(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジが広い入射光に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる半導体装置、撮像装置及び光センサを提供する。【解決手段】半導体装置１００の一態様は、電界効果トランジスタ１１０と、電界効果トランジスタ１１０のチャネル１１４に接続され、電界効果トランジスタ１１０のしきい値電圧を変化させる光電変換部１２０と、を有する。電界効果トランジスタ１１０は、例えばゲート１１１、ソース１１２、ドレイン１１３及びチャネル１１４を含むＭＯＳトランジスタである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタのチャネルに接続され、前記電界効果トランジスタのしきい値電圧を変化させる光電変換部と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記光電変換部は、バイポーラ構造のフォトトランジスタを有し、
前記フォトトランジスタのベース及び前記チャネルが互いに同一の電位にあり、
前記フォトトランジスタのエミッタ及び前記電界効果トランジスタのソースが互いに同一の電位にあり、
前記フォトトランジスタのコレクタ及び前記電界効果トランジスタのドレインが互いに同一の電位にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記エミッタ及び前記ソースを含む第１導電型の第１の半導体領域と、
前記ベース及び前記チャネルを含む第２導電型の第２の半導体領域と、
前記コレクタ及び前記ドレインを含む第１導電型の第３の半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の半導体領域は前記第１の半導体領域の下方及び側方を包囲し、
前記第３の半導体領域は前記第２の半導体領域の下方及び側方を包囲し、
前記第２の半導体領域の表面上にゲート絶縁膜及びゲート電極を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の半導体領域は前記第１の半導体領域の下にあり、
前記第３の半導体領域は前記第２の半導体領域の下にあり、
前記第２の半導体領域まで到達する溝が形成され、
前記溝内にゲート絶縁膜及びゲート電極を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記溝の上方に形成され、前記チャネルへの光の入射を遮る遮光膜を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電界効果トランジスタの出力によりゲインが制御されるオペアンプを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置を有することを特徴とする光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、撮像装置及び光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光電変換素子は受光量に対して出力信号が線形特性を持つものが多い。光電変換素子を撮像素子に用いる場合、人間の見たものをそのまま再現することが求められ、人間の眼の捉える光の情報は信号量を対数圧縮した形で扱う必要があることが知られている。このため、光電変換素子の出力信号を対数圧縮する技術が議論され、扱う光量のダイナミックレンジを拡大する技術がある。
【０００３】
例えば、特許文献１に、光電変換特性のダイナミックレンジの対数圧縮、画質（色調）の改善、熱雑音の低減、処理時間の短縮を目的として、光電変換素子にＭＯＳＦＥＴが直列に接続された撮像装置が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の撮像装置では、対数圧縮できるレンジが十分ではなく、出力電流を適切に制御することが困難である。露光時間が異なる複数回の画素出力を得て、それらを信号処理によって合成することで広ダイナミックレンジの画像を得る技術も知られているが、この技術では、複数回の画素出力を取得するための処理が煩雑である。
【０００５】
本発明は、ダイナミックレンジが広い入射光に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる半導体装置、撮像装置及び光センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
