JPS59975A - 光電変換素子 - 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】 本発明は、光エネルギー、光情報を電気エネルギー、電
気信号に効率よく変換する光電変換素子に関するもので
ある。

従来の非晶質５１を用いた光電変換素子は、光電変換機
能を持つ領域には何もドープされていないか又は、ドー
プされている時は、第１のグループ又は第２グループの
一方のみドープされていた。

そのために、非晶質中を走行する電子、正孔は、一方の
キャリアのみ改善され、逆に他方が犠牲にナッテ、光エ
ネルギー変換においては効率をそこね、光信号を電気信
号に変換する場合には波長依存性のバランスを欠いた、
光電変換膜しか得られていなかった。

本発明の目的は、第１、第２グループを同時又は部分的
に重ねるか又は接続してドープすることによシ、電子、
正孔共に変換率のすぐれた光電変換膜を得ることにある
。

本発明は非晶質Ｂｉ膜の光電変換特性を改善するために
、ドナー、アクセプター用不純物を微量同時又は部分的
に重ねるか又は接続してドープすることによシ、従来、
一方をドープすると他方が犠牲になっていたへい害を取
り去り、特性のすぐれた光電変換素子を提供するもので
ある。

以下本発明を実施例によって詳しく説明する。

実施例１ 第１図は本発明を撮倫管の光電変換膜として用いたもの
である。

１はガラス基板、２が透明電極、３が本発明による光電
変換膜、４が阻止層であシ、５側から光を受け、６側か
ら電子線で走査することによシ、７よ多信号を取シ出す
構造になっている。ところでとの光電変換膜に本発明を
施さない時の光電変換特性を第２図に示す。この図で横
軸は光電変換膜に印加された電圧であシ、縦軸が光電流
である。

１０．１１．１２はそれぞれ、青、青緑の光を照射した
時のＶ−１曲線でアシ、非晶質Ｓｉ膜は一般に、短長波
のＶ−１曲線の飽和電圧は長波長に比べて高く、そのま
まではカラーの撮像用光電変換膜としては特性不十分で
ある。このような特性を持つ膜に、第２グループのみを
加えた場合には、その光電変換特性でおるＶ−２曲線を
第３図に示す。この図中１３．１４．１５は、青、緑赤
の曲線である短波長の光に対して膜は低電場で飽和する
が長波長の光に対する飽和特性が悪くなる。逆に第１グ
ループの物質をドープすると、この関係が遊転する。い
ずれにしても可視光全体における、光電変換特性は波長
域内でバランスが悪く、このような光電変換膜を用いた
、撮像装置は悪い特性の方に引かれてすこぶる不十分な
装置になつイしまうと同時に１このような膜の残像特性
も悪くなる。

第４図が本発明を施した場合の可視光に対するＶ−１曲
線である１６，１７．１８はそれぞれ青、緑、赤色光に
対するものであシ、第２図又は第３図に比べて、全可視
光に対して低電場で飽和する。

光への応答特性も改善される。

これらの膜の作成法であるが通常スパッタ法では不活性
ガス（１０−’　〜１０°１Ｔｏｒｒ）範囲内ノカス圧
に５〜５０％程度のＨ，ガスを混入したガスで、５Ｎ以
上の単又は多結晶Ｂｔメタ−ットを１〜４　Ｗ　／ｃｍ
　’のＲＦのパワー密度で放電させスパッタさせること
により堆積する。本発明の場合にはこの条件にさらに、
ドープすべ基材料の水素化物、有料金属のガス体を第３
、第４のバルブから第１、第２グループのガスをスパッ
タ室に混入することによって、目的を達成することがで
きる撮像管に用いる場合には、との光電変換膜の膜厚は
１〜５μｍが適当であり、最適値は２〜４μｍである。

この膜を作成する他の方法は、最初からＢｉメタ−ット
に必要量添加したター、ゲットを用いる方法であシ、タ
ーゲットに０．５〜数１０　ｐｐｍターゲット焼成時に
第１、第２グループを最初に添加したターゲットを用い
、上記と同様な方法で光電変換膜を得ることができる。

他の方法は放電申分解法による方法であり、Ｓｉを他え
はモノシラン（８ｉＨ，）　　のガスよシ供給し、この
ガスに第１および第２のグループを上記と同じく水素化
物又は有機金属ガス状で数１０ｐｐｍ以下添加し、数１
０Ｗの高周波圧力を加え、基板を１００〜３００Ｃに加
熱した基板上に堆積して得ることができる。この時の反
応圧力は０．０５〜ＩＴｏｒｒの圧力で行なう。

以上までの説明では光電変換膜の母材としては５ｉ−Ｈ
の形であったが、５ｌ−Ｈの他にＣ９Ｑｅ、ｐ等をも母
材として含む場合でも上記方法“　は有効な方法である
。これらの材料を光電変換膜に添加するには、最初から
ターゲットに添加されたターゲットを用いるか又は、Ｃ
Ｈａ＝　Ｃ＊Ｈｓ等の水素化カーボン、ＧｅＨ，、ＨＦ
等、放電中にガス°体として導入し、添加することによ
り、達成することができる。

