JPS60233871A - 光センサ素子 - 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】 （発明の技術分野） この発明はｐｉｎ構造を有する光センサ素子に関する。

（背景技術の説明） 従来から画像読取装置嬶、その他の種々の使用目的に適
用される多くのタイプの光センサ素子が提案されている
。第２図はこの種の光センサ素子のうちｐｉｎ型光ダイ
オードを用いた光センサ素子の一例を示す断面図である
。

第２図に示す構造において、２１はガラス等から成る絶
縁性透明基板、２２はこの基板２１上に被着した第一電
極膜としての透明電極で、酸化インジウム、酸化錫、或
いはその他の導電膜から成っている。２３はアモルファ
スシリコン（以下ａ−５ｉトいう）からなるｐｉｎ構造
の光センサ部（感光部ともいう）で、透明電極２２側か
ら第一導電型層であるｐ型ａ−９ｉ層２４、中間層であ
るｉ型ａ−９ｉ層２５及び第二導電型層であるｎ型ａ−
３ｉ層２６で構成されている。さらに、２７は絶縁性を
有する保護膜で例えばシリコン酸化膜から成り、この保
護膜２７によって第一電極膜２２、第一導電型層２４、
中間層２５及び第二導電型層２６を被覆していると共に
、この保護１＠２７にはこの第二導電型層２８の表面２
８ａの一部分を露出させるための窓２８が形成されてい
る。

２９は窓２８を介して第二導電型層２６上に形成した第
二電極膜で、アルミニウム等で形成している。

この構造の光センサ素子は、透明基板２１上へ透明電極
２２を被着した後、その全面にグロー放電法を用いてａ
−３ｉを成膜して光センサ部２３を形成する。そして、
この成１１りに際し、ｐ型ａ−９ｉ層２４は、シラン（
ＳｉＨ４）ガスを主成分としポロン（Ｂ２　Ｈ６ガスを
用いる）を不純物として膜厚５０〜５００λ程度に形成
する。また、中間層２５としてのｉ型ａ−Ｓｉ層はシラ
ンガスを主成分としてポロンを少量（Ｂ２Ｈｓ／ＳｉＨ
ヰ〜数ｐｐｍ　）添加して形成する。さらに、第二導電
型層２６であるｎ型ａ　−９ｉ層はシランガスを主成分
としてリン（ＰＨ３ガスを用いる）を不純物として添加
して形成する。

次に、ホトリソグラフィ技術によってこれらｐ型、ｉ型
及びｎ１ａ−３ｉ層２４．２５及び２６を各光センサ部
に対応する島に分離形成した後、この部材の全面にわた
ってシリコン酸化膜を堆積し、この膜を保護膜２７とし
ている。この場合、シリコン酸化膜はアルゴン（Ａｔ）
ガスで希釈されたシランガスと、笑気ガス（Ｎ２０　）
とを用い、グロー放電により形成することが出来る。こ
の保護＠２７に幅りの窓２８をエツチングして開ける。

この窓２８は光センサ部２３の表面、すなわち、第二導
電型層２６の表面２６ａの周縁部から中心側にある距離
立だけ後退した所に形成しているので、矢印Ａの方向か
らこの光センサ素子を平面的に見た場合、この窓２８の
領域は第二導電型層２６の表面２８ａの領域よりも小さ
く、かつ、後者の領域の内側に存在する。

次に、一旦、電子ビーム等を用いて、アルミニウム等の
所望な電極金属をこのようにして得られた部材の全面に
蒸着した後、パターニングを行って第二電極膜２９を得
ている。従って、この第二電極膜２θは第二導電型層２
Ｂと窓２８の領域で接触する構造となる。

この構造の光センサ素子の第一電極膜２２と第二電極膜
２９との間に数Ｖの逆バイアス電圧を印加した状態で、
この透明基板２１の側から光Ｒを照射すると、これが透
明基板２１、第一電極膜２２を透過し、光センサ部２３
に入射する。光センサ部２３のｉ型中間層２５中に、こ
の入射した光の強度に応じた量の電子−正孔対が創成さ
れ、これらのキャリ・アを第一電極１１１２２と、第二
電極ｆｊ１２８との間で電流として取り出すことにより
、被検出湯の明暗比を得ることが出来る。

前述したように、この構造の光センサ素子では、第二電
極膜２８は第二導電型層２Ｂと窓２８の領域で接触する
構造となっているので、この第二電極膜２８が第二導電
型層２６と接触するのはこの層２６の周縁部から文だけ
内側に後退した幅りの部分となる。このように構成した
のは、この電極膜２９と下側の第二導電型層２６との大
きさを同じにすると、光センサ部２３　（ｐｉｎ型光ダ
イオードとなっている）の膜厚が高々１４ｍ程度である
ため、光センサ部の端面の欠陥部を通して、第一電極膜
２２と第二電極Ｎ２９との間のリーク電流が増大してし
まうかもである。

