JPH03185766A

JPH03185766A - 光電変換素子

Info

Publication number: JPH03185766A
Application number: JP1324573A
Authority: JP
Inventors: Ihachirou Gofuku; 伊八郎五福; Katsunori Hatanaka; 勝則畑中; Toshiyuki Komatsu; 利行小松; Yoshiyuki Osada; 芳幸長田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1991-08-13

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］本発明は光電変換素子に関し、より詳細には光電変換素
子の電流特性および光応答速度の改良に関する。

［従来の技術］光電変換素子としては、例えば、ファクシミリ、デジタ
ル複写機、イメージリーダ等の画像情報処理装置におけ
る画像読取装置に用いられているフォトセンサが知られ
ている。特に近年においては、フォトセンサを一次元に
配列して長尺ラインセンサを形成したものが多用されて
いる。

従来、フォトセンサには、一般に、非結晶シリコン（以
下、ａ−３ｉ：Ｈと記す）等の薄膜半導体が用いられて
いた。また、薄膜半導体を用いたフォトセンサには、大
きく分けて、フォトダイオード型のものと光導電型のも
のの２種類があった。

フォトダイオード型フォトセンサとは、入射光によって
発生した電子と正孔とを電極間に印加された逆バイアス
によって各々の電極に到達させることにより、光電流を
得るものである。しかし、このフォトセンサには電流量
が小さすぎるという問題があった。

これに対して、光導電型フォトセンサは、電子または正
孔を電極から注入することが可能であるため、半導体内
の電子または正孔の密度を十分に高くすることができ、
従ってフォトダイオード型のフォトセンサに比べて、遥
かに大きな出力電流（２次光電流）を得ることができる
。

第１４図は、従来の光導電型センサを示す概略構成図で
ある。

図において、４１はガラスやセラミクス等により形成さ
れた絶縁性基板、４２はＣｄ５−３ｅやａ−３ｉ：Ｈ等
により形成された光導電性半導体層、４３および４３′
はオーミックコンタクト用のドーピング半導体層、４４
および４４°は電極である。ここに、電極４４および４
４°からドーピング用半導体層４３および４３′を介し
て光導電性半導体層４２へ注入されるキャリアが電子で
あればドーピング用半導体層４３および４３はｎ型半導
体により形成され、半導体層４２へ注入されるキャリア
が正孔であればドーピング用半導体層４３及び４３はｐ
型半導体により形成される。

このような構成において、基板４１側（基板４１が透明
な場合）または電極４４及び４４°側から光が入射する
と、光導電性半導体層４２の電極４４と電極４４゛との
間の部分で光勃起によって電導に寄与する電子または正
孔の密度が高くなる。従って、図に示したように電極４
４と電極４４゛との間に電圧を印加しておけば、信号電
流として大きな２次光電流が流れ、負荷抵抗（図示せず
）の両端から大きな出力電流を得ることができる。

さらに、光電流を安定させ、光電流の光照度依存の直線
性を向上させるために、補助電極を設けた光導電型セン
サが、本願出願人によって提案されている。

第１５図は、本願出願人によって既に出願された改良型
の光導電、型フォトセンサおよびその駆動方法について
の概略を説明するための概略構成図である。

図において、４５は透明または不透明のゲート電極、４
６は５ｉＯ）（、ＳｉＮに等により形成された絶縁体で
ある。なお、第１４図と同じ符号を付したものは、それ
ぞれ同じものを示す。

基板４１上には、透明または不透明の導電層がバターニ
ングされてゲート電極４５が形成され、さらに絶縁層４
６がスパッタリング法やグロー放電法等によって形成さ
れている。絶縁層４６上には、上述したものと同じよう
に光導電層としてのＣｄ５−５ｅやａ−Ｓｉ：Ｈ等によ
り形成された光導電性半導体層４２、ドーピング半導体
層４３および４３°、電極４４および４４°　（ここで
は電８ｉ４４をドレイン電極とし、電極４４°をソース
電極とする）が各々形成されている。なお、ここではド
ーピング半導体層４３および４３°をｎ型で形成し、電
子を注入キャリアとした場合について述べる。

このような構成の光導電型フォトセンサにおいては、図
示されているように、電極４４と電極４４′との間に直
流電源４７を、ソース電極４４°とゲート電極４５との
間に可変直流電源４８を各々接続する。ただし、可変直
流電源４８は印加電圧の極性も転換できるものとする。

