(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設されてｐ型半導体及びｎ型半導体を有する吸光層と、を備え、
前記吸光層は、厚さ方向に沿って前記第１の電極に近い第１の領域と、前記第２の電極に近い第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に配設される第３の領域とを有し、
前記第３の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ３／ｎ３）は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）よりも大きく、かつ前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも大きいか、又は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）よりも小さく、かつ前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも小さい｛「（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ１／ｎ１）かつ（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ２／ｎ２）」、又は、「（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ１／ｎ１）かつ（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ２／ｎ２）」｝ことを特徴とする有機光電素子。
【請求項２】
前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）と前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）とは等しいことを特徴とする請求項１に記載の有機光電素子。
【請求項３】
前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）と前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）とは異なることを特徴とする請求項１に記載の有機光電素子。
【請求項４】
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って連続的に増加した後に減少することを特徴とする請求項１に記載の有機光電素子。
【請求項５】
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って不連続的に増加した後に減少することを特徴とする請求項１に記載の有機光電素子。
【請求項６】
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って連続的に減少した後に増加することを特徴とする請求項１に記載の有機光電素子。
【請求項７】
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って不連続的に減少した後に増加することを特徴とする請求項１に記載の有機光電素子。
【請求項８】
前記吸光層は、可視光線波長領域のうちの少なくとも一部の波長領域の光を吸収し、
前記可視光線波長領域に応じて前記吸光層の最大の吸収位置が異なることを特徴とする請求項１に記載の有機光電素子。
【請求項９】
前記可視光線波長領域は、互いに異なる波長領域である第１の可視光及び第２の可視光を含み、
前記第１の可視光は、前記吸光層の第１の領域又は第２の領域において最大に吸収され、
前記第２の可視光は、前記吸光層の第３の領域において最大に吸収されることを特徴とする請求項８に記載の有機光電素子。
【請求項１０】
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体のうちのいずれか一方は、前記第１の可視光を選択的に吸収する吸光物質であり、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体のうちの他方は、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を吸収する吸光物質であることを特徴とする請求項９に記載の有機光電素子。
【請求項１１】
前記ｐ型半導体は、前記第１の可視光を選択的に吸収する吸光物質であり、
前記ｎ型半導体は、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を吸収する吸光物質であり、
前記吸光層の第３の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ３／ｎ３）は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）及び前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の有機光電素子。
【請求項１２】
前記第３の領域は、前記第１の領域及び前記第２の領域よりもｎ型半導体の含有量が低いことを特徴とする請求項１１に記載の有機光電素子。
【請求項１３】
前記ｎ型半導体は、前記第１の可視光を選択的に吸収する吸光物質であり、
前記ｐ型半導体は、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を吸収する吸光物質であり、
前記吸光層の第３の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ３／ｎ３）は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）及び前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の有機光電素子。
【請求項１４】
前記第３の領域は、前記第１の領域及び前記第２の領域よりもｐ型半導体の含有量が低いことを特徴とする請求項１３に記載の有機光電素子。
【請求項１５】
前記第１の可視光は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域であり、
前記第２の可視光は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域であることを特徴とする請求項１０に記載の有機光電素子。
【請求項１６】
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体のうちのいずれか一方は、Ｃ６０、Ｃ７０、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１０に記載の有機光電素子。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の有機光電素子を備えることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項１８】
可視光線波長領域は、互いに異なる波長領域の第１の可視光と、第２の可視光と、第３の可視光とを含み、
前記有機光電素子は、前記第１の可視光を選択的に吸収し、
前記第２の可視光を感知する複数の第１の光感知素子、及び前記第３の可視光を感知する複数の第２の光感知素子が集積された半導体基板をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサ。
【請求項１９】
前記第１の光感知素子及び前記第２の光感知素子は、水平方向に離隔して配置されることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサ。
【請求項２０】
前記第１の光感知素子と重なり合い、前記第２の可視光を選択的に透過させる第１のカラーフィルタと、
前記第２の光感知素子と重なり合い、前記第３の可視光を選択的に透過させる第２のカラーフィルタと、をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサ。
【請求項２１】
前記第１の光感知素子及び前記第２の光感知素子は、垂直方向に離隔して配置されることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサ。
【請求項２２】
可視光線波長領域は、互いに異なる波長領域の第１の可視光と、第２の可視光と、第３の可視光とを含み、
前記有機光電素子は、前記第１の可視光を選択的に吸収する第１の有機光電素子と、前記第２の可視光を選択的に吸収する第２の有機光電素子と、前記第３の可視光を選択的に吸収する第３の有機光電素子とを含み、
前記第１の有機光電素子と前記第２の有機光電素子と前記第３の有機光電素子は、積層されることを特徴とする請求項１７に記載の有機光電素子。
【請求項２３】
前記第１の可視光は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域であり、
前記第２の可視光は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域であり、
前記第３の可視光は、６００ｎｍ超え７８０ｎｍ以下の波長領域であることを特徴とする請求項１８又は請求項２２に記載のイメージセンサ。
【請求項２４】
請求項１７に記載のイメージセンサを備えることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機光電素子及びイメージセンサ並びに電子装置に関し、特に、波長選択性を高めた有機光電素子及びそれを有するイメージセンサ並びに電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電素子は、光を電気信号に変換する素子であり、光ダイオード及び光トランジスタなどを備え、イメージセンサ、太陽電池、有機発光素子などに適用される。
