CN102455215A - 光检测装置及用于该光检测装置的光学滤光器 - Google Patents

光检测装置及用于该光检测装置的光学滤光器 Download PDF

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CN102455215A CN201110310752.4A CN201110310752A CN102455215A CN 102455215 A CN102455215 A CN 102455215A CN 201110310752 A CN201110310752 A CN 201110310752A CN 102455215 A CN102455215 A CN 102455215A
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Abstract

本发明提供一种能够有选择地、高灵敏度地检测特定波长区域的光的光检测装置及用于该光检测装置的光学滤光器。在支承基板上形成有两个受光元件。第一受光元件由p型层、n型层、光吸收半导体层、阳极电极、阴极电极、保护膜等构成。第二受光元件由p型层、n型层、透射膜、阳极电极、阴极电极、保护膜等构成。吸收波长范围为λ的光的光吸收半导体层配置在比pn结区域更靠受光面侧的位置。不存在光的吸收区域的透射膜配置在比pn结区域更靠受光面侧的位置。通过计算第一受光元件的检测信号和第二受光元件的检测信号，计测波长范围为λ的光量。

Description

光检测装置及用于该光检测装置的光学滤光器
技术领域
本发明涉及具有光电变换作用的装置、即检测特定范围的波长的光的光检测装置及用于该光检测装置的光学滤光器。
背景技术
光检测装置使用有根据受光部的光感应电流量的变化检测照射到受光部的紫外线的所谓导光型传感器元件的装置。根据成本低廉及掺杂的控制难易度，一直以来考虑对波长400nm至750nm范围的可见光等也具有检测灵敏度的Si半导体等。该导光型传感器元件的光检测原理为，通过向受光部的半导体照射具有能带隙以上的能量的光，利用光电变换作用在半导体内产生电子-空穴对，通过外部施加电压将该载流子向外部电路取出，作为光感应电流量进行检测。
现有的光电变换元件如上述一般由Si构成，Si在比1.11μm短的全部波长区域具有感光度，不能只取出特定波长的光来测定光量。
该情况下，可见光截止滤光器一般为交替堆叠普通折射率不同的膜的干涉滤光器。但是，由于截止能带(カツトバンド)宽由使用的膜的折射率差决定，故而干涉滤光器难以使能够将光量截断为大致为零的波长区域形成为400-800nm的可见光全区域。并且，在干涉滤光器中必然存在不能截断的波长这种成分，即使能够截断可见光，也不能截断红外光。该情况下，Si光电变换元件中也具有相对于红外光的感光度，所以难以仅使紫外光透射而进行测定。
专利文献1：(日本)特开2009-158570号公报
专利文献2：(日本)特开2007-67331号公报
专利文献3：(日本)特开2002-164565号公报
专利文献4：(日本)特开2009-158928号公报
专利文献5：(日本)特开2007-305868号公报
专利文献6：(日本)特开2006-318947号公报
另一方面，为了解决上述干涉滤光器和Si光电变换元件组合而产生的问题，提出有通过改变pn结面的深度、即改变光电变换区域的深度，改变受光感光度的波长区域来检测光的方案。较浅地形成pn结面，通过在较短的波长区域感光度特性优异的光电变换区域检测光，较深地形成pn结面，通过长波长侧的感光度良好的光电变换区域检测光。通过算出该两个检测信号的差值(差分)来检测短波长侧的光(例如，专利文献1～6)。
但是，在该情况下，紫外区域的感光度也差，且对每个紫外区域的要检测的波长，需要调节pn结的深度，极为繁杂。另外，无论怎样调节pn结的深度，都难以仅检测紫外区域的光。
另外，如专利文献2，具有使两个光电变换区域的pn结的深度相同，在一光电二极管形成吸收紫外线的一部分的紫外线吸收膜，以取其差的方式构成的结构。但是，认为，该紫外线吸收膜为吸收紫外线的一部分的膜，如文献中记载，吸收一部分紫外线使受光的紫外线减弱的程度的膜。因此，由于紫外线吸收的程度弱，故而即使根据差值算出的情况下，其检测灵敏度也弱。
另外，如专利文献2，在获取形成有光学滤光器的光电二极管A与未设有光学滤光器的光电二极管B之差的情况下，产生以下的问题。形成有光学滤光器的光电二极管A一方，来自光学滤光器的表面的反射光和来自光学滤光器与半导体层的界面的反射光产生干涉，产生干涉条纹。由于在光检测信号中包含该干涉条纹(干涉带)产生的信号，所以无法进行正确的检测。
如上所述，难以有选择地、高灵敏度地检测作为测定对象的特定波长区域的光。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而设立的，其目的在于提供有能够选择地、高灵敏度地检测特定波长区域的光的光检测装置及用于该光检测装置的光学滤光器。
为了实现上述目的，本发明的光检测装置具备通过光电变换进行光的检测的多个光检测部，其特征在于，至少具备：第一光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有吸收波长范围为λ的光的光吸收半导体层；第二光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有不存在光的吸收区域的透射膜，通过计算所述第一光检测部的信号和所述第二光检测部的信号来计测波长范围为λ的光量。
另外，在本发明的光检测装置其它的构成中，具备通过光电变换进行光的检测的多个光检测部，其特征在于，至少具备：第一光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有吸收波长范围为λ的光的第一光学滤光器；第二光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有吸收包含波长范围λ在内的波长范围为λ1的光或不存在光的吸收区域的第二光学滤光器，所述第一光学滤光器及第二光学滤光器以在光的透射光谱中不存在滤光器的膜厚产生的干涉条纹的方式构成，通过计算所述第一光检测部的信号和所述第二光检测部的信号计测波长范围为λ的光量。
另外，本发明的光学滤光器，用于使膏状的物质固化，其特征在于，在所述膏状物质中包含有用于吸收一定的波长范围的光的半导体粒子。
由于本发明的光检测装置至少具备第一光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有吸收波长范围为λ的光的光吸收半导体层；第二光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有不存在光的吸收区域的透射膜，故而不会如以往那样调节两个光电变换区域的深度的关系，就能够有选择地、高灵敏度地检测波长范围为λ的光。
另外，在本发明的光检测装置中至少具备第一光检测部，其具有吸收一定的波长范围为λ的光的第一光学滤光器；第二光检测部，其具有吸收包含波长范围为λ在内的波长范围为λ1的光或不存在光的吸收区域的第二光学滤光器。而且，第一光学滤光器及第二光学滤光器以在光的透射光谱中不存在滤光器的膜厚产生的干涉带的方式构成，通过计算第一光检测部的信号和所述第二光检测部的信号计测波长范围为λ的光量。因此，将干涉带造成的噪音完全除去，能够有选择地、高灵敏度地检测希望的波长范围的光。
另外，本发明光学滤光器是使膏状的物质固化的光学滤光器，在膏状物质中包含有用于吸收一定的波长范围的光的半导体粒子。因此，光学滤光器吸收特定的波长范围的光，并且能够以在光的透射光谱中不存在滤光器的膜厚产生的干涉带的方式构成。
附图说明
图1是表示本发明的光检测装置的一构造例的剖面图；
图2是表示本发明的光检测装置的一构造例的剖面图；
图3是表示本发明的光检测装置的一构造例的剖面图；
图4A～4E是用于表示在紫外光吸收半导体层使用ZnO的情况下可以忽略从ZnO透射的紫外光的实验工序图；
图5是表示图4的实验工序的测定结果的图；
图6A、6B是用于表示在紫外光吸收半导体层使用ZnO的情况下可以忽略从ZnO透射的紫外光的实验构成图；
