WO2011114708A1 - 有機光電変換素子および撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に作製でき、暗電流の発生が極力抑えられ、光を受けて大きくかつ高速の応答性をもつ過渡電流を発生させることができる有機光電変換素子および撮像素子を提供することを目的とする。 【解決手段】第１電極１１と第２電極１５とからなる一対の電極と、一対の電極間に備えられる有機層１６とを有し、光を受けて電流を発生させる有機光電変換素子１０において、第１電極１１と第２電極１５とは仕事関数に差をつけ、有機層１６は、光を受けて電荷（電子と正孔）を分離する電荷分離層１２，１４と、一方の電極と電荷分離層１２，１４とを絶縁して分極する絶縁分極層１３とを隣接させる構造とした。

Description

有機光電変換素子および撮像素子

　本発明は、一対の電極（第１電極および第２電極）間に有機層を備え、光を受けて電流を発生させる有機光電変換素子に関する。

　従来、実用化されている光検出器としては、無機半導体のｐｎ接合やショットキー接合に負のバイアス電圧を印加して作動させるタイプが知られており、光検出器が光通信やイメージセンサーなどとして広く用いられている。ここでは、無機半導体層に吸収された光子は、電荷分離を経て電流に変換される。このような無機半導体素子に対して、作製の容易さや経済性、構造柔軟性や強い光吸収能のため、有機の光検出器に関する関心が急速に高まりつつある。この作動原理は、基本的には無機半導体を有機物に置き換えて、電流の発生効率を高める。具体的には、ホールおよび電子輸送層を金属電極とｐｎ接合（ドナー－アクセプター接合）を含む光活性層の間に挿入する構造である（以上は例えば特許文献１，２および非特許文献１，２を参照）。

　また、赤外光焦電検出器の用途は広く、火災報知機や侵入者探知、イメージセンサーなどに広く利用されている。この作動は、光－フォノン変換とフォノン－電流変換の二つのプロセスからなる。検知器は、無機材料の光焦電素子薄膜が電極に挟まれた構造を持ち、焦電材料の分極方向が電極面に垂直になるように配置されている。光吸収が起こると光焦電素子の温度が上がり、これによって素子の分極率が時間変化することによってパルス電流が生じ、これをプリアンプで増幅してシグナル（電流）として取り出す構造である（以上は例えば特許文献３，４および非特許文献３，４を参照）。

　一方、一対の電極間に有機層を備えた有機光電変換素子としては、光電変換膜（有機層）にフラーレン又はフラーレン誘導体を含有する撮像素子に関する技術が開示されている（例えば特許文献５を参照）。また、光導電性有機化合物を含有する層（有機層）の一部または全部に、キナクリドン系色素のような配向分子を用いた有機光電変換素子に関する技術が開示されている（例えば特許文献６を参照）。さらに、電極と有機光電変換層（有機層）との間に、電極から有機光電変換層に向かって電荷が注入されるのを抑制するために金属酸化体で構成されるブロッキング層を備えた光電変換素子に関する技術が開示されている（例えば特許文献７を参照）。

国際公開第２００８／０２９８４０号パンフレット 米国特許第６９７２４３１号 米国特許第４７０１６１９号 米国特許第４１４７５６２号 特開２００７－１２３７０７号公報 特開２００８－２５８４２１号公報 特開２００８－１６６５３９号公報

Taichiro Morimune, HirotakeKajii, and Yutaka Ohmori, Photoresponse Properties of a High-Speed OrganicPhotodetector Based on Copper Phthalocyanine Under Red Light Illumination, IEEEPhotonics Technology Letters, 18, 2662-2664 (2006). P. Peumans, V. Bulovic, and S. R.Forrest, Efficient, high-bandwidth organic multilayer photodetectors, AppliedPhysics Letters, 76, 3855-3857 (2000). Kazuhiko Hashimoto, TomohiroTsuruta, Koji Nishimura, Katsuya Morinaka, Mariko Kawaguri and NobuyukiYoshiike, Characteristics of Pyroelectric Infrared Array Detector Made ofPbTi03 Ceramics, Jpn. J. Appl. Phys., 36, 3553-3557 (1997). Andrzej Odon, Voltage Response ofPyroelectric PVDF Detector to Pulse Source of Optical Radiation, MeasurementScience Review, 5, 55-58 (2005).

　しかし、シリコンダイオードを用いた光検出器では、システムが複雑で安価に作製することができないという問題点がある。また、無機半導体は一般に高伝導度であるため、暗電流によるノイズが大きいという問題点がある。

　また、有機物中の電気伝導は主にホッピング伝導によって生じるため、電子やホールの移動度が小さいという問題点がある。このように移動度が小さければ、電極から２０[nm]程度の深さにある有機層における電荷分離しか光伝導に寄与できない。バイアス電圧を加え、有機層の厚さを増すなどして応答度や光電流を高めようとすると、内部量子効率を減少させてしまい、さらには有機物自体が化学的に不安定になり易いという問題点がある。

　上記問題点を解消するために、薄膜検出素子を積層する方法も考えられる。ところが、蒸着やスピンコートなどの製法で作製すると半導体にピンホールが発生し易く、ピンホールの存在によって暗電流（あるいは漏れ電流）が発生し易くなるという問題点がある。

　本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、安価に作製でき、暗電流の発生が極力抑えられ、光を受けて大きくかつ高速の応答性をもつ過渡電流を発生させることができる有機光電変換素子および撮像素子を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、第１電極と第２電極とからなる一対の電極と、前記一対の電極間に備えられる有機層とを有し、光を受けて電流を発生させる有機光電変換素子において、前記第１電極と前記第２電極とは仕事関数に差をつけ、前記有機層は、光を受けて電荷（電子と正孔（ホール））を分離する電荷分離層と、一方の前記電極と前記電荷分離層とを絶縁して分極する絶縁分極層と、を隣接させる構造とすることを特徴とする。

　この構成によれば、一方の電極（例えば第１電極）と電荷分離層との間には絶縁分極層が介在され、他方の電極（例えば第２電極）は電荷分離層と接する。一方の電極と電荷分離層との間に絶縁分極層が介在するので、有機光電変換素子の製造過程で仮にピンホールが発生したとしても、暗電流の発生が極力抑えられる。これは、電荷分離層で分離された電荷が一方の電極に移動しようとしても、電荷分離層がホール（正孔）および電子の双方について移動を阻害するからである。また、絶縁分極層に生じる分極は、電荷分離層中の電荷分離を促進し、また電荷分離後、電荷の電極への吸収を促進する。第一電極と第二電極が外部回路によって短絡されている場合は、電荷分離層に接した電極に吸収された電荷は、ふたつの電極間の仕事関数の差によって即座に他方の電極に移動する。薄い電荷分離層を使うことによって有機物の低移動度が問題にならないこと、絶縁分極層が電荷分離と電荷の電極への吸収を助けることにより、電荷分離層が光を受けてから過渡電流が出力される応答性（高い光－電流変換効率および短い光－電流変換時間）を従来よりも高めることができる。

　ここで、「仕事関数」は理化学辞典第５版（岩波書店，１９９８年）にも記載されているように、物質（金属や半導体の結晶等）表面からその外側へ１個の電子を取り出すのに必要な最小のエネルギーを意味する。「電荷分離層」は光を受けて電荷を分離する化合物であれば任意の物質で形成してよく、半導体（ｐ型やｎ型等の型式を含めて）か否かを問わない。すなわち、光を受けて電荷を分離するにあたって、電子あるいはホールが、電荷分離層が接している電極まで移動する物質であればよい。光を直接的に受ける構成としてもよく、電極および絶縁分極層のうちで一方または双方を透明材料で形成する場合には光を間接的に受ける構成としてもよい。一方、電極および絶縁分極層を不透明材料で形成する場合には、光が電荷分離層に到達可能な厚みで形成すればよい。「絶縁分極層」は誘電体や絶縁体に相当する層であり、電荷分離層における電荷の分離や、分離した電荷が他方の電極に吸収し易くする作用を奏する。一対の電極（第１電極および第２電極）は、直流電源のようにどちらか一方を陽極（プラス極）とし他方を陰極（マイナス極）として用いることもでき、交流電源のように双方ともに極性が変換する電極として用いることもできる。層が「隣接する」とは、面接触や面接合等によってホールや電子が移動可能な形態を意味する。

