JPH0323679A - 光電変換素子 - 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） 本発明は光電変換素子の改良に関する．《従来の技術及
びその問題点》） 従来、アモルファスシリコン層を用いた光電変換素子は
、第４図に示すように、ガラス等の透光部材から成る基
板１１上に金属酸化物等から戒る透明導電膜１２を形成
し、この透明導電膜１２上に例えばプラズマＣＶＤ法に
よって第１のｎ＋型アモルファスシリコン層（又はｐ＋
型アモルファスシリコン層）１３、真性《ｉ型》アモル
ファスシリコン層１４、及び第２のｎ”型アモルファス
シリコン層（又はｐ＋型アモルファスシリコン層〉１５
から成る３層のアモルファスシリコン層を順次形成して
、第２のｎ＋型アモルファスシリコン層（又はｐ４″型
アモルファスシリコンＭ）１５上にニッケル等からなる
電極１６を真空蒸着法又はスパッタリング法によって形
戒した光電変換素子があった．上記第１及び第２のｎ＋
型アモルファスシリコン層（又はｐ＋型アモルファスシ
リコン層）１３、ｌ５は、オーミック層として作用する
ものである．また、この光電変換素子は，透明導電膜１
２と電極１６との間に例えばバイアス電圧を印加して明
電流又は暗電流を検出することにより例えばファクシミ
リ用のラインセンサ等として用いるものである（例えば
特開昭５６−１３５９８０号公報及び特開昭５９−２２
９８８２号公報参照）． ところが、この従来の光電変換素子では、第１のｎ＋型
アモルファスシリコンＪｆｆｌｌＢ上に、基板１１を１
５０〜４００℃に加熱しながら真性アモルファスシリコ
ン層１４をプラズマＣＶＤ法により堆積するため、真性
アモルファスシリコン層１４を堆積する際に第１のｎ＋
型アモルファスシリコン層１３内の不純物であるリン（
Ｐ）がプラズマダメージによって真性アモルファスシリ
コジ層１４中に混入（オートドープ）してしまう．，こ
のオートドープは、真性アモルファスシリコン層１４と
ｎ＋型アモルファスシリコン層１３との界面近傍から真
性アモルファスシリコン層ｌ４の中央部にかけて発生し
、このオートドープによって明電流と暗電流の差が著し
く小さくなり、また素子ごとの特性にバラツキを生じ、
その結果光センサ素子とし．て使用する場合に明暗状態
を正確に検出すことができないという問題があった．特
に、ファクシミリ用のラインセンサ等に使用する場合、
光源波長が５５０ｎｍ近傍であり、アモルファスシリコ
ン層の比較的浅いところで吸収されるため、オートドー
プの影響は一層顕著になる．このオートドープを防止す
るために、第５図に示すように、透明導電膜１２上に真
性アモルファスシリコン層１４゜を直接形成して、この
真性アモルファスシリコン層１４′上にｎ“型アモルフ
ァスシリコン層１５゜とニッケル等から成る電極１６を
順次形成した光電変換素子も提案されている．ところが
、透明導電１［１２上に真性アモルファスシリコン層１
４゜を直接形成すると透明導電膜１２と真性アモルファ
スシリコン層１４゜との間にショットキー障壁が形成さ
れ、整流性を持つダイオードになってしまう．即ち、透
明導電膜ｌ２を構成する酸化錫（ＳｎＯａ）が電子、ｎ
＋型アモルファスシリコン層がホールに対してそれぞれ
ブロッキングコンタクトになるため、電極からの２次キ
ャリアの注入がおこなわれなくなり、利得はｌを超える
ことができない．このため明／ＩＩ比は大きいものの、
大きな光電流が取れなくなるという問題を誘発する． （発明の目的） 本発明は、上述のような真性アモルファスシリコン層へ
のオートドープ、及び透明導ａｍと真性アモルファスシ
リコン層とのプロッキングコンタクトを解消し、明暗比
が大きく、しかも大きな光電流を得ることができる特性
の安定した光電変換素子を提供することを目的とするも
のである．（発明の構成） 本発明によれば、透光性基板上に、マグネシウムシリサ
イド層、真性微結晶シリコン層、及び真性アモルファス
シリコン層を順次積層し、該真性アモルファスシリコン
層上に、この真性アモルファスシリコン層との接合部が
マグネシウム若しくはマグネシウム化合物から成る電極
