JP2000012873A - フォトトランジスタおよび特定物検出装置および特定物の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタを用いることなく特定の波長のみに
感度を有し、小型化と低コスト化に対応できるフォトト
ランジスタおよび特定物検出装置および特定物の検出方
法を提供する。 【解決手段】 フォトトランジスタの受光部のアノード
層６の表面側に形成された第２カソード層７とアノード
層６とを短絡電極１１で短絡して、短波長光感度を低減
する。また、上記フォトトランジスタと発光素子とを有
する特定物検出装置は、発光素子のピーク発光波長λA
よりもフォトトランジスタのピーク感度波長λBを長く
する。上記特定物検出装置の発光素子からの短波長光を
被検出物が吸収して、吸収された光のエネルギーにより
被検出物から放出された長波長光をフォトトランジスタ
により受光することによって、特定物検出装置により特
定の被検出物を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、特定波長の光に
のみ反応するフォトトランジスタおよび発光素子と受光
素子とを有する特定物検出装置および特定物の検出方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、フォトトランジスタとしては、トランジスタ部と受
光部とを有し、その受光部にフォトダイオードを用いた
ものがある。このフォトトランジスタの信号源である光
源から長波長の赤外線を発する場合、可視光等の波長の
短い光が受光部に外乱光として受光されると、誤動作の
原因となるので、このフォトトランジスタを用いて製品
を組み立てるときに、受光部の短波長光に対する感度を
低下させるために短波長光カット用フィルタを受光部と
光源との間に挿入している。

【０００３】ところが、上記フォトトランジスタでは、
短波長光カット用フィルタを挿入する必要があるため、
このフォトトランジスタを用いた製品の小型化に限界が
生じると共に、コストも高くなるという欠点がある。な
お、近年、製品の小型化,低価格化が進むにつれて、フ
ォトトランジスタ自体に特定の波長のみに感度を有する
性能が要求されている。

【０００４】また、従来より上述のフォトトランジスタ
等を受光素子に用いた反射型フォトインタラプタとし
て、図１１に示すようになものがあり、この反射型フォ
トインタラプタは、反射物に光を発する発光素子６０と
その反射物からの反射光を受光する受光素子７０とを備
えている。図１２に示すように、上記発光素子６０は、
リードフレーム６３と、リードフレーム６３に搭載され
た発光チップ６１とを有し、上記発光チップ６１を金線
６２により内部結線すると共に、リードフレーム６３,
発光チップ６１を透明樹脂６４により被覆している。ま
た、上記受光素子７０は、リードフレーム７３と、リー
ドフレーム７３に搭載された受光チップ７１とを有し、
上記受光チップ７１を金線７２により内部結線すると共
に、リードフレーム７３, 受光チップ７１を透明樹脂７
４により被覆している。そして、上記発光素子６０と受
光素子７０とを所定の間隔をあけて配置して、遮光性樹
脂７５により一体成形している。上記発光素子６０のピ
ーク発光波長は９００nm〜９５０nmで受光素子７０のピ
ーク感度波長は８００nm〜９５０nmである。また、上記
受光素子７０の分光感度特性は、図１４に示すように、
波長９５０nmの光に対する感度を１とした場合、波長７
００nmの光に対する感度は０.７程度であり、波長によ
る感度の比はあまり大きくない。

【０００５】上記構成の反射型フォトインタラプタは、
図１３に示すように、発光素子６０より波長λ1の光を
反射物７６に発し、その反射物７６により反射された波
長λ1の光が受光素子７０に入射するか否かによって、
反射物７６の有無を検知する。この場合、反射物として
ミラー,紙またはプラスチック等が考えられるが、これ
らは反射率の差はあるが入射光と同じ波長の反射光を得
るもので、反射物が変わっても、受光素子や電気回路の
ゲインを調整することで、ある程度検出可能である。し
たがって、上記反射型フォトインタラプタでは、反射物
のほとんどが検出対象となるため、特定の被検出物のみ
を検出することができず、セキュリティまたはシステム
の独占使用等に用いることが難しいという問題がある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、フィルタを用
いることなく特定の波長のみに感度を有し、小型化と低
コスト化に対応できるフォトトランジスタを提供するこ
とにある。

【０００７】また、この発明のもう１つの目的は、特定
の被検出物のみを検出することができ、セキュリティま
たはシステムの独占使用等の用途に適用できる特定物検
出装置および特定物の検出方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１のフォトトランジスタは、第１導電型の半
導体基板からなるコレクタ層と、上記半導体基板の一方
の側に不純物を拡散することにより形成された上記半導
体基板と逆導電型である第２導電型のベース層と、上記
ベース層内の表面側に形成された第１導電型のエミッタ
層とを有するトランジスタ部と、上記半導体基板の上記
一方の側に不純物を拡散することにより形成された上記
アノード層と、第１カソード層としての上記半導体基板
とを有する受光部とを備えるフォトトランジスタにおい
て、上記アノード層内の表面側に形成された上記第２カ
ソード層と、上記第２カソード層と上記アノード層とを
短絡する短絡電極とを備えたことを特徴としている。

【０００９】上記請求項１のフォトトランジスタによれ
ば、短波長光ほど上記受光部の浅い領域で吸収され、そ
の浅い領域の上記アノード層内の表面側に形成された第
２カソード層とアノード層との接合において発生した光
キャリアは、第２カソード層直下のアノード層を通って
上記短絡電極に達し、短絡電極により第２カソード層と
アノード層とで生じる光起電力を無効化する。一方、長
波長光は上記受光部の第２カソード層と第２導電型のア
ノード層との接合よりも深い領域で吸収され、第１カソ
ード層とアノード層との接合で発生した光キャリアによ
る光電流を上記トランジスタ部で増幅する。つまり、上
記受光部の受光表面側の比較的浅い領域で吸収される短
波長光に対する感度を低減するのである。したがって、
上記受光部の短波長感度を低減することによって、高価
な短波長カット用フィルタを挿入する必要がなくなり、
このフォトトランジスタを組み込む製品の小型化および
低価格化ができる。なお、上記ベース層とアノード層
は、同一の拡散領域であっても、異なる拡散領域であっ
てもよい。

