JPS62181476A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS62181476A
JPS62181476A JP61021990A JP2199086A JPS62181476A JP S62181476 A JPS62181476 A JP S62181476A JP 61021990 A JP61021990 A JP 61021990A JP 2199086 A JP2199086 A JP 2199086A JP S62181476 A JPS62181476 A JP S62181476A
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heterojunction
semiconductor
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Hidetoshi Nozaki
野崎 秀俊
Hiroshi Ito
宏 伊東
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Light Receiving Elements (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、光学的禁止帯幅の異なる2種の半導体層によ
り構成されるヘテロ接合を含む半導体装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
非晶質シリコン(以下a−81と記す)は曖几た光4電
性を有し、太陽電池、光センナ、感光体、イメージセン
サなどの光電変換素子そして光導電膜積層型固体撮像素
子に応用されている。
これらの光電変換素子においては、短波長光に対する感
度(青感度)を向上させる目的で、入射光側に水素化非
晶質シリコンカーバイド(以下a−8iC:Hと記す)
と水素化非晶質シリコン(以下a−Si:’tIと記す
)のヘテロ接合a −8iC:H/ a−81:Hが設
けらノtている。場合が多い。
しかしながら、炭素の共有結合半径は0.77X、シリ
コンのそれは1.17Aであるために、上d己ヘテロ接
合界面には格子不整合に起因する欠陥準位が多数発生し
、光励起キャリアの再結合による青感度の低下を招いて
いた。
この問題を解決するために、上記ヘテロ接合界面に、両
生導体層の化学的組成の中間にある半導体層を介在させ
る方法が考案された(特開昭6O−50973)。第3
図に、この構造の一例を示す、導電性基板11の上にa
−8i:H(On層12.a−8i:Hの1層13を積
層し、その上にヘテロ接合を形成するp型のa−8iC
:Hの窓層14を積層する前に、xMの原料ガスである
モノシランおよびその誘導体ガス中にa−8ie :、
Hの炭素源となる炭化水素を短時間導入することにより
a−stc:)fとa−3t:)Iの中間層15が形成
される。16は透明導電膜、17は金属集1に電極であ
る。中間層15を設けることにより、格子不整合により
歪は緩和され、光電変換素子のリーク■イ5流防止と考
1感度向上が実現される。
しかしながら、化学的組成の中間1鳥15をヘテロ接合
に介在させた光電変換素子は、光応答速度が中間層15
を設けない場合よりは遅くなるという問題が発生してい
た。これは、中1!f11W L 5が比較的高抵抗層
であり、また光導電性が劣るためlこ、光励起キャリア
の中間1−15における走行性が悪いということに起因
すると考えられる。ここで走行性とは、モビリティ−と
ライフタイムの積を意味する。光応答速度が遅いと、イ
メージセンチや固体撮像素子のような高速光応答性能を
要求されるデバイスでは致命的な問題となる。特に、 
 a −81を光導電層に用いた光導電膜積層型固体撮
像素子の残像特性を劣らせる一因になっていた。
従って、ヘテロ接合の格子不整合性を緩和しかつ光励起
キャリアの十分な走行性を満足し光応答速度を遅くしな
いような中間層の構造が、イメージセンサや光導電膜積
層型固体撮像素子において求められている。
〔発明の目的〕
この発明は上述した従来装置の欠点を改良したもので、
ヘテロ接合界面の格子不整合性を緩和しかつヘテロ接合
界面I−での光励起をヤリアの走行性を改善することに
より、青感度を向上させると同時に光応答速度を速くす
ることのできる光電変換素子などの半導体装置を提供す
ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、光学的禁止帯幅の異なる2種の半導体層より
