JPH04313279A - 一次元光位置検出素子 - Google Patents
一次元光位置検出素子Info
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- JPH04313279A JPH04313279A JP3079304A JP7930491A JPH04313279A JP H04313279 A JPH04313279 A JP H04313279A JP 3079304 A JP3079304 A JP 3079304A JP 7930491 A JP7930491 A JP 7930491A JP H04313279 A JPH04313279 A JP H04313279A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスポット光の入射位置を
一次元的に検出する一次元光位置検出素子に関する。
一次元的に検出する一次元光位置検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光スポットの入射位置を一次元的に検出
する一次元光位置検出素子として、半導体光入射位置検
出素子（ＰＳＤ）や二分割型のホトダイオード（ＰＤ）
が知られている。ＰＳＤによれば、光スポットの入射位
置に比例した連続出力を得ることができるが、信号光量
が低下すると極端にＳ／Ｎ比が低下する。このため、Ｐ
ＳＤを用いた距離測定システムでは、遠距離側での測距
を精度よく行なえない。これに対し、２分割ＰＤなどの
多分割ホトダイオードでは、ＰＳＤのように入射位置に
比例した連続出力を得ることはできないが、信号光量が
低下してもＳ／Ｎ比はほとんど低下しない。そこで、抵
抗分割型のＰＳＤと２分割型のＰＤを組み合わせた位置
検出素子として、図６のようなものが提案されている。 すなわち、単一の半導体基板上にＰＳＤを形成すると共
に、信号光量の低くなる遠距離側に２分割ＰＤを形成す
る。
する一次元光位置検出素子として、半導体光入射位置検
出素子（ＰＳＤ）や二分割型のホトダイオード（ＰＤ）
が知られている。ＰＳＤによれば、光スポットの入射位
置に比例した連続出力を得ることができるが、信号光量
が低下すると極端にＳ／Ｎ比が低下する。このため、Ｐ
ＳＤを用いた距離測定システムでは、遠距離側での測距
を精度よく行なえない。これに対し、２分割ＰＤなどの
多分割ホトダイオードでは、ＰＳＤのように入射位置に
比例した連続出力を得ることはできないが、信号光量が
低下してもＳ／Ｎ比はほとんど低下しない。そこで、抵
抗分割型のＰＳＤと２分割型のＰＤを組み合わせた位置
検出素子として、図６のようなものが提案されている。 すなわち、単一の半導体基板上にＰＳＤを形成すると共
に、信号光量の低くなる遠距離側に２分割ＰＤを形成す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の図６の素子によ
れば、信号光の入射位置に比例した連続出力をＰＳＤか
ら得ながら、信号光の弱くなる位置では２分割ＰＤによ
り感度よく位置検出ができる。しかし、この構造ではチ
ップの面積が大きくなり、コスト高となる。また、入射
する信号光のスポット径が小さいときには、検出しづら
くなる欠点があった。
れば、信号光の入射位置に比例した連続出力をＰＳＤか
ら得ながら、信号光の弱くなる位置では２分割ＰＤによ
り感度よく位置検出ができる。しかし、この構造ではチ
ップの面積が大きくなり、コスト高となる。また、入射
する信号光のスポット径が小さいときには、検出しづら
くなる欠点があった。
【０００４】そこで本発明は、かかる従来技術の欠点を
克服した一次元光位置検出素子を提供することを目的と
する。
克服した一次元光位置検出素子を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る一次元光位
置検出素子は、第１導電型の半導体基板の第一面の両端
に一対の位置信号電極が設けられると共に、一対の位置
信号電極を互いに電気的に接続する線状の第２導電型の
導電層が形成されて半導体光入射位置検出素子が構成さ
れ、線状の導電層の間に平行に入り組んで一対の第２導
電型の受光層が半導体基板の第一面に形成されることに
より一対のホトダイオードが構成されていることを特徴
とする。
置検出素子は、第１導電型の半導体基板の第一面の両端
に一対の位置信号電極が設けられると共に、一対の位置
信号電極を互いに電気的に接続する線状の第２導電型の
導電層が形成されて半導体光入射位置検出素子が構成さ
れ、線状の導電層の間に平行に入り組んで一対の第２導
電型の受光層が半導体基板の第一面に形成されることに
より一対のホトダイオードが構成されていることを特徴
とする。
【０００６】また、本発明に係る一次元光位置検出素子
は、少なくとも上面側が第１導電型の低抵抗とされた半
導体基板上に高抵抗の光電変換層が形成されて一次元光
