JPH088075B2 - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- JPH088075B2 JPH088075B2 JP62065633A JP6563387A JPH088075B2 JP H088075 B2 JPH088075 B2 JP H088075B2 JP 62065633 A JP62065633 A JP 62065633A JP 6563387 A JP6563387 A JP 6563387A JP H088075 B2 JPH088075 B2 JP H088075B2
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- amorphous
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光を電気信号に変換する光電変換装置に係
り、特に非晶質半導体中の電荷増倍作用を用いて高感度
を実現する光電変換装置に関する。
り、特に非晶質半導体中の電荷増倍作用を用いて高感度
を実現する光電変換装置に関する。
［従来の技術］ 従来、非晶質半導体を主体とする光電変換素子とし
て、フォトセル、一次元イメージセンサー（例えば、特
許第1022633号）、固体駆動回路と非晶質光導電体とを
組合せた２次元イメージセンサー（例えば特公昭59−26
154号）、光導電形撮像管（例えば、特許第902189号）
などが知られている。これらの光電変換素子において
は、光導電膜にたいして、信号電極からの電荷の注入を
阻止するような接合特性を有する阻止型構造を採用した
ものと、双方、あるいは一方の電極から電荷が注入され
る構造の、いわゆる注入型構造を採用したものがある。
て、フォトセル、一次元イメージセンサー（例えば、特
許第1022633号）、固体駆動回路と非晶質光導電体とを
組合せた２次元イメージセンサー（例えば特公昭59−26
154号）、光導電形撮像管（例えば、特許第902189号）
などが知られている。これらの光電変換素子において
は、光導電膜にたいして、信号電極からの電荷の注入を
阻止するような接合特性を有する阻止型構造を採用した
ものと、双方、あるいは一方の電極から電荷が注入され
る構造の、いわゆる注入型構造を採用したものがある。
注入型素子では、原理的に入射光子数以上の電子を外
部回路に取りだすことができるので利得１より大の高感
度化が可能であり、上記の光電変換素子の高感度化をは
かる目的で、例えばフォトトランジスタ特性を有する光
導電膜と読み取り回路を積層した撮像素子（特開昭61−
222383号）が提案されている。
部回路に取りだすことができるので利得１より大の高感
度化が可能であり、上記の光電変換素子の高感度化をは
かる目的で、例えばフォトトランジスタ特性を有する光
導電膜と読み取り回路を積層した撮像素子（特開昭61−
222383号）が提案されている。
同様な目的で、光電変換部自体に増倍作用を持たせた
素子として、静電誘導型トランジスタ（アイイーイーイ
ー トランザクション オン エレクトロン デバイセ
ズ 1975年 第イイデイ22巻、185〜197頁、IEEE TRAN
SACTION ON ELECTRON DEVICES,ED22巻）を利用した
方法が提案されており、あるいは、水素やハロゲン（例
えばフッ素、塩素等）をふくむSiを主体とする非晶質半
導体で、結晶Siと同様のp+πpnn+接合を形成してpn接合
部空乏層でアバランシェ動作を発生させて信号増幅を行
う方式（特願昭55−95953号）も提案されている。一
方、光導電膜外部からの電荷流入を阻止する性質を有す
る阻止型接合構造を採用した場合は、入射光のうち光導
電膜内部で電荷に変換された分だけが信号電流となるの
で、光電変換の利得は通常１以下に限定される。しかし
最近、Seを主体とする非晶質半導体で阻止型接合構造を
形成し、非晶質半導体層内でアバランシェ動作を発生さ
せて信号増幅を行う方式を採用すれば、阻止型接合構造
の素子でも光電変換効率を１より大きくできることが本
特許の発明者等により提案されている。（テレビ学技報
1987年 第10巻、１〜６頁） ［発明が解決しようとする問題点］ フォトセル、一次元イメージセンサー、光導電膜積層
型固体受光素子などの光電気変換装置に関し、注入型整
合構造を採用すれば、原理的に入射光子数以上の電子を
外部回路に取りだすことができるので、利得１より大の
高感度化が可能であるが、このように電荷の一部をセン
サ内部に注入させる方式では光応答特性が著しく劣化し
好ましくない。また、静電誘導型トランジスタは画素毎
に増幅部を内蔵させる方式であるため、各画素間の増幅
率を同一の値に揃えることが困難であった。
