JPH039577A - 光センサ - 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〕 本発明は光センサの駆動方法に係り、特にファクシミリ
やイメージスキャナ等の画（原情報入力部として用いら
れる光センサｌこ関する。

（従来の技術） 近年、ファクシミリやイメージスキャナ等の画像入力部
として画１象情報の等倍読取Ｖを行う、等倍型ラインセ
ンナが注目されている。この等倍型ランイセンサ、原稿
に直接接触させて結ｊ元学系を不要とするかもしくは結
像光学長が短い光学系をもつよう構成することにより小
型で低コスト化が可能であるという特徴を有している◇
一般に等置型ラインセンサは、実際の原稿と同程度の読
取り長を有し、かつ所望の燐（度が浸られるよう多数の
光センナを高密度に配列形成して４成される。またこれ
ら多数の光セン−ｒＰｓ、、ＰＳ。

・・・＝ＰＳＭＸＮは、通常Ｎ個ずつＭ個のブロックに
分割され、駆！ＩＩ電圧Ｖ。を供給するスイッチＸ１・
・・・・・ＸＭと、１６号′ｗＬ流分取り出すスイッチ
Ｙ。

・・・・・・ＹＮとの選択により順次選択駆ｍ（マトリ
クス駆動）される。これにより駆動用回路素子数の低減
比と、それによるライセンサのコストの低減化が図られ
ている。

このようなライセンサに２いては、情報を高速に読み出
すことが要求される。そのためにはラインセンナを青電
する多数の光センナがそれぞれ■光に対する信号？を流
の応答性（光応答速度）に優れていること、また■供給
された駆動電圧に対する信号電流の応答性（電圧応答速
度）が良好であることが必要である。

そこで従来、上記要求のひとつである光応答速度の向上
を図りた光センサとして、非晶質半導体層の一面に、入
射光強度に応じた導電率変化を検出するための２個の主
電極を設ｅブるとともに、他面に絶縁層を介して補助心
檜を設け、これら２個の主電極と補助！極とにより非晶
質半導体層に電界を力）けるように構成した光センサが
提案されている（例えば特開昭５８−１８９７８号公報
ン号公報−はこのような従来の光センサと、それを駆動
するための電源との接続関係を示したものである。図示
の如く、絶縁基板ｌ上に補助１１Ｅｆｆ１２′Ｊ３よぴ
絶縁ｌｌ１１３が顕次積層され、その上にアモルファス
シリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）等の非晶質半導体＠４が形成
されている。さらにこの非晶質半導体１１４上にオーミ
Ｖクコンタクト用のドーピング半導体１１５を介して一
対の主電極６および７が形成されている。この一対の主
電極６８よび７の間の領域は入射光の受光窓８となる。

この光センナは、例えばその非晶質半導体ｒ＠４がｎ型
（１型を含む）でドーピング半導体１４５がｎ＋（ｎを
含む）の場合、同図に示すように主電極６の′ｒＩｉ位
を基準として主電極７に高電位の駆動１圧ｖ０が印υ口
され、捕助゛１極２には続出期間に低（位のバイアス電
圧−ｖｌ　非読出期間にバイアス電圧−Ｖｅ　（ｌ　ｖ
＋Ｉ　＜　ｌ　Ｖｔｌ　）カスイッチｚ？ｉ：介して印
ＪＪＤされる。この場合には、主たるキャリアが１子で
あＶ、主べ極６がソース、主ｔｉ７がドＶインとして働
く。動作の詳細な説明３よび現象の一燐釈については特
開昭６３−１０５５号公報に記載されているが、簡単に
説明すると受光窓８を通して非晶質半導体ｉ曽４に光が
入射されると、非晶質半導体層４にはその光駄に対応し
た濃度の１子とホールが発生する。このため非晶質半導
体−４の導電率が増加する。従りて、このとき、主電極
６３よぴ７間に駆動′１圧ｖ０を印加すればこの導電率
の変化に対応した信号電流を取り出すことができる。

