JP2011060953A - Optical sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紫外線を含む光を検知する光センサに関し、特に、基板に積層してある酸化物半導体層を用いて光を検知する光センサに関する。 The present invention relates to an optical sensor that detects light including ultraviolet rays, and more particularly to an optical sensor that detects light using an oxide semiconductor layer stacked on a substrate.
従来の紫外線を検知する光センサは、紫外線を受光する部分に紫外線光電管を用いている。しかし、紫外線光電管は、非常に高い駆動電圧を必要とするので、絶縁性を確保する構造が必要となり、光センサ自体が大型化するという問題があった。近年、斯かる問題を解消するために、固体素子を用いた光センサが多々開発されている。 A conventional optical sensor for detecting ultraviolet rays uses an ultraviolet photoelectric tube in a portion that receives ultraviolet rays. However, since the ultraviolet phototube requires a very high driving voltage, a structure for ensuring insulation is required, and there is a problem that the photosensor itself is enlarged. In recent years, many optical sensors using solid elements have been developed in order to solve such problems.
例えば、特許文献1には、基板上にダイヤモンド膜を積層し、該ダイヤモンド膜上に1対の第1電極及び第2電極を積層してある光センサが開示してある。特許文献1に開示してある光センサは、第1電極と第2電極との間に直流電圧を印加し、ダイヤモンド膜に紫外線が入射することで生じるダイヤモンド膜中の電子及びホールの移動による電流を測定して、紫外線を検知している。
For example,
特許文献1に開示してある光センサは、ダイヤモンド膜を介して第1電極と第2電極との間に流れる電流を測定して、紫外線を検知しているため、第1電極と第2電極との間の距離を変化させることで、第1電極と第2電極との間の抵抗値を調整することができる。第1電極と第2電極との間の抵抗値を大きくした場合、第1電極と第2電極との間に流れる電流が減少するので、使用時の消費電力を抑えることができる。しかし、特許文献1に開示してある光センサでは、第1電極と第2電極との間の抵抗値を大きくするためには、第1電極と第2電極との間の距離を長くする必要があり、光センサのサイズが基板の水平方向に大きくなるという問題があった。光センサのサイズが基板の水平方向に大きくなることにより、一枚のウェハから得られる光センサの数が少なくなる、実装する回路基板に占める光センサの面積が大きくなる等の問題が生じる。
Since the optical sensor disclosed in
また、特許文献1に開示してある光センサは、第1電極と第2電極との間の抵抗値を大きくするために第1電極と第2電極との間の距離を長くした場合、第1電極と第2電極との間の電界は弱くなるので、光センサの応答性が低くなるという問題があった。
In addition, in the optical sensor disclosed in
さらに、特許文献1の図4に開示してある光センサは、ダイヤモンド膜を薄くした場合、第1電極と第2電極との間に流れる電流に比べて、基板上の金属膜へリークする電流が多くなり、光センサの感度が低下する。したがって、ダイヤモンド膜を薄くして製造コストを安価にすることができないという問題があった。
Furthermore, in the optical sensor disclosed in FIG. 4 of
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光センサのサイズが基板の水平方向に対して大きくなることなく、使用時の消費電力を抑えることができる光センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical sensor capable of suppressing power consumption during use without increasing the size of the optical sensor with respect to the horizontal direction of the substrate. And
上記目的を達成するために第1発明に係る光センサは、基板と、該基板上に積層してある第1電極層と、該第1電極層上の一部の領域に積層してある第1酸化物半導体層と、該第1酸化物半導体層上に積層してある第2電極層とを備え、入射する光を遮る前記第1電極層又は前記第2電極層の外周の少なくとも一部は、前記第1酸化物半導体層を介して前記第2電極層又は前記第1電極層と重なるようにしてある。 In order to achieve the above object, an optical sensor according to a first invention includes a substrate, a first electrode layer laminated on the substrate, and a first electrode layer laminated on a part of the region on the first electrode layer. 1 oxide semiconductor layer, and 2nd electrode layer laminated | stacked on this 1st oxide semiconductor layer, At least one part of the outer periphery of the said 1st electrode layer or the said 2nd electrode layer which interrupts incident light Is overlapped with the second electrode layer or the first electrode layer with the first oxide semiconductor layer interposed therebetween.
また、第2発明に係る光センサは、第1発明において、前記第1酸化物半導体層を積層してある領域と異なる前記第1電極層上の領域に積層してある第3電極層を備える。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical sensor according to the first aspect, further comprising a third electrode layer laminated in a region on the first electrode layer different from a region where the first oxide semiconductor layer is laminated. .
また、第3発明に係る光センサは、第1又は第2発明において、前記第1酸化物半導体層と前記第1電極層を介して電気的に接続され、前記第3電極層と前記第1電極層との間に積層してある第2酸化物半導体層を備え、入射する光を遮る前記第1電極層又は前記第3電極層の外周の少なくとも一部は、前記第2酸化物半導体層を介して前記第3電極層又は前記第1電極層と重なるようにしてある。 An optical sensor according to a third invention is the optical sensor according to the first or second invention, wherein the optical sensor is electrically connected to the first oxide semiconductor layer through the first electrode layer, and the third electrode layer and the first electrode are electrically connected. A second oxide semiconductor layer stacked between the electrode layer and at least a part of an outer periphery of the first electrode layer or the third electrode layer that blocks incident light; And the third electrode layer or the first electrode layer.
