(57)【要約】【課題】視感度特性に近い分光感度特性を有し、分光感度特性を視感度特性に近づけるための光学フィルタを不要とすることができる、受光素子を提供すること。【解決手段】受光素子１では、ｎ型基板２の表層部にｐ型層３が埋設され、そのｐ型層３の表層部にｎ型層４が埋設されている。そして、ｐ型層３に接続された第２アノード電極８とｎ型層４に接続された第２カソード電極９とが配線１４で接続されることにより、ｐ型層３とｎ型層４とのｐｎ接合からなる第２のフォトダイオードＰＤ２は、そののアノード−カソード間が短絡されている。これにより、受光素子１からは、ｎ型基板２とｐ型層３とのｐｎ接合からなる第１のフォトダイオードＰＤ１での光電変換によって生じる光電流のみが、ｎ型基板２に接続された第１カソード電極６から光検出信号として出力される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型を有する第１半導体層と、
この第１半導体層の表層部に埋設され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体層と、
この第２半導体層の表層部に埋設され、前記第１導電型を有する第３半導体層と、
前記第２半導体層と前記第３半導体層とを接続する配線とを含むことを特徴とする、受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトダイオード構造を有する受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ノートＰＣ（Personal Computer）などのモバイル機器では、周囲の明るさを検出するための照度センサが備えられている。そして、この照度センサにより検出される周囲の明るさに応じて、液晶画面の輝度が自動調整される。
照度センサには、フォトダイオード構造を有する受光素子が用いられている。従来の典型的な受光素子は、たとえば、ｎ型基板の表層部に、ｐ型不純物領域が形成された構造を有している。この受光素子では、ｐ型不純物領域の表面（受光面）から入射する光が、ｐ型不純物領域とｎ型基板とのｐｎ接合からなるフォトダイオードにより光電変換され、この光電変換により生じる光電流が、ｎ型基板に接続されたカソード電極から出力される。
【特許文献１】特開平７−３８１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、光に対する人間の目の感度（視感度）は、波長が約５５５ｎｍの光に対してピークとなり、波長が約４００ｎｍ以下の範囲および約７２０ｎｍ以上の範囲の光に対して零となる。また、波長が約４００〜５５５ｎｍの範囲の光に対しては、短い波長の光ほど視感度が小さく、波長が約５５５〜７２０ｎｍの範囲の光に対しては、長い波長の光ほど視感度が小さくなる。
【０００４】
そこで、従来の受光素子では、分光感度が約５５５ｎｍの波長を有する光に対してピークとなるように、フォトダイオードの受光面からの深さ（ｐ型不純物領域の深さ）が設定されている。しかし、このような深さでは、ｐ型不純物領域の表面から入射する波長４００ｎｍ以下の光がフォトダイオード（ｐｎ接合）に達するために、波長４００ｎｍ以下の光に対する感度が零にならない。このような分光感度特性を有する受光素子が照度センサに用いられ、たとえば、その照度センサがモバイル機器に備えられた場合、周囲の明るさの変化に対して、液晶画面の輝度が良好に調整されないおそれがある。そのため、従来の受光素子を照度センサに用いる場合には、ｐ型不純物領域の表面に入射する光から波長４００ｎｍ以下の光を除去するための高価な光学フィルタが必要であった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、視感度特性に近い分光感度特性を有し、分光感度特性を視感度特性に近づけるための光学フィルタを不要とすることができる、受光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１導電型を有する第１半導体層と、この第１半導体層の表層部に埋設され、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体層と、この第２半導体層の表層部に埋設され、前記第１導電型を有する第３半導体層と、前記第２半導体層と前記第３半導体層とを接続する配線とを含むことを特徴とする、受光素子である。
【０００７】
この受光素子では、第１導電型（ｐ型またはｎ型）の第１半導体層の表層部に、第２導電型（ｎ型またはｐ型）の第２半導体層が埋設され、この第２半導体層の表層部に、第１導電型の第３半導体層が埋設されている。これにより、受光素子には、第１半導体層と第２半導体層とのｐｎ接合からなる第１のフォトダイオードと、第２半導体層と第３半導体層とのｐｎ接合からなる第２のフォトダイオードとが、受光面をなす第１半導体層、第２半導体層および第３半導体層の表面からの深さを異ならせて形成されている。すなわち、受光面から相対的に深い位置に第１のフォトダイオードが形成され、受光面から相対的に浅い位置に第２のフォトダイオードが形成されている。