位置検出素子本体が構成され、光電変換層のスポット光
を受光すべき領域を両側から挟むように一対の位置信号
電極が設けられると共に、一対の位置信号電極を互いに
電気的に接続する線状の第２導電型の導電層が光電変換
層の表面に形成されて半導体光入射位置検出素子が構成
され、一対の位置信号電極の一方側と他方側で、上記線
状の導電層の間に入り込むように一対の第２導電型の受
光層が光電変換層の表面に形成されて、一対の受光層と
半導体基板との間で一対のホトダイオードが構成されて
いることを特徴とする。ここで、導電層と受光層の間の
光電変換層の表面に、第１導電型のアイソレーション層
が形成されるようにしてもよい。
は、少なくとも上面側が第１導電型の低抵抗とされた半
導体基板上に高抵抗の光電変換層が形成されて一次元光
位置検出素子本体が構成され、光電変換層のスポット光
を受光すべき領域を両側から挟むように一対の位置信号
電極が設けられると共に、一対の位置信号電極を互いに
電気的に接続する線状の第２導電型の導電層が光電変換
層の表面に形成されて半導体光入射位置検出素子が構成
され、一対の位置信号電極の一方側と他方側で、上記線
状の導電層の間に入り込むように一対の第２導電型の受
光層が光電変換層の表面に形成されて、一対の受光層と
半導体基板との間で一対のホトダイオードが構成されて
いることを特徴とする。ここで、導電層と受光層の間の
光電変換層の表面に、第１導電型のアイソレーション層
が形成されるようにしてもよい。
【０００７】
【作用】本発明の構成によれば、ＰＳＤを構成する導電
層とホトダイオードを構成する受光層が、共に半導体基
板の第一面に形成される。ここにおいて、受光層は導電
層の間において一方の位置信号電極側と他方の位置信号
電極側とでペアで配設されるため、ＰＳＤによる検出方
向と同一方向の光入射位置が、上記のペアのホトダイオ
ード（２分割ホトダイオード）で検出される。
層とホトダイオードを構成する受光層が、共に半導体基
板の第一面に形成される。ここにおいて、受光層は導電
層の間において一方の位置信号電極側と他方の位置信号
電極側とでペアで配設されるため、ＰＳＤによる検出方
向と同一方向の光入射位置が、上記のペアのホトダイオ
ード（２分割ホトダイオード）で検出される。
【０００８】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【０００９】図１は実施例に係る一次元光位置検出素子
の構成を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−
Ａ線の拡大断面図である。図示の通り、基板１０はｎ＋
型シリコン基板１１と、その上面に形成された厚さ数
１０μｍ〜数１００μｍのｉ型シリコン層１２により形
成され、このｎ＋ 型シリコン基板１１が低抵抗で第１
導電型の半導体基板、ｉ型シリコン層１２が高抵抗の第
１導電型層（光電変換層）をなしている。ｉ型シリコン
層１２の表面には、図示の左右方向に延びる一本の基幹
導電層１３が形成され、この基幹導電層１３からは多数
本の分岐導電層１４１ ，１４２ …１４１１が上側に
延びている。ここで、基幹導電層１３と分岐導電層１４
は共にｉ型シリコン層１２にｐ型不純物をドーピングし
て形成され、基幹導電層１３の抵抗率および断面積は一
様となっている。基板１０の両端部には一対の位置信号
電極１５ａ，１５ｂが設けられ、これに基幹導電層１３
の両端が接続されて、いわゆる一次元ＰＳＤが構成され
ている。
の構成を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−
Ａ線の拡大断面図である。図示の通り、基板１０はｎ＋
型シリコン基板１１と、その上面に形成された厚さ数
１０μｍ〜数１００μｍのｉ型シリコン層１２により形
成され、このｎ＋ 型シリコン基板１１が低抵抗で第１
導電型の半導体基板、ｉ型シリコン層１２が高抵抗の第
１導電型層（光電変換層）をなしている。ｉ型シリコン
層１２の表面には、図示の左右方向に延びる一本の基幹
導電層１３が形成され、この基幹導電層１３からは多数
本の分岐導電層１４１ ，１４２ …１４１１が上側に
延びている。ここで、基幹導電層１３と分岐導電層１４
は共にｉ型シリコン層１２にｐ型不純物をドーピングし
て形成され、基幹導電層１３の抵抗率および断面積は一
様となっている。基板１０の両端部には一対の位置信号
電極１５ａ，１５ｂが設けられ、これに基幹導電層１３
の両端が接続されて、いわゆる一次元ＰＳＤが構成され
ている。
【００１０】一方、２分割型のＰＤは基幹導電層１３の
左、右の側に、分枝導電層１４を挟むように設けられる
。すなわち、図１（ａ）の上側のｉ型シリコン層１２の
上に設けられた電極２１ａ，２１ｂからは左右方向に基
幹受光層２２ａ，２２ｂが延びて、この基幹受光層２２
ａ，２２ｂからは基幹導電層１３の方向に向って、分岐
