JPS61218179A

JPS61218179A - 非晶質シリコン光センサ

Info

Publication number: JPS61218179A
Application number: JP60058487A
Authority: JP
Inventors: Katsufumi Kumano; 勝文熊野; Koichi Haga; 浩一羽賀; Kenji Yamamoto; 健司山本
Original assignee: RICHO OYO DENSHI KENKYUSHO KK; Ricoh Co Ltd
Current assignee: RICHO OYO DENSHI KENKYUSHO KK; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1985-03-25
Publication date: 1986-09-27

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、非晶質シリコン膜を用いた光センサに関する
ものである。

（従来の技術）従来の非晶質光センサとしては、Ｃｄ５−ＣｄＳｅ系、
５ｅ−Ｔｅ−Ａｓ系、非晶質シリコン系のものが知られ
ているが、このうちＣｄ　Ｓ　−Ｃｄ　Ｓ　ｅ系のもの
は光応答速度が遅く、また５ｓ−Ｔａ−Ａｓ系のものは
低い温度で結晶化する等の問題が多く、高密度、高速動
作の、良好な素子を得ることは難しい、そこで、新しい
材料として非晶質シリコンが開発され、薄膜で大面積素
子の作製が可能、光吸収係数が大きく、光導電特性が優
れている等の利点を有する非晶質シリコン光センサが注
目されている。

非晶質シリコンを用いた光センサとしては、同一基板上
に一組の電極を平面的に形成し、その電極にまたがって
非晶質シリコン膜を形成する、いわゆるプレーナ型非晶
質シリコン光センサがある。

この構成の光センサは、製造方法が簡単であるため比較
的多数試作されているが、その構造上光応答速度が遅く
、高速ファクシミリでの使用は困難である。これは、プ
レーナ型では一組の電極間隔が１０μｍ程度と広くとる
必要があるため、電子等のキャリアが移動するのに時間
がかかるためである。また、平面的に電極を形成する構
成であるから高密度化も困難である等の欠点を有してい
る。

これらの欠点を取り除くために、非晶質シリコンを透明
電極と他の電極とで挟むようにした、いわゆるサンドイ
ッチ型構造の非晶質シリコン光センサがあり、高密度、
高速化が可能な素子として開発されているが、このサン
ドイッチ型構成ではバイアス電圧印加時にベース電極か
らの電荷の注入があって暗時の電流が多くなるため、光
照射時の電流との比（Ｓ／Ｎ比）が大きくとれない欠点
を有している。又、非晶質シリコンは光吸収係数が大き
いため膜厚が薄く（通常５０００人〜１μｍ程度）形成
されるので、ピンホールの発生による電極のショートな
どの問題が多い。

暗時の電流を減少させるために、非晶質シリコンと電極
の間に別の薄い絶縁膜を設けて、電極からの電荷の注入
を阻止するようにしたブロッキング構造、いわゆるＭＩ
Ｓ型光センサが提案されており、絶縁膜として例えばシ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属窒化膜等がある。

例えば、特開昭５７−１０６１７９号公報には、薄い絶
縁膜を形成するために非晶質シリコンの表面を陽極プラ
ズマ酸化したり、あるいは酸素を含むシランガスをグロ
ー放電し、非晶質シリコン上に酸化膜を形成する方法が
記載されているが、この方法によれば、絶縁膜の厚さが
２０〜４０人程度であるため、高密度の素子全面に均質
かつ均一な膜厚の絶縁膜を形成することは困難である。

また、通常薄膜を形成した場合には１００Å以下の厚み
では薄膜が島状に形成されるため、素子の特性の均一化
が困難である。素子の特性を均一にするために絶縁膜を
厚くすると。

暗時の電荷の注入は十分に阻止できるが、光入射時に発
生したキャリアも阻止され、Ｓ／Ｎ比が低下する。

特開昭５６−２６４７８号公報には、薄い絶縁膜として
窒化物（透光性１通電性、絶縁性又は半絶縁性）を用い
る方法が記載されている。これによれば。

酸化物を用いた場合は高いエネルギーバンドギャップを
持つので、薄い膜であってもそれ自身電流を通しにくく
、光照射時のキャリアの通過が困難となってＳ／Ｎ比が
低下するという問題があるため、酸化物より小さいエネ
ルギーバンドギャップを有する窒化物を用いるものであ
る。しかしこの構成においても窒化物は５０〜１００人
と薄く形成する必要があり、併せて個別電極を形成した
後に絶縁膜を形成する時は１通常個別電極をエツチング
で形成した後絶縁膜を形成するので、電極側面やエツジ
の部分に均一な膜を形成することが難しく、酸化物の場
合と同様に素子特性の均一化が非常に困難である。

