JPH0449676A - Semiconductor visible photosensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はカメラの自動露光装置などに用いられる半導体
可視光センサに関し、特に、その分光感度特性の改善に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor visible light sensor used in an automatic exposure device of a camera, etc., and particularly relates to improvement of its spectral sensitivity characteristics.
［従来の技術］
可視光領域の光を検知するフォトダイオードタイプの半
導体可視光センサとして、単結晶シリコンのフォトダイ
オードに赤外カットフィルタを設けたもの、または可視
光領域において高感度であって、赤外領域にはほとんど
感度を有しないアモルファスシリコン薄膜のフォトダイ
オードがある。[Prior Art] As a photodiode type semiconductor visible light sensor that detects light in the visible light region, there is a photodiode type semiconductor visible light sensor that has a single crystal silicon photodiode provided with an infrared cut filter, or a sensor that is highly sensitive in the visible light region, There is an amorphous silicon thin film photodiode that has almost no sensitivity in the infrared region.
しかし、赤外カットフィルタ付きの単結晶シリコンのフ
ォトダイオードにおいても、さらにアモルファスシリコ
ン薄膜のフォトダイオードにおいても、それらの分光感
度特性は人間の比視感度とはかなり異なるものになって
いる。アモルファスシリコン薄膜のフォトダイオードで
は、その分光感度特性を人間の比視感度に近づけるため
に、余分な短波長感度と長波長感度を下げるために、Ｕ
Ｖフィルタや赤外カットフィルタなどの光学フィルタを
設けたものかつ（られている。However, both the monocrystalline silicon photodiode with an infrared cut filter and the amorphous silicon thin film photodiode have spectral sensitivity characteristics that are quite different from the relative luminous efficiency of humans. In an amorphous silicon thin film photodiode, in order to bring its spectral sensitivity characteristics closer to human specific luminous efficiency, U
It is equipped with an optical filter such as a V filter or an infrared cut filter.
［発明が解決しようとする課題］
単結晶シリコンのフォトダイオードやアモルファスシリ
コン薄膜のフォトダイオードのいずれにおいても、フォ
トダイオードの前面に光学フィルタを設けることは、半
導体可視光センサのコストの増大を招くとともに、その
形状寸法をも増大させるという問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] In both single-crystal silicon photodiodes and amorphous silicon thin film photodiodes, providing an optical filter in front of the photodiode increases the cost of the semiconductor visible light sensor and increases the cost of the semiconductor visible light sensor. , there is a problem in that it also increases its geometry.
このような先行技術における課題に鑑み、本発明の目的
は、光学フィルタを用いることなく、人間の比視感度に
近づけられた分光感度特性を有するように改善された半
導体可視光センサを提供することである。In view of such problems in the prior art, an object of the present invention is to provide a semiconductor visible light sensor that is improved to have spectral sensitivity characteristics that are close to human specific luminous efficiency without using an optical filter. It is.
［課題を解決するための手段］
本発明による半導体可視光センサは、ｐ層、１層および
ｎ層が順次積層されたアモルファスシリコン薄膜を含み
、それらの層のうち光入射側に最も近い層は５０〜９５
０人の範囲内の厚さと１゜６〜２．０ｅＶの範囲内のエ
ネルギー禁制帯幅を有し、ｉ層は２０００〜５０００Ａ
の範囲内の厚さと１．７〜１．９ｅＶのエネルギー禁制
帯幅を有し、光入射側に最も近い層とｉ層とにおける適
切な厚さおよびエネルギー禁制帯幅の選択と組合わせに
よって、分光感度特性のピーク感度波長が５５０〜５６
０ ｎｍの範囲内に設定されていることを特徴としてい
る。[Means for Solving the Problems] A semiconductor visible light sensor according to the present invention includes an amorphous silicon thin film in which a p layer, a first layer, and an n layer are sequentially stacked, and among these layers, the layer closest to the light incident side is 50-95
The i-layer has a thickness in the range of 0 and an energy band gap in the range of 1°6 to 2.0 eV, and the i-layer is 2000 to 5000 A.
has a thickness within the range of 1.7 to 1.9 eV, and by selecting and combining appropriate thickness and energy bandgap width in the layer closest to the light incidence side and the i layer, The peak sensitivity wavelength of spectral sensitivity characteristics is 550-56
It is characterized by being set within a range of 0 nm.
