(57)【要約】【課題】  広い波長範囲にわたる光の強度情報を高密度に得ることができる半導体装置を提供することにある。【解決手段】  積層される３つの半導体層１，２，３と、互いに隣接する上記３つの半導体層１，２，３の間に介設された絶縁層７と、上記３つの半導体層１，２，３のそれぞれに接続された電極１１，１２，１３と、この各電極１１，１２，１３に接続される回路２１，２２，２３とを備える。上記半導体層１，２，３のそれぞれにおいて光電変換によって発生した電荷を、それぞれの上記半導体層１，２，３ごとに独立して取り出すことができるので、入射光の波長範囲を区分して、この区分された範囲のそれぞれの光の強度情報を独立して計測することができる。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層されると共に光をキャリアに変換する複数の半導体層と、
互いに隣接する上記複数の半導体層の間に介設された透光性の絶縁層と、
上記複数の半導体層のそれぞれに接続された電極と、
この各電極に接続されると共にこの各電極から取り出された電荷を電気信号に変換する回路と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記複数の半導体層は、互いに、異なる材料からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
上記複数の半導体層は、光の入射方向に沿ってバンドギャップの広い上記半導体層からバンドギャップの狭い上記半導体層へ変化するように、配列されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記複数の半導体層は、同一の材料からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
上記複数の半導体層の厚みは、互いに、相違していることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記半導体層は、酸化亜鉛、窒化ガリウム、ガリウムヒ素、ガリウムインジウムリン、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウムまたはカドミウムテルルを含み、
上記絶縁層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、フッ化カルシウム、合成樹脂またはポリマーを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
基板と、
この基板にアレイ状に配列された複数の請求項１に記載の半導体装置と
を備えることを特徴とするイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、入射光から画像等の情報を得る半導体装置およびイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置は、単一または複数の半導体材料からなる基板中の連続した領域において、光電変換現象を発生させ、この光電変換現象によって発生した電荷を、蓄積して計量することにより、被爆光量を電気的にかつ定量的に計測していた（特開平３−２７８４７６号公報：特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記従来の半導体装置では、構成される材料によって受光可能な光の波長帯域は異なるものの、１つの上記半導体装置（光センサ）においては、一定の波長範囲の光の被爆強度を定量的に計測できるのみであり、一般に、光に含まれる波長帯域の帯域ごとの被爆光量を、分離して同時に計測することは不可能であった。
【０００４】
例えば、上記半導体装置の材料として、窒化ガリウムを用いた場合、上記半導体装置は、紫外光（波長２００〜４００ｎｍ）のみについて光電変換を生じるため，光量の計測が可能である一方、他の波長の光については、光電変換を生じないため、光量を計測することができない。
【０００５】
また、上記半導体装置の材料として、シリコンを用いた場合、上記半導体装置は、紫外光〜可視光（波長８００ｎｍ以下）について光電変換を生じるが、その光に含まれる各波長の成分（スペクトル）に関して、分離した強度情報を得ることができないため、受光した光のスペクトル分布、いわゆる光の色に関する情報を分離して得ることができない。
【０００６】
そして、図６に示すように、シリコンからなる上記半導体装置を、複数個アレイ状に配置して、イメージセンサを作製し、このイメージセンサでカラー画像を撮像する場合を説明する。
【０００７】
