JPS5961973A - 光検知器 - Google Patents
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- JPS5961973A JPS5961973A JP58092195A JP9219583A JPS5961973A JP S5961973 A JPS5961973 A JP S5961973A JP 58092195 A JP58092195 A JP 58092195A JP 9219583 A JP9219583 A JP 9219583A JP S5961973 A JPS5961973 A JP S5961973A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の関連する技術分野〕
この発明は入射光の吸収率を上げて効率を向上した光検
知器に関する。
知器に関する。
光検知器は一般に半導体接合例えばＰＮ接合と光入射面
とその背面に設けた電気接触を有する薄い半導体基体を
含んでいるが、この基体の特定波長範囲の光に対する吸
収率が極めて低いため、光検知器の光エネルギを電力に
変換する変換効率は理論最大値より低い。この効果は背
面の電気接触に反射率の高い金属のような材料を用いて
透過する光を基体内に反射還元することにより補償する
こともできるが、接触材料の大部分はこの界面で効率よ
く光を反射せず、また光検知器の製造において後続の処
理工程中に半導体基体の性能を害することがある。また
光検知器の光入射面またはその背面あるいは基板の基体
を被着する面を化学エッチング法で粗面化することもあ
るが、この化学エッチング法は光検知器の製造に工程を
追加することになる上、そのエッチング法自体が光検知
器の性能を害することがある。
とその背面に設けた電気接触を有する薄い半導体基体を
含んでいるが、この基体の特定波長範囲の光に対する吸
収率が極めて低いため、光検知器の光エネルギを電力に
変換する変換効率は理論最大値より低い。この効果は背
面の電気接触に反射率の高い金属のような材料を用いて
透過する光を基体内に反射還元することにより補償する
こともできるが、接触材料の大部分はこの界面で効率よ
く光を反射せず、また光検知器の製造において後続の処
理工程中に半導体基体の性能を害することがある。また
光検知器の光入射面またはその背面あるいは基板の基体
を被着する面を化学エッチング法で粗面化することもあ
るが、この化学エッチング法は光検知器の製造に工程を
追加することになる上、そのエッチング法自体が光検知
器の性能を害することがある。
従って光の吸収が弱い波長範囲全体に亘って半導体基体
の吸収率を向上すると同時に、その装置の製造に要する
工程数が最小で、処理の追加を要することのある性能の
低下のような不都合な副作用を減じた光検知器が望まれ
ていた。
の吸収率を向上すると同時に、その装置の製造に要する
工程数が最小で、処理の追加を要することのある性能の
低下のような不都合な副作用を減じた光検知器が望まれ
ていた。
この発明は凹凸組織面を有する透光性電気接触とこの透
光性電気接触の該凹凸組織面（粗化面）を覆う半導体基
体とを含む光検知器である。その透光性伝気接触の粗化
面はその支配的なピーク・ピーク値が約１００ｎｍより
大きいことを特徴としている。
光性電気接触の該凹凸組織面（粗化面）を覆う半導体基
体とを含む光検知器である。その透光性伝気接触の粗化
面はその支配的なピーク・ピーク値が約１００ｎｍより
大きいことを特徴としている。
この発明はまた錫、酸素および水素を含む雰囲気からの
化学蒸着により基板上に適当に粗化された表面を持つ透
光性電気接触を被着する段階を含むこの発明の光感知器
の製造法を含んでいる。
化学蒸着により基板上に適当に粗化された表面を持つ透
光性電気接触を被着する段階を含むこの発明の光感知器
の製造法を含んでいる。
第１図に示す光検知器１０は第１および第２の対向主面
１４、１６を持つ透光性基板１２を含んでいる。
１４、１６を持つ透光性基板１２を含んでいる。
この光検知器の光入射面である第１の主面１４は反射防
止被膜１８で覆われ、基板１２の第２の主面１６は粗化
面２２を持つ透光性電気接触２０で覆われている。
止被膜１８で覆われ、基板１２の第２の主面１６は粗化
面２２を持つ透光性電気接触２０で覆われている。
その粗化面２２は間に半導体接合３０を持つ反対導電型
の領域２６、２８を含む半導体基体２４で覆われている
。この半導体基体２４の表面は第２の電気接触３２で覆
われている。
の領域２６、２８を含む半導体基体２４で覆われている
。この半導体基体２４の表面は第２の電気接触３２で覆