半導体装置の一態様は、電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのチャネルに接続され、前記電界効果トランジスタのしきい値電圧を変化させる光電変換部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ダイナミックレンジが広い入射光に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。
【図２】第２の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。
【図３】第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。
【図５】第３の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図６】第３の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る半導体装置の作用を示すバンド図である。
【図８】第３の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図９】第４の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る半導体装置におけるゲートバイアスと光電流との関係を示すグラフである。
【図１２】第４の実施形態に係る半導体装置における光強度と光電流との関係を示すグラフである。
【図１３】第４の実施形態に係る半導体装置の出力特性を示すグラフである。
【図１４】第４の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１５】第５の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。
【図１６】第５の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１７】第６の実施形態に係る光センサを示す図である。
【図１８】第６の実施形態に係る光センサの具体的な構成を示す回路図である。
【図１９】第７の実施形態に係る撮像装置を示す図である。
【図２０】画素アレイを示す図である。
【図２１】第８の実施形態に係るステレオカメラを示す図である。
【図２２】第９の実施形態に係る送風装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る半導体装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。
【００１１】
第１の実施形態に係る半導体装置１００は、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）１１０と、ＦＥＴ１１０のチャネル１１４に接続された光電変換部１２０と、を含む。ＦＥＴ１１０は、例えばゲート１１１、ソース１１２、ドレイン１１３及びチャネル１１４を含むＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタである。
【００１２】
半導体装置１００では、光電変換部１２０に光が照射されると、光電変換部１２０が受光量に応じた電荷又は電位を生成する。従って、光電変換部１２０が接続されたチャネル１１４の電位、例えばＦＥＴ１１０の基板電位が光電変換部１２０の受光量に応じて変化する。ＦＥＴ１１０がＮチャネルＭＯＳトランジスタであり、正孔がチャネル１１４に移動してくれば、チャネル１１４の電位が正の方向に上昇するため、基板バイアス効果により、ＦＥＴ１１０のしきい値電圧が低下する。このため、ゲート電圧が一定であれば出力電流が大きくなる。また、ＦＥＴ１１０の動作領域がサブスレッショルド領域であれば、出力電流はしきい値電圧の変化に対して対数的に変化するため、出力電流が大きく変化する。更に、ゲート電圧を変化させることで、受光量に応じた出力電流の変化量を制御することもできる。
【００１３】
このように、第１の実施形態によれば、光電変換部１２０が光子を受けることによって生成した電荷又は電位差を、ＦＥＴ１１０のチャネル１１４の電位の制御に用いることで、ＦＥＴ１１０の電気特性を対数的に変化させることができる。従って、ダイナミックレンジが広い入射光に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる。
【００１４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体装置について説明する。図２は、第２の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。図３は、第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【００１５】
