JPH08316521A - 光電変換装置、画像読取装置、及びファクシミリ - Google Patents
光電変換装置、画像読取装置、及びファクシミリInfo
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- JPH08316521A JPH08316521A JP7123667A JP12366795A JPH08316521A JP H08316521 A JPH08316521 A JP H08316521A JP 7123667 A JP7123667 A JP 7123667A JP 12366795 A JP12366795 A JP 12366795A JP H08316521 A JPH08316521 A JP H08316521A
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/807—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/805—Coatings
- H10F39/8053—Colour filters
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光電変換素子自体に光波長依存性を持たせ
て、カラーフィルタを省略する。 【構成】 同一基体内に、光の波長帯域に対する感度の
異なる複数の光電変換素子（センサＩ〜III）を有する
光電変換装置であって、半導体材料による吸収層１０８
の有無又は／及び厚さの調整と、光電変換領域を構成す
る半導体エピタキシャル層１０４の厚さ又は半導体基体
中に広がる空乏層の大きさの調整との組み合せにより、
各光電変換素子の光の波長帯域に対する感度を変える。
て、カラーフィルタを省略する。 【構成】 同一基体内に、光の波長帯域に対する感度の
異なる複数の光電変換素子（センサＩ〜III）を有する
光電変換装置であって、半導体材料による吸収層１０８
の有無又は／及び厚さの調整と、光電変換領域を構成す
る半導体エピタキシャル層１０４の厚さ又は半導体基体
中に広がる空乏層の大きさの調整との組み合せにより、
各光電変換素子の光の波長帯域に対する感度を変える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は色識別能力を持った光電
変換装置、画像読取装置、ファクシミリに関するもので
ある。
変換装置、画像読取装置、ファクシミリに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、色（光の波長）に対する識別能力
を持ったイメージリーダーは、ＣＣＤ、フォトダイオー
ド、フォトトランジスタの上層に、有機物等のカラーフ
ィルタを蒸着、もしくは貼り付けるような方法で、光を
波長別に分解し読み取る方法を用いてきた。
を持ったイメージリーダーは、ＣＣＤ、フォトダイオー
ド、フォトトランジスタの上層に、有機物等のカラーフ
ィルタを蒸着、もしくは貼り付けるような方法で、光を
波長別に分解し読み取る方法を用いてきた。
【０００３】一例を挙げれば、三原色の赤，緑，青
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の三成分に分離するフィルタ配列方式、
もしくは補色のシアン，黄，マゼンタ（Ｃ，Ｙ，Ｍ）の
三成分に分離するフィルタ配列方式などである。これら
の配列は成分別に幾何学模様に配列され、波長成分別に
電気信号に変換される。この変換状態を行列で表現する
と、
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の三成分に分離するフィルタ配列方式、
もしくは補色のシアン，黄，マゼンタ（Ｃ，Ｙ，Ｍ）の
三成分に分離するフィルタ配列方式などである。これら
の配列は成分別に幾何学模様に配列され、波長成分別に
電気信号に変換される。この変換状態を行列で表現する
と、
【０００４】
【数１】 ここで、ＥR ：赤成分の電気出力、ＥG ：緑成分の電気
出力、ＥB ：青成分の電気出力、ｋ1 ：光電変換係数、
ａR ：赤フィルタの透過係数、ａG ：緑フィルタの透過
係数、ａB ：青フィルタの透過係数、ＩR ：赤帯域の光
強度、ＩG ：緑帯域の光強度、ＩB ：青帯域の光強度と
なる。
出力、ＥB ：青成分の電気出力、ｋ1 ：光電変換係数、
ａR ：赤フィルタの透過係数、ａG ：緑フィルタの透過
係数、ａB ：青フィルタの透過係数、ＩR ：赤帯域の光
強度、ＩG ：緑帯域の光強度、ＩB ：青帯域の光強度と
なる。
【０００５】つまり、光はセンサに入射された時点で、
ほぼ波長帯域別に分離され、電気信号に変換される。当
然のことながら、混色に対しては強い方式となり、色分
解能は優れたものになる。
ほぼ波長帯域別に分離され、電気信号に変換される。当
然のことながら、混色に対しては強い方式となり、色分
解能は優れたものになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、フォトセンサ上層にフィルタを積み重ねていく
ために次のような課題があった。すなわち、蒸着法等で
は、色別に、フィルタ素材の堆積、形状加工を行い、最
低３回ずつの蒸着及びパターニングが必要であった。更
に、上記工程のほかに平坦化層の挿入や付加的工程が加
わることも多く、モノクロのイメージリーダーに比較し
