特許 7595307 光電変換素子、電子デバイスおよび発光装置

(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】2024-11-28

(45)【発行日】2024-12-06

(54)【発明の名称】光電変換素子、電子デバイスおよび発光装置

(51)【国際特許分類】

   H10K 30/50 20230101AFI20241129BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20241129BHJP

   H10K 30/60 20230101ALI20241129BHJP

   H10K 30/30 20230101ALI20241129BHJP

   H10K 85/60 20230101ALI20241129BHJP

   H10K 85/20 20230101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

H10K30/50

H01L27/146 E

H10K30/60

H10K30/30

H10K85/60

H10K85/20

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021554236

(86)(22)【出願日】2020-10-06

(86)【国際出願番号】 JP2020037788

(87)【国際公開番号】W WO2021085047

(87)【国際公開日】2021-05-06

【審査請求日】2023-07-24

(31)【優先権主張番号】P 2019198673

(32)【優先日】2019-10-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】町田 真一

(72)【発明者】

【氏名】能澤 克弥

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 三四郎

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０１６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２５９４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１１４２７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】LI, Wei et al.，Visible to Near-Infrared Photodetection Based on Ternary Organic Heterojunctions，ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS，2019年03月26日，Vol.29，pp.1808948-1 - 1808948-7

【文献】LI, Yongxi et al.，Near-Infrared Ternary Tandem Solar Cells，ADVANCED MATERIALS，2018年10月01日，Vol.30，pp.1804416-1 - 1804416-7

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０８－３１／１１９

Ｈ１０Ｋ ３０／００－９９／００

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と、
第２電極と、
複数の半導体型カーボンナノチューブと、前記複数の半導体型カーボンナノチューブに対してドナーまたはアクセプターとして機能する第１材料と、を含み、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層と、
を備え、
前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、第１波長において第１吸収ピークを含み、前記第１波長よりも短い第２波長において第２吸収ピークを含み、前記第２波長よりも短い第３波長において第３吸収ピークを含む吸光特性を有し、
前記第１材料は、前記第１波長と前記第２波長との間の第１波長範囲、および、前記第２波長と前記第３波長との間の第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明であり、
前記第１材料は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であり、
前記第１材料のエネルギーギャップは、３．１ｅＶ以下であり、
前記第１材料は、非フラーレン系有機半導体を含む、
光電変換素子。

【請求項2】

前記第２波長範囲は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲を含む、
請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項3】

前記第１波長は、１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である、
請求項１または２に記載の光電変換素子。

【請求項4】

前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、（８，７）、（１４，０）、（１３，２）、（９，７）、（１１，４）、（１２，２）、（１２，４）、（１０，６）、（１３，０）、（１１，６）、（９，８）、（１５，１）、（１４，３）、（１０，８）、（１３，３）、（１４，１）、（１３，５）、（１２，５）、（１１，７）、（１７，０）、（１２，７）、（１６，２）および（１０，９）からなる群から選択される少なくとも１つのカイラリティを有する半導体型カーボンナノチューブを含む、
請求項３に記載の光電変換素子。

【請求項5】

前記第１材料は、ＢＴ－ＣＩＣおよびＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣからなる群から選択される少なくとも一つを含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光電変換素子。

【請求項6】

複数の半導体型カーボンナノチューブの各々の直径が均一である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の光電変換素子。

【請求項7】

前記第１波長は、１５００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下である、
請求項１または２に記載の光電変換素子。

【請求項8】

前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、（１０，８）、（１３，３）、（１４，１）、（１３，５）、（１２，５）、（１１，７）、（１７，０）、（１２，７）、（１６，２）、（１０，９）、（１５，４）、（１４，４）、（１５，２）、（１６，０）、（１３，６）、（１１，９）、（１４，６）、（１２，８）、（１８，１）、（１３，８）、（１７，３）、（１１，１０）、（１６，３）、（１６，５）、（１７，１）、および（１５，５）からなる群から選択される少なくとも１つのカイラリティを有する半導体型カーボンナノチューブを含む、
請求項７に記載の光電変換素子。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の光電変換素子で構成される第１光電変換素子と、
前記第１光電変換素子を透過した光を受光する第２光電変換素子と、
を備える、
電子デバイス。

【請求項10】

前記第１光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光に対応する第１信号を生成し、
前記第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子を通過した、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対応する第２信号を生成する、
請求項９に記載の電子デバイス。

【請求項11】

前記第１光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光を吸収して電力を生成し、
前記第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子を通過した、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対応する信号を生成する、
請求項９に記載の電子デバイス。

【請求項12】

第１光電変換素子と、
前記第１光電変換素子を透過した光を受光する第２光電変換素子と、
を備え、
前記第１光電変換素子は、
第１電極と、
第２電極と、
複数の半導体型カーボンナノチューブと、前記複数の半導体型カーボンナノチューブに対してドナーまたはアクセプターとして機能する第１材料と、を含み、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層と、
を備え、
前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、第１波長において第１吸収ピークを含み、前記第１波長よりも短い第２波長において第２吸収ピークを含み、前記第２波長よりも短い第３波長において第３吸収ピークを含む吸光特性を有し、
前記第１材料は、前記第１波長と前記第２波長との間の第１波長範囲、および、前記第２波長と前記第３波長との間の第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明であり、
前記第１光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光に対応する信号を生成し、
前記第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子を通過した、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の光を吸収して電力を生成する、
電子デバイス。

【請求項13】

発光素子と、
前記発光素子の発光面上方に位置する請求項１から８のいずれか一項に記載の光電変換素子と、
を備え、
前記発光素子は、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光を出射し、
前記光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光を吸収して電力を生成する、または、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光に対応する信号を生成する、
発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光電変換素子、電子デバイスおよび発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体型単層カーボンナノチューブは近赤外領域の吸光に対応するバンドギャップを有すること、キャリア輸送特性に優れること、および、その特異な状態密度を反映した吸光係数の大きさから、太陽電池または光センサなどの光電変換素子において有望な材料として研究されている。以下では、半導体型単層カーボンナノチューブをｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ ＮａｎｏＴｕｂｅ）と称する場合がある。ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、指数（ｎ，ｍ）で表されるカイラリティによって、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径および吸光特性が異なる。

【0003】

特許文献１には、半導体型カーボンナノチューブをドナーまたはアクセプターとして含む光電変換層を含む撮像装置が開示されている。

【0004】

非特許文献１には、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ層とＣ_６０フラーレン層との積層構造を利用した太陽電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６１６１０１８号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ ｅｘｃｉｔｏｎｓ ｆｒｏｍ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｙｐｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍｓ」Ｄ． Ｊ． Ｂｉｎｄｌ ｅｔ ａｌ．， Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． １１， ｐ４５５－４６０， ２０１１

【文献】「Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ Ｗｉｔｈ ａ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｃｈｉｒａｌｉｔｙ （ｎ，ｍ）」Ｙ． Ｈｉｒａｎａ ｅｔ ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ， Ｖｏｌ． ３， ｐ２９５９， ２０１３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本開示は、特定の波長範囲において十分な光透過性を有し、かつ、当該特定の波長範囲とは異なる別の波長範囲において光応答する光電変換素子等を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係る光電変換素子は、第１電極と、第２電極と、複数の半導体型カーボンナノチューブと前記複数の半導体型カーボンナノチューブに対してドナーまたはアクセプターとして機能する第１材料とを含み、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層と、を備える。前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、第１波長において第１吸収ピークを含み、前記第１波長よりも短い第２波長において第２吸収ピークを含み、前記第２波長よりも短い第３波長において第３吸収ピークを含む吸光特性を有する。前記第１材料は、前記第１波長と前記第２波長との間の第１波長範囲、および、前記第２波長と前記第３波長との間の第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である。

【0009】

また、本開示の一態様に係る電子デバイスは、上記光電変換素子で構成される第１光電変換素子と、前記第１光電変換素子を透過した光を受光する第２光電変換素子と、を備える。

【0010】

また、本開示の一態様に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子の発光面上方に位置する上記光電変換素子と、を備える。前記発光素子は、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光を出射する。前記光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光を吸収して電力を生成する、または、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光に対応する信号を生成する。

【発明の効果】

【0011】

本開示の一態様によれば、特定の波長範囲において十分な光透過性を有し、かつ、当該特定の波長範囲とは異なる別の波長範囲において光応答する光電変換素子等を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】図１Ａは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴにおける状態密度と光学遷移との関係を示す図である。

【図1B】図１Ｂは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの吸収スペクトルの例を示す模式図である。

【図2A】図２Ａは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴにおける直径と光学遷移エネルギーとの関係を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴにおける直径と吸収波長との関係を示す図である。

【図3A】図３Ａは、実施の形態１に係る光電変換素子の構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図3B】図３Ｂは、図３Ａに示される光電変換素子のエネルギーダイアグラムの一例である。

【図4A】図４Ａは、実施の形態１に係る光電変換素子の構成の別の例を模式的に示す断面図である。

【図4B】図４Ｂは、実施の形態１に係る光電変換素子の構成のさらに別の例を模式的に示す断面図である。

【図5A】図５Ａは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径範囲を１．１ｎｍ±０．３ｎｍとした場合の第１波長範囲および第２波長範囲を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径範囲を１．１ｎｍ±０．１ｎｍとした場合の第１波長範囲および第２波長範囲を示す図である。

【図6】図６は、各種有機半導体の吸収スペクトルを示す図である。

【図7】図７は、実施の形態１に係るアクセプター層に用いられる電子アクセプター材料のエネルギーダイアグラムを示す図である。

【図8A】図８Ａは、実施の形態１に係る光電変換素子の構成のさらに別の例を模式的に示す断面図である。

【図8B】図８Ｂは、図８Ａに示される光電変換素子のエネルギーダイアグラムの一例である。

【図9】図９は、実施の形態２に係る撮像装置の回路構成の一例を示す図である。

【図10】図１０は、実施の形態２に係る撮像装置中の画素のデバイス構造を模式的に示す断面図である。

【図11】図１１は、実施の形態３に係る撮像装置の２つの光電変換部の構成を模式的に示す断面図である。

【図12】図１２は、実施の形態４に係る太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。

【図13】図１３は、実施の形態５に係る電子デバイスの構成を模式的に示す概略斜視図である。

【図14】図１４は、実施の形態６に係る発光装置の構成を模式的に示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（本開示の一態様を得るに至った知見）
ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、励起子の束縛エネルギーが数百ｍｅＶ程度と大きいため、室温程度では容易に励起子を乖離することができない。そこで、非特許文献１では、励起子を電子と正孔とに乖離するために、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ層にＣ_６０フラーレン層を積層して、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ層とＣ_６０フラーレン層との界面にヘテロ構造を設けている。励起子、すなわち、電子正孔対は、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ層とＣ_６０フラーレン層との界面、いわゆるヘテロ界面まで拡散した後、このヘテロ界面のエネルギーオフセットを利用して、励起子の電子はＣ_６０フラーレン層側へ移動し、励起子の正孔はｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ層側へ移動する。その結果、励起子の電子および正孔は、電荷キャリアとして外部電極へ移動する。