光ダイオードを備えるイメージセンサは、益々解像度が高まり、これに伴い、画素が小さくなってきている。
【０００３】
現在汎用されているシリコン光ダイオードの場合、画素が小さくなるにつれて吸収面積が狭まる結果、感度の低下が生じるおそれがあるという問題がある。この理由から、シリコンに代え得る有機物質への取り組みが行われている。
有機物質は、吸光係数が大きく、しかも分子の構造に応じて特定の波長領域の光を選択的に吸収することから、光ダイオード及びカラーフィルタに同時に代え得るというメリットがあり、その結果、感度の改善及び高集積に非常に有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来のイメージセンサに関する問題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、波長選択性を高めた有機光電素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記有機光電素子を備えたイメージセンサ及びこのイメージセンサを備えた電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明による有機光電素子は、対向する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設されてｐ型半導体及びｎ型半導体を有する吸光層と、を備え、前記吸光層は、厚さ方向に沿って前記第１の電極に近い第１の領域と、前記第２の電極に近い第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に配設される第３の領域とを有し、前記第３の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ３／ｎ３）は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）よりも大きく、かつ前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも大きいか、又は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）よりも小さく、かつ前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも小さい｛「（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ１／ｎ１）かつ（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ２／ｎ２）」、又は、「（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ１／ｎ１）かつ（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ２／ｎ２）」｝ことを特徴とする。
【０００６】
前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）と前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）とは等しいことが好ましい。
前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）と前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）とは異なることが好ましい。
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って連続的に増加した後に減少することが好ましい。
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って不連続的に増加した後に減少することが好ましい。
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って連続的に減少した後に増加することが好ましい。
前記吸光層のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ／ｎ）は、前記吸光層の厚さ方向に沿って不連続的に減少した後に増加することが好ましい。
【０００７】
前記吸光層は、可視光線波長領域のうちの少なくとも一部の波長領域の光を吸収し、前記可視光線波長領域に応じて前記吸光層の最大の吸収位置が異なることが好ましい。
前記可視光線波長領域は、互いに異なる波長領域である第１の可視光及び第２の可視光を含み、前記第１の可視光は、前記吸光層の第１の領域又は第２の領域において最大に吸収され、前記第２の可視光は、前記吸光層の第３の領域において最大に吸収されることが好ましい。
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体のうちのいずれか一方は、前記第１の可視光を選択的に吸収する吸光物質であり、前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体のうちの他方は、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を吸収する吸光物質であることが好ましい。
前記ｐ型半導体は、前記第１の可視光を選択的に吸収する吸光物質であり、前記ｎ型半導体は、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を吸収する吸光物質であり、前記吸光層の第３の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ３／ｎ３）は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）及び前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも大きいことが好ましい。
前記第３の領域は、前記第１の領域及び前記第２の領域よりもｎ型半導体の含有量が低いことが好ましい。
【０００８】
前記ｎ型半導体は、前記第１の可視光を選択的に吸収する吸光物質であり、前記ｐ型半導体は、前記第１の可視光及び前記第２の可視光を吸収する吸光物質であり、前記吸光層の第３の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ３／ｎ３）は、前記第１の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ１／ｎ１）及び前記第２の領域のｎ型半導体に対するｐ型半導体の組成比（ｐ２／ｎ２）よりも小さいことが好ましい。
前記第３の領域は、前記第１の領域及び前記第２の領域よりもｐ型半導体の含有量が低いことが好ましい。
前記第１の可視光は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域であり、前記第２の可視光は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域であることが好ましい。
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体のうちのいずれか一方は、Ｃ６０、Ｃ７０、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含むことが好ましい。
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、上記本発明による有機光電素子を備えることを特徴とする。
【００１０】
可視光線波長領域は、互いに異なる波長領域の第１の可視光と、第２の可視光と、第３の可視光とを含み、前記有機光電素子は、前記第１の可視光を選択的に吸収し、前記第２の可視光を感知する複数の第１の光感知素子、及び前記第３の可視光を感知する複数の第２の光感知素子が集積された半導体基板をさらに備えることが好ましい。
前記第１の光感知素子及び前記第２の光感知素子は、水平方向に離隔して配置されることが好ましい。
前記第１の光感知素子と重なり合い、前記第２の可視光を選択的に透過させる第１のカラーフィルタと、前記第２の光感知素子と重なり合い、前記第３の可視光を選択的に透過させる第２のカラーフィルタと、をさらに備えることが好ましい。
前記第１の光感知素子及び前記第２の光感知素子は、垂直方向に離隔して配置されることが好ましい。
【００１１】
可視光線波長領域は、互いに異なる波長領域の第１の可視光と、第２の可視光と、第３の可視光とを含み、前記有機光電素子は、前記第１の可視光を選択的に吸収する第１の有機光電素子と、前記第２の可視光を選択的に吸収する第２の有機光電素子と、前記第３の可視光を選択的に吸収する第３の有機光電素子とを含み、前記第１の有機光電素子と前記第２の有機光電素子と前記第３の有機光電素子は、積層されることが好ましい。
前記第１の可視光は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域であり、前記第２の可視光は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域であり、前記第３の可視光は、６００ｎｍ超え７８０ｎｍ以下の波長領域であることが好ましい。
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明による電子装置は、上記本発明によるイメージセンサを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る有機光電素子及びイメージセンサ並びに電子装置によれば、可視光線波長領域に応じて吸光層の吸収位置が異なるという点を考慮して、各波長領域の光が主として吸収される位置に応じてｐ型半導体及び／又はｎ型半導体を異ならせて分布させ、吸光層の吸収波長領域を調節することにより、所望の波長領域の吸収を強化することができ、不所望の波長領域の吸収を抑えることにより、波長選択性を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による有機光電素子を示す概略断面図である。
