JPS63265471A - Photoelectric convertor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、光電変換装置に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a photoelectric conversion device.
（従来の技術）
従来の２つの対向したプレーナ電極を有する光電変換装
置を第６図に示す。この装置では、半導体薄膜は、１）
キャリアの発生部として働くのみでなく、員）プレーナ
電極から注入される電流の通路としても働いている。こ
のため、良好な光電効果の特性を示す半導体材料でも、
その材料の有するキャリアの移動度が低いと、光電変換
装置の光応答速度を遅くしてしまうという問題を発生さ
せている。(Prior Art) A conventional photoelectric conversion device having two opposing planar electrodes is shown in FIG. In this device, the semiconductor thin film is: 1)
It not only functions as a carrier generator, but also as a path for current injected from the planar electrode. Therefore, even though semiconductor materials exhibit good photoelectric effect characteristics,
If the carrier mobility of the material is low, a problem arises in that the optical response speed of the photoelectric conversion device becomes slow.
（問題が解決しようとする問題点）
以上述べてきたように、従来の光電変換装置は、使用す
る光電効果を示す半導体薄膜の移動度が小さいとき、装
置の応答速度が遅くなってしまうので、光電変換装置に
使用できる半導体材料を著しく制約されるという問題が
あった。したがって、本発明は、光電効果を示す材料の
移動度の大小に依存することのない高い光応答性を示す
光電変換装置を発明することを目的としている。(Problem that the problem seeks to solve) As mentioned above, in conventional photoelectric conversion devices, when the mobility of the semiconductor thin film that exhibits the photoelectric effect used is small, the response speed of the device becomes slow. There has been a problem in that semiconductor materials that can be used in photoelectric conversion devices are severely restricted. Therefore, an object of the present invention is to invent a photoelectric conversion device that exhibits high photoresponsiveness that is independent of the mobility of a material that exhibits the photoelectric effect.
（問題を解決するための手段）
第１の半導体薄膜を光電効果によるキャリアの発生部と
して働かせ、第１の半導体薄膜よりもキャリアの移動度
の大きい第２の半導体材料を２つの対向するプレーナ電
極間に流れる電流の通路として働せるという、完全な役
割の分離により、光電変換装置の光応答性を高めること
を特徴とするものである。(Means for Solving the Problem) A first semiconductor thin film acts as a carrier generation section by the photoelectric effect, and a second semiconductor material having a higher carrier mobility than the first semiconductor thin film is connected to two opposing planar electrodes. The feature is that the photoresponsiveness of the photoelectric conversion device is improved by completely separating the roles of acting as a path for the current flowing between them.
（作用）
第１の半導体薄膜で発生したキャリアは、１）第１の半
導体薄膜と第２の半導体材料とのバンドギャップの違い
、―）第１の半導体薄膜に形成された電極と第２の半導
体材料に形成された電極との電位差、ｌ１））第１の半
導体薄膜と第２の半導体材料との間の拡散電位により、
第２の半導体材料に注入され、そのキャリアは、第２の
半導体材料に形成されている２つの対向するプレーナ電
極からの電界を受けて移動する。(Function) Carriers generated in the first semiconductor thin film are caused by: 1) the difference in band gap between the first semiconductor thin film and the second semiconductor material; Due to the potential difference with the electrode formed in the semiconductor material, l1)) the diffusion potential between the first semiconductor thin film and the second semiconductor material,
The carriers are injected into the second semiconductor material and move under the electric field from two opposing planar electrodes formed in the second semiconductor material.
第１図に本発明の光電変換装置の一例を示すが、との光
電変換装置でのキャリアの伝搬過程は、一般的に光電変
換装置の膜厚方向の厚さｄ（図中に示す）よりも、プレ
ーナ電極間の距ｆｔａｔ（図中に示す）の方が大きい（
ｔ＞ｄ）ことから、光電変換装置の応答速度を向上させ
る。An example of the photoelectric conversion device of the present invention is shown in FIG. 1, and the carrier propagation process in the photoelectric conversion device is generally determined from the thickness d (shown in the figure) in the film thickness direction of the photoelectric conversion device. Also, the distance ftat (shown in the figure) between the planar electrodes is larger (
t>d), the response speed of the photoelectric conversion device is improved.