また、特開昭５６−１４２６８号公報には、非晶質シリ
コンの多層構造を有し、少なくともその非晶質シリコン
層の１層が酸素原子を含み、かつ荷電子濃度制御用の不
純物を含有する光導電半導体装置が開示されている６し
かし酸素原子を添加して光学的バンドギャップを広げる
と、１．８５〜１．９２　ｅＶの間においては光導電性
を示すが、それ以上広くすると、はとんど光導電性を示
さなくなり、２．０ｅＶ以上の光学的バンドギャップの
薄膜を暗時の電荷の注入阻止のために用いると、光照射
時に発生したキャリアが阻止され、Ｓ／Ｎ比の大きな素
子を得ることが困難であった。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように、従来例においては、それぞれ応答速度が
遅い、Ｓ／Ｎ比が低い、素子特性の均一化が困難等の問
題点があった。

本発明は、高速、高密度化に適し、Ｓ／Ｎ比の大きいか
つ素子の特性が均一化されたサンドインチ型非晶質シリ
コン光センサを提供するものである。

（問題点を解決するための手段）第１の電極と第２の電極との間に多層構造の非晶質シリ
コン層を挟んだ構造を有し、第１の電極と接する第１の
非晶質シリコン層が酸素原子を含み、かつ光学的バンド
ギャップが２．０ｅＶ以上の領域で、１０１２〜１０１
５Ω■の抵抗率と光導電性を有する構成とする。

（作　用）第１の非晶質シリコン層が１０１２〜１０１ｓΩ■とい
う高い抵抗率を持っているので暗時に電極からの電荷の
注入を阻止し、かつ光導電性を有するために光照射時に
おいては発生したキャリアを十分通過させる。これによ
り非常に高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

（実施例）以下図面に基づいて実施例を詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例を示したもので
、非晶質シリコン光センサをイメージセンサとして応用
した例である。第１図、第２図において、１は透明ガラ
ス基板、２は第１の電極で、ＩＴＯまたはＳｎＯ□等の
透明導電膜からなっている。３は第１の非晶質シリコン
層、４は第２の非晶質シリコン層、５は第２の電極であ
り、Ａｌ又はＣｒ等の金属膜からなっている。

次に具体的な製造方法を説明する。まず透明なガラス基
板１に真空蒸着法によりＩＴＯ膜を８００人形成し、ホ
トリソ技術により第１の電極（個別電極）２を形成した
。この個別電極は１００μ−×１００μ肩で、電極間距
離は２５μ−とした、この基板をＣＶＤ装置にセットし
、ＣＯ□とＳｉＨ４の混合ガスを導入してグロー放電分
解によって第１の非晶質シリコン層３を３５０人形成し
た。このときの真空度は１　、　ＯＴ　ｏｒｒ、基板温
度２５０℃、ＳＯＳマスク使用０次いで、ＳｉＨ４を導
入し、グロー放電分解により第２の非晶質シリコン層４
を１．２５μＩ形成した。真空度等の条件は第１非晶質
シリコン層３の場合と同一である。最後に第２の電極（
共通電極）５として真空蒸着によりＳＵＳマスクを使用
して幅１５０μｍ、厚さ５０００人のＡｌ膜を形成した
。なお、パターンの形成は、マスクを使用しても、また
全面に膜を形成してホトリソ技術を使用してもよい。

このようにして形成された非晶質シリコン光センサは、
非常に高いＳ／Ｎ比（１００Ｑｘの照明における明時の
電流と暗時の電流の比が５ｘ１０３）が得られ、個別電
極毎の各素子が均一な特性を有していた。

第３図は、酸素原子を添加するためにＣＯ３とＳｉＨ，
の混合ガスを用いた場合の第１の非晶質シリコン層３の
光学的バンドギャップ及びＡＭＩ（擬似太陽光）１００
ｍＷ／ａ＃を照射したときの光導電率σｐｈ、暗導電率
σ６を添加ガス量に対して示したものである。ＣＯ２／
　Ｓ　Ｉ　Ｈ４が大きくなるに従い光学的バンドギャッ
プが直線的に広がる６また光導電率σ、ｈはＣＯ２／　
Ｓ　ｘ　Ｈ４が５までは減少し、それ以上では減少が緩
慢になっ７１０−”　（Ω■）−１程度になるが、一方
暗導電率σ６はＣＯ２／　Ｓ　Ｉ　Ｈ４が２．５程度ま
では急激に減少し、それ以上でもｉｏ−”〜１０−”　
（Ω■）−１の範囲の値を示すので、酸素原子を含みか
つ光学的バンドギャップが２．０ｅＶ以上の領域で光導
電性を有する第１の非晶質シリコン層３は、暗時の抵抗
率が１０１２〜１０１５Ω国と非常に高い値を示し、非
晶質シリコン光センサにおいて暗時の電極からの電荷の
注入を阻止する十分に高い機能を有していることがわか
る。また、ＡＭｌ（擬似太陽光）１００ｍＷ／ａ＃照射
時の抵抗率は１０’〜１０１Ω備と低い値を示し、光照
射によって発生したキャリアの通過が容易となる機能を
有しているため、非晶質シリコン光センサとして非常に
高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

