JPH0738136A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH0738136A JPH0738136A JP5202885A JP20288593A JPH0738136A JP H0738136 A JPH0738136 A JP H0738136A JP 5202885 A JP5202885 A JP 5202885A JP 20288593 A JP20288593 A JP 20288593A JP H0738136 A JPH0738136 A JP H0738136A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射光に対する波長選択性が選定可能な受光
素子を提供する。 【構成】 受光素子は、ｐ型基板１上に順次にｎ型エピ
タキシャル層２、ｐ型拡散層３、ｎ型拡散層４を有する
ので、積層状に配置された接合面から成るフォトダイオ
ードＰＤ１〜ＰＤ３が形成される。各接合面の受光表面
からの深さが異なるので、受光表面での入射光に対する
波長選択性が相互に異なる複数のフォトダイオードを有
する受光素子が得られる。各ダイオードの信号電流に演
算を加えて所望の波長選択性を有するフォトディテクタ
を得る。積層構造のフォトダイオード配置に代えて、各
接合におけるバンドギャップが相互に異なる受光素子と
する構成も採用できる。人間の感覚に精度よく一致する
明るさ検出器が製作できる。
素子を提供する。 【構成】 受光素子は、ｐ型基板１上に順次にｎ型エピ
タキシャル層２、ｐ型拡散層３、ｎ型拡散層４を有する
ので、積層状に配置された接合面から成るフォトダイオ
ードＰＤ１〜ＰＤ３が形成される。各接合面の受光表面
からの深さが異なるので、受光表面での入射光に対する
波長選択性が相互に異なる複数のフォトダイオードを有
する受光素子が得られる。各ダイオードの信号電流に演
算を加えて所望の波長選択性を有するフォトディテクタ
を得る。積層構造のフォトダイオード配置に代えて、各
接合におけるバンドギャップが相互に異なる受光素子と
する構成も採用できる。人間の感覚に精度よく一致する
明るさ検出器が製作できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、受光素子に関し、特
に、フォトダイオード構造の受光素子に関する。
に、フォトダイオード構造の受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】明るさ検出器は、光の有無の検出や光の
強度、電力の測定等に利用される。特に、ＣｄＳ、Ｓi
等のフォトディテクタを用い、光の強度測定に利用され
る明るさ検出器では、その波長選択性が、当該ＣｄＳの
性質或いはＳiフォトディテクタの構造により一義的に
決まるので、入射光に対する波長選択性を自由に選定す
ることが出来ない。
強度、電力の測定等に利用される。特に、ＣｄＳ、Ｓi
等のフォトディテクタを用い、光の強度測定に利用され
る明るさ検出器では、その波長選択性が、当該ＣｄＳの
性質或いはＳiフォトディテクタの構造により一義的に
決まるので、入射光に対する波長選択性を自由に選定す
ることが出来ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のフォトディテク
タでは、入射光に対する波長選択性を自由に選定するこ
とが出来ず、また、その波長選択性は視感度曲線と精度
よく一致しない。このため、フォトディテクタの明るさ
検出の出力と人間の感覚との間にギャップがあり、性能
的に満足できる明るさ検出器を得ることが困難であっ
た。
タでは、入射光に対する波長選択性を自由に選定するこ
とが出来ず、また、その波長選択性は視感度曲線と精度
よく一致しない。このため、フォトディテクタの明るさ
検出の出力と人間の感覚との間にギャップがあり、性能
的に満足できる明るさ検出器を得ることが困難であっ
た。
【０００４】本発明は、上記従来の明るさ検出器の問題
に鑑み、波長選択性を選定することが容易なため、その
検出出力を比視感度と一致させることが容易な受光素子
を提供し、もって精度が高い明るさ検出器を得ることを
