KR20120094430A - 광전 변환 장치 및 전자 기기 - Google Patents

광전 변환 장치 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

(과제) 리크 전류(암(暗) 전류)가 저감된 광전 변환부를 갖는 광전 변환 장치, 이것을 적용한 전자 기기를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 본 적용예의 광전 변환 장치는, 기판 상에 형성된 회로부와, 회로부에 전기적으로 접속된 제1 전극(21)과, 제1 전극(21)에 대향 배치된 투광성을 갖는 제2 전극(22)과, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)과의 사이에 배치된 광전 변환부(26)를 구비하고, 광전 변환부(26)는, 칼코파이라이트(chalcopyrite)형의 p형 화합물 반도체막으로 이루어지는 광 흡수층(23)과, 비정질의 산화물 반도체층(24)과, n형 반도체막으로 이루어지는 창(窓)층(25)이 적층된 것을 특징으로 한다.

Description

광전 변환 장치 및 전자 기기{PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 장치 및, 이것을 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
상기 광전 변환 장치의 대표적인 예로서 광 흡수층을 갖는 태양 전지를 들 수 있다. 당해 광 흡수층으로서 예를 들면 칼코파이라이트(chalcopyrite) 구조의 p형 반도체막인 CuInSe2, CuInGaSe, 등의 CIS계 박막이 이용되고 있다. 이 CIS계 박막은, 가시광에서 근적외광까지의 넓은 파장역에 걸쳐 높은 광감도를 갖기 때문에, 광 검출 소자로의 적용이 검토되고 있다. 그 한편으로, CIS계 박막을 광검출 소자에 적용하는 경우, CIS계 박막의 형성시의 대미지나 결함에 기인하는 리크 전류가 문제가 되고 있다.
이에 대하여, 특허문헌 1에는, 하부 전극층 상에 형성된 화합물 반도체막(CIS계 박막)을 포토리소그래피에 의해 패터닝하고, 하부 전극층에 맞추어 화소 마다 분리하는 공정과, 화합물 반도체막(CIS계 박막)을 덮어 버퍼층을 형성하는 공정과, 버퍼층 상에 투광성 전극층을 형성하는 공정을 구비한 고체 촬상 소자의 제조 방법이 개시되어 있다.
이 고체 촬상 소자의 제조 방법에 의하면, 화합물 반도체막과 투광성 전극층과의 사이에 버퍼층이 형성되어 있기 때문에, 투광성 전극층의 형성시에 있어서의 화합물 반도체막으로의 대미지가 경감되어, 당해 대미지에 기인하는 리크 전류를 저감할 수 있도록 하고 있다.
이 밖에도, 특허문헌 2에는, 화합물 반도체막의 단부(端部)가 투광성 전극층의 단부보다도 바깥쪽에 위치하도록, 투광성 전극층이 형성되어 있는 광전 변환 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2에 의하면, 화합물 반도체막의 패터닝시에, 화합물 반도체막의 단부에 대미지나 결정 결함이 발생해도, 당해 단부가 투광성 전극층의 단부보다도 바깥쪽에 위치하고 있기 때문에, 리크 전류를 저감할 수 있도록 하고 있다.
(특허문헌 1) 국제 공개 제2008/093834호 팜플렛
(특허문헌 2) 일본공개특허공보 2007-123720호
그러나, 특허문헌 1의 제조 방법에서 얻어진 고체 촬상 소자는, 순(順)방향 바이어스 인가시의 리크 전류의 저감에는 유효하지만, 역방향 바이어스 인가시의 리크 전류(암(暗) 전류)를 저감하는 것이 곤란하다는 과제가 있다.
또한, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 모두 화합물 반도체막과 투광성 전극층과의 사이에 피복성이 우수한 용액 성장법을 이용하여 결정성의 CdS막으로 이루어지는 버퍼층을 형성하고 있다. 그러나, CdS막 자체에 결정 결함이 있으면, 당해 결정 결함 부분에 있어서 리크 전류가 발생한다는 과제가 있다.
