位置検出用受光素子およびその製造方法およびセンサおよび電子機器
【課題】測距対象物までの距離に比例する出力が正確に得られる位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を提供する。
【解決手段】Ｎ型基板１と、Ｎ型基板１表面に形成されたＰ型抵抗層８と、Ｐ型抵抗層８の両端側にそれぞれ接続された２つの第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５とを備える。Ｎ型基板１とＰ型抵抗層８とから受光部９を構成し、受光部９に入射する入射光位置に応じた光電流が第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５から出力される。Ｐ型抵抗層８は、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって不純物濃度が高くなるよう配置された５個の異なる不純物濃度の抵抗部８a〜８eからなり、抵抗部８a〜８eの隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の抵抗部の不純物濃度以上である。
【解決手段】Ｎ型基板１と、Ｎ型基板１表面に形成されたＰ型抵抗層８と、Ｐ型抵抗層８の両端側にそれぞれ接続された２つの第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５とを備える。Ｎ型基板１とＰ型抵抗層８とから受光部９を構成し、受光部９に入射する入射光位置に応じた光電流が第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５から出力される。Ｐ型抵抗層８は、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって不純物濃度が高くなるよう配置された５個の異なる不純物濃度の抵抗部８a〜８eからなり、抵抗部８a〜８eの隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の抵抗部の不純物濃度以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位置検出用受光素子およびその製造方法およびセンサおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置検出用受光素子を用いた光学式測距センサとしては、一つの発光素子と、一つの位置検出受光素子(ＰＳＤ(Position Sensitive Device))と、投光用集光部および受光用集光部と、上記位置検出受光素子から出力される信号の処理および所定のタイミングで発光素子を駆動する１つのＩＣ(Integrated Circuit：集積回路)とを備えたものがある(例えば、特開平９−３１８３１５号公報(特許文献１)および特開２００３−２８７４２０号公報(特許文献２)参照)。
【０００３】
図３は、このような光学式測距センサに用いられる位置検出用受光素子の平面図を示し、図４図３のIV−IV線から見た断面図を示している。また、図５に、この位置検出用受光素子を用いた一般的な光学式測距センサの光学系の概念図を示している。
【０００４】
一般的には、Ｎ型半導体基板１をカソ−ド層２とし、裏面側にカソ−ド電極３を有し、表側の両端に第１アノ−ド電極４、および第２アノ−ド電極５を有し、第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５はＰ型抵抗部８で接続されている。Ｐ型抵抗部８は一応な抵抗率となっている。Ｐ型抵抗部８はまた、Ｎ型半導体基板１とＰＮ接合を形成しており、Ｐ型抵抗部８をアノ−ド、Ｎ型半導体基板１をカソ−ドとしてフォトダイオ−ドを形成している。第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５を同電位とし、これに対してカソ−ド電極３に逆バイアスを印加した状態で、図５に示すように、第２アノ−ド電極５から距離xの箇所に光が入射した場合、
Ｖ(x)＝Ｉ1／(Ｉ1＋Ｉ2)＝Ｒ(x)／Ｒ0 ……… (１)
として、位置情報Ｖ(ｘ)が得られる。
【０００５】
ここで、Ｉ1、Ｉ2は、それぞれ第１アノ−ド電極４および第２アノ−ド電極５に流れ込む電流で、Ｒ(ｘ)は、距離xの箇所から、Ｐ型抵抗部８を通って第２アノ−ド電極５まで電流が流れるときの抵抗値であり、Ｒ0は距離ｄ、すなわち第１アノ−ド電極４から第２アノ−ド電極５までＰ型抵抗部８を通って電流が流れるときの抵抗値である。
【０００６】
今、Ｐ型抵抗部８の抵抗率は一定であるので、この抵抗率をρとすると、
Ｒ(ｘ)＝ρｘ ……… (２)
となり、抵抗関数Ｒ(ｘ)はｘに対してリニアな関数となる。
(１)、(２)式より、
Ｖ(x)＝(ρ・ｘ)／(ρ・ｄ)＝ｘ／ｄ ……… (３)
となる。
【０００７】
距離の測定法としては三角法を用いており、図５に示す光学系において、
Ｌ／Ａ＝ｆ／(ｘ＋ｃ) ……… (４)
となり、対象物１４までの距離Ｌを変数とした場合の位置情報Ｖ(Ｌ)は、(３)式、(４)式より
Ｖ(Ｌ)＝(１／ｄ)・［(Ａ・ｆ／Ｌ)−ｃ］ ……… (５)
となる。位置情報Ｖ(Ｌ)は距離Ｌに対して双曲線関数となり、遠方、すなわち、Ｌが大きく、従ってxが小さい場合、距離の変化ΔＬに対する位置情報Ｖ(Ｌ)の変化ΔＶが小さくなり、Ｓ／Ｎ比が下がり測距精度が悪化する。
【０００８】
したがって、測距対象物までの距離が短いところでは、精度よく距離を計測できるが、測距対象物までの距離が長いところでは、距離計測の精度が悪くなる。また、測距対象物までの距離が長いところでは、距離計測の精度が悪くなるので、実用上の距離計測範囲は、計測可能な最大距離と最小距離の比が８程度までしかなかった。
【０００９】
これを解決するため、本発明者は、ΔＶが小さいとき、すなわち(１)式にて距離ｘが小さいときの抵抗関数Ｒ(ｘ)の変化率ΔＲを、距離ｘが大きい場合よりも大きくすることによって、測距対象物までの距離に比例する出力を正確に得ることができる光学式測距センサを考えた。なお、この光学式測距センサは、この発明を理解しやすくするために説明するものであって、公知技術ではなく、従来技術ではない。
【００１０】
すなわち、距離ｘが小さいときの抵抗関数Ｒ(ｘ)の変化率ΔＲを、距離ｘが大きい場合よりも大きくするには、Ｐ型抵抗部８の抵抗率を一定ではなく、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって小さくしていけばよい。
【００１１】
その手段としては、Ｐ型抵抗部８のパタ−ン線幅により抵抗率をコントロ−ルする方法がある。これは、Ｐ型抵抗部８のパタ−ン線幅を、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって広くしていくことにより抵抗率を小さくしていくものである。
【００１２】
