JPS61115355A - 受光装置 - Google Patents

受光装置

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JPS61115355A
JPS61115355A JP59236711A JP23671184A JPS61115355A JP S61115355 A JPS61115355 A JP S61115355A JP 59236711 A JP59236711 A JP 59236711A JP 23671184 A JP23671184 A JP 23671184A JP S61115355 A JPS61115355 A JP S61115355A
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light receiving
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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】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、色センサー等の受光装置に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ 単結晶シリコンや非晶質シリコン（−ｓｉ）を用いた色
センサーは、従来より知られている。
第１３図に、従来例（特開昭５８−１０６８６３　、特
開昭５８−３１５８５　、特開昭５８−１２５８５　、
　ｔ＃開昭５８−＄２５８６　。
特開昭５８−１２５８７　、特開昭５８−１２５８８　
、特開昭５８−１２５８９　）としてのａ−ｓｉ色セン
サーの構造断面図を示す。（２）はガラスなどの透光性
基板でＩ　（４Ｒ）、　（４Ｇ）。
（４Ｂ）　Ｈ透光性基板（２）の一方の主命に設けられ
た３個の感光領域で、これらの感光領域は透光性基板（
２）側から透光性電極（６Ｒ）、　（６Ｇ）、　（６Ｂ
）全領域に渡って一様に形成され友非晶質半導体からな
る光活性　。
層（８）及び金属電極（１４Ｒ）、　（１４Ｇ）、　（
１４Ｂ）が積層された構造となっている。（１２Ｒ）、
　（１２Ｇ）、　（１２Ｂ）は、夫々赤色、緑色、青色
フィルターで、ｌｌ＆光領域（４Ｒ）。
（４Ｇ）、　（４Ｂ）に対向するように配置されている
。（８）の光活性層ｉ　ＰＩＮ型ａ−ｓ　ｉフォトダイ
オードなどで構成されている。以上の様な構成により、
各感光領域（４Ｒ）、　（４Ｇ）、　（４Ｂ）に、夫々
赤色、緑色、青色を感知し、出力信号のレベルから、入
射光の組成及び強度を知ることができる。
しかしながら、赤色、緑色、青色のカラーフィルターが
上記従来の色センサーでは不可欠であり、製造コストが
高くなる原因となっていた。更に、各種の波長を有する
光が混在した入射光を、光の３原色である赤、緑、Ｖ色
成分に分割するためには、４大阪３個の感光領域が１単
位受光素子として平面的に配Ｉされる必要があり、解１
１度の向上に？Ｊする阻害要因となっていた。
この問題の解決策の一方法として、感光領域を積層し次
受光装置が提案されている（特開昭５９−４１８３　、
特開昭５９−４１８４　）　ｏこ力、は、各感光領域で
発生する光電流の大きさの比によって、入射光色を検知
する方法である。
しかしながら、この方法は、単色光が入射する場合はの
−み有効であり、種々の色成分が混在した入射光な各禎
の色成分に識別することは困難であった。ま念、光電流
の比を検知した後に、その比に対応する色を・決定する
など検知法も複雑であるという問題がＩ・つた。
［発明の目的］ 本発明に、上述した従来装象の問題点を改良したもので
あＱ、１個の感光領域単独で、赤、緑。
青色などの各種色フィルターを具備せずに、入射光の色
成分を容易に検知し得る電圧検知型の受光装置を提供す
るとともに、従来よりも解像度の高い受光装置を提供す
ることを目的とする。
［発明の概要］ 本発明は感光波長領域の異なる複数の光起電力セル（以
下フォトダイオードと称する）が電気的に直列１：接続
され、この直列接続された光起電力セル群の両端部が電
気的に接続されており、光起電力セルの両端部に発生す
る電圧に応じて光起電力セルに入射する光の色成分を検
知するようにした受光装置を得るものである。
［発明の効果］ 本発明による受光装置によれば、受光側に各種色フィル
ターケ具備せずに、入射光の色成分を検知することがで
きる。
従：５Ｆｔｒｉ１例えば赤、緑、青色フィルターを用い
た３種の感光領域を平面配置して入射光色の識別を行っ
てきたが１本発明に従い例えば積層型に各フォトダイオ
ードを直列接続するように植成すれば、平面的に見て１
種の感光領域で入射光色を識別できるＣその結果、入射
光色の詐像度を大きく向上させることができる。
