JPH01278079A - 光センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業の利用分野〕 本発明は光学的測定装置などに用いられる光センサーに
関するもので、本発明者が先に提案した光センサ−、即
ち透明導電膜を被着した透明基板上に、Ｐ−１−Ｎ接合
した非晶質半導体層及び金属電極から成る積層体を複数
個形成して構成された即ち、透明基板上にＰ−１−Ｎ接
合した非晶質半導体層を有する積層体のダイオードが逆
方向に抱き合わせた構造の光センサ−（特願昭６２−３
３１６２０号）の改良に関する。

〔従来の技術〕

光照度−明電流特性が比例するＴ値が１のフォトダイオ
ド−型光センサー４０は、第４図に示すように太陽電池
素子と同一の構造を成していた。透明導電膜４２を被着
した透明基板４１上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導
体層４３及び金属電極４４を積層して構成されていた。

ガラス、透光性セラミックなどから成る透明基板４１上
の一生面には透明導電膜４２が被着されている。具体的
には、透明導電膜４２は酸化錫、酸化インジウム等の金
属酸化物膜であり、同時に透明導電膜の延出部４５が形
成される。

透明導電膜４２の一生面にＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半
導体層４３が形成されている。具体的には、Ｐ−Ｉ−Ｎ
接合した非晶質半導体層４３は、シラン、ジシランなど
をグロー放電分解によって得られる非晶質シリコンであ
り、ＰＦｉはシランガスにジボランなどのＰ型ドーピン
グガスを混入した反応ガスで形成され、１層はシランガ
スを反応ガスとして形成され、ＮＦｆはシランガスにフ
ォスフインなどのＮ型ドーピングガスを混入した反応ガ
スで形成される。その厚みは約１μＩである。

さらに、非晶質半導体層４３及び透明導電膜の延出部４
５上に金属電極４４．４６が形成されている。

金属電極４４．４６はニッケル、アルミニウム、クロム
等の金属で形成される。そして、透明導電膜４２（金属
電極４６）と金属電極４４との間に逆バイアス電圧を印
加するものなどがあった。

今、フォトダイオド−型光センサー４０に逆バイアス電
圧を印加しておき、透明絶縁基板４１側から光を照射す
ると、逆方向光電流が発生し、バイアス電圧を印加した
透明導電膜４２と金属電極４４との間に電流が流れ、こ
のバイアス電流を検出することによってセンサーとして
使用されていた。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、第４図に示したフォトダイオード型光セ
ンサー４０は、高いバイアス電圧を印加すると、非晶質
半導体層４３のＰ−Ｉ−Ｎ接合が破壊されるという耐圧
信頼性に問題点があった。本発明者の測定によれば、１
０〜２０Ｖの電圧印加によって非晶質半導体層４３の接
合破壊が起こり、光照射に比例した逆方向光電流が発生
しなくなる。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の問題点に鑑み案出されたものであり、
その目的は、透明基板上にＰ−Ｉ　−Ｎ接合した非晶質
半導体層を有する積層体のダイオードが逆方向に抱き合
わせた構造をし、照度−抵抗値特性がリニアとなり、耐
圧信頼性が極めて向上するフォトダイオード型の光セン
サーを提供するものである。

〔問題点を解決するための具体的な手段〕本発明によれ
ば、上述の問題点を解決するために、絶縁基板上に、第
１の導電膜を共通として、該第１及び第２の導電膜とで
挟持したＰ−Ｉ　−Ｎ接合の非晶質半導体層から成る積
層体を複数個形成し、複数個の第２の導電膜にバイアス
電圧を印加した光センサーにおいて、該バイアス電圧に
対して順方向バイアスとなる積層体の非晶質半導体層に
光が入射されないように遮光手段を設けたことである。

さらに、第２の導電膜の形状は、バイアス電圧に対して
逆方向バイアスとなる積層体の第２の導電膜を、バイア
ス電圧に対して順方向バイアスとなる積層体の第２の導
電膜が取り囲むように形成することを特徴とする光セン
サーが提供される。

〔実施例〕

以下、本発明の光センサーを図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係る光センサーの構造
を示す断面図及び平面図である。

本発明の光センサーは、絶縁基板１上に、第１の導電膜
２を共通として、該第１及び第２の導電膜２．４ａ、４
ｂとで挟持した非晶質半導体層３から成るＭ屠体ａ、　
　ｂが少なくとも２個形成され構成されている。そして
、上述の第２の導電膜４ａ、４ｂ間にバイアス電圧を印
加し、バイアス電圧に対して順方向バイアスとなる第２
の導電膜４ｂを有する積層体すの非晶質半導体層に光が
入射されないように遮光手段５が設けられ構成されてい
る。

絶縁基板１はガラス、透光性セラミックなどから成り、
該絶縁基板１の一生面には第１の導電膜である透明導電
膜２が被着されている。

第１の導電膜である透明導電膜２は酸化錫、酸化インジ
ウム、酸化インジウム錫などの金属酸化物膜で形成され
、透明基板１の一生面の少なくとも積層体ａ、ｂに共通
の膜となるように形成されている。具体的には透明基板
ｌの一生面上にマスクを装着した後、上述の金属酸化物
膜を被着したり、絶縁基板１の一生面上に金属酸化物膜
を被着した後、レジスト・エツチング処理したりして所
定形状に形成されている。

