JPH03278476A - 光センサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光センサに関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体光電変換素子を使った光センサとして、第
５図（ａｌに示すセンサがある。この光センサは、基板
２１の上に非晶質（アモルファス）シリコンを用いた半
導体光電変換素子２３が設けられており、同光電変換素
子２３は、Ｃｒ等の導電電極２２の上にｎ型アモルファ
スシリコン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｎ型
アモルファスシリコン薄膜を順に積層し、さらに１ｎ２
ｏｚ等の透明導電電極２４を積層した構成である。この
光センサは、第６図の曲線１６ａにみるように、３００
〜７００ｎｍの範囲で有効な検出感度を有しており、人
間の目と類似の分光感度特性（光波長の変化と検出感度
の変化の関係）をもつ。

非晶質シリコンの代わりにシリコン単結晶を用いた光セ
ンサだと、第６図の曲線１６ｂにみるように、４００〜
１１０００ｎの範囲で有効な検出感度を有しており、広
い分光感度特性をもつ。

ただ、このような光セン号は、光信号の波長情報を得る
のには適していない。そのため、光信号りの波長情報を
得ようとする場合には、第５図（′ｂ）にみるように、
色フィルタ２５ａ、２５ｂを入光側に設ける必要がある
。色フィルタ２５ａは第６図の曲線２６ａで示す分光透
過特性をもち、色フィルタ２５ｂは第６図の曲線２６ｂ
で示す分光特性特性をもっており、両色フィルタ２５ａ
、２５ｂを備えた光センサは、第６図の斜線波長域りの
光のみに感する。したがって、出力の有無だけで、斜線
波長域りの波長の光信号があったという情報が得られる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第５図（ｂ）の光センサは、色フィルタ
をゼ・要とするため、センサの小型化、低コスト化が図
り難く、実用性に欠ける。

この発明は、上記事情に鑑み、光信号の波長情報が色フ
ィルターを使わずに引き出せ、小型化・低コスト化の図
り易い光センサを提供することを課題とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

前記課題を解決するため、この発明の光セン号は、光信
号を受けて出力を発生するふたつの半導体光電変換素子
を備え、これらの半導体光電変換素子は差動出力強度が
光波長の変化に対し単調変化する出力特性の素子となっ
ている。

半導体光電変換素子を差動出力強度が光波長の変化に対
し単調変化する出力特性の素子には、例えば、半導体光
電変換素子に光を照射し十分に劣化させたものが挙げら
れるが、これに限らない。

より具体的な差動出力用のふたつの半導体光電変換素子
として、請求項２のように、非晶質シリコン系材料でも
って同一基板上に形成され、一方の半導体光電変換素子
は第１導電型半導体薄膜、不純物濃度の低い半導体薄膜
、第２導電型半導体薄膜の順で積層され、他方の半導体
光電変換素子は第２導電型半導体薄膜、不純物濃度の低
い半導体薄膜、第１導電型半導体薄膜の順で積層されて
いて、一方の半導体光電変換素子では光信号が第２導電
型半導体薄膜側から入り、他方の半導体光電変換素子で
は光信号が第１導電型半導体薄膜側から入るようになっ
ており、両半導体光電変換素子は光劣化により差動出力
強度が光波長の変化に対し単調変化する出力特性を有す
る素子となっているものが例示される。もちろん、半導
体光電変換素子がこの例示のものに限らず、他の光電変
換素子であってもよいことは言うまでもない。

具体的な光劣化の方法には、例えば、非晶質シリコンの
半導体光電変換素子の場合だと、ＡＭ１程度の強い光の
照射により、最適出力を劣化させる方法がある〔この場
合、短絡電流（Ｉｓｃ）　、開放電圧（ｖｏｃ）、フィ
ルファクタ（Ｆ、Ｆ）　も劣化する〕。第２図に、最適
出力の光劣化前後の具体例を示す。

