JPH07183567A - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents
光電変換装置の製造方法Info
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- JPH07183567A JPH07183567A JP5325159A JP32515993A JPH07183567A JP H07183567 A JPH07183567 A JP H07183567A JP 5325159 A JP5325159 A JP 5325159A JP 32515993 A JP32515993 A JP 32515993A JP H07183567 A JPH07183567 A JP H07183567A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光吸収層及びキャリア増倍層が非単結晶系材
料により構成される光電変換装置において、キャリア増
倍層の光電特性及びキャリア走行性を特に光学的禁制帯
幅の広い領域において改善し、一定の増倍特性及び応答
特性を得る。 【構成】 層厚方向に光学的禁制帯幅が変化する領域を
持つ半導体膜をキャリア増倍層として有する光電変換装
置の製造方法において、Ｓｉを含む原料ガスの流量とキ
ャリア増倍層の光学的禁制帯幅調整のための添加元素を
含む原料ガスの流量との和に対する希釈ガスの希釈率
を、Ｓｉとキャリア増倍層の光学的禁制帯幅調整のため
の添加元素との組成比によって決定される光学的禁制帯
幅の大きさに対応させて変化させてプラズマＣＶＤ法に
よりキャリア増倍層を形成することを特徴とする光電変
換装置の製造方法。
料により構成される光電変換装置において、キャリア増
倍層の光電特性及びキャリア走行性を特に光学的禁制帯
幅の広い領域において改善し、一定の増倍特性及び応答
特性を得る。 【構成】 層厚方向に光学的禁制帯幅が変化する領域を
持つ半導体膜をキャリア増倍層として有する光電変換装
置の製造方法において、Ｓｉを含む原料ガスの流量とキ
ャリア増倍層の光学的禁制帯幅調整のための添加元素を
含む原料ガスの流量との和に対する希釈ガスの希釈率
を、Ｓｉとキャリア増倍層の光学的禁制帯幅調整のため
の添加元素との組成比によって決定される光学的禁制帯
幅の大きさに対応させて変化させてプラズマＣＶＤ法に
よりキャリア増倍層を形成することを特徴とする光電変
換装置の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は層厚方向に光学的禁制帯
幅（以下、単に禁制帯幅と称する）が変化する領域を持
つ半導体薄膜をキャリア増倍層として有する光電変換装
置及びその製造方法に関する。
幅（以下、単に禁制帯幅と称する）が変化する領域を持
つ半導体薄膜をキャリア増倍層として有する光電変換装
置及びその製造方法に関する。
【０００２】また、本発明は上記光電変換装置を具備す
る回路に関する。
る回路に関する。
【０００３】
【従来の技術】光電変換装置は、その光電変換特性に対
し高い信号対雑音比を持つことが要求され、なかでもア
バランシェ効果を利用したアバランシェフォトダイオー
ド（以下、ＡＰＤと略する）を受光部に使用した光電変
換装置は、この要求を満たすものと期待され、近年盛ん
に開発が進められている。
し高い信号対雑音比を持つことが要求され、なかでもア
バランシェ効果を利用したアバランシェフォトダイオー
ド（以下、ＡＰＤと略する）を受光部に使用した光電変
換装置は、この要求を満たすものと期待され、近年盛ん
に開発が進められている。
【０００４】従来、一般的に普及しているＡＰＤは、強
電界を印加してアバランシェ効果を引き出しており、そ
の増倍過程に内在するゆらぎのために、過剰増倍雑音が
発生し、信号対雑音比を低下させてしまう。
電界を印加してアバランシェ効果を引き出しており、そ
の増倍過程に内在するゆらぎのために、過剰増倍雑音が
発生し、信号対雑音比を低下させてしまう。
【０００５】この点を鑑みて、例えば、Ｆ．Ｃａｐａｓ
ｓｏらは、特開昭５８−１５７１７９号公報やＩＥＥＥ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ
第ＥＤＬ３版（１９８２年）の７１〜７３ページに、分
子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等を用いて、主に III−
Ｖ族に属する単結晶化合物半導体を用いて作成される、
光通信システムに使用可能な低雑音ＡＰＤを提案してい
る。そこで提案されている従来のＡＰＤの層構成を図７
に示す。図８はこのＡＰＤの静止時のエネルギー帯構造
図である。ここでは、４つの層からなるＩ型禁制帯幅傾
斜半導体層４０１、４０３、４０５、４０７がキャリア
増倍層として、Ｐ型半導体層４１１及びＮ型半導体層４
１５で挟まれ、電極４１３がＰ型半導体層４１１に、ま
た電極４１４がＮ型半導体層にそれぞれオーミック接触
されている。図９はこのＡＰＤに強電界を印加して動作
状態にしたときのエネルギー帯構造図である。ここで禁
制帯幅が急峻にステップバックするヘテロ接合部４０
２、４０４、４０６のエネルギー不連続がイオン化を助
勢するので、そのステップバック近傍で選択的にイオン
化が起こりキャリアが増倍される。
ｓｏらは、特開昭５８−１５７１７９号公報やＩＥＥＥ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ
第ＥＤＬ３版（１９８２年）の７１〜７３ページに、分
子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等を用いて、主に III−
Ｖ族に属する単結晶化合物半導体を用いて作成される、
光通信システムに使用可能な低雑音ＡＰＤを提案してい
る。そこで提案されている従来のＡＰＤの層構成を図７
に示す。図８はこのＡＰＤの静止時のエネルギー帯構造
図である。ここでは、４つの層からなるＩ型禁制帯幅傾
斜半導体層４０１、４０３、４０５、４０７がキャリア
増倍層として、Ｐ型半導体層４１１及びＮ型半導体層４
１５で挟まれ、電極４１３がＰ型半導体層４１１に、ま
た電極４１４がＮ型半導体層にそれぞれオーミック接触
されている。図９はこのＡＰＤに強電界を印加して動作
状態にしたときのエネルギー帯構造図である。ここで禁
制帯幅が急峻にステップバックするヘテロ接合部４０
２、４０４、４０６のエネルギー不連続がイオン化を助
勢するので、そのステップバック近傍で選択的にイオン
化が起こりキャリアが増倍される。
【０００６】上記のようなキャリア増倍層を採用するこ
とにより、イオン化が起こる場所のゆらぎが少なくな
り、増倍過程に内在するゆらぎが少なくなる。したがっ
て過剰雑音が軽減された、信号対雑音比の改善された、
光通信システムに使用可能な低雑音ＡＰＤが実現でき
る。
とにより、イオン化が起こる場所のゆらぎが少なくな
り、増倍過程に内在するゆらぎが少なくなる。したがっ
て過剰雑音が軽減された、信号対雑音比の改善された、
光通信システムに使用可能な低雑音ＡＰＤが実現でき
る。
【０００７】一方、非晶質シリコンの様な非単結晶半導
体材料によるＡＰＤは、従来のプラズマＣＶＤ法により
容易に作製でき、作製温度が低温のために基板を選ば
ず、たとえば信号処理回路等が既に形成されている半導
体基板上にも積層が可能となる。
体材料によるＡＰＤは、従来のプラズマＣＶＤ法により
容易に作製でき、作製温度が低温のために基板を選ば
ず、たとえば信号処理回路等が既に形成されている半導
体基板上にも積層が可能となる。
【０００８】また非単結晶半導体材料では、たとえば非
晶質水素化シリコン（以下ａ−Ｓｉ：Ｈ）にＧｅ原子や
Ｓｎ原子などを添加すると禁制帯幅は狭くなり、Ｃ原子
やＮ原子などを添加していくと禁制帯幅は広がるなど、
単結晶半導体や結晶化合物半導体に比べて、所望の禁制
帯幅をもつ材料を自由に得ることができる。
晶質水素化シリコン（以下ａ−Ｓｉ：Ｈ）にＧｅ原子や
Ｓｎ原子などを添加すると禁制帯幅は狭くなり、Ｃ原子
やＮ原子などを添加していくと禁制帯幅は広がるなど、
単結晶半導体や結晶化合物半導体に比べて、所望の禁制
帯幅をもつ材料を自由に得ることができる。
【０００９】特開平３−２７８４８２号公報等には、非
晶質水素化シリコン系材料を用いたＡＰＤ光電変換装置
が提案されている。その中ではａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ
Ｇｅ x ：Ｈ、ａ−ＳｉＮx ：Ｈ、ａ−ＳｉＣx ：Ｈ等の
材料を用いてステップバックヘテロ接合を形成してい
る。
晶質水素化シリコン系材料を用いたＡＰＤ光電変換装置
が提案されている。その中ではａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ
Ｇｅ x ：Ｈ、ａ−ＳｉＮx ：Ｈ、ａ−ＳｉＣx ：Ｈ等の
材料を用いてステップバックヘテロ接合を形成してい
る。
【００１０】アバランシェ増倍をステップバックヘテロ
接合部で起こすためには禁制帯幅の大きな材料と小さな
材料とが必要である。たとえば禁制帯幅の小さい材料を
ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈとした場合、Ｓｉ／Ｇｅ組成比を変
えることで１．２ｅＶ程度まで禁制帯幅を小さくするこ
とができる。一般に、１．４ｅＶ以下では禁制帯中の局
在準位が増加して、キャリアの走行性が悪化するという
問題があるが、近年では太陽電池等にａ−ＳｉＧｅx ：
Ｈ膜が用いられるようになり、プラズマＣＶＤのメカニ
ズムも徐々に解明され、製膜条件の最適化がなされて、
特に水素ガスの希釈法等により１．４ｅＶ以下でも高品
質な膜が得られるようになってきている。
接合部で起こすためには禁制帯幅の大きな材料と小さな
材料とが必要である。たとえば禁制帯幅の小さい材料を
ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈとした場合、Ｓｉ／Ｇｅ組成比を変
えることで１．２ｅＶ程度まで禁制帯幅を小さくするこ
とができる。一般に、１．４ｅＶ以下では禁制帯中の局
在準位が増加して、キャリアの走行性が悪化するという
問題があるが、近年では太陽電池等にａ−ＳｉＧｅx ：
Ｈ膜が用いられるようになり、プラズマＣＶＤのメカニ
ズムも徐々に解明され、製膜条件の最適化がなされて、
特に水素ガスの希釈法等により１．４ｅＶ以下でも高品
質な膜が得られるようになってきている。
【００１１】一方、禁制帯幅の広い材料としては、プラ
ズマＣＶＤによるアモルファス水素化窒化シリコン（以
下ａ−ＳｉＮX ：Ｈ）や、アモルファス水素化炭化シリ
コン（以下ａ−ＳｉＣX ：Ｈ）においてＳｉ／Ｎ又はＳ
ｉ／Ｃの組成比を変えることで禁制帯幅を変化させるこ
とができる。一般に、２．３ｅＶ以上の膜ではダングリ
ングボンド欠陥密度が急激に増加して１０19ｃｍ-3程度
になり、キャリアはこれらの欠陥により再結合して消滅
する、という問題があるが、前述の水素希釈法などによ
り、太陽電池の窓層として禁制帯幅が２．１ｅＶ程度の
高品質なａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜が得られている。しかしな
がら、さらに禁制帯幅の広い材料については、光電特性
としてキャリアの走行性を向上させる試みはなされてい
ない。
ズマＣＶＤによるアモルファス水素化窒化シリコン（以
下ａ−ＳｉＮX ：Ｈ）や、アモルファス水素化炭化シリ
コン（以下ａ−ＳｉＣX ：Ｈ）においてＳｉ／Ｎ又はＳ
ｉ／Ｃの組成比を変えることで禁制帯幅を変化させるこ
とができる。一般に、２．３ｅＶ以上の膜ではダングリ
ングボンド欠陥密度が急激に増加して１０19ｃｍ-3程度
になり、キャリアはこれらの欠陥により再結合して消滅
する、という問題があるが、前述の水素希釈法などによ
り、太陽電池の窓層として禁制帯幅が２．１ｅＶ程度の
高品質なａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜が得られている。しかしな
がら、さらに禁制帯幅の広い材料については、光電特性
としてキャリアの走行性を向上させる試みはなされてい
ない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の単結晶ＡＰＤは
強電界が印加されて動作する光通信用の個別受光素子と
しては有用であるが、III−Ｖ族、II−VI族等に属する
化合物半導体の単結晶により構成されているため、材料
の毒性、価格など工業材料としての問題点を有してい
る。
強電界が印加されて動作する光通信用の個別受光素子と
しては有用であるが、III−Ｖ族、II−VI族等に属する
化合物半導体の単結晶により構成されているため、材料
の毒性、価格など工業材料としての問題点を有してい
る。
【００１３】また、単結晶の形成は、超高真空装置を用
いて、約５００℃以上の高温でなされるので、大面積の
光電変換装置への応用が困難であり、また、信号処理回
路等が既に形成されている半導体基板上への積層も不可
能であり、その応用範囲が限定されていた。
いて、約５００℃以上の高温でなされるので、大面積の
光電変換装置への応用が困難であり、また、信号処理回
路等が既に形成されている半導体基板上への積層も不可
能であり、その応用範囲が限定されていた。
【００１４】一方、非晶質シリコン系ＡＰＤにおいて
は、キャリア増倍層の禁制帯幅が特に広い領域でダング
リングボンド欠陥密度が急増するために、増倍されたキ
ャリアが再結合により消滅する場合があるので、全体の
キャリア増倍特性としては低下してしまう、という問題
点があった。
は、キャリア増倍層の禁制帯幅が特に広い領域でダング
リングボンド欠陥密度が急増するために、増倍されたキ
ャリアが再結合により消滅する場合があるので、全体の
キャリア増倍特性としては低下してしまう、という問題
点があった。
【００１５】またアバランシェ増倍をステップバックヘ
テロ接合部で起こすためにはこの禁制帯幅の大きな材料
と小さな材料とのヘテロ接合界面で、伝導帯側に大きな
不連続段差を形成して電子にエネルギーを与えてイオン
化させるか、あるいは価電子帯に大きな段差を形成して
正孔をイオン化させるかのどちらかの方法をとることに
なる。たとえば伝導帯側の段差で電子のイオン化により
キャリア増倍した場合は、価電子帯側に不連続段差があ
ると正孔の走行性が妨げられて、応答性が悪くなったり
増倍率が低下したりすることが予想される。
テロ接合部で起こすためにはこの禁制帯幅の大きな材料
と小さな材料とのヘテロ接合界面で、伝導帯側に大きな
不連続段差を形成して電子にエネルギーを与えてイオン
化させるか、あるいは価電子帯に大きな段差を形成して
正孔をイオン化させるかのどちらかの方法をとることに
なる。たとえば伝導帯側の段差で電子のイオン化により
キャリア増倍した場合は、価電子帯側に不連続段差があ
ると正孔の走行性が妨げられて、応答性が悪くなったり
増倍率が低下したりすることが予想される。
【００１６】単結晶ＡＰＤにおいては、図７〜図９で示
されるようにヘテロ接合界面での伝導帯側又は価電子帯
側どちらか一方のみに段差を形成することは達成されて
おらず、価電子帯側にも段差が生じている。
されるようにヘテロ接合界面での伝導帯側又は価電子帯
側どちらか一方のみに段差を形成することは達成されて
おらず、価電子帯側にも段差が生じている。
【００１７】非晶質シリコン系ＡＰＤにおいても、ヘテ
ロ接合界面の価電子帯や伝導帯の不連続段差については
まだ詳しく調べられていない。Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉ ｅ
ｔａｌ（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２１（１９
８２）Ｌ３５１）等によれば、禁制帯幅の広い材料であ
るａ−ＳｉＮx ：Ｈ膜と禁制帯幅の小さい材料であるａ
−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接合界面では、伝導帯側と価電
子帯側でほぼ同程度の不連続段差が形成されているとさ
れている。
ロ接合界面の価電子帯や伝導帯の不連続段差については
まだ詳しく調べられていない。Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉ ｅ
ｔａｌ（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２１（１９
８２）Ｌ３５１）等によれば、禁制帯幅の広い材料であ
るａ−ＳｉＮx ：Ｈ膜と禁制帯幅の小さい材料であるａ
−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接合界面では、伝導帯側と価電
子帯側でほぼ同程度の不連続段差が形成されているとさ
れている。
【００１８】またａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜とａ−Ｓｉ：Ｈ膜
とのヘテロ接合界面については、太陽電池の窓材に応用
されているような禁制帯幅が小さい範囲（２．３ｅＶ程
度まで）では不連続段差はほとんど伝導帯側に形成さ