【０００８】
この受光素子では、第２のフォトダイオードが形成されているので、受光面から入射する光のうち、第２のフォトダイオードで光電変換されない光のみが第１のフォトダイオードに到達する。したがって、従来の受光素子（に形成されているフォトダイオード）の分光感度と比較して、第１のフォトダイオードの分光感度を、短波長域で下げることができる。
【０００９】
たとえば、第１のフォトダイオードの受光面からの深さを従来の受光素子におけるフォトダイオードの受光面からの深さとほぼ同じに設定し、波長４００ｎｍの光に対する第２のフォトダイオードの感度が従来の受光素子とほぼ同じとなるように、第２のフォトダイオードの受光面からの深さを設定すれば、第１のフォトダイオードの分光感度特性を、波長が約５５５ｎｍの光に対する感度がピークとなり、波長が４００ｎｍ以下の光に対する感度が零である分光感度特性とすることができる。つまり、第１のフォトダイオードの分光感度特性を、視感度特性に近づけることができる。
【００１０】
そして、この受光素子では、第２半導体層と第３半導体層とが配線を介して接続されることにより、第２のフォトダイオードのアノード−カソード間が短絡されている。そのため、第２のフォトダイオードでの光電変換によって生じる光電流は取り出されず、第１のフォトダイオードでの光電変換によって生じる光電流のみが光検出信号として取り出される。したがって、この受光素子は、視感度特性に近い分光感度特性を有し、分光感度特性を視感度特性に近づけるための高価な光学フィルタを不要とすることができる。よって、この受光素子は、明るさを検出するための照度センサに好適に用いることができる。
【００１１】
また、第２のフォトダイオードでの光電変換により生じる光電流が取り出されないので、その光電流に基づいて分光感度を演算する回路が不要である。したがって、そのような演算回路を配置するためのスペースを省略することができ、受光素子のサイズの小型化を図ることができる。また、この受光素子を、演算回路などを有しないディスクリート製品として構成することもできる。さらには、第２のフォトダイオードでの光電変換により生じる光電流に基づいて分光感度を演算する演算回路が不要であるので、この受光素子は、その演算回路が有するノイズの影響を受けるおそれがなく、良好な光検出信号を出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る受光素子の構造を示す断面図である。
この受光素子１は、第１半導体層としてのｎ型基板２を備えている。このｎ型基板２の表面は、光が入射する受光面をなしている。
ｎ型基板２の表層部には、平面視において、ｎ型基板２の周縁から所定幅を隔てた内方の領域に、その表面からｐ型不純物をドーピングすることによって、第２半導体層としてのｐ型層３が埋設されている。これにより、受光素子１には、ｎ型基板２とｐ型層３とのｐｎ接合からなる第１のフォトダイオードＰＤ１が形成されている。ｐ型層３の受光面からの深さは、その第１のフォトダイオードＰＤ１で波長５５５ｎｍの光が最も効率よく光電変換される深さとされている。
【００１３】
ｐ型層３の表層部には、平面視において、ｐ型層３の周縁から間隔を隔てた内方の領域に、その表面からｎ型不純物をドーピングすることによって、第３半導体層としてのｎ型層４が埋設されている。これにより、受光素子１には、第１のフォトダイオードＰＤ１よりも受光面に近い位置に、ｐ型層３とｎ型層４とのｐｎ接合からなる第２のフォトダイオードＰＤ２が形成されている。一般に、フォトダイオード構造を有する受光素子では、受光面から入射する光は波長が短いものほど浅い位置で吸収されるので、第２のフォトダイオードＰＤ２では、５５５ｎｍよりも短い波長の光が最も効率よく光電変換されることになる。
【００１４】
ｎ型基板２の表面は、ＳｉＯ2またはＳｉＮからなる透明な保護膜５で覆われている。この保護膜５上には、第１カソード電極６、第１アノード電極７、第２アノード電極８および第２カソード電極９が形成されている。
第１カソード電極６は、保護膜５に形成された開口１１を介して、ｎ型基板２に接続されている。第１アノード電極７は、保護膜５に形成された開口１０を介して、ｐ型層３に接続されている。また、第１アノード電極７は、グランドライン（図示せず）に接続されて、グランド電位とされている。これにより、第１のフォトダイオードＰＤ１での光電変換によって生じる光電流は、第１カソード電極６から光検出信号として出力される。
【００１５】
第２アノード電極８は、保護膜５に形成された開口１２を介して、ｐ型層３に接続されている。第２カソード電極９は、保護膜５に形成された開口１３を介して、ｎ型層４に接続されている。そして、第２アノード電極８と第２カソード電極９とは、保護膜５上に形成された配線１４を介して接続されている。また、第２アノード電極８は、グランドライン（図示せず）に接続されている。
【００１６】
