JPH0294576A - ホトトランジスタ - 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−ヒの利用分野］ 本発明はホトトランジスタに係り、スイッチング機能お
よび増幅機能を有する光センサとして。

単体の光センサとしては勿論，集積化により一次元セン
サ，二次元センサとしても利用可能なホｌ・トランジス
タに関する。

［従来の技術］ 従来のホトトランジスタは例えば超ＬＳ　Ｉ総合事典（
西沢潤一監修サイエンスフォーラムＳ．６３．３．３１
）第７７９頁に開示されているようにバイポーラトラン
ジスタを基本構造とするものであった。上記ホトトラン
ジスタはベースに光が当たる構造になっており、ベース
への少数キャリアの注入は光によって行われる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術に係るホトトランジスタはバイポーラトラ
ンジスタであるため、光の利用効率、指向性等の点で有
効化をはかることが難しいこと、また入力インピーダン
スが低い等の問題点があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決するホトトランジス
タを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために次のような技術的手段を用い
た。

まず、入力インピーダンスが大きく電圧制御を可能なら
しめるために、薄膜トランジスタを用いる。

さらにこの点が重要なところであるが、ソース電極とゲ
ート電極の間、およびドレイン電極とゲート電極との間
の少なくとも一方の重畳部を持たないような構成とする
。

特に、ホトトランジスタの飽和特性の改善のためには、
ソース電極とゲート電極との間に重畳部を持たないよう
にするのが有効である。

また、光センサであるためには不透明基板を用いること
は判約条件となるが、本発明のホトトランジスタは薄膜
トランジスタであるため、透明基板、例えばガラス基板
上に形成することが可能となる。基板側からの光入射を
可能ならしめるために透明基板を用いるのが好ましい。

この場合にはより良好な飽和特性を得ることができる。

さらに半導体膜としては、光に対する感度を高めるため
に水素化非晶質シリコンを半導体層として用いるのが好
ましい。水素化非晶質シリコンは低温プロセスにより堆
積可能な薄膜であり、長尺。

大面積のデバイスを作るのに特に適した材料である。プ
ラズマＣＶＤ法に代表される製膜法はこの１的にとくに
適した方法であり、ホトトランジスタの製造手段を簡略
化するのに極めて適している。

［作用］ ゲート電極は半導体層にチャネルを形成する電圧制御型
電極として動作する。ゲート電極と重畳する部分の半導
体領域の基本的には光が入射しないので、電気的スイッ
チとして動作する。

ソース電極とゲート電極とに重畳しない半導体領域は入
射光が照射される領域でホトキャリアが生成する。さら
にソース電極と重畳する半導体領域もホトキャリアが生
成する。この二つの領域はホト電流を構成する主要部分
でソース部に生成したキャリアはソースからのキャリア
の注入をうながし、ソースとゲート間の半導体領域はホ
トトランジスタの電流レベルを決定する。この間隔はデ
バイスの仕様によって決定されることになり、それぞれ
の仕様に対応した最適値が選択される。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図（ａ）は本実施例のホトトランジスタの断面図、第１
図（ｂ）はその平面図である。まず製造プロセスはつぎ
の通りである。ガラス基板１上にスパッタ法により金属
クロムを厚さ１５０ｎｍで堆積する。これをホトリソグ
ラフィ法によりバターニングを行いゲート電極２を形成
する。

ついでプラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜の窒化シリ
コン３．半導体層としてのａ−５ｉ４（水素化非晶質シ
リコン）をそれぞれ３００ｎｍ。

５００ｎｍの厚さに堆積する。さらに同しくプラズマＣ
ＶＤ法によりオーミックコンタクトをとるためのａ−３
ｉのｎ＋層５も上記二層に続いて堆積する。厚さは４０
ｎｍである。

プラズマＣＶＤ法は真空容器中にモノシランＳｉＨ４を
ベースにしたガスを導入し、ＲＦパワーを加えることに
よりプラズマを形成し、これにより分解したＳｉおよび
水素が基板上に堆積するものである。この場合ａ−３ｉ
が形成されるが、ＳｉＨ４とともに窒素やアンモニアを
導入すればＳｉＮが形成される。またホスフィン（ｐＨ
，）を導入すればｎ型不純物である燐をドープしたａ−
５ｊを形成することができる。これらはゲート絶縁膜や
オーミックコンタクト層となる。膜堆積後ａ−５ｉ層は
パターニングされる。

つぎにソース、ドレイン電極を形成する。電極材料とし
てはＣｒとＡＱの二層膜を用いる。Ｃｒはａ−３ｉとＡ
Ｑの間の反応を防止するためのバッファ層であり、Ａｆ
ｌは電極の低抵抗化のためである。各々の膜厚は１１０
０ｎ、３００ｎｍである。

ソース、ドレイン電極はこの後パターニングして形成さ
れる。なおパターン化されたソース、ドレイン電極をマ
スクとしてａ−８ｉのｎ＋層もエツチングする。これは
セルファライン工程となる。

第１図に示したようにゲート電極１とソース電極６の間
には間隙を有するようにパターニングを行う。本実施例
のギャップ長Ｇは５μｍである。

トランジスタのＷ／Ｌは５００μｍ／１５μｍである。

すなわちソース側ゲート端からドレイン端まで１０μｍ
である。

上記のように作製したホトトランジスタを第２図のよう
にバイアスし、光をゲート電極側から照射してその特性
を評価した。第３図は５０００ルツクスの光を照射した
ときのドレイン電流とドレイン電圧の関係を示したもの
である。良好な飽和特性が得られた。第４図は同じくゲ
ート電圧を一定値（Ｖ□＝１０Ｖ）に設定したときのド
レイン電流の光量依存性を示したものである。第５図は
同じ＜５０００Ｑｘ光照射下のドレイン電流とゲート電
圧の関係を示したものである。暗時および光照射下のド
レイン電流の比は３００であり、満足すべき値が得られ
る。

