JPS61226974A - セレンフオトダイオ−ド - Google Patents

セレンフオトダイオ−ド

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JPS61226974A
JPS61226974A JP60068078A JP6807885A JPS61226974A JP S61226974 A JPS61226974 A JP S61226974A JP 60068078 A JP60068078 A JP 60068078A JP 6807885 A JP6807885 A JP 6807885A JP S61226974 A JPS61226974 A JP S61226974A
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selenium
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transparent conductive
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時夫 中田
Akio Kunioka
国岡 昭夫
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    • HELECTRICITY
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    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
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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、セレンを母材料としたセレンフォトダイオー
ドに関する。
[従来の技術] 可視光用受光素子には、現在、単結晶Siや、アモルフ
ァスSiを母材としたSi系フォトダイオードが主流を
占めている。しかしながら、これらの素子にも、その用
途によっては、問題となる点が少なからずある。例えば
、両者共、短波長域における感度が十分でなく、さらに
、後者では、低開度域(<10= 1ux)において、
照度に対する光電流の直線性に難があること等がその一
例である。
一方、Si以外の光センサ材料として古くから知られて
いるものにSieがある。とりわけ、GdO/Se光電
池は、そのスペクトル感度が視感度に近いことから、照
度計等に広く利用されていた。しかし、照度に対する光
電流の非直線性や光応答速度が遅いなどの欠点があるた
め、現在では、その応用範囲は限られている。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、上記の問題点は、Se自体にあるのではなく
、GdO/Se接合に起因する面が多い。また、Seは
、安価であることの外、プロセス温度が低い(< 20
0℃)素子製造工程が簡単なと、製造面から有利な点も
多い。
そこで、本出願人の一人は、上記欠点を改善し、利点を
活かすべく、Ssを母材とした新構造の素子を提案した
(特開昭58−130578号)。
この素子は、光入射する透明材料の基板と、該基板」二
に形成された透明導電層と、該透明導電層上に形成され
た金属または半導体薄膜と、該金属または半導体薄膜」
−に形成されたセレン結晶膜と、該セレン結晶膜」−に
形成された高仕事関数金属と、前記透明導電層と前記高
仕事関数金属とにそれぞれ設けられた外部導線対とを備
えて構成される。
この素子によれば、高照度域における光電流の直線性、
および、応答時間は、Siフォトダイオードと同等に改
善されている。
しかし、この素子は、暗電流を十分低く抑えることがで
きず、低照度域(<1lux)における光電流の直線性
、即ち、微弱信号に対するSN比が悪いという問題があ
った。そのため、Si系のフォトダイオードに完全に対
応しきれてはいなかった。また、出力光電流、電圧もあ
まり大きくなかったゆ 本発明は、1−記問題点を解決すべくなされたもので、
暗電流を大幅に減少でき、また、低照度域での光電流の
直線性を改善したSN比の優れたセレンフォトダイオー
ドを提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、透明材料からなる基板と、母材料としてセレ
ンを使用するセレンフォトダイオードに適用され、その
問題点解決手段として、次の構成要件を備えることを特
徴とする。
第1に、透明導電層と、著しい光導電性を有しすると共
にセレンに対しへテロ接合を形成する半導体薄膜と、セ
レン結晶膜と、裏面電極とを上記透明基板上に順次積層
して設ける。
第2に、」二足セレン結晶膜の厚さを 1〜20JLm
とする。
