JPH05347427A - 光センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電気に対する耐圧の大きな光センサを提供
することにある。 【構成】 基板(1)の一主面に形成された光電変換機能
を備えた非晶質半導体膜を、挟むように第２電極膜(4)
と第３電極膜(8)を配するとともに、これら電極(4)(8)
は上記主面側から見て相互に重ならないように配置し、
更には上記第２電極(4)は第１電極(2)への電圧印加によ
り絶縁膜(3)を介して誘起された上記非晶質半導体膜(6)
中のチャネル領域(6a)と電気的に接触する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換機能を有する
半導体膜を使用した光センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、光センサ用光電変換材料として用
いられているものの多くは半導体膜である。この半導体
膜の具体例としては、非晶質シリコンやＣｄＳ等の非晶
質材料などが挙げられる。これら非晶質半導体から成る
光センサとしては例えば特開昭５６−１３５９８０号等
の文献がある。

【０００３】図４は、従来の非晶質シリコン膜を半導体
膜として利用した光センサの素子構造図で、（ａ）は断
面図、（ｂ）は平面図である。図中の(41)はガラスなど
からなる透光性絶縁基板、(42)は光入射側電極となる酸
化錫や、酸化インジューム錫等からなる透明導電膜、(4
3)は透明導電膜(42)上に形成された、光電変換機能を有
する非晶質シリコン膜からなる半導体膜で、膜面に平行
なｐｉｎの各導電型半導体膜を積層形成して成る。(44)
はこの光センサの背面電極となるアルミニュームや銀等
からなる金属膜である。

【０００４】この様な光センサの場合、通常使用される
半導体膜の膜厚は、ｐ型半導体膜（(43p)としては約２
００Å、ｉ型半導体膜(43i)は約３０００Å、そしてｎ
型半導体膜(43n)は約５００Åである。従って、全膜厚
としても１μｍにも満たない極めて薄い、所謂薄膜であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光電変換機能を果たす
半導体膜が斯様なまでの薄膜であることは、使用する原
材料が極めて僅かで済むというコスト面での有利さを有
するものの、その製造及び取扱には多くの注意が必要と
なる。

【０００６】とりわけ、この薄膜であるが故の問題とし
て重要なものに、静電気に対する強度、所謂耐圧があ
る。斯る静電気による不良発生は、特に背面電極を形成
した最終工程以降における取扱に於て生じ易く、一旦静
電気による事故が発生すると、素子は光入射側電極(42)
と背面電極(44)との間でほぼ短絡状態となり素子として
使用に耐えないものとなってしまう。

【０００７】斯る問題の対策としては、従来、使用する
半導体膜の膜厚を大きくしたり、光入射側電極である金
属膜をより均質に形成することにより、たとえばこの金
属膜の突起に起因する静電気による破壊を低減しようと
する試みがなされている。

【０００８】然し乍ら、その半導体膜の厚膜化による方
法にあっては、本来光センサとして重要な光感度特性の
変動をもたらすものであることから、安易に実施するこ
とはできない。

【０００９】又、金属膜の均質化による方法にあって
は、その形成条件を常に厳密に制御する必要があり、素
子の量産性及び再現性の面でやはり実施が困難である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明光センサの特徴と
するところは、基板の一主面に、第１電極膜、絶縁膜、
第２電極膜、非晶質半導体膜及び第３電極膜とが順次被
着形成されて成る光センサであって、上記第２電極膜は
上記第１電極膜への電圧印加に因り誘起された上記非晶
質半導体膜中のチャネル領域と電気的に接触するととも
に、上記主面側から見て上記第３電極膜と重ならないよ
うに配置されていることにあり、又上記第２電極膜の、
少なくとも上記非晶質半導体膜と接する部分に導電性非
晶質半導体膜を介し、上記チャネル領域との電気的な接
触を、この導電性非晶質半導体膜を介して行うことにあ
る。

【００１１】

【作用】本発明光センサによれば、光電変換機能を呈す
る非晶質半導体膜を第２電極膜と第３電極膜とで挟持す
るものの、光キャリアの取り出し電極とするこの第２電
極膜と第３電極膜とを、上記非晶質半導体膜が形成され
た基板の主面側から見て相互に重ならないように配置す
ることにより、静電気に対する耐圧を向上させることが
できる。

