JPS6199391A - 波長選択性変換装置 - Google Patents

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】 本波長選択性変換装置は、マイクロ電子工学、光電子工
学およびセンサ技術において適用できる。

ヘテロジャンクションを基礎とする波長選択性感度をも
つ光電子工学変換器は、１９７５年ベルリン国営企業出
版技術部発行のアー、メシュヴイツク二カー、ルンチェ
による１半導体電子工学′で公知である。

２つの上下に重なる異なる物質の半導体層から成るこれ
らのヘテロジャンクションは、しかしその内部で敏感で
ある完全に特定の波長範囲をもっている。この波長範囲
は、半導体物質の種類に左右されまた全ヘテロジャンク
ションに亘って一定であるので、局部的に異なる選択性
を達成することができない。位置に関係する波長選択性
は、ドイツ特許公告公報第１４８９８０６号およびドイ
ツ特許公開公報第２８１５０５４号によると、半導体基
本体が光学エネルギギャップにおいて光の入射方向ｔ・
二対向して勾配を備えることによって達成され２・。そ
のため必要な混晶層の製造は、提案される解決法よりも
技術的にかなり高価なものである。

さらに２つの異なる波長範囲を検出するのに使用される
光電子工学変換器が公知である。この装置は、それぞれ
基質表側および裏側にある２つのｐｎ−ジャンクション
から成る。その基質自体は、光学フィルタとして働ら〈
（ドイツ特許公開公報第８２００８１２号）。

しかしこの方法は、変換素子が２つの異なる波長範囲に
関してしか選択性をもたないという欠陥がある。さらに
その選択性は゛、基質全体に亘って一定である。

さらに変換器が敏感であるスペクトル波長範囲を限定す
る光電子工学変換素子で吸収層の分離が公知である。従
って赤外検出器（ドイツ公開特許第２８２９２６０号）
、ポリＳｉ層（ヨーロッパ特許第５４７８７号、反射防
止層の０２成分をもつポリＳｉ層（トイレ公開特許第２
５４５１８６号）、青フィルタとして色素をもつポリＳ
ｉ層（ドイツ公開特許第２７２５１４７号）、合成物質
層（ドイツ公開特許第２７０９７４１号）、異なる塗布
パラメータの際につくられるＣＴＪＤ−ａ　Ｓｉ層（ヨ
ーロッパ特許第５８５４３号）およびその他に対する特
定のケース材料の使用が公知である。

しかしこれらの吸収層は、層物質に関係するそれぞれ完
全に特定の波長範囲（′１．たは完全に特定の吸収層Ｄ
）Ｌか調整することができず、その範囲内でそれらの光
電子工学変換素子が働らくという欠陥をもっている。装
置の個々の変換素子がそれぞれ異なる波長範囲内で働く
べきならば、それぞれ順次に異なる吸収層の対応数を分
離しかつ写真平版的に構成しなければならない（ヨーロ
ッパ特許第４０９８４号）。しかしそれは技術上極めて
高価となる。加うるにこれらの層は、しばしばマイクロ
電子工学で使用される技術で両立しないものである。

さらに光電子工学変換器上へ塗布される非晶質セレン層
（ヨーロッパ特許第１４８４８号）および異方性結晶（
ヨーロッパ特許第１４１７８号）の使用が公知である。

これらの変換器は、圧力および温度に関係してそのスペ
クトル感度を変化し、しかしそれらはヌベクトル選択性
をもたない。

本発明の目的は、技術的に簡単に実施することができ、
マイクロ電子工学の既存の技術と両立可能でありまた広
い応用範囲を可能にする選択性光電子工学変換装置を提
供することにある。

本発明の課題は、変換装置の個々の光電子工学変換素子
がその製造プロセスの間正確に調整可能な特定の波長範
囲内で働らく波長選択性変換装置を提供することにある
。

本発明によるとこの課題は以下のように行なうことによ
って解決される。すなわち、その波長選択性変換装置は
、公知の方法でつくられる光電子工学変換素子およびそ
の上およびその下にある吸収層から成シ、吸収層が調整
可能な吸収係数をもつ非晶質固体混合物好まし７くはけ
い素と水素あるいはけい素とハロゲンとの混合物から成
シ、また吸収層において光電子工学素子素の上あるいは
下でそれぞれ異なる波長に関係する吸収係数をもつ範囲
が存在している点にある。

