CN87100556A

CN87100556A - 光接收元件

Info

Publication number: CN87100556A
Application number: CN87100556.5A
Authority: CN
Inventors: 白井茂; 大野茂
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-02-07
Filing date: 1987-02-07
Publication date: 1988-01-27
Also published as: DE3789719D1; US5534392A; DE3789719T2; US4911998A; EP0235966B1; CA1339443C; US5545500A; CN1014185B; AU6858987A; EP0235966A1; US4818651A; AU612966B2

Abstract

提供了一种改进的，由基底和光接收层组成的光接收元件，光接收层由具有光电导性的第一层和第二层组成，第一层由含有作为主要组分原子的硅原子和锗原子的非晶材料构成，第二层由含有硅原子、碳原子和一种导电性控制元素的非晶材料构成；第一层中所含的锗原子在整个层区或邻接基底的部分层区内处于非均匀分布状态。第一层可在整个或部分层区内包含一或多种从导电性控制元素、氧原子和氮原子中选出的元素。

Description

本发明涉及一种改进的光接收元件，它对电磁波，如光（这里光是广义的，例如紫外线，可见光、红外线、X射线和γ射线）是敏感的。

作为构成用在固体摄像装置或电子摄像术中的成像元件的光导材料，或者作为构成用于图像读出光敏件的光导材料，它需要具有高灵敏性、高信噪比（光电流IP/暗电流Id），并具有适于所发射电磁波频谱特性的吸收谱特性，以及快速响应特性和所期望的暗电阻。它还应当在使用时对人和生物没有伤害。

除了上述要求外，在固体摄像装置中还要求光导材料具有在预定期间内消除残像的特性。

尤其对于用作日常办公业务用机的电子摄像机的成像元件，不产生污染确实是很重要的。

基于上述要求，普遍注意力都集中在包含有硅原子的非晶材料（以下称作“A-Si”）的光接收元件上，例如，Offenlegungs-schniftes（公开文献）Nos.2746967和2855718文献公开了作用电子摄像术中成像元件的光接收元件的应用，Offenlegungss chnift No.2933411文献公开了图像读出光敏器件中的光接收元件的应用。

对包含a-si材料的传统光接收元件，在它们的光、电和光导特性方面，如暗电阻、光敏性、光响应性、环境应用特性、经济稳定性和耐用性方面都近了改善。

然而，要使那样的光接收元件能够实际应用，它们在各种场合下的特性，还留下很多方面有待进一步改进。

例如，将这样的传统光接收元件用作电子摄像术中的成像元件，同时提高光敏性和暗电阻时，在这种传统的光接收元件上经常观查到一个残余电压，并且当长时间重复使用时，由于重复使用将积累疲劳，从而引起产生残像的所谓叠影现象。

另外，在制备使用a-si材料，氢原子、卤素原子（如氟原子或氯原子）的传统光接收元件时，将用于控制导电类型的元素，如硼原子或磷原子、或用于改善特性的其它种类的原子作为层组份有选择地掺杂到光接收元件的光接收层中。

然而，这样做成的光接收层根据所使用组份的掺杂方式在电特性光导特性和/或击穿电压方面常常伴随有缺陷。

也就是说，在使用具有这样的光接收层的光接收元件的情况下，在该层里随着光辐射产生的光载体的寿命是不够的，在一个暗层区域，对来自基底一侧的电荷注入的阻挡也是不力的，并且可能由于所谓“半调复制品上的白椭形记”即局部击穿现象造成的图像缺陷，或者可能由于所谓“白线”，即使用清除刀片时的擦伤造成的其它图像缺陷都容易在纸张上的转印图像上出现。

而且，当上述光接收元件在很潮湿的环境中使用时，或者在潮湿的环境中放置后再使用，所谓“图像滑移”有时也会在纸张上的转印图像上出现。

此外，在一个适当的基底上形成十几nm厚度的光接收层以获得一个光接收元件时，这样做成的光接收层可能产生不希望的现象，例如，在基底表面和底面之间形成一个较薄的中间空间，当光接收元件从真空沉积室取出后经过一段时间，光接收层脱离基底并在层里产生裂纹。

这些现象在使用电子摄像领域里经常用的圆柱形基底时是容易发生的。

另外，根据电子摄像工艺，目前已提出了使用半导体激光器做为光源的各种所谓激光打印机。对于这种激光打印机，为提高它的功能，要求提供一个经改进的对长波区域光具有令人满意的高速响应特性的光接收元件的要求日益增长。因此，不仅有必要对用于形成光接收元件的光接收层的A-si材料本身进一步改进，而且有必要设计这样一种光接收元件，它不仅不产生上述任何问题，而且能满足上述要求。

本发明的目的是要提供一种光接收元件，它包含主要由A-si构成的一个光接收层，它避免了上述问题，并能满足各种要求。

也就是说，本发明的主要目的是要提供一种包含有由A-si构成的光接收层的光接收元件，在这种元件中，光电和光电导性能都总是基本稳定的，并几乎不随工作环境而变，这种元件具有优良的抗光疲劳性，重复使用时不退化，并具有优良的耐用性和抗潮性，这种元件还不呈现或者几乎不呈现残余电势，并且使生产控制变得容易。

本发明的另一个目的是要提供一种包含有由A-si构成的光接收层的光接收元件，这种元件在整个可见光区域具有高光敏性，尤其与半导体激光器的匹配性能优良，并显示出快速光响应。

本发明的另一个目的是要提供一种包含有由A-si构成的光接收层的光接收元件，这种元件具有高光敏性，高信噪比和耐高电压性能。

本发明的进一步目的是要提供一种包含有由A-si构成的光接收层的光接收元件，这种元件在基底和基底上沉积的层之间或者各叠层之间的紧密结合力上也是优良的，并且结构安排紧密而稳固，还具有高的层质量。

通过参照附图阅读以下对本发明较佳实施例的描述，本发明的特征以及上述和其它的目的就变得显而易见了。

在附图中：

图1到图4示意性地显示了本发明光接收元件的代表性实例。

图5到图13给出了在本发明光接收元件的构成层中，锗原子在厚度方向上的分布，氧原子、碳原子和氮原子在厚度方向上的分布，或者第Ⅲ族原子或第Ⅴ族原子在厚度方向上的分布，纵轴代表层厚度，横轴代表对应原子的分布浓度。

图14作为分别制备本发明光接收元件的第一层和第二层的设备的一个例子，示意性地表示了进行光放电工艺的生产设备。

图15到27给出了在形成本发明光接收层时，气体流率的变化，其中纵座标代表层厚度，横座标代表所使用的某种气体的流率。

本发明的发明者为克服传统的光接收元件所存在的上述问题并达到上面所述的目的，进行了认真的研究，从而基于以下发现完成了本发明。

由于本发明者集中研究了用于电子摄像术、固体摄像装置和图像读出装置的，包含有由A-si构成的光接收层的光接收元件的物质性和实用性，从而获得了以下发现。

本发明者发现，如果由含有硅原子作为主要组份原子的非晶体材料构成的光接收层构造具有如下所述的特殊双层结构的话，这样做成的光接收元件将产生许多特别适用于电子摄像术的实用优良特性，并且在任何要求方面都优于传统的光接收元件。

更详细地说，本发明者发现，当使用所谓加氢非晶硅-锗材料，加卤非晶硅-锗材料或者含卤加氢非晶硅-锗材料，即由含有作为主要组份原子的硅原子（Si）、锗原子（Ge）和至少氢原子（H）和卤素原子（X）之一构成的非晶材料所代表的材料〔以下称作A-SiGe（H、X）〕来构成具有双层结构的光接收层时，这样做成的光接收元件就将产生上述出乎意料的效果。

因此，本发明的光接收元件的特征在于它包括一个基底和一个光接收层，该光接收层有具有光电导性的第一层，该第一层是由含有作为主要组分原子的硅原子和在整个层区内或者在邻接基底的部分层区内非均匀分布的锗原子的一种非晶材料构成，该光接收层还包括第二层，该第二层是由含有作为主要组分原子的硅原子，碳原子和用以控制导电性的元素的一种非晶体材料构成。

作为用于形成第一层的含有作为主要组分原子的硅原子的非晶材料，可以举出所谓加氢非晶硅，加卤非晶硅和含卤加氢非晶硅，即，由含有作为主要组分原子的硅原子（Si）和从氢原子（H）和卤素原子（X）中选出的至少一种原子的非晶材料代表〔以下称作A-Si（H、X）〕。

作为用于形成第二层的含有作为主要组分原子的硅原子的非晶材料，采用含有作为主要组分原子的硅原子（Si），碳原子（C）和从氢原子（H）和卤素原子（X）中选出的至少一种原子的一种非晶材料〔以下称作A-SiC（H、X）〕。

