JPH01243481A - アモルファスシリコン光センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は４層構造のアモルファスシリコン層からなる光
導電層を有するアモルファスシリコン光センサーに関す
る。

〔従来技術〕

アモルファスシリコンを用いた光センサーにおいて、高
解像度で低価格化を実現するためには、素子を薄膜化し
、可能な限り簡単な構造とすることが要求される。

現在、アモルファスシリコン光センサーにおいて応用さ
れている一般的な素子構造としては、第２図に示す３種
類がある。

第２図（ａ）はｐｉｎ型光センサーである。

２層２０１および９層２０２によってキャリアの注入を
阻止できるため、高いＩｐ／Ｉｄを有している。

また１層２０３の厚さが０．５〜１．０μｍ程度で良く
、薄膜の利点もある。しかしながらｐ型、ｎ型アモルフ
ァスシリコンの導電率カ大きく〔σ〜１０−３〜１０−
４（Ω・ａｎ）−１３、ｐｉｎ構造としたとき、２層２
０１、ｎ層２０２の直列抵抗が無視できなくなる。この
ために素子間を分離する必要があり、加工プロセスが複
雑になってくる。また、不純物をドーピングして２層、
ｎ層を作製するため。

長期的にはｉ層へ■族またはＶ広原子が拡散し。

Ｉｐ／Ｉｄの低下をもたらす。さらに２層、ｎ層は通常
１００Å以下の極く薄い膜であるため、ゴミ等によるピ
ンホールに弱く、均一性に問題があった。

第２図（ｂ）は５ｉｎ２．Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁膜をブロ
ック層に用いたＭＩＳ型光センサーである。ＭＩＳ型セ
ンサーはｐｉｎ型と比較しｐｎ制御を行っていないので
、長期的安定性に優れている。しかしながら、ＭＩＳ型
光センサーの場合絶縁層２０４が厚いと、ＩＰが低下す
るため絶縁層としては１００Å以下とする必要がある。

通常、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法による薄膜は、１
００Å以下であると島状構造になりやすく、均一な成膜
が困難である。またゴミ等による絶縁層２０４のピンホ
ールが問題点となり、素子の均一化、歩留りを低下させ
ている。

そこで提案されたのが、第２図（ｃ）の光センサーであ
る。キャリアの注入を防ぐブロック層としてワイドバン
ドギャップな光導電層２０５を用いる。光導電層として
は、炭素原子、酸素原子を添加し、かつ光感度のあるア
モルファスシリコン層が一般的である。ワイドバンドギ
ャップの光導電層２０５は、暗時においては注入するキ
ャリアに対して障壁となるが、光照射時においては、ａ
−８ｉ：Ｈと同程度の導電率（σｐｈ〜１０−６〜ｔｏ
−１０（Ωｃｍ）−１となるため、フォトキャリアを容
易に流すことができる。そのため、ワイドバンドギャッ
プの光導電層２０５を７５０人程度まで厚くしても光セ
ンサーのＩｐが低下しない。ｐｉｎ型、ＭＩＳ型光セン
サーと比較して、極薄い層がないため、素子の均一性１
歩留りついて利点が大きい。またワイドバンドギャップ
光導電層があるため、素子全体としては短波長側で、Ｍ
ＩＳ型、ｐｉｎ型と比較して、感度が高くカラー化にと
って有利である。

しかしながら、この光センサーは注入される電子に対し
てはワイドバンドギャップな光導電層が障壁となるが、
注入されるホールに対しては、ａ−８ｉ：Ｈのみが障壁
となるため、障壁の高さが十分ではなく、ｐｉｎ型と比
較してＩｄが高い。また、パンチスルーが起きやすい構
造であるため、ａ−８ｉ：Ｈが１．５〜２．０μｍ程度
必要とされる。それ以下であると、第３図に示すように
Ｉｄが著しく増加し、Ｉｐ／Ｉｄを減少させてしまう。

通常プラズマＣＶＤ法では、ａ　−８ｉ：Ｈの成膜速度
は約２〜４人／ｓｅｃ程度である。１．５〜２．０μｍ
のａ−８ｉ：Ｈを積層するには、数時間を要し量産性に
おいて問題がある。なお、第２図において、２０６は基
板、２０７は下部電極、２０８は透明電極、２０９はａ
−３ｉ：ｎ層である。

また、第３図は第２図（ｃ）の光センサーにおけるａ−
３ｉ：Ｈ膜厚とＩｐ、Ｉｄの関係を示すものである。

（目　　的〕 本発明の目的はアモルファスシリコン層の膜厚が薄く、
高いＩｐ／Ｉｄ比が確保でき、カラー化対応にも有利で
、しかも均一性に優れたアモルファスシリコン光センサ
ーを提供することにある。