【図２】図１の有機光電素子の吸光層を示す概略断面図である。
【図３】図２の吸光層の第１から第３の領域におけるｐ型半導体及びｎ型半導体の組成比の変化の例を示すグラフである。
【図４】図２の吸光層の第１から第３の領域におけるｐ型半導体及びｎ型半導体の組成比の変化の例を示すグラフである。
【図５】図２の吸光層の第１から第３の領域におけるｐ型半導体及びｎ型半導体の組成比の変化の例を示すグラフである。
【図６】図２の吸光層の第１から第３の領域におけるｐ型半導体及びｎ型半導体の組成比の変化の例を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態による有機光電素子を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサを概略的に示す斜視図である。
【図９】図８の有機ＣＭＯＳイメージセンサの一例を示す断面図である。
【図１０】図８の有機ＣＭＯＳイメージセンサの他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサを概略的に示す斜視図である。
【図１２】図１１の有機ＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。
【図１３】実施例１及び比較例１による有機光電素子の波長による外部量子効率を示すグラフである。
【図１４】実施例１及び比較例１による有機光電素子の緑色の波長領域及び青色の波長領域の外部量子効率を示すグラフである。
【図１５】比較例２及び比較例３の有機光電素子の緑色の波長領域及び青色の波長領域の外部量子効率を示すグラフである。
【図１６】実施例２による有機光電素子の吸光層の位置による吸収波長領域を評価したシミュレーション結果である。
【図１７】比較例４による有機光電素子の吸光層の位置による吸収波長領域を評価したシミュレーション結果である。
【図１８】実施例１及び比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサの色差及びＹＳＮＲ１０を比較するグラフである。
【図１９】実施例１〜３と比較例１〜５による有機光電素子において用いられたｐ型半導体及びｎ型半導体の波長による吸光曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係る有機光電素子及びイメージセンサ並びに電子装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
しかし、本発明は、ここで説明する実施形態に限定されるものではなく、他の形態に具現化可能である。
図中、様々な層及び領域の厚さは、明確性を図るために誇張している。明細書全体に亘って同じ構成部分に対しては同じ図面符号を付する。
なお、層、膜、領域、板などの構成部分が他の構成部分の「上」にあるとした場合、それは、他の構成部分の「真上」にある場合だけではなく、これらの間に更に他の構成部分がある場合も含む。逆に、ある構成部分が他の構成部分の「直上」にあるとした場合には、これらの間に他の構成部分がないことを意味する。
図中、本発明の実施形態を明確に説明するために、本発明に関係のない部分についての説明は省略し、明細書全体に亘って同一又は類似の構成要素に対しては同じ図面符号を付する。
以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態による有機光電素子について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による有機光電素子を示す概略断面図であり、図２は、図１の有機光電素子の吸光層を示す概略断面図である。
図１を参照すると、本実施形態による有機光電素子１００は、対向する第１の電極１０及び第２の電極２０と、第１の電極１０と第２の電極２０との間に配設される吸光層３０と、を備える。
【００１８】
第１の電極１０及び第２の電極２０の内のいずれか一方はアノードであり、他方はカソードである。
第１の電極１０及び第２の電極２０の内の少なくともいずれか一方は透光電極であり、透光電極は、例えば、インジウム錫酸化物（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）などの透明導電体であり、薄い厚さの単一層又は複数層の金属薄膜で製作される。
第１の電極１０及び第２の電極２０の内のいずれか一方が不透光電極である場合、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの不透明導電体で製作される。
例えば、第１の電極１０及び第２の電極２０は、両方とも透光電極である。
【００１９】
吸光層３０は、ｐ型半導体及びｎ型半導体を備えてｐｎ接合（ｐｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する層であり、外部から光を受けて励起子を生成した後に、生成された励起子を正孔及び電子に分離する層である。
吸光層３０は、可視光線波長領域の内の少なくとも一部の波長領域の光を吸収し、例えば、約５００ｎｍ〜６００ｎｍの緑色光、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の青色光、及び約６００ｎｍ超え７８０ｎｍ以下の赤色光のうちの一部を選択的に吸収する。
【００２０】
ｐ型半導体及びｎ型半導体の内の少なくとも一方は、緑色光、青色光、及び赤色光の内のいずれか一つを選択的に吸収する吸光物質である。
例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体の内のいずれか一方は、緑色光、青色光、及び赤色光の内のいずれか一つを選択的に吸収する吸光物質であり、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの他方は、緑色光、青色光、及び赤色光の内の２つ以上を吸収する吸光物質である。
例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体の内のいずれか一方は、緑色光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｐ型半導体及びｎ型半導体の内の他方は、緑色光と共に青色光及び／又は赤色光を吸収する吸光物質である。
【００２１】
例えば、ｐ型半導体は、緑色光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｎ型半導体は、緑色光と共に青色光及び／又は赤色光を吸収する吸光物質である。
例えば、ｎ型半導体は、緑色光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｐ型半導体は、緑色光と共に青色光及び／又は赤色光を吸収する吸光物質である。
また、例えば、ｐ型半導体は緑色光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｎ型半導体は、緑色光と共に青色光を吸収する吸光物質である。
また、例えば、ｎ型半導体は、緑色光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｐ型半導体は、緑色光と共に青色光を吸収する吸光物質である。
【００２２】
緑色光を選択的に吸収する吸光物質は、例えば、キナクリドン（ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）又はその誘導体、サブフタロシアニン（ｓｕｂｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）又はその誘導体であり、緑色光及び青色光を吸収する吸光物質は、例えば、Ｃ６０、Ｃ７０、これらの誘導体又はこれらの組み合わせである。
しかしながら、本発明はこれらに限定されない。
【００２３】
吸光層３０は、位置に応じて主として吸収する波長領域が異なり、例えば、吸光層３０の厚さ方向に沿って主として吸収する波長領域が異なる。
例えば、緑色光は、吸光層３０のうち光が入射する側に近い領域において主として吸収され、青色光は、吸光層３０の中間領域において主として吸収される。
本実施形態においては、可視光線波長領域に応じて吸光層３０の吸収位置が異なるという点を考慮して、各波長領域の光が主として吸収される位置に応じてｐ型半導体及び／又はｎ型半導体を異ならせて分布させる。
このため、吸光層３０の吸収波長領域を調節することにより、所望の波長領域の吸収を強化することができ、不所望の波長領域の吸収を抑えることにより、波長選択性を高めることができる。
【００２４】
吸光層３０は、ｐ型半導体及びｎ型半導体がバルク異種接合（ｂｕｌｋ  ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）状に混合され、吸光層３０の位置に応じて、ｐ型半導体半導体及びｎ型半導体の混合比、すなわち、ｐ／ｎ組成比が異なるように調節する。
ここで、ｐ／ｎ組成比は、ｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積と定義する。
ｐ／ｎ組成比は、吸光率及び効率に影響を与える。
【００２５】
吸光層３０は、厚さ方向に沿ってｐ／ｎ組成比が異なる複数の領域を有する。
例えば、図２を参照すると、吸光層３０は、第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ、及び第１の領域３０ａと第２の領域３０ｂとの間に配設される第３の領域３０ｃを備える。
例えば、第１の領域３０ａは、第１の電極１０に近い領域であり、第２の領域３０ｂは、第２の電極２０に近い領域である。
第１の領域３０ａ又は第２の領域３０ｂは、光が入射する側に近い領域であり、第３の領域３０ｃは、吸光層３０の中間領域である。
