(57)【要約】【課題】特定の波長域の光を選択的に、高感度に検出することができる光検出装置及びこれに用いる光学フィルターを提供する。【解決手段】支持基板上に２つの受光素子が形成されている。第１の受光素子は、ｐ型層、ｎ型層、光吸収半導体層、アノード電極、カソード電極、保護膜等により構成されている。第２の受光素子は、ｐ型層、ｎ型層、透過膜、アノード電極、カソード電極、保護膜等により構成されている。波長範囲λの光を吸収する光吸収半導体層は、ｐｎ接合領域よりも受光面側配置されている。光の吸収域がない透過膜は、ｐｎ接合領域よりも受光面側配置されている。第１の受光素子の検出信号と第２の受光素子の検出信号を演算することにより、波長範囲λの光量を計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換による光の検出を行う複数の光検出部を備えた光検出装置であって、
波長範囲λの光を吸収する光吸収半導体層を光電変換領域よりも受光面側に有する第１の光検出部と、
光の吸収域がない透過膜を光電変換領域よりも受光面側に有する第２の光検出部とを少なくとも備え、
前記第１の光検出部の信号と前記第２の光検出部の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記光吸収半導体層はＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記透過膜は、誘電体により構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記第１の光検出部及び第２の光検出部の光電変換領域は、紫外領域に受光感度を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記光吸収半導体層と透過膜との光路長が一致するように、かつ該光吸収半導体層と透過膜との透過率スペクトルの干渉フリンジが一致するように構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記光吸収半導体層を備えた光検出部は、前記第１の光検出部を含めて複数形成されており、前記光吸収半導体層は、これら光検出部毎に異なることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記光吸収半導体層を備えた光検出部は、前記第１の光検出部以外に該第１の光検出部とは異なる広さの光電変換領域を備えた第３の光検出部を少なくとも備え、前記第１の光検出部と第２の光検出部と第３の光検出部により、波長範囲λの光量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記第１の光検出部と第３の光検出部とで波長範囲λを除く光の単位受光面積当たりの光検出信号Ｊ０を算出する第１の算出手段、前記第２の光検出部の受光面積をＳとした場合Ｓ×Ｊ０と該第２の光検出部の光検出信号との差を求めて波長範囲λの光量を算出する第２の算出手段とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記光検出部のすべてが光電変換領域よりも受光面側に可視光を反射する反射フィルタを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記第１の光検出部には第１の光電変換領域よりも浅い深さに第２の光電変換領域が形成され、前記第２の光検出部には第３の光電変換領域よりも浅い深さに第４の光電変換領域が形成されており、前記第１の光電変換領域及び第３の光電変換領域は短絡されており、第２の光電変換領域からの光検出信号と第４の光電変換領域からの光検出信号との演算により、波長範囲λの光量を計測することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１１】
光電変換による光の検出を行う複数の光検出部を備えた光検出装置であって、
波長範囲λの光を吸収する第１の光学フィルターを光電変換領域よりも受光面側に有する第１の光検出部と、
波長範囲λを含む波長範囲λ１の光を吸収する又は光の吸収域がない第２の光学フィルターを光電変換領域よりも受光面側に有する第２の光検出部とを少なくとも備え、
前記第１の光学フィルター及び第２の光学フィルターは光の透過スペクトルにおいてフィルターの膜厚による干渉フリンジがないように構成されており、
前記第１の光検出部の信号と前記第２の光検出部の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測することを特徴とする光検出装置。
【請求項１２】
前記第１の光学フィルター及び第２の光学フィルターは、それぞれ前記波長範囲λに吸収がないペースト状材料と吸収端の異なる半導体の粉末との混合物であることを特徴とする請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
前記第１の光学フィルターと同じ特性の第３の光学フィルターと前記第１の光検出部とは異なる広さの光電変換領域とを有する第３の光検出部を少なくとも備え、前記第１の光検出部と第２の光検出部と第３の光検出部により、波長範囲λの光量を算出することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記第１の光検出部と第３の光検出部とで波長範囲λを除く光の単位受光面積当たりの光検出信号Ｊ０を算出する第１の算出手段、前記第２の光検出部の受光面積をＳとした場合Ｓ×Ｊ０と該第２の光検出部の光検出信号との差を求めて波長範囲λの光量を算出する第２の算出手段とを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の光検出装置。
【請求項１５】
ペースト状の物質を硬化させた光学フィルターであって、前記ペースト状の物質には一定の波長範囲の光を吸収させるための半導体の粒子が含まれていることを特徴とする光学フィルター。
【請求項１６】
前記半導体の粒子は、IV族の元素による半導体、II族の元素とVI族の元素による化合物半導体、III族の元素とＶ族の元素による化合物半導体、III族の元素とVI族の元素による化合物半導体のいずれかの半導体による粒子であることを特徴とする請求項１５に記載の光学フィルター。
【請求項１７】
前記ペースト状の物質の主成分は、ガラス系材料、アクリル樹脂、シリコン樹脂、非晶性フッ素樹脂のいずれか１つ以上の物質で構成されていることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の光学フィルター。
【請求項１８】
前記ペースト状の物質は、前記ガラス系材料と半導体の粒子とを混合したペーストからなることを特徴とする請求項１７に記載の光学フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換作用を有する装置であって、特定範囲の波長の光を検出する光検出装置及びこれに用いる光学フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
光検出装置には、受光部の光誘起電流量の変化によって受光部に照射される紫外線を検出する、いわゆる光伝導型センサ素子を用いたものがある。これは、コストが安いことやドーピングの制御のしやすさから、波長４００ｎｍから７５０ｎｍの範囲の可視光等にも検出感度を持つＳｉ半導体等が従来から考えられている。この光伝導型センサ素子の光検出原理は、受光部の半導体にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射することによって、光電変換作用により、半導体内に電子―正孔対を発生させ、このキャリアを外部印加電圧により外部回路へ取り出し、光誘起電流量として検出するものである。
【０００３】
従来の光電変換素子は、上述したように、Ｓｉで構成されているのが一般的であるが、Ｓｉは１．１μｍより短い全ての波長域で感度を持っており、特定の波長の光だけを取り出して光量を測定することができない。
【０００４】
この場合、可視光カットフィルターは普通屈折率の違う膜を交互に積み重ねた干渉フィルターとなるのが一般的である。しかし、カットバンド幅は使用する膜の屈折率差で決まるため、干渉フィルターが光量を略０にカットできる波長域を４００−８００ｎｍの可視光全域にすることは難しい。しかも干渉フィルターではカットできない波長というものが必ず存在し、可視光はカットできても、赤外光がカットできなくなる。この場合Ｓｉ光電変換素子では赤外光に対する感度もあるため、紫外光だけを透過させて測定することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５８５７０号公報
【特許文献２】特開２００７−６７３３１号公報
【特許文献３】特開２００２−１６４５６５号公報
【特許文献４】特開２００９−１５８９２８号公報
【特許文献５】特開２００７−３０５８６８号公報
【特許文献６】特開２００６−３１８９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、上記干渉フィルターとＳｉ光電変換素子との組み合わせで発生する問題を解決するために、ｐｎ接合面の深さを変えること、すなわち光電変換領域の深さを変えることにより、受光感度の波長領域を変えて光を検出することが提案されている。ｐｎ接合面を浅く形成して、比較的短い波長領域に感度特性がすぐれた光電変換領域により光を検出し、ｐｎ接合面を深く形成して長波長側の感度を良くした光電変換領域により光を検出する。この２つの検出信号の差分を算出することにより、短波長側の光を検出するものである（例えば特許文献１〜６）。
【０００７】
しかしながら、この場合でも、紫外領域の感度が悪く、かつ、紫外領域の検出したい波長毎に、ｐｎ接合の深さを調整する必要があり、極めて煩雑である。また、ｐｎ接合の深さをどのように調整しても、紫外領域の光のみを検出することは困難である。
【０００８】
また、特許文献２のように、２つの光電変換領域のｐｎ接合の深さを同一にして、一方のフォトダイオードに紫外線の一部を吸収する紫外線吸収膜を形成して、その差を取るように構成したものがある。しかし、この紫外線吸収膜は、紫外線の一部を吸収するフィルムのようなものだと考えられ、文献中の記載にあるように、一部の紫外線が吸収されて受光する紫外線が弱くなる程度のものである。したがって、紫外線吸収の度合いが弱いため、差分により算出した場合でも、その検出感度は弱い。
【０００９】