なおこれらすべての反応室へ送り込むガスの濃度は流入
時のマスフロ測定法によシ監視するか又は４極マス法又
は分光法等によシ監視してその量を流入側にフィードバ
ックして最適制御量をコントロールする。

以上までの説明では、ドープ量が膜厚方向に一定割合で
含まれている場合を示したが、さらに特　　性のすぐれ
たものを得るためには、作成は困難であるが、膜厚方向
に傾斜を持たせた場合である。

第１図に示した撮像管に適用するには、光の入射側で第
１グループの材料を〜数１００　ｐｐｍドープし膜の堆
積方向に従ってこの量を減少し、最終をほぼ０にする。

第２グループのドーピングは、これとは逆に膜の堆積初
期にはほぼ０から膜厚方向に増加させ、はぼ数１００　
ｐｐｍになるように堆積することによりさらにすぐれた
特性の膜を得ることができる。これらの添加量の最適値
は少ない方が０．５　’Ｄｐｍで最大添加量は数１０　
ｐｐｍが最適である。

以上述べた撮像管は高成度白黒ならびに３管カラー用３
電極、位相、周波数分離形、撮像管に有効な効果を与え
る。

実施例２ 以上述べて来た撮像管以外にも、第５図に示したような
、固体撮像板に対しても有効な効果をもつ第５図中、２
０は基板であシ、主に８ｉ−ＬＳＩよυ成る。２１はＡ
ｔ又はＭＯ等の画素分離電極であυ、〜１０μｍ×１０
μｍ程度の大きさである。この２１は、２０がＭＯＳ型
の走査回路の場合には２２の信号キャリアーの種類によ
ってソース又はドレインに接合されている。２２が本発
明を施した光電変換膜でアシ、この上に透明電極２３が
堆積されておシ、主に　　（ｓｎｏｗ）又は工’ｌ’　
Ｑ　（工ｎｄ　ｉｕｍ−’ｌ’ｉｎ　−Ｑｘｉｄｅ　）
よシ成シ、スパッタ法等で作成され、〜１０００人程度
の膜である。

ところで、本発明を施した２２の膜は、実施例１とほと
んど同様な作成法によシ堆積することができる。第１の
実施例と異なる点は、実施例２の場合には、膜の堆積の
終了方向よシ光が入射することと、撮像管が電子線で信
号を読み出すため、光電変換ｉ（実施例］の場合は３）
に印加されるバイアス方向が光の入射方向の透明電極が
十電位のみ、動作可能であると同時に、電子ビームの抵
抗が高いため、光電変換膜の容量をＣｐとすればビーム
抵抗のＲｓとの間にｆ’＞Ｒｖ−Ｃｐの時定数を持ち、
残像成分を形成する。ところで実施例２に示した固体撮
像の場合には、電子、正孔共に利用できると共に、ビー
ム抵抗に相当する成分もなく、従ってこの場合には、光
電変換膜に印加する電位の方向、ならびに膜厚も固体撮
像の場合は撮像管に比べて薄くすることができ膜厚とし
ては０．８〜２．０μｍのものが適している。

膜厚方向に＃＆夏勾配を付けず、第１および第２グルー
プを膜厚方向に対して均一にドープする場合には、実施
例１の場合と同様である。

次に第１グループ、第２グループのドーピングを膜厚方
向に濃度゛勾配を付けてドープする場合、実施例２の２
３を一電位にして用いる場合には、膜厚方向での濃度勾
配′め付は方は実施例１の場合と同様でおるが、２３を
十電位にして用いる場合には、第１グループと第２グル
ープの膜厚方向での濃度勾配はこれとは逆方向になるよ
うにドーピングする。

実施例３で説明した例は基板が５ｉ−ＬＳＩで構成され
ＭＯ８ｍの走査回路の場合を述べたがこの下地はＭＯ８
型以外の、電荷輸送形走査回路の場合でも同様な構成を
もつことができるし、又、下地がガラス等の基板の上に
構成された薄膜の走査部分を有する基板上に構成された
、−次元センサー、液晶駆動用回路の場合の素子にも適
用できる。

実施例３ 第６図は非晶質Ｓｉよシ構成した太陽電画の概念図であ
シ、ガラス基板３０の上に透明電極３１があシ、その上
にｎ層の３２．３３の１層、３４のｐ層、さらにその上
に上部電極層３５を有する断面図である。この場合光は
３０側から入射される。この時本発明は、真性半導体層
である３３−に施される。膜内に均一にドープされる場
合は、これまでの均一ドープの実施例と同じである。次
に膜内に勾配を持たしてドープする場合は基板側から、
つまシ、３２側からクレームの第１項の第１グループの
濃度を高くし数１００　ｐｐｍ〜３４側では０．１　Ｔ
）２ｍ８度に制御する。逆に第２グループは３２側をｏ
、　ｉ　ｐｐｍで３４側が数ｉ　ｏ　ｏ　ｐｐｍになる
ようにドープする最適値は約数１０９層ｍ→０．ｌｐｐ
ｍに濃度勾配を持たせるのが最適である。この場合の３
３の膜厚は０．３〜０，８μｍが好ましい値である。

