(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】2023-08-07
(45)【発行日】2023-08-16
(54)【発明の名称】光センサ
(51)【国際特許分類】
H01L 31/10 20060101AFI20230808BHJP
H01L 31/0232 20140101ALI20230808BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20230808BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 A
H01L31/10 D
H01L31/02 D
G01J1/02 B
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019122832
(22)【出願日】2019-07-01
(65)【公開番号】P2021009916
(43)【公開日】2021-01-28
【審査請求日】2022-06-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】北原 崇博
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 弘治
【審査官】吉岡 一也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２５３６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２８０６８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５４９０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００７－３３５５９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１０９０３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３１／０２－３１／０３９２，３１／０８－３１／１１９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光強度に応じたレベルの電流を出力する光センサであって、半導体基板と、
開口部が形成されており、前記半導体基板に照射される光を部分的に遮光するように構成された遮光部材とを備え、
前記半導体基板は、
第１Ｐ型層と、
前記第１Ｐ型層上に形成され、第１Ｎ型層を含む受光部とを含み、
前記第１Ｐ型層および前記第１Ｎ型層により第１フォトダイオードが形成され、
前記光センサを平面視した場合に、
前記受光部は前記開口部の内側になるように形成されており、
前記開口部の面積は前記受光部の面積の２倍以上であり、かつ、
前記開口部の内側における前記受光部以外の領域には、他の素子は形成されていない、光センサ。
【請求項2】
前記受光部は、前記第１Ｎ型層上に形成された第２Ｐ型層と、
前記第２Ｐ型層上に形成された第２Ｎ型層とをさらに含み、
前記第１Ｎ型層および前記第２Ｐ型層により第２フォトダイオードが形成され、
前記第２Ｐ型層および前記第２Ｎ型層により第３フォトダイオードが形成される、請求項１に記載の光センサ。
【請求項3】
前記第１フォトダイオードは赤外線の検出に用いられ、前記第２フォトダイオードおよび前記第３フォトダイオードは、可視光の検出に用いられる、請求項２に記載の光センサ。
【請求項4】
前記半導体基板は、前記受光部と離隔して前記受光部の周囲を囲うように形成された第３Ｎ型層をさらに含み、前記第３Ｎ型層は、接地電位に接続されており、かつ、前記光センサを平面視した場合に前記遮光部材と重なるが前記開口部とは重ならないように形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の光センサ。
【請求項5】
光強度に応じたレベルの電流を出力する光センサであって、半導体基板と、
開口部が形成されており、前記半導体基板に照射される光を部分的に遮光するように構成された遮光部材とを備え、
前記半導体基板は、
第１Ｐ型層と、
前記第１Ｐ型層上に形成され、第１Ｎ型層を含む受光部と、