第１５図に示した光導電型フォトセンサの電極４４と電
極４４°　との間から照度Ｆの光を入射させたときのフ
ォトセンサの光電流ＩＰ　　（電極４４と電極４４°と
の間に流れる電流）を第１６図に示し、また、光量依存
の直線性γ（Ｉ、ｃｃＦγ）を第１７図に示す、さらに
、パルス光を照射した際のフォトセンサの出力の光応答
速度（Ｔ、。；立ち上り時間、Ｔａｒｔ：立ち下がり時
間）を第１８図に示す。

【発明が解決しようとする課題〕

このような従来の光導電型フォトセンサでは、光電流を
多くすると光応答速度が遅くなってしまい、また、光応
答速度を速くすると光電流が小さくなってしまうという
課題があった。

光電流をより多く得るためには、ゲート電位Ｖ（ｌは、
なるべく、Ｏｖに近い負の電位とする必要がある。すな
わち、半導体層４２を、半導体の反転化が起らないよう
な、なるべく空乏化の弱い状態にする必要がある。以下
に理由を説明する。

この光導電型フォトセンサは、ゲート電位（’ｔｉ’ｏ
　）として負の電圧を印加した状態で動作させる。この
とき光導電性半導体層４２のバンドは、ポアソンの式に
従う空間電荷の分布により通常的１μｍ程度テブレショ
ンされる。つまり、光導電性半導体層４２の、ゲート電
極４５側の部分は特に強くｐ型化される。このとき、ゲ
ート電極４５に印加する電圧が小さい（絶対値が大きい
）程、光量依存の直線性は良くなるものの、光電流は減
少する。これは、光導電性半導体層４２がｐ型化が進む
ことにより、キャリア（この場合は電子）の寿命が短く
なり、このため２次光電流のゲインＧが減少し、光電流
が減少するものと考えられる。

なお、Ｇは、Ｇ＝μτＥ／Ｌ　　（μ；電子の移動速度、τ；電子の
寿命、Ｅ；電界強度、Ｌ：電極間圧ＷＩｉ）で与えられ
る。

一方、この光導電型フォトセンサの光応答速度を速くす
るためには、ゲート電位を小さく（絶対値で大きく）す
る必要がある。これは、ゲート電位を小さくする程キャ
リアの捕獲・放出が比較的浅いトラップで行われる確率
が高くなり、捕獲・放出の時定数が速くなるためである
と思われる。以下、詳細に説明する。

電子の蓄積状態においては、光応答速度は、第１１図（
ａ）に示すような電子の局在準位への捕獲・放出過程に
大きく影響される。￥Ｓ１１図（ｂ）に示したように、
出力電流の立ち上がり時間は、電子蓄積状態での主たる
捕獲準位である浅い準位ＮＡへの捕獲過程によって決定
されるため、ｖＧが大きくなるほど速くなる。一方、立
ち下がり時間は、ＮＡからの電子放出過程と深い準位で
ある再結合センターＮＲへの捕Ｎ（再結合）過程とに支
配されるが、電子の放出は非常に速いため、律速となる
のは再結合過程によるものであると考えられる。すなわ
ち、電子蓄積状態での再結合過程では、電子が過剰に存
在するので、ホールの再結合センターへの捕獲が律速と
なるが、ホールの再結合センターはＶｏが小さい（絶対
値で大きい）はど価電子帯から離れるため、ｖｏが小さ
いほど立ち上がり時間は遅くなる。

一方、ホールの蓄積状態においては、第１２図（ａ）に
示すように、光応答速度はホールの局在準位への捕獲・
放出過程に強く影響される。すなわち、第１２図（ｂ）
に示したように、出力電流の立ち上がり時間はホールに
対する捕獲準位であるＮＯへの捕獲過程により決定され
るものであるため、ｖ（Ｉが小さいほど速くなる。一方
、立ち下がり時間はＮｏからのホールの放出過程とＮ、
での再結合過程とにより決定されるが、ホールの放出の
方が遥かに遅いため、ホール放出が律速となり、ｖＧが
小さいほど速くなる。

第７図は、ＶＯとＴ、１１およびＴ　Ｏｆｆとの関係を
示す図である０図（ａ）から、立ち上がり時間Ｔ　ｏｎ
は、ｖ６のある値（フラット・バンド電圧近傍）で極大
値のピークを持っており、その負電界側ではホールトラ
ップ律速の改善（ｉ）がみられ、正電界側では電子律速
の改善（ｉｉ）がみられることが解る。また、立ち下が
り時間子°。ｆｆは、図（ｂ）に示したように、ｖｏの
増加に従って単調に増加し、ホールトラップ律速の改善
（ｉ）および再結合律速（ｉｔ）がみられる、すなわち
、光応答特性を改善するためには、■６を小さく（絶対
値で大きく）することによりホールの蓄積状態を強くし
、ホールに対して浅い捕獲準位を利用するようにしなけ
ればならない。同時に、その空間的領域でのホールの再
結合を増加させ、ホールの放出量を少くすませるように
することも必要である。

