JP2003332551A

JP2003332551A - カラー撮像素子及びカラー受光素子

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Publication number: JP2003332551A
Application number: JP2002132861A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Iwasaki; 達哉岩崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-21
Anticipated expiration: 2022-05-08
Also published as: JP4817584B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】感度が高く、色分離能に優れ、偽色のない撮
像素子及び受光素子を提供する。【解決手段】第１の波長域の光を検出する第１の受光
部１０１と第２の波長域の光を検出する第２の受光部１
０２を有した撮像素子であって、入射光の内の少なくと
も一部の光が第１の受光部１０１を透過後に第２の受光
部１０２で受光されるように構成されており、第１の波
長域の中心波長が第２の中心波長よりも長いことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー撮像素子、
受光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の受光素子には、結晶シリコン、ア
モルファスシリコン、ＧａＡｓなどの化合物半導体のｐ
−ｎ接合あるいはｐ−ｉ−ｎ接合を用いる素子が一般に
用いられている。また、これらの受光素子をピクセルと
してアレイ化した微小チップは撮像素子としてＣＣＤや
ＣＭＯＳセンサ（たとえばＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶ
ｏｌ４１，４５２（１９９４））などがあげられる。ま
た、アモルファスシリコンを受光素子に用い、薄膜トラ
ンジスタ（以下ＴＦＴと略す）とともに大面積の基板に
形成し、情報源と等倍の光学系で読み取るいわゆる密着
型センサが挙げられる。一画素に一つの受光素子を対応
させて２次元状に配列して面型の撮像素子としたり、１
次元に配列してラインセンサとして用いられる。このよ
うな撮像素子は、イメージカメラ、複写機、ファクシミ
リなど種々な方面に使用される。

【０００３】従来のカラーの撮像素子の概念図を図７に
示す。従来例においては、色分離には特定の波長領域の
光を透過するカラーフィルタを配するのが一般的であ
る。すなわち、図７に示すように、ＣＣＤやＣＭＯＳセ
ンサ７０２の上部にカラーフィルタ７０１を配する。カ
ラーフィルタとしては、３原色である赤色（レッド（以
下Ｒ））、緑色（グリーン（以下Ｇ））、青色（ブルー
（以下Ｂ））の原色フィルタを配する例や、補色フィル
タとしてシアン、マゼンダ、イエロー、グリーンに色分
解する単板方式があげられる。

【０００４】また、高画質向けにおいては、多板方式と
して、色分解プリズムにより色像を分解し３枚ないしは
４枚の撮像素子を用いる多板用いる方式が挙げられる。
たとえば、入射光をプリズムを用いて色分解した後、
Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に対してそれぞれＣＣＤを配置する例
や、さらに解像度を高めるためにＧ用ＣＣＤを２枚採用
した４板式の構成も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単板方
式においては、課題として、１）光の一部がカラーフィルタで吸収されるために感度
が落ちる。たとえば赤のフィルタを通過することで、青
と緑をカラーフィルタ内で損失してしまい、最大で１／
３の光しか利用していない。２）ＲＧＢの３色を異なる位置で検出するために色分離
が起こり、偽色が生じることがある。また、偽色の課題
を回避するために光学的ローパスフィルタを必要とし、
ここでも光の損失が生じる。

【０００６】一方で、多板方式においては、高精度なプ
リズムや色分離膜（ダイクロイックミラー）を必要と
し、高度な位置合わせ技術を必要とすることで、コスト
が高くなることや、装置が大きくなってしまうこと、さ
らには、プリズムをはじめとした光学素子で光を損失し
てしまうことなどの課題がある。

【０００７】偽色の解決に向けて、積層型のイメージセ
ンサの構成が挙げられる。すなわち、異なる色に感度を
有した受光素子を積層することができれば、同一の（平
面）位置で受光して色分離できるため、受光位置の違い
による偽色の問題を回避できる。

【０００８】積層型イメージセンサとしてはＵＳＰＮ
ｏ．５９６５８７５に１例が開示されている。この構
成は、Ｓｉの吸収係数の波長依存性を利用して、積層さ
れた受光部を有し、その深さ方向で色分離をおこなう構
成である。

【０００９】この撮像素子は、偽色に対しては有効であ
るが、Ｓｉ中の光進入深さによっているために、積層さ
れた各受光部で検知するスペクトル範囲がブロードであ
り、色分離が不十分であるという問題がある。すなわ
ち、長波長（例えば赤）の光は短波長を検出する（たと
えば青の）受光部でも吸収されるし、逆に短波長（例え
ば青）の光は、長波長の光を検出する（たとえば赤の）
受光部でも吸収されるからである。このことは、実質的
に信号に変換される光の量が小さくなり、感度が低くな
ることなどの問題がある。また、各受光部のＰ−Ｎ接合
の深さを設計することで、ある程度の色分離を制御可能
であるが、感度と色分離がトレードオフの関係になり、
色分離を高めようとすると感度が低くなってしまうな
ど、その設計には制限が大きい。また、特に、視感度の
高い緑に対しての感度を高くしにくいという課題を有し
ていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記を鑑み、本発明の目
的は、感度が高く、高度な色分離能力を有し、偽色がな
い撮像素子を提供することにある。

【００１１】すなわち本発明は、第１の波長域の光を検
出する第１の受光部と第２の波長域の光を検出する第２
の受光部を有した撮像素子において、入射光の内の少な
くとも一部の光は第１の受光部を透過後に第２の受光部
で受光する構成を有し、第１の波長域の中心波長が第２
の中心波長よりも長いことを特徴とする撮像素子であ
る。

【００１２】また本発明は、第１の波長域の光を検出す
る第１の受光部と第２の波長域の光を検出する第２の受
光部と第３の波長域の光を検出する第３の受光部を有し
た撮像素子において、入射光の内の少なくとも一部の光
は第１の受光部を透過後に第２の受光部もしくは第３の
受光部で受光する構成を有し、第１の波長域の中心波長
が第２の波長域の中心波長と第３の波長域の中心波長の
間にあることを特徴とする撮像素子である。