〔構　　成〕

本発明に係るアモルファスシリコン光センサーは透明電
極と金属電極とによって挟まれた、水素原子、重水素原
子、ハロゲン原子の少なくとも１種を含む４層のアモル
ファスシリコン層からなる光導電層を有する光センサー
において、第１のアモルファスシリコン層が酸素原子お
よび■広原子を含み、疑似太陽光ＡＭ−１１００ｍＷ／
■２照射時の光導電率σｐｈが１０−’　（Ω・ｃｍ）
−１以下でかつ光学的バンドギャップが１．９　ｅ　Ｖ
以上であり、第２のアモルファスシリコン層が酸素原子
を含み、σｐｈ／σｄ（σｐｈはＡＭ−１１００ｍＷ／
ｃｍ２照射時）が１０３〜１０６の範囲にあり、光学的
バンドギャップが１．９ｅＶ以上であり、第３のアモル
ファスシリコン層がノンドープ層でかつ膜厚が０．３〜
１．０μｍの範囲にあり、第４のアモルファスシリコン
層が酸素原子を含み、σｄが１０−１１（Ω・ａｎ）−
’以下であることを特徴とするものである。

第１図は本発明における光センサーの素子の一例を示す
断面図である。第１図において、光センサーは基板１０
１上の下部（金属）電極１０２上に順次積層された酸素
原子を添加した第４のアモルファスシリコン層１０３、
第３のアモルファスシリコン層１０４、酸素原子を添加
した第２のアモルファスシリコン層１０５、酸素原子と
■広原子を添加した第１のアモルファスシリコン層１０
６の４層からなる光導電層と、透明電極１０７より構成
される。なお、４層のアモルファスシリコン層は水素原
子、重水素原子、ハロゲン原子の少なくとも１種を含有
している。当然のこととして、上記構造を逆にした、つ
まり基板１０１として透明基板を用い、その上に透明電
極、第１のアモルファスシリコン層、第２のアモルファ
スシリコン層、第３のアモルファスシリコン層、第４の
アモルファスシリコン層を順々に積層し、上部に金属電
極を設けた構造でも何ら支障はない。この場合は、透明
基板を通して光を入射するようになる。

本発明の４層からなる光導電層は、次の特徴を有してい
る。

第１のアモルファスシリコン層１０６は酸素原子及び■
広原子を含み、疑似太陽光ＡＭ−１１００ｍＷ／ａＪ照
射時の導電率Ｃａ　ｐ　ｈ）が１０−７（Ω・１）−１
以下であり光学的バンドギャップが１゜９ｅＶ以上であ
る。これから判るように第１のアモルファスシリコン層
はワイドバンドギャップなｐ型層である。

第２のアモルファスシリコンＭ１０５は、酸素原子を含
み、σｐｈ／σｄが１０３〜６の範囲にあり、かつ光学
的バンドギャップが１．９ｅＶ以上ある。つまり、ワイ
ドバンドギャップ化がなされていて、大きな光感度を持
っている層である。

第３のアモルファスシリコン層１０４は、ワイドバンド
ギャップ化を計るための炭素原子、酸素原子、窒素原子
が意図的には含まれていない層で高いσｐｈ／σｄを有
している。その膜厚としては、０．３〜１．０μｍの範
囲にある。

第４のアモルファスシリコン層１０３は、酸素原子を含
み、σｄが１０−１１（Ω・０１）−１以下である。

第４のアモルファスシリコン層もワイドバンドギャップ
化が計られている。

上記のように光導電層を形成することにより、次のよう
な作用を有する。すなわち、上記の特徴を有する第１の
アモルファスシリコン層１０６は、暗時では注入する電
子に対して障壁を形成している。その高さはｐｉｎ型光
センサーと匹敵し、低いＩｄを実現できる。また光照射
時に第２のアモルファスシリコン層１０５、第３のアモ
ルファスシリコン層１０４で生成したフォトキャリアの
うち、ホールを透明電極１０７へ送ることを促がし、高
速応答を可能にする。またワイドバンドギャップである
ため、第１のアモルファスシリコン層１０６でのの光損
失が小さく、素子全体としては光を有効利用できる。

第２のアモルファスシリコン層１０５は、ワイドバンド
ギャップであり、かつ高いσｐｈ／σｄを有しているた
め、短波長側の光を有効利用でき、Ｉｐを向上させうる
。また、素子全体として見ると、ＭＩＳ型、ｐｉｎ型光
センサーと比較し、短波長側での光感度が良く、カラー
化に対応するとき有利である。

