JPH11103089A - 増倍型光電変換装置ならびにこれを適用した光増倍型固体撮像装置 - Google Patents
増倍型光電変換装置ならびにこれを適用した光増倍型固体撮像装置Info
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- JPH11103089A JPH11103089A JP9261701A JP26170197A JPH11103089A JP H11103089 A JPH11103089 A JP H11103089A JP 9261701 A JP9261701 A JP 9261701A JP 26170197 A JP26170197 A JP 26170197A JP H11103089 A JPH11103089 A JP H11103089A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定で再現性のよい高感度の非晶質シリコン
を用いた増倍型光電変換装置および光増倍型固体撮像装
置を提供する。 【解決手段】 水素化非晶質シリコン層を光吸収‐電荷
増倍層（４）に用い、電子注入阻止層（５）、正孔注入
阻止層（３）をその両側に配し、その基板（２）側の正
孔注入阻止層に安定性の高いｎ型単結晶シリコン層を用
い、さらにその不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ-3に制
御した光電変換装置を実現する。またこれをその光電変
換部に適用した固体撮像装置を実現する。
を用いた増倍型光電変換装置および光増倍型固体撮像装
置を提供する。 【解決手段】 水素化非晶質シリコン層を光吸収‐電荷
増倍層（４）に用い、電子注入阻止層（５）、正孔注入
阻止層（３）をその両側に配し、その基板（２）側の正
孔注入阻止層に安定性の高いｎ型単結晶シリコン層を用
い、さらにその不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ-3に制
御した光電変換装置を実現する。またこれをその光電変
換部に適用した固体撮像装置を実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は非晶質半導体を用
いた増倍型光電変換装置ならびにこれを適用した光増倍
型固体撮像装置に関するものである。
いた増倍型光電変換装置ならびにこれを適用した光増倍
型固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の非晶質半導体特に非晶質シリコン
を用いた増倍型光電変換装置は数多く報告されている。
を用いた増倍型光電変換装置は数多く報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、非晶質シリコ
ンを用いた増倍型光電変換装置は、非晶質シリコン膜の
光学的および電気的特性がその製造方法で大きく変わる
ところから、安定に再現性よく増倍型光電変換装置を提
供することは困難であった。そこで本発明の目的は、安
定に再現性のよいさらに高感度を有する増倍型光電変換
装置ならびにこれを適用した光増倍型固体撮像装置を提
供せんとするものである。
ンを用いた増倍型光電変換装置は、非晶質シリコン膜の
光学的および電気的特性がその製造方法で大きく変わる
ところから、安定に再現性よく増倍型光電変換装置を提
供することは困難であった。そこで本発明の目的は、安
定に再現性のよいさらに高感度を有する増倍型光電変換
装置ならびにこれを適用した光増倍型固体撮像装置を提
供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の増倍型光電変換装置は、基板用電極、正孔注入
阻止層、光吸収‐電荷増倍層、電子注入阻止層および透
明電極をこの順序に積層した増倍型光電変換装置におい
て、前記正孔注入阻止層が基板用電極から光吸収‐電荷
増倍層への正孔の注入を阻止し、この装置の暗電流の低
減化および光吸収‐電荷増倍層に加わる電界を高める働
きを有するｎ型の単結晶シリコン層であり、前記光吸収
‐電荷増倍層が高電界での電荷増倍を生じさせるため、
層内の欠陥密度が低く抵抗が高いノンドープまたは微量
不純物を導入した水素化非晶質シリコン層であり、前記
電子注入阻止層が透明電極から光吸収‐電荷増倍層への
電子の注入を阻止し、この装置の暗電流の低減化および
光吸収‐電荷増倍層に加わる電界を高める働きを有する
