JP2001515274A - マルチカラーセンサー - Google Patents
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- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 本発明はｐ−およびｎ−型ドープド層を持ち、複数のダイオード機能体を含む一連の層で構成されるマルチカラーセンサーに関する。この場合、微小質結晶層は、接触させるための少なくとも１つの内在コンタクトで構成されている。本発明によれば、ダイオード機能体を形成するためにｐｉｎ，ｎｉｐ，ｎｐｉｎおよび／またはｐｎｉｐ−構造が提供できる。
Description
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に従うマルチカラーセンサーに関する。更に本発
明は請求項６の上位概念に従う光電子式構造素子にも関する。
明は請求項６の上位概念に従う光電子式構造素子にも関する。
【０００２】
従来技術として２ターミナル構造構成素子(Zwei-Terminalbauelemente)は公知
である。これらの構成素子は更に、光が入射した際に光電流を生じさせるミドル
にあるｐ−ｎ型−半導体構造を持つ２つのコンタクト（ターミナル）を有してい
る。電圧は切り換えなければならずそしてその結果、赤−緑−青（ＲＧＢ）信号
を時間的に順にしか検知することができないという欠点がある。
である。これらの構成素子は更に、光が入射した際に光電流を生じさせるミドル
にあるｐ−ｎ型−半導体構造を持つ２つのコンタクト（ターミナル）を有してい
る。電圧は切り換えなければならずそしてその結果、赤−緑−青（ＲＧＢ）信号
を時間的に順にしか検知することができないという欠点がある。
【０００３】 この関係で一方ではｎｉｐｉｎ−層構造は、米国特許第５，３１１，０４７号
明細書から非晶質珪素で構成される二つの外部コンタクトを持つ光感性電気構造
素子として既に公知である。他方、ドイツ特許出願第１９, ６１３, ８２０．５
−３３号明細書からはｐｉｉｉｎ−構造が非晶質珪素をベースとする２つの外部
コンタクトを持つ光感性電気構造素子として提案さている。
明細書から非晶質珪素で構成される二つの外部コンタクトを持つ光感性電気構造
素子として既に公知である。他方、ドイツ特許出願第１９, ６１３, ８２０．５
−３３号明細書からはｐｉｉｉｎ−構造が非晶質珪素をベースとする２つの外部
コンタクトを持つ光感性電気構造素子として提案さている。
【０００４】 更に従来技術として３ターミナル構造素子が公知である。ｐｉｎ／ＴＣＯ／ｎ
ｉｐｉｎ−構造を形成するための最初の提案は、Ｍ．Ｔｏｐｉｃ，Ｆ．Ｓｍｏｌ
ｅ，Ｊ．Ｆｕｒｌａｎ，Ｗ．Ｋｕｓｉａｎの“Ｊ．ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔ．
Ｓｏｌｉｄｓ １９８−２９９（１９９６）１１８０−１１８４で既に公表され
ている。しかしながらこの場合にも電圧を順次に切り換えなければならない。
ｉｐｉｎ−構造を形成するための最初の提案は、Ｍ．Ｔｏｐｉｃ，Ｆ．Ｓｍｏｌ
ｅ，Ｊ．Ｆｕｒｌａｎ，Ｗ．Ｋｕｓｉａｎの“Ｊ．ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔ．
Ｓｏｌｉｄｓ １９８−２９９（１９９６）１１８０−１１８４で既に公表され
ている。しかしながらこの場合にも電圧を順次に切り換えなければならない。
【０００５】 最後にいわゆる電荷結合素子（ＣＣＤ）（Ｃharge ＣoupledＤevices) は公知
であるが、この場合にはカラーモアレ(Farb-Moiree) 効果がデジタル信号録画を
困難にするという欠点がある。
であるが、この場合にはカラーモアレ(Farb-Moiree) 効果がデジタル信号録画を
困難にするという欠点がある。
【０００６】 ２−または３ターミナル構造素子を形成するためのいわゆる構造体の場合には
個々のダイオードの吸収層が意図するカラー分離に依存して相応して調整するこ
とができる。
個々のダイオードの吸収層が意図するカラー分離に依存して相応して調整するこ
とができる。
【０００７】 従来公知の垂直に集積されたカラー検知器の場合には、該検知器に適合する電
圧を、複雑なカラー情報を得るために逐次切り換えなければならない。この目的
のためには少なくとも３つまたはそれどころかそれ以上の切り換え電圧が必要に
なる。
圧を、複雑なカラー情報を得るために逐次切り換えなければならない。この目的
のためには少なくとも３つまたはそれどころかそれ以上の切り換え電圧が必要に
なる。
【０００８】
それ故に本発明の課題は、完全なカラー情報を得るために検知器に適合する電
圧の逐次切換を必要としないマルチカラーセンサーを薄層技術(Duennschichttec
hnologie) において提供することである。