【００１３】特に本発明の撮像素子では、第１の受光部
の量子効率曲線は波長５００〜６００ｎｍの範囲内に極
大値を有すること、つまり実質的に緑色を受光すること
を特徴にしている。

【００１４】また本発明の構成上の特徴として、第１の
受光部は有機半導体を有しており、その移動度は０．０
０１から１ｃｍ２／Ｖｓの間にあることを特徴とする撮
像素子である。

【００１５】また、第１、第２及び第３の受光部が積層
されており、第１の受光部は有機半導体からなり、第２
及び第３の受光部はシリコン基板内に形成されたことを
特徴とする撮像素子である。

【００１６】特にその構成に関して、第２の受光部と第
３の受光部を、シリコン基板内の深さの異なる位置に配
して、進入する光の進入深さによって色分離することを
特徴としている。

【００１７】また本発明の別な特徴は、前記有機半導体
がメロシアニンであることを特徴とする撮像素子であ
る。

【００１８】さらにより具体的には、ＲＧＢの各色の受
光部が積層された撮像素子において、入射光に対する第
１の受光部が緑色の受光部であることを特徴とする積層
型撮像素子である。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に示す本発明の撮像素子の代
表的な構成を用いその作用を説明する。撮像素子は、
赤、青、緑に対して感度を有する受光部１０１，１０
２，１０３を積層した積層型色分離撮像素子である。ま
ず、積層型の構造により、同一の面内位置で各色を検知
するため、第１の作用として、偽色がないという効果が
ある。偽色は、ナイキスト周波数より高い空間周波数の
画像成分がナイキスト周波数以下の領域に折り返される
ことにともなう偽信号で、折り返し歪み（ａｌｉａｓｉ
ｎｇ）と呼ばれる。折り返し歪みの多い信号から画像を
組み立てると、いわゆるモアレが生じてしまうものであ
る。

【００２０】他にも、従来のカラーフィルタを用いた場
合、赤、青、緑の３つの受光部（ピクセル）で一つの画
素を構成するが、積層型では一つの受光部で一つの画素
を構成するため、受光部の面積を大きく取れる。すなわ
ち、同一サイズの受光部を適用した場合には、色の数
（たとえばＲＧＢであれば３つ）の分だけ、解像度が高
いことになる。これにより、解像度が高い撮像素子や、
大きな開口率を有した撮像素子を実現することができ
る。すなわち、同一の精細度で作製した場合でも、より
高精細の画像を撮像素子とすることができる。さらに
は、カラーフィルタや光学的ローパスフィルタをはじめ
とする光学部品が必要なくなるという作用もある。

【００２１】本発明においては、さらに、受光部の第１
層に、緑色光の受光部を配することに特徴がある。この
ような構成を実現するために、緑色光の受光部において
は、その吸収スペクトルが図２に示したような、緑色域
に極大値を有するものを適用する。すなわち、緑の受光
部は、赤、青の光を透過することができる。このような
受光部を実現するための手段として、有機半導体材料を
受光部に適用することが挙げられる。このような緑を第
１層に配した積層構造により、視感度の高い緑に対して
の感度が高い撮像素子とすることができる。また、前述
のＵＳＰ５９６５８７５に示されるＳｉの吸収係数の波
長依存を用いている方式に比べて、色純度及び感度を高
くすることができる。特にこの例おいては、緑の感度を
高くしようとすると、色純度や赤や青の感度を著しく損
なうという欠点があるが、本発明においては、緑の感度
が高く、赤、青も十分色分離可能な撮像素子とすること
ができる。

【００２２】また、前述の多板方式の撮像系に比べる
と、撮像素子が一つですむことや、高精度な色分解プリ
ズム、ダイクロイックミラーなどが必要なくなるため、
小型化、低コスト化という作用がある。

【００２３】以下、本発明の撮像素子について、詳しく
説明する。

【００２４】＜撮像素子の構成＞図１は本発明の撮像素
子の構成を説明する模式図である。図において１０１は
第一の受光部、１０２は第２の受光部、１０３は第３の
受光部である。それぞれの受光部は検出する波長スペク
トル範囲が異なる。たとえば好ましい例の一つとして、
緑が第１層に配置されていることであり、また入射光に
対して、緑、青、赤の順番に積層された受光部が２次元
平面に配列した撮像素子である。

【００２５】すなわちここで述べる撮像素子は、第１の
受光部で第一の波長域（緑）を検出し、第２の受光部で
第２の波長域（青）を検出し、第３の受光部では第３の
波長域（赤）を検出する。この際、たとえば、青として
は波長４００〜５００ｎｍ程度、緑としては波長５００
〜６００ｎｍ程度、赤としては波長６００ｎｍ程度以上
の光を検出することが好ましい。また、第１の受光部
は、緑を吸収するが、赤及び青にたいしては十分な透過
率を有すること、第２の受光部は、青を吸収するが、赤
に対しては十分な透過率を有することが好ましい。すな
わち、好ましくは、受光部が図２にしめすように、受光
する光に対して極大値を有した吸収スペクトルを持つこ
とが好ましい。このような吸収スペクトルを有し、かつ
導電性を示す材料として有機半導体材料を適用すること
が好ましい。赤、青、緑の受光部ともに図２のような理
想的な吸収スペクトルを示す場合は、積層の順序はこだ
わらないが、そうでない場合には、緑の受光部を最上面
に配した構成を採用することによって、視感度の高い緑
における感度が高い撮像素子とすることができ、好まし
い。

【００２６】図３に、検出される波長域３０１、極大３
０２、中心波長３０３、極大を示す波長３０４を記し
た。縦軸は、入射されたフォトン数のうち、電気に変換
されるフォトンの割合を示す量、すなわち量子効率であ
る。ここで波長域は受光部で検出される光の波長の範囲
であり、その波長の範囲の中心値を示すのが中心波長で
ある。（理想的に、吸収された光が全て電気に変換され
たとすれば、量子効率曲線は吸収スペクトルと同様な形
状を有するが、実際はキャリアの損失などで、形状が異
なる場合がある。）本発明における第１、第２、第３の各受光部の具体的な
配置例と４０１，４０２，４０３の各吸収スペクトルの
関係を図４ａ）〜ｄ）に示す。それぞれの受光部の吸収
スペクトルは、それぞれ、互いに交代しても良い。