素子として、静電誘導型トランジスタ（アイイーイーイ
ー トランザクション オン エレクトロン デバイセ
ズ 1975年 第イイデイ22巻、185〜197頁、IEEE TRAN
SACTION ON ELECTRON DEVICES,ED22巻）を利用した
方法が提案されており、あるいは、水素やハロゲン（例
えばフッ素、塩素等）をふくむSiを主体とする非晶質半
導体で、結晶Siと同様のp+πpnn+接合を形成してpn接合
部空乏層でアバランシェ動作を発生させて信号増幅を行
う方式（特願昭55−95953号）も提案されている。一
方、光導電膜外部からの電荷流入を阻止する性質を有す
る阻止型接合構造を採用した場合は、入射光のうち光導
電膜内部で電荷に変換された分だけが信号電流となるの
で、光電変換の利得は通常１以下に限定される。しかし
最近、Seを主体とする非晶質半導体で阻止型接合構造を
形成し、非晶質半導体層内でアバランシェ動作を発生さ
せて信号増幅を行う方式を採用すれば、阻止型接合構造
の素子でも光電変換効率を１より大きくできることが本
特許の発明者等により提案されている。（テレビ学技報
1987年 第10巻、１〜６頁） ［発明が解決しようとする問題点］ フォトセル、一次元イメージセンサー、光導電膜積層
型固体受光素子などの光電気変換装置に関し、注入型整
合構造を採用すれば、原理的に入射光子数以上の電子を
外部回路に取りだすことができるので、利得１より大の
高感度化が可能であるが、このように電荷の一部をセン
サ内部に注入させる方式では光応答特性が著しく劣化し
好ましくない。また、静電誘導型トランジスタは画素毎
に増幅部を内蔵させる方式であるため、各画素間の増幅
率を同一の値に揃えることが困難であった。
これにたいして、非晶質半導体を用いた例では、比較
的低温で均質な膜形成が可能であり、しかも膜抵抗が高
いため、結晶Siのように複雑な画素分離プロセスを必要
とせず、高い解像度を実現できる利点がある。しかしな
がら、従来提案されていた非晶質半導体中のアバランシ
ェ増倍現象を応用した受光素子においては、まだいくつ
かの問題点が残されていた。
的低温で均質な膜形成が可能であり、しかも膜抵抗が高
いため、結晶Siのように複雑な画素分離プロセスを必要
とせず、高い解像度を実現できる利点がある。しかしな
がら、従来提案されていた非晶質半導体中のアバランシ
ェ増倍現象を応用した受光素子においては、まだいくつ
かの問題点が残されていた。
すなわち、結晶半導体のアバランシェダイオードで採
用されているものと同じp+πpnn+構造を非晶質Siを用い
て形成し、信号増幅を行う方式では、信号光をp+領域を
通して入射させπ領域で吸収させて電荷に変換し、その
電荷をpn接合部へ導き、pn接合部に存在する空乏層の領
域でアバランシェ増倍を行わせる。
用されているものと同じp+πpnn+構造を非晶質Siを用い
て形成し、信号増幅を行う方式では、信号光をp+領域を
通して入射させπ領域で吸収させて電荷に変換し、その
電荷をpn接合部へ導き、pn接合部に存在する空乏層の領
域でアバランシェ増倍を行わせる。
しかし、アバランシェ増倍を起こすためには電荷をあ
る程度以上の距離走行させることが必要であるが、実際
に非晶質Siで上記の構造を形成してみると、非晶質Siは
結晶Siに比べて禁制帯域中に存在する局在準位が多いた
めに、pn整合における空乏層があまり広がらず、十分な
アバランシェ増倍効果が得られないことがわかった。さ
らに、動作温度が室温を越えると暗電流が増大してしま
い、十分なアバランシェ増倍効果を得られるほどに高い
電界を印加することができない。これらの結果、ただ単
に結晶Siと同様のアバランシェダイオード構造を非晶質
Siで形成しただけでは十分な増幅率が得られないという
問題点があった。
る程度以上の距離走行させることが必要であるが、実際
に非晶質Siで上記の構造を形成してみると、非晶質Siは
結晶Siに比べて禁制帯域中に存在する局在準位が多いた
めに、pn整合における空乏層があまり広がらず、十分な
アバランシェ増倍効果が得られないことがわかった。さ
らに、動作温度が室温を越えると暗電流が増大してしま
い、十分なアバランシェ増倍効果を得られるほどに高い
電界を印加することができない。これらの結果、ただ単
に結晶Siと同様のアバランシェダイオード構造を非晶質
Siで形成しただけでは十分な増幅率が得られないという
問題点があった。
また、阻止型接合を有する非晶質Seを用いたアバラン
シェ増倍方式の場合には、大きな増倍率が得られ、良好
な光応答特性が得られるものの、材料自体の制約から、
たとえば80℃以上の高温環境では、使用中に膜変質の恐
れがあり、特に高温動作時の素子特性が不十分という欠
点があった。
シェ増倍方式の場合には、大きな増倍率が得られ、良好