［作用］
光入射側に最も近いドープ層とｉ層との厚さおよびエネ
ルギー禁制帯幅を制御して適切に組合わせることによっ
て、光学フィルタを用いることなく、フォトダイオード
自体の分光感度特性を人間の比視感度に近づけることが
できるので、半導体可視光センサの低コスト化および形
状寸法のコンパクト化を可能にする。[Function] By controlling the thickness and energy bandgap width of the doped layer closest to the light incidence side and the i-layer and combining them appropriately, the spectral sensitivity characteristics of the photodiode itself can be adjusted to human levels without using an optical filter. Since it is possible to approach the relative luminous efficiency of , it is possible to reduce the cost and size of semiconductor visible light sensors.
［実施例コ
現在、ｉ型のアモルファスシリコン層として、水素化ア
モルファスシリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）を用いてエネルギ
ー禁制帯幅が１．７ｅＶから１゜９ｅＶの間にあるもの
が得られている。また、ｐ型のアモルファスシリコン層
としては、ボロン（Ｂ）を添加したａ−８ｉ：Ｈ，また
はボロンを添加した水素化アモルファスシリコンカーバ
イド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）を用いてエネルギー禁制帯幅が
１．６ｅＶから２．０ｅＶの間にあるものが得られてい
る。さらに、ｎ型のアモルファスシリコン層としては、
リン（ｐ）を添加したａ−８ｉ：Ｈおよびａ−８ｉＣ：
Ｈ，あるいは同じくリンを添加した微結晶の混在したａ
−８ｉ：Ｈを用いてエネルギー禁制帯幅が１．６ｅＶか
ら２．０ｅＶの間にあるものが得られている。[Example: Currently, hydrogenated amorphous silicon (a-8i:H) is used as an i-type amorphous silicon layer with an energy forbidden band width between 1.7 eV and 1°9 eV. . In addition, as the p-type amorphous silicon layer, a-8i:H doped with boron (B) or hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:H) doped with boron is used, and the energy bandgap width is 1. A value between .6 eV and 2.0 eV has been obtained. Furthermore, as an n-type amorphous silicon layer,
a-8i:H and a-8iC with phosphorus (p) added:
H, or a mixed with microcrystals added with phosphorus
-8i:H has been used to obtain an energy band gap between 1.6 eV and 2.0 eV.
これらのアモルファスシリコン層を用いて、ｐ−１−ｎ
接合を含むアモルファスシリコン薄膜のフォトダイオー
ドが形成され得る。そのようなアモルファスシリコン薄
膜のフォトダイオードにおいて、分光感度特性は、光入
射側に最も近いドープ層の厚さおよびエネルギー禁制帯
幅とｉ層の厚さおよびエネルギー禁制帯幅とに主に依存
して変化する。Using these amorphous silicon layers, p-1-n
An amorphous silicon thin film photodiode including a junction may be formed. In such an amorphous silicon thin film photodiode, the spectral sensitivity characteristics mainly depend on the thickness and energy bandgap width of the doped layer closest to the light incidence side and the thickness and energy bandgap width of the i-layer. Change.
第２図を参照して、アモルファスシリコン薄膜のフォト
ダイオードの分光感度特性の変化の例が示されている。Referring to FIG. 2, an example of changes in spectral sensitivity characteristics of an amorphous silicon thin film photodiode is shown.