さらに、特許文献２のように、光学フィルターを形成したフォトダイオードＡと光学フィルターが設けられていないフォトダイオードＢとの差を取った場合には、以下の問題が発生する。光学フィルターを形成したフォトダイオードＡの方で、光学フィルターの表面からの反射光と光学フィルターと半導体層との界面からの反射光とが干渉を起こして、干渉縞を発生させる。光検出信号には、この干渉縞（干渉フリンジ）による信号が含まれてしまうために、正確な検出が行なえない。
【００１０】
以上のように、測定対象となる特定の波長域の光を選択的に、高感度で検出することが困難であった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、特定の波長域の光を選択的に、高感度で検出できる光検出装置及びこれに用いる光学フィルターを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光検出装置は、光電変換による光の検出を行う複数の光検出部を備えた光検出装置であって、波長範囲λの光を吸収する光吸収半導体層を光電変換領域よりも受光面側に有する第１の光検出部と、光の吸収域がない透過膜を光電変換領域よりも受光面側に有する第２の光検出部とを少なくとも備え、前記第１の光検出部の信号と前記第２の光検出部の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測することを主要な特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光検出装置の他の構成では、光電変換による光の検出を行う複数の光検出部を備えた光検出装置であって、波長範囲λの光を吸収する第１の光学フィルターを光電変換領域よりも受光面側に有する第１の光検出部と、波長範囲λを含む波長範囲λ１の光を吸収する又は光の吸収域がない第２の光学フィルターを光電変換領域よりも受光面側に有する第２の光検出部とを少なくとも備え、前記第１の光学フィルター及び第２の光学フィルターは光の透過スペクトルにおいてフィルターの膜厚による干渉フリンジがないように構成されており、前記第１の光検出部の信号と前記第２の光検出部の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測することを主要な特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光学フィルターは、ペースト状の物質を硬化させた光学フィルターであって、前記ペースト状の物質には一定の波長範囲の光を吸収させるための半導体の粒子が含まれていることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光検出装置は、波長範囲λの光を吸収する光吸収半導体層を光電変換領域よりも受光面側に有する第１の光検出部と、光の吸収域がない透過膜を光電変換領域よりも受光面側に有する第２の光検出部とを少なくとも備えているので、従来のように、２つの光電変換領域の深さの関係を調整することなく、波長範囲λの光を選択的に、かつ高感度に検出することができる。
【００１６】
また、本発明の光検出装置では、一定の波長範囲λの光を吸収する第１の光学フィルターを有する第１の光検出部と、波長範囲λを含む波長範囲λ１の光を吸収する又は光の吸収域がない第２の光学フィルターを有する第２の光検出部とを少なくとも備えている。そして、第１の光学フィルター及び第２の光学フィルターは光の透過スペクトルにおいてフィルターの膜厚による干渉フリンジがないように構成されており、第１の光検出部の信号と前記第２の光検出部の信号を演算することにより波長範囲λの光量を計測するようにしている。このため、干渉フリンジによるノイズが全く除去され、所望の波長範囲の光を選択的に、かつ高感度に検出することができる。
【００１７】
また、本発明の光学フィルターは、ペースト状の物質を硬化させた光学フィルターであって、ペースト状の物質には一定の波長範囲の光を吸収させるための半導体の粒子が含まれている。このため、光学フィルターは、特定の波長範囲の光を吸収するとともに、光の透過スペクトルにおいてフィルターの膜厚による干渉フリンジがないように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の光検出装置の一構造例を示す断面図である。
【図２】本発明の光検出装置の一構造例を示す断面図である。
【図３】本発明の光検出装置の一構造例を示す断面図である。
【図４】紫外光吸収半導体層にＺｎＯを用いた場合、ＺｎＯ表面での紫外光の反射が無視できることを示すための実験工程図である。
【図５】図４の実験工程による測定結果を示す図である。
【図６】紫外光吸収半導体層にＺｎＯを用いた場合、ＺｎＯを透過する紫外光が無視できることを示すための実験構成図である。
【図７】図６の構成による測定結果を示す図である。
【図８】ＰＩＮ ＰＤにＺｎＯとＳｉＯ２とをそれぞれ受光面に形成した構造を示す図である。
【図９】図８の構造により測定された受光感度曲線を示す図である。
【図１０】ＺｎＯ／サファイア、ＳｉＯ２／サファイアのそれぞれの光の透過率スペクトルを示す図である。
【図１１】図９の感度曲線の差を取ることにより算出される感度曲線を示す図である。
【図１２】図１の構成での紫外光吸収半導体層と透過膜により各々の受光素子の受光感度に発生する干渉フリンジを一致させた状態を示す図である。
【図１３】図１２の感度曲線の差を取ることにより算出される感度曲線を示す図である。
【図１４】図１の構造で、各受光素子に光電変換領域を２つ設けた構造例を示す断面図である。
【図１５】図１４の構造で、紫外領域の光を検出する方法を示す図である。
【図１６】バンドギャップ相当波長とＭｇＺｎＯのＭｇ含有割合との関係を示す図である。
【図１７】紫外光吸収半導体層に、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯを用いてＭｇの含有率を変化させた場合等の感度曲線を示す図である。
【図１８】本発明の光学フィルターの特性を示す図である。
【図１９】本発明の光学フィルターを用いた受光素子の差分信号の特性を示す図である。
【図２０】図１８の特性を測定するために用いた受光素子の構成を示す断面図である。
【図２１】従来の光学フィルターを有する受光素子で干渉フリンジが発生する状態を示す図である。
【図２２】図２１の構成で受光感度を測定した結果を示す図である。
【図２３】図２２の２つの感度曲線の差分信号を示す図である。
【図２４】従来の光学フィルターを用い、光学膜厚を同じにした２つの受光素子の構成を示す断面図である。
【図２５】図２４の構成で受光感度を測定した結果を示す図である。
【図２６】図２５の２つの感度曲線の差分信号を示す図である。
【図２７】光学フィルターを用いた光検出装置の一構造例を示す断面図である。
【図２８】光学フィルターを用いた光検出装置の一構造例を示す断面図である。
【図２９】光学フィルターを用いた光検出装置の一構造例を示す断面図である。
【図３０】図２９の感度曲線の差を取ることにより算出される感度曲線を示す図である。
【図３１】図３０のＰＤ１１の曲線からＰＤ１２〜ＰＤ１４をそれぞれ引き算した差分信号を示す図である。
【図３２】図３１を拡大した図である。
【図３３】図３１の３つの差分信号から紫外光Ａ、Ｂ、Ｃの各領域の感度を求めた曲線を示す図である。
【図３４】図３３を拡大した図である。
【図３５】半導体の種類と各半導体の吸収端波長を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。本発明の光検出装置は、半導体光電変換層をベースとした光電変換素子により構成される。ここで、半導体光電変換層とは、光を電流に変換する作用を持つ半導体層であり、例えば、ｐｎ接合やショットキー接合において空乏層を形成している半導体層が該当する。
【００２０】
まず、光検出装置は、図１のように構成することができる。図１は、本発明の一実施形態に係る光検出装置の構造を示す断面図である。この光検出装置は、共通の支持基板１を備えている。支持基板１は、例えばシリコンを用いることができる。支持基板１には、１つの光検出部に相当する受光素子１００、１つの光検出部に相当する受光素子２００が形成されている。受光素子１００、２００は、図の上方から照射される光を検出する素子である。ｐｎの極性は、図１と逆転していても良く、以下同様である。
【００２１】
受光素子１００では、ｐ型層２が層間絶縁膜１０を境界にして形成されている。ｐ型層２の表層部には、平面視において、ｐ型層２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形成されたｎ型層３が埋設されている。これにより、受光素子１００には、ｐ型層２とｎ型層３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ａが形成される。一般に、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。
【００２２】
ｐ型層２の表面及びｎ型層３の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な保護膜７で覆われている。また、ｐ型層２の側面は、層間絶縁膜１０により覆われている。層間絶縁膜１０は、保護膜７同様、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な膜で構成される。保護膜７上には、アノード電極５、カソード電極６が形成されている。アノード電極５は、保護膜７に形成された開口部を介して、ｐ型層２に接続されている。カソード電極６は、保護膜７に形成された開口部を介して、ｎ型層３に接続されている。これにより、ｐ型層２とｎ型層３のｐｎ接合領域での光電変換によって生じる光電流は、カソード電極６から光検出信号として出力される。
【００２３】
一方、カソード電極６を覆うようにして、保護膜７上に紫外光吸収半導体層４が形成されている。紫外光吸収半導体層４は、波長範囲λの光を吸収する光吸収半導体層である。すなわち、紫外光を吸収し、紫外光よりも長い波長の光を透過させる光学フィルターの役割を果たす紫外光吸収層であり、半導体により形成された薄膜である。ここで、紫外領域は、４００ｎｍ以下の波長で２００ｎｍ程度までの波長をいうものとする。紫外領域は、さらに、紫外光Ａ（波長３２０ｎｍより大きく、４００ｎｍ以下）、紫外光Ｂ（波長２８０ｎｍより大きく、３２０ｎｍ以下）、紫外光Ｃ（波長２８０ｎｍ以下）に分類される。
【００２４】
また、受光面側に設けられた紫外光吸収半導体層４は、ｐ型層２とｎ型層３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ａの全体を覆う広さに形成されており、紫外光吸収半導体層４の面積は、光電変換領域Ａの面積と同じか、あるいは光電変換領域Ａの面積よりも大きく形成される。
