JPH06314814A - 光起電力装置および色センサ - Google Patents

光起電力装置および色センサ

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JPH06314814A
JPH06314814A JP5103876A JP10387693A JPH06314814A JP H06314814 A JPH06314814 A JP H06314814A JP 5103876 A JP5103876 A JP 5103876A JP 10387693 A JP10387693 A JP 10387693A JP H06314814 A JPH06314814 A JP H06314814A
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JP
Japan
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semiconductor layer
light
photovoltaic
electrode
photovoltaic device
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JP5103876A
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English (en)
Inventor
Keiichi Sano
景一 佐野
Yoichiro Aya
洋一郎 綾
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 受光領域に入射した光に含まれる短い波長の
成分はその直下の光起電力半導体層13で電気信号に変
換される。長い波長の成分は半導体層13で散乱あるい
は反射を繰り返し面方向すなわち横方向に伝播され遮光
領域の半導体層13において吸収される。したがって、
短い波長の光に応じた電気信号が裏面電極15aから取
り出され、長い波長の光に応じた電気信号が裏面電極1
5bから取り出される。 【効果】 カラーフィルタを用いることなく波長を選択
的に検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は光起電力装置およびそ
れを応用する色センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の色センサでは、その波長選択のた
めにカラーフィルタを用いている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】カラーフィルタを用い
て波長を選択する従来の色センサでは、コストが増加す
るだけでなく、そのフィルタのために素子が大型になっ
てしまうという問題があった。それゆえに、この発明の
主たる目的は、新規な光起電力装置を提供することであ
る。
【0004】この発明の他の目的は、安価でかつ小型に
し得る、色センサを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、基板、基
板上に形成されかつ光閉じ込め効果を有する光起電力半
導体層、および光起電力半導体層上に形成される少なく
とも2つの互いに電気的に独立した電極を備え、少なく
とも2つの電極の少なくとも1つに相当する光起電力半
導体層の部分への光の入射が阻止される、光起電力装置
である。
【0006】第2の発明は、このような光起電力装置を
用いる色センサである。
【0007】
【作用】光は、その波長と同程度の大きさの凹凸のある
界面に入射しあるいはそこで反射した場合、散乱を受
け、屈折率から計算されるよりも大きな角度で入射ある
いは反射され、結果的に横方向へ広がる。遮光されてい
ない領域すなわち受光領域から入射した光のうち、たと
えば400〜600nmのような比較的短い波長の成分
は光起電力半導体層の吸収係数が大きいために比較的速
く吸収されて電気エネルギに変換される。これに対し
て、700nm以上の長い波長の成分は光起電力半導体
層の吸収係数が小さいために、その光起電力半導体層表
面あるいは裏面で反射されるうちにその一部が受光領域
から遮光された領域へ進み、そこで吸収されて電気エネ
ルギに変換される。受光領域で変換された電気エネルギ
はその部分に対応する電極によって、また遮光領域で変
換された電気エネルギはその部分に対応する電極によっ
て、それぞれ個別に取り出される。すなわち、少なくと
も2つの電極は互いに電気的に独立しているので、各波
長に対する電気信号として独立に取り出すことができ
る。
【0008】
【発明の効果】この発明によれば、新規な光起電力装置
が得られる。また、この光起電力装置を応用した光セン
サにおいては、カラーフィルタを用いる必要がないの
で、低コストでかつ小型化できる。この発明の上述の目
的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して
行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろ
う。
【0009】
【実施例】図1および図2に示す実施例の光起電力装置
10は、ガラス基板11を含み、このガラス基板11上
にたとえば酸化錫のような透明電極12を形成する。こ
のとき、透明電極12の表面は、後述の光閉じ込め効果
が得られるように、たとえば化学的もしくはプラズマエ
ッチングによってやや粗面に形成される。そして、この
透明電極12上に、pin接合を有するアモルファスシ
リコンあるいはその化合物からなる光起電力半導体層1
3を形成する。この光起電力半導体層13はたとえば公
知のプラズマCVD法で形成される。