しかしながら、この場合、第１アノ−ド電極４付近のＰ型抵抗部８のパタ−ン線幅は、チップサイズを考慮すると、むやみに広くすることができない。また、第２アノ−ド電極５付近のＰ型抵抗部８のパタ−ン線幅については、工程能力からその線幅に制限がある。また、むやみに線幅を狭くすると、特性バラツキの増大、歩留の低下を招くという問題がある。
【００１３】
従って、Ｐ型抵抗部８のパタ−ンの線幅による抵抗率のコントロ−ルには限界がある。
【特許文献１】特開平９−３１８３１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、この発明の課題は、電極間に連続して配置された異なる不純物濃度の複数の抵抗部間の境界に抵抗率異常領域がないようにして、測距対象物までの距離に比例する出力が正確に得られる位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を提供することにある。
【００１５】
また、この発明のもう１つの課題は、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子をばらつきが少なくかつ高歩留まりで製造できる位置検出用受光素子の製造方法を提供することにある。
【００１６】
また、この発明のもう１つの課題は、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、性能のよいセンサおよび電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の位置検出用受光素子は、
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上であることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の位置検出用受光素子によれば、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部において、抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の抵抗部の不純物濃度以上とすることにより、電極間に連続して配置された異なる不純物濃度の複数の抵抗部間の境界に抵抗率異常領域がないようにできる。したがって、測距対象物までの距離に比例する出力を正確に得られる位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を実現できる。
【００１９】
この発明では、抵抗部のパタ−ン線幅を一定の適切な値に設定し、抵抗部を形成する不純物濃度をコントロ−ルすることにより、抵抗部の抵抗率をコントロ−ルするものである。
【００２０】
すなわち、一方の電極から他方の電極に向かって濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる濃度の抵抗部からなる。これにより、チップサイズを大きくすることなく、また特性バラツキ、チップ歩留を悪化させることなく、十分な範囲に抵抗部の抵抗率をコントロ−ルすることができる。
【００２１】
抵抗値を連続的に変化させること、すなわち不純物濃度を連続的に変化させることが理想的であるが、連続的に不純物濃度を変化させることは非常に困難であり、抵抗領域を複数の領域に分け、この領域内では一定の抵抗率としても、実用上問題ない。
【００２２】
また、一実施形態の位置検出用受光素子では、上記ｎ個の抵抗部の幅を、上記入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度に設定した。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記ｎ個の抵抗部の幅を入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度にすることによって、位置情報出力は、連続的に変化させた場合と殆ど有意差がない。
【００２４】
また、一実施形態の位置検出用受光素子では、上記ｎ個の抵抗部のうちの最低不純物濃度の上記抵抗部の幅を他の上記抵抗部の幅よりも大きくした。
【００２５】
上記実施形態によれば、光学系に位置検出用受光素子を設置する際に位置ズレが発生した場合、遠距離対象物からくるスポット光が、最低不純物濃度の領域、即ち抵抗変化率が最も大きく従ってΔＶが最も大きい領域に照射されない恐れがあるが、上記領域幅を大きくとることによりこれを防止することができる。
【００２６】
また、この発明の位置検出用受光素子の製造方法では、
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上である位置検出用受光素子の製造方法であって、
上記ｎ個の抵抗部を形成するためのｎ回のイオン注入を行うイオン注入工程を備え、
上記イオン注入工程において、
１回目のイオン注入は、上記第２導電型拡散抵抗の上記ｎ個の抵抗部が形成される領域以外の領域を酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個の抵抗部に選択的に不純物を注入し、
２回目以降のイオン注入では、ｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目の上記抵抗部をフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目の上記抵抗部からｎ番目の上記抵抗部までに選択的に不純物を注入したことを特徴とする。
【００２７】
不純物濃度のコントロ−ルとしてはイオン注入法が知られているが、一般的には、濃度の異なる３つの領域Ａ,Ｂ,Ｃを考えた場合、図６のように、３回のイオン注入で、別々にそれぞれ不純物量Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3を選択的に注入する。
【００２８】
この場合、パタ−ンズレや線幅シフトにより、その境界付近にて、図６に示すように、不純物の全く注入されない領域１６や、濃度の高い特異な領域１７が発生する。これらのことが、上記抵抗部間の境界にて発生すると、抵抗の断線、抵抗率異常領域の発生による位置検出誤差が発生する。
【００２９】
これを防止するためには、先ず、図７(a)のように、酸化膜１８を遮蔽膜として１回目のイオン注入を行い、３つの領域全てに不純物量Ｄ3を注入する。
【００３０】
次に、図７(b)のように、領域Ｃをフォトレジスト１９で遮蔽し、２回目のイオン注入を行い、領域ＢおよびＡに不純物量(Ｄ2−Ｄ3)を注入する。
【００３１】
次に、図７(c)のように、領域ＢおよびＣをフォトレジスト１９で遮蔽し、３回目のイオン注入を行い、領域Ａに不純物量(Ｄ1−Ｄ2)を注入する。
【００３２】
３回のイオン注入により各領域に注入された不純物量は、
領域Ａ：Ｄ3＋(Ｄ２−Ｄ3)＋(Ｄ1−Ｄ2)＝Ｄ1
領域Ｂ：Ｄ3＋(Ｄ２−Ｄ3)＝Ｄ2
領域Ｃ：Ｄ3
となる。また、この場合、パタ−ンズレや線幅シフトが発生しても、図８に示すように、境界線がシフトするだけで図６に示すような領域１６,１７は発生しない。
【００３３】
