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JP2001244494A - Optical tracking sensor - Google Patents

Optical tracking sensor

Info

Publication number
JP2001244494A
JP2001244494A JP2000054728A JP2000054728A JP2001244494A JP 2001244494 A JP2001244494 A JP 2001244494A JP 2000054728 A JP2000054728 A JP 2000054728A JP 2000054728 A JP2000054728 A JP 2000054728A JP 2001244494 A JP2001244494 A JP 2001244494A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
photodiode
tracking
photodiodes
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000054728A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akimasa Tanaka
章雅 田中
Masayoshi Suzuki
政好 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2000054728A priority Critical patent/JP2001244494A/en
Publication of JP2001244494A publication Critical patent/JP2001244494A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/95Circuit arrangements
    • H10F77/953Circuit arrangements for devices having potential barriers
    • H10F77/957Circuit arrangements for devices having potential barriers for position-sensitive photodetectors, e.g. lateral-effect photodiodes or quadrant photodiodes

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光追尾を行うと共に高速高利得の光受信が可
能な光追尾センサを提供する。 【解決手段】 本光追尾センサは化合物半導体からなる
センサであり、中心のアバランシェホトダイオードAP
Dを光受信用として用いることができ、周囲の分割型ホ
トダイオードPD1〜PD4を光追尾用として用いるこ
とができる。これらは同一半導体基板に形成されている
ので、分割型ホトダイオードで光追尾を行った際の受信
光の方向に半導体基板を向けると、アバランシェホトダ
イオードAPDに自動的に光信号が入射する。アバラン
シェホトダイオードAPDの表面形状は円形とされてい
るので、エッジブレイクダウンが抑制され、これに併せ
て光追尾用ホトダイオードPD1〜PD4は同心円状に
配置されている。
(57) [Problem] To provide an optical tracking sensor capable of performing optical tracking and receiving light at high speed and high gain. SOLUTION: The optical tracking sensor is a sensor made of a compound semiconductor, and has a central avalanche photodiode AP.
D can be used for light reception, and the surrounding divided photodiodes PD1 to PD4 can be used for light tracking. Since these are formed on the same semiconductor substrate, if the semiconductor substrate is directed in the direction of the received light when light tracking is performed by the split photodiode, an optical signal automatically enters the avalanche photodiode APD. Since the surface shape of the avalanche photodiode APD is circular, edge breakdown is suppressed, and the light tracking photodiodes PD1 to PD4 are arranged concentrically.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光追尾センサに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical tracking sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光追尾センサは、特開平6−21
4010号公報、特開平11−15023号公報等に記
載されている。前者の光追尾センサは、広い視野角を有
するCCDと、応答性の高い4分割ホトダイオードを個
別に備えており、後者の光追尾センサは4分割ホトダイ
オードの周囲に配置された複数のホトダイオードアレイ
を同一半導体基板上に形成してなる。いずれの光追尾セ
ンサも中心の光電変換素子が応答性を優先した光追尾用
ものであり、周辺の光電変換素子が視野角を優先した光
追尾用のものである。このような光追尾センサは、地球
観測衛星用の検出器や光ピックアップに用いることがで
きる。
2. Description of the Related Art A conventional optical tracking sensor is disclosed in JP-A-6-21.
No. 4010, JP-A-11-15023 and the like. The former optical tracking sensor has a CCD having a wide viewing angle and a four-division photodiode with high responsiveness individually, and the latter optical tracking sensor uses the same photodiode array arranged around the four-division photodiode. It is formed on a semiconductor substrate. In each of the optical tracking sensors, the central photoelectric conversion element is for optical tracking with priority given to responsiveness, and the peripheral photoelectric conversion elements are for optical tracking with priority given to the viewing angle. Such an optical tracking sensor can be used for a detector or an optical pickup for an earth observation satellite.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
追尾センサにおいては、光信号を受信するために別途光
信号受信用のセンサを設ける必要があった。もちろん、
後者のセンサにおいては、中心に位置する4分割ホトダ
イオードの全出力を用いることにより、光受信を行うこ
ともできるが、高速高利得の受信を行うためには、当該
構成では不十分である。本発明は、かかる光追尾センサ
の改良に係るものであり、光追尾を行うと共に高速高利
得の光受信が可能な光追尾センサを提供することを目的
とする。
However, in the optical tracking sensor, it is necessary to provide a separate optical signal receiving sensor for receiving the optical signal. of course,
In the latter sensor, optical reception can be performed by using all outputs of the four-division photodiode located at the center, but this configuration is insufficient for high-speed, high-gain reception. The present invention relates to an improvement of such an optical tracking sensor, and an object of the present invention is to provide an optical tracking sensor that performs optical tracking and can receive light at high speed and high gain.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光追尾センサは、単一のホトダイオー
ドの周囲に配置された複数のホトダイオードからなる分
割型ホトダイオードを半導体基板に形成してなる光追尾
センサにおいて、単一のホトダイオードの表面形状は円
形であり、複数のホトダイオードを構成するホトダイオ
ードは3つ以上あり、且つ、同心円状に配置されている
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an optical tracking sensor according to the present invention is provided by forming a divided photodiode comprising a plurality of photodiodes disposed around a single photodiode on a semiconductor substrate. In this optical tracking sensor, the surface shape of a single photodiode is circular, there are three or more photodiodes constituting a plurality of photodiodes, and the photodiodes are arranged concentrically.

