JPH0262921A - 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接合の非晶質半導体層を用いた光センサーである。

〔発明の背景〕

本発明者は、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層を用い
た光センサーとして、透明導電膜を被着した透明基板上
に、非晶質半導体層と金属電極とから成る積層体を互い
に逆向に接続し、両積層体にバイアス電圧を印加する光
センサーを提案した（特願昭６２−３３１６２０号）。

第３図（ａ）、　　（ｂ）はその光センサーの構造を示
す断面図及び平面図である。

透明基板３１はガラス、透光性セラミックなどから成り
、該透明基板３１の一主面には透明導電膜３２が被着さ
れている。

透明導電膜３２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３１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。

非晶質半導体層３３は、少なくとも金属電極３４Ｘ、３
４ｙが形成される積層体ｘ、　　ｙ部分には、Ｐ−Ｉ−
Ｎ接合が形成されている。

金属電極３４ｘ、３４ｙは、非晶質半導体層３３上に矩
形形状の間隔を置いて形成されている。

以上のように、光センサーは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合された積
層体ｘ、　　ｙのダイオードが抱き合わされた構造にな
っている。

そして、金属電極３４ｘ、３４ｙ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。今、積層
体Ｘの金属電極３４ｘに＋、積層体ｙの金属電極３４ｙ
に−でバイアス電圧をかけておくと、積層体Ｘ側の非晶
質半導体層３３ｘには逆バイアス、積層体ｙ側の非晶質
半導体層３３ｙ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３４ｘ、３４ｙ間の抵抗は積
層体Ｘの逆方向抵抗Ｒｘと積層体ｙの順方向抵抗Ｒｙの
和になり、金属電極３４ｘ、３４ｙ間に流れる電流は、
該抵抗（Ｒｘ＋Ｒｙ）に対応する。

上述の光センサーの透明基板３１側より光照射される明
状態では、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４Ｘに＋、金属電極４ｙに
−のバイアス電圧が印加されているので、積層体ａに逆
方向光電流（明電流）が発生する。なお、積層体ｙのダ
イオードを順方向抵抗から成る抵抗体とみなせる。

そして、２つの金属電極３４ｘ、３４ｙ間の電流は積層
体Ｘの金属電極４Ｘ−非晶質半導体層３３ＸのＮＮ−１
層−Ｐ層−透明導電膜３２−積層体ｙの非晶質半導体層
３３ＹのＰ層−１層−Ｎ層金屈電極３４ｙ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（バイアス電圧／明電流）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。

しかしながら、上述の光センサーは、Ｐ−ＩＮ接合され
た積層体ｘ、　　ｙであるダイオードが抱き合わされた
構造になっているために、両積層体ｘ、　　ｙに光が照
射されなければならないが、例えばカメラの露出調整用
などのように、光センサーの受光面に検出したい入射光
がスポットとして照射される場合、入射光を絞ったりす
ると、スポット照射位置が若干ずれてしまい、積層体Ｘ
と積層体ｙのいづれか一方しか照射されなくなることが
考えられる。このような場合、暗状態と同じ抵抗値又は
所定以下の明抵抗値しか得られず、入射光の強度を正確
に検出できないという問題点があり、カメラの露出用の
光センサーのように特定な用途には使用が困難であった
。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の光センサーの問題点に鑑み案出された
ものであり、その目的は検出したい入射光がスポットと
して照射される場合でも、また、その入射光を絞ったり
する場合でも、スポット照射位置が若干ずれても積層体
Ｘと積層体ｙとに同時に入射光が照射され、スポット入
射光の位置や照射面積による検出誤差が皆無となる光セ
ンサーを提供するものである。

〔問題点を解決するための具体的な手段〕本発明によれ
ば、上述の問題点を解決するために、透明導電膜を被覆
した透明基板上に、Ｐ−ＩＮ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
、複数個形成した光センサーにおいて、前記透明導電膜
上の一点を中心に、隣接しあう積層体を、バイアス電圧
に対するＰ−Ｉ−Ｎの接合方向が互いに逆向に接続する
ように配置し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（ａ）は本発明に係る光センサーの構造を示す平
面図であり、第１図（ｂ）は同図（ａ）中ｘ−Ｘ線断面
図であり、第１図（ｃ）は同図（ａ）中ｙ−ｙ線断面図
である。

本発明の光センサーは、透明導電膜２を被覆した透明基
板１上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層３とバイ
アス電圧が印加される金属電極４ａ〜４ｄとから成る積
層体ａ＝ｄが複数個、例えば４つ形成され、前記透明導
電膜２上の一点を中心に、隣接しあう積層体ａ　−ｄを
、バイアス電圧に対するＰ−Ｉ　−Ｈの接合方向が互い
に逆向に接続するように配置した、即ち田の字状に分割
した構造となっている。