圧の逐次切換を必要としないマルチカラーセンサーを薄層技術(Duennschichttec
hnologie) において提供することである。
【０００９】
この課題は請求項１の特徴部分の全てに従うマルチカラーセンサーによって解
決される。他の合目的的なまたは有利な実施態様は請求項１に従属する従属形式
請求項に示す。
決される。他の合目的的なまたは有利な実施態様は請求項１に従属する従属形式
請求項に示す。
【００１０】 この課題は本発明に従って、構造素子が層状に形成された複数の、好ましくは
３つのダイオード機能部材、例えばｐｉｎ−、ｎｉｐ−、ｎｐｉｎ−および／ま
たはｐｎｉｐ−ダイオード機能部材で形成されており、該部材が光の入射する方
向に垂直に配置され、かつ互いに結合されていることによって解決される。
３つのダイオード機能部材、例えばｐｉｎ−、ｎｉｐ−、ｎｐｉｎ−および／ま
たはｐｎｉｐ−ダイオード機能部材で形成されており、該部材が光の入射する方
向に垂直に配置され、かつ互いに結合されていることによって解決される。
【００１１】 詳細には、本発明の構造素子は中でも非晶質の珪素およびそれの合金、微小結
晶質の珪素およびそれの合金並びに場合によっては、透明な導電性コンタクト層
をベースとするものである。本発明に従う一連の層並びに本発明の構造素子は、
垂直に集積されたダイオードの光電流の同時的な（平行しての）読み取りを可能
とし、結果として一つの同一の（アレイ配列においてピクセルと称される）場所
で複数のカラー信号を同時に例えば完全に赤−青−緑（ＲＧＢ）信号として検知
することができる。この構造素子のスペクトル感度は、調整する特定なパラメー
タ、例えばそれぞれの層厚によって個々のダイオード機能体の適切な設計によっ
て近紫外線から近赤外線領域まで調整することができる。
晶質の珪素およびそれの合金並びに場合によっては、透明な導電性コンタクト層
をベースとするものである。本発明に従う一連の層並びに本発明の構造素子は、
垂直に集積されたダイオードの光電流の同時的な（平行しての）読み取りを可能
とし、結果として一つの同一の（アレイ配列においてピクセルと称される）場所
で複数のカラー信号を同時に例えば完全に赤−青−緑（ＲＧＢ）信号として検知
することができる。この構造素子のスペクトル感度は、調整する特定なパラメー
タ、例えばそれぞれの層厚によって個々のダイオード機能体の適切な設計によっ
て近紫外線から近赤外線領域まで調整することができる。
【００１２】 本発明は、三次元的集積によって垂直カラー検知を可能とし、その際に各ピク
セル毎に完全なカラー情報を平行して読み取ることができる構造素子を開発する
ことを基本としている。光の入射方向に予めに接続されたダイオード機能体がそ
の下に在るダイオード機能体を吸収体として用いられるので、有利にも別の光学
フィルターを使用する必要がない。
セル毎に完全なカラー情報を平行して読み取ることができる構造素子を開発する
ことを基本としている。光の入射方向に予めに接続されたダイオード機能体がそ
の下に在るダイオード機能体を吸収体として用いられるので、有利にも別の光学
フィルターを使用する必要がない。
【００１３】 本発明の例えば４ターミナル構造素子を現実化するためには、個々のダイオー
ドの光吸収を入射光の光子の侵入深さおよび波長の増加に比例して増加させなけ
ればならない。検知コンセプトは、第一のダイオードにおいて短い波長の光（例
えば青色光）をそして背後のダイオードでは長い波長の光を吸収することを基本
としており、これは個々のダイオードの選択された層構造（例えばｎｉｐ、ｎｉ
ｐｉｎ、ｎｐｉｎ、ｐｉｎｉｐ、ｐｎｉｐまたはｐｉｎ）に無関係に当てはまる
ことである。
ドの光吸収を入射光の光子の侵入深さおよび波長の増加に比例して増加させなけ
ればならない。検知コンセプトは、第一のダイオードにおいて短い波長の光（例
えば青色光）をそして背後のダイオードでは長い波長の光を吸収することを基本
としており、これは個々のダイオードの選択された層構造（例えばｎｉｐ、ｎｉ
ｐｉｎ、ｎｐｉｎ、ｐｉｎｉｐ、ｐｎｉｐまたはｐｉｎ）に無関係に当てはまる
ことである。
【００１４】 ｎｉｐｎ−またはｐｎｉｐ−ダイオード構造を考慮することによって、それぞ
れのドープド半導体層は、特にｐ−ドープド層またはｎ−ドープド層として配列
されていてもよい。従って好ましくはＴＣＯ−層として形成されているかまたは
微小結晶質ｐ−またはｎ−導電性材料より成る導電性コンタクト層を介して、１
種類の電荷担体だけが注入されるかまたは集められる。何故ならば後続のｐ／ｎ
−またはｎ／ｐ−ヘテロ接合部で電荷担体交換が生じるからである。
れのドープド半導体層は、特にｐ−ドープド層またはｎ−ドープド層として配列
されていてもよい。従って好ましくはＴＣＯ−層として形成されているかまたは
微小結晶質ｐ−またはｎ−導電性材料より成る導電性コンタクト層を介して、１
