(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板からなるコレクタ層と、上記半導体基板の一方の側に不純物を拡散することにより形成された上記半導体基板と逆導電型である第２導電型のベース層と、上記ベース層内の表面側に形成された第１導電型のエミッタ層とを有するトランジスタ部と、
上記半導体基板の上記一方の側に不純物を拡散することにより形成された第２導電型のアノード層と、第１カソード層としての上記半導体基板とを有する受光部とを備えるフォトトランジスタにおいて、
上記アノード層内の表面側に形成された第１導電型の第２カソード層と、
上記第２カソード層と上記アノード層とを短絡する短絡電極とを備え、
上記トランジスタ部の上記ベース層と上記受光部の上記アノード層とが同一の拡散領域であって、その拡散領域と上記トランジスタ部の上記エミッタ層および上記受光部の上記第２カソード層で形成される寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEが１以下となるように、上記エミッタ層と上記第２カソード層との間隔を設定したことを特徴とするフォトトランジスタ。
【請求項２】
請求項１に記載のフォトトランジスタにおいて、
上記第２カソード層と上記アノード層とを短絡する上記短絡電極を上記半導体基板平面上の複数箇所に形成したことを特徴とするフォトトランジスタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフォトトランジスタにおいて、
上記トランジスタ部の上記ベース層および上記受光部の上記アノード層の周辺部に、上記ベース層,アノード層に対して所定の間隔をあけて形成された第２導電型の周辺拡散層と、
上記周辺拡散層と上記半導体基板とを短絡する周辺短絡電極とを備えたことを特徴とするフォトトランジスタ。
【請求項４】
請求項１に記載のフォトトランジスタにおいて、
上記ベース層と上記アノード層とが同一の拡散領域であって、上記第２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍとしたことを特徴とするフォトトランジスタ。
【請求項５】
リードフレームに搭載された発光チップが透光性樹脂により被覆された発光素子と、
リードフレームに搭載された受光チップが透光性樹脂により被覆され、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のフォトトランジスタが用いられた受光素子とを備え、
上記発光素子と上記受光素子とを所定の間隔をあけて配置するように遮光性樹脂により一体成形された特定物検出装置であって、
上記発光素子のピーク発光波長λAよりも上記受光素子のピーク感度波長λBが長いことを特徴とする特定物検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の特定物検出装置において、
上記受光素子は、上記発光素子のピーク発光波長λAに対する感度よりもピーク感度波長λBに対する感度が２倍以上であることを特徴とする特定物検出装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の特定物検出装置において、
上記発光素子のピーク発光波長λAを６００nm〜７００nmとすると共に、上記受光素子のピーク感度波長λBを９００nm〜９６０nmとしたことを特徴とする特定物検出装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１つに記載の特定物検出装置と、
上記特定物検出装置の発光素子からの光を吸収して、吸収された光のエネルギーにより上記特定物検出装置の受光素子が受光可能な光を放出する被検出物とを用いたことを特徴とする特定物の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特定波長の光にのみ反応するフォトトランジスタおよび発光素子と受光素子とを有する特定物検出装置および特定物の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、フォトトランジスタとしては、トランジスタ部と受光部とを有し、その受光部にフォトダイオードを用いたものがある。このフォトトランジスタの信号源である光源から長波長の赤外線を発する場合、可視光等の波長の短い光が受光部に外乱光として受光されると、誤動作の原因となるので、このフォトトランジスタを用いて製品を組み立てるときに、受光部の短波長光に対する感度を低下させるために短波長光カット用フィルタを受光部と光源との間に挿入している。
【０００３】
ところが、上記フォトトランジスタでは、短波長光カット用フィルタを挿入する必要があるため、このフォトトランジスタを用いた製品の小型化に限界が生じると共に、コストも高くなるという欠点がある。なお、近年、製品の小型化,低価格化が進むにつれて、フォトトランジスタ自体に特定の波長のみに感度を有する性能が要求されている。
【０００４】
