JPS63240080A - 光電変換装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光電変換装置に関し、特に、例えば、−次元
ラインセンサを有し、その−次元ラインセンサ上に対し
密着させた状態で原稿を相対的に移動させながら画像情
報を読み取るファクシミ装置、イメージリーダー装置に
適用するのに好適な光電変換装置に係る。

〔従来技術〕

従来、ファクシミリやデジタル複写機やイメージリーグ
等の画像情報処理装置において、光電変換装置として光
センサが利用される。特に、近年においては、半導体層
として水素化アモルファスシリコン（以下ｒＡ−３ｉ：
ＨＪと記す）を用いた光センサを一次元に配列して長尺
ラインセンサを形成し、該ラインセンサを搭載した高感
度な画像読み取り装置が提案されている。

この様な光電変換装置の先行技術としては、第　図に示
す薄膜トランジスタ（以下「ＴＰＴ」と略す）を光セン
サとして用いた技術（特許願昭和６１年第１４２９８６
号）が本出願人により提案されている。この提案は、光
電流を安定させ、光電流の光照度依存の直線性向上のた
めに成されたものである。

第　図において、透明又は不透明の絶縁基板１上には、
透明又は不透明の導電層がバターニングされてゲート電
極５が形成され、更に、ｓｉｏ、やＳｆ　Ｎ　ｘ等の絶
縁膜６がスパッタリング法やグロー放電法により形成さ
れている。絶縁膜６上には、上述したように光導電層と
してのＡ−３ｔ：Ｈの半導体層２、ドーピング半導体層
３及び３′、主電極４及び４′、（ここではドレイン電
極４及びソース電極４′とする）が形成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

而し乍ら、上記先行技術には、次に述べるような、更に
改善されるべき問題点が残っている。即ち、上記光セン
サの半導体層に用いられるＡ−３ｉ：Ｈとしては、良好
な光電変換特性を得るために膜中の水素濃度が低く、且
つシリコン原子と水素原子との結合形態としてはＳｉＨ
２結合よりもＳｉＨ結合の方が多いものが利用されて来
たが（特開昭５７−２８３６８参照）、このようなＡ−
Ｓｉ：Ｈ膜を得るためには比較的低い電力で放電を行な
い、従って遅い堆積速度でＡ−８ｔ：Ｈ膜を形成する必
要があった。

ところが、堆積速度を遅（すると、真空チャンバの内壁
等から放出されるガス（０□、Ｃｏ２．Ｈ２Ｏ等）を取
り込み易く、しかもその放出量は成膜回数やチャンバ内
を大気にさらした時間等によって一定ではないために、
安定した光電変換特性（特に、゛十分に大きな光電流）
を再現性良（得ることが困難であった。

一方、高い放電電力によってグロー放電を行うと、堆積
速度が速くなり、従ってチャンバ内の不純物等からの影
響を小さく抑えることが可能ではあるが、良好な光電変
換特性を得るために必要とされる、水素濃度の上限（シ
リコン原子に対して約１０％）を越える水素原子が膜中
に取り込まれてしまうと云う問題があった。そして高濃
度に水素原子を含むようなＡ−３ｉ：Ｈ半導体薄膜にお
いても良好な光電変換特性（十分に大きなＳＮ比及び光
電流）が得られるための改善案は実質なされていなかっ
た。

本出願に係る第１発明は、水素を高濃度に含むＡ−３ｉ
：Ｈ膜（即ち、はぼ同義的に不純物等の影響の少ないＡ
−８ｉ：Ｈ膜）を半導体層とした光センサを有する光電
変換装置であっても十分に大きな光電流とＳＮ比とを有
し、しかも長時間の使用に於いてもセンサからの出力の
変化が極めて少ないと云う特性を有する光電変換装置を
提供することにある。

また、本出願に係る第２発明は、上記第１の発明の目的
とともに、駆動素子のしきい値電圧ｖ　ｔｈの移動も少
なく、従ってドレイン電流の経時的変化が少なく、装置
全体として安定した信号出力が可能である光電変換装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本出願に係る第１発明は、絶縁基板と、該絶縁基板上に
形成された非晶°質シリコンから成る半導体層と、該半
導体層上に形成された一対の相対向する主電極と、絶縁
膜を介して前記半導体層に形成されたゲート電極とを有
し、外部から光を該半導体層に入射させるように構成し
た光センサを有する光電変換装置において、前記半導体
層は、シリコン原子に対して水素原子を３０原子％乃至
６０原子％と、周期律表第Ｖ族に属する原子の少な（と
も１種を２００ｐｐｂ乃至１１０００ｐｐ含むことを特
徴とする。

本出願に係る第２発明は、絶縁基板と、該絶縁基板上に
形成された非晶質シリコンから成る半導体層と、該半導
体層上に形成された一対の相対向する主電極と、絶縁膜
を介して前記半導体層に形成されたゲート電極とを有し
、外部から光を該半導体層に入射させるように構成した
光センサと、前記絶縁基板上に形成された非晶質シリコ
ンから成る半導体層と、該半導体層上に形成された一対
の相対向する主電極と、絶縁膜を介して前記半導体層に
形成されたゲート電極とから成る、前記光センサを駆動
するための駆動素子とを有する光電変換装置において、
前記半導体層はシリコン原子に対して水素原子を３０原
子％乃至６０原子％と、周期律表第Ｖ族に属する原子の
少なくとも１種を２００ｐｐｂ乃至１０００ｐｐ’ｍ含
むことを特徴とする。

