JPH03502148A - 低ノイズ光検出及びそのための光検出器 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 低ノイズ光検出及びそのだめの光検出器技術分野 本発明は光検出器に関し、更に詳細には、電磁スペクトルの紫外線領域における 光を検出するための結晶性シリコン光検出器に関する。

技術的背景 電磁スペクトルの可視線領域及び赤外線近傍領域における光を検出するためには 、結晶性シリコン光検出器が広く使用されてきた。結晶性光検出器は、特殊構造 にしなければ、一般に、電磁スペクトルの紫外線（ＬＩＶ）ＳＪｒ域に良く応答 しない。

電磁スペクトルの紫外線又は紫外線近傍波長領域において！磁放射を行なう短パ ルスレーザ−の発達と共に、紫外線検出器の重要度も高まりつ＼ある。

結晶性シリコン紫外線検出器は、一般に、反対にドーピングされた。即ちそれぞ れＰタイプとｎタイプにドーピングされた層の間にサンドインチ様に狭まれた固 有な、即ち、効果的にドーピングされていない領域を備える。検出しようとする 光は、ドーピングされた領域のうちの一方の領域を貫いて侵入し、固有領域に到 達する吸収されない光の一部分は電荷担体を発生し、これ等の電荷担体が収集さ れて、紫外線の存在を表示するために使用される。

この種結晶性検出器のレスポンスと効率は、固有領域に到達するために光が通過 しなければならないドーピングされた°前部”領域において吸収される光の量に よって制限される。

性能を良くするために必要なドーピングレベルを達成するためには、前記のドー ピングされた“前部“領域の厚さを数百ナノメータ（ｎｍ）にしなければならな いが、この程度の厚さの結晶性前部領域は多量の紫外線を吸収するので、結晶性 ンリコン検出器の量子効率は制限される。更に、結晶性シリコン検出器は、紫外 線に露光すると幾分不安定となる。

結晶性シリコン光検出器は、暗流、即ち、ダイオードに逆バイアス電圧が印加さ れ、そのダイオードに照明光線が当らない状態で流れる電流を生ずるので、多く の用途に適用できない。一般に、暗流が大きいことは、比較的にノイズレベルが 高いことを意味する。ノイズレベルが増加すると、光検出器の感度は必然的に低 下する。

結晶性シリコン光検出器の紫外スペクトルレスポンスが低く、結晶性シリコン紫 外線検出器の量子効率制限を克服するために、紫９＋線検出器によってはシリコ ン以外の材料が使用される。例えば、砒化ガリウム燐を使用するショットキーバ リヤ光検出器は市販されており、ＵＶ検出器として時々使用される。ショットキ ーバリヤ光検出器は暗流が小さく紫外線安定度が良好である。しかし、そのため には、紫外線感度をぎせいにしなければならず、更に、紫外線用として代替材料 を使用した光起電検出器；よ、使用材料のために高価である。

別の紫外線検出器もある。この技術分野における現状については、２４応用光学 ４５３０−４５４６　（１９８６年１２１１）にＷｉｌｓｏｎと１、）・ａｌｌ 　によって発表された２論文に要約して記述されている。現状では、低コスト、 長期安定及び高効率の検出器は情無である。

以」二の理由から、長期にわたって安定性を維持できる低コスト、高効率、ソリ ッドステートの光起電検出器を提供することは有益である。更に、紫外線から赤 外線ま？：電磁スペクトルの任意の領域で使用可能であり、感度を最高度にする ために低ノイズ特性をもった光検出器及び光検出方法が必要である。更に、光検 出器及び光検出方法は、従来の光検出器では暗流で大き過ぎて使用できないよう な高温でも使用できることが好ましい。

発明の開示 本発明において、比較的弱い光信号を検出するための低ノイズ、ソリッドステー ト、光起ｆｔ検出器には、無定形シリコン製本体を使用する。ＩＩ全全体反対側 に配置された電気接触部は、光が投射する側に、例えば酸化錫又は錫でドーピン グした酸化インジウムのような導電性酸化物の薄く透明であって導電性をもち、 光を伝達する膜を備える。量子効率を最大にするために、酸化物膜は約５０ｎｍ よりも厚くてはならず、厚さは約１５から３０ｎｍ程度が最も好ましい。酸化物 膜は第１の接触部を形成する。

成る実施例では、無定形シリコン本体は、ｐ　−ｉ−ｎ構造である。この場合の シリコン本体は、投射光の方向に直角に、第１の接触部上に直列配置された３種 類の層を備え、そのうちの外側の２個の層は、それぞれｎタイプ及びＰタイプに ドーピングされ、中央の層は実質的に固有の導電タイプである。第２の接触部は 、第１の接触部と反対の位置にシリコン本体上に配置される。この実施例では、 酸化物膜に隣接するドーピングした無定形シリコン領域の厚さは僅かに数拾ナノ メータであり、ドーピングした前部領域では、紫外線は殆ど失われない。結果と じて、検出器の効率が改良され、例えば砒化ガリウム燐のような新型材料を使用 した場合よりも優れた効率が得られる。ドーピングした前部層は、でき得れば、 ドーピングした微結晶性の無定形シリコンであることが好ましい。

光検出器として使用する際にと、第１及び第２の接触部を介してダイオードの両 端に逆バ・イアスミ圧をかけ、ダイオードを流れる電流の変化を測定する。ダイ オードの暗流を基準とした電流の変化は、放射光の存在及びその強度を表わす。

本発明にかへるｐ−ｔ−ｎ光起電検出器は、後部接触部として導電性酸化錫膜で お−われたガラス基板上に配置するか、又は、後部接触部を形成する例えば金属 、ステンレス鋼のような金属合金又はシリコンのような導電性基板上に直接配置 しても差支えない。慨定形シリコンは比較的強く紫外線を吸収するので、光吸収 性真性領域の厚さは約２５０ｎｍ以上である必要はないが、更に厚くても差支え ない。

本発明のカプセル収納した実施例はヘッダ又は他の支持物を備え、その上にｐ− １−ｎ無定形シリコン光起電検出器が配置されるやへノダは背部電気接触部を提 供し、酸化物膜は前部電気接触部を提供する。この実施例は、石英基板上に酸化 物膜を析出配置し、カプセルに収納するためにヘッダに検出器を取付けることに よって作製される。

本発明の更に別の実施例においては、無定形シリコン本体として、反対のタイプ の導電性をもつ結晶性シリコン層の上にドーピングＵ７た膜を配置して用いる。

無定形シリコン膜は結晶性シリコンよりも紫外線吸収度が小さいので、完全な結 晶性検出器よりも感度の点で優れている。

本発明においては、前部酸化物層が著しく薄いので、酸化物の抵抗率が比較的小 さいことが重要である。更に、酸化物膜の一部に、導電率の高い金属製電流収集 層を析出配置することが望ましい。酸化物膜の光学的伝達特性は、例えば二酸化 シリコン、窒化シリコン、フン化マグネシウム又はフッ化カルシウムのような透 明材料の膜を析出配置することによって変えることができる。

