JPH0722643A - アモルフアス半導体光導電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】第１のアモルフアス半導体１と、これに接して
設けられた少なくとも二つの電気端子３，４と、第１の
アモルフアス半導体１よりバンドギャップの大きいアモ
ルフアス半導体である第２の層２を第１のアモルフアス
半導体１の少なくとも一方の面に接して設け、第１のア
モルフアス半導体１において光発生するキャリアを第１
のアモルフアス半導体１中を外部印加電界に従って走行
させ、前記電気端子３，４より光電流として取り出すよ
うにしたアモルフアス半導体光導電素子。 【効果】アモルフアス半導体光導電素子１との表面基板
５との界面、光導電層中でのキャリア再結合割合を低減
し、アモルフアス光導電素子の感度向上が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アモルフアス半導体光
導電素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アモルフアス半導体を用いた従来の光導
電素子は、ステンレス、ガラス、単結晶半導体、絶縁膜
等の基板上に成長させ単層のアモルフアス半導体に光電
流取り出し用の電極対を蒸着した構造を有しており、電
極間に電圧を印加し、光照射時に流れる電流を検出して
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、ア
モルフアス半導体中に光照射で発生したキャリア（電
子、正孔）は印加電圧に従い電極に向って移動する間
に、アモルフアス半導体表面、アモルフアス半導体と基
板との界面及び光導電層中における再結合のため、その
密度が減少し、この結果光電流が低下し、感度の良好な
素子を得ることが困難である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上に鑑み、
アモルフアス半導体表面、アモルフアス半導体と基板と
の界面及び光導電層中での電子、正孔の再結合を低減す
ることにより高感度のアモルフアス半導体光電層素子を
提供することを目的とするものである。

【０００５】以上の目的を達成するため、本発明では第
１のアモルフアス半導体と、該第１のアモルフアス半導
体に接して設けられた少なくとも二つの電気端子と、前
記第１のアモルフアス半導体よりバンドギャップの大き
いアモルフアス半導体である第２の層を前記第１のアモ
ルフアス半導体の少なくとも一方の面に接して設け、前
記第１のアモルフアス半導体において光発生するキャリ
アを前記第１のアモルフアス半導体中を外部印加電界に
従って走行させ、前記電気端子より光電流として取り出
すようにしたアモルフアス半導体光導電素子を提案する
ものである。

【０００６】また、本発明では前記アモルフアス半導体
光導電素子において、第２の層との間にバリアの電位差
により、ほぼ完全に空間電荷層が広がる厚さに第１のア
モルフアス半導体の層を形成したアモルフアス半導体ア
モルフアス半導体光導電素子を提案するものである。

【０００７】

【実施例】以下、図面に即し、本発明のアモルフアス半
導体光導電素子の実施例につき説明する。

【０００８】図１はアモルフアス半導体光導電層１の表
面側のみに第２の層を設けた実施例の概略構成図で、１
は第１のアモルフアス半導体光導電層、２は第２の層、
３、４は電気端子、５は基板である。

【０００９】図２はアモルフアス半導体光電層１と基板
５との間に第２の層を挿入した実施例の概略構成図、図
３は第１のアモルフアス半導体光導電層１の表面側と基
板５との界面側の両方に第２の層を設けた実施例の概略
構成図である。

【００１０】ここで第２の層２としては、第１のアモル
フアス半導体光導電層１よりバンドギャップの大きいア
モルフアス半導体を使用する。

【００１１】なお、本発明においてはアモルフアス半導
体中で光照射により発生する電子、正孔のうち（キャリ
ア密度）×（キャリア移動度）積の大きいものを主キャ
リアと呼ぶ。

【００１２】上記第２の層２を第１のアモルフアス半導
体光導電層１の光入射面側に設けた場合には、第２の層
２の厚さはこの層中での光吸収損失割合が第１のアモル
フアス半導体光電層１におけるキャリア増加割合より小
さくなるよう第２の層の膜厚を調整する。

