JPS6161541B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フアクシミリ送受信機や文字読み取
り装置等の広汎な画像情報処理用光電変換装置に
用いられるフオトセンサに関する。

従来、一般に用いられてきた結晶シリコンを用
いた１次元のホトダイオード型長尺センサーアレ
ーは、作製できる単結晶の大きさ及び加工技術の
制限から、そのセンサーアレーの長さに限度があ
り、かつ歩留りも低い欠点があつた。従つて読み
取り原稿がA4版の210mmの幅を有している場合に
は、レンズ系を用いて原画をセンサーアレー上に
縮小結像して、読み取ることが一般に行なわれて
きた。こうした、レンズ光学系を用いる方法は、
受光装置の小型化を困難にするだけでなく、個々
の受光素子面積が大きくとれないため、充分な光
信号の入力に対する充分な出力信号を得るために
は大きな光量を必要とし、読み取り時間を長くし
た低スピードの用途や、高い解像力を要求されな
い用途に使用される現状にある。

本発明は上記の諸点に鑑み成されたもので、従
来のフオトセンサーの欠点を解決したフオトセン
サーを提供することを目的とする。

又、本発明の別の目的は、微弱な光信号であつ
ても、充分な大きさの出力信号が得られ、高速読
取りが可能であるフオトセンサを提供することで
もある。

更には、容易に長尺化されるフオトセンサを提
供することも本発明の目的である。

本発明のフオトセンサは水素及びハロゲン原子
の少なくとも一方を含有する非晶質半導体材料か
ら成る層の複数を重畳して形成したフオトトラン
ジスタ構造を有し、該フオトトランジスタのベー
ス層領域に光信号を入力し、該入力信号に応じて
エミツタ又はコレクタから出力信号を取出す事を
特徴とする。

以下、図面に従つて、本発明を具体的に説明す
る。

第１図には、本発明の一実施例の構成が模式的
に示される。

第１図ａは、模式的平面部分図、第１図ｂは、
一点鎖線ABで切断した場合の模式的切断面部分
図、第１図ｃは、一点鎖線XYで切断した場合の
模式的切断面部分図である。

第１図に示されるフオトセンサ１００は、複数
のフオトトランジスタ構造を有する（図には２つ
しか示されていない）もので所定の画素数に応じ
て、等ピツチで規則正しく各フオトトランジスタ
構造が配列された、所謂アレー状の形態を取つて
いるものである。第１図に示されるフオトセンサ
１００は、基板１０１側より光入射が行われる様
に基板１０１は透光性の材料、例えばガラス、石
英、或いは透光性セラミツクス等で構成される。
基板１０１上には、ITO（Indium Tin Oxide）
SnO₂等の透光性導電材料で所定の形状と寸法の
画素電極１０２が等ピツチで規則的にパターニン
グ等の方法で形成されている。

画素電極１０２上には、該電極１０２の中心領
域にエミツタ層１０３が形成され、該エミツタ層
１０３は、画素電極１０２より小さい面積で画素
電極１０２上に形成されている。

エミツタ層１０３は、ｎ型に高くドープされた
Ａ−半導体材料で構成されている。

エミツタ層１０３と画素電極１０２を全面的に
覆う様にベース層１０４が形成され、該ベース層
１０４は、Ｐ型にその伝導性を制御されたＡ−半
導体材料で構成されている。

この様にして、各受光画素に応じた素子構造の
一部を形成した後に、各画素のベース層１０４を
覆う様に、帯状のＡ−半導体材料からなるコレク
タ層１０５が積層されて所定画素数に応じた数の
フオトトランジスタ構造を有する光電変換素子が
形成される。ここで言う光電変換素子は１画素分
のフオトトランジスタを意味する。

コレクタ層１０５の上面には、オーミツクコン
タクトを取る為にオーミツク層１０６が設けら
れ、該オーミツク層１０６上に各光電変換素子に
共通の電極１０７が設けられる。

