JP2661689B2 - Light sensor - Google Patents

Light sensor

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JP2661689B2
JP2661689B2 JP62186133A JP18613387A JP2661689B2 JP 2661689 B2 JP2661689 B2 JP 2661689B2 JP 62186133 A JP62186133 A JP 62186133A JP 18613387 A JP18613387 A JP 18613387A JP 2661689 B2 JP2661689 B2 JP 2661689B2
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gap
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和弥 岡部
斎 関
千里 岩崎
泰彦 笠間
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ARUPUSU DENKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光導電体の光電効果を利用した光センサ
に関する。 〔従来の技術〕 第5図は、従来の光センサの例を示すもので、図中符
号1は基板である。この基板1は、ガラス、石英、セラ
ミックス、絶縁膜被覆金属、酸化膜被覆シリコンなどか
らなるもので、この基板1上には、光導電体2が設けら
れている。この光導電体2は、水素化アモルファス・シ
リコン(以下、a−Si:Hと略称する。)、硫化カドミウ
ムなどの光電効果を示す材料からなる薄膜である。この
光導電体2の上には、リン原子などをドープしたa−S
i:Hからなるn+(ギャップ)層3、4が所定の間隔を有
する間隙5を介して設けられている。そして、このよう
なn+層3上には電極6が、n+層4上には電極7が、それ
ぞれアルミニウム、クロムなどの金属を蒸着しホトリソ
グラフィによってエッチングしてパターニングする方法
やメタルマスクを介して上記金属をパターン蒸着する方
法などの薄膜形成手段によって設けられている。 このような光センサでは、例えば第5図に示すよう
に、電極7側に一定の電圧を印加した状態で、間隙5の
光導電体2に光を照射すれば、この光により生成された
正孔、電子がそれぞれ電極6、電極7へ移動し、両電極
6、7間に照射光の強さに応じた光電流が流れるように
なっている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このような光センサでは、次のような
問題点を有している。 すなわち、第6図に示すように、光導電体2と電極6
との間にn+層3が介在しているため、このn+層3が障壁
となって正孔Hの電極6への移動が妨げられ、n+層3と
の界面近傍の光導電体2内に正孔Hが蓄積される。この
ため、蓄積された正孔Hのライフタイムにより、光セン
サの光応答時間が決まってしまうため、光応答速度を高
速化できない問題があった。 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、光応答速
度を高速化できるとともに、製造が容易で光取り込み部
分が大きく、高感度な光センサを提供することを目的と
する。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明では、光導電体に、一対の電極をギャツプ層
を介して対峙して設け、いずれか一方の電極と光導電体
とを面接触させたことをその解決手段とした。 この発明の光センサでは、いずれか一方の電極と光導
電体とを面接触させたので、光照射により光導電体中に
生成した正孔をギャップ層との界面近傍に蓄積させるこ
となく、光導電体と接触する電極内に速やかに移動させ
ることができる。したがって、この光センサでは、光応
答時間が正孔のライフタイムに依存することなく、正孔
のキャリア走行速度に依存することとなる。 以下、図面を参照してこの発明を詳しく説明する。 第1図は、この発明の第1の実施例を示すものであ
る。この発明の光センサの構成と従来の光センサの構成
との共通部分については、同一符号を符し、その部分の
説明を省略する。 この例の光センサにあっては、電極6と光導電体2と
の導電路として、電極6の間隙5側に導通部8を設けた
点に特徴がある。 この導通部8は、電極6と一体に設けられ、その下面
は光導電体2の上面と面接触する接触面8aとされてい
る。この接触面8aの大きさは、光導電体2からの正孔H
の移動し易さや基板1の大きさなどを考慮して決められ
る。 このような構成の光センサは、第2図に示すように、
光導電体2で生成された正孔Hが導通部8を介して電極
6内に速やかに移動できることから、正孔Hのキャリア
走行速度に応じて光応答速度が決まり、光応答の高速化
が可能なものとなる。 第3図は、この発明の第2の実施例を示すものであ
る。この例の光センサでは、電極6側および電極7側に
共に光導電体2からの正孔Hの移動通路となる接触面8
a、8aを有する導通部8、8が形成されている。 このような構成の光センサにあっては、両電極6、7
にそれぞれ導通部8、8が形成されているので、第1の
実施例とは逆に電極6側に電圧を印加しながら電極7側
の導通部8を介して正孔Hを電極7に移動させて使用す
ることもでき、双方向での使用が可能なものとなる。 第4図は、この発明の第3の実施例を示すものであ
る。この例の光センサでは、基板1に対して光導電体2
と、n+層3、4および板状の電極6、7との相対位置が
逆転して設けられ、電極6の一部が平面状の導通部8と
されている。 このような構成の光センサでは、板状の電極6の一部
をそのまま導通部8として使用したものであるので、製
造が容易となる効果を奏するものとなる。また、この例
の光センサでは、両電極6、7を光導電体2で覆う構成
としたので、前記二つの実施例より光の取り込み部分を
大きくでき、より好感度なセンサとなる。 また、前記三つの実施例では、基板1を形成する材料
として、ガラス、石英、セラミックスなどを用いたが、
特に透明性を有する材料を基板に用いれば、基板側(光
センサの裏面側)からの光照射が可能となる。さらに、
前記三つの実施例において接触面8aはボロンなどをドー
プしたa−Si:HからなるP型半導体を介して光導電体に
接触させてもよい。この場合、光導電体から電極側への