すなわち、上記構成の位置検出用受光素子の製造方法によれば、ｎ個の抵抗部をｎ回のイオン注入により形成し、1回目のイオン注入は、酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個の抵抗部に選択的に不純物を注入する。そして、次の２回目以降のｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目の抵抗部をフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目の抵抗部からｎ番目の抵抗部までに選択的に不純物を注入する。そうすることによって、１番目の抵抗部からｎ番目の抵抗部の順に不純物濃度が高くなり、その隣り合う抵抗部の境界付近にて、抵抗の断線や抵抗率異常領域の発生しないｎ個の連続した抵抗部を形成することができる。
【００３４】
また、この発明のセンサでは、上記のいずれか１つの位置検出用受光素子を備えたことを特徴とする。
【００３５】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、性能のよいセンサを実現できる。
【００３６】
また、この発明の電子機器では、上記のいずれか１つの位置検出用受光素子を備えたことを特徴とする。
【００３７】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、高性能な測距機能を備えた電子機器を実現できる。
【発明の効果】
【００３８】
以上より明らかなように、この発明の位置検出用受光素子によれば、測距対象物までの距離に比例する出力が正確に得られる位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を実現することができる。
【００３９】
また、この発明の位置検出用受光素子の製造方法によれば、一方の電極から他方の電極に向かって抵抗率が小さくなる位置検出用受光素子を安定して製造することが可能になる。
【００４０】
また、この発明のセンサによれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を測距センサ等のセンサに使用することにより、遠距離、近距離ともに測定誤差の小さい、測定レンジの広い性能のよいセンサを実現することができる。
【００４１】
また、この発明の電子機器によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、高性能な測距機能を備えた電子機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、この発明の位置検出用受光素子およびその製造方法およびセンサおよび電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４３】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の位置検出用受光素子の平面図を示しており、図２に図１のII−II線から見た断面図を示している。
【００４４】
第１導電型半導体層の一例としてのＮ型基板１をカソ−ド層２とし、Ｎ型基板１の一方の表面にカソ−ド電極３を有する。そのＮ型基板１の他方の表面に、所定の間隔をあけて形成された第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５を有し、各アノ−ド電極４,５は、コンタク窓６を介して、Ｐ型拡散層７に接続されている。アノ−ド電極４側のＰ型拡散層７とアノ−ド電極側５のＰ型拡散層７は、第２導電型拡散抵抗の一例としてのジクザグ形状のＰ型抵抗層８で接続されており、このＰ型抵抗層８とカソ−ド層２が形成する領域が受光部９になっている。
【００４５】
上記Ｐ型抵抗層８は、適切な一定の線幅に設計されている。
【００４６】
また、Ｐ型抵抗層８は、第１アノ−ド電極４から見て、５つの領域Ａ〜Ｅに分割された抵抗部８a〜８eからなり、各領域内での抵抗率はそれぞれ一定であり、領域Ａ〜Ｅの抵抗部８a〜８eのそれぞれの抵抗率をρ1〜ρ5とすると、
ρ1＜ρ2＜ρ3＜ρ4＜ρ5
となっている。従って、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって、不純物濃度が高くなっている。また、上記受光部９の領域Ａ〜Ｅにおいて隣り合う抵抗部８a〜８eの境界部分は、不純物濃度の高い側の抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の抵抗部の不純物濃度以上である
また、５つの領域Ａ〜Ｅの幅は、使用される光学系において、受光部９に照射される光のスポット径にほぼ等しく設計されている。
【００４７】
ここで、測距センサ等の光学系にこの位置検出用受光素子を設置する場合、その位置ズレが発生するが、この位置ズレを考慮し、最も抵抗率の大きい領域Ｅの抵抗部８eの幅を、他の領域に比べ大きく設定する場合がある。
【００４８】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を実現することができる。
【００４９】
また、上記５個の抵抗部８a〜８eの幅を入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度にすることによって、位置情報出力は、連続的に変化させた場合と殆ど変わらない。
【００５０】
この実施形態の位置検出用受光素子は、次の工程により製造される。
【００５１】
Ｎ型基板１の表面に、熱酸化法等により酸化膜１０を形成する。
【００５２】
次にフォトリソグラフィ工程により、酸化膜１０を選択的に取り除き、取り除いた箇所から、ボロン等のＰ型不純物を熱拡散法等により拡散し、Ｐ型拡散層７を形成する。このとき、上記酸化膜１０を取り除いた箇所にも再び酸化膜１０が形成されるため、Ｎ型基板１の表面は全面に酸化膜１０で被膜される。
【００５３】
次に、フォトリソグラフィ工程により、酸化膜１０を選択的に取り除き、残された酸化膜１０を遮蔽膜として、１回目のイオン注入を行う。このとき、５つの領域Ａ〜ＥのＰ型抵抗層８となるべき領域にボロン等の不純物が注入される。
【００５４】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｅをレジストにて被膜し、２回目のイオン注入を行う。このとき、４つの領域Ａ〜ＤのＰ型抵抗層８にボロン等の不純物が注入される。
【００５５】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｄ,Ｅをレジストにて被膜し、３回目のイオン注入を行う。このとき、３つの領域Ａ〜ＣのＰ型抵抗層８にボロン等の不純物が注入される。
【００５６】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｃ〜Ｅをレジストにて被膜し、４回目のイオン注入を行う。このとき、２つの領域Ａ,ＢのＰ型抵抗層８にボロン等の不純物が注入される。