公知の方法でつくられた光電子工学変換素子は、個々な
らびに共通の基質でつくられた並列するホト抵抗、ホト
トランジスタ、ホトダイオード、ＣＣＤ素子あるいはビ
ジョンにすることができる。

同じ基質、例えば、Ｓｉ円板上で集積切換え回路の形式
にした評価電子層装置にする可能性がある。光電子工学
変換素子として光導体ケーブル端の端面を使用すること
もできる。これらの光電子工学変換素子は、波長範囲λ
１〜λ２（λ１〈λ２）以内で働らく。

その吸収層は、非晶質あるいは多結晶プラズマ保ｉ￥ｌ
ＣＶＤ−８ｉ　　府にすることができ、層の水素成分が
０．１％と８５％との間にありまた別のドーピング原素
が、例えば、燐が５％まで含まれている。

Ｓｉ吸収層の範囲の各々は、その光電子工学変換素子の
上あるいは下に環境に無関係な固有の波長に従属する吸
収係数および従ってλ３（層の透明性が波長の増加する
につれてそれから急速に増加する波長）で適当な透過エ
ツジをもつ特定の透過度Ｔ（λ）を備えている。従って
各変換素子は、それぞれ特定の波長範囲λ３と２２以内
で働らく。

、ｉ Ｓｉ吸収層の範囲の各透過エツジλ３　は、局部的正確
に位置決めされたエネルギ作用、例えば、前もって光電
子工学変換素子の上あるいは下に分離されている３ｉ層
のレーザあるいは電子ビーム処理によって調整されてい
る。

、　　ｉ 規定したエネルギ作用による透過エツジλ３の調整は、
とりわけＳｉ層で含まれる水素あるいはハロゲン原子が
始めに活性化されまた強烈なエネルギ処理の除屑から押
し出されならびにシリコンが晶出しまたは粒子サイズが
変化することによって起される。

光電子工学変換素子と吸収層との間ならびに吸収層上で
絶縁あるいは反射防止層、例えば、５ｉ０２およびＳｉ
３．Ｎ４　　Ｎｉも存在することができる。

λ１とλ３との間で透明な基質、例えば、水晶ガラスで
ＳｉＭを分離することもできる。合焦し。

たレーザビームの助けをかシてそれぞれ異なる、ｉ 透過エツジλ６　をもつ層範囲をつくることかできる。

これらの層範囲の上でそれぞれ感光層が分離され、接触
しかつ評価電子装置、例えば集積切換え回路の形式にし
たものと接続している。

説明した波長選択性光電子工学変換装置は、技術上簡単
に実施できまたそれぞれ正確に調整可能な波長範囲λ３
と２２以内で働らく変換素子および広い応用範囲をもっ
ている。

以下４つの実施例を参照して本発明を説明する。

第１例ではこの光電子工学素子は、Ｓｉ基質でつくられ
た２０の並列するホト抵抗から成り、互いに絶縁されて
おり、マスクカーブを備えておりまた同じＳｉ基質上に
ある評価電子装置と接続↓令アい、。それら。よ、抵抗
力１ある基質。

部分の上に順次に５００ｎｍ　ＣＶＤ−８ｉ０２．６０
０ｎｍ非晶質ＣＶＩ）−Ｓ　ｉおよび５００ｎｍ　ＣＶ
Ｄ−３ｉ０２がプラズマ誘導分離される。非晶質ＣＶＤ
　−Ｓ　ｉは、分離後水素含ｆｉ：た２％および燐含：
ｉｊ　０．００２％をもった。

それらのホト抵抗の上にある非晶質Ｓｉ層の並列する領
域は、順次にそルぞれＮ２レーザのパルス（τ＝１５ｎ
ｓ）で照射され、レーザビームの横断面の形状および面
積がホト抵抗の横断面の形状および面積に一致する１、
その際層々のレー、サパルスのエネルギ密度は、ホト抵
抗の上にある８１層範囲の透過エツジ（透明度）が第１
ホト抵抗以上４２０ｎｍ、第２ホト抵抗以上４８０ｎｍ
、第３ホト抵抗以上４４０ｎｍおよび第２０ホト抵抗以
上６１０　ｎｍとなるように選択された。

このように説明された光電子工学変換装置が多色光で照
射されるなＣ）ば、２０のホト抵抗の各々は、４２０ｎ
ｍで始まる特定の波長から反応する。従って評価電乎装
置によって波長選択性指示が可能となる。

