JPS6384080A - 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
密若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リ装置、イメージリーグ装置に
適用する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ダ
等の画像情報処理装置において、光電変換装はとしてフ
ォトセンサが利用される。

特に、近年においてはフォトセンサを一次元に配列して
長尺ラインセンサを形成し、これを用いて高感度な画像
読み取り装置において用いられるフォトセンサとしてア
モルファスシリコン（以下ａ−５ｔ：Ｈと記す）ｇ膜半
導体が用いられる。

このｇ膜半導体を用いたフォトセンサには、大きく分け
てフォトダイオード型及び光導電型の２種類がある。

フォトダイオード型では、電極間の接合に逆バイアス電
圧が印加されているために、光によって発生した電子・
正孔対が各々の両電極に到達して一次光電流が流れるの
みであり、それ以上電極からキャリアは注入されない。

それに対して、光導電型では、電子又は正孔が電極から
注入可能であるために、半導体内の電子又は正孔の密度
が十分に高くなり、電極間に電圧を印加することによっ
てフォトダイオード型に比べてはるかに大きな出力電流
（２次光電流）を得ることができる。

ところで、従来光導電型のセンサを有する光電変換装数
の先行技術としては次の技術が知られ、あるいは提案さ
れている。

■第１１図に示すＴＦＴを光センサとして用いた技術（
画像電子学会誌１９８６年第１５巻第１号、以下この技
術を従来例という、）。

第１１図において、ガラス又はセラミクス等の絶縁基板
１上には、光導電層としてのＣｄＳ・Ｓｅやａ−３ｉ：
Ｈ等の半導体層２が形成され、ざらにオーミックコンタ
クト用のドーピング半導体層３及び３′を介して一対の
主電極４及び主電極４′が形成されている。ただし、電
極から半導体層２へ注入されるキャリアが電子であれば
、ドーピング半導体層３及び３゛はｎ型、正孔であれば
ｐ型−ｒ！ある。

このような構成において、絶縁基板１側（絶縁基板１が
透明な場合）又は主電極４及び主電極４′側から光が入
射すると、主電極４及び主電極４゛との間の半導体層ｚ
内には光励起によって伝導に寄与する電子又は正孔の密
度が高くなる。

従って、図示されるように、主電極４及び主電極４′間
に電圧を印加しておけば、光入射によって大きな２次電
流が信号電流として流れ、図示されていない負荷抵抗の
両端から大きな出力を得ることができる。

■第１２図に示すＴＦＴを光センサとして用いた技術（
特許願昭和６１年第１４２９８６号、以下この技術を先
行例１という、なお、この技術は公知ではない）。

この技術は、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、センサ部に補助電極を設ける構成
として本出願人によって提案されたものである。

第１２図は本出願人によって既に提案されている改良型
の光電変換装置における光導電型センサ及びその駆動素
子についての概略を説明するための基本構成図である。

第１２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パターニングされてゲート
電極５が形成され、さらに。

Ｓｉｎ、やＳｉＮｘ等の絶縁膜６がスパッタリング法や
グロー放電法等によって形成されている。

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及び主電極４′　（ここではドレイン電極４
及びソース電極４′とする。）が各々形成されている。

ただし、ここではドーピング半導体層３及び３°をｎ型
で形成し、電子を注入キャリアとする場合を示す。

このような構成の光導電型センサにおいて、図示されて
いるように、主電極４及び主電極４′との間に直流電源
７を、ソース電極４′及びゲート電極５間に可変直流電
源８を各々接続する。ただし、可変直流電源８は極性も
転換できるものとする。

この例では、センサ部はゲート電位（ＶＧ　）が負の状
態で動作させられる。この時第１図（Ａ）に示すように
、半導体Ｅ）（Ｌ層）はポアソンの式に従う空間電荷の
分布により、バンドは通常ノンドープのｉをａ−３ｔ層
１３では約１ルｍ程度デプレッションされる。つまりゲ
ート側のｉ型ａ−Ｓｔ層１３は特に強くｐ型化される。

の駆動素子として用いた技術（特願昭６１−１４４９９
６号、以下この技術を先行例２という、なお、この技術
も公知ではない、） ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記先行技術には次に述べるような問題点があ
る。

■従来例においては、 第１１図に示すセンサに、主電極４．４′側から主電極
４と主電極４′との間に照度Ｆの光を入射されたときの
光量とセンサの光電流（工、：４．４”間に流れる電流
）との関係において、光電流に対する光量依存の直線性
（γ：ＩｐａＣＦ）が悪い（すなわち、γは１より小さ
くなる）という問題点がある。

■先行例１ 第１２図に示すセンサに、の主電極４．４′側から主電
極４と主電極４′との間に照度Ｆの光を入射されたとき
の光量とセンサの光電流（Ｉｐ　　：４．４°間に流れ
る電流）との関係において、光電流に対する光量依存の
直線性（γ：Ｉ、ｏｃＦ）を第２図に示す。

第２図において（Ｌ）で示す曲線が第１２図に示す光セ
ンサにおける光電流Ｉ、を示し、（ｂ）で示す曲線がγ
を示す。

第２図に示すように、光センサのゲート電極５を負にす
ると、光電流に対する光量依存の直線性は改良されるが
、光電流は減るという問題点がある。

なお、これは、１層がｐ型化することによりキャリア（
この場合は電子）の寿命が短くなり、２次光電流のゲイ
ンＧ Ｇ＝　ルτＥ／Ｌ ＪＬ：電子の移動度 τ：主電子寿命 Ｅ：電界強度 Ｌ：電極間距離 が減少し、従って、光電流が減少するものと考えられる
。

