JP3099957B2 - 光導電部材 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、感光体ドラム、光センサ、太陽電池などに
有用な光導電部材に関する。
有用な光導電部材に関する。
〔従来技術〕 アモルファスシリコン材料は、シリコンの未結合手を
水素や、フッ素等により終端することにより伝導帯及び
禁止帯近くの準位を減少させ、その結果高い光感度及び
P,N型のドーピングが可能である。これらの材料を利用
した種々のデバイスが開発されるようになり、センサ
ー、太陽電池、感光体等の応用が進められている。しか
し高機能化が進むにつれ可視の透過率が高く、高い光感
度を有するワイドバンドギャップ材料が必要になってき
た。このワイドバンドギャップ材料という用語は、その
材料を構成している主な元素（例えばSi）に異種元素
（例えば、酸素、炭素、窒素）を混入し、元の結晶の結
合状態を変えることにより、エネルギーギャップが元の
結晶より広くなっている材料を総称するものである。
水素や、フッ素等により終端することにより伝導帯及び
禁止帯近くの準位を減少させ、その結果高い光感度及び
P,N型のドーピングが可能である。これらの材料を利用
した種々のデバイスが開発されるようになり、センサ
ー、太陽電池、感光体等の応用が進められている。しか
し高機能化が進むにつれ可視の透過率が高く、高い光感
度を有するワイドバンドギャップ材料が必要になってき
た。このワイドバンドギャップ材料という用語は、その
材料を構成している主な元素（例えばSi）に異種元素
（例えば、酸素、炭素、窒素）を混入し、元の結晶の結
合状態を変えることにより、エネルギーギャップが元の
結晶より広くなっている材料を総称するものである。
ワイドバンドギャップ材料としては、シリコンを母材
とし、酸素、窒素、炭素などを含むものが多い。しかし
シリコン材料にこれらの添加物を含ませるとワイドバン
ドにはなるが、移動度が低下し、この結果、高い光感度
が損なわれてしまうという問題が生じた。
とし、酸素、窒素、炭素などを含むものが多い。しかし
シリコン材料にこれらの添加物を含ませるとワイドバン
ドにはなるが、移動度が低下し、この結果、高い光感度
が損なわれてしまうという問題が生じた。
本発明は、ワイドバンドでありながら、移動度が低下
せず、光感度の高い光導電部材を提供することを目的と
するものである。
せず、光感度の高い光導電部材を提供することを目的と
するものである。
本発明は、シリコン原子を母材とし、その中に酸素、
窒素および炭素よりなる群から選ばれた少なくとも１種
の原子を含み、かつシリコン原子の未結合手を終端する
材料を含むアモルファスシリコン光導電部材であって、
該アモルファスシリコン光導電部材が、シリコン原子を
主原子とし部材中にシリコンの未結合手を防ぐ材料を含
む構造１よりなる光キャリア移動部と、シリコン原子を
主原子とし部材中に酸素、窒素および炭素よりなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の原子とシリコン原子の未結
合手を終端する材料を含むアモルファスシリコン構造２
よりなる光キャリア生成部とからなり、前記アモルファ
スシリコン構造２が膜中の微小領域において前記アモル
ファスシリコン構造１よりなる海の中に島の形で分相し
ていることを特徴とする光導電部材に関する。
窒素および炭素よりなる群から選ばれた少なくとも１種
の原子を含み、かつシリコン原子の未結合手を終端する
材料を含むアモルファスシリコン光導電部材であって、
該アモルファスシリコン光導電部材が、シリコン原子を
主原子とし部材中にシリコンの未結合手を防ぐ材料を含
む構造１よりなる光キャリア移動部と、シリコン原子を
主原子とし部材中に酸素、窒素および炭素よりなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の原子とシリコン原子の未結
合手を終端する材料を含むアモルファスシリコン構造２
よりなる光キャリア生成部とからなり、前記アモルファ
スシリコン構造２が膜中の微小領域において前記アモル
ファスシリコン構造１よりなる海の中に島の形で分相し
ていることを特徴とする光導電部材に関する。
前記構造１と構造２は、その比率Ｈが0.1〜60の割合
で膜中の微小領域において分相していることが好まし
い。