て６〜８割程高価になることもまれではなかった。
例では、フォトセンサ上層にフィルタを積み重ねていく
ために次のような課題があった。すなわち、蒸着法等で
は、色別に、フィルタ素材の堆積、形状加工を行い、最
低３回ずつの蒸着及びパターニングが必要であった。更
に、上記工程のほかに平坦化層の挿入や付加的工程が加
わることも多く、モノクロのイメージリーダーに比較し
て６〜８割程高価になることもまれではなかった。
【０００７】本発明の目的は、かかるフィルタ形成に関
する工程を全て、もしくは大部分排除し、センサのデバ
イス構造によって、最終的に色分離された、もしくは色
分離され得る電気信号を集積回路から出力できるように
することである。また、このことによって、カラーイメ
ージリーダーの作製コストを大幅に削減することも、最
終的な目的である。
する工程を全て、もしくは大部分排除し、センサのデバ
イス構造によって、最終的に色分離された、もしくは色
分離され得る電気信号を集積回路から出力できるように
することである。また、このことによって、カラーイメ
ージリーダーの作製コストを大幅に削減することも、最
終的な目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換装置
は、同一基体内に、光の波長帯域に対する感度の異なる
複数の光電変換素子を有する光電変換装置であって、半
導体材料による吸収層の有無又は／及び厚さの調整と、
光電変換領域を構成する半導体エピタキシャル層の厚さ
の調整との組み合せにより、各光電変換素子の光の波長
帯域に対する感度を変えてなるものである。
は、同一基体内に、光の波長帯域に対する感度の異なる
複数の光電変換素子を有する光電変換装置であって、半
導体材料による吸収層の有無又は／及び厚さの調整と、
光電変換領域を構成する半導体エピタキシャル層の厚さ
の調整との組み合せにより、各光電変換素子の光の波長
帯域に対する感度を変えてなるものである。
【０００９】また、本発明の光電変換装置は、同一基体
内に、光の波長帯域に対する感度の異なる複数の絶縁ゲ
ート型光電変換素子を有する光電変換装置であって、半
導体材料による吸収層の有無又は／及び厚さの調整と、
半導体基体中に広がる空乏層の大きさの調整との組み合
せにより、各絶縁ゲート型光電変換素子の光の波長帯域
に対する感度を変えてなるものである。
内に、光の波長帯域に対する感度の異なる複数の絶縁ゲ
ート型光電変換素子を有する光電変換装置であって、半
導体材料による吸収層の有無又は／及び厚さの調整と、
半導体基体中に広がる空乏層の大きさの調整との組み合
せにより、各絶縁ゲート型光電変換素子の光の波長帯域
に対する感度を変えてなるものである。
【００１０】本発明の画像読取装置は、光の波長帯域に
対する感度の異なるｎ種類の光電変換部と、該光電変換
部で光電変換されたキャリアに対応する出力とｎ種類の
波長帯域の光の光強度との、各光電変換部ごとの関係式
を示すｎ行ｎ列の変換行列から逆行列演算の電気信号処
理を行い、演算後ｎ種の光の波長帯域に分離して、ｎ種
の光の波長帯域ごとの出力を得る手段とを有するもので
ある。
対する感度の異なるｎ種類の光電変換部と、該光電変換
部で光電変換されたキャリアに対応する出力とｎ種類の
波長帯域の光の光強度との、各光電変換部ごとの関係式
を示すｎ行ｎ列の変換行列から逆行列演算の電気信号処
理を行い、演算後ｎ種の光の波長帯域に分離して、ｎ種
の光の波長帯域ごとの出力を得る手段とを有するもので
ある。
【００１１】本発明のファクシミリは、上記本発明の光
電変換装置を搭載したものである。
電変換装置を搭載したものである。
【００１２】
【作用】本発明の光電変換装置は、半導体材料による吸
収層の有無又は／及び厚さの調整と、光電変換領域を構
成する半導体エピタキシャル層の厚さの調整との組み合
せにより、あるいは、半導体材料による吸収層の有無又
は／及び厚さの調整と、半導体基体中に広がる空乏層の
大きさの調整との組み合せにより、光の波長帯域に対す
る感度の異なる、複数の構造の異なる光電変換素子を構
成するものである。
収層の有無又は／及び厚さの調整と、光電変換領域を構
成する半導体エピタキシャル層の厚さの調整との組み合
せにより、あるいは、半導体材料による吸収層の有無又
は／及び厚さの調整と、半導体基体中に広がる空乏層の
大きさの調整との組み合せにより、光の波長帯域に対す
る感度の異なる、複数の構造の異なる光電変換素子を構
成するものである。
【００１３】即ち、本発明の光電変換装置は、電極材料
の光吸収特性や、基体内の電荷発生領域帯に波長依存性
があることを利用し、光電変換素子自体に光波長依存性
を持たせカラーフィルタを省略した構造で、カラーイメ
ージリーダー等の光電変換装置を構成可能にしたもので
ある。
の光吸収特性や、基体内の電荷発生領域帯に波長依存性
があることを利用し、光電変換素子自体に光波長依存性
を持たせカラーフィルタを省略した構造で、カラーイメ
ージリーダー等の光電変換装置を構成可能にしたもので
ある。
【００１４】本発明の画像読取装置は、光の波長帯域に
対する感度の異なるｎ種類の光電変換部で光電変換され
たキャリアに対応する出力とｎ種類の波長帯域の光の光
強度との、各光電変換部ごとの関係式から演算処理によ
り、ｎ種の光の波長帯域ごとの出力を得るものである。
対する感度の異なるｎ種類の光電変換部で光電変換され
たキャリアに対応する出力とｎ種類の波長帯域の光の光