【００５７】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｂ〜Ｅをレジストにて被膜し、５回目のイオン注入を行う。このとき、領域ＡのＰ型抵抗層８にのみボロン等の不純物が注入される。
【００５８】
その後、ＣＶＤ法等の低温酸化により、Ｎ型基板１の表面全面に酸化膜１０を形成し、熱処理を行う。
【００５９】
次に、フォトリソグラフィ工程により、酸化膜１０を選択的に取り除き、コンタク窓６を形成し、Ａｌ等の電極材料をスパッタ蒸着等により被膜し、フォトリソグラフィ工程により選択的に取り除くことにより、第１アノ−ド電極４および第２アノ−ド電極５を形成する。
【００６０】
最後に、Ｎ型基板１の他方にＡu等の電極材料をスパッタ蒸着等により被膜し、熱処理を行うことにより、カソ−ド電極３を形成する。
【００６１】
上記構成の位置検出用受光素子の製造方法によれば、ｎ個のＰ型抵抗層８をｎ回のイオン注入を行うとき、1回目のイオン注入は、酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個のＰ型抵抗層８に選択的に不純物を注入する。そして、次の２回目以降のｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目のＰ型抵抗層８を酸化膜およびフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目のＰ型抵抗層８からｎ番目のＰ型抵抗層８までに選択的に不純物を注入する。そうすることによって、１番目のＰ型抵抗層８からｎ番目のＰ型抵抗層８の順に不純物濃度が高くなり、その隣り合うＰ型抵抗層８の境界付近にて、抵抗の断線や抵抗率異常領域の発生しないＰ型抵抗層８を形成することができる。
【００６２】
〔第２実施形態〕
図９はこの発明の第２実施形態の位置検出用受光素子を用いたセンサの一例としての光学式測距センサの構成を示している。
【００６３】
図９に示すように、発光素子１０２より出射される光が投光用集光部１０８で集光され、位置検出用受光素子１０３の受光面にほぼ垂直に投光される。この光が測距対象物１１２に拡散反射し、受光用集光部１０９に入射する光だけを集光し、位置検出用受光素子１０３の受光面上に光スポットを形成させる。この光学式測距センサから測距対象物までの距離が変わると、受光面上の光スポットの位置が変わるので、位置検出用受光素子１０３の２つの端子より得られる電流値をI１,I２としてI１／(I１＋I２)で求めた出力値が得られる。受光面が１つで受光領域１０３a〜１０３eの抵抗値が均一な場合、この出力値は光学式測距センサから測距対象物までの距離に反比例するが、この発明では、複数に分割された受光部の受光領域１０３a〜１０３eの抵抗値が夫々異なり、光学式測距センサの発光素子１０２側つまり測距対象物が遠いところにある場合の反射光が入射する位置のほうが大きい抵抗値で、測距対象物が近いところにある場合の反射光が入射する位置のほうが小さい抵抗値となっている。
【００６４】
この光学式測距センサでは、測距対象物が一定距離移動するとき、測距対象物が遠いところにある場合より近いところにある場合の方が受光面上の光スポットの位置変化量が大きいので、光スポットの位置変化量が大きいところの抵抗値が小さく、光スポットの位置変化量が小さいところの抵抗値が大きくしている。
【００６５】
これにより、簡単な構成で広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例する出力を正確に得ることができ、広い測距範囲全域で測距精度を均一にできる。
【００６６】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、性能のよい光学式測距センサを実現することができる。
【００６７】
この発明の位置検出用受光素子は、特に光学式測距センサ、人体感知センサ等のセンサ類、更にはそれらのセンサを用いたオートフォ−カス機能機器、様式便座、洗面器具、或いは自動掃除機、複写機、各種ロボット等の電子機器に用いると好適である。上記位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、高性能な電子機器を実現することができる。
【００６８】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の位置検出用受光素子の平面図である。
【図２】図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【図３】図３は従来の位置検出用受光素子の平面図である。
【図４】図４は図３のIV−IV線から見た断面図である。
【図５】図５は一般的な測距センサの光学系の概念図である。
【図６】図６は一般的なイオン注入方式での不純物濃度説明図である。
【図７】図７はこの発明でのイオン注入方式の説明図である。
【図８】図８はこの発明での不純物濃度説明図である。
【図９】図９はこの発明の第２実施形態の位置検出用受光素子を用いたセンサの一例としての光学式測距センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…Ｎ型基板
２…カソ−ド層
３…カソ−ド電極
４…第１アノ−ド電極
５…第２アノ−ド電極
６…コンタクト窓
７…Ｐ型拡散層
８…Ｐ型抵抗層
８a〜８e…抵抗部
９…受光部
１０…酸化膜
１１…位置検出用受光素子
１２…受光レンズ
１３…投光レンズ
１４…対象物
１５…入射光
１６…不純物の全く注入されない領域
１７…不純物濃度の高い特異な領域
１８…酸化膜
１９…レジスト
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位置検出用受光素子およびその製造方法およびセンサおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置検出用受光素子を用いた光学式測距センサとしては、一つの発光素子と、一つの位置検出受光素子(ＰＳＤ(Position Sensitive Device))と、投光用集光部および受光用集光部と、上記位置検出受光素子から出力される信号の処理および所定のタイミングで発光素子を駆動する１つのＩＣ(Integrated Circuit：集積回路)とを備えたものがある(例えば、特開平９−３１８３１５号公報(特許文献１)および特開２００３−２８７４２０号公報(特許文献２)参照)。
【０００３】
図３は、このような光学式測距センサに用いられる位置検出用受光素子の平面図を示し、図４図３のIV−IV線から見た断面図を示している。また、図５に、この位置検出用受光素子を用いた一般的な光学式測距センサの光学系の概念図を示している。
【０００４】
