JPH03185765A

JPH03185765A - 光電変換素子

Info

Publication number: JPH03185765A
Application number: JP1324572A
Authority: JP
Inventors: Ihachirou Gofuku; 伊八郎五福; Katsunori Hatanaka; 勝則畑中; Toshiyuki Komatsu; 利行小松; Yoshiyuki Osada; 芳幸長田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1991-08-13

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］本発明は充電変換素子に関し、より詳細には充電変換素
子の電流特性および光応答速度の改良に関する。

［従来の技術］充電変換素子としては、例えば、ファクシミリ、デジタ
ル複写機、イメージリーダ等の画像情報処理装置におけ
る画像読取装置に用いられているフォトセンサが知られ
ている。特に近年においては、フォトセンサを一次元に
配列して長尺ラインセンナを形成したものが多用されて
いる。

従来、フォトセンサには、一般に、非結晶シリコン（以
下、ａ−Ｓｉ：Ｈと記す）等の薄膜半導体が用いられる
。また、薄膜半導体を用いたフォトセンサには、大きく
分けて、フォトダイオード型のものと光導電型のものと
の２種類がある。

フォトダイオード型フォトセンサとは、入射光によって
発生した電子と正°孔とを電極間に印加された逆バイア
スによって各々の電極に到達させることにより光電流を
得るものである。しかし、このフォトセンサには電流量
が小さすぎるという問題があった。

これに対して、光導電型フォトセンサは、電子または正
孔を電極から注入することが可能であるため、半導体内
の電子または正孔の密度を十分に高くすることができ、
従ってフォトダイオード型のフォトセンサに比べて、遥
かに大きな出力電流（２次光電流）を得ることができる
。

第１４図は、従来の光導電型センサの概略的構成を示す
図である。

図において、４１はガラスやセラミクス等により形成さ
れた絶縁性基板、４２はＣｄ５−３ｅやａ−３ｔ：Ｈ等
により形成された光導電性半導体層、４３および４３゛
はオーミックコンタクト用のドーピング半導体層、４４
および４４°は電極である。ここに、電極４４および４
４°からドーピング用半導体層４３および４３′を介し
て光導電性半導体層４２へ注入されるキャリアが電子で
あればドーピング用半導体層４３および４３はｎ型半導
体により形成され、半導体１ｉ１４２へ注入されるキャ
リアが正孔であればドーピング用半導体層４３及び４３
はｐ型半導体により形成される。

このような構成において、基板４１側（基板４１が透明
な場合）または電極４４および４４゜側から光が入射す
ると、光導電性半導体層４２の電極４４と電極４４′と
の間の部分で光勃起によって電導に寄与する電子または
正孔の密度が高くなる。従って、図に示したように、電
極４４と電極４４′との間に電圧を印加しておけば、信
号電流として、大きな２次光電流が流れ、負荷抵抗（図
示せず）の両端から大きな出力電流を得ることができる
。

さらに、光電流を安定させ、光電流の光照度依存の直線
性を向上させるために、補助電極を設けた光導電型セン
サが、本願出願人によって提案されている。

第１５図は、本願出願人によって既に出願されている改
良型の光導電型フォトセンサおよびその駆動方法につい
ての概略を説明するための図である。

図において、４５は透明または不透明のゲート電極、４
６はＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ等により形成された絶縁体であ
る。なお、第１４図と同じ符号を付したものは、それぞ
れ同じものを示す。

基板４１上には、透明または不透明の導電層がバターニ
ングされてゲート電極４５が形成され、さらに絶縁層４
６がスパッタリング法やグロー放電法等によって形成さ
れている。絶縁層４６上には、上述したものと同じよう
に光導電層としてのＣｄ５−５ｅやａ−５ｉ：Ｈ等によ
り形成された光導電性半導体層４２、ドーピング半導体
層４３および４３゛、電極４４および４４゛　（ここで
は電極４４をドレイン電極とし、電極４４゛をソース電
極とする）が各々形成されている。なお、ここではドー
ピング半導体層４３および４３°をｎ型で形成し、電子
を注入キャリアとした場合について述べる。

このような構成の光導電型フォトセンサにおいては、図
示されているように、電極４４と電極４４°との間に直
流電源４７を、ソース電極４４°とゲート電極４５との
間に可変直流電源４８を各々接続する。ただし、可変直
流電源４８は印加電圧の極性も転換できるものとする。

