JPS59138373A - フオトセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、ファクシミリや文字読み取り装置等の広汎な
画像１に報処理用光電変換装置に用いられるフォトセン
サに関する。

〔従来技術〕

ファクシミリやデジタルコピア等の画像情報処理用光電
変換装置としてフォトセンサを適用する事は一般に良く
知られている。

又、近年に於いては、長尺のラインセンサを用いた高感
度な読み取り装置も知られており、その開発の進展が著
しいことも一般が良く知るところである。

長尺ラインセンサを構成するフォトセンサの一例として
は、カルコゲナイド、Ｃｄ８　、　　Ｃｄ８８ｅ　。

非晶質シリコン（以下２１−８　Ｉと記す）層等の光導
電層上に受光部となる間隙を形成する様に対問した一対
の金属電極から成るブレナー型の光導電型フォトセンサ
を挙げることができる。

こうしたプレナー型の光導電型フォトセンサでは、電極
間間隙に於ける光導電層に入射した光によって発生する
フォトキャリアの移動度ヲｌとすれば、 ｌ−μ・τ自Ｅ と表わすことができる。上式でμはキャリアの易動度、
τはキャリア寿命、Ｅは光導電層中の電界強度である。

従って、電界強度Ｅを大きくすることによって、フォト
キャリアの移動度ｌも大きくなるので光電流■ｐも増加
する。又、光ゲインＧ（（）＝ｚ／Ｌ、Ｌ：受光部の電
極間距離）を１以上にすることも容易である。

しかし、光導電型フォトセンサで上記の様な事が言える
為には、電極と光導電層とがオーミック接触をしている
必要がある。そのため、一般に電極と光導電層との間に
はオーミックコンタクト層を介在させることが行なわれ
る。

従来の光導電型フォトセンサ（以下従来例と称す）とし
て、例えば、第３図に模式的切断面図として示される様
な構成のフォトセンサを挙げる事ができる。第２図にお
いて、２１は基板、２２は不純物ノンドープの光導電層
、２３はオーミックコンタクト層、２４−１．２４−２
は夫々電極となる導電層で、２５１Ｉ′ｉ受光部である
。

この様な構成から成る従来例は、以下の様に作製するこ
とができる。

基板２１としてコーニング≠７０５９ガラス（商品名：
コーニング社製）が用いられ、該基２００℃に加熱され
た。次に、エピタキシャルグレード純ＳｉＨ，ガス（小
松電子社製）がｌ１０８ＣＣの流量で装置内に流入され
、ガス圧が０１ｌＴｈｒｒに設定された。その後１．１
３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、入力電圧０．４　
ＫＶ　、　ＲＦ　（ｆ（４ｄｉ。

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　）パフ−８Ｗｆグロー放電を行な
った。約２時間でｌμＩｎのノンドープミー８ｉ層、即
ち、不純物ノンドープの光導を層２２が基板２１上に形
成された。

続イテ、Ｓｉ、ｌ−１４−ｃ　ＰＨ，が５０００１１１
）０１に稀釈された混合ガス（以下ＰＨｓ　（５０００
）／８ｉＨ４と記す）を上記と同条件のグロー放電分解
によってＰがドープきれたａ−Ｓｉ層、即ち、オーミッ
クコンタクト層２３がＯ，１μ形成された。

次に、オーミックコンタクト層上に１５０μ巾の受光部
２５を形成する一対のＡ！電極２４−１．２４−２がマ
スキング部材を用いて真空加熱された。更に、ドライエ
ツチング装ｒＭ内でＣＦ、ガスを用いてドライエツチン
グが行なわれ、受光部２５部分のオーミックコンタクト
層２３が除去されて従来例は作製された。

以上の様な従来例は、第１図の分光感度を示した図（４
ＱＱｎｍ〜７００ｎｍの可視域での光電流の相対値を示
した図）に示される様な分光感度曲線ａを持つ。尚、第
１図に於て、フォトセンサの受光部に入射する各波長に
おける光強度は、全てｌＯμＷ／ｃｒｔｌに統一してフ
ォトセンサの分光感度が測定された。

第１図に示される様に、この様な構成から成る従来例で
は、その分光感度の最大の部分、即ちピークが５ＱＱｎ
ｍ付近にあり、それより短波長側、或は長波長側になる
に従って光感度の低下が生じている。特にそれは短波長
側において顕著でるる。このことは、この従来例が４Ｑ
Ｑｎｍ〜５ＱＱｎｍ付近の１色光に対する光検出感度が
／ 悪いことを意味している。。

