JP2017183747A - 光センサ - Google Patents

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Abstract

【課題】入射光による光電変換層の容量の変化に対応する電気信号を検出する光センサを提供する。
【解決手段】半導体層上の、光電変換層２３ｐを含むゲート絶縁層２３，３３と、ゲート絶縁層上のゲート電極３４と、半導体層内のソース領域およびドレイン領域のうちの一方と、ゲート電極との間に電圧を印加する電圧供給回路と、ソース領域およびドレイン領域のうちの他方に接続された信号検出回路と、を備える。光電変換層は、逆方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度の絶対値が増大する第１電圧範囲と、順方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度が増大する第２電圧範囲と、第１電圧範囲と第２電圧範囲との間の、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率の絶対値が第１電圧範囲および第２電圧範囲よりも小さい第３電圧範囲と、を有する光電流特性を有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、光センサに関する。
従来、光検出装置、イメージセンサなどに光検出素子が用いられている。光検出素子の典型例は、フォトダイオード、フォトトランジスタなどの光電変換素子である。よく知られているように、光の照射によって光電変換素子に生じる光電流を検出することにより、光を検出することができる。
下記の特許文献１は、図２に、所定の化合物が有機重合体中に分散された有機膜をゲート絶縁膜として有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を開示している。有機膜を構成する所定の化合物としては、光の照射によって分極の状態が変化する化合物が選ばれる。特許文献１の薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁膜に光が照射されると、ゲート絶縁膜の誘電率が変化する。そのため、ゲート絶縁膜への光の照射によって、ソース−ドレイン間を流れる電流が変化する。特許文献１には、このような薄膜トランジスタを光センサに用いることが可能であると記載されている。
特開２０１１−６０８３０号公報
新規な構成を有する光センサを提供する。
本開示の限定的ではないある例示的な実施形態によれば、以下が提供される。
ソース領域およびドレイン領域を含む半導体層と、半導体層のソース領域とドレイン領域とで挟まれた領域上に位置し、光電変換層を含むゲート絶縁層と、記ゲート絶縁層上のゲート電極と、ソース領域およびドレイン領域のうちの一方と、ゲート電極との間に電圧を印加する電圧供給回路と、ソース領域およびドレイン領域のうちの他方に接続された信号検出回路と、を備え、光電変換層は、逆方向のバイアス電圧が増大するのに従って出力電流密度の絶対値が増大する第１電圧範囲と、順方向のバイアス電圧が増大するのに従って出力電流密度が増大する第２電圧範囲と、第１電圧範囲と第２電圧範囲との間であって、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率の絶対値が第１電圧範囲および第２電圧範囲よりも小さい第３電圧範囲と、を有する光電流特性を有し、電圧供給回路は、光電変換層に印加されるバイアス電圧が第３電圧範囲内となるように電圧を印加し、信号検出回路は、入射光による光電変換層の容量の変化に対応する電気信号を検出する、光センサ。
包括的または具体的な態様は、素子、デバイス、装置、システム、集積回路または方法で実現されてもよい。また、包括的または具体的な態様は、素子、デバイス、装置、システム、集積回路および方法の任意の組み合わせによって実現されてもよい。
開示された実施形態の追加的な効果および利点は、明細書および図面から明らかになる。効果および／または利点は、明細書および図面に開示の様々な実施形態または特徴によって個々に提供され、これらの１つ以上を得るために全てを必要とはしない。
本開示の一態様によれば、新規な構成を有する光センサが提供される。
図１は、本開示の第１の実施形態に係る光検出装置の断面を示す模式的な断面図である。 図２は、光検出装置１０００の例示的な回路構成を模式的に示す図である。 図３は、スズナフタロシアニンを含む材料から形成された光電変換層における吸収スペクトルの一例を示す図である。 図４は、一般式（１）で表されるスズナフタロシアニンを含む有機半導体材料を用いて形成した光電変換層を有するゲート絶縁層の一例を示す模式的な断面図である。 図５は、光電変換層２３ｐにおける光電流特性の典型例を示すグラフである。 図６は、０．１Ｖの電圧を印加したときの、シリコン熱酸化膜に流れるリーク電流の膜厚依存性を示すグラフである。 図７は、本開示の第２の実施形態に係る光検出装置の断面を示す模式的な断面図である。 図８は、本開示の第３の実施形態に係る光検出装置の断面を示す模式的な断面図である。 図９は、２．５Ｖの電圧を印加したときの、シリコン酸化膜に流れるリーク電流の膜厚依存性を示すグラフである。 図１０は、本開示の第４の実施形態に係るカメラシステムの構成例を模式的に示す図である。
本開示の一態様の概要は以下のとおりである。
［項目１］
ソース領域およびドレイン領域を含む半導体層と、
半導体層のソース領域とドレイン領域とで挟まれた領域上に位置し、光電変換層を含むゲート絶縁層と、
ゲート絶縁層上のゲート電極と、
ソース領域およびドレイン領域のうちの一方と、ゲート電極との間に電圧を印加する電圧供給回路と、
ソース領域およびドレイン領域のうちの他方に接続された信号検出回路と、
を備え、
光電変換層は、逆方向のバイアス電圧が増大するのに従って出力電流密度の絶対値が増大する第１電圧範囲と、順方向のバイアス電圧が増大するのに従って出力電流密度が増大する第２電圧範囲と、第１電圧範囲と第２電圧範囲との間であって、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率の絶対値が第１電圧範囲および第２電圧範囲よりも小さい第３電圧範囲と、を有する光電流特性を有し、
電圧供給回路は、光電変換層に印加されるバイアス電圧が第３電圧範囲内となるように電圧を印加し、
信号検出回路は、入射光による光電変換層の容量の変化に対応する電気信号を検出する、光センサ。
［項目２］
ゲート絶縁層は、光電変換層と半導体層との間に配置された第１絶縁層を含む、項目１に記載の光センサ。
［項目３］
ゲート電極と半導体層との間に配置された遮光膜を備える、項目１または２に記載の光センサ。
［項目４］
第１電極と、
第１電極に対向する第２電極と、
第１電極と記第２電極との間の光電変換層と、
ゲートが第１電極に電気的に接続されたトランジスタと、
トランジスタのソースおよびドレインのうちの一方と、第２電極との間に電圧を印加する電圧供給回路と、
トランジスタのソースおよびドレインのうちの他方に接続された信号検出回路と、
を備え、
光電変換層は、逆方向のバイアス電圧が増大するのに従って出力電流密度の絶対値が増大する第１電圧範囲と、順方向のバイアス電圧が増大するのに従って出力電流密度が増大する第２電圧範囲と、第１電圧範囲と第２電圧範囲との間であって、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率の絶対値が第１電圧範囲および第２電圧範囲よりも小さい第３電圧範囲と、を有する光電流特性を有し、
電圧供給回路は、光電変換層に印加されるバイアス電圧が第３電圧範囲内となるように電圧を印加し、
信号検出回路は、入射光による光電変換層の容量の変化に対応する電気信号を検出する、光センサ。
［項目５］
第１電極は、遮光性を有する、項目４に記載の光センサ。
［項目６］
第１電極と光電変換層との間に配置された第１絶縁層、および、第２電極と光電変換層との間に配置された第２絶縁層のうちの少なくとも一方を備える、項目４または５に記載の光センサ。
［項目７］
第３電圧範囲は、−１Ｖ以上、１Ｖ以下である、項目１から６のいずれか１項に記載の光センサ。
［項目８］
バイアス電圧が第３電圧範囲内であるとき、光電変換層に流れる電流密度は１００μＡ／ｃｍ2以下である、項目１から６のいずれか１項に記載の光センサ。
［項目９］
ソース領域およびドレイン領域を含む半導体基板と、
半導体基板上のゲート絶縁層と、
ゲート絶縁層上の透明ゲート電極と、を備え、
ゲート絶縁層は、光電変換層を含み、
光電変換層は、逆方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度の絶対値が増大する第１電圧範囲、順方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度が増大する第２電圧範囲、および、第１電圧範囲と第２電圧範囲との間の第３電圧範囲において、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率が互いに異なる光電流特性を有し、
第３電圧範囲における変化率は、第１電圧範囲における変化率および第２電圧範囲における変化率よりも小さく、
ソース領域およびドレイン領域のうちの一方と、透明ゲート電極との間の電位差が第３電圧範囲内に維持された状態で、透明ゲート電極を介して光電変換層に入射する光を、光の入射による光電変換層の誘電率の変化に対応した、ソース領域およびドレイン領域のうちの他方からの電気信号として検出する、光センサ。
項目９の構成によれば、応答性に優れた光センサを提供することができる。例えば、応答性に優れた赤外線センサを実現し得る。
［項目１０］
ソース領域およびドレイン領域のうちの一方の電位を基準としたときに第３電圧範囲内にあるゲート電圧を透明ゲート電極に供給する電圧供給回路を有する、項目９に記載の光センサ。
項目１０の構成によれば、光電変換層の主面の間に第３電圧範囲の電位差を与えることが可能である。
［項目１１］
ゲート絶縁層は、光電変換層と半導体基板の間に配置された第１絶縁層を含む、項目９または１０に記載の光センサ。
項目１１の構成によれば、光センサにおけるゲートリークを抑制し得る。
［項目１２］
半導体基板に形成されたアドレストランジスタであって、ソースおよびドレインの一方がソース領域およびドレイン領域のうちの他方に電気的に接続されたアドレストランジスタを有し、
アドレストランジスタのゲートは、第２絶縁層を含み、
アドレストランジスタの第２絶縁層は、第１絶縁層と同層である、項目１１に記載の光センサ。
項目１２の構成によれば、ゲート絶縁層における第１絶縁層と、アドレストランジスタのゲートにおける第２絶縁層とを、同一の工程において一括して形成し得る。したがって、フォトリソグラフィーにおけるアライメントマージンを削減することが可能である。
［項目１３］
透明ゲート電極と半導体基板との間に配置された遮光膜を有する、項目９から１２のいずれかに記載の光センサ。
項目１３の構成によれば、ソース領域およびドレイン領域の間に形成されるチャネル領域への迷光の入射を抑制することが可能であるので、隣接する単位画素セル間の混色などのノイズの混入を抑制し得る。
［項目１４］
半導体基板と、
半導体基板に形成された電界効果トランジスタと、
電界効果トランジスタのゲートに接続された第１電極と、
第１電極に対向する透光性の第２電極と、
第１電極と第２電極との間に配置された光電変換層と、を備え、