第一层还可以包含从用于控制导电性的元素氧原子和分布在整个层区或者部分层区的中选出的至少一种原子。

作为控制导电性的这类元素，可以提及半导体领域里的所谓杂质，那些能在这里使用的包括属于周期表中第Ⅲ族的原子，它的提供P-型导电性（以下简称为“第Ⅲ族原子”），或者属于周期表中第Ⅴ族的原子，它的提供n-型导电性（以下简称为“第Ⅴ族原子”）。尤其，第Ⅲ族原子可以包括硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）和铊（Tl）（thallium），其中B和Ga较佳。第Ⅴ族原子包括如磷（P）、砷（As）、锑（Sb）和铋（Bi）、其中P和As较佳。

当第一层和第二层都含有控制导电性的元素时，第一层内包含的这种元素的种类可以与第二层内包含的这种元素的种类相同，也可以不同。

作为需要时包含在第一层和/或第二层内的卤素原子（X），可以举出氟、氯、溴和碘，在这些卤素原子中，氟和氯最佳。

若需要，第一层和/或第二层可以包含氢原子（H）。在这种情况下，掺入第二层内的氢原子（H）数量、卤素原子（X）数量或者这两种原子数量之和（H+X）以1×10^-2-4×10原子%为好，5×10^-2-3×10原子%更好，最好为1×10^-1-25原子%。

现在将参照附图更具体地解释本发明的光接收元件，但这些解释并不限定本发明的范围。

图1到图4示意性地显示了本发明光接收元件的典型结构，其中表示了光接收元件100、基底101、第一层102和有一个自由表面104的第二层103，数字105到110分别代表第一层的某个层区域。

基底101：

用于本发明的基底101可以是导电的，也可以是绝缘的。导电的基底可以包括诸如NiCr，不锈钢，Al、Cr、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt和Pb等金属，或者它们的合金。

电绝缘基底可以包括诸如聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯、醋酸纤维、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等合成树脂薄膜或薄片、玻璃、陶瓷和纸。最好对电绝缘基底的至少一个表面进行导电处理，光接收层就设置在这样处理过的表面上。

例如在使用玻璃的情况下，进行导电性处理是通过在其表面设置一个薄膜，这个薄膜是用NiCr、Al、Cr、Mo、Au、Ir、Nb、Sa、V、Ti、Pt、Pd、In₂C₃、SnO₂、ITO（In₂O₃+SnO₂）等等材料制成。在使用合成树脂膜如聚酯膜的情况，表面导电性处理是通过在其表面设置一个金属薄膜，如NiCr、Al、Ag、Pv、Zn、Ni、Au、Cr、Mo、Zw、Nb、Ta、V、Tl、Pt，处理工艺是对表面进行真空沉积、电子来汽相沉积、溅射等等，或者施用金属层压工艺。基底的形状可以是任意的，如圆柱形、带形或者板形的，这可以根据实际需要适当确定。例如，在使用如图1所示的用在电子摄像术中作为成像元件的光接收元件的情况下，由于需要连续的高速复制，则希望形状是首尾相接的带状或圆柱形式。基底的厚度应适当确定，使得能形成所需的光接收元件。当要求光接收元件具有柔性的情况下，基底可以在足以起到基底作用的前提下，做得尽可能的薄。然而，鉴于制造、处理或机械强度方面的考虑，基底厚度通常应大于10um。

第一层102：

第一层102设置在基底101和第二层103之间，如图1到图4中任何一个所示。

基本上，第一层102是由含有锗原子A-Si（H、X）构成的，锗原子不均匀地分布在整个层区或邻接基底101的局部区域里。

（这里或以下，不均匀分布是指层内有关原子的分布沿平行于基底表面的方向上是均匀的，但沿厚度方向的分布是不均匀的。）

在本发明光接收元件的第一层内掺入锗原子的目的主要是为了改善光接收元件在长波长范围内的吸收频谱特性。

也就是说，本发明的光接收元件由于在第一层掺入了原子，从而获得了各种优良的性能。尤其是它对覆盖整个可见光区域的从短波长到长波长的光变得更为敏感，而且它对光的响应变得快了。

当半导体激光器用作光源时，这个效果就变得更加显著。

在本发明光接收元件的第一层内，锗原子既可分布在整个层区内，也可以分布在邻接基底的局部层区内。

在后一种情况下，第一层具有一种层结构，即，从基底一侧顺序叠合了一个包含有锗原子的组成层和另一个不包含锗原子的组成层。

图2显示了后一种情况，其中表示了基底101和第一层102，第一层中的第一组成层区105由A-Si（H、X）构成，并含有锗原子〔以下称作A-SiGe（H，X）〕，第一层中的第二组成层区106由A-Si（H，X）构成，不含锗原子。

不管锗原子是掺入整个层区还是只掺入局部层区，锗原子在第一层102或在第一组合层区105内的分布都是不均匀的。

为了通过在第一层102或在第一组成层区内掺入锗原子以产生所需的特性，可以根据要求采用各种适当的分布状态。

例如，当锗原子在第一层102或在第一组成层区内的分布浓度是从基底一侧向第二层103沿厚度方向递减的，则第一层102与第二层103的亲合力得到改善。当锗原子的分布浓度在邻接基底的层区105内增加得很高，则当用半导体激光器作为光源在该组成层或靠近光接收层自由表面的层区内几乎不被吸收的长波长的光，在该组成层或在分别与基底邻接的层区内将基本上被完全吸收，而且这还能防止基底表面反射光引起的干涉。

如上所述，在本发明光接收元件的第一层内，锗原子在整个层区或局部组合层区内沿层厚度方向是连续不均匀地分布。

下面，我们将参照图5到图13对锗原子在厚度方向上的分布浓度是从基底一侧朝着与第二层的交界面递减的一些典型实例进行解释。

在图5到图13中，横座标代表锗原子的分布浓度C。纵座标代表第一层102或第一组成层区105的厚度。t_B代表第一层102或第一组成层区105与基底的交界面位置，t_T代表第一层102与第二层103的交界面位置，或者第一组成层区105与第二组成层区106的交界面位置。

图5给出了锗原子在第一层或第一组成层区内沿厚度方向分布的第一个典型例。在这个例子中，锗原子的分布方式是在从位置t_B到位置t₁的范围内，浓度C保持常数值C₁，在从位置t₁到位置t_T的范围内，浓度C从C₂逐渐连续递减到对应t_T位置的C₃。

在图6所示的例子中，在第一层或第一组成层区内的锗原子分布浓度C从位置t_B的浓度C₄连续递减到位置t_T的浓度C₅。

在图7所示的例子中，锗原子浓度分布C是这样的，从位置t到位置t₂的范围内，浓度C₆保持常数，然后从位置t₂到t_B的范围内浓度将逐渐连续递减。在位置t_T的浓度基本为零。

在图8所示的例子中，锗原子浓度分布C是这样的，从位置t到位置t_B的范围内，浓度C₈逐渐连续递减，位置t_T的浓度基本上为零。

在图9所示的例子中，锗原子浓度分布C是这样的，从位置t_B到位置t₃的范围内，浓度C₉保持常数，从位置t₃到位置t_T的范围内，浓度C₈线性递减到浓度C₁₀。

在图10所示的例子中，锗原子浓度分布是这样的，从位置t_B到位置t₄的范围内，浓度C₁₁保持常数，从位置t₄到位置t_T的范围内，浓度线性递减到C₁₄。

在图11所示的例子中，锗原子浓度分布C是这样的，从位置t_B到位置t_T的范围内，浓度C₁₄线性递减，在位置t_T浓度基本为零。

在图12所示的例子中，锗原子浓度分布C是这样的，从位置t_B到位置t₅，浓度C₁₅线性递减到C₁₆，从位置t₅到位置t_T的范围内，浓度C₁₆保持常数。

最后，在图13所示的例子中，锗原子浓度分布C是这样的，从位置t_B到位置t₆的范围内，对应位置t_T的浓度C₁₇先缓慢递减，然后锐减到浓度C₁₈。从位置t₆到位置t₇的范围内，浓度先锐减，然后缓慢递减到位置t₇的浓度C₁₉。在位置t₇到位置t₈之间，浓度缓慢递减，位置t₈的浓度是C₂₀。从位置t₈到位置t_T，浓度C₂₀缓慢递减到基本为零。

图5到图13示意表示锗原子在第一层102或第一组成层区105内沿厚度方向的分布的几个例子。在本发明的光接收元件中，在所述的层或层区内的锗原子分布最好应当在邻接基底的位置浓度高，而在邻接与第二层103的交界面的位置浓度相当低。

换句话说，我们希望构成本发明光接收元件的光接收层有一个与基底相邻的区域，在这个区域里，局部含有浓度相对较高的锗原子。

本发明光接收元件的这样的局部区域最好应当从基底与第一层的交界面处起的5um内形成。

如果没有这样的局部区域，则需要在与基底交界面起的5um内设置最大浓度C_max。

在本发明的光接收元件中，第一层内的锗原子含量应当适当确定，以便有效地达到本发明的目的。

在第一层的整个层区中掺入锗原子时，以1～6×10⁵原子PPm为好，比较好的应是10～3×10⁵原子PPm，最好是1×10²～2×10⁵原子ppm。

在邻接基底的第一层的层区中掺入锗原子时，以1～9.5×10⁵原子ppm为好，比较好的应是100～8×10⁵原子ppm，最好是100～7×10⁵原子ppm。

就包含锗原子的第一组成层区105的厚度和不含锗原子的第二组成层的厚度来说，它们是有效地获得本发明的前述目的的重要因素，应适当地确定它们，以使所得到的光接收件具有许多所期望的实用特性。

