JP2010232264A - Photodetector and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光検出装置及び表示装置に関する。 The present invention relates to a light detection device and a display device.
近年、基板上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより成膜した多結晶シリコンやアモルファスシリコンを用いた光検出素子（例えば、フォトダイオード）の開発が盛んに行われている。光検出素子を基板上にマトリクス状に配置することで、平面型の照度検出器が実現されている。また、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などに用いられている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイの技術を転用することで、これらの光検出素子をガラス基板などの上に形成することができる。 In recent years, photodetection elements (for example, photodiodes) using polycrystalline silicon or amorphous silicon formed on a substrate by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like have been actively developed. A planar illuminance detector is realized by arranging the light detection elements in a matrix on the substrate. Further, by diverting the technology of a thin film transistor (TFT) array used in a liquid crystal display (LCD) or the like, these light detection elements can be formed on a glass substrate or the like.
ＬＣＤなどのアクティブマトリクス型平面表示装置において、画像表示用のＴＦＴと共にフォトダイオードからなる光センサを各画素に配置することで、画像を表示する従来の機能に加え、画素に内蔵した光センサにより、光ペンからの直接光やバックライト光が表示面上の対象物で反射した光や指などが外光を遮断することで生じる影を検出することで、様々な用途の入力機能が実現可能な平面表示装置が提案されている。 In an active matrix flat panel display device such as an LCD, an optical sensor composed of a photodiode together with a TFT for displaying an image is arranged in each pixel. In addition to the conventional function of displaying an image, an optical sensor built in the pixel Input functions for various purposes can be realized by detecting shadows generated by direct light from the light pen or backlight light reflected by objects on the display surface, or by the finger blocking external light. A flat display device has been proposed.
特に、表示装置にｐｉｎ（p-intrinsic-n）構造のフォトダイオードからなる光センサを組み込んだデバイスにおいては、光センサのｐｉｎ構造に逆バイアスを印加することでｉ層領域に形成される空乏層に、バックライトなどからの迷光が入射しないよう、遮光膜を形成したフォトダイオードが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In particular, in a device in which an optical sensor composed of a photodiode having a pin (p-intrinsic-n) structure is incorporated in a display device, a depletion layer formed in an i-layer region by applying a reverse bias to the pin structure of the optical sensor. In addition, a photodiode in which a light shielding film is formed so that stray light from a backlight or the like is not incident has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
このようなフォトダイオードでは、検出したい光を照射した際に流れる電流を光電流、検出したい光を照射しない際に流れる電流を暗電流とした場合の、暗電流に対する光電流の大きさの明暗比が高く、さらに光電流が大きく、ばらつきが小さいことが要求されている。 In such a photodiode, the light-to-dark ratio of the magnitude of the photocurrent to the dark current when the current that flows when the light to be detected is irradiated is the photocurrent and the current that flows when the light that is not to be detected is the dark current Is high, and the photocurrent is large and the variation is small.
本発明では、高い明暗比で、光電流が大きく、ばらつきが小さい光検出装置及びその光検出装置を備えた表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a photodetection device having a high light / dark ratio, a large photocurrent, and a small variation, and a display device including the photodetection device.
本発明の一態様によれば、基板と、前記基板の主面上に併設された、第１導電型の第１の半導体領域と、第２導電型の第２の半導体領域と、前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に設けられ前記第１の半導体領域及び前記第２の半導体領域よりも不純物濃度が低い第３の半導体領域と、を有するダイオードと、前記第１の半導体領域、前記第２の半導体領域及び前記第３の半導体領域を被覆する絶縁膜と、前記絶縁膜の上に設けられ、前記第１の半導体領域に電気的に接続された第１の遮光電極と、前記絶縁膜の上に設けられ、前記第２の半導体領域に電気的に接続された第２の遮光電極と、を備え、前記第１の遮光電極は、前記絶縁膜を介して前記第３の半導体領域と相対する第１の領域を有し、前記第２の遮光電極は、前記絶縁膜を介して前記第３の半導体領域と相対する第２の領域を有することを特徴とする光検出装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a substrate, a first semiconductor region of a first conductivity type, a second semiconductor region of a second conductivity type provided on the main surface of the substrate, and the first semiconductor region A diode having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor region and the second semiconductor region provided between the semiconductor region and the second semiconductor region; An insulating film that covers the semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region, and a first light shielding layer that is provided on the insulating film and is electrically connected to the first semiconductor region An electrode and a second light-shielding electrode provided on the insulating film and electrically connected to the second semiconductor region, wherein the first light-shielding electrode is interposed between the insulating film and the second light-shielding electrode. A first region opposite to the third semiconductor region, wherein the second light-shielding electrode Light detecting apparatus characterized by having opposing second region and the third semiconductor region through an insulating film is provided.
また、本発明の一態様によれば、マトリクス状に配置された複数の画素と、前記複数の画素の少なくともいずれかに付設された上記の光検出装置と、を備えたことを特徴とする表示装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, the display includes: a plurality of pixels arranged in a matrix; and the above-described light detection device attached to at least one of the plurality of pixels. An apparatus is provided.