第２の実施形態に係る半導体装置２００は、図２に示すように、ＦＥＴ２１０と、ＦＥＴ２１０のチャネル２１４にアノード２２２が接続されたフォトダイオード２２０と、を含む。ＦＥＴ２１０は、ゲート２１１、ソース２１２、ドレイン２１３及びチャネル２１４を含むＮチャネルＭＯＳトランジスタである。フォトダイオード２２０のカソード２２１には、例えば電源電圧が供給される。
【００１６】
半導体装置２００は、図３に示すように、Ｐ型シリコン基板２５１の表面に形成された素子分離膜２５３ａ、素子分離膜２５３ａに囲まれた領域内の素子分離膜２５３ｂ、並びに素子分離膜２５３ａと素子分離膜２５３ｂとの間のゲート絶縁膜２５４及びゲート電極２５５を含む。素子分離膜２５３ａに囲まれた領域内でＰ型シリコン基板２５１の表面にＰウェル２５２が形成され、素子分離膜２５３ｂに囲まれた領域内でＰウェル２５２の表面にカソード用のＮ型不純物拡散層２５６ｃが形成されている。素子分離膜２５３ａと素子分離膜２５３ｂとの間で、ゲート電極２５５の素子分離膜２５３ａ側にソース用のＮ型不純物拡散層２５６ｓが形成され、素子分離膜２５３ｂ側にドレイン用のＮ型不純物拡散層２５６ｄが形成されている。Ｐウェル２５２はチャネル２１４として機能する部分及びアノード２２２として機能する部分を含む。
【００１７】
半導体装置２００では、フォトダイオード２２０に光が照射されると、フォトダイオード２２０が受光量に応じて電子正孔対を発生させ、電子はカソード２２１に向けて移動し、正孔はアノード２２２に向けて移動し、ドリフト電流が生じる。そして、アノード２２２側へ移動した正孔はＦＥＴ２１０のチャネル２１４（バック領域）に蓄積され、チャネル２１４の電位が正の方向に上昇する。すなわち、Ｎ型不純物拡散層２５６ｃとＰウェル２５２との界面に光が照射されると、正孔がＰウェル２５２に蓄積され、ＦＥＴ２１０のチャネル２１４の電位が正の方向に上昇する。ここで、チャネル２１４の電位の上昇分は、受光量に比例して大きくなる。このため、基板バイアス効果により、受光量に応じてＦＥＴ２１０のしきい値電圧が低下し、ゲート電圧が一定であれば出力電流が大きくなる。また、ＦＥＴ２１０の動作領域がサブスレッショルド領域であれば、出力電流はしきい値電圧の変化に対して対数的に変化するため、出力電流が大きく変化する。更に、ゲート電圧を変化させることで、受光量に応じた出力電流の変化量を制御することもできる。
【００１８】
このように、第２の実施形態によれば、フォトダイオード２２０が光子を受けることによって生成した電荷又は電位差を、ＦＥＴ２１０のチャネル２１４の電位の制御に用いることで、ＦＥＴ２１０の電気特性を対数的に変化させることができる。従って、ダイナミックレンジが広い入射光に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる。
【００１９】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体装置について説明する。図４は、第３の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。図５は、第３の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図６は、第３の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図６は、図５中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００２０】
第３の実施形態に係る半導体装置３００は、図４に示すように、ＦＥＴ３１０と、ＦＥＴ３１０のチャネル３１４にベース３２１が接続されたフォトトランジスタ３２０と、を含む。ＦＥＴ３１０は、ゲート３１１、ソース３１２、ドレイン３１３及びチャネル３１４を含むＮチャネルＭＯＳトランジスタである。フォトトランジスタ３２０は、ベース３２１、エミッタ３２２及びコレクタ３２３を含むＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタ３２２はソース３１２に接続され、コレクタ３２３はドレイン３１３に接続される。
【００２１】
半導体装置３００は、図５及び図６に示すように、Ｎ型シリコン基板３５１の表面に形成されたＰウェル３５２、並びにＰウェル３５２上にその輪郭に沿って形成されたゲート絶縁膜３５４及びゲート電極３５５を含む。ゲート電極３５５に囲まれた領域内では、Ｐウェル３５２の表面にＮ型不純物拡散層３５６が形成されている。Ｎ型シリコン基板３５１はドレイン３１３として機能する部分及びコレクタ３２３として機能する部分を含む。Ｐウェル３５２はチャネル３１４として機能する部分及びベース３２１として機能する部分を含む。Ｎ型不純物拡散層３５６はソース３１２として機能する部分及びエミッタ３２２として機能する部分を含む。