また第２のアモルファスシリコン層１０５は、酸素原子
が含まれているため、通常のａ−ｓｉ：Ｈよりも局在準
位が大きい。そのため、長期間にわたっては、第１のア
モルファスシリコン層１０６から■広原子が徐々に拡散
してきても、はとんど特性劣化が起きない。さらに、拡
散してきた■広原子に対しては、拡散速度を小さくする
効果がある。よって第３のアモルファスシリコン層に対
して、■広原子の拡散に関して、プロテクターとなる。

第４のアモルファスシリコン層は、ワイドバンドギャッ
プである、暗時ではホールに対して障壁となる。また高
抵抗層であるため、電界が集中しやすく、素子全体とし
て見た場合、パンチスルーが起きにくい構造となる。そ
の結果Ｉｄが低下し、高いＩｐ／Ｉｄを得ることができ
るだけではなく、フォトキャリアを発生する第３のアモ
ルファスシリコン層を、光吸収に十分なだけの膜厚（例
えばノンドープのアモルファスシリコン層の吸収係数よ
り算出すると５５０ｎｍでは約１μｍとなる）まで薄膜
化できる。さらに第４のアモルファスシリコン層の離面
に高い反射性の金属薄膜を下部電極として用いると、光
導電層で吸収されなかった光が２金属で反射され、光導
電層に戻るため、さらに薄膜化できる。

以上のように、本発明の構成を用いると、高いＩｐ／Ｉ
ｄを確保し、かつ高速応答を行ない、カラー化にも有利
である光センサーを、従来達成されていた膜厚よりも薄
くすることが可能となる。

以下に本発明の光センサーの各層について説明する。

基板１０１としては、ガラス、石英のような無機透明絶
縁物、またはセラミックのような無機絶縁物を用いるか
、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等の透明
高分子樹脂を用いる。

ただし、セラミックような不透明物質を用いる場合は、
上部電極を透明電極にして、素子の上方から光を入射す
る構造のみが可能となる。また、ＡＱ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆ
ｅ等の金属板などの。

導電性を基板とし、下部電極とを兼ねても良い。

下部電極（金属電極）１０２としては上記基板にＣｒ、
Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属薄膜を、真空蒸着、ス
パッタにより成膜して用いる。その膜厚としては、入射
光に対して反射効果を持たせるために少なくても５００
〜１５００人程度必要である。

下部電極（金属電極）形成後、４層のアモルファスシリ
コン層からなる光導電層を積層する。

第４のアモルファスシリコン層１０３はＳｉＨ４ガスな
いしその多量体とＣＯ２ないしＮ２０の混合ガスを用い
たプラズマＣＶＤ法によって成膜する。またガスは必要
に応じてＮ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等によって希釈して用
いても良い。なお、ＳｉＨ４ガスを用いた時はａ−５ｉ
Ｏ：Ｈ層が形成される。

ａ−８ｉＯ：Ｈ層の代りに、ＳｉＦ４等のハロゲン化物
とＣＯ２ないしＮ、Ｏガスを用いて作製したａ−８ｉＯ
：Ｆ等、ＳｉＤ、等の重水素化物とＣＯ□ないしＮ２０
ガスを用いて作製したａ　−３ｉ○：Ｄを用いても良い
。

第４のアモルファスシリコン層１０３をＳｉＨ４ガスと
ＣＯ８ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって作製する
場合、ＣＯ□／ＳｉＨ４を２〜５０、望ましくは１０〜
５０とすることによって、ホール注入を阻止するために
十分な障壁を有するワイドバンドギャップ層を得ること
ができる。さらに、ＰＨ３等のｎ型不純物を成膜時に導
入してｎ’ａ−８ｉ○：Ｈとしても良い。ｎ型とするこ
とによって、ホール障壁がさらに高くなりＩｄが低下す
る。導入するＰＨ３は高抵抗層の特性を維持するために
もＰＨ，／ＳｉＨ，＜１０−”とするのが良い、ＰＨ，
のドーピングプロファイルとしては第４図に示すように
、成膜時に均一に。

また下部（金属）電極に向かってステップ状ないし連続
に増加させることが考えられる。特に（ｂ）ステップ状
、（ｃ）連続状にＰＨ，をドーピングすると、Ｖ族原子
を添加していないａ−８ｉＯ：Ｈ層が第３のアモルファ
スシリコン層との界面にでき、■族原子がアモルファス
シリコン層へ防ぐ役割をはだすので、より望ましい。

第４のアモルファスシリコン層の導電率は高抵抗層を実
現するためにσｄが１０−１１（Ω・ｃｍ）−１以下で
なければならない。それ以上であると、第４のアモルフ
ァスシリコン層へ電界を集中させるためには、数１００
０＠程度が必要になり、本発明の目的である光センサー
の薄膜化が実現できない。

