(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、フォトダイオードに予め波長λｉのｎ種の比較用の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、光量と逆バイアス電圧を共に変化させたときの光電流値のデータベースを作成しておき、フォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、上記データベース及び上記任意の光の電圧依存性に基づいて、逆バイアス電圧Ｖｏ及びＶｊ並びにＩmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］を特定し、以下の数式２４に基づいて、Ｉmix（Ｖｊ）と上記Ｉmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］とから、前記任意の光の各波長λｉの光電流比率Ａ１，・・・・，Ａｎを検出することを特徴とするフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法。
ここで、ｎは２以上の整数、ｉ及びｊはそれぞれ１〜ｎの整数、Ａｉは前記任意の光に含まれる各波長λｉの光の光電流比率、Ｉmix（Ｖｊ）はフォトダイオードに逆バイアス電圧Ｖｊを印加し、前記任意の光を入射させた場合の光電流値、Ｉ[λｉ，Ｖｊ]は、逆バイアス電圧Ｖ０（Ｖ０はＶｊより大きい電圧）を印加したときにＩmix（Ｖ０）と同じ光電流値になる光量を有する波長λｉの前記比較用の光を入射させた場合において、逆バイアス電圧Ｖｊを印加したときの光電流値である。
【数２４】
0005445906.tif 000027
【請求項２】
任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、フォトダイオードに予め波長λｉのｎ種の比較用の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、光量と逆バイアス電圧を共に変化させたときの光電流値のデータベースを作成しておき、フォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、上記データベース及び上記任意の光の電圧依存性に基づいて、逆バイアス電圧Ｖｏ及びＶｊ並びにＩmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］を特定し、以下の数式２５に基づいて、Ｉmix（Ｖｊ）と上記Ｉmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］とから、前記任意の光の各波長λｉ毎の光電流比率Ａ１，・・・・，Ａｎを検出することを特徴とするフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法。
ここで、ｎは２以上の整数、ｉは１〜ｎの整数、ｊは１〜ｎ−１の整数、Ａｉは各波長光の光電流の混合割合の和が１になると仮定したときの前記任意の光に含まれる各波長λｉの光の光電流比率、Ｉmix（Ｖｊ）はフォトダイオードに逆バイアス電圧Ｖｊを印加し、前記任意の光を入れた場合の光電流値、Ｉ[λｉ，Ｖｊ]は逆バイアス電圧Ｖ０（Ｖ０はＶｊより大きい電圧）を印加したときにＩmix（Ｖ０）と同じ光電流値になる光量を有する波長λｉの前記比較用の光を入射させた場合において、逆バイアス電圧Ｖｊを印加したときの光電流値である。
【数２５】
0005445906.tif 000028
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長スペクトルを検出する方法に関し、より詳細には、フォトダイオードの光電流値に基づいて波長スペクトルを検出するフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに、波長スペクトル測定をするための方法として「アバランシェフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法」がある（特許文献１参照）。
【０００３】
上記の「アバランシェフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法」は任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、アバランシェフォトダイオードの増倍率を検出する増倍率検出回路を用いて、アバランシェフォトダイオードに、予め波長が判明している比較用の光を入射させたときの増倍率を検出し、アバランシェフォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの増倍率を、増倍率検出回路を用いて検出し、数式１に基づいて、前記任意の光の波長スペクトルを検出することを特徴とするアバランシェフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法である。なお、Anは波長λnの光比率（含有率）。ｎは、1以上の整数。X[λn，Vn]はアバランシェフォトダイオード（APD）に「逆バイアス電圧Vnを印加し、波長λnの光を入れた場合」の増倍率。M(n)はAPDに「逆バイアス電圧Vnを印加し、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）を入れた場合」の増倍率である。
