JPH0810125B2 - Semiconductor optical position detector - Google Patents
Semiconductor optical position detectorInfo
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- JPH0810125B2 JPH0810125B2 JP15956286A JP15956286A JPH0810125B2 JP H0810125 B2 JPH0810125 B2 JP H0810125B2 JP 15956286 A JP15956286 A JP 15956286A JP 15956286 A JP15956286 A JP 15956286A JP H0810125 B2 JPH0810125 B2 JP H0810125B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、受光面に投射されたスポット状の光位置
を検出する半導体光位置検出器に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor optical position detector that detects a spot-shaped optical position projected on a light receiving surface.
[発明の技術的背景とその問題点] 従来の半導体光位置検出器としては、例えば第5図に
示すようなものがある(特開昭55−87007号公報)。[Technical Background of the Invention and Problems Thereof] As a conventional semiconductor optical position detector, there is, for example, the one shown in FIG. 5 (JP-A-55-87007).
半導体光位置検出器のチップは、高比抵抗のn形Si基
板41の主面に、p形層42が形成されてpn接合による光検
出面が構成され、裏面にはコンタクト層となるn+層43が
全面に形成されている。チップは平面的には方形状に形
成されている。In the semiconductor optical position detector chip, a p-type layer 42 is formed on the main surface of a high-resistivity n-type Si substrate 41 to form a photo-detecting surface by a pn junction, and a back surface serves as a contact layer n +. The layer 43 is formed on the entire surface. The chip is formed in a rectangular shape in plan view.
なお、p形を第1導電形とすると、これと反対導電形
のn形は第2導電形となる。When the p-type is the first conductivity type, the n-type, which is the opposite conductivity type, is the second conductivity type.
p形層42には、間隔長lだけ離隔した2位置に、チッ
プ主面の対向した2辺に沿って光電流I1、I2を取出すた
めの電源44、45が形成されている。In the p-type layer 42, power sources 44 and 45 for taking out photocurrents I 1 and I 2 are formed at two positions separated by an interval length 1 along two opposite sides of the chip main surface.
電極44は電流電圧変換用の抵抗46を介して接地され、
電極44と抵抗46aとの接続点にバッファアンプ47aが接続
されている。抵抗46aおよびバッファアンプ47aはチップ
に対してともに外付けされている。The electrode 44 is grounded via a resistor 46 for current-voltage conversion,
A buffer amplifier 47a is connected to a connection point between the electrode 44 and the resistor 46a. The resistor 46a and the buffer amplifier 47a are both externally attached to the chip.
他の電極45側についても上記と同様に、外付け電流電
圧変換用の抵抗46bおよびバッファアンプ47bが接続され
ている。On the other electrode 45 side, similarly to the above, the external current-voltage converting resistor 46b and the buffer amplifier 47b are connected.
光電流I1、I2は、上記のようにチップ外に抵抗46a、4
6bおよびバッファアンプ47a、47bの信号処理が設けられ
て、電圧に変換されてから増幅されて取出される。The photocurrents I 1 and I 2 are transmitted to the resistors 46a and 4 outside the chip as described above.
Signal processing of 6b and buffer amplifiers 47a, 47b is provided, converted into a voltage, amplified, and taken out.
一方、裏面側のn+層43には、その全面または一部に電
極48が取付けられ、電極48は抵抗49を介して正電圧+V
の電源に接続されている。On the other hand, an electrode 48 is attached to the entire surface or a part of the n + layer 43 on the back surface side, and the electrode 48 has a positive voltage + V via a resistor 49.
Connected to the power supply.
光検出面のpn接合は、上記の正電圧+Vにより逆バイ
アスされる。The pn junction on the light detection surface is reverse biased by the above positive voltage + V.
いまpn接合が正電圧+Vにより十分に逆バイアスさ
れ、p形層42の厚さは少数キャリヤの拡散長に比べて小
さいものとする。Now, assume that the pn junction is sufficiently reverse biased by the positive voltage + V, and the thickness of the p-type layer 42 is smaller than the diffusion length of minority carriers.
そして第5図に示すように、各電極44、45の位置がそ
れぞれx=−l/2、x=l/2となるような受光面上のx座
標において、x=x0の位置にスポット状の光が投射され
たとすると、各電極44、45から取出される光電流I1、I2
は光の投射位置x0に応じて相対的に変化し、それぞれ次
式で表わされる。Then, as shown in FIG. 5, a spot is formed at a position of x = x 0 on the x-coordinate on the light-receiving surface such that the positions of the electrodes 44 and 45 are x = −l / 2 and x = l / 2, respectively. If a circular-shaped light is projected, the photocurrents I 1 and I 2 extracted from the electrodes 44 and 45 are extracted.