以上説明したように、従来の光導電型フォトセンサでは
、光電流と光応答速度とを、ともに良好ならしめること
は不可能であった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり
、光電流が大きく、かつ、光応答速度の速い光電変換素
子を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明の第１の要旨は、絶縁層と、該絶縁層に接して設
けられた光導電性半導体層と、該光導電性半導体層に接
して設けられた第１ｔ＆および第２電極と、前記絶縁層
に接して設けられた第３電極とを少なくとも有する光電
変換部を具備し、前記光導電性半導体層のバンドギャッ
プが前記絶縁層側と前記第１電極および第２電極側で異
なる光電変換素子であって、光導電性半導体層が、光学
的バンドギャップが連続的に変化する半導体層により形
成されていることを特徴とする光電変換素子に存在する
。

本発明の第２の要旨は、上記第１の要旨を成す光線変換
素子の光学的バンドギャップが、絶縁層側で狭く、第１
電極および第２電極側で広いことに存在する。

［作　用］本発明は、上述のような構成を取ることにより、光電流
が大きく、かつ、光応答速度の速い光導電型の光電変換
素子を実現するものである。以下、詳細に説明する。

本発明では、フラットバンド電圧を光導電半導体層とし
て広いバンドギャップの半導体層のみを用いる場合と異
なる値とすることができる。従って、ＴＰＴ　（薄膜ト
ランジスタ）のゲート電極に相当する上記第３電極（以
後、制御電極と称する）を零バイアスの状態にした場合
、光導電性半導体層中の絶縁膜界面側に電子を蓄積され
易くすることができる。このため、キャリア電子の寿命
を長くすることができ、従来よりも大きい光電流を得る
ことができる。

また、第１０図は、本発明による充電変換素子における
、制御電極電圧Ｖ。と光電流・暗電流との関係の一例を
示す図である０図において、ａは本発明に係わる光電変
換素子の制御電極電圧−電流特性を示し、ｂは従来の充
電変換素子のＨＪ御電極電圧−電流特性を示す。

このように、本発明による光電変換素子の方が大きい光
電流を得ることができる。また、光を照射した時の電流
（光電流）値と照射しない時の電流（暗電流）値の差が
大きくなるので、Ｓ／Ｎ比は向上する。

一方、本発明の充電変換素子の光応答速度は、広バンド
ギヤツプ層が半導体に支配される場合と比べ、ｖ（ｌ依
存性は同じであるが、光電流の値はすべてのバイアス点
で大きな値が得られる。換言すれば、本発明の構成にお
いては、バイアス点を負にすることで広バンドギヤツプ
層のみの場合の零バイアス時と同じゲインが得られ、か
つ、光応答速度を速くすることができる。

［実施例］（実施例１〉本発明の一実施例について、第１図および第２図を用い
て説明する。

第１図は、本発明の光電変換素子の基本構造となる光電
変換部の模式的構造図である。

同図において、３１は石英、硝子等で構成された絶縁性
基板、３２はゲート電極（第３電極）、３３は電気的絶
縁層、３４は光導電性半導体層、３５ａ、３５ｂはそれ
ぞオーミック接触層、３６ａ、３８ｂはそれぞれ第１電
極、第２電極を示す。

ここに、光導電性半導体層３４は、光学的バンドギャッ
プの小さい側３４ａを絶縁層３３側に、大きい側３４ｂ
を第１電極３６ａおよび第２電極３６ｂ側に配し、光学
的バンドギャップを連続的に変化させる構造を採ってい
る。

次に、本実施例に係わる光電変換素子の製造工程につい
て説明する。

（１〉ガラス基板３１（コーニング＄７０５９）上に、
スパッタ法でＡ１３２を０．１μｍ堆積させることによ
り制御電極３２を形成した。

（２）この基板３１を容量結合型ＣＶＤ装置にセットし
、基板温度を３００ｔ：にした後、装置内を一度１ｘｌ
Ｏ−’Ｔｏｒｒ以下の真空にし、その後、水素で１０％
に希釈したＳ　ｉ　Ｈ４ガス１１００５ＣＣと９９．９
９９％のＮＨ３ガス１１００５ＣＣとを、ガス圧が０．
４Ｔｏｒｒとなるようにバルブで調節して、高周波電力
１００Ｗで１時間放電した。これにより、絶縁膜３３と
して３０００人の５ｉＨｘ膜を形成した。