包含锗原子的组成层区105的厚度（T_B）一般是3×10^-3～50um，比较好的是4×10^-3～40um，最好是5×10^-3～30um。

就组成层区106的厚度（T）来说，以0.5～90um为好，比较好的是1～80um，最好是2～50um。

前一层区厚度（T_B）和后一层区厚度之和（T_B+T）是根据与第一层102所需特性的相对关系和固有关系按需要确定的。

它一般是1～10um，较好的是1～80um，最好是2～50um。

而且，层厚度T_B和层厚度T的关系应满足方程式T_B/T≤1，更好应满足T_B/T≤0.9，最好应满足T_B/T≤0.8。

此外，包含锗原子的层区的层厚度（T_B）需根据该层区中要包含的锗原子的数量来确定。例如，若该区中要包含的锗原子数多于1×10⁵原子ppm，就希望层厚度T要显著地大。

具体说，它一般应小于30um，较好是小于25um，最好小于20um。

在本发明的光接收件的第一层102中，加入了用于控制导电性的元素，以控制该层的导电类型和/或导电性，在该层基底侧形成电荷注入阻挡层的形成，增强第一层102和第二层103的电子运动，以及控制第一层和第二层之间形成复合部分以增加视在暗电阻等等。控制导电性的元素可以均匀或非均匀地分布在第一层的整个层区或部分层区。

作为控制导电性的元素，可举出半导体领域中的所谓杂质，在这里可用的元素包括属于元素周期表中的第三族原子，（以后简称第三族原子），它们提供P型导电性或属于元素周期表中的第五族原子（以后简称第五族原子）。它们提供n型导电性。具体地说，第三族原子可以包括硼、铝、镓、铟，和铊，最好用硼和镓，第五族原子可包括，如磷、砷、锑，和铋，最好用磷和锑。

根据本发明，在光接收件的第一层中掺入第三族或第五族原子控制导电性的元素时，根据下面描述的目的或所期望的效果，它们包含在整个或部分层区中，含量也是变化的。

这就是说，如果主要目的是控制光敏层的导电形式和/或导电性，该元素应包含于第一层的整个层区中，其中第三族或第五族原子的数量可以相对小些，一般是1×10^-3～1×10³原子ppm，较好的是5×10^-2～5×10²原子ppm，最好是1×10^-1～5×10²原子ppm。

如图2所示，当以均匀或非均匀分布态在与基底相连的层区105的一部分中掺入第三族或第五族原子时，或当掺入的原子使沿层厚度方向上的第三族或第五族原子的分布密度在邻接基底的一侧较高时，包含这样的第三族或第五族原子的层或包含高浓度的第三族或第五族原子的层区起到了电荷注入阻滞层的作用。即，在掺入第三族原子时，从基底侧注入到第一层的电子的运动由于在层的自由表面上应用了正极性的充电处理而被有效地阻止了。而另一方面，当掺入第三族原子时，从基底侧注入第一层的正空穴的运动也被有效地阻止了。在这种情况下，含量相对较大。具体地说，一般是从30～5×10⁴原子ppm，较好是50～1×10⁴原子ppm，最合适的是1×10²～5×10³原子ppm。

为了更有效地获得上述目的，对于层区105的层厚度（t）和第一层的另一层区的层厚度（t₀）来说，应满足方程式：t/t+t₀≤0.4，较好的情况是满足：t/t+t₀≤0.35，最好是满足，t/t+t₀≤0.30。

具体地说，层区105的层厚度应是3×10³～10um，较好的情况应是4×10³～8um，最好是5×10³～5um。

此外，为了改进第一层102和第二层103之间的能级匹配，从而促进两层间的电荷运动，如图3所示，第三族和第五族原子以均匀或非均匀分布态被掺入邻接第三层103的部分层区107中。这种原子的非均匀掺入可根据图5～图13所示的掺入锗原子的典型示例进行，或通过适当修正该示例进行。例如，沿厚度方向分布的第三族或第五族原子的浓度从第二层侧向基底侧减小。为了有效地达到上述目的，包含在第一层中的导电性控制元素的导电类型必须与要包含在第二层中的导电性控制元素的导电类型相同。在那种情况下，当第二层的层厚度大并且暗电阻高时，效果明显。包含数量较小的第三族或第五族原子就足够了。具体地说，一般应是1×10^-3～1×10³原子ppm，较好是5×10^-2～5×10²原子ppm，最好是1×10^-1～2×10²原子ppm。

此外，为了在充电时通过在第一层和第二层间有意形成一个复合部分来改进视在暗电阻，如图3所示，在邻接第二层103的部分层区107中，以均匀或非均匀态掺入与第二层中所含的导电性控制元素具有不同导电类型的元素。

在那种情况下，较小的第三族或第五族原子的数量就足够了，具体地说，一般应是1×10^-3～1×10³原子ppm，较好是5×10^-2～5×10²原子ppm，最好是1×10^-1～2×10²原子ppm。

上面虽然描述了第三族或第五族原子分布状态的单独效果，但第三族或第五族原子的分布状态和它们的数量当然可按要求适当结合，以获得具有能达到所需目的的性能的光接收件。

例如，在即要控制导电类型又要形成一电荷注入阻滞层的情况下，第三族或第五族原子比较高的分布浓度分布在基片侧的层区中，这样的原子又以较低的分布浓度分布在与第二层交界侧，或是形成在与第二层交界侧不是有意包含这样的原子的分布状态。

本发明的光接收件的第一层可以掺入至少一种从氧原子和氮原子中选出的原子。这在增加光接收元件的光敏性和暗电阻方面是有效的，而且在改进基底和第一层间的附着作用或第一层和第二层间的附着作用方面也是有效的。

在第一层中或它的一部分层区中掺入至少一种从氧原子和氮原子中选出的原子时，是根据参照有关锗原子的图5至图13的上述目的或所期望的效果，以在层厚度方向均匀或不均匀分布来进行的，因此，含量是根据它们而改变的。

这就是说，在增加第一层的光敏性和暗电阻的情况下，它们以均匀分布状态被掺入到光敏层的整个层区中。在这种情况下，包含在第一层中的从氧原子和氮原子中选出的至少一种原子的数量可以相对地小。

在改进基底与第一层间的附着作用的情况下，至少一种从氧原子和氮原子中选出的原子被均匀地包含在组成第一层的并邻接基底的层区105中，或这样包含至少一种从氧原子和氮原子中选出的原子，使得在基底侧的第一层端部的分布浓度较高。

在改进第一层和第二层间的附着作用的情况下，在邻接第二层的部分层区107中均匀地掺入至少一种从氧原子或氮原子中选出的原子，如图3所示;或将它们以这样一种非均匀态掺入，使得它们的分布浓度在靠第二层一侧的第一层区中较高。此外，上述目的还可以按后面描述的方法通过在第二层中均匀掺入从氧原子和氮原子中选出的至少一种原子来获得。

总之，为了保证附着作用的增强，使要掺入的氧原子和/或氮原子的数量较高是较理想的。

氧原子和/或氮原子的非均匀掺入可根据参照图5～图13的上述关于锗原子的典型示例进行。

也就是说，根据所期望的目的，可以从第二层侧向基底侧减小它们的分布浓度。此外，可以通过在第一层建立一个氧原子和/或氮原子的高浓度局部区来进一步改进上述基底和第一层间的附着。参照图5～图13解释该局部区，希望把该局部区设在从交接面t_B的位置算起5um之内。这个局部区可以是分别包含氧原子和/或氮原子的部分层区105的全部或一部分。

上面虽然描述了氧原子和/或氮原子分布状态的单独效应，但氧原子和/或氮原子的分布状态和它们的数量可以适当结合，以得到具有能获得所期望目的的性能的光接收件。

例如，在既要增强基底与第一层间的附着又要改进光敏性和暗电阻的情况下，在基底侧的层区中以较高的分布浓度掺入氧原子和/或氮原子，并且这些原子以较低的分布浓度分布在第一层与第二层的交接面侧，或不是有意在第一层与第二层交接面侧掺入这样的原子的分布状态。

正确地确定包含在第一层里的氧原子和/或氮原子的数量不仅要根据第一层所需的特性，而且要考虑有关的因素，例如，与邻近层或基底性质有关的和固有的关系，特别是氧原子和/或氮原子被掺入邻接基底或第二层的第一层部分层区的情况下。

