JP2006148014A

JP2006148014A - 半導体光検出装置

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Publication number: JP2006148014A
Application number: JP2004339201A
Authority: JP
Inventors: Keimei Mikoshiba; 啓明御子柴
Original assignee: Kodenshi Corp
Current assignee: Kodenshi Corp
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: JP4443390B2

Abstract

【課題】側面入射の赤外光の影響を受けない安価な可視光用照度センサを提供する。
【解決手段】 Si基板３１には、赤外光に感度を持つPD2の受光領域７２が可視光に感度を持つPD１の受光領域７１の下方に形成され、PD1とPD2の側方と下方を取り囲むようにPD3の第３受光領域７３が形成されている。またPD1による出力電流からPD2による出力電流を減算処理する回路がSi基板３１上に設けられている。この減算処理により赤外光成分が打ち消される。一方、PD3のアノードとカソードとは短絡されており、Si基板３１の側面から入射する赤外光Li'はPD3で電流に変換され、その電流は短絡回路に流れて消費される。それによって側面入射光はPD1、PD2に影響を与えず、PD1、PD2及び減算処理回路によって人間の視感度特性に近い感度を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視光の明るさを検出する照度センサとして好適な半導体光検出装置に関する。

人間にとっての可視光はおおよそ380〜780nmの光であり、このうち440〜700nm程度が主な感知波長領域であって、波長500〜600nmの間の緑色付近にピークを持つ山型の分布曲線が視感度となる。このような人間の視感度に近い分光感度特性をもつ光センサとしては、CdS光伝導セルが知られている。CdS光伝導セルは安価で視感度に近い特性をもつが、Cdが有害物質であり、環境問題から代替品が求められている。これに代わるものとして、Siフォトダイオードがあるが、Siフォトダイオードは赤外領域までの幅広い波長帯域に感度を有するため、そのままでは可視光用の照度センサとしては使うことができない。そこで、Siフォトダイオードを利用して可視光領域にのみ感度を有する光センサを得るために、従来様々な方法が提案されている。

図１１は従来知られている可視光用光センサの概略的な断面構造を示す図である。この光センサは、Si基板３１の表面近傍にフォトダイオードによる受光領域７６を形成し、その表面に赤外光Liを遮蔽（吸収）する一方、可視光Lvを透過する特性を有する赤外光カットフィルタ１４０を形成したものである。この構成では、赤外光に感度を有さない光センサを得ることはできるが、可視波長領域における感度特性はフォトダイオード自体の感度特性に依存するため、必ずしも人間の視感度に近い特性とはならない。

これに対し、特許文献１に記載の光センサでは、二つのSiフォトトランジスタを用い、一方のフォトトランジスタには光学フィルタを透過させた光を照射し、もう一方のフォトトランジスタには直接光を照射し、これら二つのフォトトランジスタの出力信号の差を求めることにより所望の分光感度特性を得るようにしている。しかしながら、この構成により視感度特性に適合した光センサを実現しようとすると、可視光カットフィルタが必要になる。一般に可視光のみをカットする急峻なカットオフ特性を持つフィルタは高価であり、安価な照度センサを実現する妨げとなる。

上記のような光学フィルタを使用せずに所望の分光感度特性を得るような光センサも従来提案されている。図１２及び図１３は、それぞれ特許文献２及び３に記載の光センサの縦断面構造を簡略化して示す図である。

Si基板においては長波長の光は相対的に短波長の光に比べて表面付近で吸収されにくく、深い部分にまで入り込んでその深い部分で強い吸収を受けることが知られている。そこで、これら特許文献に記載の光センサでは、互いに異なる波長特性を持った二つのフォトダイオードが縦方向に積層される。即ち、主として可視光Lvを受光する第１受光領域（フォトダイオード）７１の下方に、より長波長である主として赤外光Liを受光する第２受光領域７２が積層されており、その両領域で光電変換により得られた信号を演算することで所望の視感度に近い分光感度特性を得るようにしている。

