオトダイオードの電圧（Ｖ）−電
流(I)特性を示すものであり、一方の特性曲線Ａは
光が照射されていないときのものであり、他方の
特性曲線Ｂは光が照射されたときのものである。
第２図においてフオトダイオードに負極性の一定
電圧を印加した場合、光を照射すると電流は増加
する。一方、フオトダイオードに正極性の電圧を
印加し電流が一定となるようにした場合、光を照
射すると電圧は増加する。このように光が照射さ
れることによつて光電流もしくは光起電圧が発生
するものである。 上記フオトダイオードを光検知手段として実際
の回路で使用する場合には、光照射による光電流
を効率良く利用する目的で、第３図に示すように
逆バイアス状態で使用されるのが一般的である。
すなわち、第３図において正極性の電源電圧VCC
印加点にフオトダイオード１のカソードが接続さ
れ、アノードは出力端子２に接続され、また端子
２と接地電位点との間にはフオトダイオード１の
光電流を電圧に変換するための負荷抵抗３が接続
される。 このようにフオトダイオード１を逆バイアス状
態で使用する場合にはリーク電流が発生する。こ
のリーク電流の値は電源電圧VCCの値によつても
変化するが、周囲温度変化による影響が最も大き
く、温度が約20℃上昇すればリーク電流は１桁増
加する。したがつて、光照射による光電流の増加
分が上記温度上昇に伴なうリーク電流の増加分と
同程度である場合には、Ｓ／Ｎ比が悪くなつて出
力端子２における出力電圧の増加が光照射による
ものか不明になる。 また、フオトダイオードを光検知手段として実
際の回路で使用する場合には、第４図に示すよう
に順バイアス状態で使用されることもある。すな
わち、第４図においてフオトダイオード１には電
流源４からの一定電流が供給され、出力端子２か
らはフオトダイオード１の順方向降下電圧VFが
出力される。 上記第４図回路において、フオトダイオード１
に光が照射されるとその順方向降下電圧はΔVFだ
け増加する。ところが、フオトダイオード１の順
方向降下電圧VFは周囲温度上昇に伴なつて減少
し、たとえばシリコンフオトダイオードの場合、
１℃の温度上昇に対して約数ｍＶ減少する。した
がつて、この場合にも光照射による順方向降下電
圧の変化分と温度変化による順方向降下電圧の変
化分とがほぼ等しい場合にはやはりＳ／Ｎ比が悪
くなる。 このように従来では単一の受光素子を用いて光
の検出を行なうようにしているため、光電流およ
び光起電圧のいずれを利用するものであつても、
温度変化による影響を受けてＳ／Ｎ比が極めて悪
くなるという欠点がある。 〔発明の目的〕 この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は高いＳ／Ｎ比で光を検知す
ることができる半導体受光装置を提供することに
ある。 〔発明の概要〕 上記目的を達成するためにこの発明では、それ
ぞれ受光素子を含み電気的特性が等価な２つ以上
の回路のうち少なくとも１つの回路の受光素子表
面の少なくとも一部分を光の透過量を減衰せしめ
るかもしくは光を遮断する部材で覆い、上記回路
以外の回路の受光素子表面は光に対して開放状態
とするようにしたものである。 〔発明の実施例〕 以下図面を参照してこの発明の実施例を説明す
る。第５図はこの発明に係る半導体受光装置の回
路構成図である。図において正極性の電源電圧
VCC印加点と接地電位点との間には、フオトダイ
オード１１と負荷抵抗１２からなる直列回路１３
が挿入されている。これと同様にVCC印加点と接
地電位点との間にはフオトダイオード２１と上記
負荷抵抗１２と等価な値の負荷抵抗２２からなる
直列回路２３が挿入されている。上記両回路１
３，２３内の各フオトダイオード１１，２１のカ
ソードは共にVCC印加点に接続されていて、両フ
オトダイオード１１，２１は共に逆バイアス状態
に設定されている。上記一方の直列回路１３の出
力電位となるフオトダイオード１１と負荷抵抗１
２との接続点の電位は差動増幅回路１５の一方入
力端に供給される。また上記他方の直列回路２３
の出力電位となるフオトダイオード２１と負荷抵
抗２２との接続点の電位は、上記差動増幅回路１
５の他方入力端に供給される。この差動増幅回路
