JPH04291968A - フォトダイオード - Google Patents
フォトダイオードInfo
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- JPH04291968A JPH04291968A JP3080573A JP8057391A JPH04291968A JP H04291968 A JPH04291968 A JP H04291968A JP 3080573 A JP3080573 A JP 3080573A JP 8057391 A JP8057391 A JP 8057391A JP H04291968 A JPH04291968 A JP H04291968A
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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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信，光情報処理，
イメージセンサ等の分野における受光素子に関するもの
である。
イメージセンサ等の分野における受光素子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来アモルファスシリコンを用いた受光
素子がある。このアモルファスシリコンのｐ−ｉ−ｎダ
イオードは、ガラス基板上に安価にしかも大面積で形成
可能であることから、ファクシミリ，コピー等の機器に
おけるイメージセンサ素子として幅広く使用されている
。
素子がある。このアモルファスシリコンのｐ−ｉ−ｎダ
イオードは、ガラス基板上に安価にしかも大面積で形成
可能であることから、ファクシミリ，コピー等の機器に
おけるイメージセンサ素子として幅広く使用されている
。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】また、従来の多結晶シ
リコンのｐ−ｎあるいはｐ−ｉ−ｎ接合においては、接
合界面の結晶粒界における不純物の偏析や接合界面への
欠陥の集中が原因となって、接合界面近傍の捕獲中心密
度が著しく高くなるという重大な欠点があった。このた
め、文献（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｔｈｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，
ｖｏｌ．１２５．Ｎｏ．１０ １９７８年の１６４８
頁）に示されてあるように、多結晶シリコンのｐ−ｎあ
るいはｐ−ｉ−ｎダイオードに逆方向電界を加えると、
接合界面近傍の捕獲中心を経由して、トンネル電流やＰ
ｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流などが流れ、ダイオード
の逆方向リーク電流は大きくなる。そのため、ダイオー
ドに光を照射しても、光電流がリーク電流に埋もれてし
まい、受光素子として使用することができなかった。
リコンのｐ−ｎあるいはｐ−ｉ−ｎ接合においては、接
合界面の結晶粒界における不純物の偏析や接合界面への
欠陥の集中が原因となって、接合界面近傍の捕獲中心密
度が著しく高くなるという重大な欠点があった。このた
め、文献（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｔｈｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，
ｖｏｌ．１２５．Ｎｏ．１０ １９７８年の１６４８
頁）に示されてあるように、多結晶シリコンのｐ−ｎあ
るいはｐ−ｉ−ｎダイオードに逆方向電界を加えると、
接合界面近傍の捕獲中心を経由して、トンネル電流やＰ
ｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流などが流れ、ダイオード
の逆方向リーク電流は大きくなる。そのため、ダイオー
ドに光を照射しても、光電流がリーク電流に埋もれてし