본 발명은, 전술한 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.
[적용예 1] 본 적용예의 광전 변환 장치는, 제1 전극과, 상기 제1 전극에 대향 배치된 투광성을 갖는 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 배치된 광전 변환부를 구비하고, 상기 광전 변환부는, 칼코파이라이트형의 p형 화합물 반도체막으로 이루어지는 광 흡수층과, n형 반도체막으로 이루어지는 창(窓)층과, 상기 광 흡수층과 상기 창층의 사이에 배치된 비정질의 산화물 반도체층을 구비하는 것인 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 광 흡수층인 p형 화합물 반도체막과 n형 반도체막과의 사이에 밴드 갭이 광 흡수층보다도 큰 비정질의 산화물 반도체층을 끼움으로써, p형과 n형의 반도체막의 계면에 전위 장벽이 형성된다. 또한, 비정질의 산화물 반도체층은, 수광시에 저항값이 변동하는 CdS막에 비하여 고저항인 버퍼층이기 때문에, 순방향 바이어스 인가시에는 산화물 반도체층으로 전계를 집중할 수 있고, 역방향 바이어스 인가시에는 리크 전류(암 전류)의 요인이 되는 드리프트 전류(전자) 등을 저감할 수 있다.
또한, 결정질의 CdS막에 대하여, 산화물 반도체층은 비정질이기 때문에, 결정 결함이 발생하지 않으므로, 확실하게 암 전류를 저감할 수 있다.
[적용예 2] 상기 적용예의 광전 변환 장치에 있어서, 상기 비정질의 산화물 반도체층은, 제12족 원소, 제13족 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 제12족 원소, 제13족 원소를 포함하는 비정질의 산화물 반도체층은, 밴드 갭이 3ev 이상이 되고, 종래의 CdS막(밴드 갭이 2.4ev)에 비하여 광 흡수층으로의 조사광 손실을 적게 할 수 있다.
[적용예 3] 상기 적용예의 광전 변환 장치에 있어서, 상기 비정질의 산화물 반도체층은, In, Ga, Zn을 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 3ev 이상의 밴드 갭을 확실하게 실현할 수 있다.
[적용예 4] 상기 적용예의 광전 변환 장치에 있어서, 상기 광전 변환부는 상기 제1 전극 상에 있어서 패터닝 형성되고, 패터닝 후의 상기 광전 변환부의 측벽과, 상기 제2 전극에 대향하는 측의 표면의 외연(外緣)을 덮는 절연막을 갖고 있는 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 광전 변환부의 패터닝에 의한 측벽과 그 근방에 있어서의 대미지에 기인하는 리크 전류가 저감된다.
[적용예 5] 상기 적용예의 광전 변환 장치에 있어서, 상기 n형 반도체막으로 이루어지는 상기 창층이 상기 제2 전극을 겸하고 있고, 복수의 상기 제1 전극에 대하여 상기 창층이 대향 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의하면, 광전 변환 장치의 구성을 간략화하여, 코스트 퍼포먼스(cost performance)가 우수한 광전 변환 장치를 제공할 수 있다.
[적용예 6] 본 적용예의 전자 기기는, 상기 적용예의 광전 변환 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 역방향 바이어스 인가시에도 안정된 광전 변환 특성이 얻어지는 광전 변환 장치를 구비하고 있기 때문에, 광전 변환부를 포토 센서로서 이용하면, 예를 들면 우수한 전기 광학 특성을 갖는 광전 변환 장치(이미지 센서)를 구비한 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 1(a)는 이미지 센서의 전기적인 구성을 나타내는 개략 배선도이고, 도 1(b)는 광전 변환 소자로서의 포토 센서를 나타내는 등가 회로도이다.
도 2는 포토 센서의 배치를 나타내는 개략 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선으로 자른 포토 센서의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 포토 다이오드의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 실시예와 비교예의 포토 다이오드를 구성하는 반도체막의 에너지 밴드 라인업을 나타내는 그래프이다.