【0005】本発明の光追尾センサによれば、単一のホ
トダイオードを光受信用として用いることができ、周囲
の分割型ホトダイオードを光追尾用として用いることが
できるが、これらは同一半導体基板に形成されているの
で、分割型ホトダイオードで光追尾を行った際の受信光
の方向に半導体基板を向けると、単一のホトダイオード
に自動的に光信号が入射する。
According to the optical tracking sensor of the present invention, a single photodiode can be used for optical reception, and the surrounding divided photodiodes can be used for optical tracking, but these are formed on the same semiconductor substrate. Therefore, when the semiconductor substrate is directed in the direction of the received light when the optical tracking is performed by the split type photodiode, an optical signal is automatically incident on a single photodiode.

【0006】このような単一のホトダイオードにおい
て、エッジブレークダウンが生じると、光信号受信が困
難となる。そこで、本発明の光追尾センサにおいては、
単一のホトダイオードの表面形状を円形とし、エッジブ
レークダウンを抑制することとした。
When edge breakdown occurs in such a single photodiode, it becomes difficult to receive an optical signal. Therefore, in the optical tracking sensor of the present invention,
The surface shape of a single photodiode is circular, and edge breakdown is suppressed.

【0007】また、平面は3点によって規定されるた
め、光追尾用のホトダイオードの数は3つ以上とし、複
数の光追尾用ホトダイオードの重心位置に光信号受信用
の円形ホトダイオードが位置し、且つ、これに複数の光
追尾用ホトダイオードが隣接するよう、これら複数の光
追尾用ホトダイオードを円形ホトダイオードに対して同
心円状に配置することとした。本発明の光追尾センサに
おいては、このように円形ホトダイオード及び光追尾用
ホトダイオードが配置されているので、受信光入射方向
に円形ホトダイオードを向けるためには、各光追尾用ホ
トダイオード出力が等しくなるように半導体基板の向き
を変えればよい。
Further, since the plane is defined by three points, the number of light-tracking photodiodes is three or more, and a circular photodiode for receiving an optical signal is located at the center of gravity of the plurality of light-tracking photodiodes. The plurality of light-tracking photodiodes are arranged concentrically with respect to the circular photodiode so that the plurality of light-tracking photodiodes are adjacent thereto. In the optical tracking sensor of the present invention, since the circular photodiode and the optical tracking photodiode are arranged as described above, in order to direct the circular photodiode in the receiving light incident direction, the output of each optical tracking photodiode is made equal. What is necessary is just to change the direction of a semiconductor substrate.

【0008】なお、光追尾用ホトダイオードの数は3以
上の偶数、すなわち4個であって各光追尾用ホトダイオ
ードの面積が実質的に等しければ、隣接する光追尾用ホ
トダイオード出力間の減算値が最小となるようにセンサ
を回転させればよいため、このようなサーボ制御は高速
に行うことができる。なお、本光追尾センサを宇宙空間
で用いる場合には、宇宙線等の放射線の入射に対する誤
動作が抑制でき、且つ、応答速度が高くなるように、半
導体基板は化合物半導体からなることが好ましい。
The number of light-tracking photodiodes is an even number of 3 or more, that is, four, and if the area of each light-tracking photodiode is substantially equal, the subtraction value between the adjacent light-tracking photodiode outputs is minimized. Such a servo control can be performed at high speed because the sensor may be rotated so that When the optical tracking sensor is used in the outer space, it is preferable that the semiconductor substrate be made of a compound semiconductor so that a malfunction due to the incidence of radiation such as cosmic rays can be suppressed and the response speed is increased.

