WO1990007195A1 - Adhered type photoelectric conversion element - Google Patents
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Definitions
- the amount of charge injection may be controlled by controlling the band gap of the pro king to be not less than 1,7 eV and not more than 6 eV.
- the charge injection amount may be controlled by controlling the thickness of the blocking layer to be 20 A or more and less than 500 OA.
- an energy gap of 1.7 eV or more and less than 6 eV, preferably 1.8 eV or more and less than 2.8 eV is used as a blocking 3.
- an impurity of Group m element of the Periodic Table or Group V element of the Periodic Table added at 0 ppm or more and less than 100 ppm, preferably 2 ppm or more and less than 500 ppm.
- a thin film mainly containing silicon and carbon, a thin film mainly containing silicon and nitrogen, or a thin film mainly containing silicon and oxygen is formed.
- the thickness of the blocking layer 3 is 20 A or more and 500 A or less, and more preferably 50 A or more and less than 200 A. If the current is lower than 200 A, blocking cannot be performed sufficiently, and if the current is higher than 500 A, the sensitivity tends to be greatly reduced.
- This optical sensor employs a blocking layer 7 between the photoconductive layer 5 and the first electrode layer 6 in the optical sensor of the first embodiment.
- the present invention it is possible to increase the photocurrent while suppressing the dark current as in the conventional photodiode type photoelectric conversion element.
- this as an optical sensor, the load on the drive circuit, amplifying circuit, and scanning circuit can be reduced, the application of the sensor can be simplified, and the cost can be reduced. This contributes to the expansion of the application range of image sensors.
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Description
明 钿 書 密着型光電変換素子
[技術分野] 本発明は光セ ン サ ー 、 詳細にはア モ ルフ ァ ス シ リ コ ンを 主成分と した密着型光電変換素子の改良に関わ る。
[背景技術] 従来の密着型イ メ ー ジセ シサ一 はフ ォ ト コ ンダク タ ー型 フ ォ ト ダイ オー ド型の 2種類に分類でき る。 フ ォ ト コ ンダ ク タ一型では、 光導電性を利用 し、 印加電圧に相当 し た電 流量が得られる一方、 応答速度が運い等の問題点があ っ た そ こ で、 ア モ ルフ ァ ス シ リ コ ン カ ー バイ ド等をブ ロ ッ キ ン グ層と して用い、 ま たダイ オー ドと しての整流作用を利用 し、 光生成されたキ ャ リ ア ーのみを出力電流とする フ ォ ト ダイ ォー ド型が注目 される よ う にな っ た。
しかし、 フ ォ ト ダイ オー ド型では明暗比がフ ォ ト コ ン ダ ク タ一型に比べて大き く なる利点はあ る も の の 、 光電流が 量子効率 1 未満の微少な値に限 られる とい う 問題があ った そのため電荷蓄積、 増幅等の必要があ り 、 回路の面で問題 力《あ っ た。
こ の発明は暗電流が小さ く 光電流が大き い光セ ン サ ーを
提供する こ とを目的とする。
