JP2002076425A - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外部からのキャリアの注入を十分に阻止し、
しかも生成したキャリアを効率よく出力することが可能
な増倍型のアモルファスシリコン半導体光電変換装置を
提供する。 【解決手段】 アモルファスシリコンより成るｉ型半導
体層をｐ導電型層とｎ導電型層で挟んだｐｉｎフォトダ
イオードとし、ｐ導電型層をエネルギーバンドギャップ
が３．３ｅＶ以上と大きく、導電率も１０-2／Ωｃｍ以
上と高い透明なｐ導電型酸化物で作製する。
しかも生成したキャリアを効率よく出力することが可能
な増倍型のアモルファスシリコン半導体光電変換装置を
提供する。 【解決手段】 アモルファスシリコンより成るｉ型半導
体層をｐ導電型層とｎ導電型層で挟んだｐｉｎフォトダ
イオードとし、ｐ導電型層をエネルギーバンドギャップ
が３．３ｅＶ以上と大きく、導電率も１０-2／Ωｃｍ以
上と高い透明なｐ導電型酸化物で作製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファスシリ
コンより成る半導体光電変換装置に関し、特に、光電変
換によって生成したキャリアを増倍する光電変換装置に
関する。
コンより成る半導体光電変換装置に関し、特に、光電変
換によって生成したキャリアを増倍する光電変換装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）より
成り、光電変換によって生成したキャリアをアバランシ
ェ増倍する光電変換装置が提案されている。このような
増倍型のアモルファスシリコン半導体光電変換装置で
は、きわめて高い逆バイアス電圧を印加することにより
増倍を行うため、光電変換と増倍を行う層に外部からキ
ャリアが注入して大きな暗電流が発生し易い。
成り、光電変換によって生成したキャリアをアバランシ
ェ増倍する光電変換装置が提案されている。このような
増倍型のアモルファスシリコン半導体光電変換装置で
は、きわめて高い逆バイアス電圧を印加することにより
増倍を行うため、光電変換と増倍を行う層に外部からキ
ャリアが注入して大きな暗電流が発生し易い。
【０００３】このため、ｉ型のａ−Ｓｉ層をｐ導電型層
とｎ導電型層とで挟んでｐｉｎフォトダイオードとし、
ｐ導電型層とｎ導電型層のエネルギーバンドギャップを
大きくして電子やホールの注入を阻止することが提案さ
れている。この構成の光電変換装置の典型的なエネルギ
ーバンドギャップを図５に示す。
とｎ導電型層とで挟んでｐｉｎフォトダイオードとし、
ｐ導電型層とｎ導電型層のエネルギーバンドギャップを
大きくして電子やホールの注入を阻止することが提案さ
れている。この構成の光電変換装置の典型的なエネルギ
ーバンドギャップを図５に示す。
【０００４】光電変換装置には、ｐ導電型層５２を負、
ｎ導電型層５３を正とする高電圧が印加される。光電変
換によってｉ型のａ−Ｓｉ層５１に生じたキャリアは高
電圧により増倍し、電子ｅはｎ導電型層５３から、ま
た、ホールｈはｐ導電型層５２から外部に流れ出る。一
方、外部の電子ｅは、ｐ導電型層５２のエネルギーバン
ドギャップによってａ−Ｓｉ層５１への進入を阻止さ
れ、外部のホールｈも同様に、ｎ導電型層５３のエネル
ギーバンドギャップによってａ−Ｓｉ層５１への進入を
阻止される。
ｎ導電型層５３を正とする高電圧が印加される。光電変
換によってｉ型のａ−Ｓｉ層５１に生じたキャリアは高
電圧により増倍し、電子ｅはｎ導電型層５３から、ま
た、ホールｈはｐ導電型層５２から外部に流れ出る。一
方、外部の電子ｅは、ｐ導電型層５２のエネルギーバン
ドギャップによってａ−Ｓｉ層５１への進入を阻止さ
れ、外部のホールｈも同様に、ｎ導電型層５３のエネル
ギーバンドギャップによってａ−Ｓｉ層５１への進入を
阻止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のｐ導
電型層に用いられていた材料（例えば、ａ−Ｓｉやａ−
ＳｉＣ）は、本質的にエネルギーバンドギャップＥ0が
小さく、エネルギーバンドギャップＥ0を調整できる場
合でも、エネルギーバンドギャップＥ0を大きくすると
キャリアが少なくなって、導電率σ（抵抗率の逆数）が
低下するという特性がある。例えば、ｐ導電型層に用い
られるａ−ＳｉＣは、Ｅ0＝１．８５ｅＶのときにσ＝
