專利名稱：半導體位置探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測定入射光的位置的半導體位置探測器(PSD)。
背景技術(shù)：
半導體位置探測器(PSD)作為用所謂的三角測量的原理來測定被測定物的距離的裝置，人們很熟悉。PSD作為有源方式的距離探測器被裝載在攝象機等的攝象機器中，在這樣的攝象機器中，可以根據(jù)用PSD測定的被測定物的距離進行攝影透鏡的聚焦。
發(fā)明的公開在上邊所說的PSD中，PSD的受光面上邊的入射光斑的位置相應(yīng)于到被測定物的距離進行移動。由于PSD電阻層的電阻值根據(jù)入射光斑位置進行分割，并根據(jù)電阻分割比使來自PSD的輸出電流變化，故可以根據(jù)該輸出電流測定到被測定物為止的距離。然而，在用三角測量法的原理進行距離測定的情況下，在到位于近距離處的被測定物為止的距離發(fā)生了變化時，入射光斑的位置在受光面上邊移動得大，而在到位于遠距離處的被測定物為止的距離發(fā)生了變化時入射光斑的位置則不怎么移動。就是說，以往，到處于遠距離的被測定物為止的距離測定精度與近距離處的精度比較起來精度低。于是，采用隨著從受光面的近距離一側(cè)向著遠距離一側(cè)的變化，使照射入射光斑的電阻層的寬度一次函數(shù)性地變窄的辦法，即便是來自位于遠距離處的被測定物的入射光斑的移動量是微小的，也可以作成為使得電阻層的電阻分割比變化得大。這是在日本專利雜志特開平4-240511號公報中講述的。
但是，在該公報所講述的PSD中，隨著從遠距離一側(cè)向著近距離一側(cè)前進電阻層的寬度一次函數(shù)性地變寬，就是說，隨著從近距離一側(cè)向著遠距離一側(cè)前進電阻層的寬度一次函數(shù)性地逐漸變窄。該電阻層形成受光面。電阻層可以看作是把微小的電阻接線成矩陣狀的微小電阻集合體。借助于向電阻層入射光而產(chǎn)生的電荷，雖然可以根據(jù)從入射光位置到電阻層兩端的電極為止的電阻比進行分割，但是，當僅僅向在電阻層寬度方向上整齊排列的微小電阻群的一部分上照射光斑形狀的入射光時，所發(fā)生的電荷并不沿電阻層長度方向均一地通過電阻群，因此，根據(jù)電阻層的形狀在理論上計算出來的入射光位置和輸出電流之間的關(guān)系，對于每一入射光位置和入射光形狀都是不同的，根據(jù)輸出電流用單一的關(guān)系式正確地運算入射光位置是困難的。就是說，要想根據(jù)輸出電流得到正確的入射光位置，就必須有對每一個入射光位置和入射光形狀都不同的多個運算電路。換句話說，在上述現(xiàn)有的PSD中，在向在電阻層寬度方向上整齊排列的微小電阻群的全部都照射入射光的情況下，就是說，僅僅在使切縫狀的入射光縱斷電阻層那樣地進行入射的情況下，才可以用單一的運算電路求入射光位置。
本發(fā)明就是為解決上邊所說的課題而發(fā)明的，目的是提供與現(xiàn)有技術(shù)比較可以進一步提高位置測定精度，而且，對入射光形狀沒有限制的半導體位置探測器。
本發(fā)明的半導體位置探測器，具備在規(guī)定的方向上連續(xù)起來形成多個電阻區(qū)域的基干導電層、從基干導電層開始沿著受光面延伸，使得相應(yīng)于受光面上邊的入射光位置，使來自基干導電層的輸出電流不同的多個分支導電層，電阻區(qū)域的特征是實質(zhì)上具有同一電阻率，而且，在規(guī)定的方向隨上垂直的寬度從基干導電層的一端向著另一端逐漸變寬。另外，多個電阻區(qū)域，理想的是在各個電阻區(qū)域之間，中間存在著分支導電層的同時進行連接，但是，也可以使各個電阻區(qū)域互相接觸的同時進行連接。
入射光的位置相應(yīng)于被測定物的距離在受光面上邊移動。相應(yīng)于向受光面上的入射光的照射而發(fā)生的電荷通過分支導電層流入基干導電層。由于分支導電層延伸為使得來自基干導電層的兩端的輸出電流相應(yīng)于受光面上邊的入射光位置而異，故可以根據(jù)輸出電流來測定入射光位置。
由于構(gòu)成基干導電層的多個電阻區(qū)域的寬度，隨著從一端向著另一端前進而變寬，且每一個區(qū)域的電阻率實質(zhì)上是一樣的，故當把本半導體位置探測器配置為使得相應(yīng)于當來自位于遠距離的被測定物的入射光而產(chǎn)生的電荷流入寬度窄的電阻區(qū)域內(nèi)時，采用使被測定物的距離變化的辦法，即便是入射光位置在受光面上邊只進行了微小的移動的情況下，由于寬度窄的電阻區(qū)域的電阻值高，故來自基干導電層兩端的輸出電流變化得也大。
另外，由于用分支導電層接受入射光，用基干導電層對所產(chǎn)生的電荷進行電阻分割，故可以把基干導電層的寬度形成得窄，即便是提高雜質(zhì)濃度來降低電阻率也可以得到所希望的電阻值。就是說，由于采用提高雜質(zhì)濃度的辦法來減小可控最小雜質(zhì)濃度對整個雜質(zhì)濃度的比率，故可以減小電阻率的不均一，提高位置測定精度。
此外，電阻區(qū)域的寬度，理想的是沿著距基干導電層的一端的規(guī)定方向的位置的一次函數(shù)或2次函數(shù)，由于向形成了分支導電層的受光面上照射入射光，故可以用由電阻區(qū)域的寬度是位置的1次函數(shù)或2次函數(shù)的事實導出用來進行距離測定的函數(shù)，根據(jù)來自基于導電層的兩端的輸出電流來計算到被測定物為止的距離，而無須限制入射光的形狀。