【００２５】
紫外光吸収半導体層４は、紫外光のみを選択的に吸収する材料を使用することが望ましい。この要求を満たすものとして、酸化物系材料としてＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ２、ＩｎＧａＺｎＯ等があげられる。また、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等であっても良い。これらは、可視光領域の光を吸収しないバンドギャップを持つ材料であり、抵抗値が高い材料である。本実施例では、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ＜１）を用いた。
【００２６】
他方、受光素子２００では、支持基板１上のｐ型層１２の表層部には、平面視において、ｐ型層１２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形成されたｎ型層１３が埋設されている。これにより、受光素子２００には、ｐ型層１２とｎ型層１３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｂが形成されている。
【００２７】
上記光電変換領域Ａにおけるｐｎ接合の深さと光電変換領域Ｂにおけるｐｎ接合の深さは、同じに作製されるが、異なる深さに形成しても良い。また、ｐｎ接合面の深さは、赤外光の寄与をできるだけ減らすために、あまり深い位置には形成しないことが望ましい。
【００２８】
ｐ型層１２の表面及びｎ型層１３の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な保護膜１７で覆われている。また、ｐ型層１２の側面は、層間絶縁膜１０により覆われている。保護膜１７上には、アノード電極１５、カソード電極１６が形成されている。アノード電極１５は、保護膜１７に形成された開口部を介して、ｐ型層１２に接続されている。カソード電極１６は、保護膜１７に形成された開口部を介して、ｎ型層１３に接続されている。これにより、ｐ型層１２とｎ型層１３のｐｎ接合領域での光電変換によって生じる光電流は、カソード電極１６から光検出信号として出力される。
【００２９】
一方、カソード電極１６を覆うようにして、保護膜１７上に透過膜１４が形成されている。透過膜１４は、光の吸収域がない光学フィルターとして用いられ、紫外光を吸収せずに、紫外光及び紫外光よりも長い波長の光に対して透明で、かつ絶縁体である誘電体が用いられる。透過膜１４に用いられる誘電体は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等がある。これらの誘電体は、紫外光だけでなく可視光から赤外光まで非常に高い透過率を有する。また、保護膜７、１７についても、透過膜１４と同様、紫外光及び紫外光よりも長い波長の光に対して透明な膜が望ましい。したがって、透過膜１４と同様、上記誘電体により構成することが望ましい。
【００３０】
また、受光面側に設けられた透過膜１４は、ｐ型層１２とｎ型層１３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｂの全体を覆う広さに形成されており、透過膜１４の面積は、光電変換領域Ｂの面積と同じか、あるいは光電変換領域Ｂの面積よりも大きく形成される。
【００３１】
図１の紫外光検出装置の製造方法について説明する。既に良く知られた製造手法を用いて作製できるものであるため、製造手順の一例を簡単に説明する。支持基板１上にｎ型シリコン層を形成する。ｎ型シリコン層の表面（上面）を酸化させて、保護膜７、１７となる酸化被膜ＳｉＯ２を形成する。この酸化被膜ＳｉＯ２に穴を開けてイオン注入法等によりｐ型不純物を注入してｐ型層２、１２を作製する。次に、酸化被膜ＳｉＯ２に別の穴を開け、ｐ型層２、１２の一部の領域にイオン注入法等によりｎ型不純物を注入して、ｎ型層３、１３を作製する。上記酸化被膜ＳｉＯ２に形成された穴の領域は、アノード電極５、１５、カソード電極６、１６の各電極が接触するｐ型層及びｎ型層の領域となるので、イオン注入法等により接触抵抗が低減するようにコンタクト領域を形成する。その後、シリコン層の中央部分や外側部分を酸化させて層間絶縁膜１０となる酸化被膜ＳｉＯ２を作製する。次に、アノード電極、カソード電極をスパッタ法又は蒸着法により形成した後、紫外光吸収半導体層４、透過膜１４を形成する。最後に配線などを行う。
【００３２】
次に、紫外光吸収半導体層４に、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ＜１）を用いた場合に、紫外光のみを検出できることを示したのが、図４、５である。図４は、実験工程の様子を示す。市販のシリコンフォトダイオードを使用し、紫外光と可視光とを照射して、その光電流出力を比較した。まず、図４（ａ）のように、シリコンフォトダイオード４１に波長３６５ｎｍの紫外光のみを照射して光電流ＩＵを計測した。
【００３３】
次に、図４（ｂ）のように、シリコンフォトダイオード４１に可視光のみを照射して光電流ＩＶを計測した。次に、図４（ｃ）のように、シリコンフォトダイオード４１に波長３６５ｎｍの紫外光と可視光を照射して光電流ＩＵ＋Ｖを計測した。図４（ｄ）のように、ガラス基板４２上にＺｎＯ層４３を形成した積層体を、シリコンフォトダイオード４１上に配置した。この状態で、上方から可視光のみを照射して光電流Ｉ１Ｖを計測した。次に、図４（ｅ）に示すように、図４（ｄ）と同じ構成のままで、波長３６５ｎｍの紫外光と可視光の両方を照射して光電流Ｉ１Ｕ＋Ｖを計測した。
【００３４】
ここで、ＺｎＯ層４３の表面における可視光の反射光を算出する。反射光分は、（ＩＶ−Ｉ１Ｖ）と表わせる。一方、ＺｎＯ層４３の表面における紫外光の反射があるかないのかを判断する。図４（ｅ）の計測によるＩ１Ｕ＋Ｖから図４（ｂ）の計測によるＩＶを引き算し、図４（ｄ）のＺｎＯ層４３の表面における可視光の反射光分（ＩＶ−Ｉ１Ｖ）を足しておけば、図４（ｅ）の測定における紫外光分のみの検出値が算出される。すなわち、これは、｛Ｉ１Ｕ＋Ｖ−ＩＶ＋（ＩＶ−Ｉ１Ｖ）｝で表わされる。図４（ｅ）の測定で、ＺｎＯ層４３の表面における紫外光の反射成分がほぼなく、吸収されている場合には、ＩＵ＝｛Ｉ１Ｕ＋Ｖ−ＩＶ＋（ＩＶ−Ｉ１Ｖ）｝となるはずである。
【００３５】
そこで、図４（ａ）の測定における光電流ＩＵを縦軸にとり、横軸に｛Ｉ１Ｕ＋Ｖ−ＩＶ＋（ＩＶ−Ｉ１Ｖ）｝をとり、データをプロットしたのが、図５である。縦軸、横軸ともに単位は、ナノアンペア（ｎＡ）である。また、波長３６５ｎｍの紫外光のパワーを４２μＷ／ｃｍ２、１２５μＷ／ｃｍ２、１８７μＷ／ｃｍ２、３００μＷ／ｃｍ２と変化させて上記と同様の測定、演算を行い、これらのデータをプロットした。図５からわかるように、正比例の直線となっている。すなわち、ＩＵ＝｛Ｉ１Ｕ＋Ｖ−ＩＶ＋（ＩＶ−Ｉ１Ｖ）｝であることがわかる。
【００３６】
次に、紫外光吸収半導体層４となるＭｇＸＺｎ１−ＸＯ層が、紫外光をほぼ完全に吸収しており、透過成分は無視できることを示す。図６に示す４１は市販されているシリコンＰＩＮフォトダイオードである。まず、図６（ａ）のように、シリコンＰＩＮフォトダイオードをパッケージし、受光窓４６から紫外光と可視光の両方を照射して、光電流を測定した。測定に際しては、最初に紫外光の出力（パワー密度）を０にして測定したのち、順にパワー密度を上げていき、光電流と紫外光のパワー密度との関係を測定した。これを図７（ａ）のＣ１の曲線に示す。
【００３７】
一方、図６（ｂ）に示すように、Ｃ１の測定に使用されたものと同じパッケージに対して受光窓４６の上面に膜厚５００ｎｍのＺｎＯ層４３を配置して、Ｃ１の測定の場合と同様に紫外光と可視光の両方を照射した。紫外光については、最初は出力を０にして、Ｃ１のときと同じように、順次パワー密度を上げていき測定した。この測定結果を図７（ａ）のＣ２で示す。
【００３８】
図７（ａ）に示すように、ＺｎＯ層のキャップがない場合には、Ｃ１のように、可視光の検出電流をベースとして、紫外光強度を強くするにしたがい、光電流は比例して上昇していることがわかる。一方、ＺｎＯ層のキャップがある場合には、Ｃ２のように、紫外光強度を上げた場合でも、紫外光出力を０とした状態、すなわち可視光のみを検出した光電流の値をほぼキープしていることがわかる。可視光の出力が異なることによる光電流の違いを調整し、Ｃ１からＣ２を差し引いてグラフを描いたのが、図７（ｂ）である。図７（ｂ）では、ほぼ正比例の直線となっている。図７（ａ）、（ｂ）により、ＺｎＯ層４３により、ほぼ完全に、紫外光が吸収されていることがわかる。
【００３９】
次に、図１０に、ＺｎＯは、紫外領域の光のみを選択的にほぼ完全に吸収することを示す。サファイア基板上にＺｎＯ層を形成した積層体Ａとサファイア基板上にＳｉＯ２膜を形成した積層体Ｂとに紫外光及び可視光から赤外光までを照射した場合の光の各波長に対する透過率スペクトルが示されている。サファイア基板及びＳｉＯ２は、紫外光〜赤外光までの広範囲に渡り、透明であることが知られている。ここで、ＳｉＯ２／サファイアの透過率スペクトルは、図１０における曲線のように示される。一方、ＺｎＯ／サファイアの曲線は、波長４００ｎｍ程度を境にして急激に透過率が低下し、透過率０まで急落しており、紫外光に対しては透過率０を維持していることがわかる。
【００４０】
このような特性を持つＺｎＯを用いて感度測定を行った。まず、図８（ａ）のように、シリコンピンフォトダイオード（Ｓｉ ＰＩＮ−ＰＤ）５１上に、ＺｎＯ層５２を形成した。これを受光素子１とする。次に、図８（ｂ）のように、シリコンピンフォトダイオード５１上にＳｉＯ２膜５３を形成した。これを受光素子２とする。これらの受光素子に、それぞれ２００ｎｍから１２００ｎｍまでの光を照射して分光感度を測定した。
【００４１】
図９は、受光素子１及び受光素子２の受光感度曲線を示す。図９の横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は受光感度（Ａ／Ｗ）を示す。受光感度は、素子に対する入射光量（ワット）と素子に流れる光電流（アンペア）との比で表わされる。図９のＳｉＯ２と記載された曲線は、受光素子２（図８（ｂ）の受光素子）によるものであり、ＺｎＯと記載された曲線は、受光素子１（図８（ａ）の受光素子）によるものである。この分光感度曲線からわかるように、受光素子１では、紫外光がＺｎＯ層５２によりほぼ完全に吸収されるため、紫外領域における感度は０である。一方、受光素子２では、紫外光もシリコンピンフォトダイオード５１で受光されるため、紫外領域も光電流出力として検出される。
【００４２】
