JPH0323681A - 光電変換素子及びその製造方法 - 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とその製造方法の改良に関する． （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成る透明導電膜１２を形成
し、この透明導電１１ｉ１２上に例えばプラズマＣＶＤ
法によって第１のｎ１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ｎ１型アモルファスシリコン層（又はｐ１
型アモルファスシリコン層〉１５上にニッケル等からな
る電′ｌ！ｉ！１６を真空蒸着法又はスパッタリング法
によって形成した光電変換素子があった．上記第１及び
第２のれ＋型アモルファスシリコン層《又はｐ９型アモ
ルファスシリコン層）１３．１５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１！Ｉ１２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５９−２２９８８２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層１３上に、基板１１を１５０〜
４００℃に加熱しながら真性アモルファスシリコン層１
４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ｌ４を堆積する際に第１のｎ＋型アモ
ルファスシリコン７１１３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ン
層ｌ４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ｌ３との界面近傍力１ら真性ア
モルファスシリコンＭ１４の中央部にかけて発生し、こ
のオートド−７によって明電流と暗電流の差が小さくな
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５
５０ｎｍ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
ＮＩＭ４著になる．このオートド−１を防止するために
、第５図に示すように、透明導ｔ膜ｌ２上に真性アモル
ファスシリコン層ｌ４”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Ｍｌ２上に真性アモルファスシリコン層１４゜を直接
形成すると透明導電膜ｌ２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ｌ
２を構成する酸化１１４　（　Ｓ　ｎ　Ｏ　ｚ　）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
れぞれプ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１を
超えることができない．このため明／暗比は大きいもの
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、及び透明導電膜と真性アモルファスシ
リコン層とのブ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及びその製造方法を提供するこ
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、リン元素を含有する
透明導電膜、真性アモルファスシリコン層、及び前記真
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． また、絶縁基板上に透明導電膜、真性アモルファスシリ
コン層、及び電極を順次形處する光電変換素子の製造方
法において、曹記透明導＠股上に真性アモルファスシリ
コン層を形成する前に、前記透明導電膜表面をフォスフ
ィン（ＰＨ３）と水素（Ｈ２）の混合ガスでプラズマ処
理することを特徴とする光電変換素子の製造方法が提供
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、１は透光性基板、２は透明導電膜、３は
真性アモルファスシリコン層、４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ｔ膜２は、酸化９４（Ｓｎ０２）　、酸化イ
ンジュム錫（ＩＴＯ）等から成り、厚み３００〜１００
０人程度に形成される．この透明導電膜２の表面近傍２
ａには、リン元素をｌｐｐｍ〜１％含有させてある．し
たがって、真性アモルファスシリコン層３とオーミツク
コンタクトを形成することができる． 前記真性アモルファスシリコン層３は、０．５〜１μｍ
程度の厚みに形成される． 前記電極４は、マグネシウム若しくはマグネシウム化合
物層４ａとニッケル若しくはアルミニウムｊｌｉ４ｂ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４ａは、真性アモルファスシリコン層３とオー
ミックコンタクトを形成する作用を為す．即ち、シリコ
ン（Ｓｔ）とマグネシウム（Ｍｇ）は、仕事関数差が小
さいことから良好なオーミックコンタクトを形成するこ
とができる．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．また、金属層４のう
ちニッケル若しくはアルミニウム層４ｂは、マグネシウ
ム若しくはマグネシウム化合物層４ａ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４ａ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層４ｂ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
４ａ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４ｂの厚みは３０００人程度に形成され
る． 上述のように構成した光電変化素子は、例えば透明導電
１１２と金属電極４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３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上に透明導電Ｉｇｌ２を従来周知の
スッパタリング法等で厚み３００〜ｉｏｏｏ人程度に形
成する． 次に、透明導電膜２の表面をプラズマ処理する．即ち、
透明導電［２が被着形成された基板１をプラズマ処理炉
に搬入して炉の内圧を０．５〜３Ｔｏｒｒまで減圧する
と共に、濃度１ｐｐｍ＝１％の７オスフィン（ＰＨｓ）
と水素《Ｈ２》との混合ガスを炉内に導入して基板１を
１５０〜２５０℃に維持してＲＦ出力０．０５〜Ｑ．５
Ｗ／／で３０秒〜３分間プラズマ処理を施す．したがっ
て、透明導電膜２の表面近傍２ａにリン元素が導入され
る． 次に、透明導電［Ｉ２上に真性アモルファスシリコン層
３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〜
１μｍ程度に形成する．この場合、真性アモルファスシ
リコン層３側にごく薄いｎ＋ドーピング層が形成される
．このドーピング層は、従来例のオートドープよりも浅
く、電気特性に影響を与えることはない． 最後に、真性アモルファスシリコン層３上にマグネシウ
ム若しくはマグネシウム化合物層４ａとニッケル若しく
はアルミニウム層４ｂとを従来周知の真空蒸着法、スパ
ッタリング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酸化錫から成る透明導電
膜をスッパタリング法で厚み５００人に形成してプラズ
マ処理炉に搬入し、炉の内圧を２Ｔｏｒｒに減圧すると
共に、濃度１０００ｐｐｍのフォスフイン（ＰＨ３）と
水素（Ｈ２》との混合ガスを炉内に導入して基板１を２
００℃に加熱しながらＲＦ出力０．１Ｗ／ａ／で２分間
プラズマ処理し、次いで透明導電股上に真性アモルファ
スシリコン層をプラズマＣＶＤ法で厚み０．８μｍ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１
０００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
子を作成し、基板ｌ側から波長５４９ｎｍ光度１０Ｌｘ
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入の透明導電膜、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人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ｎ＋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、本発明品では、
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、従来品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ｌ桁ｔ流が小さくなり、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、リン元素を含有する透明導電膜、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積層したことから、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． また、本発明に係る光電変換素子の製造方法によれば、
透明導電膜上に真性アモルファスシリコン層を形成する
首に、前記透明導電膜表面をフォスフィン（ＰＨ３）と
水素（Ｈ２）の混合ガスでプラズマ処理することから、
簡単な工程で透明導電膜と真性アモルファスシリコン層
とをオーミック接合させることができ、明暗比と光電流
の大き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図は本発明に係る光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ｉ遺を示す断面図、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、透明導電展 ３、真性アモルファスシリコン層 ４、電極 ４ａ、マグネシウム若しくはマグネシウム化合物層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性基板上に、リン元素を含有する透明導電膜
   と真性アモルファスシリコン層とを順次積層し、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。
2. （２）透光性基板上に透明導電膜、真性アモルファスシ
   リコン層、及び電極を順次形成する光電変換素子の製造
   方法において、前記透明導電膜上に真性アモルファスシ
   リコン層を形成する前に、前記透明導電膜表面をフォス
   フィン（ＰＨ＿３）と水素（Ｈ＿２）の混合ガスでプラ
   ズマ処理することを特徴とする光電変換素子の製造方法
   。