しかしながら、上記のような積層構造の二つのフォトダイオードはSi基板３１にほぼ垂直に入射する可視光Lvと赤外光Liに対してはほぼ計算通りの信号を出力するが、Si基板３１の側面から入射してくる迷光があると、その迷光に対する信号の影響によって所望の分光感度特性を得ることができなくなる。特に安価な照度センサで一般的に用いられる透明樹脂パッケージを用いる場合、基板の側面からの迷光は無視できない程度に大きい。側面から入射する可視光は10μm以内で吸収されてしまうため殆ど問題ないが、赤外光は数百μm程度の深さまで侵入するため、特に大きな影響を与える。

上記特許文献２及び３ではいずれもこうした問題を考慮した対策が施されている。即ち、特許文献２に記載の光センサ（図１２参照）では、スクライブラインに沿って側面から侵入する赤外光の影響を減少させるために、側面からの入射光を受光する領域７９がスクライブラインに沿って形成されている。しかしながら、こうした構成では、側面光のうちSi基板３１表面近傍の赤外光Li'は領域７９で吸収されるものの、より深い部分の赤外光Li''はSi基板３１内部まで侵入し、受光領域７２まで容易に到達する。したがって、この方法では、側面からの赤外光の影響を完全に排除するすることはできない。その結果、例えば蛍光灯の照明下と赤外光成分の多い白熱灯照明下とでは感度の差が生じてしまう。

一方、特許文献３に記載の光センサ（図１３参照）では、酸化膜３２で上下に分離された上の領域に、主として可視光を受光する第１受光領域７１と長波長の光を受光する第２受光領域７２とを積層してある。実際には第１及び第２受光領域７１、７２は非常に薄いため、側面入射の赤外光Li'は主として酸化膜３２の下部領域に入射する。この下部領域は酸化膜３２により上部領域とは電気的に絶縁されているため、下部領域で発生した光電流は受光領域７１、７２には到達しない。そのため、実質的に側面入射の赤外光の影響を殆ど受けずに済む。このようにこの方法は側面入射の赤外光の影響軽減には有効であるが、酸化膜を埋め込んだSOI基板を必要とする。こうしたSOI基板は高価であるため、安価な照度センサを実現するのは困難である。

特開平８−３３０６２１号公報特開２００２−２１７４４８号公報特開２００４−１１９７１３号公報

上述したように従来の光センサは、側面入射光の影響を強く受けるため、使用するパッケージにより感度特性が著しく変化する。特に、透明樹脂パッケージでは側面光成分が多く、実用上の問題となっている。また、これを解決するためにはSOI基板のような高価な材料を使用する必要があるため、コストが高いものとなる。本発明はこうした課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、安価で簡単な構造によってかつ光源やパッケージ等に依存せずに人間の視感度に近い分光感度特性をもつ半導体光検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、可視光を選択的に検出するための半導体光検出装置であって、
a)シリコン半導体基板と、
b)可視領域にピーク感度を有し、前記半導体基板の表面近傍に形成された第１のフォトダイオードと、
c)前記第１のフォトダイオードよりも長波長側にピーク感度を有し、該第１のフォトダイオードの下方に形成された第２のフォトダイオードと、
d)少なくとも赤外領域にピーク感度を有し、前記第１及び第２のフォトダイオードの側方及び下方に形成され、且つ電気的に正極端と負極端とが短絡されて成る第３のフォトダイオードと、
e)前記半導体基板上に設けられ、赤外領域における感度を抑制するために前記第１のフォトダイオードによる出力電流と前記第２のフォトダイオードによる出力電流との差分演算を行う演算処理手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係る半導体光検出装置では、主として可視領域に感度を持つ第１のフォトダイオードと主として赤外領域に感度を持つ第２フォトダイオードを、シリコン半導体基板の垂直方向（基板の厚さ方向）に積層しており、演算処理手段により、これら二つのフォトダイオードの出力電流の一方に適当な倍率を乗じてカレントミラー回路等で減算する。これにより、光学フィルタを用いることなく赤外領域における感度を打ち消し、さらに可視領域の感度特性を適当に整形して人間の視感度に近い分光感度特性を実現することができる。

