(57)【要約】【課題】赤外光受光素子を用いた赤外線通信、あるいは各種光センサにおいて、赤外信号光に隣接した波長帯域の赤外光ノイズが存在する使用環境においても、誤動作しない、信頼性の高い赤外線受光デバイスを提供する。【解決手段】赤外線受光デバイス２００は、赤外光を信号光として検出するフォトダイオード１００を備えており、フォトダイオード１００の受光面上には、受光面に遠い側から順に、フォトダイオード１００の受光面に信号光を集光させる集光レンズ１５と、集光レンズ１５よりも高い屈折率を有する膜２２と、高屈折率膜４ａと低屈折率膜４ｂとを交互に積層することによって形成された干渉フィルター膜４と、を備えている。【選択図】図７
2009076672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を信号光として検出する赤外光受光素子を備えた赤外線受光デバイスにおいて、
前記赤外光受光素子の受光面上に、該受光面に遠い側から順に、
前記赤外光受光素子の受光面に信号光を集光させる集光手段と、
前記集光手段よりも高い屈折率を有する膜と、
高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層することにより形成された干渉フィルター膜と、を備えていることを特徴とする赤外線受光デバイス。
【請求項２】
波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍの信号光を波長透過領域に含み、波長９１２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズを波長カット領域に含む請求項１に記載の赤外線受光デバイス。
【請求項３】
波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍの信号光を波長透過領域に含み、波長８４２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズを波長カット領域に含む請求項１に記載の赤外線受光デバイス。
【請求項４】
波長９２５ｎｍ〜９８０ｎｍの信号光を波長透過領域に含み、波長９１２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズを波長カット領域に含む請求項１に記載の赤外線受光デバイス。
【請求項５】
前記集光手段よりも高い屈折率を有する膜は、ポリシリコン膜であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の赤外線受光デバイス。
【請求項６】
前記干渉フィルター膜の高屈折率膜はＴａ２Ｏ５によって形成され、
前記干渉フィルター膜の最上層がＴａ２Ｏ５膜であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の赤外線受光デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の赤外線受光デバイスを用いた電子機器。
【請求項８】
前記干渉フィルター膜の波長透過領域は、前記電子機器で用いられる信号光の波長に対して、該波長透過領域の中心波長が前記信号光の波長より長波長側に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リモコンやＩｒＤＡに代表される赤外線通信デバイス、或いはＯＡ機器やロボット等のセンサ用デバイス等に幅広く使用される赤外線受光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の高度情報化社会において、リモコン或いはＩｒＤＡ（Infrared Data Association：赤外線通信協会、もしくは同協会によって定められた赤外線通信規格）に代表される赤外線通信デバイスは、様々な電子機器に使用されている。
【０００３】
これらのデバイスは、赤外線を発信するための送信部と、赤外線を受信するための受光部と、を有している。リモコン等の赤外線発光側には、一般に、発光波長が９４０ｎｍ付近にピークを持つ赤外発光ダイオードが使用される。ＩｒＤＡに代表される通信デバイスの発光側には、一般に、発光波長が８７０ｎｍ付近、或いは８８０ｎｍ付近にピークを持つ赤外発光ダイオードが使用される。一方、赤外線受光側には、一般に、前記波長付近の赤外光に対して高い感度を持つ、シリコンフォトダイオードが使用されている。