도 6(a)는 실시예의 포토 다이오드의 에너지 밴드 구조를 나타내는 개략도이고, 도 6(b)는 비교예의 포토 다이오드의 에너지 밴드 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7(a)는 생체 인증 장치를 나타내는 개략 사시도이고, 도 7(b)는 생체 인증 장치의 개략 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태에 대해서 도면에 따라서 설명한다. 또한, 사용하는 도면은, 설명하는 부분이 인식 가능한 상태가 되도록, 적절히 확대 또는 축소하여 표시하고 있다.
또한, 이하의 형태에 있어서, 예를 들면 「기판 상에」 라고 기재된 경우, 기판 위에 접하도록 배치되는 경우, 또는 기판 위에 다른 구성물을 개재하여 배치되는 경우, 또는 기판 위에 일부가 접하도록 배치되고, 일부가 다른 구성물을 개재하여 배치되는 경우를 나타내는 것으로 한다.
본 실시 형태에서는, 광전 변환 장치의 예로서 이미지 센서를 들며, 전자 기기의 예로서 이 이미지 센서를 적용한 생체 인증 장치를 예로 들어 설명한다.
〈광전 변환 장치〉
우선, 본 실시 형태의 광전 변환 장치로서의 이미지 센서에 대해서, 도 1?도 3을 참조하여 설명한다.
도 1(a)는 이미지 센서의 전기적인 구성을 나타내는 개략 배선도, 도1(b)는 광전 변환 소자로서의 포토 센서를 나타내는 등가 회로도이다. 도 2는 포토 센서의 배치를 나타내는 개략 평면도, 도 3은 도 2의 A-A'선으로 자른 포토 센서의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 광전 변환 장치로서의 이미지 센서(100)는, 소자 영역(F)에 있어서 서로 교차하여 연재(延在)하는 복수의 주사선(3a)과 복수의 데이터선(6)을 갖고 있다. 또한, 복수의 주사선(3a)이 전기적으로 접속된 주사선 회로(102)와, 복수의 데이터선(6)이 전기적으로 접속된 데이터선 회로(101)를 갖고 있다. 그리고, 주사선(3a)과 데이터선(6)의 교차점 부근에 대응하여 형성되고, 소자 영역(F)에 있어서 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 포토 센서(50)를 갖고 있다.
도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 포토 센서(50)는, 박막 트랜지스터(TFT)(10)와, 포토 다이오드(20)와, 보유 용량(hold capacity;30)을 포함하여 구성되어 있다. TFT(10)의 게이트 전극은 주사선(3a)에 접속되고, TFT(10)의 소스 전극은 데이터선(6)에 접속되어 있다. 포토 다이오드(20)의 한쪽은 TFT(10)의 드레인 전극에 접속되고, 다른 한쪽은 데이터선(6)과 병행하여 형성된 정전위선(12)에 접속되어 있다. 보유 용량(30)의 한쪽의 전극은 TFT(10)의 드레인 전극에 접속되고, 다른 한쪽의 전극은 주사선(3a)과 병행하여 형성된 정전위선(3b)에 접속되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 포토 센서(50)는, 주사선(3a)과 데이터선(6)에 의해 평면적으로 구분된 영역에 형성된, 거의 정방형(正方形)의 제1 전극(21) 및 콘택트 홀(CNT1)을 갖고 있다. 제1 전극(21)은, 콘택트 홀(CNT1)을 통하여 전술한 TFT(10)에 접속되어 있다. 평면적으로 콘택트 홀(CNT1)을 제외한 제1 전극(21)과 겹치는 부분에 수광 영역(50a)이 형성되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 포토 센서(50)는, 예를 들면 투명한 유리나 불투명한 실리콘 등의 기판(1) 상에 형성되어 있다.