で膜中の微小領域において分相していることが好まし
い。
前記構造２の膜全体におけるマクロ的な領域の大きさ
は100Å〜10μｍであることが好ましい。
は100Å〜10μｍであることが好ましい。
前記構造１の領域は、III族またはＶ族原子よりなる
ドーパントを用いて活性化されていることが好ましい。
ドーパントを用いて活性化されていることが好ましい。
すなわち、本発明は、光導電部材中で光キャリアを生
成する部分と、光キャリアを輸送する部分が分離されて
いる構成である。通常、これら２つの領域はランダムに
分布しているが、これに限るものではない。
成する部分と、光キャリアを輸送する部分が分離されて
いる構成である。通常、これら２つの領域はランダムに
分布しているが、これに限るものではない。
光キャリア輸送領域を形成するアモルファスシリコン
材料の製法としては、スパッタ法、プラズマCVD法など
が一般的にあげられる。プラズマCVD法を例に取ると使
用するガス材料としてはSiH4,H2等がある。なお、光キ
ャリア輸送領域においても少量の光キャリアを生成する
場合があるが支障はない。
材料の製法としては、スパッタ法、プラズマCVD法など
が一般的にあげられる。プラズマCVD法を例に取ると使
用するガス材料としてはSiH4,H2等がある。なお、光キ
ャリア輸送領域においても少量の光キャリアを生成する
場合があるが支障はない。
光キャリア生成領域を形成するワイドバンドギャップ
材料のマクロ構造としては第１図（Ａ）〜（Ｄ）の四つ
のタイプが存在するが、本発明のワイドバンドギャップ
材料はマクロ構造が第１図（Ｄ）のものを使用する。
材料のマクロ構造としては第１図（Ａ）〜（Ｄ）の四つ
のタイプが存在するが、本発明のワイドバンドギャップ
材料はマクロ構造が第１図（Ｄ）のものを使用する。
ワイドバンドギャップ材料の作成法は、酸素原子を添
加物として考えると、SiH4,H2に加えO2などが一般的に
使用される。
加物として考えると、SiH4,H2に加えO2などが一般的に
使用される。
ワイドバンドギャップ材料のマクロ構造（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）の構造のなかでシリコンの構造１のシリ
コンの未結合手は水素、フッ素等で終端されている。
（Ａ）は、シリコンのネットワーク中に均一に酸素原子
が含まれている場合（例えばガラス）、（Ｂ）は、シリ
コンの構造１と、シリコンの中に酸素原子が含まれる構
造２とがあり、構造１と構造２がほとんど結合しておら
ず、構造１の未結合手は終端されているが、構造２の未
結合手は終端されていない。（Ｃ）は、シリコンの構造
１と、シリコンの中に酸素原子が含まれる構造２とがあ
り、構造１と構造２がほとんど結合しておらず、構造１
と構造２の未結合手が終端されている。（Ｄ）は、シリ
コンの構造１と、シリコンの中に酸素原子が含まれる構
造２とがあり、構造１と構造２が結合しており、かつ構
造１と構造２の未結合手は終端されている。そして構造
1,2の未結合手を終端する材料としては、水素、重水
素、ハロゲン原子を使用することが好ましい。しかしな
がら、O,N,C以外の元素であれば使用可能である。従来
はこれらの構造の中で（Ａ）が最良とされていたが、こ
の構造ではワイドバンドギャップではあるが、移動度が
低く、再結合が大きいため高い光感度が得られない。
（Ｂ）の構造はSiH4,O2ガス材料を用いた場合に多く発
生する。この構造の原因はこれらの材料ガスが直接反応
するためシリコンの材料の中にSiO2の微粒子が発生する
ことが理由になる。（Ｃ）の構造はSiH4,O2ガス材料を
別個に反応室に導入し、O2ガスのみを前もって分解し、
このラジカルをSiH4ガスに反応させ膜を堆積させるよう
な製法で作られる。この構造は（Ｂ）より高い感度が得
られるがシリコンの構造１とは結合していないために光
導電部材として不適当である。
（Ｃ），（Ｄ）の構造のなかでシリコンの構造１のシリ
コンの未結合手は水素、フッ素等で終端されている。
（Ａ）は、シリコンのネットワーク中に均一に酸素原子
が含まれている場合（例えばガラス）、（Ｂ）は、シリ
コンの構造１と、シリコンの中に酸素原子が含まれる構
造２とがあり、構造１と構造２がほとんど結合しておら
ず、構造１の未結合手は終端されているが、構造２の未
結合手は終端されていない。（Ｃ）は、シリコンの構造
