JPH02278883A - 紫外線フォトダイオード - Google Patents

紫外線フォトダイオード

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JPH02278883A
JPH02278883A JP2052913A JP5291390A JPH02278883A JP H02278883 A JPH02278883 A JP H02278883A JP 2052913 A JP2052913 A JP 2052913A JP 5291390 A JP5291390 A JP 5291390A JP H02278883 A JPH02278883 A JP H02278883A
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ultraviolet
photodiodes
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JP2052913A
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Radivoje Popovic
ラディホエ・ポポヴィック
Zeno Stoessel
ツェーノー・シュテッセル
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Landis and Gyr Betriebs AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は紫外線フォトダイオードに関し、さらに詳細に
は２つのフォトダイオードが露光されたときに両ダイオ
ード電流の差に比例する信号を発生するように電気的に
接続された２つのフォトダイオードの組合せからなり、
両フォトダイオードのスペクトル感度曲線が異なる波長
で最大値をとる紫外線フォトダイオードに間するもので
ある。
［従来の技術］ この種の紫外線フォトダイオードは例えばＥＰ０２９６
３７１ＡＩから知られている。
スペクトル感度の異なる２つのフォトダイオードを組み
合わせたカラーセンサを炎の監視に用いる例が「センサ
とアクチュエータ（Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄＡｃｔｕａ
ｔｏｒｓ）　Ｊ　４号（１９８３）の第６５５頁〜第６
６０頁「半導体カラーセンサによる燃焼検出（Ｎ、にａ
ｋｏ　ｅｔ　ａｔ）　Ｊに記載されている。
［発明が解決しようとする課題］ 公知の紫外線フォトダイオードは通常広帯域であって、
従ってスペクトル選択性は比較的劣悪である。
本発明の課題は、少なくとも公知の紫外線フォトダイオ
ードに比べて優れたスペクトル選択性を有する能率のよ
い紫外線フォトダイオードを提供することである。
［課題を解決するための手段］ 上記の課題は本発明によれは、請求項第１項の特徴によ
って解決される。
［作用］ 本発明の好ましい実施例が従属請求項に記載されている
が、スペクトル感度は温度と製造工程の違いによって決
定されている。
この種の紫外線フォトダイオードは、好ましくは例えは
暖房設備の炎監視など燃焼機器のコントロール装置の炎
監視、工業用及び医療用の紫外線放射線量計あるいは紫
外線測定装置に使用される。
［実施例］ 本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に説明する。
なお、図面のすべての図において同一の符号は同一の部
材を示している。
第１図には３つのフォトダイオード４．５及び４と５の
組合せのスペクトル感度曲線１、２．３が示されており
、それぞれ横軸に沿って可視光と不可視光の波長の長さ
λが記載され、縦軸に沿ってスペクトル感度Ｑが記載さ
れている。スペクトル感度Ｑは例えばアンペア／ワット
で測定され、波長入はμｍで測定される。
感度曲線ｌは第１のフォトダイオード４の感度曲線であ
って、紫外線ＵＶの波長領域に最大値を有し、感度曲線
２はフォトダイオード５の感度曲線であって、０．４μ
ｍの波長のときに最大値を有する。従って２つのフォト
ダイオード４．５のスペクトル感度曲線１．２の最大値
は異なる波長を有する。さらに、スペクトル感度曲線１
．２は可視光と赤外線の波長領域でほぼ同一の値を有す