まい、受光素子として使用することができなかった。
【０００４】また、アモルファスシリコンを用いたｐ−
ｉ−ｎダイオードの場合には、アモルファスシリコンの
みでｐ−ｉ−ｎダイオードを形成した場合には逆方向の
暗電流は必ずしも低くはなく、１μＷ／ｃｍ２ 程度の
入射パワーの光が検出限界であった。さらに０．１μＷ
／ｃｍ２ 程度の光の検出が可能な高感度のフォトダイ
オードを作製するためには、ｐまたはｎ層をアモルファ
スＳｉＣで形成したり、オーミック電極とｐまたはｎ層
の間にアモルファスＳｉＮの薄い層をはさむことなどの
改善によって、逆方向の暗電流を減少させる必要があっ
た。
ｉ−ｎダイオードの場合には、アモルファスシリコンの
みでｐ−ｉ−ｎダイオードを形成した場合には逆方向の
暗電流は必ずしも低くはなく、１μＷ／ｃｍ２ 程度の
入射パワーの光が検出限界であった。さらに０．１μＷ
／ｃｍ２ 程度の光の検出が可能な高感度のフォトダイ
オードを作製するためには、ｐまたはｎ層をアモルファ
スＳｉＣで形成したり、オーミック電極とｐまたはｎ層
の間にアモルファスＳｉＮの薄い層をはさむことなどの
改善によって、逆方向の暗電流を減少させる必要があっ
た。
【０００５】本発明の目的は、多結晶シリコンダイオー
ドにおいては逆方向リーク電流を著しく減少させて受光
素子として使用することができ、アモルファスシリコン
のダイオードにおいては逆方向暗電流を減少させたフォ
トダイオードを提供することにある。
ドにおいては逆方向リーク電流を著しく減少させて受光
素子として使用することができ、アモルファスシリコン
のダイオードにおいては逆方向暗電流を減少させたフォ
トダイオードを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に第１の発明は基板上に形成した不純物をドープしてな
いｉ型半導体薄膜の両側にｐ型半導体薄膜とｎ型半導体
薄膜とをそれぞれ配した平面型ｐ−ｉ−ｎ構造において
、該ｐ−ｉ−ｎ構造内に形成されるｐ−ｉ接合部とｎ−
ｉ接合部の片方あるいは両方、上または下、あるいは上
下に、絶縁膜を介して、所要のゲート電極を設けたこと
を特徴とするフォトダイオードである。第２の発明は基
板上に形成した不純物をドープしていないｉ型半導体薄
膜の両端にそれぞれ電極を配した構造において、該電極
と前記不純物をドープしてないｉ型半導体薄膜の接合部
の片方あるいは両方、上または下、あるいは上下に、絶
縁膜を介して、所要のゲート電極を設けたことを特徴と
するフォトダイオードである。第３の発明は基板上に形
成した不純物をドープしてないｉ型半導体薄膜の両側に
ｐ型半導体薄膜ならびにｎ型半導体薄膜を配した平面型
ｐ−ｉ−ｎ構造において、該平面型ｐ−ｉ−ｎ構造内に
形成されるｐ−ｉ接合部の上または下、あるいは上下に
、膜中に負の固定電荷を有する絶縁膜を設け、さらに前
記平面型ｐ−ｉ−ｎ構造内に形成されるｎ−ｉ接合部の
上または下、あるいは上下に、正の固定電荷を有する絶
縁膜を設けたことを特徴とするフォトダイオードである
。第４の発明は基板上に形成した不純物をドープしてな
いｉ型半導体薄膜の両端にそれぞれ電極を配した構造に
おいて、前記電極の片方と前記ｉ型半導体薄膜の接合部
の上または下、あるいは上下に、膜中に負の固定電荷を
有する絶縁膜を設けるとともに、前記電極の他方と前記
ｉ型半導体の接合部の上または下、あるいは上下に、膜
中に正の固定電荷を有する絶縁膜を設けたことを特徴と
するフォトダイオードである。
に第１の発明は基板上に形成した不純物をドープしてな
いｉ型半導体薄膜の両側にｐ型半導体薄膜とｎ型半導体
薄膜とをそれぞれ配した平面型ｐ−ｉ−ｎ構造において
、該ｐ−ｉ−ｎ構造内に形成されるｐ−ｉ接合部とｎ−
ｉ接合部の片方あるいは両方、上または下、あるいは上
下に、絶縁膜を介して、所要のゲート電極を設けたこと
を特徴とするフォトダイオードである。第２の発明は基
板上に形成した不純物をドープしていないｉ型半導体薄
膜の両端にそれぞれ電極を配した構造において、該電極
と前記不純物をドープしてないｉ型半導体薄膜の接合部
の片方あるいは両方、上または下、あるいは上下に、絶