前記受光部と離隔して前記受光部の周囲を囲うように形成された第３Ｎ型層と、
前記第３Ｎ型層と前記受光部との間に、前記受光部の周囲を囲うように形成された第４Ｎ型層とを含み、
前記第１Ｐ型層および前記第１Ｎ型層により第１フォトダイオードが形成され、
前記光センサを平面視した場合に、前記受光部は前記開口部の内側になるように形成されており、かつ、前記開口部の面積は前記受光部の面積の２倍以上であり、
前記第３Ｎ型層は、接地電位に接続されており、かつ、前記光センサを平面視した場合に前記遮光部材と重なるように形成されており、
前記第４Ｎ型層は、前記受光部の厚みよりも薄く、かつ、前記接地電位に接続されている、光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光センサに関し、より特定的には、光センサのＳ／Ｎ比を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
入射光を電流に変換する光センサが知られている。このような光センサから出力される電流を積分することによって、光センサに入射される光の強度に比例した電圧を得ることができる。当該電圧を用いることで、入射光の照度の算出あるいは光源の種類を判別することができる。
【0003】
特開２０１５－６５３５７号公報（特許文献１）には、複数種類の受光素子（フォトダイオード）を同一の縦構造に集積化した受光部について、各受光素子を時分割で切換えることによって、光学指向性を改善する光センサ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－６５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光センサ装置においては、光の検出感度を向上させることが求められる。検出感度を上げるためには、一般的には、受光部であるフォトダイオードの面積を大きくすることが有効である。しかしながら、一方で、フォトダイオードの面積を大きくすると、フォトダイオードの寄生容量が増加してしまう。その結果、フォトダイオードにおける信号の検出レベルは上昇するものの、それとともにノイズレベルも高くなってしまい、期待通りのＳ／Ｎ比の改善が実現できない場合がある。
【0006】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、光センサにおいて、ノイズレベルの増加を抑制しつつ光センサの感度を向上させて、光センサのＳ／Ｎ比を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る光センサは、半導体基板と遮光部材とを備え、光強度に応じたレベルの電流を出力する。遮光部材には開口部が形成されており、半導体基板に照射される光を部分的に遮光するように構成される。半導体基板は、第１Ｐ型層と、第１Ｐ型層上に形成され第１Ｎ型層を含む受光部とを含む。第１Ｐ型層および第１Ｎ型層により第１フォトダイオードが形成される。光センサを平面視した場合に、受光部は開口部の内側になるように形成されており、かつ、開口部の面積は受光部の面積の２倍以上である。
【0008】
好ましくは、受光部は、第１Ｎ型層上に形成された第２Ｐ型層と、第２Ｐ型層上に形成された第２Ｎ型層とをさらに含む。第１Ｎ型層および第２Ｐ型層により第２フォトダイオードが形成される。第２Ｐ型層および第２Ｎ型層により第３フォトダイオードが形成される。
【0009】
好ましくは、第１フォトダイオードは赤外線の検出に用いられる。第２フォトダイオードおよび第３フォトダイオードは可視光の検出に用いられる。
【0010】
好ましくは、半導体基板は、受光部と離隔して受光部の周囲を囲うように形成された第３Ｎ型層をさらに含む。第３Ｎ型層は、接地電位に接続されており、かつ、光センサを平面視した場合に遮光部材と重なるように形成されている。
【0011】