光があたるシリコン本体の第１の層は、実質的な真性な層に光を良く伝達するた めに微結晶性であっても差支えない０代りに、シリコン本体は、全体が無定形シ リコンであっても差支えない。

シリコン本体の層の厚さ及び第１の接触部の層の厚さは、特定のスペクトル領域 における光検出器の感度を改良するように調節しても差支えない。光検出器は、 検出器と同じ設置用本体上に配置した増幅器に接続することにより、増幅器と光 検出器の間の連絡接続部の長さを短縮し、ノイズを軽減すると共に検出器と増幅 器を類似温度に保持することができる。

本発明にか＼る光検出器及び光検出方法は、室温において、結晶性シリコン光検 出器よりもノイズが低く、ノイズレベルは、砒化ガリウム燐光検出器に匹敵する 。光検出器の温度が上昇すると、この新規な装置及び方法のノイズは、周知の光 検出器の場合よりも低くなる。

凹面の簡すな説明 第１図は、本発明にか＼る紫外線応答装置の断面図である。

第２図は、本発明にか＼る紫外線応答装置の別の実施例の断面図である。

第３図は、本発明にか＼る紫外線応答装置の更に別の実施例の断面図である。

第４図は、本発明にか＼る幾つかの装置を含む種々の紫外線応答装置の波長の関 数として量子効率を示すグラフである。

第５図は、本発明にか＼す、比較的厚い光吸収層をもつ装置及び、基準紫外線応 答装置の、太陽光線に露光する前後における、量子効率のグラフである。

第６図は、本発明にか＼す、光吸収層をもつ装置及び基準紫外線応答装置の波長 の関数として、太陽光線及び紫外線に露光する前後における、量子効率を表わす グラフである。

第７図は、本発明にか〜る光検出器の別の実施例の断面簡略図である。

第８図は、本発明にか＼る光検出器を含む多数の光検出器に関して、暗流密度と 電圧の関係を示すグラフ。

第９Ｍは、本発明にか〜る光検出器の逆バイアス電圧ｔＡ電流特性を温度の関数 として示す。

第１０図は、本発明にか＼る光検出器の電流対温度の逆数特性を温度の関数とし て示すグラフ。

第１１図は、新規及び周知の光検出器のノイズ特性比較に用いた回路の略図であ る。

第１２Ａ１ｍ及び第１２Ｂ図は、種々の周波数帯域幅に関し、新規及び周知の検 出器の算定ノイズ電流を温度の関数として示すグラフ。

本発明を実施する景良の方法 新規な光起電装置の構成を示す３実施例を第１図、第２図及び第３図に示す。こ れ等の装置はそれぞれ光起電的である。即ち、各装置は、電磁放射線、特にスペ クトルの紫外線部分の投射に応答して電流及び電圧又はそのいずれかを発生する １本発明にか−る紫外線応答装置は、他の光起電装置と同様に、外部電圧を印加 しても、或は印加しなくても作動させることができる。外部電圧を供給する場合 には、紫外放射線の投射は、開回路電圧の発生又は閉回路電流によって表示され る。外部電圧を供給しない場合には、電流収集を強化するために、装置の電気接 点を介して外部電圧を印加する。外部電圧を印加すると装置内に電界を生じ、紫 外放射線に応答して装置内に発生する電荷担体の収集を援助する。

こ＼で用いる紫外放射線は、肉眼に見えない短い波長の光であり、スペクトル波 長レンジでは約２００ｒｖから４００ｎｉ＋に相当する。

第１ｍに示す紫外線応答装置１０は、装置と外部との電気接触部として電気端子 １１及び１２を備える。端子１１は後部接触部と称する電導性をもつ層１３に接 続される。後部接触部は、を磁エネルギの投射方向に対して装置の最も奥の部分 に配置される。

層１３は、膜状又は厚ぼったい′Ｗｉ導材料である。例えば、接点１３は、機械 的支持物としての電気絶縁性基板１４上に配置された酸化錫の薄い層である０例 えば、基板１４はガラスであっても差支えない。基板１４は、金属立方体であっ ても差支えなく、層Ｘ３は、基板１４と無定形シリコン物体２０との間のオーム 抵抗性接触部及び／又は機械的接着部を形成する金属合金、接着剤又は他の材料 であっても差支えない。上記の代りに、第２図に示すように、接触部Ｉ３は、不 定形シリコン本体２０と直接々触する、金属、例えばステンレス鋼のような金属 合金、又は、結晶性又は多結晶性シリコンであっても差支えない。

一定形シリコン本体２０は、本質的な領域２３をサンドインチ状にはさむ２個の 互に逆ドープした領域２１及び２２で構成される。本体２０は、接触部分１３の 上に配置される。領域２２．２３及び２１は直列配置されているので、投射光は 、これ等の領域をこの順序で通過する。説明し易くするために、第１図（第２図 及び第３図も）の縮尺は実際とは異る。一般に、ドープした領域２１及び２２は 、ＬＯｎｍ［変に極めて薄い、これ等の領域の一方は、不純物を混入してＰタイ プの電導性をもたせ、他の一方にはｎタイプの電導性をもたせる。領域２３は、 不純物を含まないか又は成る程度の補償不純物を含み、比較的抵抗が高く、電導 特性は弱いｎタイプ又はＰタイプであるが、本質的にはいずれのタイプでもない ことが好ましい。

技術的に既知であるように、こ−に記述する無定形シリコンは充分な濃度の水素 及び／又は他の懸垂結合成端元素を含むので、その電子特性は、新規な紫外線検 出器用に使用できる。即ち、無定形シリコンは、太陽光起電用として必要なタイ プと特性を備える。こ〜で用いる無定形シリコンという用語には、長期にわたっ て原子秩序を保持することのない従来の無定形材料だけでなく、周囲の無秩序マ トリックス内に微小結晶を含む微結晶性材料も含まれる。微結晶性シリコンの製 法は周知されており、例えば、非結晶性固体３１ｆｆ　（１９８４）の６６Ｊに νａｎｉｅｒと協力者によって記述されている。

無定形ｐ−１−ｎ光起電構成では、通常、投射光は、実質的に吸収されることな く、こ＼では領域２２に相当する前部領域を通過し、領域２３において電荷担体 を発生する。この種構成に固有の特性として生ずる組込み電界により、或は、端 子１１と１２を介して印加した外部電圧によって組込み電界を強化することによ り、これ等の電荷担体は領域２３から他の領域に引寄せられる。