われている。
他の図面においても第１図と共通の素子は同じ引用数字
で示されている。
で示されている。
第２図に示す光検知器４０は真性導電型の領域４２と反
対導電型の領域４４、４６を有し、真性導電型の領域４
２を横切るＰＩＮ半導体接合を形成した基体２４を含ん
でいる。
対導電型の領域４４、４６を有し、真性導電型の領域４
２を横切るＰＩＮ半導体接合を形成した基体２４を含ん
でいる。
第３図に示すこの発明による直列タンデム光検知器５０
は基体２４と第２の電気接触３２の間にタンデム半導体
基体５２を挿入した点が第２図の光検知器と異なる。タ
ンデム基体５２は真性導電型の領域５４と反対導電型の
対向領域５６、５８を含む半導体接合を有する。タンデ
ム基体５２の領域５６と基体２４の隣接領域４６は互い
に反対の導電型で、間にトンネル接合を有する。タンデ
ム基体５２は一般に基体２４よりバンドギャップエネル
ギの低い材料から成り、吸収の弱い基体２４を通った光
がタンデム基体５２で吸収されるようになっている。太
陽電池として動作する光検知器では、一般に基体２４が
水素化無定形シリコンから成り、タンデム基体５２が水
素化無定形Ｓｉ‐Ｇｅ合金から成っている。基体２４、
５２の粗対厚さと組成は両者の光電流が等しくなるよう
に調節されている。
は基体２４と第２の電気接触３２の間にタンデム半導体
基体５２を挿入した点が第２図の光検知器と異なる。タ
ンデム基体５２は真性導電型の領域５４と反対導電型の
対向領域５６、５８を含む半導体接合を有する。タンデ
ム基体５２の領域５６と基体２４の隣接領域４６は互い
に反対の導電型で、間にトンネル接合を有する。タンデ
ム基体５２は一般に基体２４よりバンドギャップエネル
ギの低い材料から成り、吸収の弱い基体２４を通った光
がタンデム基体５２で吸収されるようになっている。太
陽電池として動作する光検知器では、一般に基体２４が
水素化無定形シリコンから成り、タンデム基体５２が水
素化無定形Ｓｉ‐Ｇｅ合金から成っている。基体２４、
５２の粗対厚さと組成は両者の光電流が等しくなるよう
に調節されている。
光が基体２４に入射するとき通る基板１２は構体の残部
の支持に充分な機械的強度を持ガラス等の透光性材料か
ら成っている。透光性電気接触２０で覆われた基板１２
の表面１６は一般に平滑で鏡面的反射性を有する。また
基板１２の厚さは通常約１〜６ｍｍである。
の支持に充分な機械的強度を持ガラス等の透光性材料か
ら成っている。透光性電気接触２０で覆われた基板１２
の表面１６は一般に平滑で鏡面的反射性を有する。また
基板１２の厚さは通常約１〜６ｍｍである。
透光性電気接触２０は実質的に光を透過するが、約４０
０〜１０００ｎｍの波長範囲に亘って透明ではなく、不
規則な凹凸組織のある非鏡面的表面を有し、これが酸化
錫または酸化インジウム錫のような材料から成り、それ
によって覆われた基板を乳白色に見せる。この表面は支
配的な局部的高さ変化のピーク・ピーク値が約１００ｎ
ｍ以上で、一般に約１００〜１０００ｎｍ、好ましくは
約２００〜５００ｎｍの範囲にあることを特徴とする。
０〜１０００ｎｍの波長範囲に亘って透明ではなく、不
規則な凹凸組織のある非鏡面的表面を有し、これが酸化
錫または酸化インジウム錫のような材料から成り、それ
によって覆われた基板を乳白色に見せる。この表面は支
配的な局部的高さ変化のピーク・ピーク値が約１００ｎ
ｍ以上で、一般に約１００〜１０００ｎｍ、好ましくは
約２００〜５００ｎｍの範囲にあることを特徴とする。
ここで支配的という言葉は表面の局部領域の凹凸組織の
高低差すなわちピーク・ピーク値が上記の値より大きい
ときも小さいときもあるが、表面の大部分の凹凸は上記
の範囲にあることを意味する。この表面組織の高低差は
層の厚さが増すほど大きくなることが観測されている。
高低差すなわちピーク・ピーク値が上記の値より大きい
ときも小さいときもあるが、表面の大部分の凹凸は上記
の範囲にあることを意味する。この表面組織の高低差は
層の厚さが増すほど大きくなることが観測されている。
良好な表面組織を得けるには、透光性電気接触の厚さが
約２５０ｎｍより大きいことを要し、約１０００ｎｍよ
り薄いことが望ましい。
約２５０ｎｍより大きいことを要し、約１０００ｎｍよ
り薄いことが望ましい。
ＳｎＯ２の層２０は約３５０℃以上、通常約４５０〜５
５０℃に加熱した基板上に錫、酸素、水素および弗素ま
たはアンチモンのような適当な導電度変更用ドーピング
剤を含む雰囲気から化学蒸着（ＣＶＤ）によって被着す
ることができる。この蒸着の起る温度は基板の軟化温度
より低いが、これが高いほど粗さが大きくなる。雰囲気