また、従来より上述のフォトトランジスタ等を受光素子に用いた反射型フォトインタラプタとして、図１１に示すようなものがあり、この反射型フォトインタラプタは、反射物に光を発する発光素子６０とその反射物からの反射光を受光する受光素子７０とを備えている。図１２に示すように、上記発光素子６０は、リードフレーム６３と、リードフレーム６３に搭載された発光チップ６１とを有し、上記発光チップ６１を金線６２により内部結線すると共に、リードフレーム６３,発光チップ６１を透明樹脂６４により被覆している。また、上記受光素子７０は、リードフレーム７３と、リードフレーム７３に搭載された受光チップ７１とを有し、上記受光チップ７１を金線７２により内部結線すると共に、リードフレーム７３, 受光チップ７１を透明樹脂７４により被覆している。そして、上記発光素子６０と受光素子７０とを所定の間隔をあけて配置して、遮光性樹脂７５により一体成形している。上記発光素子６０のピーク発光波長は９００nm〜９５０nmで受光素子７０のピーク感度波長は８００nm〜９５０nmである。また、上記受光素子７０の分光感度特性は、図１４に示すように、波長９５０nmの光に対する感度を１とした場合、波長７００nmの光に対する感度は０.７程度であり、波長による感度の比はあまり大きくない。
【０００５】
上記構成の反射型フォトインタラプタは、図１３に示すように、発光素子６０より波長λ1の光を反射物７６に発し、その反射物７６により反射された波長λ1の光が受光素子７０に入射するか否かによって、反射物７６の有無を検知する。この場合、反射物としてミラー,紙またはプラスチック等が考えられるが、これらは反射率の差はあるが入射光と同じ波長の反射光を得るもので、反射物が変わっても、受光素子や電気回路のゲインを調整することで、ある程度検出可能である。したがって、上記反射型フォトインタラプタでは、反射物のほとんどが検出対象となるため、特定の被検出物のみを検出することができず、セキュリティまたはシステムの独占使用等に用いることが難しいという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、フィルタを用いることなく特定の波長のみに感度を有し、小型化と低コスト化に対応できるフォトトランジスタを提供することにある。
【０００７】
また、この発明のもう１つの目的は、特定の被検出物のみを検出することができ、セキュリティまたはシステムの独占使用等の用途に適用できる特定物検出装置および特定物の検出方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のフォトトランジスタは、第１導電型の半導体基板からなるコレクタ層と、上記半導体基板の一方の側に不純物を拡散することにより形成された上記半導体基板と逆導電型である第２導電型のベース層と、上記ベース層内の表面側に形成された第１導電型のエミッタ層とを有するトランジスタ部と、上記半導体基板の上記一方の側に不純物を拡散することにより形成された上記アノード層と、第１カソード層としての上記半導体基板とを有する受光部とを備えるフォトトランジスタにおいて、上記アノード層内の表面側に形成された上記第２カソード層と、上記第２カソード層と上記アノード層とを短絡する短絡電極とを備え、上記トランジスタ部の上記ベース層と上記受光部の上記アノード層とが同一の拡散領域であって、その拡散領域と上記トランジスタ部の上記エミッタ層および上記受光部の上記第２カソード層で形成される寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEが１以下となるように、上記エミッタ層と上記第２カソード層との間隔を設定したことを特徴としている。
【０００９】
上記請求項１のフォトトランジスタによれば、短波長光ほど上記受光部の浅い領域で吸収され、その浅い領域の上記アノード層内の表面側に形成された第２カソード層とアノード層との接合において発生した光キャリアは、第２カソード層直下のアノード層を通って上記短絡電極に達し、短絡電極により第２カソード層とアノード層とで生じる光起電力を無効化する。一方、長波長光は上記受光部の第２カソード層と第２導電型のアノード層との接合よりも深い領域で吸収され、第１カソード層とアノード層との接合で発生した光キャリアによる光電流を上記トランジスタ部で増幅する。つまり、上記受光部の受光表面側の比較的浅い領域で吸収される短波長光に対する感度を低減するのである。したがって、上記受光部の短波長感度を低減することによって、高価な短波長カット用フィルタを挿入する必要がなくなり、このフォトトランジスタを組み込む製品の小型化および低価格化ができる。
【００１０】
【００１１】
また、上記トランジスタ部のエミッタ層と上記受光部の第２カソード層との間隔は、上記拡散領域とトランジスタ部のエミッタ層および受光部の第２カソード層で形成される寄生トランジスタのベース層の幅に相当し、そのエミッタ層と第２カソード層との間隔を調整することによって、寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEを１以下にする。そうすることによって、上記寄生トランジスタが動作しても、電流増幅率ｈFEが１以下であるので、上記受光部に流れる光電流が低下するのを防止できる。
【００１２】
また、請求項２のフォトトランジスタは、請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記第２カソード層と上記アノード層とを短絡する上記短絡電極を上記半導体基板平面上の複数箇所に形成したことを特徴としている。
【００１３】