　請求項２に記載の発明は、前記有機層は、二つの前記電荷分離層と、一つの前記絶縁分極層とを有し、前記二つの電荷分離層は、一方の前記電荷分離層を前記第１電極と前記絶縁分極層との間に介在させ、他方の前記電荷分離層を前記第２電極と前記絶縁分極層との間に介在させる構造としたことを特徴とする。請求項２は、電極と絶縁分極層との間にそれぞれ電荷分離層を介在させた点で請求項１と相違する。この構成によれば、中央部に絶縁分極層が配置され、当該絶縁分極層の両側（対向面）に二つの電荷分離層がそれぞれ配置され、一番外側に第１電極と第２電極とがそれぞれ配置される構造となる。すなわち一対の電極から、電子とホールを取り出すことができ、より大きな過渡電流を出力できる。

　請求項３に記載の発明は、前記第１電極と前記第２電極とは、仕事関数に差がつくように、異なる物質で形成するか、あるいは一方または双方の電極にバイアス電圧を印加することを特徴とする。この構成によれば、仕事関数に差がつくように第１電極および第２電極を構成すればよい。したがって、物質のコストや回路構成等に見合う適切な有機光電変換素子を製造することができる。

　請求項４に記載の発明は、前記第１電極と前記第２電極とは、仕事関数の差が０．１[eV]から３[eV]までの範囲とすることを特徴とする。仕事関数の差が０．１[eV]未満の場合や、３[eV]を超える場合には、活性層（すなわち電荷分離層）からの電荷が電極に移動するのが妨げられ易くなる。この構成によれば、仕事関数の差が０．１[eV]から３[eV]までの範囲となるように第１電極および第２電極を構成するので、電荷分離層で分離された電荷は、当該電荷分離層に隣接する電極に移動し易くなる。したがって、迅速かつ大きな電流を発生させることができる。

　請求項５に記載の発明は、前記絶縁分極層は、前記電荷分離層よりも厚く形成することを特徴とする。この構成によれば、電荷分離層で分離された電荷は、厚く形成された絶縁分極層によってホールおよび電子の双方について移動が阻害されるので、暗電流の発生をより確実に抑えることができる。

　請求項６に記載の発明は、前記電荷分離層は、１[nm]から５０[nm]までの厚さで形成することを特徴とする。好ましくは、１[nm]から２０[nm]までの厚さで形成するのが望ましい。光を受けて電荷を分離するには電荷分離層の厚さが薄いのが望ましい反面、薄くなり過ぎると分離可能な電荷が少なくなって出力する電流が小さくなってしまう。また好ましくは、１０[nm]から３０[nm]までの厚さで形成するのが望ましい。電荷分離層の厚さを増してゆくと、一旦は電流量や量子効率が増えるものの、３０[nm]を超えると量子効率が悪化する。大きな電流量および高い量子効率の双方を確保できるのは、１０[nm]から３０[nm]の範囲である。この構成によれば、適切な厚さで電荷分離層を形成することで、光を受けて電荷を分離し易く、かつ可能な限り大きな電流を発生させることができる。

　請求項７に記載の発明は、前記絶縁分極層は、１００[nm]から１０００[nm]までの厚さで形成することを特徴とする。好ましくは、１００[nm]から３００[nm]までの厚さで形成するのが望ましい。分極し易くするには絶縁分極層の厚さを厚くするのが望ましい反面、厚くなり過ぎると電気容量が減少し、分極が減少して過渡電流が小さくなってしまう。この構成によれば、適切な厚さで絶縁分極層を形成することで、ホールおよび電子の双方について移動を阻害して、暗電流の発生を確実に抑えることができる。

　請求項８に記載の発明は、受ける光の波長域に応じて前記電荷分離層を形成する物質を異ならせることを特徴とする。電荷分離層を形成する物質は、光の波長域に応じて分離できる電荷の量が変化する。この構成によれば、可視光・紫外光・赤外光等のように光の波長域に適した物質で電荷分離層を形成するので、各波長域でより多くの電荷を分離することができる。

　請求項９に記載の発明は、特定の波長域にかかる光を受ける場合の前記電荷分離層は、前記特定の波長域に吸収帯をもつドナー（電子供与体）またはアクセプター（受容体）、前記特定の波長域に電荷移動吸収帯をもつドナーとアクセプターとの化合物からなる電荷移動錯体、あるいは前記ドナーと前記アクセプターとの混合物のいずれかで形成することを特徴とする。すなわち電荷分離層は、（α）特定の波長域に吸収帯をもつドナー、（β）特定の波長域に吸収帯をもつアクセプター、（γ）特定の波長域に電荷移動吸収帯をもつドナーとアクセプターとの化合物からなる電荷移動錯体、（δ）上記（α）から（γ）に示すドナーとアクセプターとの混合物、のいずれかで形成する。この構成によれば、特定の波長域に吸収帯をもつ物質で電荷分離層を形成することで、電荷分離層はより多くの電荷を分離することができる。

　請求項１０に記載の発明は、前記特定の波長域は、可視光の波長域、紫外光の波長域、赤外光の波長域（望ましくは近赤外光の波長域）のうちで一以上の波長域とすることを特徴とする。この構成によれば、可視光、紫外光、赤外光のうちで一以上の光を受けた電荷分離層はより多くの電荷を分離することができる。

　請求項１１に記載の発明は、半導体基板を有する撮像素子において、前記半導体基板の表面側に形成され、請求項１から１０のいずれか一項に記載の一以上の有機光電変換素子と、前記半導体基板に形成され、前記一以上の有機光電変換素子で発生した電荷に応じた電流を読み出して外部に信号を出力するＣＭＯＳ型又はＣＣＤ型の信号出力部と、を有することを特徴とする。この構成によれば、有機光電変換素子（具体的には電荷分離層）で発生した電荷に応じた電流が出力されると、当該電流を読み出した信号出力部が外部に信号を出力する。したがって、請求項１から９に記載した有機光電変換素子の特性を有する撮像素子を提供することができる。

　請求項１２に記載の発明は、前記半導体基板は、光を受けて前記有機光電変換素子の前記電荷分離層が分離した電荷を蓄積する電荷蓄積部を有することを特徴とする。この構成によれば、電荷蓄積部は電荷分離層が分離した電荷を蓄積するので、その後に蓄積した電荷を出力することができる。言い換えれば、電荷蓄積部は蓄電機能または充電機能を奏する部位である。電荷蓄積部を大きく形成すれば、蓄積後に大容量の電流を発生させることが可能になる。

　本発明によれば、暗電流の発生が極力抑えられ、光を受けて大きくかつ高速の応答性をもつ過渡電流を発生させることができる有機光電変換素子および撮像素子を提供することができる。