るので、２つのダイオード４．５のダイオード電流はこ
の領域においては両ダイオード電流の差を形成するとほ
ぼ相殺される。第１のダイオード４は紫外線の波長領域
において第２のダイオード５よりも大きな感度を有する
ので、２つの感度曲線１．２の差によって形成される感
度曲線３は紫外線ＵＶの波長領域で狭帯域の最大値を有
する。感度曲線３は本発明により２つのフォトダイオー
ド４．５の組合せによって形成される相殺型紫外線フォ
トダイオード（４，５）の感度曲線であって、前記２つ
のフォトダイオードは２つのダイオードが照射されたと
きに２つのフォトダイオード４と５のダイオード電流の
差に比例する信号を発生するように電気的に接続されて
いる。
第２図から第５図においては、第１のフォトダイオード
４のアノード端子は符号ａで示され、カソード端子が符
号すで示されており、一方第２のフォトダイオード５の
カソード端子は符号ｄで示され、アノード端子が符号ｅ
で示されている。
第２図には相殺型紫外線フォトダイオードの第１の実施
例が示されており、本実施例においては２つのフォトダ
イオード４と５は逆方向に電気的に直列に接続されてお
り、例えば両力ソード接点端子すとｄによって形成され
る共通の極は好ましくは接地されている。すなわち両フ
ォトダイオード４．５のアノードの接点端子ａ、　　ｅ
は直列回路の接点端子を形成しており、かつ比較的低抵
抗の差動人力抵抗を有する差動増幅器６の２つの入力端
子の一方とそれぞれ接続されている。２つのフォトダイ
オード４と５は可視光及び不可視光が入射すると電流源
として作用し、それぞれダイオード電流１１ないし１２
を供給する。すると差動増幅器６の出力電圧Ｖはに、［
１１−１２］に等しくなる。なお、ｋは比例定数である
。
第３図には相殺型紫外線フォトダイオードの第２の実施
例が示されており、本実施例においては２つのフォトダ
イオード４と５は逆方向に電気的に並列に接続されてお
り、従って一方のフォトダイオード４ないし５のカソー
ドの接点端子すないしｄは他方のフォトダイオード５な
いし４のアノードの接点端子ｅないしａと接続されてい
る。本実施例においても２つのフォトダイオード４と５
はそれぞれダイオード電流１１ないし１２を発生し、２
つのフォトダイオード４と５の並列接続によって同ダイ
オードが照射されたときに電流源が形成され、それによ
ってフォトダイオード４と５の並列接続の端子ＡとＢに
差電流１１−１２が発生する。
従って第２図ないし第３図に示す２つの回路においては
、両フォトダイオード４と５は照射されたときに両ダイ
オード電流■ｌと１２の差に比例する出力信号を発生す
るように、電気的に接続されている。両ダイオード電流
１１と１２は可視光と赤外線の領域においてほぼ同じ大
きさになるので、両ダイオード電流１１と１２の差によ
って形成されるスペクトル成分が除去され、かつ相殺さ
れる。従ってフォトダイオード４の紫外線のスペクトル
成分だけが多く残る。というのはフォトダイオード５の
スペクトル成分はフォトダイオード４のスペクトル成分
に比較して無視できるくらい小さいからである。従って
２つのフォトダイオード４と５を組み合わせたものは、
非相殺型のフォトダイオード４の特性曲線ｌよりずつと
狭帯域のスペクトル感度曲線を有する。
両フォトダイオード４と５は半導体材料からなり、同一
の基板７に集積してもよいし、別体の基板を用いてディ
スクリートに形成することも可能である。ディスクリー
トに形成する場合には、フォトダイオードはそれぞれの
半導体材料の外部で互いに電気的に接続される。いずれ
の場合にも半導体材料としてはシリコンかガリウム砒素
（ＧａＡｓ）が用いられる。１１ａと１１ｂを含めた後
述する層８〜１２はそれぞれ半導体から形成されており
、通常は種形状である。半導体材料は導電型Ｎあるいは
導電型Ｐからなり、導電型Ｎからなる場合はＮ、Ｎ１、
Ｎ１ＲあるいはＮ２で示され、導電型Ｐからなる場合に
はＰ、ＰＩ、Ｐ１ＲあるいはＰ２で示されている。
以下、２つのフォトダイオード４と５の組合せが集積回
路として形成され、両フォトダイオード４と５が同一の
基板７に集積されているものとして説明を行う。第４図
と第５図においてはそれぞれ第１のフォトダイオード４
が図の左側、第２のフォトダイオード５が図の右側に示
