JPH04320917A - 半導体光回転角センサ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の光電効果に基
づいて回転角を検出する半導体光回転角センサに関する
。

【０００２】

【従来の技術】図１６は従来の半導体光回転角センサの
一例を示す図である（Ｙ．Ｚ．Ｘｉｎｇ，　Ｓｅｎｓｏ
ｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，　７　（１９８５
）　ｐｐ．１５３〜１６６）。図において、１はｎ型シ
リコン基板、２はこの基板１上にリング状に形成された
ｐ型拡散層であり、この拡散層２は、拡散層２自体があ
る程度の抵抗を有するようにその不純物濃度が設定され
ており、また、外部から照射される光に対して光電流が
得やすい深さに形成されている。３はＡｌ（アルミニウ
ム）の細線からなる電極部であり、拡散層２をその径方
向に横切るように４ヵ所形成されている。４は例えばＨ
ｅ−Ｎｅレーザ光からなる光束であり、図示されない光
源から拡散層２に向けて照射される。この光束４は、検
出すべき回転角に応じて、図１６の破線に示すように拡
散層２上を円軌道を描いて回転移動する。なお、ｎ型基
板１は接地されており、電極部３は負の同一電位にバイ
アスされている。

【０００３】次に、この半導体光回転角センサの動作に
ついて説明する。図示されない光源から検出すべき回転
角に応じた位置に光束４が照射されると、この光束４が
照射された部分のｎ型基板１中に電子−正孔対が発生し
、ｐ型拡散層２に光電流（光により励起された正孔）が
流れる。この光電流は、光束４が照射された位置に最も
近い２つの電極部３に分流され、外部に取り出される。 ここで、ｐ型拡散層２は抵抗性であるため、光束４の照
射された位置に応じた電流値をもって光電流が２つの電
極部３に分流される。従って、それぞれの電極部３から
得られる電流値は光束４の位置により一定の関係をもっ
て変化するため、この出力電流から逆に光束４の位置、
ひいては回転角を検出することができる。

【０００４】図１７は、光束４の照射位置（回転角φ）
と各電極部３（ｉ＝１〜４）から取り出された電流との
関係の実測値を示す図である。電流が検出された電極部
３およびその電極部３の電流から光束４の照射位置は一
意的に定まるため、４つの電極部３の電流値を全て用い
れば光束４の照射位置を求められることが理解できる。

【０００５】図１６に示した半導体光回転角センサは、
従来から使用されている１次元ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を応用し
たもので、いわばＰＳＤを円弧状に形成してこれを４個
並べたものと等価であると考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体光回転角センサは、ｐ型拡散層２を電極部３によ
り４分割し、これら電極部３から光電流を取り出す構成
になっているので、電極部３の数が多く、しかも電極部
３から取り出した電流は直接回転角を表す信号になって
いないため、回転角を演算する演算回路が必要であると
ともに、この演算回路を通すことにより検出された回転
角に誤差が生じるおそれがある、という問題があった。 また、電極部３はｐ型拡散層２を横切る構成になってい
るので、この電極部３周辺に光束４が照射されると所定
の光電流が得られず、出力に誤差が生じるおそれがある
、という問題もあった。

【０００７】本発明の目的は、単純な構成でありながら
精度良く回転角を検出することのできる半導体光回転角
センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】実施例を示す図１および
図１２に対応づけて説明すると、請求項１の半導体光回
転角センサは、光１４の照射により光電流を発生する半
導体からなるリング状受光部１２と、該受光部１２の内
側に設けられてこの受光部１２からの光電流１３を取り
出す電極部１３と、前記受光部１２と前記電極部１３と
の間に設けられ、光１４の照射位置によってその抵抗値
が異なるように構成された抵抗部１１とからなっている
。また、請求項２の半導体光回転角センサでは、前記抵
抗部１１は、光１４の照射位置によって前記受光部１２
と前記電極部１３との距離が変わるように構成されてい
る。また、請求項３の半導体光回転角センサでは、前記
抵抗部１１は、前記受光部１２の中心と前記電極部１３
の中心とが異なるように構成されている。さらに、請求
項４の半導体光回転角センサでは、前記抵抗部は、面方
向のキャリア移動度に方向依存性がある半導体基板４０
により構成されている。