ｐ型の水素化非結晶材料層または薄膜絶縁膜であること
を特徴とするものである。
本発明の増倍型光電変換装置は、基板用電極、正孔注入
阻止層、光吸収‐電荷増倍層、電子注入阻止層および透
明電極をこの順序に積層した増倍型光電変換装置におい
て、前記正孔注入阻止層が基板用電極から光吸収‐電荷
増倍層への正孔の注入を阻止し、この装置の暗電流の低
減化および光吸収‐電荷増倍層に加わる電界を高める働
きを有するｎ型の単結晶シリコン層であり、前記光吸収
‐電荷増倍層が高電界での電荷増倍を生じさせるため、
層内の欠陥密度が低く抵抗が高いノンドープまたは微量
不純物を導入した水素化非晶質シリコン層であり、前記
電子注入阻止層が透明電極から光吸収‐電荷増倍層への
電子の注入を阻止し、この装置の暗電流の低減化および
光吸収‐電荷増倍層に加わる電界を高める働きを有する
ｐ型の水素化非結晶材料層または薄膜絶縁膜であること
を特徴とするものである。
【０００５】また、本発明光増倍型固体撮像装置は、前
記増倍型光電変換装置をその光電変換部に適用したこと
を特徴とするものである。
記増倍型光電変換装置をその光電変換部に適用したこと
を特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明によれば、水素化非晶質シ
リコンをその光吸収‐電荷増倍層に用いた増倍型光電変
換装置の正孔注入阻止層にｎ型の単結晶シリコンを用
い、さらにはその不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ-3と
しているので、安定で再現性のよいしかも高感度の増倍
型光電変換装置およびこれをその光電変換部に用いた光
増倍型固体撮像装置を提供することができる。
リコンをその光吸収‐電荷増倍層に用いた増倍型光電変
換装置の正孔注入阻止層にｎ型の単結晶シリコンを用
い、さらにはその不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ-3と
しているので、安定で再現性のよいしかも高感度の増倍
型光電変換装置およびこれをその光電変換部に用いた光
増倍型固体撮像装置を提供することができる。
【０００７】以下、添付図面を参照し実施例により本発
明の実施の形態を詳細に説明する。図１に本発明に係る
基板用電極２、正孔注入阻止層３、光吸収‐電荷増倍層
４、電子注入阻止層５および透明電極６をこの順序に積
層した増倍型光電変換装置１の断面図を示す。図１で勿
論光入射側は透明電極６側で、この実施例では印加電界
は透明電極６側が負で基板用電極２側が正である。
明の実施の形態を詳細に説明する。図１に本発明に係る
基板用電極２、正孔注入阻止層３、光吸収‐電荷増倍層
４、電子注入阻止層５および透明電極６をこの順序に積
層した増倍型光電変換装置１の断面図を示す。図１で勿
論光入射側は透明電極６側で、この実施例では印加電界
は透明電極６側が負で基板用電極２側が正である。
【０００８】以下各層の構成作用を順次に説明するが、
基板用電極２は、その上の正孔注入阻止層３と電気的に
良好な接触（オーミックコンタクト）をする金属電極で
ある。
基板用電極２は、その上の正孔注入阻止層３と電気的に
良好な接触（オーミックコンタクト）をする金属電極で
ある。
【０００９】正孔注入阻止層３は、基板用電極からの光
吸収‐電荷増倍層への正孔の注入を阻止し、この変換装
置の暗電流の低減化をはかり、光吸収‐電荷増倍層に加
わる電界を高める作用を有し、具体的にはｎ型の単結晶
シリコン層を使用し（本発明の大きな特徴）、さらに特
別にはその不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ-3として光
吸収‐電荷増倍層への基板用電極側からの正孔の注入を
抑え、低暗電流で安定した高利得電荷増倍を得ている。
吸収‐電荷増倍層への正孔の注入を阻止し、この変換装
置の暗電流の低減化をはかり、光吸収‐電荷増倍層に加
わる電界を高める作用を有し、具体的にはｎ型の単結晶
シリコン層を使用し（本発明の大きな特徴）、さらに特
別にはその不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ-3として光
吸収‐電荷増倍層への基板用電極側からの正孔の注入を
抑え、低暗電流で安定した高利得電荷増倍を得ている。
【００１０】また、光吸収‐電荷増倍層４は、効率良く
光を電荷に変換しかつ、高電界での電荷増倍を生じさせ
るため、膜内の欠陥密度が低く抵抗が高いノンドープ
（不純物が添加されていない）または微量に不純物を導
