JPH1098174A - 受光素子及びこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトダイオード等の受光素子における受光
位置の高精度な位置調整を容易に行えるようにした受光
素子を容易かつ安価に提供できるようにする。 【解決手段】 受光面１２に光を受けて光電流を生じる
受光素子であって、受光面１２の所定位置に配置された
複数のゲート電極１４及びデプレッション型のＭＯＳト
ランジスタを形成するように不純物が導入されたチャネ
ル部２２と、発生された光電流を取り出すための複数の
電極１６と、を備え、チャネル部２２をフィールド反転
させて非導通にする電圧が所定のゲート電極１４に印加
されることにより受光面１２の受光範囲が電気的に変更
され、複数の電極１６から受光面１２に発生した光電流
をそれぞれ出力できるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は受光素子に関し、詳
しくはその構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＣＤ等の光によりデータを読
出すディスク装置の光ピックアップ等には、そのフォー
カス制御等を行うために光電変換用の半導体集積回路
（「ＯＥＩＣ」ともいう）としてフォトダイオード等の
受光素子が使用されている。このような受光素子によ
り、半導体レーザ等の発光素子から照射された後光ディ
スクの鏡面で反射されたレーザ光をフォーカス調整等を
行いながら受光して処理することにより、光ディスクに
記録されたデータを正確に読出すことが可能になってい
る。

【０００３】上述のフォーカス調整の１つの方法に、図
３に動作原理の説明図を示す、シリンドリカルレンズと
いわれる蒲鉾状の形状をした特殊なレンズを用いた非点
収差法がある。即ち、図示しないレンズ等によりｆ点に
結像するビーム形状が円形の光がシリンドリカルレンズ
１００に入射され通過すると、ｂ点ではビーム形状が略
円形になるのに対し、シリンドリカルレンズ１００に近
い側のａ点ではビーム形状は上下方向に長軸を有する楕
円形状となり、ｂ点よりも遠い側のｃ点では横方向に長
軸を有する楕円形状となる。このように、ｂ点を境にし
てビーム形状はその楕円形状の長軸が互いに直交するよ
うになっている。このような特性を利用すれば、光ディ
スク等から反射され集光された光のビーム形状をシリン
ドリカルレンズ１００で変形し、そのビーム形状が円形
になるようにピックアップ装置内の図示しないレンズの
位置調整を行えば、光ディスクに記録されたデータに常
に焦点を合わせられるようになり、フォーカス制御を行
うことができるようになる。

【０００４】図４は非点収差法による光のビーム形状の
検出方法の一例を示し、図４（ａ）の受光素子１０４は
拡散層によりＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つの部分に予め分離さ
れたフォトダイオードから構成されている。また、受光
素子１０４の４つに分離されたフォトダイオードの内、
部分Ａ，Ｃからの出力は比較器１０６の非反転入力
（＋）側に入力されるとともに、部分Ｂ，Ｄからの出力
はその反転入力（−）側に入力され、比較器１０６の出
力は図示しないフォーカスサーボ回路等に接続されてい
る。

【０００５】このような構成により、シリンドリカルレ
ンズ１００を通過した光が受光素子１０４に入射された
ときに、フォーカス状態に応じて変形されたビーム形状
に応じて比較器１０６の出力が変化するようにできる。
従って、フォーカスが得られたときのビーム形状が略円
形で、円形をしたビームのスポットの中心位置が受光素
子１０４の分割の中心になるように初期設定しておけ
ば、図３のｂ点のビーム形状が略円形になった位置で
は、部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに略均等に光が照射されるよう
になって比較器１０６の出力は０になる。また、図３の
ａ点の位置のビーム形状は楕円形状の長軸が部分Ａ，Ｃ
方向を向き、ｃ点の位置のビーム形状は楕円形状の長軸
が部分Ｂ，Ｄを向くようになり、図４（ｂ）に示すよう
に、光ビームの形状が略円形になったｄ点の位置では出
力が０となり、一定の範囲内ではｄ点からどちら側にず
れた場合でもずれ量に略比例してその出力の絶対値が大
きくなるようになる。更に言えば、図３のａ点側が正の
出力、ｃ点側が負の出力になるようになっている。