図９における受光素子２の感度曲線から受光素子１の感度曲線を引き算した曲線が図１１のＲに示される。Ｓ１は、従来技術に示されるシリコンフォトダイオードのｐｎ接合深さを変えて、各ｐｎ接合で検出された光電流を引き算することにより求めた分光感度曲線である。ＲとＳ１を比較してもわかるように、Ｒの計測結果では、紫外領域のみを選択的に、かつ極めて感度良く検出することができる。
【００４３】
さて、上記の受光素子１と受光素子２を具体的に並べて構成したものが、図１である。図１では、受光素子１００が上記受光素子１に相当し、受光素子２００が上記受光素子２に相当する。また、紫外光吸収半導体層４が図８のＺｎＯ層５２に相当し、紫外光吸収半導体層４より下側の素子がシリコンピンフォトダイオード５１に相当する。また、透過膜１４が図８のＳｉＯ２膜５３に相当し、透過膜１４より下側の素子がシリコンピンフォトダイオード５１に相当する。
【００４４】
以上のように、受光素子２の検出信号から受光素子１の検出信号を引き算すれば、紫外光成分に関する検出出力を極めて感度良く取出すことができる。
【００４５】
ところで、紫外光吸収半導体層４に入射した光は、保護膜７との界面で反射波を生ずる。この反射波と進行波との干渉により干渉フリンジ（干渉縞）が受光素子１００で発生する。また、透過膜１４に入射した光は、保護膜７との界面で反射波を生ずる。この反射波と進行波との干渉により干渉フリンジが受光素子２００で発生する。これらの干渉フリンジが分光感度特性に影響を与える。図１２は、干渉フリンジに対応して発生した分光感度曲線を示している。このように、干渉フリンジに応じた形で感度曲線が波打っている。
【００４６】
ここで、受光素子１００と受光素子２００とでは紫外光吸収半導体層４と透過膜１４との構成材料が異なるため、屈折率が異なる。このため、干渉フリンジの間隔や大きさ等は、受光素子１００と受光素子２００とでは異なることになる。しかし、干渉フリンジの間隔や大きさが異なると、それは、感度曲線にも影響を与えることになり、正確な測定が行えなくなる。そこで、図１２は、受光素子１００の紫外光吸収半導体層４と受光素子２００の透過膜１４の光学膜厚を等しくすることにより、感度曲線の変動の凹凸を合わせるように構成したことを示している。
【００４７】
ここで、光学膜厚は、膜厚×屈折率で表わされる。したがって、紫外光吸収半導体層４の屈折率Ｎ１、膜厚Ｔ１とし、透過膜１４の屈折率ｎ、膜厚ｔとすると、Ｎ１×Ｔ１＝ｎ×ｔとなるように、紫外光吸収半導体層４の膜厚Ｔ１と透過膜１４の膜厚ｔを調整すれば良い。
【００４８】
図１２のように、受光素子１００と受光素子２００との干渉フリンジを一致させた場合には、分光感度曲線の４００ｎｍを超える波長の範囲については、一致するので、受光素子２００の感度曲線Ｐ２から受光素子１００の感度曲線Ｐ１を引き算すると、図１３に示すように、波長４００ｎｍ以下の紫外光に対する光電流を極めて感度良く検出することができる。なお、受光素子２００の透過膜１４上に紫外光吸収半導体層４と同じ材料の極薄い半導体層を形成して、受光素子１００と表面反射特性を同じようにしても良い。
【００４９】
図２は、図１の構成に加えて、受光素子１００と同構成であるが、紫外光吸収半導体層の膜厚を異なるように形成した受光素子３００が形成されている。光検出部としての受光素子３００について、簡単に説明すると、支持基板１には、ｐ型層２２が層間絶縁膜１０を境界にして形成されている。ｐ型層２２の表層部には、ｐ型層２２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形成されたｎ型層２３が埋設されている。これにより、受光素子３００には、ｐ型層２２とｎ型層２３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｃが形成されている。この光電変換領域Ｃで光を電流に変換して出力する。
【００５０】
ｐ型層２２の表面及びｎ型層２３の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な保護膜２７で覆われている。また、ｐ型層２２の側面は、層間絶縁膜１０により覆われている。保護膜２７上には、アノード電極２５、カソード電極２６が形成されている。アノード電極２５は、保護膜２７に形成された開口部を介して、ｐ型層２２に接続されている。カソード電極２６は、保護膜２７に形成された開口部を介して、ｎ型層２３に接続されている。これにより、ｐ型層２２とｎ型層２３のｐｎ接合領域での光電変換によって生じる光電流は、カソード電極２６から光検出信号として出力される。また、カソード電極２６を覆うようにして、保護膜２７上に紫外光吸収半導体層２４が形成されている。
【００５１】
紫外光吸収半導体層２４は、ｐ型層２２とｎ型層２３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｃの全体を覆う広さに形成されており、紫外光吸収半導体層２４の面積は、光電変換領域Ｃの面積と同じか、あるいは光電変換領域Ｃの面積よりも大きく形成される。ここで、紫外光吸収半導体層４と紫外光吸収半導体層２４の膜厚は異なるように形成されている。
【００５２】
一方、受光素子１００と受光素子３００とで、紫外光吸収半導体層４と紫外光吸収半導体層２４の成分が異なる場合がある。紫外光吸収半導体層の成分が異なると屈折率が異なるため、上述したように、干渉フリンジが受光素子１００と受光素子３００とでは異なる。干渉フリンジを受光素子２００及び受光素子１００に合わせようとすると、紫外光吸収半導体層４と紫外光吸収半導体層２４の膜厚は異なってしまう。透過膜１４を基準にして光学膜厚を決める場合、紫外光吸収半導体層２４の屈折率Ｎ２、膜厚Ｔ２とすると、透過膜１４の屈折率はｎ、膜厚はｔであるから、Ｎ２×Ｔ２＝ｎ×ｔとなるように、紫外光吸収半導体層２４の膜厚Ｔ２を調整すれば良い。
【００５３】
以上のように、紫外光吸収半導体層の屈折率が異なる場合は、紫外光吸収半導体層の膜厚が異なる受光素子が複数存在することなる。
【００５４】
次に、図３のように、紫外光検出装置を構成することができる。図３は、図１の構成に加えて、受光素子１００と同構成であるが、受光素子１００とは受光面積を異なるように構成した受光素子４００が形成されている。光検出部としての受光素子４００について、簡単に説明すると、支持基板１には、ｐ型層３２が層間絶縁膜１０を境界にして形成される。ｐ型層３２の表層部には、ｐ型層３２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形成されたｎ型層３３が埋設されている。これにより、受光素子４００には、ｐ型層３２とｎ型層３３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｄが形成される。この光電変換領域Ｄで光を電流に変換して出力する。
【００５５】
ｐ型層３２の表面及びｎ型層３３の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な保護膜３７で覆われている。また、ｐ型層３２の側面は、層間絶縁膜１０により覆われている。保護膜３７上には、アノード電極３５、カソード電極３６が形成されている。アノード電極３５は、保護膜３７に形成された開口部を介して、ｐ型層３２に接続されている。カソード電極３６は、保護膜３７に形成された開口部を介して、ｎ型層３３に接続されている。これにより、ｐ型層３２とｎ型層３３のｐｎ接合領域での光電変換によって生じる光電流は、カソード電極３６から光検出信号として出力される。また、カソード電極３６を覆うようにして、保護膜３７上に紫外光吸収半導体層３４が形成されている。
【００５６】
紫外光吸収半導体層３４は、ｐ型層３２とｎ型層３３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｄの全体を覆う広さに形成されており、紫外光吸収半導体層３４の面積は、光電変換領域Ｄの面積と同じか、あるいは光電変換領域Ｄの面積よりも大きく形成される。ここで、受光素子１００の光電変換領域Ａの広さ（面積）と受光素子４００の光電変換領域Ｄの広さ（面積）は異なるように形成されている。
【００５７】
受光素子１００の光電変換領域Ａの面積（受光面積）をＳ１、受光素子４００の光電変換領域Ｄの面積（受光面積）をＳ４とする。受光面積は、本実施例ではｐｎ接合面の面積となる。受光素子１００と受光素子４００との差分信号から紫外光より長い波長成分による検出信号を計測する。受光素子１００と受光素子４００は、それぞれ紫外光吸収半導体層４、３４により紫外光はカットされている。したがって、受光素子１００と受光素子４００の検出光電流の差（I１−I４）は、紫外光よりも長い波長、すなわち可視光や赤外光の入光に基づくものである。紫外光よりも長い波長の光が受光面積Ｓ１の単位面積あたりに入射した場合の励起される光電流をＪ０とすると、受光素子４００における受光面積Ｓ４についても同様にＪ０となり、以下のように表される。
【００５８】
（I１−I４）＝（Ｓ１−Ｓ４）×Ｊ０
（I１−I４）は測定と計算によってわかり、（Ｓ１−Ｓ４）も設計により決まるものであるからその値はわかるため、Ｊ０は容易に求められる。Ｊ０が算出されると、紫外光吸収半導体層のない受光素子２００の受光面積をＳ２とし、受光面積Ｓ２の単位面積あたりで示される光電流をＪ２とすると、Ｊ２は紫外光、可視光、赤外光に至るまでの光を検出した結果によるものであるため、受光素子２００の光電流量（Ｊ２×Ｓ２）から（Ｊ０×Ｓ２）を引き算すれば、その差が紫外光量を表わすことになる。すなわち、紫外光量＝｛（Ｊ２×Ｓ２）−（Ｊ０×Ｓ２）｝である。Ｓ２は、Ｓ１と同じであっても良い。ただし、差分演算における数値有効数字の桁落ちをできるだけ防ぐため、上記受光素子１００、２００、４００について、紫外光吸収半導体層を備えた受光素子の受光面積が異なる組み合わせを複数用意し、それぞれの組み合わせに全体の平均値と偏差を計算して最終的な紫外光量を算出するようにしても良い。
【００５９】
また、紫外光に透明な材料で可視光カットフィルターを構成し、図１〜図３における受光素子１００、２００、３００、４００の受光面に形成するようにしても良い。例えば、紫外光吸収半導体層４、２４、３４の上、及び透過膜１４の上に可視光カットフィルターを形成する。信号強度の大きい可視光や赤外光をできるだけ少なくして差分演算の精度を上げるためである。可視光カットフィルターは、例えば、屈折率の違う誘電体膜等を交互に積み重ねた干渉フィルターを用いることができる。
【００６０】
図１４は、図１〜図３とは異なる構成の光検出装置を示す。この光検出装置は、光検出部としての受光素子５００、受光素子６００とで構成されている。共通の支持基板６１を備えている。支持基板６１は、エピタキシャル成長用の基板でもあり、高抵抗の材料が望ましく、例えばガラスを用いることができる。
