JPH0295217A - 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
関するものであり、特にＰ−１−Ｎ接合の非晶質半導体
層を用いた光センサーである。

〔発明の背景〕

従来、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層を有する積層
体のダイオードが互いに逆向きに抱き合わされ、両積層
体間にバイアス電圧を印加する抱き合わせタイプの光セ
ンサ−（特願昭６２−３３１６２０号）などがあった。

このように、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層を有す
る光センサーは、非晶質半導体層がせいぜい１μｍ程度
と極めて薄いため、耐圧信頼性が悪く、ＩＶ以下程度の
低いバイアス電圧を印加して使用していた。

また、暗状態での暗電流を測定すると、１×１Ｏ−１０
Ａ〜Ｉ　Ｘ　１０−’Ａと大きく、且つばらつきが多か
った。これは、非晶質半導体層及び上部電極を覆う絶縁
樹脂や非晶質半導体層と上部電極との界面でリーク成分
が増加するものと考えられる。

このように、暗電流値のＩ　Ｘ　１０−７Ａでは、例え
ばカメラの露出調整用や暗い中で少量の光を検知して使
用される機器には特性的に全く使用できるものではなか
った。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の背景に鑑みて案出されたものであり、
その目的はＰ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層上に発生
するリーク成分を低減し、暗電流を低下し、かつ耐圧信
頼性に優れた光センサーを提供することにある。

〔目的を達・成するための具体的な手段〕本発明によれ
ば、上述の目的を達成するため、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とバ
イアス電圧が印加される金属電極を形成した積層体を有
する光センサーにおいて、前記非晶質半導体層と金属電
極との界面に、前記非晶質半導体層と金属電極との界面
に、電気抵抗率ｌ×１０６Ωａｎ〜ｌＸｌ０１６Ω印の
絶縁薄膜を介在させた光センサーが提供される。

〔作用〕

上述の具体的な手段の金属酸化物の絶縁膜により、Ｐ−
Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層上に発生するリーク成分
、即ち非晶質半導体層と絶縁保護樹脂膜との間のリーク
成分、または非晶質半導体層と上部金属電極との間のリ
ーク成分を低減し、暗電流を低下するとともに、バイア
ス電圧を高くしても充分耐ええる光センサーとなる。

〔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図は本発明に係る光センサーの構造を示す断面構造
図である。

本発明の光センサーは、透明導電膜２を被着した透明基
板１上に、第１の導電型、第２の導電型、第３の導電型
を接合した、即ちＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層３
、絶縁薄膜５及び金属電極４ａ、４ｂの積層体ａ、ｂを
複数個形成し、さらに金属電極４ａ、４ｂの一部を露出
して積層体ａ。

ｂ上に絶縁保護膜６を形成して構成されている。

透明基板ｌはガラス、透光性セラミックなどから成り、
該透明基板１の一主面には透明導電膜２が被着されてい
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ｌの一主
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１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、透
明基板１の一生面上に金属酸化物膜を被着した後、フォ
トエツチング処理したりして形成されている。

非晶質半導体層３は、少なくとも金属電極４ａ、４ｂが
形成される部分には、第１の導電型、第２の導電型、第
３の導電型を接合、即ちＰ−Ｉ　−Ｎ接合が形成されて
いる。具体的には、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で分解するプ
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、Ｐ層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、Ｎ層はシラ
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。なお、金属電極４ａ、４ｂ
が形成されない部分の非晶質半導体層３は図に示すよう
に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合している必要はなく、非晶質半導体
層３の一部または全部が欠如してしても構わない。

絶縁薄膜５は電気抵抗率ｌＸｌ０”０国以上の酸化チタ
ン、酸化シリコンなどの金属酸化物膜や、窒化シリコン
、窒化ガリウム、窒化マグネシウムなどの全屈窒化物膜
で形成され、非晶質半導体層３上の少なくとも積層体ａ
、ｂを覆うように形成されている。具体的には非晶質半
導体層３の一生面上にマスクを装着した後上述の絶縁薄
膜５を被着したり、非晶質半導体層３の一生面上に上述
の絶縁薄膜５を被着した後、金属電極４ａ、４ｂと同一
工程でフォトエツチング処理したりして形成される。

絶縁薄膜５の膜厚は用いる材料、組成によって決定する
固有抵抗値の若干の差異により異なるが、酸化チタンで
は、１０〜１００人である。ここで膜厚が数百Å以上で
は、抵抗が大きくなり、光センサーとしての特性を悪化
させることになり、またその成膜時間が多大にかかるの
で好ましくない。

