JPS6193678A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPS6193678A
JPS6193678A JP59215583A JP21558384A JPS6193678A JP S6193678 A JPS6193678 A JP S6193678A JP 59215583 A JP59215583 A JP 59215583A JP 21558384 A JP21558384 A JP 21558384A JP S6193678 A JPS6193678 A JP S6193678A
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JP
Japan
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film
semiconductor layer
transparent conductive
thin
conductive film
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JP59215583A
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English (en)
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Takashi Inami
隆志 居波
Masaya Hijikigawa
正也 枅川
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0232Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

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】 (イ)発明の目的 (産業上の利用分野) 本発明は、光電変換装置に関する。さらに詳しくは、シ
リコンやゲルマニウムを主として構成された薄膜半導体
層と該薄膜半導体層の光入射側と反対側の面に接合され
た裏面電極とを備えてなり、特に撮像装置、あるいはカ
ラーセンサとして好適に使用できる光電変換装置に関す
るものである。
(従来技術) 現在、シリコンやゲルマニウムをはじめとする半導体を
、プラズマCVD法やスパッタ法等によって、特に非晶
質薄膜として種々の光電変換素子に利用する技術が開発
あるいは確立されつつある。
これら薄膜半導体を用いた光電変換素子は総じてその特
性を外部に取り出す高程々の構造の電極を有しているが
、このうち薄膜半導体を光入射面側の透明の表面電極と
その反対面側の裏面電極でサンドイッチ状にはさむ構造
が特にカラーセンサ。
フォトダイオード、撮像素子、太陽電池などでは有利と
され一般化されている。かような構造においては光吸収
部分(主として薄膜半導体部分)を通過してなお吸収さ
れなかった光は裏面電極と上記薄膜半導体との界面で反
射あるいは透過吸収される事になる。
そして光電変換率をより向上させるために、上記薄膜半
導体をpin型とすることが多用されており、さらに裏
面電極自体を半導体で形成することも行なわれている。
かようなサンドイッチ状構造の光電変換素子の一つの代
表例として、従来のアモルファスシリコンルミnカラー
センサを第4図に示した。図において、カラーセンサ(
1”)は、薄膜アモルファスシリコン半導体層(14)
を表面透明電極(13)と裏面電極(19)とでサンド
イッチ状に挟持し、表面透明電極(13)上にカラーフ
ィルタ(12)及び絶縁保護膜(11)を積層した構造
からなる。なお、図中、 (141)はn型領域、(1
42)はi型頭域、(143)はP壁領域をそれぞれ示
し、(131) 、(191)はそれぞれリード線であ
る。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら非晶質半導体を主に用いるこのような光電
変換素子においては、例えばアモルファスシリコンルミ
nフォトダイオードに見られる様にその電気的特性は薄
膜半導体の膜厚に大きく依存し、光学的立場からも必要
な特性を同時に得る様な設計は困難であった。
より具体的には、例えば前記従来のカラーセンサ(1゛
)でいえばアモルファスシリコン半導体層(14)にお
ける光生成担体の収集能は該層内の電界分布に大きく影
響されかつこの内部電界分布はその膜厚に強(依存する
ため膜厚に制限があり、そのため光波長の選択性を該薄
膜半導体層自体に任意に付与することができず、さらに
高密度に集積された撮像素子などでは裏面電極から乱反
射する長波長反射光の隣接素子への悪影響が生じる等の
感度や分解能に関する問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり
、裏面電極での反射や透過吸収を任意に制御する事によ
って、例えば高密度に集積された撮像素子では長波長反
射光の隣接素子への影響を解消し、あるいはカラーセン
サ等における光波長選択性を向上させる事を目的とする
