JPH0629567A - 受光回路 - Google Patents

受光回路

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JPH0629567A
JPH0629567A JP4184969A JP18496992A JPH0629567A JP H0629567 A JPH0629567 A JP H0629567A JP 4184969 A JP4184969 A JP 4184969A JP 18496992 A JP18496992 A JP 18496992A JP H0629567 A JPH0629567 A JP H0629567A
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JP
Japan
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light
receiving circuit
light receiving
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amorphous silicon
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Withdrawn
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JP4184969A
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Yasushi Inaba
泰 稲葉
Masamichi Okamura
正通 岡村
Noriyoshi Yamauchi
規義 山内
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光感応素子の出力のS/N比向上、光感応素
子の温度変化や時間的変化の打ち消し及び高感度な光検
出が可能な受光回路の提供。 【構成】 遮光されないアモルファスシリコンp−i−
nフォトダイオードD1と、遮光膜1を設けたアモルフ
ァスシリコンp−i−nフォトダイオードD2と、2個
以上のポリシリコン薄膜トランジスタTr1,Tr2と
を同一透明基板上に形成し、ブリッジ回路を構成して受
光回路とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理あ
るいはイメージセンシングなどの機能を実現するための
光電子機能回路に用いて有用な高感度な受光回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、400nmから800nmの可視
光領域において透明なガラス基板上に形成した光感応素
子として、水素化アモルファスシリコンを用いたp−i
−n構造のフォトダイオードが報告されている。図5
に、テレビジョン学会技出報告(VOL.12 p.55-60,1988)
に記載されている二次元イメージセンサ用アモルファス
シリコンp−i−nフォトダイオードの受光回路を示
す。図5において、アモルファスシリコンp−i−nフ
ォトダイオードD10とブロッキングダイオードD11とが
互いに逆極性で直列接続されている。C10とC11は各ダ
イオードの接合容量である。この受光回路では、光照射
時に、アモルファスシリコンp−i−nフォトダイオー
ドD10に発生した電荷をこのフォトダイオードD10自身
の接合容量C10に蓄積する。そしてブロッキングダイオ
ードD11に蓄積された電荷を取り出すには、外部の駆動
回路から負のドライビングパルスをブロッキングダイオ
ードD11に入れる。これにより、ブロッキングダイオー
ドD11が順方向バイアスとなり、光量に応じた電荷が電
流として、増幅回路などの外部回路に流れ、受光回路と
して動作する。
【0003】上述した従来の受光回路では、光を照射し
た明状態の出力電流は印加電圧に対して急激に立ち上り
増加するが、逆方向電流が高く、光入射時のS/N比
(信号雑音比)は低い。
【0004】一般に、ガラスなどの絶縁体基板上に形成
したp−i−nフォトダイオードの逆電流は、フォトダ
イオードのパターニングの際のドライエッチングによっ
て膜が損傷を受けることにより、逆方向電流の増加傾向
にある。従って、このようなp−i−nフォトダイオー
ドでイメージセンシングを行った場合、フォトダイオー
ドの暗電流のばらつきが大きいため、読み取り誤差が生
じてしまうことになる。また、2次元アレイを構成する
場合は、フォトダイオードの暗電流とS/N比によって
アレイ化ができる並列度に限界があり、特に、入射光強
度が弱い場合は高並列度が困難である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】光感応素子のS/N比
を向上させるには、光感応素子の暗状態時の出力を低減
させることが必要である。また、出力を常に安定に得る
には、光感応素子の温度変化や時間的変化を打ち消す必
要がある。更に、微弱な入射光に対して大きな出力を得
るためには、光感応素子の出力を増幅する機能が必要で
ある。
【0006】本発明の目的は、上述した必要性に鑑み、
光感応素子の出力のS/N比を向上し、また光感応素子
の温度変化や時間的変化を打ち消し、更に高感度な光検
出が可能な受光回路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の受光回路は、2個の光感応素子と2個以
上の抵抗素子とが組み合わされてブリッジ回路が構成さ
れ、前記2個の光感応素子のうち一方に入射される光の
光路中に遮光部材が設けられていることを特徴とするも
のである。