１と、シリコンの中に酸素原子が含まれる構造２とがあ
り、構造１と構造２がほとんど結合しておらず、構造１
と構造２の未結合手が終端されている。（Ｄ）は、シリ
コンの構造１と、シリコンの中に酸素原子が含まれる構
造２とがあり、構造１と構造２が結合しており、かつ構
造１と構造２の未結合手は終端されている。そして構造
1,2の未結合手を終端する材料としては、水素、重水
素、ハロゲン原子を使用することが好ましい。しかしな
がら、O,N,C以外の元素であれば使用可能である。従来
はこれらの構造の中で（Ａ）が最良とされていたが、こ
の構造ではワイドバンドギャップではあるが、移動度が
低く、再結合が大きいため高い光感度が得られない。
（Ｂ）の構造はSiH4,O2ガス材料を用いた場合に多く発
生する。この構造の原因はこれらの材料ガスが直接反応
するためシリコンの材料の中にSiO2の微粒子が発生する
ことが理由になる。（Ｃ）の構造はSiH4,O2ガス材料を
別個に反応室に導入し、O2ガスのみを前もって分解し、
このラジカルをSiH4ガスに反応させ膜を堆積させるよう
な製法で作られる。この構造は（Ｂ）より高い感度が得
られるがシリコンの構造１とは結合していないために光
導電部材として不適当である。
本発明は（Ｄ）の構造を提供するものである。この構
造は光キャリアの生成部をシリコンの中に酸素原子を含
む構造２に求め、得られた光キャリアを電界が印加され
ている電極まで走行させるキャリア移動部をシリコンを
含む構造１に求めるものである。この（Ｄ）の構造は1,
2の未結合手が終端され、さらに構造1,2が相互に結合し
ているために光キャリアの再結合を防ぐことができる。
このような構成にすることにより、ワイドバンドギャッ
プでかつ高い光感度が達成できる。シリコンを含む構造
１はシリコンの未結合手を水素、フッ素等により終端さ
れている。又構造１は水素を終端材料とするとSi−Ｈ結
合がほとんどを占めSi−H2結合は存在していないかある
いは全結合の１％以下であることが望ましい。シリコン
の中に酸素原子を含む構造２については、シリコンの未
結合手の終端材料を水素とするとローカルレンジにおい
ては第２図のようにＨ−Si（Ox）構造を有しており、Ｘ
は０＜Ｘ＜４の値を示す。この構造で大事な点は構造２
から出ている結合手の先が構造１のシリコン原子と結合
していることが重要である。構造２の未結合手は全結合
手の0.5％以下が望ましい。シリコンの構造１における
未結合手を終端する水素原子等は２〜20at.％がよく、
望ましくは５〜15at.％がよい。シリコンの中に酸素原
子を含む構造２においては未結合手を終端する水素等の
含有量は５〜30at.％がよく、好ましくは７〜25at.％が
よい。又酸素原子の含有量は作成するデバイスの仕様に
もよるが、0.5〜65at.％が望ましい。
造は光キャリアの生成部をシリコンの中に酸素原子を含
む構造２に求め、得られた光キャリアを電界が印加され
ている電極まで走行させるキャリア移動部をシリコンを
含む構造１に求めるものである。この（Ｄ）の構造は1,
2の未結合手が終端され、さらに構造1,2が相互に結合し
ているために光キャリアの再結合を防ぐことができる。
このような構成にすることにより、ワイドバンドギャッ
プでかつ高い光感度が達成できる。シリコンを含む構造
１はシリコンの未結合手を水素、フッ素等により終端さ
れている。又構造１は水素を終端材料とするとSi−Ｈ結
合がほとんどを占めSi−H2結合は存在していないかある
いは全結合の１％以下であることが望ましい。シリコン
の中に酸素原子を含む構造２については、シリコンの未
結合手の終端材料を水素とするとローカルレンジにおい
ては第２図のようにＨ−Si（Ox）構造を有しており、Ｘ
は０＜Ｘ＜４の値を示す。この構造で大事な点は構造２
から出ている結合手の先が構造１のシリコン原子と結合
していることが重要である。構造２の未結合手は全結合
手の0.5％以下が望ましい。シリコンの構造１における
未結合手を終端する水素原子等は２〜20at.％がよく、
望ましくは５〜15at.％がよい。シリコンの中に酸素原
子を含む構造２においては未結合手を終端する水素等の
含有量は５〜30at.％がよく、好ましくは７〜25at.％が
よい。又酸素原子の含有量は作成するデバイスの仕様に
もよるが、0.5〜65at.％が望ましい。
