JP2012238867A - 光電変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電極202と第2の電極207の間に光電変換層を備えた光電変換装置であって、第1の電極202は、光電変換層と一部で接触する構造を有し、その接触部における第1の電極202の断面形状をテーパー形状とする。この場合において、一導電型の第1の半導体層203の一部が、第1の電極202と接触する構造を有している。また、第1の電極202の端部の平面形状は、角が無く、面取りをした形状若しくは曲面形状とすることが好ましい。
【選択図】図3
Description
ものは総括して光センサとも呼ばれている。その中で、波長400nm〜700nmの可
視光線領域に感度を持つものは可視光センサとも呼ばれ、生活環境に応じて照度調整やオ
ン/オフ制御などが必要な機器類に数多く用いられている。
オードを用い、それと薄膜トランジスタで構成した増幅器を一体形成した光センサ装置が
知られている(例えば、特許文献1参照)。
用などに使われている。光センサは、光電変換特性を備えたダイオード型の構造であり、
受光した光を感度良く電流として取り出すために電極と接続して逆方向バイアスを印加す
る、また、出力電流に処理を加えるためにトランジスタで構成した増幅回路や信号処理回
路などと接続して駆動する。
層して形成する光電変換装置は、電気的若しくは物理的な作用によりストレスが加えられ
ると動作特性が劣化することが問題となっていた。
課題とする。
で特性の劣化を抑制することを要旨としている。
電型の第3の半導体層と、を有する光電変換層と、第1の半導体層と接触する第1の電極
と、第3の半導体層と接触する第2の電極と、を有し、第1の半導体層と第1の電極とが
接触する部分における第1の電極の端部の断面形状は、テーパー形状であることを特徴と
する光電変換装置である。
80度以下であることが好ましい。また、第1の半導体層と第1の電極とが接触する部分
における第1の電極の断面の頂点の角度は、90度より大きくなるように設けられている
。
差被覆性を改善することができ、電気的若しくは物理的なストレスを緩和することができ
る。
の段差被覆性を改善することができ、電気的若しくは物理的なストレスを緩和することが
できる。
。光電変換装置は、基板上に、一導電型の第1の半導体層と、第2の半導体層と、一導電
型とは逆の導電型の第3の半導体層と、を有する光電変換層と、第1の半導体層と接触す
る第1の電極と、第3の半導体層と接触する第2の電極と、第1の半導体層及び第1の電
極と接触する保護膜と、を有し、第1の半導体層と保護膜とが接触する部分における保護
膜の端部の断面形状は、テーパー形状であることを特徴とする光電変換装置である。
面形状は、テーパー形状であってもよい。また、このとき第1の電極の端部の断面のテー
パー角は、80度以下であることが好ましい。
い。また、第1の半導体層と保護膜とが接触する部分における保護膜の断面の頂点の角度
は、90度より大きくなるように設けられている。
覆性を改善することができ、電気的若しくは物理的なストレスを緩和することができる。
差被覆性を改善することができ、電気的若しくは物理的なストレスを緩和することができ
る。
であることが好ましい。また、保護膜は、透光性樹脂であって、可視光帯域の光を透過す
るものが好ましい。さらに、保護膜は、感光性材料であることが好ましい。
謂カラーフィルターとしての機能を付与しても良い。
ができる。トランジスタとしては薄膜トランジスタであることが好ましい。
スチック基板などを適用することができ、その基板が可撓性であっても良い。
ることができ、特性劣化を少なくすることができるため、光電変換装置の信頼性を向上さ
せることができる。
いて説明する。図3(B)は図3(A)を基板側から見た図である。
変換層への光が基板201側から入射する場合、基板201は光の透過率が高いことが望
ましい。また、基板201に可視光の範囲の波長に対して、透過波長の選択性を持たせる
ことで、特定の波長範囲に感度を持つ光センサとすることもできる。
でも積層膜でもよい。また、電極の最表面層は、加熱処理により光電変換層を変質させて
も光電変換特性が変化しない材料を用いることが望ましい。
で、電極端部での光電変換層のカバレッジ不良を無くし、端部での電界集中がおきないよ
うにすることを目的としているため、ポリイミドに限らない。この保護膜は絶縁膜でなく
ても、目的を達成できるため、導電性があっても良いが、あまり導電性が高いと、静電気
耐性が悪くなるため、高抵抗であることが望ましい。また、ポリイミドなど有機樹脂を用
いた場合は、感光性材料を用いることで、塗布、露光、現像、焼成のみで容易に形成でき
、テーパーが緩やかになるため、後の工程において作製される膜のカバレッジを向上させ