【0009】更に、高速高利得の動作を行わせるために
は、前述の単一のホトダイオードはアバランシェホトダ
イオードからなることが好ましく、また、本発明におい
ては単一のホトダイオードの表面形状は円形とされてい
るので、この場合においてもエッジブレイクダウンが抑
制される。
Further, in order to perform a high-speed and high-gain operation, it is preferable that the single photodiode is an avalanche photodiode. In the present invention, the single photodiode has a circular surface shape. Therefore, the edge breakdown is suppressed in this case as well.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る光追尾セ
ンサについて説明する。なお、同一要素には同一符号を
用いることとし、重複する説明は省略する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical tracking sensor according to an embodiment will be described below. The same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0011】図1は第1実施形態に係る光追尾センサの
平面図である。なお、図1においては図2に記載の絶縁
層ILTの記載を省略している。本光追尾センサは化合
物半導体からなるセンサである。詳説すれば、本光追尾
センサを構成する半導体基板は化合物半導体からなる。
この化合物半導体材料として、GaAs、InGaA
s、InAs、InSb、AlGaAs、InPなどが
あり、使用する材料を選択することにより、所望の波長
の光通信が可能となると共に、その材料特性に応じて、
宇宙線等の放射線の入射に対する誤動作が抑制できるも
の、極めて応答速度が高いものなど特徴あるセンサが出
来る。
FIG. 1 is a plan view of the optical tracking sensor according to the first embodiment. In FIG. 1, the illustration of the insulating layer ILT shown in FIG. 2 is omitted. The optical tracking sensor is a sensor made of a compound semiconductor. More specifically, the semiconductor substrate constituting the optical tracking sensor is made of a compound semiconductor.
As this compound semiconductor material, GaAs, InGaAs
s, InAs, InSb, AlGaAs, InP and the like. By selecting a material to be used, optical communication of a desired wavelength becomes possible, and according to the material characteristics,
Characteristic sensors such as those that can suppress malfunction due to the incidence of radiation such as cosmic rays and those that have extremely high response speed can be obtained.

【0012】本光追尾センサにおいては、基板の中心部
に光信号受信用の単一のホトダイオード(受光素子)A
PDが配置され、この周囲に光追尾用に設けられた複数
のホトダイオード(受光素子)PD1、PD2、PD
3、PD4が配置されている。
In this optical tracking sensor, a single photodiode (light receiving element) A for receiving an optical signal is provided at the center of the substrate.
A PD is arranged, and a plurality of photodiodes (light receiving elements) PD1, PD2, PD provided around the PD for light tracking.
3, PD4 is arranged.

【0013】すなわち、この光追尾センサは、単一のホ
トダイオードAPDの周囲に配置された複数のホトダイ
オードPD1、PD2、PD3、PD4からなる分割型
ホトダイオードを半導体基板に形成してなる光追尾セン
サにおいて、単一のホトダイオードAPDの表面形状は
円形であり、複数のホトダイオードPD1、PD2、P
D3、PD4を構成するホトダイオードは3つ以上あ
り、且つ、同心円状に配置されている。
That is, this optical tracking sensor is an optical tracking sensor in which a divided photodiode composed of a plurality of photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 arranged around a single photodiode APD is formed on a semiconductor substrate. The surface shape of a single photodiode APD is circular, and a plurality of photodiodes PD1, PD2, P
There are three or more photodiodes constituting D3 and PD4, and they are arranged concentrically.

【0014】換言すれば、複数のホトダイオードPD
1、PD2、PD3、PD4のそれぞれは、円形ホトダ
イオードAPDの中心から等距離の位置に配置されてい
る。
In other words, a plurality of photodiodes PD
Each of PD1, PD2, PD3 and PD4 is arranged at a position equidistant from the center of the circular photodiode APD.

【0015】本光追尾センサによれば、単一のホトダイ
オードAPDを光受信用として用いることができ、周囲
の分割型ホトダイオードPD1、PD2、PD3、PD
4を光追尾用として用いることができるが、これらは同
一半導体基板に形成されているので、分割型ホトダイオ
ードPD1、PD2、PD3、PD4で光追尾を行った
際の受信光の方向に半導体基板を向けると、単一のホト
ダイオードAPDに自動的に光信号が入射する。
According to this optical tracking sensor, a single photodiode APD can be used for light reception, and the surrounding divided photodiodes PD1, PD2, PD3, PD
4 can be used for optical tracking, but since they are formed on the same semiconductor substrate, the semiconductor substrate is oriented in the direction of the received light when the optical tracking is performed by the divided photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4. When turned on, an optical signal automatically enters a single photodiode APD.

【0016】このようなホトダイオードにおいて、エッ
ジブレークダウンが生じると、光信号受信が困難となる
が、本光追尾センサにおいては、単一のホトダイオード
APDの表面形状を円形とし、エッジブレークダウンを
抑制することとしてある。すなわち、単一のホトダイオ
ードAPDはアバランシェホトダイオードからなり、ま
た、その表面形状は円形とされているので、エッジブレ
イクダウンが抑制される。
In such a photodiode, if an edge breakdown occurs, it becomes difficult to receive an optical signal. However, in the present optical tracking sensor, the surface shape of a single photodiode APD is made circular to suppress the edge breakdown. There are things. That is, since the single photodiode APD is formed of an avalanche photodiode and has a circular surface shape, edge breakdown is suppressed.