本発明によれば、明暗比が高く、光電流が大きく、ばらつきが小さい光検出装置及びその光検出装置を搭載した表示装置が実現する。 According to the present invention, a light detection device having a high contrast ratio, a large photocurrent, and a small variation and a display device equipped with the light detection device are realized.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、光検出装置の要部模式図である。ここで、図１（ａ）には、光検出装置１の要部断面が示され、図１（ｂ）には、光検出装置１の要部平面が示されている。なお、図１（ａ）には、図１（ｂ）のＸ−Ｙ断面が例示されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a photodetection device. Here, FIG. 1A shows a cross-section of a main part of the
光検出装置１は、基板１０の上層に、ｐｉｎ型の薄膜ダイオード２０を形成している。この薄膜ダイオード２０に、逆バイアスを印加することにより、薄膜ダイオード２０が受光素子となって、光検出装置１が光を検出することができる。
In the
薄膜ダイオード２０においては、ｐ型半導体層（ｐ＋層）２０ｐと、ｎ型半導体層（ｎ＋層）２０ｎと、半導体層（ｉ層またはｐ−層）２０ｉと、が基板１０の上に併設されている。半導体層２０ｉは、ｐ＋層またはｎ＋層よりも不純物濃度が低いか、あるいは、不純物を含まない構成をしている。なお、これらの半導体層は、半導体領域とも称される。
In the
このような薄膜ダイオード２０は、透明な平面状の基板１０の上層に形成されている。また、薄膜ダイオード２０と基板１０の間には、バリア性を備えたアンダーコート層１１が介在している。このアンダーコート層１１の配置により、基板１０から薄膜ダイオード２０等への不純物拡散が抑制される。
Such a
また、薄膜ダイオード２０上には、絶縁膜３０が形成されている。そして、絶縁膜３０に形成したコンタクトホール４０ｐを介し、ｐ型半導体層２０ｐとアノード電極５０ｐが接続され、同様に、コンタクトホール４０ｎを介し、ｎ型半導体層２０ｎとカソード電極５０ｎが接続されている。また、アノード電極５０ｐおよびカソード電極５０ｎは、コンタクトホール４０ｐ、４０ｎの上部だけではなく、絶縁膜３０を介しｉ層（半導体層２０ｉ）と向かい合う位置にも、間隙ｓｐを隔てて配置されている。このとき、カソード電極５０ｎの一部で、ｉ層と向かい合う領域は、遮光電極５１ｎとして機能し、アノード電極５０ｐの一部で、ｉ層と向かい合う領域は、遮光電極５１ｐとして機能する。
An
すなわち、光検出装置１は、遮光電極５１ｐと遮光電極５１ｎとが互いに対向し合い、遮光電極５１ｐが半導体層２０ｉと絶縁膜３０を介して相対する領域（第１の領域）と、遮光電極５１ｎが半導体層２０ｉと絶縁膜３０を介して相対する領域（第２の領域）とを有している。
That is, in the
また、間隙ｓｐは、例えば、５μｍ以下に構成されている。また、間隙ｓｐ内に、絶縁層を配置してもよい。また、このような遮光電極５１ｐと遮光電極５１ｎとは、プレート状の電極であると同時に、光検出装置１の上方から光検出装置１内に進入するバックライトなどの迷光を遮断するための遮光膜としても機能する。また遮光電極５１ｐと遮光電極５１ｎは、基板１０側から入射した光で半導体層で吸収されなかった一部の光を反射し、再度半導体層へ入射させる反射層としての機能も持つ。そして、基板１０側から検出光（信号光）が入射すると、薄膜ダイオード２０が光電流等を発生させる。この電流を光検出装置１が検出するか否かによって、例えば、基板１０の下方に、ペン、指等の人体等があるか否かを判別することができる。
Further, the gap sp is configured to be 5 μm or less, for example. An insulating layer may be disposed in the gap sp. In addition, the
なお、薄膜ダイオード２０の材質は、例えば、多結晶半導体であるポリシリコンが適用される。ｐ型半導体層２０ｐ、ｎ型半導体層２０ｎ及び半導体層２０ｉは、同一層で形成される（後述）。
また、基板１０の材質は、例えば、ガラスが適用される。また、アンダーコート層１１の材質は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が適用される。また、絶縁膜３０の材質は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が適用される。
The material of the
For example, glass is applied as the material of the
また、アノード電極５０ｐ及びカソード電極５０ｎの材質は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が適用される。また、これらの電極材には、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、Ｍｏ−Ｗ合金、これらの合金を用いてもよい。また、アノード電極５０ｐ、カソード電極５０ｎ、遮光電極５１ｐ及び遮光電極５１ｎの膜厚は、４００ｎｍ〜６００ｎｍに形成されている。
なお、光検出装置１には、上述した絶縁膜３０内にゲート電極を配置してもよい。
Further, for example, aluminum (Al) is applied as the material of the
In the
このような光検出装置１の製造は、以下のように実施される。
例えば、基板１０上に設けられたアンダーコート層１１上に、ＰＥＣＶＤ法等でアモルファスシリコン層を、例えば５０ｎｍ程度形成する。次いで、このアモルファスシリコン層にエキシマレーザー等を照射することによって結晶化し、ポリシリコン層に変化させる。
Manufacture of such a
For example, an amorphous silicon layer is formed, for example, about 50 nm on the
次に、フォトリソグラフイ法により、ポリシリコン層のパターニングを行う。例えば、ポリシリコン層上にレジストパターンを形成し、このフォトレジストをマスクとして、ＲＩＥなどのエッチング加工により、ポリシリコン層を基板１０上に形成する。
Next, the polysilicon layer is patterned by photolithography. For example, a resist pattern is formed on the polysilicon layer, and the polysilicon layer is formed on the
次に、ＰＥＣＶＤ法等で、ポリシリコン層上に、絶縁膜を形成し、この絶縁膜を介して、ポリシリコン層の全面に、低濃度のボロン（Ｂ）を注入する。そして、パターニングされたフォトレジストをマスクとして、ポリシリコン層の一部に、高濃度のリン（Ｐ）を注入し、ｎ型半導体層２０ｎを形成する。
Next, an insulating film is formed on the polysilicon layer by PECVD or the like, and low-concentration boron (B) is implanted into the entire surface of the polysilicon layer through the insulating film. Then, using the patterned photoresist as a mask, high concentration phosphorus (P) is implanted into a part of the polysilicon layer to form the n-
続いて、パターニングされたフォトレジストをマスクとして、高濃度のボロン（Ｂ）を注入し、ｐ型半導体層２０ｐを形成する。そして、不純物拡散を図るために、５００℃程度でアニールを行なった後、ポリシリコン層の欠陥低減のために水素プラズマ中に基板を晒し、ポリシリコン層の水素化を行う。
Subsequently, using the patterned photoresist as a mask, high concentration boron (B) is implanted to form a p-
ここで、ポリシリコン層中で低濃度のボロン（Ｂ）がドーピングされている領域、すなわち、半導体層２０ｉは、その両側のＰ層、Ｎ層と比較して、不純物が低濃度であるために、ｉ層とみなせる。この時点で、図１に例示する薄膜ダイオード２０が形成されたことになる。
Here, a region doped with low-concentration boron (B) in the polysilicon layer, that is, the
続いて、薄膜ダイオード２０上に、絶縁膜３０を形成し、フォトリソグラフィ法及びエッチング加工を行うことで、絶縁膜３０内に、コンタクトホール４０ｐ、及びコンタクトホール４０ｎを形成する。そして、図１に示すように、アノード電極５０ｐ及びカソード電極５０ｎを形成する。このような方法によって、光検出装置１が製造される。
さらに、光検出装置１には、薄膜ダイオード２０等を保護するために、光検出装置１の表面を覆う、パッシベーション膜を形成してもよい。
Subsequently, an insulating
Further, a passivation film that covers the surface of the
次に、光検出装置１の作用について説明する。
図２は、光検出装置の作用を説明するための図である。ここで、図２（ａ）には、光検出装置１の要部断面が示され、図２（ｂ）には、光検出装置１内の薄膜ダイオード２０のバンド構造が示されている。
Next, the operation of the
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the photodetection device. Here, FIG. 2A shows a cross section of the main part of the
例えば、光検出装置１のアノード電極５０ｐをＧＮＤ電位とし、カソード電極５０ｎに正電圧であるＶｎｐを印加して、薄膜ダイオード２０に逆バイアスを印加する。この際、カソード電極５０ｎには、遮光電極５１ｎが接続され、アノード電極５０ｐには、遮光電極５１ｐが接続されている。従って、遮光電極５１ｎは、ＧＮＤ電位となり、遮光電極５１ｐは、Ｖｎｐ電位となる。
For example, the
そして、それぞれの遮光電極５１ｐと遮光電極５１ｎとが間隙ｓｐを隔てて、半導体層２０ｉの上層に配置されている。従って、遮光電極５１ｐ及び遮光電極５１ｎにより形成される電界が半導体層２０ｉにも影響を及す。すなわち、間隙ｓｐの直下の半導体層２０ｉの中央部分からｐ型半導体層２０ｐ側及びｎ型半導体層２０ｎ側の両側に空乏化領域ＤＬ１が拡がる（図２（ａ）参照）。この場合、薄膜ダイオード２０のエネルギーバンド構造は、伝導帯ＣＢと価電子帯ＶＢとの間にエネルギーギャップＥｇを形成しつつ、逆バイアスＶｎｐにより、バンドが曲がる。このとき、ＧＮＤ電位の遮光電極５１ｐとＶｎｐの電位の遮光電極５１ｎの影響で、遮光電極の隙間（間隙ｓｐ）の下を中心に空乏層が発生する（図２（ｂ）参照）。
The respective
そして、光検出装置１に検出光が照射されると、半導体全域での対生成によりフォトキャリア（電子、ホール）が発生する。ここで、図中には、ホールを丸印、電子を黒丸として模式的に表示している。
ここで、空乏化領域ＤＬ１内には集中した電界により、光生成した電子とホールは、引き離され、再結合せずにドリフト電流となって光電流に寄与する。
When the
Here, due to the electric field concentrated in the depletion region DL1, the photogenerated electrons and holes are separated and contribute to the photocurrent as a drift current without being recombined.