（解決すべき問題点） しかしながら、第二電極Ｂ２８は第二導電型層２Ｂの周
囲から幅見の範囲の領域２８ｂとは接触してないため、
この非接触領域２８ｂには両電極２２及び２８間の逆バ
イアス電圧が印−加されないので、この領域２８ｂで発
生した電子・正孔が両電極２２及び２９に達するのに時
間がかかり、これがため、照射光Ｈのオン・オフに対す
る充電流変化の応答速度（以下、光応答速度という）が
遅いという欠点があった。

（発明の目的） この発明の目的は光応答速度が速い光センサ素子を提供
することにある。

（問題点を解決すべき手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、絶縁基
板上に第一電極膜と、この第一電極膜上に設けた光セン
サ部と、この光センサ部上に設けた第二電極膜とを具え
、この光センサ部を前述の第一電極膜側から第一導電型
層と、ｉ型の中間層と、第二導電型層とで構成したｐｉ
ｎ構造としてなる光センサ素子において、この第一電極
膜、第−導電型層及び中間層を被覆すると共にこの中間
層の表面の一部分を露出する窓を有する保護膜を具え、
この窓を介して前述の第二導電型層を前述の中間層上に
形成して成ることを特徴とする特（作用） このように構成すれば、第二導電型層の第二電極側の全
面がこの第二電極膜と接触している共に、これら両層の
接触領域の大きさは下側の中間層及び第一導電型層の大
きさよりも小さいので、光照射により生じた電子・正孔
対は全て印加された逆バイアス電圧によって第−及び第
二電極膜に吸い込まれるので、光応答速度が速くなる。

さらに、第二電極膜と、光センサ部との間に寸法差があ
り、この第二電極膜は光センサ部の端面近くではこれに
接触していないので、光センサ部の端面を流れるリーク
電流を著しく低減出来る。

（実施例の説明） 以下、図面につき、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の詳細な説明するための路線的断面図
である。尚、図示の簡略化のため、断面を表わすハツチ
ング等を一部分を除き、省略しである。

第１図は基板側から光Ｒを照射して使用するタイプの光
センサ素子を示す。１は石英ガラス、ポリイミド、その
他の任意好適な材料から成る透明基板、２はこの透明基
板１上に被着した、例えば、酸化チタンや酸化亜鉛等か
らなる第一電極膜を構成する透明電極で、インジウム錫
酸化物、その他の光透過性の導電材料であれば良い。３
は光センサ部で、例えば従来と同様な方法でａ　−９ｉ
で形成することが出来る。この光センサ部３は第２図に
示した光センサ素子と同様に第一導電型層であるＰ型層
４、中間層であるｉ型層５及び第二導電型層であるｎ型
層６から成るｐｉｎ構造となっている。

この発明においては、この第二導電型層６を保護Ｍ　７
の窓８を介して中間層５の上側に堆積させた構造となっ
ている。この構造は、例えば、保護１１り７を、第二導
電型層６の被着前に、第一電極膜２、第一導電型層４及
び中間層５の端面及び中間層５上に被着形成し、然る後
、この中間層５の周縁部から文だけ後退した中央部の保
護膜領域に、エツチングにより、窓８を開け、この窓８
を介して第二導電型層６を形成することにより得ること
が出来る。第１図に示す実施例では、この第二導電型層
６は窓８内に露出した中間層５、保護膜７の窓８の側壁
及び保護膜７の、窓８の周辺の一部分上に形成されてい
るが、この第二導電型層６を保１８７の窓８の領域内に
のみ形成しても良い。

また、この第二導電型層６は中間層５の周縁部から距離
文の範囲の領域５ａには境界を接していない。従って、
この非接触領域５ａの上側に保護膜７が形成されている
。さらに、この第二導電型層６の厚みは適切に設定する
ことが出来る。

さらに、この発明ではこのような第二導電型層６上に第
二電極膜９である金属電極を具える構造となっている。

この第二電極膜９は、上述した第二導電型層６が形成さ
れた部材上にクロム、ニクロム、モリブデン、アルミニ
ウム等の好適な第二電極用の金属を蒸着し、ホトリング
ラフィのエツチング技術によって、パターニングして形
成する。この場合、第二電極膜９と、下地の第二導電型
層６とを一緒にバターニングしても良いし、これらを個
別的に行っても良い。いずれの場合であっても、この第
二電極膜９と、第二導電型層６と、矢印Ａの方向から見
た平面的な形状及び大きさは同一とするか、或いは、第
二導電型層６の１域を第二電極膜９の領域よりも小さく
する。そして、第二導電型層６を、少なくともこれが下
側の中間層５と境界を接している範囲の領域で、第二電
極膜９と接触させるような構造とする。