有機光電変換素子の第１構成例であって、電荷分離層が第２電極に接する構造を示す断面図である。 有機光電変換素子の第１構成例であって、電荷分離層が第１電極に接する構造を示す断面図である。 図１（Ａ）に示す第１構成例の作動原理を説明する模式図である。 図１（Ｂ）に示す第１構成例の作動原理を説明する模式図である。 有機光電変換素子の第２構成例を示す断面図である。 第２構成例の作動原理を説明する模式図である。 図１に示す有機光電変換素子を含む撮像素子の構成例を示す断面図である。 図３に示す有機光電変換素子を含む撮像素子の構成例を示す断面図である。 実施の形態１に対応する実施例１～９の結果をまとめた図表である。 実施の形態２に対応する実施例１０～１４および比較例１～３の結果をまとめた図表である。 光の波長(Wavelength)に対する吸収スペクトル(Absorption spectrum)および光電流(Photocurrent)の変化を示すグラフ図である。 電流密度（Current density）に対する立ち上がり時間(Rise time)の変化を示すグラフ図である。 絶縁分極層の物質を異ならせた場合において、光の有無(On/Off)に対する電流密度(Current density)の経時的変化を示すグラフ図である。 有機光電変換素子の出力特性を測定するための回路図である。 図１１の回路図による出力特性を示すグラフ図である。 有機光電変換素子のバイアス特性を測定するための回路図である。 図１３の回路図によるバイアス特性を示すグラフ図である。 有機光電変換素子の出力特性を測定するための回路図である。 図１５の回路図による出力特性を示すグラフ図である。 電荷分離層の膜厚依存性を調べるための回路図である。 膜厚ごとの電流密度(Current density)の経時的変化を示すグラフ図である。 膜厚ごとの外部量子効率(EQE;External QuantumEfficiency)の変化を示すグラフ図である。 膜厚ごとの内部量子効率(IQE;Internal QuantumEfficiency)の変化を示すグラフ図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、「接続」は電気的に接続することを意味する。

　〔実施の形態１〕
　実施の形態１は、非対称構造の有機光電変換素子であって、図１と図２を参照しながら説明する。図１には本発明にかかる有機光電変換素子の第１構成例を断面図で示す。図２には図１に示す第１構成例の作動原理を模式図で示す。

　図１に示す有機光電変換素子１０は、第１電極１１と第２電極１５との間に有機層１６を備える構造である。図１（Ａ）と図１（Ｂ）とでは、有機層１６の構成が相違する。すなわち、図１（Ａ）は電荷分離層１４が第２電極１５に接する構造の例であり、図１（Ｂ）は電荷分離層１４が第１電極１１に接する構造の例である。

　第１電極１１および第２電極１５は「一対の電極」に相当し、仕事関数に差がつくように構成する。具体的には、電極を異なる物質で形成するか、あるいは同じ物質で形成する場合には一方または双方の電極にバイアス電圧を印加する。第１電極１１の仕事関数は、第２電極１５の仕事関数よりも大きいとする。第１電極１１および第２電極１５の構成にそれぞれ適用可能な物質の一例を、仕事関数とともに次の表１に示す。

　第１電極１１と第２電極１５とを形成する物質は、上記表１に示す物質を含め、仕事関数の差が０．１[eV]から３[eV]までの範囲となるようにそれぞれ設定するのが望ましい。仕事関数の差が０．１[eV]未満の場合や、３[eV]を超える場合には、電荷分離層１４で分離された電荷が第２電極１５に移動しにくくなるためである。

　有機層１６は、図２（Ａ）では隣接する絶縁分極層１３と電荷分離層１４とからなり、図２（Ｂ）では隣接する絶縁分極層１３と電荷分離層１２とからなる。絶縁分極層１３と電荷分離層１４とは全体として有機層であるので一体に形成してもよく、絶縁分極層１３と電荷分離層１４とを別体に形成した後に接合してもよい。一体形成や接合については、絶縁分極層１３と電荷分離層１２との関係についても同様である。

　絶縁分極層１３は、電極（第１電極１１または第２電極１５）と、電荷分離層１４とを絶縁して分極する機能を担う。図２（Ａ）に示す絶縁分極層１３の膜厚Ｌ２は、電荷分離層１４の膜厚Ｌ３よりも厚く形成する（すなわちＬ２＞Ｌ３）。同様に図２（Ｂ）に示す絶縁分極層１３の膜厚Ｌ２は、電荷分離層１２の膜厚Ｌ１よりも厚く形成する（すなわちＬ２＞Ｌ１）。具体的には、１００[nm]から１０００[nm]までの厚さで形成するが、好ましくは１００[nm]から３００[nm]までの厚さで形成する。このような範囲となるのは、分極し易くするには絶縁分極層１３の厚さを厚くするのが望ましい反面、厚くなり過ぎると電気容量が減少し、分極が減少して過渡電流が小さくなってしまうためである。

　また、上記機能を奏する限りにおいて、絶縁分極層１３は任意の物質で形成することが可能である。例えば、化学式（化１）に示すポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）のほか、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキル・ビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリクロロ・トリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などのようなフッ素系プラスチック（フッ素樹脂）などが該当する。なお物質に限らず、電荷の移動が極めて困難な空間（すなわち真空や準真空の空間）を形成してもよい。

　電荷分離層１４は、光を受けて電荷（電子，ホール）を分離する機能を担う。この電荷分離層１４は、１[nm]から５０[nm]まで（好ましくは１[nm]から２０[nm]まで、あるいは１０[nm]から３０[nm]まで）の厚さで形成するのが望ましい。１[nm]から２０[nm]の範囲は、内部量子効率を高く維持し、光を受けて分離した電荷を効率よく電極に吸収させるには厚さを薄くするほど良いためである。その反面、あまり薄くなり過ぎると分離可能な電荷が却って少なくなり、発生する過渡電流が小さくなってしまうためである。１０[nm]から３０[nm]までの範囲は、大きな電流量および高い量子効率の双方を確保するのに適する。すなわち、電荷分離層１４の厚さを増してゆくと、一旦は電流量や量子効率が増えるものの、３０[nm]を超えると量子効率が悪化するためである。

　また、電荷分離層１４は、電荷を分離する際に受ける光の波長に応じた適切な物質（半導体であるか否かを問わない）で形成する。すなわち、光を受けて電荷を分離するにあたって、電子あるいはホールが、電荷分離層が接している電極まで移動する物質であればよい。電子あるいはホールの移動度は、高くても低くても問題としない。
　特定の波長域にかかる光を受ける場合には、当該特定の波長域に吸収帯をもつドナーまたはアクセプター、特定の波長域に電荷移動吸収帯をもつ電荷移動錯体（ドナーとアクセプターとの分子間化合物）、あるいはそのドナーとアクセプターとの混合物で形成する。すなわち電荷分離さえ起こればよく、電荷移動吸収帯を含めた吸収帯を励起するドナーやアクセプターを用いて形成すればよい。
　例えば特定の波長域が可視光の波長域である場合には、可視光の波長域に電荷移動吸収帯をもつ電荷移動錯体、あるいはそのドナーとアクセプターの混合物で形成する。同様に特定の波長域が紫外光の波長域である場合には、紫外光の波長域に吸収帯をもつドナーまたはアクセプター、あるいはそのドナーとアクセプターとの混合物で形成する。

　ドナーとアクセプターの組み合わせは、上記条件を満たせば任意の物質を適用することができる。例えば、化学式（化２）に示すフタロシアニン（Ｍ－Ｐｃ）と、フラーレン化合物とが該当する。フタロシアニンの中央部に配位されるＭには、Ｈ₂，ＴｉＯ，ＶＯ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｌｉなどを適用できる。フラーレン化合物は、化学式（化３）に示すフラーレンＣ₆₀のほか、フラーレンＣ₇₀、フラーレンＣ₇₆、フラーレンＣ₇₈、フラーレンＣ₈₀、フラーレンＣ₈₂、フラーレンＣ₈₄、フラーレンＣ₉₀、フラーレンＣ₉₆、フラーレンＣ₂₄₀、フラーレンＣ₅₄₀、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブなどが該当する。

　上述したフラーレン化合物には、置換基が付加されたフラーレン誘導体を含めてよい。当該置換基としては任意の基を適用できる。例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基、ホスファト基、スルファト基などが該当する。

　上述したドナーとアクセプターの混合物以外では、単成分物質で形成してもよい。単成分物質は、例えば化学式（化４）に示す環状チアジルラジカル（ＢＤＴＤＡ）のほか、Ｎ－エチルフェナジルなどが該当する。

　上記特定の波長域が赤外光（望ましくは近赤外光）の波長域である場合には、赤外光（もしくは近赤外光）に電荷移動吸収帯をもつ電荷移動錯体、あるいはそのドナーとアクセプターの混合物で形成する。ドナーとアクセプターの組み合わせは、上記条件を満たせば任意の物質を適用することができる。例えば、化学式（化５）の（Ａ）に示すドナー側のテトラチアフルバレン（ＴＴＦ）と、（Ｂ）に示すアクセプター側のクロラニル（ＣＡ）との組み合わせが該当する。同様に、化学式（化５）の（Ｃ）に示すドナー側の環状ジチアゾール化合物（ＮＴ）と、（Ｄ）に示すアクセプター側のテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）との組み合わせが該当する。