【０００６】従って、ピックアップ装置において、比較
器１０６からの出力が０になる位置に受光素子１０２を
設置し、比較器１０６の出力が常に０になるようにピッ
クアップ装置内に設けられた図示しないレンズの位置調
整を行うようにすれば、光ディスクに記録されたデータ
に常にフォーカスを合わせられるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなフォーカ
ス制御を行うためには、４つフォトダイオードからなる
受光素子１０４の中心に光ビームの光軸を高精度で一致
させる必要がある。従来は、図５に示すように、位置調
整用の光ビーム１０８に対して受光素子１０４の位置を
機械的に矢印方向に移動させたときの出力を検出し、出
力の変化により光ビーム１０８と受光素子１０４の中心
が一致した位置を決定し、その位置で受光素子１０４を
固着したりネジ等で機械的に固定するようにしていた。

【０００８】しかしながら、この位置調整は数μｍオー
ダの高精度で行う必要があるとともに、組立段階でも更
に調整を行う必要があるので、調整工程にかなりの時間
及び費用がかかっていた。また、経時変化や外的なショ
ック等により、調整した固定位置がずれてしまう可能性
もあった。そこで本発明はこれらの問題を解決し、フォ
トダイオード等の受光素子における受光位置の高精度な
位置調整を容易に行えるようにした受光素子を容易かつ
安価に提供できるようにする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
めに、請求項１の記載に係わる受光素子１０は、受光面
１２に光を受けて光電流を生じる受光素子であって、受
光面１２の所定位置に配置された複数のゲート電極１４
及びデプレッション型のＭＯＳトランジスタを形成する
ように不純物が導入されたチャネル部２２と、発生され
た光電流を取り出すための複数の電極１６と、を備え、
チャネル部２２をフィールド反転させて非導通にする電
圧が所定のゲート電極１４に印加されることにより受光
面１２の受光範囲が電気的に変更され、複数の電極１６
から受光面１２に発生した光電流をそれぞれ出力できる
ように形成されていることを特徴とする。また、請求項
２に記載の受光素子は、請求項１に記載の受光装置１０
において、ゲート電極１４には、所定の受光範囲になる
ゲート電極１４のみを有効にするためのオプション設定
回路が接続されていることを特徴とする。請求項３に記
載の光ピックアップ装置は、請求項１または請求項２に
記載の受光素子と、受光領域１２に光ビームを形成する
ための光学手段と、複数の受光領域１２から発生された
光電流を比較する比較器１０６とを含み、受光範囲が変
更された複数の受光領域１２の光電流値に応じてフォー
カス制御を行うことを特徴とする。

【００１０】本発明のような回路構成をとることによ
り、請求項１及び請求項２の記載に係わる受光素子は、
分離したい位置のゲート電極に電圧を印加するだけで、
受光領域の分離位置を任意に変更できるようになる。ま
た、請求項３の記載に係わる光ピックアップ装置は、受
光素子の位置合わせが容易に行えるようになる。

【００１１】

【実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を図１
及び図２に基づいて詳細に説明する。尚、本明細書では
全図面を通して同一または同様の回路要素には同一の符
号を付して重複する説明を省略している。図１は本発明
にかかる受光素子の一実施形態の構成を示し、図１
（ａ）はその上面から見た平面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）のＸ−Ｘに沿う断面図を示している。尚、図１
（ｂ）の断面図では、各構成要素の厚み及び深さ等を模
式的に示すことにより判り易いようにしている。