このようにして得られた光センサ素子へ放射である光Ｒ
を透明基板側１から照射すると、この光が透明基板ｌ及
び透明電極２を透過して光センサ部３に入射する。この
入射光の光強度に応じた電子・正孔対等のキャリアが光
センサ部３に発生する。この状態で、透明電極２と第二
電極９との間へバイアス電圧を印加すると、これらキャ
リアを光電流として取り出すことが出来る。

次に、この発明の光センサ素子と、第２図に示す従来構
造の光センナ素子とにおいて、光応答時間の比較実験を
した結果の一例を次表工に示す。

表Ｉ この実験では、光の点灯時間が１０ミリ秒、消灯時間が
１０ミリ秒となるようにパルス変調した波長Ｅｉ５０ｒ
ｖの発光ダイオードを用いた。ｐｉｎ型光ダイオードは
直径３１１１１の円形であり、第二電極膜が光センサ部
と接触しない領域の幅見は０．２５＋ｕｓであった。

この実験結果から明らかなように、この発明の光センサ
素子は、逆バイアス０■で光応答時間は従来例の約１／
４であり、逆バイアス−３Ｖで従来例の約１／２０と速
くなっていることが確認された。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
い。

例えば、光センサ部３の第一導電型層４をｎ型層とし、
かつ、第二導電型層６をｐ型層としても良い。

さらに、光センサ部をａ−３ｉで形成したが、これに限
定されるものではなく、任意好適な材料でｐｉｎ型構造
に形成しても良い。

さらに、基板とは反対側から光を照射するタイプの構造
とすることも出来る。その場合には、第二電極膜を透明
材料で形成する。

さらに、上述した実施例では、絶縁性を有する保護膜を
笑気ガスとアルゴンとで希釈したシランガスから形成し
たシリコン酸化膜を用いたが、これに限定されるもので
はなく、二酸化炭素とアルゴンとで希釈したシランガス
から形成したシリコン酸化膜や、アンモニアとアルゴン
とで希釈したシランガスから形成したシリコン窒化膜を
用いても良い。

（発明の効果） 上述した説明から明らかなように、この発明の光センサ
素子によれば、第二導電型層を中間層上側の周縁部から
ある幅だけ後退させて中央部分にのみにおいてこの中間
層と境界を接し、この第二導電型層の全面が第二電極膜
と接触していると共に、これら両層の平面的に見た接触
領域の大きさは下側の中間層及び第一導電型層の大きさ
よりも小さいくした構造となっているので、光によって
発生した電子・正孔対は印加したバイアス電圧により両
電極に吸い込まれるので、従来の光センサ素子の構造に
比べて光応答速度が速いという利点がある。

さらに、第二電極膜と、光センサ部との間に寸法差があ
るため、この第二電極膜は光センサ部の端面近くではこ
れに接触しておらず、これがため、光センサ部の端面の
欠陥部分を通じて流れるリーク電流を従来の光センサ素
子よりも著しく低減出来る。

このように、この発明の光センサ素子は光応答性が速く
、表面保護膜の被覆性も良いので、高速ファクシミリ等
の原稿読取部の光センサ素子として使用して好適である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光センサ素子の一実施例をす路線的
断面図、 第２図は従来の光センサ素子を示す路線的断面図である
。 ｌ・・・絶縁性基板、２・・・第一電極膜３・・・光セ
ンサ部、４・・・第一導電型層５・・・中間層、　５ａ
・・・非接触領域６・・・第二導電型層 ７・・・絶縁性を有する保護膜 ８・・・（保護膜の）窓、９・・・第二電極膜。 特許出願人　沖電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に第一電極膜と、該第−電極膜上に設けた光セン
   サ部と、該光センサ部上に設けた第二電極膜とを具え、
   前記光センサ部を前記第一電極膜側から第一導電型層と
   、ｉ型の中間層と、第二導電型層とで構成したｐｉｎ構
   造としてなる光センサ素子において、前記第一電極膜、
   前記第−導電型層及び中間層を被覆すると共に該中間層
   の表面の一部分を露出する窓を有する保護膜を具え、故
   意を介して前記第二導電型層を前記中間層上に形成して
   成ることを特徴とする光センサ素子。