JPH02240531A - 光検出装置 - 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〕 本発明は半導体素子によって特定の波長帯域の光を検出
する光検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、特定の波長帯域の光を検出するのには、一般的に
光センサの前面に光フィルタを配置し、この光フィルタ
の有する特性を検出する光の波長帯に応じたものとする
ことにより、被検出光の中から特定の波長帯域の光成分
、例えば赤〜赤外光の特定の波長帯域を有する光成分を
検出していた。

または、光センサの前面にプリズム等の分光器を配置す
ることにより特定の波長帯域の光を検出していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の構成による特定波長帯域の光
の検゛出は、先フィルタおよび分光器が高価なものであ
るために・コストがかかるという課題があり、また、こ
れら光フィルタおよび分光器は吸湿することによって透
過率が低下し、経年的に劣化して信頼性に劣るという課
題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解消するためになされたもの
で、第１導電型の半導体基板に第２導電型の不純物領域
が形成された第１の受光部および第２導電型の不純物領
域が形成されてこの下層部に高濃度の第１導電型の不純
物領域が形成された第２の受光部を有する半導体光検出
素子と、各受光部の出力の差を演算する信号処理回路と
を備えたものである。

〔作用〕

第１および第２の各受光部に同一の光が照射されると各
受光部には異なる出力が発生し、信号処理回路により演
算されるこれら出力の差は、被検出光のうちの特定波長
帯域の光成分に比例するものになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を表す概念図であり、赤〜赤
外先の特定波長帯の光成分を選択して検出するものであ
る。

光検出装置は半導体光検出素子１と信号処理回路２とか
ら構成されている。

半導体光検出素子１は第１導電型（例えばｐ型）の半導
体基板３からなり、その表層部には第１の受光部ＰＤＩ
が形成され、他の表層部には第２の受光部ＰＤ２が形成
されている。第１の受光部ＰＤ１は第２導７ｍ型（例え
ばｐ型）の不純物領域４から形成されている。第２の受
光部ＰＤ２は第１の受光部ＰＤＩの不純物領域４と同様
に形成された第２導電型の不純物領域５を有し、この不
純物領域５を覆うように高濃度の第１導電型の不純物領
域６が形成されている。

また、第１導電型の半導体基板３は図示しない電極を介
して外部端子Ｘに接続され、第２導電型の各不純物領域
４．５は同様に図示しない電極を介して端子ｙ、ｚに接
続されている。これら各端子は信号処理回路２に接続さ
れており、信号処理回路２は第１の受光部ＰＤＩの出力
と第２の受光部ＰＤ２の出力との差を演算する。

半導体光検出素子１は例えば以下のように形成される。

つまり、半導体基板３はリン（Ｐ）を含むシリコン（Ｓ
ｉ）を材料としてｎ形に形成され、第１の受光部ＰＣＩ
の不純物領域４は半導体基板３の表層部にボロン（Ｂ）
が選択拡散されることによりｐ型に形成される。このｐ
型の不純物領域４はｐ型の半導体基板３と共にｐｎ接合
を形成する。また、第２の受光部ＰＤ２の不純物領域５
はボロンが選択拡散されて第１の受光部ＰＣＩの不純物
領域４と同一形状で同一濃度でｐ型に形成され、この不
純物領域５を覆うように高濃度のリンを含むｎ　型の不
純物領域６が形成されている。

ｐ型の不純物領域５とｎ　型の不純物領域６とはｐｎ接
合を形成する。なお、製造工程としては、最初にこの不
純物領域６が形成され、この製造工程の後に第１の受光
部ＰＤＩの不純物領域４と共に不純物領域５が同一の製
造工程において形成される。

また、上記のように形成された半導体光検出素子１の各
受光部ＰＤＩおよびＰＤ２の光検出特性は第２図のグラ
フに示される。なお、同図の横軸は光の波長［ｎｍ］、
縦軸は感度を表す。

第１の受光部ＰＤＩは特性曲線７に示される特性を有し
、紫外光の短波長帯域から赤外光の長波長帯域を含む光
成分を検出する。第２の受光部ＰＤ２は特性曲線８に示
される特性を有し、赤〜赤外先の長波長帯域は含まず、
紫外光〜可視光の短波長帯域の光成分を検出する。また
、各特性曲線７．８は短波長帯域において同一の特性を
有するが、これは各受光部ＰＤＩ、ＰＤ２の不純物領域
４．５が同様に形成されているためである。