ところが、非晶質半導体層４の中には光が入射されなく
なりたときにも電子２よび／ｌたはホールが残留し、そ
れによる残留電流が流れ続ける。

この残留電流は光反応速度の低下を招く。

このような光応答速度の遅れは特開昭５８−１７９７８
号公報に記載されているように、補助成極２Ｖｃバイア
ス電圧−Ｖ、を印７Ｊ１１し、非晶質半導体１４１４内
の局在準位を不活性にすることにより若干改善される。

さらｖｃまた前述のように非読出期間に補助電極２にバ
イアス電圧−Ｖ、を部類し、非晶質半導体１１１４内に
存在する゛成子とホールの濃度を変化させ、それにより
て入射光により発生した電子とホールの再結合を促進さ
せると、残留電流が本来の暗ｔＲ，レベルに到達するま
での時間が短縮され、光応答速度はさらに向上する。

（発明が解決しようとする謀１１） しかしながら光センナＫｔＥ求される池のひとつ、／）
悶件である電圧応答速度については改善されないばかり
か、むしろ補助電極なしの講造の元センナに比べて悪く
なっている。これはこのような光センナに必４な二次′
ｒ裡流の圧入が速やかになされていないためＣあろと２
ｖ）Ｌら几る。

゛・に圧応痒１噸閥が都いといつことは特にマトリｖク
ス駆動のラインセンサに３いて大きな問題となる。すな
わちマトリＶクス＠旬ノ）ラインセンサでは前述のよう
に各光センサにはパルス状のｖＩＡ勅慮圧が印加される
。

このう合、この四＊、４：比パルスに対する′ｈ元セ／
すの慣締′４流ｒ５答が迷いと、元センサをｆ１０次選
式選択シリアルにイぎ号１Ｉｒ−，λみ出して１′ｆり
；際１ラインの続出し時間が極めて長くなり、高速に信
号を＃！出すことが不可能になる。例えばＧ瓜ファクシ
ミリに用いられる場合、光センナの素子数は２０００素
子前慣で、ｌラインの続出し時間は５ｍ５Ａ７’Ｆ盟１
０ｍ５であるため、元センナの磁圧応答時間は２．５μ
ｍ乃至５μＳ未満が要求されることになるしかしながら
、従来の元センナの駆動方法では各光センサの駆動Ｃに
圧に討する信号電流の応答はｍｓオーダと極めて遅く実
用にはほど遠いレベルでありた。

本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、元応
答速ｒＫにイ、くれ、１圧応答速度が良好である光セン
サを提供Ｃることを目的とする。

〔発明の３成〕 （Ａ４５−解決するための手段） 本”活明は、半導体１４と、浦紀半導体噛に少なくとも
ｄ子に対してオーミプク接ｊ＠Ｌをなす１対の主電極が
設けられるとともに、前記半導体層の一方の而に石ｌの
絶縁１ｅ介して透光性の第１の補助を極が積１されて？
す、油力の１には、４２の結縁＃１？介して４２のｆ、
Ｍ助事工極を槙ｔ−Ｃる８遣を有する光センナに旧いて
、・ｊ＜　１の補助シ甑に対する単位面積専攻（Ｃ１）
と第２の閑助ｄ礪に対する早立面績容面（Ｃｔ）との関
係が Ｃｔ＞Ｃｔ であることを特はとする元センサである。