曲線３６ａはｎ側光入射型アモルファスシリコンｐｉｎ
光電変換棄子の光劣化前の最適出力分光特性、曲線３６
ｂはｐ側光入射量アモルファスシリコンｐｉｎ光電変換
素子の光劣化前の最適出力分光特性、曲線３７ａはｎ側
光入射型アモルファスシリコンｐｉｎ光電変換素子の光
劣化後の最適出力分光特性、曲線３７ｂはｐ側光入射量
アモルファスシリコンｐｉｎ光電変換素子の光劣化後の
最適出力分光特性である。両光電変換素子の光劣化前の
差動出力強度は、第４図の曲線４ａにみるように光波長
変化に対して単調変化せず、光劣化後に始めて差動出力
強度が、第４図の曲線４ｂにみるように光波長変化に対
して単調変化するようになる。この発明にいう単調変化
は、第４図のような単調増加に限らず、波長変化に対し
右下がりとなる単１減少の場合もあることはいうまでも
ない。

〔作　　　用〕

この発明の光センサでは、例えば、第４図の光信号入力
時（入力光を受けた時）の差動出力電流の変化と波長変
化の関係をあられす曲線４ｂ、５ｂにみる如く、差動出
力強度の対光波長特性（分光特性）が単調変化するため
、光信号に関する波長情報の引き出しが色フィルタを使
わずに可能となる。曲線５ｂで示す分光特性だと、光信
号があっても出力が殆どＯであれば、同光信号の波長は
約５５Ｏｒ＋ｗ＋であるという情報が得られる。曲線４
ｂで示す分光特性だと、光信号があっても出力が殆どＯ
であれば、同光信号の波長は約６６０ｎｍであるという
情報が得られる。

さらに、曲線５ｂの場合、差動出力電流の極性が十であ
れば、５５０ｒｖを越える波長であるという光信号に関
する波長情報が得られ、差動出力電流の極性が−であれ
ば、５５０ｎｍを越える波長であるという光信号に関す
る波長情報も得られる。

また、十極性の差動出力電流だけを整流器等で取り出せ
ば、５５０ｎｍを越える波長域での合計光量の情報が得
られ、−極性の差動出力電流だけを整流器等で取り出せ
ば、５５０ｎｍ未満の波長域での合計光量の情報が得ら
れる。

また、光信号の強度が一定である場合は、各波長の光信
号に対する差動出力強度は一義的に定まり、同時に各波
長毎に異なる差動出力強度であるために、差動出力強度
から光信号の波長を知ることもできるようになる。

さらに、光信号の光量変動が差動出力強度の変動を起こ
さない飽和域での使用である場合、光信号に対する差動
出力強度は各波長毎に一義的に定まり、同時に各波長毎
に異なる差動出力強度であるために、やはり、差動出力
強度から光信号の波長を知ることも可能になる。

この発明にかるる光センサでは、半導体光電変換素子自
体の出力特性を利用して波長情報を得ており、色フィル
タを使っていないため、小型化や低コストを図ることが
できる。

〔実　施　例〕

続いて、この発明にかかる光センサを、実施例をあられ
す図面を参照しながら詳しく説明する。

第１図は、この発明の光センサの一実施例をあられす。

光センサは、光信号りを受けて出力を発生するふたつの
半導体光電変換素子１．１′が基板２上に設けられてい
る。一方の半導体光電変換素子１はｎ型アモルファスシ
リコン薄膜１１、不純物濃度の比較的低いｉ型アモルフ
ァスシリコン薄膜１２、ｎ型アモルファスシリコン薄膜
１３が順に積層されてなる光電変換層１ａが、Ｃｒ導電
電極１４と透明電極１５の間に設けられてなる構成とな
っている。他方の半導体光電変換素子１′はｎ型アモル
ファスシリコン薄膜１３、不純物濃度の比較的低いｉ型
アモルファスシリコン薄膜１２、ｎ型アモルファスシリ
コン薄膜１１が順に積層されてなる光電変換層１＋ａが
、Ｃｒ導電電極１４と透明電極１５の間に設けられてな
る構成となっている。光電変換素子１では、光信号りが
ｎ型アモルファスシリコン薄膜１３側から入り、光電変
換素子１′では、光信号りがｐ型アモルファスシリコン
薄膜１１側から入る。そして、半導体光電変換素子１の
透明電極】５が半導体光電変換素子１′のＣｒ導電電極
１４に接続されているために、半導体光電変換素子１の
導電電極１４と半導体光電変換素子１′の透明電極１５
０間から差動出力を取り出せる。

