特許7321714有機イメージセンサー及びカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-28
(45)【発行日】2023-08-07
(54)【発明の名称】有機イメージセンサー及びカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー
(51)【国際特許分類】
H04N 23/12 20230101AFI20230731BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20230731BHJP
H01L 31/10 20060101ALI20230731BHJP
H04N 25/11 20230101ALI20230731BHJP
H04N 25/13 20230101ALI20230731BHJP
H04N 25/17 20230101ALI20230731BHJP
H04N 25/70 20230101ALI20230731BHJP
H10K 30/60 20230101ALI20230731BHJP
【ＦＩ】
H04N23/12
H01L27/146 A
H01L27/146 D
H01L27/146 E
H01L31/10 A
H04N25/11
H04N25/13
H04N25/17
H04N25/70
H10K30/60
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2019015308
(22)【出願日】2019-01-31
(65)【公開番号】P2019140677
(43)【公開日】2019-08-22
【審査請求日】2022-01-24
(31)【優先権主張番号】10-2018-0014579
(32)【優先日】2018-02-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2018-0123911
(32)【優先日】2018-10-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】李 啓 滉
(72)【発明者】
【氏名】李 光 熙
(72)【発明者】
【氏名】尹 晟 榮
(72)【発明者】
【氏名】林 東 ソク
(72)【発明者】
【氏名】陳 勇 完
【審査官】鈴木 肇
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０１７３２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０６２５０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３３２５５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５８５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０４５９８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２０４８０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０２４５８１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ ５／３０－ ５／３３
Ｈ０４Ｎ ９／０１－ ９／１１
Ｈ０４Ｎ ２３／１０－２３／３０
Ｈ０４Ｎ ２５／００－２５／７９
Ｈ０１Ｌ ２７／１４－２７／１４８
Ｈ０１Ｌ ２９／７６
Ｈ０１Ｌ ３１／１０
Ｈ１０Ｋ ３０／６０
Ｈ１０Ｋ ３９／３２－３９／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１光を吸収するＡ物質及び第２光を吸収するＢ物質を含み、前記Ｂ物質の比率が前記Ａ物質よりも大きい下部層と前記Ａ物質の比率が前記Ｂ物質よりも大きい上部層とからなる有機光電変換層と、
前記有機光電変換層の上部に形成された共通電極と、
前記有機光電変換層の下部に形成された画素電極と、を備え、
前記有機光電変換層は、第１有機光電変換素子と第２有機光電変換素子とに区分され、
前記第１有機光電変換素子には、第１電圧が印加され、
前記第２有機光電変換素子には、第２電圧が印加されることを特徴とする有機イメージセンサー。
【請求項2】
前記Ａ物質と前記Ｂ物質とは、含有量が各層において互いに３倍以上の差があることを特徴とする請求項１に記載の有機イメージセンサー。
【請求項3】
前記第２電圧は、前記第１電圧よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機イメージセンサー。
【請求項4】
前記第１光又は前記第２光のいずれか一つは前記第１電圧が印加された前記第１有機光電変換素子で測定された信号により得られ、残りの一つは前記第２電圧が印加された前記第２有機光電変換素子の測定信号と前記第１電圧が印加された前記第１有機光電変換素子の測定信号との差の絶対値により得られることを特徴とする請求項１に記載の有機イメージセンサー。