【数１】
0005445906.tif 000002
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１５７８（第３頁、従来の技術）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した光スペクトル検出方法は大きな印加電圧を必要とするため、消費電力が大きくなることに問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、低電圧動作が可能となる、フォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の第１発明は、任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、フォトダイオードに予め波長λｉのｎ種の比較用の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、光量と逆バイアス電圧を共に変化させたときの光電流値のデータベースを作成しておき、フォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、上記データベース及び上記任意の光の電圧依存性に基づいて、逆バイアス電圧Ｖｏ及びＶｊ並びにＩmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］を特定し、数式２に基づいて、Ｉmix（Ｖｊ）と上記Ｉmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］とから、前記任意の光の各波長λｉの光毎の光電流比率Ａ１，・・・・，Ａｎを検出することを特徴とするフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法である。ここで、ｎは２以上の整数、ｉ及びｊは１〜ｎの整数、Ａｉは前記任意の光に含まれる各波長λｉの光の光電流比率、Ｉmix（Ｖｊ）はフォトダイオードに逆バイアス電圧Ｖｊを印加し、前記任意の光を入射させた場合の光電流値、Ｉ[λｉ，Ｖｊ]は、逆バイアス電圧Ｖ０（Ｖ０はＶｊより大きい電圧）を印加したときにＩmix（Ｖ０）と同じ光電流値になる光量を有する波長λｉの前記比較用の光を入射させた場合において、逆バイアス電圧Ｖｊを印加したときの光電流値である。
【数２】
0005445906.tif 000003
【０００８】
本発明において、上記任意の光がｎ種の波長の光の混合光である場合に確実にスペクトルを検出することができるが、必ずしもｎ種の波長の光の混合光でなくとも、上記任意の光がｎ種の波長の比較用の光の混合光であると仮定して各比較用の光の光電流比率を得ることで、概略のスペクトルを把握することが可能である。また、上記のＩ[λｉ，Ｖｊ]については、事前に波長λｉに対する電圧依存特性を測定してデータベース化しておくことが好ましい。このようにすると、Ｉmixの電圧依存性を測定したとき、当該電圧依存性に合わせて上記電圧Ｖ０を選択でき、しかも、これより小さい上記電圧Ｖｊの値を選択することが可能になる。
【０００９】
次に、本願の第２発明は、任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、フォトダイオードに予め波長λｉのｎ種の比較用の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、光量と逆バイアス電圧を共に変化させたときの光電流値のデータベースを作成しておき、フォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの光電流値の逆バイアス電圧に対する電圧依存性を検出し、上記データベース及び上記任意の光の電圧依存性に基づいて、逆バイアス電圧Ｖｏ及びＶｊ並びにＩmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］を特定し、数式３に基づいて、Ｉmix（Ｖｊ）と上記Ｉmix（Ｖ０）に対応するＩ［λｉ，Ｖｊ］とから、前記任意の光の各波長λｉ毎の光電流比率Ａ１，・・・・，Ａｎを検出することを特徴とするフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法である。ここで、ｎは２以上の整数、ｉは１〜ｎの整数、ｊは１〜ｎ−１の整数、Ａｉは各波長光の光電流の混合割合の和が１になると仮定したときの前記任意の光に含まれる各波長λｉの光の光電流比率、Ｉmix（Ｖｊ）はフォトダイオードに逆バイアス電圧Ｖｊを印加し、前記任意の光を入れた場合の光電流値、Ｉ［λｉ，Ｖｊ］は、逆バイアス電圧Ｖ０（Ｖ０はＶｊより大きい電圧）を印加したときにＩmix（Ｖ０）と同じ光電流値になる光量を有する波長λｉの前記比較用の光を入射させた場合において、逆バイアス電圧Ｖｊを印加したときの光電流値である。