（Ａ）の構造については、Physical Review B Vol,14
0,No.3,1795に記載されており、その内容はこの構造を
赤外吸収測定により示したものになっている。この文献
は2000cm-1付近の赤外吸収に着目したものである。Ｈ−
Si（Ox）構造のｘに対応して2000cm-1付近には吸収が出
現する。ｘ＝０では2000cm-1、ｘ＝１では2100cm-1、ｘ
＝2,3に対応して2195、2265cm-1に吸収が出現する。こ
の文献では酸素原子の増加に対応してこれらの吸収波数
が短波長側に変化し、この結果より構造が（Ａ）になっ
ていることを示している。本発明の薄膜では第６図に示
すように酸素原子の増加にもかかわらず波数変化はほと
んどない。これは文献の数値計算からすると（Ｄ）の構
造になっていることが推定できる。（Ｂ）、（Ｃ）の構
造については、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.26,No.1,22に記載
されておりこれらの構造では光感度が低いことが証明さ
れている。
0,No.3,1795に記載されており、その内容はこの構造を
赤外吸収測定により示したものになっている。この文献
は2000cm-1付近の赤外吸収に着目したものである。Ｈ−
Si（Ox）構造のｘに対応して2000cm-1付近には吸収が出
現する。ｘ＝０では2000cm-1、ｘ＝１では2100cm-1、ｘ
＝2,3に対応して2195、2265cm-1に吸収が出現する。こ
の文献では酸素原子の増加に対応してこれらの吸収波数
が短波長側に変化し、この結果より構造が（Ａ）になっ
ていることを示している。本発明の薄膜では第６図に示
すように酸素原子の増加にもかかわらず波数変化はほと
んどない。これは文献の数値計算からすると（Ｄ）の構
造になっていることが推定できる。（Ｂ）、（Ｃ）の構
造については、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.26,No.1,22に記載
されておりこれらの構造では光感度が低いことが証明さ
れている。
このような材料を作成する方法を以下に示す。作成法
としてはプラズマCVD法が望ましい。作成法としては通
常の手法と違い以下の方法が必要である。即ち原材料ガ
スを選択し、これらの結合エネルギーの関係を利用し、
創意工夫したものである。この原材料ガスは、シリコン
原子の出発ガス材料に関してはSiH4,SiCl4,SiF4,SiD4な
どを仕様することが好ましい。ワイドバンド材料の添加
物として酸素原子を例にとると、この出発ガス材料がシ
リコン原子の出発ガス材料とプラズマエネルギー等の外
部エネルギーを加えること無しに直接反応するようなも
のは好ましくない。酸素原子を供給する出発ガスとして
は分解した際に酸素原子と他の分子結合ガス材料となる
ものであることが好ましい。さらに他の分子は、真空中
でガス材料になるものが好ましい。酸素原子を供給する
出発ガスとして、たとえばCO2,N2O,SO2等があげられ
る。これらの材料はCO2を例に取ると酸素原子はCO＋Ｏ
という関係でプラズマエネルギーにより分解する。さら
にCOはガス状態で存在し、ＣとＯの結合解離エネルギー
は1075（mol/KJ）、COとＯの結合エネルギー532（mol/K
J）の２倍程度になる。このように酸素原子が分解され
た後の分子が真空状態でガス分子になっていることが好
ましく、この分子の結合エネルギーが酸素原子の分解エ
ネルギーの1.2〜５倍にあることが好ましい。これはN
2O,SO2についても同様なことが言える。これらの結合エ
ネルギー差を利用しプラズマCVD法による各種成膜パラ
メータを最適化し酸素原子のみを解離することにより
（Ｄ）の構造の膜が得られる。成膜パラメータとしては
高周波電力、基板温度、圧力、流量があげられる。この
中で最も大事なのが、高周波電力と圧力である。高周波
電力は、大きすぎるとガス分子までが分解されてしまう
ため、酸素原子のみを解離する量が要求される。この量
としては、CO2を例にとればCO＋Ｏの結合解離エネルギ
ーよりも大きく、Ｃ＋Ｏの結合解離エネルギーよりも小
さいことが好ましい。このエネルギーを中間エネルギー
と定義する。この中間エネルギーは装置形状、圧力等に
より変化するが本実験で作成した装置においては、0.01