好ましくは、半導体基板は、第３Ｎ型層と受光部との間に、受光部の周囲を囲うように形成された第４Ｎ型層をさらに含む。第４Ｎ型層は、受光部の厚みよりも薄く、かつ、接地電位に接続されている。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係る光センサによれば、開口部によって半導体基板へ光が入射される面積が、受光部（フォトダイオード）の面積の２倍以上とされる。これにより、半導体基板において、フォトダイオードが形成される領域の周辺にも光が入射されるため、当該周辺領域で発生した電子および正孔がフォトダイオードに収集されやすくなる。すなわち、開口部の面積が狭い場合に比べて、フォトダイオードの面積が同じであっても、電子および正孔の収集効率を上げることができる。これにより、フォトダイオードの寄生容量を変化させずに感度を上げることができるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施の形態１に従う光センサが適用される光センサ装置のブロック図である。
【図3】フォトダイオードの面積とＳ／Ｎ比との関係を説明するための図である。
【図4】実施の形態１に従う光センサの構造を説明するための図である。
【図5】比較例の光センサの構造を説明するための図である。
【図6】変形例に従う光センサの構造を説明するための図である。
【図9】実施の形態２に従う光センサの受光部を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0015】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従う光センサ１００が適用される光センサ装置１０のブロック図である。図１を参照して、光センサ装置１０は、光センサ１００に加えて、オペアンプＯＰと、スイッチＳＷＡ，ＳＷＢと、キャパシタＣ１とを備える。光センサ１００は、フォトダイオードＰＤを含んでいる。フォトダイオードＰＤは、当該フォトダイオードＰＤに光が入射されると、光の強度に応じたレベルの電流（以下、「光電流」とも称する。）が流れる特性を有している。
図１は、実施の形態１に従う光センサ１００が適用される光センサ装置１０のブロック図である。図１を参照して、光センサ装置１０は、光センサ１００に加えて、オペアンプＯＰと、スイッチＳＷＡ，ＳＷＢと、キャパシタＣ１とを備える。光センサ１００は、フォトダイオードＰＤを含んでいる。フォトダイオードＰＤは、当該フォトダイオードＰＤに光が入射されると、光の強度に応じたレベルの電流（以下、「光電流」とも称する。）が流れる特性を有している。
【0016】
オペアンプＯＰの非反転入力端子には、所定のバイアス電圧が接続される。オペアンプＯＰの反転入力端子と出力端子との間には、スイッチＳＷＡとキャパシタＣ１が並列に接続される。すなわち、オペアンプＯＰは、スイッチＳＷＡが非導通状態にされることによって、全帰還型の積分アンプとして機能し、電流－電圧変換を実行する。
【0017】
スイッチＳＷＢは、互いに相補的に動作するスイッチＳＷＢ１およびスイッチＳＷＢ２とを含んで構成される。すなわち、スイッチＳＷＢ１が導通状態の場合にスイッチＳＷＢ２が非導通状態となり、スイッチＳＷＢ１が非導通状態の場合にＳＷＢ２が導通状態となる。なお、以下においては、スイッチＳＷＢ１の動作状態をスイッチＳＷＢの動作状態として表現する。
【0018】
スイッチＳＷＢ１の一方端は、オペアンプＯＰの反転入力端子に接続される。スイッチＳＷＢ１の他方端はフォトダイオードＰＤのカソードに接続され、フォトダイオードＰＤのアノードは接地電位に接続される。スイッチＳＷＢ２は、フォトダイオードＰＤのカソードと接地電位との間に接続される。
【0019】
スイッチＳＷＡおよびスイッチＳＷＢは、図示されていない制御装置からの制御信号によって動作状態が切換えられる。オペアンプＯＰは、スイッチＳＷＡが非導通状態にされている期間中、反転入力端子に入力される光電流を積分して、光センサ１００に照射された光の強度に比例した電圧をＡｏｕｔとして出力する。なお、図２には示されていないが、オペアンプＯＰの出力端子はＡ／Ｄ変換器を介して制御装置に接続されている。
【0020】
【0021】
図２を参照して、時刻ｔ０より前においては、スイッチＳＷＡおよびスイッチＳＷＢのいずれも導通状態である。この状態では、オペアンプＯＰの反転入力端子には、光センサ１００からの光電流が入力されるが、スイッチＳＷＡが導通状態であるため、オペアンプＯＰの出力Ａｏｕｔは基準電圧（バイアス電圧）のままである（待機状態）。
【0022】