Changes relative to the light projection position x 0 and is expressed by the following equations.
I1=I0(1/2−x0/l) …(1) I2=I0(1/2−x0/l) …(2) ここでI0は投射光により発生し、取出される全光電流
である。I 1 = I 0 (1 / 2−x 0 / l) (1) I 2 = I 0 (1 / 2−x 0 / l) (2) where I 0 is generated by the projected light and is taken out. Is the total photocurrent that is applied.
上記(1)、(2)両式から x0/l=(1/2)・(I2−I1)/(I1+I2) …(3) の演算を行なうことにより、光の投射位置x=x0が求め
られる。Projection of light by performing the calculation of x 0 / l = (1/2) · (I 2 −I 1 ) / (I 1 + I 2 ) ... (3) from both equations (1) and (2) above. The position x = x 0 is determined.
しかしながら、上記の半導体光位置検出器にあって
は、微小な値の光電流I1、I2を接続線を介して外付け抵
抗46a、46b、およびバッファアンプ47a、47bに導くよう
にしていたため、接続線および抵抗46a、46b等の部分で
ノイズが乗り易く、一方、電極44、45の接続部等の部分
で、微小な光電流I1、I2に損失が生じるのでS/N比が悪
くなり光位置の検出精度が低下するという問題点があっ
た。However, in the above-mentioned semiconductor optical position detector, since the photocurrents I 1 and I 2 having a minute value are guided to the external resistors 46a and 46b and the buffer amplifiers 47a and 47b through the connection lines. , Noise is apt to be introduced in the connecting wires and the portions such as the resistors 46a and 46b, while the loss of minute photocurrents I 1 and I 2 occurs in the portions such as the connecting portions of the electrodes 44 and 45, so that the S / N ratio is reduced. However, there is a problem in that the detection accuracy of the light position deteriorates.
また、抵抗46a、46bおよびバッファアンプ47a、47b
が、チップ外に設けられているので、信号処理部も含め
た検出器全体の構成が比較的大形になってしまうという
問題点があった。Also, the resistors 46a and 46b and the buffer amplifiers 47a and 47b.
However, since it is provided outside the chip, there is a problem that the overall configuration of the detector including the signal processing section becomes relatively large.
[発明の目的] この発明は、上記事情に基づいてなされたもので、検
出精度の低下を防止できるとともに、小形、コンパクト
化を図ることのできる半導体光位置検出器を提供するこ
とを目的とする。[Object of the Invention] The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor optical position detector capable of preventing a decrease in detection accuracy and achieving downsizing and compactification. .
[発明の概要] この発明は、上記目的を達成するために、第1導電形
の半導体基板上に形成した第2導電形のエピタキシャル
層の部分に、第1導電形層を形成して、異なる導電形の
接合により光検出面を構成し、この第1導電形層の離隔
した2位置に設けられた端子部を介して取出される当該
2位置間における光の投射位置に応じて相対的に変化す
る各光電流の和電流および差電流を出力する手段を該エ
ピタキシャル層に形成し、さらに、この手段に導通して
該エピタキシャル層に形成されこの手段から出力される
電流を電圧に変換する抵抗層と、該エピタキシャル層に
形成されこの抵抗層で変換された電圧を増幅する増幅器
とを設けることにより、上記のエピタキシャル層は分離
拡散領域の選択拡散等により他の素子組込み用の島状領
域を容易に形成することができるので、抵抗およびトラ
ンジスタ等の信号処理部を構成する各素子を検出器本体
部とともに−チップ上に容易に組込めるようにしたもの
である。[Summary of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention is different in that a first conductivity type layer is formed on a portion of a second conductivity type epitaxial layer formed on a first conductivity type semiconductor substrate. The photodetection surface is formed by the junction of the conductivity type, and the light detection surface is relatively extracted according to the projection position of the light between the two positions taken out through the terminal portions provided at the two separated positions of the first conductivity type layer. A resistor for forming a sum current and a difference current of the varying photocurrents is formed in the epitaxial layer, and further connected to the device to convert the current output from the device into a voltage. By providing a layer and an amplifier which is formed in the epitaxial layer and amplifies the voltage converted by the resistance layer, the epitaxial layer has an island region for incorporating another element by selective diffusion of the isolation diffusion region. Since it can be easily formed, each element constituting the signal processing unit such as the resistor and the transistor can be easily incorporated on the chip together with the detector main body.
