JPH0234977A - 光検出器及びその製造法 - Google Patents
光検出器及びその製造法Info
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- JPH0234977A JPH0234977A JP63184944A JP18494488A JPH0234977A JP H0234977 A JPH0234977 A JP H0234977A JP 63184944 A JP63184944 A JP 63184944A JP 18494488 A JP18494488 A JP 18494488A JP H0234977 A JPH0234977 A JP H0234977A
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Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、撮像管のターゲットや固体撮像素子などの二
次元イメージセンサ、及びラインセンナなどに用いられ
る光検出器に関するものである。
次元イメージセンサ、及びラインセンナなどに用いられ
る光検出器に関するものである。
従来の技術
近年、高感度光検出器として、アバランシェ増倍効果を
利用したフォトダイオードが注目されている。アバラン
シェ増倍を利用した光検出器としては、単結晶シリコン
、１）−１−ｎフォトダイオード、非晶質セレン撮像管
ターゲット（テレビシロン学会報告ｖｏ１．１１ 、Ｎ
ｏ、２８ 、ｐｐＧ４〜Ｇ１１ｉ 、 １９８７）、Ｇ
ａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ結品超格子（アプライドフィジッ
クス レター： Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、
４０，３８、１９８２）などがある。
利用したフォトダイオードが注目されている。アバラン
シェ増倍を利用した光検出器としては、単結晶シリコン
、１）−１−ｎフォトダイオード、非晶質セレン撮像管
ターゲット（テレビシロン学会報告ｖｏ１．１１ 、Ｎ
ｏ、２８ 、ｐｐＧ４〜Ｇ１１ｉ 、 １９８７）、Ｇ
ａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ結品超格子（アプライドフィジッ
クス レター： Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、
４０，３８、１９８２）などがある。
発明が解決しようとする課題
単結晶シリコンｐ−１−ｎ接合を用いたアバランシェフ
ォトダイオード（以下Ａ Ｐ Ｉ）と記す）は現在量も
すぐれたＡＰＤであるが、可視光領域の４００ｎｍ〜４
５０ｎｍの波長の光は表面吸収のため、感度が低くさら
に横方向抵抗が低いため、撮像管ターゲットには不向き
である。非晶質セレンを用いたＡＰＤは、アバランシェ
増倍を起こす逆バイアス電圧が２０′ＯＶ程度と高い。
ォトダイオード（以下Ａ Ｐ Ｉ）と記す）は現在量も
すぐれたＡＰＤであるが、可視光領域の４００ｎｍ〜４
５０ｎｍの波長の光は表面吸収のため、感度が低くさら
に横方向抵抗が低いため、撮像管ターゲットには不向き
である。非晶質セレンを用いたＡＰＤは、アバランシェ
増倍を起こす逆バイアス電圧が２０′ＯＶ程度と高い。
また、経時変化により結晶化し易く、安定した特性が得
られていない。さらに、量子効率が１０を越えると急激
に暗電流が増加するという現象が起こる。ＧａＡｌＡｓ
／ＧａＡｓ結晶超格子ＡＰＤは超格子を構成する材料を
変えることにより衝突電離係数比（以下α／βと記す）
や使用波長範囲を変えることが期待されている。しかし
、結晶超格子では、成膜時に格子定数整合という大きな
問題があり、自由にバンド構造を変えることができず、
可視光領域に高感度な光検出器を作製するに致っていな
い。また、成膜上大面積化及び大量生産が困難であると
いう欠点を有している。
られていない。さらに、量子効率が１０を越えると急激
に暗電流が増加するという現象が起こる。ＧａＡｌＡｓ
