TWI400814B - 光接收元件及顯示裝置 - Google Patents

Description

光接收元件及顯示裝置

本發明係關於一光接收元件，其具有一控制電極及一包括此一光接收元件的顯示裝置。

本發明含有關於2008年9月5日向日本專利局申請之日本專利申請案第JP2008-228255號，及2007年12月25日向日本專利局申請之日本專利申請案第JP2007-332100號之標的，其全數內容係藉由參考併入本文。

近年來，對於例如液晶顯示裝置及有機EL顯示裝置的顯示裝置，例如光二極體之光接收元件被廣泛使用以偵測及控制一顯示影像的亮度及對比。光二極體係與一具有一由一薄膜電晶體(TFT)及等等構成之驅動電路的顯示元件一起併入至顯示裝置中。

至於一種此一光二極體，一種具有平面形狀的PIN光二極體係為人已知。該PIN光二極體包括係形成在一透明基板表面上且由多晶矽構成之一p型半導體區及一n型半導體區，且一i型半導體(中間半導體)區介於其間，其係形成在透明基板表面上及由多晶矽構成。

在(例如)日本專利特許公開第2004-119719號中已提出一種藉由將一第三電極(閘極電極)用於PIN光二極體來控制臨限電壓的技術。

對於如以上描述在一顯示裝置中之相同基板上與一TFT一起形成的光二極體，其半導體厚度需要較小，以致可抑制當TFT在斷開狀態時產生之洩漏電流。因此，成為一光接收部分之中間半導體區的厚度(體積)亦小，其造成無法確保足夠光接收敏感性之問題。

為了克服此問題，已實行增加閘極電極的W長度及L長度之試驗，作為一種增加中間半導體區之體積成為光接收部分以從而增強光接收敏感性的方法。然而，當增加W長度時，寄生電容亦在閘極電極及p型半導體區或n型半導體區間之重疊區域中對應地增加。因此，所產生之光電流係藉由此寄生電容吸收，且因此限制有效地增強光敏性的效應。此外，在增加L長度之情況下，當L長度係增加至(例如)在約8至10um之範圍中的值時光電流係飽和，且即使L長度係進一步增加至超過此值時光電流亦無法增加。

如上文，相關技術涉及於增加在光接收元件中產生之光電流的極限且因此涉及難以足夠地增強光接收敏感性。

本發明需要提供一種光接收元件，其允許具有充分地增強光接收敏感性；及一種包括此一光接收元件的顯示裝置。

根據本發明之一具體實施例係提供一種第一光接收元件，該第一光接收元件包括一第一導電型半導體區，其經組態為在一元件形成表面上形成；一第二導電型半導體區，其經組態為在元件形成表面上形成，及一中間半導體區，其經組態為在第一導電型半導體區及第二導電型半導體區間之元件形成表面上形成，且具有低於第一導電型半導體區及第二導電型半導體區之雜質濃度的一雜質濃度。該第一光接收元件進一步包括一第一電極，其經組態為電連接至第一導電型半導體區；一第二電極，其經組態為電連接至第二導電型半導體區；及一控制電極，其經組態為形成在一存在於該元件形成表面上之對向區域中，與中間半導體區對向，其間介有一絕緣膜。在該第一光接收元件中，中間半導體區中的雜質之導電型係p型，且施加於控制電極之電壓係正電位。

根據本發明之另一具體實施例係提供一第一顯示裝置，其包括複數個經配置之顯示元件及第一光接收元件。

在第一光接收元件及第一顯示裝置中，由於對於該控制電極之電壓施加，可控制當用光照射作為一光接收部分之中間半導體區時產生的光電流。此外，由於該中間半導體區中雜質之導電型係p型的特徵，且施加至控制電極之電壓係正電位，中間半導體區具有一沿光接收元件之厚度方向的n-i-p結構。因此，在一空乏層中產生之一電子-電洞對迅速地分成一電子及一電洞。因此，藉由復合中心截獲電子-電洞對之可能性係低，且中間半導體區之L長度中的增加促成光電流中之對應增加。

根據本發明之另一具體實施例係提供一種第二光接收元件，該第二光接收元件包括一第一導電型半導體區，其經組態為在一元件形成表面上形成；一第二導電型半導體區，其經組態為在元件形成表面上形成，及一中間半導體區，其經組態為在第一導電型半導體區及第二導電型半導體區間之元件形成表面上形成，且具有低於第一導電型半導體區及第二導電型半導體區之雜質濃度的一雜質濃度。該第二光接收元件進一步包括一第一電極，其經組態為電連接至第一導電型半導體區；一第二電極，其經組態為電連接至第二導電型半導體區；及一控制電極，其經組態為形成在一存在於該元件形成表面上之對向區域中，與中間半導體區對向，其間介有一絕緣膜。在該第二光接收元件中，中間半導體區中之一雜質的導電型係n型，且施加至該控制電極之電壓係負電位。