時刻ｔ０においてスイッチＳＷＡが非導通状態とされると、オペアンプＯＰは、光センサ１００からの光電流を時間積分した電圧を出力Ａｏｕｔに出力する。そして、所定期間が経過した時刻ｔ１においてスイッチＳＷＢが非導通状態にされると、当該所定期間に積分された電圧が出力される。光センサ１００から出力される光電流は、光センサ１００に照射される光の強度に応じた大きさとなるため、予め定められた期間においてオペアンプＯＰで積分された出力電圧Ａｏｕｔによって、光の強度を検出することができる。
【0023】
なお、図２には記載されていないが、時刻ｔ１以降において、スイッチＳＷＡ，ＳＷＢを導通状態とすることで、キャパシタＣ１に蓄えられている電荷が放電され、時刻ｔ０以前のような待機状態に戻される。
【0024】
このような構成の光センサ装置において、検出感度を上げるためには、光センサ１００における出力電流を増加させること、および／または、キャパシタＣ１を小さくすることが必要となる。
【0025】
ここで、光センサ１００における出力電流を増加させる手法としては、光センサ１００に形成されるフォトダイオードＰＤの面積（受光面積）を大きくすることが考えられる。しかしながら、図１に破線で示されるように、光センサ１００においては、接地電位との間に寄生容量Ｃ２が生じ、フォトダイオードＰＤの面積を大きくすると、それに伴って寄生容量Ｃ２も大きくなる。
【0026】
ここで、キャパシタＣ１の容量を一定と仮定した場合、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃ２が大きくなると、Ｃ１／Ｃ２で表わされる帰還率が低下することになる。積分アンプのクローズドループゲインは帰還率にほぼ反比例するため、帰還率が低下すると積分アンプのクローズドループゲインが大きくなる。その結果、オペアンプＯＰの感度は増加するものの、オペアンプＯＰの出力電圧のノイズ成分も大きくなってしまうので、フォトダイオードＰＤのＳ／Ｎ比を思うように改善できない可能性がある。
【0027】
図３は、フォトダイオードＰＤの面積とＳ／Ｎ比との関係を概念的に説明するための図である。図３においては、横軸にフォトダイオードＰＤの面積示され、縦軸にはＳ／Ｎ比が示される。なお、図３において、破線ＬＮ１０は理想的な場合のフォトダイオードＰＤの面積とＳ／Ｎ比との関係を示しており、実線ＬＮ１１は実際のフォトダイオードＰＤの面積とＳ／Ｎ比との関係を示している。
【0028】
図３を参照して、フォトダイオードＰＤの面積が大きくなると、それに伴って、光強度に対する光センサ１００の出力電流が増加するため、光センサ１００の検出感度が増加する。フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃ２が変化しない理想の場合（破線ＬＮ１０）には、フォトダイオードＰＤの面積の拡大とともにＳ／Ｎ比も大きく向上する。
【0029】
しかしながら、上記のように、実際には、フォトダイオードＰＤの面積の拡大に伴ってフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃ２も大きくなってしまうため、オペアンプＯＰの出力Ａｏｕｔにおけるノイズレベルも高くなってしまう。これにより、実際のＳ／Ｎ比の改善量（実線ＬＮ１１）は理想の場合（破線ＬＮ１０）よりも小さくなってしまう。
【0030】
すなわち、Ｓ／Ｎ比の改善量を理想の状態に近づけるためには、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃ２を増加させずに、フォトダイオードＰＤの出力電流を増加させることが必要となる。
【0031】
そこで、本実施の形態１においては、光センサにおいて、フォトダイオード（受光部）が形成される半導体基板上において、フォトダイオードの周囲の光が照射される領域を拡大する構成を採用する。これによって、フォトダイオードの面積が同じ場合であっても、その周囲の半導体基板の領域において、照射される光によって発生する電子および正孔が増加し、フォトダイオードに取り込まれる確率が高くなる。その結果、フォトダイオードの面積を拡大することなく（すなわち、フォトダイオードの寄生容量を増加させることなく）、同じ光強度におけるフォトダイオードの出力電流が増加することになる。したがって、光センサ装置のＳ／Ｎ比を改善することが可能となる。
【0032】
図４は、実施の形態１に従う光センサ１００の構造を説明するための図である。図４においては、上段の図４（ａ）に光センサ１００の平面図が示されており、下段の図４（ｂ）に図４（ａ）の線ＩＶ－ＩＶにおける断面図が示されている。