な光応答特性が得られるものの、材料自体の制約から、
たとえば80℃以上の高温環境では、使用中に膜変質の恐
れがあり、特に高温動作時の素子特性が不十分という欠
点があった。
本発明の目的は、上記従来の問題点を除去し、光電変
換の利得が１よりも大きく、光応答特性も良好で、耐熱
性のすぐれた非晶質半導体受光素子を提供することにあ
る。
換の利得が１よりも大きく、光応答特性も良好で、耐熱
性のすぐれた非晶質半導体受光素子を提供することにあ
る。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、受光装置の内部に、水素およびハロゲン
元素のすくなくとも一方を含む（含有量は0.5〜30原子
パーセント、より好ましくは、５〜20原子パーセン
ト。）テトラヘドラル系元素を主体とする非晶質半導体
層を設け、さらに、その非晶質半導体層と外部電極との
間に外部からの電荷の注入を阻止するような性質の電気
的接合を設けた構造とし、この非晶質半導体層に電界を
印加し、上記非晶質半導体層内の主として接合界面以外
の領域で電荷増倍作用を発生させるように動作させるこ
とにより達成される。
元素のすくなくとも一方を含む（含有量は0.5〜30原子
パーセント、より好ましくは、５〜20原子パーセン
ト。）テトラヘドラル系元素を主体とする非晶質半導体
層を設け、さらに、その非晶質半導体層と外部電極との
間に外部からの電荷の注入を阻止するような性質の電気
的接合を設けた構造とし、この非晶質半導体層に電界を
印加し、上記非晶質半導体層内の主として接合界面以外
の領域で電荷増倍作用を発生させるように動作させるこ
とにより達成される。
なお、発明者等はテトラヘドラル系元素として炭素、
ケイ素、ゲルマニウム、スズ等を用いて実験をした。
ケイ素、ゲルマニウム、スズ等を用いて実験をした。
本発明者等は、すでに、Seを主体とする非晶質半導体
層に強い電界をかけると非晶質半導体層の内部で電荷増
倍作用が起こることを発見した。これまでは、非晶質半
導体には多くの内部欠陥があるため半導体自体ではこの
ような現象は極めて起り難いと一般に考えられており、
このとき発見された非晶質Seは例外的な材料と考えられ
ていた。
層に強い電界をかけると非晶質半導体層の内部で電荷増
倍作用が起こることを発見した。これまでは、非晶質半
導体には多くの内部欠陥があるため半導体自体ではこの
ような現象は極めて起り難いと一般に考えられており、
このとき発見された非晶質Seは例外的な材料と考えられ
ていた。
今回、本発明者らは、上記現象は必ずしも非晶質Seに
限られるものではなく、水素またはハロゲンを含む上述
のテトラヘドラル系非晶質材料を用いれば、阻止型接合
の形成が可能であり、さらに、このような材料でpn接合
を形成し、その接合部の空乏層部分でアバランシェ増幅
をおこさせる従来の方式とは異なり、前記の阻止型接合
構造を採用して高電圧を接合による空乏層領域を有しな
い非晶質層内部の領域に印加し動作させれば、テトラヘ
ドラル系非晶質層内部でSeの場合と同様の電荷倍増作用
を起こしうることを発見した。上記の、非晶質層に強い
電界を印加して非晶質層内で電荷増倍作用を発生させる
方式を利用することにより、阻止型構造を有する受光素
子のもつすぐれた光応答特性を劣化させることなく、し
かも利得が１より大の高い感度を有する光電変換装置を
得ることができる。
限られるものではなく、水素またはハロゲンを含む上述
のテトラヘドラル系非晶質材料を用いれば、阻止型接合
の形成が可能であり、さらに、このような材料でpn接合
を形成し、その接合部の空乏層部分でアバランシェ増幅
をおこさせる従来の方式とは異なり、前記の阻止型接合
構造を採用して高電圧を接合による空乏層領域を有しな
い非晶質層内部の領域に印加し動作させれば、テトラヘ
ドラル系非晶質層内部でSeの場合と同様の電荷倍増作用
を起こしうることを発見した。上記の、非晶質層に強い
電界を印加して非晶質層内で電荷増倍作用を発生させる
方式を利用することにより、阻止型構造を有する受光素
子のもつすぐれた光応答特性を劣化させることなく、し
かも利得が１より大の高い感度を有する光電変換装置を
得ることができる。
さらに詳しく調べた結果、上記の阻止型構造を形成す
るテトラヘドラル系非晶質材料として、とくに禁制帯幅
が1.85eVよりも広い材料を選べば、80℃以上の温度でも
特性が劣化せず、高温動作時の安定性が特に優れている
ことがわかった。
るテトラヘドラル系非晶質材料として、とくに禁制帯幅
が1.85eVよりも広い材料を選べば、80℃以上の温度でも
特性が劣化せず、高温動作時の安定性が特に優れている
ことがわかった。
又、非晶質層の厚さは0.5〜10μｍ程度であれば、十
分な増倍率が得られることがわかった。
分な増倍率が得られることがわかった。