」−記構成要件について、さらに詳細に説明する。
第1の構成要件において、透明導電層は、導電性に優れ
、かつ、透光性の有る材料を用いる。この種の物質とし
ては、例えば、ITO(indium tinowid
e)が知られている。このITOは、通常、ガラス基板
−1−に形成され、ITOガラスとして知られている。
この他の例としては、酸化スズや、Ti等の金属vjv
などが挙げられる。
また、第2の構成要件において、」二足半導体薄膜は、
N型の伝導型を示す半導体を使用する。この例としては
、N型の半導体であるTiO2を代表とするチタン酸化
物がある。このチタン酸化物は、例えば、高周波スパッ
タリング等の手段で被着形成される。
」−記セレン結晶膜は、セレンな真空蒸着等の手段によ
りアモルファス状に被着形成し、そのセレン層を熱処理
することにより、結晶化して形成される。その膜厚は、
第2の構成要件に示すように、 1〜20IL11とす
る。
[作用] −I−記構成において、透明導電層は、電極としての作
用を有する。また、透明であるので、光をペテロ接合ま
で確実に入射させる作用がある。
半導体薄膜は、セレン結晶膜と接してペテロ接合を形成
し、光起電力作用を生じさせる。また、本発明で使用す
る半導体薄膜は、暗時には高抵抗であり、高照度下では
低抵抗となる。即ち、著しい光導電性を有するため、暗
電流を低減するよう作用する。
゛セレン結晶膜は、 1〜20pLfflとすることに
より、ピンホールの発生を抑え、リーク電流を減少させ
る。この目的のためには、膜厚をより厚くすることが望
ましいが、直列抵抗が増大して、出力光電流が減少する
ので、」二足範囲に留める。
本発明は、上記各作用により、暗電流を大幅に減少でき
、また、低照度域での光電流の直線性を改善できて、S
N比を向」ニジたセレンフォトダイオードを実現できる
[実施例] 本発明の実施例について図面を参照して説明する。
〈実施例の構成〉 第1図に本発明のセレンフォトダイオードの一実施例の
構造を示し、第2図にその製造工程を示す。
同INにおいて、実施例のセレンフォトダイオードは、
ガラス基板lの」−に、透明導電層2と、半導体薄膜3
と、セレン結晶膜5と、裏面電極6とを順次積層して設
け、透明導電層2と裏面電極6とに各々外部導線7.8
を接続し、かつ、背面側をモールド9でSI II−し
てm成される。
に記透明導電層2としては、本実施例では、上述したI
TOを使用する。なお、このITOは、ITOガラス基
板として市販されている。本実施例では、シート抵抗l
OΩ、光透過率83%のITOガラス基板を使用してい
る。
半導体薄膜3は、チタン酸化物であるTiO2を被着し
て形成される。そのI膜厚は、適宜設定し得る゛が、本
実施例では、約50nm程度である。なお、本実施例に
おけるTifh膜は、光透過率〉80%、暗抵抗率〜1
08Ωc11、および、疑似太陽光100mW/cm2
下でtonΩC11であり、著しい光導電性を有する。
セレン結晶膜5は、セレンを 1〜20#LII真空蒸
着したも真空熱処理して結晶化させて形成する。
本実施例では、10gmの膜厚で被着しである。蒸着し
たセレンは、99.999%の高純度のものを使用した
裏面電極6は、セレンとオーミック接触して電極を構成
するもので、本実施例では、Auを真空蒸着して形成し
である。
外部導線7.8は、適当な導線がらなり、導電塗料等で
接続しである。そして、モールド9は、エポキシ樹脂等
を使用し、上記各層2〜6および外部導線7,8を保護
すべく、基板1の裏面側に塗着される。
次に、本実施例のセレンフォトダイオードの製造工程に
ついて、第2図に示す工程図を参照して説明する。
■基板洗浄工程 透明導電層2としてITO膜を被着したITOガラス基
板lを、イソプロピルアルコール中で10分間ずつ2回
超音波洗浄。
■Ti(hスパツタ工程 Ar、021対lの雰囲気中で、高周波スパッタ法によ
り、半導体薄膜3としてT 102FfJを50nm程
度堆積。この時の基板温度は、200〜300℃である
■Te蒸着工程 」−記半導体薄膜3上に、セレン層を形成するに先立ち
、金属ないし半導体の薄膜4を被着形成する。この金属
ないし半導体の薄膜4は、例えば、Te、 5eTe等
を真空蒸着して形成する。その膜厚は、極めて薄くてよ
く、セレン結晶H3の厚さの約0.05%程度とする。
本実施例では、真空蒸着によりTeを約2nmはと堆積
する。
■Se蒸着工程 真空蒸着により、セレン結晶M5となるSeを約10w
mはど形成。
■Au蒸着工程 裏面電極6として高仕事関数金属のAuを蒸着。
■熱処理工程 加熱された金属板」−に試料を載置し、 180〜19
0℃、2分間加熱して、Ssを結晶化し、セレン結晶膜
5を形成。同時に、この工程において、上記Te蒸着工
程で堆積されたTeは、Seに拡散し、その堆積層消滅
する。
なお、拡散したTeは、Seの結晶化を促進すると共に