絶縁基板としては、例えばガラス、セラミック等を使用
すれば良い。また透明な絶縁基板を使用しても不透明な
基板を使用しても良い。透明な基板を使用した場合には
、この絶縁基板を通して光を半導体層に入射せしめるこ
とができる。

該半導体上に対向して形成された一対の主電極と、該半
導体層と絶縁膜を介して形成されるゲート電極の位置関
係としては、所謂上ゲートスタガー型、上ゲートコプレ
ナー型、下ゲートスタガー型。

下ゲートコプレナー型とすることができる。

第Ｖ族に属する原子としては、主としてｖ　（ｂ）族に
属する原子が用いられる。例えばＮ、　Ｐ、　Ａｓ。

Ｓｂ、　Ｂｉである。また、これらの原子は１種でも良
く、２種以上を併有しても良い。

・これら原子の濃度としては後で述べるように２００ｐ
ｐｂ乃至１１０００ｐｐとされるのが好ましい。

また半導体層の母体となるＡ−３ｔ：Ｈ膜中のシリコン
原子に対する水素原子の割合は、光センサとして用いた
ときに、十分な光電流を得るのに有害な不純物が一定量
以下になるように、高速で成膜されるべし、と云う要請
から３０％乃至６０％とされるのが好ましい。

なお、主電極にはＡｊ！、Ｃｒ等の導電性の金属を用い
れば良い。その形成手段は、例えばスパッタリング法等
の常用手段を用いれば良い。

また、不純物のドーピング手段としては、ＳｉＨ４ガス
からのグロー放電分解法の場合、ＰＨ３＋　Ｎ２＋ＮＨ
３，ＡｓＨ３ガス等を混合してドープする等、通常知ら
れる諸々の手段を用いることができる。

〔作　用〕

このように、Ａ−３ｉ：Ｈ膜を高速で成膜するために、
十分に大きな光電流を得るのに有害な不純物をチャンバ
内壁等よりとり込むことが少なくなった。また、このと
き、低速で成膜したときに比゛べ°て多量にとり込まれ
る水素原子によって劣化される光電変換特性は、周期律
表第Ｖ属の原子を２００ｐｐｂ乃至１１０００ｐｐドー
ピングすることによってほぼ完全に補償される。

また、上記の如き組成のＡ−３ｉ：Ｈ膜に、一対の相対
向する主電極と、ゲート電極とを設けてＴＰＴ構造とす
ることで、しきい値電圧Ｖｔｈの経時的変化が小さく抑
えられた光センサ或いは駆動素子となる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明による光電変換装置を製造するための
プラズマＣＶＤ装置の概略的構成図である。

この装置を用いて第　図に示すＴＦＴ型の光センサを以
下のようにして製造した。

（実施例１） ゲート電極５及び絶縁膜６を施したガラス基板１を基板
ホルダ１６に固定した後、チャンバｌｌ内を１０＝　Ｔ
　ｏ　ｒ　ｒまで減圧し、基板温度を２００℃にして、
５ｉＨ４１００％を２００ｓｅｃｍ、水素稀釈１１００
ｐｐのＰＨ３を０．４ｓｅｃｍ流し、内圧を０．ＩＴｏ
ｒｒに設定した。そして電力密度Ｑ、９Ｗ／ｃｔｒｒ、
周波数１３　、５６　Ｍ　Ｈｚの高周波を５０分間印加
してグロー放電を発生させた。これによって、絶縁膜６
上に厚さ１μｍの非晶質シリコンの半導体層２が堆積し
た。

この光導電層を元素分析した結果、Ｈ／５ｉ＝３３％。

Ｐ　／　Ｓｉ　＝　１．７ｐｐｍであった。また光導電
層２にＡＭＩ（７５ｍ　Ｗ　／　ｃ　ｒｄ　）の光を照
射して導電率を測定すると、光導電率σｐ＝１．８Ｘ　
１０””Ｓ　＊　ｃｍ−’、暗導電率ｃ　ｄ　＝　８，
３　Ｘ　Ｉ　Ｏ−”Ｓ−ｃｍ−’であった。

また、以上の成膜工程を１０回繰り返したが、１０回目
の成膜によって得られた半導体層のσｐ。

σｄはともに１回目のそれとほとんど変わりなかった。

次にＡ−３ｉ：Ｈ中にドープされるリン（Ｐ）濃度を１
０ｐｐｂから５０００　ｐｐｍまで変化させて同じくσ
ｐとσｄを測定したところ、σｐは約１００１）Ｉ）ｂ
前後から急激に増加し、ドープ量を多くするにつれて単
調に増加する傾向にあった。しかし、１０００　ｐ　ｐ
　ｍを越えるところに至ると、σｄの増加の仕方がσｐ
のそれを上回り、ＳＮ比（σｐ／σｄ）が１０分の１以
下と急激に悪化し、これより高濃度の半導体層を用いた
のでは光センサとしては不向きであることがわかった。