第１図は本発明を実施する場合の光電変換装置の原理
的構成図である。基板１、厚さ3000Å以下の信号読み出
し電極２、厚さ0.5〜5000Å程度の電荷注入阻止層３、
厚さ0.5〜10μｍ程度の電荷増倍作用を有する非晶質半
導体を含む光導電層４、厚さ50〜5000Å程度で３と逆符
号の電荷の注入を阻止する層５、対電極６が基本部分で
ある。ただしここで、光導電膜４と電極２、あるいは電
極６とのあいだに十分な整流性接触が得られている場合
には、電荷注入阻止層３あるいは５を省略することもで
きる。
的構成図である。基板１、厚さ3000Å以下の信号読み出
し電極２、厚さ0.5〜5000Å程度の電荷注入阻止層３、
厚さ0.5〜10μｍ程度の電荷増倍作用を有する非晶質半
導体を含む光導電層４、厚さ50〜5000Å程度で３と逆符
号の電荷の注入を阻止する層５、対電極６が基本部分で
ある。ただしここで、光導電膜４と電極２、あるいは電
極６とのあいだに十分な整流性接触が得られている場合
には、電荷注入阻止層３あるいは５を省略することもで
きる。
［作用］ 第１図に示す構造の光電変換装置に、非晶質半導体層
内でアバランシェ増倍を起こすために必要な電界を印加
する。発明者等が発見したように、非晶質半導体層が水
素もしくはハロゲンを含むテトラヘドラル系材料で阻止
型接合構造を形成した素子では、非晶質半導体層全体に
わたって高電界を印加でき、しかも、大面積でありなが
ら暗電流を結晶半導体の100分の一以下にできる。
内でアバランシェ増倍を起こすために必要な電界を印加
する。発明者等が発見したように、非晶質半導体層が水
素もしくはハロゲンを含むテトラヘドラル系材料で阻止
型接合構造を形成した素子では、非晶質半導体層全体に
わたって高電界を印加でき、しかも、大面積でありなが
ら暗電流を結晶半導体の100分の一以下にできる。
この状態で透光性導電膜側から光を照射すると、入射
光は非晶質層内で吸収されて電子正孔対を発生し、それ
ぞれ逆向きに印加電圧の向きで決まる方向へ走行する。
従って、採用した非晶質体内で発生した一次光電流のう
ちイオン化率の大きいほうの電荷が非晶質層内を高電界
下で走行する際に有効に電荷増倍作用が起こるように非
晶質層の膜厚と電界の向きを設定しておけば、高速の光
応答特性を維持したままで利得が１より大の高感度で、
しかも80℃以上でも安定に動作する素子特性を得ること
ができる。
光は非晶質層内で吸収されて電子正孔対を発生し、それ
ぞれ逆向きに印加電圧の向きで決まる方向へ走行する。
従って、採用した非晶質体内で発生した一次光電流のう
ちイオン化率の大きいほうの電荷が非晶質層内を高電界
下で走行する際に有効に電荷増倍作用が起こるように非
晶質層の膜厚と電界の向きを設定しておけば、高速の光
応答特性を維持したままで利得が１より大の高感度で、
しかも80℃以上でも安定に動作する素子特性を得ること
ができる。
さらに、非晶質半導体は均質かつ大面積の薄膜形成が
容易であり、簡便なプロセスで任意の基板上に堆積が可
能であり、均質な増倍率が得られる点で本発明は極めて
有効である。
容易であり、簡便なプロセスで任意の基板上に堆積が可
能であり、均質な増倍率が得られる点で本発明は極めて
有効である。
本発明を実施するにあたっての望ましいテトラヘドラ
ル系非晶質半導体材料としてはたとえばSiを主体とする
化合物があげられる。この化合物は、作製条件やSiの組
成比を変えることによって禁止帯幅を変化させることが
でき、しかも耐熱性に優れているという特徴を持つ。
ル系非晶質半導体材料としてはたとえばSiを主体とする
化合物があげられる。この化合物は、作製条件やSiの組
成比を変えることによって禁止帯幅を変化させることが
でき、しかも耐熱性に優れているという特徴を持つ。
また、図１の構成において、電荷注入阻止層を設けて
電荷注入阻止接触を強化する場合、以下に記す層が有効
である。
電荷注入阻止接触を強化する場合、以下に記す層が有効
である。
すなわち、正孔注入阻止層としては、水素もしくはハ
ロゲン元素の少なくとも一者を含む非晶質炭化珪素もし
くは窒化珪素、あるいは、水素もしくはハロゲン元素の
少なくとも一者と、P,As等のＶ族元素の少なくとも一者
とを含む非晶質炭化珪素もしくは窒化珪素、あるいは、
Ce,Ge,Zn,Cd,Al,Si,Nb,Ta,Cr,Wの少なくとも一者の酸化
物、あるいは、以上の層の２者以上の組合せが適してい
る。
ロゲン元素の少なくとも一者を含む非晶質炭化珪素もし
くは窒化珪素、あるいは、水素もしくはハロゲン元素の
少なくとも一者と、P,As等のＶ族元素の少なくとも一者
とを含む非晶質炭化珪素もしくは窒化珪素、あるいは、
Ce,Ge,Zn,Cd,Al,Si,Nb,Ta,Cr,Wの少なくとも一者の酸化
