JPS62254475A - アモルフアス半導体から形成されるpinホトダイオ−ド - Google Patents
アモルフアス半導体から形成されるpinホトダイオ−ドInfo
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- JPS62254475A JPS62254475A JP62098471A JP9847187A JPS62254475A JP S62254475 A JPS62254475 A JP S62254475A JP 62098471 A JP62098471 A JP 62098471A JP 9847187 A JP9847187 A JP 9847187A JP S62254475 A JPS62254475 A JP S62254475A
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Classifications
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- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H01L31/00—Semiconductor 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
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
- H01L31/1055—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type the devices comprising amorphous materials of Group IV of the Periodic Table
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
1艶立且1
本発明はアモルファス半導体から形成されるPINホト
ダイオードに係わる。
ダイオードに係わる。
1ユ且薫
PINホトダイオードをアモルファスシリコンから形成
することは公知である。
することは公知である。
アモルファスシリ:」ンは様々な理由で、結晶シリコン
よりむしろ使用されている。理由の1つはアモルファス
シリコンが結晶シリコンとは異なる特性をもち、使い方
によってはより興味深いことにある。
よりむしろ使用されている。理由の1つはアモルファス
シリコンが結晶シリコンとは異なる特性をもち、使い方
によってはより興味深いことにある。
この場合、結晶シリコンの禁制帯幅が1.18V〜1.
15eVであるのに対し、アモルファスシリコンのそれ
は1.6〜1.75eVである。結晶シリコンは可視範
囲内でアモルファスシリコンの厚さに対比して非常に大
ぎな厚さに及んで検出ができる(0.5マイクロメート
ルに対して数十マイクロメートル)。
15eVであるのに対し、アモルファスシリコンのそれ
は1.6〜1.75eVである。結晶シリコンは可視範
囲内でアモルファスシリコンの厚さに対比して非常に大
ぎな厚さに及んで検出ができる(0.5マイクロメート
ルに対して数十マイクロメートル)。
結晶シリコンよりむしろアモルファスシリコンを使用す
るもう−・つの理由は、ガラスのような安価な材料上に
アモルファスシリコンを迅速に大面積にデポジットでき
ることにある。これに反して結晶シリコンは小面積にし
かデポジットできず、それも非常に高い温度を必要とす
る。
るもう−・つの理由は、ガラスのような安価な材料上に
アモルファスシリコンを迅速に大面積にデポジットでき
ることにある。これに反して結晶シリコンは小面積にし
かデポジットできず、それも非常に高い温度を必要とす
る。
その無秩序性のために、術語上の結晶学的意味ではアモ
ルファスシリコンには数多くの欠陥がある。これらの欠
陥は禁制帯内部にいわゆる局所化状態を導入する。水素
化処理したアモルファスシリコンが一般に使用されるが
、これは水素を含む変型であって、水素は未決定額、つ
まりシリ」ン原子の不結合鎖に取り付いて欠陥の濃度を
減らし、アモルファスシリコンの品質を向上させる。
ルファスシリコンには数多くの欠陥がある。これらの欠
陥は禁制帯内部にいわゆる局所化状態を導入する。水素
化処理したアモルファスシリコンが一般に使用されるが
、これは水素を含む変型であって、水素は未決定額、つ
まりシリ」ン原子の不結合鎖に取り付いて欠陥の濃度を
減らし、アモルファスシリコンの品質を向上させる。
アモルファスシリコンはより特定的には、例えば遠隔複
写用計算機及び検出器帯条に取付ける太陽電池に用いら
れる。
写用計算機及び検出器帯条に取付ける太陽電池に用いら
れる。
公知のアモルファスシリコンPINホトダイオードは多
数の欠点をもつ。これらの欠点のうち、P及びN層がド
ーピングによって得られ、これにより欠陥の数が100
