JPH02189973A - 受光素子の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は受光素子及びその製造方法、特に密着型セン
サを構成するために用いて好適な受光素子とその製造方
法と（こ関する。

（従来の技術） 従来より、原稿を等倍で光学的に読取る密着型イメージ
センサが、例えばファクシミリャイメジスキャナ等の画
像読取装置に用いられている。

密着型イメージセンサは縮小光学系か不要なので、児着
型イメージセンサを画像読取装置に用いることによって
画像読取製画の小型化、低価格化を図れるという利点か
ある。

第５図は密着型イメージセンサに用いられる従来の受光
素子構造を概略的に示す断面図である。

同図に示す受光素子１０は、ガラス基板１２上に順次に
設けた下部電極１４、光電変換膜１６及び透明電極１８
から成り、フォトダイオードを構成する。

透明電極１８上には配線電極２０ヲ設け、配線電極２０
を透明電極１８上に順次に積層させたクロム（Ｃｒ）層
２０ａ及びアルミニウム（Ａ１層２０ｂから成る二層構
造の電極としている。

また図において、２２は発光素子例えば発光ダイオード
及び２４は原稿を示し、発光素子２２からの出射光Ｌ１
が原稿２４で反射され、この反射光Ｌ２か受光素子１０
に入力され光電変換される。

従来の受光素子１０において、光電変換膜１６としては
例えばノンドープ（１層）の水素化アモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜が用いられる。

また下部電極１４としては基板１２及びａ−Ｓｉ：Ｈ膜
との付着力か高くそして遮光性の高い電極例えばクロム
（Ｃｒ）から成る金属電極か用いられ、また透明電極１
８としては酸化インジウム・錫（■丁Ｏ）か多く用いら
れる。ＴＴ○透明電極１８及びａ−Ｓｉ（ｉ層）光電変
換膜１６による接合障壁によって、電子か透明電極１８
から光電変換膜１６へ注入されるのを阻止でき、その結
果、暗電流の低減を図れる。尚、透明電極１８としてこ
の他例えば酸化錫（Ｓｎ○２）が用いられることもある
。

上述のような構成の受光素子１０ヲ動作させるに当って
は、通常、透明電極１８の電位か下部電極１４の電位に
対して負となるようなバイアス電圧か電源Ｅによって負
荷される。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら光電変換膜１６及び透明電極１８を従来よ
く用いられるａ−８ｊ−：Ｈ（ｉ層）膜及び■ＴＯ膜と
した場合、過去に暗電流を実用上充分に低減できるよう
な高い１ＩｉＩ壁を形成することのできた成膜条件で、
ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ層）膜及びＩＴ○膜を再び形成したと
しても、必すしも高い障壁を得ることができず場合によ
っては障壁を形成できないこともあり、従って高い障壁
を形成できるａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ層）膜及びＩＴ○膜を、
再現性良く成膜することが難しかった。

この原因としでは、これらａ−Ｓｉ・Ｈ（ｉ層）膜及び
ＩＴＯ膜の膜質を高い障壁を形成するような膜質とする
ための条件か必すしも明確ではないこと、またａ−Ｓｉ
：Ｈ（ｉ層）の表面状態か障壁の形成に与える影響が大
きくこの表面状態によって障壁か形成できなくなったり
或は障壁が低くなったりし易いと思われること等を挙げ
ることかできる。

このように高い障壁を形成できるａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ層）
膜及びＩＴ○膜を再現性良く成膜できない結果、実用上
充分に暗電流を低減できない場合かあり、これかため素
子特性にばらつきを生し素子特性への信頼性に欠けてい
た。

ざらに光電変換膜としてａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ層）膜及び透
明電極としてＩＴ○膜を用いた場合、受光素子の暗電流
が高くなり易くまた受光素子の光電変換率か小ざく、こ
れかため光昭電流比（光電流／暗電流）の向上を図るこ
とが難しかった。

この発明の目的は上述した従来の問題点を解決するため
、光暗電流比を従来よりも高くてきる構造の受光素子を
提供すると共に、受光素子の製造に当り高い障壁の形成
可能な受光素子を再現性良く製造できる製造方法を提供
することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この出願の第一発明の受光
素子は、下部電極、ａ−Ｓｉ光電変換膜及び透明電極を
順次に備えて成る受光素子において、透明電極ＶＺｎ○
透明電極としたことを特徴とする。

