JP4185357B2

JP4185357B2 - 半導体光検出装置

Info

Publication number: JP4185357B2
Application number: JP2002380620A
Authority: JP
Inventors: 由孝寺田; 誠二山口; 孝山本
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004214341A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視領域光を検出する半導体光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラの自動露出計などに用いられる半導体光検出装置であって、視感度に近い分光感度を有し、かつ安価なものとしてＣｄＳ光導電セルが知られているが、Ｃｄを含むＣｄＳ光導電セルは、製造、回収等の点で取り扱いが難しい。そこで、ＣｄＳ光導電セルの代用品となる半導体光検出装置として、視感度に近い分光感度を有し、かつ安価である、フォトダイオードを適用した半導体光検出装置の開発が要求されている。
【０００３】
フォトダイオードを用いて可視領域光を選択的に検出する従来技術として、例えば、特開平8-330621に開示される光学センサがあった。特開平8-330621の光学センサでは、分光感度特性が同一である二つの光検出手段のうちの一つ光検出手段のみが光学フィルタ（可視領域成分カットフィルタ）を具備し、減算手段がそれぞれの光検出手段の出力を減算処理する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平8-330621
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平8-330621の光学センサには、光検出手段の感度領域中における可視領域外の分光成分全体を透過させかつ可視領域成分全体を遮断する好適な性能を備えた光学フィルタを入手するのが困難であり、そのため所望の分光感度特性を実現できないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、所望の分光感度特性を実現できる半導体光検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の半導体光検出装置は、入射光に含まれる可視領域光を選択的に検出する半導体光検出装置において、可視領域光及び長波長側の可視領域外光に感度を有する半導体結晶からなる基板に形成され、入射した光を電気信号に変換する第１及び第２の光検出領域（フォトダイオード）と、前記第１の光検出領域の出力電気信号と、前記第２の光検出領域の出力電気信号とを比較する信号処理回路とを備え、前記第１及び第２の光検出領域と前記信号処理回路とが、可視領域光及び長波長側の可視領域外光に感度を有する半導体結晶からなる単一の基板に形成され、単一のフォトダイオードである前記第１の光検出領域の光入射面上の異なる領域に分光透過特性の異なる少なくとも２種類の可視領域光を遮断する光学フィルタがそれぞれ配置され、前記信号処理回路が、前記第１の光検出領域の出力電気信号を増幅する増幅回路と、前記第２の光検出領域の出力電気信号から前記増幅回路の出力電気信号を減じることにより入射光に含まれる可視領域光に対応した検出信号を出力する演算回路とを有し、前記演算回路において前記増幅回路の出力と前記第２の光検出領域のアノードとが接続されていることを特徴とする。
【０００８】
可視領域光を遮断する光学フィルタ（可視領域成分カットフィルタ）単体が好適な性能を備えたものでなくても、当該光学フィルタと、それとは分光透過特性の異なる他の光学フィルタ（可視領域成分カットフィルタ）とを組み合わせて第１の光検出領域（可視領域外成分に対応する出力を取り除くための補正用光検出部）に適用した上、第１の光検出領域の出力と第２の光検出領域の出力とを比較して可視領域光を検出することにより、所望の分光感度特性を実現することが可能になる。
【００１０】