入した水素化非晶質シリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ）層で構成
されている。
光を電荷に変換しかつ、高電界での電荷増倍を生じさせ
るため、膜内の欠陥密度が低く抵抗が高いノンドープ
（不純物が添加されていない）または微量に不純物を導
入した水素化非晶質シリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ）層で構成
されている。
【００１１】さらにまた、電子注入阻止層５は、透明電
極からの光吸収‐電荷増倍層への電子の注入を阻止し、
この変換装置の暗電流の低減化をはかり、光吸収‐電荷
増倍層に加わる電界を高める作用を有し、具体的にはｐ
型の水素化非結晶材料層（ａ‐ＳｉＣ：Ｈ，ａ‐Ｓｉ：
Ｈ）や５０ｎｍ程度の薄い絶縁膜（Ｓｉ3 Ｎ4 やＳｉＯ
2 ）を用いている。
極からの光吸収‐電荷増倍層への電子の注入を阻止し、
この変換装置の暗電流の低減化をはかり、光吸収‐電荷
増倍層に加わる電界を高める作用を有し、具体的にはｐ
型の水素化非結晶材料層（ａ‐ＳｉＣ：Ｈ，ａ‐Ｓｉ：
Ｈ）や５０ｎｍ程度の薄い絶縁膜（Ｓｉ3 Ｎ4 やＳｉＯ
2 ）を用いている。
【００１２】さらにまた、透明電極６は光を透過させる
必要があるため、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ），Ｚｎ
Ｏ，ＳｎＯ2 や半透明金属電極を用いる。またさらに暗
電流を低減させるために電子注入阻止層に対してショッ
トキ接触となる材料が選択して使用される。
必要があるため、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ），Ｚｎ
Ｏ，ＳｎＯ2 や半透明金属電極を用いる。またさらに暗
電流を低減させるために電子注入阻止層に対してショッ
トキ接触となる材料が選択して使用される。
【００１３】以上本発明に係る増倍型光電変換装置の積
層構造について説明してきたが、次に本発明の特徴的な
構成である前記正孔注入阻止層３を構成するｎ型単結晶
シリコン層に含有される不純物濃度が、この光電変換装
置に印加される電界のその態様にどのように影響するか
を前記濃度を変化させて説明する。図２から図４に正孔
注入阻止層の不純物濃度をそれぞれ１０16ｃｍ-3以下
（図２）、１０16〜１０ 17ｃｍ-3（図３）、１０17ｃｍ
-3以上（図４）とした時のそれら態様を模式的なエネル
ギバンド図にて示す。
層構造について説明してきたが、次に本発明の特徴的な
構成である前記正孔注入阻止層３を構成するｎ型単結晶
シリコン層に含有される不純物濃度が、この光電変換装
置に印加される電界のその態様にどのように影響するか
を前記濃度を変化させて説明する。図２から図４に正孔
注入阻止層の不純物濃度をそれぞれ１０16ｃｍ-3以下
（図２）、１０16〜１０ 17ｃｍ-3（図３）、１０17ｃｍ
-3以上（図４）とした時のそれら態様を模式的なエネル
ギバンド図にて示す。
【００１４】これらの参照番号２２，３２および４２は
基板用電極部分、参照番号２３，３３および４３はｎ型
単結晶シリコン層（正孔注入阻止層）部分、参照番号２
４，３４および４４はノンドープのａ‐Ｓｉ：Ｈ層（光
吸収‐電荷増倍層）部分、参照番号２５，３５および４
５はｐ型ａ‐ＳｉＣ：Ｈ層（電子注入阻止層）部分、参
照番号２６，３６および４６は透明電極部分をそれぞれ
示している。またエネルギバンド構造は、半導体部分で
はより上のラインはその伝導帯の最下位エネルギ準位
を、より下のラインはその価電子帯の最上位エネルギ準
位をそれぞれ示し、電極部分では電子のフェルミ準位を
示している。これらバンド構造は電子のエネルギについ
て記載しているため電子はより上位の準位からより下位
の準位に移動し得るものとする。
基板用電極部分、参照番号２３，３３および４３はｎ型
単結晶シリコン層（正孔注入阻止層）部分、参照番号２
４，３４および４４はノンドープのａ‐Ｓｉ：Ｈ層（光
吸収‐電荷増倍層）部分、参照番号２５，３５および４
５はｐ型ａ‐ＳｉＣ：Ｈ層（電子注入阻止層）部分、参
照番号２６，３６および４６は透明電極部分をそれぞれ
示している。またエネルギバンド構造は、半導体部分で
はより上のラインはその伝導帯の最下位エネルギ準位
を、より下のラインはその価電子帯の最上位エネルギ準
位をそれぞれ示し、電極部分では電子のフェルミ準位を
示している。これらバンド構造は電子のエネルギについ