１０-5／Ωｃｍ、Ｅ0＝２．５ｅＶのときにσ＝１０-11
／Ωｃｍである。導電率が低下すると、光電変換により
生成し増倍したキャリアがａ−Ｓｉ層から流出し難くな
り、応答性が低下したり、増倍により生じたキャリアを
全て取り出すことができなくなったりするという問題が
生じる。
電型層に用いられていた材料（例えば、ａ−Ｓｉやａ−
ＳｉＣ）は、本質的にエネルギーバンドギャップＥ0が
小さく、エネルギーバンドギャップＥ0を調整できる場
合でも、エネルギーバンドギャップＥ0を大きくすると
キャリアが少なくなって、導電率σ（抵抗率の逆数）が
低下するという特性がある。例えば、ｐ導電型層に用い
られるａ−ＳｉＣは、Ｅ0＝１．８５ｅＶのときにσ＝
１０-5／Ωｃｍ、Ｅ0＝２．５ｅＶのときにσ＝１０-11
／Ωｃｍである。導電率が低下すると、光電変換により
生成し増倍したキャリアがａ−Ｓｉ層から流出し難くな
り、応答性が低下したり、増倍により生じたキャリアを
全て取り出すことができなくなったりするという問題が
生じる。
【０００６】エネルギーバンドギャップをあまり大きく
しなければ導電率を高くすることは可能であるが、その
ようにすると、キャリアの注入を十分に阻止することが
できなくなって、暗電流によるノイズが増大する。
しなければ導電率を高くすることは可能であるが、その
ようにすると、キャリアの注入を十分に阻止することが
できなくなって、暗電流によるノイズが増大する。
【０００７】本発明は、この問題に鑑みてなされたもの
で、外部からのキャリアの注入を十分に阻止し、しかも
生成したキャリアを効率よく出力することが可能な増倍
型のアモルファスシリコン半導体光電変換装置を提供す
ることを目的とする。
で、外部からのキャリアの注入を十分に阻止し、しかも
生成したキャリアを効率よく出力することが可能な増倍
型のアモルファスシリコン半導体光電変換装置を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、アモルファスシリコンより成るｉ型半
導体層と、ｉ型半導体層を両面から挟むｐ導電型層とｎ
導電型層とを有し、ｉ型半導体層で光電変換と光電変換
により生じたキャリアの増倍を行う光電変換装置におい
て、ｐ導電型層が透明なｐ導電型酸化物より成るものと
する。
に、本発明では、アモルファスシリコンより成るｉ型半
導体層と、ｉ型半導体層を両面から挟むｐ導電型層とｎ
導電型層とを有し、ｉ型半導体層で光電変換と光電変換
により生じたキャリアの増倍を行う光電変換装置におい
て、ｐ導電型層が透明なｐ導電型酸化物より成るものと
する。
【０００９】透明なｐ導電型酸化物としては、ＮｉＯ、
ＦｅＯ等の１種類の金属の酸化物のほか、３価の金属イ
オン（Ａｌ3+、Ｇａ3+等）を含みデラフォトサイト構造
を有するＣｕの酸化物を用いることができる。また、Ｇ
ａやＮをドーピングしてＰ導電型にしたＺｎＯも用いる
ことができる。酸化物に含まれる金属としては、これら
のほか、Ｂｉ、Ｐｒ、Ｔｌも利用可能である。これらの
ｐ導電型酸化物は、エネルギーバンドギャップが３．３
ｅＶ以上と大きく、しかも、１０-2／Ωｃｍ以上の導電
率を有している。したがって、ｐ導電型層として用いる
ことで、電子の注入を確実に阻止しつつ、ホールを効率
よく流出させることが可能になる。
ＦｅＯ等の１種類の金属の酸化物のほか、３価の金属イ
オン（Ａｌ3+、Ｇａ3+等）を含みデラフォトサイト構造
を有するＣｕの酸化物を用いることができる。また、Ｇ
ａやＮをドーピングしてＰ導電型にしたＺｎＯも用いる
ことができる。酸化物に含まれる金属としては、これら
のほか、Ｂｉ、Ｐｒ、Ｔｌも利用可能である。これらの
ｐ導電型酸化物は、エネルギーバンドギャップが３．３
ｅＶ以上と大きく、しかも、１０-2／Ωｃｍ以上の導電
率を有している。したがって、ｐ導電型層として用いる
ことで、電子の注入を確実に阻止しつつ、ホールを効率
よく流出させることが可能になる。
【００１０】上記の光電変換装置において、さらに、ｎ
導電型層を透明なｎ導電型酸化物で形成してもよい。ｎ
導電型酸化物はエネルギーバンドギャップが大きく導電
率が高いから、外部からのホールの注入を確実に阻止し
つつ、電子を効率よく流出させることが可能になる。ｐ
導電型層とｎ導電型層をそれぞれｐ導電型酸化物とｎ導
電型酸化物で形成することにより、外部からのキャリア
の注入をなくし、ｉ型半導体層で生成し増倍したキャリ
