受光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種抑制輸出端子的數(shù)量、不使用開(kāi)關(guān)元件能夠同時(shí)且以高S/N比對(duì)來(lái)自各受光部的輸出的差值進(jìn)行運(yùn)算的受光器件。本發(fā)明的受光器件具備由形成在同一襯底上的第一和第二受光部和第一和第二輸出端子構(gòu)成的電路圖案，第一和第二受光部具有：半導(dǎo)體層疊部，其形成具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的光電二極管結(jié)構(gòu)；以及第一電極和第二電極，其分別與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接，第一受光部和第二受光部的第一電極彼此連接，第一受光部的第二電極與第一輸出端子相連接，第二受光部的第二電極與第二輸出端子相連接，在第一和第二輸出端子之間輸出由第一受光部和第二受光部產(chǎn)生的信號(hào)的差。
【專利說(shuō)明】受光器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種受光器件。更詳細(xì)地說(shuō)，涉及一種具備多個(gè)受光部的受光器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 人體的體溫為36度左右，人體放出紅外線，該紅外線是從皮膚放射的輻射為 2 μ m?30 μ m這種頻譜范圍大的紅外線。通過(guò)檢測(cè)該光，能夠檢測(cè)人體的位置或者動(dòng)作。
[0003] 作為以上述的2μπι?30μπι的波段進(jìn)行動(dòng)作的傳感器，可舉出熱電傳感器、熱電 堆。為了實(shí)現(xiàn)這些傳感器的高靈敏度化，需要在受光部與光的入射窗部之間設(shè)置中空區(qū)域， 因此，傳感器的小型化受到限制。
[0004] 為了解決由熱電堆、熱電傳感器的中空結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的限制，期待量子型（光電動(dòng)勢(shì) 型）紅外線傳感器。量子型紅外線傳感器具有ΡΝ結(jié)或者PIN結(jié)的光電二極管結(jié)構(gòu)，該ΡΝ 結(jié)是多個(gè)載流子為電子的η型半導(dǎo)體與多個(gè)載流子為空穴的p型半導(dǎo)體相接合而構(gòu)成的， 該P(yáng)IN結(jié)是在ρ型半導(dǎo)體與η型半導(dǎo)體之間具有本征半導(dǎo)體。在量子型紅外線傳感器中， 由于紅外線光子而在存在于ΡΝ結(jié)或者PIN結(jié)的耗盡層內(nèi)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)隨著價(jià)帶和導(dǎo) 帶的傾斜在空間上分離累積，結(jié)果是P型半導(dǎo)體在正側(cè)帶電、η型半導(dǎo)體在負(fù)側(cè)帶電而在其 間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)被稱為開(kāi)路電壓，通過(guò)使用比ΡΝ結(jié)或者PIN結(jié)部的電阻大的外部 電阻（也可以是高輸入阻抗的電路、放大器）能夠以電壓讀出，并且通過(guò)在量子型紅外線傳 感器外部短路，能夠以電流讀出。
[0005] 如果在室溫的條件下使用這種量子型紅外線傳感器作為人感傳感器會(huì)產(chǎn)生以下 問(wèn)題：由于人所活動(dòng)的環(huán)境溫度與人的體溫之差小，因此輸出信號(hào)小并且從環(huán)境輻射的不 穩(wěn)定的紅外線被傳感器檢測(cè)到而成為噪聲，因此難以確保充分的S/N比。因此，在通常的量 子型紅外線傳感器的情況下，相對(duì)于外界溫度對(duì)受光部進(jìn)行冷卻，由此輸出信號(hào)變大，S/N 比變大。作為這種量子型紅外線傳感器代表，可舉出將InSb用作半導(dǎo)體層疊部的傳感器、 MCT (Mercury Cadmium Teluride :締化萊-締化鎘復(fù)合半導(dǎo)體）等。
[0006] 在使用上述化合物半導(dǎo)體的量子型紅外線傳感器中，如專利文獻(xiàn)1所示，提出了 以下方式：一邊以非冷卻的方式進(jìn)行小型化，一邊為了提高作為人感傳感器的S/N比，平面 狀地配置半導(dǎo)體傳感器，將各傳感器的輸出電壓進(jìn)行多級(jí)串聯(lián)連接而取出。
[0007] 作為上述光傳感器的應(yīng)用例，期望一種對(duì)從被檢測(cè)體輻射出的光的受光強(qiáng)度進(jìn)行 運(yùn)算、對(duì)被檢測(cè)體的動(dòng)作、到傳感器的距離進(jìn)行運(yùn)算的受光器件。為了實(shí)現(xiàn)這種受光器件， 考慮使用來(lái)自多個(gè)光傳感器的輸出的差值、加法值的方法。
[0008] 如果使用來(lái)自多個(gè)輸出的輸出的差值，則能夠?qū)谋粰z測(cè)體輻射出的光的受光強(qiáng) 度、被檢測(cè)體的動(dòng)作進(jìn)行檢測(cè)，如果使用加法值，則還能夠檢測(cè)人體的接近。另外，通過(guò)將光 傳感器配置成陣列狀，使用后級(jí)的運(yùn)算電路對(duì)基于入射到各傳感器的光的受光強(qiáng)度的信號(hào) 進(jìn)行運(yùn)算，能夠得到各傳感器的輸出信號(hào)的和、差（參照專利文獻(xiàn)2)。
[0009] 圖13示出根據(jù)來(lái)自光傳感器的輸出對(duì)輸出的差值、和進(jìn)行運(yùn)算的以往的受光器 件的結(jié)構(gòu)。在圖13中示出以往的受光器件1300,該以往的受光器件1300具備：包含受光 部dA?dD的光傳感器部1310 ;電流-電壓變換單元1320,其與光傳感器1310相連接，包 含電流/電壓（電流-電壓）變換放大器4a?4d ;差運(yùn)算單元1330,其與電流-電壓變換 單元1320相連接，包含第一減法電路5和第二減法電路6 ;以及加法運(yùn)算單元1340,其與電 流-電壓變換單元1320相連接，包含對(duì)來(lái)自電流-電壓變換放大器4a?4d的輸出信號(hào)進(jìn) 行加法運(yùn)算的加法電路9。
[0010] 在光傳感器部1310中，受光部dA?dD的一端經(jīng)由各輸出端子3al?3dl與各電 流-電壓變換放大器4a?4d的一個(gè)輸入端子相連接，受光部dA?dD的另一端經(jīng)由各輸 出端子3a2?3d2而接地。在電流-電壓變換單元1320中，電流-電壓變換放大器4a? 4d的另一個(gè)輸入端子接地，電流-電壓變換放大器4a的輸出端子與第一減法單元5和加法 運(yùn)算單元1340相連接，電流-電壓變換放大器4b的輸出端子與第二減法單元6和加法運(yùn) 算單元1340相連接，電流-電壓變換放大器4c的輸出端子與第一減法單元5和加法運(yùn)算 單元1340相連接，電流-電壓變換放大器4d的輸出端子與第二減法單元6和加法運(yùn)算單 元1340相連接。加法運(yùn)算單元1340通過(guò)加法電路9對(duì)四個(gè)信號(hào)（電流-電壓變換放大器 4a?4d的各輸出）進(jìn)行加法運(yùn)算。
[0011] 在光傳感器部1310中，使從被檢測(cè)體輻射出的光入射到受光部dA?dD，受光部 dA?dD將與所入射的光的光強(qiáng)度相應(yīng)的電流經(jīng)由各輸出端子3al?3dl輸出到各電流-電 壓變換放大器4a?4d。在電流-電壓變換單元1320中，電流-電壓變換放大器4a?4d 將分別輸入的電流變換為電壓后分別輸出到差運(yùn)算單元1330和加法運(yùn)算單元1340。在差 運(yùn)算單元1330中，第一減法電路5對(duì)來(lái)自電流-電壓變換放大器4a和4c的各輸出的差進(jìn) 行運(yùn)算而輸出減法信號(hào)，第二減法電路6對(duì)來(lái)自電流-電壓變換放大器4b和4d的各輸出 的差進(jìn)行運(yùn)算而輸出減法信號(hào)。加法運(yùn)算單元1340輸出四個(gè)信號(hào)（電流-電壓變換放大 器4a?4d的各輸出）的加法運(yùn)算結(jié)果。
[0012] 專利文獻(xiàn)1 :國(guó)際公開(kāi)第2005-27228號(hào)小冊(cè)子