一般的には、Ｎ型半導体基板１をカソ−ド層２とし、裏面側にカソ−ド電極３を有し、表側の両端に第１アノ−ド電極４、および第２アノ−ド電極５を有し、第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５はＰ型抵抗部８で接続されている。Ｐ型抵抗部８は一応な抵抗率となっている。Ｐ型抵抗部８はまた、Ｎ型半導体基板１とＰＮ接合を形成しており、Ｐ型抵抗部８をアノ−ド、Ｎ型半導体基板１をカソ−ドとしてフォトダイオ−ドを形成している。第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５を同電位とし、これに対してカソ−ド電極３に逆バイアスを印加した状態で、図５に示すように、第２アノ−ド電極５から距離xの箇所に光が入射した場合、
Ｖ(x)＝Ｉ1／(Ｉ1＋Ｉ2)＝Ｒ(x)／Ｒ0 ……… (１)
として、位置情報Ｖ(ｘ)が得られる。
【０００５】
ここで、Ｉ1、Ｉ2は、それぞれ第１アノ−ド電極４および第２アノ−ド電極５に流れ込む電流で、Ｒ(ｘ)は、距離xの箇所から、Ｐ型抵抗部８を通って第２アノ−ド電極５まで電流が流れるときの抵抗値であり、Ｒ0は距離ｄ、すなわち第１アノ−ド電極４から第２アノ−ド電極５までＰ型抵抗部８を通って電流が流れるときの抵抗値である。
【０００６】
今、Ｐ型抵抗部８の抵抗率は一定であるので、この抵抗率をρとすると、
Ｒ(ｘ)＝ρｘ ……… (２)
となり、抵抗関数Ｒ(ｘ)はｘに対してリニアな関数となる。
(１)、(２)式より、
Ｖ(x)＝(ρ・ｘ)／(ρ・ｄ)＝ｘ／ｄ ……… (３)
となる。
【０００７】
距離の測定法としては三角法を用いており、図５に示す光学系において、
Ｌ／Ａ＝ｆ／(ｘ＋ｃ) ……… (４)
となり、対象物１４までの距離Ｌを変数とした場合の位置情報Ｖ(Ｌ)は、(３)式、(４)式より
Ｖ(Ｌ)＝(１／ｄ)・［(Ａ・ｆ／Ｌ)−ｃ］ ……… (５)
となる。位置情報Ｖ(Ｌ)は距離Ｌに対して双曲線関数となり、遠方、すなわち、Ｌが大きく、従ってxが小さい場合、距離の変化ΔＬに対する位置情報Ｖ(Ｌ)の変化ΔＶが小さくなり、Ｓ／Ｎ比が下がり測距精度が悪化する。
【０００８】
したがって、測距対象物までの距離が短いところでは、精度よく距離を計測できるが、測距対象物までの距離が長いところでは、距離計測の精度が悪くなる。また、測距対象物までの距離が長いところでは、距離計測の精度が悪くなるので、実用上の距離計測範囲は、計測可能な最大距離と最小距離の比が８程度までしかなかった。
【０００９】
これを解決するため、本発明者は、ΔＶが小さいとき、すなわち(１)式にて距離ｘが小さいときの抵抗関数Ｒ(ｘ)の変化率ΔＲを、距離ｘが大きい場合よりも大きくすることによって、測距対象物までの距離に比例する出力を正確に得ることができる光学式測距センサを考えた。なお、この光学式測距センサは、この発明を理解しやすくするために説明するものであって、公知技術ではなく、従来技術ではない。
【００１０】
すなわち、距離ｘが小さいときの抵抗関数Ｒ(ｘ)の変化率ΔＲを、距離ｘが大きい場合よりも大きくするには、Ｐ型抵抗部８の抵抗率を一定ではなく、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって小さくしていけばよい。
【００１１】
その手段としては、Ｐ型抵抗部８のパタ−ン線幅により抵抗率をコントロ−ルする方法がある。これは、Ｐ型抵抗部８のパタ−ン線幅を、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって広くしていくことにより抵抗率を小さくしていくものである。
【００１２】
しかしながら、この場合、第１アノ−ド電極４付近のＰ型抵抗部８のパタ−ン線幅は、チップサイズを考慮すると、むやみに広くすることができない。また、第２アノ−ド電極５付近のＰ型抵抗部８のパタ−ン線幅については、工程能力からその線幅に制限がある。また、むやみに線幅を狭くすると、特性バラツキの増大、歩留の低下を招くという問題がある。
【００１３】
従って、Ｐ型抵抗部８のパタ−ンの線幅による抵抗率のコントロ−ルには限界がある。
【特許文献１】特開平９−３１８３１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、この発明の課題は、電極間に連続して配置された異なる不純物濃度の複数の抵抗部間の境界に抵抗率異常領域がないようにして、測距対象物までの距離に比例する出力が正確に得られる位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を提供することにある。
【００１５】
また、この発明のもう１つの課題は、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子をばらつきが少なくかつ高歩留まりで製造できる位置検出用受光素子の製造方法を提供することにある。
【００１６】
また、この発明のもう１つの課題は、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、性能のよいセンサおよび電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の位置検出用受光素子は、
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上であることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の位置検出用受光素子によれば、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部において、抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の抵抗部の不純物濃度以上とすることにより、電極間に連続して配置された異なる不純物濃度の複数の抵抗部間の境界に抵抗率異常領域がないようにできる。したがって、測距対象物までの距離に比例する出力を正確に得られる位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を実現できる。
【００１９】
この発明では、抵抗部のパタ−ン線幅を一定の適切な値に設定し、抵抗部を形成する不純物濃度をコントロ−ルすることにより、抵抗部の抵抗率をコントロ−ルするものである。
【００２０】
すなわち、一方の電極から他方の電極に向かって濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる濃度の抵抗部からなる。これにより、チップサイズを大きくすることなく、また特性バラツキ、チップ歩留を悪化させることなく、十分な範囲に抵抗部の抵抗率をコントロ−ルすることができる。
【００２１】
抵抗値を連続的に変化させること、すなわち不純物濃度を連続的に変化させることが理想的であるが、連続的に不純物濃度を変化させることは非常に困難であり、抵抗領域を複数の領域に分け、この領域内では一定の抵抗率としても、実用上問題ない。
【００２２】