【００１０】また、請求項２のフォトトランジスタは、
請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記トランジ
スタ部の上記ベース層と上記受光部の上記アノード層と
が同一の拡散領域であって、その拡散領域と上記トラン
ジスタ部の上記エミッタ層および上記受光部の上記第２
カソード層で形成される寄生トランジスタの電流増幅率
ｈFEが１以下となるように、上記エミッタ層と上記第２
カソード層との間隔を設定したことを特徴としている。

【００１１】上記請求項２のフォトトランジスタによれ
ば、上記トランジスタ部のエミッタ層と上記受光部の第
２カソード層との間隔は、上記拡散領域とトランジスタ
部のエミッタ層および受光部の第２カソード層で形成さ
れる寄生トランジスタのベース層の幅に相当し、そのエ
ミッタ層と第２カソード層との間隔を調整することによ
って、寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEを１以下にす
る。そうすることによって、上記寄生トランジスタが動
作しても、電流増幅率ｈFEが１以下であるので、上記受
光部に流れる光電流が低下するのを防止できる。

【００１２】また、請求項３のフォトトランジスタは、
請求項１または２のフォトトランジスタにおいて、上記
第２カソード層と上記アノード層とを短絡する上記短絡
電極を上記半導体基板平面上の複数箇所に形成したこと
を特徴としている。

【００１３】上記請求項３のフォトトランジスタによれ
ば、長波長光よりも短波長光が吸収されやすい上記受光
部の浅い領域の上記第２カソード層とアノード層６との
接合で発生した光キャリアは、第２カソード層直下のア
ノード層を通って短絡電極に達する。このとき、上記ア
ノード層の抵抗成分による電圧降下が第２カソード層と
アノード層との接合のオン電圧に達すると、短絡電極に
よる短絡効果がなくなるので、上記第２カソード層とア
ノード層とを短絡する短絡電極を半導体基板平面上の複
数箇所に形成して、短絡電流に対する抵抗成分を小さく
することによって、短絡電極による短絡効果を維持でき
る。

【００１４】また、請求項４のフォトトランジスタは、
請求項１乃至３のいずれか１つのフォトトランジスタに
おいて、上記トランジスタ部の上記ベース層および上記
受光部の上記アノード層の周辺部に、上記ベース層,ア
ノード層に対して所定の間隔をあけて形成された第２導
電型の周辺拡散層と、上記周辺拡散層と上記半導体基板
とを短絡する周辺短絡電極とを備えたことを特徴として
いる。

【００１５】上記請求項４のフォトトランジスタによれ
ば、上記周辺拡散層と上記半導体基板とを周辺短絡電極
により短絡することによって、上記ベース層,アノード
層の周辺部で発生する光キャリアを無効化している。し
たがって、上記受光部以外の領域で吸収された光(特に
短波長光)の影響を除去できる。

【００１６】また、請求項５のフォトトランジスタは、
請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記ベース層
と上記アノード層とが同一の拡散領域であって、上記第
２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍとしたことを
特徴としている。

【００１７】上記請求項５のフォトトランジスタによれ
ば、上記第２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍと
することによって、特に上記受光部のピーク感度波長が
９５０nmでは、波長９５０nmの光に対する感度を１とす
ると、波長７００nmの光に対する感度が約０.４とな
り、短波長感度を低減できる。上記第2カソード層は、
上記トランジスタ部のエミッタ層と同時形成されている
ため、トランジスタ部の特性を考慮すると、第2カソー
ド層の拡散深さは２μｍ〜５μｍとなる。

【００１８】また、請求項６のフォトトランジスタは、
請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記ベース層
と上記アノード層とが異なる拡散領域であって、上記第
２カソード層の拡散深さを５μｍ〜２０μｍとしたこと
を特徴としている。

【００１９】上記請求項６のフォトトランジスタによれ
ば、上記第２カソード層の拡散深さを５μｍ〜２０μｍ
とすることによって、特に上記受光部のピーク感度波長
が９５０nmでは、波長９５０nmの光に対する感度を１と
すると、波長７００nmの光に対する感度が約０.１とな
り、短波長感度を大幅に低減できる。これに対して、上
記第２カソード層の拡散深さが５μｍよりも浅い場合、
短波長光の吸収が少なくなる一方、上記第２カソード層
の拡散深さが２０μｍよりも深い場合、短波長光の吸収
は多くなるが、長波長光の吸収も多くなり、長波長光に
対する感度に比べて短波長光の感度を十分に低減できな
い。

【００２０】また、請求項７の特定物検出装置は、リー
ドフレームに搭載された発光チップが透光性樹脂により
被覆された発光素子と、リードフレームに搭載された受
光チップが透光性樹脂により被覆された受光素子とを備
え、上記発光素子と上記受光素子とを所定の間隔をあけ
て配置するように遮光性樹脂により一体成形された特定
物検出装置であって、上記発光素子のピーク発光波長λ
Aよりも上記受光素子のピーク感度波長λBが長いことを
特徴としている。