アをきわめて効率よく出力し得る光電変換装置となる。
導電型層を透明なｎ導電型酸化物で形成してもよい。ｎ
導電型酸化物はエネルギーバンドギャップが大きく導電
率が高いから、外部からのホールの注入を確実に阻止し
つつ、電子を効率よく流出させることが可能になる。ｐ
導電型層とｎ導電型層をそれぞれｐ導電型酸化物とｎ導
電型酸化物で形成することにより、外部からのキャリア
の注入をなくし、ｉ型半導体層で生成し増倍したキャリ
アをきわめて効率よく出力し得る光電変換装置となる。
【００１１】光はｐ導電型層側から入射させてもよい
し、ｎ導電型層側から入射させてもよい。すなわち、ｐ
導電型層を透過させてｉ型半導体層に光を入射させる構
成とすることもできるし、ｎ導電型層を透過させてｉ型
半導体層に光を入射させる構成とすることもできる。ｐ
導電型層側から入射させる場合でも、ｐ導電型酸化物は
エネルギーバンドギャップが大きく短波長の光を吸収し
難いから、短波長の光に対する感度が高くなる。
し、ｎ導電型層側から入射させてもよい。すなわち、ｐ
導電型層を透過させてｉ型半導体層に光を入射させる構
成とすることもできるし、ｎ導電型層を透過させてｉ型
半導体層に光を入射させる構成とすることもできる。ｐ
導電型層側から入射させる場合でも、ｐ導電型酸化物は
エネルギーバンドギャップが大きく短波長の光を吸収し
難いから、短波長の光に対する感度が高くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の光電変換装置の一
実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施
形態の光電変換装置１の構成を図１に模式的に示す。光
電変換装置１は、ｉ型半導体層１１、ｐ導電型層１２、
およびｎ導電型層１３より成り、ｉ型半導体層１１をｐ
導電型層１２とｎ導電型層１３で上下両面から挟んだｐ
ｉｎフォトダイオードである。
実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施
形態の光電変換装置１の構成を図１に模式的に示す。光
電変換装置１は、ｉ型半導体層１１、ｐ導電型層１２、
およびｎ導電型層１３より成り、ｉ型半導体層１１をｐ
導電型層１２とｎ導電型層１３で上下両面から挟んだｐ
ｉｎフォトダイオードである。
【００１３】光電変換装置１は、ｐ導電型層１２が負、
ｎ導電型層１３が正となるように逆バイアスの高電圧を
印加され、その状態でｉ型半導体層１１で光電変換を行
って、生じたキャリアを同じくｉ型半導体層１１でアバ
ランシェ現象により増倍させる。ホールはｐ導電型層１
２より、電子はｎ導電型層１３より、取り出される。
ｎ導電型層１３が正となるように逆バイアスの高電圧を
印加され、その状態でｉ型半導体層１１で光電変換を行
って、生じたキャリアを同じくｉ型半導体層１１でアバ
ランシェ現象により増倍させる。ホールはｐ導電型層１
２より、電子はｎ導電型層１３より、取り出される。
【００１４】ｉ型半導体層１１はａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ
またはａ−ＳｉＧｅ等のアモルファスシリコン半導体材
料で作製されている。ｐ導電型層１２は、ＮｉＯ、Ｆｅ
Ｏ、Ｃｕ2Ｏ、Ｂｉ2Ｏ3、Ｐｒ2Ｏ3、Ｔｌ2Ｏ、ＳｒＣｕ
2Ｏ2、デラフォトサイト構造を有するＣｕＭＯ2（Ｍは
３価陽イオン）、または、ＧａやＮをドーピングしてＰ
導電型にしたＺｎＯ等で作製されている。これらの酸化
物は透明であり、また半導体としての特性を有する。
またはａ−ＳｉＧｅ等のアモルファスシリコン半導体材
料で作製されている。ｐ導電型層１２は、ＮｉＯ、Ｆｅ
Ｏ、Ｃｕ2Ｏ、Ｂｉ2Ｏ3、Ｐｒ2Ｏ3、Ｔｌ2Ｏ、ＳｒＣｕ
2Ｏ2、デラフォトサイト構造を有するＣｕＭＯ2（Ｍは
３価陽イオン）、または、ＧａやＮをドーピングしてＰ
導電型にしたＺｎＯ等で作製されている。これらの酸化
物は透明であり、また半導体としての特性を有する。
【００１５】ｐ導電型層を形成する酸化物として、Ｚ
ｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｐｒ、Ｔｌよりなる群か
ら選択される少なくとも１種の金属を含むものを用いる
ことにより、特性の高い層を比較的容易に形成できる。
また、ｐ導電型層を形成する酸化物として、ＣｕＭＯ2
やＳｒＣｕ2Ｏ2等を用いることにより、ｐ導電型層の導
