JPH02148773A - 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〕 本発明は非晶質半導体層を有する光センサーに関するも
のである。

〔従来技術〕

現在、光センサーには、フォトダイオード型、プレーナ
ー型、抱き合わせ型など幅広く用いられている。

フォトダイオード型光センサーは、第４図に示すように
光入射される側より、透明基板４１、透明導電膜４２、
Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層４３及び金
属電極４４が順次積層されている。

透明基板４１はガラス等であり、透明導電膜４２は、酸
化錫、酸化インジウム、酸化インジウム錫等の金属酸化
物の薄膜によって形成される。

Ｐ−１−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層４３は、少
なくとも透明導電膜４２の出力を導出するための一方の
端子４５形成部分を残して形成される。具体的には、非
晶質シリコン半導体層４３は、透明導電膜４２上に所定
形状のマスクを装着してシラン、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法等で被着したり、または、非晶質シリコン
半導体層４３を形成した後に酸・アルカリなどのエツチ
ング液で所定形状に成膜されていた。

金属電極４４は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ク
ロム等の金属を抵抗加熱法等によって被着形成される。

尚、この金属電極４４と同時に透明導電膜４２上に出力
端子４５を形成する。

このように構成された光センサーは、基板側からの光入
射により、非晶質シリコン半導体層４３の１層に光が到
達すると、１層でキャリアが発生し、非晶質シリコン半
導体層４３の光導電率が変化したり、金属電極４４と出
力端子４５との間に光起電力が発生し、これらの変化を
外部回路で検出していた。

〔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、非晶質シリ
コン半導体層４３と基板４１間から出力を得る場合、非
晶質シリコン半導体層４３を所定形状にパターンニング
しなくてはならず、非晶質シリコン半導体層４３の成膜
前にマスク処理又は成膜後にエツチング処理など大気中
での作業が必要となり、非晶質シリコン半導体層４３と
透明導電膜４２又は金属電極４４との間に、酸化膜が形
成されていまい、特性の低下が発生してしまう。

〔本発明の目的〕

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、
非晶質シリコン半導体層のパターンニングを不要にし、
簡単な構造で安定した出力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〕本発明が上述の
目的を達成するために行う具体的な手段は、非晶質シリ
コン半導体層上に２つの金属電極を形成した光センサー
において、前記−方の金属電極には、非晶質シリコン半
導体層に拡散し得る低融点拡散金属を含んでいる光セン
サーを提供する。

〔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。

光センサーは、透明導電膜２を被着した透明基板１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接合した非晶シリコン質半導体Ｎ３
及び金属電極４ａ、４ｂを順次積層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の一主面の全面には透明導電膜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る。

非晶質シリコン半導体層３は、透明導電膜２の全面に形
成される。非晶質シリコン半導体層３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。そして、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
〜ＮＦｊ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。

金属電極４ａは、非晶質シリコン半導体層３上の所定位
置に形成され、非晶質シリコン半導体層３で発生するキ
ャリアを収集すると同時に外部に導出するための一方の
端子と成るものである。具体的には金属電極４ａは、ニ
ッケル、アルミニウム、チタン、クロム等の金属を抵抗
加熱法等によって被着形成される。即ち、この工程まで
一連の薄膜手法によって形成されるために、非晶質シリ
コン半導体層３と透明導電膜２及び金属電極４ａとの界
面が良好な状態が達成される。さらに、金属電極４ａは
所定形状にエツチング処理され、透明導電膜２、Ｐ−Ｉ
−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層３及び金属電極４
ａが積層したダイオードが形成される。このとき、金属
電極４ａ以外の非晶質シリコン半導体層３の一部が除去
されてもよい。

さらに、金属電極４ａ以外の非晶質シリコン半導体層３
上には、非晶質シリコン半導体層３に拡散し得る低融点
拡散金属を含んでいる金属電極４ｂが形成される。

金属電極４ｂは、非晶質シリコン半導体層３に拡散し得
る低融点金属により、金属電極４ｂを形成した下部にあ
る非晶質シリコン半導体層３を良電導体５化して、透明
導電膜２と良好なオーミックコンタクトを達成し、他方
の出力端子と成るものである。具体的には、金属電極４
ｂはフェール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの
ベース樹脂に銅、銀などの金属粉末及びＩｎＸＢ１など
の低融点金属拡散金属を含んだ導電性ペーストをスクリ
ーン印刷法によって塗布、乾燥（１５０〜２５０℃）、
硬化して形成される。ベース樹脂材は、通常、非晶質シ
リコン半導体層３を形成する際の基板温度である２５０
℃程度以下の低温で硬化させるためのものであり、乾燥
、硬化においては、非晶質シリコン半導体層３及び金属
電極４ａに悪影響を及ぼすことが一切ない。

以上のように、光センサーは、非晶質シリコン半導体層
３の特性を低下させることがなく、非晶質シリコン半導
体層３の裏面側に出力端子（金属電極４ａ、４ｂ）が集
中し、簡単な構造で例えば金属電極４ａ、４ｂの材料に
半田接合が可能なＮｉやＣｕなどを使用すれば、光セン
サーのチップ部品が達成される。