　上述のように構成された有機光電変換素子１０の作動原理について、図２を参照しながら説明する。なお、図２（Ａ）は図１（Ａ）の構造に対応し、図２（Ｂ）は図１（Ｂ）の構造に対応する。図２（Ａ）と図２（Ｂ）とは構造が図面左右方向で逆になっているだけであるので、図２（Ａ）の構造を例に説明する。

　絶縁分極層１３は１００[nm]から１０００[nm]の厚みがあるため、プラス（＋）で図示するホールと、マイナス（－）で図示する電子とが矢印Ｄ１のように大きく分極する。電荷分離層１４が光を受けると、エネルギー励起によって電荷分離が行われ、ホールと電子とが矢印Ｄ２のように分離する。分離したホールが絶縁分極層１３を超えて第１電極１１に移動しようとしても、厚みが大きいために移動できない。一方、分離した電子は隣接する第２電極１５に矢印Ｄ３のように簡単に移動して吸収される。電荷分離は短時間で進行するので、第２電極１５から短時間に多くの電子が流れ、結果として過渡電流が生じる。上記の作動は、仮に電荷分離層１４にピンホールが存在しても同様である。

　なお、図２（Ａ）では電荷分離層１４が光を直接的に受け、図２（Ｂ）では電荷分離層１２が光を直接的に受けるが、光を間接的に受けてもよい。すなわち図２の左右側から光を受ける場合には、図２（Ａ）では第２電極１５、または、第１電極１１および絶縁分極層１３を透明材料で形成すればよい。図２（Ｂ）では第１電極１１、または、絶縁分極層１３および第２電極１５を透明材料で形成すればよい。さらに、電極および絶縁分極層を不透明材料で形成する場合には、光が電荷分離層１４に到達可能な厚みで形成すればよい。これらの材料や厚みは、後述する図３および図４にも同様に適用可能である。

　上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、第１電極１１と第２電極１５とをそれぞれ仕事関数が異なる物質で形成し、電荷分離層（図１（Ａ）では電荷分離層１４、図１（Ｂ）では電荷分離層１２）と絶縁分極層１３とを隣接させる構造とした（図１を参照）。この構成によれば、一方の電極と電荷分離層との間に絶縁分極層１３が介在するので、有機光電変換素子１０の製造過程で仮にピンホールが発生したとしても、暗電流の発生が極力抑えられる。また、絶縁分極層１３が分極することによって、電荷分離層中の電荷分離が促進される。分離後、電極に吸収された電荷は、電極間の仕事関数の差によって即座に他方の電極に移動するので、電荷分離層が光を受けてから電流が出力される応答性を従来よりも高めることができる。電荷分離は短時間で進行することから、高効率、高速、高ＳＮ比の過渡電流が得られる。また、後述するようにチョップ光（すなわち断続的なパルス波）を電荷分離層１４に照射することによって交流信号を得ることもできる（図９を参照）。

　請求項３に対応し、第１電極１１と第２電極１５とは、仕事関数に差がつくように、異なる物質で形成するか（表１を参照）、あるいは一方または双方の電極にバイアス電圧を印加する構成とした。この構成によれば、物質のコストや回路構成等に見合う適切な有機光電変換素子を製造することができる。

　請求項４に対応し、第１電極１１と第２電極１５とは、仕事関数の差が０．１[eV]から３[eV]までの範囲とした。この構成によれば、電荷分離層で分離された電荷は隣接する電極に吸収され易くなるので、迅速かつ大きな過渡電流を発生させることができる。

　請求項５に対応し、絶縁分極層１３は、電荷分離層１２，１４よりも厚く形成した（図１，図２を参照）。この構成によれば、絶縁分極層１３によってホールおよび電子の双方について移動が阻害されるので、暗電流の発生をより確実に抑えることができる。

　請求項６に対応し、図１（Ａ）に示す電荷分離層１４または図１（Ｂ）に示す電荷分離層１２は、いずれも１[nm]から５０[nm]まで（好ましくは１[nm]から２０[nm]まで、あるいは１０[nm]から３０[nm]まで）の厚さで形成した。この構成によれば、１[nm]から２０[nm]までの厚さで形成することで、光を受けて電荷を分離し易くなり、かつ可能な限り大きな過渡電流を発生させることができる。また１０[nm]から３０[nm]までの厚さで形成することで、大きな電流量および高い量子効率の双方を確保することができる。

　請求項７に対応し、絶縁分極層１３は１００[nm]から１０００[nm]まで（好ましくは、１００[nm]から３００[nm]まで）の厚さで形成した。この構成によれば、適切な厚さで絶縁分極層１３を形成することで、ホールおよび電荷の双方について移動を阻害して、暗電流の発生を確実に抑えることができる。

　請求項８に対応し、受ける光の波長域に応じて電荷分離層１２，１４を形成する物質を異ならせる構成とした。この構成によれば、形成する物質を適切に選択することによって光吸収波長を制御することができ、可視・紫外・赤外の広い範囲で光－電流変換を実現することができる。このような広範囲の光の波長域であっても、より多くの電荷を分離することができる。

　請求項９に対応し、特定の波長域にかかる光を受ける場合の電荷分離層１２，１４は、特定の波長域に吸収帯をもつドナーまたはアクセプター、特定の波長域に電荷移動吸収帯をもつドナーとアクセプターとの分子間化合物からなる電荷移動錯体、あるいはドナーとアクセプターとの混合物のいずれかで形成する構成とした。この構成によれば、特定の波長域の光を受けて、より多くの電荷を分離することができる。

　請求項１０に対応し、電荷分離層１２，１４は、特定の波長域は、可視光の波長域、紫外光の波長域、赤外光の波長域のうちで一以上の波長域とする物質で形成する構成とした。この構成によれば、可視光、紫外光、赤外光のうちで一以上の光を受けた電荷分離層１２，１４はより多くの電荷を分離することができる。

　〔実施の形態２〕
　実施の形態２は、対称構造の有機光電変換素子であって、図３と図４を参照しながら説明する。図３には本発明にかかる有機光電変換素子の第２構成例を断面図で示す。図４には図３に示す第２構成例の作動原理を模式図で示す。なお、図示および説明を簡単にするため、実施の形態２では実施の形態１と異なる点を説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

　図３に示す有機光電変換素子２０の構造は、図１に示す有機光電変換素子１０と比べて、有機層１６の構成が相違する。すなわち、図１の有機層１６は１つの電荷分離層（１２または１４）と１つの絶縁分極層１３との組み合わせであるのに対して、図３の有機層１６は２つの電荷分離層１２，１４と１つの絶縁分極層１３との組み合わせである点が相違する。この構成では、絶縁分極層１３が中央部に配置され、当該絶縁分極層１３の両側に電荷分離層１２，１４が配置され、一番外側に第１電極１１と第２電極１５とが配置される。

　上述のように構成された有機光電変換素子２０の作動原理について、図４を参照しながら説明する。絶縁分極層１３は上述したように１００[nm]から１０００[nm]の厚みがあるため、プラス（＋）で図示するホールと、マイナス（－）で図示する電子とが矢印Ｄ１のように大きく分極する。なお「対称構造」はあくまで要素の対称性を意味し、電荷分離層１２と電荷分離層１４とで厚みを異ならせる場合（すなわちＬ１≠Ｌ３）を含む。

