JPH049389B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アモルフアス半導体光導電素子に関
するものである。

アモルフアス半導体を用いた従来の光導電素子
は、ステンレス、ガラス、単結晶半導体、絶縁膜
等の基板上に成長させた単層のアモルフアス半導
体に光電流取出し用の電極対を蒸着した構造を有
しており、電極間に電圧を印加し、光照射時に流
れる電流を検出していた。しかし、この場合、ア
モルフアス半導体中に光照射で発生したキヤリア
（電子、正孔）は印加電圧に従い電極に向つて移
動する間に、アモルフアス半導体表面、アモルフ
アス半導体と基板との界面及び光導電層中におけ
る再結合のため、その密度が減少し、この結果光
電流が低下し感度の良好な素子を得ることが困難
であつた。

本発明は、以上に鑑み、アモルフアス半導体表
面、アモルフアス半導体と基板との界面及び光導
電層中での電子、正孔の再結合を低減することに
より高感度のアモルフアス半導体光導電素子を提
供することを目的としてなされたものである。以
下、図面に即し、本発明のアモルフアス半導体光
導の実施例につき説明する。

第１図はアモルフアス半導体光導電層１の表面
側のみに第２の層を設けた実施例の概略構成図
で、１は第１のアモルフアス半導体光導電層２は
第２の層、３，４は電気端子、５は基板である。
第２図はアモルフアス半導体光導電層１と基板５
との間に第２の層を挿入した実施例の概略構成
図、第３図は第１のアモルフアス半導体光導電層
１の表面側と基板５との界面側の両方に第２の層
を設けた実施例の概略構成図である。

ここで第２の層２は (1) 第１のアモルフアス半導体光導電層１に対し
てバリアを形成するようなものであること。

(2) あるいは、電子、正孔のうちの一方のキヤリ
アに対してバリアを形成し、他方のアモルフア
ス半導体光導電層１からの流入を許容するよう
なものであること。

(3) あるいは第１のアモルフアス半導体光導電層
１よりバンドギヤツプの大きいアモルフアス半
導体であること。

(4) あるいは、第１のアモルフアス半導体層１の
主キヤリアとは逆の導電形のアモルフアス半導
体であること。

のいずれかの条件を満たすものとする。

なお、本発明においてはアモルフアス半導体中
で光照射により発生する電子、正孔のうち（キヤ
リア密度）×（キヤリア移動度）積の大きいものを
主キヤリアと呼ぶ。

上記の第２の層２を第１のアモルフアス半導体
光導電層１の光入射面側に設ける場合には、第２
の層２の厚さはこの層中での光吸収損失割合が第
１のアモルフアス半導体光導電層１におけるキヤ
リア増加割合より小さくなるよう第２の層の膜厚
を調整する。

第１図〜第３図において、３，４は第１のアモ
ルフアス半導体光導電層１に対するコンタクト
で、この間に外部電圧を印加し光電流を取出すた
めの電気端子である。光導電素子の光電流取出し
用に従来用いられてきた収集電極の代わりにスイ
ツチ用トランジスタ、低抵抗半導体領域を光導電
層に接続した構成も本発明の素子をアレイ構造に
製作する時有用であり、これらの接続素子を収集
電極と統一して本発明では「電気端子」と呼ぶこ
とにする。この素子では光はアモルフアス半導体
表面側から入射するが、あるいは基板５が透明な
場合は基板側から入射させることも可能である。

次に、上記第１のアモルフアス半導体光導電層
１、第２の層２を構成する材料及び材料及び作成
法について説明する。材料としては、水素化アモ
ルフアスシリコン（ａ−Si：Ｈ）、フツ素化アモ
ルフアスシリコン（ａ−Si：Ｆ，ａ−Si：Ｆ：
Ｈ）、水素化アモルフアスシリコンナイトライド
（ａ−SiN：Ｈ）、水素化アモルフアスシリコンカ
ーバイド（ａ−SiC：Ｈ）、水素化アモルフアス
シリコンオキサイド（ａ−SiO：Ｈ）、フツ素化
アモルフアスシリコンカーバイド（ａ−SiC：
Ｆ：Ｈ、水素化アモルフアスシリコンゲルマニウ
ム（ａ−SiGe：Ｈ）、フツ素化アモルフアスシリ
コンゲルマニウム（ａ−SiGe：Ｆ：Ｈ）、水素化
アモルフアスシリコンスズ合金（ａ−SiSn：
Ｈ）、水素化アモルフアスガリウム砒素（ａ−
GeAs：Ｈ）、水素化アモルフアスカーボン（ａ
−Ｃ：Ｈ）、水素化アモルフアスゲルマニウム
（ａ−Ge：Ｈ）等を用いる。さらに、第２の層２
には上記材料にｐ形またはｎ形の不純物を添加し
たものを用いることができる。これらの材料はグ
ロー放電分解法、スパツタ法、熱CVD法、光
CVD法、クラスタイオンビーム法、イオンプレ
ーテイング法、蒸着法（水素化処理を含む）によ
り作成される。