第２図は、第１図に示した光センサーの透明導電膜２を
排除した構造である。即ち非晶質シリコン半導体層２３
が直接基板２１上に形成できるために、温度制御などの
成膜条件が緩和され、非晶質シリコン半導体層２３の特
性が向上される光センサーである。

本実施例では、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導
体層２３の基板に接触する層、即ちＰ層またはＮ層が第
１図に示した透明導電膜を兼ねるために低抵抗化されて
いる。即ち、非晶質シリコン半導体層２３の一部が微結
晶化されている。微結晶状態は、粒径５０〜２００人の
結晶が単独又は非晶質シリコン層内に混在している状態
である。

本実施例の光センサーは、基板２１上に微結晶層、図で
は２層２３ｐ及びＩ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体
層２３が形成され、さらに非晶質シリコン半導体層２３
上に金属電極４ａ、４ｂが形成されている。

微結晶化の２層２３ｐは上述した成膜方法において成膜
基板温度を４００℃以上の高温にすることで達成される
。または通常よりもＲＦ電力をあげ（（Ｌ　　５〜１．
０Ｗ／ｃｍす、シラン／水素の比を大きくシ（ｔｒｚ希
釈　０．１〜０．５％５ｉＨ４）、成膜したＰ層を４０
０℃、１時間のアニール処理することで達成される。何
れの方法においても、基板に透明導電膜が無いために容
易に高温に晒すことができるのである。このように形成
された２層２３ｐは、導電率１０′〜１０２（Ω・０ｍ
２）−１が得られ、短絡電流Ｉ　Ｘｌ０−’Ａの場合で
あっても支障なく動作する。

第３図は、この微結晶層の２層２３ｐを含む非晶質シリ
コン半導体層２３を有する光センサーの分光感度を測定
した特性図である。

非晶質シリコン半導体層２３の膜厚は、微結晶層の２層
２３ｐを１０００人〜４０００人を変化させ、１層を６
０００人、Ｎ層を５００人とした。

金属電極４ａにＮｉを使用し、金属電極４ｂには、フェ
ノール樹脂にＣｕ粉末７５−ｔχ、Ｂｉ粉末５−Ｌχ添
加した導電性ペーストを２５０℃、１５分間硬化して作
成した。

特性図から明らかなように、微結晶層の２層２３ｐを形
成することにより、約４５Ｏｎ＋ｎの波長はカットされ
、工業的測定装置等に利用される赤色光の波長（約６６
０ｎｍ）の測定におけるノイズが減少できる。線Ａは、
微結晶層の２層２３ｐの厚みが１０００人の、線Ｂは、
微結晶層の２層２３ｐの厚みが２０００人の、線Ｃは、
微結晶層の２層２３ｐの厚みが４０００人の分光感度を
夫々示した。なお、２層２３ｐの厚みが１０００人の光
センサーでは、０．０４μＡ／ｎｍ２の明電流、２　Ｘ
　１０　’−”　Ａ／ｖｗ”　　（出力４子間ニＩ　Ｖ
（Ｄバイアス電圧を印加した状態）の暗電流が得られ、
光センサーとして極めて利用価値の高いものが得られた
。

なお、上述の微結晶の非晶質シリコン半導体層の２層２
３ｐ上に形成される１層を高温で成膜してアニール工程
と兼ねさせてもよい。このように、高温（４００℃以上
）で１層を成膜すると、光照射で発生する光劣化による
初期特性の低下を大幅に改善でき、−層長波長側の感度
向上した光センサーが達成できる。

上述の実施例では、基板側からＰ層、１層、Ｎ層と順次
積層したが、Ｎ層、１層、Ｐ層と積層したものでもよく
、またＮ−Ｉ接合した光センサーにも広く利用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は、透明基板上に、非晶質シリコ
ン半導体層を重畳し、さらに２つの金属電極を順次積層
体するとともに、前記一方の金属電極には、非晶質シリ
コン半導体層に拡散し得る低融点拡散金属を含んでいる
ため、基板−透明導電膜（省略してもよい）−非晶質シ
リコン半導体層−金属電極層を一連の薄膜工程で形成で
きるため、非晶質シリコン半導体層をパターンニングす
ることがないために構造が極めて簡略化する。また、非
晶質シリコン半導体層と接触する導電膜との界面が極め
て良好となり、安定した出力が得られる。

また、出力を導出する端子が非晶質シリコン半導体層の
上の裏面に集中させることが出来るので、半田デイツプ
などチップ化された光センサーが可能となる。

【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図は本発明の他の光センサーの断面図である
。第３図は第２図に示した光センサーのＰ層厚みによる
分光感度の変化を示す特性図である。第４図は従来の光
センサーの構造を示す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 非晶質シリコン半導体層上に２つの金属電極を形成した
   光センサーにおいて、 前記一方の金属電極には、非晶質シリコン半導体層に拡
   散し得る低融点拡散金属を含んでいることを特徴とする
   光センサー。