JPH0543308B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は光スポツトの位置に応じた信号を出力
する光電変換素子に関する。

（従来の技術） この種の素子としては、半導体位置検出素子
（PSD）が知られている。これは第４図に示すよ
うに、半導体基体１にｐ層２、ｉ層３及びｎ層４
を順に重なるように形成し、ｎ層４に共通電極５
を設けると共に、ｐ層２の互いに離間した２か所
に一対の検出電極６，７を設けた構成である。こ
の構成で、同図に示すように光スポツト８が検出
電極６，７間に照射されると、各検出電極６，７
には光スポツト８までの距離に応じた強さの電流
が流れるため、その各電流を信号処理回路に流す
ことにより光スポツト８の照射位置を検出するこ
とができ、例えばカメラの自動焦点調節装置や産
業用ロボツトの光学的処理測定装置等に利用され
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の半導体位置検出素子は基
本的にフオトダイオード構造であつて電流増幅機
能を有しないから、信号処理回路が相当に複雑化
することを避け得ず、またノイズの影響を受け易
いという欠点がある。

したがつて、例えば、光スポツトの位置が所定
の位置に入射されているか否かを判別する場合に
おいても、上述と同様の信号処理回路を設ける必
要があるとと共に、ノイズの悪影響を避けること
ができない。

そこで、本発明の目的は、光スポツトの位置に
応じた信号を出力するものであつて、特に、光ス
ポツトの位置が所定の位置に入射されているか否
かを判別する場合の構成において、信号処理回路
を簡素化できると共にノイズの影響を受けること
を極力避けることができる光電変換素子を提供す
るにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の光電変換素子は、半導体基体の主表面
にコレクタ領域、ベース領域およびエミツタ領域
を順次設け、前記ベース領域を主表面側からの光
スポツトを受光可能な受光部とし、この受光部に
光スポツトが照射されると前記コレクタ・エミツ
タ間に出力電流が得られるように構成したものに
おいて、前記コレクタ領域に前記ベース領域の受
光部を所定間隔を存して複数に分割するように配
置形成した高不純物濃度の埋め込み層と、これら
複数の埋め込み層のそれぞれに対応して前記主表
面の前記コレクタ領域に電気的に接触するように
形成された複数のコレクタ電極とを具備したとこ
ろに特徴を有するものである。

（作用） ベース領域の受光部に光スポツトが照射される
と、光スポツトが照射された領域のベース・コレ
クタ接合部で光電流が発生する。コレクタ・エミ
ツタ間にバイアスを与えておくと、光スポツトが
照射された領域に位置する埋め込み層を介して対
応するコレクタ電極に出力電流の大部分が得られ
るようになる。これにより、光スポツトが受光部
のどの埋め込み層に対応する領域に照射されてい
るかを検出することができる。この場合、本発明
の構造ではベース領域を挟んだ形態でエミツタ領
域及びコレクタ領域を設けたトランジスタ構造で
あつて電流増幅作用を有しているから、信号処理
回路が簡単になり、またノイズの影響も受け難く
なる。

（実施例） 以下本発明の一実施例につき第１図及び第２図
を参照して説明する。

１１は周知のプレーナー技術により形成したシ
リコンの半導体基体であり、これはｐ形基板１２
の上にｎ形のエピタキシヤル層１３を重ねて不純
物を拡散させることによりいわゆるフオトトラン
ジスタ構造としたものである。このエピタキシヤ
ル層１３のうちｎ形のままにされている部分をコ
レクタ領域１４とし、表面近くの広い領域に形成
された略正方形のn⁺部分をエミツタ領域１５と
し、且つこのエミツタ領域１５とコレクタ領域１
４との間の薄いp⁺部分をベース領域１６として
いる。１７は半導体基体１１表面のSiO₂層１８
を貫通してエミツタ領域１５に連なるように形成
したエミツタ電極で、これはエミツタ領域１５の
外周四辺に沿つて略正方形を成しており、これに
囲まれた広い正方形領域を受光面としている。こ
の受光面に光が照射されると、光スポツトはエミ
ツタ領域１５を通過してベース領域１６に至り、
その光の量に応じてコレクタ領域１４及びエミツ
タ領域１５間に電流が流れる。１９〜２２は第１
乃至第４のコレクタ電極で、これは第２図に示す
ようにエミツタ電極１７の四隅部の外側に位置し
て略Ｌ字状をなすように設けられ、半導体基体１
１のコレクタ領域１４内には各コレクタ電極１９
〜２２と同等な形状のn⁺領域２３が設けられて
各コレクタ電極１９〜２２に接続されている。２
４〜２７はｐ形基板１１とエピタキシヤル層１３
との間に形成したn⁺の第１乃至第４の埋め込み
層であり、これは第２図に示すようにコレクタ領
域１４を縦横に四等分した各領域に形成され、第
１乃至第４の各コレクタ電極１９〜２２に夫々対
応している。尚、２８はp⁺の素子間アイソレー
シヨン層である。