１５は両入力端に供給される電位の差を所定の増
幅度で増幅して出力するものである。 第６図は上記両直列回路１３，２３を同一半導
体基板上に形成する場合の素子構造を示す断面図
である。図において３１はＰ形のシリコン半導体
基板であり、この基体３１上には上記フオトダイ
オード１１のカソード領域となるＮ形半導体領域
３２、上記抵抗１２を構成するＮ形半導体領域３
３、上記フオトダイオード２１のカソード領域と
なるＮ形半導体領域３４および上記抵抗２２を構
成するＮ形半導体領域３５それぞれがたとえば拡
散法によつて互いに分離して形成され、さらにＮ
形半導体領域３２上にはフオトダイオード１１の
アノード領域となるＰ形半導体領域３６が拡散法
によつて形成され、またＮ形半導体領域３４上に
はフオトダイオード２１のアノード領域となるＰ
形半導体領域３７が拡散法によつて形成される。
そして上記Ｐ形半導体領域３６は上記Ｎ形半導体
領域３３の一端に接続され、さらにこの両領域３
６，３３は前記差動増幅回路１５の一方入力端に
接続される。これと同様に上記Ｐ形半導体領域３
７は上記Ｎ形半導体領域３５の一端に接続され、
さらにこの両領域３７，３５は前記差動増幅回路
１５の他方入力端に接続される。また上記両Ｎ形
半導体領域３２，３４には共に電源電圧VCCが供
給され、さらに上記両Ｎ形半導体領域３３，３５
の他端は共に接地される。したがつて、上記両直
列回路１３，２３は等価な電気的特性をもつこと
になる。そして第６図において、フオトダイオー
ド１１を構成するＮ形半導体領域３２およびＰ形
半導体領域３６からなるPN接合部上の一部又は
全面は、金属、樹脂、フイルム等の部材からなり
光を遮断する光遮断膜３８によつて覆われてい
て、他方、もう１つのフオトダイオード２１を構
成するＮ形半導体領域３４およびＰ形半導体領域
３７からなるPN接合部の面は光に対して開放状
態になつている。したがつて、上記一方の直列回
路１３内のフオトダイオード１１の受光面全面に
は光がほとんど照射されず、また上記他方の直列
回路２３内のフオトダイオード２１の受光面には
光が照射されるようになつている。以下の文章で
は、説明の簡素化のために第５図のフオトダイオ
ード１１には、光がいつさい照射されないとす
る。 上記構成において、両直列回路１３，２３に外
部から光が照射されていないとき、両回路は同一
回路構成であるために両出力電位は互いに等し
い。また、周囲温度が変化して両フオトダイオー
ド１１，２１のリーク電流が変動しても、共に値
は変化するが両直列回路１３，２３の出力電位は
等しいものとなる。ここである周囲温度における
両直列回路１３，２３の出力電位をυ0とし、差動
増幅回路１５の増幅度をＤとすると、光が照射さ
れていないときの差動増幅回路１５の出力電位
υputは、υput＝Ｄ・（υ0−υ0）＝０で０となる。 次に外部から光が照射されると、一方のフオト
ダイオード１１には光電流は流れずその時の周囲
温度に応じたリーク電流が流れ、また他方のフオ
トダイオード２１には上記と値の同じリーク電流
の他に光電流が流れる。ここで上記リーク電流に
よる出力電位を前記と同様にυ0とし、光電流によ
る出力電位をΔυとすると、一方の直列回路１３
の出力電位は変化せずυ0であるが、他方の直列回
路２３の出力電位はυ0からυ0＋Δυに変化する。
このときの差動増幅回路１５の出力電位υputは、
υput＝Ｄ・（υ0＋Δυ−υ0）＝Ｄ・Δυとなる。 このように上記実施例では、光が照射されない
フオトダイオード１１が設けられている回路１３
からの出力電位と光が照射されるフオトダイオー
ド２１が設けられている回路２３からの出力電位
との差に応じた電位を差動増幅回路１５で得るよ
うにしたので、リーク電流による出力成分がキヤ
ンセルされ、差動増幅回路１５からは光電流のみ
に応じた電位が出力される。この結果、高いＳ／
Ｎ比でもつて光を検知することができる。 第７図はこの発明の他の実施例を示す断面図で
ある。この実施例では、上記第５図に示す回路を
構成するにあたつて、一方のフオトダイオード１
１を構成するＮ形半導体領域３２およびＰ形半導
体領域３６からなるPN接合部の露出面の全面で
はなくその一部のみを前記光遮断膜３８で覆うよ
