(57)【要約】【課題】  ノイズ電荷の重畳を防いで正確な電流信号を生成することが可能な受光素子を提供する。【解決手段】  半導体基板上に形成され、複数区画に分割され入射光に応じた電流値を出力する受光部を少なくとも１つ有する第１の受光領域と、半導体基板上に形成され、複数区画に分割され入射光に応じた電流値を出力する受光部を少なくとも１つ有する第２の受光領域と、第１の受光領域および第２の受光領域に接続され、第１の受光領域及び第２の受光領域の出力する電流値のうちの一方を択一的に出力するとともに、他方を所定の電位に接続する選択回路と、を備えることで、上記課題を解決することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、複数区画に分割され入射光に応じた電流値を出力する受光部を少なくとも１つ有する第１の受光領域と、
前記半導体基板上に形成され、複数区画に分割され入射光に応じた電流値を出力する受光部を少なくとも１つ有する第２の受光領域と、
前記第１の受光領域および前記第２の受光領域に接続され、前記第１の受光領域及び前記第２の受光領域の出力する電流値のうちの一方を択一的に出力するとともに、他方を所定の電位に接続する選択回路と、
を備えることを特徴とする受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の受光素子において、
前記第１の受光領域及び前記第２の受光領域はそれぞれ複数の前記受光部を含むこと、を特徴とする受光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の受光素子において、
前記第１の受光領域に含まれる複数の前記受光部の間隔は、前記第２の受光領域に含まれる複数の前記受光部の間隔に比べ狭いこと、を特徴とする受光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の受光素子において、
前記受光部は、
前記半導体基板の主面に設けられた低不純物濃度の中間半導体領域と、
前記中間半導体領域の下面に接して配置され、第１電圧を印加される、前記中間半導体領域よりも高不純物濃度の第１の導電型の下部半導体領域と、
前記区画相互間の境界に沿って前記中間半導体領域の表面に形成され、第２電圧を印加される、前記中間半導体領域よりも高不純物濃度の第１の導電型の分離領域と、
それぞれ前記中間半導体領域の表面の前記各区画に対応した位置に形成され、第３電圧を印加される、前記中間半導体領域よりも高不純物濃度の第２の導電型の複数の上部半導体領域と、
を有し、前記各上部半導体領域と前記下部半導体領域とは、前記第１及び前記第３電圧により逆バイアス状態とされて、前記中間半導体領域に空乏層を形成し、前記分離領域は前記第２電圧に応じて前記下部半導体領域との間に前記信号電荷の前記区画間の移動に対する電位障壁を形成すること、を特徴とする受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、複数区画に分割された受光部を有する受光領域を複数備えた受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に従来の受光素子１７０の平面構成を示す。受光素子１７０は、第１の受光領域７２と、第２の受光領域７８とを含んで構成される。第１の受光領域７２は第１の受光部７２−１から構成され、第２の受光領域７８も、第１の受光領域７２と同様に、第２の受光部７８−１から構成される。第１の受光部７２−１及び第２の受光部７８−１はそれぞれ、４つのＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）７６−１、７６−２、７６−３、７６−４を含んで構成され、生成された電流値はそれぞれ選択回路２１０へ出力される。
【０００３】
選択回路２１０は８個のトランジスタ２１１−１、２１１−３、２１２−１、２１２−３、２１３−１、２１３−３、２１４−１、２１４−３を含んで構成される。選択回路２１０は制御信号ＣＴＬに基づいて第１の受光領域７２、第２の受光領域７８の生成する電流値のうちのいずれか一方を択一的に出力する。例えば、第１の受光領域７２の生成する電流値を出力する場合、選択回路２１０は制御信号ＣＴＬに基づいてトランジスタ２１１−１、２１２−１、２１３−１、２１４−１をオン状態とする。また、第２の受光領域７８の出力する電流値を出力する場合、選択回路２１０は制御信号ＣＴＬに基づいてトランジスタ２１１−３、２１２−３、２１３−３、２１４−３をオン状態とする。
【０００４】