【０００９】

【作用】−請求項１− 受光部１２に光１４が照射されると、この受光部１２で
光電流が発生し、この光電流は抵抗部１１を介して電極
部１３から外部に取り出される。抵抗部１１は、光１４
の照射位置によってその抵抗値が異なるように構成され
ているので、光１４の照射位置によりこの抵抗部１１両
端の電圧降下は変化する。 −請求項２− 前記抵抗部１は、光１４の照射位置によって前記受光部
１２と前記電極部１３との距離が変わるように構成され
ているので、光１４の照射位置によりこの抵抗部１１両
端の電圧降下は変化する。 −請求項３− 前記抵抗部１１は、前記受光部１２の中心と前記電極部
１３の中心とが異なるように構成されているので、光１
４の照射位置によりこの抵抗部１１両端の電圧降下は変
化する。 −請求項４− 前記抵抗部は、面方向のキャリア移動度に方向依存性が
ある半導体基板４０により構成されているので、光電流
の流れる方向によって電流値が変化する。

【００１０】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１１】

【実施例】

−第１実施例− 図１は、本発明による半導体光回転角センサの第１実施
例を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ´線に沿う矢視断
面図である。

【００１２】これらの図において、１０はｐ型シリコン
基板、１１はこのｐ型基板１０表面に円形に形成された
抵抗性のｎ型拡散層である。このｎ型拡散層１１の外側
には、不純物濃度の低い高抵抗性のｎ−型拡散層１２が
リング状に形成されている。また、ｎ型拡散層１１の内
側には、その中心から偏心した位置に不純物濃度の高い
低抵抗性のｎ＋型拡散層１３が円形に形成されている。 １４は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光からなる光束であり
、図示されない光源からｎ−型拡散層１２に向けて照射
される。この光束１４は、検出すべき回転角に応じて、
図１の破線に示すようにｎ−型拡散層１２上を円軌道を
描いて回転移動する。１５はｎ−型拡散層１２表面に形
成されたｎ＋型の電極部であり、この電極部１５は光束
１４の軌道から外れた位置に形成されている。

【００１３】ｐ型基板１０は図示されない電極を介して
接地されており、ｎ＋型拡散層１３は正の電圧ＶＤＤに
バイアスされている。ｎ＋型拡散層１３およびｎ＋型電
極部１５の間には電圧計１６が介在されている。

【００１４】ｐ型基板１０の濃度、ｎ−型拡散層１２の
濃度および深さは、光束１４により光電流が得やすいよ
うにその値が設定されている。また、ｎ＋型拡散層１３
の形成される位置は、ｎ型拡散層１１の中心以外であれ
ばいずれの位置であってもよいが、回転角が０°、９０
°、１８０°および２７０°といった基準の回転角をと
る際に照射される光束１４の位置とｎ＋型拡散層１３の
中心位置とが同一直径上になるような位置であれば、後
述する回転角検出用の出力電圧のピーク値が基準の回転
角の位置と一致して好ましい。本実施例では、図１に示
すように、回転角が０°の際に照射される光束１４の位
置とｎ＋型拡散層１３の中心位置とが同一直径上になる
ようにその位置が設定されている。

【００１５】次に、図１および図２を参照して、本実施
例の動作について説明する。図示されない光源から検出
すべき回転角に応じた位置に光束１４が照射されると、
この光束１４が照射された部分のｎ−型拡散層１２中に
電子−正孔対が発生する。ここで、本実施例ではｐ型基
板１０が接地され、ｎ＋型拡散層１３は正の電圧ＶＤＤ
にバイアスされているので、ｎ−型拡散層１２とｐ型基
板１０とのｐｎ接合間には逆バイアス電圧が印加されて
いる。従って、光束１４により光励起された電子はｎ―
型拡散層１２に、正孔はｐ型基板１０に流れ込む。この
後、光励起により発生した電子は、ｎ型拡散層１１を通
じてｎ＋型拡散層１３に流れ、外部に取り出される。こ
の際、ｎ型拡散層１１は抵抗性であるため、光電流が流
れることによりｎ＋拡散層１３とｎ＋電極部１５との間
には電圧降下が生じ、この電圧降下は電圧計１６により
測定される。