기판(1) 상에는, 기판(1)의 표면을 덮도록 절연막(1a)이 형성되고, 절연막(1a) 상에 예를 들면 다결정 실리콘의 반도체층(2)이 섬 형상으로 형성되어 있다. 반도체층(2)을 덮어 예를 들면 SiO2(산화 실리콘) 등의 절연 재료에 의해 게이트 절연막(3)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(3) 상에 있어서, 반도체층(2)의 채널 영역(2c)에 대향하는 위치에 게이트 전극(3g)이 형성되어 있다. 게이트 전극(3g)은, 도 1에 나타낸 주사선(3a)에 전기적으로 접속되어 있고, 예를 들면 Al(알루미늄) 등의 금속 재료를 이용하여 형성되어 있다.
게이트 전극(3g) 및 게이트 절연막(3)을 덮는 층간 절연막(4)이 형성되어 있다. 반도체층(2)의 드레인 영역(2d)과, 소스 영역(2s)을 덮는 게이트 절연막(3) 및 층간 절연막(4)의 부분에 관통공이 형성된다. 이들 관통공을 메움과 함께, 층간 절연막(4)을 덮도록 예를 들면 Al 등의 금속 재료로 이루어지는 도전막이 성막되고, 당해 도전막을 패터닝함으로써, 콘택트 홀(CNT2, CNT3), 드레인 전극(5d), 소스 전극(5s), 데이터선(6)이 형성된다. 소스 전극(5s)은 콘택트 홀(CNT2)을 통하여 반도체층(2)의 소스 영역(2s)에 접속되고, 또한 데이터선(6)과도 접속되어 있다. 드레인 전극(5d)은 콘택트 홀(CNT3)을 통하여 반도체층(2)의 드레인 영역(2d)에 접속되어 있다.
드레인 전극(5d), 소스 전극(5s), 데이터선(6) 및 층간 절연막(4)을 덮는 절연막(7)이 형성되고, 또한 절연막(7)을 덮는 평탄화층(8)이 형성되어 있다. 평탄화층(8)은 예를 들면 SiO2(산화 실리콘)를 이용하여 형성되고, 절연막(7)은 SiO2보다도 치밀한 SiN(질화 실리콘)을 이용하여 형성되어 있다.
절연막(7) 및 평탄화층(8)의 드레인 전극(5d)과 겹치는 부분에 관통공이 형성되고, 당해 관통공을 덮음과 함께, 평탄화층(8)을 덮도록, 예를 들면 Mo(몰리브덴) 등의 금속 재료로 이루어지는 도전막이 성막되고, 이것을 패터닝함으로써, 콘택트 홀(CNT1)과, 제1 전극(21)이 형성된다. 제1 전극(21)은 콘택트 홀(CNT1)을 통하여 드레인 전극(5d)과 전기적으로 접속된다.
제1 전극(21) 상에는, 광전 변환부(26)가 콘택트 홀(CNT1)을 피하도록 패터닝 형성되고, 광전 변환부(26)의 측벽 및 외연부를 덮음과 함께, 제1 전극(21) 및 평탄화층(8)을 덮는 절연막(9)이 형성된다. 절연막(9)은 절연막(7)과 동일하게 SiN(질화 실리콘)을 이용하여 형성되어 있다.
절연막(9)의 표면과, 절연막(9)에 의해 덮이지 않은 광전 변환부(26)의 표면을 덮는 제2 전극(22)이 형성되어 있다. 제2 전극(22)은, 투광성을 갖는 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 도전막으로 이루어지고, 도 1(b)의 정전위선(12)를 겸하는 것이다.
제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과, 이들 전극 간에 끼워진 광전 변환부(26)에 의해 포토 다이오드(20)가 구성되어 있고, 절연막(9)에 의해 덮여 있지 않은 광전 변환부(26)의 영역이 수광 영역(50a)으로 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 기판(1) 상에 형성된 회로부란, 도 1(a) 및 (b)에 나타낸, 주사선(3a), 데이터선(6), 정전위선(3b, 12) 및 이들 배선에 접속한 TFT(10), 보유 용량(30) 및, 데이터선 회로(101), 주사선 회로(102)를 포함하는 것이다. 또한, 데이터선(6)이 접속되는 데이터선 회로(101)와, 주사선(3a)이 접속되는 주사선 회로(102)는, 각각 집적 회로로서 별도 기판(1)에 외부 부착하는 것도 가능하다.