第一発明の実施に当っては、ａ−Ｓｉ光電変換膜及びＺ
ｎ○透明電極により形成されるショットキー障壁が透明
電極を下部電極に対して負にバイアスしたとき電子の注
入阻止手段となる受光素子とするのか好適である。

またこの出願の第二発明は、下部電極、ａ−８１光電変
換膜及びＺｎ○透明電極を順次に備えて成る受光素子を
製造するに当り、 スパッタガスをＡｒガスとし、又は、スパッタガスＶＡ
ｒガス及び０２ガスの混合ガスとして０２ガスのガス流
量かＡｒガスのガス流量の５％以下のガス流量となるよ
うにし、 ターゲット？ＺｎＯターゲットとし、 パワー密度％　０　、４　Ｗ　／　ｃ　ｍ　２以上５Ｗ
／ｃｍ２以下とし、 ガス圧を０．１３Ｐａ以上１．３Ｐａ以下とし、成膜温
度Ｍ２０’　Ｃ以上３００’　Ｃ以下としてＺｎＯスパ
ッタ膜を形成し、 このＺｎＯスパッタ膜を用いてＺｎＯ透明電極を形成す
ることを特徴とする。

（作用） 第一の発明によれば、下部電極、ａ−Ｓｉ光電変換膜及
び透明電極を順次に備えて成る受光素子において、透明
電極ｕＺｎｏＺｎＯ透明電極。

光電変換膜をａ−Ｓｉ膜とし及び透明電極をＺｎＯ電極
とすることによって、これら光電変換膜及び透明電極に
よって高い接合障壁を形成でき、この結果暗電流の低減
を図れる。さらに、光電変換膜をａ−Ｓｉ膜とし及び透
明電極をＺｎＯ電極とすることによって光電変換率の向
上をもたらすことかできると思われる。

またこの出願の第二発明によれば、下部電極、ａ−８１
光電変換膜及びＺｎＯ透明電極を順次に備えて成る受光
素子を製造するに当り、次に述へるようなスパッタ条件
■〜■のもとて形成したＺｎＯスパッタ膜を用いて透明
電極を形成する。

スパッタ条件、 ■スパッタガスｕＡｒガスとする。又はスパッタガスｕ
Ａｒガス及び０２ガスの混合ガスとして０２ガスのガス
流量かＡｒガスのガス流量の５％以下のガス流量となる
ようにする。

■ターゲットＭＺｎ○ターゲットとする。

■パワー密度を０．４Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／Ｃｍ２以下
とする。

■ガス圧を０．１３Ｐａ以上１．３Ｐａ以下とする。

■成膜温度を２０℃以上３００’　Ｃ以下とする。

上述のようなスパッタ条件■〜■てＺｎＯスパッタ膜を
形成することによって、実用に適した高い障壁の形成可
能な透明電極を、再現性良く形成できる。

（実施例） 以下、図面を参照し第−及び第二発明の実施例につき説
明する。尚、図面はこの発明が理解できる程度に概略的
に示されているにすぎず、従って各構成成分の寸法、形
状及び配設位百は図示例に限定されるものではない。

（第一発明の実施例） 第１図は第一発明の詳細な説明に供する断面図であり、
−単位の受光素子の構造を概略的に示す。

この実施例の受光素子３０は、基板３２上に順次に設け
た下部電極３４、ａ−Ｓｉ光電変換膜３６及び透明電極
３８を備えて成り、透明電極３８をＺｎＯ透明電極とし
ている。尚、透明電極３８上には配線電極４０を設け、
この配線電極４０を、例えば透明電極３８上に順次に積
層させたＣｒ層４０ａ及びｔ１２層４０ｂから構成して
いる。

基板３２には例えばガラス基板その他の絶縁性を有する
基板を、また下部電極３４の形成材料にはＣｒその他の
任意好適な電極材料を用いる。

ざらにこの実施例では光電変換膜３６を、ノンドープの
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜とする。このほが光電変換膜３６を、ポ
ロン等の不純物を任意好適な量たけ添加して形成したｐ
型のａ−Ｓｉ：Ｈ膜としても良いし、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜以
外のａ−Ｓｉ膜例えば弗素化ａ−Ｓｉ膜としでも良い。

そしてこの実施例では受光素子３０ヲ、ａ−Ｓｉ光電変
換膜３６及びＺｎＯ透明電極３８により形成されるショ
ットキー障壁が透明電極３８ヲ下部電極３４に対して負
の電位にバイアスし１ととき電子の注入阻止手段となる
ような、受光素子とする。