ることができる。なお、光が基板201側から入射する場合は、光の透過率が高い保護膜
を用いることが望ましい。
用いる。本形態では、半導体膜はシリコン膜を用いる。シリコン膜はアモルファスでもセ
ミアモルファスでもよい。なお本明細書においては、i型半導体層とは、半導体層に含ま
れるp型もしくはn型を付与する不純物が1×1020cm−3以下の濃度であり、酸素
及び窒素が5×1019cm−3以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が100
0倍以上である半導体層を指す。またi型半導体層には、ホウ素(B)が10〜1000
ppm添加されていてもよい。
そのため、光が基板201と逆方向から入射する場合は、205をp型半導体層、203
をn型半導体層とすることもできる。
エポキシ樹脂に限らない。なお、光が基板201と逆方向から入射する場合は、光の透過
率が高い絶縁膜を用いることが望ましい。
よい。スクリーン印刷で形成する場合は導電性ペーストを用いることができる。また、イ
ンクジェット法で形成しても良い。なお、電極210は、実装時の半田とのぬれ性向上の
ため、表面に銅(Cu)を形成して、積層構造としてもよい。
する。
面と接して形成されている場合と、図2(B)のように電極202の端部周辺のみ形成さ
れている場合がある。図2(A)の構造は、下地の状態によらず、新たに形成された保護
膜211と接するため、安定した特性を得ることができる。また、図2(B)の構造は、
光が保護膜211を通過せずに、光電変換層へ届くため、光利用効率が高い。
の一表面を保護膜211で覆うこともできる。ただし、保護膜に樹脂材料を用いた場合、
強度が弱くなることがあるため、一表面を覆う場合は無機材料を用いることが望ましい。
ー形状になるようにすればよい。テーパー形状にすることで、電極202と光電変換層の
カバレッジをよくすることができ、信頼性の向上ができる。
面形状から角をなくすことで、電界集中を防ぐことができるとともに、角部による光電変
換層のカバレッジ不安定性を無くすことができる。それにより、光電変換層と電極の接続
部分において、電界集中や応力集中を抑制することができ、特性劣化を少なくして光電変
換装置の信頼性を向上させることができる。
いて説明する。
オードを同一基板上に一体形成している。図1にその構成の一例を回路図で示す。この光
電変換装置100は、フォトダイオード102の出力を増幅する増幅回路101を備えて
いる。増幅回路101としてはさまざまな回路構成を適用することができるが、本実施例
では薄膜トランジスタ101aと薄膜トランジスタ101bでカレントミラー回路を構成
している。薄膜トランジスタ101a及び101bのソース端子は外部電源GNDに接続
されている。薄膜トランジスタ101bのドレイン端子は出力端子103に接続されてい
る。フォトダイオード102は、pn接合、pin接合若しくはそれと同等な機能を備え
たものであれば良い。フォトダイオード102の陽極(p層側)は薄膜トランジスタ10
1aのドレイン端子と接続し、陰極(n層側)は出力端子103と接続している。
電流が流れる。これによって、増幅回路101の薄膜トランジスタ101aに電流が流れ
、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。薄膜トランジスタ101bのゲー
ト長L、チャネル幅Wが薄膜トランジスタ101aと等しければ飽和領域において、薄膜
トランジスタ101aと101bのゲート電圧が等しいため同じ電流が流れる。所望の増
幅を得るには、薄膜トランジスタ101bを並列接続すれば良い。その場合、並列した数
(n個)に比例して増幅された電流を得ることができる。
チャネル型の薄膜トランジスタを用いても同様の機能を有する光電変換装置を形成するこ
とができる。
図面を参照して説明する。ガラス基板401上に薄膜トランジスタ402を形成する。薄
膜トランジスタ402に接続する電極403を形成する。本実施例では、電極403はス
パッタ法でチタン(Ti)を400nm成膜する(図4(A)参照)。電極403は導電
性材料であればよいが、後に形成する光電変換層(代表的にはアモルファスシリコン)と
反応して合金になりにくい導電性の金属膜を用いることが望ましい。
成する。このとき、テーパー角は80度以下、望ましくは45度以下になるように形成す
る。これにより、後に形成する光電変換層のカバレッジがよくなり、信頼性向上ができる
(図4(B)参照)。また、後に形成する光電変換層と接する部分について、電極403
の平面形状、すなわち電極404の断面における電極404の頂点の角度が90度より大
きく、望ましくは、さらに角が無い形状となるように形成する。
ファス半導体膜を形成する。p型アモルファス半導体膜として、周期表第13族の不純物