金属電極４ａ、４ｂは、非晶質半導体層３上に形成され
た絶縁薄膜５上に所定形状の間隔を置いて形成されてい
る。具体的には、金属電極４ａ、４ｂは絶縁薄膜５上に
マスクを装着し、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、絶縁薄膜５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
、フォトエツチング処理したりして所定パターンに形成
される。　尚、この金属電極４ａ、４ｂのフォトエツチ
ング処理と同時に、絶縁薄膜５をエツチングすることに
より、上述のように金属電極４　ａ　％４ｂが形成され
ない部分の絶縁薄膜５の一部を除去しても構わない。

上述の構成の光センサーは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合された積層
体ａ、ｂのダイオードが透明導電膜２を介して互いに抱
き合わされた構造になっている。

この光センサーを使用するには、前記金属電極４ａ、４
ｂ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。今、積層体ａの金属電極４ａに＋、積層
体すの金属電極４ｂに−で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３ａには逆バイアス、積
層体す側の非晶質半導体層３ｂには順バイアスがかかる
ことになる。

暗状態において、金属電極４ａ、４ｂ間の抵抗は積層体
ａの逆方向抵抗Ｒａと積層体すの順方向抵抗Ｒｂの和に
なり、金属電極４ａ、４ｂ間に流れる電流は、該抵抗（
Ｒａ＋Ｒｂ）に対応する。

上述の光センサーの透明基板１側より光照射される明状
態では、積層体ａ及び積層体すに光起電力が生じるが、
互いに逆電位であるため相殺され、実際には光起電流は
流れないものの、金属電極４ａに＋、金属電極４ｂに−
でバイアス電圧を印加されているので、積層体ａに逆方
向光電流（明電流）が発生する。なお、積層体すはダイ
オードの順方向抵抗から成る抵抗体となる。

そして、２つの金属電極４ａ、４ｂ間の電流は積層体ａ
の金属電極４ａ−絶縁薄膜５−非晶質半導体層３ａのＮ
層−１層−Ｐ層−透明導電膜２−積層体すの非晶質半導
体層３ｂのＰ層−１層−Ｎ層−絶縁薄膜５．−金属電極
４ｂに流れる。

ここで、光センサー全体において見かけ上、光照射によ
って抵抗（バイアス電圧／明電流）が低下したことにな
り、光導電型センサーのようにはたらく。これにより、
照度−抵抗値特性がリニアとなり、Ｔ値が約１となる。

本発明者は、上述の光センサー及び従来の光センサーを
用いて以下の実験をおこなった。

まず、上述の光センサーを金属電極４ａ、４ｂ間にバイ
アス電圧をＯ〜１．０■印加し、暗状態時と、２００Ｌ
ｘの光を照射した明状態時の電流を測定した。尚、本発
明は、酸化チタンを３０人の厚みで形成した絶縁薄膜５
を用いた光センサーを用いた。

第２図は、実験結果の特性図であり、横軸にバイアス電
圧の変化を、縦軸に単位面積当たりの電流値をしめした
。

図中、線ａは本発明の暗状態の電流（暗電流）の変化線
であり、線すは本発明の明状態の電流（明電流）の変化
線であり、線Ｃは従来の光センサーの暗電流の変化線で
あり、線ｄは従来の光センサーの明電流の変化線である
。

図から明かなように、線す及び線ｄの明電流に関しては
大きく変化していないが、暗電流に関しては、１桁も低
下させることができる。しかも、明電流は低下すること
がないため、利得が向上する。即ち、カメラの露出検出
など高精度の光センサーとして広い用途に使用できる。

本発明者は、絶縁薄膜５に酸化チタンを用いて、電気抵
抗率と暗電流の変化、即ちリーク成分の拡散状況及び耐
圧信頼性について調べた。　なお、試料の光センサーの
受光面積の大きさはｌａｎ”で、それぞれ試料を２０個
について調べた。暗電流値は、金属電極４ａ、４ｂ間に
バイアス電圧を１．０Ｖ印加した。

非晶質半導体層３と金属電極４ａ、４ｂとの界面に、電
気抵抗率Ｉ　ＸＩＯ”　ｎａｎ以上、ｌＸｌ０”Ωａ未
満の範囲の絶縁薄膜５、例えば酸化チタンの絶縁薄膜５
で膜厚３０人〜１００人程度で形成すると、暗電流がＩ
　Ｘｌ０−”　Ａ／ｃｍ”以下となり、非晶質半導体層
３に拡散するリーク成分を有効に低減することができ、
さらに耐圧信頼性が４０Ｖ以上が得られる。