【0014】

しかしながら、Ｃ_６０フラーレンは、可視光領域の波長に吸収を有する。そのため、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴとＣ_６０フラーレンとを組み合わせた光電変換材料の分光感度スペクトルは、可視光領域から近赤外領域にわたる広い波長範囲において感度を有する。例えば、家屋の屋根など光を透過させる必要のない用途においては、太陽電池に入射する光のうち、より広い波長範囲の光に対して感度を有することが有効である。しかし、例えば、窓に設置される太陽電池などの用途においては、可視光領域の波長の光が吸収され、可視光を室内に十分取り込めないため、窓としての機能に弊害が生じ得る。その他にも、透過光を積極的に利用する用途が考えられる。

【0015】

本発明者らは、特定の波長範囲の光を透過する光電変換素子について検討を行った。その結果、特定のカイラリティを有するｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと特定の材料とを組み合わせることにより、特定の波長範囲の光、例えば可視光を透過し得る光電変換素子を実現できることを見出した。

【0016】

図１Ａは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴにおける状態密度と光学遷移との関係を示す図である。また、図１Ｂは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの吸収スペクトルの例を示す模式図である。図１Ａに示されるように、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの状態密度は、価電子帯と伝導帯とのそれぞれにｖａｎ Ｈｏｖｅ特異点と呼ばれる離散的なピークを有し、これらの状態密度間に対応したエネルギーに、強くて鋭い光学吸収遷移を有する。これらの光学吸収遷移の光学遷移エネルギーは、低エネルギー側から、光学遷移エネルギーＥ_１１、Ｅ_２２およびＥ_{３ ３}である。つまり、低エネルギー側からｉ番目の光学遷移エネルギーは、光学遷移エネルギーＥ_ｉｉである。また、これらの光学吸収遷移は、光学遷移エネルギーの小さい順に、Ｅ_１１遷移、Ｅ_２２遷移およびＥ_３３遷移と呼ばれる場合がある。つまり低エネルギー側からｉ番目の光学吸収遷移は、Ｅ_ｉｉ遷移である。これにより、図１Ｂに示されるように、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの吸収スペクトルは、低エネルギーつまり長波長側から順に、Ｅ_１１、Ｅ_２２およびＥ_３３遷移に対応する狭波長帯域の吸収ピークを有し、その他の波長範囲にはほとんど吸収をもたない。

【0017】

図２Ａは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴにおける直径と光学遷移エネルギーとの関係を示す図である。また、図２Ｂは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴにおける直径と吸収波長との関係を示す図である。図２Ｂは、図２Ａにおける光学遷移エネルギーＥ_ｉｉを、そのエネルギーに相当する光の吸収波長に換算して表示した図である。図２Ａに示されるように、光学遷移エネルギーＥ_ｉｉは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径に依存する。また、図２Ｂからわかるように、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径が大きくなるにつれて、光学遷移エネルギーＥ_ｉｉに相当する吸収波長も長波長側に推移する。ここで、特定の直径に着目したとき、光学遷移エネルギーＥ_１１、Ｅ_２２およびＥ_３３それぞれに相当する吸収波長の間隔は５０ｎｍ以上離れていることがわかる。例えば、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径が１ｎｍ程度であれば、光学遷移エネルギーＥ_１１、Ｅ_２２およびＥ_３３に相当する吸収波長は、それぞれ、およそ、１３００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下、７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下、および、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲にあり、各吸収波長の間の波長では光吸収がほとんどないと言える。言い換えると、直径１ｎｍのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、４５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下、および、８００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長に対して光学的に透明な媒体となり得る。よって、４５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長に対して透明な半導体と直径１ｎｍのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴとを組み合わせてヘテロ界面を形成することで、可視光に対して透明、かつ、光学遷移エネルギーＥ_ｉｉに相当する吸収波長で光電変換するような光電変換素子が実現できる。

【0018】

本開示の一態様の概要は以下の通りである。

【0019】

本開示の一態様に係る光電変換素子は、第１電極と、第２電極と、複数の半導体型カーボンナノチューブと前記複数の半導体型カーボンナノチューブに対してドナーまたはアクセプターとして機能する第１材料とを含み、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層と、を備える。前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、第１波長において第１吸収ピークを含み、前記第１波長よりも短い第２波長において第２吸収ピークを含み、前記第２波長よりも短い第３波長において第３吸収ピークを含む吸光特性を有する。前記第１材料は、前記第１波長と前記第２波長との間の第１波長範囲、および、前記第２波長と前記第３波長との間の第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である。

【0020】

これにより、光電変換層は、第１波長、第２波長および第３波長に吸収ピークを有する。その結果、光電変換層は、これらの波長を含む波長範囲に感度を有するとともに、第１波長範囲および第２波長範囲の光を透過させる。また、光の吸収により半導体型カーボンナノチューブで生成した電子正孔対の電子と正孔とを解離させるために必要なドナーまたはアクセプターとして機能する第１材料は、第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である。そのため、光電変換素子は、第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光を透過させることができる。よって、特定の波長範囲において十分な光透過性を有し、かつ、当該特定の波長範囲とは異なる別の波長範囲において光応答する光電変換素子が実現される。

【0021】

また、例えば、前記第２波長範囲は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲を含んでもよい。

【0022】

これにより、第１材料が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明である場合には、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の可視光を透過させることができる光電変換素子が実現される。

【0023】

また、例えば、前記第１波長は、１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下であってもよい。

【0024】

これにより、光電変換素子は、地上における太陽光スペクトルのうち大気の吸収によりその強度が減衰する波長帯域を含む１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長範囲に感度を有する。そのため、光電変換素子を撮像装置に用いた場合、撮像装置は、別途被写体に照射する照明光の反射光に応じた撮像を、太陽光の影響を受けずに行うことが可能であり、昼と夜とで同等の撮像を行うことができる。

【0025】

また、例えば、前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、（８，７）、（１４，０）、（１３，２）、（９，７）、（１１，４）、（１２，２）、（１２，４）、（１０，６）、（１３，０）、（１１，６）、（９，８）、（１５，１）、（１４，３）、（１０，８）、（１３，３）、（１４，１）、（１３，５）、（１２，５）、（１１，７）、（１７，０）、（１２，７）、（１６，２）および（１０，９）からなる群から選択される少なくとも１つのカイラリティを有する半導体型カーボンナノチューブを含んでもよい。

【0026】

このようなカイラリティの半導体型カーボンナノチューブを含むことで、第１波長が１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下となるような複数の半導体型カーボンナノチューブが実現される。

【0027】

また、例えば、前記第１波長は、１５００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下であってもよい。

【0028】

これにより、光電変換素子は、夜間において上空の大気が発する赤外光であるナイトグロウの強度が月の満ち欠けによらずに高くなる波長範囲に感度を有する。そのため、光電変換素子を撮像装置に用いた場合、撮像装置は、照明をたかなくても夜間の屋外撮像を行うことができる。

【0029】

また、例えば、前記複数の半導体型カーボンナノチューブは、（１０，８）、（１３，３）、（１４，１）、（１３，５）、（１２，５）、（１１，７）、（１７，０）、（１２，７）、（１６，２）、（１０，９）、（１５，４）、（１４，４）、（１５，２）、（１６，０）、（１３，６）、（１１，９）、（１４，６）、（１２，８）、（１８，１）、（１３，８）、（１７，３）、（１１，１０）、（１６，３）、（１６，５）、（１７，１）、および（１５，５）からなる群から選択される少なくとも１つのカイラリティを有する半導体型カーボンナノチューブを含んでもよい。

【0030】

このようなカイラリティの半導体型カーボンナノチューブを含むことで、第１波長が１５００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下となるような複数の半導体型カーボンナノチューブが実現される。

【0031】

また、例えば、前記第１材料のエネルギーギャップは、３．１ｅＶ以上であってもよい。

【0032】

これにより、第１材料は、可視光領域よりも短い波長範囲の光を吸収し、可視光領域の光は吸収しない。そのため、可視光を透過させることができる光電変換素子が実現される。

【0033】

また、例えば、前記第１材料は、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＡｌＺｎＯ（ＡＺＯ）、ＩｎＧａＺｎＯ（ＩＧＺＯ）、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＮＴＣＤＡ、ＴＣＮＱおよびＴＣＮＮＱからなる群から選択される少なくとも一つを含んでもよい。

【0034】

これにより、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで生成した励起子を電荷分離するために有効なエネルギーオフセットがｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴとのヘテロ界面で形成されるため、電荷分離効率、すなわち光電変換効率を高められる。

【0035】

また、例えば、前記第１材料は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であり、前記第１材料のエネルギーギャップは、３．１ｅＶ以下であってもよい。

【0036】

これにより、第１材料は、エネルギーギャップが３．１ｅＶ以下であっても、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であるため、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の可視光を透過させることができる光電変換素子が実現される。

【0037】

また、例えば、前記第１材料は、ＢＴ－ＣＩＣおよびＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣからなる群から選択される少なくとも一つを含んでもよい。

【0038】

これにより、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで生成した励起子を電荷分離するために有効なエネルギーオフセットがｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴとのヘテロ界面で形成されるため、電荷分離効率、すなわち光電変換効率を高められる。

【0039】

また、例えば、数の半導体型カーボンナノチューブの各々の直径が均一であってもよい。

【0040】

これにより、光電変換層は、均一な直径の複数の半導体型カーボンナノチューブを含むため、第１波長、第２波長および第３波長に狭波長帯域の吸収ピークを有する。その結果、光電変換層は、これらの波長を含む波長範囲に感度を有するとともに、第１波長範囲および第２波長範囲の光を透過させる。

【0041】

また、本開示の一態様に係る電子デバイスは、上記光電変換素子で構成される第１光電変換素子と、前記第１光電変換素子を透過した光を受光する第２光電変換素子と、を備える。

