JP3773894B2

JP3773894B2 - 光センサ

Info

Publication number: JP3773894B2
Application number: JP2002342804A
Authority: JP
Inventors: 三郎中島; 浩井上
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: JP2003179236A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換機能を有する薄膜状半導体を使用した光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光センサ用光電変換材料として用いられているものの多くは半導体で、とりわけ近年にあっては、薄膜状の半導体材料が広く用いられている。その薄膜状半導体の代表的なものとしては、非晶質シリコン膜やＣｄＳ膜等の非晶質材料などが挙げられ、これらから成る光センサに関しては例えば特開昭５６−１３５９８０号等の文献がある。
【０００３】
図６は、この薄膜状半導体のうち非晶質シリコン膜を光電変換材料として利用した、従来例光センサの素子構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は平面図（ａ）のＡ−Ａ’に於ける断面図である。図中の(61)はガラスなどからなる透光性絶縁基板、(62)は光入射側電極となる酸化錫や、酸化インジューム錫等からなる透明導電膜、(63)は透明導電膜(62)上に形成された、光電変換機能を有する非晶質シリコン膜からなる半導体膜で、膜面に平行なｐｉｎの各導電型半導体膜を積層形成されて成り、(64)はこの光センサの背面電極となるアルミニュームや銀等からなる金属膜である。
【０００４】
斯る光センサにあっては、透光性絶縁基板(61)から入射した光をその半導体膜 (63)で吸収し、正孔と電子とから成る光生成キャリアとして、これらを透明導電膜(62)と金属膜(64)とからそれぞれ外部に取り出し信号とする。
【０００５】
この様な光センサの場合、通常使用される半導体膜の膜厚は、ｐ型半導体層 (63p)としては約２００Å、ｉ型半導体層(63i)は約３０００Å、そしてｎ型半導体層(63n)は約５００Åであり、全膜厚としても１μｍにも満たない極めて薄い、所謂薄膜である（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−１２８６６１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光電変換機能を果たす半導体膜が斯様なまでの薄膜であることは、使用する原材料が極めて僅かで済むというコスト面での有利さを有する半面、その製造及び取扱には多くの注意が必要となる。
【０００８】
とりわけ、この薄膜であるが故の問題として重要なものに、静電気に対する強度、所謂耐圧がある。斯る静電気による不良発生は、特に背面電極を形成した最終工程以降における取扱で生じ易く、一旦静電気による事故が発生すると、素子は光入射側電極(62)と背面電極(64)との間がほぼ短絡状態となり素子として使用に耐えないものとなってしまう。
【０００９】
斯る問題の対策としては、従来、使用する半導体膜の膜厚を大きくしたり、光入射側電極である金属膜をより均質に形成することにより、たとえばこの金属膜の突起に起因する静電気による破壊を低減しようとする試みがなされていた。
【００１０】
然し乍ら、この半導体膜の厚膜化による方法にあっては、本来光センサとして重要な光感度特性の変動をもたらすものであることから、安易に実施することはできない。
【００１１】
又、金属膜の均質化による方法にあっては、その形成条件を常に厳密に制御する必要があり、素子の量産性及び再現性の面でやはり実施が困難である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明光センサの特徴とするところは、第１電極膜又は第２電極膜のいずれか一方と端子部を接続するために前記電極膜の一部から当該電極膜を延在して形成することにより当該電極膜と一体的に形成された接続部を有し、この接続部が、所望の抵抗値を得るべく前記第１電極膜又は第２電極膜と端子部との間を結ぶ最短距離以上の長さを有する直線形状以外のパターン形状とされていることを特徴とする。