このような構成において、赤〜赤外光を含む被検出光が
半導体光検出素子１に照射されると、ｐ型の半導体基板
３にはキャリアが生成される。

般的に、短波長の光成分は基板の深い位置まで達するこ
とがなく、浅い位置でキャリアを生成し、長波長の光成
分は基板の深い位置でキャリアを生成する。また、第１
の受光部ＰＤＩにおける空乏層は表面近傍の浅い位置に
は現れず、第２の受光部ＰＤ２における空乏層は不純物
領域５の下層部にｎ！ａの不純物領域６があるため浅い
位置に形成される。また、空乏層にキャリアが捕えられ
る範囲（キャリアの拡散距離内）は、第１の受光部ＰＤ
Ｉは基板の深い位置にまであり、第２の受光部ＰＤ２は
基板の浅い位置にある。このため、第１の受光部ＰＤＩ
は短波長帯域から長波長帯域の光成分によって生成され
たキャリアを検出し、第２の受光部ＰＤ２は短波長帯域
の光成分によって生成されたキャリアを検出する。この
ため、被検出光は各光成分ごとに電流に変換され、第１
の受光部ＰＤＩによって検出された光成分はｎ型の半導
体基板３からｐ型の不純物領域４に流れる電流ＩＡにな
り、第２の受光部ＰＤ２によって検出された光成分はｎ
＋型の不純物領域６からｐ型の不純物領域５に流れる電
流１８になる。

検出された各電流１　　、ｌ　　は端子ｙ、ｚを介Ｂ して信号処理回路２に取り込まれ、端子Ｘを経て半導体
基板３に戻される。そして、信号処理回路２において各
電流１　　、ｌ　　の差電流が演算され八　　Ｂ る。この差電流の値は第２の受光部ＰＤ２の不純物領域
６の形成の仕方によって所定の値に決定され、赤〜赤外
光の特定の波長帯域を有する光成分に対応したものにな
る。すなわち、電流ＩＡは第２図に示された特性曲線７
の感度に比例したものであり、電流ＩＢは特性曲線８の
感度に比例したものである。このため、信号処理回路２
において減算が行われて求められた差電流は、同図に太
い実線で示される特性曲線９の感度に比例したものとな
り、赤〜赤外先の波長帯域の光成分を有する光のみを検
出することが可能になる。

このため、上記実施例によれば従来の高価で信頼性の劣
る光フィルタや分光器を用いることなく特定波長帯域の
赤〜赤外先の光成分を検出することが出来る。また、装
置は簡単な構造をした半導体光検出素子１および簡単な
構成の信号処理回路２によって構成されるため、安価で
かつ信頼性の高いものを容易に提供出来る。

なお、上記°実施例においては第１導電型としてｎ型、
第２導電型としてｐ型の場合について説明したがこれに
限定される必要は無く、第１導電型としてｐ型、第２導
電型としてｎ型としても良く、上記実施例と同様な効果
を奏する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、第１導電型の半導体基板
に第２導電型の不純物領域が形成された第１の受光部お
よび第２導電型の不純物領域が形成されてこの下層部に
高濃度の第１導電型の不純物領域が形成された第２の受
光部を有する半導体光検出素子と、各受光部の出力の差
を演算する信号処理回路とを嬬えたことにより、第１お
よび第２の各受光部に同一の光が照射されると各受光部
には異なる出力が発生し、信号処理回路により演算され
るこれら出力の差は被検出光のうちの特定波長帯域の光
成分に比例するものになる。

このため、従来の高価で信頼性の劣る光フィルタや分光
器は必要無くなり、安価でかつ信頼性を有する装置によ
り特定波長の光を検出することが可能になるという効果
を有する。

第２導電型（ｐ型）の不純物領域、６・・・第１導電型
の高濃度の不純物領域。

特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　　　　塩　　　
１）　　辰　　　也

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の一実施例を表す概念図、第
２図は第１図に示された本装置の光検出特性を表すグラ
フである。 １・・・半導体光検出素子、２・・・信号処理回路、３
・・・第１導電型（ｎ型）の半導体基板、４．５・・・
光！ｇ！工費佐 手 続 補 正 書

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型の半導体基板の表層部に第２導電型の不純物
   領域が形成された第１の受光部および前記半導体基板の
   他の表層部に第２導電型の不純物領域が形成されこの第
   ２導電型の不純物領域の下層部に高濃度の第１導電型の
   不純物領域が形成された第２の受光部を有する半導体光
   検出素子と、前記第１の受光部の出力と前記第２の受光
   部の出力との差を演算する信号処理回路とを備えた光検
   出装置。