上記請求項２のフォトトランジスタによれば、長波長光よりも短波長光が吸収されやすい上記受光部の浅い領域の上記第２カソード層とアノード層６との接合で発生した光キャリアは、第２カソード層直下のアノード層を通って短絡電極に達する。このとき、上記アノード層の抵抗成分による電圧降下が第２カソード層とアノード層との接合のオン電圧に達すると、短絡電極による短絡効果がなくなるので、上記第２カソード層とアノード層とを短絡する短絡電極を半導体基板平面上の複数箇所に形成して、短絡電流に対する抵抗成分を小さくすることによって、短絡電極による短絡効果を維持できる。
【００１４】
また、請求項３のフォトトランジスタは、請求項１または２のいずれか１つのフォトトランジスタにおいて、上記トランジスタ部の上記ベース層および上記受光部の上記アノード層の周辺部に、上記ベース層,アノード層に対して所定の間隔をあけて形成された第２導電型の周辺拡散層と、上記周辺拡散層と上記半導体基板とを短絡する周辺短絡電極とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
上記請求項３のフォトトランジスタによれば、上記周辺拡散層と上記半導体基板とを周辺短絡電極により短絡することによって、上記ベース層,アノード層の周辺部で発生する光キャリアを無効化している。したがって、上記受光部以外の領域で吸収された光(特に短波長光)の影響を除去できる。
【００１６】
また、請求項４のフォトトランジスタは、請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記ベース層と上記アノード層とが同一の拡散領域であって、上記第２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍとしたことを特徴としている。
【００１７】
上記請求項４のフォトトランジスタによれば、上記第２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍとすることによって、特に上記受光部のピーク感度波長が９５０nmでは、波長９５０nmの光に対する感度を１とすると、波長７００nmの光に対する感度が約０.４となり、短波長感度を低減できる。上記第2カソード層は、上記トランジスタ部のエミッタ層と同時形成されているため、トランジスタ部の特性を考慮すると、第2カソード層の拡散深さは２μｍ〜５μｍとなる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
また、請求項５の特定物検出装置は、リードフレームに搭載された発光チップが透光性樹脂により被覆された発光素子と、リードフレームに搭載された受光チップが透光性樹脂により被覆され、請求項１乃至４のいずれか１つのフォトトランジスタが用いられた受光素子とを備え、上記発光素子と上記受光素子とを所定の間隔をあけて配置するように遮光性樹脂により一体成形された特定物検出装置であって、上記発光素子のピーク発光波長λAよりも上記受光素子のピーク感度波長λBが長いことを特徴としている。
【００２１】
一般に光を吸収,発光する材料は、エネルギーの大きい短波長光を吸収して、エネルギーの小さい長波長光を発光し、上記請求項５の特定物検出装置では、例えば、上記発光素子から発光されたピーク発光波長λAの光を吸収してその光よりも波長の長い上記受光素子のピーク感度波長λBと同等の波長の光を発光する蛍光物質等の材料を被検出物に用いる。この被検出物に対して、上記発光素子から発せられたピーク発光波長λAの光を当てると、被検出物が波長λBの光を放出して、その波長λBの光を受光素子により受光する。このように、上記特定物検出装置の発光素子のピーク発光波長λAと受光素子のピーク感度波長λBとの関係がλA＜λBとなっているため、光を吸収してその光よりも波長の長い光を発光する材料を用いた被検出物を検出できる。したがって、この特定物検出装置は、入射光と同じ波長の光を反射する反射物を検出せずに、特定の被検出物のみを検出することができ、セキュリティまたはシステムの独占使用等の用途に適用できる。また、フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に特定の被検出物を搭載し、その被検出物をこの特定物検出装置により検出することによって、特定メディアの検知が可能となる。
【００２２】
また、請求項６の特定物検出装置は、請求項５の特定物検出装置において、上記受光素子は、上記発光素子のピーク発光波長λAに対する感度よりもピーク感度波長λBに対する感度が２倍以上であることを特徴としている。
【００２３】
上記請求項６の特定物検出装置によれば、上記特定物検出装置は、上記受光素子の分光感度特性において波長λAの光に対する波長λBの光の感度が２倍以上あるため、波長λBの光のみを有効成分として容易に検出できる。
【００２４】
また、請求項７の特定物検出装置は、請求項５または６の特定物検出装置において、上記発光素子のピーク発光波長λAを６００nm〜７００nmとすると共に、上記受光素子のピーク感度波長λBを９００nm〜９６０nmとしたことを特徴としている。
【００２５】
上記請求項７の特定物検出装置によれば、上記発光素子のピーク発光波長λAを６００〜７００nm、上記受光素子のピーク感度波長λBを９００〜９６０nmとすることによって、６７０nm程度の光を吸収して９５０nm程度の光を発光する蛍光物質等を被検出物に使用できる。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
