JPH01302870A - 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】 〔産業の利用分野〕 本発明は光学的測定装置、光スイツチング素子などに用
いられる光センサーに関するものであり、特にＰ−１−
Ｎ接合の非晶質半導体層を用いた光センサーである。

〔発明の背景〕

非晶質半導体層は現在太陽電池、感光体ドラム、光セン
サーなどの光電変換装置、光デバイスに幅広くもちいら
れている。

非晶質半導体層の層構成の一例として、光キャリア（正
孔や電子）生成層（一般に１層）の両側にＰ層とＮ層と
を配置したＰ−１−Ｎ接合したものがあり、光照射によ
り発生したキャリアを収集し、光起電力として発生して
いた。

光電変換装置である光センサーは、この光起電力により
発生する光電流の量を検出し、入射光の強度を読み取る
フォトダイオド−型光センサーがあった。

また、Ｐ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層を有する積層
体のダイオードが互いに逆向きに抱き合わされ、両積層
体間にバイアス電圧を印加する抱き合わせタイプの光セ
ンサ−（特願昭６２−３３１６２０号）などがあった。

従来からＰ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層を有する光
センサーは、非晶質半導体層がせいぜい１μｍ程度であ
ることから耐圧信頼性が悪く、１■以下程度の低いバイ
アス電圧を印加して使用していた。　また、Ｐ−Ｉ−Ｎ
接合した非晶質半導体層は、光照射により、スティブラ
ー・ロンスキル効果と言われる光劣化現象があり、初期
特性が２０〜５０％も低下することが知られていた。

これは、太陽電池のみならず光センサーとしても、光照
射による局在準位密度の増大に伴う光導電率の低下現象
を招くものであった。

これらのことにより、光センサーなどの光電変換装置は
、使用経過に応じて特性が変化していくために、使用範
囲を大き（狭めてしまい、大きな欠点であった。

そこで、本発明者は、鋭息研沿し、Ｐ−１−Ｎ接合した
非晶質半導体Ｊ―を有する抱き合わせタイプの光センサ
ーにおいて、−船釣に用いられるバイアス電圧の印加の
条件を変えることにより、光劣化現象を改善できること
を知見した。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の知見に基づいて案出されたものであり
、その目的は互いに逆向に接続した前記Ｐ−１−Ｎ接合
した非晶質半導体層に発生ずる光劣化現象を低減し、安
定した特性が得られる光センサーを提供することにある
。

〔目的を達成するための具体的な手段〕本発明によれば
、上述の目的を達成するため、透明導電膜を被着した透
明基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層とバイ
アス電圧が印加される金属電極とから成る少なくとも２
つの積層体を、該透明導電膜を介して互いに逆向きに接
続した光センサーにおいて、互いに逆向に接続した前記
積層体の非晶質半導体層には、前記金属電極を介して３
〜１３Ｖのバイアス電圧が印加される光センサーを提供
する。

〔作用〕

上述の具体的な手段により、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質
半導体層を有する抱き合わせタイプの光センサーは、逆
バイアスとなる積層体の逆方向の光電流を検出するが、
その拡散電位以上の電位がバイアス電圧から印加される
と、検出される逆方向の光電流は光劣化の影響を受けな
い。これは、バイアス電圧により、生成されたキャリア
（正孔や電子）の収集効率が補われ、収集効率が向上す
るためと考えられる。

〔実施例〕

以下、本発明の光センサーを図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る光センサーの構造を示す断面構造
図である。

本発明の光センサーは、透明導電膜２を被着した透明基
板ｌ上に、第１の導電型、第２の導電型、第３の導電型
を接合した、即ちＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層３
及び金属電極４ａ、４ｂの積層体ａ、ｂを複数個形成し
て構成されている。

透明基板１はガラス、透光性セラミックなどから成り、
該透明基板ｌの一主面には透明導電膜２が被着されてい
る。

透明導電膜２は酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウ
ム錫などの金属酸化物膜で形成され、透明基板Ｉの一主
面の少なくとも積層体ａ、ｂに共通の膜となるように形
成されている。具体的には透明基板１の一生面上にマス
クを装着した後、上述の金属酸化物膜を被着したり、透
明基板１の一生面上に金属酸化物膜を被着した後、レジ
スト・エツチング処理したりして形成されている。