また、一実施形態の位置検出用受光素子では、上記ｎ個の抵抗部の幅を、上記入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度に設定した。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記ｎ個の抵抗部の幅を入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度にすることによって、位置情報出力は、連続的に変化させた場合と殆ど有意差がない。
【００２４】
また、一実施形態の位置検出用受光素子では、上記ｎ個の抵抗部のうちの最低不純物濃度の上記抵抗部の幅を他の上記抵抗部の幅よりも大きくした。
【００２５】
上記実施形態によれば、光学系に位置検出用受光素子を設置する際に位置ズレが発生した場合、遠距離対象物からくるスポット光が、最低不純物濃度の領域、即ち抵抗変化率が最も大きく従ってΔＶが最も大きい領域に照射されない恐れがあるが、上記領域幅を大きくとることによりこれを防止することができる。
【００２６】
また、この発明の位置検出用受光素子の製造方法では、
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上である位置検出用受光素子の製造方法であって、
上記ｎ個の抵抗部を形成するためのｎ回のイオン注入を行うイオン注入工程を備え、
上記イオン注入工程において、
１回目のイオン注入は、上記第２導電型拡散抵抗の上記ｎ個の抵抗部が形成される領域以外の領域を酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個の抵抗部に選択的に不純物を注入し、
２回目以降のイオン注入では、ｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目の上記抵抗部をフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目の上記抵抗部からｎ番目の上記抵抗部までに選択的に不純物を注入したことを特徴とする。
【００２７】
不純物濃度のコントロ−ルとしてはイオン注入法が知られているが、一般的には、濃度の異なる３つの領域Ａ,Ｂ,Ｃを考えた場合、図６のように、３回のイオン注入で、別々にそれぞれ不純物量Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3を選択的に注入する。
【００２８】
この場合、パタ−ンズレや線幅シフトにより、その境界付近にて、図６に示すように、不純物の全く注入されない領域１６や、濃度の高い特異な領域１７が発生する。これらのことが、上記抵抗部間の境界にて発生すると、抵抗の断線、抵抗率異常領域の発生による位置検出誤差が発生する。
【００２９】
これを防止するためには、先ず、図７(a)のように、酸化膜１８を遮蔽膜として１回目のイオン注入を行い、３つの領域全てに不純物量Ｄ3を注入する。
【００３０】
次に、図７(b)のように、領域Ｃをフォトレジスト１９で遮蔽し、２回目のイオン注入を行い、領域ＢおよびＡに不純物量(Ｄ2−Ｄ3)を注入する。
【００３１】
次に、図７(c)のように、領域ＢおよびＣをフォトレジスト１９で遮蔽し、３回目のイオン注入を行い、領域Ａに不純物量(Ｄ1−Ｄ2)を注入する。
【００３２】
３回のイオン注入により各領域に注入された不純物量は、
領域Ａ：Ｄ3＋(Ｄ２−Ｄ3)＋(Ｄ1−Ｄ2)＝Ｄ1
領域Ｂ：Ｄ3＋(Ｄ２−Ｄ3)＝Ｄ2
領域Ｃ：Ｄ3
となる。また、この場合、パタ−ンズレや線幅シフトが発生しても、図８に示すように、境界線がシフトするだけで図６に示すような領域１６,１７は発生しない。
【００３３】
すなわち、上記構成の位置検出用受光素子の製造方法によれば、ｎ個の抵抗部をｎ回のイオン注入により形成し、1回目のイオン注入は、酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個の抵抗部に選択的に不純物を注入する。そして、次の２回目以降のｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目の抵抗部をフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目の抵抗部からｎ番目の抵抗部までに選択的に不純物を注入する。そうすることによって、１番目の抵抗部からｎ番目の抵抗部の順に不純物濃度が高くなり、その隣り合う抵抗部の境界付近にて、抵抗の断線や抵抗率異常領域の発生しないｎ個の連続した抵抗部を形成することができる。
【００３４】
また、この発明のセンサでは、上記のいずれか１つの位置検出用受光素子を備えたことを特徴とする。
【００３５】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、性能のよいセンサを実現できる。
【００３６】
また、この発明の電子機器では、上記のいずれか１つの位置検出用受光素子を備えたことを特徴とする。
【００３７】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、高性能な測距機能を備えた電子機器を実現できる。
【発明の効果】
【００３８】
以上より明らかなように、この発明の位置検出用受光素子によれば、測距対象物までの距離に比例する出力が正確に得られる位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を実現することができる。
【００３９】
また、この発明の位置検出用受光素子の製造方法によれば、一方の電極から他方の電極に向かって抵抗率が小さくなる位置検出用受光素子を安定して製造することが可能になる。
【００４０】
また、この発明のセンサによれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を測距センサ等のセンサに使用することにより、遠距離、近距離ともに測定誤差の小さい、測定レンジの広い性能のよいセンサを実現することができる。
【００４１】
また、この発明の電子機器によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、高性能な測距機能を備えた電子機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、この発明の位置検出用受光素子およびその製造方法およびセンサおよび電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４３】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の位置検出用受光素子の平面図を示しており、図２に図１のII−II線から見た断面図を示している。
【００４４】
第１導電型半導体層の一例としてのＮ型基板１をカソ−ド層２とし、Ｎ型基板１の一方の表面にカソ−ド電極３を有する。そのＮ型基板１の他方の表面に、所定の間隔をあけて形成された第１アノ−ド電極４と第２アノ−ド電極５を有し、各アノ−ド電極４,５は、コンタク窓６を介して、Ｐ型拡散層７に接続されている。アノ−ド電極４側のＰ型拡散層７とアノ−ド電極側５のＰ型拡散層７は、第２導電型拡散抵抗の一例としてのジクザグ形状のＰ型抵抗層８で接続されており、このＰ型抵抗層８とカソ−ド層２が形成する領域が受光部９になっている。