光電変換層は、逆方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度の絶対値が増大する第１電圧範囲、順方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度が増大する第２電圧範囲、および、第１電圧範囲と第２電圧範囲との間の第３電圧範囲において、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率が互いに異なる光電流特性を有し、
第３電圧範囲における変化率は、第１電圧範囲における変化率および第２電圧範囲における変化率よりも小さく、
電界効果トランジスタのソースおよびドレインのうちの一方と、第２電極との間の電位差が第３電圧範囲内に維持された状態で、第２電極を介して光電変換層に入射する光を、光の入射による光電変換層の誘電率の変化に対応した、ソースおよびドレインのうちの他方からの電気信号として検出する、光センサ。
項目１４の構成によれば、応答性に優れた光センサを提供することができる。例えば、応答性に優れた赤外線センサを実現し得る。
［項目１５］
ソースおよびドレインのうちの一方の電位を基準としたときに第３電圧範囲内にある電圧を第２電極に供給する電圧供給回路を有する、項目１４に記載の光センサ。
項目１５の構成によれば、光電変換層の主面の間に第３電圧範囲の電位差を与えることが可能である。
［項目１６］
半導体基板と、
半導体基板に形成された電界効果トランジスタと、
電界効果トランジスタのゲートに接続された第１電極と、
第１電極に対向する透光性の第２電極と、
第１電極と第２電極との間に配置された光電変換層と、
第１電極と光電変換層との間、および、光電変換層と第２電極との間の少なくとも一方に配置された、少なくとも１つの絶縁層と、を備え、
光電変換層は、逆方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度の絶対値が増大する第１電圧範囲、順方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度が増大する第２電圧範囲、および、第１電圧範囲と第２電圧範囲との間の第３電圧範囲において、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率が互いに異なる光電流特性を有し、
第３電圧範囲における変化率は、第１電圧範囲における変化率および第２電圧範囲における変化率よりも小さく、
電界効果トランジスタのソースおよびドレインのうちの一方と、第２電極との間の電位差が第１電圧範囲内に維持された状態で、第２電極を介して光電変換層に入射する光を、光の入射による光電変換層の誘電率の変化に対応した、ソースおよびドレインのうちの他方からの電気信号として検出する、光センサ。
項目１６の構成によれば、露光とは異なるタイミングで出力信号を読み出すことが可能な光センサを実現し得る。
［項目１７］
ソースおよびドレインのうちの一方の電位を基準としたときに第１電圧範囲内にある電圧を第２電極に供給する電圧供給回路を有する、項目１６に記載の光センサ。
項目１７の構成によれば、光電変換層の主面の間に第１電圧範囲の電位差を与えることが可能である。
［項目１８］
第１電極は、遮光性電極である、項目１４から１７のいずれかに記載の光センサ。
項目１８の構成によれば、トランジスタのチャネル領域への迷光の入射を抑制することが可能であるので、隣接する単位画素セル間の混色などのノイズの混入を抑制し得る。
［項目１９］
電界効果トランジスタのゲートは、半導体基板上に設けられた第１ゲート絶縁層および第１ゲート電極を含み、
第１電極は、第１ゲート電極と第１電極とを接続する接続部を有する、項目１４から１８のいずれかに記載の光センサ。
項目１９の構成によれば、半導体基板と第１電極との間に配置される配線の設計の自由度が向上する。
［項目２０］
半導体基板に形成されたアドレストランジスタであって、ソースおよびドレインの一方がソース領域およびドレイン領域のうちの他方に電気的に接続されたアドレストランジスタを有し、
アドレストランジスタのゲートは、第２ゲート電極を含み、
アドレストランジスタの第２ゲート電極は、第１ゲート電極と同層に配置されている、項目１９に記載の光センサ。
項目２０の構成によれば、電界効果トランジスタにおける第１ゲート電極と、アドレストランジスタにおける第２ゲート電極とを、同一の工程において一括して形成し得る。したがって、フォトリソグラフィーにおけるアライメントマージンを削減することが可能である。
［項目２１］
アドレストランジスタのゲートは、第２ゲート絶縁層を含み、
アドレストランジスタの第２ゲート絶縁層は、第１ゲート絶縁層と同層に配置されている、項目２０に記載の光センサ。
項目２１の構成によれば、電界効果トランジスタにおけるゲートの構造と、アドレストランジスタにおけるゲートの構造とが共通化されるので、電界効果トランジスタの第１ゲート絶縁層と、アドレストランジスタの第２ゲート絶縁層とを同一の工程において一括して形成し得る。また、電界効果トランジスタの第１ゲート電極と、アドレストランジスタの第２ゲート電極とを同一の工程において一括して形成し得る。したがって、製造コストを低減することが可能である。
［項目２２］
半導体基板と、
半導体基板に形成された第１および第２の電界効果トランジスタと、
第１の電界効果トランジスタのゲートに接続された第１電極と、
第１電極に対向する透光性の第２電極と、
第１電極と第２電極との間に配置された光電変換層と、を備え、
第１の電界効果トランジスタのゲートは、第１ゲート電極を含み、
第２の電界効果トランジスタのゲートは、第１ゲート電極と同層に配置された第２ゲート電極を含み、
第２の電界効果トランジスタのソースおよびドレインの一方は、第１の電界効果トランジスタのソースおよびドレインの一方に電気的に接続されており、
第１の電界効果トランジスタは、第２電極を介した光電変換層への光の入射による、光電変換層の誘電率の変化に対応した電気信号をソースおよびドレインのうちの一方から出力する、光センサ。
項目２２の構成によれば、第１ゲート電極と、第２ゲート電極とを、同一の工程において一括して形成し得る。したがって、フォトリソグラフィーにおけるアライメントマージンを削減することが可能である。
［項目２３］
第１の電界効果トランジスタのゲートは、第１ゲート絶縁層を含み、
第２の電界効果トランジスタのゲートは、第１ゲート絶縁層と同層に配置された第２ゲート絶縁層を含む、項目２２に記載の光センサ。
項目２３の構成によれば、第１の電界効果トランジスタにおけるゲートの構造と、第２の電界効果トランジスタにおけるゲートの構造とが共通化されるので、第１ゲート絶縁層と、第２ゲート絶縁層とを同一の工程において一括して形成し得る。また、第１ゲート電極と、第２ゲート電極とを同一の工程において一括して形成し得る。したがって、製造コストを低減することが可能である。
［項目２４］
第１電極と光電変換層との間、および、光電変換層と第２電極との間の少なくとも一方に配置された、少なくとも１つの絶縁層を有する、項目２２または２３に記載の光センサ。
項目２４の構成によれば、露光とは異なるタイミングで出力信号を読み出すことが可能な光センサを実現し得る。
［項目２５］
それぞれが、第１および第２の電界効果トランジスタならびに第１電極を含む複数の単位画素セルを有し、
第２電極および光電変換層は、複数の単位画素セルにまたがって配置されている、項目２２から２４のいずれかに記載の光センサ。
項目２５の構成によれば、光センサが複数の単位画素セルを含む場合であっても、第１および第２ゲート絶縁層の形成におけるアライメントマージンと、第１および第２ゲート電極の形成におけるアライメントマージンとを削減可能であるので、より微細な画素の微細化に有利である。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本明細書において説明される種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。
（光センサの第１の実施形態）
図１は、本開示の第１の実施形態に係る光検出装置の断面を模式的に示す。図１に示す光検出装置１０００は、各々が光センサ１００Ａを有する複数の単位画素セル１０Ａを含む。複数の単位画素セル１０Ａは、例えばマトリクス状に配列されることにより、光センサアレイを形成する。図１は、複数の単位画素セル１０Ａのうち、光センサアレイの行方向に沿って配置された３つの単位画素セル１０Ａの断面を模式的に示している。なお、図１は、光検出装置１０００を構成する各部の配置をあくまでも模式的に示しており、図１に示す各部の寸法は、必ずしも現実のデバイスにおける寸法を厳密に反映しない。このことは、本開示の他の図面においても同様である。
複数の単位画素セル１０Ａは、半導体基板２０に形成される。ここでは、半導体基板２０としてｐ型シリコン（Ｓｉ）基板を例示する。単位画素セル１０Ａの各々は、半導体基板２０に形成された素子分離領域２０ｔによって互いに電気的に分離されている。隣接する２つの単位画素セル１０Ａ間の距離（画素ピッチ）は、例えば２μｍ程度であり得る。なお、本明細書における「半導体基板」は、その全体が半導体層である基板に限定されず、光が照射される側の表面に半導体層が設けられた絶縁性基板などであってもよい。
単位画素セル１０Ａ中の光センサ１００Ａは、概略的には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に似たデバイス構造を有する。すなわち、光センサ１００Ａは、半導体基板２０内に形成された不純物領域（ここではｎ型領域）２０ｓおよび２０ｄと、半導体基板２０の不純物領域２０ｓと不純物領域２０ｄとで挟まれた領域上に配置されたゲート絶縁層２３と、ゲート絶縁層２３上に配置された透明ゲート電極２２ｇとを含む。図１に示すように、透明ゲート電極２２ｇは、半導体基板２０を覆う層間絶縁層５０上に配置される。
図１に例示する構成において、層間絶縁層５０は、複数の絶縁層（典型的にはシリコン酸化膜）を含む積層構造を有する。層間絶縁層５０中には、多層配線４０が配置されている。多層配線４０は、複数の配線層を含む。図１に例示する構成では、多層配線４０は、３つの配線層を含んでおり、中央の配線層に、電源配線４２、アドレス信号線４４および垂直信号線４６が設けられている。電源配線４２、アドレス信号線４４および垂直信号線４６は、例えば、紙面に垂直な方向（光センサアレイにおける列方向）に沿って延びている。図１に示す例では、層間絶縁層５０および多層配線４０は、それぞれ、４層の絶縁層および３層の配線層を含む。しかしながら、層間絶縁層５０中の絶縁層の層数および多層配線４０中の配線層の層数は、この例に限定されない。
図１に例示する構成において、多層配線４０の電源配線４２は、コンタクトプラグ５２を介して不純物領域２０ｄに接続されている。後述するように、電源配線４２には、所定の電圧を供給する電源が接続される。光検出装置１０００の動作時、不純物領域２０ｄには、電源配線４２を介して所定のバイアス電圧（第１のバイアス電圧）が印加される。
ゲート絶縁層２３は、層間絶縁層５０を貫通して半導体基板２０の上面と透明ゲート電極２２ｇの下面とを結んでいる。なお、本明細書における「上面」および「下面」の用語は、部材間の相対的な配置を示すために用いられており、本開示の光検出装置の姿勢を限定する意図ではない。
ゲート絶縁層２３は、光電変換層２３ｐを含む。光電変換層２３ｐの厚さ（半導体基板２０の法線方向に沿って測った長さ）は、例えば１５００ｎｍ程度である。光電変換層２３ｐの構成の典型例の詳細は、後述する。図１に例示する構成では、光電変換層２３ｐと半導体基板２０との間に、絶縁層２３ｘが配置されている。絶縁層２３ｘは半導体基板２０に接していてもよい。