它一般应是1×10^-3～50原子%，较好是2×10^-3～40原子%，最好是3×10^-3～30原子%。

在第一层的整个层区掺入氧原子和/或氮原子的情况下，或在第一层中包含氧原子和/或氮原子的部分层区所占比例相当大时，包含的氧原子和/或氮原子的最大数量比上述值要足够低。例如，当包含氧原子和/或氮原子的部分层区的层厚度大于第一层厚度的2/5时，在该部分层区中要包含的氧原子和/或氧原子数量的上限一般应小于30原子%，较好是小于20原子%，最好小于10原子%。

此外，如果建立了包含高浓度氧原子和/或氮原子的局部区，氧原子和/或氮原子在厚度方向的分布的最大分布浓度C_max一般应是500原子ppm，较好的是800原子ppm，最好是1000原子ppm。

如上所述，本发明的光接收件的第一层掺入锗原子，第三族或第五族原子，并有选择地掺入氧原子和/或氮原子，但是要根据各种原子的数量和分布状态的相关和内在关系在该层中掺入这些原子。每种原子掺入的层区可以不同，也可部分重迭。

现在参照图4解释一个具体例子，但本发明并不局限于此例。

参见图4，图中示出了光接收元件100，它包括基底109和由第一组成层区108，第二组成层区109和第三组成层区110构成的第一层，以及具有自由表面的第二层103。在这个典型例子中，层区108包含锗原子，第三族或第五族原子和氧原子，设置在层区108上的层区109包含锗原子和氧原子，但既没有第三族也没有第五族原子，层区110仅包含锗原子。在上述任何一个层区中，锗原子都以非均匀态分布在整个层区中。

在本发明中，第一层的层厚度是有效地达到本发明目的的一个重要因素，并且要考虑获得具有理想特性的光接收元件这一目的而正确地确定。

据此，厚度一般应是1～100um，较好是1～80um，最好是2～50um。

第二层（103）：

具有自由表面的第二层103设置在第一层102上，以使根据本发明的光接收元件达到抗潮、经反复使用不损坏、耐电压、适应环境特性，和使用寿命长的目的。

第二层由包含硅原子作为组分原子的非晶体材料构成，硅原子也包含在用于第一层的层组分非晶体材料中，因此，两层间的交接面处的化学稳定性得到了足够的保证。

典型的情况是，表面层由包含硅原子，碳原子，需要时还有氢原子和/或卤素（以后称为A-SiC（H，X）的原料制成。

第二层的上述目的可通过在第二层结构中引入碳原子而有效地实现。

在第二层结构中引入碳原子时，随着增加引入的碳原子数量，将会增强上述特性，但是如果数量过多，层的质量、层的电和机械特性就会降低。

综上所述，第二层包含的碳原子的数量一般应是1×10^-3～90原子%，较好是1～90原子%，最好是10～80原子%。

就第二层的层厚度来说，希望它厚一些。但当过厚时，会出现产生残余电压的问题。据此，在第二层中掺入控制导电性的元素，例如第三族或第五族元素，就可预先有效地防止出现上述问题。在这种情况下，除了上面的效果外，第二层可避免由于例如象刮片这样的清洗工具所引起的划伤（当把光接收元件用于电子摄相时，这种划伤将使转换图象产生缺陷）而导致的任何问题。

综上所述，在第二层中掺入第三族或第五族元素对于形成具有所需特性的第二层是很有益的。

包含在第二层中的第三或第五族原子的数量一般应是1.0～1×10⁴原子ppm，较好是10～5×10³原子ppm，最好是10²～5×10³原子ppm。

形成第二层要仔细进行，这样，所得到的第二层就会具有所需的特性。

顺便说一下，包含硅原子、碳原子、氢原子和/或卤素，以及第三族或第五族元素的层构成材料的结构状态根据层形成的条件和要在形成的层中掺入的原子数量，可以是晶态到非晶态的，其电特性和物理特性表现出从半导体性到绝缘性，并表现出从光电导性能到非光电导性能。

综上所述，要形成具有所需特性的理想的第二层103，需要选择合适的层形成条件和要掺入的每种原子的合适数量，这样就可有效地形成所要求的第二层。

例如，如果形成第二层103的主要目的是改进耐压特性，则该层由这样一种能在形成的层上产生显著的电绝缘特性的非晶体材料构成。

此外，如果形成第二层103的主要目的是改进反复使用情况下的抗损坏特性，使用特性，和适应环境特性。则该层由这样一种非晶体材料构成，这种材料在某种程度上减小电绝缘性，但能在形成的层上导致一定的光敏性。

另外，通过在第二层中以均匀状态掺入氧原子和/或氮原子，可以进一步改进第二层103与第一层102的附着作用。

对于本发明的光接收元件，第二层的层厚度也是有效地获得本发明目的的一个重要因素。

因此，应根据所希望的目的正确决定层厚度。

然而，也需要根据第二层中要包含的硅原子、碳原子、氢原子、卤族原子，第三族原子和第五族原子的数量和第一层厚度所需特性的对应和固有关系确定层厚度。

此外，也需以经济的观点，例如生产率或批量生产率来确定层厚度。

综上所述，第二层的层厚度一般应为3×10^-3～30um，较好是4×10^-3～20um，最好是5×10^-3～10um。

如上所述，由于本发明的光接收元件是通过在基片上层叠一特别的第一层和一特别的第二层而构成的，几乎所有的常规光接收元件上常见的问题都能被有效地克服。

此外，本发明的光接收元件不仅显示出经改善的光、电和光电导特性，而且显示出经显著改善的耐压特性和环境适应特性。另外，本发明的光接收元件在整个可见光范围内具有很高的光敏性，特别是具有很优良的与半导体激光器的匹配特性，并表现出对光有快速响应。

当光接收元件用于电子摄相时，它对图象的形成不产生任何不希望的残余电压影响，它具有稳定的电性能，高灵敏度，高信/噪比，优秀的耐光性及耐反复使用，高图象密度和清晰的半色度。它能提供具有高分辨率的高质量图象。

第一层（102）和第二层（103）的制备：

现在解释制作光接收元件的光接收层的方法。

利用真空沉积法适当制备构成本发明的光接收元件的第一层102和第二层103中的每一个，真空沉积法利用放电现象，例如，辉光放电、溅射和离子被覆法，其中有选择地使用有关的气态原料。

要分别根据诸如生产条件、所需的设备费用、生产规模以及要制备的光接收元件所需的特性，适当使用这些生产方法。由于准备具有理想特性的层的条件相对地容易控制。而且，氢原子，卤素原子和其它原子可很容易地与硅原子一起引入，故辉光放电法或溅射法较合适。辉光放电法和溅射法可一起用于同一系统。

第一层（102）的准备

当使用诸如辉光放电法形成由A-Si（H，X）构成的层时，提供硅原子（Si）的气态原料与用于引入氢原子（H）和/或卤素原子（X）的气态原料一起被引入一个沉积室中，其内部压力可被减小，在沉积室中产生辉光放电，从而在置于沉积室中的基底表面上形成由A-Si（H，X）构成的层。

提供Si的气态原料可包括气态的或可气化的氢化硅（硅烷），例如SiH₄，Si₂H₆，Si₃H₈，Si₄H₁₀等，就形成层的工作容易和提供Si的效率高来说，使用SiH₄和Si₂H₆较好。

此外，各种卤化合物可被用作引入卤原子的气态原料，最好是气态或可气化的卤化合物，如气态的卤素，卤化物，半卤化合物和卤代硅烷衍生物。具体地说，它们可包括卤素气体，例如氟、氯、溴和碘;半卤化合物，例如BrF、ClF、ClF₃、BrF₂、BrF₃、IF₇、ICl、IBr等，和卤化硅，例如，SiF₄，Si₂F₆，SiCl₄，和SiBr₄。由于由包含A-Si₂H的卤素原子构成的层可以不另外用气态氢化硅原料提供硅，使用上述的气态或可气化的卤化硅特别有利。

在形成由含有卤素原子的非晶材料构成的层时，典型地，是把用作供应硅的原料的一种气态卤化硅与一种气体（比如Ar、H₂和He）的混合物以预定混合比按预定的气体流量送入设有基底的沉积室中，所引入的气体受到辉光放电的作用，从而在该基底上形成上述层的一种气体等离子体。

在所说的层中掺入氢原子，可以另外使用供应氢原子的适当的气体原料。

能用来供应氢原子的气体原料包括那些气态或可气化的材料，例如氢气（H₂）、卤化物（比如HF、HCl、HBr和HI）、硅氢化物（比如SiH₄、Si₂H₆、Si₃H₈和Si₄H₁₀）或卤化硅氢化物（比如SiH₂F₂、SiH₂I₂、SiH₂ClSiHCl₃、SiH₂Br和SiHBr₃）。这些气态原料的应用使得氢原子（H）的含量易于控制，而从控制电或光电特性的角度看，氢原子的使用是极其有效的。于是，在应用上述氢的卤化物或卤代硅氢化物时，因为氢原子（H）也与卤素原子一起引入而特别有效。

