JPH09232620A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- JPH09232620A JPH09232620A JP8033616A JP3361696A JPH09232620A JP H09232620 A JPH09232620 A JP H09232620A JP 8033616 A JP8033616 A JP 8033616A JP 3361696 A JP3361696 A JP 3361696A JP H09232620 A JPH09232620 A JP H09232620A
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- photoelectric conversion
- semiconductor layer
- photoconductivity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光劣化特性を低下させることがなく、光導電
率σｐ、Ｓ／Ｎ比、光応答速度τを同時に改善できる非
晶質半導体層を持つ光電変換素子を実現する。 【解決手段】 光電変換層として機能する非晶質半導体
層１２と該半導体層に対して電気的に接続された一対の
電極とを有する光電変換素子において、前記半導体層の
窒素不純物量が、５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、
３×１０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下であり、かつ前記半
導体層の膜厚は、３０００Å以上、４０００Å以下であ
ることを特徴とする光電変換素子。前記半導体層は、Ｓ
ｉＨ4 ，Ｈ2 ，Ｎ2 ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法
により形成された非晶質シリコン薄膜であることを特徴
とする光電変換素子。
率σｐ、Ｓ／Ｎ比、光応答速度τを同時に改善できる非
晶質半導体層を持つ光電変換素子を実現する。 【解決手段】 光電変換層として機能する非晶質半導体
層１２と該半導体層に対して電気的に接続された一対の
電極とを有する光電変換素子において、前記半導体層の
窒素不純物量が、５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、
３×１０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下であり、かつ前記半
導体層の膜厚は、３０００Å以上、４０００Å以下であ
ることを特徴とする光電変換素子。前記半導体層は、Ｓ
ｉＨ4 ，Ｈ2 ，Ｎ2 ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法
により形成された非晶質シリコン薄膜であることを特徴
とする光電変換素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子に関
わり、特に、ファクシミリ装置、複写機などの画像読取
装置に用いられる光電変換素子に関する。
わり、特に、ファクシミリ装置、複写機などの画像読取
装置に用いられる光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ファクシミリ、イメージリーダー
などの小型化、高性能化のために、光電変換装置とし
て、等倍光学系を持つ長尺ラインセンサーの開発が盛ん
に行われている。即ち、光電変換装置としては、絶縁基
板上に非晶質半導体を堆積し、更に、一対の電極をオー
ミックコンタクト層を介して接続したコプラナー型の光
センサーと絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁層及び
非晶質半導体と一対のＳ−Ｄ電極をオーミックコンタク
ト層を介して接続したＴＦＴ型の光センサーとがある。
などの小型化、高性能化のために、光電変換装置とし
て、等倍光学系を持つ長尺ラインセンサーの開発が盛ん
に行われている。即ち、光電変換装置としては、絶縁基
板上に非晶質半導体を堆積し、更に、一対の電極をオー
ミックコンタクト層を介して接続したコプラナー型の光
センサーと絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁層及び
非晶質半導体と一対のＳ−Ｄ電極をオーミックコンタク
ト層を介して接続したＴＦＴ型の光センサーとがある。
【０００３】前述のコプラナー型の光センサーを画像読
み取り装置に利用する場合は、光電流が大きいことか
ら、セルフォック（商標）レンズアレー（ＳＬＡと略
記）などの光学系を利用できるため、焦点深度が深くな
るといった利点があるが、駆動用ＩＣが必要であるた
め、コストメリットは大きくないなどの特徴がある。
み取り装置に利用する場合は、光電流が大きいことか
ら、セルフォック（商標）レンズアレー（ＳＬＡと略
記）などの光学系を利用できるため、焦点深度が深くな
るといった利点があるが、駆動用ＩＣが必要であるた