図１に示す例では、層間絶縁層５０上の透明ゲート電極２２ｇは、複数の単位画素セル１０Ａにわたって形成されている。透明ゲート電極２２ｇは、不図示の電源との接続を有する。透明ゲート電極２２ｇは、半導体基板２０の不純物領域２０ｄと同様に、光検出装置１０００の動作時に所定のバイアス電圧（第２のバイアス電圧）を印加可能に構成されている。
光検出装置１０００の動作時、透明ゲート電極２２ｇと不純物領域２０ｄとにそれぞれ所定の電圧が印加されることにより、透明ゲート電極２２ｇと不純物領域２０ｄとの間の電位差が一定に維持される。動作時において透明ゲート電極２２ｇと不純物領域２０ｄとの間の電位差を一定に維持することが可能であれば、透明ゲート電極２２ｇは、複数の単位画素セル１０Ａにわたって形成されていなくてもよい。例えば、単位画素セル１０Ａごとに分離して透明ゲート電極２２ｇが形成されていても構わない。
後に詳しく説明するように、光の検出動作においては、透明ゲート電極２２ｇと不純物領域２０ｄとの間の電位差が一定に維持された状態で、光センサ１００Ａの透明ゲート電極２２ｇ側（図１における上側）から、光が光検出装置１０００に照射される。光検出装置１０００に照射された光は、透明ゲート電極２２ｇを介してゲート絶縁層２３の光電変換層２３ｐに入射する。光電変換層２３ｐは、光が照射されることによって電子−正孔対を発生させる。光電変換層２３ｐ中に電子−正孔対が発生することにより、光電変換層２３ｐの誘電率が変化する。光センサ１００Ａを電界効果トランジスタとみなすと、光電変換層２３ｐにおける誘電率が変化することにより、このトランジスタにおけるゲート容量が変化したときと同様の効果が生じる。すなわち、ゲート絶縁層２３への光の照射により、不純物領域２０ｓおよび２０ｄの間に流れる電流の大きさが変化する。この電流の変化を利用することにより、光を検出することが可能である。
このような動作原理から、光センサ１００Ａを容量変調トランジスタと呼んでもよい。不純物領域２０ｓおよび２０ｄは、それぞれ、容量変調トランジスタの例えばソース領域およびドレイン領域に相当する。以下では、不純物領域２０ｓを光センサのソース領域（またはドレイン領域）と呼ぶことがあり、不純物領域２０ｄを光センサのドレイン領域（またはソース領域）と呼ぶことがある。また、以下では、簡単のため、不純物領域２０ｓおよび２０ｄの間に流れる電流を、単にドレイン電流と呼ぶことがある。
図１に示す例では、透明ゲート電極２２ｇ上に、赤外線を選択的に透過する赤外線透過フィルタ２６が配置されている。つまり、図１は、光検出装置１０００を赤外線検出装置として利用する場合の構成を例示している。このように、光検出装置１０００によって検出される光は、可視光の波長範囲（例えば、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）内の光に限定されない。なお、本明細書では、赤外線および紫外線を含めた電磁波全般を、便宜上「光」と表現する。本明細書における「透明」は、検出しようとする波長範囲の光の少なくとも一部を透過することを意味し、可視光の波長範囲全体にわたって光を透過することは必須ではない。
光検出装置１０００を赤外線検出装置として利用する場合、透明ゲート電極２２ｇの材料として、近赤外線に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（Transparent Conducting Oxide（ＴＣＯ））が用いられる。ＴＣＯとして、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ2などを用いることができる。透明ゲート電極２２ｇとして、Ａｕなどの金属薄膜を用いてもよい。図１に示すように、照射された光を集光して光電変換層２３ｐに入射させるマイクロレンズ２８を赤外線透過フィルタ２６上に配置してもよい。マイクロレンズ２８と透明ゲート電極２２ｇとの間に保護層を配置してもよい。
図１に例示する構成において、単位画素セル１０Ａの各々は、アドレストランジスタ３０を有する。アドレストランジスタ３０は、半導体基板２０内に形成された不純物領域２０ｓおよび不純物領域３０ｓと、ゲート絶縁層３３と、ゲート電極３４とを含む。ゲート絶縁層３３は、例えば、シリコンの熱酸化膜（二酸化シリコン膜）である。ゲート電極３４は、例えば、ポリシリコン電極である。この例では、アドレストランジスタ３０と光センサ１００Ａとは、不純物領域２０ｓを共有しており、不純物領域２０ｓを共有することによってこれらが電気的に接続されている。
アドレストランジスタ３０における不純物領域２０ｓは、例えば、アドレストランジスタ３０のドレイン領域として機能する。アドレストランジスタ３０における不純物領域３０ｓは、例えば、アドレストランジスタ３０のソース領域として機能する。アドレストランジスタ３０のゲート電極３４（典型的にはポリシリコン電極）は、コンタクトプラグ５２を介して、多層配線４０のアドレス信号線４４に接続されている。アドレストランジスタ３０の不純物領域３０ｓは、コンタクトプラグ５２を介して、多層配線４０の垂直信号線４６に接続されている。したがって、アドレス信号線４４を介してゲート電極３４の電位を制御し、アドレストランジスタ３０をオン状態とすることにより、光センサ１００Ａによって生成される信号を、垂直信号線４６を介して選択的に読み出すことができる。
垂直信号線４６などをその一部に含む上述の多層配線４０は、例えば銅などの金属によって形成される。多層配線４０中の配線層により、遮光膜を形成してもよい。層間絶縁層５０内に配置された配線層を遮光膜として機能させることにより、透明ゲート電極２２ｇを透過した光のうち、光電変換層２３ｐに入射しなかった光を、遮光性の配線層によって遮ることが可能である。これにより、光電変換層２３ｐに入射しなかった光（ここでは赤外線）が、半導体基板２０に形成されたトランジスタ（容量変調トランジスタまたはアドレストランジスタ３０）のチャネル領域に入射することを抑制し得る。ゲート絶縁層２３ｘおよび／またはゲート絶縁層３３が遮光性を有していてもよい。チャネル領域への迷光の入射を抑制することにより、隣接する単位画素セル間における混色など、ノイズの混入を抑制し得る。なお、透明ゲート電極２２ｇを透過した光のうち、光電変換層２３ｐに向かって進行する光のほとんどは、光電変換層２３ｐによって吸収される。そのため、光電変換層２３ｐに向かって進行する光は、半導体基板２０に形成されたトランジスタの動作に悪影響を及ぼさない。
（光検出装置の例示的な回路構成）
図２は、光検出装置１０００の例示的な回路構成を示す。上述したように、光センサ１００Ａは、電界効果トランジスタに似たデバイス構造を有している。そのため、ここでは、トランジスタと同様の回路記号を用いて便宜的に光センサ１００Ａを表現する。
図２は、単位画素セル１０Ａが２行２列のマトリクス状に配置された例を模式的に示している。本明細書では、行および列が延びる方向を、それぞれ、行方向および列方向と呼ぶことがある。言うまでもないが、光検出装置１０００における単位画素セルの数および配置は、図２に示す例に限定されない。単位画素セルは、１次元に配列されていてもよい。この場合、光検出装置１０００は、ラインセンサである。光検出装置１０００に含まれる単位画素セルの数は、２以上であってもよいし、１つであってもよい。
既に説明したように、各単位画素セル１０Ａの光センサ１００Ａにおける不純物領域２０ｄ（容量変調トランジスタのドレインといってもよい）は、電源配線４２に接続されている。図２に示す例では、電源配線４２が、光センサアレイの列ごとに配置されている。これらの電源配線４２は、電圧供給回路１２に接続されている。光検出装置１０００の動作時、電圧供給回路１２は、電源配線４２を介して、光センサアレイを構成する単位画素セル１０Ａの各々に所定の電圧（第１のバイアス電圧）を供給する。
各単位画素セル１０Ａの光センサ１００Ａにおける透明ゲート電極２２ｇは、ゲート電圧制御線４８に接続されている。図２に例示する構成において、ゲート電圧制御線４８は、電圧供給回路１２に接続されている。したがって、光検出装置１０００の動作時、光センサアレイにおける各光センサ１００Ａの透明ゲート電極２２ｇには、ゲート電圧制御線４８を介して、電圧供給回路１２から所定のゲート電圧（第２のバイアス電圧）が印加される。電圧供給回路１２は、特定の電源回路に限定されず、所定の電圧を生成する回路であってもよいし、他の電源から供給された電圧を所定の電圧に変換する回路であってもよい。後述するように、各光センサ１００Ａの透明ゲート電極２２ｇには、光センサ１００Ａにおける不純物領域２０ｄの電位を基準としたときに所定の範囲内にあるゲート電圧が印加される。
図２に例示する構成において、アドレストランジスタ３０のゲートとの接続を有するアドレス信号線４４は、垂直走査回路（「行走査回路」とも呼ばれる）１４に接続されている。垂直走査回路１４は、アドレス信号線４４に所定の電圧を印加することにより、各行に配置された複数の単位画素セル１０Ａを行単位で選択する。これにより、アドレストランジスタ３０を介して、選択された単位画素セル１０Ａの信号を読み出すことができる。
図示するように、アドレストランジスタ３０のソースおよびドレインの一方（典型的にはドレイン）は、光センサ１００Ａにおける不純物領域２０ｓ（容量変調トランジスタのソースといってもよい）に接続されており、アドレストランジスタ３０のソースおよびドレインの他方（ここではソース）は、光センサアレイの列ごとに設けられた垂直信号線４６に接続されている。垂直信号線４６は、光センサアレイからの画素信号を周辺回路へ伝達する主信号線である。
この例では、垂直信号線４６と接地との間に定電流源４９が接続されている。したがって、垂直信号線４６の電圧の変化を検出することにより、光センサ１００Ａに光が照射されることに起因する、光センサ１００Ａにおけるドレイン電流の変化を検出することができる。すなわち、垂直信号線４６の電圧の変化に基づいて、光を検出することができる。このとき、電源配線４２は、ソースフォロア電源として機能する。光センサ１００Ａの不純物領域２０ｓから出力される電流を検出することによって光を検出してもよい。ただし、電圧の変化を検出する方が、シリコンのフォトダイオードを用いた光センサと同様のプロセスおよび回路を適用でき、高いＳ／Ｎ比を得る観点からも有利である。
なお、光センサ１００Ａにおける不純物領域２０ｄに所定の電圧を供給する回路と、透明ゲート電極２２ｇに所定の電圧を供給する回路とは、図２に例示するように共通であってもよいし、異なっていてもよい。光センサ１００Ａにおける不純物領域２０ｄに所定の電圧を供給する回路および透明ゲート電極２２ｇに所定の電圧を供給する回路の少なくとも一方が、垂直走査回路１４の一部であってもよい。
（光電変換層）
次に、光電変換層２３ｐの構成の典型例を詳細に説明する。
光電変換層２３ｐを構成する材料としては、典型的には、半導体材料が用いられる。光電変換層２３ｐは、光の照射を受けて内部に電子−正孔対を生成する。ここでは、光電変換層２３ｐを構成する材料として有機半導体材料を用いる。光電変換層２３ｐは、例えば、下記一般式（１）で表されるスズナフタロシアニン（以下、単に「スズナフタロシアニン」と呼ぶことがある）を含む。
Figure 2017183747
一般式（１）中、Ｒ1〜Ｒ24は、独立して、水素原子または置換基を表す。置換基は、特定の置換基に限定されない。置換基は、重水素原子、ハロゲン原子、アルキル基（シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む）、アルケニル基（シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む）、アルキニル基、アリール基、複素環基（ヘテロ環基といってもよい）、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基（アニリノ基を含む）、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールアゾ基、ヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基（−Ｂ（ＯＨ）2）、ホスファト基（−ＯＰＯ（ＯＨ）2）、スルファト基（−ＯＳＯ3Ｈ）、または、その他の公知の置換基であり得る。