強度との、各光電変換部ごとの関係式から演算処理によ
り、ｎ種の光の波長帯域ごとの出力を得るものである。
【００１５】本発明のファクシミリは、上記本発明の光
電変換装置を搭載したものである。
電変換装置を搭載したものである。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 （第１の実施例）図１は本発明の光電変換装置の第１の
実施例を示す構造断面図であり、同図において、１０１
はシリコン等の半導体のＰ型基体、１０２はｎ型埋込み
層、１０３はＰ型埋込み層、１０４は基体１０１と同一
導電型の半導体のエピタキシャル層、１０５はｎ型の深
い拡散層、１０６は光によって発生した正孔を集めるベ
ースとなるＰ型拡散層、１０７はフィールド酸化膜、１
０８は短波長の光を吸収する多結晶シリコン等の吸光材
料である。
詳細に説明する。 （第１の実施例）図１は本発明の光電変換装置の第１の
実施例を示す構造断面図であり、同図において、１０１
はシリコン等の半導体のＰ型基体、１０２はｎ型埋込み
層、１０３はＰ型埋込み層、１０４は基体１０１と同一
導電型の半導体のエピタキシャル層、１０５はｎ型の深
い拡散層、１０６は光によって発生した正孔を集めるベ
ースとなるＰ型拡散層、１０７はフィールド酸化膜、１
０８は短波長の光を吸収する多結晶シリコン等の吸光材
料である。
【００１７】図１の構造において、Ｐ型基体１０１、Ｐ
型埋込み層１０３に０Ｖ、ｎ型埋込み層１０２、深いｎ
型拡散層１０５に５Ｖのバイアスを印加し、ベース領域
１０６を電位的にフローティングにした状態を考える。
上記の状態で、上面から光が入射されると、エピタキシ
ャル層１０４の中で電子・正孔対が発生し、電子はｎ型
埋込み層１０２もしくは、ｎ型拡散層１０５を通して、
５Ｖの電源側に逃げて行き、正孔はベース領域１０６に
集積される。本実施例の光電変換装置は、ベース領域１
０６に集積された正孔の量に応じて、出力を出す素子構
造となっている。ところで、図１の素子群は３種類の構
造を有しているので光の波長帯域によって、ベース領域
１０６に集積される正孔の総量に差異が生じてくる。こ
の現象をまず一般論で説明すると、次のようになる。
型埋込み層１０３に０Ｖ、ｎ型埋込み層１０２、深いｎ
型拡散層１０５に５Ｖのバイアスを印加し、ベース領域
１０６を電位的にフローティングにした状態を考える。
上記の状態で、上面から光が入射されると、エピタキシ
ャル層１０４の中で電子・正孔対が発生し、電子はｎ型
埋込み層１０２もしくは、ｎ型拡散層１０５を通して、
５Ｖの電源側に逃げて行き、正孔はベース領域１０６に
集積される。本実施例の光電変換装置は、ベース領域１
０６に集積された正孔の量に応じて、出力を出す素子構
造となっている。ところで、図１の素子群は３種類の構
造を有しているので光の波長帯域によって、ベース領域
１０６に集積される正孔の総量に差異が生じてくる。こ
の現象をまず一般論で説明すると、次のようになる。
【００１８】図１のセンサＩの受光部には、短波長光
（例えば青色）に対して、ある程度吸光する、多結晶シ
リコン等の吸光材１０８が被っている。また受光部のエ
ピタキシャル層１０４は中波長光（例えば緑色）及び長
波長光（例えば赤色）に対して、十分吸光できる厚さと
なっている。赤、緑、青の各光強度をＩR ，ＩG ，ＩB
とすると、ベース領域１０６に集積される正孔の量Ｎ1P
は
（例えば青色）に対して、ある程度吸光する、多結晶シ
リコン等の吸光材１０８が被っている。また受光部のエ
ピタキシャル層１０４は中波長光（例えば緑色）及び長
波長光（例えば赤色）に対して、十分吸光できる厚さと
なっている。赤、緑、青の各光強度をＩR ，ＩG ，ＩB
とすると、ベース領域１０６に集積される正孔の量Ｎ1P
は
【００１９】
【数２】 Ｎ1P∝ａ11ＩR ＋ａ12ＩG ＋ａ13ＩB ・・・式（２） ここで、ａ11，ａ12，ａ13はセンサ構造によって決定さ
れる、定数係数の関係が成り立つ。
れる、定数係数の関係が成り立つ。
【００２０】次にセンサIIに着目すると、多結晶シリコ
ン等の吸光材１０８が被っているので、短波長光（例え
ば青色）に対する、光電変換特性はセンサＩと全く同様
の傾向を示す。しかしながら受光部の下層にＰ型の埋込
み層１０３が存在し、エピタキシャル層１０４の実質的
な幅を狭くしている。そのため、中波長光（例えば緑
色）に対しては十分な吸光特性を示すが、長波長光（例
えば赤色）に対しては、Ｐ型埋込み層１０３より下層で
発生した正孔は、ベース領域１０６に集積されなくな
る。よってセンサIIのベース領域１０６に集積される正
孔の量Ｎ2Pは
ン等の吸光材１０８が被っているので、短波長光（例え
ば青色）に対する、光電変換特性はセンサＩと全く同様
の傾向を示す。しかしながら受光部の下層にＰ型の埋込
み層１０３が存在し、エピタキシャル層１０４の実質的
な幅を狭くしている。そのため、中波長光（例えば緑
色）に対しては十分な吸光特性を示すが、長波長光（例
えば赤色）に対しては、Ｐ型埋込み層１０３より下層で
発生した正孔は、ベース領域１０６に集積されなくな
る。よってセンサIIのベース領域１０６に集積される正
孔の量Ｎ2Pは
【００２１】
【数３】 Ｎ2P∝ａ21ＩR ＋ａ22ＩG ＋ａ23ＩB ・・・式（３） ここで、ａ21，ａ22，ａ23は、センサ構造によって決定
される定数係数の関係が成り立つ。
される定数係数の関係が成り立つ。
【００２２】同様にセンサIIIに関しては、センサＩ，