また、赤外領域に感度を有する第３のフォトダイオードが第１及び第２のフォトダイオードの側方及び下方を取り囲むように形成され、第３のフォトダイオードの正極端と負極端とが短絡されているので、半導体基板の側面から入射した赤外光は第３のフォトダイオードで吸収されて電流信号に変換され、さらにその電流は消費されてしまう。したがって、第３のフォトダイオードで生じた電流信号が第１及び第２のフォトダイオードの領域に流れ込むことは殆どなく、側面入射の赤外光の影響を実用上問題ない程度に軽減することができる。

本発明に係る半導体光検出装置の一態様として、前記第２のフォトダイオードの面積は前記第１のフォトダイオードの面積よりも小さくしておくことが好ましい。これにより、第２のフォトダイオードによる出力電流を第１のフォトダイオードによる出力電流よりも小さくして、上記演算処理手段による人間の視感度に近づける処理をより容易に行うことができる。

また本発明に係る半導体光検出装置の具体的な構造上の態様として、ｐ型である前記半導体基板にｎ型第１埋め込み層と該第１埋め込み層よりも浅いｐ型第２埋め込み層とが形成され、前記半導体基板上にｎ型エピタキシャル層が形成され、該エピタキシャル層の表面に前記第２埋め込み層に到達するようにｐ型第１拡散層と該第１拡散層より浅いｐ型第２拡散層とが形成され、前記第１のフォトダイオードは前記第２拡散層と前記エピタキシャル層とから成り、前記第２のフォトダイオードは前記第１埋め込み層と第２埋め込み層と前記エピタキシャル層と前記第１拡散層とから成り、前記第３のフォトダイオードは前記半導体基板と前記第１埋め込み層と前記第２埋め込み層と前記エピタキシャル層と前記第１拡散層とから成るものとすることができる。

また、その場合、前記第２埋め込み層は縦型ｐｎｐトランジスタのコレクタ領域として、前記第２拡散層は縦型ｐｎｐトランジスタのエミッタ領域として、前記第１埋め込み層は前記ｐｎｐトランジスタのコレクタ領域を前記半導体基板から電気的に分離する絶縁分離領域として、前記エピタキシャル層はｎｐｎトランジスタのコレクタ領域として、前記第２埋め込み層及び第１拡散層は前記ｎｐｎトランジスタの絶縁分離領域として機能するものとすることができる。

また、本発明に係る半導体光検出装置では上述したように基本的には光学フィルタは不要であるが、第１及び第２のフォトダイオードの表面を被覆するように赤外光を遮断し可視光を透過する特性を有する光学フィルタを備える構成とすることにより、その分光感度特性を人間の視感度に一層厳密に合わせることが容易になる。

このように本発明に係る半導体光検出装置では、SOI基板のような特殊な材料を用いることなく、且つ光学フィルタの形成のような特殊な工程を要せず標準的なバイポーラトランジスタの製造プロセスで製造することにより、側面入射光の影響を軽減することができる。したがって、半導体チップ自体のコストを抑えることができる上、一般的で安価な透明樹脂パッケージを使用しても分光感度特性に殆ど影響を与えないため、可視光用照度センサを安価に提供することができる。また、光学フィルタを使用せずに、人間の視感度に近い分光感度特性を実現することができる。光学フィルタを使用しないため、これによっても製造プロセスが簡単になり、さらに低廉な価格の実現が容易になる。

図１は本発明に係る半導体光検出装置の基本原理を説明するための素子構造を示す概略縦断面図である。この半導体光検出装置では、Si基板３１の表面近傍に、可視領域にピーク感度を持つ第１フォトダイオードPD1の第１受光領域７１が形成され、その第１受光領域７１の下方に、赤外領域にピーク感度を持つ第２フォトダイオードPD2の第２受光領域７２が形成されている。第１受光領域７１の深さd1は、Si中における赤色光の吸収係数の逆数である約５μmよりも浅くするのが望ましい。第１受光領域７１は可視光Lvと赤外光Liとを受光する。他方、第２受光領域７２は主として赤外光Liを受光する。Si基板３１の側面から入射して来る側面光に関しては、可視光Lv’はSi基板３１に入射してすぐに殆ど吸収されてしまうため、第１及び第２受光領域７１、７２ともに赤外光Li'を受光する。第１受光領域７１と第２受光領域７２の赤外光Li及びLi'に対する感度は、およそ各受光領域７１、７２の深さd1、d2に比例する。両受光領域７１、７２の赤外光に対する感度比は、垂直入射する赤外光Liに対しても側面入射する赤外光Li'に対してもおよそd1：d2となるため、減算回路での打消しが可能となる。