图7A、7B是表示通过图6的构成的测定结果的图；
图8A、8B是表示在PIN PD中将ZnO和SiO2分别形成于受光面的构造的图；
图9是表示通过图8的构造测定的受光感光度曲线的图；
图10是表示ZnO/蓝宝石、SiO2/蓝宝石各自的光的透射率光谱的图；
图11是表示通过获取图9的感光度曲线之差算出的感光度曲线的图；
图12是表示使利用图1的构成的紫外光吸收半导体层和透射膜而在各受光元件的受光感光度上产生的干涉带一致的状态的图；
图13是表示通过获取图12的感光度曲线之差算出的感光度曲线的图；
图14是表示以图1的构造在各受光元件设有两个光电变换区域的构造例的剖面图；
图15是表示以图14的构造检测紫外区域的光的方法的图；
图16是表示能带隙相当波长和MgZnO的Mg含有比率的关系的图；
图17是表示在紫外光吸收半导体层使用MgxZn1-xO而使Mg的含有率变化的情况等的感光度曲线的图；
图18是表示本发明的光学滤光器的特性的图；
图19是表示使用本发明的光学滤光器的受光元件的差分信号的特性的图；
图20是表示为了测定图18的特性而使用的受光元件的构成的剖面图；
图21A、21B是表示在具有现有的光学滤光器的受光元件中产生干涉带的状态的图；
图22是表示以图21的构成测定受光感光度的结果的图；
图23是表示图22的两个感光度曲线的差分信号的图；
图24是表示使用现有的光学滤光器并使光学膜厚相同的两个受光元件的构成的剖面图；
图25是表示以图24的构成测定受光感光度的结果的图；
图26是表示图25的两个感光度曲线的差分信号的图；
图27是表示使用了光学滤光器的光检测装置的一构造例的剖面图；
图28是表示使用了光学滤光器的光检测装置的一构造例的断画图；
图29是表示使用了光学滤光器的光检测装置的一构造例的剖面图；
图30是表示通过获取图29的感光度曲线之差算出的感光度曲线的图；
图31是表示从图30的PD11的曲线分别减去PD12～PD14算出的差分信号的图；
图32是放大图31的图；
图33是由图31的三个差分信号求出紫外光A、B、C的各区域的感光度的曲线的图；
图34是放大图33的图；
图35是表示半导体的种类和各半导体的吸收端波长的图。
标记说明
1：支承基板
2：p型层
3：n型层
4：紫外光吸收半导体层
4A：光学滤光器
5：阳极电极
6：阴极电极
7：保护膜
10：层间绝缘膜
12：p型层
13：n型层
14：透射膜
14A：光学滤光器
15：阳极电极
16：阴极电极
17：保护膜
40：支承基板
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一实施方式。本发明的光检测装置由以半导体光电变换层为基体的光电变换元件构成。在此，所谓半导体光电变换层为具有将光变换成电流的作用的半导体层，例如，对应于在pn结及肖特基结中形成耗尽层的半导体层。
首先，光检测装置可以如图1构成。图1是表示本发明一实施方式的光检测装置的构造的剖面图。该光检测装置具备共用的支承基板1。支承基板1例如可使用硅。在支承基板1上形成有相当于一个光检测部的受光元件100、相当于一个光检测部的受光元件200。受光元件100、200为检测从图的上方照射的光的元件。Pn的极性也可以和图1相反，以下相同。
在受光元件100中以层间绝缘膜10为界形成p型层2。在p型层2的表层部埋设有n型层3，该n型层3通过在俯视时自p型层2的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质而形成。由此，在受光元件100上形成有由p型层2和n型层3的pn结构成的光电变换区域A。通常，在受光元件中，从受光面射入的光的波长越短，则在越浅的位置被吸收。
p型层2的表面及n型层3的表面通过由SiO2或SiN等构成的透明的保护膜7覆盖。另外，p型层2的侧面由层间绝缘膜10覆盖。层间绝缘膜10与保护膜7同样，通过由SiO2或SiN等构成的透明膜构成。在保护膜7上形成有阳极电极5、阴极电极6。阳极电极5经由形成于保护膜7的开口部与p型层2连接。阴极电极6经由形成于保护膜7的开口部与n型层3连接。由此，通过p型层2和n型层3的pn结区域的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从阴极电极6输出。
另一方面，以覆盖阴极电极6的方式在保护膜7上形成有紫外光吸收半导体层4。紫外光吸收半导体层4为吸收波长范围为λ的光的光吸收半导体层。即，为起到吸收紫外光并使波长比紫外光长的光透射的光学滤光器的作用的紫外光吸收层，为由半导体形成的薄膜。在此，紫外区域设为400nm以下的波长至200nm左右的波长的区域。紫外区域还分为紫外光A(比波长320nm大且400nm以下)、紫外光B(比波长280nm大且320nm以下)、紫外光C(波长280nm以下)。
另外，设于受光面侧的紫外光吸收半导体层4形成为覆盖由p型层2和n型层3的pn结构成的光电变换区域A整体的大小，紫外光吸收半导体层4的面积形成为与光电变换区域A的面积相同，或比光电变换区域A的面积大。
紫外光吸收半导体层4优选使用仅有选择地吸收紫外光的材料。作为满足该要求的材料，作为氧化物系材料例举出ZnO、MgZnO、TiO2、SrTiO2、lnGaZnO等。另外，也可以是InGaN、AlGaN、GaN等。这些是具有不吸收可见光区域的光的能带隙的材料，为电阻值高的材料。本实施例中使用了MgxZn1-xO(0≤X＜1)。
另一方面，在受光元件200中，在支承基板1上的p型层12的表层部埋设有n型层13，该n型层13通过在俯视时自p型层12的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质而形成。由此，在受光元件200上形成有由p型层12和n型层13的pn结构成的光电变换区域B。
使上述光电变换区域A的pn结的深度和光电变换区域B的pn结的深度相同而制作，但也可以形成为不同的深度。另外，为了尽量减少红外光的照射，优选pn结面的深度在不太深的位置形成。
p型层12的表面及n型层13的表面通过由SiO2或SiN等构成的透明的保护膜17覆盖。另外，p型层12的侧面由层间绝缘膜10覆盖。在保护膜17上形成有阳极电极15、阴极电极16。阳极电极15经由形成于保护膜17的开口部与p型层12连接。阴极电极16经由形成于保护膜17的开口部与n型层13连接。由此，由p型层12和n型层13的pn结区域的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从阴极电极16输出。
另一方面，以覆盖阴极电极16的方式在保护膜17上形成有透射膜14。透射膜14使用作为不存在光的吸收区域的光学滤光器使用，不吸收紫外光且对紫外光及波长比紫外光长的光透明且为绝缘体的电介体。用于透射膜14的电介体有SiO2、ZrO2、Al2O3、Si3N4等。这些电介体不仅对紫外光，而且对可见光至红外光都具有非常高的透射率。另外，对于保护膜7、17，也与透射膜14一样，优选对紫外光及波长比紫外光长的光透明的膜。因此，与透射膜14一样优选由上述电介体构成。
另外，设置于受光面侧的透射膜14形成为覆盖p型层12和n型层13的pn结构成的光电变换区域B的整体的大小，透射膜14的面积形成为与光电变换区域B的面积相同或比光电变换区域B面积大。
对于图1的紫外光检测装置的制造方法进行说明。由于是可以使用已知的制造方法制作的紫外光检测装置，所以简单地说明制造顺序的一例。在支承基板1上形成n型硅层。使n型硅层的表面(上表面)氧化，形成成为保护膜7、17的氧化覆膜SiO2。在该氧化覆膜SiO2上开孔，利用离子注入法等注入p型杂质，制作p型层2、12。接着，在氧化覆膜SiO2上开设另外的孔，在p型层2、12的一部分区域利用离子注入法等注入n型杂质，制作n型层3、13。由于形成于上述氧化覆膜SiO2的孔的区域为阳极电极5、15、阴极电极6、16的各电极接触的p型层及n型层的区域，所以利用离子注入法等以接触电阻降低的方式形成接触区域。之后，使硅层的中央部分及外侧部分氧化，制作作为层间绝缘膜10的氧化覆膜SiO2。接着，通过溅射法或蒸镀法形成阳极电极、阴极电极后，形成紫外光吸收半导体层4、透射膜14。最后进行配线等。