根據本發明之另一具體實施例係提供一種第二顯示裝置，其包括複數個經配置之顯示元件及第二光接收元件。

在第二光接收元件及第二顯示裝置中，由於對於控制電極之電壓施加，可控制當用光照射作為一光接收部分之中間半導體區時產生的光電流。此外，由於該中間半導體區中的雜質之導電型係n型的特徵，且施加至控制電極之電壓係負電位，中間半導體區具有一沿光接收元件之厚度方向的p-i-n的結構。因此，在空乏層中產生之一電子-電洞對迅速地分成一電子及一電洞。因此，藉由復合中心截獲電子-電洞對之可能性係低，且中間半導體區之L長度中的增加促成光電流中之對應增加。

在第一光接收元件及第一顯示裝置中，中間半導體區中的雜質之導電型係p型，且施加至控制電極之電壓係正電位。因此，在中間半導體區中之空乏層內產生之一電子-電洞對迅速地分開，其可促進光電流之產生。所以，即使該中間半導體區之L長度增加光電流亦不飽和，且因此可足夠地增強光接收敏感性。

此外，在第二光接收元件及第二顯示裝置中，中間半導體區中的雜質之導電型係n型，且施加至控制電極之電壓係負電位。因此，一在中間半導體區中之空乏層內產生之電子-電洞對迅速地分開，其可促進光電流之產生。所以，即使此中間半導體區的L長度增加光電流亦不飽和，且因此可足夠地增強光接收敏感性。

以下將參考圖式詳細地說明本發明之一具體實施例。

(光接收元件之組態範例)

圖1顯示根據本發明之一具體實施例的光接收元件(光接收元件1)的平面結構。圖2顯示沿圖1中之線II-II的光接收元件1之斷面結構。

光接收元件1係一具有所謂PIN光二極體之光感測器。其具有一玻璃基板10；一p+層11，其係成為一提供在玻璃基板10之一表面側上的第一導電型半導體區；一n+層12，其係成為一提供在與p+層11相同的基板10之表面側上的第二導電型半導體區；及一光接收部分13，其係成為一提供在p+層11及n+層12間之中間半導體區。p+層11係經由一接點241電連接至一陽極電極21，且n+層12係經由一接點242電連接至一陰極電極22。在與p+層11、n+層12及光接收部分13相同之玻璃基板10的表面側上，一其L長度及W長度分別係L1及W1的閘極電極23係形成在一與光接收部分13對向的區域中。一閘極絕緣膜14係形成在由玻璃基板10及閘極電極23構成之組件群，及由p+層11、n+層12及光接收部分13構成的組件群之間。一層間絕緣膜15係形成在由p+層11、n+層12及光接收部分13構成的組件群，及由陽極電極21及陰極電極22構成的組件群之間。陽極電極21係電連接至一互連層251，且陰極電極22係電連接至一互連層252。

玻璃基板10係一具有光學透明性之透明基板。與使用玻璃基板10不同的係，一基板可藉由使用一透明(光學透明)材料形成，例如塑膠、石英或氧化鋁。

閘極絕緣膜14及層間絕緣膜15係由例如氮化矽(SiN)或氧化矽(SiO)的絕緣材料構成。此等膜可藉由沈積一單層形成，或可藉由使用複數個材料形成為一混合物層。

該p+層11係形成在接觸光接收部分13之閘極絕緣膜14上，及係由用一p型雜質之高濃度摻雜的P型半導體構成。該p型雜質係(例如)硼。較佳係p型半導體為(例如)一結晶半導體。此係因為結晶半導體可提供更高載子移動率。結晶半導體之範例包括多晶矽(polysilicon)。由多晶矽構成之p+層11可(例如)藉由化學汽相沈積(CVD)藉由沈積非結晶矽(非晶性矽)，且用例如準分子雷射束之雷射束照射以因而融化及接著將其固化來形成。因此，較佳係一下文將描述之顯示裝置包括該光接收元件1，因為光接收元件1可與一由TFT等構成之驅動電路在相同基板上一起製成。

該n+層12係形成在閘極絕緣膜14上，與光接收部分13接觸，且係由一用高濃度n型雜質摻雜的n型半導體構成。該n型雜質係(例如)磷。較佳係該n型半導體為(例如)結晶半導體。此係因為可獲得類似於p型半導體之較高載子移動率。結晶半導體之範例包括多晶矽。由多晶矽構成之n+層12係較佳，因為其可例如藉由一類似用於p+層11之製造方法形成。

光接收部分13係光接收元件1之一光接收區，且係形成在p+層11及n+層12之間之閘極絕緣膜14上，與該等層接觸。光接收部分13係一中間半導體區(n-層)，其係形成為具有比n+層12之雜質濃度低的雜質(n型雜質)濃度(在例如約1×10¹⁷ 至5×10¹⁸ (atm/cm³ )之範圍內)。光接收部分13可包括一非單晶半導體層。非單晶半導體層之材料的範例包括非結晶矽、微晶矽及多晶矽。

較佳係非單晶半導體層之厚度係儘可能大，且需要例如在約30至60nm範圍中之厚度。此係因為小於此範圍之厚度導致光接收部分13中之光電流產生的減少而大於此範圍之厚度導致洩漏電流的增加。多晶矽之晶粒大小需要在約50nm至1μm的範圍中。在使用藉由CVD形成之微晶矽而非使用以上所述雷射照射的情況下，晶粒大小需要在約10至100nm之範圍中。