（作用〕 本発明の光センサでは、入射光が半導体層中で電子−ホ
ールベアを作成し、少数キャリアであるホールは半導体
両面の界面準位によって発生した縦電場によって両界面
に蓄積される。その比率は界面のピンニング位置、半導
体局在準位密度、入射光波長に対する吸収係・数、再結
合確率等の関斂であり、入射光強度や入射時間にも依存
する歌であるが、最もあらい近似で膜厚方向のキャリア
発生４をｅｘｐ（−−）として（Ｄ＝侵入の深さ〕、そ
れぞれ膜厚の１／２の範囲の領域で発生したΦヤリアが
界面近傍に蓄積されるすれば、第２浦助成極側に蓄積さ
れるキャリアは第１補助シ極側に蓄二半導体１漠厚）で
ある。ｄ＞＞Ｄであれば嘉２補助ｌｊｔ極側に蓄積され
るキャリアは無視しつる。しかし、明暗比の低下が発生
する欠点が１ちる。そこで第２補助電極側にキャリアが
蓄積しうる膜厚粂件（ｄ（７Ｄ程度ンを用いて、有効に
キャリアを再結合消滅させる手段として第２補助電極を
第１補助電極と同期駆動する方法が解決策となる。しか
しながら、この駆動方法を選択する場合には、再結合を
律速する界面に注入される多数キャリア（この場合は′
１子）の竹が蓄積された少数キャリア（この場合はホー
ル）の総辰に適応する講義条件でなければならない。即
ち、どちらかの補助電極側に過剰なキャリア注入がある
場合には、光感度の低下が発生する。第１の補助電極に
注入するキャリアが不足すれば残像が増え、逆に第２の
補助１ｔＬ極へキャリアが不足すればｉ２゛就極の効果
は微々たるものになる。そこで、本発明では、第１の浦
助ＭＬ極の単位面積のＭＩＳ容量（Ｃ１）と第２の補助
ａ極の単位面積のＭＩＳ存敗（Ｃ１〕をＣ８〉Ｃ３（さ
らに限定すれば各補助電極へ蓄積され６単位面積電荷筐
度ＱｒｖＱｔＶＣ対してＣ＋　／　Ｃ鵞≧Ｑ＋／Ｑｇに
近い条件）の関係がＩうｙ立する４成として、光センナ
の特性を向上せしめたものである。

また、：ｌｃ２補助補助分極反射性の材料を選定するこ
とによって、半導体１を透過した元ｆ？−反射して半導
体層に再入射させることで光の利用効率を上げることが
可能であるため、従来よＶ薄い半導体膜厚で感変の高い
光センサを得るメリツトも有している。

（寿施列） 以下本発明の実施例を図面を径間して詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例ｅ説明するための図で、ライ
ン状に配列された光センサの１素子分の概略的断面図お
よび小動＠源との接続関係を示す図である。

まず光センサの溝成について説明すると、図示のように
ガラス基板ｌｌ上に、透光性の第１の補助′磁極１２が
形成され、その上に第１の絶縁ｒ−１３を介して半導体
Ｉ＠　ｌ　４が形成されている。また更にこの半導体層
１４上に受光領域となる領域を隔てて一対の主電極１６
．１７がそれぞれオーミックコンタクト用のドーピング
牛導体層１５を介して形成されている。さらに半導体層
１４上ＶＣハ、第２の絶縁体１１Ｂを介して、第２の補
助電極１９が形成されている。光はガラス基板１１側か
ら入射され透光性の補助電極１２を介して半導体＠１４
に入射される。このような構成によると従来のような遮
光性の主電極間の受光窓を通して光を入射する光センナ
に比べて半導体ｌ８１４に入射されるフォトンの数を２
倍程度に増加させることができ、感度（信号電流）と光
ＤＳを向上させることができる。またこれに加えて絶縁
層１３、透光性補助電極１２の厚さを屈折率と入射光の
波長に対して最適値に選ぶことにより半導体ｒｄ１５に
入射される光ｔｔ最大限にＬ’ｌｔ　７ＪＯさぜ、Ｓ／
Ｎ　、光応答の向上２図ることができる。またさらに、
ガラス基板１１の光入射側の而にも所謂無反射コートと
呼ばれる反射防止膜を設けると一層効果的である。