接着，图4、5是表示在紫外光吸收半导体层4上使用有MgxZn1-xO(0≤X＜1)的情况下，仅能够检测紫外光的图。图4表示实验工序的情况。使用市场经销的硅光电二极管，照射紫外光和可见光，比较其光电流输出。首先，如图4A，向硅光电二极管41仅照射波长365nm的紫外光，计测光电流IU。
接着，如图4B，仅向硅光电二极管41照射可见光，计测光电流IV。接着，如图4C，向硅光电二极管41照射波长365nm的紫外光和可见光，计测光电流IU+V。如图4D，将在玻璃基板42上形成有ZnO层43的层叠体配置在硅光电二极管41上。在该状态下，从上方仅照射可见光，计测光电流I1V。接着，如图4E，以与图4D相同的构成照射波长365nm的紫外光和可见光双方，计测光电流I1U+V。
在此，算出ZnO层43表面的可见光的反射光。反射光量表现为(IV-I1V)。另一方面，判断有没有ZnO层43表面的紫外光的反射。若从由图4E计测的I1U+V减去由图4B计测的IV并加上图4D的ZnO层43表面的可见光的反射光量(IV-I1V)，则算出图4E的测定中的仅紫外光量的检测值。即，由{I1U+V-IV+(IV-I1V)}表示。在图4E的测定中，在ZnO层43表面的紫外光几乎没有反射成分且被吸收的情况下，应该为IU＝{I1U +V-IV+(IV-I1V)}。
因此，图5是纵轴表示图4A的测定的光电流IU，横轴表示{I1U+V-IV+(IV-I1V)}，描绘出数据的图。纵轴、横轴的单位都为纳安(nA)。另外，使波长365nm的紫外光的光强变化为42μW/cm2、125μW/cm2、187μW/cm2、300μW/cm2，进行与上述相同的测定、计算，对这些数据进行描绘。由图5可知，为成正比例的直线。即，IU＝{I1U+V-IV+(IV-I1V)}。
接着，成为紫外光吸收半导体层4的MgxZn1-xO层几乎将紫外光完全吸收，表示透射成分可以忽视。图6所示的41为市场经销的硅结光电二极管。首先，如图6A，将硅结光电二极管封装并从受光窗46照射紫外光和可见光双方，测定光电流。进行测定时，最初使紫外光的输出(功率密度)为零进行测定后，顺序提高功率密度，测定光电流和紫外光的功率密度的关系。图7A的C1曲线表示其测定结果。
另一方面，如图6B所示，对于与C1的测定中使用的构成相同的封装，在受光窗46的上表面配置膜厚500nm的ZnO层43，与C1的测定的情况同样地，照射紫外光和可见光双方。紫外光最初输出为零，与C1时相同地，顺序提高功率密度进行测定。图7A表示其测定结果。
如图7A所示，可知，在不存在ZnO层的罩的情况下，如C1，以可见光的检测电流为基础，随着紫外光强度的增加，光电流成比例地上升。另一方面，可知，具有ZnO层的罩的情况下，如C2，即使紫外光强度提高，也能够几乎保持紫外光输出为零的状态即仅检测到可见光的光电流的值。图7B表示对由于可见光的输出不同而不同的光电流进行调节，从C1减去C2并描绘图形。图7B为大致成正比的直线。由图7A、7B可知，通过ZnO层43几乎完全吸收紫外光。
接着，图10表示ZnO有选择地、几乎完全地吸收仅紫外区域的光的情况。表示向在蓝宝石基板上形成有ZnO层的层叠体A和在蓝宝石基板上形成有SiO2膜的层叠体B照射从紫外光及可见光至红外光的情况下、相对于光的各波长的透射率光谱。公知蓝宝石基板及SiO2在紫外光～红外光的大范围内是透明的。在此，SiO2/蓝宝石的透射率光谱如图10的曲线表示。另一方面，可知，ZnO/蓝宝石的曲线以波长400nm左右为界透射率急剧地降低，骤落至透射率为零，对紫外光维持透射率为零。
使用具有这种特性的ZnO进行感光度测定。首先，如图8A，在硅结光电二极管(SiPIN-PD)51上形成有ZnO层52。将其作为受光元件1。接着，如图8B，在硅结光电二极管51上形成有SiO2膜53。将其作为受光元件2。向这些受光元件分别照射200nm至1200nm的光测定光谱响应。
图9表示受光元件1及受光元件2的受光感光度曲线。图9的横轴表示波长(nm)，纵轴表示受光感光度(A/W)。受光感光度由相对于元件的入射光量(瓦特)和在元件流动的光电流(安培)之比来表示。图9的记载SiO2的曲线为基于受光元件2(图8B的受光元件)制成的曲线，记载ZnO的曲线为基于受光元件1(图8A的受光元件)制成的曲线。由该光谱响应曲线可知，在受光元件1中，由于紫外光几乎完全被ZnO层52吸收，所以紫外区域的感光度为零。另一方面，在受光元件2中由于紫外光也被硅结光电二极管51受光，所以紫外区域作为光电流输出也被检测到。
图11的R表示从图9的受光元件2的感光度曲线减去受光元件1的感光度曲线算出的曲线。S1为通过改变现有技术所示的硅光电二极管的pn结深度，减去在各pn结检测到的光电流而求出的光谱响应曲线。比较R和S1可知，在R的测量结果中能够仅对紫外区域有选择地、极高灵敏度地检测。
然后，图1为具体地并列构成上述的受光元件1和受光元件2的图。图1中受光元件100相当于上述受光元件1，受光元件200相当于上述受光元件2。另外，紫外光吸收半导体层4相当图8的ZnO层52，比紫外光吸收半导体层4靠下侧的元件相当于硅结光电二极管51。另外，透射膜14相当于图8的SiO2膜53，比透射膜14靠下侧的元件相当于硅结光电二极管51。
如上所述，若从受光元件2的检测信号减去受光元件1的检测信号算出，则能够灵敏度极高地取得关于紫外光成分的检测输出。
但是，射入紫外光吸收半导体层4的光在与保护膜7的界面生成反射波。因该反射波与行进波的干涉，在受光元件100产生干涉带(干涉条纹)。另外，射入到透射膜14的光在与保护膜7的界面生成反射波。因该反射波与行进波的干涉，在受光元件200产生干涉带。这些干涉带对光谱响应特性造成影响。图12表示与干涉带对应产生的光谱响应曲线。这样，感光度曲线以与干涉带对应的形状起伏。
在此，在受光元件100和受光元件200中，由于紫外光吸收半导体层4和透射膜14的构成材料不同，所以折射率不同。因此，干涉带的间隔及大小等在受光元件100和受光元件200不同。但是，干涉带的间隔及大小不同时，由于其对感光度曲线也产生影响，所以不能进行正确的测定。因此，图12表示通过使受光元件100的紫外光吸收半导体层4和受光元件200的透射膜14的光学膜厚相等，使感光度曲线的变动的凹凸一致而构成的情况。
在此，光学膜厚由膜厚×折射率表示。因此，在将紫外光吸收半导体层4的折射率设为N1、膜厚设为T1，透射膜14的折射率设为n、膜厚设为t时，将紫外光吸收半导体层4的膜厚T1和透射膜14的膜厚t调节为N1×T1＝n×t即可。
如图12，在使受光元件100和受光元件200的干涉带一致的情况下，由于光谱响应曲线的超过400nm的波长的范围一致，所以从受光元件200的感光度曲线P2减去受光元件100的感光度曲线P1时，如图13所示，能够极高灵敏度地检测相对于波长400nm以下的紫外光的光电流。另外，也可以在受光元件200的透射膜14上形成与紫外光吸收半导体层4相同材料的极薄的半导体层，表面反射特性与受光元件100相同。
图2为在图1的构成的基础上与受光元件100相同的构成，但形成有以使紫外光吸收半导体层的膜厚不同的方式形成的受光元件300。对于作为光检测部的受光元件300进行简单说明，在支承基板1上以层间绝缘膜10为界而形成p型层22。在p型层22的表层部埋设有n型层23，该n型层23通过在自p型层22的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质而形成。由此，在受光元件300形成有由p型层22和n型层23的pn结构成的光电变换区域C。在该光电变换区域C将光变换为电流而输出。
p型层22的表面及n型层23的表面通过由SiO2或SiN等构成的透明的保护膜27覆盖。另外，p型层22的侧面由层间绝缘膜10覆盖。在保护膜27上形成有阳极电极25、阴极电极26。阳极电极25经由形成于保护膜27的开口部与p型层22连接。阴极电极26经由形成于保护膜27的开口部与n型层23连接。由此，通过p型层22和n型层23的pn结区域的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从阴极电极26输出。另外，以覆盖阴极电极26的方式在保护膜27上形成有紫外光吸收半导体层24。