また、プレーナ電極からの電流が注入される領域を小さ
くすること（ｄｌ＜ ｄ ）が可能であるため、本発明
の光電変換装置は、この効果による応答速度の高速化も
期待できる。Further, since it is possible to reduce the area into which current is injected from the planar electrode (dl<d), the photoelectric conversion device of the present invention can be expected to have a faster response speed due to this effect.
（実施例） 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。(Example) Examples of the present invention will be described in detail below.
本発明の光電変換装置は、第１図に示すように、第１の
半導体薄膜５として非晶質シリコン、第２の半導体材料
６として微結晶シリコンを用い、その上面に一対のプレ
ーナ電極７を設けた光電変換装置である。As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion device of the present invention uses amorphous silicon as the first semiconductor thin film 5, microcrystalline silicon as the second semiconductor material 6, and a pair of planar electrodes 7 on the upper surface thereof. This is a photoelectric conversion device provided.
第３図（ａ）〜（Ｃ）は、本実施例の製造工程における
断面図である。FIGS. 3(a) to 3(C) are cross-sectional views of the manufacturing process of this embodiment.
まず、第３図（ａ）に示されているようにガラス基板上
にスパッタ法などにより、タングステン膜を堆積し、周
知のエツチング技術によりタングステン膜をエツチング
し、プレーナ電極を形成する。First, as shown in FIG. 3(a), a tungsten film is deposited on a glass substrate by sputtering or the like, and the tungsten film is etched by a well-known etching technique to form a planar electrode.
次に第２図（ｂ） Ｋ示されているように、ＣＶＤ法な
どにより微結晶シリコンをタングステン電極上に堆積す
る。続いて第２図（Ｃ１に示されているようにプラズマ
ＣＶＤ法あるいはスパッタ法などにより非晶質シリコン
を微結晶シリコン上に堆積する。Next, as shown in FIG. 2(b), microcrystalline silicon is deposited on the tungsten electrode by CVD or the like. Subsequently, as shown in FIG. 2 (C1), amorphous silicon is deposited on the microcrystalline silicon by plasma CVD or sputtering.
このような工程により作られた光電変換装置は、非晶質
シリコンと微結晶シリコンとのバンドギャップの違いＫ
より、非晶質シリコンで発生したキャリアが微結晶シリ
コンに注入されるため、本発明の効果を得ることが出来
る。Photoelectric conversion devices made by such a process are manufactured using the difference in band gap between amorphous silicon and microcrystalline silicon.
Therefore, carriers generated in amorphous silicon are injected into microcrystalline silicon, so that the effects of the present invention can be obtained.
この他にも、第１の半導体薄膜と第２の半導体材料の組
合せとして、
などがある。In addition to this, there are other combinations of the first semiconductor thin film and the second semiconductor material.
第２の実施例として、第１の半導体薄膜に透明電極（８
ｎＯ，）が形成されている光電変換装置について説明す
る。As a second example, a transparent electrode (8
A photoelectric conversion device in which nO, ) is formed will be described.
第３図は本発明の他の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
製造工程としては、ｔａｌの半導体薄膜と第２の半導体
材料は第１の実施例で示したものと同じであるため非晶
質シリコンを堆積させる工程までは同一である。第３の
電極とする透明電極１６は５ｎＯＪ！で構成されスパッ
タ法あるいはＣＶＤ法により非晶質シリコン１５上に堆
積され、周知のエツチング技術によ［ＳｎＯ，＠をエツ
チングし、透明電極（ＳｎＯｓ ） １６が形成される
。As for the manufacturing process, since the tal semiconductor thin film and the second semiconductor material are the same as those shown in the first embodiment, the steps up to the step of depositing amorphous silicon are the same. The transparent electrode 16 used as the third electrode is 5nOJ! is deposited on amorphous silicon 15 by sputtering or CVD, and etched by a well-known etching technique to form a transparent electrode (SnOs) 16.