されており、両フォトダイオード４と５は第３図と同様
に電気的に互いに接続されている。
第４図と第５図に示す実施例においては相殺型紫外線フ
ォトダイオード（４，５）はそれぞれ基板７．５つのＮ
８〜１２ないし６つの層８．９．１０、１１ａ、Ｉｌｂ
、１２及び５つないし６つの接点拡散部分１３〜１７な
いし１３〜１８によって形成されている。
両実施例において第１のフォトダイオード４は同様に構
成されている。フォトダイオード４はそれぞれ第１の層
８から形成され、この第１の層８は第２の層９の上面に
配置されており、第２の層９は第３の層１０の上面に配
置されており、第３の層１０は基板７の上面に配置され
ている。層８と１０は同じ導電型ＰＩないしＦ２の半導
体材料から形成され、層９と基板７は同じ導電型Ｎ１な
いしＮ２の半導体材料から形成されている。３つの層８
〜１００表面にはそれぞれ金属の接続接点ａないしｂな
いしｆが設けられており、２つの層９と１０の接続接点
すとｆは半導体材料の外部で互いに電気的に接続され、
かつそれぞれ接点拡散部分１３ないし１４を有し、前記
接点拡散部分はそれぞれ層９ないし１００表面に拡散さ
れている。
第４図に示す第１の実施例においては、フォトダイオー
ド５は層１１から形成され、層１１は層１２の上面に配
置されており、層１２は基板７の上面に配置されている
。基板７と層１１は同じ導電型ＮないしＮ２の半導体材
料から構成され、層１２は反対の導電型Ｐ２の半導体材
料から形成されている。層１１と１２の表面にはそれぞ
れ金属の接続接点ｄないしｅが設けられており、層１２
の接続接点ｅには接点拡散部分１７が設けられ、接点拡
散部分１７は層１２の上面に配置されている。少なくと
も２つのフォトダイオード４．５の表面は紫外線を透過
する第１のフィルタ層Ｆ１で覆われており、このフィル
タ層Ｆ１は同時に不動態化層としても用いることができ
るので、別体の不動態化層を設ける必要はない。フォト
ダイオード５の第１のフィルタ層Ｆｌの上方はさらに紫
外線を透過させない第２のフィルタ層Ｆ２で覆われてい
る。なお、第２のフィルタ層Ｆ２はフォトダイオード５
だけを覆っている。２つのフィルタ層Ｆ１とＦ２には場
合によっては金属配線を金属接続接点ａ、　　ｂ、　　
ｄ、　　ｇに接続するための閉口部が形成される。
第５図に示す第２の実施例においては、フォトダイオー
ド５は二重層（１１ａ、１１ｂ）から形成され、二重層
（１１ａ、１１ｂ）はｆｉ１２の上面に配置され、層１
２は基板７の上面に配置されており、二重層（１１ａ、
１１ｂ）は層１１ａを有し、Ｆｉ　１１　ａの少なくと
も一部は層１１ｂの上面に配置されている。基板７と層
１１ｂは同じ導電型ＮないしＮ１Ｒの半導体からなり、
層１１ａと層１２は逆の導電型Ｐ１ＲないしＦ２の半導
体から形成されている。層１１ａ及び／あるいは層１２
の表面には共通の金属の接続接点ｅが設けられ、層１１
ｂの表面には金属の接続接点ｄが設けられており、両接
続接点ｅとｄにはそれぞれ接点拡散部分１７ないし１８
が設けられ、これら接点拡散部分は接続接点ｅないしｄ
に属する層１１ａあるいは１２ないし１１ｂの表面に配
置されている。層１１ａを層１１ｂの上面に全体を配置
することも可能である。その場合には両方の層１１ａと
１１ｂは半導体材料の外部で電気的に短絡接続されなけ
ればならない。他の方法は、第５図に示すように、層１
１ａを層１１ｂとＮ１２の上面に配置することである。
その場合には２つの層１１ａと１２は自動的に互いに電
気的に接続されている。いずれの場合にも２つの層１１
ａと１２は電気的に互いに接続されているので、接続接
点ｅの接点拡散部分１７をＦｊ　１１　ａと層１２の上
面に配置することができる。従って、第３図に示す集積
構造の相殺型紫外線フォトダイオードの第２の実施例が
第５図に示されているが、この実施例は層１１の代わり
に２つの層１１ａと１１ｂの組み合わせ（１１ａ、１１
ｂ）が用いられていることを除いては、第４図に示す第
１の実施例と同様の構造で形成されている。
前記２つの実施例においては基板７の表面には金属の接
続接点ｇが設けられており、この接続接点は接点拡散部
分１５を有し、接点拡散部分１５は直接基板７に配置さ
れるか、あるいは第５図に示すように他の接点拡散部分
１６内に配置されている。なお、２つの接点拡散部分１
５と１６は基板７と同一の導電型Ｎ２ないしＮｌからな