【請求項5】
半導体基板内に形成された多数の無機光電変換素子と、前記半導体基板上に形成され、第１光を吸収するＡ物質及び第２光を吸収するＢ物質を含み、前記Ｂ物質の比率が前記Ａ物質よりも大きい下部層と前記Ａ物質の比率が前記Ｂ物質よりも大きい上部層とからなる有機光電変換層と、
前記有機光電変換層の上部に形成された共通電極と、
前記有機光電変換層の下部に形成された画素電極と、を備え、
前記有機光電変換層は、第１有機光電変換素子と第２有機光電変換素子と、に区分され、
前記無機光電変換素子は、前記第１有機光電変換素子及び前記第２有機光電変換素子によって吸収されない第３光を吸収し、
前記第１有機光電変換素子には、第１電圧が印加され、
前記第２有機光電変換素子には、第２電圧が印加されることを特徴とするカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー。
【請求項6】
前記Ａ物質と前記Ｂ物質とは、含有量が各層において互いに３倍以上の差があることを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー。
【請求項7】
前記第２電圧は、前記第１電圧よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー。
【請求項8】
前記第１光又は前記第２光のいずれか一つは前記第１電圧が印加された前記第１有機光電変換素子で測定された信号により得られ、残りの一つは前記第２電圧が印加された前記第２有機光電変換素子の測定信号と前記第１電圧が印加された前記第１有機光電変換素子の測定信号との差の絶対値により得られることを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー。
【請求項9】
前記無機光電変換素子が形成された半導体基板の上面と前記有機光電変換層の露出した下部面とは、前記第１有機光電変換素子と前記第２有機光電変換素子とを前記基板に形成された電荷蓄積部に連結するためのコンタクトが形成された層間絶縁膜に接触することを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー。
【請求項10】
前記共通電極の上部には、平坦化層及びマイクロレンズアレイ層のみが存在することを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサー。
【請求項11】
第１光を吸収するＡ物質及び第２光を吸収するＢ物質を含み、前記Ｂ物質の比率が前記Ａ物質よりも大きい下部層と前記Ａ物質の比率が前記Ｂ物質よりも大きい上部層とからなる有機光電変換層と、前記有機光電変換層の上部に形成された共通電極と
前記有機光電変換層の下部に形成された画素電極と、を備え、
前記画素電極には、互いに異なる２つの電圧が印加されることを特徴とする有機イメージセンサー。
【請求項12】
正常動作モードでは、前記互いに異なる２つの電圧の比率が同じであることを特徴とする請求項１１に記載の有機イメージセンサー。
【請求項13】
正常動作モード以外のモードでは、前記互いに異なる２つの電圧の比率が異なることを特徴とする請求項１１に記載の有機イメージセンサー。
【請求項14】
前記画素電極の下部面及び前記有機光電変換層の露出した下部面は層間絶縁膜に接触し、前記層間絶縁膜の下部には、第１有機光電変換素子及び第２有機光電変換素子に蓄積された電荷を蓄積するための電荷蓄積部と、前記第１光及び前記第２光以外の第３光を吸収するための無機光電変換素子とが形成された基板を更に含み、
前記層間絶縁膜内には、前記第１有機光電変換素子及び前記第２有機光電変換素子と前記電荷蓄積部とを連結するためのコンタクトが形成されることを特徴とする請求項１１に記載の有機イメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサーに関し、より詳しくは、有機イメージセンサー及びカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサーに関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な有機－無機積層型イメージセンサーは、青色の有機フォトダイオードと赤色のシリコンフォトダイオードと緑色のシリコンフォトダイオードとからなるシリコンフォトダイオードが積層された形態に構成される。
【0003】
このとき、所望する赤色、緑色、青色（ＲＧＢ、又はＣＭＹ）カラー信号を得るためにカラーフィルターを使用する。有機フォトダイオードとシリコンフォトダイオードとの間にカラーフィルターが存在する場合には、カラーフィルターの厚さ（約５００～１０００ｎｍ）によって工程が難しく複雑になる。また、有機フォトダイオードとシリコンフォトダイオードとの間の距離が数百ナノメートルに達し、光学的なクロストーク（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が増加する。また、深さ方向に電極を形成し難くなる。