正孔の移動がさらに効果的に行なわれる。 以下、実施例を示す。 〔実施例〕 ガラス基板上に、グロー放電によるプラズマCVD法に
より厚さ約1μmのa−Si:Hからなる光導電体を形成し
た。次いで、この光導電体上に約15μmの間隔を隔てて
二つのn+層をプラズマCVDとホトリソグラフィにより約1
00Åの厚さで形成した。次に、一方のn+層の上にこのn+
層より若干大きく、かつ他方のn+層側に延出したクロム
からなる厚さ約3000Åの膜をスパッタ蒸着とホトリソグ
ラフィにより形成し、これを一方の電極とした。この電
極の延出部分を導通部とし、その部分の幅寸法を約5μ
mに設定した。また、これと同時に他方のn+層の上には
このn+層と同じ形状のクロムからなる厚さ約3000Åの膜
を形成しこれを他方の電極とした。これにより、両電極
間の離間寸法が約10μmの光センサを作製した。 次に、このような光センサの導通部の形成されていな
い電極に一定電圧を印加しながら、両電極間の光導電体
にパルス光を照射して光応答を調べたところ、応答時間
が約10〜100μsecであった。 比較のため、第5図に示した従来の光センサを試作
し、その光応答を調べたところ、この光センサでは応答
時間が約1msecであった。 〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明の光センサは、光導電
体に、一対の電極をギャップ層を介して対峙して設け、
いずれか一方の電極と光導電体とを面接触させたもので
あるので、光照射により光導電体中に生成された正孔の
移動が光導電体から電極側へ速やかに行なわれる。した
がって、この光センサは、その光応答時間が正孔のキャ
リア走行速度に依存するので、正孔のライフタイムに依
存する従来の光センサに比べて著しく光応答速度が向上
したものとなり、高速応答型のものとなる。 また、両方の電極を導通部を介して光導電体に面接触
させた構成とすると、両方の電極のいずれか一方に電圧
を印加しながらその電極側の導通部を介して正孔をその
電極側に移動させて使用することができるので、一方の
電極側に正孔を移動させることも他方の電極側に正孔を
移動させることもでき、両方の電極で双方向で使用する
ことができるようになる。 更に、基板上に一対の電極とギャップ層を設け、それ
らを覆って光導電体を設け、少なくとも電位の低い側の
電極の一部を前記光導電層に面接触する導通部とした構
成とし、電極の一部をそのまま導通部として使用するこ
とで製造を容易とする効果を奏するとともに、両電極を
光導電体を覆う構成としたので、先の構成よりも光の取
り込み部分を大きくすることができ、より高感度な光セ
ンサを提供できる。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical sensor utilizing a photoelectric effect of a photoconductor. [Prior Art] FIG. 5 shows an example of a conventional optical sensor, in which reference numeral 1 denotes a substrate. The substrate 1 is made of glass, quartz, ceramics, metal coated with an insulating film, silicon coated with an oxide film, or the like, and a photoconductor 2 is provided on the substrate 1. The photoconductor 2 is a thin film made of a material exhibiting a photoelectric effect such as hydrogenated amorphous silicon (hereinafter abbreviated as a-Si: H) and cadmium sulfide. On the photoconductor 2, a-S doped with a phosphorus atom or the like is provided.
N + (gap) layers 3 and 4 made of i: H are provided via a gap 5 having a predetermined gap. Then, the electrode 6 is formed on such n + layer 3, the n + layer 4 electrode 7 on, respectively aluminum, a method and metal mask for patterning by etching by photolithography and depositing a metal such as chromium It is provided by a thin-film forming means such as a method of pattern-depositing the metal through the above. In such an optical sensor, as shown in FIG. 5, for example, when light is applied to the photoconductor 2 in the gap 5 in a state where a constant voltage is applied to the electrode 7 side, the positive light generated by this light is irradiated. Holes and electrons move to the electrodes 6 and 7, respectively, and a photocurrent flows between the electrodes 6 and 7 according to the intensity of irradiation light. [Problems to be Solved by the Invention] However, such an optical sensor has the following problems. That is, as shown in FIG.