導電層１４１ ，１４２ ，…１４１１の間を分岐受光
層２３ａ１ ，２３ａ２ ，…２３ａ５ ，２３ｂ１
，２３ｂ２ …２３ｂ５ が延びている。この基幹受光
層２２ａ，２２ｂおよび分岐受光層２３ａ１ 〜２３ｂ
５ は、基幹導電層１３および分岐導電層１４１ ，１
４２ …１４１１と同様に、ｉ型シリコン層１２にｐ型
不純物をドーピングして形成されている。これにより、
受光層２３をＰ層、ｉ型シリコン層１２をＩ層、ｎ＋
型シリコン基板１１をＮ層とする一対のＰＩＮホトダイ
オード（二分割型ＰＤ）が構成されている。なお、ＰＳ
Ｄをなす分岐導電層１４１ ，１４２ ，…１４１１と
、ＰＩＮホトタイオードをなす分岐受光層２３ａ１ ，
２３ａ２ ，…２３ｂ５ の間のｉ型シリコン層１２に
は、ｎ＋ 型層３１が形成されて互いにアイソレーショ
ンされている。
左、右の側に、分枝導電層１４を挟むように設けられる
。すなわち、図１（ａ）の上側のｉ型シリコン層１２の
上に設けられた電極２１ａ，２１ｂからは左右方向に基
幹受光層２２ａ，２２ｂが延びて、この基幹受光層２２
ａ，２２ｂからは基幹導電層１３の方向に向って、分岐
導電層１４１ ，１４２ ，…１４１１の間を分岐受光
層２３ａ１ ，２３ａ２ ，…２３ａ５ ，２３ｂ１
，２３ｂ２ …２３ｂ５ が延びている。この基幹受光
層２２ａ，２２ｂおよび分岐受光層２３ａ１ 〜２３ｂ
５ は、基幹導電層１３および分岐導電層１４１ ，１
４２ …１４１１と同様に、ｉ型シリコン層１２にｐ型
不純物をドーピングして形成されている。これにより、
受光層２３をＰ層、ｉ型シリコン層１２をＩ層、ｎ＋
型シリコン基板１１をＮ層とする一対のＰＩＮホトダイ
オード（二分割型ＰＤ）が構成されている。なお、ＰＳ
Ｄをなす分岐導電層１４１ ，１４２ ，…１４１１と
、ＰＩＮホトタイオードをなす分岐受光層２３ａ１ ，
２３ａ２ ，…２３ｂ５ の間のｉ型シリコン層１２に
は、ｎ＋ 型層３１が形成されて互いにアイソレーショ
ンされている。
【００１１】上記の一次元光位置検出素子にスポット光
が入射されると、光電変換層としてのｉ型シリコン層１
２でホール、エレクトロンのペアが生成され、ホールの
一部は一次元ＰＳＤで検出されて横方向の入射位置が求
められ、一部はＰＤで検出されて同じく横方向の入射位
置が求められる。すなわち、ｉ型シリコン層１２から分
岐導電層１４に流入したキャリア（ホール）は基幹導電
層１３で抵抗分割され、従って位置信号電極１５ａ，１
５ｂからは入射位置に対応した電流比で光電流が連続出
力される。また、ｉ型シリコン層１２から分岐受光層２
３に流入したホールは電極２１ａ，２１ｂで出力される
が、この出力電流の比はスポット光の入射位置が素子の
中央部分、すなわちＰＤの分割位置に対応して著しく変
化するようになっており、これは少ない信号光量でもＳ
／Ｎ比が高い。従って横方向の入射位置のうち、特に中
央部分の入射位置については感度よく差分検出により求
まる。本発明は上記実施例に限定されることなく、種々
の変形が可能である。
が入射されると、光電変換層としてのｉ型シリコン層１
２でホール、エレクトロンのペアが生成され、ホールの
一部は一次元ＰＳＤで検出されて横方向の入射位置が求
められ、一部はＰＤで検出されて同じく横方向の入射位
置が求められる。すなわち、ｉ型シリコン層１２から分
岐導電層１４に流入したキャリア（ホール）は基幹導電
層１３で抵抗分割され、従って位置信号電極１５ａ，１
５ｂからは入射位置に対応した電流比で光電流が連続出
力される。また、ｉ型シリコン層１２から分岐受光層２
３に流入したホールは電極２１ａ，２１ｂで出力される
が、この出力電流の比はスポット光の入射位置が素子の
中央部分、すなわちＰＤの分割位置に対応して著しく変
化するようになっており、これは少ない信号光量でもＳ
／Ｎ比が高い。従って横方向の入射位置のうち、特に中
央部分の入射位置については感度よく差分検出により求
まる。本発明は上記実施例に限定されることなく、種々
の変形が可能である。
【００１２】図２〜図５は、これらの平面構造を示して
いる。図２では、基幹導電層１３と分岐導電層１４によ
りＰＳＤが構成され、この中央部分で基幹受光層２２ａ
，２２ｂが分断されずに、二分割型ＰＤが左側に片寄っ
て分離されている。図３では、二分割型ＰＤ用の受光層
２３ａ，２３ｂは素子の中心部分のみで設けられている
。図４では、２分割型ＰＤようの受光層２３ａ，２３ｂ
は、素子の左側にのみ設けられている。このようにした
のは、この左側の位置が信号光量の低くなる位置 （
測定システムにおける遠距離側）に対応するからである
。また、図５（ａ），（ｂ）では、ＰＳＤの構造がこれ
までの実施例と異なっている。すなわち、位置信号電極
１５ａと位置信号電極１５ｂを結ぶ導電層１６は、ｉ型
シリコン層１２上を蛇行するように設けられている。
いる。図２では、基幹導電層１３と分岐導電層１４によ
りＰＳＤが構成され、この中央部分で基幹受光層２２ａ