이러한 이미지 센서(100)에 의하면, 정전위선(3b, 12)에 의해 포토 다이오드(20)에 역방향 바이어스를 인가한 상태에서, 포토 다이오드(20)에 빛이 입사되면, 포토 다이오드(20)에 광전류가 흐르고, 그에 따른 전하가 보유 용량(30)에 축적된다.
또한, 복수의 주사선(3a)의 각각에 의해 복수의 TFT(10)를 ON(선택)시킴으로써, 데이터선(6)에는, 각 포토 센서(50)가 구비하는 보유 용량(30)에 축적된 전하에 대응하는 신호가 순차 출력된다. 따라서, 소자 영역(F)에 있어서 각각의 포토 센서(50)가 수광한 빛의 강도를 각각 검출할 수 있다.
발명자들은, 이러한 이미지 센서(100)를 후술하는 전자 기기로서의 생체 인증 장치에 적용하는 것을 고려하여, 근적외광을 고감도로 검출 가능함과 함께, 높은 신뢰성을 갖는 광전 변환 소자로서의 포토 다이오드(20)를 개발했다.
다음으로, 도 4?도 6을 참조하여 포토 다이오드(20)의 실시예에 대해서, 상세하게 설명한다. 도 4는 포토 다이오드의 구성을 나타내는 개략도, 도 5는 실시예와 비교예의 포토 다이오드를 구성하는 반도체막의 에너지 밴드 라인업을 나타내는 그래프, 도 6(a)는 실시예의 포토 다이오드의 에너지 밴드 구조를 나타내는 개략도, 도 6(b)는 비교예의 포토 다이오드의 에너지 밴드 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 포토 다이오드(20)는, 제1 전극(21)과 투광성을 갖는 제2 전극(22)과의 사이에 광전 변환부(26)을 갖고 있다. 광전 변환부(26)는, 제1 전극(21) 상에 순차 적층 형성된 p형 화합물 반도체막으로 이루어지는 광 흡수층(23)과, 비정질의 산화물 반도체층(24)과, n형 반도체막으로 이루어지는 창층(25)을 갖고 있다.
(실시예)
제1 전극(21)은, 예를 들면 Mo(몰리브덴), Nb(니오브), Ta(탄탈), W(텅스텐) 등의 금속 재료를 이용하여, 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 실시예에서는, Mo(몰리브덴)을 이용하고, 두께는 대략 400㎚로 했다.
광 흡수층(23)으로서 기능하는 p형 화합물 반도체막으로서는, 칼코파이라이트 구조의 CIS계(CuInSe2, CuInGaSe, 등) 박막을 이용할 수 있다. 마찬가지로 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있고, 실시예에서는, CuInSe2막을 이용하며, 두께는 대략 1.5㎛(1500㎚)로 했다.
광 흡수층(23)으로서 기능하는 CIS계 박막의 조성을, Cu(Inx, Ga1-x)Se2(0≤x≤1)로 하면, Cu(InGa)Se2에서 CuInSe2까지 변화시킴으로써, 고감도로 수광 가능한 빛의 파장범위를 근적외광의 파장인 대략 1300㎚까지 확장할 수 있다.