共通電極１０７は、オーミツク層１０６の比抵
抗値及び受光画素数に応じて種々の形態を取るこ
とが出来る。

例えば、オーミツク層１０６の比抵抗値が充分
小さい場合には、共通電極１０７は、オーミツク
層１０６の表面の一部に設けるだけでその機能を
充分果すが、比抵抗値がある程度大きい場合に
は、フオトトランジスタ構造の数に応じた数で各
フオトトランジスタ構造の上部に相当する位置の
オーミツク層１０６上にフオトトランジスタ構造
の数に応じた数だけ形成するか、又は、オーミツ
ク層１０６の上面に全面一様に形成する。オーミ
ツク層１０６は、第１図のフオトセンサ１００の
場合には、ｎ型に高くドープされたＡ−半導体材
料で構成される。

各光電変換素子の間には、各素子間の光学的ス
ミアを避せる為に遮光層１０８が設けられる。

遮光層１０８は、金属、無機、有機の多くの染
料・顔料等の非透光性材料で且つＡ−半導体材料
の光学的・電気的特性に影響を及ぼさない材料で
構成される。第１図に示されるフオトセンサ１０
０の感度は、ベース層１０４とコレクタ層１０５
との界面領域に形成される空乏層１０９に於いて
生ずるフオトキヤリア量によつて主に決められ、
このフオトキヤリア量はベース層１０４とコレク
タ層１０６間に逆バイアス方向に印加される電界
によつて拡がる空乏層１０９の層厚や光入射効率
に依存する。従つて、入射光のエミツタ層１０３
とベース層１０４に於ける光吸収は、素子の感度
低下の要因となるので、エミツタ層１０３とベー
ス層１０４を光入射方向に関しての垂直面内で小
さくし、空乏層１０９が大きくなる様に素子構造
を設計することが好ましい。

又、光信号の応答速度は、主にコレクタ層１０
５の電気容量に影響され、本発明に於いては、小
さな容量をもたせる構造が好ましい。従つて、空
乏層１０９が連続しかつコレクタ層１０５に接す
るベース層１０４の面積が小さくなるように設計
されることが好ましい結果を与える。

以上のような結果をふまえた更に改良された構
造が第２図に示される。

第２図ａはフオトセンサ２００の構成を説明す
る為の模式的平面部分図、第２図ｂは第２図ａの
一点鎖線OPで切断した場合の切断面部分図であ
る。

第２図に示すフオトセンサ２００は、基本構成
が第１図に示すフオトセンサ１００とは逆にされ
た構造を有している。即ち、第２図に示すフオト
センサ２００は、光照射は、基板２０１とは反対
側の方向より成される構造を有している。

基板２０１上には、基板２０１の長手方向に帯
状に共通電極２０２が形成される。この共通電極
２０２の表面上には、オーミツクコンタクトを取
る為のオーミツク層２０３、該オーミツク層２０
３に接触してコレクタ層２０４が各々共通電極２
０２と同様に基板２０１の長手方向に帯状層とし
て形成されている。

第２図に示されるフオトセンサ２００は、コレ
クタ層２０４の表面上ベース層２０６の下部に真
性伝導型の中間層２０５が帯状に形成されてい
る。中間層２０５は、フオトトランジスタ構造が
設けられる領域、即ちベース層２０６が設けられ
る領域は、その層厚を厚く形成し、フオトトラン
ジスタ構造の設けられない領域、即ち、各光電変
換素子間の領域は、ベース層２０６の設けてある
領域に較べて、その層厚をやや薄くして形成す
る。

ベース層２０６は、第２図ａに示す様に入射さ
れる光が充分な量でコレクタ層２０４に到達して
吸収される様に、エミツタ層２０７の設けられる
領域を除いて、内部が除去された形状とされてお
りこの部分は、中間層２０５が露出している（斜
線部）。

ベース層２０６とエミツタ層２０７との間には
中間層２０９が設けられ、エミツタ層２０７の上
部表面には画素電極２０８が設けてある。

中間層２０９、エミツタ層２０７及び画素電極
２０８は、画素電極２０８側から入射される光が
充分な量でコレクタ層２０４に到達し、そこで吸
収される様に層厚、形状及び寸法が定められて作
製される。

画素電極２０８は、第１図に示したフオトセン
サ１００の場合と同様に透光性の導電材料で構成
される。

中間層２０５は、コレクタ層２０４の電気容量
を減少させて、光応答性を向上させる機能を有す
る。中間層２０５の層厚としては、0.3〜５μ程
度の場合に良好な結果を与える。