【００１６】ここで、本実施例では、ｎ＋型拡散層１３
は円形のｎ型拡散層１１およびリング状のｎ−拡散層１
２の中心に形成されておらず、中心から偏心した位置に
形成されている。従って、回転角検出時における光束１
４の照射位置とｎ＋拡散層１３との間の距離はこの光束
１４の照射位置により変化し、光電流に対するｎ型拡散
層１１の抵抗値も変化する。よって、光束１４の照射位
置（検出すべき回転角）に依存してｎ＋拡散層１３とｎ
＋電極部１５との間の電圧降下量も変化し、電圧計１６
の指示量も変化する。逆に、この電圧降下量を電圧計１
６で測定することにより、回転角を検出することができ
る。図１および図２に示す半導体光回転角センサの出力
電圧と回転角との関係の一例を図４に示す。

【００１７】図３は、図１および図２に示す半導体光回
転角センサの等価回路を示す回路図である。１７はｐ型
基板１０とｎ−型拡散層１２により構成されるフォトダ
イオード、１８はｎ型拡散層１１により構成される可変
抵抗であり、フォトダイオード１７へ光が照射されてこ
のフォトダイオード１７が導通状態となった際に生じる
可変抵抗１８の両端での電圧降下を電圧計１６により測
定する構成になっている。この可変抵抗１８の抵抗値は
光束１４の照射位置により変化するので、電圧計１６に
より測定された電圧降下値から光束１４の照射位置、す
なわち回転角を検出することができる。

【００１８】以上説明した手順により回転角を検出する
ことができる。ここで、本実施例の半導体光回転角セン
サは、接地端子を含めて全部で３端子しか必要とせず、
従来のセンサに比較して端子数が少なくて単純な構成に
できる、という利点がある。また、ｎ＋型拡散層１３と
ｎ＋型電極部１５との間の電圧降下値が検出すべき回転
角に直接対応しているので、従来のように回転角演算の
ための演算回路を必要とせず、検出装置を含めた全体構
成を簡易かつ安価なものとでき、しかも演算回路による
誤差を生じるおそれもない。さらに、受光部であるｎ−
拡散層１２上を電極が横切るようなこともなく、従来の
ように回転角が検出できない箇所が存在しないので、こ
の点からも誤差のない回転角検出が可能である、という
利点を有する。

【００１９】−第１実施例の変形例− 図５は、本発明による半導体光回転角センサの第１実施
例の変形例を示す等価回路図である。図示例では、ｎ型
拡散層１１により構成される可変抵抗１８に直列に電流
計１９を接続して、このｎ型拡散層１１に流れる電流値
を測定している。そして、割算器２０を用いて、電圧計
１６からの出力Ｖｏｕｔを電流計１９からの出力Ｉｏｕ
ｔで除したものをセンサの出力としている。

【００２０】以上のような構成によれば、光束１４の光
量の変化に依存する光電流の変動（誤差）を電流値で補
償することができ、センサ出力の照射光量依存性をなく
することができる。しかも、割算器２０を付加するだけ
の簡易な構成で実現できる、という利点もある。

【００２１】−第１実施例の別の変形例−図６は、本発
明による半導体光回転角センサの第１実施例の別の変形
例を示す断面図である。図示例では、抵抗性のｎ型拡散
層１１の内側にリング状のｐ型拡散層２１が形成され、
このｐ型拡散層２１に光束１４が照射される構成になっ
ている。ｐ型拡散層２１は、その深さがｎ型拡散層１１
の深さよりも浅く形成され、図１および図２に示す例と
同様にこのｐ型拡散層２１の底部でｐｎ接合が形成され
ている。また、ｎ＋型電極部１５はｎ型拡散層１１表面
に形成されている。なお、その他の構成は図１および図
２に示すものと同様であるため、その説明を省略する。