【００２１】一般に光を吸収,発光する材料は、エネル
ギーの大きい短波長光を吸収して、エネルギーの小さい
長波長光を発光し、上記請求項７の特定物検出装置で
は、例えば、上記発光素子から発光されたピーク発光波
長λAの光を吸収してその光よりも波長の長い上記受光
素子のピーク感度波長λBと同等の波長の光を発光する
蛍光物質等の材料を被検出物に用いる。この被検出物に
対して、上記発光素子から発せられたピーク発光波長λ
Aの光を当てると、被検出物が波長λBの光を放出して、
その波長λBの光を受光素子により受光する。このよう
に、上記特定物検出装置の発光素子のピーク発光波長λ
Aと受光素子のピーク感度波長λBとの関係がλA＜λBと
なっているため、光を吸収してその光よりも波長の長い
光を発光する材料を用いた被検出物を検出できる。した
がって、この特定物検出装置は、入射光と同じ波長の光
を反射する反射物を検出せずに、特定の被検出物のみを
検出することができ、セキュリティまたはシステムの独
占使用等の用途に適用できる。また、フロッピーディス
クやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に特定の被検出物を搭載
し、その被検出物をこの特定物検出装置により検出する
ことによって、特定メディアの検知が可能となる。

【００２２】また、請求項８の特定物検出装置は、請求
項７の特定物検出装置において、上記受光素子は、上記
発光素子のピーク発光波長λAに対する感度よりもピー
ク感度波長λBに対する感度が２倍以上であることを特
徴としている。

【００２３】上記請求項８の特定物検出装置によれば、
上記特定物検出装置は、上記受光素子の分光感度特性に
おいて波長λAの光に対する波長λBの光の感度が２倍以
上あるため、波長λBの光のみを有効成分として容易に
検出できる。

【００２４】また、請求項９の特定物検出装置は、請求
項７または８の特定物検出装置において、上記発光素子
のピーク発光波長λAを６００nm〜７００nmとすると共
に、上記受光素子のピーク感度波長λBを９００nm〜９
６０nmとしたことを特徴としている。

【００２５】上記請求項９の特定物検出装置によれば、
上記発光素子のピーク発光波長λAを６００〜７００n
m、上記受光素子のピーク感度波長λBを９００〜９６０
nmとすることによって、６７０nm程度の光を吸収して９
５０nm程度の光を発光する蛍光物質等を被検出物に使用
できる。

【００２６】また、請求項１０の特定物検出装置は、請
求項７乃至９のいずれか１つの特定物検出装置におい
て、上記受光素子に請求項１乃至６のいずれか１つに記
載のフォトトランジスタを用いたことを特徴としてい
る。

【００２７】上記請求項１０の特定物検出装置によれ
ば、上記受光素子に短波長感度が低減されたフォトトラ
ンジスタを用いることによって、上記発光素子のピーク
発光波長よりも受光素子のピーク感度波長を容易に長く
できる。

【００２８】また、請求項１１の特定物の検出方法は、
請求項７乃至９のいずれか１つに記載の特定物検出装置
と、上記特定物検出装置の発光素子からの光を吸収し
て、吸収された光のエネルギーにより上記特定物検出装
置の受光素子が受光可能な光を放出する被検出物とを用
いたことを特徴としている。

【００２９】上記請求項１１の特定物の検出方法によれ
ば、上記特定物検出装置と被検出物とを用いることによ
って、特定の被検出物のみを検出でき、他の反射物を検
出しないシステムの構築が可能で、セキュリティおよび
システム独占使用等の用途に適用できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、この発明のフォトトランジ
スタおよび特定物検出装置および特定物の検出方法を図
示の実施の形態により詳細に説明する。

【００３１】（第１実施形態）図１はこの発明の第１実
施形態のフォトトランジスタの平面図であり、図２は図
１のII−II線から見た断面図である。

【００３２】図１,図２に示すように、第１導電型とし
てのＮ型半導体基板１の一方の側に第２導電型としての
Ｐ型不純物を拡散することによりベース層３,アノード
層６となるＰ型拡散領域を形成すると共に、ベース層３
内の表面側にＮ型不純物によりエミッタ層４を形成して
いる。上記ベース層３,エミッタ層４およびＮ型半導体
基板１からなるコレクタ層２でトランジスタ部を形成し
ている。また、上記トランジスタ部のエミッタ層４と同
時に、アノード層６内の表面側に上記エミッタ層４に対
して所定の間隔をあけてＮ型不純物により第２カソード
層７を形成して、アノード層６,Ｎ型半導体基板１から
なる第１カソード層５および第２カソード層７で受光部
を形成している。さらに、上記ベース層３とアノード層
６の周辺部にＰ型拡散層８を形成すると共に、そのＰ型
拡散層８の表面側とＮ型半導体基板１の表面側の互いに
隣接する領域にＮ＋チャンネルストッパー層９を形成し
ている。

【００３３】次に、上記Ｎ型半導体基板１上にパターン
ニングされた酸化膜１４を形成した後、Ｎ型半導体基板
１上に、エミッタ層４に電気的に接続されたエミッタ電
極１０と、第２カソード層７とアノード層６とを短絡す
る短絡電極１１と、Ｎ型半導体基板１とＰ型拡散層８と
を短絡する周辺短絡電極１２とを形成している。また、
上記Ｎ型半導体基板１の他方の側にコレクタ電極１３を
形成している。なお、図１では、図を見やすくするため
に図２に示す酸化膜１４を省略している。また、図１,
図２では、エミッタ電極１０,短絡電極１１および周辺
短絡電極１２を他の部分と区別するために同じ斜線によ
り示している。

【００３４】上記構成のフォトトランジスタは、エミッ
タ層４,第２カソード層７およびＰ型拡散領域(ベース層
３,アノード層６)で形成された寄生トランジスタが動作
すると、上記受光部により取り出せる信号電流(光電流)
が低下する。そこで、これを防止するため、上記エミッ
タ層４と第２カソード層７との間隔(寄生トランジスタ
のベース層幅に相当)を１０μｍ〜２０μｍとして、上
記寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEを１以下にしてい
る。