W/cm2〜1.0W/cm2が好ましく、圧力としては0.05Torr〜3
Torrが好ましい。これらの最適条件を定量化することを
目的とし装置には質量分析装置を実装した。CO2を例に
とれば質量分析ガスはCO2、CO、Ｏ、Ｃに注目し、CO/CO
2のガス比が５〜10の間が好ましかった。10を超えると
Ｃが出現してくる。そのためガス比を10以下にして実験
を進めた。基板温度としては、150℃〜300℃が最適範囲
である。これらのCVD作成パラメーターを最適化するこ
とにより（Ｄ）の構造を有する膜が得られる。
としてはプラズマCVD法が望ましい。作成法としては通
常の手法と違い以下の方法が必要である。即ち原材料ガ
スを選択し、これらの結合エネルギーの関係を利用し、
創意工夫したものである。この原材料ガスは、シリコン
原子の出発ガス材料に関してはSiH4,SiCl4,SiF4,SiD4な
どを仕様することが好ましい。ワイドバンド材料の添加
物として酸素原子を例にとると、この出発ガス材料がシ
リコン原子の出発ガス材料とプラズマエネルギー等の外
部エネルギーを加えること無しに直接反応するようなも
のは好ましくない。酸素原子を供給する出発ガスとして
は分解した際に酸素原子と他の分子結合ガス材料となる
ものであることが好ましい。さらに他の分子は、真空中
でガス材料になるものが好ましい。酸素原子を供給する
出発ガスとして、たとえばCO2,N2O,SO2等があげられ
る。これらの材料はCO2を例に取ると酸素原子はCO＋Ｏ
という関係でプラズマエネルギーにより分解する。さら
にCOはガス状態で存在し、ＣとＯの結合解離エネルギー
は1075（mol/KJ）、COとＯの結合エネルギー532（mol/K
J）の２倍程度になる。このように酸素原子が分解され
た後の分子が真空状態でガス分子になっていることが好
ましく、この分子の結合エネルギーが酸素原子の分解エ
ネルギーの1.2〜５倍にあることが好ましい。これはN
2O,SO2についても同様なことが言える。これらの結合エ
ネルギー差を利用しプラズマCVD法による各種成膜パラ
メータを最適化し酸素原子のみを解離することにより
（Ｄ）の構造の膜が得られる。成膜パラメータとしては
高周波電力、基板温度、圧力、流量があげられる。この
中で最も大事なのが、高周波電力と圧力である。高周波
電力は、大きすぎるとガス分子までが分解されてしまう
ため、酸素原子のみを解離する量が要求される。この量
としては、CO2を例にとればCO＋Ｏの結合解離エネルギ
ーよりも大きく、Ｃ＋Ｏの結合解離エネルギーよりも小
さいことが好ましい。このエネルギーを中間エネルギー
と定義する。この中間エネルギーは装置形状、圧力等に
より変化するが本実験で作成した装置においては、0.01
W/cm2〜1.0W/cm2が好ましく、圧力としては0.05Torr〜3
Torrが好ましい。これらの最適条件を定量化することを
目的とし装置には質量分析装置を実装した。CO2を例に
とれば質量分析ガスはCO2、CO、Ｏ、Ｃに注目し、CO/CO
2のガス比が５〜10の間が好ましかった。10を超えると
Ｃが出現してくる。そのためガス比を10以下にして実験
を進めた。基板温度としては、150℃〜300℃が最適範囲
である。これらのCVD作成パラメーターを最適化するこ
とにより（Ｄ）の構造を有する膜が得られる。
上記においては酸素を含む例を説明したが、同様な観
点から窒素や炭素単独、酸素、窒素、炭素の少なくとも
１種を含む混合材料においても同様な結果が得られた。
窒素の原料ガスとしてはNH3、NF3が挙げられ、炭素の原
料ガスとしてはCF4、アルコールなどが挙げられる。
点から窒素や炭素単独、酸素、窒素、炭素の少なくとも
１種を含む混合材料においても同様な結果が得られた。
窒素の原料ガスとしてはNH3、NF3が挙げられ、炭素の原
料ガスとしてはCF4、アルコールなどが挙げられる。
シリコンの構造１とシリコンの中に酸素を含む構造２
の膜中における比率Ｈ＝構造2/構造１は0.1から60の範
囲、とくに１から45の範囲が好ましい。この比率はCO2/
SiH4比、高周波電力、圧力を変えて得られる。この比率
についてはこの膜を利用するデバイスの使用条件により
異なり、比率が大きいほどワイドバンドギャップにな
る。また、これらの構造は膜中にランダムに存在する。
バンドギャップの値としては、1.9〜6.0eVが得られる。
この範囲より小さい場合はワイドバンドギャップ化がな