目的とする。
に鑑み、波長選択性を選定することが容易なため、その
検出出力を比視感度と一致させることが容易な受光素子
を提供し、もって精度が高い明るさ検出器を得ることを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の受光素子は、単一の半導体バルク内に形成
され、該半導体バルクの受光表面に入射する光に対する
波長選択性が相互に異なる複数のｐｎ接合から成る光電
変換部と、前記ｐｎ接合を構成する各半導体層に接続さ
れた電極とを有することを特徴とする。
め、本発明の受光素子は、単一の半導体バルク内に形成
され、該半導体バルクの受光表面に入射する光に対する
波長選択性が相互に異なる複数のｐｎ接合から成る光電
変換部と、前記ｐｎ接合を構成する各半導体層に接続さ
れた電極とを有することを特徴とする。
【０００６】波長選択性は、各接合を構成する半導体層
を積層構造に配置して得ることが好ましく、或いは、各
接合におけるバンドギャップを異なるものとしても得ら
れる。
を積層構造に配置して得ることが好ましく、或いは、各
接合におけるバンドギャップを異なるものとしても得ら
れる。
【０００７】受光素子が、光電変換部から信号電流を取
り出す各電極に接続される入力を有する演算回路を備え
ることも本発明の好ましい態様である。この場合、受光
素子の出力を精度よく比視感度に合致させるために、該
演算回路において、各電極から取り出される信号電流に
対して数値演算を加えつつこれを組み合わせることが好
ましい。
り出す各電極に接続される入力を有する演算回路を備え
ることも本発明の好ましい態様である。この場合、受光
素子の出力を精度よく比視感度に合致させるために、該
演算回路において、各電極から取り出される信号電流に
対して数値演算を加えつつこれを組み合わせることが好
ましい。
【０００８】
【作用】受光素子が、受光表面に入射する光に対して相
互に異なる波長選択性を有する複数のｐｎ接合と、これ
ら各ｐｎ接合を構成する半導体層に接続された電極とを
備える構成により、各電極から取り出される信号電流を
適宜組み合わせることが出来るため、所望の波長選択性
を有する受光素子が得られ、比視感度曲線に精度よく一
致する波長選択性を有するフォトディテクタとすること
が出来る。
互に異なる波長選択性を有する複数のｐｎ接合と、これ
ら各ｐｎ接合を構成する半導体層に接続された電極とを
備える構成により、各電極から取り出される信号電流を
適宜組み合わせることが出来るため、所望の波長選択性
を有する受光素子が得られ、比視感度曲線に精度よく一
致する波長選択性を有するフォトディテクタとすること
が出来る。
【０００９】各接合を構成する半導体層を積層構造に配
置する構成を採用する場合には、受光表面での入射光に
対する各接合の波長選択性を相互に異なるものとするこ
とが容易である。また、各接合におけるバンドギャップ
を各接合相互で異なる値に形成する構成を採用すれば、
夫々の接合で光の波長に対する選択性を異なる値に出来
る。
置する構成を採用する場合には、受光表面での入射光に
対する各接合の波長選択性を相互に異なるものとするこ
とが容易である。また、各接合におけるバンドギャップ
を各接合相互で異なる値に形成する構成を採用すれば、
夫々の接合で光の波長に対する選択性を異なる値に出来
る。
【００１０】ｐｎ接合を構成する各半導体層に夫々接続
された電極に入力が接続される演算部を設ける構成を採
用すれば、該演算部における演算内容を選択することに
より、受光表面での入射光に対する波長選択性を容易に
選定できる簡素な構成の受光素子が得られる。
された電極に入力が接続される演算部を設ける構成を採
用すれば、該演算部における演算内容を選択することに
より、受光表面での入射光に対する波長選択性を容易に
選定できる簡素な構成の受光素子が得られる。
【００１１】
【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図１は本発明の一実施例の受光素子の構造を示す断
面図である。同図において、ｐ型基板１上面にはｎ型エ
ピタキシャル層２が成長形成され、このｎ型エピタキシ
ャル層２の上面に順次、ｐ型拡散層３及びｎ型拡散層４