【数３】
0005445906.tif 000004
【００１０】
また、上記第２の発明において、前記光電流比率Ａｉから数式４に基づいて前記任意の光の波長スペクトルを検出することが好ましい。ここで、Ｘｉは波長λｉの光により発生した補正後の光電流の比率（含有率）、Ｆｉは各波長光の光電流の混合割合の和が１になると定義して計算を行った際に生じる誤差を補正する係数である。
【数４】
0005445906.tif 000005
【００１１】
ここで、上記の補正係数Ｆｉは通常１である。しかし、光量と共に光電変換効率が変化するデバイスを用いる場合（各波長光の光電流の割合の和は1にならない場合）は、あらかじめＦｉを求めておく必要がある。補正係数の求め方は２つある。１つ目は、各光量、各光電流の比率に対するＦｉの値を光電変換効率より計算する方法である。２つ目は、各光量、各光電流の比率に対するＦｉの値を実験より求める方法、すなわち、予め上記電圧Ｖ０，Ｖｊ毎に理論値と実測値との差に基づいて求めたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかるフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法によれば、低電圧動作の検出装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】フォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）の入射光の波長と光電流値の依存特性を示すグラフである。
【図２】フォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）の構造を示す断面図である。
【図３】フォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）への印加電圧を変化させた場合の入射光の波長と光電流値の依存特性を示すグラフである。
【図４】波長ａ［ｎｍ］とｂ［ｎｍ］の光を入射した場合のＩ（光電流）−Ｖ（印加電圧）特性のイメージを示すグラフである。
【図５】波長ａ［ｎｍ］とｂ［ｎｍ］の光と混合光を入射した場合のＩ（光電流）−Ｖ（印加電圧）特性のイメージを示すグラフである。
【図６】自作したａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの暗電流特性を示すグラフである。
【図７】自作したａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの波長依存特性（波長［ｎｍ］−光電流［Ａ］特性）を示すグラフである。
【図８】測定系（等価回路）を示す回路図である。
【図９】測定冶具の概観を示す写真である。
【図１０】本実験の条件を対応させたＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図１１】測定より得られた各波長光のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図１２】測定より得られた混合光のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
フォトダイオード（例えば、アモルファスシリコンフォトダイオード）（以下、単にａ−Ｓｉ ＰＤと称する場合がある）は入射光の波長により光電流値が変化する特徴を持っている。
【００１５】
図1にフォトダイオード（実際にはアモルファスシリコンフォトダイオード）の入射光の波長と光電流値の依存特性を示す。このときのバイアス電圧は３Ｖである。
【００１６】
フォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）にはｐｉｎ構造を用いる。この構造により、光電流に波長依存特性を持ったフォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）となる。
【００１７】
図２にフォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）の具体例を示す。
（詳細は「特開平１１−１０３０８９」を参照。）
【００１８】
フォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）１の構造は、基板用電極２、正孔注入阻止層３、光吸収層４、電子注入阻止層５および透明電極６をこの順序に積層した光電変換素子となる。図２で光入射側は透明電極６側で、この実施例では印加電界は透明電極６側が負で基板用電極２側が正である。
【００１９】
以下各層の構成作用を順次に説明するが、基板用電極２は、その上の正孔注入阻止層３と電気的に良好な接触（オーミックコンタクト）をする金属電極である。
【００２０】