種類の電荷担体だけが注入されるかまたは集められる。何故ならば後続のｐ／ｎ
−またはｎ／ｐ−ヘテロ接合部で電荷担体交換が生じるからである。
【００１５】 ２ターミナル構造素子から４ターミナル構造素子に変換すことによって３つの
ＲＧＢ−信号の全てを同時に───それ故に逐次でなく───読み取ることがで
きる。
ＲＧＢ−信号の全てを同時に───それ故に逐次でなく───読み取ることがで
きる。
【００１６】 本発明のマルチカラーセンサーおよび本発明の構造素子は、構造素子を垂直に
集積することによって（例えば青、緑および赤色を検知するために）受信する信
号を同時に検知しながら（空間的に配列されたカラーフィルターの使用によって
ＣＣＤ−カメラを使用する場合に通例である様に）カラーモイラ効果を低減させ
るという長所を有している。更にこの場合に、いわゆる一駒取り（one-shot-Auf
nahme ）によって色作成に関して完全な信号をデジタル像に加工するために有利
に使用することが可能である。
集積することによって（例えば青、緑および赤色を検知するために）受信する信
号を同時に検知しながら（空間的に配列されたカラーフィルターの使用によって
ＣＣＤ−カメラを使用する場合に通例である様に）カラーモイラ効果を低減させ
るという長所を有している。更にこの場合に、いわゆる一駒取り（one-shot-Auf
nahme ）によって色作成に関して完全な信号をデジタル像に加工するために有利
に使用することが可能である。
【００１７】 本発明を図面および実施例によって更に詳細に説明する。図面中、 図１は３つのダイオード機能体を有する非晶質または微小結晶質の珪素より成る 垂直に集積された本発明のカラー検知器を概略的に図示している。この検知 器ではベースカラーの青、緑および赤色を平行して読み取ることができる； 図２は本発明の４つのターミナル構造素子の相対スペクトル感度を示すグラフで あり； 図３は微小結晶質コンタクト層を有するｐｉｎｉｐｉｎ−構造をベースとする本 発明の４ターミナル構造素子の概略図であり； 図４は赤色光を検知するための構造化ダイオード機能体の概略図であり； 図５は赤色光を検知するためのＴＣＯ／ｐｉｎ−構造として形成されたダイオー ド機能体の概略図であり； 図６は赤色光および緑色光を同時に検知するためのミドルダイオードおよび底部 ダイオードの概略図であり； 図７はトップ−、ミドル−および底部ダイオードの概略図であり； 図８は完全な赤−緑−青（ＲＧＢ）−信号を可能とすることができない領域の同 時的な覆いとフロントコンタクトとの接触を図示しており； 図９は本発明の連なったアレイを図示している。
【００１８】 実施例： 図１には３つのダイオードを有する非晶質−または微小結晶質珪素より成る垂
直に集積したカラー検知器の概略図が示されている。この検知器ではベースカラ
ーの青、緑および赤色を平行して読み取ることができる。
直に集積したカラー検知器の概略図が示されている。この検知器ではベースカラ
ーの青、緑および赤色を平行して読み取ることができる。
【００１９】 図１に示した本発明の検知構造の概略図はこの場合にはＲＧＢ−信号を生ずる
ために３つのダイオードで構成されている。これらのダイオードはガラス基板の
上に造られている。例えばＺｎＯ−、ＳｎＯ2 −またはＩＴＯ−層によって実現
することができる透明なフロント−コンタクトの上に、青色光を吸収する第一の
検知構造（トップダイオード）が析出されている。次いで別の透明なコンタクト
（例えばＺｎＯ−、ＳｎＯ2 −またはＩＴＯ−層）が載せられており、その上に
同様に色選択性ダイオード（ミドルダイオード）が析出されている。このダイオ
ードは緑色光を検知する。この配列を、長い波長の光スペクトル（赤色）を吸収
する第三のダイオード（底部ダイオード）のために繰り返す。
ために３つのダイオードで構成されている。これらのダイオードはガラス基板の
上に造られている。例えばＺｎＯ−、ＳｎＯ2 −またはＩＴＯ−層によって実現
することができる透明なフロント−コンタクトの上に、青色光を吸収する第一の
検知構造（トップダイオード）が析出されている。次いで別の透明なコンタクト
（例えばＺｎＯ−、ＳｎＯ2 −またはＩＴＯ−層）が載せられており、その上に
同様に色選択性ダイオード（ミドルダイオード）が析出されている。このダイオ
ードは緑色光を検知する。この配列を、長い波長の光スペクトル（赤色）を吸収
する第三のダイオード（底部ダイオード）のために繰り返す。
【００２０】 図２には極大スペクトル感度を４５０ｎｍの所でトップダイオードが、５６５
ｎｍの所でミドルダイオードがそして６４０ｎｍの所で底部ダイオードが示すｐ
ｉｎ／ｐｉｎ／ｐｉｎ−配置の４ターミナル構造素子のスペクトル感度をグラフ
で示している。
ｎｍの所でミドルダイオードがそして６４０ｎｍの所で底部ダイオードが示すｐ
ｉｎ／ｐｉｎ／ｐｉｎ−配置の４ターミナル構造素子のスペクトル感度をグラフ
で示している。