【００２７】図４（ａ）は２つの受光部を配し、それぞ
れが色に対応してピークを有した量子効率曲線を持つ例
である。

【００２８】図４（ｂ）は３つの受光部を配し、それぞ
れが色に対応してピークを有した量子効率曲線を持つ例
である。これらは、各スペクトルが分離されており理想
的な場合である。

【００２９】図４（ｃ）は、３つの量子効率曲線に重な
りを有する場合の例である。

【００３０】このような場合、中央にスペクトルを有す
る受光部を第１の受光部として、入射光に対して第１層
に適用することで、第２と第３の入射光に対して十分な
色分離が可能となる例である。図４ｄ）は第１の受光部
がピーク構造を有し、第２、第３の受光部は単調な吸収
スペクトルを有し、それらが重なりを有する例である。
この例は、後述の第１の受光部に有機半導体の受光部、
第２、第３には、同一の材料、たとえばシリコンの受光
部を配した場合に対応する。

【００３１】＜積層構成＞積層の色分離の構成例はこれ
に限られるわけではなく、図６のように、さまざまな積
層構成をとることができる。撮像素子として、Ｒ，Ｇ，
Ｂ，の三原色の受光素子を積み上げられた構成として
は、図６（ａ）に示すような構成をとることが考えられ
る。この中でも、緑を第１層に配置することが、視感度
の高い緑における感度を高くすることができ、好まし
い。

【００３２】他にも図６（ｂ）のように、赤と青の受光
素子が配列したイメージセンサの上に、緑の受光素子を
配する例、緑、青、赤の順番に積層されたピクセルが２
次元配列した撮像素子などが考えられる。

【００３３】＜ハイブリッド構成について＞また、電荷
転送（ＣＣＤ）やスイッチとしては、Ｓｉトランジスタ
やアモルファスＳｉのＴＦＴ、有機ＴＦＴなどを用いる
ことができる。Ｓｉトランジスタについては、既存技術
のＣＣＤ技術やＣ−ＭＯＳ技術を用いることができ、高
速で安定した駆動を実現できるので好ましい。一方で、
アモルファスＳｉや有機半導体からなるＴＦＴを用いる
ことで、大面積の撮像素子を実現することができる。

【００３４】ＳｉトランジスタやアモルファスＳｉ−Ｔ
ＦＴを用いる際には、信号読み出しとともに、受光素子
にもＳｉを用いることは、技術整合に観点から好まし
い。さらには、信号読み出しとともに、受光素子にもＳ
ｉを用いたハイブリッド型の撮像素子は、技術整合に観
点から好ましい。

【００３５】上述のように最上層の緑の受光部に有機半
導体を適用することが好ましいことことから、有機半導
体とシリコンのハイブリッド構成（有機受光素子とシリ
コンの受光素子とシリコンのトランジスタによる構成）
が好ましい。特に、緑の最上部受光部に有機半導体を適
用し、青、赤に対してはシリコンにおける光吸収長の差
を用いて色分離する構成は、最も好ましい構成の一つで
ある。このような構成により、感度が高く、十分な色分
離能を有し、安定した駆動を実現できる。他にも、青と
赤を有機で受光し、緑をＳｉで受光する例や、赤、緑、
青、すべてを有機半導体を用いル例などの積層構成が考
えられる。

【００３６】撮像素子として、上述のようにＲ，Ｇ，
Ｂ，の三原色の受光素子を積み上げた構成を説明した
が、２層（２色）や、４層（４色）以上であってもかま
わない。たとえば図６（ｂ）に示すように、緑の受光素
子の上に赤の受光素子と青の受光素子を配列した例、配
列した赤と青の受光素子の上に緑の受光素子を配する
例、配列した緑と青の受光素子の上に赤の受光素子を配
する例を配列した例などが挙げられる。

【００３７】＜信号読み出し方式＞撮像素子において
は、光電変換機能を有した受光素子と、変換された信号
の蓄積機能、蓄積された信号の読み出し機能や、画素位
置の選択機能などを有する。

【００３８】受光部で光／電気変換された信号電荷もし
くは信号電流は、受光部そのものもしくは付設されたキ
ャパシタで蓄えられる。蓄えられた電荷は、いわゆる電
荷結合素子（ＣＣＤ）や、Ｘ−Ｙアドレス方式を用いた
ＭＯＳ型撮像素子（いわゆるＣＭＯＳセンサ）の手法に
より、画素位置の選択とともに読み出される。ＣＣＤを
適用した転送読み出し方式として、画素の電荷信号を転
送スイッチにより、アナログシフトレジスタに転送する
電荷転送部を有しており、レジスタの動作で信号を出力
端に準じ読み出す方法が挙げられる。ラインアドレス
（ｌｉｎｅａｄｄｒｅｓｓ）型、フレーム転送（ｆｒａ
ｍｅｔｒａｎｓｆｅｒ）型やインターライン転送（ｉ
ｎｔｅｒｌｉｎｅｔｒａｎｓｆｅｒ）型、フレームイ
ンターライン転送（ｆｒａｍｅｉｎｔｅｒｌｉｎｅ
ｔｒａｎｓｆｅｒ）型方式などが挙げられる。また、Ｃ
ＣＤには２相構造３相構造や４相構造、さらには埋め込
みチャンネル構造などが知られるが特に、こだわらず任
意の構造を適用できる。

【００３９】他には、アドレス選択方式として、１画素
づつ順次マルチプレクサスイッチとデジタルシフトレジ
スタで選択し、共通の出力線に信号電圧（または電荷）
として読み出す方式が挙げられる。２次元にアレイ化さ
れたＸ−Ｙアドレス操作の撮像素子がＣＭＯＳセンサと
して知られる。これは、Ｘ−Ｙの交点に接続された画素
に儲けられたスイッチは垂直シフトレジスタに接続さ
れ、垂直操走査シフトレジスタからの電圧でスイッチが
オンすると同じ行に儲けられた画素から読み出された信
号は、列方向の出力線に読み出される。この信号は水平
走査シフトレジスタにより駆動されるスイッチを棟して
順番に出力端から読み出される。