上記イメージセンサは、基板１１１と、この基板１１１に形成されている上記半導体装置としての第１の受光素子１１２、第２の受光素子１１３および第３の受光素子１１４と、上記第１の受光素子１１２に対向して配置される第１のカラーフィルタ１１６と、上記第２の受光素子１１３に対向して配置される第２のカラーフィルタ１１７と、上記第３の受光素子１１４に対向して配置される第３のカラーフィルタ１１８と、上記第１〜上記第３のカラーフィルタ１１６，１１７，１１８以外の部分からの入射光をさえぎるための遮光膜１１５とを備える。
【０００８】
上記第１〜上記第３の受光素子１１２，１１３，１１４は、受光によって発生した電気信号を増幅する機能を含むようにしてもよい。上記第１〜上記第３のカラーフィルタ１１６，１１７，１１８は、それぞれ、特定の波長帯域（色）の光のみを通過させる機能を持つ材料からなる。
【０００９】
そして、全入射光１２０から、上記第１のカラーフィルタ１１６によって、第１の光１２１を選別して、上記第１の受光素子１１２へ入射する。また、全入射光１２０から、上記第２のカラーフィルタ１１７によって、第２の光１２２を選別して、上記第２の受光素子１１３に入射する。また、全入射光１２０から、上記第３のカラーフィルタ１１８によって、第３の光１２３を選別して、上記第３の受光素子１１４に入射する。
【００１０】
このように、上記イメージセンサでは、予め、特定のスペクトル（色）成分を持つ上記光１２１，１２２，１２３のみを選別して、その後に、上記各光１２１，１２２，１２３の光量を計測することによって、カラー画像情報を得るために、入射する光の利用効率が低く、鮮明な画像情報が得られないという問題がある。また、その画像情報を元にして、紙面にカラー画像を印画する際、または、カラー表示装置に画像を表示する際、ソフトウエア等による情報補完処理が、別途必要であるという問題があった。
【特許文献１】特開平３−２７８４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この発明の課題は、広い波長範囲にわたる光の強度情報を高密度に得ることができる半導体装置を提供することにある。また、鮮明な画像情報を得ることができるイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、
積層されると共に光をキャリアに変換する複数の半導体層と、
互いに隣接する上記複数の半導体層の間に介設された透光性の絶縁層と、
上記複数の半導体層のそれぞれに接続された電極と、
この各電極に接続されると共にこの各電極から取り出された電荷を電気信号に変換する回路と
を備えることを特徴としている。
【００１３】
この発明の半導体装置によれば、積層されている上記半導体層のそれぞれにおいて光電変換によって発生した電荷を、それぞれの上記半導体層ごとに独立して取り出すことができるので、入射光の波長範囲を区分して、この区分された範囲のそれぞれの光の強度情報を独立して計測することができる。
【００１４】
このように、従来では複数種の受光素子でなければ得られなかった広い波長範囲にわたる光の強度情報を、１つの素子で得ることができて、装置の大きさを大幅に縮小することができる。また、従来ではカラーフィルタ等によって光の一部をあらかじめ取り除いて情報を得ていたものを、広い波長範囲にわたる光を全て用いて電子情報化することができて、素子の受光感度を高め、同じ大きさでも、より高密度の情報を得ることができる。
【００１５】
また、一実施形態の半導体装置では、上記複数の半導体層は、互いに、異なる材料からなる。
【００１６】
この一実施形態の半導体装置によれば、上記複数の半導体層は、互いに、異なる材料からなるので、一層広い波長範囲の入射光に対して光量を計測することが可能となる。
【００１７】
また、一実施形態の半導体装置では、上記複数の半導体層は、光の入射方向に沿ってバンドギャップの広い上記半導体層からバンドギャップの狭い上記半導体層へ変化するように、配列されている。
【００１８】
この一実施形態の半導体装置によれば、光の入射方向に沿って、バンドギャップの広い上記半導体層から、バンドギャップの狭い上記半導体層へ変化するので、光の入射側から順次または段階的に、カットオフ波長の小さい上記半導体層から、カットオフ波長の大きい上記半導体層へ変化する。
【００１９】
ここで、このカットオフ波長とは、上記半導体層が光電効果を生ずることのできる最長波長を示す。
【００２０】
このように、波長の長い光は、波長の短い光よりも長い距離（深く）まで到達するという性質に合わせて、上記複数の半導体層を配列することができて、入射光を電気信号に変換する光電変換効率を大きくできる。
【００２１】