【００１３】図１〜図３において、３，４は第１のアモ
ルフアス半導体光導電層１に対するコンタクトで、この
間に外部電圧を印加し光電流を取り出すための電気端子
である。

【００１４】光導電素子の光電流取り出し用に従来用い
られてきた収集電極の代わりにスイッチ用トランジス
タ、低抵抗半導体領域を光導電層に接続した構成も本発
明の素子をアレイ構造に製作する時有用であり、これら
の接続素子を収集電極と統一して本発明では「電極端
子」と呼ぶことにする。

【００１５】この素子では光はアモルフアス半導体表面
側から入射するが、或は基板５が透明な場合は基板側か
ら入射させることも可能である。

【００１６】次に、上記第１のアモルフアス半導体光導
電層１、第２の層２を構成する材料及び作成法について
説明する。

【００１７】材料としては、水素化アモルフアスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ：Ｈ），フッ素化アモルフアスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｆ：Ｈ），水素化アモルフ
アスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ：Ｈ），水素化
アモルフアスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ），
水素化アモルフアスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ：
Ｈ），フッ素化アモルフアスシリコンカーバイド（ａ−
ＳｉＣ：Ｆ：Ｈ），水素化アモルフアスシリコンゲリマ
ニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ），フッ素化アモルフアスシ
リコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ：Ｈ），水素化
アモルフアスシリコンスズ合金（ａ−ＳｉＳｎ：Ｈ），
水素化アモルフアスガリウム砒素（ａ−ＧａＡｓ：
Ｈ），水素化アモルフアスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ），水
素化アモルフアスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ：Ｈ）等を用
いることができる。

【００１８】更に、第２の層２には上記材料にｐ形又は
ｎ形の不純物を添加したものを用いることができる。

【００１９】これらの材料はグロー放電分解法、スパッ
タ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、クラスタイオンビーム
法、イオンプレーテイング法、蒸着法（水素化処理を含
む）により作成される。

【００２０】次に、本発明の作用について説明すると、
第２の層２は第１のアモルフアス半導体よりバンドギャ
ップが大きいので、第１のアモルフアス半導体層１で発
生したキャリア（電子、正孔）のうち、少なくとも一方
は表面、又は基板５との界面、又はその両方に到達せ
ず、これらの領域での再結合の影響を受けずに第１のア
モルフアス半導体層１の中を外部印加電界に従って走行
し、電気端子３、４に到達し光電流として取り出され
る。

【００２１】そして、表面及び基板界面での再結合によ
るキャリア数の低下がないため、取り出される光電流は
従来型に比べ増加し、アモルフアス半導体光電素子の感
度向上が実現される。

【００２２】第２の層２との間にバリアの電位差によ
り、ほぼ完全に空間電荷層が広がる厚さに第１のアモル
フアス半導体層１を形成した場合には、光を照射しない
時のキャリア数を著しく低く抑えられるので、暗電流が
小さくなり暗電流と光電流との比を大きくとることがで
きる。

【００２３】更に、第１のアモルフアス半導体層１中で
発生した電子、正孔が空間電荷層による電界のため容易
に空間的に分離され、第１のアモルフアス半導体層１中
でのキャリア再結合割合が低下するための素子感度が向
上する。

【００２４】次に、本発明の変形例を以下に列挙する。 〔変形例１〕第１のアモルフアス半導体光導電層と第２
の層が複数組積層されたアモルフアス半導体光導電素子
において（図４図示）、光入射面から奥に向かって二層
一組のｎ組（ｎ≧２）の多層構造を形成し、そのうち第
（２ｉ）層を第（２ｉ−１）層のアモルフアス半導体よ
りバンドギャップの大きいアモルフアス半導体で構成す
るアモルフアス半導体光導電素子。

【００２５】〔変形例２〕第１のアモルフアス半導体光
導電層と第２の層とが複数組積層されたアモルフアス半
導体光導電素子において、第（２ｉ）層との間のバリア
の電位差により、ほぼ完全に空間電荷層が広がる厚さに
第（２ｉ−１）層のアモルフアス半導体薄膜を形成した
アモルフアス半導体光導電素子。