但し、空乏化領域ＤＬ１以外の半導体層２０ｉで発生した光キャリアの一部は、電子とホールの再結合により消滅してしまい、光電流として寄与しなくなる場合がある。例えば、ｐ型半導体層２０ｐ近傍の半導体層２０ｉ、またはｎ型半導体層２０ｎ近傍の半導体層２０ｉで発生した光キャリアは、電子とホールの再結合によって消滅してしまう。
However, some of the photocarriers generated in the
しかしながら、空乏化領域ＤＬ１から光キャリアの拡散長（キャリア拡散長）Ｌ程度までの領域（拡散電流領域）において発生した光キャリアは再結合せず、拡散して空乏化領域ＤＬ１内に流れ込む。すなわち、この拡散長Ｌ程度の範囲の領域（拡散電流領域）で発生した光キャリアについては、その拡散電流が光電流に寄与する。 However, the optical carriers generated in the region (diffusion current region) from the depletion region DL1 to the diffusion length (carrier diffusion length) L of the optical carrier do not recombine but diffuse and flow into the depletion region DL1. That is, the diffusion current contributes to the photocurrent with respect to the photocarrier generated in the region of the diffusion length L (diffusion current region).
本実施の形態の光検出装置１では、光電流に寄与する拡散電流をｐ型半導体層２０ｐ側、及びｎ型半導体層２０ｎ側の両側から取り込む構造を有している。
すなわち、光検出装置１では、空乏化領域ＤＬ１のｎ型半導体層２０ｎ側における、拡散長Ｌ程度までの領域（拡散電流領域）において発生したホールが空乏化領域ＤＬ１に流れ込み、拡散電流として光電流に寄与する。また、これと共に、空乏化領域ＤＬ１のｐ型半導体層２０ｐ側における、拡散長Ｌ程度までの領域（拡散電流領域）において発生した電子が空乏化領域ＤＬ１に流れ込み、拡散電流として光電流に寄与する。
このような構成であれば、上述した明暗比が向上し、光電流がより増加する。
The
That is, in the
With such a configuration, the above-described light / dark ratio is improved, and the photocurrent is further increased.
比較例として、上述した間隙ｓｐをｐ型半導体層２０ｐの上方に配置した例について説明する。
図３は、比較例の光検出装置の作用を説明するための図である。ここで、図３（ａ）には、光検出装置１００の要部断面が示され、図３（ｂ）には、光検出装置１００内の薄膜ダイオード２０のバンド構造が示されている。
As a comparative example, an example in which the gap sp described above is disposed above the p-
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the photodetector of the comparative example. Here, FIG. 3A shows a cross-section of the main part of the
光検出装置１００では、遮光電極５１ｎをｐ型半導体層２０ｐの上方にまで延出し、遮光電極５１ｎとアノード電極５０ｐの間隙ｓｐをｐ型半導体層２０ｐの上方に配置している。ｉ層上部を電位Ｖｎｐの遮光電極５１ｎが覆っているため、空乏化領域ＤＬ２は、例えば、ｐ型半導体層２０ｐと半導体層２０ｉとの界面から、ｎ型半導体層２０ｎ側に主に発生する（図３（ａ）参照）。このとき、電界は空乏層に集中するため、図３（ｂ）のようなバンド構造になる。
In the
このような光検出装置１００に検出光が照射されると、半導体全域での対生成によりフォトキャリア（電子、ホール）が発生する。
ここで、空乏化領域ＤＬ２内には電界が集中しており、空乏化領域ＤＬ２内で発生したフォトキャリアはドリフト電流となって光電流に寄与する。しかし、光検出装置１００では、空乏化領域ＤＬ２をｐ型半導体層２０ｐ側に形成したために、光電流に寄与する拡散電流をｎ型半導体層２０ｎ側の半導体層２０ｉからしか取り込めない。
When detection light is irradiated onto such a
Here, the electric field is concentrated in the depletion region DL2, and photocarriers generated in the depletion region DL2 become a drift current and contribute to the photocurrent. However, in the
すなわち、光検出装置１００では、空乏化領域ＤＬ２のｎ型半導体層２０ｎ側における、拡散長Ｌ程度までに発生したホールのみが空乏化領域ＤＬ２に流れ込むに過ぎず、光電流に寄与する拡散電流が光検出装置１に比べて減少してしまう。
That is, in the
図４は、別の比較例の光検出装置の作用を説明するための図である。ここで、図４（ａ）には、光検出装置１０１の要部断面が示され、図４（ｂ）には、光検出装置１０１内の薄膜ダイオード２０のバンド構造が示されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the light detection device of another comparative example. Here, FIG. 4A shows a cross section of the main part of the
光検出装置１０１では、遮光電極５１ｐをｎ型半導体層２０ｎの上方にまで延出し、遮光電極５１ｐとカソード電極５０ｎの間隙ｓｐをｎ型半導体層２０ｎの上方に配置している。ＧＮＤ電位の遮光電極５１ｐがｉ層を覆っているため、空乏化領域ＤＬ３は、例えば、ｎ型半導体層２０ｎと半導体層２０ｉとの界面から、主にｐ型半導体層２０ｐ側に発生する（図４（ａ）参照）。このとき、電界は空乏層に集中するため、図４（ｂ）のようなバンド構造になる。
In the
このような光検出装置１０１に検出光が照射されると、半導体全域での対生成によりフォトキャリア（電子、ホール）が発生する。
ここで、空乏化領域ＤＬ３内には電界が集中しており、空乏化領域ＤＬ３内で発生したフォトキャリアはドリフト電流となって光電流に寄与する。しかし、光検出装置１０１では、空乏化領域ＤＬ３をｎ型半導体層２０ｎ側に形成したために、光電流に寄与する拡散電流をｐ型半導体層２０ｐ側の半導体層２０ｉから取り込むことしかできない。
When detection light is irradiated to such a
Here, an electric field is concentrated in the depletion region DL3, and photocarriers generated in the depletion region DL3 become a drift current and contribute to the photocurrent. However, in the
すなわち、光検出装置１０１では、空乏化領域ＤＬ３のｐ型半導体層２０ｐ側における、拡散長Ｌ程度までに発生した電子のみが空乏化領域ＤＬ３に流れ込むに過ぎず、光電流に寄与する拡散電流が光検出装置１に比べて減少してしまう。
このように、比較例では、いずれか一方の側の拡散長Ｌ程度内で発生した、キャリアが拡散電流となって光電流に寄与するに過ぎない。
That is, in the
As described above, in the comparative example, the carriers generated within the diffusion length L on either side are merely a diffusion current and contribute to the photocurrent.