正孔注入阻止層３は、基板用電極からの光吸収層への正孔の注入を阻止し、この変換装置の暗電流の低減化をはかり、光吸収層に加わる電界を高める作用を有し、具体的にはｎ型の単結晶シリコン層を使用し、さらに特別にはその不純物濃度を１０１６〜１０１７ｃｍ−３として光吸収層への基板用電極側からの正孔の注入を抑え、低暗電流で波長依存特性のある構造となっている。
【００２１】
また、光吸収層４は、効率良く光を電荷に変換させるため、膜内の欠陥密度が低く抵抗が高いノンドープ（不純物 が添加されていない）または微量に不純物を導入した水素化非晶質シリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ）層で構成されている。
【００２２】
さらにまた、電子注入阻止層５は、透明電極からの光吸収層への電子の注入を阻止し、この変換装置の暗電流の低減化をはかり、光吸収層に加わる電界を高める 作用を有し、具体的にはｐ型の水素化非結晶材料層（ａ‐ＳｉＣ：Ｈ）を用いている。
【００２３】
さらにまた、透明電極６は光を透過させる必要があるため、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ），ＺｎＯ，ＳｎＯ２や半透明金属電極を用いる。またさらに暗電流を低減させるために電子注入阻止層に対してショットキ接触となる材料が選択して使用される。
【００２４】
ここで、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）がフォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）に入射した場合の電流値は、光の波長λｉ（ｉは１〜ｎの整数）として、数式５のように定義される。
【数５】
0005445906.tif 000006
【００２５】
また、フォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）は印加電圧によっても電流値が変化する特徴を持っている。図３にフォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）への印加電圧を変化させた場合の入射光の波長と電流値の依存特性を示す。
【００２６】
ここで、印加電圧をＶｊ（ｊは１〜ｎの整数）のＶ１からＶｎに変化させた場合において、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）がフォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）に入射した場合の光電流値は、数式６のように表される。
【数６】
0005445906.tif 000007
【００２７】
数式６を行列に書き換えると数式７のようになる。
【数７】
0005445906.tif 000008
【００２８】
ここで、Ａｉ（ｉは１〜ｎの整数）は各波長光の光電流の割合の和が１に成るとした定義しているので数式８が成り立つ。
【数８】
0005445906.tif 000009
【００２９】
数式７のｎ列目の式を数式８と置き換え整理すると数式９となる。
【数９】
0005445906.tif 000010
【００３０】
数式９を波長スペクトルＡｉを求める形に変形すると数式１０（数式３）のようになる。なお、数式７についても数式１０と同様の形式に変換すると、上記の数式２となる。
【数１０】
0005445906.tif 000011
【００３１】
このように、各波長の光による光電流の割合は、数式２若しくは数式１０より求めることができる。ここで、Ａｉは波長λｉの光による光電流値の比率（含有率）を示している。また、Ｉ［λｉ，Ｖｊ]はフォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）に逆バイアス電圧Ｖｊを印加し、波長λｉの光を入れた場合の電流値を表している。またＩmix（Ｖｊ）はフォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）に逆バイアス電圧Ｖｊを印加し、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）を入れた場合の電流値を表している。この式より、Ｉ［λｉ，Ｖｊ]を予め測定して置けば、「任意の光」の電流値Ｉmix（Ｖｊ）（Ｉmix（Ｖ１）からＩmix（Ｖｎ））を求めることで、数式２又は数式１０により光電流の混合比Ａｉ（Ａ１からＡｎ）が求められる。この混合比は上記任意の光の波長スペクトルに対応している。ただし、数式１０を用いる場合において光電流比率の誤差を直すには後述する補正係数が必要となる。
【００３２】
数式２および数式１０が正しいことを確認した実験を報告する。実験ではアモルファスシリコンフォトダイオードを用いた。アモルファスシリコンフォトダイオードは豊橋技術科学大学の成膜装置により作製した素子である。ここでは、２つの波長に限定して実験を行う。
【００３３】
［実験］
［ａ−Ｓｉ ＰＤを用いた分光方法］
アモルファスシリコンフォトダイオード（ａ−Ｓｉ ＰＤ）は波長依存特性を有しているため、任意の印加電圧値における入射光の光電流への変換率は波長毎に異なる。即ち、ａ−Ｓｉ ＰＤから得られる光電流特性から分光が可能であると考えられる。
【００３４】