ラインセンサとして構成するために必要な光電流を得る
ためには、半導体層の膜厚をふやさなければならない０
通常では０．５ｇ以上とされ、１〜２ＪＬにもする必要
がある。その結果、成膜時間が長くなるだけでなく、ゲ
ート電極を取り出すためのコンタクトホールが深くなり
、コンタクト不良が発生しやすく、生産上不都合となっ
ているという問題点を有している。

さらに、半導体層のバンドがほぼ一様に傾斜しているた
め、主電極４と主電極４′との間のギャップ部表面がイ
オンや水分等の影響を敏感に受け、また、半導体層とゲ
ート絶縁膜との界面に存在する深い界面準位へのトラッ
プ等の影響も強く受けるので、パッシベーションや界面
形成の条件等が制約されるという問題点があった。

■先行例２ 第１２図に示すＴＦＴを光センサ及び光センサの駆動素
子として用いた技術においては、上記ＴＰＴでは、ゲー
ト絶縁膜１２と半導体層１３との界面近傍に多量のトラ
ップが存在するため、ここに徐々にキャリアが捕獲され
る。その結果、しきい値電圧ＶＴの移動が生じ、ドレイ
ン電流の経時変化がひき起こされるという問題点及び界
面の影響（イオン、やトラップ）を受けやすく、また、
界面近傍の半導体層の安定性・再現性が乏しいという問
題点がある。

本出願に係る第１発明は、２次光電流を信号とする光導
電型で、光量に対する光電流の直線性を改善し、かつ光
電流を制御可能とするためにゲート電極を設けた形態の
光センサにおいて、光電流を増やし、かつ電極間におけ
る表面及びゲート絶縁膜と半導体層との界面が外部の環
境の影響を受けに〈＜、安定した特性を有する光電変換
装置を提供することにある。

さらには、光導電型光センサでは、宿命的に遅いとされ
ている光応答性が改善された光電変換装置を提供するこ
とにある。

本出願に係る第２発明は、上記第１発明の目的とともに
、しきい値電圧ＶＴの移動が生ぜず、ドレイン電流の経
時変化が起こらない光電変換装置を提供することを目的
とする。

［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、絶縁膜を介して該半導体層に形
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、第Ｖ族に属する原子の少なくとも１種が
不純物としてドープされている領域が、該半導体層の、
該半導体層と該絶縁膜との界面近傍に形成されているこ
とを特徴とする光電変換装置である。

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、絶縁膜を介して該半導体層に形
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、該絶縁基板上
に形成された半導体層と、該半導体層上に形成された一
対の相対向する主電極と、絶縁膜を介して該半導体層に
形成されたゲート電極とからなる、該光センサを駆動す
るための駆動素子とを有する光電変換装置において、第
Ｖ族に属する原子の少なくとも１種が不純物としてドー
プされている領域が、該光センサと、該駆動素子とそれ
ぞれの半導体層の、該半導体層と該絶縁膜との界面近傍
に形成されていることを特徴とする光電変換装置である
。

絶縁基板としては、たとえばガラス、セラミクス等を使
用すればよい、また、透明な絶縁基板を使用しても不透
明な絶縁基板を使用してもよい、透明な絶縁基板を使用
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。

光センサ及び駆動素子における。絶縁基板上に形成され
た半導体層の材料としては。

ａ−３ｉ：Ｈが良好に実施される。また、Ｃｄ５−３ｅ
や通常知られる半導体材料によっても同等の効果を発揮
しうることは明白である。

該半導体層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、第４図ＣＤ）に示す型（上ゲートスタガ
ー型）、いわゆる下ゲートコプレナー型、上ゲートコプ
レナー型あるいは下ゲートスタガー型とすることができ
る。

第Ｖ属に属する原子としては、主としてＶ（ｂ）に属す
る原子が用いられる。たとえば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、
Ｂｉである。

また、これらの原子は１種でもよく、２種以上を併有し
てもよい。

不純物のドープ領域は、半導体層と絶縁膜との界面から
１００ＯＡまでとし、該領域における不純物濃度は、Ｏ
，１〜１１０００ＰＰで、かつ。

半導体層に不可避的に混入するｖ（ｂ）族に属する原子
の不純物濃度より高くすることが好ましい。

不純物は、ドープ領域に均一に分布せしめてもよいし、
不均一に分布せしめてもよい、半導体層と該絶縁基板と
の界面のドープ濃度をＯとし、この界面から一定の濃度
勾配をもたせてドープせしめてもよい。

また逆に、膜厚方向に傾斜を持たせ、ゲート絶縁膜近傍
の不純物濃度を多くし、絶縁膜から離れの構成では絶縁
膜近傍でのｎ型半導体のバンドはより急激に絶縁膜に向
かって深く曲げることができる。

なお、主電極には人文、Ｃｒ等の導電性の金属を用いれ
ばよい、その形成手段は、例えばスパーク法等の常用手
段を用いればよい。

また、不純物のドーピング手段としては、５ｉＨａガス
からのグロー放電分解法の場合、ＰＨ３、Ｎ２　　、Ｎ
Ｈ３、ＡＳＨ３ガス等を混合してドープする等、通常類
られるもろもろの手段を用いることができる。

［作用］ まず、ドーピングによってゲート絶縁膜の近傍をｎ型化
した場合の作用について図面を用いて説明する。

第１図はゲート電極付きセンサにおける半導体層１３の
バンド状態を示すモデル図である。

第１図（ａ）は、先行例１を示し、半導体層にｉ層のみ
のａ−３ｉ半導体層を用いた場合である。

半導体層１３のゲート絶縁膜１２近傍をドーピングによ
りｎ型化することにより第１図（ｂ）に示すように絶縁
Ｔｌ２１２近傍の半導体Ｆ３１３のバンドは、絶縁膜１
２からある厚さのところをピークとし、絶縁膜１２に近
ずくにつれ下がっていく。