【００２１】 ３つより多いダイオードを現実化する場合には、この工程を相応して繰り返す
。この検知器システムは裏側端子によって完成される。多層構造物の構造化は例
えば標準フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによって行なうこ
とができる。
。この検知器システムは裏側端子によって完成される。多層構造物の構造化は例
えば標準フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによって行なうこ
とができる。
【００２２】 この場合には光入射方向から裏側端子への個々のダイオードは、個々のダイオ
ードの任意の組合せで配列さていてもよい。例えば４ターミナル構造素子につい
ては例えばｎｉｐ／ｎｉｐ／ｎｉｐ、ｐｉｎ／ｐｉｎ／ｐｉｎ、ｐｉｎ／ｎｉｐ
／ｐｉｎ、ｎｉｐ／ｐｉｎ／ｎｉｐ、またはｐｉｎ／ｎｐｉｎ／ｎｐｉｎまたは
ｐｉｎ／ｎｐｉｎ／ｎｉｐ等の他の組合せが実現される。
ードの任意の組合せで配列さていてもよい。例えば４ターミナル構造素子につい
ては例えばｎｉｐ／ｎｉｐ／ｎｉｐ、ｐｉｎ／ｐｉｎ／ｐｉｎ、ｐｉｎ／ｎｉｐ
／ｐｉｎ、ｎｉｐ／ｐｉｎ／ｎｉｐ、またはｐｉｎ／ｎｐｉｎ／ｎｐｉｎまたは
ｐｉｎ／ｎｐｉｎ／ｎｉｐ等の他の組合せが実現される。
【００２３】 個々のダイオードのスペクトル感度はいろいろなバンドギャップを有する材料
の使用、吸収層のバンドギャップの適当なデザイン（例えばａ−Ｓｉx Ｇｅx ：
Ｈの様な吸収層の内部のバンドギャップのｕ−型−、ｖ−型傾斜）の使用、水素
濃度、または緩衝液の使用、活性でないコンタクト層（ｎ−およびｐ−層）とし
ての活性吸収層の個々の層長さの変更によって要求に適当に適合させることがで
きる。
の使用、吸収層のバンドギャップの適当なデザイン（例えばａ−Ｓｉx Ｇｅx ：
Ｈの様な吸収層の内部のバンドギャップのｕ−型−、ｖ−型傾斜）の使用、水素
濃度、または緩衝液の使用、活性でないコンタクト層（ｎ−およびｐ−層）とし
ての活性吸収層の個々の層長さの変更によって要求に適当に適合させることがで
きる。
【００２４】 上述の最適な判断基準をベースとして個々のダイオードの吸収層は、層厚さと
波長が光の入射方向から裏側端子に向かって増加する波長との積が相前後するそ
れぞれの層において増加する様に選択する。
波長が光の入射方向から裏側端子に向かって増加する波長との積が相前後するそ
れぞれの層において増加する様に選択する。
【００２５】 本発明の一連の層、センサーあるいは構造素子の光電子的性質は次の手段によ
って変更される： ａ） 非晶質珪素ネットワーク中にゲルマニウムまたは炭素を組み入れる（ａ− ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−Ｓｉ（Ｃ）：Ｈ）； ｂ） 水素を添加するかあるいはａ−Ｓｉ：Ｈならびにその合金のためにプロセ スガス水素濃度を変更する（ａ点）； ｃ） 珪素およびゲルマニウムをベースとする微小結晶層の組み入れ； ｄ） 比較的に高い水素希釈度および比較的に低い析出温度（Ｔｓ＝１２０〜１ ６０℃）を有する層を組み入れる。
って変更される： ａ） 非晶質珪素ネットワーク中にゲルマニウムまたは炭素を組み入れる（ａ− ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−Ｓｉ（Ｃ）：Ｈ）； ｂ） 水素を添加するかあるいはａ−Ｓｉ：Ｈならびにその合金のためにプロセ スガス水素濃度を変更する（ａ点）； ｃ） 珪素およびゲルマニウムをベースとする微小結晶層の組み入れ； ｄ） 比較的に高い水素希釈度および比較的に低い析出温度（Ｔｓ＝１２０〜１ ６０℃）を有する層を組み入れる。
【００２６】 本発明において、製造条件がａ−Ｓｉ：Ｈを基礎とする合金の輸送特性に影響
を及ぼすためには次の様に実施する： 非晶質珪素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の場合には光電特性が製造条件の変更によって影
響される。例えば材料品質は層析出の際の析出圧、温度、供給される電力の変更
によってまたは追加的なプロセスガス（例えば水素、ヘリウム、アルゴンまたは
フッ素）を適当に添加することによって変えることができる。このことは、電荷
輸送性（即ち電荷担体の寿命および電荷担体の移動度並びにアンピポーラ拡散距
離の積）は僅かな範囲で意図的に調整できることを意味している。
を及ぼすためには次の様に実施する： 非晶質珪素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の場合には光電特性が製造条件の変更によって影
響される。例えば材料品質は層析出の際の析出圧、温度、供給される電力の変更
によってまたは追加的なプロセスガス（例えば水素、ヘリウム、アルゴンまたは