されず、大きい場合は光感度を失ってしまう。この材料
の光感度とバンドギャップの関係を定量化すると、光を
入射しない場合の電流を暗電流Id、疑似太陽光AM1100mW
/cm2を入射した場合の電流を光電流Ipとすると、バンド
ギャップ2.0eVにおいてIp/Id比が、３桁以上ある必要が
ある。シリコンの中に酸素を含む構造２の膜中に置ける
マクロ的な大きさは100Å〜10μｍ、とくに500Å〜５μ
ｍが好ましい。この大きさは基板温度と圧力を変化させ
ることによって得られる。この大きさが小さすぎるとシ
リコンの未結合手を終端する水素等の材料が多くなり過
ぎ膜全体がポーラスになりSi−H2構造がおおくなり光感
度が低下する。又大きすぎると微粒子となって膜中に存
在してしまうために光感度という点から好ましくない。
の膜中における比率Ｈ＝構造2/構造１は0.1から60の範
囲、とくに１から45の範囲が好ましい。この比率はCO2/
SiH4比、高周波電力、圧力を変えて得られる。この比率
についてはこの膜を利用するデバイスの使用条件により
異なり、比率が大きいほどワイドバンドギャップにな
る。また、これらの構造は膜中にランダムに存在する。
バンドギャップの値としては、1.9〜6.0eVが得られる。
この範囲より小さい場合はワイドバンドギャップ化がな
されず、大きい場合は光感度を失ってしまう。この材料
の光感度とバンドギャップの関係を定量化すると、光を
入射しない場合の電流を暗電流Id、疑似太陽光AM1100mW
/cm2を入射した場合の電流を光電流Ipとすると、バンド
ギャップ2.0eVにおいてIp/Id比が、３桁以上ある必要が
ある。シリコンの中に酸素を含む構造２の膜中に置ける
マクロ的な大きさは100Å〜10μｍ、とくに500Å〜５μ
ｍが好ましい。この大きさは基板温度と圧力を変化させ
ることによって得られる。この大きさが小さすぎるとシ
リコンの未結合手を終端する水素等の材料が多くなり過
ぎ膜全体がポーラスになりSi−H2構造がおおくなり光感
度が低下する。又大きすぎると微粒子となって膜中に存
在してしまうために光感度という点から好ましくない。
光感度以外にこのような膜の光デバイス、電子デバイ
スとして必要な機能としてドーピング特性があげられ
る。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造は未結合手が多くド
ーピングが困難である。（Ｄ）の構造においては構造２
にドーパントが結合しにくくドーピングがしにくい。そ
のためドーピングされる構造は構造１のSi:Hの部分が主
になる。ドーピング原子としてはＮ型の価電子制御には
Ｐ、As等のＶ族化合物、Ｐ型の価電子制御にはＢ、Al等
のIII族化合物が挙げられる。これらの原子が構造１の
部分に含まれ活性化により価電子制御が成される。製法
としては原料ガスにIII族原子を含むガス、例えばB
2H6、Al（CH3）３、あるいはＶ族原子を含むガス、例え
ばPH3、AsH3等をチャンバーに混合して導入してドーピ
ングを行う。このようにドーピングとして機能する構造
は構造２でありこの構造中に必要に応じて10-6〜101at.
％III族、Ｖ族原子を含ませることができる。第７図にI
II族、Ｖ族のドーピングガスの量とドーピングによる導
電率の変化を示している。この結果から判るようにａ−
Si:H膜に比較して同等の特性を示している。
スとして必要な機能としてドーピング特性があげられ
る。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造は未結合手が多くド
ーピングが困難である。（Ｄ）の構造においては構造２
にドーパントが結合しにくくドーピングがしにくい。そ
のためドーピングされる構造は構造１のSi:Hの部分が主
になる。ドーピング原子としてはＮ型の価電子制御には
Ｐ、As等のＶ族化合物、Ｐ型の価電子制御にはＢ、Al等
のIII族化合物が挙げられる。これらの原子が構造１の
部分に含まれ活性化により価電子制御が成される。製法
としては原料ガスにIII族原子を含むガス、例えばB
2H6、Al（CH3）３、あるいはＶ族原子を含むガス、例え
ばPH3、AsH3等をチャンバーに混合して導入してドーピ
ングを行う。このようにドーピングとして機能する構造
は構造２でありこの構造中に必要に応じて10-6〜101at.