元素、例えばボロン(B)を含んだアモルファスシリコン膜をプラズマCVD法にて成膜
する。
i型半導体膜(真性半導体膜ともいう。)及びn型半導体膜を順に形成する。本実施例で
は、p型半導体膜を10〜50nm、i型半導体膜を200〜1000nm、n型半導体
膜を20〜200nmの膜厚で形成する。
ばよい。またn型半導体膜としては、15族の不純物元素、例えばリン(P)を含むアモ
ルファスシリコン膜を形成してもよいし、アモルファスシリコン膜を形成後、15族の不
純物元素を導入してもよい。
く、すなわちn型半導体膜、i型半導体膜及びp型半導体膜の順で積層してもよい。
ではなく、セミアモルファス半導体膜を用いてもよい。
、多結晶を含む)膜の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導
体膜は、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体膜であって、短距離秩序を
持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を0.5〜20nmとして非単結晶
半導体膜中に分散させて存在せしめることが可能である。セミアモルファス半導体膜は、
そのラマンスペクトルが520cm−1よりも低波数側にシフトしており、またX線回折
ではSi結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される
。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端化させるために水素またはハロゲンを少
なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。本明細書では便宜上、このような半導体
膜をセミアモルファス半導体(SAS)膜と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプ
トン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増
し良好なセミアモルファス半導体膜が得られる。なお微結晶半導体膜(マイクロクリスタ
ル半導体膜)もセミアモルファス半導体膜に含まれる。
、SiH4であり、その他にもSi2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4
、SiF4などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプ
トン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、それを希釈し
て用いることで、SAS膜の形成を容易なものとすることができる。希釈率は2倍〜10
00倍の範囲でSiH4等を希釈することが好ましい。またさらに、SiH4等に、CH
4、C2H6などの炭化物気体、GeH4、GeF4などのゲルマニウム化気体、F2な
どを混入させて、エネルギーバンド幅を1.5〜2.4eV、若しくは0.9〜1.1e
Vに調節しても良い。
ェット法で形成してもよいし、全面に形成し、フォトリソグラフィーにて、所望の形状を
作製しても良い。本実施例では、絶縁膜408はエポキシ樹脂、電極409はニッケル(
Ni)を用いる。なお、ニッケル(Ni)をスクリーン印刷法で形成するときには、それ
を含む導電ペーストを用いる。
型半導体膜をエッチングし、p型半導体層405、i型半導体層406及びn型半導体層
407を形成する(図4(C)参照)。このエッチングのときのオーバーエッチングによ
り、電極404の膜もエッチングされる場合があり、導電性の低下などの問題がおきるた
め、電極404と、p型半導体膜とi型半導体膜及びn型半導体膜とのエッチング選択比
は大きくしておくことが望ましい。
膜410はエポキシ樹脂を用い、電極411は半田とのぬれ性向上と実装時の強度向上の
ため、ニッケル(Ni)と銅(Cu)の積層構造とする(図4(D)参照)。
屈折率の異なる絶縁膜の膜厚を調整することで、光を干渉させて、光電変換層へ入射する
光の波長分布を制御することができる。人間の視感度へできるだけ近づけるように調整す
ると、精度の良い可視光センサとして用いることができる。
り、電界集中を防ぐことができる。また、電極と光電変換層が接する部分での光電変換層
の段差被覆性が改善され、応力集中を抑制することができる。それにより、特性劣化を少
なくして光電変換装置の信頼性を向上させることができる。
、電極端部を保護膜で保護する光電変換層を作製する例について、図4(A)〜図4(D
)、図5(A)〜図5(C)を用いて説明する。なお実施例1と同じものは同じ符号で示
しており、実施例1に記載された作製工程に基づいて作製すればよい。