また、一実施形態の半導体装置では、上記複数の半導体層は、同一の材料からなる。
【００２２】
この一実施形態の半導体装置によれば、上記複数の半導体層は、同一の材料からなるので、この半導体装置を容易に製造することができる。また、一般的に、波長の長い光は、波長の短い光よりも長い距離（深く）まで到達するという理由から、上記複数の半導体層のそれぞれに、異なった電気信号を得ることができて、カラーフィルタを用いることなく、入射光に含まれる異なった波長の成分（即ち色成分）の光量を分離独立して計測することができる。
【００２３】
このように、プロセスが簡単で安価であり、しかも、入射光の情報を無駄にすることなく高感度な半導体装置を実現することができる。
【００２４】
また、一実施形態の半導体装置では、上記複数の半導体層の厚みは、互いに、相違している。
【００２５】
この一実施形態の半導体装置によれば、上記複数の半導体層の厚みは、互いに、相違しているので、上記複数の半導体層によって得られる電気信号の割合を、容易に変化させることができる。このように、一層高精度な計測が可能になる。
【００２６】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体層は、酸化亜鉛、窒化ガリウム、ガリウムヒ素、ガリウムインジウムリン、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウムまたはカドミウムテルルを含み、上記絶縁層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、フッ化カルシウム、合成樹脂またはポリマーを含む。
【００２７】
この一実施形態の半導体装置によれば、上記半導体層として、光電変換を生ずる光の波長範囲が様々に異なる材料を用いることができて、検出する入射光の波長範囲の設計変更が容易になる。また、上記絶縁層として、光の吸収率の低い材料を用いることができる。
【００２８】
また、この発明のイメージセンサは、
基板と、
この基板にアレイ状に配列された複数の請求項１に記載の半導体装置と
を備えることを特徴としている。
【００２９】
この発明のイメージセンサによれば、アレイ状に配列された複数の上記半導体装置を備えるので、各上記半導体装置（各受光素子）が、それぞれ、広い波長範囲の入射光に対して、入射光に含まれる異なった波長の成分（即ち色成分）の光量を分離独立して計測することができる。
【００３０】
このように、従来のイメージセンサで用いられている如きカラーフィルタにより特定の波長成分のみを用いることによる情報の欠落がないため、例えば、画像表示などにおいてデータの補完処理が不必要となる。
【００３１】
したがって、入射光の空間的な分布情報をえる機能を大幅に高めることができ、小型化を実現できて、利便性が大幅に向上する。
【発明の効果】
【００３２】
この発明の半導体装置によれば、積層される複数の半導体層と、互いに隣接する上記複数の半導体層の間に介設された絶縁層と、上記複数の半導体層のそれぞれに接続された電極と、この各電極に接続される回路とを備えるので、広い波長範囲にわたる光の強度情報を高密度に得ることができる。
【００３３】
また、この発明のイメージセンサによれば、上記複数の半導体装置を備えるので、鮮明な画像情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１Ａと図１Ｂは、この発明の半導体装置の一実施形態である構成図を示している。この半導体装置は、例えば光センサであって、基板６と、この基板６に積層される３つの半導体層１，２，３と、互いに隣接する上記３つの半導体層１，２，３の間に介設された絶縁層７と、上記３つの半導体層１，２，３のそれぞれに接続された電極１１，１２，１３と、この各電極１１，１２，１３に接続される回路２１，２２，２３とを備える。
【００３６】
上記基板６は、一般的に、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる。なお、上記基板６の材料は、プラスチックやポリマー等でもよい。上記絶縁層７は、透光性を有する。
【００３７】
上記３つの半導体層１，２，３は、上記基板６側から順に配置されている第１の半導体層１、第２の半導体層２および第３の半導体層３である。上記３つの半導体層１，２，３のそれぞれは、光ＬをキャリアＣに変換する性質を有する。具体的に述べると、光Ｌが上記半導体層１，２，３に入射することで、上記半導体層１，２，３の内部における光電効果によってキャリアＣが生じる。なお、一般的に、光電効果では、電子および正孔の２種のキャリアＣが生じるが、この電子および正孔のうちの一方を電気信号として取り出すために、上記半導体層１，２，３には、不純物分布の勾配を設けるなどして、空乏層などを設けておくことが望ましい。