単一の基板に第１及び第２の光検出領域並びに信号処理回路を形成することにより、装置を小型化させることができる。また、増幅回路が第１の光検出領域の出力を増幅させるので、演算回路により処理される第１の光検出領域の出力を維持しつつ、第１の光検出領域の光入射面の面積を小さくすることができる。これにより、装置の更なる小型化が可能となる。
【００１１】
本発明の半導体光検出装置は、第１及び第２の光検出領域の周縁部を覆うように遮光膜が形成されたことが好適である。
【００１２】
遮光膜で囲まれた領域を各光検出領域の光入射面とすることにより、正確に光入射面の面積を確定することができる。
【００１３】
本発明の半導体光検出装置は、光学フィルタは、第１の光検出領域の周縁部を覆う遮光膜と重なるように形成されたことが好適である。
【００１４】
光学フィルタが第１の光検出領域の周縁部を覆う遮光膜と重なるように形成されているので、第１の光検出領域の光入射面に外側から斜めに入射してくる光も、光学フィルタを通過することになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の半導体光検出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態の半導体光検出装置１の構造を説明する。図１は、半導体光検出装置１の平面図である。図２は、図１に示す半導体光検出装置１のII−II線に沿った部分断面図である。
【００１９】
図１に示すように、半導体光検出装置１は、平面の形状が長方形であり、光入射面側（以下では、半導体検出装置１においてフォトダイオードが形成される側を「光入射面側」又は「上」側という。）の平面中央部に第１フォトダイオード１５の光入射面１５２が形成されている。さらに、第１フォトダイオード１５の光入射面１５２を囲うように第２フォトダイオード１７の光入射面１７２が形成され、第２フォトダイオード１７の光入射面１７２を囲うように信号処理回路３０が形成されている。以下に、主として図２を参照して、第１フォトダイオード１５及び第２フォトダイオード１７の構造を具体的に説明する。
【００２０】
シリコン単結晶により構成される基板は下層部にｐ型の不純物を含むｐ型基層１１を有し、ｐ型基層１１の上方にはｐ型又はｎ型の不純物を含む半導体層、酸化膜、アルミ膜等が形成されている。
【００２１】
ｐ型基層１１の上面中央部からｎ型不純物がドーピングされることにより、ｐ型基層１１の上部に、高濃度のｎ型不純物を含むｎ⁺型埋め込み層１２が形成されている。ｎ⁺型埋め込み層１２の上に、ｎ型の不純物を含み、エピタキシャル結晶成長されたｎ型エピタキシャル層１３が形成されている。なお、ｎ⁺型埋め込み層１２は本発明の必須の要件ではなく、ｐ型基層１１の上面中央部に直接ｎ型エピタキシャル層１３が形成されてもよい。
【００２２】
ｎ型エピタキシャル層１３の上面中央部からｐ型不純物がドーピングされることにより、ｎ型エピタキシャル層１３の上部に、高濃度のｐ型不純物を含むｐ⁺型不純物層１５０が形成されている。さらに、ｎ型エピタキシャル層１３上部に、ｐ⁺型不純物層１５０を囲うように、高濃度のｐ型不純物がドーピングされた環状のｐ⁺型不純物層１７０が形成されている。
【００２３】
ｎ⁺型埋め込み層１２上のｎ型エピタキシャル層１３に隣接する部分に、高濃度のｎ型不純物を含むｎ⁺型不純物層１４が形成されている。ｎ⁺型不純物層１４は適用フォトダイオード（以下では、第１フォトダイオード１５と第２フォトダイオード１７とを総称して「適用フォトダイオード」という。）のカソードコンタクトとして機能する。
【００２４】
ｎ型エピタキシャル層１３及びｎ⁺型不純物層１４等の上面には、絶縁層として機能する酸化膜（熱酸化膜２１）が熱酸化により形成されている。
【００２５】
熱酸化膜２１を貫き、ｐ⁺型不純物層１５０と接触するように、アノード電極１５１が形成されている。また、熱酸化膜２１を貫き、ｐ⁺型不純物層１７０と接触するように、アノード電極１７１が形成されている。熱酸化膜２１を貫き、ｎ⁺型不純物層１４と接触するように、カソード電極２２が形成されている。アノード電極１５１、アノード電極１７１及びカソード電極２２は、それぞれ、信号処理回路３０に配線されている。
