JPS60245184A - 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】 産業上の利用分野 本発明はフォトセンサやリニアイメージセンサあるいは
光電変換膜積層型固体撮像装置に利用される光電変換素
子とその製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 ２ベー。

従来、非晶質シリコンを用いた光電変換素子の構成例の
いくつかについて第１図に（ａ）　、　（ｂ）構造とそ
れに対応した模式的バンド図（Ｃり　、　（ｄ）を示す
。第１図（ａ）に示す構成では基板１０に適当な仕事関
数を持った金属１１を第１電極に選ぶことで作成できる
。例えば第１電極１１にＴａを用い、光電変換膜１２と
して水素化非晶質シリコン（以後、水素化非晶質シリコ
ンとＢ、Ｉｎ、Ｃ，Ｇｅ、Ｎ、Ｐ　。

Ａｓ、Ｏ，Ｓ　、Ｂｅ、Ｔｅ、Ｆ、ＣＬのうち１つ以上
を含む非晶質シリコン化合物を非晶質シリコンと呼ぶ。

）を高周波スパッタリングでＡｒ　とＨ２ガスにテ多結
晶シリコンをターゲットにし、反応性スパッタ法で約１
μｍ形成する。さらに抵抗加熱法にてＡｕを４００人第
２電極１３を形成する。このような素子の特性を電圧電
流特性で調べ、第２図２０に暗電流特性を示す。この特
性から明らかなように電極の影響により、高い暗電流特
性となっている。

また、前記と同様に第１図（ｂ）に示すように第２電極
１３からの注入を防ぐために非晶質シリコン３へ− １２と第２電極１３との間に不純物としてＢをドープし
たＰ型非晶質シリコン１４を挿入することで第２電極か
らの電荷注入を阻止することができる。このときの暗電
流特性を第２図２１に示す。

このように暗電流特性２１は２０よりも低くおさえられ
ているものの、未だ不充分である。これは電荷の注入が
主に第１電極１１が支配的であり、金属と非晶質シリコ
ンの界面の問題、金属の非晶質シリコンに及ぼす影響の
ためと考えられる。

このように暗電流が大きいために暗・光電流比が十分に
取れず、特にフォトセンサ、リニアイメージセンサや光
電変換膜積層型固体撮像装置に利用する光電変換素子と
して問題があった。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題に鑑み、下地電極と非晶
質シリコンの界面の改善を行ない、良好な光電変換素子
を提供することを目的としたものである。

発明の構成 本発明の光電変換素子は、■族原子または■族原子の１
つ以上を含む金属または金属酸化物を第１の電極とし、
水素化非晶質シリコン膜を形成し、この膜上に金属また
は金属酸化物よりなる第２の電極を有するものである。

実施例の説明 （実施例１） 第１図（ａ）を用いて本実施例を説明する。

ボロン（以下Ｂと記す）を５％含んだＣｒをターゲット
とし、スパッタリングで第１電極１１を形成する。次に
水素分圧０．２のアルゴンと水素ガスを用い、基板温度
２００℃で真空度５ｍＴｏｒｒで多結晶シリコンをター
ゲットとして、反応性スパッタリング法で非晶質シリコ
ン１２を約１μｍ堆積する。この上にｌｎ２−ｘＳｎｘ
Ｏ３（Ｘ＝０．１程度以下ＩＴＯと記す）の透明電極１
３を形成する。

このような構造の光電変換素子にＩＴｏ側にプラス電位
を印加したときの電流−電圧特性を第３図に示す。第３
図の３ｏに示されるように本発明の素子では暗電流が低
くおさえられており、十分な素子特性を示している。

６ペー、゛ （実施例２） 本発明の他の実施例を第１図（ｂ）を用いて説明する。

基板１０上にＭＯを第１電極１１として形成する。該第
１電極にイオン注入にてＢを２　Ｘ　１０”／ｃｒＩの
ドーズ量を加速電圧６０　ＫｅＶで注入する。

該電極上に平行平板型高周波プラズマＣＶＤ装置で２０
％５ｉＨ４（Ｈ２希釈）ガスで０．５Ｔｏｒｒの圧力に
し、１３．５６ＭＨ２の高周波にてノくワー密度０．０
１〜０．１　Ｗ　／　ｃＩＩを印加し、水素化非晶質シ
リコン１２を約１μｍ堆積する。このときの基板温度は
２５０’Ｃである。つづいて導入ガスのみをガス流量比
ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋ＣＨ４）＝０．２　でＢ２Ｈ６
／（ＳｉＨ４＋ＣＨ４）−１０〜１ｏ−５のガスに変え
、他の条件は前記と同様にして、水素化非晶質５ｉＣ（
Ｂドープ）１４を６〜１１００ｎ形成する。この上に透
明電極としてＩＴｏ１３を形成し、光電変換素子とする
。

