JPS631525B2

JPS631525B2 -

Info

Publication number: JPS631525B2
Application number: JP8209579A
Authority: JP
Inventors: Tadaharu Fukuda; Seishiro Yoshioka; Yutaka Hirai; Masaki Fukaya; Takashi Nakagiri
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1988-01-13
Also published as: JPS566125A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、光電変換装置、殊にフアクシミリ、
デジタル複写機、レーザ記録装置等の光情報入力
部、パーコード読取装置やその他の文字や画像等
の読取装置等々に適用される固体化された光電変
換装置に関する。

最近、装置全体の小型化指向から、フアクシミ
リやデジタル複写機，レーザ記録装置等の光情報
入力部、或いはその他の、原稿に書かれた文字や
像を読取る装置に適用される光電変換装置として
再生される原画像のサイズに相等しいか若しくは
それに近いサイズの受光面を有し、且つ解像性に
優れ、原画像を忠実に読取り得、然もコンパクト
な所謂長尺化された受光面を有する光電変換装置
の開発の進展が著しい。

而乍ら、上記の様な長尺化された受光面を有す
る光電変換装置は、具備される光電変換部に附随
する信号処理回路部に大きな問題がある。

即ち、前記信号処理回路部が光電変換部に較べ
て非常に大きなスペースを占め、光電変換部を長
尺化することで光路長を非常に短かくすることが
出来ることにより生じた小型化の利点を生かし切
れないという点である。

通常この問題点を解決するための一手段として
光電変換部の画素（光電変換要素）群を複数個に
ブロツク化して各ブロツクをマトリクス配線し、
１ブロツク分のみに信号処理回路部を設け、ブロ
ツク毎にこの信号処理回路部を動作させる方式が
取られる。

而し、このマトリクス配線を採用する方式で問
題となるのは、得たい画素の信号に他の画素の信
号が混入してしまう所謂クロストーク現象が生ず
ることである。このクロストーク現象を防止する
ためには通常は、マトリクス配線用ダイオードを
各光電変換要素に直列に接続する方法が通常行な
われる。

即ち、光電変換要素に直列にクロストーク防止
用ダイオードを接続し、ダイオードが順方向特性
を示すように電圧を印加して光電変換要素の受光
面に入力される光信号に応じた電気信号を、信号
処理回路部に供給する方式が通常とされる。

この場合クロストークを防止するために設けら
れたダイオードに課せられる電気的特性の条件と
して信号蓄積時間に大いに関係するが光電変換部
の光電変換要素の明抵抗値（光照射を受けている
時の抵抗値）よりも逆方向バイアス時のダイオー
ドの抵抗値（逆方向抵抗値）が大むね約２桁程大
きいことが必要となる。

従つて、電荷の移動度が比較的小さい（0.01〜
10cm²／V.sec）材料で光電変換要素が形成され且
つ、高感度であることを要求される場合には光電
変換要素の明抵抗値は必然的に高くならざるを得
ず、これに連れてクロストーク防止用のダイオー
ドの逆方向抵抗値も必然的に高いことが要求され
るが、この様な特性を有するダイオードは、従来
入手又は作製が極めて困難であつた。

更に、上述の如き、クロストーク防止用のダイ
オードを使用する光電変換装置に於いては、各光
電変換要素と対応するダイオードの電気的マツチ
ング及び、その電気接続法が問題になる。殊に、
画素数が増大し、且つ高解像度の要求される場合
には、尚更、実装技術上、上記のことが重要な問
題となつてくる。

本発明は、上記の諸点に鑑み成されたものであ
つてその目的とするところは、長尺化された受光
面を有し且つ高解像力、高感度化である光電変換
部を具備し、低コストで、マスプロダクトに極め
て適性であり、且つ装置全体としてコンパクトに
固体化され得る光電変換装置を提供することであ
る。

本発明の光電変換装置は、受光面を有するｎ個
の光電変換素子がアレー状に配列されており、該
ｎ個の光電変換素子の夫々は、光電変換ホトダイ
オード部と、該光電変換ホトダイオード部に一体
的に積層されたクロストーク防止用のダイオード
部とを具備する。この光電変換装置は、前記ｎ個
の光電変換素子が、基板上に１列アレー状に設け
られたｎ個の電極領域Ａ、該電極領域Ａの各々の
表面上に設けられた光受容体層、該光受容体層の
各々の表面上に設けられた電極領域Ｂとで構成さ
れ、前記ｎ個の電極領域Ａ並びにＢの何れか一方
が光電変換ホトダイオード部、他方がクロストー
ク防止用ダイオード部となつている事を特徴とす
る。