在层中所含的氢原子（H）和/或卤素原子（X）的数量通过控制相关的条件而得到适当的调节，例如可控制基底的温度，引入淀积室中的可供应氢原子或卤素原子的气态原料的数量，以及放电功率。

在用活性溅射法制作A-Si（H，X）构成的层时，利用硅靶并在等离子体气氛中对比硅靶进行溅射而在基底上形成这一层。

为了用离子被覆住形成上述层，使硅蒸汽通过所希望的气体等离子体气氛。硅蒸汽是通过对一个舟中的多晶硅或单晶硅加热而产生的。加热方式可采用电阻式加热或电子来方法进行。

在应用溅射法或者离子被覆法的情况下，通过把上述气态卤化物或含卤硅化合物之一引入淀积室中（在淀积室中产生该气体的等离子体气氛），可以在该层中掺入卤素原子。在用溅射法使层中掺入氢原子时，把释放氢的送料气体引入淀积室中，在淀积室中产生该气体的等离子体气氛。释放氢原子的送料气体包括H₂和上述的硅烷。

对于用辉光放电法、活性溅射法或离子被覆法形成层，前述的卤化物或含卤硅化合物能被有效地用作供应卤素原子的原料。上述原料其他有效的例子可以包括氢的卤化物（比如HF、HCl、HBr和HI）和卤代硅烷（比如SiH₂F₂、SiH₂I₂、SiH₂Cl、SiHCl₃、SiH₂Br₂和SiHBr₃），它们都含有氢原子作为组分元素，并且是气态的或可气化的物质。使用这些气态的或可气化的含氢卤化物是特别有利的，因为在形成光接收层时，对控制电或光电特性极其有效的氢原子能够与卤素原子一起被引入到该层中。

可通过在这些气态原料之外，还把H₂或硅氢化物（比如SiH₄、SiH₆、Si₃H₆、Si₄H₁₁等）与用来供应Si的气态的或可气化的含硅物质一起送入到淀积室中，并用这些气体在淀积室中产生等离子体气氛，从而把氢原子引入该层中。

例如，在用活性溅射法时，用一个硅靶，并且送入一种引入卤素原子的气体和氢气，必需的时候还和惰性气体（比如He或Ar）一起送入淀积室中，由此形成等离子体气氛并随后溅射硅靶，从而，在基底上形成由A-Si（H，X）构成的层。

至于适当地加入到层中的氢原子（H）和卤素原子（X），氢原子或卤素原子的数量，或者氢原子数量与卤素原子数量的总和（H+X）为1到40原子%较好，5到30原子%更好。

对掺入层中的氢原子（H）和卤素原子（X）的数量的控制可以通过控制基底的温度、送入淀积室中的供应氢原子和/或卤素原子的原料的数量、放电功率等来实现。

用辉光放电法、活性溅射法或离子被覆法来形成由含有锗原子、氧原子或/和氮原子、第三族原子或第Ⅴ族原子的A-Si（H，X）构成的层可以通过和形成A-Si（H，X）材料的原料一起使用供应锗原子的原料，供应氧原子或/和氮原子的原料，以及供应第Ⅲ族或第Ⅴ族原子的原料，并且通过在适当控制有关原子的数量的同时掺入这些原子，来实现。

为了用气体放电法形成A-SiGe（H，X）层，把释放硅原子（Si）的送料气体，释放锗原子（Ge）的送料气体，释放氢原子（H）和/或卤素原子（X）的送料气体在适当的气压条件下送入可抽真空的淀积室，在该淀积室中产生辉光放电，使该室中适当放置的基底上形成一层A-SiGe（H，X）层。

供应硅原子、卤素原子和氢原子的送料气体与用来形成上述A-Si（H，X）层的送料气体相同。

释放Ge的送料气体包括气态的或可气化的锗卤化物，比如GeH₄、Ge₂H₆、Ge₃H₃、Ge₄H₁₀、Ge₅H₁₂、Ge₆H₁₄、Ge₇H₁₆、Ge₈H₁₈和Ge₉H₂₀，因为GeH₄、Ge₂H₆和Ge₃H₃易于输送和有效地释放锗原子，故最好是用它们。

为了用溅射法形成a-SiGe（H，X）层，用两个靶（一个硅靶和一个锗靶）或一个由硅和锗组成的单靶在所希望的气体气氛中进行溅射。

为了用离子被覆法形成a-SiGe（H，X）层，使硅和锗的蒸汽通过所希望的气体等离子体气氛。硅蒸汽是通过加热置于一个舟中的多晶硅或单晶硅而产生的，而锗蒸汽是通过加热置于一个舟中的多晶锗或单晶锗而产生的。加热的方式可以是电阻式加热或电子束方法。

无论使用溅射法还是离子被覆法，通过把上述的气态卤化物或含卤硅化合物之一送入淀积室（在淀积室中产生该气体的等离子体气氛），可以在该层中掺入卤素原子。在该层中掺入氢原子时，释放氢的送料气体被送入淀积室中，在淀积室中产生该气体的等离子体气氛。送料气体可以是气态氢、硅烷、和/或锗氢化物。释放卤素原子的送料气体包括上述的含卤硅化合物。送料气体的其它例子包括氢的卤化物（比如HF、HCl、HBr和HI）、卤化硅烷（比如SiH₂F₂、SiH₂I₂、SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiH₂Br₂和SiHBr₃、锗氢卤化物（比如GeHF₃、GeH₂F₂、GeH₃F、GeHCl₃、GeH₂Cl₂、GeH₃Cl、GeHBr₃、GeH₂Br₂、GeH₃Br、GeHI₃、GeH₂I₂和GeH₃I）、以及锗卤化物（比如GeF₄、GeCl₄、GeBr₄、GeI₄、GeF₂、GeCl、GeBr₂和GeI₂）。它们是气态形式或可气化的物质。

为了用辉光放电法、活性溅射法或离子被覆法形成由A-Si（H，X）构成并进一步掺入氧原子或/和氮原子以及第Ⅲ族原子或第Ⅴ族原子构成的层或局部层区（以下称作为“A-Si（H，X）（O，N）（M）”，其中，M表示第Ⅲ族原子或第Ⅴ族原子），与形成A-Si（H，X）的原料一起使用供应氧原子或/和氮原子的原料和供应第Ⅲ族或第Ⅴ族原子的原料，同时控制其中掺入的原料的数量。

类似地，能够适当地形成由A-SiGe（O，N）（M）构成的层或局部层区。

至于供应氧原子、氯原子、第Ⅲ族和第Ⅴ族原子的原料，包含有至少以这些原子作为组分原子的大多数气态或可气化材料都可以使用。

为了利用辉光放电法形成含有氧原子的层或局部层区，把引入氧原子的原料加入到从形成前述层或局部层区而用的原材料中选出的材料中。

那些包含有至少以氧原子作为组分原子的大多数气态或可气化材料都可以用作引入氧原子的原料。

例如，可以使用含有硅原子（Si）作为组分原子的气态原料，含有氧原子（O）作为组分原子的气态原料，以及按需要含有氢原子（H）和/或卤素原子（X）作为组分原子的气态原料以一定比例混合所得的混合物;以所需混合比混合含有硅原子（Si）作为组分原子的气态原料、含有氧原子（O）和氢原子（H）作为组分原子的气态原料所得的混合物;或者含有硅原子（Si）作为组分原子的气态原料和含有硅原子（Si）、氧原子（O）和氢原子（H）作为组分原子的气态原料的混合物。

进而，也可以使用含有硅原子（Si）和氢原子（H）作为组分原子的气态原料与含有氧原子（O）作为组分原子的气态原料的混合物。

具体地，可以举出氧（O₂）、臭氧（O₃）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO₂）、一氧化二氮（N₂O）、三氧化三氮（N₂O₃）、四氧化二氮（N₂O₄）、五氧化二氮（N₂O₅）、三氧化氮（NO₃）、含有硅原子（Si）、氧原子（O）和氢原子（H）作为组分原子的较低价硅氧烷，例如二硅氧烷（H₃SiOSiH₃）和三硅氧烷（H₃SiOSiH₂OSiH₃）等。

在用溅射法形成含氧原子的层或局部层区时，可以通过对单晶或多晶硅片或SiO₂片进行溅射来实现，或者把混合物中含有Si和SiO₂的片作为靶子，并把它们放在各种气体气氛中进行溅射来实现。

例如，在用硅片作为靶时，把引入氧原子和任选的引入氢原子和/或卤素原子的气态原料根据需要用稀释气体稀释，并送入溅射淀积室中，用这些气体形成气体等离子体，並且对硅片进行溅射。

作为一种替代方法，溅射也可以在稀释气体的气氛中，或者在含有至少以氢原子（H）和/或卤素原子（X）作为组分原子的气体作为溅射气体的气氛中，通过用独立的Si和SiO₂靶，或用Si和SiO₂混合物作的单靶来完成。作为引入氧原子的气态原料，在上述的辉光放电方法的例子中所表明的引入氧原子的气态原料也可以在溅射方法中用作有效的气体。