非晶質半導体層３は、少なくとも第２の導電膜４ａ、４
ｂが形成される積層体ａ、ｂ部分には、第１の導電型、
第２の導電型、第３の導電型の接合、即ちＰ−１−Ｎ接
合が形成されている。具体狛には、非晶質半導体層３は
シラン、ジシランなどのシリコン化合物ガスをグロー放
電によって分解するプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等で
被着される非晶質シリコンなどから成り、ＰＪ’３３１
はシランガスにジポランなどのＰ型ドーピングガスを混
入した反応ガスで形成され、１層３２はシランガスを反
応ガスとして形成され、８層３３はシランガスにフォス
フインなどのＮ型ドーピングガスを混入した反応ガスで
形成される。

尚、第２の導電膜４ａ、４ｂが形成されない部分の非晶
質半導体層３はＰ−Ｉ−Ｎ接合していなくともよい。

第２の導電膜４ａ、４ｂは、非晶質半導体層３上に所定
形状、所定間隔を置いて形成されている。

具体的には、第２の導電膜４ａ、４ｂは非晶質半導体層
３上にマスクを装着した後、ニッケル、アルミニウム、
チタン、クロム等の金属を被着したり、非晶質半導体層
３上にニッケル、アルミニウム、チタン、クロム等の金
属膜を被着した後、レジスト・エツチング処理、ＹＡＧ
レーザーによるレーザー溶断処理などで所定パターンに
形成される。

第１図（ｂ）に示されるように、第２の導電膜４ａ、４
ｂの形状は、例えば＋側のバイアスが印加された第２の
導電膜４ａを、例えば−側のバイアスが印加された第２
の導電膜４ｂが取り囲むように形成されている。

そして、第２の導電膜４ａ、４ｂ間に外部回路（図示せ
ず）から一定のバイアス電圧を印加しておく。即ち、積
層体ａの第２の導電膜４ａに＋、積層体すの第２の導電
膜４ｂに−でバイアス電圧をかけると、積層体ａ側には
逆バイアス、積層体す側には順バイアスがかかることに
なる。

ここで、バイアス電圧に対して順方向バイアスとなるｖ
ｉ層体、即ち第２の導電膜４ｂを有する積層体すの非晶
質半導体層３に光が入射されないように、絶縁基板１の
外面に積層体すの形状に応じて遮光手段５が設けられて
いる。

具体的には、遮光手段５は非晶質半導体層３が反応する
波長の光をカットするフィルター又は遮光金属が積層体
すの形状に応じて絶縁基板１の外面に設けられている。

一例として、エポキシ樹脂に隠蔽作用の高い顔料、例え
ば酸化チタン、カーボン等を２０〜８０％添加したペー
ストを塗布後、硬化させる。上述の樹脂の他に金属薄着
膜でも可能である。

尚、この第２の導電膜４ａ、４ｂのレジスト・エツチン
グ処理に続き、第２の導電膜４ａ、４ｂを侵さず且つ非
晶質半導体層３のみをエツチングする溶液に浸漬するこ
とにより、上述のように第２の導電膜４ａ、４ｂが形成
されない部分の非晶質半導体層３の一部（図では、８層
３３）を除去してもよい。

上述の構成の光センサーは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合された積層
体ａｓｂであるダイオードが抱き合わされた構造になっ
ており、＋側のバイアス電圧を印加した第２の導電膜４
ａを有する積層体ａのみに光が入射される構造になって
いる。

つぎに、第２図に示す上述の光センサーの等価回路図を
基づいて動作を説明する。

等価回路は、＋側のバイアスが印加された第２の導電膜
４ａと一側のバイアスが印加された第２の導電膜４ｂと
の間で積層体ａの抵抗Ｒａと積層体すの抵抗Ｒｂとが直
列的に接続され、さらに、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｈとの合成
された抵抗に並列的に積層体ａと積層体すとの間の非晶
質半導体層３での抵抗Ｒｘが接続されている。

そして、積層体ａに＋、積層体すに−のバイアス電圧を
かけておくと、積層体ａ側の非晶質半導体層３には逆バ
イアス、積層体す側の非晶質半導体層には順バイアスが
かかることになる。

暗状態において、第２の導電膜４ａ、４ｂ間に流れるバ
イアス電流は積層体ａの逆方向抵抗Ｒａと積層体すの順
方向抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｘとの合成抵抗値に対応する。

上述の光センサーの絶縁基板１側から光照射される明状
態では、積層体ａには逆バイアスがかかっているため、
逆方向光電流が発生し、また、積層体すは暗状態が維持
されているので順バイアスとなり、抵抗体として他く。