ものである。
(ロ)発明の構成 かくして本発明によれば、光が入射しうる面を有する非
晶質薄膜半導体層と、該薄膜半導体層の光入射側とは反
対側の面に配設される裏面電極とを備えてなる光電変換
装置において、上記非晶質薄膜半導体層と裏面電極との
間に裏面透明導電膜を設け、かつ該裏面透明導電膜の膜
厚及び屈折率に設定したことを特徴とする光電変換装置
が提供される。
本発明の最も特徴とする点は、前記薄膜半導体層と裏面
電極との間に導電性の透明膜を設け、それによりN膜半
導体層とこの裏面透明導電膜との界面及び裏面透明導電
膜と裏面電極との界面による多重反射の干渉作用を利用
して、薄膜半導体層の電気的特性とは全く独立して薄膜
半導体層の裏面に選択反射性を付与させた点にある。
本発明における裏面透明導電膜は、所謂透明電極等に用
いられているものなどを適用することができ、より具体
的には、ITO膜や5nOJ*等が挙げられる。これら
の造膜は蒸着やスパッタリング等の公知の方法で行なう
9とができる。これらの厚み及び屈折率は前記のごとく
所定波長光の選択反射性が得られるよう設定される。例
えば、波長λの選択的な反射率の増加を意図する際には
、その光路差2nd(nは屈折率、dは厚み)が1/2
λ、3/2λ、5/2λ、7/2λ・−−−−一・等と
なるように設定すればよく、また波長λの選択的な反射
率の減少を意図する際には2ndが、λ、2λ、3λ・
・−・−等となるように設定すればよい。さらに、カラ
ーセンサなどでは、該裏面透明導電膜と薄膜半導体層及
び裏面電極との界面で、できるだけ大きな反射率が得ら
れるようこれらの屈折率を設定するのが好ましくその例
は後述の実施例に示される。
なお、界面での反射を理論どおり引き出す為の条件とし
て屈折率と減衰係数の不連続な変化が必要なことは明ら
かであるが、特に非晶質物質を含む眉を直接接合したと
きには屈折率や減衰係数が少なからず連続的な振舞を示
し干渉効果が不充分となる場合がある。このため、薄膜
半導体層と裏面透明導電膜との間及び/又は裏面透明導
電膜と裏面電極との間に、金属薄膜を設けることが好ま
しい態様である。ことに金属薄膜をそれぞれの界面に設
けることによって屈折率の変化を不連続なものとするこ
とにより、所定波長に対する最大又は最少の反射率を得
ることができる。ただし、この金属薄膜の膜厚は30Å
以下とすることが好ましい。これは光波長に対する金属
薄膜内の光路差及び吸収をできるだけ押さえ、金属薄膜
の屈折率や減衰係数を設計上の因子から除外できるから
である。
(実施例) 以下に、本発明の光電変換装置をアモルファスシリコン
ルミnカラーセンサに通用した実施例を示して本発明を
詳説する。
第1図に示す(1)は本発明のアモルファスシリコンル
ミnカラーセンサの好ましい一例である。図において該
カラーセンサ(11は、pin型の薄膜アモルなるカラ
ーフィルタ(12)及びパシベーションのための5i0
2からなる絶縁保護膜(11)を順次被覆形成してなり
、一方、光入射面と反対側の面にはそれぞれ平均厚み3
0Å以下のiやAgからなる金属薄膜(15)、(17
)を介して、ITOや5n02からなる裏面透明導電膜
(16)及びn型単結晶シリコンからなる裏面半導体(
18;裏面電極)を積層してなる。そして裏面透明導電
膜(16)の厚みは約4000人、屈折率は約1.7と
されている。(131) 、(181)はそれぞれリー
ド線である。
なお、他の層の厚みはそれぞれ、約5000人(半導体
層;14)、約1000人(表面透明電極;13)、約
40μm (カラーフィルタ;12)及び約200μm
(絶縁保護膜:11)と設定されている。
かかる本発明のカラーセンサ(11において、保護膜(
11)、カラーフィルタ(12)および表面透明電極(
13)を通過して第3図(イ)の様な波長5000〜7
000人を中心とした光がアモルファスシリコン半導体
i (14)に入射する場合について述べる。
このアモルファスシリコン半導体JW(pin素子)で
は光生成担体の収集能がpin素子内部の電界分布に大
きく影響される事、そしてこの内部電界分布はpin素
子自身の膜厚に強く依存する事が知られており、この様
に膜厚の制限されるアモルファスシリコンpin1子で
充分に吸収されなかった比較的長波長の光はアモルファ
スシリコン半導体層(14)に直接接する金属薄Jif
f(15)に到達するときには第3図(ロ)に示す様な
波長依存を持つことになる。
金属薄膜(15)以降で反射された光は再びアモルファ
スシリコン半導体層(14)内部で光生成担体を生み出
すが、この金属薄膜(15)以降(裏面透明導電膜(1
6)、金属薄膜(15)、(17) 、裏面半導体(1
8))による反射率に、例えば第2図(ロ)にある波長
依存をもたせる事によってこのアモルファスシリコンル
ミnカラーセンサは、光入射側面カラーフィルタ(12
)の光波長選択能力に比べよりシャープに、つまりここ
では第3図(ハ)に示す様に、より選択的にアモルファ
スシリコン半導体層(14)に吸収させる事が可能にな
っている。
つまり、この例では、5000〜7000人の波長領域
においてアモルファスシリコン半導体層(14)は3.