【００６１】
受光素子５００では、ｎ型層６２の表層部には、ｎ型層６２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、ｐ型層６３が埋設されている。これにより、受光素子５００には、ｎ型層６２とｐ型層６３とのｐｎ接合からなる第１のフォトダイオードＰＤ３１（第１の光電変換領域）が形成されている。
【００６２】
ｐ型層６３の表層部には、ｐ型層６３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、ｎ型層６４が埋設されている。これにより、受光素子５００には、第１のフォトダイオードＰＤ３１よりも受光面に近い位置に、ｐ型層６３とｎ型層６４とのｐｎ接合からなる第２のフォトダイオードＰＤ３２（第２の光電変換領域）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ＰＤ３２では、第１のフォトダイオードＰＤ３１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。
【００６３】
ｎ型層６２、ｐ型層６３、ｎ型層６４の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなる透明な保護膜６５で覆われている。この保護膜６５上には、第１アノード電極６８、第１カソード電極６７、第２アノード電極７０、第２カソード電極６９が形成されている。第１カソード電極６７は、保護膜６５に形成された開口部を介して、ｎ型層６２に接続されている。第１アノード電極６８は、保護膜６５に形成された開口部を介して、ｐ型層６３に接続されている。ここで、第１アノード電極６８と第１カソード電極６７とは、保護膜６５上に形成された配線により接続されている。また、第１アノード電極６８は、例えば、グランドライン（図示せず）に接続されている。
【００６４】
第２アノード電極７０は、保護膜６５に形成された開口部を介して、ｐ型層６３に接続されている。第２カソード電極６９は、保護膜６５に形成された開口部を介して、ｎ型層６４に接続されている。そして、また、第２アノード電極７０は、例えば、グランドライン（図示せず）に接続されている。これにより、第２のフォトダイオードＰＤ３２での光電変換によって生じる光電流は、第２カソード電極６９から光検出信号として出力される。
【００６５】
第１アノード電極６８から第２アノード電極７０までの領域を覆うようにして、保護膜６５上に紫外光吸収半導体層６６が形成されている。紫外光吸収半導体層６６は、図１〜図３に示した紫外光吸収半導体層と同様の作用を有するもので、同様の材料で構成される。また、紫外光吸収半導体層６６は、ＰＤ３１（第１の光電変換領域）のｐｎ接合領域全体を覆う広さに形成されており、紫外光吸収半導体層６６の面積は、ＰＤ３１のｐｎ接合領域の面積と同じか、あるいはＰＤ３１のｐｎ接合領域の面積よりも大きく形成される。
【００６６】
受光素子５００では、第１のフォトダイオードＰＤ３１のｐｎ接合面の深さと、第２のフォトダイオードＰＤ３２のｐｎ接合面の深さを異なるように形成している。
【００６７】
受光素子５００では、第１アノード電極６８と第１カソード電極６７とが接続されることにより、第１のフォトダイオードＰＤ３１が短絡されるので、受光面から入射する光のうち、第１のフォトダイオードＰＤ３１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、第２のフォトダイオードＰＤ３２での光電変換によって生じる光電流のみが第２カソード電極６９から光検出信号として出力される。
【００６８】
一方、受光素子６００では、ｎ型層７２の表層部には、ｎ型層７２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、ｐ型層７３が埋設されている。これにより、受光素子６００には、ｎ型層７２とｐ型層７３とのｐｎ接合からなる第３のフォトダイオードＰＤ３３（第３の光電変換領域）が形成されている。
【００６９】
ｐ型層７３の表層部には、ｐ型層７３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、ｎ型層７４が埋設されている。これにより、受光素子５００には、第３のフォトダイオードＰＤ３３よりも受光面に近い位置に、ｐ型層７３とｎ型層７４とのｐｎ接合からなる第４のフォトダイオードＰＤ３４が形成されている。第４のフォトダイオードＰＤ３４（第４の光電変換領域）では、第３のフォトダイオードＰＤ３３よりも短い波長の光が最も効率よく光電変換される。
【００７０】
ｎ型層７２、ｐ型層７３、ｎ型層７４の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮからなる透明な保護膜７５で覆われている。この保護膜７５上には、第３アノード電極７８、第３カソード電極７７、第４アノード電極８０、第４カソード電極７９が形成されている。第３カソード電極７７は、保護膜７５に形成された開口部を介して、ｎ型層７２に接続されている。第３アノード電極７８は、保護膜７５に形成された開口部を介して、ｐ型層７３に接続されている。ここで、第３アノード電極７８と第３カソード電極７７とは、保護膜７５上に形成された配線により接続されている。また、第３アノード電極７８は、例えば、グランドライン（図示せず）に接続されている。
【００７１】
第４アノード電極８０は、保護膜７５に形成された開口部を介して、ｐ型層７３に接続されている。第４カソード電極７９は、保護膜７５に形成された開口部を介して、ｎ型層７４に接続されている。そして、また、第４アノード電極８０は、例えば、グランドライン（図示せず）に接続されている。これにより、第４のフォトダイオードＰＤ３４での光電変換によって生じる光電流は、第４カソード電極７９から光検出信号として出力される。
【００７２】
第３アノード電極７８から第４アノード電極８０までの領域を覆うようにして、保護膜７５上に透過膜７６が形成されている。透過膜７６は、図１〜図３に示した透過膜と同様の作用を有するもので、同様な材料で構成される。また、透過膜７６は、ＰＤ３３（第３の光電変換領域）のｐｎ接合領域全体を覆う広さに形成されており、透過膜７６の面積は、ＰＤ３３のｐｎ接合領域の面積と同じか、あるいはＰＤ３３のｐｎ接合領域の面積よりも大きく形成される。
【００７３】
この受光素子６００では、第３アノード電極７８と第３カソード電極７７とが接続されることにより、第３のフォトダイオードＰＤ３３が短絡されるので、受光面から入射する光のうち、第３のフォトダイオードＰＤ３３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、第４のフォトダイオードＰＤ３４での光電変換によって生じる光電流のみが第４カソード電極７９から光検出信号として出力される。
【００７４】
受光素子６００では、第３のフォトダイオードＰＤ３３のｐｎ接合面の深さと、第４のフォトダイオードＰＤ３４のｐｎ接合面の深さを異なるように形成している。また、受光素子５００におけるＰＤ３１のｐｎ接合面と受光素子６００におけるＰＤ３３のｐｎ接合面は同じ深さに形成されており、受光素子５００におけるＰＤ３２のｐｎ接合面と受光素子５００におけるＰＤ３４のｐｎ接合面は同じ深さに形成されている。
【００７５】
第２のフォトダイオードＰＤ３２と第４のフォトダイオードＰＤ３４は、例えば、波長が４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲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。また、第１のフォトダイオードＰＤ３１と第３のフォトダイオードＰＤ３３は、例えば、波長が６００ｎｍ〜８００ｎｍ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。
【００７６】
図１５は、図１４の紫外光検出装置の受光感度分布曲線を示す。まず、受光素子６００で第３のフォトダイオードＰＤ３３が短絡されていない状態で、紫外光から赤外光までを照射した場合の検出信号による受光感度曲線はＲ１となる。ここで、Ｊ１は、ＰＤ３１、ＰＤ３３のｐｎ接合面の深さに依存して変化するものであり、その深さで最も効率よく光電変換される波長を示す。
【００７７】
受光素子６００の構成のように、第３のフォトダイオードＰＤ３３を短絡して測定すると、長波長側の出力ＳＰ１がなくなるため、Ｒ２のような感度曲線となる。次に、受光素子５００では、紫外光から赤外光までを照射すると、第１のフォトダイオードＰＤ３１が短絡されているために、受光素子６００と同様に、受光感度曲線はＲ２の形状になるのであるが、紫外光吸収半導体層６６で紫外光は、ほぼ完全に吸収されているので、Ｒ２から紫外領域の感度ＡＢＳを除いたＲ３が感度曲線となる。
【００７８】
したがって、受光素子５００からはＲ３の受光感度曲線を得ることができ、受光素子６００からはＲ２の受光感度曲線を得ることができる。受光素子５００、６００からそれぞれ得られた受光感度曲線の差を取ることにより、紫外領域の感度ＡＢＳを求めることができる。すなわち、ＡＢＳ＝（Ｒ２−Ｒ３）である。以上のようにして、紫外光を検出することができる。
【００７９】
図１６は、紫外光吸収半導体層にＭｇＸＺｎ１−ＸＯを用いた場合に、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯのＸの値とＭｇの含有率に対するバンドギャップ相当波長（ｎｍ）との関係を示す図である。バンドギャップ相当波長は、半導体の吸収波長点（ｎｍ）に関係するもので、Ｘの値が大きくなる程、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯの吸収波長が短くなっている。この図からわかるように、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯのＭｇの含有率Ｘを変化させることにより、受光素子の受光感度領域を変化させることができる。
【００８０】
図１７は、図１６の対応関係に基づき、図１の構成で、紫外光吸収半導体層であるＭｇＸＺｎ１−ＸＯのＸの値を変えた場合の各感度曲線と、ＡｌＧａＮを紫外光吸収半導体層に用いた場合の感度曲線を示すものである。Ｍｇの含有率Ｘを大きくしていくと、図１６からわかるように、バンドギャップ相当波長が短くなるため、受光感度曲線の領域が短波長側に移動していき、感度曲線幅が狭くなっていく。
【００８１】