[0013] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2004-364241號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明要解決的問(wèn)是頁(yè)
[0015] 然而，在圖13示出的結(jié)構(gòu)中，為了得到來(lái)自各受光部dA?dD的輸出，輸出端子 (焊盤）需要受光部的個(gè)數(shù)的兩倍，導(dǎo)致裝置大型化。另外，從電流-電壓變換放大器觀察到 的信號(hào)源（一個(gè)受光部量）的阻抗低，因此在受光部的內(nèi)部電阻小的情況下，存在電流-電 壓變換放大器的輸入換算噪聲被放大而電流-電壓變換放大器輸出的噪聲水平增加這種 問(wèn)題。
[0016] 另外，在圖13示出的電路中，為了抑制噪聲水平并且求出來(lái)自多個(gè)受光部的輸出 的差值和加法值，需要使用開(kāi)關(guān)元件，但是在使用開(kāi)關(guān)元件的情況下，還需要用于控制該開(kāi) 關(guān)元件的裝置，招致裝置大型化、消耗電力增加。
[0017] 本發(fā)明是鑒于這些問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種抑制輸出端子的數(shù)量并 且不使用開(kāi)關(guān)元件而能夠同時(shí)且以高S/N比對(duì)來(lái)自各受光部的輸出的差值進(jìn)行運(yùn)算的受 光器件。
[0018] 用于解決問(wèn)題的方案
[0019] 第一發(fā)明所記載的受光器件具備由形成在同一襯底上的第一受光部和第二受光 部以及第一輸出端子和第二輸出端子構(gòu)成的電路圖案，該受光器件的特征在于，上述第一 受光部和上述第二受光部分別具有：半導(dǎo)體層疊部，其形成具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第 二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的PN結(jié)或者PIN結(jié)的光電二極管結(jié)構(gòu)；第一電極，其與上述第一導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層相連接；以及第二電極，其與上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接，其中，上述第一受 光部的第一電極與上述第二受光部的第一電極相連接，上述第一受光部的第二電極與上述 第一輸出端子相連接，上述第二受光部的第二電極與上述第二輸出端子相連接，在上述第 一輸出端子與上述第二輸出端子之間輸出在上述第一受光部和上述第二受光部中產(chǎn)生的 信號(hào)的差。
[0020] 第二發(fā)明所記載的受光器件的特征在于，在第一發(fā)明所記載的受光器件中，還具 備形成在上述同一襯底上的第三受光部和第四受光部以及第三輸出端子和第四輸出端子， 上述第三受光部和上述第四受光部分別具有：半導(dǎo)體層疊部，其形成具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的PN結(jié)或者PIN結(jié)的光電二極管結(jié)構(gòu)；第一電極，其與上述第 一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接；以及第二電極，其與上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接，其中，上 述第三受光部的第二電極和上述第四受光部的第二電極與上述第一受光部和上述第二受 光部的第一電極相連接，上述第三受光部的第一電極與上述第三輸出端子相連接，上述第 四受光部的第一電極與上述第四輸出端子相連接。
[0021] 第三發(fā)明所記載的受光器件的特征在于，在第一或第二發(fā)明所記載的受光器件 中，還具備電流-電壓變換放大器，該電流-電壓變換放大器與上述第一輸出端子和上述第 二輸出端子相連接。
[0022] 第四發(fā)明所記載的受光器件的特征在于，在第二發(fā)明所記載的受光器件中，還具 備：第一減法電路，其與上述第一輸出端子和上述第二輸出端子相連接；第二減法電路，其 與上述第三輸出端子和上述第四輸出端子相連接；第三減法電路，其與上述第一輸出端子 和上述第三輸出端子相連接；第四減法電路，其與上述第二輸出端子和上述第四輸出端子 相連接；以及加法電路，其與上述第三減法電路和上述第四減法電路的輸出端子相連接。
[0023] 第五發(fā)明所記載的受光器件的特征在于，在第三或第四發(fā)明所記載的受光器件 中，上述輸出端子與上述減法電路分別經(jīng)由電流-電壓變換放大器相連接。
[0024] 第六發(fā)明所記載的受光器件的特征在于，在第三至第五發(fā)明中的任一發(fā)明所記載 的受光器件中，上述輸出端子與上述減法電路不經(jīng)由開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行連接。
[0025] 第七發(fā)明所記載的受光器件的特征在于，在第一發(fā)明所記載的受光器件中，受光 器件在同一襯底上具備兩個(gè)上述電路圖案，該受光器件還具備：第一布線層，其對(duì)一個(gè)上述 電路圖案中的上述第一受光部的第一電極與上述第二受光部的第一電極進(jìn)行連接；以及第 二布線層，其對(duì)另一個(gè)上述電路圖案中的上述第一受光部的第一電極與上述第二受光部的 第一電極進(jìn)行連接，其中，上述第一布線層和上述第二布線層形成為在交叉部處相互交叉， 在上述交叉部處的上述襯底上形成有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，在上述交叉部處，上述第一布 線層隔著絕緣層形成在上述交叉部的上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，上述第二布線層經(jīng)由形 成在上述絕緣層的一部分的接觸孔與上述交叉部的上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接。
[0026] 第八發(fā)明所記載的受光器件的特征在于，在第一至第七發(fā)明中的任一發(fā)明所記載 的受光器件中，上述半導(dǎo)體層疊部由含有銦和/或銻的材料構(gòu)成。
[0027] 第九發(fā)明所記載的位置檢測(cè)器件的特征在于，具備：第一至第八發(fā)明中的任一發(fā) 明所記載的受光器件；以及視場(chǎng)角限制體，其對(duì)入射到上述受光器件的上述受光部的光的 入射方向進(jìn)行控制。
[0028] 發(fā)明的效果
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)一種抑制與受光部相連接的輸出端子的數(shù)量并且不使用開(kāi) 關(guān)元件而能夠同時(shí)且以高S/N比對(duì)來(lái)自各受光部的輸出的差值進(jìn)行運(yùn)算的受光器件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的受光器件的結(jié)構(gòu)的圖。
[0031] 圖2是表示在本發(fā)明所涉及的第一和第二受光部中使用的受光元件的結(jié)構(gòu)的一 例的截面示意圖。
[0032] 圖3示出圖1示出的受光器件中的III-III截面線上的截面示意圖。
[0033] 圖4A是將在圖1中四個(gè)受光元件串聯(lián)連接而成的第一和第二受光部看作一個(gè)二 極管時(shí)的等效電路圖。
[0034] 圖4B是用電路表示圖4A示出的二極管的等效電路圖。
[0035] 圖5示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的受光器件的等效電路。
[0036] 圖6示出本發(fā)明所涉及的第三實(shí)施方式的受光器件。
[0037] 圖7示出圖6示出的受光器件中的電流-電壓變換單元、減法電路以及加法電路 的更具體的電路圖。
[0038] 圖8A是本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的受光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖8B是圖8A示出的結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