【0017】また、平面は3点によって規定されるた
め、光追尾用のホトダイオードの数は3つ以上とするこ
とが好ましいが、本例では複数の光追尾用ホトダイオー
ドPD1、PD2、PD3、PD4の重心位置に光信号
受信用の円形ホトダイオードAPDの中心が位置し、且
つ、円形ホトダイオードAPDに複数の光追尾用ホトダ
イオードPD1、PD2、PD3、PD4が隣接するよ
う、これら複数の光追尾用ホトダイオードPD1、PD
2、PD3、PD4を円形ホトダイオードAPDに対し
て同心円状に配置することとした。
Since the plane is defined by three points, the number of light-tracking photodiodes is preferably three or more. In this example, a plurality of light-tracking photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 are used. The plurality of light-tracking photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 are positioned so that the center of the circular photodiode APD for receiving an optical signal is located at the center of gravity, and the plurality of light-tracking photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 are adjacent to the circular photodiode APD. PD
2, PD3 and PD4 are arranged concentrically with respect to the circular photodiode APD.

【0018】本光追尾センサにおいては、このように円
形ホトダイオードAPD及び光追尾用ホトダイオードP
D1、PD2、PD3、PD4が配置されているので、
受信光入射方向に円形ホトダイオードAPDを向けるた
めには、各光追尾用ホトダイオードPD1、PD2、P
D3、PD4の出力が等しくなるように半導体基板の向
きを変えればよい。
In the light tracking sensor, the circular photodiode APD and the light tracking photodiode P
Since D1, PD2, PD3, and PD4 are arranged,
In order to direct the circular photodiode APD in the receiving light incident direction, each of the light tracking photodiodes PD1, PD2, P
The direction of the semiconductor substrate may be changed so that the outputs of D3 and PD4 become equal.

【0019】なお、光追尾用ホトダイオードの数は3以
上であればよいが、本例では、これが3以上の偶数、す
なわち4個であって、各光追尾用ホトダイオードPD
1、PD2、PD3、PD4の面積が実質的に等しいの
で、光追尾制御が簡単である。
The number of light-tracking photodiodes may be three or more. In this embodiment, the number of light-tracking photodiodes is an even number of three or more, that is, four.
Since the areas of PD1, PD2, PD3, and PD4 are substantially equal, light tracking control is simple.

【0020】詳説すれば、特定のホトダイオードに隣接
した象限に位置するホトダイオード出力が、特定のホト
ダイオード出力に一致するように、これらの境界を回転
軸として基板を回転させる。
More specifically, the substrate is rotated about these boundaries as a rotation axis so that the photodiode output located in the quadrant adjacent to the specific photodiode matches the specific photodiode output.

【0021】すなわち、隣接するホトダイオード出力が
特定のホトダイオード出力よりも小さい場合には、この
回転軸を中心として基板を一方向に回転させ、これらの
出力差が大きくなる場合には逆方向に回転させ、小さく
なる場合には同一方向に更に回転させ、等しくなった場
合には停止させ、この制御(光追尾のためのサーボ制
御)を隣接する光追尾用ホトダイオードPD1、PD
2、PD3、PD4全てに関して行えば、光追尾を簡単
に行うことができる。
That is, when the output of the adjacent photodiode is smaller than the specific photodiode output, the substrate is rotated in one direction about the rotation axis, and when the output difference is large, the substrate is rotated in the opposite direction. When it becomes smaller, it is further rotated in the same direction, and when it becomes equal, it is stopped, and this control (servo control for light tracking) is performed by the adjacent light tracking photodiodes PD1, PD
Light tracking can be easily performed by performing all of 2, PD3 and PD4.

【0022】この場合、光追尾用ホトダイオードPD
1、PD2、PD3、PD4出力に基づいて単一のホト
ダイオードAPDを受信光入射方向に向けることがで
き、この制御に要する演算は各出力の減算のみであるの
で、本光追尾用サーボ制御は高速に行うことができる。
In this case, the light tracking photodiode PD
1, a single photodiode APD can be directed in the direction of incidence of the received light based on the outputs of PD1, PD2, PD3 and PD4, and the operation required for this control is only the subtraction of each output. Can be done.

