JP2771532B2 - 光センサ - Google Patents
光センサInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は非晶質半導体を用いた光センサに関する。
従来の技術
光センサにおいて、分光感度即ち光センサが感度を有
する波長領域は導電帯と価電子帯のバンドギャップの大
小に依存している。つまり、バンドギャップの広い光セ
ンサは短波長側に分光感度を有し、バンドギャップの狭
いセンサは長波長側に分光感度を有している。非晶質半
導体として特にアモルファスシリコンの場合にはバンド
ギャップが約1.7eVで、丁度人の目と同じ可視領域に分
光感度を有しているところから広範な利用が期待され
る。 ところで、光センサは、カラーセンサとして用いる場
合やその他必要な波長域以外のノイズを拾わないように
するため等の目的で、特定の波長域だけに分光感度を有
することが要求される場合がある。かかる場合、従来の
光センサは前面に特定波長を選択的に透過する光学フィ
ルタを設けることによって対応している。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のように光センサに光学フィルタ
を設けると部品数が多くなり、組立、加工工数が増える
し、またカラーセンサのように分光感度の異なる光セン
サを複数個備えるものにあっては光学フィルタの使用枚
数が増えると共に。受光面積もそれだけ増え、全体が大
型化するといった問題がある。 本発明はこのような問題点に鑑み、光学フィルタを一
切用いなくても所望する分光感度を得ることができる
し、カラーセンサとして用いる場合も小さな受光面積の
小型な構成となし得る頗る有用な光センサを提供するこ
とを目的としている。 問題点を解決するための手段 上記目的は、膜厚方向と平行で且つ互いに対向する側
面に、一対の金属電極が設けられた非晶質半導体層を、
絶縁性透光膜を介して複数積層すると共に、各非晶質半
導体層を膜厚方向に超格子構造とし、且つ異なる分光感
度を有する構成とすることによって達成できる。 作用 超格子構造とは、厚さ数Å〜数百Åの薄膜を多数積層
した人工的な周期構造をいい、現在大別すると、ドーピ
ング超格子構造と組成超格子構造とがある。第４図にド
ーピング超格子構造のバンドプロファイル図を示す。 ドーピング超格子構造はこの図に示すように導電帯、
価電子帯が超格子の周期に従って振動的に変化してい
る。ドーピング超格子内では電子と正孔はエネルギーの
低い場所、つまり電子は導電帯のくぼみに、正孔は価電
子帯の上部に多く分布する。このため、ドーピング超格
子構造においては、導電帯のくぼみと価電子帯の上部と
の間の長さがみかけ上のバンドギャップ（図中のE01,E
02）となる。 ところで、ドーピング超格子構造の振動の振幅は、ド
ーピング量の多少によってコントロールすることが可能
である。第４図（ａ）は低ドーピングの場合、同図
（ｂ）は高ドーピングの場合のバンドプロファイル図を
示している。この図からわかるように超格子構造の振動
の振幅が小さいと（図（ａ））、みかけ上のバンドギャ
ップが大きく、振幅が大きいと（図（ｂ））、みかけ上
のバンドギャップが小さくなる（E01＞E02）。 バンドギャップと分光感度とは既述した関係があるの
で、結局、ドーピング超格子構造においては、ドーピン
グ量をコントロールすることによって所望する分光感度
をもつ光センサを得ることができる。 一方、組成超格子構造は第５図に示すようバンドギャ
ップの狭い井戸層とバンドギャップの拾いバリヤ層
を積層した構造をしている。この組成超格子において、
みかけ上のバンドギャップは井戸層の膜厚によって決
まる。つまり、第５図（ａ）のように膜厚が薄い（t1）
とみかけ上のバンドギャップは広く、逆に同図（ｂ）の
ように膜厚が厚い（t2）とみかけ上のバンドギャップが
狭くなる。 ところで、井戸層の膜厚は、井戸層の形成時間等に
よって人為的にコントロールすることができるので、結
局、組成超格子においても井戸層の膜厚をコントロール
することによって所望する分光感度をもつ光センサを得
ることができる。 従って、本発明の光センサによれば、膜厚方向と平行
で且つ互いに対向する側面に、一対の金属電極が設けら
れた非晶質半導体層を、絶縁性透光膜を介して複数積層
すると共に、各非晶質半導体層を膜厚方向に超格子構造
とし、且つ異なる分光感度を有する構成としたので、分
光感度の異なる超格子構造の非晶質半導体層をバンドギ
ャップの狭い（検出可能な波長域が広い）ものから広い
ものへと順に積層することによってカラーセンサを構成
することができる。従って、その場合には受光面積は単
一の光センサと変わらないので、従来の光学フィルタを
用いたカラーセンサと異なり小型化が図れる。 また、超格子構造膜は超格子構造に沿った方向に電流