透明基板１はガラスなどから成り、該透明基板１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１の一主
面の少なくとも積層体ａ＝ｄ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の一主面上にマス
クを装着し、上述の金属酸化物膜を被着したり、透明基
板１の一主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、少なくとも金属電極４ａ〜４ｄが
形成される積層体ａ　”　ｄ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
合されて形成されている。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、ＰＪ’４３Ｐは
シランガスにジポランなどのＰ型ドーピングガスを混入
した反応ガスで形成され、１５３　Ｉはシランガスを反
応ガスとして形成され、ＮＦｉ３Ｎ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〜４ｄは、非晶質半導体層３上に放射状、
即ち田の字状に分割されて形成されている。具体的には
、フォトエツチング法では、金属電極４ａ〜４ｄは非晶
質半導体Ｎ３上にニッケル、アルニウム、チタン、クロ
ム等の金属膜を被着した後、該金属膜上にスピンコード
法等でフォトレジストを塗布し、プリベーク（〜１００
°Ｃ）、露光パターン、現像、ポストベーク（１２０〜
１５０°　Ｃ）、エツチング溶液浸漬、フォトレジスト
剥離、洗浄処理したりして所定パターンに形成される。

また、リフトオフ法では、非晶質半導体層３上にフォト
レジストを金属電極４ａ〜４ｄの金属膜が被着形成され
ない所定パターンに形成し、ニッケル、アルニウム、チ
タン、クロム等の金属膜を被着し、フォトレジスト剥離
と同時に不要な金属膜を除去し、所定パターンの金属電
極４ａ〜４ｄが形成される。

このように、複数個の積層体ａ　−ｄが田の字状に分割
されて形成されたが、次に各積層体ａ　ｗ　ｄの金属電
極４ａ〜４ｄでの接続及びバイアス電圧の印加力法につ
いて説明する。

透明基板１上に形成された積層体ａ　−ｄの金属電極４
ａ〜４ｄの一部に露出部４１ａ〜４１ｄを形成して、全
体を覆う絶縁樹脂などからなる保護膜５が形成される。

そして隣接しあう積層体ａ〜ｄの金属電極４ａ〜４ｄ間
同士が接続されることがないように露出部４１ａ〜４１
ｄを介して導通層５ａ、５ｂによって接続される。即ち
、積層体ａの金属電極４ａは、隣接しあう積層体す及び
ｄの金属電極４ｂ、４ｄに接続されることな（、導通層
５ａを介して積層体ａの対称部分にある積層体Ｃの金属
電極４ｃに接続される。また、積層体すの金属電極４ｂ
は、導通層５ｂを介して積層体ｄの金属電極４ｄに接続
される。

これにより、積層体ａ及び積層体Ｃは、透明導電膜２を
通じて積層体す及び積層体ｄに逆向に接続されている。

さらに、導通層５ａ、５ｂの一部にバイアス電圧を印加
する端子６ａ、６ｂを形成するように第２の絶縁保護膜
６が積層体ａ　−ｄ及び導通層５ａ、５ｂ上に被膜され
る。

具体的には、導通層５ａ、５ｂは、エポキシ樹脂、アク
リル樹脂、フェノール樹脂などの母材に金属粉粒が混合
された材料がスクリーン印刷などで形成され、第２の絶
縁保護膜６は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノー
ル樹脂などの母材に遮光顔料、黒色系着色顔料を添加し
た材料をスクリーン印刷することにより形成される。

そして、この端子６ａ、６ｂ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。

今、端子６ａに「＋」、端子６ｂに「−」のバイアス電
圧をかけておくと、積層体ａ及び積層体。

の非晶質半導体層３ａ、３Ｃには逆バイアス、積層体す
及び積層体ｄの非晶質半導体層３ｂ、３ｄには順バイア
スがかかることになる。

そして、第２図にしめす入射光がスポット先の状態を用
いて、光センサーの動作を説明する。

光センサーに全く入射光が照射されない状態では、上述
したように各積層体ａ　”　ｄが抵抗体としてはたらく
。

光センサーに照射される入射光のスポットが積層体ａ　
−ｄの交点に照射される場合（スポット１）、各積層体
ａ　＝　ｄに光起電力が生じるものの、各積層体ａ−ｄ
は、互いに逆電位であるため相殺され、端子６ａ、６層
間に光起電力に対応する電流の流れは生じない。しかし
、端子６ａに「＋」、端子６ｂに「−」のバイアス電圧
を印加されているので、積層体ａ及びＣに逆方向光電流
が発生し、積層体ａ及びＣに入射されるスポット光に対
応する出力が端子６ａ、６層間に導出される。なお、積
層体す及びｄは、順方向のダイオードから成る抵抗体と
みなせる。