【００２６】
熱酸化膜２１、アノード電極１５１、アノード電極１７１及びカソード電極２２の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、絶縁層として機能するＳｉO₂薄膜（酸化膜２３）が形成されている。
【００２７】
酸化膜２３の上に、ｐ⁺型不純物層１５０とｐ⁺型不純物層１７０との間の領域を臨み、かつアノード電極１５１及びｐ⁺型不純物層１５０の外縁部（外側の周縁部）並びにｐ⁺型不純物層１７０の内縁部（内側の周縁部）と重なるように、環状のＡｌ遮光膜１６が形成されている。また、酸化膜２３の上に、ｐ⁺型不純物層１７０の周辺部を臨み、かつアノード電極１７１及びｐ⁺型不純物層１７０の外縁部と重なるように、Ａｌ遮光膜１８が形成されている。
【００２８】
酸化膜２３、Ａｌ遮光膜１６及びＡｌ遮光膜１８の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、絶縁層として機能するＳｉO₂薄膜（酸化膜２４）が形成されている。
【００２９】
アノード電極１５１、ｐ⁺型不純物層１５０、ｎ型エピタキシャル層１３、ｎ⁺型埋め込み層１２、ｎ⁺型不純物層１４及びカソード電極２２により、第１フォトダイオード１５が構成される。酸化膜２３の上面のうちＡｌ遮光膜１６によって囲まれる領域が、第１フォトダイオード１５の光入射面１５２になる。光入射面１５２の面積は、後述する光入射面１７２の面積のｃ倍である。
【００３０】
アノード電極１７１、ｐ⁺型不純物層１７０、ｎ型エピタキシャル層１３、ｎ⁺型埋め込み層１２、ｎ⁺型不純物層１４及びカソード電極２２により、第２フォトダイオード１７が構成される。酸化膜２３の上面のうちＡｌ遮光膜１６とＡｌ遮光膜１８とに挟まれる領域が、第２フォトダイオード１７の光入射面１７２になる。
【００３１】
次に、酸化膜２４の上に光入射面１５２を臨むように形成された光学フィルタ（赤外光透過樹脂膜１５４ａ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｂ）の構造を説明する。図３は、図２に示す部分断面図における光学フィルタの周辺を拡大した図である。赤外光透過樹脂膜１５４ａは、遮断波長が８００ｎｍ付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。他方、赤色光透過樹脂膜１５４ｂは、遮断波長が赤色波長付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。
【００３２】
赤外光透過樹脂膜１５４ａ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｂは、光入射面１５２の二辺と平行な中心点を通る分割線の付近で僅かな間隔を挟んで隣り合うように配置されている。また、赤外光透過樹脂膜１５４ａ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｂは、縁部が光入射面１５２からはみ出し、Ａｌ遮光膜１６の内縁部と重なるように配置されている。そのため、光入射面１５２は、赤外光透過樹脂膜１５４ａを透過した光が入射する領域ｓ₁、赤色光透過樹脂膜１５４ｂを透過した光が入射する領域ｓ₂及び赤外光透過樹脂膜１５４ａと赤色光透過樹脂膜１５４ｂとの間隔を通過した光が入射する領域ｓ₄の三つの領域に分割される。
【００３３】
次に、第１フォトダイオード１５、第２フォトダイオード１７、赤外光透過樹脂膜１５４ａ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｂ、Ａｌ遮光膜１６及びＡｌ遮光膜１８並びに信号処理回路３０の機能を詳細に説明する。
【００３４】