ドーピングにより第１図（ｂ）のようなバンド構造にし
た場合の光センサにおける充電流特性を第２図（Ｃ）に
示す。

この光センサにおける光量依存の直線性（γ）は、ドー
ピングなしの時の曲線（第２図（ｂ））とほぼ同じであ
った。

本発明では、半導体層中の極く薄いｎ領域が。

主に光電流（２次光電流）の電流バスとして作用するた
め、ゲインの増大をもたらし、半導体層の厚みは十分な
光吸収を行なう程度まで薄くできる。

なお、光吸収は５０００Ａで９０％以上になる。従って
本発明の構成でも半導体層の厚みを５０００Ａ以下にし
うる。

さらに、半導体層と絶縁膜との界面付近のｎ領域の存在
によりバンドプロフィルがゆるみ、センサギャップ間の
表界面の形容を受けに＜＜シていると考えられる。

後述する実施例中で説明される高温・高湿下での光電流
、γ等の安定性、センサギャップ間のエツチング手法や
条件によるセンサ特性の変動が小さいのはこのためであ
ろう。

光センサを流れる電流は周知のとおり、１次光電流成分
と、２次光電流成分とに分けることができ、通常、２次
光電流成分は１次光電流成分に比べかなり大きい、この
ため、２次光電流成分の振舞が光センサの光電流の振舞
を決定する。

ところが、この２次光電流成分は半導体層内の光によっ
て生じた電子以外の寿命（＝正孔の寿命）の間再注入さ
れる伝導帯にある電子の濃度（＝正孔の濃度）に比例す
るから、ゲート電極１１に負バイアスを加え、半導体層
１３内に空乏層をひろげると、電子寿命が短かくなり、
光電流は減少する。光により生じた電子及び正孔は第１
図に示すようなゲート電極１１からの電界による半導体
層１３内の電位勾配に沿って、相互に相反する方向に移
動し、光照射後の時間経過とともに正孔はゲート絶縁膜
１２と半導体層１３との界面近傍に次第に蓄積する。

さらに、上記正孔の蓄積により、ゲート電極１１から半
導体層１３内への電界の効果は次第に弱められ、これに
ともなって空乏層の幅はせまくなり、光電流は増加する
。

上記のごとき過程により、光電流の立ち上り応答が決定
される。この過程は、光によって生じた電荷、とりわけ
正孔の移動と蓄積により支配されるため光センサのセン
サ部への入射光量が小さい場合には光導電型センサの立
ち上り応答は所望の件部から大きくかけ離れたものとな
る。

次に、入射光を遮断した後の素子の応答について述べる
。１次光電流は、入射光が切れるとともにすみやかに減
衰してゆくが、２次光電流は、主としてトラップに捕獲
されている正孔がかなり長い間半導体中に再結合されず
に残るため、これに見合う電子電流が光センサ内を流れ
続け、光導電型センサの立ち下り特性は一般的に良くな
い。

特に、第１図（ａ）に示すごとき先行例１に係る光導電
型センサでは、正孔が深いトラップ準位密度の大きい界
面近傍に多量に蓄積されるため、残留電流が長時間流れ
続けることになる。

第１図（ｂ）は、本出願に係る第１発明及び第２発明に
おける光センサのバンド状態図を示したものである。１
１はゲート電極、１２はゲート絶縁膜、１３は半導体層
、１４（１５）は光センサのオーム性接触を得るための
ｎ型高密度不純物層である。１６は、半導体層１３とゲ
ート絶縁膜１２との界面近傍にＶ族不純物を微量ドープ
したｎ領域である。

第１図（ｂ）に示すように、ｎ型旬域１６は正孔に対す
る障壁となっているため、正孔は半導体層とゲート絶縁
膜との界面へは近付けない、また、万一、界面近傍のト
ラップに捕獲されてもこの近傍での電子密度が高いため
にすみやかに再結合してしまうので、本発明による光電
変換装置では立ち下りの特性は著しく改善される。

また、第１図（ｂ）５示す本出願に係る第１発明及び第
２発明に係る光センサでは、光電流が流れるノンドープ
層内の電位勾配が、微量ドープ層６の存在によりゆるや
かになるため、第１図（ａ）に示す先行例１の場合とは
異なり、多量の正孔蓄積過程を必要としないので立ち上
り特性も改善されると考えられる。

以上説明した作用により、本出願に係る第１発明及び第
２発明に係る光電変換装置では、装置の光パルスに対す
る立ち上り特性及び立ち下り特性のどちらも改善するこ
とができる。

次に本出願に係る第２発明における駆動素子の作用につ
いて説明する。

界面近傍の深いトラップは、半導体層１６のフェルミ準
位の位置を適当に選ぶことにより実効的に不活性化する
ことができる。

以下に詳細に説明する。

まず、ドーピングによってゲート絶縁膜の近傍をｎ型化
した場合の作用について図面を用いて説明する。

第１図（ｃ）（Ａ）は、先行例の場合すなわち、半導体
層１３にｉ層のみのａ−３ｔ半導体層を用いた場合であ
る。

半導体層１３のゲート絶縁膜１２近傍をドーピングによ
りｎ型化することにより第１図（Ｃ）（Ｂ）に示すよう
に、絶縁膜１２近傍の半導体層１３のバンドは、絶縁膜
１２からある厚さのところをピークに絶縁膜１２に近ず
くにつれ下がっていく。