，２２ｂが分断されずに、二分割型ＰＤが左側に片寄っ
て分離されている。図３では、二分割型ＰＤ用の受光層
２３ａ，２３ｂは素子の中心部分のみで設けられている
。図４では、２分割型ＰＤようの受光層２３ａ，２３ｂ
は、素子の左側にのみ設けられている。このようにした
のは、この左側の位置が信号光量の低くなる位置 （
測定システムにおける遠距離側）に対応するからである
。また、図５（ａ），（ｂ）では、ＰＳＤの構造がこれ
までの実施例と異なっている。すなわち、位置信号電極
１５ａと位置信号電極１５ｂを結ぶ導電層１６は、ｉ型
シリコン層１２上を蛇行するように設けられている。
【００１３】上記のような実施例の一次元光位置検出素
子は、いずれも半導体ウェーハの一面側のプロセスで作
製できるため、歩留りがよくコストが上昇することもな
い。また、特にデバイスを大型化することもない。
子は、いずれも半導体ウェーハの一面側のプロセスで作
製できるため、歩留りがよくコストが上昇することもな
い。また、特にデバイスを大型化することもない。
【００１４】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り本発明では、
ＰＳＤを構成する導電層とホトダイオードを構成する受
光層が、共に高抵抗の光電変換層の表面に形成される。 ここにおいて、受光層は導電層の間に入り込むようにペ
アで配設されるため、ＰＳＤによる検出方向と同一の方
向の光入射位置が上記のペアのホトダイオードで検出さ
れる。そして、ホトダイオードによればその分割の境界
における入射位置を高い信号対雑音比で検出できるので
、受光面全体の位置検出をＰＳＤで行ないながら、微小
領域におけるスポット光の入射位置を二分割ホトダイオ
ードで検出できる。本発明による一次元光位置検出素子
は、特に安価、小型かつ形状の自由度が大きいので、各
種のセンサシステムに用いることができる。
ＰＳＤを構成する導電層とホトダイオードを構成する受
光層が、共に高抵抗の光電変換層の表面に形成される。 ここにおいて、受光層は導電層の間に入り込むようにペ
アで配設されるため、ＰＳＤによる検出方向と同一の方
向の光入射位置が上記のペアのホトダイオードで検出さ
れる。そして、ホトダイオードによればその分割の境界
における入射位置を高い信号対雑音比で検出できるので
、受光面全体の位置検出をＰＳＤで行ないながら、微小
領域におけるスポット光の入射位置を二分割ホトダイオ
ードで検出できる。本発明による一次元光位置検出素子
は、特に安価、小型かつ形状の自由度が大きいので、各
種のセンサシステムに用いることができる。
【図１】本発明の実施例に係る一次元光位置検出素子の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図２】本発明の変形例に係る一次元光位置検出素子の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図３】本発明の変形例に係る一次元光位置検出素子の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図４】本発明の変形例に係る一次元光位置検出素子の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図５】本発明の変形例に係る一次元光位置検出素子の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図６】従来例を示す図である。
１０…基板
１１…ｎ＋ 型シリコン基板
１２…ｉ型シリコン層（光電変換層）
１３…基幹導電層
１４１ ，１４２ ，…１４１１…分岐導電層１５ａ，
１５ｂ…位置信号電極 １６…導電層 ２１ａ，２１ｂ…電極 ２２…基幹受光層 ２３１ ，２３２ …２３５ …分岐受光層２４…受光
層
１５ｂ…位置信号電極 １６…導電層 ２１ａ，２１ｂ…電極 ２２…基幹受光層 ２３１ ，２３２ …２３５ …分岐受光層２４…受光
層
Claims (4)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板の第一面の両
端に一対の位置信号電極が設けられると共に、前記一対
の位置信号電極を互いに電気的に接続する線状の第２導
電型の導電層が形成されて半導体光入射位置検出素子が
構成され、前記線状の導電層の間に平行に入り組んで一
対の第２導電型の受光層が前記半導体基板の第一面に形
成されることにより一対のホトダイオードが構成されて
いることを特徴とする一次元光位置検出素子。 - 【請求項２】 少なくとも上面側が第１導電型の低抵
抗とされた半導体基板上に高抵抗の光電変換層が形成さ
れて一次元光位置検出素子本体が構成され、前記光電変
換層のスポット光を受光すべき領域を両側から挟むよう
に一対の位置信号電極が設けられると共に、前記一対の
位置信号電極を互いに電気的に接続する線状の第２導電