【0004】
有機フォトダイオードの上にカラーフィルターが存在する場合には、カラーフィルターがＣＭＹ（Ｃｙａｎ、Ｍａｇｅｎｔａ、Ｙｅｌｌｏｗ）カラーを透過しなければならず、ＣＭＹカラーフィルターは、微細パターンが難しく色純度が低く、製品に適用しにくい。
【0005】
また、カラーフィルターは、色素（ｐｉｇｍｅｎｔ又はｄｙｅ）のような有機物で構成され、スピンコーティング、ＵＶ露光、湿式エッチング過程を通じて製作されるため、パターンの大きさや厚さを１μｍ以下に減らすことに限界がある。従って、イメージセンサーの高解像度化及び工程容易性を妨害する要因として作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１７－０１１２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、有機イメージセンサー、及びカラーフィルターがなくても任意に特定のカラー信号を得られるようにする有機－無機積層イメージセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による有機イメージセンサーは、第１光を吸収するＡ物質及び第２光を吸収するＢ物質を含み、前記Ｂ物質の比率が前記Ａ物質よりも大きい下部層と前記Ａ物質の比率が前記Ｂ物質よりも大きい上部層とからなる有機光電変換層を備える。
【0009】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるカラーフィルターがない有機－無機積層イメージセンサーは、半導体基板内に形成された多数の無機光電変換素子と、前記半導体基板上に形成され、第１光を吸収するＡ物質及び第２光を吸収するＢ物質を含み、前記Ｂ物質の比率が前記Ａ物質よりも大きい下部層と前記Ａ物質の比率が前記Ｂ物質よりも大きい上部層とからなる有機光電変換層と、前記有機光電変換層の上部に形成された共通電極と、前記有機光電変換層の下部に形成された画素電極と、を備え、前記有機光電変換層は、第１有機光電変換素子と第２有機光電変換素子と、に区分され、前記無機光電変換素子は、前記第１有機光電変換素子及び前記第２有機光電変換素子によって吸収されない第３光を吸収する。
【0010】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による有機イメージセンサーは、第１光を吸収するＡ物質及び第２光を吸収するＢ物質を含み、前記Ｂ物質の比率が前記Ａ物質よりも大きい下部層と前記Ａ物質の比率が前記Ｂ物質よりも大きい上部層とからなる有機光電変換層と、前記有機光電変換層の上部に形成された共通電極と、前記有機光電変換層の下部に形成された画素電極と、を備え、前記画素電極には、互いに異なる２つの電圧が印加される。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、カラーフィルターがなくても印加電圧を制御して特定のカラー信号を得ることができ、有機フォトダイオードに印加される電圧を制御して周辺環境に応じたＳＮＲを向上させることができるように画素の色の割合を自由に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一実施形態によるイメージセンサーの画素配列を示す概略図である。
【図3】一実施形態によるイメージセンサーの読み出し回路を示す概略図である。
【図4】一実施形態によるイメージセンサーの動作原理を説明するための概略図である。
【図5A】それぞれの可能な色の組み合わせ及び信号抽出の可能な方式を示す模式図である。
【図5B】それぞれの可能な色の組み合わせ及び信号抽出の可能な方式を示す模式図である。
【図5C】それぞれの可能な色の組み合わせ及び信号抽出の可能な方式を示す模式図である。
【図6】印加電圧により画素の色の割合を異にして調整できることを示す図である。
【図7A】ＢＩＤＤ Ｓｅ：Ｃ６０をブレンディングして形成した有機光電変換層の印加電圧に応じた外部量子効率（ＥＱＥ）を測定した結果、及びこれを利用して各波長別外部量子効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図7B】ＢＩＤＤ Ｓｅ：Ｃ６０をブレンディングして形成した有機光電変換層の印加電圧に応じた外部量子効率（ＥＱＥ）を測定した結果、及びこれを利用して各波長別外部量子効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図8A】ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０をブレンディングして形成した有機光電変換層の印加電圧に応じた外部量子効率（ＥＱＥ）を測定した結果、及びこれを利用して各波長別外部量子効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図8B】ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０をブレンディングして形成した有機光電変換層の印加電圧に応じた外部量子効率（ＥＱＥ）を測定した結果、及びこれを利用して各波長別外部量子効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の実施形態は、様々な異なる形態で具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0014】