／ＧａＡｓ結晶超格子ＡＰＤは超格子を構成する材料を
変えることにより衝突電離係数比（以下α／βと記す）
や使用波長範囲を変えることが期待されている。しかし
、結晶超格子では、成膜時に格子定数整合という大きな
問題があり、自由にバンド構造を変えることができず、
可視光領域に高感度な光検出器を作製するに致っていな
い。また、成膜上大面積化及び大量生産が困難であると
いう欠点を有している。
課題を解決するための手段
光検出器の光電変換部に非晶質超格子薄膜を用いる。
作用
本発明の前記手段を用いることにより、可視領域で、暗
電流が低く超高感度なＡＰＤを実現できる。
電流が低く超高感度なＡＰＤを実現できる。
実施例
本発明に基づく光検出器の例を、第１図に示す。
基板上にＡＩ電１極１１を形成する。その上にｐ−ＣＶ
Ｄ装置または光ＣＶＤ装置により正孔阻止層１２を形成
する。その上に同じｐ−ＣＶＤ装置または光ＣＶＤ装置
によりｎ型ａＳｉＮｘ：Ｈを形成し、その後連続してガ
スの切り換えによりａ −８ｉＮｘ：Ｈを２０〜２０Ｏ
Ａ、 ａ−８ｉＣｘ： Ｈを１０〜２０ＯＡ、１０〜
２０ＯＡのａ−８ｉ：Ｈからなる非晶質超格子層を１０
〜１００層形成し、その上にｐ型ａ−８ｔＮｘ：Ｈを形
成し、同じ１）−ＣＶＤ装置または光ＣＶＤ装置により
電子阻止層１８を形成して、最後に透明電極１９として
Ｉ Ｔ Ｏ（ＩｎｄｉｕＩＩＩＴｌｎ ０ｘｉｄｅ）を
形成する。ここで、電極１１はＡ ＬＩ％ Ｃｒｚ
Ｍｏ Ｓ ｉＸＩ ＴＯｚ Ｓ ｎ０２などを用いて
も良（、電極１９はＳｎＯ２やＡ ｕｌＡ Ｉ、Ｃｒの
半透明金属などを用いても良い。また、図の１３．１４
．１５．１６．１７に示す非晶質超格子薄膜を形成する
材料は、例えば、ａ−８ｔ： Ｈｌａ Ｓ ＩＮＸ：
ＨＮ ａ Ｓ ｉＣｘ：Ｈｌａ−Ｇｅ： ＨＮ
ａ−ＧｅＣｘ： Ｈｌａ−ＧｅＮｘ： Ｈｚ
ａ ＧｅＳｉｘ： Ｈなどの中から任意に選択すれ
ば良い。
Ｄ装置または光ＣＶＤ装置により正孔阻止層１２を形成
する。その上に同じｐ−ＣＶＤ装置または光ＣＶＤ装置
によりｎ型ａＳｉＮｘ：Ｈを形成し、その後連続してガ
スの切り換えによりａ −８ｉＮｘ：Ｈを２０〜２０Ｏ
Ａ、 ａ−８ｉＣｘ： Ｈを１０〜２０ＯＡ、１０〜
２０ＯＡのａ−８ｉ：Ｈからなる非晶質超格子層を１０
〜１００層形成し、その上にｐ型ａ−８ｔＮｘ：Ｈを形
成し、同じ１）−ＣＶＤ装置または光ＣＶＤ装置により
電子阻止層１８を形成して、最後に透明電極１９として
Ｉ Ｔ Ｏ（ＩｎｄｉｕＩＩＩＴｌｎ ０ｘｉｄｅ）を
形成する。ここで、電極１１はＡ ＬＩ％ Ｃｒｚ
Ｍｏ Ｓ ｉＸＩ ＴＯｚ Ｓ ｎ０２などを用いて
も良（、電極１９はＳｎＯ２やＡ ｕｌＡ Ｉ、Ｃｒの
半透明金属などを用いても良い。また、図の１３．１４
．１５．１６．１７に示す非晶質超格子薄膜を形成する
材料は、例えば、ａ−８ｔ： Ｈｌａ Ｓ ＩＮＸ：
ＨＮ ａ Ｓ ｉＣｘ：Ｈｌａ−Ｇｅ： ＨＮ
ａ−ＧｅＣｘ： Ｈｌａ−ＧｅＮｘ： Ｈｚ
ａ ＧｅＳｉｘ： Ｈなどの中から任意に選択すれ
ば良い。
非晶質超格子は、結晶超格子に比べ非晶質構造であるた
め格子定数、整合の問題がない。従って、非晶質超格子
薄を膜を形成する材料を変えることにより自由な組合せ
で成膜でき、光電変換部のバンド構造を変えて、例えば
、第２図に示すようなバンド構造を実現できる。２０に
示すように伝導帯を階段状のポテンシャルに、２１に示
すように価電子帯を平らなポテンシャルにすることによ
り、伝導帯で電子の大きなアバランシェ増倍を起こし、
価電子帯での正孔のアバランシェ増倍を抑え、電子の増
倍で生じた電子−正孔対のうち正孔は入射光側の電極へ
速やかに流れることにより、電子−正孔の再結合を起こ
り難くシ、それによる雑音を減らす効果がある。また井
戸層から障壁層に電子が移動する際に大きなエネルギー
差がある場合、電子が持っているエネルギーの損失が太
き（なり電子のアバランシェ増倍の障害となる。そのた
め、２０のように伝導帯に階段状のポテンシャルを設け
ることにより、移動時のエネルギー損失を抑え、電子に
よるアバランシェ増倍を効率よく起こさせることができ