在基干導電層的兩端設(shè)置用來取出輸出電流的信號取出電極的情況下，當入射光照射到與之毗鄰的分支導電層上時，由于入射光的一部分照射到信號取出電極上，故入射光的重心位置將從真正的位置向分支導電層一側(cè)偏離，使位置測定精度劣化。
于是，本發(fā)明的半導體位置探測器的特征是還具備高濃度半導體區(qū)域，該區(qū)域與從具有位于基干導電層的一個端部的最窄的寬度的電阻區(qū)域延伸出來的規(guī)定的分支導電層毗鄰，且具有比基干導電層低的電阻率；信號取出電極，設(shè)置在相應(yīng)于入射光通過了半導體區(qū)域的電可以流入而無須中間存在著基干導電層的位置上，并取出上述輸出電流的一方。
在沒有高濃度半導體區(qū)域的情況下，當向從位于基干導電層的一個端部的具有最窄的寬度的電阻區(qū)域延伸出來的分支導電層和信號取出電極照射入射光時，采用用信號取出電極遮擋入射光的辦法來減小來自信號取出電極的輸出電流。但是，由于本發(fā)明的半導體位置探測器具備高濃度半導體區(qū)域，相應(yīng)于照射到高濃度半導體層上的入射光而產(chǎn)生的電荷將流入信號取出電極而無須通過基干導電層，增加來自信號取出電極的輸出電流，故要進行計算的入射光的重心位置接近真正的位置，因而可以提高位置測定精度。
在向基干導電層照射光的情況下，取決于光的形狀，要進行計算的入射光位置常常偏離真正的值。于是，在要求更高的精度的情況下，規(guī)定半導體位置探測器還要具備在基干導電層上邊形成的遮光膜，還要進一步提高位置測定精度。
此外，半導體位置探測器的特征還在于具備分別取出來自基干導電層兩端的輸出電流的一對信號取出電極，在基干導電層位于信號取出電極間的情況下，遮光膜由絕緣性的材料構(gòu)成，并把信號取出電極間的基干導電層覆蓋起來。在用絕緣性的材料構(gòu)成遮光膜的情況下，即便是用遮光膜把信號取出電極間的基干導電層的整個區(qū)域都覆蓋起來，信號取出電極也不會短路。
此外，該遮光膜理想的是用黑色的光刻膠構(gòu)成。通常的光刻膠雖然可以用做金屬布線等的元件形成時的掩模，但是在本發(fā)明中，卻在光刻膠本身中使用黑色的光刻膠。因此，可以僅僅用向硬化前的光刻膠照射光后進行顯影的辦法來形成遮光膜。
附圖的簡單說明

圖1是實施例1的PSD的平面圖。
圖2是圖1所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖3是圖1所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖4是使用PSD的測距裝置的構(gòu)成圖。
圖5的曲線圖示出了測定距離L(M)與入射光位置(微米)之間的關(guān)系。
圖6的曲線圖示出了入射光斑位置X(微米)與光電流相對輸出(％)之間的關(guān)系。
圖7是實施例2的PSD的平面圖。
圖8的曲線圖示出了入射光斑位置X(微米)與光電流相對輸出(％)之間的關(guān)系。
圖9的曲線圖示出了電阻長度(微米)與電阻寬度(微米)之間的關(guān)系。
圖10是實施例3的PSD的平面圖。
圖11是圖10所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖12是圖10所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖13是實施例4的PSD的平面圖。
圖14是圖13所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖15是圖13所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖16是實施例5的PSD的平面圖。
圖17是圖16所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖18是圖16所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖19是實施例6的PSD的平面圖。
圖20是圖19所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖21是圖19所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖22是實施例7的PSD的平面圖。
圖23是圖22所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖24是圖22所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖25是實施例8的PSD的平面圖。
圖26是圖25所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖27是圖25所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖28是實施例9的PSD的平面圖。
圖29是圖28所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖30是圖28所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖31是實施例10的PSD的平面圖。