図１は、一実施形態によるイメージセンサーの画素配列を示す概略図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ’線に沿って切断した断面図であり、図３は、一実施形態によるイメージセンサーの読み出し回路を示す概略図であり、図４は、一実施形態によるイメージセンサーの動作原理を説明するための概略図である。
【0015】
図１を参照すると、イメージセンサー１は、第３光（緑色光）を検出するための第１画素１０Ｇがｘ－ｙ方向に全体に配列された無機画素アレイ１０と、第１光（青色光）を検出するための第２画素２０Ｂ及び第２光（赤色光）を検出するための第３画素２０Ｒがｘ－ｙ方向に交互に配列された有機画素アレイ２０とを含む。無機画素アレイ１０と有機画素アレイ２０とはｚ方向に積層された構造をなす。
【0016】
正常動作モード（ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）では、第２画素２０Ｂと第３画素２０Ｒとの数を同じに交互に配置する。この時、第２画素２０Ｂには第１電圧Ｖ１が印加されて第１光（青色光）を検出し、第３画素２０Ｒには第１電圧Ｖ１と異なる第２電圧Ｖ２が印加されて第２光（赤色光）を検出する。
【0017】
【0018】
図２を参照すると、イメージセンサー１は、半導体基板１００に形成され、第１画素１０Ｇを構成するための無機光電変換素子１１０を含む。
【0019】
半導体基板１００は、その全体が半導体層である基板に限定されず、光が照射される側の表面に半導体層が設けられた絶縁性基板であればよい。
【0020】
無機光電変換素子１１０は、半導体基板１００がｎ型の場合、その上に形成されたｐウェル層とｐウェル層内に形成されたｎ層と、ｎ層よりも不純物濃度が高い暗電流抑制用ｐ層とで構成される。無機光電変換素子１１０の大部分の領域はｎ層で構成されて電荷が蓄積される。
【0021】
無機光電変換素子１１０に蓄積された電荷は、３つのトランジスタ構成又は４つのトランジスタ構成などのトランジスタからなる読み出し回路を利用してセンシングされる。
【0022】
無機光電変換素子１１０が形成された基板１００上に層間絶縁膜１４０が形成され、その上に有機光電変換層１７０が形成される。
【0023】
有機光電変換層１７０は、上部の共通電極１８０と、下部の各画素別に形成された画素電極１６０との組み合わせにより、それぞれ第２画素２０Ｂを構成するための第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１と、第３画素２０Ｒを構成するための第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２とに区分される。
【0024】
共通電極１８０の上部には、入射光に対して透明な平坦層１９０が形成される。平坦層１９０上の各画素に対応する位置には、各画素に入射光を集光するためのマイクロレンズ１９５が形成される。
【0025】
各画素電極１６０は、層間絶縁膜１４０内に形成されたビアに充填されたコンタクト１５０を通じて電荷蓄積部１２０に連結される。
【0026】
無機光電変換素子１１０に蓄積された電荷及び電荷蓄積部１２０に蓄積された電荷は、３つのトランジスタ構成又は４つのトランジスタ構成などのトランジスタからなる読み出し回路を利用してセンシングされる。
【0027】
図３を参照すると、無機光電変換素子１１０に蓄積された電荷は、無機光電変換素子１１０に接続されたドレインと電源Ｖｎに接続されるソースとを有するリセットトランジスタＴｒ１、リセットトランジスタＴｒ１のドレインに接続されたゲートと電源Ｖｃｃに接続されたソースとを有する出力トランジスタＴｒ２、及び出力トランジスタＴｒ２のドレインに接続されたソースと信号出力ライン３２０に接続されたドレインとを有する行選択トランジスタＴｒ３によって読み出される。
【0028】
電荷蓄積部１２０に蓄積された電荷は、電荷蓄積部１２０に接続されたドレインと電源Ｖｎに接続されたソースとを有するリセットトランジスタＴｒ４、リセットトランジスタＴｒ４のドレインに接続されたゲートと電源Ｖｃｃに接続されたソースとを有する出力トランジスタＴｒ５、出力トランジスタＴｒ５のドレインに接続されたソースと信号出力ライン３１０に接続されたドレインとを有する行選択トランジスタＴｒ６によって読み出される。
【0029】
無機光電変換素子で発生して貯蔵された電荷は、出力トランジスタＴｒ２を通じて電荷量に対応する信号に変換される。行選択トランジスタＴｒ３がターンオンされるときに、信号は信号出力ライン３２０に出力される。信号が出力された後、無機光電変換素子１１０の電荷は、リセットトランジスタＴｒ１によってリセットされる。必要によっては無機光電変換素子１１０とリセットトランジスタＴｒ１のドレインとの間に伝達トランジスタ（図示せず）を更に含んでもよい。