【００３５】また、図２に示すように、上記第２カソー
ド層７とアノード層６との接合において発生する光キャ
リアは、第２カソード層７直下のアノード層６を通って
短絡電極１１に達するが、このとき、抵抗成分であるア
ノード層抵抗１６による電圧降下が第２カソード層７と
アノード層６との接合のオン電圧に達すると、短絡電極
１１による短絡効果がなくなる。そこで、これを防止す
るため、図１に示すように、上記アノード層抵抗１６の
抵抗値を考慮して、Ｎ型半導体基板１平面上の複数箇所
(図１に示す短絡電極１１の接続部１１a)で第２カソー
ド層７とアノード層６とを短絡電極１１により短絡して
いる。

【００３６】また、上記ベース層３,アノード層６の周
辺部より回り込む光電流は、短波長光によるものも含ま
れるが、Ｎ型半導体基板１とＰ型拡散層８とを周辺短絡
電極１２により短絡することによって、ベース層３,ア
ノード層６の周辺部で発生する光キャリアを無効化して
いる。

【００３７】例えば、シリコン表面に光が入射した場
合、次式に従って光強度が減衰して入射光がシリコンに
吸収される。

【００３８】 Ｉ ＝ Ｉo・exp(−α・ｘ) ………………(式１) Ｉo ： 表面での光強度 α ： 吸収係数 ｘ ： 表面からの距離 上記式１の吸収係数αは、図５に示すように、短波長か
ら長波長になるに従って吸収係数αは徐々に小さくな
る。なお、図５において、縦軸は吸収係数α(任意目
盛)、横軸は波長(任意目盛)を表している。この吸収係
数αの値を用いて上記式１から波長の異なる光につい
て、入射表面での光強度を１として、シリコン内に進入
するに従って減衰する相対光強度を図６に示している。
なお、図６において、縦軸は相対光強度(相対値)、横軸
は表面からの距離(任意目盛)を表している。図６より明
らかなように、波長の短い光ほど浅い領域で吸収される
のが分かる。

【００３９】したがって、上記Ｎ型半導体基板１の一方
(受光面)に形成されたアノード層６とそのアノード層６
の表面側に形成された第２カソード層７とを短絡電極１
１により短絡して、第２カソード層７とアノード層６と
で生じる光起電力を無効化することによって、受光表面
から比較的浅い領域で吸収される短波長光に対する感度
を低減する。一方、比較的深い領域まで侵入する長波長
光は、深い領域に形成された第１カソード層５とアノー
ド層６との接合で生じる光起電力として得られ、所要の
感度を維持する。

【００４０】上記フォトトランジスタの場合、トランジ
スタ部の所要特性を考慮して、第２カソード７の拡散深
さは２μｍ〜５μｍとしている。図４は上記フォトトラ
ンジスタの分光感度特性を示しており、分光感度比は、 分光感度比 ＝ Ｓ／Ｌ Ｓ ： 波長７００nmの光に対する感度 Ｌ ： 波長９５０nmの光に対する感度 で表される。図４に示すように、従来のフォトトランジ
スタの特性曲線Ｃ1では、分光感度比Ｓ1／Ｌ1が約０.７
であるのに対して、この第１実施形態の第２カソード７
の拡散深さが２μｍ〜５μｍのフォトトランジスタの特
性曲線Ｃ2では、分光感度比Ｓ2／Ｌ2は約０.４となっ
た。

【００４１】したがって、上記受光部(第１カソード層
５,アノード層６および第２カソード層７)の短波長感度
を低減することによって、高価な短波長カット用フィル
タを挿入する必要がなくなり、このフォトトランジスタ
を組み込む製品の小型化および低価格化を行うことがで
きる。

【００４２】また、上記Ｐ型拡散領域(ベース層３,アノ
ード層６)とトランジスタ部のエミッタ層４および上記
受光部の第２カソード層７で形成される寄生トランジス
タの電流増幅率ｈFEを１以下にすることによって、上記
寄生トランジスタが動作しても、上記受光部の第１カソ
ード層５とアノード層７に流れる光電流の低下を防止す
ることができる。

【００４３】また、上記第２カソード層７とアノード層
６とを短絡する短絡電極１１をＮ型半導体基板１平面上
の複数箇所に形成して、短絡電流による電圧降下を小さ
くするので、短絡電極１１による短絡効果を維持するこ
とができる。

【００４４】また、上記周辺拡散層８とＮ型半導体基板
１とを周辺短絡電極１２により短絡することによって、
上記ベース層３,アノード層６のＰ型拡散領域の周辺部
で発生する光キャリアを無効化して、上記受光部以外の
領域で吸収された光(特に短波長光)の影響を除去するこ
とができる。

【００４５】また、上記第２カソード層７の拡散深さを
２μｍ〜５μｍにすることによって、特に受光部のピー
ク感度波長が９５０nmでは、波長９５０nmの光に対する
波長７００nmの光の分光感度比が約０.４となり、短波
長感度を低減することができる。

【００４６】なお、この第１実施形態のフォトトランジ
スタの構造は、通常のフォトトランジスタの製造プロセ
スにより製造できる。

【００４７】（第２実施形態）図３はこの発明の第２実
施形態のフォトトランジスタの平面図である。このフォ
トトランジスタは、ベース層とアノード層とが異なる拡
散領域であることを除き図１,図２に示す第１実施形態
のフォトトランジスタと同一の構成をしている。