为了用辉光放电法形成含氮原子的层或局部层区，把用来引入氮原子的原料加到根据需要从上述形成所说层或局部层区的原料中所选定的材料中。作为引入氮原子的原料，大多数至少含有氮原子作为组分原子的气态或可气化材料都可以应用。

例如，可以使用按所希望的混合比混合含有硅原子（Si）作为组分原子的气态原料、含有氮原子（N）作为组分原子的气态原料、以及任选的含有氢原子（H）和/或卤素原子（X）作为组分原子的气态原料所得的混合物;按所希望的混合比混合含有硅原子（Si）作为组分原子的气态原料、含有氮原子（N）和氢原子（H）作为组分原子的气态原料所得的混合物。

作为一替代方法，也可以使用含氮原子（N）作为组分原子的气态原料与含硅原子（Si）和氢原子（H）作为组分原子的气态原料的混合物。

当形成含有氮原子的层或局部层区时，可以有效地用作为引入氮原子（N）的气态原料可包括气态的或可气化的氮、氮化物、氮的化合物（比如包含N作为组分原子或含N和H作为组分原子的叠氮化物），氮气（N₂）、氨气（NH₃）、联氨（H₂NNH₂）、叠氮化氢（HN₃）和叠氮化氨（NH₄N₃）。此外，还可以举出，氮卤化物（象三氟化氮（F₃N）和四氟化氮（F₄N₂），它们除了能引入氮原子（N）而外，还能引入卤素原子（X）。

可以通过溅射法用单晶或多晶的硅片或Si₃N₄片，或者含有Si和Si₃N₄混合物的片作为靶子，并在各种气体气氛中对它们进行溅射，来形成含氮原子的层或局部层区。

例如，在用Si片作靶时，把引入氮原子以及视需要引入氢原子和/或卤素原子的气态原料用一种稀释气体稀释，并将其送入溅射淀积室中，用这些气体形成气体等离子体，并溅射硅片。

作为一种替代，可用Si和Si₃N₄作独立的靶，或以Si和Si₃N₄的混合物作为单靶在稀释气体的气氛中进行溅射，或在至少含有氢原子（H）和/或卤素原子（X）作为组分原子的气态原料作为溅射气体的气氛中进行溅射。作为引入氮原子的气态原料，在前述的辉光放电例子中引入氮原子的那些气态原料也可以在溅射时用作有效的气体。

例如，在用辉光放电、溅射或离子被覆法形成由A-Si（H、X）（O、N）或A-SiGe（H、X）（O、N）构成並进一步掺入第Ⅲ族或第Ⅴ族原子的层或局部层区时，引入第Ⅲ族或第Ⅴ族原子的气态原料和上述的形成由A-Si（H、X）（O、N）或A-SiGe（H、X）（O、N）构成的层或局部层区的原料一起使用，並且在它们掺入时要控制它们的数量。

特别考虑把引入硼原子的材料作为引入第Ⅲ族原子的原料的情况，它们可以包括硼氢化物（如B₂H₆、B₄H₁₀、B₅H₉、B₅H₁₁、B₆H₁₀、B₆H₁₂和B₆H₁₄）以及硼卤化物（如BF₃、BCl₃和BBr₃）。此外，还可以举出AlCl₃、CaCl₃、Ga（CH₃）₂、InCl₃、TlCl₃及类似物。

考虑引入第Ⅴ族原子的原料，特别是引入磷原子的材料，它们可以包括比如说磷氢化物（象PH₃和P₂H₆）和磷卤化物（象PH₄I、PF₃、PF₅、PCl₃、PCl₅、PBr₃、PBr₅和PI₃）。此外，还可以举出AsH₃、AsF₅、AsCl₃、AsBr₃、AsF₃、SbH₃、SbF₃、SbF₅、SbCl₃、SbCl₅、BiH₃、BiCl₃和BiBr₃作为引入第Ⅴ族原子的有效原料。

第二层（103）的制备

以含有作为主要组分原子的硅原子、碳原子、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子、以及从氢原子、卤素原子、氧原子和氮原子中有选择地选出的一种或多种原子的非晶材料〔以下称为“A-SiCM（H、X）（O、N）”，其中M表示第Ⅲ族或第Ⅴ族原子〕构成的第二层103可以使用辉光放电法、活性溅射法或离子被覆法，通过与形成A-Si（H、X）层的原料一起使用供应有关原子的适当原料，並且在该层中掺入有关原子，同时适当控制它们的数量来实现。

例如，在用辉光放电法形成第二层时，把形成A-SiCM（H、X）（O、N）的气态原料送入放有基底的淀积室中，如果必要，同时以预先确定的混合比混入稀释气体，这些气体材料受到辉光放电能量的作用，从而产生导致在基底上形成由A-SiCM（H、X）（O、N）构成的第二层103的气体等离子体。

在典型的实施例中，第二层103是由A-SiCM（H、X）构成的一层。

在形成上述层时，大多数含有选自硅原子（Si）、碳原子（C）、氢原子（H）、和/或卤素原子（X）、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子中至少一种原子作为组分原子的气态或可气化材料都能被用作原料。

具体地，在用辉光放电法形成由A-SiCM（H、X）构成的层时，可随意使用按所希望的混合比混合含有硅作为组分原子的气态原料、含有C作为组分原子的气态原料，含有第Ⅲ族或第Ⅴ族原子作为组分原子的气态原料以及所选定的含H和/或X作为组分原子的气体原料所得的混合物;按所希望的混合比混合含有Si作为组分原子的气态原料，含有C、H和/或X作为组分原子的气态原料以及含有第Ⅲ族或第Ⅴ族原子作为组分原子的气态原料所得的混合物;按所希望的混合比混合含有Si作为组分原子的气态原料，含有Si、C和H或/和X作为组分原子的气态原料以及含有第Ⅲ族或第Ⅴ族原子作为组分原子的气态原料所得的混合物。

作为一种替代方法，按所希望的混合比混合含有Si、H和/或X作为组分原子的气态原料，含有C作为组分原子的气态原料以及含有第Ⅲ族或第Ⅴ族原子作为组分原子的气态原料所得的混合物也能有效地应用。

可有效地在此应用的气态原料包括含C和H作为组分原子的气态硅氢化物，比如硅烷（象SiH₄、Si₂H₆、Si₃H₈和Si₄H₁₀）以及含有C和H作为组分原子的化合物，例如有1到4个碳原子的饱和碳氢化合物、有2到4个碳原子的乙烯类碳氢化合物以及有2到3个碳原子的乙块类碳氢化合物。

具体地说，饱和碳氢化合物可以包括甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）、丙烷（C₃H₈）、n-丁烷（n-C₄H₁₀）和戊烷（C₅H₁₂），乙烯类碳氢化合物可以包括乙烯（C₂H₄）、丙烯（C₃H₆）、丁烯-（C₄H₈）、丁烯-2（C₄H₈）、异丁烯（C₄H₈）和戊烯（C₅H₁₀），而乙炔类碳氢化合物可以包括乙炔（C₂H₂）、丙炔（C₃H₄）和丁炔（C₄H₆）。

包含Si、C和H作为组分原子的气态原料可以包括烷基硅，例如Si（CH₃）₄和Si（C₂H₅）₄。除了这些气态原料而外，H₂当然也能用作引入H的气态原料。

对于引入第Ⅲ族原子、第Ⅴ族原子、氧原子和氮原子的原料，能够使用上述形成第一层时所用的材料。

在用活性溅射法形成由A-SiCM（H、X）构成的层时，利用单晶或多晶硅片、C（石墨）片、或含Si和C的混合物的片作为靶，并在所希望的气体气氛中溅射这些靶。

例如，在用Si片作为靶的情况下，引入C原子、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子以及任选的H和/或X原子的气态原料由稀释气体（如Ar和He）有选择地稀释，同时送入溅射淀积室，从而用这些气体产生气体等离子体并溅射Si片。

在形成第一层时，上面提到的那些材料可以被用作引入相应原子的相应气态原料。

如上所解释的，用辉光放电法或活性溅射法能够有效地形成本发明光接收元件的光接收层的第一层和第二层。通过调节分别进入淀积室的每一种原料的气体流量或原料之间的气体流量比，能适当地控制在第一层或第二层中的锗原子、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子、氧原子和/或氮原子、碳原子以及氢原子或/和卤素原子的数量。

形成本发明光接收元件的第一层或第二层时的条件，例如基底的温度、淀积室中的气压、以及放电功率，对于获得具有所需特性的光接收元件是重要因素，並且在考虑所要形成的层的特性时，要适当地选择这些条件。进而，因为形成这些层的条件可根据第一层或第二层中包含的每种原子的种类和数量而改变，所以这些条件也必须考虑所包含的原子的种类或数量而决定。