【0023】なお、各光追尾用ホトダイオードPD1、
PD2、PD3、PD4の表面形状は扇形である。詳説
すれば、光追尾用ホトダイオードPD1の表面形状は、
円形ホトダイオードAPDの円周の一部に隣接する円弧
(内側円弧)の両端と、これよりも直径の大きな円の円
周の一部である円弧(外側円弧)の両端をそれぞれ接続
した形状とされ、各円の直径をそれぞれrsmall、rbig
とすると、ホトダイオードPD1の内側円弧の長さ=
(約)0.5πrsmall、外側円弧の長さ=(約)0.
5πrbigである(πは円周率)。なお、各円弧の長さ
は、ホトダイオード間の境界領域があるので、実施には
これらの値(0.5πrbig,0.5πrs mall)よりも
僅かに短い。他の光追尾用ホトダイオードPD2、PD
3、PD4の表面形状は、ホトダイオードPD1と同一
である。
Each light tracking photodiode PD1,
The surface shapes of PD2, PD3, and PD4 are fan-shaped. Detail
Then, the surface shape of the light tracking photodiode PD1 becomes
An arc adjacent to a part of the circumference of the circular photodiode APD
(Inner arc) and circles with larger diameters
Connect both ends of the arc (outer arc) that is part of the circumference
And the diameter of each circle is rsmall, Rbig
Then, the length of the arc inside the photodiode PD1 =
(About) 0.5πrsmall, Outer arc length = (approximately) 0.
5πrbig(Π is the pi). The length of each arc
Has a boundary area between the photodiodes,
These values (0.5πrbig, 0.5πrs mall)than
Slightly shorter. Other photodiode PD2 for light tracking, PD
3. The surface shape of PD4 is the same as photodiode PD1
It is.

【0024】なお、光追尾用ホトダイオードPD1、P
D2、PD3、PD4と光受信用ホトダイオードAPD
との境界には、円環状のガードリング1gが設けられて
いる。また、本例では、ホトダイオードAPDの中心か
ら外側弧までの長さrbig=495μm、ホトダイオー
ドAPDの中心から内側弧までの長さrsmall=70μ
m、ガードリング1gの幅c=10μm、ホトダイオー
ドAPDの直径d=50μm、分割型ホトダイオード間
のギャップb=10μmに設定した。
The light-tracking photodiodes PD1, P
D2, PD3, PD4 and photodiode APD for optical reception
An annular guard ring 1g is provided at the boundary between the two. In this example, the length r big = 495 μm from the center of the photodiode APD to the outer arc, and the length r small = 70 μ m from the center of the photodiode APD to the inner arc.
m, the width c of the guard ring 1 g was set to 10 μm, the diameter d of the photodiode APD was set to 50 μm, and the gap b between the divided photodiodes was set to 10 μm.

【0025】光信号を搬送する光は受光面上ではスポッ
ト光となるが、このスポット光が当該光追尾センサ上に
ある場合には、本センサは以下のように機能する。な
お、光追尾センサの受光面を規定する2つの直交座標系
をX軸及びY軸とする。すなわち、受光面はX軸及びY
軸を含み、これらは直交している。また、X軸及びY軸
は、分割ホトダイオードにおける各ホトダイオードPD
1、PD2、PD3、PD4間の境界線上に位置する。
The light carrying the optical signal becomes a spot light on the light receiving surface. When the spot light is on the light tracking sensor, the present sensor functions as follows. The two orthogonal coordinate systems that define the light receiving surface of the optical tracking sensor are defined as an X axis and a Y axis. That is, the light receiving surface has the X axis and Y
Axes, which are orthogonal. The X-axis and the Y-axis correspond to each photodiode PD in the divided photodiode.
1, located on the boundary line between PD2, PD3 and PD4.

【0026】スポット光が第1象限のホトダイオードP
D1に入射した場合、ホトダイオードPD1の出力は電
極パッドP1から出力されるが、その他のホトダイオー
ドPD2、PD3、PD4からは出力が得られない。こ
のような場合には、隣接する象限のホトダイオードPD
2、PD4からも同じ出力が得られるまで、X軸及びY
軸を中心に光追尾センサを回転させ、4つのホトダイオ
ードPD1、PD2、PD3、PD4の出力を等しくさ
せる。このように当該センサが回転移動させられた場合
には、中心のホトダイオードAPDに光信号が自動的に
入射している。
The spot light is the photodiode P in the first quadrant.
When the light enters D1, the output of the photodiode PD1 is output from the electrode pad P1, but no output is obtained from the other photodiodes PD2, PD3, and PD4. In such a case, the photodiode PD in the adjacent quadrant
2. Until the same output is obtained from PD4, X axis and Y
By rotating the optical tracking sensor about the axis, the outputs of the four photodiodes PD1, PD2, PD3, PD4 are made equal. As described above, when the sensor is rotated, the optical signal is automatically incident on the central photodiode APD.

【0027】この状態から、いずれかの追尾用ホトダイ
オードPD1、PD2、PD3、PD4の出力が僅かに
増加した場合には、その出力が減少するようにX軸及び
Y軸を中心に光追尾センサを回転させ、光信号がホトダ
イオードAPDに入射するように制御し、当該センサに
光信号を追尾させる。次に、本光追尾センサの縦断面構
成について説明する。
From this state, when the output of any of the tracking photodiodes PD1, PD2, PD3, PD4 slightly increases, the optical tracking sensor is set around the X axis and the Y axis so that the output decreases. The sensor is rotated to control the optical signal to enter the photodiode APD, and the sensor tracks the optical signal. Next, a vertical sectional configuration of the optical tracking sensor will be described.