れ、少数キャリアである正孔の輸送特性を妨げないとさ
れているが、禁制帯幅がさらに大きくなり３．５ｅＶ程
度までのａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜については調べられていな
い。
とのヘテロ接合界面については、太陽電池の窓材に応用
されているような禁制帯幅が小さい範囲（２．３ｅＶ程
度まで）では不連続段差はほとんど伝導帯側に形成さ
れ、少数キャリアである正孔の輸送特性を妨げないとさ
れているが、禁制帯幅がさらに大きくなり３．５ｅＶ程
度までのａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜については調べられていな
い。
【００１９】また更にａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜とａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜とのヘテロ接合界面については、全く調べられ
ていない。
ｉ：Ｈ膜とのヘテロ接合界面については、全く調べられ
ていない。
【００２０】従って、本発明は、上記従来技術の問題点
に鑑みて、光吸収層及びキャリア増倍層が非単結晶系材
料により構成される光電変換装置において、キャリア増
倍層の光電特性及びキャリア走行性を特に光学的禁制帯
幅の広い領域において改善し、一定の増倍特性及び応答
特性を得ることを目的とする。
に鑑みて、光吸収層及びキャリア増倍層が非単結晶系材
料により構成される光電変換装置において、キャリア増
倍層の光電特性及びキャリア走行性を特に光学的禁制帯
幅の広い領域において改善し、一定の増倍特性及び応答
特性を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、基板と、光エネルギーを吸収してキャリアを発生
させる光吸収層との間に、前記光吸収層で発生したキャ
リアを増倍させるキャリア増倍層を少なくとも有し、前
記光吸収層及びキャリア増倍層が非単結晶材料からな
り、キャリア増倍層が光吸収層側から基板側に向かって
層厚方向に光学的禁制帯幅が連続に増大する領域と、光
吸収層側から基板側に向かって層厚方向に光学的禁制帯
幅がヘテロ接合により不連続に減少する領域とを有し、
且つ、該禁制帯幅の変化が伝導帯側のエネルギー準位の
変化により達成される光電変換装置の製造方法におい
て、Ｓｉを含む原料ガスの流量とキャリア増倍層の禁制
帯幅調整のための添加元素を含む原料ガスの流量との和
に対する希釈ガスの希釈率を、Ｓｉとキャリア増倍層の
禁制帯幅調整のための添加元素との組成比によって決定
される禁制帯幅の大きさに対応させて変化させてプラズ
マＣＶＤ法によりキャリア増倍層を形成することを特徴
とする光電変換装置の製造方法である。
明は、基板と、光エネルギーを吸収してキャリアを発生
させる光吸収層との間に、前記光吸収層で発生したキャ
リアを増倍させるキャリア増倍層を少なくとも有し、前
記光吸収層及びキャリア増倍層が非単結晶材料からな
り、キャリア増倍層が光吸収層側から基板側に向かって
層厚方向に光学的禁制帯幅が連続に増大する領域と、光
吸収層側から基板側に向かって層厚方向に光学的禁制帯
幅がヘテロ接合により不連続に減少する領域とを有し、
且つ、該禁制帯幅の変化が伝導帯側のエネルギー準位の
変化により達成される光電変換装置の製造方法におい
て、Ｓｉを含む原料ガスの流量とキャリア増倍層の禁制
帯幅調整のための添加元素を含む原料ガスの流量との和
に対する希釈ガスの希釈率を、Ｓｉとキャリア増倍層の
禁制帯幅調整のための添加元素との組成比によって決定
される禁制帯幅の大きさに対応させて変化させてプラズ
マＣＶＤ法によりキャリア増倍層を形成することを特徴
とする光電変換装置の製造方法である。
【００２２】また、本発明の製造方法は、希釈ガスが水
素又は不活性ガスであることを含むものである。
素又は不活性ガスであることを含むものである。
【００２３】また、本発明の製造方法は、キャリア増倍
層の禁制帯幅が２．２ｅＶ未満となる領域を形成する際
の希釈率が５より大きく、キャリア増倍層の禁制帯幅が
２．２ｅＶ以上となる領域を形成する際の希釈率が０〜
５であることを含むものである。
層の禁制帯幅が２．２ｅＶ未満となる領域を形成する際
の希釈率が５より大きく、キャリア増倍層の禁制帯幅が
２．２ｅＶ以上となる領域を形成する際の希釈率が０〜
５であることを含むものである。
【００２４】
【作用】本発明によれば、キャリア増倍層の禁制帯幅が
小さい領域では原料ガスの流量の和に対する、希釈ガス
の希釈率を大きくして、禁制帯幅の大きな領域では原料
ガスの和に対する希釈ガスの希釈率を小さくするか、あ
るいは希釈しないことでキャリア増倍層の光電特性が改
善され、同時にそのヘテロ接合部の不連続段差を伝導帯
側だけに形成して、この増倍領域におけるキャリアの走
行性を改善して、一定の増倍特性が得ることができるも
のである。また、このような構成により低電圧印加時に
も高増倍率で応答速度にすぐれた光電変換装置が作製で
きる。更に、本発明の製造方法は、光電変換装置を低温
で基板上に作製できるため、基板を選ばず、信号処理回
路等が既に形成された半導体基板上へも積層可能であ
り、しかも作製が容易で安全性などの面で工業的にも有
利である。
小さい領域では原料ガスの流量の和に対する、希釈ガス
の希釈率を大きくして、禁制帯幅の大きな領域では原料
ガスの和に対する希釈ガスの希釈率を小さくするか、あ
るいは希釈しないことでキャリア増倍層の光電特性が改
善され、同時にそのヘテロ接合部の不連続段差を伝導帯
側だけに形成して、この増倍領域におけるキャリアの走
行性を改善して、一定の増倍特性が得ることができるも
のである。また、このような構成により低電圧印加時に
も高増倍率で応答速度にすぐれた光電変換装置が作製で
きる。更に、本発明の製造方法は、光電変換装置を低温
で基板上に作製できるため、基板を選ばず、信号処理回
路等が既に形成された半導体基板上へも積層可能であ
り、しかも作製が容易で安全性などの面で工業的にも有
利である。
【００２５】本発明において、希釈ガスの希釈率は次の
ように定義される。
ように定義される。
【００２６】（希釈率）＝（希釈ガス流量）／｛（Ｓｉ
を含むガスの流量）＋（禁制帯幅調整のための添加元素
を含むガスの流量）｝ 希釈率は、キャリア増倍層の禁制帯幅が小さい領域で
は、５以上とすることが好ましい。希釈率を５以上にし
て形成したキャリア増倍層は希釈率を５以下にして形成
したものに比べて、同じ禁制帯幅でキャリアの再結合中
心であるダングリングボンド欠陥密度が、約２分の１〜
５分の１に小さくなり改善される。
を含むガスの流量）＋（禁制帯幅調整のための添加元素
を含むガスの流量）｝ 希釈率は、キャリア増倍層の禁制帯幅が小さい領域で
は、５以上とすることが好ましい。希釈率を５以上にし
て形成したキャリア増倍層は希釈率を５以下にして形成
したものに比べて、同じ禁制帯幅でキャリアの再結合中
心であるダングリングボンド欠陥密度が、約２分の１〜
５分の１に小さくなり改善される。
【００２７】また逆に禁制帯幅が大きい領域では、希釈
率は０〜５とすることが好ましい。この領域において希
釈率０〜５で形成した膜は、希釈率５以上で形成した膜
に比べて、同じ禁制帯幅でダングリングボンド欠陥密度
が約１桁以上小さくなり改善され、特に禁制帯幅の広い
領域での改善が大きい。
率は０〜５とすることが好ましい。この領域において希
釈率０〜５で形成した膜は、希釈率５以上で形成した膜
に比べて、同じ禁制帯幅でダングリングボンド欠陥密度
が約１桁以上小さくなり改善され、特に禁制帯幅の広い
領域での改善が大きい。
【００２８】禁制帯幅調整のための添加元素としては、
Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｎ等のこの分野で通常の添加元素とし
て使用されているものであればよい。
Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｎ等のこの分野で通常の添加元素とし
て使用されているものであればよい。
【００２９】また、光吸収層側から基板側に向かって層
厚方向に禁制帯幅がヘテロ接合により不連続に減少する
領域は、その禁制帯幅の大きさの差は、減少前の大きさ
が減少後の大きさの２倍以上であることが好ましい。
厚方向に禁制帯幅がヘテロ接合により不連続に減少する
領域は、その禁制帯幅の大きさの差は、減少前の大きさ
が減少後の大きさの２倍以上であることが好ましい。
【００３０】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。
る。
【００３１】まず各種禁制帯幅を有する半導体薄膜を作
製し、それらの性質を把握した。
製し、それらの性質を把握した。
【００３２】半導体薄膜は平行平板型のＲＦグロー放電
プラズマＣＶＤ装置により作製した。作製条件として、
基板温度２５０℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．０３Ｗ／
ｃｍ 2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒは一定として、Ｓｉ
Ｈ4 ／ＣＨ4 またはＧｅＨ4／Ｈ2 の流量比を変化させ
た。
プラズマＣＶＤ装置により作製した。作製条件として、
基板温度２５０℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．０３Ｗ／
ｃｍ 2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒは一定として、Ｓｉ
Ｈ4 ／ＣＨ4 またはＧｅＨ4／Ｈ2 の流量比を変化させ
た。
【００３３】図１０はプラズマＣＶＤによる半導体薄膜
形成時における、ＳｉＨ4 等のＳｉを含む原料ガスの流
量とＧｅＨ4 やＣＨ4 等の禁制帯幅調整のための添加元
素を含む原料ガスの流量との和に対する、水素ガスによ
る希釈率を変化させた時の、ダングリングボンド欠陥密
度と禁制帯幅との関係を示したグラフである。
形成時における、ＳｉＨ4 等のＳｉを含む原料ガスの流
量とＧｅＨ4 やＣＨ4 等の禁制帯幅調整のための添加元
素を含む原料ガスの流量との和に対する、水素ガスによ
る希釈率を変化させた時の、ダングリングボンド欠陥密
度と禁制帯幅との関係を示したグラフである。
【００３４】同図によれば禁制帯幅が２．２ｅＶ未満の
場合は希釈率を５以上として形成した膜は、希釈率を５
未満として形成したときに比べて、同じ禁制帯幅でキャ
リアの再結合中心であるダングリングボンド欠陥密度
が、約２分の１から５分の１程度に小さくなっているこ
とが判る。これは従来より提案されている水素希釈法に
より、膜中の不要な水素が引き抜かれて緻密な膜になる
ことと、堆積表面でのラジカルの拡散が促進され安定な
構造をとることによるものと思われる。また逆に禁制帯
幅が２．２ｅＶ以上の場合は希釈率を５未満として形成
した膜は、希釈率を５以上で形成した膜に比べて、同じ
禁制帯幅でダングリングボンド欠陥密度が約１桁以上小
さくなっており、特に禁制帯幅の広い領域でこの傾向が
著しいことが判る。この理由としては、ａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜において禁制帯幅の広い領域ではＳｉ−Ｃネットワ
ークを形成する上で水素が緩和機構に重要な役割を果た
していると思われる。この結合水素が水素などの希釈に
より引き抜かれると、ネットワークの局所的な歪みが増
大して結合欠陥が増大するものと思われる。水素希釈率
を変化させたときの各禁制帯幅におけるＣ−Ｈｎ多重結
合水素量を図１１に示した。
場合は希釈率を５以上として形成した膜は、希釈率を５
未満として形成したときに比べて、同じ禁制帯幅でキャ
リアの再結合中心であるダングリングボンド欠陥密度
が、約２分の１から５分の１程度に小さくなっているこ
とが判る。これは従来より提案されている水素希釈法に
より、膜中の不要な水素が引き抜かれて緻密な膜になる
ことと、堆積表面でのラジカルの拡散が促進され安定な
構造をとることによるものと思われる。また逆に禁制帯
幅が２．２ｅＶ以上の場合は希釈率を５未満として形成
した膜は、希釈率を５以上で形成した膜に比べて、同じ
禁制帯幅でダングリングボンド欠陥密度が約１桁以上小
さくなっており、特に禁制帯幅の広い領域でこの傾向が
著しいことが判る。この理由としては、ａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜において禁制帯幅の広い領域ではＳｉ−Ｃネットワ
ークを形成する上で水素が緩和機構に重要な役割を果た
していると思われる。この結合水素が水素などの希釈に
より引き抜かれると、ネットワークの局所的な歪みが増
大して結合欠陥が増大するものと思われる。水素希釈率
を変化させたときの各禁制帯幅におけるＣ−Ｈｎ多重結
合水素量を図１１に示した。
【００３５】図１１によれば、水素希釈を大きくすると
Ｃ−Ｈｎ多重結合は減少して、ネットワークを形成する
Ｃ原子の実質的な配位数は増加し、局所的な歪みを増加
させるものと思われる。一方、水素希釈をしない場合、
あるいは小さい場合は、Ｃ−Ｈｎ多重結合が膜中に多く
含まれ、Ｃ原子の配位数は小さくなり充分緩和されたＳ
ｉ−Ｃネットワークを形成しているものと思われる。
Ｃ−Ｈｎ多重結合は減少して、ネットワークを形成する
Ｃ原子の実質的な配位数は増加し、局所的な歪みを増加
させるものと思われる。一方、水素希釈をしない場合、
あるいは小さい場合は、Ｃ−Ｈｎ多重結合が膜中に多く
含まれ、Ｃ原子の配位数は小さくなり充分緩和されたＳ
ｉ−Ｃネットワークを形成しているものと思われる。
【００３６】以上の考察から禁制帯幅が小さくなるよう
な領域を作製するときは希釈率を大きく、禁制帯幅が大
きくなるような領域を作製するときは希釈しないか又は
希釈率を小さくすることにより、特に禁制帯幅の大きな
領域でキャリアの輸送特性が改善されることが知見され
る。
な領域を作製するときは希釈率を大きく、禁制帯幅が大
きくなるような領域を作製するときは希釈しないか又は
希釈率を小さくすることにより、特に禁制帯幅の大きな
領域でキャリアの輸送特性が改善されることが知見され
る。
【００３７】またここでは希釈ガスとして水素の場合に
ついてのみ述べたが、不活性ガスを希釈ガスとして用い
た場合も希釈効果により同様の変化を示す。不活性ガス
としては、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等を挙げるこ
とができる。たとえばＡｒガスやＨｅガスを希釈ガスと
して用いた場合、同じ希釈率でのスピン密度やＣ−Ｈｎ
結合の変化は水素の場合より小さくなり、水素よりも大
きな希釈率にすることで水素希釈と同様の効果が得られ
る。不活性ガスを用いることは、取扱いの容易さや安全
性の点から工業上も有用である。
ついてのみ述べたが、不活性ガスを希釈ガスとして用い
た場合も希釈効果により同様の変化を示す。不活性ガス
としては、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス等を挙げるこ
とができる。たとえばＡｒガスやＨｅガスを希釈ガスと
して用いた場合、同じ希釈率でのスピン密度やＣ−Ｈｎ
結合の変化は水素の場合より小さくなり、水素よりも大
きな希釈率にすることで水素希釈と同様の効果が得られ
る。不活性ガスを用いることは、取扱いの容易さや安全
性の点から工業上も有用である。
【００３８】水素ガスの希釈率を変化させてａ−ＳｉＣ
x：Ｈ膜を形成したときのａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接
合界面における禁制帯幅の変化を図１２〜１５に示し
た。光学禁制帯幅の変化は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）
によりＳｉの２Ｐ軌道の内殻レベルの変化から求めた。
x：Ｈ膜を形成したときのａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接
合界面における禁制帯幅の変化を図１２〜１５に示し
た。光学禁制帯幅の変化は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）
によりＳｉの２Ｐ軌道の内殻レベルの変化から求めた。
【００３９】禁制帯幅が小さいａ−ＳｉＣx：Ｈ膜で
は、図１２及び１３にそれぞれ示したように原料ガスの
流量の和に対する水素ガスの希釈率を変化させても不連
続段差は伝導帯側にのみ形成され、価電子帯側の不連続
段差ΔＥｖはいずれも０．２ｅＶ以下である。
は、図１２及び１３にそれぞれ示したように原料ガスの
流量の和に対する水素ガスの希釈率を変化させても不連
続段差は伝導帯側にのみ形成され、価電子帯側の不連続
段差ΔＥｖはいずれも０．２ｅＶ以下である。
【００４０】しかしながら禁制帯幅が大きいａ−ＳｉＣ
x：Ｈ膜では、図１４に示したように原料ガスの流量の
和に対する水素ガスの希釈率を５以上として形成した膜
は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接合界面で伝導帯側と価