【００４８】図３に示すように、第１導電型としてのＮ
型半導体基板２１の一方の側に第２導電型としてのＰ型
不純物を拡散することにより、所定の間隔をあけてベー
ス層２３とアノード層２６とを形成すると共に、ベース
層２３内の表面側にＮ型不純物によりエミッタ層２４を
形成している。上記ベース層２３,エミッタ層２４およ
びＮ型半導体基板２１からなるコレクタ層２２でトラン
ジスタ部を形成している。そして、上記受光部のアノー
ド層２６内の表面側にＮ型不純物により第２カソード層
２７を形成して、アノード層２６,Ｎ型半導体基板２１
からなる第１カソード層２５および第２カソード層２７
で受光部を形成している。さらに、上記ベース層２３と
アノード層２６の周辺部にＰ型拡散層２８を形成すると
共に、そのＰ型拡散層２８の表面側とＮ型半導体基板２
１の表面側の互いに隣接する領域にＮ＋チャンネルスト
ッパー層２９を形成している。

【００４９】次に、上記Ｎ型半導体基板２１上にパター
ンニングされた酸化膜３４を形成した後、Ｎ型半導体基
板２１上に、エミッタ層２４に電気的に接続されたエミ
ッタ電極３０と、第２カソード層２７とアノード層２６
とを短絡する短絡電極３１と、Ｎ型半導体基板２１とＰ
型拡散層２８とを短絡する周辺短絡電極３２とを形成し
ている。また、上記Ｎ型半導体基板２１の他方の側にコ
レクタ電極３３を形成している。

【００５０】上記構成のフォトトランジスタにおいて、
トランジスタ部の特性に束縛されることなく、受光部の
アノード層２６および第２カソード層２７の拡散深さを
設定する。例えば、波長９５０nmの光に対して波長７０
０nmの光感度を１／１０にする場合、第２カソード層２
７の吸収係数αが２０００cm^-1であり、上記式１に基づ
いて、吸収された短波長光による光キャリアを無効化す
るための浅い領域の拡散深さ(ｘ)を求めると、１１.５
μｍとなる。すなわち、上記第２カソード層２７の拡散
深さを１１.５μｍに設定するのである。したがって、
カットしたい光の波長とその量に応じて、第２カソード
層２７の拡散深さを５μｍ〜２０μｍとすることによっ
て、目的にあわせて短波長感度を低減することが可能に
なる。

【００５１】上記フォトトランジスタの分光感度特性
は、図４に示すように、従来のフォトトランジスタの特
性曲線Ｃ1の分光感度比Ｓ1／Ｌ1が約０.７であるのに対
して、この第２実施形態の第２カソード２７の拡散深さ
が５μｍ〜２０μｍのフォトトランジスタの特性曲線Ｃ
3の分光感度比Ｓ3／Ｌ3は約０.１となった。

【００５２】このように、上記受光部(第１カソード層
２５,アノード層２６および第２カソード層２７)の短波
長感度を低減することによって、高価な短波長カット用
フィルタを挿入する必要がなくなり、このフォトトラン
ジスタを組み込む製品の小型化および低価格化を行うこ
とができる。

【００５３】また、上記第２カソード層２７とアノード
層２６とを短絡する短絡電極３１を第１実施形態と同様
にＮ型半導体基板２１平面上の複数箇所に形成して、短
絡電流による電圧降下を小さくするので、短絡電極３１
による短絡効果を維持することができる。

【００５４】また、上記周辺拡散層２８とＮ型半導体基
板２１とを周辺短絡電極３２により短絡することによっ
て、上記ベース層２３,アノード層２６のＰ型拡散領域
の周辺部で発生する光キャリアを無効化して、上記受光
部以外の領域で吸収された光(特に短波長光)の影響を除
去することができる。

【００５５】また、上記第２カソード層２７の拡散深さ
を５μｍ〜２０μｍにすることによって、特に受光部の
ピーク感度波長が９５０nmでは、波長９５０nmに対する
波長７００nmの光の分光感度比が約０.１となり、短波
長感度を大幅に低減することができる。

【００５６】なお、この第２実施形態のフォトトランジ
スタの構造は、通常のフォトトランジスタの製造プロセ
スにより製造できる。

【００５７】（第３実施形態）図７はこの発明の第３実
施形態の特定物検出装置の平面図であり、図８は図７の
VIII−VIIIから見た断面図である。

【００５８】図７に示すように、特定物検出装置は、被
検出物に対して光を発する発光素子４０と上記被検出物
からの光を受光する受光素子５０とを有している。ま
た、図８に示すように、上記発光素子４０は、リードフ
レーム４３に搭載された発光チップ４１を金線４２によ
り内部結線し、リードフレーム４３,発光チップ４１を
透光性樹脂４４により被覆すると共に、リードフレーム
５３に搭載された受光チップ５１を金線５２により内部
結線し、リードフレーム５３,受光チップ５１を透光性
樹脂５４により被覆している。そして、上記発光素子４
０と受光素子５０とを所定の間隔をあけて、かつ、発光
素子４０の発光面と受光素子５０の受光面とを同じ側に
向けて配置して、遮光性樹脂５５により一体成形してい
る。

【００５９】上記発光素子４０のピーク発光波長λAと
受光素子５０のピーク感度波長λBはλA＜λBの関係に
あり、ピーク発光波長λAは６００nm〜７００nm、ピー
ク感度波長λBは９００nm〜９６０nmである。また、図
１０に示すように、受光素子５０の波長７００nmの光に
対する感度は、波長９５０nmの光に対する感度の約１／
２以下となっている。