が積層状に形成される。各エピタキシャル層及び拡散層
は、夫々、バイポーラトランジスタを形成するためのプ
ロセスで形成できる。
る。図１は本発明の一実施例の受光素子の構造を示す断
面図である。同図において、ｐ型基板１上面にはｎ型エ
ピタキシャル層２が成長形成され、このｎ型エピタキシ
ャル層２の上面に順次、ｐ型拡散層３及びｎ型拡散層４
が積層状に形成される。各エピタキシャル層及び拡散層
は、夫々、バイポーラトランジスタを形成するためのプ
ロセスで形成できる。
【００１２】拡散層３、４及びエピタキシャル層２から
成る領域を含む基板の主面から構成される受光表面を覆
って透明の保護膜５が形成される。これら各半導体層１
〜４の所定位置において、保護膜５が選択的に除去され
て夫々コンタクトホールが形成され、その各部分に夫々
電極６が形成される。基板１、ｎ型エピタキシャル層２
及び各拡散層３、４から成る各半導体層は、夫々対応す
る電極６を介して図示しない所定の演算回路に接続され
る。
成る領域を含む基板の主面から構成される受光表面を覆
って透明の保護膜５が形成される。これら各半導体層１
〜４の所定位置において、保護膜５が選択的に除去され
て夫々コンタクトホールが形成され、その各部分に夫々
電極６が形成される。基板１、ｎ型エピタキシャル層２
及び各拡散層３、４から成る各半導体層は、夫々対応す
る電極６を介して図示しない所定の演算回路に接続され
る。
【００１３】受光素子には、その受光表面側から順次
に、ｎ型拡散層４とｐ型拡散層３の接合面には第一のフ
ォトダイオードＰＤ１が、ｐ型拡散層３とｎ型エピタキ
シャル層２との接合面には第二のフォトダイオードＰＤ
２が、ｎ型エピタキシャル層２とｐ型基板１との接合面
には第三のフォトダイオードＰＤ３が夫々形成されてい
る。かかる構成により、各フォトダイオードは、受光表
面からの深さが異なるものとしてある。
に、ｎ型拡散層４とｐ型拡散層３の接合面には第一のフ
ォトダイオードＰＤ１が、ｐ型拡散層３とｎ型エピタキ
シャル層２との接合面には第二のフォトダイオードＰＤ
２が、ｎ型エピタキシャル層２とｐ型基板１との接合面
には第三のフォトダイオードＰＤ３が夫々形成されてい
る。かかる構成により、各フォトダイオードは、受光表
面からの深さが異なるものとしてある。
【００１４】図２は、上記実施例の受光素子から電流を
取り出す回路を例示する回路図である。図中、フォトダ
イオードＰＤｎで生ずる光電流をｉnとし、また、各電
極は、対応する各半導体層に付した参照符号（ｎ）を添
字としてｅnで示してある。同図において、ｎ型拡散層
４に接続された電極ｅ4及びｎ型エピタキシャル層２に
接続された電極ｅ2は、夫々、ヘ゛ースが所定電位に維持さ
れて導通状態に在るバイポーラトランジスタＱ１及びＱ
２を介して図示しない演算回路に接続され、また、ｐ型
拡散層３の電極ｅ3は、同様にベースが所定電位に維持
されて導通状態に在るバイポーラトランジスタＱ３を介
して演算回路に接続される。ｐ型基板領域１の電極ｅ1
は、直接に演算回路に接続される。
取り出す回路を例示する回路図である。図中、フォトダ
イオードＰＤｎで生ずる光電流をｉnとし、また、各電
極は、対応する各半導体層に付した参照符号（ｎ）を添
字としてｅnで示してある。同図において、ｎ型拡散層
４に接続された電極ｅ4及びｎ型エピタキシャル層２に
接続された電極ｅ2は、夫々、ヘ゛ースが所定電位に維持さ
れて導通状態に在るバイポーラトランジスタＱ１及びＱ
２を介して図示しない演算回路に接続され、また、ｐ型
拡散層３の電極ｅ3は、同様にベースが所定電位に維持
されて導通状態に在るバイポーラトランジスタＱ３を介
して演算回路に接続される。ｐ型基板領域１の電極ｅ1
は、直接に演算回路に接続される。
【００１５】上記の構成により、受光素子に光が入射し
たときには、図２に示したように、トランジスタＱ１、
Ｑ２及びＱ３から夫々、光電流ｉ1、ｉ2＋ｉ3、ｉ1＋ｉ
2が独立に取り出されて、演算回路に入力される。演算
回路では、ｉ1及びｉ1＋ｉ2からｉ2が得られ、また、こ
れとｉ2＋ｉ3とからｉ3が得られるので、結局、ｉ1、ｉ
2、及びｉ3が夫々独立に得られる。従って、これらに適