【００４０】出力信号の読み出しには、フローティング
ディフュージョン検出器や、フローティングゲート検出
器を用いることができる。また画素部分に信号増幅回路
を設けることや、相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌ
ａｔｅｄＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ）の手法な
どにより、Ｓ／Ｎの向上をはかることができる。

【００４１】信号処理には、ＡＤＣ回路によるガンマ補
正、ＡＤ変換機によるデジタル化、輝度信号処理や、色
信号信号処理を施すことができる。色信号処理として
は、ホワイトバランス処理や、色分離処理、カラーマト
リックス処理などが挙げられる。ＮＴＳＣ信号に用いる
際は、ＲＧＢ信号をＹＩＱ信号の変換処理を施すことが
できる。

【００４２】＜受光素子＞次に、撮像素子に適用する受
光素子について説明する。

【００４３】前述のように、撮像素子においては、受光
部（受光素子）において入力光を電気信号に変換し、そ
の信号を読み取ること撮像が行われる。受光素子には、
光導電効果や光起電力効果を用いることができる。構成
としては、光伝導型、ｐ−ｎ接合型、ショットキー接合
型、ＰＩＮ接合型、ＭＳＭ（金属−半導体−金属）型の
受光素子やフォトトランジスタ型の受光素子を適用する
ことが挙げられる。

【００４４】受光素子を構成する材料としては、Ｓｉ、
ａ−Ｓｉ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｓｅ、ＳｅＴｅＡｓ、Ｚｎ
Ｓｅ、ＧａＡｓなどの無機半導体材料や、任意の有機半
導体材料を用いることができる。

【００４５】先に述べたように、特に、吸収スペクトル
として、図２に示すようにピークを有した受光素子を適
用することで、感度と色分解に優れた撮像素子とするこ
とができる。特に、緑の受光素子の吸収スペクトルとし
て図２に示すようにピークを有した受光素子を適用する
ことで、赤、青に対しても感度が高く、色分解にも優れ
た撮像素子とすることができることを先に述べた。一般
的な無機半導体材料は図８のような吸収スペクトルを有
するために、図２のような吸収を示す材料として有機材
料（有機半導体材料）を適用することが好ましい。

【００４６】以下においては、特に有機半導体を用いた
受光素子について説明する。上述のように有機半導体材
料としては、入射光に対して吸収ピークを持つ材料を適
用することが好ましい。

【００４７】例えば以下に示す化合物が好適である。ペ
リレン、テトラセン、ペンタセン、ピレン、に代表され
るアセン類、およびその誘導体。ポリアセチレン誘導
体、チオフェン環を有するポリチオフェン誘導体、ポリ
（３−アルキルチオフェン）誘導体、ポリ（３，４−エ
チレンジオキシチオフェン）誘導体、ポリチエニレンビ
ニレン誘導体、ベンゼン環を有するポリフェニレン誘導
体、ポリフェニレンビニレン誘導体、窒素原子を有する
ポリピリジン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリアニリ
ン誘導体、ポリキノリン誘導体等の共役高分子化合物。
ジメチルセクシチオフェン、クオータチオフェンに代表
されるオリゴマー。銅フタロシアニン誘導体に代表され
る有機分子、トリフェニレン誘導体に代表されるディス
コチック液晶、フェニルナフタレン誘導体、ベンゾチア
ゾール誘導体に代表されるスメクチック液晶、ポリ
（９，９−ジアルキルフルオレン−ビチオフェン）共重
合体に代表される液晶ポリマー等が挙げられるが、これ
らに限定されるものではない。

【００４８】また、ここでいう有機半導体とは、広義に
はキャリア（電子、ホール）の移動を利用できる有機材
料であり、一般的な色素や顔料を含み、たとえば、ロー
ダミンＢ、エオシン−Ｙ、クマリンなどの色素材料を適
用することもできるし、アゾ顔料やスクアリリウム顔
料、アズレニウム顔料、フタロシアニン顔料などを適用
することもできる。

【００４９】受光層としては、これらの有機半導体材
料、色素材料を混合したり、積層したりすることも可能
である。たとえば、受光スペクトルを制御した有機半導
体（色素）材料と電気伝導度の優れた有機半導体材料を
混合することなどが考えられる。

【００５０】また、本発明で用いられる有機化合物半導
体層はその電気伝導度を調整する為に適当なドーパント
を含有していても良い。ドーパントの種類としてアクセ
プター性のＩ_２、Ｂｒ_２、Ｃｌ_２、ＩＣｌ、ＢＦ_３、Ｐ
Ｆ_５、Ｈ_２ＳＯ_４、ＦｅＣｌ _３、ＴＣＮＱ（テトラシア
ノキノジメタン）、ドナー性のＬｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｅｕ、
界面活性剤であるアルキルスルホン酸塩、アルキルベン
ゼンスルホン酸塩等があげられる。

【００５１】図１０は本発明の有機受光素子における一
例を示す断面図である。ａ）受光層１００２（有機半導体層）を上下の電極１０
０１で挟んだ単層構成のもの、ｂ）は単層構成であるが電極をパターニングし光入射部
を開口させたもの、ｃ）は２種類の有機半導体層を積層させた２層構成であ
り、たとえばｐ型の有機半導体１００３とｎ型の有機半
導体１００４を積層し、ｐｎ型の受光素子とすることが
挙げられる。ｄ）は３種類の有機半導体層を積層させた３層構成であ
り、たとえばｐ型の有機半導体１００３とｉ型の有機半
導体１００５、ｎ型の有機半導体１００４を積層し、ｐ
ｉｎ型の受光素子とすることや、それぞれの層を光吸収
層をキャリア輸送層で挟んだ構造として用いることが挙
げられる。ｅ）さらには、２種類のイオン化ポテンシャルや電子親
和力の異なる有機半導体材料の多層に積層した多層構造
１００６のものである。