又、ベース層２０６とエミツタ層２０７との間
に設けられる中間層２０９は、エミツタ層のドー
ピング量より少ない量で同一の種の不純物がドー
ピングされており、各光電変換素子の増幅効率を
向上させる役目を荷つている。

次に、本発明のフオトセンサを構成するＡ−半
導体層の形成に総て述べる。

本発明によつて使用される、Ａ−半導体層は、
SiH₄，SiF₄，Sil₄，GeH₄，Ge₂H₆，Gel₄等を主成
分とするガスにグロー放電エネルギーを与え、上
記ガスを分解させ基板上に析出させる方法が一般
的に用いられる。グロー放電は、放電の安定性か
らRF（Radio Frequency）グロー放電が一般に
用いられ、放電パワーの制御が層特性の重要な因
子であり、本発明に於いては1W／cm³以下の放電
パワー密度が好ましい。又、堆積基板温度
（TS）やガス圧力（Pr）も作製されるフオトセン
サの特性を大きく左右し、本発明に於いては通常
Ts＝100〜350（℃）、Pr＝10^-2〜10゜（Torr）の
条件が好ましい。RFグロー放電の他、DCグロー
放電も使用されうる。又、高純度Siターゲツトを
RFスパツタリングする方法も同様の特性の層を
作製するために良好に採用され得る。

Ａ−半導体層の伝導型の制御は、通常には、グ
ロー放電ガス中に所定量のドーピングガスを混合
することで行なわれ、ｎ型への制御には、PH₃や
AsH₃ガス、Ｐ型への制御にはB₂H₆ガスが使用さ
れる。

本発明を良好に達成するためには、フオトセン
サのトランジスタ構造を形成するエミツタ層、ベ
ース層、コレクタ層の各層の厚さ及びドーピング
量を制御する必要がある。

エミツタ層は、例えはPH₃ドープの場合には、
SiH₄ガスの500〜10000PPMのガスを混合し、0.1
〜0.5μ程度の層厚とされ、ベース層は、例えば
B₂H₆ドープの場合には、SiH₄ガスの50〜
5000PPM程度の濃度でドープされ、0.005〜0.2μ
程度の層厚とされる。コレクタ層は、例えばPH₃
ドープの場合には、SiH₄ガスの０〜500PPM濃度
にドープし、0.5〜５μ程度の層が良好に使用さ
れる。

本発明に於いては、フオトトランジスタ構造を
有する光電変換素子の信号増幅効率を向上させる
意味で、ベース層の層厚をフオトキヤリアの拡散
長よりずつと小さい様に素子設計する必要があ
る。この様な素子設計思想に基づいてフオトセン
サを作製する際、形成する層厚の制御が数＋Åの
範囲で行えるグロー放電エネルギーを利用する層
堆積法の採用は好ましいものである。

以上、詳細に述べたように、本発明において
は、フオトトランジスタ構造の形成に、水素（以
後Ｈと表記する）及びハロゲン原子（以後Ｘと表
記する）の少なくとも一方を含有する非晶質半導
体（以後Ａ−半導体と表記する）材料を使用する
為に、例えば読取る原画と等倍か又はそれ以上の
長さの長尺化されたフオトセンサを製造上容易に
且つ歩留り良く得ることが出来る。又、Ａ−半導
体材料として、アモルフアスシリコン（以後Ａ−
Siと表記）又はアモルフアスゲルマニウム（以後
Ａ−Geと表記）を採用することで、出力信号と
して効率の良い光信号電流を取り出すことが出来
る。殊にＨ及びＸの少なくとも一方を１〜
30atomic％含有したＡ−Si又はＡ−Ge又はＡ−
SiGeなる材料を用いるので高効率で出力信号と
して光信号電流を取出す素子構造を可能とするこ
とが出来、且つ充分高い解像力で正確に読取を行
なうことが出来る。

本発明に於いて、フオトトランジスタ構造を与
えるＨ及びＸの少なくとも一方を含有するＡ−半
導体材料の層は、グロー放電エネルギーを使用す
る堆積法によつて形成される。