圖32是圖30所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖33是圖30所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖34是實施例11的PSD的平面圖。
圖35是圖34所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖36是圖34所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
圖37是實施例12的PSD的平面圖。
圖38是圖37所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖。
圖39是圖37所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。
優(yōu)選實施例以下，對實施例的半導體位置探測器進行說明。決定對同一要素或具有同一功能的要素使用同一標號，省略反復進行說明。
(實施例1)圖1是實施例1的半導體位置探測器(PSD)的平面圖，圖2是圖1所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖3是圖1所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。另外，在說明中所使用的PSD的剖面圖，示出了其端面。
本實施例的PSD具備由低濃度n型Si構(gòu)成的半導體襯底2n、在半導體襯底2n的背面上形成的由高濃度n型Si構(gòu)成的背面一側(cè)n型半導體層1n。半導體襯底2n的表面是長方形。在以下的說明中，把從背面一側(cè)n型半導體層1n向著n型半導體襯底2n的方向定為上方向，把n型半導體襯底2n的長方形表面的長邊的延伸方向定為長度方向(長邊方向)X，把短邊的延伸方向定為寬度方向Y，把與長度方向X和寬度方向Y雙方垂直的方向定為深度方向(厚度方向)Z。就是說，方向X、Y、Z互相垂直。
本PSD具備在半導體襯底2n內(nèi)形成、沿長度方向X延伸的基干導電層PN。基干導電層PN由p型Si構(gòu)成，基干導電層PN的電阻率比半導體襯底2n的電阻率低?；蓪щ妼覲N由多個p型電阻區(qū)域P1～P20沿PSD的長度方向X連續(xù)地構(gòu)成，且在n型半導體襯底2n內(nèi)形成。各個電阻區(qū)域P1～P20具有實質(zhì)上同樣的雜質(zhì)濃度，從n型半導體襯底2n的表面開始沿著厚度方向Z實質(zhì)上一直延伸到同一深度。各個p型電阻區(qū)域P1～P20實質(zhì)上具有同一電阻率ρ。各個p型電阻區(qū)域P1～P20的表面形成為臺形，臺形表面的上底和下底都與寬度方向Y平行，剩下的2邊之內(nèi)的位于PSD表面的外緣一側(cè)的一方的邊與長度方向X平行且與上底和下底垂直，另一方的邊對于長度方向X成同一角度，而且，這2個邊分別位于同一直線上。因此，基干導電層PN的表面的輪廓作為整體構(gòu)成大體上的臺形。
本PSD具備在PSD的表面兩個端部上形成，并分別取出來自基干導電層PN兩端的輸出電流的一對信號取出電極1e、2e。在以下的說明中，把離基干導電層PN的信號取出電極1e最近的位置定為長度方向X的基準位置(X=0)。此外，把在構(gòu)成基干導電層PN表面的邊之內(nèi)，與長度方向X平行的邊的位置定為寬度方向Y的基準位置(Y=0)。此外，把從信號取出電極1e朝向信號取出電極2e的方向定為X的正方向，把從基干導電層PN朝向受光面的方向定為Y的正方向。在本實施例的PSD中，基干導電層PN的寬度Y，隨著在信號取出電極1e朝向2e前進而變寬，具有寬度Y=aX+b的關(guān)系。其中，a和b是常數(shù)。
本PSD具備從基干導電層PN開始沿受光面延伸的多個分支導電層4PN。分支導電層4PN由高濃度的p型Si構(gòu)成。分支導電層4PN的雜質(zhì)濃度比基干導電層PN的雜質(zhì)濃度高，此外，分支導電層4PN的電阻率比基干導電層PN低。構(gòu)成分支導電層4PN的多個分支導電層4P1～4P19，在n型半導體襯底2n內(nèi)形成，從構(gòu)成基干導電層PN的多個電阻區(qū)域P1～P20間開始沿寬度方向Y延伸。分支導電層4P1～4P19，沿著厚度方向Z從半導體襯底2n的表面一直延伸到比基干導電層PN還深的位置，分支導電層4P1～4P19的寬度方向Y的長度是同一的。
此外，沿著分支導電層4PN的寬度方向的長度，可以作成為比入射光斑的直徑還長，使得該光斑不會照射到基干導電層PN上。
本PSD具備分別連接到電阻區(qū)域P1～P20在長度方向上連續(xù)起來構(gòu)成的基干導電層PN的兩端上，在半導體襯底2n內(nèi)形成的一對高濃度信號取出用半導體層1p、2p。高濃度信號取出用半導體層1p、2p，由高濃度p型Si構(gòu)成。高濃度信號取出用半導體層1p、2p從半導體襯底2n的表面開始沿著厚度方向Z一直延伸到比電阻區(qū)域P1～P20的深度還深的位置。高濃度信號取出用半導體層1p、2p分別具有長方形的表面，其長邊與寬度方向Y平行，短邊與長度方向X平行?；蓪щ妼覲N的兩端，分別以高濃度信號取出用半導體層1p、2p的長方形表面的長邊的一個端部為邊界連接到高濃度信號取出用半導體層1p、2p上。換句話說，沿著基干導電層PN的長度方向X的一方的端部，就是說，寬度Y的最窄的電阻區(qū)域P1，連接到沿一方的高濃度信號取出用半導體層1p的寬度方向的一方的端部上，沿著基干導電層PN的長度方向X的另一方的端部，就是說，寬度Y最寬的電阻區(qū)域P20，連接到沿另一方的高濃度信號取出用半導體層2p的寬度方向Y的一方的端部上。