一般に原稿のフルカラー読み取りを行なう場合は、背、
緑、赤のフィルター又は光源を用いて原稿の色分解を行
ない、各色信号を１６〜６４程度の階調の信号強度に読
み分ける必要がある。

その為には各色信号忙対する感度が各色とも揃つている
ことが望しい。

ところが、従来例の様な分光感度曲線を持つフォトセン
サを光読取りに用いた場合には、青色領域の感度不足を
補う為に、原稿の読取りス゛ビードを遅くしたり、光源
に強力なものを用いたりという様な操作が必要となる。

（に、白黒読取りの場合でも、原稿中にある背合部分を
正確に読取ることができないという問題が生じてしまい
、原稿に使用できる色が制限される等の不都合が起こる
場合もある。

もちろん、これ等の問題はどの波長領域の感層が不足し
ても生ずる問題である。が、特に光吸収係数の大きい緑
〜宵波長に対しては、光照射によって発生する高密度の
キー１’　ＩＪアによって室温近くでは解放され難い深
いトラップ準位（表界面及び近傍１−に存在する準位）
にキャリアがトラップされて、光感度（光電流や光応答
性）の劣化が観察される。

〔目　的〕

本発明の目的は、可視光全域にわたって畠感度でかつ可
視光全域にわたって感度差の少ないフォトセンサを提供
することである。

上記の目的を達成する事は、原稿の読取りを高速で行な
えるばかりでなく、フルカラー読取りにも光分対応でき
るという本発明の別の目的にも適うものである。

本発明の更に別の目的は光感度の劣化が改善されたフォ
トセンサを提供することにある。

本発明者等は、光導電型フォトセンサの受光面（光入射
側の光導電層の表面又は界面）近傍層の感度（青感度）
の低下が、表面又は界面近傍層の光導電能（光キヤリア
発生能とキャリア輸送能）の低下に起因しているのを見
出し、斯かる要因を一掃するために、キャリアの輸送を
、表面又は界面近傍でなく、より内部で行なわしめるこ
とによって大巾に感度、特に青感度を向上せしめ得たも
のである。

本発明の目的は、キャリア輸送を表面又は界面近傍層で
なく、バルク内で行なわしめるだめに、表面又は界面近
傍にポテンシャルの傾キヲ形成し、輸送キャリアがバル
ク内部に移動しながら輸送されるようにすることによっ
て達成される。

即ち本発明は、光導電層上に、受光部となる間隙を置い
て設けられた１対の電極層から成るフォトセンサにおい
て、前記光導電層の少なくとも前記間隙に於ける光入射
側となる内部に輸送キャリアに対して低いポテンシャル
の傾きが形成されていることを特徴とする。

又、光導電層の光入射側の表面又は界面からキャリアが
バルク内部へ移動せしむるポテンシャルを有し、且つ、
バルク内部から表面又は界面へむかう、前記ポテンシャ
ルとは逆の傾きのポテンシャルを有し、この連続する両
ポテンシャルの傾き（Ｕ字型ポテンシャル）で形成され
る、輸送キャリアに対して低いポテンシャル輸送路が形
成されていることを特徴とする。

形成されるポテンシャルの傾きは、ａ−８ｉ光導電層の
場合、光導電層の光入射側の表面又は界面から５００Å
以上の内部まで広がっているのが好ましい。

ａ−８ｉ光導電層は、通常光吸収係数をαとすると４０
０　ｎｍでα＝　３　Ｘ　１０５（ｃｍ−’　）、４５
０ｎｍでα＝　２　Ｘ　Ｉ　Ｏ”　（ｃｍ−’　）、５
００ｎｍでα＝ＩＸ１０５（ｃｍ−”）であり、（１−
１／ｅｘｐ）’Ｘ　１’００％（約６３％）までの光吸
収される膜厚（ｅｘｐ　：自然対数の底）は３５０〜９
００人となる。従って、特に青感度向上に対しては、光
導電層の表界面から約５００Å以上のポテンシャルの傾
きが重要となる。

また、より好ましくは表界面から１０００Å以上のポテ
ンシャルの傾き領域が有効である。

更に、Ｕ字型ポテンシャルの場合も同様に光導電ｊ−の
表面又は界面から５００人以上、より好ましくは１００
ＯÅ以上内部に形成するのが有効でるる。

ポテンシャルの傾き（Ｕ字型ポテンシャルの場合におい
ても）が光導電層の表面又は界面から５００人より浅い
内部に形成でれている場合は、素子作製上の再現性、制
御性に乏しいだけでなく、又、緑感度の向上はほとんど
ない。よって５００人より浅い内部に形成すれば可視域
でのなだらかな感度が得にくい為に得られるフォトセン
サはあまり好ましいもので（性ない。