陽極電極21係電連接至p+層11且係由一導電材料構成。

陰極電極22係電連接至n+層12且係由類似於陽極電極21之導電材料構成。

閘極電極23係形成在一與光接收部分13對向之區域中，中間為閘極絕緣膜14。閘極電極23作用為一控制電極，其當光接收部分13用光照射時允許透過施加至其之電壓控制光電流產生。在本具體實施例中，光接收部分13中之雜質(n型雜質)的導電型係n型，且施加至閘極電極23的電壓係負電位。

(光接收元件之操作及效應)

參考除了圖1及2以外之圖3至8，本具體實施例之光接收元件1的操作及效應以下將與一比較範例比較下詳盡描述。

初始，光接收元件1之基本操作將參考圖1及2描述於下。在光接收元件1中，當用光照射光接收部分13(當光在光接收部分13上入射時)，光電流係取決於入射光之量在光接收部分13中產生且在p+層11及n+層12間流動，其允許元件1作為一光接收元件。

其次，參考圖3至8，光接收元件1之特性操作及效應以下將基於與比較範例之比較描述。圖3顯示一根據比較範例之光接收元件(光接收元件100)的平面結構。圖4顯示沿圖3中之線III-III的光接收元件100之斷面結構。

在比較範例的光接收元件100中，施加至閘極電極23之電壓係負電位，其不同於本具體實施例的光接收元件1。此外，在一光接收部分103中之雜質(p型雜質)的導電型係p型，或光接收部分103係一本質層(I層)。

由於此組態，若光接收部分103中之雜質(p型雜質)的導電型係p型，則當用光照射光接收部分103時一空乏層未產生在光接收部分103內成為光接收元件100中之中間半導體區，且因此光電流亦未產生。若光接收部分103係一本質層(I層)，作為中間半導體區的光接收部分103中之復合中心的數目係大。因此，在其中於光接收部分103內產生之電子-電洞對橫跨大L長度行進的情況下，此等電子-電洞對係易於藉由復合中心截獲且因此不促成光電流之產生。因此，若光接收部分之L長度係透過閘極電極23之L長度L1中的增加而增加時，當例如L長度增加至如藉由圖5中之虛線曲線給定符號G100所示之某種程度的長度(L1=約10μm)時光電流係飽和。

反之，在本具體實施例之光接收元件1中，光接收部分13中之雜質(n型雜質)的導電率類型係n型，且施加於閘極電極23之電壓係負電位。由於此組態，當用光照射光接收部分13時，作為中間半導體區中之光接收部分13具有一沿光接收元件1之厚度方向的p-i-n之結構。因此，在一空乏層中產生之電子-電洞對迅速地分成一電子及一電洞。因此，藉由復合中心截獲電子-電洞對之可能性係低，且光接收部分13之L長度中的增加促成光電流中之對應增加(促進光電流之產生)。因而，如藉由圖5中之線給定符號G1所示，(例如)增加L長度可在一寬廣範圍(20至約40μm之範圍成為L1的範圍)中線性增加光電流，且因此可充分增強光接收敏感性。

此外，以下特徵可藉由(例如如圖6中顯示)使用一可變電壓供應V1及施加反偏壓電壓至光接收元件1之陽極電極21及陰極電極22間而發現。明確言之，可發現(如圖中7顯示)例如就所產生光電流(光接收敏感性))之量值而言，最佳範圍存在與在n+層12及閘極電極23(閘極電壓Vg)間之電壓Vng有關(圖7中，最佳範圍係從約-6至-9V)。

此外，一作為在閘極電極23及p+層11或n+層12間之重疊區域的寄生電容產生區域即使當L長度L1增加時亦未增加，其增強光接收元件1之形狀的靈活性。

在此情況下，需要光接收部分13之雜質濃度係例如低於如圖8中顯示之約2×10¹³ (atm/cm³ )。此係因為雜質濃度高於此值在施加閘極電壓Vg時導致耐受電壓(崩潰電壓)的急劇降低。

如上文，本具體實施例係如此組態以致光接收部分13中之雜質的導電型係n型及施加至閘極電極23之電壓係負電位。因此，一在光接收部分13內之一空乏層中產生的電子-電洞對迅速地分開，其可促進光電流的產生。因此，即使當L長度增加(增加L長度可在一寬範圍中線性地增加光電流)時光電流亦未飽和，其可充分增強光接收敏感性。

(修改範例)

以下將描述本發明之具體實施例的修改範例。修改範例中與以上描述具體實施例中相同的組件係給定相同數字，且因此省略其描述。

[第一修改範例]

圖9顯示根據一第一修改範例之光接收元件(光接收元件1A)的平面結構。圖10顯示沿圖9中之線IV-IV的光接收元件1A的斷面結構。光接收元件1A中，在光接收部分13A中之雜質(p型雜質)之導電型係p型，且施加於閘極電極23之電壓係正電位。即，光接收部分13A係p-層。

另外在具有此一組態之本修改範例的光接收元件1A中，可促進光電流之產生且光接收敏感性可由於與以上描述具體實施例相同之操作而充分地增強。

[第二修改範例]