紫外光吸收半导体层24形成为覆盖由p型层22和n型层23的pn结构成的光电变换区域C的整体的大小，紫外光吸收半导体层24的面积形成为与光电变换区域C的面积相同或比光电变换区域C的面积大。在此，紫外光吸收半导体层4和紫外光吸收半导体层24以膜厚不同的方式形成。
另一方面，在受光元件100和受光元件300中有时紫外光吸收半导体层4和紫外光吸收半导体层24的成分不同。由于紫外光吸收半导体层的成分不同时，折射率不同，所以如上所述，干涉带在受光元件100和受光元件300中不同。若要使干涉带在光元件200及受光元件100中一致，则紫外光吸收半导体层4和紫外光吸收半导体层24的膜厚不同。以透射膜14为基准决定光学膜厚的情况下，将紫外光吸收半导体层24的折射率设为N2、膜厚设为T2时，透射膜14的折射率为n，膜厚为t，只要将紫外光吸收半导体层24的膜厚T2调节为N2×T2＝n×t即可。
如上所述，在紫外光吸收半导体层的折射率不同的情况下，存在多个紫外光吸收半导体层的膜厚不同的受光元件。
接着，如图3，可以构成紫外光检测装置。图3为在图1的构成的基础上与受光元件100相同的构成，但形成有以受光面积与受光元件100不同的方式构成的受光元件400。对于作为光检测部的受光元件400进行简单地说明，在支承基板1上以层间绝缘膜10为界而形成p型层32。在p型层32的表层部埋设有n型层33，该n型层33通过在自p型层32的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质而形成。由此，在受光元件400上形成有由p型层32和n型层33的pn结构成的光电变换区域D。在该光电变换区域D将光变换为电流而输出。
p型层32的表面及n型层33的表面通过由SiO2或SiN等构成的透明的保护膜37覆盖。另外，p型层32的侧面由层间绝缘膜10覆盖。在保护膜37上形成有阳极电极35、阴极电极36。阳极电极35经由形成于保护膜37的开口部与p型层32连接。阴极电极36经由形成于保护膜37的开口部与n型层33连接。由此，通过在p型层32和n型层33的pn结区域的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从阴极电极36输出。另外，以覆盖阴极电极36的方式在保护膜37上形成有紫外光吸收半导体层34。
紫外光吸收半导体层34形成为覆盖由p型层32和n型层33的pn结构成的光电变换区域D的整体的大小，紫外光吸收半导体层34的面积形成为与光电变换区域D的面积相同或比光电变换区域D的面积大。在此，以受光元件100的光电变换区域A的大小(面积)和受光元件400的光电变换区域D的大小(面积)不同的方式而形成。
将受光元件100的光电变换区域A的面积(受光面积)设为S1，将受光元件400的光电变换区域D的面积(受光面积)设为S4。受光面积在本实施例中为pn结面的面积。由受光元件100和受光元件400的差分信号(差分信号)计测比紫外光长的波长成分产生的检测信号。受光元件100和受光元件400分别利用紫外光吸收半导体层4、34截断紫外光。因此，受光元件100和受光元件400的检测光电流之差(I1-I4)是基于比紫外光长的波长、即可见光及红外光的入射光算出的值。将波长比紫外光长的光射入受光面积S1的每单位面积的情况下被激励的光电流设为J0时，对于受光元件400的受光面积S4，也同样地为J0，如下地表示。
(I1-I4)＝(S1-S4)×J0
(I1-I4)通过测定和计算可知，(S1-S4)也由设计确定所以其值可知，因此J0容易求出。计算J0时，将不存在紫外光吸收半导体层的受光元件200的受光面积设为S2，将由受光面积S2的每单位面积所示的光电流设为J2时，J2为基于检测到紫外光、可见光乃至红外光的光的结果的值，所以若从受光元件200的光电流量(J2×S2)减去(J0×S2)，则其差表示紫外光量。即，紫外光量＝{(J2×S2)-(J0×S2)}。S2与S1相同即可。但是，为了尽可能防止差值运算(差分運算)的数值有效数字的舍去，也可以对上述受光元件100、200、400准备多个具备紫外光吸收半导体层的受光元件的受光面积不同的组合，对于各组合计算整体的平均值和偏差，算出最终的紫外光量。
另外，也可以由对紫外光透明的材料构成可见光截止滤光器，形成于图1～图3的受光元件100、200、300、400的受光面。例如，在紫外光吸收半导体层4、24、34之上及透射膜14之上形成可见光截止滤光器。这是因为尽量减少信号强度大的可见光及红外光，提高差值运算的精度。可见光截止滤光器例如可使用交替重叠折射率不同的电介体膜等的干涉滤光器。
图14表示与图1～图3不同的构成的光检测装置。该光检测装置由作为光检测部的受光元件500、受光元件600构成。具备共用的支承基板61。支承基板61为外延成长用的基板，优选高电阻材料，例如可以使用玻璃。
在受光元件500中，在n型层62的表层部，通过在自n型层62的周缘隔开规定宽度的内侧区域从其表面掺杂p型杂质，埋设有p型层63。由此，在受光元件500形成有由n型层62和p型层63的pn结构成的第一光电二极管PD31(第一光电变换区域)。
在p型层63的表层部，通过在自p型层63的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质，埋设有n型层64。由此，在受光元件500，在比第一光电二极管PD31更接近受光面的位置形成有由p型层63和n型层64的pn结构成的第二光电二极管PD32(第二光电变换区域)。通常，在具有光电二极管构造的受光元件中，从受光面射入的光的波长越短，在越浅的位置被吸收，所以在第二光电二极管PD32中，与第一光电二极管PD31相比，波长更短的光被更高效率地光电变换。
n型层62、p型层63、n型层64的表面通过由SiO2或SiN构成的透明的保护膜65覆盖。在该保护膜65上形成有第一阳极电极68、第一阴极电极67、第二阳极电极70、第二阴极电极69。第一阴极电极67经由形成于保护膜65的开口部与n型层62连接。第一阳极电极68经由形成于保护膜65的开口部与p型层63连接。在此，第一阳极电极68和第一阴极电极67通过形成于保护膜65上的配线连接。另外，第一阳极电极68例如与接地线(未图示)连接。
第二阳极电极70经由形成于保护膜65的开口部与p型层63连接。第二阴极电极69经由形成于保护膜65的开口部与n型层64连接。另外，第二阳极电极70例如与接地线(未图示)连接。由此，通过在第二光电二极管PD32的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从第二阴极电极69输出。
以覆盖第一阳极电极68至第二阳极电极70的区域的方式在保护膜65上形成有紫外光吸收半导体层66。紫外光吸收半导体层66具有与图1～图3所示的紫外光吸收半导体层相同的作用，由同样的材料构成。另外，紫外光吸收半导体层66以覆盖PD31(第一光电变换区域)的pn结区域整体的大小形成，紫外光吸收半导体层66的面积形成为与PD31的pn结区域的面积相同或比PD31的pn结区域的面积大。
在受光元件500中，以第一光电二极管PD31的pn结面的深度和第二光电二极管PD32的pn结面的深度不同的方式形成。
在受光元件500中，由于通过连接第一阳极电极68和第一阴极电极67而使第一光电二极管PD31短路，所以从受光面射入的光中、由在第一光电二极管PD31的光电变换而生成的光电流流向接地线，仅由第二光电二极管PD32的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从第二阴极电极69输出。
另一方面，在受光元件600中，在n型层72的表层部，通过在自n型层72的周缘隔开规定宽度的内侧区域从其表面掺杂p型杂质，埋设有p型层73。由此，在受光元件600上形成有由n型层72和p型层73的pn结构成的第三光电二极管PD33(第三光电变换区域)。
在p型层73的表层部，通过在自p型层73的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质，埋设有n型层74。由此，在受光元件500上，在比第三光电二极管PD33更靠近受光面的位置形成有由p型层73和n型层74的pn结构成的第四光电二极管PD34。在第四光电二极管PD34(第四光电变换区域)中，与第三光电二极管PD33相比，波长更短的光被最高效率地光电变换。