電率をより高くすることができる。ＣｕＭＯ2の例とし
ては、ＣｕＡｌＯ2またはＣｕＧａＯ2が挙げられる。
ｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｐｒ、Ｔｌよりなる群か
ら選択される少なくとも１種の金属を含むものを用いる
ことにより、特性の高い層を比較的容易に形成できる。
また、ｐ導電型層を形成する酸化物として、ＣｕＭＯ2
やＳｒＣｕ2Ｏ2等を用いることにより、ｐ導電型層の導
電率をより高くすることができる。ＣｕＭＯ2の例とし
ては、ＣｕＡｌＯ2またはＣｕＧａＯ2が挙げられる。
【００１６】ｎ導電型層１３は、μｃ（微結晶）−Ｓ
ｉ、またはＩｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、ＩＴＯ（酸化
インジウム−錫）等の酸化物で作製されている。これら
の材料も透明である。ｎ導電型層を形成する酸化物とし
て、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｇｅよりな
る群から選択される少なくとも１種の金属を含むものを
用いることにより、外部からのホール注入阻止と電子の
出力効率の向上を達成できる。また、特性の高い層を比
較的容易に形成できる。
ｉ、またはＩｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、ＩＴＯ（酸化
インジウム−錫）等の酸化物で作製されている。これら
の材料も透明である。ｎ導電型層を形成する酸化物とし
て、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｇｅよりな
る群から選択される少なくとも１種の金属を含むものを
用いることにより、外部からのホール注入阻止と電子の
出力効率の向上を達成できる。また、特性の高い層を比
較的容易に形成できる。
【００１７】ｐ導電型層１２を成す上記の透明なｐ導電
型酸化物は、いずれもエネルギーバンドギャップＥ0が
３．３ｅＶ以上と大きく、しかも、キャリア濃度が１０
18ｃｍ-3以上であって、導電率σが１０-2／Ωｃｍ以上
と高い。例えば、ＮｉＯはσ＝７／Ωｃｍ、ＣｕＭＯ2
はσ＝１／Ωｃｍ、ＳｒＣｕ2Ｏ2はσ＝５×１０-2／Ω
ｃｍである。したがって、光電変換装置１では、ｉ型半
導体層１１に外部からの電子が注入されるのをｐ導電型
層１２で確実に阻止することができる。しかも、光電変
換によって生成しアバランシェ現象で増倍したホール
を、ｐ導電型層１２から効率よく（低抵抗で）出力する
ことができる。
型酸化物は、いずれもエネルギーバンドギャップＥ0が
３．３ｅＶ以上と大きく、しかも、キャリア濃度が１０
18ｃｍ-3以上であって、導電率σが１０-2／Ωｃｍ以上
と高い。例えば、ＮｉＯはσ＝７／Ωｃｍ、ＣｕＭＯ2
はσ＝１／Ωｃｍ、ＳｒＣｕ2Ｏ2はσ＝５×１０-2／Ω
ｃｍである。したがって、光電変換装置１では、ｉ型半
導体層１１に外部からの電子が注入されるのをｐ導電型
層１２で確実に阻止することができる。しかも、光電変
換によって生成しアバランシェ現象で増倍したホール
を、ｐ導電型層１２から効率よく（低抵抗で）出力する
ことができる。
【００１８】ｎ導電型層１３を成すμｃ−Ｓｉや酸化物
も導電率σが高い。このため、外部からのホールの注入
も良好に阻止され、電子の出力も効率よく行うことがで
きる。特に、ｎ導電型層１３を成す酸化物はエネルギー
バンドギャップＥ0が大きく導電率σが高い。したがっ
て、上記特性をさらに向上させ易い。
も導電率σが高い。このため、外部からのホールの注入
も良好に阻止され、電子の出力も効率よく行うことがで
きる。特に、ｎ導電型層１３を成す酸化物はエネルギー
バンドギャップＥ0が大きく導電率σが高い。したがっ
て、上記特性をさらに向上させ易い。
【００１９】光電変換装置１の典型的なエネルギーバン
ドギャップを図４に模式的に示す。図４に示すように、
ｐ導電型層１２およびｎ導電型層１３のエネルギーバン
ドギャップが大きく、外部からのホールや電子の注入が
確実に阻止される。
ドギャップを図４に模式的に示す。図４に示すように、
ｐ導電型層１２およびｎ導電型層１３のエネルギーバン
ドギャップが大きく、外部からのホールや電子の注入が
確実に阻止される。
【００２０】なお、ｐ導電型層１２の価電子帯の上端の