また、第4発明に係る光センサは、第3発明において、前記第2酸化物半導体層は、ZnO膜である。 An optical sensor according to a fourth invention is the optical sensor according to the third invention, wherein the second oxide semiconductor layer is a ZnO film.
また、第5発明に係る光センサは、第3発明において、前記第2酸化物半導体層は、(Ba、Sr)TiO3 膜である。 In the optical sensor according to a fifth aspect of the present invention based on the third aspect, the second oxide semiconductor layer is a (Ba, Sr) TiO 3 film.
また、第6発明に係る光センサは、第3発明において、前記第2酸化物半導体層は、Cu2 O膜である。 An optical sensor according to a sixth aspect of the present invention is the optical sensor according to the third aspect, wherein the second oxide semiconductor layer is a Cu 2 O film.
また、第7発明に係る光センサは、第1乃至第6発明のいずれか一つにおいて、前記第1酸化物半導体層は、ZnO膜である。 The optical sensor according to a seventh aspect is the optical sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first oxide semiconductor layer is a ZnO film.
また、第8発明に係る光センサは、第1乃至第6発明のいずれか一つにおいて、前記第1酸化物半導体層は、(Ba、Sr)TiO3 膜である。 An optical sensor according to an eighth aspect of the present invention is the optical sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first oxide semiconductor layer is a (Ba, Sr) TiO 3 film.
また、第9発明に係る光センサは、第1乃至第6発明のいずれか一つにおいて、前記第1酸化物半導体層は、Cu2 O膜である。 The optical sensor according to a ninth aspect of the present invention is the optical sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first oxide semiconductor layer is a Cu 2 O film.
また、第10発明に係る光センサは、第3発明において、前記第2酸化物半導体層の材料は、前記第1酸化物半導体層の材料と異なる。 In the optical sensor according to a tenth aspect, in the third aspect, the material of the second oxide semiconductor layer is different from the material of the first oxide semiconductor layer.
また、第11発明に係る光センサは、第1乃至第10発明のいずれか一つにおいて、入射する光を遮る前記第1電極層又は前記第2電極層は、前記第1電極層又は前記第2電極層の形状を矩形とする場合に比べて、前記第1電極層又は前記第2電極層の外周が長くなる形状にしてある。 An optical sensor according to an eleventh aspect of the present invention is the optical sensor according to any one of the first to tenth aspects, wherein the first electrode layer or the second electrode layer that blocks incident light is the first electrode layer or the first electrode layer. Compared with the case where the shape of the two-electrode layer is rectangular, the outer circumference of the first electrode layer or the second electrode layer is longer.
また、第12発明に係る光センサは、第1乃至第11発明のいずれか一つにおいて、入射する光を遮る前記第1電極層又は前記第3電極層は、前記第1電極層又は前記第3電極層の形状を矩形とする場合に比べて、前記第1電極層又は前記第3電極層の外周が長くなる形状にしてある。 An optical sensor according to a twelfth aspect of the present invention is the optical sensor according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the first electrode layer or the third electrode layer that blocks incident light is the first electrode layer or the first electrode layer. Compared to the case where the shape of the three-electrode layer is rectangular, the outer periphery of the first electrode layer or the third electrode layer is longer.
また、第13発明に係る光センサは、第1乃至第12発明のいずれか一つにおいて、前記基板は、光を透過する材料で構成してある。 An optical sensor according to a thirteenth aspect of the present invention is the optical sensor according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the substrate is made of a material that transmits light.
第1発明では、基板上に、第1電極層、第1酸化物半導体層、第2電極層を積層してあり、入射する光を遮る第1電極層又は第2電極層の外周の少なくとも一部が、第1酸化物半導体層を介して第2電極層又は第1電極層と重なるようにしてあるので、第2電極層と第1電極層との間の電流値の変化により光を検知することができる。また、使用時の消費電力を抑えるためには第2電極層と第1電極層との間の抵抗値を大きくすることが好ましいが、第2電極層と第1電極層との間の抵抗値を大きくするべく第1酸化物半導体層の厚みを厚くした場合であっても、光センサのサイズが基板の水平方向に対して大きくなることがない。 In the first invention, the first electrode layer, the first oxide semiconductor layer, and the second electrode layer are laminated on the substrate, and at least one of the outer circumferences of the first electrode layer or the second electrode layer that blocks incident light. Since the portion overlaps the second electrode layer or the first electrode layer through the first oxide semiconductor layer, light is detected by a change in the current value between the second electrode layer and the first electrode layer. can do. In order to reduce power consumption during use, it is preferable to increase the resistance value between the second electrode layer and the first electrode layer, but the resistance value between the second electrode layer and the first electrode layer is preferred. Even when the thickness of the first oxide semiconductor layer is increased to increase the thickness of the first sensor, the size of the photosensor does not increase with respect to the horizontal direction of the substrate.