フッ素）を適当に添加することによって変えることができる。このことは、電荷
輸送性（即ち電荷担体の寿命および電荷担体の移動度並びにアンピポーラ拡散距
離の積）は僅かな範囲で意図的に調整できることを意味している。
【００２７】 ゲルマニウム含有量の増加につれて光学的エネルギーギャップをＥG ≒１．８
ｅＶ（ａ−Ｓｉ：Ｈ）とＥG ≒１．０ｅＶ（ａ−Ｇｅ：Ｈ）との間で調整できる
。Ｇｅ濃度の増加についれて、測定方法“定光電流法(Constant Photocurrent M
ethod)" で測定される正孔密度(Defektdichte)が２倍までのオーダーで増加する
。
ｅＶ（ａ−Ｓｉ：Ｈ）とＥG ≒１．０ｅＶ（ａ−Ｇｅ：Ｈ）との間で調整できる
。Ｇｅ濃度の増加についれて、測定方法“定光電流法(Constant Photocurrent M
ethod)" で測定される正孔密度(Defektdichte)が２倍までのオーダーで増加する
。
【００２８】 更に（ａ−Ｓｉ：Ｈの場合の様に）珪素合金の場合には製造手段によって、特
に析出の間の追加的プロセスガスの添加によって輸送性に影響を及ぼすことがで
きる。水で著しく希釈することで製造される材料はＨ2 無添加で析出された材料
よりも非常に大きな光伝導性およびこれに伴いより高いμτ−積の値を示す。こ
の効果は材料中の炭素含有量の増加に比例して増加する。この場合、［Ｈ2 ］／
（［ＳｉＨ4 ］＋［ＣＨ4 ］）比は１０〜５０の値を取る。
に析出の間の追加的プロセスガスの添加によって輸送性に影響を及ぼすことがで
きる。水で著しく希釈することで製造される材料はＨ2 無添加で析出された材料
よりも非常に大きな光伝導性およびこれに伴いより高いμτ−積の値を示す。こ
の効果は材料中の炭素含有量の増加に比例して増加する。この場合、［Ｈ2 ］／
（［ＳｉＨ4 ］＋［ＣＨ4 ］）比は１０〜５０の値を取る。
【００２９】 大きなバンドギャップおよび良好な光電子的性質を有する材料を製造する本発
明の範囲の別の実施態様は、高い水素希釈度（好ましくは４〜３０倍）および低
い析出温度（好ましくは１２０℃〜１６０℃の範囲の温度）を使用することを本
質としている。これらの析出条件のもとで本発明においては１．８ｅＶ〜１．９
５ｅＶの範囲内のバンドギャップに調整される。
明の範囲の別の実施態様は、高い水素希釈度（好ましくは４〜３０倍）および低
い析出温度（好ましくは１２０℃〜１６０℃の範囲の温度）を使用することを本
質としている。これらの析出条件のもとで本発明においては１．８ｅＶ〜１．９
５ｅＶの範囲内のバンドギャップに調整される。
【００３０】 微小結晶質コンタクト層（ｎ−およびｐ−層）の使用によって場合によっては
個々のダイオード間のＴＣＯ層（例えばｐｉｎ／ＴＣＯ／ｐｉｎ／ＴＣＯ／ｐｉ
ｎ）を部分的にまたは完全に省くことができる。何故ならばこの層はａ−Ｓｉ：
Ｈ−層よりも明らかに高い導電性およびもう一方では明らかに長いエッチング率
（例えば反応性イオン−エッチングに関して）を有しているからである。
個々のダイオード間のＴＣＯ層（例えばｐｉｎ／ＴＣＯ／ｐｉｎ／ＴＣＯ／ｐｉ
ｎ）を部分的にまたは完全に省くことができる。何故ならばこの層はａ−Ｓｉ：
Ｈ−層よりも明らかに高い導電性およびもう一方では明らかに長いエッチング率
（例えば反応性イオン−エッチングに関して）を有しているからである。
【００３１】 図３に微小結晶質コンタクト層を有するｐｉｎｐｉｎ−構造として図示してあ
る様な本発明の配列も同様に個々のダイオードの可能な接触をもたらす。図３か
ら判る通り、内在コンタクト（ターミナル）として形成するための内在ｐ−層は
、接触を可能とするために、適当に構造化することによって部分的に露出して形
成されている。エッチング過程の間の微小結晶質−および非晶質珪素を異なる選
択性のために、薄膜構造素子が構造化されそしてそれ故に該素子が得られる。こ
の構造は図１で提案した配列の他に、ＴＣＯ−層を省きそしてそれ故にドープド
層の数を減らすことができるという長所を提供する。これによって構造の簡素化
が達成される。
る様な本発明の配列も同様に個々のダイオードの可能な接触をもたらす。図３か
ら判る通り、内在コンタクト（ターミナル）として形成するための内在ｐ−層は
、接触を可能とするために、適当に構造化することによって部分的に露出して形
成されている。エッチング過程の間の微小結晶質−および非晶質珪素を異なる選
択性のために、薄膜構造素子が構造化されそしてそれ故に該素子が得られる。こ
の構造は図１で提案した配列の他に、ＴＣＯ−層を省きそしてそれ故にドープド
層の数を減らすことができるという長所を提供する。これによって構造の簡素化
が達成される。
【００３２】 透明コンタクトの間にｎｉｐｉｎ−またはｐｉｎｉｐ−ダイオードの様な複雑
な一連の層が埋め込まれた高価なマルチターミナル構造は、更に加工するのに必
要とされる無関係な線状のスペクトル挙動を確かに検知できるが、ｎ≧３個のダ