当な数値を掛合わせ、或いは加減を行うことで、任意の
数値演算が可能になる。
たときには、図２に示したように、トランジスタＱ１、
Ｑ２及びＱ３から夫々、光電流ｉ1、ｉ2＋ｉ3、ｉ1＋ｉ
2が独立に取り出されて、演算回路に入力される。演算
回路では、ｉ1及びｉ1＋ｉ2からｉ2が得られ、また、こ
れとｉ2＋ｉ3とからｉ3が得られるので、結局、ｉ1、ｉ
2、及びｉ3が夫々独立に得られる。従って、これらに適
当な数値を掛合わせ、或いは加減を行うことで、任意の
数値演算が可能になる。
【００１６】一般に、フォトダイオードから成る受光素
子では、入射光子数に対する放射光電子数の比として表
わされる量子効率は、その接合面の受光表面からの深さ
と入射光の波長とによって定まる。この場合、波長の長
い入射光ほど、より深い接合面での量子効率を高める。
図１に示したバイポーラ構造のフォトダイオードでは、
各フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３は、受光
表面からの深さが相互に異なり、入射光の波長に従って
量子効率が夫々異なる。
子では、入射光子数に対する放射光電子数の比として表
わされる量子効率は、その接合面の受光表面からの深さ
と入射光の波長とによって定まる。この場合、波長の長
い入射光ほど、より深い接合面での量子効率を高める。
図１に示したバイポーラ構造のフォトダイオードでは、
各フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ３は、受光
表面からの深さが相互に異なり、入射光の波長に従って
量子効率が夫々異なる。
【００１７】図３は、波長が４００ｎｍから８００ｎｍ
迄の入射光を受光表面で受けた場合について、各フォト
ディテクタＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３の夫々の電流ｉ1、
ｉ2、ｉ3の全体電流に対する比率の波長依存性を例示し
ている。波長の短い入射光では、その大部分が電流ｉ1
として得られ、波長が長くなるに従い、電流ｉ2及びｉ3
の比率が増加する。電流ｉ2の比率は波長が５００ｎｍ
と６００ｎｍの間で極大を示し、それよりも波長が長く
なるに従い、電流ｉ2の比率が低下すると共に、電流ｉ3
の占める比率が増加する。
迄の入射光を受光表面で受けた場合について、各フォト
ディテクタＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３の夫々の電流ｉ1、
ｉ2、ｉ3の全体電流に対する比率の波長依存性を例示し
ている。波長の短い入射光では、その大部分が電流ｉ1
として得られ、波長が長くなるに従い、電流ｉ2及びｉ3
の比率が増加する。電流ｉ2の比率は波長が５００ｎｍ
と６００ｎｍの間で極大を示し、それよりも波長が長く
なるに従い、電流ｉ2の比率が低下すると共に、電流ｉ3
の占める比率が増加する。
【００１８】ところで、同一強度の光に含まれる光子数
は波長に比例することが知られており、図３に示した電
流比率が得られる図１の受光素子では、同一強度の入射
光から得られる光電流ｉ1、ｉ2、ｉ3は、図４に示した
波長依存性を有することとなる。なお、同図における縦
軸は、相対的な比率を示すものであり、絶対値を示すも
のではない。点線は、これらと比較のために示す比視感
度曲線（ｋ）で、電流曲線ｉ2上に選んだ点Ｐがピーク
となるように描いてある。各電流ｉ1、ｉ2、ｉ3は夫
々、比視感度曲線（ｋ）とは大きく異なる特性を有する
様子が理解できる。
は波長に比例することが知られており、図３に示した電
流比率が得られる図１の受光素子では、同一強度の入射
光から得られる光電流ｉ1、ｉ2、ｉ3は、図４に示した
波長依存性を有することとなる。なお、同図における縦
軸は、相対的な比率を示すものであり、絶対値を示すも
のではない。点線は、これらと比較のために示す比視感
度曲線（ｋ）で、電流曲線ｉ2上に選んだ点Ｐがピーク
となるように描いてある。各電流ｉ1、ｉ2、ｉ3は夫
々、比視感度曲線（ｋ）とは大きく異なる特性を有する
様子が理解できる。
【００１９】図４の各電流特性から、ｉ3−０．６７×
ｉ1を計算すると、図５の曲線ａが得られる。この曲線