第2発明では、第1酸化物半導体層を積層してある領域と異なる第1電極層上の領域に第3電極層を積層してあるので、基板の同じ側にある第2電極層と第3電極層との間の電流値を測定することで光を検知することができる。 In the second invention, since the third electrode layer is laminated in a region on the first electrode layer different from the region in which the first oxide semiconductor layer is laminated, the second electrode layer and the second electrode layer on the same side of the substrate Light can be detected by measuring the current value between the three electrode layers.
第3発明では、第1酸化物半導体層と第1電極層を介して電気的に接続され、第3電極層と第1電極層との間に積層してある第2酸化物半導体層を備え、入射する光を遮る第1電極層又は第3電極層の外周の少なくとも一部は、第2酸化物半導体層を介して第3電極層又は第1電極層と重なるようにしてあるので、第3電極層と第1電極層との間の電流値の変化でも光を検知することができ、第2電極層と第3電極層との間の電流値の変化が大きくなることで光センサの感度を高くすることが可能となる。 According to a third aspect of the invention, a second oxide semiconductor layer is provided that is electrically connected to the first oxide semiconductor layer via the first electrode layer and is laminated between the third electrode layer and the first electrode layer. Since at least a part of the outer periphery of the first electrode layer or the third electrode layer that blocks incident light overlaps the third electrode layer or the first electrode layer with the second oxide semiconductor layer interposed therebetween, Light can be detected even when the current value changes between the three electrode layers and the first electrode layer, and the change in the current value between the second electrode layer and the third electrode layer increases, thereby Sensitivity can be increased.
第4発明及び第7発明では、第1又は第2酸化物半導体層は、ZnO膜であるので、波長が380nm以下の光(紫外線)を検知することができる。 In the fourth and seventh inventions, since the first or second oxide semiconductor layer is a ZnO film, light (ultraviolet light) having a wavelength of 380 nm or less can be detected.
第5発明及び第8発明では、第1又は第2酸化物半導体層は、(Ba、Sr)TiO3 膜であるので、波長が290nm以下の光(紫外線)を検知することができる。 In the fifth and eighth inventions, since the first or second oxide semiconductor layer is a (Ba, Sr) TiO 3 film, light (ultraviolet light) having a wavelength of 290 nm or less can be detected.
第6発明及び第9発明では、第1又は第2酸化物半導体層は、Cu2 O膜であるので、波長が620nm以下の光を検知することができる。 In the sixth and ninth inventions, since the first or second oxide semiconductor layer is a Cu 2 O film, light having a wavelength of 620 nm or less can be detected.
第10発明では、第2酸化物半導体層の材料が、第1酸化物半導体層の材料と異なるので、検知することができる光の波長範囲が広い光センサを実現することができる。 In the tenth invention, since the material of the second oxide semiconductor layer is different from the material of the first oxide semiconductor layer, an optical sensor having a wide wavelength range of light that can be detected can be realized.
第11発明では、入射する光を遮る第1電極層又は第2電極層は、第1電極層又は第2電極層の形状を矩形とする場合に比べて、第1電極層又は第2電極層の外周が長くなる形状、例えば櫛型形状にしてあるので、光の入射により生じる電子・ホール対が増加し、第2電極層と第3電極層との間の電流値の変化が大きくなることで光センサの感度を高めることが可能となる。 In the eleventh aspect of the present invention, the first electrode layer or the second electrode layer that blocks the incident light is the first electrode layer or the second electrode layer as compared with the case where the shape of the first electrode layer or the second electrode layer is rectangular. Since the outer periphery of the electrode has a long shape, for example, a comb shape, the number of electron / hole pairs generated by the incidence of light increases, and the change in the current value between the second electrode layer and the third electrode layer increases. Thus, the sensitivity of the optical sensor can be increased.
第12発明では、入射する光を遮る第1電極層又は第3電極層は、第1電極層又は第3電極層の形状を矩形とする場合に比べて、第1電極層又は第3電極層の外周が長くなる形状、例えば櫛型形状にしてあるので、光の入射により生じる電子・ホール対が増加し、第2電極層と第3電極層との間の電流値の変化が大きくなることで光センサの感度を高めることが可能となる。 In the twelfth invention, the first electrode layer or the third electrode layer that blocks the incident light is the first electrode layer or the third electrode layer as compared with the case where the shape of the first electrode layer or the third electrode layer is rectangular. Since the outer periphery of the electrode has a long shape, for example, a comb shape, the number of electron / hole pairs generated by the incidence of light increases, and the change in the current value between the second electrode layer and the third electrode layer increases. Thus, the sensitivity of the optical sensor can be increased.
第13発明では、基板が、光を透過する材料で構成してあるので、基板側から入射した光を検知することが可能となり、光を検知する面を、回路基板と接続する面と異なる面に構成することができ、光センサを回路基板に実装する場合、自由度が大きくなる。 In the thirteenth invention, since the substrate is made of a material that transmits light, it is possible to detect light incident from the substrate side, and the surface that detects light is different from the surface that is connected to the circuit board. When the optical sensor is mounted on the circuit board, the degree of freedom is increased.