[発明の開示 ] 本発明は、 第 1電極層と、 透光性の第 2電極層とを有 し、 その簡に第 1 光導電.雇とプロ ッ キ ング雇と こ の第 1 光導電 雇及びプロ ッ キング雇の電気的性質の改変によ る電荷注入 を目的と した第 2光導電雇を ¾層 し、 前記第 1 光導電雇は シ リ コ ンを主成分と し、 前記ブロ ッ キ ング屨は、 水素化ァ モルフ ァ ス シ リ コ ンに比べてバ ン ドギヤ ッ プの広い シ リ コ ン とカ ーボンを主成分とする物質、 又はシ リ コ ンと窒素を 主成分とする物質、 又はシ リ コ ン と酸素を主成分とする物 質を用い、 前記.第 2光導電餍は、 周期律表第 ΠΙ族元素又は 周期律表第 V族元素の不钝物を添加 した シ リ コ ン-を主成分 と した光セ ンサーであ る。 こ の ¾セ ンサーであ る と 、 暗電 流を抑えたま ま、 光電流を大き く する ;： とができ る。
前記光セ ンサーにおいて、 第 2光導電犀の不純物量を 1 P p m以上 1 .0 0 0 0 p p m未満に制御する こ と によ り 、 電荷注入量を制御して も よい。
前記光セ ンサーにおいて、 前記第 2光導電雇の厚みを 2 O A以上 5 0 0 0 A未満に制御する こ と によ り 、 電荷注入 量を制御 してもよい。
前記光セ ンサーにおいて、 前記プロ キング雇のバ ン ド ギャ ッ プを 1 , 7 e V以上 6 e V未篛に制御する こ と によ り 、 電荷注入量を制御 してもよ.い。
前記光セ ンサー において、 ブ ロ ッ キ ン グ層の厚み を 2 0 A以上 5 0 0 O A未満 に制御す る こ と に よ り 、 電荷注入量 を制御 し て も よ い。
前記光セ ンサー において、 前記ブロ ッ キ ン グ層 と し て周 期律表第 1Π族元素又は周期律表箄 V族元素の不純物を添加 し て も よ い。
前記光セ ンサ一 に おいて、 ブロ ッ キ ン グ層の不純物量を O p p m以上 1 O O O O p p ui未満 に制御す る こ と に よ り 電荷注入量を制御 して も よ い。
[図面の簡単な説明 ] 第 1 図は 本発明の第 1 の実施例を示す光セ ン サ ー の縱 断面図、
第 2図は 第 2の実施例の光セ ンサー の縱断面図、 第 3図は 第 3の実施例の光セ ン サ ー の縱断面図、 第 4図は 第 4の実施例の光セ ン サー の縱断面図、 第 5図は 第 5の実施例の光セ ンサー の縱断面図、 第 6図 （ a ) ( b ) ( c ) は第 5の実施例によ る 光セ ン サ一 の光照射時 と暗時にお け る電圧 · 電流特性を示す グラ フ であ る。
[発明を実施す る ための最良の形態 ]
(実施例 1 )
本発明の第 1 の実施例を第 1図に示す。
透明な絶縁基板 1 上に第 2電極雇 2 と して透明導電膜を 形成する。
その第 2電極雇 2 上に、 ブロ ッキング雇 3 と して 1. 7 e V以上 6 e V未篛、 好ま し く は 1 . 8 e V以上 2. 8 e V未満のエネルギパン ドギャ ッ プを有し、 周期律表第 m族 元素又は周期律表第 V族元素の不純物を 0 p p m以上 1 0 O O O p p m未満、 好ま し く は 2 p p m以上 5 0 0 0 p p m未満添加 した-シ リ コ ン と カーボンを主成分とする薄膜、 又は シ リ コ ンと窒素を主成分とする薄膜、 又は シ リ コ ン と 酸素を主成分とする薄膜を形成する。 ブロ ッ キ ング層 3 の 厚みは、 2 0 A以上 5 0 0 0 A未篛であ り 、 よ り 好ま し く は 5 0 A以上 2 0 0 0 A未満であ る。 2 0 A未潢-では、 ブ ロ ッキングが充分行えず、 5 0 0 0 A以上では感度が大き く 低下 る傾向があ る。
さ ら に、 その上に.不純物を含む光導電.展 と して、 周期 律表第 族元素、 又は周期律表第 V族元素の不純物を 1 p P m以上 1 0 0 0 0 p p m未満添加した水素化ァモ ルフ ァ ス シ リ コ ン薄膜を形成する。 不純物添加量は、 好ま し く は 2 p p m以上 5 0 0 0 p p m未満であ る。 ま たその厚みは 2 0 A以上 5 0 0 0 A未満、 好ま し く は 5 0 A以上 2 0 0 O A未満であ る。
その上に、 光導電雇 5 と して不純物を含ま ない水素化ァ モ ルフ ァ ス シ リ コ ン薄膜を形成する。
その上に、 金属第 1 電極層 6 と して C r 、 A 、 Z r 、 T i 、 N i 、 Wの う ち いずれか 1 つ の材料ま た は こ れ ら の う ちの 2種以上の材料の合金あ る いは積雇構造にてな る電 極層を形成する。 なお金厲と半導体層のォー ミ ッ ク特性を と る ために光導電層と金属の間に n 型半導体層を入れる こ と もで き る。
(実施例 2 )
本発明の第 2 の実施例を第 2 図に示す。
この光セ ンサーは、 第 1 の実施例の光セ ンサー におけ る 光導電雇 5 と第 1 電極層 6 との間にプロ ッ キ ン グ層 7 を積 雇 した ものであ る。
ブロ ッ キ ン グ雇 7 と して 1 . 7 e V以上 6 e V未満、 好 ま し く は 1 , 8 e V以上 2 . 8 e V未溝のエネルギバ ン ド ギャ ッ プを有 し、 周期律表第 m族元素又は周期律表第 V族 元素の不純物を 0 p p m以上 1 0 0 0 O p p m未満、 好ま し く は 2 p p m以上 5 0 0 0 p p m未满添加 した シ リ コ ン と カ ーボンを主成分とする薄膜、 又は シ リ コ ン と窒素を主 成分とする薄膜、 又は シ リ コ ン と酸素を主成分とする薄膜 を形成する。
(実施例 3 ) .