n型层72、p型层73、n型层74的表面通过由SiO2或SiN构成的透明的保护膜75覆盖。在该保护膜75上形成有第三阳极电极78、第三阴极电极77、第四阳极电极80、第四阴极电极79。第三阴极电极77经由形成于保护膜75的开口部与n型层72连接。第三阳极电极78经由形成于保护膜75的开口部与p型层73连接。在此，第三阳极电极78和第三阴极电极77通过形成于保护膜75上的配线连接。另外，第三阳极电极78例如与接地线(未图示)连接。
第四阳极电极80经由形成于保护膜75的开口部与p型层73连接。第四阴极电极79经由形成于保护膜75的开口部与n型层74连接。另外，第四阳极电极80例如与接地线(未图示)连接。由此，由在第四光电二极管PD34的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从第四阴极电极79输出。
以覆盖第三阳极电极78至第四阳极电极80的区域的方式在保护膜75上形成有透射膜76。透射膜76具有与图1～图3所示的透射膜同样的作用，由同样的材料构成。另外，透射膜76以覆盖PD33(第三光电变换区域)的pn结区域整体的大小形成，透射膜76的面积形成为与PD33的pn结区域的面积相同或比PD33的pn结区域的面积大。
在该受光元件600中，通过连接第三阳极电极78和第三阴极电极77而使第三光电二极管PD33短路，因此，从受光面射入的光中、由在第三光电二极管PD33的光电变换而生成的光电流流向接地线，仅通过在第四光电二极管PD34的光电变换生成的光电流作为光检测信号从第四阴极电极79输出。
在受光元件600中，以第三光电二极管PD33的pn结面的深度和第四光电二极管PD34的pn结面的深度不同的方式形成。另外，受光元件500中的PD31的pn结面和受光元件600的PD33的pn结面以相同深度形成，受光元件500中的PD32的pn结面和受光元件500的PD34的pn结面以相同深度形成。
第二光电二极管PD32和第四光电二极管PD34例如以对波长400nm～600nm范围的光最高效地光电变换的深度形成。另外，第一光电二极管PD31和第三光电二极管PD33例如以对波长600nm～800nm的光最高效地光电变换的深度形成。
图15表示图14的紫外光检测装置的受光感光度分布曲线。首先，在受光元件600中以第三光电二极管PD33未短路的状态照射紫外光至红外光的情况下的、检测信号产生的受光感光度曲线为R1。在此，J1是依据PD31、PD33的pn结面的深度而变化的值，表示在该深度最高效地进行光电变换的波长。
如受光元件600的构成那样，在使第三光电二极管PD33短路进行测定时，由于没有长波长侧的输出SP1，所以成为R2那样的感光度曲线。接着，在受光元件500照射紫外光至红外光时，由于第一光电二极管PD31短路，与受光元件600同样地，成为受光感光度曲线为R2的形状，但在紫外光吸收半导体层66，由于紫外光几乎被完全吸收，所以从R2除去紫外区域的感光度ABS后的R3成为感光度曲线。
因此，可从受光元件500得到R3的受光感光度曲线，可从受光元件600得到R2的受光感光度曲线。通过取得分别从受光元件500、600得到的受光感光度曲线之差，能够求出紫外区域的感光度ABS。即，ABS＝(R2-R3)。如上所述，能够检测紫外光。
图16是表示紫外光吸收半导体层使用有MgxZn1-xO的情况下MgXZn1 -xO的X的值和相对于Mg含有率的能带隙相当波长(nm)的关系的图。能带隙相当波长与半导体的吸收波长点(nm)有关，X的值越大，MgXZn1 -xO的吸收波长越短。如该图可知，通过使MgxZn1-xO的Mg的含有率X变化，能够使受光元件的受光感光度区域变化。
图17表示基于图16的对应关系，以图1的构成，可改变紫外光吸收半导体层即MgxZn1-xO的X的值的情况下的各感光度曲线，和紫外光吸收半导体层使用有AlGaN的情况下的感光度曲线的图。若增大Mg的含有率X，则由图16可知，由于能带隙相当波长变短，故而受光感光度曲线的区域向短波长侧移动，感光度曲线宽度变窄。
这样，制作多个紫外光吸收半导体层使用有Mg的含有率X不同的MgxZn1-xO的受光元件，制作不形成紫外光吸收半导体层而形成透射膜的受光元件，根据它们的差，可以算出紫外光A(比波长320nm大且400nm以下)、紫外光B(比波长280nm大且320nm以下)、紫外光C(波长280nm以下)的各波长区域的受光感光度。S1、S2为通过改变现有技术所示的硅光电二极管的pn结深度，减去在各pn结检测到的光电流而求出的光谱响应曲线。这样，与现有技术相比，受光感光度非常高，能够仅检测紫外光。另外，如图可知，也可以使用AlGaN等。
以下，对本发明的光学滤光器进行说明。如图20，除了光学滤光器101A和光学滤光器101B之外，还使用市场经销的相同的光电二极管。光电二极管都是由硅(Si)构成的pn结型的光电二极管。PD1在n型Si半导体151上形成有p型Si半导体152，在p型Si半导体152上形成有光学滤光器101A。另一方面，PD2在n型Si半导体151上形成有p型Si半导体152，在p型Si半导体152上形成有光学滤光器101B。
光学滤光器101A使膏状的物质固化而形成，在图20的例中使用有玻璃膏。由玻璃膏构成的光学滤光器101A使紫外光、可见光、红外光等透射，是不存在特定波长的光吸收的材料。另一方面，光学滤光器101B使膏状物质固化而形成，是在玻璃膏中混合有吸收特定波长的光的半导体粒子的光学滤光器。在图20的例子中，光学滤光器101B在玻璃膏中混合有ZnO粒子。ZnO(氧化锌)是起到吸收紫外光且使波长比紫外光长的光透射的光学滤光器作用的材料。
从上方向图20的PD1及PD2照射包含紫外光的光，测定受光感光度。图18表示测定结果。图18表示PD1和PD2的光谱响应曲线。图18的横轴表示波长(nm)，纵轴表示受光感光度。通常，受光感光度由相对于元件的入射光量(瓦特)和在元件流动的光电流(安培)之比来表示，但在图20中通过以感光度的最大值等而标准化，形成为任意单位。
图18的记载为X1的曲线为基于受光元件PD1制成的曲线，记载为X2的曲线为基于受光元件PD2制成的曲线。由该光谱响应曲线可知，在PD2中，由于紫外光被加入ZnO的玻璃膏构成的光学滤光器101B几乎完全吸收吸收，故而紫外区域的感光度为零。另一方面，在PD1中，由于紫外光也透射光学滤光器101A，由光电二极管的pn结部受光，所以紫外区域作为光电流输出也被检测到。
在此，在曲线X1及X2的任一曲线中都无法观察到干涉带(干涉条纹)产生的受光感光度的变动。由此，若从X1的感光度曲线减去X2的感光度曲线，则可得到成为图19所示的差分信号的X3的感光度曲线。即，X3＝X1-X2。由图19可知，X3的感光度曲线在紫外光区域具有感光度，在其它波长区域感光度大致为零。另外，不出现由干涉带产生的检测信号。
为了比较与干涉带相关的问题，在图21(a)中使用与图20同样的光电二极管，使用在光电二极管上未形成光学滤光器的受光元件PD3、和在光电二极管上形成有由溅射形成的ZnO膜构成的光学滤光器153的受光元件PD4，测定受光感光度。从PD3和PD4的上侧照射包含紫外光的光而进行测定。
图22表示测定结果。图22的横轴表示波长(nm)，纵轴表示受光感光度(任意单位)。图22的记载为F1的曲线(虚线)为基于受光元件PD3制成的曲线，记载为F2的曲线(实线)为基于受光元件PD4制成的曲线。由该光谱响应曲线可知，PD3中包含紫外光直至可见光区域、红外光区域都被检测，不产生因干涉带产生的信号的周期变动。
另一方面，在PD4中，由于紫外光被由ZnO膜构成的光学滤光器153吸收，所以紫外区域的感光度为零。但是，在曲线F2中，遍及大范围在受光感光度光谱中可观察到周期性变动，可知受到干涉带的影响。
这可由图21(b)进行说明。包含紫外光的光射入由ZnO膜构成的光学滤光器153时，在空气与光学滤光器153的边界产生反射波。另外，进入光学滤光器153的光在光学滤光器153与p型Si半导体层152的界面产生反射波。该两种反射波相干涉，产生干涉带(干涉条纹)。该干涉带对光谱响应特性产生影响。由于干涉带以一定周期产生，所以在光谱响应曲线上也显现周期性变动。这样，感光度曲线F2以与干涉带对应的形状起伏。