【００５２】ただし、これら図１０に示すものは、基本
的な素子構成であり有機受光素子の構成はこれらに限定
されるものではない。例えば、電極と有機受光層界面に
絶縁性層を設ける、接着層あるいは干渉層を設ける。電
子注入効率の良い電子注入層を陰極、電子輸送層界面に
挿入する、など多様な層構成をとることができる。

【００５３】またキャリア輸送層としては、電子輸送層
としてアルミキノリノール錯体誘導体（代表例は、Ａｌ
ｑ３）などの材料、また、ホール輸送層６には、例えば
トリフェニルジアミン誘導体（代表例は、α−ＮＰＤや
ＴＰＤ）などの材料が用いることができる。

【００５４】受光層に適用する有機半導体材料として
は、膜質に優れ、移動度が高いことがキャリア失活を低
減することや高速応答の観点から好ましい。一方で伝導
度を高めるために分子間結合を強めると、バンド幅が広
がり、吸収スペクトルがブロードになる傾向が生じる。
このような観点から、本発明者らが鋭意検討したとこ
ろ、ピークを有した吸収係数と受光素子としての特性を
満たすためには、移動度がある好ましい範囲にあること
が好ましいことを見出した。なぜなら、移動度が高すぎ
ると、吸収スペクトルがブロードになる傾向があり、一
方で低すぎると受光素子としての実用上応答が遅くなる
傾向を示すからである。たとえば、本発明において、も
っとも効果を発揮する緑を選択的に受光する受光素子に
おいて、４５０ｎｍ（青）や６５０ｎｍ（赤）の波長で
十分な透過率（たとえば５０％）を満たすためには、移
動度が１０^−６から１０程度が適当である。その中でも
１０⁻ ^３から１ｃｍ２／Ｖｓの範囲が特に好ましい。

【００５５】有機受光素子において、有機化合物を含む
層は乾式成膜法あるいは湿式成膜法により成膜される。
乾式成膜法の具体的な例としては、真空蒸着法、イオン
プレーティング法，ＭＢＥ法等の物理気相成長法あるい
はプラズマ重合等のＣＶＤ法が挙げられる。湿式成膜法
としては、キャスト法、スピンコート法、ディッピング
法、ＬＢ法等が用いられる。

【００５６】受光層の厚みは、その吸収係数にも依存す
るが、１０μｍより薄く、好ましくは０．５μｍ以下、
より好ましくは０．００１〜０．５μｍの厚みに薄膜化
することが好ましい。

【００５７】さらに本発明で用いられる電極は導電体で
あれば特に限定はされないが、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｔ
ｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属材料、ポリシリコ
ン、シリサイド、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘ
ｉｄｅ）、ＺｎＯ，ＳｎＯ_２、等の無機材料も好適であ
るが、ハイドープされたポリピリジン、ポリアセチレ
ン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンに代
表される導電性高分子および炭素粒子、銀粒子等を分散
した導電性インク等を用いることができる。これらの電
極物質は単独で用いてもよく、複数併用することもでき
る。

【００５８】有機受光素子の信号取り出しは、通常のシ
リコンの受光素子からの信号取り出しに準じた手法で行
うことができる。たとえば、一定量のバイアス電荷を蓄
積ダイオードに注入して（リフレッシュモード）おき、
一定の電荷を蓄積（光電変換モード）後、信号電荷を読
みすことがあげられる。有機受光素子そのものを蓄積ダ
イオードとして用いることもできるし、別途、蓄積ダイ
オードを付設することもできる。信号電荷の読み出しに
は、前述のＣＣＤやＣＭＯＳセンサの読み出し手法を適
用することができる。

【００５９】本発明の撮像素子で用いる基板としては、
特に限定するものではないが、シリコン基板、ガラス、
石英、プラスチックシート等の透明性基板、金属製基
板、セラミックス製基板等の不透明性基板、が用いられ
る。

【００６０】なお、作成した素子に対して、酸素や水分
等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設
けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄
膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹
脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹
脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化
性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性プ
ラスチック、金属などで素子部分をカバーし、適当な封
止樹脂により素子自体をパッケージングすることもでき
る。この場合吸水性の高い物質をパッケージング内に存
在させる事も可能である。

【００６１】上述の積層された受光素子は、配列するこ
とで撮像素子として利用することができるだけでなく、
単体としてカラー受光素子、光センサとしても利用可能
である。

【００６２】なお、上記は、本発明にかかる撮像素子、
受光素子及び撮像素子を適用した撮像素子の一例を示し
たに過ぎず、本発明により得られた撮像素子、受光素子
の用途はこれのみに限定されるものでないことは言うま
でもない。例えば、構成要素のうち使用目的上必要のな
い機能に関わる回路は省いても差し支えない。またこれ
とは逆に、使用目的によってはさらに構成要素を追加し
てもよい。たとえば、将来的にはトランジスタに有機Ｔ
ＦＴとの構成も可能である。

【００６３】

【実施例】以下に実施例をあげて、本発明を説明する。
ただし、本発明は、以下に示す実施例に限られるもので
はなく、上述の概念に含まれるものであれば、その構
成、製法は、こだわらない。

【００６４】（実施例１）本実施例においては、数値的
な見積もりにより、図１に示す構成の撮像素子の優位性
を示した例である。

【００６５】図１に示すように、緑を検出する受光部１
０１、青を検出する受光部１０２、赤を検出する受光部
１０３の順番で積層された積層型撮像素子である。緑に
吸収スペクトルのピークを有した有機半導体からなる受
光部を、青と赤はシリコンからなる受光部をモデルケー
スとしている。青と赤は、シリコンにおける吸収長の違
いを用いて分離がなされる。