これ等光発生担体は、領域２１と２２に収集され、端子１１と１２に電圧が生じ 、或は、これ等の端子にｆｌ流が流れる。一般に、領域２３は、領域２１及び２ ２よりも可成り厚くする。理由は、光吸収及び電荷発生はそれ等の大部分が領域 ２３で生ずる。領域２３の厚さは２５０１程度が好ましいが、これよりも厚いか 或は薄くても差支えない。

微結晶性シリコンの光透過率は良好であり、即ち、吸収率が小さく、全体的に無 秩序なシリコンよりもドーピングが容易である。

従って、本発明の実施例によっては、前部領域又は窓領域に相当する領域２２は 微結晶性シリコンであることが好ましい。窓領域にＰタイプ又はｎタイプのいず れでも差支えなく、ｐ十又はｎ＋と表示される程強くドーピングすることができ る。更に、窓領域エネルギバンド間跡を大きくするために、窓領域に炭素又は窒 素を添加することもできる。これ等の添加元素は、完全化学量論比率を達成する 必要無しにｐ十無定形炭化ケイ素又はｎ十無定形窒化ケイ素を形成するために使 用すると有利である。エネルギハンドの間隙が増大すると、窓領域の光吸収率が 低下する。

電導性光透過性材料の薄膜２４は、前部接触部として、層１３と反対の位置に本 体２０上に配置される。１１２４は、本体２゜の領域２２に隣接々触して配置さ れる。この膜２４は、光の投射方向に対して装置の上部に配置されるので前部接 触部と称する。

膜２４は、装置の感動を低下させないために紫外線の吸収をできるだけ少くし、 装置の端子１２用電気接触部として使用される。

薄膜２４用材料としては、光透過電導性酸化物が適当である。

好ましい酸化物は、金属、できれば錫でドープした酸化インジウム及び酸化錫で ある。酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の抵抗率は酸化錫の抵抗率よりも低くするこ とができるので、無定形シリコン本体を配置した後で酸化膜を配置する場合には 酸化インジウム錫が好ましい。た−゛し、前部接触部に無定形シリコン本体を析 出配置することによって装置を作る場合には、ＩＴＯよりも酸化錫膜の方が好ま しい。酸化膜内のインジウムは、ドープ可能であり、ドープしない場合には、後 で析出した無定形本体に悪影響を及ぼすことがある。逆に、酸化膜上に微結晶シ リコンを析出させると、膜に悪影響を及ぼすことがある。従って、酸化膜上に無 定形シリコン本体を析出させる場合には、微結晶シリコンを酸化膜に接触させな い方がよい。

酸化膜２４は５０ｎｍ未満程度であって極めて薄いことが重要であり、は＼’１ ５ｎｍから３０ｎｍであることが好ましい。この様に膜２４は極めて薄いので、 膜を横方向に電流が流れる際の抵抗損を最小限にするために、膜の導電率をでき るだけ大きくすることが重要である。を流収集を強化し、抵抗損を最小限度にす るには、膜２４上の本体２０と反対側に金属製電流コレクタ２５を配置する。本 体２０に投射される紫外線を妨害しないように、膜２４が占める表面はできるだ け小さくする。コレクタ２５は格子状であって差支えなく、或は、新型検出器の 占める部分のまわりに周辺配置することが好ましい０例えば、光の投射方向に対 して横方向の断面が円形である装置では、コレクタ２５は、例えば、円環状であ っても差支えない。

容易に被包できる形状の本発明にか−る第２の実施例を第１図に示す。膜２４と 接触して上側に配置したガラス製基板を第１図に示す、検出器を設計どおりに機 能させるには、基板２６は、紫外線に対して極めて透明にしなければならない０ 例えば石英のようなシリカ含有量の大きいガラスを基板２６として使用しても差 支えない、この実施例においては、前記の実施例と逆の順序で検出器が作製され る。膜２４は、既に述べたように酸化錫であることが好ましく、基板２６上に析 出して配置される。その後で、従来のグロー放電技法により無定形シリコン本体 ２０を析出配置す゛　　る。既に述べたように、この実施例では、膜２４に接触 するシリコン本体２０の領域は微結晶性でないことが好ましい。た−し、酸化膜 に接触する無定形シリコン領域はバンド間隙増大剤を含んでいても差支えなく、 従って、無定形炭化ケイ素又は策定形窒化ケイ素であっても差支えない。

第１図に示すこの代替実施例においては、基板１４は従来の半導体装置ヘッダで あっても差支えない、１ｉ１３は、シリコン本体２０とヘッダ１４間のオーム接 触及び機械的接着を達成するための導電性金属合金又は接着材料であっても差支 えない、その代りに、層１３とヘッダの間に、電気絶縁性をもつ機械的接着材料 を形成させても差支えない、前部及び後部接触部から伸延する配線は、ヘッダか ら出た導電性ポストに接着しても差支えない。

ヘッダを備えた装置は、ヘッダに接着した容器に封入するが、長期にわたって確 立された技法に従って、電気的に不活性な材料内にカプセル収納することができ る。第２図と関連して詳細に説明するように、膜２４と反対側の基板２６上に、 １個又は複数の反々射透明１３１を析出配置しても差支えない。反々射膜３１に は、フッ化カルシウム又はフン化マグネシウムを使用しても差支えない。

本発明にか−る紫外線検出器３０の別の実施例の断面図を第２図に示す。（全て の図を通して、類似の構成要素には同一参照番号を付記する。）装置３０におい て、後部接触部１３は、機械的支持物、即ち、基板としても作用する導電材料で 構成される。後部接触部１３は、例えばステンレス鋼或は、単結晶又は多結晶性 シリコンのような金属合金である。特に後部接触部１３が結晶性シリコンである 場合には、無定形本体２ｏが配置されている接触部の表面は、接触部まで到達し てこ＼で反射される投射紫外放射線を散乱させるために織物構造であるが又はみ ぞを設けても差支えない、投射紫外線の大部分は後部接触部に到達する以前に吸 収されるので、内部的に反射された光でなくて外部的に投射された光を捕捉ｒる には、織物構造（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）であることが最も効果的である。織物構 造又はみぞ付き基板を用いると、無定形シリコン本体及び酸化物層に表面として の特徴をもたせることができる。

反射された入来光線は表面としての特徴に１回又は複数回だけ当たることにより 、その特徴が紫外線を吸収する確率を改善する。

結晶性の後部接触部を織物構造にするには、斜角配置された結晶平面を露出させ るために選択的食刻法によって接触部を化学的にエツチングする方法を用いるこ とができるやこの種のエコ・チングによると、一般に、ピラミッド様刻面が得ら れる。別の方法としては、従来の石版画技法によって特定の部分に化学的なエツ チングを選（尺的に実施してみぞを形成することができる。