[0040] 圖9A是圖8A示出的受光器件中的IXA-IXA截面線上的截面示意圖。
[0041] 圖9B是圖8A示出的受光器件中的IXB-IXB截面線上的截面示意圖。
[0042] 圖10示出本發(fā)明的第五實(shí)施方式所涉及的、使用了第一實(shí)施方式所涉及的受光 器件的位置檢測(cè)器件。
[0043] 圖11示出本發(fā)明的第五實(shí)施方式所涉及的、使用了第一實(shí)施方式所涉及的受光 器件的位置檢測(cè)器件的其它例。
[0044] 圖12示出使光源相對(duì)于第五實(shí)施方式所涉及的位置檢測(cè)器件移動(dòng)的情況下的、 針對(duì)光源位置的ΙΡ?和〗Pb的差的關(guān)系和IPa?〗Pd的總和的關(guān)系。
[0045] 圖13示出根據(jù)來(lái)自光傳感器的輸出對(duì)輸出的差值、和進(jìn)行運(yùn)算的以往的受光器 件的結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面，說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的方式（本實(shí)施方式）。本實(shí)施方式的受光器件器件具 備由形成在同一襯底上的第一受光部和第二受光部以及第一輸出端子和第二輸出端子構(gòu) 成的電路圖案，該受光器件的上述第一受光部和上述第二受光部分別具有：半導(dǎo)體層疊部， 其形成具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的PN結(jié)或者PIN結(jié)的光電二極管 結(jié)構(gòu)；第一電極，其與上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接；以及第二電極，其與上述第二導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層相連接，其中，上述第一受光部的第一電極與上述第二受光部的第一電極相連 接，上述第一受光部的第二電極與上述第一輸出端子相連接，上述第二受光部的第二電極 與上述第二輸出端子相連接，在上述第一輸出端子與上述第二輸出端子之間輸出在上述第 一受光部和上述第二受光部中產(chǎn)生的信號(hào)的差。
[0047] [第一實(shí)施方式]
[0048] 圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的受光器件100的結(jié)構(gòu)。圖1示出的受光 器件100在襯底10上具備第一和第二受光部dA、dB以及第一和第二輸出端子3a、3b。第 一和第二受光部dA、dB分別由四個(gè)受光元件1經(jīng)由布線層60進(jìn)行串聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)構(gòu) 成。第一受光部dA、第二受光部dB、第一輸出端子3a以及第二輸出端子3b經(jīng)由布線層60 進(jìn)行串聯(lián)連接。
[0049] 圖2是表示在本實(shí)施方式所涉及的第一和第二受光部dA、dB中使用的受光元件1 的結(jié)構(gòu)的一例的截面示意圖。如圖2所示，受光元件1具備：襯底10 ;形成在襯底10上的 半導(dǎo)體層疊部80 ;絕緣層50,其形成于襯底10和半導(dǎo)體層疊部80上以覆蓋半導(dǎo)體層疊部 80 ;布線層60,其形成在絕緣層50和半導(dǎo)體層疊部80上；以及保護(hù)層70,其覆蓋表面整體。 半導(dǎo)體層疊部80包含在襯底10上依次層疊 η型摻雜的η型半導(dǎo)體層20、非摻雜或者p型 摻雜的光吸收層30、勢(shì)壘層31以及ρ型摻雜的ρ型半導(dǎo)體層40而構(gòu)成的PIN結(jié)的光電二 極管結(jié)構(gòu)部。在η型半導(dǎo)體層20上形成有陰極（η層電極）61，在p型半導(dǎo)體層40上形成 有陽(yáng)極（Ρ層電極）62。
[0050] 在此，η型半導(dǎo)體層20對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，ρ型半導(dǎo)體層對(duì)應(yīng) 于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。此外，本發(fā)明并不限定于此，也可以將第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體設(shè)為Ρ型 半導(dǎo)體層，將第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層設(shè)為η型半導(dǎo)體層。以下相同。
[0051] 另外，在本發(fā)明中，也可以設(shè)為從圖2示出的結(jié)構(gòu)中去除了光吸收層30的ΡΝ結(jié)的 光電二極管結(jié)構(gòu)。另外，在本發(fā)明中，勢(shì)壘層31、保護(hù)層70、絕緣層50并非是必須的結(jié)構(gòu)要 素，能夠根據(jù)要求來(lái)適當(dāng)?shù)馗郊印?br> [0052] 作為構(gòu)成η型半導(dǎo)體層20、光吸收層30以及ρ型半導(dǎo)體層40的材料，如果是能夠 與所入射的光相應(yīng)地生成光電動(dòng)勢(shì)的材料，則不特別地進(jìn)行限制。在被檢測(cè)光為紅外線的 情況下，作為構(gòu)成光吸收層30和ρ型半導(dǎo)體層40的材料能夠使用InSb系材料、InGaSb系 材料、InAlSb系材料、InAsSb系材料或者包含In、Sb、Ga或者A1的材料，但是根據(jù)用途需要 改變器件的檢測(cè)波段。在由InSb系材料構(gòu)成的受光元件的情況下，能夠檢測(cè)1 μ m?7 μ m 的波長(zhǎng)。在由InGaSb或者InAlSb系材料構(gòu)成的受光元件的情況下，能夠縮小到1 μ m? 5 μ m的波段。另外，在由InAsSb系材料構(gòu)成的受光元件的情況下，能夠檢測(cè)1 μ m?12 μ m 的波段。在檢測(cè)相同波長(zhǎng)時(shí)，還研究了使用包含Hg、Cd的MCT的光電二極管結(jié)構(gòu)，但是從減 輕環(huán)境負(fù)荷的觀點(diǎn)出發(fā)，由η型半導(dǎo)體層20、光吸收層30以及ρ型半導(dǎo)體層40構(gòu)成的光電 二極管結(jié)構(gòu)部?jī)?yōu)選由包含In、Sb、Ga或者Α1的材料構(gòu)成。
[0053] 在圖2中示出光從襯底10的背面入射的受光元件1，但是在本發(fā)明中也可以構(gòu)成 為光從襯底10中層疊半導(dǎo)體層疊部80的面?zhèn)热肷洹?br> [0054] 在圖2示出的受光元件1中，當(dāng)作為被檢測(cè)光的紅外線從襯底10上與層疊有半導(dǎo) 體層疊部80-面相反的面入射（在圖2中，光沿從襯底10朝向半導(dǎo)體層疊部80的方向前 進(jìn)）而入射到光電二極管結(jié)構(gòu)部時(shí)，在存在于光電二極管結(jié)構(gòu)部的耗盡層內(nèi)產(chǎn)生的電子空 穴對(duì)隨著價(jià)帶與導(dǎo)帶的電場(chǎng)傾斜在空間上分離累積。其結(jié)果，η型半導(dǎo)體層20在負(fù)側(cè)帶電， P型半導(dǎo)體層40在正側(cè)帶電，由此在其間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)被稱為開(kāi)路電壓，在與高輸 入阻抗的信號(hào)處理電路（放大器等）連接的情況下，能夠以電壓讀出，并且在紅外線傳感器 外部短路而能夠以電流讀出。
[0055] 在η型半導(dǎo)體層20中，通過(guò)進(jìn)行高濃度的η型摻雜，通過(guò)被稱為柏斯坦-摩斯偏 移的效應(yīng)，η型半導(dǎo)體層20的紅外線吸收波長(zhǎng)偏移至更短波長(zhǎng)側(cè)。因此，長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外線 不被吸收而能夠使紅外線高效率地透過(guò)。