【００２６】
第３の領域３０ｃのｐ／ｎ組成比は、第１の領域３０ａのｐ／ｎ組成比及び第２の領域３０ｂのｐ／ｎ組成比とは異なり、第３の領域３０ｃのｐ／ｎ組成比は、第１の領域３０ａのｐ／ｎ組成比及び第２の領域３０ｂのｐ／ｎ組成比よりも大きいか又は小さい。
例えば、第１の領域３０ａのｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積の組成比をｐ１／ｎ１とし、第２の領域３０ｂのｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積の組成比をｐ２／ｎ２とし、第３の領域３０ｃのｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積の組成比をｐ３／ｎ３としたとき、吸光層３０の第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ及、び第３の領域３０ｃの組成比は、下記に示す関係式１及び２を満たす。
【００２７】
（数１）
（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ１／ｎ１）・・・関係式１
（数２）
（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ２／ｎ２）・・・関係式２
【００２８】
例えば、関係式１及び関係式２は、ｐ型半導体が緑色光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｎ型半導体が緑色光及び青色光を吸収する吸光物質である場合に適用される。
この場合、青色光が主として吸収される吸光層３０の中間領域、すなわち、第３の領域３０ｃにおいてｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積を相対的に増加させることにより、ｎ型半導体による青色光の吸収を低減させることができ、青色光の外部量子効率（ＥＱＥ）もまた低減させることができる。これにより、吸光層３０の緑色波長選択性を高めることができる。
【００２９】
例えば、第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ、及び第３の領域３０ｃのｐ型半導体の含有量を等しく保ちながら第３の領域３０ｃのｎ型半導体の含有量を低めることにより、関係式１及び２を満たすことができる。
他の例によれば、吸光層３０の第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ及び第３の領域３０ｃの組成比は、下記に示す関係式３及び４を満たす。
【００３０】
（数３）
（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ１／ｎ１）・・・関係式３
（数４）
（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ２／ｎ２）・・・関係式４
【００３１】
例えば、関係式３及び関係式４は、ｎ型半導体が緑色光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｐ型半導体が緑色光及び青色光を吸収する吸光物質である場合に適用される。
この場合、青色光が主として吸収される吸光層３０の中間領域、すなわち、第３の領域３０ｃにおいてｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積を相対的に低減させることにより、ｎ型半導体による青色光の吸収を低減させることができ、青色光の外部量子効率（ＥＱＥ）もまた低減させることができる。これにより、吸光層３０の緑色波長選択性を高めることができる。
【００３２】
例えば、第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ、及び第３の領域３０ｃのｎ型半導体の含有量を等しく保ちながら第３の領域３０ｃのｐ型半導体の含有量を低めることにより、関係式３及び関係式４を満たすことができる。
【００３３】
関係式１及び関係式２、又は関係式３及び関係式４を満たすとき、第１の領域３０ａのｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積の割合（ｐ１／ｎ１）及び第２の領域３０ｂのｎ型半導体の体積に対するｐ型半導体の体積の割合（ｐ２／ｎ２）は、同一又は異なり、吸光層３０の第１の領域３０ａ及び第２の領域３０ｂの組成比は、下記に示す関係式５〜関係式７のうちのいずれか一つを満たす。
【００３４】
（数５）
（ｐ１／ｎ１）＝（ｐ２／ｎ２）・・・関係式５
（数６）
（ｐ１／ｎ１）＞（ｐ２／ｎ２）・・・関係式６
（数７）
（ｐ１／ｎ１）＜（ｐ２／ｎ２）・・・関係式７
【００３５】
例えば、吸光層３０の第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ、及び第３の領域３０ｃの組成比は、下記に示す関係式８〜関係式１０の内のいずれか一つを満たす。
（数８）
（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ１／ｎ１）＝（ｐ２／ｎ２）・・・関係式８
（数９）
（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ１／ｎ１）＞（ｐ２／ｎ２）・・・関係式９
（数１０）
（ｐ３／ｎ３）＞（ｐ２／ｎ２）＞（ｐ１／ｎ１）・・・関係式１０
【００３６】
他の例によれば、吸光層３０の第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ、及び第３の領域３０ｃの組成比は下記に示す関係式１１〜関係式１３の内のいずれか一つを満たす。
（数１１）
（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ１／ｎ１）＝（ｐ２／ｎ２）・・・関係式１１
（数１２）
（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ１／ｎ１）＜（ｐ２／ｎ２）・・・関係式１２
（数１３）
（ｐ３／ｎ３）＜（ｐ２／ｎ２）＜（ｐ１／ｎ１）・・・関係式１３
【００３７】
図３〜図６は、それぞれ図２の吸光層の第１の領域３０ａ〜第３の領域３０ｃ〜第２の領域３０ｂにおけるｐ型半導体及びｎ型半導体の組成比の変化の例を示すグラフである。
図３及び図４を参照すると、吸光層３０のｐ／ｎ組成比は、吸光層３０の厚さ方向に沿って連続的に又は不連続的に増加した後に減少する。
【００３８】
具体的に、図３を参照すると、第３の領域３０ｃのｐ／ｎ組成比は、第１の領域３０ａのｐ／ｎ組成比、及び第２の領域３０ｂのｐ／ｎ組成比よりも大きく、第１の領域３０ａ、第３の領域３０ｃ、及び第２の領域３０ｂに沿ってｐ／ｎ組成比が不連続的に増加した後に減少する。
ここで、不連続的とは、少なくとも一つの断続的な個所が存在することをいい、漸進的に変化することを除くあらゆることを含む。
【００３９】
図３において、第１の領域３０ａは厚さ方向に沿って所定のｐ／ｎ組成比を有し、第２の領域３０ｂは厚さ方向に沿って所定のｐ／ｎ組成比を有し、第３の領域３０ｃは厚さ方向に沿って所定のｐ／ｎ組成比を有することを例示したが、これに限定されず、各領域内においてｐ／ｎ組成比は可変である。
【００４０】
図４を参照すると、第３の領域３０ｃのｐ／ｎ組成比は、第１の領域３０ａのｐ／ｎ組成比及び第２の領域３０ｂのｐ／ｎ組成比よりも大きく、第１の領域３０ａ、第３の領域３０ｃ、及び第２の領域３０ｂに沿ってｐ／ｎ組成比が連続的に増加した後に減少する。
ここで、連続的とは、一定若しくは非一定の速度で漸進的に変化することを意味する。
【００４１】
図５及び図６を参照すると、吸光層３０のｐ／ｎ組成比は、吸光層３０の厚さ方向に沿って、連続的に又は不連続的に減少した後に増加する。
具体的には、図５を参照すると、第３の領域３０ｃのｐ／ｎ組成比は、第１の領域３０ａのｐ／ｎ組成比、及び第２の領域３０ｂのｐ／ｎ組成比よりも小さく、第１の領域３０ａ、第３の領域３０ｃ、及び第２の領域３０ｂに沿ってｐ／ｎ組成比が不連続的に減少した後に増加する。
図５において、各第１の領域３０ａ、第２の領域３０ｂ、及び第３の領域３０ｃは、所定のｐ／ｎ組成比を有することを例示したが、これに限定されるものではなく、各領域内においてｐ／ｎ組成比は可変である。
【００４２】
図６を参照すると、第３の領域３０ｃのｐ／ｎ組成比は、第１の領域３０ａのｐ／ｎ組成比及び第２の領域３０ｂのｐ／ｎ組成比よりも小さく、第１の領域３０ａ、第３の領域３０ｃ、及び第２の領域３０ｂに沿ってｐ／ｎ組成比が連続的に減少した後に増加する。
このように、本実施形態においては、可視光線波長領域に応じて吸光層３０の吸収位置が異なるという点を考慮して、吸光層３０の厚さ方向に沿ってｐ／ｎ組成比を変化させることにより、所望の波長領域の吸収を強化させることができ、不所望の波長領域の吸収を抑えることにより、波長選択性を高めることができる。
【００４３】
具体的には、有機光電素子１００の外部量子効率（ＥＱＥ）は、吸光層３０の吸光度（ａｂｓｏｒｐｔａｎｃｅ）及び内部量子効率（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ＩＱＥ）に比例し、内部量子効率（ＩＱＥ）は、電荷分離効率（ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ＣＳ）と、電荷収集効率（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ＣＣ）とに分けられる。
【００４４】
本実施形態においては、所望の波長領域の光が吸収される位置にｐ型半導体及びｎ型半導体を最適な効率を出すｐ／ｎ組成比で含有させ、所望の波長領域の光の吸光度及び電荷分離効率を確保するとともに、不所望の波長領域の光が吸収される位置に効率を下げるようｐ／ｎ組成比に変化させることにより、不所望の波長領域の光の吸光度及び電荷分離効率を低下させることができる。