【００４５】
上記Ｐ型抵抗層８は、適切な一定の線幅に設計されている。
【００４６】
また、Ｐ型抵抗層８は、第１アノ−ド電極４から見て、５つの領域Ａ〜Ｅに分割された抵抗部８a〜８eからなり、各領域内での抵抗率はそれぞれ一定であり、領域Ａ〜Ｅの抵抗部８a〜８eのそれぞれの抵抗率をρ1〜ρ5とすると、
ρ1＜ρ2＜ρ3＜ρ4＜ρ5
となっている。従って、第２アノ−ド電極５から第１アノ−ド電極４に向かって、不純物濃度が高くなっている。また、上記受光部９の領域Ａ〜Ｅにおいて隣り合う抵抗部８a〜８eの境界部分は、不純物濃度の高い側の抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の抵抗部の不純物濃度以上である
また、５つの領域Ａ〜Ｅの幅は、使用される光学系において、受光部９に照射される光のスポット径にほぼ等しく設計されている。
【００４７】
ここで、測距センサ等の光学系にこの位置検出用受光素子を設置する場合、その位置ズレが発生するが、この位置ズレを考慮し、最も抵抗率の大きい領域Ｅの抵抗部８eの幅を、他の領域に比べ大きく設定する場合がある。
【００４８】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を実現することができる。
【００４９】
また、上記５個の抵抗部８a〜８eの幅を入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度にすることによって、位置情報出力は、連続的に変化させた場合と殆ど変わらない。
【００５０】
この実施形態の位置検出用受光素子は、次の工程により製造される。
【００５１】
Ｎ型基板１の表面に、熱酸化法等により酸化膜１０を形成する。
【００５２】
次にフォトリソグラフィ工程により、酸化膜１０を選択的に取り除き、取り除いた箇所から、ボロン等のＰ型不純物を熱拡散法等により拡散し、Ｐ型拡散層７を形成する。このとき、上記酸化膜１０を取り除いた箇所にも再び酸化膜１０が形成されるため、Ｎ型基板１の表面は全面に酸化膜１０で被膜される。
【００５３】
次に、フォトリソグラフィ工程により、酸化膜１０を選択的に取り除き、残された酸化膜１０を遮蔽膜として、１回目のイオン注入を行う。このとき、５つの領域Ａ〜ＥのＰ型抵抗層８となるべき領域にボロン等の不純物が注入される。
【００５４】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｅをレジストにて被膜し、２回目のイオン注入を行う。このとき、４つの領域Ａ〜ＤのＰ型抵抗層８にボロン等の不純物が注入される。
【００５５】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｄ,Ｅをレジストにて被膜し、３回目のイオン注入を行う。このとき、３つの領域Ａ〜ＣのＰ型抵抗層８にボロン等の不純物が注入される。
【００５６】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｃ〜Ｅをレジストにて被膜し、４回目のイオン注入を行う。このとき、２つの領域Ａ,ＢのＰ型抵抗層８にボロン等の不純物が注入される。
【００５７】
次に、フォトリソグラフィ工程により、領域Ｂ〜Ｅをレジストにて被膜し、５回目のイオン注入を行う。このとき、領域ＡのＰ型抵抗層８にのみボロン等の不純物が注入される。
【００５８】
その後、ＣＶＤ法等の低温酸化により、Ｎ型基板１の表面全面に酸化膜１０を形成し、熱処理を行う。
【００５９】
次に、フォトリソグラフィ工程により、酸化膜１０を選択的に取り除き、コンタク窓６を形成し、Ａｌ等の電極材料をスパッタ蒸着等により被膜し、フォトリソグラフィ工程により選択的に取り除くことにより、第１アノ−ド電極４および第２アノ−ド電極５を形成する。
【００６０】
最後に、Ｎ型基板１の他方にＡu等の電極材料をスパッタ蒸着等により被膜し、熱処理を行うことにより、カソ−ド電極３を形成する。
【００６１】
上記構成の位置検出用受光素子の製造方法によれば、ｎ個のＰ型抵抗層８をｎ回のイオン注入を行うとき、1回目のイオン注入は、酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個のＰ型抵抗層８に選択的に不純物を注入する。そして、次の２回目以降のｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目のＰ型抵抗層８を酸化膜およびフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目のＰ型抵抗層８からｎ番目のＰ型抵抗層８までに選択的に不純物を注入する。そうすることによって、１番目のＰ型抵抗層８からｎ番目のＰ型抵抗層８の順に不純物濃度が高くなり、その隣り合うＰ型抵抗層８の境界付近にて、抵抗の断線や抵抗率異常領域の発生しないＰ型抵抗層８を形成することができる。
【００６２】
〔第２実施形態〕
図９はこの発明の第２実施形態の位置検出用受光素子を用いたセンサの一例としての光学式測距センサの構成を示している。
【００６３】
図９に示すように、発光素子１０２より出射される光が投光用集光部１０８で集光され、位置検出用受光素子１０３の受光面にほぼ垂直に投光される。この光が測距対象物１１２に拡散反射し、受光用集光部１０９に入射する光だけを集光し、位置検出用受光素子１０３の受光面上に光スポットを形成させる。この光学式測距センサから測距対象物までの距離が変わると、受光面上の光スポットの位置が変わるので、位置検出用受光素子１０３の２つの端子より得られる電流値をI１,I２としてI１／(I１＋I２)で求めた出力値が得られる。受光面が１つで受光領域１０３a〜１０３eの抵抗値が均一な場合、この出力値は光学式測距センサから測距対象物までの距離に反比例するが、この発明では、複数に分割された受光部の受光領域１０３a〜１０３eの抵抗値が夫々異なり、光学式測距センサの発光素子１０２側つまり測距対象物が遠いところにある場合の反射光が入射する位置のほうが大きい抵抗値で、測距対象物が近いところにある場合の反射光が入射する位置のほうが小さい抵抗値となっている。
【００６４】
この光学式測距センサでは、測距対象物が一定距離移動するとき、測距対象物が遠いところにある場合より近いところにある場合の方が受光面上の光スポットの位置変化量が大きいので、光スポットの位置変化量が大きいところの抵抗値が小さく、光スポットの位置変化量が小さいところの抵抗値が大きくしている。
【００６５】
これにより、簡単な構成で広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例する出力を正確に得ることができ、広い測距範囲全域で測距精度を均一にできる。
【００６６】
上記構成によれば、位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、性能のよい光学式測距センサを実現することができる。
