JP3242513B2 - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JP3242513B2 JP32029293A JP32029293A JP3242513B2 JP 3242513 B2 JP3242513 B2 JP 3242513B2 JP 32029293 A JP32029293 A JP 32029293A JP 32029293 A JP32029293 A JP 32029293A JP 3242513 B2 JP3242513 B2 JP 3242513B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換装置に係り、
特にファクシミリ、イメージリーダ、デジタル複写機等
に好適に用いられる画像読取用の光電変換装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、画像読取用の光電変換装置として
は、例えば、特願平4−355327号に開示されたも
のがあり、光応答性が良好で、またTFTと同一プロセ
スで作り込むことができ、スイッチング回路を内蔵した
光電変換装置がローコストで作成可能である。この構成
はMIS型フォトダイオードとスイッチ素子を同一基板
上に具備する光電変換装置であり、このフォトダイオー
ドとスイッチ素子とが同一材料からなる半導体層を用い
ることを特徴としている。このようにMIS型フォトダ
イオードはTFTのような素子の作製工程と共通部分が
多く、性能的にも光応答性が良いという利点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記光電
変換装置においては、半導体層、絶縁体層の界面付近に
トラップされた電荷が、センサー駆動電圧印加直後に、
過渡的に増大してしまう課題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換装置
は、金属層、該金属層に接して設けられたキャリアブロ
ッキング用絶縁体層、該キャリアブロッキング用絶縁体
層に接して設けられた半導体層、該半導体層に接して設
けられたブロッキング半導体層、該ブロッキング半導体
層に接して設けられた電極を備えた光電変換装置であっ
て、前記半導体層及び前記ブロッキング半導体層が水素
化アモルファスシリコンからなり、前記半導体層に前記
ブロッキング半導体層と同じ導電型の不純物が導入され
て、前記半導体層がO,N,P,Asのうちのひとつ、
あるいはこの中の2つ以上の組み合わせからなる不純物
が含有されたn型のとき、前記ブロッキング半導体層は
n型であり、前記半導体層がB,Al,Gaのうちのひ
とつ、あるいはこの中の2つ以上の組み合わせからなる
不純物が含有されたp型のとき、前記ブロッキング半導
体層はp型であり、前記半導体層の活性化エネルギーが
0.7eV以下であることを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明は、光電変換装置の光感応層である半導
体層にブロッキング半導体層と同じ導電型の不純物の導
入を行い、センサー駆動電圧印加時の過渡電流を小さく
するものである。
【0006】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
詳細に説明する。
【0007】図1に本発明による光電変換装置の一実施
例の概略的構成を示す断面図を示す。図1において、1
は絶縁体基板(ガラス基板)、2は金属層、3はキャリ
アブロッキング用の絶縁体層、4は光感応用の半導体
層、5はホールキャリアブロッキング用のn+ 半導体
層、6は電荷取り出し用の金属電極である。
【0008】光が本図上部より入射し、n+ 半導体層5
を透過後、半導体層4で吸収されることにより、フォト
キャリアが発生する。電源7によって電極2,6間にバ
イアス電圧を印加しておくと、電流が光の強度に応じ変
化する。この現象により光電変換装置として利用するこ
とができる。
【0009】以下に上記光電変換装置の製造方法を示
す。図2〜図6は、本実施例の各製造工程を模式的に示
す部分断面図である。
【0010】まず図2に示すように、絶縁体基板1上
に、スパッタリング法によりクロム膜2を1000Å成
膜する。なお、金属層としてはクロムの他にニッケルも
好適に用いることができる。次に図3に示すように、ク
ロム膜2をフォトリソグラフィーにより、所望の形状に
パターニングする。
【0011】次に、13.56MHzのRFを用いた、
平行平板型の容量結合プラズマCVD装置により、絶縁
体層3としてシリコン窒化膜(SiN:H)を、半導体
層4として不純物ドープした水素化アモルファスシリコ
ン膜を、そしてブロッキング用半導体層5としてリンを
ドープした水素化シリコン膜を連続成膜する。この結
果、図4に示す形態となる。絶縁体層3,半導体層4,
ブロッキング用半導体層5の各層の成膜条件を以下に示
す。
【0012】絶縁体層3の成膜条件は、放電用RFパワ
ー20mW/cm2 、原料ガスであるアンモニア(NH
3 ),シラン(SiH4 )のガス流量比〔NH3 〕:
〔SiH4 〕は1:18、成膜時圧力0.2Torr、
成膜時基板温度350℃であり、膜厚は100Åであ
る。
【0013】半導体層4の成膜条件は、放電用RFパワ