上述の一般式（１）で表されるスズナフタロシアニンとしては、市販されている製品を用いることができる。あるいは、上述の一般式（１）で表されるスズナフタロシアニは、例えば特開２０１０−２３２４１０号公報に示されているように、下記の一般式（２）で表されるナフタレン誘導体を出発原料として合成することができる。一般式（２）中のＲ25〜Ｒ30は、一般式（１）におけるＲ1〜Ｒ24と同様の置換基であり得る。
Figure 2017183747
上述の一般式（１）で表されるスズナフタロシアニンにおいて、分子の凝集状態の制御のし易さの観点から、Ｒ1〜Ｒ24のうち、８個以上が水素原子または重水素原子であると有益であり、Ｒ1〜Ｒ24のうち、１６個以上が水素原子または重水素原子であるとより有益であり、全てが水素原子または重水素原子であるとさらに有益である。さらに、以下の式（３）で表されるスズナフタロシアニンは、合成の容易さの観点で有利である。
Figure 2017183747
上述の一般式（１）で表されるスズナフタロシアニンは、概ね２００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域に吸収を有する。例えば、上述の式（３）で表されるスズナフタロシアニンは、図３に示すように、波長が概ね８７０ｎｍの位置に吸収ピークを有する。図３は、上述の式（３）で表されるスズナフタロシアニンを含む光電変換層における吸収スペクトルの一例である。なお、吸収スペクトルの測定においては、石英基板上に光電変換層（厚さ：３０ｎｍ）が積層されたサンプルを用いている。
図３からわかるように、スズナフタロシアニンを含む材料から形成された光電変換層は、近赤外領域に吸収を有する。すなわち、光電変換層２３ｐを構成する材料として、スズナフタロシアニンを含む材料を選択することにより、近赤外線を検出可能な光センサを実現し得る。
図４は、上述の一般式（１）で表されるスズナフタロシアニンを含む有機半導体材料を用いて形成した光電変換層を有するゲート絶縁層の一例を示す。図４に例示する構成において、ゲート絶縁層２３は、光電変換構造２３０Ａを含み、光電変換構造２３０Ａおよび透明ゲート電極２２ｇの間に配置された電子ブロッキング層２３４と、光電変換構造２３０Ａおよび絶縁層２３ｘとの間に配置された正孔ブロッキング層２３６とをさらに含んでいる。
光電変換構造２３０Ａは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の少なくとも一方を含む。図４に例示する構成では、光電変換構造２３０Ａは、ｐ型半導体層２３０ｐと、ｎ型半導体層２３０ｎと、ｐ型半導体層２３０ｐおよびｎ型半導体層２３０ｎの間に挟まれた光電変換層２３０ｈとを有する。ｐ型半導体層２３０ｐは、電子ブロッキング層２３４と光電変換層２３０ｈとの間に配置されており、光電変換層および／または正孔輸送層としての機能を有する。ｎ型半導体層２３０ｎは、正孔ブロッキング層２３６と光電変換層２３０ｈとの間に配置されており、光電変換層および／または電子輸送層としての機能を有する。後述するように、光電変換層２３０ｈがｐ型半導体およびｎ型半導体の少なくとも一方を含んでいてもよい。
ｐ型半導体層２３０ｐおよびｎ型半導体層２３０ｎは、それぞれ、有機ｐ型半導体および有機ｎ型半導体を含む。すなわち、光電変換構造２３０Ａは、上述の一般式（１）で表されるスズナフタロシアニンを含む有機光電変換材料と、有機ｐ型半導体および有機ｎ型半導体の少なくとも一方とを含む。
有機ｐ型半導体（化合物）は、ドナー性有機半導体（化合物）であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは、有機ｐ型半導体（化合物）は、２つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機化合物としては、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物（ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体）、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などを用いることができる。なお、ドナー性有機半導体は、これらに限らず、上述したように、ｎ型（アクセプター性）化合物として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用い得る。上述のスズナフタロシアニンは、有機ｐ型半導体材料の一例である。
有機ｎ型半導体（化合物）は、アクセプター性有機半導体（化合物）であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは、有機ｎ型半導体（化合物）は、２つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物としては、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、フラーレン、フラーレン誘導体、縮合芳香族炭素環化合物（ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体）、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する５ないし７員のヘテロ環化合物（例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピンなど）、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などを用いることができる。なお、これらに限らず、上述したように、ｐ型（ドナー性）有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用い得る。
光電変換層２３０ｈは、例えば、ｐ型半導体およびｎ型半導体を含むバルクヘテロ接合構造層であり得る。バルクへテロ接合構造を有する層として光電変換層２３０ｈを形成する場合、上述の一般式（１）で表されるスズナフタロシアニンをｐ型半導体材料として用い得る。ｎ型半導体材料としては、例えば、フラーレンおよび／またはフラーレン誘導体を用いることができる。ｐ型半導体層２３０ｐを構成する材料が、光電変換層２３０ｈに含まれるｐ型半導体材料と同じであると有益である。同様に、ｎ型半導体層２３０ｎを構成する材料が、光電変換層２３０ｈに含まれるｎ型半導体材料と同じであると有益である。バルクへテロ接合構造は、特許第５５５３７２７号公報において詳細に説明されている。参考のため、特許第５５５３７２７号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
検出を行いたい波長域に応じて適切な材料を用いることにより、所望の波長域に感度を有する光センサを実現し得る。光電変換層２３ｐは、アモルファスシリコンなどの無機半導体材料を含んでいてもよい。光電変換層２３ｐは、有機材料から構成される層と無機材料から構成される層とを含んでいてもよい。ここでは、スズナフタロシアニンとＣ60とを共蒸着することによって得られたバルクヘテロ接合構造を光電変換層２３ｐに適用した例を説明する。
（光電変換層における光電流特性）
図５は、光電変換層２３ｐにおける光電流特性の典型例を示す。図５中、太い実線のグラフは、光が照射された状態における、光電変換層の例示的な電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示している。なお、図５には、光が照射されていない状態におけるＩ−Ｖ特性の一例も、太い破線によってあわせて示されている。
図５は、一定の照度のもとで、光電変換層の２つの主面の間に印加するバイアス電圧を変化させたときの主面間の電流密度の変化を示している。本明細書において、バイアス電圧における順方向および逆方向は、以下のように定義される。光電変換層が、層状のｐ型半導体および層状のｎ型半導体の接合構造を有する場合には、ｎ型半導体の層よりもｐ型半導体の層の電位が高くなるようなバイアス電圧を順方向のバイアス電圧と定義する。他方、ｎ型半導体の層よりもｐ型半導体の層の電位が低くなるようなバイアス電圧を逆方向のバイアス電圧と定義する。有機半導体材料を用いた場合も、無機半導体材料を用いた場合と同様に、順方向および逆方向を定義することができる。光電変換層がバルクヘテロ接合構造を有する場合、上述の特許第５５５３７２７号公報の図１に模式的に示されるように、光電変換層の２つの主面のうちの一方の表面には、ｎ型半導体よりもｐ型半導体が多く現れ、他方の表面には、ｐ型半導体よりもｎ型半導体が多く現れる。したがって、ｎ型半導体よりもｐ型半導体が多く現れた主面側の電位が、ｐ型半導体よりもｎ型半導体が多く現れた主面側の電位よりも高くなるようなバイアス電圧を順方向のバイアス電圧と定義する。
図５に示すように、本開示の実施形態による光電変換層の光電流特性は、概略的には、第１〜第３の３つの電圧範囲によって特徴づけられる。第１電圧範囲は、逆バイアスの電圧範囲であって、逆方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度の絶対値が増大する電圧範囲である。第１電圧範囲は、光電変換層の主面間に印加されるバイアス電圧の増大に従って光電流が増大する電圧範囲といってもよい。第２電圧範囲は、順バイアスの電圧範囲であって、順方向バイアス電圧の増大に従って出力電流密度が増大する電圧範囲である。つまり、第２電圧範囲は、光電変換層の主面間に印加されるバイアス電圧の増大に従って順方向電流が増大する電圧範囲である。第３電圧範囲は、第１電圧範囲と第２電圧範囲の間の電圧範囲である。
第１〜第３の電圧範囲は、リニアな縦軸および横軸を用いたときにおける光電流特性のグラフの傾きによって区別され得る。参考のため、図５では、第１電圧範囲および第２電圧範囲のそれぞれにおけるグラフの平均的な傾きを、それぞれ、破線Ｌ１および破線Ｌ２によって示している。図５に例示されるように、第１電圧範囲、第２電圧範囲および第３電圧範囲における、バイアス電圧の増加に対する出力電流密度の変化率は、互いに異なっている。第３電圧範囲は、バイアス電圧に対する出力電流密度の変化率が、第１電圧範囲における変化率および第２電圧範囲における変化率よりも小さい電圧範囲として定義される。あるいは、Ｉ−Ｖ特性を示すグラフにおける立ち上がり（立ち下り）の位置に基づいて、第３電圧範囲が決定されてもよい。第３電圧範囲は、典型的には、−１Ｖよりも大きく、かつ、＋１Ｖよりも小さい。第３電圧範囲では、バイアス電圧を変化させても、光電変換層の主面間の電流密度は、ほとんど変化しない。図５に例示されるように、第３電圧範囲では、電流密度の絶対値は、典型的には１００μＡ／ｃｍ2以下である。後に詳しく述べるように、この第３電圧範囲では、光の照射によって生じた正孔−電子対は、光の照射をやめれば速やかに再結合して消滅する。そのため、光検出装置の動作時に光電変換層の２つの主面の間に印加するバイアス電圧を第３電圧範囲の電圧に調整することによって、高速な応答を実現することが可能となる。