本発明の第 3 の実施例を第 3 図に示す。
こ の光セ ンサー は、 第 1 の実施例の光セ ンサー に おけ る 光導電屢 5 と第 1 電極雇 6 との間に不钝物を含む光導電層 8 を積屨 した ものであ る。
不雜物を含む光導電層 & と して、 周期律表第 m族元素、
又は周期律表第 V族元素の不純物を I p p m以上 1 0 0 0 O p p 未篛添加 した水素化ア モ ル フ ァ ス シ リ コ ン薄膜を 形成する。
(実施例 4 )
本発明の第 4の実施例を第 4図に示す。
こ の光セ ンサー は、 第 1 の実施例の光セ ンサー にお け る 光導電層 5 と第一電極層 6 と の間に不純物を含む光導電雇 8 と ブロ ッ キ ン グ層 9 を積層 した も のであ る。
不純物を含む光導電層 8 と して、 周期律表第 II族元素、 又は周期律表第 V族元素の不純物を 1 p p m以上 1 0 0 0 0 p p m未潢添加 し た水素化ア モ ルフ ァ ス シ リ コ ン薄膜を 形成する。 その上にブロ ッ キ ン グ雇 9 を形成 してい る 。
(実施例 5 )
本 明の実耦例の さ ら に他の構造を第 5図に示す。
透明な ガラ ス铯緣基板 1 上に透光性第 2電極雇 2 と して E B蒸着で I T 0 Undiun Tin Oxide) を形成す る 0 . その上に、 . Plasaa Cheaical Vapor Deposition (以下、 プラ ズマ C V D と い う 。 ） に よ り ブ ッ キ ン グ層 3 と して 水素化アモルフ ァ ス シ リ コ ン カ ーバイ ドを稹展す る。 その 上に リ ンを不钝物と して含んだ水索化ア モ ルフ ァ ス シ リ コ ン層であ る光導電層 24を積層す る。 その上に不純物を含ま な い水素化.ァモルフ ァ ス シ リ コ ン雇であ る光導電雇 25を積 雇す る 、 そ して、 リ ンを不钝物 と して含んだ水索化ァ モ ル フ ァ ス シ リ コ ン餍 2Bを形成する 。
さ ら に、 金属第 1電極靥 6 と して C r 及び A jJ を E B蒸
着で形成する。
プラ ズマ C V Dでは、 シ ラ ン （ S i H 4 ) ガス 、 メ タ ン ( C H . ) ガス、 ホ ス フ ィ ン （ P H 3 ) ガス を原料 と し て 用 いた。
第 6 図（a) に不純物を含んだ水素化アモルフ ァ ス シ リ コ ン層 24, 26 を有 しない素子の光照射時及び暗時の電圧 · 電 流特性を示す。 第 6 図（b) 、 第 6 図（c〉 に不純物を含んだ 水素化ア モルフ ァ ス シ リ コ ン餍 24 , 26 を有する素子の光照 射時及び暗時の電圧 · 電流特性を示す。 電圧は第 1 電極層 側に正、 第 2電極層側に負を印加 したいわゆる逆バ イ ア ス の状態であ る。 なお第 6 図 （ a ) ( b ) ( c ) において、 点線は光照射時の電流、 実線は暗時の電流を示す。
各々 の図に相当する素子の第 5 図に示す各雇の構成は、 下記の通り であ る。
光導電雇 25は、 a 、 b 、 c の素子と もに、 .厚さ 2 0 0 0 O Aの水素化ァモルフ ァ ズ シ リ コ ンであ る。 不純物を畲む 光導電層 24は、 b の索子で l O O p p mの リ ン、 c の素子 で 5 0 0 p p. mの リ ンを含む厚さ 5 0 0 Aの水素化ァモル フ ァ ス シ リ コ ンであ る。 b、 c の索子の不钝物を含む光導 電雇 26は 5 0 0 0 p p mの リ ンを含み厚さ 5 0 0 A水素化 ア モルフ ァ ス シ リ コ ンであ る。