電子帯側の両方に同程度の不連続段差が形成されてい
る。一方図１５に示したように原料ガスのみを用いて希
釈ガスなしで形成した膜とａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接
合界面では、不連続段差は伝導帯側だけに広がり、価電
子帯側での段差は０．２ｅＶ以下となった。ａ−ＳｉＣ
x：Ｈ膜の光学禁制帯幅が大きい場合の価電子帯の不連
続段差ΔＥｖは希釈率が大きくなるほど大きくなってい
る。
x：Ｈ膜では、図１４に示したように原料ガスの流量の
和に対する水素ガスの希釈率を５以上として形成した膜
は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接合界面で伝導帯側と価
電子帯側の両方に同程度の不連続段差が形成されてい
る。一方図１５に示したように原料ガスのみを用いて希
釈ガスなしで形成した膜とａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテロ接
合界面では、不連続段差は伝導帯側だけに広がり、価電
子帯側での段差は０．２ｅＶ以下となった。ａ−ＳｉＣ
x：Ｈ膜の光学禁制帯幅が大きい場合の価電子帯の不連
続段差ΔＥｖは希釈率が大きくなるほど大きくなってい
る。
【００４１】上記ａ−ＳｉＣx：Ｈ膜の場合と同様にａ
−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜についてもａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテ
ロ接合界面の禁制帯幅の段差について調べた。その結
果、価電子帯側の不連続段差ΔＥはほぼ０ｅＶであり、
ａ−Ｓｉ：Ｈ／ａ−ＳｉＣx ：Ｈのヘテロ接合と、ａ−
ＳｉＧｅx ：Ｈ／ａ−ＳｉＣx ：Ｈのヘテロ接合では、
価電子帯側の不連続段差については同様の結果が得られ
た。従って禁制帯幅が大きな領域の希釈ガスなしで作製
したａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜とａ−Ｓｉ：Ｈ膜またはａ−Ｓ
ｉＧｅx ：Ｈ膜とのヘテロ接合を用いると価電子帯の段
差が小さく形成でき、ヘテロ接合における伝導帯側の不
連続段差を利用してキャリアのイオン化を起こさせるよ
うな本発明の光電変換装置に最適の構造が得られる。
−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜についてもａ−Ｓｉ：Ｈ膜とのヘテ
ロ接合界面の禁制帯幅の段差について調べた。その結
果、価電子帯側の不連続段差ΔＥはほぼ０ｅＶであり、
ａ−Ｓｉ：Ｈ／ａ−ＳｉＣx ：Ｈのヘテロ接合と、ａ−
ＳｉＧｅx ：Ｈ／ａ−ＳｉＣx ：Ｈのヘテロ接合では、
価電子帯側の不連続段差については同様の結果が得られ
た。従って禁制帯幅が大きな領域の希釈ガスなしで作製
したａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜とａ−Ｓｉ：Ｈ膜またはａ−Ｓ
ｉＧｅx ：Ｈ膜とのヘテロ接合を用いると価電子帯の段
差が小さく形成でき、ヘテロ接合における伝導帯側の不
連続段差を利用してキャリアのイオン化を起こさせるよ
うな本発明の光電変換装置に最適の構造が得られる。
【００４２】ΔＥｖについて、希釈ガスは水素について
述べたが、不活性ガスを用いても同様の結果で、禁制帯
幅の大きな領域では希釈率を小さくするか、あるいは希
釈しないことでａ−Ｓｉ：Ｈとの界面でのΔＥｖは小さ
くできる。
述べたが、不活性ガスを用いても同様の結果で、禁制帯
幅の大きな領域では希釈率を小さくするか、あるいは希
釈しないことでａ−Ｓｉ：Ｈとの界面でのΔＥｖは小さ
くできる。
【００４３】実施例１ 図１は、本発明の光電変換装置の１態様を示す模式断面
図であり、光吸収層１０４と、キャリア増倍層１０３と
が電荷注入阻止層となるｐ型半導体層１０５とｎ型半導
体層１０２とで挟まれており、ｐ型半導体層１０５と電
極１０６とが電気的に接続され、ｎ型半導体層１０２と
電極１０１とが電気的に接続されている。キャリア増倍
層は３層の禁制帯幅傾斜層１１１、１１２、１１３によ
り構成されている。ｐ型半導体層又はｎ型半導体層は隣
接する半導体層とショットキー接続されていても良い。
また、禁制帯幅傾斜層は３層に限定されず、１層又は２
層あるいは３層以上であってもよい。
図であり、光吸収層１０４と、キャリア増倍層１０３と
が電荷注入阻止層となるｐ型半導体層１０５とｎ型半導
体層１０２とで挟まれており、ｐ型半導体層１０５と電
極１０６とが電気的に接続され、ｎ型半導体層１０２と
電極１０１とが電気的に接続されている。キャリア増倍
層は３層の禁制帯幅傾斜層１１１、１１２、１１３によ
り構成されている。ｐ型半導体層又はｎ型半導体層は隣
接する半導体層とショットキー接続されていても良い。
また、禁制帯幅傾斜層は３層に限定されず、１層又は２
層あるいは３層以上であってもよい。
【００４４】電極１０１はＥＢ（電子ビーム）蒸着装置
で形成したＣｒ電極である。
で形成したＣｒ電極である。
【００４５】ｎ型半導体層１０２は厚さ約５００オング
ストロームのｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈからなり、正孔注入を
阻止するための正孔注入阻止層として機能するものであ
る。キャリア増倍層１０３は１．４ｅＶの禁制帯幅を示
すａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜１００オングストローム上に禁
制帯幅層が３．０〜１．４ｅＶまで連続的に変化するよ
うにａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈからなる組
成においてＣとＧｅとの含有量を変化させた膜１００オ
ングストロームを連続して形成した禁制帯幅傾斜層１１
１、並びに１１１と同様の構成の層１１２、１１３から
成り立っている。
ストロームのｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈからなり、正孔注入を
阻止するための正孔注入阻止層として機能するものであ
る。キャリア増倍層１０３は１．４ｅＶの禁制帯幅を示
すａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜１００オングストローム上に禁
制帯幅層が３．０〜１．４ｅＶまで連続的に変化するよ
うにａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈからなる組
成においてＣとＧｅとの含有量を変化させた膜１００オ
ングストロームを連続して形成した禁制帯幅傾斜層１１
１、並びに１１１と同様の構成の層１１２、１１３から
成り立っている。
【００４６】光吸収層１０４は光を吸収しキャリアを発
生させるための厚さ５０００オングストロームのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜である。
生させるための厚さ５０００オングストロームのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜である。
【００４７】ｐ型半導体層１０５は約１００オングスト
ロームのｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈからなり、電子注入を阻止
するための電子注入阻止層として機能するものである。
ロームのｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈからなり、電子注入を阻止
するための電子注入阻止層として機能するものである。
【００４８】電極１０６はスパッタ装置で形成した酸化
インジウムを主体とする透明電極である。
インジウムを主体とする透明電極である。
【００４９】本実施例では電子注入阻止層１０５、光吸
収層１０４、キャリア増倍層１０３及び正孔注入阻止層
１０２は反応室分離平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ装置
で作製した。その際に用いた原料ガスは、正孔注入阻止
層１０２にはＳｉＨ4 、ＰＨ 3 、Ｈ2 を、キャリア増倍
層１０３にはＳｉＨ4 、ＧｅＨ4 、ＣＨ4 、Ｈ2 を、光
吸収層１０４にはＳｉＨ4 、Ｈ2 を、電子注入阻止層１
０５にはＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、Ｈ2 を用いた。
収層１０４、キャリア増倍層１０３及び正孔注入阻止層
１０２は反応室分離平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ装置
で作製した。その際に用いた原料ガスは、正孔注入阻止
層１０２にはＳｉＨ4 、ＰＨ 3 、Ｈ2 を、キャリア増倍
層１０３にはＳｉＨ4 、ＧｅＨ4 、ＣＨ4 、Ｈ2 を、光
吸収層１０４にはＳｉＨ4 、Ｈ2 を、電子注入阻止層１
０５にはＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、Ｈ2 を用いた。
【００５０】作製方法としては、まず基板上に下側電極
としてＣｒをＥＢ蒸着により２０００オングストローム
形成した後、反応室分離型ＲＦグロー放電プラズマＣＶ
Ｄ装置により正孔注入阻止層となるｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ
膜を作製した。作製条件としては、基板温度は２５０
℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積
圧力０．２ＴｏｒｒでＳｉＨ4 ／ＰＨ3 （５０００ｐｐ
ｍ・Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．０／１．０／１０
０ｓｃｃｍとした。
としてＣｒをＥＢ蒸着により２０００オングストローム
形成した後、反応室分離型ＲＦグロー放電プラズマＣＶ
Ｄ装置により正孔注入阻止層となるｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ
膜を作製した。作製条件としては、基板温度は２５０
℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積
圧力０．２ＴｏｒｒでＳｉＨ4 ／ＰＨ3 （５０００ｐｐ
ｍ・Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．０／１．０／１０
０ｓｃｃｍとした。
【００５１】次に上述のプラズマＣＶＤ装置の別の反応
室に真空を破らずに基板を移動して、禁制帯幅傾斜層１
１１を作製した。まず、１．４ｅＶの禁制帯幅を示すａ
−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜を１００オングストローム形成し
た。その作製条件は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電
力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔ
ｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／ＧｅＨ4 ／Ｈ2 の流量比を１．０
／１．０／１００ｓｃｃｍとして形成した。次にキャリ
ア増倍を起こす禁制帯幅段差を形成するために、３．０
ｅＶの禁制帯幅を示すａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜から１．４ｅ
Ｖの禁制帯幅を示すａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜まで連続的に
ＣとＧｅの含有量を連続的に変化させた膜を同じ反応室
内で続けて作製した。その作製条件は、基板温度は２５
０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、
堆積圧力０．２Ｔｏｒｒと一定として放電を維持したま
まガス流量比を連続的に変化させた。まず３．０〜２．
５ｅＶまでの禁制帯幅が広い領域では、Ｈ2 を添加せず
にＳｉＨ4 ／ＣＨ4 流量比を２．５／１００〜５．０／
１００ｓｃｃｍまで変化させた。次いで、Ｈ2 ガスによ
り徐々に希釈するためにＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｈ2 のマス
フローコントローラーをそれぞれ調節して、ＳｉＨ4 ／
ＣＨ4 ／Ｈ2 流量が５．０／１００／０から１．０／１
９／１００へ変化するように徐々に調節して禁制帯幅を
２．５〜２．２ｅＶまで変化させた。このときＳｉＨ4
とＣＨ4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は０〜５とな
り、２．２ｅＶ付近でＨ2 希釈率が５となるようにし
た。さらに放電を維持しながら、ＣＨ4 ガスのマスフロ
ーコントローラーのみを１９〜０ｓｃｃｍまで徐々に減
少させていき、禁制帯幅を２．２ｅＶから１．７ｅＶの
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜まで変化させた。このときＳｉＨ4 とＣ
Ｈ4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は５〜１００となっ
ている。さらにＧｅＨ4 ガスのマスフローコントローラ
ーを徐々に調節してＧｅＨ4 の流量を増加させて、Ｓｉ
Ｈ4 ／ＧｅＨ4 ／Ｈ2 の流量比を１．０／０／１００か
ら１．０／１．０／１００ｓｃｃｍへと変化させて禁制
帯幅を１．７から１．４ｅＶまで変化させた。このとき
ＳｉＨ4 とＧｅＨ 4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は１
００〜５０となっている。
室に真空を破らずに基板を移動して、禁制帯幅傾斜層１
１１を作製した。まず、１．４ｅＶの禁制帯幅を示すａ
−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜を１００オングストローム形成し
た。その作製条件は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電
力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔ
ｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／ＧｅＨ4 ／Ｈ2 の流量比を１．０
／１．０／１００ｓｃｃｍとして形成した。次にキャリ
ア増倍を起こす禁制帯幅段差を形成するために、３．０
ｅＶの禁制帯幅を示すａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜から１．４ｅ
Ｖの禁制帯幅を示すａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜まで連続的に
ＣとＧｅの含有量を連続的に変化させた膜を同じ反応室
内で続けて作製した。その作製条件は、基板温度は２５
０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、
堆積圧力０．２Ｔｏｒｒと一定として放電を維持したま
まガス流量比を連続的に変化させた。まず３．０〜２．
５ｅＶまでの禁制帯幅が広い領域では、Ｈ2 を添加せず
にＳｉＨ4 ／ＣＨ4 流量比を２．５／１００〜５．０／
１００ｓｃｃｍまで変化させた。次いで、Ｈ2 ガスによ
り徐々に希釈するためにＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｈ2 のマス
フローコントローラーをそれぞれ調節して、ＳｉＨ4 ／
ＣＨ4 ／Ｈ2 流量が５．０／１００／０から１．０／１
９／１００へ変化するように徐々に調節して禁制帯幅を
２．５〜２．２ｅＶまで変化させた。このときＳｉＨ4
とＣＨ4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は０〜５とな
り、２．２ｅＶ付近でＨ2 希釈率が５となるようにし
た。さらに放電を維持しながら、ＣＨ4 ガスのマスフロ
ーコントローラーのみを１９〜０ｓｃｃｍまで徐々に減
少させていき、禁制帯幅を２．２ｅＶから１．７ｅＶの
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜まで変化させた。このときＳｉＨ4 とＣ
Ｈ4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は５〜１００となっ
ている。さらにＧｅＨ4 ガスのマスフローコントローラ
ーを徐々に調節してＧｅＨ4 の流量を増加させて、Ｓｉ
Ｈ4 ／ＧｅＨ4 ／Ｈ2 の流量比を１．０／０／１００か
ら１．０／１．０／１００ｓｃｃｍへと変化させて禁制
帯幅を１．７から１．４ｅＶまで変化させた。このとき
ＳｉＨ4 とＧｅＨ 4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は１