更なる特徴としては電極領域Ａと光受容体層、
光受容体層と電極領域Ｂ、とがシヨツトキ若しく
はヘテロ接合領域を形成している事である。この
他、本発明の光電変換装置は種々の特徴を有する
がそれ等に就いては、以降の説明に於いて、遂次
明らかにされる。

以下、本発明を図面に従つて説明する。

第１図には、本発明の光電変換装置の好適な実
施態様例の主要部の構成図が示される。

第１図に示される光電変換装置は、等ピツチで
列状に配列されたｎ個の光電変換ホトダイオード
と、それに一体的に積層されたクロストーク防止
ダイオード部を有する光電変換素子PEを等数的
に分配し、グループ化して形成されるｎ個の光電
変換素子ブロツクPBの各々を構成する各ｋ個の
光電変換素子Ｅ群の中の同配列順位にある光電変
換素子Ｅの各々に直列的に直結されたｋ個の蓄積
要素SEで構成される蓄積部Ｓ、ｋ個の蓄積要基
に蓄積されている信号を他の転送する為のスイツ
チング機能を果す、ｋ個のスイツチ素子SWで構
成されるスイツチング素子部SWB、これ等ｋ個
のスイツチング素子SWを次々に順序正しくスイ
ツチング動作させる為のシフトレジスターSR−
１，Ｎ個の光電変換素子ブロツクPBの各々に直
列的に接続されたＮ個のスイツチング素子ST、
これ等Ｎ個のスイツチング素子STを次々にスイ
ツチング動作させる為のシフトレジスタSR−２
とを具備している。

Ｎ個の光電変換素子ブロツクPB₁，PB₂，…
…，PB_Nは、各々ｋ個の光電変換要素Ｅで構成さ
れ、同様の構造を有し、各光電変換素子ブロツク
PBに入力される光情報信号は、各々に於いて光
電変換されて、蓄積部Ｓに時系列的に転送され
る。この該当する光電変換素子ブロツクより蓄積
部Ｓに前記の信号が転送される際には、既に蓄積
部Ｓに蓄積されている信号は、次に転送される信
号が転送される以前に蓄積部Ｓより他に転送され
る。この動作は、光電変換素子ブロツク単位で
次々に繰返し、実行される。詰り、例えば光電変
換素子ブロツクPB₂よりの信号がスイツチング素
子ST₂のON動作によつて、蓄積部Ｓに転送され
る際には、１つ手前の光電変換素子ブロツクPB₁
より既に蓄積部Ｓに転送されている信号は、スイ
ツチング素子部SWBを構成するｋ個のスイツチ
ング素子SW₁，SW₂，SW₃……，SW_Kが次々に
スイツチング動作を起すことで、それ以前に出力
部に転送される。

スイツチング素子部SWBのスイツチング動作
によつて、次々に転送される信号は、読出コンデ
ンサCRに順次独立的に電荷量として蓄積され、
出力端子Voutより電圧信号として出力される。
詰り、スイツチング素子部SWBのスイツチング
動作によつて蓄積部Ｓより１つの信号が出力され
て読出コンデンサCRに蓄積される場合、対応す
る光電変換要素に入力される光情報信号の強弱に
応じた電荷量として読出コンデンサCRに既に蓄
積されている信号が、電圧信号として端子Vout
より読出された後端子T_Rより信号φ_Rが入力され
ることでスイツチング動作を起すスイツチング素
子STRのON−OFF作動によつて、該信号に相当
する蓄積されている電荷が放電され、読出コンデ
ンサCRは、次の信号の蓄積準備をする。この様
な動作が次々に繰返されることで蓄積部Ｓに蓄積
される信号が次々に順序正しく読出コンデンサに
転送蓄積され、出力端子Voutより読出コンデン
サに蓄積された電荷量に応じた電圧の信号として
次々に読出される。この様な動作は、端子T_Sに
入力される信号φ_S、端子T_Oに入力される信号φ_O、
及び端子T_Rに入力される信号φ_Rが、前記動作が
円滑に実行される様にタイミングが取られて、
各々の端子に入力されることで実行される。