これに対し、光検出装置１では、空乏化領域ＤＬ１のｎ型半導体層２０ｎ側における、拡散長Ｌ程度の領域で発生したホールが空乏化領域ＤＬ１に流れ込み、拡散長Ｌ程度における拡散電流が光電流に寄与している。また、これと同時に、空乏化領域ＤＬ１のｐ型半導体層２０ｐ側における、拡散長Ｌ程度の領域で発生した電子が空乏化領域ＤＬ１に流れ込み、拡散長Ｌ程度における拡散電流が光電流に寄与している。すなわち、光検出装置１では、光検出装置１００，１０１よりも明暗比が向上し、光電流がより増加する。
On the other hand, in the
なお、半導体層２０ｉ内に形成する空乏化領域ＤＬ１の幅は、遮光電極５１ｐと遮光電極５１ｎとの間隙ｓｐの幅（ｐ型半導体層２０ｐからｎ型半導体層２０ｎに向かう方向の幅）に依存する。従って、その幅を５μｍ以下とすることが望ましい。
暗電流は、ほぼ空乏層幅に比例するため、明暗比は空乏層幅に対する拡散長の大きさが重要になる。つまり明暗比の向上には空乏層幅が小さいほうが望ましい。例えば、間隙ｓｐが５μｍより大きくなると、これに付随して、空乏化領域ＤＬ１も５μｍより大きくなってしまい、拡散長の典型値である１μｍ〜５μｍより大きくなり、拡散電流の寄与が相対的に小さくなり、明暗比が減少する。
The width of the depletion region DL1 formed in the
Since the dark current is substantially proportional to the width of the depletion layer, the size of the diffusion length with respect to the width of the depletion layer is important for the light / dark ratio. That is, it is desirable that the width of the depletion layer is small for improving the light / dark ratio. For example, when the gap sp is larger than 5 μm, the depletion region DL1 is also larger than 5 μm, which is larger than the typical diffusion length of 1 μm to 5 μm. It becomes smaller and the light / dark ratio decreases.
明暗比の変化を遮光電極５１ｐ，５１ｎの長さと間隙ｓｐとの比で説明すると以下のようになる。
図５は、遮光電極の長さと間隙との比による明暗比の変化を説明するための図である。
The change in the light / dark ratio will be described as follows by the ratio between the length of the
FIG. 5 is a diagram for explaining the change in the light / dark ratio depending on the ratio between the length of the light shielding electrode and the gap.
まず、図５（ａ）に示すように、半導体層２０ｉの上方に延出した遮光電極５１ｐの長さを“ｄ１”、半導体層２０ｉの上方に延出した遮光電極５１ｎの長さを“ｄ２”、間隙ｓｐを“ｄ３”とする。ここで、ｄ１は、ｐ型半導体層２０ｐからｎ型半導体層２０ｎに向かう方向の第１の領域の長さに対応し、ｄ２は、ｐ型半導体層２０ｐからｎ型半導体層２０ｎに向かう方向の第２の領域の長さに対応している。
First, as shown in FIG. 5A, the length of the
図５（ｂ）は、ｄ１＝ｄ２とした場合の明暗比のシミュレーション結果である。ここで、ｄ１＝ｄ２としているので、図５（ｂ）の横軸には、ｄ２／ｄ３については表示せず、ｄ１／ｄ３が示されている。また、縦軸には明暗比が示されている。
図示するように、ｄ１／ｄ３が１以下になると、明暗比が急激に減少してしまう。一方、ｄ１／ｄ３が１より大きくなると、明暗比は増加し、飽和する傾向にある。従って、ｄ１、ｄ２、ｄ３においては、ｄ１＞ｄ３且つｄ２＞ｄ３であることが望ましい。
また、間隙ｓｐが５μｍより大きくなると、迷光が間隙ｓｐから入り易くなり、明暗比を低減させてしまうこともある。従って、間隙ｓｐは、５μｍ以下とすることが望ましい。
FIG. 5B shows the simulation result of the contrast ratio when d1 = d2. Here, since d1 = d2, d2 / d3 is not displayed on the horizontal axis in FIG. 5B, and d1 / d3 is shown. The vertical axis indicates the light / dark ratio.
As shown in the figure, when d1 / d3 is 1 or less, the light / dark ratio is drastically reduced. On the other hand, when d1 / d3 is larger than 1, the light / dark ratio increases and tends to be saturated. Therefore, in d1, d2, and d3, it is desirable that d1> d3 and d2> d3.
Further, if the gap sp is larger than 5 μm, stray light easily enters from the gap sp, and the light / dark ratio may be reduced. Therefore, the gap sp is preferably 5 μm or less.
このように、明暗比を向上させ、光電流を増加させるには、間隙ｓｐが５μｍ以下でより狭く、空乏化領域ＤＬ１の両側に拡散長Ｌ分の半導体層２０ｉが確保されていることが望ましい。このためには、上述したｄ１、ｄ２を少なくとも拡散長Ｌより長くさせることが望ましい。
Thus, in order to improve the light / dark ratio and increase the photocurrent, it is desirable that the gap sp is narrower than 5 μm and the
次に、光検出装置１の効果（シミュレーション結果）について説明する。以下のシミュレーションでは、本実施の形態の光検出装置１と、上述した比較例の光検出装置１００，１０１について行っている。
図６は、光検出装置の明暗比と光電流を説明するための図である。ここで、図６（ａ）には、光検出装置の明暗比の逆バイアス電圧（Ｖｎｐ）依存が示され、図６（ｂ）には、光検出装置の光電流値の逆バイアス電圧（Ｖｎｐ）依存が示されている。なお、図６では、間隙ｓｐを２μｍとしている。
Next, effects (simulation results) of the
FIG. 6 is a diagram for explaining the light / dark ratio and the photocurrent of the photodetector. 6A shows the dependence of the light / dark ratio of the photodetector on the reverse bias voltage (Vnp), and FIG. 6B shows the reverse bias voltage (Vnp) of the photocurrent value on the photodetector. ) Dependence is shown. In FIG. 6, the gap sp is 2 μm.