００〜５０となっている。
【００５２】上記手順を繰り返して禁制帯幅傾斜層１１
１と同様の構成の禁制帯幅傾斜層１１２及び１１３を作
製してキャリア増倍層を完成した。
１と同様の構成の禁制帯幅傾斜層１１２及び１１３を作
製してキャリア増倍層を完成した。
【００５３】次いで、プラズマＣＶＤ装置の別反応室に
移動して、光吸収層のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を５０００オング
ストローム形成した。作製条件は、基板温度は２００
℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積
圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ 4 ／Ｈ2 の流量比を１０
／１００ｓｃｃｍとした。
移動して、光吸収層のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を５０００オング
ストローム形成した。作製条件は、基板温度は２００
℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積
圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ 4 ／Ｈ2 の流量比を１０
／１００ｓｃｃｍとした。
【００５４】さらにプラズマＣＶＤ装置の別反応室に移
動して電子阻止層のｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜を１００オン
グストローム形成した。作製条件は、基板温度は２５０
℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積
圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／ＢＦ3 （０．１％・
Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．０／１．０／１００ｓ
ｃｃｍとした。そしてプラズマＣＶＤ装置から取り出し
た後、最後に透明電極をスパッタ装置により形成した。
動して電子阻止層のｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜を１００オン
グストローム形成した。作製条件は、基板温度は２５０
℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積
圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／ＢＦ3 （０．１％・
Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．０／１．０／１００ｓ
ｃｃｍとした。そしてプラズマＣＶＤ装置から取り出し
た後、最後に透明電極をスパッタ装置により形成した。
【００５５】比較例１ キャリア増倍層以外は上記実施例と同様の構成の光電変
換装置を上記実施例と同様の方法で作製した。但し、キ
ャリア増倍層は、上記実施例と同じ条件により禁制帯幅
１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜を形成して、次にキ
ャリア増倍層を上記実施例と同じく基板温度は２５０
℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆
積圧力０．２Ｔｏｒｒの一定として、ガス流量比のＨ2
希釈率を上記実施例と異なる条件で作製した。まず禁制
帯幅３．０〜１．７ｅＶの領域を、ＳｉＨ4 とＣＨ4 の
流量の和を２０ｓｃｃｍ、Ｈ2 を１００ｓｃｃｍと一定
としてＳｉＨ4 ／ＣＨ4 流量比を０．３／１９．７から
２０／０まで徐々に変化させてａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−
Ｓｉ：ＨにおいてＣの含有量が変化する膜を形成した。
さらにＳｉＨ4 とＧｅＨ4 の流量の和を２０ｓｃｃｍ、
Ｈ2 を１００ｓｃｃｍと一定として、ＧｅＨ4 ガスの流
量を徐々に増加させて、ＳｉＨ4 ／ＧｅＨ4 流量比を２
０／０から１０／１０ｓｃｃｍへと変化させて禁制帯幅
１．７〜１．４ｅＶとなる領域を作製した。すなわち比
較例では禁制帯幅３．０から１．４ｅＶまで変化する領
域全てにわたって、原料ガスに対するＨ2 希釈率が常に
５倍になるようにした。
換装置を上記実施例と同様の方法で作製した。但し、キ
ャリア増倍層は、上記実施例と同じ条件により禁制帯幅
１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜を形成して、次にキ
ャリア増倍層を上記実施例と同じく基板温度は２５０
℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆
積圧力０．２Ｔｏｒｒの一定として、ガス流量比のＨ2
希釈率を上記実施例と異なる条件で作製した。まず禁制
帯幅３．０〜１．７ｅＶの領域を、ＳｉＨ4 とＣＨ4 の
流量の和を２０ｓｃｃｍ、Ｈ2 を１００ｓｃｃｍと一定
としてＳｉＨ4 ／ＣＨ4 流量比を０．３／１９．７から
２０／０まで徐々に変化させてａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−
Ｓｉ：ＨにおいてＣの含有量が変化する膜を形成した。
さらにＳｉＨ4 とＧｅＨ4 の流量の和を２０ｓｃｃｍ、
Ｈ2 を１００ｓｃｃｍと一定として、ＧｅＨ4 ガスの流
量を徐々に増加させて、ＳｉＨ4 ／ＧｅＨ4 流量比を２
０／０から１０／１０ｓｃｃｍへと変化させて禁制帯幅
１．７〜１．４ｅＶとなる領域を作製した。すなわち比
較例では禁制帯幅３．０から１．４ｅＶまで変化する領
域全てにわたって、原料ガスに対するＨ2 希釈率が常に
５倍になるようにした。
【００５６】上記実施例１及び比較例１については、禁
制帯幅１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx：Ｈ膜の膜厚を１０
０オングストロームに一定して、禁制帯幅を連続的に変
化させる層のそれぞれの禁制帯幅を示す流量比における
堆積速度をあらかじめ求めた上で、それらを連続的に形
成した場合の堆積速度を想定して、膜厚が１００オング
ストロームとなるように放電時間を調節した。
制帯幅１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx：Ｈ膜の膜厚を１０
０オングストロームに一定して、禁制帯幅を連続的に変
化させる層のそれぞれの禁制帯幅を示す流量比における
堆積速度をあらかじめ求めた上で、それらを連続的に形
成した場合の堆積速度を想定して、膜厚が１００オング
ストロームとなるように放電時間を調節した。
【００５７】上記実施例により作製した光電変換装置の
静止時のエネルギー帯構造を図２に示す。また、該光電
変換装置に電界が印加された場合のエネルギー帯図を図
３に示す。
静止時のエネルギー帯構造を図２に示す。また、該光電
変換装置に電界が印加された場合のエネルギー帯図を図
３に示す。
【００５８】図２及び図３は、ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ層１
０２の禁制帯幅がＥｇ４、ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ〜ａ−Ｓ
ｉＣx ：Ｈ禁制帯幅傾斜層１１１、１１２、１１３の３
つの層からなるキャリア増倍層の最小禁制帯幅がＥｇ
２、最大禁制帯幅がＥｇ３、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４の禁
制帯幅がＥｇ１、ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ層１０５の禁制帯
幅がＥｇ０であることを示している。また、１１４、１
１５、１１６はステップバックヘテロ接合である。上記
実施例で作製したａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４の禁制帯幅Ｅｇ
１は約１．７２ｅＶである。また、ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ
層１０５の禁制帯幅Ｅｇ０は約１．７ｅＶである。キャ
リア増倍層１０３において最大禁制帯幅を与えるａ−Ｓ
ｉＣx ：Ｈ膜におけるｘは約１．１であり、その禁制帯
幅Ｅｇ３は、３．０ｅＶであり、最小禁制帯幅を与える
ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜におけるｘは約０．９でありその
禁制帯幅Ｅｇ２は、１．４ｅＶである。
０２の禁制帯幅がＥｇ４、ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ〜ａ−Ｓ
ｉＣx ：Ｈ禁制帯幅傾斜層１１１、１１２、１１３の３
つの層からなるキャリア増倍層の最小禁制帯幅がＥｇ
２、最大禁制帯幅がＥｇ３、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４の禁
制帯幅がＥｇ１、ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ層１０５の禁制帯
幅がＥｇ０であることを示している。また、１１４、１
１５、１１６はステップバックヘテロ接合である。上記
実施例で作製したａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４の禁制帯幅Ｅｇ
１は約１．７２ｅＶである。また、ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ
層１０５の禁制帯幅Ｅｇ０は約１．７ｅＶである。キャ
リア増倍層１０３において最大禁制帯幅を与えるａ−Ｓ
ｉＣx ：Ｈ膜におけるｘは約１．１であり、その禁制帯
幅Ｅｇ３は、３．０ｅＶであり、最小禁制帯幅を与える
ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜におけるｘは約０．９でありその
禁制帯幅Ｅｇ２は、１．４ｅＶである。
【００５９】キャリアのイオン化によるアバランシェ増
倍をステップバックヘテロ接合部で起こすためには、最
大禁制帯幅と最小禁制帯幅の差を大きくすることが必要
である。たとえば最小禁制帯幅を持つ材料をａ−ＳｉＧ
ｅx ：Ｈで１．４ｅＶとした場合、キャリアのイオン化
を起こすにはａ−ＳｉＧｅx ：Ｈの禁制帯幅分の１．４
ｅＶを不連続段差としてこのヘテロ接合で形成する必要
があるので、ａ−ＳｉＣx ：Ｈの禁制帯幅は最低でも
２．８ｅＶ以上は必要である。
倍をステップバックヘテロ接合部で起こすためには、最
大禁制帯幅と最小禁制帯幅の差を大きくすることが必要
である。たとえば最小禁制帯幅を持つ材料をａ−ＳｉＧ
ｅx ：Ｈで１．４ｅＶとした場合、キャリアのイオン化
を起こすにはａ−ＳｉＧｅx ：Ｈの禁制帯幅分の１．４
ｅＶを不連続段差としてこのヘテロ接合で形成する必要
があるので、ａ−ＳｉＣx ：Ｈの禁制帯幅は最低でも
２．８ｅＶ以上は必要である。
【００６０】禁制帯幅が１．７ｅＶであるａ−Ｓｉ：Ｈ
膜に隣接して水素希釈なしで禁制帯幅が３．０ｅＶであ
るａ−ＳｉＣx ：Ｈ層を形成した場合、価電子帯側の不
連続段差ΔＥｖは０．１ｅＶ程度でエネルギー的に滑ら
かに接合しており、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜とａ−ＳｉＧｅx ：
Ｈ膜とのヘテロ接合では価電子帯側の不連続段差は生じ
ない。
膜に隣接して水素希釈なしで禁制帯幅が３．０ｅＶであ
るａ−ＳｉＣx ：Ｈ層を形成した場合、価電子帯側の不
連続段差ΔＥｖは０．１ｅＶ程度でエネルギー的に滑ら
かに接合しており、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜とａ−ＳｉＧｅx ：
Ｈ膜とのヘテロ接合では価電子帯側の不連続段差は生じ
ない。
【００６１】すなわち水素希釈なしで作製したａ−Ｓｉ
Ｃx ：Ｈ膜と１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx ：Ｈとのヘテ
ロ接合でも価電子帯側の段差ΔＥｖは０．１ｅＶ程度
で、ヘテロ接合部における１．５〜１．６ｅＶの禁制帯
幅の変化は伝導帯側の不連続段差ΔＥｃにより達成され
る。ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜の禁制帯幅１．４ｅＶ程度の
イオン化エネルギーより、ヘテロ接合における不連続段
差のエネルギーが充分大きいために、段差エネルギーの
みでａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜内でキャリアの増倍を起こす
ことが可能である。
Ｃx ：Ｈ膜と１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx ：Ｈとのヘテ
ロ接合でも価電子帯側の段差ΔＥｖは０．１ｅＶ程度
で、ヘテロ接合部における１．５〜１．６ｅＶの禁制帯
幅の変化は伝導帯側の不連続段差ΔＥｃにより達成され
る。ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜の禁制帯幅１．４ｅＶ程度の
イオン化エネルギーより、ヘテロ接合における不連続段
差のエネルギーが充分大きいために、段差エネルギーの
みでａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ膜内でキャリアの増倍を起こす
ことが可能である。
【００６２】一方比較例で水素希釈率を一定として作製
したＳｉＣx ：Ｈとａ−Ｓｉ：Ｈのヘテロ接合界面で
は、希釈率が大きいと価電子帯側の不連続段差ΔＥｖが
０．７ｅＶ、伝導帯側の不連続段差ΔＥｃが０．６８ｅ
Ｖで、伝導帯側の段差と価電子帯側の段差とが同程度で
ある。ａ−Ｓｉ：Ｈを１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ
に変えると、価電子帯側の不連続段差ΔＥｖは変化せ
ず、伝導帯側の不連続段差ΔＥｃは０．９８ｅＶ程度に
なるが、禁制帯幅の段差のみでキャリアのイオン化を起
こさせるにはエネルギー的に不足して、印加電界による
加速が必要である。上記実施例における光電変換装置の
増倍率は、１０Ｖ〜２０Ｖのバイアス印加時にもほとん
ど変化が無く、約６倍が得られており、禁制帯幅傾斜層
１層当り約１．８倍が実現できている。また、増倍に伴
って発生した過剰雑音は約１．０５と低く、暗電流は約
１．５ｎＡ／ｃｍ2 以下と低かった。
したＳｉＣx ：Ｈとａ−Ｓｉ：Ｈのヘテロ接合界面で
は、希釈率が大きいと価電子帯側の不連続段差ΔＥｖが
０．７ｅＶ、伝導帯側の不連続段差ΔＥｃが０．６８ｅ
Ｖで、伝導帯側の段差と価電子帯側の段差とが同程度で
ある。ａ−Ｓｉ：Ｈを１．４ｅＶのａ−ＳｉＧｅx ：Ｈ
に変えると、価電子帯側の不連続段差ΔＥｖは変化せ
ず、伝導帯側の不連続段差ΔＥｃは０．９８ｅＶ程度に
なるが、禁制帯幅の段差のみでキャリアのイオン化を起
こさせるにはエネルギー的に不足して、印加電界による
加速が必要である。上記実施例における光電変換装置の
増倍率は、１０Ｖ〜２０Ｖのバイアス印加時にもほとん
ど変化が無く、約６倍が得られており、禁制帯幅傾斜層
１層当り約１．８倍が実現できている。また、増倍に伴
って発生した過剰雑音は約１．０５と低く、暗電流は約
１．５ｎＡ／ｃｍ2 以下と低かった。
【００６３】一方比較例では５０Ｖ以上のバイアスを印
加しないと増倍が起こらなかった。この理由としては、
比較例ではヘテロ接合部で、イオン化を起こすための不
連続段差のエネルギーが不足していることが原因と思わ
れる。しかもこの比較例での増倍率はバイアス６０Ｖで
も２〜３倍程度しか得られず、禁制帯幅傾斜層１層当り
では１．４倍程度であり、また、暗電流は数１００ｎＡ
／ｃｍ2 程度と大きくなった。これは図１０に示したよ
うに禁制帯幅が２．２ｅＶ以上の領域で希釈率５以上で
成膜した比較例では禁制帯幅の広い領域のａ−ＳｉＣ
x ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度が、禁制帯幅が
２．２未満の領域で希釈率０〜５で成膜した実施例のａ
−ＳｉＣx ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度より１
桁程度大きいために、増倍したキャリアが欠陥を再結合
中心として消滅して増倍率の低下を招いたと思われる。
また暗電流の増加もダングリングボンド欠陥を介したホ
ッピング伝導成分により増加した可能性が大きい。
加しないと増倍が起こらなかった。この理由としては、
比較例ではヘテロ接合部で、イオン化を起こすための不
連続段差のエネルギーが不足していることが原因と思わ
れる。しかもこの比較例での増倍率はバイアス６０Ｖで
も２〜３倍程度しか得られず、禁制帯幅傾斜層１層当り
では１．４倍程度であり、また、暗電流は数１００ｎＡ
／ｃｍ2 程度と大きくなった。これは図１０に示したよ