第４のアモルファスシリコン層の膜厚としては、高抵抗
層にするために１００〜１０００人、望ましくは１００
〜５００人、好適には１００〜２００人とするのが良い
。

第３のアモルファスシリコン層は、５ｊＨ４またはＳｉ
Ｆ４．ＳｉＤ、ないし、その多量体等のプラズマＣＶＤ
法によって作製される。また上記のガスは必要に応じて
、Ｎ２．　Ａｒ、　Ｈｅ等のガスによって希釈して用い
ても良い。

第３のアモルファスシリコン層は、ノンドープであると
ｎ−型になる。微量の■族原子をドーピングして、ｉ型
、ｐ−型としても何らさしつかえない。つまり、ワイド
バンドギャップ化がなされてなく（通常１．６〜１，８
ｅＶの光学的のバンドギャップ）、かつ高いσｐｈ／σ
ｄを有している層であれば良い。σｐｈ／σｄとしては
、光センサーのｒｐを高くするためにも１０６〜１０６
、望ましくは１０６〜ｌＯｓ範囲にあることとする。

第３のアモルファスシリコン層の膜厚としては光を有効
利用するためにも０．３〜１．０μｍ必要となる。膜厚
自体は、薄い方がスループットの向上へつながるが、０
．３μｍ以下であると第４のアモルファスシリコン層を
非常に高低化つまり膜厚を１０００Å以上にしなければ
ならない。その結果光センサーのＩＰが低下し、高いＩ
ｐ／Ｉｄを得ることができなくなる。

第２のアモルファスシリコン層としては、ＳｉＨ４ガス
ないしその多量体とＣＯ２またはＮ２０ガスを用いたプ
ラズマＣＶＤ法によって成膜する。ＳｉＨ４ガスの代わ
りにＳｉＦ４等のハロゲン化物、５ｉＤ４等の重水素化
物を用いても良い。

また必要に応じて、Ｎ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等のガスに
よって希釈して用いても良い。

たとえばＳ　ｉ　Ｈ４ガスとＣＯ□ガスを用いて成膜す
る場合、Ｃｏ２／ＳｉＨ４は１〜３０望ましくは２〜１
０とするのが良い。その時の光学的バンドギャップは、
１．９〜３　、　ＯｅＶとなる。

第２のアモルファスシリコン層は短波長光に対して光感
度を上げる役割をはだすので、上記光学的バンドギャッ
プを実現する必要がある。

１　、９ｅＶ以下では短波長増感がなされず、３．Ｏｅ
Ｖ以上では、現実的には高いσｐｈ／σｄを有する膜が
作製されにくい。

短波長増感をするためにも、第２のアモルファスシリコ
ン層はσｐｈ／σｄが１０３〜１０６の範囲になければ
ならない。それ以下では、短波長増感の効果がなく、σ
ｐｈ／σｄが１０６を越える膜については１作製法に時
間が要する。

第２のアモルファスシリコン層のσｄとしては、上記Ｃ
Ｏ□／　Ｓ　ｘ　Ｈ４であると１ｏ−１１〜１０−１′
′（Ω・ａ！１）−１になる。この範囲ではａ−８ｉ：
Ｈと比較して局在準位がわずかに大きいだけなので、光
感度を低下させることなく、第１のアモルファスシリコ
ン層から拡散する■族原子に対してのプロテクターとな
りうる。

第２のアモルファスシリコン層の膜厚としては、１００
〜１０００人、望ましくは２００〜５００人とするのが
良い。この膜厚があれば短波長増感および■族原子の捕
獲にも十分である。１０００Å以上あると、第２のアモ
ルファスシリコン層でのフォトキャリアのトラップ確率
が多くなり、Ｉｐの低下をきたしてしまう。１００Å以
下では膜の均一性に問題が残る。

第１のアモルファスシリコン層は、ＳｉＨ４ガスないし
その多量体とＣｏ２またはＮ２０とＢ２Ｈ６のような■
族不純物の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって
作製される。ＳｉＨ４ガスの代わりにＳｉＦ４のような
ハロゲン化物、５ｉＤ４のような重水素化物とＣＯ２ま
たはＮ２０と■族不純物を用いたプラズマＣＶＤ法によ
って作製しても良い。

また、第１のアモルファス層と隣接する透明電極に含ま
れる■族原子をドーピング源として、第１のアモルファ
スシリコン層ないし透明電極を成膜する時に拡散させて
も良い。たとえば、透明基板に透明電極としてＩＴＯを
成膜した後、第１のアモルファスシリコン層をプラズマ
ＣＶＤ法により成膜する際は、ガスとしてＳｉＨ４とＣ
Ｏ２のみを用いＩＴＯ中のＩｎを■族原子のドーピング
源として、固相ドーピングによりａ　−３ｉ○：Ｈを作
製する手順でＰ”ａ−３ｉＯ：Ｈとすることが可能であ
る。