め、コストメリットは大きくないなどの特徴がある。
【０００４】一方、ＴＦＴ型の光センサーでは、駆動用
のＴＦＴを光センサーと同一基板内に同一プロセスで作
成できることからコスト的には大きな利点があるが、光
電流が小さいため、ＳＬＡなどの光学系を使用できず、
その結果、焦点深度が浅いという欠点がある。
のＴＦＴを光センサーと同一基板内に同一プロセスで作
成できることからコスト的には大きな利点があるが、光
電流が小さいため、ＳＬＡなどの光学系を使用できず、
その結果、焦点深度が浅いという欠点がある。
【０００５】この様な光センサーに用いられる光電変換
層としては、現在、プラズマＣＶＤ法による非晶質シリ
コン半導体（ａ−Ｓｉ膜と略記）が最も広く利用されて
いる。しかしながら、光センサー材料としては、未だ不
十分な材料であり、更なる改良が必要とされている。以
下に、従来検討された概略の内容を述べる。
層としては、現在、プラズマＣＶＤ法による非晶質シリ
コン半導体（ａ−Ｓｉ膜と略記）が最も広く利用されて
いる。しかしながら、光センサー材料としては、未だ不
十分な材料であり、更なる改良が必要とされている。以
下に、従来検討された概略の内容を述べる。
【０００６】先ず、従来より最大の課題である光応答特
性とＳ／Ｎ比向上を目指した改良について説明する。
性とＳ／Ｎ比向上を目指した改良について説明する。
【０００７】光導電率σｐを向上させる方法としては、
従来より微量の不純物のドーピングにより可能になるこ
とが公知である。例えば、ＰＨ3 の微量ドーピング（信
学技報ＥＤ８３−１３２参照）では、光導電率σｐは向
上を達成しているが、逆に、Ｓ／Ｎ比は低下し、光応答
速度τも改良されないといった欠点もある。
従来より微量の不純物のドーピングにより可能になるこ
とが公知である。例えば、ＰＨ3 の微量ドーピング（信
学技報ＥＤ８３−１３２参照）では、光導電率σｐは向
上を達成しているが、逆に、Ｓ／Ｎ比は低下し、光応答
速度τも改良されないといった欠点もある。
【０００８】また、ＮＨ3 またはＮ2 の微量ドーピング
（ＪＪＡＰ Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ，
１９８２，ｐｐＬ４８５−Ｌ４８７及び特公平６−１１
０３２号参照）においても、同様に光導電率σｐの増加
は確認できるが、光応答速度τの向上は図られていな
い。もしくは、逆にドーピングにより低下している。
（ＪＪＡＰ Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ，
１９８２，ｐｐＬ４８５−Ｌ４８７及び特公平６−１１
０３２号参照）においても、同様に光導電率σｐの増加
は確認できるが、光応答速度τの向上は図られていな
い。もしくは、逆にドーピングにより低下している。
【０００９】また、一般的には、ａ−Ｓｉ膜厚効果によ
り光導電率σｐはａ−Ｓｉ膜厚ｄの増加に従い向上され
るが、光応答速度τは反対に遅くなる（応用物理学会
昭和５８年春期予稿集６ａ−Ｂ−１０参照）ことが確認
されている。即ち、光応答速度τと光導電率σｐ及びＳ
／Ｎ比とは相反する要素であることが知られており、光
導電率σｐと光応答速度τを同時に上げることは不可能
とされていた。
り光導電率σｐはａ−Ｓｉ膜厚ｄの増加に従い向上され
るが、光応答速度τは反対に遅くなる（応用物理学会
昭和５８年春期予稿集６ａ−Ｂ−１０参照）ことが確認
されている。即ち、光応答速度τと光導電率σｐ及びＳ
／Ｎ比とは相反する要素であることが知られており、光
導電率σｐと光応答速度τを同時に上げることは不可能
とされていた。
【００１０】そこで、光導電率σｐ及びＳ／Ｎ比を増加
させ、光応答速度τを共に向上させる手法として、ａ−
Ｓｉ膜厚を表面空乏層の深さと同等以下とし、同時にＰ
Ｈ3の微量ドーピングを行う（特公平５−８４０６７号
参照）方法が提案されている。本従来例は、ａ−Ｓｉ膜
厚ｄを薄くすることで光応答速度τを上げ、同時に低下
する光導電率σｐを膜中にＰＨ3 の微量ドーピングをす
る事で補正するものである。しかし、本発明者らの検討
によれば、ＰＨ3 の微量ドーピングされたａ−Ｓｉ膜を
用いた光センサーは光導電率σｐは上がるが、Ｓ／Ｎ比
は向上されず、更に、極端に光劣化が大きく信頼性上問
題となる。また、ａ−Ｓｉ膜厚を表面空乏層と同等、ま
たは、それ以下とした場合、急激に、光導電率σｐが低
下し、実用に値しないことも確認した。
させ、光応答速度τを共に向上させる手法として、ａ−
Ｓｉ膜厚を表面空乏層の深さと同等以下とし、同時にＰ
Ｈ3の微量ドーピングを行う（特公平５−８４０６７号
参照）方法が提案されている。本従来例は、ａ−Ｓｉ膜
厚ｄを薄くすることで光応答速度τを上げ、同時に低下
する光導電率σｐを膜中にＰＨ3 の微量ドーピングをす
る事で補正するものである。しかし、本発明者らの検討
によれば、ＰＨ3 の微量ドーピングされたａ−Ｓｉ膜を
用いた光センサーは光導電率σｐは上がるが、Ｓ／Ｎ比
は向上されず、更に、極端に光劣化が大きく信頼性上問
題となる。また、ａ−Ｓｉ膜厚を表面空乏層と同等、ま
たは、それ以下とした場合、急激に、光導電率σｐが低