【０００４】
人が日常生活において使用するため、光通信デバイスは明るい場所でも使用される。しかし、シリコンフォトダイオードは可視光領域でも受光感度があるため、可視光が入射した場合、信号光と区別がつかずに誤動作の原因となることがある。従って、可視光が入射しないように、フォトダイオードを封入する樹脂の中に可視光を吸収する成分を混ぜ、該封止樹脂に可視光カットフィルターの効果を持たせる技術がある。このような赤外線受光素子用封止剤は、例えば、特許文献１において開示されている。
【０００５】
図１２は、赤外線受光素子用封止剤を用いた従来の可視光カットフィルターの透過率特性を示す図である。横軸は受光部に照射される赤外線の波長（ｎｍ）を、縦軸はフォトダイオードへの透過率（％）を表す。赤外線受光素子用封止剤を用いた従来の可視光カットフィルターの透過率曲線は非常にゆるやかであり、波長８５０〜９５０ｎｍでは、その透過率は７０％以上を示している。
【０００６】
一方、特許文献２は、固体撮像素子のセンサ部に赤外カットフィルターを設け、紙幣や有価証券などの不正コピーを防止する技術が開示されている。ここで用いられる赤外カットフィルターは、高屈折率の膜と低屈折率の膜とを交互に積層することにより干渉フィルター膜を形成するものであり、それぞれの膜厚を適正化することにより、透過領域、及びカット領域を自由に設定することができる。また、上記干渉フィルター膜は、その境界領域を急峻にできることが知られている。
【特許文献１】特開２００３−１７７１６号公報（平成１５年１月１７日（２００３．１．１７））
【特許文献２】特開平９−２７５１９８号公報（平成９年（１９９７）１０月２１日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蛍光灯や液晶バックライトのように蛍光体を発光させる光源においては、蛍光体に含まれる原子固有の発光波長の赤外光ノイズが発生し、中には、信号光の波長付近にピーク感度を持つ赤外光ノイズもある。例えば、Ａｒ原子に起因する９１２ｎｍ付近、或いは８４２ｎｍ付近にピークを持つ赤外光ノイズは、前記信号光のピーク波長に隣接しており、これらの赤外光ノイズが赤外線受光部に入射した場合、信号光と赤外光ノイズとの区別がつかずに誤動作の原因となることが知られている。
【０００８】
これに対し、例えば、特許文献１の技術を利用し、封止樹脂に赤外光を吸収する成分を混ぜ、該封止樹脂に赤外光カットフィルタ−の効果を持たせることも考えられる。しかしながら、この場合には、図１２に示すように、透過領域とカット領域の境界領域がなだらかになる。このため、透過しようとする信号光と遮断しようとするノイズ光とが隣接している場合、所要の信号光のみを透過させ、問題のないレベルにノイズ光をカットすることは困難である。
【０００９】
また、例えば、特許文献２に記載の赤外カットフィルターを赤外線受光デバイスの光受光面側に設けて赤外ノイズを遮断しようとする場合には、以下の課題が存在する。
【００１０】
すなわち、昨今の赤外線通信デバイスにおいては、通信距離を長く取るため、及び指向角を広く取るため、固体撮像素子の上面に集光レンズ等の集光手段を設けるのが一般的である。その結果、赤外線受光デバイスの光受光面側に赤外カットフィルターを設けた場合、該赤外カットフィルター層には様々な角度の入射光が入射する。
【００１１】
さらに、上記赤外カットフィルター層の透過率特性は入射角依存性を有しており、赤外カットフィルター層への入射光が赤外カットフィルター層に対して垂直な方向から離れるほど、光の波長透過領域は短波長側に大きくシフトする特性を有する。このような特性のため、赤外カットフィルター層に対して様々な角度の入射光が入射される場合、波長透過領域と波長カット領域との境界領域は垂直入射光のみの場合に比べゆるやかになり、所要の信号光を透過させ、赤外光ノイズを問題のないレベルにカットするのが困難であった。
【００１２】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、赤外光受光素子を用いた赤外線通信デバイス、あるいは各種光センサにおいて、赤外信号光に隣接した波長帯域の赤外光ノイズが存在する使用環境においても、誤動作しない、信頼性の高い赤外線受光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る赤外線受光デバイスは、前記課題を解決するために、赤外光を信号光として検出する赤外光受光素子を備えた赤外線受光デバイスにおいて、前記赤外光受光素子の受光面上に、該受光面に遠い側から順に、前記赤外光受光素子の受光面に信号光を集光させる集光手段と、前記集光手段よりも高い屈折率を有する膜と、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層することにより形成された干渉フィルター膜と、を備えていることを特徴としている。