再び図１および図２を参照する。本開示の典型的な実施形態では、光検出装置の動作時、光センサが有する２つの不純物領域のうち電源配線４２に接続された側と、透明ゲート電極２２ｇとの間の電位差が、上述の第３電圧範囲に維持された状態で、光の検出が実行される。例えば、図２を参照して説明した構成では、不純物領域２０ｄを基準としたときに第３電圧範囲内にあるゲート電圧が、電圧供給回路１２から透明ゲート電極２２ｇに供給される。したがって、光の検出動作においては、光電変換層２３ｐは、上面（透明ゲート電極２２ｇ側の主面）と下面との間に、第３電圧範囲のバイアス電圧が印加された状態にある。
光電変換層２３ｐに光が入射すると、光電変換層２３ｐの内部に正孔−電子対が発生する。このとき、光電変換層２３ｐに所定のバイアス電圧が印加されているので、複数の正孔−電子対の各々における双極子モーメントは、ほぼ同じ方向に揃う。そのため、正孔−電子対に伴って光電変換層２３ｐの誘電率が増大する。所定のバイアス電圧が印加され、光が照射された状態にある光電変換層２３ｐ内の電場の大きさをＥとすれば、ガウスの法則により、Ｅ＝（（σf−σp）／ε0）およびＥ＝（σf／ε）が成り立つ。ここで、σfは、電極（例えば透明ゲート電極２２ｇ）における電荷密度であり、σpは、分極により、光電変換層２３ｐにおいて電極に対向する表面に生じた電荷の密度である。ε0およびεは、それぞれ、真空の誘電率および光電変換層２３ｐの誘電率である。Ｅ＝（（σf−σp）／ε0）およびＥ＝（σf／ε）から、ε＝ε0（σf／（σf−σp））が得られ、分極に寄与する電荷（正孔−電子対）の増加により光電変換層２３ｐの誘電率が増大することがわかる。つまり、光電変換層２３ｐへの光の照射により、ゲート絶縁層２３全体の誘電率が増大する。
光センサ１００Ａをトランジスタとみなせば、ゲート絶縁層２３の誘電率の増大に伴い、しきい値電圧が低下する（実効的なゲート電圧が増大するといってもよい）。これにより、不純物領域２０ｄおよび２０ｓの間に流れるドレイン電流の大きさがゲート絶縁層２３の誘電率の変化に伴って変化する。すなわち、光センサ１００Ａにおけるドレイン電流の大きさは、光センサ１００Ａへの照度の変化に応じた変化を示す。したがって、ドレイン電流の大きさの変化を適当な検出回路によって検出することにより、光を検出することが可能である。
例えば、図２に示すように垂直信号線４６に定電流源４９を接続し、アドレストランジスタ３０をオンとすれば、垂直信号線４６における電圧の変化の形で、光センサ１００Ａへの照度の変化に応じたしきい値電圧の変化を検出することができる。あるいは、垂直信号線４６に定電圧源を接続して、垂直信号線４６における電流の変化を検出してもよい。このように、光センサ１００Ａからの出力信号は、電圧の変化の形であってもよいし、電流の変化の形であってもよい。
ここで注目すべき点は、光の検出時に、光電変換層２３ｐに第３電圧範囲のバイアス電圧を印加している点である。フォトダイオード（または光電変換膜）を利用した従来の光センサでは、一般に、図５に示す第１電圧範囲に対応する、逆バイアスのもとで光検出の動作が実行される。そのため、光電変換によって生じた正孔および電子は、それぞれ、フォトダイオードのカソードおよびアノードに向かって移動する。フォトダイオード（または光電変換膜）を利用した、従来の光センサの光検出においては、光電変換によって生じた電荷が、信号として外部回路に取り出される。
これに対し、本開示の光検出装置の典型例では、光の検出時、光電変換層２３ｐには、第３電圧範囲のバイアス電圧が印加される。第３電圧範囲のバイアス電圧が印加された状態で光電変換層２３ｐに光が照射されると、光電変換層２３ｐに正孔−電子対が生成される。ただし、第３電圧範囲のバイアス電圧が印加された状態においては、生成された正孔および電子は、分離して電極に移動することなく、双極子を形成する。すなわち、生成された正孔および電子自体が光電変換層２３ｐの外部に取り出されることはない。
光電変換層からの電荷の排出および光電変換層への電荷の流入は、その速度が遅い（数十ミリ秒程度）。そのため、光センサをイメージセンサに適用する場合、光電変換層からの電荷の排出または光電変換層への電荷の流入を伴う構成では、撮像開始時の光電変換層への電圧の印加、光照射などに伴ってノイズ、残像などが発生するおそれがある。光の検出時に光電変換層２３ｐに印加するバイアス電圧を第３電圧範囲の電圧とする構成では、このような光電変換層からの電荷の排出または光電変換層への電荷の流入を伴わないので、ノイズ、残像などの発生を抑制し得る。
また、第３電圧範囲のバイアス電圧が印加された状態においては、光電変換層２３ｐに光が入射しなくなると、正孔−電子対は、速やか（数十マイクロ秒以下）に再結合して消滅する。したがって、本開示の実施形態によれば、高速な応答を実現することが可能である。高速な応答を実現し得るので、本開示の実施形態による光センサは、飛行時間法（Time-of-flight method）を利用した距離計測、超高速撮影などへの適用に有利である。電源配線４２を介して不純物領域２０ｄに印加される第１のバイアス電圧は、例えば２．４Ｖであり、ゲート電圧制御線４８を介して透明ゲート電極２２ｇに印加される第２のバイアス電圧は、例えば２．５Ｖである。つまり、ここで説明する例では、光センサ１００Ａのゲート絶縁層２３の上面および下面の間に、およそ０．１Ｖの電位差が与えられるように設定されている。なお、後述するように、光電変換層に第１電圧範囲のバイアス電圧を印加して光の検出を実行することも可能である。
（赤外線の検出）
赤外領域に吸収を有する光電変換材料は、バンドギャップが狭い。また、暗電流の原因となる、熱励起に起因する電流における活性化エネルギーは、バンドギャップに比例する。そのため、容量変調トランジスタのゲート絶縁層の材料として、赤外領域に吸収を有する光電変換材料を用いると、ゲートリークが発生し、十分なＳ／Ｎ比を確保できない可能性がある。０．１Ｖのバイアス電圧のもとでの有機光電変換層単体におけるリーク電流の大きさは、１×１０-8Ａ／ｃｍ2程度であり得る（「×」は乗算を表す）。
ここで説明する例では、光電変換層２３ｐとして、近赤外領域に吸収を有する光電変換層を用いている。図１に例示する構成では、光電変換層２３ｐと半導体基板２０の間に、絶縁層２３ｘが配置されている。光電変換層２３ｐと半導体基板２０の間に絶縁層２３ｘを配置することにより、光電変換層２３ｐにおけるリーク電流を低減して、必要なＳ／Ｎ比を確保し得る。
絶縁層２３ｘとしては、例えば、シリコンの熱酸化膜を適用し得る。図６は、０．１Ｖの電圧を印加したときの、シリコン熱酸化膜に流れるリーク電流の膜厚依存性を示す。本開示の実施形態の光検出方式において、光の非照射時における特性を確保する観点からは、ゲート絶縁層２３におけるリーク電流が１×１０-11Ａ／ｃｍ2以下であることが有益である。このリーク電流の大きさは、半導体基板２０の法線方向からゲート絶縁層２３を見たときの面積（ゲート面積）を１μｍ2としたときの１ｅ／ｓ以下のリーク量に相当する（リーク量の単位における「ｅ」は、電子数を意味する）。図６に示すように、絶縁層２３ｘとしてシリコン熱酸化膜を適用する場合、熱酸化膜の厚さを４．６ｎｍ以上とすれば、必要な程度にまでリーク電流を低減し得ることがわかる。
上述の第３電圧範囲を利用する場合、光の検出時に光電変換層２３ｐの上面と下面との間に印加される電圧は、例えば０．１Ｖ程度と比較的小さい。そのため、光電変換層２３ｐの材料として、狭バンドギャップの材料を用いやすい。また、光電変換層２３ｐと半導体基板２０との間に絶縁層２３ｘを配置することにより、容量変調トランジスタのチャネル領域へのリーク電流を低減し得る。第３電圧範囲を利用する場合、不純物領域２０ｄと透明ゲート電極２２ｇとの間に与えられる電位差は、比較的小さい。そのため、絶縁層２３ｘとして比較的薄い絶縁膜を用いることができ、照度に関する情報をドレイン電流の変調の形で取得することが可能である。
このように、本開示の実施形態によれば、赤外領域に吸収を有する狭バンドギャップの光電変換材料を用いながらも、暗電流を抑制して高いＳ／Ｎ比を確保することが可能である。言うまでもないが、絶縁層２３ｘを構成する材料は、二酸化シリコンに限定されない。絶縁層２３ｘとして、シリコン半導体において一般的に用いられるシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を適用してもよいし、ＨｆＯ2膜などのＨｉｇｈ−ｋ膜を適用してもよい。絶縁層２３ｘの厚さは、絶縁層２３ｘを構成する材料に応じて適宜設定されればよい。
近赤外線を利用したイメージングは、例えば車両に搭載されて使用されるナイトビジョンシステムの用途、生体観察の用途などに有望であり、赤外領域に感度を有する光センサが望まれている。よく知られているように、シリコンのバンドギャップは１．１ｅＶであり、シリコンのフォトダイオードを用いた光センサでは、１１００ｎｍ以上の波長を有する光を検出できない。シリコンのフォトダイオードは、９００ｎｍあたりの波長域における感度を有するものの、可視光の波長範囲と比較するとその感度は低く、特にナイトビジョンシステムへの適用において性能の向上が望まれている。
狭バンドギャップを有する半導体としては、ＩｎxＧａ1-xＡｓが知られている。ＩｎxＧａ1-xＡｓは、組成比Ｘを調整することにより、バンドギャップを０．３ｅＶまで狭めることが可能である。ＩｎxＧａ1-xＡｓを用いた光センサでは、最大で３μｍの波長に感度を持たせることができ、ＩｎxＧａ1-xＡｓを用いた光センサを赤外線センサとして用いることが可能である。しかしながら、結晶欠陥による暗電流、狭バンドギャップに起因する熱ノイズによるＳ／Ｎ比の劣化を抑制するために、イメージセンサを冷却する必要がある。そのため、小型化および低コスト化が困難であり、民生用として広く普及するには至っていない。冷却装置を使わない赤外線イメージセンサとしては、マイクロボロメータおよび焦電センサが知られている。しかしながら、マイクロボロメータおよび焦電センサは、ともに熱を介した検出であるので、応答速度が数十ｍ秒と遅く、用途が限定されてしまう。
本開示の実施形態によれば、光電変換層２３ｐとして、赤外領域に吸収を有する材料を用いることが比較的容易である。例えば、上述の式（３）で表されるスズナフタロシアニンを含む光電変換層は、図３に示すように、８００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域に吸収のピークを有している。式（３）で表されるスズナフタロシアニンを含む光電変換層の、波長９００ｎｍにおける量子効率は、シリコンの１０倍程度であり得る。本開示の実施形態によれば、赤外領域に感度を有する光センサを比較的簡易な構成で実現し得る。本開示の実施形態による光センサにおける検出は、熱を介した検出ではないので、チャネル部分の温度変化による熱ノイズの発生を回避でき、冷却機構を設ける必要もない。
光検出装置１０００は、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造することができる。特に、半導体基板２０としてシリコン基板を用いる場合には、種々のシリコン半導体プロセスを利用することによって光検出装置１０００を製造することができる。本開示の光センサは、電界効果トランジスタに似たデバイス構造を有するので、他のトランジスタと本開示の光センサとを同一の半導体基板に形成することも比較的容易である。
（光センサの第２の実施形態）
図７は、本開示の第２の実施形態に係る光検出装置の断面を模式的に示す。第２の実施形態において、光検出装置１０００は、各々が光センサ１００Ｂを有する複数の単位画素セル１０Ｂを含む。図７では、図面が複雑となることを避けるため、複数の単位画素セル１０Ｂのうちの１つを示している。