【００２２】
図７は、半導体装置３００の作用を示すバンド図である。半導体装置３００では、フォトトランジスタ３２０に光が照射されると、フォトトランジスタ３２０が受光量に応じて電子正孔対を発生させ、電子はコレクタ３２３に向けて、正孔はベース３２１に向けて移動し、ドリフト電流が生じる。ベース３２１とエミッタ３２２との間にＰＮ接合のポテンシャル障壁が存在するため、ベース３２１側へ移動した正孔は蓄積され、ベース３２１のポテンシャルを引き上げ、ベース３２１の電位が上昇する。そして、正孔の蓄積量が増加し、ベース−エミッタ間のポテンシャル障壁が十分低くなって順方向バイアス状態になると、エミッタ３２２側の電子がキャリアとしてコレクタ３２３側へ流れ込むようになる。この結果、フォトトランジスタ３２０から増幅された電流が出力される。ここで、フォトトランジスタ３２０が動作する際のベース３２１の電位の上昇分は、受光量に比例して大きくなる。半導体装置３００では、ベース３２１及びチャネル３１４（バック領域）がＰウェル３５２に含まれるため、ベース３２１の電位が上昇した分だけ、チャネル３１４の電位が上昇する。このため、基板バイアス効果により、受光量に応じてＦＥＴ３１０のしきい値電圧が低下し、ゲート電圧が一定であれば出力電流が大きくなる。また、ＦＥＴ２１０の動作領域がサブスレッショルド領域であれば、出力電流はしきい値電圧の変化に対して対数的に変化するため、出力電流が大きく変化する。更に、ゲート電圧を変化させることで、受光量に応じた出力電流の変化量を制御することもできる。
【００２３】
半導体装置３００では、フォトトランジスタ３２０がＦＥＴ３１０に並列に接続されており、受光によってフォトトランジスタ３２０で発生した正孔はＦＥＴ３１０の基板バイアス効果を引き起こす。このため、ＦＥＴ３１０の電気特性が変化し、出力される光信号電流が変化する。そして、半導体装置３００からは、フォトトランジスタ３２０による光信号電流に加え、基板バイアス効果によってしきい値電圧が下がったＦＥＴ３１０のドレイン電流が出力される。従って、半導体装置３００の出力電流は、低照度領域では、光信号電流にＦＥＴ３１０の大きなドレイン電流が加えられたものとなり、高照度領域では、ＦＥＴ３１０のドレイン電流が目立たなくなって光信号電流が顕著になったものとなる。例えば、フォトトランジスタ３２０のエミッタ−コレクタ間の電流経路に関し、ゲート電極３５５による仕事関数差によりゲート電極３５５の近傍のベース領域が空乏化しやすい。従って、系に流れる電流が少ない場合には、ＦＥＴ３１０による電流成分が多くなる。このため、低照度領域の出力信号のみが引き上げられ、全体としては入射光の強度範囲に対して出力信号の電流範囲が圧縮される。
【００２４】
このように、第３の実施形態によれば、フォトトランジスタ３２０が光子を受けることによって生成した電荷又は電位差を、ＦＥＴ３１０のチャネル３１４の電位の制御に用いることで、ＦＥＴ３１０の電気特性を対数的に変化させることができる。従って、ダイナミックレンジが広い入射光に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる。
【００２５】
なお、図８に示すように、Ｎ型シリコン基板３５１の表面に、Ｎ型不純物拡散層３５６と同様のＮ型不純物拡散層３５７が形成されていてもよい。Ｎ型不純物拡散層３５７はＮ型不純物拡散層３５６と並行して形成することができる。
【００２６】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る半導体装置について説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態と同様に、ＦＥＴ３１０と、フォトトランジスタ３２０と、を含むが、これらを構成する層の構成が第３の実施形態と相違する。図９は、第４の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図１０は、第４の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図１０は、図９中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【００２７】