ある波長成分（色成分）の入射光強度とその色成分を割
り当てられた各フォトダイオードの両端に発生する電圧
は、ｕｅ、（至）式で示される通り比例するので、入射
光強度も容易に知ることができる０ま之直列接続するフ
ォトダイオードの数を増加させれば、入射光色を識別す
る感度を上けることができる。例えば、感光性のないダ
イオードを接続するだけで、感度を上けることも可能で
ある。場らに本発明の受光装＃は、入射光強度が弱い場
合じおいて、むしろ、容易にその受光を実現できるとい
う特徴を鳴している０すなわち微弱光下でも、色センサ
、イメージセンサなどの用途に用いることができるので
ある。
［発明の実施例］ 以下本発明の実施例を動ｆ’ｌ：ｉ理とともに詳細に説
明する。先ず第１図に１本発明による受光装置の等価回
路の一例！示す。この等価回路は光の入射方向と、各光
起電力セル（フォトダイオード）の離性がそろっている
場合を示しているＯ第１図において、　（２０−１）、
（２０−２）、・・・、　（２０−ｎ）・は各フォトダ
イオードを表わし％Ｖａ＃：を両端の端子ｌと端子７（
ｔ＋１の間に印加されている電圧である。Ｖｌ、　ＶＳ
、・・・。
Ｖユは、各フォトダイオードに印加される電圧でめる。
電圧は、符号が正のとき順方向、負の時逆方向電圧を意
味する。Ｒ１＋Ｒ１１＊・・・９Ｒユは、各フォトダイ
オードの並列抵抗を示す０各フオトダイオード　　　（
の直列抵抗は、各フォトダイオードをｔＡすれる電流Ｉ
、　（ｍ−１，２，・・・ｎ）が十分小さくなζように
設計すれば省略できる０ 光が入射すると１ｍ番目のフォトダイオードにはΔｊ　
ｍ　（ｌｎ＝１１２　＋　”’＊　’　）の充電流が発
生する□ｍ番目にダイオードを配置する場合には、Δ１
０＝０とすれば良い。同様（：、ｍ＄目のフォトダイオ
ードに光が入らないように構成されている場合において
も、Δｉｍ＝０とすれば良い。各フォトダイオードは直
列に接続されているので、谷フォトダイオードを流れる
電流Ｉｎの変動分ΔＩｍ　（ｍ＝ｌ　ｅ　２．＊・・・
、ｎ）は、端子１と端子ｎ＋１間を流れる寛流工の変動
分ΔＩ　Ｃ等しくなる。充電流Δｉｍ（ｍ＝ｌ　、　’
１．。
・・・、ｎ）の値が異なる現せ、上記の条件を満たすよ
うに、ｍ贅目のフォトダイオードの両端子、端子ｍと端
子ｍａｌの間に、電圧Δ■Ｉ！ｌ（ｍ＝１．２．・・・
、ｎ）が変動分として発生することになる。印加電圧ｖ
ａが一定でおる限り、Δｖｍ（ｍ＝１ｇ２＊・・・、ｎ
）の軟和は零ボルトであるのはちうまでもないＯ光が入
射するＡｉｒの等価回路は、以下の式で表現することが
できる。
Ｉ　＝Ｉｎ　−−−−−−（１）　（””’１　＋　２
＋　・・・＋　”　）ここで、ｑは電子電荷＋　ｌ０Ｉ
１１とηｍは夫々ｍ帯目のフォトダイオードの飽和電流
値とダイオードファクターη値、ｋにボルツマン定Ｈ，
Ｔは絶対直置である。
光が入射した場合の等価回路は、以下の式で表現するこ
とができる０ Δ工＝Δ１ｍ　−−−−＝　（４）　（ｍ＝　１　、２
　、・・・、ｎ）（ｍ”　１　＋　２　＋・・・、ｎ） （３）式と（６）式より ここでｐ・Δｖｍがη、ｌ１ｋＴより十分小さくなるよ
うに設計すれば、（７）式は近似的に以下の式で表わせ
るＯ 以上の式をまとめると （４）　、　（５）　、　（ｇ１式ヨリ、Δｌ　、　Δ
Ｖｔｓ　ｆｌ　下式テ表ｈ　＜　６゜フォトン数密度の
波長分布がＦ（λ）で示されるような光が、フォトダイ
オード（２０−１）Ｎから受光装置内に入光する場合を
考える。
ｍ番目のフォトダイオード＆’！、（ｍ−１）個のフォ
トダイオードを通過した光を受光する。七の場合におい
て、ｍ番目のフォトダイオードがη、（λ）で示される
ような収集効率の波長分布を有しているとする。
ｍ番目のフォトダイオードに発生する光電流ΔｉｍはＦ
（λ）・η。（λ２）を全波長域で積分した値になる。
Δｉ、＝ｑ／Ｆ（λ）ηヤ（λ）ｄλ−−−−−−−−
（１４）　（ｍ＝＝ｌ、　２．　・＝、　ｎ　）（１４
式を（１２，０３式に代入するとΔ１．Δｖｍは下式で
表わせる。
Ｕ燵式に示されるＷω値（ｍ　＝１　＋　２　＋・・・
、ｎ）について考える。
通常のダイオードにおいては、Ｔが呈温とすると。
の関係が成立する。
従って、ｖｍの値が正の値で十分小さい場合、零層が広
く、少数キャリアの注入が無視できるような領域にｖＩ
！１を設定すれば良い。
この条件はｖＩＬを所望の値に設定すれば、容易に実現
できる。実用的には、Ｖａ＝０ミニ０ボルトＶｍ　＝０
ボルト（ｍ＝１　＋　２４　＝・＊　”　）とするのが
望ましい。なぜならば、ムＶｍ　ｒｉ、そのままｍ　’
ｆｌ早目のフォトダイオードの両端の端子間鴎５圧とし
て容易に検知できるからである０ するとａＱ式は 〜二±−−−−−μ７）　（ｍ＝１．２．・・・、ｎ）
九 とみなせる。
各フォトダイオードの並列抵抗Ｒ，１１が寺しくなるよ
うに設計する仁とは、比較的容易に達成できる。