【００１４】
干渉フィルター膜は、その透過率特性が入射角依存性を有している。即ち、フィルター面垂直方向に対して入射光の入射角が大きい程、透過領域が短波長側に大きくシフトする。赤外線受光素子において干渉フィルター膜を用いる場合（さらに集光レンズを組み合わせる場合）、該干渉フィルター膜には様々な角度の入射光が入射することになるため、該干渉フィルター膜による透過および遮断の制御を正確に行えない。そこで、集光手段と干渉フィルター膜との間に、前記集光手段を形成する材料よりも屈折率の高い材料を用いた膜を形成することにより、前記干渉フィルターに入射する入射光の入射角を垂直光に近づけることができる。
【００１５】
本発明に係る赤外線受光デバイスでは、波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍの信号光を波長透過領域に含み、波長９１２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズを波長カット領域に含むことが好ましい。
【００１６】
前記の構成により、本発明に係る赤外線受光デバイスは、波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍの信号光を透過させ、波長９１２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズをカットすることができる。
【００１７】
本発明に係る赤外線受光デバイスでは、波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍの信号光を波長透過領域に含み、波長８４２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズを波長カット領域に含むことが好ましい。
【００１８】
前記の構成により、本発明に係る赤外線受光デバイスは、波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍの信号光を透過させ、波長８４２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズをカットすることができる。
【００１９】
本発明に係る赤外線受光デバイスでは、波長９２５ｎｍ〜９８０ｎｍの信号光を波長透過領域に含み、波長９１２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズを波長カット領域に含むことが好ましい。
【００２０】
前記の構成により、本発明に係る赤外線受光デバイスは、波長９２５ｎｍ〜９８０ｎｍの信号光を透過させ、波長９１２ｎｍ付近にピークを有する赤外光ノイズをカットすることができる。
【００２１】
本発明に係る赤外線受光デバイスでは、前記集光手段よりも高い屈折率を有する膜は、ポリシリコン膜であるのが好ましい。
【００２２】
前記干渉フィルター膜と前記集光手段との間に、前記集光手段の屈折率よりも高い屈折率を有するポリシリコン膜が形成されていることにより、前記干渉フィルター膜へ入射する光の入射角が前記干渉フィルター膜に対してより垂直な方向に近づき、それにより所要の信号光を透過させ、赤外光ノイズを問題のないレベルにカットすることができる。
【００２３】
本発明に係る赤外線受光デバイスでは、前記干渉フィルター膜の高屈折率膜はＴａ２Ｏ５によって形成され、前記干渉フィルター膜の最上層がＴａ２Ｏ５膜であるのが好ましい。
【００２４】
前記干渉フィルター膜の最上層にＴａ２Ｏ５を用いることにより、前記赤外光受光素子と前記集光手段との間に、前記集光手段よりも高い屈折率の材料を用いた膜を形成する必要がなくなり、赤外線受光デバイスの製造をより簡易にすることができる。
【００２５】
電子機器は、本発明に係る赤外線受光デバイスを用いるのが好ましい。
【００２６】