光導電層の表面或は界面にポテンシャルの傾きを形成す
る方法としては、不純物ドーピングによってｐｎ制御可
能な半導体ｊ邦、例えばａ−８ｉ等、の場合には層厚方
向でのドーピングのされ方を制御する方法によって行な
うことができる。

明する。面、本発明以下の実施態様例は先に挙げた従来
例とＩ−ミンクコンタクト層の厚さく　０．１μ）及び
直極間距離（１５０μ）を同じに作製されており、又、
基板からオーミックコンタクト層までの距離（１，０μ
）も同じに作製されている。従ってこの点をふまえて本
発明の実施態様例を説明する。

第３図は本発明に於ける好適な第１の実施態様例の構成
を示す模式的切断面図である。第３図で、３１は基板、
３２は不純物ノンドープミー８ｊ層、３３はＢが微量ド
ープされたａ−８菫層、３４はオーミックコンタクト層
、３５−１゜３５−２は電極、３６は受光部である。

本実施態様例に於ても前述した従来例と同様に、基板３
１はコーニング≠７０５９ガラスヲ用いた。不純物ノン
ドープミー８ｉ層３２は従来例と同様な条件によって０
，８５μ厚形成された。

次に、Ｓｉｌ夷でＢｔＨａの製置を２０１１戸に稀釈し
た混合ガス（以下Ｂ２Ｈ６（２０）　／　Ｓ　ｉＨ４と
記す）を用いて、不純物ノンド・−プロ−８ｉ層３２と
同様なグロー放電１公解の条件でグロー放電分解されＢ
が微量ドープされたａ−８ｉ層３３が０．１５μ厚形成
された。続いて従来例と同様にオーミックコンタクト層
３４、電極３５−１．３５−２が形成され、直に受光部
３６が形成され第１の実施態様例のフォトセンサは作製
された。

第１の実施態様例の受光部３６部分の膜厚方向への模式
的バンド図を第４図に示す。

Ｂ２Ｈａ　（２ｏ　）／Ｓ　ｉＨ，ガスを用いてグロー
放電分解で得られる１μ厚のＢをドープされたａ−８ｉ
層の暗導電惠の活性化工ネルキーＥσの値は０．８８ｅ
Ｖであり、又ｌμ厚のノンドープａ−８ｉ　　層のＥσ
の値は０．５６　ｅＶでめった。又、どちらのａ−８ｉ
層もｎ型ａ−８ｉで、光学吸収から求めたバンドキャッ
プＥｏｐｔの値は１．．７７ｅＶであった。

第４図はこれらの大小関係を考慮に入れて図示されてい
る。

第４図の膜厚方向の各位置を示す番号は第３図における
ダッシュのない番号位置と対応している。

受光部に露出するＢドープａ−８１層で光吸収して生じ
たキャリアｅはポテンシャルの傾きに沿って、電子に対
して低エネルギーｌｌ１１１１の内部へ即ち第４図に示
される矢印イの方向に移動する。

こうした移動を伴ないながら、第４図に於て紙面に垂直
な方向に、即ち、外部印加のバイアス方向にキャリアｅ
が輸送され光電流が発生する。

第１の実施態様例ではこの様に光入射側の光導電層の表
面又は界面近傍にポテンシャルの傾きを形成して輸送キ
ャリアがバルク内に移動しながら輸送される。

従来例と同様な方法で測定された第１の実施態様例によ
るフォトセンサの分光感度は第１図の曲線すで示される
。この様−で、第１の実施態様例は、赤色領域、即ち長
波長側に於て従来例よりも若干感度の低下が見られるが
、青色領域、即ち短波長側では者しい感度の向上が見ら
れる。

このことは、４００〜５００ｎｍの波長の光、即ち青色
光のほとんどが光入射面近傍の約１０００人厚の領域で
光吸収され、フォトキャリアを発生するが、そのフォト
キャリアの損失がポテンシャルの傾きの為、従来例より
少ないことを端的に表わしている。