光電変換要素PEを構成する光受容体層は、例
えば、アモルフアス水素化シリコン（ａ−Si：Ｈ
と以後略記する）、PbO，CdSe，Sb₂S₃，Se，Se
−Te，Se−Te−As，Se−Bi，ZnCdTe，CdS，
Cu₂Sアモルフアス水素化ゲルマニウム、アモル
フアス水素化GexSi（１−Ｘ）、等の高感度の光導
電材料で構成される。本発明に於いては、光受容
体層の層厚は、光情報の入射によつて生ずるホト
キヤリアの拡散の度合並びに光情報入射面とは反
対面に形成されているクロストーク防止ダイオー
ド部に全く若しくは殆んど光が入射しないように
適宜決定されるが通常4000Å〜2μ、好適には
6000Å〜15μとされるのが望ましい。本発明に於
いては、Ｎ，Ｐ，A_S，Sb，Bi等の周期律表第
族Ａの元素或いは、Ｂ，Al，Ga，In，Tl等の周
期律表第族Ａの元素を不純物としてドーピング
する事によつてｎ型或いはｐ型にすることが出来
ることの利点から、光受容体層をａ−Si：Ｈで形
成するのが好適とされる。

光電変換素子が形成される基板は、例えば、基
板側より光電変換ホトダイオード部の受光面に光
情報が入射される場合には、透光性の材質のもの
が採用されるが、基板とは反対面上に形成された
光電変換ホトダイオード部側よりその受光面に光
情報が入射される場合には、この様な制限は除く
ことが出来る。

本発明に於いて基板として使用される好適な材
料としては、平面性、表面平滑性、耐熱性、製造
時の諸薬品に対しての耐性に優れたものであれば
通常市販されている或いは入手し得るものの多く
が挙げられる。その様な基板形成材料としては、
具体的には例えば、ガラス，7059番ガラス（ダウ
コーニング社製），マグネシア，ベリリア，スピ
ネル，酸化イツトリユウム等の透光性材料，アル
ミニウムモリブデン，特殊ステンレス鋼（JIS規
格SuS），タンタル等の非透光性金属材料が挙げ
られる。

基板上に形成される電極領域Ａを形成する材料
としては、該電極領域Ａ表面上に形成される光受
容体層と所定の接合が形成される様に、材質及び
電気特性が選択されたものが使用される。例え
ば、光受容体層及び半導体層をnon−dope，ｎ
型，或いはｉ型のａ−Si：Ｈで形成する場合、こ
れ等と電極領域Ａとの間にシヨツトキ接合を形成
する材料としては、Au，Ir，Pt，Rh，Pd，等が
挙げられ、ヘテロ接合を形成する材料としては
SnO₂，ITO（インジウム錫酸化物），In₂O₃等の無
機酸化物が挙げられる。電極領域Ａは、作成され
る光電変換装置が基板側より光情報を入射するタ
イプの場合には、光受容体層に充分な光量で光情
報が入射される様に、膜厚或いは光学的材質が規
定されて、透光性とされる必要がある。この場
合、光情報入射面と反対面に設けられているクロ
ストーク防止用ダイオード部には前記の光情報或
いは他の光が照射されない様に遮光手段が設けら
れる。

この様な遮光手段としては、例えば、基板側よ
り光情報を入射するタイプの場合には、クロスト
ーク防止部に対応する光受容体層と電極領域Ｂに
ついて光受容体層を不透光性の金属層で形成され
た電極領域Ｂでおゝうか、又は、クロストーク防
止部に相当する光受容体層と電極領域Ｂを耐湿性
の優れた不透光性の樹脂層で覆うことが挙げられ
る。

光情報を基板とは反対側から入射させるタイプ
の場合には、基板に非透光性金属材料を選択し、
その上に光受容体層とシヨツトキ若しくはヘテロ
接合を形成する電極領域Ａを設けるか、又は、基
板が透光性の場合、その上に光受容体層とシヨツ
トキ接合をする電極領域Ａを不透光金属層で形成
することによつて遮光手段を設けることが出来
る。

電極領域Ｂ側より光情報を入射する場合には、
電極領域Ｂを形成する金属層は透光性となる様に
膜厚或いは、材質が選択されて形成される。

本発明の光電変換装置は、光電変換要素を構成
する光受容体層と両側電極領域とに依つて、次の
３つのタイプに分類される。

(1) シヨツトキ接合型 (2) ヘテロ接合型 (3) ハイブリツト型次に、上記に沿つて本発明の光電変換装置の顕
著な特徴が示される光電変換ホトダイオード部と
クロストーク防止ダイオード部に就ての具体的な
構造を、好適な実施態様例の中から幾つか挙げて
詳細に説明する。

第２図乃至第７図には、各々好適な実施態様例
として、本発明の主要部である光電変換ホトダイ
オード部とクロストーク防止ダイオード部の構造
を模式的に示した模式的断面図が示される。

先ず、第２図に示される光電変換装置は、シヨ
ツトキ接合型の好適実施態様の典型的な例であ
る。

第２図に示される光電変換装置の主要部である
光電変換部を構成する光電変換ホトダイオード要
素２０１及びクロストーク防止部を構成するダイ
オード要素２０２は、基板２０３上に１列アレー
状にｎ個形成された電極領域Ａ２０４の表面上に
光受容体層２０５を設け、表面上に電極領域Ｂ２
０６を設けることで形成されてある。