本PSD具備在半導體襯底2n的長方形表面的外周形成的外框半導體層3n。外框半導體層3n是高濃度n型Si。外框半導體層3n在半導體襯底2n的長方形表面的外緣區(qū)域內(nèi)形成呈口字形狀，把形成了分支導電層4PN、基干導電層PN和高濃度信號取出用半導體層1p、2p的襯底表面區(qū)域包圍起來，從n型半導體襯底2n的表面開始，沿著厚度方向Z一直延伸到規(guī)定的深度為止。
本PSD具備在半導體襯底2n內(nèi)形成的分支導電層隔離用半導體層4n。分支導電層隔離用半導體層4n是高濃度n型Si。分支導電層隔離用半導體層4n由從口字形的外框半導體層3n的一方的長邊的內(nèi)側(cè)開始沿著寬度方向Y向基干導電層PN方向延伸的多個n型分支區(qū)域4n1～4n20構(gòu)成。各個分支區(qū)域4n1～4n20，從n型半導體襯底2n的表面開始沿著厚度方向Z一直延伸到規(guī)定的深度為止。n型分支區(qū)域4n2～4n19具有大體上與p型分支導電層4P1～4P19相同的深度，存在于分支導電層4P1～4P19之間，對分支導電層4P1～4P19進行電隔離。就是說，分支區(qū)域4n2～4n19阻止分支導電層4P1～4P19的毗鄰的導電層之間沿著長度方向流動的電流。位于最外側(cè)的分支區(qū)域4n1和4n20，沿著長度方向X分別存在于處于最外側(cè)的分支導電層4P1和4P19和高濃度信號取出用半導體層1p、2p之間，分支導電層4P1和4P19與高濃度信號取出用半導體層1p、2p分別進行電隔離。
本PSD具備覆蓋n型半導體襯底2n的長方形表面的鈍化膜5。另外，在圖1和以下的實施例的PSD的平面圖中，將省略鈍化膜5的記述。鈍化膜5在長度方向兩個端部上具有信號取出電極用的一對長方形開口，在外周部分具有外框電極用口字形開口。鈍化膜5由SiO2構(gòu)成。信號取出電極1e、2e中間分別存在著鈍化膜5的信號取出電極用的一對開口而分別在高濃度信號取出用半導體層1p、2p上邊形成，與高濃度信號取出用半導體層1p、2p進行歐姆接觸。另外，信號取出電極1e、2e的表面形狀與高濃度信號取出用半導體層1p、2p的表面形狀是相同的。
本PSD具備通過鈍化膜5的外框電極用的開口，在n型的外框半導體層3n上邊形成的外框電極3e。外框電極3e與外框半導體層3n進行歐姆接觸。外框電極3e阻止光向半導體襯底2n外周部分入射。此外，也可以把規(guī)定的電壓加在外框電極3e和信號取出電極1e、2e之間。
本PSD具備在背面一側(cè)n型半導體層1n的下表面上形成的下表面電極4e。下表面電極4e與背面一側(cè)n型半導體層1n進行歐姆接觸。
當在一對信號取出電極1e、2e和下表面電極4e之間，在給由p型分支導電層4PN和n型半導體層2n構(gòu)成的PN結(jié)二極管加上反向偏置電壓之類的電壓的狀態(tài)下，向由已形成了分支導電層4PN的分支導電層4PN的n型半導體襯底2n的表面區(qū)域規(guī)定的受光面上入射的光作為光斑入射時，在PSD內(nèi)部就與該入射光對應(yīng)地產(chǎn)生空穴電子對(電荷)，借助于擴散和PSD的內(nèi)部電場，其一方就流入分支導電層4PN。該電荷在分支導電層4PN內(nèi)傳導并流入基干導電層PN的規(guī)定的電阻區(qū)域，根據(jù)規(guī)定的電阻區(qū)域的基干導電層PN的長度方向X的位置來分配其電荷量，分配后的電荷分別通過基干導電層PN的兩端被信號取出電極1e、2e取出。
在本實施例的PSD中，具備上邊所說的分支導電層4PN，入射光向已形成了分支導電層4PN的受光面上照射。因此，可以正確地測定位置而不受入射光形狀的影響，因而可以使位置測定精度提高得比現(xiàn)有的PSD的位置測定精度高。
在以下的說明中，假定與入射光向受光面的入射相對應(yīng)地分別從信號取出電極1e、2e輸出的輸出電流分別為I1和I2。
圖4示出了使用圖1所示的PSD100的測距裝置，該測距裝置可以設(shè)置在攝象機等的攝象機器內(nèi)。另外，在該測距裝置中，也可以使用以下的任何一個實施例的PSD來取代圖1所示的PSD。該測距裝置，具備PSD100、發(fā)光二極管(LED)101、投光用透鏡102、聚光用透鏡103、運算電路104。另外，已給PSD100加上了上述電壓。PSD100被配置為使得其長度方向X與由透鏡102和103的光軸間距離(基線長度)B規(guī)定的線段平行，而且，被配置為使得信號取出電極1e比信號取出電極2e更靠近透鏡103的光軸。此外，透鏡102、103與PSD100的受光面之間的距離f與這些透鏡102、103的焦距大體上一致。另外，與基干導電層PN的離信號取出電極2e最近的端部一致的受光面位于聚光透鏡103的光軸上邊。
當從LED101射出來的紅外光，通過投光用透鏡102照射到處于近距離(L1)處的被測定物OB1上時，來自被測定物OB1的反射光，就通過聚光透鏡103向PSD的受光面的近距離一側(cè)，就是說，向離信號取出電極2e近的一方的分支導電層4PN入射。此外，來自處于遠距離(L2)處的被測定物OB1的反射光，就通過聚光透鏡103向PSD的受光面的遠距離一側(cè)，就是說，向離信號取出電極1e近的一方的分支導電層4PN入射。