構成されるヘテロ接合界面に、夫々電子。
正孔の走行性が(&れている互いに光学的禁止帯幅の異
なる半導体層を交互に積層させた超薄膜積層型半導体層
を介在させるように(1り成したものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ヘテロ接合の格子不整合性が緩和され
るとともに接合界面層における光励起Φヤリアの走行性
が改善される効果がある。
〔発明の実施例〕
本発明を光導電膜積層型固体撮像素子の光電変換素子部
に応用した実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第1図に、本発明による光電変負素子部の構造断面模式
図を示す。21は、金属の第2電極であり、電荷結合素
子(CCD)の蓄積ダイオードとコンタクトする金属の
第1電極と電気的に接続される。
上記21の上に、i壓のa−stc:aあるいはn型の
a−stc:H,n型のa−8iC:Hの22を積層し
7、七の上に主たる光電流の生成部であるl型のa −
8iC:H層の23が積層される。
更にその上に、1型a−8iC:Hの241と1型a−
8iC:Hの242により構成される単位償屓膜が2周
期以上積層された超薄膜積層型半導体層24が形成され
ている。その後p型のa−8I C’ H25、透明導
電膜26そして端子電極27が形成される。
a−3tは、モノ7ランおよび高次シランを原料ガスと
したグロー放電分解により形成され、a −8IC:B
Iを形成する場合はメタン、アセチレンおよびエチレン
などの炭化水素をグロー放電中に導入すれば良い。p型
およびn型a−3iは、グロー放電中に、夫々、ジボラ
ンおよびホスフィンナトのドーピングガスを添加すれば
良い。なお、  a −8iはグロー放電分解に依らな
くとも、光励起プロセスによる分解過程を利用して成膜
することもできる。
25のp a −8iC: Hと23の1a−3t:H
のヘテロ接合界面における格子不整合性が検相される程
度は、241の1a−8IC:H層膜厚diと242の
1a−8i:H層j換厚d2に依存し、また単位積層膜
の周期数mに依存する。格子不整合性を緩和するのに必
要なdl+d2そしてmの最適値は241層と242層
の形成条件により異なるが、およそd、とd2は5X〜
100Xの範囲内、mは2〜20の範囲内にあれば有効
でろり、格子不整合性の緩和に伴う光励起キャリアの界
面再結合抑制と再結合電流抑制による暗電流低下が認め
られた。その結果、従来構造(第3図)に劣らない青感
度などの特性向上が達成できた。上記のdlとd2は、
薄すぎると格子不整合性を緩和するに至らず、一方厚く
なりすぎると逆に241層と242層のヘテロ接合性が
強くなり、歪による欠陥準位を、1″tl加させる結果
VCなる。同様に周期数mが大きくなりすぎると、界面
欠陥準位の増加による特性の劣化が認められた。dl 
、d2そしてmが上記範囲内の適正値にある場合に限っ
て、p a−3iC:H/ i a −8i :Hヘテ
ロ接合界面の歪Vi、24の超薄膜積層型半導体層に吸
収され、緩和される効果がある。勿論、超薄膜積層型半
導体層24の膜厚が厚くなりすぎると高抵抗層を形成す
るることになり、特性を落とすことになるので、24の
膜厚は全体として4000X以内に設定する必要がある
次に、光応答性の改善に関して説明する。
第3図の従来構造では、中間層15がa−8iC:H層
のみにより形成されていたため、電子と正孔のうち、特
に正孔の中間層15vcおける走行性が悪くなり、光応
答速度の低下を招いていた。
本発明においては電子と正孔の走行性に優れている1a
−81:H層242と正孔よりも電子の走行性に優れて
いる。1a−3iC:H層241の超薄膜積層構造によ
り中間層24が形成されているので1両層の特長が相乗
されて、中間層24において、電子の走行性を劣化させ
ることなく正孔の走行性を従来より改善することができ
、光応答時間を短くすることができる。
第2図に光電変換素子部における周期数mをパラメータ
にした光応答時間を示す。この測定においては、中間層
24の膜厚を50A〜400A の範囲内にある値に固
定しs  dlとd2の膜厚値を等しくした。光電変換
膜には一1vの逆バイアス直圧を印加した状態で、緑色
LEDをパルス状に照射し、光を遮断した場合の立ち下
がり信号電流が光照射時の信号電流のlOチに達するの
に要する時間を光応答時間として測定した。