、電極404の端部の形状は、テーパー形状でなくてもよいが、テーパー形状とすること
で、後に形成する保護膜412のカバレッジを向上させることができる。
形成される光電変換層に入射する光が全て保護膜を通過するように、保護膜を形成する。
このとき、感光性ポリイミドを使用することで、塗布、露光、現像、焼成のみで容易に形
成でき、また、テーパーが緩やかになるため、後の工程において作製される膜のカバレッ
ジを向上させることができる。このとき、テーパー角は80度以下、望ましくは45度以
下になるように形成する。また、この保護膜は、絶縁材料として、アクリル、シロキサン
、酸化シリコンなどを用いてもよいし、高抵抗な材料、望ましくは第1の半導体層より高
抵抗な材料を用いてもよい。なお、光がガラス基板401側から入射する場合、光の透過
率が高いことが望ましい。
とが望ましい。保護膜の吸着水分を減少させ、また、密着性を向上することができ、光電
変換装置の信頼性が向上する。
)は図5(C)に対応する。
光電変換層とを接触させることにより、電界集中を防ぐことができる。また、電極と光電
変換層が接する部分での光電変換層の段差被覆性が改善され、応力集中を抑制することが
できる。それにより、特性劣化を少なくして光電変換装置の信頼性を向上させることがで
きる。
、電極端部を保護膜で保護し、光電変換層を作製する場合において、保護膜のパターンを
変えた例について、図5(C)、図6(A)を用いて説明する。なお実施例2と同じもの
は同じ符号で示しており、実施例2に記載された作製工程に基づいて作製すればよい。
ことができる(図6(A)参照)。
透過率が上がり、光電変換の効率を上げることができる。それに加え、実施例2と同様の
作用効果を奏することができる。
、電極端部を保護膜で保護して光電変換層を作製する場合において、保護膜にカラーフィ
ルターを用いた例について、図5(C)、図6(B)を用いて説明する。なお実施例2と
同じものは同じ符号で示しており、実施例2に記載された作製工程に基づいて作製すれば
よい。
として形成することができる(図6(B)参照)。オーバーコート414は、カラーフィ
ルター413内に含まれる顔料などの不純物が光電変換層へ拡散しないようにするために
形成している。また、このように光電変換層と非常に近い位置にカラーフィルターを配置
することで、横方向から入射される光もカラーフィルターを通過することで、精度の高い
光電変換装置として用いることができる。
けて形成することで、異なる分光感度を持つ光電変換装置を作製することができる。
てくる波長の分布が非常に近いため、精度の高い可視光センサとして用いることができる
。それに加え、実施例2と同様の作用効果を奏することができる。
タ、ディスプレー、携帯電話機、テレビなどが挙げられる。それらについて図7、図8(
A)〜図8(B)、図9(A)〜図9(B)、図10及び図11を参照して説明する。
ー704、音声出力部705、音声入力部706、回路基板707、表示パネル(A)7
08、表示パネル(B)709、蝶番710、透光性材料部711があり、光電変換装置
712が筐体703の内側に設けられている。
度に合わせて表示パネル(A)708及び表示パネル(B)709の輝度コントロールを
行ったり、光電変換装置712で得られる照度に合わせて操作キー704の照明制御を行
ったりする。これにより携帯電話機の消費電流を抑えることができる。この光電変換装置
712は実施例1乃至4で示したいずれか一と同様な構成を有しているので、携帯電話機
の動作を安定化させることができる。
おいて、本体721は、筐体722、表示パネル723、操作キー724、音声出力部7
25、音声入力部726、光電変換装置727を含んでいる。
部の光を検知することにより表示パネル723及び操作キー724の輝度を制御すること
が可能である。
光電変換装置728を設けている。光電変換装置728により、表示パネル723に設け
られているバックライトの輝度を検出することも可能となる。
置が携帯電話機に用いられているので、回路基板に実装する部品点数を削減することがで
き、携帯電話機本体の小型化を図ることができる。また、回路と光電変換装置を同一基板
上に形成できるため、ノイズを低減することができる。
ド734、外部接続ポート735、ポインティングマウス736等を含む。
体741、支持台742、表示部743などによって構成されている。
の表示部743として、液晶パネルを用いた場合の詳しい構成を図10に示す。
51b、基板751a及び751bに挟まれた液晶層752、偏光フィルタ755a及び
755b、及びバックライト753等を有している。また筐体761には光電変換装置7
54が形成されている。
し、その情報がフィードバックされて液晶パネル762の輝度が調節される。