中に塩素が通常ＨＣｌの形で存在すると、これが粗面化
表面の生長を促進する輸送剤としても働らくと考えられ
る。
５０℃に加熱した基板上に錫、酸素、水素および弗素ま
たはアンチモンのような適当な導電度変更用ドーピング
剤を含む雰囲気から化学蒸着（ＣＶＤ）によって被着す
ることができる。この蒸着の起る温度は基板の軟化温度
より低いが、これが高いほど粗さが大きくなる。雰囲気
中に塩素が通常ＨＣｌの形で存在すると、これが粗面化
表面の生長を促進する輸送剤としても働らくと考えられ
る。
錫の供給源は錫ハロゲン化合物、好ましくはＳｎＣｌ４
か、ｎ‐ブチル錫クロル錫、ジブチル錫ジアセテートま
たはテトラメチル賜のような有機錫化合物とすることが
できる。この方法で被着された薄層は組織すなわち光散
乱性が小さいが、厚さが約２５０ｎｍ以上になると、そ
の厚さの増大と共に表面粗さと光の散乱性が著しく増大
する。塩素のないテトラメチル錫を含む雰囲気から被着
された層は極めて光散乱性が小さいが、塩素のようなハ
ロゲンを充分な濃度に添加すると凹凸が生ずる。
か、ｎ‐ブチル錫クロル錫、ジブチル錫ジアセテートま
たはテトラメチル賜のような有機錫化合物とすることが
できる。この方法で被着された薄層は組織すなわち光散
乱性が小さいが、厚さが約２５０ｎｍ以上になると、そ
の厚さの増大と共に表面粗さと光の散乱性が著しく増大
する。塩素のないテトラメチル錫を含む雰囲気から被着
された層は極めて光散乱性が小さいが、塩素のようなハ
ロゲンを充分な濃度に添加すると凹凸が生ずる。
Ｘ線解析によると、平滑な層および公知の吹付法により
被着された層はＣ軸が基板面に平行な錫石（ＳｎＯ２）
の正方晶結晶粒から成ることが判るが、この発明の組織
化層では、結晶粒は正方晶の錫石から成るが、基板面に
対する向きが同じでなく、Ｃ軸が基板面に対して傾いて
いるものが支配的である。厚さ約５００ｎｍの平滑なＳ
ｎＯ２層の結晶粒径は約３２５ｎｍであり、同等の厚さ
の吹付け層の結晶粒径は約１７４ｎｍであるが、ここで
述べるＣＶＤ法で被着した同等の厚さの層の結晶粒径は
約１０１ｎｍである。従って結晶粒径の小さい層など表
面粗さが大きい。これは結晶粒の結晶学的方位が好まし
くないためと考えられる。
被着された層はＣ軸が基板面に平行な錫石（ＳｎＯ２）
の正方晶結晶粒から成ることが判るが、この発明の組織
化層では、結晶粒は正方晶の錫石から成るが、基板面に
対する向きが同じでなく、Ｃ軸が基板面に対して傾いて
いるものが支配的である。厚さ約５００ｎｍの平滑なＳ
ｎＯ２層の結晶粒径は約３２５ｎｍであり、同等の厚さ
の吹付け層の結晶粒径は約１７４ｎｍであるが、ここで
述べるＣＶＤ法で被着した同等の厚さの層の結晶粒径は
約１０１ｎｍである。従って結晶粒径の小さい層など表
面粗さが大きい。これは結晶粒の結晶学的方位が好まし
くないためと考えられる。
第４図は吹付法で被着したＳｎＯ２層の走査型電子顕微
鏡像、第５図は吹付法で被着したＳｎＯ２層の上に平滑
なＳｎＯ２層を被着したものの走査型電子顕微鏡像、第
６図はこの発明の方法により形成した厚さ約８９０ｎｍ
のＳｎＯ２層の走査型電子顕微鏡像、第７図はこの発明
の方法により形成した厚さ約１２００ｎｍの走査型電子
顕微鏡像をそれぞれ示す。
鏡像、第５図は吹付法で被着したＳｎＯ２層の上に平滑
なＳｎＯ２層を被着したものの走査型電子顕微鏡像、第
６図はこの発明の方法により形成した厚さ約８９０ｎｍ
のＳｎＯ２層の走査型電子顕微鏡像、第７図はこの発明
の方法により形成した厚さ約１２００ｎｍの走査型電子
顕微鏡像をそれぞれ示す。
第４図、第５図は２００００倍で視角５０°あるが、第
６図、第７図は同倍率で視角７５°である。この顕微鏡
像はこの発明によるＣＶＤ法で被着するとＳｎＯ２表面
の粗さが著しく生長することを示し、これからこの粗さ
の特性ピーク・ピーク値が約２００〜５００ｎｍの範囲
にあると推定される。
６図、第７図は同倍率で視角７５°である。この顕微鏡
像はこの発明によるＣＶＤ法で被着するとＳｎＯ２表面
の粗さが著しく生長することを示し、これからこの粗さ
の特性ピーク・ピーク値が約２００〜５００ｎｍの範囲
にあると推定される。
基体２４は問題の波長範囲の光を吸収する砒化ガリウム
、燐化インジウム、硫化カドミウムまたは単結晶または
多結晶または水素化無定形のシリコンのような透光性電
気接触２０の粗面化表面に被着し得る任意の半導体材料
を含み、吹付法または液相または気相の被着法により形
成することができる。
、燐化インジウム、硫化カドミウムまたは単結晶または
多結晶または水素化無定形のシリコンのような透光性電