倍のオーダーの係数によってかけ合わされるから、アモ
ルファスシリコンの欠陥の数がかなり増えてしまうこと
が指摘される。
数の欠点をもつ。これらの欠点のうち、P及びN層がド
ーピングによって得られ、これにより欠陥の数が100
倍のオーダーの係数によってかけ合わされるから、アモ
ルファスシリコンの欠陥の数がかなり増えてしまうこと
が指摘される。
もう一つの欠点はP又はN形アモルコアスシリコンを得
るに当って、シランに対し熱分解を加える必要があり、
その際アモルファスシリコンにP形を得るためにはジボ
ラン、N形を得るためにはホスフィンのような5〜10
000DDffiのオーダーの高濃度ドーピングガスを
添加することがある。ところで、ジボランとホスフィン
は濃度が高いと極めて危険なガスである。人体器筐に許
容される最大量はジボランは0.lppm 、ホスフィ
ンは0.3ppmであり、このためリークを防止し、か
つデポジット機械からの廃山を処理するため非常に高価
な安全対策を必要とする。
るに当って、シランに対し熱分解を加える必要があり、
その際アモルファスシリコンにP形を得るためにはジボ
ラン、N形を得るためにはホスフィンのような5〜10
000DDffiのオーダーの高濃度ドーピングガスを
添加することがある。ところで、ジボランとホスフィン
は濃度が高いと極めて危険なガスである。人体器筐に許
容される最大量はジボランは0.lppm 、ホスフィ
ンは0.3ppmであり、このためリークを防止し、か
つデポジット機械からの廃山を処理するため非常に高価
な安全対策を必要とする。
公知のアモルファスシリコンPINホトダイオードのも
う一つの欠点は、検出すべき放射をホトダイオードのN
側又はP側に任意に送ることかできないことである。第
1図の具体例では、放射がP側に到達している。もしN
側を照射したいと望む場合は、それは可能だが、但しN
型層の厚みをその吸収力を低めるため減らすようにして
ホトダイオードの構造を修正する必要がある。強いドー
ピングの付加的欠点は、材料の吸収力を高くしてしまう
ことである。
う一つの欠点は、検出すべき放射をホトダイオードのN
側又はP側に任意に送ることかできないことである。第
1図の具体例では、放射がP側に到達している。もしN
側を照射したいと望む場合は、それは可能だが、但しN
型層の厚みをその吸収力を低めるため減らすようにして
ホトダイオードの構造を修正する必要がある。強いドー
ピングの付加的欠点は、材料の吸収力を高くしてしまう
ことである。
公知のアモルファスシリコンPINホトダイオ!
一ドのもう一つの欠点は、容1が高いため、相互接続さ
れた感光素子から構成される感光マトリックス構造への
使用が制限されてしまうことである。
れた感光素子から構成される感光マトリックス構造への
使用が制限されてしまうことである。
各感光素子はPINホトダイオードを含む。これらの感
光構造はあらゆる種類の光線の検出に用いられてもよく
、例えば感光構造がシンチレータに接続されていれば、
X線検出ができる。
光構造はあらゆる種類の光線の検出に用いられてもよく
、例えば感光構造がシンチレータに接続されていれば、
X線検出ができる。
本発明は具体例によって上記欠点の1部又は全部を克服
する、アモルファスシリコンから形成されるPINホト
タイオードに係わる。それらは、材料がアモルファス半
導体であるときの特定形状である多層結晶半導体の量子
効果を用いる。
する、アモルファスシリコンから形成されるPINホト
タイオードに係わる。それらは、材料がアモルファス半
導体であるときの特定形状である多層結晶半導体の量子
効果を用いる。
これらの多層は「フィジカル レビュー ビー(Phy
sical review B) J誌 1985年
1月15日第32巻第2号885頁に掲載されたイナン
・チIン([nan CHEN)による論文に理論的に
説明されている。
sical review B) J誌 1985年
1月15日第32巻第2号885頁に掲載されたイナン
・チIン([nan CHEN)による論文に理論的に
説明されている。
多層には2つの大きな種類がある。第1の種類は、ドー
プしたあるいはしない異なる物理化学的性質の層を重ね
合せた多層構造である。第2の種類は、PとNに交代に
ドープした同じ物理化学的性質の層を重ね合せたドーピ
ング多層構造である。
プしたあるいはしない異なる物理化学的性質の層を重ね
合せた多層構造である。第2の種類は、PとNに交代に
ドープした同じ物理化学的性質の層を重ね合せたドーピ
ング多層構造である。
発明の要約
本発明はアモルファス半導体から形成されたPINホト
ダイオードであって、P形層、真1層及びN形層である
3つの重ね合せた層をもち、少なくともこれらの層の1
つが重ね合ゼたアモルファス半導体とドープされない絶
縁層をもつ多層構造によって形成され、他のIJB又は
数層はアモルファス半導体から形成される。
ダイオードであって、P形層、真1層及びN形層である
3つの重ね合せた層をもち、少なくともこれらの層の1
