JPS6262074B2 - - Google Patents

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JPS6262074B2
JPS6262074B2 JP12624282A JP12624282A JPS6262074B2 JP S6262074 B2 JPS6262074 B2 JP S6262074B2 JP 12624282 A JP12624282 A JP 12624282A JP 12624282 A JP12624282 A JP 12624282A JP S6262074 B2 JPS6262074 B2 JP S6262074B2
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JP
Japan
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conductive layer
incident
semiconductor substrate
position signal
semiconductor device
Prior art date
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JP12624282A
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English (en)
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JPS5917288A (ja
Inventor
Seiji Yamaguchi
Akinaga Yamamoto
Toshihiko Tomita
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Publication of JPS5917288A publication Critical patent/JPS5917288A/ja
Publication of JPS6262074B2 publication Critical patent/JPS6262074B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10Semiconductor bodies
    • H10F77/14Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
    • H10F77/148Shapes of potential barriers

Landscapes

  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光や粒子線の入射位置に関する情報を
含む電流等を出力することができる入射位置検出
用半導体装置、さらに詳しく言うと光や粒子線の
入射位置の一次元情報を取り出すのに適した入射
位置検出用半導体装置に関する。
光や粒子の入射位置に関する情報を含む電流等
を出力することができる入射位置検出用半導体装
置が知られている。
まずこの入射位置検出用半導体装置を簡単に説
明する。
第1図は光等の入射位置の一次元情報を出力す
ることができる半導体装置の平面図、第2図は概
略断面図である。
この半導体装置の半導体基板5はいずれの導電
型であつても良い。
この半導体基板5の一方の面(第2図において
上側の面)にこの半導体基板5と異なる導電型の
導電層4が形成されている。この層4は面積抵抗
が均一に保たれるように厚さを均一にしてある。
この入射面導電層4の表面がこの装置の受光面1
を形成する。
入射面導電層4の両端4aおよび4bは特に高
い濃度で不純物をドープし、それぞれの上面に金
属層2a,3aが形成されている。この金属層2
a,3aおよび前記高い濃度で不純物がドープさ
れている部分がそれぞれ第1位置信号電極2およ
び第2位置信号電極3を形成している。
前記半導体基板5の底面にはこの半導体基板5
と同じ導電型で高濃度に不純物がドープされ、底
面導電層6が形成されている。この底面導電層6
の表面に金属層が設けられ、この金属層により入
射光量信号電極7が形成されている。
前記第1および第2の位置信号電極2,3およ
び入射光量信号電極7には引出し用のリード線8
a,8bおよび8cがそれぞれ接続されている。
前記構成に係わる半導体装置の動作は次のとお
りである。
まず、前記入射光量信号電極7と第1および第
2の信号電極2,3間に等しい逆バイアス電圧を
あたえるように電源装置に接続する。この状態で
前記装置の受光面1の任意の位置に光が入射する
と前記入射点に近い基板5と導電層4により形成
されるPN接合部に起電力が生じる。
この起電力によつて光量電極7から第1位置信
号電極2へおよび光量信号電極7から第2位置信
号電極3へ光電流が流れる。バイアス電圧の極性