を順次積層して成る光電変換素子が提供される． （実施例） 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する． 第１図は、本発明に係る光電変換素子の一実施例を示す
断面図であり、ｌは透光性基板、２は透明導電膜、３は
マグネシウムシリサイド層、４は真性微結晶シリコン層
、５は真性アモルファスシリコン層、６は電極である． 前記透光性基板１は、ナトリウムイオンをほとんど含ま
ないガラス、石英、透光性セラミックス等から成る． 前記透明導電１１２は、酸化錫（ＳｎＯ２），酸化イン
ジェム錫（ＩＴＯ）等から成り，厚み３００〜１０００
人程度に形成されている．なお、この透明導電１Ｋ２は
、必ずしも必要ではない．即ち、後述するマグネシウム
シリサイド層３を透明導電膜として利用してもよい． 前記透明導電１１２上には、マグネシウムシリサイド（
Ｍｇ２Ｓｉ）層３が形成されている．このマグネシウム
シリサイド層３は，オーミック層として作用する．即ち
、マグネシウムはシリコンとの仕事関数差が小さいこと
からオーミックコンタクトを形成することができる．こ
のマグネシウムシリサイド層３は、基板１側から照射さ
れる光を透過できるように厚みが１００λ以下に形成さ
れる． 前記マグネシウムシリサイド層３上には、真性微結晶シ
リコン層４が厚み８０〜２００λ程度形成されている．
なお、真性微結晶シリコン層４は、σｐ／σｄの比が小
さく、光電変換に寄与しないため、１００人以下としな
ければならない．前記真性アモルファスシリコン層４は
、０．５〜２μｍ程度の厚みに形成される． このようにして得られるマグネシウムシリサイド層と真
性微結晶シリコン層４との接合部は、真性微結晶シリコ
ン層４が弱いｎ型であるため、良好なオーミック特性を
示す． 前記電極６は、マグネシウム若しくはマグネシウム化合
物層６ａとニッケル若しくはアルミニウム層６ｂとで構
成される．このマグネシウム若しくはマグネシウム化合
物層６ａも、真性アモルファスシリコン層５とオーミッ
クコンタクトを形成する作用を為す．また、電極６のう
ちニッケル若しくはアルミニウム層６ｂは、マグネシウ
ム若しくはマグネシウム化合物層６ａの保護コート層と
して作用するものであり、マグネシウム若しくはマグネ
シウム化合物層６ａの腐食が問題にならなければ、ニッ
ケル若しくはアルミニウムＪｆｆｌ６ｂは必ずしも必要
ではない．なお、マグネシウム若しくはマグネシウム化
合物層６ａの厚みは１０００人程度に、またニッケル若
しくはアルミニウム層６の厚みは３０００λ程度に形成
される．マグネシウム化合物には、マグネシウムシリサ
イド（Ｍｇ２Ｓｉ）等がある． 上述のように構成した光電変換素子は、例えば透明導電
Ｍ２と電極６との間にバイアス電圧を印加して明電流又
は暗電流を検出する光センサやファクシミリ等の画像入
力部に用いられる．明電流を検出する場合は、光は透光
性基板１側から真性アモルファスシリコン層５に照射す
る． 次に、本発明に係る光電変換素子の製造方法を説明する
． まず、透光性基板１上にマグネシウムシリサイド層３を
真空蒸着法等により形成する．マグネシウムシリサイド
層は、０．１〜１０％のｎ＋型アモルファスシリコン層
をプラズマＣＶＤ法等で予め形成して基板１を１００〜
２００’Ｃに加熱しながら真空蒸着法等でマグネシウム
を１０００〜ｌｏｏｏｏ人堆積した後、１〜１０％のＨ
ＮＯ，中に浸漬して余分なマグネシウムをエッチング除
去することにより形成する． 次に、マグネシウムシリサイド層３上に真性微結晶シリ
コン層４を形威する．真性微結晶シリコン層４は、透光
性基板１を１２０〜２４０℃に加熱してプラズマ反応炉
内を０．１〜０．３７ｏｒｒに減圧してシランと水素の
混合ガス（ＳｉＨ４／Ｈ２＝０−２〜０．４％）をＲＦ
パワ一０．５〜１．５Ｗ／ｔｉでグロー放電分解するこ
とにより８０〜２００λ程度の厚みに形成する．次に、
真性微結晶シリコン層４上に、真性アモルファスシリコ
ン層５をシラン、ジシラン等の半導体膜形成用ガスから
従来周知のプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等で厚み０．