下し、実用に値しないことも確認した。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来例では困難であった、光劣化特性を低下させること
がなく、光導電率σｐ、Ｓ／Ｎ比、光応答速度τを同時
に改善できる非晶質半導体層を実現することである。
従来例では困難であった、光劣化特性を低下させること
がなく、光導電率σｐ、Ｓ／Ｎ比、光応答速度τを同時
に改善できる非晶質半導体層を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するため、以下の手段を有する。 ［１］ 光電変換層として機能する非晶質半導体層と該
半導体層に対して電気的に接続された一対の電極とを有
する光電変換素子において、前記半導体層の窒素不純物
量が、５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１０19
ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下であり、かつ前記半導体層の膜
厚は、３０００Å以上、４０００Å以下であることを特
徴とする光電変換素子。 ［２］ 前記半導体層は、ＳｉＨ4 ，Ｈ2 ，Ｎ2 ガスを
原料としたプラズマＣＶＤ法により形成された非晶質シ
リコン薄膜であることを特徴とする光電変換素子。
を解決するため、以下の手段を有する。 ［１］ 光電変換層として機能する非晶質半導体層と該
半導体層に対して電気的に接続された一対の電極とを有
する光電変換素子において、前記半導体層の窒素不純物
量が、５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１０19
ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下であり、かつ前記半導体層の膜
厚は、３０００Å以上、４０００Å以下であることを特
徴とする光電変換素子。 ［２］ 前記半導体層は、ＳｉＨ4 ，Ｈ2 ，Ｎ2 ガスを
原料としたプラズマＣＶＤ法により形成された非晶質シ
リコン薄膜であることを特徴とする光電変換素子。
【００１３】本発明では、上述の課題を解決するため
に、ａ−Ｓｉ膜厚ｄの規定とａ−Ｓｉ膜内不純物、特に
窒素不純物量Ｎを規定することにより、非晶質半導体層
を用いた種々のセンサー特性を向上させるものである。
に、ａ−Ｓｉ膜厚ｄの規定とａ−Ｓｉ膜内不純物、特に
窒素不純物量Ｎを規定することにより、非晶質半導体層
を用いた種々のセンサー特性を向上させるものである。
【００１４】次に、本発明の原理について、以下に本発
明者らの推定ではあるが概略を述べる。
明者らの推定ではあるが概略を述べる。
【００１５】本発明の光センサーなどでは、後述の実施
例で述べる様に、ギャップ部はＲＩＥなどにより作成さ
れる。その結果、ギャップ部には発生キャリアの再結合
準位として働く欠陥層が形成されるため、そのため、光
センサーとしては、欠陥層よりａ−Ｓｉ膜厚ｄを厚くす
る必要がある。なせならば、ａ−Ｓｉ膜厚ｄを欠陥層の
厚み、または、それ以下であれば光導電率σｐは大きく
低下するためである。これは、従来例でも述べている様
に、表面空乏層の厚み以下であると急激に、光導電率σ
ｐが低下することである。
例で述べる様に、ギャップ部はＲＩＥなどにより作成さ
れる。その結果、ギャップ部には発生キャリアの再結合
準位として働く欠陥層が形成されるため、そのため、光
センサーとしては、欠陥層よりａ−Ｓｉ膜厚ｄを厚くす
る必要がある。なせならば、ａ−Ｓｉ膜厚ｄを欠陥層の
厚み、または、それ以下であれば光導電率σｐは大きく
低下するためである。これは、従来例でも述べている様
に、表面空乏層の厚み以下であると急激に、光導電率σ
ｐが低下することである。
【００１６】次に、光応答速度τについて考える。詳細
な定義は実施形態１で述べるが、立ち下がり速度τ ｏ
ｆｆは、言い換えれば、ａ−Ｓｉ膜内で発生したキャリ
アの消滅するまでの時間である。そこで、この欠陥層を
利用し、欠陥層の影響が表れないようなａ−Ｓｉ膜厚ｄ
とすることで、立ち下がり速度τ ｏｆｆを向上するこ
とが可能となる。一方、立ち上がり速度τ ｏｎは、キ
ャリアの発生、トラップ、再結合といった過程が定常状
態に至るまでの時間であり、律速過程は、欠陥層の再結
合準位でのキャリアの消滅であると考えられるので、ａ
−Ｓｉ膜厚ｄには、大きくは依存しないのである。
な定義は実施形態１で述べるが、立ち下がり速度τ ｏ
ｆｆは、言い換えれば、ａ−Ｓｉ膜内で発生したキャリ
アの消滅するまでの時間である。そこで、この欠陥層を
利用し、欠陥層の影響が表れないようなａ−Ｓｉ膜厚ｄ
とすることで、立ち下がり速度τ ｏｆｆを向上するこ
とが可能となる。一方、立ち上がり速度τ ｏｎは、キ
ャリアの発生、トラップ、再結合といった過程が定常状
態に至るまでの時間であり、律速過程は、欠陥層の再結
合準位でのキャリアの消滅であると考えられるので、ａ
−Ｓｉ膜厚ｄには、大きくは依存しないのである。
【００１７】つまり、ａ−Ｓｉ膜厚ｄを最適な範囲に規
定することにより、立ち下がり速度τ ｏｆｆを改善で