該光電変換素子の第１電極１１を正電位としたときの暗
電流特性を第４図３１に示す。

同時にＢを（ボロン）注入しない純ＭＯのとき６ベーン の特性を３２に示し、ボロンのドーズ量を２　Ｘ　１０
１５／ｃｒ１３３　、２　Ｘ　１０１６／Ｃｒｌ３４と
変化したときの暗電流特性をそれぞれ３３．３４に示す
。

また、該素子に２．６５Ｌｘの光を照射したときの光電
流−電圧特性を３６に示す。このように暗・光電流比が
印加電圧８ｖ以下で２桁以上確保できる。また、純ＭＯ
を使用したときの光電流も前記光電流と同様の数値を示
し、このときの暗・光電流比は２桁以下であり、良好な
光電変換特性を示すことができない。

次に本実施例２のときの第１電極と非晶質シリコンの界
面付近のＳ　ＩＭＳ　（５ｅｃｏｎｄａｒｙ　ＩｏｎＭ
ａｓｓ　５ｐｅｃｔｒｏｓｉｏｐｙ　）結果を第６図に
示す。このようにＭｏ電極にイオン注入したＢが非晶質
シリコン側にも検出され、これが本発明での暗電流の低
下の要因となっている。

（実施例３） 上記実施例（１）及び（２）の方法で作成した光電変換
素子を６×１０５ＴＯｒｒノ真空中で３ｏｏ℃で４゜７
　／＼−７ 分間熱処理を行なった。このときの暗電流特性を第６図
に示す。実施例（１）のときの暗電流特性３゜が６１に
、実施例（２）のときの暗電流特性３１が６２に各々変
化し、より低暗電流特性を実現できる。また本効果は真
空中に限定されるものでなく、空気中やガス中でも同様
の効果がある。

以上述べてきたように本実施例（１）　、　（２）　、
　（３）によれば第１電極にＢやＰを含有させることや
、素子形成後、熱処理を施すことで暗電流特性を低減せ
しめることができる。

なお、本発明における光電変換膜としての非晶質シリコ
ンは水素化非晶質シリコンに限定されるものでなく、非
晶質シリコンにＢ　、　Ｉｎ、　Ｃ、Ｇｅ　。

Ｎ　、Ｐ　、Ａｓ、Ｏ，Ｓ　、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ　、ＣＬ
　などを含んだものあるいはこれらの複合膜であっても
何ら差障りはない。

また、本発明における電極に含ませるものとして、Ｂや
Ｐに限定されるものでなく、Ｉｎなどの■族原子や八８
などの■族原子であれば良い。

発明の効果 以上のように本発明は金属電極または金属酸化物電極に
Ｂ、Ｉｎなどの■族原子またはＰ、Ａｓなとの■族原子
の１つ以上を含ませることで該電極からの電荷の注力を
低下せしめ、暗・光電流比を大きくし、光電変換素子と
してのＳ／Ｎを良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は光電変換素子の断面構造図
、第１図（Ｃ）　、　（ｄ）は同（ａ）　、　（ｂ）の
構造のバンドモデル図、第２図は従来例での暗電流特性
図、第３図は本発明の第１の実施例での暗電流特性図、
第４図は本発明の第２の実施例での暗・光電離特性図、
第５図は同第２の実施例でのＳＩＭＳ特性図、第６図は
第３の実施例の暗電流特性図である。 １０・・・・・・基板、１１・・・・・・電極、１２・
・・・・・非晶質シリコン、１４・・・・・・非晶質シ
リコン、１６・・川・透光性電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名＠１
図 （ｏＪ） （Ｃ） （ｂ） （ｄ） 第３図 ｔ。 賄ｆ０ 覚　３０ ｆＯ （）ｔイジｒｉ２ノ ／６− 第４図 ＠、ｖＤ４ノｉ　（ＶＪ 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）■族原子または■族原子の１つ以上を含む金属捷
   たは金属酸化物よりなる第１の電極と、金属または金属
   酸化物よりなる第２の電極と、前記第１、第２の電極間
   に形成された非晶質シリコン膜とを有してなる光電変換
   素子。
2. （２）■族原子またはＶ族原子を、金属または金属酸化
   物の第１電極にイオン注入で含有させることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光電変゛検素子。