縁膜を介して、所要のゲート電極を設けたことを特徴と
するフォトダイオードである。第３の発明は基板上に形
成した不純物をドープしてないｉ型半導体薄膜の両側に
ｐ型半導体薄膜ならびにｎ型半導体薄膜を配した平面型
ｐ−ｉ−ｎ構造において、該平面型ｐ−ｉ−ｎ構造内に
形成されるｐ−ｉ接合部の上または下、あるいは上下に
、膜中に負の固定電荷を有する絶縁膜を設け、さらに前
記平面型ｐ−ｉ−ｎ構造内に形成されるｎ−ｉ接合部の
上または下、あるいは上下に、正の固定電荷を有する絶
縁膜を設けたことを特徴とするフォトダイオードである
。第４の発明は基板上に形成した不純物をドープしてな
いｉ型半導体薄膜の両端にそれぞれ電極を配した構造に
おいて、前記電極の片方と前記ｉ型半導体薄膜の接合部
の上または下、あるいは上下に、膜中に負の固定電荷を
有する絶縁膜を設けるとともに、前記電極の他方と前記
ｉ型半導体の接合部の上または下、あるいは上下に、膜
中に正の固定電荷を有する絶縁膜を設けたことを特徴と
するフォトダイオードである。
【０００７】
【作用】このゲート電極に適当な電圧を加えて、ｐ−ｉ
接合部の、あるいは片方の電極−ｉ型接合部の、ｉ領域
側にｐチャネルを、また、ｎ−ｉ接合部の、あるいはも
う片方の電極−ｉ型接合部の、ｉ領域側にｎチャネルを
誘起し、接合の界面を捕獲中心密度の低いｉ領域内に形
成することができる。これによって、捕獲中心を経由す
るトンネル電流やＰｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流など
を減少させることが可能となり、ダイオードの逆方向リ
ーク電流が著しく減少する。このため、多結晶シリコン
ではフォトダイオードとしての使用が初めて可能となり
、また、アモルファスシリコンでは入射パワーの低い光
に対するＳ／Ｎ比が向上する。
接合部の、あるいは片方の電極−ｉ型接合部の、ｉ領域
側にｐチャネルを、また、ｎ−ｉ接合部の、あるいはも
う片方の電極−ｉ型接合部の、ｉ領域側にｎチャネルを
誘起し、接合の界面を捕獲中心密度の低いｉ領域内に形
成することができる。これによって、捕獲中心を経由す
るトンネル電流やＰｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流など
を減少させることが可能となり、ダイオードの逆方向リ
ーク電流が著しく減少する。このため、多結晶シリコン
ではフォトダイオードとしての使用が初めて可能となり
、また、アモルファスシリコンでは入射パワーの低い光
に対するＳ／Ｎ比が向上する。
【０００８】
【実施例１】以下、実施例１から実施例４までは、多結
晶シリコンを用いた実施例について説明する。図１は、
本発明の第１の実施例のフォトダイオードの断面図であ
る。ガラス基板１の上に、例えばノンドープのｉ型多結
晶シリコン薄膜２を約３０ｎｍの膜厚で形成し、その両
側に例えばイオン注入法によってボロンドープのｐ型多
結晶シリコン領域３ならびにリンドープのｎ型多結晶シ
リコン領域４を設けた。その上に、スパッタリングによ
ってＳｉＯ２ 絶縁膜５を約１００ｎｍの膜厚で形成し
、次に、アルミニウムを用いてｐ−ｉ接合部１７上に第
１ゲート電極６を、また、ｎ−ｉ接合部１８上に第２の
ゲート電極７を設けた。さらに、ｐ型領域３へのオーミ
ック電極８ならびにｎ型領域４へのオーミック電極９を
設けた。
晶シリコンを用いた実施例について説明する。図１は、
本発明の第１の実施例のフォトダイオードの断面図であ
る。ガラス基板１の上に、例えばノンドープのｉ型多結
晶シリコン薄膜２を約３０ｎｍの膜厚で形成し、その両
側に例えばイオン注入法によってボロンドープのｐ型多
結晶シリコン領域３ならびにリンドープのｎ型多結晶シ
リコン領域４を設けた。その上に、スパッタリングによ
ってＳｉＯ２ 絶縁膜５を約１００ｎｍの膜厚で形成し
、次に、アルミニウムを用いてｐ−ｉ接合部１７上に第
１ゲート電極６を、また、ｎ−ｉ接合部１８上に第２の
ゲート電極７を設けた。さらに、ｐ型領域３へのオーミ
ック電極８ならびにｎ型領域４へのオーミック電極９を
設けた。
【０００９】一般に、イオン注入によって形成されたｐ