うにしたものである。 このような構成にした場合、差動増幅回路１５
においてリーク電流による出力成分がキヤンセル
されることは上記実施例と同様であるが、前記直
列回路１３からもレベルは低いが光電流による電
位が出力されるので、光が照射されたときに差動
増幅回路１５で得られる出力電位υputは第６図の
場合よりも低いものとなる。また上記PN接合部
の露出面の一部を光遮断膜３８で覆うかわりにこ
の露出面の全面あるいは一部のみを、光の透過量
を減衰する部材からなる膜で覆うようにしても、
第６図の場合よりも低い出力電位υputを得ること
ができる。しかし、光の照射に伴なう出力電位
υputを得ることができる。 第８図はこの発明のさらに他の実施例を示す回
路構成図であり、この実施例回路では半導体受光
素子としてフオトトランジスタを用いるようにし
たものである。図において電源電圧VCC印加点と
接地電位点との間には負荷抵抗４１、フオトトラ
ンジスタ４２のコレクタ、エミツタ間および電流
手段としての抵抗４３がこの順に直列挿入され、
さらにVCC印加点と上記フオトトランジスタ４２
のベースとの間には所定ベース電流を流すための
バイアス抵抗４４が挿入されて一方の回路４５を
構成している。これと同様にVCC印加点と接地電
位点との間には、上記負荷抵抗４１と等価な価の
負荷抵抗５１、フオトトランジスタ５２のコレク
タ、エミツタ間および上記抵抗４３と等価な価の
抵抗５３がこの順に直列挿入され、さらにVCC印
加点と上記フオトトランジスタ５２のベースとの
間には上記バイアス抵抗４４と等価な値のバイア
ス抵抗５４が挿入されて他方の回路５５を構成し
ている。上記一方の回路４５の出力電位であるフ
オトトランジスタ４２のコレクタ電位は差動増幅
回路１５の一方入力端に供給され、上記他方の回
路５５の出力電位であるフオトトランジスタ５２
のコレクタ電位は同じく他方入力端に供給され
る。そして上記両回路４５，５５は同一半導体基
板上に形成されていて、互いに等価な電気的特性
をもつていて、一方のフオトトランジスタ４２の
受光面全面は前記光遮断膜によつて覆われている
と共に他方のフオトトランジスタ５２の受光面は
光に対して開放状態となつている。 上記構成でなる回路において、両回路４５，５
５内のフオトトランジスタ４２，５２の受光用
PN接合は、第８図中、ダイオードのシンボルで
示すように逆バイアス状態に設定されている。し
たがつて、光が照射されていないとき両回路４
５，５５からは各バイアス抵抗４４，５４による
バイアス電流とある周囲温度における上記受光用
PN接合のリーク電流の和電流に対応する電位が
出力される。そしてこの電位は互いに等しいた
め、このときの差動増幅回路１５の出力電位υput
は０になる。 一方、外部から光が照射された場合、一方のフ
オトトランジスタ４２の受光用PN接合には光が
照射されないので、一方の回路４５からの出力電
位は上記バイアス電流とリーク電流の和電流に対
応するものとなる。このとき、他方のフオトトラ
ンジスタ５２の受光用PN接合には光が照射され
て光電流が生じるため、他方の回路５５からの出
力電位はバイアス電流とリーク電流および光電流
の和電流に対応するものとなる。このとき、差動
増幅回路１５では上記バイアス電流とリーク電流
に対応する電位成分がキヤンセルされて、光電流
のみによる電位成分が出力されるため、この実施
例回路の場合でも高いＳ／Ｎ比でもつて光を検知
することができる。 上記各実施例では、フオトダイオードあるいは
フオトトランジスタのPN接合を逆バイアス状態
で使用する場合の、リーク電流の周囲温度変化に
伴なう変動の影響をなくすようにしているもので
あるが、次にフオトダイオードを順バイアス状態
で使用する場合の実施例について説明する。 第９図はフオトダイオードを順バイアス状態で
使用した、この発明の異なる他の実施例の回路構
成図である。図において正極性の電源電圧VCC印
加点と接地電位点との間には、抵抗６１とフオト
ダイオード６２からなる直列回路６３が挿入され
ている。これと同様にVCC印加点と接地電位点と
の間には、上記抵抗６１と等価な値の抵抗７とフ
オトダイオード７２からなる直列回路７３が挿入