（３）次に、′！Ｊ２図に示した水素ラジカルＣＶＤ（
以下、）ＩＲＣＶＤという）装置に基板をセットし、以
下の手順で半導体層３４の成膜を行なった。

なお、半導体層３４を形成する材料としては、ａ−３ｉ
：Ｈ：Ｆおよびａ−３ｉＧｅ：Ｈ：Ｆを用いた。

■まず、ロータリーポンプとクライオポンプ（いずれも
、不図示）を用いてチャンバー１０１内を１ｘｌＯ−’
Ｔｏｒｒ以下に排気し、併せて、基板１０３をヒーター
１０４で３００℃まで昇温した。

■次に、ガス導入管１０９より、Ｈ２ガスを３０ＳＣＣ
Ｍ、Ａｒガスを２５０３ＣＣＭで石英反応管１０６中に
導入した。また、ガス導入管１１０より、Ｓ　ｉ　Ｆ４
とＧｅＦ４との混合ガスを反応管に流した。ＳｉＦ４と
ＧｅＦ４のガス流量およびガス圧を第１表に示す。また
、この時、ＧｅＦ４の流量は、０．０４ＳＣＣＭ／ｍｉ
ｎで連続的に変化させた。また、このときの排気系とし
ては、メカニカルブースターポンプとロータリーポンプ
を使用した。チャンバー内の圧力は、０．４Ｔｏｒｒに
調整した。

第１表 ■この状態でマイクロ波アプリケータ１０８により石英
反応間１０６内のガスにマイクロ波１６０Ｗを印加して
プラズマを発生させ、ａ　−５ｉＧｅ：Ｈ：Ｆを堆積さ
せた。なお、この時、プラズマは石英反応管１０Ｂ内で
のみ発生し、石英管１０７中には発生しなかった。

■その後、ガス導入管１１０より導入するガ久をＳ　ｉ
　Ｆ４３０ＳＣＣＭのみにし、ａ−３ｔ：Ｈ：Ｆの堆積
を行った。堆積時間は２３分てあり、５５００人のａ−
３ｔ：Ｈ：Ｆ［を形成した。

（４）この基板を、通常のプラズマＣＶＤ装置（Ｓ　ｉ
　ＮＸ堆積装置と同じでも可）にセットし、Ｈ７希釈１
０％ＳＳｉＨ４１Ｏ０ＳＣＣとＨ１希釈１００ｐ１００
ｐｐ　５００３ＣＣＭとを導入し、ガス圧０．５Ｔｏｒ
ｒの条件で高周波５００Ｗで４０分間放電を行い、オー
ミックコンタクト層３５（膜厚１０００人）を形成した
。

（５）最後に、スパッタ法によりＡ１５０００人を形成
し、上記オーミックコンタクト層とＡＪ１層とをパター
ニングして、一対のセンサ電極とした。

以上のようにして作成された充電変換素子について、光
電流と光応答速度の測定を行った。その結果％ＶＧを−
６〜−７ｖにバイアスすることにより、光電流値をａ−
Ｓｉ：Ｈ単層の零バイアス時とほぼ同等とすることがで
き、かつ、光応答速度をＴ０□Ｔｏｆｆともに大幅に改
善することができた（第２表）。

なお、ここでは、ＴｏｒｌおよびＴ。ｆｆを、以下のよ
うに定義した。

Ｔ、）ｎ＝光電流が飽和値の９０％に達する時間Ｔｏｆ
ｆ：光電流が飽和値の１０％じ達する時間第２表また、本例で用いられたａ−Ｓｔ：Ｈ：Ｆ膜のバンドギ
ャップ（Ｅ　ｏｐア）は、１．７ｅＶであり、ａ−３ｉ
Ｇｅ：Ｈ：Ｆは、１．４ｅＶと観測されている。