図４は、第１の受光部７２−１の一例のより詳しい平面図である。なお、第２の受光部７８−１の構成も、図４に示す第１の受光部７２−１の構成と同様である。
【０００５】
ＰＤ７６−１、７６−２、７６−３、７６−４はそれらの周囲の半導体基板表面に形成される分離領域８０により区切られる。分離領域８０は、例えば、高濃度のｐ型不純物を拡散されたｐ＋領域として形成される。シリコン基板の受光部に対応した部分では、光の吸収により電子及び正孔が生成される。各ＰＤ７６には、そのカソードとして、生成した電荷のうち電子を集めるカソード領域８２が配置される。カソード領域８２は、例えば、高濃度のｎ型不純物を拡散されたｎ＋領域として形成される。
【０００６】
カソード領域８２はコンタクトを介して、例えばＡｌ層等で形成された配線８６に接続される。分離領域８０は、隣接する領域から延びる配線８４により例えば、接地電位を印加される。また、各カソード領域８２に集められた信号電荷は、配線８６を介して選択回路２１０へ読み出される。例えば、カソード領域８２から読み出され選択回路２１０から出力された電流信号は、電流検出器により電圧信号に変換された後、増幅回路にて増幅される。
【０００７】
図５は、図３及び図４にそれぞれ示す直線Ａ−Ａ’を通り半導体基板に垂直な断面での受光素子１７０の構造を示す模式的な断面図である。この断面には第１の受光部７２−１のＰＤ７６−２、７６−４、第２の受光部７８−１のＰＤ７６−２、７６−４、及びそれらが形成された半導体基板上に積層される配線や層間絶縁膜等の構造が表されている。
【０００８】
受光素子１７０は、ｐ型不純物が導入されたｐ型シリコン基板であるＰ-sub層９０の一方主面に、Ｐ-sub層９０より不純物濃度が低く高比抵抗を有するエピタキシャル層９２が積層された半導体基板を用いて形成される。Ｐ-sub層９０は各ＰＤ７６に共通のアノードを構成し、例えば、基板裏面から接地電位を印加される。分離領域８０は、上述したよう
に基板表面側に設けられた配線８４により接地電位を印加され、Ｐ-sub層９０と共にアノードを構成する。
【０００９】
エピタキシャル層９２は、第１の受光部７２−１、第２の受光部７８−１ではＰＤ７６のｉ層を構成する。エピタキシャル層９２に導入される低濃度不純物は、例えばｐ型不純物である。エピタキシャル層９２の厚さは、検出する光の半導体内での吸収長程度以上に設定される。例えば、ＣＤやＤＶＤに用いられている７８０ｎｍ帯や６５０ｎｍ帯の光に対するシリコンの吸収長は１０〜２０μｍ程度である。よって、ここではエピタキシャル層９２の厚さは、１０〜２０μｍに設定される。第１の受光部７２−１、第２の主受光部７８−１において、エピタキシャル層９２の表面には、上述の分離領域８０及びカソード領域８２が形成される。
【００１０】
以上のように半導体基板の表面におけるＰＤ７６の構造が形成された後、半導体基板上には、配線構造や保護膜等の構造が形成される。例えば、基板表面に反射防止膜１２６が積層され、第１の層間絶縁膜１３０が積層され、金属膜として配線層１３２が積層され、第２の層間絶縁膜１３６が積層される。配線層１３２は、図４に示す配線８６に対応する。
【００１１】
受光素子１７０は、ＤＶＤやＣＤなどの光ディスクの記録、再生を行うための光ピックアップに用いられる。第１及び第２の受光領域７２、７８は、図示しない光ピックアップから出力されたレーザ光の反射光を受光して電流信号を生成する。第１及び第２の受光部７２−１、７８−１で生成された電流信号は、後段に接続される信号処理回路において復調処理、復号化処理を行われることによってデジタルデータとして再生されるとともに、光ピックアップの動作を制御するための信号として使用される。光ピックアップが設けられた光ディスク記録再生装置は、第１及び第２の受光部７２−１、７８−１で生成された電流信号に基づいて生成されたトラッキングエラー信号に基づいて、光ディスク上に形成された記録トラック上に追従するよう光ピックアップを制御する。
【００１２】
第１の受光領域７２及び第２の受光領域７８は、複数の光ディスクの種類に応じてそれぞれ設けられる。例えば、第１の受光領域７２はＤＶＤの記録、再生処理に応じて設けられ、第２の受光領域７８はＣＤの記録、再生処理に応じて設けられる。ＤＶＤの記録、再生処理の際には第１の受光領域７２にレーザ光の反射光が入射され、ＣＤの記録、再生処理の際には第２の受光領域７８にレーザ光の反射光が入射される。
【特許文献１】特開２００６−３３２１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