検出器３０では、第２の光透過性膜３１を薄膜２４上に析出配置するウセ３１ル び２４の厚さ及びそれぞわの屈射指数は２．これ等の膜が構成する光ｉ３過屡の 光学特性に影響する。膜２４と３１で構成される層は、膜３１を添加することに より光学的に同調できる。この種の同調に際し２では、電磁スペクトルの特定の 波長範囲の反射を軽凍するために光学的干渉効果を利用できる。薄膜における光 学的干渉効果の利用については、歩行技術において充分理解済みである。膜３１ は、例えば二酸化ケイ累、窒化ケイ素、フッ化マグネシウム又はフッ化カルシウ ム等のような多数の光透過性材料の１個又は複数個の層で構成しても差支えない 。第１図及び第３図に示す装置では、噴−又は多重の反々射膜を使用することも できる。

紫外線検出器の第３の実施例の断面１を第３図に示す、検出器５０は、端子１１ を電気的に取付けた析出配置金属接触部３６を備えた結晶性シリコン基板１３で 構成される。接触部分３６は、オーム接触部及び７′又は背面場反射器を形成す るために焼なましだアルミニウム膜を使用しても差支えない。無定形シリ：１ン 本体２０は、特定のタイプの導′；性をもつ膜である。シリコン基板１３は、本 体２０と反対のタイプの導電性をもつシリコン基板であり、従って、本体と基板 の間には整流接合が行なわれる。無定形本体２０上には導電性酸化物の７１２４ が配置される。

積出器］０及び３０の膜２４の場合と同様に、検出器５０の光透過膜２４の厚さ は５０ｎｍ未満であり、約１５から３０ｎ−であることが好ましい。ドーピング 効率は、無定形シリコンの方が結晶性シリコンの場合よりも高いので、性能を低 下させることなしに、本体２０を約１０ロー程度に比較的薄くすることができる 。本体２０を薄くすると光吸収が小さくなるので、完全結晶性検出器の全体的な 性能が改良される。検出器１０及び３０と関連して述べたように、検出器５０の 本体２０は、完全な無秩序無定形シリコンの場合に比較して光吸収率を低下させ るために、結晶性シリコンを使用することが好ましい。本体２０は、例えば炭素 又は窒素などのバンド間隙増大剤を含ませても差支えない。本体２０は、ｐ十又 はｎ十領域を形成するために高度のドーピングを行なっても差支えない。本体２ ０は微結晶性ｎ十領域であり、基板１３はＰタイプのシリコンである場合が最も 好ましい。

既に述べたように、性能を改良するために、本体２０に、ピラミッド様刻面又は みぞを設けても差支えない。この種の織物構成は、この種構造でなければ失われ るはずの光を最終的に基板内に投射する多重反射を行なわゼることにより、投射 光線の捕捉を助ける。この種の織物構造は、第２図と関連して既に述べた方法に より形成できる。

本発明にか＼る無定形／結晶性シリコン実施例５０は、そのスペクトル応答範囲 が広いことが特長である。結晶性シリコンは固有の赤色レスポンスをもつので、 無定形／結晶性シリコン装置のレスポンスは、紫外線から可視線までの広範囲に わたる。この実施例は、広域スペクトル怒応を磁エネルギ検出器である。

無定形シリコン起電装置の構造は一般に２種類に分けられ、両方共、装置１０及 び３０に類似するが、当発明とは本質的に異り、太陽光線を電気に変換するため に屡々用いられてきた。たりし、太陽光起を装置として知られるこれ等のタイプ は両方共に紫外線検出器とし７ては満足のゆく装置ではない。

これ等の大１１！池のうちの一方のタイプでは、不透明な基板を用いて、その上 に無定形シリコンｐ−１−ｎ装置を配置する。この種の装置は、一般に、比較的 厚いＩＴＯ接触部分を備える。この場合の前部接触部の厚さは少くとも６０ｎｍ であり、−ＪＧにこれよりも厚い、この比較的厚い膜を用いると、薄膜で生ずる 抵抗性電流収集損失を減少し、可視光線スペクトルにおける光学的干渉効果を避 けることができる。た〜し、ＩＴＯの紫外線吸収特性のために、厚さが６０ｎｍ 以上の層を通って投射紫外線を効果的に伝達することができない。前部接触部に 吸収された紫外線はこの種の装置内にはいることができないので、紫外線に対し て有用な光起電性レスポンスを発生できない。このタイプの無定形シリコン太陽 光起電々池が、紫外線検出器として使用できない理由を第４図に示す。

既に知られている別の構造の無定形シリコン太陽電池では、一般に、非石英ガラ ス製基板、酸化錫膜及びｐ−１−ｎ構造によって構成され、この順序で光を受け る。従来のガラス基板及び酸化錫膜は、両方共に、紫外線を強化に吸収するので 、殆どの紫外線は光起電的に活性である無定形シリコンに到達できない。

種々の構造体について実測した量子効率と投射光線の波長の関係を第４図に示す 、これ等のレスポンス特性は、テストされる種々の装置に帯域幅の狭い光を所定 方向に投射し、横軸に示す範囲、即ち２００ｎ−から約８００ｎｍまでの投射光 線の波長を走査することによって求めたものである。既に述べたように、関心の 対象とされる範囲は２００ｎｍから４００ｎｍまでの目に見えない紫外線領域で ある。量子効率は、それぞれの投入光子に対して発生した電子の個数を表わす相 対値で縦軸に表示される。基準レスポンスを決定するために、市販されているシ ョットキーバリヤ砒化ガリウム燐紫外線検出器の特性を測定した。この実測基準 レスポンスを曲線ａとして図４に示す。砒化ガリウム燐ショットキーバリヤ検出 器は日本のＨａｍａｍａｔｓｕ製であった。

本発明にか＼る光起電構造体は、その上に無定形シリコン本体を析出配置する酸 化錫で被覆したガラス基板を用いて作製した。

無定形シリコン本体は、従来のグロー放電技法によって析出した。

ｎタイプ、真性及びＰタイプの無定形シリコンの各領域は、この順序で析出した 。無定形シリコンの光吸収性特性により、５００ｎｍ固有領域で吸収される光は ２５０ｎ−固有領域で吸収される光よりも少い。以下に説明するように、薄い固 有領域を使用する装置の方が、厚い固有領域を使用する検出器よりも安定度が良 好である。

第４図に示すレスポンス曲線は、厚さ５００ｎ＋ｉの固有領域をもつ装置から得 られたものである。ドーピングした領域の厚さは約Ｎｏｎ−であった。ＩＴＯの 高質層を、Ｐタイプ無定形シリコンの上面に析出させた。このＩＴＯの抵抗率は 約２　Ｘ　１０−’　ｏｈｍ−ｃｓであつた。前部接触部として、種々の厚さの ＩＴＯ膜を無定形シリコン本体上に析出させた。第４図において、レスポンス曲 線は、次に示す前部接触部の厚さに対応するニスベクトル領域２００−４０Ｏｎ −におけるレスポンスに注目すると、この領域の半分以上にわたって、曲線す及 びＣの量子効率の方が、砒化ガリウム燐装置の曲″Ｉａａの量子効率よりも低い ことがわかる。これとは対照的に、曲線ｄ及びｅによって表示される量子効率は 、このスペクトル領域全体にわたり、基準砒化ガリウム燐装置の量子効率と比較 して、実質的に等しいか又はより良好である。曲線Ｃは、問題のスペクトル構成 の後半分では量子効率が、基準検出器の場合よりも著しく良好であることを示す 。従って、問題のスペクトル範囲の前半分におけるレスポンスの悪さを充分補償 することがわかる。

