JPH05218486A

JPH05218486A - 光電変換装置

Info

Publication number: JPH05218486A
Application number: JP4016759A
Authority: JP
Inventors: Kouichirou Shinraku; 浩一郎新楽
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-27
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: JP3398161B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】本来の静電気耐圧を向上させるとともに、特
性劣化を招来しない信頼性の極めて高い光電変換装置を
提供すること。【構成】入射光が透過する絶縁基体１の裏面側に少な
くとも透明電極層２，４、半導体層５ａ，５ｂ、裏面電
極層６ａ，６ｂを順次積層し、かつ半導体層の光入射側
に遮光層３を設けるとともに、半導体層は極性が互いに
逆のダイオード領域を並設して成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子等の光電変換
装置において、特に静電耐圧を向上させるための遮光構
造を有した光電変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりダイオード構造を有する光電変
換装置は、透光性のガラス基板上に透明電極層、半導体
層、裏面電極層、及び樹脂保護層が順次積層された構造
が一般的である。そして、ガラス基板を透過した入射光
により、透明電極層と裏面電極層とで挟まれた半導体層
が発電する。また、この半導体層はある接合容量を有す
るキャパシタとしても作用する。

【０００３】ところで、光電変換装置の出力端子に静電
気が印加された場合に、装置の端子間容量に反比例した
電圧が出力端子にかかるが、光電変換装置が例えばカメ
ラ用フォトダイオードであれば、有効な発電領域が微小
であり、端子間容量が発電領域の面積に比例するような
構成となっているので静電気耐圧が著しく低く、測定工
程や実装工程などにおいて生じた静電気により容易に破
壊されることがあり問題であった。

【０００４】そこで、発電領域となる半導体層の一部を
遮光層で被覆して非受光部を形成し、この非受光部に形
成された接合容量および受光部の接合容量にて端子間容
量を構成して、有効発電領域となる受光部の微小面積に
対して、大きな端子間容量をとることによって静電気耐
圧を向上させる技術が提案されている（実開平1-139459
号公報等参照）。

【０００５】

【従来技術の問題点】しかしながら、光電変換装置が小
型であれば、上述した対策を講じたとしても充分な静電
耐圧が得られないことがあるうえ、電気回路上同一のダ
イオード構造を有する半導体層を遮光層で覆う構成であ
るために、半導体層の光発電部と遮光部との閉回路にお
いて、遮光部は光電流に対して順方向となるために、こ
の箇所が光電流のリーク部分となり、発電効率が低下し
特性の劣化を招来するという問題があった。

【０００６】

【目的】そこで、本発明は遮光層を有する光電変換装置
において、上記従来の諸問題を解消し、本来の静電気耐
圧を向上させるとともに、特性劣化を招来しない信頼性
の極めて高い光電変換装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光電変換装置は、入射光が透過する絶縁基
体の裏面側に少なくとも透明電極層、半導体層、裏面電
極層を順次積層し、かつ半導体層の光入射側に遮光層を
設けるとともに、該半導体層は極性が互いに逆のダイオ
ード領域を並設して成ることを特徴とする。

【０００８】

【実施例】本発明に係る一実施例について図面に基づき
詳細に説明する。まず、図１に示す光電変換装置Ｓ１
は、例えばカメラ用フォトダイオードであり、外部光Ｌ
を受光する透光性の絶縁基体１の主面上に第１透明電極
層２が積層され、この第１透明電極層２上に所定形状に
パターニングされた遮光層３及び第２透明電極層４が積
層されている。ここで、第２透明電極層４は第１透明電
極層２に接続されているとともに、遮光層３を第１透明
電極層２で挟むようにして形成されている。また、第２
透明電極層４上には所定形状にパターニングされた半導
体層５ａ，５ｂがそれぞれ積層されている。さらに、こ
れら半導体層５ａ，５ｂ上に裏面電極層６ａ（＋側），
６ｂ（−側）が積層され、第２透明電極層４には裏面電
極層６ａが接続され、図２に示すように電気回路上互い
に逆方向のダイオード構造を有する半導体層５ａ，５ｂ
が並列接続された構成となっており、半導体層５ｂで発
生した電力を検出することにより受光量を精確にセンシ
ングできるようになっている。