図６（ａ）に示すように、０〜５（Ｖｎｐ）の範囲では、光検出装置１は、光検出装置１００よりも、高い明暗比を得ている。また、逆バイアス電圧（Ｖｎｐ）が大きくなるほど、光検出装置１の明暗比は、比較例の光検出装置１０１の明暗比に近似することが確認されている。すなわち、光検出装置１の明暗比は、光検出装置１００よりも高くなり、逆バイアス電圧が大きくなるほど、光検出装置１０１と同等となることが分かった。
As shown in FIG. 6A, the
また、図６（ｂ）に示すように、０〜５（Ｖｎｐ）の範囲では、光検出装置１の光電流が光検出装置１００及び光検出装置１０１の光電流よりも、２倍〜３倍高い傾向にあることが確認されている。
光電流は、例えば、ｉ層の不純物濃度で大きく変わる場合があるが、この傾向は、ｉ層の不純物濃度等を、１０１３／ｃｍ３、１０１５／ｃｍ３と変化させた場合においても同様であった。
Further, as shown in FIG. 6B, in the range of 0 to 5 (Vnp), the photocurrent of the
For example, the photocurrent may vary greatly depending on the impurity concentration of the i layer, but this tendency is the same even when the impurity concentration of the i layer is changed to 10 13 / cm 3 , 10 15 / cm 3. Met.
センサとしてのＳ／Ｎ比向上のためには明暗比向上とともに、信号のばらつき抑制が必要となる。光電流のばらつきを抑制する必要があるが、ｉ層の不純物濃度等による半導体中の電荷のばらつきがプロセスによる光電流のばらつきの主要因の一つと考えられる。 In order to improve the S / N ratio as a sensor, it is necessary to improve signal contrast and suppress signal variation. Although it is necessary to suppress variations in photocurrent, variations in charge in the semiconductor due to the impurity concentration of the i layer and the like are considered to be one of the main causes of variations in photocurrent due to processes.
例えば、光電流は、主に空乏化領域で発生することが知られている。そして、空乏化領域の幅は、ポリシリコン層の内部の電荷量により決まり、例えば、遮光電極等を無視した一次元系で考え、ｐｎ接合を階段接合と仮定すると、空乏化領域の幅Ｗｄは、
Ｗｄ＝√（２・εｓ・Ｖnp／ｑ・Ｎｔｏｔａｌ）
と表せる。ここで、εｓ：シリコンの誘電率、Ｖnp：逆バイアス、Ｎｔｏｔａｌ：ポリシリコン中の総電荷である。
Ｎｔｏｔａｌは、Ｎｔｏｔａｌ＝（ＮＡ−）＋（ＧＡ−）−（ＧＤ＋）−（ＮＦｉｘ）−（ＮＳｈ）とあらわされる。
また、ＮＡ−は、ドーピングによる電荷（ｐ−濃度）であり、ＧＡ−は、“acceptor like”の“deep level”による固定電荷であり、ＧＤ＋は、“donor like”の“deep level”による固定電荷であり、ＮＦｉｘは、界面や絶縁膜中の固定電荷により誘起される電荷である。また、ＮＳｈは、遮光電極の電位により誘起される電荷であり、ＮＳｈは、遮光電極の電位と、ポリシリコン層との電位差で発生し、光検出装置１００（ｎ＋層遮光構造）ではＮＳｈ＞０、光検出装置１０１（ｐ＋層遮光構造）では、ＮＳｈ＜０となる。
このように、空乏化領域の幅が電荷量により変化するので、光電流にばらつきが発生する。
本実施例記載の光検出装置１は、図６（ｂ）に示す通り、ｉ層の不純物濃度変化に対する特性ばらつきが小さくなっている。
この説明をシミュレーションから得られたキャリアの再結合速度から説明を行う。
For example, it is known that photocurrent is generated mainly in a depleted region. The width of the depletion region is determined by the amount of charge inside the polysilicon layer. For example, assuming a one-dimensional system ignoring the light shielding electrode and the like, and assuming that the pn junction is a step junction, the width Wd of the depletion region is ,
Wd = √ (2 · ε s · Vnp / q · Ntotal)
It can be expressed. Where ε s is the dielectric constant of silicon, Vnp is the reverse bias, and Ntotal is the total charge in the polysilicon.
Ntotal is expressed as Ntotal = (NA −) + (GA −) − (GD +) − (NFix) − (NSh).
NA− is a charge (p−concentration) due to doping, GA− is a fixed charge according to “deep level” of “acceptor like”, and GD + is fixed according to “deep level” of “donor like”. NFIX is an electric charge induced by a fixed electric charge in the interface or the insulating film. NSh is a charge induced by the potential of the light shielding electrode, and NSh is generated by a potential difference between the potential of the light shielding electrode and the polysilicon layer. In the photodetection device 100 (n + layer light shielding structure), NSh> 0. In the photodetector 101 (p + layer light shielding structure), NSh <0.
As described above, since the width of the depletion region varies depending on the amount of charge, variations in the photocurrent occur.
As shown in FIG. 6B, the
This explanation will be made based on the carrier recombination velocity obtained from the simulation.
図７は、光検出装置のキャリアの再結合速度を説明するための図である。ここで、図７（ａ）には、光検出装置１０１の再結合速度の位置依存が示され、図７（ｂ）には、光検出装置１００の再結合速度の位置依存が示されている。また、図７（ｃ）には、光検出装置１の再結合速度の位置依存が示されている。また、図７の横軸には、薄膜ダイオード２０のｐ型半導体層２０ｐからｎ型半導体層２０ｎに向かう方向の位置が示され、縦軸には、キャリアの再結合速度が示されている。
FIG. 7 is a diagram for explaining the carrier recombination speed of the photodetection device. Here, FIG. 7A shows the position dependency of the recombination speed of the
この図７では、ホールと電子の再結合速度が示されている。従って、図７では、縦軸の値が低くなるほど、ホールと電子の再結合が抑制され、光電流の寄与が大きくなることを表している。なお、図７では、間隙ｓｐを２μｍとしている。 In FIG. 7, the recombination velocity of holes and electrons is shown. Therefore, FIG. 7 shows that the lower the value on the vertical axis, the more recombination of holes and electrons is suppressed, and the greater the contribution of photocurrent. In FIG. 7, the gap sp is 2 μm.
まず、図７（ａ）に示す光検出装置１０１では、上述したように、ｎ型半導体層２０ｎの上方にまで、遮光電極５１ｐを延出している。この場合、空乏化領域ＤＬ３は、ｎ型半導体層２０ｎと半導体層２０ｉの界面からｐ型半導体層２０ｐ側に向けて拡がる。
すなわち、その界面から左側では、空乏化領域が拡がって、再結合速度がほぼ０（ｓ−１・ｃｍ−３）となる領域（図中のｃ領域）があることが確認された。すなわち、この領域では、光キャリアは、光電流に寄与することが分かった。
First, in the
That is, on the left side from the interface, it was confirmed that there is a region (c region in the figure) in which the depletion region expands and the recombination rate becomes approximately 0 (s −1 · cm −3 ). That is, it was found that photocarriers contribute to photocurrent in this region.