エネルギーＥv(p)とｉ型半導体層１１の価電子帯の上端
のエネルギーＥv(i)の段差ΔＥv(p-i)、およびｎ導電型
層１３の伝導帯の下端のエネルギーＥc(n)とｉ型半導体
層１１の伝導帯の下端のエネルギーＥc(i)の段差ΔＥc
(n-i)は、理想的にはゼロまたはマイナス（ホールおよ
び電子の走行を妨げない方向）が望ましいが、このよう
に設定するのは現実的には困難である。そこで、実際に
は、適当な接合条件により、３０ｍｅＶ未満に設計して
いる。これは、実際の動作環境である室温２５℃あたり
で、キャリアが熱的に励起してこのバンドの段差を乗り
越えられる値である。
エネルギーＥv(p)とｉ型半導体層１１の価電子帯の上端
のエネルギーＥv(i)の段差ΔＥv(p-i)、およびｎ導電型
層１３の伝導帯の下端のエネルギーＥc(n)とｉ型半導体
層１１の伝導帯の下端のエネルギーＥc(i)の段差ΔＥc
(n-i)は、理想的にはゼロまたはマイナス（ホールおよ
び電子の走行を妨げない方向）が望ましいが、このよう
に設定するのは現実的には困難である。そこで、実際に
は、適当な接合条件により、３０ｍｅＶ未満に設計して
いる。これは、実際の動作環境である室温２５℃あたり
で、キャリアが熱的に励起してこのバンドの段差を乗り
越えられる値である。
【００２１】電圧印加用の電極を設けた状態の光電変換
装置１を図２に模式的に示す。図２（ａ）では、ｐ導電
型層１２の表面の一部にＡｌ、Ａｕ等の金属より成るコ
ンタクト部１４が形成されており、ｎ導電型層１３の表
面全体にＡｌ、Ａｕ等の金属より成るコンタクト部１５
が形成されている。この構成は、ｐ導電型層１２側から
ｉ型半導体層１１に光を入射させる場合に採用する。ｐ
導電型層１２は、透明であるだけでなくエネルギーバン
ドギャップが大きいから、短波長の光を吸収し難く、短
波長の光に対して感度の高い装置となる。
装置１を図２に模式的に示す。図２（ａ）では、ｐ導電
型層１２の表面の一部にＡｌ、Ａｕ等の金属より成るコ
ンタクト部１４が形成されており、ｎ導電型層１３の表
面全体にＡｌ、Ａｕ等の金属より成るコンタクト部１５
が形成されている。この構成は、ｐ導電型層１２側から
ｉ型半導体層１１に光を入射させる場合に採用する。ｐ
導電型層１２は、透明であるだけでなくエネルギーバン
ドギャップが大きいから、短波長の光を吸収し難く、短
波長の光に対して感度の高い装置となる。
【００２２】図２（ｂ）では、ｐ導電型層１２の表面全
体にＡｌ、Ａｕ等の金属より成るコンタクト部１４が形
成されており、ｎ導電型層１３の表面の一部にＡｌ、Ａ
ｕ等の金属より成るコンタクト部１５が形成されてい
る。この構成は、ｎ導電型層１３側からｉ型半導体層１
１に光を入射させる場合に採用する。いずれの構成にお
いても、電圧源Ｅから電極１４、１５に印加する電圧に
よって、増倍率を調節することができる。
体にＡｌ、Ａｕ等の金属より成るコンタクト部１４が形
成されており、ｎ導電型層１３の表面の一部にＡｌ、Ａ
ｕ等の金属より成るコンタクト部１５が形成されてい
る。この構成は、ｎ導電型層１３側からｉ型半導体層１
１に光を入射させる場合に採用する。いずれの構成にお
いても、電圧源Ｅから電極１４、１５に印加する電圧に
よって、増倍率を調節することができる。
【００２３】なお、図２（ａ）においてはコンタクト部
１５をｎ導電型層１３の全面に、図２（ｂ）においては
コンタクト部１４をｐ導電型層１２の全面に、それぞれ
形成しているが、光電変換装置の両側から光を入射させ
る場合は、それぞれのコンタクト部１４、１５を一部の
みに設けてもよい。
１５をｎ導電型層１３の全面に、図２（ｂ）においては
コンタクト部１４をｐ導電型層１２の全面に、それぞれ
形成しているが、光電変換装置の両側から光を入射させ
る場合は、それぞれのコンタクト部１４、１５を一部の
みに設けてもよい。
【００２４】光電変換装置１はガラス基板上に形成して
もよく、他の半導体基板上に形成してもよい。これらの
基板上に形成した光電変換装置１を図３に模式的に示
す。図３（ａ）は、光電変換装置１を結晶シリコン基板
１６上に形成した状態である。シリコン基板１６には光
電変換装置１からの電子を外部に出力するための出力回
路１７が形成されており、その表面は平坦化膜１８で平
坦にされている。光電変換装置１は図２（ａ）と同様の
構成であるが、コンタクト部１５が省略され、ｎ導電型
層１３が接続電極１９に直接接しており、接続電極１９