第２フォトダイオード１７は、特定の波長の光について、光入射面１７２に入射する検出光の強度に比例する電流（電流信号）を発する。ただし、第２フォトダイオード１７の感度は検出光の波長によって異なる。一般に、フォトダイオードにおいては、光入射面に入射する光の波長が短いほど、表面から浅い位置で光が半導体結晶に吸収され電子―正孔対を誘起させる。表面から浅い位置で発生した電子―正孔対は、空乏層の電界域に達する前に再結合するものが多いので、電流信号に寄与しにくくなる。そのため、短波長光に対するフォトダイオードの感度は小さくなる。特に、適用フォトダイオードにおいては、シリコン結晶が表面付近で短波長側の可視領域外光を吸収する。また、視感度に準じて短波長側の可視領域外光に対する感度が小さくなるように、ｐｎ接合面（ｐ⁺型不純物層１５０及びｐ⁺型不純物層１７０の下面とｎ型エピタキシャル層１３との接合面）の深さが調整される。
【００３５】
第１フォトダイオード１５は、第２フォトダイオード１７と同質のものであるが、光入射面１５２の上方に光学フィルタ（赤外光透過樹脂膜１５４ａ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｂ）を備える。光学フィルタは、光入射面１５２全体に加えて、Ａｌ遮光膜１６の内縁部を臨むので、光入射面１５２に外側から斜めに入射してくる光も光学フィルタを通過することになる。また、光入射面１５２に外側から大きな入射角度で入射してくる光は、光学フィルタを通過しないで光入射面１５２に入射することになるが、酸化膜２４を通過する距離が長くなるので、ｐｎ接合面から離れた位置でシリコン結晶に吸収され、第１フォトダイオード１５の電流信号には寄与しない。そのため、第１フォトダイオード１５は、赤外光透過樹脂膜１５４ａ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｂ並びにそれらの間の僅かな隙間を通過した光のみを検出することになる。
【００３６】
図７に、光学フィルタが光入射面のみを臨むように形成される場合において、光が光入射面に外側から斜めに入射する様子を示す。図７に示されるように、光学フィルタが光入射面のみを臨むように形成される場合、光入射面に外側から斜めに入射する光は、赤外光透過樹脂膜を通過しないで、光入射面に入射することになる。
【００３７】
酸化膜２３の上面のうち光入射面１５２及び光入射面１７２の周辺部は、Ａｌ遮光膜１６及びＡｌ遮光膜１８で覆われる。Ａｌ遮光膜１６及びＡｌ遮光膜１８は、光を透過させないので、酸化膜２３の上面のうち光入射面１５２及び光入射面１７２の周辺部に入射する光が、電流信号に変換されるのを防止する。そのため、光入射面１５２及び光入射面１７２とそれらの周辺部との境界が明確になるので、光入射面１５２及び光入射面１７２への入射光量を正確に制御することができる。
【００３８】
図８は、信号処理回路３０のブロック図である。信号処理回路３０は、第１フォトダイオード１５の電流信号をｋ倍に増幅させる増幅回路３２を備える。また、信号処理回路３０は、増幅回路３２の出力と第２フォトダイオード１７のアノードとを接続している。このため、第２フォトダイオード１７の信号から、増幅回路３２により増幅された第１フォトダイオード１５の信号を電流信号の状態で減算処理をすることができる。そのため、演算回路の回路面積が小さくなり、装置を小型化できる。
【００３９】
次に、半導体光検出装置１の作用を説明する。
【００４０】
検出光が半導体光検出装置１の検出領域（Ａｌ遮光膜１８で囲われる領域）全体に照射されると、第１フォトダイオード１５は、光学フィルタを透過して光入射面１５２に入射する検出光の強度に比例する電流Ｉ１を出力する。他方、第２フォトダイオード１７は、光入射面１７２に入射する検出光に比例する電流Ｉ２を出力する。
【００４１】
増幅回路３２が第１フォトダイオード１５から出力される電流Ｉ１をｋ倍に増幅し、増幅回路３２の出力と第２フォトダイオード１７のアノードとを接続することにより、演算回路が第２フォトダイオード１７から出力される電流Ｉ２と、電流Ｉ１をｋ倍に増幅した電流との差に応じた出力を演算する。
【００４２】