従つて形成される層は、大面積に亘つて均一均
質で且つ電気的特性も良好でかつ均一に製造する
ことが出来る。

又、グロー放電エネルギーを利用する堆積法に
於いては、層厚の制御が数Å程度まで可能である
ので積層型の光電変換素子を所望の素子設計通り
正確に再現性良く量産することが出来る。更には
又、大面積に亘つて欠陥のない長尺化された光電
変換素子を歩留り良く製造することも充分容易で
あるので、等倍サイズの長尺化されたフオトセン
サを得ることも容易である。

或いは又、素子のトランジスタ構造を形成する
材料として、Ｈ及びＸの少なくとも一方を含有す
るＡ−Si又はＡ−Ge或いはＡ−SiGeを用いるの
で、作製されたフオトセンサは、可視光領域の光
吸収効率が著しく良く、可視光領域の光導電性に
優れ、又、耐熱性、耐摩耗性にも優れているの
で、密着型の読取センサとしても有効に使用し得
るものである。更には、上記の材料は無公害であ
ることから製造過程、使用過程に於いて人体に対
する影響を考慮する必要は殆んどなく、この点に
於いても優れた点を有している。

上記の様に本発明のフオトセンサは、高性能で
信頼性の高い優れたものである。

本発明に於いて用いられるグロー放電エネルギ
ーによつて所定の支持体上の堆積させられる１〜
30atomic％のＨ又はＸを含有するＡ−半導体の
層は、禁止帯中の準位密度を〜10¹⁶cm^-3程度まで
減少させたもので、この様なＡ−半導体材料の層
は、不純物のドーピングによつて所定通り制御さ
れて伝導型の変更が容易に成される。

本発明のフオトセンサは、その様なＡ−半導体
材料の層を積層することによつて、特性に極めて
良好であつて、且つ大面積化に於いて歩留り良く
作製することが出来、又、信頼性及び信号増幅率
の上で優れたものである。

本発明のフオトセンサは、その構造に於いて、
フオトトランジスタ構造を有するものであり、フ
オトトランジスタの形態としては、従来より知ら
れている種々の構成が本発明に於いても採用され
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは、本発明の好適な実施態様
例の１つの構成を示すもので、第１図ａは模式的
平面部分図、第１図ｂは第１図ａの一点鎖線AB
に於いて切断した場合の切断面部分図、第１図ｃ
は第１図ａの一点鎖線XYで切断した場合の切断
面部分図、第２図ａ，ｂは、本発明の第２の実施
態様例の構成を示すもので、第２図ａは模式的平
面部分図、第２図ｂは第２図ａの一点鎖線OPで
切断した場合の切断面部分図である。 １００，２００……フオトセンサ、１０１，２
０１……基板、１０２，２０８……画素電極、１
０３，２０７……エミツタ層、１０４，２０６…
…ベース層、１０５，２０４……コレクタ層、１
０６，２０３……オーミツク層、１０７，２０２
……共通電極、１０８……遮光層、１０９……空
乏層、２０５，２０９……中間層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水素及びハロゲンの少なくとも一方を含有し
   シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を母
   体とする非晶質半導体材料から成る層の複数を重
   畳して形成したフオトトランジスタ構造を有し、
   該フオトトランジスタのベース層領域に光信号を
   入力し、該入力信号に応じてエミツタ又はコレク
   タから出力信号を取出す事を特徴とするフオトセ
   ンサ。 ２ 水素または／およびハロゲンが１〜
   30atomoic％含有されている特許請求の範囲第１
   項に記載のフオトセンサ。 ３ 出力信号が電流信号である特許請求の範囲第
   １項に記載のフオトセンサ。 ４ フオトトランジスタ構造が同一平面上にｍ×
   ｎ（ｍ，ｎはともに正の整数）個等間隔に配例さ
   れている特許請求の範囲第１項に記載のフオトセ
   ンサ。 ５ フオトトランジスタ構造が、第１伝導型のエ
   ミツタ層と第２伝導型のベース層と第１伝導型の
   コレクタ層とから成り、前記ベース層と前記コレ
   クタ層とで形成された空乏層の層厚が0.2μｍ以
   上である特許請求の範囲第１項に記載のフオトセ
   ンサ。