例えは、谷フォトダイオードの両端の接続端子間に、各
フォトダイオード固有の並列抵抗が無視きれ得る８匿の
大きさを有する抵抗を等しく接続すれは良い。
その結果、Ｗｍの値を各フォトダイオードにおいて等し
くすることができる０つまり。
Ｗ＝ＷＩ！１−−−−−−αＢ　（ｍ＝１　、２．　＝
、　ｎ　）（１８１式をｆ＋５１　、　ｉｈ１式に代入
する０光が入射されることによって、ｍ番目の７オトダ
イオ！ド（ダイオードを含む）の両端に発生する鴇、圧
ΔＶｍけ１１３１式で示された。各フォトダイオード（
タイオードを含む）のＷｍ値（ｍ”１　＊　２＋　−＋
　”　）を等しく設計することにより１式は簡略化され
、ΔｖａＩは（η式で表わされることが明らかとなった
０以下、（２１式に従って本発明による受光装置の機能
について述べる。
Ｆ（λ）が、各フォトダイオードのηｋ（λ）（ｋ＝１
．２．・・・。
ｎ）のうち特にｍ番目のフォトダイオードｖｍ（λ）と
重なりが強い場合ｓ　ｓｍｌの値ｔ′ｉ８ｗｒＢの値よ
りも十分大きくなり、ΔＶｍ　ｒｌ正の値をとる。Ｆ（
λ）と１ｍ（λ）の重なりが小さくなるにつれて、Ｓｍ
ｌが減少し。
Ｓｍｚが増加するので６７ｍの絶対値は減少する０更に
Ｆ（λ）とη、（λ）の重なりが小さくなれば、最終的
にΔ■Ｉ１１は負の値をとるようになる。
すなわち、Δｖ！＋１の符号とその絶対値は、　　Ｆ（
λ）とＷｍ（λ）の関数としての重なりの程度を示すこ
とが判る０ 各フォトダイオードに対して、それらの４ｍ（λ）（ｍ
＝１．２．・・・、ｎ）に応じた色を割り尚てれば、正
電圧を発生するフォトダイオードの位置番号とその正電
圧の大きさを検出することによって、Ｆ（λ）の中に含
まれる色成分の種類と強度を容易に識別することができ
る。
入射光の色成分を識別する感匿を上けるには。
直列接続するフォトダイオード（ダイオードを含む）の
数ｎを増加させれば良い。
（８）式が導出される条件として、ｑΔＶｍ＜＜η、１
ｌｋＴが必要であることは既に述べた。この条件は、必
要ならば、入射光量を調節し得るフィルターを用いるこ
とによって容易に満たすことができる。
各フォトダイオード（ダイオードを含む）固有の並列抵
抗Ｒ，の大きさを調節することにより。
Ｗｍの値も調節できるので、入射光量を調節するフィル
ターを具備せずとも、６７ｍの値を小さくすることがで
き、９６％　＜＜ηｌｌ１ｋＴの条件を満たすこともで
きる。この場合、各フォトダイオード（ダイオードを含
む）の両端の接続端子間に、人為的に適当な大きさの抵
抗を接続してＷｍの値Ｖ調節しても良い。
各フォトダイオード（ダイオードを含む）固有の並列抵
抗が無視され得る程度の抵抗を等しく接続すれば、Ｗ、
Ｉｌ値（”＝１　＋　２　＋・・・、ｎ）を等しくする
ことも容易である。
（５）式により、入射光により各フォトダイオード（ダ
イオードを含む）の両端に発生する電圧の総和は零であ
る。従って、ｎ個のフォトダイオード（ダイオードを含
む）を直列接続すれば、最大限（ｒｌ−１）ｍの色成分
に入射光色を識別し得るのである。
以下さらに本発明の実施例を具体的に説明する。
先ず、第１の実施例として２棟のフォトダイオードを積
層型に直列接続して構成した受光装置の実施例を説明す
る。
第２図（ａ）　、　（ｂ）ｒｘ　ｓその構造模式図及び
その具体的構造断面図の一例を示すものである。Ａ１な
どのｉ　ｉｆｉ　＠、極（２）を具備し、たｐ型ｐｏｌ
ｙｃ−８４基板（２１ａ）上にｎ型の微結晶シリ：１７
　（ｕｃ−８ｉ）　（２６ｂ）をａｏｏｎｍを積層して
王に赤外光を検知するフォトダイオード（２６ＩＲ）を
形成した後、透明導電層として工ＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−
Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ　）　Ｊ−又は５ｎ０２　ｔ２ｇＪ
を７Ｑｎｍスパッタにより形成し、更にＰ型ａ−８＋層
″（３０ａ）を１００ｎｍ、Ｎ型のａ−８ｉ層（３０ｂ
）を５ＱＱｎｍ　、　Ｎ型のａ−８ｉ層（３０Ｃ）を２
０　ｎｍ順次ａｔＲ４することにより可視光を検知する
ＰＩＮ型のフォトダイオード（３０Ｖ）　！形成する。
最後に、反射防止膜も兼ねて、ＩＴＯ（ハ）を８０Ｂｍ
受党側に形成している。また、具体的構造としては第２
図（ｂ）に示すように、下部のフォトダイオード（２６
ＩＲ）と上部のフォトダイオード（ａＯＶ）との表面積
を異ならせて製造しても良いし、ま友外部取り出し用電
極としてＩＴＯ＠、（１３ｇ二さら（二ＡＪｔ極を形成
しても良い。
フォトダイオード（３０Ｖ）、　（２６１Ｒ）は、　８
　ｉ、　Ｇｅ、　ＡＪＡｍ。
Ａｊ８ｂ、Ｏａｒ、ＧａＡｓ、ＧａＡｊＡｓ、Ｇａ８ｂ
、１ｎＰ、Ｉｎλｍ、Ｉｎ８ｂ。
Ｚｎ８（ｈｅｘ）、　Ｚｎ８ａ、　ＺｎＴｅ、　Ｃｄ８
（ｈｅｍ）、　ＣｄＴｅ、　８ｉＣ（ｈａｘ）。