被處于近距離的被測定物OB1反射的光向受光面上邊入射的入射位置X1，位于從聚光透鏡103的光軸算起沿PSD的長度方向X離開距離X1的位置上，被處于遠距離的被測定物OB2反射的光向受光面上邊入射的入射位置X2，位于從聚光透鏡103的光軸算起沿PSD的長度方向X離開距離X2的位置上。此外，假定基干導電層PN的長度方向X的全長為C。
到被測定物為止的距離L(L1、L2)和入射光斑X(X1、X2)，具有由下式給出的關(guān)系，該關(guān)系示于圖5。另外，在本實施例中，設(shè)基線長度B=30mm，焦距f=15mm。
(式1)L=f×(B／X)如圖5所示，隨著距離L變長相對距離L的變動量的入射光斑位置X的移動量減小。另一方面，基干導電層PN的寬度方向Y與長度方向位置X具有Y=aX+b的關(guān)系。就是說，電阻區(qū)域P1～P20的寬度Y是距基干導電層PN的一端的沿長度方向的位置X的1次函數(shù)。在這種情況下，入射光位置X和光電流相對輸出(％)具有圖6所示的關(guān)系。在這里，設(shè)基干導電層PN的全長C為1000微米，設(shè)寬度Y和位置X滿足Y=0．1X+10(微米)。另外，所謂光電流相對輸出，是來自基干導電層PN兩端的輸出電流I1和I2對全部輸出電流I1+I2的比率。此外，在已計算出比率R1=I1／(I1+I2)和R2=I2／(I1+I2)的情況下，入射光斑位置X可以用下式來求。
(式2)X=10(log︱b／a︱×R1+log︱c+b／a︱×R2)-(b／a)運算電路104，在用輸出電流I1、I2計算完R1、R2后，可以采用計算位置X，并檢索與存放有表示預(yù)先計算出來的距離L和位置X之間的關(guān)系的表的存儲器內(nèi)的位置X對應(yīng)的距離的辦法，來求距離L。另外，由于入射光位置X具有以下的關(guān)系，故也可以在用以下的公式直接計算出X之后，再由上式來求距離L。
(式3)X=10(log︱b／a︱×l1+log︱c+b／a︱×l2)／(l1+l2)-(b／a)(實施例2)圖7是實施例2的PSD的平面圖。另外，圖7中的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面和Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面分別與圖2和圖3是一樣的，故未畫出來。就是說，圖1所示的PSD和圖7所示的PSD，僅僅其基干導電層PN的表面形狀不同?；蓪щ妼覲N的寬度Y和長度方向位置X具有Y=aX2+b的關(guān)系。就是說，電阻區(qū)域P1～P20的寬度Y是從基干導電層PN的一端開始的沿長度方向的位置X的2次函數(shù)。在這種情況下，入射光位置X和光電流相對輸出(％)具有圖8所示的關(guān)系。在這里，設(shè)基干導電層PN的全長C為1000微米，設(shè)寬度Y與位置X滿足Y=0．0001X2+10(微米)的關(guān)系式。此外，在已計算出了比率R2=I2／(I1+I2)的情況下，入射光位置X可以用以下的公式來求。
(式4)X=b/a×tan(R2×tan-1(C/b/a))]]>在這種情況下，運算電路104在用輸出電流I1、I2計算完R1、R2后，可以采用計算位置X，并檢索與存放有表示預(yù)先計算出來的距離L和位置X之間的關(guān)系的表的存儲器內(nèi)的位置X對應(yīng)的距離的辦法，來求距離L。
另外，由于入射光位置X具有以下的關(guān)系，故也可以在用以下的公式直接計算出X之后，再由上式來求距離L。
(式5)X=b/a×tan(I2I1×I2×tan-1(C/b/a))]]>圖9的曲線圖示出了長度方向位置(電阻長度)X與基干導電層PN的寬度(電阻寬度)Y的關(guān)系?；蓪щ妼覲N的全長C為1000微米，基干導電層PN的遠距離一側(cè)(離X=0近的一方)的寬度Y的最小值為10微米，基干導電層PN的近距離一側(cè)(距X=0遠的一方)的寬度Y的最大值為100微米。在寬度Y是位置X的1次函數(shù)(Y=aX+b)的情況下，在X=100微米和200微米處的寬度Y分別為19微米和28微米。此外，在寬度Y是位置X的2次函數(shù)(Y=aX2+b)的情況下，在X=100微米和200微米處的寬度Y，分別為10．9微米和13．6微米。如上述實施例1和實施例2的PSD那樣，在基干導電層PN的寬度Y和長度方向位置X滿足1次函數(shù)(Y=aX+b)或2次函數(shù)(Y=aX2+b)的情況下，對于遠距離一側(cè)的X的變化，Y變化得大。因此，在X和Y存在著這些關(guān)系的情況下，即便是用通常的制造精度來制造基干導電層PN，由于寬度Y對制造精度的變化率大，故可以制造具有被認為必要的特性的基干導電層PN。
然而，在這些寬度Y和位置X之間的關(guān)系滿足3次函數(shù)(Y=aX3+b)的情況下，在X=100微米和200微米處的寬度Y，分別為10．09微米和10．72微米，在滿足4次函數(shù)(Y=aX4+b)的情況下，在X=100微米和200微米處的寬度Y，則分別變成為10．009微米和10．144微米，寬度Y的變化對長度方向位置X的變化顯著地減小。
因此，在寬度Y和長度方向位置X具有3次以上的關(guān)系的情況下，就必須用非常高的精度來控制其寬度Y，在用通常的制造精度進行制造的情況下，位置測定精度將劣化。