【0028】図2は図1に示した光追尾センサのII−
II矢印線断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of the optical tracking sensor shown in FIG.
It is II arrow line sectional drawing.

【0029】光受信用ホトダイオードAPDの形成領域
において説明すると、半導体基板1s上には、バッファ
1b、光吸収層1a(APDi)、n型層APDn、p
型層APDpが順次形成されており、n型層APDn及
びp型層APDpの周囲を囲むようにp型のガードリン
グ1gが形成され、これに上面電極euaが形成・接続
されている。また、半導体基板1sの裏面側には下面電
極elが形成されている。光吸収層APDiへの光の入
射によって発生したキャリアは、逆バイアスが印加され
た状態のpn接合(n型層APDn及びp型層APD
p)において加速され、アバランシェ増幅し、電極eu
a、elから出力される。上面側の電極euaは電極パ
ッドPaに接続されているので、ここから光受信出力が
得られる。
In the region where the light receiving photodiode APD is formed, a buffer 1b, a light absorbing layer 1a (APDi), an n-type layer APDn, p
A mold layer APDp is sequentially formed. A p-type guard ring 1g is formed so as to surround the periphery of the n-type layer APDn and the p-type layer APDp, and the upper surface electrode eua is formed and connected to the guard ring 1g. A lower surface electrode el is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 1s. Carriers generated by the incidence of light on the light absorption layer APDi are converted into pn junctions (n-type layer APDn and p-type layer APD
accelerated in p), avalanche amplified and the electrode eu
Output from a and el. Since the upper electrode eua is connected to the electrode pad Pa, an optical reception output is obtained from the electrode eua.

【0030】光追尾用ホトダイオードPD3の形成領域
において説明すると、半導体基板1s上には、バッファ
1b、光吸収層1a、p型層1p3が順次形成されてお
り、p型層1p3上に上面電極eu3(図1参照)が、
基板裏面側に下面電極elが形成されている。本例にお
いては、光吸収層1aは低濃度のn型であり、p型層1
p3と光吸収層1aはpn接合を構成している。光吸収
層1aへの光の入射によって発生したキャリアは、逆バ
イアスが印加された状態のpn接合(p型層1p3及び
光吸収層1a)内の電界によって移動し、電極eu3、
elから出力される。上面側の電極eu3は、絶縁層I
LT上を這う配線を介して電極パッドP3に接続されて
いるので、ここから光受信出力が得られる。なお、絶縁
層ILTには、電極形成用の開口が複数形成されてお
り、電極eua、eu1,eu2,eu3,eu4,e
uiは、これらの開口内にそれぞれ位置する。
In the region where the light-tracking photodiode PD3 is formed, a buffer 1b, a light-absorbing layer 1a, and a p-type layer 1p3 are sequentially formed on a semiconductor substrate 1s, and an upper electrode eu3 is formed on the p-type layer 1p3. (See Figure 1)
A lower surface electrode el is formed on the back surface of the substrate. In this example, the light absorbing layer 1a is of a low concentration n-type,
p3 and the light absorbing layer 1a constitute a pn junction. Carriers generated by the incidence of light on the light absorption layer 1a move by an electric field in the pn junction (p-type layer 1p3 and light absorption layer 1a) in a state where a reverse bias is applied, and the electrodes eu3,
Output from el. The electrode eu3 on the upper surface side is the insulating layer I
Since it is connected to the electrode pad P3 via the wiring that runs on the LT, an optical reception output is obtained from this. A plurality of openings for forming electrodes are formed in the insulating layer ILT, and the electrodes eua, eu1, eu2, eu3, eu4, e
ui are respectively located in these openings.

【0031】光追尾用ホトダイオードPD4の形成領域
において説明すると、半導体基板1s上には、バッファ
1b、光吸収層1a、p型層1p4が順次形成されてお
り、p型層1p4上に上面電極eu4(図1参照)が、
基板裏面側に下面電極elが形成されている。上述のよ
うに光吸収層1aは低濃度のn型であり、p型層1p4
と光吸収層1aはpn接合を構成している。光吸収層1
aへの光の入射によって発生したキャリアは、逆バイア
スが印加された状態のpn接合(p型層1p4及び光吸
収層1a)内の電界によって移動し、電極eu4、el
から出力される。上面側の電極eu4は電極パッドP4
に接続されているので、ここから光受信出力が得られ
る。
In the region where the light-tracking photodiode PD4 is formed, a buffer 1b, a light-absorbing layer 1a, and a p-type layer 1p4 are sequentially formed on a semiconductor substrate 1s, and an upper electrode eu4 is formed on the p-type layer 1p4. (See Figure 1)
A lower surface electrode el is formed on the back surface of the substrate. As described above, the light absorbing layer 1a is a low concentration n-type, and the p-type layer 1p4
And the light absorption layer 1a constitute a pn junction. Light absorbing layer 1
Carriers generated by the incidence of light on a move due to the electric field in the pn junction (p-type layer 1p4 and light absorbing layer 1a) in the state where a reverse bias is applied, and the electrodes eu4, el
Output from The upper electrode eu4 is an electrode pad P4
, The optical reception output is obtained from this.