ＰｂＴｅ、　Ｃｕ＠８．　Ｃｄ８ｅ（ｈｅｘ）等の半導
体材料を組合せて構成することにより、各禁制帯幅に応
じた任意の波長を検知することができる。
ａ−８ｉとｐｃ−８＊　ｐ＠は、導入ガスｌ’ニー　１
３．５６ＭＨｚ　Ｏ，）高周波電力を印加し、グロー放
電分解法により形成すれば良く、基板温度Ｉｆ１１５０
〜２５０℃の範囲内。
ガス圧力は１〜２　Ｔｏｒｒの範囲内に設定すれば良い
。
ま友Ｐ型ａ−８ｉを形成するときは、シラン（８ｉＨ４
）ガスとジポラン（Ｂ２Ｈ６）ガス、１型ａ−８ｉを形
成するときはシランガス、Ｎ型ａ−８ｉ　ｖ形成すると
きはシランガスとホスフィン（ＰＨａ）ガスを、プラズ
マ反応炉中に導入すれば良い。
入射光の波長に応じて、フォトダイオード（ａＯＶ）の
両端には、電圧３４■（Δｖｖ）が発生し、７オトダ（
、ｔ　−１’　（２６ＩＲ）　（７）　両端１：　ｔｒ
ｉ　、’に圧３４ＩＲ（ΔＶｔ１）力発生する。（Ｓは
受光装置の両端を電気的に接続する閉回路であり、（至
）は両端に電圧を印加する几めの電源である。本実施例
では、（至）の閉回路を短絡させて構成している。ここ
で各フォトダイオード（３０Ｖ）、　（４１１Ｒ）のｗ
、値、　Ｗ＋ｍ（λ）を夫々、ＷＶ、ηＶ（λ）とＷＩ
Ｒ，ηＩＩ（λ）と記せば、Δ■ｖとΔＶＩＩは（１６
１式より以下のように表わすことができる０ ΔＶｖ＝　　　　　／Ｆ（λ）〔ηＶ（λ）−ηＩＲ（
λ）〕ｄλ・−−−−−−（２２）Ｗｙ＋ＷＩＲ 第３図に、各フォトダイオードの収集効率スペクトルク
Ｖ（λ）、ηｏ＋（λ）と、１０”　−１０”（ｐｈｏ
ｔｏｎｓ／５ｅｃ）の範囲にある一定の強度を有する単
色光を照射した場合に発生する電圧スペクトルΔＶｖ（
λ）を示すＣηＶ（λ）＝ダＩＲ（λ）となるような波
長λは約６５　Ｏｆｌｍであり、の式に従って、λ＜６
５０ｍｍでは、Δｖｖは正電圧となり、λ＞６５０Ｒｍ
ではΔｖｖは負電圧となった。すなわち、フォトダイオ
ード（ａｏＶ）　ｔｔ　ｓ両端に発生する正電圧によっ
て可視光を感知し、フォトダイオード（２６ＩＲ）は、
同様に赤外光を王として検知することができる。
次に本発明による受光装置を色センサーに応用した第２
の実施例を説明するＯ第４図、第５図に色センサーの構
造断面模式図を示すＯ第４図においては、各フォトダイ
オードをａ−８ｉを用いて構成した。　Ｇ４（Ｉは、ス
テンレスなどの導電性基板で。
（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）、　（４２Ｉ
Ｒ）は、導電性基板−〇の一方の主面側に積層され７ｉ
（感光波長の異なる４個のフォトダイオードである。こ
のフォトダイオード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　（４
２Ｒ）、　（４２１Ｒ）　ｎ、夫々青、緑、赤。
赤外色光を感知するような収集効率の波長分布（収集効
率スペクトル）ηＢ（λ）、ダ０（λ）、ηＲ（λ）、
ηＩｌ＋（λ）を有し、光の入射方向に対して（４２Ｂ
）、　（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）。
（４２ＩＲ）の順に配置される。（４４Ｂ）、　（４４
Ｇ）、　（４４Ｒ）。
（４４ＩＲ）は、透明導電層であり、フォトダイオード
を直列接続する接続端子の役割を果たし、また入射光を
下方のフォトダイオードに透過させる役割も果たす。η
ｌ１９は赤外光カットフィルターであり、赤外光を感知
するフォトダイオード（４２ＩＲ）に光電流を発生させ
ないために用いる。その結果、赤外光を含んだ白色光が
入射しても、フォトダイオード（４２ＩＲ）の両端に発
生する電圧（４８１Ｒ）　ｇ−ｚ常に負電圧となり、白
色光をフォトダイオード（４２Ｂ）　。
（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）の夫々の両端に発生する正電
圧の出力レベル（４８Ｂ）、　（４８０）、　（４８Ｒ
）に応じて、可視光領域の青、緑、＃色成分に識別する
ことができる。
勿ｋｅｅ％赤外カットフィルター１４ｅは、赤外光を含
んだ白色光を、可視光成分賞、緑、赤色に識別する場合
にのみ必要であり、単色光が入射した場合や。
赤外光を検知したい場合％あるいは赤外光を営まない白
色光を青、緑、赤成分に識別する場合には、赤外カット
フィルター（イ）は不要である。
鞄に、入射光量を調整し得るフィルター、例えばニュー
トラルデンスイテイーフィルターである。
また、このニュートラルデンスイテイーフィルター■以
外にも、外部機器としてのビーム・エクスパンダ−１そ
の他の入射光量調整手段により光量を制御することが可
能である０尚、前記（１１）式を満足できるくらい入射
光量が小さい場合には、この入射光量調整手段は必ずし
も必要ではない。（４８Ｂ）。
（４８Ｇ）、　（４８Ｒ）、　（４８ＩＲ）　は、前記