されている。上記両直列回路６３，７３内の各フ
オトダイオード６２，７２のカソードは共に接地
電位点に接続されていて、両フオトダイオード６
２，７２は共に順バイアス状態に設定されてい
る。上記一方の直列回路６３の出力電位となるフ
オトダイオード６２のアノード電位は差動増幅回
路１５の一方入力端に供給され、他方の直列回路
７３の出力電位となるフオトダイオード７２のア
ノード電位は差動増幅回路１５の他方入力端に供
給される。そして上記両直列回路６３，７３は同
一半導体基板上に形成され、一方のフオトダイオ
ード６２の受光面全面が前記光遮断膜によつて覆
われていて、他方のフオトダイオード７２の受光
面は光に対して開放状態となつている。 上記構成において、両直列回路６３，７３に外
部から光が照射されていないとき、両回路は同一
回路構成であるために両出力電位は互いに等し
い。また、周囲温度が変化して両フオトダイオー
ド６２，７２の順方向降下電圧が変動しても、両
電圧は同じように変動し値は常に等しいので、差
動増幅回路１５の出力は０になる。 次に外部から光が照射されると、一方のフオト
ダイオード７２の順方向降下電圧のみが上昇する
ため、差動増幅回路１５からはある電位が出力さ
れる。この出力電位はフオトトランジスタ７２に
光が照射されたことによつて生ずる順方向降下電
圧の変化分がある増幅度でもつて増幅されたもの
であり、周囲温度が変動すればこの値も変動す
る。しかしながら、光が照射されていないときの
差動増幅回路１５の出力電位は０であり、光が照
射されてはじめてこの出力電位がある値をもつの
で、この実施例回路の場合でも高いＳ／Ｎ比でも
つて光を検知することができる。 第１０図はこの発明のさらに異なる他の実施例
の回路構成図である。この回路は、抵抗８１とフ
オトダイオード８２からなる直列回路８３と、上
記抵抗８１と等価な値の抵抗９１とフオトダイオ
ード９２からなる直列回路９３とを正極性の電源
電圧VCC印加点と接地電位点との間にさらに直列
接続し、上記両直列回路８３，９３の直列接続点
の電位υSを差動増幅回路１５の一方入力端に供給
し、またこの差動増幅回路１５の他方入力端には
電源電圧VCCの半分の基準電圧VREFを供給するよ
うにしたものである。そして上記両回路は同一半
導体基板上に形成されて互いに等価な電気的特性
をもち、一方のフオトダイオード８２の受光面全
面は前記光遮断膜によつて覆われていて、他方の
フオトダイオード９２の受光面は光に対して開放
状態となつている。 上記構成において、両直列回路８３，９３に外
部から出力が照射されていないときには、両フオ
トダイオード８２，９２における順方向降下電圧
が等しく、また抵抗８１，９１の値が等しくそれ
ぞれの降下電圧も等しいので、両回路８３，９３
の直列接続点の電位υSはVCCの半分のVCC／２の
値になる。そしてその値は、周囲温度が変化して
両フオトダイオード８２，９２の順方向降下電圧
が変動しても、常にVCCの値の半分となる。した
がつて、光が照射されていないときには差動増幅
回路１５の出力電位は常に０である。 次に外部から光が照射されると、フオトダイオ
ード９２の順方向降下電圧はフオトダイオード８
２のそれよりも大きなものとなるために、両回路
８３，９３の直列接続点の電位はVCC／２よりも
大きくなるため、差動増幅回路１５ではこのとき
の直列接続点の電位とVCC／２との差分が増幅さ
れ出力される。したがつて、この実施例回路の場
合でも、差動増幅回路１５の出力電位υputは周囲
温度の変化に対して変動するが、光が照射されて
はじめてこの出力電位がある値をもつので、この
実施例回路の場合でも高いＳ／Ｎ比でもつて光を
検知することができる。 第１１図は上記第１０図に示す実施例回路の変
形例の回路構成図であり、前記基準電位VREFを得
る手段を具体的に示したものである。すなわち、
第１１図によれば基準電位VREFは、VCC印加点と
接地電位点との間に直列接続されている前記直列
回路８３あるいは９３と等価な２つの直列回路１
０２，１０２の直列接続点から得られる。なお、
上記両直列回路１０１，１０２内のフオトダイオ
ードの受光面は共に前記光遮断膜によつて覆われ
ている。 この回路では光が照射されているか否かにかか