【0008】請求項2の受光回路は、請求項1におい
て、前記光感応素子と抵抗素子が入射される光を透過す
る同一の基板上に形成されており、前記2個の光感応素
子と2個以上の抵抗素子がシリコン及びゲルマニウムの
うちいずれか又は両方の元素を構成元素とする薄膜デバ
イスであることを特徴とするものである。
【0009】請求項3の受光回路は、請求項1におい
て、前記光感応素子と抵抗素子が入射される光を透過す
る同一の基板上に形成されており、前記光感応素子がア
モルファスシリコンp−i−nフォトダイオードである
ことを特徴とするものである。
【0010】請求項4の受光回路は、請求項1におい
て、前記光感応素子と抵抗素子が入射される光を透過す
る同一の基板上に形成されており、前記抵抗素子が、ポ
リシリコンを用いた薄膜トランジスタ、アモルファスシ
リコンp−i−nフォトダイオード及び薄膜抵抗のうち
のいずれかまたは複数の組み合わせにより構成されてい
ることを特徴とするものである。
【0011】
【作用】請求項1では、2つの光感応素子のうち遮光し
た方が常時暗状態となり、この光感応素子の出力を基準
にして、ブリッジ回路により、遮光しない方の光感応素
子の暗電流を相殺するため、暗状態での出力が低減し、
S/N比が高まる。また、同じ理由により、遮光した光
感応素子の出力が基準となり、ブリッジ回路により、遮
光しない方の光感応素子出力の温度変化や時間的変化を
打ち消す。更に、ブリッジ回路なので、光感応素子また
は抵抗素子のインピーダンスを高く設定することにより
高感度となり、入射光が微弱な場合でも高感度に出力を
得ることができる。
【0012】請求項2の発明では、シリコン、ゲルマニ
ウムのいずれか又は両方を構成元素とする薄膜の光感応
素子及び抵抗素子は高並列受光素子アレイの構成に有利
であり、これらの光感応素子と抵抗素子を同一基板上に
複数形成する。
【0013】請求項3の発明では、光感応素子としてア
モルファスシリコンp−i−nフォトダイオードを用い
ることにより、可視光領域での光検出感度が高い。
【0014】請求項4の発明では、抵抗素子として、ポ
リシリコンの薄膜トランジスタ、アモルファスシリコン
p−i−nフォトダイオード及び薄膜抵抗のいずれか又
は複数の組み合せとすることにより、受光回路の製作が
容易になる。
【0015】
【実施例】以下、実施例を示す図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図1は本発明の受光回路の第1実施例
を示す。図1に示す実施例では、2つの光感応素子とし
てアモルファスシリコンp−i−nフォトダイオードD
1,D2を用い、2つの抵抗素子としてポリシリコンの
薄膜トランジスタ(TFT)Tr1,Tr2を用い、こ
れらでブリッジ回路を構成してある。但し、一方のアモ
ルファスシリコンp−i−nフォトダイオードD2は膜
状の遮光部材(以下、遮光膜という)1を設け、このp
−i−nフォトダイオードD2に入射する光の光路を遮
って常時暗状態にしている。また、2つのp−i−nフ
ォトダイオードD1,D2はブリッジ中の一方の互いに
隣接するアームに配置し、これに対向する他方の互いに
隣接するアームに2つの薄膜トランジスタTr1,Tr
2を配置してある。更に、ブリッジ回路の4つの端子と
して、電極2,3,4,5を設けてある。
【0016】図1に示した受光回路を以下の工程により
作製した。図2に示す受光回路の模式的な断面構造を参
照して、受光回路の作製工程を説明する。 (1)透明基板として、厚さ1mmの石英基板6を用い
た。 (2)まず、石英基板6上に、チャンネル長10μmの
nチャンネルのポリシリコン薄膜トランジスタTr1,
Tr2を作製して、2つの抵抗素子を形成した。 (3)次に、透明電極7,8を形成し、一方の透明電極
8上にMo(モリブデン)膜を形成して遮光膜1とし
た。 (4)次に、プラズマCVD法を用いて、透明電極7及
びMo遮光膜1上にそれぞれn型,i型,p型のアモル
ファスシリコン膜を順次堆積して、アモルファスシリコ
ンp−i−nフォトダイオードD1,D2を作成し、2
つの光感応素子を形成した。 (5)次に、層間絶縁膜を形成した後、最後に金属電極
2,3,4,5を形成し、受光回路の作製を終了した。
【0017】上記(1)〜(5)の工程で作製した受光
回路の受光特性は以下に述べる通りであった。図1又は
図2に示す電極2に15Vの直流電圧を印加し、これに
対向する電極3を接地し、他の電極4の電位と電極5の
電位との差を出力電圧とする。この時、図2に示す如く
透明基板6の裏面から光9を入射し、入射光強度と出力
電圧の関係を調べた。得られた特性を図3に示す。具体
的には、波長633nmの光の入射光強度が40μW/
cm2 以上で約15Vの出力電圧が得られており、高感度
な受光検出を確認できた。また、この実施例の受光回路
の消費電力は、60μW/cm2 と極めて低く、高並列受
光素子アレイ化した場合でも特別な冷却機構を必要とし
ない。
【0018】図4に本発明の受光回路の第2実施例を示
す。この実施例の受光回路では、2個のアモルファスシ
リコンp−i−nフォトダイオードD1,D2と、4個
の抵抗素子としてポリシリコン薄膜トランジスタTr
3,Tr4,Tr5,Tr6とを用い、これらでブリッ
ジ回路を構成してある。但し、フォトダイオードD2に
は遮光膜1を設け、D2に入射する光の光路を遮断して
いる。これら各素子D1,D2,Tr3〜Tr6及び1
は同一の透明基板上に形成してある。
【0019】更に、第2の実施例では、受光回路の透明
基板上に6個の薄膜トランジスタTr7,Tr8,Tr
9,Tr10,Tr11及びTr12により差動増幅回
路を構成しており、ブリッジ回路の出力電圧を増幅して
