JPH03165068A - 非晶質光導電素子 - 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光導電体を用いた
非晶質光導電素子に関する、。

（従来の技術〕 比較的大布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−３ｉと略す）光導電体は密着形イメ
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−８ｉ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（ＡＭ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ
）を白金（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光導電体とオーミッ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−Ｓｉ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１０１＠〜１０１０１ｏ
ａ’程度と高濃度添加したｎ＋型ａ−８ｉ半導体（１０
〜１００　ｎｍ）であり、ｉ層は通常の不純物を添加し
ていないａ−３ｉ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中層ないしｎ＋ｉ　ｎ十構成を形成するには、例
えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ホスフィン（ＰＨ□
）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中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、ＰＲ，
からの不純物活性化効率が低いため、約１桁分おおめに
ＰＨ３を使用しなければならず、毒性の高いＰＨ，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。

また、上記ｎ＋ｉｎ÷構成のものでは、光応答性の重要
な要素である応答速度が充分速くできないという問題が
ある。電荷担体（光キャリア）の寿命によって決まるも
のであり、光ゲインが光キャリアの寿命とキャリアの電
極間走行時間の比に係るものであることを考えると、光
ゲインを高く保持しつつ光応答速度を速くするには何ら
かの素子構造に対する工夫が必要である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１の電極、第１の半絶縁層、第１の金属層
、ａ−８ｉ光導電層、第２の金属層、第２の半絶縁層及
び第２の電極が順次積層されてなり、第１の金属層及び
第２の金属層が仕事関数４ｅＶ以下の金属からなる非晶
質光導電素子に関する。

このような非晶質光導電素子において、ａ−５ｉ光導電
層と第１の金属層又は第２の金属層とはオーミックに接
合している。

本発明において、前記した各層は、次のようにして作製
することができる。

各層は、どちらかの最外層から適当な基板上に順次、積
層される。

基板としては、ガラス板等が使用できる。

ａ−８ｉ光導電層は、モノシラン（ＳｉＨ４）。

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−３ｉ光導電層は必
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１０１７
Ｃ！ｌ−３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、
Ｈ，）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−３ｉ光導電層は、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５〜２ｏ原子％含むものが好ましい。

第１又は第２の金属層を構成する仕事関数が４ｅＶ以下
の金属としては、特にマグネシウム（Ｍｇ）ｙ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光導電
層とオーミンクな接触がとりにくくなり、厚すぎるとａ
　−８ｉ光導電層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子を並べ
る場合は面方向の電流の広がりを抑えるために、上記金
属層の膜厚は２０オングストローム以下であることが好
ましい。

第１又は第２の半絶縁層とは、適当な厚さの絶縁物から
なり、電界が印加されたときにキャリアがトンネル効果
によって通り抜けることができる程度の膜厚を有する絶
縁物である。材料としては、Ｓｉ３Ｎ、、ＳｉＯ□、酸
窒化珪素、ＡＱ、Ｏ□、酸窒化珪素等があり、真空蒸着
法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等
によって形成することができる。厚さは、５０〜２００
オングストロームが好ましい。

第１又は第２の電極の材料としては、ＡＱ。

Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、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（ｓ　ｎ　ｏ、）　を酸
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、　ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｒ　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。第１の電極と第２の電極のうち少なくと
も一方は透光性の材料が使用される。

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、第１の半絶縁層３
．仕事関数が４ｅＶ以下の金属からなる第１の金属層４
．ａ−８ｉ光導電層５、仕事関数が４ｅＶ以下の金属か
らなる第２の金属層６、第２の半絶縁層７．電極材料か
らなる膜８が順次積層されている。ａ−Ｓｉ光導電層５
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８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はストライプ
状に形成されていてもよい。また。

第１の金属層４及び第２の金属層６は、膜２と膜６が交
差する部分にのみ形成してもよい。

上記光導電素子を動作させる電源は直流用及び交流用の
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−５ｉ光導電層に仕事関数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。