[発明の実施例] 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。Embodiments of the Invention Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図および第2図は、この発明の一実施例を示す図
である。1 and 2 are views showing an embodiment of the present invention.
まず構成を説明すると、第1図および第2図中、1は
p形のSi半導体基板(サブストレート)で、半導体基板
1上にはn形のエピタキシャル層2が形成されている。First, the structure will be described. In FIGS. 1 and 2, 1 is a p-type Si semiconductor substrate (substrate), and an n-type epitaxial layer 2 is formed on the semiconductor substrate 1.
エピタキシャル層2の所要部位には、p形不純物が選
択的に拡散されてp+分離拡散領域3が形成され、エピタ
キシャル層2がこのp+分離拡散領域3で分離されてn形
の島状領域(以下アイランドという)2a、2b、2cが形成
されている。At a required portion of the epitaxial layer 2, p-type impurities are selectively diffused to form p + isolation diffusion regions 3, and the epitaxial layer 2 is isolated by the p + isolation diffusion regions 3 to form an n-type island region. 2a, 2b and 2c (hereinafter referred to as islands) are formed.
4はn+埋込層で、このn+埋込層4によりトランジスタ
のコレクタ抵抗の低減等が図られる。4 is a n + buried layer, such as reduction of the collector resistance of the transistor can be achieved by the n + buried layer 4.
アイランド2aには、まず所要間隔だけ離隔した2位置
にp形領域5、6が拡散形成され、この2個のp形領域
5、6の間にボロン(B)のイオン注入によりp形層7
が形成されている。アイランド2aを構成するn形のエピ
タキシャル層2と、p形層7とのpn接合により光検出面
が構成される。On the island 2a, first, p-type regions 5 and 6 are diffused and formed at two positions separated by a required distance, and a p-type layer 7 is formed between the two p-type regions 5 and 6 by ion implantation of boron (B).
Are formed. The n-type epitaxial layer 2 forming the island 2a and the p-type layer 7 form a pn junction to form a light detection surface.
各p形領域5、6には、酸化膜8に開孔されたコンタ
クトホールを介してAlの配線層9がオーミックコンタク
トされている。この各p形領域5、6と配線層9とのコ
ンタクト部により、光検出面で発生した光電流を取出す
ための端子部11、12がそれぞれ形成されている。An Al wiring layer 9 is in ohmic contact with each of the p-type regions 5 and 6 via a contact hole formed in the oxide film 8. The contact portions between the p-type regions 5 and 6 and the wiring layer 9 respectively form terminal portions 11 and 12 for taking out a photocurrent generated on the photodetection surface.
而してpn接合からなる光検出面、および各端子部11、
12等により、検出器本体部となる光位置検出素子13が構
成される。Thus, the photodetection surface made of a pn junction, and each terminal portion 11,
An optical position detection element 13 that serves as a detector main body is configured by 12 and the like.
また、ライランド2aには、光位置検出素子13の両側に
隣接した部分に、p形層により電流電圧変換用の抵抗1
4、15がそれぞれ形成されている。抵抗14、15形成用の
p形層は、pn接合を構成するp形層7のイオン注入の工
程で同時に形成される。In addition, in the land 2a, a resistor 1 for current-voltage conversion is formed by a p-type layer at a portion adjacent to both sides of the optical position detecting element 13.
4 and 15 are formed respectively. The p-type layers for forming the resistors 14 and 15 are simultaneously formed in the step of ion-implanting the p-type layer 7 forming the pn junction.
抵抗14の一端は、端子部11を構成するp形領域5に直
接接続され、他端はp形領域16を介して配線層9にオー
ミックコンタクトされている。One end of the resistor 14 is directly connected to the p-type region 5 forming the terminal portion 11, and the other end is in ohmic contact with the wiring layer 9 via the p-type region 16.
他の抵抗15についても上記とほど同様に、その一端は
端子部12を構成するp形領域6の直接接続され、他端は
p形領域17を介して配線層9にオーミックコンタクトさ
れている。Similarly to the above, the other resistor 15 has one end directly connected to the p-type region 6 forming the terminal portion 12 and the other end ohmic-contacted to the wiring layer 9 via the p-type region 17.
一方、他の2個のアイランド2b、2cには、それぞれnp
nトランジスタ18、19が形成されている。20、20aはn+コ
レクタコンタクト領域でアイランド2b、2cがそれぞれn
形のコレクタ領域となる。21、21aはp形ベース拡散領
域であり、22、22aはn+エミッタ拡散領域である。On the other hand, the other two islands 2b and 2c have np
n transistors 18 and 19 are formed. 20 and 20a are n + collector contact regions, and islands 2b and 2c are n.