【００３８】
上記電極１１，１２，１３は、上記第１の半導体層１に電気的に接続されている第１の電極１１、上記第２の半導体層２に電気的に接続されている第２の電極１２、および、上記第３の半導体層３に電気的に接続されている第３の電極１３である。
【００３９】
上記３つの電極１１，１２，１３は、それぞれ、相互に離隔している２つの電極部を有している。この２つの電極部によって上記半導体層１，２，３の中に電界を生じさせることで、上記半導体層１，２，３で発生したキャリアＣを一方の電極部に集める。
【００４０】
上記回路２１，２２，２３は、上記第１の電極１１に接続されている第１の回路２１、上記第２の電極１２に接続されている第２の回路２２、および、上記第３の電極１３に接続されている第３の回路２３である。
【００４１】
上記３つの回路２１，２２，２３は、それぞれ、上記各電極１１，１２，１３から取り出された電荷を（電圧または電流等の）電気信号に変換する。すなわち、上記３つの回路２１，２２，２３は、それぞれ、上記各半導体層１，２，３で発生したキャリアＣを、独立した電気信号に変換する。
【００４２】
上記３つの半導体層１，２，３は、互いに、異なる材料からなる。上記３つの半導体層１，２，３は、光Ｌの入射方向に沿ってバンドギャップの広い上記半導体層３からバンドギャップの狭い上記半導体層１へ変化するように、配列されている。
【００４３】
ここで、半導体層は、材料ごとに固有のバンドギャップを有しており、このバンドギャップと光電効果を生ずる光の波長範囲との間には、密接な関係があり、次の式（ａ）で表される。
カットオフ波長(ｎｍ)＝１２４０／バンドギャップ(ｅＶ)・・・式（ａ）
【００４４】
ここで、カットオフ波長とは、上記半導体層が光電効果を生ずることのできる最長波長を示しており、上記半導体層は、このカットオフ波長以上に長い波長の光では電荷を生ずることがない。
【００４５】
例えば、酸化亜鉛のバンドギャップは、約３.３ｅＶであり、式（ａ）からカットオフ波長は、３７６ｎｍとなる。また、シリコンのバンドギャップは、約１.１ｅＶであり、式（ａ）からカットオフ波長は、１１２７ｎｍとなる。また、ゲルマニウムのバンドギャップは、約０.６７ｅＶであり、式（ａ）からカットオフ波長は、１８５１ｎｍとなる。
【００４６】
図２に、上記各材料における光の透過率と光の波長との関係を示す。縦軸に光の透過率（％）を示し、横軸に光の波長（ｎｍ）を示す。
【００４７】
図２からわかるように、上記各材料において、光の透過率が０％〜１００％近くまで変化する際の光の波長が、バンドギャップによって決まるカットオフ波長と関連している。
【００４８】
例えば、酸化亜鉛では、波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍのときに透過率が上昇している。すなわち、波長４００ｎｍ以上の光は、酸化亜鉛中で光電変換を生ずることなく透過する。要するに、酸化亜鉛は、可視光に対して透明である。また、同様に、波長１２００ｎｍ以上の光（赤外線）については、シリコン中では光電変換を生ずることなく透過する。
【００４９】
上述の性質を利用することで、図１に示すように、上記第１の半導体層１の材料を、ゲルマニウムとし、上記第２の半導体層２を、シリコンとし、上記第３の半導体層３を、酸化亜鉛とする。
【００５０】
上記半導体層１，２，３に光Ｌを入射させると、まず、酸化亜鉛からなる最上層の上記第３の半導体層３において、波長４００ｎｍ以下の光の成分によって光電変換が生じ、４００ｎｍ以上の波長成分は透過する。
【００５１】
次に、シリコンからなる中間層の上記第２の半導体層２において、４００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の波長成分によって光電変換が生じ、１２００ｎｍ以上の波長成分は透過する。
【００５２】
最後に、ゲルマニウムからなる最下層の上記第１の半導体層１において、１２００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長成分によって光電変換が生じる。
【００５３】
そして、上記半導体層１，２，３に生じた電荷を上記回路２１，２２，２３にて検出することで、入射した光の４００ｎｍ以下、４００ｎｍ〜１２００ｎｍ、１２００ｎｍ〜１８５０ｎｍの波長成分の強度を分離して検出できる。すなわち、上記各半導体層１，２，３に入射した光量に依存して光電効果によって発生する電荷量が変動するため、上記回路２１，２２，２３によって入射光量に応じて強度の異なる電気信号情報を得ることができる。