【0033】
図４を参照して、光センサ１００は、半導体基板１０５と、半導体基板１０５の主面を覆うように配置された遮光部材１５０とを備える。
【0034】
半導体基板１０５は、たとえばシリコンで形成されており、Ｐ型層１１０の基板の表面にＮ型層１２０が形成されている。Ｎ型層１２０は、光センサ１００を平面視した場合に略正方形の形状を有している。Ｐ型層１１０とＮ型層１２０との間のＰＮ接合面によってフォトダイオードＰＤが形成される。すなわち、実施の形態１においては、Ｎ型層１２０の部分が受光部１１５に対応する。
【0035】
Ｐ型層１１０の基板の表面において、Ｎ型層１２０と離隔して受光部１１５（Ｎ型層１２０）の周囲を囲うようにＮ型層１３０が形成されている。図示されていないが、Ｎ型層１３０は接地電極に接続されている。さらに、Ｎ型層１３０を取り囲むように、回路層１４０が形成されている。回路層１４０は必須の構成ではないが、たとえば図１に示したスイッチＳＷＡ，ＳＷＢあるいはオペアンプＯＰなどが形成されてもよい。Ｎ型層１３０の厚みは、Ｎ型層１２０と同等の厚みとされる。Ｎ型層１３０は、受光部１１５と回路層１４０とを絶縁するための遮蔽壁としても機能を有する。
【0036】
遮光部材１５０は、たとえばアルミニウムなどの材料を用いて形成される。遮光部材１５０には、略正方形の形状を有する開口部１７０が形成されている。開口部１７０は、光センサ１００を平面視した場合に、受光部１１５が開口部１７０の内部の領域となるように、かつ、Ｎ型層１３０および回路層１４０が遮光部材１５０に覆われるように配置される。
【0037】
図４に示されるように、半導体基板１０５の表面において、受光部１１５と遮光部材１５０との間には、半導体基板１０５のＰ型層１１０が露出した部分が存在する。ここで、光センサ１００を平面視した場合において、開口部１７０の面積は受光部１１５の面積の２倍以上となっている。
【0038】
このような光センサ１００に光が照射されると、遮光部材１５０によって、開口部１７０の内側の半導体基板１０５の領域のみに光が入射する。このとき、Ｐ型層１１０の表面から所定の深さの範囲で、入射光によって電子１６０および／または正孔１６５が発生する。発生した電子１６０および／または正孔１６５は、Ｎ型層１２０あるいはＮ型層１３０に収集され、それによってＰ型層１１０から各Ｎ型層へ電流が流れる。
【0039】
ここで、Ｐ型層１１０において、開口部１７０の下部の領域ＡＲ１で発生した電子１６０および／または正孔１６５は、主にフォトダイオードＰＤを形成するＮ型層１２０によって収集される。また、遮光部材１５０の下部の領域ＡＲ２で発生した電子１６０および／または正孔１６５は、主に接地電位に接続されるＮ型層１３０によって収集される。
【0040】
図５は比較例に従う光センサ１００＃の構造を説明するための図である。図５において、上段の図５（ａ）に光センサ１００＃の平面図が示されており、下段の図５（ｂ）に図５（ａ）の線Ｖ－Ｖにおける断面図が示されている。
【0041】
図５を参照して、比較例の光センサ１００＃に形成される受光部１１５の面積は、実施の形態１の場合と同じである。光センサ１００＃においては、受光部１１５と受光部１１５の周囲に形成されるＮ型層１３０＃との間の離隔距離は、図４の実施の形態１よりも短く、それに伴って遮光部材１５０の開口部１７０の開口幅ＲＣＶ２も、実施の形態１における開口幅ＲＣＶ１よりも狭くなっている。そのため、比較例と実施の形態１とを比較すると、主にフォトダイオードＰＤを形成するＮ型層１２０によって収集される電子１６０および／または正孔１６５を発生させる領域ＡＲ１の体積は、比較例よりも実施の形態１のほうが大きい。すなわち、領域ＡＲ１において発生する電子１６０および／または正孔１６５の量は、比較例に比べて実施の形態１の方が多くなる。したがって、同じ強度の光が光センサ１００に照射された場合に、実施の形態１の方が比較例に比べて発生する電流が多くなるので、光センサ１００の感度が向上する。
【0042】