前記赤外線受光デバイスを電子機器に用いることにより、波長透過領域及び波長カット領域を自由に設定することができ、またこれらの境界領域を急峻にすることができる。これにより、本発明に係る赤外線受光デバイスを用いた赤外線通信、あるいは各種光センサにおいて、赤外信号光に隣接した波長帯域の赤外光ノイズが存在する使用環境においても、誤動作しない、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【００２７】
前記電子機器では、前記干渉フィルター膜の波長透過領域は、該電子機器で用いられる信号光の波長に対して、該波長透過領域の中心波長が前記信号光の波長より長波長側に設定されているのが好ましい。
【００２８】
干渉フィルター膜は、その透過率特性が入射角依存性を有しており、フィルター面垂直方向に対して入射光の入射角が大きい程、透過領域が短波長側に大きくシフトするという特性を有する。従って、透過領域が短波長側にシフトした場合であっても、干渉フィルター膜の波長透過領域を予め長波長側に設定しておくことにより、所要の透過領域を得ることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、赤外光受光素子を用いた赤外線通信デバイス、あるいは各種光センサにおいて、赤外信号光に隣接した波長帯域の赤外光ノイズが存在する使用環境においても、誤動作しない、信頼性の高い赤外線受光デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本実施の形態に係る赤外線受光デバイスについて、図１〜図３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３１】
図１は、本実施の形態に係る赤外線受光デバイスに含まれる赤外光受光素子（フォトダイオード）１００の要部構成を示す断面図である。図１に基づいて、フォトダイオード１００について説明する。フォトダイオード１００は、Ｎ型基板１と、Ｐ型アノード層２と、酸化膜３と、干渉フィルター膜４と、アノード電極５と、カソード電極６と、を備える。
【００３２】
フォトダイオード１００の製造方法は、写真製版技術を使って酸化膜やアルミニウム膜を切り抜くフォトリソグラフィが一般に利用される。まずは、一般的な半導体プロセスにより、Ｎ型基板１の上面にフォトダイオード１００の受光部となるＰ型アノード層２、および酸化膜３、アノード電極５を形成し、Ｎ型基板１の裏面にはカソード電極６を形成する。次に、酸化膜３及びアノード電極５の上面に干渉フィルター膜４を蒸着法等により蒸着する。次に、フォトリソグラフィ工程によるパターニングを行うため、干渉フィルター膜４の上面にフォトレジストを塗布して乾燥させる。続いて、フォトレジストにてカバーされていない、アノード電極５上のパッドエリア内の干渉フィルター膜４を、フッ酸系の溶液よるエッチング、若しくはフッ素系ガスによる気相エッチングによって取り除く。最後にレジストを剥離し所要の構造を得る。
【００３３】
図２は、集光レンズ１５を通ってフォトダイオード１００に入射する光の光路２１を示す図である。集光手段として集光レンズ１５がフォトダイオード１００の上方に設けられている。光が集光レンズ１５に入射し、その光がフォトダイオード１００に集光される。
【００３４】
図３は、図２におけるフォトダイオード１００の表面付近（図２破線部）の拡大図であり、かつ、干渉フィルター膜４と集光レンズ１５との間に高屈折率膜２２を有する赤外線受光デバイスの構成を示す図である。干渉フィルター膜４は、高屈折率膜４ａと低屈折率膜４ｂとを交互に積層することにより形成されている。干渉フィルター膜４の上方には集光レンズ１５が設けられている。そして、集光レンズ１５よりも高い屈折率の材料を用いて形成された高屈折率膜２２が、干渉フィルター膜４と集光レンズ１５との間に設けられている。つまり、本実施の形態に係る赤外線受光デバイスは、集光レンズ１５、高屈折率膜２２、干渉フィルター膜４を積層することにより構成されている。
【００３５】
さらに、図３に基づいて、干渉フィルター膜４と集光レンズ１５との間に高屈折率膜２２を有する赤外線受光デバイスについて説明する。光が集光レンズ１５の上方から入射し、その光の光路が２１によって示されている。ここで、ｎＡ、ｎＢはそれぞれ集光レンズ１５、及び高屈折率膜２２を形成する材料の屈折率を表す。θＡ、θＢは、それぞれ、集光レンズ１５、及び高屈折率膜２２内において、干渉フィルター膜４に対して垂直な方向と光路２１がなす角度を表す。なお、本実施の形態において、干渉フィルター膜４は、高屈折率膜４ａとしてＴａ２Ｏ５を、低屈折率膜４ｂとしてＳｉＯ２を用いている。