（実施例２）第３図は、各光電変換部の光半導体層が第１図の構造を
有する本発明によるラインセンサの一実施例の断面図で
ある。

第３図において、基板１上には配線部２の下層電極配線
６、電荷蓄積部４の下層電極配線７、スイッチ部５のゲ
ート電極である下層電極配線８が形成されており、これ
らの下層電極配線６．７゜８上およびこれらの間の基板
１上には絶縁層９が形成されている。この絶縁層９には
、光導電性半導体層１０が形成されており、配線部２上
の絶縁層９と光導電性半導体層１０との一部は接続のた
めに開孔されている。光導電性半導体層１０上には上層
電極配線１２，１２°、１３．１４が形成されており、
上層電極配線１２°と上昇電極配線１３との間の開孔部
が光電変換部３の光電変換領域となる。上層電極配線１
３、光導電性半導体層１０、絶縁層９、下層電極配線７
は蓄積コンデンサを形成し、上層配線１３のスイッチ部
５側の一端はドレイン電極となる。上層電極配線１４の
スイッチ部５側の一端はソース電源となる。なお、不図
示であるが、光導電性半導体層１０と上層電極配線１２
，１３．１４との間にはドーピング層が設けられており
、オーミック接触が行われている。本実施例においては
、配線部２、光電変換部３、電荷蓄積部４、スイッチ部
５のそれぞれに絶縁部が設けられており、同一工程で形
成される。

配線部２においては、下層電極配線６と上層電極配線１
２との間に絶縁層９の他に光導電性半導体層１０を設け
ることとなるが、下層電極配線６と上層電極配線１２と
の間は絶縁性が保たれていればよく、光導電性半導体層
１０の存在は影響を与えない。

光電変換部３においては、光導電性半導体層１０を絶縁
層９および制御電極２５を介して基板１上に設けること
となるため、光導電性半導体１０と絶縁層９の界面にお
けるエネルギー準位の変化が表われるが、光導電物性の
基本的性能を損なうような変化は生じない。この場合、
光電変換部３の基板１と絶縁層９との間の制御電極によ
って光導電性半導体層１０の界面のエネルギー準位を制
御して、最適化を図ればよい。

本実施例のラインセンサは、基板１側から光を照射し、
光電変換部３に接触させた原稿の反射光を直接光電変換
部３が読み取る、いわゆるレンズレスタイプの光電変換
素子である。

制御電極２５は、基板側より入射される照射光を遮光す
る遮光層も併せ持つ。さらに、原稿を照らすための照明
窓２８が設けられる。

電荷蓄積部４においては、絶縁層９上に設けられた光導
電性半導体層１０は、電荷の蓄積容量に影響を与えるこ
ととなる。影響とは容量のバイアス依存性であり、絶縁
層界面における半導体層のバンドベンディングにより静
電容量が変化するものである。しかし、本実施例に用い
られる電荷の充放電動作においては、このバイアス依存
性は絶縁層９側の電極を負に強くバイアスすることによ
り（例えば、−ｔＯＶ）はとんど無視することができる
。

なお、光導電性半導体層１０の膜厚は良好な光電変換部
３の光電変換特性とスイッチ部５のスイッチング特性と
が得られる値であればよい。

次に、上記ラインセンサのスイッチング部が７１トリク
ススイツチアレイによって構成された場合について説明
する。

第４図は、マトリクススイッチアレイを有するラインセ
ンサの等価回路を示す。

同図において、Ｓ、、Ｓ、、・・・、ＳＮ（以下、ＳＹ
Ｉと記す）は、光電変換部３に相当する光センナである
。また、Ｃ，、Ｃ２，・・・、ＣＳ（以下、ＣＹＩと記
す）は、電荷蓄積部４に相当する蓄積コンデンサであり
、光センサＳＹＩの光電流を蓄積するものである。さら
に、ＳＴ、、ＳＴ２゜・・・、ＳＴ、（以下、ＳＴＹ　
１と記す）は、蓄積コンデンサＣＹＩの電荷を負荷コン
デンサＣｘ、に転送するための転送用スイッチであり、
Ｓ　Ｒ，、Ｓ　Ｒ２，・・・、ＳＲ，（以下、５ＲＹＩ
と記す）は、蓄積コンデンサＣＹＩの電荷をリセットす
るための放電用スイッチである。なお、転送用スイッチ
ＳＴＹ、１と放電用スイッチ５ＲＹＩとからなる回路は
、第３図のスイッチ部５に相当する。