気接触２０の粗面化表面に被着し得る任意の半導体材料
を含み、吹付法または液相または気相の被着法により形
成することができる。
無定形シリコン半導体基体は米国特許第４０６４５２１
号開示のＤＣまたはＲＦグロー放電により基板上に被着
することができる。すなわち表面に透光性接触粗化面を
有する基板をプラズマ室内に通常約２００〜３５０℃の
温度で保持する。室内の雰囲気は通常ＳｉＨ４と必要に
応じてＰＨ３やＢ２Ｈ６のような適当な導電度改変用ド
ープ剤ガスを含ませ、総圧力を通常０．１〜５ｍｍＨｇ
とする。また米国特許第４１０９２７１号開示のような
Ｓｉ‐ＮやＳｉ‐Ｃ合金の被着をしたい場合はＮＨ３や
ＣＨ４のような他のガスを室内に導入することもできる
。さらにこの無定形シリコンには弗化物のようなハロゲ
ン原子を導入することも有用なことがあり、これはＳｉ
Ｆ４等のハロゲン含有ガスを室内に添加すればよい。第
３図のタンデム型基体では、Ｓｉ‐Ｇｅ合金をＳｉＨ４
とＧｅＨ４を含むグロー放電から被着すればよい。
号開示のＤＣまたはＲＦグロー放電により基板上に被着
することができる。すなわち表面に透光性接触粗化面を
有する基板をプラズマ室内に通常約２００〜３５０℃の
温度で保持する。室内の雰囲気は通常ＳｉＨ４と必要に
応じてＰＨ３やＢ２Ｈ６のような適当な導電度改変用ド
ープ剤ガスを含ませ、総圧力を通常０．１〜５ｍｍＨｇ
とする。また米国特許第４１０９２７１号開示のような
Ｓｉ‐ＮやＳｉ‐Ｃ合金の被着をしたい場合はＮＨ３や
ＣＨ４のような他のガスを室内に導入することもできる
。さらにこの無定形シリコンには弗化物のようなハロゲ
ン原子を導入することも有用なことがあり、これはＳｉ
Ｆ４等のハロゲン含有ガスを室内に添加すればよい。第
３図のタンデム型基体では、Ｓｉ‐Ｇｅ合金をＳｉＨ４
とＧｅＨ４を含むグロー放電から被着すればよい。
反対導電型の領域４４、４６は一般に厚さ約５〜４０ｎ
ｍ＋である。領域４４は通常Ｐ型導電性を有し、厚さ約
１２ｎｍで、真性導電型の層４２よりバンドギャップの
広い水素化無定形シリコン、好ましくは水素化無定形シ
リコン炭素合金から成る。また領域４６は通常Ｎ型導電
性を有し、厚さ約３０ｎｍである。
ｍ＋である。領域４４は通常Ｐ型導電性を有し、厚さ約
１２ｎｍで、真性導電型の層４２よりバンドギャップの
広い水素化無定形シリコン、好ましくは水素化無定形シ
リコン炭素合金から成る。また領域４６は通常Ｎ型導電
性を有し、厚さ約３０ｎｍである。
この発明者は厚さ約１２ｎｍの連続Ｐ型層４４を透光性
電気接触２０の粗化面上に被着し得ることを発見した。
電気接触２０の粗化面上に被着し得ることを発見した。
これはその表面が約２００〜４００ｎｍのピーク・ピー
ク値を持つ優勢粗さと同程度の横方向寸法を有する点で
顕著な結果である。この層にどのような不連続があって
もその検知器の性能を劣化させ得る。
ク値を持つ優勢粗さと同程度の横方向寸法を有する点で
顕著な結果である。この層にどのような不連続があって
もその検知器の性能を劣化させ得る。
真性導電型の領域４２はこれが僅かにＰ型またはＮ型の
導電性を持つか、遇然の汚染または意図的ドーピングの
結果として補償された場合を含むと解されるが、この真
性領域４２が特定の導電型を持つとすれば、透明な透明
性電気接触２０に隣接する領域４４の導電型と反対で、
これによって領域４２、４４間の中間層に半導体接合を
形成するものが好ましい。
導電性を持つか、遇然の汚染または意図的ドーピングの
結果として補償された場合を含むと解されるが、この真
性領域４２が特定の導電型を持つとすれば、透明な透明
性電気接触２０に隣接する領域４４の導電型と反対で、
これによって領域４２、４４間の中間層に半導体接合を
形成するものが好ましい。
真性導電型の領賊４２はこれまで約６００ｎｍ以上の波
長を充分吸収するように約４００ｎｍ以上の厚さになっ
ていたが、この発明の透光性電気接触の粗化面に被着し
たときは、その厚さを６００ｎｍより相当薄くしても有
用なエネルギ転換効率を示すことができる。しかしこの
層の厚さは５０ｎｍより厚くする必要があり、一般に約
１００〜１０００ｎｍである。
長を充分吸収するように約４００ｎｍ以上の厚さになっ
ていたが、この発明の透光性電気接触の粗化面に被着し
たときは、その厚さを６００ｎｍより相当薄くしても有
用なエネルギ転換効率を示すことができる。しかしこの
層の厚さは５０ｎｍより厚くする必要があり、一般に約
１００〜１０００ｎｍである。
これは検知器の厚さを著しく減じ、従ってエネルギ変換
効率の有用性を維持しつつその価格を低減する可能性を
与える点で顕著な結果である。