圖11顯示根據一第二修改範例之光接收元件(光接收元件1B)的斷面結構。以上描述具體實施例及第一修改範例有關一底部閘極光接收元件，其中閘極電極23係形成在p+層11、n+層12及光接收部分13之下。反之，光接收元件1B係一頂部閘極光接收元件，其中一閘極電極23B係形成在p+層11、n+層12及光接收部分13之上。光接收元件1B中，層間絕緣膜161及162及一閘極絕緣膜14B係形成。

另外在光接收元件1B中，若光接收部分13中之雜質(p型雜質)的導電型係p型，則施加於閘極電極23B的電壓係正電位。另一方面，若光接收部分13中之雜質(n型雜質)的導電型係n型，則施加於閘極電極23B的電壓係負電位。

另外在具有此一組態之本修改範例的光接收元件1B中，可促進光電流之產生且光接收敏感性可由於與以上描述具體實施例及第一修改範例相同的操作而充分地增強。

[第三及第四修改範例]

圖12A及12B分別顯示根據第三及第四修改範例之光接收元件(光接收元件1C及1D)的斷面結構。

在光接收元件1C中，一陰極電極22C具有一係與閘極電極23對向之對向區d12，中間介有光接收部分13之至少一部分區域。此外，光接收部分13係形成以致具有雜質(n型雜質)濃度低於n+層12之濃度(即形成為n-層)。此外，負電位之閘極電壓Vg係施加至在光照射中之閘極電極23。

光接收元件1D中，一陽極電極21D具有一與閘極電極23對向之對向區d11，中間為光接收部分13A之至少一部分區域。此外，光接收部分13A係形成以致具有雜質(p型雜質)濃度低於p+層11之濃度(即形成為p-層)。此外，正電位之閘極電壓Vg係施加至在光照射中之閘極電極23。

由於此等組態，以下優點係在根據第三及第四修改範例之光接收元件1C及1D中達到。明確言之，在圖13中顯示的光接收元件1C中，(例如)當將負電壓施加於閘極電極23時背部通道側朝負電極側之提升而沒有限制，係由於陰極電極22C之對向區d12的施加電壓而防止。因此，轉至p型區之一區13P的產生係在光接收部分13受抑制為n-層。此減輕一在轉至光接收部分13中之一p型區的區13P及n+層12間產生的電場，且因此崩潰現象幾乎不發生。因此，亦可提升製造良率。另外在光接收元件1D中，相同有利效應可由於相同操作達到。

[第五及第六修改範例]

圖14A及14B分別顯示根據第五及第六修改範例之光接收元件(光接收元件1E及1F)的斷面結構。此等光接收元件1E及1F係頂部閘極光接收元件，其中係提供類似於針對第三及第四修改範例描述者之對向區。

在光接收元件1E中，一經由一接點244電連接至一陰極電極22E的電極262具有一對向區d22，其係與閘極電極23B對向，中間為光接收部分13之至少一部分區域。在光接收元件1F中，一經由一接點243電連接至一陽極電極21F的電極261具有一對向區d21，其係與閘極電極23B對向，中間為光接收部分13A之至少一部分區域。

另外在根據具有此一組態之第五及第六修改範例的光接收元件1E及1F中，由於如第三及第四修改範例之相同操作使一崩潰現象幾乎不發生，且因此可提升製造良率。

[第七修改範例]

圖15顯示一根據第七修改範例之光接收元件(光接收元件1G)的平面結構。圖16顯示沿圖15中之線VV的光接收元件1G之斷面結構。

在本修改範例之光接收元件1G中，光接收部分13係形成以致具有雜質(n型雜質)濃度低於n+層12之濃度(即形成為n-層)。此外，負電位之閘極電壓Vg係施加至光照射中之閘極電極23。

此外，在光接收元件1G中，一在光接收部分13(n-層)及n+層12間之邊界Bn係定位為比閘極電極23靠近n+層12的一末端En更靠近n+層12的相反末端(即，更靠近外側)。此邊界Bn可定位在末端En之上。

此結構係要避免一有關以後欲描述的耐受電壓之問題。明確言之，若光接收部分13(n-層)中之雜質的導電型係n型且施加於閘極電極23的電壓Vg係負電位，當閘極電壓Vg大於某電壓時一問題會發生在n+層12及光接收部分13(n-層)間之耐受電壓中。

更明確言之，在此情況下，電洞係在閘極電極23上之光接收部分13(n-層)中誘發，且因此一p-n接面係在n+層12及光接收部分13(n-層)間之介面(邊界Bn)的鄰近中形成。一內部電場在橫跨由於經誘發電洞形成之p-n接面的p-區及n+區間係強，其造成有關耐受電壓之問題。

然而，若一不受由於閘極電極23之電場的影響之n-層可提供在p-n接面部分處的p-區和n+區間，則p-區和n+區間之內部電場會減輕，且因此可改進耐受電壓。

因此，在本修改範例之光接收元件1G中，邊界Bn係定位為比閘極電極23靠近n+層12的末端En更靠近n+層12的相反末端(即，更靠近外側)。此結構減少來自閘極電極23之電場的影響。因此，與耐受電壓有關之問題可由於在n+區及n-區間之經減輕電場而避免，其增強光接收元件之敏感性及允許其穩定操作。