を流したとき、従来の膜に比べ大きなキヤリア移動度を
持つので、光導電型光センサに用いた場合、大きな利得
が得られる。 実 施 例 第１図は本発明に関連する光センサを示す断面図であ
り、１はガラス等の透光性基板、２は非晶質半導体層で
上下方向（膜厚方向）に組成超格子構造に構成されてい
る。この非晶質半導体層２の上には絶縁膜３が設けら
れ、膜厚方向と平行で且つ互いに対向する側面には、非
晶質半導体層を挟んで一対の電極4,4が設けられてい
る。このように一対の電極4,4が非晶質半導体層２の互
いに対向する側面に、当該非晶質半導体層２を挟んで設
けられて光導電型に構成されているので、光検出の原理
は光導電効果によることとなる。 前記非晶質半導体層２は、この関連例ではａ−Siから
なる井戸層とａ−SiCからなるバリヤ層を夫々25Åの厚
みで100層ずつ交互に積層した超格子構造（全厚み5000
Å）に構成されている。井戸層のバンドギャップは1.75
（eV）、バリヤ層のバンドギャップは2.4（eV）であ
り、非晶質半導体層２全体のみかけ上のバンドギャップ
は2.00（eV）となっている。 次に上記非晶質半導体層２を作製する一つの方法とし
て光CVD法について説明する。先ず、反応室内に透明基
板１を置き、Si2H6からなる原料ガスを導入する。そい
て、低圧水銀ランプを点灯し、そのランプ光によってガ
スを直接励起してガラス基板１上にａ−Siからなる井戸
層を形成する。井戸層の膜厚は井戸層形成時間によって
コントロールできるので、時間を計測して25Åの膜厚が
得られるのに要する時間だけ低圧水銀灯を点灯する。こ
のとき、基板温度は200℃、反応圧力は80（Pa）として
おく。 次に、反応室内の残存ガスを抜いてSi2H6とC2H2の原
料ガスに入れ換え、また反応圧力を100（Pa）に変更
し、他の条件は井戸層の形成時と同じにして井戸層の上
にバリヤ層を形成する。この場合も、25Åの膜厚が得ら
れるよう時間をコントロールする。以後、反応室内のガ
スを入れ換えて井戸層とバリヤ層を交互に繰り返し100
層ずつ形成する。 上記関連例の超格子構造は一例であり、井戸層の膜厚
は25Åに限られないとこはいうまでもない。本来、井戸
層の膜厚は要求される分光感度を得るために必要なバン
ドギャップとの関係で決定され、これによって決まった
膜厚は井戸層形成時間をコントロールすることにより得
られる。具体的にどの程度の時間をかければ、いくらの
膜厚の井戸層が得られるかは経験的に把握できるので、
その経験則に基づき井戸層形成時間をコントロールすれ
ばよい。 尚、超格子構造の形成は光CVD法に限らずグロー放電
法でも行うことができる。但し、グロー放電法では皮膜
に対するダメージが大きいのに対して光CVD法ではその
ようなダメージが極めて少なく、従って奇麗な成膜が可
能となり、結果的に膜厚のコントロールが行いやすいと
いった利点がある。 次に、第２図は本発明一実施例としての光センサの断
面図を示し、井戸層の膜厚をコントロールすることによ
って異なったバンドギャップをもつ非晶質半導体層10,1
1,12を作製し、これらを透光性絶縁膜13,14を介在して
下からバンドギャップの大きいものから順に積層した構
造の光センサの断面図を示している。15,16,17は夫々各
非晶質半導体層10,11,12の側面に設けられた電極であ
る。各非晶質半導体層10,11,12の井戸層、バリヤ層の厚
み、積層数バンドギャップは下表の通りである。各層の
形成条件は上記した関連例と同じある。 この構成によれば、ガラス基板１を通って入射した光
のうち短波長成分が１層目の非晶質半導体層10によって
検出され、中間の短波長成分が２層目の非晶質半導体層
11によって検出され、長波長成分が３層目の非晶質半導
体層12によって検出される。第３図はこの状態を示す分
光感度特性曲線である。上記のような積層構造の光セン
サは主にカラーセンサとして使用される。 上記実施例も、超格子構造は組成超格子構造で実施し
ているが、ドーピング超格子構造で実施することもでき
る。その場合には、作用の項で述べたように非晶質半導
体層のみかけ上のバンドギャップはドーピング量をコン
トロールすることによって制御できる。いくらのドーピ
ング量にすればいくらのバンドギャップが得られるかは
経験的にわかるので、その経験則に基づき適宜定め得
る。 発明の効果 本発明は以上説明した如く構成したので、従来のよう
な光学フィルターを一切用いなくても、所望する分光感
度をもつ光センサを得ることができ、組立工数少なく、
また安価に構成できると共に、カラーセンサとしての受
光面積は一個の光センサと異ならず、従って全体構成の
小型化が図れるといった効果もある。
する波長領域は導電帯と価電子帯のバンドギャップの大
小に依存している。つまり、バンドギャップの広い光セ