て記載しているため電子はより上位の準位からより下位
の準位に移動し得るものとする。
【００１５】さて、前記光電変換装置正孔注入阻止層の
ｎ型単結晶シリコン層の不純物濃度が１０16ｃｍ-3以下
の時（図２の２３）には、正孔注入阻止層にも大きく空
乏層が延びることによって素子に印加された電圧は光吸
収‐電荷増倍層と正孔注入阻止層とで分圧されるために
光吸収‐電荷増倍層に加わる電界が電荷増倍を引き起こ
す電界まで上昇しない。また、不純物濃度が１０17ｃｍ
-3以上の時（図４の４３）には正孔注入阻止層は空乏化
しない。従って、正孔注入阻止層内の電子が光吸収‐電
荷増倍層と正孔注入阻止層界面でのヘテロ接合の電位分
布によって、光吸収‐電荷増倍層側に移動し、光吸収‐
電荷増倍層内の正孔注入阻止層付近の局在準位が電子で
うめられて中性化するため、この部分の電界が弱まる。
すなわち、光吸収‐電荷増倍層内で電荷増倍が生じる高
電界領域が狭くなるため電荷の走行距離が短くなり増倍
率が大きく低下する。
ｎ型単結晶シリコン層の不純物濃度が１０16ｃｍ-3以下
の時（図２の２３）には、正孔注入阻止層にも大きく空
乏層が延びることによって素子に印加された電圧は光吸
収‐電荷増倍層と正孔注入阻止層とで分圧されるために
光吸収‐電荷増倍層に加わる電界が電荷増倍を引き起こ
す電界まで上昇しない。また、不純物濃度が１０17ｃｍ
-3以上の時（図４の４３）には正孔注入阻止層は空乏化
しない。従って、正孔注入阻止層内の電子が光吸収‐電
荷増倍層と正孔注入阻止層界面でのヘテロ接合の電位分
布によって、光吸収‐電荷増倍層側に移動し、光吸収‐
電荷増倍層内の正孔注入阻止層付近の局在準位が電子で
うめられて中性化するため、この部分の電界が弱まる。
すなわち、光吸収‐電荷増倍層内で電荷増倍が生じる高
電界領域が狭くなるため電荷の走行距離が短くなり増倍
率が大きく低下する。
【００１６】したがって、本発明の増倍型光電変換装置
において非晶質シリコンの光吸収‐電荷増倍層に電荷増
倍を生じさせるために高い電界がかかり、電荷の走行距
離を長くし大きな増倍率を得るためには、正孔注入阻止
層の不純物濃度は、１０16〜１０17ｃｍ-3（図３の３
３）に制御することが必要である。
において非晶質シリコンの光吸収‐電荷増倍層に電荷増
倍を生じさせるために高い電界がかかり、電荷の走行距
離を長くし大きな増倍率を得るためには、正孔注入阻止
層の不純物濃度は、１０16〜１０17ｃｍ-3（図３の３
３）に制御することが必要である。
【００１７】図５は、図１の実施例において正孔注入阻
止層の不純物濃度を変えて作成した増倍型光電変換装置
の光電流特性を示す。電極には厚さ２０ｎｍの半透明金
電極、電子注入素子層には２００ｎｍのｐ型ａ‐Ｓｉ
Ｃ：ＨをＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance) プラ
ズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)装置を用いて
堆積した。光吸収‐電荷増倍層にはノンドープのａ‐Ｓ
ｉ：Ｈを１μｍ、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて堆
積した。正孔注入阻止層には不純物濃度約１０15ｃｍ-3
（５１）、約１０16〜１０17ｃｍ-3（５２）、約１０20
ｃｍ-3（５３）のｎ型単結晶シリコン基板（４５０μｍ
程度の厚み）を用いた。約１０16〜１０17ｃｍ-3のｎ型
単結晶シリコンに作成した素子（グラフでは代表的な約
１０16ｃｍ -3を示した）では顕著な電荷増倍が見られる
のに対し、約１０15ｃｍ-3では光吸収‐電荷増倍層中の
電界が低いために電荷増倍が見られない。約１０20ｃｍ
-3の素子では、電荷の走行距離が短いために増倍率が低
く電荷増倍はわずかである。
止層の不純物濃度を変えて作成した増倍型光電変換装置
の光電流特性を示す。電極には厚さ２０ｎｍの半透明金
電極、電子注入素子層には２００ｎｍのｐ型ａ‐Ｓｉ
Ｃ：ＨをＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance) プラ
ズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)装置を用いて
堆積した。光吸収‐電荷増倍層にはノンドープのａ‐Ｓ
ｉ：Ｈを１μｍ、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて堆