な２、主電極１６，１７を透光性とし、第２の補助電極
と元反射員とすれば、さらに光の有効利用が可能である
。

このような光センナは例えば以下のような方法で製作す
ることができる。すなわちまずガラス基板ｌｌ上にスパ
ッタ法により工Ｔｏ（酸化インジウム・すず）を７０Ｏ
Ａ堆積させた後、フォトリソグラフィーによりバターニ
ングし、第１の補助電極１２を形成する。そしてその上
に第１の絶縁層１３として厚さ３５００ＡのＳｉＮｘ：
Ｈｌｉを、またこの絶１１１１３上に半導体１ｉ１１４
として厚さ０．７μｍのノンドープ水素化アモルファス
シリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）ｌ’＠を、さらにこの半導体
１１４上にドーピング半導体＠１ｓとしてリンドープａ
−８ｉｌ（ｎ＋層）をそれぞれグロー放電分解法により
連続堆積する。次にその上に真空蒸Ｎ法によ！＋Ｔｌ　
（チタン）を２００ＯＡ堆積させた後、フォトリソグラ
フィーにより第１のバターニングを行い、更に補助電極
の取り出し部等の不要な半導体ｒ＠をドライエツチング
去により除去する。この後再度フォトリソグラフィーに
よりＴｌに第２のバターニングを行りて主ｔ−隠１６［
よび１７を形成し、さらに不要なドーピング半導体１１
１５を除去する。

次いで、第２の絶縁体＠１８としてＳｉＮｘをＲＦスパ
Ｖタリングで８００ＯＡ形成した後、フォトリソグラフ
ィーによりバターニングし、ドライエツチングによつて
不要な部分を除去する。最後ｔ’！：Ａｊを３００ＯＡ
ＤＣスパツタリングで形成し、フォトリングラフイーに
よりバターニングして第２の補助電極１９を形成するこ
とで、全工程を終了する。

この実施例では絶縁体膜の膜厚をｄ＋＜ｄｔとしてＣｒ
　＞　Ｃｔとしている。

本発明の元センナの駆動方法の１例を第２図のタイミン
グ図にて示す。読出期間に光センサに−Ｖ＋ｏ　（−１
２ボルト）の駆動電圧パルスＶｓと一／Ｖ、、（−１２
ボルト）のバイアス′屯圧を印加し、駆動電流ＩＤを読
み出したのち次の続出期間までの非続出期間において、
駆動′鑞圧パルスｖ８が印加されている任意の期間ＴＩ
（例えばｌμＳ）にスイ、ｆｓｚをバイアス電源２３側
に切り換え、第１の補助・成極１２及び第２の補助電極
１９にバイアス電圧−Ｖｔｔとして例えば−７ボルトの
電圧を印加する。このような−■、１よりもやや高い電
圧−Ｖ、、を＃￥１の補助電極１２及び箒２の補助電極
１９に印υ口すると、ソース電極１６からの電子の注入
が便通され、注入された過剰の電子により非晶質半導体
０１４内に存在するホールの数が再結合で減少するので
、ホール（正電荷）密度は電圧−■１．が印ＱＤされる
前の状態より減少する。正電荷が減少することは負な荷
が増加することと等価であり、半導体１４内の空間電荷
密度が負電荷方向に変化したことにより、ソース電極か
らの電子の注入は電圧−ｖｌｔ印υロ前に比べて制限さ
れ、信号電流ＩＤは急激に小さくなる。この後、再び−
ｖ１ｍが印加されるまでの期間に光照射によって発生し
たホールが非晶質半導体層１４内に蓄積していくことに
より、空間電荷密度が正電荷方向に変化していりてソー
ス電極１６からの電子の注入が徐々に増加し、信号電流
は増加してくる。

光センサに光が入射されている場合には上述の様になる
が、光が入射されなくなりた場合には−Ｖ、、印７ＩＯ
ｆｌｋにはホール（正の空間電荷〕密度は減少したまま
で信号電流ＩＤは小さいままに保たれる。