受光素子１７０に設けられた第１の受光領域７２または第２の受光領域７８は、図示しない光学レンズを介してレーザ光の反射光を受光する。例えば、ＤＶＤの記録、再生処理の際には、第１の受光領域７２にレーザの反射光を受光する。このとき、光学レンズによる光の分散などの影響により、反射光が第１の受光領域７２だけでなく第２の受光領域７８にも入射し、信号電荷を生成する。
【００１４】
第２の受光領域７８において生成された信号電荷は、基本的に分離領域８０によって分離されているため、第２の受光領域７８に保持される。しかし、第１の受光領域７２にレーザの反射光を受光しているとき第２の受光領域７８は浮遊状態とするため、そこで生成された信号電荷のうちの一部は分離領域８０を超えてしまうものがある。例えば、第２の受光領域７８に含まれるＰＤ７６−１、７６−２で生成された信号電荷の一部は、分離領域８０を超えて第１の受光領域７２に含まれるＰＤ７６−３、７６−４に移動してノイズ電荷として重畳する。このとき、第１の受光領域７２に含まれるＰＤ７６−３、７６−４
は、第１の受光領域７２で生成された信号電荷と、第２の受光領域７８で生成されたノイズ電荷との和に基づいて電流信号を出力する。
【００１５】
上記の理由により、第１の受光領域７２に含まれるＰＤ７６−３、７６−４は、第１の受光領域７２に含まれるＰＤ７６−１、７６−２に比べてノイズ電荷の影響を受けやすい。そのため、第１の受光領域７２の出力する電流信号に基づいて行われる光ピックアップの制御が不正確になるという問題がある。また、第２の受光領域７８を用いる場合にも同様の問題がある。
【００１６】
本願発明は、上記従来技術の問題を鑑み、複数の受光領域を備えた場合であっても、ノイズ電荷の重畳を防いで正確な電流信号を生成することが可能な受光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願発明は、半導体基板上に形成され、複数区画に分割され入射光に応じた電流値を出力する受光部を少なくとも１つ有する第１の受光領域と、半導体基板上に形成され、複数区画に分割され入射光に応じた電流値を出力する受光部を少なくとも１つ有する第２の受光領域と、第１の受光領域および第２の受光領域に接続され、第１の受光領域及び第２の受光領域の出力する電流値のうちの一方を択一的に出力するとともに、他方を所定の電位に接続する選択回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明によれば、受光素子は、複数の受光領域を備えた場合であっても、ノイズ電荷の重畳を防いで正確な電流信号を生成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の受光素子の概略の平面図である。受光素子７０はシリコンからなる半導体基板に形成され、第１の受光領域７２と第２の受光領域７８とを含んで構成される。
【００２０】
第１の受光領域７２は、例えば、２×２に配列された４つのＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）７６をから構成された第１の受光部７２−１を含み、光学系から基板表面へ入射する光を２×２の４区画に分割して受光する。第２の受光領域７８は、第１の受光領域７２と同様に、４つのＰＤ７６をから構成された第２の受光部７８−１を含む。第１の受光部７２−１及び第２の受光部７８−１で生成された電流値はそれぞれ選択回路１１０へ出力される。
【００２１】
選択回路１１０は１６個のトランジスタ１１１−１、１１１−２、１１１−３、１１１−４、１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４、１１３−１、１１３−２、１１３−３、１１３−４、１１４−１、１１４−２、１１４−３、１１４−４を含んで構成される。選択回路１１０は制御信号ＣＴＬに基づいて第１の受光領域７２、第２の受光領域７８の生成する電流値のうちのいずれか一方を択一的に出力するとともに、他方を所定の電位、例えば＋３Ｖに接続する。つまり、第１の受光領域７２と第２の受光領域７８うちいずれか一方を択一的に動作させる場合、他方の受光部に含まれるＰＤ７６は所定の電位に固定されるため、浮遊状態にはならない。
【００２２】
第１の受光領域７２の出力する電流値を出力する場合、選択回路１１０は制御信号ＣＴＬに基づいてトランジスタ１１１−１、１１１−４、１１２−１、１１２−４、１１３−１、１１３−４、１１４−１、１１４−４をオン状態とし、トランジスタ１１１−２、１１１−３、１１２−２、１１２−３、１１３−２、１１３−３、１１４−２、１１４−３