Shaped collector area. Reference numerals 21 and 21a are p-type base diffusion regions, and 22 and 22a are n + emitter diffusion regions.
トランジスタ18は差動増幅器23の入力段トランジスタ
を構成し、その反転入力端子となるベース領域21は、配
線層9を介して光位置検出素子13の端子部11に直接接続
されている。また他のトランジスタ19は他の差動増幅器
24の入力段トランジスタを構成し、その反転入力端子と
なるベース領域21aは、配線層9を介して他の端子部12
に直接接続されている。The transistor 18 constitutes an input-stage transistor of the differential amplifier 23, and the base region 21 which serves as an inverting input terminal thereof is directly connected to the terminal portion 11 of the optical position detecting element 13 via the wiring layer 9. Another transistor 19 is another differential amplifier.
The base region 21a, which constitutes 24 input stage transistors and serves as an inverting input terminal thereof, has another terminal portion 12 through the wiring layer 9.
Is directly connected to.
なお第1図中、差動増幅器23、24の全体構成はブロッ
クで示されているが、差動増幅器23、24を構成する上記
のトランジスタ18、19以外の他のトランジスタ、および
抵抗等も、エピタキシャル層2で構成される図示省略の
他のアイランドの部分に作り込まれる。In FIG. 1, the overall configuration of the differential amplifiers 23 and 24 is shown as a block, but the transistors other than the transistors 18 and 19 constituting the differential amplifiers 23 and 24, resistors, etc. It is formed in another island portion (not shown) formed of the epitaxial layer 2.
抵抗14は、配線層9を介して差動増幅器23の反転入力
端子(−)(トランジスタ18のベース領域21)と出力端
子との間に接続され、また抵抗15は、同様に配線層9を
介して他の差動増幅器24の反転入力端子(−)(トラン
ジスタ19のベース領域21a)と出力端子との間に接続さ
れている。The resistor 14 is connected via the wiring layer 9 between the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 23 (the base region 21 of the transistor 18) and the output terminal, and the resistor 15 similarly connects the wiring layer 9 to the wiring layer 9. It is connected between the inverting input terminal (−) of the other differential amplifier 24 (the base region 21a of the transistor 19) and the output terminal thereof.
両差動増幅器23、24の非反転入力端子(+)には、そ
れぞれ基準電圧+Vrが加えられている。The reference voltage + Vr is applied to the non-inverting input terminals (+) of the differential amplifiers 23 and 24, respectively.
25はアイランド2aに対するn+コンタクト拡散領域で、
n+コンタクト拡散領域25には配線層9がオーミックコン
タクトされている。アイランド2aには上記の配線層9お
よびn+コンタクト拡散領域25を介して正の電源電圧+Vc
cが加えられている。25 is an n + contact diffusion region for the island 2a,
The wiring layer 9 is in ohmic contact with the n + contact diffusion region 25. A positive power supply voltage + Vc is applied to the island 2a via the wiring layer 9 and the n + contact diffusion region 25.
c has been added.
差動増幅器23、24の各反転入力端子(−)には仮想短
絡の原理により+Vrの電圧が現われるので、光位置検出
素子13のpn接合はVcc−Vrの電圧で逆バイアスされる。Since a voltage of + Vr appears at each inverting input terminal (-) of the differential amplifiers 23 and 24 due to the principle of virtual short circuit, the pn junction of the optical position detecting element 13 is reverse biased with a voltage of Vcc-Vr.
製造工程の一例を概説すると、主面が(111)面を有
するp形のSi半導体基板(サブストレート)1の所要領
域にアンチモン(Sb)またはヒ素(As)不純物を拡散し
てn+埋込層4を形成する。An outline of an example of the manufacturing process will be described. An antimony (Sb) or arsenic (As) impurity is diffused into a required region of a p-type Si semiconductor substrate (substrate) 1 having a (111) plane as a main surface to be n + buried. Form layer 4.
次いで半導体基板1上にリン(P)ドープのn形エピ
タキシャル層2を成長させる。酸化膜8の形成後エピタ
キシャル層2の所要部位にボロン(B)等のp形不純物
を選択的に拡散してアイランド2a、2b、2cを形成する。Then, a phosphorus (P) -doped n-type epitaxial layer 2 is grown on the semiconductor substrate 1. After the oxide film 8 is formed, p-type impurities such as boron (B) are selectively diffused into the required portions of the epitaxial layer 2 to form the islands 2a, 2b and 2c.