従りて、−Ｖ、、が印加され一定期間経過後、再度−ｖ
ｌ、が印加される直前までの所定の期間の信号電流ＩＩ
）を光センナの信号電流として検出することにより、入
射光の強度に正しく対応した出力を得ることができる。

これはすなわち光応答速度が向上したことに他ならない
。

なお、第３図及び第４図のタイミング図で示されるよう
な駆動方法も有効である。

第５図は本発明の他の実施例を説明するものである。構
成を以下に説明する。第５図に示すように基板ｌｌ上に
、第２の補助電極１２が形成され。

その上に第２の絶縁体膜１３を介して半導体１ｉ１４が
形成されている。その上にはオーミック＠１５を介して
、１対の主電極１６．１７が形成されている。さらにそ
の上には第１の絶縁体膜１８を介して第１の補助電極１
９が形成されている。この構造において、限定条件とし
て第１の補助電極１９に対するＭＩＳ単位面積容ｔ（Ｃ
ｔ）　　と第２の補助電極１２に対するＭＩ８単位面積
容ｔ（Ｃｍ）の間にＣ、＞　ＣＳが成立するこ七である
。具体的な手段としては、第１の絶縁体膜１ＢをＳｉＮ
ｘで形成し、第２の絶縁体膜１２をＳｉＯｘで形成する
方法、すなわち第１の絶０＠（誘′ｒＩｔ率’ｔ）と薯
２の絶ｔａ　啼ｃ誘電率εｔ）が”ｔ＞’ｍｓあるいは
それぞれを同質材量で形成するが第１の絶縁体膜１８の
膜厚（ｄｌ）を第２の絶縁体膜１２の膜厚（ｄ、）より
相応に薄くする方法、あるいは上述の２方法を組合せて
構成する方法（ｅｘ　／　ｄｔ　＞ｉｔ　／ｄｔ　）等
があげられる。駆動方法に関しては前実施例と同様であ
る。

この実施例の特徴はセンサの形成面から光入射する構造
にあり、従りて基板１１は前実施例と具なり透明基板に
限定されることはない 第６図は本発明の他の実施例を説明するものである。構
成を以下に説明する。第６図に示すように透明基板ｌｌ
上に、第１の補助゛成極１２が形成され、その上に第１
の絶縁体−１３が形成される。

その上には主電極１４，１５とオーミＶり＃１６が横１
され、さらにその上に半導体＠ｘ　７　、第２の絶縁体
層１Ｂ、第２の補助電極１９が顆次積層される。この構
成はあくまで基板構成であり、現実的にはオーｊツク＠
１６及び主電極１４．１５をバターニングした後、絶縁
体をもう−１形成し、オーミックコンタクトをとるスル
ーホールを形成した後、半導体層１７を形成するのがよ
り有効である。この構成は、オーｉｖり層除去後の半導
体−絶縁体界面の局在準位をコントロール（事実上は減
少）できるメリフトがある。駆動方法は前実施例同様で
ある。

第７図は、本発明の他の実施列である。本実施例は第５
因の実施例の補助電極構成と第６図の実施例の主電極構
成を組み合わせた構造である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、光応答速度に優れ、電圧
応答速度が良好な光センナを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図乃至第４図
は駆動方法を説明するタイミング図、第５図乃至第７図
は本発明の他の実施例を示す図、＠８図妄チキ；「は従
来の光センナを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体層と前記半導体層に少なくとも電子に対し
   てオーミック接触をなす１対の主電極が設けられるとと
   もに、前記半導体層の一方の面に第１の絶縁層を介して
   透光性の第１の補助電極が積層されており、他方の面に
   は第２の絶縁層を介して第２の補助電極を積層する構造
   を有する光センサにおいて、第１の補助電極に対する単
   位面積容量（Ｃ＿１）と第２の補助電極に対する単位面
   積容量（Ｃ＿２）との関係が Ｃ＿１＞Ｃ＿２ であることを特徴とする光センサ。