このように、Ｍｇの含有率Ｘが異なるＭｇＸＺｎ１−ＸＯを紫外光吸収半導体層に用いた受光素子を複数作製し、紫外光吸収半導体層ではなく透過膜を形成した受光素子を作製しておき、これらの差をとれば、紫外光Ａ（波長３２０ｎｍより大きく、４００ｎｍ以下）、紫外光Ｂ（波長２８０ｎｍより大きく、３２０ｎｍ以下）、紫外光Ｃ（波長２８０ｎｍ以下）の各波長領域毎の受光感度を算出することができる。Ｓ１、Ｓ２は、従来技術に示されるシリコンフォトダイオードのｐｎ接合深さを変えて、各ｐｎ接合で検出された光電流を引き算することにより求めた分光感度曲線である。このように、従来より、受光感度は非常に良くなり、紫外光のみを検出することができる。また、図からわかるように、ＡｌＧａＮ等を使用しても良い。
【００８２】
次に、本発明の光学フィルターについて説明する。図２０のように、光学フィルター１０１Ａと光学フィルター１０１Ｂとを除き、市販されている同じフォトダイオードを用いる。フォトダイオードは、いずれもシリコン（Ｓｉ）により構成されたｐｎ接合型のフォトダイオードである。ＰＤ１は、ｎ型Ｓｉ半導体１５１上にｐ型Ｓｉ半導体１５２が形成され、ｐ型Ｓｉ半導体１５２上に光学フィルター１０１Ａが形成されている。一方、ＰＤ２は、ｎ型Ｓｉ半導体１５１上にｐ型Ｓｉ半導体１５２が形成され、ｐ型Ｓｉ半導体１５２上に光学フィルター１０１Ｂが形成されている。
【００８３】
光学フィルター１０１Ａは、ペースト状の物質を硬化させて形成されており、図２０の例では、ガラスペーストを用いた。ガラスペーストからなる光学フィルター１０１Ａは、紫外光、可視光、赤外光等を透過させるもので、特定の波長の光吸収がない材料である。一方、光学フィルター１０１Ｂは、ペースト状の物質を硬化させて形成されており、ガラスペーストに特定の波長の光を吸収する半導体粒子を混ぜたものである。図２０の例では、光学フィルター１０１Ｂは、ガラスペーストにＺｎＯ粒子が混ぜられている。ＺｎＯ（酸化亜鉛）は、紫外光を吸収し、紫外光よりも長い波長の光を透過させる光学フィルターの役割を果たす材料である。
【００８４】
図２０のＰＤ１及びＰＤ２に、上方向から紫外光を含む光を照射して、受光感度を測定した。測定結果を、図１８に示す。図１８は、ＰＤ１とＰＤ２の分光感度曲線を示す。図１８の横軸は、波長（ｎｍ）を、縦軸は受光感度を示す。受光感度は、通常は、素子に対する入射光量（ワット）と素子に流れる光電流（アンペア）との比で表わされるが、図２０では、感度の最大値等で正規化することにより任意単位としている。
【００８５】
図１８のＸ１と記載された曲線は、受光素子ＰＤ１によるものであり、Ｘ２と記載された曲線は、受光素子ＰＤ２によるものである。この分光感度曲線からわかるように、ＰＤ２では、紫外光がＺｎＯ入りガラスペースからなる光学フィルター１０１Ｂによりほぼ完全に吸収されるため、紫外領域における感度は０である。一方、ＰＤ１では、紫外光も光学フィルター１０１Ａを透過し、フォトダイオードのｐｎ接合部で受光されるため、紫外領域も光電流出力として検出される。
【００８６】
ここで、曲線Ｘ１及びＸ２のいずれにおいても、干渉フリンジ（干渉縞）による受光感度の変動は見られない。これにより、Ｘ１の感度曲線からＸ２の感度曲線を引き算すると、図１９に示される差分信号となるＸ３の感度曲線が得られる。すなわち、Ｘ３＝Ｘ１−Ｘ２である。図１９からわかるように、Ｘ３の感度曲線は、紫外光領域に感度を有し、他の波長域では、感度が略０となっている。また、干渉フリンジによる検出信号は現れていない。
【００８７】
干渉フリンジに関する問題を比較するために、図２１（ａ）では、図２０と同様のフォトダイオードを用い、フォトダイオード上に光学フィルターを形成しない受光素子ＰＤ３と、フォトダイオード上に、スパッタにより形成されたＺｎＯ膜からなる光学フィルター１５３が形成された受光素子ＰＤ４と用いて受光感度を測定した。測定は、ＰＤ３とＰＤ４の上側から紫外光を含む光を照射して行なった。
【００８８】
図２２に測定結果を示す。図２２の横軸は、波長（ｎｍ）を、縦軸は受光感度（任意単位）を示す。図２２のＦ１と記載された曲線（点線）は、受光素子ＰＤ３によるものであり、Ｆ２と記載された曲線（実線）は、受光素子ＰＤ４によるものである。この分光感度曲線からわかるように、ＰＤ３では紫外光を含め可視光領域、赤外光領域まで検出されており、干渉フリンジによると思われるような信号の周期的な変動は、発生していない。
【００８９】
一方、ＰＤ４では、紫外光がＺｎＯ膜からなる光学フィルター１５３で吸収されるため、紫外領域における感度は０である。しかし、曲線Ｆ２では、広範囲にわたって、受光感度スペクトルに周期的な変動が見られ、干渉フリンジの影響を受けていることがわかる。
【００９０】
これは、図２１（ｂ）により説明することができる。紫外光を含む光が、ＺｎＯ膜からなる光学フィルター１５３に入射すると、大気と光学フィルター１５３との境界で反射波を生じる。また、光学フィルター１５３に進入した光は、光学フィルター１５３とｐ型Ｓｉ半導体層１５２と界面で反射波を生ずる。この２つの反射波が干渉し、干渉フリンジ（干渉縞）が発生する。この干渉フリンジが分光感度特性に影響を与える。干渉フリンジは、一定の周期で発生するため、分光感度曲線にも周期的に変動が現れる。このように、干渉フリンジに応じた形で感度曲線Ｆ２が波打っている。
【００９１】
図２３は、差分信号となる曲線Ｆ１から曲線Ｆ２を引き算した感度曲線（Ｆ１−Ｆ２）を示す。この差分信号からわかるように、干渉フリンジの周期的な変動に対応して、正方向及び負方向に振動していることがわかる。また、図２３では、紫外光の検出信号よりも、干渉フリンジによる変動信号の方が非常に大きいために、正確に紫外光を検出することは全くできない。
【００９２】
次に、図２１の受光素子ＰＤ３に、ＰＤ４の光学フィルター１５３と同じ光学膜厚を持つＺｒＯ２膜を光学フィルター１５４として積層して受光感度を測定した。すなわち、図２４に示すように、フォトダイオード上に、スパッタにより形成されたＺｒＯ２膜からなる光学フィルター１５４を積層した受光素子ＰＤ５を用いた。このＺｒＯ２膜は、紫外光から可視光、赤外光までも透過させる。また、ＰＤ６は、図２１のＰＤ４と同じものである。ここで、光学膜厚は、膜厚×屈折率で表わされる。すなわち、ＺｎＯ膜からなる光学フィルター１５３の屈折率Ｎ１、膜厚Ｔ１とし、ＺｒＯ２膜からなる光学フィルター１５４の屈折率ｎ、膜厚ｔとすると、Ｎ１×Ｔ１＝ｎ×ｔとなるように、光学フィルター１５３と光学フィルター１５４を作製した。
【００９３】
作製されたＰＤ５とＰＤ６に上側から紫外光を含む光を照射して受光感度を測定した。図２５に測定結果を示す。図２５の横軸は、波長（ｎｍ）を、縦軸は受光感度（任意単位）を示す。図２５のＸ３と記載された曲線（点線）は、受光素子ＰＤ５によるものであり、Ｘ４と記載された曲線（実線）は、受光素子ＰＤ６によるものである。ＰＤ５では紫外光を含め可視光領域、赤外光領域まで検出され、一方、ＰＤ６では紫外光の吸収が発生しており、紫外光の感度は０である。また、これらの分光感度曲線からわかるように、曲線Ｘ３及び曲線Ｘ４ともに、干渉フリンジによる周期的な変動が発生している。
【００９４】
光学フィルター１５３と光学フィルター１５４は、光学的膜厚を等しくしているため、可視光領域の干渉フリンジによる変動の周期や大きさは近いものとなっている。しかし、赤外光領域では、Ｄの領域に示されるように、Ｘ３とＸ４の受光感度の大きさにずれが発生し、感度を合わせることができない。これは、光学フィルターを作製する材料によって、屈折率の波長分散が異なるため、全波長領域で感度を合わせることができないためである。例えば、光の青色領域の干渉フリンジを一致させようとすれば、赤外光領域の感度にずれが生じる。
【００９５】
図２６は、差分信号となる曲線Ｘ３から曲線Ｘ４を引き算した感度曲線（Ｘ３−Ｘ４）を示す。この差分信号からわかるように、紫外光領域の検出信号は、比較的大きく現れているが、赤外光領域での検出信号もかなり大きい。このため、正確に紫外光を検出することができない。
【００９６】
以上のように、光学フィルターをフォトダイオードに形成して用いようとすると、干渉フリンジの問題が発生し、精度良く特定の波長の光を検出することが困難である。しかしながら、図２０の光学フィルター１０１Ａ及び１０１Ｂを用いた場合には、図１９の信号に示されるように、干渉フリンジによるノイズが全くない信号を得ることができ、特定の波長の光を精度良く、高感度で検出することができる。
【００９７】
干渉フリンジをなくするためには、光学フィルターの中で、光散乱させることが必要であると考えられる。そこで、ペースト状物質を硬化させた光学フィルターを用いた。特にガラスペーストは、簡単に厚膜化が可能である。また、ペースト状の物質を用いることで、光散乱を発生させることができ、干渉フリンジを防止することができる。また、ペースト状物質にＺｎＯ粉体が添加されていても、干渉フリンジの発生を防止することができる。また、ガラスペーストの散乱よりもＺｎＯの散乱が小さいことが望ましい。
【００９８】
ここで、ペースト状の物質として、紫外光から赤外光まで幅広く光を透過させる材料であれば何でも良く、例えば、アクリル樹脂、非晶性フッ素樹脂（アモルファスフルオロポリマー）、シリコン樹脂、フッ素系樹脂、ガラス等を用いることができる。特に、ペースト状物質の熱膨張係数が、光学フィルター１０１Ａ及び１０１Ｂが積層される半導体又は基板の熱膨張係数と近いと、剥がれにくくなるので好ましい。
【００９９】
また、光学フィルター１０１Ａ及び１０１Ｂの膜厚は、特に限定されるものではないが、光学フィルター１０１Ａ及び１０１Ｂが積層される半導体又は基板の熱膨張係数との差が大きい場合は、０．１μｍ〜５μｍ程度に形成することが望ましい。さらに、半導体又は基板上にペースト状物質を塗布して、光学フィルターを形成する場合には、半導体又は基板のダメージを低減させるために、低融点の材料を用いることが望ましい。上記のように、熱膨張係数及び融点の観点から、例えば、ガラス系材料をペーストの主成分とすることが望ましい。
【０１００】
また、光学フィルターは、ペースト状物質を主成分として半導体の粒子が添加された材料を硬化させて作製されている。この場合、半導体の粒子は、ペースト状物質に添加したときに白濁するような粒径の大きさを持つような半導体の粉体は、望ましくない。これは、紫外光だけでなく、可視光等も光学フィルターを透過しにくくなることになり、ｐ型Ｓｉ半導体１５２とｎ型Ｓｉ半導体１５１の界面に形成されている空乏層に到達する光が減少し、光を検出することができなくなるためである。
【０１０１】