２波長（ａ［ｎｍ］とｂ［ｎｍ］）光から成る混合光における各波長光の光電流の割合をそれぞれＸａ，Ｘｂとする。ここで、ａ−Ｓｉ ＰＤを用いた場合、混合光から得られる光電流の値は、２つの波長光を単波長で用いた場合に得られる光電流値の和と等しくならない（即ち、各波長光の光電流の割合の和は１にならない）。本分光方法では、数式１０において各波長光の光電流の割合の和が１に成ると定義して計算から分光結果を求める。故に、各波長光の光電流の混合割合の和が１になると定義された各波長光の光電流の割合をそれぞれＡａ，Ａｂとすると、次式が成り立つ。
【数１１】
0005445906.tif 000012
【００３５】
数式１１においてＦ１，Ｆ２は各波長光の光電流の混合割合の和が１になると定義して計算を行った際に生じると考えられる誤差を補正するための係数である。即ち、Ｆ１，Ｆ２を用いて計算を行うことで、混合光における各波長光の光電流値を割合として表現することが可能となる。補正係数の値については［実験結果］にて述べる。以下ではＡａ，Ａｂの求め方について説明する。
【００３６】
Ａａ，Ａｂを求める方法には、大きく分けて３つの工程（Ｓｔｅｐ１〜３）がある。
【００３７】
Ｓｔｅｐ１：図４に示すように、適当な印加電圧値Ｖ１（上記のＶ０に相当する。以下同様。）において（波長ａ［ｎｍ］とｂ［ｎｍ］の光から得られる）光電流Ｉａ，Ｉｂの値が一致するＩ−Ｖ特性をあらかじめ測定する。この時に、もう一つの任意の印加電圧値Ｖ２（上記のＶｊに相当する。以下同様。）における光電流Ｉａ（Ｖ２）とＩｂ（Ｖ２）の値を保管する。
【００３８】
Ｓｔｅｐ２：図５に示すように、混合光のＩ−Ｖ特性は、Ｉａ，ＩｂのＩ−Ｖ特性の間に収束することが分かっている。そこで、Ｖ１における混合光の光電流Ｉmix（Ｖ１）の値から、Ｉａ（Ｖ２）とＩｂ（Ｖ２）の値を（保管してあるデータから）参照する。
【００３９】
Ｓｔｅｐ３：ここで、数式１２を定義する。
【数１２】
0005445906.tif 000013
【００４０】
Ｉmix（Ｖ２），Ｉａ（Ｖ２），Ｉｂ（Ｖ２）の値を用いて、数式１２より次の方程式が成り立つ。
【数１３】
0005445906.tif 000014
【００４１】
また、先に述べたように、数式１０を用いる本分光方法では各波長光の光電流の割合の和が１に成ると定義して計算をする。よって次式が成り立つ。
【数１４】
0005445906.tif 000015
【００４２】
よって、数式１３と数式１４よりＡａとＡｂを算出できる。
【００４３】
［ａ−Ｓｉ ＰＤを用いた２波長光の分光実験］
２波長光の分光実験を行った。実験は主に以下の２項目を行った。
・Ｉ−Ｖ特性の測定（Ｉmix（Ｖ２），Ｉａ（Ｖ２），Ｉｂ（Ｖ２）の測定）
・（Ｉmix（Ｖ２），Ｉａ（Ｖ２），Ｉｂ（Ｖ２）の測定結果より）混合割合Ａａ，Ａｂの算出
以下に実験の方法について述べる。
【００４４】
本実験では、自作の（ＰＩＮ構造）水素化アモルファスシリコンＰＤ（以降ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤ）を用いて実験を行っているため、まず、実験に使用したａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの構造及び構成作用について述べる。ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの構造は、基板用電極、正孔注入阻止層、光吸収層、電子注入阻止層、及び透明電極をこの順序に積層した構造となる。次に各層の構成作用を順次に述べる。
【００４５】
基板用電極は、その上の正孔注入阻止層と電気的に良好な接触をする金属電極である。正孔注入阻止層は、基板用電極からの光吸収層への正孔の注入を阻止し、暗電流の低減を図っている。具体的には、n型の単結晶シリコン層を使用し、さらに不純物濃度を１０１６〜１０１７［ｃｍ−３]として光吸収層への基板用電極側からの正孔の注入を抑え、低暗電流で波長依存特性のある構造となっている。光吸収層は、効率良く光を電荷に変換させるために、薄膜内の欠陥密度が低く、抵抗が高いほとんど不純物がドープされていない水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層で構成されている。電子注入阻止層は、透明電極からの光吸収層への電子の注入を阻止し、暗電流の低減を図っている。具体的には、ｐ型の水素化アモルファス材料層（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）を用いている。透明電極は、光を透過させる必要があるため、酸化インジウム・錫や半透明金属電極を用いる。また、暗電流を低減させるために、電子注入阻止層に対して、ショットキ接触となる材料が使用されている。
【００４６】