[0056] 光吸收層30為用于吸收紅外線而產(chǎn)生光電流Ip的光吸收層。因而，η型半導(dǎo)體 層20與光吸收層30相接觸的面積S1成為被入射紅外線的受光面積。通常，受光元件1的 光電流Ip與受光面積成比例地變大，因此優(yōu)選η型半導(dǎo)體層20與光吸收層30相接觸的面 積S1大。另外，光吸收層30的體積越大則能夠吸收的紅外線量越大，因此優(yōu)選光吸收層30 的體積大。優(yōu)選將光吸收層30的膜厚設(shè)定為由于吸收紅外線而產(chǎn)生的電子以及空穴的載 流子能夠擴(kuò)散程度的膜厚。
[0057] 另一方面，使用于光吸收層30的、用于吸收紅外線的半導(dǎo)體通常是帶隙小的半導(dǎo) 體，這種半導(dǎo)體的電子的遷移率與空穴的遷移率相比非常大。例如在InSb的情況下，電子 的遷移率為大約80, OOOcmVVs，與此相對(duì)，空穴的遷移率為幾百cm2/Vs。因而，對(duì)于元件電 阻，電子流動(dòng)難易度的影響大。
[0058] 在光吸收層30中由于紅外線吸收而產(chǎn)生的電子由于在PN或者PIN結(jié)的光電二極 管結(jié)構(gòu)的部分中形成的電位差而從光吸收層30向η型半導(dǎo)體層20側(cè)擴(kuò)散，以光電流取出。 如上所述，在帶隙小的半導(dǎo)體中空穴的遷移率非常小，因此，通常，Ρ型摻雜層的電阻比η型 摻雜層的電阻高。另外，電阻與電流流過(guò)的部分的面積成反比。因而，由光吸收層30與ρ 型半導(dǎo)體層40相接觸的面積S3的大小來(lái)決定元件電阻，為了使元件電阻變大，優(yōu)選面積S3 小。
[0059] 另外，能夠吸收波長(zhǎng)為5 μ m以上的紅外線的半導(dǎo)體的帶隙小到0. 25eV以下。在 這種帶隙小的半導(dǎo)體（光吸收層30的材料的帶隙為0. 1?0. 25eV的半導(dǎo)體）中，當(dāng)在ρ 型半導(dǎo)體層40側(cè)形成帶隙大于光吸收層30的帶隙的勢(shì)壘層31以抑制由電子引起的擴(kuò)散 電流時(shí)，暗電流那樣的元件的漏電流變小，能夠增加元件電阻，因此，優(yōu)選使用。
[0060] 勢(shì)壘層31構(gòu)成為帶隙大于光吸收層30和ρ型半導(dǎo)體層40的帶隙。作為構(gòu)成勢(shì) 壘層31的材料，例如可舉出AllnSb。通過(guò)設(shè)置該勢(shì)壘層，受光部的電阻變大，因此當(dāng)使用電 流-電壓變換放大器來(lái)進(jìn)行信號(hào)放大時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)高S/N比，因此期望使用。
[0061] 絕緣層50形成在襯底10上和半導(dǎo)體層疊部80上，對(duì)襯底10和半導(dǎo)體層疊部80 的表面進(jìn)行絕緣和保護(hù)。布線層60由一層或者多層的金屬等構(gòu)成，是用于將由光吸收層30 生成的光電動(dòng)勢(shì)經(jīng)由陰極61和陽(yáng)極62取出的層，形成在絕緣層50上。也可以對(duì)保護(hù)層70 的上部空間進(jìn)行樹脂模制（未圖示）。作為絕緣層50和保護(hù)層70的材料，例如可舉出樹 月旨、氧化硅、氮化硅等，如果是絕緣性的材料則可以是任意的材料。
[0062] 可以使用單獨(dú)的受光元件1作為受光部，也可以將串聯(lián)連接多個(gè)受光元件1得到 的元件用作受光部。在各受光部dA、dB由兩個(gè)以上的受光元件1構(gòu)成的情況下，在以電流 讀出光電動(dòng)勢(shì)時(shí)，優(yōu)選進(jìn)行串聯(lián)連接。在電壓輸出的情況下，需要增加電壓，因此同樣地優(yōu) 選進(jìn)行串聯(lián)連接。在電流輸出的情況下，當(dāng)提高信號(hào)源的電阻值和電流值時(shí)S/N比提高，并 且在電壓輸出的情況下，當(dāng)減小信號(hào)源的電阻值、增加電壓值時(shí)S/N比提高。優(yōu)選考慮PN 結(jié)的每面積的縱方向（與襯底表面垂直方向）的電阻值、放大器的電壓輸入換算噪聲和制 造上的限制（工藝規(guī)則等），對(duì)將受光部分割為幾個(gè)并進(jìn)行串聯(lián)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)最佳S/N t匕。當(dāng)然，將受光部整體的尺寸設(shè)為越大則通過(guò)上述方法優(yōu)化得到的S/N比越大，因此優(yōu)選 使用。但是，對(duì)于像素?cái)?shù)、各像素的尺寸，優(yōu)選與系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)相匹配地設(shè)計(jì)為最佳形狀。
[0063] 圖3示出圖1示出的受光器件中的III-III截面線上的截面示意圖。第一受光部 dA的左端的p層電極62相當(dāng)于第一受光部dA的第一電極，與圖1中的第一輸出端子3a相 連接（在圖3中未圖示）。另外，第二受光部dB的右端的p層電極62相當(dāng)于第二受光部 dB的第一電極，與圖1中的第二輸出端子3b相連接（在圖3中未圖示）。另外，第一受光 部dA的右端的η層電極61相當(dāng)于第一受光部dA的第二電極，第二受光部dB的左端的η 層電極61相當(dāng)于第二受光部dB的第二電極，兩者通過(guò)布線層60相連接。
[0064] 此外，本發(fā)明并不限定于此，也可以將η層電極設(shè)為第一電極，將p層電極設(shè)為第 二電極。下面設(shè)為相同。
[0065] 圖4Α和圖4Β示出圖1示出的受光器件100的等效電路。圖4Α是將圖1中四個(gè) 受光元件1串聯(lián)連接而成的第一和第二受光部dA、dB看做一個(gè)二極管時(shí)的等效電路圖，圖 4B是使用電路表示該二極管的等效電路圖。
[0066] 如上所述，在各第一和第二受光部dA、dB中，當(dāng)檢測(cè)對(duì)象的光侵入到光吸收層30 時(shí)，產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，在沒(méi)有從外部施加偏壓的情況下，電子向η型半導(dǎo)體層20側(cè)擴(kuò)散，空 穴向Ρ型半導(dǎo)體層40側(cè)擴(kuò)散，在η型半導(dǎo)體層20與ρ型半導(dǎo)體層40之間生成由光電動(dòng)勢(shì) 引起的電流?ρ Α、?ρΒ。
[0067] 在圖4Β中說(shuō)明在第一和第二輸出端子3a、3b之間產(chǎn)生的信號(hào)。第一和第二受光 部dA、dB分別具有內(nèi)部電阻1^、!^，因此在第一和第二輸出端子3a、3b之間流過(guò)的電流Ip 用以下式（1)表現(xiàn)。在此，IpA表不在與第一輸出端子3a相連接的第一受光部dA中產(chǎn)生的 短路光電流，Ip B表示在與第二輸出端子3b相連接的第二受光部dB中產(chǎn)生的短路光電流。
[0068] Ip = (IpAXR0A-IpBXR0B)/ (R〇A+R〇B)式（1)
[0069] 另外，如果內(nèi)部電阻Rc^Rc?相同，則用以下式⑵表示Ip。
[0070] Ip = (IpA-IpB)/2 式⑵
[0071] 也就是說(shuō)，可理解為根據(jù)第一和第二輸出端子3a、3b之間的信號(hào)能夠輸出在第一 和第二受光部dA、dB中產(chǎn)生的信號(hào)的差。如上所述，可理解為在本實(shí)施方式的受光器件100 中，不經(jīng)由其它單元（放大器、其它運(yùn)算元件）并且不受外部噪聲的影響而能夠以高S/N比 來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠適用于檢測(cè)微弱的輻射光源的位置、移動(dòng)。
[0072] 另外，在第一實(shí)施方式的受光器件100的第一和第二輸出端子3a、3b上進(jìn)一步連 接電流-電壓變換部，由此能夠容易地得到在第一和第二受光部dA、dB中產(chǎn)生的信號(hào)的差。 不特別限定電流-電壓變換部的具體方式，例如能夠使用利用了運(yùn)算放大器的電流-電壓 變換放大器等。