第１５図に示した光導電型フォトセンサの電極４４と電
極４４°との間から照度Ｆの光を入射させたときセンサ
の光電流ＩＰ　（電極４４と電極４４°　との間に流れ
る電流）を第１６図に、また、光量依存の直線性γ（Ｉ
ｐ（Ｘ）Ｆγ）を第１７図に示す。さらに、パルス光を
照射した際のフォトセンサ出力の光応答速度（Ｔｏｎ；
立ち上り時間、ＴＯｆｆ；立ち下がり時間〉を第１８図
に示す。

［発明が解決しようとする課題］このような従来の光導電型フォトセンサでは、光電流を
多くすると光応答速度が遅くなってしまい、また、光応
答速度を速くすると光電流が小さくなってしまうという
Ｂ題があった。

光電流をより多く得るためには、ゲート電位ｖＧは、な
るべく、Ｏｖに近い負の電位とする必要がある。すなわ
ち、半導体層４２を、半導体の反転化が起らないような
、なるべく空乏化の弱い状態にする必要がある。以下に
理由を説明する。

この光導電型フォトセンサは、ゲート電位（Ｖａ　）と
して負の電圧を印加した状態で動作させる。このとき光
導電性半導体層４２のバンドは、ポアソンの式に従う空
間電荷の分布により通常約１μｍ程度テプレシゴンされ
る。つまり、光導電性半導体層４２の、ゲート電極４５
側の部分は特に強くｐ型化される。このとき、ゲート電
極４５に印加する電圧が小さい（絶対値が大きい）程、
光量依存の直線性は良くなるものの、光電流は減少する
。これは、光導電性半導体層４２がｐ型化が進むことに
より、キャリア（この場合は電子）の寿命が短くなり、
このため２次光電流のゲインＧが減少し、光電流が減少
するものと考えられる。

なお、Ｇは、Ｇ＝μτＥ／Ｌ　　（μ；電子の移動速度、τ；電子の
寿命、Ｅ；電界強度、Ｌ；電極間圧１ｌｌＩｌ）で与え
られる。

一方、この光導電型フォトセンサの光応答速度を速くす
るためには、ゲート電位を小さく（絶対値で大きく）す
る必要がある。これは、ゲート電位を小さくする程キャ
リアの捕獲・放出が比較的浅いトラップで行われる確率
が高くなり、捕獲・放出の時定数が速くなるためである
と思われる。以下、詳細に説明する。

電子の蓄積状態においては、光応答速度は、第１１図（
ａ）に示すような電子の局在準位への捕獲・放出過程に
大きく影響される。￥Ｓｔｔ図（ｂ）に示したように、
出力電流の立ち上がり時間は、電子蓄積状態での主たる
捕獲準位である浅い準位ＮＡへの捕獲過程によって決定
されるため、Ｖ（Ｉが大きくなるほど速くなる。一方、
立ち下がり時間は、ＮＡからの電子放出過程と深い準位
である再結合センターＮＲへの捕獲（再結合）過程とに
支配されるが、電子の放出は非常に速いため、律速とな
るのは再結合過程によるものであると考えられる。すな
わち、電子蓄積状態での再結合過程では、電子が過剰に
存在するので、ホールの再結合センターへの捕獲が律速
となるが、ホールの再結合センターはＶ。が小さい（絶
対値で大きい）はど価電子帯から離れるため、■６が小
さいほど立ち上がり時間は遅くなる。

一方、ホールの蓄積状態においては、第１２図（ａ）に
示すように、光応答速度はホールの局在準位への捕獲・
放出過程に強く影響される。すなわち、第１２図（ｂ）
に示したように、出力電流の立ち上がり時間はホールに
対する捕獲準位であるＮｏへの捕獲過程により決定され
るものであるため、ｖｑが小さいほど速くなる。一方、
立ち下がり時間はＮｏからのホールの放出過程とＮＲで
の再結合過程とにより決定されるが、ホールの放出の方
が遥かに遅いため、ホール放出が律速となり、ｖＧが小
さいほど速くなる。

第７図は、Ｖ、Ｉ　とＴ。ｎおよびＴ。１１　との関係
を示す図である。図（ａ）から、立ち上がり時間Ｔ　ｏ
ｎは、ｖｏのある値（フラット・バンド電圧近傍）で極
大値のピークを持っており、その負電界側ではホールト
ラップ律速の改善（ｉ）がみられ、正電界側では電子律
速の改善（ｉｆ）がみられることが解る。また、立ち下
がり時間Ｔ。１１は、図（ｂ）に示したように、ｖＧの
増加に従って単調に増加し、ホールトラップ律速の改善
（ｆ）および再結合律速（ｉｉ）がみられる。すなわち
、光応答特性を改善するためには、ｖｏを小さく（絶対
値で大きく〉することによりホールの蓄積状態を強くし
、ホールに対して浅い捕獲準位を利用するようにしなけ
ればならない、同時に、その空間的領域でのホールの再
結合を増加させ、ホールの放出量を少くすませるように
することも必要である。