Ｚｎ○から成る透明電極３８とａ−Ｓｉから成る光電変
換膜３６とによっで障Ｖを形成するので、従来よりも、
障壁高さの高いＩＩ！壁を形成できよって透明電極３８
から光電変換膜３６への電子の注入をより効率よ〈開化
でき従って暗電流をより低くてきる。またこの実施例の
受光素子３０によれば光電変換率を従来よりも向上でき
る。光電変換率の向上は、透明電極３８をＺｎＯ電極と
し光電変換＊３６ｕａ−Ｓｉ膜としたことによって、も
たらされるものと思われる。

暗電流の低減及び又は光電変換率の向上によって光暗電
流比を従来よりも高くできる。

この実施例の受光素子３０はイメージセンサを構成する
のに用いて好適であり例えば、複数個の受光素子３０ヲ
ライン状に（−次元的に）配列すること（こよって密着
型イメージセンサを構成したり、或は複数個の受光素子
３０ヲ二次元的に配列してイメージセンサを構成したり
すれば良い。

複数個の受光素子３０Ｍライン状に配列することによっ
て密着型イメージセンサを構成する場合には、下部電極
３４及び光電変換膜３６を受光素子３０の配列方向に延
在する帯状の電極及び膜であっで各受光素子３０に共通
の電極及び膜とし、ざらに透明電極３８及び配線電極４
０ヲ各受光素子３０に対して個別に設けた電極としで構
成すればよい。

（第二発明の実施例） 以下、第１図及び第２図を参照して第二発明の実施例に
つき説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）は第二発明の詳細な説明に供する
断面図であり、これら図は受光素子の主要な製造工程を
段階的に示す。尚、上述した第発明の実施例の構成成分
と対応する構成成分については、同一の符号を付して示
す。

まず基板３２として例えばガラス基板を用意し、この基
板３２上に下部電極３４の電極材料例えばＯｒを堆積さ
せて第一電極層を形成し、この電極層をパターニングし
て第２図（Ａ）にも示すように所定の形状に形成した下
部電極３４ヲ形成する。下部電極３４の電極材料の堆積
は、例えば真空蒸着法或はスバ・フタ法によって５００
〜３０００人程度の層厚の程度層となるように、行なう
。

次に第２図（Ｂ）にも示すように、下部電極３４上にａ
−９ｉ、この実施例では例えばノンドープのａ−Ｓｉ：
ＨＶ選択的に堆積させて半導体層の光電変換膜３６ヲ形
成する。

この実施例の光電変換膜３６の形成は、５ＩＨ４を主成
分とする原料ガスを用いたグロー放電法によって膜厚０
．５〜２．０ｕｍ程度のａ−Ｓｉを堆積させることによ
って行なう。この際、マスクを用いてａ−Ｓｉ＠選択的
に堆積させることによって、所望の形状の光電変換膜３
６ヲ得ることかできる。

次に光電変換膜３６上（こ透明電極３８ヲ形成するため
の第二電極層としでＺｎＯスパッタ膜を形成し、この第
二電極をバターニングして第２図（Ｇ）にも示すように
所定の形状に形成した透明電極３８ヲ得、よってＺｎＯ
スパッタ膜を用いて形成した透明電極３８ヲ形成する。

この実施例では、ｉ）スパッタガスをＡｒガス及び０２
ガスの混合ガスとして０２ガスのガス流量かＡｒガスの
ガス流量の５％以下のガス流量となるようにし、１１）
ターゲットｔＺｎ○ターゲットとし、１１１）パワー密
度＠０．４Ｗ／ｃｍ２以上５　Ｗ　／　ｃ　ｍ　２以下
とし、ｉｖ）ガス圧を０．１３Ｐａ以上１．３Ｐａ以下
とし、■）成膜温度ヲ２０℃以上３００′Ｃ以下とした
スパッタ条件で、透明電極３８のためのＺｎＯスパッタ
膜を、スパッタ法によって形成する。ＺｎＯスパッタ膜
の膜厚を例えば５００〜３Ｃ）００人程度とする。

このようなスパッタ条件ｉ）〜Ｖ）で形成したＺｎＯス
パッタ膜を用いて透明電極３８ヲ形成することによって
、実用に適した高い障壁の形成可能な透明電極３８ヲ、
再現性良く形成できる。