【００２２】以上のような構成において、ｐ型拡散層２
１上の検出すべき回転角に応じた位置に光束１４が照射
されると、ｐ型拡散層２１とｎ型拡散層１１との間のｐ
ｎ接合が逆バイアスされているので、この光束１４によ
り励起された電子はｐ型拡散層２１からｎ型拡散層１１
を通過してｎ＋型拡散層１３に流れ、外部に取り出され
る。図示例においてもｎ＋型拡散層１３は偏心された位
置に形成されているので、光束１４の照射位置により光
電流に対するｎ型拡散層１１の抵抗値が変化し、これに
応じて電圧降下量も変化する。従って、電圧計１６によ
り測定される電圧降下量から光束１４の照射位置、ひい
ては回転角を検出することができる。

【００２３】従って、図６に示す例によっても、図１お
よび図２に示す例と同様の効果を得ることができる。特
に、図６に示す例によれば、受光部であるｐ型拡散層２
１を浅く形成することができ、短波長側の光に対する感
度が上昇して、検出精度やＳＮ比の向上を図ることがで
きる、という優れた効果が得られる。

【００２４】すなわち、図１および図２に示すように受
光部をｎ−型拡散層１２で形成した場合、ｐ型基板１０
との間に印加されるバイアス電圧によりｐｎ接合に生じ
る空乏層は不純物濃度の薄いｎ−型拡散層１２の側へよ
り長く延びることになる。この空乏層が基板表面にまで
至れば光励起により電子が生じなくなってしまうので、
ｎ−型拡散層１２の深さをバイアス電圧で定まる空乏層
の幅以上の深さにすることが必要となる。なお、拡散層
１２の不純物濃度を高くして空乏層の幅を抑制すること
も考えられるが、不純物濃度が高いと光束１４の照射位
置の変化による電圧降下の変化が小さくなってしまうた
め、拡散層１２の不純物濃度をあまり濃くすることはで
きない。

【００２５】一方、図６に示すように受光部をｐ型拡散
層２１で形成した場合、ｐ型拡散層２１の不純物濃度を
高くしても、光束１４の照射位置の変化による電圧降下
の変化が小さくなることがないためｐ型拡散層２１の不
純物濃度を高くすることができる。従って、ｐ型拡散層
２１とｎ型拡散層１２とで形成されるｐｎ接合に逆バイ
アス電圧を印加しても、空乏層がｐ型拡散層２１側（す
なわち基板表面側）に長く延びることがないため、この
ｐ型拡散層２１を薄く形成することが可能になる。

【００２６】ｐ型拡散層２１が薄くなればｐｎ接合の形
成される箇所も基板表面に近い位置になる。ここで、光
の波長が短いほど基板表面に近い部分で電子−正孔対を
励起するため、ｐｎ接合が基板表面に近い位置に、すな
わち短波長側の光により電子−正孔対が励起されやすい
位置にあれば、この短波長側の光に対する感度が上昇し
、検出精度やＳＮ比が向上する。よって、図６に示すよ
うに受光部をｐ型拡散層２１で形成するメリットは大き
い。特に、光束１４の光源を半導体ダイオード等で構成
する場合を考慮すると、短波長側の感度が大きいことは
優れた利点である。

【００２７】なお、上述した実施例では、ｎ＋型拡散層
１３をｎ−型拡散層１２の中心から偏心した位置に形成
したが、図７に示すように、ｎ＋型拡散層１３を楕円形
に形成し、その短軸と長軸との交点をｎ−型拡散層１２
の中心に一致するように形成しても、実施例と同様の効
果を得ることができる。当然、ｎ型拡散層１１およびｎ
＋型拡散層１３の形状はこれに限られず、光束１４の照
射位置によりｎ型拡散層１１の抵抗値が異なるようなも
のであれば任意の形状が選択できる。また、実施例では
ｐ型基板１０を用いてセンサを構成したが、ｎ型基板を
用いてセンサを構成してもよい。この場合、各拡散層等
の導電型は逆にし、バイアス電圧ＶＤＤも負の電圧にす
ればよい。

【００２８】なお、上述の実施例において、ｎ−型拡散
層１２、ｐ型拡散層２１は受光部を構成し、ｎ＋型拡散
層１３は電極部を構成し、ｎ型拡散層１１は抵抗部を構
成している。