ンサは短波長側に分光感度を有し、バンドギャップの狭
いセンサは長波長側に分光感度を有している。非晶質半
導体として特にアモルファスシリコンの場合にはバンド
ギャップが約1.7eVで、丁度人の目と同じ可視領域に分
光感度を有しているところから広範な利用が期待され
る。 ところで、光センサは、カラーセンサとして用いる場
合やその他必要な波長域以外のノイズを拾わないように
するため等の目的で、特定の波長域だけに分光感度を有
することが要求される場合がある。かかる場合、従来の
光センサは前面に特定波長を選択的に透過する光学フィ
ルタを設けることによって対応している。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のように光センサに光学フィルタ
を設けると部品数が多くなり、組立、加工工数が増える
し、またカラーセンサのように分光感度の異なる光セン
サを複数個備えるものにあっては光学フィルタの使用枚
数が増えると共に。受光面積もそれだけ増え、全体が大
型化するといった問題がある。 本発明はこのような問題点に鑑み、光学フィルタを一
切用いなくても所望する分光感度を得ることができる
し、カラーセンサとして用いる場合も小さな受光面積の
小型な構成となし得る頗る有用な光センサを提供するこ
とを目的としている。 問題点を解決するための手段 上記目的は、膜厚方向と平行で且つ互いに対向する側
面に、一対の金属電極が設けられた非晶質半導体層を、
絶縁性透光膜を介して複数積層すると共に、各非晶質半
導体層を膜厚方向に超格子構造とし、且つ異なる分光感
度を有する構成とすることによって達成できる。 作用 超格子構造とは、厚さ数Å〜数百Åの薄膜を多数積層
した人工的な周期構造をいい、現在大別すると、ドーピ
ング超格子構造と組成超格子構造とがある。第４図にド
ーピング超格子構造のバンドプロファイル図を示す。 ドーピング超格子構造はこの図に示すように導電帯、
価電子帯が超格子の周期に従って振動的に変化してい
る。ドーピング超格子内では電子と正孔はエネルギーの
低い場所、つまり電子は導電帯のくぼみに、正孔は価電
子帯の上部に多く分布する。このため、ドーピング超格
子構造においては、導電帯のくぼみと価電子帯の上部と
の間の長さがみかけ上のバンドギャップ（図中のE01,E
02）となる。 ところで、ドーピング超格子構造の振動の振幅は、ド
ーピング量の多少によってコントロールすることが可能
である。第４図（ａ）は低ドーピングの場合、同図
（ｂ）は高ドーピングの場合のバンドプロファイル図を
示している。この図からわかるように超格子構造の振動
の振幅が小さいと（図（ａ））、みかけ上のバンドギャ
ップが大きく、振幅が大きいと（図（ｂ））、みかけ上
のバンドギャップが小さくなる（E01＞E02）。 バンドギャップと分光感度とは既述した関係があるの
で、結局、ドーピング超格子構造においては、ドーピン
グ量をコントロールすることによって所望する分光感度
をもつ光センサを得ることができる。 一方、組成超格子構造は第５図に示すようバンドギャ
ップの狭い井戸層とバンドギャップの拾いバリヤ層
を積層した構造をしている。この組成超格子において、
みかけ上のバンドギャップは井戸層の膜厚によって決
まる。つまり、第５図（ａ）のように膜厚が薄い（t1）
とみかけ上のバンドギャップは広く、逆に同図（ｂ）の
ように膜厚が厚い（t2）とみかけ上のバンドギャップが
狭くなる。 ところで、井戸層の膜厚は、井戸層の形成時間等に
よって人為的にコントロールすることができるので、結
局、組成超格子においても井戸層の膜厚をコントロール
することによって所望する分光感度をもつ光センサを得
ることができる。 従って、本発明の光センサによれば、膜厚方向と平行
で且つ互いに対向する側面に、一対の金属電極が設けら
れた非晶質半導体層を、絶縁性透光膜を介して複数積層
すると共に、各非晶質半導体層を膜厚方向に超格子構造
とし、且つ異なる分光感度を有する構成としたので、分
光感度の異なる超格子構造の非晶質半導体層をバンドギ
ャップの狭い（検出可能な波長域が広い）ものから広い
ものへと順に積層することによってカラーセンサを構成
することができる。従って、その場合には受光面積は単
一の光センサと変わらないので、従来の光学フィルタを
用いたカラーセンサと異なり小型化が図れる。 また、超格子構造膜は超格子構造に沿った方向に電流
を流したとき、従来の膜に比べ大きなキヤリア移動度を
持つので、光導電型光センサに用いた場合、大きな利得
が得られる。 実 施 例 第１図は本発明に関連する光センサを示す断面図であ
り、１はガラス等の透光性基板、２は非晶質半導体層で
上下方向（膜厚方向）に組成超格子構造に構成されてい
る。この非晶質半導体層２の上には絶縁膜３が設けら
れ、膜厚方向と平行で且つ互いに対向する側面には、非