以上説明したように、従来の光導電型フォトセンサでは
、光電流と光応答速度とを、ともに良好ならしめること
は不可能であった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり
、光電流が大きく、かつ、光応答速度の速い充電変換素
子を撞供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明の要旨は、絶縁層と、該絶縁層に接して設けられ
た光導電性半導体層と、該光導電性半導体層に接して設
けられた第１電極および第２電極と、前記絶縁層に接し
て設けられた第３電極とを少なくとも有する光電変換部
を具備する充電変換素子であって、前記光導電性半導体
層のバンドギャップが、前記絶縁層側と前記第１電極お
よび３４２電極側で異なることを特徴とする光電変換素
子に存在する。

［作　用］本発明は、上述のような構成を取ることにより、光電流
が大きく、かつ、光応答速度の速い光導電型の光電変換
素子を実現するものである。以下、詳細に説明する。

本発明では、フラットバンド電圧を、光導電層として広
いバンドギャップの半導体層のみを用いる場合と異なる
値とすることができる。従って、ＴＰＴ（薄膜トランジ
スタ）のゲート電極に相当する上記第３電極（以後、制
御電極と称する〉を零バイアスの状態にした場合、光導
電性半導体層中の絶縁膜界面側に電子を蓄積され易くす
ることができる。このため、キャリア電子の寿命を長く
することができ、従来よりも大きい光電流を得ることが
できる。

また、第１０図は、本発明による光電変換素子における
、制御電極電圧Ｖ。と光電流・暗電流との関係の一例を
示す図である。図において、ａは本発明に係わる光電変
換素子の制御電極電圧−電流特性を示し、ｂは従来の充
電変換素子の制御電極電圧−電流特性を示す。

このように、本発明による充電変換素子の方が大きい光
電流を得ることができる。また、光を照射した時の電流
（光電流〉値と照射しない時の電流（暗電流）値の差が
大きくなるので、Ｓ／Ｎ比は向上する。

一方、本発明の光電変換素子の光応答速度は、広バンド
ギヤツプ層が半導体に支配される場合と比べ、ＶＧ依存
性は同じであるが、光電流の値はすべてのバイアス点で
大きな値が得られる。いいかえれば、本発明の構成にお
いては、バイアス点を負にすることで広バンドギヤツプ
層のみの場合の零バイアス時と同じゲインが得られ、か
つ、光応答速度を速くすることができる。

［実施例］（実施例１）本発明の一実施例について、第１図および第２図を用い
て説明する。

第１図は、本発明の光電変換素子の基本構造となる光電
変換部の模式的構造説明図である。

同図において、３１は石英、硝子等で構成された絶縁性
基板、３２はゲート電極（第３電極）、３３は電気的絶
縁層、３４は光導電性半導体層、３５ａ、３５ｂはそれ
ぞオーミック接触層、３６　ａ、　３６　ｂはそれぞれ
第１電極、第２電極を示す。

ここに、光導電性半導体層３４は、光学的バンドギャッ
プの小さい側３４ａを絶縁層３３側に、大きい側３４ｂ
を第１電極３６ａおよび第２電極３６ｂ側に配し、光学
的バンドギャップを階段状に変化させる構造を採ってい
る。

次に、本実施例に係わる光電変換素子の製造工程につい
て説明する。

（１〉ガラス基板３１（コーニング＃７０５９）上に、
スパッタ法でＡ１３２を０．１μｍ堆積させることによ
り制御電極３２を形成した。

（２）この基板３１を容量結合型ＣＶＤ装置にセットし
、基板温度を３００℃にした後、装置内を一度ｌＸｌ０
−’Ｔｏｒｒ以下の真空にし、その後、水素で１０％に
希釈したＳｉＨ４ガス１１００５ＣＣと９９．９９９％
のＮＨ３ガス１１００５ＣＣとを、ガス圧が０．４Ｔｏ
ｒｒとなるようにバルブで調節して、高周波電力ｔｏｏ
ｗで１時間放電した。これにより、絶縁［３３として３
０００人のＳｉＨ，＜膜を形成した。