％III族、Ｖ族原子を含ませることができる。第７図にI
II族、Ｖ族のドーピングガスの量とドーピングによる導
電率の変化を示している。この結果から判るようにａ−
Si:H膜に比較して同等の特性を示している。
これらの構造を有する膜を利用して各種デバイスを作
成することが可能である。応用デバイスとしては、電子
写真感光体、光センサ、太陽電池、フォトトランジス
タ、CCD等が考えられる。これらのデバイスは、この膜
を利用して得られるわけであるが、未結合手を水素等に
より終端するアモルファスシリコン材料のみとの多層構
造であってもよい。
成することが可能である。応用デバイスとしては、電子
写真感光体、光センサ、太陽電池、フォトトランジス
タ、CCD等が考えられる。これらのデバイスは、この膜
を利用して得られるわけであるが、未結合手を水素等に
より終端するアモルファスシリコン材料のみとの多層構
造であってもよい。
今までの説明は膜中に存在する例であったが、第３図
に示すように構造１を有する未結合手を水素等により終
端するアモルファスシリコン材料と意図的に微細加工に
よりストライプ状に構造２を有する酸素を含むアモルフ
ァスシリコンを同一平面上に存在させてもよい。
に示すように構造１を有する未結合手を水素等により終
端するアモルファスシリコン材料と意図的に微細加工に
よりストライプ状に構造２を有する酸素を含むアモルフ
ァスシリコンを同一平面上に存在させてもよい。
このストライプ幅は量子効果が得られる値にするのが
好ましく構造１、構造２とも10〜300Åがよく、好まし
くは20〜100Å程度がよい。この層の間は未結合手が５
％以下程度が好ましい。
好ましく構造１、構造２とも10〜300Åがよく、好まし
くは20〜100Å程度がよい。この層の間は未結合手が５
％以下程度が好ましい。
実施例１ シリコンの構造１とシリコンの中に酸素を含む構造２
の膜中における比率Ｈ＝構造2/構造１を変化させた場合
のバンドギャップ、光感度（光電流Ip/暗電流Id比）に
ついての実施例を記載する。構造１と構造２の比率につ
いては高分解能電子顕微鏡、XMAにより測定した作成プ
ロセス条件は以下のとおりである。
の膜中における比率Ｈ＝構造2/構造１を変化させた場合
のバンドギャップ、光感度（光電流Ip/暗電流Id比）に
ついての実施例を記載する。構造１と構造２の比率につ
いては高分解能電子顕微鏡、XMAにより測定した作成プ
ロセス条件は以下のとおりである。
CO2/SiH4＝2.5〜10 高周波電力 0.05W/cm2〜0.9W/cm2 基板温度 250℃ 圧力 0.1〜2.5Torr 実施例２ シリコンの中に酸素を含む構造２の膜中におけるマク
ロな大きさについての結果を実施例２に示す。作成プロ
セス条件については以下の通りである。
ロな大きさについての結果を実施例２に示す。作成プロ
セス条件については以下の通りである。
CO2/SiH4＝10 高周波電力 0.1W/cm2 基板温度 150〜350℃ 圧 力 0.1〜2.5Torr マクロな大きさについては高分解能電子顕微鏡とXMA
を用いて測定した。又膜中におけるSi−H2の量について
も赤外吸収スペクトルより定量測定した。以下の表−２
に粒径とバンドギャップ、光感度、Si−H2の量について
記載する。膜中の二つの構造の比率Ｈ（構造2/構造１）
は1.2一定とした。
を用いて測定した。又膜中におけるSi−H2の量について
も赤外吸収スペクトルより定量測定した。以下の表−２
に粒径とバンドギャップ、光感度、Si−H2の量について
記載する。膜中の二つの構造の比率Ｈ（構造2/構造１）
は1.2一定とした。
実施例３ 実施例３には実施例１〜２に記載した構造の膜を使用
して作成した光センサの特性について記載する。第４図
にセンサの層構成を記載する。
して作成した光センサの特性について記載する。第４図
にセンサの層構成を記載する。
基板１は硝子等の硬質の材料を使用した。その上部に
Cr電極２、アモルファスシリコン層３、本発明の海島領
域材料４、透明電極５により構成されている。透明電極
としてはIn2O3を使用した。２と５の電極は真空蒸着法
により形成した。３のアモルファスシリコン層、第１図
構造（Ｄ）で示される海島領域材料層４はプラズマCVD
法により作成した。海に相当するのが構造１であり、島
に相当するのが構造２である。層４の比率Ｈ（構造2/構
造１）は1.2、マクロな大きさは2000Åとした。この構
成で得られた光センサの特性を以下に示す。
Cr電極２、アモルファスシリコン層３、本発明の海島領
域材料４、透明電極５により構成されている。透明電極
としてはIn2O3を使用した。２と５の電極は真空蒸着法
により形成した。３のアモルファスシリコン層、第１図
構造（Ｄ）で示される海島領域材料層４はプラズマCVD
法により作成した。海に相当するのが構造１であり、島
に相当するのが構造２である。層４の比率Ｈ（構造2/構