【００１２】しかも、光電変換機能を担う非晶質半導体
膜の一部に生じるチャネル領域をあたかも一導電型半導
体の如く機能させることによって、上記配置によっても
所謂ＰＮ接合と同様の機能をその非晶質半導体膜に十分
な光電変換機能を備えさせることができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明光センサの素子構造図であ
り、同図（ａ）はその断面図、同図（ｂ）は平面図であ
る。図中の(1)はガラスや石英等からなる透光性絶縁基
板、(2)は透光性絶縁基板(1)上の一主面に形成された酸
化錫や酸化インジューム錫等の透明導電膜からなる第１
電極膜、(3)はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等から
成る透明絶縁膜、(4)はクロム等の金属からなる第２電
極膜、(5)はこの第２電極膜(4)の少なくとも一部を覆う
ように形成された一導電型非晶質半導体膜で、本例では
ｐ型非晶質シリコン膜とした。(6)はこの導電性非晶質
半導体膜(5)が形成された第２電極膜(4)の部分をも覆う
ように形成された真性非晶質シリコンからなる非晶質半
導体膜、(7)は非晶質半導体膜(6)上に形成された他導電
型半導体で、本例ではｎ型非晶質シリコン膜を使用して
いる。(8)は基板(1)の上記主面側から臨んだ場合、第２
電極膜(4)と重ならないように他導電型半導体(7)上に形
成された第３電極膜、(9)は第１電極膜(2)への電圧印加
のための端子電極膜である。因みに、本実施例では第３
電極膜(8)として金属材料を使用していることから、光
センサとしての光は透光性絶縁基板(1)側からの入射光
を利用することとなる。

【００１４】尚、表１はこれらの主な形成条件を示して
いる。

【００１５】

【表１】

【００１６】本構造の特徴としては、まず第一には第２
電極膜(4)と第３電極膜(8)とは、基板(1)の上記主面側
から臨んだ場合、相互に重ならないように配置されてい
ること、第二には第２電極膜(4)は第１電極膜(2)への電
圧印加によって発生する非晶質半導体膜(6)中のチャネ
ル領域(6a)と一導電型非晶質半導体膜(5)を介して電気
的に接触するように配置されていることである。

【００１７】上記光センサは次のように使用される。ま
ずこの光センサには端子電極膜(9)を介して第３電極膜
(8)に対して第１電極膜に−５Ｖ〜−１０Ｖの電圧を印
加する。これにより非晶質半導体膜(6)の透明絶縁膜(3)
側には正孔が引き寄せられｐ型のチャネル領域(6a)が形
成される。これにより、第３電極膜(8)下の半導体膜は
構造上透明絶縁膜(3)側から、ｐ型チャネル領域(6a)、
真性非晶質シリコン(6)そしてｎ型の導電性半導体膜(7)
の所謂ｐｉｎ接合構造となる。このため、斯る状態の光
センサに光が入射すると、従来のｐｉｎ構造の光センサ
と同様の機構により、光によって生成された光キャリ
ア、つまり電子、正孔はそれぞれｎ型の導電性半導体膜
(7)とｐ型チャネル領域(6a)とに分離される。

【００１８】そして、次にチャネル領域(6a)に引き寄せ
られたキャリアは、このチャネル領域(6a)と導電性非晶
質半導体膜(5)を介して接触する第２電極膜(4)から取り
出される。

【００１９】以上の如く、従来と同様にｐｉｎ構造の光
センサとして機能するものの、本発明光センサにあって
は光キャリア取り出し用の電極となる第２電極膜(4)と
第３電極膜(8)とが、膜面において重ならない状態にパ
ターニングされていることから、従来のような静電気に
よる破壊発生を抑制することができる。

【００２０】図２は上記光センサの製造工程を説明する
ための工程別素子構造図である。図２中の符号は図１と
同じ符号を使用している。同図（ａ）に示す第１工程で
は、透明導電膜(2)が形成された透光性絶縁基板(1)上
の、透明導電膜(2)の端子取り出し部分を除く全面にＣ
ＶＤ法等によるシリコン酸化膜からなる透明絶縁膜(3)
を形成する。

【００２１】同図（ｂ）に示す第２工程では、第２電極
膜(4)となるクロムを蒸着法により形成した後、パター
ニングを施す。

【００２２】次に、同図（ｃ）に示す第３工程では、プ
ラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質シリコン(5)を形成す
るとともに、第２電極膜(4)の少なくともその一部を覆
うようにパターニングする。

【００２３】そして、引き続く同図（ｄ）に示す第４工
程では、プラズマＣＶＤ法により真性非晶質シリコンか
らなる真性の非晶質半導体膜(6)、ｎ型非晶質シリコン
からなる導電性半導体膜(7)の積層体を連続して形成し
た後、島状にパターニングする。

【００２４】次に、同図（ｅ）に示す第５工程では、ア
ルミニューム等の金属膜を蒸着法によって素子全面に形
成した後、背面電極となる第３電極膜(8)及び端子電極
膜(9)となるようにパターニングするとともに、最後に
第３電極膜(8)をマスクとしてｎ型の他導電型半導体膜
(7)の第３電極膜(8)からの露出部をエッチング除去す
る。これにより本光センサは完成する。