（３）次に、第２図に示した水素ラジカルＣＶＤ（以下
、ＨＲＣＶＤという）装置に基板をセットし、以下の手
順で半導体層３４の成膜を行なった。

なお、半導体層３４を形成する材料としては、ａ−Ｓｉ
：Ｈ：Ｆおよびａ−Ｓ　ｉ　Ｇｅ　：　Ｈ：　Ｆを用い
た。

■まず、ロータリーポンプとクライオポンプ（いずれも
、不図示）を用いてチャンバー１０１内を１ｘｌＯ−’
Ｔｏｒｒ以下に排気し、併せて、基板１０３をヒーター
１０４で３００℃まで昇温した。

■次に、ガス導入管１０９より、Ｈ２ガスを３０ＳＣＣ
Ｍ％Ａｒガスを２５０ＳＣＣＭで石英反応管１０６中に
導入した。また、ガス導入管１１０より、ＳｉＦ４ガス
３０ＳＣＣＭとＨｅガスで５％に希釈したＧｅＦ４ガス
Ｉ　ＳＣＣＭの混合ガスを石英反応管１０６によりガス
導入管１０６中に導入した。なお、このときの排気系は
、メカニカルブースターポンプとロータリーポンプを使
用した。チャンバー内の圧力は、０．４Ｔｏｒｒに調整
した。

■この状態でマイクロ波アプリケータ１０８により石英
反応間１０６内のガスにマイクロ波１６０Ｗを印加して
プラズマを発生させ、ａ−ＳｉＧｅ：）（：Ｆを堆積さ
せた。堆積は２分行い、このときの膜厚は５００人であ
った。

■その後、ガス導入管１１０より導入するガスをＳ　ｉ
　Ｆａ　３０ＳＣＣＭのみにし、ａ−Ｓｔ：Ｈ：Ｆの堆
積を行った。堆積時間は２３分であり、５５００人のａ
−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ膜を形成した。

（４）この基板を、通常のプラズマＣＶＤ装置（Ｓ　ｉ
　Ｎ、堆積装置と同じでも可）にセットし、Ｈｚ＠釈１
０％ＳＳｉＨ４１Ｏ０ＳＣＣとＨ２希釈１００ｐ１００
ｐｐ　５００ＳＣＣＭとを導入し、ガス圧０．５Ｔｏｒ
ｒの条件で高周波５００Ｗで４０分間放電を行い、オー
ミックコンタクト層３５（膜厚１０００人）を形成した
。

（５）最後に、スパッタ法によりＡｕ５ＱＯＯ人を形成
し、上記オーミックコンタクト層とＡＪ２層とをバター
ニングして、一対のセンサ電極とした。

以上のようにして作成された光電変換素子について、光
電流と光応答速度の測定を行った。この結果、ＶＯを−
６〜−７ｖにバイアスすることにより、光電流値をａ−
５ｔ：Ｈ単層の零バイアス時とほぼ同等とすることがで
き、かつ、光応答速度をＴ０□Ｔｏｆｆともに大幅に改
善することができた（第１表）。

なお、ここでは、ＴｏｒｌおよびＴｏｆｆを、以下のよ
うに定義した。

ＴＯｎ：光電流が飽和値の９０％に達する時間Ｔｏｆｆ
＝光電流が飽和値の１０％に達する時間第１表また、本例で用いられたａ−５ｔ：Ｈ：Ｆ膜のバンドギ
ャップ（Ｅｏｐｔ）は、１．７ｅＶであり、ａ−３ｉ　
Ｇｅ　：　Ｈ：　Ｆは、１．４ｅＶと観測されている。

（実施例２）第３図は、各光電変換部の光半導体層が第１図の構造を
有する本発明によるラインセンサの一実施例の断面図で
ある。

第３図において、基板１上には配線部２の下層電極配線
６、電荷蓄積部４の下層電極配線７、スイッチ部５のゲ
ート電極である下層電極配線８が形成されており、これ
らの下層電極配線６．７゜８上およびこれらの間の基板
１上には絶縁層９が形成されている。この絶縁層９には
、光導電性半導体層１０が形成されており、配線部２上
の絶縁層９と光導電性半導体層１０との一部は接続のた
めに開孔されている。光導電性半導体層１０上には上層
電極配線１２，１２°、１３．１４が形成されており、
上層電極配線１２°と上昇電極配線！３との間の開孔部
が光電変換部３の光電変換領域となる。上層電極配線１
３、光導電性半導体層１０、絶縁層９、下層電極配線７
は蓄積コンデンサを形成し、上層配線１３のスイッチ部
５測の一端はドレイン電極となる。上層電極配線１４の
スイッチ部５側の一端はソース電源となる。なお、不図
示であるが、光導電性半導体層１０と上層電極配線１２
，１３．１４との間にはドーピング層が設けられており
、オーミック接触が行われている。本実施例においては
、配線部２、光電変換部３、電荷蓄積部４、スイッチ部
５のそれぞれに絶縁部が設けられており、同一工程で形
成される。