　電荷分離層１２，１４でそれぞれ光を受けると、エネルギー励起によって電荷分離が行われ、ホールと電子とが矢印Ｄ２，Ｄ４のように分離する。電荷分離層１２，１４でそれぞれ分離した電荷が絶縁分極層１３を超えて反対側の電極に移動しようとしても、厚みが大きいために移動できない。一方、電荷分離層１２で分離したホールは隣接する第１電極１１に矢印Ｄ５のように簡単に移動して吸収され、電荷分離層１４で分離した電子は隣接する第２電極１５に矢印Ｄ３のように簡単に移動して吸収される。電荷分離は短時間で進行するので、第２電極１５から短時間に多くの電子が流れ、結果として過渡電流が生じる。上記の作動は、仮に電荷分離層１２，１４にピンホールが存在しても同様である。このように第１電極１１および第２電極１５の双方からホールや電子が流れるので、有機光電変換素子１０に比べて大きな過渡電流が生じる。

　上述した実施の形態２によれば、請求項２に対応し、有機層１６は二つの電荷分離層１２，１４と、一つの絶縁分極層１３とを有する構造とした（図３を参照）。この構成によれば、第１電極１１および第２電極１５の双方から電荷が流れるので、有機光電変換素子１０に比べて大きな過渡電流が生じさせることができる。その他については実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

　〔実施の形態３〕
　実施の形態３は、図１に示す有機光電変換素子１０を部分的に有する撮像素子であって、図５を参照しながら説明する。図５には撮像素子の構成例を断面図で示す。なお、図示および説明を簡単にするため、実施の形態３では実施の形態１と異なる点を説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、画像または映像を単に「画像等」と表記する。

　図５に示す撮像素子３０は、図１に示す有機光電変換素子１０を部分的に備えるほか、光（特に可視光）を受けて１画素（１ピクセル）分の画像等の信号（いわゆる画像信号）として出力可能に構成されている。すなわち撮像素子３０は、ｐ型シリコン基板３２をベースとし、有機光電変換素子１０、絶縁膜３１，３７、ｎ型不純物領域３３，３５、ｐ型不純物領域３４，３６、ｎ＋型不純物領域３８、接続部３９などを有する構造となっている。これらのうちでｎ＋型不純物領域３８は、他の半導体領域に比べて不純物が高濃度となる領域である。

　撮像素子３０は、有機光電変換素子１０の第２電極１５側に、透明な絶縁膜３１を介在させたうえでｐ型シリコン基板３２を接合する。ｐ型シリコン基板３２は、絶縁膜３１側から図面右側に向かって順番に、ｎ＋型不純物領域３８、ｐ型不純物領域３６、ｎ型不純物領域３５、ｐ型不純物領域３４、ｎ型不純物領域３３が形成されている。絶縁膜３１に貫通して形成された孔部には、第２電極１５と接続される接続部３９と、当該接続部３９を囲んで絶縁膜３１の周壁に接する絶縁膜３７とが形成されている。接続部３９は、第２電極１５とｎ＋型不純物領域３８とを導通可能に接続する。

　ｎ型不純物領域３５とｐ型不純物領域３４との境界面はｐｎ接合面となる。このｐｎ接合面は、絶縁膜３１とｎ型不純物領域３５との境界面（以下では単に「基準面」と呼ぶ。）からの距離を、第１目的波長域（例えば可視光の青色）の光を吸収する長さ（例えば約０．２[μm]）とする。ｎ型不純物領域３５とｐ型不純物領域３４とは、第１目的波長域の光を吸収してそれに応じた電荷を蓄積する第１フォトダイオードとなる。当該第１フォトダイオードで発生した電荷は、ｎ型不純物領域３５に蓄積される。

　ｎ型不純物領域３３とｐ型シリコン基板３２との境界面もまたｐｎ接合面となる。このｐｎ接合面は、基準面からの距離を、第２目的波長域（例えば可視光の赤色）の光を吸収する長さ（例えば約２[μm]）とする。ｎ型不純物領域３３とｐ型シリコン基板３２とは、第２目的波長域の光を吸収してそれに応じた電荷を蓄積する第２フォトダイオードとなる。当該第２フォトダイオードで発生した電荷は、ｎ型不純物領域３３に蓄積される。

　ｎ＋型不純物領域３８は、接続部３９を通じて第２電極１５に接続されている。そのため、光を受けて電荷分離層１４から第２電極１５に吸収された電荷は、接続部３９を通じてｎ＋型不純物領域３８に蓄積される。こうしてｎ＋型不純物領域３８は電荷を蓄積する点で「電荷蓄積部」に相当する。なお電荷分離層１４は、図示するように直接的に光を受ける構造としてもよく、第１電極１１および絶縁分極層１３を透明物質で形成する場合には第１電極１１側（図面左側）から間接的に光を受ける構造としてもよい。

　ｎ型不純物領域３３に蓄積された電荷は、ｐ型シリコン基板３２内に形成されたｎチャネルＭＯＳトランジスタからなるＭＯＳ回路によってその電荷量に応じた信号に変換して出力される。ｎ型不純物領域３５に蓄積された電荷は、ｐ型不純物領域３４内に形成されたｎチャネルＭＯＳトランジスタからなるＭＯＳ回路によってその電荷量に応じた信号に変換して出力される。ｎ＋型不純物領域３８に蓄積されている電荷は、ｐ型不純物領域３６内に形成されたｎチャネルＭＯＳトランジスタからなるＭＯＳ回路によってその電荷量に応じた信号に変換して出力される。上記の各ＭＯＳ回路は一般的であるので図示を省略し、図示しない配線によって外部に信号を出力可能に構成される。なお、ｎ型不純物領域３３およびｎ型不純物領域３５に引き出し電極を設けるのが望ましい。この引き出し電極に対して所定のリセット電位をかけると、各領域が空乏化するので、各ｐｎ接合部の容量は限りなく小さい値になる。したがって、各接合面に生じる容量を極めて小さくできる。

　第２電極１５，ｎ＋型不純物領域３８，ｎ型不純物領域３５，ｎ型不純物領域３３のうちで一以上を信号出力回路（図示せず）に接続し、吸収または蓄積された電荷に応じた信号を読み出す。当該信号出力回路は、ＣＭＯＳ型またはＣＣＤ型で形成されるが、消費電力や読み出し速度等の観点ではＣＭＯＳ型の方が好ましい。信号出力回路の駆動電圧（例えば約３[V]程度）に合わせて、消費電力を抑えるために電荷分離層１４に印加する外部バイアス電圧も上記駆動電圧以下とするのが望ましい。

　上述した実施の形態３によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１１に対応し、撮像素子３０は、有機光電変換素子１０と、半導体基板に形成され、一以上の有機光電変換素子１０で発生した電荷に応じた電流を読み出して外部に信号を出力するＣＭＯＳ型又はＣＣＤ型の信号出力部とを有する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、有機光電変換素子１０（具体的には電荷分離層１２，１４）で発生した電荷に応じた電流が出力されると、当該電流を読み出した信号出力部が外部に信号を出力する。したがって、有機光電変換素子１０の特性を有する撮像素子３０を提供できる。

　請求項１２に対応し、半導体基板は、光を受けて有機光電変換素子１０の電荷分離層１２，１４が分離した電荷を蓄積するｎ＋型不純物領域３８（電荷蓄積部）を有する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、ｎ＋型不純物領域３８は電荷分離層１２，１４が分離した電荷を蓄積するので、その後に蓄積した電荷を出力することができる。言い換えれば、電荷蓄積部は蓄電機能または充電機能を奏する部位である。電荷蓄積部を大きく形成すれば、蓄積後に大容量の電流を発生させることが可能になる。

　その他の点については実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

　〔実施の形態４〕
　実施の形態４は、図３に示す有機光電変換素子２０を部分的に有する撮像素子であって、図６を参照しながら説明する。図６には撮像素子の構成例を断面図で示す。なお、図示および説明を簡単にするため、実施の形態４では実施の形態３と異なる点を説明する。よって実施の形態３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