于是，在把滿足上述3次和4次函數(shù)的關(guān)系的情況下的X=100微米處的寬度設(shè)定為a，使得變成為與滿足2次函數(shù)的關(guān)系的情況下一樣，就是說，使得變成為Y=10．9微米的情況下，近距離一側(cè)(離X=0遠的一方)的寬度Y分別變成為非常之寬的910微米和9010微米。就是說在寬度Y和長度方向位置X具有3次函數(shù)以上的關(guān)系的情況下，與1次和2次函數(shù)一樣，要想可以用通常的制造精度制造基干導電層PN，就必須使PSD不同尋常地大型化。
在上述實施例的PSD中，由于把基干導電層PN的寬度Y和長度方向位置X作成為滿足1次函數(shù)或2次函數(shù)的關(guān)系，故在不會使PSD大型化地加寬受光面的面積的同時，由于不會使基干導電層寬度的精度降低，故將提高這些PSD的位置測定精度。
(實施例3)圖10是實施例3的PSD的平面圖，圖11是圖10所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖12是圖10所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD給實施例1的PSD附加上了遮光膜。遮光膜在基干導電層PN上邊形成，遮擋向基干導電層PN入射的光。
在向?qū)嵤├?的PSD的基干導電層PN照射光的情況下，取決于光的形狀，有時候計算的入射光位置與真正的值偏離開來。于是，本半導體位置探測器作成為還具備在基干導電層PN上邊形成的遮光膜6，以便進一步提高位置測定精度。另外，本遮光膜6對作為位置X的2次函數(shù)規(guī)定基干導電層PN的寬度Y的實施例2的PSD也可以應(yīng)用。
遮光膜6由含有黑色顏料或染料的感光性樹脂，就是說，由黑色的光刻膠構(gòu)成。就是說，由于遮光膜6是絕緣體，故即便是用遮光膜6把基干導電層PN表面的整個區(qū)域都覆蓋起來，信號取出電極1e和信號取出電極2e也不會電短路。此外，由于遮光膜6本身由黑色的光刻膠構(gòu)成，由于在把光刻膠涂敷在PSD的整個表面上邊之后，僅僅對之照射規(guī)定圖形的曝光光束，并進行顯影就可以形成遮光膜6，故可以容易地制造遮光膜6。
(實施例4)圖13是實施例4的PSD的平面圖，圖14是圖13所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖15是圖13所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD改變了實施例1的基干導電層PN的電阻區(qū)域P1～P20的表面形狀和外框半導體層3n、外框電極3e的形狀以及分支導電層PN的寬度方向Y的長度。
本PSD的基干導電層PN的電阻區(qū)域P1～P20雖然具有臺形的表面，但各個電阻區(qū)域P1～P20的臺形表面的受光面一側(cè)的邊與長度方向平行，且位于同一直線上邊。此外，各個電阻區(qū)域P1～P20的PSD的長方形表面的外緣一側(cè)的邊，以規(guī)定的角度與長度方向X進行交叉，基干導電層PN的寬度與長度方向位置X具有Y=-aX-b的關(guān)系。再者，既是口字形的外框半導體層3n的內(nèi)側(cè)的邊又毗鄰基干導電層PN的邊，與基干導電層PN的PSD的長方形表面的外緣一側(cè)的邊，就是說，與直線Y=-aX-b平行。在本實施例的PSD中，從基干導電層PN的受光面一側(cè)的邊到分支導電層4PN的頂端為止的距離是恒定的。因此，由于從每一個分支導電層4PN的基干導電層PN的受光面一側(cè)的邊到頂端的距離大體上變成為恒定，故可以抑制因分支導電層4PN的寬度方向Y的電阻值的波動引起的位置測定精度的降低。此外，采用使外框電極3e的內(nèi)側(cè)的一邊與基干導電層PN的形狀相吻合并靠近它的辦法，借助于外框電極3e，就可以遮擋向基干導電層PN的外側(cè)入射的外干擾光，可以進一步地抑制因這樣的外干擾光引起的位置測定精度的降低。
(實施例5)圖16是實施例5的PSD的平面圖，圖17是圖16所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖18是圖16所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD，在實施例4的PSD中的信號取出電極1e、2e和位于最外側(cè)的分支導電層4P1、4P19之間設(shè)置規(guī)定的區(qū)域，并使高濃度信號取出用半導體層1p、2p從信號取出電極1e、2e的正下邊延伸到該區(qū)域內(nèi)為止。另外，在作為高濃度信號取出用半導體層1p、2p的延伸部分的高濃度半導體區(qū)域11p、12p的正上邊，未設(shè)置信號取出電極1e、2e，故入射光可以向高濃度半導體區(qū)域11p、12p內(nèi)入射。高濃度半導體區(qū)域11p、12p，與最外側(cè)的分支導電層4P1、4P19以規(guī)定的間隔進行隔離，而且沿與之平行的寬度方向Y延伸。因此，在入射光入射到該高濃度半導體區(qū)域11p、12p上的情況下，在高濃度半導體區(qū)域11p、12p中發(fā)生和收集的電荷之內(nèi)，流入與各自的高濃度半導體區(qū)域11p、12p近的一方的信號取出電極1e、2e的電荷，就可以從信號取出電極1e、2e取出來而無須通過基干導電層PN。