配線部２においては、下層電極配線６と上層電極配線１
２との間に絶縁層９の他に光導電性半導体層１０を設け
ることとなるが、下層電極配線６と上層電極配線１２と
の間は絶縁性が保たれていればよく、光導電性半導体層
１０の存在は影響を与えない。

光電変換部３においては、光導電性半導体層１０を絶縁
層９および制御電極２５を介して基板１上に設けること
となり、光導電性半導体１０と絶縁層９の界面における
エネルギー準位の変化として表われるが、光導電物性の
基本的性能を損なうような変化は生じない。この場合、
光電変換部３の基板１と絶縁層９との間の制御１１Ｅ極
によって、光導電性半導体層１０の界面のエネルギー準
位を制御して最適化を図るものである。

本実施例のラインセンサは、基板１側から光全照射し、
光電変換部３に接触させた原稿の反射光を直接充電変換
部３が読み取る、いわゆるレンズレスタイプの光電変換
素子である。

制御電極２５は、基板側より入射される照射光を遮光す
る遮光層も併せ持つ。さらに、原稿を照らすための照明
窓２８が設けられる。

電荷蓄積部４においては、絶縁層９上に設けられた光導
電性半導体層１０は、電荷の蓄積容量に影響を与えるこ
ととなる。影響とは容量のバイアス依存性であり、絶縁
層界面における半導体層のバンドベンディングにより静
電容量が変化するものである。しかし、本実施例に用い
られる電荷の充放電動作においては、このバイアス依存
性は絶縁層９側の電極を負に強くバイアスすることによ
り（例えば、−１０Ｖ）はとんど無視することができる
。

なお、光導電性半導体層１０の膜厚は良好な光電変換部
３の光電変換特性とスイッチ部５のスイッチング特性と
が得られる値であればよい。

次に、上記ラインセンナのスイッチング部がマトリクス
スイッチアレイによって構成された場合について説明す
る。

第４図は、マトリクススイッチアレイを有するラインセ
ンサの等価回路を示す。

同図において、ＳＬ、５２．・・・、ＳＮ（以下、ＳＹ
Ｉと記す）は、光電変換部３に相当する光センサである
。また、Ｃ，＋　、　Ｃｚ　、・・・、ＣＭ　（以下、
ＣＹＩと記す）は、電荷蓄積部４に相当する蓄積コンデ
ンサであり、光センサＳＹＩの光電流を蓄積するもので
ある。さらに、Ｓ　Ｔ　１．　Ｓ　Ｔ　２ＳＴｓ（以下
、５ＴＹＩと記す）は、蓄積コンデンサＣＹＩの電荷を負荷コンデンサＣＸ＋に
転送するための転送用スイッチであり、ＳＲ１，ＳＲｉ
、・・・、５Ｒｓ（以下、５ＲＹＩと記す〉は、蓄積コ
ンデンサＣＹ１の電荷をリセットするための放電用スイ
ッチである。なお、転送用スイッチ５ＴＹＩと放電用ス
イッチ５ＲＹＩとからなる回路は、第３図のスイッチ部
５に相当する。

光センサＳＹＩ、蓄積コンデンサＣＹ１、転送用スイッ
チ５ＴＹＩおよび放電用スイッチ５ＲＹ１はそれぞれ一
列アレイ状に配置され、ＮＸＭ個のブロックにブロック
分割されている。アレイ状に設けられた５ＲＹＩのゲー
ト電極はマトリクス配線部１５に接続される。転送用ス
イッチ５ＴＹ１のゲート電極は他のブロックの同準位の
転送用スイッチのゲート電極とそれぞれ共通に接続され
、放電用スイッチ５ＲＹＩのゲート電極は各ブロック内
の次の転送用スイッチのゲート電極に循環して接続され
る。