【0030】
バイアス電圧が画素電極１６０と共通電極１８０との間に印加されるときに、電荷は、有機光電変換層１７０上に入射する光に対応して発生し、画素電極１６０に連結されたコンタクト１５０を通じて電荷蓄積部１２０に移動する。電荷蓄積部１２０に貯蔵された電荷は、出力トランジスタＴｒ５を通じて電荷量に対応する信号に変換される。行選択トランジスタＴｒ６がターンオンされるときに、信号は信号出力ライン３１０に出力される。信号が出力された後、電荷蓄積部１２０の電荷は、リセットトランジスタＴｒ４によってリセットされる。必要によっては電荷蓄積部１２０とリセットトランジスタＴｒ４のドレインとの間に伝達トランジスタ（図示せず）を更に含んでもよい。
【0031】
イメージセンサー１では、有機光電変換層１７０が互いに異なる印加電圧により互いに異なる光を検出する。図２に示すように、有機光電変換層１７０を互いに異なる光吸収特性を有する物質Ａと物質Ｂとのブレンディング比率が異なる層（１７０Ａ、１７０Ｂ）に積層して形成することによって、印加電圧により互いに異なる光を検出する。
【0032】
例えば、下部層１７０Ａは赤色光を吸収する電荷転送（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）に優れた物質Ｂの比率が高い層であり、上部層１７０Ｂは青色光を吸収する電気的特性が低い物質Ａの比率が高い層で構成される。これらの動作を、図４を参照して説明すると、低電圧バイアスＶ１が印加されると、下部層１７０Ａ及び上部層１７０Ｂの両方で電荷分離（ｃｈａｒｇｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）が起こり、青色光を吸収した電荷は電荷転送特性に優れた下部層１７０Ａを通じて移動しながら電荷収集（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）が起こる反面、赤色光を吸収した電荷は電荷転送特性が低い上部層１７０Ｂを通じて移動できなくなる。従って、低電圧バイアスＶ１では青色光が検出される。一方、高電圧バイアスＶ２が印加されると、電荷転送特性が低い上部層１７０Ｂを通じて赤色光を吸収した電荷が移動することになるため、青色及び赤色の信号の両方が検出される。従って、青色信号は第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号で得られ、赤色信号は第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２の信号で第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号を相殺して得られる。
【0033】
信号の選択性を高めるためには、下部層１７０ＡではＢ物質をＡ物質よりも３倍以上多いようにブレンディングし、上部層１７０ＢではＡ物質をＢ物質よりも３倍以上多いようにブレンディングする。
【0034】
有機光電変換層１７０で赤色光及び青色光を吸収する場合には、ＡとＢとの物質の組み合わせとして、（ＺｎＰｃ、Ｃ６０）又は（ＣｕＰｃ、Ｃ６０）を使用する。
【0035】
有機光電変換層１７０で赤色光及び緑色光を吸収する場合には、ＡとＢとの物質の組み合わせとして、（ＢＩＤＤＳｅ、ＣｕＰｃ）又は（ＳｕｂＰｃ、ＣｕＰｃ）を使用する。この場合、無機光電変換素子１１０が青色光を吸収する。
【0036】
有機光電変換層１７０で青色光及び緑色光を吸収する場合には、ＡとＢとの物質の組み合わせとして（ＢＩＤＤＳｅ、Ｃ６０）、（ＳｕｂＰｃ、Ｃ６０）、又は（ＤＣＶ３Ｔ、Ｃ６０）を使用する。この場合、無機光電変換素子１１０が赤色光を吸収する。
【0037】
イメージセンサー１では、有機光電変換層１７０に印加される電圧を異にしてＲＧＢ中の２つが互いに異なる色に対する選択性を有することになる。有機光電変換層１７０がＲＧＢのうちの既に２つの互いに異なる色を吸収したため、残りの一つの色は無機光電変換素子１１０に選択的に伝達される。従って、イメージセンサー１は、カラーフィルターを別途形成する必要がなくなる。また、場合によっては無機光電変換素子１１０の残り一つの色に対する選択性を高めるために、無機光電変換素子１１０の形成の深さを感知するための色の波長に合わせて調節する。
【0038】
有機光電変換層１７０と無機光電変換素子１１０との間にカラーフィルターを形成する必要がなくなると、有機光電変換層１７０と無機光電変換素子１１０との間の距離を１００ｎｍ以下に下げることができる。これは、有機光電変換層１７０と無機光電変換素子１１０との間にカラーフィルターが存在する場合の距離（例えば、５００ｎｍ）対比で少なくとも１／５以下の距離である。このように有機光電変換層１７０と無機光電変換素子１１０との間の距離を１００ｎｍ以下に下げると、光学的なクロストーク（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）を減少させることができる。また、絶縁層１４０内に形成されるコンタクト１５０を形成するためのビアを形成する深さが小さくなるため、ビア形成工程がより容易になる。また、カラーフィルター自体を形成しないため、カラーフィルターの微細パターン形成の難しさや薄膜化の難しさなどが基本的に解決される。