電極領域Ａ２０４，電極領域Ｂ２０６とは光受
容体層２０５とシヨツトキ接合している。

第２図に示されるタイプの光電変換装置に於い
ては、光情報が電極領域Ｂ２０６側より光電変換
ホトダイオード要素２０１に入射されるので、電
極領域Ｂ２０６は透光性とされる。

第３図には、シヨツトキ接合型で、基板側から
光情報が入射されるタイプのものが示される。

第３図に示されるタイプと第２図に示されるタ
イプと構造的に異なるのは、基板３０３と電極領
域Ａ３０５との間にホトダイオード要素３０２へ
の光の入射を限定する為の手段として不透光性金
属層３０４が設けられてあること、及び電極領域
Ｂ３０７は、透光性である必要はなく、むしろ不
透光性であることが望ましいことである。

この第３図に示す様な、基板３０３側より光情
報を入射するタイプの場合には、例えば、フアク
シミリやデジタル複写機の読取装置として応用す
る際、原稿面を走査する面側が基板３０３側であ
るので、原稿面走査による光電変換装置の機械的
破損を避けることが出来るので好都合である。

従つて、このタイプの場合には、読取る可き原
稿面と光電変換ホトダイオード部の受光面とを極
めて接近させて読取走査を行なう、所謂、密着タ
イプの読取装置に最適である。

第４図及び第５図には、ヘテロ接合型の光電変
換装置が示され、第４図は、基板側より光情報が
入射されるタイプ、第５図は、光電変換部側より
光情報が入射されるタイプである。

第４図に示されるタイプの光電変換装置は、本
発明の実施態様に於いて、最適な例である。

第４図に示されるタイプに於いては、基板４０
３の表面上には、光電変換ホトダイオード要素４
０１の受光面となる領域を除いて不透光性金属層
４０４が設けられ、該金属層４０４上に電極領域
Ａ４０５が形成される。

不透光性金属層４０４と電極領域Ａとを形成す
る材料は、互いに密着性が良く、光学的にスムー
ズな接合が形成される様に相互関係を考慮して膜
厚及び材質が決定されて使用される。

電極領域Ａ４０５上に形成される光受容体層４
０６は、電極領域Ａ４０５とヘテロ接合を形成す
る材料で形成される。

例えば、電極領域Ａ４０５がSnO₂又はITOで
形成される場合には、光受容体層４０６に要求さ
れる電気的特性、光電的特性が得られる様にnon
−dopeの、ａ−Si：Ｈ又は、周期律表第族Ａ
の元素を微量ドーピングしたａ−Si：Ｈで形成さ
れる。

光受容体層４０６上に形成される電極領域Ｂ４
０７はヘテロ接合を形成する様に、材料が選択さ
れる。例えば、前記した如き、材料で光受容体層
４０６が形成される場合には、SnO₂，ITOの材
料の中から適宜選択されて使用される。

上記の様にして形成される、光電変換ホトダイ
オード要素４０１及びクロストーク防止ダイオー
ド要素４０８が一体的に積層されたものを一組に
して、ｎ組が基板４０３上に形成され、所定画素
数ｎを有する光電変換装置が作成される。

クロストーク防止ダイオード部には、入射され
得る光を完全に遮断する意味で、電極領域Ｂ４０
７、露呈している光受容体層４０６、全体を耐湿
性に優れた透明高抵抗膜であるポリパラキシリレ
ン膜（ユニオン．カーバイド製パリレン膜）如き
膜を介して黒色のアピエゾンワツクスの如き樹脂
塗料膜で完全にシールしても良い。この場合、樹
脂塗料膜は、クロストーク防止部の機械的保護の
役目も荷わせることが出来る。

基板４０３は、光情報が入射される側とされる
ので、各光電変換要素４０１の受光面に所定通り
の光学的特性で光情報が入射される様に材質が選
定され、加工処理が施される。又、その上に形成
される不透光性金属層４０４，電極領域Ａ４０
５，更には、光受容体層４０６が高温状態で形成
される場合には、基板４０３は熱的に安定である
材料が選択されなければならない。或いは、又、
密着型読取装置に適用されるのであれば、入射さ
れる光情報が基板４０３に於いて光学的に拡散し
て、解像度の低下を招来しない様に、例えば、フ
アイバープレート，アキユートレンズプレート等
で基板４０３を構成するのが好ましい。