　図６に示す撮像素子４０は、図３に示す有機光電変換素子２０を部分的に備えるほか、可視光を受けて１画素（１ピクセル）分の画像等の信号として出力可能に構成されている。すなわち撮像素子４０は、ｐ型シリコン基板３２をベースとし、有機光電変換素子２０、絶縁膜３１，３７、ｎ型不純物領域３３，３５、ｐ型不純物領域３４，３６、ｎ＋型不純物領域３８、接続部３９などを有する構造となっている。すなわち実施の形態３と比べると、有機光電変換素子１０の代わりに有機光電変換素子２０を用いた点が相違し、その他の点は同一である。したがって、有機光電変換素子２０による固有の作用効果を除けば、実施の形態３および実施の形態２と同様の作用効果を得ることができる。

　図６に示す撮像素子４０は、１つの有機光電変換素子２０を備えて、光（特に可視光）を受けて１画素分の画像等の信号として出力する構成とした。この構成に代えて、図示を省略するが、下記のような他の構成１～４の撮像素子４０を製造することもできる。なお、光の三原色からの色選択はカラーフィルタやプリズム等を用いる。

　（他の構成１）
　ｐ型シリコン基板３２上には、１つの有機光電変換素子２０と、２つのフォトダイオードとを形成する。１つの有機光電変換素子２０の電荷分離層１２（または電荷分離層１４）は、光の三原色のうちで一色の波長域の光を受けて電荷を分離する。２つのフォトダイオードは、光の三原色のうちで残りの二色についてフォトダイオードごとに対応する色の波長域の光を受けて電荷を分離する。

　（他の構成２）
　ｐ型シリコン基板３２上には、２つの有機光電変換素子２０と、１つのフォトダイオードとを形成する。２つの有機光電変換素子２０の電荷分離層１２（または電荷分離層１４）は、光の三原色のうちで二色について対応する色の波長域の光を受けて電荷を分離する。１つのフォトダイオードは、光の三原色のうちで残りの一色の波長域の光を受けて電荷を分離する。

　（他の構成３）
　ｐ型シリコン基板３２の表面側には、３つの有機光電変換素子２０を形成する。３つの有機光電変換素子２０は、光の三原色の各色ごとに対応する色の波長域の光を受けて電荷を分離する。

　（他の構成４）
　有機光電変換素子２０の電荷分離層１２，１４は、一方または双方の層が紫外または赤外（望ましくは近赤外）の波長域の光を受けて電荷を分離する物質で形成する。

　上述した実施の形態１～４に対応する実施例を以下に示し、本発明をさらに具体的に説明する。各実施例を構造的に分類すると、実施例１～９は実施の形態１に対応し、実施例１０～１４は実施の形態２に対応する。さらに、実施例１０～１４に対する比較例１～３とを併せて示す。なお、本発明は各実施例には何ら限定されず、特許請求の範囲に記載された事項を満たす種々の変更を行うことが可能である。種々の変更を行った場合でも、上述した実施の形態１～４と同様の作用効果を得ることができる。

　〔実施例１〕
　透明導電膜として酸化インジウムスズ（以下では単に「ＩＴＯ」と表記する。）からなる基板状の第１電極１１の上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、有機ドナーとアクセプターが混在する領域であり、次の化学式（化６）に示すＺｎ－フタロシアニン（以下では単に「ＺｎＰｃ」と表記する。）と、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ポリビニリデンジフルオライド（以下では単に「ＰＶＤＦ」と表記する。）のジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]であることを確認した。さらに絶縁分極層１３の上面には、アルミニウム（以下では単に「Ａｌ」と表記する。）からなる第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。第２電極１５の有効面積は０．０２[cm²]であった（以下の実施例２～１４でも同様である）。

　〔実施例２〕
　ＩＴＯの第１電極１１を約１００℃に熱しておき、絶縁分極層１３としてＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３上面に形成する電荷分離層１４は、ドナーとアクセプターの共存層であり、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例３〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーであり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃの蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。さらに絶縁分極層１３の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが５０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例４〕
　ＩＴＯの第１電極１１を約１００℃に熱しておき、絶縁分極層１３としてＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３上面に形成する電荷分離層１４は、ドナーであり、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃからなる蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例５〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、アクセプターであり、上記化学式（化６）に示すＣ６０の蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。さらに絶縁分極層１３の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが５０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例６〕
　ＩＴＯの第１電極１１を約１００℃に熱しておき、絶縁分極層１３としてＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３上面に形成する電荷分離層１４は、アクセプターであり、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において、上記化学式（化６）に示すＣ６０からなる蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例７〕
　ＩＴＯの第１電極１１を約１００℃に熱しておき、絶縁分極層１３としてＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３上面に形成する電荷分離層１４は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、銀（Ａｇ）からなる第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例８〕
　ＩＴＯの第１電極１１を約１００℃に熱しておき、絶縁分極層１３としてＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３上面に形成する電荷分離層１４は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、銅（Ｃｕ）からなる第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例９〕
　ＩＴＯの第１電極１１を約１００℃に熱しておき、絶縁分極層１３としてＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３上面に形成する電荷分離層１４は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、１×１０^-3[Pa]程度の真空中において、次の化学式（化７）に示すビス（４－ジメチルアミノジチオベンジル）ニッケル(II)からなる蒸着膜を０．５[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、銀（Ａｇ）からなる第２電極１５を厚さが５０[nm]となるように蒸着した。なお、上記ビス（４－ジメチルアミノジチオベンジル）ニッケル(II)は、後述する図７（Ａ）における実施例９の欄では「ＢＤＮ」と示す。

　〔実施例１０〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例１１〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを１００[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを１００[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例１２〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを２５[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを２５[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例１３〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが１００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例１４〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが４００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔実施例１５〕
　実施例１～９に示す有機光電変換素子１０を用いてバイアス回路を構成すると、図１３のようになる。有機光電変換素子１０は、第１電極１１をＩＴＯで形成し、絶縁分極層１３をＰＶＤＦで形成し、電荷分離層１４を次の化学式（化８）に示すＬｉ－フタロシアニン（以下では単に「ＬｉＰｃ」と表記する。）からなる蒸着膜で形成し、第２電極１５をＡｌで形成する。電荷分離層１２，１４に照射する光には、波長が５３２[nm]，強度が４[mW/cm²]からなるＣＷレーザーを用いる。

　図１３に示す回路図では、第１電極１１と第２電極１５との間に電流計６０およびバッテリＥを接続する。電流計６０はバイアス特性を測定するための測定器である。バッテリＥは、有機光電変換素子１０に対してバイアスをかけるための電力源である。バッテリＥのプラス端子を第１電極１１側に接続し、マイナス端子を第２電極１５側に接続する。バッテリＥの電圧を－５[Ｖ]，０[Ｖ]，＋５[Ｖ]としたときの各特性を図１４に示す。図１４のバイアス特性から明らかなように、バイアス電圧がプラス方向に高くなるにつれて、光電流(Photocurrent)も大きくなることが分かる。なお図示しないが、ＬｉＰｃ以外であって電荷分離層１４に適用可能な材料で電荷分離層１４を形成した有機光電変換素子１０や、実施例１０～１４に示す有機光電変換素子２０を用いて、図１３と同様のバイアス回路を構成する場合も同様のバイアス特性が得られる。

　〔比較例１〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを０．２[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを０．２[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔比較例２〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが１[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　〔比較例３〕
　ＩＴＯの第１電極１１上面には、４×１０^-4[Pa]程度の真空中において電荷分離層１２を形成した。この電荷分離層１２は、ドナーとアクセプターが混在する層であり、上記化学式（化６）に示すＺｎＰｃと、化学式（化３）に示したフラーレンＣ₆₀とが１：１となる共蒸着膜を１[Å/sec]の速度で堆積させて、厚さを５０[nm]とした。電荷分離層１２の上面には、ＰＶＤＦのジメチルホルムアミド８％重量溶液をスピンコートした。絶縁分極層１３の厚みが２０００[nm]となるようにスピンコートを調整した。絶縁分極層１３の上面に形成する電荷分離層１４は、電荷分離層１２の場合と同様に堆積させて、厚さを５０[nm]とした。さらに電荷分離層１４の上面には、Ａｌの第２電極１５を厚さが６０[nm]となるように蒸着した。