[0073] 作為放大器的具體的例子，可舉出跨阻（Transimpedance)放大器?？缱璺糯笃鲗?輸出端子的輸出電流變換為電壓信號(hào)。當(dāng)將這種放大器與兩側(cè)的輸出端子連接時(shí)，輸出端 子由于放大器的低阻抗而短路（Virtual Short)，輸出式（2)示出的差的短路電流。另外， 在放大器的輸出中得到與該差電流成比例的電壓信號(hào)。
[0074] 在此，示出了從輸出端子得到的電流，但是當(dāng)利用高輸入阻抗的放大器時(shí)能夠取 出開(kāi)路電壓。因而，得到第一受光部dA與第二受光部dB的各開(kāi)路電壓的差。也可以根據(jù) 用途而輸出開(kāi)路電壓，但是在很多情況下，特別是在由窄帶隙的半導(dǎo)體（InSb、InAsSb等） 形成的受光部的情況下，為了不容易受到受光部的內(nèi)部電阻的溫度特性的影響，如上所述， 優(yōu)選輸出短路電流。
[0075] [第二實(shí)施方式]
[0076] 本實(shí)施方式的其它方式的受光器件是在第一實(shí)施方式所涉及的受光器件中，還具 備形成在上述同一襯底上的第三受光部和第四受光部以及第三輸出端子和第四輸出端子， 上述第三受光部和上述第四受光部分別具有：半導(dǎo)體層疊部，其形成具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的PN結(jié)或者PIN結(jié)的光電二極管結(jié)構(gòu)；第一電極，其與上述第 一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接；以及第二電極，其與上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接，其中，上 述第三受光部的第二電極和上述第四受光部的第二電極與上述第一受光部和上述第二受 光部的第一電極相連接，上述第三受光部的第一電極與上述第三輸出端子相連接，上述第 四受光部的第一電極與上述第四輸出端子相連接。
[0077] 圖5示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的受光器件200的等效電路。圖5示出的 受光器件200除了第一和第二受光部dA、dB以及第一和第二輸出端子3a、3b以外，還在同 一襯底（未圖示）上設(shè)置第三和第四受光部dC、dD以及第三和第四輸出端子3c、3d。第一 至第四受光部dA至dD分別具備作為第一電極的η層電極和作為第二電極的p層電極。 [0078] 在圖5示出的受光器件200中，第一和第二受光部dA、dB的η層電極（陰極）彼 此連接，第一和第二受光部dA、dB的ρ層電極（陽(yáng)極）分別與第一和第二輸出端子3a、3b 相連接，第三和第四受光部dC、dD的p層電極（陽(yáng)極）彼此連接，第三和第四受光部dC、dD 的η層電極（陰極）分別與第三和第四輸出端子3c、3d相連接。另外，第一和第二受光部 dA、dB的η層電極以及第三和第四受光部dC、dD的ρ層電極經(jīng)由共通布線部2彼此連接。
[0079] 在第二實(shí)施方式所涉及的受光器件200中，能夠通過(guò)以下式（3)和（4)得到處于 對(duì)角配置的輸出端子之間（3a與3b、3c與3d)的信號(hào)。能夠通過(guò)以下式（5)和（6)得到處 于上下配置的輸出端子之間（3a與3d、3b與3c)的信號(hào)，省略以公式說(shuō)明，但是處于左右配 置的輸出端子之間（3a與3c、3b與3d)的信號(hào)也能夠與式（5)和（6)同樣地得到。
[0080] Ipab = (Ip A-IpB)/2 式⑶
[0081] IpCD = (Ip c_IpD)/2 式⑷
[0082] IPad = (Ip A+IpD)/2 式（5)
[0083] IpBC = (Ip c+IpB)/2 式（6)
[0084] 在此，Ip。表示在與第三輸出端子3c相連接的第三受光部dC中產(chǎn)生的短路光電 流，Ip D表示在與第四輸出端子3d相連接的第四受光部dD中產(chǎn)生的短路光電流。IpAB表示 從第一輸出端子3a與第二輸出端子3b之間取出的短路光電流，Ip m表示從第三輸出端子 3c與第四輸出端子3d之間取出的短路光電流，IpAD表示從第一輸出端子3a與第四輸出端 子3d之間取出的短路光電流，I Pc：B表示從第三輸出端子3c與第二輸出端子3b之間取出的 短路光電流。
[0085] 能夠通過(guò)使用了 0P放大器的跨阻放大器的虛短路來(lái)取出這些短路電流。另外，當(dāng) 使用開(kāi)關(guān)等使第一輸出端子3a與第二輸出端子3b短路（短路點(diǎn)1)、使第三輸出端子3c與 第四輸出端子3d短路（短路點(diǎn)2)而測(cè)量短路點(diǎn)1與短路點(diǎn)2之間的短路電流i 12時(shí)，如以 下式（7)所示，得到全部受光部dA?dD的輸出短路電流的總和。
[0086] I12 = (IpA+IpB+Ipc+IpD)/2 式（7)
[0087] 如上所述，在第二實(shí)施方式所涉及的受光器件200中，能夠得到與入射到第一受 光部dA和第二受光部dB的區(qū)域的輻射有關(guān)的差信號(hào)（式（3))以及與入射到第三受光部 dC和第四受光部dD的區(qū)域的輻射有關(guān)的差信號(hào)（式（4))，除此以外，還能夠得到來(lái)自全部 受光部dA?dD的信號(hào)的總和（式（7))。另外，第二實(shí)施方式所涉及的受光器件200的輸 出端子的數(shù)量少，襯底的利用效率高，因此有時(shí)期望使用。
[0088] 此外，在圖5所記載的第二實(shí)施方式所涉及的受光器件200中，使用了四個(gè)受光部 dA?dD和四個(gè)輸出端子3a?3d，但是本發(fā)明并不限定于此，也可以是例如連接四個(gè)受光 部的共通布線部2具備輸出端子的方式。
[0089][第三實(shí)施方式]
[0090] 作為第二實(shí)施方式所涉及的受光器件200的應(yīng)用例，圖6示出本發(fā)明所涉及的第 三實(shí)施方式的受光器件300。在圖6中示出受光器件300,該受光器件300具備：包含第一 至第四受光部dA?dD的光傳感器部310 ;電流-電壓變換單元320,其與光傳感器310相 連接，包含第一至第四電流-電壓變換放大器4a至4d ;差運(yùn)算單元330。其與電流-電壓 變換單元320相連接，包含第一減法電路5和第二減法電路6 ;以及加法運(yùn)算單元340,其與 電流-電壓變換單元320相連接，包含第三減法電路7、第四減法電路8以及加法電路9。
[0091] 在光傳感器部310中，第三受光部dC和第四受光部dD的第二電極與第一受光部 dA和第二受光部dB的第一電極相連接，第一受光部dA的p層電極與第一輸出端子3a相 連接，第二受光部dB的p層電極與第一輸出端子3b相連接，第三受光部dC的第一電極與 第三輸出端子3c相連接，第四受光部的第一電極與第四輸出端子3d相連接。在電流-電 壓變換單元320中，第一至第四電流-電壓變換放大器4a至4d分別與第一至第四輸出端 子4a至4d相連接。另外，第三實(shí)施方式所涉及的受光器件300具備與第一和第二輸出端 子3a和3b相連接的第一減法電路5、與第三和第四輸出端子3c和3d相連接的第二減法電 路6、與第一和第三輸出端子3a和3c相連接的第三減法電路7、與第二和第四輸出端子3b 和3d相連接的第四減法電路8以及與上述第三和第四減法電路的輸出端子相連接的加法 電路9。并且，第一至第四輸出端子3a至3d與第一至第四減法電路5至8分別經(jīng)由第一至 第四電流-電壓變換放大器4a?4d相連接。
[0092] 在差運(yùn)算單元330中，第一減法電路5對(duì)來(lái)自第一電流-電壓變換放大器4a和第 二電流-電壓變換放大器4b的各輸出的差進(jìn)行運(yùn)算而輸出第一減法信號(hào)，第二減法電路6 對(duì)來(lái)自第三電流-電壓變換放大器4c和第四電流-電壓變換放大器4d的各輸出的差進(jìn)行 運(yùn)算而輸出第二減法信號(hào)。在加法運(yùn)算單元340中，第三減法電路7對(duì)來(lái)自第一電流-電 壓變換放大器4a和第三電流-電壓變換放大器4c的各輸出的差進(jìn)行運(yùn)算而輸出第三減法 信號(hào)，第四減法電路8對(duì)來(lái)自第二電流-電壓變換放大器4b和第四電流-電壓變換放大器 4d的各輸出的差進(jìn)行運(yùn)算而輸出第四減法信號(hào)，加法電路9對(duì)從第三減法電路7和第四減 法電路8分別輸出的第三減法信號(hào)和第四減法信號(hào)之和進(jìn)行運(yùn)算而輸出加法信號(hào)。