【００６７】
この発明の位置検出用受光素子は、特に光学式測距センサ、人体感知センサ等のセンサ類、更にはそれらのセンサを用いたオートフォ−カス機能機器、様式便座、洗面器具、或いは自動掃除機、複写機、各種ロボット等の電子機器に用いると好適である。上記位置検出誤差の少ない位置検出用受光素子を用いることによって、高性能な電子機器を実現することができる。
【００６８】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の位置検出用受光素子の平面図である。
【図２】図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【図３】図３は従来の位置検出用受光素子の平面図である。
【図４】図４は図３のIV−IV線から見た断面図である。
【図５】図５は一般的な測距センサの光学系の概念図である。
【図６】図６は一般的なイオン注入方式での不純物濃度説明図である。
【図７】図７はこの発明でのイオン注入方式の説明図である。
【図８】図８はこの発明での不純物濃度説明図である。
【図９】図９はこの発明の第２実施形態の位置検出用受光素子を用いたセンサの一例としての光学式測距センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…Ｎ型基板
２…カソ−ド層
３…カソ−ド電極
４…第１アノ−ド電極
５…第２アノ−ド電極
６…コンタクト窓
７…Ｐ型拡散層
８…Ｐ型抵抗層
８a〜８e…抵抗部
９…受光部
１０…酸化膜
１１…位置検出用受光素子
１２…受光レンズ
１３…投光レンズ
１４…対象物
１５…入射光
１６…不純物の全く注入されない領域
１７…不純物濃度の高い特異な領域
１８…酸化膜
１９…レジスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上であることを特徴とする位置検出用受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出用受光素子において、
上記ｎ個の抵抗部の幅を、上記入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度に設定したことを特徴とする位置検出用受光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置検出用受光素子において、
上記ｎ個の抵抗部のうちの最低不純物濃度の上記抵抗部の幅を他の上記抵抗部の幅よりも大きくしたことを特徴とする位置検出用受光素子。
【請求項４】
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上である位置検出用受光素子の製造方法であって、
上記ｎ個の抵抗部を形成するためのｎ回のイオン注入を行うイオン注入工程を備え、
上記イオン注入工程において、
１回目のイオン注入は、上記第２導電型拡散抵抗の上記ｎ個の抵抗部が形成される領域以外の領域を酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個の抵抗部に選択的に不純物を注入し、
２回目以降のイオン注入では、ｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目の上記抵抗部をフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目の上記抵抗部からｎ番目の上記抵抗部までに選択的に不純物を注入したことを特徴とする位置検出用受光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の位置検出用受光素子を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の位置検出用受光素子を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上であることを特徴とする位置検出用受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出用受光素子において、
上記ｎ個の抵抗部の幅を、上記入射光のスポット幅の１／２〜３／２倍程度に設定したことを特徴とする位置検出用受光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置検出用受光素子において、
上記ｎ個の抵抗部のうちの最低不純物濃度の上記抵抗部の幅を他の上記抵抗部の幅よりも大きくしたことを特徴とする位置検出用受光素子。
【請求項４】
第１導電型半導体層と、
上記第１導電型半導体層表面に形成された第２導電型拡散抵抗と、
上記第２導電型拡散抵抗の両端側にそれぞれ接続された２つの電極と
を備え、
上記第１導電型半導体層と上記第２導電型拡散抵抗で受光部を構成し、
上記受光部に入射する入射光位置に応じた光電流が上記２つの電極から夫々出力され、
上記第２導電型拡散抵抗は、上記２つの電極のうちの一方から他方に向かって不純物濃度が高くなるように連続して配置されたｎ個(ｎ≧３)の異なる不純物濃度の抵抗部からなり、
上記抵抗部が隣り合う境界部分は、不純物濃度の高い側の上記抵抗部の不純物濃度以下で、かつ、不純物濃度の低い側の上記抵抗部の不純物濃度以上である位置検出用受光素子の製造方法であって、
上記ｎ個の抵抗部を形成するためのｎ回のイオン注入を行うイオン注入工程を備え、
上記イオン注入工程において、
１回目のイオン注入は、上記第２導電型拡散抵抗の上記ｎ個の抵抗部が形成される領域以外の領域を酸化膜により遮蔽し、上記ｎ個の抵抗部に選択的に不純物を注入し、
２回目以降のイオン注入では、ｉ回目(ｉ＝２〜ｎ)のイオン注入は、ｉ−１番目の上記抵抗部をフォトレジストにより遮蔽し、ｉ番目の上記抵抗部からｎ番目の上記抵抗部までに選択的に不純物を注入したことを特徴とする位置検出用受光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の位置検出用受光素子を備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の位置検出用受光素子を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２２７４３０（Ｐ２００８−２２７４３０Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６７８６０（Ｐ２００７−６７８６０）
【出願日】平成１９年３月１６日（２００７．３．１６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１６日（２００７．３．１６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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