のようにフォトダイオード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、
　（４２Ｒ）、　（４２１Ｒ）の夫々の両端に入射光波
長に応じて発生する電圧Δ■Ｂ、ΔＶＧｗΔｖｌｔ。
ΔｖＸＲであり、順方向の場合は正、逆方向の場合は負
の値をとる。
５ｆｔ、受光装置の両端を電気的に接続し比閉回路を示
し、電源（財）により一定電圧が両端に印加されるｏ　
（４２Ｂ）、（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）−（４２１Ｒ）
のフォトダイオードは例えばＰＩＮ型のａ−８ｉ　７オ
トダイオードなどで構成される。
以上の構成により、フォトダイオード（４２Ｂ）　。
（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）、　（４２ＩＲ）は、夫々入
射光の青、緑、赤。
赤外光成分を感知し、それら入射光強度に応じた正電圧
を両端に発生させ、感知すべき光成分が含まれない場合
は、負電圧を発生する。
第５図に゛おいては、各フォトダイオード（５６Ｂ）。
（５６Ｇ）、　（５６Ｒ）をａ−８ｉと結晶シリコ７　
（ｃ−８ｉ）ま友は多結晶シリコン（ｐｏｌｙｃ−ｓｔ
）を用いて構成している。（５６ＩＲ）は、裏面電極−
を具備するｃ−８ｉあるイｉｊ　ｐｏ　１ｙｃ−８ｉを
用いた赤外光を感知するフォトダイオードである。（５
８Ｂ）、　（５８Ｇ）、　（５８Ｒ）、　（５８ＩＲ）
　ｆｌ　。
フォトダイオード（５６Ｂ）、　（５６Ｇ）、　（５６
Ｒ）、　（５６ＩＲ）の両端に発生する電圧であり、他
の構成蝶第４図と同様となっている。
次に第４図に示した受光装置の製造方法について述べる
０７オトダイオード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　（４
２Ｒ）。
（４２１Ｒ）　ｆｌ、ＰＩＮ型ａ−８ｉ層又はｐｃ−８
Ｉ層より構成され、プラズマ反応炉内にガスを導入し、
所定基　　　［板温度、所定ガス圧力に設定しｔ後、　
　１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、グロー放電
分解を発生させることにより形成する。
Ｐ型層＃′ｉ、シラン（８１Ｈ＋）ガスとジボラン（Ｂ
！１Ｈ６）ガスのグロー放電分解により形成し％Ｎ型層
はシランガスとホスフィン（ＰＨｓ）ガスのグロー放電
分解により形成する０１型層は所望の光学的バンドギャ
ップに応じて、シランガスにゲルマン（ＧｅＨ４）ガス
、メタン（ＣＨ４）ガス、アンモニア（ＮＨｓ）　ｆｆ
ス。
水素（Ｈ３）ガス等を混合して、グロー放電分解して形
成する。尚、このグロー放電以外の方法としては光ＣＶ
Ｄによりａ−８ｉ層、μＣ−別層を形成しても良い。
各フォトダイオード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　（４
２Ｒ）、　（４２ＩＲ）は、夫々１色（λ（波長）〜＋
ｓｏｎｍ　）　、緑色（λ。
〜ｓｓｏｒｉｍ　）　、赤色（λ〜６５Ｑｎｍ　）　＠
赤外（λ〉７５０Ｒｍ）領域内に、収集効率スペクトル
の大部分を限定され、収集効率スペクトルのピーク値が
、これらのフォトダイオードにおいて、はぼ等しくなる
ことが望ましい。
以上のことは、各フォトダイオードの！型層の光学的バ
ンドギャップ（Ｒｇ（す）と膜厚（ｄｉ）を主として！
！１４ｓすることにより達成できる。
例えば、フォトダイオード（５６Ｂ）においては。
Ｅｇ（＋）を２．０１！Ｖ以上、　ｄｉを１５０Ｒｍ以
下、フォトダイオード（５６Ｇ）においては、Ｋｇ（ｉ
）　ｖ２．０−１．８ｅＶ。
ｄｉをｓｏｏｎｍ以下、フォトダイオード（５６Ｒ）に
おいてｕ　、　Ｅｇ（＋）を１．８−１．６ｅＶ、　ｄ
ｉを１１０００ｆｔ以下。
そしてフォトダイオード（５６１Ｒ）においてはｓ　”
ｇ（’）を１．６−１．４ｅＶ、　ｄｉを１５００ｎｍ
以下の所望の値に設定すれば良い。更に、フォトダイオ
ードのＰ型層。
Ｎｕ層の光学的バンドギャップ及び膜厚を調節すること
により、下方に位置するフォトダイオードの収集効率ス
ペクトルの形状、特に短波長側形状を、所望するように
修正することができる。
このように、各フォトダイオードの収集効率スペクトル
は、受光装置を構成する谷Ｐ、Ｉ、Ｎ層の吸収係数スペ
クトルと膜厚を用いて容易に所望の如く、設計すること
ができる。
１１；ｇ（ｉ）を２．ＱｅＶ以上にするには、例えば基
板温度を２００℃以下に下けるか、またはシランガスに
水素ガス、メタンガスあ、るいはアンモニアガスを混合
してグロー放電分解し、１型のａ−８ｒＣ：Ｈ−？　ａ
　−８ｉＮ：Ｈを形成すれば良いｏ　Ｋｇ（ｉ）を２．
ＯｅＶ　−１，７ｅＶにする５二は、シランガスをグロ
ー放電分解して工型層を形成する時に１例えば基板温度
を１５０℃〜４００℃の範囲内に、所望のＢｇ（りの値