をオフ状態とする。このとき、第１の受光部７２−１に含まれるＰＤ７６−１、７６−２、７６−３、７６−４の出力はそれぞれ、トランジスタ１１１−１、１１２−１、１１３−１、１１４−１を介して出力される。また、第２の受光部７８−１に含まれるＰＤ７６−１、７６−２、７６−３、７６−４はトランジスタ１１１−４、１１２−４、１１３−４、１１４−４を介して所定の電位が印加される。
【００２３】
第２の受光領域７８の出力する電流値を出力する場合、選択回路１１０は制御信号ＣＴＬに基づいてトランジスタ１１１−２、１１１−３、１１２−２、１１２−３、１１３−２、１１３−３、１１４−２、１１４−３をオン状態とし、トランジスタ１１１−１、１１１−４、１１２−１、１１２−４、１１３−１、１１３−４、１１４−１、１１４−４をオフ状態とする。このとき、第２の受光部７８−１に含まれるＰＤ７６−１、７６−２、７６−３、７６−４の出力はそれぞれ、トランジスタ１１１−２、１１２−２、１１３−２、１１４−２を介して出力される。また、第１の受光部７２−１に含まれるＰＤ７６−１、７６−２、７６−３、７６−４はトランジスタ１１１−３、１１２−３、１１３−３、１１４−３を介して所定の電位が印加される。
【００２４】
本発明の実施形態における、第１の受光部７２−１及び第２の受光部７８−１のより詳しい平面構成は、従来技術に記載の図４の構成と同じである。また、本発明の実施形態における、図１に示す直線Ａ−Ａ’を通り半導体基板に垂直な断面での受光素子７０の構造は、従来技術に記載の図５の構造と同じである。つまり、第１の受光領域７２を択一的に動作させる場合、第２の受光領域７８に含まれるカソード領域８２は所定の電位に固定され、第２の受光領域７８を択一的に動作させる場合、第１の受光領域７２に含まれるカソード領域８２は所定の電位に固定される。
【００２５】
なお、本願の請求項に記載の中間半導体領域は本発明の実施形態に記載のエピタキシャル層９２に対応し、下部半導体領域はＰ-sub層９０に対応し、上部半導体領域はカソード領域８２に対応する。
【００２６】
受光素子７０は、従来技術に記載の受光素子１７０と同様、ＤＶＤやＣＤなどの光ディスクの記録、再生を行うための光ピックアップに用いられる。第１及び第２の受光領域７２、７８は、図示しない光ピックアップから出力されたレーザ光の反射光を受光して電流信号を生成する。第１及び第２の受光部７２−１、７８−１で生成された電流信号は、後段に接続される信号処理回路において復調処理、復号化処理を行われることによってデジタルデータとして再生されるとともに、光ピックアップの動作を制御するための信号として使用される。光ピックアップが設けられた光ディスク記録再生装置は、第１及び第２の受光部７２−１、７８−１で生成された電流信号に基づいて生成されたトラッキングエラー信号に基づいて、光ディスク上に形成された記録トラック上に追従するよう光ピックアップを制御する。
【００２７】
第１の受光領域７２及び第２の受光領域７８は、複数の光ディスクの種類に応じてそれぞれ設けられる。例えば、第１の受光領域７２はＤＶＤの記録、再生処理に応じて設けられ、第２の受光領域７８はＣＤの記録、再生処理に応じて設けられる。ＤＶＤの記録、再生処理の際には第１の受光領域７２にレーザ光の反射光が入射され、ＣＤの記録、再生処理の際には第２の受光領域７８にレーザ光の反射光が入射される。
【００２８】
例えば、第１の受光領域７２を用いて光ディスクの記録、再生を行う場合、光学レンズによる光の分散などの影響により、反射光が第１の受光領域７２だけでなく第２の受光領域７８にも入射し、信号電荷を生成する。このとき第２の受光領域７８において発生した信号電荷の一部は、第２の受光領域７８に備えられた分離領域８０を超えて第１の受光領域７２に移動しようとする。しかし、本発明の実施形態では、第２の受光領域７８に含ま
れるカソード領域８２は所定の電位に固定されるため、第２の受光領域７８で生成された信号電荷はカソード領域８２を介して排出される。そのため、第２の受光領域７８で発生した電荷が、第１の受光領域７２に移動してノイズ電荷として重畳するのを防ぐことができ、第１の受光領域７２は反射光の強度に応じた正確な電流信号を生成することができる。また、第２の受光領域７８を用いて光ディスクの記録、再生を行う場合も、同様の効果を得ることができる。
【００２９】
図２は、本発明の他の実施形態における、受光素子２７０の概略の平面図である。受光素子２７０はシリコンからなる半導体基板に形成され、第１の受光領域７２と第２の受光領域７８とを含んで構成される。図１に記載の本発明の実施形態と異なる点は、第１の受光領域７２及び第２の受光領域７８はそれぞれ複数の受光部を備える点である。