そして第２発明においては、上記界面近傍の深いトラッ
プは、半導体層１６のフェルミ準位の位置を適当に選ぶ
ことにより実効的に不活性化することができる。

以下により詳細に説明する。

ノンドープの場合（先行例の場合）においては、 ｆＦＳ１図（Ｃ）（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１
２と半導体層１３の界面近傍のアクセプタ型のトラップ
４０は、ゲート電極１１へのバイアス電圧が零電圧（Ｖ
ｅ＝Ｏ）のとき、フェルミ準位（ＥＦ　）よりわずかに
上位のエネルギーレベルに位置する。

また、第１図（ｄ）（Ｂ）に示すように、ゲート電極１
１へ正のバイアス電圧を印加（ｖＧ　＞０）すると、界
面近傍のトラップ４０はフェルミ準位の下位へ移動する
ため、上記トラップ４０は、比較的緩慢に電子を捕獲し
、負に帯電する。

このため、駆動素子のドレイン電流の経時的な減少を生
ずる。

一方、半導体層１３にｎ型のドーパントを微量に混入し
た場合（本発明の実施例の場合）においては、 第１図（ｄ）（Ｂ）に示すように、ゲート電極１１への
バイアス電圧が零電位（Ｖｃ＝Ｏ）のときにも、トラッ
プ４０はフェルミ準位より下位のエネルギーレベルに位
置する。

また、第１図（Ｃ）（Ｂ）に示すように、ゲート電極１
１へ正のバイアス電圧を印加（Ｖ６＝０）しても、上記
位ｇ！１関係は変化しない。

このため、ゲート電極１１へ正のバイアスを印加しても
ＴＦＴ装置のドレイン電流の経時的な減少は小さく抑え
ることができる。

図中、トラップレベルの斜線は、電子によるトラップさ
れている状態を示している。

ノンドープの場合（先行例の場合）にはゲートバイアス
正（ＴＦＴのＯＮの状態）へ変化したとき、てクセブタ
レベルへ電子がトラップする状態へ変化し、本発明では
、ゲートバイアス正へ変化したときにも０〜負のゲート
バイアス時にも電子がトラップされた状態のままであり
、変化を生じないと考えられる。

第３図は、ゲート絶縁膜には、プラズマＣＶＤにより形
成された膜厚３０００Ａの窒化シリコン膜を用い、また
、半導体層には、同じくプラズマＣＶＤにより形成され
た膜厚４００ＯＡの水素化アモルファスシリコン層を用
いたＴＰＴの駆動時におけるドレイン電流の経時変化を
示したものである。

第３図において、曲線３１は半導体層中へのＰのドープ
量５ｐｐｍの場合経時変化を示し１曲線３２はノンドー
プの場合の経時変化を示す。

第３図は、半導体層１３のフェルミ準位の位置が伝導帯
に近づく程、ドレイン電流の経時変化が小さくなること
を示している。このことより、本出願に係る第２発明の
光電変換装近は、上記光センサの駆動素子を光センサと
同一基板上に同一工程で形成できるばかりでなく、上記
駆動素子の駆動時における経時変化を小さく抑える効果
を有するものである。

［発明の実施例］ 以下本発明の実施例について説明する。

（第１実施例） 第４図は本発明の実施例に係る光電変換装設の製造工程
を示す断面図である。

両面研府済みのガラス基板１０１（コーニング社製＃７
０５９）に中性洗剤を用いて洗浄を施す。

次に、スパッタ法でＡＬ；ＬｉＯ２を０．ＩＩＬｍ厚に
堆積させ、ポジ型フォトレジス）　（ＯＦＰＲ−８００
東京応化工業性）を用いて所望の形状にフォトレジスト
パターンを形成した後、リン酸（８５％水溶液）、硝酸
（６０％水溶液）、酢酸及び水を１６：１：２：１の容
積比で混合した液（以下「Ａ文用エツチング液」という
。）でエツチングし、制御電極と遮光膜を兼ねたゲート
電極１０２を形成した。

フォトレジスト剥離後、容量結合型のグロー放電分塊装
置内にガラス基板をセットし、ＩＸｌ　０−６Ｔｏ　ｒ
　ｒｃ７）排気真空下テ２００　’Ｑに維持した。

次に該装置内に水素希釈１０％５ｉＨａガス（小松電子
製）を１０１００５ｅ、９９゜９９９％（７）　Ｎ　Ｈ
３ガスを１００ｓｃ１００５ｃ流量で流入させ、ガス圧
を０．４Ｔｏｒｒに設定した後、１３．５６ＭＨ２の高
周波電源を用い、ＲＦ　（Ｒａｄｉ　ｏ−Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ）放電パワーｔｏｏｗで６０分間グロー放電を行
ない、３０００Ａ（７）Ｓ　ｉ　Ｎｘ　　：　Ｈ層１０
３を形成した。

続いて、１０％ＳｉＨ４（Ｈ２ベース）３ＱＯｓｅｃｍ
と、１０　ｐ　ｐｍＰＨ３（Ｈ２ベース）１．５ｓｅｃ
ｍ（Ｈ２ベース）を混合させ（ガス流量比０．５ｐｐｍ
）、ガス圧０゜３Ｔｏｒｒの条件でＲＦ放電パワー１５
０Ｗで１５分間グロー放電を行ない、ｎ型水素化アモル
ファス半導体領域１０４（膜厚５００＾）を形成した後
、１０ｐｐｍＰＨ３のガスをとめ、１０％ＳｉＨ４（Ｈ
２ベース）３００ｓｅｃｍのみを流し、ｉ型ａ−３ｉ：
Ｈ半導体層１０５を厚さ４０００λで形成した。