−ｉならびにｎ−ｉ接合の界面は、イオン注入によって
生じた欠陥の残留や不純物の偏析のために、捕獲中心が
多結晶シリコン膜中よりもはるかに多い。このため、接
合に逆バイアスを加えると、界面の捕獲中心を介したト
ンネル電流やＰｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流などによ
って、逆方向のリーク電流が非常に大きくなってしまう
。イオン注入に限らず、ｐ型あるいはｎ型の多結晶シリ
コン膜を堆積して接合を形成した場合でも状況は同じで
ある。本実施例の図１に示した構造のフォトダイオード
においても、第１のゲート電極６ならびに第２のゲート
電極７に電圧を加えずに、電圧−電流特性を測定したと
ころ、図２（ａ）に示すように、逆方向のリーク電流が
非常に大きかった。
−ｉならびにｎ−ｉ接合の界面は、イオン注入によって
生じた欠陥の残留や不純物の偏析のために、捕獲中心が
多結晶シリコン膜中よりもはるかに多い。このため、接
合に逆バイアスを加えると、界面の捕獲中心を介したト
ンネル電流やＰｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流などによ
って、逆方向のリーク電流が非常に大きくなってしまう
。イオン注入に限らず、ｐ型あるいはｎ型の多結晶シリ
コン膜を堆積して接合を形成した場合でも状況は同じで
ある。本実施例の図１に示した構造のフォトダイオード
においても、第１のゲート電極６ならびに第２のゲート
電極７に電圧を加えずに、電圧−電流特性を測定したと
ころ、図２（ａ）に示すように、逆方向のリーク電流が
非常に大きかった。
【００１０】図１の構造において第１のゲート電極６に
負電圧を、第２のゲート電極７に正電圧を加えると、図
３に示すように、第１のゲート電極６下のｉ型多結晶シ
リコン層２中にｐチャネル１０が、第２のゲート電極７
下のｉ型多結晶シリコン層２中にｎチャネル１１が形成
される。これによって、ｐ−ｉ接合１７ならびにｎ−ｉ
接合１８の界面が、捕獲中心の多い場所から、捕獲中心
の少ないｉ型多結晶シリコン中に移動する。この状態で
、ダイオードの電圧−電流特性を測定したところ、図２
（ｂ）に示すように、逆方向リーク電流が著しく減少し
、正常なダイオード特性が得られた。また、図１または
図３に示す絶縁膜５側あるいはガラス基板１側から、ｉ
型多結晶シリコン層２へ光を照射したところ、図２（ｂ
）に示すように、光電流を観測することができ、暗時の
電流と比較して、逆方向バイアス時に十分なオン・オフ
比がとれた。
負電圧を、第２のゲート電極７に正電圧を加えると、図
３に示すように、第１のゲート電極６下のｉ型多結晶シ
リコン層２中にｐチャネル１０が、第２のゲート電極７
下のｉ型多結晶シリコン層２中にｎチャネル１１が形成
される。これによって、ｐ−ｉ接合１７ならびにｎ−ｉ
接合１８の界面が、捕獲中心の多い場所から、捕獲中心
の少ないｉ型多結晶シリコン中に移動する。この状態で
、ダイオードの電圧−電流特性を測定したところ、図２
（ｂ）に示すように、逆方向リーク電流が著しく減少し
、正常なダイオード特性が得られた。また、図１または
図３に示す絶縁膜５側あるいはガラス基板１側から、ｉ
型多結晶シリコン層２へ光を照射したところ、図２（ｂ
）に示すように、光電流を観測することができ、暗時の
電流と比較して、逆方向バイアス時に十分なオン・オフ
比がとれた。
【００１１】なお、本実施例では、第１のゲート電極６
ならびに第２のゲート電極７を、絶縁膜５をはさんで多
結晶シリコン層２の上に形成したが、多結晶シリコン層
２の下に形成してもよい。あるいは、第１のゲート電極
６および第２のゲート電極７の片方を上に、他方を下に
形成してもよい。また、第１のゲート電極６および第２
のゲート電極７の両方を設けなくとも、どちらか片方だ
けでも逆方向リーク電流をある程度低減することが可能
である。
ならびに第２のゲート電極７を、絶縁膜５をはさんで多
結晶シリコン層２の上に形成したが、多結晶シリコン層
２の下に形成してもよい。あるいは、第１のゲート電極
６および第２のゲート電極７の片方を上に、他方を下に