【０００９】次に、上記光電変換装置Ｓ１の各層につい
て説明する。絶縁基体１は、厚さ0.4 〜1.1 mm程度の充
分に洗浄した周知のガラス基板などの透光性の絶縁体が
用いられるが、例えばガラス基板がアルカリ金属等の不
純物を多く含んだものでは、積層面側に酸化シリコン等
の絶縁膜を被着させ、絶縁基体１に積層させる層中への
不純物拡散を防止するとよい。

【００１０】第１透明電極層２は、少なくとも後記する
遮光層３や第２透明電極層４との密着性などを向上させ
るために設けたものであって、本実施例では絶縁基体１
を500 ℃程度に加熱し、その上に例えば酸化スズやＩＴ
Ｏ（酸化インジウム・スズ）等を主体とする材質のもの
をＣＶＤ法，スパッタ法，電子ビーム蒸着法，スプレー
法などの周知の成膜方法により厚さ600 〜4500Å程度に
被着している。

【００１１】遮光層３は、例えばアルミニウム，ニッケ
ル，クロム，チタン，金，銀等の単体金属もしくはこれ
らの組合せからなる合金等を真空蒸着法などにより第１
透明電極層２上に少なくとも3000Å以上の厚さに被着し
ており、受光領域の不必要な拡大を防止する。なお、遮
光層３は第１透明電極層２の上に設ける代わりに絶縁基
体１のもう一方の主面側へ設けるようにしてもよく、要
は後記する半導体層５ｂの一方を遮光できるようにすれ
ばよい。

【００１２】第２透明電極層４は、上記第１透明電極層
２と同様な材質, 方法で厚さ数百Å程度に形成される
が、これの材質は遮光層３と半導体層５ａ，５ｂとの両
者に相性のよいもので足り、これら両層との接着強度が
保たれ且つオーミック接触となっていればよく、必ずし
も第１透明電極層２と同一の材質でなくともよい。な
お、この層の膜質を向上させ、かつ半導体層５ａ，５ｂ
の特性を損なわないように、膜質を向上させるフッ素の
ドープ層と半導体層５ａ，５ｂへのフッ素の拡散を防止
する非ドープ層との２層構造を成すように形成してもよ
い。

【００１３】半導体層５ａ，５ｂは、第２透明電極層４
上にｐ−ｉ−ｎの３層構造の水素化アモルファスシリコ
ン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと略記）で構成されており、こ
れら各層は周知の気相成長法により形成され、例えばプ
ラズマＣＶＤ法により以下のようにして形成される。す
なわち、ｐ層は第２透明電極層４上に被着形成され、ａ
−Ｓｉ：Ｈ形成用ガスであるシラン等に対して不純物ド
ープ用ガスであるジボラン等を所定の比率で混合して厚
さ約200 Å程度に形成する。ｉ層はａ−Ｓｉ：Ｈ形成用
ガスのみにより厚さ約7000Å程度にｐ層上に形成し、さ
らにこの上にｎ層がａ−Ｓｉ：Ｈ形成用ガスに不純物ド
ープ用ガスであるホスフィン等を所定の比率で混合して
厚さ約500 Å程度に形成する。なお、半導体層５ａ，５
ｂはそれぞれアモルファスである必要はなく、またシリ
コンやｐ−ｉ−ｎの３層構造に限定されるものではな
く、要は図２に示すように半導体層５ａと半導体５ｂと
が互いに電気回路上で逆方向のダイオード構造を有し並
列接続されていればよい。

【００１４】裏面電極層６ａ，６ｂはそれぞれ遮光層３
と同様な材質，方法で厚さ約2500Å程度に半導体層５
ａ，５ｂ上に被着形成される。ここで、陽極となる裏面
電極層６ａは第２透明電極層４にも接触している。な
お、これら裏面電極層６ａ，６ｂは遮光層３と必ずしも
同一の材質でなくともよい。また、これら電極層間は半
導体層５ａ，５ｂのｎ層がエッチングされている。