第2図に示されるように、本実施例に従えば従来構造(
第3図)mは光応答時間を短くし得ることが確認された
。実際に、本実施例を用いた光導電膜積層型固体撮像素
子の残像特性は、従来構造の場合に比較して大きく改善
された。
f/I ;’Rtlff i沓RJ ’Nl5LX仕W
cハ中flJI b 9A if b mイー光励起キ
ャリアの走行性が改善される理由のひとつに、光学的禁
止帯幅が異なる241層と242層の接合界面において
局所電界が発生し、光励起キャリアがその電界により加
速され、キャリア平均速度が増加する点も挙げられる。
本実施例の中間層24における光学的禁止帯幅は、1a
−8iC:H層241が1.9 eV〜2.8 eV 
(Eg 1と記す)でおるように形成したが、上記のキ
ャリア平均速度を増加させる意味からもsEgxとEg
2を異ならせる必要がある。
超薄膜積層を半導体層24を構成するEgxとEgzの
異なった241層と242層の組み合わせには、本実施
例の他、第1表に示す組み合わせも特性向上に有効であ
る。
以下余白 第1表 1i1表において、24.層と242層がa −8iC
:Hで形成される場合には、ブロー放電中に導入する炭
化水素の世を調節して、光学的禁止帯幅EgxとEgz
を異ならせることができる。
なお、超薄膜積層型半導体層240単位積層膜である2
41層と242層の膜厚d1およびdzs光学的禁止帯
幅EglおよびEg2はすべての周期で同一である必要
はなく、各周期で異なった値を有しても良いことは言う
までもない。
また、本発明では、ドーパントの不純物濃度が1×10
 (cIrL )以下の場合には、i型層とみなすこと
ができる。
以上、a−8iC:H/ a −6t :Hヘテロ接合
の場合について説明してきたが、他のヘテロ接合すなわ
ち窒化膜を用いたヘテロ接合例えばa−8iN:H/a
 −3i:Hあるいはシリコン・ゲルマニウム合金膜を
用いたヘテロ接合、例えばa −8iC:H/ a−8
i :HiC本発明を適用しても同様な効果が得られる
。a−8iN:H/a  St:Hヘテロ接合の場合に
は、241層と242の少くとも1層がa−8kN:H
で形成され、a−8iC:H/ a −8t :Ge:
Hヘテロ接合の場合には、24、層と242層の少くと
も1層がa−8iC:Hで形成されていれば良い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明により光電変換素子部の構造断面模式図
、第2図は単位積層膜の周期I!!Lmをパラメータと
した光応答時間の図、i3図は従来の光電変換素子部の
断面図である。 25.23・・・ヘテロ接合形成層 24・・・超薄膜積層型半導体層 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同    竹 花 喜久男 第  1 図 第  3  図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光学的禁止帯幅が異なる2種の半導体層より構成
    されるヘテロ接合において、該ヘテロ接合を形成する2
    種の半導体層間に互いに光学的禁止帯幅の異なる半導体
    層を交互に積層させて形成される超薄膜積層型半導体層
    が介在することを特徴とする半導体装置。
  2. (2)ヘテロ接合の構成層と超薄膜積層型半導体層が非
    晶質シリコンを母体とする半導体より成っていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  3. (3)ヘテロ接合が、水素化非晶質シリコンカーバイト
    と水素化非晶質シリコンより構成されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  4. (4)超薄膜積層型半導体層が、水素化非晶質シリコン
    カーバイトと水素化非晶質シリコンより構成されている
    特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  5. (5)光電変換素子であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置。
  6. (6)光導電膜積層型固体撮像素子であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
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