次に、１０％５ｉＨａ（Ｈ２ベース） １００ｓｅｃｍ、１００ｐ１００ｐｐ　（Ｈ２ベース）
４５０ｓｅｃｍ、ガス圧０．５Ｔｏｒｒの条件でＲＦ放
電パワー５００Ｗで４０分間グロー放電を行ない、オー
ミックコンタクト層のｎ°層（膜厚１０００Ａ）１０６
を形成した。

次に、スパッタ法により、Ｃｒ（膜厚５００（Ａ））、
ポジ型フォトレジストを用いて所望の形状に７オトレジ
ストパターンを形成し、硝酸第２セリウムアンモニウム
及び過塩素酸の混合水液（Ｃｒ用エツチング液）でＣｒ
を、ＡＭ用エツチング液でＡｎをそれぞれエツチングし
て主電極４．４°を形成した（第４図（Ｂ））。

主電極４，４゛をマスクにしてフッ酸（５９％水溶液）
、硝酸（７０％水溶液）、酢酸を２＝１０：８８の容積
比で混合した液にヨウ素を過飽和溶解させた溶液でｎ・
層１０６を選択的にエツチングして除去し、フォトレジ
ストを剥離した。

次にフォトレジストパターンを形成し、リアクティブイ
オンエツチング装置（ＲＩＥ）を用いて不要な部分のａ
−３ｉ及びＳｉＮｘ：Ｈ層を除去し、素子間の分離を行
なった（第４図（Ｃ））。

しかる後に電極の取り出し部具外のところにシリコーン
樹脂を塗付し、パッシベーション材とした。この時にｎ
型ａ−３ｉ領域中におけるリンの′Ｃ度をＳＩＭＳで調
べたところ５ｐｐｍであった。

以上の工程に基づいて作成した光電変換装置と先行例１
に係る光電変換装はとの性能比較を行なった。

（ａ）表１に光電流及び暗電流の初期値を示す。

表１ ■光電流／暗電流のｎ・領域 エツチング手法の依存性 ■光電流／暗電流のｎ°領領 域ッシベーション手法依存性 本実施例で作成した光電変換装置は暗電流値をほとんど
増やすことなく光電流を増加させることができる。

また、表１の■の右端の欄は、ｎ・層のエツチング手法
においてＣＦ４を用いたりアクチブイオンエツチング法
を用いた場合を示す、また表２の■の右端の欄はパッシ
ベーション手法においてＰＣＶＤ法で作成した５ｉＮＨ
膜を用いた場合を示す例である０本実施例の場合はｎ″
層エツチング手法を変えてもパッシベーション手法を変
えても特性の変化が少ない。

従って、本実施例の場合は、光電変換装置の特性は先導
ＴＬ層の表面の状態の影響をうけにくいことがわかる。

（ｂ）また、上記のようにして作成した光電変換装置全
体に、さらに保護層を形成し、高温・高湿下での耐久試
験を行なった。

その結果を第５図に示す。

先行例１の光電変換装置においては徐々に光電流が減少
したが（第５図５１）、本実施例の場合には光電流はほ
とんど変化せず（第５図５２）、本実施例に係る光電変
換装置は湿度の影器をうけにくいことがわかった。

（Ｃ）次に、初期の光応答性の差を調べた。

その結果を表２に示す。

表２ 光応答性 測定光量１００Ｌに τｏｎ＝光７ｒｆ、流が飽和値の９０％に達するまでの
時間 τｏｆｆ　　：光電流が飽和値の１０％に達するまでの
時間 表２に示すように、本実施例に係る光電変換装置は、光
応答性は先行例１より向上しており、高い光電流値と光
応答性とを同時に満足できる。

（ｄ）光電流値（Ｉｐ　）とγとについては、第２図に
示すとおり（第２図において、（ａ）は本実施例のＩ、
を示し、（ｂ）は本実施例のγを示し、（Ｃ）は先行例
１の工ρを示す、）本実施例においてはいずれも先行例
１に比較して優れた値を示した。

（実施例２） 実施例１に示したｎ型ａ−３ｉ領域とｉ型ａ−３ｉ層の
作成方法を用いて光電変換装置を作成した。

ただ、具体的条件は次の条件に従った。

まず、１０％Ｓ　ｉ　Ｈａ　　（Ｈ２ベース）３００ｓ
ｅｃｍとｌ　Ｏｐ　ｐｍＰＨ：＋　　（Ｈ２ベース）５
ｓｅｃｍを混合させ（ＰＨ３／　Ｓ　ｆ　Ｈ４＝１．７
ｐｐｍ）、圧力・パワー共に実施例１と同じ条件とし、
ＰＨ３のフローメーターを徐々に絞りながら、１５分後
に流量がＯｓｃｃｍになる様にしてｎ型ａ−５ｉ層を５
００λ形成した。

次に、ｉ型ａ−３ｉ層を、実施例１と同じ条件で２時間
放電し光電変換装置を作成した。

以上のようにして作成した光電変換装置につき実施例１
と同様の事項（（ａ）〜（ｄ））につき調査を行なった
ところ、いずれの事項についても実施例１と同様に先行
例１より優れていた。

なお、実施例１と同様にｎ型ａ−３ｉ９ｎ域中に含まれ
る不純物濃度を調べたところ、その濃度は界面近傍の約
２０ｐｐｍから徐々に減少していた。

（実施例３） ｎ型ａ−５ｉ層のドーピングガスにＮ２を用い、Ｎをド
ーパントとしてｎ型ａ−３ｉ層を形成し、実施例１と同
様の工程でｎ型ａ−３ｉ領域を形成した。詳細に述べる
と、水素希釈１０％ＳｉＨ４３００ｓｃｃｍに対し、水
素希釈１００１０００ｐｐを６０ｓｅｃｍ流し、ガスの
流量比Ｎ２　／Ｓ　ｉＨａ　＝２０００ｐｐｍとして、
やはり１５分放電し５００Ａのｎ型ａ−３ｉ領域を形成
した。