上述のとおり、光入射面１５２は、赤外光透過樹脂膜１５４ａを透過した光が入射する領域ｓ₁、赤色光透過樹脂膜１５４ｂを透過した光が入射する領域ｓ₂及び赤外光透過樹脂膜１５４ａと赤色光透過樹脂膜１５４ｂとの間隔を通過した光が入射する領域ｓ₄の三つの領域に分割される。そのため、演算回路の出力の入射光波長に対する特性Ｒ（λ）は次の式（１）ないし（４）により表される。
Ｒ（λ）∝Ｉ２（λ）［１―ｃｋ｛α₁Ｔ₁（λ）＋α₂Ｔ₂（λ）＋α₄｝］・・・（１）
α₁＝ｓ₁／ｓ₀・・・（２）
α₂＝ｓ₂／ｓ₀・・・（３）
α₄＝ｓ₄／ｓ₀・・・（４）
λ：入射光波長
Ｉ２（λ）：第２フォトダイオード１７の出力
ｃ：光入射面１５２の光入射面１７２に対する面積比
ｋ：増幅回路３２による第１フォトダイオード１５の出力の増幅度
ｓ₀：光入射面１５２の面積
Ｔ₁（λ）：赤外光透過樹脂膜１５４ａの分光透過率
Ｔ₂（λ）：赤色光透過樹脂膜１５４ｂの分光透過率
【００４３】
第２フォトダイオード１７の出力から第１フォトダイオード１５の出力を減算処理することにより、半導体光検出装置１における赤色ないし赤外光よりも長波長の光に対する感度を取り除くことができる。また、前述のように、適用フォトダイオードは視感度に準じて短波長側の可視領域外光に対する感度が小さくなるので、半導体光検出装置１は概ね可視領域の光に対してのみ感度を有することになる。さらに、ｃｋ、α₁、α₂、α₄の値を微調整することにより、半導体光検出装置１に所望の分光感度特性（例えば、ピーク波長が５５０ｎｍであり、ピーク波長に対して左右の分光感度の総和（積分値）が同じである（色温度に対する出力変動がゼロである）分光感度特性）を持たせることができる。
【００４４】
半導体光検出装置１では、第１フォトダイオード１５の光入射面１５２の面積を、第２フォトダイオード１７の光入射面１７２の面積のｃ倍に縮小することにより、半導体光検出装置１の表面の面積を小さくしつつ、増幅回路３２が第１フォトダイオード１５の出力を適当に設定された増幅度で増幅することにより、高い精度で検出波長帯から赤外光を除外した検出信号を得ることができる。
【００４５】
半導体光検出装置１では、単一の基板に第１フォトダイオード１５、第２フォトダイオード１７及び信号処理回路３０が集積され、また第１フォトダイオード１５と第２フォトダイオード１７とが互いに隣接するように形成されるので、装置が小型化される。
（第２実施形態）
第２実施形態の半導体光検出装置２の構造は、光入射面１５２上の光学フィルタの構造を除いて、第１実施形態の半導体光検出装置１の構造と同じである。図４は、半導体光検出装置２における光入射面１５２上の光学フィルタの構造を示す図（部分断面図）である。この光学フィルタの構造を説明する。
【００４６】
酸化膜２４の上に光入射面１５２を臨むように赤外光透過樹脂膜１５４ｃ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｄが形成されている。赤外光透過樹脂膜１５４ｃは、遮断波長が８００ｎｍ付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。他方、赤色光透過樹脂膜１５４ｄは、遮断波長が赤色波長付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。
【００４７】
赤外光透過樹脂膜１５４ｃは、光入射面１５２の二辺と平行な中心点を通る分割線で分割される光入射面１５２の片側を覆うように配置されている。さらに、赤外光透過樹脂膜１５４ｃは、縁部が光入射面１５２からはみ出し、Ａｌ遮光膜１６の内縁部と重なるように配置されている。赤色光透過樹脂膜１５４ｄは、光入射面１５２の全面を覆い、かつ縁部が光入射面１５２からはみ出し、Ａｌ遮光膜１６の内縁部と重なるように配置されている。そのため、光入射面１５２は、赤色光透過樹脂膜１５４ｄを透過した光が入射する領域ｓ₂と、赤外光透過樹脂膜１５４ｃ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｄを通過した光が入射する領域ｓ₃との二つの領域に分割される。
【００４８】
演算回路の出力の入射光波長に対する特性Ｒ（λ）は次の式（５）ないし（７）により表される。