きるとされる。しかし、この膜厚範囲の光導電率σｐの
絶対値を考えると不十分であるため、ａ−Ｓｉ膜に不純
物を導入して光導電率σｐを上げる必要がある。本発明
者らは、特に窒素不純物を選択している。この窒素不純
物はａ−Ｓｉ膜内において、主にホールトラップ準位の
増減に影響を及ぼしているため、暗導電率σｄに比べて
光導電率σｐの増加に寄与し、Ｓ／Ｎ比が改良され、更
に、光応答速度τ（τ ｏｎ，τ ｏｆｆ）を低下させ
ることがないと考えられる。言い換えれば、窒素不純物
は再結合準位を増加させることなく、ホールトラップ準
位が増加するため、この様な特性が得られると言える。
しかし、酸素を導入した場合は、酸素不純物量の増加に
従い明確な光応答速度τ（τ ｏｎ，τ ｏｆｆ）の低
下が確認されている。これは、エレクトロンのトラップ
準位が主に増加したとすると考え易い。また、リン不純
物を導入した場合にも同様な結果を得ている。立ち上が
り速度τ ｏｎに関しては、エレクトロンのトラップ準
位の増加が考えられ、立ち下がり速度τ ｏｆｆは、リ
ンの導入により、フェルミレベルが上がり、再結合準位
がキャリアで満たされ、その結果、キャリアの消滅が制
限されたため、大きくなったと推定している。
定することにより、立ち下がり速度τ ｏｆｆを改善で
きるとされる。しかし、この膜厚範囲の光導電率σｐの
絶対値を考えると不十分であるため、ａ−Ｓｉ膜に不純
物を導入して光導電率σｐを上げる必要がある。本発明
者らは、特に窒素不純物を選択している。この窒素不純
物はａ−Ｓｉ膜内において、主にホールトラップ準位の
増減に影響を及ぼしているため、暗導電率σｄに比べて
光導電率σｐの増加に寄与し、Ｓ／Ｎ比が改良され、更
に、光応答速度τ（τ ｏｎ，τ ｏｆｆ）を低下させ
ることがないと考えられる。言い換えれば、窒素不純物
は再結合準位を増加させることなく、ホールトラップ準
位が増加するため、この様な特性が得られると言える。
しかし、酸素を導入した場合は、酸素不純物量の増加に
従い明確な光応答速度τ（τ ｏｎ，τ ｏｆｆ）の低
下が確認されている。これは、エレクトロンのトラップ
準位が主に増加したとすると考え易い。また、リン不純
物を導入した場合にも同様な結果を得ている。立ち上が
り速度τ ｏｎに関しては、エレクトロンのトラップ準
位の増加が考えられ、立ち下がり速度τ ｏｆｆは、リ
ンの導入により、フェルミレベルが上がり、再結合準位
がキャリアで満たされ、その結果、キャリアの消滅が制
限されたため、大きくなったと推定している。
【００１８】更に、リン不純物と比較して、窒素不純物
の導入は、特に、光劣化特性の低下がないことを見出し
ているが、物理的なメカニズムに関しては不明である。
の導入は、特に、光劣化特性の低下がないことを見出し
ているが、物理的なメカニズムに関しては不明である。
【００１９】即ち、不純物として窒素を選択し、ａ−Ｓ
ｉ膜厚ｄの規定とａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎを規定
することにより光劣化特性を低下させることがなく、光
導電率σｐ、Ｓ／Ｎ比、光応答速度τを同時に改善でき
る。
ｉ膜厚ｄの規定とａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎを規定
することにより光劣化特性を低下させることがなく、光
導電率σｐ、Ｓ／Ｎ比、光応答速度τを同時に改善でき
る。
【００２０】
［実施形態１］本実施形態で用いられる光センサーの断
面図を図１に示す。図において、１１はガラス基板、１
２は光電変換層、１３はオーミックコンタクト層、１４
はＳ−Ｄ電極である。
面図を図１に示す。図において、１１はガラス基板、１
２は光電変換層、１３はオーミックコンタクト層、１４
はＳ−Ｄ電極である。
【００２１】次に、本センサーの作製方法を概説する。
【００２２】先ず、ガラス基板１１上に光電変換層とし
て、ＳｉＨ4 ，Ｈ2 ガスを主原料とし、Ｎ2 ガスをドー
ピングガスとしてプラズマＣＶＤ法により、ａ−Ｓｉ膜
を成膜し、続いてオーミックコンタクト層として、Ｓｉ
Ｈ4 ，Ｈ2 ，ＰＨ3 ガスを原料としてｎ+ 膜を堆積す
る。更に、Ｓ−Ｄ電極としてＡｌ膜をスパッター法によ
り積層する。次に、Ｓ−Ｄ電極をパターニングし、更
に、ギャップ部のｎ+ 膜及びａ−Ｓｉ膜の一部をＲＩＥ
により除去する。最後に、素子分離をＲＩＥにより行い
完成する。
て、ＳｉＨ4 ，Ｈ2 ガスを主原料とし、Ｎ2 ガスをドー
ピングガスとしてプラズマＣＶＤ法により、ａ−Ｓｉ膜
を成膜し、続いてオーミックコンタクト層として、Ｓｉ
Ｈ4 ，Ｈ2 ，ＰＨ3 ガスを原料としてｎ+ 膜を堆積す
る。更に、Ｓ−Ｄ電極としてＡｌ膜をスパッター法によ
り積層する。次に、Ｓ−Ｄ電極をパターニングし、更
に、ギャップ部のｎ+ 膜及びａ−Ｓｉ膜の一部をＲＩＥ
により除去する。最後に、素子分離をＲＩＥにより行い
完成する。
【００２３】図２は、Ｎ2 ガスをドーピングガスとして
作成したａ−Ｓｉ膜の膜内不純物量Ｎと光導電率σｐと
暗導電率σｄの関係を示したものである。この時、窒素