【００１３】
また、接続部が３．７×１０⁴Ω／ｍｍ²以上の抵抗値を有することを特徴とし、抵抗値が３．７×１０⁴Ω／ｍｍ²以上となるように、パターン形状或いは長さが設定されていることを特徴とする。
【００１４】
尚、ここでいう３．７×１０⁴Ω／ｍｍ²とは、光電変換膜の第１電極膜と第２電極とで挟まれた部分、即ち、光センサの有効受光面積に対する抵抗値を意味しており、以下でも同様の意味で上記単位を使用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明光センサの参考形態を説明するための素子構造図である。同図中の(1)は光センサの支持基板となるガラスや石英等からなる基板、(2)は光入射側電極となる酸化インジューム錫や酸化錫等から成る第１電極膜、(3)は薄膜状半導体から成る光電変換膜である。この光電変換膜(3)における(3p)はｐ型層、(3c)は非晶質シリコンカーボン膜、(3i)はｉ型層、(3n)はｎ型層である。従って、非晶質シリコンカーボン膜(3c)はｐ型層(3p)とｉ型層(3i)との間に介挿されるように配置されている。(4)はアルミニューム等から成る第２電極膜、(2a)及び(4a)は第１電極膜(2)、第２電極膜(4)夫々の電流取り出し用の端子部である。実施例では、非晶質シリコンカーボン膜(3c)以外の薄膜状半導体としては、非晶質シリコンを使用し、斯る非晶質シリコンは従来周知のものである。
【００１６】
図２は、光センサにおける非晶質シリコンカーボン膜(3c)の膜厚を種々変化させた場合の耐圧特性図である。同図には各膜厚に於ける、光照射下（１０００ｌｕｘ）での光センサ自体の抵抗値をも同時に示している。通常、実用的な光センサの耐圧としては１５０Ｖ以上が必要であることから、本願発明でも斯る値を評価基準とした。
【００１７】
尚、図２に示した耐圧は、図３に示す静電耐圧試験回路によって測定したもので、その具体的な方法としては、まず直流電源(31)を充電用のコンデンサ(32)と直列接続となるようにスイッチ(33)を接続し(イ)、これによりこのコンデンサ(32)を所望の電圧にまで充電する。次に、スイッチ(33)を測定試料である光センサ (34)側に接続する(ロ)ことによりコンデンサ(32)を放電させ、所望の電圧を光センサに瞬時に印加する。本実験に際しては、各膜厚を備えた光センサをそれぞれ１００個用意し、静電破壊が全く生じなかった電圧値をその膜厚における耐圧値とした。
【００１８】
図２によれば、非晶質シリコンカーボン膜(3c)の膜厚が８００Å以上に厚くなると、光センサの耐圧が１５０Ｖ以上に急峻に大きくなることが分かる。また、この場合の光照射下における光センサ自体の抵抗値についても８００Åを境に急激に増加することが観察される。
【００１９】
従って、センサ自体の抵抗値を上記光照射条件下３．７×１０⁴Ω／ｍｍ²以上となるようにｐ型層とｉ型層との間に非晶質シリコンカーボン膜を介挿せしめることで、十分な耐圧を得ることが可能となる。あるいは又、その非晶質シリコンカーボン膜の膜厚を８００Å以上とすることで十分な耐圧を得ることが可能となる。
【００２０】
尚、本願発明では光センサの耐圧向上のための材料として非晶質シリコンカーボン膜を採用したが、他の絶縁性材料としては、非晶質シリコン窒化膜や非晶質シリコン酸化膜等が考えられる。しかしながら、本発明者等の実験によれば、非晶質シリコン窒化膜の場合にあっては、通常この膜は物性的にややｎ型を示すことから、本願発明のようなｐ型層とｉ型層の間にこれを介挿すると、光センサとしてのダイオード特性が劣化し、また非晶質シリコン酸化膜にあっては、構成元素である酸素がｐ型層やｉ型層に拡散してしまうことに因る、光センサの光電特性劣化が生じてしまうといった問題が生ずることを確認している。このことから、本発明者等は斯る問題を生ずる虞のない非晶質シリコンカーボン膜を採用することとしたものである。
【００２１】
次に、図４は、光センサの別の参考形態となる素子構造図で、(ａ)は平面図、(ｂ)は平面図(ａ)に於けるＡ−Ａ’間の素子構造断面図である。図中の符号は、図１と同一の材料とするものについては同符号を付している。