また、請求項８の特定物の検出方法は、請求項５乃至７のいずれか１つに記載の特定物検出装置と、上記特定物検出装置の発光素子からの光を吸収して、吸収された光のエネルギーにより上記特定物検出装置の受光素子が受光可能な光を放出する被検出物とを用いたことを特徴としている。
【００２９】
上記請求項８の特定物の検出方法によれば、上記特定物検出装置と被検出物とを用いることによって、特定の被検出物のみを検出でき、他の反射物を検出しないシステムの構築が可能で、セキュリティおよびシステム独占使用等の用途に適用できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のフォトトランジスタおよび特定物検出装置および特定物の検出方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態のフォトトランジスタの平面図であり、図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【００３２】
図１,図２に示すように、第１導電型としてのＮ型半導体基板１の一方の側に第２導電型としてのＰ型不純物を拡散することによりベース層３,アノード層６となるＰ型拡散領域を形成すると共に、ベース層３内の表面側にＮ型不純物によりエミッタ層４を形成している。上記ベース層３,エミッタ層４およびＮ型半導体基板１からなるコレクタ層２でトランジスタ部を形成している。また、上記トランジスタ部のエミッタ層４と同時に、アノード層６内の表面側に上記エミッタ層４に対して所定の間隔をあけてＮ型不純物により第２カソード層７を形成して、アノード層６,Ｎ型半導体基板１からなる第１カソード層５および第２カソード層７で受光部を形成している。さらに、上記ベース層３とアノード層６の周辺部にＰ型拡散層８を形成すると共に、そのＰ型拡散層８の表面側とＮ型半導体基板１の表面側の互いに隣接する領域にＮ+チャンネルストッパー層９を形成している。
【００３３】
次に、上記Ｎ型半導体基板１上にパターンニングされた酸化膜１４を形成した後、Ｎ型半導体基板１上に、エミッタ層４に電気的に接続されたエミッタ電極１０と、第２カソード層７とアノード層６とを短絡する短絡電極１１と、Ｎ型半導体基板１とＰ型拡散層８とを短絡する周辺短絡電極１２とを形成している。また、上記Ｎ型半導体基板１の他方の側にコレクタ電極１３を形成している。なお、図１では、図を見やすくするために図２に示す酸化膜１４を省略している。また、図１,図２では、エミッタ電極１０,短絡電極１１および周辺短絡電極１２を他の部分と区別するために同じ斜線により示している。
【００３４】
上記構成のフォトトランジスタは、エミッタ層４,第２カソード層７およびＰ型拡散領域(ベース層３,アノード層６)で形成された寄生トランジスタが動作すると、上記受光部により取り出せる信号電流(光電流)が低下する。そこで、これを防止するため、上記エミッタ層４と第２カソード層７との間隔(寄生トランジスタのベース層幅に相当)を１０μｍ〜２０μｍとして、上記寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEを１以下にしている。
【００３５】
また、図２に示すように、上記第２カソード層７とアノード層６との接合において発生する光キャリアは、第２カソード層７直下のアノード層６を通って短絡電極１１に達するが、このとき、抵抗成分であるアノード層抵抗１６による電圧降下が第２カソード層７とアノード層６との接合のオン電圧に達すると、短絡電極１１による短絡効果がなくなる。そこで、これを防止するため、図１に示すように、上記アノード層抵抗１６の抵抗値を考慮して、Ｎ型半導体基板１平面上の複数箇所(図１に示す短絡電極１１の接続部１１a)で第２カソード層７とアノード層６とを短絡電極１１により短絡している。
【００３６】
また、上記ベース層３,アノード層６の周辺部より回り込む光電流は、短波長光によるものも含まれるが、Ｎ型半導体基板１とＰ型拡散層８とを周辺短絡電極１２により短絡することによって、ベース層３,アノード層６の周辺部で発生する光キャリアを無効化している。
【００３７】
例えば、シリコン表面に光が入射した場合、次式に従って光強度が減衰して入射光がシリコンに吸収される。
【００３８】
Ｉ  ＝  Ｉo・exp(−α・ｘ)    ………………(式１)
Ｉo ：  表面での光強度
α  ：  吸収係数
ｘ  ：  表面からの距離
上記式１の吸収係数αは、図５に示すように、短波長から長波長になるに従って吸収係数αは徐々に小さくなる。なお、図５において、縦軸は吸収係数α(任意目盛)、横軸は波長(任意目盛)を表している。この吸収係数αの値を用いて上記式１から波長の異なる光について、入射表面での光強度を１として、シリコン内に進入するに従って減衰する相対光強度を図６に示している。なお、図６において、縦軸は相対光強度(相対値)、横軸は表面からの距離(任意目盛)を表している。図６より明らかなように、波長の短い光ほど浅い領域で吸収されるのが分かる。
【００３９】
したがって、上記Ｎ型半導体基板１の一方(受光面)に形成されたアノード層６とそのアノード層６の表面側に形成された第２カソード層７とを短絡電極１１により短絡して、第２カソード層７とアノード層６とで生じる光起電力を無効化することによって、受光表面から比較的浅い領域で吸収される短波長光に対する感度を低減する。一方、比較的深い領域まで侵入する長波長光は、深い領域に形成された第１カソード層５とアノード層６との接合で生じる光起電力として得られ、所要の感度を維持する。