【００５４】
上記構成の半導体装置によれば、積層されている上記半導体層１，２，３のそれぞれにおいて光電変換によって発生した電荷を、それぞれの上記半導体層１，２，３ごとに独立して取り出すことができるので、入射光の波長範囲を区分して、この区分された範囲のそれぞれの光の強度情報を独立して計測することができる。
【００５５】
このように、従来では複数種のセンサ（受光素子）でなければ得られなかった広い波長範囲（紫外線〜可視光〜赤外線）にわたる光の強度情報を、１つのセンサ（素子）で得ることができて、装置の大きさを大幅に縮小することができる。
【００５６】
また、従来ではカラーフィルタ等によって光の一部をあらかじめ取り除いて情報を得ていたものを、広い波長範囲にわたる光をもれなく全て用いて電子情報化することができて、素子の受光感度を高め、同じ大きさでも、より高密度の情報を得ることができる。
【００５７】
また、上記複数の半導体層１，２，３は、互いに、異なる材料からなるので、一層広い波長範囲の入射光に対して光量を計測することが可能となる。
【００５８】
また、光の入射側から順次または段階的に、カットオフ波長の小さい上記半導体層３から、カットオフ波長の大きい上記半導体層１へ変化するので、波長の長い光は、波長の短い光よりも長い距離（深く）まで到達するという性質に合わせて、上記複数の半導体層１，２，３を配列することができて、入射光を電気信号に変換する光電変換効率を大きくできる。
【００５９】
（第２の実施形態）
図３Ａと図３Ｂは、この発明の半導体装置の第２の実施形態を示している。この半導体装置は、基板６と、この基板６に積層される２つの半導体層３１，３２と、上記２つの半導体層３１，３２の間に介設された絶縁層７と、上記２つの半導体層３１，３２のそれぞれに接続された電極４１，４２と、この各電極４１，４２に接続される回路５１，５２とを備える。
【００６０】
上記２つの半導体層３１，３２は、上記基板６側から順に配置されている第１の半導体層３１および第２の半導体層３２である。上記電極４１，４２は、上記第１の半導体層３１に電気的に接続されている第１の電極４１、および、上記第２の半導体層３２に電気的に接続されている第２の電極４２である。上記回路５１，５２は、上記第１の電極４１に接続されている第１の回路５１、および、上記第２の電極４２に接続されている第２の回路５２である。
【００６１】
上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、上記第１の半導体層３１および上記第２の半導体層３２は、同一の材料からなる。上記半導体層３１，３２の材料として、シリコンを用いた場合、シリコンに光電効果を発生させる光の波長範囲は、４００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下に限られる。
【００６２】
しかし、この波長範囲の内、波長の長い光の方が、波長の短い光よりも、深く（長い距離）まで到達するという性質があるため、上層の上記第２の半導体層３２において、波長の短い光による光電効果が生じ、下層の上記第１の半導体層３１において、波長の長い光による光電効果が生じることになる。
【００６３】
このように、上記２つの半導体層３１，３２に、同じシリコンを用いた場合であっても、それぞれ異なった電気信号を得ることができる。すなわち、光の色成分の強度情報を独立して得ることになる。
【００６４】
したがって、プロセスが簡単で安価であり、しかも、入射光の情報を無駄にすることなく高感度な半導体装置を実現することができる。また、上記２つの半導体層３１，３２の材料として、シリコンのみを用いた場合は、通常のシリコン半導体プロセスを用いて容易に本装置を製造することができる。
【００６５】
また、上記２つの半導体層３１，３２の厚みは、互いに、相違している。具体的に述べると、上記第１の半導体層３１の厚みは、上記第２の半導体層３２の厚みよりも大きい。このように、上記２つの半導体層３１，３２によって得られる電気信号の割合を、容易に変化させることができて、一層高精度な計測が可能になる。なお、上記２つの半導体層３１，３２の厚みは、同じであってもよい。
【００６６】
（第３の実施形態）
図４Ａと図４Ｂは、この発明の半導体装置の第３の実施形態を示している。この半導体装置は、積層される５つの半導体層６１，６２，６３，６４，６５と、上記５つの半導体層６１，６２，６３，６４，６５の間に介設された絶縁層７と、上記５つの半導体層６１，６２，６３，６４，６５のそれぞれに接続された電極７１，７２，７３，７４，７５と、この各電極７１，７２，７３，７４，７５に接続されている回路８１，８２，８３，８４，８５とを備える。
