JPH03151671A - 非晶質半導体―金属接合物及び光導電素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水素化アモルファスシリコン半導体を用いた非
晶質半導体−金属接合物及びそれを用いる光導電素子に
関する。

〔従来の技術〕

比較的大面積の薄膜が形成できる水素化アモルファスシ
リコン（以下、ａ−８ｉと略す）半導体は密着形イメー
ジセンサ等の光センサをはじめとする光導電素子に応用
が盛んであるが、光導電素子への応用に当っては、光が
照射された時の応答量、いわゆる光ゲインを高めるため
ａ−８ｊ層と電極とがオーミックに接触させることが望
まれる。

しかしながら一般に電極材料として賞月されるアルミニ
ウム（ＡＱ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）。

白金（Ｐｔ）等及び透明電極材料として賞月される酸化
スズ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等では、直接ａ−
８ｉ半導体とオーミンクな接触をとることができない。

そこで上記目的に対してａ−８ｉ半導体をｎ＋ｉｎ十の
３層構成とすることによって実効上オー２− ミックな接触をとる方法が採用されている。ここでｎ十
層はリン等周期律表第■属元素を不純物として１０”−
１０２０ｃｎ＋−３程度と高濃度添加したＴ１＋型ａ−
８ｉ半導体（１０−１００ｎｍ）であり、ｉ層は通常の
不純物を添加していないａ−８ｉ半導体層を示す。（参
考資料：最新アモルファスＳｉハンドブック、３４７ペ
ージ、サイエンスフォーラム社、昭和５８年３月） 特にサンドインチ型と呼ばれる型の素子ではｎ＋ｉｎ＋
構成がよく用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ｎ十層ないしｎ＋ｉ　ｎ十構成を形成するには、例
えばモノシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）ガス、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）ガスの混合ガスを原料としてプラズマＣＶＤ法な
どで成膜すればできる。

しかしｎ十層では通常の不純物添加（例ではＰ元素の添
加）に比べ、高濃度の不純物添加が必要な上に、ＰＨ，
からの不純物活性化効率が低いため、約１桁分おおめに
ＰＨ，を使用しなければならず、毒性の高いＰＨ３ガス
を多量に使用しなければならない点、また活性化されて
いないＰ元素のため、安定性の点に問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ａ　−Ｓ　ｉ半導体膜に仕事関数４ｃＶ以下
の金属からなる金属膜を接合させてなる非晶質半導体−
金属接合物に関する。

上記非晶質半導体−金属接合物において、仕事関数４ｅ
Ｖ以下の金属からなる金属膜は、ａＳｉＳｉ体感体膜な
くとも一方の面に接合され、他方の面は同様の金属膜を
接合してもしなくてもよい。

このような非晶質半導体−金属接合物の両側をさらに、
前記した金属以外の金属その他の電極材料からなる膜を
積層してもよい。この場合、ａ−３ｉ半導体膜の両面に
仕事関数４ｅＶ以下の金属からなる金属膜が接合されて
いると、オーミックな接合を有する光導電素子となり、
上記ａ−８ｊ半導体膜の片面にのみ仕事関数４ｅＶ以下
の金属からなる金属膜が接合していると一方がオーミン
クな接触、他方がショットキー型の接触を有し、− 整流性が現われる光導電素子となる。

本発明において、前記した各層又は各層は、次のように
して作製することができる。

各層又は各層は、どちらかの最外層から基板上に順次、
積層することにより、作製することができる。

基板としては、ガラス板等が使用できる。

ａ−８ｉ半導体膜は、モノシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ，、）　
。

ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等を用いるプラズマＣＶＤ法、
水素ガスの雰囲気中でＳｉターゲットを用いる反応性ス
パッタ法等によって形成される。ａ−８ｉ半導体膜は必
要に応じて炭素やゲルマニウム。

窒素等を含んでいてもよい。このためには上記プラズマ
ＣＶＤ法において、原料ガスとしてモノシラン、ジシラ
ン等と共にメタン等の炭素源ガス。

ゲルマン等のゲルマニウム源ガス、アンモニア等の窒素
源ガスが用いられる。リン等の周期律表第■属元素、ホ
ウ素等の周期律表第■属元素等の不純物は光に対する応
答を損うので用いるべきではないが、例外的に１０”ｃ
ｍ−１以下のホウ素等周期律表第■属元素を添加しても
よい。そのためには原料ガスとしてジボラン（Ｂ　２　
Ｈ６）等がモノシラン、ジシラン等に対して５　ｐｐｍ
以下用いられる。

