JPH04124883A - 光電変換装置 - 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、アモルファスＳｉ製の光電変換薄膜を有す
るカラーセンサに通した光電変換装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、カラーセンサとして、単結晶３ｉ中に光電変換用
領域を形成し、表面に赤外カットフィルターおよび色フ
ィルターを配したセンサがある。

しかし、このセンサは、構造・製造工程が複雑であるた
め、非常にコストが高い。

一方、近年、アモルファスＳｉ（以下、適宜「ａ−３ｉ
Ｊと言う）製の光電変換薄膜を、太陽電池の他に光セン
サ−、あるいは、イメージセンサ−に応用する試みがな
されている。

第３図に図示したａ−３ｉ製光電変換薄膜５１応用力ラ
ーセン号はコストダウンが期待できる。

ａ−３ｉ製光電変換薄膜５１の場合、製造工程が簡単で
あるし、対波長感度特性が人間の目のそれに近くて赤外
域の感度が低く赤外カットフィルタの省略が可能であり
、ガラス基板上に作り付は同ガラス基板にそのまま保護
板機能を兼ねさせることもできるからである。

第３図のカラーセンサの場合、光入射側に赤（Ｒ）・緑
（Ｇ）　　・ｌｒ　（Ｂ）用の３つの色フィルタ５２ａ
、５２ｂ、５２ｃがガラス基板５３表面に並べて設けら
れ、同基板５３裏面の透明電極５４を透過してａ−３ｉ
製光電変換薄膜５１に光が達すると、透明電極５４およ
び裏面電極５５ａ、５５ｂ、５５ｃの間にＲＧＢ信号が
発生する。

しかしながら、このカラーセンサは、色フィルタを光入
射側に設ける必要があるため、十分な低コスト化を図る
ことは無理であり、ＲＧＢ３つ分を合わせた広い基板面
積を必要とし各色毎にそれぞれフィルタを必要とする構
造は、高集積化が図り難く、カラーイメージセンサに用
いることは難しい。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、上記事情に鑑み、色フィルタを必要とせず
、高集積化が図り易くてカラーセンサに通した光電変換
装置を提供することを課題とする〔課題を解決するため
の手段〕 前記課題を解決するため、請求項１．２記載の光電変換
装置は、ｎ型アモルファスＳｉ層とｎ型アモルファスＳ
ｉ層の間にイントリンシックアモルファスＳｉ層が設け
られてなる光電変換薄膜が３つ積層され、各光電変換薄
膜の間に透明電極用薄膜が設けられてなる構成をとって
いる。

以下、この発明をより具体的に説明する。

光入射側にある第１光電変換薄膜は青色検出用であり、
中間の第２光電変換薄膜は緑色検出用であり、光入射側
と反対の側の第３光電変換薄膜は赤色検出用である。

一般に、ａ−３ｉ製薄膜の場合、短波長光に対して吸収
係数が大きく、波長が長くなるに従い吸収係数が小さく
なる性質がある。ａ−３ｉ光電変換薄膜に、青、緑、赤
の各光が入射した場合、それぞれの光を９０％吸収する
のに必要な膜深さは、下記の通りである。

光の色　波長　　　吸収係数　　　　膜深さ（ｎｍ）　
　　　（ｃｎ＋−’）　　　　　　Ｃｔｔｓ）青　　　
４８０　　　　　１ＸＩＯ’　　　　　　０．２３緑　
　５５０　　　　　５Ｘ１０’　　　　　　０．４９赤
　　　６５０　　　　　５ｘｌＯ”　　　　　　２．３
つまり、ａ−３ｉ光電変換薄膜が光入射側から順に０．
２３ｎ、０．２６ｎ、１．８１ｐであれば、青色光は第
１光電変換薄膜で殆ど吸収され、緑色光は第２光電変換
薄膜までで殆ど吸収され、第３光電変換薄膜では赤色光
のみが吸収されるということになる。