晶質半導体層を挟んで一対の電極4,4が設けられてい
る。このように一対の電極4,4が非晶質半導体層２の互
いに対向する側面に、当該非晶質半導体層２を挟んで設
けられて光導電型に構成されているので、光検出の原理
は光導電効果によることとなる。 前記非晶質半導体層２は、この関連例ではａ−Siから
なる井戸層とａ−SiCからなるバリヤ層を夫々25Åの厚
みで100層ずつ交互に積層した超格子構造（全厚み5000
Å）に構成されている。井戸層のバンドギャップは1.75
（eV）、バリヤ層のバンドギャップは2.4（eV）であ
り、非晶質半導体層２全体のみかけ上のバンドギャップ
は2.00（eV）となっている。 次に上記非晶質半導体層２を作製する一つの方法とし
て光CVD法について説明する。先ず、反応室内に透明基
板１を置き、Si2H6からなる原料ガスを導入する。そい
て、低圧水銀ランプを点灯し、そのランプ光によってガ
スを直接励起してガラス基板１上にａ−Siからなる井戸
層を形成する。井戸層の膜厚は井戸層形成時間によって
コントロールできるので、時間を計測して25Åの膜厚が
得られるのに要する時間だけ低圧水銀灯を点灯する。こ
のとき、基板温度は200℃、反応圧力は80（Pa）として
おく。 次に、反応室内の残存ガスを抜いてSi2H6とC2H2の原
料ガスに入れ換え、また反応圧力を100（Pa）に変更
し、他の条件は井戸層の形成時と同じにして井戸層の上
にバリヤ層を形成する。この場合も、25Åの膜厚が得ら
れるよう時間をコントロールする。以後、反応室内のガ
スを入れ換えて井戸層とバリヤ層を交互に繰り返し100
層ずつ形成する。 上記関連例の超格子構造は一例であり、井戸層の膜厚
は25Åに限られないとこはいうまでもない。本来、井戸
層の膜厚は要求される分光感度を得るために必要なバン
ドギャップとの関係で決定され、これによって決まった
膜厚は井戸層形成時間をコントロールすることにより得
られる。具体的にどの程度の時間をかければ、いくらの
膜厚の井戸層が得られるかは経験的に把握できるので、
その経験則に基づき井戸層形成時間をコントロールすれ
ばよい。 尚、超格子構造の形成は光CVD法に限らずグロー放電
法でも行うことができる。但し、グロー放電法では皮膜
に対するダメージが大きいのに対して光CVD法ではその
ようなダメージが極めて少なく、従って奇麗な成膜が可
能となり、結果的に膜厚のコントロールが行いやすいと
いった利点がある。 次に、第２図は本発明一実施例としての光センサの断
面図を示し、井戸層の膜厚をコントロールすることによ
って異なったバンドギャップをもつ非晶質半導体層10,1
1,12を作製し、これらを透光性絶縁膜13,14を介在して
下からバンドギャップの大きいものから順に積層した構
造の光センサの断面図を示している。15,16,17は夫々各
非晶質半導体層10,11,12の側面に設けられた電極であ
る。各非晶質半導体層10,11,12の井戸層、バリヤ層の厚
み、積層数バンドギャップは下表の通りである。各層の
形成条件は上記した関連例と同じある。 この構成によれば、ガラス基板１を通って入射した光
のうち短波長成分が１層目の非晶質半導体層10によって
検出され、中間の短波長成分が２層目の非晶質半導体層
11によって検出され、長波長成分が３層目の非晶質半導
体層12によって検出される。第３図はこの状態を示す分
光感度特性曲線である。上記のような積層構造の光セン
サは主にカラーセンサとして使用される。 上記実施例も、超格子構造は組成超格子構造で実施し
ているが、ドーピング超格子構造で実施することもでき
る。その場合には、作用の項で述べたように非晶質半導
体層のみかけ上のバンドギャップはドーピング量をコン
トロールすることによって制御できる。いくらのドーピ
ング量にすればいくらのバンドギャップが得られるかは
経験的にわかるので、その経験則に基づき適宜定め得
る。 発明の効果 本発明は以上説明した如く構成したので、従来のよう
な光学フィルターを一切用いなくても、所望する分光感
度をもつ光センサを得ることができ、組立工数少なく、
また安価に構成できると共に、カラーセンサとしての受
光面積は一個の光センサと異ならず、従って全体構成の
小型化が図れるといった効果もある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に関連する光センサを示す断面図、第２
図は本発明の一実施例としての光センサを示す断面図、
第３図は第２図に示した光センサの分光感度特性を示す
図、第４図はドーピング超格子のバンドプロファイル図
で、図（ａ）は低ドーピングの場合、図（ｂ）は高ドー
ピングの場合の図、第５図は組成超格子のバンドプロフ
ァイル図で、図（ａ）は井戸層の膜厚が薄い場合、図
（ｂ）は厚い場合の図である。 ２……非晶質半導体層