【００６０】上記受光素子５０は、このような分光感度
特性を有するフォトトランジスタとして上記第１,第２
実施形態のフォトトランジスタを用いている。上記受光
素子５０は、波長の短かい６００nm〜７００nmの光によ
り生ずる受光部の光電流を無効化し、波長の長い９００
nm〜９５０nmの光により生ずる受光部の光電流が有効に
なるように、第２カソード層の拡散深さを調整している
(波長の長い光ほど表面より深い位置まで到達する)。

【００６１】なお、従来の反射型フォトインタラプタで
は、発光素子,受光素子に赤外線領域の光を用いてお
り、外部からの可視光の悪影響を防ぐように可視光をカ
ットする材料を透光性樹脂に添加していたために高価と
なっていたが、この発明の特定物検出装置では、受光素
子自体が７００nm以下の領域の光に反応しにくいため、
高価な透光性樹脂を用いる必要がない。

【００６２】次に、この特定物検出装置を用いた特定物
の検出方法について説明する。

【００６３】上記特定物検出装置の被検出物として、波
長６００nm〜７００nmの光を吸収した後、波長９００nm
〜９５０nmの光を発光する材料(例えば蛍光物質)を用い
るか、または、その材料を塗布したものを用いる。な
お、この被検出物は、波長６００nm〜７００nmの光が上
記材料に当たると、光を吸収した後に波長９００nm〜９
５０nmの光を発光するが、一部は吸収されずに波長６０
０nm〜７００nmの光をそのまま反射する。

【００６４】上記特定物検出装置でこの被検出物５６を
検出する場合、図９に示すように、特定物検出装置の発
光素子４０から発せられた波長λA(６００nm〜７００n
m)の光は、被検出物５６に当たって吸収された後、波長
λB(９００nm〜９６０nm)の光を被検出物５６から発光
する。一部は波長λAの光がそのまま反射され、この反
射された光が受光素子５０側に入射しても、波長λAの
光は無効となり、特定物検出装置の出力に影響を及ぼさ
ない。一方、波長λBの光が受光素子５０側に入射する
と、受光素子５０はオン状態になって、有効出力が得ら
れる。

【００６５】一方、被検出物として通常用いられる紙,
ミラー等を用いた場合、これらの被検出物では吸収,発
光による波長変換がなく、波長λA(６００nm〜７００n
m)の光のみが反射され、受光素子５０側に入射する。こ
の波長λAの光はこの特定物検出装置の受光素子５０に
は無効な光であるために検出されず、受光素子５０はオ
フ状態となる。つまり、この特定物の検出方法では、波
長λA(６００nm〜７００nm)の光を吸収し、波長λB(９
００nm〜９６０nm)の光を発光するという特定の被検出
物だけを検出することが可能となる。さらに、この場合
の被検出物は、光の吸収,発光があるため、光を吸収し
てから発光するまである程度の時間がかかるので、この
時間の遅れを利用して特定の被検出物を検出することも
可能である(反射のみの場合は時間の遅れがない)。

【００６６】このように、上記特定物検出装置の発光素
子４０のピーク発光波長λAと受光素子５０のピーク感
度波長λBとの関係がλA＜λBとなっているため、光を
吸収してその光よりも波長の長い光を発光する材料を用
いた被検出物を検出することができる。したがって、こ
の特定物検出装置は、特定の被検出物のみを検出するこ
とができ、セキュリティまたはシステムの独占使用等の
用途に適用することができる。また、フロッピーディス
クやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に上記特定の被検出物を
搭載し、その被検出物をこの特定物検出装置により検出
することによって、特定メディアの検知が可能となる。

【００６７】また、上記特定物検出装置は、上記受光素
子５０の分光感度特性において波長λAに対する波長λB
の感度が２倍以上あるため、波長λBの光のみを有効成
分として容易に検出することができる。

【００６８】また、上記発光素子４０のピーク発光波長
λAを６００nm〜７００nmとすると共に、上記受光素子
のピーク感度波長λBを９００nm〜９６０nmとすること
によって、６７０nm程度の光を吸収して９５０nm程度の
光を発光する蛍光物質等を被検出物に使用することがで
きる。

【００６９】また、上記受光素子５０に第１,第２実施
形態のフォトトランジスタを用いることによって、発光
素子４０のピーク発光波長λAよりも受光素子５０のピ
ーク感度波長λBを長くすることが容易にできる。

【００７０】上記第１,第２実施形態では、Ｎ型を第１
導電型とし、Ｐ型を第２導電型としたが、Ｐ型を第１導
電型とし、Ｎ型を第２導電型として、トランジスタ部が
ＰＮＰ型のフォトトランジスタにこの発明を適用しても
よい。

【００７１】また、上記第３実施形態では、特定物検出
装置の受光素子に上記第１,第２実施形態のフォトトラ
ンジスタを用いたが、特定物検出装置の受光素子はこれ
に限らず、発光素子のピーク発光素子よりもピーク感度
波長が長いフォトダイオード等の受光素子でもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明のフォトトランジスタは、請求項１のフォトトランジ
スタは、第１導電型の半導体基板からなるコレクタ層
と、上記半導体基板の一方の側に不純物を拡散すること
により形成された上記半導体基板と逆導電型である第２
導電型のベース層と、上記ベース層内の表面側に形成さ
れた第１導電型のエミッタ層とを有するトランジスタ部
と、上記半導体基板の上記一方の側に不純物を拡散する
ことにより形成された第２導電型のアノード層と、第１
カソード層としての半導体基板とを有する受光部とを備
えるフォトトランジスタにおいて、上記アノード層内の
表面側に形成された第１導電型の第２カソード層と第２
導電型のアノード層とを短絡電極により短絡するもので
ある。