第５図に示される光電変換装置は、ヘテロ接合
型で電極領域Ｂ５０６側より光情報が入射される
構造を有している。

基板５０３上に設けられる電極領域Ａ５０４の
表面に形成される光受容体層５０５と電極領域Ａ
５０４とはヘテロ接合を形成する様に、光受容体
層５０５、電極領域Ａ５０４を形成する材料が選
択されて形成される。

光受容体層５０５と電極領域Ｂ５０６との間に
はヘテロ接合が形成されている。

第６図及び第７図に示される光電変換装置はハ
イブリツト型で基板側から光情報が入射される場
合であつて以下に説明する以外は第２図乃至第５
図に於いて説明したタイプのものと本質的に異な
るものではない。

第６図及び第７図に示されるタイプの場合に
は、基板上に形成される光電変換ホトダイオード
要素及びクロストーク防止ダイオード要素が、第
２図乃至第５図のタイプの場合には、構造的に対
称関係にあつたのが、非対称関係になつているこ
とである。

即ち、第６図に示されるタイプの場合には、光
電変換ホトダイオード要素６０１は電極領域Ａ６
０３と光受容体層６０５のヘテロ接合により形成
されているのに対して、クロストーク防止ダイオ
ード要素６０２は、電極領域Ｂ６０４と光受容体
層６０５のシヨツトキ接合で形成されている。

第７図の場合には、光電変換ホトダイオード要
素７０１は、電極領域Ａ７０４と光受容体層７０
５との間にはシヨツトキ接合が形成されているの
に対して、クロストーク防止ダイオード要素７０
２は、電極領域Ｂ７０６と光受容体層７０５のヘ
テロ接合により形成されている。

次に、本発明の光電変換装置の主要部である光
電変換ホトダイオード部とクロストーク防止ダイ
オード部の製造例を示す。

第８図には、以下に説明する製造例に従つて製
造される。第６図で示したタイプの光電変換装置
の光電変換ホトダイオード部とクロストーク防止
ダイオード部の一部を模式的に示した斜視図が示
される。

基板８０５上には、以降で説明される製造工程
に従つて、光電変換ホトダイオード部８０２とク
ロストーク防止ダイオード部８０３とが一体的に
積層して形成されている。

第８図では、光電変換ホトダイオード部８０２
及びクロストーク防止ダイオード部８０３を有す
る光電変換素子が４個しか図示されてないが、実
際は、例えば16pel／mmの解像度が要求され、受
光面の全長が210mmであれば光電変換素子が3360
個、一列アレー状に配列される様に形成される。
この場合、各光電変換素子間相互間で電気的トラ
ブルが生じない様に例えば10μ程度の間隔をとつ
て隔絶される。

クロストーク防止ダイオード部８０３に遮光手
段を設けるには、例えば、電極領域Ｂ８０８と露
呈している光受容体層８０７に耐湿性を付与する
為に耐湿性があり且つ高抵抗を有し、透光性のあ
る、例えばポリパラキシリレン等の材料で全体を
被覆した後、光電変換ホトダイオード部８０２の
光情報が入射するところである受光面８０９を除
いた部分をアピエゾンワツクス等の不透光性の材
料で更に被覆する方法も好適な態様として挙げら
れる。

光情報入射側に遮光手段として設けられる不透
光性の金属層８０６は、光電変換ホトダイオード
部８０２の受光面８０９を除いて、電極領域Ａ８
０４の設けられる部分に図の様に設けられる。

金属層８０６は、基板８０５及び電極領域Ａ８
０４との密着性、不透光性を考慮して材料及び層
厚が適宜決められる。

不透光性の金属層８０６を形成する材料として
好ましいのは、クロム，アルミニウム金，（クロ
ム＋金），ニツケルクロム，モリブデン等である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光電変換装置の好適な実施
態様例の主要部の構成図、第２図乃至第７図は、
各々光電変換ホトダイオードとクロストーク防止
ダイオード部との構造の好適な実施態様例の模式
的断面図、第８図は第６図に示すタイプの光電変
換ホトダイオード部とクロストーク防止ダイオー
ド部の一部を模式的に示した斜視図である。２０１……光電変換ダイオード要素、２０３，
３０３……基板、２０４……電極領域Ａ、２０５
……光受容体層、２０６……電極領域Ｂ、３０４
……不透光性金属層。

Claims

【特許請求の範囲】

１受光面を有するｎ個の光電変換素子がアレー
状に配列されており、該ｎ個の光電変換素子の
夫々は、光電変換ホトダイオード部と、該光電変
換ホトダイオード部に一体的に積層されたクロス
トーク防止用のダイオード部とを具備する事を特
徴とする光電変換装置。