つが重ね合ゼたアモルファス半導体とドープされない絶
縁層をもつ多層構造によって形成され、他のIJB又は
数層はアモルファス半導体から形成される。
本発明では、多層構造は異なる物理化学的性質の、PI
NホトダイオードのP、N又は真性層の少なくとも1つ
を形成するようドープされない層の重ね合せによって形
成されて用いられる。
NホトダイオードのP、N又は真性層の少なくとも1つ
を形成するようドープされない層の重ね合せによって形
成されて用いられる。
本発明PINホトダイオードは、P及びN層が多層によ
って形成されているときは、製造中にドーピングガスを
使用することをもはや必要としない。従ってその製造に
求められる設備は単純化されている。加えて、得られた
P又はN形層は、数置くの欠陥の原因であるドーピング
が無いからより優れた品質になる。
って形成されているときは、製造中にドーピングガスを
使用することをもはや必要としない。従ってその製造に
求められる設備は単純化されている。加えて、得られた
P又はN形層は、数置くの欠陥の原因であるドーピング
が無いからより優れた品質になる。
多層によって形成されるP及びNaはドーピングによっ
て得られる層より透明度が高い。本発明PINホトダイ
オードは従ってP側かN側かのどちらからでも、あるい
は同時に両方側からでも、任意に照明されてもよい。
て得られる層より透明度が高い。本発明PINホトダイ
オードは従ってP側かN側かのどちらからでも、あるい
は同時に両方側からでも、任意に照明されてもよい。
真性層を形成するための多層の使用はPINホトダイオ
ードの容量、を減らし、従ってマトリクス装置に使用し
てもよい。また望むならば、多層は真性層を形成するた
めに用いられるからPINホトダイオードの容量を増や
すことも可能であることを指摘するべきである。
ードの容量、を減らし、従ってマトリクス装置に使用し
てもよい。また望むならば、多層は真性層を形成するた
めに用いられるからPINホトダイオードの容量を増や
すことも可能であることを指摘するべきである。
本発明のその他の目的、特徴及び結果は、非限定例とし
て示した、添付図面を参照しておこなう以下の説明から
明確になるであろう。
て示した、添付図面を参照しておこなう以下の説明から
明確になるであろう。
好適具体例
異なる図の同じ参照番号は同じ素子を示すが、但し明確
化のため、素子の寸法やつりあいについては配慮してい
ない。
化のため、素子の寸法やつりあいについては配慮してい
ない。
第1図は先行技術のホトダイオードの1具体例を断面図
で示す。
で示す。
このホトダイオードは次の層を重ね合わせることによっ
て形成される。
て形成される。
一波矢印によって象徴的に示した分析すべき光を受光す
るガラス基板1゜ −厚さが50〜200Mの間で変化させ得る透明導伝危
2゜ 一シリ1ンより青色光子の透過性の優れた、水素化処理
アモルファスシリコン又は水素化処理アモルファスシリ
コンカーバイドから作られたP形層3゜ll!3の厚さ
は10〜30項の間で変化さ・せ得る。2形導伝性は通
例ではホウ素ドーピングによって得られる。
るガラス基板1゜ −厚さが50〜200Mの間で変化させ得る透明導伝危
2゜ 一シリ1ンより青色光子の透過性の優れた、水素化処理
アモルファスシリコン又は水素化処理アモルファスシリ
コンカーバイドから作られたP形層3゜ll!3の厚さ
は10〜30項の間で変化さ・せ得る。2形導伝性は通
例ではホウ素ドーピングによって得られる。
一符号4の付いた真性層1゜これはドープしない水素化
処理アモルファスシリコンから作られ、分析すべき光束
の吸収によって生じる電荷キャリヤを分離するため広が
る電界が通る帯域である。真性層4の厚さは50〜10
00n−の間で変化する。
処理アモルファスシリコンから作られ、分析すべき光束
の吸収によって生じる電荷キャリヤを分離するため広が
る電界が通る帯域である。真性層4の厚さは50〜10
00n−の間で変化する。
一水素化処理したN形アモルコアスシリコン1l15゜
この層の厚さは30〜50nmまで変化する。N形感イ
云性は通例ではリンをドーピングすることによって得ら
れる。
この層の厚さは30〜50nmまで変化する。N形感イ
云性は通例ではリンをドーピングすることによって得ら
れる。
一通例では金属からつくられる導伝層6゜第2図は本発
明PINホトダイオードの1具体例の断面図を示す。
明PINホトダイオードの1具体例の断面図を示す。
この具体例は、PIとN層が、それぞれP形材材及びN
形材材のように挙動するドープされないアモルファス半
導体層及び絶縁層の重ね合ゼによって形成される多層I
l造によって構成されるから、第1図の具体例とは異な
る。
形材材のように挙動するドープされないアモルファス半
導体層及び絶縁層の重ね合ゼによって形成される多層I
l造によって構成されるから、第1図の具体例とは異な
る。
真性層1は先行技術に関する第1図の都合のように、固
体のアモルファス半導体で形成される。