【００１２】図１（ａ）において受光素子１０は、半導
体基板１８中にフォトダイオードが形成された受光面１
２の上方に、ポリシリコン等によるゲート電極１４が複
数設けられ、受光素子１０の周辺部には光電流を取り出
すための電極１６が複数設けられた構成をしている。
尚、ゲート電極１４は所定の態様で配置することができ
るが、本実施形態においては見やすくするために、３本
のゲート電極１４を平行に配置した場合を示している。

【００１３】図１（ｂ）に基づいて受光素子１０の構造
について更に説明する。Ｐ型の不純物が導入された半導
体基板１８の周囲には素子分離及び保護のための選択酸
化膜１９が形成され、選択酸化膜１９に囲まれた素子領
域中にはＮ型の不純物が導入された拡散領域２０が複数
形成され、各拡散領域２０間にはデプレッション型のＭ
ＯＳトランジスタを形成するためのＮ型の不純物が導入
されたチャネル部２２がそれぞれ形成され、各チャネル
部２２の上方にはゲート酸化膜を介してゲート電極１４
がそれぞれ形成され、各領域の上方に酸化膜や窒化膜等
による保護膜２３が形成され、周辺の拡散領域２０に形
成された電極１６には金線等の金属細線１７がワイヤボ
ンディングされた構造になっている。

【００１４】このような構成により、各ゲート電極１４
とその両側の拡散領域２０によりデプレッション型でＮ
型のＭＯＳトランジスタがそれぞれ形成されることにな
る。従って、各ゲート電極１４に負の電圧を印加しない
場合には、各拡散領域２０がチャネル部２２により接続
されることになる。一方、ゲート電極１４に負の電圧を
印加した場合には、対応するチャネル層２２がフィール
ド反転効果により反転されて導通が阻止されるようにな
るので、各拡散領域２０間が電気的に分離されて受光面
１２を複数に分割できるようになる。そして、分割され
た各受光面１２に光が入射されることにより、それぞれ
の拡散領域２０のＰＮ接合部で入射された光の光量に応
じた光電流を生じるようになり、各電極１６からそれぞ
れ取り出せるようになっている。

【００１５】そこで、受光素子１０の取付に際して位置
調整等を行う場合には、上下方向の調整精度が高く横方
向の調整精度は余り高くない位置調整装置を用いて、上
下方向のみを高精度に位置調整した後、任意のゲート電
極１４に電圧を印加して受光面１２を電気的に選択する
ことにより横方向の位置調整を行うようにする。このよ
うにすれば、位置調整装置の構造や精度を大幅に簡略化
できるようになるとともに、調整時間を短縮できるよう
になる。

【００１６】図２は本発明の第２の実施形態としての受
光素子１０を示し、図１の場合と異なるのは、各受光面
１２を分割するためのゲート電極１４ａ及び１４ｂが格
子状に配置されているとともに、ゲート電極１４ａ及び
１４ｂの各交差点の下方に素子分離のための選択酸化膜
１９ａが設けられ、ゲート電極１４ａ及び１４ｂの少な
くとも一方にアルミニウム配線２４等の他の配線材料を
用いた多層配線になっていることである。

【００１７】このような構成により、図１の場合と同様
にして、各受光面の分割位置を任意に変更できるように
なっている。従って、例えば、光ディスクのピックアッ
プ装置等のフォーカス調整用に受光素子１０を取付る場
合、レーザ光等によって形成された光ビームのスポット
が受光面１２内に入るように位置調整するだけで済むよ
うになる。即ち、図２に示すような位置に光ビームのス
ポット２８が位置する場合には、同図中の矢印α，βで
示される位置のゲート電極１４ａ及び１４ｂのみに負の
電圧をそれぞれ印加すれば、スポット２８は４つに分割
された受光面１２の略中心に位置調整されたことにな
る。このように、受光素子の取付位置の調整装置の精度
が低くて良くなるとともに調整作業を大幅に簡略化する
ことができるようになるので、ピックアップ装置の価格
を低減できるようになる。