[0093] 圖7示出圖6示出的受光器件300中的、電流-電壓變換單元320、減法電路330 以及加法電路340的更具體的電路圖。本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的受光器件300能夠 同時(shí)輸出被設(shè)置成對(duì)角配置的第一受光部dA和第二受光部dB以及第三受光部dC和第四 受光部dD這兩組各自的輸出的差信號(hào)以及全部受光部dA?dD的信號(hào)的總和，因此適合于 高速的信號(hào)處理的用途。
[0094] 下面，說(shuō)明第三實(shí)施方式所涉及的受光器件300中的運(yùn)算方法。在將第一至第四 電流-電壓變換放大器4a?4d的變換電阻設(shè)為Rc的情況下，用以下式⑶?式（11)表 不各第一至第四電流-電壓變換放大器4a?4d的輸出信號(hào)VI?V4。
[0095] VI = -Rc[3IpA/4-(-Ipc+IpB-IpD)/4]式（8)
[0096] V2 = -Rc [-3Ipc/4-(IpB-IpD+IpA)/4]式（9)
[0097] V3 =-Rc [3IpB/4_ (_IpD+IpA_Ipc)/4]式（10)
[0098] V4 = -Rc[-3IpD/4-(IpA-Ipc+IpB)/4]式（11)
[0099] 并且，如圖7所示，這些輸出信號(hào)VI?V4被輸入到與第一至第四電流-電壓變換 放大器4a?4d的輸出端子相連接的差運(yùn)算單元330和加法運(yùn)算單元340。在差運(yùn)算單元 330中，進(jìn)行以下式（12)和式（13)的運(yùn)算，由此從第一減法電路5和第二減法電路6輸出 第一減法信號(hào)VA 1和第二減法信號(hào)VA 2。在此，kl?k3表不由Rc、利用于第一至第四減 法電路5?8和加法電路9的電阻器的電阻值來(lái)決定的系數(shù)。
[0100] νΔ 1 = -kl[Vl-V3]
[0101] =-kl[3(IpB-IpA)/4-(IpA-Ip B)/4]式（12)
[0102] = kl (IpA-IpB)
[0103] V Δ 2 = -k2 [V2-V4]
[0104] = _k2 [3 (_IpD+Ipc) /4- (_Ipc+IpD) /4]
[0105] = k2 (IpD_Ipc)式（13)
[0106] 在加法運(yùn)算單元340中，使用從第三減法電路7和第四減法電路8輸出的第三減 法信號(hào)VA3= (V1-V2)和第四減法信號(hào)VA4= (V3-V4)，進(jìn)行以下式（14)的運(yùn)算，由此從 加法電路9輸出加法信號(hào)νΣ。
[0107] V Σ = -k3 [ (V1-V2) + (V3-V4)]
[0108] = k3[IpA+Ipc+IpB+IpD]式（14)
[0109] 如上所述，根據(jù)式（12)?式（14)，可理解為能夠?qū)崿F(xiàn)以下受光器件：通過(guò)使用了 受光部的數(shù)量與輸出端子的數(shù)量相同的光傳感器部310的小型受光器件300,不使用開(kāi)關(guān) 元件而能夠?qū)?lái)自第一至第四受光部dA?dD的輸出電流的差信號(hào)和加法信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。 [0110] 低噪聲的放大器適合于初級(jí)的第一至第四電流-電壓變換放大器4a?4d。具體 地說(shuō)，優(yōu)選利用抑制輸入的偏移不穩(wěn)定的自動(dòng)歸零放大器。在本發(fā)明中，如果在初級(jí)的第一 至第四電流-電壓變換放大器4a?4d中能夠?qū)崿F(xiàn)高S/N比，則在后級(jí)的運(yùn)算器5?9中 不需要使用自動(dòng)歸零放大器，也可以使用通常的0P放大器。通過(guò)設(shè)為這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn) 小型的集成電路。
[0111] [第四實(shí)施方式]
[0112] 本實(shí)施方式的其它方式的受光器件是在同一襯底上具備兩個(gè)第一實(shí)施方式所涉 及的受光器件中的電路圖案，該受光器件還具備：第一布線層，其對(duì)一個(gè)上述電路圖案中的 上述第一受光部的第一電極與上述第二受光部的第一電極進(jìn)行連接；以及第二布線層，其 對(duì)另一個(gè)上述電路圖案中的上述第一受光部的第一電極與上述第二受光部的第一電極進(jìn) 行連接，其中，上述第一布線層和上述第二布線層形成為在交叉部處相互交叉，在上述交叉 部處的上述襯底上形成有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，在上述交叉部處，上述第一布線層隔著絕 緣層形成在上述交叉部的上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，上述第二布線層經(jīng)由形成在上述絕 緣層的一部分的接觸孔與上述交叉部的上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接。
[0113] 圖8A是本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的受光器件400的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8B是其 等效電路圖。圖8A和圖8B示出的受光器件400在襯底10上具備第一電路圖案和第二電 路圖案，該第一電路圖案由第一和第二受光部dA、dB以及第一和第二輸出端子3a、3b構(gòu)成， 該第二電路圖案由第一和第二受光部dA'、dB'以及第一和第二輸出端子3a'，3b'構(gòu)成。第 一和第二電路圖案為相同電路圖案。
[0114] 如圖8A和圖8B所示，將第一電路圖案中的第一受光部dA與第二受光部dB的電 極彼此連接的第一布線層63以及將第二電路圖案中的第一受光部dA'與第二受光部dB' 的電極彼此連接的第二布線層64以電絕緣的狀態(tài)形成交叉部XY。
[0115] 使用圖9A和圖9B來(lái)說(shuō)明交叉部XY的結(jié)構(gòu)。圖9A是圖8A示出的受光器件400 中的IXA-IXA截面線上的截面示意圖，圖9B是圖8A示出的受光器件400中的IXB-IXB截 面線上的截面示意圖。在圖9A中示出在襯底10上局部形成的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21、 在襯底10和第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21上形成的絕緣層51、以及在絕緣層51上形成的第一 布線層63。如圖9A所示，在交叉部XY處，第一布線層63隔著絕緣層51形成在第一導(dǎo)電型 的半導(dǎo)體層21上。
[0116] 在圖9B中不出在襯底10上局部形成的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21、在第一導(dǎo)電型 的半導(dǎo)體層21上局部形成且在襯底10上形成的絕緣層51、在絕緣層51上形成的第一布線 層63、以及在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21和絕緣層上51上形成的第二布線層64。如圖9B 所示，在交叉部XY處，第二布線層64經(jīng)由形成于絕緣層51的一部分的接觸孔52與第一導(dǎo) 電型的半導(dǎo)體層21相連接。
[0117] 第一布線層63和第二布線層64的交叉部XY采用圖9示出的結(jié)構(gòu)，由此第一布線 層63和第二布線層64存在于同一層，因此與第一和第二布線層經(jīng)由絕緣層形成于不同層 的以往的層疊結(jié)構(gòu)的交叉部相比，能夠通過(guò)一次的工藝形成第一布線層63和第二布線層 64,能夠降低由斷線等引起的問(wèn)題，能夠得到高可靠性的紅外線傳感器陣列。