うに禁制帯幅が２．２ｅＶ以上の領域で希釈率５以上で
成膜した比較例では禁制帯幅の広い領域のａ−ＳｉＣ
x ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度が、禁制帯幅が
２．２未満の領域で希釈率０〜５で成膜した実施例のａ
−ＳｉＣx ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度より１
桁程度大きいために、増倍したキャリアが欠陥を再結合
中心として消滅して増倍率の低下を招いたと思われる。
また暗電流の増加もダングリングボンド欠陥を介したホ
ッピング伝導成分により増加した可能性が大きい。
【００６４】実施例の光電変換装置の応答速度はキャリ
ア増倍層の無いｐｉｎ型光電変換装置と同等に高速であ
った。
ア増倍層の無いｐｉｎ型光電変換装置と同等に高速であ
った。
【００６５】比較例の光電変換装置については１００Ｖ
程度まで高バイアスを印加すると、光電流は増加する
が、ここで増加した光電流の光応答性は非常に遅く、立
ち上がり、立ち下がりともに数ｍｓｅｃ〜数１００ｍｓ
ｅｃの遅れが生じている。これはやはりａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜のスピン密度が大きいために高電界の印加によるエ
ネルギーバンド変調が起こり、電極からの注入電荷やバ
ンド間トンネリングにより増加した２次的な光電流と思
われる。
程度まで高バイアスを印加すると、光電流は増加する
が、ここで増加した光電流の光応答性は非常に遅く、立
ち上がり、立ち下がりともに数ｍｓｅｃ〜数１００ｍｓ
ｅｃの遅れが生じている。これはやはりａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜のスピン密度が大きいために高電界の印加によるエ
ネルギーバンド変調が起こり、電極からの注入電荷やバ
ンド間トンネリングにより増加した２次的な光電流と思
われる。
【００６６】実施例２ 次に、キャリア増倍層の構成以外は実施例１と同様の光
電変換装置を作製した。
電変換装置を作製した。
【００６７】実施例１では、キャリア増倍層においてａ
−ＳｉＧｅx ：Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅ
x ：Ｈとを連続して形成したものを１つの禁制帯幅傾斜
層としたが、本実施例ではＧｅを添加せずにａ−Ｓｉ：
Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈとを連続に形成し
た層を１つの禁制帯幅傾斜層とした。
−ＳｉＧｅx ：Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅ
x ：Ｈとを連続して形成したものを１つの禁制帯幅傾斜
層としたが、本実施例ではＧｅを添加せずにａ−Ｓｉ：
Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈとを連続に形成し
た層を１つの禁制帯幅傾斜層とした。
【００６８】すなわち、本実施例ではキャリア増倍層１
０３は３層の禁制帯幅傾斜層１１１、１１２及び１１３
からなり、それぞれの禁制帯幅傾斜層は禁制帯幅が１．
７ｅＶである１００オングストロームのａ−Ｓｉ：Ｈ膜
上に、禁制帯幅が３．６〜１．７ｅＶまで変化するよう
にａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈ系において炭素含有
量を変化させた層を形成したものである。
０３は３層の禁制帯幅傾斜層１１１、１１２及び１１３
からなり、それぞれの禁制帯幅傾斜層は禁制帯幅が１．
７ｅＶである１００オングストロームのａ−Ｓｉ：Ｈ膜
上に、禁制帯幅が３．６〜１．７ｅＶまで変化するよう
にａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈ系において炭素含有
量を変化させた層を形成したものである。
【００６９】本実施例のキャリア増倍層は以下のように
して作製した。
して作製した。
【００７０】実施例１と同様に基板上にＣｒ電極、ｎ型
半導体層を形成した後、プラズマＣＶＤ装置の別の反応
室に真空を破らずに移動して、禁制帯幅層１．７ｅＶの
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を１００オングストローム形成した。作
製条件は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ
（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、
ＳｉＨ4 ／Ｈ2 の流量比を１０／１００ｓｃｃｍとし
た。
半導体層を形成した後、プラズマＣＶＤ装置の別の反応
室に真空を破らずに移動して、禁制帯幅層１．７ｅＶの
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を１００オングストローム形成した。作
製条件は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ
（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、
ＳｉＨ4 ／Ｈ2 の流量比を１０／１００ｓｃｃｍとし
た。
【００７１】次に増倍を起こす禁制帯幅段差を形成する
ために、最大禁制帯幅３．６ｅＶを示すａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜から最小禁制帯幅１．７ｅＶを示すａ−Ｓｉ：Ｈ膜
まで連続的に組成を変化させた禁制帯幅傾斜層を同じ反
応室内で続けて作製した。その作製条件は、基板温度は
２５０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ
2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒと一定として放電を維持
したままガス流量比を連続的に変化させた。まず３．６
〜２．５ｅＶまでの広い禁制帯幅領域では、Ｈ2を添加
せずにＳｉＨ4 ／ＣＨ4 流量比だけを２．０／１００〜
５．０／１００ｓｃｃｍまで変化させた。さらにＨ2 ガ
スにより徐々に希釈するためにＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｈ2
のマスフローコントローラーをそれぞれ調節して、Ｓｉ
Ｈ4 ／ＣＨ 4 ／Ｈ2 流量が５．０／１００／０から１．
０／１９／１００になるように徐々に調節して、禁制帯
幅が２．５〜２．２ｅＶまで変化させた。このときＳｉ
Ｈ4とＣＨ4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は０〜５と
なり、２．２ｅＶ付近でＨ2希釈率が５となるようにし
た。さらに放電を維持しながら、ＣＨ4 ガスのマスフロ
ーコントローラーのみを１９〜０ｓｃｃｍまで徐々に減
少させていき、禁制帯幅を２．２〜１．７ｅＶのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜まで変化させた。このときＳｉＨ4 とＣＨ4 の
流量の和に対するＨ2 希釈率は５〜１００となってい
る。
ために、最大禁制帯幅３．６ｅＶを示すａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜から最小禁制帯幅１．７ｅＶを示すａ−Ｓｉ：Ｈ膜
まで連続的に組成を変化させた禁制帯幅傾斜層を同じ反
応室内で続けて作製した。その作製条件は、基板温度は
２５０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ
2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒと一定として放電を維持
したままガス流量比を連続的に変化させた。まず３．６
〜２．５ｅＶまでの広い禁制帯幅領域では、Ｈ2を添加
せずにＳｉＨ4 ／ＣＨ4 流量比だけを２．０／１００〜
５．０／１００ｓｃｃｍまで変化させた。さらにＨ2 ガ
スにより徐々に希釈するためにＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｈ2
のマスフローコントローラーをそれぞれ調節して、Ｓｉ
Ｈ4 ／ＣＨ 4 ／Ｈ2 流量が５．０／１００／０から１．
０／１９／１００になるように徐々に調節して、禁制帯
幅が２．５〜２．２ｅＶまで変化させた。このときＳｉ
Ｈ4とＣＨ4 の流量の和に対するＨ2 希釈率は０〜５と
なり、２．２ｅＶ付近でＨ2希釈率が５となるようにし
た。さらに放電を維持しながら、ＣＨ4 ガスのマスフロ
ーコントローラーのみを１９〜０ｓｃｃｍまで徐々に減
少させていき、禁制帯幅を２．２〜１．７ｅＶのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜まで変化させた。このときＳｉＨ4 とＣＨ4 の
流量の和に対するＨ2 希釈率は５〜１００となってい
る。
【００７２】比較例２ 実施例２と同じ条件により最小禁制帯幅層のａ−Ｓｉ：
Ｈ膜を形成して、次に禁制帯幅変化層の作製条件とし
て、実施例２と同じく基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電
力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔ
ｏｒｒの一定として、ガス流量比のＨ2 希釈率を実施例
２と異なる条件で作製した。まず禁制帯幅の３．６〜
１．７ｅＶまでを、ＳｉＨ4 とＣＨ4 の流量の和を２０
ｓｃｃｍ、Ｈ 2 を１００ｓｃｃｍと一定としてＳｉＨ4
／ＣＨ4 流量比を０．２／１９．８から２０／０まで徐
々に変化させてａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈにおい
て炭素濃度を徐々に減少させた膜を形成した。すなわち
禁制帯幅傾斜層形成時に禁制帯幅３．６〜１．７ｅＶの
すべての領域にわたって、原料ガスに対するＨ2 希釈率
が常に５倍になるようにした。
Ｈ膜を形成して、次に禁制帯幅変化層の作製条件とし
て、実施例２と同じく基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電
力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔ
ｏｒｒの一定として、ガス流量比のＨ2 希釈率を実施例
２と異なる条件で作製した。まず禁制帯幅の３．６〜
１．７ｅＶまでを、ＳｉＨ4 とＣＨ4 の流量の和を２０
ｓｃｃｍ、Ｈ 2 を１００ｓｃｃｍと一定としてＳｉＨ4
／ＣＨ4 流量比を０．２／１９．８から２０／０まで徐
々に変化させてａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈにおい
て炭素濃度を徐々に減少させた膜を形成した。すなわち
禁制帯幅傾斜層形成時に禁制帯幅３．６〜１．７ｅＶの
すべての領域にわたって、原料ガスに対するＨ2 希釈率
が常に５倍になるようにした。
【００７３】実施例２と比較例２については、禁制帯幅
１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜が１００オングストローム
と一定として、禁制帯幅傾斜層はそれぞれの禁制帯幅を
示す流量比における堆積速度をあらかじめ求めた上で、
それらを連続的に形成した場合の堆積速度を想定して、
膜厚が１００オングストロームとなるように放電時間を
調節した。この本実施例と比較例のようにして形成した
増倍層をそれぞれ繰り返し３層積層した後に、プラズマ
ＣＶＤ装置の別反応室に移動して、光吸収層のａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜を５０００オングストローム形成した。作製条
件は、基板温度は２００℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．
０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ
4 ／Ｈ2 の流量比を１０／１００ｓｃｃｍとした。さら
にプラズマＣＶＤ装置の別反応室に移動して電子阻止層
のｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜を１００形成した。作製条件
は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１
５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4
／ＢＦ3 （０．１％・Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．
０／１．０／１００ｓｃｃｍとした。そしてプラズマＣ
ＶＤ装置から取り出した後、最後に透明電極をスパッタ
装置により形成した。実施例２の光電変換装置のエネル
ギー帯構造も実施例１と同様に図２及び図３に示され
る。実施例２で作製したａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４の禁制帯
幅Ｅｇ１は約１．７ｅＶである。また、ｐ型μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ層１０５の禁制帯幅Ｅｇ０は約１．７ｅＶであ
る。禁制帯幅傾斜層１１１、１１２、１１３のうち最大
禁制帯幅を与えるａ−ＳｉＣx ：Ｈ層のＣ／Ｓｉ組成比
ｘは約１．１であり、それらの禁制帯幅Ｅｇ３は、３．
６ｅＶであり、最小禁制帯幅を与えるａ−Ｓｉ：Ｈ層の
禁制帯幅Ｅｇ２は、１．７ｅＶである。
１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜が１００オングストローム
と一定として、禁制帯幅傾斜層はそれぞれの禁制帯幅を
示す流量比における堆積速度をあらかじめ求めた上で、
それらを連続的に形成した場合の堆積速度を想定して、
膜厚が１００オングストロームとなるように放電時間を
調節した。この本実施例と比較例のようにして形成した
増倍層をそれぞれ繰り返し３層積層した後に、プラズマ
ＣＶＤ装置の別反応室に移動して、光吸収層のａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜を５０００オングストローム形成した。作製条
件は、基板温度は２００℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．
０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ
4 ／Ｈ2 の流量比を１０／１００ｓｃｃｍとした。さら
にプラズマＣＶＤ装置の別反応室に移動して電子阻止層
のｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜を１００形成した。作製条件
は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１
５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4
／ＢＦ3 （０．１％・Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．
０／１．０／１００ｓｃｃｍとした。そしてプラズマＣ
ＶＤ装置から取り出した後、最後に透明電極をスパッタ
装置により形成した。実施例２の光電変換装置のエネル
ギー帯構造も実施例１と同様に図２及び図３に示され
る。実施例２で作製したａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４の禁制帯
幅Ｅｇ１は約１．７ｅＶである。また、ｐ型μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ層１０５の禁制帯幅Ｅｇ０は約１．７ｅＶであ
る。禁制帯幅傾斜層１１１、１１２、１１３のうち最大
禁制帯幅を与えるａ−ＳｉＣx ：Ｈ層のＣ／Ｓｉ組成比
ｘは約１．１であり、それらの禁制帯幅Ｅｇ３は、３．
６ｅＶであり、最小禁制帯幅を与えるａ−Ｓｉ：Ｈ層の
禁制帯幅Ｅｇ２は、１．７ｅＶである。
【００７４】キャリアのイオン化によるアバランシェ増
倍をステップバックヘテロ接合部で起こすためには、最
大禁制帯幅と最小禁制帯幅の差を大きくすることが必要
である。たとえば最小禁制帯幅を持つ材料をａ−Ｓｉ：
Ｈで１．７ｅＶとした場合、キャリアのイオン化を起こ
すにはａ−Ｓｉ：Ｈの禁制帯幅分の１．７ｅＶ以上を不
連続段差としてこのヘテロ接合で形成する必要があるの
で、ａ−ＳｉＣx ：Ｈの禁制帯幅は最低でも３．４ｅＶ
以上は必要である。
倍をステップバックヘテロ接合部で起こすためには、最
大禁制帯幅と最小禁制帯幅の差を大きくすることが必要
である。たとえば最小禁制帯幅を持つ材料をａ−Ｓｉ：
Ｈで１．７ｅＶとした場合、キャリアのイオン化を起こ
すにはａ−Ｓｉ：Ｈの禁制帯幅分の１．７ｅＶ以上を不