第１及び第２受光領域７１、７２を取り囲むように側方及び下部に形成された第３フォトダイオードPD3の第３受光領域７３は、Si基板３１内部に到達する赤外光により発生する電流を吸収するためのものである。また、第３受光領域７３の存在により第２受光領域７２の領域の広がりが抑制されるため、第２フォトダイオードPD2の赤外感度を適度な値に抑えることができる。その結果、第１フォトダイオードPD1と第２フォトダイオードPD2とによる赤外光の影響の打消しが容易になる。また、側面からの赤外光Li'による光電流が第３受光領域７３で発生するが、第３フォトダイオードPD3のアノードとカソードとを短絡してしまうことにより光電流は消費され、第１及び第２フォトダイオードPD1、PD2はSi基板３１内奥部まで侵入する側面赤外光Li'に感度を持たない。即ち、側面からの迷光の影響を受けない照度センサを、ごく一般的なSi基板を用いて形成することが可能になる。

図２及び図３は、上述した赤外光の影響の打ち消しの原理を説明するための図である。可視光に感度を持つ第１フォトダイオードPD1による光電流をＩpd1、赤外光に感度を持つ第２フォトダイオードPD2による光電流をＩpd2とする。赤外波長領域ではＩpd1＜Ｉpd2となるため、赤外光の影響を打ち消すためにはＩpd1とＩpd2が同程度となるようにＩpd1をｍ倍する必要がある。図２（ａ）に示すように、第１フォトダイオードPD1の分光感度特性は人間の視感度特性よりも赤外波長領域に広がっており、図中に斜線で示した範囲が視感度特性に対して余分な範囲である。この余分な斜線範囲の面積を、図２（ｂ）に示した第２フォトダイオードPD2の分光感度特性の面積と等しくすれば、赤外光の影響を打ち消すことができる。

赤外光の影響を打ち消したときの分光感度特性はＩpd1×ｍ−Ｉpd2で表すことができ、図３中に斜線で示す範囲がこれに相当する。この範囲の形状は図１中の第１及び第２受光領域７１、７２の深さd1、d2、と倍率ｍとにより変化するから、これらのパラメータを適切に選ぶことにより人間の視感度に近い分光感度特性を得ることが可能である。なお、深さd1、d2はフォトダイオードPD1、PD2を形成する際の半導体製造プロセス上の設定値として決まるものであり、一方、倍率ｍは減算回路の回路構成の設計値として決まるものである。一方、側面入射光に対しては赤外成分のみが問題になる。第１フォトダイオードPD1と第２フォトダイオードPD2の側面赤外光に対する感度比はおおよそd1：d2であり、この値を倍率ｍに近くすることによって、垂直入射のみならず側面赤外光をも打ち消すことが可能となる。

以下、本発明に係る半導体光検出装置の実施例である照度センサについて、図面を用いて説明する。図４は第１実施例の照度センサの要部の概略回路構成図、図５はこの照度センサにおけるSi基板上での回路配置を示す平面図、図６は図５中のＡ−Ａ’切断線での縦断面図である。

図５及び図６に示すように、この照度センサでは、ｐ型Si基板１１に、埋め込みｎ型領域１２と埋め込みｐ+型領域１３とが形成され、その上にｎ型エピタキシャル領域１４が形成され、埋め込みｐ+型領域１３と接続するようにｐ型Si基板１１の表面に露出してｐ+型素子分離領域１５が形成されている。ｎ型エピタキシャル領域１４の表面にはｐ+型拡散層１６とｎ+型拡散層１７とが形成されている。ｐ型Si基板１１の表面は酸化膜(SiO₂)１８で被覆され、その酸化膜１８を除去した開口部に、可視光に感度を持つ第１フォトダイオードPD1のアノード電極１６０、赤外光に感度を持つ第２フォトダイオードPD2のアノード電極１７０、第１及び第２フォトダイオードPD1、PD2の共通のカソード電極１５０、及びｐ型Si基板１１にグランド電位(GND)を与えるためのグランド電極１８０が形成されている。