【0042】

これにより、第２光電変換素子が、第１光電変換素子を透過した光を光電変換できる。よって、異なる２つの波長範囲の光を利用した電子デバイスが実現される。また、同じ入射光軸上に第１光電変換素子と第２光電変換素子とを配置できるため、電子デバイスを小型化できる。

【0043】

また、例えば、前記第１光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光に対応する第１信号を生成し、前記第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子を通過した、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対応する第２信号を生成してもよい。

【0044】

これにより、第１光電変換素子と第２光電変換素子とによって、異なる２つの波長範囲に対応する信号を得ることができる電子デバイスが実現される。また、同じ入射光軸上に第１光電変換素子と第２光電変換素子とを配置できるため、電子デバイスを小型化できる。

【0045】

また、例えば、前記第１光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光を吸収して電力を生成し、前記第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子を通過した、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光に対応する信号を生成してもよい。

【0046】

これにより、第１光電変換素子で生成された電力を使って、第２光電変換素子を含む撮像装置または光センサ等を駆動させるための電力の少なくとも一部を賄うことができる。よって、省電力な電子デバイスが実現される。また、同じ入射光軸上に第１光電変換素子と第２光電変換素子とを配置できるため、電子デバイスを小型化できる。

【0047】

また、例えば、前記第１光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光に対応する信号を生成し、前記第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子を通過した、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の光を吸収して電力を生成してもよい。

【0048】

これにより、第２光電変換素子で生成された電力を使って、第１光電変換素子を含む撮像装置または光センサ等を駆動させるための電力の少なくとも一部を賄うことができる。よって、省電力な電子デバイスが実現される。また、同じ入射光軸上に第１光電変換素子と第２光電変換素子とを配置できるため、電子デバイスを小型化できる。

【0049】

また、本開示の一態様に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子の発光面上方に位置する上記光電変換素子と、を備え、前記発光素子は、前記第１波長範囲および前記第２波長範囲からなる群から選択される少なくとも一方の波長範囲の光を出射し、前記光電変換素子は、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光を吸収して電力を生成する、または、前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長からなる群から選択される少なくとも一つの波長の光に対応する信号を生成する。

【0050】

これにより、光電変換素子がイメージセンサまたは光センサなどの一部として機能する場合、対象物の検知結果に応じて発光素子を含む照明の明るさを制御したり、発光素子を含むディスプレイに表示させる内容を変更したりすることができる。また、光電変換素子が太陽電池の一部として機能する場合、発光素子を含む発光モジュールの電力の少なくとも一部を賄うことができる。よって、省電力な発光装置が実現される。

【0051】

また、光電変換素子が、発光素子の出射する光の光軸上に配置される場合であっても、発光素子の出射する第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光が光電変換素子を透過するため、発光装置として機能が損なわれない。よって、光電変換素子を発光素子の出射する光の光軸上に配置できるため、発光装置を小型化できる。

【0052】

以下で、本開示の実施形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。しかしながら、それらは本開示の範囲を限定するのではなく、説明のためにのみ提供されるものである。

【0053】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0054】

また、本明細書において、光電変換素子、電子デバイスおよび発光装置としての動作に必須あるいは特性の改善に有効であるが、本開示の説明に不要な要素については省略している。また、各図面はあくまで概念を示す図であり、縮尺、形状等は一切考慮に入れていない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。

【0055】

また、本明細書において、等しいなどの要素間の関係性を示す用語、および、正方形または円形などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

【0056】

また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）および下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。

【0057】

（実施の形態１）
［光電変換素子の全体構成］
まず、本実施の形態に係る光電変換素子の全体構成について説明する。図３Ａは、本実施の形態に係る光電変換素子１０Ａの構成を模式的に示す断面図である。また、図３Ｂは、図３Ａに示される光電変換素子１０Ａのエネルギーダイアグラムの一例である。図３Ａに示されるように、光電変換素子１０Ａは、一対の電極である下部電極２および上部電極３と、下部電極２と上部電極３との間に位置する光電変換層４とを備える。光電変換層４は、それぞれの直径が均一な複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを含むカーボンナノチューブ層４ａと、カーボンナノチューブ層４ａと上部電極３との間に位置し、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴに対してアクセプターとして機能する電子アクセプター材料を含むアクセプター層４ｂとを有する。つまり、光電変換層４は、それぞれの直径が均一な複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴに対してアクセプターとして機能する電子アクセプター材料とを含む。本明細書において、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは半導体型カーボンナノチューブの一例であり、電子アクセプター材料は第１材料の一例である。また、下部電極２は第１電極の一例であり、上部電極３は第２電極の一例である。また、以下では、「それぞれの直径が均一な複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ」を「均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ」と称する場合がある。

【0058】

また、光電変換素子１０Ａは、基板１に支持されている。光電変換素子１０Ａでは、基板１の表面に、下部電極２、ドナー層として特定の直径に制限され、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを含むカーボンナノチューブ層４ａ、アクセプター層４ｂ、および、上部電極３がこの順に積層されている。

【0059】

図４Ａ及び図４Ｂは、本実施の形態に係る光電変換素子の構成の別の例を模式的に示す断面図である。図４Ａに示されるように、光電変換素子１１Ａは、光電変換層１０Ａの光電変換層４の代わりに、光電変換層４ｄを備えていてもよい。光電変換層４ｄは、カーボンナノチューブ層４ａと、アクセプター層４ｂと、カーボンナノチューブ層４ａと、アクセプター層４ｂとの間に位置し、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと電子アクセプター材料とを含む混合層４ｃとを有する。光電変換層４ｄがこのような構成を有することで、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと電子アクセプター材料とが接触するヘテロ界面が、混合層４ｃのなかに多数形成されるため、光電変換層４ｄはヘテロ界面の面積を増やすことができる。その結果、光電変換素子１１Ａの光電変換効率が増加する。また、図４Ｂに示されるように、光電変換素子１１Ｂは、光電変換層１０Ａの光電変換層４の代わりに、光電変換層４ｅを備えていてもよい。光電変換層４ｅは、混合層４ｃで構成されている。光電変換層４ｅがこのような構成を有することで、光電変換層４ｅは、ヘテロ界面の面積を最大化できる。そのため、光電変換素子１１Ｂにおいてより高い光電変換効率が実現できる。

【0060】

［基板］
基板１は、光電変換素子１０Ａを支持する支持基板である。基板１の材料は特に限定されるものではなく、第１波長範囲または第２波長範囲等の所望とする波長において高透光性であり、かつ、高導電性である材料を用いることができる。本明細書において、所望とする波長において高透光性であるとは、所望とする波長において、光の透過率が５０％以上であることを意味する。また、光電変換素子１０Ａを窓等の一部として使用する場合における視認性および透過光の利用等の観点から、高導電性である材料の光の透過率は７０％以上であってもよい。基板１の材料は、第１波長範囲および第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明であってもよい。例えば、可視光領域に対して光透過性を持たせる場合には、基板１の材料は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの導電性金属酸化物、または、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸から成る複合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などの導電性高分子がコートされたガラス基板もしくはプラスチック基板であってもよい。また、基板１は、プラグまたは配線等によって下部電極２を外部と電気的に接続して使用される場合には、導電性を有していなくてもよい。

【0061】

［下部電極および上部電極］
下部電極２および上部電極３は、所望とする波長において高透光性の透明電極である。下部電極２および上部電極３には、例えば、配線（不図示）によってバイアス電圧が印加される。例えば、バイアス電圧は、光電変換層４で発生した電子正孔対のうち、電子が上部電極３に移動し、正孔が下部電極２に移動するように、極性が決定される。また、光電変換層４で発生した電子正孔対のうち、正孔が上部電極３に移動し、電子が下部電極２に移動するように、バイアス電圧を設定してもよい。

【0062】

下部電極２および上部電極３の材料は、第１波長範囲および第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明であってもよい。下部電極２および上部電極３の材料としては、例えば、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）が用いられる。ＴＣＯは、特に限定されないが、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ＩｎＺｎＯ；Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ＡｌＺｎＯ：Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ
Ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆｌｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２等を用いることができる。

【0063】

［カーボンナノチューブ層］
カーボンナノチューブ層４ａは、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを含む層である。例えば、カーボンナノチューブ層４ａに含まれるすべての複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで構成され、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ以外のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、実質的に含まれない。カーボンナノチューブ層４ａは、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴとして種々の直径を有するｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴが混在した状態では、様々な波長に吸収ピークが現れてしまい、結果として所望の波長範囲に対して十分な透光性をもたなくなってしまう。

【0064】

図５Ａは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径範囲を１．１ｎｍ±０．３ｎｍとした場合の第１波長範囲および第２波長範囲を示す図である。図５Ｂは、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径範囲を１．１ｎｍ±０．１ｎｍとした場合の第１波長範囲および第２波長範囲を示す図である。例えば、図５Ａに示されるように、直径１．１ｎｍ±０．３ｎｍの直径範囲に含まれる種々の直径を有するｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴでカーボンナノチューブ層が構成される場合、第１波長、第２波長および第３波長は、それぞれドットでハッチングされた吸収波長範囲に複数の吸収ピークを有し、第１波長範囲および第２波長範囲は、１００ｎｍ以下の波長帯域しかない。そのため、ごく限られた波長範囲でのみ透光性を有するものの、第１波長範囲および第２波長範囲が存在していても実質的にはほとんど不透明とみなされる。他方、カーボンナノチューブ層４ａを構成するｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径分布が、図５Ｂに示されるように直径１．１ｎｍ±０．１ｎｍの直径範囲に制限されている場合、高い透光性を示す第１波長範囲および第２波長範囲の波長帯域の幅は、２００ｎｍ以上に拡がる。

【0065】

従って、本実施の形態に係るカーボンナノチューブ層４ａの複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、所望の波長に対して高い透光性を有するように、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで構成される。ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径は、カイラリティによって決定される。そのため、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、カイラリティの揃った複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで構成されることにより、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで構成されることになる。なお、本明細書において、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴとは、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴそれぞれの直径が、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの平均直径に対して±１０％以内の直径であることを意味する。