一層高感度な光検出を実現している。図4中、2,3,
10,11は電極である。
【0020】上述した第1及び第2実施例では、抵抗素
子として薄膜トランジスタTr1〜Tr6を用いたが、
アモルファスシリコンp−i−nフォトダイオード又は
/及び薄膜抵抗など抵抗を呈するものを用いることもで
き、構成元素としてもシリコンの他、ゲルマニウや、シ
リコンとゲルマニウムの合金などを使用できる。同様
に、光感応素子としてもアモルファスシリコンp−i−
nフォトダイオードに限らず、構成元素としてもシリコ
ンの他に、ゲルマニウムや、シリコンとゲルマニウムの
合金などを用いることもできる。更に、遮光膜1もMo
に限らず、透明基板6も石英に限らず、適宜な材料を使
用することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の受光回路
は、以下の効果を奏する。 (1)ブリッジ回路により、遮光した常時暗状態の光感
応素子の出力を基準にしているため、暗状態での受光回
路の出力が低減し、S/N比を増大することができる。 (2)同じく、遮光した常時暗状態の光感応素子の出力
を基準にしているため、光感応素子の温度変化や時間的
変化を打ち消すことができ、受光回路の出力が安定化す
る。 (3)光感応素子または抵抗素子のインピーダンスを高
く設定することにより、入射光が微弱な場合でも、高感
度に出力を得ることができる。 (4)従って、本発明の受光回路の適用により、高感度
な受光素子アレイを透明基板上に形成することができ
る。 (5)特に、請求項2の発明の如くシリコン、ゲルマニ
ウムのいずれか又は両方を構成元素とする薄膜の光感応
素子及び抵抗素子を用いることにより、高並列受光素子
アレイを構成することができる。 (6)また、請求項3の発明の如く、光感応素子として
アモルファスシリコンp−i−nフォトダイオードを用
いることにより、可視光領域での光検出感度を高くする
ことができる。 (7)更に、請求項4の発明の如く抵抗素子として、ポ
リシリコンの薄膜トランジスタ、アモルファスシリコン
p−i−nフォトダイオード及び薄膜抵抗のいずれか又
は複数の組み合せとすることにより、受光回路の製作が
容易になる。 (8)本発明の受光回路は、高度な機能を有する様々な
光電子機能回路に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の受光回路の第1実施例の回路構成を示
す図。
【図2】第1実施例の受光回路の断面構造を模式的に示
す図。
【図3】第1実施例の受光回路の出力電圧−印加電圧特
性を示す図。
【図4】本発明の受光回路の第2実施例の回路構成を示
す図。
【図5】従来の受光回路の回路構成を示す図。
【符号の説明】
D1,D2 光感応素子(アモルファスシリコンp−i
−nフォトダイオード) Tr1,Tr2,Tr3,Tr4,Tr5,Tr6 抵
抗素子(ポリシリコン薄膜トランジスタ) Tr7,Tr8,Tr9,Tr10,Tr11,Tr1
2 薄膜トランジスタ1 遮光膜 2,3,4,5,10,11 電極 6 基板 7,8 透明電極 9 入射光

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2個の光感応素子と2個以上の抵抗素子
    とが組み合わされてブリッジ回路が構成され、前記2個
    の光感応素子のうち一方に入射される光の光路中に遮光
    部材が設けられていることを特徴とする受光回路。
  2. 【請求項2】 前記光感応素子と抵抗素子が入射される
    光を透過する同一の基板上に形成されており、前記2個
    の光感応素子と2個以上の抵抗素子がシリコン及びゲル
    マニウムのうちいずれか又は両方の元素を構成元素とす
    る薄膜デバイスであることを特徴とする請求項1記載の
    受光回路。
  3. 【請求項3】 前記光感応素子と抵抗素子が入射される
    光を透過する同一の基板上に形成されており、前記光感
    応素子がアモルファスシリコンp−i−nフォトダイオ
    ードであることを特徴とする請求項1記載の受光回路。
  4. 【請求項4】 前記光感応素子と抵抗素子が入射される
    光を透過する同一の基板上に形成されており、前記抵抗
    素子が、ポリシリコンを用いた薄膜トランジスタ、アモ
    ルファスシリコンp−i−nフォトダイオード及び薄膜
    抵抗のうちのいずれかまたは複数の組み合わせにより構
    成されていることを特徴とする請求項1記載の受光回
    路。
JP4184969A 1992-07-13 1992-07-13 受光回路 Withdrawn JPH0629567A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005129909A (ja) * 2003-09-19 2005-05-19 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光センサー装置および電子機器
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US11353360B2 (en) 2017-03-22 2022-06-07 Mitsubishi Electric Corporation Electromagnetic wave detector, electromagnetic wave detector array, and electromagnetic wave detection method

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