上記プラズマＣＶＤ法において、水素（Ｈ２）　、ヘリ
ウム、アルゴンガス等のキャリアガスを用いてもよい。

ａ−８ｉ半導体膜は、Ｓｉに対して水素を０．５〜４０
原子％含むものが好ましく、特に光吸収性及び光導電性
を高くするために５〜２０原子％含むものが好ましい。

仕事関数が４ｅＶ以下の金属としては、特にマグネシウ
ム（Ｍｇ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イツトリウム（Ｙ
）等が好ましく、これらの金属からなる金属膜は真空蒸
着法やスパッタ法によって形成される。該金属膜の膜厚
は５〜５０オングストロームが好ましい。膜厚が小さす
ぎるとａ−８ｉ半導体とオーミンクな接触がとりにくく
なり厚すぎるとａ−３ｉ半導体との密着性など機械強度
が低下しやすくなる。

更にストライプ状の電極等を用いて複数個の素６− 子を並へる場合は面方向の電流の広がりを抑えるために
、上記金属膜の膜厚は２０オンゲス１−ローム以下であ
ることか好ましい。

電極材料としては、ＡＱ、Ｃｒ、Ａｕ、ＰＬ。

Ｐｄ等の仕事関数が４ｅＶを超える金属がある。

これらの金属は、真空蒸着法及びスパッタリング法で形
成され、膜厚は素子の動作に十分な導電性を保持できる
５０〜２００ｎｍ程度で使用される。

また、電極材料としては、酸化スズ（ＳｎＯ２）。

酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透
明電極を用いることもでき、これらの膜は真空蒸着法、
スパッタリング法２、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＣＶＤ法
等によって形成され、膜厚は１００〜５００ｎｍ程度で
使用される。

本発明を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の非晶質半導体−金属接合物の一例（光
導電素子）を示す断面図である。基板１上に電極材料か
らなる膜２．仕事関数が４ｅＶ以下の金属からなる金属
膜３．ａ−８ｉ膜４．仕事関数４ｅＶ以下の金属からな
る金属膜５．電極材料からなる膜６が順次積層されてい
る。ａ　　８１層４は膜厚０．４〜２μｍ程度で用いら
れるのが好ましい。電極材料からなる膜２及び６は素子
を動作させる電源につながれて使用され、これらの膜２
及び６はストライブ状に形成されていてもよい。

上記光導電素子を動作させる電源は直流及び交流用のそ
れぞれいずれでもよく、素子に電圧を印加したところに
光が照射されると暗時に比べ素子に大きな電流を流すこ
とができる。

〔作用〕

ａ−８ｉ半導体に仕事関数４ｅＶ以下の金属からなる膜
を接合すると、これらの接合部分は電気的にオーミンク
な接触となる。

また、電極材料とａ−８ｉ半導体とが直接に接触した場
合は電気的にオーミンクな接触をとることはできないが
、この間に仕事関数４ｅＶ以下の金属からなる膜が積層
されていると電気的にオーミンクな接触が得られる。ま
た、電極材料は、４ｅ■以下の仕事関数の金属膜の保護
層ともなり、機械的強度が確保される。ａ−８ｉ半導体
の両側にこのように４ｅＶ以下の仕事関数を有する金属
膜及び電極材料が順次積層されていると電気的にオーミ
ックな接合を持ち、光ゲインの高い光導電素子が得られ
る。ｉｌ　　Ｓ　５半導体の一方側に電極材料が積層さ
れているとこの接合面はショットキー型の接合となり整
流性を持つ光導電素子となる。

上記金属層はｎ十型ａ−８ｉ膜よりも作製が容易である
。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に示すような構成の光導電素子を作製した。

基板１としてコーニング社＃７０５９ガラス（３５Ｘ３
５Ｘ１．１ｍｍ’）上に電極２として金（Ａｕ）を真空
蒸着して厚さ３０　ｎ　ｍの光半透過性のＡｕ層、次い
で金属層３として厚さ２０オングストローム（２ｎｍ）
のＭｇ層を積層した。その上にＳｉＨ４ガス４０容積％
及び水素ガス６０８− 容積％からなる原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法でａ
−８ｉ半導体層４を１μｍの厚さに形成した。さらに真
空蒸着法により、金属層５として厚さ２０オングストロ
ームのＭｇ層、次いで電極６として２００ｎｍのＡｕ層
を積層形成して、光導電素子を作製した。

この光導電素子の印加電圧に対する電流密度（暗時）を
測定した結果は第２図に示すように直線的であり、オー
ミンクな接触がとれている。更にこの素子に４８０ｎｍ
の光が１０　”　ｐｈｏｔｏｎ　／　ａＫ　・Ｓで照射
された時、暗時の１００倍以上の電流が流れた。