次に、本発明の作用について説明する。第２の
層２が第１のアモルフアス半導体層１中で光発生
した電子、正孔の両方に対してバリアを形成する
場合には、第１のアモルフアス半導体層１で発生
したキヤリアは表面、または、基板５との界面、
または、その両方に到達せず、これらの領域での
再結合の影響を受けずに第１のアモルフアス半導
体層１の中を外部印加電界に従い走行し電気端子
３，４に到達し光電流として取出される。表面及
び基板界面での再結合によるキヤリア数の低下が
ないため、取出される光電流は従来型に比べ増加
し、アモルフアス半導体光導電素子の感度向上が
実現される。

第２の層２が第１のアモルフアス半導体層１で
光発生したキヤリアの一方に対しバリアを形成
し、他方のキヤリアの流入を許容する場合、及び
第２の層２の導電形が第１のアモルフアス半導体
層１の主キヤリアと逆の場合には、第１のアモル
フアス半導体層で光発生した電子、正孔の一方が
第２の層に流入し、電子、正孔が空間的に分離さ
れるので光導電層中でのキヤリア再結合割合が低
下し、再結合によるキヤリア数の低減が生じにく
くなるため外部に取り出される光電流が従来型素
子に比べ増加し素子感度が向上する。

また、この時、第１のアモルフアス半導体層１
中を走行するキヤリアは表面、または、基板界
面、または、その両方におけるキヤリア再結合の
影響を殆ど受けないため、キヤリア数が増加し、
外部に取出される光電流が増大し素子感度が向上
する。

第２の層２との間のバリアによりほぼ完全に空
間電荷層が広がる厚さに第１のアモルフアス半導
体層１を形成した場合には、光を照射しないとき
のキヤリア数を著しく低く抑えられるので、暗電
流が小さくなり暗電流と光電流との比を大きくと
ることができる。さらに、第１のアモルフアス半
導体層１中で光発生した電子、正孔が空間電荷層
による電界のため容易に空間的に分離され、第１
のアモルフアス半導体層１中でのキヤリア再結合
割合が低下するための素子感度が向上する。

次に、本発明の変形例を以下に列挙する。

〔変形例 １〕 第１のアモルフアス半導体光導電層と第２の層
とが複数組積層されたアモルフアス半導体光導電
素子において（第４図示）、光入射面から奥に向
つて二種類の層が一組になつているｎ組（ｎ≧
２）の多層構造を形成し、その内の第ｉ組（２≦
ｉ≦ｎ）を構成する第（２ｉ−１）層は、第（ｉ
−１）組を構成する第（２ｉ−３）層よりバンド
ギヤツプが小さく、第２ｉ層は第（２ｉ−１）層
の少なくとも一方の面に設け、第（２ｉ−１）層
で光発生する電子、正孔の少なくとも一方に対
し、バリアを形成するアモルフアス半導体光導電
素子。

〔変形例 ２〕 第１のアモルフアス半導体光導電層と第２の層
とが複数組積層されたアモルフアス半導体におい
て、第（２ｉ）層は第（２ｉ−１）層で光発生す
るキヤリアの一方に対してバリアを形成し、他方
のキヤリアの流入を許容する材料により構成する
アモルフアス半導体光導電素子。

〔変形例 ３〕 第１のアモルフアス半導体光導電層と第２の層
とが複数組積層されたアモルフアス半導体光導電
素子において（第４図示）、第（２ｉ）層を第
（２ｉ−１）層のアモルフアス半導体よりバンド
ギヤツプの大きいアモルフアス半導体で構成する
アモルフアス半導体光導電素子。

〔変形例 ４〕 第１のアモルフアス半導体光導電層と第２の層
とが複数組積層されたアモルフアス半導体光導電
素子において、第（２ｉ）層を第（２ｉ−１）層
の主キヤリアと逆の導電形の膜で構成するアモル
フアス半導体光導電素子。

（変形例 ５〕 第１のアモルフアス半導体光導電層と第２の層
とが複数組積層されたアモルフアス半導体光導電
素子において、第（２ｉ）層との間のバリアの電
位差により、ほぼ完全に空間電荷層が広がる厚さ
に第（２ｉ−１）層のアモルフアス半導体薄膜を
形成したアモルフアス半導体光導電素子。