【００２９】−第２実施例− 図８は、本発明による半導体光回転角センサの第２実施
例を示す平面図、図９は図８のＡ−Ａ´線に沿う矢視断
面図である。

【００３０】これらの図において、３０は不純物濃度の
低い高抵抗性のｐ−型基板、３１はこのｐ−型基板３０
表面に円形に形成された抵抗性のｎ型拡散層である。こ
のｎ型拡散層３０の外側には、この拡散層３０の外周か
ら所定間隔をおいて、不純物濃度の高い低抵抗性のｎ＋
型拡散層３２がリング状に形成されている。これらｎ型
拡散層３１およびｎ＋型拡散層３２の間の領域はｐ−型
基板領域３５とされる。また、ｎ型拡散層３１の内側に
は、その中心から偏心した位置に不純物濃度の高い低抵
抗性のｎ＋型拡散層３３が円形に形成されている。３４
は、図示されない光源からｐ−型基板領域３５に向けて
照射される光束である。この光束３４は、検出すべき回
転角に応じて、図８の破線に示すようにｐ−型基板領域
３５上を円軌道を描いて回転移動する。なお、このｐ−
型基板領域３５の幅は、光束３４のスポット径以下に設
定されている。

【００３１】ｐ−基板３０には、図示されない電極を介
して負の電圧−ＶＳが印加されており、ｎ＋型拡散層３
３には、電流計３６を介して正の電圧ＶＤＤが印加され
ている。また、ｎ＋型拡散層３２は接地されている。

【００３２】次に、図８および図９を参照して、本実施
例の動作について説明する。本実施例のセンサにおいて
は、ｎ＋型拡散層３３には正の電圧ＶＤＤが印加されて
いるため、ｎ型拡散層３１とｐ−型基板領域３５との間
のｐｎ接合に逆バイアス状態にある。従って、光束３４
が照射されない状態では、ｎ型拡散層３１からｐ−型基
板領域３５への導通が遮断されている。同様にｎ＋型拡
散層３２は接地され、ｐ−基板３０（ｐ−基板領域３５
）には負の電圧−ＶＳが印加されているため、このｎ＋
型拡散層３２とｐ−型基板領域３５との間のｐｎ接合も
逆バイアス状態にある。従って、光束３４が照射されな
い状態では、ｎ＋型拡散層３２からｐ−型基板領域３５
への導通も遮断されている。

【００３３】この状態で、図示されない光源から検出す
べき回転角に応じた位置に光束３４が照射されると、こ
の光束３４が照射された部分のｐ−基板領域３５中に電
子−正孔対が発生する。この、光励起による電子−正孔
対の発生により、光束３４が照射された部分のｐ−基板
領域３５の抵抗が低くなり、ｎ型拡散層３１とｎ＋型拡
散層３２とが導通状態になる。この結果、正の電圧ＶＤ
Ｄにバイアスされたｎ＋型拡散層３３から光束３４が照
射された部分のｐ−型基板領域３５を介してｎ＋型拡散
層３２へ電流が流れ、この電流値は電流計３６により測
定される。

【００３４】ここで、本実施例では、ｎ＋型拡散層３３
は円形のｎ型拡散層３１およびリング状のｎ＋型拡散層
３２の中心に形成されておらず、中心から偏心した位置
に形成されている。従って、回転角検出時における光束
３４の照射位置とｎ＋型拡散層３３との間の距離はこの
光束３４の照射位置により変化し、電流に対するｎ型拡
散層３１の抵抗値も変化する。よって、光束３４の照射
位置（検出すべき回転角）に依存してｎ＋拡散層３３か
らｎ＋拡散層３２へ流れる電流値も変化し、電流計３６
の指示量も変化する。逆に、この電流値を電流計３６で
測定することにより、回転角を検出することができる。 図８および図９に示す半導体光回転角センサの出力電流
と回転角との関係の一例を図１１に示す。

【００３５】図１０は、図８および図９に示す半導体光
回転角センサの等価回路を示す回路図である。３７はｐ
−基板領域３５により構成されるフォトスイッチ、３８
はｎ型拡散層３１により構成される可変抵抗であり、フ
ォトスイッチ３７へ光が照射されてこのフォトスイッチ
３７が導通状態となった際に可変抵抗３８を流れる電流
を電流計３６で測定する構成になっている。この可変抵
抗３８の抵抗値は光束３４の照射位置により変化するの
で、電流計３６により測定された電流値から光束３４の
照射位置、すなわち回転角を検出することができる。