り、接点拡散部分１６は基板７の上面に配置されている
。
金属の接続接点ａ、　　ｂ、　　ｄ、　　ｅ、　　ｆ及
びｇには場合によっては接点拡散部分が設けられ、ない
しは接点拡散部分はそれぞれ抵抗接続接点となる。
第４図と第５図においては接続接点ａ、　　ｄとｂ、ｇ
、　　ｆ、　　ｇは不図示の金属コーティングによっで
あるいは第４図と第５図に示すように半導体外部に配置
された配線によって互いに電気的に接続されて、第３図
に示すような回路を形成する。
第４図と第５図においては、層８．１１Ｓ　１１ａと接
点拡散部分１３は同一の拡散深さｄｉを有し、層９、１
１ｂと接点拡散部分１６は同一の拡散深さｄ２を有し、
層ｌＯと１２は同一の拡散深さｄ３を有する。
層９と接点拡散部分１６はほぼ同一のドーピング量を有
し、これが符号Ｎｌで示されている。接点拡散部分１３
．１５と、設けられている場合には１８も同種の異なる
ドーピング量を有し、これが符号Ｎ２で示されている。
層１１ｂが設けられている場合には、この層１１ｂは他
の値のドーピング量を有し、これは符号Ｎ１Ｒで示され
ている。
層８と接点拡散部分１４．１７も同じドーピング量を有
し、これは符号ＰＩで示されており、層１０と１２も同
種の異なるドーピング量を有し、これは符号Ｐ２で示さ
れている。層１１ａが設けられている場合には、層１１
ａは他の値のドーピング量を有し、これは符号ＰＩで示
されている。基板７は独自の値のドーピング量を有し、
これは符号Ｎで示されている。
ＰＩ、Ｎｌ及びＰ２材料からなる層８．９．１０がフォ
トダイオード４を形成している。Ｐ１ＲｌＮ１Ｒ及びＰ
２材料からなる層１１ａ、１１ｂ、１２とＮ２及びＰ２
材料からなる層１１と１２が第４図と第５図においてフ
ォトダイオード５を形成している。これらの層がそれぞ
れフォトダイオード４ないし５の最適な電気的基本特性
を決定する。
通常半導体材料の表面に配置されている金属コーティン
グ層と不動態化層は簡略化するために第４図と第５図に
は示されていない。示しても不動態化層は第１のフィル
タ層Ｆ１と同じになる。
第６図には半導体内の不純物原子の分布が６本の特性曲
線でドーピング特性として、すなわち拡散深さｄを関数
とするキャリア濃度Ｃとして示されている。キャリア濃
度Ｃはｃｍ−３で測定され、拡散深さｄはμｍで測定さ
れる。このドーピング特性はイオン注入を用いて形成さ
れ、はぼガウス曲線の形状を有する。なお、特性曲線２
０はドーピングＮ２に相当し、特性曲線２１はドーピン
グＰＩに、特性曲線２２はドーピングＰ１Ｒに、特性曲
線２３はドーピングＮ１Ｒに、特性曲線２４はドーピン
グＮ１に、特性面１ａ２５はドーピングＰ２に、特性曲
線２６はドーピングＮにそれぞれ相当する。特性面！１
２０〜２２はそれぞれ半導体表面において、すなわちｄ
＝ｏのときに最大値を有する。特性曲線２３〜２５の最
大値はそれぞれｄの値がＮ２、ｘ１、Ｎ３の時に等しく
なるが、特性曲線２６は目だった最大値を持たない。特
性曲線２５は値がｄ＝ｄ３の時に特性曲線２６と交差し
、値がｄ＝ｄ２Ｒないしｄ＝ｄ２の時に特性曲線２３．
２４と交差するが、特性面１＆２２は値がｄ＝ｄ　Ｉ　
Ｒの時に特性曲線２３と交差し、特性曲線２１は値がｄ
＝ｄｌの時に特性曲線２４と交差する。
代表的なドーピング量は、以下のごとくである。
Ｐｉ材料　　ホウ素、Ｅ＝１０ｋｅＶ　Ｑ＝６Ｘ　１０
１３ｃｍ−２Ｐ１Ｒ材料　ホウ素、Ｅ＝　１０ｋｅＶ　
Ｑ＝ＩＸ　１ｏ１３ｃｎ＋−２Ｐ２材料　　ホウ素、ε
＝２００ｋｅＶ　Ｑ＝３Ｘ　１０１３ｃｍ−２Ｎ１材料
　　燐、　　　Ｅ＝１００ｋｅＶ　Ｑ：３Ｘ　１０１３
ｃｍ−２Ｎ１Ｒ材料　燐、　　　Ｅ＝８０ｋｅＶ　Ｑ＝
３Ｘ　１０１３ｃｒ１１−２Ｎ２材料　　燐　　　Ｅ＝
　３２ｋｅＶ　ＩｃＩＸ　１０１５ｃ＋ｗ−２なお、Ｅ
はイオンエネルギ、Ｑはイオンドーピング量である。イ
オン注入はほぼ厚さ３０ｎｍの不図示の５ｉ０２Ｊ’！
を通して行われる。イオン注入の後は、不純物原子を活
性化させるためにそれぞれ急速な焼鈍（焼なまし）が行
われる。なお、焼鈍が行われている間に不純物原子が分
配されることのないように、焼鈍は非常に急速に行わな
ければならない。
フォトダイオード４の層９の半導体材料の表面のすぐ下
には感光領域Ｋ（第６図を参照）が設けられており、こ