このような工程により作、られた光電変換装置は、透明
電極１６とタングステン電極１３との間の電位差により
非晶質シリコン１５で発生したキャリアが微結晶シリコ
ン１４に注入されるため、本発明の効果を得ることが出
来る。In the photoelectric conversion device manufactured by such a process, carriers generated in the amorphous silicon 15 are injected into the microcrystalline silicon 14 due to the potential difference between the transparent electrode 16 and the tungsten electrode 13. You can get the effect.
ここでは非晶質シリコンに対してシ冒ットキー電極とな
る透明電極（８ｎＯりを用いた例を掲げたが、非晶質シ
リコンに対してオーミック電極を示す材料についても同
様の効果が得られる。また本実施例では、好ましい例と
して、第１の半導体薄膜の方が第２の半導体材料よりも
、エネルギギャップが大きい場合を示したが、エネルギ
ギャップの大小とは無関係に光応答速度は向上する。Here, an example is given in which a transparent electrode (8nO) is used as a shutter key electrode for amorphous silicon, but the same effect can be obtained with a material that acts as an ohmic electrode for amorphous silicon. Furthermore, in this example, as a preferable example, a case where the first semiconductor thin film has a larger energy gap than the second semiconductor material is shown, but the optical response speed improves regardless of the size of the energy gap. .
本発明の他の実施例として、第３の実施例について第４
図に示して説明する。第１の半導体薄膜としてＰ型非晶
質シリコンカーバイト２０を用い、他は第１の実施例と
同じ構造をもつ光電変換装置について説明する。ｆ８４
図は、その断面図である。As another embodiment of the present invention, a fourth embodiment of the third embodiment
This will be explained with reference to the diagram. A photoelectric conversion device using P-type amorphous silicon carbide 20 as the first semiconductor thin film and having the same structure as the first embodiment in other respects will be described. f84
The figure is a sectional view thereof.
製造工程としては、微結晶シリコン１９を堆積する工程
までは前述した第１の実施例と同一である。The manufacturing process is the same as that of the first embodiment described above up to the step of depositing microcrystalline silicon 19.
Ｐ型非晶質シリコンカーバイト２０は、シランやジシラ
ンなどのシリコン系半導体ガスとメタンやエタンなどの
カーボン系半導体ガスとを混合したガスにドーピングガ
スとしてシボ２ンなどを混入した混合ガスを用い、プラ
ズマＣＶＤ法やＣＶＤ法により、微結晶シリコン１９上
に堆積する。このような工程により作られた光電変換装
置は、微結晶シリコン１９とＰ型非晶質シリコンカーバ
イト２００間に生じる拡散電位により、Ｐ型非晶質シリ
コンカーバイト２０で発生したキャリアが微結晶シリコ
ン１９に注入されたため、本発明の効果を得ることが出
来る。ここでは、第１の半導体薄膜２０のみにドーピン
グを行った例を示したが、第２の半導体材料１９のみに
ドーピングを行なった場合や、第１の半導体薄膜２０と
第２の半導体材料１９の両方にドーピングを行ない、伝
導型を変えた場合も、同一の効果が得られる。P-type amorphous silicon carbide 20 is produced by using a mixed gas of a silicon-based semiconductor gas such as silane or disilane and a carbon-based semiconductor gas such as methane or ethane, mixed with Shibo 2 as a doping gas. , deposited on microcrystalline silicon 19 by plasma CVD or CVD. In the photoelectric conversion device manufactured by such a process, the carriers generated in the P-type amorphous silicon carbide 20 become microcrystalline due to the diffusion potential generated between the microcrystalline silicon 19 and the P-type amorphous silicon carbide 200. Since it is implanted into silicon 19, the effects of the present invention can be obtained. Here, an example was shown in which only the first semiconductor thin film 20 was doped, but there are also cases where only the second semiconductor material 19 is doped, and there are also cases where the first semiconductor thin film 20 and the second semiconductor material 19 are doped. The same effect can be obtained even if both are doped and the conductivity types are changed.
