JPS62165129A

JPS62165129A - 光センサ

Info

Publication number: JPS62165129A
Application number: JP61007632A
Authority: JP
Inventors: Masao Isomura; 雅夫磯村; Takeshi Takahama; 豪高濱; Hisaki Tarui; 久樹樽井; Shinya Tsuda; 津田　信哉; Shoichi Nakano; 中野　昭一; Yukinori Kuwano; 桑野　幸徳
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1986-01-16
Filing date: 1986-01-16
Publication date: 1987-07-21
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JP2771532B2

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半導体を用いた光センサに関する。

従来の技術光センサにおいて、分光感度部ち光センサが感度を有す
る波長領域は導電帯と価電子帯のバンドギャップの大小
に依存している。つまり、バンドギャップの広い光セン
サは短波長側に分光感度を有し、バンドギャップの狭い
センサは長波長側に分光感度を有している。非晶質半導
体として特にアモルファスシリコンの場合にはバンドギ
ャップが約１．７ｅＶで、丁度人の目と同じ可視領域に
分光感度を有しているところから広範な利用が期待され
る。

ところで、光センサは、カラーセンサとして用いる場合
やその他必要な波長域以外のノイズを拾わないようにす
るため等の目的で、特定の波長域だけに分光感度を有す
ることが要求される場合がある。かかる場合、従来の光
センサは前面に特定波長を選択的に透過する光学フィル
タを設けることによって対応している。

発明が解決しようとする問題へしかしながら、上記のように光センサに光学フィルタを
設けると部品数が多くなり、組立、加工工数が増えるし
、またカラーセンサのように分光感度の異なる光センサ
を複数個備えるものにあっては光学フィルタの使用枚数
示増えると共に。受光面積もそれだけ増え、全体が大型
化するといった問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑み、光学フィルタを一切
用いなくても所望する分光感度を得ることができるし、
カラーセンサとして用いる場合も小さな受光面積の小型
な構成となし得る頗る有用な光センサを提供することを
目的としている。

司　φを７ンするための　段上記目的は、光センサの非晶質半導体層を超格子構造と
することによって達成できる。

止−一■ 超格子構造とは、厚さ数人〜数百人の薄膜を多数間層し
た人工的な周期構造をいい、現在大別すると、ドーピン
グ超格子構造と組成超格子構造とがある。第４図にドー
ピング超格子構造のバンドプロファイル図を示す。

ドーピング超格子構造はこの図に示すように導電帯、価
電子帯が超格子の周期に従って振動的に変化している。

ドーピング超格子内では電子と正孔はエネルギーの低い
場所、つまり電子は導電帯のくぼみに、正孔は価電子帯
の上部に多く分布する。このため、ドーピング超格子構
造においては、導電帯のくぼみと価電子帯の上部との間
の長さがみかけ上のバンドギャップ（図中のＥＯＩ、Ｅ
Ｏ２）となる。

ところで、ドーピング超格子構造の振動の振幅は、ドー
ピング量の多少によってコントロールすることが可能で
ある。第４図（ａｌは低ドーピングの場合、同図中）は
高ドーピングの場合のバンドプロファイル図を示してい
る。この図かられかるように超格子構造の振動の振幅が
小さいと（図（ａ））、みかけ上のバンドギャップが大
きく、振幅が大きいと（図（ｂ））、みかけ上のバンド
ギャップが小さくなる（　Ｅ　ｏｔ＞　Ｅ　ｏ２）。

バンドギャップと分光感度とは既述した関係があるので
、結局、ドーピング超格子構造においては、ドーピング
量をコントロールすることによって所望する分光感度を
もつ光センサを得ることができる。

一方、組成超格子構造は第５図に示すようバンドギャッ
プの狭い井戸層■とバンドギャップの拾いバリ十屓■を
積層した構造をしている。この組成超格子において、み
かけ上のバンドギャップは井戸層■の膜厚によって決ま
る。つまり、第５図（ａｌのように膜厚が薄い（ｔ　１
）とみかけ上のバンドギャップは広く、逆に同図（ｂ）
のように膜厚が厚い（ｔ２）とみかけ上のバンドギャッ
プが狭くなる。

ところで、井戸層■の膜厚は、井戸層の形成時間等によ
って人為的にコントロールすることができるので、結局
、組成超格子においても井戸層の膜厚をコントロールす
ることによって所望する分光感度をもつ光センサを得る
ことができる。