5、裏面透明導電膜(16)は1.7、裏面半導体(1
8) (ここでは不純物ドープされた単結晶シリコン)
は3.5のそれぞれ屈折率を持ち、第2図(ロ)にある
反射率を得る為裏面透明導電1@(16)の膜厚が前述
のごと< 4000人とされている。これによって裏面
透明導電膜における光路差2ndは約13600人とな
り、波長6800人、4500人付近でそれぞれ最小の
反射率を、5400人、9100人付近ではそれぞれ最
大の反射率を得ている。
また、この実施例においてはアモルファスシリコン半導
体層の屈折率を裏面半導体(ここでは不純物ドープされ
た単結晶シリコン)の屈折率3.5と同じに設定してあ
り、かつ各層の減衰係数が無視できるため、最小反射率
は0に近づき、裏面透明導電膜の屈折率が1.7である
ことから最大反射率が理論上約40%となっている。さ
らに金属薄膜(15)、(17)が設けられているため
、これらが設けられていないときの反射率(第2図(イ
)参照)に比して反射効率が向上しており、これにより
第2図(ロ)に示すような理論値に近い反射率が得られ
ることとなる。
なお、上記例では、裏面電極として用いられる裏面半導
体として、不純物がドープされた単結晶シリコンを用い
ているが、これは同じ単結晶シリコンを基板にした他の
半導体素子との集積化の点で好ましいものであり、これ
らは非晶質半導体膜であってもよく、導電膜であっても
よい。
(ハ)発明の効果 以上述べたごとく、本発明の光電変換装置は、ことにカ
ラーセンサとして使用される光電変換装置の光波長選択
性に多大な効果をもたらし、しかも光入射側のカラーフ
ィルタとして干渉型フィルタを使用したカラーセンサに
おいてはその高次光の低減にも効果がある。
また、これ以外にもフォトダイオード等を用いた集積度
の極端に高い↑最像デバイスに適用すれば、その裏面電
極で乱反射され隣接素子へ入射してしまう様な長波長光
を、選択的かつ効果的に低減する事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の光電変換装置の一実施例を示す要部
断面図、第2図は、同実施例における反射率−波長特性
を説明するためのグラフ、第3図は同実施例における入
射強度−波長特性及び吸収強度−波長特性をそれぞれ説
明するためのグラフ、第4図は、従来の光電変換装置を
例示する要部断面図である。 (1)−・−アモルファスシリコンルミnカラーセンサ
、(14)−−一薄膜アモルファスシリコン半導体層、
(15)、(17)・−金属薄膜、 (16)−m−裏面透明導電膜。 代理人 弁理士  野 河 信 太 扉゛r1−一φU 督じボ州 に蟇#1セ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光が入射しうる面を有する非晶質薄膜半導体層と、
    該薄膜半導体層の光入射側とは反対側の面に配設される
    裏面電極とを備えてなる光電変換装置において、 上記非晶質薄膜半導体層と裏面電極との間に裏面透明導
    電膜を設け、かつ該裏面透明導電膜の膜厚及び屈折率を
    、多重反射の干渉による入射光に対する選択反射性を示
    すように設定したことを特徴とする光電変換装置。 2、非晶質薄膜半導体層と裏面透明導電膜との間及び/
    又は裏面透明導電膜と裏面電極との間に、膜厚30Å以
    下の金属薄膜を設けてなる特許請求の範囲第1項記載の
    装置。 3、裏面電極が、半導体からなる特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載の装置。
JP59215583A 1984-10-15 1984-10-15 光電変換装置 Pending JPS6193678A (ja)

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