第４の実施形態に係る半導体装置４００は、図９及び図１０に示すように、Ｎ型シリコン基板３６１の表面に形成されたＰウェル３６２、並びにＰウェル３６２を取り囲む溝（トレンチ）内に形成されたゲート絶縁膜３６４及びゲート電極３６５を含む。Ｐウェル３６２の表面にＮ型不純物拡散層３６６が形成されている。Ｎ型シリコン基板３６１はドレイン３１３として機能する部分及びのコレクタ３２３として機能する部分を含む。Ｐウェル３６２はチャネル３１４として機能する部分及びベース３２１として機能する部分を含む。Ｎ型不純物拡散層３６６はソース３１２として機能する部分及びエミッタ３２２として機能する部分を含む。このように、第４の実施形態では、ＦＥＴ３１０がフォトトランジスタ３２０の全周にわたって寄生したような構成を有する。
【００２８】
第４の実施形態においても第３の実施形態と同様の動作が行われ、第４の実施形態によっても第３の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第４の実施形態は、省面積化の点で第３の実施形態より好ましい。一方、第３の実施形態は、溝（トレンチ）を必要としないため、製造しやすさの点で第４の実施形態より好ましい。
【００２９】
ここで、半導体装置４００の特性について説明する。図１１は、半導体装置４００におけるゲートバイアスと光電流との関係を示すグラフである。図１２は、半導体装置４００における光強度と光電流との関係を示すグラフである。図１１及び図１２に示すように、ＦＥＴ３１０のゲート電極３６５に印加する電圧（ゲートバイアス（ＶＴＧ））毎に、光強度が０．０１［ｌｕｘ］の暗状態と約１００［ｌｕｘ］の明状態との間の光電流の差が相違する。すなわち、概ね０．５［Ｖ］〜１．２［Ｖ］の範囲において、ゲートバイアスを大きくするほど、光電流の変化量が小さくなり、受光量の変化に対する光電流の変化のダイナミックレンジが圧縮される。
【００３０】
なお、ゲートバイアスは、ＦＥＴ３１０が弱反転状態を維持できる電圧とすることが望ましい。例えば、図１１に示す例では、ゲートバイアスが１．２［Ｖ］超となると、ＦＥＴ３１０が強反転してリーク電流が大きくなり、光信号電流の検出が困難となるおそれがある。
【００３１】
図１３は、半導体装置４００の出力特性を示すグラフである。図１３には、半導体装置４００の電流出力を、積分アンプを用いて電流電圧変換を行った出力特性を示してある。図１３に示すように、照射される光の強度の変化のダイナミックレンジが１２０ｄＢであるのに対して、出力される信号電圧の変化のダイナミックレンジは６０ｄＢであり、レンジが６０ｄＢ（１０００倍）小さくされている。つまり、ダイナミックレンジを圧縮できている。従って、半導体装置４００を撮像装置に用いた場合には、１回の画素出力でダイナミックレンジの広い画像を得ることができる。このような撮像装置は動画の撮像に好適であり、特に、動きの速い物体検知として車載用ステレオカメラ等の車載用カメラに好適である。また、広ダイナミックレンジの撮像が可能という利点を活用して、監視カメラへの応用も好適である。
【００３２】
ゲートバイアスは、周囲の明るさに応じて自動的に制御されてもよく、ユーザが好みに応じて手動で設定してもよい。図１２及び図１３に示すように、ゲートバイアスに応じて半導体装置の出力電流の範囲を制御することができる。
【００３３】
なお、図１４に示すように、Ｐウェル３６２のうち、ＦＥＴ３１０のチャネル３１４として機能する部分を覆うようにして、ゲート電極３６５に接続される金属膜３７２が形成されていることが好ましい。金属膜３７２とＮ型不純物拡散層３６６との間には絶縁膜３７１が形成される。
【００３４】
この構成によれば、チャネル３１４への光の照射に伴うＦＥＴ３１０の誤動作をより確実に抑制することができる。一般的に、ＦＥＴは暗状態で用いられることを前提に構成されており、光が照射されると、オフリーク電流の増加等の不具合が生じるおそれがある。図１４に示す例では、金属膜３７２が遮光膜として機能するため、正常動作の信頼性を向上することができる。
【００３５】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る半導体装置について説明する。図１５は、第５の実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。図１６は、第５の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【００３６】
第５の実施形態に係る半導体装置５００は、図１５に示すように、ＦＥＴ５１０と、ＦＥＴ５１０のチャネル５１４に接続された光電変換材料５２０と、を含む。ＦＥＴ５１０は、ゲート５１１、ソース５１２、ドレイン５１３及びチャネル５１４を含むＮチャネルＭＯＳトランジスタである。光電変換材料５２０は、例えば硫化カドミウム（ＣｄＳ）膜である。ＣｄＳは、受光量が多いほど抵抗値が低下するという性質を有する。
【００３７】