体のアモルファス半導体で形成される。
P形層は、水素化処理されたアモルファスシリコン(a
−8i:Hと書く)から作られた厚さおよそ411の9
7と、正帯電の水素化処理したアモルファス絶縁体く例
えば式a−8iO:H(但× しx≦2)で表わされる)から作られた層8とを重ね合
わせることによって形成される。層8の厚さおよそ2n
IIで材料は全体的に化学量論的ではない。21117
及び8の重ね合わせは周期と呼ばれる。
−8i:Hと書く)から作られた厚さおよそ411の9
7と、正帯電の水素化処理したアモルファス絶縁体く例
えば式a−8iO:H(但× しx≦2)で表わされる)から作られた層8とを重ね合
わせることによって形成される。層8の厚さおよそ2n
IIで材料は全体的に化学量論的ではない。21117
及び8の重ね合わせは周期と呼ばれる。
P形層を形成する多層はP1〜P5までの5周期をもつ
。使用される絶縁体はアモルファスでも結晶でもよく、
この場合はX−2である。本発明の問題である多層の製
造法を考えて、絶縁体はアモルファスとする。製造はグ
ロー放電により行なわれる。
。使用される絶縁体はアモルファスでも結晶でもよく、
この場合はX−2である。本発明の問題である多層の製
造法を考えて、絶縁体はアモルファスとする。製造はグ
ロー放電により行なわれる。
P形層の後には、符号工で示す真性層が見られる。これ
はおよそ500nm厚の水素化処理されたアモルファス
シリコンa−3i:l−1から形成される。
はおよそ500nm厚の水素化処理されたアモルファス
シリコンa−3i:l−1から形成される。
真性層の侵は、符号N1〜N9を付けた9周期の多層か
ら成るN形層がある。各周期は負帯電荷の絶縁層9によ
って形成される。この層は例えば式a−5i N
:H(但しx、/<4.y≦3)yx で表わされ、厚さはおよそ2nmの水素化処理されたア
モルファスシリコン層10a−3i:Hである。
ら成るN形層がある。各周期は負帯電荷の絶縁層9によ
って形成される。この層は例えば式a−5i N
:H(但しx、/<4.y≦3)yx で表わされ、厚さはおよそ2nmの水素化処理されたア
モルファスシリコン層10a−3i:Hである。
多層を構成する層の厚さ及びそれらの周期数は、形成す
べきPlN又はtSについて求められる導伝性に従って
、ざらにホトダイオードに求められる透明度に従って選
ばれる。3つの重ね合わせた層は多層構造を得るため1
絶縁層、1半導体層及び1絶縁層が最少でも必要である
。
べきPlN又はtSについて求められる導伝性に従って
、ざらにホトダイオードに求められる透明度に従って選
ばれる。3つの重ね合わせた層は多層構造を得るため1
絶縁層、1半導体層及び1絶縁層が最少でも必要である
。
絶縁層の厚さは、真性シリコンの空間電荷領域内に生じ
る電荷キャリアがトンネル効果によって絶縁体から成る
電位障壁を充分横切ることができるように小さくなけれ
ばならない。
る電荷キャリアがトンネル効果によって絶縁体から成る
電位障壁を充分横切ることができるように小さくなけれ
ばならない。
ドープしない絶縁層の性質が関係する限りにおいて、第
2図で説明した具体例は少しも限定されないことは明ら
かである。絶縁材料a−8iO:H及び °
a−8i N :Hx y
x のほかに、式AlxOy(但し≦2及びy<3)の負帯
電絶縁体、AIN、A10N、S iON。
2図で説明した具体例は少しも限定されないことは明ら
かである。絶縁材料a−8iO:H及び °
a−8i N :Hx y
x のほかに、式AlxOy(但し≦2及びy<3)の負帯
電絶縁体、AIN、A10N、S iON。
5iCx (但しx>0.5)の正帯電絶縁材料等々を
アモルファスの形であるいはアモルファスの形でなく、
水素化処理しであるいは水素化処理せずに使用してもよ
い。
アモルファスの形であるいはアモルファスの形でなく、
水素化処理しであるいは水素化処理せずに使用してもよ
い。
同様に、多層を形成するために用いるアモルファス半導
体に関するかぎり、シリコンのみに限定定されない。例
えばヒ化ガリウム、ゲルマニウム、カルコゲナイドのよ
うな、周期律表の第2alの元素をいくつか含む第■−
第V族形材料のようなアモルファス半導体も使用されて
もよい。
体に関するかぎり、シリコンのみに限定定されない。例
えばヒ化ガリウム、ゲルマニウム、カルコゲナイドのよ
うな、周期律表の第2alの元素をいくつか含む第■−
第V族形材料のようなアモルファス半導体も使用されて
もよい。
第3a、3b図及び第4a14b図は第2図の具体例に
使用された多層の動作を説明する。
使用された多層の動作を説明する。
第3a図と第3b図には、1g4)を縦座標にとり、特
に価電子帯域BYと伝導帯BCの位置及びフェルミ準位
φFの位置を示す。
に価電子帯域BYと伝導帯BCの位置及びフェルミ準位
φFの位置を示す。
これらの図では絶縁1ili及び半導体SCの連続が横
座標にとられている。
座標にとられている。