つぎに、カメラの露出調整用などのように、入射光を絞
ったりするために、スポット照射位置が若干ずれてしま
い光センサーに照射される場合（スポット２）、センサ
ーとしてはたらぐ積層体ａ及びｂのみである。そして、
光照射により、積層体ａ及び積層体すに光起電力が生じ
るものの、各積層体ａ及び積層体すは、互いに逆電位で
あるため相殺され、端子６ａ、６層間に光起電力に対応
する電流の流れは生じない。しかし、端子６ａに「＋」
、端子６ｂに「−」の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し、積層体ａに入射
されるスポット光に対応する出力が端子６ａ、６層間に
導出される。

次に、３つの積層体ｂＸｃ、ｄにのみスポット光が照射
される場合（スポット３）、センサーとしてはたらく積
層体す、ｃ、ｄのみである。そして、光照射により、積
層体ｂ、積層体Ｃ，積層体ｄに光起電力が生じるものの
、積層体す及び積層体ｄに対して、積層体Ｃは逆電位で
あるため相殺され、端子６ａ、６層間に光起電力に対応
する電流の流れは生じない。しかし、端子６ａに「＋」
、端子６ｂに「−」のバイアス電圧を印加されているの
で、積層体Ｃに逆方向光電流が発生し、積層体Ｃに入射
されるスポット光に対応する出力が端子６ａ、６層間に
導出される。なお、積層体ｂ１１層体ｄは順方向のダイ
オードとなり、導通層５ｂによって並列的に接続されて
成る抵抗体とみなせる。

本発明では、特に積層体ａ−ｄを基板１の一点く中心点
）を中心に、例えば積層体ａ−ｄを田の字状に分割して
配置するとともに隣接しあう積層体ａ　＝　ｄを透明導
電膜２を介して、互いに逆向に接続したため、光センサ
ーで検出したい入射光が光センサーの一部にスポットと
して照射されるカメラの露出調整用に用いた光センサー
の場合でも、スポット入射光が若干位置ずれを発生して
も検出誤差が少なく、入射光の強度を正確に検出できる
。

尚、上述の光センサーでは、積層体ａ　−ｄを田の字状
に４分割したが、基板１のある１点より放射状に６．８
・・・分割してもよい。また、非晶質半導体層がガラス
基板側から、Ｐ層、１層、Ｎ層を順次積層したＰ−Ｔ−
Ｎ接合したいるが、ガラス基板側から、Ｎ層、ＩＥｔ、
Ｐ層を順次積層した非晶質半導体層でも構わない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は透明導電膜を被覆した透明基板
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積層体を、複数個形
成した光センサーにおいて、前記透明導電膜上の一点を
中心に、隣接しあう積層体を、バイアス電圧に対するＰ
−１−Ｈの接合方向が互いに逆向に接続するように配置
したため、光センサーで検出したい入射光が光センサー
の一部にスポットとして照射される場合でも、少なくと
も、隣接しあう積層体にに同時に入射光が照射され得る
程度のスポット光の位置ずれに対して、入射光の強度を
正確に検出でき、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（ａ）は本発明に係る光センサーの構造を示す平
面図であり、第１図（ｂ）は同図（ａ）中ｘ−Ｘ線断面
図であり、第１図（ｃ）は同図（ａ）中ｙ−ｙ線断面図
である。 第２図は本発明に係る光センサーで入射されるスポット
光の状態による光センサーの動作を説明するためのみ平
面図である。第３図（ａ）、　　（ｂ）は従来の光セン
サーの構造を示す断面図及び平面図である。 １．３１　・　・ ２．３２　・　・ ３．３３　・　・ ４ａ、　４ｂ、　４ｃ、　４ｄ ａ、　ｂ、　ｃ、　ｄ　　・　・ 透明基板 透明導電膜 非晶質半導体層 金属電極 ・積層体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透明導電膜を被覆した透明基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合し
   た非晶質半導体層とバイアス電圧を印加する金属電極と
   から成る積層体を、複数個形成した光センサーにおいて
   、 前記透明導電膜上の一点を中心に、隣接しあう積層体を
   、バイアス電圧に対するＰ−Ｉ−Ｎの接合方向が互いに
   逆向に接続するように配置したことを特徴とする光セン
   サー。