マトリクス配線部１５の共通Ｍ（ゲート駆動線Ｇ＋、Ｇ
＊、・・・、Ｇｎ　）はゲート駆動部１６によってドラ
イブされる。一方、信号出力は、引出し線！８（信号出
力線Ｄ１．Ｄ２．・・・、Ｄｓ）から信号処理部１７に
接続される。

第５図は上記ラインセンサの動作を示すタイミングチャ
ート図である。

ゲート駆動線（Ｇ１．Ｇ２．・・・、Ｇ、）には、ゲー
ト駆動部１６から順次選択パルス（Ｖａｎ。

ｖ６２．・・・、　ＶＧＮ）が印加される。まず、ゲー
ト駆動線Ｇ、が選択されると、転送用スイッチＳＴＩが
ＯＮ状態となり、蓄積コンデンサＣｘｌに転送される。

次に、ゲート駆動線Ｇ２選択されると、転送用スイッチ
ＳＴ２がＯＮ状態となり、蓄積コンデンサＣ２に転送さ
れた電荷が負荷コンデンサＣｘｌに転送され、同時に放
電用スイッチＳＲＩにより蓄積コンデンサＣ１の電荷が
リセットされる。以下、同様にして、Ｇ　ｓ　、　Ｇ　
４　、・・・ＧＮについても順次選択されて読み取り動
作が行われる。なお、図中、ＶＣ＋＋　”Ｃ２，”　’
　＋　ＶＣＮは蓄積コンデンサＣＹＩの電位の変化を示
す。これらの動作は各ブロックごとに行われ、各ブロッ
クの信号出力■ＸＩ＋　ｖＸ２＋　　・・・、ＶＸＮは
信号処理部１７の入力Ｄｌ、Ｄ２．・・・、ＤＭに送ら
れ、シリアル信号に変換されて出力される。

第６図は、上記ラインセンサの斜視図を示す図である。

図において、１は基板であり、この基板１上には光電変
換部３の出力電荷を蓄積する電荷蓄積部４、電荷蓄積部
の電荷を信号処理ＩＣ２１に転送するための転送用スイ
ッチ１９、電荷蓄積部４にリセットをかけるための放電
用スイッチ２０が、それぞれ形成されている。転送用ス
イッチ１９、放電用スイッチ２０はＮＸＭ個のブロック
に分割されており、転送用スイッチ１９のドレイン電極
はそれぞれに対応する電荷蓄積部４に接続され、ソース
電極は各ブロックごとに１本にまとめられ、不図示の負
荷コンデンサと信号処理ＩＣ２１に接続される。一方、
各ブロックのゲート電極は、各ブロック内の同じ準位の
ゲート電極線が共通につながるように、マトリクス配線
部１５の共通電極はゲートドライブＩＣ２２に接続され
る。

信号処理ＩＣ２１は、スイッチアレイ、シフトレジスタ
、バッファアンプ等で構成され、引き出し線１８に転送
された信号の読み出し、リセツシコンを行う。また、こ
の信号処理ＩＣ２１は引き出し線１８の配線長を最小と
するように、基板１の中央付近にはグランドの電位を持
つ不図示のシールドパターンが配置されている。

第７図は、上記ラインセンサの部分構成平面図を示す。

同図において、１５はマトリクス配線部、３は光電変換
部、４は電荷蓄積部、１９は転送用スイッチ、２０は電
荷蓄積部４の電荷をリセットする放電用スイッチ、１８
は転送用スイッチ、１８は転送用スイッチの信号出力Ｉ
Ｃに接続する引出し線、２３は転送用スイッチ１９によ
って転送される電荷を蓄積して読み出すための負荷コン
デンサ、２５は光電変換部裏面からの光を遮断し、セン
サバイアス点を決める制御電極である。

・本実施例では、光電変換部３、転送用スイッチ１９お
よび放電用スイッチ２０を構成する光導電性半導体層と
してａ−５１ｘＧｅ１４　：　）Ｉ　：　Ｆ膜が用いら
れ、絶縁層としてグロー放電による窒化シリコン膜（Ｓ
ｉＮＨ）が用いられている。

なお、第７図においては、煩雑さを避けるために、上下
２層の電極配線のみ示し、上記光導電性半導体層および
絶縁層は図示していない。また、上記光導電性半導体層
および絶縁層は、光電変換部３、電荷蓄積部４、転送用
スイッチ１９および放電用スイッチ２０に形成されてい
る他、上層電極配線と基板との間にも形成されている。