图23表示从成为差分信号的曲线F1减去曲线F2的感光度曲线(F1-F2)。由该差分信号可知，与干涉带的周期性变动对应，在正方向及负方向振动。另外，图23中，由于与紫外光的检测信号相比，干涉带产生的变动信号非常强，故而完全不能正确地检测紫外光。
以下，以具有与PD4的光学滤光器153相同的光学膜厚的ZrO2膜作为光学滤光器154层叠于图21的受光元件PD3上，测定受光感光度。即，如图24所示，在光电二极管上使用层叠有由溅射形成的ZrO2膜构成的光学滤光器154的受光元件PD5。该ZrO2膜使紫外光至可见光、红外光透射。另外，PD6与图21的PD4相同。在此，光学膜厚由膜厚×折射率表示。即，将由ZnO膜构成的光学滤光器153的折射率设为N1、膜厚设为T1、由ZrO2膜构成的光学滤光器154的折射率设为n、膜厚设为t时，以使N1×T1＝n×t的方式制作光学滤光器153和光学滤光器154。
从上侧向所制作的PD5和PD6照射包含紫外光的光，测定受光感光度。图25表示测定结果。图25的横轴表示波长(nm)，纵轴表示受光感光度(任意单位)。图25的记载为X3的曲线(虚线)为基于受光元件PD5制成的曲线，记载为X4的曲线(实线)为基于受光元件PD6制成的曲线。在PD5中，包含紫外光直至可见光区域、红外光区域都被检测。另一方面，在PD6中，吸收紫外光，紫外光的感光度为零。另外，由这些光谱响应曲线可知，曲线X3及曲线X4都产生由干涉带造成的周期性变动。
由于光学滤光器153和光学滤光器154的光学膜厚相等，所以可见光区域的干涉带造成的变动的周期及大小接近。但是，在红外光区域，如D区域所示，在X3和X4的受光感光度大小上产生偏差，不能使感光度一致。这是由于因制作光学滤光器的材料的不同而使折射率的波长分散不同，所以在全波长区域不能使感光度一致。例如，如果使光的蓝色区域的干涉带一致，则在红外光区域的感光度上产生偏差。
图26表示从成为差分信号的曲线X3减去曲线X4得到的感光度曲线(X3-X4)。由该差分信号可知，紫外光区域的检测信号表现得较强，但在红外光区域的检测信号也相当强。因此，不能正确地检测紫外光。
如上所述，在光电二极管形成光学滤光器使用时，产生干涉带的问题，难以高精度地检测特定波长的光。然而，在使用图20的光学滤光器101A及101B的情况下，如图19的信号所示，能够得到完全没有干涉带产生的干扰的信号，能够以高精度、高灵敏度检测特定波长的光。
为了消除干涉带，认为需要在光学滤光器中使其产生光散射。因此，使用有使膏状物质固化的光学滤光器。特别是，玻璃膏可简单地厚膜化。另外，通过使用膏状的物质，能够产生光散射，能够防止干涉带。另外，即使在膏状物质中添加ZnO粉体，也能够防止干涉带的发生。另外，优选ZnO的散射比玻璃膏的散射小。
在此，作为膏状物质，只要是使紫外光至红外光大范围的光透射的材料即可，例如，可以使用丙烯酸树脂，非晶性氟树脂(非定形含氟聚合物)、硅树脂、氟系树脂、玻璃等。特别是膏状物质的热膨胀系数与层叠有光学滤光器101A及101B的半导体或基板的热膨胀系数接近时，难以剥落，故而理想。
另外，光学滤光器101A及101B的膜厚没有特别地限定，层叠有光学滤光器101A及101B的半导体或基板的热膨胀系数之差大的情况下，优选形成为0.1μm～5μm左右。另外，在半导体或基板上涂敷膏状物质而形成光学滤光器的情况下，为了减少半导体或基板的损坏，优选使用低融点的材料。如上所述，从热膨胀系数及融点的观点来看，优选例如以玻璃系材料为膏的主成分。
另外，光学滤光器以膏状物质为主成分，使添加有半导体粒子的材料固化而制作成。该情况下，半导体粒子不选择具有在向膏状物质中添加时白浊的粒径大小的半导体粉体。这是因为，不仅是紫外光，可见光等也难以透射光学滤光器，到达形成于p型Si半导体152和n型Si半导体151的界面的耗尽层的光减少，不能检测到光。
以下，说明光学滤光器101B的制造方法。ZnO粉末使用9g粒径为100nm的粉末。膏的主成分使用85g玻璃膏。在这些ZnO粉末和玻璃膏中混合15g稀释油，制作加入ZnO粉末的玻璃膏。这时的粘度为通常的范围，例如，0.1～500000mPas。稀释油用于调节粘度，只要能得到最终希望的透射率，它们的比率可任意。将该加入ZnO粉末的玻璃膏在p型Si半导体152上丝网印刷，形成受光元件PD2。光学滤光器101A或101B的形成方法，除上述丝网印刷外，还可通过旋涂法、浸渍法等形成。
另一方面，光学滤光器101A只将玻璃膏丝网印刷在p型Si半导体152上，不含ZnO粉体。光学滤光器101A和101B二者同样地制作、烧制，使透明度相同，由此不会形成散射造成的光的透射率不同，不会使受光感光度不同。
因此，紫外区域为400nm以下的波长至200nm左右的波长的范围。紫外区域还分为紫外光A(比波长320nm大且400nm以下)、紫外光B(比波长280nm大且320nm以下)、紫外光C(波长280nm以下)。
如上所述，在膏状物质的主成分使用玻璃膏的情况下，由于玻璃膏吸收紫外光B以下的区域的波长，ZnO吸收紫外光的全区域，所以在受光元件PD1和受光元件PD2取得差值的情况下，如图19，能够构成仅检测紫外光A的光检测器。
图27表示使用上述的光学滤光器构成光检测装置的例子。该光检测装置为与图1所示的光检测装置基本相同的构造。标注与图1相同的符号的部件在图27中表示相同的构成，因此省略说明。另外，共用的支承基板40具有与图1的支承基板1同样的作用，例如由硅构成。
与图1不同点在于，在保护膜7上形成有光学滤光器4A，在保护膜17上形成有光学滤光器14A。光学滤光器4A使不含半导体粒子的膏状物质或含半导体粒子的膏状物质固化而形成，相当于吸收特定波长区域的光的光吸收层。另外，光学滤光器4A也可以是不吸收特定波长区域的光的虚拟层。作为一例，可以将图20的光学滤光器101A作为光学滤光器4A。
另外，设于受光面侧的光学滤光器4A以覆盖由p型层2和n型层3的pn结构成的光电变换区域A整体的大小形成，光学滤光器4A的面积形成为与光电变换区域A的面积相同或比光电变换区域A的面积大。
另一方面，光学滤光器14A使不含半导体粒子的膏状物质或含半导体粒子的膏状物质固化而形成，相当于吸收特定波长区域的光的光吸收层。另外，光学滤光器14A也可以是不吸收特定波长区域的光的虚拟层。作为一例，可以将图20的光学滤光器101B作为光学滤光器14A。
另外，设于受光面侧的光学滤光器14A以覆盖由p型层12和n型层13的pn结构成的光电变换区域B整体的大小形成，光学滤光器14A的面积形成为与光电变换区域B的面积相同或比光电变换区域B的面积大。
对图27的光检测装置的制造方法进行说明。由于能够使用已知的制造方法制作，故而只简单地说明制造顺序的一例。在支承基板40上形成n型硅层。使n型硅层的表面(上表面)氧化而形成成为保护膜7、17的氧化覆膜SiO2。在该氧化覆膜SiO2开孔，利用离子注入法等注入p型杂质，制作p型层2、12。
接着，在氧化覆膜SiO2开设另外的孔，利用离子注入法等向p型层2、12的一部分区域注入n型杂质，制作n型层3、13。形成于上述氧化覆膜SiO2的孔的区域成为阳极电极5、15、阴极电极6、16的各电极接触的p型层及n型层的区域，所以利用离子注入法等以降低接触阻力的方式形成接触区域。之后，使硅层的中央部分及外侧部分氧化，制作成为层间绝缘膜10的氧化覆膜SiO2。接着，利用溅射法或蒸镀法形成阳极电极、阴极电极后，形成光学滤光器4A、14A。最后进行配线。
接着，如图29，可以构成光检测装置。图29在图27的构成的基础上与受光元件100相同构成，但形成有以受光面积与受光元件100不同的方式构成的受光元件400。对作为光检测部的受光元件400进行简单地说明，在支承基板40上以层间绝缘膜10为界形成p型层32。在p型层32的表层部埋设有n型层33，该n型层33通过在自p型层32的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质而形成。由此，在受光元件400上形成由p型层32和n型层33的pn结构成的光电变换区域D。在该光电变换区域D将光变换成电流而输出。