【0010】一方、ガラス基板11の受光面側には、受
光領域と遮光領域とを形成するようにたとえば金属や合
成樹脂からなる遮光膜15が形成される。そして、光起
電力半導体層15上には、受光領域および遮光領域にそ
れぞれ対応する部分に、互いに電気的に独立した電極1
4aおよび14bを形成する。この電極14aおよび1
4bは、半導体層13上に一様にたとえば銀の真空蒸着
によって電極膜を形成し、受光領域に対応する部分と遮
光領域に対応する部分とが電気的に絶縁されるように、
たとえばレーザビームによってパターニングを施すこと
によって形成することができる。
【0011】この図1に示す光起電力装置10において
は、光が受光領域に入射すると、それがガラス基板11
を透過し、透明電極12に入射する。このとき、透明電
極12は上述のように1μm以下の大きさの凹凸表面を
有するため、たとえば数100nmの波長を持つ光は、
この透明電極12の凹凸表面によって散乱され、四方に
広がるように光起電力半導体層13に進む。
【0012】光起電力半導体層13の膜厚はたとえば1
500Åであり、電極14aおよび14bとして銀を用
いて高反射率を実現している。したがって、半導体層1
3の裏面にまで到達した光はほとんど損失されることな
く反射されこの半導体層13の表面側すなわち光入射側
に向かう。このようにして裏面で反射されさらに表面ま
で達した光は半導体層13と透明電極12との界面で散
乱しあるいは反射され、再び半導体層13中に進む。し
たがって、光はこの半導体層13中に閉じ込められ、電
気エネルギに変換されるまで、散乱あるいは反射を繰り
返す。
【0013】入射面から入射した光のうち、たとえば4
00nm〜600nmのような比較的短い波長の成分は
半導体層13の裏面で反射される前かあるいは1、2回
反射された時点で半導体層13で吸収されて電気エネル
ギに変換される。一方、700nm以上の長い波長の成
分は半導体層13で十分に吸収されるまでにはより多く
の回数反射され、結果的に光は面方向(横方向)に1μ
m以上伝播される。したがって、電極14aおよび14
bの間隔を1μm程度とすると、短い波長成分によって
得られる電気エネルギは電極14aすなわち出力端O1
から取り出され、長い波長成分によって得られる電気エ
ネルギは電極14bすなわち出力端O2から取り出せる
ことになる。したがって、このような光起電力装置10
に2種類以上の波長の光を含む合成光が入射すると、電
極14aおよび14bから取り出される信号によって、
結果的にその波長を識別することができる。
【0014】図3に示す実施例の光起電力装置20は、
図1の順タイプ構造の光起電力装置10とは異なり、逆
タイプ構造のものである。この光起電力装置20はたと
えばステンレスのような基板21を含み、その基板21
上にたとえば銀の真空蒸着によって反射電極22を形成
する。この反射電極22もまた、図1実施例の透明電極
11と同様に1μm以下の大きさの凹凸表面を有する。
そして、反射電極22上にたとえばpin接合を有する
アモルファスシリコンあるいはその化合物からなる光起
電力半導体層23を形成する。この半導体層23上にた
とえば酸化インジウム錫からなる透明電極24を形成す
る。透明電極24の上には受光領域および遮光領域にそ
れぞれ独立して集電極25aおよび25bを形成する。
なお、この集電極25bによって遮光領域が形成される
が、さらに必要に応じて遮光部材26をその集電極25
b上に形成するようにしてもよい。
【0015】この実施例の光起電力装置20において
は、光は基板21とは反対側から入射するが、図1実施
例と同様にして、光は光起電力半導体層23内に閉じ込
められ、その波長に応じて、異なる集電極25aおよび
25bすなわち出力端O1およびO2から電気信号とし
て取り出される。なお、図3実施例において、半導体層
23の裏面における反射率を大きくするために、酸化錫
の上に酸化亜鉛/銀/酸化亜鉛を積層した電極を用いて
もよい。
【0016】図4に示す実施例の光起電力装置30は、
図3実施例と同様にいわゆる逆タイプのものであるが、
この実施例においては基板31として石英を用い、その
上に金属電極32を形成した。金属電極は、たとえばチ
タンの真空蒸着によって形成した。なお、この電極とし
てはチタン/銀/チタンの3層構造としてより大きい導
電性のものが用いられてもよい。
【0017】その後、この金属電極をたとえばレーザビ
ームでパターニングすることによって、受光領域に対応
する部分には電極32aが存在し、遮光領域に対応する
部分には電極32bが存在し、かつ互いに電気的に絶縁
される。その後、たとえばプラズマCVD法を用いてア
モルファスシリコン膜を形成し、その後真空中において
500〜700℃で熱アニールを施すことによって、1
μm程度の粒径を持つ多結晶シリコンからなる光起電力
半導体層33を形成する。このとき、本件出願人の出願
に係る特開昭62−193287号〔H01L31/0
4〕に示すような条件で多結晶シリコンからなる光起電
力半導体層33を形成することによって、その表面に1
μm以下の大きさの凹凸表面が形成される。このときの
半導体層33の膜厚は約2000Åである。
【0018】その後、たとえば酸化錫からなる透明電極
34を形成し、その上に集電極35を形成する。集電極
35で覆われない部分が受光領域となり、集電極35で
覆われた部分が遮光領域となる。さらに、集電極35に
よる遮光をより確実にするために、遮光部材36が用い
られてもよい。この実施例の光起電力装置30において
は、光起電力半導体層33に多結晶シリコンを用いてい
るため、光の吸収係数や導電率の関係から、受光領域と
その周辺の遮光領域との電気絶縁部分の間隔をアモルフ