図７に例示する構成において、光センサ１００Ｂは、容量変調トランジスタ６０と、光電変換部とを有する。容量変調トランジスタ６０は、半導体基板２０に形成された電界効果トランジスタである。容量変調トランジスタ６０は、不純物領域２０ｄおよび不純物領域２０ｓと、半導体基板上の絶縁層２３ｘと、絶縁層２３ｘ上のゲート電極２４とを有する。不純物領域２０ｄは、容量変調トランジスタ６０のドレイン領域（またはソース領域）として機能し、不純物領域２０ｓは、容量変調トランジスタ６０のソース領域（またはドレイン領域）として機能する。第１の実施形態と同様に、不純物領域２０ｄは、電源配線４２との接続を有することにより、光検出装置１０００の動作時に所定の電圧（第１のバイアス電圧）を印加可能に構成されている。絶縁層２３ｘは、容量変調トランジスタ６０のゲート絶縁層として機能する。絶縁層２３ｘは、例えば、厚さが４．６ｎｍのシリコン熱酸化膜である。
光センサ１００Ｂの光電変換部は、画素電極２１と、画素電極２１に対向する透明電極２２と、これらの間に挟まれた光電変換層２３ｐとを含む。画素電極２１は、隣接する単位画素セル１０Ｂとの間で空間的に分離して配置されることにより、他の単位画素セル１０Ｂにおける画素電極２１と電気的に分離されている。画素電極２１は、典型的には、金属電極または金属窒化物電極である。画素電極２１を形成するための材料の例は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｍｏ、ＲｕおよびＰｔである。画素電極２１は、不純物がドープされることにより導電性が付与されたポリシリコンなどから形成されてもよい。ここでは、画素電極２１としてＴｉＮ電極を用いる。
光電変換層２３ｐは、他の単位画素セル１０Ｂにわたって形成されている。光電変換層２３ｐの厚さは、例えば２００ｎｍ程度であり得る。透明電極２２は、第１の実施形態における透明ゲート電極２２ｇと同様に、ＴＣＯを用いて他の単位画素セル１０Ｂにわたって形成されている。また、透明電極２２は、ゲート電圧制御線４８（図７において不図示、図２参照）との接続を有し、光検出装置１０００の動作時に所定の電圧（第２のバイアス電圧）を印加可能に構成されている。
図示する例では、透明電極２２および光電変換層２３ｐが層間絶縁層５０上に配置されており、多層配線４０の一部およびコンタクトプラグ５２を含む接続部５４により、光電変換部の画素電極２１と、容量変調トランジスタ６０のゲート電極２４とが接続されている。第２の実施形態による光センサ１００Ｂは、概略的には、第１の実施形態による光センサ１００Ａ（図１参照）における光電変換層２３ｐと絶縁層２３ｘとの間に電極（ここでは、画素電極２１、接続部５４およびゲート電極２４）を介在させた構造を有するということができる。なお、容量変調トランジスタ６０が、絶縁層２３ｘを誘電体層として有するキャパシタと、光電変換層２３ｐを誘電体層として有するキャパシタとの直列接続を含むゲート絶縁層を含んでいるとみなすこともできる。この場合、画素電極２１、接続部５４およびゲート電極２４を間に有する、絶縁層２３ｘおよび光電変換層２３ｐの積層構造が、容量変調トランジスタ６０におけるゲート容量（ゲート絶縁層といってもよい）を構成し、透明電極２２が、容量変調トランジスタ６０におけるゲート電極を構成するといえる。
光検出装置１０００における光の検出の原理は、第１の実施形態とほぼ同様である。すなわち、光電変換層２３ｐに上述の第３電圧範囲のバイアス電圧が印加された状態で、透明電極２２を介して光電変換層２３ｐに光が入射される。不純物領域２０ｄに印加される電圧は、例えば、２．４Ｖである。透明電極２２に印加される電圧は、例えば、２．５Ｖである。つまり、容量変調トランジスタ６０のゲート絶縁層としての絶縁層２３ｘと、光電変換層２３ｐとに、全体としておよそ０．１Ｖのバイアス電圧が印加される。
光電変換層２３ｐに光が入射すると、光電変換層２３ｐ内に正孔−電子対が生成され、光電変換層２３ｐの誘電率が変化する。光電変換層２３ｐにおける誘電率の変化に伴い、容量変調トランジスタ６０の実効的なゲート電圧が変化し、容量変調トランジスタ６０におけるドレイン電流が変化する。したがって、照度の変化を、例えば垂直信号線４６における電圧の変化として検出することが可能である。
第２の実施形態によれば、光電変換層２３ｐが層間絶縁層５０上に配置されるので、層間絶縁層５０内に光電変換層２３ｐを埋め込んだ構造（図１参照）と比較して、多層配線４０における各種の配線のレイアウトの自由度が向上する。図７に例示する構成では、単位画素セル１０Ｂを半導体基板２０の法線方向から見たときにおける、画素電極２１および透明電極２２が重なる領域の、単位画素セル１０Ｂに対する割合が、単位画素セル１０Ｂにおける開口率に相当する。そのため、層間絶縁層５０内に光電変換層２３ｐを埋め込んだ構造（図１参照）と比較して、より大きな開口率を得やすい。
また、光電変換層２３ｐが層間絶縁層５０上に配置する方が、層間絶縁層５０内に光電変換層２３ｐを埋め込むよりも製造プロセス上の難易度が低く、製造の面では有利である。容量変調トランジスタ６０のゲート電極２４と、アドレストランジスタ３０のゲート電極３４とをともにポリシリコン電極とすれば、容量変調トランジスタ６０のゲートの形成と同時にアドレストランジスタ３０のゲートを形成し得る。
例えば、容量変調トランジスタ６０のゲート電極２４と、アドレストランジスタ３０のゲート電極３４とを、互いに異なる材料を用いて形成するには、これらを順次に形成する必要がある。リソグラフィー技術を適用して、ゲート電極２４およびゲート電極３４を形成したり、不純物を注入したりする場合、ゲート電極２４およびゲート電極３４の間におけるアラインメントのずれを回避することは一般に困難である。したがって、容量変調トランジスタ６０のゲート電極２４と、アドレストランジスタ３０のゲート電極３４とを、互いに異なる材料を用いて形成しようとすると、アラインメントにおけるマージンを確保する必要がある。換言すれば、光検出装置における単位画素セルの微細化に不利である。
図７に例示するように、容量変調トランジスタ６０におけるゲート電極２４と、アドレストランジスタ３０におけるゲート電極３４とを同層（共通のレベル）とすることにより、共通のマスクおよび共通の材料を用いて、アラインメントのずれを考慮することなく、これらを所望の位置および形状に一括して配置し得る。同様に、容量変調トランジスタ６０におけるゲート絶縁層２３ｘと、アドレストランジスタ３０におけるゲート絶縁層３３とを同層とすることにより、共通のマスクおよび共通の材料を用いて、アラインメントのずれを考慮することなく、これらを所望の位置および形状に一括して配置し得る。したがって、より微細な画素を形成し得る。容量変調トランジスタ６０のゲートの構造と、アドレストランジスタ３０のゲートの構造とを共通化することにより、製造コストのさらなる削減が可能である。
なお、上述の第１の実施形態では、光センサ１００Ａは、容量変調トランジスタ６０におけるゲート電極２４に相当する電極を有していない（図１参照）。しかしながら、共通のマスクおよび共通の材料を用いて、光センサ１００Ａにおける絶縁層２３ｘとアドレストランジスタ３０におけるゲート絶縁層３３とを形成することが可能である。これにより、絶縁層２３ｘの形成後における、ゲート絶縁層３３の形成のためのアライメント、あるいは、ゲート絶縁層３３の形成後における、絶縁層２３ｘの形成のためのアライメントを不要とできる。したがって、絶縁層２３ｘとゲート絶縁層３３とを同層として、絶縁層２３ｘとゲート絶縁層３３との間の位置ずれをなくし得る。
画素電極２１を遮光性の電極として形成すれば、容量変調トランジスタ６０のチャネル領域および／またはアドレストランジスタ３０のチャネル領域への迷光の入射を抑制することが可能である。透明電極２２とマイクロレンズ２８との間に赤外線透過フィルタなどの光学フィルタを配置してもよい。
なお、図７に例示するデバイス構造は、一見すると、半導体基板上に光電変換層が配置された、積層型のイメージセンサのデバイス構造に似ている。しかしながら、積層型のイメージセンサでは、画素電極と、画素電極に対向する透明電極との間に比較的高いバイアス電圧が印加され、光の照射によって光電変換層内に生成された正孔および電子の一方が、信号電荷として画素電極に収集される。収集された信号電荷は、単位画素セル内のフローティングディフュージョンに一時的に蓄積され、蓄積された電荷量に応じた信号電圧が所定のタイミングで読み出される。
これに対し、本開示の光センサでは、光電変換層２３ｐで生成された正孔および電子を電極に向けて移動させずに、光電変換層２３ｐの誘電率の変化に応じた電気信号を読み出す。積層型のイメージセンサでは、信号電荷として正孔および電子の一方しか利用できないことに対して、本開示の光センサでは、正孔および電子をペアの形でドレイン電流の変化に利用している。そのため、より高い感度を実現し得る。また、光電変換層２３ｐの上面と下面の間に与えられる電位差を上述の第３電圧範囲の電位差としているので、光の照射をやめれば、生成された正孔および電子のペアは、速やかに再結合する。すなわち、積層型のイメージセンサとは異なり、画素電極の電位のリセット動作が不要である。なお、本開示の光センサは、光電変換層２３ｐで生成された正孔または電子をフローティングディフュージョンに信号電荷として蓄積する動作を行わない。そのため、積層型のイメージセンサとは異なり、半導体基板２０は、信号電荷を蓄積するための電荷蓄積領域を有しない。
上述したように、光電変換層２３ｐの上面と下面の間に与えられる電位差を上述の第３電圧範囲の電位差とした場合、光の照射をやめると、生成された正孔および電子のペアが速やかに再結合する。これは、光センサの出力が、光照射時の照度の変化に応じた変動を示し、積算光量には依存しないことを意味する。そのため、光電変換層２３ｐの上面と下面の間に与えられる電位差を上述の第３電圧範囲の電位差とした場合には、基本的には、露光のタイミングおよび信号の読み出しのタイミングは、一致させられる。
なお、単位画素セル内に、一方の電極が半導体基板２０の不純物領域２０ｓまたは３０ｓ（例えば図７参照）に電気的に接続されたキャパシタを設けてもよい。このようなキャパシタを単位画素セル内に配置することにより、光センサに対する露光とは異なるタイミングで出力信号を読み出すことが可能になる。
（光センサの第３の実施形態）
図８は、本開示の第３の実施形態に係る光検出装置の断面を模式的に示す。図８に示す単位画素セル１０Ｃ中の光センサ１００Ｃと、図７を参照して説明した、第２の実施形態の光センサ１００Ｂとの間の相違点は、光センサ１００Ｃの光電変換部が、光電変換層２３ｐと電極（画素電極２１および／または透明電極２２）との間に配置された絶縁層を含む点である。図８に例示する構成では、画素電極２１と光電変換層２３ｐとの間、および、光電変換層２３ｐと透明電極２２との間に、それぞれ、絶縁層２９ａおよび２９ｂが配置されている。
絶縁層２９ａおよび２９ｂを構成する材料としては、例えば、光電変換層２３ｐを構成する材料よりもリーク電流の小さい材料を選択することができる。ここでは、絶縁層２９ａおよび２９ｂとして、厚さが５．４ｎｍのシリコン酸化膜を用いる。シリコン酸化膜は、例えばＣＶＤにより形成することができる。
図８に例示する構成では、画素電極２１と光電変換層２３ｐとの間、および、光電変換層２３ｐと透明電極２２との間に、それぞれ、絶縁層２９ａおよび２９ｂが配置されているので、より大きなバイアス電圧を容量変調トランジスタ６０のドレイン領域（またはソース領域）と透明電極２２との間に印加することが可能である。ここでは、第１のバイアス電圧として１．２Ｖの電圧を、第２のバイアス電圧として３．７Ｖの電圧を、それぞれ、不純物領域２０ｄおよび透明電極２２に印加する例を説明する。つまり、ここでは、不純物領域２０ｄおよび透明電極２２の間に、およそ２．５Ｖの電位差が与えられる。