フォトエッチングにより所要部位の拡散膜8に孔開け
を行ない乍らボロン(B)不純物およびリン(P)不純
物の拡散を順次行なって各アイランド2a、2b、2c内にp
形領域5、6、16、17、p形ベース拡散領域21、21a、
およびn+エミッタ拡散領域22、22a、n+コンタクト拡散
領域20、20a、25を形成する。A hole is formed in the diffusion film 8 at a required portion by photoetching, and boron (B) impurities and phosphorus (P) impurities are sequentially diffused to form p in each of the islands 2a, 2b, 2c.
Shaped regions 5, 6, 16, 17, p-type base diffusion regions 21, 21a,
And n + emitter diffusion regions 22, 22a and n + contact diffusion regions 20, 20a, 25 are formed.
pn接合形成用のp形層7、および電流電圧変換用の抵
抗14、15を形成する部分の酸化膜8をホトエッチング
し、この部分にボロン(B)のイオン注入を行なう。こ
の後、このイオン注入部分に1000オングストローム程度
の薄い酸化膜を形成する。The p-type layer 7 for forming the pn junction and the oxide film 8 at the portion where the resistors 14 and 15 for current-voltage conversion are formed are photo-etched, and boron (B) ions are implanted into this portion. After that, a thin oxide film having a thickness of about 1000 Å is formed on the ion-implanted portion.
最後にホトエッチングによる酸化膜へのコンタクトホ
ールの孔開け、Al膜の堆積およびパターニングを行なっ
て配線層9を形成する。Finally, a contact hole is formed in the oxide film by photoetching, an Al film is deposited and patterned to form the wiring layer 9.
次に作用を説明する。 Next, the operation will be described.
光位置検出素子13のpn接合は、Vcc−Vrの電圧で逆バ
イアスされている。端子部11、12間に或る位置にスポッ
ト状の光が投射されると、各端子部11、12から前記
(1)、(2)式に示すように、その値が光の投射位置
に応じて相対的に変化する各光電流I1、I2が取出され
る。The pn junction of the optical position detecting element 13 is reverse biased with a voltage of Vcc-Vr. When a spot-shaped light is projected at a certain position between the terminal parts 11 and 12, the value of the spotwise light is projected from the respective terminal parts 11 and 12 to the light projection position as shown in the equations (1) and (2). The photocurrents I 1 and I 2 that are relatively changed in response to the photocurrents are extracted.
取出された各光電流I1、I2は、それぞれp形領域5、
6の部分のみを介して電流電圧変換用の抵抗14、15に流
れ、電圧に変換されてから差動増幅器23、24で増幅され
て外部に取出される。The extracted photocurrents I 1 and I 2 are respectively p-type regions 5 and
It flows into the resistors 14 and 15 for current-voltage conversion through only the portion 6 and is converted into a voltage, then amplified by the differential amplifiers 23 and 24 and taken out to the outside.
このように微小な値の光電流I1、I2は、同一チップ内
でp形領域5、6の部分のみを介して電圧に変換される
ので、従来の接続線を介して外付けの抵抗で電圧に変化
されるのとは異なって、電圧に変換される過程で光電流
I1、I2信号にノイズが乗ることは全くなく、また微小な
光電流に損失が生じることも殆んどない。Since the photocurrents I 1 and I 2 having such a small value are converted into the voltage only through the p-type regions 5 and 6 in the same chip, an external resistor is connected via the conventional connecting line. In the process of conversion into voltage, photocurrent
No noise is added to the I 1 and I 2 signals, and there is almost no loss of minute photocurrent.
そしてさらに、電圧に変換された後も、同一チップ内
に組込まれた差動増幅器で所要値まで増幅されてから外
部に取出される。Further, even after being converted into a voltage, it is amplified to a required value by a differential amplifier incorporated in the same chip and then taken out to the outside.
したがって所要値に増幅されるまでの信号処理が全て
同一チップ内で行なわれるので、良好なS/N比が得ら
れ、前記(3)式により投射位置が精度よく検出され
る。Therefore, all the signal processing until it is amplified to the required value is performed in the same chip, so that a good S / N ratio can be obtained and the projection position can be accurately detected by the equation (3).
上記のように、この実施例では、その製造上から出力
電流I1、I2信号のS/N比が良好になる。As described above, in this embodiment, the S / N ratios of the output currents I 1 and I 2 signals are good in terms of manufacturing.