わらず直列回路１０１，１０２間の電圧降下が互
いに等しくなるため、その直列接続点電位υSは常
にVCCの半分のVCC／２となる。 なお、第１１図回路において、直列回路１０
１，１０２内の両フオトダイオードの受光面を共
に光遮断膜で覆うかわりに、一方の直列回路１０
２内のフオトダイオードの受光面のみを覆うよう
にすれば、光が照射されたときに基準電位VREFは
直列回路８３，９３の直列接続点の電位変化に対
して反対方向に変化する。このため、光が照射さ
れたときの差動増幅回路１５の出力電位の増加は
基準電位VREFをVCC／２一定としたときよりも大
きくなり、その分だけ差動増幅回路１５の増幅度
を小さくすることができる。 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、それぞ
れ受光素子を含み電気的特性が等価な２つ以上の
回路のうち少なくとも１つの回路の受光素子表面
の少なくとも一部分を光の透過量を減衰せしめる
かもしくは光を遮断する部材で覆い、上記回路以
外の回路の受光素子表面は光に対して開放状態と
するようにしたので、高いＳ／Ｎ比でもつて光を
検知することができる半導体受光装置を提供する
ことができる。
第１図ａないしｃはそれぞれ半導体受光素子の
シンボル図、第２図はフオトダイオードの電圧−
電流特性図、第３図はフオトダイオードを逆バイ
アス状態で使用する場合の回路図、第４図はフオ
トダイオードを順バイアス状態で使用する場合の
回路図、第５図はこの発明の一実施例の回路構成
図、第６図は上記実施例回路の一部の素子構造を
示す断面図、第７図はこの発明の他の実施例を示
し上記第６図に対応する断面図、第８図はこの発
明のさらに他の実施例の回路構成図、第９図はこ
の発明の異なる他の実施例の回路構成図、第１０
図はこの発明のさらに異なる他の実施例の回路構
成図、第１１図は上記第１０図回路の変形例の回
路構成図である。 １１……フオトダイオード、２１……フオトダ
イオード、１２……負荷抵抗、２２……負荷抵
抗、１３……直列回路、２３……直列回路、１５
……差動増幅回路、３１……Ｐ形のシリコン半導
体基板、３２……Ｎ形半導体領域、３３……Ｎ形
半導体領域、３４……Ｎ形半導体領域、３５……
Ｎ形半導体領域、３６……Ｐ形半導体領域、３７
……Ｐ形半導体領域、３８……光遮断膜、４１…
…負荷抵抗、５１……負荷抵抗、４２……フオト
トランジスタ、５２……フオトトランジスタ、４
３……抵抗、５３……抵抗、４４……バイアス抵
抗、５４……バイアス抵抗、４５……回路、５４
……回路、６１……抵抗、７１……抵抗、６２…
…フオトダイオード、７２……フオトダイオー
ド、６３……直列回路、７３……直列回路、８１
……抵抗、９１……抵抗、８２……フオトダイオ
ード、９２……フオトダイオード、８３……直列
回路、９３……直列回路、１０１……直列回路、
１０２……直列回路。
シンボル図、第２図はフオトダイオードの電圧−
電流特性図、第３図はフオトダイオードを逆バイ
アス状態で使用する場合の回路図、第４図はフオ
トダイオードを順バイアス状態で使用する場合の
回路図、第５図はこの発明の一実施例の回路構成
図、第６図は上記実施例回路の一部の素子構造を
示す断面図、第７図はこの発明の他の実施例を示
し上記第６図に対応する断面図、第８図はこの発
明のさらに他の実施例の回路構成図、第９図はこ
の発明の異なる他の実施例の回路構成図、第１０
図はこの発明のさらに異なる他の実施例の回路構
成図、第１１図は上記第１０図回路の変形例の回
路構成図である。 １１……フオトダイオード、２１……フオトダ
イオード、１２……負荷抵抗、２２……負荷抵
抗、１３……直列回路、２３……直列回路、１５
……差動増幅回路、３１……Ｐ形のシリコン半導
体基板、３２……Ｎ形半導体領域、３３……Ｎ形
半導体領域、３４……Ｎ形半導体領域、３５……
Ｎ形半導体領域、３６……Ｐ形半導体領域、３７
……Ｐ形半導体領域、３８……光遮断膜、４１…
…負荷抵抗、５１……負荷抵抗、４２……フオト
トランジスタ、５２……フオトトランジスタ、４
３……抵抗、５３……抵抗、４４……バイアス抵
抗、５４……バイアス抵抗、４５……回路、５４