光ゲインは、第１の金属層及び第２の金属層からａ−Ｓ
ｉ光導電層にキャリア特に、伝導電子が注入されるので
高水準に保持される。また、光応答性は、第１の半絶縁
層と第２の半絶縁層によって第１の電極及び第２の電極
からの過剰のキャリアの注入が阻止できるので、比較的
速い水準に保持される。このような作用は、特に、交流
電源を用いるときに有効である。

〔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
５Ｘ１．１■３）上に電極２としてＩＴＯ膜を反応性ス
パッタリング法で１５０ｎｍの厚さに形成し１次いで第
１の半絶縁層３としてＳ　ｉ　Ｏ２膜をスパッタリング
法で厚さ１００オングストロームの厚さに形成し、さら
に第１の金属層４として厚さ２０オングストローム（２
ｎｍ）のＭｇ層を真空蒸着法で積層した。この後、酸素
に触れないようにプラズマＣＶＤ装置に移し、ＳｉＨ４
ガス４０容積％及び水素ガス６０容積％からなる原料ガ
スを用いるプラズマＣＶＤ法でａ−８ｉ光導電層５を０
．５μｍの厚さに形成した。

さらに、第２の金属層６を第１の金属層４と同様に、第
２の半絶縁層７を第１の半絶縁層３と同様に順次形成し
、最後に真空蒸着法により電極８として２００ｎｍのＡ
１層を積層形成して、光導電素子（試料Ａ）を作製した
。

比較例１ 実施例１において、第１の半絶縁層３と第２の半絶縁層
７を形成しないこと以外、実施例１に準じて光導電素子
（試料Ｂ）を作製した。

比較例２ 基板としてコーニング社＃７０５９ガラス（３５ｘ　３
５　ｘ　１．１閣３）上に電極２としてＩＴＯ膜を反応
性スパッタリング法で１５０ｎｍの厚さに形成し、次い
で、ＳｉＨ４ガスに対して水素ガスを１．５倍容積及び
ＰＨ３ガスを０．２容量％含む原料ガスを用いるプラズ
マＣＶＤ法でｎ＋−ａ　−Ｓ　ｉ　　層を２００オング
ストロームの厚さに形成し、この後Ｓ　ｉ　Ｈ４ガスに
対して水素ガスを１５倍容積含む原料ガスを用いるプラ
ズマＣＶＤ法で１−ａ−８ｉ層を０．５μｍの厚さに形
成し、さらに、上記と同様にｎ＋−ａ−８ｉ　　層を形
成した。最後に真空蒸着法により電極８として２００ｎ
ｍのＡ４２層を積層形成して、光導電素子（試料Ｃ）を
作製した。

試料Ａ、試料Ｂ及び試料Ｃに２ミリ秒幅で正負が交番す
る電圧５ｖを印加し、電圧立上りから０５ミリ秒にタイ
ミングを合わせて３ｍＷ／ａａの４８０ｎｍの光を照射
（照射時間０．２ミリ秒、照射回数１，０００ヘルツ）
して光電流を測定した。光照射の無いときの電流（暗電
流）値に対する光電流のピーク値の比を求め、光ゲイン
とした。光ゲインは、試料Ａ、試料Ｂ及び試料Ｃのそれ
ぞれにおいて１０２オーダであった。また、光照射時の
光電流（対数値）−時間特性曲線の傾き（時間軸０点の
における）から売店速度の時定数を求めた。

その結果、時定数は、試料Ａ、試料Ｂ及び試料Ｃのそれ
ぞれにおいて、０．０１ミリ秒、０．１ミリ秒及び０．
１ミリ秒であった。

〔発明の効果〕

請求項１乃至２に係る非晶質光導電素子は、高ゲインで
、光応答性に優れる。

【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
である。 １・・・基材、２・・・第１の電極、３・・・第１の半
絶縁層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の電極、第１の半絶縁層、第１の金属層、水素
   化アモルファスシリコン光導電層、第２の金属層、第２
   の半絶縁層及び第２の電極が順次積層されてなり、第１
   の金属層及び第２の金属層が仕事関数４ｅＶ以下の金属
   からなる非晶質光導電素子。 ２、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記載の非晶質光導電素
   子。