JPS63147361A - フオトセンサ - 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、フォトセンサに関する。より詳細には、イメ
ージセンサ等の光検出素子として用いられているフォト
センサの新規な構成に関する。

従来の技術 計測、制御、画像処理等の分野のみならず医療等の分野
へもその応用を拡大しているイメージセンサにおいて、
画像を光信号として直接捕らえ、これを電気信号に変換
する機能を受は持つものがフォトセンサである。近年の
半導体装置の製造技術の進歩によって、現在のフォトセ
ンサは、絶縁基板上に集積回路として形成して構成され
る。

そのように集積化されるフォトセンサの中には、ＰＩＮ
ホトダイオード、ＭＩＳ構造太陽電池セルなどを使用し
たものがある。それらのフォトセンサは、基本的には、
絶縁基板上に、■　各画素の個別電極、■障壁層、■光
電半導体層、■対向電極を順次積層して形成される。

絶縁基板は、ガラス、セラミックス、高分子などが用い
られ、電極には各種の金属が用いられる。

また、光電半導体層としては、大面積に均一に形成でき
、低温での形成が可能であり、更に、薄膜で機能する等
の特徴を有するアモルファスシリコン（以下ａ−３ｉと
記す）の使用が多い。尚、現在では、ａ　−３ｉの欠陥
を減らすために水素化ａ　−３ｉが広く用いられている
。また、通常は、電極のいずれか一方を透明電極として
、透明電極の側から光を照射し、他方は、不透明金属電
極とすることが多い。

障壁層の材質は、フォトセンサがＭＩＳ構遇であるかＰ
ｉｎ構造であるかによって異なり、ＭＩＳ構造の場合は
、ａ−ＳｉＣ，ａ−３ｉＮ、　ＡＩ□０３．３　ｌＯＭ
などの絶縁層あるいは高抵抗層あるいはバンドギャップ
エネルギが光電半導体層より大きい層が用いられ、ｐｉ
ｎ構造の場合は、ｐ型のａ　−８１、ａ−ＳｉＣなどが
用いられる。従って、障壁層は、フォトセンサがＭＩＳ
構造である場合は、電極と半導体層との間に障壁を形成
する層を意味し、フォトセンサがＰｉｎ構造である場合
は、光電半導体層との間に障壁を形成する層を意味する
。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたフォトセンサは、従来、個別電極の抵抗値を
可能な限り小さくし、且つ、均一な膜を実現することを
重視しているため、一般に、基板の厚さは数１０００人
程度１光電半導体層の厚さは数１０００人から数μｍ程
度、また、個別電極は１０００Å以上である。

しかし、従来のフォトセンサは、■耐電圧特性が悪い、
■暗電流が多く、明／暗比（コントラスト）が低い、■
温度特性が特に高温側で悪いなどの問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し
た新規なフォトセンサを提供することにある。

換言するならば、本発明の目的は、■耐電圧特性が高く
、■暗電流を低く、大きな明／暗比（コントラスト）が
得られ、■温度特性が安定しており、特に高温側での特
性の劣化が少ないフォトセンサを提供することにある。

問題点を解決するだめの手段 即ち、本発明に従い、基板上に配列された少なくとも１
つの個別電極と、該電極上に形成された障壁層と、該障
壁層上に形成された光電半導体層と、前記障壁層と前記
光電半導体層を前記個別電極との間に挟むように設けら
れた第２の電極とを少なくとも備えるフォトセンサであ
って、前記障壁層の厚さは、３０Å以上２０００Å以下
であり、且つ前記個別電極の厚さが前記障壁層の厚さの
４倍以下であることを特徴あることを特徴とするフォト
センサが提供される。

罫月 フォトセンサは、概念的には微小な光電半導体素子を１
次元あるいは２次元に搭載した基板であり、各光電半導
体素子が読み取るべきイメージの画素に対応する。従っ
て、各光電半導体素子が微小であり、また、その配列の
密度が高い程得られる画像情報が精密になることはいう
までもない。

前述のようなフォトセンサの構造では、画素の寸法並び
に画素の密度は、個別電極の形状並びに配列によって決
定され、これを微小化するためにフォ）　ＩＪソグラフ
ィ技術が利用されている。即ち、基板上に蒸着法、スパ
ッタ法等によって均一に金属層を形成し、これを所定の
個別電極パターンに従って食刻することによって個別電
極が形成される。この方法は、極めて微細なパターンを
形成することができるが、この方法で形成された個別電
極は、その側面が急峻に切り立っており、また、個別電
極の側面と上面との境界には鋭い縁部が形成されている
。