ー20mW/cm2 である。原料ガスはシランガスを用
い、水素ガスで希釈する。希釈率をトータル流量に対す
るシランガスの割合{〔SiH4 〕/(〔SiH4 〕+
〔H2 〕)}で定義したとき、シランガスの希釈率は1
0%、また成膜時の圧力は0.5Torr、成膜時基板
温度は250℃であり、膜厚は5000Åである。
【0014】またこのとき微量の酸素ガス(O2 )を添
加することで、膜中の酸素濃度をコントロールすること
ができる。この様子を図7に示す。
【0015】またこのとき微量の窒素ガス(N2 )を添
加することで、膜中の窒素濃度をコントロールすること
ができる。この様子を図8に示す。
【0016】またこのとき微量のフォスフィンガス(P
3 )を添加することで、膜中のリン濃度をコントロー
ルすることができる。この様子を図9に示す。
【0017】また添加ガスとして、アルシン(AsH
3 )を用いることで膜中の砒素濃度をコントロールする
ことができる。
【0018】また添加ガスとして、水蒸気(H2 O)を
もちいることで酸素濃度を、アンモニア(NH3 )を用
いることで窒素濃度をコントロールすることができる。
【0019】ブロッキング用半導体層5の成膜条件は、
シラン(SiH4 )流量3sccm,水素(H2 )流量
180sccm,フォスフィン(PH3 )流量のシラン
流量に対する割合、{〔PH3 〕/(〔PH3 〕+〔S
iH4 〕)}が5000ppmであり、放電用RFパワ
ー80mW/cm2 ,成膜圧力0.5Torr、成膜時
基板温度は200℃である。膜厚は1000Åである。
【0020】次に図5に示すように、フォトリソグラフ
ィーによりレジストパターンを加工し、ドライエッチン
グにより絶縁体層3,半導体層4,ブロッキング用半導
体層5各層をアイソレーションする。
【0021】次に図6に示すように、スパッタリング法
によりアルミ膜を10000Å程度成膜する。さらにフ
ォトリソグラフィーによりレジストパターンを加工し、
湿式エッチングによりアルミをパターニングして金属電
極6を作成する。
【0022】このようにして図1に示す、本実施例の光
電変換装置が完成する。
【0023】次に本装置の電気特性について示す。図1
0は本装置の、ダイオード静特性を示している。印加電
圧の符号は、図1の電源7の極性を正とした。図10の
9は暗状態の特性、10は200ルクス照射時の特性を
示し、8は暗状態及び200ルクス照射時共通の特性で
ある。また本装置の有効受光面積は0.012mm2
ある。本装置の場合、印加電圧+4〜+10V程度で使
用するのが、光電変換装置として適正である。
【0024】光電変換装置として実際に使用する場合、
初期状態から駆動状態に移行させることが、たびたび必
要となるが、このとき駆動電圧は、0Vから5V程度に
一気に変化することになる。このとき半導体層4になに
も不純物を添加しない場合、スパイク状の過渡電流が発
生することがわかった。この様子を図11に示す。バイ
アス電圧を0Vから5Vに変化させた瞬間をOsecと
して、電流を測定している。
【0025】たとえばG3モードのファクシミリの場
合、約10-2secおきに信号を読み取る必要がある。
そこで10-2sec時の電流値を図11より読み取る
と、約10-10 Aあり、これは200ルクス照射時の約
1/10にも相当する。このため信号読み取り開始時に
おいて、誤動作を起こし、実用上重大な欠点となる。
【0026】これに対し、半導体層4に不純物を添加し
た場合、過渡電流を顕著に減らすことができる。たとえ
ば、酸素または窒素の場合を図12に示す。酸素、窒素
とも同等な効果を示し、膜中の濃度1×1020cm-3
上で、過渡電流は著しく減少する。またリンの場合図1
3に示すように、4×1017cm-3なる濃度で過渡電流
が著しく減少する。この結果、電圧5V印加直後10-2
sec後の光電流と暗電流との比は約2ケタとすること
ができ、たとえば16階調程度の読み取りが可能とな
る。
【0027】また上記結果を、半導体層4の活性化エネ
ルギー(Ea)の観点で整理すると、図14の様にな
る。図14の11は酸素または窒素の場合、図14の1
2はリンの場合である。若干の効果の違いはあるが、い
ずれも半導体層の活性化エネルギー(Ea)が0.7e
V以下で、過渡電流が顕著に減少している。従って、半
導体層の活性化エネルギーは0.7eV以下、より望ま
しくは0.65eV以下とすることが好ましい。この結
果、電圧5V印加直後10-2sec後の光電流と暗電流
との比は約2ケタとすることができ、たとえば16階調
程度の読み取りが可能となる。
【0028】なお、以上説明した実施例では半導体層に
n型の不純物となるO,N,P,Asの内の一つを導入
した場合を示したが、これらの不純物を組み合わせて導
入してもよい。
【0029】また本実施例では、半導体層4およびブロ
ッキング用半導体層5がn型の不純物を含む場合につい
て述べたが、半導体層4およびブロッキング用半導体層
5がp型の不純物を含む場合についても、効果は同様で
ある。すなわち、半導体層4がp型である場合の不純物
元素として、B,Al,Gaのうちのひとつ、あるいは
これらの不純物の組み合わせを用いてもよい。
【0030】例えば、p型の不純物元素としてホウ素
(B)を用いた場合には、半導体層4の成膜条件を前述