第１のアモルファスシリコン層をたとえば、ＳｉＨ，、
Ｃｏ□、Ｂ２Ｈ，によって成膜する場合ＣＯ２／　Ｓ　
Ｉ　Ｈ４を１〜３０、望ましくは２〜１０とするのが良
い。Ｃｏ２／ＳｉＨ４を１未満とするとワイドバンドギ
ャップ化がなされないため、第１のアモルファスシリコ
ンの窓効果がなくなり、光の有効利用ができない。また
Ｃｏ□／ＳｉＨ４を３０以上にすると、Ｂ２Ｈ，のドー
ピング効率が著しく減少し、電子障壁が低くなってしま
い、Ｉｄが上昇する。Ｂ２ＨＧ／ＳｉＨ４については、
Ｂ２Ｈ，が一番多い所でｌＸｌ０−’〜ｌＸｌ０−２、
望ましくは５Ｘ１０−’〜５Ｘ１０−”とするのが良い
。

この範囲であると電子障壁が十分高くなり低いＩｄを実
現できる。Ｂ　ｚ　Ｈｓ　／　Ｓ　Ｉ　Ｈ４が１×１０
−４未満であると電子障壁が小さくなる。また１×１０
−２以上であると、第４のアモルファスシリコン層のσ
ｐｈが著しく小さくなる。そのため光センサーをアレイ
状にした場合、隣接ビットとのクロストークが大きくな
り、光センサーを個別化しないと実用には向かなくなる
。クローストークを実用上支障のない程度に抑えるため
には、σｐｈが１．０−７（Ω・ａｌｌ）−１以上必要
となる。

窓効果に関しては、光学的バンドギャップは１　、９ｅ
Ｖ以上必要である。望ましくは、第２のアモルファスシ
リコン層の光学的バンドギャップより広くするのが良い
。

第１のアモルファスシリコン層についてＢ２Ｈ６のドー
ピングプロファイルを第５図に示す。

ドーピングのプロファイルとしては、（、）均一（ｂ）
ステップ状（ｃ）連続に透明電極へ向かって増加の３つ
の形がある、特に（ｂ）、（ｃ）のようにすると第２ア
モルファスシリコン層との間で、ペテロ接合を形成する
際に界面準位を抑えることができるので好ましい。

第１のアモルファスシリコン層の膜厚としては１００〜
１０００人望ましくは２００〜５００人とするのが良い
。１０００Å以上であると、光の損失が大きく、１００
Å以下だと膜の均一性に問題が生じる。

４層のアモルファスシリコンからなる光導電層を積層後
、透明電極を設ける。透明電極としては、ＩＴＯ，Ｓｎ
○２をＥＢによる真空蒸着、スパッタ法によって成膜す
るのが一般的である。

透明電極の膜厚としては５００−１５００人程度高札ば
良い。

また、透明電極上に反射防止膜を作製し、光の利用効率
を向上させても良い。

次に実施例を述べる。

実施例１ 第６図に実施例１の素子断面図を示す。パイレックスガ
ラス３０１上にＣｒ薄膜３０２を真空蒸着により１００
０人積層高石。その後４層のアモルファスシリコン層を
プラズマＣＶＤ法により堆積させる。各層の成膜条件は
次の通りである。

ａ　−ＳｉＯ：　Ｈ（３０３） ガス流量比Ｓ　ｊＨ４７Ｈｚ　”　０．２Ｃｏ２／Ｓｉ
ｎ、＝２５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　１５０人 ａ　　　Ｓｉ　：　Ｈ（３０４） ガス流量比Ｓ　ｉＨ４／　Ｈｚ　＝０．２基板温度　２
５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力２０Ｗ 膜厚　　　０．８０μｍ ａ　−Ｓ　ｉｏ　：　Ｈ（３０５） ガス流量比ＳｉＨ，／Ｈ２＝０．２ ＣＯｚ　／　Ｓ　ｉ　Ｈ４＝　５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１．０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　５００人 Ｐ”　ａ　−ＳｉＯ：　Ｈ（３０６） ガス流量比ＳｉＨ，／Ｈ，＝０．２ Ｃｏ、／ＳｉＨ，＝５ Ｂ２Ｈ，／５ｉＨ４＝１ｘｌＯ−’ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　２００人 アモルファスシリコン層堆積後ＳｎＯ□膜３０７をＥＢ
による真空蒸着（０２ガスを導入）により面積２　ｍｍ
”の大きさで７５０人積高石る。