Ｒ（λ）∝Ｉ２（λ）［１―ｃｋ｛α₂Ｔ₂（λ）＋α₃Ｔ₁（λ）Ｔ₂（λ）｝］・・・（５）
α₂＝ｓ₂／ｓ₀・・・（６）
α₃＝ｓ₃／ｓ₀・・・（７）
λ：入射光波長
Ｉ２（λ）：第２フォトダイオード１７の出力
ｃ：光入射面１５２の光入射面１７２に対する面積比
ｋ：増幅回路３２による第１フォトダイオード１５の出力の増幅度
ｓ₀：光入射面１５２の面積
Ｔ₁（λ）：赤外光透過樹脂膜１５４ｃの分光透過率
Ｔ₂（λ）：赤色光透過樹脂膜１５４ｄの分光透過率
【００４９】
第２フォトダイオード１７の出力から第１フォトダイオード１５の出力を減算処理することにより、半導体光検出装置２における赤色ないし赤外光よりも長波長の光に対する感度を取り除くことができる。また、前述のように、適用フォトダイオードは視感度に準じて短波長側の可視領域外光に対する感度が小さくなるので、半導体光検出装置２は概ね可視領域の光に対してのみ感度を有することになる。さらに、ｃｋ、α₁、α₃の値を微調整することにより、半導体光検出装置２に所望の分光感度特性（例えば、ピーク波長が５５０ｎｍであり、ピーク波長に対して左右の分光感度の総和（積分値）が同じである（色温度に対する出力変動がゼロである）分光感度特性）を持たせることができる。
【００５０】
（第３実施形態）
第３実施形態の半導体光検出装置３の構造は、光入射面１５２上の光学フィルタの構造を除いて、第１実施形態の半導体光検出装置１の構造と同じである。図５は、半導体光検出装置３における光入射面１５２上の光学フィルタの構造を示す図（部分断面図）である。この光学フィルタの構造を説明する。
【００５１】
酸化膜２４の上に光入射面１５２を臨むように赤外光透過樹脂膜１５４ｅ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｆが形成されている。赤外光透過樹脂膜１５４ｅは、遮断波長が８００ｎｍ付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。他方、赤色光透過樹脂膜１５４ｆは、遮断波長が赤色波長付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。
【００５２】
赤外光透過樹脂膜１５４ｅは、光入射面１５２の二辺と平行な中心点を通る分割線で分割される光入射面１５２の一方の片側を覆うように配置されている。さらに、赤外光透過樹脂膜１５４ｅは、縁部が光入射面１５２からはみ出し、Ａｌ遮光膜１６の内縁部と重なるように配置されている。赤色光透過樹脂膜１５４ｆは、光入射面１５２の他方の片側を覆い、かつ一部が赤外光透過樹脂膜１５４ｅと重なるように配置されている。さらに、赤色光透過樹脂膜１５４ｆは、縁部が光入射面１５２からはみ出し、Ａｌ遮光膜１６の内縁部と重なるように配置されている。そのため、光入射面１５２は、赤外光透過樹脂膜１５４ｅを透過した光が入射する領域ｓ₁と、赤色光透過樹脂膜１５４ｆを透過した光が入射する領域ｓ₂と、赤外光透過樹脂膜１５４ｅ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｆを通過した光が入射する領域ｓ₃との三つの領域に分割される。
【００５３】
演算回路の出力の入射光波長に対する特性Ｒ（λ）は次の式（８）ないし（１１）により表される。
Ｒ（λ）∝Ｉ２（λ）［１―ｃｋ｛α₁Ｔ₁（λ）＋α₂Ｔ₂（λ）＋α₃Ｔ₁（λ）Ｔ₂（λ）｝］・・・（８）
α₁＝ｓ₁／ｓ₀・・・（９）
α₂＝ｓ₂／ｓ₀・・・（１０）
α₃＝ｓ₃／ｓ₀・・・（１１）
λ：入射光波長
Ｉ２（λ）：第２フォトダイオード１７の出力
ｃ：光入射面１５２の光入射面１７２に対する面積比
ｋ：増幅回路３２による第１フォトダイオード１５の出力の増幅度
ｓ₀：光入射面１５２の面積
Ｔ₁（λ）：赤外光透過樹脂膜１５４ｅの分光透過率
Ｔ₂（λ）：赤色光透過樹脂膜１５４ｆの分光透過率
【００５４】