次に、光学フィルター１０１Ｂの製造方法を説明する。ＺｎＯ粉末は、粒径１００ｎｍのものを９ｇ用いた。ペーストの主成分には、ガラスペースト８５ｇを用いた。これらのＺｎＯ粉末とガラスペーストに希釈オイル１５ｇを混合してＺｎＯ粉末入りのガラスペーストを作製した。このときの粘度は、通常の範囲であり、例えば、０．１〜５０００００ｍＰａｓである。希釈オイルは粘度調整のために使用したが、最終的に所望の透過率が得られれば、これらの割合は任意で良い。このＺｎＯ粉末入りのガラスペーストをｐ型Ｓｉ半導体１５２上にスクリーン印刷して、受光素子ＰＤ２を形成した。光学フィルター１０１Ａ又は１０１Ｂの形成方法には、上記スクリーン印刷の他に、スピンコート法、ディップ法等により形成することもできる。
【０１０２】
一方、光学フィルター１０１Ａについては、ガラスペーストのみをｐ型Ｓｉ半導体１５２上にスクリーン印刷して、ＺｎＯ粉体を含まないようにする。光学フィルター１０１Ａと１０１Ｂは両方ともに同じように作製、焼成して、透明度を同じにすることで、散乱による光の透過率の違いがないようにし、受光感度が異ならないようにする。
【０１０３】
ここで、紫外領域は、４００ｎｍ以下の波長で２００ｎｍ程度までの波長をいうものとする。紫外領域は、さらに、紫外光Ａ（波長３２０ｎｍより大きく、４００ｎｍ以下）、紫外光Ｂ（波長２８０ｎｍより大きく、３２０ｎｍ以下）、紫外光Ｃ（波長２８０ｎｍ以下）に分類される。
【０１０４】
上記のように、ペースト状物質の主成分にガラスペーストを用いた場合、ガラスペーストは紫外光Ｂ以下の領域の波長を吸収し、ＺｎＯは紫外光の全領域を吸収するので、受光素子ＰＤ１と受光素子ＰＤ２とで差分を取った場合、図１９のように、紫外光Ａのみを検出する光検出器を構成することができる。
【０１０５】
上記の光学フィルターを用いて、光検出装置を構成した例を図２７に示す。この光検出装置は、図１に示される光検出装置と基本的には同じ構造である。図１と同じ符号を付しているのは、図２７においても同じ構成を示すので、これらについては、説明を省略する。なお、共通の支持基板４０は、図１の支持基板１と同様の役割を有するもので、例えば、シリコンにより構成される。
【０１０６】
図１と異なるのは、  保護膜７上に光学フィルター４Ａが形成され、保護膜１７上に光学フィルター１４Ａが形成されていることである。光学フィルター４Ａは、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収層に相当するものである。また、光学フィルター４Ａは、特定の波長域における光の吸収がないダミー層であっても良い。一例として、図２０の光学フィルター１０１Ａを光学フィルター４Ａとすることができる。
【０１０７】
また、受光面側に設けられた光学フィルター４Ａは、ｐ型層２とｎ型層３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ａの全体を覆う広さに形成されており、光学フィルター４Ａの面積は、光電変換領域Ａの面積と同じか、あるいは光電変換領域Ａの面積よりも大きく形成される。
【０１０８】
一方、光学フィルター１４Ａは、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収層に相当するものである。また、光学フィルター１４Ａは、特定の波長域における光の吸収がないダミー層であっても良い。一例として、図２０の光学フィルター１０１Ｂを光学フィルター１４Ａとすることができる。
【０１０９】
また、受光面側に設けられた光学フィルター１４Ａは、ｐ型層１２とｎ型層１３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｂの全体を覆う広さに形成されており、光学フィルター１４Ａの面積は、光電変換領域Ｂの面積と同じか、あるいは光電変換領域Ｂの面積よりも大きく形成される。
【０１１０】
図２７の光検出装置の製造方法について説明する。既に良く知られた製造手法を用いて作製できるものであるため、製造手順の一例を簡単に説明する。支持基板４０上にｎ型シリコン層を形成する。ｎ型シリコン層の表面（上面）を酸化させて、保護膜７、１７となる酸化被膜ＳｉＯ２を形成する。この酸化被膜ＳｉＯ２に穴を開けてイオン注入法等によりｐ型不純物を注入してｐ型層２、１２を作製する。
【０１１１】
次に、酸化被膜ＳｉＯ２に別の穴を開け、ｐ型層２、１２の一部の領域にイオン注入法等によりｎ型不純物を注入して、ｎ型層３、１３を作製する。上記酸化被膜ＳｉＯ２に形成された穴の領域は、アノード電極５、１５、カソード電極６、１６の各電極が接触するｐ型層及びｎ型層の領域となるので、イオン注入法等により接触抵抗が低減するようにコンタクト領域を形成する。その後、シリコン層の中央部分や外側部分を酸化させて層間絶縁膜１０となる酸化被膜ＳｉＯ２を作製する。次に、アノード電極、カソード電極をスパッタ法又は蒸着法により形成した後、光学フィルター４Ａ、１４Ａを形成する。最後に配線などを行う。
【０１１２】
次に、図２９のように、光検出装置を構成することができる。図２９は、図２７の構成に加えて、受光素子１００と同構成であるが、受光素子１００とは受光面積を異なるように構成した受光素子４００が形成されている。光検出部としての受光素子４００について、簡単に説明すると、支持基板４０には、ｐ型層３２が層間絶縁膜１０を境界にして形成される。ｐ型層３２の表層部には、ｐ型層３２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形成されたｎ型層３３が埋設されている。これにより、受光素子４００には、ｐ型層３２とｎ型層３３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｄが形成される。この光電変換領域Ｄで光を電流に変換して出力する。
【０１１３】
ｐ型層３２の表面及びｎ型層３３の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な保護膜３７で覆われている。また、ｐ型層３２の側面は、層間絶縁膜１０により覆われている。保護膜３７上には、アノード電極３５、カソード電極３６が形成されている。アノード電極３５は、保護膜３７に形成された開口部を介して、ｐ型層３２に接続されている。カソード電極３６は、保護膜３７に形成された開口部を介して、ｎ型層３３に接続されている。これにより、ｐ型層３２とｎ型層３３のｐｎ接合領域での光電変換によって生じる光電流は、カソード電極３６から光検出信号として出力される。また、カソード電極３６を覆うようにして、保護膜３７上に光学フィルター３４Ａが形成されている。
【０１１４】
光学フィルター３４Ａは、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収層に相当するものである。また、光学フィルター３４Ａは、受光素子１００の光学フィルター４Ａと同じ材料で構成されており、一定の波長範囲λ（下限波長λＬ〜上限波長λＵの範囲）の光を吸収する光吸収層で構成される。したがって、光学フィルター４Ａも、同様に、波長範囲λ（下限波長λＬ〜上限波長λＵの範囲）の光を吸収する光吸収層で構成されている。
【０１１５】
一方、受光素子２００の光学フィルター１４Ａは、紫外光だけでなく可視光から赤外光まで非常に高い透過率を有する非晶性フッ素樹脂等のペーストを硬化させて形成されている。ここで、可視光を含む、紫外光から赤外光までの範囲とは、図１８等に示されるように、波長２００ｎｍから１２００ｎｍまでの範囲を想定している。
【０１１６】
光学フィルター３４Ａは、ｐ型層３２とｎ型層３３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｄの全体を覆う広さに形成されており、光学フィルター３４Ａの面積は、光電変換領域Ｄの面積と同じか、あるいは光電変換領域Ｄの面積よりも大きく形成される。ここで、受光素子１００の光電変換領域Ａの広さ（面積）と受光素子４００の光電変換領域Ｄの広さ（面積）は異なるように形成されている。
【０１１７】
受光素子１００の光電変換領域Ａの面積（受光面積）をＳ１、受光素子４００の光電変換領域Ｄの面積（受光面積）をＳ４とする。受光面積は、本実施例ではｐｎ接合面の面積となる。受光素子１００と受光素子４００との差分信号より、紫外光から赤外光までの波長範囲から波長範囲λを除いた波長範囲λ０の検出信号を計測する。受光素子１００と受光素子４００は、それぞれ光学フィルター４Ａ、３４Ａにより波長範囲λ０の光はカットされている。したがって、受光素子１００と受光素子４００の検出光電流の差（I１−I４）は、紫外光〜赤外光の波長範囲から波長範囲λを除いた波長範囲λ０の光に基づくものである。波長範囲λ０の光が受光面積Ｓ１の単位面積あたりに入射した場合の励起される光電流をＪ０とすると、受光素子４００における受光面積Ｓ４についても同様にＪ０となり、以下のように表される。
（I１−I４）＝（Ｓ１−Ｓ４）×Ｊ０
【０１１８】
（I１−I４）は測定と計算によってわかり、（Ｓ１−Ｓ４）も設計により決まるものであるからその値はわかるため、Ｊ０は容易に求められる。Ｊ０が算出されると、紫外光〜赤外光の範囲で吸収域を持たない受光素子２００の受光面積をＳ２とし、受光面積Ｓ２の単位面積あたりで示される光電流をＪ２とすると、Ｊ２は紫外光、可視光、赤外光に至るまでの光を検出した結果によるものであるため、受光素子２００の光電流量（Ｊ２×Ｓ２）から（Ｊ０×Ｓ２）を引き算すれば、その差が波長範囲λ０の光量を表わすことになる。すなわち、波長範囲λ０の光量＝｛（Ｊ２×Ｓ２）−（Ｊ０×Ｓ２）｝である。Ｓ２は、Ｓ１と同じであっても良い。ただし、差分演算における数値有効数字の桁落ちをできるだけ防ぐため、上記受光素子１００、２００、４００について、波長範囲λの光吸収を行なう光学フィルターを備えた受光素子の受光面積が異なる組み合わせを複数用意し、それぞれの組み合わせに全体の平均値と偏差を計算して最終的な波長範囲λ０の光量を算出するようにしても良い。
【０１１９】
次に、図２８のように、光検出装置を構成することができる。図２８は、図２７の構成に、受光素子１００、２００と同様な構成の受光素子３００、５００が加えられて４つの受光素子により構成された光検出装置を示す。ただし、受光素子３００、５００の光学フィルター２４、４４は、受光素子１００、２００の光学フィルター４Ａ、１４Ａとは、光の吸収波長範囲が異なるように形成されている。
【０１２０】
光検出部としての受光素子３００について、簡単に説明すると、支持基板４０には、ｐ型層２２が層間絶縁膜１０を境界にして形成される。ｐ型層２２の表層部には、ｐ型層２２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形成されたｎ型層２３が埋設されている。これにより、受光素子３００には、ｐ型層２２とｎ型層２３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｃが形成される。この光電変換領域Ｃで光を電流に変換して出力する。