実験に使用した、自作ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの暗電流特性を図６に示す。また、波長依存特性（波長［ｎｍ］−光電流［Ａ］特性）を図７に示す。図７に示すように、ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤには、印加電圧値毎に波長依存特性が変化する（光電流への変換効率が変化する）性質がある。この性質は、ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤ特有の性質であり、結晶Ｓｉ ＰＤには無い性質である。この性質は、波長依存特性と同様に、本分光方法における重要な要素である。即ち、各波長光から得られる光電流値が印加電圧値毎にどの様に変化するのかがあらかじめ分かっていれば、計算に用いる印加電圧値を複数設ける（３波長光の分光であれば、数式１３に加え、もう一つの印加電圧値Ｖ３における光電流値から新たに式が成り立つ）ことで、複数波長光の分光に対応することが可能となる。
【００４７】
ただし、この性質は印加電圧値毎に光電流への変換効率が変化することを表すため、光量一定下でも計算に扱う各印加電圧値の光電流値毎に混合割合の計算結果が異なってしまうことになる。故に、印加電圧値毎に補正係数Ｆの値を変えて計算することで、計算結果が変化しないようにする必要がある。次に、光源及び測定冶具を含む測定系について述べる。
【００４８】
図８に測定系（等価回路）を、図９に測定冶具の概観を示す。
【００４９】
本実験では、光源には４７３［ｎｍ］の単色光を照射するレイザーダイオード（以下ＬＤ）と５３２［ｎｍ］の単色光を照射するＬＤを用いた。これらのＬＤはそれぞれ出力が調節可能である。
【００５０】
２つのＬＤから出力された光をフィルタ等の光学機器を用いて集光し、ａ−Ｓｉ ＰＤに照射する。
・Ｉ−Ｖ特性の測定（Ｉmix（Ｖ２），Ｉａ（Ｖ２），Ｉｂ（Ｖ２）の測定）
【００５１】
ａ−Ｓｉ ＰＤにＬＤの光を照射した状態で、逆方向電圧を印加し、光電流値を測定した。ただし、光電流値の測定中は、ＬＤの光量を一定とした。印加電圧値及び光電流値はケースレイ社製の半導体パラメータアナライザ４２００ＳＣＳを用いて測定した。
・（Ｉmix（Ｖ２），Ｉａ（Ｖ２），Ｉｂ（Ｖ２）の測定結果より）混合割合Ａａ，Ａｂの算出Ｉ−Ｖ特性の測定より得られた値（Ｉmix（Ｖ２），Ｉａ（Ｖ２），Ｉｂ（Ｖ２）を用いて、数式１３と数式１４より混合割合Ａａ，Ａｂを算出した。
【００５２】
ここで、以降では４７３［ｎｍ］光から得られる光電流をＩ473，５３２［ｎｍ］光から得られる光電流をＩ532とする。同様に、混合光中の各波長光から得られる光電流の混合割合をそれぞれＡ473，Ａ532とする。
【００５３】
［実験条件］
表1に本実験の条件を示す。
【表１】
0005445906.tif 000016
【００５４】
ここで、Ｖ１，Ｖ２，Ｉmix（Ｖ１）は、図４及び図５において示した印加電圧値及び光電流値に対応している。
【００５５】
図４及び図５に基づいて本実験の条件を対応させた図（Ｉ−Ｖ特性）を図１０に示す。
【００５６】
本実験では、印加電圧値１１［Ｖ］において、二種の光が入射したときの光電流Ｉ473とＩ532の値が一致するＩ−Ｖ特性をあらかじめ測定し、この二種の光が入射した時の印加電圧値６［Ｖ］における光電流Ｉ473（６Ｖ）とＩ532（６Ｖ）の値を予め（データベースとして）保管する。
【００５７】
また、印加電圧値１１［Ｖ］においてＩ473とＩ532の値が一致したときにとりうる光電流値は上記二種の光の光量によって上記の例に限らずいくつか存在するが、本実験では６．０×１０−９［Ａ］であった場合について検討する。
【００５８】
［実験結果］
次に、［ａ−Ｓｉ ＰＤを用いた分光方法］で説明した分光方法を用いて行った２波長光の分光実験の実験結果について述べる。また、最後に補正係数の算出についても述べる。
・Ｉ−Ｖ特性の測定（Ｉmix（Ｖ２），Ｉ473（Ｖ２），Ｉ532（Ｖ２）の測定）
【００５９】
本実験項目では，具体的に２つのＩ−Ｖ特性を測定している。
【００６０】
１つ目は表１に示した条件の下に得られる、保管（データベース）用のＩ−Ｖ特性の測定である。このＩ−Ｖ特性の測定では、あらかじめ２つのＬＤをそれぞれ単体で用いて、印加電圧値１１［Ｖ］において光電流値が６．０×１０−９［Ａ］となるようにＬＤの出力を調節の上、印加電圧値６［Ｖ］における光電流Ｉ473（６Ｖ），Ｉ532（６Ｖ）の値を測定するという方法により行った。
【００６１】
この測定より得られた各波長光のＩ−Ｖ特性を図１１に示す。図１１に示すＩ−Ｖ特性より、Ｉ473（６Ｖ）＝３．０６×１０−９［Ａ］，Ｉ532（６Ｖ）＝４．９４×１０−９［Ａ］という結果を得た。また、これらの値を（データベースとして）保管した。
【００６２】
２つ目は、Ｉmix（１１Ｖ）＝６．０×１０−９［Ａ］となる混合光のＩ−Ｖ特性の測定である。２つのＬＤから得られる混合光は、印加電圧値１１［Ｖ］において光電流値が６．０×１０−９［Ａ］となるように出力を調節して用いた。なお、この例では混合光の光量を印加電圧値１１［Ｖ］において上記光電流値となるように調節しているが、これはあくまでも本方式が実現可能であることを示すためのものにすぎない。一般的には、任意の混合光に対応できるように、例えば、予め二種の光の光量と印加電圧を共に変化させたときの光電流値のデータベースを作成しておく。そして、当該データベースのうち、その場で測定された混合光の印加電圧値と光電流値の依存性に応じて、上記二種の光の光電流値が一致する印加電圧のうち、さらに混合光の光電流値とも一致する印加電圧を選択して上記の電圧Ｖ１とし、このときの光量を有する上記二種の光に対応する上記電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）のときの光電流値を上記データベース中から参照する。また、以下のように混合光の上記電圧Ｖ２のときの光電流値はその場で測定する。