、Seの剥離を防止するよう作用する。
■外部導線取付工程 銀ペーストを用いて、外部導線7,8を透明導電層2の
ITO膜および裏面電極6のAu膜に各々固着接続。
■モールド工程 エポキシ系樹脂接着剤で、試料の裏面側のモールド9を
形成。
〈実施例の作用〉 上述したように構成されたセレンフォトダイオードの作
用について、第3図〜第7図を参照して説明する。なお
1本フォトダイオードの有効受光面積は、100mm2
である。
第3図に本実施例のセレンフォトダイオードのA光源に
おける短絡光電流対照度特性を示す。同図のグラフにお
いて明らかなように、短絡光電流対照度特性が低照度(
〜1O−31ux)から高照度まで直線的に変化する。
従って、光センサとして優れていることが分かる。
第4図に本実施例フォトダイオードの分光感度特性を示
す。同図において、Tj02/Seは本実施例のセレン
フォトダイオード、GdO/Seは従来のセレン光電池
、A−3iは従来のアモルファスSiフォトダイオード
、および、C−3iは従来の単結晶Siフォトダイ−オ
ードの分光感度特性を各々示す。同図に示すように、本
実施例〒は、これら従来のフォトダイ−オードと異なり
、 300nm近傍の短波長側にまで感度を有し、かつ
、 700nm以上の長波長側には感度を有しない。従
って、カラーセンサとして、また、カメラ用露出計等の
可視光センサとして好適である。
第5図に本実施例のフォトダイオードの蛍光灯下(50
Otug相当)における電流密度対電圧特性を従来のセ
レンフォトダイオードの特性と比較して示す。同図から
明らかなように、本実施例では、光電流、光電圧共増加
している。特に、光電圧の増大が著しい。従って、変換
効率が高く、感度の良いセンサを構成し得る。
第6図に暗時の電流密度対電圧特性のT i02膜厚依
存性(ただし、Se膜厚2.74mで一定)を、また、
第7図に暗時の電流密度対電圧特性のSelり厚依存性
(ただし、TiO2膜厚58nmで一定)を各々示す。
これらの図は、各々当該膜厚のみ変えた同一形状、同一
寸法の試料について計測したものである。これらの図か
ら明らかなように、本実施例では、TiO2を被着し、
かつ、Seの膜厚を lpm以上被着することにより、
暗電流が1桁程度減少している。
なお、Se膜厚は、20pm以上としても、暗電流低減
の効果はそれほど増大せず、かえって、直列抵抗が犬き
くなり、光電流出力に対して無視できない大きさとなる
ので、20JLmまでとする。
〈実施例の変形〉 上記実施例の各部の構成に使用した材料は、セレンな除
き、−例を示したに過ぎない。他の材料を使用し得るこ
とはいうまでもない。
例えば、」二足実施例では、半導体@膜3としてTi0
2JIffを使用しているが、これに限らず、他のチタ
ン酸化物、或は、その他の金属酸化物等の半導体を使用
できる。
また、上記実施例では、裏面電極としてAuを使用して
いるが、他の金属であってもよい。
[発明の効果] 本発明は、暗電流を大幅に減少でき、また、低照度域で
の光電流の直線性を改善した、SN比の優れたフォトダ
イオードを実現できる効果がある。
また、本発明は、短波長域(〜400nm)においても
高感度であり、従来のフォトダイオードでは、十分対応
できなかった用途1例えば、カラーセンサ(特に青につ
いて精度よく検出できるもの)等への応用に対し好適で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセレンフォトダイオードの一実施例の
構造を示す断面図、第2図はその製造工程を示す断面図
、第3図は本実施例のセレンフォトダイオードの短絡光
電流対照度特性を示すグラフ、第4図は本実施例フォト
ダイオードの分光感度特性を示すグラフ、第5図は本実
施例のフォトダイオードの光照射時の電流密度対電圧特
性を従来のセレンフォトダイオードの特性と比較して示
すグラフ、第6図は暗時の電流密度対電圧特性のTiO
2膜厚依存性を示すグラフ、第7図に暗時の電流密度対
電圧特性のSe膜厚依存性をを示すグラフである。 1・・・ガラス基板   2・・・透明導電層3・・・
半導体薄膜 4・・・金属ないし半導体の薄膜 5・・・セレン結晶膜  6・・・裏面電極7.8・・
・外部導線 9・・・モールド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 透明材料からなる基板と、母材料としてセレンを使用す
    るセレンフォトダイオードにおいて、透明導電層と、著
    しい光導電性を有すると共にセレンに対しヘテロ接合を
    形成する半導体薄膜と、セレン結晶膜と、裏面電極とを
    上記透明基板上に順次積層して設け、 かつ、上記セレン結晶膜の厚さを1〜20μmとするこ
    とを特徴とするセレンフォトダイオード。
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