JPH02148772A - 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−Ｉ−
Ｎ接合の非晶質シリコン半導体層を有する積層体（ダイ
オード）が互いに逆向きに接続した光センサーに関する
。

〔従来の技術〕

本出願人は、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体
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、両端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）
を提案した。

第６図は、その光センサーの構造を示す断面図である。

光センサーは、透明導電膜６２を被着した透明基板６１
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接合した非晶質シリコン半導体
層６３及び金属電極６４ｘ、６４ｙから成る積層体ｘ、
　　ｙを複数個形成して構成されている。

透明基板６１はガラス、透光性セラミックなどから成り
、該透明基板６１の一主面には透明導電膜６２が被着さ
れている。

透明導電膜６２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６１の
一主面の少なくとも積層体ｘ、　　ｙに共通の膜となる
ように形成されている。

非晶質シリコン半導体層６３は、少なくとも金属電極６
４ｘ、６４ｙ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−Ｉ−Ｎ接合が形成されている。具体的には、非晶
質シリコン半導体層６３はシラン、ジシランなどのシリ
コン化合物ガスを基板温度２００℃に設定し、グロー放
電で該ガスを分解するプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等
で被着され、Ｐ層はＰ型ドーピングガスを混入した反応
ガスで、Ｎ層はＮ型ドーピングガスを混入した反応ガス
で夫々形成される。

金属電極６４ｘ、６４ｙは、非晶質シリコン半導体Ｆｔ
６３上に所定形状の間隔を置いて形成され、これにより
、積層体ｘ、ｙが基板６１上に形成されることになる。

金属電極６４ｘ、６４ｙは、具体的には、非晶質シリコ
ン半導体層６３上にマスクラ装着し、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
シリコン半導体層６３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。

そして、金属電極６４ｘ、６４ｙ間に外部回路（図示せ
ず）から一定のバイアス電圧が印加される。今、積層体
Ｘ側の非晶質シリコン半導体層６３Ｘには逆バイアス、
積層体ｙ側の非晶質シリコン半導体Ｆ６３ｙには順バイ
アスようにする。

上述の光センサーの透明基板６１側より光照射されると
、積層体Ｘ及び積層体ｙ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６４ｘに＋、金属電極６４ｙに−で
バイアス電圧が印加されているので、積層体Ｘに逆方向
光電流が発生する。なお、積層体ｙ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６４ｘ、６４ｙ間の電流は積層
体Ｘの金属電極６４ｘ−非晶質シリコン半導体層６３ｘ
のＮ層−１層−ＰＨ〜透明導電膜６２−積層体ｙの非晶
質シリコン半導体層６３ｙのＰ層−１層−Ｎ層−金属電
極６４ｙに流れる。

即ち、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、γ値が約１となる。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、上述の光センサーにおいて、透明導電膜
６２は、所定以下の抵抗値と高い透明度が必要であるた
めに、透明導電膜６２が高価と成ってしまう。また、非
晶質シリコン半導体層６３を高温、例えば３００℃以上
で成膜すると、透明導電膜６２が変質してしまい、特性
の高い光センサーの達成を大きく妨げていた。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の問題点に基づいて案出されたものであ
り、その目的は透明導電膜を不要とし、低コストの光セ
ンサーを提供することにある。

また、別の目的は、簡単な構造で長波長側の感度が向上
す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、透明基板上に、少なくと
も基板側の一層が微結晶状態であるＰ−１−Ｎ接合した
非晶質シリコン半導体層とバイアス電圧が印加される金
属電極とが重畳して成る少なくとも２つの積層体を形成
するとともに、該積層体かを介して該微結晶層が互いに
逆向きに接続された光センサーが提供される。

〔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、透明基板１上に、少なくとも基
板１側に微結晶の層を有するＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質
シリコン半導体層２及び金属電極３ａ、３ｂを重畳され
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１の一主面には微結晶状態のの層を含むＰ−
Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層２が形成されて
いる。