本発明に係る光センサは、基板と、基板上に積層してある第1電極層と、第1電極層に積層してある第1酸化物半導体層と、第1酸化物半導体層上に積層してある第2電極層とを備え、入射する光を遮る第1電極層又は第2電極層の外周の少なくとも一部は、第1酸化物半導体層を介して第2電極層又は第1電極層と重なるようにしてあるので、第2電極層と第1電極層との間の電流値の変化により光を検知することができる。使用時の消費電力を抑えるために第2電極層と第1電極層との間の抵抗値を大きくすることが好ましいが、第2電極層と第1電極層との間の抵抗値を大きくするために第1酸化物半導体層の厚みを厚くした場合であっても、光センサのサイズが基板の水平方向に対して大きくなることはない。また、第1酸化物半導体層に含まれるキャリアを減らして、第2電極層と第1電極層との間の抵抗値を大きくすることで、第2電極層と第1電極層との間の距離を短くして第2電極層と第1電極層との間の電界を強めることができ、光センサの感度を高めることができる。 An optical sensor according to the present invention includes a substrate, a first electrode layer stacked on the substrate, a first oxide semiconductor layer stacked on the first electrode layer, and a stack on the first oxide semiconductor layer. And at least part of the outer periphery of the first electrode layer or the second electrode layer that blocks incident light, the second electrode layer or the first electrode via the first oxide semiconductor layer. Since it overlaps with the layer, light can be detected by a change in the current value between the second electrode layer and the first electrode layer. In order to suppress power consumption during use, it is preferable to increase the resistance value between the second electrode layer and the first electrode layer, but the resistance value between the second electrode layer and the first electrode layer is increased. Therefore, even when the thickness of the first oxide semiconductor layer is increased, the size of the photosensor does not increase with respect to the horizontal direction of the substrate. In addition, the number of carriers contained in the first oxide semiconductor layer is reduced and the resistance value between the second electrode layer and the first electrode layer is increased, so that the distance between the second electrode layer and the first electrode layer is increased. The electric field between the second electrode layer and the first electrode layer can be increased by shortening the distance, and the sensitivity of the photosensor can be increased.
以下、本発明の実施の形態における光センサについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。 Hereinafter, an optical sensor according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the invention described in the claims, and all combinations of characteristic items described in the embodiments are essential to the solution. It goes without saying that it is not limited.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光センサの構成を示す概略図である。図1(a)は、本発明の実施の形態1に係る光センサの構成を示す平面図である。図1(b)は、図1(a)に示す光センサのA−A断面図である。図1(b)に示すように、本発明の実施の形態1に係る光センサ1は、基板11と、絶縁層12を介して基板11上に積層してある第1電極層13と、第1電極層13上の一部の領域に積層してある第1酸化物半導体層14と、第1酸化物半導体層14上に積層してある第2電極層15と、第1酸化物半導体層14を積層してある領域と異なる第1電極層13上の領域に積層してある第3電極層16とで構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the photosensor according to