の感光領域には半導体材料の表面からポテンシャルバリ
ヤＭまで達しており（第５図）、前記ポテンシャルバリ
ヤＭは層９の半導体材料内の約Ｏ０１μｍの深さｄ＝ｘ
ｌに配置され（以下においては第１のポテンシャルバリ
ヤＭと称する）、第５図においては層９の半導体材料Ｎ
ｌの内部に点線で示されている。フォトダイオード４の
この感光領域の深さは、使用する半導体材料に紫外線が
侵入する侵入深さにほぼ相当する。この半導体材料への
可視光と赤外線の侵入深さはフォトダイオード４の感光
領域の深さよりずっと大きいので、紫外線以外の光はこ
の領域ではごく一部しか吸収されない。従ってフォトダ
イオード４は可視光及び赤外線に対してよりも紫外線に
対してずっと大きな感度を有する。
フォトダイオード５も感光領域を有し、この感光領域は
符号して示され（第６図を参照）、第５図に示す実施例
にあっては第２のポテンシャルバリヤＲと第３のポテン
シャルバリヤＳの間に配置されている。なお、前記第２
のポテンシャルバリヤＲは層１１ｂの半導体材料Ｎ１Ｒ
内の深さｄ＝ｘ２に設けられ、前記第３のポテンシャル
バリヤＳは層１２の半導体材料Ｐ２内の深さｄ＝ｘ３に
設けられている（第５図を参照）。しかし第２のポテン
シャルバリヤＲは、半導体材料の表面に配置することも
可能である（第４図の実施例に相当する）。従って半導
体材料のフォトダイオード５に属する部分の内部には少
なくともポテンシャルバリヤＳが設けられている。ポテ
ンシャルバリヤＳは半導体材料内にフォトダイオード４
に属する部分の内部に配置されたポテンシャルバリヤＭ
よりも深く配置されている。
なお一般に、０≦ｘ２＜ｘ３　　の式が当てはまる。
第５図には２つのポテンシャルバリヤＲとＳが層１１ｂ
の半導体材料Ｎ１Ｒないし層１２の半導体材料Ｐ２内に
点線で示されている。
ｘ２〉０の場合には、フォトダイオード５の感光領域り
は半導体材料に埋まっており、紫外線は半導体材料の表
面と第２のポテンシャルバリヤＲの間にある領域にほぼ
完全に吸収され、可視光と赤外線はフォトダイオード５
の感光領域りに吸収される。従ってフォトダイオード５
の感度は紫外線に対してよりも可視光と赤外線に対して
の方が大きい。このｘ２〉０の場合が第５図に示されて
いる。
ｘ２＝０の場合には、フォトダイオード５も紫外線に感
度を有する。その場合にはフォトダイオード５の好まし
くない紫外線感度を以下に述べる２つの方法を用いて減
少させなければならない。
１）フォトダイオード５の反応面ＡＲすなわち第２のポ
テンシャルバリヤＲの表面積は、フォトダイオード４の
反応面ＡＭすなわち第１のポテンシャルバリヤＭの表面
積よりずっと小さくしなければならない。
２）フォトダイオード５の表面を波長の長い光のみを透
過する他の光学フィルタ層Ｆ２を用いて被覆しなければ
ならない（第４図を参＠）。フィルタ材料としては０．
３５μｍより大きい波長の光を透過する２、３ｍｍ厚さ
の窓ガラスあるいは０．３６μｍないし０．３３μｍよ
り大きい波長の光を透過する例えばＺｎＯあるいはＺｎ
Ｓなど所定の半導体の薄い層を使用することができる。
前記薄い層の厚さはμｍ単位である。
フォトダイオード５の感光領域りの厚さｘ３−ｘ２は、
赤外線の侵入深さ及び電荷担体の拡散長さよりずっと小
さくなければならず、従ってｘ３−ｘ２は例えば１μｍ
より小さくなければならない。その場合には両フォトダ
イオード４．５の製法による赤外線感度の違い及び温度
依存性はほぼ等しい。次式、 Ｔ４・ＡＭ・　ｘｌ＝Ｔ５・ＡＲ・　（Ｎ３−Ｎ２）（
ｒ） が成り立つ場合には、両フォトダイオード４．５の互い
の赤外線感度をさらによく適合させることが必要である
。なお、Ｔ４とＴ５はフォトダイオード４ないし５０表
面を覆っている層における赤外線と可視光の透過係数で
ある。Ｔ４とＴ５はほぼ等しいので、両フォトダイオー
ド４．５の感光領域はほぼ等しい体積を持たなければな
らないということが言える。
上述のイオンエネルギの代表的な値は以下のごとくであ
る。
ｘ　１〜ｘ２＝０．１　μｍ Ｎ３＝０．５μｍ この値を（Ｉ）式に代入すると、ＡＭ／ＡＲ−４となる
。なお、例えばＡＭ＝０．８ｍｍ２でＡＲ＝０．２ｍｍ
２である。
実際には、同じ拡散深さを有するできるだけ多数の層を
用いたいという事情があるので、第５図に示すように特
性曲線２１〜２４はできればほぼｄ　１＝ｄ　Ｉ　Ｒで