曲線ｃ、ｄ及びｅによると、ＩＴＯ前部接触部の厚さが約５０ｎｍを超過しない ことを条件とした場合、感度及び量子効率の観点から、基準装置よりも優れた性 能をもつ当発明にかかる検出器を作製できることがわかる。ＩＴＯの厚さが約１ ５から３Ｏｎ＋ｓである場合に、量子効率及び感度を実質的に改良できる。これ 等の結果から、更に、ＩＴＯ前部接触部の厚さが少くとも６０ｎａであるような 従来の無定形シリコン光起電々池を紫外線検出器として使用できないことがわか る。

多くの無定形シリコン装置では、太陽光線に長期間露出すると性能が変化するこ とは周知の事実である。本発明にか−る装置は−ａに太陽スペクトルから光を吸 収することを目的とするものではないが、当発明の実施例を標準ＡＭＩ模擬太陽 スペクトルに露光させてみた。（ＡＭ１太陽放射は、太陽が天頂に位置し、標準 大気圏を貫いて太陽光線を伝達する場合に地球表面に到達する強度とスペクトル 構成をもった光を意味する。）基準装置の量子効率を表わすレスポンス曲ｖＡａ 及び厚さ１２５ｎｍのＩＴＯ前部接触部を備えた当発明の実施例の量子効率を表 わすレスポンス曲線ｅを第５図に示す、これ等の曲線は第４図に示すそれぞれの 曲線と同じである。新規な装置をＡＭＩ光線に１５時間あてた場合、曲線ｅは、 図５の量子効率曲線ｆに変化した。この変化に際して、問題となっているスペク トル領域内において装置の量子効率は明らかに幾分低下するが、レスポンスは基 準装置のレスポンスとほぼ同じである。

第５図の曲線ｅ及びｆに相当する装置の固有無定形シリコン領域の厚さは約５０ ０ｒ＋Ｉ１１である。無定形シリコン技術の分野では、いわゆる５ｔａｅｂｌｅ ｒ−Ｗｒｏｎｓｉ効果に起因する装置効率の時間的低下は、光吸収真性領域にお ける電場を強化することによって軽減できるものと信じられている。電場を強化 する方法としては、この真性領域の厚さを減少させても差支えない。真性領域が 薄くなると、電荷担体が収集のために移動する距離が短くなるので、電流収集効 率も改良される。

真性領域の厚さを小さくした本発明の別の実施例を作製した。

この種装置では、無定形シリコン本体内の真性領域の厚さを約２５０ｎｍまで１ ＜シた。既に述べたように、真性領域の厚さを５００止から２５０ｎｍに変えた 場合、真性領域で吸収される紫外線の量は殆ど変化しない。

真性領域の厚さが２５０ｎｍの装置を用いて、露光前後の量子効率の実測した結 果を第６図に示す。曲線ｇは、太陽光線に対して有意の露光を行なう前の装置に おいて、波長の関数として量子効率を実測した結果を示す。（曲線ａは、標準砒 化ガリウム燐装置の効率を示す。）装置をＡＭＩ放射に３０時間露光した後で、 効率は曲線りに変化した。更に、装置を、低圧力水銀蒸気灯からの紫外線に２０ 時間にわたって露光した。この露光によって更に変化して効率的ｇ１になった。

曲線１を測定する前に、計器類の再較正が必要であった。この再較正によって、 。小さくはあるが、曲線りとｉの間の僅かな変化にとっては無視できない程に大 きい誤差が提示された。即ち、真性領域が２５０ｎｍの装置の量子効率は、太陽 光線及び紫外線に長期にわたって露光した後でも極めて安定していることが実証 された。

第４図から第６図までの実測結果から、本発明によって、量子効率及び安定度の 点で既存の適用装置と同じか又はより優れた光起電紫外線感応装置を、既存の装 置よりも安く提供できることが実証される。紫外線検出器は、その前部接触部と しての酸化物の膜が極めて薄いので、性能良く作動する。この検出器の長期安定 性は、真性領域の厚さをできるだけ薄くすることにより、ｐ−１−ｎ構造による 実施例において強化される。

本発明にか−る光検出器７０の別の略画的断面図を第７図に示す。第７図に示す 光検出器７０は、第１図、第２凹及び第３図に示す光検出器１０．３０及び５０ に類催し、光検出器にバイアス電圧を供給するため電気２１１線１１及び１２を 備える。

光検出器７０は、３個の層２１．２２及び２３で構成される無秩序シリコン２０ の本体を備える。図７に示すように、外側の層２１と２２は、−Ｓに中央の層２ ３よりも薄い。た＼し、第７図は一定の縮尺に従って作図されたものではなく、 分り易くするために、層の厚さは実際に比例することなく図示されている。無秩 序シリコン本体２０は、既知構造のｐ−ｊ−ｎダイオードを形成する。層２１と ２２は、意図的にドーピングされ、互に反対のタイプの導電性をもつ。即ち、１ ｉ２１と２２のうちの一方はｎタイプであり、他方はＰタイプである。層２３は 実質的に固有タイプであり、抵抗率が比較的大きく、弱いｎタイプ又はＰタイプ であっても差支えない６ 本体２０は、前部接触部２４と後部接触部１３の間に、これ等に接触して配置さ れる。前部接触部２４は、例えば酸化インジウム錫又は酸化錫のような透明で導 電性をもつ酸化物、或は再酸化物の膜で構成される。膜を使用する場合、酸化イ ンジウム錫からインジウムが本体２０内に拡散することを防止するために、酸化 錫の薄膜を使用しても差支えない。接触部１３も透明で導電性をもつ酸化物の薄 膜、又は、例えばステンレス鋼のような金属であっても差支えない。酸化物の膜 を使用する場合には、基板１４は光検出器７０の支持物として利用される。第７ 図に示すように、１２２．２３及び２１は、接触部を貫通して本体２０に入射す る光線の投射方向に直角な方向に、前部接触部２４上に直列配置される。

本明細書では、無秩序シリコン及び無定形シリコンという用語を用いる。当該技 術分野では周知であるように、微結晶性及び無定形シリコンは、電子的に不動態 化する懸垂結合のための元素が含まれている場合に限り、電子装置で有用である 。個別又は組合せて使用される不動態化元素の例としては水素及びフッ素をあげ ることができる。こ＼で使用する光という用語は、Ｕｖ領領域波長が約２００ｎ ｉ以上）から赤外領域（波長が約１ミクロンまで）までにわたる電磁放射線を意 味し、可視スペクトルだけには制限されないものとする。