【0039】
【0040】
図５Ａは、有機光電変換層１７０で赤色及び青色を吸収する場合を示す図である。上側の図のように、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１で青色光を検出し、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２で青色光及び赤色光の両方を検出する場合には、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２の信号で第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号を相殺して赤色信号を得ることができる。下側の図ように、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２で赤色光を検出し、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１で青色光及び赤色光の両方を検出する場合には、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号で第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２の信号を相殺して青色信号を得ることができる。
【0041】
図５Ｂは、有機光電変換層１７０で緑色及び赤色を吸収する場合を示す図である。上側の図のように、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１で緑色光を検出し、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２で緑色光及び赤色光の両方を検出する場合には、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２の信号で第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号を相殺して赤色信号を得ることができる。下側の図のように、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２で赤色光を検出し、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１で緑色光及び赤色光の両方を検出する場合には、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号で第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２の信号を相殺して緑色信号を得ることができる。
【0042】
図５Ｃは、有機光電変換層１７０で青色及び緑色を吸収する場合を示す図である。上側の図のように、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１で青色光を検出し、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２で緑色光及び青色光の両方を検出する場合には、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２の信号で第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号を相殺して緑色信号を得ることができる。下側の図のように、第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２で緑色光を検出し、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１で緑色光及び青色光の両方を検出する場合には、第１有機光電変換素子ＯＰＤ＃１の信号で第２有機光電変換素子ＯＰＤ＃２の信号を相殺して青色信号を得ることができる。
【0043】
図６は、印加電圧により画素の色の割合を異にして調整できることを示す図である。
【0044】
左側の図に示すように、正常動作モードでは、第１電圧Ｖ１が印加されて第１光（青色光）を検出する第２画素２０Ｂと第２電圧Ｖ２が印加されて第２光（赤色光）を検出する第３画素２０Ｒとの比率が同じである。
【0045】
しかし、画素の動作電圧を一部変更すると、同じイメージセンサーでも、第２画素２０Ｂの比率を小さくするか（右側上段の図）又は第２画素の比率を大きくすることができる（右側下段の図）。
【0046】
図１～図６を参照して説明した実施形態では、有機－無機積層構造について説明したが、有機光電変換層１７０が検出する第１光及び第２光以外の第３光の吸収を更に他の下部有機光電変換層（図示せず）で行うように変形して全ての光電変換素子を有機層で形成することもできる。