【００６７】
上記５つの半導体層６１，６２，６３，６４，６５は、光Ｌの入射方向に沿って（光Ｌの入射側から）順に配置されている第５の半導体層６５、第４の半導体層６４、第３の半導体層６３、第２の半導体層６２および第１の半導体層６１である。
【００６８】
上記電極７１，７２，７３，７４，７５は、上記第１の半導体層６１に電気的に接続されている第１の電極７１、上記第２の半導体層６２に電気的に接続されている第２の電極７２、上記第３の半導体層６３に電気的に接続されている第３の電極７３、上記第４の半導体層６４に電気的に接続されている第４の電極７４、および、上記第５の半導体層６５に電気的に接続されている第５の電極７５である。
【００６９】
上記回路８１，８２，８３，８４，８５は、上記第１の電極７１に接続されている第１の回路８１、上記第２の電極７２に接続されている第２の回路８２、上記第３の電極７３に接続されている第３の回路８３、上記第４の電極７４に接続されている第４の回路８４、および、上記第５の電極７５に接続されている第５の回路８５である。
【００７０】
上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、上記第５の半導体層６５の材料として酸化亜鉛を用い、上記第４の半導体層６４の材料としてシリコンを用い、上記第３の半導体層６３および上記第２の半導体層６２の材料としてシリコンゲルマニウムを用い、上記第１の半導体層６１の材料としてゲルマニウムを用いている。
【００７１】
この場合、上記第５の半導体層６５では、波長４００ｎｍ以下の光の成分によって光電変換が生じる。上記第１〜上記第４の半導体層６１〜６４では、４００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長成分の内、それぞれの材料のバンドギャップにより決まる波長範囲によって光電変換が生じる。
【００７２】
ここで、シリコンとゲルマニウムとの化合物であるシリコンゲルマニウムのバンドギャップは、ゲルマニウムの含有率に応じて、シリコンと同じ１．１ｅＶからゲルマニウムと同じ０．６７ｅＶまで連続的に調節することができる。
【００７３】
そして、上記回路８１，８２，８３，８４，８５からは、入射光に含まれているそれぞれの波長成分の強度に応じた電気信号が得られる。ここでは、波長１８５０ｎｍ以下の光をすべて用いて電気信号に変換することにより、入射光量に対して無駄のない高効率な光電変換が可能となる。このように、広い波長範囲（紫外線〜可視光〜赤外線）の入射光に対して光量を独立して計測することが可能となる。
【００７４】
また、上記５つの半導体層６１〜６５によって、計測される波長成分の分割数や分割割合を増やすことができて、一層高精度な計測が可能となる。
【００７５】
なお、上記５つの半導体層６１〜６５の材料を全てシリコンとしてもよい。この場合、シリコンに光電効果を発生させる光の波長範囲は、４００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下に限られる。
【００７６】
しかし、この波長範囲の内、波長の長い光の方が、波長の短い光よりも、深くまで到達するという性質があるため、上記第５の半導体層６５において、波長の短い光による光電効果が生じ、上記第１の半導体層６１において、波長の長い光による光電効果が生じ、上記第２〜上記第４の半導体層６２〜６４において、その中間的な波長の光による光電効果が生じることになる。
【００７７】
このように、上記５つの半導体層６１〜６５に、同じシリコンを用いた場合であっても、それぞれ異なった電気信号を得ることができる。すなわち、光の色成分の強度情報を独立して得ることになる。
【００７８】
また、カラーフィルタを用いる場合のように特定の色成分の情報が欠落する無駄が生じない。また、上記５つの半導体層６１〜６５の膜厚をそれぞれ調整することによって、得られる電気信号の割合を変化させることができる。
【００７９】
また、上記５つの半導体層６１〜６５の材料として、シリコンのみを用いた場合、通常のシリコン半導体プロセスを用いて容易に本装置を製造することができる。しかも、通常のシリコンイメージセンサで用いられているカラーフィルタを用いることなく、入射光に含まれる異なった波長の成分（即ち色成分）の光量を、分離独立して計測することが可能となるため、プロセスが簡単で安価であり、しかも、入射光の情報を無駄にすることなく高感度なセンサを実現することができる。
【００８０】
（第４の実施形態）
図５は、この発明のイメージセンサの一実施形態を示している。このイメージセンサは、基板９１と、この基板９１にアレイ状に配列された複数の半導体装置９２とを備える。