これにより、所望の波長領域の光の吸光度及び外部量子効率（ＥＱＥ）を確保することができ、不所望の波長領域の光の吸光度及び外部量子効率を抑えることにより、波長選択性を高めることができる。
【００４５】
吸光層３０のｐ型半導体及びｎ型半導体は、約１０：１〜１：１０の体積比で混合され得、前記範囲内において約８：２〜２：８の体積比で混合され得、前記範囲内において約６：４〜４：６の体積比で混合され得る。
吸光層３０の第３の領域３０ｃのｐ／ｎ組成比は、第１の領域３０ａ又は第２の領域３０ｂのｐ／ｎ組成比よりも約５％〜８０％大きいか又は小さく、前記範囲内において約１０％〜６０％大きいか又は小さく、前記範囲内において約１０％〜５０％大きいか又は小さい。
【００４６】
吸光層３０は、真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｌａｙｅｒ；Ｉ層）であり、吸光層３０の片面又は両面にｐ型層及び／又はｎ型層をさらに備える。
例えば、有機光電素子１００は、第１の電極１０と第２の電極２０との間にｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層など様々な組み合わせで配設され得る。
ｐ型層はｐ型半導体を備え、ｎ型層はｎ型半導体を備える。
【００４７】
吸光層３０は、約１ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さ、例えば上記範囲内において約５ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有する。
上記範囲の厚さを有することにより、光を効果的に吸収し、正孔及び電子を効果的に分離及び伝達することにより光電変換効率を効果的に改善することができる。
【００４８】
有機光電素子１００は、第１の電極１０又は第２の電極２０側から光が入射して吸光層３０が所定の波長領域の光を吸収すると、内部で励起子が生成される。
励起子は吸光層３０において正孔及び電子に分離され、分離された正孔は第１の電極１０及び第２の電極２０の内のいずれか一方であるアノード側に移動し、分離された電子は第１の電極１０及び第２の電極２０の内の他方であるカソード側に移動して電流が流れる。
【００４９】
以下、本発明の他の実施形態による有機光電素子について説明する。
図７は、本発明の他の実施形態による有機光電素子を示す概略断面図である。
図７を参照すると、本実施形態による有機光電素子２００は、上述した実施形態と同様に、対向する第１の電極１０及び第２の電極２０、及び第１の電極１０と第２の電極２０との間に配設される吸光層３０を備える。第１の電極１０、第２の電極２０及び吸光層３０は、上述した通りである。
【００５０】
しかし、本実施形態による有機光電素子２００は、上述した実施形態とは異なり、第１の電極１０と吸光層３０との間及び第２の電極２０と吸光層３０との間にそれぞれ配設される電荷補助層（４０、５０）を更に備える。
電荷補助層（４０、５０）は、吸光層３０において分離された正孔及び電子を移動しやすくして効率を高める。
【００５１】
電荷補助層（４０、５０）は、正孔を注入しやすくする正孔注入層（ｈｏｌｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＨＩＬ）、正孔を輸送しやすくする正孔輸送層（ｈｏｌｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＨＴＬ）、電子の移動を阻止する電子遮断層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＥＢＬ）、電子を注入しやすくする電子注入層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＥＩＬ）、電子を輸送しやすくする電子輸送層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＥＴＬ）、及び正孔の移動を阻止する正孔遮断層（ｈｏｌｅ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＨＢＬ）から選ばれる少なくとも一種を備える。
【００５２】
電荷補助層（４０、５０）は、例えば、有機物、無機物、又は有無機物を含む。
有機物は、正孔又は電子の特性を有する有機化合物であり、無機物は、例えば、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、ニッケル酸化物などの金属酸化物である。
【００５３】
正孔輸送層（ＨＴＬ）は、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ポリ（スチレンスルホネート）（ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアリールアミン、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ｐｏｌｙ（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メトキシフェニル）−ベンジジン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−ｔｅｔｒａｋｉｓ（４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ、ＴＰＤ）、４−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（４−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ、α−ＮＰＤ）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（４，４’，４”−ｔｒｉｓ（Ｎ−ｃａｒｂａｚｏｌｙｌ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ、ＴＣＴＡ）、及びこれらの組み合わせから選ばれるいずれか一種を含むが、これらに限定されない。
【００５４】
電子遮断層（ＥＢＬ）は、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ポリ（スチレンスルホネート）ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアリールアミン、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ｐｏｌｙ（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メトキシフェニル）−ベンジジン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−ｔｅｔｒａｋｉｓ（４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ、ＴＰＤ）、４−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（４−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ、α−ＮＰＤ）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（４，４’，４”−ｔｒｉｓ（Ｎ−ｃａｒｂａｚｏｌｙｌ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ、ＴＣＴＡ）、及びこれらの組み合わせから選ばれるいずれか一種を含むが、これらに限定されない。
【００５５】
電子輸送層（ＥＴＬ）は、例えば、ナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、バトクプロイン（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ、ＢＣＰ）、ＬｉＦ、Ａｌｑ３、Ｇａｑ３、Ｉｎｑ３、Ｚｎｑ２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２、ＢｅＢｑ２、及びこれらの組み合わせから選ばれるいずれか一種を含むが、これらに限定されない。
【００５６】
正孔遮断層（ＨＢＬ）は、例えば、ナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、バトクプロイン（ＢＣＰ）、ＬｉＦ、Ａｌｑ３、Ｇａｑ３、Ｉｎｑ３、Ｚｎｑ２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２、ＢｅＢｑ２、及びこれらの組み合わせから選ばれるいずれか一種を含むが、これらに限定されない。
【００５７】
電荷補助層（４０、５０）の内のいずれか一方は、省略可能である。
有機光電素子は、太陽電池、イメージセンサ、光検出器、光センサ、及び有機発光ダイオードなどに適用可能であるが、これらに限定されない。
有機光電素子は、例えば、イメージセンサに適用される。
以下、図面を参照しながら、本有機光電素子を適用したイメージセンサの一例について説明する。ここでは、イメージセンサの一例である有機ＣＭＯＳイメージセンサについて説明する。
【００５８】
図８は、一実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサを概略的に示す斜視図であり、図９は、図８の有機ＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。
図８及び図９を参照すると、本発明の一実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサ３００は、光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）、伝送トランジスタ（図示せず）と電荷保存場所５５が集積された半導体基板１１０、下部絶縁層６０、カラーフィルタ層７０、上部絶縁層８０、及び有機光電素子１００を備える。