【００７３】したがって、請求項１の発明のフォトトラ
ンジスタによれば、上記受光部の浅い領域で短波長光は
吸収され、上記第２カソード層とアノード層との接合で
生じる光起電力を上記短絡電極により無効化する一方、
上記受光部の第２カソード層とアノード層との接合より
も深い領域で長波長光は吸収され、第１カソード層とア
ノード層との接合で生じる光電流を上記トランジスタ部
により増幅して、長波長光を有効に検出することによっ
て、上記受光部の受光表面側の比較的浅い領域で吸収さ
れる短波長光に対する感度を低減する。したがって、上
記受光部の短波長感度を低減することによって、高価な
短波長カット用フィルタを挿入する必要がなくなり、こ
のフォトトランジスタを組み込む製品の小型化および低
価格化を実現することができる。

【００７４】また、請求項２の発明のフォトトランジス
タは、請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記ト
ランジスタ部のベース層と上記受光部のアノード層とが
同一の拡散領域であって、その拡散領域とトランジスタ
部のエミッタ層および受光部の第２カソード層で形成さ
れる寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEが１以下となる
ように、上記エミッタ層と第２カソード層との間隔を設
定したので、上記寄生トランジスタが動作しても、上記
受光部に流れる光電流が低下するのを防止することがで
きる。

【００７５】また、請求項３の発明のフォトトランジス
タは、請求項１または２のフォトトランジスタにおい
て、上記第２カソード層とアノード層とを短絡する短絡
電極を上記半導体基板平面上の複数箇所に形成したの
で、短絡電流に対する抵抗成分を小さくすることによっ
て、短絡電極による短絡効果を維持することができる。

【００７６】また、請求項４の発明のフォトトランジス
タは、請求項１乃至３のいずれか１つのフォトトランジ
スタにおいて、上記トランジスタ部の上記ベース層およ
び上記受光部の上記アノード層の周辺部に、上記ベース
層,アノード層に対して所定の間隔をあけて形成された
上記周辺拡散層と半導体基板とを周辺短絡電極により短
絡するので、上記ベース層,アノード層の周辺部で発生
する光キャリアを無効化し、上記受光部以外の領域で吸
収された光(特に短波長光)の影響をすることが除去でき
る。

【００７７】また、請求項５の発明のフォトトランジス
タは、請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記ベ
ース層と上記アノード層とが同一の拡散領域であって、
上記第２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍとした
ので、特に上記受光部のピーク感度波長が９５０nmで
は、波長９５０nmの光に対する感度を１とすると、波長
７００nmの光に対する感度が約０.４となり、短波長感
度を低減することができる。

【００７８】また、請求項６の発明のフォトトランジス
タは、請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記ベ
ース層と上記アノード層とが異なる拡散領域であって、
上記第２カソード層の拡散深さを５μｍ〜２０μｍとし
たので、特に上記受光部のピーク感度波長が９５０nmで
は、波長９５０nmの光に対する感度を１とすると、波長
７００nmの光に対する感度が約０.１となり、短波長感
度を大幅に低減することができる。

【００７９】また、請求項７の発明の特定物検出装置
は、リードフレームに搭載された発光チップが透光性樹
脂により被覆された発光素子と、リードフレームに搭載
された受光チップが透光性樹脂により被覆された受光素
子とを備え、上記発光素子と受光素子とを所定の間隔を
あけて配置するように遮光性樹脂により一体成形された
特定物検出装置であって、上記発光素子のピーク発光波
長λAよりも受光素子のピーク感度波長λBが長くしたも
のである。

【００８０】したがって、請求項７の発明の特定物検出
装置によれば、上記特定物検出装置の発光素子のピーク
発光波長λAと受光素子のピーク感度波長λBとの関係が
λA＜λBとなっているため、入射光と同じ波長の光を反
射する反射物を検出することなく、特定の被検出物のみ
を検出することができ、セキュリティまたはシステムの
独占使用等の用途に適用することができる。また、フロ
ッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に特定の被
検出物を搭載し、その被検出物をこの特定物検出装置に
より検出することによって、特定メディアの検知するこ
とができる。

【００８１】また、請求項８の発明の特定物検出装置
は、請求項７の特定物検出装置において、上記受光素子
は、上記発光素子のピーク発光波長λAに対する感度よ
りもピーク感度波長λBに対する感度が２倍以上である
ので、波長λBの光のみを有効成分として容易に検出す
ることができる。

【００８２】また、請求項９の発明の特定物検出装置
は、請求項７または８の特定物検出装置において、上記
発光素子のピーク発光波長λAを６００nm〜７００nmと
すると共に、上記受光素子のピーク感度波長λBを９０
０nm〜９６０nmとしたので、６７０nm程度の光を吸収し
て９５０nm程度の光を発光する蛍光物質等を被検出物に
使用することができる。

【００８３】また、請求項１０の発明の特定物検出装置
は、請求項７乃至９のいずれか１つの特定物検出装置に
おいて、上記受光素子に請求項１乃至６のいずれか１つ
に記載のフォトトランジスタを用いたので、上記発光素
子のピーク発光波長よりも受光素子のピーク感度波長を
長くすることが容易にできる。

【００８４】また、請求項１１の発明の特定物の検出方
法は、請求項７乃至９のいずれか１つの特定物検出装置
と、上記特定物検出装置の発光素子からの光を吸収し
て、吸収された光のエネルギーにより上記特定物検出装
置の受光素子が受光可能な光を放出する被検出物とを用
いたことを特徴としている。

【００８５】したがって、請求項１１の発明の特定物の
検出方法によれば、上記特定物検出装置と被検出物とを
用いることによって、特定の被検出物のみを検出でき、
他の反射物は検出しないシステムの構築が可能で、セキ
ュリティおよびシステム独占使用に適用できるという大
きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の第１実施形態のフォトトラ
ンジスタの平面図である。