に組み込んだ例を示す図である。図11(A)は、デジタルカメラの前面方向から見た斜
視図、図11(B)は、後面方向から見た斜視図である。図11(A)において、デジタ
ルカメラには、リリースボタン801、メインスイッチ802、ファインダ窓803、フ
ラッシュ804、レンズ805、鏡胴806、筺体807が備えられている。
13が備えられている。リリースボタン801は、半分の位置まで押下されると、焦点調
整機構および露出調整機構が作動し、最下部まで押下されるとシャッターが開く。メイン
スイッチ802は、押下又は回転によりデジタルカメラの電源のON/OFFを切り替え
る。
、図11(B)に示すファインダ接眼窓811から撮影する範囲やピントの位置を確認す
るための装置である。フラッシュ804は、デジタルカメラの前面上部に配置され、被写
体輝度が低いときに、リリースボタンが押下されてシャッターが開くと同時に補助光を照
射する。レンズ805は、デジタルカメラの正面に配置されている。レンズは、フォーカ
シングレンズ、ズームレンズ等により構成され、図示しないシャッター及び絞りと共に撮
影光学系を構成する。また、レンズの後方には、CCD(Charge Coupled
Device)等の撮像素子が設けられている。
ズの位置を移動するものであり、撮影時には、鏡胴を繰り出すことにより、レンズ805
を手前に移動させる。また、携帯時は、レンズ805を沈銅させてコンパクトにする。な
お、本実施例においては、鏡胴を繰り出すことにより被写体をズーム撮影することができ
る構造としているが、この構造に限定されるものではなく、筺体807内での撮影光学系
の構成により鏡胴を繰り出さずともズーム撮影が可能なデジタルカメラでもよい。
囲やピントの位置を確認する際に接眼するために設けられた窓である。操作ボタン813
は、デジタルカメラの後面に設けられた各種機能ボタンであり、セットアップボタン、メ
ニューボタン、ディスプレイボタン、機能ボタン、選択ボタン等により構成されている。
サが光の有無及び強さを感知することができ、これによりカメラの露出調整等を行うこと
ができる。また本発明の光センサはその他の電子機器、例えばプロジェクションテレビ、
ナビゲーションシステム等に応用することが可能である。すなわち光を検出する必要のあ
るものであればいかなるものにも用いることが可能である。
も可能である。
電界集中を防止することにより、劣化を抑制することができる。本発明の光電変換装置を
組み込むことにより、信頼性の高い電気機器を得ることができる。
101 増幅回路
101a 薄膜トランジスタ
101b 薄膜トランジスタ
102 フォトダイオード
103 出力端子
201 基板
202 電極
203 p型半導体層
204 i型半導体層
205 n型半導体層
206 絶縁膜
207 電極
208 絶縁膜
209 電極
210 電極
211 保護膜
401 ガラス基板
402 薄膜トランジスタ
403 電極
404 電極
405 p型半導体層
406 i型半導体層
407 n型半導体層
408 絶縁膜
409 電極
410 絶縁膜
411 電極
412 保護膜
413 カラーフィルター
414 オーバーコート
701 本体(A)
702 本体(B)
703 筐体
704 操作キー
705 音声出力部
706 音声入力部
707 回路基板
708 表示パネル(A)
709 表示パネル(B)
710 蝶番
711 透光性材料部
712 光電変換装置
721 本体
722 筐体
723 表示パネル
724 操作キー
725 音声出力部
726 音声入力部
727 光電変換装置
728 光電変換装置
731 本体
732 筐体
733 表示部
734 キーボード
735 外部接続ポート
736 ポインティングマウス
741 筐体
742 支持台
743 表示部
751a 基板
751b 基板
752 液晶層
753 バックライト
754 光電変換装置
755a 偏光フィルタ
755b 偏光フィルタ
761 筐体
762 液晶パネル
801 リリースボタン
802 メインスイッチ
803 ファインダ窓
804 フラッシュ
805 レンズ
806 鏡胴
807 筺体
811 ファインダ接眼窓
812 モニタ
813 操作ボタン
Claims (1)
- 基板上に、
一導電型の第1の半導体層と、
第2の半導体層と、
前記一導電型とは逆の導電型の第3の半導体層と、を有する光電変換層と、
前記第1の半導体層と接触する第1の電極と、
前記第3の半導体層と接触する第2の電極と、
を有し、
前記第1の半導体層と前記第1の電極とが接触する部分における前記第1の電極の端部の断面形状は、テーパー形状であることを特徴とする光電変換装置。
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