連続段差としてこのヘテロ接合で形成する必要があるの
で、ａ−ＳｉＣx ：Ｈの禁制帯幅は最低でも３．４ｅＶ
以上は必要である。
【００７５】水素希釈なしで作製した禁制帯幅が３．０
ｅＶを持つａ−ＳｉＣx ：Ｈと禁制帯幅が１．７ｅＶを
持つａ−Ｓｉ：Ｈは価電子帯側ではΔＥｖが０．１ｅＶ
程度でエネルギー的に滑らかに接合しており、水素希釈
なしでさらに禁制帯幅を３．６ｅＶまで大きくすると
１．９〜１．８ｅＶの禁制帯幅の不連続段差を伝導体側
の不連続段差によって達成できる。この場合ａ−Ｓｉ：
Ｈ膜の禁制帯幅１．７ｅＶ程度のイオン化エネルギーよ
り、不連続段差のエネルギーが充分大きいために、段差
エネルギーのみでａ−Ｓｉ：Ｈ膜内でキャリアの増倍を
起こすことが可能である。一方比較例２で水素希釈率を
一定として作製した最大禁制帯幅をもつａ−ＳｉＣx ：
Ｈとａ−Ｓｉ：Ｈのヘテロ接合界面では、水素希釈が大
きいとΔＥｖが０．７ｅＶ、ΔＥｃが０．６８ｅＶと両
側に広がっており、禁制帯幅が３．６ｅＶまで大きくな
ったとしても禁制帯幅の段差のみでキャリアのイオン化
を起こさせるにはエネルギー的に不足して、印加電界に
よる加速が必要である。
ｅＶを持つａ−ＳｉＣx ：Ｈと禁制帯幅が１．７ｅＶを
持つａ−Ｓｉ：Ｈは価電子帯側ではΔＥｖが０．１ｅＶ
程度でエネルギー的に滑らかに接合しており、水素希釈
なしでさらに禁制帯幅を３．６ｅＶまで大きくすると
１．９〜１．８ｅＶの禁制帯幅の不連続段差を伝導体側
の不連続段差によって達成できる。この場合ａ−Ｓｉ：
Ｈ膜の禁制帯幅１．７ｅＶ程度のイオン化エネルギーよ
り、不連続段差のエネルギーが充分大きいために、段差
エネルギーのみでａ−Ｓｉ：Ｈ膜内でキャリアの増倍を
起こすことが可能である。一方比較例２で水素希釈率を
一定として作製した最大禁制帯幅をもつａ−ＳｉＣx ：
Ｈとａ−Ｓｉ：Ｈのヘテロ接合界面では、水素希釈が大
きいとΔＥｖが０．７ｅＶ、ΔＥｃが０．６８ｅＶと両
側に広がっており、禁制帯幅が３．６ｅＶまで大きくな
ったとしても禁制帯幅の段差のみでキャリアのイオン化
を起こさせるにはエネルギー的に不足して、印加電界に
よる加速が必要である。
【００７６】上記実施例における光電変換装置の増倍率
は、１０Ｖ〜２０Ｖのバイアス印加時にもほとんど変化
が無く、約６倍が得られており、禁制帯幅傾斜層１層当
り約１．８倍が実現できている。また、増倍に伴って発
生した過剰雑音は約１．０５と低く、暗電流は約１ｎＡ
／ｃｍ2 以下と低かった。
は、１０Ｖ〜２０Ｖのバイアス印加時にもほとんど変化
が無く、約６倍が得られており、禁制帯幅傾斜層１層当
り約１．８倍が実現できている。また、増倍に伴って発
生した過剰雑音は約１．０５と低く、暗電流は約１ｎＡ
／ｃｍ2 以下と低かった。
【００７７】一方比較例では５０Ｖ以上のバイアスを印
加しないと増倍が起こらなかった。この理由としては、
比較例ではヘテロ接合部で、イオン化を起こすための不
連続段差のエネルギーが不足していることが原因と思わ
れる。しかもこの比較例での増倍率はバイアス６０Ｖで
も２〜３倍程度しか得られず、禁制帯幅傾斜層１層当り
では１．４倍程度であり、また、暗電流は数１００ｎＡ
／ｃｍ2 程度と大きくなった。これは図１０に示したよ
うに禁制帯幅が２．２ｅＶ以上の領域で希釈率５以上で
成膜した比較例では禁制帯幅の広い領域のａ−ＳｉＣ
x ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度が、禁制帯幅が
２．２未満の領域で希釈率０〜５で成膜した実施例のａ
−ＳｉＣx ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度より１
桁程度大きいために、増倍したキャリアが欠陥を再結合
中心として消滅して増倍率の低下を招いたと思われる。
また暗電流の増加もダングリングボンド欠陥を介したホ
ッピング伝導成分により増加した可能性が大きい。
加しないと増倍が起こらなかった。この理由としては、
比較例ではヘテロ接合部で、イオン化を起こすための不
連続段差のエネルギーが不足していることが原因と思わ
れる。しかもこの比較例での増倍率はバイアス６０Ｖで
も２〜３倍程度しか得られず、禁制帯幅傾斜層１層当り
では１．４倍程度であり、また、暗電流は数１００ｎＡ
／ｃｍ2 程度と大きくなった。これは図１０に示したよ
うに禁制帯幅が２．２ｅＶ以上の領域で希釈率５以上で
成膜した比較例では禁制帯幅の広い領域のａ−ＳｉＣ
x ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度が、禁制帯幅が
２．２未満の領域で希釈率０〜５で成膜した実施例のａ
−ＳｉＣx ：Ｈ膜のダングリングボンド欠陥密度より１
桁程度大きいために、増倍したキャリアが欠陥を再結合
中心として消滅して増倍率の低下を招いたと思われる。
また暗電流の増加もダングリングボンド欠陥を介したホ
ッピング伝導成分により増加した可能性が大きい。
【００７８】実施例の光電変換装置の応答速度はキャリ
ア増倍層の無いｐｉｎ型光電変換装置と同等に高速であ
った。
ア増倍層の無いｐｉｎ型光電変換装置と同等に高速であ
った。
【００７９】比較例の光電変換装置については１００Ｖ
程度まで高バイアスを印加すると、光電流は増加する
が、ここで増加した光電流の光応答性は非常に遅く、立
ち上がり、立ち下がりともに数ｍｓｅｃ〜数１００ｍｓ
ｅｃの遅れが生じている。これはやはりａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜のスピン密度が大きいために高電界の印加によるエ
ネルギーバンド変調が起こり、電極からの注入電荷やバ
ンド間トンネリングにより増加した２次的な光電流と思
われる。
程度まで高バイアスを印加すると、光電流は増加する
が、ここで増加した光電流の光応答性は非常に遅く、立
ち上がり、立ち下がりともに数ｍｓｅｃ〜数１００ｍｓ
ｅｃの遅れが生じている。これはやはりａ−ＳｉＣx ：
Ｈ膜のスピン密度が大きいために高電界の印加によるエ
ネルギーバンド変調が起こり、電極からの注入電荷やバ
ンド間トンネリングにより増加した２次的な光電流と思
われる。
【００８０】実施例３ 次に、キャリア増倍層の構成と作製条件を以下のように
変えた以外は実施例１と同様に光電変換装置を作製し
た。
変えた以外は実施例１と同様に光電変換装置を作製し
た。
【００８１】実施例１では、キャリア増倍層においてａ
−ＳｉＧｅx ：Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅ
x ：Ｈとを連続して形成したものを１つの禁制帯幅傾斜
層としたが、本実施例ではＧｅを添加せずにａ−Ｓｉ：
Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈとを連続に形成し
た層を１つの禁制帯幅傾斜層とした。また、本実施例に
おいてはキャリア増倍層形成時の希釈ガスをＨｅとし
た。
−ＳｉＧｅx ：Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅ
x ：Ｈとを連続して形成したものを１つの禁制帯幅傾斜
層としたが、本実施例ではＧｅを添加せずにａ−Ｓｉ：
Ｈとａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−Ｓｉ：Ｈとを連続に形成し
た層を１つの禁制帯幅傾斜層とした。また、本実施例に
おいてはキャリア増倍層形成時の希釈ガスをＨｅとし
た。
【００８２】本実施例のキャリア増倍層は以下のように
して作製した。
して作製した。
【００８３】実施例１、２と同様にまず基板上に下側電
極としてＣｒ電極２０００オングストロームを形成し、
正孔注入阻止層のｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜を作製した。作
製条件としては、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力５
０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒ
で、ＳｉＨ4 ／ＰＨ3 （５０００ｐｐｍ・Ｈ2 希釈）／
Ｈ2 の流量比を１．０／１．０／１００ｓｃｃｍとし
た。
極としてＣｒ電極２０００オングストロームを形成し、
正孔注入阻止層のｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜を作製した。作
製条件としては、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力５
０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒ
で、ＳｉＨ4 ／ＰＨ3 （５０００ｐｐｍ・Ｈ2 希釈）／
Ｈ2 の流量比を１．０／１．０／１００ｓｃｃｍとし
た。
【００８４】次に上述のプラズマＣＶＤ装置の別の反応
室に真空を破らずに移動して、増倍層を作製した。増倍
層はまず最小禁制帯幅の１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
１００オングストローム形成した。その作製条件は、基
板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ
／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／Ｈ
ｅの流量比を１．０／１００ｓｃｃｍとして実施例１、
２と異なり希釈ガスとしてＨｅ希釈により形成した。次
に増倍を起こす禁制帯幅段差を形成するために、最大禁
制帯幅の３．６ｅＶのａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜から最小禁制
帯幅の１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜まで連続的に組成を
変化させた禁制帯幅変化層を同じ反応室内で続けて作製
した。その作製条件は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ
電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２
Ｔｏｒｒと一定として放電を維持したままガス流量比を
連続的に変化させた。まず３．６〜２．５ｅＶまでの広
い禁制帯幅領域では、Ｈｅ希釈率を小さくしてＳｉＨ4
／ＣＨ4 ／Ｈｅ流量比だけを３．０／１００／１００〜
７．０／１００／１００ｓｃｃｍまで変化させた。さら
にＨｅガスによる希釈率を徐々に変化させるためにＳｉ
Ｈ4 、ＣＨ4 、Ｈｅのマスフローコントローラーをそれ
ぞれ調節して、ＳｉＨ4 ／ＣＨ4 ／Ｈｅ流量が７．０／
１００／１００から２．０／１８／１００になるように
徐々に調節して、禁制帯幅が２．５〜２．２ｅＶまで変
化させた。このときＳｉＨ4 とＣＨ4の流量の和に対す
るＨｅ希釈率は０．９〜５となり、２．２ｅＶ付近でＨ
ｅ希釈率が５となるようにした。さらに放電を維持しな
がら、ＣＨ4 ガスのマスフローコントローラーのみを１
８〜０ｓｃｃｍまで徐々に減少させていき、禁制帯幅を
２．２〜１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜まで変化させた。
このときＳｉＨ4 とＣＨ 4 の流量の和に対するＨｅ希釈
率は５〜１００となっている。
室に真空を破らずに移動して、増倍層を作製した。増倍
層はまず最小禁制帯幅の１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
１００オングストローム形成した。その作製条件は、基
板温度は２５０℃、放電ＲＦ電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ
／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／Ｈ
ｅの流量比を１．０／１００ｓｃｃｍとして実施例１、
２と異なり希釈ガスとしてＨｅ希釈により形成した。次
に増倍を起こす禁制帯幅段差を形成するために、最大禁
制帯幅の３．６ｅＶのａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜から最小禁制
帯幅の１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜まで連続的に組成を
変化させた禁制帯幅変化層を同じ反応室内で続けて作製
した。その作製条件は、基板温度は２５０℃、放電ＲＦ
電力は１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃｍ2 ）、堆積圧力０．２
Ｔｏｒｒと一定として放電を維持したままガス流量比を
連続的に変化させた。まず３．６〜２．５ｅＶまでの広
い禁制帯幅領域では、Ｈｅ希釈率を小さくしてＳｉＨ4
／ＣＨ4 ／Ｈｅ流量比だけを３．０／１００／１００〜
７．０／１００／１００ｓｃｃｍまで変化させた。さら
にＨｅガスによる希釈率を徐々に変化させるためにＳｉ
Ｈ4 、ＣＨ4 、Ｈｅのマスフローコントローラーをそれ
ぞれ調節して、ＳｉＨ4 ／ＣＨ4 ／Ｈｅ流量が７．０／
１００／１００から２．０／１８／１００になるように
徐々に調節して、禁制帯幅が２．５〜２．２ｅＶまで変
化させた。このときＳｉＨ4 とＣＨ4の流量の和に対す
るＨｅ希釈率は０．９〜５となり、２．２ｅＶ付近でＨ
ｅ希釈率が５となるようにした。さらに放電を維持しな
がら、ＣＨ4 ガスのマスフローコントローラーのみを１
８〜０ｓｃｃｍまで徐々に減少させていき、禁制帯幅を
２．２〜１．７ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜まで変化させた。
このときＳｉＨ4 とＣＨ 4 の流量の和に対するＨｅ希釈
率は５〜１００となっている。
【００８５】また実施例３についても、禁制帯幅１．７
ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜が１００オングストロームと一定
として、禁制帯幅変化層はそれぞれの禁制帯幅を示す流
量比における堆積速度をあらかじめ求めた上で、それら
を連続的に形成した場合の堆積速度を想定して、膜厚が
１００オングストロームとなるように放電時間を調節し
た。この時Ｈｅ希釈では水素希釈とダングリングボンド
欠陥密度とΔＥｖに対する効果は定性的に同じであるが
プラズマＣＶＤにおいてはＨｅガスはイオン化エネルギ
ーが大きく気相反応における分解を促進する働きがある
と思われ、堆積速度は水素希釈に比べて大きくなった。
このようにして形成した増倍層を実施例１、２と同様に
それぞれ繰り返し３層積層した後に、プラズマＣＶＤ装
置の別反応室に移動して、光吸収層のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
５０００オングストローム形成した。作製条件は、基板
温度は２００℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃ
ｍ 2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／Ｈ2 の
流量比を１０／１００ｓｃｃｍとした。さらにプラズマ
ＣＶＤ装置の別反応室に移動して電子阻止層のｐ型μｃ
−Ｓｉ：Ｈ膜を１００ 形成した。作製条件は、基板温
度は２５０℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ
2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4／ＢＦ3
（０．１％・Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．０／１．
０／１００ｓｃｃｍとした。そしてプラズマＣＶＤ装置
から取り出した後、最後に透明電極をスパッタ装置によ
り形成した。
ｅＶのａ−Ｓｉ：Ｈ膜が１００オングストロームと一定
として、禁制帯幅変化層はそれぞれの禁制帯幅を示す流
量比における堆積速度をあらかじめ求めた上で、それら
を連続的に形成した場合の堆積速度を想定して、膜厚が
１００オングストロームとなるように放電時間を調節し
た。この時Ｈｅ希釈では水素希釈とダングリングボンド
欠陥密度とΔＥｖに対する効果は定性的に同じであるが
プラズマＣＶＤにおいてはＨｅガスはイオン化エネルギ
ーが大きく気相反応における分解を促進する働きがある
と思われ、堆積速度は水素希釈に比べて大きくなった。
このようにして形成した増倍層を実施例１、２と同様に
それぞれ繰り返し３層積層した後に、プラズマＣＶＤ装
置の別反応室に移動して、光吸収層のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
５０００オングストローム形成した。作製条件は、基板
温度は２００℃、放電ＲＦ電力１０Ｗ（０．０３Ｗ／ｃ
ｍ 2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4 ／Ｈ2 の
流量比を１０／１００ｓｃｃｍとした。さらにプラズマ
ＣＶＤ装置の別反応室に移動して電子阻止層のｐ型μｃ