圖17顯示光接收元件1G中之閘極電壓Vgn及光電流Inp間的關係。至於針對圖17之資料的條件，Vnp係6.0V且光接收部分13的雜質濃度係1×10¹³ (atm/cm³ )。圖17之資料係基於邊界Bn之位置對於從+1.5μm至-0.25μm之個別位置的改變。如圖15中顯示，邊界Bn之位置的正負號"+"意味著邊界Bn係定位為比末端En更靠近n+層12之相反末端(即更靠近外側)。另一方面，正負號"-"意味著邊界Bn係定位為比末端En更靠近光接收部分13(n-層)的中心(即更靠近內側)。

參考圖17，其中係關注當施加-8V之Vgn時獲得的光電流Inp，若邊界Bn係定位為比末端En更靠近光接收部分13(n-層)的中心(即更靠近內側)，則大於1.0×10^-9 A之光電流Inp會流動，其證明一存在於耐受電壓中之問題。相反地，若邊界Bn定位為比末端En更靠近n+層12的相反末端(即更靠近外側)，則耐受電壓的問題不會發生。

圖18顯示光接收元件1G中之光接收部分13的雜質濃度及光電流Inp間的關係。至於對於圖18之資料的條件，閘極電壓Vgn係-8V，且邊界Bn的位置係0.0μm(即邊界Bn係定位在末端En上)。

圖18證明若雜質之導電型係n型時，雜質濃度應等於或小於2×10¹³ (atm/cm³ )。

[第八修改範例]

圖19顯示根據一第八修改範例之光接收元件(光接收元件1H)的平面結構。圖20顯示沿圖19中之線VI-VI的光接收元件1H的斷面結構。

在本修改範例的光接收元件1H中，光接收部分13A係形成以致具有低於p+層11之濃度的雜質(p型雜質)濃度(即形成為p-層)。此外，正電位之閘極電壓Vg係施加至在光照射中之閘極電極23。

此外，在此光接收元件1H中，一在光接收部分13A(p-層)及p+層11間之邊界Bp係定位為比靠近p+層11之閘極電極23的一末端Ep更靠近邊界Bp之相反側(即靠近外側)上的p+層11之末端。此邊界Bp可定位在末端Ep之上。

此結構係欲避免對於第七修改範例所述之耐受電壓的問題，其類似於第七修改範例之光接收元件1G。

因此，在本修改範例之光接收元件1H中，邊界Bp係定位為比閘極電極23靠近p+層11的末端Ep更靠近p+層11的相反末端(即更靠近外側)。此結構減少來自閘極電極23之電場的影響。因此，與耐受電壓有關之問題可由於在p+區及p-區之間之電場減輕而避免，其增強光接收元件之靈敏度且能夠讓其穩定操作。

圖21顯示光接收元件1H中之閘極電壓Vgn及光電流Inp問的關係。至於對於圖21之資料的條件，Vnp係6.0V且光接收部分13A的雜質濃度係1×10¹³ (atm/cm³ )。圖21之資料係基於邊界Bp之位置對於從+1.5um至-0.25μm之個別位置的改變。如圖19中顯示，邊界Bp之位置的正負號"+"意味著邊界Bp係定位為比末端Ep更靠近n+層12之相反末端(即更靠近外側)。另一方面，正負號"-"意味著邊界Bp係定位為比末端Ep更靠近光接收部分13A(p-層)的中心(即更靠近內側)。

參考圖21，其中係關注當施加2V之Vgn時獲得的光電流Inp，若邊界Bp係定位為比末端Ep更靠近光接收部分13A(p-層)的中心(即更靠近內側)，則大於1.0×10^-9 A之光電流Inp會流動，其證明一存在於耐受電壓中之問題。相反地，若邊界Bp係定位為比末端Ep更靠近p+層11的相反末端(即更靠近外側)，則耐受電壓的問題不會發生。

圖22顯示在光接收元件1H中之光接收部分13A的雜質濃度及光電流Inp間的關係。至於對於圖22之資料的條件，閘極電壓Vnp係8V且邊界Bp的位置係0.0μm(即邊界Bp係定位在末端Ep之上)。

圖22證明若雜質之導電型係p型時，雜質濃度應等於或低於2×10¹⁸ (atm/cm³ )。

[第九修改範例]

圖23顯示根據一第九修改範例的光接收元件之電路組態。本修改範例之光接收元件電路係由兩個光接收元件1a及1b(其各者係由光接收元件1或以上所述另一光接收元件形成)構成。明確言之，彼此串聯連接之兩個光接收元件1a及1b係佈置在一電源供應VDD及一接地GND間。

對於光接收元件1a，其一陰極電極22係連接至電源供應VDD，其一陽極電極21係連接至一終端B及一輸出終端，且其一閘極電極23係連接至一終端A。對於光接收元件1b，其一陰極電極22係連接至終端B及輸出終端，其一陽極電極21係連接至接地GND，且其一閘極電極23係連接至一終端C。

光接收元件1b係佈置在一黑矩陣BM下(在黑矩陣BM之形成區域中)以補償環境干擾。另一方面，光接收元件1a係佈置在一除了黑矩陣BM之形成區域以外的區域中，以致可測量照度。