効率の有用性を維持しつつその価格を低減する可能性を
与える点で顕著な結果である。
半導体接合３０は基体の吸光により発生した電子と正孔
を反対方向に移動させる何等かの形式の障壁を含み、従
ってその両側の領域部分が反対導電型のＰＮ接合とする
ことができる。従って第１図の第１および第２の領域２
６、２８はそれぞれ反対導電型で、ＰＮ接合３０を形成
している。
を反対方向に移動させる何等かの形式の障壁を含み、従
ってその両側の領域部分が反対導電型のＰＮ接合とする
ことができる。従って第１図の第１および第２の領域２
６、２８はそれぞれ反対導電型で、ＰＮ接合３０を形成
している。
ＳｎＯ２表面の粗さは後に被着される無定形シリコンを
通って伝播する。従ってその無定形シリコンの裏面が粗
面化されてさらに光を散乱し、その無定形シリコンを透
過する吸収の弱い光を捕獲するという点でこれは好まし
い工程の特徴である。
通って伝播する。従ってその無定形シリコンの裏面が粗
面化されてさらに光を散乱し、その無定形シリコンを透
過する吸収の弱い光を捕獲するという点でこれは好まし
い工程の特徴である。
第２の電気接触３２は通常半導体基体２４の表面を覆い
、その半導体基体２４透過後接触に入射する光の波長範
囲で高反射率を示し、通常厚さ約１００〜７００ｎｍの
金属等の材料から成ることが好ましいが、電子ビーム蒸
着またはスパッタリングで被着し得るアルミニウム、金
、銅または銀のような金属が好い。半導体基体２４とこ
の金属層の間にチタン層を挾んで後続の処理工程中にお
ける金属の半導体基体２４内への拡散に対する拡散障壁
とすることもできる。
、その半導体基体２４透過後接触に入射する光の波長範
囲で高反射率を示し、通常厚さ約１００〜７００ｎｍの
金属等の材料から成ることが好ましいが、電子ビーム蒸
着またはスパッタリングで被着し得るアルミニウム、金
、銅または銀のような金属が好い。半導体基体２４とこ
の金属層の間にチタン層を挾んで後続の処理工程中にお
ける金属の半導体基体２４内への拡散に対する拡散障壁
とすることもできる。
この発明の原理はまた１９８２年７月１９日付米国特許
願第３９９３４０号開示の薄膜ビデイコンターゲットの
ような光検知器にも適用することができる。
願第３９９３４０号開示の薄膜ビデイコンターゲットの
ような光検知器にも適用することができる。
第９図に示すように、ビデイコン１００は一端に滑らか
な主面１０６を有する透光性フェースプレート１０４を
持つ真空ガラス外囲器１０２を含み、その主面１０４上
にはこれと反対側に第１図の光検知器１１０について上
述したように粗面化された表面１１０を持つＳｎＯ２の
ような透光性電気接触１０８が形成されている。この透
光性電気接触１０８の粗化面１１０は水素化無定形シリ
コン等の感光性半導体基体１１２で覆われている。半導
体基体１１２は半導体接合を含むこともあり、含まない
こともある。この半導体基体１１２は３硫化アンチモン
等のビーム阻止層１１４で覆われている。ガラス外囲器
１０２内には電子ビーム形成用の電子銃構体１１６が取
付けられ、その外囲器１０２の外側にはその電子銃構体
１１６が発生した電子ビームを集束してこれでターゲッ
トを走査する手段（図示せず）が設けられることもある
。
な主面１０６を有する透光性フェースプレート１０４を
持つ真空ガラス外囲器１０２を含み、その主面１０４上
にはこれと反対側に第１図の光検知器１１０について上
述したように粗面化された表面１１０を持つＳｎＯ２の
ような透光性電気接触１０８が形成されている。この透
光性電気接触１０８の粗化面１１０は水素化無定形シリ
コン等の感光性半導体基体１１２で覆われている。半導
体基体１１２は半導体接合を含むこともあり、含まない
こともある。この半導体基体１１２は３硫化アンチモン
等のビーム阻止層１１４で覆われている。ガラス外囲器
１０２内には電子ビーム形成用の電子銃構体１１６が取
付けられ、その外囲器１０２の外側にはその電子銃構体
１１６が発生した電子ビームを集束してこれでターゲッ
トを走査する手段（図示せず）が設けられることもある
。
光はフェースプレート１０４を通ってビデイコン１００
に入射し、透光性電気接触１０８の組織面１１０に達す
る。この入射光は粗化面１１０により散乱され、反射光
の一部がその透光性電気接触中に捕獲され、透光光の一
部がその上の感光性基体に入るときに屈折される。従っ
て粗化面は反射損失を減じ、感光性基体中の行路長を増
し、これによって吸光性を増強する。
に入射し、透光性電気接触１０８の組織面１１０に達す
る。この入射光は粗化面１１０により散乱され、反射光
の一部がその透光性電気接触中に捕獲され、透光光の一