【００１５】このように、上記光電変換装置Ｓ１では遮
光層３を第１透明電極層２と第２透明電極層４とで挟ん
だ構造をとるので、半導体層５内に金属元素が拡散侵入
することにより欠陥凖位が生じて、発電効率を大幅に低
下させ特性劣化を招来するという問題を極力防止するこ
とができ、しかも第１透明電極層２は絶縁基体１と遮光
層３と馴染みがよいので、従来のように遮光層３が絶縁
基体１から剥離することがなく、信頼性の高いものを提
供することができる。

【００１６】次に、上記光電変換装置Ｓ１の静電気耐圧
試験を行った結果について説明する。図３に示すよう
に、光電変換装置Ｓ１とコンデンサとをスイッチＳＷを
介して電圧計Ｖと並列接続し、±300 Ｖ,200pFの静電気
を３度印加しても破壊に到ることがなく、特性の劣化も
生じなかった。これは、発電しない半導体層５ｂ側、す
なわち逆方向並列回路側に印加電荷が流れる（順方向バ
イアスとなる）ことで、発電する受光部側の半導体層５
ａに印加される静電荷が減少したためと考えられる。一
方、従来の順方向ダイオードを設けた光電変換装置では
最大の静電気耐圧でも±150 Ｖ程度であった。なお、こ
の場合の受光部の面積は本発明および従来のもの共に数
mm²であった。

【００１７】なお、上記光電変換装置Ｓ１をより特性向
上を図るために、第１透明電極層２と遮光層３との間に
光減衰層を設け、この光減衰層として例えばａ−Ｓｉ：
Ｈ層もしくは結晶質のｃ−Ｓｉ層を用いることによっ
て、遮光層３の反射光をこの層により減衰させ、受光面
での外乱光が発生するのを防止し、光電変換装置Ｓ２の
明電流値の線形性を維持させるようにしてもよい。

【００１８】また、上記光減衰層の半導体層を少なくと
も半導体層５ｂより欠陥凖位密度が大きい（例えば2 〜
3 桁程度) 層とすることにより、遮光層３と光減衰層と
のショットキーダイオード構造による光発電を防止し、
光減衰層で発生したキャリアが構造欠陥にトラップさ
せ、これを再結合中心にして消滅させて光電流を抑止
し、いっそう信頼性の高い光電変換装置を提供すること
もできる。ここで、光減衰層の具体例としては、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈのハイドープ層、すなわち不純物濃度を1 ×10⁴
ppm 程度以上の層とするか、ａ−Ｓｉ層とすることによ
って例えば欠陥凖位密度をａ−Ｓｉ：Ｈより 2〜3 桁程
度大きく(1×10¹⁴〜10¹⁶cm^-3) させる。

【００１９】なお、本実施例ではカメラ用フォトダイオ
ードについて示したが、ダイオード構造を有する光電変
換装置であれば適用が可能であり、例えばカラーセンサ
などの各種光センサに適用できる。また、実施例で示し
た半導体層は一例にすぎず周知のダイオード構造を採用
することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電変換
装置によれば、半導体層は電気回路上互いに逆方向のダ
イオード構造を有する層を並列接続して、半導体層の受
光側の一部に遮光層を設けたので、光電変換装置が小型
であっても印加電荷を逃すことができ、静電気耐圧を充
分に向上させることができ、しかも発電効率を低下させ
ず特性劣化を招来しない信頼性の極めて高い光電変換装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の光電変換装置の要部断
面図である。

【図２】半導体層の等価回路を示す図である。

【図３】静電気耐圧試験の電気回路を示す図である。

【符号の説明】

１・・・絶縁基体２・・・第１透
明電極層３・・・遮光層４・・・第２透
明電極層５ａ，５ｂ・・・半導体層６ａ，６ｂ・・・
裏面電極層Ｓ１・・・光電変換装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光が透過する絶縁基体の裏面側に少
なくとも透明電極層、半導体層、裏面電極層を順次積層
し、かつ前記半導体層の光入射側に遮光層を設けるとと
もに、該半導体層は極性が互いに逆のダイオード領域を
並設して成ることを特徴とする光電変換装置。