硼係離子植入至光接收元件1a及1b之光接收部分13內，以致光接收部分13可為一p型區。硼之濃度對於耐受電壓的極限而言應等於或小於2×10¹⁸ (atm/cm³ )，且較佳係濃度在1.5×10¹⁶ 至3.5×10¹⁷ (atm/cm³ )的範圍中。

較佳係圖23中所示的終端A、B及C之電位VA、VB和VC，供應電位VDD及接地電位GND經設計以致滿足以下方程式(1)。此係因為滿足等式(1)允許穩定之光電流輸出。

GND<VC<VB(VA<VDD　…(1)

此係本發明及其修改範例具體實施例之描述的結束。然而，本發明不限於該具體實施例及等等，而是各種修改皆可能。

例如，較佳係針對具體實施例描述之陰極電極或電連接至該陰極電極之電極，及陽極電極或電連接至該陽極電極之電極的至少對向區(對向區d11、d12、d21、d22)，係一由例如氧化銦錫(ITO)之透明材料構成的透明電極。此組態增強入射在光接收部分上之光的效率，且因此允許光接收敏感性之進一步增強。

藉由本發明具體實施例之效應不限於一相對於可見光之效應，而係亦可相對於不可見光(如X光、電子束、UV光、紅外光)達到。尤其係，若將本發明之具體實施例用於具有靠近半導體層之能帶隙的能量之光則可達到一有效光接收元件。

此外，雖然在本發明之具體實施例中主要將矽薄膜用作半導體層，但可將任何材料用作半導體層，只要其係可藉由電場控制之半導體材料。其他材料之範例包括SiGe、鍺、硒、有機半導體膜及氧化物半導體膜。

可將根據本發明之具體實施例的光接收元件應用於一包括一顯示元件及一光接收元件的顯示裝置，如圖24至27中顯示之一液晶顯示裝置4及一有機EL顯示裝置5。此允許接收來自外部之周圍光及來自一顯示單元48或類似者(其允許控制顯示資料、背光之光量及等等)之顯示光，且允許顯示裝置作用為一具有觸摸面板功能、指紋輸入功能、掃描器功能及其他功能之多功能顯示器。明確言之，在圖24中顯示之液晶顯示裝置4包括根據以上描述具體實施例及等等之光接收元件1或類似者、一N型TFT 3N、及一P型TFT 3P。N型TFT 3N具有一源極電極3N21、一汲極電極3N22、閘極電極3N231及3N232，通道層3N131及3N132、一n+層3N12及一輕度摻雜汲極(LDD)層3N14。P型TFT 3P具有一源極電極3P22、一汲極電極3P21、一閘極電極3P23、一通道層3P13及一p+層3P11。液晶顯示裝置4進一步包括一平坦化膜41、一像素電極421、一共同電極422、一液晶層43、一間隔件44、一保護膜層45、一黑矩陣層46、一濾色器層47及一玻璃基板40。另外，在顯示單元48之各像素49中，如圖25中所示，(例如)一像素電路係形成具有一資料線DL、閘極線GL1至GL3、一電源供應線VDD、一接地線GND、一共同線COM、一讀取線RL、一液晶元件LC、光接收元件1、像素選擇TFT元件SW1及SW3、一電容元件C1及一源極隨耦器元件SF。此外，圖26中所示之有機EL顯示裝置5包括根據以上所述具體實施例及等等之光接收元件1或類似者、N型TFT 3N、P型TFT 3P、一平坦化膜51、一陽極電極521、一陰極電極522、一發光層53、一樹脂層54、一保護膜層55、一黑矩陣層56、一濾色器層57及一玻璃基板50。光接收元件1之位置或類似者不限於像素49的內部，而是光接收元件1或類似者可在顯示單元48之周邊區域提供，如在例如圖27中顯示的液晶顯示裝置4A中。