実線で示す電位は、絶縁体の存在によって電位に加えら
れる修正を考慮に入れなければ、半導体と絶縁体におけ
る伝導嘩と価電子帯の位置に一致゛する。
れる修正を考慮に入れなければ、半導体と絶縁体におけ
る伝導嘩と価電子帯の位置に一致゛する。
点線によって、これらの電位が絶縁体の存在のためにど
のように修正されるかを示した。
のように修正されるかを示した。
絶縁層の厚さが変わらないと考えれば、電位は非常に厚
いアモルファス半導体層の場合は点の連続によって、薄
形アモルファス半導体層の場合は十字の連続によって表
わされる。
いアモルファス半導体層の場合は点の連続によって、薄
形アモルファス半導体層の場合は十字の連続によって表
わされる。
第3a図は負帯電の絶縁体の場合に相当し、これはアモ
ルファス水素化処理Si、Nxの場合で、N形層と動作
の等しい多層が得られることを可能にする。
ルファス水素化処理Si、Nxの場合で、N形層と動作
の等しい多層が得られることを可能にする。
第3b図は正帯電絶縁層の場合で、P形層と動作の等し
い多層を得ることを可能にするアモルファス水素化処理
5inxの場合である。
い多層を得ることを可能にするアモルファス水素化処理
5inxの場合である。
アモルファス多層はP形材料又はN形材料のように挙動
し、従って第3a図と第3b図に見ることができる通り
、広い禁止帯幅をもつ絶縁層iと、より狭い禁止帯幅を
もつアモルファス半導体SCを交互にすることによって
構成される。
し、従って第3a図と第3b図に見ることができる通り
、広い禁止帯幅をもつ絶縁層iと、より狭い禁止帯幅を
もつアモルファス半導体SCを交互にすることによって
構成される。
結晶多層の場合のように、禁止帯内には不連続があって
、障壁と電位井戸となる。
、障壁と電位井戸となる。
1絶縁層と1アモルファスSC層とを1周期とする図示
の層交替の場合は、絶縁体が存在することによって帯域
の接続が変わる。絶縁体は通例では1011〜1012
電荷/aa2の表面密度をもつ電荷キャリアとして公知
である。これらの電荷は絶縁体の性質によって正または
負であり得る。それらは隣接半導体に注入される。
の層交替の場合は、絶縁体が存在することによって帯域
の接続が変わる。絶縁体は通例では1011〜1012
電荷/aa2の表面密度をもつ電荷キャリアとして公知
である。これらの電荷は絶縁体の性質によって正または
負であり得る。それらは隣接半導体に注入される。
絶縁物が第3図のように負帯電の場合は、電位は絶縁体
の側で降下し、半導体の側で増加する。
の側で降下し、半導体の側で増加する。
伝導帯のレベルでは、電位井戸が深くなり、半導体の厚
さが薄くなる程大きくなる。従って抵抗率は価電子帯の
レベルで減少し、電位井戸は浅くなる。 ず導体層の厚
さが10nll以下については、これらの層内の電位は
それらの厚さ全体にわたってほぼ一定である。
さが薄くなる程大きくなる。従って抵抗率は価電子帯の
レベルで減少し、電位井戸は浅くなる。 ず導体層の厚
さが10nll以下については、これらの層内の電位は
それらの厚さ全体にわたってほぼ一定である。
正帯電の絶縁体の場合には、第3a図の場合は伝導帯に
達した電位変化が、第3b図のようにこの場合は価電子
帯にまで達し、あるいはその逆であることがわかる。
達した電位変化が、第3b図のようにこの場合は価電子
帯にまで達し、あるいはその逆であることがわかる。
フェルミ準位φFの位置は絶縁体によって決定される。
10rv以下の厚さについては、フェルミ学位φ、は、
負帯電荷の絶縁体を用いる多層の場合は伝導帯の縁から
およそ0.175 eVに位置し、正帯電の絶縁体を用
いる多層の場合は価電子帯の縁から0.22eVに位置
する。
負帯電荷の絶縁体を用いる多層の場合は伝導帯の縁から
およそ0.175 eVに位置し、正帯電の絶縁体を用
いる多層の場合は価電子帯の縁から0.22eVに位置
する。
従って、用いられる絶縁体によって、多層はP形層とし
てかあるいはN形層として、ドーピングを行わずども挙
動する。これは空間電荷ドーピングと呼ばれる。ドープ
された材料を禁止すれば極めて多数の欠陥が減少化され
る。
てかあるいはN形層として、ドーピングを行わずども挙
動する。これは空間電荷ドーピングと呼ばれる。ドープ
された材料を禁止すれば極めて多数の欠陥が減少化され
る。
半導体層の厚さを修正し、かつ絶縁層の厚さを一定(保
つことによって、多層はP形又はN形材料として挙動し
、そのドーピングを変更することができることに注目す
べきである。
つことによって、多層はP形又はN形材料として挙動し
、そのドーピングを変更することができることに注目す
べきである。
第4a図及び第4b図は第2図のホトダイオードに対応
する帯域線図である。
する帯域線図である。
第4a図はバイアスを受けないホトダイオードの場合、
第4b図は逆バイアスをかけられるホトダイオードの場
合を示す。
第4b図は逆バイアスをかけられるホトダイオードの場
合を示す。