一方、個別電極層の直上に形成される障壁層は、前述の
ように、ａ−ＳｉＣＳａ−３ｉＮ、＾１２０３、ＳｉＯ
イ等を材料としており、一般にプラズマＣＶＤ法等の薄
膜形成技術によって基板並びに個別電極上に堆積される
。このような方法によって形成された薄膜は、平坦面に
はほぼ均一な厚さに堆積するが、隆起部分では薄くなる
傾向がある。また、この方法では、薄膜の成長に方向性
があり、起伏のある下地上に形成した場合は膜厚が均一
にならない場合がある。従って、前述のように鋭い縁部
のある個別電極上に障壁層を形成した場合には、特に個
別電極の縁部付近で障壁層が極端に薄くなる。

従来のフォトセンサにおいては、障壁層にこのような極
端に薄い部分が発生するために、前述した各種の特性の
劣化を招いていた。

そこで、本発明者等は障壁層の厚さが極端に変化するこ
とのないフォトセンサの構成について各種検討した結果
、障壁層の厚さと個別電極の厚さとの比を適切に限定す
ることによって、フォトセンサの機能を損なうことなく
障壁層の厚さの均一性を制御し得ることを見出し、本発
明を完成した。

即ち、個別電極の厚さが直上の障壁層の厚さの４倍以下
であれば、個別電極縁部付近で障壁層の厚さが他の場所
に比べて極端に薄くなることはない。個別電極の厚さが
障壁層の厚さの４倍を越えると、個別電極の縁部付近で
障壁層の厚さが大きく変化し、耐電圧の低、下、暗電流
の増加並びにそれに起因する明暗比の低下、高温特性の
大きな劣化等を生じる。

ただし、障壁層は、その機能に鑑みて無制限に薄く、あ
るいは厚くすることはできない。即ち、障壁層の厚さが
３０Ａ未満の場合は、均一な膜が得られないので障壁と
しての機能が得られない。また、障壁層が２０００人よ
りも厚い場合は、照射光によって生成したキャリア（こ
の場合はホール）が障壁層を通過し難くなり、感度の低
下などの電気的特性の低下を招くので、障壁層の厚さは
３０Å以上２０００Å以下であることが好ましい。

実施例 以下に図面を参照して本発明についてより具体的に詳述
するが、以下に示すものは本発明の一実施例に過ぎず、
本発明の技術的範囲を何等制限するものではない。

第１図は、本発明に従って作製したフォトセンサの一部
の断面図であり、フォトセンサの基本的な構成を示して
いる。

絶縁基板１として厚さ１ｍｍの平坦なガラス基板を用意
し、基板温度１００℃でスパッタリング法によってＣｒ
膜を全面に厚さ１０００八で形成し、更にフォ）　ＩＪ
ソグラフィ法によって個別電極２を形成した。

こうして、個別電極２を搭載した絶縁基板１を複数作製
し、後述の第１表に示すように、ＭＩＳ構造並びにｐｉ
ｎ構造のフォトセンサを、障壁層の厚さを変化しながら
いくつか作製した。

即ち、ＭＩＳ構造のフォトセンサは、プラズマＣＶＤ法
によって、３ｉＨ４とＣＨ４ガスとを原料として光学的
バンドギャップエネルギが２．２ｅＶとなるようにａ　
−３ｉ　Ｃの障壁層３を形成した。

また、ｐｉｎ構造のフォトセンサは、同様の方法により
、ＳｉＨ，にジボラン（Ｂ　２　Ｈｓ　）ガスをドープ
することによりｐ型ａ　−５ｉ層を形成した。

更に、同様の方法で、障壁層３の上に光電半導体層４と
ｎ型半導体層５とをこの順序で形成した。

光電半導体４は、モノシラン（Ｓ＋８４）ガスを原料と
して形成したａ−３ｉであり、厚さは６０００　Ａとし
た。また、ｎ型半導体層５は、５ＩＨ４にフォスフイン
（ＰＨ３）ガスをドープすることにより形成し、厚さは
３００人とした。