【０１２１】
ｐ型層２２の表面及びｎ型層２３の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な保護膜２７で覆われている。また、ｐ型層２２の側面は、層間絶縁膜１０により覆われている。保護膜２７上には、アノード電極２５、カソード電極２６が形成されている。アノード電極２５は、保護膜２７に形成された開口部を介して、ｐ型層２２に接続されている。カソード電極２６は、保護膜２７に形成された開口部を介して、ｎ型層２３に接続されている。これにより、ｐ型層２２とｎ型層２３のｐｎ接合領域での光電変換によって生じる光電流は、カソード電極２６から光検出信号として出力される。また、カソード電極２６を覆うようにして、保護膜２７上に光学フィルター２４が形成されている。
【０１２２】
光学フィルター２４は、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収層に相当するものである。
【０１２３】
一方、同様に、光検出部としての受光素子５００について、簡単に説明すると、支持基板４０には、ｐ型層４２が層間絶縁膜１０を境界にして形成される。ｐ型層４２の表層部には、ｐ型層４２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形成されたｎ型層４３が埋設されている。これにより、受光素子５００には、ｐ型層４２とｎ型層４３とのｐｎ接合からなる光電変換領域Ｅが形成される。この光電変換領域Ｅで光を電流に変換して出力する。
【０１２４】
ｐ型層４２の表面及びｎ型層４３の表面は、ＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる透明な保護膜４７で覆われている。また、ｐ型層４２の側面は、層間絶縁膜１０により覆われている。保護膜４７上には、アノード電極４５、カソード電極４６が形成されている。アノード電極４５は、保護膜４７に形成された開口部を介して、ｐ型層４２に接続されている。カソード電極４６は、保護膜４７に形成された開口部を介して、ｎ型層４３に接続されている。これにより、ｐ型層４２とｎ型層４３のｐｎ接合領域での光電変換によって生じる光電流は、カソード電極４６から光検出信号として出力される。また、カソード電極４６を覆うようにして、保護膜４７上に光学フィルター４４が形成されている。
【０１２５】
光学フィルター４４は、半導体粒子を含まないペースト状物質又は半導体粒子を含むペースト状物質を硬化させて形成されており、特定の波長域の光を吸収する光吸収層に相当するものである。
【０１２６】
ここで、光学フィルター４Ａ、１４Ａ、２４、４４を以下のように構成する。光学フィルター４Ａは、非晶性フッ素樹脂（アモルファスフルオロポリマー）のみによるペーストを硬化させて形成する。光学フィルター１４Ａは、Ｇａ２Ｏ３粒子が含まれた非晶性フッ素樹脂のペーストを硬化させて形成する。光学フィルター２４は、ＭｇＺｎＯ粒子が含まれた非晶性フッ素樹脂のペーストを硬化させて形成する。光学フィルター４４は、ＺｎＯ粒子が含まれた非晶性フッ素樹脂のペーストを硬化させて形成する。
【０１２７】
図３５は、光学フィルターに用いることができる半導体粒子の吸収端波長（ｎｍ）を示す。横軸は、光学フィルターに添加される半導体の元素、又は化合物を、縦軸は吸収端波長、すなわちバンドギャップ相当波長（ｎｍ）を示す。この図からわかるように、Ｇａ２Ｏ３は、紫外光Ｃ（波長２８０ｎｍ以下）以下の波長を吸収することがわかる。ＺｎＯは紫外光全体（紫外光Ａ＋紫外光Ｂ＋紫外光Ｃ：４００ｎｍ以下）を吸収することがわかる。また、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ＜１）は、Ｍｇの含有率Ｘが大きくなるほど、吸収端波長が紫外光領域内の短波長側に移動することが知られている。したがって、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯのＭｇの含有率Ｘを変化させることにより、受光素子の受光感度領域を変化させることができる。
【０１２８】
本実施例では、Ｘ＝０．３とし、光学フィルター２４は、Ｍｇ０．３Ｚｎ０．７Ｏの粒子が含まれた非晶性フッ素樹脂で構成し、紫外光Ｂと紫外光Ｃ（３２０ｎｍ以下）を吸収するようにした。
【０１２９】
図２８の光検出装置の上側から、２００ｎｍ〜１２００ｎｍまでの光を照射して分光感度を測定した。図３０は、受光素子１００（ＰＤ１１）、受光素子２００（ＰＤ１２）、受光素子３００（ＰＤ１３）、受光素子５００（ＰＤ１４）の受光感度分布曲線を示す。横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は受光感度（任意単位）を示す。受光素子１００の光学フィルター４Ａは、紫外光〜赤外光までを透過させるため、ＰＤ１１の感度曲線は、２００ｎｍ〜１２００ｎｍにかけて、感度を有している。一方、受光素子２００の光学フィルター１４Ａは、紫外光Ｃの波長を吸収するため、ＰＤ１２の感度曲線は、紫外光Ｃの波長に対しては感度がない曲線となっている。
【０１３０】
他方、受光素子３００の光学フィルター２４は、紫外光Ｂと紫外光Ｃの波長を吸収するため、ＰＤ１３の感度曲線は、紫外光Ｂと紫外光Ｃの波長に対しては感度がない曲線となっている。また、受光素子５００の光学フィルター４４は、紫外光全体を吸収するため、ＰＤ１４の感度曲線は、ほぼ紫外光全体に対しては感度がない曲線となっている。
【０１３１】
図３１は、図３０の感度曲線ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４に基づいて差分による信号を示す。横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は差分信号（任意単位）を示す。また、図３２は、図３１の拡大図を示す。図３１、３２に示されるように、受光素子１００と受光素子２００との受光感度曲線の差を取ることにより、紫外光Ｃの感度Ｐ３を求めることができる。すなわち、Ｐ３＝（ＰＤ１１−ＰＤ１２）である。また、受光素子１００と受光素子３００との受光感度曲線の差を取ることにより、紫外光Ｂと紫外光Ｃの感度Ｐ２を求めることができる。すなわち、Ｐ２＝（ＰＤ１１−ＰＤ１３）である。また、受光素子１００と受光素子５００との受光感度曲線の差を取ることにより、紫外光Ａと紫外光Ｂと紫外光Ｃの感度Ｐ１を求めることができる。すなわち、Ｐ１＝（ＰＤ１１−ＰＤ１４）である。
【０１３２】
図３１の差分信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から、最終的に、紫外光Ａ，Ｂ，Ｃの各領域の感度のみを求めたのが図３３である。図３４は、図３３を拡大した図である。図３１の差分信号のＰ３は、紫外光Ｃの感度のみを表わしているので、Ｐ３＝Ｐ４とした。すなわち、Ｐ４＝（ＰＤ１１−ＰＤ１２）である。したがって、受光素子１００の感度曲線から受光素子２００の感度曲線を引けば良い。紫外光Ｂの感度のみを求めるためには、Ｐ２とＰ３との差を取れば良い。すなわち、紫外光Ｂの感度曲線Ｐ５＝（Ｐ２−Ｐ３）＝（ＰＤ１２−ＰＤ１３）である。したがって、受光素子２００の感度曲線から受光素子３００の感度曲線を引けば良い。また、紫外光Ａの感度のみを求めるためには、Ｐ１とＰ２との差を取れば良い。すなわち、紫外光Ａの感度曲線Ｐ６＝（Ｐ１−Ｐ２）＝（ＰＤ１３−ＰＤ１４）である。したがって、受光素子３００の感度曲線から受光素子５００の感度曲線を引けば良い。
【０１３３】
以上のように、４つの受光素子のうち、２つの受光素子を組み合わせて、その感度曲線の差分を取ることにより、紫外光Ａ、紫外光Ｂ、紫外光Ｃの各領域の感度を別個に検出することができる。
【０１３４】
また、上記の実施例では、紫外光Ａ、紫外光Ｂ、紫外光Ｃの各領域の感度を別個に検出することができるように、光学フィルター４Ａ、１４Ａ、２４、４４を構成したが、この例に限定されるものではなく、他の半導体粒子を含むようにペースト状物質を形成しても良い。図３５には、光学フィルターに用いることができる半導体粒子の種類が記載されているが、例えば、図２７の構成において、光学フィルター４ＡにＧａＡｓの粒子が添加されたフィルターを、光学フィルター１４ＡにＣｄＳｅの粒子が添加されたフィルターを用いると、ＣｄＳｅの吸収端波長７１０ｎｍからＧａＡｓの吸収端波長８７０ｎｍの範囲のみに感度を有する光検出装置を構成することができる。
【０１３５】
また、他の例では、図３５に示したように、例えば、図２７の構成において、光学フィルター４ＡにＳｎＯ２の粒子が添加されたフィルターを、光学フィルター１４ＡにＺｎＳｅの粒子が添加されたフィルターを用いると、ＳｎＯ２の吸収端波長３８０ｎｍからＺｎＳｅの吸収端波長５００ｎｍの範囲のみに感度を有する青色センサとなる光検出装置を構成することができる。
【０１３６】
さらには、ＭｇＺｎＯ等のような三元混晶系のＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ等を用い、組成比率を調整してバンドギャップを調整すれば、任意の波長範囲の光を検出することができる光検出装置を構成することができる。しかも、誘電体多層膜ミラーのような干渉フィルターを用いる必要がなく、極めて簡単に光学フィルターを作製することができる。
【０１３７】
以上説明したように、光学フィルターを構成するペースト状物質に含まれている半導体粒子は、IV族の元素による半導体、II族の元素とVI族の元素による化合物半導体、III族の元素とＶ族の元素による化合物半導体、III族の元素とVI族の元素による化合物半導体等を用いることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１      支持基板
２      ｐ型層
３      ｎ型層
４      紫外光吸収半導体層
４Ａ    光学フィルター
５      アノード電極
６      カソード電極
７      保護膜
１０    層間絶縁膜
１２    ｐ型層
１３    ｎ型層
１４    透過膜
１４Ａ  光学フィルター
１５    アノード電極
１６    カソード電極
１７  保護膜
４０  支持基板
【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】
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【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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