によって出力回路１７に接続されている。
もよく、他の半導体基板上に形成してもよい。これらの
基板上に形成した光電変換装置１を図３に模式的に示
す。図３（ａ）は、光電変換装置１を結晶シリコン基板
１６上に形成した状態である。シリコン基板１６には光
電変換装置１からの電子を外部に出力するための出力回
路１７が形成されており、その表面は平坦化膜１８で平
坦にされている。光電変換装置１は図２（ａ）と同様の
構成であるが、コンタクト部１５が省略され、ｎ導電型
層１３が接続電極１９に直接接しており、接続電極１９
によって出力回路１７に接続されている。
【００２５】図３（ｂ）〜（ｅ）は、光電変換装置１を
透明なガラス基板２０上に形成した状態である。図３
（ｂ）は図２（ａ）と同様の構成であるが、ｎ導電型層
１３がガラス基板２０に接している。図３（ｃ）は図２
（ｂ）と同様の構成であるが、ｐ導電型層１２がガラス
基板２０に接している。ガラス基板２０上の他の部位に
は、光電変換装置１からの電子やホールを外部に出力す
る出力回路（不図示）が設けられている。また、図３
（ｂ）のｎ導電型層１３の端部にはコンタクト部１５が
設けられ、図３（ｃ）のｐ導電型層１２の端部にはコン
タクト部１４が設けられている。図３（ｄ）、（ｅ）に
示すように、ガラス基板２０を介して光を入射させるこ
ともできる。
透明なガラス基板２０上に形成した状態である。図３
（ｂ）は図２（ａ）と同様の構成であるが、ｎ導電型層
１３がガラス基板２０に接している。図３（ｃ）は図２
（ｂ）と同様の構成であるが、ｐ導電型層１２がガラス
基板２０に接している。ガラス基板２０上の他の部位に
は、光電変換装置１からの電子やホールを外部に出力す
る出力回路（不図示）が設けられている。また、図３
（ｂ）のｎ導電型層１３の端部にはコンタクト部１５が
設けられ、図３（ｃ）のｐ導電型層１２の端部にはコン
タクト部１４が設けられている。図３（ｄ）、（ｅ）に
示すように、ガラス基板２０を介して光を入射させるこ
ともできる。
【００２６】
【発明の効果】ｐ導電型層が透明なｐ導電型酸化物より
成る本発明の光電変換装置では、アモルファスシリコン
より成り光電変換とキャリアの増倍を行うｉ型半導体層
への電子の注入を確実に阻止することが可能であり、暗
電流によるノイズが抑えられる。また、ｉ型半導体層の
ホールを効率よく流出させることができるため、応答性
に優れ、増倍により生じたキャリアを全て出力すること
が可能な装置となる。
成る本発明の光電変換装置では、アモルファスシリコン
より成り光電変換とキャリアの増倍を行うｉ型半導体層
への電子の注入を確実に阻止することが可能であり、暗
電流によるノイズが抑えられる。また、ｉ型半導体層の
ホールを効率よく流出させることができるため、応答性
に優れ、増倍により生じたキャリアを全て出力すること
が可能な装置となる。
【００２７】さらにｎ導電型層を透明なｎ導電型酸化物
で形成した構成では、ｉ型半導体層へのホールの注入を
確実に阻止し、ｉ型半導体層の電子を効率よく流出させ
ることができるため、ノイズの低減と応答性の向上の効
果がさらに高まる。
で形成した構成では、ｉ型半導体層へのホールの注入を
確実に阻止し、ｉ型半導体層の電子を効率よく流出させ
ることができるため、ノイズの低減と応答性の向上の効
果がさらに高まる。
【００２８】ｐ導電型層を形成する透明なｐ導電型酸化
物を、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｐｒ、Ｔｌのい
ずれかを含む酸化物とすると、特性の高い層を容易に形
成することができる。また、ｐ導電型酸化物をＣｕＭＯ
2またはＳｒＣｕ2Ｏ2を含むものとすると、ｐ導電型層
の導電率を高くすることができる。
物を、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｐｒ、Ｔｌのい
ずれかを含む酸化物とすると、特性の高い層を容易に形
成することができる。また、ｐ導電型酸化物をＣｕＭＯ
2またはＳｒＣｕ2Ｏ2を含むものとすると、ｐ導電型層
の導電率を高くすることができる。
【００２９】ｎ導電型層を形成する透明なｎ導電型酸化
物を、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｇｅのい
ずれかを含む酸化物とすると、特性の高い層を容易に形
成することができる。