その後のｉ層以下の形成方法は実施例１と同じである。

この時に、膜中に取り込まれたＮｌは７５ｐｐｍであっ
た。

この時のＩｐ等の特性は、実施例１で、ガス流量比（Ｐ
Ｈ３／５ｉＨａ　＝０．５ｐｐｍ）、膜中濃度（ＳＩＭ
Ｓ￥測値）５ｐｐｍのときと同じ大きさであった。

以上のようにして作成した光電変換装置につき実施例１
と同様の事項（（ａ）〜（ｄ））につき調査を行なった
ところ、いずれの事項についても実施例１と同様に先行
例１より優れていた。

また、Ｎ２の分解効率がＰＨ３に比べ低いこと、さらに
、■、変化に対する寄与率が低いということで、逆に、
不純物濃度の微調整がしやすいという利点がある。

（実施例４） 実施例１で示した光センサと、この光センサと同じ構成
を有する光センサを駆動するための駆動素子とを同一基
板上に持つ光電変換装置を作成した。

第６図は、その光電変換装置の断面図である。

光センサのセンサ部１０９と駆動素子１１９、ゲート電
極１０２，１１２、絶縁膜１０３゜１１３、ｎ型半導体
領域１０４，１１４、ｉ型半導体ｆｉ１０５，１１５、
オーミックコンタクト層１０６．１１６及びセンサ主電
極１０７と駆動素子のソース、ドレイン電極１１７がそ
れぞれ同一である。

駆動素子のソースとドレインの間のｎ◆オーミックオン
タクト層は、実施例１の光電変換装置の場合と全く同様
な手法でエツチングすればよい。

以上のようにして作成した光電変換装置につき実施例１
と同様の事項（（ａ）〜（ｄ））につき調査を行なった
ところ、いずれの事項についても実施例１と同様に先行
例１より優れていた。

このように、本実施例では、光センサと駆動素子とを同
じ構成で、同一基板上に作成しても優れた特性を有する
ことがわかった。従って、製造を容易に行なうこともで
きる。

のみならず、光センサ及び駆動素子におけるドレイン電
流の経時変化が少なかった。

また、均一かつ再現性よく光電変換装置の特性を発揮し
た。

（実施例５） 実施例１で示した光センサと、この光センサと同じ構成
を有する、光センサを駆動するための駆動素子とを同一
基板上に同時に作成した。

すなわち、光センサ、コンデンサ、駆動素子−体型の光
電変換装置を、各層の構成は実施例１と全く同じ工程に
従って作成した。

第７図にその光電変換装置の断面図を示す。

光センサ及び駆動素子は実施例１及び実施例４と構成、
作用は全く同じである。

ここで作成した電荷蓄積部２２９のコンデンサは、基板
側から、対向電極２２２、絶縁膜２０１、ｎ型ａ−Ｓ　
ｉｍ域２０５、ｉ型ａ−３ｉ層２０５、ｎ型ａ−Ｓｔ領
域２０６、上部電極２２７になっている。このコンデン
サはコンデンサとして何ら問題なく動作することが確認
できている。

本実施例では、光センサの光センサ部２０９の主電極間
に入射した光によって流れる光電流が一旦電荷蓄積部の
コンデンサ２２９に電荷蓄積の形で蓄えられ、電荷転送
部２１９の駆動素子がＯＮすることによって外部の回路
の信号として転送される。

第８図は、光センサ、コンデンサ、駆動素子を一体構成
にして用いた画像読取装置の等価回路である。

第８図において、Ｓｉ、ｌ　　＋Ｓｉ、２　　＋・・・
。

Ｓｉ、ｘ　　（以下、Ｓｌ　と記す。ここで、ｉはブロ
ックの番号、１〜Ｎは各ブロック内のビット数である。

）は光センサの光センサ部２０９を示す。

Ｃｉ、　ｌ　　＋　Ｃｔ、２　　＋・・・＋Ｃｉ、ｓ　
　（以下、Ｃｉ　と記す）は、電荷蓄積部２２９を示す
蓄積コンデンサであり、光センサ部Ｓ＋からの光電流を
蓄積する。

ＳＴｉ、＋　　、ＳＴ１，２　　、会・・、ＳＴｉ、Ｎ
　（以下、ＳＴｉ　と記す）は、蓄積コンデンサＣＩ　
の電荷を負荷コンデンサＣｘ１．ｌ　、Ｃｘｉ、２　、
・・拳、ＣＸｉ、Ｈに転送するための転送様スイッチで
アリ、ＳＲ４ｇ　　、ＳＲＩ、ｚ　　、　・・・、５Ｒ
３Ｎ　（以下ＳＲｉ　と記す）は蓄積コンデンサＣ１の
負荷をリセットする放電用スイッチである。

これらの光センサ部Ｓｉ、蓄積コンデンサＣｉ　、転送
用スイッチＳＴ、及び放電用スイッチＳＲｉはそれぞれ
一列にアレイ状に配置され、Ｎ個で１ブロツクを構成し
、画像読み取装置は全体としてＭ個のブロックに分けら
れている０例えば、センサが１７２８個で構成されてい
るとすれば、Ｎ＝３２．Ｍ＝５４とすることができる。