此外，根據以上描述具體實施例及等等之該等組態和等等可彼此結合。

熟習此項技術者應瞭解，可取決於設計要求與其他因素而進行各種修改、組合、子組合與變更，只要其在隨附申請專利範圍或其等效內容之範疇內即可。

1．．．光接收元件

1A．．．光接收元件

1a．．．光接收元件

1B．．．光接收元件

1b．．．光接收元件

1C．．．光接收元件

1D．．．光接收元件

1E．．．光接收元件

1F．．．光接收元件

1G．．．光接收元件

1H．．．光接收元件

3N．．．N型TFT

3N12．．．n+層

3N14．．．輕度摻雜汲極(LDD)層

3N21．．．源極電極

3N22．．．汲極電極

3N131．．．通道層

3N132．．．通道層

3N231．．．閘極電極

3N232．．．閘極電極

3P．．．P型TFT

3P11．．．p+層

3P13．．．通道層

3P21．．．汲極電極

3P22．．．源極電極

3P23．．．閘極電極

4．．．液晶顯示裝置

4A．．．液晶顯示裝置

5．．．有機EL顯示裝置

10．．．玻璃基板

11．．．p+層

12．．．n+層

13．．．光接收部分

13A．．．光接收部分

13P．．．區

14．．．閘極絕緣膜

14B．．．閘極絕緣膜

15．．．層間絕緣膜

21．．．陽極電極

21D．．．陽極電極

21F．．．陽極電極

22．．．陰極電極

22C．．．陰極電極

22E．．．陰極電極

23．．．閘極電極

23B．．．閘極電極

40．．．玻璃基板

41．．．平坦化膜

43．．．液晶層

44．．．間隔件

45．．．保護膜層

46．．．黑矩陣層

47．．．濾色器層

48．．．顯示單元

49．．．像素

50．．．玻璃基板

51．．．平坦化膜

53．．．發光層

54．．．樹脂層

55．．．保護膜層

56．．．黑矩陣層

57．．．濾色器層

100．．．光接收元件

103．．．光接收部分

161．．．層間絕緣膜

162．．．層間絕緣膜

241．．．接點

242．．．接點

243．．．接點

244．．．接點

251．．．互連層

252．．．互連層

261．．．電極

262．．．電極

421．．．像素電極

422．．．共同電極

521．．．陽極電極

522．．．陰極電極

A．．．終端

B．．．終端

BM．．．黑矩陣

Bn．．．邊界

Bp．．．邊界

C．．．終端

COM．．．共同線

C1．．．電容元件

d11．．．對向區

d12．．．對向區

d21．．．對向區

d22．．．對向區

DL．．．資料線

En．．．末端

Ep．．．末端

GL1-GL3．．．閘極線

GND．．．接地線

LC．．．液晶元件

RL．．．讀取線

SF．．．源極隨耦器元件

SW1．．．像素選擇TFT元件

SW3．．．像素選擇TFT元件

VDD．．．電源供應

圖1係一顯示根據本發明之一具體實施例的光接收元件之組態的平面圖；

圖2係一圖1中所示之光接收元件的組態之斷面圖；

圖3係一顯示根據一比較範例的光接收元件之組態的平面圖；

圖4係一顯示根據圖3中所示之比較範例之光接收元件的組態之斷面圖；

圖5係一顯示在圖1及3中所示之光接收元件內的閘極電極之L長度及光電流間的關係之特性圖；

圖6係一用於解釋一用以測量圖1中所示之光接收元件的光接收特性之電路的電路圖；

圖7係一顯示在圖1中所示之光接收元件中的閘極電壓及光電流間的關係之特性圖；

圖8係一顯示在圖1中所示之光接收元件中的光接收部分之雜質濃度及崩潰電壓間的關係之特性圖；

圖9係一顯示根據本發明之具體實施例的一第一修改範例之光接收元件的組態之平面圖；

圖10係一顯示根據圖9中所示的第一修改範例之光接收元件的組態之斷面圖；

圖11係一顯示根據本發明之具體實施例的一第二修改範例之光接收元件的組態之斷面圖；

圖12A及12B係分別顯示根據本發明之具體實施例的第三及第四修改範例之光接收元件的組態之斷面圖；

圖13係一用於解釋根據圖12A中所示的第三修改範例之光接收元件的特性操作之斷面圖；

圖14A及14B係分別顯示根據本發明之具體實施例的第五及第六修改範例之光接收元件的組態之斷面圖；

圖15係一顯示根據本發明之具體實施例的第七修改範例之光接收元件的組態之平面圖；

圖16係一顯示根據圖15中所示的第七修改範例之光接收元件的組態之斷面圖；

圖17係一顯示在根據圖15中所示之第七修改範例的光接收元件中之閘極電壓及光電流間的關係之特性圖；

圖18係一顯示在根據圖15中所示之第七修改範例的光接收元件中之光接收部分之雜質濃度及光電流間的關係之特性圖；

圖19係一顯示根據本發明之具體實施例的一第八修改範例之光接收元件的組態之平面圖；

圖20係一顯示根據圖19中所示之第八修改範例之光接收元件的組態之斷面圖；

圖21係一顯示在根據圖19中所示之第八修改範例的光接收元件中之閘極電壓及光電流間的關係之特性圖；

圖22係一顯示根據圖19中所示之第八修改範例的光接收元件中之光接收部分之雜質濃度及光電流間的關係之特性圖；

圖23係一顯示根據本發明之具體實施例的第九修改範例之光接收元件的組態之電路圖；

圖24係一包括圖1中所示之光接收元件的液晶顯示裝置之一範例的斷面圖；

圖25係一顯示在圖24中所示液晶顯示裝置內之像素電路之範例的平面圖與電路圖；

圖26係一包括圖1中所示之光接收元件的有機EL顯示裝置之範例的斷面圖；及

圖27係一包括圖1中所示之光接收元件的液晶顯示裝置之另一範例的平面圖。

1．．．光接收元件

11．．．p+層

12．．．n+層

13．．．光接收部分

21．．．陽極電極

22．．．陰極電極

23．．．閘極電極

241．．．接點

242．．．接點

251．．．互連層

252．．．互連層

Claims (18)