Since the n + layer 3 is interposed between, the n + layer 3 is prevented to move in the electrodes 6 of the hole H becomes a barrier, the photoconductor in the vicinity of the interface between the n + layer 3 Holes H accumulate in 2. For this reason, the light response time of the optical sensor is determined by the lifetime of the accumulated holes H, and there is a problem that the light response speed cannot be increased. The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a high-sensitivity optical sensor that can increase the light response speed, is easy to manufacture, has a large light-intake portion, and has a high light-receiving portion. [Means for Solving the Problems] In the present invention, a pair of electrodes are provided on a photoconductor so as to face each other via a gap layer, and one of the electrodes is brought into surface contact with the photoconductor. The solution was taken. In the optical sensor according to the present invention, one of the electrodes and the photoconductor are brought into surface contact, so that holes generated in the photoconductor by light irradiation do not accumulate in the vicinity of the interface with the gap layer. It can be quickly moved into the electrode in contact with the conductor. Therefore, in this optical sensor, the light response time does not depend on the lifetime of the hole but depends on the carrier traveling speed of the hole. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the common portions between the configuration of the optical sensor of the present invention and the configuration of the conventional optical sensor, and the description of those portions will be omitted. The optical sensor of this example is characterized in that a conductive portion 8 is provided on the gap 5 side of the electrode 6 as a conductive path between the electrode 6 and the photoconductor 2. The conducting portion 8 is provided integrally with the electrode 6, and the lower surface thereof is a contact surface 8 a that makes surface contact with the upper surface of the photoconductor 2. The size of the contact surface 8a is determined by the size of the hole H from the photoconductor 2.
Is determined in consideration of the ease of movement and the size of the substrate 1. The optical sensor having such a configuration is, as shown in FIG.
Since the holes H generated by the photoconductor 2 can quickly move into the electrode 6 via the conduction portion 8, the light response speed is determined according to the carrier traveling speed of the holes H, and the light response speed is increased. It will be possible. FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the optical sensor of this example, the contact surface 8 serving as a moving passage of the hole H from the photoconductor 2 is provided on both the electrode 6 side and the electrode 7 side.
Conducting portions 8, 8 having a, 8a are formed. In the optical sensor having such a configuration, the electrodes 6, 7
Since the conductive portions 8 and 8 are formed respectively, the holes H are moved to the electrodes 7 through the conductive portions 8 on the electrode 7 while applying a voltage to the electrode 6, contrary to the first embodiment. It can also be used in such a way that it can be used in both directions. FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In the optical sensor of this example, the photoconductor 2
And the n + layers 3 and 4 and the plate-like electrodes 6 and 7 are provided so that their relative positions are reversed, and a part of the electrode 6 is a planar conductive portion 8. In the optical sensor having such a configuration, since a part of the plate-shaped electrode 6 is used as it is as the conducting portion 8, the effect of facilitating the production is achieved. Further, in the optical sensor of this example, since both electrodes 6 and 7 are configured to be covered with the photoconductor 2, the light taking-in portion can be made larger than in the above two embodiments, and the sensor becomes more sensitive. In the above three embodiments, glass, quartz, ceramics, etc. were used as the material for forming the substrate 1,
In particular, when a material having transparency is used for the substrate, light irradiation from the substrate side (the back side of the optical sensor) becomes possible. further,
In the above three embodiments, the contact surface 8a may be brought into contact with the photoconductor through a P-type semiconductor made of a-Si: H doped with boron or the like. In this case, the movement of holes from the photoconductor to the electrode is performed more effectively. Examples will be described below. Example A photoconductor made of a-Si: H having a thickness of about 1 μm was formed on a glass substrate by a plasma CVD method using glow discharge. Next, two n + layers were formed on the photoconductor at a distance of about 15 μm by plasma CVD and photolithography for about 1 μm.
It was formed with a thickness of 00 °. Then, this n + on one n + layer
A film about 3,000 mm thick made of chromium slightly larger than the layer and extended to the other n + layer side was formed by sputter deposition and photolithography, and this was used as one electrode. The extended portion of this electrode is used as a conductive portion, and the width of the portion is approximately 5 μm.