物、あるいは、以上の層の２者以上の組合せが適してい
る。
また、電子注入阻止層としては、水素もしくはハロゲ
ン元素の少なくとも一者を含む非晶質炭化珪素もしくは
窒化珪素、あるいは、水素もしくはハロゲン元素の少な
くとも一者と、B,Al等のIII族元素の少なくとも一者と
を含む非晶質炭化珪素もしくは窒化珪素、あるいは、Ir
の酸化物、あるいは、Sb2S3,As2S3,As2Se3,Se−As−Te
等のカルコゲナイド、あるいは、以上の層の２者以上の
組合せが適している。
ン元素の少なくとも一者を含む非晶質炭化珪素もしくは
窒化珪素、あるいは、水素もしくはハロゲン元素の少な
くとも一者と、B,Al等のIII族元素の少なくとも一者と
を含む非晶質炭化珪素もしくは窒化珪素、あるいは、Ir
の酸化物、あるいは、Sb2S3,As2S3,As2Se3,Se−As−Te
等のカルコゲナイド、あるいは、以上の層の２者以上の
組合せが適している。
以上、テトラヘドラル系非晶質半導体層における電荷
増倍作用をもちいた光電変換装置について述べたが、非
晶質半導体は結晶と異なり任意の異種材料の積層が可能
なので、光導電層を単層とせず、同様な電荷増倍作用を
有する異なる２種類以上の非晶質半導体の層を積層した
構成でもよく、また、光導電層全体が必ずしも非晶質半
導体である必要はなく結晶半導体と非晶質半導体の層を
積層した構成でもよく、さらに、信号読み取り回路基板
などの上に堆積した構成でもよい。本発明で必要なこと
は、光導電層を構成する層のうち少なくとも一部の層
に、接合による空乏層領域を有せず耐熱性が大きく禁止
帯幅の広い非晶質半導体を用い、強い電界を印加して非
晶質半導体層の内部で電荷増倍作用を生じさせ、感度を
高めるようにすることである。
増倍作用をもちいた光電変換装置について述べたが、非
晶質半導体は結晶と異なり任意の異種材料の積層が可能
なので、光導電層を単層とせず、同様な電荷増倍作用を
有する異なる２種類以上の非晶質半導体の層を積層した
構成でもよく、また、光導電層全体が必ずしも非晶質半
導体である必要はなく結晶半導体と非晶質半導体の層を
積層した構成でもよく、さらに、信号読み取り回路基板
などの上に堆積した構成でもよい。本発明で必要なこと
は、光導電層を構成する層のうち少なくとも一部の層
に、接合による空乏層領域を有せず耐熱性が大きく禁止
帯幅の広い非晶質半導体を用い、強い電界を印加して非
晶質半導体層の内部で電荷増倍作用を生じさせ、感度を
高めるようにすることである。
第２図、第３図に本発明を実施した場合の効果を示
す。第２図は、透光性ガラス基板上に順次透明電極、電
子注入阻止層、真性非晶質珪素層、正孔注入阻止層、Al
電極を堆積した、実効面積1cm2の受光素子（Ａ）と、透
明電極を堆積した透光性基板上に、非晶質珪素を用いて
p+πpnn+接合を形成し、その上にAl電極を堆積した、実
効面積1cm2の受光素子（Ｂ）に、（Ａ）の場合は非晶質
珪素層内全体、（Ｂ）の場合はpn接合の空乏層部分でア
バランシェ増倍が得られるような電界を印加して動作さ
せた際の、暗電流及び光電変換の利得の温度依存性を示
す。受光素子（Ｂ）では全温度域で利得が不十分であ
り、かつ、温度上昇に伴い暗電流が大幅に増加している
のに対し、受光素子（Ａ）では、利得、暗電流とも良好
な振舞を示している。
す。第２図は、透光性ガラス基板上に順次透明電極、電
子注入阻止層、真性非晶質珪素層、正孔注入阻止層、Al
電極を堆積した、実効面積1cm2の受光素子（Ａ）と、透
明電極を堆積した透光性基板上に、非晶質珪素を用いて
p+πpnn+接合を形成し、その上にAl電極を堆積した、実
効面積1cm2の受光素子（Ｂ）に、（Ａ）の場合は非晶質
珪素層内全体、（Ｂ）の場合はpn接合の空乏層部分でア
バランシェ増倍が得られるような電界を印加して動作さ
せた際の、暗電流及び光電変換の利得の温度依存性を示
す。受光素子（Ｂ）では全温度域で利得が不十分であ
り、かつ、温度上昇に伴い暗電流が大幅に増加している
のに対し、受光素子（Ａ）では、利得、暗電流とも良好
な振舞を示している。
次に、第３図は前述の素子（Ａ）と、透光性基板上に
順次透明電極、正孔注入阻止層、非晶質Se層、Au電極を
対瀬した実効面積1cm2の受光素子（Ｃ）を80℃で100時
間連続動作させた場合の素子破損率を示す。素子（Ｃ）
に比べ、素子（Ａ）の場合、破損率が大幅に低下してい
る。
順次透明電極、正孔注入阻止層、非晶質Se層、Au電極を
対瀬した実効面積1cm2の受光素子（Ｃ）を80℃で100時
間連続動作させた場合の素子破損率を示す。素子（Ｃ）
に比べ、素子（Ａ）の場合、破損率が大幅に低下してい
る。
ところで、以上では、熱的に安定なテトラヘドラル系
非晶質半導体中に於るアバランシェ効果を主に光電変換
装置へ適用した例について述べたが、本発明を光電変換