が逆であれば前述の方向とは逆の方向に電流が流
れる。いずれにしろ、第1位置信号電極2を流れ
る電源と第2位置信号電極3を流れる電流の大き
さの比は第1位置信号電極2と光の入射点の間の
層4の電気抵抗と第2位置信号電極3と光の入射
点の間の入射面導電層4の電気抵抗の大きさの比
の逆数に比例する。この事から第1位置信号電極
2をながれる電流の大きさをI1、第2位置信号電
極3を流れる電源の大きさをI2とし、第1位置信
号電極2を座標1、第2位置信号電極3を座標−
1とする一次元座標において、前記光の入射点
は、(I1−I2)/(I1+I2)なるアナログ演算を実行
することによつて知ることができる。
前述した形式の入射位置検出用半導体装置を小
形にして、カメラの距離計などに応用しようとす
ると、位置信号電極間の抵抗が低くなり、使用で
きないという問題がある。
前記応用ではある条件下に位置信号電極間の抵
抗が200kΩ以上であることが強く要請されてい
る。その理由は次のとおりである。
前記半導体装置の熱雑音電流は、2つの位置信
号電極間の電気抵抗の平方根に反比例する。すな
わち前記電極間の電気抵抗が小さいと熱雑音電流
が大きくなる。したがつて前記電極間の抵抗が小
であると微弱な光の入射に対する光電流が熱雑音
電流に埋もれるために、前述した光の入射点の位
置の検出が困難になる。
前記半導体装置の2つの位置信号電極からの出
力電流は、通常それぞれ別個のオペアンプによつ
て増幅される。その2つのオペアンプの入力オフ
セツト電圧は厳密には一致しない。2つの位置電
極間の間の電気抵抗が小さいと、この2つの入力
オフセツト電圧の差によつて電流が流れる。入射
した光が微弱で光電流が小さいときは、2つの位
置電極が送出する電流の比はこの電流によつて本
来の光の入射による電流の比から大きくはずれた
ものとなる。
この問題をN形シリコン半導体基板を用い、2
つの位置信号電極の間隔を2mm、受光面の幅を1
mmとした入射位置検出用半導体装置を例にしてさ
らに説明する。
前記N形導電性のシリコン基板にボロンをイオ
ン注入して得られたP形の導電性の層で前記電気
抵抗を200kΩ以上とするにはボロンの注入量を
4×1011/cm2以下としなければならない。そのた
めに導体層の厚さを1μに設定する不純物濃度は
4×1015/cm3にしなければならない。このような
低濃度の不純物によつて均一な高抵抗の層を実現
することは次のような理由で困難である。
まず基板の不純物濃度の不均一性によつて、ボ
ロンを均一に注入しても均一な電気抵抗層が得ら
れない。例えば基板の不純物濃度が平均4×
1014/cm3でその20%のばらつきがあるときボロン
の濃度は1%のばらつきが生じる。これは電気抵
抗に1%のばらつきを生じさせる。この電気抵抗
のばらつきは、受光面上の分布あるいは、光の入
射点にも依るが位置信号として満足できない結果
を生ずる虞れがある。
次にP型導電性の層に不均一な反転層が形成さ
れるために均一な電気抵抗層が得られない。すな
わち通常P型導電性の層の表面にP型導電性の層
を保護するためと、入射光の反射を防止するため
に酸化シリコンの層が設けてある。このときP型
導電性の層の不純物濃度が低いと、P型導電性の
層の表面に反転層が形成される。さらに酸化層の
表面に汚れが付着するとその汚れの模様に対応し
た反転層が形成される。この反転層はP型導電性
の層の中で一層高抵抗層として作用するので、結
局、酸化層の表面の汚れの模様に対応した電気抵
抗の不均一がP型導電性の層の中に生じることに
なる。
本発明の目的は、半導体基板に形成した異なる
導電性の不純物濃度を低くすることなく、2つの
位置信号電極間の抵抗を大きくして、微弱な光が
入射したときにも前記光の入射点の位置を検出す
ることができるようにした入射位置検出用半導体
装置を提供することにある。
前記目的を達成するために本発明による入射位
置検出用半導体装置は一導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の矩形状の入射面の短辺側に沿つ
て互いに平行に設けられた一対の位置信号電極
と、前記半導体基板の矩形状の入射面を前記一対
の位置信号電極と平行方向または直角方向に等間
隔に分割するように、均一な不純物濃度を持ち前
記導電層とは異なる導電層で細い均一な幅に形成
して前記一対の位置信号電極間を高い抵抗で接続
する入射面導電層と、前記半導体基板の矩形状の
入射面と反対の面に形成された高濃度の前記半導
体基板と同一導電形の底面導電層と、前記底面導
電層に接続された入射光量信号電極から構成され
ている。
なお前記構成によれば入射面の相当部分は入射
面導電層で覆われなくなる。しかし、入射面導電
層の間隔が小数キヤリアの拡散長より短ければ、
光の入射によつて基板に発生した小数キヤリア
は、入射面導電層に到達するから、入射面導電層
に覆われていない部分に入射した光の検出につい
ても全く支障がない。この構成により2つの位置
信号電極の抵抗を大きくすることができ、本発明