図９は、２．５Ｖの電圧を印加したときの、シリコン酸化膜に流れるリーク電流の膜厚依存性を示す。既に説明したように、光の非照射時における特性を確保する観点からは、容量変調トランジスタ６０のチャネル領域へのリーク電流が１×１０-11Ａ／ｃｍ2以下であることが有益である。図９に示すように、シリコン酸化膜に２．５Ｖの電圧を印加する場合には、シリコン酸化膜の厚さを５．４ｎｍ以上とすることにより、シリコン酸化膜におけるリーク電流を１×１０-11Ａ／ｃｍ2以下に低減することができる。
再び図８を参照する。図８に例示する構成では、不純物領域２０ｄおよび透明電極２２の間に印加される電圧が、それぞれがキャパシタを構成する絶縁層２３ｘ、絶縁層２９ａ、絶縁層２９ｂおよび光電変換層２３pの間で分圧される。そのため、絶縁層２３ｘ、２９ａおよび２９ｂの各々に印加される電圧は、およそ０．８Ｖ程度である。したがって、厳密には、絶縁層２９ａおよび２９ｂのそれぞれが５．４ｎｍの厚さを有している必要はない。ここでは、ＣＶＤによって形成されるシリコン酸化膜の特性バラつきを考慮して、絶縁層２９ａおよび２９ｂの各々の厚さとして５．４ｎｍの値を採用している。
このように、光電変換層２３ｐと電極との間に絶縁層（ここでは絶縁層２９ａ、絶縁層２９ｂ）を配置することにより、容量変調トランジスタ６０のドレイン領域（またはソース領域）と透明電極２２との間に、より大きなバイアス電圧を印加することが可能である。例えば、光電変換層２３ｐの上面と下面との間に与えられる電位差が上述の第１電圧範囲となるようなバイアス電圧が、容量変調トランジスタ６０のドレイン領域（またはソース領域）と透明電極２２との間に印加されてもよい。
光電変換層２３ｐに第１電圧範囲（図５参照）のバイアス電圧が印加された状態で光が光電変換層２３ｐに照射されると、光電変換によって生成された正孔および電子の一方は、透明電極２２に向かって移動し、他方は、画素電極２１に向かって移動する。このように、光電変換層２３ｐに第１電圧範囲のバイアス電圧を印加する場合には、光電変換によって生じた正の電荷および負の電荷が分離され得るので、光の照射をやめてから正孔および電子のペアが再結合するまでの時間は、光電変換層２３ｐに第３電圧範囲のバイアス電圧を印加する場合と比較して長い。したがって、露光のタイミングと信号の読み出しのタイミングとを必ずしも一致させる必要はない。露光のタイミングと信号の読み出しのタイミングとを異ならせることが比較的容易であるので、ある側面では、光電変換層２３ｐへの第１電圧範囲のバイアス電圧の印加は、光センサのイメージセンサへの適用に有利である。
光電変換層２３ｐに第１電圧範囲のバイアス電圧が印加された状態では、光電変換層２３ｐと画素電極２１との間の絶縁層２９ａは、光電変換によって生成された正孔および電子の一方を蓄積するキャパシタとして機能し得る。このキャパシタへの電荷の蓄積に伴い、接続部５４において静電誘導が起こり、容量変調トランジスタ６０における実効的なゲート電圧が変化する。したがって、容量変調トランジスタ６０のドレイン電流の大きさが変化する。出力信号の読み出しが終了した後は、例えば、第２のバイアス電圧とは逆極性の電圧が透明電極２２に印加されることにより、キャパシタとしての絶縁層２９ａに蓄積された電荷をリセットするためのリセット動作が実行される。また、例えば、機械的なシャッターにより遮光することによって、キャパシタとしての絶縁層２９ａに蓄積された電荷と、キャパシタとして絶縁層２９ｂに蓄積された電荷とを再結合させてよい。もちろん、上述の第３電圧範囲のバイアス電圧が光電変換層２３ｐに印加された状態で、光の検出動作が行われてもよい。この場合は、リセット動作は不要である。
このように、光電変換層２３ｐと画素電極２１との間、および、光電変換層２３ｐと透明電極２２との間に絶縁層を配置してもよい。光電変換層２３ｐと画素電極２１との間、および、光電変換層２３ｐと透明電極２２との間に絶縁層を配置することにより、不純物領域２０ｄおよび透明電極２２の間の電位差を大きくした場合であっても、光電変換によって生じた電荷の、光電変換層２３ｐの外部への移動を抑制し得る。したがって、残像の発生を抑制し得る。なお、光電変換層２３ｐの外部への電荷の移動を抑制する観点からは、光電変換層２３ｐと画素電極２１との間、および、光電変換層２３ｐと透明電極２２との間の少なくとも一方に絶縁層が配置されればよい。絶縁層２９ａおよび／または絶縁層２９ｂとして、シリコン酸化膜に代えて、シリコン窒化物の膜、酸化アルミニウムの膜などを用いてもよい。
上述の各実施形態では、容量変調トランジスタ６０およびアドレストランジスタ３０の各々がＮチャンネルＭＯＳである例を説明した。しかしながら、本開示の実施形態におけるトランジスタは、ＮチャンネルＭＯＳに限定されない。容量変調トランジスタ６０およびアドレストランジスタ３０は、ＮチャンネルＭＯＳであってもよいし、ＰチャンネルＭＯＳであってもよい。また、これらがＮチャンネルＭＯＳまたはＰチャンネルＭＯＳのいずれかに統一されている必要はない。アドレストランジスタ３０として、ＦＥＴのほか、バイポーラトランジスタも用い得る。上述の光センサ１００Ａの不純物領域２０ｄおよび不純物領域２０ｓの間に形成されるチャネル中のキャリアは、電子であってもよいし、正孔であってもよい。
（カメラシステム）
図１０は、本開示の第４の実施形態に係るカメラシステムの構成例を模式的に示す。図１０に示すカメラシステム３００は、レンズ光学系３１０と、上述の光検出装置１０００と、システムコントローラ３３０と、カメラ信号処理部３２０とを有する。
レンズ光学系３１０は、例えばオートフォーカス用レンズ、ズーム用レンズおよび絞りを含む。レンズ光学系３１０は、光検出装置１０００の撮像面に光を集光する。光センサの光電変換層２３ｐが、可視光の波長範囲に吸収を有する材料を用いて形成されている場合、光検出装置１０００の撮像面上にカラーフィルタが配置され得る。光検出装置１０００は、周辺回路として、カラム信号処理回路（「行信号蓄積回路」とも呼ばれる）、水平信号読み出し回路（「列走査回路」とも呼ばれる）などを有し得る。
システムコントローラ３３０は、カメラシステム３００全体を制御する。システムコントローラ３３０は、例えばマイクロコンピュータによって実現され得る。
カメラ信号処理部３２０は、光検出装置１０００からの出力信号を処理する信号処理回路として機能する。カメラ信号処理部３２０は、例えばガンマ補正、色補間処理、空間補間処理、およびオートホワイトバランスなどの処理を行う。カメラ信号処理部３２０は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）などによって実現され得る。
システムコントローラ３３０およびカメラ信号処理部３２０の少なくとも一方が、光検出装置１０００の半導体基板２０上に形成されてもよい。システムコントローラ３３０およびカメラ信号処理部３２０の少なくとも一方と、光検出装置１０００とを単一の半導体装置として製造することにより、カメラシステム３００を小型化し得る。
本開示の光センサは、光検出装置、イメージセンサなどに適用可能である。光電変換層の材料を適切に選択することにより、赤外線を利用した画像の取得も可能である。赤外線を利用した撮像を行う光センサは、例えば、セキュリティカメラ、車両に搭載されて使用されるカメラなどに用いることができる。車両搭載用カメラは、例えば、車両が安全に走行するための、制御装置に対する入力として利用され得る。あるいは、車両が安全に走行するための、オペレータの支援に利用され得る。
１０Ａ〜１０Ｃ 単位画素セル
１２ 電圧供給回路
１４ 垂直走査回路
２０ 半導体基板
２０ｄ，２０ｓ，３０ｓ 不純物領域
２０ｔ 素子分離領域
２１ 画素電極
２２ 透明電極
２２ｇ 透明ゲート電極
２３，３３ ゲート絶縁層
２３ｐ 光電変換層
２４，３４ ゲート電極
２３ｘ，２９ａ，２９ｂ 絶縁層
２６ 赤外線透過フィルタ
３０ アドレストランジスタ
４０ 多層配線
４２ 電源配線
４４ アドレス信号線
４６ 垂直信号線
４８ ゲート電圧制御線
４９ 定電流源
５０ 層間絶縁層
５４ 接続部
６０ 容量変調トランジスタ
１００Ａ〜１００Ｃ 光センサ
２３０Ａ 光電変換構造
２３０ｈ 光電変換層
２３０ｐ ｐ型半導体層
２３０ｎ ｎ型半導体層
２３４ 電子ブロッキング層
２３６ 正孔ブロッキング層
３００ カメラシステム
３１０ レンズ光学系
３２０ カメラ信号処理部
３３０ システムコントローラ
１０００ 光検出装置

Claims (7)

  1. ソース領域およびドレイン領域を含む半導体層と、
    前記半導体層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とで挟まれた領域上に位置し、光電変換層を含むゲート絶縁層と、
    前記ゲート絶縁層上のゲート電極と、
    前記ソース領域および前記ドレイン領域のうちの一方と、前記ゲート電極との間に電圧を印加する電圧供給回路と、
    前記ソース領域および前記ドレイン領域のうちの他方に接続された信号検出回路と、
    を備え、
    前記電圧供給回路は、前記光電変換層に印加されるバイアス電圧が−１Ｖ以上１Ｖ以下となるように前記電圧を印加し、
    前記信号検出回路は、入射光による前記光電変換層の容量の変化に対応する電気信号を検出する、光センサ。
  2. 前記ゲート絶縁層は、前記光電変換層と前記半導体層との間に配置された第１絶縁層を含む、請求項１に記載の光センサ。
  3. 前記ゲート電極と前記半導体層との間に配置された遮光膜を備える、請求項１または２に記載の光センサ。
  4. 第１電極と、
    前記第１電極に対向する第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間の光電変換層と、
    ゲートが前記第１電極に電気的に接続されたトランジスタと、
    前記トランジスタのソースおよびドレインのうちの一方と、前記第２電極との間に電圧を印加する電圧供給回路と、
    前記トランジスタの前記ソースおよび前記ドレインのうちの他方に接続された信号検出回路と、
    を備え、
    前記電圧供給回路は、前記光電変換層に印加されるバイアス電圧が−１Ｖ以上１Ｖ以下となるように前記電圧を印加し、
    前記信号検出回路は、入射光による前記光電変換層の容量の変化に対応する電気信号を検出する、光センサ。
  5. 前記第１電極は、遮光性を有する、請求項４に記載の光センサ。
  6. 前記第１電極と前記光電変換層との間に配置された第１絶縁層、および、前記第２電極と前記光電変換層との間に配置された第２絶縁層のうちの少なくとも一方を備える、請求項４または５に記載の光センサ。
  7. 前記バイアス電圧が−１Ｖ以上１Ｖ以下であるとき、前記光電変換層に流れる電流密度は１００μＡ／ｃｍ2以下である、請求項１に記載の光センサ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11158819B2 (en) 2018-12-27 2021-10-26 Samsung Electronics Co., Ltd. P-type organic semiconductor, composition, photoelectric conversion film, photoelectric conversion device, and image sensor

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017168812A (ja) * 2016-03-10 2017-09-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