【００５９】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）、伝送トランジスタ（図示せず）、及び電荷保存場所５５が集積される。
光感知素子（５０Ｒ、５０Ｂ）は、光ダイオードである。
光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）、伝送トランジスタ、及び／又は電荷保存場所５５は、画素毎に集積され、例えば図９に示すように、光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）は青色画素及び赤色画素にそれぞれ含まれ、電荷保存場所５５は緑色画素に含まれる。
【００６０】
光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）は光を感知し、感知された情報は伝送トランジスタにより転送され、電荷保存場所５５は後述する有機光電素子１００に電気的に接続され、電荷保存場所５５の情報は伝送トランジスタにより転送される。
【００６１】
半導体基板１１０の上には、金属配線（図示せず）及びパッド（図示せず）が形成される。
金属配線及びパッドは、信号の遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及びこれらの合金で製作されるが、これらに限定されない。
また、上記構造に限定されるものではなく、金属配線及びパッドが光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）の下部に配設されてもよい。
【００６２】
金属配線及びパッドの上には、下部絶縁層６０が形成される。
下部絶縁層６０は、酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素などの無機絶縁物質、或いはＳｉＣ、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＣＯ、及びＳｉＯＦなどの低誘電率（ｌｏｗ  Ｋ）物質で製作される。
下部絶縁層６０は、電荷保存場所５５を露出させるトレンチを有する。
トレンチには、充填材が充填される。
【００６３】
下部絶縁膜６０の上には、カラーフィルタ層７０が形成される。
カラーフィルタ層７０は、青色画素に形成される青色フィルタ７０Ｂと、赤色画素に形成される赤色フィルタ７０Ｒと、を備える。
実施形態では、緑色フィルタを備えない例について説明するが、場合によって緑色フィルタを備えてもよい。
【００６４】
カラーフィルタ層７０の上には、上部絶縁層８０が形成される。
上部絶縁層８０は、カラーフィルタ層７０による段差を除去して平坦化させる。
上部絶縁層８０及び下部絶縁層６０は、パッドを露出させるコンタクト孔（図示せず）と、緑色画素の電荷保存場所５５を露出させる貫通口８５と、を有する。
【００６５】
上部絶縁層８０の上には、上述した有機光電素子１００が形成される。
有機光電素子１００は、上述したように、第１の電極１０、吸光層３０、及び第２の電極２０を備える。
第１の電極１０及び第２の電極２０は両方とも透明電極であり、吸光層３０は、上述した通りである。吸光層３０は、緑色の波長領域の光を選択的に吸収することから、緑色画素のカラーフィルタに取って代わる。
【００６６】
第２の電極２０側から入射した光は、吸光層３０において緑色の波長領域の光が主として吸収されて光電変換され、残りの波長領域の光は第１の電極１０を通過して光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）で感知される。
上述したように、緑色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層された構造を有することから、イメージセンサを小型化させて小型化イメージセンサを具現することができる。
また、上述したように、有機光電素子１００の吸光層３０で緑色の波長選択性を高めることから、緑色を除く波長領域の光を余計に吸収して発生するクロストークを減らしてイメージセンサの感度を高めることができる。
【００６７】
図９には、図１の有機光電素子１００を備える例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７の有機光電素子２００を備える場合にも同様に適用される。
図８及び図９では、緑色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層された構造を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、青色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層され、緑色光感知素子及び赤色光感知素子が半導体基板１１０内に集積された構造を有していてもよく、赤色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層され、緑色光感知素子及び青色光感知素子が半導体基板１１０内に集積された構造を有していてもよい。
【００６８】
図１０は、図８の有機ＣＭＯＳイメージセンサの他の例を示す断面図である。
本実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサ４００は、上述した実施形態と同様に、光感知素子（５０Ｂ、５０Ｒ）、伝送トランジスタ（図示せず）及び電荷保存場所５５が集積された半導体基板１１０、上部絶縁層８０及び有機光電素子１００を備える。
しかし、本実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサ４００は、上述した実施形態とは異なり、青色光感知素子５０Ｂ及び赤色光感知素子５０Ｒが垂直方向に積層され、カラーフィルタ層７０が省略される。
【００６９】
青色光感知素子５０Ｂ及び赤色光感知素子５０Ｒは、電荷保存場所（図示せず）に電気的に接続され、伝送トランジスタにより転送される。
青色光感知素子５０Ｂ及び赤色光感知素子５０Ｒは、積層深さに応じて各波長領域の光を選択的に吸収する。
上述したように、緑色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層された構造を有し、且つ赤色光感知素子及び青色光感知素子が積層された構造を有することから、イメージセンサを更に小型化させて小型化イメージセンサを具現することができる。
また、上述したように、有機光電素子１００の吸光層３０で緑色の波長選択性を高めることから、緑色を除く波長領域の光を余計に吸収して発生するクロストークを減らして感度を高めることができる。
【００７０】
図１０には、図１の有機光電素子１００を備える例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７の有機光電素子２００を備える場合にも同様に適用される。
図１０には、緑色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層された構造を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、青色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層され、緑色光感知素子及び赤色光感知素子が半導体基板１１０内に集積された構造を有していてもよく、赤色の波長領域の光を選択的に吸収する有機光電素子が積層され、緑色光感知素子及び青色光感知素子が半導体基板１１０内に集積された構造を有していてもよい。
【００７１】
図１１は、本発明の他の実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサを概略的に示す斜視図であり、図１２は、図１１の有機ＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。
本実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサ５００は、緑色の波長領域の光を選択的に吸収する緑色光電素子、青色の波長領域の光を選択的に吸収する青色光電素子、及び赤色の波長領域の光を選択的に吸収する赤色光電素子が積層された構造である。
【００７２】
本実施形態による有機ＣＭＯＳイメージセンサ５００は、半導体基板１１０、下部絶縁層６０、中間絶縁層９０、上部絶縁層８０、第１の有機光電素子１００Ａ、第２の有機光電素子１００Ｂ、及び第３の有機光電素子１００Ｃを備える。
半導体基板１１０はシリコン基板であり、伝送トランジスタ（図示せず）及び電荷保存場所（５５ａ、５５ｂ、５５ｃ）が集積される。
半導体基板１１０の上には金属配線（図示せず）及びパッド（図示せず）が形成され、金属配線及びパッドの上には、下部絶縁層６０が形成される。
【００７３】
下部絶縁層６０の上には、第１の有機光電素子１００Ａが形成される。
第１の有機光電素子１００Ａは、対向する第１の電極１０Ａ及び第２の電極２０Ａ、及び第１の電極１０Ａと第２の電極２０Ａとの間に配設される吸光層３０Ａを備える。
第１の電極１０Ａ及び第２の電極２０Ａの内のいずれか一方はアノードであり、他方はカソードである。
吸光層３０Ａは、赤色、青色及び緑色の内のいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収する。
例えば、第１の有機光電素子１００Ａは、赤色光電素子である。
【００７４】
第１の有機光電素子１００Ａの上には、中間絶縁層９０が形成される。
中間絶縁層９０の上には、第２の有機光電素子１００Ｂが形成される。
第２の有機光電素子１００Ｂは、対向する第１の電極１０Ｂ及び第２の電極２０Ｂ、及び第１の電極１０Ｂと第２の電極２０Ｂとの間に配設される吸光層３０Ｂを備える。
第１の電極１０Ｂ及び第２の電極２０Ｂの内のいずれか一方はアノードであり、他方はカソードである。