このグラフにおいて、横軸は光の波長（ｎｍ）を表わし
、縦軸は分光感度（任意単位）を表わしている。第２図
に示された分光感度特性曲線ＡないしＤのそれぞれに相
当するフォトダイオードの各々において、ｐ層は１．８
９ｅＶのエネルギー禁制帯幅と２００Ａの厚さを有し、
ｉ層は１．７９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有している
。しかし、フォトダイオードＡ、Ｂ、ＣおよびＤにおい
て、ｉ層の厚さは、それぞれ２０００Ａ、４０００Ａ、
７０００Ａおよび８０００Ａにされている。In this graph, the horizontal axis represents the wavelength (nm) of light, and the vertical axis represents spectral sensitivity (arbitrary units). In each of the photodiodes corresponding to the spectral sensitivity characteristic curves A to D shown in FIG.
It has an energy band gap of 9eV and a thickness of 200A,
The i-layer has an energy forbidden band width of 1.79 eV. However, in photodiodes A, B, C, and D, the thickness of the i-layer is 2000A, 4000A, and 4000A, respectively.
7000A and 8000A.
すなわち、ｉ層の厚さが増大するにしたがって、フォト
ダイオードの分光感度特性は、相対的に短波長感度が低
下して長波長感度が増大することがわかる。なお、破線
の曲線Ｉは人間の比視感度を表わしている。That is, it can be seen that as the thickness of the i-layer increases, the spectral sensitivity characteristics of the photodiode relatively decrease in short wavelength sensitivity and increase in long wavelength sensitivity. Note that the dashed curve I represents the relative luminous efficiency of humans.
第３図を参照して、アモルファスシリコン薄膜のフォト
ダイオードの分光感度特性の変化のもう１つの例が示さ
れている。第３図に示された分光感度特性曲線Ｅないし
Ｈのそれぞれに相当するフォトダイオードの各々におい
て、ｐ層は１．８９ｅＶのエネルギー禁制帯を有し、ｉ
層は１．７９ｅＶのエネルギー禁制帯幅と４００ＯＡの
厚さを有している。しかし、フォトダイオードＥ、
Ｆ。Referring to FIG. 3, another example of changes in the spectral sensitivity characteristics of an amorphous silicon thin film photodiode is shown. In each of the photodiodes corresponding to the spectral sensitivity characteristic curves E to H shown in FIG. 3, the p layer has an energy forbidden band of 1.89 eV, and the i
The layer has an energy gap of 1.79 eV and a thickness of 400 OA. However, photodiode E,
F.
ＧおよびＨにおいて、ｐ層の厚さは、それぞれ５０人、
２０ＯＡ、４００Ａおよび８００人にされている。In G and H, the p-layer thickness is 50 people, respectively.
20OA, 400A and 800 people.
すなわち、ｐ層の厚さが増大するに従って、ｐ層による
短波長の光の吸収が増大し、その結果、分光感度特性の
短波長側の感度が低下していくことがわかる。That is, it can be seen that as the thickness of the p-layer increases, the absorption of short-wavelength light by the p-layer increases, and as a result, the sensitivity on the short-wavelength side of the spectral sensitivity characteristics decreases.
なお、ｐ層およびｉ層のエネルギー禁制帯幅が変化した
場合、それらの層の厚さの変化が分光感度特性曲線の変
化に及ぼす影響の傾向は、第２図および第３図に示され
たものと類似しており、その変化の度合が異なるだけで
ある。In addition, when the energy bandgap width of the p-layer and i-layer changes, the tendency of the influence of changes in the thickness of those layers on changes in the spectral sensitivity characteristic curve is shown in Figures 2 and 3. are similar, differing only in the degree of change.