物を、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｇｅのい
ずれかを含む酸化物とすると、特性の高い層を容易に形
成することができる。
【００３０】ｐ導電型層を形成する透明なｐ導電型酸化
物のエネルギーバンドギャップを３．３ｅＶ以上とし、
その抵抗率を１００Ωｃｍ以下またはキャリア濃度を１
０18ｃｍ-3以上とすると、ノイズの低減と応答性の向上
の効果が顕著に現れる。
物のエネルギーバンドギャップを３．３ｅＶ以上とし、
その抵抗率を１００Ωｃｍ以下またはキャリア濃度を１
０18ｃｍ-3以上とすると、ノイズの低減と応答性の向上
の効果が顕著に現れる。
【００３１】ｐ導電型層をｉ型半導体層よりも光入射側
に配置した構成では、短波長の光に対する感度が向上す
る。
に配置した構成では、短波長の光に対する感度が向上す
る。
【００３２】ｐ導電型層またはｎ導電型層を透明基板上
に形成すると、透明基板を介して光を入射させることが
できて、使い勝手のよい装置となる。
に形成すると、透明基板を介して光を入射させることが
できて、使い勝手のよい装置となる。
【図１】 本発明の一実施形態の光電変換装置の構成を
模式的に示す断面図。
模式的に示す断面図。
【図２】 電極を備えた状態の上記光電変換装置を示す
断面図。
断面図。
【図３】 基板上に形成した状態の上記光電変換装置を
示す断面図。
示す断面図。
【図４】 本発明にかかるｐｉｎフォトダイオード構造
を有する増倍型の光電変換装置のエネルギーバンドギャ
ップを模式的に示す図。
を有する増倍型の光電変換装置のエネルギーバンドギャ
ップを模式的に示す図。
【図５】 従来のｐｉｎフォトダイオード構造を有する
増倍型の光電変換装置の典型的なエネルギーバンドギャ
ップを模式的に示す図。
増倍型の光電変換装置の典型的なエネルギーバンドギャ
ップを模式的に示す図。
１ 光電変換装置 １１ ｉ型半導体層 １２ ｐ導電型層 １３ ｎ導電型層 １４、１５ コンタクト部 １６ シリコン基板 １７ 出力回路 １８ 平坦化膜 １９ 接続電極 ２０ ガラス基板
Claims (10)
- 【請求項１】 アモルファスシリコンより成るｉ型半導
体層と、ｉ型半導体層を両面から挟むｐ導電型層とｎ導
電型層とを有し、ｉ型半導体層で光電変換と光電変換に
より生じたキャリアの増倍を行う光電変換装置におい
て、 前記ｐ導電型層が透明なｐ導電型酸化物より成ることを
特徴とする光電変換装置。 - 【請求項２】 前記ｎ導電型層が透明なｎ導電型酸化物
より成ることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装
置。 - 【請求項３】 前記ｐ導電型層を形成する透明なｐ導電
型酸化物は、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｐｒ、Ｔ
ｌよりなる群から選択される少なくとも１種の金属を含
む酸化物であることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の光電変換装置。 - 【請求項４】 前記ｐ導電型層を形成する透明なｐ導電
型酸化物は、ＣｕＭＯ2（ただしＭは３価イオンを表
す）またはＳｒＣｕ2Ｏ2のいずれかを含むことを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。 - 【請求項５】 前記ｐ導電型層を形成する透明なｐ導電
型酸化物は、ＣｕＡｌＯ2またはＣｕＧａＯ2のいずれか
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の光電変換装置。 - 【請求項６】 前記ｎ導電型層を形成する透明なｎ導電
型酸化物は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｇ
ｅよりなる群から選択される少なくとも１種の金属を含
む酸化物であることを特徴とする請求項２に記載の光電
変換装置。 - 【請求項７】 前記ｐ導電型層を形成する透明なｐ導電
型酸化物は、エネルギーバンドギャップが３．３ｅＶ以
上であり、かつ抵抗率が１００Ωｃｍ以下、またはキャ
リア濃度が１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする請
求項１または請求項２に記載の光電変換装置。 - 【請求項８】 前記ｐ導電型層をｉ型半導体層よりも光