　上述した実施例１～１４および比較例１～３において、第１電極１１と第２電極１５とを導線で直結し、ゼロバイアス電圧下状態とする。また、電荷分離層１２，１４に照射する光には、波長が５３２[nm]，周波数が１０００[Hz]，強度が３１．８[mW/cm²]からなるＣＷレーザーを用いる。このＣＷレーザーを電荷分離層１２，１４に照射したときに生じる過渡電流値（ピーク値）を図７に示す。図７（Ａ）の表には、実施の形態１（非対称構造の有機光電変換素子１０）に対応する実施例１～９の結果を示す。図７（Ｂ）の表には、実施の形態２（対称構造の有機光電変換素子２０）に対応する実施例１０～１４および比較例１～３の結果を示す。強度が３１．８[mW/cm²]のときに生じる過渡電流は、系の抵抗とキャパシタンスによって変わるものの、ピーク値に達するまでの立ち上がり速度は７[ns]以下であり、定常値までに戻る回復時間は１[μs]であった。これはバンド幅が１６０[kHz]に相当することを意味する。また、暗電流は１０^-12[A]以下であり、ピーク時における内部量子効率は７０％以上であり、交流のＲＭＳ値は３５％以上であった。なお、過渡電流値（ピーク値）として示す「０．０１[nA]以下」は計測機器による検出限界以下であることを意味する。

　上記ＣＷレーザーの波長と周波数は変えずに、強度を変えた場合の変化を図８に示す。図８にはレーザー光の有無(On/Off)に対する電流密度(Current density)の経時的変化をグラフで示す。この変化から明らかなように、ＣＷレーザーの強度が強まるにつれて、過渡電流の電流密度もまた高まっている。また、ＣＷレーザーを照射し始めると電流密度がプラス方向に変化するが、ＣＷレーザーの照射を止めると電流密度がマイナス方向に変化する。これは、ＣＷレーザーが照射されている間は一方の電極（例えば第２電極１５）に吸収された電荷が導線を移動して第１電極１１に蓄積されるが、ＣＷレーザーの照射が止むと蓄積された第１電極１１の電荷が導線を移動して第２電極１５に戻ることを示している。このように、第１電極１１と第２電極１５とを接続（直接／間接を問わない）すると、１回の光照射で１つの交流波形が発生することを意味する。

　チョップ光（すなわち断続的なパルス波）のようにＣＷレーザーの照射(On)と非照射(Off)とを繰り返し行うと、過渡電流（電流密度）は図９に示すように変化する。図９から明らかなように、過渡電流が照射／非照射に伴って変化しており、しかもピーク値がほぼ一定に保たれていることが分かる。

　ＣＷレーザーの周波数および強度を一定とし、波長を変化させた場合における過渡電流の変化を図１０に示す。図１０は電荷分離層１２，１４にＺｎＰｃとフラーレンＣ₆₀との共蒸着膜を用いた有機光電変換素子１０，２０の例を示す。この図１０は、光の波長(Wavelength)に対し、吸収スペクトル(Absorption spectrum)と、過渡電流に相当する光電流(Photocurrent)の変化をグラフで示す。図１０から明らかなように、吸収スペクトルは４００[nm]付近で最大になる反面、光電流は６２０[nm]付近で最大になる。なお、電荷分離層１２，１４にＺｎＰｃを用いた有機光電変換素子１０，２０は別の特性を示す。すなわち、電荷分離層１２，１４としてどのような物質を用いるかによって特性が変化する。

　ＣＷレーザーの光強度(Light intensity)を一定とし、電流密度（Current density）を変化させた場合における過渡電流にかかる立ち上がり時間(Rise
time)の変化を図１１に示す。図１１には、立ち上がり時間と電流密度との関係を「△」でプロットして示す。図１１から明らかなように、電流密度が高まるにつれて、立ち上がり時間が短くなっている。したがって、応答速度を高めるには電流密度をより高めることが望ましい。すなわち、より強い光を照射することが望ましい。

　照射する光の条件を一定として、絶縁分極層１３を形成する物質を異ならせた場合における過渡電流の変化を図１２に示す。図１２には、光の有無(On/Off)に対し、過渡電流に相当する電流密度(Current density)の経時的変化をグラフで示す。具体的には、ＰＶＤＦで形成した例を図１２（Ａ）に示し、ポリスチレンで形成した例を図１２（Ｂ）に示し、真空の空間で形成した例を図１２（Ｃ）に示す。図１２から明らかなように、絶縁分極層１３を形成する物質が変わっても、ノイズレベルと比較して、オン／オフ時の判断は容易に行える。ただ、過渡電流のピーク値が物質に応じて大きく変化する。このことから、有機光電変換素子１０，２０の使用目的やコスト等を考慮して、電荷分離層１２，１４を形成する適切な物質を選択する必要がある。

　ＣＷレーザーの波長域を近赤外光として照射する場合における過渡電流の変化ついて、図１５と図１６を参照しながら説明する。図１５には、有機光電変換素子の出力特性を測定するための回路図を示す。図１６には、図１５の回路図による出力特性をグラフ図で示す。図１５に示す回路図では、第１電極１１と第２電極１５との間に抵抗器Ｒを接続し、当該抵抗器Ｒの両端に電圧計５０を接続する。近赤外光としての波長を１０６４[nm]とし、周波数を１０００[Hz]とするＣＷレーザーの照射方向を矢印で示す。電圧計５０によって計測されるのは、過渡電流に相当する光電圧(Photovoltage)である。この光電圧は、図１６に示すような経時的変化をする。抵抗器Ｒの抵抗値は１[ＭΩ]であるので、過渡電流のピーク値は３．７０[nA]ほどになる。このことから、近赤外光として照射する場合でも確実に過渡電流を発生させることができる。

　電荷分離層１２，１４の膜厚依存性について、図１７と図１８を参照しながら説明する。図１７には、電荷分離層の膜厚依存性を調べるための回路図を示す。図１８には、図１７の回路図による膜厚依存性をグラフ図で示す。具体的には、電流密度(Current density)の経時的変化を図１８（Ａ）に示し、電荷分離層の膜厚に対する外部量子効率(EQE)の変化を図１８（Ｂ）に示し、電荷分離層の膜厚に対する内部量子効率(IQE)の変化を図１８（Ｃ）に示す。なお図１８（Ａ）では、膜厚ごとの電流密度の変化が分かるように、ＣＷレーザーの照射時期（onとoffのタイミング）をずらしている。図１８（Ｂ）と図１８（Ｃ）とに示す量子化効率は、所定膜厚（本例では５０[nm]）で規格化(Normalized)した値でプロットしている。

　図１７に示す回路図は、一例として図１（Ａ）に示す有機光電変換素子１０を適用し、第１電極１１と第２電極１５との間に電流計６０を接続する。有機光電変換素子１０は、上述した実施例と同様にして構成する。すなわち、第１電極１１をＩＴＯで形成し、絶縁分極層１３をＰＶＤＦで形成し、電荷分離層１４をＺｎＰｃとフラーレンＣ₆₀との共蒸着膜で形成し、第２電極１５をＡｌで形成する。絶縁分極層１３の膜厚Ｌ２は２００[nm]である。この条件下において、電荷分離層１４の膜厚Ｌ３を５，１０，２５，５０[nm]で変化させると、図１８に示すような特性が得られる。

　図１８（Ａ）に示す変化によれば、電荷分離層１４の膜厚Ｌ３が厚くなるにつれて、電流密度（すなわち電流量）が増加する。図１８（Ｂ）に示す変化によれば、膜厚Ｌ３が厚くなるにつれて、外部量子効率が高まる。これに対して図１８（Ｃ）に示す変化によれば、膜厚Ｌ３が厚くなるにつれて、内部量子効率は一旦高くなるが、１０～３０[nm]が最大になり、これを超えると逆に内部量子効率は低くなる。このことから、膜厚Ｌ３を増加させてゆくと、一旦は電流量や量子効率が増加するものの、所定厚さを超えると量子効率が悪化する。したがって、大きな電流量および高い量子効率の双方を確保するには、電荷分離層１４の膜厚Ｌ３を１０～３０[nm]で形成するのが望ましい。本例では図１（Ａ）に示す有機光電変換素子１０を適用する場合を説明したが、図１（Ｂ）に示す有機光電変換素子１０を適用する場合や、図３に示す有機光電変換素子２０を適用する場合でも、図１８と同様の特性が得られる。また、絶縁分極層１３を１００[nm]から１０００[nm]の範囲であって、２００[nm]以外の厚みで形成する場合でも、図１８と同様の特性が得られる。

