JPH0644640B2 - 入射位置検出用半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光や粒子線の入射位置についての情報を、電流
等として出力できる入射位置検出用半導体装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、このような分野の技術としては、例えば特開昭５
９−１７２８８号公報に示されるものがあった。この従
来例では、まずｎ型の矩形の半導体基板の両端部に一対
の位置信号電極が設けられる。そして、これらの間の入
射面の中央には、均一な断面積で均一な不純物濃度のｐ
型の基幹導電層が形成され、この基幹導電層から入射面
に延びるように、複数のｐ型の分枝導電層が形成されて
いる。

この従来例によれば、光や粒子線の入射によって入射面
で生成された電荷は、分枝導電層で集められて基幹導電
層で抵抗分割される。ここで、基幹導電層は細く形成さ
れているので、その抵抗値は十分に高く、精度よく設定
することができ、従って検出感度を向上させることがで
きる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来例を実用化するときには、分枝
導電層の存在する入射面が矩形となっているため、検出
領域として使用されることのない領域も入射面に含まれ
てしまい、熱励起などによる雑音が現れやすかった。ま
た、レーザーダイオードなどの発光素子を取り付ける際
にも、使用されない領域の入射面（半導体基板）がその
妨げとなっていた。

そこで本発明は、各種の用途に広く適用することのでき
る入射位置検出用半導体装置を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る入射位置検出用半導体装置は、一導電型の
半導体基板と、光や粒子線の入射により励起した正孔電
子対の一方を収集するために、半導体基板に設けられた
電極と、半導体基板の入射面の両端に設けられて正孔電
子対の他方を収集する一対の位置信号電極と、この一対
の位置信号電極を高い抵抗で接続するように半導体基板
に形成された基幹導電層と、この基幹導電層から入射面
に延びるように形成された反対導電型の不純物を含む複
数の分枝導電層とを備え、複数の分枝導電層の少なくと
も１つは、他の分枝導電層の少なくとも１つと長さが異
なることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、分枝導電層の存在する入射面は種々の
形状をとりうるので、半導体基板に切り欠きなどを設け
ることもでき、各種の用途に適用することが可能にな
る。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第５図を参照して、本発
明の実施例を説明する。なお、図面の説明において同一
要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は実施例に係る入射位置検出用半導体装置の平面
図である。図示の通り、半導体基板１の表面側である入
射面の短辺側両端部には一対の位置信号電極２ａ，２ｂ
が設けられ、これらの間の入射面の中央部には基幹導電
層３が形成されている。基幹導電層３からは入射面方向
に延びるように分枝導電層４が形成されているが、これ
は互いに等間隔で複数本となっている。そして、基幹導
電層３の長さは中央部分のものが短く、かつその部分の
半導体基板１には切り欠き２０が形成されている。

上記実施例の装置の詳細な構成を、第２図の平面図およ
びＡ−Ａ線断面図により説明する。

例えば、各辺が１〜５０mmのｎ型のシリコンからなる半
導体基板１の表面側には、１×１０^１３〜１０^１４cm^-3
程度にｐ型不純物を注入した基幹導電層３が０．５〜
１．０μｍ程度の深さで形成され、同様の工程により分
枝導電層４が５μｍ程度のピッチで０．５〜１．０μｍ
程度の深さに形成される。入射面の両端には１×１０
^１８〜１０^１９cm^-3程度にｐ型不純物を注入したオーミ
ックコンタクト領域６ａ，６ｂが形成され、これらは上
記の基幹導電層３と接続されている。これらの上には、
例えば熱酸化ＳｉＯ_２からなる絶縁膜７が形成され、オ
ーミックコンタクト領域６ａ，６ｂ上の絶縁膜７の開口
を介して、例えばアルミニウムからなる位置信号電極２
ａ，２ｂとのオーミック接触がとられている。そして、
これらの上には例えばエポキシ樹脂からなる表面保護層
８が塗布形成され、その開口（図示せず）を介してワイ
ヤ９ａ，９ｂが位置信号電極２ａ，２ｂにボンディング
されている。半導体基板１の裏面側には、例えば１×１
０^１９〜１０^２０cm^-3程度のｎ型不純物を含むオーミッ
クコンタクト層１０が形成され、この表面には裏面電極
１１がオーミック接触して設けられる。

次に、上記実施例の装置の作用を説明する。

例えば、赤外線スポットが表面側から入射されると、こ
れは表面保護層８および絶縁膜７を透過して半導体基板
１の入射面に達する。これにより半導体基板１で電子／
正孔対が発生すると、電子はオーミックコンタクト層１
０および裏面電極１１側へ流れ、正孔はｐ型の分枝導電
層４に流れ込む。そして、この正孔による光電流は分枝
導電層４を通って基幹導電層３に流れ、この流入点から
位置信号電極２ａ，２ｂまでの距離の比に応じた抵抗比
により分割される。

ここで、分枝導電層４の長さは入射面の上側中央部にお
いて短く、ここに切り欠き２０が形成されている。従っ
て、ここにレーザーダイオードなどを取り付けることが
できるので、光源から被測定物（図示せず）への出射光
軸と、被測定物から入射面への入射光軸を近接させるこ
とができる。その結果、例えば第１図の装置を傾きセン
サに用いたときには、被測定物とセンサの距離が変動し
たときにも、これが傾きの検出結果に与える誤差を少な
くできる。