既に述べたように、前部接触部２４の厚さは、光検出器７０のスペクトルレスポ ンスに著しく影響する。光検出器７０が紫外線に都合良く応答するためには、前 部接触部２４は約３Ｏｎ＋＊よりも清くなくてはならない。透明で導電性をもつ 酸化物の厚めの層は、紫外線の検出には関係無く、可視及び／又は赤外線を検出 しようとする場合に、光検出器７０に使用できる。この場合、前部接触部２４は ３０ｎｍよりも厚くなければならず、厚さは６０ｎ＊から８０ｎ−までの範囲で あることが好ましい。

Ｆｉ２２の厚さは、前部接触部２４を通過して固有層２３に伝達される投射光の 量に影響する。紫外線及び／又は可視光線の検出器として光検出器７０を使用す るには、層２２の厚さは約５ｒｖと２２ｎ＋ｕの間であることが好ましい。紫外 線の検出には無関係に可視光線の検出に光検出器７０を使用する場合には、層２ ２の厚さはｌｏｎｍから３０ｎａであって差支えない。

層２２の光透過度は、層２２の構造を制御するか、又は、構造に合金元素を添加 することにより変化させることができる。構造を制御する場合には、層２２は微 結晶性シリコンであっても差支えなり、微結晶性シリコンは、その無定形シリコ ンよりも透過率が大きいことが知られている。微結晶性シリコンは無秩序である とみなされるが、無定形シリコン程には無秩序ではない９合金元素を添付する場 合に層２２が無定形シリコンであれば、例えばガリウム、窒素又は炭素のような エネルギハンド間隙を変える合金元素を添付することができる。ゲルマニウムは エネルギ間隙を小さくして、透過する光線を少くする。反対に、窒素及び炭素エ ネルギ間隙を大きくし、光透過を改良する。

層２３においては、投射光線の存在を表示する電流を発生する電荷担体が作られ る。電荷担体の発生量は投射光線の強度を示す。

投射光線を効果的に吸収するために、固有層２３は層２１及び２２よりも厚くす る。層２３は、厚さが１００から５００ｎｍ程度であり、紫外線から可視光線ス ペクトル領域で使用する光検出器では２００から３００ｎｍであることが好まし い。、無定形シリコンの光吸収度は、可視光線から赤外線までの検出に使用する 光検出器においては、投射光線のエネルギと同じに増減するので、層２３の厚さ は２００ｎｍから１ミクロンであっても差支えない。投射光の大部分は層２３で 吸収されるので、履２１の厚さは他の厚さ程重要な意味をもたない。

高質ＵＶレスポンス用として当発明にか−る光検出器のスペクトル応答性能の例 については既に述べたとおりである。類似装置の低ノイズ性能は、投射光線又は 本発明にか＼る光検出器の特定スペクトル応答特性に関係しない種々の実測特性 から決定した。

新規な光検出器のノイズ性能は、市販されている結晶性シリコン光検出器及び砒 素ガリウム燐ショア）キーバリヤＵＶ光検出器によって得られた結果と比較した 。

本発明に力弓る光検出器（曲線Ａ）、結晶性シリコン光検出器（曲ＩＢ）及びハ ママツ・ショットキーバリヤ光検出器（曲線Ｃ）の暗流密度（Ｊ）対電圧レスポ ンス曲線を図８に示す。レスポンスを第８図から第１０図に示す本発明にかへる 光検出器は無定形シリコンで構成され、厚さが約１２から１５ｎ−のドーピング した層及び厚さが約２５０ｎｍの実質的に固有な中央層を備える。測定は投射光 線無して実施されたので、前部接触部の厚さは有意のパラメータではない。既に 報告した光検出器においては、前部接触部は厚さ約１５から２０ｎ−の酸化イン ジウム錫の膜であり、第２の接触部分は酸化錫の膜を用いた。酸化錫膜は、ガラ ス基板上に析出配置した。第８図に示すように、新規な光検出器（Ａ）の逆飽和 電流は、結晶性シリコン光検出器（Ｂ）の場合よりも約１桁小さく、ショットキ ーバリヤ光検出器（Ｃ）の場合よりも２桁以上小さい。

本発明にか＼る光検出器の電流対逆バイアス電圧特性を温度の関係として第９図 に示す。第９図に表示される情報は、新規な光検出器のノイズ特性を計算する際 に重要である０種々の逆バイアス電圧をかけた場合に、本発明にか＼る光検出器 を流れる電流と、光検出器の逆温度との関係を第１０図に示す。第１０回かられ かるように、無定形シリコン光検出器の活性化工ふルギは約０，８５電子ボルト ・であり、水素添加された無定形シリコンのエネルギバンド間隙の約半分に相当 する。第９図に示される情報によると、本発明に力弓る逆バイアス光検出器にお ける主要電流は、発生・再結合電流であることがわかる。従って、結晶性シリコ ンの場合と比較すると、この結果は、無定形シリコンのエネルギバンド間隙が広 いために拡散電流の発生が抑制されること＼矛盾しない。

第８Ｕ；！Ｊ−第１０図に示す実測特性から、新規な光検出器のノイズ特性を計 算して、結晶性シリコン及びショットキーバリア光検出器の特性と比較すること ができる。ノイズ特性を計算するために、増幅器とフィルタを組合せた光検出器 を用いる等価回路を第１１図に示す。光検出器９０は、抵抗器９２及びキャパシ タ９３と電気的に並列接続された理想ダイオード９１で構成される。抵抗器９２ とキャパシタ９３は、実際のフォトダイオードの特性をもつ等価電気要素を表わ す。増幅器９４は演算増幅器であることが好ましい。ノイズ計算を行なうために は、増幅器９４はＢｕｒｒ−Ｆｌｒｏ＋ｍｎ　３５２８　ＣＭ増幅器の特性をも つものとした。フィトバック抵抗器９５により、増幅器９４の出力端子を負方向 入力端子と接続する。鋭いカットオフ周波数をも一′フフィルタ９６を増幅器９ ４、（”）出力端子に接続する。ノイズは、種々のサンプリングハンド幅Ｏｉス 定を可能にするフィルタ９６の出力において測定する。