【００６６】ここで用いた構成は、第１の受光部は緑色
の受光部であり、第２の受光部は赤色に対応する。

【００６７】また例えば赤の光は、緑を検出する受光部
を透過した後、赤の受光部で検出するように構成されて
いる。

【００６８】以下の計算モデルに従った結果を示す。

【００６９】緑色の受光部の吸収スペクトルとして、カ
ラーフィルタと類似形状の吸収スペクトルとして、中心
波長０．５５μｍ、標準偏差０．０３μｍの正規分布を
仮定し、赤と青はＳｉの積層型の受光素子を用いたモデ
ル素子について計算した。この時シリコン基板における
青、赤の受光部の配置深さは、Ｓｉ表面から約０．１５
μｍ及び約１．５μｍとした。

【００７０】一方で、比較例はシリコン基板の深さ方向
で赤青緑の色分離を行うＵＳＰＮｏ．５９６５８７５
に示す構成についての例である。この時シリコン基板に
おける青、緑、赤の受光部深さは、０．２μｍ、０．６
μｍ、２．０μｍとした。

【００７１】このような系の光入射量及び色分離能力
を、見積もった結果を下表に示す。

【００７２】

【表１】

【００７３】ここで、受光率とは、入射光の内、所望の
色の光を受光部で吸収できる割合であり、たとえば、青
の受光率とは、入射した青の光に内、青の受光部で受光
できる割合である。

【００７４】色分離度とは、受光部で吸収された光のう
ち、所望の色の光である割合であり、たとえば青の受光
部で吸収される光の内の青も光の割合である。表からわ
かるように、緑を選択的に受光する受光素子を最上層に
配置する本実施例の構成を適用することで、感度（表で
は受光率）、色分離に優れた撮像素子とすることができ
ることがわかる。

【００７５】（実施例２・比較例）本実施例においては
実施例１に準じた構成のＣＭＯＳセンサ型の撮像素子を
実現した例である。

【００７６】実施例１と同様に、緑を検出する受光部、
青を検出する受光部、赤を検出する受光部の順番で積層
された積層型撮像素子である。

【００７７】本実施例は、図５に画素部の概略構成を示
すように、緑の受光部としてメロシアニンからなる有機
半導体の光吸収層を適用した有機受光素子を用い、赤と
青はＳｉの受光部を用いた積層型撮像素子であるの。す
なわち、緑は有機半導体からなる受光部５０１で吸収さ
れると共に検知され、青はシリコン基板５０４における
表面から浅い位置に設けた第２の受光部５０２で検知さ
れ、赤は、深い位置に設けた第２の受光部５０３で検知
される。すなわち、赤と青を、シリコンにおける吸収係
数の波長依存性を用いて、色分離がなされる。各受光部
は、シリコン基板に設けられた増幅器５０５を介して読
み出される。

【００７８】まず、従来のＣＭＯＳセンサ作製手法に基
づいて、シリコン基板に青の受光部（ｐｎ接合）と赤の
受光部が積層された積層型シリコンイメージセンサを作
製した。

【００７９】ｎ型のウェルを有したシリコン基板に定法
のイオンドーピングにより、ｐ型、さらにｎ型のウェル
を形成することで、ｐｎ接合が積層された構造とした。
それぞれのｐｎ接合が青、赤の受光部として働く。その
深さは、０．１５μｍ、１．５μｍとした。

【００８０】その上に、メロシアニンを用いて緑の有機
受光素子を積層することで作製した。受光部には透明電
極としてスパッタ法にて厚さ１００ｎｍの酸化亜鉛膜、
真空蒸着により厚さ１００ｎｍのメロシアニン膜、さら
に、厚さ８０ｎｍのＡｇ膜を成膜することで作製した。
Ａｇ膜は、受光部の中央に開口した形状にパターニング
されている。

【００８１】緑の受光素子は、各画素のシリコントラン
ジスタに接続され、通常のＣＭＯＳセンサと同様な方式
で読み出される。すなわち、Ｘ−Ｙの交点に接続された
画素に儲けられたスイッチは垂直シフトレジスタに接続
され、垂直操走査シフトレジスタからの電圧でスイッチ
がオンすると同じ行に儲けられた画素から読み出された
信号は、列方向の出力線に読み出される。この信号は水
平走査シフトレジスタにより駆動されるスイッチを棟し
て順番に出力端から読み出される。各画素には、４トラ
ンジスタの増幅器を設置した。

【００８２】図９にメロシアニンの化学構造式と吸収ス
ペクトルを示す。入射光のうち、緑の光はこの有機受光
素子で吸収および検出され、後段のシリコンにおいて赤
と青を分離することで、効果的な色分離が実現される。

【００８３】一方で、比較例としてＵＳＰＮｏ．５９
６５８７５に従って、深さ方向で赤、青、緑の色分離を
行ったＣＭＯＳセンサを用意した。シリコン基板におけ
る青、緑、赤の受光部深さは、０．２μｍ、０．６μ
ｍ、２．０μｍとした。

【００８４】本実施例の撮像素子は、偽色がなかった。

【００８５】また比較例とし比較して、色分離と感度に
優れた。特に、緑の感度および色分離能が高かった。比
較例と比べると、赤の感度が１．１倍、青の感度が１．
３倍、緑の感度が１．４倍であった。また、赤の色分離
能は１．１倍、青の色分離能は１．３倍、緑の色分離能
は１．６倍であった。

【００８６】また、本実施例においてはＣＭＯＳセンサ
による信号読みだしを行っているため、比較的低い電圧
で駆動可能であり、消費電力が小さいという特徴があ
る。

【００８７】（実施例３）本実施例は、最上層に緑の有
機受光素子、その下層に青の有機受光素子、その下層に
シリコンからなる受光素子を用いた例である。信号の読
み取りには、赤は勿論のこと、青と緑もシリコン基板の
ＣＣＤを用いて行う。ＣＣＤはインターライン型のＣＣ
Ｄとした。

【００８８】まず、一般的なＣＣＤの作製手法に基づい
て、シリコン基板に赤の受光部と電荷転送部を作製し、
その上に、青、さらに緑の有機受光素子を実施例２と同
様に積層することで作製した。青の受光素子の受光層に
はＤＣＭ１、緑の受光層にはエオシンＹを採用した。