半導体装置５００は、図１６に示すように、Ｐ型シリコン基板５５１の表面に形成された素子分離膜５５３ａ、素子分離膜５５３ａに囲まれた領域内の素子分離膜５５３ｂ、並びに素子分離膜５５３ａと素子分離膜５５３ｂとの間のゲート絶縁膜５５４及びゲート電極５５５を含む。素子分離膜５５３ａに囲まれた領域内でＰ型シリコン基板５５１の表面にＰウェル５５２が形成され、素子分離膜５５３ｂに囲まれた領域内でＰウェル５５２の表面にＣｄＳ膜５５７が形成されている。素子分離膜５５３ａと素子分離膜５５３ｂとの間で、ゲート電極５５５の素子分離膜５５３ａ側にソース用のＮ型不純物拡散層５５６ｓが形成され、素子分離膜５５３ｂ側にドレイン用のＮ型不純物拡散層５５６ｄが形成されている。ＣｄＳ膜５５７には、電源電圧ＶＤＤが供給される。Ｐウェル５５２はチャネル５１４として機能する部分を含む。
【００３８】
半導体装置５００では、光電変換材料５２０に光が照射されると、光電変換材料５２０の抵抗値が受光量に応じて変化するため、Ｐウェル５５２の電位も受光量に応じて変化する。すなわち、ＣｄＳ膜５５７に光が照射されると、ＦＥＴ５１０のチャネル５１４の電位が正の方向に上昇する。ここで、チャネル５１４（バック領域）の電位の上昇分は、受光量に比例して大きくなる。このため、基板バイアス効果により、受光量に応じてＦＥＴ５１０のしきい値電圧が低下し、ゲート電圧が一定であれば出力電流が大きくなる。また、ＦＥＴ５１０の動作領域がサブスレッショルド領域であれば、出力電流はしきい値電圧の変化に対して対数的に変化するため、出力電流が大きく変化する。更に、ゲート電圧を変化させることで、受光量に応じた出力電流の変化量を制御することもできる。
【００３９】
このように、第５の実施形態によれば、光電変換材料５２０が光子を受けることによって生成した電荷又は電位差を、ＦＥＴ５１０のチャネル５１４の電位の制御に用いることで、ＦＥＴ５１０の電気特性を対数的に変化させることができる。従って、ダイナミックレンジが広い入射光に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる。
【００４０】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る光センサについて説明する。図１７は、第６の実施形態に係る光センサを示す図である。図１８は、第６の実施形態に係る光センサの具体的な構成の一例を示す回路図である。
【００４１】
第６の実施形態に係る光センサ６００は、第１〜第５の実施形態に係る半導体装置のいずれかを含む。従って、光センサ６００の出力信号は、入射光の光量に応じて変化する。
【００４２】
図１８に示すように、光センサ６００は、光検知部６０１、オペアンプ６０２、抵抗６０３及び抵抗６０４を含む。光検知部６０１は第１〜第５の実施形態に係る半導体装置のいずれかを含み、この半導体装置のソースが接地され、ドレインに抵抗６０３の一端が接続され、抵抗６０３の他端がオペアンプ６０２の反転入力端子（−）に接続される。オペアンプ６０２の非反転入力端子（＋）には入力端子６０５から信号が入力される。出力端子６０６と反転入力端子（−）との間には抵抗６０４がフィードバック抵抗として接続される。
【００４３】
光センサ６００では、光検知部６０１に含まれるＦＥＴのソース−ドレイン間の抵抗値ＲＳＤと抵抗６０３の抵抗値Ｒ６０３との和と、抵抗６０４の抵抗値Ｒ６０４との比によってオペアンプ６０２のゲインが決定される。光検知部６０１に光が入射すると、光検知部６０１に含まれるＦＥＴのチャネルの電位が変化し、しきい値電圧が変化する。ＦＥＴのゲート電圧（ゲートバイアス）が一定であれば、ドレイン電流が変化して抵抗値ＲＳＤが変化するため、オペアンプ６０２のゲインも入射光の光量に応じて変化する。従って、ゲートバイアスに応じてドレイン電流の範囲を制御し、オペアンプ６０２のゲインを制御することができる。
【００４４】
このように、第６の実施形態によれば、入射した光量に応じた出力信号が得られる。また、光検知部６０１に第１〜第５の実施形態に係る半導体装置のいずれかが含まれるため、図１８に示す回路を適切に設計することで入射した光量に応じて、出力信号のダイナミックレンジを制御することができる。例えば、入射した光量に応じて、駆動させる負荷を様々に変化させることができる。つまり、玩具に使われるような小さなモータから車両の駆動に用いられるような大きなモータまでを受光量に応じて制御することも可能となる。
【００４５】
なお、オペアンプ６０２は非反転増幅回路に限定されず、オペアンプが反転増幅回路又は積分回路等であってもよい。
【００４６】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１９は、第７の実施形態に係る撮像装置を示す図である。図２０は、画素アレイを示す図である。