さらに、上層電極配線と光導電性半導体層との界面には
ｎ＋にドープされたａ−Ｓｉ：Ｈ層が形成され、オーミ
ック接合がとられている。

また、本実施例のラインセンサの配線パターンにおいて
は、各光電変換部から出力される信号経路はすべて他の
配線と交差しないように配線されており、各信号成分間
のクロストーク並びにゲート電極配線からの誘導ノイズ
等の発生を防いでいる。

第８図は第７図の部分縦断面図であり、（ａ）は第７図
のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図、（Ｃ）は
Ｃ−Ｃ″断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ°断面図である。

第８図（ａ）は光電変換部３の縦断面図を示し、２４は
転送用スイッチ１９のゲート電極に接続される下層電極
配線、９は絶縁層、１０は光導電性半導体層、１２．１
３は上層電極配線である。入射した光はａ−５ｉ：Ｈに
より形成されたである光導電性半導体層！Ｏの導電率を
変化させ、くし状に対向する上層電極配線１２．１３間
に流れる電流を変化させる。

第８図（ａ）に示すように、遮光層２５は下層電極配線
によって形成される。この遮光層２５は通常負のバイア
ス電圧が印加され、暗電流が十分小さくなるように制御
される。

第８図（ｂ）は電荷蓄積部４の縦断面図を示す。電荷蓄
積部４は、下層電極配線７と、下層電極配線７上に形成
された絶縁層９と、光導電性半導体層１０と、光導電性
半導体層１０上に形成された上層電極配線！３とから構
成される。この電荷蓄積部４の構造はいわゆるＭＩＳコ
ンデンサ（Ｍｅｔａｌ−１ｎｓｕｌａｔｅｒ−Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）と同じ構造である。バイアス条
件は正負いずれでも使用可能であるが、下層電極配線７
を常に−７〜−８層程度の負に深くバイアスする状態で
用いることにより安定な容量と周波数特性とを得ること
ができる。

第８図（ｃ）は転送用スイッチ１９および放電用スイッ
チ２０の縦断面図を示す図である。転送用スイッチ１９
は、ゲート電極である下層電極配線２４と、ゲート絶縁
層をなす絶縁層９と、光導電性半導体層１０と、ソース
電極である上層電極配線１４とドレイン電極である上層
電極配線１３とにより構成される。放電用スイッチ２ｏ
のゲート絶縁層および光導電性半導体層は前記絶縁層９
および光導電性半導体層ｌＯと同一層であり、ソース電
極は前記上層電極配線１３、ゲート電極は下層電極配線
２７、ドレイン電極は上層電極配＃Ｉ２６である。転送
用スイッチ１９および放電用スイッチ２０は薄膜電界効
果トランジスタ（ＴＰＴ）を構成する。

第８図（ｄ）に示すように、照明窓２８は上層電極配線
１２の中の一部が開口されて形成されている。この照明
窓２８は下層電極配線によって形成されていてもよい。

前述したように、上層電極配線１３，１４゜２６と光導
電半導体層１０との界面には、ａ　−Ｓｉ　：Ｈにより
形成されたｎ１層が介在し、オーミック接触を形成して
いる。

なお、通常ＴＰＴの上部はパッジベージ３ン膜（ＳｉＮ
Ｈ％Ｓ　ｉｏ　２　％　シリコン系、有機系樹脂等）が
形成されるが、第８図（ｅ）においては図示していない
。

以上説明したように、本発明によるラインセンサは、光
電変換部、蓄積電荷部、転送用スイッチ、放電用スイッ
チ、マトリクス配線部の各構成部のすべてが光導電性半
導体層と絶縁層の蓄積を有するので、各部を同一プロセ
スにより同時に形成することができる。

第９図は、第６図に示した引き出し！１８の部分平面図
を示す。

同図において、隣接する各ブロックの引き出し線１８の
間にグランドパターン２９を配置している。このグラン
ドパターン２９により、隣接する引き出し線間の容量結
合によるクロストークを回避することができる。引き出
し線１８とグランドパターン２９の間に生ずる線間容量
は負荷コンデンサの一部として動作する。各ブロックの
引き出し線の配線長の長さの違いによる容量の違いは、
負荷コンデンサ部２３の面積によってを調整されている
。従って、各ブロックの負荷コンデンサの実効容量は一
定である。３０は、引き出し線１８と接続される引き出
し端子である。