【００８９】受光部に、スパッタ法にて厚さ１００ｎｍ
の酸化亜鉛、真空蒸着法にて電子輸送層としてアルミニ
ウムトリスキノリノール（以下、Ａｌｑ３と記す）を膜
厚５０ｎｍ、青吸収層として厚さ１００ｎｍのＤＣＭ
１、正孔輸送層として厚さ１５０ｎｍのＮ，Ｎ’−ビス
（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−
（１，１’−ビフェニル）−４−４’−ジアミン（以
下、ＴＰＤと記す）を真空蒸着法により蒸着した。さら
に厚さ１００ｎｍのエオシンＹ、厚さ８０ｎｍのポリピ
リジン膜を成膜した。ポリピリジン膜は、受光部を開口
した形状にパターニングされている。ＴＰＤ膜、ポリピ
リジン膜はアルミやＷ−Ｓｉなどの電極を介してシリコ
ン基板の電荷蓄積部に接続された。

【００９０】実施例の撮像素子は、偽色がなく、色分離
と感度に優れた。特に、緑の感度が高かった。

【００９１】また、本実施例においてはＣＣＤによる信
号読みだしを行っているため、比較的Ｓ／Ｎが高いとい
う特徴がある。

【００９２】（実施例４）本実施例は、図１１にその画
素部の概略断面図を示すように、ガラス基板１１０３上
に、最上層に緑の有機受光素子１１０１、その下層に青
と赤を吸収長の長さで色分離可能なａ―Ｓｉからなる受
光素子１１０２、さらにａ−ＳｉからなるＴＦＴ、キャ
パシタなど１１０４を配したカラーラインセンサの例で
ある。

【００９３】まずａ−ＳｉからなるＴＦＴトランジスタ
を有したガラス基板を用意した。引き続き、ｐ−ｉ−ｎ
−ｉ−ｐ型のタンデム型ａ−Ｓｉ受光素子を作製した。
それぞれの厚さは下の層から順番に、８０ｎｍ，７００
ｎｍ，１８０ｎｍ，９０ｎｍ，１０ｎｍである。このａ
−Ｓｉ受光素子は電圧を＋２．５Ｖと−２．５Ｖに切り
替えることで、上部、及び、下部のｐｉｎ部での受光を
切り替えることができる。ａ−Ｓｉは、ＰＥＣＶＤ（ｐ
ｌａｓｍａｅｎｈａｎｃｅｄｃｈｅｍｉｃａｌｖ
ａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で製膜した。さら
にその上に、緑の有機受光素子を作製した。

【００９４】緑の有機受光素子は、受光部にスパッタ法
にて厚さ１００ｎｍの酸化亜鉛膜を形成後、蒸着により
厚さ１００ｎｍのメロシアニン膜、及び電荷輸送層とし
て厚さ１μｍのＴＰＤ膜、さらに電極として厚さ８０ｎ
ｍのＡｇ膜を成膜することで作製した。Ａｇ膜は、受光
部の中央に開口した形状にパターニングされている。Ａ
ｇ電極はアルミなどの電極を介してａ−Ｓｉからなるキ
ャパシタ、さらにはＴＦＴへの接続される。それぞれの
受光素子からの信号は、ＴＦＴを介して、アドレス選択
方式で読み出された。

【００９５】本実施例の撮像素子は、偽色がなく、色分
離と感度に優れた。特に、緑の感度が高かった。

【００９６】また、本実施例においてはａ−Ｓｉを用い
たＴＦＴを用いた信号読みだしを行っているため、大面
積の撮像素子を実現できた。

【００９７】（実施例５）本実施例は、最上層に赤の有
機受光素子、その下層に緑の有機受光素子、その下層に
青の受光素子を用いた受光素子の例である。

【００９８】赤の吸収層の銅フタロシアニン、緑の吸収
層にはローダミンＢ，青の吸収層においては、テトラセ
ンを用いている。

【００９９】石英基板の裏面上に透明電極として厚さ１
００ｎｍのＺｎＯを製膜後、厚さ２００ｎｍのテトラセ
ン、厚さ１５０ｎｍのＴＰＤ、厚さ１５０ｎｍの銅フタ
ロシアニン、厚さ２００ｎｍのＡｇを製膜した。

【０１００】次に石英基板の表面の同位置に厚さ１００
ｎｍのＩＴＯ膜、厚さ１００ｎｍのローダミンＢ、さら
に受光部開口を有した厚さ８０ｎｍのＡｇ膜を製膜し
た。表面すなわち、光照射方向からみて、開口Ａｇ／ロ
ーダミンＢ／ＩＴＯ／石英基板／ＺｎＯ／テトラセン／
ＴＰＤ／銅フタロシアニン／Ａｇと積層型受光素子であ
る。表側のＡｇとＩＴＯに接続された電流計、裏面のＺ
ｎＯとテトラセンに接続された電流計、裏面のＴＰＤと
Ａｇ電極に接続された電流計からそれぞれ、緑、青、赤
に対応した信号を取り出すことができる。

【０１０１】このような構成で赤、青、緑のそれぞれの
光に対応して、それぞれ赤、青、緑の受光素子から信号
をとりだすことができた。すなわち、カラー受光素子と
して機能することを確認した。

【０１０２】本カラー受光素子は、赤に対して感度が高
く、色分離能力の高い積層型受光素子であった。また、
表面に配した緑の受光素子は、緑に感度を有し、青（波
長４５０ｎｍ）と赤（波長６５０ｎｍ）の光を５０％以
上透過し、実用上十分な特性を有していた。

【０１０３】このように第１層において視感度の高い緑
色を受光し、後段のシリコン基板において波長の離れた
青と赤の分離を行うために、青と赤の色分離も効果的に
行え、撮像素子として十分な特性を有していた。

【０１０４】

【発明の効果】上述のようにして、本発明により、感度
が高く、高度な色分離能力を有し、偽色がない撮像素子
を実現できた。

【０１０５】本発明の撮像素子は、デジタルカメラ、ビ
デオカメラ、ファクシミリ、スキャナー、複写機、Ｘ線
イメージセンサをはじめとする任意の撮像素子に適用可
能である。また、本発明の受光素子は、バイオセンサ、
化学センサをはじめとする任意の光センサに適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像素子の構成を示す模式図