実施例２ 第２図に実施例２の素子断面図を示す。石英板４０１上
にＣｒ薄膜４０２をＤＣマグネトロンスパッタにより１
０００人積層高石。その後４層のアモルファスシリコン
層をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。各層の成膜条
件は次の通りである。

ａ　−ＳｉＯ：　Ｆ　（４０３） ガス流量比ＳｉＦ４／Ａｒ＝０．１ ＣＯ□／ＳｉＦ、＝２５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力１０Ｗ 膜厚　　　１５０人 ａ　　Ｓｉ：　Ｆ　（４０４） ガス流量比ＳｉＦ、／Ａｒ＝０．１ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力２５Ｗ 膜厚　　　０．８０μｍ ａ　−ＳｉＯ：　Ｆ　　（４０５） ガス流量比ＳｉＦ、／Ａｒ＝０．１ ＣＯ□／５ｊＦ４＝５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力１０Ｗ 膜厚　　　５００人 Ｐ”　ａ　−ＳｉＯ：　Ｆ　（４０６）ガス流量比Ｓｉ
Ｆ、／Ａｒ＝０．１ ＣＯ２／５ｉＦ４＝５ Ｂ２Ｆ、／５ｉＦ４＝５ｘｔｏ−’ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１，０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力１０Ｗ 膜厚　　　２００人 アモルファスシリコン層堆積後Ｉ　Ｔ　ＯＩＩＩ　（４
０７）をＤＣマグネトロンスパッタ法により、面積２ｍ
ｍ２、膜厚７５０人積む。

実施例３ 第８図に実施例３の素子断面図を示す。ポリ□イミドフ
ィルム５０１上にＮｉ−Ｃｒ合金５０２を真空蒸着によ
り１０００人積層高石。その後４層のアモルファスシリ
コン層をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。各層の成
膜条件は次の通りである。

ａ　−ＳｉＯ：　Ｄ　（５０３） ガス流量比５ｉＤ４／Ｈｅ＝０．１ ＣＯ□／５ｉＤ４＝２５ 基板温度　２００℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力　８Ｗ 膜厚　　　１５０人 ａ　−Ｓ　ｉ　：　Ｄ　（５０４） ガス流量比ＳｉＤ、／Ｈｅ＝０．１ 基板温度　２００℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力２０Ｗ 膜厚　　　０．８０μｍ ａ　−ＳｉＯ：　Ｄ　　（５０５） ガス流量比Ｓ　ｉ　Ｄ　４　／　Ｈｅ　＝　０　、１Ｃ
○、／ＳｉＤ、＝５ 基板温度　２００℃ 真空度　　１．０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力　８Ｗ 膜厚　　　５００人 Ｐ”　ａ　−ＳｉＯ：　Ｄ　（５０６）ガス流量比Ｓ　
ｉＤ、／　Ｈｅ＝０．１Ｃ○２／５ｉＤ４＝５ Ｂ２Ｄ６／Ｈｅ＝ＩＸＩＯ−’ 基板温度　２００℃ 真空度　　１．０Ｔｏｒｒ ＲＦ主電力　８Ｗ 膜厚　　　２００人 アモルファスシリコン層堆積後、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ法によりＩＴ○膜５０７を面積２Ｉ２の大きさで７
５０人積高石る。

実施例４ 第９図に実施例４の素子断面図を示す。パイレックス６
０１上にＣｒ薄膜６０２を真空蒸着により１０００人積
層高石。その後、４層のアモルファスシリコン層をプラ
ズマＣＶＤ法により堆積させる。各層の成膜条件は次の
通りである。

ａ　−ＳｉＯ：　Ｈ（６０３） ガス流量比ＳｉＨ４／Ｈ２””０．２ Ｎ　２０　／　Ｓ　ｉＨ４＝４０ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１．０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　　８Ｗ 膜厚　　　１５０人 ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（６０４） ガス流量比ＳｉＨ４／Ｈ２”０．２ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　２０Ｗ 膜厚　　　０．８０μｍ ａ　−Ｓ　ｔｏ　：　Ｈ（６０５） ガス流量比ＳｉＨ，／Ｈ２＝０．２ Ｎ２０／ＳｉＨ，＝１０ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　　８Ｗ 膜厚　　　５００人 Ｐ”ａ−８ｉ○：　Ｈ（６０６） ガス流量比Ｓ　ｉ　Ｈ４／　Ｈ２＝　０　、２Ｎ２０／
ＳｉＨ，＝１０ Ｂ　２　Ｈａ　／　Ｓ　ｉＨ４＝　５　Ｘ　１０−’基
板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　　８Ｗ 膜厚　　　２００人 アモルファスシリコン層堆積後、ＥＢ法による真空蒸着
によってＳｎＯ□膜（０□導入）６０７を面積２ｒ＠２
の大きさで７５０人積層重る。