一方で、上述のように受光部１１５であるフォトダイオードＰＤの面積については、実施の形態１の場合も比較例の場合も同じであるため、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃ２は実質的に同じである。このように、実施の形態１の光センサ１００においては、比較例と比べると、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃ２を変化させずに、フォトダイオードＰＤの感度を上げることができるので、Ｓ／Ｎ比を効果的に向上させることができる。
【0043】
（変形例）
図６は、変形例に従う光センサ１００Ａの構造を説明するための図である。図６において、上段の図６（ａ）に光センサ１００Ａの平面図が示されており、下段の図６（ｂ）に図６（ａ）の線ＶＩ－ＶＩにおける断面図が示されている。
図６は、変形例に従う光センサ１００Ａの構造を説明するための図である。図６において、上段の図６（ａ）に光センサ１００Ａの平面図が示されており、下段の図６（ｂ）に図６（ａ）の線ＶＩ－ＶＩにおける断面図が示されている。
【0044】
変形例においては、実施の形態１の光センサ１００と同様に、遮光部材１５０の開口部１７０の面積が受光部１１５の面積の２倍以上とされている。しかしながら、変形例においては、光センサ１００Ａを平面視した場合に、開口部１７０の内部の受光部１１５以外の領域に、Ｎ型層１３０Ａが配置された構成となっている。Ｎ型層１３０Ａは遮光部材１５０の下部に位置するＮ型層１３０と接続されており、Ｎ型層１３０Ａの厚みはＮ型層１３０よりも薄くされている。
【0045】
変形例の光センサ１００Ａにおいては、開口部１７０の下部のＰ型層１１０の表層部分で発生した電子１６０および／または正孔１６５は、フォトダイオードＰＤを形成するＮ型層１２０よりもＮ型層１３０Ａにより収集されやすくなる。そのため、Ｎ型層１２０においては、半導体基板１０５Ａの表面よりもやや内部の領域ＡＲ１Ａで発生した電子１６０および／または正孔１６５が収集されることになる。
【0046】
ここで、Ｐ型層１１０内において電子１６０および／または正孔１６５が発生する基板表面からの位置（深さ）は、照射される光の波長によって異なることが知られている。具体的には、照射される光の波長が短いほどＰ型層１１０の浅い位置で電子の励起が生じ、光の波長が長くなるとより深い位置で電子の励起が生じる。そのため、変形例のように、光の照射領域（開口部１７０の内部）の受光部１１５以外の部分に、接地電位に接続されたＮ型層１３０Ａを形成することによって、赤外線のような比較的波長の長い光の感度を上げつつ、可視光のような比較的波長の短い光の感度を抑えることができる。なお、感度を下げたい光の波長に応じて、Ｎ型層１３０Ａの厚みを適宜調整することができる。
【0047】
［実施の形態２］
実施の形態１においては、受光部に形成されるフォトダイオードが１つである例について説明した。実施の形態２においては、受光部に複数のフォトダイオードを形成し、入射光に含まれる複数の波長の光の感度を検出する例について説明する。
実施の形態１においては、受光部に形成されるフォトダイオードが１つである例について説明した。実施の形態２においては、受光部に複数のフォトダイオードを形成し、入射光に含まれる複数の波長の光の感度を検出する例について説明する。
【0048】
図７は、実施の形態１における光センサ１００の受光部１１５を説明するための図である。上述のように、光センサ１００においては、Ｐ型層１１０上に１つのＮ型層１２０が形成された構成となっており、当該Ｎ型層１３０が受光部１１５に対応している。この場合には、Ｐ型層１１０とＮ型層１３０との接合面において、フォトダイオードＰＤが形成される。
【0049】
図８は、図７の受光部１１５における光の波長と感度との関係を説明するための図である。上述のように光の波長によって、Ｐ型層１１０内で電子が励起される位置（深さ）が異なる。図７の受光部１１５においては、形成されるフォトダイオードが１つであり、Ｐ型層１１０の浅い位置で発生した電子および／または正孔、およびＰ型層１１０の深い位置で発生した電子および／または正孔が収集される。そのため、図８の実線Ｌ２０に示されるように、可視光領域の波長の光も、赤外線領域の波長の光も検出されてしまう。このような光センサでは、入射光に含まれる複数の光の強度を検出することはできない。
【0050】