このためp形層7のシート抵抗を或る程度下げて信号
レベルを或る程度犠牲にしても所要のS/N比を得ること
ができ、周波数特性の改善を図ることができる。この結
果n形エピタキシャル層2の比抵抗を低くしても所要の
周波数特性を得ることができる。Therefore, the required S / N ratio can be obtained even if the sheet resistance of the p-type layer 7 is lowered to some extent and the signal level is sacrificed to some extent, and the frequency characteristic can be improved. As a result, required frequency characteristics can be obtained even if the specific resistance of the n-type epitaxial layer 2 is lowered.
具体的な数値例を上げると、光位置検出素子13におけ
る両端子部11、12間の間隔長を6mm、エピタキシャル層
2の比抵抗を2Ωcm、p形層7のシート抵抗を1KΩとし
たとき、しゃ断周波数は約1MHzが得られ、機械的な変位
に対するセンサとして十分な応答速度を得ることができ
る。As a specific numerical example, when the distance between the two terminal portions 11 and 12 in the optical position detecting element 13 is 6 mm, the resistivity of the epitaxial layer 2 is 2 Ωcm, and the sheet resistance of the p-type layer 7 is 1 KΩ, A cutoff frequency of about 1MHz is obtained, and a sufficient response speed can be obtained as a sensor for mechanical displacement.
ここで、本実施例では、取出された光電流を単に電圧
変換して出力するようにしたが、第3図および第4図に
示すように、信号処理回路を和電流差電流発生回路およ
びこの和電流差電流発生回路の出力を基づいて光源を制
御する光源駆動回路等で構成し、前記(3)式の演算を
行なうための割算器を不要として周辺回路の簡略化を図
った構成とすることもできる。Here, in the present embodiment, the extracted photocurrent is simply voltage-converted and output. However, as shown in FIGS. 3 and 4, the signal processing circuit includes a sum current difference current generation circuit and a sum current difference current generation circuit. A configuration in which a peripheral circuit is configured by a light source drive circuit that controls a light source based on the output of a sum current difference current generation circuit and the like, and does not require a divider for performing the calculation of the above formula (3). You can also do it.
すなわち、第3図中26は和電流差電流発生回路で、そ
の2個の入力端子11a、12aには、光位置検出素子13にお
ける2個の端子部11、12がそれぞれ接続されている。That is, reference numeral 26 in FIG. 3 denotes a sum current difference current generating circuit, and two terminal portions 11 and 12 of the optical position detecting element 13 are connected to the two input terminals 11a and 12a, respectively.
和電流差電流発生回路26は、光位置検出素子13から取
出される2つの光電流I1、I2を入力して、一方の出力線
路27からその和電流I1+I2が出力され、他方の出力線路
28から差電流I2−I1が出力される。The sum current difference current generation circuit 26 inputs the two photocurrents I 1 and I 2 extracted from the optical position detection element 13, outputs the sum current I 1 + I 2 from one output line 27, and outputs the other photocurrent I 1 + I 2. Output line of
The differential current I 2 −I 1 is output from 28.
なお、和電流差電流発生回路26の回路構成の詳細につ
いては後述する。The details of the circuit configuration of the sum current difference current generation circuit 26 will be described later.
29は光源でレーザ、LED等が用いられ、またこれらレ
ーザ、LED等の発生源から、第3図中、29で示す部位ま
で光ビームをガラスファイバで導くようにしたものでも
よい。Reference numeral 29 denotes a light source which uses a laser, an LED, or the like, and may be one in which a light beam is guided from a generation source of the laser, the LED, or the like to a portion indicated by 29 in FIG. 3 with a glass fiber.
光源29には和電流差電流発生回路26における和電流出
力線路27が、光源駆動回路30を介して接続されている。The sum current output line 27 in the sum current difference current generation circuit 26 is connected to the light source 29 via a light source drive circuit 30.
光源29は、光源駆動回路30により、和電流I1+I2が一
定値になるようにその光強度が制御される。The light source driving circuit 30 controls the light intensity of the light source 29 so that the sum current I 1 + I 2 has a constant value.
31は電流電圧変換用の抵抗で、抵抗31は、差動増幅器
32の反転入力端子(−)と出力端子との間に接続されて
いる。31 is a resistor for current-voltage conversion, and resistor 31 is a differential amplifier
It is connected between the 32 inverting input terminals (-) and the output terminal.