【００４０】
上記フォトトランジスタの場合、トランジスタ部の所要特性を考慮して、第２カソード７の拡散深さは２μｍ〜５μｍとしている。図４は上記フォトトランジスタの分光感度特性を示しており、分光感度比は、
分光感度比  ＝  Ｓ／Ｌ
Ｓ  ：  波長７００nmの光に対する感度
Ｌ  ：  波長９５０nmの光に対する感度
で表される。図４に示すように、従来のフォトトランジスタの特性曲線Ｃ1では、分光感度比Ｓ1／Ｌ1が約０.７であるのに対して、この第１実施形態の第２カソード７の拡散深さが２μｍ〜５μｍのフォトトランジスタの特性曲線Ｃ2では、分光感度比Ｓ2／Ｌ2は約０.４となった。
【００４１】
したがって、上記受光部(第１カソード層５,アノード層６および第２カソード層７)の短波長感度を低減することによって、高価な短波長カット用フィルタを挿入する必要がなくなり、このフォトトランジスタを組み込む製品の小型化および低価格化を行うことができる。
【００４２】
また、上記Ｐ型拡散領域(ベース層３,アノード層６)とトランジスタ部のエミッタ層４および上記受光部の第２カソード層７で形成される寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEを１以下にすることによって、上記寄生トランジスタが動作しても、上記受光部の第１カソード層５とアノード層７に流れる光電流の低下を防止することができる。
【００４３】
また、上記第２カソード層７とアノード層６とを短絡する短絡電極１１をＮ型半導体基板１平面上の複数箇所に形成して、短絡電流による電圧降下を小さくするので、短絡電極１１による短絡効果を維持することができる。
【００４４】
また、上記周辺拡散層８とＮ型半導体基板１とを周辺短絡電極１２により短絡することによって、上記ベース層３,アノード層６のＰ型拡散領域の周辺部で発生する光キャリアを無効化して、上記受光部以外の領域で吸収された光(特に短波長光)の影響を除去することができる。
【００４５】
また、上記第２カソード層７の拡散深さを２μｍ〜５μｍにすることによって、特に受光部のピーク感度波長が９５０nmでは、波長９５０nmの光に対する波長７００nmの光の分光感度比が約０.４となり、短波長感度を低減することができる。
【００４６】
なお、この第１実施形態のフォトトランジスタの構造は、通常のフォトトランジスタの製造プロセスにより製造できる。
【００４７】
（第２実施形態）
図３はこの発明の第２実施形態のフォトトランジスタの平面図である。このフォトトランジスタは、ベース層とアノード層とが異なる拡散領域であることを除き図１,図２に示す第１実施形態のフォトトランジスタと同一の構成をしている。
【００４８】
図３に示すように、第１導電型としてのＮ型半導体基板２１の一方の側に第２導電型としてのＰ型不純物を拡散することにより、所定の間隔をあけてベース層２３とアノード層２６とを形成すると共に、ベース層２３内の表面側にＮ型不純物によりエミッタ層２４を形成している。上記ベース層２３,エミッタ層２４およびＮ型半導体基板２１からなるコレクタ層２２でトランジスタ部を形成している。そして、上記受光部のアノード層２６内の表面側にＮ型不純物により第２カソード層２７を形成して、アノード層２６,Ｎ型半導体基板２１からなる第１カソード層２５および第２カソード層２７で受光部を形成している。さらに、上記ベース層２３とアノード層２６の周辺部にＰ型拡散層２８を形成すると共に、そのＰ型拡散層２８の表面側とＮ型半導体基板２１の表面側の互いに隣接する領域にＮ+チャンネルストッパー層２９を形成している。
【００４９】
次に、上記Ｎ型半導体基板２１上にパターンニングされた酸化膜３４を形成した後、Ｎ型半導体基板２１上に、エミッタ層２４に電気的に接続されたエミッタ電極３０と、第２カソード層２７とアノード層２６とを短絡する短絡電極３１と、Ｎ型半導体基板２１とＰ型拡散層２８とを短絡する周辺短絡電極３２とを形成している。また、上記Ｎ型半導体基板２１の他方の側にコレクタ電極３３を形成している。
【００５０】
上記構成のフォトトランジスタにおいて、トランジスタ部の特性に束縛されることなく、受光部のアノード層２６および第２カソード層２７の拡散深さを設定する。例えば、波長９５０nmの光に対して波長７００nmの光感度を１／１０にする場合、第２カソード層２７の吸収係数αが２０００cm-1であり、上記式１に基づいて、吸収された短波長光による光キャリアを無効化するための浅い領域の拡散深さ(ｘ)を求めると、１１.５μｍとなる。すなわち、上記第２カソード層２７の拡散深さを１１.５μｍに設定するのである。したがって、カットしたい光の波長とその量に応じて、第２カソード層２７の拡散深さを５μｍ〜２０μｍとすることによって、目的にあわせて短波長感度を低減することが可能になる。
【００５１】
上記フォトトランジスタの分光感度特性は、図４に示すように、従来のフォトトランジスタの特性曲線Ｃ1の分光感度比Ｓ1／Ｌ1が約０.７であるのに対して、この第２実施形態の第２カソード２７の拡散深さが５μｍ〜２０μｍのフォトトランジスタの特性曲線Ｃ3の分光感度比Ｓ3／Ｌ3は約０.１となった。
【００５２】