例如，在形成由A-Si（H、X）或由A-SiCM（H、X）（O、N）构成的层时，基底的温度以50到350℃为较好，更好是50到250℃;淀积室中的气压以0.01到1乇为较好，最好是由0.1到0.5乇;而放电功率通常为0.005到50瓦/平方厘米，更好为0.01到30瓦/平方厘米，最好则为0.01到20瓦/平方厘米。

在形成由A-SiGe（H、X）或A-SiGe（H、X）（O、N）（M）构成的层时，基底的温度由50到350℃为好，更好为50到300℃，最好为100到300℃;淀积室中的气压通常为0.01到5乇，更好为0.01到3乇，最好为0.1到1乇;而放电功率由0.005到50瓦/平方厘米为好，更好为0.01到30瓦/平方厘米，最好为0.01到20瓦/平方厘米。

然而，形成第一层或第二层的实际条件，比如基底温度、放电功率和淀积室中的气压，通常不能容易并彼此无关地决定。因此，层形成的最佳条件要基于形成分别具有所需特性的第一层和第二层的相关和有机的关系而决定。

另外，为了使本发明的第一层或第二层所含有的锗原子、氧原子或/和氮原子、碳原子、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子、或氢原子或/和卤素原子的分布状态均匀，在形成光接收层时，必须使前述各种条件保持不变。

进而，当所形成的第一层除了包含硅原子及有选择的氢原子或/和卤素原子而外还包含锗原子、有选择的第Ⅲ族或第Ⅴ族原子以及氧原子或/和氮原子的情况下，通过改变层厚方向上的浓度分布，沿厚度方向以所需分布状态形成该层。例如，在辉光放电法的情况下，当把引入锗原子、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子以及氧原子或/和氮原子的气态原料引入淀积室时，根据所希望的变化系数适当地改变这些原料的气体流量，同时维持其它条件不变而形成该层。具体地说，可用手动或任何其它的常用装置（象一个外部驱动的马达）逐渐改变气体流动系统中间的一个预定针阀的打开程度，来改变气流流量。在此情况下，气流速量的变化可以不必是线性的，而是按照获得的所需曲线变化。例如，用微计算机或类似装置循着预先设计的变化系数曲线来控制气流流量。

进而，在用活性溅射法形成第一层时，可以使锗原子、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子以及氧原子或/和氮原子沿着层的厚度方向上改变分布密度，从而沿着层的厚度方向建立起这些原子所需的分布状态，为实现这一点，可以通过把引入锗原子、第Ⅲ族或第Ⅴ族原子以及氧原子或/和氮原子的原材料送入淀积室时，使用有关的原料，并且以同辉光放电法时相同的方式，根据所需变化系数来改变送入的气体的流量。

本发明将参考例1至66作更具体的描述，但这并不是要将本发明局限在仅由这些例子限定的范围内。

在这些例子的每一个中，第一层和第二层都是用辉光放电工艺形成的。

图14示出了用辉光放电工艺制备本发明的光接收元件的装置。

图中示出的储气器1402、1403、1404、1405和1406充满了用于形成本发明中各个层的气态原料，如，在储气器1402中充满了由He稀释的SiH₄气体（纯度为99.999%）（以下称为“SiH₄/He”），在储气器1403中充满了由He稀释的B₂H₆气体（纯度为99.999%）（以下称为“B₂H₆/He”），在储气器1404中充满了由He稀释的NH₃气体（纯度为99.999%）（以下称为“NH₃/He”，在储气器1405中充满了C₂H₄气体（纯度为99.999%），以及在储气器1406中充满了由He稀释的GeH₄气体（纯度为99.999%）（以下称为“GeH₄/He”）。

例如，在待形成的层中掺有卤素原子的情况下，就用另一个储气器中的SiF₄代替前面提到的SiH₄气体。

在这些气体进入反应室1401之前，先确认储气器1402至1406的阀门1422至1426以及漏泄阀门1435均被关闭，且进气阀1412至1416、出气阀1417至1421及辅助阀1432和1433均被打开。然后，首先打开主阀1434，将反应室1401的内部和气体管道抽成真空。

此后，在观察到真空装置1436上的读数成大约为5×10^-6乇时，关闭辅助阀门1432和1433以及出气阀1417至1421。

下面介绍一个例子，该例子是在作为基底1437的铝圆柱上形成第一层102。

首先，通过打开进气阀1412、1413、1414和1416使来自储气器1402的SiH₄/He气体、来自储气器1403的B₂H₆/He气体、来自储气器1404的NH₄/He气体以及来自储气器1406的GeH₄/He气体分别流入质量流量控制器1407、1408、1409和1411，把出气压力计1427、1428、1429和1431上的压强控制在1kg/cm²。随后，逐渐打开出气阀1417、1418、1419和1421，以及辅助阀门1432和1433，使气体进入反应室1401。在此情况下，调节出气阀1417、1418、1419和1421，以便使SiH₄/He气体流量，B₂H₆/He气体流量、NH₃/He气体流量和GeH₄/He气体流量之间的比例达到所需要的值，并在观察真空计1436读数的同时，调节主阀门1434的开启，以使反应室1401内部的压力达到所需要的值。然后，在确定Al圆柱基底1437的温度已由加热器1438设置在50℃到350℃的范围内之后，将电源1440设置在预先设定的电功率上，以使反应室1401内产生辉光放电，同时根据用微机（未示出）预先设计好的变化系数曲线控制GeH₄/He气体、B₂H₆/He气体、NH₃/He气体以及SiH₄气体的流量，从而首先在铝圆柱上形成一层作为第一层102的包含锗原子、碳原子和氮原子的非晶硅材料。

其后，在光敏层上形成作为第二层103的层。在上述步骤之后，分别用诸如He、Ar和H₂这样的稀释气体有选择地稀释SiH₄气体、C₂H₄气体和PH₃气体，并在用微机控制SiH₄气体、C₂H₄气体以及PH₃气体的气体流量，并根据预先确定的条件产生辉光放电的同时使之以所需要的气体流量进入反应室1401，用这种方法形成由a-SiCM（HX）构成的第二层。

当然，一形成各个层，就关闭掉所需的出气阀之外的所有出气阀。而且，一形成各个层，就通过关闭出气阀1417至1421，并同时打开辅助阀门1432和1433以及充分打开主阀门1434，将系统的内部抽至所希望的高真空度，以避免用于形成前面的层的气体留在反应室1401和从出气阀1417至1421到反应室1401内部的气体管路中。

此外，在形成层的操作过程中，作为基底的铝圆柱1437在马达1439的作用下以预定的速度旋转。

实例1

用图14中示出的制造装置，在表1所示的成层条件下在清洗过的铝圆柱上形成了光接收层，以获得用于电子摄像术的光接收元件。其中，用微机根据图15示出的流量比曲线自动地控制GeH₄/siH₄的气流比例的变化。得到的光接收元件安装在为实验目的而改进的电子摄像复印机上，并承受了用日本佳能Kabushiki kaisha提供的试验步骤在选定的成象条件下进行的复制试验，用钨灯作为光源。

结果，获得了具有改进的分辨率的高质量可见图象。

实例2至7

在各个实例中，重复与实例1相同的步骤，只是所用的成层条件分别示于表2至7中，由此获得用于电子摄像术的圆筒状光接收元件。

各实例中的GeH₄/SiH₄的气流比及B₂H₆/SiH₄的气流比根据示于表A中的流量比例曲线进行控制。

得到的光接收元件经过了与实例1一样的复制试验。

结果，对所有的光接收元件都获得了高质量和高分辨率的可见图象。

表A

实例号 GeH₄/SiH₄气体 B₂H₆/SiH₄气体

流量比曲线的图号流量比曲线的图号

2 16 -

3 17 -

4 17 -

5 15 18

6 16 19

7 17 20

实例8

除了在形成第二层时，层厚由表1的情况变为表8中的情况外，用与实例1相同的步骤制造出了用于电子摄像的光接收元件（样品号801至807）。

将得到的光接收元件分别按照与实例1同样的成象工艺进行评价。

结果示于表中。

实例9

除了在形成第二层时，与C₂H₄/SiH₄流量比有关的值从表1中的条件变为表9中的条件外，用与实例1相同的步骤制造出了用于电子摄像的光接收元件（样品号901至907）。

将得到的光接收元件按与实例1相同的步骤分别进行评价。

结果表明，各个样品均可重复地获得高质量的较清晰半色调可见图象。

重复使用的耐久试验表明，所有的样品均有极好的耐久性，并总能获得和最初的可见图象完全一样的高质量可见图象。

实例10至18

在各个实例中，除了分别用表10至18中所示的成层条件外，重复与实例1相同的步骤，由此获得用于电子摄像术的圆筒状光接收元件。

各实例中的GeH₄/SiH₄气体流量比、B₂H₆/SiH₄气体流量比及O₂/SiH₄气体流量比根据示于下表B中的流量比曲线进行控制。

得到的光接收元件承受了与实例1相同的复制试验。

结果，用任一个光接收元件均获得了高质量和高分辨率的可见图象。

表B

实例号 GeH₄/SiH₄B₂H₆/SiH₄O₂/SiH₄

气体流量比气体流量比气体流量比

曲线的图号曲线的图号曲线的图号

10 15 - -

11 16 - 22

12 17 - 23

13 16 - 24

14 16 - -

15 15 18 -

16 17 19 22

17 17 - -

18 15 20 22

实例19

用几乎与实例1相同的步骤制造出了用于电子摄像术的光接收元件（样品号1901至1907），只是形成第二层的层厚条件由表10的情况变为表19的情况。

所得到的光接收元件分别根据与实例1同样的成象工艺进行评价。

结果示于表19中。

实例20

用几乎与实例1相同的步骤制造出了用于电子摄像术的光接收元件（样品号2001至2007），只是将表10中形成第二层时有关C₂H₄/SiH₄的流量比值改成表20中所示的数值。