これらの第１のアモルフアス半導体光導電層と
第２の層とが複数組積層されたアモルフアス半導
体光導電素子とその変形例１〜変形例５において
は、光入射面から素子中に向かつてバンドギヤツ
プが小さくなるように多層構造を形成し、短波長
の光は光入射面近傍の層で長波長の光はより奥の
層で吸収させる。このようにして、白色光に対す
る素子感度が向上する。また、各層からの電極を
独立にとり出せば入射光の波長分布に応じた出力
が得られ分光分布の測定が可能となる。夫々の層
で光発生した電子、正孔については、その一方ま
たは両方が素子表面または基板界面または表面及
び基板界面に到達しないように、光導電層中で光
発生した電子、正孔を空間分離するような性質の
層として、光キヤリアの一方に対してバリアを形
成し、他方の流入を許容する層あるいは、光導電
層の主キヤリアとは逆の導電形を有する層を各光
導電層の少なくとも一方の面に設ける。この結
果、素子表面、基板との界面、光導電層中でのキ
ヤリア再結合割合が低下し、光電流が増加し、素
子感度が向上する。この場合、バリア形成層等は
光入射面と反対側の光導電層のバンドギヤツプよ
り、大きいバンドギヤツプを有する材料で構成さ
れることが素子感度上望ましい。

以上説明したように、本発明によればアモルフ
アス半導体光導電素子の表面基板との界面、半導
電層中でのキヤリア再結合割合を低減し、アモル
フアス半導体光導電素子の感度向上が実現され
る。また、光入射面側から奥に向かつてバンドギ
ヤツプの小さくなる多層構造を形成し、本発明に
よるキヤリア再結合割合低減の手法をこの構造に
適用することにより白色光に対する素子感度向上
が実現される。また、光導電層中で光発生した電
子、正孔を空間的に分離する場合（特許請求の範
囲第２項、第４項、第５項、〔変形例２〕、〔変形
例４〕、〔変形例５〕）には、電子、正孔の光導電
層中での再結合割合が低下し、このキヤリア再結
合による素子特性の劣化を制御することができる
ので、安定で、信頼性が極めて高いアモルフアス
半導体光導電素子を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のアモルフアス半導
体光導電素子において、第２の層を第１のアモル
フアス半導体光導電層の表面側のみに設けた場合
の概略構成図、第２図は本発明の一実施例のアモ
ルフアス半導体光導電素子において、第２の層を
第１のアモルフアス半導体光導電層と基板との間
に挿入した場合の概略構成図、第３図は本発明の
一実施例のアモルフアス半導体光導電素子におい
て、第２の層を第１のアモルフアス半導体光導電
層の両側に設けた場合の概略構成図、第４図は本
発明の多層構造アモルフアス半導体光導電素子に
おいて、光導電層の両側にバリア層を設けた場合
の概略構成図である。 図中、１は第１のアモルフアス半導体光導電
層、２は第２の層、３，４は電気端子、５は基
板、２ｉ−１（１≦ｉ≦Ｎ）は光導電層、２ｉ
（１≦ｉ≦Ｎ）は光導電層に対しバリアを形成す
る層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１のアモルフアス半導体と、該第１のアモ
   ルフアス半導体に接して設けられた少なくとも二
   つの電気端子と、前記第１のアモルフアス半導体
   において、光発生する電子、正孔の少なくとも一
   方のキヤリアに対してバリアを形成する第２の層
   を前記第１のアモルフアス半導体の少なくとも一
   方の面に接して設けたことを特徴とするアモルフ
   アス半導体光導電素子。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のアモルフアス半
   導体光導電素子において、第２の層は一方のキヤ
   リアに対してバリアを形成し、他方のキヤリアの
   流入を許容する材料から構成されることを特徴と
   するアモルフアス半導体光導電素子。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のアモルフアス半
   導体光導電素子において、第２の層は第１のアモ
   ルフアス半導体よりバンドギヤツプの大きいアモ
   ルフアス半導体の層であることを特徴とするアモ
   ルフアス半導体光導電素子。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のアモルフアス半
   導体光導電素子において、第２の層は第１のアモ
   ルフアス半導体層の主キヤリアと逆の導電形の膜
   であることを特徴とするアモルフアス半導体光導
   電素子。 ５ 特許請求の範囲第１項記載のアモルフアス半
   導体光導電素子において、第２の層との間にバリ
   アの電位差により、ほぼ完全に空間電荷層が広が
   る厚さに第１のアモルフアス半導体の層を形成し
   たことを特徴とするアモルフアス半導体光導電素
   子。 ６ 特許請求の範囲第１項記載のアモルフアス半
   導体光導電素子において、第１のアモルフアス半
   導体の層と第２の層とが複数組積層されたことを
   特徴とするアモルフアス半導体光導電素子。