第６図は本発明の別の実施例を示したものがある。

まず、基板上にＣｒをスパッタリングにより堆積し、つ
いでｎ”ａ−８ｉをプラズマＣＶＤ法により堆積する。

これをパターニングすることにより、ソース電極６．ド
レイン電極７を形成する。この上にプラズマＣＶＤ法に
よりａ−Ｓｉ、窒化シリコン膜を堆積する。ゲート電極
２をゲート絶縁膜上に形成する工程およびパターニング
工程により形成する。第一の実施例と同じくソースとゲ
ート電極の間に間隙を設け、ここに光を照射する。

本実施例のホトトランジスタにおいてもその諸特性は第
一の実施例と同じく満足すべきものが得られた。

第７図は本発明の別の実施例を示したものである。基本
的には第１図に示したものと同一であるが、上部からの
光をさえぎる遮光膜１０を加えである。遮光膜は金、＠
Ｃｒを用いたため、ソース。

ドレイン電極との短絡を防止するためのＳｉＯ２を間に
介在させている。

本構造のホトトランジスタでは光は８に示したように下
部より導入されるが、遮光膜１０があることにより上部
からの迷光の影響をなくすることができる。

第８図は本発明の別の実施例を示したものである。

本実施例においてはソースゲート間の間隙に加えて、ド
レインゲート間にも間隙を設けている。

この構造をとることにより、暗時のドレイン電流を低く
おさえることができ、ホトトランジスタの特性向上の点
で効果がある。

以上本発明を実施例に即して述べて来たが、本発明はこ
れに限定されるものではない。

半導体層はａ−３ｉ以外にもａ−３ｉＣ，ａＳｉＧｅ、
ａ−Ｇｅ、ａ−Ｃあるいはｍ−ｖ族、■−■族の化合物
半導体であってもよい。

ゲート絶縁膜としては窒化シリコン以外にも二酸化シリ
コン、Ｔａ２Ｏ，ＡＱ２０ｉ等の酸化物であってもよく
、これらを積層したもの、すなわちＳｉＮ／Ｓｉｎ、、
Ｔａ、○、／ＳｉＮ、Ａｎ２０．／ＳｉＮ等であっても
よい。またその製造方法もプラズマＣＶＤ法、スパッタ
法等のドライプロセス、あるいは陽極酸化に代表される
ウェットプロセスであってもよい。

また基板はガラス基板を主として説明したが、第６図の
実施例のような場合には不透明基板（たとえば樹脂コー
トした全屈基板等）であってもよい。

遮光膜については第７図においてしか言及していないが
、その他の実施例においても遮光膜を形成゛する方が特
性的に良好な結果が得られる。第９図に示したのはその
例である。この場合光は上部から導入されるがこの場合
も特性は良好なものが得られる。

上記においてはゲート電極とソース電極の間に重畳領域
がない例について述べたが、ゲート電極とドレイン電極
の間に間隙を有する（重畳領域がない）ホトトランジス
タも可能であり、またソース側・ドレイン側の両方に重
畳領域がないホトトランジスタも可能である。

また実施例においてはホトトランジスタ表面はとくに保
護膜でカバーされていないが、実際に製品とするときに
は窒化シリコン等の無機膜、あるいはＰＩＱ等の有機膜
（透明、不透明）にてカバーすることが望ましい。第６
図の絶縁膜９も上述の如き有機膜でもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、ゲート電極とソース電極との間、およ
びゲート電極とドレイン電極との間の少なくとも一方に
重畳部分を持たないように各電極が設置されることによ
り、光センサとしての機能とスイッチング機能を同時に
備えることができる。

また、電界効果トランジスタであるため入力インピーダ
ンスが高く、電圧制御機能を有するという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例のホトトランジスタの断面図
（第１図（ａ））および平面図（第１図（ｂ）、第２図
はバイアス印加例を示す図、第３図〜第５図は第１図実
施例の電流−電圧特性、第６図ないし第９図は本発明の
他の実施例のホトトランジスタの構造を示した図である
。 １・・・基板、２・・・ゲート電極、３・・ゲート絶縁
膜、４・・・半導体、５・・・オーミックコンタクト、
６・・・ソース電極、７・・・ドレイン電極、８・・・
照射光、９・・絶縁膜、１０・・・遮光膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶
   縁膜および半導体層を少なくとも有する薄膜トランジス
   タであって、上記ゲート電極と上記ソース電極間、およ
   び上記ゲート電極と上記ドレイン電極の間の少なくとも
   一方に重畳部分を特にないように上記各電極が設置され
   ていることを特徴とするホトトランジスタ。 ２、上記ゲート電極と、上記ソース電極および上記ドレ
   イン電極との間にゲート絶縁膜、半導体層を介在するよ
   うな配置を有し、光がゲート電極側から入射することを
   特徴とする請求項１記載のホトトランジスタ。 ３、入射光が上記ゲート電極と上記ソース電極の非重畳
   部の半導体層および上記上記ソース電極と重畳する半導
   体層を少なくとも照射することを特徴とする請求項２記
   載のホトトランジスタ。 ４、半導体層が水素化非晶質シリコンからなることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のホトト
   ランジスタ。 ５、上記ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極の
   電圧を各々、Ｖ＿ｓ、Ｖ＿ｄ、Ｖ＿ｇとした時、Ｖ＿ｓ
   ＜Ｖ＿ｄ、Ｖ＿ｓ＜Ｖ＿ｇの領域で光電変換動作をさせ
   ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記
   載のホトトランジスタ。