p型层32的表面及n型层33的表面通过由SiO2或SiN等构成的透明的保护膜37覆盖。另外，p型层32的侧面由层间绝缘膜10覆盖。在保护膜37上形成有阳极电极35、阴极电极36。阳极电极35经由形成于保护膜37的开口部与p型层32连接。阴极电极36经由形成于保护膜37的开口部与n型层33连接。由此，通过在p型层32和n型层33的pn结区域的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从阴极电极36输出。另外，以覆盖阴极电极36的方式在保护膜37上形成有光学滤光器34A。
光学滤光器34A使不含半导体粒子的膏状物质或含半导体粒子的膏状物质固化而形成，相当于吸收特定波长区域的光的光吸收层。另外，光学滤光器34A由与受光元件100的光学滤光器4A相同的材料构成，由吸收一定波长范围为λ(下限波长λL～上限波长λU的范围)的光的吸收层构成。因此，光学滤光器4A也同样地由吸收波长范围为λ(下限波长λL～上限波长λU的范围)光的光吸收层构成。
另一方面，受光元件200的光学滤光器14A使不仅对紫外光、对可见光至红外光也具有非常高的透射率的非晶性氟树脂等的膏固化而形成。在此，包含可见光在内的紫外光至红外光的范围如图18等所示，是设想从波长200nm至1200nm的范围。
光学滤光器34A以覆盖由p型层32和n型层33的pn结构成的光电变换区域D整体的大小形成，光学滤光器34A的面积形成为与光电变换区域D的面积相同或比光电变换区域D的面积大。在此，以受光元件100的光电变换区域A的大小(面积)和受光元件400的光电变换区域D的大小(面积)不同的方式形成。
将受光元件100的光电变换区域A的面积(受光面积)设为S1，将受光元件400的光电变换区域D的面积(受光面积)设为S4。受光面积在本实施例中为pn结面的面积。通过受光元件100和受光元件400的差分信号计测从紫外光至红外光的波长范围去除波长范围为λ的波长范围为λ0的检测信号。受光元件100和受光元件400分别利用光学滤光器4A、34A截断波长范围为λ0的光。因此，受光元件100和受光元件400的检测光电流之差(11-14)为基于从紫外光～红外光的波长范围去除波长范围为λ的波长范围为λ0的光的值。波长范围为λ0的光射入受光面积S1的每单位面积的情况下被激励的光电流设为J0时，对于受光元件400的受光面积S4也同样地成为J0，如以下所示，(11-14)＝(S1-S4)×J0。
(11-14)由测定和计算可知，(S1-S4)也由设计确定故而其值可知，因此J0容易求出。计算J0时，将在紫外光～红外光的范围不具有吸收区域的受光元件200的受光面积设为S2，由受光面积S2的每单位面积所示的光电流设为J2时，J2为检测到紫外光、可见光乃至红外光的范围的光的结果的值，所以若从受光元件200的光电流量(J2×S2)减去(J0×S2)，则其差表示波长范围为λO的光量。即，波长范围为λ0的光量＝{(J2×S2)-(J0×S2)}。S2也可以与S1相同。但是，为了尽可能地防止差值运算的数值有效数字的舍去，可以对上述受光元件100、200、400准备多个具备进行波长范围为λ的光吸收的光学滤光器的受光元件的受光面积不同的组合，对各组合计算全体的平均值和偏差，算出最终的波长范围为λ0的光量。
以下，如图28，可以构成光检测装置。图28表示在图27的构成上附加与受光元件100、200同样的构成的受光元件300、500，由四个受光元件构成的光检测装置。但是，受光元件300、500的光学滤光器24、44和受光元件100、200的光学滤光器4A、14A以光的吸收波长范围不同的方式形成。
对作为光检测部的受光元件300进行简单地说明，在支承基板40上以层间绝缘膜10为界形成p型层22。在p型层22的表层部埋设有n型层23，该n型层23通过在自p型层22的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质而形成。由此，在受光元件300形成有由p型层22和n型层23的pn结构成的光电变换区域C。在该光电变换区域C将光变换为电流而输出。
p型层22的表面及n型层23的表面通过由SiO2或SiN等构成的透明的保护膜27覆盖。另外，p型层22的侧面由层间绝缘膜10覆盖。在保护膜27上形成有阳极电极25、阴极电极26。阳极电极25经由形成于保护膜27的开口部与p型层22连接。阴极电极26经由形成于保护膜27的开口部与n型层23连接。由此，通过在p型层22和n型层23的pn结区域的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从阴极电极26输出。另外，以覆盖阴极电极26的方式在保护膜27上形成有光学滤光器24。
光学滤光器24使不含半导体粒子的膏状物质或含半导体粒子的膏状物质固化而形成，相当于吸收特定波长区域的光的光吸收层。
另一方面，同样地，对作为光检测部的受光元件500进行简单地说明，在支承基板40上以层间绝缘膜10为界形成p型层42。在p型层42的表层部埋设有n型层43，该n型层43通过在自p型层42的周缘隔开间隔的内侧区域从其表面掺杂n型杂质而形成。由此，在受光元件500形成有由p型层42和n型层43的pn结构成的光电变换区域E。在该光电变换区域E将光变换为电流而输出。
p型层42的表面及n型层43的表面通过由SiO2或SiN等构成的透明的保护膜47覆盖。另外，p型层42的侧面由层间绝缘膜10覆盖。在保护膜47上形成有阳极电极45、阴极电极46。阳极电极45经由形成于保护膜47的开口部与p型层42连接。阴极电极46经由形成于保护膜47的开口部与n型层43连接。由此，通过在p型层42和n型层43的pn结区域的光电变换而生成的光电流作为光检测信号从阴极电极46输出。另外，以覆盖阴极电极46的方式在保护膜47上形成有光学滤光器44。
光学滤光器44使不含半导体粒子的膏状物质或含半导体粒子的膏状物质固化而形成，相当于吸收特定波长区域的光的光吸收层。
在此，如下构成光学滤光器4A、14A、24、44。光学滤光器4A使仅由非晶性氟树脂(非定形含氟聚合物)生成的膏固化而形成。光学滤光器14A使含有Ga2O3粒子的非晶性氟树脂的膏固化而形成。光学滤光器24使含有MgZnO粒子的非晶性氟树脂的膏固化而形成。光学滤光器44使含有ZnO粒子的非晶性氟树脂的膏固化而形成。
图35表示可用于光学滤光器的半导体粒子的吸收端波长(nm)。横轴表示在光学滤光器中添加的半导体的元素或化合物，纵轴表示吸收端波长、即能带隙相当波长(nm)。由该图可知，Ga2O3吸收紫外光C(波长280nm以下)以下的波长。ZnO吸收紫外光全体(紫外光A+紫外光B+紫外光C：400nm以下)。另外，可知，随着MgxZn1-xO(0≤X＜1)的Mg的含有率X的增大，吸收端波长向紫外光区域内的短波长侧移动。因此，通过使MgxZn1-xO的Mg的含有率X变化，能够使受光元件的受光感光度区域变化。
在本实施例中，X＝0.3，光学滤光器24由包含Mg0.3Zn0.70的粒子的非晶性氟树脂构成，吸收紫外光B和紫外光C(320nm以下)。
从图28的光检测装置的上侧照射200nm～1200nm的光，测定光谱响应。图30表示受光元件100(PD11)、受光元件200(PD12)、受光元件300(PD13)、受光元件500(PD14)的受光感光度分布曲线。横轴表示波长(nm)，纵轴表示受光感光度(任意单位)。由于受光元件100的光学滤光器4A使紫外光～红外光透射，所以PD11的感光度曲线对200nm～1200nm的波长具有感光度。另一方面，由于受光元件200的光学滤光器14A吸收紫外光C的波长，所以PD12的感光度曲线为对紫外光C的波长没有感光度的曲线。
另一方面，由于受光元件300的光学滤光器24吸收紫外光B和紫外光C的波长，所以PD13的感光度曲线为对紫外光B和紫外光C的波长没有感光度的曲线。另外，由于受光元件500的光学滤光器44吸收紫外光全体，所以PD14的感光度曲线为对大致紫外光全体没有感光度的曲线。
图31基于图30的感光度曲线PD11、PD12、PD13、PD14表示差值产生的信号。横轴表示波长(nm)，纵轴表示差分信号(任意单位)。另外，图32表示图31的放大图。如图31、32所示，通过获取受光元件100和受光元件200的受光感光度曲线之差，能够求出紫外光C的感光度P3。即，P3＝(PD11-PD12)。另外，通过获取受光元件100和受光元件300的受光感光度曲线之差，能够求出紫外光B和紫外光C的感光度P2。即P2＝(PD11-PD13)。另外，通过获取受光元件100和受光元件500的受光感光度曲线之差，能够求出紫外光A和紫外光B和紫外光C的感光度P1。即P1＝(PD11-PD14)。
