JPS601873A - 光電変換素子およびその製造方法 - 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】 し産業上の利用分野〕 本発明は光電変換素子およびその製造方法に係り、特に
、光感度が良好でかつ、晴時におけるリーク電流の小さ
い光電変換素子およびその製造方法に関する。

〔従来技術〕

近年、ファクシミリ等の画像入力部の小型化をはかるた
めに、原稿と同一寸法の長尺読取り素子の開発が活発に
行なわれている。この長尺読取り素子としては、光導電
体層として水素化されたアモルファスシリコンスナワチ
、水素化アモルファスシリコンを使用し、こｎを、金属
等からなる第１電極と、透光性の第２電極とで挾んだサ
ンドイッチ型の薄膜受光素子が、光応答性が早く、耐環
境性に優れていることから、広く使用されている。

通常、透光性の第２電極としては、酸化インジウム錫（
ＩＴＯ）膜、酸化錫（５ｎＯｔ　）等のｎ型の感電型を
もつ酸化物半導体膜が使用され、光導電体層としての水
素化アモルファスシリコンとの界面に、ショットキー障
壁が形成されており、該光電変換素子は、この障壁によ
って、第２電極から光導電体層へのキャリヤの移動が妨
げられるダイオード特性を示す。一般には、第１電極は
接地され、第２′醒極には、負のバイアス電圧が印加さ
れている。この状態で該光電変換素子に光を照射すると
、この光は透光性の第２電極を通過し、水素化アモルフ
ァスシリコン層に到達する。この元エネルギーにより、
水素化アモルファスシリコン層内に、電子−正孔対が励
起せしめられる。このようにしてできた電子および正孔
は、第１電極および第２電極に印加されたバイアス電圧
によって、夫々第１寛極、および第２電極側へ流れ、水
素化アモルファスシリコン層内には、所定の電流が流れ
る。この電流を外部にとり出すことによって、照射光に
対する光電変換流すなわち光電流を得ることができる。

また、この光電変換素子に光照射がなされない場合は、
上述の場合のように、光励起は起きないが、（１）第１
電極から水素化アモルファスシリコン層への正孔の注入
、（ｉｔ）第２電極から水素化アモルファスシリコン層
への電子の注入、（ｉｆｆ）熱的に励起されたキャリ４
・のドリフト−等に起因して多少の電流が流れる。これ
は暗電流と呼ばれ、光電流との対比のためにも、この暗
電流をできる限り少なくするための工夫がなされている
。

すなわち、第２電極と水素化アモルファスシリコン層と
の界面にできるショットキー障壁を十分に高＜シ、良好
な整流性を得ることにより、電極側からのキャリヤ（電
子又は正孔）の注入を防ぐブロッキング型の接合とし、
暗電流を小さくして明電流／＠電流比を大きくする構造
がとられている。

しかしながら、この場合、光照射時においても同様に、
電極側からのキャリヤの注入は行なわれず、光電流とし
てとり出されるのは、−次光電流すなわち、入射フォト
ン数に比例した電子−正孔対の数に素電荷ｑを掛けた値
のみであり、このような光電変換素子においては光感度
に限界があった。

そこで、前記透光性の第２電極と水素化アモルファスシ
リコン層との間に、ｎ型にドープされた水素化アモルフ
ァスシリコン層を介在せしめることにより、ショットキ
ー障壁の実効的な高さを低減して、光照射時に第２電極
からの電子の補給を許し、う“Ｃ電流を増加させる方法
が考えられている。

ところが、この場合、非照射時においても、第２電極か
らの電子の注入が許されることになり、暗電流もバイア
ス電流と共に急激に上昇する。４明電流／暗電流比が十
分とれず、実用上、問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、透光性電
極と水素化アモルファスシリコン層との間のショットキ
ー障壁を低くすると共に、薄いブロッキング層を介在せ
しめることにより、ｍｆｆｅ性電極からアモルファスシ
リコン層への電子の注入を調整し、明電流の増大をはか
ると共に、明電流／暗電流比を制御することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

すなわち、本発明のサンドイッチ型光電変換素子では、
水素化アモルファスシリコン層は、透光性電極との間に
、所定の伝導型の不純物を含む窒化シリコン層等の絶縁
層を介在せしめると共に、その界面近傍に、該不純物の
拡散された層を有してなることにより、透光性電極とア
モルファスシリコン層との接合をオーミックに近づける
と共に、この電極からのキャリヤの注入を阻止するブロ
ッキング特性を得ようとするものである。

また、上記光電変換素子は、たとえば、透光性電極と、
水素化アモルファスシリコン層との間に、所定の伝導型
の不純物をドーピングした絶縁層を形成した後、熱処理
を行なうことにより、前記不純物を水素化アモルファス
シリコン層中に拡散せしめる方法により、形成される。