ｄ２＝ｄ２Ｒになるように選択される。
第４図に示す実施例においてはＮ２材料からなる半導体
層１１は第５図に示す実施例のＮ１Ｒ材料からなる層１
１ｂの役割を果たしており、Ｐ１Ｒ材料からなる半導体
層１１ａは設けれられていない。Ｎ２＝０の場合がこれ
にあてはまる。
第７図には第５図に示す実施例の種々の半導体材料内部
のエネルギ分布が拡散深さｄの関数で示され、かつ隣接
する２つの層間の接する層の位置ｄｉ、ｄ２、ｄ３並び
に種々のドーピング最大値の位置ｘＬｘ２、Ｎ３が示さ
れている。横軸に平行な点線２８はフェルミ準位ＥＦで
あり、図中上方の特性曲線２９は伝導帯限界値ＥＣ５下
方の特性曲線３０は価電子帯限界値ＥＶである。縦軸に
平行に測定した両特性曲線２９．３０の間隔が禁止帯の
幅Ｅｇとなる。特性曲線２９．３０の第７図中左に示す
点線部分３１と３２はフォトダイオード５に相当し、実
線で示す部分３３と３４はフォトダイオード４に相当す
る。
ｄ＝ｘｌとｄ＝ｘ２の深さに設けられたポテンシャル最
小値によって、フォトダイオード４．５の表面部分Ｏｄ
ｄ＜ｘｉと０＜ｄ＜Ｎ２内に形成された正孔がｄ＞ｘｉ
ないしｄ＞Ｎ２の部分に侵入することが防止され、それ
によって第１と第２のポテンシャルバリヤＭとＲが機能
することができる。ポテンシャル最小値がｄ＝Ｘ３にあ
る場合には、基板７内に形成された電子が領域ｄ＜Ｎ３
に侵入することが防止され、それによって第３のポテン
シャルバリヤＳが機能することができる。
−様でない光を測定する場合には、２つのフォトダイオ
ード４と５は好ましくはそれぞれ並列に接続された多数
の小さいフォトダイオード３５ないし３６から形成され
、前把手さいフォトダイオード３５ないし３６は第８図
から第１θ図に示すように基板７の表面にそれぞれ交互
にくるように配置されている。第８図には小さいフォト
ダイオード３５と３６の上面が示されており、小さいフ
ォトダイオード３５と３６の上面は白と黒の市松模様の
ように交互に同じように配置されている。
第９図においては小さいフォトダイオード３５と３６の
上面は矩形であって、小さいフォトダイオード３５．３
６の上面は交互に縞状に重なり合い、あるいは不図示の
ように交互に並べて配置されている。第１θ図において
は相殺型紫外線フォトダイオード（４，５）は円形の上
面を有する。この場合には小さいフォトダイオード３５
と３６の上面は好ましくは扇形であって、小さいフォト
ダイオード３５と３６の上面は円形になるように交互に
並べて配置されている。
２つのフォトダイオード４と５はディスクリート素子と
して、あるいはハイブリッド素子として形成することも
可能である。その場合には両フォトダイオードは２つの
別体の半導体チップに配置され、２つのハウジングに分
けて組み立てられ、あるいは共通のセラミック基板上に
取り付けられる。その場合には両フォトダイオード４と
５の各々は別体のフィルタＦｌとＦ２あるいは別体のレ
ンズでカバーされる。なお、前記レンズはフィルタＦ１
及び／あるいはＦ２の役割を果たす。例えばフォトダイ
オード４は紫外線を透過するレンズで覆うことができ、
フォトダイオード５は紫外線を透過しないレンズで覆わ
れている。
相殺型紫外線フォトダイオードは集積半導体技術で知ら
れている例えばフォトリソグラフィーイオン注入、薄膜
形成など通常の方法を用いて形成することができる。
［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように本発明によれば、少なく
とも公知の紫外線フォトダイオードに比べて優れたスペ
クトル選択性を有する能率のよい紫外線フォトダイオー
ドが得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は３種類のフォトダイオードのスペクトル感度曲
線を示す線図、第２図は相殺型紫外線フォトダイオード
の回路の第１の実施例を示す回路図、第３図は相殺型紫
外線フォトダイオードの回路の第２の実施例を示す回路
図、第４図は第３図に示す相殺型紫外線フォトダイオー
ドに実装された半導体構造の第１の実施例を示す断面図
、第５図は第３図に示す相殺型紫外線フォトダイオード
に実装された半導体構造の第２の実施例を・示す断面図
、第６図は第５図に示す相殺型紫外線フォトダイオード