以上のように、この受光素子１では、ｎ型基板２の表層部にｐ型層３が埋設され、そのｐ型層３の表層部にｎ型層４が埋設されている。これにより、受光素子１には、ｎ型基板２とｐ型層３とのｐｎ接合からなる第１のフォトダイオードＰＤ１と、ｐ型層３とｎ型層４とのｐｎ接合からなる第２のフォトダイオードＰＤ２とが、受光面をなすｎ型基板２の表面からの深さを異ならせて形成されている。
【００１７】
第１のフォトダイオードＰＤ１は、波長が約５５５ｎｍの光が最も効率よく光電変換される深さに形成されている。第２のフォトダイオードＰＤ２が形成されていなければ、第１のフォトダイオードＰＤ１は、背景技術の項で説明した従来の受光素子と同様の分光感度特性を有する。すなわち、図２に曲線Ｃ１で示すように、波長が約７２０ｎｍ以下の光に対して感度を有し、波長が約５５５ｎｍの光に対する感度がピークとなり、波長が４００ｎｍ以下の光に対する感度が零にはならない。
【００１８】
この受光素子１では、第２のフォトダイオードＰＤ２が形成されているので、受光面から入射する光のうち、第２のフォトダイオードＰＤ２で光電変換されない光のみが第１のフォトダイオードＰＤ１に到達する。したがって、第２のフォトダイオードＰＤ２が、図２に曲線Ｃ２で示すように、波長が４００ｎｍの光に対して従来の受光素子とほぼ同じ感度を有し、かつ、約４００ｎｍの波長を有する光に対する感度がピークとなり、それよりも長い波長の光ほど感度が低下するような分光感度特性を有していれば、第１のフォトダイオードＰＤ１は、図２に曲線Ｃ３で示すように、波長が約７２０ｎｍ以下の光に対して感度を有し、波長が約５５５ｎｍの光に対する感度がピークとなり、波長が４００ｎｍ以下の光に対する感度が零である分光感度特性を有する。つまり、第１のフォトダイオードＰＤ１は、視感度特性に近い分光感度特性を有する。
【００１９】
そして、ｐ型層３に接続された第２アノード電極８とｎ型層４に接続された第２カソード電極９とが配線１４を介して接続されることにより、第２のフォトダイオードＰＤ２のアノード−カソード間が短絡されている。また、第２アノード電極８は、グランドラインに接続されている。そのため、第２のフォトダイオードＰＤ２での光電変換により生成される光電流は、グランドラインに逃がされ、この受光素子１からは、第１のフォトダイオードＰＤ１での光電変換によって生じる光電流のみが第１カソード電極６から光検出信号として出力される。したがって、この受光素子１は、視感度特性に近い分光感度特性を有し、分光感度特性を視感度特性に近づけるための高価な光学フィルタを不要とすることができる。よって、この受光素子１は、明るさを検出するための照度センサに好適に用いることができる。
【００２０】
また、この受光素子１では、第２のフォトダイオードＰＤ２での光電変換により生じる光電流が取り出されないので、その光電流に基づいて分光感度を演算する回路が不要である。したがって、そのような演算回路を配置するためのスペースを省略することができ、受光素子１のサイズの小型化を図ることができる。また、この受光素子１を、演算回路などを有しないディスクリート製品として構成することもできる。さらには、第２のフォトダイオードＰＤ２での光電変換により生じる光電流に基づいて分光感度を演算する演算回路が不要であるので、この受光素子１は、その演算回路が有するノイズの影響を受けるおそれがなく、良好な光検出信号を出力することができる。
【００２１】
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、第１アノード電極７および第２アノード電極８が別々に形成されているが、第１アノード電極７および第２アノード電極８を一体に形成してもよい。また、第１アノード電極７および開口１１を省略してもよい。さらにまた、第２アノード電極８および開口１２を省略し、第１アノード電極７をグランドラインに接続するとともに、第１アノード電極７と第２カソード電極９とを配線１４により接続してもよい。
【００２２】
また、前述した受光素子の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。すなわち、ｐ型基板の表層部にｎ型層を埋設し、そのｎ型層の表層部にｐ型層を埋設する。そして、ｐ型基板およびｐ型層をグランドラインに接続するとともに、ｐ型層とｎ型層とを配線により接続して、ｐ型層とｎ型層とのｐｎ接合からなる第２のフォトダイオードのアノード−カソード間を短絡することにより、ｐ型基板とｎ型層とのｐｎ接合からなる第１のフォトダイオードでの光電変換によって生じる光電流のみをｎ型層に接続された電極から取り出すようにしてもよい。
【００２３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態に係る受光素子の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す受光素子の分光感度特性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      受光素子
２      ｎ型基板
３      ｐ型層
４      ｎ型層
１４    配線
【図１】
2007305868.tif 000003
【図２】
2007305868.tif 000004