……回路、６１……抵抗、７１……抵抗、６２…
…フオトダイオード、７２……フオトダイオー
ド、６３……直列回路、７３……直列回路、８１
……抵抗、９１……抵抗、８２……フオトダイオ
ード、９２……フオトダイオード、８３……直列
回路、９３……直列回路、１０１……直列回路、
１０２……直列回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ それぞれ抵抗と受光素子とを直列接続した第
１ないし第４の直列回路を設け、上記第１及び第
４の直列回路内の受光素子の受光面は光を遮断す
る部材で覆い、上記第２及び第３の直列回路内の
受光素子の受光面は光に対して開放状態にし、 上記第１の直列回路を電源電圧と第１の点との
間に接続し、 上記第２の直列回路を上記第１の点と接地電位
との間に接続し、 上記第３の直列回路を電源電圧と第２の点との
間に接続し、 上記第４の直列回路を上記第２の点と接地電位
との間に接続し、 上記第１及び第２の点における電位の差を得る
ように構成したことを特徴とする半導体受光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57106511A JPS58222631A (ja) | 1982-06-21 | 1982-06-21 | 半導体受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57106511A JPS58222631A (ja) | 1982-06-21 | 1982-06-21 | 半導体受光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58222631A JPS58222631A (ja) | 1983-12-24 |
| JPS6358495B2 true JPS6358495B2 (ja) | 1988-11-16 |
Family
ID=14435444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57106511A Granted JPS58222631A (ja) | 1982-06-21 | 1982-06-21 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58222631A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010035662A1 (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-01 | 日本電気株式会社 | 光送信装置、光受信装置および光通信システム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55158677A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-10 | Hitachi Ltd | Light-signal sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5183278U (ja) * | 1974-12-25 | 1976-07-03 | ||
| JPS53130978U (ja) * | 1977-03-25 | 1978-10-17 |
-
1982
- 1982-06-21 JP JP57106511A patent/JPS58222631A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55158677A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-10 | Hitachi Ltd | Light-signal sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58222631A (ja) | 1983-12-24 |
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