すなわち、ｐ層のエネルギー禁制帯幅が１．６ｅＶから
２．０ｅＶの間にあっで、ｉ層のエネルギー禁制帯幅が
１，７ｅＶから１．９ｅＶの間にある場合、ｐ層の厚さ
を５ＯＡから９５０Ａの範囲内でかつｉ層の厚さを２０
００Ａから５０００Ａの範囲内で適切に選択して組合わ
せることによって、フォトダイオードの分光感度特性の
ピーク感度波長（最も感度の高い波長）を人間の比視感
度と同じである５５０〜５５Ｑｎｍの範囲内に設定する
ことができる。In other words, if the p-layer energy gap width is between 1.6eV and 2.0eV and the i-layer energy gap width is between 1.7eV and 1.9eV, the p-layer thickness should be changed from 5OA to 1.9eV. Within the range of 950A and the thickness of the i layer is 20
By appropriately selecting and combining within the range of 00A to 5000A, the peak sensitivity wavelength (the wavelength with the highest sensitivity) of the spectral sensitivity characteristics of the photodiode can be adjusted to within the range of 550 to 55Qnm, which is the same as the specific luminous efficiency of humans. Can be set to .
第１図を参照して、本発明の一実施例による半導体可視
光センサの分光感度特性が示されている。Referring to FIG. 1, spectral sensitivity characteristics of a semiconductor visible light sensor according to an embodiment of the present invention are shown.
第１図の半導体可視光センサにおいては、ｐ層は４００
人の厚さと１．８９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有゛し
、ｉ層は４０００人と１．７９ｅＶの禁制帯幅を有し、
さらにｎ層は７０００Ａの厚さと１．７８ｅＶのエネル
ギー禁制帯幅を有している。すなわち、第１図の分光感
度特性は、第３図における曲線Ｇに類似しており、その
半値幅は約１８０ｎｍである。In the semiconductor visible light sensor shown in FIG.
The i-layer has a thickness of 4,000 people and an energy band gap of 1.89 eV, and the i-layer has a band width of 1.79 eV.
Furthermore, the n-layer has a thickness of 7000A and an energy band gap of 1.78eV. That is, the spectral sensitivity characteristic shown in FIG. 1 is similar to curve G in FIG. 3, and its half-width is about 180 nm.
なお、第２図と第３図において破線の曲線Ｉで示された
人間の比視感度における半値幅は約１１００ｎであるが
、従来のフィルタを用いた半導体可視光センサにおける
半値幅は約２４０ｎｍ以上の幅を有している。The half-width of human specific luminous efficiency, which is shown by the broken curve I in Figures 2 and 3, is about 1100 nm, but the half-width of a semiconductor visible light sensor using a conventional filter is about 240 nm or more. It has a width of
ｐ層が１．８９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有しかつｉ
層が１．７９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有する場合、
ピーク感度波長を５５０〜５６０ｎｍ内に維持しつつ半
値幅を２３０ｎｍ以下にするための許容範囲は、ｐ層の
厚さが２００〜５００人であり、ｉ層の厚さが３５００
〜４５００Ａの範囲内である。The p layer has an energy band gap of 1.89 eV and i
If the layer has an energy gap of 1.79 eV,
The acceptable range for keeping the peak sensitivity wavelength within 550-560 nm and making the half-value width 230 nm or less is that the p-layer thickness is 200-500 nm, and the i-layer thickness is 3500 nm.
~4500A.
なお、以上の実施例では、光入射側のドープ層がｐ層で
ある場合について説明されたが、光入射側の層がｎ層で
ある半導体可視光センサについても、本発明は同様に適
用し得る。In the above embodiments, the case where the doped layer on the light incidence side is a p-layer has been described, but the present invention is similarly applicable to a semiconductor visible light sensor in which the layer on the light incidence side is an n-layer. obtain.
また、アモルファスシリコン薄膜のフォトダイオードは
、強い光を照射すれば特性が劣化するという欠点がある
が、１層が薄い場合には特性の劣化が軽減されるという
特徴がある。たとえば、ｉ層の厚さを５０００Ａ以下に
すれば、１０万ルツクスの光を５００時間連続照射して
も、特性の劣化は１０％程度に抑制され、実用上問題の
ない半導体可視光センサが得られる。Further, a photodiode made of an amorphous silicon thin film has a drawback in that its characteristics deteriorate when irradiated with strong light, but when one layer is thin, the deterioration of characteristics is reduced. For example, if the thickness of the i-layer is set to 5000A or less, even if 100,000 lux light is continuously irradiated for 500 hours, the deterioration of the characteristics will be suppressed to about 10%, and a semiconductor visible light sensor with no practical problems can be obtained. It will be done.