このように、上記受光部(第１カソード層２５,アノード層２６および第２カソード層２７)の短波長感度を低減することによって、高価な短波長カット用フィルタを挿入する必要がなくなり、このフォトトランジスタを組み込む製品の小型化および低価格化を行うことができる。
【００５３】
また、上記第２カソード層２７とアノード層２６とを短絡する短絡電極３１を第１実施形態と同様にＮ型半導体基板２１平面上の複数箇所に形成して、短絡電流による電圧降下を小さくするので、短絡電極３１による短絡効果を維持することができる。
【００５４】
また、上記周辺拡散層２８とＮ型半導体基板２１とを周辺短絡電極３２により短絡することによって、上記ベース層２３,アノード層２６のＰ型拡散領域の周辺部で発生する光キャリアを無効化して、上記受光部以外の領域で吸収された光(特に短波長光)の影響を除去することができる。
【００５５】
また、上記第２カソード層２７の拡散深さを５μｍ〜２０μｍにすることによって、特に受光部のピーク感度波長が９５０nmでは、波長９５０nmに対する波長７００nmの光の分光感度比が約０.１となり、短波長感度を大幅に低減することができる。
【００５６】
なお、この第２実施形態のフォトトランジスタの構造は、通常のフォトトランジスタの製造プロセスにより製造できる。
【００５７】
（第３実施形態）
図７はこの発明の第３実施形態の特定物検出装置の平面図であり、図８は図７のVIII−VIIIから見た断面図である。
【００５８】
図７に示すように、特定物検出装置は、被検出物に対して光を発する発光素子４０と上記被検出物からの光を受光する受光素子５０とを有している。また、図８に示すように、上記発光素子４０は、リードフレーム４３に搭載された発光チップ４１を金線４２により内部結線し、リードフレーム４３,発光チップ４１を透光性樹脂４４により被覆すると共に、受光素子５０は、リードフレーム５３に搭載された受光チップ５１を金線５２により内部結線し、リードフレーム５３,受光チップ５１を透光性樹脂５４により被覆している。そして、上記発光素子４０と受光素子５０とを所定の間隔をあけて、かつ、発光素子４０の発光面と受光素子５０の受光面とを同じ側に向けて配置して、遮光性樹脂５５により一体成形している。
【００５９】
上記発光素子４０のピーク発光波長λAと受光素子５０のピーク感度波長λBはλA＜λBの関係にあり、ピーク発光波長λAは６００nm〜７００nm、ピーク感度波長λBは９００nm〜９６０nmである。また、図１０に示すように、受光素子５０の波長７００nmの光に対する感度は、波長９５０nmの光に対する感度の約１／２以下となっている。
【００６０】
上記受光素子５０は、このような分光感度特性を有するフォトトランジスタとして上記第１,第２実施形態のフォトトランジスタを用いている。上記受光素子５０は、波長の短かい６００nm〜７００nmの光により生ずる受光部の光電流を無効化し、波長の長い９００nm〜９５０nmの光により生ずる受光部の光電流が有効になるように、第２カソード層の拡散深さを調整している(波長の長い光ほど表面より深い位置まで到達する)。
【００６１】
なお、従来の反射型フォトインタラプタでは、発光素子,受光素子に赤外線領域の光を用いており、外部からの可視光の悪影響を防ぐように可視光をカットする材料を透光性樹脂に添加していたために高価となっていたが、この発明の特定物検出装置では、受光素子自体が７００nm以下の領域の光に反応しにくいため、高価な透光性樹脂を用いる必要がない。
【００６２】
次に、この特定物検出装置を用いた特定物の検出方法について説明する。
【００６３】
上記特定物検出装置の被検出物として、波長６００nm〜７００nmの光を吸収した後、波長９００nm〜９５０nmの光を発光する材料(例えば蛍光物質)を用いるか、または、その材料を塗布したものを用いる。なお、この被検出物は、波長６００nm〜７００nmの光が上記材料に当たると、光を吸収した後に波長９００nm〜９５０nmの光を発光するが、一部は吸収されずに波長６００nm〜７００nmの光をそのまま反射する。
【００６４】
上記特定物検出装置でこの被検出物５６を検出する場合、図９に示すように、特定物検出装置の発光素子４０から発せられた波長λA(６００nm〜７００nm)の光は、被検出物５６に当たって吸収された後、波長λB(９００nm〜９６０nm)の光を被検出物５６から発光する。一部は波長λAの光がそのまま反射され、この反射された光が受光素子５０側に入射しても、波長λAの光は無効となり、特定物検出装置の出力に影響を及ぼさない。一方、波長λBの光が受光素子５０側に入射すると、受光素子５０はオン状態になって、有効出力が得られる。
【００６５】
一方、被検出物として通常用いられる紙,ミラー等を用いた場合、これらの被検出物では吸収,発光による波長変換がなく、波長λA(６００nm〜７００nm)の光のみが反射され、受光素子５０側に入射する。この波長λAの光はこの特定物検出装置の受光素子５０には無効な光であるために検出されず、受光素子５０はオフ状態となる。つまり、この特定物の検出方法では、波長λA(６００nm〜７００nm)の光を吸収し、波長λB(９００nm〜９６０nm)の光を発光するという特定の被検出物だけを検出することが可能となる。さらに、この場合の被検出物は、光の吸収,発光があるため、光を吸収してから発光するまである程度の時間がかかるので、この時間の遅れを利用して特定の被検出物を検出することも可能である(反射のみの場合は時間の遅れがない)。
【００６６】