部がその上の感光性基体に入るときに屈折される。従っ
て粗化面は反射損失を減じ、感光性基体中の行路長を増
し、これによって吸光性を増強する。
この発明の原理はまた電気写真に用いられるような光検
知器にも適用することができる。第１０図に示すように
、光検知器２００は滑らかな表面２０４を有する基板２
０２とその表面２０４を覆う導電層２０６を含み、その
導電層２０６はＳｎＯ２等から成り、その表面２０８は
上記この発明の原理により粗面化されている。この粗化
面２０８は水素化無定形シリコン等の感光性半導体基体
２１０で覆われ、この本体２１０は内部に半導体接合を
有することもある。
知器にも適用することができる。第１０図に示すように
、光検知器２００は滑らかな表面２０４を有する基板２
０２とその表面２０４を覆う導電層２０６を含み、その
導電層２０６はＳｎＯ２等から成り、その表面２０８は
上記この発明の原理により粗面化されている。この粗化
面２０８は水素化無定形シリコン等の感光性半導体基体
２１０で覆われ、この本体２１０は内部に半導体接合を
有することもある。
光はこの基体の粗化面２０８に隣接する面と反対側の面
から光検知器に入り、弱く吸収された光がその基体を通
過して粗化面に入射し、ここで散乱されて光路長を増し
、これによって感光性基体内の吸光性を増強する。
から光検知器に入り、弱く吸収された光がその基体を通
過して粗化面に入射し、ここで散乱されて光路長を増し
、これによって感光性基体内の吸光性を増強する。
次にこの発明を例を挙げて説明するが、これはこの発明
をその細部に限定するためのものではない。
をその細部に限定するためのものではない。
例１
透光性ＳｎＯ２電気接触の表面粗さだけが互いに異なる
４組の光検知器を製造した。その各組は厚さ約１．２５
ｍｍで７５ｍｍ平方の硼珪酸ガラス基板上の２．２７ｍ
ｍ平方の検知器４４０個と４８×２．２７ｍｍの検知器
８個から成っている。
４組の光検知器を製造した。その各組は厚さ約１．２５
ｍｍで７５ｍｍ平方の硼珪酸ガラス基板上の２．２７ｍ
ｍ平方の検知器４４０個と４８×２．２７ｍｍの検知器
８個から成っている。
第１組のＳｎＯ２電気接触は面抵抗２５Ω／□で、この
発明の方法により化学蒸着した。すなわちガラス基板を
約５００℃に保った熱板上に置き、その基板上にＮ２を
３５００標準ｃｍ３／分、室温に保ったＳｎＣｌ４中を
バブリングしたＮ２を３５０標準ｃｍ３／分、空気で較
正した流量計で測定してＢｒＣＦ３を７０標準ｃｍ３／
分、Ｈ２Ｏ中をバブリングしたＮ２を４００標準ｃｍ３
／分でそれぞれ流した。
発明の方法により化学蒸着した。すなわちガラス基板を
約５００℃に保った熱板上に置き、その基板上にＮ２を
３５００標準ｃｍ３／分、室温に保ったＳｎＣｌ４中を
バブリングしたＮ２を３５０標準ｃｍ３／分、空気で較
正した流量計で測定してＢｒＣＦ３を７０標準ｃｍ３／
分、Ｈ２Ｏ中をバブリングしたＮ２を４００標準ｃｍ３
／分でそれぞれ流した。
第２組のＳｎＯ２電気接触は面抵抗２５Ω／□で第１組
と同じ方法で被着した。
と同じ方法で被着した。
第３組はガラス上に吹付法により被着した商用生産Ｓｎ
Ｏ２電気接触で、面抵抗約１０Ω／□であった。
Ｏ２電気接触で、面抵抗約１０Ω／□であった。
第４組は第３組と同じ基板にさらに４メチル錫を含む雰
囲気から化学蒸着した厚さ１００ｎｍの滑らかなＳｎＯ
２を追加したもので、この層はＳｎＯ２の表面にこの界
面に時々生ずる、電気障壁を除く試みで被着した。
囲気から化学蒸着した厚さ１００ｎｍの滑らかなＳｎＯ
２を追加したもので、この層はＳｎＯ２の表面にこの界
面に時々生ずる、電気障壁を除く試みで被着した。
表面にＳｎＯ２の電気接触を持つこの４組の試料を共に
グロー放電室に入れて米国特許第４０６４５２１号開示
のようにＰＩＮ半導体基体を被着した。すなわち米国特
許第４１０９２７１号開示のようにＣＨ４、ＳｉＨ４お
よびＢ２Ｈ６含有ＳｉＨ４を含ガス雰囲気流から厚さ約
１２ｎｍのＰ型水素化無定形シリコン炭素合金層を被着
した後、ＰＨ３含有ＳｉＨ４気流を含む雰囲気から厚さ
約５５０ｎｍの絶縁性水素化無定形シリコン層を被着し
た。
グロー放電室に入れて米国特許第４０６４５２１号開示
のようにＰＩＮ半導体基体を被着した。すなわち米国特
許第４１０９２７１号開示のようにＣＨ４、ＳｉＨ４お
よびＢ２Ｈ６含有ＳｉＨ４を含ガス雰囲気流から厚さ約
１２ｎｍのＰ型水素化無定形シリコン炭素合金層を被着
した後、ＰＨ３含有ＳｉＨ４気流を含む雰囲気から厚さ
約５５０ｎｍの絶縁性水素化無定形シリコン層を被着し
た。
厚さ２．４ｎｍのチタン層と厚さ５００ｎｍの銀層から