尚、ＭＩＳ構造の場合、ｎ型半導体層５は、光照射によ
り光電半導体層で発生したキャリア（この場合電子）を
外部にスムーズに取り出すため、即ち電子に対してオー
ミックとするために設けられる層であり、必ずしも必要
な層ではない。

続いて、基板温度２００℃で、真空蒸着法によって酸化
インジウム・錫（ＩＴＯ）の対向電極６を厚さ７００人
に形成した。

こうして形成されたフォトセンサでは、個別電極２と対
向電極６とに挟まれた部分が有効な画素となる。本実施
例のフォトセンサの場合は、ひとつの画素の面積は１０
０Ｘ　１００μｍであり、１０２４画素を備えたフォト
センサとして作製した。

前述のように、上述のような構成のフォトセンサを、下
記の第１表に示すように障壁層３の厚さを変化して複数
作製し、実際に動作させて各特性を測定した。尚、表に
示した特性は、 ■暗状態で一５■の電圧を印加したときの電流、即ち、
暗電流（ｒａで示す）。

■波長５５０ｎｍ、照度１００　ｌｕｘの光を照射して
、−５Ｖの電圧を印加したときの電流、即ち、明電流（
Ｌで示す） ■明暗比（Ｉｐ　／　Ｉａ　） ０６０℃で同様にして測定した明暗比 ■耐電圧の平均値 である。尚、６０℃での明暗比以外の特性は２５℃での
評価結果である。

第１表に示すように、厚さ１０００　Ａの個別電極２に
対して、障壁層３が２５０Å以上の場合、即ち、個別電
極２の厚さが、障壁層３の厚さの４倍以下である場合は
、光電流は充分に高く、暗電流も安定して小さい。従っ
て、明暗比も３桁以上あり、階調性も充分と考えられる
。

また、この場合は、高温（６０℃）での明暗比も殆ど低
下していない。更に、（（電圧も約２０Ｖ以上ある。

発明の効果 以上詳述のように、本発明に従うフォトセンサは、暗電
流が低く、また明暗比も充分に大きく、フォトセンサと
してより好ましい特性を具現している。更に、これらの
好ましい特性は高温条件下でも劣化が少なく、耐電圧特
性も優れている。

また、本発明に従うフォトセンサは、回答特殊な技術あ
るいは材料を用いることなく、現在の半導体製造プロセ
スを使用して容易に製造し得るものであり、当分野にお
いて極めて有効な発明であるといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例であるフォトセンサの構成を
部分的に示す断面概略図である。 〔参照番号〕 １・・・絶縁基板、 ２・・・個別電極、 ３・・・障壁層、 ４・・・光電半導体層、 ５・・・ｎ型半導体層、 ６・・・対向電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に配列された少なくとも１つの個別電極と
   、該電極上に形成された障壁層と、該障壁層上に形成さ
   れた光電半導体層と、前記障壁層と前記光電半導体層を
   前記個別電極との間に挟むように設けられた第２の電極
   とを少なくとも備えるフォトセンサであって、 前記障壁層の厚さは、３０Å以上２０００Å以下であり
   、且つ前記個別電極の厚さが前記障壁層の厚さの４倍以
   下であることを特徴あることを特徴とするフォトセンサ
   。
2. （２）前記光電半導体層がａ−Ｓｉであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のフォトセンサ。
3. （３）前記障壁層は、絶縁層、高抵抗層、または、バン
   ドギャップエネルギが前記光電半導体層よりの大きい材
   料層で構成されており、全体としてＭＩＳ構造を構成し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載のフォトセンサ。
4. （４）前記障壁層は、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＮ、Ａｌ＿
   ２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿ｘの何れかであることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項に記載のフォトセンサ。
5. （５）前記障壁層は、第１の導電型の半導体で形成され
   ており、前記光電半導体層は、低不純物濃度の半導体で
   形成されており、更に、該光電半導体層と前記第２の電
   極との間に、前記第１の導電型と異なる第２の導電型の
   半導体で形成された第３の層が設けられており、全体と
   してＰｉｎ構造を構成していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載のフォトセンサ。
6. （６）前記障壁層は、ｐ型のａ−Ｓｉまたはａ−ＳｉＣ
   で形成され、前記第３の層は、ｎ型の半導体で形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のフ
   ォトセンサ。