第２実施例において水晶ガラス基質上で５００ｎｍ　ａ
−８ｉ　、　１１００ｎ　５ｉ０２および５０ｎｍＳｉ
３Ｎ４がプラズマ誘導分離された。移動されるＣω−Ａ
ｖ＋しμｍ２の層範囲が異なるエネルギ密度（レーザ出
力（０゜１ないしＩ　ＣＷ）で処理されたので、λ３＝
４２０ｎｍとλ３＝６２０ｎｍとの間で透過エツジは調
整されている。

それらの層範囲上にそれぞれＣｄＳ層領域があシ、それ
らの領域が、互いに絶□縁され、接触しまた評価装置と
接続されている。

第３実施例では、けい素早導体円板１は、第１図により
従来の技術に倣ってつくられかつホトダイオード用途に
対する特性をもつ円形の地形のｐｎジャンクション２：
３で出発状態を形成する。

続いて発生される５ｉ０２−８ｉ３Ｎ４不動態化層４；
５で工程通りにαけい素６が分離されまたホトダイオー
ド当りレーデパルスによって調節され、従つ、てレーザ
ビームの出力分布は、吸収エツジ（限界）移動をもたら
す（第２図）。有意の接触部７（金属化部）（第１図）
により所要スペクトル範囲Ｙ、　Ｙ−８：　Ｙ−（Ｂ＋
Ｇ）への区分の条件に関して横方向ホト効果によ゛りて
色彩に対し感度の強くかつ第３図に示される充電流感度
（８：　９　：１０）をも−〕ホトダイオード装置が達
成される。

実際上有意な別の条件として個々の範囲（Ｂ、　Ｇ、　
Ｒ）の面積比率を案出でき、従ってそれから生じる光電
流寄与はほとんど同じである。

これは半径方向レーザビーム出力分布に関して達成され
る。

従って市販のＳｉホトダイオード技術品によって万能に
使用可能かつ技術上安価に実施できるカラーセンサが得
られる。

三次元カラー範囲分解（悪化した赤外感度）の欠陥を４
つの選択性感度範囲によって回避することができること
を述べておこう。

第４実施例によると波長選択性光学変換装置は、カラー
テレビカメラ管または固体カラー画像センサの際に使用
できる。これらの装置に対して高い解像力ならびに秀れ
た安定性をもつカラーフィルタが要求される。これに関
してカラーフィルタは、カラー要素がモザイクあるいは
しま状に設けられているフィルタである。カラー要素と
して最もしばしば青（Ｂ）、緑（Ｇ’）および赤（Ｒ）
ならびにシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）および黄（Ｙ）
が使用される。

カラーフィルタに対するこれまで公知の代表的方法は、
支持体（ゼラチン等）へカラー吸収層を塗布することを
特徴としている。このｌψへ複雑な方法（ドイツ公開時
第２９２６１６９号による色素の滲漬あるいはドイツ公
開特許第８０２３１８１号による溶融または昇華による
）によってカラー要素がモザイクあるいはしま状に設け
られる。

すべてこれらのプロセスでは技術的に高価なプロセスお
よびそれに関連する欠陥が不利である。特に支持体層が
直接センサ素子上で設けられる場合事情は同じである。

従って実施例によるとカラー要素をつくるときいつでも
支持体上でマスクを構成する必要がなく、マスクを構成
するため湿式および乾式処理を必要としないカラーフィ
ルタの製造方法をつくらなければならない。さらに例に
よればこのカラーフィルタが直接センサへ遊離され、従
ってカラー選択性にされるように簡易化された製造段階
および秀れた収率でカラーフィルタを製造する方法をつ
くらねばならない。

これは２つの実施の態様で証明されるはずである。

第１実施の態様は、ＣＣＤ電荷伝達原理に従って働らく
線型センサに関する。第４図に示されるように、選択的
にホトダイオード、ｖＰあるいはＭＯＳセンサとして構
成することができるセンサ１１（１・・・ｎ）は、適当
な数の列にして設けられている。これらのセンサは、片
側あるいは両側で移送電極１２（第４図）が境界になっ
ている。