基板11は、Si基板であり、基板11を被覆するように熱酸化膜SiO2の絶縁層12が形成してある。第1電極層13は、絶縁層12が形成されている面側の基板11上に積層してあり、Ti膜13aとPt膜13bとの二層で構成されている。第1酸化物半導体層14は、第1電極層13上の一部の領域に積層してあり、微量のキャリアを含むZnO膜である。ZnO膜は、バンドギャップが3.3eVであるため、光センサ1に用いた場合、波長が380nm以下の光(紫外線)を検知することができる。
The
第2電極層15は、第1酸化物半導体層14上に積層してあり、Ti膜15aとAu膜15bとの二層で構成されている。第3電極層16は、第1酸化物半導体層14を積層してある領域と異なる第1電極層13上の領域に積層してあり、Ti膜16aとAu膜16bとの二層で構成されている。第1酸化物半導体層14を被覆するように、酸化膜SiO2の絶縁層17が形成してある。
The
絶縁層17の開口部から、第2電極層15及び第3電極層16の一部が外部に露出しており、第2電極層15及び第3電極層16の露出している部分を別の回路基板(図示せず)とワイヤボンド等で接続する。光センサ1は、所定の電圧を第2電極層15と第3電極層16との間に印加した状態で、第2電極層15側から光が入射した場合に、第2電極層15と第3電極層16との間の電流値が変化するので、第2電極層15側から入射した光を検知することができる。また、光センサ1は、第2電極層15と第3電極層16との間の電流値の変化量から、第2電極層15側から入射した光の入射量を測定することもできる。なお、第1電極層13は、第3電極層16と電気的に接続されているため、第3電極層16と同電位となる。そのため、第2電極層15と第1電極層13との間の電流値を測定することで、第2電極層15と第3電極層16との間の電流値は測定することができる。また、第2電極層15と第3電極層16との間に印加する所定の電圧は、光センサ1を実装する回路基板(図示せず)から供給される。
From the opening of the insulating
次に、本発明の実施の形態1に係る光センサ1おいて、光が第2電極層15側から入射した場合に、第2電極層15と第3電極層16との間の電流値が変化する原理について説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係る光センサ1が光センサとして機能する範囲を示す模式図である。なお、図2では、本実施の形態1に係る光センサ1の構成から第3電極層16を省略した構成が図示されている。
Next, in the
第2電極層15と第1電極層13との間に所定の電圧を印加した場合、第2電極層15と第1電極層13との間には、矢印20で示す方向に電界が生じる。第2電極層15と第1電極層13との間に生じる電界は、第2電極層15及び第1電極層13に対して直交する方向に生じている。しかし、第2電極層15の外周15A近傍においては、第2電極層15と第1電極層13との間に生じる電界は、第2電極層15から外側に広がる方向に生じている。よって、第2電極層15の外周15A近傍の第1酸化物半導体層14の領域21にも電界が存在することになる。
When a predetermined voltage is applied between the
第2電極層15側から光が入射する場合、第2電極層15と第1電極層13との間にある第1酸化物半導体層14は、光が第2電極層15により遮られるため、光電効果により電子・ホール対が生じることはない。第2電極層15と第1電極層13との間にある第1酸化物半導体層14は、第2電極層15側から光が入射する場合であっても、第2電極層15と第1電極層13との間の電流値が変化せず、光センサとして機能しない。
When light is incident from the
一方、第1酸化物半導体層14の領域21には、第2電極層15側から光が入射する場合、光を遮るものがないため、光電効果により電子・ホール対が生じる。第1酸化物半導体層14の領域21に電子・ホール対が生じた場合、領域21に生じている電界により電子及びホールが移動し、第2電極層15と第1電極層13との間の電流値が変化する。つまり、第1酸化物半導体層14の領域21が、光センサとして機能する。
On the other hand, when light is incident on the
具体的に、第1酸化物半導体層14の領域21が光センサとして機能していることを示す。図3は、基板11上に第1電極層13、第1酸化物半導体層14、第2電極層15を積層した光センサ1の構成を示す概略図である。図4は、図3に示す第2電極層15の外周15A近傍に遮光膜を設けてある光センサ1の構成を示す概略図である。図3に示す光センサ1では、第2電極層15側から光が入射する場合、第1酸化物半導体層14の領域21に電子・ホール対が生じる。しかし、図4に示す光センサ1では、第2電極層15の外周15A近傍に、第1酸化物半導体層14の領域21を覆うように遮光膜41を設けてあるので、第2電極層15側から光が入射する場合であっても第1酸化物半導体層14の領域21に光が入射せず、電子・ホール対が生じることはない。
Specifically, it indicates that the
図5は、図3及び図4に示す光センサ1の第2電極層15と第1電極層13との間の電流値の変化を示す例示図である。図5は、図3及び図4に示す光センサ1の第2電極層15と第1電極層13との間に2Vの電圧を印加し、第2電極層15側から光が入射する場合と第2電極層15側から光が入射しない場合との第2電極層15と第1電極層13との間の電流値をそれぞれ示している。
FIG. 5 is an exemplary diagram showing a change in the current value between the
具体的に、図3に示す光センサ1は、第2電極層15側から光が入射しない場合、第2電極層15と第1電極層13との間に1.5×10-6Aの電流が流れ、第2電極層15側から光が入射する場合、第2電極層15と第1電極層13との間に9.4×10-6Aの電流が流れる。図3に示す光センサ1は、第2電極層15側から光が入射しているか否かによって、第2電極層15と第1電極層13との間の電流値が変化するので、光を検知することができる。
Specifically, the
一方、図4に示す光センサ1は、第2電極層15側から光が入射しない場合、第2電極層15と第1電極層13との間に1.5×10-6Aの電流が流れ、第2電極層15側から光が入射する場合、第2電極層15と第1電極層13との間に1.5×10-6Aの電流が流れる。図4に示す光センサ1は、第2電極層15側から光が入射しているか否かにかかわらず、第2電極層15と第1電極層13との間の電流値が変化しないので、光を検知することができない。