上記のように、本発明の光センサの分光感度は超格子構
造とされた非晶質半導体層のバンドギャップによって規
定されるので、光学フィルタを設けた従来のものとは異
なり、分光感度の異なる非晶質半導体層をバンドギャッ
プの狭い（検出可能な波長域が広い）ものから順に８を
層するとこによってカラーセンサを構成できる。従って
、その場合には受光面積は単一の光センサと変わらない
ので、従来の光学フィルタを用いたカラーセンサと異な
り小型化が図れる。

大−１−皿第１図は本発明一実施例としての光センサを示す断面図
であり、１はガラス等の透光性基板、２は非晶質半導体
層で上下方向（膜厚方向）に組成超格子構造に構成され
ている。この非晶質半導体層２の上には絶縁膜３が設け
られ、両側には出力取出用の電極４．４が非晶質半導体
層２の側面に設けられている。このように電極４．４が
非晶質半導体層２の側面に設けられているので、光検出
の原理は光導電効果によることとなる。

前記非晶質半導体層２は、この実施例ではａ−５ｉから
なる井戸層とａ−３ｉＣからなるバリヤ層を夫々２５人
の厚みで１００７５ずつ交互に積層した超格子構造（全
厚み５０００人）に構成されている。井戸層のバンドギ
ャップは１．　７５　（ｅｖ）、バリヤ層のバンドギャ
ップは２．　４　　（ｅＶ）であり、非晶質半導体層２
全体のみかけ上のバンドギャップは２．００　（ｅＶ）
となっている。

次に上記非晶質半導体層２を作製する一つの方法として
光ＣＶＤ法について説明する。先ず、反応室内に透明基
板１を置き、Ｓｉ２Ｈ６からなる原料ガスを導入する。

そして、低圧水銀ランプを点灯し、そのランプ光によっ
てガスを直接励起してガラス基板１上にａ−３ｉからな
る井戸層を形成する。井戸層の膜厚は井戸層形成時間に
よってコントロールできるので、時間を計測して２５人
の膜厚が得られるのに要する時間だけ低圧水銀灯を点灯
する。このとき、基板温度は２００　’Ｃ１反応圧力は
８０（Ｐａ）としておく。

次に、反応室内の残存ガスを抜いてＳｉユＨ１とＣ２Ｈ
２の原料ガスに入れ換え、また反応圧力を１００（Ｐａ
）に変更し、他の条件は井戸層の形成時と同じにして井
戸層の上にバリヤ層を形成する。この場合も、２５人の
膜厚が得られるよう時間をコントロールする。以後、反
応室内のガスを入れ換えて井戸層とバリヤ層を交互に繰
り返し１００層ずつ形成する。

上記実施例の超格子構造は一例であり、井戸層の膜厚は
２５人に限られないとこはいうまでもない。本来、井戸
層の膜厚は要求される分光感度を得るために必要なバン
ドギャップとの関係で決定され、これによって決まった
膜厚は井戸層形成時間をコントロールすることにより得
られる。具体的にどの程度の時間をかければ、いくらの
膜厚の井戸層が得られるかは経験的に把握できるので、
その経験則に基づき井戸層形６成時間をコントロールす
ればよい。

尚、超格子構造の形成は光ＣＶＤ法に限らずグロー放電
法でも行うことができる。但し、グロー放電法では成膜
に対するダメージが大きいのに対して光ＣＶＤ法ではそ
のようなダメージが極めて少なく、従って奇麗な成膜が
可能となり、結果的に膜厚のコントロールが行いやすい
といった利点がある。

次に、第２図は、井戸層の膜厚をコントロールすること
によって異なったバンドギャップをもつ非晶質半導体層
１０，１）．１２を作関し、これらを透光性絶縁膜１３
．１４を介在して下からバンドギャップの大きいものか
ら順に積層した構造の光センサの断面図を示している。

１５，１６゜１７は夫々各非晶質半導体層１０，１）．
１２の側面に設けられた電極である。各非晶質半導体層
１０．１）．１２の井戸層、バリヤ層の厚み、積層数バ
ンドギャップは下表の通りである。各層の形成条件は上
記した実施例と同じある。

この構成によれば、ガラス基板１を通って入射した光の
うち短波長成分が１層目の非晶質半導体層１０によって
検出され、中間の短波長成分が２層目の非晶質半導体層
１）によって検出され、長波長成分が３層目の非晶質半
導体層１２によって検出される。第３図はこの状態を示
す分光感度特性曲線である。上記のような積層構造の光
センサは主にカラーセンサとして使用される。