【0066】

通常、合成された複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、様々なカイラリティを含んでいるため、そのままでは所望の波長に対する透光性が十分とは言えない。他方で、ある種のポリマーは、特定のカイラリティのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴに選択的に巻き付き、かつ、溶媒に良く分散することが知られている。従って、例えば、ポリチオフェン系またはポリフルオレン系のポリマーと種々のカイラリティを有するｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴとを溶媒中で超音波処理する。その後、遠心分離によって、ポリマーによってラップされたｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを選り分けることで、特定のカイラリティに限定された、すなわち、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを含む分散液が得られる。得られた分散液をスピンコートまたはディップコートなど種々の方法で成膜することで、特定の波長範囲に対して高い透光性を有するカーボンナノチューブ層４ａを形成できる。

【0067】

また、ポリマーで選別する方法とは異なる、均一な直径のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを得る方法として、（ａ）合成時の触媒種類または合成条件等を変えることによって、特定のカイラリティに限定したｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの選択成長法、および、（ｂ）カーボンナノチューブの最短構造となるカーボンナノリングをテンプレートとして特定のカイラリティのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを精密に合成する方法など、が挙げられる。カーボンナノチューブ層４ａには、種々の方法によって合成された特定のカイラリティのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴがそのまま用いられてもよい。また、カーボンナノチューブ層４ａには、さらに上述の方法を組み合わせることで、より高純度の単一カイラリティのみを有するｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴが用いられてもよい。

【0068】

均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、図１Ｂに示されるように、長波長側からみて順に、第１波長において第１吸収ピークを有し、第２波長において第２吸収ピークを有し、第３波長において第３吸収ピークを有する吸光特性を有する。第１吸収ピーク、第２吸収ピークおよび第３吸収ピークは、それぞれ、光学遷移エネルギーＥ_１１、Ｅ_２２およびＥ_３３に対応する吸収ピークである。また、第１吸収ピーク、第２吸収ピークおよび第３吸収ピークの半値幅は小さい。そのため、狭波長帯域で感度を有する光電変換素子１０Ａが実現される。

【0069】

第１波長は、１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下であってもよい。これにより、１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長範囲は、地表においてその強度が大きく減衰しており太陽光が欠落している波長範囲であるため、光電変換素子１０Ａを撮像装置に用いた場合、当該波長範囲の光を被写体に別途照射することで、太陽光の影響を受けることなく、昼でも夜でも同等の撮像が可能となる。特に、１３５０ｎｍ以上１４５０ｎｍ以下の波長範囲では地表において太陽光の減衰がより大きいため、太陽光の影響がより少ない撮像が実現できる。また、１４００ｎｍを超える波長は、アイセーフ波長と呼ばれ、目に対する障害しきい値が高い、すなわち、目に対する最大許容露光量が高いという特徴を有するため、他の波長帯域よりも安全性が高い。従って、例えば、人がいる環境下において波長１５５０ｎｍに第１波長を有する均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで光電変換層４を構成した光電変換素子１０Ａを撮像装置に用いた場合、当該波長の光を被写体に照射する際に、他の波長帯域よりも高い出力のレーザまたはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を使用することができる。そのため、当該撮像装置は、より明るい撮像を実現できる。

【0070】

第１波長が１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下となるようなｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径は、およそ１ｎｍ以上１．４ｎｍ以下の範囲にある。第１波長が１３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下となるようなｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの具体的なカイラリティとしては、（８，７）、（１４，０）、（１３，２）、（９，７）、（１１，４）、（１２，２）、（１２，４）、（１０，６）、（１３，０）、（１１，６）、（９，８）、（１５，１）、（１４，３）、（１０，８）、（１３，３）、（１４，１）、（１３，５）、（１２，５）、（１１，７）、（１７，０）、（１２，７）、（１６，２）および（１０，９）のなかから選択される。

【0071】

［アクセプター層］
アクセプター層４ｂは、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで発生した励起子すなわち電子正孔対を効率的に電子と正孔とに乖離するための層である。具体的には、アクセプター層４ｂは、カーボンナノチューブ層４ａとのヘテロ界面で電子を受けとる層である。アクセプター層４ｂは、例えば、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴに対して電子受容性が高い、すなわち、アクセプターとして機能する電子アクセプター材料を含む。言い換えれば、図３Ｂに示されるように、アクセプター層４ｂの電子親和力χ_Ａは、例えば、カーボンナノチューブ層４ａの電子親和力χ_ＣＮＴと同等かそれより大きい。ここで、電子親和力とは、真空準位と最低非占有軌道（ＬＵＭＯ；Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）または伝導帯下端のエネルギー準位との差である。アクセプター層４ｂが電子アクセプター材料で構成され、カーボンナノチューブ層が複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで構成される場合、電子親和力χ_Ａは電子アクセプター材料の電子親和力であり、電子親和力χ_ＣＮＴは複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの電子親和力である。非特許文献２によれば、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴのＬＵＭＯの準位は、直径に依存し、直径が大きいほど真空準位を基準として深いエネルギー準位をとる。従って、用いられる複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径に対応するカイラリティに応じて、適したＬＵＭＯのエネルギー準位となるような電子アクセプター材料が選択される。例えば、可視光領域に対して透明となる直径１ｎｍ程度のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの場合、電子親和力χ_ＣＮＴは４ｅＶ程度である。そのため、電子アクセプター材料として、電子親和力χ_Ａが、４ｅＶと同等かそれよりも大きい値を有する材料が選択される。アクセプター層４ｂは、例えば、電子アクセプター材料を含む分散液のスピンコートまたはアクセプター材料の蒸着など種々の方法で成膜することで形成される。

【0072】

また、電子アクセプター材料は、第１波長と第２波長との間の第１波長範囲、および、第２波長と第３波長との間の第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である。これにより、第１波長範囲および第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である光電変換素子１０Ａが実現される。また、第１波長範囲および第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して感度を有さない光電変換素子１０Ａが実現される。なお、本明細書において、材料がある波長範囲の光に対して透明であるとは、当該材料を１００ｎｍ以下の膜厚で堆積した場合に、当該波長範囲の光の透過率が、波長によらず５０％以上であることを意味し、実質的に光を透過させることを意味する。また、光電変換素子１０Ａを窓等の一部として使用する場合における視認性および透過光の利用等の観点から、電子アクセプター材料において、当該材料を１００ｎｍ以下の膜厚で堆積した場合に、当該波長範囲の光の透過率が、７０％以上であってもよい。また、電子アクセプター材料において、当該材料で形成する膜の膜厚によらず、当該波長範囲の光の透過率が、５０％以上であってもよく、７０％以上であってもよい。

【0073】

また、アクセプター層４ｂは、電子アクセプター材料以外の材料を含む場合であっても、例えば、電子アクセプター材料以外の材料も第１波長範囲および第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である。

【0074】

第２波長範囲は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲を含んでもよい。これにより、電子アクセプター材料が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲に対して透明である材料である場合には、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲を含む可視光領域に対して透明な光電変換素子１０Ａが実現できる。

【0075】

例えば、可視光領域に対して透明となる、つまり、第１波長範囲または第２波長範囲が可視光領域の波長範囲を含む、直径１ｎｍ程度のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの場合、電子アクセプター材料として、可視光領域に対して高い透過率を有するようエネルギーギャップが３．１ｅＶ以上の材料が選択される。ここで、エネルギーギャップとは、ＬＵＭＯまたは伝導帯下端のエネルギー準位と、最高占有軌道（ＨＯＭＯ；Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）または価電子帯上端のエネルギー準位との差である。

【0076】

可視光に対して透明な電子アクセプター材料とは、例えば、４００ｎｍ以上の波長の光に対する吸収を持たない、すなわち、吸収端と相関するエネルギーギャップが３．１ｅＶ以上の半導体材料である。つまり、電子アクセプター材料のエネルギーギャップは３．１ｅＶ以上であってもよい。また、例えば、可視光に対して透明な電子アクセプター材料は、エネルギーギャップが３．１ｅＶ以下であっても、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であり、実質的に透明とみなせる半導体材料である。つまり、電子アクセプター材料は、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であり、電子アクセプター材料のエネルギーギャップが３．１ｅＶ以下であってもよい。

【0077】

エネルギーギャップが３．１ｅＶ以上の電子アクセプター材料としては、具体的には、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＩＧＺＯ（ＩｎＧａＺｎＯ；Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ
Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２およびＴａ_２Ｏ_５などの酸化物半導体、ならびに、ＮＴＣＤＡ（Ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ－１，４，５，８－ＴｅｔｒａＣａｒｂｏｘｙｌｉｃ ＤｉＡｎｈｙｄｒｉｄｅ）、ＴＣＮＱ（７，７，８，８－ＴｅｔｒａＣｙａＮｏＱｕｉｎｏｄｉｍｅｔｈａｎｅ）およびＴＣＮＮＱ（１１，１１，１２，１２－ＴｅｔｒａＣｙａＮｏＮａｐｈｔｈｏ－２，６－Ｑｕｉｎｏｄｉｍｅｔｈａｎｅ）などのワイドギャップｎ型有機半導体が挙げられる。

【0078】

また、エネルギーギャップが３．１ｅＶ以下であっても４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明である電子アクセプター材料としては、具体的には、下記構造式（１）で示されるＢＴ－ＣＩＣおよび下記構造式（２）で示されるＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣなどの非フラーレン系ローバンドギャップ有機半導体が挙げられる。

【0079】

【化1】

【0080】

【化2】

【0081】

図６は、各種有機半導体の吸収スペクトルを示す図である。図６には、Ｃ_６０フラーレン、Ｃ_７０フラーレン、ＢＴ－ＣＩＣおよびＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣの吸収スペクトルが示されている。図６に示されるように、可視光領域である４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光において、ＢＴ－ＣＩＣおよびＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣの吸光係数は、Ｃ_６０フラーレンおよびＣ_７０フラーレンの吸光係数に比べて低く、波長の変化に対して概ね平坦である。従って、例えば、アクセプター層４ｂとしてＢＴ－ＣＩＣまたはＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣを１００ｎｍの膜厚で堆積した場合であっても、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率は、波長によらず５０％以上を実現できる。また、アクセプター層４ｂとしてＢＴ－ＣＩＣまたはＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣを用いる場合には、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対する感度が小さい光電変換素子１０Ａが実現される。例えば近赤外光または赤外光を用いた撮像用の撮像装置に光電変換素子１０Ａを用いることで、環境光に可視光が含まれるなかでも外乱の少ない映像を撮影できる撮像装置が実現される。