装置以外にも、より一般の増幅素子やスイッチング素子
へも適用できることは言うまでもない。
非晶質半導体中に於るアバランシェ効果を主に光電変換
装置へ適用した例について述べたが、本発明を光電変換
装置以外にも、より一般の増幅素子やスイッチング素子
へも適用できることは言うまでもない。
以下、本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例１ 透光性基板１上に酸化イリジウムを主体とする透明電
極２を形成する。その上に、非晶質半導体を含む光導電
層４として、SiH4を原料ガスとして、膜厚0.5〜10μｍ
のａ−Si:HをプラズマCVD法で形成する。その上に、SiH
4とC2H6を原料ガス、PH3をドーピングガスとして、Ｐを
50ppmドープしたａ−SiC:Hを10nmの厚さ形成し、正孔注
入阻止層５とする。さらにその上に、対電極６としてAl
電極を堆積して、第１図に示す光電変換装置を得る。
極２を形成する。その上に、非晶質半導体を含む光導電
層４として、SiH4を原料ガスとして、膜厚0.5〜10μｍ
のａ−Si:HをプラズマCVD法で形成する。その上に、SiH
4とC2H6を原料ガス、PH3をドーピングガスとして、Ｐを
50ppmドープしたａ−SiC:Hを10nmの厚さ形成し、正孔注
入阻止層５とする。さらにその上に、対電極６としてAl
電極を堆積して、第１図に示す光電変換装置を得る。
実施例２ 第４図に本発明の一実施例である１次元イメージセン
サの構成を示す。第４図（ａ）はその平面の一部を示す
図、第４図（ｂ）は（ａ）におけるAA′断面を示す図で
ある。
サの構成を示す。第４図（ａ）はその平面の一部を示す
図、第４図（ｂ）は（ａ）におけるAA′断面を示す図で
ある。
透光性基板11上に酸化イリジウムを主体とする透明導
電膜を堆積した後、フォトエッチングにより上記導電膜
を分離し、個別の読みだし電極12を形成する。その上
に、マスクを用いてSiH4とC2H6を原料ガス、B2H6をドー
ピングガスとして、Ｂを50ppmドープしたａ−SiC:Hを10
nmの厚さ形成し、電子注入阻止層13とする。さらにその
上に、同じマスクを用い非晶質半導体を含む光導電層14
として、ArとH2の混合ガスを用いてSiターゲットをスパ
ッタリングして、膜厚0.5〜10μｍのａ−Si:Hを形成す
る。さらにその上に、同じマスクを用いSiH4とC2H6を原
料ガス、PH3をドーピングガスとして、Ｐを50ppmドープ
したａ−SiC:Hを10nmの厚さに形成し、正孔注入阻止層1
5とする。さらにその上に、上記とは別のマスクを用い
共通電極16としてAl電極を堆積する。その後、読みだし
電極12を基板上に設けた走査回路にボンヂングなどの手
段によって接続し、１次元イメージセンサを得る。
電膜を堆積した後、フォトエッチングにより上記導電膜
を分離し、個別の読みだし電極12を形成する。その上
に、マスクを用いてSiH4とC2H6を原料ガス、B2H6をドー
ピングガスとして、Ｂを50ppmドープしたａ−SiC:Hを10
nmの厚さ形成し、電子注入阻止層13とする。さらにその
上に、同じマスクを用い非晶質半導体を含む光導電層14
として、ArとH2の混合ガスを用いてSiターゲットをスパ
ッタリングして、膜厚0.5〜10μｍのａ−Si:Hを形成す
る。さらにその上に、同じマスクを用いSiH4とC2H6を原
料ガス、PH3をドーピングガスとして、Ｐを50ppmドープ
したａ−SiC:Hを10nmの厚さに形成し、正孔注入阻止層1
5とする。さらにその上に、上記とは別のマスクを用い
共通電極16としてAl電極を堆積する。その後、読みだし
電極12を基板上に設けた走査回路にボンヂングなどの手
段によって接続し、１次元イメージセンサを得る。
上記実施例1,2の光電変換装置に５×107V/m以上の電
界を透光性基板側が対電極にたいして負になるような向
きに印加した場合、光応答特性を損なうこと無く、利得
１を越える高感度が実現でき、それらを80℃で長時間連
続動作させた場合にも、特性変化は生じなかった。
界を透光性基板側が対電極にたいして負になるような向
きに印加した場合、光応答特性を損なうこと無く、利得
１を越える高感度が実現でき、それらを80℃で長時間連
続動作させた場合にも、特性変化は生じなかった。
実施例３ 第５図に本発明の別の実施例である撮像管の構成図を
示す。ガラス基板18上にIn2O3を主体とする透明電極19
を形成する。その上に、PH4をドーピングガスとして、
Ｐを50ppmドープしたａ−Si:Hを10nmの厚さ形成し、正
孔注入阻止層20とする。次にSiH4を原料ガスとして、膜
厚0.5〜10μｍのａ−Si:HをプラズマCVD法で形成し、光
導電層21を得る。次に電子注入阻止層として、Sb2S3を1