图33是表示由图31的差分信号P1、P2、P3最后只求出紫外光A、B、C各区域的感光度的图。图34是放大图33的图。图31的差分信号的P3仅表示紫外光C的感光度，所以P3＝P4。即，P4＝(PD11-PD12)。因此，只要从受光元件100的感光度曲线减去受光元件200的感光度曲线即可。为了只求出紫外光B的感光度，只要取得P2与P3之差即可。即，紫外光B的感光度曲线P5＝(P2-P3)＝(PD12-PD13)。因此，只要从受光元件200的感光度曲线减去受光元件300的感光度曲线即可。另外，为了仅求出紫外光A的感光度，只取得P1与P2之差即可。即，紫外光A的感光度曲线P6＝(P1-P2)＝(PD13--PD14)。因此，只要从受光元件300的感光度曲线减去受光元件500的感光度曲线即可。
如上所述，将四个受光元件中的两个受光元件组合，通过获取其感光度曲线的差值，能够分别检测紫外光A、紫外光B、紫外光C各区域的感光度。
另外，在上述实施例中，以能够分别检测紫外光A、紫外光B、紫外光C各区域的感光度的方式构成光学滤光器4A、14A、24、44，但不限于该例，也可以以包含其它的半导体粒子的方式形成膏状物质。图35记载有可用于光学滤光器的半导体粒子的种类，例如，使用在图27的构成中，在光学滤光器4A中添加了GaAs的粒子的滤光器、在光学滤光器14A中添加了CdSe的粒子的滤光器时，可以构成仅对CdSe的吸收端波长710nm到GaAs的吸收端波长870nm的范围的波长具有感光度的光检测装置。
另外，在其它例中，如图35所示，例如在图27的构成中使用在光学滤光器4A中添加了SnO2的粒子的滤光器、在光学滤光器14A中添加了ZnSe的粒子的滤光器时，可以构成仅对SnO2的吸收端波长380nm到ZnSe的吸收端波长500nm的范围具有感光度的蓝色传感器的光检测装置。
另外，使用MgZnO等这样的三元混晶系的AlGaAs、lnGaAs、InGaN等，能够构成若调节组成比率，调节能带隙，则可检测任意波长范围的光的光检测装置。并且，无需使用电介体多层膜反射镜这样的干涉滤光器，能够极简单地制作光学滤光器。
如以上说明，包含于构成光学滤光器的膏状物质中的半导体粒子可以使用基于IV族元素制作的半导体、基于II族元素和VI族元素制作的化合物半导体、基于III族元素和V族元素制作的化合物半导体、基于III族元素和VI族元素制作的化合物半导体等。

Claims (18)

1.一种光检测装置，具备通过光电变换进行光的检测的多个光检测部，其特征在于，至少具备：
第一光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有吸收波长范围为λ的光的光吸收半导体层；
第二光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有不存在光的吸收区域的透射膜，
通过计算所述第一光检测部的信号和所述第二光检测部的信号来计测波长范围为λ的光量。
2.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述光吸收半导体层为MgxZn1-xO，其中，0≤X＜1。
3.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述透射膜由电介体构成。
4.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述第一光检测部及第二光检测部的光电变换区域在紫外区域具有受光感光度。
5.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，以所述光吸收半导体层和透射膜的光程长一致且该光吸收半导体层和透射膜的透射率光谱的干涉条纹一致的方式构成。
6.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，具备所述光吸收半导体层的光检测部包含所述第一光检测部而形成有多个，所述光吸收半导体层针对各个光检测部而不同。
7.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，具备所述光吸收半导体层的光检测部除了所述第一光检测部以外，至少具备具有面积与该第一光检测部不同的光电变换区域的第三光检测部，通过所述第一光检测部、第二光检测部及第三光检测部算出波长范围为λ的光量。
8.如权利要求7所述的光检测装置，其特征在于，具备：第一计算装置，其利用所述第一光检测部和第三光检测部算出除了波长范围为λ之外的光的每单位受光面积的光检测信号J0；第二计算装置，在将所述第二光检测部的受光面积设为S的情况下，该第二计算装置求出S×J0与该第二光检测部的光检测信号之差，算出波长范围为λ的光量。
9.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，全部的所述光检测部在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具备反射可见光的反射滤光器。
10.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，在所述第一光检测部，以比第一光电变换区域浅的深度形成有第二光电变换区域，在所述第二光检测部，以比第三光电变换区域浅的深度形成有第四光电变换区域，所述第一光电变换区域及第三光电变换区域短路，通过计算来自第二光电变换区域的光检测信号和来自第四光电变换区域的光检测信号，计测波长范围为λ的光量。
11.一种光检测装置，具备通过光电变换进行光的检测的多个光检测部，其特征在于，至少具备：
第一光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有吸收波长范围为λ的光的第一光学滤光器；
第二光检测部，其在比光电变换区域更靠受光面侧的位置具有吸收包含波长范围为λ在内的波长范围为λ1的光或不存在光的吸收区域的第二光学滤光器，
所述第一光学滤光器及第二光学滤光器以在光的透射光谱中不存在滤光器的膜厚产生的干涉条纹的方式构成，
通过计算所述第一光检测部的信号和所述第二光检测部的信号计测波长范围为λ的光量。
12.如权利要求11所述的光检测装置，其特征在于，所述第一光学滤光器及第二光学滤光器分别为在所述λ波长范围不吸收的膏状材料和吸收端不同的半导体粉末的混合物。
13.如权利要求11所述的光检测装置，其特征在于，至少具备第三光检测部，该第三光检测部具有与所述第一光学滤光器相同的特性的第三光学滤光器和面积与所述第一光检测部不同的光电变换区域，通过所述第一光检测部、第二光检测部及第三光检测部算出波长范围为λ的光量。
14.如权利要求13所述的光检测装置，其特征在于，具备：第一计算装置，其利用所述第一光检测部和第三光检测部算出除了波长范围为λ之外的光的每单位受光面积的光检测信号J0；第二计算装置，在将所述第二光检测部的受光面积设为S的情况下，该第二计算装置求出S×J0与该第二光检测部的光检测信号之差，算出波长范围为λ的光量。
15.一种光学滤光器，使膏状的物质固化，其特征在于，在所述膏状物质中包含有用于吸收一定的波长范围的光的半导体粒子。
16.如权利要求15所述的光学滤光器，其特征在于，所述半导体粒子为IV族元素构成的半导体、II族元素和VI族元素构成的化合物半导体、III族元素和V族元素构成的化合物半导体、III族元素和VI族元素构成的化合物半导体的任一种半导体的粒子。
17.如权利要求15或16所述的光学滤光器，其特征在于，所述膏状物质的主成分由玻璃系材料、丙烯酸树脂、硅树脂、非晶性氟树脂中的任一种以上的物质构成。
18.如权利要求17所述的光学滤光器，其特征在于，所述膏状物质由混合了所述玻璃系材料和半导体粒子的膏构成。
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