吸光層３０Ｂは、赤色、青色及び緑色の内のいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収する。
例えば、第２の有機光電素子１００Ｂは、青色光電素子である。
【００７５】
第２の有機光電素子１００Ｂの上には、上部絶縁層８０が形成される。
下部絶縁層６０、中間絶縁層９０及び上部絶縁層８０は、電荷保存場所（５５ａ、５５ｂ、５５ｃ）を露出させる複数の貫通口を有する。
【００７６】
上部絶縁層８０の上には、第３の有機光電素子１００Ｃが形成される。
第３の有機光電素子１００Ｃは、対向する第１の電極１０Ｃ及び第２の電極２０Ｃ、及び第１の電極１０Ｃと第２の電極２０Ｃとの間に配設される吸光層３０Ｃを備える。
第１の電極１０Ｃ及び第２の電極２０Ｃの内の一方はアノードであり、他方はカソードである。
吸光層３０Ｃは、赤色、青色及び緑色の内のいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収する。
例えば、第３の有機光電素子１００Ｃは、緑色光電素子である。
【００７７】
第１の有機光電素子１００Ａの吸光層３０Ａ、第２の有機光電素子１００Ｂの吸光層３０Ｂ、及び第３の有機光電素子１００Ｃの吸光層３０Ｃの内の少なくとも一つは、上述したように、各波長領域の光が主として吸収される位置に応じて、ｐ型半導体及びｎ型半導体の組成比を異ならせて分布させ、吸光層（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）の厚さ方向に沿ってｐ型半導体及びｎ型半導体の組成比が異なる複数の領域を備える。
その具体的な内容は、上述した通りである。
図面には、第１の有機光電素子１００Ａ、第２の有機光電素子１００Ｂ、及び第３の有機光電素子１００Ｃがこの順に積層された構造を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、積層順序は種々に変更可能である。
【００７８】
上述したように、互いに異なる波長領域の光を吸収する第１の有機光電素子１００Ａ、第２の有機光電素子１００Ｂ、及び第３の有機光電素子１００Ｃが積層された構造を有することから、イメージセンサを更に小型化させて小型化イメージセンサを具現することができる。
また、上述したように、有機光電素子１００の吸光層３０で緑色の波長選択性を高めることから、緑色を除く波長領域の光を余計に吸収して発生するクロストークを減らして感度を高めることができる。
イメージセンサは、様々な電子装置に適用可能であり、例えば、モバイル電話、デジタルカメラなどに適用されるが、これらに限定されない。
【００７９】
以下、実施例を挙げて上述した実施形態についてより詳細に説明する。
但し、下記の実施例は単に説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００８０】
≪有機光電素子の製作≫
＜実施例１＞
ガラス基板の上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法により積層して約１５０ｎｍの厚さのアノードを形成し、その上にｐ型半導体である２−（（５−（ナフタレン−１−イル（フェニル）アミノ）セレノフェン−２−イル）メチレン）−１Ｈ−シクロペンタ［ｂ］ナフタレン−１，３（２Ｈ）−ジオン及びｎ型半導体であるＣ６０を共蒸着して１３０ｎｍの厚さの吸光層を形成する。
【００８１】
このとき、吸光層は、ｐ型半導体及びｎ型半導体の割合を変えて共蒸着して、ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．２５：１の体積比を有する６０ｎｍの厚さの下部層、ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．６：１の体積比を有する４０ｎｍの厚さの中間層、及びｐ型半導体及びｎ型半導体が１．２５：１の体積比を有する３０ｎｍの厚さの上部層をこの順に形成する。
【００８２】
次いで、吸光層の上にモリブデン酸化物（ＭｏＯｘ、０＜ｘ≦３）薄膜を１０ｎｍの厚さに積層する。
次いで、モリブデン酸化物薄膜の上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリングで積層して７ｎｍの厚さのカソードを形成し、その上に高屈折膜として酸化アルミニウム４０ｎｍを蒸着して有機光電素子を製作する。
【００８３】
図１９は、ｐ型半導体である２−（５−（ナフタレン−１−イル（フェニル）アミノ）セレノフェン−２−イル）メチレン）−１Ｈ−シクロペンタ［ｂ］ナフタレン−１，３（２Ｈ）−ジオン及びｎ型半導体であるＣ６０の波長による吸光曲線である。
図１９を参照すると、ｐ型半導体である２−（５−（ナフタレン−１−イル（フェニル）アミノ）セレノフェン−２−イル）メチレン）−１Ｈ−シクロペンタ［ｂ］ナフタレン−１，３（２Ｈ）−ジオンは、約５００〜６００ｎｍの波長領域、すなわち、緑色の波長領域の光を選択的に吸収する吸光物質であり、ｎ型半導体であるＣ６０は、約４００〜６００ｎｍの波長領域、すなわち、青色の波長領域及び緑色の波長領域の光を吸収する吸光物質であることが確認できる。
【００８４】
＜実施例２＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．３：１の体積比を有する６０ｎｍの厚さの下部層、ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．６：１の体積比を有する４０ｎｍの厚さの中間層、及びｐ型半導体及びｎ型半導体が１．３：１の体積比を有する３０ｎｍの厚さの上部層を有する吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
【００８５】
＜実施例３＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．３：１の体積比を有する６０ｎｍの厚さの下部層、ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．９：１の体積比を有する４０ｎｍの厚さの中間層、及びｐ型半導体及びｎ型半導体が１．３：１の体積比を有する３０ｎｍの厚さの上部層を有する吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
【００８６】
＜比較例１＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．２５：１の単一の体積比になるように共蒸着して１３０ｎｍの厚さの吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
＜比較例２＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１：１の単一体積比になるように共蒸着して１３０ｎｍの厚さの吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
＜比較例３＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１：３の体積比を有する６０ｎｍの厚さの下部層、ｐ型半導体及びｎ型半導体が１：１の体積比を有する４０ｎｍの厚さの中間層、及びｐ型半導体及びｎ型半導体が３：１の体積比を有する３０ｎｍの厚さの上部層を有する吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
【００８７】
＜比較例４＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．３：１の単一体積比になるように共蒸着して１３０ｎｍの厚さの吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
＜比較例５＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．３９：１の単一体積比になるように共蒸着して１３０ｎｍの厚さの吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
＜比較例６＞
ｐ型半導体及びｎ型半導体が１．４８：１の単一体積比になるように共蒸着して１３０ｎｍの厚さの吸光層を形成する以外は、実施例１の方法と同様にして有機光電素子を製作する。
【００８８】
≪評価≫
＜評価１＞
実施例１及び比較例１の有機光電素子の波長領域による外部量子効率を比較する。
図１３は、実施例１及び比較例１による有機光電素子の波長による外部量子効率を示すグラフである。
図１３を参照すると、実施例１による有機光電素子は、約５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域、すなわち、緑色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）が確保され、且つ、比較例１による有機光電素子に比べて約４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域、すなわち、青色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）が減少することが確認できる。
これより、実施例１による有機光電素子は、比較例１による有機光電素子に比べて緑色の波長領域に対する波長選択性を高める可能性があることが確認できる。
【００８９】
＜評価２＞
実施例１及び比較例１〜比較例３の有機光電素子の緑色の波長領域及び青色の波長領域の外部量子効率の変化を比較する。
図１４は、実施例１及び比較例１による有機光電素子の緑色の波長領域及び青色の波長領域の外部量子効率を示すグラフであり、図１５は、比較例２及び比較例３の有機光電素子の緑色の波長領域及び青色の波長領域の外部量子効率を示すグラフである。
【００９０】