第２フォトダイオード１７の出力から第１フォトダイオード１５の出力を減算処理することにより、半導体光検出装置３における赤色ないし赤外光よりも長波長の光に対する感度を取り除くことができる。また、前述のように、適用フォトダイオードは視感度に準じて短波長側の可視領域外光に対する感度が小さくなるので、半導体光検出装置３は概ね可視領域の光に対してのみ感度を有することになる。さらに、ｃｋ、α₁、α₂、α₃の値を微調整することにより、半導体光検出装置３に所望の分光感度特性（例えば、ピーク波長が５５０ｎｍであり、ピーク波長に対して左右の分光感度の総和（積分値）が同じである（色温度に対する出力変動がゼロである）分光感度特性）を持たせることができる。
【００５５】
（第４実施形態）
第４実施形態の半導体光検出装置４の構造は、光入射面１５２上の光学フィルタの構造を除いて、第１実施形態の半導体光検出装置１の構造と同じである。図６は、半導体光検出装置４における光入射面１５２上の光学フィルタの構造を示す図（部分断面図）である。この光学フィルタの構造を説明する。
【００５６】
酸化膜２４の上に光入射面１５２を臨むように赤外光透過樹脂膜１５４ｇ及び赤色光透過樹脂膜１５４ｈが形成されている。赤外光透過樹脂膜１５４ｇは、遮断波長が８００ｎｍ付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。他方、赤色光透過樹脂膜１５４ｈは、遮断波長が赤色波長付近にある可視領域成分カットフィルタとして機能する。
【００５７】
赤外光透過樹脂膜１５４ｇは、光入射面１５２の中央部を占めるように設置されている。赤色光透過樹脂膜１５４ｈは、所定の間隔を挟んで赤外光透過樹脂膜１５４ｇを囲むように配置されている。さらに、赤色光透過樹脂膜１５４ｈは、外縁部が光入射面１５２からはみ出し、Ａｌ遮光膜１６の内縁部と重なるように配置されている。そのため、光入射面１５２は、赤外光透過樹脂膜１５４ｇを透過した光が入射する領域ｓ₁、赤色光透過樹脂膜１５４ｈを透過した光が入射する領域ｓ₂及び赤外光透過樹脂膜１５４ｇと赤色光透過樹脂膜１５４ｈとの間隔を通過した光が入射する領域ｓ₄の三つの領域に分割される。
【００５８】
演算回路の出力の入射光波長に対する特性Ｒ（λ）は上記の式（１）ないし（４）により表される。ただし、Ｔ₁（λ）は赤外光透過樹脂膜１５４ｇの分光透過率を表し、Ｔ₂（λ）は赤色光透過樹脂膜１５４ｈの分光透過率を表す。
【００５９】
第２フォトダイオード１７の出力から第１フォトダイオード１５の出力を減算処理することにより、半導体光検出装置４における赤色ないし赤外光よりも長波長の光に対する感度を取り除くことができる。また、前述のように、適用フォトダイオードは視感度に準じて短波長側の可視領域外光に対する感度が小さくなるので、半導体光検出装置４は概ね可視領域の光に対してのみ感度を有することになる。さらに、ｃｋ、α₁、α₂、α₄の値を微調整することにより、半導体光検出装置４に所望の分光感度特性（例えば、ピーク波長が５５０ｎｍであり、ピーク波長に対して左右の分光感度の総和（積分値）が同じである（色温度に対する出力変動がゼロである）分光感度特性）を持たせることができる。
【００６０】
なお、第１の光検出領域（第１フォトダイオード）と第２の光検出領域（第２フォトダイオード）との位置関係は、上述の配置に限定されるものではない。例えば、別の実施形態として、半導体光検出装置５が考えられる。図９は、半導体光検出装置５の平面図を示す。図９に示されるとおり、半導体光検出装置５は、半導体光検出装置１と同じく平面の形状が長方形であり、光入射面側の平面内に、第１フォトダイオード（光学フィルタを備えるフォトダイオード）の光入射面５１と第２フォトダイオード（光学フィルタを備えないフォトダイオード）の光入射面５２とが長方形の領域を占めるように形成されている。当該長方形の領域の一角に、正方形の第１フォトダイオードの光入射面５１が形成され、当該長方形の領域のその他の部分に、光入射面５１の二辺を囲うように、第２フォトダイオードの光入射面５２が形成されている。さらに、第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードを囲うように、信号処理回路５３が形成されている。
【００６１】