の目的は完全に達成できる。
以下図面を参照して本発明による入射位置検出
用半導体装置をさらに詳しく説明する。
第3図に本発明の実施例である入射位置検出用
半導体装置の概略平面図、第4図は略図的断面図
である。半導体基板11は不純物として燐を
1013/cm3ドープした厚さ約250μmのN形半導体
である。第1および第2の位置信号電極12およ
び13は半導体基板11の一面からボロンを4×
1011/cm2ドープして高濃度のP形導電性の層を形
成し、その表面にアルミニユームを0.8μmの厚
さに蒸着して形成する。各位置信号電極12にお
よび13にワイヤボンデイングにより、第1およ
び第2のリード線14,15が接続されている。
半導体基板11の入射面側にP形の導電性の導電
層16を形成する。このP形の導電層16は電極
12および13の中点を直線状に結ぶ基幹部分1
6aと、前記基幹部分16aに垂直に交叉する複
数の枝部分16b,16c……16nとから構成
されている。半導体基板11の他の面(底面)に
は燐をドープして、高濃度のN形導電性層の底面
導電層17を形成し、その表面に金を蒸着して入
射光量信号電極18を形成し、第3リード線を接
続してある。
半導体基板11の幅は1mm、2つの電極12と
13との間隔は2mmである。P形導電層の幅は基
幹部分16aも枝部分16b,16c……16n
も共に100μm、隣接する枝部分16b,16c
……16nの間隔は100μm、枝部分16b,1
6c……16nの長さは900μmとしてある。こ
の枝部分の間隔100μmは半導体基板11内の小
数キヤリヤの拡散長300μmよりも小さい。
前述の実施例装置の位置信号電極13と電極1
4の間の電気抵抗を測定したところ250kΩの高
抵抗が得られた。
この実施例装置の半導体基板11の入射面全面
に同一条件で導電層を形成したときの電極間電圧
は50kΩを越えることができなかつた。
以上図示した実施例について詳細に説明した
が、前記実施例において枝導電層16b,16c
……16nを除去し、基幹部分16aと同形状の
導電層を多数本等間隔で平行に両端の位置信号電
極に達するように配置することにより、同様な効
果を得ることができた。
以上詳しく説明したように、本発明による装置
では位置信号電極間の抵抗を大きくできるので、
小さい光入力信号での位置演算が可能になり、応
い応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光等の入射位置の一次元情報を出力す
ることができる半導体装置の平面図、第2図は概
略断面図である。第3図は本発明による入射位置
検出用半導体装置の実施例装置の平面図、第4図
は概略断面図である。 1……受光面、2……第1位置信号電極、2
a,3a……金属層、3……第2位置信号電極、
4……入射面導体層、4a,4b……ドープ部
分、5……半導体基板、6……底面導体層、7…
…入射光量信号電極、11……半導体基板、12
……第1位置信号電極、13……第2位置信号電
極、14……第1のリード線、15……第2のリ
ード線、16……入射面導電層(P型導電層)、
16a……基幹導電層、16b,16b〜16n
……枝導電層、17……底面導電層(P形導電
層)、18……光量信号電極、19……第3のリ
ード線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一導電型の半導体基板と、前記半導体基板の
    矩形状の入射面の短辺側に沿つて互いに平行に設
    けられた一対の位置信号電極と、前記一対の位置
    信号電極間を高い抵抗で接続するとともに前記半
    導体基板の矩形状の入射面を前記一対の位置信号
    電極と平行方向または直角方向に等間隔に分割す
    るように、均一な不純物濃度を持ち前記導電層と
    は異なる導電型で細い均一な幅に形成された入射
    面導電層と、前記半導体基板の矩形状の入射面と
    反対の面に形成された高濃度の前記半導体基板と
    同一導電型の底面導電層と、前記底面導電層に接
    続された入射光量信号電極から構成した入射位置
    検出用半導体装置。 2 前記入射面導電層は、前記一対の位置信号電
    極を直接接続する基幹部分導電層と、この基幹部
    分導電層に直角に接続される複数本の枝導電層と
    から構成した特許請求の範囲第1項記載の入射位
    置検出用半導体装置。 3 前記入射面導電層により分割された半導体基
    板の幅はこの半導体基板中の小数キヤリヤの平均
    自由行程と同程度または以下である特許請求の範
    囲第1項記載の入射位置検出用半導体装置。
JP57126242A 1982-07-20 1982-07-20 入射位置検出用半導体装置 Granted JPS5917288A (ja)

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