−Ｓｉ：Ｈ膜を１００ 形成した。作製条件は、基板温
度は２５０℃、放電ＲＦ電力５０Ｗ（０．１５Ｗ／ｃｍ
2 ）、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒで、ＳｉＨ4／ＢＦ3
（０．１％・Ｈ2 希釈）／Ｈ2 の流量比を１．０／１．
０／１００ｓｃｃｍとした。そしてプラズマＣＶＤ装置
から取り出した後、最後に透明電極をスパッタ装置によ
り形成した。
【００８６】かかる実施例における光電変換装置の増倍
率は、やはり実施例１、２と同様に１０Ｖ〜２０Ｖのバ
イアス印加時にもほとんど変化が無く、約６倍が得られ
ており、増倍層１層当り約１．８倍が実現できている。
また、増倍に伴って発生した過剰雑音は約１．０５と低
く、暗電流は約１ｎＡ／ｃｍ2 以下と低かった。また、
本実施例の応答速度も実施例１、２と同様に増倍層の無
いｐｉｎ型光電変換装置と同等に高速であった。
率は、やはり実施例１、２と同様に１０Ｖ〜２０Ｖのバ
イアス印加時にもほとんど変化が無く、約６倍が得られ
ており、増倍層１層当り約１．８倍が実現できている。
また、増倍に伴って発生した過剰雑音は約１．０５と低
く、暗電流は約１ｎＡ／ｃｍ2 以下と低かった。また、
本実施例の応答速度も実施例１、２と同様に増倍層の無
いｐｉｎ型光電変換装置と同等に高速であった。
【００８７】これはＨｅ希釈においてもダングリングボ
ンド欠陥密度の変化とΔＥｖの変化が水素希釈による効
果と定性的には同じであることによると思われる。
ンド欠陥密度の変化とΔＥｖの変化が水素希釈による効
果と定性的には同じであることによると思われる。
【００８８】本実施例では希釈ガスをＨｅ希釈とした
が、他にもＡｒ、Ｎｅ等の希ガスを用いてもやはり定性
的には同じ効果が得られる。この希釈ガスにより実際の
作製条件の流量比や希釈率は最適化する必要があるが、
禁制帯幅の広い領域で希釈率を小さく、禁制帯幅の小さ
い領域では希釈率を大きくするという作製方法は基本的
には同じである。
が、他にもＡｒ、Ｎｅ等の希ガスを用いてもやはり定性
的には同じ効果が得られる。この希釈ガスにより実際の
作製条件の流量比や希釈率は最適化する必要があるが、
禁制帯幅の広い領域で希釈率を小さく、禁制帯幅の小さ
い領域では希釈率を大きくするという作製方法は基本的
には同じである。
【００８９】上記実施例１〜３の光電変換装置において
は、図２及び図３から判るように、強電界下において
も、弱電界下においても、スパイク及びノッチが発生し
ていない。
は、図２及び図３から判るように、強電界下において
も、弱電界下においても、スパイク及びノッチが発生し
ていない。
【００９０】なお、実施例１〜３においては、増倍層の
禁制帯幅変化層が３層で増倍率が約６倍が得られたが、
これは単なる一例であり、その層数は幾つでもよく、本
実施例の条件を用いると４層で約１０倍、５層で約１９
倍が得られることになり、所望の増倍率に応じて決めれ
ばよい。
禁制帯幅変化層が３層で増倍率が約６倍が得られたが、
これは単なる一例であり、その層数は幾つでもよく、本
実施例の条件を用いると４層で約１０倍、５層で約１９
倍が得られることになり、所望の増倍率に応じて決めれ
ばよい。
【００９１】また、実施例１〜３においては、ステップ
バックヘテロ接合が急峻な接合になっているが、電子の
平均自由行程以内の範囲であれば接合がなだらかになっ
ていても、同様の効果が得られる。また、接合がさらに
なだらかであっても、所望の作用をもたらす範囲にあれ
ばよい。
バックヘテロ接合が急峻な接合になっているが、電子の
平均自由行程以内の範囲であれば接合がなだらかになっ
ていても、同様の効果が得られる。また、接合がさらに
なだらかであっても、所望の作用をもたらす範囲にあれ
ばよい。
【００９２】また、実施例〜３では１つの禁制体幅傾斜
層の厚さを約２００オングストロームとしたが、キャリ
アが再結合せずに走行できる範囲内の厚さであればよ
い。ただし、薄い方が印加バイアスを低くできるので好
ましい。また実施例１〜３では、光吸収層の厚さが約１
μｍとしているが、入射光が光吸収層を通過して増倍層
まで達しない厚さであればよく、この厚さは光吸収係数
により決められる。
層の厚さを約２００オングストロームとしたが、キャリ
アが再結合せずに走行できる範囲内の厚さであればよ
い。ただし、薄い方が印加バイアスを低くできるので好
ましい。また実施例１〜３では、光吸収層の厚さが約１
μｍとしているが、入射光が光吸収層を通過して増倍層
まで達しない厚さであればよく、この厚さは光吸収係数
により決められる。
【００９３】また、実施例１〜３の非晶質層の原料ガス
には、ＳｉＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、ＰＨ3、ＣＨ4 、ＧｅＨ4
を用いたが、ＳｉＨ4 のかわりにＳｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ
8 、ＳｉＨ4 、ＳｉＦ4 、Ｓｉ2 Ｆ6 、ＳｉＨ3 Ｆ、Ｓ
ｉ2 Ｈ2 等の鎖状シラン化合物、Ｓｉ4 Ｈ8 、Ｓｉ5 Ｈ
10、Ｓｉ6 Ｈ12等の環状シラン化合物等を使うことがで
き、Ｂ2 Ｈ6 のかわりにＢ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ等の第II
I 族原子を含むガスを使うことができ、ＰＨ3 のかわり
にＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等の第Ｖ族原子を含むガスを使
うことができ、ＧｅＨ4 のかわりにＧｅＦ4 等のゲルマ
ニウム化合物を使うことができる。さらに、禁制帯幅変
化層の組成比は、局在準位低減のため０〜約０．６の範
囲であることが好ましい。また非晶質層の作製にはＲＦ
プラズマＣＶＤ法の他に、プラズマＣＶＤ法の他の一種
であるＥＣＲプラズマＣＶＤ法等も有用である。
には、ＳｉＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、ＰＨ3、ＣＨ4 、ＧｅＨ4
を用いたが、ＳｉＨ4 のかわりにＳｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ
8 、ＳｉＨ4 、ＳｉＦ4 、Ｓｉ2 Ｆ6 、ＳｉＨ3 Ｆ、Ｓ
ｉ2 Ｈ2 等の鎖状シラン化合物、Ｓｉ4 Ｈ8 、Ｓｉ5 Ｈ
10、Ｓｉ6 Ｈ12等の環状シラン化合物等を使うことがで
き、Ｂ2 Ｈ6 のかわりにＢ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ等の第II
I 族原子を含むガスを使うことができ、ＰＨ3 のかわり
にＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等の第Ｖ族原子を含むガスを使
うことができ、ＧｅＨ4 のかわりにＧｅＦ4 等のゲルマ
ニウム化合物を使うことができる。さらに、禁制帯幅変
化層の組成比は、局在準位低減のため０〜約０．６の範
囲であることが好ましい。また非晶質層の作製にはＲＦ
プラズマＣＶＤ法の他に、プラズマＣＶＤ法の他の一種
であるＥＣＲプラズマＣＶＤ法等も有用である。
【００９４】また、実施例１〜３では半導体層に非晶質
層を用いたが、多結晶等の非単結晶を用いてもよい。
層を用いたが、多結晶等の非単結晶を用いてもよい。
【００９５】また、実施例１〜３では電荷注入阻止層に
ｐ形、ｎ形共にμｃ−Ｓｉ：Ｈ層を用いたがａ−Ｓｉ：
Ｈ膜の電荷注入阻止層を用いてもよく、その禁制帯幅、
ドーピング量は、電極からの少数キャリアの注入が抑制
でき、かつ、多数キャリアの走行性が妨げられないよう
に調整されていればよい。
ｐ形、ｎ形共にμｃ−Ｓｉ：Ｈ層を用いたがａ−Ｓｉ：
Ｈ膜の電荷注入阻止層を用いてもよく、その禁制帯幅、
ドーピング量は、電極からの少数キャリアの注入が抑制
でき、かつ、多数キャリアの走行性が妨げられないよう
に調整されていればよい。
【００９６】実施例４ 次に、実施例１に示した光電変換装置を、特開昭６３−
２７８２６９号公報に提案された走査回路、読出し回路
上に積層した実施例について具体的に説明する。
２７８２６９号公報に提案された走査回路、読出し回路
上に積層した実施例について具体的に説明する。
【００９７】図４は、本実施例の走査回路における受光
部付近の概略的断面図、図５は一画素の等価回路図、図
６は本実施例に係る等価回路全図及びブロック全図であ
る。図４において、ｎ型シリコン基板７０１上にエピタ
キシャル成長によりコレクタ領域となるｎ- 層７０２が
形成され、その中にｐベース領域７０３、さらにｎ + エ
ミッタ領域７０４が形成されバイポーラトランジスタを
構成している。ｐベース領域７０３は隣接画素と分離さ
れており、また、水平方向に隣接するｐベース領域との
間には酸化膜７０５を挟んでゲート電極７０６が形成さ
れている。したがって、隣接するｐベース領域７０３を
各々ソース・ドレイン領域としてｐチャネルＭＯＳトラ
ンジスタが構成されている。ゲート電極７０６はｐベー
ス領域７０３の電位を制御するためのキャパシタとして
も働いている。さらに、絶縁層７０７を形成した後、エ
ミッタ電極７０８、ベース電極７０８’を形成する。そ
の後、絶縁層７０９を形成し、続いて電極７１１を形成
し、画素ごとに分離する。電極７１１は電極７０８’と
電気的に接続している。続いて、ａ−ＳｉＧｅx：Ｈ、
ａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈの禁制帯幅傾斜
層７２１、７２２、７２３、７２４を形成してキャリア
増倍層７１３を構成する。次に光吸収層ａ−Ｓｉ：Ｈ層
７１４を形成し、ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ層７１５を形成
し、バイアスを印加するための透明電極７１６を形成す
る。また、コレクタ電極７１７が基板７０１の裏面にオ
ーミック接続されている。
部付近の概略的断面図、図５は一画素の等価回路図、図
６は本実施例に係る等価回路全図及びブロック全図であ
る。図４において、ｎ型シリコン基板７０１上にエピタ
キシャル成長によりコレクタ領域となるｎ- 層７０２が
形成され、その中にｐベース領域７０３、さらにｎ + エ
ミッタ領域７０４が形成されバイポーラトランジスタを
構成している。ｐベース領域７０３は隣接画素と分離さ
れており、また、水平方向に隣接するｐベース領域との
間には酸化膜７０５を挟んでゲート電極７０６が形成さ
れている。したがって、隣接するｐベース領域７０３を
各々ソース・ドレイン領域としてｐチャネルＭＯＳトラ
ンジスタが構成されている。ゲート電極７０６はｐベー
ス領域７０３の電位を制御するためのキャパシタとして
も働いている。さらに、絶縁層７０７を形成した後、エ
ミッタ電極７０８、ベース電極７０８’を形成する。そ
の後、絶縁層７０９を形成し、続いて電極７１１を形成
し、画素ごとに分離する。電極７１１は電極７０８’と
電気的に接続している。続いて、ａ−ＳｉＧｅx：Ｈ、
ａ−ＳｉＣx ：Ｈ〜ａ−ＳｉＧｅx ：Ｈの禁制帯幅傾斜
層７２１、７２２、７２３、７２４を形成してキャリア
増倍層７１３を構成する。次に光吸収層ａ−Ｓｉ：Ｈ層
７１４を形成し、ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ層７１５を形成
し、バイアスを印加するための透明電極７１６を形成す
る。また、コレクタ電極７１７が基板７０１の裏面にオ
ーミック接続されている。
【００９８】したがって、一画素の等価回路は図５のよ
うに、結晶シリコンで構成されるバイポーラトランジス
タ７３１のベースに、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ７
３２とキャパシタ７３３及び前記実施例と同様の光電変
換装置７３４が接続され、ベースに電位を与えるための
端子７３５と、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ７３２及
びキャパシタ７３３を駆動するための端子７３６と、透
明電極に電位を与えるための電極７３７とエミッタ電極
７３８、コレクタ電極７３９とで構成される。図６は図
４、図５で示した一画素セル７４０を３×３の２次元マ
トリックスに配置した回路構成図である。この例におい
ては、一画素セル７４０のコレクタ電極７４１は全画素
にそれぞれ設けられ、センサ電極７４２もそれぞれ設け
られている。また、ＰＭＯＳトランジスタのゲート電極
及びキャパシタ電極は行ごとに駆動配線７４３、７４
３’、７４３”と接続され、垂直シフトレジスタ（Ｖ．
Ｓ．Ｒ．）７４４と接続されている。またエミッタ電極
は、列ごとに、信号読出しのための垂直配線７４６、７
４６’、７４６”と接続されている。垂直配線７４６、
７４６’、７４６”はそれぞれ垂直配線の電荷をリセッ
トするためのスイッチ７４７、７４７’、７４７”と読
出しスイッチ７５０、７５０’、７５０”に接続されて
いる。リセットスイッチ７４７、７４７’、７４７”の
ゲート電極は垂直配線リセットパルスを印加するための
端子７４８に共通接続され、また、ソース電極は垂直ラ
インリセット電圧を印加するための端子７４９に共通接
続されている。読出しスイッチ７５０、７５０’、７５
０”のゲート電極はそれぞれ配線７５１、７５１’、７
５１”を介して水平シフトレジスタ（Ｈ．Ｓ．Ｒ．）７
５２に接続されており、またドレイン電極は水平読出し
配線７５３を介して出力アンプ７５７に接続されてい
る。水平読出し配線７５３は水平読出し配線の電荷をリ
セットするためのスイッチ７５４に接続されている。リ
セットスイッチ７５４は水平配線リセットパルスを印加
するための端子７５５と水平配線リセット電圧を印加す
るための端子７５６に接続される。最後にアンプ７５７
の出力は端子７５８から取り出される。
うに、結晶シリコンで構成されるバイポーラトランジス
タ７３１のベースに、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ７
３２とキャパシタ７３３及び前記実施例と同様の光電変
換装置７３４が接続され、ベースに電位を与えるための
端子７３５と、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ７３２及
びキャパシタ７３３を駆動するための端子７３６と、透
明電極に電位を与えるための電極７３７とエミッタ電極
７３８、コレクタ電極７３９とで構成される。図６は図
４、図５で示した一画素セル７４０を３×３の２次元マ
トリックスに配置した回路構成図である。この例におい
ては、一画素セル７４０のコレクタ電極７４１は全画素
にそれぞれ設けられ、センサ電極７４２もそれぞれ設け
られている。また、ＰＭＯＳトランジスタのゲート電極
及びキャパシタ電極は行ごとに駆動配線７４３、７４
３’、７４３”と接続され、垂直シフトレジスタ（Ｖ．
Ｓ．Ｒ．）７４４と接続されている。またエミッタ電極
は、列ごとに、信号読出しのための垂直配線７４６、７
４６’、７４６”と接続されている。垂直配線７４６、
７４６’、７４６”はそれぞれ垂直配線の電荷をリセッ
トするためのスイッチ７４７、７４７’、７４７”と読
出しスイッチ７５０、７５０’、７５０”に接続されて
いる。リセットスイッチ７４７、７４７’、７４７”の
ゲート電極は垂直配線リセットパルスを印加するための
端子７４８に共通接続され、また、ソース電極は垂直ラ
インリセット電圧を印加するための端子７４９に共通接
続されている。読出しスイッチ７５０、７５０’、７５
０”のゲート電極はそれぞれ配線７５１、７５１’、７
５１”を介して水平シフトレジスタ（Ｈ．Ｓ．Ｒ．）７
５２に接続されており、またドレイン電極は水平読出し
配線７５３を介して出力アンプ７５７に接続されてい
る。水平読出し配線７５３は水平読出し配線の電荷をリ
セットするためのスイッチ７５４に接続されている。リ
セットスイッチ７５４は水平配線リセットパルスを印加
するための端子７５５と水平配線リセット電圧を印加す
るための端子７５６に接続される。最後にアンプ７５７
の出力は端子７５８から取り出される。
【００９９】以下、図４〜図６を用いて動作を簡単に説
明する。図４に示される回路の受光部に光が照射される
と、入射された光が光吸収層７１４で吸収され、光吸収
層で発生したキャリアが増倍領域７１３で増倍されて、
ベース領域７０３に蓄積される。図６に示される垂直シ
フトレジスタから出力される駆動パルスが駆動配線７４
３に現れると、キャパシタを介してベース電位が上昇
し、１行目の画素から光量に応じた信号電荷が垂直配線
７４６、７４６’、７４６”にそれぞれ取り出される。
次に、水平シフトレジスタ７５２から走査パルスが７５
１、７５１’、７５１”に順次出力されると、スイッチ
７５０、７５０’、７５０”が順にオン、オフ制御さ
れ、信号が出力アンプ７５７を通じて出力端子７５８に
取り出される。この際、リセットスイッチ７５４は、ス
イッチ７５０、７５０’、７５０”が順番にオン動作す
る間にオン状態となり、水平配線７５３の残留電荷を除
去している。次に、垂直ラインリセットスイッチ７４
７、７４７’、７４７”がオン状態となり、垂直配線７
４６、７４６’、７４６”の残留電荷が除去される。そ