【0082】

他方、Ｃ_６０フラーレンをアクセプター層の電子アクセプター材料として用い、膜厚１００ｎｍの膜厚で体積した場合、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率は、最も低くなる波長４４０ｎｍにおいて３７％まで低下する。さらに、Ｃ_６０フラーレンは、短波長ほど吸光係数が大きい特性を有することから、アクセプター層の透過光は、黄色味を呈し自然光と異なる色温度となる。また、Ｃ_６０フラーレンによる光の吸収によって励起子が生成するため、光電変換素子が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に大きな感度を有することになり、可視光の当該波長範囲の光に感度を有さない光電変換素子が実現されない。よって、近赤外光または赤外光を用いた撮像用の撮像装置にＣ_{６ ０}フラーレンを含む光電変換素子を用いる場合には、環境光に可視光が含まれるなかでは外乱の生じた映像が撮像される。そのため、当該光電変換素子は、バンドパスフィルタ等によって４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光をカットしなければ、撮像装置に用いることができない。

【0083】

図７は、本実施の形態に係るアクセプター層４ｂに用いられる電子アクセプター材料のエネルギーダイアグラムを示す図である。図７に示されるように、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ、ＳｎＯ_２、ＮＴＣＤＡおよびＴＣＮＱは、エネルギーギャップが３．１ｅＶ以上であり、かつ、直径１ｎｍ程度のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴよりも電子親和力が大きい。よって、光電変換素子１０Ａとして、可視光に対して透明な光電変換素子を実現する場合、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ、ＳｎＯ_２、ＮＴＣＤＡおよびＴＣＮＱは、電子アクセプター材料として有用である。また、ＢＴ－ＣＩＣおよびＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣは、エネルギーギャップが３．１ｅＶ以下であるものの、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であり、かつ、直径１ｎｍ程度のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴよりも電子親和力が大きい。よって、光電変換素子１０Ａとして、可視光に対して透明な光電変換素子を実現する場合、ＢＴ－ＣＩＣおよびＣＯ_ｉ８ＤＦＩＣは、電子アクセプター材料として有用である。

【0084】

以上のように、例えば、光電変換層４の材料として、直径１ｎｍ程度のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと可視光領域に対して透明な電子アクセプター材料とを組み合わせることで、可視光領域に対して高い光透過性を有し、光学遷移エネルギーＥ_１１に相当する波長１１００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下の光に応答する近赤外光電変換素子が実現できる。

【0085】

このように、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと当該複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴが透光性を有する波長範囲の光に対して透明である電子アクセプター材料とで光電変換層４を構成することで、特定の波長の光を光電変換し、かつ、選択的にある範囲の波長に対して透光性を有する光電変換素子１０Ａが実現できる。また、ｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの直径は、カイラリティによって決まるので、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴは、所望とする単一の直径に相当する複数のカイラリティのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで構成してもよいし、単一のカイラリティのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで構成してもよい。複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴが単一のカイラリティを有することで、異なるカイラリティのｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの間での吸収スペクトルの吸収ピークにおける波長の違いがなくなる分、吸収スペクトルに現れる吸収ピークを先鋭化させることができ、かつ、透光性を有する波長範囲における光の透過性も向上する。

【0086】

なお、光電変換素子１０Ａは、アクセプター層４ｂの代わりにドナー層を備えていてもよい。ドナー層は、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴで発生した励起子すなわち電子正孔対を効率的に電子と正孔とに乖離するための層である。具体的には、ドナー層は、カーボンナノチューブ層４ａとのヘテロ界面で、正孔を受けとる層である。ドナー層は、例えば、複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴに対して電子供与性が高い、すなわち、ドナーとして機能する電子ドナー材料を含む。言い換えれば、ドナー層のイオン化ポテンシャルは、例えば、カーボンナノチューブ層４ａのイオン化ポテンシャル以下である。

【0087】

［混合層］
混合層４ｃは、上述の、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと電子アクセプター材料とを含む層である。混合層４ｃは、例えば、均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴと電子アクセプター材料とを含む分散液のスピンコートなど種々の方法で成膜することで形成される。均一な直径の複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴおよび電子アクセプター材料については、上述の通りであり、説明は省略する。

【0088】

［光電変換素子の別の例］
次に、本実施の形態に係る光電変換素子の別の例について図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは、本実施の形態に係る光電変換素子の別の例である光電変換素子１０Ｂの構成を模式的に示す断面図である。図８Ｂは、図８Ａに示される光電変換素子１０Ｂのエネルギーダイアグラムの一例である。なお、図８Ａに示される光電変換素子１０Ｂにおいて、図３Ａに示される光電変換素子１０Ａと同じ構成要素には同じ参照符号を付し、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0089】

図８Ａに示されるように、光電変換素子１０Ｂは、一対の下部電極２および上部電極３と、下部電極２と上部電極３との間に位置する光電変換層４と、光電変換層４と下部電極２との間に位置する電子ブロッキング層５と、光電変換層４と上部電極３との間に位置する正孔ブロッキング層６とを備える。言い換えると、光電変換素子１０Ｂは、基板１の表面に、下部電極２、電子ブロッキング層５、カーボンナノチューブ層４ａ、アクセプター層４ｂ、正孔ブロッキング層６、および、上部電極３がこの順に積層されている構造を有する。光電変換素子１０Ｂは、光電変換層４で発生した正孔が下部電極２に流れ、電子が上部電極３に流れる場合の構成である。なお、光電変換層４はカーボンナノチューブ層４ａ、アクセプター層４ｂの積層構造としてもよいし、カーボンナノチューブ層４ａ、アクセプター層４ｂの混合層をさらに含んでいてもよいし、混合層のみ構成されていてもよい。

【0090】

本実施の形態に係る光電変換素子は、光電変換素子１０Ｂのように、下部電極２とカーボンナノチューブ層４ａとの間に、暗電流抑制のための電子ブロッキング層５（ＥＢＬ）を備えてもよい。図８Ｂに示されるように、電子ブロッキング層５は、下部電極２からの電子注入の障壁となる層である。下部電極２からの電子注入による暗電流を抑制するため、例えば、電子ブロッキング層５の電子親和力χ_ＥＢＬは、カーボンナノチューブ層４ａの電子親和力χ_ＣＮＴと同等かそれよりも小さい。また、例えば、カーボンナノチューブ層４ａから下部電極２への正孔の伝導を妨げないよう、電子ブロッキング層５のイオン化ポテンシャルＩ_ＥＢＬは、カーボンナノチューブ層４ａのイオン化ポテンシャルＩ_ＣＮＴよりも０．３ｅＶ大きい値を上限としてそれと同等かそれよりも小さい。ここで、イオン化ポテンシャルとは、真空準位と、最高占有軌道（ＨＯＭＯ）または価電子帯上端のエネルギー準位との差である。

【0091】

例えば、電子ブロッキング層５の材料は、上記の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの関係を満たす材料であり、例えば、ｐ型半導体である。電子ブロッキング層５の材料は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳもしくはｐｏｌｙ－ＴＰＤなどの有機材料またはＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｃｕ_２ＯもしくはＣｕＯなどの金属酸化物であってもよい。また、電子ブロッキング層５の材料は、第１波長範囲および第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である材料であってもよい。

【0092】

同様に、本実施の形態に係る光電変換素子は、光電変換素子１０Ｂのように、上部電極３とアクセプター層４ｂとの間に正孔ブロッキング層６（ＨＢＬ）を備えてもよい。図８Ｂに示されるように、正孔ブロッキング層６は、上部電極３からの正孔注入の障壁となる層である。この場合には、上部電極３からの正孔注入による暗電流を抑制するため、例えば、正孔ブロッキング層６のイオン化ポテンシャルＩ_ＨＢＬは、アクセプター層４ｂのイオン化ポテンシャルＩ_Ａと同等かそれよりも大きい。また、例えば、アクセプター層４ｂから上部電極３への電子の伝導を妨げないように、正孔ブロッキング層６の電子親和力χ_ＨＢＬは、アクセプター層４ｂの電子親和力χ_Ａと同等かそれよりも大きい。例えば、正孔ブロッキング層６の材料は、上記の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの関係を満たす材料であり、例えば、ｎ型半導体である。正孔ブロッキング層６の材料は、バトクプロイン（ＢＣＰ）またはバトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）であってもよい。また、正孔ブロッキング層６の材料は、第１波長範囲および第２波長範囲のうち、少なくとも一方の波長範囲の光に対して透明である材料であってもよい。

【0093】

正孔ブロッキング層６および電子ブロッキング層５は、それぞれ、電子および正孔を輸送するため、電気伝導性を有している。このため、電子ブロッキング層５が下部電極２と光電変換層４との間に設けられる場合、カーボンナノチューブ層４ａが電子ブロッキング層５と接することにより、カーボンナノチューブ層４ａは電子ブロッキング層５を介して下部電極２と電気的に接続される。

【0094】

なお、光電変換層４で発生した電子が下部電極２に流れ、正孔が上部電極３に流れる場合には、光電変換素子１０Ｂの電子ブロッキング層５と正孔ブロッキング層６との位置を入れ替えた構成の光電変換素子として実現される。また、その場合には、カーボンナノチューブ層４ａとアクセプター層４ｂとの位置も入れ替えた構成、または、アクセプター層４ｂの代わりに電子ドナー材料を含むドナー層を備える構成の光電変換素子として実現される。

【0095】

また、光電変換素子１０Ｂは、電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６のうちいずれか一方のみを備えていてもよい。また、所望とする波長に対して高い透光性を持たせるために、電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６ともに、材料のエネルギーギャップは、３．１ｅＶ以上であってもよい。

【0096】

また、電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６は、光吸収によって、光電変換層４に含まれる複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ内で生じた電子正孔対から電子を引き抜く電子アクセプターとして利用してもよい。電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６を電子アクセプターとして利用する場合には、例えば、電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６の材料の伝導帯下端エネルギーまたは最低空軌道エネルギーが、真空準位を基準として４．０ｅＶ以上である。他方、電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６は、光吸収によって、光電変換層４に含まれる複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴ内で生じた電子正孔対から正孔を引き抜く電子ドナーとして利用してもよい。電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６を電子ドナーとして利用する場合には、例えば、電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６の材料の価電子帯上端エネルギーまたは最高占有軌道エネルギーが、真空準位を基準として５．１ｅＶ以下である。

【0097】

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１に係る光電変換素子を有する撮像装置について説明する。なお、実施の形態２に係る撮像装置において、実施の形態１に係る光電変換素子と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0098】

［撮像装置の全体構成］
まず、本実施の形態に係る撮像装置の全体構成について説明する。図９は、本実施の形態に係る撮像装置１００の回路構成の一例を示す図である。図９に示される撮像装置１００は、複数の画素２０と、周辺回路とを有する。周辺回路は、画素２０の各々に所定の電圧を供給する電圧供給回路３０を含む。