【００３６】
このように構成された赤外線受光デバイスの受光方法について図３に基づいて説明する。
【００３７】
集光レンズ１５と干渉フィルター膜４との間に高屈折率膜２２を形成した場合、以下の式が成立する。
【００３８】
ｎＡ×ＳｉｎθＡ＝ｎＢ×ＳｉｎθＢ        …（１）
（１）より、以下の式が導かれる。
【００３９】
（ｎＡ／ｎＢ）×ＳｉｎθＡ＝ＳｉｎθＢ    …（２）
（２）より、ｎＡ＜ｎＢの場合、
ＳｉｎθＡ＞ＳｉｎθＢ                  …（３）
となる。従って、（３）より、
θＡ＞θＢ
となり、集光レンズ１５と高屈折率膜２２との界面における屈折により、光路２１は、干渉フィルター膜４に対してより垂直方向に近づくことが分かる。
【００４０】
即ち、集光レンズ１５と干渉フィルター膜４との間に、集光レンズ１５よりも屈折率の高い材料を用いた高屈折率膜２２を形成することにより、干渉フィルター膜４へ入射する光の入射角はより垂直方向に近づくことになる。
【００４１】
次に、干渉フィルター膜の膜厚の設定（膜厚の適正化）について述べる。
【００４２】
一般に、高屈折率の膜と低屈折率の膜を交互に積層して干渉フィルター膜を形成し、この干渉フィルター膜のそれぞれの膜厚を適正化することにより、波長透過領域、及び波長カット領域を自由に設定することができ、またその波長境界領域を急峻にできることが知られている。
【００４３】
以下、膜厚の適正化について説明する。まず、高屈折率膜の屈折率をｎＨ、低屈折率膜の屈折率をｎＬとする。各層の厚さｄを１／４波長、すなわち、反射させたい波長λ０、層材料の屈折率をｎとして、ｄ＝λ０／（４ｎ）とすると、層の境界で反射した波が打ち消し合い、その波長に対する禁制バンド（不透過領域）ができ、透過率が減少する。この構造では、中心波長λ０の両側
Δ（λ０／λ）＝２／π×ｓｉｎ（（ｎＨ−ｎＬ）／（ｎＨ＋ｎＬ））
の範囲で高い反射率を持つフィルターとなることが知られている。以降、膜厚の適正化とは、上記の方法により膜厚が設定されたことをいうものとする。
【００４４】
このように構成された本実施の形態に係る赤外線受光デバイスの効果を説明する。
【００４５】
赤外線通信デバイスにおいては、通信距離を長く取るため、及び指向角を広く取るため、フォトダイオード１００の上面に集光レンズ等の集光手段を設けるのが一般的である。その結果、フォトダイオード１００の上面に形成された干渉フィルター膜４には様々な角度の入射光が入射し、干渉フィルター膜４を透過する光は、それぞれの入射角に応じた透過率で透過した光の総和になる。従って、波長透過領域と波長カット領域との境界領域は垂直入射光のみの場合に比べゆるやかになるため、できる限り全ての入射光の入射角を垂直光に近づけるのが好ましい。さらに、干渉フィルター膜４の透過率特性は入射角依存性を有しており、干渉フィルター膜４への入射光が干渉フィルター膜４に対して垂直な方向から離れるほど、光の波長透過領域は短波長側に大きくシフトする特性を有する。従って、所要の信号光を透過させ、赤外光ノイズを問題のないレベルにカットするには、これらの特性を考慮した赤外線受光デバイスが求められる。
【００４６】
上記の問題を解決するために、本実施の形態においては、集光レンズ１５と干渉フィルター膜４の間に、集光レンズ１５よりも屈折率の高い材料を用いた膜（高屈折率膜２２）を設けている。これにより、上述したように、干渉フィルター膜４への光の入射角を、干渉フィルター膜４に対してより垂直方向に近づけることができる。さらに、干渉フィルター膜４における波長透過領域は、集光レンズ１５へ入射する信号光の角度に応じて、予め所要の波長境界領域よりも長波長側に設定されていることが好ましい。従って、波長透過領域が短波長側にシフトすることにより、結果的に所要の透過領域を得ることができる。
【００４７】
このように、集光レンズ１５と干渉フィルター膜４の間に高屈折率膜２２を形成し、また干渉フィルター膜４の膜厚を適正化することにより、従来の技術に比べ、より正確に信号光を干渉フィルター膜に透過させ、赤外光ノイズを問題のないレベルにカットすることが可能となる。
（実施の形態）