ｐ+型拡散層１６とその下方を囲むｎ型エピタキシャル領域１４とで形成されるｐｎ接合が、アノード電極１６０及びカソード電極１５０を有する可視光用の第１フォトダイオードPD1となる。このとき、ｎ型エピタキシャル領域１４の厚さが第１フォトダイオードPD1の分光感度を支配する。第１フォトダイオードPD1では赤外光に対する感度をできる限り下げることが好ましく、ｎ型エピタキシャル領域１４の厚さは例えば２〜５μm程度が望ましい。そして、ピーク感度が視感度特性の中心波長である550nm近傍になるようにｎ型エピタキシャル領域１４の厚さを選ぶ。

一方、埋め込みｎ型領域１２と埋め込みｐ+型領域１３とで形成されるｐｎ接合、及び埋め込みｐ+型領域１３とｎ型エピタキシャル領域１４とで形成されるｐｎ接合が、第１フォトダイオードPD1よりも長波長の領域にピーク感度を持つ第２フォトダイオードPD2を形成する。第２フォトダイオードPD2の分光感度は、短波長側はｎ型エピタキシャル領域１４の厚さで、長波長側は埋め込みｎ型領域１２の深さで決まる。

上記第１及び第２フォトダイオードPD1、PD2の下方及び側方を広く覆う、埋め込みｎ型領域１２とｐ型Si基板１１とで形成されるｐｎ接合が、赤外光に感度を持つ第３フォトダイオードPD3を形成する。ｐ型Si基板１１の深い位置まで侵入する赤外光は第３フォトダイオードPD3で光電流に変換される。第３フォトダイオードPD3で発生する光電流は共通のカソード電極１５０とグランド電極１８０との間に現れるため、電気的に短絡されてしまい、第１及び第２フォトダイオードPD1、PD2の出力電流には影響を与えない。

第１〜第３フォトダイオードPD1、PD2、PD3の各領域はバイポーラトランジスタを形成するのに必要な各領域と兼ねることができる。図７は、フォトダイオードの各領域をバイポーラトランジスタと共有する場合の断面構造を示す図である。ｎｐｎバイポーラトランジスタはエミッタ電極４３、ベース電極４４、及びコレクタ電極４５を有し、ｐｎｐバイポーラトランジスタは、エミッタ電極４６、ベース電極４７、コレクタ電極４８、及び絶縁分離用バイアス電極４９を有する。これらトランジスタのために新たに必要となる領域はｎ+型埋め込み層４０だけである。

埋め込みｎ型領域１２は縦型ｐｎｐトランジスタの絶縁分離領域となる。埋め込みｐ+型領域１３とｐ+型素子分離領域１５とは縦型ｐｎｐトランジスタのコレクタ領域５０となる。ｎ型エピタキシャル領域１４はｎｐｎトランジスタのコレクタ領域４１となる。埋め込みｐ+型領域１３とｐ+型素子分離領域１５とはｎｐｎトランジスタの素子分離領域４２となる。n+型拡散層１７はｎｐｎ型トランジスタのエミッタ領域となる。ｐ+型拡散層１６はｐｎｐトランジスタのエミッタ領域１９となる。このように、本実施例の照度センサの受光部はバイポーラＩＣの標準的な製造工程により実現可能である。

図４に示すように、この照度センサでは、上記のような第１、第２及び第３なる３つのフォトダイオードPD1、PD2、PD3の他に、第１フォトダイオードPD1による光電流と第２フォトダイオードPD2による光電流との差分を演算することにより、赤外光成分を打ち消すための回路が設けられている。第１フォトダイオードPD1の光電流Ｉpd1はカレントミラー回路２１０によってｍ倍に倍増される。このｍ倍になった電流Ｉpd1×ｍから第２フォトダイオードPD2の光電流Ｉpd2が差し引かれる。この減算の結果である電流Ｉpd1×ｍ−Ｉpd2は次段のカレントミラー回路２２０でさらにｎ倍されて、必要な大きさまで増幅される。