この光セン号の半導体光電変換素子１．１′は、赤色光
源ランプを５時間照射し十分に光劣化させることで上記
単調変化するようになった素子である。

第３図にみるように、差動接続されたふたつの半導体光
電変換素子１．１′の間に検流計Ｇを接続し、光信号の
波長を順次変化させなから差動出力電流Ａを測定した。

なお、光劣化さ廿る前の差動出力電流も予め測定した。

測定結果は、第４図の通りである。曲線４ａが光劣化前
の差動出力電流の対波長変化をあられし、曲線４ｂが光
劣化後の差動出力電流の対波長変化をあられす。

なお、曲線４ａ、４ｂは光電変換層１ａ、１′ａの面積
が略同じである場合のものである。例えば、光電変換層
１ａの面積を光電変換層１’ａの面積よりも大きくする
と、光劣化前の差動出力電流については第４図の曲線５
ａで示すようになり、光劣化後の差動出力電流について
は第４図の曲線５ｂで示すようになる。すなわち、光電
変換層の面積調整により特性を調節することができるの
である。

この発明は、上記実施例に限らない。例えば、第１図に
おいて、ｎ型とｐ型が逆転した構成のものが他の実施例
として挙げられる。

〔発明の効果〕

この発明にかかる光セン号は、光信号の波長情報を得る
のに半導体光電変換素子自体の出力特性を利用し色フィ
ルタを使わないため、光センサ自体の小型化・低コスト
化が図り易く、実用性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光センサの実施例をあられす断面
図、第２図は、半導体光電変換素子の光照射前と照射後
の最適出力の対波長特性を示すグラフ、第３図は、上記
光センサの差動出力電流を測定するときの様子をあられ
す電気回路図、第４図は、上記光センサの差動出力電流
の測定結果をあられすグラフ、第５図（ａ）、（ｂ）は
、それぞれ、従来の光サンサをあられす断面図、第６図
は、従来の光センサの対波長出力特性をあられすグラフ
である。 １．１′・・・半導体光電変換素子　　１１・・・ｎ型
アモルファスシリコン薄膜　　１２・・・ｉ型アモルフ
ァスシリコン薄膜　　１３・・・ｎ型アモルファスシリ
コン薄膜　　Ｌ・・・光信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光信号を受けて出力を発生するふたつの半導体光電
   変換素子を備え、これらの半導体光電変換素子は差動出
   力強度が光波長の変化に対し単調変化する出力特性を有
   する素子である光センサ。 ２　ふたつの半導体光電変換素子が非晶質シリコン系材
   料でもって同一基板上に形成され、一方の半導体光電変
   換素子は第１導電型半導体薄膜、不純物濃度の低い半導
   体薄膜、第２導電型半導体薄膜の順で積層され、他方の
   半導体光電変換素子は第２導電型半導体薄膜、不純物濃
   度の低い半導体薄膜、第１導電型半導体薄膜の順で積層
   されていて、一方の半導体光電変換素子では光信号が第
   ２導電型半導体薄膜側から入り、他方の半導体光電変換
   素子では光信号が第１導電型半導体薄膜側から入るよう
   になっており、両半導体光電変換素子は光劣化により差
   動出力強度が光波長の変化に対し単調変化する出力特性
   を有する素子となっている請求項１記載の光センサ。