が得られるように設定すれば良いｏ　］！ｊｇ（りを１
．７ｅＶ以下にするには、基板温度を３５０℃以上に上
げる方法もあるが。
最も良く用いられるのは、シランとゲルマンガスを混合
してグロー放電分解し、　ａ−８ｉＧａ：Ｈの工型層を
形成する方法である。
以上述べた如く、各フォトダイオードが形成される。透
明導電層（４４Ｂ）、　（４４Ｇ）、　（４４Ｒ）、　
（４４ＩＲ）は、Ｉ　ＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏ
ｘｉｄｅ　）　６るいは８ｎＯ＠　ヲスノ号ツタ法によ
り形成すれば良い。
第５図において、フォトダイオード（５５１１）には、
拡散法によるＰＮ型ｃ−８ｆあるいＦｉＰＮ型ｐｏｌｙ
ｃ−８ｉを用いるか、またはｃ−８４、ｐｏｌｙｃ−８
区上にａ−８優や微結、晶シリコンを直接に積層して形
成したＰＮ型のへテロ接合を用いれば良い。
ｃ−８ｉ　’ｐ　ｐｏｌｙｃ−８ムの光学的バンドギャ
ップは１．１ｅ■テあり、フォトダイオード（５６ＩＲ
）　Ｕ約ｉｔｏｏｎｍ以内の波長を有する赤外光を感知
する。この収集効率スペクトルは、上方のフォトダイオ
ードの積層構造に依存するが、少数キャリアの拡散長に
よっても変化する。ｃ−８ｉ　＋ｐｏｌｙｃ−８＋の吸
収係数スペクトルは既知であり、拡散長を適当に選べば
。
収集効率スペクトルを、所望の如く、設計するのは容易
である。
第５図に示される他の構成要素の形成法は第４図と同様
である。
第４図、第５図において、各フォトダイオ−トノＷｍ値
が等しくなるように設計を行った。
（至）式より、各フォトダイオードの両端の接続端子に
発生する電圧は以下のように曹〈ことができるＱ Δｈａ　＝　ｉス璽／Ｆ（Ｊ）（３１７ａ（Ｊ）−１７
ｏ（λ）−２７ｎ（Ｊ）−Ｗｔｎ（Ｊ））ｄλ　−−−
−ｅ４△ｖＧ＝正ＩＦ（λ）〔３ηＧ（λ）−ｖｉ（λ
）−Ｗｘｉ（λ）−？ａ（λ）〕ｄλ曲−（ハ）各フォ
トダイオードの収集効率スペクトルのピーク値を、本実
施例で汀等しくり。とするように設計を行ったＣ 第６図に、各フォトダイオードの収集効率スペクトルη
Ｂ（λ）、ηＧ（λ）、ηＲ（λ）、ηＩＩ（λ）を示
し、全波長領域で単位時間当り一定フォトン数Ｆ　（ｐ
ｈｏｔｏｎｓ／５ｅｃ）が照射される場合の発生スペク
トルΔｖＢ（λ）、ΔＶｏ（λ）。
Δｖｌ（λ）、ΔＶＩＲ（λ）を示す。
第６図において、実線は第４図の構造１点線は第５図の
構造における場合を示している０可視光から赤外光領域
にわたる任意波長の単色光が入射しても、各フォトダイ
オードの両端（二発生する電圧によって色成分を検知す
ることができるＯ 下表に、入射光の波長と発生電圧符号の関係をまとめた
。
以下余白 すなわち、ΔｖＢ（λ）が正のとき宵色、ΔＶｏ（λ）
が正のとき緑色、ΔＶＲ（λ）が止のとき赤芭、そして
ΔＶＩＲが正のとき赤外光を出方すれば良い。発生電圧
が負のときは１色を出力しないようにする。
勿論、入射光強度Ｆと発生電圧は比例するので、発生電
圧の大きさに応じて出力カラーの強度を決定することが
できる。
赤外カットフィルター１４［ｌｉｌを受光側に設値すれ
ば。
フォトン数密度の波長分布がＦ（λ）でおる光が入射す
る場合にａ、Ｆ（λ）と関数と」てのＸなりが強いηｍ
（λ）を廟するフォトダイオードの両端に、　＋２２１
〜四式に従って、正電圧が発生するのでその出力に応じ
てカラーを出力することができる。前記のように、赤外
光を感知しないように構成すれば、赤外光を含んだ白色
光が入射し、ても、青、緑、赤色成分に色の識別をする
ことができる。
次に本発明による受光装置を、更に藺略化して色センサ
ーに応用した実施例を説明するＯ第７図に色センサーの
構造断面模式図を示す０宵、緑、赤色を、夫々感知する
前述のフォトダイ。
オード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）が透明
導電層（４４Ｇ）。
（４４Ｒ）の接続端子を介して直列接続されるＯＩｌｂ
１ｇ！／４の接続端子（４（鞭と（４４Ｂ）は閉回路り
により酊気的Ｉ：接続さねる。５４１σ、市源であり鉋
はダイオードあるいは抵抗で構成される０ 第８図に示すように、６１１１を２個のダイオードで構
成する場合、３個の各フォトダイオードと２個の各ダイ
オードのＷｖａ値を郷しくＷになるように設計すれば、
各フォトダイオードの両端に発生する電圧（４８Ｂ）、
　（４８Ｇ）、　（４８Ｒ）は以下のように表わすこと
ができる。
ΔＶＢ＝　　　／Ｆ（λ）〔４ηＢ（λ）−η。（λ）
−’７Ｒ（λ）〕ｄλ　−−−−−−＋２８１Ｗ ΔｖＧ＝−ｆＦ（λ）［４ηｏ（λ）−１ｎ（λ）−４
ｇ（λ））ｄＪ　−−−−−−＝　（２ｖＷ ΔＶｉ　＝　　　／Ｆ（λ）（４１７１（λ）−１７Ｂ
（λ）−ηｏ（λ）Ｊｄλ−−−−−−−−ｍＷ 上記の式は、第９図に示すように、葭鯵をＷの値を有す