上記いずれの実施例も、超格子構造は組成超格子構造で
実施しているが、ドーピング超格子構造で実施すること
もできる。その場合には、作用の項で述べたように非晶
質半導体層のみかけ上のバンドギャップはドーピング量
をコントロールするごとによって制御できる。いくらの
ドーピング量にすればいくらのバンドギャップが得られ
るかは経験的にわかるので、その経験則に基づき適宜定
め得る。

発明の効果本発明は以上説明した如く構成したので、従来のような
光学フィルタを一切用いなくても、所望する分光感度を
もつ光センサを得ることができ、組立工数少なく、また
安価に構成できる等といった優れた効果を有する。

加えて、カラーセンサとして構成する場合も、第２図に
示したように分光感度の異なる非晶質半導体層を積層す
ればよいので、受光面積は一個の光センサと異ならず、
従って全体構成の小型化が図れるといった効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての光センサを示す断面
図、第２図は本発明の他の一実施例としての光センサを
示す断面図、第３図は第２図に示した光センサの分光感
度特性を示す図、第４図はドーピング超格子のハンドプ
ロファイル図で、図（ａ）は低ドーピングの場合、図（
ｂ）は高ドーピングの場合の図、第５図は組成超格子の
バンドプロファイル図で、図（ａ）は井戸層の膜厚が薄
い場合、図山）は厚い場合の図である。２・・・非晶質半導体層特許出願人　　　三洋電機株式会社第１図也第２図第３図３００　　　　４００　　　　５００　　　　　Ｇｏｏ
　　　　　７００　　　　　Ｂ００５良長（ｎｍ）第（ａ）４図（ｂ）丁ｕ１ｆＵ下手　　続　　補　　正　　書（自発）昭和６１年４月１日ハ１、事件の表示昭和６１年特許願第７６３２　　号２、発明の名称光センサろ、補正をする者事件との関係　特　許　出　願　人住所　守口市京阪本通２丁目１８番地連絡先：電話（東京）　８３５−１）１）特許センター
駐在中川４、補正の対象（１）　　明細書中、特許請求の範囲の欄（２）明細書
中、発明の詳細な説明の欄５、補正の内容（１）特許請求の範囲を別紙の通シ補正します０（２）
明細書第６貫第１６行にある「図れる。」の後に下記の
文章を挿入します。記「また、超格子構造膜は超格子構造に沿った方向に電流
を流したとき、従来の膜に比べ大きなキャリア移動度を
持つので、光導電型光センサに用いた場合、大きな利得
が得られる。」（３）明細書第７負第４行及び第５行を下記の如く補正
します。記「設けられており、超格子構造に沿った方向に電流を流
す光導電型の光センサになっている。従って、光検出」〔特許請求の範囲〕（１）光に感応する非晶負半導体層を有した光センサに
おいて、上記非晶質半導体層を超格子構造に構成したこ
とを特徴とする光センサ。（２１超格子構造の非晶質半導体層を光ＯＶＤ法で形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載
の光センサ。（３）超格子構造がドーピング超格子構造とされ、所望
する分光感度を得るようにドーピング量が調整されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の
晃センサ。（４）　　超格子構造の井戸層の厚みが所望する分光感
度を得るように調整されていることを／！＃徴とする特
許請求の範囲第（１）項に記載の光センナ〇（５）非晶
質半導体層が絶縁性透光膜を介して棲数積層され、各非
晶質半導体層が分光感度の異なて光導電型に構成してあ
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（
４）項のいずれかに記載の光センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光に感応する非晶質半導体層を有した光センサに
おいて、上記非晶質半導体層を超格子構造に構成したこ
とを特徴とする光センサ。
（２）超格子構造の非晶質半導体層を光ＣＶＤ法で形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載
の光センサ。
（３）超格子構造がドーピング超格子構造とされ、所望
する分光感度を得るようにドーピング量が調整されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の
光センサ。
（４）超格子構造の井戸層の厚みが所望する分光感度を
得るように調整されていることを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項に記載の光センサ。
（５）非晶質半導体層が絶縁性透光膜を介して複数積層
され、各非晶質半導体層が分光感度の異なる超格子構造
とされていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項乃至第（４）項に記載の光センサ。
（６）非晶質半導体層の側面に金属電極を設けて光導電
型に構成してあることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項乃至第４項のいずれかに記載の光センサ。