【００２５】本実施例では、素子構造上、ｐ型、ｎ型の
各導電性半導体膜(5)(7)を使用したが、本発明はこれら
膜の使用により、より有効に光キャリアを外部に取り出
し得ることができるものであることから実施例で使用し
た。本発明ではこれら導電性半導体膜が必ずしも必要な
ものではない。

【００２６】即ち、実施例でのｎ型導電性半導体膜(7)
を省略した構造であっても、チャネル領域(6a)のｐ型と
非晶質半導体(6)とで、所謂ｐｉ接合を形成するもので
あることから、やはり光センサとして機能することがで
きるものである。

【００２７】尚、この導電性半導体膜を使用する場合に
あっては、それら半導体膜の導電型については、印加す
る電圧の極性と予め対応させて決定する必要がある。即
ち第１電極膜への電圧印加の極性を正とする場合にあっ
ては、第２電極膜(4)に被着形成される導電性半導体膜
(5)はｎ型となるように設計する。またその印加極性を
負とする場合にあっては、その導電性半導体膜のそれは
ｐ型となるように設計する。このように対応させること
で、このキャリアはキャリアの取り出し電極となる第２
電極膜(4)から何らの障壁を受けることなく外部に取り
出される。

【００２８】図３は、前記実施例光センサ（ａ）の静電
気に対する耐圧状態を示す特性図で、横軸はこの光セン
サにパルス状に印加する逆バイアス電圧値であり、縦軸
は各電圧における不良率である。尚、同図には比較のた
めに従来例光センサの場合（ｂ）についても同時に示し
ている。

【００２９】同図から分かるように、従来例光センサ
（ｂ）にあっては、僅か５０Ｖの印加電圧においても不
良が発生するのに対して、本発明光センサ（ａ）にあっ
ては約１００Ｖを越える高電圧を印加しなければ不良が
発生しない。従って、本発明光センサの構造にあって
は、十分な耐圧が得られることが分かる。

【００３０】尚、上述した実施例では、光は透光性絶縁
基板(1)側からのものを利用したが、本発明はこれに限
られず、その基板(1)として非透光性基板を使用し、第
３電極膜(8)として酸化錫や酸化インジューム錫等の透
明導電膜を使用することによって、基板の上記主面側か
らの入射光を利用した光センサとすることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明光センサによれば、光電変換機能
を呈する非晶質半導体膜を第２電極膜と第３電極膜とで
挟むものの、光キャリアの取り出し電極とするに際し、
この第２電極膜と第３電極膜とが、上記非晶質半導体膜
が形成された基板の主面側から見て相互に重ならないよ
うに配置されていることから、静電気に対する耐圧が向
上する。

【００３２】しかも、その非晶質半導体膜の一部に生じ
るチャネル領域をあたかも一導電型半導体として利用す
ることにより、上記配置によっても十分な光電変換機能
を有する半導体膜とすることができる。

【００３３】加えて、上記チャネル領域に集められたキ
ャリアを第２電極膜から取り出し得ることから有効に光
キャリアを外部に取り出し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光センサの素子構造図である。

【図２】前記光センサの製造工程を説明する工程別素子
構造断面図である。

【図３】前記光センサの耐圧特性を示す特性図である。

【図４】従来例光センサの素子構造図である。

【符号の説明】

(1)…基板 (2)…第１電
極膜 (3)…絶縁膜 (4)…第２電
極膜 (5)…導電性非晶質半導体膜 (6)…非晶質
半導体膜 (6a)…チャネル領域 (8)…第３電
極膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の一主面に、第１電極膜、絶縁膜、
   第２電極膜、非晶質半導体膜及び第３電極膜とが順次被
   着形成されて成る光センサであって、上記第２電極膜は
   上記第１電極膜への電圧印加に因り誘起された上記非晶
   質半導体膜中のチャネル領域と電気的に接触するととも
   に、上記主面側から見て上記第３電極膜と重ならないよ
   うに配置されていることを特徴とする光センサ。
2. 【請求項２】 基板の一主面に、第１電極膜、絶縁膜、
   第２電極膜、導電性非晶質半導体膜、非晶質半導体膜及
   び第３電極膜とが順次被着形成されて成る光センサであ
   って、上記第２電極膜は上記非晶質半導体膜と少なくと
   も接する部分に上記導電性非晶質半導体膜を介するとと
   もに、該第２電極膜は上記第１電極膜への電圧印加に因
   り誘起された上記非晶質半導体膜中のチャネル領域と上
   記導電性非晶質半導体膜を介して電気的に接触し、且つ
   上記主面側から見て上記第３電極膜と重ならないように
   配置されていることを特徴とする光センサ。