センサIIと異なり、多結晶シリコン等の吸光材１０８が
被っていないことと、センサＩと異なり、Ｐ型埋込み層
１０３が存在し実効的エピタキシャル層１０４が薄いこ
とから、センサＩ，センサIIとも異なる正孔集積量Ｎ3P
が次式で示される。
センサIIと異なり、多結晶シリコン等の吸光材１０８が
被っていないことと、センサＩと異なり、Ｐ型埋込み層
１０３が存在し実効的エピタキシャル層１０４が薄いこ
とから、センサＩ，センサIIとも異なる正孔集積量Ｎ3P
が次式で示される。
【００２３】
【数４】 Ｎ3P∝ａ31ＩR ＋ａ32ＩG ＋ａ33ＩB ・・・式（４） ここで ａ31，ａ32，ａ33はセンサ構造によって決定さ
れる定数係数である。
れる定数係数である。
【００２４】以上の関係を行列表示すると、
【００２５】
【数５】 ｋ1 ：光電変換定数 の簡略な形に表記できる。
【００２６】次に、ベース領域１０６に集積された正孔
に対する光電変換素子の出力に関して考える。ここで、
特開平２−２１０８７４号公報で示されたようなバイポ
ーラ型光電変換素子を、センサＩ，センサII，センサII
Iに用いたとすると、各センサの出力電位（エミッタ電
位）は次のように表記できる。
に対する光電変換素子の出力に関して考える。ここで、
特開平２−２１０８７４号公報で示されたようなバイポ
ーラ型光電変換素子を、センサＩ，センサII，センサII
Iに用いたとすると、各センサの出力電位（エミッタ電
位）は次のように表記できる。
【００２７】
【数６】 ここで、Ｖ1E：センサＩのエミッタ電位 Ｖ2E：センサIIのエミッタ電位 Ｖ3E：センサIIIのエミッタ電位 ｃ1 ：変換定数 以上の式より出力となる、各センサのエミッタ電位は色
別に分離されておらず関数関係になっているだけであ
る。
別に分離されておらず関数関係になっているだけであ
る。
【００２８】しかしながら、センサのエミッタ電位は、
すでに電気信号になっているので演算処理を施すことが
できる。ここで式（５）、式（６）に表記された行列を
Ａとするとその逆行列はＡ-1で表記できる。ここで、各
センサの出力（Ｖ1E，Ｖ2E，Ｖ3E）に対して、Ａ-1の演
算処理を施したとすると、式（６）より、
すでに電気信号になっているので演算処理を施すことが
できる。ここで式（５）、式（６）に表記された行列を
Ａとするとその逆行列はＡ-1で表記できる。ここで、各
センサの出力（Ｖ1E，Ｖ2E，Ｖ3E）に対して、Ａ-1の演
算処理を施したとすると、式（６）より、
【００２９】
【数７】 ここで、
【００３０】
【数８】 となり、
【００３１】
【数９】 なので、演算後の出力Ｖop1 ，Ｖop2 ，Ｖop3 は色別に
分離されたことになる。つまり、本発明により、この逆
行列演算によって色をフィルタ無しに分離することがで
きるのである。
分離されたことになる。つまり、本発明により、この逆
行列演算によって色をフィルタ無しに分離することがで
きるのである。
【００３２】本発明を適用すると、特開平２−２１０８
７４号公報で示されたバイポーラ型光電変換素子も若干
構造を変更しなければならないので、簡略化した平面図
を図２に示す。ここで、１０３はＰ型の埋込み層、１０
５はｎ型の深い拡散層、１０６はベース領域、１０９は
エミッタ領域である。なお、図中には、ベースリセット
用のＰＭＯＳトランジスタ等の説明を複雑化させないた
めに省略してある。図２で一点鎖線Ｘ−Ｘにカットした
時の断面図が図１に相当する。式（６）、式（７）のエ
ミッタ電位Ｖ1E，Ｖ2E，Ｖ3Eとはエミッタ領域１０９の
電位のことである。
７４号公報で示されたバイポーラ型光電変換素子も若干
構造を変更しなければならないので、簡略化した平面図
を図２に示す。ここで、１０３はＰ型の埋込み層、１０
５はｎ型の深い拡散層、１０６はベース領域、１０９は
エミッタ領域である。なお、図中には、ベースリセット
用のＰＭＯＳトランジスタ等の説明を複雑化させないた
めに省略してある。図２で一点鎖線Ｘ−Ｘにカットした
時の断面図が図１に相当する。式（６）、式（７）のエ
ミッタ電位Ｖ1E，Ｖ2E，Ｖ3Eとはエミッタ領域１０９の
電位のことである。
【００３３】図２の中の一点鎖線Ｙ1−Ｙ1，Ｙ2−Ｙ2，
Ｙ3−Ｙ3でカットした時の断面図を図３（Ａ）〜（Ｃ）
に示す。ここで、１０１はＰ型シリコン基体、１０２は
ｎ型埋込み層、１０３はＰ型埋込み層、１０４はｎ型シ
リコンエピタキシャル層、１０５はｎ型の深い拡散層、
１０６はベース領域、１０７はフィールド酸化膜、１０
８は多結晶シリコン等の吸光材、１０９はエミッタ領域
である。エミッタ直下はセンサＩ，センサII，センサII
Iともｎ型の埋込み層が存在しコレクタ寄生抵抗の低下
に寄与している。
Ｙ3−Ｙ3でカットした時の断面図を図３（Ａ）〜（Ｃ）
に示す。ここで、１０１はＰ型シリコン基体、１０２は
ｎ型埋込み層、１０３はＰ型埋込み層、１０４はｎ型シ
リコンエピタキシャル層、１０５はｎ型の深い拡散層、
１０６はベース領域、１０７はフィールド酸化膜、１０
８は多結晶シリコン等の吸光材、１０９はエミッタ領域
である。エミッタ直下はセンサＩ，センサII，センサII
Iともｎ型の埋込み層が存在しコレクタ寄生抵抗の低下
に寄与している。
【００３４】受光部の、実効点なエピタキシャル層の厚
さを決定しているＰ型の埋込み層１０３は、バイポーラ
集積回路の中で素子アイソレーションに使用されてお
り、兼用できるので特別な追加工程は不要である。また