本発明の光電変換素子においては、前記絶縁層の厚みを
変化させることにより、透光性電極からの電子注入に対
するブロッキング特性を制御し得、また、含有する不純
物濃度を変化させることにより、充電流の増大分（二次
元電流の全党電流に対する割合）を制御し得て、暗電流
と明電流を独立に制御することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明実施例の光電変換素子を、図面を参照しつ
つ説明する。

この光電変換素子は、第１図にその断面図を示す如く、
コーニング７０５９と指称されているコーニング社製の
ガラス基板１上に、所定形状に着膜されたクロム電極２
と、さらにこのクロム電極２上に堆積された水素化アモ
ルファスシリコン層３と、この水素化アモルファスシリ
コン層３上に形成された、リンドープの窒化シリコン膜
４とこの窒化シリコン膜４上に形成された酸化インジウ
ム錫（ＩＴＯ）電極５とにより構成されており、前記水
素化アモルファスシリコン層３は、前記窒化シリコン膜
４との界面近傍において、リン（Ｐ）拡散層６と化して
いる。

次に、この光電変換素子の製造方法について説明する。

まず、電子ビーム蒸着法により、ガラス基板１上に、厚
さ３０００λシロム薄膜を形成したのち、通常の７オト
リソグラフイによって、該クロム薄膜をくし形にパター
ニングし、第１の電極形成なおこなう。

次いで、第３図に示すような、プラズマＣＶＤ装置を用
いてこの第１電極形成のなされたガラス基板１上にアモ
ルファスシリコン層を形成する。

このプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバー１１内に配
設された平行平板型の第１電極ｎおよび第２電極１３と
、これらの電極１２　、１３に電圧を印加するための高
周波電源１４と、ガス供給系１５とよりなり、第２電極
１３は、ヒータ１６を具備しており、このヒータは第２
電極上に載置される基板を抵抗加熱する。また第１電極
臣は、メツシュ状の板状体からなり、このメツシュを介
してガスプラズマ１７を射出するように構成されている
。このガスプラズマ１７をつくるためのガス供給系１５
は、シラン（ＳｉＨ４）ボンベ１８、フォスフイン（Ｐ
Ｈｓ）ボンベ１９、アンモニア＜ＮＨａ）ボンベ２０、
亜酸化窒素（ＮｔＯ）ボンベ２１とが夫々、流量調整ス
イッチＭ　Ｆ　Ｃ２２を介して並列的に接続することに
より、構成されている。さらに下方には真空チャンバー
１１内を真空排気し、真空度を調整するための排気系２
３が設けられている。

次いで、この第１電極形成のなされたガラス基板１をプ
ラズマＣＶＤ装置に設置し、真空チャンバー１１を十分
に排気したのち、この真空チャンバ内にシランＳｉＨ４
を毎分１０ｃｃ乃至５０ｃｃの割合で導入する。ここで
、真空チャンバー内の圧力を０．２〜１．ＯＴｏｒｒに
保持すべく排気系２３の排気速度を制御すると共に、基
板温度が２５０℃となるようにヒータ１６を加熱する。

また対向する第１電極１２および第２電極１３の間隔は
４０ｍｍとし、高周波電源１４から１０乃至１００Ｗの
電力を供給し、１時間にわたり、グロー放電を続け、水
素化アモルファスシリコン層を約１μｍの厚さに堆積す
る。

更に、前記プラズマＣＶＤ装置内において、シラン、ア
ンモニアＮＨ３、亜酸化窒素ＮｔＯ１７オスフインＰＨ
，を３：３：１８０：１の流量比で流入しつつ、真空チ
ャンバー内の圧力を０．５〜ＩＴｏｏｒに保ち、３０〜
１００Ｗの電力を投入し、５０Ａ乃至２００λのリンド
ープ窒化シリコン膜を形成する。高周波電力の投入及び
ガス供給を停止し、所定の処理を終了したのち、基板を
真空チャンバー内からとり出す。

こののち、前記基板を酸素ガス雰囲気中で、四分間、２
０（１〜３００での熱処理を行なう。

更に、この上にアルゴンＡｒ十酸素Ｏ！の反応性ガス雰
囲気中で、酸化インジウム錫をターゲットとし、ＤＣマ
グネトロンスパッタリング法により、約１５０　ＯＡの
酸化インジウム錫膜な堆積する。

このようにしてできた光電変換素子の光電流および暗電
流の電流−電圧特性曲線は第３図り、Ｂに示す如く光電
流は大きくしかも暗電流は小さくなっている０従って、
この光電変換素子は優れた光感度を有し、しかもリーク
電流は十分に低いことにより、高解像度の原稿読取り素
子への適用が可能である。