不純物量Ｎは、ＳＩＭＳ分析法により定量化した値であ
り、光導電率σｐは、光源として波長５５０ｎｍのＬＥ
Ｄを用い、２００ｌｘ照射下でのものである。図中の黒
プロットはノンドープ膜の光導電率σｐ* と暗導電率σ
ｄ* であり、同図より光導電率σｐを上げることが可能
な窒素不純物量Ｎは、少なくとも５×１０18ａｔｏｍｉ
ｃ／ｃｃ以上であることが解る。
作成したａ−Ｓｉ膜の膜内不純物量Ｎと光導電率σｐと
暗導電率σｄの関係を示したものである。この時、窒素
不純物量Ｎは、ＳＩＭＳ分析法により定量化した値であ
り、光導電率σｐは、光源として波長５５０ｎｍのＬＥ
Ｄを用い、２００ｌｘ照射下でのものである。図中の黒
プロットはノンドープ膜の光導電率σｐ* と暗導電率σ
ｄ* であり、同図より光導電率σｐを上げることが可能
な窒素不純物量Ｎは、少なくとも５×１０18ａｔｏｍｉ
ｃ／ｃｃ以上であることが解る。
【００２４】次に、ａ−Ｓｉ膜ｄと光導電率σｐと暗導
電率σｄの関係を図３に示す。図中の黒プロットはノン
ドープ膜であり、白プロットは窒素不純物量Ｎを４×１
０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃとしたものである。同図によれ
ば、膜厚ｄが３０００Åより薄くなると、光導電率σｐ
が急激に低下することが確認できる。
電率σｄの関係を図３に示す。図中の黒プロットはノン
ドープ膜であり、白プロットは窒素不純物量Ｎを４×１
０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃとしたものである。同図によれ
ば、膜厚ｄが３０００Åより薄くなると、光導電率σｐ
が急激に低下することが確認できる。
【００２５】即ち、光導電率σｐ及びＳ／Ｎ比を上げる
ためには、膜内不純物量Ｎは５×１０19ａｔｏｍｉｃ／
ｃｃ以上、かつ、膜厚ｄは３０００Å以上であることが
必要となる。
ためには、膜内不純物量Ｎは５×１０19ａｔｏｍｉｃ／
ｃｃ以上、かつ、膜厚ｄは３０００Å以上であることが
必要となる。
【００２６】更に、ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎによ
る光劣化の関係を図４に示す。光劣化の評価は、Ｖｓｄ
＝１０ｖにおいて、１００ｍＷ／−ハロゲン光源で１０
００ｍｉｎ照射後の光導電率σｐ’の初期光導電率σｐ
に対する場合（σｐ’／σｐ）で示している。図中の黒
プロットはノンドープ膜である。ａ−Ｓｉ膜内の窒素不
純物量Ｎが３×１０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下であれば
一定値を示している。
る光劣化の関係を図４に示す。光劣化の評価は、Ｖｓｄ
＝１０ｖにおいて、１００ｍＷ／−ハロゲン光源で１０
００ｍｉｎ照射後の光導電率σｐ’の初期光導電率σｐ
に対する場合（σｐ’／σｐ）で示している。図中の黒
プロットはノンドープ膜である。ａ−Ｓｉ膜内の窒素不
純物量Ｎが３×１０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下であれば
一定値を示している。
【００２７】また、ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎと光
応答速度τとの関係を図５に示す。同図より本範囲にお
いては、光応答速度τを大きく低下させることなく、ノ
ンドープ膜と概ね同等であることがわかる。図中の黒プ
ロットはノンドープ膜である。
応答速度τとの関係を図５に示す。同図より本範囲にお
いては、光応答速度τを大きく低下させることなく、ノ
ンドープ膜と概ね同等であることがわかる。図中の黒プ
ロットはノンドープ膜である。
【００２８】ここで、光応答速度τは、図６の様に、Ｖ
ｓｄ＝１０ｖにおいて、上述のＬＥＤ光源を０．１Ｈｚ
で点滅した場合の飽和光電流Ｉｓｕｔを基準として定量
化している。立ち上がり速度τ ｏｎは、飽和光電流Ｉ
ｓｕｔの９０％まで立ち上がるまでの時間と定義し、ま
た、立ち下がり速度τ ｏｆｆは、飽和光電流Ｉｓｕｔ
の１０％まで低下するまでの時間と定義している。
ｓｄ＝１０ｖにおいて、上述のＬＥＤ光源を０．１Ｈｚ
で点滅した場合の飽和光電流Ｉｓｕｔを基準として定量
化している。立ち上がり速度τ ｏｎは、飽和光電流Ｉ
ｓｕｔの９０％まで立ち上がるまでの時間と定義し、ま
た、立ち下がり速度τ ｏｆｆは、飽和光電流Ｉｓｕｔ
の１０％まで低下するまでの時間と定義している。
【００２９】次に、ａ−Ｓｉ膜厚ｄと光応答速度τとの
関係を一例として図７に示す。この時、窒素不純物量Ｎ
は８．５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃである。同図に依
れば、ａ−Ｓｉ膜厚ｄの４０００Å以下までの依存性と
４０００Åを超えるａ−Ｓｉ膜厚ｄに対する依存性が異
なっている。
関係を一例として図７に示す。この時、窒素不純物量Ｎ
は８．５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃである。同図に依
れば、ａ−Ｓｉ膜厚ｄの４０００Å以下までの依存性と