【図２】 図２は図１のII−II線から見た断面図であ
る。

【図３】 図３はこの発明の第２実施形態のフォトトラ
ンジスタの平面図である。

【図４】 図４は上記第１,第２実施形態のフォトトラ
ンジスタの分光感度特性を示す図である。

【図５】 図５は上記フォトトランジスタの波長に対す
る吸収係数の特性を示す図である。

【図６】 図６は上記フォトトランジスタの表面からの
距離に対する相対光強度を示す図である。

【図７】 図７はこの発明の第３実施形態の特定物検出
装置の平面図である。

【図８】 図８は図７のVIII−VIII線から見た断面図で
ある。

【図９】 図９は上記特定物検出装置の発光,受光時の
光の経路を示す図である。

【図１０】 図１０は上記特定物検出装置の分光感度特
性を示す図である。

【図１１】 図１１は従来の特定物検出装置の平面図で
ある。

【図１２】 図１２は図１１のXII−XII線から見た断面
図である。

【図１３】 図１３は上記特定物検出装置の発光,受光
時の光の経路を示す図である。

【図１４】 図１４は上記特定物検出装置の受光感度特
性を示す図である。

【符号の説明】

１,２１…Ｎ型半導体基板、２,２２…コレクタ層、３,
２３…ベース層、４,２４…エミッタ層、５,２５…第１
カソード層、６,２６…アノード層、７,２７…第２カソ
ード層、８,２８…Ｐ型拡散層、９,２９…Ｎ⁺チャンネ
ルストッパー層、１０,３０…エミッタ電極、１１,１
２,３１,３２…短絡電極、１３,３３…コレクタ電極、
１４,３４…酸化膜、１５…光電流、１６…アノード層
抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 陽史 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA00 BB00 BB30 DD02 DD15 FF46 GG07 GG21 JJ00 JJ18 5F088 AA08 AB02 BA15 DA03 GA04 JA18 LA01 LA03 5F089 BB03 BC02 BC05 BC21 CA21

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板からなるコレク
   タ層と、上記半導体基板の一方の側に不純物を拡散する
   ことにより形成された上記半導体基板と逆導電型である
   第２導電型のベース層と、上記ベース層内の表面側に形
   成された第１導電型のエミッタ層とを有するトランジス
   タ部と、 上記半導体基板の上記一方の側に不純物を拡散すること
   により形成された第２導電型のアノード層と、第１カソ
   ード層としての上記半導体基板とを有する受光部とを備
   えるフォトトランジスタにおいて、 上記アノード層内の表面側に形成された第１導電型の第
   ２カソード層と、 上記第２カソード層と上記アノード層とを短絡する短絡
   電極とを備えたことを特徴とするフォトトランジスタ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のフォトトランジスタに
   おいて、 上記トランジスタ部の上記ベース層と上記受光部の上記
   アノード層とが同一の拡散領域であって、その拡散領域
   と上記トランジスタ部の上記エミッタ層および上記受光
   部の上記第２カソード層で形成される寄生トランジスタ
   の電流増幅率ｈFEが１以下となるように、上記エミッタ
   層と上記第２カソード層との間隔を設定したことを特徴
   とするフォトトランジスタ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のフォトトラン
   ジスタにおいて、 上記第２カソード層と上記アノード層とを短絡する上記
   短絡電極を上記半導体基板平面上の複数箇所に形成した
   ことを特徴とするフォトトランジスタ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   フォトトランジスタにおいて、 上記トランジスタ部の上記ベース層および上記受光部の
   上記アノード層の周辺部に、上記ベース層,アノード層
   に対して所定の間隔をあけて形成された第２導電型の周
   辺拡散層と、 上記周辺拡散層と上記半導体基板とを短絡する周辺短絡
   電極とを備えたことを特徴とするフォトトランジスタ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のフォトトランジスタに
   おいて、 上記ベース層と上記アノード層とが同一の拡散領域であ
   って、上記第２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍ
   としたことを特徴とするフォトトランジスタ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のフォトトランジスタに
   おいて、 上記ベース層と上記アノード層とが異なる拡散領域であ
   って、上記第２カソード層の拡散深さを５μｍ〜２０μ
   ｍとしたことを特徴とするフォトトランジスタ。
7. 【請求項７】 リードフレームに搭載された発光チップ
   が透光性樹脂により被覆された発光素子と、 リードフレームに搭載された受光チップが透光性樹脂に
   より被覆された受光素子とを備え、 上記発光素子と上記受光素子とを所定の間隔をあけて配
   置するように遮光性樹脂により一体成形された特定物検
   出装置であって、 上記発光素子のピーク発光波長λAよりも上記受光素子
   のピーク感度波長λBが長いことを特徴とする特定物検
   出装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の特定物検出装置におい
   て、 上記受光素子は、上記発光素子のピーク発光波長λAに
   対する感度よりもピーク感度波長λBに対する感度が２
   倍以上であることを特徴とする特定物検出装置。
9. 【請求項９】 請求項７または８に記載の特定物検出装
   置において、 上記発光素子のピーク発光波長λAを６００nm〜７００n
   mとすると共に、上記受光素子のピーク感度波長λBを９
   ００nm〜９６０nmとしたことを特徴とする特定物検出装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれか１つに記載
    の特定物検出装置において、 上記受光素子に請求項１乃至６のいずれか１つに記載の
    フォトトランジスタを用いたことを特徴とする特定物検
    出装置。
11. 【請求項１１】 請求項７乃至９のいずれか１つに記載
    の特定物検出装置と、 上記特定物検出装置の発光素子からの光を吸収して、吸
    収された光のエネルギーにより上記特定物検出装置の受
    光素子が受光可能な光を放出する被検出物とを用いたこ
    とを特徴とする特定物の検出方法。