吸光材１０８も多結晶シリコンを用い、同一基板の中に
ＭＯＳ型論理回路があるならば、そのゲート電極と共用
できる。つまり、吸光材１０８の構成も、追加工程無し
で、製作できる。この点から本発明の適用はＭＯＳ型論
理回路付バイポーラ型光電変換装置に、最も適合性がよ
い。
さを決定しているＰ型の埋込み層１０３は、バイポーラ
集積回路の中で素子アイソレーションに使用されてお
り、兼用できるので特別な追加工程は不要である。また
吸光材１０８も多結晶シリコンを用い、同一基板の中に
ＭＯＳ型論理回路があるならば、そのゲート電極と共用
できる。つまり、吸光材１０８の構成も、追加工程無し
で、製作できる。この点から本発明の適用はＭＯＳ型論
理回路付バイポーラ型光電変換装置に、最も適合性がよ
い。
【００３５】しかしながら、フォトダイオード＋スイッ
チングＭＯＳタイプの光電変換装置にも適応可能で、そ
の場合は図１のベース領域１０６が、ダイオードのＰ型
拡散層に相当する。
チングＭＯＳタイプの光電変換装置にも適応可能で、そ
の場合は図１のベース領域１０６が、ダイオードのＰ型
拡散層に相当する。
【００３６】次に、式（５）に示した光電変換行列の具
体的な数値について記述する。これらの数値は、センサ
の構造と光の波長で決定され、センサ構造上、最も重要
な項目は吸光材１０８の材質と厚さ及び主表面から基板
１０１もしくはＰ型埋め込み層１０３上端までの実効的
なエピタキシャル層１０４の厚さである。
体的な数値について記述する。これらの数値は、センサ
の構造と光の波長で決定され、センサ構造上、最も重要
な項目は吸光材１０８の材質と厚さ及び主表面から基板
１０１もしくはＰ型埋め込み層１０３上端までの実効的
なエピタキシャル層１０４の厚さである。
【００３７】光の波長に関しては、赤色領域、緑色領
域、青色領域の、それぞれの中心波長を６６０ｎｍ，５
５５ｎｍ，４５０ｎｍで検討した。
域、青色領域の、それぞれの中心波長を６６０ｎｍ，５
５５ｎｍ，４５０ｎｍで検討した。
【００３８】構造上、吸光材１０８を多結晶シリコンと
し、厚さを５０００オングストロームに設定する。ま
た、Ｐ型基板１０１からのエピタキシャル層１０４の厚
みを１３μｍに設定しＰ型埋込み層１０３の上方への湧
き上りを６μｍになるようにエピタキシャル層の堆積条
件を設定する。この結果、実効的なエピタキシャル層の
厚みは、センサＩで１３μｍ、センサII，センサIIIで
７μｍになる。ただし、ここでＰ型基体１０１を接地状
態、コレクタに相当するエピタキシャル層１０４に５Ｖ
を印加した状態を考える。この場合、エピタキシャル層
内に空乏層がセンサＩの場合で３．４μｍ、センサII，
センサIIIの場合で４．１μｍ程伸びる。上記空乏層内
で発生した正孔は、ベース領域１０６に集積されず、Ｐ
型基体１０１の方に逃げてしまう。よって正確な光電変
換の有効エリアはセンサＩの場合で主表面から１３−
３．４＝９．６（μｍ）、センサII，センサIIIの場合
で、主表面から７−４．１＝２．９（μｍ）になる。
し、厚さを５０００オングストロームに設定する。ま
た、Ｐ型基板１０１からのエピタキシャル層１０４の厚
みを１３μｍに設定しＰ型埋込み層１０３の上方への湧
き上りを６μｍになるようにエピタキシャル層の堆積条
件を設定する。この結果、実効的なエピタキシャル層の
厚みは、センサＩで１３μｍ、センサII，センサIIIで
７μｍになる。ただし、ここでＰ型基体１０１を接地状
態、コレクタに相当するエピタキシャル層１０４に５Ｖ
を印加した状態を考える。この場合、エピタキシャル層
内に空乏層がセンサＩの場合で３．４μｍ、センサII，
センサIIIの場合で４．１μｍ程伸びる。上記空乏層内
で発生した正孔は、ベース領域１０６に集積されず、Ｐ
型基体１０１の方に逃げてしまう。よって正確な光電変
換の有効エリアはセンサＩの場合で主表面から１３−
３．４＝９．６（μｍ）、センサII，センサIIIの場合
で、主表面から７−４．１＝２．９（μｍ）になる。
【００３９】上記の構造を持つ光電変換装置で、式
（５）に相当する変換行列Ａは
（５）に相当する変換行列Ａは
【００４０】
【数１０】 という値になる。この逆行列Ａ-1を求めると
【００４１】
【数１１】 となり、式（１１）の逆行列が、演算行列になり、この
式に従って信号処理をすれば色別に分離できることにな
る。
式に従って信号処理をすれば色別に分離できることにな
る。
【００４２】上記実施例の製作工程に対して、簡単な説
明を加える。本実施例では同一基体１０１の中にＣＭＯ
Ｓで構成された論理回路を載せているのでセンサ群と合
わせ、公知の技術であるＢｉ−ＣＭＯＳ製作工程を使用
して作製した。特徴としては１０〜２０Ω・ｃｍのＰ型
基体を用い、埋込み層はＰ型埋め込み層、ｎ型埋め込み
層の両層を使用している。エピタキシャル層は１２Ω・
ｃｍで前述のように１３μｍの厚さで、堆積されてい
る。受光部の構造は、本発明の重要点なので、詳細に記
載する。Ｐ型埋込み層１０３の形成は、ホウ素を２×１
０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2 の密度でイオン＝インプラ法にて
打ち込みエピタキシャル層堆積前に１１００℃，１２０
分のドライブを行った。エピタキシャル層１０４の堆積
は原料ガスにＳｉＨＣｌ3 を用い、堆積温度１０６０℃
の条件で１３μｍ堆積させている。もう一方の吸光特性
に影響を与える多結晶シリコン１０８は、減圧ＣＶＤ法