次に、第３図を参照して変形例を説明する。

同図（ａ）は、スポット光の当たらない部分に分枝導電
層４を設けないようにした例である。このようにすれ
ば、半導体基板１と基幹導電層３および分枝導電層４に
よるｐｎ接合の総面積を少なくできるので、リーク電流
を抑えて感度を向上できる。また、ｐｎ接合容量もその
分だけ少なくなるので、高速、高周波の検出に適してい
る。なお、分枝導電層４が設けられていない部分の半導
体基板１を切り取ってもよい。

第３図（ｂ）は、第１図の入射位置検出用半導体装置に
おいて、基幹導電層３を入射面の下側端部に設けた例で
ある。また、同図（ｃ）は入射面の中央部分の半導体基
板１に開孔２１を設けた例である。これらによっても、
レーザーダイオードなどの光源を切り欠き２０あるいは
開孔２１の部分に設けれるので、第１図のものと同様の
効果が得られる。

次に、第４図および第５図を参照して、他の変形例を説
明する。

第４図はその全体構成を示す平面図である。図示の通
り、基幹導電層３が入射面の下側端部に設けられてお
り、その上には例えばアルミニウムからなるシールド膜
５ａ，５ｂが設けられている。このシールド膜５ａ，５
ｂは導電性を有することが必要であり、それぞれ位置信
号電極２ａ，２ｂと一体に形成され、中央部分で切り離
されている。分枝導電層４は図中の左端のものから右側
に向って徐々に短くなっており、その上方部には有効な
入射面としては使われない無効入射領域が存在してい
る。そして、無効入射領域にはｐ型のキャリア捕獲層２
２が設けられ、このキャリア捕獲層２２はコンタクト電
極２３により半導体基板１とオーミック接触されてい
る。

第５図は第４図の拡大図とそのＡ−Ａ線断面図である。
図示の通り、基幹導電層３の上には絶縁膜７を介してシ
ールド膜５ａ，５ｂが位置信号電極２ａ，２ｂと一体的
に形成されている。また、無効入射領域のキャリア捕獲
層２２は、基幹導電層３および分枝導電層４と同一の不
純物と同一濃度に含んで形成される。

次に、第４図および第５図に示す装置の作用を説明す
る。

例えば、赤外線の入射により電子／正孔対が発生する
と、正孔のみが分枝導電層４に集められて基幹導電層３
に流れこむ。これにより、基幹導電層３の両端からの距
離の比に応じて光電流が抵抗分割され、位置検出がなさ
れる。このとき、基幹導電層３はシールド膜５ａ，５ｂ
で覆われているので、表面保護層８の電荷（例えばナト
リウムイオン）の影響は基幹導電層３には現れることが
なく、従って、基幹導電層３を高抵抗にして高精度の測
定が行なえる。

また、無効入射領域に赤外光が入射したり、あるいは熱
励起によって電子／正孔対が発生したときは、正孔はキ
ャリア捕獲層２２に捕獲される。ここで、キャリア捕獲
層２２はコンタクト電極２３により半導体基板１と短絡
されているので、キャリア捕獲層２２中の正孔は半導体
基板１に流れこみ、電子と再結合する。従って、これら
が雑音成分となることはない。

本発明は上記実施例および変形例に限定されず、種々の
形態が可能である。

例えば、シールド膜５ａ，５ｂは位置信号電極２ａ，２
ｂに接触せずに、半導体基板１に接続したり、別途の電
極を介して外部のアースに接続してもよい。また、半導
体基板１などの材料や基幹導電層３、分枝導電層４の不
純物濃度も、例示のものに限られない。さらに、基幹導
電層３は半導体基板１の表面にポリシリコンを被着形成
したり、ＳｎＯ_２等の金属薄膜を形成したりすることに
よっても実現できる。そして、このポリシリコン膜や金
属薄膜による基幹導電層３に分枝導電層４を接続すれ
ば、光電流は実施例と同様に抵抗分割されることにな
る。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、分枝導電層の存
在する入射面は種々の形状をとりうるので、半導体基板
に切り欠きなどを設けることもできるので、各種の用途
に広く適用することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る入射位置検出用半導体装
置の平面図、第２図は第１図の拡大図および断面図、第
３図は変形例の平面図、第４図は他の変形例の平面図、
第５図は第４図の他の変形例の拡大図および断面図であ
る。 １……半導体基板、２ａ，２ｂ……位置信号電極、３…
…基幹導電層、４……分枝導電層、５ａ，５ｂ……シー
ルド膜、６ａ，６ｂ……オーミックコンタクト領域、７
……絶縁膜、８……表面保護層、９ａ，９ｂ……ワイ
ヤ、１０……オーミックコンタクト層、１１……裏面電
極、２０……切り欠き、２１……開孔、２２……キャリ
ア捕獲層２２。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一導電型の半導体基板と、光や粒子線の入
   射により励起した正孔電子対の一方を収集するために、
   前記半導体基板に設けられた電極と、前記半導体基板の
   入射面の両端に設けられて前記正孔電子対の他方を収集
   する一対の位置信号電極と、この一対の位置信号電極を
   高い抵抗で接続するように前記半導体基板に形成された
   基幹導電層と、この基幹導電層から前記入射面に延びる
   ように形成された反対導電型の不純物を含む複数の分枝
   導電層とを備え、前記複数の分枝導電層の少なくとも１
   つは、他の前記分枝導電層の少なくとも１つと長さが異
   なることを特徴とする入射位置検出用半導体装置。