積した。正孔注入阻止層には不純物濃度約１０15ｃｍ-3
（５１）、約１０16〜１０17ｃｍ-3（５２）、約１０20
ｃｍ-3（５３）のｎ型単結晶シリコン基板（４５０μｍ
程度の厚み）を用いた。約１０16〜１０17ｃｍ-3のｎ型
単結晶シリコンに作成した素子（グラフでは代表的な約
１０16ｃｍ -3を示した）では顕著な電荷増倍が見られる
のに対し、約１０15ｃｍ-3では光吸収‐電荷増倍層中の
電界が低いために電荷増倍が見られない。約１０20ｃｍ
-3の素子では、電荷の走行距離が短いために増倍率が低
く電荷増倍はわずかである。
【００１８】以上の結果から、正孔注入阻止層に単結晶
シリコンを用い、その不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ
-3に制御することによって、従来不可能であったアモル
ファスシリコンの光吸収‐電荷増倍層での電荷増倍現象
が安定に再現性良く得られ、本発明を利用した高感度な
増倍型光電変換装置が実現できることがわかった。
シリコンを用い、その不純物濃度を１０16〜１０17ｃｍ
-3に制御することによって、従来不可能であったアモル
ファスシリコンの光吸収‐電荷増倍層での電荷増倍現象
が安定に再現性良く得られ、本発明を利用した高感度な
増倍型光電変換装置が実現できることがわかった。
【００１９】次にかかる光電変換装置をその光電変換部
に適用した光増倍型固体撮像装置の実施例について説明
する。
に適用した光増倍型固体撮像装置の実施例について説明
する。
【００２０】対象が固体撮像装置であってみれば、それ
を構成する多数の画素はそれぞれ光電変換部、電荷蓄積
部および蓄積電荷読出し部を有し、しかもそれら画素が
互いに分離されている必要がある。図６は光信号読出し
方法がＸ−Ｙアドレス方式である固体撮像装置第１の実
施例の１画素部分の部分断面図（ａ）、この１画素部分
の蓄積光信号を読出すための電気的等価回路図（ｂ）、
１画素部分の部分略平面図（ｃ）およびＸ−Ｙアドレス
方式の略構成図（ｄ）を示している。
を構成する多数の画素はそれぞれ光電変換部、電荷蓄積
部および蓄積電荷読出し部を有し、しかもそれら画素が
互いに分離されている必要がある。図６は光信号読出し
方法がＸ−Ｙアドレス方式である固体撮像装置第１の実
施例の１画素部分の部分断面図（ａ）、この１画素部分
の蓄積光信号を読出すための電気的等価回路図（ｂ）、
１画素部分の部分略平面図（ｃ）およびＸ−Ｙアドレス
方式の略構成図（ｄ）を示している。
【００２１】図６の例では１画素を構成する光電変換部
のアイソレーション（分離）６０１はｐ型シリコン基板
６１に正孔注入阻止層となるｎ型単結晶シリコン層６２
を２次元平面基板のＸ方向およびＹ方向に対し同時不純
物選択拡散させることにより得ており、その上に積層さ
れる光吸収‐電荷増倍層６３、電子注入阻止層６４およ
び透明電極６５は各画素に共通である。またｐ型シリコ
ン基板６１と選択拡散されたｎ型単結晶シリコン層６２
間にできるｐｎ接合ダイオードは１画素の電荷蓄積部６
０２として利用される。
のアイソレーション（分離）６０１はｐ型シリコン基板
６１に正孔注入阻止層となるｎ型単結晶シリコン層６２
を２次元平面基板のＸ方向およびＹ方向に対し同時不純
物選択拡散させることにより得ており、その上に積層さ
れる光吸収‐電荷増倍層６３、電子注入阻止層６４およ
び透明電極６５は各画素に共通である。またｐ型シリコ
ン基板６１と選択拡散されたｎ型単結晶シリコン層６２
間にできるｐｎ接合ダイオードは１画素の電荷蓄積部６
０２として利用される。
【００２２】１画素の電荷蓄積部６０２に１フィールド
または１フレーム期間蓄積された１画素の電荷は、各画
素ごとに設けられている読出しトランジスタソース６
６、図６（ａ）図示のこの部分で紙面に垂直方向に設け
られている垂直選択ゲート線６７（６０４）および水平
選択信号線６８（６０５）で構成される読出しトランジ
スタ６０３により外部に読出される。この時垂直選択ゲ
ート線６０４および水平選択信号線６０５はそれぞれ光
電変換部の外側に設けられた垂直シフトレジスタ６０６
および水平シフトレジスタ６０７により制御される。
または１フレーム期間蓄積された１画素の電荷は、各画
素ごとに設けられている読出しトランジスタソース６
６、図６（ａ）図示のこの部分で紙面に垂直方向に設け
られている垂直選択ゲート線６７（６０４）および水平
選択信号線６８（６０５）で構成される読出しトランジ
スタ６０３により外部に読出される。この時垂直選択ゲ