【0047】
また、図１～図６を参照して説明した実施形態では、有機光電変換層を含むことによってカラーフィルターがなくてもよいイメージセンサーについて説明したが、より精巧な色分離が必要な場合には、有機光電変換層により検出されない残りの光に対するカラーフィルターを無機光電変換素子１１０の上部に設置してイメージセンサーを完成することができる。
【0048】
以下、実験例を通して実施例の具体的な具現例を説明する。
【0049】
図７Ａ及び図７Ｂは、ＢＩＤＤ Ｓｅ：Ｃ６０をブレンディングして形成した有機光電変換層の印加電圧に応じた外部量子効率（ＥＱＥ）を測定した結果、及びこれを利用して各波長別外部量子効率をシミュレーションした結果を示すグラフであり、図８Ａ及び図８Ｂは、ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０をブレンディングして形成した有機光電変換層の印加電圧に応じた外部量子効率（ＥＱＥ）を測定した結果、及びこれを利用して各波長別外部量子効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【0050】
実験例１
【0051】
ＢＩＤＤ Ｓｅ：Ｃ６０を５：１にブレンディングして５０ｎｍの厚さに形成した下部層と、ＢＩＤＤ Ｓｅ：Ｃ６０を１：５にブレンディングして５０ｎｍの厚さに形成した上部層とからなる有機光電変換層を形成した。次いで、印加電圧を０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、５Ｖ、７Ｖ、１０Ｖに異にしながら外部量子効率（ＥＱＥ（％））を測定した。その結果を図７Ａに示す。図７Ａの結果から低電圧では緑色光が検出され、高電圧では緑色光及び青色光が共に検出されることが確認された。
【0052】
３Ｖの電圧で得られた外部量子効率から緑色光検出結果を導出し、１０Ｖの電圧で得られた外部量子効率から３Ｖの電圧で得られた外部量子効率を１．４倍して相殺させた結果から青色光検出結果を導出し、有機光電変換層で検出されずにフィルタリングされて無機シリコンフォトダイオードで検出される赤色光検出結果をシミュレーションして共に示した結果を図７Ｂに示す。このことから有機光電変換層を適用することにより、カラーフィルターがなくてもイメージセンサーを実現できることが確認された。
【0053】
実験例２
【0054】
ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０を１：５．５にブレンディングして５０ｎｍの厚さに形成した下部層と、ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０を３．５：１にブレンディングして５０ｎｍの厚さに形成した上部層とからなる有機光電変換層を形成した。次いで、印加電圧を０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、５Ｖ、７Ｖ、１０Ｖに異にしながら外部量子効率（ＥＱＥ（％））を測定した。その結果を図８Ａに示す。図８Ａの結果から低電圧では緑色光が検出され、高電圧では緑色光及び青色光が共に検出されることが確認された。
【0055】
１Ｖの電圧で得られた外部量子効率から緑色光検出結果を導出し、１０Ｖの電圧で得られた外部量子効率から１Ｖの電圧で得られた外部量子効率を１．７倍して相殺させた結果から青色光検出結果を導出し、有機光電変換層で検出されずにフィルタリングされて無機シリコンフォトダイオードで検出される赤色光検出結果をシミュレーションして共に示した結果を図８Ｂに示す。このことから有機光電変換層を適用することにより、カラーフィルターがなくてもイメージセンサーを実現できることが確認された。
【0056】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0057】
１ イメージセンサー
１０ 無機画素アレイ
１０Ｇ 第１画素
２０ 有機画素アレイ
２０Ｂ 第２画素
２０Ｒ 第３画素
１００ 半導体基板
１１０ 無機光電変換素子
１２０ 電荷蓄積部
１４０ 層間絶縁膜
１５０ コンタクト
１６０ 画素電極
１７０ 有機光電変換層
１７０Ａ 有機光電変換層の下部層
１７０Ｂ 有機光電変換層の上部層
１８０ 共通電極
１９０ 平坦層
１９５ マイクロレンズ
３１０、３２０ 信号出力ライン
１０ 無機画素アレイ
１０Ｇ 第１画素
２０ 有機画素アレイ
２０Ｂ 第２画素
２０Ｒ 第３画素
１００ 半導体基板
１１０ 無機光電変換素子
１２０ 電荷蓄積部
１４０ 層間絶縁膜
１５０ コンタクト
１６０ 画素電極
１７０ 有機光電変換層
１７０Ａ 有機光電変換層の下部層
１７０Ｂ 有機光電変換層の上部層
１８０ 共通電極
１９０ 平坦層
１９５ マイクロレンズ
３１０、３２０ 信号出力ライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】