1. 一種光接收元件，其包含：一第一導電型半導體區，其經組態為在一元件形成表面上形成；一第二導電型半導體區，其經組態為在該元件形成表面上形成；一中間半導體區，其經組態為在該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之間之該元件形成表面上形成，且具有一低於該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之雜質濃度的雜質濃度；一第一電極，其經組態為電連接至該第一導電型半導體區；一第二電極，其經組態為電連接至該第二導電型半導體區；及一控制電極，其經組態為形成在該元件形成表面上與該中間半導體區對向的一對向區域中，其間含有一絕緣膜；其中在該中間半導體區中之一雜質的一導電型係p型，且施加於該控制電極之電壓係正電位。
2. 如請求項1之光接收元件，其中該第一電極係一陽極電極且該第二電極係一陰極電極，及該陽極電極或一電連接該陽極電極之電極具有一對向區，其係與該控制電極對向，且中間介有該中間半導體區的至少一部分。
3. 如請求項1之光接收元件，其中該控制電極係形成在該第一導電型半導體區、該第二導電型半導體區及該中間半導體區之下。
4. 如請求項1之光接收元件，其中該控制電極係形成在該第一導電型半導體區、該第二導電型半導體區及該中間半導體區之上。
5. 如請求項1之光接收元件，其中該中間半導體區之雜質濃度係等於或低於2×10¹⁸ (atm/cm³ )。
6. 如請求項1之光接收元件，其中該第一導電型半導體區、該第二導電型半導體區及該中間半導體區包括一非單晶半導體層，其係由多晶矽構成。
7. 如請求項1之光接收元件，其中該非單晶半導體層之厚度等於或大於30nm且等於或小於60nm。
8. 如請求項1之光接收元件，其中一在該中間半導體區及該第一導電型半導體區之間之邊界係定位在該控制電極靠近該第一導電型半導體區的一末端之上，或係定位在該邊界之一相反側上比該控制電極之該末端更靠近該第一導電型半導體區之一末端。
9. 一種光接收元件，其包含：一第一導電型半導體區，其經組態為在一元件形成表面上形成；一第二導電型半導體區，其經組態為在該元件形成表面上形成；一中間半導體區，其經組態為在該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之間之該元件形成表面上形成，且具有低於該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之雜質濃度的一雜質濃度；一第一電極，其經組態為電連接至該第一導電型半導體區；一第二電極，其經組態為電連接至該第二導電型半導體區；及一控制電極，其經組態為形成在一與該元件形成表面上之該中間半導體區對向的對向區域中，其間含有一絕緣膜；其中在該中間半導體區中之一雜質的一導電型係n型，且施加於該控制電極之電壓係負電位。
10. 如請求項9之光接收元件，其中該第一電極係一陽極電極且該第二電極係一陰極電極，及該陰極電極或一電連接至該陰極電極之電極具有一對向區，其係與該控制電極對向，且中間介有該中間半導體區的至少一部分。
11. 如請求項9之光接收元件，其中該控制電極係形成在該第一導電型半導體區、該第二導電型半導體區及該中間半導體區之下。
12. 如請求項9之光接收元件，其中該控制電極係形成在該第一導電型半導體區、該第二導電型半導體區及該中間半導體區之上。
13. 如請求項9之光接收元件，其中該中間半導體區之雜質濃度係等於或低於2×10¹⁸ (atm/cm³ )。
14. 如請求項9之光接收元件，其中該第一導電型半導體區、該第二導電型半導體區及該中間半導體區包括一非單晶半導體層，其係由多晶矽構成。
15. 如請求項14之光接收元件，其中該非單晶半導體層之厚度等於或大於30nm且等於或小於60nm。
16. 如請求項9之光接收元件，其中一在該中間半導體區及該第二導電型半導體區之間之邊界係定位在該控制電極靠近該第二導電型半導體區的一末端之上，或係定位在該邊界之一相反側上比該控制電極之該末端更靠近該第二導電型半導體區之一末端。
17. 一種顯示裝置，其包括複數個經配置之顯示元件及一光接收元件，該光接收元件包含：一第一導電型半導體區，其經組態為在一元件形成表面上形成；一第二導電型半導體區，其經組態為在該元件形成表面上形成；一中間半導體區，其經組態為在該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之間之該元件形成表面上形成，且具有低於該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之雜質濃度的一雜質濃度；一第一電極，其經組態為電連接至該第一導電型半導體區；一第二電極，其經組態為電連接至該第二導電型半導體區；及一控制電極，其經組態為形成在一與該元件形成表面上之該中間半導體區對向的對向區域中，其間含有一絕緣膜；其中在該中間半導體區中之一雜質的一導電型係p型，且施加於該控制電極之電壓係正電位。
18. 一種顯示裝置，其包括複數個經配置之顯示元件及一光接收元件，該光接收元件包含：一第一導電型半導體區，其經組態為在一元件形成表面上形成；一第二導電型半導體區，其經組態為在該元件形成表面上形成；一中間半導體區，其經組態為在該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之間之該元件形成表面上形成，且具有低於該第一導電型半導體區及該第二導電型半導體區之雜質濃度的一雜質濃度；一第一電極，其經組態為電連接至該第一導電型半導體區；一第二電極，其經組態為電連接至該第二導電型半導體區；及一控制電極，其經組態為形成在一與該元件形成表面上之該中間半導體區對向的對向區域中，其間含有一絕緣膜；其中在該中間半導體區中之一雜質的一導電型係n型，且施加於該控制電極之電壓係負電位。