非晶質シリコン半導体層２は、基板側から２層２ｐ、１
層２１及びＮ層２ｎが順次積層されている。光入射がさ
れる基板側に２層２ｐを配置するのは、ＮＦｊ２ｎに比
べ窓層の効果があるためである。

金属電極３ａ、３ｂは、非晶質シリコン半導体層２上に
所定形状の間隔を置いて形成され、外部回路より、バイ
アス電圧が印加される。この金属電極３ａ、３ｂは非晶
質シリコン半導体層２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、
非晶質シリコン半導体層２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。

本発明の特徴であるＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン
半導体層２は、シラン、ジシランなどのシリコン化合物
ガスと水素等のキャリアガスとが所定比に混合された反
応成膜ガスをグロー放電で分解するプラズマＣＶＤ法や
光ＣＶＤ法等で成膜され、Ｐ層２ｐ成膜時にはこの反応
成膜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、Ｎ層２ｎ成膜時にはこの反応成膜ガスに
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
ガスで夫々成膜される。

そして、本発明においては、非晶質シリコン半導体層２
は、基板側の層を少な（とも微結晶状態にして、従来の
透明導電膜を不要としたことである。即ち、微結晶状態
の非晶質シリコン半導体層を低抵抗化し、Ｐ−Ｉ−Ｎ接
合した非晶質シリコン半導体層によって形成されるダイ
オードを構成すると同時に、２つの積層体ａｚｂを互い
に逆方向に接続するための層となる。

非晶質シリコン半導体層２の基板１側の層、例えば２層
２ｐが微結晶状態である。この微結晶状態を達成するに
は、成膜中の基板温度を４００℃以上で成膜することで
ある。シリコン原子に結合する水素原子が低下して、非
晶質状態に比べ安定した結晶状態、即ち本発明でいう微
結晶状態の層が達成できる。そして２層２ｐの中に取り
込まれる水素濃度を測定すると、１０原子％未満となる
。

これにより、２層２ｐのシート抵抗が１００〜５００Ω
／口となる。さらに、１層２１の基板温度を４００℃以
上で成膜すると、光劣化による特性低下が有効に抑えら
れ、光学的ギャップが小さくなり、長波長側の感度が向
上する。尚、２層２ｐの厚みは、所定以下の抵抗値を得
るために、少なくとも１０００〜２０００人程度であれ
ばよく、これ以上であると透過率が低下し、逆にこれ未
満であると抵抗値が増大し、いづれにおいても、特性の
低下を招いてしまう。また、２層２ｐの厚みの制御によ
って、基板側から入射される光のうち短波長側の光をカ
ット制御するために利用してもよい。

第２図は、非晶質シリコン半導体層を高温基板（４００
℃）上で成膜したもの（線Ａ）と、通常の温度、例えば
２００℃で成膜したもの（線Ｂ）との照射時間による光
劣化状況を示す図であり、第３図は、非晶質シリコン半
導体層を高温基板上に成膜したもの（線Ｃ）と、通常の
温度、例えば２００℃で成膜したもの（線Ｄ）との分光
感度を示す特性図である。

また、２層２ｐを次の成膜方法ですることもできる。２
層２ｐの成膜時の基板温度を１２０〜２００℃、好まし
くは１６０℃と通常の温度範囲内に設定して、成膜反応
ガスの水素流量比を０．　４〜０．２％（ＳＩＨ４／Ｈ
２）　％成膜中の反応室ガス圧を２．０〜３．　０　Ｔ
ｏｒｒｓ放電を起こすための出力を０．５〜１．０％Ｉ
ｌ／ｃＩ１１２に設定する。さらに、成膜が形成された
後に、アニール処理として４００℃で約１時間晒すこと
によって、非晶質状態に比べ安定した結晶状態、即ち本
発明でいう微結晶状態の層が達成できる。尚、上述のア
ニール工程を、１層２１高温基板の成膜で兼ねることも
可能である。

このようにすれば、アニール工程の時間を節約でき、さ
らに上述したように、光劣化の低下又は分光感度の長波
長側のシフトが達成できる。このようにして形成された
２層２ｐのシート抵抗は１〜３０にΩ／日前後と、低抵
抗化を達成することができる。