4 has a current of 1.5 × 10 −6 A between the
図3に示す光センサ1は、第2電極層15の外周15A近傍に遮光膜41を設けてある以外は、図4に示す光センサ1と同じ構成であることから、第1酸化物半導体層14の領域21に光が入射するか否かにより、第2電極層15と第1電極層13との間の電流値が変化することが分かる。つまり、図3に示す光センサ1は、第1酸化物半導体層14の領域21が、光を検知していることが分かる。
Since the
第1酸化物半導体層14において領域21が存在するためには、図1(a)に示すように、第2電極層15の外周15Aが第1酸化物半導体層14の外周14Aの内側となるように、第2電極層15を形成する必要がある。なお、図1(a)では、第1酸化物半導体層14の外周14A及び第2電極層15の外周15Aの位置関係を明確にするために、第1酸化物半導体層14及び第2電極層15に積層されている絶縁層17の一部の図示を省略している。
In order for the
また、図1(b)に示すように、第2電極層15の外周15Aが第1酸化物半導体層14を介して第1電極層13と重なるように、第1電極層13上に第1酸化物半導体層14及び第2電極層15を積層する。
Further, as shown in FIG. 1B, the
次に、本発明の実施の形態1に係る光センサ1の製造方法を説明する。図6は、本発明の実施の形態1に係る光センサ1の製造方法を説明するための断面図である。基板11を被覆するように熱酸化膜SiO2 の絶縁層12が形成してあるSi基板である基板11上に、スパッタ処理により厚み50nmのTi膜13a、厚み200nmのPt膜13bを順次成膜し、フォトリソグラフィ技術と、イオンミリング及び反応性イオンエッチング技術とを用いて、Ti膜13a及びPt膜13bを所定のパターンにパターニングして第1電極層13を形成する(図6(a))。
Next, a method for manufacturing the
次に、第1電極層13上に、スパッタ処理により厚み500nmのZnO膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術と、ウェットエッチング技術とを用いて、該ZnO膜を所定のパターンにパターニングして第1酸化物半導体層14を形成する(図6(b))。なお、ZnO膜は、微量のキャリアを含むように、スパッタ処理時に酸素分圧を制御して成膜する。
Next, a ZnO film having a thickness of 500 nm is formed on the
次に、第1酸化物半導体層14上に、リフトオフ法により厚み50nmのTi膜15a、厚み1000nmのAu膜15bを順次積層した第2電極層15を形成し、第1酸化物半導体層14を積層してある領域と異なる第1電極層13上の領域に、リフトオフ法により厚み50nmのTi膜16a、厚み1000nmのAu膜16bを順次積層した第3電極層16を形成する(図6(c))。なお、第2電極層15の外周15Aが第1酸化物半導体層14を介して第1電極層13と重なるように、第2電極層15を形成する。
Next, a
次に、第2電極層15及び第3電極層16上に、スパッタ処理により厚み500nmのSiO2 膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術と、ウェットエッチング技術とを用いて、第2電極層15及び第3電極層16の一部が外部に露出する開口部を有する絶縁層17を形成する(図6(d))。
Next, a SiO 2 film having a thickness of 500 nm is formed on the
以上のように、本発明の実施の形態1に係る光センサ1は、基板11上に積層した第1電極層13、第1酸化物半導体層14、及び第2電極層15を備え、入射する光を遮る第2電極層15の外周15Aの少なくとも一部が、第1酸化物半導体層14を介して第1電極層13と重なるようにしてあるので、第2電極層15側から入射した光を検知することができる。
As described above, the
また、本発明の実施の形態1に係る光センサ1は、第2電極層15と第3電極層16との間の電流値の変化、つまり積層した第2電極層15と第1電極層13との間の電流値の変化により光を検知している。そのため、第1酸化物半導体層14の厚みを厚くすることで、第2電極層15と第1電極層13との間の抵抗値を大きくすることが可能となる。したがって、使用時の消費電力を抑えるために第2電極層15と第1電極層13との間の抵抗値を大きくした場合であっても、光センサ1のサイズは、第2電極層15を積層する方向に対しては大きくなるが、基板11の水平方向に対して大きくなることはない。よって、一枚のウェハから得ることができる光センサの数が多くなり、実装する回路基板に占める光センサ1の面積が小さくなることから、回路基板における部品の集積率を向上させることができる。
In addition, the
また、本発明の実施の形態1に係る光センサ1は、第1酸化物半導体層14に含まれるキャリアを減らして、第2電極層15と第1電極層13との間の抵抗値を大きくすることで、第2電極層15と第1電極層13との間の距離を短くして第2電極層15と第1電極層13との間の電界を強めることができ、光センサ1の感度を高めることが可能となる。
In addition, the
さらに、本発明の実施の形態1に係る光センサ1は、基板11上に第1電極層13、第1酸化物半導体層14、第2電極層15を積層する構成であるので、特許文献1の図4に開示してある光センサのように、基板上の金属膜へ電流がリークする構成でなく、第1酸化物半導体層14の厚みを薄くして製造コストを安価にすることが可能となる。
Furthermore, the
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係る光センサ1の構成を示す概略図である。図7(a)は、本発明の実施の形態2に係る光センサ1の構成を示す平面図である。図7(b)は、図7(a)に示す光センサ1のB−B断面図である。図7(b)に示すように、本発明の実施の形態2に係る光センサ1は、第1酸化物半導体層14が、微量のキャリアを含むZnO膜ではなく、微量のキャリアを含むBST((Ba、Sr)TiO3 )膜である。BST膜は、スパッタ処理により厚み400nmで絶縁層12及び第1電極層13上に成膜されている。また、BST膜は、バンドギャップが4.3eVであるため、光センサ1に用いた場合、波長が290nm以下の光(紫外線)を検知することができる。他の構成は、図1(b)に示した実施の形態1に係る光センサ1の構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the