ート線６０４および水平選択信号線６０５はそれぞれ光
電変換部の外側に設けられた垂直シフトレジスタ６０６
および水平シフトレジスタ６０７により制御される。
【００２３】次に図７は光信号読出し方法がＣＣＤ方式
である固体撮像装置第２の実施例の１画素部分の部分断
面図（ａ）およびＣＣＤ方式の略構成図（ｂ）を示して
いる。この固体撮像装置のｐ型シリコン基板７１、ｎ型
単結晶シリコン層７２、光吸収‐電荷増倍層７３、電子
注入阻止層７４および透明電極７５の構成はＸ−Ｙアド
レス方式の対応するそれらと全く同じであり、異なるの
は互いにアイソレートされている垂直ＣＣＤ層７６、垂
直ＣＣＤ転送電極７７および水平ＣＣＤ転送電極７８を
使用して蓄積された電荷を読出す部分である。
である固体撮像装置第２の実施例の１画素部分の部分断
面図（ａ）およびＣＣＤ方式の略構成図（ｂ）を示して
いる。この固体撮像装置のｐ型シリコン基板７１、ｎ型
単結晶シリコン層７２、光吸収‐電荷増倍層７３、電子
注入阻止層７４および透明電極７５の構成はＸ−Ｙアド
レス方式の対応するそれらと全く同じであり、異なるの
は互いにアイソレートされている垂直ＣＣＤ層７６、垂
直ＣＣＤ転送電極７７および水平ＣＣＤ転送電極７８を
使用して蓄積された電荷を読出す部分である。
【００２４】以上本発明にかかる増倍型光電変換装置お
よび光増倍型固体撮像装置についていくつかの実施例に
つき詳細に説明してきたが、本発明はこれらに限定され
ることなく各種の変形、変更の可能なことは当業者に自
明であろう。
よび光増倍型固体撮像装置についていくつかの実施例に
つき詳細に説明してきたが、本発明はこれらに限定され
ることなく各種の変形、変更の可能なことは当業者に自
明であろう。
【００２５】
【発明の効果】ここに詳細に説明してきた本発明によれ
ば、水素化非晶質シリコン層を光吸収‐電荷増倍層に用
い、電子注入阻止層、正孔注入阻止層をその両側に配し
た増倍型光電変換装置において、その基板側の正孔注入
阻止層に安定性の高いｎ型単結晶シリコン層を用い、さ
らにはその不純物濃度を高度に制御しているので、安定
で再現性のよいしかも高感度の増倍型光電変換装置およ
びこれをその光電変換部に用いた光増倍型固体撮像装置
を提供することができる。
ば、水素化非晶質シリコン層を光吸収‐電荷増倍層に用
い、電子注入阻止層、正孔注入阻止層をその両側に配し
た増倍型光電変換装置において、その基板側の正孔注入
阻止層に安定性の高いｎ型単結晶シリコン層を用い、さ
らにはその不純物濃度を高度に制御しているので、安定
で再現性のよいしかも高感度の増倍型光電変換装置およ
びこれをその光電変換部に用いた光増倍型固体撮像装置
を提供することができる。
【図１】本発明に係る増倍型光電変換装置の断面図であ
る。
る。
【図２】正孔注入阻止層の濃度が１０16ｃｍ-3以下の時
の本発明光電変換装置のエネルギバンドの模式図であ
る。
の本発明光電変換装置のエネルギバンドの模式図であ
る。
【図３】正孔注入阻止層の濃度が１０16〜１０17ｃｍ-3
時の本発明光電変換装置のエネルギバンドの模式図であ
る。
時の本発明光電変換装置のエネルギバンドの模式図であ
る。
【図４】正孔注入阻止層の濃度が１０17ｃｍ-3以上の時
の本発明光電変換装置のエネルギバンドの模式図であ
る。
の本発明光電変換装置のエネルギバンドの模式図であ
る。
【図５】図１の実施例において正孔注入阻止層の濃度を
かえて作成した増倍型光電変換装置の光電流特性であ
る。
かえて作成した増倍型光電変換装置の光電流特性であ
る。
【図６】本発明光増倍型固体撮像装置第１の実施例の１
画素部分の部分断面図（ａ）、その蓄積光信号を読出す
ための電気的等価回路図（ｂ）、１画素部分の部分略平
面図（ｃ）およびＸ−Ｙアドレス読出し方式の略構成図
（ｄ）である。
画素部分の部分断面図（ａ）、その蓄積光信号を読出す
ための電気的等価回路図（ｂ）、１画素部分の部分略平
面図（ｃ）およびＸ−Ｙアドレス読出し方式の略構成図
（ｄ）である。
【図７】その固体撮像装置第２の実施例の１画素部分の
部分断面図（ａ）およびＣＣＤ読出し方式の略構成図
（ｂ）である。
部分断面図（ａ）およびＣＣＤ読出し方式の略構成図
（ｂ）である。
１ 増倍型光電変換装置 ２，２２，３２，４２ 基板用電極 ３，２３，３３，４３，６２，７２ 正孔注入阻止層 ４，２４，３４，４４，６３，７３ 光吸収‐電荷増倍
層 ５，２５，３５，４５，６４，７４ 電子注入阻止層 ６，２６，３６，４６，６５，７５ 透明電極 ６１，７１ ｐ型シリコン基板