就是說，在實施例4的PSD中，在入射光作為光斑入射到最外側(cè)的PSD的分支導電層4P1、4P19附近的情況下，由于光斑的一部分被信號取出電極1e、2e遮擋，故入射光位置會與光斑的被遮擋部分對應(yīng)地偏離，但在本實施例的PSD中，即便是在這樣的情況下，與光斑對應(yīng)地發(fā)生的電荷也可以用高濃度半導體區(qū)域11p、12p進行收集，因而可以進一步提高PSD的位置測定精度。
(實施例6)圖19是實施例6的PSD的平面圖，圖20是圖19所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖21是圖19所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD，去掉了實施例4的PSD的信號取出電極1e、2e的一部分，并把信號取出電極1e、2e的已去掉了的部分正下邊的高濃度信號取出用半導體層1p、2p當做高濃度半導體區(qū)域11p、12p，入射光可以入射到高濃度半導體區(qū)域11p、12p內(nèi)。高濃度半導體區(qū)域11p、12p，與最外側(cè)的分支導電層4P1、4P19以規(guī)定的間隔進行隔離，而且沿與之平行的寬度方向Y延伸。因此，在入射光入射到該高濃度半導體區(qū)域11p、12p上的情況下，在高濃度半導體區(qū)域11p、12p中發(fā)生和收集的電荷之內(nèi)，流入與各自的高濃度半導體區(qū)域11p、12p近的一方的信號取出電極1e、2e的電荷，就可以從信號取出電極1e、2e取出來而無須通過基干導電層PN。
就是說，在實施例4的PSD中，在入射光作為光斑入射到最外側(cè)的PSD的分支導電層4P1、4P19附近的情況下，由于光斑的一部分被信號取出電極1e、2e遮擋，故入射光位置會與光斑的被遮擋部分對應(yīng)地進行偏離，但在本實施例的PSD中，即便是在這樣的情況下，與光斑對應(yīng)地發(fā)生的電荷也可以用高濃度半導體區(qū)域11p、12p進行收集，因而可以進一步提高PSD的位置測定精度。
此外，信號取出電極1e、2e，雖然被配置在基干導電層PN的基干導電層PN的長度方向X兩端的延長線上邊，但是，在已形成了分支導電層4PN的受光面的長度方向X兩端的延長線上邊并不配置。采用這樣地配置信號取出電極1e、2e的辦法，與實施例5的PSD比較，可以縮短PSD的長度方向X的長度，可以使PSD小型化。
(實施例7)圖22是實施例7的PSD的平面圖，圖23是圖22所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖24是圖22所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD，在實施例6的PSD的基干導電層PN上邊形成了遮光膜6。遮光膜6由含有黑色顏料或染料的感光性樹脂、就是說，由黑色光刻膠構(gòu)成。
(實施例8)圖25是實施例8的PSD的平面圖，圖26是圖25所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖27是圖25所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD，把信號取出電極1e、2e配置為使得跨接實施例6的PSD的位于基干導電層PN的長度方向X兩端部分的電阻區(qū)域P1、P20和高濃度信號取出用半導體層1p、2p。兩端的電阻區(qū)域P1、P20，分別直接連接到信號取出電極1e、2e上，此外，高濃度半導體區(qū)域11p、12p，也直接連接到信號取出電極1e、2e上。若用該PSD，則可直接從信號取出電極1e、2e取出來自基干導電層PN的電荷和用高濃度半導體區(qū)域11p、12p收集的電荷。
(實施例9)圖28是實施例9的PSD的平面圖，圖29是圖28所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖30是圖28所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。在本實施例的PSD中，實質(zhì)上作成為與實施例1的基干導電層PN、分支導電層4PN和高濃度信號取出用半導體層1p、2p的雜質(zhì)濃度是一樣的。該PSD采用向半導體襯底2n中摻入p型雜質(zhì)的辦法，同時制造基干導電層PN、分支導電層4PN和高濃度信號取出用半導體層1p、2p。當增加高濃度信號取出用半導體層1p、2p的雜質(zhì)濃度使得與電極1e、2e進行歐姆接觸時，就會降低作為電阻層的基干導電層PN的電阻率。于是，采用把基干導電層PN的深度Z形成得淺的辦法，就可以增加電阻率，得到所希望的電阻值。在本實施例的PSD中，雖然基干導電層PN、分支導電層4PN和高濃度信號取出用半導體層1p、2p的雜質(zhì)濃度高，而且，表面的厚度方向的深度Z是一樣的，但是，由于其深度Z淺，故高濃度信號取出用半導體層1p、2p與電極1e、2e進行歐姆接觸，基干導電層PN則具有對于位置測定足夠的電阻值。此外，由于n型的分支區(qū)域4N2～4N19具有比p型的分支導電層4P1～4P20還深的深度，故存在于分支導電層4P1～4P20之間，對分支導電層4P1～4P20進一步實施電隔離。分支區(qū)域4N2～4N20，沿著長度方向X分別存在于位于最外側(cè)的分支導電層4P1、4P20和高濃度信號取出用半導體層1p、2p之間，分別對分支導電層4P1、4P20和高濃度信號取出用半導體層1p、2p實施電隔離。倘采用本實施例的PSD，由于可以用同一工序制造基干導電層PN、分支導電層4PN和高濃度信號取出用半導體層1p、2p，故與上述實施例比較起來容易制造。