비정질의 산화물 반도체층(24)으로서는, 국제 순정 응용화학 연합(IUPAC；International Union of Pure and Applied Chemistry)에 의해 정해진 제12족 원소, 제13족 원소를 포함하는 것이 바람직하고, 실시예에서는, a(어모퍼스)-IGZO(InGaZnO)를 이용했다. 마찬가지로 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있고, 후술하는 적정의 전위 장벽으로서의 기능이 얻어지는 전기적인 저항에 대하여, 두께를 50㎚보다도 얇게 하면 저항이 저하함과 함께, 성막시의 편차가 포토 다이오드(20)의 특성에 크게 영향을 미치고, 500㎚보다도 두껍게 하면 저항이 지나치게 높아지는 것이 판명되었다. 즉, 두께는 50㎚?500㎚로 하는 것이 바람직하다.
창층(25)으로서 기능하는 n형 반도체막으로서는, 예를 들면, 도프되지 않은 i－ZnO(산화 아연)막과, n형 불순물이 도프된 ZnO(n+)막을 스퍼터링법으로 연속적으로 성막함으로써 형성할 수 있다. 실시예에서는, i－ZnO(산화 아연)막의 두께를 대략 60㎚로 하고, ZnO(n+)막의 두께를 대략 1000㎚로 했다.
제2 전극(22)은, 전술한 바와 같이, 예를 들면 ITO나 IZO 등의 투명 도전막으로 이루어지고, 진공 증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있다. 실시예에서는, ITO를 이용하여 두께를 대략 100㎚로 했다.
또한, n형 불순물이 도프된 ZnO(n+)막의 두께를 대략 500㎚로 하여 저저항화하는 것이나, Al(알루미늄)을 도프한 AZO막을 이용함으로써, 제2 전극(22)의 기능을 겸할 수 있다. 즉, 제2 전극(22)을 삭제하는 것이 가능하다.
(비교예)
비교예의 포토 다이오드는, 실시예의 포토 다이오드(20)에 대하여, 비정질의 산화물 반도체층(24) 대신에, 특허문헌 1의 고체 촬상 소자에 있어서의 버퍼층에 이용된 CdS막을 이용했다. 막두께는, 대략 50㎚이다. 다른 제1 전극(21), 광 흡수층(23), 창층(25), 제2 전극(22)의 구성은, 실시예와 동일하다.
도 5에는, 상기 실시예와 상기 비교예에 이용된 각종 반도체막의 에너지 밴드 라인업이 나타나 있다. 전자 친화력을 나타내는 전도대 하단(CBM; Conduction Band Minimum)의 에너지 준위와, 가(價)전자대 상단(VBM; Valence Band Maximum)과의 사이의 밴드 갭(Eg)(금제대(禁制帶)의 폭)은, ZnO막이 3.3ev, a-IGZO막이 3.0ev, CdS막이 2.4ev, CuInSe2막이 1.0ev으로 되어 있다.
즉, 상기 실시예 및 상기 비교예에 있어서, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)과의 사이에 순방향 바이어스가 인가된 상태에서는, ZnO막측으로부터 주입된 전자는, 보다 전자 친화력이 높은(전도대 하단(CBM)의 에너지 준위가 낮은) CIS막으로 옮겨(흘러)가게 된다.
도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 실시예의 포토 다이오드(20)는, 광 흡수층(23)을 구성하는 p형 화합물 반도체막으로서의 CIS막과, 비정질의 산화물 반도체층(24)으로서의 a-IGZO막과의 사이에 전위 장벽(전도대 오프셋(CBO; Conduction Band Offset))을 갖고 있다. 그 크기(ΔEc)는, a-IGZO막의 전도대 하단(CBM)의 에너지 준위(－4.3ev)와, CIS막의 전도대 하단(CBM)의 에너지 준위(－4.7ev)와의 차이, 0.4ev이다.
이에 대하여, 비교예의 포토 다이오드에 있어서의 CIS막과, CdS막과의 사이의 전위 장벽의 크기(ΔEc)는, CdS막의 전도대 하단(CBM)의 에너지 준위(－4.5ev)와, CIS막의 전도대 하단(CBM)의 에너지 준위(－4.7ev)와의 차이, 0.2ev이다.