成る背面電極を電子ビーム蒸着した後、標準のホトレジ
スト化学エッチング技法によりこれを区分して各別の検
知器を形成した。
成る背面電極を電子ビーム蒸着した後、標準のホトレジ
スト化学エッチング技法によりこれを区分して各別の検
知器を形成した。
次に各組の検知器を１５０℃の空気中で３０分間焼鈍し
た。
た。
１基板上の各検知器を標準ＡＭ‐１照明下で試験し、開
路電圧ＶＯＣ、短絡電流密度ＪＳＣ、フィルファクタＦ
Ｆおよび出力電力と入射光エネルギの比で定義された効
率７を測定した。この結果この発明の組織化ＳｎＯ２層
を有する光検知器は吹付被着ＳｎＯ０２層を持つ光検知
器より最良の結果において開路電圧が数％高く、短絡電
流密度が約３０％高く、フィルファクタが約１８％高く
、この結果効率が約１５％高いことが判った。
路電圧ＶＯＣ、短絡電流密度ＪＳＣ、フィルファクタＦ
Ｆおよび出力電力と入射光エネルギの比で定義された効
率７を測定した。この結果この発明の組織化ＳｎＯ２層
を有する光検知器は吹付被着ＳｎＯ０２層を持つ光検知
器より最良の結果において開路電圧が数％高く、短絡電
流密度が約３０％高く、フィルファクタが約１８％高く
、この結果効率が約１５％高いことが判った。
例２
錫供給源としてＳｎＣｌ４を用いて例１の化学蒸着法で
被着した厚さの異なるＳｎＯ２層について波長約５０１
．７ｎｍで積分散乱透過光強度Ｓｔを測定した。この結
果を次表に示す。
被着した厚さの異なるＳｎＯ２層について波長約５０１
．７ｎｍで積分散乱透過光強度Ｓｔを測定した。この結
果を次表に示す。
厚さは粗さ計を粗化面のピークに乗せて測ったから、平
均厚さは上掲の値より若干小さい。
均厚さは上掲の値より若干小さい。
このデータから光の散乱度従って粗さは厚さと共に増大
することが判る。しかしＳｎＯ２被膜による吸光量も特
に５００ｎｍ未満の波長では厚さと共に増大するため、
最大粗さすなわち最大散乱を示す厚さが最適厚さではな
い。素面化された電気接触の最適厚さは約２５０〜１０
００ｎｍで、約３００〜８００ｎｍが好ましい。
することが判る。しかしＳｎＯ２被膜による吸光量も特
に５００ｎｍ未満の波長では厚さと共に増大するため、
最大粗さすなわち最大散乱を示す厚さが最適厚さではな
い。素面化された電気接触の最適厚さは約２５０〜１０
００ｎｍで、約３００〜８００ｎｍが好ましい。
例３
集収されたキャリアの数と入射光子の数の比として定義
される量子効率の測定を例１の第１組と第４組から２．
２７ｍｍ平方の検知器について波長の関数として行った
。この測定結果は第８図にプロットされているが、ここ
で曲線ａが第１組の光検知器、曲線ｂが第４組の光検知
器に対するものである。この２曲線の差はＳｎＯ２の透
光性電気接触と無定形シリコン基体との間の粗化面の適
用から生じたもので、４００〜７００ｎｍの全波長範囲
に亘って約２５％の大きさを有する。６００ｎｍ以上の
波長における効率の増大は予期以上に大きいが、無定形
シリコン中の光路長の増大から理解することができる。
される量子効率の測定を例１の第１組と第４組から２．
２７ｍｍ平方の検知器について波長の関数として行った
。この測定結果は第８図にプロットされているが、ここ
で曲線ａが第１組の光検知器、曲線ｂが第４組の光検知
器に対するものである。この２曲線の差はＳｎＯ２の透
光性電気接触と無定形シリコン基体との間の粗化面の適
用から生じたもので、４００〜７００ｎｍの全波長範囲
に亘って約２５％の大きさを有する。６００ｎｍ以上の
波長における効率の増大は予期以上に大きいが、無定形
シリコン中の光路長の増大から理解することができる。
総合的に予想外のことは６００ｎｍ未満の波長における
量子効率の著しい増大で、この波長範囲で吸光体に入る
光はすべて無定形シリコン基体の裏面に達するまでに完
全に吸収されるため、これは吸光体への光の結合の改善
を示す。この結合の改善は粗面化表面によって生じて無
定形シリコン基体との界面に対する光の多重入射を許容
するＳｎＯ２層自体への光の捕獲によると考えられる。
量子効率の著しい増大で、この波長範囲で吸光体に入る
光はすべて無定形シリコン基体の裏面に達するまでに完
全に吸収されるため、これは吸光体への光の結合の改善
を示す。この結合の改善は粗面化表面によって生じて無
定形シリコン基体との界面に対する光の多重入射を許容
するＳｎＯ２層自体への光の捕獲によると考えられる。
このように粗面化界面は吸光体内のみならずまた電気接
触自体内への光の捕獲を生じ、これが吸光体内で光の捕
獲を生じた従来の光捕獲構体と違う点である。
触自体内への光の捕獲を生じ、これが吸光体内で光の捕
獲を生じた従来の光捕獲構体と違う点である。