ノイズ計算に用いた演算増幅器の入力バイアス電流は７５フエムトアンペアであ り、入力抵抗は１０１３Ωである。増幅器の人力容量は０．８　ｐＦである。１ ／周波数持ＰＥ期間における演算増幅器の入力電圧ノイズは、増幅器の固有ノイ ズ電圧を周波数の１．１３乗の平方根で除した値に等しい、増幅器の入力ノイズ 電圧としては約４１５ｎＶを用いた。フィードバンク抵抗９５は１０１０Ωとし 、回路を特に低レベルの光を検出するように設定した。所定の条件の下では、光 電流、増幅器入力を流及び増幅器電圧におけるショットノイズは全て無視可能で ある。前記の仮定条件のもとでは、フィードバック抵抗器９５のジョンソンノイ ズ、フォトダイオードのゼロバイアス抵抗のジョンソンノイズ、入力キャパシタ ンスと相互作用する増幅器ノイズ及び入力抵抗と相互作用する増幅器電圧ノイズ だけがノイズ源である。

これと比較して、作用面積が約５ｍｍ”の結晶性シリコンＥＣ＆ＧＵＶ−２１５ ＢＱ検出器を用いた。ＥＧ＆Ｇ光検出器の等価抵抗は、２２℃において約２Ｘ１ ０”Ωであり、その入カキャバシタンスは１５０ｐＦである。ハフマツ０１１２ ６−０２砒素ガリウム燐フォトダイオードの作用面積は前記の場合と同程度であ り、等価抵抗は２２℃において２．ｌＸ１０”Ω、大カキャバシタンスは１．８ ｎＦである。新規な光検出器の等価抵抗は、第１０図の１０皺ν曲絆を２２℃ま で延長して求め、５．５Ｘ１０”Ωであった。新規な光検出器の実測入力キャパ シタンスは４．２ｎＦであった。

ノイズ計算に際して、実測結果に基づき、結晶性シリコン及びショットキーバリ ヤフォトダイオードの等価抵抗は、ダイオードの温度が２０℃上昇するごとに係 数１０だけ減少すると仮定した。

新規な光検出器の等価抵抗の変化は、第１０図から求めた。第１０図によると、 温度が２０’ｌ：上昇するごとに、新規な光検出器の等価抵抗は係数６だけ減少 することがわかる。更に、全てのフォトダイオードの等価キャパシタンスは、温 度及び周波数に無関係であるものと仮定する。

新規な光検出器（曲線Ａ）、結晶性シリコン（曲線Ｂ）及び砒化ガリウム（曲線 Ｃ）光検出器のノイズ電流の実効Ｗ（ｒ蒙Ｓ）を、第１１図に示すフィルタ９６ の２種類のバンド幅に対する温度の関数として第１２Ａ図及び第１２Ｂ図に示す 、第１２Ａ図におけるバンド幅は０、ＩＨｚであり第１２８Ｉｍにおけるバンド 幅は１．、　ＯＨｚである。第１．２Ａ図及び第１２Ｂ図から、既知の光検出器 とは異り、新規な光検出器のノイズ電流は、約２２℃（室温）から８０℃の温度 範囲内で実質的に！Ａ度とは無関係であることがわかる。

いずれの場合にも、新規な光検出器のノイズ電流は、結晶性シリコ：／のノイズ 電流よりも実質的に小さいことがわかる。高温において、／ヨツトキーバリヤフ ォトダイオードよりも可成り有利であることもわかる。新規な光検出器の性能は 、６０℃以上においで、砒化ガ１１ウム燐ダイオードの性能よりも優れているこ とは明白ごある。フィルタ９６のハンド幅が減少すると、新規な光検出器がショ ットキーバリヤ光検出器よりも有利になる温度が可成り低下する。

第１２Ａ図及び第１２Ｂ図に結果を示す計算は、新規な光検出器のキャパシタン スは周波数及び温度に無関係であるという仮定のもとに実施された。た＼し１、 無定形シリコンのエネルギハンド間隙内に所在するいわゆるトランプ１２より、 信号の周波数が低く、装置の温度が比較的高い場合には、新規な光検出器のキャ パシタンスは変調された信号に追従することが判明している。我とは、新規な光 検出器のキャパシタンスが、ｌＫＨ２及び２２℃における４、２ｎＦから、１［ １ｚ及び８０℃における５、９ｎＦに変化することを発見し７た。このキャパシ タンスの変化を考慮すると、第１２Ｂ図の曲線Ａ上の８０℃の点は、×印の点に 変化する。この補正は些細であり、第１２Ａ図及び第１２Ｂ図の結果は信頼でき ることがわかる。

選択された増幅器９４は比較的、より低ノイズ電圧を有する増幅器を使用し、新 規な光検出器の性能を更に改良することが可能である。実際問題として、できる だけ集積回路チップであることが好まし増幅器と光検出器とは、同−設置本体− にに設置することが好ましい。このように配置すると、増幅器と光検出器の間の 連絡接続を短くして、追加ノイズを受信することを回避できるゆ更に、設置本体 が同じであるという事は、増幅器と光検出器が熱的に通しζいることを意味し、 ｍ＜以温度に保持されるので、別の潜在的なノイズ源を軽減できる。増幅器は演 算増幅に限られるわけではなく、前置増幅器、更にディジタル増幅器であっても 差支えない。

以上、特定の好ましい実施例を用いて当発明に・ついて記述した。

当該技術面で、当発明の趣旨を逸脱することなく種々の改変及び追加が可能な筈 である。従って、本発明の適用範囲は、次に示す請求の範囲のみに限られるもの とする。

量子効率 （電子／光子） 量子効率 （電子／光子） 、、”’　　　　　　　　　　　　　：呂 量子効率 （電子／光子） １０００／旧に０） 温度（０Ｃ） 温度（ｏＣ） 平成２年４月１６日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示　　ＰＣＴ／ＵＳ　８８１０３５７９２、発明の名称　　　 　低ノイズ光検出及びそのための光検出器３、特許出願人 名称　　　　ステムコ−コーポレーション４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内３丁目３番１号電話（代）　２１１−．８７４１ 番 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　　　　　　　　　　　１　通（１）明細書第２２頁３行 １第９図１を「第１０図」と訂正する。

（２）明細書第２４頁２６行から第２５頁１行“選択された増幅器９４１ま比較 的、より低ノイズ電圧を有する増幅器を使用し、新規な光検出器の性能を更番こ 改良することが可能である。”を１選択された増幅器９４は比較的低ノイズ特性 を有する。しかしながら、より低ノイズ電圧を存する増幅器を使用し、新規な光 検出器の性能を更に改良すること力呵能である。」と訂正する。

＋３ｉ　　ｔ＊求の範囲請求項３を次の様に訂正する。

［３，請求項１において、前記の酸化物膜の厚さが少なくとも約１５ｒ＋ｍであ る光起電装置。」 （４）第８図を別紙の通り訂正する。

■（ボルト） 国際調査報告 ＰＣ’ｒ／ＵＳ８８１０３５７９ Ｇｒｏｕｐ　Ｘ、　Ｃｌａｉｍｓ　１−２９．　ａｒａｗｎ　ｔｏ　ａ　ｐｈｏ ｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ａｅｖｉｃｅｈａｖｉｎｇ　ａ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ　 ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉ ｖｅ　ｏｘｉａｅ　（ＴＣＯ）　１ａｙｅｒ、　ｃｏｎｓｔｉｔｕ＋：ａｓ　ａ 　ｓｉｎｇｌｅｇｅｎｅｒａｌ　１ｎｖｅｎｔｉｖｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ。