【図２】本発明の受光部の吸収スペクトルの例を示す図

【図３】本発明の受光部の量子効率の例を示す図

【図４】本発明の第１、第２、第３の受光部の吸収スペ
クトルの組み合わせ例を示す図

【図５】本発明の撮像素子の画素部の構成例を示す断面
模式図

【図６】本発明の撮像素子の受光部の積層構造の例を示
す模式図

【図７】従来の一般的な撮像素子を示す図

【図８】シリコンをはじめとする無機材料の吸収係数を
示す図

【図９】メロシアニンの化学構造式と吸収係数を示す図

【図１０】有機受光素子の構成例を示す断面模式図

【図１１】本発明の撮像素子の別な構成を示す概念図

【符号の説明】

１０１第１の受光部１０２第２の受光部１０３第３の受光部３０１波長域３０２極大３０３中心波長３０４極大を示す波長３０５ｎ型シリコン３０６ｐ型シリコン３０７シリコン基板４０１第１の受光部の吸収スペクトル４０２第２の受光部の吸収スペクトル４０３第３の受光部の吸収スペクトル４０４第２＆３の受光部の吸収スペクトル５０１有機半導体からなる第１の受光部５０２シリコンからなる第２の受光部５０３シリコンからなる第３の受光部５０４シリコン基板５０５トランジスタ、ＣＣＤ、キャパシタンスなど７０１カラーフィルタ７０２Ｓｉ−ＣＣＤもしくはＳｉＣＭＯＳセンサ１００１電極１００２受光層（有機半導体）１００３ｐ層１００４ｎ層１００５ｉ層１００６多層構造１１０１有機半導体からなる第１の受光部１１０２ａ−Ｓｉからなる第２、第３の受光部ｐ−Ｉ
−ｎ−Ｉ−ｐ構造１１０３ガラス基板１１０４ａ−ＳｉからなるＴＦＴ、キャパシタなど

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｄ 9/07 Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AA05 AB01 BA05 BA12 BA13 BA14 CA05 CA15 CB02 CB05 CB06 CB20 DA03 FA06 FB03 FB09 FB13 GC08 GC09 GC14 5C024 CX11 CY47 EX01 GX07 GY04 GY31 5C065 AA01 AA03 BB13 BB42 CC01 DD07 DD15 5F049 MB08 NA10 NA19 NB05 PA05 PA08 QA07 RA02 SS03 SZ08 SZ10 WA03 5F088 AB07 AB11 BA01 BA03 BB03 DA20 EA04 FA04 FA05 FA06 GA01 LA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の波長域の光を検出する第１の受光
部と第２の波長域の光を検出する第２の受光部を有した
撮像素子であって、入射光の内の少なくとも一部の光は
第１の受光部を透過後に第２の受光部で受光される構成
を有し、前記第１の波長域の中心波長が前記第２の中心
波長よりも長いことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】第１の波長域の光を検出する第１の受光
部と、第２の波長域の光を検出する第２の受光部と、第
３の波長域の光を検出する第３の受光部を有した撮像素
子であって、入射光の内の少なくとも一部の光は第１の
受光部を透過後に第２の受光部または第３の受光部で受
光される構成を有し、前記第１の波長域の中心波長は、
前記第２の波長域の中心波長と前記第３の波長域の中心
波長の間にあることを特徴とする請求項１に記載の撮像
素子。
【請求項３】前記第１の受光部の量子効率曲線は波長
５００〜６００ｎｍの範囲内に極大値を有することを特
徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項４】前記第１の受光部の量子効率曲線が、波
長５００〜６００ｎｍの範囲内に極大値を有し、波長４
５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍの透過率が共に５０％以上
であることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】前記第１の受光部は有機半導体から構成
されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】前記有機半導体の移動度は０．００１か
ら１ｃｍ２／Ｖｓの間にあることを特徴とする請求項５
に記載の撮像素子。
【請求項７】前記第１の受光部は有機半導体からなる
受光部であり、前記第２及び第３の受光部はシリコン基
板内に形成された受光部であることを特徴とする請求項
１に記載の撮像素子。
【請求項８】前記第１の波長域の中心波長が、前記第
２の波長域の中心波長よりも長いことを特徴とする請求
項７に記載の撮像素子。
【請求項９】第１の受光部の量子効率曲線は波長５０
０〜６００ｎｍの範囲内に極大値をする請求項７又は８
に記載の撮像素子。
【請求項１０】前記第２の受光部と前記第３の受光部
を、シリコン基板内の深さの異なる位置に配置すること
を特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の撮像素
子。
【請求項１１】前記第２の受光部はシリコン基板の表
面から約０．１５ミクロンの深さに配置し、前記第３の
受光部はシリコン基板の表面から約１．５ミクロンの深
さに配置することを特徴とする請求項１０に記載の撮像
素子。
【請求項１２】前記第１の受光部及び前記第２の受光
部で検出された信号は、シリコン基板に配された増幅器
によって信号増幅がなされることを特徴とする請求項７
から１１のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項１３】前記第１の受光部及び前記第２の受光
部で検出された信号は、シリコン基板に配された電荷転
送部によって電荷転送がなされることを特徴とする請求
項７〜１１のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項１４】前記有機半導体はメロシアニンである
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。
【請求項１５】青色の受光部、緑色の受光部及び赤色
の受光部が積層された構成を有し、光入射側の第１の受
光部が前記緑色の受光部であることを特徴とする請求項
２に記載の撮像素子。
【請求項１６】前記緑色の受光部は緑色を吸収して赤
色光と青色光を透過し、該赤色光と青色光は前記第２及
び第３の受光部で受光されることを特徴とする請求項２
に記載の撮像素子。
【請求項１７】第１の波長域の光を検出する第１の受
光部と第２の波長域の光を検出する第２の受光部を有し
た受光素子において、入射光の内の少なくとも一部の光
は第１の受光部を透過後に第２の受光部で受光されるよ
うに構成されており、第１の波長域の中心波長が第２の
中心波長よりも長いことを特徴とする受光素子。