따라서, 실시예의 포토 다이오드(20)에 있어서의 전위 장벽 쪽이 비교예보다도 높다. 그러한 이유로, 실시예 쪽이 비교예에 비하여, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)과의 사이에 역방향 바이어스를 인가하여, 광 흡수층(23)인 p형 화합물 반도체막(CIS막)측으로부터 전자를 주입하려고 해도, 전자는 창층(25)인 n형 반도체막(ZnO막)으로 흐르기 어렵다. 즉, 역방향 바이어스 인가시의 리크 전류(암 전류)의 요인이 되는 드리프트 전류(전자)를 저감할 수 있다.
이상에서 서술한 상기 실시 형태에 의하면, 이하의 효과가 얻어진다.
(1) 광전 변환 장치로서의 이미지 센서(100)는, 광 흡수층(23)인 p형 화합물 반도체막과 n형 반도체막과의 사이에 밴드 갭이 광 흡수층(23)보다도 큰 비정질의 산화물 반도체층(24)를 끼움으로써, p형과 n형의 반도체막의 계면에 전위 장벽이 형성된다. 또한, 수광시에 저항값이 변동하는 CdS막에 비하여, 고저항인 산화물 반도체층(24)에 전계가 집중함으로써, 그 외의 층(광 흡수층(23)의 표면층이나 PN접합부)에서의 전계가 완화됨으로써, 당해 다른 층 중의 결함 등을 개재한 재결합이 완화된다. 그러한 이유로, 근적외광에 대하여 고감도임과 함께, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)과의 사이에 있어서의 역방향 바이어스 인가시에 있어서 리크 전류(암 전류)가 저감된 포토 다이오드(20)를 갖는 포토 센서(50)가 실현되어 있다. 따라서, 근적외광에 대하여 안정된 광검출 상태가 얻어지는 이미지 센서(100)를 제공할 수 있다.
(2) 광 흡수층(23)과 창층(25)과의 사이에 형성된 산화물 반도체층(24)은 비정질로서, 비교예와 같이 결정성의 CdS막을 채용하는 경우에 비하여, 결정 결함이 발생하지 않기 때문에, 결정 결함에 기인하는 리크 전류를 방지할 수 있다.
(3) 비정질의 산화물 반도체층(24)이 a-IGZO막을 이용하여 형성되고, 제12족 원소인 Zn과, 제13족 원소인 Ga, In을 포함하고 있고, 3.0ev 이상의 밴드 갭(Eg)이 실현되어 있다. 비교예의 CdS막(밴드 갭(Eg)이 2.4ev)에 비하여, 와이드 밴드 갭으로 되어 있기 때문에, 광 흡수층(23)으로의 조사광 손실을 적게 할 수 있다.
(4) 평면적으로 콘택트 홀(CNT1)을 피하여 패터닝된 광전 변환부(26)는, 그 측벽과 외연부가 절연막(9)에 의해 피복되어 있기 때문에, 상기 패터닝에 있어서의 상기 측벽과 그 근방의 대미지에 기인하는 리크 전류가 저감된다.
〈생체 인증 장치〉
다음으로, 본 실시 형태의 전자 기기로서의 생체 인증 장치에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7(a)는 생체 인증 장치를 나타내는 개략 사시도, 도 7(b)는 개략 단면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 전자 기기로서의 생체 인증 장치(500)는, 손가락의 정맥 패턴을 광검출(촬상)하여, 미리 등록된 개인마다의 정맥 패턴과 비교함으로써, 생체 인증 장치(500)에 꽂힌 손가락을 갖는 개인을 특정하여 인증하는 장치이다.
구체적으로는, 꽂힌 손가락을 소정의 장소에 배치하는 홈을 가진 피사체 수용부(502)와, 상기 실시 형태의 광전 변환 장치로서의 이미지 센서(100)가 부착된 촬상부(504)와, 피사체 수용부(502)와 촬상부(504)와의 사이에 배치된 마이크로 렌즈 어레이(503)를 구비하고 있다.