にて６２０℃の堆積温度で５０００オングストローム堆
積させた。この多結晶シリコン１０８は、同一基体１０
１内にある論理回路のＭＯＳトランジスタゲート電極と
同一工程で形成される。よって、不純物がドープされる
がその不純物はリンである。
明を加える。本実施例では同一基体１０１の中にＣＭＯ
Ｓで構成された論理回路を載せているのでセンサ群と合
わせ、公知の技術であるＢｉ−ＣＭＯＳ製作工程を使用
して作製した。特徴としては１０〜２０Ω・ｃｍのＰ型
基体を用い、埋込み層はＰ型埋め込み層、ｎ型埋め込み
層の両層を使用している。エピタキシャル層は１２Ω・
ｃｍで前述のように１３μｍの厚さで、堆積されてい
る。受光部の構造は、本発明の重要点なので、詳細に記
載する。Ｐ型埋込み層１０３の形成は、ホウ素を２×１
０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2 の密度でイオン＝インプラ法にて
打ち込みエピタキシャル層堆積前に１１００℃，１２０
分のドライブを行った。エピタキシャル層１０４の堆積
は原料ガスにＳｉＨＣｌ3 を用い、堆積温度１０６０℃
の条件で１３μｍ堆積させている。もう一方の吸光特性
に影響を与える多結晶シリコン１０８は、減圧ＣＶＤ法
にて６２０℃の堆積温度で５０００オングストローム堆
積させた。この多結晶シリコン１０８は、同一基体１０
１内にある論理回路のＭＯＳトランジスタゲート電極と
同一工程で形成される。よって、不純物がドープされる
がその不純物はリンである。
【００４３】他の工程は公知のＢｉ−ＣＭＯＳプロセス
であり、トランジスタ特性が適当になるようプロセスパ
ラメータは自由に選択できる。 （第２の実施例）本発明の第２の実施例として、ＭＯＳ
型光電変換装置に本発明を応用した例を記載する。前述
のようにＭＯＳ型光電変換装置の場合でも、埋め込み層
を用い、図１と全く同一の構成で、色別の光強度を分離
できる。この場合、ベース領域１０６と記載された部分
がフォトダイオードの拡散層部に相当することになる。
であり、トランジスタ特性が適当になるようプロセスパ
ラメータは自由に選択できる。 （第２の実施例）本発明の第２の実施例として、ＭＯＳ
型光電変換装置に本発明を応用した例を記載する。前述
のようにＭＯＳ型光電変換装置の場合でも、埋め込み層
を用い、図１と全く同一の構成で、色別の光強度を分離
できる。この場合、ベース領域１０６と記載された部分
がフォトダイオードの拡散層部に相当することになる。
【００４４】なお、上記の方法では、ＭＯＳ型光電変換
装置の製作工程では、存在しない、埋め込み層の形成や
エピタキシャル層の堆積を、新たに付加してやらなけれ
ばならなくなる。それ故、ＭＯＳ型光電変換装置に本発
明の応用を考える場合は、埋め込み層やエピタキシャル
層を不要とする構造を前提に考えた方が望ましい。その
実施例を図４に示す。
装置の製作工程では、存在しない、埋め込み層の形成や
エピタキシャル層の堆積を、新たに付加してやらなけれ
ばならなくなる。それ故、ＭＯＳ型光電変換装置に本発
明の応用を考える場合は、埋め込み層やエピタキシャル
層を不要とする構造を前提に考えた方が望ましい。その
実施例を図４に示す。
【００４５】図４において、４０１はシリコン等の半導
体基体、４０２はフィールド酸化膜、４０３はフォトダ
イオードの拡散層、４０４は多結晶シリコン層吸光材、
４０５は多結晶シリコン層吸光材４０４より薄い吸光材
もしくはＩＴＯ等の透明電極、４０６はＭＯＳトランジ
スタのゲート電極、４０７，４０８，４０９は各センサ
の受光部に広がっている空乏層である。
体基体、４０２はフィールド酸化膜、４０３はフォトダ
イオードの拡散層、４０４は多結晶シリコン層吸光材、
４０５は多結晶シリコン層吸光材４０４より薄い吸光材
もしくはＩＴＯ等の透明電極、４０６はＭＯＳトランジ
スタのゲート電極、４０７，４０８，４０９は各センサ
の受光部に広がっている空乏層である。
【００４６】吸光材４０４，４０５に多結晶シリコンを
用いた場合の例を示す。構造上の相異点は４０４の多結
晶シリコンが５０００オングストロームの厚さを持つの
に対して、４０５の多結晶シリコンは８００オングスト
ロームの厚さに差異を付けている点である。この結果、
特に青領域の波長で、センサＩ，センサIIとセンサIII
の間で変換特性差が生ずる。次に第２の条件として、吸
光材４０４，４０５に印加するバイアスに差を設ける。
吸光材４０４，４０５は第１の実施例のように電気的に
孤立しているのではなく、ゲート酸化膜、シリコン基体
４０１との間にＭＩＳダイオードを形成し、外部から電
圧を印加されると、直下に空乏層４０７，４０８，４０
９を形成する。この空乏層４０７，４０８，４０９が有
効受光領域になるのだが、印加電圧をセンサによって差
異を設けると、空乏領域に差が生じ、その結果、有効受
光領域もセンサ間で異ってくる。ここで、センサＩに空
乏層４０７が下方へ５μｍ、センサIIとセンサIIIに空
乏層４０８，４０９が下方へ２．５μｍ伸びるようにバ
イアスを印加したとする。この時、式（５）に相当する
変換行列Ａは
用いた場合の例を示す。構造上の相異点は４０４の多結
晶シリコンが５０００オングストロームの厚さを持つの
に対して、４０５の多結晶シリコンは８００オングスト
ロームの厚さに差異を付けている点である。この結果、
特に青領域の波長で、センサＩ，センサIIとセンサIII
の間で変換特性差が生ずる。次に第２の条件として、吸