第４図は１分光感度特性の一例を示したもので。

横軸は光波長を、また縦軸は光電流密度（Ａ／ｎｍ２）
をそれぞれ示している。光波長４５０〜６２０ｎｍにわ
たって非常に均一な光電流密度が得られた。

また、従来の酸化膜、窒化膜を用いるものでは。

２０〜１００人という非常に薄い膜を用いる必要があり
、従って素子の特性の均一化が困難であったが。

本発明においては高い光導電性を有しているため。

第１の非晶質シリコン層３の膜厚を２００〜２０００人
。

好ましくは３００〜７００人と厚く形成することができ
るので、素子特性が均一化される利点がある。

なお、非晶質シリコン層の形成には、グロー放電接の外
にスパッタリング法も適用できる。また原料ガスとして
は１例えば水素、ヘリウムあるいはアルゴンで希釈した
ＳｉＨ４，Ｓｉ、Ｈ，，５ｉＤ４゜５ｉ２Ｄ、、ＳｉＦ
４，５ｉｃｅ４等のガスを用いることができるし、また
希釈せずに用いることもできる。

非晶質シリコン層に酸素原子を含ませるための添加ガス
としては、グロー放電によって分解し酸素を発生するＣ
Ｏ，Ｃｏ、、Ｎｏ、Ｎ、Ｏ，Ｎｏ、等が好適なものとし
てあげられる。また、微量のＢ、Ｈ，のようなガスを用
いて■族の不純物を混入することによりさらに高抵抗に
することができる。

第１の電極として、ショットキー接合でかつ光の透過を
得るには、例えば非常に薄いＰｔ、Ａｕ等の金属薄膜あ
るいはＰｔＳｉ等のシリサイドを用いることができ、ま
たへテロ接合の材料としては、例えばＩＴＯ，ＳｎＯ２
等を用いることができる。

第１の電極としてＩＴＯや５００２等の透明導電膜を用
いた場合、ＳｉＨ４のグロー放電分解中にＩＴＯ等が還
元されその特性が悪化することがあるが、Ｓ　ｉ　Ｈ４
にＣｏ２を混合したガスではグロー放電中に酸素ガスが
存在することにより、ＩＴＯ等の還元が抑制され、特性
の悪化を防止することができる。

さらに、光センサの構成において、金属基板あるいは絶
縁基板上に金属膜を蒸着してこれを反射率の高い第２の
電極とし、この上に非晶質シリコン層４．非晶質シリコ
ン層３を順次形成した後。

第１の電極を形成する構成にしてもよい。また、非晶質
シリコン層４と第２の電極５との間に第１の非晶質シリ
コン層と同一の層をさらに設けてもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、高速。

高密度化に適し、Ｓ／Ｎ比が非常に大きく、かつ素子の
特性が均一化された非晶質シリコン光センサを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の断面図、第２図は、同平
面図、第３図は、酸素原子添加の非晶質シリコン膜の添
加ガス量と光学的バンドギャップ及び光導電率σ２１、
暗導電率σ、の関係を示す図。第４図は１分光感度特性を示す図である。１　・・・ガラス基板、　２・・・第１の電極。３　・・・第１の非晶質シリコン層、　４　・・・第２
の非晶質シリコン層、　５・・・第２の電極。特許出願人　株式会社　　リ　　コ　−リコ一応用電子
研究所株式会社東１図　　　第２図と第３図ｅｓｒ刈ｊｔｌ（ｓｃｃＭ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の電極と第２の電極との間に多層構造の非晶
質シリコン層を備え、前記第１の電極と接する第１の非
晶質シリコン層が酸素原子を含み、かつ光学的バンドギ
ャップが２．０ｅＶ以上の領域で、１０＾１＾２〜１０
＾１＾５Ωｃｍの抵抗率と光導電性を有することを特徴
とする非晶質シリコン光センサ。
（２）前記非晶質シリコン層が水素原子、ハロゲン原子
、重水素原子の少なくとも１種を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の非晶質シリコン光セン
サ。
（３）前記第１の非晶質シリコン層の層厚が２００〜２
０００Åであることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載の非晶質シリコン光センサ。
（４）前記第１の電極と第１の非晶質シリコン層がショ
ットキー接合であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の非晶質シリコン光センサ。
（５）前記第１の電極と第１の非晶質シリコン層がヘテ
ロ接合であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載の非晶質シリコン光センサ。