〔第２の実施態様例〕 第５図は本発明における好適な第２の実施態様例の構成
を示す模式的切断面図である。第５図で、５１は基板、
５２は不純物ノンビー１３８１層、５３はＰを微量ドー
プされだａ−８ｉ層、５４は不純物ノンドープミー８ｉ
層、５５はオーミックコンタクト層、５６−．１．５６
−２は電極で５７は受光部である。

先ず第１の実施態様例と同様にコーニング≠７０５９ガ
ラス基板５１上に不純物ノンドープミー８ｉ層５２が０
８μ形成された。次にＳｉＨ４でＰＨ３を１０ｐｐｍに
稀釈した混合ガス（以下ＰＨ！＋（１０）／８ｉＨ＋と
記す）を用いて、同様な条件でＰが微量ドープされたａ
−８ｉ層５３を０．１　μ、更に不純物ノンドーグミー
８ｉ層５４が不純物ノンドープミー８ｉ層５２と同一の
条件で０１層積層された。続いて第１の実施態様例と同
様にオーミックコンタクト層５５とＭ、電極５６−１．
５６−２を形成し、ドライエツチングによって受光部５
７を形成し第２の実施態様例の７オトセンサは作製され
た。

第１の実施態様例と同様に受光部５７の膜厚方向の模式
的バンド図を第６図に示す。図中のダッシュ付の番号は
第５図中のダッシュなしの番号に対応する。

Ｐ　Ｈｓ　（１０）／Ｓ　１）（４ガスを用いてグロー
放電分解で得られた１μ厚のＰをドープされたａ−３ｉ
層の暗導電率の活性エネルギーＥσの値はＱ、３８ｅＶ
であり、又、不純物ノンドープのａ−８ｉ層のＥσの値
は実施例１と同じである。従って、第６図の様にＰが微
量ドープされたａ−８ｉ層３３は、電子に対してより低
エネルギーのキャリア輸送路を形成する。

光入射面近傍で発生したキャリア及びキャリア輸送路内
で発生したキャリア、更に輸送路より少し内部で発生し
たキャリアつまり第６図のエネルギーバンドが四部を形
成する部分で発生したキャリアは電子に対してより低エ
ネルギーのキャリア桶送路に移動し、集められ輸送され
る。

従来例と同様に測定された第２の実施例によるフォトセ
ンサの分光感度は第１図の曲線Ｃで示される様に、従来
例と比べて可視光全域に亘って感度が向上している。特
に青色領域の波長に対する感度の向上が著しい。

次に、これ等の素子に強いうＬを照射した後での光感度
の変化を比峻した。この時の照射光はＩＱｍＶ／、＝Ｊ
　、中心波長４００〜５００ｎｍの螢光灯光を用い、１
０００時間１で比較を行なった。

光感度の測定は、４５０　ｎ　ｒｎ光、１０　Ｉｔ　Ｗ
／ｎＪを用いて行なった。

第７図が光感度の劣化を示す図である。従来例のａ−８
ｉ光導電フオトセンサの劣化曲線（曲線ａ）に比べて、
本発明の実施態様例の劣化曲Ｍ（曲線す及び曲＃Ｃ）の
方が光照射に対する劣化の度合が改善されているのが確
認された。

尚、第１の実施態様例が曲縁ｂ１第２の実施態様例が曲
線Ｃで示される。

【図面の簡単な説明】

第１図はフォトセンサの分光感度図、第２図は従来例の
模式的切断面図、第３図及び第５図は夫々本発明の実力
ｍ悪様例の模式的切断１ｍ図、第４図及び朱６図（ｄ夫
々本発明の実＠態様例の模式的バンド図、第７図はフォ
トセンサの光感度の劣化を示す図である。 ２１．３１．５１・・・基板、２２・・・不純物ノンド
ープ光導′Ｔ！！！層、３２．５２・・・不純物ノンド
ープミー８ｉ層、２３，３４．５５・、ｔ−ミックコン
タクト層、３３．５３・・・不純物が微量ドープきれた
ａ−８ｉ層、２４−１．２４−２．３５−１．３５出願
人　　キャノン株式会社 １仙に・べ ′□５Ｐ 活乙凶 ＼ ′＼ ＼ ０Ｃ Ｔｉｍｅ　（ｈ５ α ０ １）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　光導電層上に受光部となる間隙を置いて設け
   られた１対の電極から成るフォトセンサに於いて、前記
   光導電層の少なくとも前記間隙に於ける光入射側となる
   内部に輸送キャリアに対して低いポテンシャルの傾きが
   形成されていることを特徴とするフォトセンサ。