そしてバイアス電圧印加による電流は、積層体ａの第２
の導電膜４ａ−非晶質半導体層のＮ層３３−１層３２−
Ｐ層３１−第２の導電膜２−積層体すの非晶質半導体層
の２層３１−１層３２−Ｎ層３３−第２の導電膜４ｂに
流れる。

このため、光センサー全体においては、フォトダイオー
ドのようにはたらき、これにより照度−明電流値特性が
リニアとなり、Ｔ値が約１となる。

尚、第２の導電膜４ａ、４ｂ間の抵抗Ｒｘは、第２の導
電膜４ａ、４ｂが形成されない部分の非晶質半導体層３
が存在するが、第２の導電膜４ａ、４ｂ間の非晶質半導
体層３の横方向（間隙０．　１〜数ｍｍ　）の抵抗は厚
み方向（厚み約１〜数μｎ＋）よりも充分大きいため、
バイアス電圧がＩＯＶ以上など高い電圧が印加されない
限り漏れ電流が発生することはない。

本発明者の測定によれば、第１図（ｂ）に示されるよう
に、＋側のバイアスが印加された第２の導電膜４ａを３
６ｍｍ２、それを取り囲む一側のバイアスが印加された
第２の導電膜４ｂを３６ｍｍ２形成した光センサーの耐
圧は、７０Ｖのバイアス電圧を印加しても、Ｐ−Ｉ−Ｎ
接合の非晶質半導体層３が破壊されず、フォトダイオー
ドとしての機能が達成されることが確認できた。これは
、順方向抵抗Ｒｂが暗状態の高い抵抗値Ｒｂを保つこと
と、高電圧においては第２の導電膜４ａ１４ｂ間の非晶
質半導体層３の横方向に漏れ電流が流れることによるも
のと考えられる。

特に、積層体ａを積層体すが取り囲むようにすれば、検
出光を基板１の中心に照射すればよいなど、後の設定が
簡略化されるので望ましい。

第３図は本発明の他の実施例を示す断面図である。

本実施例は、光入射が基板１の反対側からの光センサー
である。光センサーは該第１の導電膜２に、酸化錫、酸
化インジウム等の金属酸化物膜又はニッケル、アルミニ
ウム、クロム等の金属、該第２の導電膜４ａ、４ｂに酸
化錫、酸化インジウム等の金属酸化物膜から成る透明導
電膜が形成されている。

そして、−側のバイアス電圧を印加した第２の導電膜を
有する積層体の非晶質半導体層に光が入射されないよう
に上述の如く樹脂又は金属膜の遮光手段５が設られてい
る。

尚、基板に導電性のステンレスなどを用いれば非晶質半
導体層を挟持する第１の導電膜が不要とすることができ
る。また、遮光手段を必要とする第２の導電膜にのみ、
遮光性の金属を厚膜手法で形成しても構わない。

上述の実施例では、非晶質半導体層は基板側からＰ−Ｉ
−Ｎ接合しているが、基板側からＮ−Ｉ−Ｐ接合する場
合は、第１図（ｂ）では、第２の導電膜４ａが逆バイア
スとなるように、負極となるようにすればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は絶縁基板上に、第１の導電膜を
共通として、該第１及び第２の導電膜とで挟持したＰ−
Ｉ−Ｎ接合の非晶質半導体層から成る積層体を少なくと
も２個形成し、該第２の導電膜にバイアス電圧を印加し
た光センサーにおいて、バイアス電圧に対して順方向バ
イアスとなるＨＥ体の非晶質半導体層に光が入射されな
いように遮光手段を設けたため、フォトダイオードの抱
き合わせ構造となり、且つ順方向バイアスとなる積層体
が常に高い抵抗値で不変となり、光照射される明状態で
は、逆方向バイアスとなる積層体の逆方向光電流に従っ
て、センサーとしてはたらき、照度−明電流特性がリニ
アとなり、Ｔ値が約１となる。

さらに、順方向バイアスとなる積層体の高い抵抗によっ
て高いバイアス電圧が印加されても、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合の
破壊をすることなく耐圧信頼性が極めて向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係る光センサーの構造
を示す断面図及び非基板側の平面図である。第２図は、
第１図（ａ）、（ｂ）の光センサーの等価回路図である
。 第３図は本発明の光センサーの他の実施例を示す断面図
である。 第４図は従来のフォトダイオド−型光センサーの構造を
示す断面図である。 ■・・・・・・・・絶縁基板 ２・・・・・・・・第１の導電膜 ３・・・・・・・・非晶質半導体層 ４ａ、４ｂ・・・・第２の導電膜 ５・・・・・・・・遮光手段 ａＸｂ・・・・・・積層体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　絶縁基板上に、第１の導電膜を共通として、該第１及
   び第２の導電膜とで挟持したＰ−Ｉ−Ｎ接合の非晶質半
   導体層から成る積層体を複数個形成し、複数個の第２の
   導電膜にバイアス電圧を印加した光センサーにおいて 前記バイアス電圧に対して順方向電位となる積層体の非
   晶質半導体層に、該非晶質半導体層が反応する波長の光
   が入射されないように遮光手段を設けたことを特徴とす
   る光センサー。