第３フォトダイオードPD3は電源Vccとグランド(GND)との間に接続される。したがって、第３フォトダイオードPD3の光電流は電源Vccとグランド(GND)とに流れる。ｐ型Si基板１１の内部に達する赤外光による光電流は第３フォトダイオードPD3で全て吸収されてしまうため、第１及び第２フォトダイオードPD1、PD2は、可視光センサとしては有害である側方から入射して来る赤外光の影響を受けずに済む。

なお、図４の回路構成は理解を容易にするために簡略化したものであり、実際にはベース電流を保証する回路や、さらに感度を高めるために多段のカレントミラー増幅段が必要になる。また同一機能を有する他の回路構成を用いてもよいことは言うまでもない。

図８は第１実施例による照度センサにおける、太陽光線に対する分光感度特性の計算例を示す図である。ここではｍ＝３、d1＝1.5μm、d2＝５μmとしている。実線で示すのが上記のような回路構成による赤外光の影響の打ち消し後の特性であり、視感度特性（400〜700nm）に近い特性が得られている。増幅率ｍ及びd1、d2の値を最適にすることにより、さらに視感度に近い特性を得ることが可能になる。

第２フォトダイオードPD2の面積を第１フォトダイオードPD1より小さくし、その分ｍの値を小さくすることも可能である。図４において、第２フォトダイオードPD2の受光部の面積を決める埋め込みｐ+型領域１３を、第１フォトダイオードPD1の受光部の面積を決めるｐ+型拡散層１６よりも小さくすることも可能である。いずれを選ぶかは、使用する製造プロセスで決まる第１及び第２フォトダイオードPD1、PD2の分光感度特性と、赤外光の打ち消し易さから決めることができる。

図９は本発明の第２実施例による照度センサの構造を示す縦断面図である。この例では、第２フォトダイオードPD2の受光部の面積を決める埋め込みｐ+型領域１３を第１フォトダイオードPD1の受光部の面積を決めるｐ+型拡散層１６よりも小さく形成している。この場合には、第１フォトダイオードPD1の下部に第２フォトダイオードPD2が存在しない領域が発生する。この部分は長波長の光つまり赤外光に感度を持つため、第１フォトダイオードPD1の分光特性は長波長領域に感度を持つようになる。それにより、上述したように第１フォトダイオードPD1による光電流と第２フォトダイオードPD2による光電流との演算処理によっては赤外光を打ち消すことが困難になる。

そこでこれを避けるために、第１フォトダイオードPD1の下方で第２フォトダイオードPD2が存在しない部分に埋め込みｐ+型領域１３’を形成し、この埋め込みｐ+型領域１３’をｐ型Si基板１１と電気的に接続する。そうすることにより、第１フォトダイオードPD1の分光特性は、第２フォトダイオードPD2の面積に依存しないことになり、第１及び第２フォトダイオードPD1、PD2による光電流の演算処理による赤外光の打消しが容易になる。

上述したように本発明に係る半導体光検出装置では基本的に、光学フィルタを用いることなく視感度に近い分光感度特性を得ることが可能であるが、実際には赤外波長領域での感度をゼロにすることは難しく、赤外波長領域にわずかに裾を引いた形状の特性になる。この部分をカットし、より一層視感度に近づけるためには、赤外光カットフィルタ１４０をフォトダイオードの上部に形成するとよい。側面からの赤外光に対してこうした光学フィルタは役に立たないが、本発明の半導体光検出装置では、第３フォトダイオードPD3の存在により、側面からの赤外光の影響を受けないため、上記のような光学フィルタの効果を十分に発揮させることができる。

図１０は本発明の第３実施例による照度センサの構造を示す縦断面図である。この第３実施例による照度センサでは、第１実施例の照度センサの受光領域表面を被覆するように赤外光カットフィルタ１４０を形成してある。もちろん、第２実施例の照度センサと赤外光遮断フィルタとを組み合わせることも可能である。照度センサの分光感度特性を厳密に視感度に合わせる必要のある場合には、この第３実施例の構成が有効となる。