m. At the same time, on the other n + layer, a film made of chromium having the same shape as this n + layer and having a thickness of about 3000 ° was formed and used as the other electrode. Thus, an optical sensor having a distance between the two electrodes of about 10 μm was manufactured. Next, while applying a constant voltage to an electrode of the optical sensor where no conducting portion is formed, the photoconductor between the two electrodes was irradiated with pulsed light to examine the optical response. 10 to 100 μsec. For comparison, a prototype of the conventional optical sensor shown in FIG. 5 was manufactured and its optical response was examined. As a result, the response time of this optical sensor was about 1 msec. [Effects of the Invention] As described above, the optical sensor of the present invention is provided with a pair of electrodes facing each other via a gap layer on a photoconductor,
Since one of the electrodes and the photoconductor are brought into surface contact, the movement of holes generated in the photoconductor by light irradiation is rapidly performed from the photoconductor to the electrode. Therefore, since the optical response time of the optical sensor depends on the carrier traveling speed of the holes, the optical response speed is remarkably improved as compared with the conventional optical sensor which depends on the lifetime of the holes. It will be of type. If both electrodes are brought into surface contact with the photoconductor through the conductive portion, holes are applied to the electrodes through the conductive portion on the electrode side while applying a voltage to one of the two electrodes. It can be used by moving it to the side, so it is possible to move holes to one electrode side or to move the holes to the other electrode side, and it can be used bidirectionally with both electrodes Become like Further, a pair of electrodes and a gap layer are provided on the substrate, a photoconductor is provided so as to cover them, and at least a part of the electrode on the lower potential side is formed as a conductive portion in surface contact with the photoconductive layer, By using a part of the electrode as it is as a conducting part, it has the effect of facilitating manufacture, and since both electrodes are covered with the photoconductor, it is possible to make the light intake part larger than the previous configuration. And a more sensitive optical sensor can be provided.

【図面の簡単な説明】 第1図は、この発明の第1の実施例を示す概略断面図、
第2図は、第1図の光センサにおけるエネルギーバンド
図、第3図は、この発明の第2の実施例を示す概略断面
図、第4図は、この発明の第3の実施例を示す概略断面
図である。 第5図は、従来の光センサの例を示す概略断面図、第6
図は、第5図の光センサにおけるエネルギーバンド図で
ある。 2……光導電体、3、4……n+層(ギャップ層)、6、
7……電極、8……導通部、8a……導通部の接触面。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an energy band diagram of the optical sensor of FIG. 1, FIG. 3 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a third embodiment of the present invention. It is an outline sectional view. FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of a conventional optical sensor, and FIG.
The figure is an energy band diagram in the optical sensor of FIG. 2 ... photoconductor, 3, 4 ... n + layer (gap layer), 6,
7 ... Electrode, 8 ... Conduction part, 8a ... Contact surface of conduction part.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠間 泰彦 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アル プス電気株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−124884(JP,A) 特開 昭59−167075(JP,A) 特開 昭59−138373(JP,A) 実開 昭59−127250(JP,U)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Yasuhiko Kasama               1-7 Yukiya Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Al               Within Pus Electric Co., Ltd.                (56) References JP-A-60-128484 (JP, A)                 JP-A-59-167075 (JP, A)                 JP-A-59-138373 (JP, A)                 Shokai Sho 59-127250 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.光導電体上に、一対のギャップ層を相互の間に光透
過用の間隙をあけて隣接させて設け、前記一対のギャッ
プ層上に前記間隙を介して対向する電極を設け、両電極
に電位差を与え、前記電極の内、少なくとも電位の低い
電極側に前記光導電体に面接触する導通部を設けてなる
ことを特徴とする光センサ。 2.各電極に光導電体に面接触する導通部が設けられて
なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光セ
ンサ。 3.基板上に、光透過用の間隙をあけて隣接して対向す
る一対の電極を設け、前記一対の電極上に前記間隙を介
して対向するギャップ層を設け、前記電極上に前記間隙
と間隙近傍の電極とギャップ層を覆う光導電体を設け、
前記両電極に電位差を与えるとともに、前記一対の電極
間の間隙を前記一対のギャップ層間の間隙よりも狭くし
て前記少なくとも電位の低い側の電極の一部を前記光導
電層に面接触する導通部としたことを特徴とする光セン
サ。
(57) [Claims] On the photoconductor, a pair of gap layers are provided adjacent to each other with a gap for light transmission therebetween, electrodes facing each other via the gap are provided on the pair of gap layers, and a potential difference is applied to both electrodes. And a conductive portion that is in surface contact with the photoconductor at least on the electrode side having a lower potential among the electrodes. 2. 2. The optical sensor according to claim 1, wherein each electrode is provided with a conductive portion that makes surface contact with the photoconductor. 3. On the substrate, a pair of electrodes that are opposed to each other with a gap for light transmission are provided, a gap layer is provided on the pair of electrodes with the gap therebetween, and the gap and the vicinity of the gap are provided on the electrodes. A photoconductor covering the electrode and the gap layer,
An electric potential difference is applied between the two electrodes, and a gap between the pair of electrodes is made narrower than a gap between the pair of gap layers, so that at least a part of the lower-potential electrode is in surface contact with the photoconductive layer. An optical sensor characterized in that it is a part.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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