左から右へ、N、I及びP層の状態を横座標に示した。
伝導帯E 1フ工ルミ準位E、及び価電子帯E、縦座標
に示す。
に示す。
真性非ドープアモルファスシリコン層にっt+A、フェ
ルミ準位E、は電導体の縁から0.72eVのところに
事実上位置する。
ルミ準位E、は電導体の縁から0.72eVのところに
事実上位置する。
第4b図では、ホトダイオードが逆バイアスをかけられ
るとぎ得られるフェルミ単位の位置は、整流効果が得ら
れることを示している。P帯域及びN帯域間のフェルミ
準位の移行はQ、Vに等しいことがわかる(但しqは電
子の電荷、■は逆バイアス電圧)。
るとぎ得られるフェルミ単位の位置は、整流効果が得ら
れることを示している。P帯域及びN帯域間のフェルミ
準位の移行はQ、Vに等しいことがわかる(但しqは電
子の電荷、■は逆バイアス電圧)。
半導体層の厚さが小さい多層のその他の利点は、水素化
処理アモルファスシリコンに対比して禁止帯幅が増加す
ることである。光吸収係数は光波が等しいとぎは、多層
の場合は固体アモルファスシリコンの場合より小さい。
処理アモルファスシリコンに対比して禁止帯幅が増加す
ることである。光吸収係数は光波が等しいとぎは、多層
の場合は固体アモルファスシリコンの場合より小さい。
従って、透明度は先行技術のPINダイオードより多層
を用いる本発明PINダイオードのほうがより優れてお
り、分光応答が青へと伸びることを可能にする。
を用いる本発明PINダイオードのほうがより優れてお
り、分光応答が青へと伸びることを可能にする。
それ故、本発明ダイオードを、第2図に示す通り、構造
を変えずに一方又は他方側から、あるいは両側から照射
することが可能である。先行技術の場合のように、青−
緑光子の伝達を向上させ、かつそれらを真性シリコ、ン
層に吸収するため、アモルファスシリコンの場所にアモ
ルファスシリコン炭化物を使用することは本発明ではも
はや必要がない。
を変えずに一方又は他方側から、あるいは両側から照射
することが可能である。先行技術の場合のように、青−
緑光子の伝達を向上させ、かつそれらを真性シリコ、ン
層に吸収するため、アモルファスシリコンの場所にアモ
ルファスシリコン炭化物を使用することは本発明ではも
はや必要がない。
第5図11本発明PINホトダイオードの1具体例で、
第2図の具体例とは真性層重がP形及びN形層を形成す
る多層と同じ形の多層によっても形成される点で異なっ
ている。
第2図の具体例とは真性層重がP形及びN形層を形成す
る多層と同じ形の多層によっても形成される点で異なっ
ている。
真性層■は従ってアモルファス半導体及びアモルファス
又は非アモルファス絶縁体の非ドープ重合層による多層
構造で形成される。
又は非アモルファス絶縁体の非ドープ重合層による多層
構造で形成される。
第5図の具体例では、真性層を形成する多層は22の周
期11〜I 22を含む。各周期は例えば式a−8i
N :Hで、厚さおよそ1001のアモルフx アス絶縁釦1、及び例えば水素化処理アモルコア7tル
ファス スシリコンから作られた、厚さおよそaoイヒ〒一体層
13で形成される。
期11〜I 22を含む。各周期は例えば式a−8i
N :Hで、厚さおよそ1001のアモルフx アス絶縁釦1、及び例えば水素化処理アモルコア7tル
ファス スシリコンから作られた、厚さおよそaoイヒ〒一体層
13で形成される。
水素化処理アモルファスシリコン層11は帯域P及び1
間の遷移を提供する。その厚さは1及び1゜nm間で変
化し得る。帯域■及びN間では、帯域P及びNは第2図
の例と同じ性質をもつと仮定されるから遷移層は存在し
ない。そしてこの場合、帯域Nの絶縁体Nは帯域■の絶
縁体12と同じ性質をもつ。
間の遷移を提供する。その厚さは1及び1゜nm間で変
化し得る。帯域■及びN間では、帯域P及びNは第2図
の例と同じ性質をもつと仮定されるから遷移層は存在し
ない。そしてこの場合、帯域Nの絶縁体Nは帯域■の絶
縁体12と同じ性質をもつ。
第5図の構造の利点は、ホトダイオードの容重を先行技
術に対比して変化させることかできることにある。
術に対比して変化させることかできることにある。
し、は半導体層の厚さを表わし、Llは真性層■を形成
する多層内で使用される絶縁層の厚さを示す。ε 及び
ε1は半導体及び絶縁体の誘電率を示す。
する多層内で使用される絶縁層の厚さを示す。ε 及び
ε1は半導体及び絶縁体の誘電率を示す。
多層の1つの効果は、それらが得られる誘電率の異方性
を生じること、つまり層の平面に対して垂直な誘電率ε
工が、目の平面にメ対して平行方向の誘電率ε0.とは
異なることである。
を生じること、つまり層の平面に対して垂直な誘電率ε
工が、目の平面にメ対して平行方向の誘電率ε0.とは
異なることである。
これらの誘電率の式は次の通りである。
ε、、= (L、+ Ll)・E、・εピ(ε、[1+
εI’S) −’EエニーJε1+ L5εs)・(L
■+[s)−1例えば、厚さLs=80ns+及びL!