上記構成において、光スポツトがエミツタ領域
１５に投射されると、これがそのエミツタ領域１
５を通過してベース領域１６に照射され、その光
量に応じた量の多数キヤリヤーがエミツタ領域１
５とコレクタ領域１４間に流れる。ここで、多数
キヤリヤーの流れは、コレクタ領域１４のうち光
スポツトが照射されている部分の周囲に多く集中
するようになるが、コレクタ電極１９〜２２はコ
レクタ領域１４の四隅部に各々設けられ且つコレ
クタ領域１４内には４つの分割された高不純物濃
度の埋め込み層２４〜２７が設けられているか
ら、各コレクタ電極１９〜２２に夫々流れる電流
は光スポツトが照射された部分の埋め込み層を介
して対応するコレクタ電極に流れる電流成分が大
きくなる。即ち、仮に光スポツトが受光面の中央
に照射されているときには第１乃至第４の各コレ
クタ電極１９〜２２に互いに等しい電流が流れ、
光スポツトが中央からいずれかの方向に偏ると、
各コレクタ電極１９〜２２に流れる電流はスポツ
トの位置に応じて不平衡となる。この結果、各コ
レクタ電極１９〜２２に夫々流れる電流の強さに
基づき半導体基体１１の受光面上に位置を検出す
ることができ、適当な光学系を組合わせて使用す
ることによりカメラの自動焦点調節機構や産業用
ロボツトの光学的距離測定装置を構成することが
できる。しかも、上記構成はフオトトランジスタ
構造であつて素子自体が電流増幅機能を有するか
ら、信号処理回路を簡素化することができ、また
ノイズの影響も受け難い。更には、一般的な半導
体プロセスにより製造できるから、信号処理回路
も同一のチツプ上に構成することにより、全体の
小形化、高信頼化、低雑音化及び低廉化等を併せ
て図ることができる。

尚、上記構成ではコレクタ電極及び埋め込み層
を４つずつ設けて光スポツトの位置を二次元的に
検出できるようにしたが、本発明はこれに限られ
ず、コレクタ領域を細長く形成しておき、長手方
向両側にコレクタ電極と２つの独立した埋め込み
層を設けて光スポツトの位置を一次元的に検出す
るようにしてもよい。その他、第３図に示すごと
く、コレクタ領域１４においてそれぞれの埋め込
み層２４〜２７にまで届く深いn⁺拡散２９を施
して、コレクタの寄生抵抗を減少させるように構
成しても良く、また半導体基体１１の材料として
はシリコンに限らず、化合物半導体であつてもよ
い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができるものである。

［発明の効果］ 本発明は以上述べたように、全体をフオトトラ
ンジスタ構成とすると共に、複数のコレクタ電極
とこれらに対応して分割形成された高不純物濃度
の埋め込み層とを設けるようにしたから、簡素な
信号処理回路で済ませ得且つノイズの影響を受け
ることなく光スポツトの位置を検出し得る光電変
換素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示し、
第１図は縦断面図、第２図は平面図であり、第３
図は本発明の異なる実施例を示す第１図相当図、
第４図は従来の半導体位置検出素子を示す断面図
である。 図面中、１１は半導体基体、１４はコレクタ領
域、１５はエミツタ領域、１６はベース領域、１
９〜２２は第１乃至第４のコレクタ電極、２４〜
２７は第１乃至第４の埋め込み層である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基体の主表面にコレクタ領域、ベース
   領域およびエミツタ領域を順次設け、前記ベース
   領域を主表面側からの光スポツトを受光可能な受
   光部とし、この受光部に光スポツトが照射される
   と前記コレクタ・エミツタ間に出力電流が得られ
   るように構成されたものにおいて、前記コレクタ
   領域に前記ベース領域の受光部を所定間隔を存し
   て複数に分割するように配置形成された高不純物
   濃度の埋め込み層と、これら複数の埋め込み層の
   それぞれに対応して前記主表面の前記コレクタ領
   域に電気的に接触するように形成された複数のコ
   レクタ電極とを具備したことを特徴とする光電変
   換素子。