る。従来は、第３図に示すような鋸波状のポテンシャル
によりこれをなくそうと考えられているが（アイイーイ
ーイー エレクトロンデバイス レター： ＩＥＥＥ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ、ＥＤＬ−
４，３８３、＋９８３） 、このような構造は成膜方法
が困難なため、２０のような階段状ポテンシャルにする
ことにより成膜方法の改善を計ったものである。
め格子定数、整合の問題がない。従って、非晶質超格子
薄を膜を形成する材料を変えることにより自由な組合せ
で成膜でき、光電変換部のバンド構造を変えて、例えば
、第２図に示すようなバンド構造を実現できる。２０に
示すように伝導帯を階段状のポテンシャルに、２１に示
すように価電子帯を平らなポテンシャルにすることによ
り、伝導帯で電子の大きなアバランシェ増倍を起こし、
価電子帯での正孔のアバランシェ増倍を抑え、電子の増
倍で生じた電子−正孔対のうち正孔は入射光側の電極へ
速やかに流れることにより、電子−正孔の再結合を起こ
り難くシ、それによる雑音を減らす効果がある。また井
戸層から障壁層に電子が移動する際に大きなエネルギー
差がある場合、電子が持っているエネルギーの損失が太
き（なり電子のアバランシェ増倍の障害となる。そのた
め、２０のように伝導帯に階段状のポテンシャルを設け
ることにより、移動時のエネルギー損失を抑え、電子に
よるアバランシェ増倍を効率よく起こさせることができ
る。従来は、第３図に示すような鋸波状のポテンシャル
によりこれをなくそうと考えられているが（アイイーイ
ーイー エレクトロンデバイス レター： ＩＥＥＥ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ、ＥＤＬ−
４，３８３、＋９８３） 、このような構造は成膜方法
が困難なため、２０のような階段状ポテンシャルにする
ことにより成膜方法の改善を計ったものである。
第４図は第２図とは逆に価電子帯に階段状のポテンシャ
ルを設けた構造をしており、これにより正孔による大き
なアバランシェ増倍が起こる。以上述べたように非晶質
超格子薄膜を構成する物質を変えることによりα／βを
、α／β〉１またはα／βく１とすることができ、第２
図のような構成の光検出器は電子走査を行なう固体撮像
素子のフォトダイオードとして、第４図のような構成の
光検出器は正孔走査を行なう撮、保管のターゲットとし
て用いることができる。
ルを設けた構造をしており、これにより正孔による大き
なアバランシェ増倍が起こる。以上述べたように非晶質
超格子薄膜を構成する物質を変えることによりα／βを
、α／β〉１またはα／βく１とすることができ、第２
図のような構成の光検出器は電子走査を行なう固体撮像
素子のフォトダイオードとして、第４図のような構成の
光検出器は正孔走査を行なう撮、保管のターゲットとし
て用いることができる。
また、非晶質超格子薄膜を形成する材料にａ −８ｉ：
Ｈｌａ Ｓ ＩＮＸ： Ｈｌａ−３ｒ ＣＸ：
ＨＮａ−Ｇｅ： ＨＮ ａ−ＧｅＣｘ： Ｈｌａ
−ＧｅＮｘ、ａ−ＧｅＳｉｘ： Ｈなどを用いること
により、非晶質セレンよりも低い逆バイアスでアバラン
シェ増倍が起こるため低消費電力の光検出器を実現でき
る。また、前記非晶質超格子薄膜を形成する材料はｐ−
ＣＶＤ装置や光ＣＶＤ装置により成膜するため、素子の
大面積化や大量生産が可能である。
Ｈｌａ Ｓ ＩＮＸ： Ｈｌａ−３ｒ ＣＸ：
ＨＮａ−Ｇｅ： ＨＮ ａ−ＧｅＣｘ： Ｈｌａ
−ＧｅＮｘ、ａ−ＧｅＳｉｘ： Ｈなどを用いること
により、非晶質セレンよりも低い逆バイアスでアバラン
シェ増倍が起こるため低消費電力の光検出器を実現でき
る。また、前記非晶質超格子薄膜を形成する材料はｐ−
ＣＶＤ装置や光ＣＶＤ装置により成膜するため、素子の
大面積化や大量生産が可能である。
また、非晶質超格子薄膜の両端、またはどちらか一端に
電荷阻止層を設けることにより外部からの電荷の注入を
阻止し暗電流を低く抑えることができ高いＳＮ比を得る
ことができる。さらに前記阻止層をＳ ｉ ０８％
ａ−８ｉＮｘ： ＨＮ ａ−８ｉ ＣＸ：Ｈ，５ｉＯ