结果表明，各个样品均可重复地获得具有较清晰的半色调的高质量可见图象。

而且，重复使用的耐久试验表明，所有样品均有极好的耐久性，并总能获得和最初的可见图象完全一样的高质量可见图象。

实例21至30

在各个实例中，重复与实例1相同的步骤，只是分别使用表21至30中所示的成层条件，从而获得了用于电子摄像术的圆筒状光接收元件。

在各个实例中，根据示于下表C中的流量比曲线控制GeH₄/SiH₄气体流量比、B₂H₆/SiH₄气体流量比以及NH₃/SiH₄的气体流量比。

得到的光接收元件经过了与实例1相同的复制试验。

表C

实例号 GeH₄/SiH₄B₂H₆/SiH₄NH₃/SiH₄

气体流量比气体流量比气体流量比

曲线的图号曲线的图号曲线的图号

21 15 - -

22 16 - 22

23 17 - 23

24 16 - 24

25 16 - -

26 15 18 -

27 17 19 22

28 17 21 -

29 15 20 22

30 16 - -

实例31

除了把表21中形成第二层的条件改为表31的层厚外，用与实例1相同的步骤制备出了用于电子摄像术的光接收元件（样品号3101至3107）。

所得到的光接收元件分别按照与实例1同样的成象工艺进行评价。

结果示于表31中。

实例32

除了把表21中形成第二层时关于C₂H₄/SiH₄气流比的数值改成表32中的数外，用与实例1相同的步骤制备出了用于电子摄像术的光接收元件（样品号3201至3207）。

得到的光接收元件分别根据与实例1相同的步骤进行评价。

此外，重复使用的耐久试验表明，所有样品均有极好的耐久性，并总能获得和最初的可见图象完全一样的高质量可见图象。

实例33至35

在各个实例中，除了分别用表33至35所示的成层条件外，均重复与实例1相同的步骤，由此获得了用于电子摄像术的圆筒状光接收元件。

各实例的GeH₄/SiH₄气流比按照图25至27中示出的气体流量比例曲线进行控制。

所得的光接收元件经过了与实例1一样的复制试验。

结果，任何一个光接收元件均获得了高质量和高分辨率的可见图象。

实例36至42

在各个实例中，除了分别用表36至42所示的成层条件外，均重复与实例1相同的步骤，由此获得了用于电子摄像术的圆筒状光接收元件。

各实例的GeH₄/SiH₄气体流量比和B₂H₆/SiH₄气体流量比按照下面表D中所示的气体流量比曲线进行控制。

使得到的光接收元件经受与实例1同样的复制试验。

结果，所得光接收元件中的任何一个均获得了高质量和高分辨率的可见图象。

表D

实例号 GeH₄/SiH₄气流 B₂H₄/SiH₄气流

量比曲线的图号量比曲线的图号

36 25 -

37 26 -

38 27 -

39 27 -

40 25 18

41 25 19

42 26 20

实例43

除了将表36中形成第二层时的层厚变成表43中的层厚外，用与实例1同样的步骤制备了电子摄像用的光接收元件（样品号4301至4307）。

所得的光接收元件分别根据与实例1同样的成象工艺进行评价。

结果示于表43中。

实例44

除了把表36中形成第二层时有关C₂H₄/SiH₄气流比的数值改为表44中的数值外，用与实例1同样的步骤制备了电子摄像用的光接收元件（样品号4401至4407）。

得到的光接收元件分别根据与实例7相同的步骤进行评价。结果表明，各个样品均可重复地获得具有较清晰的半色调的高质量可见图象。

而且，重复使用的耐久试验表明，任何一个样品都有极好的耐久性，并总能得到与最初的可见图象完全一样的高质量可见图象。

实例45至52

在各个实例中，重复与实例1同样的步骤，只是分别使用表45至52中所示的成层条件，由此获得了用于电子摄像术的圆筒状光接收元件。

在各个实例中，均按照下面表E所示的气流量比例曲线控制GeH₄/SiH₄气体流量、B₂H₆/SiH₄气体流量比和O₂/SiH₄气流比。

所得的光接收元件经受了与实例1相同的复制试验。

结果，所有的光接收元件均获得了高质量和高分辨率的可见图象。

表E

实例号 GeH₄/SiH₄B₂H₆/SiH₄O₂/SiH₄

气流比例气流比例气流量比例

曲线的图号曲线的图号曲线的图号

45 25 - -

46 26 - 22

47 25 - 23

48 27 - 24

49 25 - -

50 25 18 -

51 26 19 22

52 25 20 22

实例53

除了把表45中形成第二层条件中的层厚改为表53所示的层厚外，用与实例1同样的步骤制备出了用于电子摄像术的光接收元件（样品号5301至5307）。

根据与实例1相同的成象工艺分别评价所得的光接收元件。

结果示于表53。

实例54

除了把表45中形成第二层条件中的C₂H₄/SiH₄气流比数值改为表54中所示的数值外，用与实例1同样的步骤，制备出了用于电子摄像术的光接收元件（样品号5401至5407）。

所得的光接收元件分别按照与实例1相同的步骤进行评价。

结果表明，用各个样品均可重复地获得具有较清晰的半色调的高质量可见图象。

而且，重复使用的耐久试验表明，任何一个样品都有极好的耐久性，并总能获得与最初获得的可见图象完全一样的高质量可见图象。

实例55至63

在各个实例中，除了分别使用表55至63所示的成层条件外，重复与实例1相同的步骤，从而获得了用于电子摄像术的圆筒状光接收元件。

按照下面表F中所示的气流量比曲线控制各实例中的GeH₄/SiH₄气流量比、B₂H₆/SiH₄气流量比和NH₃/SiH₄气流量比。

所得的光接收元件经过了与实例1相同的复制试验。

结果，任何一个光接收元件都获得了高质量和高分辨率的可见图象。

表F

实例号 GeH₄/SiH₄B₂H₆/SiH₄NH₃/SiH₄

气流量比气流量比气流量比

曲线的图号曲线的图号曲线的图号

55 25 - -

56 26 - 22

57 25 - 23

58 27 - 24

59 25 - -

60 25 18 -

61 26 19 22

62 25 20 22

63 26 - -

实例64

除了把表55中形成第二层时的层厚条件改为表64所示的条件外，用与实例1同样的步骤制备出了用于电子摄像术的光接收元件（样品号6401至6407）。

所得的光接收元件分别按照与实例1同样的成象工艺进行评价。

结果示于表64。

实例65

除了把表55中形成第二层时关于C₂H₄/SiH₄气流比的数值改为表65中所示的数值外，用与实例1相同的步骤制备了用于电子摄像术的光接收元件（样品号6501至6507）。

此外，重复使用的耐久试验表明，任何一个样品都有极好的耐久性，并总能获得与最初得到的可见图象完全一样的高质量可见图象。

实例66

在实例33至65中，除了用GaAs系列半导体激光器（10毫瓦）代替钨灯作为光源形成静电潜象和实施反转显像外，将各个光接收元件经过和实例1同样的成象工艺，并评价得到的转印的调色剂图象。

结果表明，用任一个光接收元件总是能获得具有较清晰的半色调的高质量和高分辨率的可见图象。

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Claims

1、一种包括基底和光接收层的光接收元件，其中光接收层由具有光电导性的第一层和第二层层叠构成，第一层由含有作为主要组分原子的硅原子、锗原子以及从控制导电性的元素、氧原子和氮原子中选出的至少一种原子的非晶材料构成，而第二层由含有硅原子、碳原子和一种控制导电性的元素的非晶材料构成，第一层中包含的锗原子在整个层区内处于非均匀分布状态。

2、一种包括基底和光接收层的光接收元件，其中光接收层由具有光电导性的第一层和第二层层叠构成;第一层由含有作为主要组分原子的硅原子和锗原子的非晶材料构成;第二层由含有硅原子、碳原子和一种导电性控制元素的非晶材料组成;第一层中包含的锗原子在邻接基底的部分层区内处于非均匀分布状态。

3、如权利要求2所述的光接收元件，其中，第一层在整个层区或部分层区内至少含有从导电性控制元素、氧原子和氮原子中选出的至少一种原子。