0-1TorrのAr雰囲気中で膜厚100nmに堆積する。以上18か
ら22により撮像管ターゲット部を得る。このターゲット
部を、カソード171,電子ビーム偏向集束電極172を含む
ガラス管17に組み込み、真空排気して撮像管を得る。
示す。ガラス基板18上にIn2O3を主体とする透明電極19
を形成する。その上に、PH4をドーピングガスとして、
Ｐを50ppmドープしたａ−Si:Hを10nmの厚さ形成し、正
孔注入阻止層20とする。次にSiH4を原料ガスとして、膜
厚0.5〜10μｍのａ−Si:HをプラズマCVD法で形成し、光
導電層21を得る。次に電子注入阻止層として、Sb2S3を1
0-1TorrのAr雰囲気中で膜厚100nmに堆積する。以上18か
ら22により撮像管ターゲット部を得る。このターゲット
部を、カソード171,電子ビーム偏向集束電極172を含む
ガラス管17に組み込み、真空排気して撮像管を得る。
実施例４ 次に実施例３と同様、本発明を撮像管へ適用した例を
示す。本実施例では、テトラヘドラル系元素としてGeを
用いたものである。第５図において、ガラス基板18上に
In2O3を主体とする透明電極19を形成する、その上にPH4
をドーピングガラスとしてＰを50ppmドープしたａ−Si:
Hを10nmの厚さに形成し、正孔注入阻止層20とする。次
にGeH4を原料ガスとして、プラズマCVD法により膜厚0.5
〜10μｍのａ−Ge:Hを形成し、光導電層21を得る。次に
電子注入阻止層として、Se−As−Teより成る非晶質材料
を10-1TorrのN2雰囲気中で膜厚100nmに堆積する。この
ようにして得られた撮像管ターゲット部を用い実施例３
と同様の方法によって撮像管を得る。
示す。本実施例では、テトラヘドラル系元素としてGeを
用いたものである。第５図において、ガラス基板18上に
In2O3を主体とする透明電極19を形成する、その上にPH4
をドーピングガラスとしてＰを50ppmドープしたａ−Si:
Hを10nmの厚さに形成し、正孔注入阻止層20とする。次
にGeH4を原料ガスとして、プラズマCVD法により膜厚0.5
〜10μｍのａ−Ge:Hを形成し、光導電層21を得る。次に
電子注入阻止層として、Se−As−Teより成る非晶質材料
を10-1TorrのN2雰囲気中で膜厚100nmに堆積する。この
ようにして得られた撮像管ターゲット部を用い実施例３
と同様の方法によって撮像管を得る。
実施例3,4の撮像管において、透明電極が正となる向
きに8x107V/m以上の電界を印加した場合、光応答特性を
損なうこと無く、利得１を越える高感度が実現でき、ま
た、その動作は、熱的に安定であることが確認出来た。
きに8x107V/m以上の電界を印加した場合、光応答特性を
損なうこと無く、利得１を越える高感度が実現でき、ま
た、その動作は、熱的に安定であることが確認出来た。
［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明により、阻止型構造
の光導電膜を用いた受光素子のすぐれた光応答特性を劣
化させること無く、利得が１より大の高感度で、熱的に
安定な、光電変換装置を得ることが出来る。
の光導電膜を用いた受光素子のすぐれた光応答特性を劣
化させること無く、利得が１より大の高感度で、熱的に
安定な、光電変換装置を得ることが出来る。
第２図は、受光素子の暗電流，光電変換の利得の温度依
存性を示す図、第３図は、受光素子の破損率を示す図、
第１図は、電荷注入阻止型構造を有する光電変換装置の
原理的構成を示す図、第４図は、本発明の一実施例であ
る１次元イメージセンサの構成図、第５図は、本発明の
一実施例である撮像管の構成図である。 １……基板、２……信号読みだし電極 ３……電荷注入阻止層、４……光導電層、 ５……電荷注入阻止層、６……対電極
存性を示す図、第３図は、受光素子の破損率を示す図、
第１図は、電荷注入阻止型構造を有する光電変換装置の
原理的構成を示す図、第４図は、本発明の一実施例であ
る１次元イメージセンサの構成図、第５図は、本発明の