【0032】その他の光追尾用ホトダイオードPD1、
PD2の縦断面構造は、光追尾用ホトダイオードPD
3、PD4と同一であり、これらの出力は表面側に形成
された電極eu1,eu2を介して電極パッドP1、P
2から出力される。
Other light-tracking photodiodes PD1,
The vertical sectional structure of PD2 is a photodiode PD for light tracking.
3 and PD4, the outputs of which are supplied to electrode pads P1, P2 via electrodes eu1, eu2 formed on the front side.
2 output.

【0033】なお、追尾用ホトダイオードPD1〜PD
4の周囲には、P型領域1piが形成されており、これ
には電極パッドPi及び上面電極euiを介して、下面
電極elと同一の電位が与えられる。
The tracking photodiodes PD1 to PD1
4, a P-type region 1pi is formed, and the same potential as that of the lower electrode el is applied to the P-type region 1pi via the electrode pad Pi and the upper electrode eui.

【0034】各追尾用ホトダイオードPD1〜PD4間
の境界はn型とされ、光受信用ホトダイオードAPDと
追尾用ホトダイオードPD1〜PD4との境界もn型と
され、これらの素子間のアイソレーションが維持されて
いる。このn型アイソレーション層(キャップ層)は、
下側アイソレーション層1nl及び上側アイソレーショ
ン層1nuからなっており、下側アイソレーション層1
nlの方が不純物濃度は高く設定されている。本追尾セ
ンサにおいては、光吸収層上に2層のn型層を上記アイ
ソレーション層として形成した後に、これらの中に上記
各p型領域を形成する。形成には、拡散法又はイオン注
入法を用いる。また、バッファ層1b、光吸収層1a、
下側アイソレーション層1nl、上側アイソレーション
層1nuの形成には、CVDやMBE或いはMOCVD
等のエピタキシャル成長法を用いる。なお、各半導体層
の材料、厚み及び不純物濃度は以下の通りであり、絶縁
層ILTはSiO2又はSiNXからなる。
The boundary between the tracking photodiodes PD1 to PD4 is n-type, and the boundary between the light receiving photodiode APD and the tracking photodiodes PD1 to PD4 is also n-type, so that the isolation between these elements is maintained. ing. This n-type isolation layer (cap layer)
The lower isolation layer 1 comprises a lower isolation layer 1nl and an upper isolation layer 1nu.
The impurity concentration of nl is set higher. In this tracking sensor, after forming two n-type layers on the light absorption layer as the above-mentioned isolation layers, the above-mentioned respective p-type regions are formed therein. For the formation, a diffusion method or an ion implantation method is used. Further, the buffer layer 1b, the light absorbing layer 1a,
The lower isolation layer 1nl and the upper isolation layer 1nu are formed by CVD, MBE or MOCVD.
And the like. The material of the semiconductor layers, the thickness and impurity concentration are as follows, an insulating layer ILT is made of SiO 2 or SiN X.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】なお、光追尾用のホトダイオードPD1〜
PD4の表面形状は、以下のようにすることとしてもよ
い。
The light-tracking photodiodes PD1 to PD1
The surface shape of the PD 4 may be as follows.

【0037】図3は第2実施形態に係る光追尾センサの
平面図、図4は図3に示した光追尾センサのIV−IV
矢印線断面図である。なお、図3においては図4に記載
の絶縁層ILTの記載を省略している。
FIG. 3 is a plan view of the optical tracking sensor according to the second embodiment, and FIG. 4 is a view showing the IV-IV of the optical tracking sensor shown in FIG.
It is arrow sectional drawing. In FIG. 3, the illustration of the insulating layer ILT shown in FIG. 4 is omitted.

【0038】本実施形態に係る光追尾センサは、第1実
施形態に記載の光追尾センサと比較して、光追尾用のホ
トダイオードPD1〜PD4の表面形状を変えた点のみ
が異なり、他の構成は第1実施形態のものと同一であ
る。
The optical tracking sensor according to the present embodiment differs from the optical tracking sensor described in the first embodiment only in that the surface shapes of the photodiodes PD1 to PD4 for optical tracking are changed. Is the same as that of the first embodiment.