４０００Åを超えるａ−Ｓｉ膜厚ｄに対する依存性が異
なっている。
【００３０】つまり、光劣化特性を低下せず、かつ、光
応答速度を改善するためには、ａ−Ｓｉ膜内の不純物量
Ｎは３×１０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下、かつ、ａ−Ｓ
ｉ膜ｄは４０００Å以下であることが必要となる。
応答速度を改善するためには、ａ−Ｓｉ膜内の不純物量
Ｎは３×１０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下、かつ、ａ−Ｓ
ｉ膜ｄは４０００Å以下であることが必要となる。
【００３１】以上の結果により、ａ−Ｓｉ膜内の窒素不
純物量Ｎを５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１
０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下とし、ａ−Ｓｉ膜厚ｄが、
３０００Å以上、４０００Å以下であれば、光劣化特性
を低下させることなく、光導電率σｐ及びＳ／Ｎ比、更
には、光応答速度τを向上させることが可能となる。
純物量Ｎを５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１
０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下とし、ａ−Ｓｉ膜厚ｄが、
３０００Å以上、４０００Å以下であれば、光劣化特性
を低下させることなく、光導電率σｐ及びＳ／Ｎ比、更
には、光応答速度τを向上させることが可能となる。
【００３２】［実施形態２］図８は、本実施形態のＴＦ
Ｔ型光センサーの断面図である。図において、２１はガ
ラス基板、２２はゲート電極、２３はゲート絶縁層、２
４は光電変換層、２５はオーミックコンタクト層、２６
はＳ−Ｄ電極である。
Ｔ型光センサーの断面図である。図において、２１はガ
ラス基板、２２はゲート電極、２３はゲート絶縁層、２
４は光電変換層、２５はオーミックコンタクト層、２６
はＳ−Ｄ電極である。
【００３３】次に、本センサーの作製方法を概説する。
【００３４】先ず、ガラス基板２１上にゲート電極２１
として、Ｃｒ膜をスパッター法により成膜し、パターニ
ングしてゲート電極２２を形成する。次に、ゲート絶縁
層２３としてＳｉＮ膜、光電変換層２４としてａ−Ｓｉ
膜、オーミックコンタクト層２５としてｎ+ 膜をプラズ
マＣＶＤ法により、連続成膜する。更に、Ｓ−Ｄ電極２
６としてＡｌ膜をスパッター法により積層し、パターニ
ングしてＳ−Ｄ電極２６を形成する。そして、最後に、
ギャップ部のｎ+ 膜及びａ−Ｓｉ膜の一部をＲＩＥによ
り除去し、更に、素子分離をＲＩＥにより行い、完了す
る。
として、Ｃｒ膜をスパッター法により成膜し、パターニ
ングしてゲート電極２２を形成する。次に、ゲート絶縁
層２３としてＳｉＮ膜、光電変換層２４としてａ−Ｓｉ
膜、オーミックコンタクト層２５としてｎ+ 膜をプラズ
マＣＶＤ法により、連続成膜する。更に、Ｓ−Ｄ電極２
６としてＡｌ膜をスパッター法により積層し、パターニ
ングしてＳ−Ｄ電極２６を形成する。そして、最後に、
ギャップ部のｎ+ 膜及びａ−Ｓｉ膜の一部をＲＩＥによ
り除去し、更に、素子分離をＲＩＥにより行い、完了す
る。
【００３５】本実施形態２でのＴＦＴ型光センサーは、
実施形態１で述べたコプラナー型センサーと異なり、ゲ
ート電極により光電変換層の電位が固定されている。電
位は、光応答特性、光電流、γ特性（光量と光電流との
相関）を考慮して決定している。そこで、このゲート電
極による電位の固定が、実質的なａ−Ｓｉ膜厚ｄに影響
を及ぼす（界面の影響）と考えられるａ−Ｓｉ膜厚依存
のみ説明する。なお、ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎに
関しては、実施形態１と同様な結果を得ている。
実施形態１で述べたコプラナー型センサーと異なり、ゲ
ート電極により光電変換層の電位が固定されている。電
位は、光応答特性、光電流、γ特性（光量と光電流との
相関）を考慮して決定している。そこで、このゲート電
極による電位の固定が、実質的なａ−Ｓｉ膜厚ｄに影響
を及ぼす（界面の影響）と考えられるａ−Ｓｉ膜厚依存
のみ説明する。なお、ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎに
関しては、実施形態１と同様な結果を得ている。
【００３６】光電流Ｉｐとａ−Ｓｉ膜厚ｄとの関係を図
９に示す。光電流Ｉｐは、Ｖｓｄ＝１０ｖ、Ｖｇ＝０
ｖ、光源は実施形態１と同様のものである。図中の黒プ
ロットはノンドープ膜であり、白プロットは窒素不純物
量Ｎを４×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃとしたものであ
る。同図に依れば、実施形態１と同様、ａ−Ｓｉ膜厚ｄ
が３０００Åより薄くなると、急激に光電流Ｉｐが低下
する。また、ａ−Ｓｉ膜厚ｄが４０００Åを超えると、
急激に光電流Ｉｐが増加する。