【００３６】従って、本実施例によっても、上述の第１
実施例と同様の効果を得ることができる。特に、本実施
例では、光束３４の照射によりｐ−基板領域３５を非導
通状態から導通状態へ変化させる構成であるので、照射
する光束３４の光量がこのｐ−基板領域３５を導通状態
へ変化させるだけに十分な光量であればよく、ある閾値
を越えさえすれば光量の変化によりセンサ出力に影響を
与えることがない。すなわち、本実施例のセンサは照射
光の光量依存性がないという利点がある。

【００３７】なお、上述した実施例では、ｎ＋型拡散層
３３をｎ＋型拡散層３２の中心から偏心した位置に形成
したが、図７と同様に、ｎ＋型拡散層３３を楕円形に形
成し、その短軸と長軸との交点をｎ＋型拡散層３２の中
心に一致するように形成しても、実施例と同様の効果を
得ることができる。当然、ｎ型拡散層３１およびｎ＋型
拡散層３３の形状はこれに限られず、光束３４の照射位
置によりｎ型拡散層３１の抵抗値が異なるようなもので
あれば任意の形状が選択できる。また、実施例ではｐ−
型基板３０を用いてセンサを構成したが、ｎ型基板を用
いてセンサを構成してもよい。この場合、各拡散層等の
導電型は逆にし、印加する電圧も正負逆にすればよい。

【００３８】また、電流計３６を、ｎ型拡散層３１と同
一のプロセスで形成されたｎ型拡散抵抗の両端での電圧
降下により電流値を測定する構成とすれば、温度補償を
同時に行うことができる。すなわち、ｎ型拡散層３１の
有する抵抗の温度依存性を、同一プロセスにより形成さ
れたｎ型拡散抵抗を用いてキャンセルすることができる
。

【００３９】なお、上述の実施例において、ｎ＋型拡散
層３３は電極部を構成し、ｐ−型基板領域３５は受光部
を構成し、ｎ型拡散層１１は抵抗部を構成している。

【００４０】−第３実施例− 図１２は本発明による半導体光回転角センサの第３実施
例を示す平面図、図１３は図１２のＡ−Ａ´線に沿う矢
視断面図である。

【００４１】これらの図において、４０は不純物濃度の
低い高抵抗性のｎ−型シリコン基板であり、このｎ−型
基板４０はその表面の面方位が（１１０）とされている
。 ４１はｎ−型基板４０上にリング状に形成されたポリシ
リコン等からなるゲート電極、４２はこのゲート電極４
１とｎ−型基板４０との間に形成されたＳｉＯ２等から
なるゲート酸化膜である。ゲート電極４１の内周部およ
び外周部に相当するｎ−型基板４０の表面には、それぞ
れ不純物濃度の高い低抵抗性のｐ＋型ソース領域４３お
よび抵抗性のｐ型ドレイン領域４４が形成されている。 このｐ＋型ソース領域４３もリング状に形成され、その
内側にはｎ＋型コンタクト領域４５が形成されている。 ４６はｐ＋型ソース領域４３に接するソース電極である
。 以上より、ｎ−型基板４０上にはリング状のＭＯＳＦＥ
Ｔ４７が形成されている。

【００４２】ｐ型ドレイン領域４４の外側には、このド
レイン領域４４から所定間隔をおいて、不純物濃度の高
い低抵抗性のｐ＋型拡散層４８が形成されている。これ
らｐ型ドレイン領域４４とｐ＋型拡散層４８との間の領
域はｎ−型基板領域４９とされる。

【００４３】５０は、図示されない光源からｎ−型基板
領域４９に向けて照射される光束である。この光束５０
は、検出すべき回転角に応じて、図１２の破線に示すよ
うにｎ−型基板領域４９上を円軌道を描いて回転移動す
る。なお、このｎ−型基板領域４９の幅は、光束５０の
スポット径以下に設定されている。