光センサＳＹＩ、蓄積コンデンサＣＹ１、転送用スイッ
チ５ＴＹＩおよび放電用スイッチＳＲＹ１はそれぞれ一
列アレイ状に配置され、ＮＸＭ個のブロックにブロック
分割されている。アレイ状に設けられた５ＲＹＩのゲー
ト電極はマトリクス配線部１５に接続される。転送用ス
イッチ５ＴＹ１のゲート電極は他のブロックの同率位の
転送用スイッチのゲート電極とそれぞれ共通に接続され
、放電用スイッチ５ＲＹＩのゲート電極は各ブロック内
の次の転送用スイッチのゲート電極Ｃ循環して接続され
る。

マトリクス配線部１５の共通線（ゲート駆動線Ｇ、、Ｇ
、、−−ｅ、Ｇｎ）はゲート駆動部１６によってドライ
ブされる。一方、信号出力は、引出し線１８（信号出力
線り、、Ｄ、、・・・、ＤＮ）から信号処理部１７に接
続される。

第５図は上記ラインセンサの動作を示すタイよングチャ
ート図である。

ゲート駆動線（Ｇ　ｒ　、　Ｇ　２　、・・・、Ｇｎ）
には、ゲート駆動部１６から順次選択パルス（Ｖ（ＩＩ
。

Ｖ　Ｇ　２　＋　　・・・、　ＶＧＮ）が印加される。

まず、ゲート駆動線Ｇ、が選択されると、転送用スイッ
チＳ　Ｔ　ｒがＯＮ状態となり、蓄積コンデンサＣｘｌ
に転送される０次に、ゲート駆動線Ｇ７選択されると、
転送用スイッチＳＴ、がＯＮ状態となり、蓄積コンデン
サＣ２に転送された電荷が負荷コンデンサＣｘｌに転送
され、同時に放電用スイッチＳＲＩにより蓄積コンデン
サＣ１の電荷がリセットされる。以下、同様にして、Ｇ
、、Ｇ４．・・・ＧＮについても順次選択されて読み取
り動作が行われる。なお、図中、ｖＣＩ＋　ＶＣ２＋　
　・・・＋ＶＣＮは蓄積コンデンサＣＹＩの電位の変化
を示す。これらの動作は各ブロックごとに行われ、各ブ
ロックの信号出力Ｖ□＋ＶＸ２．・・・＋　ｖＸＮは信
号処理部１７の入力Ｄ１．Ｄ２．・・・、ＤＭに送られ
、シリアル信号に変換されて出力される。

第６図は、上記ラインセンサの斜視図を示す図である。

図において、１は基板であり、この基板１上には光電変
換部３の出力電荷を蓄積する電荷蓄積部４、電荷蓄積部
の電荷を信号処理ＩＣ２１に転送するための転送用スイ
ッチ１９、電荷蓄積部４にリセットをかけるための放電
用スイッチ２０が、それぞれ形成されている。転送用ス
イッチ１９、放電用スイッチ２０はＮＸＭ個のブロック
に分割されており、転送用スイッチ１９のドレイン電極
はそれぞれに対応する電荷蓄積部４に接続され、ソース
電極は各ブロックごとに１本にまとめられ、不図示の負
荷コンデンサと信号処理ＩＣ２１に接続される。一方、
各ブロックのゲート電極は、各ブロック内の同じ準位の
ゲート電極線が共通につながるように、マトリクス配線
部１５の共通電極はゲートドライブＩＣ２２に接続され
る。

信号処理ＩＣ２１は、スイッチアレイ、シフトレジスタ
、バッファアンプ等で構成され、引き出し線１８に転送
された信号の読み出し、リセッションを行う。また、こ
の信号処理ＩＣ２１には、引き出し線１８の配線長を最
小とするように、基板１の中央付近にはグランドの電位
を持つ不図示のシールドパターンが配置されている。

３４７図は、上記ラインセンサの部分構成平面図を示す
。

同図において、１５はマトリクス配線部、３は光電変換
部、４は電荷蓄積部、１９は転送用スイッチ、２０は電
荷蓄積部４の電荷をリセットする放電用スイッチ、１８
は転送用スイッチ、１８は転送用スイッチの信号出力ｒ
ｃに接続する引出し線、２３は転送用スイッチ１９によ
って転送される電荷を蓄積して読み出すための負荷コン
デンサ、２５は光電変換部裏面からの光を遮断し、セン
サバイアス点を決める制御電極である。

本実施例では、充電変換部３、転送用スイッチ１９およ
び放電用スイッチ２０を構成する光導電性半導体層とし
てａ−Ｓ　１ｘＧｅ、−ｘ　：　Ｈ：　Ｆ＠が用いられ
、絶縁層としてグロー放電による窒化シリコン膜（Ｓｉ
ＮＨ）が用いられている。