【0099】

画素２０は、半導体基板に１次元または２次元に配置されることにより、感光領域、いわゆる、画素領域を形成する。図９に例示される構成では、画素２０が、行方向および列方向に配列されている。本明細書において、行方向および列方向は、それぞれ、行および列が延びる方向を意味する。つまり、図９の紙面における鉛直方向が列方向であり、水平方向が行方向である。図９では、２×２のマトリクス状に配置された４つの画素２０が示されている。図９に示される画素２０の個数はあくまでも説明のための例示であり、画素２０の個数は４つに限定されない。画素２０が１次元に配置される場合、撮像装置１００はラインセンサである。

【0100】

画素２０の各々は、光電変換部１０Ｃと、光電変換部１０Ｃによって生成された信号を検出する信号検出回路４０とを有する。光電変換部１０Ｃは、下部電極２および上部電極３と、これらの間に配置された光電変換層４とを含む。光電変換部１０Ｃは、例えば、実施の形態１に係る光電変換素子１０Ａまたは１０Ｂで構成される。下部電極２は、電荷捕集部として機能する。図９に示されるように、上部電極３は、蓄積制御線２２を介して電圧供給回路３０に接続されている。撮像装置１００の動作時、蓄積制御線２２を介して上部電極３に所定のバイアス電圧が印加される。下部電極２は、画素電極とも呼ばれ、上部電極３は、画素電極と対向する対向電極とも呼ばれる。

【0101】

上述のように、光電変換層４は複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴを含み、光電変換部１０Ｃは、光電変換によって生じた電子正孔対のうち、信号電荷として正孔（言い換えると、正電荷）または電子（言い換えると、負電荷）のいずれかを下部電極２で捕集するように構成されている。電圧供給回路３０が生成するバイアス電圧を用いて上部電極３の電位を制御することにより、正孔および電子のいずれか一方を下部電極２によって捕集することができる。例えば信号電荷として正孔を利用する場合、下部電極２よりも上部電極３の電位が高くなるように、蓄積制御線２２に例えば１０Ｖ程度の電圧が印加される。

【0102】

図９に例示される構成において、信号検出回路４０は、増幅トランジスタ４２と、アドレストランジスタ４４と、リセットトランジスタ４６とを含む。増幅トランジスタ４２は、電荷検出用トランジスタとも呼ばれ、アドレストランジスタ４４は、行選択トランジスタとも呼ばれる。典型的には、増幅トランジスタ４２およびアドレストランジスタ４４は、半導体基板に形成された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。以下、特に断りの無い限り、トランジスタとしてＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いる例を説明する。増幅トランジスタ４２、アドレストランジスタ４４およびリセットトランジスタ４６は、制御端子、入力端子および出力端子を有する。制御端子は、例えばゲートである。入力端子は、ドレインおよびソースの一方であり、典型的にはドレインである。出力端子は、ドレインおよびソースの他方であり、典型的にはソースである。

【0103】

なお、本明細書における「半導体基板」は、その全体が半導体である基板に限定されず、感光領域が形成される側の表面に半導体層が設けられた絶縁基板などであってもよい。半導体基板の例は、ｐ型シリコン基板である。

【0104】

図９に示されるように、増幅トランジスタ４２の入力端子および出力端子のうちの一方と、アドレストランジスタ４４の入力端子および出力端子のうちの一方とが接続されている。増幅トランジスタ４２の制御端子は、光電変換部１０Ｃの下部電極２に電気的に接続されている。下部電極２によって集められた信号電荷は、下部電極２と増幅トランジスタ４２のゲートとの間の電荷蓄積ノード４１に蓄積される。ここで、信号電荷は、正孔または電子である。電荷蓄積ノード４１は、電荷蓄積部の一例であり、「フローティングディフュージョンノード」とも呼ばれる。

【0105】

増幅トランジスタ４２のゲートには、電荷蓄積ノード４１に蓄積された信号電荷に応じた電圧が印加される。増幅トランジスタ４２は、この電圧を増幅する。すなわち、増幅トランジスタ４２は、光電変換部１０Ｃによって生成された信号を増幅する。増幅トランジスタ４２によって増幅された電圧は、信号電圧として、アドレストランジスタ４４を介して選択的に読み出される。

【0106】

リセットトランジスタ４６のソースおよびドレインの一方は、電荷蓄積ノード４１に接続されており、リセットトランジスタ４６のソースおよびドレインの一方は、下部電極２との電気的な接続を有する。

【0107】

リセットトランジスタ４６は、電荷蓄積ノード４１に蓄積された信号電荷をリセットする。換言すると、リセットトランジスタ４６は、増幅トランジスタ４２のゲートおよび下部電極２の電位をリセットする。

【0108】

図９に示されるように、撮像装置１００は、電源線２３と、垂直信号線２４と、アドレス信号線２５と、リセット信号線２６とを含む。これらの線は、各画素２０に接続されている。電源線２３は、増幅トランジスタ４２のソースおよびドレインの一方に接続されており、各画素２０に所定の電源電圧を供給する。電源線２３は、ソースフォロア電源として機能する。垂直信号線２４は、アドレストランジスタ４４のソースおよびドレインのうち、増幅トランジスタ４２のソースまたはドレインと接続されていない側に接続されている。アドレス信号線２５は、アドレストランジスタ４４のゲート電極に接続されている。リセット信号線２６は、リセットトランジスタ４６のゲートに接続されている。

【0109】

撮像装置１００の周辺回路は、垂直走査回路５２と、水平信号読出し回路５４と、複数のカラム信号処理回路５６と、複数の負荷回路５８と、複数の反転増幅器５９とを含む。垂直走査回路５２は、「行走査回路」とも呼ばれ、水平信号読出し回路５４は、「列走査回路」とも呼ばれ、カラム信号処理回路５６は、「行信号蓄積回路」とも呼ばれる。カラム信号処理回路５６、負荷回路５８および反転増幅器５９は、行方向および列方向に配列された複数の画素２０の各列に対応して設けられている。カラム信号処理回路５６の各々は、複数の画素２０の各列に対応した垂直信号線２４を介して、各列に配置された画素２０に電気的に接続されている。複数のカラム信号処理回路５６は、水平信号読出し回路５４に電気的に接続されている。負荷回路５８の各々は、各垂直信号線２４に電気的に接続されており、負荷回路５８と増幅トランジスタ４２とによってソースフォロア回路が形成されている。

【0110】

垂直走査回路５２は、アドレス信号線２５およびリセット信号線２６に接続されている。垂直走査回路５２は、アドレス信号線２５を介して、アドレストランジスタ４４のオンおよびオフを制御するための行選択信号をアドレストランジスタ４４のゲートに印加する。アドレス信号線２５毎に行選択信号が送出されることにより、読出し対象の行が走査および選択される。選択された行の画素２０から垂直信号線２４に信号電圧が読み出される。また、垂直走査回路５２は、リセット信号線２６を介して、リセットトランジスタ４６のオンおよびオフを制御するためのリセット信号をリセットトランジスタ４６のゲートに印加する。リセット信号線２６毎に行選択信号が送出されることにより、リセット動作の対象となる画素２０の行が選択される。このように、垂直走査回路５２は、複数の画素２０を行単位で選択し、信号電圧の読出しおよび下部電極２の電位のリセットを行う。

【0111】

垂直走査回路５２によって選択された画素２０から読み出された信号電圧は、垂直信号線２４を介して、カラム信号処理回路５６へ送られる。カラム信号処理回路５６は、相関二重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理およびアナログ－デジタル変換（ＡＤ変換）などを行う。水平信号読出し回路５４は、複数のカラム信号処理回路５６から不図示の水平共通信号線に信号を順次読み出す。

【0112】

なお、垂直走査回路５２は、上述の電圧供給回路３０を一部に含んでいてもよい。あるいは、電圧供給回路３０が垂直走査回路５２との電気的接続を有していてもよい。言い換えれば、垂直走査回路５２を介して、上部電極３にバイアス電圧が印加されてもよい。

【0113】

図９に例示される構成では、複数の反転増幅器５９が、各列に対応して設けられている。反転増幅器５９の負側の入力端子は、対応する垂直信号線２４に接続されている。反転増幅器５９の出力端子は、各列に対応して設けられたフィードバック線２７を介して、対応する列の各画素２０に接続されている。

【0114】

図９に示されるように、フィードバック線２７は、リセットトランジスタ４６のソースおよびドレインのうち、電荷蓄積ノード４１と接続されていない側（例えば、ドレイン）に接続されている。したがって、反転増幅器５９は、アドレストランジスタ４４とリセットトランジスタ４６とが導通状態にあるときに、アドレストランジスタ４４の出力を負端子に受ける。一方、反転増幅器５９の正側の入力端子には、不図示の電源からリセットにおける基準電圧が印加される。反転増幅器５９は、増幅トランジスタ４２のゲート電圧が所定のフィードバック電圧となるようにフィードバック動作を行う。フィードバック電圧とは、反転増幅器５９の出力電圧を意味する。反転増幅器５９の出力電圧は、例えば０Ｖまたは０Ｖ近傍の正電圧である。反転増幅器５９を「フィードバックアンプ」と呼んでもよい。

【0115】

［撮像装置のデバイス構造］
図１０は、本実施の形態に係る撮像装置１００中の画素２０のデバイス構造を模式的に示す断面図である。図１０に例示される構成において、画素２０は、光電変換部１０Ｃを支持する半導体基板６２を含む。半導体基板６２は、例えばシリコン基板である。図１０に示されるように、光電変換部１０Ｃは、半導体基板６２の上方に配置される。この例では、半導体基板６２上に層間絶縁層６３Ａ、６３Ｂおよび６３Ｃが積層されており、層間絶縁層６３Ｃ上に、下部電極２、光電変換層４および上部電極３の積層体が配置されている。下部電極２は画素ごとに区画されており、隣接する２つの画素２０間において下部電極２が空間的に分離して形成されることにより、隣接する２つの下部電極２は、電気的に分離されている。また、光電変換層４および上部電極３は、複数の画素２０に跨るように形成されていてもよい。また、図１０に示されるような、光電変換部１０Ｃと半導体基板６２との間に、他の光電変換部等が配置されない場合には、下部電極２は、金属等の材料で形成されていてもよい。