−10nmについて、ε5=io及びε■=3.9であ
れば、ε工=7が得られ、このとぎ抵抗率は事実上10
9Ωαのオーダーに保持される。
εI’S) −’EエニーJε1+ L5εs)・(L
■+[s)−1例えば、厚さLs=80ns+及びL!
−10nmについて、ε5=io及びε■=3.9であ
れば、ε工=7が得られ、このとぎ抵抗率は事実上10
9Ωαのオーダーに保持される。
誘電率εエ をこのように変えれば、本発明PINホト
ダイオードの容量を減じることができる。
ダイオードの容量を減じることができる。
事実、ホトダイオードの総空乏容聞は主としてその真性
層の特徴に、より特定的には真性層の誘電率εに左右さ
れる。
層の特徴に、より特定的には真性層の誘電率εに左右さ
れる。
本発明ホトダイオードでは、P及びN層が非ドープ層で
形成された多層から成っていれば、空乏ホトダイオード
容量の中で役割を果す。これは容量のより大きな減少を
もたらす。
形成された多層から成っていれば、空乏ホトダイオード
容量の中で役割を果す。これは容量のより大きな減少を
もたらす。
100X 1GGマイクロメートル平方のホトダイオー
ドの場合に、真性層が2マイクロメートルの厚ざの固体
アモルファスシリ」ンで作られていれば、容量は188
ピコフアラドである。もし同じ面積のホトダイオードが
用いられていれば、真性層が同じ厚さだが、上述の通り
22周期の多層によって形成されている場合は、容量は
ほんの1,2ビコフIラドにすぎない。
ドの場合に、真性層が2マイクロメートルの厚ざの固体
アモルファスシリ」ンで作られていれば、容量は188
ピコフアラドである。もし同じ面積のホトダイオードが
用いられていれば、真性層が同じ厚さだが、上述の通り
22周期の多層によって形成されている場合は、容量は
ほんの1,2ビコフIラドにすぎない。
1000個の並列に並べたダイオードを含むマトリック
スデバイスの場合、総容量は多層が用いられある。
スデバイスの場合、総容量は多層が用いられある。
従って本発明はPINホトダイオードの容量を実質的に
減らすことを可能ならしめ、マトリックスデバイスでの
使用を改良する。
減らすことを可能ならしめ、マトリックスデバイスでの
使用を改良する。
さらに、様々な誘電率ε上の数個の多層をvA重ねるこ
とによって真性層を形成して、本発明PINホトダイオ
ードの容量を減らすことも可能である。
とによって真性層を形成して、本発明PINホトダイオ
ードの容量を減らすことも可能である。
真性層を形成するため多層を用いれば、ホトダイオード
の容量をもし望むならば増やすことができる。従って絶
縁層は誘電率ε■の高いものが用いられなければならな
い。これは例えばアモルファス酸化チタンの場合である
。
の容量をもし望むならば増やすことができる。従って絶
縁層は誘電率ε■の高いものが用いられなければならな
い。これは例えばアモルファス酸化チタンの場合である
。
第4a図及び第4b図と同様に、第6a図及び第6b図
は第5図のホトダイオードに関する帯域線図である。第
6a図はバイアスを受けないホトダイオードの場合、第
6b図はホトダイオードが逆バイアスをかけられた場合
に関連する。
は第5図のホトダイオードに関する帯域線図である。第
6a図はバイアスを受けないホトダイオードの場合、第
6b図はホトダイオードが逆バイアスをかけられた場合
に関連する。
第4b図のように、第6b図はホトダイオードに逆バイ
アスがかかるとき、整流効果が得られることを示す。
アスがかかるとき、整流効果が得られることを示す。
第2図及び第5図は、P及びN層並びにP、I。
N1ffがそれぞれ多層によって形成される2つの本発
明具体例を表わす。
明具体例を表わす。
本発明が、P、1.Nllの少なくとも1層がアモルフ
ァス半導体及び絶縁体の非ドープ不合層から成る多層構
造によって形成されるPINダイオードに係わることは
容易に理解されよう。多層によって形成されない1つ又
は複数個の層は固体アモルファス半導体から形成される
。
ァス半導体及び絶縁体の非ドープ不合層から成る多層構
造によって形成されるPINダイオードに係わることは