差電流I2−I1は、電圧に変換されてから差動増幅器32
で増幅されて取出される。なお、第3図中、前記第1図
における部材または部位等と同一ないし均等のものは、
前記と同一符号を以って示し重複した説明を省略する。The differential current I 2 −I 1 is converted to a voltage and then the differential amplifier 32
It is amplified and taken out. Incidentally, in FIG. 3, members which are the same as or equivalent to the members or parts in FIG.
The same reference numerals as those used above are used to omit redundant description.
次に、和電流差電流発生回路26の回路構成の詳細を、
第4図を用いて説明する。Next, the details of the circuit configuration of the sum current difference current generation circuit 26 will be described.
This will be described with reference to FIG.
和電流差電流発生回路26は、5個のカレントミラー回
路33〜37で構成されており、このうち2個のカレントミ
ラー回路35、36は、それぞれ2個の2次側トランジスタ
35a、35b、36a、36bを有している。The sum current difference current generating circuit 26 is composed of five current mirror circuits 33 to 37. Of these, two current mirror circuits 35 and 36 are two secondary side transistors, respectively.
It has 35a, 35b, 36a, 36b.
カレントミラー回路35の2個の2次側トランジスタ35
a、35bにそれぞれ電流I1を発生させ、また他のカレント
ミラー回路36の2個の2次側トランジスタ36a、36bにそ
れぞれ電流I2を発生させている。Two secondary side transistors 35 of the current mirror circuit 35
A current I 1 is generated in each of a and 35b, and a current I 2 is generated in each of the two secondary side transistors 36a and 36b of the other current mirror circuit 36.
そしてこれらの電流のうち、トランジスタ35bと36bに
流れる電流I1とI2の和をとって和電流I1+I2を発生さ
せ、またカレントミラー回路37で、トランジスタ36aと3
5aに流れる電流I2とI1差をとって差電流I2−I1を発生さ
せている。Then, of these currents, the sum of the currents I 1 and I 2 flowing in the transistors 35b and 36b is taken to generate the sum current I 1 + I 2 , and the current mirror circuit 37 also causes the transistors 36a and 3
The difference current I 2 −I 1 is generated by taking the difference between the currents I 2 and I 1 flowing in 5a.
上記のように和電流差電流発生回路26は複数個のトラ
ンジスタで構成されているので、これを半導体チップ上
に作り込むことは容易である。As described above, since the sum current difference current generating circuit 26 is composed of a plurality of transistors, it is easy to build it on the semiconductor chip.
したがってこの実施例における和電流差電流発生回路
26、光源駆動回路30、差動増幅回路32、および抵抗31等
の信号処理回路も、前記一実施例の場合と同様に、エピ
タキシャル層2で構成される他のアイランドの部分に作
り込まれる。Therefore, the sum current difference current generation circuit in this embodiment
26, the light source drive circuit 30, the differential amplifier circuit 32, and the signal processing circuit such as the resistor 31 are also formed in the other island portion formed by the epitaxial layer 2 as in the case of the first embodiment.
作用を説明すると、光源29に光源駆動回路30を介して
負帰還がかけられ、和電流I1+I2が一定値になるように
制御される。Explaining the operation, negative feedback is applied to the light source 29 via the light source drive circuit 30, and the sum current I 1 + I 2 is controlled to have a constant value.
したがって投射光により発生し、取出される全光電流
I0は I0=I1+I2 …(4) の関係にあるのでこの全光電流I0の値が一定値に制御さ
れる。Therefore, the total photocurrent generated and extracted by the projected light
Since I 0 has a relationship of I 0 = I 1 + I 2 (4), the value of this total photocurrent I 0 is controlled to a constant value.
上記(4)式を前記(3)式に代入すると次式が得ら
れる。By substituting the above equation (4) into the above equation (3), the following equation is obtained.
I2−I1=2I0(x0/l) …(5) 上記(5)式から光の投射位置x=x0は差電流I2−I1
の値にl/(2I0)を乗じて求められる。I 2 −I 1 = 2I 0 (x 0 / l) (5) From the above formula (5), the light projection position x = x 0 is the difference current I 2 −I 1
It is calculated by multiplying the value of by l / (2I 0 ).
したがってこの実施例によれば割算器が不要となって
外部周辺回路も簡略化されるという利点がある。Therefore, according to this embodiment, there is an advantage that the divider is unnecessary and the external peripheral circuit is simplified.