層 ５，２５，３５，４５，６４，７４ 電子注入阻止層 ６，２６，３６，４６，６５，７５ 透明電極 ６１，７１ ｐ型シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 隆男 静岡県浜松市富塚町3876−52
Claims (7)
- 【請求項１】 基板用電極、正孔注入阻止層、光吸収‐
電荷増倍層、電子注入阻止層および透明電極をこの順序
に積層した増倍型光電変換装置において、 前記正孔注入阻止層が基板用電極から光吸収‐電荷増倍
層への正孔の注入を阻止し、この装置の暗電流の低減化
および光吸収‐電荷増倍層に加わる電界を高める働きを
有するｎ型の単結晶シリコン層であり、 前記光吸収‐電荷増倍層が高電界での電荷増倍を生じさ
せるため、層内の欠陥密度が低く抵抗が高いノンドープ
または微量不純物を導入した水素化非晶質シリコン層で
あり、 前記電子注入阻止層が透明電極から光吸収‐電荷増倍層
への電子の注入を阻止し、この装置の暗電流の低減化お
よび光吸収‐電荷増倍層に加わる電界を高める働きを有
するｐ型の水素化非結晶材料層または薄い絶縁膜である
ことを特徴とする増倍型光電変換装置。 - 【請求項２】 前記正孔注入阻止層を構成するｎ型の単
結晶シリコン層の不純物濃度が１０16〜１０17ｃｍ-3で
あることを特徴とする請求項１記載の増倍型光電変換装
置。 - 【請求項３】 前記ｐ型の水素化非結晶材料層がｐ型の
水素化非晶質シリコン層または炭化シリコン層であるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の増倍型光電変換
装置。 - 【請求項４】 前記薄い絶縁膜が５０ｎｍ程度の厚みを
有するＳｉ3 Ｎ4 膜またはＳｉＯ2 膜であることを特徴
とする請求項１または２記載の増倍型光電変換装置。 - 【請求項５】 請求項１から４いずれか記載の増倍型光
電変換装置をその光電変換部に適用したことを特徴とす
る光増倍型固体撮像装置。 - 【請求項６】 光信号読出し方法がＸ−Ｙアドレス方式
であることを特徴とする請求項５記載の光増倍型固体撮
像装置。 - 【請求項７】 光信号読出し方法がＣＣＤ転送方式であ
ることを特徴とする請求項５記載の光増倍型固体撮像装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9261701A JPH11103089A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 増倍型光電変換装置ならびにこれを適用した光増倍型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9261701A JPH11103089A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 増倍型光電変換装置ならびにこれを適用した光増倍型固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103089A true JPH11103089A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17365520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9261701A Pending JPH11103089A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 増倍型光電変換装置ならびにこれを適用した光増倍型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11103089A (ja) |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP9261701A patent/JPH11103089A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050301 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060712 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060822 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070109 |