光の反射率の測定により、ＳｎＯ２電気接触と無定形シ
リコン基体との界面の反射率がこの波長範囲で約２．５
％であるのに対し、滑らかな界面の場合は約１２〜１６
％であることが判った。ＳｎＯ２の屈折率は基板と無定
形シリコン基体の屈折率の中間で、これも無定形シリコ
ン層中の吸収を増すのに有用である。
リコン基体との界面の反射率がこの波長範囲で約２．５
％であるのに対し、滑らかな界面の場合は約１２〜１６
％であることが判った。ＳｎＯ２の屈折率は基板と無定
形シリコン基体の屈折率の中間で、これも無定形シリコ
ン層中の吸収を増すのに有用である。
第１図ないし第３図はこの発明の光検知器の相異なる３
つの実施例の断面図、第４図は吹付法により被着された
酸化錫表面の状態を示す走査型電子顕微鏡写真を示す図
、第５図は第４図の酸化物層の上に酸化錫層を追加した
表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図、第６図および第
７図に、この発明によって被着された粗面化酸化錫表面
の走査型電子顕微鏡写真を示す図、第８図はこの発明の
光検知器と比較用の光検知器の量子効率の変化を示す図
、第９図および第１０図はこの発明の２つの実施例の断
面図である。 ２０・・・第１の電気接触、２２・・・粗化面、２４・
・・半導体基体。
つの実施例の断面図、第４図は吹付法により被着された
酸化錫表面の状態を示す走査型電子顕微鏡写真を示す図
、第５図は第４図の酸化物層の上に酸化錫層を追加した
表面の走査型電子顕微鏡写真を示す図、第６図および第
７図に、この発明によって被着された粗面化酸化錫表面
の走査型電子顕微鏡写真を示す図、第８図はこの発明の
光検知器と比較用の光検知器の量子効率の変化を示す図
、第９図および第１０図はこの発明の２つの実施例の断
面図である。 ２０・・・第１の電気接触、２２・・・粗化面、２４・
・・半導体基体。
Claims (1)
- （１）支配的なピーク・ピーク値が約１００ｎｍ以上の
凹凸組織面と２５０ｎｍ以上の厚さを持ち、特定の波長
範囲の光を透過する第１の電気接触と、この第１の電気
接触の上記凹凸組織面を覆う半導体基体とを含む光検知
器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US424137 | 1982-09-27 | ||
| US06/424,137 US4532537A (en) | 1982-09-27 | 1982-09-27 | Photodetector with enhanced light absorption |
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|---|---|---|---|
| JP7132744A Division JP2814361B2 (ja) | 1982-09-27 | 1995-05-01 | 光検知器の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961973A true JPS5961973A (ja) | 1984-04-09 |
| JPH0612840B2 JPH0612840B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=23681602
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58092195A Expired - Lifetime JPH0612840B2 (ja) | 1982-09-27 | 1983-05-24 | 光検知器 |
| JP7132744A Expired - Lifetime JP2814361B2 (ja) | 1982-09-27 | 1995-05-01 | 光検知器の製造法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7132744A Expired - Lifetime JP2814361B2 (ja) | 1982-09-27 | 1995-05-01 | 光検知器の製造法 |
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| JP (2) | JPH0612840B2 (ja) |
| DE (1) | DE3318852C2 (ja) |
| FR (1) | FR2533755B1 (ja) |
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