して、垂直シフトレジスタ７４４から駆動配線７４３に
負方向のパルスが印加されると、１行目の各ＰＭＯＳト
ランジスタがオン状態となり、各画素のベ−ス残留電荷
が除去され、初期化される。次に、垂直シフトレジスタ
７４４から出力される駆動パルスが駆動配線７４３’に
現れ、２行目の画素の信号電荷が、同様にとり出され
る。次に、３行目の画素の信号取り出しも同様に行なわ
れる。以上の動作を繰返すことにより本装置は動作をす
る。
明する。図４に示される回路の受光部に光が照射される
と、入射された光が光吸収層７１４で吸収され、光吸収
層で発生したキャリアが増倍領域７１３で増倍されて、
ベース領域７０３に蓄積される。図６に示される垂直シ
フトレジスタから出力される駆動パルスが駆動配線７４
３に現れると、キャパシタを介してベース電位が上昇
し、１行目の画素から光量に応じた信号電荷が垂直配線
７４６、７４６’、７４６”にそれぞれ取り出される。
次に、水平シフトレジスタ７５２から走査パルスが７５
１、７５１’、７５１”に順次出力されると、スイッチ
７５０、７５０’、７５０”が順にオン、オフ制御さ
れ、信号が出力アンプ７５７を通じて出力端子７５８に
取り出される。この際、リセットスイッチ７５４は、ス
イッチ７５０、７５０’、７５０”が順番にオン動作す
る間にオン状態となり、水平配線７５３の残留電荷を除
去している。次に、垂直ラインリセットスイッチ７４
７、７４７’、７４７”がオン状態となり、垂直配線７
４６、７４６’、７４６”の残留電荷が除去される。そ
して、垂直シフトレジスタ７４４から駆動配線７４３に
負方向のパルスが印加されると、１行目の各ＰＭＯＳト
ランジスタがオン状態となり、各画素のベ−ス残留電荷
が除去され、初期化される。次に、垂直シフトレジスタ
７４４から出力される駆動パルスが駆動配線７４３’に
現れ、２行目の画素の信号電荷が、同様にとり出され
る。次に、３行目の画素の信号取り出しも同様に行なわ
れる。以上の動作を繰返すことにより本装置は動作をす
る。
【０１００】なお、以上説明した実施例では、本発明者
等の発明による回路例を示したが、本装置を一般的に知
られる光電変換装置の回路に適用しても構わない。
等の発明による回路例を示したが、本装置を一般的に知
られる光電変換装置の回路に適用しても構わない。
【０１０１】実施例６ 以下、一般的な構成の光電変換装置に、本発明の光電変
換装置を用いた場合について説明する。図１６は一般的
な構成の光電変換装置に本発明を用いた場合の構成を示
すブロック図である。同図において、８０１は複数の本
発明に係る光電変換部であり、例えば、実施例１、実施
例２に示した本発明の光電変換装置が用いられる。光電
変換部８０１は信号出力部８０５に接続される。信号出
力部８０５において、８０２は光電変換部８０１より発
生した信号電荷の蓄積手段、８０３は前記蓄積手段を駆
動するための走査手段、８０４は走査手段８０３により
転送された信号電荷の増幅・ノイズ補償等を行なう回路
等からなる読出し手段である。なお、蓄積手段８０２は
蓄積動作を行なう場合には必要となるが、蓄積動作を行
なわない場合にはなくてもよい。
換装置を用いた場合について説明する。図１６は一般的
な構成の光電変換装置に本発明を用いた場合の構成を示
すブロック図である。同図において、８０１は複数の本
発明に係る光電変換部であり、例えば、実施例１、実施
例２に示した本発明の光電変換装置が用いられる。光電
変換部８０１は信号出力部８０５に接続される。信号出
力部８０５において、８０２は光電変換部８０１より発
生した信号電荷の蓄積手段、８０３は前記蓄積手段を駆
動するための走査手段、８０４は走査手段８０３により
転送された信号電荷の増幅・ノイズ補償等を行なう回路
等からなる読出し手段である。なお、蓄積手段８０２は
蓄積動作を行なう場合には必要となるが、蓄積動作を行
なわない場合にはなくてもよい。
【０１０２】
【発明の効果】アバランシェ効果を利用した本発明の光
電変換装置は次のような特徴を備えている。 （１）本発明の光電変換装置の光吸収層、増倍層の構成
材料は非単結晶材料から構成されるので、毒性の少な
い、安価な工業的に有利なものとなる。 （２）また、本発明の光電変換装置の構成材料である非
単結晶材料の形成においては、プラズマＣＶＤ法、スパ
ッタ法などの成膜方法が適用でき、大面積かつ低温（１
００〜３００℃）で容易に形成できる。したがって、大
面積の光電変換装置への応用が容易であり、また、信号
処理回路等が既に形成されている半導体基板上への積層
も可能であり、その応用範囲は大いに広がる。 （３）また、非単結晶材料としてａ−ＳｉＧｅx ：Ｈや
ａ−Ｓｉ：Ｈを用いているので、最小禁制帯幅が１．４
〜１．７ｅＶとなり、キャリア走行性を悪化させること
なく、かつ、禁制体幅の大きなａ−ＳｉＣx ：Ｈを用い
ることでステップバックヘテロ接合部の伝導帯側のみの
エネルギー不連続量ΔＥｃで大きな増倍層を形成するこ
とが可能となる。したがって過剰雑音だけでなく暗電流
雑音も小さな低雑音で高効率な増倍動作が実現できる。 （４）さらに、蓄積動作を行なって、キャリア蓄積量の
増加にともない増倍層に印加される電界が低くなって
も、増倍層のステップバックヘテロ接合部分にはスパイ
ク及びノッチが生じない。したがって、低電界でもステ
ップバックヘテロ接合部のバンド不連続が維持され、高
電界印加時と同様な高イオン化率が達成できるだけでな
く、ａ−ＳｉＣx ：Ｈとａ−ＳｉＧｅx ：Ｈやａ−Ｓ
ｉ：Ｈの界面ではキャリア走行を阻害する方向のエネル
ギー不連続も生ぜず、高増倍率で、入射光量対出力の直
線性のすぐれた、応答速度の早い蓄積動作を行なうこと
ができる。正孔の走行を阻害しないエネルギー不連続量
ΔＥｖは、好ましくは常温で０．２ｅＶ以下、より好ま
しくは０．１ｅＶ以下であり、本発明の製造方法によれ
ば、ａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜の禁制帯幅が最大３．６ｅＶの
ときでもΔＥｖは、０．２ｅＶ程度である。
電変換装置は次のような特徴を備えている。 （１）本発明の光電変換装置の光吸収層、増倍層の構成
材料は非単結晶材料から構成されるので、毒性の少な
い、安価な工業的に有利なものとなる。 （２）また、本発明の光電変換装置の構成材料である非
単結晶材料の形成においては、プラズマＣＶＤ法、スパ
ッタ法などの成膜方法が適用でき、大面積かつ低温（１
００〜３００℃）で容易に形成できる。したがって、大
面積の光電変換装置への応用が容易であり、また、信号
処理回路等が既に形成されている半導体基板上への積層
も可能であり、その応用範囲は大いに広がる。 （３）また、非単結晶材料としてａ−ＳｉＧｅx ：Ｈや
ａ−Ｓｉ：Ｈを用いているので、最小禁制帯幅が１．４
〜１．７ｅＶとなり、キャリア走行性を悪化させること
なく、かつ、禁制体幅の大きなａ−ＳｉＣx ：Ｈを用い
ることでステップバックヘテロ接合部の伝導帯側のみの
エネルギー不連続量ΔＥｃで大きな増倍層を形成するこ
とが可能となる。したがって過剰雑音だけでなく暗電流
雑音も小さな低雑音で高効率な増倍動作が実現できる。 （４）さらに、蓄積動作を行なって、キャリア蓄積量の
増加にともない増倍層に印加される電界が低くなって
も、増倍層のステップバックヘテロ接合部分にはスパイ
ク及びノッチが生じない。したがって、低電界でもステ
ップバックヘテロ接合部のバンド不連続が維持され、高
電界印加時と同様な高イオン化率が達成できるだけでな
く、ａ−ＳｉＣx ：Ｈとａ−ＳｉＧｅx ：Ｈやａ−Ｓ
ｉ：Ｈの界面ではキャリア走行を阻害する方向のエネル
ギー不連続も生ぜず、高増倍率で、入射光量対出力の直
線性のすぐれた、応答速度の早い蓄積動作を行なうこと
ができる。正孔の走行を阻害しないエネルギー不連続量
ΔＥｖは、好ましくは常温で０．２ｅＶ以下、より好ま
しくは０．１ｅＶ以下であり、本発明の製造方法によれ
ば、ａ−ＳｉＣx ：Ｈ膜の禁制帯幅が最大３．６ｅＶの
ときでもΔＥｖは、０．２ｅＶ程度である。
【０１０３】以上の光電変換装置により、本発明は光吸
収層及びキャリア増倍層が非単結晶系材料により構成さ
れる光電変換装置において、キャリア増倍層の光電特性
及びキャリア走行性を特に禁制帯幅の広い領域において
改善し、一定の増倍特性及び応答特性を得る、という所
期の目的を達成するものである。
収層及びキャリア増倍層が非単結晶系材料により構成さ
れる光電変換装置において、キャリア増倍層の光電特性
及びキャリア走行性を特に禁制帯幅の広い領域において
改善し、一定の増倍特性及び応答特性を得る、という所
期の目的を達成するものである。
【図１】本発明に係る光電変換装置の一態様を示す概略
的断面図である。
的断面図である。
【図２】図１で示される光電変換装置の静止時のエネル
ギー帯図である。
ギー帯図である。
【図３】図１で示される光電変換装置の電界印加動作時
のエネルギー帯図である。
のエネルギー帯図である。
【図４】本発明に係る回路の受光部付近の概略的断面図
である。
である。
【図５】本発明回路に係る一画素等価回路図である。
【図６】本発明に係る回路の等価回路全図及びブロック
全図である。
全図である。
【図７】従来のＡＰＤ型の光電変換装置の概略的断面図
である。
である。
【図８】従来のＡＰＤ型の光電変換装置の静止時のエネ
ルギー帯図である。
ルギー帯図である。
【図９】従来のＡＰＤ型の光電変換装置の高電界印加動
作時のエネルギー帯図である。
作時のエネルギー帯図である。
【図１０】水素ガスによる希釈率を変化させた時の、各
禁制帯幅におけるダングリングボンド欠陥密度の変化を
示したグラフである。
禁制帯幅におけるダングリングボンド欠陥密度の変化を
示したグラフである。
【図１１】水素希釈率を変化させたときの、各禁制帯幅
におけるＣ−Ｈｎ多重結合水素量を示すグラフである。
におけるＣ−Ｈｎ多重結合水素量を示すグラフである。
【図１２】半導体ヘテロ接合の禁制帯不連続を１例を示
す図である。
す図である。
【図１３】半導体ヘテロ接合の禁制帯不連続を１例を示
す図である。
す図である。
【図１４】半導体ヘテロ接合の禁制帯不連続を１例を示
す図である。
す図である。
【図１５】半導体ヘテロ接合の禁制帯不連続を１例を示
す図である。
す図である。
【図１６】一般的な構成の光電変換装置に本発明を用い
た場合の構成を示すブロック図である。
た場合の構成を示すブロック図である。
１０１ Ｃｒ電極（下側電極） １０２ ｎ型半導体層（電荷（正孔）注入阻止層） １０３ キャリア増倍層 １０４ 光吸収層（ａ−Ｓｉ：Ｈ） １０５ ｐ型半導体層（電荷（電子）注入阻止層） １０６ 透明電極 １１１、１１２、１１３ 禁制帯幅傾斜層 １１４、１１５、１１６ ステップバックヘテロ接合
部 ４０１、４０３、４０５、４０７ ｉ型禁制帯幅傾斜
半導体層 ４０２、４０４、４０６ ステップバックヘテロ接合
部 ４１１ ｐ型半導体層 ４１３、４１４ 電極 ４１５ ｎ型半導体層 ７０１ ｎ型シリコン基板 ７０２ コレクタ領域 ７０３ ｐベース領域 ７０４ ｎ+エミッタ領域 ７０５ 酸化膜 ７０６ ゲート電極 ７０７、７０９ 絶縁層 ７０８ エミッタ電極 ７０８’ ベース電極 ７１１ 電極 ７２１、７２２、７２３、７２４ 禁制帯幅傾斜層 ７１３ キャリア増倍層 ７１４ 光吸収層（ａ−Ｓｉ：Ｈ） ７１５ 電荷注入阻止層（ｐ型ａ−ＳｉＣy ：Ｈ） ７１６ 透明電極 ７１７ コレクタ電極 ７３１ バイポーラトランジスタ ７３２ ｐチャネルＭＯＳトランジスタ ７３３ キャパシタ ７３４ 光電変換装置 ７３５、７３６ 端子 ７３７ 電極 ７３８ エミッタ電極 ７３９ コレクタ電極 ７４０ １画素セル ７４１ コレクタ電極 ７４２ センサ電極 ７４３、７４３’、７４３” 駆動配線 ７４４ 垂直シフトレジスタ ７４６、７４６’、７４６” 垂直配線 ７４７、７４７’、７４７” 垂直配線電荷リセット
スイッチ ７４８ 垂直配線リセットパルス印加端子 ７４９ 垂直ラインリセット電圧印加端子 ７５０、７５０’、７５０” 読み出しスイッチ ７５１、７５１’、７５１” 駆動配線 ７５２ 水平シフトレジスタ ７５３ 水平読み出し配線 ７５４ 配線電荷リセットスイッチ ７５５ 水平配線リセットパルス印加端子 ７５６ 水平ラインリセット電圧印加端子 ７５７ アンプ ７５８ 出力端子 ８０１ 光電変換部 ８０２ 蓄積手段 ８０３ 走査手段 ８０４ 読み出し手段 ８０５ 信号出力部
部 ４０１、４０３、４０５、４０７ ｉ型禁制帯幅傾斜
半導体層 ４０２、４０４、４０６ ステップバックヘテロ接合
部 ４１１ ｐ型半導体層 ４１３、４１４ 電極 ４１５ ｎ型半導体層 ７０１ ｎ型シリコン基板 ７０２ コレクタ領域 ７０３ ｐベース領域 ７０４ ｎ+エミッタ領域 ７０５ 酸化膜 ７０６ ゲート電極 ７０７、７０９ 絶縁層 ７０８ エミッタ電極 ７０８’ ベース電極 ７１１ 電極 ７２１、７２２、７２３、７２４ 禁制帯幅傾斜層 ７１３ キャリア増倍層 ７１４ 光吸収層（ａ−Ｓｉ：Ｈ） ７１５ 電荷注入阻止層（ｐ型ａ−ＳｉＣy ：Ｈ） ７１６ 透明電極 ７１７ コレクタ電極 ７３１ バイポーラトランジスタ ７３２ ｐチャネルＭＯＳトランジスタ ７３３ キャパシタ ７３４ 光電変換装置 ７３５、７３６ 端子 ７３７ 電極 ７３８ エミッタ電極 ７３９ コレクタ電極 ７４０ １画素セル ７４１ コレクタ電極 ７４２ センサ電極 ７４３、７４３’、７４３” 駆動配線 ７４４ 垂直シフトレジスタ ７４６、７４６’、７４６” 垂直配線 ７４７、７４７’、７４７” 垂直配線電荷リセット
スイッチ ７４８ 垂直配線リセットパルス印加端子 ７４９ 垂直ラインリセット電圧印加端子 ７５０、７５０’、７５０” 読み出しスイッチ ７５１、７５１’、７５１” 駆動配線 ７５２ 水平シフトレジスタ ７５３ 水平読み出し配線 ７５４ 配線電荷リセットスイッチ ７５５ 水平配線リセットパルス印加端子 ７５６ 水平ラインリセット電圧印加端子 ７５７ アンプ ７５８ 出力端子 ８０１ 光電変換部 ８０２ 蓄積手段 ８０３ 走査手段 ８０４ 読み出し手段 ８０５ 信号出力部
Claims (3)
- 【請求項１】 基板と、光エネルギーを吸収してキャリ
アを発生させる光吸収層との間に、前記光吸収層で発生
したキャリアを増倍させるキャリア増倍層を少なくとも
有し、前記光吸収層及びキャリア増倍層が非単結晶材料
からなり、キャリア増倍層が光吸収層側から基板側に向
かって層厚方向に光学的禁制帯幅が連続に増大する領域
と、光吸収層側から基板側に向かって層厚方向に光学的
禁制帯幅がヘテロ接合により不連続に減少する領域とを
有し、且つ、該禁制帯幅の変化が伝導帯側のエネルギー
準位の変化により達成される光電変換装置の製造方法に
おいて、Ｓｉを含む原料ガスの流量とキャリア増倍層の
光学的禁制帯幅調整のための添加元素を含む原料ガスの
流量との和に対する希釈ガスの希釈率を、Ｓｉとキャリ
ア増倍層の光学的禁制帯幅調整のための添加元素との組
成比によって決定される光学的禁制帯幅の大きさに対応
させて変化させてプラズマＣＶＤ法によりキャリア増倍
層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方
法。 - 【請求項２】 希釈ガスが水素又は不活性ガスである請
求項１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 キャリア増倍層の光学的禁制帯幅が２．
２ｅＶ未満となる領域を形成する際の希釈率が５より大
きく、キャリア増倍層の光学的禁制帯幅が２．２ｅＶ以
上となる領域を形成する際の希釈率が０〜５である請求
項１に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5325159A JPH07183567A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 光電変換装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5325159A JPH07183567A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 光電変換装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183567A true JPH07183567A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18173684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5325159A Pending JPH07183567A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 光電変換装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07183567A (ja) |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP5325159A patent/JPH07183567A/ja active Pending
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