なお、第７図においては、煩雑さを避けるために、上下
２層の電極配線のみ示し、上記光導電性半導体層および
絶縁層は図示していない。また、上記光導電性半導体層
および絶縁層は、光電変換部３、電荷蓄積部４、転送用
スイッチ１９および放電用スイッチ２０に形成されてい
る他、上層電極間線と基板との間にも形成されている。

ざらに、上層電極配線と光導電性半導体層との界面には
ｎ＋にドープされたａ−Ｓｔ：Ｈ層が形成され、オーく
ツク接合がとられている。

また、本実施例のラインセンサの配線パターンにおいて
は、各光電変換部から出力される信号経路はすべて他の
配線と交差−ないように配線されており、各信号成分間
のクロストーク並びにゲート電極配線からの誘導ノイズ
等の発生を防いでいる。

第８図は第７図の部分縦断面図であり、（ａ）は第７図
のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図、（Ｃ）は
ｃ−ｃ’断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ′断面図である。

第８図（ａ）は充電変換部３の縦断面図を示し、２４は
転送用スイッチ１９のゲート電極に接続される下層電極
配線、９は絶縁層、１０は光導電性半導体層、１２．１
３は上層電極配線である。入射した光はａ−３ｔ：Ｈに
より形成された光導電性半導体１ｉｉ１０の導電率を変
化させ、くし状に対向する上層電極配線１２．１３間に
流れる電流を変化させる。

第８図（ａ）に示すように、遮光Ｊｔｌｉ２５は下層電
極配線によって形成される。この遮光層２５は通常負の
バイアス電圧が印加され、暗電流が十分小さくなるよう
にｌ１ＩＪ御される。

第８図（ｂ）は電荷蓄積部４の縦断面図を示す。電荷蓄
積部４は、下層電極配線７と、下層電極配線７上に形成
された絶縁層９と、光導電性半導体層１０と、光導電性
半導体層１０上に形成された上層電極配線１３とから構
成される。この電荷蓄積部４の構造はいわゆるＭＩＳコ
ンデンサ（Ｍｅｔａｌ−１ｎｓｕｌａｔｅｒ−５層ｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）と同じ構造である。バイアス条
件は正負いずれでも使用可能であるが、下層電極配線７
を常に−７〜−８層程度の負に深くバイアスする状態で
用いることにより安定な容量と周波数特性とを得ること
ができる。

第８図（Ｃ）は転送用スイッチ１９および放電用スイッ
チ２０の縦断面図を示す図である。転送用スイッチ１９
は、ゲート電極である下層電極配線２４と、ゲート絶縁
層をなす絶縁層９と、光導電性半導体層１０と、ソース
電極である上層電極配線１４とドレイン電極である上層
電極配線１３とにより構成される。放電用スイッチ２０
のゲート絶縁層および光導電性半導体層は前記絶縁層９
および光導電性半導体層１０と同一層であり、ソース電
極は前記上層電極配線１３、ゲート電極は下層電極配線
２７、ドレイン電極は上層電極配線２６である。転送用
スイッチ１９および放電用スイッチ２０は薄膜電界効果
トランジスタ（ＴＰＴ）を構成する。

第８図（ｄ）に示すように、照明窓２８は上層電極配線
１２の中の一部が開口されて形成されている。この照明
窓２８は下層電極配線によって形成されていてもよい。

前述したように、上層電極配線１３，１４゜２６と光導
電半導体層１０との界面には、ａ−Ｓｉ　：Ｈにより形
成されたｎ０層が介在し、オーミック接触を形成してい
る。

なお、通常ＴＰＴの上部はパッシベーション膜（ＳｉＮ
Ｈ％Ｓｉｎ、、シリコン系、有機系樹脂等）が形成され
るが、第８図（Ｃ）においては図示していない。

以上説明したように、本発明によるラインセンサは、光
電変換部、蓄積電荷部、転送用スイッチ、放電用スイッ
チ、マトリクス配線部の各構成部のすべてが光導電性半
導体層と絶縁層の蓄積を有するので、各部を同一プロセ
スにより同時に形成することができる。

第９図は、第６図に示した引き出し線１８の部分平面図
を示す。

同図において、隣接する各ブロックの引き出し線１８の
間にグランドパターン２９を配置している。このグラン
ドパターン２９により、隣接する引き出し線間の容量結
合によるクロストークを回避することができる。引き出
し線１８とグランド〉くターン２９の間に生ずる線間容
量は負荷コンデンサの一部として動作する。各ブロック
の引き出し線の配線長の長さの違いによる容量の違いは
、負荷コンデンサ部２３の面積によってを調整されてい
る。従って、各ブロックの負荷コンデンサの実効容量は
一定である。３０は、引き出し線１８と接続される引き
出し端子である。