形成してもよい。また、第１のゲート電極６および第２
のゲート電極７の両方を設けなくとも、どちらか片方だ
けでも逆方向リーク電流をある程度低減することが可能
である。
【００１２】さらに、本実施例では、第１ゲート電極６
と，第２ゲート電極７，ｐ型領域３へのオーミック電極
８ならびにｎ型領域４へのオーミック電極９のそれぞれ
に、別々に電圧を加えた４端子動作としたが、動作電圧
によっては、第１のゲート電極６とｐ型領域３へのオー
ミック電極８を相互接続し、また第２のゲート電極７と
ｎ型領域（４）へのオーミック電極９を相互接続して、
２端子動作とすることも可能である。
と，第２ゲート電極７，ｐ型領域３へのオーミック電極
８ならびにｎ型領域４へのオーミック電極９のそれぞれ
に、別々に電圧を加えた４端子動作としたが、動作電圧
によっては、第１のゲート電極６とｐ型領域３へのオー
ミック電極８を相互接続し、また第２のゲート電極７と
ｎ型領域（４）へのオーミック電極９を相互接続して、
２端子動作とすることも可能である。
【００１３】
【実施例２】図４に、本発明の第２の実施例を示す。図
１との相違は、第１のゲート電極６の下のｉ型多結晶シ
リコン層２の下に、ＳｉＯ２ 絶縁膜１２をはさんで第
１のゲート電極６と同電位の第３のゲート電極１３を、
また、第２のゲート電極７の下のｉ型多結晶シリコン層
２の下にＳｉＯ２ 絶縁膜１２をはさんで第２のゲート
電極７と同電位の第４のゲート電極１４を設けたことで
ある。ｉ型多結晶シリコン層２の上下両側からｐチャネ
ル１０，ｎチャネル１１を形成するので、実施例１に比
べてｉ型多結晶シリコン層２を厚くすることができる。 即ち光吸収層を厚くすることができるので、実施例１に
比べ光電流が多くとれるという利点がある。
１との相違は、第１のゲート電極６の下のｉ型多結晶シ
リコン層２の下に、ＳｉＯ２ 絶縁膜１２をはさんで第
１のゲート電極６と同電位の第３のゲート電極１３を、
また、第２のゲート電極７の下のｉ型多結晶シリコン層
２の下にＳｉＯ２ 絶縁膜１２をはさんで第２のゲート
電極７と同電位の第４のゲート電極１４を設けたことで
ある。ｉ型多結晶シリコン層２の上下両側からｐチャネ
ル１０，ｎチャネル１１を形成するので、実施例１に比
べてｉ型多結晶シリコン層２を厚くすることができる。 即ち光吸収層を厚くすることができるので、実施例１に
比べ光電流が多くとれるという利点がある。
【００１４】
【実施例３】図５は、本発明の第３の実施例である。第
１の実施例との相違は、第１のゲート電極を設ける代わ
りに、膜中に負の固定電極を有することでバイアスの無
い状態で直下のｉ型多結晶シリコン層２中にｐチャネル
１０を誘起することが可能である絶縁膜１５と、第２の
ゲート電極を設けるかわりに、膜中に正の固定電極を有
することでバイアスの無い状態での直下のｉ型多結晶シ
リコン層２中にｎチャネルを誘起することが可能である
絶縁膜１６を設けたことである。絶縁膜の種類や形成条
件によって、絶縁膜−ｉ型多結晶シリコン界面を制御し
なければならない難しさが生ずるものの、素子構造が簡
単になる長所がある。
１の実施例との相違は、第１のゲート電極を設ける代わ
りに、膜中に負の固定電極を有することでバイアスの無
い状態で直下のｉ型多結晶シリコン層２中にｐチャネル
１０を誘起することが可能である絶縁膜１５と、第２の
ゲート電極を設けるかわりに、膜中に正の固定電極を有
することでバイアスの無い状態での直下のｉ型多結晶シ
リコン層２中にｎチャネルを誘起することが可能である
絶縁膜１６を設けたことである。絶縁膜の種類や形成条
件によって、絶縁膜−ｉ型多結晶シリコン界面を制御し
なければならない難しさが生ずるものの、素子構造が簡
単になる長所がある。
【００１５】
【実施例４】図６は、本発明の第４の実施例である。第
１の実施例との相違は、ｉ型多結晶シリコン層２の両側
にｐ型ならびｎ型多結晶シリコンを配する代わりに、ｉ
型多結晶シリコン層２の両側にｐ型領域へのオーミック
電極８ならびにｎ型領域へのオーミック電極９を直接形
成したことである。素子構造ならびに素子作製工程が簡
単になる長所がある。