一実施例である撮像管の構成図である。 １……基板、２……信号読みだし電極 ３……電荷注入阻止層、４……光導電層、 ５……電荷注入阻止層、６……対電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鮫島 賢二 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 松原 宏和 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 石岡 祥男 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 設楽 圭一 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 河村 達郎 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 竹歳 和久 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 谷岡 健吉 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 山崎 順一 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】非晶質半導体層を少なくとも含む光導電層
を有する光電変換装置において、該非晶質半導体層がシ
リコンを主体とし、かつ水素およびハロゲン元素の少な
くとも一方を含み、該光導電層が、外部電極との間に、
外部からの電荷の注入を阻止するような性質の電気的接
合構造を有し、該非晶質半導体層に電界を印加し、該非
晶質半導体層内の主として上記接合の界面以外の領域で
電荷増倍作用を生じせしめて動作させることを特徴する
光電変換装置。 - 【請求項２】前記光導電層に用いられる電荷増倍作用を
行わしむるシリコンを主体とする非晶質半導体が、1.85
eVをこえる禁制帯幅を有することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光電変換装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62065633A JPH088075B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 光電変換装置 |
| EP88101954A EP0283699B1 (en) | 1987-03-23 | 1988-02-10 | Photoelectric conversion device |
| DE3850157T DE3850157T2 (de) | 1987-03-23 | 1988-02-10 | Photoelektrische Umwandlungsanordnung. |
| US07/155,809 US4980736A (en) | 1987-03-23 | 1988-02-16 | Electric conversion device |
| US07/561,678 US5233265A (en) | 1986-07-04 | 1990-08-01 | Photoconductive imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62065633A JPH088075B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63236247A JPS63236247A (ja) | 1988-10-03 |
| JPH088075B2 true JPH088075B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=13292621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62065633A Expired - Lifetime JPH088075B2 (ja) | 1986-07-04 | 1987-03-23 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088075B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS624865A (ja) * | 1985-06-29 | 1987-01-10 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 真空処理装置のシ−ル装置 |
| JPH0687404B2 (ja) * | 1986-07-04 | 1994-11-02 | 日本放送協会 | 撮像管及びその動作方法 |
| JPH0687404A (ja) * | 1992-07-20 | 1994-03-29 | Toyota Motor Corp | サイドエアバッグ装置の衝突センサ取付構造 |
-
1987
- 1987-03-23 JP JP62065633A patent/JPH088075B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63236247A (ja) | 1988-10-03 |
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