次に前記半導体層上に一対の相対向するオーミックコン
タクト層３及び主電極４をこの順に形成し、ソース・ド
レーン間電圧（Ｖｓｏ）　：　ＩＯＶ、ゲート電圧（Ｖ
ｇ）　：　ＩＯＶ　テ、このＴＦＴ型センサを２時間動
作させた。このときのしきい値電圧の変化量（ΔＶ　＋
ｈ　）とリン（Ｐ）濃度との関係を第２図Ａに示す。同
図ＢはＶｓｏ＝ｌＯＶ、Ｖｇ＝−２Ｖとしたときのグラ
フである。（但し、２時間経過後のしきい値の変化は負
の値をとる）この図から明らかな通り、リン濃度を約２
００ｐｐｂ以上とすることでΔｖ２の経時的変化が十分
に低（抑えられることがわかる。

以上の事実より第Ｖ族の原子のドーピング量としては２
００ｐｐｂ乃至１１０００ｐｐとすることが好ましい。

（実施例２） 洗浄したガラス基板３１にスパッタリング法によってＡ
Ｉ！層を形成し、バターニングを施すことでゲート電極
とした。続いてＳｉＨ４，Ｈ２，ＨＮ３の原料ガス雰囲
気中でグロー放電を生起させＳｉＮ層３３を形成した。

次に実施例１と同様にして半導体層３４．オーミックコ
ンタクト層３５．主電極３６を形成し、エツチング法に
より、センサ部のギャップ、ＴＰＴのチャンネル部及び
センサ部、コンデンサ部、ＴＦＴ部、マトリクス部の分
離領域を形成しミ第３図に示すような光電変換装置を形
成した。

この光電変換装置を通常の条件下で動作させたところ、
光センサと駆動素子におけるドレイン電流の経時的変化
が従来例に比べ格段に小さく良好な特性を示した。また
１０回目以降の成膜によって得られた光電変換装置もこ
れと同等な特性を示し、再現性良く、良好な特性を有す
る光電変換装置が得られることもわかった。

〔発明の効果〕

本出願に係る第１の発明によれば以下の諸々の効果が得
られる。

■チャンバ内からの半導体層への不純物の取り込みが自
動的に少な（なり、光電流が十分に太き（なる。

■第Ｖ族の原子をドープすることによってＳｉＨ２結合
の多さに起因する光電流の低下を抑制す°ると同時にＴ
ＦＴ型としたときのドレーン電流の経時的変化が極めて
強く抑えられる。

本出願に係る第２の発明によれば第１の発明によって得
られる効果の他にセンサ部、ＴＦＴ部等が一体形成可能
で、安定した出力特性が得られると云う効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置をつくるためのプラズマ
ＣＶＤ装置。 第２図は本発明の半導体層におけるリンドープ量とゲー
ト電圧の経時的変化の関係を表すグラフ。 第３図は本発明に係る第２発明の光センサ及び駆動素子
一体型の光電変換装置。 第４図は先に本出願人より提案されたＴＦＴ型の光セン
サを示す図である。 ｌ・・・ガラス基板、２・・・半導体層、３・・・オー
ミックコンタクト層、４・・・主電極、５・・・ゲート
電極、１１・・・チャンバ、１５・・・基板ホルダー、
１６・・・ガス導入口、３０１・・・基板、３０４・・
・半導体層、３０７・・・マトリクス部、３０８・・・
センサ部、３０９・・・駆動素子部、３１０・・・コン
デンサ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された非晶質シ
   リコンから成る半導体層と、該半導体層上に形成された
   一対の相対向する主電極と、絶縁膜を介して前記半導体
   層に形成されたゲート電極とを有し、外部から光を該半
   導体層に入射させるように構成した光センサを有する光
   電変換装置において、前記半導体層は、シリコン原子に
   対して水素原子を３０原子％乃至６０原子％と、周期律
   表第Ｖ族に属する原子の少なくとも１種を２００ｐｐｂ
   乃至１０００ｐｐｍ含むことを特徴とする光電変換装置
   。
2. （２）絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された非晶質シ
   リコンから成る半導体層と、該半導体層上に形成された
   一対の相対向する主電極と、絶縁膜を介して前記半導体
   層に形成されたゲート電極とを有し、外部から光を該半
   導体層に入射させるように構成した光センサと、前記絶
   縁基板上に形成された非晶質シリコンから成る半導体層
   と、該半導体層上に形成された一対の相対向する主電極
   と、絶縁膜を介して前記半導体層に形成されたゲート電
   極とから成る、前記光センサを駆動するための駆動素子
   とを有する光電変換装置において、前記半導体層はシリ
   コン原子に対して水素原子を３０原子％乃至６０原子％
   と、周期律表第Ｖ族に属する原子の少なくとも１種を２
   ００ｐｐｂ乃至１０００ｐｐｍ含むことを特徴とする光
   電変換装置。