JPH0449676A - 半導体可視光センサ - 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］ 本発明はカメラの自動露光装置などに用いられる半導体
可視光センサに関し、特に、その分光感度特性の改善に
関するものである。

［従来の技術］ 可視光領域の光を検知するフォトダイオードタイプの半
導体可視光センサとして、単結晶シリコンのフォトダイ
オードに赤外カットフィルタを設けたもの、または可視
光領域において高感度であって、赤外領域にはほとんど
感度を有しないアモルファスシリコン薄膜のフォトダイ
オードがある。

しかし、赤外カットフィルタ付きの単結晶シリコンのフ
ォトダイオードにおいても、さらにアモルファスシリコ
ン薄膜のフォトダイオードにおいても、それらの分光感
度特性は人間の比視感度とはかなり異なるものになって
いる。アモルファスシリコン薄膜のフォトダイオードで
は、その分光感度特性を人間の比視感度に近づけるため
に、余分な短波長感度と長波長感度を下げるために、Ｕ
Ｖフィルタや赤外カットフィルタなどの光学フィルタを
設けたものかつ（られている。

［発明が解決しようとする課題］ 単結晶シリコンのフォトダイオードやアモルファスシリ
コン薄膜のフォトダイオードのいずれにおいても、フォ
トダイオードの前面に光学フィルタを設けることは、半
導体可視光センサのコストの増大を招くとともに、その
形状寸法をも増大させるという問題がある。

このような先行技術における課題に鑑み、本発明の目的
は、光学フィルタを用いることなく、人間の比視感度に
近づけられた分光感度特性を有するように改善された半
導体可視光センサを提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明による半導体可視光センサは、ｐ層、１層および
ｎ層が順次積層されたアモルファスシリコン薄膜を含み
、それらの層のうち光入射側に最も近い層は５０〜９５
０人の範囲内の厚さと１゜６〜２．０ｅＶの範囲内のエ
ネルギー禁制帯幅を有し、ｉ層は２０００〜５０００Ａ
の範囲内の厚さと１．７〜１．９ｅＶのエネルギー禁制
帯幅を有し、光入射側に最も近い層とｉ層とにおける適
切な厚さおよびエネルギー禁制帯幅の選択と組合わせに
よって、分光感度特性のピーク感度波長が５５０〜５６
０　ｎｍの範囲内に設定されていることを特徴としてい
る。

［作用］ 光入射側に最も近いドープ層とｉ層との厚さおよびエネ
ルギー禁制帯幅を制御して適切に組合わせることによっ
て、光学フィルタを用いることなく、フォトダイオード
自体の分光感度特性を人間の比視感度に近づけることが
できるので、半導体可視光センサの低コスト化および形
状寸法のコンパクト化を可能にする。

［実施例コ 現在、ｉ型のアモルファスシリコン層として、水素化ア
モルファスシリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）を用いてエネルギ
ー禁制帯幅が１．７ｅＶから１゜９ｅＶの間にあるもの
が得られている。また、ｐ型のアモルファスシリコン層
としては、ボロン（Ｂ）を添加したａ−８ｉ：Ｈ，また
はボロンを添加した水素化アモルファスシリコンカーバ
イド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）を用いてエネルギー禁制帯幅が
１．６ｅＶから２．０ｅＶの間にあるものが得られてい
る。さらに、ｎ型のアモルファスシリコン層としては、
リン（ｐ）を添加したａ−８ｉ：Ｈおよびａ−８ｉＣ：
Ｈ，あるいは同じくリンを添加した微結晶の混在したａ
−８ｉ：Ｈを用いてエネルギー禁制帯幅が１．６ｅＶか
ら２．０ｅＶの間にあるものが得られている。

これらのアモルファスシリコン層を用いて、ｐ−１−ｎ
接合を含むアモルファスシリコン薄膜のフォトダイオー
ドが形成され得る。そのようなアモルファスシリコン薄
膜のフォトダイオードにおいて、分光感度特性は、光入
射側に最も近いドープ層の厚さおよびエネルギー禁制帯
幅とｉ層の厚さおよびエネルギー禁制帯幅とに主に依存
して変化する。

第２図を参照して、アモルファスシリコン薄膜のフォト
ダイオードの分光感度特性の変化の例が示されている。

このグラフにおいて、横軸は光の波長（ｎｍ）を表わし
、縦軸は分光感度（任意単位）を表わしている。第２図
に示された分光感度特性曲線ＡないしＤのそれぞれに相
当するフォトダイオードの各々において、ｐ層は１．８
９ｅＶのエネルギー禁制帯幅と２００Ａの厚さを有し、
ｉ層は１．７９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有している
。しかし、フォトダイオードＡ、Ｂ、ＣおよびＤにおい
て、ｉ層の厚さは、それぞれ２０００Ａ、４０００Ａ、
７０００Ａおよび８０００Ａにされている。