Ｎなどの物質で構成することにより、ｐ−ＣＶＤ装置ま
たは光ＣＶＤ装置で非晶質超格子薄膜と連続成膜するこ
とができ、プロセスの簡略化が計れる。
電荷阻止層を設けることにより外部からの電荷の注入を
阻止し暗電流を低く抑えることができ高いＳＮ比を得る
ことができる。さらに前記阻止層をＳ ｉ ０８％
ａ−８ｉＮｘ： ＨＮ ａ−８ｉ ＣＸ：Ｈ，５ｉＯ
Ｎなどの物質で構成することにより、ｐ−ＣＶＤ装置ま
たは光ＣＶＤ装置で非晶質超格子薄膜と連続成膜するこ
とができ、プロセスの簡略化が計れる。
ここで、非晶質超・格子薄膜を形成する物質にリンやボ
ロンをドープすることにより、更にいろいろなバンド構
造を構、成することが期待される。
ロンをドープすることにより、更にいろいろなバンド構
造を構、成することが期待される。
発明の効果
本発明によれば、アバランシェ増倍によす超高感度の光
検出器が得られる。また、走査電荷を制御することによ
り高ＳＮ比が得られ、電子及び正孔走査のどちらの光検
出器も非晶質超格子薄膜により作製でき、それにより撮
像管のターゲットや固体撮像素子などの二次元イメージ
センサ及び、ラインセンサなどへの幅広い利用が可能で
ある。
検出器が得られる。また、走査電荷を制御することによ
り高ＳＮ比が得られ、電子及び正孔走査のどちらの光検
出器も非晶質超格子薄膜により作製でき、それにより撮
像管のターゲットや固体撮像素子などの二次元イメージ
センサ及び、ラインセンサなどへの幅広い利用が可能で
ある。
第１図は、本発明の一実施例における光検出器の断面構
成図、第２図は、本発明の実施例における電子走査を行
なう光検出器のバンド図、第３図は、従来例における鋸
波状のポテンシャル構造によりアバランシェ増倍を起こ
す素子のバンド図、第４図は、本発明の実施例における
旧札走査を行なう光検出器のバンド図である。 １０・・・・基板、１１・・・・電極、１２・・・・正
孔阻止層、１３・・＝ａ−８ｉＮｘ： Ｈ（ｎ型）、１
４−ａ−８ｉＮｘ： Ｈｌｌ ５・・・−ａ−８ｉ Ｃ
ｘ：８％ １ Ｂ−ａ−３ｉ： Ｈｌｌ ７・−＝ａ
−３ｉＮｘ：Ｈ（ｐ型）、１８・・・・電子阻止層、１
９・・・・電極。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名０−ＺＲ ｔ−一
成図、第２図は、本発明の実施例における電子走査を行
なう光検出器のバンド図、第３図は、従来例における鋸
波状のポテンシャル構造によりアバランシェ増倍を起こ
す素子のバンド図、第４図は、本発明の実施例における
旧札走査を行なう光検出器のバンド図である。 １０・・・・基板、１１・・・・電極、１２・・・・正
孔阻止層、１３・・＝ａ−８ｉＮｘ： Ｈ（ｎ型）、１
４−ａ−８ｉＮｘ： Ｈｌｌ ５・・・−ａ−８ｉ Ｃ
ｘ：８％ １ Ｂ−ａ−３ｉ： Ｈｌｌ ７・−＝ａ
−３ｉＮｘ：Ｈ（ｐ型）、１８・・・・電子阻止層、１
９・・・・電極。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名０−ＺＲ ｔ−一
Claims (5)
- （１）基板と、前記基板上に形成してなる第一の電極と
、非晶質超格子薄膜と、前記非晶質超格子薄膜上に形成
してなる第二の電極を具備してなる光検出器。 - （２）非晶質超格子薄膜の伝導帯と価電子帯の両方、ま
たはどちらか一方が階段状ポテンシャルから成る井戸層
を有する特許請求の範囲第１項に記載の光検出器。 - （３）非晶質超格子薄膜の井戸層と障壁層を形成する材
料として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｎ、及びＨから選ばれた２
種以上を含む化合物の少なくとも１種を用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光検出器。 - （４）非晶質超格子薄膜の両端、またはどちらか一端に
電荷阻止層を形成したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の光検出器。 - （５）電子阻止層及び正孔阻止層として、非晶質シリコ