このように、上記特定物検出装置の発光素子４０のピーク発光波長λAと受光素子５０のピーク感度波長λBとの関係がλA＜λBとなっているため、光を吸収してその光よりも波長の長い光を発光する材料を用いた被検出物を検出することができる。したがって、この特定物検出装置は、特定の被検出物のみを検出することができ、セキュリティまたはシステムの独占使用等の用途に適用することができる。また、フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に上記特定の被検出物を搭載し、その被検出物をこの特定物検出装置により検出することによって、特定メディアの検知が可能となる。
【００６７】
また、上記特定物検出装置は、上記受光素子５０の分光感度特性において波長λAに対する波長λBの感度が２倍以上あるため、波長λBの光のみを有効成分として容易に検出することができる。
【００６８】
また、上記発光素子４０のピーク発光波長λAを６００nm〜７００nmとすると共に、上記受光素子のピーク感度波長λBを９００nm〜９６０nmとすることによって、６７０nm程度の光を吸収して９５０nm程度の光を発光する蛍光物質等を被検出物に使用することができる。
【００６９】
また、上記受光素子５０に第１,第２実施形態のフォトトランジスタを用いることによって、発光素子４０のピーク発光波長λAよりも受光素子５０のピーク感度波長λBを長くすることが容易にできる。
【００７０】
上記第１,第２実施形態では、Ｎ型を第１導電型とし、Ｐ型を第２導電型としたが、Ｐ型を第１導電型とし、Ｎ型を第２導電型として、トランジスタ部がＰＮＰ型のフォトトランジスタにこの発明を適用してもよい。
【００７１】
また、上記第３実施形態では、特定物検出装置の受光素子に上記第１,第２実施形態のフォトトランジスタを用いたが、特定物検出装置の受光素子はこれに限らず、発光素子のピーク発光素子よりもピーク感度波長が長いフォトダイオード等の受光素子でもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のフォトトランジスタは、請求項１のフォトトランジスタは、第１導電型の半導体基板からなるコレクタ層と、上記半導体基板の一方の側に不純物を拡散することにより形成された上記半導体基板と逆導電型である第２導電型のベース層と、上記ベース層内の表面側に形成された第１導電型のエミッタ層とを有するトランジスタ部と、上記半導体基板の上記一方の側に不純物を拡散することにより形成された第２導電型のアノード層と、第１カソード層としての半導体基板とを有する受光部とを備えるフォトトランジスタにおいて、上記アノード層内の表面側に形成された第１導電型の第２カソード層と第２導電型のアノード層とを短絡電極により短絡するものであり、上記トランジスタ部のベース層と受光部のアノード層とが同一の拡散領域であって、その拡散領域とトランジスタ部のエミッタ層および受光部の第２カソード層で形成される寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEが１以下となるように、上記エミッタ層と第２カソード層との間隔を設定したものである。
【００７３】
したがって、請求項１の発明のフォトトランジスタによれば、上記受光部の浅い領域で短波長光は吸収され、上記第２カソード層とアノード層との接合で生じる光起電力を上記短絡電極により無効化する一方、上記受光部の第２カソード層とアノード層との接合よりも深い領域で長波長光は吸収され、第１カソード層とアノード層との接合で生じる光電流を上記トランジスタ部により増幅して、長波長光を有効に検出することによって、上記受光部の受光表面側の比較的浅い領域で吸収される短波長光に対する感度を低減する。したがって、上記受光部の短波長感度を低減することによって、高価な短波長カット用フィルタを挿入する必要がなくなり、このフォトトランジスタを組み込む製品の小型化および低価格化を実現することができる。
【００７４】
また、上記トランジスタ部のベース層と上記受光部のアノード層とが同一の拡散領域であって、その拡散領域とトランジスタ部のエミッタ層および受光部の第２カソード層で形成される寄生トランジスタの電流増幅率ｈFEが１以下となるように、上記エミッタ層と第２カソード層との間隔を設定したので、上記寄生トランジスタが動作しても、上記受光部に流れる光電流が低下するのを防止することができる。
【００７５】
また、請求項２の発明のフォトトランジスタは、請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記第２カソード層とアノード層とを短絡する短絡電極を上記半導体基板平面上の複数箇所に形成したので、短絡電流に対する抵抗成分を小さくすることによって、短絡電極による短絡効果を維持することができる。
【００７６】
また、請求項３の発明のフォトトランジスタは、請求項１または２のフォトトランジスタにおいて、上記トランジスタ部の上記ベース層および上記受光部の上記アノード層の周辺部に、上記ベース層,アノード層に対して所定の間隔をあけて形成された上記周辺拡散層と半導体基板とを周辺短絡電極により短絡するので、上記ベース層,アノード層の周辺部で発生する光キャリアを無効化し、上記受光部以外の領域で吸収された光(特に短波長光)の影響をすることが除去できる。
【００７７】