アレイ状に設けられた転送用スイッチＳＴ＋　、放電用
スイッチＳＲ，のゲート電極は、ゲート配線部に接続さ
れる。転送用ツスイッチＳＴｉのゲート電極はｉ番目の
ブロック内で共通に接続され、放電用スイッチのゲート
電極は次の順位のブロックの転送用スイッチのゲート電
極に循環して接続される。

マトリクス配線部の共通線（ゲート駆動線Ｇｌ　、Ｇ２
　、・・、ＧＭ）はゲート駆動回路８０１によりドライ
ブされる。

一方、信号出力はマトリクス構成になっている引き出し
線（信号出力線ＤＩ、Ｄ２．・・、Ｄ３２）を介して信
号処理部８０５（ブロック単位で）接続される。

また、光センサＳ１．Ｉ　　、Ｓｌ、２　　、・・拳。

Ｓｌ、Ｎ　　＋　Ｓ２．１　　＋　Ｓ２．２　　＋　”
・・、ＳＮ、Ｈのゲート電極２０２は駆動源８０３に接
続されて、負のバイアスが加えられている。

かかる構成において、ゲート駆動線Ｇｌ。

Ｇ２．＠Φ−、Ｇ５４にはゲート駆動部８０１かも順次
選択パ／ｌ／ス（ＶＧ　１　、　ＶＧ２．、　ＶＧ３　
、　＊拳・、ＶＧＭ）が供給される。

まず、ゲート駆動線Ｇｌが選択されると、転送用スイッ
チＳＴＩがＯＮ状態となり、蓄積コンデンサＣ１に蓄積
された電荷が負荷コンデンサＣｘ１〜Ｃｘ３２に転送さ
れる。

次にゲート駆動線Ｇ２が選択されると、転送用スイッチ
ＳＴ２がＯＮ状態となり、蓄積コンデンサＣ２に蓄積さ
れた電荷が負荷コンデンサＣｘ１〜ＣＸ３２に転送され
、同時に放電用スイッチＳＲＩにより蓄積コンデンサＣ
１の電荷がリセットされる。

以下同様にして、Ｇ３．Ｇ４．・・・、ＧＭについても
選択されて読み取り動作が行なわれる。

これらの動作は各ブロックごとに行なわれ、各ブロック
の信号出力ＶＸ１．ＶＸ２．・・・。

ＶＸ３２は信号処理部８０５の入力Ｄｉ、Ｄ２゜・・・
ＤＮに送られ、シリアル信号に変換されて出力される。

以上のようにして作成した光電変換装置につき実施例１
と同様の事項（（ａ）〜（ｄ））につき調査を行なった
ところ、いずれの事項についても実施例１と同様に先行
例１より優れていた。

このように、本実施例では、光センサと駆動素子とを同
じ構成で、同一基板上に同時に作成しても優れた特性を
有することがわかった。従って、製造を容易に行なうこ
ともできる。

のみならず、光センサ及び駆動素子におけるドレイン電
流の経時変化が少なかった。

また、均一かつ再現性よ〈光電変換装２の特性を発揮し
た。

本実施例に係る光電変換装置により画像信号の読み取り
を行なったところ、極めて鮮明に読み取りを行なうこと
ができた。

（実施例６） 第９図は、光センサ、コンデンサ、駆動素子を同一基板
上に一体構成し、基板の反対側から光を入射させ、原稿
からの反射光を検出するいわゆるレンズレス型光電変換
装置の部分平面図である。

第１０図は、レンズレス型光電変換装置ユニットの断面
図である。

光源３６１からの入射光は入射窓３５０の中をとおり、
原稿３６３面を照射する原稿３６３からの反射光は、保
護層３６４をとおってセンサ部３０９に入射する。

本実施例の駆動原理は、実施例５と全く同じである。３
０９は、本発明により実施されるセンサ部、３０２はセ
ンサゲート線、３１９は転送用ＴＰＴ、３１０はリセッ
ト用ＴＰＴ、３５０は光源からの光を通す入射窓、３５
１はＴＰＴのゲート配線部、３５２はセンサバイアス線
、３２９はセンサの光電流を蓄積するコンデンサ、３５
３は信号を読み出し部へ送る信号配線、３６５はセンサ
基板３０１を固定する箱体、３６１は光源、３６３はａ
稿、３６２は原稿を抑えるプラテンローラ、３６４はセ
ンサ部を保護する保護層である。

以上のようにして作成した光電変換装置につき実施例１
と同様の事項（（ａ）〜（ｄ））につき調査を行なった
ところ、いずれの事項についても実施例１と同様に先行
例１より優れていた。

このように、本実施例では、光センサと駆動素子とを同
じ構成で、同一基板上に同時に作成しても優れた特性を
有することがわかった。従って、製造を容易に行なうこ
ともできる。

のみならず、光センサ及び駆動素子におけるドレイン電
流の経時変化が少なかった。

また、均一・かつ再現性よく光電変換装置の特性を発揮
した。

本実施例に係る光電変換装置により画像信号の読み取り
を行なったところ、極めて鮮明に読み取りを行なうこと
ができ、本発明をレンズレス型光電変換装置に適用して
も優れた特性を発揮しうることがわかる。

［発明の効果］ 本出願に係る第１発明によれば以下のもろもろの効果が
得られる。

■光電流の光量依存の直線性が良好である。

■暗電流値をほとんど増やすことなく光電流を増加させ
ることができる。

■各種特性が温度、湿度等、環境の影響湿度の影響をう
けにくい。

■高い光電流値と光応答性とを同時に満足できる。

■パッシベーション材料条件や表面プロセス条件による
特性への影響が減少する。

■高い光電流を満足するため、半導体層の膜厚をふやす
必要がなく薄膜とすることができる。その結果、成膜時
間が短くなり、また、ゲート電極を取り出すためのコン
タクトホールが浅くなり、コンタクト不良が発生少なく
、生産性も良好である。