図１４を参照すると、実施例１による有機光電素子は、比較例１による有機光電素子に比べて、緑色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）は同等なレベルであるが、青色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）は大幅に低くなったことが確認できる。
これより、実施例１による有機光電素子は、青色の波長領域の外部量子効率を低めることにより、緑色の波長領域に対する波長選択性を高める可能性があることが確認できる。
【００９１】
図１５を参照すると、比較例２による有機光電素子は、緑色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）及び青色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）が実質的に等しく、比較例３による有機光電素子は、比較例２による有機光電素子に比べて、緑色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）が大幅に低くなることが確認できる。
これより、比較例２及び比較例３による有機光電素子は、緑色の波長領域に対する波長選択性が低いだけではなく、特に、比較例３による有機光電素子は、緑色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）もまた大幅に低くなることが確認できる。
これにより、実施例１による有機光電素子は、緑色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）は確保しながら、青色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）を減少させて波長選択性を高める可能性があることが確認できる。
【００９２】
＜評価３＞
実施例２及び比較例４による有機光電素子の光学シミュレーションを評価する。
光学シミュレーションは、ＭＡＴＬＡＢソフトウェアを用いて評価する。
【数１４】
0006749157.tif 000002
【００９３】
その結果は、図１６及び図１７に示す。
図１６は、実施例２による有機光電素子の吸光層の位置による吸収波長領域を評価したシミュレーション結果であり、図１７は、比較例４による有機光電素子の吸光層の位置による吸収波長領域を評価したシミュレーション結果である。
図１６及び図１７を参照すると、実施例２による有機光電素子は、比較例４による有機光電素子に比べて、青色の波長領域の光の吸収が少なくなったことが確認できる。
【００９４】
＜評価４＞
実施例２及び実施例３と、比較例４〜比較例６による有機光電素子の緑色の波長領域の最大の外部量子効率（Ｍａｘ  ＥＱＥ）地点における青色の波長領域の外部量子効率（ＥＱＥ）の減少度をシミュレーションで予測する。
シミュレーションは、ＭＡＴＬＡＢソフトウェアを用いて評価する。
【数１５】
0006749157.tif 000003
【００９５】
その結果を表１に示す。
【表１】
0006749157.tif 000004
表１を参照すると、実施例２及び実施例３による有機光電素子は、比較例４〜比較例６による有機光電素子に比べて、緑色の波長領域の最大の外部量子効率の地点における青色の波長領域の外部量子効率が低いことが分かる。
【００９６】
＜評価５＞
実施例１及び比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサを設計し、イメージセンサの色差及びＹＳＮＲ１０を評価する。
イメージセンサは、図９に示す構造に設計される。
イメージセンサの色差は、下記の方法を用いて評価する。
イメージセンサから得られたＲＧＢ原信号は、イメージプロセッシングを行って実際の色との差を減らす工程を経る。
イメージプロセッシングには、ＲＧＢ信号の強さの差を等しくするホワイトバランス過程及びマクベスチャート（２４色）の実際の色とイメージセンサで測定した原色の色との間の差を減らす色補正工程がある。
【００９７】
色補正工程は、色補正マトリックス（ｃｏｌｏｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘ；ＣＣＭ）を用いてイメージセンサで測定したＲＧＢ原信号を変換して色を表現し、イメージセンサの色特性は、色補正マトリックスを用いて色変換を行った後に、マクベスチャートの実際の色とどれくらいの差が出るかを数値化して表現する。
色差は、マクベスチャートの実際の色との差を示し、色差が小さいほど、実際の色に近いことを意味する。
ＹＳＮＲ１０は、信号及びノイズ間の比率が１０になる照度（単位：ｌｕｘ）であり、ここで、信号は、色補正マトリックスを用いた色補正過程を経た後の緑色信号の感度であり、ノイズは、イメージセンサで信号を測定するときに発生するノイズである。
ＹＳＮＲ１０値が小さいほど、低い照度でイメージ特性が良好であることを意味する。
その結果を図１８に示す。
【００９８】
図１８は、実施例１及び比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサの色差及びＹＳＮＲ１０を比較するグラフである。
図１８を参照すると、実施例１による有機光電素子を適用したイメージセンサは、比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサに比べて、色差及びＹＳＮＲ１０が小さいことが確認できる。
これより、実施例１による有機光電素子を適用したイメージセンサは、比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサに比べて、波長選択性が改善されて色表現特性が改善される可能性があることが予想できる。
【００９９】
＜評価６＞
実施例１及び比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサを設計し、イメージセンサのクロストークを評価する。
イメージセンサは、図９に示す構造に設計される。
クロストーク評価は、次のようにして行う。
実施例１及び比較例１による有機光電素子で成膜された吸光層のｎ及びｋ値を分光エリプソメトリーを用いて求める。
ｎ、ｋ値、シリコン光ダイオード及び有機光電素子の光電変換効率を用いて、図９に示す構造の赤色光変換素子、緑色光変換素子及び青色光変換素子の分光感度を有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）で求める。
【０１００】
このとき、波長領域をそれぞれ４４０〜４８０ｎｍ（青色）、５２０〜５６０ｎｍ（緑色）、５９０〜６３０ｎｍ（赤色）の３領域に分割して、それぞれの領域に他の色の光変換素子がどれくらい光学的に干渉するかを評価する。
すなわち、４４０〜４８０ｎｍでは、青色光変換素子の感度曲線の積分値を１００にし、赤色光変換素子及び緑色光変換素子の感度曲線の４４０〜４８０ｎｍにおける相対積分値を求めた。
この値が４４０〜４８０ｎｍにおける赤色光変換素子及び緑色光変換素子の青色領域に対するクロストーク値である。
５２０〜５６０ｎｍ及び５９０〜６３０ｎｍに対しても同様に計算してクロストーク値を得る。
最後に、前記６つの数値の平均値を求めて平均クロストーク値を得る。
【０１０１】
その結果を表２に示す。
【表２】
0006749157.tif 000005
表２を参照すると、実施例１による有機光電素子を適用したイメージセンサは、比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサに比べて、平均クロストークが減少したことが確認でき、具体的に、実施例１による有機光電素子を適用したイメージセンサは、比較例１による有機光電素子を適用したイメージセンサに比べて、約７％低い平均クロストークを示すことが確認できる。
【０１０２】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ    第１の電極
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ    第２の電極
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ    吸光層
３０ａ    第１の領域
３０ｂ    第２の領域
３０ｃ    第３の領域
４０、５０    電荷補助層
５０Ｂ、５０Ｒ    （青色、赤色）光感知素子
５５（５５ａ、５５ｂ、５５ｃ）    電荷保存場所
６０    下部絶縁層
７０  カラーフィルタ層
７０Ｂ、７０Ｒ    （青色、赤色）フィルタ
８０    上部絶縁層
８５    貫通口
９０    中間絶縁層
１００、１００Ａ〜１００Ｃ、２００    （第１〜第３の）有機光電素子
１１０    半導体基板
３００、４００、５００    有機ＣＭＯＳイメージセンサ
【図１】
0006749157.tif 000006
【図２】
0006749157.tif 000007
【図３】
0006749157.tif 000008
【図４】
0006749157.tif 000009
【図５】
0006749157.tif 000010
【図６】
0006749157.tif 000011
【図７】
0006749157.tif 000012
【図８】
0006749157.tif 000013
【図９】
0006749157.tif 000014
【図１０】
0006749157.tif 000015
【図１１】
0006749157.tif 000016
【図１２】
0006749157.tif 000017
【図１３】
0006749157.tif 000018
【図１４】
0006749157.tif 000019
【図１５】
0006749157.tif 000020
【図１６】
0006749157.tif 000021
【図１７】
0006749157.tif 000022
【図１８】
0006749157.tif 000023
【図１９】
0006749157.tif 000024