光材４０４，４０５に印加するバイアスに差を設ける。
吸光材４０４，４０５は第１の実施例のように電気的に
孤立しているのではなく、ゲート酸化膜、シリコン基体
４０１との間にＭＩＳダイオードを形成し、外部から電
圧を印加されると、直下に空乏層４０７，４０８，４０
９を形成する。この空乏層４０７，４０８，４０９が有
効受光領域になるのだが、印加電圧をセンサによって差
異を設けると、空乏領域に差が生じ、その結果、有効受
光領域もセンサ間で異ってくる。ここで、センサＩに空
乏層４０７が下方へ５μｍ、センサIIとセンサIIIに空
乏層４０８，４０９が下方へ２．５μｍ伸びるようにバ
イアスを印加したとする。この時、式（５）に相当する
変換行列Ａは
【００４７】
【数１２】 となる。よって逆行列は、
【００４８】
【数１３】 となり、前例と同様に、演算後に色別の光強度分離がで
きる。更に、図４の４０５に透明電極を転用することも
考えられる。本発明の第２の実施例は製作工程におい
て、透明電極を使用しなかった場合は、公知の技術であ
るＣＭＯＳ製作技術で作製可能である。
きる。更に、図４の４０５に透明電極を転用することも
考えられる。本発明の第２の実施例は製作工程におい
て、透明電極を使用しなかった場合は、公知の技術であ
るＣＭＯＳ製作技術で作製可能である。
【００４９】なお、以上説明した実施例では半導体とし
て、Ｓｉを用いたが、本発明は種々の半導体を用いた場
合にも適用可能である。種々の半導体の光吸収係数の波
長依存性を図５に示す。なお、このデータは、H.Melchi
or“Demodutation and Photodetection Techniques”in
F.T. Arecchi and E.O.Schulz-Dubois, E ds,LaserHan
d book,vol.1,North-Holland 1972,pp.725-835 に記載
されたものである。
て、Ｓｉを用いたが、本発明は種々の半導体を用いた場
合にも適用可能である。種々の半導体の光吸収係数の波
長依存性を図５に示す。なお、このデータは、H.Melchi
or“Demodutation and Photodetection Techniques”in
F.T. Arecchi and E.O.Schulz-Dubois, E ds,LaserHan
d book,vol.1,North-Holland 1972,pp.725-835 に記載
されたものである。
【００５０】以上の第１及び第２の実施例で示したイメ
ージリーダーをファクシミリに搭載した構成例を、図
６，図７に示す。蛍光ランプの光を被写体に照射し反射
光を樹脂性のロッドレンズで集光した後、イメージリー
ダーでその信号を読み取る。原稿幅を３０ｃｍとする
と、イメージリーダーの１チップ分の大きさを越えてし
まう。よって、イメージリーダ１チップの長さを２ｃｍ
として、１５チップ１列に継ぎ合わせる構成でイメージ
リーダーヘッドを構成した（図７）。本発明を応用する
ことによって、安価なカラーファクシミリの製造が可能
となる。
ージリーダーをファクシミリに搭載した構成例を、図
６，図７に示す。蛍光ランプの光を被写体に照射し反射
光を樹脂性のロッドレンズで集光した後、イメージリー
ダーでその信号を読み取る。原稿幅を３０ｃｍとする
と、イメージリーダーの１チップ分の大きさを越えてし
まう。よって、イメージリーダ１チップの長さを２ｃｍ
として、１５チップ１列に継ぎ合わせる構成でイメージ
リーダーヘッドを構成した（図７）。本発明を応用する
ことによって、安価なカラーファクシミリの製造が可能
となる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極材料の光吸収特性や、基体内の電荷発生領域帯に波
長依存性があることを利用し、光電変換素子自体に光波
長依存性を持たせカラーフィルタを省略した構造で、カ
ラーイメージリーダー等の光電変換装置が構成可能とな
る。そして、各光電変換素子の出力を特定の演算処理に
より色別に分離識別できる。
電極材料の光吸収特性や、基体内の電荷発生領域帯に波
長依存性があることを利用し、光電変換素子自体に光波
長依存性を持たせカラーフィルタを省略した構造で、カ
ラーイメージリーダー等の光電変換装置が構成可能とな
る。そして、各光電変換素子の出力を特定の演算処理に
より色別に分離識別できる。
【００５２】その結果、従来色別離に使用されてきた、
顔料もしくは染料を用いたカラーフィルタで色選別する
方法と比較して６０％程度の製造コストに低下させるこ
とが可能となった。また、顔料や染料などの有機物を使
用しない構成上、退色などの劣化現象も起こらず、長期
に安定したカラーイメージリーダの構成が可能になっ
た。
顔料もしくは染料を用いたカラーフィルタで色選別する
方法と比較して６０％程度の製造コストに低下させるこ
とが可能となった。また、顔料や染料などの有機物を使
用しない構成上、退色などの劣化現象も起こらず、長期
に安定したカラーイメージリーダの構成が可能になっ
た。
【図１】本発明の光電変換装置の第１の実施例を示す構
造断面図である。
造断面図である。
【図２】本発明にバイポーラ型光電変換素子を用いた場
合の平面図である。
合の平面図である。
【図３】本発明にバイポーラ型光電変換素子を用いた場
合の構造断面図である。
合の構造断面図である。
【図４】本発明にＭＯＳ型光電変換素子を用いた場合の
構造断面図である。
構造断面図である。