しかし、ｃ領域から、ｐ型半導体層２０ｐ側のｂ領域になると、再結合速度が上昇し、光電流への寄与が徐々に低くなることが分かった。そして、半導体層２０ｉの中央付近（約２５μｍ）で再結合速度が飽和し、そこから左側のａ領域においては、半導体層２０ｉとｐ型半導体層２０ｐの界面近傍で、さらに再結合速度が上昇することが分かった。すなわち、Ａ領域では、発生した光キャリアの殆どが再結合して消滅し、光電流に寄与しないことが分かった。
However, from the c region to the b region on the p-
また、シミュレーション結果から、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−を、１０１３／ｃｍ３、１０１５／ｃｍ３と変化させると、ｂ領域では再結合速度が変わり、光電流がばらつくことが分かった。
例えば、ｂ領域では、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１５／ｃｍ３の場合の再結合速度は、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１３／ｃｍ３の場合の再結合速度に比べ、右側にシフトしている。このように、光検出装置１０１では、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−によって、光電流がばらつくことが分かった。
From the simulation results, it was found that when the impurity concentration NA− of the i layer was changed to 10 13 / cm 3 or 10 15 / cm 3 , the recombination rate changed in the b region, and the photocurrent varied.
For example, in the b region, the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 15 / cm 3 is higher than the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 13 / cm 3. Has shifted to. Thus, it was found that the photocurrent varies in the
また、図７（ｂ）に示す光検出装置１００では、上述したように、ｐ型半導体層２０ｐの上方にまで、遮光電極５１ｎを延出している。この場合、空乏化領域ＤＬ２は、ｐ型半導体層２０ｐと半導体層２０ｉの界面からｎ型半導体層２０ｎ側に向けて拡がる。
すなわち、その界面から右側では、空乏化領域が拡がって、再結合速度がほぼ０（ｓ−１・ｃｍ−３）となる領域（図中のａ’領域）があることが確認された。すなわち、この領域において、光キャリアは、光電流に寄与することが分かった。
In the
That is, on the right side from the interface, it was confirmed that there is a region (a ′ region in the drawing) in which the depletion region expands and the recombination rate becomes approximately 0 (s −1 · cm −3 ). That is, it was found that photocarriers contribute to photocurrent in this region.
しかし、ａ’領域から、ｎ型半導体層２０ｎ側のｂ’領域になると、再結合速度が上昇し、光電流への寄与が徐々に低くなることが分かった。そして、半導体層２０ｉの中央付近（約２５μｍ）で再結合速度が飽和し、そこから右側のｃ’領域においては、半導体層２０ｉとｎ型半導体層２０ｎの界面近傍で、さらに再結合速度が上昇することが分かった。すなわち、ｃ’領域では、発生した光キャリアの殆どが再結合して消滅し、光電流に寄与しないことが分かった。
However, it has been found that when the a ′ region is changed to the b ′ region on the n-
また、シミュレーション結果から、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−を、１０１３／ｃｍ３、１０１５／ｃｍ３と変化させると、上述したように、ｂ’領域では、光電流がばらつくことが分かった。
例えば、ｂ’領域では、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１５／ｃｍ３の場合の再結合速度は、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１３／ｃｍ３の場合の再結合速度に比べ、右側にシフトしている。このように、光検出装置１００では、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−によって、光電流がばらつくことが分かった。
From the simulation results, it was found that when the impurity concentration NA− of the i layer was changed to 10 13 / cm 3 and 10 15 / cm 3 , as described above, the photocurrent varied in the b ′ region.
For example, in the b ′ region, the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 15 / cm 3 is compared with the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 13 / cm 3 . Shift to the right. Thus, it was found that the photocurrent varies in the
そして、図７（ｃ）に示す、本実施の形態の光検出装置１では、上述したように、半導体層２０ｉの中央部分の上方にまで、遮光電極５１ｐ及び遮光電極５１ｎを延出している。この場合、空乏化領域ＤＬ１は、半導体層２０ｉの中央部分から、ｐ型半導体層２０ｐ側及びｎ型半導体層２０ｎ側の両側に向けて拡がる。
In the
すなわち、半導体層２０ｉの中央部分で、ｐ型半導体層２０ｐ側及びｎ型半導体層２０ｎ側の両側に空乏化領域が拡がって、再結合速度がほぼ０（ｓ−１・ｃｍ−３）となる領域（図中のＡ領域）があることが確認された。すなわち、この領域において、光キャリアが光電流に寄与することが確認された。
That is, in the central portion of the
そして、Ａ領域から、ｐ型半導体層２０ｐ側のＢ領域になると、再結合速度が上昇し、光電流への寄与が徐々に低くなることが確認された。また、Ａ領域から、ｎ型半導体層２０ｎ側のＢ’領域になると、再結合速度が上昇し、光電流への寄与が徐々に低くなることが確認された。そして、Ｂ領域から左側のＣ領域においては、半導体層２０ｉとｐ型半導体層２０ｐの界面近傍で、さらに再結合速度が上昇することが確認された。また、Ｂ’領域から右側のＣ’領域においては、半導体層２０ｉとｎ型半導体層２０ｎの界面近傍で、さらに再結合速度が上昇することが確認された。
Then, it has been confirmed that when the region A is changed to the region B on the p-
但し、光検出装置１では、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−を、１０１３／ｃｍ３、１０１５／ｃｍ３と変化させても、光電流がばらつき難いことを確認した。
例えば、Ｂ領域では、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１５／ｃｍ３の場合の再結合速度は、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１３／ｃｍ３の場合の再結合速度に比べ、図の右側にシフトしている。これと同様に、Ｂ’領域でも、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１５／ｃｍ３の場合の再結合速度は、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１３／ｃｍ３の場合の再結合速度に比べ、図の右側にシフトしている。
However, in the
For example, in the B region, the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 15 / cm 3 is higher than the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 13 / cm 3 . It is shifted to the right side. Similarly, in the B ′ region, the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 15 / cm 3 is the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 13 / cm 3. Compared to the right side of the figure.