尚、ターゲットとしてＺｎターゲットを用いこの他の条
件を上述のスパッタ条件ｌ）、１ｉｉ）〜Ｖ）と同様と
してもよい。またスパッタガスをＡｒガスのみとしその
他の条件を上述のスパッタ条件１１）〜■）と同様とし
てもよい。これらのようにスパッタ条件を定めた場合に
もこの実施例と実質的に同等な効果を得ることかできる
と思われる。

透明電極３８ヲ形成したのち、次に透明電極３８上に例
えばＣｒから成る第三電極層及びＡβがら成る第四電極
層を順次に形成し、次いでこれら第及び第四電極層をバ
ターニングして第１図にも示すように所定の形状に形成
した配線電極４０を得る。例えば、第三及び第四電極層
を真空蒸着法によって形成し、第三電極層の層厚を１０
００〜２００ＯＡ程度及び第四電極層の層厚を１〜２日
ｍ程度とする。

（電流−電圧特性） 第４図は上述の第二発明の実施例において形成した受光
素子の電流−電圧特性の一例を示す図、第５図は従来構
造の受光素子の電流−電圧特性の例を示す図である（但
し、実施例及び従来の受光素子の下部電極をＣｒ電極、
光電変換膜をａＳｉ：Ｈ（ｉ層）膜とし、実施例の受光
素子の透明電極１Ｚｎｏ電極及び従来の受光素子の透明
電極をＩＴ○電極とした）。これら図の縦軸に電流密度
（単位Ａ／ｃｍ２）を常用対数で示し及び横軸にバイア
ス電圧（透明電極の電位から下部電極の電位を引いたと
きの電位差）を示した。またこれら図において曲線Ｄ１
及びＤＰは受光素子に発光素子からの光か入力しないよ
うにした状態（連光状態）で下部電極及び透明電極間に
流れる電流（暗電流）と、バイアス電圧との関係を表し
、さらに曲線Ｐ＋及びＰ、は受光素子に発光素子からの
光か入力できるようにした状態（入射状態）で下部電極
及び透明電極間に流れる電流（光電流）と、バイアス電
圧との関係を表す。尚、発光素子としては発振波長５５
５ｎｍ及び出力２０μＷ／ｃｍ２の発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）を用いた。

第４図に示す従来の受光素子の特性では暗電流か非常に
高くなり電子の注入を実用上充分に阻止できる高さの接
合障壁が形成されていないことが理解できる。

従来の受光素子にあっては、第４図に示す場合よりも低
い暗電流の受光素子を形成できる場合もあるが、より低
い暗電流のもののみを再現性良く形成することは難しく
暗電流の高いものができやすい。また従来の受光素子で
は、暗電流の高いものと低いものとができて光暗電流比
が高くなったり低くなったりし、従って素子特性に大き
なばらつきを生してしまう。

方、第３図に示すこの実施例の受光素子の特性では暗電
流か非常に低くなり高い接合障壁が形成されて、暗電流
が従来より低くなっていることが理解できる。さらに第
３図及び第４図にも示すように、この実施例の受光素子
における光電流及び暗電流の差は、従来の受光素子にお
ける光電流及び暗電流の差よりも大きくなり、しのこと
がら光電変換率が従来よりも向上していることが推察さ
れる。暗電流が低くなり及び又は光電変換率が高くなる
ことによって、究明電流比は従来よりも高くなる。

しかも上述のようなスパッタ条件１）〜Ｖ）で形成した
ＺｎＯスパッタ膜を用いて透明電極を形成することによ
って、第３図に示すような特性を有する受光素子を再現
性良く形成でき受光素子の素子特性のばらつきを従来よ
り小さくできることか実験的に確認できた。

従って光暗電流比の高い受光素子であって、素子特性の
ばらつきか少ない受光素子を再現性よく作成できる。

上述した実施例では、第−及び第二の発明の理解を深め
るために特定の数値的条件、特定の形成方法、特定の形
成材料で形成した例につき説明したが、これら数値的条
件、形成方法及び形成材料は一例にすぎず、従って第−
及び第二発明は上述した実施例にのみ限定されずこれら
数値的条件、形成方法及び形成材料を第−及び第二の発
明の目的の範囲内において任意好適に変更できる。