第４図及び第５図は、２層２ｐのみの評価実験の結果で
ある。第４図は成膜時の基板温度に対する成膜後のアニ
ール工程前（線Ｅ）及びアニール工程後（線Ｆ）による
導電率の向上を示す特性図である。図では、通宝の基板
温度で成膜した膜であってもアニール工程により、高い
導電率が得られることが明瞭に分かる。

第５図は、成膜反応ガス圧に対する成膜後のアニール工
程前（線Ｇ）及びアニール工程後（線Ｈ）による導電率
の関係を示した特性図である。

図によれば、アニールによって導電率は一般に１桁向上
するが、アニールを行って効果のある成膜時のガス圧範
囲が明瞭に分かる。即ちガス圧を少な（ともｌ　、　　
５　Ｔｏｒｒ以上に設定する必要があり、従来以上を達
成し、再現性をえるには、反応室ガス圧を２．０〜３　
、　　ＯＴｏｒｒとすることが重要である。

上述の２つの方法でＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン
半導体層２の少な（とも基板側の層を微結晶させるが、
何れも、非晶質シリコン半導体層２を高温に晒すことと
なる。ここで本発明は、透明導電膜を用いていないため
に、高温処理することが容易となり、それにより、光セ
ンサーとじては、従来の大きな課題であった１層のおけ
る光劣化による特性低下を有効に抑制できるものとなっ
た。ここで留意することは、基板１の表面状態及び基板
１内に含まれる不純物の非晶質シリコン半導体Ｈ２への
拡散である。これを改善及び防止するために基板１上に
酸化シリコン膜などアンダーコートをしてもよい。

尚、上述の実施例では、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリ
コン半導体層２が基板側からＰ層、１層、Ｎ層と順次積
層されているが、基板側からＮ層、１層、Ｐ層と順次積
層しても構わない。この場合、Ｎ層を４００℃以上に高
温成膜やアニール工程の付加によって微結晶状態が達成
されるが、光入射を向上する窓層効果に鑑み、さらに成
膜反応ガス中の水素濃度を高めることで達成できる。

また、微結晶状態の層の導電率が若干不足する時には、
非晶質シリコン半導体層２を成膜前に、基板上に金属グ
リッド補助電極を形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は透明基板上に、少なくとも基板
側の層が微結晶状態のＰ−１−Ｎ接合した非晶質シリコ
ン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、該微結晶層を介して互
いに逆向きに接続したため、基板上の透明導電膜の成膜
及びパターンニングなどの工程がなく、製造効率が高ま
り、低コストが達成できる。また、非晶質シリコン半導
体層の成膜における基板温度の制約がなくなり、基板温
度による長波長側の感度が向上及び光劣化による特性低
下を大きく改善できる光センサーとなり、よって特性向
上、量産性に富んだ光センサーが達成できる。

【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Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導
体層の成膜基板温度と光劣化との関係を示す特性図であ
り、第３図はＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体
層の成膜基板温度と分光感度との関係を示す特性図であ
り、第４図はＰ層の非晶質シリコン半導体層の成膜基板
温度と成膜後のアニールによる導電率の関係を示す特性
図であり、第５図は、成膜反応ガス圧と導電率の関係を
示した特性図である。 第６図は、従来の光センサーの構造を示す断面図である
。 ■、６１　・　・　・　・　・　・　・２．６３・・・
非晶質シ ３ａ、３ｂ、６４ｘ、６４Ｖ　　”　”　”　”６２・
　・　・　・　・　・　・　・　・ａ、ｂｌ　Ｘ、ｙｏ
　°　°　。 ・・・透明基板 リコン半導体層 ・・・金属電極 ・・透明導電膜 ・・・・積層体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明基板上に、少なくとも基板側の一層が微結晶状態で
   あるＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層とバイ
   アス電圧が印加される金属電極とが重畳して成る少なく
   とも２つの積層体を形成するとともに、該積層体が該微
   結晶層を介して互いに逆向きに接続されることを特徴と
   する光センサー。