【００４４】ソース電極４６には、電流計５１を介して
正の電圧ＶＤＤが印加されている。また、ゲート電極４
１およびｐ＋型拡散層４８は接地されている。

【００４５】次に、図１２および図１３を参照して、本
実施例の動作について説明する。光束５０が照射されな
い状態では、ソース電極４６に正の電圧ＶＤＤが印加さ
れ、ゲート電極４１は接地されているので、ゲート酸化
膜４２直下にはｐチャネル反転層５２が形成される。従
って、ＭＯＳＦＥＴ４７は全体としてオン状態にあるが
、ドレイン領域４４は高抵抗性のｎ−型基板４０に取り
囲まれており、このドレイン領域４４からの電流の経路
が確保されないために、ソース領域４３からドレイン領
域４４へ電流は流れない。

【００４６】この状態で、図示されない光源から検出す
べき回転角に応じた位置に光束５０が照射されると、こ
の光束５０が照射された部分のｎ−型基板領域４９中に
電子−正孔対が発生する。この、光励起による電子−正
孔対の発生により、光束５０が照射された部分のｎ−基
板領域４９の抵抗が低くなり、ｐ型ドレイン領域４４と
ｐ＋型拡散層４８とが導通状態になる。この結果、正の
電圧ＶＤＤにバイアスされたｐ＋型ソース領域４３から
ｐチャネル反転層５２、ｐ型ドレイン領域４４およびｎ
−型基板領域４９を介してｐ＋型拡散層４８へ電流が流
れ、この電流値は電流計５１により測定される。

【００４７】ここで、本実施例では、ＭＯＳＦＥＴ４７
は面方位（１１０）のｎ−型シリコン基板４０上に形成
されており、このシリコン基板４０は、キャリア（正孔
）の表面移動度μが結晶方向により異なる。従って、ゲ
ート電極４１直下のｐチャネル反転層５２の抵抗値は方
向依存性を有する。よって、回転角検出時における光束
５０の照射位置によりｐチャネル反転層５２の抵抗値は
変化し、ｐ＋型ソース領域４３からｐ型ドレイン領域４
４へ流れる電流値もこれに依存して変化する。逆に、こ
の電流値を電流計５１で測定することにより、回転角を
検出することができる。図１２及び図１３に示す半導体
光回転角センサの出力電流と回転角との関係の一例を図
１５に示す。

【００４８】図１４は、図１２及び図１３に示す半導体
光回転角センサの等価回路を示す回路図である。５３は
ｎ−型基板領域４９により構成されるフォトスイッチで
あり、このフォトスイッチ５３へ光が照射されて導通状
態となった際にＭＯＳＦＥＴ４７を流れる電流を電流計
５１で測定する構成になっている。このＭＯＳＦＥＴ４
７のチャネル抵抗は光束５０の照射位置により変化する
ので、電流計５１により測定された電流値から光束５０
の照射位置、すなわち回転角を検出することができる。

【００４９】従って、本実施例によっても、上述の第１
実施例と同様の効果を得ることができる。特に、本実施
例では、上述の第２実施例と同様に、光束５０の照射に
よりｎ−基板領域４９を非導通状態から導通状態へ変化
させる構成であるので、照射する光束５０の光量がこの
ｎ−基板領域４９を導通状態へ変化させるだけに十分な
光量であればよく、ある閾値を越えさえすれば光量の変
化によりセンサ出力に影響を与えることがない。すなわ
ち、本実施例のセンサは照射光の光量依存性がないとい
う利点がある。

【００５０】また、本実施例では、面方位（１１０）の
シリコン基板４０の正孔の表面移動度に方向依存性があ
ることを利用してｐチャネル抵抗を変化させているので
、上述の第１、第２実施例のようにセンサ形状を非対称
にする必要がなく、設計および製作上で優位性がある。

【００５１】なお、上述した実施例では、面方位（１１
０）のシリコン基板４０を用いたが、これに限らず、キ
ャリア（電子または正孔）の表面移動度に方向依存性を
有する他の面方位の半導体基板を用いてもよい。