入射側に配置したことを特徴とする請求項１ないし請求
項７のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 【請求項９】 前記ｐ導電型層またはｎ導電型層が透明
基板上に形成されていることを特徴とする請求項１ない
し請求項７のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 【請求項１０】 前記透明基板および透明基板上に形成
されているｐ導電型層またはｎ導電型層を介してｉ型半
導体層に光を入射させることを特徴とする請求項９に記
載の光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000253542A JP2002076425A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000253542A JP2002076425A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | 光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076425A true JP2002076425A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18742621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000253542A Pending JP2002076425A (ja) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002076425A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011089949A1 (ja) * | 2010-01-25 | 2011-07-28 | アイアールスペック株式会社 | 化合物半導体受光素子アレイ |
| CN103427332A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-12-04 | 中国科学院半导体研究所 | 硅基锗激光器及其制备方法 |
| US8836070B2 (en) | 2010-11-02 | 2014-09-16 | Samsung Display Co., Ltd. | Photo diode, method of manufacturing the photo-diode, and photo sensor including the photo diode |
| WO2014169518A1 (zh) * | 2013-04-19 | 2014-10-23 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光电二极管及其制造方法、x射线探测器基板及其制造方法 |
-
2000
- 2000-08-24 JP JP2000253542A patent/JP2002076425A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8610170B2 (en) | 2010-01-25 | 2013-12-17 | Irspec Corporation | Compound semiconductor light-receiving element array |
| JP5942068B2 (ja) * | 2010-01-25 | 2016-06-29 | アイアールスペック株式会社 | 化合物半導体受光素子アレイ |
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| CN103427332A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-12-04 | 中国科学院半导体研究所 | 硅基锗激光器及其制备方法 |
| CN103427332B (zh) * | 2013-08-08 | 2015-09-09 | 中国科学院半导体研究所 | 硅基锗激光器及其制备方法 |
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