なお、本実施例の回路構成では、マトリクス配線をスイ
ッチ部のゲート電極側で行い、各ブロック内の転送用ス
イッチのソース電極は一部にまとめられているが、本発
明の実施態様はこの回路構成に限られるものではなく、
ソース１ｔ８ｉ！側でマトリクス配線を行った構成等の
種々の回路構成に応用することができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、光電流が大きく
、かつ、光応答速度の速い光電変換素子を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の充電変換素子の基本構造となる光電変
換部の模式的構造図、第２図は水素ラジカルＣＶＤ装置
を示す図、第３図は本発明によるラインセンサの一実施
例を示す断面図、第４図はマトリクススイッチアレイを
有するラインセンサの等価回路を示す図、第５図は第４
図に示したラインセンサの動作を示すタイよングチャー
ト図、第６図は第４図に示したラインセンサの斜視図、
第７図は第４図に示したラインセンサの部分構成平面図
、第８図は第７図の部分縦断面図、第９図は第６図に示
した引き出し線１８の部分平面図、第１０図は本発明に
よる光電変換素子における制御電極電圧Ｖ。と光電流・
暗電流との関係の一例を示す図、第１１図は電子の局在
準位への捕獲・放出過程と光応答速度との関係を説明す
るための図、第１２図はホールの局在準位への捕獲・放
出過程と光応答速度との関係を説明するための図、第１
３図は本発明における■。とＴ　ｏｎおよびＴ　Ｏｆｔ
との関係を示す図、′ｓ１４図は従来の光導電型センサ
の概略的構成を示す図、′ｓ１５図は改良型の光導電型
フォトセンサの概略構成図、第１６図は第１５図に示し
た改良型の光導電型フォトセンサのＶ。と光電流ＩＰと
の関係を示す図、第１７図は第１５図に示した改良型の
光導電型フォトセンサのＶ。と光量依存の直線性γとの
関係を示す図、第１８図は第１５図に示した改良型の光
導電型フォトセンサの■。と光応答速度との関係を示す
図である。１・・・基板、２・・・配線部、３・・・光電変換部、
４・・・電荷蓄積部、５・・・スイッチ部、６・・・下
層電極配線、７・・・下層電極配線、８・・・下層電極
配線、９・・・絶縁層、１０・・・光導電性半導体層、
１２゜１２°、１３．１４・・・上層を極配線、１８・
・・引き出し線、１９・・・転送用スイッチ、２０・・
・放電用スイッチ、２１・・・信号処理ＩＣ，２２・・
・ゲートドライブ、２５・・・制御電極、２８・・・照
明窓、３１・・・絶縁性基板、３２・・・ゲート電極（
第３電極）、３３・・・電気的絶縁層、３４・・・光導
電性半導体層、３５ａ、３５ｂ・・・オーミック接触層
、３６ａ・・・第１電極、３６ｂ・・・第２電極、４１
・・・絶縁性基板、４２・・・光導電性半導体層、４３
．４３’・・・オー主ツタコンタクト用のドーピング半
導体層、４４゜４４′・・・電極、４５・・・ゲート電
極、４６・・・絶縁物、４７・・・直流電源、１０１・
・・チャンバー０３・・・基板、！Ｏ４・・・ヒーター６・・・石英反応管、１０９゜０・・・ガス導入管。Ｇ３ＶＸＩ第図第６図５Ｏ第図０第１０図ＶＧ（Ｖ）第１２ τｏｆｆ　：■ 第１３図（ａ）第１３図（ｂ）第１４図第」５５第１８図ＶＧ　（Ｖ）Ｏ芋〇区駁ト銖沖

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁層と、該絶縁層に接して設けられた光導電性
半導体層と、該光導電性半導体層に接して設けられた第
１電極および第２電極と、前記絶縁層に接して設けられ
た第３電極とを少なくとも有する光電変換部を具備する
光電変換素子であって、該光導電性半導体層が、光学的
バンドギャップが連続的に変化するように半導体層を形
成したことを特徴とする光電変換素子。
（２）光学的バンドギャップが、絶縁層側で狭く、第１
電極および第２電極側で広いことを特徴とする請求項第
１項に記載の光電変換素子。