ァスシリコンを用いる場合より大きくできるので、設計
上有利である。ただし、この実施例においてはアモルフ
ァスシリコンから多結晶シリコンへの結晶成長は熱アニ
ールによって実現したが、これはエキシマレーザなどを
用いた周知のレーザ再結晶化技術を用いてもよいことは
いうまでもない。
【0019】さらに、金属電極32aおよび32bとし
てはチタンのほかにタングステンなどの高融点金属材料
を蒸着したものでもよい。図4に示す光起電力装置30
においては、受光領域から入射された光は透明電極34
を通して多結晶シリコンからなる光起電力半導体層34
に入射され、波長の短い成分は散乱を生じる前にこの半
導体層33の受光領域の部分で吸収されるが、波長の長
い成分は散乱ないし反射を繰り返しその受光領域の周辺
の遮光領域に到達しそこで半導体層33に吸収される。
したがって、金属電極32aと透明電極34との間すな
わち出力端O1で短波長成分に応じた電気信号が取り出
され、金属電極32bと透明電極34との間すなわち出
力端O2で長波長成分の電気信号が得られる。
【0020】図5に示す光起電力装置40は、図1実施
例と同様に順タイプ構造のものである。この実施例は、
以下の点において図1実施例と異なる。すなわち、図1
実施例の光起電力半導体層13に代えて微結晶シリコン
からなる光起電力半導体層43を用い、さらにその上に
ip接合を有するアモルファスシリコンあるいは微結晶
シリコンからなる半導体層44を、たとえばプラズマC
VD法を用いて形成する。そして、裏面電極45aおよ
び45bをたとえば銀の真空蒸着によって形成する。な
お、この実施例においては、参照番号46が遮光部材を
示す。
【0021】この実施例においては、pinipからな
るトランジスタ構造が形成され、したがって光起電力半
導体層43と透明電極42との間あるいは光起電力半導
体層43と裏面電極45bとの間に適当なバイアス電圧
B1あるいはB2を印加すると、より微少な光が入射し
た場合においてもそれを検出することができ、より高感
度の光センサが実現できる。
【0022】ただし、同じようなトランジスタ構造を図
4実施例の光起電力装置30中に形成してもよい。図6
に示す光起電力装置50は、図5実施例の変形である。
すなわち、図5実施例における受光領域においてはpi
n構造とし、遮光領域においては上述のトランジスタ構
造を採用する。
【0023】この実施例によれば、受光領域においては
光電変換によって駆動電力を得て、遮光領域においては
制御信号を取り出すことができる。このように、駆動電
力の供給と制御信号の伝達とを同じ光によって同時に達
成することができる。したがって、この図5実施例によ
れば、小型の機械装置における動力供給とそれの操作と
を1つのデバイスで制御することができる。
【0024】なお、上述のいずれの実施例においても、
光起電力半導体層においては基板側からpin構造とし
ているが、この逆の導電形式の積層構造のものであって
も同様のプロセスで形成できかつ同様の効果が得られる
のはいうまでもない。また、多結晶半導体層を用いる場
合にはpn構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す断面図解図である。
【図2】図1実施例を平面的に表す図解図である。
【図3】この発明の他の実施例を示す断面図解図であ
る。
【図4】この発明のさらに他の実施例を示す断面図解図
である。
【図5】この発明のなおも他の実施例を示す断面図解図
である。
【図6】この発明のその他の実施例を示す断面図解図で
ある。
【符号の説明】
10,20,30,40,50 …光起電力装置 11,21,31,41,51 …基板 12,24,34,42,52 …透明電極 13,23,33,43,53 …光起電力半導体層 44,54 …半導体層 14a,14b,32a,32b,45a,45b,5
5a,55b …裏面電極 15,26,36,46,56 …遮光部材 25a,25b,35 …集電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板、 前記基板上に形成されかつ光閉じ込め効果を有する光起
    電力半導体層、および前記光起電力半導体層上に形成さ
    れる少なくとも2つの互いに電気的に独立した電極を備
    え、 前記少なくとも2つの電極の少なくとも1つに相当する
    前記光起電力半導体層の部分への光の入射が阻止され
    る、光起電力装置。
  2. 【請求項2】基板、 前記基板上に形成されかつ光閉じ込め効果を有する光起
    電力半導体層、および前記光起電力半導体層上に形成さ
    れる少なくとも2つの互いに電気的に独立した電極を備
    え、および前記少なくとも2つの電極の少なくとも1つ
    に相当する前記光起電力半導体層の部分への光の入射が
    阻止される、色センサ。
  3. 【請求項3】少なくとも、前記光起電力半導体層の遮光
    領域がトランジスタ構造である、請求項1または2記載
    の光起電力装置または色センサ。
JP5103876A 1993-04-30 1993-04-30 光起電力装置および色センサ Withdrawn JPH06314814A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019186482A (ja) * 2018-04-16 2019-10-24 浜松ホトニクス株式会社 裏面入射型半導体光検出素子
JP2019186481A (ja) * 2018-04-16 2019-10-24 浜松ホトニクス株式会社 半導体光検出素子

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