実施例５ 第１０図に実施例５の素子断面図を示す。パイレックス
７０１上にＣｒ薄膜７０２をＤＣマグネトロンスパッタ
法により１０００人積層高石。その後、４層のアモルフ
ァスシリコン層をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。

各層の成膜条件は次の通りである。

ｎ”ａ−５ｉＯ：　Ｈ（７０３） ガス流量比ＳｉＨ４／Ｈ２＝０．２ ＰＨ３／５ｉＨ４＝Ｉ　Ｘｌ０−’ Ｃｏ、／５ｉＨ４＝２５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　　８Ｗ 膜厚　　　１５０人 ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（７０４） ガス流量比ＳｉＨ４／Ｈ，＝０．２ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　２０Ｗ 膜厚　　　０．８０μｍ ａ　−ＳｉＯ：　Ｈ（７０５） ガス流量比Ｓ　ｉ　Ｈ４／　Ｈ２＝　０　、２ＣＯ２／
５ｉＨ４＝５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　　８Ｗ 膜厚　　　５００人 Ｐ”　ａ　−ＳｉＯ：　Ｈ（７０６） ガス流量比Ｓ　ｘ　Ｈ４／　Ｈ−”　Ｏ−２ＣＯ□／Ｓ
ｉＨ，”５ Ｂ　２　Ｈｓ　／　Ｓ　ｉＨ４＝　Ｉ　Ｘ　１０−３基
板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　　８Ｗ 膜厚　　　２００人 アモルファスシリコン層堆積後、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ法によりＩＴ○膜７０７を、面積２ｍｎ＋２の大き
さで７５０人積層重る。

実施例６ 第１１図に実施例６の素子断面図を示す。Ｆｅ基板８０
１上に４層のアモルファスシリコン層をプラズマＣＶＤ
法により堆積させる。各層の成膜条件は次の通りである
。

ａ−８ｉ○：　Ｈ（８０２） ガス流量比Ｓ　ｘ　Ｈ４／　Ｈ２＝０．２ＣＯ□／５ｉ
Ｈ４＝２５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１．０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　１５０人 ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ（８０３） ガス流量比Ｓ　ｘ　Ｈ４／　Ｈ２”　０−２基板温度　
２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力２０Ｗ 膜厚　　　０．８０μｍ ａ−８ｉ○：　Ｈ（８０４） ガス流量比ＳｉＨ４／Ｈ２＝０．２ ＣＯ□／ＳｉＨ，＝５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　５００人 Ｐ”ａ　−ＳｉＯ：　Ｈ（８０５） ガス流量比ＳｉＨ，／Ｈ２＝０．２ Ｃ○２／５ｉＨ４＝５ Ｂ、Ｈ，／５ｉＨ４＝　Ｉ　Ｘｌ０−”基板温度　２５
０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　２００人 アモルファスシリコン層堆積後、ＥＢによる真空蒸着（
０２導入）によりＳｎＯ□膜８０膜製０６２　ｍｍ”の
大きさで、７５０人積層重る。

実施例７ 第１２図に実施例７の素子断面図を示す。パイレックス
基板９０１上にＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ｉ
ＴＯ膜９０２を７５０人積層重る。その後３層のアモル
ファスシリコン層をプラズマＣＶＤ法によって堆積させ
る。ただし、ＩＴＯ膜に隣接するａ−８ｉＯ：　Ｈ層の
うちＩＴＯ界面側は、ａ−８ｉＯ：Ｈ成膜時のプラズマ
衝撃により、ＩＴｏ中のＩｎが約４００人の深さまで拡
散しＰ”ａ−８ｉＯ：　Ｈとなっている。

各層の成膜条件は以下の通りである。

Ｐ”ａ−８ｉ○：　Ｈ（９０３）及び ａ　−Ｓ　ｉｏ　：　Ｈ（９０４） ガス流量比ＳｉＨ４／Ｈ２”０．２ Ｃ○、／５ｉＨ４＝５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　　９０３と９０４の２層で６００人ａ　−Ｓ
ｉ　：　Ｈ（９０５） ガス流量比Ｓ　ｉＨ４／　Ｈ２＝０　、２基板温度　２
５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力２０Ｗ 膜厚　　　０．８０μｍ ａ　−Ｓ　ｉｏ　：　Ｈ（９０６） ガス流量比ＳｉＨ４／Ｈ２＝０．２ Ｃｏ２／５ｉＨ４＝２５ 基板温度　２５０℃ 真空度　　１　、０Ｔｏｒｒ ＲＦ定電力　８Ｗ 膜厚　　　２００人 アモルファスシリコン層堆積後、真空蒸着により、ＡＱ
薄膜９０７を１．０μｍ、面積２　ｍｍ”の大きさで積
層する。