ａは、波長の増加と共にぼ一様に増大する曲線で、５０
０ｎｍと６００ｎｍとの間で負から正に変化する。電流
ｉ2とこの曲線ａの絶対値との差を求め、その正部分の
みを取り出すと、比視感度曲線（ｋ）に特に近似する曲
線が得られる。図５では、ｉ2−｜ｉ3−０．６７×ｉ1
｜を計算し、その数値が０以上となる曲線部分のみを取
り出して曲線ｂとして描いた。曲線ｂが、比視感度曲線
（ｋ）に精度よく近似した波長選択性を有することが、
同図から理解できる。
ｉ1を計算すると、図５の曲線ａが得られる。この曲線
ａは、波長の増加と共にぼ一様に増大する曲線で、５０
０ｎｍと６００ｎｍとの間で負から正に変化する。電流
ｉ2とこの曲線ａの絶対値との差を求め、その正部分の
みを取り出すと、比視感度曲線（ｋ）に特に近似する曲
線が得られる。図５では、ｉ2−｜ｉ3−０．６７×ｉ1
｜を計算し、その数値が０以上となる曲線部分のみを取
り出して曲線ｂとして描いた。曲線ｂが、比視感度曲線
（ｋ）に精度よく近似した波長選択性を有することが、
同図から理解できる。
【００２０】比視感度曲線に近似した特性は、図１に示
した構成の何れの受光素子についても前記計算により得
られるとは言えず、かかる特性は、採用されたバイポー
ラプロセスにより得られる構造に従う。即ち、接合面の
深さのみならず、種々のプロセス条件により左右され
る。しかし、各電流の波長依存性を考慮しつつ、得られ
た各フォトダイオードの電流値に対して適当な数値演算
を行うことにより、任意の波長選択性を有する明るさ出
力が得られる。この波長選択性を比視感度曲線の波長選
択性に一致させることで、精度が高い明るさ検出器が得
られる。
した構成の何れの受光素子についても前記計算により得
られるとは言えず、かかる特性は、採用されたバイポー
ラプロセスにより得られる構造に従う。即ち、接合面の
深さのみならず、種々のプロセス条件により左右され
る。しかし、各電流の波長依存性を考慮しつつ、得られ
た各フォトダイオードの電流値に対して適当な数値演算
を行うことにより、任意の波長選択性を有する明るさ出
力が得られる。この波長選択性を比視感度曲線の波長選
択性に一致させることで、精度が高い明るさ検出器が得
られる。
【００２１】上記実施例では、入射光に対する波長選択
性を受光表面からの深さに従って各接合面で異なるもの
とする例を示したが、かかる構成に代えて、各エピタキ
シャル層又は拡散層における不純物濃度を変化させるこ
とで、各接合面のバンドギャップを相互に異なるものと
する構成も採用できる。
性を受光表面からの深さに従って各接合面で異なるもの
とする例を示したが、かかる構成に代えて、各エピタキ
シャル層又は拡散層における不純物濃度を変化させるこ
とで、各接合面のバンドギャップを相互に異なるものと
する構成も採用できる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の受光素子
によると、光電変換部の受光表面に入射する光に対する
波長選択性を任意に選定可能としたので、人間の感覚に
精度よく一致させることができる明るさ検出器を製作可
能とした顕著な効果を奏する。
によると、光電変換部の受光表面に入射する光に対する
波長選択性を任意に選定可能としたので、人間の感覚に
精度よく一致させることができる明るさ検出器を製作可
能とした顕著な効果を奏する。
【００２３】各接合面を構成する半導体層を積層状に配
置することで、受光表面に入射する光に対する波長選択
性を受光表面からの深さにより異なるものとする場合に
は、各半導体層の不純物濃度の選択を画一的に行うこと
が出来る。
置することで、受光表面に入射する光に対する波長選択
性を受光表面からの深さにより異なるものとする場合に
は、各半導体層の不純物濃度の選択を画一的に行うこと
が出来る。
【００２４】各接合面のバンドギャップを相互に異なる
ものとして、受光表面に入射する光に対する波長選択性
を異なるものとする場合には、各拡散層の配置に自由度
が生れる。
ものとして、受光表面に入射する光に対する波長選択性
を異なるものとする場合には、各拡散層の配置に自由度
が生れる。
【００２５】受光素子が更に演算回路を備える場合に