　なお上述した実施例１～１４では、第１電極１１としてＩＴＯを用い、第２電極１５としてＡｌ，Ａｇ，Ｃｕを用いた。仕事関数に０．１[eV]から３[eV]までの範囲で差がつくように、第１電極１１や第２電極１５に他の物質を用いてもよい。他の物質は、例えば表１に示す物質に限らず、表１以外の金属や、金属酸化物、金属と有機物との化合物等が該当する。こうした他の物質を電極として用いた場合であっても、上述した実施例１～１４と同等の過渡電流が生じる。

　〔他の発明の態様〕
　以上では本発明を実施するための形態について説明したが、この形態には特許請求の範囲に記載した発明の態様以外の発明の態様を有するものである。この発明の態様を以下に列挙するとともに、必要に応じて関連説明を行う。

〔態様１〕前記半導体基板は、１つの前記有機光電変換素子と、２つのフォトダイオードとが形成され、
　１つの前記有機光電変換素子の前記電荷分離層は、光の三原色のうちで一色の波長域の光を受けて電荷を分離し、
　２つの前記フォトダイオードは、前記光の三原色のうちで残りの二色について前記フォトダイオードごとに対応する色の波長域の光を受けて電荷を分離する構成としたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の撮像素子。
〔態様１の関連説明〕光の三原色のうちで二色をフォトダイオードが受けて電流に変換し、一色を有機光電変換素子２０が受けて電流に変換する。三色ともフォトダイオードを用いて過渡電流に変換するように構成された素子と比べると、暗電流の発生が抑制されるので、色合いを向上させることができる。

〔態様２〕前記半導体基板は、２つの前記有機光電変換素子と、１つのフォトダイオードとが形成され、
　２つの前記有機光電変換素子の前記電荷分離層は、光の三原色のうちで二色について前記半導体ごとに対応する色の波長域の光を受けて電荷を分離し、
　１つの前記フォトダイオードは、前記光の三原色のうちで残りの一色の波長域の光を受けて電荷を分離する構成としたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の撮像素子。
〔態様２の関連説明〕光の三原色のうちで一色をフォトダイオードが受けて電流に変換し、二色を有機光電変換素子２０が受けて電流に変換する。三色ともフォトダイオードを用いて過渡電流に変換するように構成された素子と比べると、暗電流の発生がさらに抑制されるので、色合いをより向上させることができる。

〔態様３〕前記半導体基板の表面側には、３つの前記有機光電変換素子が形成され、
　３つの前記有機光電変換素子は、光の三原色の各色について前記半導体ごとに対応する色の波長域の光を受けて電荷を分離する構成としたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の撮像素子。
〔態様３の関連説明〕光の三原色の全てを有機光電変換素子２０が受けて電流に変換する。三色ともフォトダイオードを用いて過渡電流に変換するように構成された素子と比べると、暗電流の発生が大幅に抑制されるので、色合いをさらに向上させることができる。

〔態様４〕前記有機光電変換素子の前記電荷分離層は、紫外または赤外の波長域の光を受けて電荷を分離する構成としたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の撮像素子。
〔態様４の関連説明〕紫外光や赤外光を有機光電変換素子２０が受けて電流に変換する。暗電流が大幅に抑制されるので、検知性能を向上させることができる。

　本発明の有機光電変換素子は、光を受けて電流を発生させる機能を有する。この機能によれば、光－電流変換素子、交流太陽電池、光センサ（フォトダイオードを含む）、光度センサ、フォトレジスタ、フォトトランジスタ、焦電検出器などとして適用可能である。光－電流変換素子は、光ファイバー中の赤外線パルスを超高速で電流に変換する。交流太陽電池は、本発明の有機光電変換素子を所要数用い、水力や風力などの自然エネルギーを用いてチョップされた太陽光によって交流電流（交流電力）を出力する。光センサは、光を検出して電流（信号）を出力する。光度センサは、光の強さを検出する。フォトレジスタは、光の強度によって電気抵抗が変化する。フォトトランジスタは、本発明の有機光電変換素子が光を受けて出力する電流を増幅する機構を内蔵する。焦電検出器は、光を受けて発生する熱に反応して事実上温度計として機能する。

　１０，２０　有機光電変換素子
　１１　第１電極（一対の電極）
　１２，１４　電荷分離層
　１３　絶縁分極層
　１５　第２電極（一対の電極）
　１６　有機層
　３０，４０　撮像素子
　３１，３７　絶縁膜
　３２　ｐ型シリコン基板（半導体基板）
　３３，３５　ｎ型不純物領域
　３４，３６　ｐ型不純物領域
　３８　ｎ＋型不純物領域
　３９　接続部

Claims (12)

1. 　第１電極と第２電極とからなる一対の電極と、前記一対の電極間に備えられる有機層とを有し、光を受けて電流を発生させる有機光電変換素子において、
   　前記第１電極と前記第２電極とは仕事関数に差をつけ、
   　前記有機層は、
   　　光を受けて電荷を分離する電荷分離層と、
   　　一方の前記電極と前記電荷分離層とを絶縁して分極する絶縁分極層と、
   　を隣接させる構造とすることを特徴とする有機光電変換素子。
2. 　前記有機層は、二つの前記電荷分離層と、一つの前記絶縁分極層とを有し、
   　前記二つの電荷分離層は、一方の前記電荷分離層を前記第１電極と前記絶縁分極層との間に介在させ、他方の前記電荷分離層を前記第２電極と前記絶縁分極層との間に介在させる構造としたことを特徴とする請求項１に記載の有機光電変換素子。
3. 　前記第１電極と前記第２電極とは、仕事関数に差がつくように、異なる物質で形成するか、あるいは一方または双方の電極にバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の有機光電変換素子。
4. 　前記第１電極と前記第２電極とは、仕事関数に差が０．１ｅＶから３ｅＶまでの範囲とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
5. 　前記絶縁分極層は、前記電荷分離層よりも厚く形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
6. 　前記電荷分離層は、１ｎｍから５０ｎｍまでの厚さで形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
7. 　前記絶縁分極層は、１００ｎｍから１０００ｎｍまでの厚さで形成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
8. 　受ける光の波長域に応じて前記電荷分離層を形成する物質を異ならせることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
9. 　特定の波長域にかかる光を受ける場合の前記電荷分離層は、前記特定の波長域に吸収帯をもつドナーまたはアクセプター、前記特定の波長域に電荷移動吸収帯をもつドナーとアクセプターとの分子間化合物からなる電荷移動錯体、あるいは前記ドナーと前記アクセプターとの混合物のいずれかで形成することを特徴とする請求項８に記載の有機光電変換素子。
10. 　前記特定の波長域は、可視光の波長域、紫外光の波長域、赤外光の波長域のうちで一以上の波長域とすることを特徴とする請求項９に記載の有機光電変換素子。
11. 　半導体基板を有する撮像素子において、
    　前記半導体基板の表面側に形成され、請求項１から１０のいずれか一項に記載の一以上の有機光電変換素子と、
    　前記半導体基板に形成され、前記一以上の有機光電変換素子で発生した電荷に応じた電流を読み出して外部に信号を出力するＣＭＯＳ型又はＣＣＤ型の信号出力部と、
    　を有することを特徴とする撮像素子。
12. 　前記半導体基板は、光を受けて前記有機光電変換素子の前記電荷分離層が分離した電荷を蓄積する電荷蓄積部を有することを特徴とする請求項１１に記載の撮像素子。

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