なお、図7(a)に示すように、第2電極層15の形状は、矩形ではなく、いわゆる櫛型形状である。第2電極層15の形状を櫛型形状とすることで、第2電極層15の外周15Bの長さは、第2電極層15の形状を矩形とする場合の外周15Aの長さに比べて長くなる。第2電極層15の外周15Bが長くなることで、第2電極層15の外周15Bが第1酸化物半導体層14を介して第1電極層13と重なる部分が増え、第2電極層15側からの光の入射により生じる電子・ホール対が増加し、第2電極層15と第3電極層16との間の電流値の変化が大きくなり、光センサ1の感度が高くなる。
As shown in FIG. 7A, the shape of the
以上のように、本発明の実施の形態2に係る光センサ1は、第2電極層15が、第2電極層15の形状を矩形とする場合の外周15Aに比べて、第2電極層15の外周15Bが長くなる形状にしてあるので、第2電極層15側から光が入射する場合に第2電極層15と第3電極層16との間の電流値の変化が大きくなり、光センサ1の感度が高くなる。
As described above, in the
なお、第2電極層15の形状を矩形とする場合の外周15Aに比べて、第2電極層15の外周15Bが長くなる形状は、櫛型形状に限定されるものではなく、ストライプ形状、メッシュ形状、ミアンダ形状等でも良い。また、本実施の形態2に係る光センサ1の第2電極層15の形状は、実施の形態1に係る第2電極層15の形状に適用することができる。
The shape in which the outer periphery 15B of the
(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3に係る光センサ1の構成を示す概略図である。図8に示すように、本発明の実施の形態3に係る光センサ1は、第1酸化物半導体層14が、微量のキャリアを含むZnO膜ではなく、微量のキャリアを含むCu2 O膜である。Cu2 O膜は、スパッタ処理により厚み700nmで第1電極層13上に成膜されている。また、Cu2 O膜は、バンドギャップが2.0eVであるため、光センサ1に用いた場合、波長が620nm以下の光を検知することができる。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the
さらに、本発明の実施の形態3に係る光センサ1は、第3電極層16と第1電極層13との間に第2酸化物半導体層18を積層してある。第2酸化物半導体層18は、微量のキャリアを含むCu2 O膜であり、第1酸化物半導体層14と第1電極層13を介して電気的に接続されている。また、本発明の実施の形態3に係る光センサ1は、入射する光を遮る第3電極層16の外周16Aが、第2酸化物半導体層18を介して第1電極層13と重なるようにしてあるので、第3電極層16側から光が入射した場合に、第3電極層16の外周16A近傍にある第2酸化物半導体層18に電子・ホール対が生じ、第3電極層16と第1電極層13との間の電流値が変化して、光を検知することができる。
Furthermore, in the
つまり、本発明の実施の形態3に係る光センサ1は、第2電極層15、第1酸化物半導体層14、及び第1電極層13で構成された光センサと、第3電極層16、第2酸化物半導体層18、及び第1電極層13で構成された光センサとが直列接続された構成になる。そのため、本発明の実施の形態3に係る光センサ1は、第2電極層15と第3電極層16との間の抵抗値を大きくすることができるので、使用時の消費電力をより抑えることができる。なお、他の構成は、図1(b)に示した実施の形態1に係る光センサ1の構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。
That is, the
以上のように、本発明の実施の形態3に係る光センサ1は、第1酸化物半導体層14とは第1電極層13を介して電気的に接続され、第3電極層16と第1電極層13との間に積層してある第2酸化物半導体層18を備え、入射する光を遮る第3電極層16の外周16Aの少なくとも一部は、第2酸化物半導体層18を介して第1電極層13と重なるようにしてあるので、第2電極層15と第3電極層16との間の抵抗値を大きくすることができるので、使用時の消費電力をより抑えることができる。
As described above, the
なお、第2酸化物半導体層18の材料は、第1酸化物半導体層14と同じ材料で構成される場合に限定されるものではなく、第1酸化物半導体層14と異なる材料でも良い。また、実施の形態2に係る第2電極層15の形状を、本実施の形態3に係る第2電極層15及び第3電極層16の形状に適用することができる。
The material of the second
(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4に係る光センサ1の構成を示す概略図である。図9に示すように、本発明の実施の形態4に係る光センサ1は、Si基板である基板11の代わりにガラス基板19を用いて、該ガラス基板19上に、第1電極層13、第2電極層15、第2酸化物半導体層18、及び第3電極層16を積層してある。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the
ガラス基板19は、光を透過するため、ガラス基板19側から入射する光を検知する光センサ1を実現することができる。第1電極層13は、ガラス基板19上に積層してあり、Ti膜13aとPt膜13bとの二層で構成されている。第2電極層15は、第1電極層13上の一部の領域に積層してあり、Ti膜15aと、Ni膜15cと、Au膜15bとの三層で構成されている。第2酸化物半導体層18は、第2電極層15を積層してある領域と異なる第1電極層13上の領域に積層してあり、微量のキャリアを含むZnO膜である。第3電極層16は、第2酸化物半導体層18上に積層してあり、Ti膜16aと、Ni膜16cと、Au膜16bとの三層で構成されている。なお、他の構成は、図1(b)に示した実施の形態1に係る光センサ1の構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。
Since the