【図５】種々の半導体の光吸収係数の波長依存性を示す
図である。
図である。
【図６】本発明をファクシミリのイメージリーダーに使
用した実施例の構造断面図である。
用した実施例の構造断面図である。
【図７】本発明をファクシミリのイメージリーダーに使
用した構成概念図である。
用した構成概念図である。
１０１ シリコン等のＰ型半導体基体 １０２ ｎ型埋め込み層 １０３ Ｐ型埋め込み層 １０４ １０１と同一材料のエピタキシャル層 １０５ 深いｎ型拡散層 １０６ ベース等の拡散層 １０７ フィールド酸化膜 １０８ 多結晶シリコン等の吸光材 １０９ エミッタ拡散層 ４０１ シリコン等の半導体基体 ４０２ フィールド酸化膜 ４０３ フォトダイオードの拡散層 ４０４ 厚い吸光層 ４０５ 薄い吸光層もしくは透明電極 ４０６ スイッチングＭＯＳトランジスタのゲート電極 ４０７ センサＩの空乏層 ４０８ センサIIの空乏層 ４０９ センサIIIの空乏層
Claims (4)
- 【請求項１】 同一基体内に、光の波長帯域に対する感
度の異なる複数の光電変換素子を有する光電変換装置で
あって、 半導体材料による吸収層の有無又は／及び厚さの調整
と、光電変換領域を構成する半導体エピタキシャル層の
厚さの調整との組み合せにより、各光電変換素子の光の
波長帯域に対する感度を変えてなる光電変換装置。 - 【請求項２】 同一基体内に、光の波長帯域に対する感
度の異なる複数の絶縁ゲート型光電変換素子を有する光
電変換装置であって、 半導体材料による吸収層の有無又は／及び厚さの調整
と、半導体基体中に広がる空乏層の大きさの調整との組
み合せにより、各絶縁ゲート型光電変換素子の光の波長
帯域に対する感度を変えてなる光電変換装置。 - 【請求項３】 光の波長帯域に対する感度の異なるｎ種
類の光電変換部と、該光電変換部で光電変換されたキャ
リアに対応する出力とｎ種類の波長帯域の光の光強度と
の、各光電変換部ごとの関係式を示すｎ行ｎ列の変換行
列から逆行列演算の電気信号処理を行い、演算後ｎ種の
光の波長帯域に分離して、ｎ種の光の波長帯域ごとの出
力を得る手段とを有する画像読取装置。 - 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載の光電変換
装置を搭載したファクシミリ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7123667A JPH08316521A (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 光電変換装置、画像読取装置、及びファクシミリ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7123667A JPH08316521A (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 光電変換装置、画像読取装置、及びファクシミリ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08316521A true JPH08316521A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=14866321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7123667A Pending JPH08316521A (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 光電変換装置、画像読取装置、及びファクシミリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08316521A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005109511A1 (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Rohm Co., Ltd. | 光電変換デバイス、イメージセンサおよび光電変換デバイスの製造方法 |
-
1995
- 1995-05-23 JP JP7123667A patent/JPH08316521A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005109511A1 (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Rohm Co., Ltd. | 光電変換デバイス、イメージセンサおよび光電変換デバイスの製造方法 |
| CN100466280C (zh) * | 2004-05-07 | 2009-03-04 | 罗姆股份有限公司 | 光电转换装置以及光电转换装置的制造方法 |
| US7579633B2 (en) | 2004-05-07 | 2009-08-25 | Rohm Co., Ltd. | Photoelectric conversion device, image sensor, and method for manufacturing photoelectric conversion device |
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