【0116】

半導体基板６２には、増幅トランジスタ４２、アドレストランジスタ４４およびリセットトランジスタ４６が形成されている。

【0117】

増幅トランジスタ４２は、半導体基板６２に形成された不純物領域６２ａおよび６２ｂと、半導体基板６２上に位置するゲート絶縁層４２ｇと、ゲート絶縁層４２ｇ上に位置するゲート電極４２ｅとを含む。不純物領域６２ａおよび６２ｂは、増幅トランジスタ４２のドレインまたはソースとして機能する。不純物領域６２ａおよび６２ｂ、ならびに、後述する不純物領域６２ｃ、６２ｄおよび６２ｅは、例えば、ｎ型不純物領域である。

【0118】

アドレストランジスタ４４は、半導体基板６２に形成された不純物領域６２ａおよび６２ｃと、半導体基板６２上に位置するゲート絶縁層４４ｇと、ゲート絶縁層４４ｇ上に位置するゲート電極４４ｅとを含む。不純物領域６２ａおよび６２ｃは、アドレストランジスタ４４のドレインまたはソースとして機能する。この例では、増幅トランジスタ４２とアドレストランジスタ４４とが不純物領域６２ａを共有することにより、増幅トランジスタ４２のソース（またはドレイン）と、アドレストランジスタ４４のドレイン（またはソース）とが電気的に接続されている。

【0119】

リセットトランジスタ４６は、半導体基板６２内に形成された不純物領域６２ｄおよび６２ｅと、半導体基板６２上に位置するゲート絶縁層４６ｇと、ゲート絶縁層４６ｇ上に位置するゲート電極４６ｅとを含む。不純物領域６２ｄおよび６２ｅは、リセットトランジスタ４６のドレインまたはソースとして機能する。

【0120】

半導体基板６２において、互いに隣接する画素２０間、および、増幅トランジスタ４２とリセットトランジスタ４６との間には、素子分離領域６２ｓが設けられている。素子分離領域６２ｓにより、互いに隣接する画素２０が電気的に分離されている。また、互いに隣接する画素２０間に素子分離領域６２ｓが設けられることにより、電荷蓄積ノード４１に蓄積される信号電荷のリークが抑制される。

【0121】

層間絶縁層６３Ａ内には、リセットトランジスタ４６の不純物領域６２ｄに接続されたコンタクトプラグ６５Ａ、増幅トランジスタ４２のゲート電極４２ｅに接続されたコンタクトプラグ６５Ｂ、および、コンタクトプラグ６５Ａとコンタクトプラグ６５Ｂとを接続する配線６６Ａが形成されている。これにより、リセットトランジスタ４６の不純物領域６２ｄ（例えばドレイン）が増幅トランジスタ４２のゲート電極４２ｅと電気的に接続されている。図１０に例示される構成では、層間絶縁層６３Ａ内に、プラグ６７Ａおよび配線６８Ａがさらに形成されている。また、層間絶縁層６３Ｂ内にプラグ６７Ｂおよび配線６８Ｂが形成され、層間絶縁層６３Ｃ内にプラグ６７Ｃが形成されることにより、配線６６Ａと下部電極２とが電気的に接続されている。コンタクトプラグ６５Ａ、コンタクトプラグ６５Ｂ、配線６６Ａ、プラグ６７Ａ、配線６８Ａ、プラグ６７Ｂ、配線６８Ｂ、および、プラグ６７Ｃは、典型的には金属で構成される。

【0122】

図１０に例示される構成では、上部電極３上に保護層７２が配置されている。この保護層７２は、光電変換部１０Ｃを支持するために配置された基板ではない。保護層７２は、光電変換部１０Ｃを保護し、他から絶縁するための層である。保護層７２は、所望とする波長において高透光性であってもよい。保護層７２の材料は、透光性を有する絶縁体であればよく、例えば、ＳｉＯＮまたはＡｌＯ等である。保護層７２は、図１０に示されるような１層構造であってもよく、異なる材料の層が積層された多層構造であってもよい。図１０に示されるように、保護層７２上にマイクロレンズ７４が配置されていてもよい。

【0123】

［光電変換層の構成］
本実施の形態において、光電変換部１０Ｃは、光電変換素子の一例であり、実施の形態１に係る光電変換素子で構成される。光電変換部１０Ｃは、例えば、図１０に示されるように、上述した光電変換素子１０Ａと同様の構造を有する。光電変換部１０Ｃは、上述した光電変換素子１０Ｂと同様の構造を有していてもよく、上述した光電変換素子１０Ｂの電子ブロッキング層５および正孔ブロッキング層６のうち、いずれか一方を備えない構造を有していてもよい。

【0124】

［撮像装置の製造方法］
以上のような撮像装置１００は、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造することができる。特に、半導体基板６２としてシリコン基板を用いる場合には、種々のシリコン半導体プロセスを利用することによって製造することができる。

【0125】

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３では、実施の形態１に係る光電変換素子で構成される光電変換部に加えて、別の光電変換素子で構成される光電変換部を備える撮像装置について説明する。つまり、実施の形態３では、撮像装置が２種類の光電変換部を備える点が、実施の形態２と相違する。以下では、実施の形態２との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0126】

図１１は、本実施の形態に係る撮像装置の２つの光電変換部１０Ｄおよび１１０Ａの構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態に係る撮像装置は、電子デバイスの一例である。実施の形態３に係る撮像装置では、実施の形態１に係る光電変換素子で構成される光電変換部１０Ｄと、光電変換部１１０Ａとが積層されている。光電変換部１１０Ａは、光電変換部１０Ｄの下方に位置し、上方から入射する光のうち、光電変換部１０Ｄを透過した光を受光する。

【0127】

光電変換部１０Ｄは、第１光電変換素子の一例であり、実施の形態１に係る光電変換素子で構成される。光電変換部１１０Ａは、第２光電変換素子の一例であり、光電変換部１０Ｄを透過する光に感度を有する。

【0128】

光電変換部１０Ｄは、例えば、図１１に示されるように、上述した光電変換素子１０Ｂにおいて正孔ブロッキング層６を備えない構造、つまり、光電変換層４と上部電極３とが接する構造を有する。具体的には、光電変換部１０Ｄは、一対の下部電極２および上部電極３と、下部電極２と上部電極３との間に位置する光電変換層４と、光電変換層４と下部電極２との間に位置する電子ブロッキング層５とを備える。

【0129】

光電変換部１０Ｄは、第１波長、第２波長および第３波長のうち、少なくとも一つの波長の光に対応する第１信号を生成する。つまり、上述したように、光電変換部１０Ｄは、信号電荷として正孔または電子のいずれかを下部電極２で捕集する。

【0130】

光電変換部１１０Ａは、光電変換部１０Ｄを透過した第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光に対応する第２信号を生成する。光電変換部１１０Ａは、信号電荷として正孔または電子のいずれかを下部電極１２で捕集する。光電変換部１１０Ａは、一対の電極である下部電極１２および上部電極１３と、下部電極１２と上部電極１３との間に位置する光電変換層１４と、光電変換層１４と下部電極１２との間に位置する電子ブロッキング層１５を備える。上部電極１３および電子ブロッキング層１５については、上部電極３および電子ブロッキング層５で説明された材料が用いられる。なお、光電変換部１１０Ａは、図１１に示される構造に限らず、公知の光電変換素子のうち、第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光を吸収する光電変換素子を用いてもよい。光電変換部１１０Ａは、例えば、シリコン基板内に設けられたフォトダイオードであってもよい。

【0131】

下部電極１２は、上部電極１３とは異なり、透光性を有していなくてもよく、導電性材料を用いて形成されている。導電性材料は、例えば、アルミニウム、銅などの金属、金属窒化物、または、不純物がドープされることにより導電性が付与されたポリシリコンである。

【0132】

光電変換層１４は、光電変換部１０Ｄを透過した第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光を吸収し、電子正孔対を生成する。光電変換層１４の材料としては、例えば、所望の波長範囲の光を吸収する、半導体性の無機材料、または、半導体性の有機材料などが用いられる。光電変換層１４の材料としては、量子閉じ込め効果を持つ量子ドット材料または量子井戸材料であってもよい。

【0133】

図１１に示されるように、光電変換部１１０Ａは、層間絶縁層６３Ｄ上に配置されている。光電変換部１０Ｄは、光電変換部１１０Ａの上方に配置され、光電変換部１０Ｄと光電変換部１１０Ａとの間には、絶縁保護層７２Ａが配置される。絶縁保護層７２Ａは、上述の保護層７２と同様の材料で構成されてもよく、光電変換部１０Ｄと光電変換部１１０Ａとを絶縁している。また、光電変換部１０Ｄの上部電極３上には、実施の形態２と同様に、保護層７２およびマイクロレンズ７４が配置されている。

【0134】

層間絶縁層６３Ｄ内には、下部電極２と接続されたプラグ６７Ｄおよび下部電極１２と接続されたプラグ６７Ｅが形成されている。下部電極２および下部電極１２は、それぞれ、プラグ６７Ｄおよびプラグ６７Ｅを介して、実施の形態２において説明した配線等と電気的に接続される。プラグ６７Ｄおよびプラグ６７Ｅは、典型的には金属で構成される。プラグ６７Ｄは、光電変換部１１０Ａを貫通するように形成されている。また、プラグ６７Ｄの周囲には絶縁被覆６９が形成されており、プラグ６７Ｄと光電変換部１１０Ａとは、接触していない。絶縁被覆６９は、例えば、ＡｌＯ_ｘまたはＳｉＮ等で構成される。

【0135】

例えば、光電変換部１０Ｄは赤外光に感度を有し、可視光を透過し、光電変換部１１０Ａは、光電変換部１０Ｄを透過した可視光に感度を有する。具体的には、光電変換部１０Ｄに含まれる複数のｓｅｍｉ－ＳＷＣＮＴの第２波長範囲が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であり、光電変換部１１０Ａは、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光に感度を有する。

【0136】

図１１に示されるように、可視光に感度を有する光電変換部１１０Ａの上に、赤外光に感度を有する光電変換部１０Ｄを積層することで、異なる２つの波長範囲に対応する画像を得ることができる。また、同じ入射光軸上に２つの光電変換部が配置されるため、撮像装置の小型化、または、高解像度化が可能である。さらに、撮像装置は、同じ入射光軸上に２つの光電変換部が配置されるため、２つの光電変換部で撮像された画像に視差がない撮像を実現できる。