図１０に、本発明の半導体光検出装置における分光感度特性の例を示す。図１０において、横軸は入射光波長を、縦軸は第２フォトダイオード（第２の光検出領域）の出力を基準とする相対感度を示す。６５０ｎｍから８００ｎｍの波長帯では、主として赤色光透過樹脂膜を透過した光に対する第１フォトダイオード（第１の光検出領域）の出力により、分光感度の一部が取り除かれている。８００ｎｍ以上の波長帯では、赤外光透過樹脂膜及び赤色光透過樹脂膜の双方において透過率が高いので、ほぼ完全に分光感度が取り除かれている。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、半導体光検出装置において所望の分光感度特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体光検出装置１の平面図である。
【図２】図１に示す半導体光検出装置１のII−II線に沿った部分断面図である。
【図３】図２に示す部分断面図における光学フィルタの周辺を拡大した図である。
【図４】半導体光検出装置２における光入射面１５２上の光学フィルタの構造を示す図（部分断面図）である。
【図５】半導体光検出装置３における光入射面１５２上の光学フィルタの構造を示す図（部分断面図）である。
【図６】半導体光検出装置４における光入射面１５２上の光学フィルタの構造を示す図（部分断面図）である。
【図７】光学フィルタが光入射面のみを臨むように形成される場合において、光が光入射面に外側から斜めに入射する様子を示す図である。
【図８】信号処理回路３０のブロック図である。
【図９】半導体光検出装置５の平面図である。
【図１０】本発明の半導体光検出装置における分光感度特性の例を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４、５…半導体光検出装置、１１…ｐ型基層、１２…ｎ⁺型埋め込み層、１３…ｎ型エピタキシャル層、１４…ｎ⁺不純物層、１５…第１フォトダイオード、１５０…ｐ⁺型不純物層、１５１…アノード電極、１５２…光入射面、１５４ａ、１５４ｃ、１５４ｅ…赤外光透過樹脂膜、１５４ｂ、１５４ｄ、１５４ｆ…赤色光透過樹脂膜、１７…第２フォトダイオード、１７０…ｐ⁺型不純物層、１７１…アノード電極、１７２…光入射面、１６、１８…Ａｌ遮光膜、２１…熱酸化膜、２２…カソード電極、２３、２４…酸化膜、３０…信号処理回路、３２…増幅回路、３４…演算回路、３６…電流アンプ、５…半導体光検出装置、５１、５２…光入射面、５３…信号処理回路。

Claims

入射光に含まれる可視領域光を選択的に検出する半導体光検出装置において、
可視領域光及び長波長側の可視領域外光に感度を有する半導体結晶からなる基板に形成され、入射した光を電気信号に変換する第１及び第２の光検出領域（フォトダイオード）と、
前記第１の光検出領域の出力電気信号と、前記第２の光検出領域の出力電気信号とを比較する信号処理回路とを備え、
前記第１及び第２の光検出領域と前記信号処理回路とが、可視領域光及び長波長側の可視領域外光に感度を有する半導体結晶からなる単一の基板に形成され、
単一のフォトダイオードである前記第１の光検出領域の光入射面上の異なる領域に分光透過特性の異なる少なくとも２種類の可視領域光を遮断する光学フィルタがそれぞれ配置され、
前記信号処理回路が、
前記第１の光検出領域の出力電気信号を増幅する増幅回路と、
前記第２の光検出領域の出力電気信号から前記増幅回路の出力電気信号を減じることにより入射光に含まれる可視領域光に対応した検出信号を出力する演算回路とを有し、
前記演算回路において前記増幅回路の出力と前記第２の光検出領域のアノードとが接続されている
ことを特徴とする半導体光検出装置。
前記第１及び第２の光検出領域の周縁部を覆うように遮光膜が形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光検出装置。
前記光学フィルタは、前記第１の光検出領域の周縁部を覆う前記遮光膜と重なるように形成された
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体光検出装置。