【００２２】
本参考形態光センサの特徴とするところは、酸化インジューム錫から成る第１電極 (2)と、この電極の電流取り出し端子部(2a)との間に、抵抗部材(5)を備えたことである。本参考形態では、この抵抗部材(5)として酸化錫のみからなる透明導電膜を使用することで、第１電極(2)と、アルミニュームからなる端子部(2a)との間は、３．７×１０^４Ω／ｍｍ^２以上となるように設計した。この具体的な設計方法としては、第１電極膜(2)と端子部(2a)との間に膜厚１０００Åの酸化錫を抵抗部材とする場合、通常酸化錫の抵抗率が５×１０^−４Ω・ｃｍ程度であることから、その抵抗体のパターン幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｗ）が７．４／有効面積（ｍｍ^２）となるようにすればよい。この抵抗部材としては、この酸化錫の他には、ＩＴＯ膜やチタニュウム膜などを使用してもよい。
【００２３】
本例では、第１電極(2)と接続するように抵抗部材を配置したが、本願発明はこれに限らず、第２電極(4)とその端子部(4a)との間に抵抗部材を設けてもよいことは言うまでもない。
【００２４】
図５は、本発明光センサの実施例を示す素子構造図で、図中の符号は図１と同様のものを使用している。本発明の特徴とするところは、光電変換部の第１電極膜(2)から端子部(2a)に至るパターンを、その第１電極膜(2)と同一の材料から成る抵抗部材(5)で構成したことにある。この抵抗部材(5)のパターン形状は、その面抵抗に応じて、パターン幅と長さとの比を変化させることで容易に所望の抵抗値を得ることが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明光センサによれば、光センサとしての光電変換部から延在した端子部と、それぞれの電極膜との間に、電極膜の一部から当該電極膜を延在して形成することにより当該電極膜と一体的に形成された抵抗体を設けることによって、耐圧の向上を図ることができる。
【００２６】
これにより、従来問題となっていた静電破壊による歩留まりの低下を抑圧することができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考形態を説明するための光センサの素子構造図である。
【図２】非晶質シリコンカーボン膜の膜厚と、耐圧及び抵抗値との関係を示す特性図である。
【図３】光センサの耐圧を評価する際に使用した静電耐圧試験回路である。
【図４】本発明の参考形態を説明するための光センサの別の素子構造図である。
【図５】本発明光センサの実施例を示す素子構造図である。
【図６】従来例光センサの素子構造図である。
【符号の説明】
(1)…基板 (2)…第１電極膜
(3)…光電変換膜 (3p)…ｐ型層
(3c)…非晶質シリコンカーボン膜 (3i)…ｉ型層
(3n)…ｎ型層 (4)…第２電極膜
(2a)…端子部 (4a)…端子部
(5)…抵抗部材

Claims

基板と、該基板の一主面上に積層された第１電極膜，光電変換膜及び第２電極膜と、前記基板の一主面上に、前記第１電極膜及び第２電極膜夫々の電流取り出し用に設けられた端子部と、前記第１電極膜又は第２電極膜のいずれか一方と前記端子部を接続するために前記電極膜の一部から当該電極膜を延在して形成することにより当該電極膜と一体的に形成された接続部と、を有し、
前記接続部は、所望の抵抗値を得るべく前記第１電極膜又は第２電極膜と端子部との間を結ぶ最短距離以上の長さを有する直線形状以外のパターン形状とされていることを特徴とする光センサ。
前記第１電極膜とその端子部との間に前記接続部を有することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
前記接続部における抵抗値が３．７×１０ ^４ Ω／ｍｍ ^２以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光センサ。
１０００ｌｕｘの光照射時において１５０Ｖ以上の耐圧を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の光センサ。
前記光電変換膜は非晶質半導体からなる、請求項１乃至４のいずれかに記載の光センサ。