【００５２】また、電流計５１を、ｎ−型基板４０上に
同一プロセスで形成した同一構成のＭＯＳＦＥＴにおい
て、ｐチャネル反転層の電圧降下を測定することにより
電流値を測定する構成にすれば、温度補償を同時に行う
ことができる。すなわち、ｐチャネル反転層５２の有す
る抵抗の温度依存性を、同一プロセスにより形成された
ｐチャネル反転層を用いてキャンセルすることができる
。

【００５３】なお、上述の実施例において、ｎ−型シリ
コン基板４０は半導体基板を構成し、ｎ−型基板領域４
９は受光部を構成し、ｐ＋型拡散層４８は電極部を構成
している。

【００５４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、半導体光回転角センサの入出力端子を接地端子を
含めて全部で３端子にすることができ、従来のセンサに
比較して端子数が少なくて単純な構成にできる、という
利点がある。また、抵抗部両端の間の電圧降下値あるい
は電流値が検出すべき回転角に直接対応しているので、
従来のように回転角演算のための演算回路を必要とせず
、検出装置を含めた全体構成を簡易かつ安価なものとで
き、しかも演算回路による誤差を生じるおそれもない。 さらに、受光部上を電極が横切るようなこともなく、従
来のように回転角が検出できない箇所が存在しないので
、この点からも誤差のない回転角検出が可能である、と
いう利点がある。特に、請求項４の発明では、半導体基
板の面方向のキャリア移動度に方向依存性があることを
利用しているので、センサ形状を対称形にすることがで
き、非対称な形状のセンサに対して設計および製作上で
優位性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体光回転角センサの第１実施
例を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ´線に沿う矢視断面図である。

【図３】図１に示すセンサの等価回路図である。

【図４】図１に示すセンサの出力電圧と回転角との関係
の一例を示す図である。

【図５】本発明による半導体光回転角センサの第１実施
例の変形例を示す等価回路図である。

【図６】本発明による半導体光回転角センサの第１実施
例の別の変形例を示す断面図である。

【図７】本発明による半導体光回転角センサの第１実施
例のまた別の変形例を示す断面図である。

【図８】本発明による半導体光回転角センサの第２実施
例を示す平面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ´線に沿う矢視断面図である。

【図１０】図８に示すセンサの等価回路図である。

【図１１】図８に示すセンサの出力電流と回転角との関
係の一例を示す図である。

【図１２】本発明による半導体光回転角センサの第３実
施例を示す平面図である。

【図１３】図１２のＡ−Ａ´線に沿う矢視断面図である
。

【図１４】図１２に示すセンサの等価回路図である。

【図１５】図１２に示すセンサの出力電流と回転角との
関係の一例を示す図である。

【図１６】従来の半導体光回転角センサの一例を示す平
面図である。

【図１７】図１６に示すセンサの各電極部からの出力電
流と回転角との一例を示す図である。

【符号の説明】

１０　　ｐ型シリコン基板 １１、３１　　ｎ型拡散層 １２　　ｎ−型拡散層 １３、３３　　ｎ＋型拡散層 １４、３６、５０　　光束 ２１　　ｐ型拡散層 ３０　　ｐ−型シリコン基板 ３５　　ｐ−型基板領域 ４０　　ｎ−型シリコン基板 ４１　　ゲート電極 ４３　　ｐ＋型ソース領域 ４４　　ｐ型ドレイン領域 ４８　　ｐ＋型拡散層 ４９　　ｎ−型基板領域 ５１　　ｐチャネル反転層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光の照射により光電流を発生する半導
   体からなるリング状受光部と、該受光部の内側に設けら
   れてこの受光部からの光電流を取り出す電極部と、前記
   受光部と前記電極部との間に設けられ、光の照射位置に
   よってその抵抗値が異なるように構成された抵抗部とか
   らなる半導体光回転角センサ。
2. 【請求項２】　　前記抵抗部は、光の照射位置によって
   前記受光部と前記電極部との距離が変わるように構成さ
   れている請求項１記載の半導体光回転角センサ。
3. 【請求項３】　　前記抵抗部は、前記受光部の中心と前
   記電極部の中心とが異なるように構成されている請求項
   ２記載の半導体光回転角センサ。
4. 【請求項４】　　前記抵抗部は、面方向のキャリア移動
   度に方向依存性がある半導体基板により構成されている
   請求項１記載の半導体光回転角センサ。