本発明の実施の形態4に係る光センサ1は、実施の形態1に係る光センサ1と異なり、ガラス基板19側から入射する光を検知する。そのため、入射する光を遮る電極層は第1電極層13であり、第1電極層13の外周13Aの少なくとも一部が、第2酸化物半導体層18を介して第3電極層16と重なるように、第2電極層15、第2酸化物半導体層18、及び第3電極層16をガラス基板19上に積層してある。よって、本発明の実施の形態4に係る光センサ1は、ガラス基板19側から光が入射した場合に、第1電極層13の外周13A近傍にある第2酸化物半導体層18に電子・ホール対が生じ、第3電極層16と第1電極層13との間の電流値が変化して、光を検知することができる。なお、第2電極層15は、第1電極層13と電気的に接続されているため、第1電極層13と同電位となる。そのため、第1電極層13と第3電極層16との間の電流値を測定することで、第2電極層15と第3電極層16との間の電流値は測定することができる。
Unlike the
以上のように、本発明の実施の形態4に係る光センサ1は、ガラス基板19を用いることでガラス基板19側から入射する光を検知することができ、第2電極層15及び第3電極層16の側を直接回路基板にハンダ実装することができる。なお、本発明の実施の形態4に係る光センサ1には必要に応じて第2電極層15及び第3電極層16上にハンダバンプを設けてもよい。実施の形態1に係る光センサ1のように、実装した後に第2電極層15及び第3電極層16から信号を引き出すためのワイヤを配置する必要がなく、本実施の形態4に係る光センサ1は直接回路基板にハンダ実装するので、製造コストが安価になる。
As described above, the
なお、本発明の実施の形態4に係る光センサ1は、第1電極層13、第2酸化物半導体層18、及び第3電極層16を積層してある構成に限定されるものではなく、第1電極層13と第2電極層15との間に第1酸化物半導体層14をさらに積層してある構成でも、第2酸化物半導体層18を積層せずに、第1電極層13と第2電極層15との間に第1酸化物半導体層14を積層してある構成でも良い。但し、第1電極層13と第2電極層15との間に第1酸化物半導体層14を積層する場合、入射する光を遮る電極層は第1電極層13であり、該第1電極層13の外周13Aの少なくとも一部が、第1酸化物半導体層14を介して第2電極層15と重なるように、第1電極層13、第1酸化物半導体層14、及び第2電極層15を積層する必要がある。
The
また、実施の形態2に係る第2電極層15の形状を、本実施の形態4に係る第1電極層13の形状に適用することができる。さらに、本実施の形態4に係る光センサ1でも、実施の形態2に係る光センサ1のように、第2酸化物半導体層18の材料を、第1酸化物半導体層14の材料と異なる材料にしても良い。
Further, the shape of the
1 光センサ
11 基板
12、17 絶縁層
13 第1電極層
13A 第1電極層の外周
13a、15a、16a Ti膜
13b Pt膜
15b、16b Au膜
14 第1酸化物半導体層
14A 第1酸化物半導体層の外周
15 第2電極層
15A、15B 第2電極層の外周
15c、16c Ni膜
16 第3電極層
16A 第3電極層の外周
18 第2酸化物半導体層
19 ガラス基板
41 遮光膜
DESCRIPTION OF
Claims (13)
該基板上に積層してある第1電極層と、
該第1電極層上の一部の領域に積層してある第1酸化物半導体層と、
該第1酸化物半導体層上に積層してある第2電極層と
を備え、
入射する光を遮る前記第1電極層又は前記第2電極層の外周の少なくとも一部は、前記第1酸化物半導体層を介して前記第2電極層又は前記第1電極層と重なるようにしてあることを特徴とする光センサ。 A substrate,
A first electrode layer laminated on the substrate;
A first oxide semiconductor layer stacked in a partial region on the first electrode layer;
A second electrode layer laminated on the first oxide semiconductor layer,
At least a part of the outer periphery of the first electrode layer or the second electrode layer that blocks incident light is overlapped with the second electrode layer or the first electrode layer with the first oxide semiconductor layer interposed therebetween. An optical sensor characterized by being.
入射する光を遮る前記第1電極層又は前記第3電極層の外周の少なくとも一部は、前記第2酸化物半導体層を介して前記第3電極層又は前記第1電極層と重なるようにしてあることを特徴とする請求項1又は2に記載の光センサ。 A second oxide semiconductor layer electrically connected to the first oxide semiconductor layer via the first electrode layer, the second oxide semiconductor layer being stacked between the third electrode layer and the first electrode layer;
At least a part of the outer periphery of the first electrode layer or the third electrode layer that blocks incident light is overlapped with the third electrode layer or the first electrode layer with the second oxide semiconductor layer interposed therebetween. The optical sensor according to claim 1, wherein the optical sensor is provided.
Priority Applications (1)
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