【００８１】
上記基板９１としては、シリコン等の半導体基板を用いており、他に、絶縁膜、プラスチックまたはポリマー等を用いてもよい。上記半導体装置９２は、上記第１〜上記第３の実施形態の何れかの半導体装置である。
【００８２】
このように、この発明のイメージセンサは、アレイ状に配列された複数の上記半導体装置９２を備えるので、各上記半導体装置（各受光素子）９２が、それぞれ、広い波長範囲の入射光に対して、入射光に含まれる異なった波長の成分（即ち色成分）の光量を分離独立して計測することができる。
【００８３】
すなわち、従来のイメージセンサで用いられている如きカラーフィルタにより特定の波長成分のみを用いることによる情報の欠落がないため、例えば、画像表示などにおいてデータの補完処理が不必要となる。
【００８４】
したがって、入射光の空間的な分布情報をえる機能を大幅に高めることができ、小型化を実現できて、利便性が大幅に向上する。
【００８５】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記半導体層は、２つ以上であればよい。また、上記半導体層の数を増加させ、各層の膜厚を調整するようにしてもよく、計測される波長成分の分割数や分割割合を調整することができて、より高精度な計測が可能となる。
【００８６】
また、上記半導体層は、酸化亜鉛、窒化ガリウム、ガリウムヒ素、ガリウムインジウムリン、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウムまたはカドミウムテルルを含む。上記絶縁層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、フッ化カルシウム、合成樹脂またはポリマーを含む。
【００８７】
このように、上記半導体層として、光電変換を生ずる光の波長範囲が様々に異なる材料を用いることができて、検出する入射光の波長範囲の設計変更が容易になる。また、上記絶縁層として、光の吸収率の低い材料を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１Ａ】本発明の半導体装置の一実施形態を示す作用説明を兼ねた構成図である。
【図１Ｂ】本発明の半導体装置の一実施形態を示す作用説明を兼ねた構成図である。
【図２】半導体層の材料毎に光の透過率と光の波長との関係を表したグラフ図である。
【図３Ａ】本発明の半導体装置の他の実施形態を示す作用説明を兼ねた構成図である。
【図３Ｂ】本発明の半導体装置の他の実施形態を示す作用説明を兼ねた構成図である。
【図４Ａ】本発明の半導体装置の別の実施形態を示す作用説明を兼ねた構成図である。
【図４Ｂ】本発明の半導体装置の別の実施形態を示す作用説明を兼ねた構成図である。
【図５】本発明のイメージセンサの一実施形態を示す斜視図である。
【図６】従来のイメージセンサを示す作用説明を兼ねた構成図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    第１の半導体層
２    第２の半導体層
３    第３の半導体層
６    基板
７    絶縁層
１１    第１の電極
１２    第２の電極
１３    第３の電極
２１    第１の回路
２２    第２の回路
２３    第３の回路
３１    第１の半導体層
３２    第２の半導体層
４１    第１の電極
４２    第２の電極
５１    第１の回路
５２    第２の回路
６１    第１の半導体層
６２    第２の半導体層
６３    第３の半導体層
６４    第４の半導体層
６５    第５の半導体層
７１    第１の電極
７２    第２の電極
７３    第３の電極
７４    第４の電極
７５    第５の電極
８１    第１の回路
８２    第２の回路
８３    第３の回路
８４    第４の回路
８５    第５の回路
９１    基板
９２    半導体装置
Ｌ    光
Ｃ    キャリア
【図１Ａ】
2006147692.tif 000003
【図１Ｂ】
2006147692.tif 000004
【図２】
2006147692.tif 000005
【図３Ａ】
2006147692.tif 000006
【図３Ｂ】
2006147692.tif 000007
【図４Ａ】
2006147692.tif 000008
【図４Ｂ】
2006147692.tif 000009
【図５】
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【図６】
2006147692.tif 000011