る抵抗でＭＩｌｉｔしても同様に成立するＯ＠〜ω式を
２４）−（２）式と比較すれば明らかなように、このよ
うに構成することにより、入射光の色成分に対する感度
を更に向上させることができる０勿論−を構成するダイ
オードの数あるいは抵抗値を増加させねば、史に感度を
上げられること＃′ｉ百うまでもない０尚、上記ダイオ
ード接続の際の惨性は何ら問題とするものではなく自由
に選択して良いＯ各フォトダイオードあるいにダイオー
ドのＷｍ値　　　゛を等しくするには、固有の並列抵抗
が無視され得る程度の抵抗を、等しく各フォトダイオー
ドやダイオードの両端に接続する方法も有効である。
第１０図では、第７図構造の受光装置に関して。
その変形例を示した０ （６２Ｂ）、　（６２Ｇ）、　（６２Ｒ）は夫々、フォ
トダイオード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）
の両端に接続する抵抗であり、−９帥は閉回路（５２１
を構成するダイオードの両端に接続する抵抗である０尚
、この抵抗（６２Ｂ）、　（６２Ｇ）。
（６２Ｒ）は、モジュール構成として可変できるように
しても良い。この場合、閉回路（５２ｉを構成するダイ
オードは必ずしも必要ではない。
このように構成することにより、受光装置の動作設計を
容易に行うことができ、ま九％　　（６２Ｂ）。
（６２Ｇ）、　（６２Ｒ）、　６４）、缶などの抵抗値
を調節することにより１発生電圧（４８Ｂ）、　（４８
Ｇ）、　（４８Ｒ）の値の大きさを容易に調節すること
ができる０ すなわち、例えば（６２Ｂ）、　（６２Ｇ）、　（６２
Ｒ）　、　６４）、　６６１等の抵抗値を小さくするこ
とにより前記住η式よりＷ値を大きくすることができ、
従って前記の式よりΔｖｍ値を小さくすることができる
。その結果前記（７）式から前記（８）式への変換を容
易にすることができ、入射光強度に対する発生電圧を容
易に制御することができる０ 尚、各フォトダイオード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　
（４２Ｒ）はＰｔ、人ｕ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｉｒ、　Ｐ
ｄ、　Ｒｈ、　Ｎｉ、　Ｃｒ等の金属薄膜ヲ用イ次ショ
ットキー接合により構成しても良いし、また各フォトダ
イオード（４２Ｂ）、　（４２Ｇ）、　（４２Ｒ）の半
導り実現しても良い。
以上の実施例に２いては、透明擲″Ｎ、層や金属層の接
続端子を介してフォトダイオードをｖｔ層型に接続して
きたが、フォトダイオードの接続方法には、この他の方
法を用いても良い。
例えば、第１１図に示すように、接続端子間に絶縁層を
介し、両接続端子を短絡させることにより。
フォトダイオードを接続しても良い。すなわち第１１１
ｄニオイ”（、（７ｉ１）、　ｔ７３Ｈ７，ｔ　）　タ
イオー　）”、　（７４）。
１７ｆ９＋−！接続端子、　（７８１は絶縁層であり、
（ａによりフォトダイオード（５１ａ）と（５１ｂ）は
直接接続される。
第１２図に示すように、フォトダイオードを平面内に配
置し、直列接続しても良い。すなわち第１２図において
Ｑ１２はステンレスなどの導電性基板Ｉ　Ｑ３４１１（
へ）、轍はフォトダイオード、（９１Ｌ鏝、υ滲は透明
導ｉ層であり、（イ）によりフォトダイオード（へ）と
（ハ）が直列接続される。この場合、受光装置の両端は
、導電性基板（ハ）により、容易に短絡される。あるい
けフォトダイオード−と−が＠邊の導電性基板を介して
直列接続でｔ１％鏝により受光装置の両端が短絡される
とも言い換えることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による受光装置の等価回路を示す図、第
２図（ａｌ　、　（ｂ）は本発明に従い可視光と赤外光
を識別し得る受光装置の構造模式図及び具体的構造断面
図、第３図は第２図の構造において各フォトダイオード
の収集効率スペクトルと入射光波長に応じて各フォトダ
イオードの両端に発生する電圧の関係を示す図、Ｒ４４
図、第５図及び第７図。 第１０図は本発明を色センサーに応用し、た場合の構造
断面模式図、第６図は第４図、第５図に示す構造に於い
て各フォトダイオードの収集効率スペクトルと入射光波
長に応じて各フォトダイオードの両端に発生する電圧の
関係を示す図、第８図及び第９図は両端を接続する閉回
路の構成例を示す図。 第１１図及び第１２図はフォトダイオードを直列接続す
るための他の実施例を示す図、第１３図は従来例を示す
図である。 ２０−１．−、２０−ｎ、　３０Ｖ、　３０ＩＲ，４２
Ｂ、　４２Ｇ、　４２Ｒ，４２ＩＲ，５６Ｂ。 ５６Ｇ、　５６Ｒ，５６ＩＲ，７０，７２，８４，８６
，８８・・・フォトダイオード（光起電力セル） ２４、２８．３２．４４Ｂ、　４４Ｇ、　４４Ｒ，４４
ＩＲ，７４，７６、８０，８２，９０゜９２、９４・・