１の実施例との相違は、ｉ型多結晶シリコン層２の両側
にｐ型ならびｎ型多結晶シリコンを配する代わりに、ｉ
型多結晶シリコン層２の両側にｐ型領域へのオーミック
電極８ならびにｎ型領域へのオーミック電極９を直接形
成したことである。素子構造ならびに素子作製工程が簡
単になる長所がある。
【００１６】図６に示す構造において、第１のゲート電
極６に負電圧を、第２のゲート電極７に正電圧を加える
と、図７に示すように、第１のゲート電極６下のｉ型多
結晶シリコン層２中にｐチャネル１０が、第２のゲート
電極７下のｉ型多結晶シリコン層２中にｎチャネル１１
が形成されて、ｐ−ｉ−ｎ構造となり、第１の実施例と
同じように動作させることができた。
極６に負電圧を、第２のゲート電極７に正電圧を加える
と、図７に示すように、第１のゲート電極６下のｉ型多
結晶シリコン層２中にｐチャネル１０が、第２のゲート
電極７下のｉ型多結晶シリコン層２中にｎチャネル１１
が形成されて、ｐ−ｉ−ｎ構造となり、第１の実施例と
同じように動作させることができた。
【００１７】本実施例においても、第１のゲート電極６
ならびに第２のゲート電極７を、絶縁膜を挟んで多結晶
シリコン層２の下に形成してもよいし、第１ならびに第
２のゲート電極の片方を上に、他方を下に形成してもよ
い。また、第１のゲート電極と第２のゲート電極の両方
を設けなくとも、どちらか片方だけでも逆方向リーク電
流をある程度低減することが可能である。さらに、動作
電圧によっては、第１のゲート電極６とｐ型領域へのオ
ーミック電極８を相互接続し、また第２のゲート電極７
とｎ型領域へのオーミック電極９を相互接続して、２端
子動作とすることも可能である。
ならびに第２のゲート電極７を、絶縁膜を挟んで多結晶
シリコン層２の下に形成してもよいし、第１ならびに第
２のゲート電極の片方を上に、他方を下に形成してもよ
い。また、第１のゲート電極と第２のゲート電極の両方
を設けなくとも、どちらか片方だけでも逆方向リーク電
流をある程度低減することが可能である。さらに、動作
電圧によっては、第１のゲート電極６とｐ型領域へのオ
ーミック電極８を相互接続し、また第２のゲート電極７
とｎ型領域へのオーミック電極９を相互接続して、２端
子動作とすることも可能である。
【００１８】また、第３の実施例と同様に、図６に示す
実施例４において、第１のゲート電極を設けるかわりに
、膜中に負の固定電荷を有する絶縁膜１５を、また、第
２のゲート電極を設ける代わりに、膜中に正の固定電荷
を有する絶縁膜１６を設けても良い。この場合の実施例
５が図８に示されている。
実施例４において、第１のゲート電極を設けるかわりに
、膜中に負の固定電荷を有する絶縁膜１５を、また、第
２のゲート電極を設ける代わりに、膜中に正の固定電荷
を有する絶縁膜１６を設けても良い。この場合の実施例
５が図８に示されている。
【００１９】以上、実施例１から実施例４まで、多結晶
シリコンについて説明したが、多結晶シリコンをアモル
ファスシリコンに置き換えても、同じように、ダイオー
ドの逆方向暗電流の低減効果が得られる。図１に示した
構造において、多結晶シリコンをアモルファスシリコン
に置き換えたダイオードを作製し、その特性を測定した
ところ、逆方向暗電流が従来のｐ−ｉ−ｎダイオードよ
りも２桁低くなり、入射パワーが０．１μＷ／ｃｍ２
以下の光の受光が可能になった。また、多結晶シリコン
，アモルファスシリコンの代わりに、アモルファスＧｅ
，多結晶Ｇｅ，アモルファスＳｉＧｅ，多結晶ＳｉＧｅ
，アモルファスＳｉＣ，多結晶ＳｉＣを用いても良い。
シリコンについて説明したが、多結晶シリコンをアモル
ファスシリコンに置き換えても、同じように、ダイオー
ドの逆方向暗電流の低減効果が得られる。図１に示した
構造において、多結晶シリコンをアモルファスシリコン
に置き換えたダイオードを作製し、その特性を測定した
ところ、逆方向暗電流が従来のｐ−ｉ−ｎダイオードよ
りも２桁低くなり、入射パワーが０．１μＷ／ｃｍ２
以下の光の受光が可能になった。また、多結晶シリコン
，アモルファスシリコンの代わりに、アモルファスＧｅ
，多結晶Ｇｅ，アモルファスＳｉＧｅ，多結晶ＳｉＧｅ