また、請求項４の発明のフォトトランジスタは、請求項１のフォトトランジスタにおいて、上記ベース層と上記アノード層とが同一の拡散領域であって、上記第２カソード層の拡散深さを２μｍ〜５μｍとしたので、特に上記受光部のピーク感度波長が９５０nmでは、波長９５０nmの光に対する感度を１とすると、波長７００nmの光に対する感度が約０.４となり、短波長感度を低減することができる。
【００７８】
【００７９】
また、請求項５の発明の特定物検出装置は、リードフレームに搭載された発光チップが透光性樹脂により被覆された発光素子と、リードフレームに搭載された受光チップが透光性樹脂により被覆され、請求項１乃至４のいずれか１つのフォトトランジスタが用いられた受光素子とを備え、上記発光素子と受光素子とを所定の間隔をあけて配置するように遮光性樹脂により一体成形された特定物検出装置であって、上記発光素子のピーク発光波長λAよりも受光素子のピーク感度波長λBが長くしたものである。
【００８０】
したがって、請求項５の発明の特定物検出装置によれば、上記特定物検出装置の発光素子のピーク発光波長λAと受光素子のピーク感度波長λBとの関係がλA＜λBとなっているため、入射光と同じ波長の光を反射する反射物を検出することなく、特定の被検出物のみを検出することができ、セキュリティまたはシステムの独占使用等の用途に適用することができる。また、フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に特定の被検出物を搭載し、その被検出物をこの特定物検出装置により検出することによって、特定メディアの検知することができる。
【００８１】
また、請求項６の発明の特定物検出装置は、請求項５の特定物検出装置において、上記受光素子は、上記発光素子のピーク発光波長λAに対する感度よりもピーク感度波長λBに対する感度が２倍以上であるので、波長λBの光のみを有効成分として容易に検出することができる。
【００８２】
また、請求項７の発明の特定物検出装置は、請求項５または６の特定物検出装置において、上記発光素子のピーク発光波長λAを６００nm〜７００nmとすると共に、上記受光素子のピーク感度波長λBを９００nm〜９６０nmとしたので、６７０nm程度の光を吸収して９５０nm程度の光を発光する蛍光物質等を被検出物に使用することができる。
【００８３】
【００８４】
また、請求項８の発明の特定物の検出方法は、請求項５乃至７のいずれか１つの特定物検出装置と、上記特定物検出装置の発光素子からの光を吸収して、吸収された光のエネルギーにより上記特定物検出装置の受光素子が受光可能な光を放出する被検出物とを用いたことを特徴としている。
【００８５】
したがって、請求項８の発明の特定物の検出方法によれば、上記特定物検出装置と被検出物とを用いることによって、特定の被検出物のみを検出でき、他の反射物は検出しないシステムの構築が可能で、セキュリティおよびシステム独占使用に適用できるという大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の第１実施形態のフォトトランジスタの平面図である。
【図２】  図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【図３】  図３はこの発明の第２実施形態のフォトトランジスタの平面図である。
【図４】  図４は上記第１,第２実施形態のフォトトランジスタの分光感度特性を示す図である。
【図５】  図５は上記フォトトランジスタの波長に対する吸収係数の特性を示す図である。
【図６】  図６は上記フォトトランジスタの表面からの距離に対する相対光強度を示す図である。
【図７】  図７はこの発明の第３実施形態の特定物検出装置の平面図である。
【図８】  図８は図７のVIII−VIII線から見た断面図である。
【図９】  図９は上記特定物検出装置の発光,受光時の光の経路を示す図である。
【図１０】  図１０は上記特定物検出装置の分光感度特性を示す図である。
【図１１】  図１１は従来の特定物検出装置の平面図である。
【図１２】  図１２は図１１のXII−XII線から見た断面図である。
【図１３】  図１３は上記特定物検出装置の発光,受光時の光の経路を示す図である。
【図１４】  図１４は上記特定物検出装置の受光感度特性を示す図である。
【符号の説明】
１,２１…Ｎ型半導体基板、２,２２…コレクタ層、
３,２３…ベース層、４,２４…エミッタ層、
５,２５…第１カソード層、６,２６…アノード層、
７,２７…第２カソード層、８,２８…Ｐ型拡散層、
９,２９…Ｎ+チャンネルストッパー層、１０,３０…エミッタ電極、
１１,１２,３１,３２…短絡電極、１３,３３…コレクタ電極、
１４,３４…酸化膜、１５…光電流、１６…アノード層抵抗。
【図１】
0003665478.tif 000002
【図２】
0003665478.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003665478.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003665478.tif 000009
【図９】
0003665478.tif 000010
【図１０】
0003665478.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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