【0137】

また、このような光電変換部の積層構造においては、上層の光電変換部１０Ｄから信号電荷を取り出すために、光電変換部１１０Ａを貫通するように配置されるプラグ６７Ｄでリーク電流および寄生容量が生じるため、得られた画像のシグナル／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が低下する。そのため、例えば、人が視認することの多い可視光撮像の画質低下の影響を小さくする観点から、光電変換部１１０Ａは、下層に配置する。このとき、上層の光電変換部１０Ｄは、下層の光電変換部１１０Ａが感度を有する可視光に対して透明である本実施の形態に係る光電変換素子で構成されることによって、撮像装置に入射した光のうち、可視光を下層の光電変換部１１０Ａに透過させることができる。したがって、画質劣化の抑制された可視光撮像と近赤外撮像とがひとつのデバイスで、かつ、同一の光軸上で行える。

【0138】

なお、赤外光の撮像による画質を重視する場合には、光電変換部１０Ｄは可視光に感度を有し、赤外光を透過し、光電変換部１１０Ａは、光電変換部１０Ｄを透過した赤外光に感度を有してもよい。

【0139】

（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態４では、実施の形態１に係る光電変換素子を備える太陽電池について説明する。なお、実施の形態２に係る撮像装置において、実施の形態１に係る光電変換素子と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0140】

図１２は、本実施の形態に係る太陽電池１０１の構成を模式的に示す断面図である。太陽電池１０１は、基板１と、基板１上方に位置する実施の形態１に係る光電変換素子１０Ａと、光電変換素子１０Ａの下部電極２および上部電極３のそれぞれに接続されたリードライン８とを備える。太陽電池１０１には、例えば、基板１側から光が入射される。光吸収によって光電変換層４で発生した電子が拡散により上部電極３まで到達し、さらに到達した電子がリードライン８を通り、動作部９に流れることで、動作部９が動作する。動作部９に流れた電子は、リードライン８を通り、光電変換素子１０Ａの下部電極２に戻る。このようにして、太陽電池１０１は電池として機能する。動作部９は、電力により動作するデバイス等であり、例えば、撮像装置の駆動回路、発光素子またはモータ等である。以上のように、光電変換素子１０Ａは、第１波長、第２波長および第３波長のうち、少なくとも一つの波長の光を吸収して電力を生成する。また、光電変換素子１０Ａは、第１波長範囲および第２波長範囲の光を透過させるため、透過した光を利用することができる。

【0141】

また、太陽電池１０１が備える光電変換素子１０Ａは、１つに限らず、太陽電池は、基板上に複数の光電変換素子１０Ａがアレイ状に配置され、複数の光電変換素子１０Ａを接続する配線を備える太陽電池モジュールであってもよい。

【0142】

（実施の形態５）
次に、実施の形態５について説明する。実施の形態５では、実施の形態１に係る光電変換素子を備える電子デバイスについて説明する。

【0143】

図１３は、本実施の形態に係る電子デバイス２００の構成を模式的に示す概略斜視図である。図１３においては、光電変換素子以外の構成要素については、記載が省略されている。図１３に示されるように、電子デバイス２００は、光電変換素子１１０Ｂと、光電変換素子１１０Ｂの上方に配置された光電変換素子１０Ｅとを備える。電子デバイス２００には、光電変換素子１０Ｅの上方から光が入射する。

【0144】

光電変換素子１０Ｅは、第１光電変換素子の一例であり、実施の形態１に係る光電変換素子で構成される。光電変換素子１０Ｅは、第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光を透過させる。

【0145】

光電変換素子１０Ｅは、例えば、第１波長、第２波長および第３波長のうち、少なくとも一つの波長の光に対応する第１信号を生成する。この場合、光電変換素子１０Ｅは、光センサまたは撮像装置の一部として機能する。また、例えば、光電変換素子１０Ｅは、第１波長、第２波長および第３波長のうち、少なくとも一つの波長の光を吸収して電力を生成する。この場合、光電変換素子１０Ｅは太陽電池の一部として機能する。

【0146】

光電変換素子１１０Ｂは、第２光電変換素子の一例であり、光電変換素子１０Ｅを透過した光を受光する。光電変換素子１１０Ｂは、例えば、実施の形態３に係る光電変換部１１０Ａと同様の構造、または、公知の光電変換素子の構造を有する。図１３に示されるように、例えば、光電変換素子１０Ｅは、近赤外光を吸収し、可視光を透過させ、光電変換素子１１０Ｂは、透過した可視光を受光する。

【0147】

光電変換素子１１０Ｂは、例えば、第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光に対応する第２信号を生成する。この場合、光電変換素子１１０Ｂは、光センサまたは撮像装置の一部として機能する。また、例えば、光電変換素子１１０Ｂは、第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の波長範囲の光を吸収して、電力を生成する。この場合、光電変換素子１１０Ｂは、太陽電池の一部として機能する。

【0148】

電子デバイス２００は、例えば、光電変換素子１０Ｅおよび光電変換素子１１０Ｂのうち、一方の光電変換素子を含む太陽電池と、他方の光電変換素子を含む光センサまたは撮像装置とで構成される。また、同じ入射光軸上に２つの光電変換素子が配置されるため、２つの光電変換素子を同一平面上に並べて構成する場合に比べ、電子デバイス２００の小型化が可能である。

【0149】

本実施の形態に係る電子デバイス２００によれば、光電変換素子１０Ｅおよび光電変換素子１１０Ｂのうち、一方の光電変換素子を含む太陽電池によって生成された電力の一部を使って、他方の光電変換素子を含む光センサまたは撮像装置の電力の少なくとも一部を賄うことができる。よって、省電力な電子デバイス２００が実現される。また、駆動用の大型のバッテリーを設ける必要がなくなり、電子デバイス２００のさらなる小型化が可能になる。

【0150】

なお、電子デバイス２００は、光電変換素子１０Ｅおよび光電変換素子１１０Ｂの両方を含む太陽電池で構成されてもよい。これにより、２つの異なる波長範囲の光から電力を生成できるため、太陽電池の発電効率が向上する。また、電子デバイス２００は、光電変換素子１０Ｅおよび光電変換素子１１０Ｂの両方を含む光センサまたは撮像装置で構成されてもよい。

【0151】

（実施の形態６）
次に、実施の形態６について説明する。実施の形態６では、実施の形態１に係る光電変換素子を備える発光装置について説明する。

【0152】

図１４は、本実施の形態に係る発光装置３００の構成を模式的に示す概略斜視図である。図１４においては、光電変換素子および発光素子以外の構成要素については、記載が省略されている。図１４に示されるように、発光装置３００は、発光素子１２０と、発光素子１２０の発光面上方に位置する光電変換素子１０Ｅとを備える。

【0153】

発光素子１２０は、第１波長範囲および第２波長範囲のうち少なくとも一方の光を出射する。発光素子１２０は、ディスプレイまたは照明等の発光モジュールの一部として機能する。発光素子１２０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、または、無機ＥＬ等で構成される。

【0154】

光電変換素子１０Ｅは、実施の形態５で説明したため、説明は省略する。

【0155】

図１２に示されるように、例えば、光電変換素子１０Ｅは、近赤外光を吸収し、発光素子１２０が出射した可視光を透過させる。そのため、光電変換素子１０Ｅが、発光素子１２０の出射する光の光軸上に配置される場合であっても、発光素子１２０の出射する可視光が、光電変換素子１０Ｅを透過するため、発光装置３００としての発光機能が損なわれない。このように、発光装置３００では、光電変換素子１０Ｅが、発光素子１２０の出射する光の光軸上に配置されるため、発光装置３００の小型化が可能である。

【0156】

発光装置３００は、例えば、発光素子１２０を含むディスプレイまたは照明と、光電変換素子１０Ｅを含む太陽電池、光センサまたは撮像装置とで構成される。

【0157】

本実施の形態に係る発光装置３００によれば、光電変換素子１０Ｅがイメージセンサまたは光センサなどの一部として機能する場合、対象物の検知結果に応じて発光素子１２０を含む照明の明るさを制御したり、発光素子１２０を含むディスプレイに表示させる内容を変更したりすることができるため、省電力な発光装置３００が実現できる。また、光電変換素子１０Ｅが太陽電池の一部として機能する場合、発光素子１２０を含む発光モジュールの電力の少なくとも一部を賄うことができるため、省電力な発光装置３００が実現される。

【0158】

（他の実施の形態）
以上、１つまたは複数の態様に係る光電変換素子、撮像装置、太陽電池、電子デバイスおよび発光装置について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0159】

本開示に係る光電変換素子等は、例えば、太陽電池、医療用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、測距カメラ、顕微鏡カメラ、ドローン用カメラ、または、ロボット用カメラなど、様々なカメラシステムおよびセンサシステムに適用できる。

【符号の説明】

【0160】

１ 基板
２、１２ 下部電極
３、１３ 上部電極
４、４ｄ、４ｅ、１４ 光電変換層
４ａ カーボンナノチューブ層
４ｂ アクセプター層
４ｃ 混合層
５、１５ 電子ブロッキング層
６ 正孔ブロッキング層
８ リードライン
９ 動作部
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｅ、１１Ａ、１１Ｂ、１１０Ｂ 光電変換素子
１０Ｃ、１０Ｄ、１１０Ａ 光電変換部
２０ 画素
２２ 蓄積制御線
２３ 電源線
２４ 垂直信号線
２５ アドレス信号線
２６ リセット信号線
２７ フィードバック線
３０ 電圧供給回路
４０ 信号検出回路
４１ 電荷蓄積ノード
４２ 増幅トランジスタ
４２ｇ、４４ｇ、４６ｇ ゲート絶縁層
４２ｅ、４４ｅ、４６ｅ ゲート電極
４４ アドレストランジスタ
４６ リセットトランジスタ
５２ 垂直走査回路
５４ 水平信号読出し回路
５６ カラム信号処理回路
５８ 負荷回路
５９ 反転増幅器
６２ 半導体基板
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ 不純物領域
６２ｓ 素子分離領域
６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ 層間絶縁層
６５Ａ、６５Ｂ コンタクトプラグ
６６Ａ、６８Ａ、６８Ｂ 配線
６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ、６７Ｄ、６７Ｅ プラグ
６９ 絶縁被覆
７２ 保護層
７２Ａ 絶縁保護層
７４ マイクロレンズ
１００ 撮像装置
１０１ 太陽電池
１２０ 発光素子
２００ 電子デバイス
３００ 発光装置

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】