電気抵抗率ｌＸｌ０’Ω口以下の絶縁薄膜５では、暗電
流がＩ　Ｘ　１０”Ａ／ｃｍ”以上であり、非晶質　半
導体層３に拡散するリーク成分を低減することができず
、光センサーの利得が小さいものとなってしまい、さら
゛に耐圧信頼性が２０Ｖ程度となってしまう。

また、電気抵抗率ｌ×１０１７Ω印以上の絶縁薄膜５で
は、明電流が大きく低下し、結局、光センサーの出力利
得を悪化させてしまうとともに絶縁薄膜５を成膜するに
要する時間が多大にかかることになる。

第３図は本発明に係る光センサーの他の構造を示す断面
構造図である。尚第１図と同一部分は、同一符号を付す
。

上述のように、本発明に係る光センサーは、２つの積層
体ａｓｂが互いに逆向接続されている抱き合わせタイプ
であり、通常、明電流は一方の積層体例えばａから透明
導電膜２を介して他方の積層体例えばｂに流れる。しか
し、積層体ａ、ｂ上に保護膜６が覆われると、該保護膜
６の成分の一部が非晶質半導体層３に拡散して、特に積
層体ａ、ｂ間の抵抗値を下げ、電流が透明導電膜２を介
いさず直接積層体ａｓｂ間に流れることがある。

これを防止するために、本実施例では、絶縁薄膜５′を
非晶質半導体層３と金属電極４ａ、４ｂとの界面のみな
らず、金属電極４ａ、４ｂが形成されていない非晶質半
導体層３部分にも形成した。

具体的には、上述の絶縁薄膜５′を非晶質半導体層３上
に被着し、金属電極４ａ、４ｂと同一工程でフォトエツ
チング処理して形成したのちに、金属電極４ａ、４ｂ上
にマスクを装着し、第二の絶縁薄膜５”を形成する。ま
たは、非晶質半導体層３を形成したのち、全面に絶縁薄
膜５°゛と金属電極４ａ、４ｂとなる金属層を形成し、
金属層のみを所定形状にエツチングするエツチング溶液
を用いてもよい。

尚、絶縁薄膜５″の電気抵抗率ｌＸｌ０’Ω印以上あれ
ば、積層体ａ−＝ｂ間の漏れ電流が充分防止できる。

上述の実施例では、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合された積層体ａ、ｂ
のダイオードが一対となった抱き合わせ構造の光センサ
ーであるが、同一基板上にバイアス電圧が印加される一
対の積層体ａ、ｂを複数個形成しても構わない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は透明導電膜を被着した透明基板
上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層とバイアス電
圧が印加される少なくとも２つの金属電極とから成る光
センサーにおいて、前記非晶質半導体層と金属電極との
界面に、電気抵抗率１×１０ｂＱａ１１〜１×ｌＯＩ″
Ω口の絶縁薄膜を形成したため、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非
晶質半導体層と金属電極との界面で発生するリーク成分
を低減させ、暗電流を低下させることにより、出力利得
を向上させることができ、かつ４０Ｖの高圧にも充分耐
え得ることができる耐圧信頼性に優れた光センサーが達
成される。これにより、カメラの露出調整用の光センサ
ーや暗い中で少量の光を検知する測定機器など使用用途
が拡大できるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光センサーの構造を示す断面図で
ある。 第２図は、本発明に係る光センサーと従来の光センサー
とで、暗状態と明状態時の電流値をしめした特性図であ
る。 第３図は本発明に係る光センサーの他の構造を示す断面
図である。 ■　・　・　・　・　・　・　・　・ ２　・　・　・　・　・　・　・　・ ３　・　・　・　・　・　・　・　・ ４ａ、　　４ｂ　・　・　・　・ ５．５”　、５°′　・　・ ａ、　　ｂ　・　・　・　・　・　・ 透明基板 透明導電膜 非晶質半導体層 金属電極 絶縁薄膜 積層体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　透明導電膜を被着した透明基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合
   した非晶質半導体層とバイアス電圧が印加される少なく
   とも２つの金属電極とを形成した光センサーにおいて、 前記非晶質半導体層と金属電極との界面に、電気抵抗率
   １×１０＾６Ωｃｍ〜１×１０＾１＾６Ωｃｍの絶縁薄
   膜、を形成したことを特徴とする光センサー。