の種々の半導体層のドーピング特性を示す線図、第７図
は相殺型紫外線フォトダイオードの半導体層内部の電位
の分布を示す線図、第８図は一様でない光の測定に適し
た相殺型紫外線フォトダイオードの第１の実施例を示す
上面図、第９図は一様でない光の測定に適した相殺型紫
外線フォトダイオードの第２の実施例を示す上面図、第
１０図は一様でない光の測定に適した相殺型紫外線フォ
トダイオードの第３の実施例を示す上面図である。 １．２．３・・・感度曲線 ４．５・・・フォトダイオード ７・・・基板　　８〜１２・・・層 １３〜１８・・・接点拡散部分 Ｆｉｇ、９

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）２つのフォトダイオード（４、５）が露光されたと
    きに両ダイオード電流（１１、１２）の差に比例する信
    号を発生するように電気的に接続された２つのフォトダ
    イオード（４、５）の組合せからなり、両フォトダイオ
    ード（４、５）のスペクトル感度曲線（１、２）が異な
    る波長で最大値をとる紫外線フォトダイオードにおいて
    、 両フォトダイオード（４、５）のスペクトル感度曲線（
    １、２）が可視光と赤外線の波長領域でほぼ等しい値を
    有し、それにより同額域においては両フォトダイオード
    （４、５）のダイオード電流（１１、１２）が差を形成
    することによってほぼ相殺され、 第１のフォトダイオード（４）は第２のフォトダイオー
    ド（５）に比較して紫外線の波長領域において大きい感
    度を有し、それにより紫外線フォトダイオード（（４、
    ５））の感度曲線（３）が紫外線の波長領域において狭
    帯域で最大値を有することを特徴とする紫外線フォトダ
    イオード。 ２）両フォトダイオード（４、５）が半導体材料からな
    り、 第２のフォトダイオード（５）を形成する半導体材料部
    分内部に少なくとも１つのポテンシャルバリヤ（Ｓ）が
    設けられ、前記ポテンシャルバリヤ（Ｓ）は第１のフォ
    トダイオード（４）を形成する半導体材料内のポテンシ
    ャルバリヤ（Ｍ）より深く半導体材料内に配置されてい
    ることを特徴とする請求項第１項に記載の紫外線フォト
    ダイオード。 ３）第１のフォトダイオード（４）が、第２の層（９）
    の上面に配置された第１の層（８）から形成され、前記
    第２の層（９）は第３の層（１０）の上面に配置され、
    前記第３の層（１０）は基板（７）の上面に配置されて
    おり、 第１と第３の層（８、１０）は同じ導電型（Ｐ１、Ｐ２
    ）の半導体材料からなり、第２の層（９）と基板（７）
    は反対の導電型（Ｎ１、Ｎ）の半導体材料からなり、 ３つの層（８、９、１０）はそれぞれ接続接点（ａ、ｂ
    ないしｆ）を有し、第２と第３の層（９、１０）の接続
    接点（ｂ、ｆ）は半導体材料の外部において互いに電気
    的に接続され、かつそれぞれ該当する層（９ないし１０
    ）の表面から内部へ拡散している接点拡散部分（１３な
    いし１４）を有することを特徴とする請求項第１項ある
    いは第２項に記載の紫外線フォトダイオード。 ４）第２のフォトダイオード（５）が、第２の層（１２
    ）の上面に配置された第１の層（１１）からなり、前記
    第２の層（１２）は基板（７）の上面に配置されており
    、 基板（７）と第１の層（１１）は同じ導電型（Ｎ、Ｎ２
    ）の半導体材料からなり、第２の層（１２）は反対の導
    電型（Ｐ２）の半導体材料からなり、 第２のフォトダイオード（５）の２つの層（１１、１２
    ）の表面にそれぞれ接続接点（ｄないしｅ）が設けられ
    、第２の層（１２）には第２のフォトダイオード（５）
    の第２の層（１２）の上面に配置された接点拡散部分（
    １７）が設けられており、 両フォトダイオード（４、５）の少なくとも表面が紫外
    線を透過する第１のフィルタ層（Ｆ１）で覆われ、第２
    のフォトダイオード（５）の第１のフィルタ層（Ｆ１）
    の上方がさらに紫外線を透過させない第２のフィルタ層
    （Ｆ２）で覆われていることを特徴とする請求項第１項
    から第３項のいずれか１項に記載の紫外線フォトダイオ