光源と しては中央波長 5 4 0 ηιπ、 照度 1 0 0 ル ッ ク スで あ る L E Dか らの光を用いてい る。 索子の面積は 3 , 1 4 a m であ る。
上記において、 電圧が一 5 V において、 a の素子ではほ
ぼ量子効率 1 の電流が流れてい る。 一方、 b の素子では量 子効率 1 の時の 8 . 5 倍、 c の素子では量子効率 1 の時の 5 1 倍の電流が流れてい る。 こ こ で量子効率と は入射 し た ホ ト ン 1 個当 り のキ ヤ リ ア 一の発生個数であ る。
[産業上の利用可能性] 本発明 に よれば、 従来のフ ォ ト ダイ ォー ド型光電変換素 子 と同様暗電流を抑えたま ま 、 光電流を大き ぐする こ とが で き る。 こ れを光セ ンサー と して用 Λ、 る こ と によ り 、 駆動 回路、 増幅回路、 走査回路の負担を小さ く で き 、 セ ンサー の応用が簡便にな り 、 ま た コ ス ト ダウ ン につな力 < り 、 ィ メ ー ジセ ンサーの.応用範囲の拡大に寄与す る。
Claims
1. 第 1 電極雇と、 透光性の第 2電極層と を有 し、 そ の間 に第 1 光導電展と ブロ ッ キ ン グ層と こ の第 1 光導電層及 びブロ ッ キ ン グ層の電気的性質の改変に よ る電荷注入を 目的と し た第. 2光導電層を積層 し、
前記第 1 光導電展は シ リ コ ンを主成分と し、
前記ブロ ッ キ ン グ層は、 水索化ア モルフ ァ ス シ リ コ ン に比べてバ ン ドギヤ ッ プの広い シ リ コ ン と カ ーボンを主 成分とする物質、 又は シ リ コ ン と窒素を主成分とする物 質、 又は シ リ コ ン と酸索を主成分とする物質を用い、 前記第 2光導亀層は、 周期律表第 ΠΙ族元素又は周期律 表第 V族元素の不純物を添加 した シ リ コ ンを主成分と し た光セ ン サー。
2. 第 2光導電展の不純物量を 1 p p m以上 1 0 0 0 0 p p m未満に制御する こ と に よ り 、 電荷注入量を制御する 請求項 1 記載の光セ ンサー。
3 . 前記第 2光導電雇の厚みを 2 0 A以上 5 0 0 0 A未満 に制御す る c に よ り 、 電荷 ί±入≤:を制御す る 銪求項 1 記載の光セ ンサ一。
4 . 前記ブロ ッ キ ン グ雇のバ ン ドギャ ッ プを 1 . 7 e V以 上 6 e V未满に制御する こ と に よ り 、 電荷注入量を制御 する請求項 1 記載の光セ ンサー。
5. ブロ ッ キ ン グ層の厚みを 2 O A以上 5 0 0 0 A未満に 制御する こ と によ り 、 電荷注入量を制御する請求項 1 記
載の光セ ン サー。
前記ブ ロ ッ キ ン グ層 と して周期律表第 ffi族元索又 は周 期律表第 V族元素の不純物を添加 し た請求項 1 記載の光 セ ン サー。
7. ブロ ッ キ ン グ層の不钝物量を D p p m以上 1 0 0 0 0 p p m未満 に制御する こ と に よ り 、 電荷注入量を制御す る請求項 6 記載の ^セ ンサ一。
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