なお、上記実施例はいずれも本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

本発明に係る半導体光検出装置の基本原理を説明するための素子構造を示す概略縦断面図。本発明に係る半導体光検出装置における赤外光の影響の打ち消しの原理を説明するための図。本発明に係る半導体光検出装置における赤外光の影響の打ち消しの原理を説明するための図。本発明の第１実施例の照度センサの要部の概略回路構成図。第１実施例の照度センサにおけるSi基板上での回路配置を示す平面図。図５中のＡ−Ａ’切断線での縦断面図。第１実施例の照度センサにおいてフォトダイオードの各領域をバイポーラトランジスタと共有する場合の断面構造を示す図。第１実施例の照度センサによる太陽光感度特性を示すグラフ。第２実施例の照度センサの構造を示す縦断面図。第３実施例の照度センサの構造を示す縦断面図。従来の光センサの概略断面図。従来の光センサの概略断面図。従来の光センサの概略断面図。

符号の説明

１１…ｐ型Si基板
１２…埋め込みｎ型領域
１３、１３’…埋め込みｐ+型領域
１４…ｎ型エピタキシャル領域
１５…ｐ+型素子分離領域
１６…ｐ+型拡散層
１７…ｎ+型拡散層
１８…酸化膜
１４０…赤外カットフィルタ
１５０…カソード電極
１６０…アノード電極
１７０…アノード電極
１８０…グランド電極
１９…エミッタ領域
２１０、２２０…カレントミラー回路
３１…Si基板
４０…ｎ+型埋め込み層
４１…コレクタ領域
４２…素子分離領域
４３…エミッタ電極
４４…ベース電極
４５…コレクタ電極
４６…エミッタ電極
４７…ベース電極
４８…コレクタ電極
４９…絶縁分離用バイアス電極
５０…コレクタ領域
７１…第１受光領域
７２…第２受光領域
７３…第３受光領域
PD1…第１フォトダイオード
PD2…第２フォトダイオード
PD3…第３フォトダイオード

Claims

可視光を選択的に検出するための半導体光検出装置であって、
a)シリコン半導体基板と、
b)可視領域にピーク感度を有し、前記半導体基板の表面近傍に形成された第１のフォトダイオードと、
c)前記第１のフォトダイオードよりも長波長側にピーク感度を有し、該第１のフォトダイオードの下方に形成された第２のフォトダイオードと、
d)少なくとも赤外領域にピーク感度を有し、前記第１及び第２のフォトダイオードの側方及び下方に形成され、且つ電気的に正極端と負極端とが短絡されて成る第３のフォトダイオードと、
e)前記半導体基板上に設けられ、赤外領域における感度を抑制するために前記第１のフォトダイオードによる出力電流と前記第２のフォトダイオードによる出力電流との差分演算を行う演算処理手段と、
を備えることを特徴とする半導体光検出装置。
前記第２のフォトダイオードの面積は前記第１のフォトダイオードの面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体光検出装置。
ｐ型である前記半導体基板にｎ型第１埋め込み層と該第１埋め込み層よりも浅いｐ型第２埋め込み層とが形成され、前記半導体基板上にｎ型エピタキシャル層が形成され、該エピタキシャル層の表面に前記第２埋め込み層に到達するようにｐ型第１拡散層と該第１拡散層より浅いｐ型第２拡散層とが形成され、
前記第１のフォトダイオードは前記第２拡散層と前記エピタキシャル層とから成り、前記第２のフォトダイオードは前記第１埋め込み層と第２埋め込み層と前記エピタキシャル層と前記第１拡散層とから成り、前記第３のフォトダイオードは前記半導体基板と前記第１埋め込み層と前記第２埋め込み層と前記エピタキシャル層と前記第１拡散層とから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光検出装置。
前記第２埋め込み層は縦型ｐｎｐトランジスタのコレクタ領域として、前記第２拡散層は縦型ｐｎｐトランジスタのエミッタ領域として、前記第１埋め込み層は前記ｐｎｐトランジスタのコレクタ領域を前記半導体基板から電気的に分離する絶縁分離領域として、前記エピタキシャル層はｎｐｎトランジスタのコレクタ領域として、前記第２埋め込み層及び第１拡散層は前記ｎｐｎトランジスタの絶縁分離領域として機能することを特徴とする請求項３に記載の半導体光検出装置。
前記第１及び第２のフォトダイオードの表面を被覆するように、赤外光を遮断し可視光を透過する特性を有する光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光検出装置。