    ード。 ５）第２のフォトダイオード（５）が、第２の層（１２
    ）の上面に配置された二重層（（１１ａ、１１ｂ））か
    らなり、前記第２の層（１２）は基板（７）の上面に配
    置されており、二重層（（１１ａ）１１ｂ））には少な
    くとも一部が他の層（１１ｂ）の上面に配置された第１
    の層（１１ａ）が設けられており、 基板（７）と前記他の層（１１ｂ）は同じ導電型（Ｎ、
    Ｎ１Ｒ）の半導体材料からなり、第１と第２の層（１１
    ａ、１２）は反対の導電型（Ｐ１Ｒ、Ｐ２）の半導体材
    料からなり、 第１の層（１１ａ）あるいは第２の層（１２）の表面に
    は共通の接続接点（ｅ）が設けられ、他の層（１１ｂ）
    には接続接点（ｄ）が設けられており、両接続接点（ｅ
    、ｄ）にはそれぞれ接続接点（ｅないしｄ）に属する層
    （１１ａあるいは１２ないし１１ｂ）の上面に配置され
    た接点拡散部分（１７、１８）が設けられていることを
    特徴とする請求項第１項から第３項のいずれか１項に記
    載の紫外線フォトダイオード。 ６）２つのフォトダイオード（４、５）が同じ基板（７
    ）を有し、 基板（７）の表面には接続接点（ｇ）が設けられ、前記
    接続接点（ｇ）には基板（７）あるいは他の接点拡散部
    分（１５、１６）の上面に配置された接点拡散部分（１
    ５）が設けられており、２っの接点拡散部分（１５、１
    ６）は基板（７）と同じ導電型（Ｎ２、Ｎ１）の半導体
    材料からなり、他の接点拡散部分（１６）は基板（７）
    の上面に配置されていることを特徴とする請求項第３項
    から第５項のいずれか１項に記載の紫外線フォトダイオ
    ード。 ７）両フォトダイオード（４、５）が別体の基板によっ
    て形成され、それぞれの半導体材料の外部において互い
    に電気的に接続されていることを特徴とする請求項第３
    項から第５項のいずれか１項に記載の紫外線フォトダイ
    オード。 ８）２つのフォトダイオード（４、５）がそれぞれ並列
    に接続された多数の小さいフォトダイオード（３５ない
    し３６）から形成され、前記小さいフォトダイオード（
    ３５ないし３６）がそれぞれ基板の表面に交互に配置さ
    れていることを特徴とする請求項第１項から第６項のい
    ずれか１項に記載の紫外線フォトダイオード。 ９）小さいフォトダイオード（３５、３６）の上面が方
    形であって、小さいフォトダイオード（３５、３６）の
    上面が白と黒の市松模様のように交互に等しく配置され
    ていることを特徴とする請求項第８項に記載の紫外線フ
    ォトダイオード。 １０）小さいフォトダイオード（３５、３６）の上面が
    矩形であって、小さいフォトダイオード（３５、３６）
    の上面が縞状に交互に重なり合い、あるいは交互に並ん
    で配置されていることを特徴とする請求項第８項に記載
    の紫外線フォトダイオード。 １１）小さいフォトダイオード（３５、３６）の上面が
    扇形であって、小さいフォトダイオード（３５、３６）
    の上面が円形になるように交互に並べて配置されている
    ことを特徴とする請求項第８項に記載の紫外線フォトダ
    イオード。 １２）２つのフォトダイオード（４、５）が反対方向に
    電気的に直列に接続されて直列回路を形成し、前記フォ
    トダイオードの接続接点（ａ、ｅ）がそれぞれ差動増幅
    器（６）の一方の入力端子と接続されていることを特徴
    とする請求項第１項から第１１項のいずれか１項に記載
    の紫外線フォトダイオード。 １３）２つのフォトダイオード（４、５）が反対方向に
    電気的に並列に接続され、露光されたときに差電流（１
    １−１２）を発生することを特徴とする請求項第１項か
    ら第１１項のいずれか１項に記載の紫外線フォトダイオ
    ード。
JP2052913A 1989-03-16 1990-03-06 紫外線フォトダイオード Pending JPH02278883A (ja)

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