【００６３】
この測定より得られた混合光のＩ−Ｖ特性を図１２に示す。図１２に示すＩ−Ｖ特性より、印加電圧値６［Ｖ］における光電流Ｉmix（６Ｖ）の値が、３．１９×１０−９［Ａ］となることが分かった。
【００６４】
上記の２つのＩ−Ｖ特性の測定より、混合割合Ａ473，Ａ532の算出に必要となる光電流Ｉ473（６Ｖ），Ｉ532（６Ｖ），Ｉmix（６Ｖ）の値として、Ｉ473（６Ｖ）＝３．０６×１０−９［Ａ］，Ｉ532（６Ｖ）＝４．９４×１０−９［Ａ］，Ｉmix（６Ｖ）＝３．１９×１０−９［Ａ］が得られた。
・（Ｉmix（Ｖ２），Ｉ473（Ｖ２），Ｉ532（Ｖ２）の測定結果より）混合割合Ａ473，Ａ532の算出
【００６５】
次に、測定より得られたＩ473（６Ｖ），Ｉ532（６Ｖ），Ｉmix（６Ｖ）の値を数式３に代入し、混合割合Ａ473，Ａ532を算出した。
【００６６】
数式１３、数式１４より、次式が成り立つ。
【数１５】
0005445906.tif 000017
【００６７】
この数式１５より逆行列を求めると数式１６が得られる。
【数１６】
0005445906.tif 000018
【００６８】
ここで、数式１６に実測値Ｉ473（Ｖ２）＝Ｉ473（６Ｖ）＝３．０６×１０−９［Ａ］，Ｉ532（Ｖ２）＝Ｉ532（６Ｖ）＝４．９４×１０−９［Ａ］，Ｉmix（Ｖ２）＝Ｉmix（６Ｖ）＝３．１９×１０−９［Ａ］を代入すると数式１７が得られる。
【数１７】
0005445906.tif 000019
【００６９】
数式１７を計算した結果、次の解が得られた。
【数１８】
0005445906.tif 000020
【００７０】
次に、補正係数の値について検討する。数式１１の説明で述べたように、ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの性質上、混合光から得られる光電流値は、（混合光の生成に用いた）２つの波長光を単波長で用いた場合に得られる光電流値の和と等しくならない（即ち、各波長光の光電流の割合の和は１にならない）。故に、数式１４に示す定義の下に計算を行っている。しかし、数式１４を用いて計算した場合、ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの性質を無視した計算結果が得られるため、理論値（実際の光電流の割合）に対し誤差が計算結果に生じると考えられる。そこで、補正係数を用いて誤差を補正（混合割合の和が１になるという計算を実現）する。この補正係数は各波長の光電流の割合の和が１になるのであれば１である。しかし、光量と共に光電変換効率が変化するデバイスを用いる場合（各波長光の光電流の割合の和は１にならない場合）は、あらかじめＦｉ（ｉは１〜ｎの整数）を求めておく必要がある。求め方は２つある。１つ目は、各光量、各光電流の比率に対するＦｉの値を光電変換効率より計算する方法である。２つ目は、各光量、各光電流の比率に対するＦｉの値を実験より求める方法である。
【００７１】
補正関数の値は、数式１８に示す解と、理論値（実際の光電流の割合）との関係から得る方法が最も信頼できる値を得る方法だと考えられる。ここで、理論値は、混合光の生成に用いた各ＬＤの出力がそれぞれ分かっていることから、次式（数式１９）より得ることができる。
【数１９】
0005445906.tif 000021
【００７２】
数式１９において、Ｉmix'473（６Ｖ），Ｉmix'532（６Ｖ）は，それぞれＩmix（１１Ｖ）＝６．０×１０−９［Ａ］となる混合光を生成する際に用いた、各ＬＤの出力と同じ出力の光を単波長で用いた場合の印加電圧値６［Ｖ］における光電流値である（注意：Ｉmix'473（６Ｖ），Ｉmix'532（６Ｖ）はＩ473（６Ｖ），Ｉ532（６Ｖ）と同一の光電流ではない）。また、Ｉmix'（６Ｖ）は，Ｉmix'473（６Ｖ）とＩmix'532（６Ｖ）の和である。
【００７３】
ここで、Ｉmix'473（６Ｖ）＝２．５４×１０−９［Ａ］，Ｉmix'532（６Ｖ）＝１．２１×１０−９［Ａ］であることが分かっているため，数式１９より、Ｘ473＝０．６７７，Ｘ532＝０．３２３が得られた。
【００７４】
先に述べたように、補正係数の値は、実測値であるＡ473，Ａ532の値と，理論値であるＸ473，Ｘ532の値との関係より算出する方法が適当だと考えられる。故に、次式より、Ａ473，Ａ532に対する補正係数Ｆ473，Ｆ532の値を算出した。
【数２０】
0005445906.tif 000022
【００７５】