[0118] 從制造工藝容易性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選交叉部XY處的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21由 與受光部的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層20相同的材料構(gòu)成。交叉部XY處的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo) 體層21由與受光部中的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層20相同的材料構(gòu)成，由此帶隙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)并而 電阻低，因此優(yōu)選使用。
[0119] 作為第一布線層63和第二布線層64的材料，從低電阻化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為金屬 層。作為具體的一例，第一布線層63和第二布線層64優(yōu)選包含Au或者電阻率小的以Pt、 A1為代表的材料。另外，從提高與第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21之間的緊密接合性以及降低接 觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，第一布線層63和第二布線層64優(yōu)選設(shè)為以Ti為最下層（與半導(dǎo)體接 觸的層）的多層結(jié)構(gòu)。
[0120] 作為交叉部XY的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21的材料，在使用η型層的情況下，交叉 部ΧΥ的第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層21的薄層電阻優(yōu)選為100 Ω / □以下，更優(yōu)選為50 Ω / □以 下，進(jìn)一步優(yōu)選為10 Ω / □以下，最優(yōu)選為5 Ω / □以下。作為第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層21的η 型層越厚則薄層電阻越小，因此在制造器件時(shí)不希望使用太厚的η型層（例如1. 5 μ m以上 或者2 μ m以上）。
[0121] 在從受光部取出光電流時(shí)，第一布線層63和第二布線層64的電阻的串聯(lián)成分越 小則電流的取出效率越高，因此優(yōu)選交叉部XY處的第二布線層64的電阻比受光部的PIN 或者PN結(jié)部的電阻更小。
[0122] 說(shuō)明第四實(shí)施方式所涉及的受光器件400的動(dòng)作。根據(jù)圖8A和圖8B示出的受光 器件400,能夠分別輸出成為來(lái)自第一電路圖案的輸出的第一和第二受光元件dA和dB的差 以及成為來(lái)自第二電路圖案的輸出的第一和第二受光元件dA'和dB'的差。在所有受光部 的內(nèi)部電阻相等的情況下，來(lái)自第一電路圖案的輸出成為Ip A_IpB，來(lái)自第二電路圖案的輸 出 Y 成為 IpA' _IpB'。
[0123] 在此，當(dāng)對(duì)來(lái)自第一電路圖案的輸出與來(lái)自第二電路圖案的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算 時(shí)，成為（Ip A+IpA'）-(IpB+IpB'），得到圖8A中的上側(cè)的受光部（dA和dA'）與下側(cè)的受光 部（dB和dB'）的輸出的差。
[0124] 另外，當(dāng)對(duì)來(lái)自第一電路圖案的輸出與來(lái)自第二電路圖案的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算 時(shí)，成為（Ip A+IpB'）-(IpA' +IpB)，得到圖8A中的左側(cè)的受光部（dA和dB'）與右側(cè)的受光 部（dA'和dB)的輸出的差。
[0125] S卩，可理解為僅通過(guò)單純的加法和減法就能夠連續(xù)地得到各受光部間的差。可理 解為能夠簡(jiǎn)單地且連續(xù)地得到在以往技術(shù)中僅能夠通過(guò)使用開(kāi)關(guān)電路等離散地運(yùn)算來(lái)自 各元件的輸出而得到的各受光部間的輸出的差。
[0126] [第五實(shí)施方式]
[0127] 本發(fā)明的第五實(shí)施方式所涉及的位置檢測(cè)器件具備上述受光器件和視場(chǎng)角限制 體，該視場(chǎng)角限制體對(duì)入射到該受光器件的上述受光部的光的入射方向進(jìn)行控制。
[0128] 圖10示出本發(fā)明的第五實(shí)施方式所涉及的使用了受光器件100的位置檢測(cè)器件 500。圖10是使用了本發(fā)明所涉及的受光器件100的位置檢測(cè)器件500的截面圖。在圖10 中示出位置檢測(cè)器件500,其具備：受光器件100 ;光學(xué)濾波器501，其被設(shè)置于襯底10的背 面，限制入射到受光器件100的光的波長(zhǎng)；視場(chǎng)角限制體502,其對(duì)受光器件100的受光部 的視場(chǎng)進(jìn)行控制；以及對(duì)受光器件100和光學(xué)濾波器501進(jìn)行模制的樹脂模制部503。圖 10示出的受光器件500除了具備第一和第二受光部dA和dB以外還具備第三和第四受光部 dC和dD，但是為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，只要沒(méi)有特別提及，以使用了第一和第二受光部dA和dB的情 況為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0129] 從光源505輻射出的紅外線在向位置檢測(cè)器件500入射時(shí)，一邊被視場(chǎng)角限制體 502限制入射角一邊經(jīng)由位置檢測(cè)器件500的光學(xué)濾波器501從襯底10的背面入射，入射 到第一和第二受光部dA和dB。通過(guò)該視場(chǎng)角限制體502,根據(jù)光源505的位置不同而入射 到各受光部dA和dB的光的強(qiáng)度不同，因此通過(guò)運(yùn)算其差，能夠檢測(cè)光源505的位置。在圖 10中示出那樣的光源505的位置的情況下，入射到受光部dA的光束大于入射到受光部dB 的光束，因此IpA大于IpB。利用該情況，通過(guò)求出IpA與Ip B的差，能夠得到光源505存在 于視場(chǎng)角內(nèi)的哪個(gè)位置的一維位置信息。另外，在受光器件100除了具備第一和第二受光 部dA和dB以外還具備受光部的情況下，通過(guò)使用這些受光部還能夠進(jìn)行二維的位置檢測(cè)。 并且，通過(guò)求出受光部的輸出之和來(lái)還能夠檢測(cè)受光部dA和dB與光源505之間的距離，因 此還能夠得到三維的位置信息。
[0130] 在圖10示出的位置檢測(cè)器件500中，圖示了作為視場(chǎng)角限制體502而使用了開(kāi)孔 的板的情況，但是也可以利用光學(xué)透鏡或者組合光學(xué)透鏡。根據(jù)視場(chǎng)角限制體502的直徑 Φ和其開(kāi)口部的厚度t來(lái)決定器件的光學(xué)特性。作為成為檢測(cè)對(duì)象的光源505,只要是發(fā)出 受光器件100的受光元件的靈敏度波長(zhǎng)內(nèi)的紅外線的物質(zhì)則不特別進(jìn)行限制。
[0131] 在要檢測(cè)一部分波長(zhǎng)范圍的情況下，能夠根據(jù)需要在襯底10與視場(chǎng)角限制體502 之間設(shè)置光學(xué)濾波器501。作為光學(xué)濾波器501的一例，可舉出在Si襯底上多層層疊折射 率不同的兩種材料而得到的波長(zhǎng)選擇效應(yīng)的干涉濾波器。如果是這種光學(xué)濾波器501，則折 射率相對(duì)于大氣高（η = 3以上），因此入射光相對(duì)于光學(xué)濾波器501的表面大致垂直，行進(jìn) 到第一和第二受光部dA和dB為止。