【００２６】これら第１のアモルフアス半導体光導電層
と第２の層とが複数組積層されたアモルフアス半導体光
導電素子とその変形例１、２においては、光入射面から
素子中に向かってバンドギャップが小さくなるように多
層構造を形成し、短波長の光は光入射面近傍の層で長波
長の光はより奥の層で吸収される。

【００２７】このようにして、白色光に対する素子感度
が向上する。また、各層からの電極を電極を独立に取り
出せば、入射光の波長分布に応じて出力が得られ、分光
分布の測定が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればア
モルフアス半導体光導電素子との表面基板との界面、光
導電層中でのキャリア再結合割合を低減し、アモルフア
ス光導電素子の感度向上が実現される。

【００２９】また、光入射面側から奥に向かってバンド
ギャップの小さくなる多層構造を形成し、本発明による
キャリア再結合割合低減の手法をこの構造に適用するこ
とにより白色光に対する素子感度向上が実現される。

【００３０】また、光導電層中で光発生した電子、正孔
を空間的に分離する場合（特許請求の範囲第(2) 項、
〔変形例２〕) には、電子、正孔の光導電層中での再結
合割合が低下し、このキャリア再結合による素子特性の
劣化を抑制することができるので、安定で、信頼性が極
めて高いアモルフアス半導体光導電素子を提供するもの
である。

【００３１】更に、バンドギャップの大きいアモルファ
ス半導体層（ワイドギャップ層）を第２の層に用いる
と、ワイドギャップ層は暗伝導度が高いので素子の暗電
流の低減が実現される。

【００３２】また、光照射側に光吸収の小さいワイドギ
ャップ層を設けるとそれより奥の層での光キャリア発生
数が増加するなど、光キャリア発生分布の制御が容易に
なる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のアモルフアス半導体光導電
素子において、第２の層を第１のアモルフアス半導体光
導電層の表面側のみに設けた場合の概略構成図

【図２】本発明の一実施例のアモルフアス半導体光導電
素子において、第２の層を第１のアモルフアス半導体光
導電層と基板との間に挿入した場合の概略構成図

【図３】本発明の一実施例のアモルフアス半導体光導電
素子において、第２の層を第１のアモルフアス半導体光
導電層の両側に設けた場合の概略構成図

【図４】本発明の多層構造アモルフアス半導体光導電素
子において、光導電層の両側にバリア層を設けた場合の
概略構成図

【符号の説明】 １は第１のアモルフアス半導体光導電層 ２は第２の層 ３，４は電気端子 ５は基板 ２ｉ−１（１≦ｉ≦Ｎ）は光導電層 ２ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）は光導電層に対しバリアを形成する
層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のアモルフアス半導体と、該第１の
   アモルフアス半導体に接して設けられた少なくとも二つ
   の電気端子と、前記第１のアモルフアス半導体よりバン
   ドギャップの大きいアモルフアス半導体である第２の層
   を前記第１のアモルフアス半導体の少なくとも一方の面
   に接して設け、前記第１のアモルフアス半導体において
   光発生するキャリアを前記第１のアモルフアス半導体中
   を外部印加電界に従って走行させ、前記電気端子より光
   電流として取り出すようにしたことを特徴とするアモル
   フアス半導体光導電素子。
2. 【請求項２】 特許請求の範囲第(1) 項記載の半導体光
   導電素子において、第２の層との間にバリアの電位差に
   より、ほぼ完全に空間電荷層が広がる厚さに第１のアモ
   ルフアス半導体の層を形成したことを特徴とするアモル
   フアス半導体アモルフアス半導体光導電素子。
3. 【請求項３】 特許請求の範囲第(1) 項記載のアモルフ
   アス半導体光導電素子において、第１のアモルフアス半
   導体の層と第２の層とが複数組積層されたことを特徴と
   するアモルフアス半導体光導電素子。