JPS631077A - 光検出装置 - Google Patents

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、可視光または可視光近くの光信号を電気信号
に変換する光検出部が、光導電膜から成る光検出装置に
関する。

従来の技術 非晶質半導体−特に非晶質シリコンを用いた光検出装置
は、光応答が化合物薄膜を用いたものより速く、光感度
スペクトルも視感度とほぼ一致しており優れた特性を有
する。しかしながら非晶質シリコンを用いた光検出装置
は光電流が小さく読取の際に工夫を要し、メリットが充
分に発揮できず実用化に致っていない。

そこで非晶質シリコン光導電膜に、リン等の置換型不純
物元素を添加して電気伝導度を増加し、大きな光電流を
得ようという試みがなされているが、電流の明暗比が得
にくくなり、必要な階調や信号のＳ／Ｎ比が得られない
事や不純物の添加によって光応答速か悪化するという問
題をかかえでおり実用化に至っていない◎さらにこの問
題を解決するために、光導電膜とその光導電膜から光電
流を取り出すための１対の平行電極との間に数百人の窒
化シリコン層を介在させ大きな明暗比と早い応答速度を
得ようという試みがある（特願昭５９−２０７３４２号
）。

しかしながら光電流を取り出すために印加する電圧が２
０Ｖ以上必要であり、窒化シリコン層の厚みを薄くする
と必要な電圧は低くできるが、０Ｎ１０ＦＦ比や、応答
速度の劣化、素子間のバラツキや安定性が損なわれると
いう問題が残されていた。

第３図は光検出装置の具体的な構造を示す図である。

同図において、３１はガラス等の絶縁基板、３２は非晶
質シリコン光電変換層、３３は共通電極、３４は個別電
極であり、共通電極３３と個別電極３４との間に電界を
加え、その時、非晶質シリコン層３２に光ｌが照射され
ている場合、共通電極３３と個別電極３４の電極間の抵
抗値が暗時の１／１００から１／１ｏ○○程度に低下す
るため、流れる電流の変化として信号が取り出せる。

第４図は光検出装置の受光部の断面図である。

従来の窒化シリコンと非晶シリコンを用いたイメージセ
ンサでは単一の膜３２の上に一層の窒化シリコン層４０
が形成されており、さらにその上に’に極３３１３４が
形成されている。非晶質シリコン層３２には不純物が微
量に添加されているかもしくは全く添加されていない均
質な膜である。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記したような、印加電圧が高くないと信号が
取り出せず、また印加電圧を低くするため、窒化シリコ
ン層を薄くすると明暗比が取れなくなったシ応答速度に
劣化を生ずる等の問題点を解決し、高性能な光検出装置
を安価に提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、上記問題点を解決するため、前記第４図に示
した光検出装置の構成において、従来−層のみ窒化シリ
コンを形成していたものを、窒化シリコンと非晶質シリ
コンを少なくとも２層以上積層した部分を設け、その上
に、信号を取シ出すだめの１対の電極を形成する構成を
取るものである。

作　　用 本発明の作用は、上記した構成により、従来２００人〜
ＳＯＯ人程度の厚さが必要であった窒化シリコン層を数
十人程度まで薄くする事によって光信号取り出しのため
の印加電圧を下げると同時に、電極と光導電層の界面再
結合の割合を小さくし、電極から少数キャリアである正
孔の注入をさらに少なくシ、光導層で発生したフォトキ
ャリアのうち電子は量子効果により効率良く電極から取
り出せるものである。

実施例 第１図ａは本発明の一実施例の受光素子の断面構造を示
し、第１図すは同ａのＡ部の拡大図示す。

１１はガラス等の絶縁性基板、１２は、リン元素をホス
フィン（ＰＨ３）とモノシラン（Ｓ　Ｉ　Ｈ４）の混合
モル比で５　ｐｐｍ〜５０　ｐｐｍ　　程度添加したｎ
−型非晶質シリコン層よりなる光導電層で、ホスフィン
ガスとモノシランガスを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ
法にて例えば０．２〜３犀堆積させる。