実施例４ 第７図は、非晶質５ｉより構成されたＭＯ８型トランジ
スタの断面図を示した゛ものであり、４０が基板、４１
がゲート電極、４２が絶縁物、４３が非晶質Ｓ１であり
、４４が高濃度ドープ非晶質、４５がソース、およびド
レイン電極である。この図において本発明は４３の半導
体層に施されておシ、とのＰＥＴにおける半導体領域４
３において、本発明を施すことによシ少数キャリアーの
走行性が改善され優れ九ＦＥＴ特性を得ることができる
。

実施例５ 第８図はバイポーラ型トランジスタの断面構造を示した
ものであシ、５１の基板上に、５２の半導体層コレクタ
一部分と、その上にベース領域になる半導体層５３があ
シ、エミッター、コレクター電極５５．５７を持つ構造
において、本発明が５３の層に施すことにより、この領
域での少数キャリアーの走行性を良くし、トランジスタ
特性を向上させることができる。第８図はコレクターに
相当する電極がエミッター、ベースと５２に対して同じ
面上にある図であるが、５７のコレクターが５２の下側
に存在する場合で、５２，５３゜５５とｎ、Ｉ、ｎで構
成されている場合には５２側から、特許請求第１項の第
１グループを〜数１００　ｐｐｍから徐々に減少して同
時に第２グループを０．１　ｐｐｍから徐々に増加させ
て５３の５５側では数ｔ　ｏ　ｏ　ｐｐｍに増加するこ
とによシトランジスタ特性を大きく改善することができ
る。又、ＰＩＦの形で５２．５３．５５を構成する場合
には、上述の第１グループと第２グループを逆濃度にす
ることによシ改善することができる。

以上、実施例２〜５ではこれらの膜の作成法について詳
細には述べていないが、実施例２〜５の場合にも、実施
例１で述べた作成法と同じ方法で作成することができる
。

以上までの説明は光電変換内には第１グループと第２グ
ループが少なくても同時に添加されている例について述
べて来たが、第１図の３、第５図の２１、第６図の３３
、第７図の４３、および第８図の５３の膜において、第
１グループと第２グループが各々膜方向に濃度の勾配を
持つ場合の特別な場合として膜内でステップ的に濃度勾
配を持つ場合も上記実施例は有効な効果を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は撮像管の動作原理図、第２図は本発明を施す前
の光電変換膜の光に対する膜への印加電圧と光電流との
関係を示す線図、第３図は本発明の片方のグループのみ
をドープした膜のＶ−１特性線図、第４図は本発明によ
る膜のＶ−１特性線図、第５図は本発明の一実施例の固
体撮偉素子の断面の概念図、第６図は同じく太陽電池の
断面図、第７図は同じ＜ＭＯ８ｍの断面図、第８図は同
じくバイポーラ型トランジスタの断面図である。 １・・・基板、２・・・透明電極、３・・・光電変換膜
、４・・・阻止層、５・・・入射光、６・・・電子線ビ
ーム、７・・・信号取出し線、１０，１１，１２，１３
，１４゜１５．１６，１７．１８・・・可視光（宵、緑
、赤）に対する■−■特性、２０・・・基板、２１・・
・画素電極、２２・・・光電変換膜、２３・・・上部透
明電極、３０・・・基板、３１・・・透明電極、３２・
・・Ｎ層、３３・・・１層、３４・・・Ｐ層、３５・・
・電極、４０・・・基板、４１・・・ゲート、４２・・
・絶縁層、４３・・・半導体層、４４・・・ドープ層、
４５・・・電極、５１・・・基板、５２゜５３・・・半
導体層、５４・・・絶縁層、５５・・・エミッタ、当 ￥Ｊ　２　日 ｆｐ力り電／ｆ＋ 市　４　図 ′！Ａ　５　図 ￥Ｊ６図 第、７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電変換用非晶質Ｓ１膜において、膜の全体ないし
   一部分に、Ｌ’ｇ　Ｓｂ、　Ｐ、　Ａｓ、　Ｂｉ、　Ｎ
   の単体ないしはこれらを含む化合物の１１１［類ないし
   は複数個よシ成る第１グループ、および膜の全体ないし
   一部分に、Ｂ、Ａ４　Ｑａ、　Ｉｎ　。 Ｔｔの単体ないしこれらを含む化合物の１ａｌ［類ない
   しは、複数個よシなる第２グループを含むことを特徴と
   する光電変換素子。