図は本発明の一実施例としての光センサを示す断面図、
第３図は第２図に示した光センサの分光感度特性を示す
図、第４図はドーピング超格子のバンドプロファイル図
で、図（ａ）は低ドーピングの場合、図（ｂ）は高ドー
ピングの場合の図、第５図は組成超格子のバンドプロフ
ァイル図で、図（ａ）は井戸層の膜厚が薄い場合、図
（ｂ）は厚い場合の図である。 ２……非晶質半導体層
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フロントページの続き
(72)発明者 津田 信哉
守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機
株式会社内
(72)発明者 中野 昭一
守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機
株式会社内
(72)発明者 桑野 幸徳
守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機
株式会社内
(56)参考文献 特開 昭61−27686（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−62087（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−95575（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−226729（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−263287（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−115356（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−115780（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
G01J 3/02 S
G01J 1/02 B
H01L 31/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．膜厚方向と平行で且つ互いに対向する側面に、一対
の金属電極が設けられた非晶質半導体層が、絶縁性透光
膜を介して複数積層されてなる光センサであって、各非
晶質半導体層は膜厚方向に超格子構造とされ、且つ異な
る分光感度を有することを特徴とする光センサ。 ２．超格子構造の非晶質半導体層を光CVD法で形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の光
センサ。 ３．超格子構造がドーピング超格子構造とされ、所望す
る分光感度を得るようにドーピング量が調整されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の光
センサ。 ４．超格子構造の井戸層の厚みが所望する分光感度を得
るように調整されていることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項に記載の光センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61007632A JP2771532B2 (ja) | 1986-01-16 | 1986-01-16 | 光センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61007632A JP2771532B2 (ja) | 1986-01-16 | 1986-01-16 | 光センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62165129A JPS62165129A (ja) | 1987-07-21 |
| JP2771532B2 true JP2771532B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=11671200
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Country Status (1)
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-
1986
- 1986-01-16 JP JP61007632A patent/JP2771532B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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