また各構成成分の寸法、形状、構成及び配設位置を任意
好適に変更できる。例えば下部電極を層構造の電極とす
るのみならす多層例えば二層の構造の電極としてもよい
し、配線電極を二層構造の電極のみならす、−層或は二
層を越える多層構造の電極としでもよい。また透明電極
を光電変換膜上に設けたＺｎ０層と、このＺｎ０層上に
一層或は多層に設けた電極層とから構成するようにしで
もよい。

（発明の効果） 上述した説明からも明かなように、第一の発明によれば
、下部電極、ａ−Ｓｉ光電変換膜及び透明電極を順次に
備えて成る受光素子において、透明電極をＺｎＯ透明電
極とする。

その結果、ａ−Ｓｉ光電変換膜とＺｎＯ透明電極とによ
って高い接合障壁を形成できるので暗電流の低減が図れ
る。さらに透明電極をＺｎＯ電極とじ光電変換膜をａ−
Ｓｉ膜とすることによって光電変換率の向上をもたらす
ことかできると思われる。

暗電流の低減及び又は光電変換率の向上によっで究明電
流比の向上を図れ、これがため従来よりも究明電流比か
高くなる受光素子を提供できる。

またこの出願の第二発明は、下部電極、ａＳｉ光電変換
膜及びＺｎＯ透明電極を順次に備えて成る受光素子を製
造するに当り、次に述べるようなスパッタ条件■〜■の
もとで形成したＺｎＯスパッタ膜を用いて透明電極を形
成する。

スパッタ条件： ■スパッタガスｕＡｒガスとする。又はスパッタガスを
Ａｒガス及び０２ガスの混合ガスとして０２ガスのガス
流量がＡｒガスのガス流量の５％以下のガス流量となる
ようにする。

■タープ９１％ＺｎＯターゲットとする。

■パワー密度＠０．４Ｗ、／ｃｒｒ＋２以上５Ｗ／ｃｍ
２以下とする。

■ガス圧を０．１３Ｐａ以上１．３Ｐａ以下とする。

■成膜温度を２０℃以上３００℃以下とする。

このようなスパッタ条件■〜■でＺｎＯスパッタ膜を形
成することによって、実用に適した高い障壁の形成可能
な透明電極を、再現性良く形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一発明の詳細な説明に供する図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は第二発明の詳細な説明に供する
図、 第３図は第二発明の実施例によって得た受光素子の電流
−電圧特性を示す図、 第４図は従来の受光素子の電流−電圧特性を示す図、 第５図は従来の受光素子の説明に供する図である。 ３０・・・受光素子、　　　３２・・・絶縁物基板３４
・・・下部電極、　　　３６・・・ａ−Ｓｉ光電変換膜
３８・・・ＺｎＯ透明電極、４０・・・配線電極。 特許出願人　　　沖電気工業株式会社 、−−」−ｍ− ゝ−一）−ｍ− 吊１ °　　Φ　−〇 Ｃｏ　　０　０　０ Ｑつ　Ｗ　　？　　＊す

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下部電極、ａ−Ｓｉ光電変換膜及び透明電極を順
   次に備えて成る受光素子において、 前記透明電極を、ＺｎＯ透明電極としたことを特徴とす
   る受光素子。
2. （２）前記ａ−Ｓｉ光電変換膜及びＺｎＯ透明電極によ
   り形成されるショットキー障壁が、前記透明電極を前記
   下部電極に対して負にバイアスしたとき電子の注入阻止
   手段となることを特徴とする請求項１に記載の受光素子
   。
3. （３）下部電極、ａ−Ｓｉ光電変換膜及びＺｎＯ透明電
   極を順次に備えて成る受光素子を製造するに当り、 スパッタガスをＡｒガスとし、又は、スパッタガスをＡ
   ｒガス及びＯ＿２ガスの混合ガスとしてＯ＿２ガスのガ
   ス流量がＡｒガスのガス流量の５％以下のガス流量とな
   るようにし、 ターゲットをＺｎＯターゲットとし、 パワー密度を０．４Ｗ／ｃｍ＾２以上５Ｗ／ｃｍ＾２以
   下とし、 ガス圧を０．１３Ｐａ以上１．３Ｐａ以下とし、成膜温
   度を２０℃以上３００℃以下として ＺｎＯスパッタ膜を形成し、 該ＺｎＯスパッタ膜を用いて前記ＺｎＯ透明電極を形成
   することを特徴とする受光素子の製造方法。