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、第1導電形
の半導体基板上に形成した第2導電形のエピタキシャル
層の部分に、第1導電形層を形成して、異なる導電形の
接合により光検出面を構成し、この第1導電形層の離隔
した2位置に、当該2位置間における光の投射位置に応
じて相対的に変化する各光電流を取出すための端子部を
設けたので、エピタキシャル層には分離拡散領域の選択
拡散等により他の素子組込み用の島状領域が容易に形成
できて、電流電圧変換用の抵抗およびトランジスタ等の
信号処理部を構成する各素子を検出器本体部とともに一
チップ上に形成することが容易となる。したがって出力
光電流のS/N比の劣化を容易に防止することができて検
出精度の向上を図ることができるとともに、簡単な回路
で光位置を検出でき、更に、小形、コンパクト化を図る
ことが容易となるという利点がある。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the first conductivity type layer is formed in a portion of the second conductivity type epitaxial layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate. A terminal for forming a photo-detecting surface by the junction of conductivity types and for extracting photocurrents that are relatively changed depending on the projection position of light between the two positions of the first conductivity type layer. Since the parts are provided, it is possible to easily form an island region for incorporating other elements in the epitaxial layer by selective diffusion of the isolation diffusion region, etc., and configure a signal processing unit such as a resistor for current / voltage conversion and a transistor. It becomes easy to form each element together with the detector body on one chip. Therefore, it is possible to easily prevent the deterioration of the S / N ratio of the output photocurrent, improve the detection accuracy, detect the light position with a simple circuit, and further reduce the size and size. There is an advantage that it becomes easy.
第1図はこの発明に係る半導体光位置検出器の一実施例
を示す断面図、第2図は同上一実施例の平面図、第3図
は同上一実施例の展開例の要部を断面で示す構成図、第
4図は同上展開例における和電流差電流発生回路の一例
を示す回路図、第5図は従来の半導体位置検出器を示す
断面図である。 1:半導体基板、 2:エピタキシャル層、 2a、2b、2c:島状領域、 7:光検出面構成用のp形層、 11、12:端子部、 13:光位置検出素子、 14、15:電流電圧変換用の抵抗。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor optical position detector according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of the same embodiment as the above, and FIG. 3 is a main part of a development example of the same embodiment as above. 4 is a circuit diagram showing an example of the sum current difference current generating circuit in the same development example, and FIG. 5 is a sectional view showing a conventional semiconductor position detector. 1: semiconductor substrate, 2: epitaxial layer, 2a, 2b, 2c: island-shaped region, 7: p-type layer for photo-detecting surface configuration, 11, 12: terminal portion, 13: photo-position detecting element, 14, 15: Resistor for current / voltage conversion.
Claims (1)
エピタキシャル層を形成し、該エピタキシャル層に第1
導電形層を形成して、異なる導電形の接合により光検出
面を構成し、前記第1導電形層の離隔した2位置に設け
られた端子部を介して取出される当該2位置間における
光の投射位置に応じて相対的に変化する各光電流の和電
流および差電流を出力する手段を該エピタキシャル層に
形成し、さらに、この手段に導通して該エピタキシャル
層に形成されこの手段から出力される電流を電圧に変換
する抵抗層と、該エピタキシャル層に形成されこの抵抗
層で変換された電圧を増幅する増幅器とを設けたことを
特徴とする半導体光位置検出器。1. An epitaxial layer of a second conductivity type is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a first epitaxial layer is formed on the epitaxial layer.
A light detection surface is formed by forming a conductivity type layer and bonding different conductivity types, and light between the two positions is extracted through terminal portions provided at two positions separated from the first conductivity type layer. Means for outputting the sum current and the difference current of the respective photocurrents that relatively change depending on the projection position of the, are formed in the epitaxial layer, and are connected to the means to be formed in the epitaxial layer and output from the means. A semiconductor optical position detector, comprising: a resistance layer for converting the generated current into a voltage; and an amplifier formed in the epitaxial layer for amplifying the voltage converted by the resistance layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15956286A JPH0810125B2 (en) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | Semiconductor optical position detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15956286A JPH0810125B2 (en) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | Semiconductor optical position detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6316206A JPS6316206A (en) | 1988-01-23 |
| JPH0810125B2 true JPH0810125B2 (en) | 1996-01-31 |
Family
ID=15696442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15956286A Expired - Fee Related JPH0810125B2 (en) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | Semiconductor optical position detector |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810125B2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6057716B2 (en) * | 1978-12-25 | 1985-12-16 | 工業技術院長 | semiconductor optical position detector |
| JPS61141176A (en) * | 1984-12-14 | 1986-06-28 | Hamamatsu Photonics Kk | Semiconductor photodetecting device |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP15956286A patent/JPH0810125B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6316206A (en) | 1988-01-23 |
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