は、採用する演算回路の構成により所望の波長選択性を
有するフォトディテクタが得られる。
は、採用する演算回路の構成により所望の波長選択性を
有するフォトディテクタが得られる。
【図１】本発明の一実施例の受光素子の構造を示す断面
図。
図。
【図２】図１の受光素子における電流取出回路の構成を
例示する回路図。
例示する回路図。
【図３】図１の受光素子における各フォトダイオードの
電流比率における入射光の波長依存性を例示するグラ
フ。
電流比率における入射光の波長依存性を例示するグラ
フ。
【図４】同一強度の入射光により得られる各フォトダイ
オードの電流値の相対的な大きさを示すグラフ。
オードの電流値の相対的な大きさを示すグラフ。
【図５】図４の電流特性から演算により得られる波長選
択性を示すグラフ。
択性を示すグラフ。
１ ｐ型基板 ２ ｎエピタキシャル層 ３ ｐ型拡散層 ４ ｎ型拡散層 ５ 保護膜 ６ 電極 Ｑ１〜Ｑ３ バイポーラトランジスタ ＰＤ１〜ＰＤ３ フォトダイオード
Claims (4)
- 【請求項１】 単一の半導体バルク内に形成され、該半
導体バルクの受光表面に入射する光に対する波長選択性
が相互に異なる複数のｐｎ接合から成る光電変換部と、 前記ｐｎ接合を構成する各半導体層に接続された電極と
を有することを特徴とする受光素子。 - 【請求項２】 前記各半導体層が積層状に形成される、
請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項３】 前記各ｐｎ接合のバンドギャップが相互
に異なる、請求項１又は２に記載の受光素子。 - 【請求項４】 前記各電極に接続される入力を有する演
算回路を更に備える、請求項１から３のうちのいずれか
１項に記載の受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5202885A JPH0738136A (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5202885A JPH0738136A (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0738136A true JPH0738136A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=16464818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5202885A Pending JPH0738136A (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738136A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005078801A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-25 | Nanyang Technological University | Method and device for wavelength-sensitive photo-sensing |
| JP2009099722A (ja) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Oki Semiconductor Co Ltd | 半導体受光素子および照度センサ |
| US7566943B2 (en) | 2006-03-06 | 2009-07-28 | Fujifilm Corporation | Photoelectric conversion device and solid-state imaging device |
| US7579665B2 (en) | 2004-08-02 | 2009-08-25 | Fujifilm Corporation | Color light receiving device and image pickup device |
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