本出願に係る第２発明によれば上記第１発明によって得
られる効果の他に、次の効果が得られる。

■ドレイン電流の経時変化が起こらない。

■ｎドープ領域はフェルミ準位制御を容易ならしめるこ
とができＶＬｈの制御が可能となり、光電変換装置の特
性の均一性・再現性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光電変換装置における半導体層のバンド状態を
示すモデル図である。 第２図は本発明と先行例に係る光電変換装置におけるゲ
ート電圧に対する光電流と、γ値の関係を示すグラフで
ある。 第３図は本発明において使用するＴＰＴのドレイン電流
の経時変化を示すグラフである。 第４図は第１実施例に係る光電変換装置の製造過程を示
すための断面図である。 第５図は第１実施例に係る光電変換装置の耐久試験結果
を示すグラフである。 第６図は第４実施例に係る光電変換装置を示す断面図で
ある。 第７図は第５実施例に係る光電変換装置を示す断面図で
ある。 第８図は第７図に示す光電変換装置の等価回路図である
。 第９図は第６実施例に係る光電変換装置を示す平面図で
ある。 第１０図は第９図の側断面図である。 第１１図は従来例に係る光電変換装はの光センサを示す
断面図である。 第１２図は先行例２に係る光電変換装置の光センサを示
す断面図である。 ｌ・・絶縁基板、２・・半導体層、３．３′・・ドーピ
ング半導体層、４．４°・・主電極。 ５・拳ゲート電極、６・・絶縁膜、７・・直流電源、８
・・可変直流電源、１１・・ゲート電極、１２・・ゲー
ト絶縁膜、１３・Φ半導体層、１４．１５・・ｎ型高密
度不純物層、１６・・ｎ領域、１０１・−ガラス基板、
１０２・・ゲート電極（Ａ文）、１０３・・絶縁膜、１
０４−・ｎ型半導体領域、１０５−・ｉ型半導体層、１
０６・・オーミツクコタクト層、１０７・−主電極、１
１２・Φゲート電極、１１３・会絶縁膜、１１４・・ｎ
型半導体領域、１１５・・ｉ型半導体層、１１６・・オ
ーミックコンタクト層、１１７・・電極、２０１拳・絶
縁膜、２０２・−ゲート電極、２０５ｓｓｎ型ａ−Ｓｉ
領域、２０６ａ　ａ　ｉ型ａ−Ｓｉ層、２０９−−セン
サ部、２１９・壷電荷転送部、２２２・會対向電極、２
２７・・上部電極、２２９・・電荷蓄積部（コンデンサ
）、３０１・・箱体、３０２Φ・センサゲート線、３０
９・Φセンサ部、３１０＠−リセット用ＴＦＴ、３１９
・・転送用ＴＦＴ、３２９・・コンデンサ、３５０・・
入射窓、３５１・・ゲート配線部、３５２・センサバイ
アス線、３５３・・信号配線、３６１・・光源、３６２
・・プラテンローラ、３６３・争原稿、３６４・・保護
層、３６５・・センサ基板、８０１・・ゲート駆動回路
、８０３・・駆動源、８０５・・信号処理部。 第１図（ａ） 第１図（ｂ） ：： 第１図（Ｃ） 第１図（ｄ） 第３図 時間（分） 放置時間（ｈｒ） 第６図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された半導体層と
   、該半導体層上に形成された一対の相対向する主電極と
   、絶縁膜を介して該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、第Ｖ族
   に属する原子の少なくとも１種が不純物としてドープさ
   れている領域が、該半導体層の、該半導体層と該絶縁膜
   との界面近傍に形成されていることを特徴とする光電変
   換装置。 ２　絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された半導体層と
   、該半導体層上に形成された一対の相対向する主電極と
   、絶縁膜を介して該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、該絶縁基板上に形成された半導体層
   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、絶縁膜を介して該半導体層に形成されたゲート電極
   とからなる、該光センサを駆動するための駆動素子とを
   有する電変換装置において、第Ｖ族に属する原子の少な
   くとも１種が不純物としてドープされている領域が、該
   光センサと、該駆動素子とそれぞれの半導体層の、該半
   導体層と該絶縁膜との界面近傍に形成されていることを
   特徴とする光電変換装置。 ３　上記Ｖ族の不純物濃度の分布が膜厚方向に傾斜を持
   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
   光電変換装置。 ４　上記Ｖ族の不純物濃度の分布が膜厚方向に傾斜を持
   っていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   光電変換装置。 ５　光センサと、駆動素子と、光センサの電荷を蓄積す
   る薄膜コンデンサが同一基板上に形成されたことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項又は第４項記載の光電変換
   装置。 ６　絶縁基板は透明で、基板の光センサ形成面とは反対
   側から原稿照明用の光を入射し、基板上には照明用窓が
   形成された特許請求の範囲第１項又は第３項に記載の光
   電変換装置。 ７　絶縁基板は透明で、基板の光センサ形成面とは反対
   側から原稿照明用の光を入射し、基板上には照明用窓が
   形成された特許請求の範囲第２項、第４項又は第５のい
   ずれかに記載の光電変換装置。 ８　半導体層が水素化アモルファスシリコンである特許
   請求の範囲第１項、第３項又は第６項に記載の光電変換
   装置。 ９　半導体層が水素化アモルファスシリコンである特許
   請求の範囲第２項、第４項、第５項又は第７項に記載の
   光電変換装置。