【００３０】
第１の受光領域７２は第１の受光部７２−１と、第１の副受光部７２−２、７２−３とから構成され、第１の副受光部７２−２、７２−３の間に第１の受光部７２−１が設けられる。第２の受光領域７８も、第１の受光領域７２と同様に、第２の受光部７８−１と、第２の副受光部７８−２、７８−３とから構成され、第２の副受光部７８−２、７８−３の間に第２の受光部７８−１が設けられる。第１の受光領域７２に含まれる第１の受光部７２−１と第１の副受光部７２−２、７２−３との間隔は、第２の受光領域７８に含まれる第２の受光部７８−１と第２の副受光部７８−２、７８−３との間隔に比べ狭く設定される。
【００３１】
第１及び第２の受光部７２−１、７８−１で生成された電流信号は、後段に接続される信号処理回路において復調処理、復号化処理を行われることによって、デジタルデータとして再生される。第１及び第２の副受光部７２−２、７２−３、７８−２、７８−３で生成された電流信号は、光ピックアップの動作を制御するために使用され、これらの信号からトラッキングエラー信号が生成される。光ピックアップが設けられた光ディスク記録再生装置は、トラッキングエラー信号に基づいて、光ディスク上に形成された記録トラック上に追従するよう光ピックアップを制御する。
【００３２】
受光素子２７０に含まれる第１の受光領域７２及び第２の受光領域７８は、図示しない選択回路に接続される。図１に記載の本発明の実施形態と同様に、第１の受光領域７２を用いて光ディスクの記録、再生を行う場合、選択回路は第１の受光領域７２に含まれるＰＤ７６で生成された電流信号を出力し、第２の受光領域７８に含まれるＰＤ７６には所定の電位が印加される。また、第２の受光領域７８を用いて光ディスクの記録、再生を行う場合、選択回路は第２の受光領域７８に含まれるＰＤ７６で生成された電流信号を出力し、第１の受光領域７２に含まれるＰＤ７６には所定の電位が印加される。
【００３３】
なお、本発明の実施形態において、Ｐ-sub層９０、分離領域８０には接地電位を印加する構成としたが、本発明はこれに限られるものではない。Ｐ-sub層９０、分離領域８０には、それぞれの領域に応じた異なる電位を印加する構成とすることができる。
【００３４】
本発明の実施形態において、選択回路１１０は第１の受光領域７２と第２の受光領域７８とが構成される半導体基板に形成されることが好適である。しかし、選択回路１１０は、第１の受光領域７２と第２の受光領域７８とが構成される半導体基板とは別の半導体基板上に構成することもできる。また、選択回路１１０に入力される制御信号ＣＴＬは、外部から入力される構成とすることもできるし、選択回路１１０が形成される半導体基板上に図示しない制御回路を形成し、そこで生成された信号を入力する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態における受光素子の概略の平面図である。
【図２】本発明の他の実施形態における受光素子の概略の平面図である。
【図３】従来の受光素子の概略の平面図である。
【図４】従来の第１の受光部７２−１の平面図である。
【図５】従来の受光素子の構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
７０，１７０，２７０  受光素子、７２  第１の受光領域、７２−１  第１の受光部、７２−２，７２−３  第１の副受光部、７６  ＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）、７８  第２の受光領域、７８−１  第２の受光部、７８−２，７８−３  第２の副受光部、８０
分離領域、８２  カソード領域、８４，８６  配線、９０  Ｐ-sub層、９２  エピタキシャル層、１１０，２１０  選択回路、１１１−１，１１１−２，１１１−３，１１１−４，１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４，１１３−１，１１３−２，１１３−３，１１３−４，１１４−１，１１４−２，１１４−３，１１４−４，２１１−１，２１１−３，２１２−１，２１２−３，２１３−１，２１３−３，２１４−１，２１４−３  トランジスタ、１２６  反射防止膜、１３０  第１の層間絶縁膜、１３２  配線層、１３６  第２の層間絶縁膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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