９に示す。光電流Ｉｐは、Ｖｓｄ＝１０ｖ、Ｖｇ＝０
ｖ、光源は実施形態１と同様のものである。図中の黒プ
ロットはノンドープ膜であり、白プロットは窒素不純物
量Ｎを４×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃとしたものであ
る。同図に依れば、実施形態１と同様、ａ−Ｓｉ膜厚ｄ
が３０００Åより薄くなると、急激に光電流Ｉｐが低下
する。また、ａ−Ｓｉ膜厚ｄが４０００Åを超えると、
急激に光電流Ｉｐが増加する。
【００３７】次に、ａ−Ｓｉ膜厚ｄと光応答速度τとの
関係を一例として図１０に示す。この時、窒素不純物量
Ｎは８．５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃである。測定方
法は実施形態１と同様である。ａ−Ｓｉ膜厚ｄの減少に
従い、光応答速度τ（立ち下がり速度τ ｏｆｆ）は速
くなるが、特に、ａ−Ｓｉ膜厚ｄが４０００Å以下で良
好であることが確認できる。
関係を一例として図１０に示す。この時、窒素不純物量
Ｎは８．５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃである。測定方
法は実施形態１と同様である。ａ−Ｓｉ膜厚ｄの減少に
従い、光応答速度τ（立ち下がり速度τ ｏｆｆ）は速
くなるが、特に、ａ−Ｓｉ膜厚ｄが４０００Å以下で良
好であることが確認できる。
【００３８】即ち、ａ−Ｓｉ膜厚ｄが３０００Å以上、
４０００Å以下であれば、光電流Ｉｐ及び光応答速度τ
を同時に改良できる。勿論、ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物
量Ｎを５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１０19
ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下とすれば光劣化特性を低下させ
ることなく、光電流Ｉｐ、Ｓ／Ｎ比を改良することがで
きる。更に、エリアセンサー、ラインセンサーなどの大
面積化を考える上では、ａ−Ｓｉ膜厚依存が小さい方が
望ましく、このａ−Ｓｉ膜厚ｄの範囲では、好都合であ
ることも確認できる。
４０００Å以下であれば、光電流Ｉｐ及び光応答速度τ
を同時に改良できる。勿論、ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物
量Ｎを５×１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１０19
ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下とすれば光劣化特性を低下させ
ることなく、光電流Ｉｐ、Ｓ／Ｎ比を改良することがで
きる。更に、エリアセンサー、ラインセンサーなどの大
面積化を考える上では、ａ−Ｓｉ膜厚依存が小さい方が
望ましく、このａ−Ｓｉ膜厚ｄの範囲では、好都合であ
ることも確認できる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、光
電変換層を用いた光センサーにおいて、光電変換材料で
ある非晶質シリコン薄膜の膜内の窒素不純物量を、５×
１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１０19ａｔｏｍｉ
ｃ／ｃｃ以下とし、膜厚を３０００Å以上、４０００Å
以下にすることにより、光劣化特性を低下することな
く、光導電率σｐ、光電流Ｉｐ及びＳ／Ｎ比、更には、
光応答速度τを向上させることが可能となる。
電変換層を用いた光センサーにおいて、光電変換材料で
ある非晶質シリコン薄膜の膜内の窒素不純物量を、５×
１０18ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以上、３×１０19ａｔｏｍｉ
ｃ／ｃｃ以下とし、膜厚を３０００Å以上、４０００Å
以下にすることにより、光劣化特性を低下することな
く、光導電率σｐ、光電流Ｉｐ及びＳ／Ｎ比、更には、
光応答速度τを向上させることが可能となる。
【図１】コプラナー型光センサーの断面図である。
【図２】ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎと光導電率σｐ
と暗導電率σｄとの関係を示す図である。
と暗導電率σｄとの関係を示す図である。
【図３】ａ−Ｓｉ膜厚ｄと光導電率σｐと暗導電率σｄ
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
【図４】ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎと光劣化特性と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図５】ａ−Ｓｉ膜内の窒素不純物量Ｎと光応答速度τ
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
【図６】光応答速度τの定義を示す図である。