(實施例10)圖31是實施例10的PSD的平面圖，圖32是圖31所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖33是圖31所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD，使構(gòu)成基干導電層PN的電阻區(qū)域P1～P20的寬度電阻區(qū)域P1～P20的寬度Y分別變成為實施例1的PSD的電阻區(qū)域P1～P20的寬度的1／2，同時，設(shè)置沿PSD的長度方向X相對寬度方向Y的中心線與電阻區(qū)域P1～P20線對稱的電阻區(qū)域P21～P40，并用分支導電層4PN把處于對稱關(guān)系的電阻區(qū)域彼此連接起來，用電阻區(qū)域P1～P20和電阻區(qū)域P21～P40把信號取出電極1e、2e間串聯(lián)連接起來。
(實施例11)圖34是實施例11的PSD的平面圖，圖35是圖34所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖36是圖34所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD，使構(gòu)成實施例1的PSD的基干導電層PN的電阻區(qū)域P1～P20的偶數(shù)號的電阻區(qū)域P2n(n為整數(shù)且在1～10之間)，沿PSD的長度方向X相對寬度方向Y的中心線進行線對稱移動，并用分支導電層4PN使偶數(shù)號的電阻區(qū)域P2n和毗鄰的奇數(shù)號的電阻區(qū)域P2n-1，P2n+1(2n+1＜21)進行連接，用電阻區(qū)域P1～P20把信號取出電極1e、2e串聯(lián)連接起來。
(實施例12)圖37是實施例12的PSD的平面圖，圖38是圖37所示的PSD的Ⅰ-Ⅰ箭頭剖面圖，圖39是圖37所示的PSD的Ⅱ-Ⅱ箭頭剖面圖。本實施例的PSD，使構(gòu)成實施例1的PSD的基干導電層PN的各電阻區(qū)域P1～P20的寬度方向Y的中心線與沿PSD的長方形表面的長度方向X的寬度方向Y的中心線一致。
如上所述，本發(fā)明的半導體位置探測器，由于從寬度可變的基干導電層兩端取出用分支導電層收集的光生電荷，故可以對光斑形狀或切縫形狀等沒有限制地高精度地取出與距半導體位置探測器的距離對應(yīng)的輸出電流。
工業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的半導體位置探測器(PSD)，是用所謂的三角測量原理測定被測定物的距離的裝置，作為有源方式的距離探測器，可裝載于攝象機等的攝象機器內(nèi)。
權(quán)利要求
1．半導體位置探測器，其特征是具備多個電阻區(qū)域在規(guī)定的方向上連續(xù)起來構(gòu)成的基干導電層、和使來自上述基干導電層兩端的輸出電流相應(yīng)于受光面上的入射光位置變化而從上述基干導電層開始沿上述受光面延伸的多個分支導電層，上述電阻區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上具有相同的電阻率，而且，垂直于上述規(guī)定方向的寬度隨著從上述基干導電層的一端朝向另一端前進而變寬。
2．權(quán)利要求1所述的半導體位置探測器，其特征是上述電阻區(qū)域的寬度是沿從上述基干導電層的一端開始的上述規(guī)定方向的位置的1次或2次函數(shù)。
3．權(quán)利要求1所述的半導體位置探測器，其特征是還具備高濃度半導體區(qū)域，該區(qū)域與從具有位于上述基干導電層的一個端部的最窄寬度的電阻區(qū)域延伸出來的規(guī)定的上述分支導電層毗鄰，且具有比上述基干導電層低的電阻率；信號取出電極，設(shè)置在相應(yīng)于上述入射光通過上述高濃度半導體區(qū)域的電荷可以不通過上述基干導電層而流入的位置上，并取出上述輸出電流的一方。
4．權(quán)利要求2所述的半導體位置探測器，其特征是還具備在上述基干導電層上邊形成的遮光膜。
5．權(quán)利要求4所述的半導體位置探測器，其特征是還具備分別取出來自上述基干導電層兩端的輸出電流的一對信號取出電極，上述基干導電層位于上述信號取出電極間，上述遮光膜由絕緣性的材料構(gòu)成，并把上述信號取出電極間的上述基干導電層覆蓋起來。
6．權(quán)利要求5所述的半導體位置探測器，其特征是上述遮光膜由黑色光刻膠構(gòu)成。
全文摘要
由于構(gòu)成基干導電層的多個電阻區(qū)域的寬度隨著從一端朝向另一端前進而變寬,其各自的電阻率實質(zhì)上是相同的,故如果把本半導體位置探測器配置為使得相應(yīng)于來自位于遠距離處的被測定物的光而產(chǎn)生的電荷流入寬度窄的電阻區(qū)域,則即便是在入射光位置因被測定物的距離的變化而在受光面上只進行微小的移動的情況下,由于寬度窄的電阻區(qū)域的電阻值高,故來自基干導電層兩端的輸出電流變化得也大,因而將提高位置測定精度。
文檔編號H01L31/02GK1292933SQ98814037
公開日2001年4月25日 申請日期1998年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者竹下辰夫, 榊原正之 申請人:浜松光子學株式會社