この発明における光電変換薄膜では、光電変換に直接与
からないｐ型ａ−３ｉ層とｎ型ａ−３ｉ層は極く薄く　
（数１００Å以下、通寓１００〜３００人）でイントリ
ンシックアモルファスＳｉ（以下、適宜「ｉ型ａ−３ｉ
Ｊと言う）層の厚みに比べ非常に小さい。そのため、光
電変換薄膜厚みは、事実上、ｉ型ａ−３ｉ層に支配され
る。各光電変換薄膜における各色の光の吸収が上記のよ
うに適切な状態であるためには、ｉ型ａ−３ｉ層の厚み
は、請求項２のように、すなわち、下記の範囲にあるこ
とが好ましい。

光入射側の光電変換薄膜（第１光電変換薄膜）のイント
リンシックアモルファスＳｉ層：０．２〜０．５１ 中間の光電変換薄膜（第２光電変換薄１１’Ｊ）のイン
トリンシックアモルファスＳｉ層：０．３〜１．８μｍ 光入射側とは逆の側の光電変換薄膜（第３光電変換薄膜
）のイントリンシックアモルファスＳ＋層：０．１〜２
．Ｏｎ 赤色光入射の場合、第１．２光電変換薄膜の出力にも赤
色光吸収分が出るし、緑色光入射の場合は、第１光電変
換薄膜の出力にも緑色光吸収分が出る。また、青、緑、
赤の色の光のうち２以上が同時に入射する場合、第１．
２光電変換薄膜の出力には他の色の光吸収分が含まれる
。しかし、信号処理の段階で他の出力を使い他色の混入
光吸収分を除く補正を行うようにして、ＲＧＢ信号を得
ることができるので問題ない。例えば、青色光と赤色光
が同時に入射した場合、第１光電変換薄膜には青色光吸
収分の他、赤色光吸収分も含まれるが、信号処理の段階
で、第３光電変換薄膜の出力を使い、第１光電変換薄膜
に出力から赤色光吸収分を差し引く補正を行えば、この
補正出力がＢ信号になるのである。

続いて、この発明の光電変換装置の具体的な構成例を、
図面を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の光電変換装置の一例を破断してあ
られし、第２図は、同光電変換装置を上方からみた状態
をあられす。

光電変換装置１は、透明なガラス基板２を備え、同基板
２の上に３個の光電変換薄膜３．３′３″が積層形成さ
れたタンデム構造である。

通常、ガラス基板２の上に電極４を形成し、ついで、ｐ
型ａ−５ｉ層、ｉ型ａ−５ｉ、ｎ型ａＳｉ層を順に形成
して光電変換薄膜３を形成する。続いて、電極５を形成
してからｐ型ａ−５ｉ層ｉ型ａ−３ｉ、ｎ型ａ−３ｉ層
を順に形成して光電変換薄膜３′を形成する。ついで、
電極６を形成してからｐ型ａ−３ｉ層、ｉ型ａ−５ｉ、
ｎ型ａ−８ｉ層を順に形成して光電変換薄膜３“を形成
し、最後に、電極７を形成すれば完成である。なお、各
電極４〜７は電気的接続をとるための伸延部４ａ、５ａ
、６ａ、７ａを有するが、各電極の伸延部が他の電極の
伸延部と異なる方向に出るように電極パターンが選ばれ
ている。

光がガラス基板２側から入射する場合（図示の場合）、
電極４〜６を透明電極とする。透明電極は、例えば、酸
化錫と酸化インジウムからなる透明薄膜（ＴＴＯ薄膜）
を用いる。電極７は透明である必要はなく、例えば、Ｃ
ｒ薄膜を用いる。

光がガラス基板２側とは反対の側から入射する場合、電
極５〜７を透明電極とする。透明電極は、例えば、酸化
錫と酸化インジウムからなる透明薄膜ＣＩＴＯ薄Ｈ＊）
を用いる。電極４は透明である必要はなく、例えば、Ｃ
ｒ薄膜を用いる。ガラス基板２も不透明な絶縁板でよい
。

〔作　　　用〕

この発明の光電変換装置は、カラーセン号として好適で
ある。これは、３つの第１〜３光電変換薄膜が積層され
、第１光電変換薄膜で青色光がほぼ吸収され、中間の第
２光電変換薄膜までで緑色光がほぼ吸収され、最後の第
３光電変換薄膜では赤色光のみが吸収され、各薄膜の出
力からＲＧＢ信号を得ることが可能だからである。