JP2017175108A (ja) * 2016-03-17 2017-09-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光センサおよび撮像装置
JP2018060980A (ja) * 2016-10-07 2018-04-12 キヤノン株式会社 撮像表示装置及びウェアラブルデバイス
WO2019131028A1 (ja) 2017-12-28 2019-07-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
WO2019198385A1 (ja) * 2018-04-09 2019-10-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置およびその製造方法、電子機器
KR102590315B1 (ko) 2018-05-28 2023-10-16 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이를 포함하는 적층형 이미지 센서
KR20210046929A (ko) * 2019-10-21 2021-04-29 삼성전자주식회사 이미지 센서
US20210359237A1 (en) * 2020-05-15 2021-11-18 Ubiquitous Energy, Inc. Solar heat gain coefficient improvement by incorporating nir absorbers
US11980046B2 (en) * 2020-05-27 2024-05-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for forming an isolation structure having multiple thicknesses to mitigate damage to a display device

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4698657A (en) 1984-02-10 1987-10-06 Sharp Kabushiki Kaisha FET type sensor and a method for driving the same
JPS60194345A (ja) 1984-03-14 1985-10-02 Sharp Corp 電界効果型センサの駆動方法
JPH01277746A (ja) 1988-04-30 1989-11-08 Toshiba Corp 半導体センサ
JPH02137267A (ja) 1988-11-17 1990-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 焦電型赤外線固体撮像装置及びその駆動方法
JPH02208974A (ja) * 1989-02-09 1990-08-20 Hitachi Ltd 固体撮像装置
US5591963A (en) 1994-08-22 1997-01-07 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device with dual insulating layer
JP2921821B2 (ja) 1994-08-22 1999-07-19 キヤノン株式会社 光電変換装置
US7307297B2 (en) * 2005-02-10 2007-12-11 Japan Science And Technology Agency Organic photodiode and method for manufacturing the organic photodiode
GB2437768A (en) * 2006-05-03 2007-11-07 Seiko Epson Corp Photosensing TFT
JP5369274B2 (ja) 2007-01-25 2013-12-18 国立大学法人九州工業大学 有機電界効果トランジスタ
EP1970959A3 (en) * 2007-03-12 2013-07-31 FUJIFILM Corporation Photoelectric conversion element and solid-state imaging device
JP5108339B2 (ja) * 2007-03-12 2012-12-26 富士フイルム株式会社 固体撮像素子
JP2009099867A (ja) * 2007-10-18 2009-05-07 Fujifilm Corp 光電変換素子及び撮像素子
WO2009116511A1 (ja) * 2008-03-19 2009-09-24 シャープ株式会社 光増感素子及びそれを用いた太陽電池
EP2266982B1 (en) * 2008-04-11 2013-09-04 Toray Industries, Inc. Electron donating organic material, material for photovoltaic element, and photovoltaic element
JP2010034494A (ja) * 2008-06-30 2010-02-12 Sumitomo Chemical Co Ltd 有機光電変換素子
JP2010080953A (ja) * 2008-08-29 2010-04-08 Fujifilm Corp 撮像素子，撮像素子の駆動方法及び撮像装置
JP2010087332A (ja) * 2008-10-01 2010-04-15 Seiko Epson Corp 光電変換素子、光電変換装置、及びイメージセンサ
JP5939703B2 (ja) 2009-02-18 2016-06-22 ナンジン ユニバーシティ 複合誘電体ゲートｍｏｓｆｅｔ構造を有す感光検出器およびその信号読み取り方法
JP5382711B2 (ja) * 2009-09-07 2014-01-08 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 光照射によって誘電率が変化する膜を用いた電子デバイス
JP5740836B2 (ja) * 2009-10-29 2015-07-01 住友化学株式会社 光電変換素子
JP5620255B2 (ja) * 2009-12-25 2014-11-05 住友化学株式会社 高分子化合物、これを含む薄膜及びインク組成物
JP5700050B2 (ja) * 2010-11-18 2015-04-15 日本電気株式会社 コヒーレント光受信装置およびコヒーレント光受信方法
WO2012086672A1 (ja) * 2010-12-21 2012-06-28 住友化学株式会社 炭素クラスター構造を有する高分子化合物及びそれを用いた有機デバイス
JP2012198292A (ja) * 2011-03-18 2012-10-18 Fujitsu Ltd 光ハイブリッド回路及び光受信機
EP2503618B1 (en) * 2011-03-23 2014-01-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Composite material, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
US9419239B2 (en) * 2011-07-08 2016-08-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Composite material, light-emitting element, light-emitting device, electronic device, lighting device, and organic compound
JP2013030592A (ja) * 2011-07-28 2013-02-07 Sony Corp 光電変換素子及び撮像装置、太陽電池
WO2013047858A1 (ja) * 2011-09-29 2013-04-04 住友化学株式会社 高分子化合物及び有機光電変換素子
US9318707B2 (en) * 2011-11-15 2016-04-19 Konica Minolta, Inc. Organic photoelectric conversion element, and solar cell and optical sensor array each using same
WO2014046145A1 (ja) * 2012-09-24 2014-03-27 コニカミノルタ株式会社 光電変換素子およびその製造方法
JP6332032B2 (ja) * 2012-11-16 2018-05-30 コニカミノルタ株式会社 透光性電極、及び、電子デバイス
WO2015098458A1 (ja) * 2013-12-26 2015-07-02 国立大学法人東京工業大学 金属酸化物の薄膜、該薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子、太陽電池、および有機太陽電池
US20170040550A1 (en) * 2014-04-25 2017-02-09 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Material for photoelectric conversion element for use in imaging element, and photoelectric conversion element including same
WO2015178115A1 (ja) * 2014-05-23 2015-11-26 ソニー株式会社 光電変換素子、固体撮像装置及び有機光吸収材料
JP6575515B2 (ja) * 2014-05-23 2019-09-18 ソニー株式会社 光電変換素子、固体撮像装置、有機光吸収材料及び有機光吸収材料中間体
WO2016009693A1 (ja) * 2014-07-17 2016-01-21 ソニー株式会社 光電変換素子、撮像装置、光センサ及び光電変換素子の製造方法
JP2016076567A (ja) * 2014-10-06 2016-05-12 ソニー株式会社 撮像装置、製造装置、製造方法
WO2016189425A1 (ja) * 2015-05-28 2016-12-01 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
WO2017006520A1 (ja) * 2015-07-08 2017-01-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
JP2017098393A (ja) * 2015-11-24 2017-06-01 ソニー株式会社 光電変換素子およびその製造方法、固体撮像素子、電子機器、並びに太陽電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11158819B2 (en) 2018-12-27 2021-10-26 Samsung Electronics Co., Ltd. P-type organic semiconductor, composition, photoelectric conversion film, photoelectric conversion device, and image sensor

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