型の導電層が前記光電変換層の表面に形成されて半導体
光入射位置検出素子が構成され、前記一対の位置信号電
極の一方の電極側と他方の電極側で前記線状の導電層の
間に入り込むように一対の第２導電型の受光層が前記光
電変換層の表面に形成されて、前記一対の受光層と前記
半導体基板との間で一対のホトダイオードが構成されて
いることを特徴とする一次元光位置検出素子。 - 【請求項３】 前記導電層と前記受光層の間の前記光
電変換層の表面に第１導電型のアイソーション層が形成
されていることを特徴とする請求項１または２記載の一
次元光位置検出素子。 - 【請求項４】 前記半導体基板は第一面側が高抵抗で
残余は低抵抗であることを特徴とする請求項１記載の一
次元光位置検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7930491A JP2931122B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 一次元光位置検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7930491A JP2931122B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 一次元光位置検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313279A true JPH04313279A (ja) | 1992-11-05 |
| JP2931122B2 JP2931122B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=13686106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7930491A Expired - Fee Related JP2931122B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 一次元光位置検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2931122B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000001018A1 (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor position sensor |
| WO2000022680A1 (fr) * | 1998-10-13 | 2000-04-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Detecteur de position a semiconducteurs |
| WO2000041248A1 (en) * | 1998-12-28 | 2000-07-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor position detector and range finder using the same |
| JP2001068724A (ja) * | 1999-08-25 | 2001-03-16 | Hamamatsu Photonics Kk | 測距装置 |
| JP2001068723A (ja) * | 1999-08-25 | 2001-03-16 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体位置検出器 |
| CN107240611A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-10-10 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种光电探测器件及其制备方法、触控基板及显示面板 |
| CN108878544A (zh) * | 2017-05-15 | 2018-11-23 | 上海新微科技服务有限公司 | 硅基光电探测器及其制作方法 |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP7930491A patent/JP2931122B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US6573488B1 (en) | 1998-10-13 | 2003-06-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor position sensitive detector |
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