ン系化合物または非晶質ゲルマニウム系化合物少なくと
も一方を用い、非晶質超格子薄膜と阻止層とを連続成膜
することにより特許請求の範囲第４項に記載の光検出器
を製造することを特徴とする光検出器の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184944A JPH0234977A (ja) | 1988-07-25 | 1988-07-25 | 光検出器及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184944A JPH0234977A (ja) | 1988-07-25 | 1988-07-25 | 光検出器及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0234977A true JPH0234977A (ja) | 1990-02-05 |
Family
ID=16162085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63184944A Pending JPH0234977A (ja) | 1988-07-25 | 1988-07-25 | 光検出器及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0234977A (ja) |
Cited By (5)
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| EP0647055A1 (en) * | 1993-10-04 | 1995-04-05 | AT&T Corp. | Cellular telephone billing management system |
| US5847418A (en) * | 1995-12-28 | 1998-12-08 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Semiconductor photo detector containing crystalline amplification layer |
| US5869851A (en) * | 1992-05-27 | 1999-02-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device with graded band gap and carrier concentration |
| JP2007208291A (ja) * | 2007-04-06 | 2007-08-16 | Casio Comput Co Ltd | 表示装置 |
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| JPS5984589A (ja) * | 1982-11-08 | 1984-05-16 | Fujitsu Ltd | アバランシフオトダイオード |
| JPS6041215A (ja) * | 1983-03-11 | 1985-03-04 | エクソン リサ−チ アンド エンジニアリング カンパニ− | アモルフアス半導体又は絶縁体材料を含んでなる多層材料 |
| JPS62262470A (ja) * | 1986-05-09 | 1987-11-14 | Hitachi Ltd | 光電変換素子 |
| JPS63233574A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-09-29 | Hitachi Ltd | 光電変換装置 |
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-
1988
- 1988-07-25 JP JP63184944A patent/JPH0234977A/ja active Pending
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