図９は、実施の形態２に従う光センサ１００Ｂの受光部１１５Ｂを説明するための図である。光センサ１００Ｂの半導体基板１０５Ｂにおいては、Ｐ型層１１０上にＮ型層１２１が形成され、当該Ｎ型層１２１上にＰ型層１２２が形成され、さらにＰ型層１２２上にＮ型層１２３が形成されている。なお、図９に示された部分以外の構成は、実施の形態１の図４と同様であり、重複する要素の説明は繰り返さない。
【0051】
このような構成により、Ｐ型層１１０とＮ型層１２１との接合面においてフォトダイオードＰＤＡが形成され、Ｎ型層１２１とＰ型層１２２との接合面においてフォトダイオードＰＤＢが形成され、Ｐ型層１２２とＮ型層１２３との接合面においてフォトダイオードＰＤＣが形成される。なお、実施の形態２においては、Ｎ型層１２１、Ｐ型層１２２およびＮ型層１２３の部分が受光部１１５Ｂに対応する。
【0052】
実施の形態２の受光部１１５Ｂにおいては、Ｐ型層およびＮ型層が半導体基板１０５Ｂの異なる深さに形成されている。このため、各フォトダイオードで収集される電子および／または正孔は、対応する深さの電子を励起する光の強度に対応することになる。
【0053】
図１０は、図９の受光部１１５Ｂで検出される光の波長と感度との関係を説明するための図である。図１０を参照して、Ｐ型層１１０およびＮ型層１２１で形成されるフォトダイオードＰＤＡは最も深い位置に形成されているため、比較的波長の長い赤外線領域の光に対する感度が高くなる（実線Ｌ３０）。
【0054】
一方で、Ｎ型層１２１およびＰ型層１２２で形成されるフォトダイオードＰＤＢ、ならびに、Ｐ型層１２２およびＮ型層１２３で形成されるフォトダイオードＰＤＣは、いずれも相対的に波長の短い可視光領域の光に対する感度が高くなる（一点鎖線Ｌ３１，破線Ｌ３２）。その中でも、フォトダイオードＰＤＣの感度はより短波長側の光に対する感度が高くなる（破線Ｌ３２）。
【0055】
実施の形態２の光センサ装置においては、各フォトダイオードに対して図１で示したような積分回路が形成され、各フォトダイオードで検出された光の強度が個別に検出される。
【0056】
このように、実施の形態２の光センサにおいては、受光部に複数のＰ型層およびＮ型層を形成することにより複数のフォトダイオードが形成され、各フォトダイオードの出力を個別に検出することによって、異なる波長の光の強度を検出することが可能となる。そして、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、遮光部材の開口部の面積を受光部の面積の２倍以上にすることによって、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【0057】
なお、上記の実施の形態における「Ｐ型層１１０」および「Ｐ型層１２２」は、本発明における「第１Ｐ型層」および「第２Ｐ型層」にそれぞれ対応する。また、実施の形態における「Ｎ型層１２０」および「Ｎ型層１２１」は、いずれも本発明における「第１Ｎ型層」に対応する。また、実施の形態における「Ｎ型層１２３」，「Ｎ型層１３０」，「Ｎ型層１３０Ａ」は、本発明における「第２Ｎ型層」，「第３Ｎ型層」，「第４Ｎ型層」にそれぞれ対応する。また、実施の形態における「フォトダイオードＰＤ」および「フォトダイオードＰＤＡ」は、いずれも本発明の「第１フォトダイオード」に対応する。さらに、実施の形態における「フォトダイオードＰＤＢ」および「フォトダイオードＰＤＣ」は、本発明における「第２フォトダイオード」および「第３フォトダイオード」にそれぞれ対応する。
【0058】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0059】
１０ 光センサ装置、１００，１００Ａ，１００Ｂ 光センサ、１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５＃ 半導体基板、１１０，１２２ Ｐ型層、１１５，１１５Ｂ 受光部、１２０，１２１，１２３，１３０，１３０Ａ，１３０＃ Ｎ型層、１４０ 回路層、１５０ 遮光部材、１６０ 電子、１６５ 正孔、１７０ 開口部、ＡＲ１，ＡＲ１Ａ，ＡＲ２，ＡＲ２Ａ 領域、Ｃ１ キャパシタ、Ｃ２ 寄生容量、ＯＰ オペアンプ、ＰＤ，ＰＤＡ～ＰＤＣ フォトダイオード、ＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＢ１，ＳＷＢ２ スイッチ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】