本実施の形態について、図４ないし図１１に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、図４は、干渉フィルター膜４を有しないフォトダイオード１００の分光感度特性を表す。フォトダイオード１００の分光感度特性を１１、信号光となる赤外発光ダイオードの発光スペクトルを８、９１２ｎｍ付近の赤外光ノイズを９で示している。図４は、干渉フィルター膜４を有しないフォトダイオード１００の分光感度特性は波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍにおいて９０％以上あり、このままでは可視光と信号光の区別をつけることができないことを示す。
【００４８】
図５は、本実施の形態に係る干渉フィルター膜４の垂直光に対する透過率特性１０を表す。透過率特性１０は、波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍにおける透過率が非常に高く、９００ｎｍ以上では著しく低下する。そのような透過率特性１０を有する干渉フィルター膜４がフォトダイオード１００の上面に形成されている。図６は、干渉フィルター膜４を有するフォトダイオード１００の垂直光に対する分光感度特性７を表す。すなわち、図６は、透過率特性１０を有する干渉フィルター膜４をフォトダイオード１００の上面に形成することにより、波長８５０ｎｍ〜９００ｎｍの領域の透過率が向上していることを示す。なお、図４を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００４９】
図７は、フォトダイオード１００を用いた、ＩｒＤＡに代表される赤外線通信デバイスの受光側面の断面図である。フォトダイオード１００は、Ａｕワイヤ１６によってガラエポ基板１３上にダイボンドされ、さらにエポキシ系樹脂１４によって封入されている。フォトダイオード１００の上面には、高・低屈折率膜４ａ・４ｂを有する干渉フィルター膜４が形成されている。エポキシ系樹脂１４には可視光吸収成分が含まれており、可視光カットフィルターの効果を持たせている。また、封入の際、金型成型により集光レンズ１５がエポキシ系樹脂１４の上方に設けられている。なお、エポキシ系樹脂の替わりにシリコン系樹脂を用いてもよい。また、図７において、高・低屈折率膜４ａ・４ｂは一層ずつ積層されているが、これは図面の便宜のためであり、高・低屈折率膜４ａ・４ｂが何層にも交互に積層された状態であってもよい。
【００５０】
図８は、赤外線受光デバイス２００の垂直光に対する分光感度特性１７を表す。
赤外線受光デバイス２００は、その上方に集光レンズ１５を有している。そのため、干渉フィルター膜４には様々な角度の入射光が入射し、波長透過領域と波長カット領域との境界領域は垂直入射光のみの場合に比べゆるやかになる。さらに、干渉フィルター膜４の透過率特性は入射角依存性を有しており、干渉フィルター膜４への入射光が干渉フィルター膜４に対して垂直な方向から離れるほど、光の波長透過領域は短波長側に大きくシフトする特性を有する。従って、そのような特性を考慮しつつ、干渉フィルター膜４の高屈折率膜４ａ及び低屈折率膜４ｂの膜厚を適正化することにより、所要の信号光を透過させ、赤外光ノイズを問題のないレベルにカットする必要がある。つまり、分光感度特性１７は、信号光８に対する感度をできるだけ保ちつつ、赤外光ノイズ９に対する感度を問題のないレベルにまで落ちるように設定されている。より具体的には、８５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長の信号光に対する感度が高く、波長が９１２ｎｍ付近の赤外光ノイズに対する感度が低い分光感度特性に設定されている。
【００５１】
図９は、赤外線受光デバイス２００における干渉フィルター膜４の垂直光に対する透過率特性１８を表す。入射光が集光レンズ１５により集光されることによる透過率特性シフトを考慮した設定がされている。つまり、干渉フィルター膜４における波長透過領域は、信号光が集光レンズ１５へ入射する角度に応じて予め長波長側にシフトされている。より具体的には、図９に基づいて、８５０ｎｍ〜９００ｎｍにおける透過率特性１８は、波長が９００ｎｍに近づくほど透過率が高くなるものの、８５０ｎｍ付近では２０％程度の透過率しかなく、このままでは所要の信号光を問題なく透過させることはできない。しかし、信号光の波長透過領域が短波長側にシフトすることにより、透過率特性１８が短波長側にシフトし、その結果、８５０ｎｍ〜９００ｎｍにおける透過率特性は所要の数値を得る。このようにして、所要の信号光を透過し、赤外光ノイズを問題のないレベルにまでカットする。