【００４７】
第７の実施形態に係る撮像装置７００は、図１９に示すように、本体部７０３及びレンズ部７０２を含む。本体部７０３は画素アレイ７０１を含む。画素アレイ７０１は、図２０に示すように、アレイ状に配列した複数の半導体装置４００を含む。隣り合う半導体装置４００の間で、溝（トレンチ）内に形成されたゲート絶縁膜３６４及びゲート電極３６５が共有されている。
【００４８】
撮像装置７００では、画素アレイ７０１が、レンズ部７０２を通して得られた光信号の分布を画像とする。画素アレイ７０１に半導体装置４００が含まれているため、ダイナミックレンジが広い画像に対応する信号を適切なダイナミックレンジに圧縮して出力することができる。
【００４９】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態に係るステレオカメラについて説明する。図２１は、第８の実施形態に係るステレオカメラを示す図である。
【００５０】
第８の実施形態に係るステレオカメラ８００は、第７の実施形態に係る撮像装置７００を含む。そして、このステレオカメラ８００は、図２１に示すように、乗用車等の車両８０１に搭載され、車両８０１の移動中に、進行方向の状況の動画を撮像する。そして、ステレオカメラ８００が接続された制御装置が交通事故に繋がるような物体８０３を動画中に検出した場合には、減速等の措置が速やかにとられる。
【００５１】
車両８０１の移動中には周囲の明るさが急激に変化することもあるが、ステレオカメラ８００は、広ダイナミックレンジの被写体の撮像に適した撮像装置７００を含んでいるため、このような場合でも、ダイナミックレンジの広い動画を得ることができる。例えば、トンネル内を走行しているときに明るいトンネル外を撮像する場合でも、白飛びのない動画を得ることができる。従って、ステレオカメラ８００を搭載した車両８０１の安全性を高めることができる。
【００５２】
第７の実施形態及び第８の実施形態において、画素アレイ７０１が、第４の実施形態に係る半導体装置４００に代えて、第１、第２、第３又は第５の実施形態の半導体装置を含んでもよい。
【００５３】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態に係る送風装置について説明する。図２２は、第９の実施形態に係る送風装置を示す図である。
【００５４】
第９の実施形態に係る送風装置９００は、第６の実施形態に係る光センサ６００及びモータ９０１を含む。モータ９０１は、光センサ６００からの出力電流に応じて回転速度を調整する。例えば、明るい場所ほど、光センサ６００からの出力電流が大きく、モータ９０１が高速で回転する。従って、周囲の明るさに応じて扇風機等の送風装置９００の風量を自動的に調整することができる。例えば、日中の日差しに応じて風量を制御することができる。
【００５５】
送風装置９００は扇風機に限定されず、天井ファン、壁掛け扇風機、サーキュレータ又はドライヤーであってもよい。
【００５６】
なお、光電変換部は、フォトダイオード、フォトトランジスタ又は光電変換材料に限定されず、光伝導デバイス、光電池、光電管又は光電子増倍管等であってもよい。また、半導体装置を構成する半導体領域の導電型が上記の実施形態と逆導電型になっていてもよい。例えば、電界効果トランジスタがＰチャネルトランジスタであってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１００、２００、３００、４００、５００  半導体装置
１１０、２１０、３１０、５１０  電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
１１１、２１１、３１１、５１１  ゲート
１１２、２１２、３１２、５１２  ソース
１１３、２１３、３１３、５１３  ドレイン
１１４、２１４、３１４、５１４  チャネル（バック領域）
１２０  光電変換部
２２０  フォトダイオード
２２１  カソード
２２２  アノード
３２０  フォトトランジスタ
３２１  ベース
３２２  エミッタ
３２３  コレクタ
５２０  光電変換材料
６００  光センサ
７００  撮像装置
８００  ステレオカメラ
９００  送風装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２０００−１９６９６１号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019114574.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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