この光電変換装置は、十分な低コスト化が可能である。

色フィルタが不要なため、構成・製造工程が大幅に簡単
になるからである。勿論、ａ−８ｉ光電変換薄膜を用い
ていることで、赤外カットフィルタが要らず、製造工程
が簡単であることも、低コスト化に寄与していることは
言うまでもない。

そして、この光電変換装置は高集積化が図り易い。ＲＧ
Ｂ信号を得るのに光電変換薄膜を３つ必要としても、積
層構成であるため１個分の光電薄膜面積と同じ基板面積
を必要とするだけだからである。それに、多数集積され
ても色フイルタ形成が不要であって製造し易く、この点
も高集積化を容易にしている。

〔実　施　例〕

以下、この発明の詳細な説明する。この発明は、下記の
実施例に限らない。

実施例１ 以下のようにして、第１図と第２図に示す構成の光電変
換装置を得た。

透明なガラス基板上に厚み０．２μ璽のＩＴＯ薄膜をＥ
Ｂ蒸着により形成し、フォトリソグラフィ技術を用いパ
ターン化し、所定形状の透明な電極を設けた。

ついで、プラズマＣＶＤ法により、厚み０．０１１のｐ
型ａ−３ｉ層、厚み０．４　ｎＯ１型ａ−３ｉ層、厚み
０．０１ｐのｎ型ａ−５ｉ層を積層し、フォトリソグラ
フィ技術を用いパターン化し、所定形状の第１光電変換
薄膜を設けた。

第１光電変換薄膜の上に、厚み０．２　ｎのＩＴ○薄膜
をＥＢ蒸着により形成し、フォトリソグラフィ技術を用
いパターン化し、所定形状の透明な電極を設けた。

電極形成に続いて、プラズマＣＶＤ法により、厚み０．
０１ｕＯｐ型ａ−３ｉ層、厚み０．６ｎ（７）ｉ型ａ−
３ｉ１ｉｉ、厚み０．０１ｐのｎ型ａ−５ｉ層を積層し
、フォトリソグラフィ技術を用いパターン化し、所定形
状の第２光電変換薄膜を設けた。その後、厚み０．２ｐ
のＴＴＯ薄膜をＥＢ蒸着により形成し、フォトリソグラ
フィ技術を用いパターン化し、所定形状の透明な電極を
設けた。

この後、再び、プラズマＣＶＤ法により、厚み０．０１
ｐのｐ型ａ−３ｉ層、厚み０．６　ｕｓのｉ型ａＳｉ層
、厚み０．０１ｐのｎ型ａ−３ｉ層を積層し、フォトリ
ソグラフィ技術を用いパターン化し、所定形状の第３光
電変換薄膜を設けた。最後に、厚み０．２μのＣｒ薄膜
を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いパターン化し
、所定形状の電極を設け、光電変換装置を完成した。

そして、この光電変換装置に、基板側から青、緑、赤の
各色の光を入射し、光電変換特性を調べた。

波長４８０ｎｍの青色光の場合、第１光電変換薄膜に約
０．７■の電圧が発生した。第２．３光電変換薄膜には
電圧が殆ど発生しなかった。

波長５５０ｒ＋ｍの緑色光の場合、第２光電変換薄膜に
約０．７Ｖの電圧が発生した。第３光電変換薄膜には電
圧が殆ど発生しなかった。なお、第２光電変換薄膜では
緑色光の約４０％が吸収される。

波長６５０ｎｍの赤色光の場合、第３光電変換薄膜に約
０．７Ｖの電圧が発生した。なお、第３光電変換薄膜で
は赤色光の約３５％が吸収される。

また、光の強度を変えると強度に応した出力電流が得ら
れることも確認できた。

実施例２− 以下のようにして、第１図と第２図に示す構成の光電変
換装置を得た。

表面に酸化膜が形成されたＳｉウェハを用い、同ウェハ
上に厚み０．２１のＣｒ薄膜を形成し、パターン化して
所定形状の電極を設けた。

ついで、プラズマＣＶＤ法により、厚み０．０Ｉｎのｐ
型ａ−８ｉ層、厚み０．６　ｎのｊ型ａ−３ｉ層、厚み
０．０１ｐのｎ型ａ−３ｉ層を積層し、フォトリソグラ
フィ技術を用いパターン化し、所定形状の第３光電変換
薄膜を設けた。