次に、第１の半導体薄膜または第２の半導体材料に多層
の膜を用いた実施例を本発明の他の実施例として示す。Next, an embodiment in which a multilayer film is used as the first semiconductor thin film or the second semiconductor material will be described as another embodiment of the present invention.
第５図（ａ）は、第１の半導体薄膜として極〈薄いシリ
コンナイトライド層と非晶質シリコン層の２層からなる
膜を用い九光電変換装置の実施例の断面図である。製造
工程としては、微結晶シリコン２３を堆積する工程まで
は、同一であシ、その後、シランと窒素（Ｎ＊）の混合
ガスを用いプラズマＣＶＤ法あるいＨｃｖｎ法により、
シリコンナイトライド（８ｉＮｘ） ２４を微結晶シリ
コン２３上に堆積させる。次の非晶質シリコン２５は第
１の実施例と同様である。FIG. 5(a) is a cross-sectional view of an embodiment of a nine-photoelectric conversion device using a film consisting of two layers, an extremely thin silicon nitride layer and an amorphous silicon layer, as the first semiconductor thin film. The manufacturing process is the same up to the step of depositing the microcrystalline silicon 23, and then the plasma CVD method or the Hcvn method is performed using a mixed gas of silane and nitrogen (N*).
Silicon nitride (8iNx) 24 is deposited on the microcrystalline silicon 23. The next amorphous silicon 25 is the same as in the first embodiment.
このような工程により作られた光電変換装置は、第２の
半導体材料２３に形成されているプレーナ電極２２から
の電流が第１の半導体薄＄２４．２５に注入されるのを
最小限に防ぐ効果があるため、光電変換装置の応答速度
を向上させる。A photoelectric conversion device made by such a process minimizes injection of current from the planar electrode 22 formed in the second semiconductor material 23 into the first semiconductor thin layer. This effect improves the response speed of the photoelectric conversion device.
第６図（ｂ） 、 （Ｃ）は、第１の半導体薄膜と第２
の半導体材料として周期的な多層膜を用いた場合の一実
施例であり、このような多層膜を用い九光電変換装置に
おいても本発明の効果を示す光電変換装導体材料を周期
的に積み重ねた多層の膜は、条件によっては単層の膜に
比べ、高い光電変換効率を示し、まえは膜の面内方向の
キャリアの移動度が大きくなる。FIGS. 6(b) and 6(C) show the first semiconductor thin film and the second semiconductor thin film.
This is an example of a case in which a periodic multilayer film is used as a semiconductor material in a photoelectric conversion device in which the conductor material of the photoelectric conversion device is periodically stacked, which also shows the effect of the present invention in a photoelectric conversion device using such a multilayer film. Depending on the conditions, a multilayer film exhibits higher photoelectric conversion efficiency than a single layer film, and first, the mobility of carriers in the in-plane direction of the film is increased.
以上述べたように本発明によれば、２つの対向するプレ
ーナ電極により光電変換信号を出力する光電変換装置に
おいて、その光応答速度が、光電効果を示す半導体薄膜
に依存しない光応答速度の速い光電変換装置が得られる
。As described above, according to the present invention, in a photoelectric conversion device that outputs a photoelectric conversion signal using two opposing planar electrodes, the photoelectric conversion device has a high optical response speed that does not depend on a semiconductor thin film exhibiting a photoelectric effect. A conversion device is obtained.