なお、本実施例の回路構成では、マトリクス配線をスイ
ッチ部のゲート電極側で行い、各ブロック内の転送用ス
イッチのソース電極は一部にまとめられているが、本発
明の実施態様はこの回路構成に限られるものではなく、
ソース電極側でマトリクス配線を行っ、た構成等の種々
の回路構成に応旬することができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、光電流が大きく
、かつ、光応答速度の速い充電変換素子を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換素子の基本構造となる光電変
換部の模式的構造図、第２図は水素ラジカルＣＶＤ装置
を示す図、第３図は本発明によるラインセンサの一実施
例を示す断面図、第４図はマトリクススイッチアレイを
有するラインセンサの等価回路を示す図、第５図は第４
図に示したラインセンサの動作を示すタイミングチャー
ト図、第６図は第４図に示したラインセンサの斜視図、
第７図は第４図に示したラインセンサの部分構成平面図
、第８図ぼ第７図の部分縦断面図、第９図は第６図に示
した引き出し線１８の部分平面図、第１０図は本発明に
よる充電変換素子における制御電極電圧Ｖ。と光電流・
暗電流との関係の一例を示す図、第１１図は電子の局在
準位への捕獲・放出過程と光応答速度との関係を説明す
るための図、第１２図はホールの局在準位への捕獲・放
出過程と光応答速度との関係を説明するための図、第１
３図は本発明におけるＶ。とＴｏ。およびＴｏｆｔとの
関係を示す図、第１４図は従来の光導電型センサの概略
的構成を示す図、第１５図は改良型の光導電型フォトセ
ンサの概略構成図、第１６図は第１５図に示した改良型
の光導電型フォトセンサのＶＯと光電流！、との関係を
示す図、第１７図はＮ１５図に示した改良型の光導電型
フォトセンサのＶ。と光量依存の直線性γとの関係を示
す図、第１８図は第１５図に示した改良型の光導電型フ
ォトセンサのＶ。と光応答速度との関係を示す図である
。１・・・基板、２・・・配線部、３・・・光電変換部、
４・・・電荷蓄積部、５・・・スイッチ部、６・・・下
層電極配線、７・・・下層電極配線、８・・・下層電極
配線、９・・・絶縁層、１０・・・光導電性半導体層、
１２゜１２°、１３．１４・・・上層電極配線、１８・
・・引き出し線、１９・・・転送用スイッチ、２０・・
・放電用スイッチ、２１・・・信号処理ＩＣ，２２・・
・ゲートドライブ、２５・・・制御電極、２８・・・照
明窓、３１・・・絶縁性基板、３２・・・ゲート電極（
第３電極）、３３・・・電気的絶縁層、３４・・・光導
電性半導体層、３５ａ、３５ｂ・・・オーよツク接触層
、３６ａ・・・第１電極、３６ｂ・・・第２電極、４１
・・・絶縁性基板、４２・・・光導電性半導体層、４３
．４３’・・・オーミックコンタクト用のドーピング半
導体層、４４．４４°・・・電極、４５・・・ゲート電
極、４６・・・絶縁物、４７・・・直流電源、１０１・
・・チャンバー１０３・・・基板、１０４・・・ヒータ
ー　１０６・・・石英反応管、１０９．１１０・・・ガ
ス導入管。第２図第図Ｇ３ＧＮ５−ｎ−−− ｃｚＲ／ＣＮ　ｙＲＸＩ第６図５第図第９図第１０図ＶＧ（Ｖ）第１１ τＯｎ＝ ■ 第１２（０）（ｂ） τＯｎ：■ τｏｆｆ　：■ 第１３図（０）ＶＧ　（Ｖ）第１３図（ｂ）Ｇ（ｖ）第１４図第１５図第１８図ＶＧ（Ｖ）区区ト味叉

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁層と、該絶縁層に接して設けられた光導電性
半導体層と、該光導電性半導体層に接して設けられた第
１電極および第２電極と、前記絶縁層に接して設けられ
た第３電極とを少なくとも有する光電変換部を具備する
光電変換素子であって、前記光導電性半導体層のバンド
ギャップが、前記絶縁層側と前記第１電極および第２電
極側で異なることを特徴とする光電変換素子。
（２）光導電性半導体層が、光学的バンドギャップが異
なる複数の半導体層を積層させることにより形成されて
いることを特徴とする請求項第１項に記載の光電変換素
子。
（３）光学的バンドギャップが、絶縁層側で狭く、第１
電極および第２電極側で広いことを特徴とする請求項第
１項および第２項に記載の光電変換素子。