イオードが実現されそしてダイオードの調整可能なスペクトル感度を用途に合わ
せて利用する場合を除いて、この構造素子は平行して読み取ることができない。
用途次第でスペクトル感度は適当に調整される。しかしながら読み取りサイクル
の間、ＲＧＢ−信号を検知器に印加される電圧を変更することなく読み取ること
ができることを保証しなければならない。
な一連の層が埋め込まれた高価なマルチターミナル構造は、更に加工するのに必
要とされる無関係な線状のスペクトル挙動を確かに検知できるが、ｎ≧３個のダ
イオードが実現されそしてダイオードの調整可能なスペクトル感度を用途に合わ
せて利用する場合を除いて、この構造素子は平行して読み取ることができない。
用途次第でスペクトル感度は適当に調整される。しかしながら読み取りサイクル
の間、ＲＧＢ−信号を検知器に印加される電圧を変更することなく読み取ること
ができることを保証しなければならない。
【００３３】 例としては、４ターミナル構造素子のミドルダイオードをｐｉｎｉｐ−構造と
して現実化することは考えられることである。その時にこの構造はそれぞれ用途
の関連でプラスまたはマイナスの電圧を印加して読み取ることができる。平行読
み取りの経過はこれによって影響を受けない。かゝる構造は調整可能な緑色感度
の他に別の最適化の可能性をもたらす。追加的に挟み込まれる層によってこの構
造のデザイン上の自由度が結果として生じ、その結果スペクトル感度を標準ＲＧ
Ｂ−信号により良好に適合させることができる。この可能性は光学的に適合する
範囲および入射光の特定のスペクトル領域のキャッチャア（Auskopplung)の範囲
にある。
して現実化することは考えられることである。その時にこの構造はそれぞれ用途
の関連でプラスまたはマイナスの電圧を印加して読み取ることができる。平行読
み取りの経過はこれによって影響を受けない。かゝる構造は調整可能な緑色感度
の他に別の最適化の可能性をもたらす。追加的に挟み込まれる層によってこの構
造のデザイン上の自由度が結果として生じ、その結果スペクトル感度を標準ＲＧ
Ｂ−信号により良好に適合させることができる。この可能性は光学的に適合する
範囲および入射光の特定のスペクトル領域のキャッチャア（Auskopplung)の範囲
にある。
【００３４】 ガラス製基体の上に導電性の透明なフロントコンタクトを析出させることがで
きる本発明の感知器構造物に換えて、多層系を色々な基体（例えばＡｇ、Ａｌま
たはシリコンウエハー、例えば読み出し電子技術を含んでいても良いそれら）の
上に逆に析出させることもできる。本発明の範囲では例えば、構造化絶縁体によ
って薄膜検知システムから分離される、結晶質珪素をベースとする電子スイッチ
ング回路の上に感知器システムを析出させることができる。
きる本発明の感知器構造物に換えて、多層系を色々な基体（例えばＡｇ、Ａｌま
たはシリコンウエハー、例えば読み出し電子技術を含んでいても良いそれら）の
上に逆に析出させることもできる。本発明の範囲では例えば、構造化絶縁体によ
って薄膜検知システムから分離される、結晶質珪素をベースとする電子スイッチ
ング回路の上に感知器システムを析出させることができる。
【００３５】 ダイオード機能の意図的な配列によって含まれる、センサーアレイ内部の一連
の層がセンサー領域を（光入射方向に）垂直に集積しており、このことがモアレ
効果のない画像をもたらす。
の層がセンサー領域を（光入射方向に）垂直に集積しており、このことがモアレ
効果のない画像をもたらす。
【００３６】 かゝる本発明のカラーセンサーシステム、例えばｐｉｎ／ｎｉｐ／ｐｉｎ−あ
るいはｎｉｐ／ｐｉｎ／ｎｉｐ−構造をベースとする該システムは完成の読出し
電子機器の上に個々の部分ダイオードを逐次析出させそして構造化することによ
って製造することができる。この様にかゝる本発明の配列によって、僅か数ミク
ロメータの、高い面積充填倍率(Flaechenfuellfaktor) のピクセルピッチを有す
るセンサーが製造される。
るいはｎｉｐ／ｐｉｎ／ｎｉｐ−構造をベースとする該システムは完成の読出し
電子機器の上に個々の部分ダイオードを逐次析出させそして構造化することによ
って製造することができる。この様にかゝる本発明の配列によって、僅か数ミク
ロメータの、高い面積充填倍率(Flaechenfuellfaktor) のピクセルピッチを有す
るセンサーが製造される。
【００３７】 本発明のセンサーの次の実施例においては、トップ−よびミドルダイオードあ
るいはミドル−および底部ダイオードの間の接続部の接触はダイオード組織の析
出さたｎ−またはｐ−導電性ドープド層が行っている。詳細にはこれらの接触は
青、緑および赤色光を検知する３色センサーの例によって詳細に説明する。
るいはミドル−および底部ダイオードの間の接続部の接触はダイオード組織の析
出さたｎ−またはｐ−導電性ドープド層が行っている。詳細にはこれらの接触は