すなわち、ｉ層の厚さが増大するにしたがって、フォト
ダイオードの分光感度特性は、相対的に短波長感度が低
下して長波長感度が増大することがわかる。なお、破線
の曲線Ｉは人間の比視感度を表わしている。

第３図を参照して、アモルファスシリコン薄膜のフォト
ダイオードの分光感度特性の変化のもう１つの例が示さ
れている。第３図に示された分光感度特性曲線Ｅないし
Ｈのそれぞれに相当するフォトダイオードの各々におい
て、ｐ層は１．８９ｅＶのエネルギー禁制帯を有し、ｉ
層は１．７９ｅＶのエネルギー禁制帯幅と４００ＯＡの
厚さを有している。しかし、フォトダイオードＥ、　　
Ｆ。

ＧおよびＨにおいて、ｐ層の厚さは、それぞれ５０人、
２０ＯＡ、４００Ａおよび８００人にされている。

すなわち、ｐ層の厚さが増大するに従って、ｐ層による
短波長の光の吸収が増大し、その結果、分光感度特性の
短波長側の感度が低下していくことがわかる。

なお、ｐ層およびｉ層のエネルギー禁制帯幅が変化した
場合、それらの層の厚さの変化が分光感度特性曲線の変
化に及ぼす影響の傾向は、第２図および第３図に示され
たものと類似しており、その変化の度合が異なるだけで
ある。

すなわち、ｐ層のエネルギー禁制帯幅が１．６ｅＶから
２．０ｅＶの間にあっで、ｉ層のエネルギー禁制帯幅が
１，７ｅＶから１．９ｅＶの間にある場合、ｐ層の厚さ
を５ＯＡから９５０Ａの範囲内でかつｉ層の厚さを２０
００Ａから５０００Ａの範囲内で適切に選択して組合わ
せることによって、フォトダイオードの分光感度特性の
ピーク感度波長（最も感度の高い波長）を人間の比視感
度と同じである５５０〜５５Ｑｎｍの範囲内に設定する
ことができる。

第１図を参照して、本発明の一実施例による半導体可視
光センサの分光感度特性が示されている。

第１図の半導体可視光センサにおいては、ｐ層は４００
人の厚さと１．８９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有゛し
、ｉ層は４０００人と１．７９ｅＶの禁制帯幅を有し、
さらにｎ層は７０００Ａの厚さと１．７８ｅＶのエネル
ギー禁制帯幅を有している。すなわち、第１図の分光感
度特性は、第３図における曲線Ｇに類似しており、その
半値幅は約１８０ｎｍである。

なお、第２図と第３図において破線の曲線Ｉで示された
人間の比視感度における半値幅は約１１００ｎであるが
、従来のフィルタを用いた半導体可視光センサにおける
半値幅は約２４０ｎｍ以上の幅を有している。

ｐ層が１．８９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有しかつｉ
層が１．７９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有する場合、
ピーク感度波長を５５０〜５６０ｎｍ内に維持しつつ半
値幅を２３０ｎｍ以下にするための許容範囲は、ｐ層の
厚さが２００〜５００人であり、ｉ層の厚さが３５００
〜４５００Ａの範囲内である。

なお、以上の実施例では、光入射側のドープ層がｐ層で
ある場合について説明されたが、光入射側の層がｎ層で
ある半導体可視光センサについても、本発明は同様に適
用し得る。

また、アモルファスシリコン薄膜のフォトダイオードは
、強い光を照射すれば特性が劣化するという欠点がある
が、１層が薄い場合には特性の劣化が軽減されるという
特徴がある。たとえば、ｉ層の厚さを５０００Ａ以下に
すれば、１０万ルツクスの光を５００時間連続照射して
も、特性の劣化は１０％程度に抑制され、実用上問題の
ない半導体可視光センサが得られる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、分光感度特性が人間の
比視感度に近づけられた半導体可視光センサが、低価格
でかつコンパクトな形状寸法で得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による半導体可視光センサ
の分光感度特性を示すグラフである。 第２図は、光入射側のｐ層の厚さを一定にしてｉ層の厚
さを変化させたときのフォトダイオードの分光感度特性
の変化を示すグラフである。 第３図は、ｉ層の厚さを一定にして光入射側のｐ層の厚
さを変化させたときのフォトダイオードの分光感度特性
の変化を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ｐ層、ｉ層およびｎ層が順次積層されたアモルファス
   シリコン薄膜を含み、 前記層のうち光入射側に最も近い層は５０〜９５０Åの
   範囲内の厚さと１．６〜２．０ｅＶの範囲内のエネルギ
   ー禁制帯幅を有し、 前記ｉ層は２０００〜５０００Å範囲内の厚さと１．７
   〜１．９ｅＶのエネルギー禁制帯幅を有し、 前記光入射側に最も近い層と前記ｉ層とにおける適切な
   厚さおよびエネルギー禁制帯幅の選択と組合わせによっ
   て、分光感度特性のピーク感度波長が５５０〜５６０ｎ
   ｍの範囲内に設定されていることを特徴とする半導体可
   視光センサ。