実施例２ 第３図に示すような構成の光導電素子を作製した。

基材７としてコーニング社＃７０５９ガラス（３５Ｘ３
５Ｘ１．１．＋ｎｍ’）上に、電極８として真空蒸着法
により厚さ３０ｎｍの半光透過性Ａｕ層、次いで金属層
９として厚さ２０オングストローム（２ｎｍ）のＭｇ層
を積層し、第２の金属層を形一 ０ 成した。次いでプラズマＣＶＤ装置で５ｊＨ４ガス４０
容積％及び水素ガス６ｏ容積％からなる混合原料ガスを
用いてａ−８ｉ層半導体層１０を１μｎ）の厚さに形成
し、続けて５ｉＨｉガスｂ積％、水素ガス６０容積％更
にホスフィン（ＰＨ３）ガスをＳｉＨ４ガスに対する容
積比率０．００２／１て混合した原料ガスを用いてｎ十
型ａ　　８１層１１を２００オングストローム（２０ｎ
ｍ）の厚さに形成した。さらに真空蒸着法により電極１
２として厚さ２００ｎｍのＡＱ層を形成して光導電素子
を作製した。

この素子は印加電圧に対する電流密度の測定の結果オー
ミンクな接触がとれていることがわかった。また、この
素子Ｂに５５０ｎｍの光が１０１ｓｐｈｏｔｏｎ／　ａ
ｌ−ｓで照射された時、暗時の１００倍以上の電流が流
れた。

実施例３ 実施例２において金属層９としてＭｇ層の代りにプラズ
マＣＶＤ法によりｎ十型ａ−８ｉ層を２゜ｎｍを形成し
、ｎ十型ａ−５ｉ層１１の代わりに真空蒸着装置を用い
て２ｎｍのＭｇ層を形成したこと以外は実施例２に準じ
て光導電素子を作製した。

この素子もオーミンクな接触がとれていることがわかっ
た。また実施例１と同様の条件下で光照射下で暗時の１
００倍以上の電流が流れた。

実施例４ 第４図に示すような構成の光導電素子を作製した。

基材１３としてコーニング社＃７０５９ガラス（３５Ｘ
３５Ｘ１．１ｍｎ３）上に、電極１４として真空蒸着法
により厚さ３０ｎｍの半光透過性Ａｕ層を形成し第２の
金属層２０を形成した。この上に、プラズマＣＶＤ法に
よりＳ　ｉ　Ｈ，ガス４０容積％及び水素ガス６０容積
％からなる混合原料ガスを用いてａ−８ｉ半導体層１−
５を１μｍの厚さに形成した。さらに真空蒸着法により
、金属層１６として厚さ２０オングストロームのＭｇ層
及び電極１７として厚さ２００ｎｍのＡＱ層を順次形成
して、光導電素子を作製した。

この素子の印加電圧に対する電流密度を測定した結果を
第５図に示す。第５図から明らかなように、整流特性が
観測された。実施例１と比較すると本実施例の素子では
、電極１４（Ａｕ層）とａ−８ｉ半導体層１５の間にシ
ョットキー型の接合が形成されていることがわかる。

一方、電極１７（ＡＱ層）とａ−８ｉ半導体層１５の間
は、金属層１６（Ｍｇ層）を介してオーミックに接合が
形成されていることがわかった。

〔発明の効果〕

請求項１乃至３に係る非晶質半導体−金属接合物は、製
造が容易であり、オーミンクな接触をしており、このよ
うな接合物の特性を活かし、請求項４に係るものはオー
ミック型又はショットキー型の光導電素子となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における光導電素子の一例を示す断面
図、第２図は実施例１で得られた光導電素子の印加電圧
に対する電流密度の関係を示すグラフ、第３図は本発明
における光導電素子の一例を示す断面図、第４図は本発
明における光導電素子の一例を示す断面図及び第５図は
実施例４で得られた光導電素子の印加電圧に対する電流
密度の関係を示すグラフである。 １．７．１３−・・基材、２，８．１４−・・電極（Ａ
ｕ層）、３，５，９．１６・・・金属層（Ｍｇ層）、４
゜１０　、１５−　ａ　−Ｓ　ｉ半導体層、６，１２．
１７・・・電極（Ａｆ１層）　、　１１・”ｎ＋−ａ−
８ｉ層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素化アモルファスシリコン半導体膜に仕事関数４
   ｅＶ以下の金属からなる金属膜を接合させてなる非晶質
   半導体−金属接合物。 ２、水素化アモルファスシリコン半導体膜の両面に、仕
   事関数４ｅＶ以下の金属からなる金属膜を接合してなる
   請求項１記載の非晶質半導体−金属接合物。 ３、仕事関数４ｅＶ以下の金属が、マグネシウム、スカ
   ンジウム及びイットリウムからなる群から選ばれる少な
   くとも一つの金属である請求項１又は請求項２のいずれ
   かに記載の非晶質半導体−金属接合物。 ４、請求項１乃至３のいずれかに記載の非晶質半導体−
   金属接合物の両側に電極材料を積層してなる光導電素子
   。