Ｇｒｏｕｐ　Ｈ，Ｃｌａｉｍｓ　３０−３８．　ａｒａｗｎ　ｔｏ　ａ　ｍｅｔ ｈｏａ　ｏｆ　ａｅｔｅｃｔｉｎｇ１工ｇｈｔ：　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｒ ｅｖｅｒｓｅ　ｂｉａｓｉｎｇ　ｏｆ　ａ　ｐ−１−ｎ　ｔｙｐｅａｅｖｉｃｅ 、ｃｏｎｓｔｉ℃ｕｔｅ　ａ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｒ：　ｇｅｎｅｒａｌ　１ｎｖ ｅｎｔｉｖｅ　ｃｏｎｃｅｐｔｆｒｏｍ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｃｌａｉｍｓ　１− ２９　ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅＧｒｏｕｐ　 ＩＩ　ｃｌａｉｍｓ　ａｏ　ｎｏ℃ｒｅｑｕｉｒｅ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌ ａｒ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ　ｔｈｅ　ＴＣＯ１ａｙｅｒ　ｏｆ　ｅｈｅ　Ｇ ｒｏｕｐ　Ｉ　ｃｌａｉｍｓ　ａｎｄｔｈｅ　ａｅｖｉｅｅ　ｏｉｔｈ、ｅ　Ｇ ｒｏｕｐＩＣｌａｉｍｓ　ｈａｓ　５ｅｐａｒａｔｅ　ｕｔｉｌｉｔｙ　ａｓ　 ａｎｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｒｘｇ　５ｏｕｒｃｅ　（ｅ、 ｇ、　ａｓ　ａ　５ｏｌａｒ　ｃ＝ｅｌｌ）　１ｎａａａｉｔｉｏｎ　ｔｏ　ｕ ｓｅ　ａｓ　ａ　ｌｉｇｋｘｃ　ａｅｃｅｃｔｏｒ　ｉｎ　ａ　ｒｅｖｅｒｓｅ 　ｂｉａｓｅｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．以下に示す要素で構成され、電磁スペクトルの紫外線範囲における投射エネ ルギに応答する光起電装置：部分的かつ電気的に率通性をもつ少くとも１個の層 、前記の層の上に配置された無定形シリコン本体及び、前記の無定形本体上に既 述の層と反対位置に配置された投入光を受けるための導電性をもつ光透過性酸化 物膜、前記の光透過性酸化膜の厚さは約３０ｎｍ以下であるものとする。 ２．請求項１において、前記の酸化物膜が、錫でドーピングした酸化インジウム 及び酸化錫の一種である装置。 ３．請求項１において、前記の酸化物層の厚さが少くとも約１５ｎｍである光起 電装置。 ４．請求項１において、前記の無定形シリコン本体がＰタイプ領域とｎタイプ領 域の間に配置された実質的に真性な領域を備え、前記の３種の領域が前記の層の 上に光の直列通路を形成するように配置された装置。 ５．請求項４において、前記の真性領域の厚さが約５００ｎｍ未満である装置。 ６．請求項４において、前記の真性領域の厚さが約２５０ｎｍ未満である装置。 ７．請求項４において、前記の酸化物膜と接触する前記の無定形シリコン本体の 領域が微結晶性無定形シリコンで構成される装置。 ８．請求項４において、前記の酸化物膜と接触する前記の無定形シリコン本体の 領域が、炭素又は窒素のいずれかで構成されるバンド間隙増大剤を含む装置。 ９．請求項１において、前記の層が装置のための機械的な支持物となる基板で構 成される装置。 １０．請求項９において、前記の基板が導電性をもつ膜でお、われたガラスで構 成される装置。 １１．請求項９において、前記の基板が、金属、金属合金及びシリコンで構成さ れる群の中から選択される装置。 １２．請求項１において、前記の無定形シリコン本体が、Ｐタイプ又はｎタイプ いずれかの導電性をもつドーピングした膜で構成され、前記の層が既述の無定形 シリコンと逆にドーピングした結晶性シリコンである装置。 １３．請求項１２において、前記のドーピングした無定形シリコン膜がｎタイプ であり、前記の結晶性シリコンがＰタイプである装置。 １４．請求項１２において、前記の無定形シリコン膜が微結晶性シリコンである 装置。 １５．請求項１２において、前記の無定形シリコン膜が、炭素又は窒素のいずれ かの元素で構成されるバンド間隙増大剤を含む装置。 １６．請求項１において、前記の酸化物膜だけの光学干渉特性を変えるために前 記の酸化物膜上の前記の無定形シリコン本体と反対の位置に配置された第２の透 明膜を備える装置。 １７．請求項１６において、前記の第２の透明膜が、二酸化シリコン、窒化シリ コン、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムで構成される群の中から選択さ れる装置。 １８．請求項１６において、前記の酸化物膜及び第２の透明膜の光学干渉特性を 一緒に変えるために、前記の第２の透明膜上の前記の酸化物膜と反対の位置に配 置された第３の透明な膜を備える装置。 １９．請求項１において、酸化物膜の一部分に配置された金属製の電流コレクタ を備える装置。 ２０．請求項１において、前記の酸化物膜に接触する紫外線透過性ガラス基板を 備える装置。 ２１．請求項２０において、前記のガラス基板が石英である装置。 ２２．請求項２０において、前記の酸化物膜が酸化錫である装置。 ２３請求項２０において、前記の無定形シリコン本体が、Ｐタイプ領域とｎタイ プ領域の間にサンドイッチ様に狭まれた実質的な真性領域を備え、前記の３種の 領域が、これ等の領域を通過する光に対して直列通路を形成するように配電され た装置。 ２４．請求項２３において、前記の酸化物膜と接触する領域が、炭素又は窒素い ずれかの元素で構成されるバンド間隙増大剤を含む装置。 ２５．請求項２３において、前記の真性領域の厚さが約５００ｎｍ以下である装 置。 ２６．請求項２３において、前記の真性領域の厚さが約２５０ｎｍ以下である装 置。 ２７．請求項２０において、前記のガラス基板だけの光学干渉特性を変えるため に、前記の基板上に既述の酸化物膜と反対の位置に配置された第２の透明膜を備 える装置。 ２８．請求項２７において、前記の第２の透明膜が、フッ化マグネシウム及びフ ッ化カルシウムで構成される群の中から選択される装置。 ２９．請求項２７において、前記のガラス基板及び第２の透明膜の光学干渉特性 を一緒に変えるために、前記の第２の透明膜上の既述のガラス基板と反対位置に 配置された第３の透明膜を備える装置。