すなわち、Ｂ領域及びＢ’領域においては、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１５／ｃｍ３の場合の再結合速度が、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−が１０１３／ｃｍ３の場合の再結合速度から、共に同じ方向にシフトしている。このため、半導体層２０ｉ内での再結合速度の総計は、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−を変化させても変わり難くなる。
このように、光検出装置１の光電流は、光検出装置１００及び光検出装置１０１よりも、ｉ層の不純物濃度ＮＡ−の差によってばらつき難くなることが確認された。
That is, in the B region and the B ′ region, the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 15 / cm 3 is the recombination rate when the impurity concentration NA− of the i layer is 10 13 / cm 3. Both are shifting in the same direction from the speed. For this reason, the total recombination velocity in the
Thus, it was confirmed that the photocurrent of the
次に、光検出装置１の変形例について説明する。この変形例を説明する図では、光検出装置１と同一の部材には、同一の符号を付し、その説明の詳細を省略する。
図８は、光検出装置の要部模式図である。ここで、図８（ａ）には、光検出装置２の要部断面が示され、図８（ｂ）には、光検出装置２の要部平面が示されている。なお、図８（ａ）には、図８（ｂ）のＸ−Ｙ断面が例示されている。
Next, a modified example of the
FIG. 8 is a schematic diagram of a main part of the photodetection device. Here, FIG. 8A shows a cross-section of the main part of the
光検出装置２では、光検出装置１を基本構造とし、さらに、アノード電極５０ｐ、カソード電極５０ｎ、遮光電極５１ｐ、遮光電極５１ｎ及び間隙ｓｐ上に、層間絶縁膜６０を配置している。層間絶縁膜６０は、例えば、ＰＥＣＶＤ法によって形成され、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が適用される。層間絶縁膜６０には、塗布形成した有機樹脂を用いることもできる。
In the
そして、光検出装置２では、間隙ｓｐを覆うように、金属膜７０を間隙ｓｐの上方の層間絶縁膜６０上に配置している。金属膜７０は、スパッタ法またはＰＥＣＶＤ法によって形成された平面状の金属膜を、フォトリソグラフィ及びエッチングにより加工して形成する。また、金属膜７０の材質は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が適用される。
このような光検出装置２であれば、金属膜７０の遮光効果により、光検出装置２内に迷光が入り難くなり、光検出装置１よりも、明暗比をさらに向上させることができる。
In the
With such a
次に、光検出装置１（または、光検出装置２）を搭載した表示装置３について説明する。
Next, the
図９は、表示装置の要部図であり、図９（ａ）には、表示装置の要部平面図が示され、図９（ｂ）には、画素アレイの１画素分の要部ブロック構成図が示されている。ここで、表示装置３は、一例として、液晶表示装置が示されている。
FIG. 9 is a main part view of the display device, FIG. 9A shows a main part plan view of the display device, and FIG. 9B shows a main part block for one pixel of the pixel array. A block diagram is shown. Here, as the
図９（ａ）に示す表示装置３は、アレイ状の表示領域３ａを備え、この表示領域３ａに信号線及び走査線等が列設されている。また、これらの信号線及び走査線等は、表示領域３ａ外に配置された接続パッド領域３ｂにまで延出されている。そして、表示装置３内には、信号線を駆動する信号線駆動手段と、走査線を駆動する走査線駆動手段と、画像を取り込んで出力する検出回路＆出力手段と、画像取込み用のセンサを制御するセンサ制御手段等を備えている。
The
また、図９（ｂ）に示す１画素３ａａのブロック構成では、縦横に列設される信号線３ａｂ及び走査線３ａｃの各交点付近に形成される薄膜トランジスタＴＦＴと、薄膜トランジスタＴＦＴの一端に接続された液晶容量Ｃ１及び保持容量Ｃ２と、が配置されている。この薄膜トランジスタＴＦＴのスイッチング素子としての機能により、電極間に配置させた液晶に電圧を印加することができる。また、１画素３ａａ内には、センサ回路３ａｄ（例えば、光検出装置１）が配置されている。センサ回路３ａｄは、１画素３ａａ分ごとに設けられる。そして、センサ回路３ａｄの一端には、センサ出力線３ａｅが接続されている。なお、センサ回路３ａｄにおいては、１個とは限らず、２個以上のセンサ回路３ａｄを１画素３ａａ内に備えてもよいし、逆に複数の画素に対し１個のセンサ回路を配置してもよい。 In the block configuration of one pixel 3aa shown in FIG. 9B, the thin film transistor TFT formed near each intersection of the signal line 3ab and the scanning line 3ac arranged in rows and columns and one end of the thin film transistor TFT are connected. A liquid crystal capacitor C1 and a holding capacitor C2 are arranged. Due to the function of the thin film transistor TFT as a switching element, a voltage can be applied to the liquid crystal disposed between the electrodes. Further, a sensor circuit 3ad (for example, the light detection device 1) is disposed in one pixel 3aa. The sensor circuit 3ad is provided for each pixel 3aa. A sensor output line 3ae is connected to one end of the sensor circuit 3ad. Note that the sensor circuit 3ad is not limited to one, and two or more sensor circuits 3ad may be provided in one pixel 3aa. Conversely, one sensor circuit is arranged for a plurality of pixels. Also good.
図１０は、表示装置の要部断面模式図である。図１０では、表示装置の１画素の要部断面が模式的に示されている。
表示装置３では、基板（アレイ基板）１０上に、アンダーコート層１１を配置し、アンダーコート層１１上に、上述した光検出装置１（または、光検出装置２）が配置されている。また、アンダーコート層１１上に、ｐ＋層、ｉ層、ｐ＋層で構成される薄膜トランジスタＴＦＴが配置されている。そして、光検出装置１及び薄膜トランジスタＴＦＴ上を被覆する、ＳｉＯ２等によるゲート絶縁膜８０が基板１０上に配置され、ＴＦＴのｉ層上部にＭｏやＡｌやこれらの合金によるゲート電極Ｇを配置している。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a main part of the display device. FIG. 10 schematically shows a cross-section of the main part of one pixel of the display device.
In the
また、表示装置３では、ゲート絶縁膜８０上に、層間絶縁膜８１が配置されている。このゲート絶縁膜８０と層間絶縁膜８１が光検出装置１の絶縁膜３０に相当する。そして、薄膜トランジスタＴＦＴのソース領域にコンタクトホール８２ｓ、並びにドレイン領域にコンタクトホール８２ｄがゲート絶縁膜８０及び層間絶縁膜８１内に配置されている。
In the
また、光検出装置１は、基板１０の上に薄膜トランジスタＴＦＴと同層に形成された薄膜ダイオード２０を有する。これら薄膜トランジスタＴＦＴと薄膜ダイオードは、例えば、多結晶シリコンのような同質の半導体により形成することができる。そして、ゲート絶縁膜８０及び層間絶縁膜８１（図１の絶縁膜３０に相当）内にコンタクトホール４０ｐ、コンタクトホール４０ｎを配置している。また、コンタクトホール４０ｐを介し、アノード電極５０ｐを薄膜ダイオード２０のｐ型半導体層２０ｐに接続させ、コンタクトホール４０ｎを介してカソード電極５０ｎをｎ型半導体層２０ｎに接続させている。
Further, the
また、表示装置３では、層間絶縁膜８１上に、さらに別の層間絶縁膜８４が配置されている。そして、層間絶縁膜８４内に形成したコンタクトホール９２を介して、ドレイン電極８５ｄと導通する画素電極９１を、ＩＴＯ等の透明電極で形成している。また、電極８５ｓは、ソース電極で信号線と導通している。そして、基板１０と対向基板９６とを図示しないシール材料で周辺を張り合せ、図示しないスペーサで保たれたギャップ内に液晶層ＬＣが配置されている。
In the
また、対向基板９６には、ＩＴＯなどの透明導電膜からなる対向電極９５を形成している。そして、対向基板９６上に、図示しない偏光板と導光板９７を配置し、導光板９７に、バックライト光源９８からの光を導光させている。
A
このような表示装置３によれば、基板１０の下方に、検出対象物（例えば、ペン、指等）が配置されると、導光板９７からのバックライト光が検出対象物に照射する。また、外部が明るい場合は外光による影が発生する。そして、検出対象物で反射されたバックライト光や外光の影を基板１０を介して薄膜ダイオード２０（光検出装置１）で検出することにより、検出対象物の画像の取り込みが行われる。
According to such a
光検出装置１（または、光検出装置２）を搭載した表示装置については、上述した液晶層を備えた表示装置３のほか、有機ＥＬ素子を備えた表示装置４であってもよい。
About the display apparatus which mounts the photon detection apparatus 1 (or photon detection apparatus 2), the
図１１は、表示装置の要部断面模式図である。図１１では、表示装置の１画素の要部断面が模式的に示されている。
例えば、表示装置４では、薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン領域に導通するコンタクトホール８６ｄが層間絶縁膜８３内に配置されている。また、層間絶縁膜８３上に配置した層間絶縁膜８７には、選択的に有機ＥＬ素子ｅｌを配置している。有機ＥＬ素子ｅｌは、有機物を主成分とする発光層９９ａと、これを挟む電極９９ｂと透光性の電極９９ｃを含む構成をしている。なお、層間絶縁膜８７及び有機ＥＬ素子ｅｌ上には、封止層８８が形成されている。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an essential part of the display device. FIG. 11 schematically shows a cross-section of the main part of one pixel of the display device.