青、緑および赤色光を検知する３色センサーの例によって詳細に説明する。
【００３８】 更に本発明のマルチカラーセンサーのダイオード機能体を製造するために、例
えばＺｎＯの透明な導電性酸化物層を薄膜系を構造化するためのエッチング停止
剤として塗布することによて使用することができる。この場合のためにはダイオ
ードの構造化が１つけのフォトリソグラフィー段階にて保証されなければならな
い。かゝる構造素子の製造プロセス工程の概略的経過を後記の図４〜９に図示し
そして以下に詳細に説明する。
えばＺｎＯの透明な導電性酸化物層を薄膜系を構造化するためのエッチング停止
剤として塗布することによて使用することができる。この場合のためにはダイオ
ードの構造化が１つけのフォトリソグラフィー段階にて保証されなければならな
い。かゝる構造素子の製造プロセス工程の概略的経過を後記の図４〜９に図示し
そして以下に詳細に説明する。
【００３９】 底部ダイオードを形成するために最初に薄膜系（例えば可視光線の赤色スペク
トル部分を検知するためのｐｉｎ−構造）を析出させ、次いで構造化する（図４
）。底部ダイオードの裏側の接触は底部ダイオードの面積を限定する金属端子を
介してかまたは同様にドープド層を介して行なう。
トル部分を検知するためのｐｉｎ−構造）を析出させ、次いで構造化する（図４
）。底部ダイオードの裏側の接触は底部ダイオードの面積を限定する金属端子を
介してかまたは同様にドープド層を介して行なう。
【００４０】 別の段階で底部ダイオードの側壁を絶縁層［例えば酸化珪素または場合によっ
ては窒化珪素（ＳｉＯx 、ＳｉＮx ）またはポリイミド］を有している。この様
にして、後の時点で別のダイオード配列を載せる時にカップル（Ｋｏｐｐｅｌ）
−およびリーク電流の発生が阻止される。絶縁層としても機能する検知器の製造
にはフォトリソグラフィー加工段階がそれぞれ要求される。
ては窒化珪素（ＳｉＯx 、ＳｉＮx ）またはポリイミド］を有している。この様
にして、後の時点で別のダイオード配列を載せる時にカップル（Ｋｏｐｐｅｌ）
−およびリーク電流の発生が阻止される。絶縁層としても機能する検知器の製造
にはフォトリソグラフィー加工段階がそれぞれ要求される。
【００４１】 この手段に代わりに、追加的なＴＣＯ−層をダイオード配列の上でエッチング
停止剤として使用することによってリソグラフィー加工段階を省くことができる
。この場合には非晶質ダイオード構造の析出加工の後に例えば大きな表面積でＺ
ｎＯをスパッタリングで適用する。ＴＣＯ／ｐｉｎ−ダイオードの系は完全に構
造化し（図５）そして次に絶縁層を析出させる。選択的なイオンエッチング処理
によって絶縁材料は別のリソグラフィー加工段階を使用することなしに構造化さ
れ、即ちダイオード機能体の側壁は絶縁されたままであり、他方、他の全ての領
域は絶縁層が取り除かれている。
停止剤として使用することによってリソグラフィー加工段階を省くことができる
。この場合には非晶質ダイオード構造の析出加工の後に例えば大きな表面積でＺ
ｎＯをスパッタリングで適用する。ＴＣＯ／ｐｉｎ−ダイオードの系は完全に構
造化し（図５）そして次に絶縁層を析出させる。選択的なイオンエッチング処理
によって絶縁材料は別のリソグラフィー加工段階を使用することなしに構造化さ
れ、即ちダイオード機能体の側壁は絶縁されたままであり、他方、他の全ての領
域は絶縁層が取り除かれている。
【００４２】 別の段階で、緑色光を検知するためのミドルダイオードが広い面積で析出され
る。この場合にはＡＳＩＣの上に直接的に析出されるドープド層が、ミドル−お
よび底部ダイオードとの間の接続のための接触層（コンタクト層）として役立ち
そして微小結晶質の状態で覆われている。次いで同様に構造化（図６）および側
壁の絶縁を行なう。
る。この場合にはＡＳＩＣの上に直接的に析出されるドープド層が、ミドル−お
よび底部ダイオードとの間の接続のための接触層（コンタクト層）として役立ち
そして微小結晶質の状態で覆われている。次いで同様に構造化（図６）および側
壁の絶縁を行なう。
【００４３】 緑色光を検知するためのトップダイオードの製造は上述の段階と同様に行なう
ことができる（図７）。上側層と接触させる為に、トップコンタクトを接触させ
るために金属グリッドを使用する。
ことができる（図７）。上側層と接触させる為に、トップコンタクトを接触させ
るために金属グリッドを使用する。
【００４４】 この金属グリッドが個々の接続部の連結領域に取り付けられているという事実
に基づいて、更にこの領域での光の吸収も防止される（図８）。この様に、トッ
プ−、ミドル−および底部ダイオードが互いに重なり在って配列されている領域
でのみＲＧＢ−信号を検知することが保証される。複数のセンサーを相前後して
配列した場合には、走査線センサーまたは２Ｄアレイの縦または横列のピクセル
は金属グリッド、特にアルミニウムグリッドの状態で互いに連結される（図９）
。