【００５２】
図１０及び図１１は、集光による影響をさらに低減させるための実施の形態である。図１０は、図１に示すフォトダイオード１００の干渉フィルター膜４の上面にポリシリコン膜１９を形成したものである。ポリシリコン膜１９は、干渉フィルター膜４を蒸着法等で形成した後、その上面にスパッタ蒸着法等によって形成される。以降は前記工程と同じであるため、詳細は省略する。
【００５３】
図１１は、図１に示すフォトダイオード１００の干渉フィルター膜４の上面にＴａ２Ｏ５膜２０を形成したものである。Ｔａ２Ｏ５膜２０は、干渉フィルター膜４を蒸着法等で形成後、その上に蒸着法等で形成される。以降は前記工程と同じであるため、詳細は省略する。
【００５４】
このように構成された本実施の形態に係る赤外線受光デバイスの受光方法について説明する。
【００５５】
図４に基づいて説明すると、干渉フィルター膜４がフォトダイオード１００の上面に形成されていない場合、フォトダイオード１００は信号光８と赤外光ノイズ９の両方に対して高い感度を有し、赤外光ノイズ９による誤動作が生じやすくなる。そこで、図５の透過率特性１０を有する干渉フィルター膜４をフォトダイオード１００の上面に形成することにより、フォトダイオード１００は図６の分光感度特性７を持つに至り、信号光８に対する感度を保ちつつ、赤外光ノイズ９に対する感度を問題のないレベルにまで低下させることができる。
【００５６】
図７は、フォトダイオード１００の上面に干渉フィルター膜４及び集光レンズ１５を設けた実施の形態を示す図であり、フォトダイオード１００を用いたＩｒＤＡに代表される赤外線通信デバイスの受光側面の断面図である。図８は、本実施の形態に係る赤外線受光デバイス２００の垂直光に対する分光感度特性１７である。分光感度特性１７は、信号光８に対する感度を保ちつつ、赤外光ノイズ９に対する感度が問題のないレベルにまで低下した分光感度特性を示している。つまり、分光感度特性１７は、８５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長の信号光に対する感度が高く、波長が９１２ｎｍ付近の赤外光ノイズに対する感度が低い分光感度特性となっている。
図９は、図７のフォトダイオード１００の上面に形成された干渉フィルター膜４の垂直光に対する透過率特性を示す図である。透過率特性１８は、入射光が集光レンズ１５により集光されることによる透過率特性シフトを考慮した設定がなされている。つまり、干渉フィルター膜４における波長透過領域は、信号光が集光レンズ１５へ入射する角度に応じて予め長波長側にシフトされており、波長透過領域が短波長側にシフトすることにより、結果的に所要の透過領域を得る。従って、所要の信号光は透過し、赤外光ノイズは問題のないレベルにまでカットされる。
【００５７】
このように構成された本実施の形態に係る赤外線受光デバイスの効果を説明する。
【００５８】
集光による影響は、単に干渉フィルター膜４の透過率特性をシフトさせるだけではなく、波長透過領域と波長カット領域との境界領域を、垂直入射光のみの場合に比べゆるやかにする。信号光８に対する感度をできるだけ保ちつつ、隣接した赤外光ノイズ９に対する感度をできるだけ低下させるためには、その透過率特性において、波長透過領域と波長カット領域の境界領域が急峻な方が好ましい。従って、集光による影響をできるだけ抑えるのが好ましい。
【００５９】
図１０及び図１１は、集光による影響をさらに低減させるための実施の形態である。ポリシリコン膜１９、或いはＴａ２Ｏ５膜２０の屈折率は、図７においてフォトダイオード１００を封入しているエポキシ系樹脂１４の屈折率よりも大きい。その結果、前述の式（３）が示すように、干渉フィルター膜４への入射光が干渉フィルター膜４に対してより垂直な方向に近づき、前記集光による影響がさらに低減される。
【００６０】
ポリシリコン膜の屈折率はＴａ２Ｏ５膜の屈折率よりも大きいため、高屈折率膜２２としてポリシリコン膜を用いることにより前記集光による影響をさらに低減することができる。しかし、高屈折率膜２２としてＴａ２Ｏ５膜を用いる場合は、干渉フィルター膜４を形成する際に最上層をＴａ２Ｏ５膜にすればよい。それにより、最上層のＴａ２Ｏ５膜を高屈折率膜２２として代替することができる。赤外線受光デバイスの製造工程は前述した工程と同じであるため、ポリシリコン膜を用いた場合に比べより簡易に製造することができる。