【００１８】尚、本発明は上述の実施形態のみに限定さ
れるものではなく、Ｐ型の半導体基板１８の代わりにＮ
型の半導体基板を用いてＰ型の拡散領域及びＰ型のチャ
ネル部を形成するようにしても良い。また、拡散面を分
割するゲート電極１４の数が縦横各３本の場合のみを示
したが、受光面の大きさや光のスポットの大きさ及び調
整する位置精度等に応じて任意本に増減することができ
る。また、ゲート電極１４の電圧制御は、受光素子１０
内に制御回路やデータ通信回路を設けて電圧制御するよ
うにしても良いし、受光素子１０の位置を調整するとき
に必要なゲート電極１４のみに負の電圧を印加するとと
もに他のゲート電極１４に正の電圧を印加するとともに
不要なゲート電極１４につながる配線をレーザ等で切断
して開放状態に設定するオプション設定回路を設けるよ
うにしても良い。更に、受光領域に光ビームを形成する
ための光学手段としてシリンドリカルレンズを用いる場
合のみを示したが、非点隔差法といわれるようなシリン
ドリカルレンズ以外の光学手段を用いて受光領域に同様
な光ビームを形成する場合等でも、同様にして用いるこ
とができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び請求
項２の記載に係わる受光素子によれば、分離したい位置
のゲート電極に電圧を印加するだけで、受光面の分離位
置を任意に変更できるようになるので、光学系の高精度
な調整が従来に比べて精度の低い位置調整装置で行える
ようになるとともに場合によっては調整作業が不要にな
ることがあり、受光素子を取付て位置合わせする工程の
所要時間の短縮及び調整費用の削減等を容易に図れるよ
うになるという効果がある。

【００２０】また、請求項３の記載に係わる光ピックア
ップ装置は、受光素子の位置合わせが容易に行えるよう
になるので、光ピックアップ装置の調整工程の所要時間
の短縮及び調整費用の削減等を容易に図れるようにな
る。また、ネジ等による機械的調整が無くなるので、経
時変化や外的ショックによる位置ずれの恐れが減少し、
信頼性が向上するという効果がある。更に、仮に位置ず
れが生じたとしても、電気的に受光面の範囲を変更でき
るので、１チップマイクロコンピュータ等のプログラム
により自動的に補正することもできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の受光素子の実施形態を示す構成図、

【図２】本発明の他の受光素子の実施形態を示す構成
図、

【図３】非点収差法を説明するための説明図、

【図４】非点収差法を実施するための回路構成図、

【図５】光の光軸と受光素子との位置合わせの説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ ：受光素子（半導体集積回路装置） １２ ：受光面 １４、１４ａ、１４ｂ ：ゲート電極 １６ ：電極 １７ ：金属細線（金線） １８ ：半導体基板（Ｐ型） １９、１９ａ：選択酸化膜 ２０ ：拡散領域（Ｎ型） ２２ ：チャネル部（Ｎ型） ２３ ：保護膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光面に光を受けて光電流を生じる受光
   素子であって、受光面の所定位置に配置された複数のゲ
   ート電極及びデプレッション型のＭＯＳトランジスタを
   形成するように不純物が導入されたチャネル部と、発生
   された光電流を取り出すための複数の電極と、を備え、
   前記チャネル部をフィールド反転させて非導通にする電
   圧が所定の前記ゲート電極に印加されることにより前記
   受光面の受光範囲が電気的に変更され、複数の前記電極
   から前記受光面に発生した光電流をそれぞれ出力できる
   ように形成されていることを特徴とする受光素子。
2. 【請求項２】 前記ゲート電極には、所定の受光範囲に
   なるゲート電極のみを有効にするためのオプション設定
   回路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載
   の受光素子。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の受光素
   子と、前記受光領域に光ビームを形成するための光学手
   段と、前記複数の受光領域から発生された光電流を比較
   する比較器とを含み、受光範囲が変更された複数の前記
   受光領域の光電流値に応じてフォーカス制御を行うこと
   を特徴とする光ピックアップ装置。