比較のために、水素化アモルファスシリコン層と酸化イ
ンジウム錫電極との間に、リンドープの水素化アモルフ
ァスシリコン層のみを介在せしめ、ブロッキング層とし
ての窒化７リコン層を持たない光電変換素子の光電流、
暗電流の（流−電圧特性曲線Ｃ，Ｄおよび従来の光電変
換素子リンドープの水素化アモルファスシリコン層すな
わちｎ型水素化アモルファスシリコン層も、ブロッキン
グ層ももたないものの光電流、暗電流の電流−電圧特性
曲線Ｅ、Ｆを示す。

夫々の電流−電圧特性曲線Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆの比
較から明らかなように、本発明の光電変換素子は、光電
流については、１１型の水素化アモルファスシリコン層
を介在せしめた場合と同様の高い値を示す一方、暗電流
については十分低い値を示す。また、バイアス電圧を一
５■としたとき、本発明の光電変換素子は、光電流につ
いては、従来の素子の約１０倍を保持しつつ、光電流と
暗電流との比は、３桁以上と、極めて優れた特性を有し
ている。（前記実施例で、リンドープ窒化シリコン堆積
後のアニールは炉アニールを用いたが、レーザーアニー
ル等のビームアニールでも良い。）ここでリンの拡散源
としてはリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）膜の使用も考えら
れるが、これは一般に多孔質であるから、ブロッキング
特性が一様ではなく、ブロッキング膜としては余り適当
ではない。

また、製造も極めて容易である。

〔発明の効果〕

以上、説明してきたように、本発明によれば、水素化ア
モルファスシリコン層を光導電体層とするサンドイッチ
型の光電変換素子において、水素化されたアモルファス
シリコン層と、透光性電極との間に、所定の伝導型の不
純物拡散層及び所定の半導型の不純物を添加してなるブ
ロッキング層を介在せしめることにより、製造が容易で
、光感度が大でありかつ、明電流／暗電流比の大なる光
電変換素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例の光電変換素子の断面概要図、
第２図は、本発明実施例及び従来例の光電変換素子の電
流−電圧特性曲線を示す図、第３図は、本発明実施例の
光電変換素子の製造に使用されるプラズマＣＶＬ）装置
の説明図である。 １・・・ガラス基板、２・・・クロム電極、３・・・ア
モルファス水素化シリコン、４・・・雪化シリコン膜、
５・・・酸化インジウム錫電極、６・・・リン拡散／ｌ
ｊｌ、１１・・・真空チャンバー、１２・・・第１電極
、１３・・・第２Ｉ！極、工４・・・高周波電源、１５
・・・ガス供給系、１６・・・ヒータ、１７・・・ガス
プラズマ、１８・・・シランボンベ、１９・・・フォス
フインボンベ、２０・・・アンモニアボンベ、２１・・
・亜酸化窒素ボンベ、２２・・・流量調整スイッチ、関
・・・排気系、Ａ・・・本発明実施例の光電変換素子の
光電流の電流−電圧特性曲線、Ｂ・・・同暗電流の電流
−電圧特性曲線、Ｃ，Ｅ・・・従来の光電変換素子の光
電流の電流−電圧特性曲線、Ｄ、Ｆ・・・同暗電流の電
流−電圧特性曲線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１電極と透光性の第２電極とによって、光導電
   体としてのアモルファスシリコン層を挾持してなるサン
   ドイッチ型の光電変換素子において、前記第２電極と水
   素化アモルファスシリコン層との間に接合におけるショ
   ットキー障壁を下げるべく、前記第２電極に近接する水
   素化アモルファスシリコン層表面に所定の伝導型の不純
   物拡散層を具備すると共に、前記第２電極からのキャリ
   ヤの流入を阻止すべく、ブロッキング層を具備したこと
   を特徴とする光電変換素子。
2. （２）前記第２電極は酸化インジウム錫又は酸化錫から
   なると共に、前記不純物拡散層はリンドープされた水素
   化アモルファスシリコン層からなり、さらに前記ブロッ
   キング層はリンドープされた窒化シリコン膜からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光電変
   換素子。
3. （３）第１電極と透・把性の第２を極とによって、光導
   電体としての水素化アモルファスシリコン層を挾持して
   なるサンドイッチ型の光電変換素子を製造するにあたり
   、 前記第２電極と、前記水素化アモルファスシリコン層と
   の間に、所定の伝導型の不純物を含有してなる窒化シリ
   コン膜が介在するように、所定の層形成を行なったのち
   、前記不純物を、前記水素化アモルファスシリコン層中
   に拡散せしむべく、熱処理を行なうことを特徴とする光
   電変換素子の製造方法。