した実施例と同様とし、微量のジボラン(B26 )を
添加することで、膜中のホウ素濃度をコントロールする
ことができる。この様子を図15に示す。半導体層4に
ホウ素を添加した場合、図16に示すように膜中の濃度
2.5×1018cm-3以上で、過渡電流は著しく減少す
る。この時、前述した実施例と同様に半導体層の活性化
エネルギーは0.7eV以下、より望ましくは0.65
eV以下とすることが好ましい。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電変換
装置によれば、多諧調、高速の光電変換装置の実用化が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電変換装置の一実施例の構成を示す
概略断面図である。
【図2】本発明の光電変換装置の作成工程を示す概略断
面図である。
【図3】本発明の光電変換装置の作成工程を示す概略断
面図である。
【図4】本発明の光電変換装置の作成工程を示す概略断
面図である。
【図5】本発明の光電変換装置の作成工程を示す概略断
面図である。
【図6】本発明の光電変換装置の作成工程を示す概略断
面図である。
【図7】半導体層4の作製時に添加する酸素ガス濃度と
膜中酸素濃度との関係を示す特性図である。
【図8】半導体層4の作製時に添加する窒素ガス濃度と
膜中窒素濃度との関係を示す特性図である。
【図9】半導体層4の作製時に添加するフォスフィンガ
ス濃度と膜中リン濃度との関係を示す特性図である。
【図10】本発明のダイオード静特性を示す特性図であ
る。
【図11】従来例の過渡電流を示す特性図である。
【図12】酸素、窒素濃度と過渡電流との関係を示す特
性図である。
【図13】リン濃度と過渡電流との関係を示す特性図で
ある。
【図14】半導体層4の活性化エネルギーと過渡電流と
の関係を示す特性図である。
【図15】半導体層4の作製時に添加するジボランガス
濃度と膜中ホウ素濃度との関係を示す特性図である。
【図16】ホウ素濃度と過渡電流との関係を示す特性図
である。
【符号の説明】
1 絶縁体基板(ガラス基板) 2 金属層 3 キャリアブロッキング用絶縁体層 4 光感応用の半導体層 5 ホールキャリアブロッキング用n+ 半導体層 6 電荷取り出し用金属電極 7 電源
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−202663(JP,A) 特開 平2−244773(JP,A) 特開 平1−289175(JP,A) 特開 平2−246170(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属層、該金属層に接して設けられたキ
    ャリアブロッキング用絶縁体層、該キャリアブロッキン
    グ用絶縁体層に接して設けられた半導体層、該半導体層
    に接して設けられたブロッキング半導体層、該ブロッキ
    ング半導体層に接して設けられた電極を備えた光電変換
    装置であって、 前記半導体層及び前記ブロッキング半導体層が水素化ア
    モルファスシリコンからなり、前記半導体層に前記ブロ
    ッキング半導体層と同じ導電型の不純物が導入されて、
    前記半導体層がO,N,P,Asのうちのひとつ、ある
    いはこの中の2つ以上の組み合わせからなる不純物が含
    有されたn型のとき、前記ブロッキング半導体層はn型
    であり、前記半導体層がB,Al,Gaのうちのひと
    つ、あるいはこの中の2つ以上の組み合わせからなる不
    純物が含有されたp型のとき、前記ブロッキング半導体
    層はp型であり、前記半導体層の活性化エネルギーが
    0.7eV以下であることを特徴とする光電変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光電変換装置において、
    前記キャリアブロッキング用絶縁体層が水素化シリコン
    窒化膜(SiN:H)であることを特徴とする光電変換
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光電変換装置において、
    前記不純物元素が酸素(O)である場合に、酸素濃度が
    1020cm-3以上であることを特徴とする光電変換装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の光電変換装置において、
    前記不純物元素が窒素(N)である場合に、窒素濃度が
    1020cm-3以上であることを特徴とする光電変換装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の光電変換装置において、
    前記不純物元素がリン(P)である場合に、リン濃度が
    4×1017cm-3以上であることを特徴とする光電変換
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の光電変換装置において、
    前記不純物元素がホウ素(B)である場合に、ホウ素濃
    度が2.5×1018cm-3以上であることを特徴とする
    光電変換装置。
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