피사체 수용부(502)에는, 홈을 따라서 양측에 복수 배치된 광원(501)이 내장되어 있다. 광원(501)은, 외광에 영향을 받지 않고 정맥 패턴을 촬상하기 때문에, 가시광 이외의 근적외광을 사출하는, 예를 들면 발광 다이오드(LED)나 EL 소자 등이 이용되고 있다.
광원(501)에 의해 손가락 중의 정맥 패턴이 조명되고, 그 영상광이 마이크로 렌즈 어레이(503)에 형성된 마이크로 렌즈(503a)에 의해 이미지 센서(100)를 향하여 집광된다. 마이크로 렌즈(503a)는, 이미지 센서(100)의 포토 센서(50)마다 대응하여 형성해도 되고, 복수의 포토 센서(50)와 쌍이 되도록 형성해도 좋다.
또한, 광원(501)을 내장한 피사체 수용부(502)와 마이크로 렌즈 어레이(503)와의 사이에, 복수의 광원(501)에 의한 조명광의 휘도 불균일을 보정하는 광학 보상판을 형성해도 좋다.
이러한 생체 인증 장치(500)에 의하면, 근적외광을 고감도로 수광하고, 조명된 정맥 패턴을 영상 패턴으로서 고감도로 출력 가능한 이미지 센서(100)를 구비하고 있기 때문에, 확실하게 생체(인체)를 인증할 수 있다.
상기 실시 형태 이외에도 여러 가지 변형예를 생각할 수 있다. 이하, 변형예를 들어 설명한다.
(변형예 1) 상기 실시 형태의 이미지 센서(100)에 있어서, 포토 센서(50)의 전기적인 구성과 그 접속은, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 포토 다이오드(20)로부터의 전기적인 출력을 TFT(10)의 게이트 전극(3g)에 접속하여, 소스 전극(5s)과 드레인 전극(5d)과의 사이의 전압이나 전류의 변화로서 수광을 검출하는 것으로 해도 좋다.
(변형예 2) 상기 실시 형태의 포토 센서(50)에 있어서의 수광 영역(50a)의 평면적인 형상은, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 원형이나 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다각형이어도 좋다.
(변형예 3) 상기 실시 형태의 이미지 센서(100)가 탑재되는 전자 기기는, 생체 인증 장치(500)로 한정되지 않는다. 예를 들면, 지문이나 안구의 홍채를 촬상하는 고체 촬상 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 광전 변환부(26)의 구성은, 태양 전지에도 적용 가능하다.
1 : 기판
9 : 절연막
20 : 광전 변환 소자로서의 포토 다이오드
21 : 제1 전극
22 : 제2 전극
23 : 광 흡수층
24 : 비정질의 산화물 반도체층
25 : 창층
26 : 광전 변환부
50 : 포토 센서
100 : 광전 변환 장치로서의 이미지 센서
500 : 전자 기기로서의 생체 인증 장치

Claims (6)

  1. 제1 전극과,
    상기 제1 전극에 대향 배치된 투광성을 갖는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 배치된 광전 변환부를 구비하고,
    상기 광전 변환부는, 칼코파이라이트(chalcopyrite)형의 p형 화합물 반도체막으로 이루어지는 광 흡수층과, n형 반도체막으로 이루어지는 창(窓)층과, 상기 광 흡수층과 상기 창층의 사이에 배치된 비정질의 산화물 반도체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비정질의 산화물 반도체층은, 제12족 원소, 제13족 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비정질의 산화물 반도체층은, In, Ga, Zn을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 변환부는 상기 제1 전극 상에 있어서 패터닝 형성되고, 당해 패터닝 후의 상기 광전 변환부의 측벽과, 상기 제2 전극에 대향하는 측의 표면의 외연(外緣)을 덮는 절연막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n형 반도체막으로 이루어지는 상기 창층이 상기 제2 전극을 겸하고 있고,
    복수의 상기 제1 전극에 상기 창층이 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광전 변환 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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