容易に理解されよう。多層によって形成されない1つ又
は複数個の層は固体アモルファス半導体から形成される
。
従って本発明は、P、I又はN層のうち1個だけが多層
である具体例、並びにP及び1層又はN及び1層だけが
多層である具体例をもその範囲に含む。
である具体例、並びにP及び1層又はN及び1層だけが
多層である具体例をもその範囲に含む。
本発明PINホトダイオードは例えば計算機に取付ける
太陽電池に使用してもよい。本発明の利点は、これらの
太陽電池がその2面によって照射されてもよく、これは
効率が増大することである。
太陽電池に使用してもよい。本発明の利点は、これらの
太陽電池がその2面によって照射されてもよく、これは
効率が増大することである。
本発明ホトダイオードは遠隔複写用検出器帯条に使用し
てもよい。
てもよい。
最後に、本発明ホトダイオードはX線検査用として手荷
物検査、あるいは治療用X線m影に用いてもよい。
物検査、あるいは治療用X線m影に用いてもよい。
この種の用途では、X線を可視光線に変換するシンチレ
ータが先に使用される。公知のシンチレータはおよそ5
50n−の波長の光線を発し、アモルファスシリコンの
検出がきわめて容易である。
ータが先に使用される。公知のシンチレータはおよそ5
50n−の波長の光線を発し、アモルファスシリコンの
検出がきわめて容易である。
第1図は先行技術のアモルファスシリコンPINホトダ
イオードの断面図、第2図及び第5図は本発明多層PI
Nホトダイオードを形成する2つの方法の断面図、第3
a図及び第3b図、第4a図及び第4b図、第6a図及
び第6b図は第2図及び第5図のホトダイオードの動作
を説明する線図である。 1・・・・・・ガラス基板、2・・・透明導伝層、6・
・・・・・導伝層、7.8・・・・・・層、9,12・
・・・・・絶縁層、10・・・・・・水素化処理アモル
ファスシリコン層、13・・・・・・アモルファス半導
体層。 FIG、5
イオードの断面図、第2図及び第5図は本発明多層PI
Nホトダイオードを形成する2つの方法の断面図、第3
a図及び第3b図、第4a図及び第4b図、第6a図及
び第6b図は第2図及び第5図のホトダイオードの動作
を説明する線図である。 1・・・・・・ガラス基板、2・・・透明導伝層、6・
・・・・・導伝層、7.8・・・・・・層、9,12・
・・・・・絶縁層、10・・・・・・水素化処理アモル
ファスシリコン層、13・・・・・・アモルファス半導
体層。 FIG、5
Claims (8)
- (1)アモルファス半導体から形成されるPINホトダ
イオードであって、P形層、真性層及びN形層である3
つの重ね合せた層をもち、これらの層の少なくとも1つ
がアモルファス半導体及び絶縁体の非ドープ重合層を含
む多層構造によって形成され、他の1つ又は数層がアモ
ルファス半導体で形成されているホトダイオード。 - (2)前記P形層が、非ドープアモルファス半導体及び
正帯電の絶縁層の重ね合せによつて形成された多層構造
によって形成される、特許請求の範囲第1項に記載のホ
トダイオード。 - (3)正帯電の絶縁体が次の式SiC_x(但しx>0
.5)又はSiO_x(但しx≦2)をもつ、特許請求
の範囲第2項に記載のホトダイオード。 - (4)前記N形層が、アモルファス半導体及び負帯電の
絶縁体の非ドープ層の重ね合せによって得られた多層構
造によって形成される、特許請求の範囲第1項に記載の
ホトダイオード。 - (5)前記負帯電の絶縁体が次の式Si_yN_x(但
しx≦4及びy<3)又はAl_xO_y(但しx≦2
及びy≦3)をもつ、特許請求の範囲第4項に記載のホ
トダイオード。 - (6)半導体がシリコン、ゲルマニウム、III−V族形
材料、又はカルコゲナイドからつくられる、特許請求の
範囲第1項に記載のホトダイオード。 - (7)半導体が水素化処理されたアモルファスシリコン
である、特許請求の範囲第1項に記載のホトダイオード
。 - (8)絶縁体が水素化処理されたアモルファス絶縁体で
ある、特許請求の範囲第1項に記載のホトダイオード。
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