第１図は本発明の光電変換装置の一実施例を示す断面図
、第２図は本発明の一実施例の製造行程を示す断面図、
第３図乃至第５図は本発明の光電変換装置の他の実施例
を示す断面図、第６図は従来装置の断面図である。
５・・・ｍｌの半導体薄膜、６・・・第２の半導体材料
、７・・・プレーナ電極、１）・・・非晶質シリコン、
１２・・・ガラス基板、１３・・・タングステン電極、
１４・・・Ｉ＃Ａ品シリコン、１５・・・非晶質シリコ
ン。
ｌ６・・・透明電極（８ｎＯ，） 、１７・・・ガラス
基板、１Ｂ・・・タングステン電極、１９・・・微結晶
シリコン、２゛０・・・Ｐ型非晶質シリコンカーバイト
、２１・・・ガラス基板、２２・・・タングステン電極
、２３・・・微結晶シリコン、２４・・・シリコンナイ
トライド、２５・・・非晶質シリコン、２６・・・ガラ
ス基板、２７・・・タングステン電極、２８・・・微結
晶シリコン、２９・・・シリコンナイトライド、３０・
・・非晶質シリコン、３１・・・ガラス基板、３２・・
・タングステ／電極、３３・・・非晶質シリコン、３４
・・・シリコンナイト２イド、３５・・・非晶質シリコ
ンカーバイト。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
同 松 山 光 ２
第１図
第２図
第３図
第４図
（ａ）
（ｂ）
（Ｃ）
第５図
第６図FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a photoelectric conversion device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention,
3 to 5 are cross-sectional views showing other embodiments of the photoelectric conversion device of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional device. 5...ml semiconductor thin film, 6... second semiconductor material, 7... planar electrode, 1)... amorphous silicon,
12...Glass substrate, 13...Tungsten electrode,
14... I#A product silicon, 15... Amorphous silicon. l6...Transparent electrode (8nO,), 17...Glass substrate, 1B...Tungsten electrode, 19...Microcrystalline silicon, 2'0...P-type amorphous silicon carbide, 21... ...Glass substrate, 22...Tungsten electrode, 23...Microcrystalline silicon, 24...Silicon nitride, 25...Amorphous silicon, 26...Glass substrate, 27...Tungsten electrode , 28... Microcrystalline silicon, 29... Silicon nitride, 30.
...Amorphous silicon, 31...Glass substrate, 32...
・Tungsten/electrode, 33...Amorphous silicon, 34
...Siliconite 2oid, 35...Amorphous silicon carbide. Agent Patent Attorney Nori Ken Chika Yudo Hikaru Matsuyama 2 Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 (a) (b) (C) Figure 5 Figure 6
Claims (5)
体よりキャリアの移動度が大きい第２の半導体と、この
第２の半導体と前記第１の半導体とを接合して構成する
キャリア発生部に設けた一対のプレーナ電極とを具備し
てなることを特徴とする光電変換装置。(1) A first semiconductor exhibiting a photoelectric effect, a second semiconductor whose carrier mobility is higher than that of the first semiconductor, and a carrier formed by bonding the second semiconductor and the first semiconductor. 1. A photoelectric conversion device comprising: a pair of planar electrodes provided in a generating section.
が小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光電変換装置。(2) The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the second semiconductor has a smaller band cap than the first semiconductor.
体としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光電変換装置。(3) The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the first semiconductor is an N-type or P-type conductive semiconductor.
体としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光電変換装置。(4) The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the second semiconductor is an N-type or P-type conductive semiconductor.
るキャリア発生部に電界を印加する電極を設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の
光電変換装置。(5) The photovoltaic device according to claim 1 or 2, characterized in that an electrode for applying an electric field is provided to the carrier generation portion formed by joining the first semiconductor and the second semiconductor. conversion device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62098649A JPS63265471A (en) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | Photoelectric convertor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP62098649A JPS63265471A (en) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | Photoelectric convertor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63265471A true JPS63265471A (en) | 1988-11-01 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62098649A Pending JPS63265471A (en) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | Photoelectric convertor |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS63265471A (en) |
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1987
- 1987-04-23 JP JP62098649A patent/JPS63265471A/en active Pending
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