数式２０より、Ｆ473＝０．７３，Ｆ532＝４．６７が得られた。よって補正係数の値Ｆ473＝０．７３，Ｆ532＝４．６７を保管しておくことにより、数式１１を用いてＸ473，Ｘ532の値を本分光方法から得ることができる。ただし、ここで算出した補正係数の値は、基準電圧Ｖ２＝６［Ｖ］における光電流値から算出した混合割合Ａ473，Ａ532に対する補正係数である。故に、基準電圧Ｖ２を他の電圧値にした場合には用いることができない。これは、先に述べたように、ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤの波長依存特性が印加電圧値毎に異なる（波長及び光量一定の下でも印加電圧値毎に光電流への変換効率が異なる）ためである。したがって、補正係数を上記電圧Ｖ２ごとに予めデータベースとして保管しておく必要がある。また、上記電圧Ｖ１を上述のように選択可能とするためには、補正係数を上記電圧Ｖ１ごとに予めデータベースとして保管しておく必要がある。
【００７６】
［実験結果の考察］
以上の実験結果をまとめると、以下のようになる。
【表２】
0005445906.tif 000023
【００７７】
上記表２において、光量の混合割合とは、光量計を用いて測定した実際のＬＤからの各波長光の光量の混合割合（理論値）と、本実験より得られた光電流の混合割合を用いて算出した光量の混合割合（実測値）との比較である。
【００７８】
ここでは、分光の結果として光量の混合割合を得ることが最終的な目的ではないが、本分光方法を用いることで得られた実験結果の妥当性を確認するために光量の混合割合についても理論値と実測値を比較検討した。
【００７９】
光量の混合割合について実測値の算出方法を以下に示す。
【００８０】
光量の割合は以下の３つの式より算出できる。
【００８１】
混合光の光量［Ｗ］をＷmix，またａ［ｎｍ］とｂ［ｎｍ］の波長光の光量をそれぞれＷａ，Ｗｂとすると、数式２１が成り立つ。
【数２１】
0005445906.tif 000024
【００８２】
ここで、ａ［ｎｍ］とｂ［ｎｍ］の波長光の光量の混合割合をそれぞれＷ'ａ，Ｗ'ｂとすると、数式２２が成り立つ。
【数２２】
0005445906.tif 000025
【００８３】
ただし、Ｗａ，Ｗｂは数式２３より算出される。ここで、ηは各波長光に対するＰＤの光電変換効率である。
【数２３】
0005445906.tif 000026
【００８４】
表２に示すように、光量の混合割合について実測値と理論値が非常に近似した値であることが分かる。故に、本分光方法にて２波長光の分光が実現可能であると考えられる。
【００８５】
以上述べた本実施形態における従来の技術（特開２００８−２４１５７８）との大きな違いは以下の４点である。
【００８６】
１．材料：従来技術ではＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）に用いられる材料（Ｓｉ結晶など）が対象であったが、本技術ではＰＤ（フォトダイオード）に用いられる材料（Ｓｉ結晶だけでなくアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ））までが対象となる。そのため、ａ−Ｓｉの特徴である低温での成膜が可能となり、さまざまなデバイスへの積層化が実現できる。
【００８７】
２．動作電圧：従来技術ではＡＰＤを動作させるために高電圧（１００Ｖ程度）を印加させる必要があったが、ＰＤ動作電圧（５［Ｖ］程度）の低電圧で動作可能となる。
【００８８】
３．光電流比率Ａｉの合計が１となる式（数式１０）を利用する場合には、従来技術と違い、「比率の合計が１と定義する」ことにより、測定回数を減らすことが出来、測定による測定誤差を少なくすることが出来る。また同時に、測定回数を減らすことが出来、高速化が実現できる。
【００８９】
４．計算方法２（増倍率でなく電流値で計算）：従来技術では光電流値を測定し、その値を元に増倍率を求めなければ比率計算することができなかったが、本技術では電流値を測定すれば、その値を用いて、比率計算をすることができるため、計算にかかる時間が早くなる。また、増倍率を求めるために余分な回路機構も必要なくなる。
【００９０】
以上本発明につき、好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【符号の説明】
【００９１】
１  フォトダイオード（アモルファスシリコンフォトダイオード）
２  基板用電極
３  正孔注入素子層
４  光吸収層
５  電子注入阻止層
６  透明電極
【図１】
0005445906.tif 000029
【図２】
0005445906.tif 000030
【図３】
0005445906.tif 000031
【図４】
0005445906.tif 000032
【図５】
0005445906.tif 000033
【図６】
0005445906.tif 000034
【図７】
0005445906.tif 000035
【図８】
0005445906.tif 000036
【図９】
0005445906.tif 000037
【図１０】
0005445906.tif 000038
【図１１】
0005445906.tif 000039
【図１２】
0005445906.tif 000040