［発明の効果コ
以上のように、本発明によれば、分光感度特性が人間の
比視感度に近づけられた半導体可視光センサが、低価格
でかつコンパクトな形状寸法で得られる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a semiconductor visible light sensor having a spectral sensitivity characteristic close to that of a human's specific luminous efficiency can be obtained at a low cost and with a compact size.
第１図は、本発明の一実施例による半導体可視光センサ
の分光感度特性を示すグラフである。
第２図は、光入射側のｐ層の厚さを一定にしてｉ層の厚
さを変化させたときのフォトダイオードの分光感度特性
の変化を示すグラフである。
第３図は、ｉ層の厚さを一定にして光入射側のｐ層の厚
さを変化させたときのフォトダイオードの分光感度特性
の変化を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing spectral sensitivity characteristics of a semiconductor visible light sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing changes in the spectral sensitivity characteristics of the photodiode when the thickness of the i-layer is varied while keeping the thickness of the p-layer on the light incident side constant. FIG. 3 is a graph showing changes in the spectral sensitivity characteristics of the photodiode when the thickness of the i-layer is kept constant and the thickness of the p-layer on the light incident side is varied.
Claims (1)
シリコン薄膜を含み、 前記層のうち光入射側に最も近い層は５０〜９５０Åの
範囲内の厚さと１．６〜２．０ｅＶの範囲内のエネルギ
ー禁制帯幅を有し、 前記ｉ層は２０００〜５０００Å範囲内の厚さと１．７
〜１．９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有し、 前記光入射側に最も近い層と前記ｉ層とにおける適切な
厚さおよびエネルギー禁制帯幅の選択と組合わせによっ
て、分光感度特性のピーク感度波長が５５０〜５６０ｎ
ｍの範囲内に設定されていることを特徴とする半導体可
視光センサ。[Claims] The invention includes an amorphous silicon thin film in which a p-layer, an i-layer, and an n-layer are sequentially laminated, and among the layers, the layer closest to the light incident side has a thickness in the range of 50 to 950 Å and a thickness of 1.6 to 1.6 Å. The i-layer has an energy band gap in the range of 2.0 eV, and the i-layer has a thickness in the range of 2000-5000 Å and a thickness of 1.7 eV.
It has an energy forbidden band width of ~1.9 eV, and the peak sensitivity wavelength of the spectral sensitivity characteristic can be adjusted by selecting and combining appropriate thicknesses and energy forbidden band widths of the layer closest to the light incidence side and the i layer. is 550~560n
A semiconductor visible light sensor, characterized in that the sensor is set within a range of m.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160211A JPH0449676A (en) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | Semiconductor visible photosensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160211A JPH0449676A (en) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | Semiconductor visible photosensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0449676A true JPH0449676A (en) | 1992-02-19 |
Family
ID=15710155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2160211A Pending JPH0449676A (en) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | Semiconductor visible photosensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0449676A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5382139A (en) * | 1992-08-21 | 1995-01-17 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jodoshokki Seisakusho | Guiding mechanism for reciprocating piston of piston type compressor |
| US5720215A (en) * | 1996-11-25 | 1998-02-24 | General Motors Corporation | Automotive air conditioning compressor piston with eccentric anti rotation pad |
| JP2009545131A (en) * | 2006-07-21 | 2009-12-17 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Photodiodes for detection in molecular diagnostics |
| US8610225B2 (en) | 2009-03-12 | 2013-12-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-receiving semiconductor component and optoelectronic device |
-
1990
- 1990-06-18 JP JP2160211A patent/JPH0449676A/en active Pending
Cited By (5)
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| JP2014132265A (en) * | 2006-07-21 | 2014-07-17 | Koninklijke Philips Nv | Photodiode for detection within molecular diagnostics |
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