【0039】各光追尾用ホトダイオードPD1、PD
2、PD3、PD4の表面形状は長方形の角の1つを長
方形の内側に膨らむ円弧で切り欠いた形状を有する。詳
説すれば、光追尾用ホトダイオードPD1の表面形状
は、円形ホトダイオードAPDの円周の一部に隣接する
円弧(内側円弧)で長方形の角の1つを切り欠いた形状
を有する。本例の場合、この長方形は正方形であり、一
辺の長さは上記rbigに等しい。ホトダイオードPD1
の内側円弧の長さは上記実施形態と同じ(約)0.5π
smallであり、それぞれのホトダイオードPD1〜P
D4の各円弧の長さは、ホトダイオード間の境界領域が
あるので、実施にはこの値(0.5πrsmal l)よりも
僅かに短い。他の光追尾用ホトダイオードPD2、PD
3、PD4の表面形状は、ホトダイオードPD1と同一
である。
Each light tracking photodiode PD1, PD
2. The surface shape of PD3, PD4 is one of the rectangular corners long.
It has a shape cut out by an arc bulging inside a square. Details
In other words, the surface shape of the light tracking photodiode PD1
Is adjacent to a part of the circumference of the circular photodiode APD
An arc (inside arc) with one of the corners of a rectangle cut out
Having. In this example, this rectangle is a square,
The length of the side is rbigbe equivalent to. Photodiode PD1
Is the same (about) 0.5π as in the above embodiment.
rsmallAnd the respective photodiodes PD1 to PD
The length of each arc of D4 is such that the boundary area between the photodiodes is
Because there is, this value (0.5πrsmal l)than
Slightly shorter. Other photodiode PD2 for light tracking, PD
3. The surface shape of PD4 is the same as photodiode PD1
It is.

【0040】以上、説明したように、上記実施形態に記
載の光追尾センサによれば、いずれのものであっても、
光追尾を行うと共に高速高利得の光受信が可能となる。
また、センサの構成材料はSiを用いることもできる
が、化合物半導体であることが好ましく、基板の中心部
に位置するアバランシェホトダイオードAPDは超格子
構造のものであってもよい。また、半導体基板1sの材
料としては、他の化合物半導体、例えばn型GaAsを
用いることができる。この場合には、バッファ層1bは
n型GaAs、光吸収層1aはn型又は真性のGaAs
層、下側キャップ層1nlはn型GaAs、上側キャッ
プ層1nuはn型AlGaAs層とすることができる。
また、半導体基板1sの導電型を反転させてp型とする
と、その他の層の導電型も一括して反転する。
As described above, according to the optical tracking sensor described in the above embodiment,
Optical tracking and high-speed, high-gain optical reception become possible.
The sensor may be made of Si, but is preferably a compound semiconductor. The avalanche photodiode APD located at the center of the substrate may have a superlattice structure. Further, as a material of the semiconductor substrate 1s, another compound semiconductor, for example, n-type GaAs can be used. In this case, the buffer layer 1b is n-type GaAs, and the light absorbing layer 1a is n-type or intrinsic GaAs.
The lower cap layer 1nl can be an n-type GaAs, and the upper cap layer 1nu can be an n-type AlGaAs layer.
When the conductivity type of the semiconductor substrate 1s is inverted to be p-type, the conductivity types of the other layers are also inverted collectively.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の光追尾
センサによれば、光追尾を行うと共に高速高利得の光受
信が可能となる。
As described above, according to the optical tracking sensor of the present invention, it is possible to perform optical tracking and receive light at high speed and high gain.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施形態に係る光追尾センサの平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view of an optical tracking sensor according to a first embodiment.

【図2】図1に示した光追尾センサのII−II矢印線
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of the optical tracking sensor shown in FIG. 1 taken along the line II-II.

【図3】第2実施形態に係る光追尾センサの平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view of an optical tracking sensor according to a second embodiment.

【図4】図3に示した光追尾センサのIV−IV矢印線
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of the optical tracking sensor shown in FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

APD…単一のホトダイオード、PD1〜PD4…分割
型ホトダイオード。
APD: a single photodiode; PD1 to PD4: split photodiodes.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単一のホトダイオードの周囲に配置され
た複数のホトダイオードからなる分割型ホトダイオード
を半導体基板上に形成してなる光追尾センサにおいて、
前記単一のホトダイオードの表面形状は円形であり、前
記複数のホトダイオードを構成するホトダイオードは3
つ以上あり、且つ、同心円状に配置されていることを特
徴とする光追尾センサ。
1. An optical tracking sensor comprising a plurality of photodiodes arranged around a single photodiode formed on a semiconductor substrate.
The surface shape of the single photodiode is circular, and the photodiodes constituting the plurality of photodiodes are 3
An optical tracking sensor, comprising: at least two light concentric sensors;
【請求項2】 前記半導体基板は化合物半導体からなる
ことを特徴とする請求項1に記載の光追尾センサ。
2. The optical tracking sensor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made of a compound semiconductor.
【請求項3】 前記単一のホトダイオードはアバランシ
ェホトダイオードからなることを特徴とする請求項1に
記載の光追尾センサ。
3. The optical tracking sensor according to claim 1, wherein the single photodiode comprises an avalanche photodiode.
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