【００６１】
このように、干渉フィルター膜４の高屈折率膜４ａ及び低屈折率膜４ｂの膜厚を適正化することにより、所要の信号光を透過させ、赤外光ノイズを問題のないレベルにカットすることができ、さらに、フォトダイオード１００と集光レンズ１５の間に、集光レンズ１５よりも高い屈折率を有する膜２２を形成することにより、干渉フィルター膜４への入射光が干渉フィルター膜４に対してより垂直な方向に近づき、集光による影響をさらに低減することができる。
【００６２】
なお、８４２ｎｍ付近の赤外光ノイズを低減したい場合も、干渉フィルター膜４のそれぞれの膜厚を適正化することにより、前記と同様に赤外光受光素子を製造することができる。或いはまた、リモコン用受光素子の場合、信号光である波長９２５ｎｍ〜９８０ｎｍの赤外光に対する感度を落とさず、９１２ｎｍ付近の赤外光ノイズに対する感度を問題のないレベルに低減する必要がある。この場合も、干渉フィルター膜４のそれぞれの膜厚を適正化することにより赤外光受光素子を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、リモコンやＩｒＤＡに代表される光通信用デバイス、或いは、ＯＡ機器やロボット等のセンサ用デバイス等に幅広く使用されている赤外線受光デバイスに適用される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】上面に干渉フィルター膜を形成したフォトダイオードの要部構成を示す断面図である。
【図２】集光レンズを通ってフォトダイオードに入射する光の光路を示す図である。
【図３】図２におけるフォトダイオードの表面付近の拡大図であり、かつ、フォトダイオードと集光レンズとの間に高屈折率膜を備えた赤外線受光デバイスの構成を示す図である。
【図４】従来の、干渉フィルター膜がない場合の一般的なフォトダイオードの分光感度特性を示す図である。
【図５】干渉フィルター膜の垂直光に対する透過率特性を示す図である。
【図６】図１に示すフォトダイオードの垂直光に対する分光感度特性を示す図である。
【図７】図１に示すフォトダイオードを用いた光通信デバイスの受光側面の断面図である。
【図８】入射光が集光レンズにより集光される際の赤外線受光デバイスの分光特性を考慮した、図７に示す赤外線受光デバイスの垂直光に対する分光感度特性を示す図である。
【図９】入射光が集光レンズにより集光されることによる透過率特性シフトを考慮した、干渉フィルター膜の垂直光に対する透過率特性を示す図である。
【図１０】干渉フィルター膜の上面にポリシリコン膜を形成したフォトダイオードの断面図である。
【図１１】干渉フィルター膜の上面にＴａ２Ｏ５膜を形成したフォトダイオードの断面図である。
【図１２】従来の可視光カットフィルターの透過率特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  Ｎ型基板
２  Ｐ型アノード層
３  酸化膜
４  干渉フィルター膜
４ａ  高屈折率膜
４ｂ  低屈折率膜
５  アノード電極
６  カソード電極
７  分光感度特性
８  信号光
９  赤外光ノイズ
１０  透過率特性
１１  分光感度特性
１３  ガラエポ基板
１４  エポキシ系樹脂
１５  集光レンズ（集光手段）
１６  Ａｕワイヤ
１７  分光感度特性
１８  透過率特性
１９  ポリシリコン膜（集光手段よりも高い屈折率を有する膜）
２０  Ｔａ２Ｏ５膜（集光手段よりも高い屈折率を有する膜）
２１  光路
２２  高屈折率膜（集光手段よりも高い屈折率を有する膜）
１００  フォトダイオード（赤外光受光素子）
２００  赤外線受光デバイス
【図１】
2009076672.tif 000003
【図２】
2009076672.tif 000004
【図３】
2009076672.tif 000005
【図４】
2009076672.tif 000006
【図５】
2009076672.tif 000007
【図６】
2009076672.tif 000008
【図７】
2009076672.tif 000009
【図８】
2009076672.tif 000010
【図９】
2009076672.tif 000011
【図１０】
2009076672.tif 000012
【図１１】
2009076672.tif 000013
【図１２】
2009076672.tif 000014