For example, in the
このような表示装置４によれば、下方に、検出対象物（例えば、ペン、指等）が配置されると、有機ＥＬ素子ｅｌから発せられた光が検出対象物に照射する。そして、検出対象物で反射されたバックライト光が基板１０を介して薄膜ダイオード２０（光検出装置１）で受光されることにより、検出対象物の画像の取り込みが行われる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本実施の形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、以上の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、光検出装置１（または、光検出装置２）は、上述したディスプレイ以外にも、ラインセンサ、２次元センサを備えた装置にも組み込むことができる。
According to such a
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present embodiment is not limited to these specific examples. In other words, those obtained by appropriately modifying the design of the above specific examples by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. For example, the elements included in each of the specific examples described above and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like are not limited to those illustrated, but can be changed as appropriate. For example, the photodetection device 1 (or the photodetection device 2) can be incorporated in an apparatus provided with a line sensor and a two-dimensional sensor in addition to the above-described display.
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものも含まれる。
In addition, each element included in each of the above-described embodiments can be combined as long as technically possible, and combinations thereof are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can include various changes and modifications.
１、２ 光検出装置
３、４ 表示装置
３ａ 表示領域
３ａａ 画素
３ａｂ 信号線
３ａｃ 走査線
３ａｄ センサ回路
３ａｅ センサ出力線
３ｂ 接続パッド領域
１０ 基板
１１ アンダーコート層
２０ 薄膜ダイオード
２０ｉ 半導体層
２０ｎ ｎ型半導体層
２０ｐ ｐ型半導体層
３０ 絶縁膜
４０ｎ、４０ｐ コンタクトホール
５０ｎ カソード電極
５０ｐ アノード電極
５１ｎ、５１ｐ 遮光電極
６０ 層間絶縁膜
７０ 金属膜
８０ ゲート絶縁膜
８１、８４、８７ 層間絶縁膜
８２ｄ、８２ｓ、８６ｄ コンタクトホール
８５ｄ ドレイン電極
８５ｓ ソース電極
８８ 封止層
９１ 画素電極
９２ コンタクトホール
９５ 対向電極
９６ 対向基板
９７ 導光板
９８ バックライト光源
９９ａ 発光層
９９ｂ 電極
９９ｃ 電極
１００、１０１ 光検出装置
Ｃ１ 液晶容量
Ｃ２ 保持容量
ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３ 空乏化領域
Ｇ ゲート電極
Ｌ 拡散長
ＬＣ 液晶層
ＴＦＴ 薄膜トランジスタ
ｓｐ 間隙
ｅｌ 有機ＥＬ素子
1, 2 Photodetector
3, 4 Display device
3a Display area
3aa pixel
3ab signal line
3ac scanning line
3ad sensor circuit
3ae Sensor output line
3b Connection pad area
10 Substrate
11 Undercoat layer
20 Thin film diode
20i semiconductor layer
20n n-type semiconductor layer
20p p-type semiconductor layer
30 Insulating film
40n, 40p contact hole
50n cathode electrode
50p anode electrode
51n, 51p Light-shielding electrode
60 Interlayer insulation film
70 Metal film
80
82d, 82s, 86d Contact hole
85d drain electrode
85s source electrode
88 Sealing layer
91 Pixel electrode
92 Contact hole
95 Counter electrode
96 Counter substrate
97 Light guide plate
98 Backlight light source
99a Light emitting layer
99b electrode
99c electrode
100, 101 photodetector
C1 LCD capacity
C2 retention capacity
DL1, DL2, DL3 depleted region
G Gate electrode
L diffusion length
LC liquid crystal layer
TFT Thin film transistor
sp gap
el Organic EL device
Claims (6)
前記基板の主面上に併設された、第１導電型の第１の半導体領域と、第２導電型の第２の半導体領域と、前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に設けられ前記第１の半導体領域及び前記第２の半導体領域よりも不純物濃度が低い第３の半導体領域と、を有するダイオードと、
前記第１の半導体領域、前記第２の半導体領域及び前記第３の半導体領域を被覆する絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられ、前記第１の半導体領域に電気的に接続された第１の遮光電極と、
前記絶縁膜の上に設けられ、前記第２の半導体領域に電気的に接続された第２の遮光電極と、
を備え、
前記第１の遮光電極は、前記絶縁膜を介して前記第３の半導体領域と相対する第１の領域を有し、
前記第２の遮光電極は、前記絶縁膜を介して前記第３の半導体領域と相対する第２の領域を有することを特徴とする光検出装置。 A substrate,
A first conductivity type first semiconductor region, a second conductivity type second semiconductor region, a first semiconductor region, and a second semiconductor region provided on the main surface of the substrate. A diode having a third semiconductor region provided between and having a lower impurity concentration than the first semiconductor region and the second semiconductor region;
An insulating film covering the first semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region;
A first light-shielding electrode provided on the insulating film and electrically connected to the first semiconductor region;
A second light-shielding electrode provided on the insulating film and electrically connected to the second semiconductor region;
With
The first light-shielding electrode has a first region facing the third semiconductor region with the insulating film interposed therebetween,
The second light-shielding electrode has a second region facing the third semiconductor region with the insulating film interposed therebetween.
前記第２の領域は、前記間隔よりも広いことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。 The first region is wider than an interval between the first light shielding electrode and the second light shielding electrode,
The photodetection device according to claim 1, wherein the second region is wider than the interval.
前記保護膜の上に設けられた遮光層と、
をさらに備え、
前記遮光層は、前記第１の遮光電極と前記第２の遮光電極との間隙を覆うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光検出装置。 A protective film provided on the first light-shielding electrode and the second light-shielding electrode;
A light shielding layer provided on the protective film;
Further comprising
The photodetection device according to claim 1, wherein the light shielding layer covers a gap between the first light shielding electrode and the second light shielding electrode.
前記複数の画素の少なくともいずれかに付設された請求項１〜４のいずれか１つに記載の光検出装置と、
を備えたことを特徴とする表示装置。 A plurality of pixels arranged in a matrix;
The photodetection device according to any one of claims 1 to 4, which is attached to at least one of the plurality of pixels;
A display device comprising:
前記スイッチング素子が有する半導体層と前記ダイオードとは、前記基板の上に同層として形成されたことを特徴とする請求項５記載の表示装置。 A switching element that performs display control of each of the plurality of pixels;
6. The display device according to claim 5, wherein the semiconductor layer included in the switching element and the diode are formed as the same layer on the substrate.
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