非晶質半導体層３は、少な（とも金属電極４ａ、４ｂが
形成される積層体ａ、ｂ部分には、第１の導電型、第２
の導電型、第３の導電型を接合、即ちＰ−１−Ｎ接合が
形成されている。具体的には、非晶質半導体層３はシラ
ン、ジシランなどのシリコン化合物ガスをグロー放電で
分解するプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等で被着される
非晶質シリコンなどから成り、Ｐ層はシランガスにジボ
ランなどのＰ型ドーピングガスを混入した反応ガスで形
成され、１層はシランガスを反応ガスとして形成され、
Ｎ層はシランガスにフォスフインなどのＮ型ドーピング
ガスを混入した反応ガスで形成される。

尚、金属電極４ａ、４ｂが形成されない部分の非晶質半
導体層３はＰ−Ｉ−Ｎ接合している必要はない。

金属電極４ａ、４ｂは、非晶質半導体層３上に所定形状
の間隔を置いて形成されている。具体的には、金属電極
４ａ、４ｂは非晶質半導体層３上にマスクを装着し、ニ
ッケル、アルミニウム、チタン、クロム等の金属を被着
したり、非晶質半導体層３上にニッケル、アルミニウム
、チタン、クロム等の金属膜を被着した後、レジスト・
エツチング処理したりして所定パターンに形成される。

尚、この金属電極４ａ、４ｂのレジスト・エツチング処
理に続き、金属電極４ａ、４ｂを侵さず且つ非晶質半導
体Ｎ３のみをエツチングする溶液に浸漬することにより
、上述のように金属電極４ａ、４ｂが形成されない部分
の非晶質半導体Ｎ３の一部（図では、Ｎ層）を除去でき
る。好ましい金属は、電極と外部リードとが容易に半田
付けできるニッケルであり、予め金属電極４ａ、４ｂ上
に半田デツプによる半田層５を設けてもよい。

そして、金属電極４ａ、４ｂ間に外部回路（図示せず）
から一定のバイアス電圧を印加しておく。

上述の構成の光センサーは、Ｐ−１−Ｎ接合された積層
体ａ、ｂのダイオードが抱き合わされた構造になってい
る。

今、積層体ａの金属電極４ａに＋、積層体すの金属電極
４ｂに−でバイアス電圧をかけておくと、ｖｔ１ｍ体ａ
側の非晶質半導体層３ａには逆バイアス、積層体す側の
非晶質半導体層３ｂには順バイアスがかかることになる
。

暗状態において、金属電極４ａ、４ｂ間の抵抗は積層体
ａの逆方向抵抗Ｒａと積層体すの順方向抵抗Ｒｂの和に
なり、金属電極４ａ、４ｂ間に流れる電流は、該抵抗（
Ｒａ十Ｒｂ）に対応する。

上述の光センサーの透明基板１側より光照射される明状
態では、積層体ａ及び積層体すに光起電力が生じるが、
互いに逆電位であるため相殺され、実際には光起電流は
流れないものの、金属電極４ａに＋、金属電極４ｂに−
でバイアス電圧を印加されているので、積層体ａに逆方
向光電流が発生する。なお、積層体すはダイオードの順
方向抵抗から成る抵抗体となる。

そして、２つの金属電極４ａ、４ｂ間の電流は積層体ａ
の金属電極４ａ−非晶質半導体層３ａのＮ層−■層−Ｐ
層−透明導電膜２−積層体すの非晶質半導体層３ｂのＰ
層−■層−Ｎ層−金属電極４ｂに流れる。

ここで、光センサー全体において見かけ上、光照射によ
って抵抗が低下したことになり、光導電型センサーのよ
うにはたらく。これにより、照度−抵抗値特性がリニア
となり、Ｔ値が約１となる。