【図７】ａ−Ｓｉ膜厚ｄと光応答速度τとの関係を示す
図である。
図である。
【図８】ＴＦＴ型光センサーの断面図である。
【図９】ａ−Ｓｉ膜厚ｄと光電流Ｉｐとの関係を示す図
である。
である。
【図１０】ａ−Ｓｉ膜厚ｄと光応答速度τとの関係を示
す図である。
す図である。
１１，２１ ガラス基板 １２，２４ 光電変換層 １３，２５ オーミックコンタクト層 １４，２６ Ｓ−Ｄ電極 ２２ ゲート電極 ２３ ゲート絶縁層
Claims (2)
- 【請求項１】 光電変換層として機能する非晶質半導体
層と該半導体層に対して電気的に接続された一対の電極
とを有する光電変換素子において、 前記半導体層の窒素不純物量が、５×１０18ａｔｏｍｉ
ｃ／ｃｃ以上、３×１０19ａｔｏｍｉｃ／ｃｃ以下であ
り、かつ前記半導体層の膜厚は、３０００Å以上、４０
００Å以下であることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 前記半導体層は、ＳｉＨ4 ，Ｈ2 ，Ｎ2
ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法により形成された非
晶質シリコン薄膜であることを特徴とする請求項１記載
の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8033616A JPH09232620A (ja) | 1996-02-21 | 1996-02-21 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8033616A JPH09232620A (ja) | 1996-02-21 | 1996-02-21 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232620A true JPH09232620A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12391396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8033616A Pending JPH09232620A (ja) | 1996-02-21 | 1996-02-21 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09232620A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7885778B2 (en) | 2008-03-31 | 2011-02-08 | Sony Corporation | Optical detection device, electro-optical device, electronic apparatus, and optical degradation correction method |
| US8125474B2 (en) | 2008-03-19 | 2012-02-28 | Sony Corporation | Display device |
| US8217927B2 (en) | 2007-09-28 | 2012-07-10 | Sony Corporation | Display unit |
| US8289273B2 (en) | 2007-08-01 | 2012-10-16 | Sony Corporation | Scan line driving circuit, electro-optical device, and electronic apparatus |
-
1996
- 1996-02-21 JP JP8033616A patent/JPH09232620A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8289273B2 (en) | 2007-08-01 | 2012-10-16 | Sony Corporation | Scan line driving circuit, electro-optical device, and electronic apparatus |
| US8217927B2 (en) | 2007-09-28 | 2012-07-10 | Sony Corporation | Display unit |
| US8125474B2 (en) | 2008-03-19 | 2012-02-28 | Sony Corporation | Display device |
| US7885778B2 (en) | 2008-03-31 | 2011-02-08 | Sony Corporation | Optical detection device, electro-optical device, electronic apparatus, and optical degradation correction method |
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