，アモルファスＳｉＣ，多結晶ＳｉＣを用いても良い。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明よって、ｐ
−ｉならびにｎ−ｉ接合の界面を捕獲中心密度の低いｉ
領域内に形成することで、捕獲中心を経由するトンネル
電流あるはＰｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流を減少させ
ることが可能となった。このため、従来はフォトダイオ
ードとして使用できなかった多結晶シリコンにおいて、
ダイオードの逆方向リーク電流が著しく減少し、フォト
ダイオードとしての使用が可能となった。また、アモル
ファスシリコンにおいては、従来に比べてダイオードの
逆方向リーク電流が著しく減少し、低い入射パワーの光
に対するフォトダイオードのＳ／Ｎが飛躍的に向上した
。
−ｉならびにｎ−ｉ接合の界面を捕獲中心密度の低いｉ
領域内に形成することで、捕獲中心を経由するトンネル
電流あるはＰｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流を減少させ
ることが可能となった。このため、従来はフォトダイオ
ードとして使用できなかった多結晶シリコンにおいて、
ダイオードの逆方向リーク電流が著しく減少し、フォト
ダイオードとしての使用が可能となった。また、アモル
ファスシリコンにおいては、従来に比べてダイオードの
逆方向リーク電流が著しく減少し、低い入射パワーの光
に対するフォトダイオードのＳ／Ｎが飛躍的に向上した
。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図２】（ａ）は従来のダイオードの電流−電圧特性、
（ｂ）は本発明のダイオードの暗時ならびに光を照射し
たときの電流−電圧特性である。
（ｂ）は本発明のダイオードの暗時ならびに光を照射し
たときの電流−電圧特性である。
【図３】本発明の第１の実施例の動作を説明するための
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図６】本発明の第４の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図７】本発明の第４の実施例の動作を説明するための
断面図である。
断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例の動作を説明するための
断面図である。
断面図である。
１ ガラス基板
２ ｉ型多結晶シリコン薄膜
３ ｐ型多結晶シリコン領域（ｐ型領域）４ ｎ型
多結晶シリコン領域（ｎ型領域）５ ＳｉＯ２ 絶縁
膜 ６ 第１のゲート電極 ７ 第２のゲート電極 ８ ｐ型領域へのオーミック電極 ９ ｎ型領域へのオーミック電極 １０ ｐチャネル １１ ｎチャネル １２ ＳｉＯ２ 絶縁膜 １３ 第３のゲート電極 １４ 第４のゲート電極 １５ 膜中に負の固定電荷を有する絶縁膜１６ 膜
中に正の固定電荷を有する絶縁膜１７ ｐ−ｉ接合部 １８ ｎ−ｉ接合部
多結晶シリコン領域（ｎ型領域）５ ＳｉＯ２ 絶縁
膜 ６ 第１のゲート電極 ７ 第２のゲート電極 ８ ｐ型領域へのオーミック電極 ９ ｎ型領域へのオーミック電極 １０ ｐチャネル １１ ｎチャネル １２ ＳｉＯ２ 絶縁膜 １３ 第３のゲート電極 １４ 第４のゲート電極 １５ 膜中に負の固定電荷を有する絶縁膜１６ 膜
中に正の固定電荷を有する絶縁膜１７ ｐ−ｉ接合部 １８ ｎ−ｉ接合部
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に形成した不純物をドープして
ないｉ型半導体薄膜の両側にｐ型半導体薄膜とｎ型半導
体薄膜とをそれぞれ配した平面型ｐ−ｉ−ｎ構造におい
て、該ｐ−ｉ−ｎ構造内に形成されるｐ−ｉ接合部とｎ
−ｉ接合部の片方あるいは両方、上または下、あるいは
上下に、絶縁膜を介して、所要のゲート電極を設けたこ
とを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項２】 基板上に形成した不純物をドープして