本発明は、金属電極４ａ、４ｂ間に印加するバイアス電
圧を、３〜１３Ｖに設定することが重要である。特に５
〜ＩＯＶに設定することがよりこのましい。

本発明者は、上述の光センサーを用いて種々の実験をお
こなった。

まず、上述の光センサーを金属電極４ａ、４ｂ間にバイ
アス電圧を印加せず、端子開放してＡＭ−１，１００ｍ
Ｗ／ｃ＋ｗ２の光を１００時間照射した（光センサ−Ａ
）。また金属電極４ａ、４ｂ間に通常用いられるバイア
ス電圧、１■を印加してＡＭ−１，１００ｍＷ／ｃｍ２
の光を１００時間照射した（光センサ−Ｂ）。上記の光
劣化した光センサ−Ａ及び光センサ−Ｂにバイアス電圧
をＯ〜２０Ｖに変化させ、光センサ−Ａ及び光センサ−
Ｂの光劣化前の抵抗値との変化率を測定した。

第２図は、その結果を示す特性図であり、横軸に変化さ
せたバイアス電圧の電位をしめし、縦軸に光劣化前（初
期状態）の抵抗値と比較した抵抗値増加率をしめす。な
お、測定には２００ルツクスの光照度でおこなった。

第２図から明らかなように、光劣化は、概ね端子開放し
て光を１００時間照射した光センサ−Ａの方が、１■の
バイアス電圧を印加して光を１００時間照射した光セン
サ−Ｂよりも大きいことがわかる。

さらに重要なことは、光劣化した光センサー八及び光セ
ンサ−Ｂであっても、バイアス電圧の電位次第では、光
劣化前の初期状態の抵抗値と遜色のない使用が可能であ
ることである。即ち、バイアス電圧の電位を３〜１３Ｖ
に設定して使用すると、初期状態の抵抗値と比較して１
０〜１５％の抵抗値増加率におさえられ、さらに、バイ
アス電圧の電位を５〜ＩＯＶに設定して使用すると、光
劣化した光センサ−Ａ、Ｂでも、初期状態の抵抗値と比
較して抵抗値増加率（明電流低下率）が０と、全く光劣
化が観測されない状態とすることができる。

なお、バイアス電圧の電位を１３Ｖ以上に設定すると、
抵抗値増加率が次第に顕著となるが、これは、２つの金
属電極４ａ、４ｂ間に非晶質半導体層を介して直接流れ
る横力同電両が存在が顕著となり、非晶質半導体層３の
１層の光導電率の増加が出てくるためと考えられる。

本発明によれば、光劣化による抵抗値増加率を低下せし
めるために、バイアス電圧を３〜１３Ｖに設定すること
が有効であるが、さらに、非晶質半導体層の１層の厚み
を１〜５μｍと厚く設定すると、バイアス電圧を３〜１
３Ｖの電圧に対して信頼性を向上させることができる。

尚、上述の光センサーは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合された積層体
ａ、ｂのダイオードが抱き合わされた構造になっている
が、金属電極４ａ、４ｂが形成されていない部分の非晶
質半導体層の一部又は全部を除去してｋＪｗ体ａ、ｂの
ダイオードを抱き合わせにしても、さらに、同一基板上
にバイアス電圧が印加される一対の積層体ａ、ｂを複数
個形成しても構わない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は透明導電膜を被着した透明基板
上に、Ｐ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層とバイアス電
圧が印加される金属電極とから成る積層体を形成した光
電変換装置において、該全屈電極間に、３〜１３Ｖのバ
イアス電圧が印加したため、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質
半導体層に発生する光劣化現象を低減し、光導電率の低
下を抑え、安定した特性が得られ、光センサーの使用用
途を拡大できるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光センサーの構造を示す断面図で
ある。第２図は、光センサーのバイアス電工の電位と光
劣化前の初期状態の抵抗値と比較した抵抗値増加率の関
係をしめず特性図である。 ■、３１・・・・・透明基板 ２．３２・・・−・透明導電膜 ３．３３・・・・・非晶質半導体層 ４ａ、４ｂ・・・・金属電極 ａ、ｂ・・・・・・積層体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　透明導電膜を被着した透明基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合
   した非晶質半導体層とバイアス電圧が印加される金属電
   極とから成る少なくとも２つの積層体を、該透明導電膜
   を介して互いに逆向きに接続した光センサーにおいて、 互いに逆向に接続した前記積層体の非晶質半導体層には
   、前記金属電極を介して３〜１３Ｖのバイアス電圧が印
   加されることを特徴とする光センサー。