５〜２μｍ程度に形成する．この場合、真性アモルファ
スシリコン層５の下地層が真性微結晶シリコン層４であ
ることから、真性アモルファスシリコン層５にオートド
−１が生じることはない． 最後に、真性アモルファスシリコン層５上にマグネシウ
ム若しくはマグネシウム化合物Ｊ！ｆ６ａとニッケル若
しくはアルミニウム層６ｂとを従来周知の真空蒸着法、
スパッタリング法、或いはプラズマＣＶＤ法などにより
形成して完成する．（実験例） ガラスからなる透光性基板上にプラズマＣＶＤ法で５％
のｎ＋型アモルファスシリコン層を厚み１００人に形成
して真空蒸着法でマグネシウムを厚み５０００人堆積し
た後、５％のＨＮＯ，溶液中に浸漬にして厚みが１００
人になるまで余分なマグネシウムをエッチングすること
によりマグネシウムシリサイドを形成し、次にプラズマ
処理炉に搬入して０．３７ｏｒ・ｒまで減圧し、基板温
度を１８０℃に加熱して０．３％ｆ）　Ｓ　ｉ　Ｈ　ａ
　／　Ｈ　２ガスをＲＦパワーＩ　Ｗ／（！／でグロー
放電分解してマグネシウムシリサイド層上に真性微結晶
シリコン層を厚み１００人に形威し、次に真性アモルフ
ァスシリコン層をプラズマＣＶＤ法で厚み３０００人に
形成し、最後に真性アモルファスシリコン層上に厚みが
１０００人のマグネシウム層と厚みが３０００人のニッ
ケル層とをそれぞれ真空蒸着法により形成して光電変換
素子を作威し、基板１側から波長５４９ｎｍ光度１０Ｌ
ｘの光を照射した場合の電流一電圧特性（第２図におけ
る１０Ｌｘ）と光を照射しない場合の電流一電圧特性《
第２図におけるｄａｒｋ）を調べた．その結果を第２図
に示す． なお、透光性基板上に、厚さ８００人の透明導電展、不
純物濃度が１％で厚みが１００人のｎ＋型アモルファス
シリコン層、厚みが３０００大の真性アモルファスシリ
コン層，不純物濃度が１％で厚みが５００人のｎ１型ア
モルファスシリコン層、及び厚みが３０００人のニッケ
ル電極を順次形成した従来の光電変換素子の電流一電圧
特性を第３図に示す．照射した光の条件は本発明品と同
一である． 第２図及び第３図から明らかなように、本発明晶では、
光照射時の電流一電圧特性と光を照射しないｄａｒｋ時
の電流一電圧特性とが、従来晶に比較して差が大きく良
好な明暗比が得られている．また、第２図及び第３図か
ら明らかなように、ｄａｒｋ時の高電圧側で本発明品で
は従来品に比べて電流が１桁小さく、かつ従来品とあま
り遜色，のない大きな光電流を得ることができ、良好な
明暗比が得られる． （発明の効果） 以上のように、本発明に係る光電変換素子によれば、透
光性基板上に、マグネシウムシリサイド層、真性微結晶
シリコン層、真性アモルファスシリコン層、及び真性ア
モルファスシリコン層との接合部がマグネシウム若しく
はマグネシウム化合物から成る電極を順次形成したこと
から、明暗比と光電流が大きく、しかも特性の安定した
光電変換素子を得るこ、とができ、ファクシミリ用のラ
インセンサ等に好適な光電変換素子を得ることができる
．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る充電変換素子の一実施例を示す断
面図、第２図は同じく電流一電圧特性を示す図、第３図
は従来の光電変換素子の電流一電圧特性を示す図、第４
図は従来の光電変換素子の＄３１ｌ１を示す断面図，第
５図は従来の他の光電変換素子の構造を示す断面図であ
る． １、透光性基板 ２、透明導電膜 ３、マグネシウムシリサイド層 ４、真性微結晶シリコン層 ５，真性アモルファスシリコン層 ６、電極 ６ａ、マグネシウム著しくばマグネシウム化合物層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透光性基板上に、マグネシウムシリサイド層、真性微結
   晶シリコン層、及び真性アモルファスシリコン層を順次
   積層し、該真性アモルファスシリコン層上に、この真性
   アモルファスシリコン層との接合部がマグネシウム若し
   くはマグネシウム化合物から成る電極を取着して成る光
   電変換素子。