に基づいて、更にこの領域での光の吸収も防止される（図８）。この様に、トッ
プ−、ミドル−および底部ダイオードが互いに重なり在って配列されている領域
でのみＲＧＢ−信号を検知することが保証される。複数のセンサーを相前後して
配列した場合には、走査線センサーまたは２Ｄアレイの縦または横列のピクセル
は金属グリッド、特にアルミニウムグリッドの状態で互いに連結される（図９）
。
【００４５】 この配列によって、個々のダイオード機能体は自己接触的に垂直に集積される
。
。
【図１】 図１は１つのダイオード機能体を有する非晶質または微小結晶質の珪素より成
る垂直に集積された本発明のカラー検知器を概略的に図示している。
る垂直に集積された本発明のカラー検知器を概略的に図示している。
【図２】 図２は本発明の４ターミナル構造素子の相対スペクトル感度を示すグラフであ
る。
る。
【図３】 図３は微小結晶質コンタクト層を有するｐｉｎｉｐｉｎ−構造をベースとする
本発明の４ターミナル構造素子の概略図である。
本発明の４ターミナル構造素子の概略図である。
【図４】 図４は赤色光を検知するための構造化ダイオード機能体の該略図である。
【図５】 図５は赤色光を検知するためのＴＣＯ／ｐｉｎ−構造として形成されたダイオ
ード機能体の概略図である。
ード機能体の概略図である。
【図６】 図６は赤色光および緑色光を同時に検知するためのミドルダイオードおよび底
部ダイオードの概略図である。
部ダイオードの概略図である。
【図７】 図７はトップ−、ミドル−およびボトムダイオードの概略図である。
【図８】 図８は完全な赤−緑−青（ＲＧＢ）−信号を可能とすることができない領域の
同時的な覆いとフロントコンタクトとの接触を示す概略図である。
同時的な覆いとフロントコンタクトとの接触を示す概略図である。
【図９】 図９は本発明の連なったアレイを図示している。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月２５日（２０００．２．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フェルシュ・ヨーアヒム ドイツ連邦共和国、Ｄ−63755 アルツェ ナウ、フリートベルガー・ゲスヒェン、２ (72)発明者 ヴァーグナー・ヘーリベルト ドイツ連邦共和国、Ｄ−52428 ユーリッ ヒ、タールストラーセ、１ Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB10 BA05 CA01 CA05 CA34 CB05 CB14 GC08 5F049 MA02 MA03 MA04 MB04 MB05 NA10 NB05 PA14 QA07 RA02 SE02 SE05 SS01 WA03
Claims (8)
- 【請求項１】 複数のダイオード機能体を含み、ｐ−およびｎ−型ドープド
層を持つ一連の層で構成されるマルチカラーセンサーにおいて、少なくとも１つ
の内在コンタクトを接触させるために、少なくとも１つの層、特にコンタクト層
が微小結晶状態で構成されていることを特徴とするマルチカラーセンサー。 - 【請求項２】 複数のダイオード機能体を含む一連の層で構成される請求項
１のマルチカラーセンサーにおいて、これらのダイオード機能体がそれぞれ導電
性のコンタクト層によって互いに分離されており、その際に追加的なｎ／ｐ−ま
たはｐ／ｎ−ヘテロ接合部(Heterouebergang) を考慮に入れることによって１種
類の荷電担体だけを内在コンタクトを介して集めるかまたは注入する（ただし１
種類だけの荷電粒子だけが内在コンタクト部を通して集められそして注入される
ために追加的なｎ／ｐ−またはｐ／ｎ−ヘテロ接合物が設けられている）マルチ
カラーセンサー。 - 【請求項３】 ダイオード機能体を形成するためのｐｉｎ−、ｎｉｐ−、ｎ
ｐｉｎ−および／またはｐｎｉｐ−構造を有する請求項１または２に記載のマル
チカラーセンサー。 - 【請求項４】 追加的な非微小結晶質のまたは非晶質の層、特にＺｎＯ−層
を持つ請求項１〜３のいずれか一つに記載のマルチカラーセンサー。 - 【請求項５】 ＲＧＢ−感度を生ずるために４つのコンタクト層を持つ請求
項１〜４のいずれか一つに記載のマルチカラーセンサー。 - 【請求項６】 内在のｐ−およびｎ−型層が、これら両者の間にｉ−層また
は複数のｉ−層を介在させずに、隣接して形成されており、ｐ−およびｎ−型層
の一方けが微小結晶質で形成されている請求項１〜５のいずれか一つに記載のマ
ルチカラーセンサー。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一つに記載の複数のマルチカラーセ
ンサーを含有する２Ｄ−アレイを持つ構造素子。 - 【請求項８】 請求項７の構造素子を持つＣＣＤ含有ビデオカメラ。
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