いないｉ型半導体薄膜の両端にそれぞれ電極を配した構
造において、該電極と前記不純物をドープしてないｉ型
半導体薄膜の接合部の片方あるいは両方、上または下、
あるいは上下に、絶縁膜を介して、所要のゲート電極を
設けたことを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項３】 基板上に形成した不純物をドープして
ないｉ型半導体薄膜の両側にｐ型半導体薄膜ならびにｎ
型半導体薄膜を配した平面型ｐ−ｉ−ｎ構造において、
該平面型ｐ−ｉ−ｎ構造内に形成されるｐ−ｉ接合部の
上または下、あるいは上下に、膜中に負の固定電荷を有
する絶縁膜を設け、さらに前記平面型ｐ−ｉ−ｎ構造内
に形成されるｎ−ｉ接合部の上または下、あるいは上下
に、正の固定電荷を有する絶縁膜を設けたことを特徴と
するフォトダイオード。 - 【請求項４】 基板上に形成した不純物をドープして
ないｉ型半導体薄膜の両端にそれぞれ電極を配した構造
において、前記電極の片方と前記ｉ型半導体薄膜の接合
部の上または下、あるいは上下に、膜中に負の固定電荷
を有する絶縁膜を設けるとともに、前記電極の他方と前
記ｉ型半導体の接合部の上または下、あるいは上下に、
膜中に正の固定電荷を有する絶縁膜を設けたことを特徴
とするフォトダイオード。 - 【請求項５】 前記半導体に多結晶シリコン薄膜を用
いたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか
に記載のフォトダイオード。 - 【請求項６】 前記半導体にアモルファスシリコン薄
膜を用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のい
ずれかに記載のフォトダイオード。
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|---|---|---|---|
| JP3080573A JP2959682B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | フォトダイオード |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP2959682B2 JP2959682B2 (ja) | 1999-10-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3080573A Expired - Fee Related JP2959682B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | フォトダイオード |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2009135185A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Sony Corp | 光センサ素子、光センサ素子の駆動方法、表示装置、および表示装置の駆動方法 |
| JP2009158553A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Sony Corp | 受光素子および表示装置 |
| JP2009177127A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-08-06 | Sony Corp | 受光素子および表示装置 |
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-
1991
- 1991-03-20 JP JP3080573A patent/JP2959682B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2959682B2 (ja) | 1999-10-06 |
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