実施例１〜７（第６図〜第１２図）の評価結果を第１表
に示す。

評価の項目としては、感度及び光応答性について行なっ
た。感度は、実施例に従って作製した光センサーに逆バ
イアスで５ｖ印加した状態で５６７ｎｍにピークを持つ
光源を用い１６μＷ／ｃｏｔの光を照射したときのＩｐ
と暗時でのＩｄとの比で評価した。

また光応答性は逆バイアスで５ｖ印加した状態で上記の
光源をパルス点燈させ、Ｉｐの立ち上がり時間τＲで表
わした。τＲは光パルスを印加して、■ρが飽和値の９
０％に到着するまでに要する時間である。

第１表 第１３図は、前記実施例の中で良好な特性が得られた実
施例１についての逆バイアスでの■−■特性である。Ｉ
ｐ、Ｉｄとも電圧に対する変化が小さく、素子の均一性
が良いことを示唆している。

第１４図は実施例１の光センサーに逆バイアスで５ｖ印
加した状態で１６μＷ／ｃｆｆｌの単一波長光（４００
〜７３０ｎｍの範囲）を照射したときの分光感度である
。この第１４図より従来のｐｉｎ型、ＭＩＳ型素子と比
較し、短波長での増感が認められ、４７５〜６５０ｎｍ
にかけて一定の分光感度を有していた。

最後に実施例１の光センサーを用い、ラインセンサーの
試作を行なった。

８本／ｍｍＡ４サイズ（１７２８素子）において、静特
性はＩｐ／Ｉｄ＝１，５ｘｌＯ３を得た（５６７ｎｍ光
源、１６μＷ／ｆｆｌ照射）。また蓄積型の駆動回路を
用い、動特性を測定したところ、５　ｍｓ／　１ｉｎｅ
において、Ｓ／Ｎ比、４０ｄ　Ｂが得られ、１ｍｓ／１
ｉｎｅにおいてもＳ／Ｎ比、２５ｄＢが得られた。

上記のように本発明の光センサーをラインセンサーへ応
用すると良好な特性を有するラインセンサーが実現でき
る。

〔効　果〕

以上のような本発明によれば、アモルファスシリコン層
が薄く、高いＩｐ／Ｉｄ比が確保でき均一性にも優れ、
ラインセンサーに好適なアモルファスシリコン光センサ
ーが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光センサー素子の断面図である。 第２図は従来の光センサー素子の断面図である。 第３図は従来の光センサ−（ｃ）タイプにおいて、ａ−
８ｉ：Ｈ膜厚と工ρ、Ｉｄとの関係図である。 第４図は第４のアモルファスシリコン層におけるＰＨ，
のドーピイングプロファイルである。 第５図は第１のアモルファスシリコン層におけるＢ２Ｈ
，のドーピイングプロファイルである。 第６図〜第１２図は本発明の実施例における素子断面図
である。 第１３図は実施例１のＩ　−Ｖ特性図である。 第１４図は実施例１の分光感度図である。 １０１・・・基板　　　　　　１０２・・・下部（金属
）電極１０３・・・第４のアモルファスシリコン層１０
４・・・第３のアモルファスシリコン層１０５・・・第
２のアモルファスシリコン層１０６・・・第１のアモル
ファスシリコン層１０７・・・透明電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、透明電極と金属電極とによって挟まれた水素原子、
   重水素原子、ハロゲン原子の少なくとも１種を含む４層
   のアモルファスシリコン層からなる光導電層を有する光
   センサーにおいて、第１のアモルファスシリコン層が酸
   素原子およびＩＩＩ族原子を含み、疑似太陽光ＡＭ−１
   １００ｍＷ／ｃｍ＾２照射時の光導電率σｐｈが１０＾
   −＾７（Ω・ｃｍ）＾−＾１以下でかつ光学的バンドギ
   ャップが１．９ｅＶ以上であり、第２のアモルファスシ
   リコン層が酸素原子を含み、σｐｈ／σｄ（σｐｈはＡ
   Ｍ−１１００ｍＷ／ｃｍ＾２照射時）が１０＾３〜１０
   ＾６の範囲にあり、光学的バンドギャップが１．９ｅＶ
   以上であり、第３のアモルファスシリコン層がノンドー
   プ層でかつ膜厚が０．３〜１．０μｍの範囲にあり、第
   ４のアモルファスシリコン層が酸素原子を含み、σｄが
   １０＾−＾１＾１（Ω・ｃｍ）＾−＾１以下であること
   を特徴とするアモルファスシリコン光センサー。