１３は窒化シリコン層であり、例えばＳ　ＩＨ４とＮＨ
３もしくはさらにＮ２の混合ガスを原料ガスとしてプラ
ズマＣＶＤ法にて例えば５０人程度堆積させたものであ
る。１４は非晶質シリコン層でｎ−非晶質シリコン層１
２と同様の方法で例えば１００人程程度積させる。この
時非晶質シリコン層１４がＳＯＯÅ以上の厚さを持つと
光導電膜として働き悪影響となるので好ましくない。窒
化シリコン層１３と非晶質シリコン層１４は少なくとも
２回以上交互に積層されており、積層された部分の合計
の膜厚はＳＯＯ〜１０００人程度としてあ程度光導電層
に対して薄くしておくのが望ましい。１５は共通電極、
１６は個別電極である。こうして光検出素子を作成する
。第２図は第４図で示したような従来の例の光検出装置
と第３図で示した本発明による光検出装置の光電流と暗
電流を規格化して示したものであり、横軸に印加電圧、
縦軸に電流値を対数で表わしである。同図ａ従来例のホ
スフィンをシランに対して１０ｐｐｍ　程度添加したｎ
−型非晶質シリコン光導電層に窒化シリコン層を３００
人−層形成した光検出装置の光電流と暗電流、同図すが
本発明を用い、ホスフィンをシランに対し１０ｐｐｍ程
度添加したｎ−型非晶質シリコン光導電層に５０人の窒
化シリコンと１００人の非晶質シリコンを５回、交互に
積層した構成の光検出装置の光電流と暗電流をそれぞれ
示している。同図のとおり、本発明を用いると、明暗比
、光電流とも同等で、しきい値電圧が、従来２ｏ〜３０
Ｖ必要であったものが５ｖ以下に下がっている。なお光
応答も同等の速さを保っていた。

なお本実施例ではガラス基板上に光導電層、積層部平行
電極の、：］廼に形成する方法を示したが、ガラス基板
上に、平行電極、積層部、光導電層の順に形成しても同
様な効果が得られるのは言うまでもない。

発明の効果 本発明によれば、リンを含む非晶質シリコン層を堆積し
、その上にたとえば５０人の窒化シリコン層と１００人
の非晶質シリコン層を交互に積層した部分を設け、その
上に１対の平行電極を形成した光検出装置の構成を与え
ることにより、効果的に少数キャリアの注入と表面再結
合を低減でき、低いしきい値電圧で光感度が高く、明暗
電流比の大きく、しかも光応答速度がかなり速い高性能
な光検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例による光検出装置の断面図
、第１図すは同ａのＡ部の拡大断面図、第２図ａ、ｂは
それぞれ従来の光検出装置と本発明による光検出装置の
光電流と暗電流を規格化して示した図、第３図は光検出
装置の模式斜視図、第４図は従来の光検出装置の断面図
を示した図である。 １１・・・・・・基板、１２・・・・・・非晶質シリコ
ン光導電層、１３・・・・・・窒化シリコン層、１４・
・・・・・非晶質シリコン層、１５．１６・・°・・・
電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ハ 解　板　３ ５　　　　１　太　ミ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に光導電性を有する非晶質シリコン層
   、上記非晶質シリコン層に入射される光強度に応じた導
   電率変化を検出する為の２個の電極を備え、前記非晶質
   シリコン層と前記２個の電極との間に、少なくとも２層
   以上の非晶質シリコン層と少なくとも非晶質シリコンよ
   り光学禁止帯幅の大きな絶縁体層を交互に積層した層を
   設けたことを特徴とする光検出装置。
2. （２）非晶質シリコンより光学禁止帯幅の大きな絶縁体
   層に窒化シリコン層を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光検出装置。
3. （３）積層する非晶質シリコン層の膜厚を５００Å以下
   とする特許請求の範囲第１項記載の光検出装置。
4. （４）絶縁体層の厚さを２０〜２００Åとすることを特
   徴とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光検出装置。