第３光電変換薄膜の上に、厚み０．２ｎのＩＴＯ薄膜を
ＥＢ蒸着により形成し、フォトリソグラフィ技術を用い
パターン化し、所定形状の透明な電極を設けた。

電極形成に続いて、プラズマＣＶＤ法により、厚みｏ、
ｏｌｎのＴｌ型ａ−３ｉｒｒ７１、厚ミ０．６　ｎ（Ｄ
　ｉ型ａ−３ｉ層、厚み０．０１ｍのｎ型ａ−３ｉ層を
積層し、フォトリソグラフィ技術を用いパターン化し、
所定形状の第２光電変換薄膜を設けた。その後、厚み０
．２ｎのＩＴＯ薄膜をＥＢ蒸着により形成し・フォトリ
ソグラフィ技術を用し）ノ々ターン化し、所定形状の透
明な電極を設けた。

この後、再び、プラズマＣＶＤ法により、厚み０．０１
ｐのｐ型ａ−３ｉ層、厚み０．４ｎのｉ型ａ−３ｉ層、
厚み０．０１ｐのｎ型ａ−３ｉ層を積層し・フォトリソ
グラフィ技術を用いパターン化し、所定形状の第１光電
変換薄膜を設けた。最後に、厚み０．２ｎのＩＴＯ薄膜
を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いパターン化し
、所定形状の透明な電極を設け、光電変換装置を完成し
た。

そして、この光電変換装置に、基板側とは反対の側から
青、緑、赤の各色の光を入射し、光電変換特性を調べた
。

波長４８０ｎｍの青色光の場合、第１光電変換薄膜に約
０．７■の電圧が発生した。第２．３光電変換薄膜には
電圧が殆ど発生しなかった。

波長５５０ｎｍの緑色光の場合、第２光電変換薄膜に約
０．７Ｖの電圧が発生した。第３光電変換薄膜には電圧
が殆ど発生しなかった。なお、第２光電変換薄膜では緑
色光の約４０％が吸収される。

波長６５０ｎｍの赤色光の場合、第３光電変換薄膜に約
０．７　Ｖの電圧が発生した。なお、第３光電変換薄膜
では赤色光の約２５％が吸収される。

また、光の強度を変えると強度に応じた出力電流が得ら
れることも確認できた。

〔発明の効果〕 この発明の光電変換装置は、積層された３つの第１〜３
光電変換薄膜の出力からＲＧＢ信号を得ることが出来る
ため、カラーセンサに適しており、色フィルタが不要で
積層構成であるがため、十分な低コスト化や高集積化が
図り易い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる光電変換装置の一例の構成
をあられす断面図、第２図は、同光電変換装置の平面図
、第３図は、従来の光電変換装置の構成をあられす断面
図である。 １・・・光電変換装置　　３．３′　３″・・・光電変
換薄膜　　５．６・・・（透明）電極 代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ｐ型アモルファスＳｉ層とｎ型アモルファスＳｉ層
   の間にイントリンシックアモルファスＳｉ層が設けられ
   てなる光電変換薄膜が３つ積層され、各光電変換薄膜の
   間に透明電極用薄膜が設けられてなる光電変換装置。 ２　光電変換薄膜それぞれのイントリンシックアモルフ
   ァスＳｉ層の厚みが下記の通りである請求項１記載の光
   電変換装置。 光入射側の光電変換薄膜のイントリンシックアモルファ
   スＳｉ層：０．２〜０．５μｍ 中間の光電変換薄膜のイントリンシックアモルファスＳ
   ｉ層：０．３〜１．８μｍ 光入射側とは逆の側の光電変換薄膜のイントリンシック
   アモルファスＳｉ層：０．１〜２．０μｍ