・接続端子 ３４ｖ、　３４１１．４８Ｂ、　４８Ｇ、　４８Ｒ，４
８ＩＲ，５８Ｂ、　５８Ｇ、　５８Ｒ，５８ＩＲ・・・
フォトダイオード（光起電力セル）の両端部に発生する
電圧 ３６、５２．９６・・・直列接続し友フォトダイオード
（光起電力セル）の両端部を電気的に接続する閉回路 代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第１図 第２図 第２図 第８図 第４図 赤。 第５図 第６図 第７図　　　　第８図第９図 妻、

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）感光波長領域の異なる複数の光起電力セルが電気
    的に直列に接続され、且つ該直列接続された光起電力セ
    ル群の両端部が電気的に接続されており、前記光起電力
    セルの両端部に発生する電圧に応じて前記光起電力セル
    に入射する光の色成分を検知するようにしたことを特徴
    とする受光装置。
  2. （２）前記光起電力セルは、ＰＮ型、ＰＩＮ型、ＩＮ型
    、ＰＩ型、ＭＩＳ型、及びショットキー型接合のうちの
    少なくとも１種類の半導体接合を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の受光装置。
  3. （３）前記光起電力セルは、透明導電層を介して電気的
    に直列に接続されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の受光装置。
  4. （４）前記透明導電膜は金属元素の酸化物からなり、前
    記金属元素にはＩｎ若しくはＳｎのいずれか１種類の元
    素が含まれていることを特徴とする特許請求の範囲第３
    項記載の受光装置。
  5. （５）前記透明導電膜は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒ
    ｈ、Ｎｉのいずれかからなる金属薄膜より構成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の受光装
    置。
  6. （６）前記光起電力セル群の両端部は電気的に短絡され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の受
    光装置。
  7. （７）前記光起電力セル群の両端部を電気的に接続する
    閉回路内には、電圧源、ダイオード、抵抗のうちの少な
    くとも１種類が含まれていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の受光装置。
  8. （８）前記光起電力セル群の両端部には一定電圧が印加
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の受光装置。
  9. （９）前記光起電力セルの光入射側には、入射光の光強
    度を調整するフィルターが設けられていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の受光装置。
  10. （１０）前記光起電力セルの光入射側には、赤外カット
    フィルターが設けられており、前記複数の光起電力セル
    の少なくとも１個が赤外光を感知することを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の受光装置。
  11. （１１）前記複数の光起電力セルは、少なくとも一部に
    Ａｌ層を介して電気的に直列に接続されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の受光装置。
  12. （１２）前記光起電力セル群は、各光起電力セル層が積
    層された構造となつていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の受光装置。
  13. （１３）前記複数の光起電力セルは各光起電力セルの両
    端に有する接続端子を介して電気的に直列に接続されて
    おり、前記各光起電力セルの接続端子間には前記各光起
    電力セルと電気的に並列に接続された抵抗を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の受光装置。
  14. （１４）前記光起電力セルの両端に発生する電圧が順方
    向電圧の場合に前記光起電力セルに応じた色成分を検知
    するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の受光装置。
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