このためシフトレジスタ１３妙；対称的に設けられてい
る。

この変換装着１４は、各センサに対して正確に決定され
た透過度をもつ変換器が対応されているように電気的に
互いに絶縁されたセンサを介して設けられている。その
変換層１４は、それらのセンサとの電気接触を防止する
ため均質かつ観察される光学波長範囲において選択性の
ない絶縁／８１５上に高い透過で設けられる。

個々のセンサ（工ないしｎ）において単位時間内に蓄積
された電荷は、規定の間隔で移送電極１２を介してＣＯ
Ｄシフトレジスタへ読み込まれあるいは交互に移送され
また読み出される。

電荷の適当な微分または加算を介して一般に公知の電子
回路の助けをかシてそのとき所要Ｒ−Ｇ−Ｂ信号の構成
が行なわれる。

第２実施の態様は、梱および行にした適当なセンサ配置
をもつ表面センサ（マトリックス）に関し、しかし国際
規格に適した画像処理ができるような組合せが好ましい
だろう。そのマドソックスは、ＣＴＤ方法に従って働ら
き、ＢＢＤならびにＣＣＤ方法をも包含する。

従って第５図は、それらのセンナがｍｓおよびｎ行で設
けられているようなマトリックスの光学的に敏感な領域
の原理的配置を示している。

選択的にホトダイオード、ＶＰあるいはＭＯＳセンサか
ら構成することができるセンサ１１の各々は、その際一
般に公知の記憶および読出し装置１７に片側で対応され
ている。センサ１１および読出しおよび記憶装置１７で
第５図によると本発明による変換層が分離される。これ
は、第１実施の態様と同様に絶縁層１５を介してセンサ
から絶縁されている。

本発明による作業方法によりマトリックスの各センサに
規定の吸収エツジをもつ変換器が組み合わされる。その
際同じカラー選択（Ｒ−Ｇ−Ｂ）の欄のセンサの統合あ
るいは各別の適当な配置（とりわけ米１９ｉ１特許第：
ａ９７１０６５号によるバイエルに従う配置）が可能で
ある。それからカラー画像の読出しおよび構成は、一般
に公知の電子回路によって行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光電子工学変換素の横断面図、
第２図は、レーザビームの出力分布の吸収エツジ移動を
示す線図、第３図は、スペクトル光電流感度を示す線図
、第４ａ、４ｂ図は、本発明による第２実施の態様の線
型センサの概略平面図と正面図、第５ａ　、　５ｂ図は
、本発明による第２実施の態様の表面センサ（マトリッ
ク）の概略平面図と正面図である。 １　…半導体円板、２，８　…ｐｎジャンクション４．
５・・・不動態化層、　　６・・・αけい素、７・・・
金属化部、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、慣用の方法でつくられた光電子工学変換素子および
   その下あるいはその上にある吸収層から成る波長選択性
   変換装置において、吸収層が非晶質固体混合物から成り
   また吸収層において光電子工学変換素の上部あるいは下
   部でそれぞれ異なる波長に従属する吸収特性をもつ範囲
   を含んでいることを特徴とする、波長選択性変換装置。 ２、吸収層が非晶質あるいは多結晶性プラズマ保護され
   て分離されるＣＶＤけい素層であり、水素含量が０．０
   １％と３５％との間にありまた他のドーピング原素、例
   えば燐が５％まで含まれていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項に記載の波長選択性変換装置。 ３、光電子工学変換素子と吸収層との間および／あるい
   は吸収層上で絶縁あるいは反射防止層が存在することを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の波長選択性
   変換装置。 ４、光電子工学変換素子がホト抵抗、ホトダイオード、
   ホトトランジスタおよび／あるいはこれらの部材をもつ
   光導体ケーブルであることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項に記載の波長選択性変換装置。 ５、光電子工学変換素子がホト抵抗、ホトダイオード、
   ホトトランジスタ、ビジコンおよび／あるいはＣＣＤ素
   子であり、それらが基質上にありまた同一基質の上／あ
   るいは下にありかつ集積切換え回路の形式の評価電子装
   置あるいは別の評価電子装置と接続されていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１ないし第３項の１つに記
   載の波長選択性変換装置。 ６、変換素子上の吸収層が非連続の異なるあるいは連続
   的に変化される吸収特性をもつ領域を備えることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１ないし第５項の１つに記載
   の波長選択性変換装置。 ７、それぞれ自己の特殊吸収層をもつ１つあるいはそれ
   以上の非連続部材から成ることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１ないし第５項の１つに記載の波長選択性変換
   装置。