[0132] 在圖10示出的位置檢測(cè)器件500中，示出了視場(chǎng)角限制體502/光學(xué)濾波器501/ 襯底10這種結(jié)構(gòu)，但是根據(jù)封裝結(jié)構(gòu)的限制，也可以是光學(xué)濾波器501/視場(chǎng)角限制體502/ 襯底10這種結(jié)構(gòu)。或者，也可以是蓋/視場(chǎng)角限制體502/光學(xué)濾波器501/襯底10。其 中，在此所指的"蓋"期望相對(duì)于光源505放射的光的波長(zhǎng)具有充分的透過(guò)率。另外，也可 以根據(jù)該蓋的形狀，利用光的折射效應(yīng)來(lái)擴(kuò)大或者縮小視場(chǎng)角。在該情況下，優(yōu)選根據(jù)各用 途來(lái)利用適當(dāng)?shù)男螤睢?br> [0133] 并且，如圖11所示，也可以構(gòu)成為，在光學(xué)濾波器501與襯底10的背面之間設(shè)置 空洞部510來(lái)設(shè)置間隙G，使由光學(xué)濾波器501和視場(chǎng)角限制體502構(gòu)成的表面變得平坦。 通過(guò)設(shè)為這種結(jié)構(gòu)，在封裝的最表面不形成凹部，因此防止污垢，有時(shí)優(yōu)選使用。在該結(jié)構(gòu) 中，間隙G的尺寸與光學(xué)濾波器501的寬度L決定感知視場(chǎng)的大小。另外，期望空洞部510 的內(nèi)壁對(duì)被檢測(cè)光的波長(zhǎng)具有低反射率。
[0134] 制作在圖10中示出的位置檢測(cè)器件500,將直徑15mm的光源505設(shè)定為距離傳感 器表面20mm。在使用于位置檢測(cè)器件500的受光器件100中，襯底10使用邊長(zhǎng)0. 45mm的 GaAs襯底，使用了將24個(gè)由InSb的光電二極管構(gòu)成的受光兀件1串聯(lián)連接而成的各受光 部dA和dB。將視場(chǎng)角限制體502的開(kāi)口部的厚度t設(shè)為0· 5mm，將孔的直徑Φ設(shè)為0· 5mm。
[0135] 圖12示出使光源505相對(duì)于如上所述那樣制作出的位置檢測(cè)器件500進(jìn)行移動(dòng) 的情況下的、對(duì)于光源505的位置（將開(kāi)口部的中心軸設(shè)為0mm)的Ip A與IpB的差關(guān)系以 及IpA?IpD的總和的關(guān)系。根據(jù)圖12示出的差的波形，能夠理解為光源505的位置同Ipa 與IpB的差具有相關(guān)性。通過(guò)使用該相關(guān)性能夠檢測(cè)光源505存在于視場(chǎng)角內(nèi)的哪個(gè)位置。 另外，根據(jù)圖12示出的差的波形，還可理解為噪聲少而得到高S/N。
[0136] 另外，根據(jù)圖12示出的IpA?IpD的總和的信號(hào)能夠辨別光源505是否正在接近 位置檢測(cè)器件500。根據(jù)其辨別的結(jié)果，在差的信號(hào)為零的情況下也可獲知光源505是否正 在接近位置檢測(cè)器件500 (或者光源505是否進(jìn)入了位置檢測(cè)器件500的視場(chǎng)范圍），因此 在很多用途中有效。
[0137] 在此，光源也可以假設(shè)人體的手指等。在該情況下，作為檢測(cè)部的材料，優(yōu)選使用 InSb 或者 InAsSb。
【權(quán)利要求】
1. 一種受光器件，具備由形成在同一襯底上的第一受光部和第二受光部以及第一輸出 端子和第二輸出端子構(gòu)成的電路圖案，該受光器件的特征在于， 上述第一受光部和上述第二受光部分別具有： 半導(dǎo)體層疊部，其形成具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的PN結(jié)或者 PIN結(jié)的光電二極管結(jié)構(gòu)； 第一電極，其與上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接；以及 第二電極，其與上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接， 其中，上述第一受光部的第一電極與上述第二受光部的第一電極相連接， 上述第一受光部的第二電極與上述第一輸出端子相連接， 上述第二受光部的第二電極與上述第二輸出端子相連接， 在上述第一輸出端子與上述第二輸出端子之間輸出在上述第一受光部和上述第二受 光部中產(chǎn)生的信號(hào)的差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受光器件，其特征在于， 還具備形成在上述同一襯底上的第三受光部和第四受光部以及第三輸出端子和第四 輸出端子， 上述第三受光部和上述第四受光部分別具有： 半導(dǎo)體層疊部，其形成具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的PN結(jié)或者 PIN結(jié)的光電二極管結(jié)構(gòu)； 第一電極，其與上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接；以及 第二電極，其與上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層相連接， 其中，上述第三受光部的第二電極和上述第四受光部的第二電極與上述第一受光部的 第一電極和上述第二受光部的第一電極相連接， 上述第三受光部的第一電極與上述第三輸出端子相連接， 上述第四受光部的第一電極與上述第四輸出端子相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的受光器件，其特征在于， 還具備電流-電壓變換放大器，該電流-電壓變換放大器與上述第一輸出端子和上述 第二輸出端子相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的受光器件，其特征在于，還具備： 第一減法電路，其與上述第一輸出端子和上述第二輸出端子相連接； 第二減法電路，其與上述第三輸出端子和上述第四輸出端子相連接； 第三減法電路，其與上述第一輸出端子和上述第三輸出端子相連接； 第四減法電路，其與上述第二輸出端子和上述第四輸出端子相連接；以及 加法電路，其與上述第三減法電路和上述第四減法電路的輸出端子相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的受光器件，其特征在于， 上述輸出端子分別經(jīng)由電流-電壓變換放大器與上述減法電路相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3?5中的任一項(xiàng)所述的受光器件，其特征在于， 上述輸出端子與上述減法電路不經(jīng)由開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受光器件，其特征在于， 受光器件在同一襯底上具備兩個(gè)上述電路圖案， 該受光器件還具備： 第一布線層，其對(duì)一個(gè)上述電路圖案中的上述第一受光部的第一電極與上述第二受光 部的第一電極進(jìn)行連接；以及 第二布線層，其對(duì)另一個(gè)上述電路圖案中的上述第一受光部的第一電極與上述第二受 光部的第一電極進(jìn)行連接， 其中，上述第一布線層和上述第二布線層形成為在交叉部處相互交叉， 在上述交叉部處的上述襯底上形成有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層， 在上述交叉部處， 上述第一布線層隔著絕緣層形成在上述交叉部的上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上， 上述第二布線層經(jīng)由形成在上述絕緣層的一部分的接觸孔與上述交叉部的上述第一 導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7中的任一項(xiàng)所述的受光器件，其特征在于， 上述半導(dǎo)體層疊部由含有銦和/或銻的材料構(gòu)成。
9. 一種位置檢測(cè)器件，其特征在于，具備： 根據(jù)權(quán)利要求1?8中的任一項(xiàng)所述的受光器件；以及 視場(chǎng)角限制體，其對(duì)入射到上述受光器件的上述受光部的光的入射方向進(jìn)行控制。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK104247018SQ201380016380
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】愛(ài)迪生·古梅斯·柯曼爾古 申請(qǐng)人:旭化成微電子株式會(huì)社