造１）は1.2、マクロな大きさは2000Åとした。この構
成で得られた光センサの特性を以下に示す。
S/N比 30dB（入射光量100lux） 応答速度 1.0μsec γ特性 1.0 実施例４ 実施例４には実施例１〜２に記載した構造の膜を使用
して作成した電子写真感光体の特性について記載する。
第５図に電子写真感光体の層構成を記載する。基板１は
アルミドラムを使用した。基板１上に第１図（Ｄ）の海
島領域材料層２をその上部にアモルファスシリコン層３
をその上部に海島領域材料層４をその上部に窒化シリコ
ン層５を堆積する。２〜４までの層はプラズマCVD法に
より形成し５の層はスパッタ法により形成した。海島領
域材料層２の比率Ｈは10でマクロな大きさは5000Åとし
た。海島領域材料層４は光感度を優先するため比率Ｈは
１でマクロな大きさは2000Åとした。この条件で作成さ
れた電子写真感光体の特性を以下に示す。
して作成した電子写真感光体の特性について記載する。
第５図に電子写真感光体の層構成を記載する。基板１は
アルミドラムを使用した。基板１上に第１図（Ｄ）の海
島領域材料層２をその上部にアモルファスシリコン層３
をその上部に海島領域材料層４をその上部に窒化シリコ
ン層５を堆積する。２〜４までの層はプラズマCVD法に
より形成し５の層はスパッタ法により形成した。海島領
域材料層２の比率Ｈは10でマクロな大きさは5000Åとし
た。海島領域材料層４は光感度を優先するため比率Ｈは
１でマクロな大きさは2000Åとした。この条件で作成さ
れた電子写真感光体の特性を以下に示す。
帯電電位 500V（膜厚20μｍ） 光入射時の帯電電位の半減値20sec（100luxの光） 暗減衰 0.75（30sec後） 実施例５ この海島領域材料をバイポーラトランジスタの材料に
使用したところ、hfe＝50のトランジスタが得られた。
海島領域材料の比率Ｈは３としてマクロな大きさは3000
Åとした。
使用したところ、hfe＝50のトランジスタが得られた。
海島領域材料の比率Ｈは３としてマクロな大きさは3000
Åとした。
実施例６ この海島領域材料を用いてPN接合ダイオードを作成し
た。この場合の構造１と構造２の比率Ｈは0.5、マクロ
な大きさは550ÅにおいてＰ型、Ｎ型の素子を作成し
た。Ｐ型、Ｎ型のドーピング原子はボロン、リンを各々
使用し、膜中のＰ型の濃度は0.1at.％、Ｎ型の濃度は0.
05at.％とした。このような構成でPN接合ダイオードを
作成したところ整流比1.4と非常に良好な物ができた。
た。この場合の構造１と構造２の比率Ｈは0.5、マクロ
な大きさは550ÅにおいてＰ型、Ｎ型の素子を作成し
た。Ｐ型、Ｎ型のドーピング原子はボロン、リンを各々
使用し、膜中のＰ型の濃度は0.1at.％、Ｎ型の濃度は0.
05at.％とした。このような構成でPN接合ダイオードを
作成したところ整流比1.4と非常に良好な物ができた。
実施例７ この海島領域材料を用いて光トランジスタを作成し
た。トランジスタ構造は第８図に示す。基板11とてはガ
ラスを使用しその上部に堆積するトランジスタの活性層
12の領域の比率Ｈは1.2、マクロな大きさは8000Åとし
た。ソース13、ドレイン15領域には、比率H0.5、マクロ
な大きさは500Åの膜を使用し、ドーピング原子はボロ
ンを使用し膜中ボロン濃度は1at.％とした。ソース電極
14、ドレイン電極16はAl材料を使用した。ゲート絶縁膜
17はスパッタ法によりSiO2を1000Å堆積しその上部にゲ
ート電極18としてAl電極を蒸着した。光の入射はガラス
基板側より行い、ソース電極14、ドレイン電極16に5Vの
電圧を印加し500luxの光を入射したところ３桁のIp/Id
比が得られた。さらにゲート電圧を10V印加すると外部
より光感度を調整できる。
た。トランジスタ構造は第８図に示す。基板11とてはガ
ラスを使用しその上部に堆積するトランジスタの活性層
12の領域の比率Ｈは1.2、マクロな大きさは8000Åとし
た。ソース13、ドレイン15領域には、比率H0.5、マクロ
な大きさは500Åの膜を使用し、ドーピング原子はボロ
ンを使用し膜中ボロン濃度は1at.％とした。ソース電極
14、ドレイン電極16はAl材料を使用した。ゲート絶縁膜
17はスパッタ法によりSiO2を1000Å堆積しその上部にゲ
ート電極18としてAl電極を蒸着した。光の入射はガラス
基板側より行い、ソース電極14、ドレイン電極16に5Vの
電圧を印加し500luxの光を入射したところ３桁のIp/Id
比が得られた。さらにゲート電圧を10V印加すると外部
より光感度を調整できる。
本発明は、光キャリアを生成する部分がワイドバンド
ギャップとすることで移動度は低下するが、この部分は
光キャリアを生成するのみで、光キャリアを移動する部
分は添加物を含まず未結合手を終端してある高移動度な
アモルファスシリコン部分を使用する。
ギャップとすることで移動度は低下するが、この部分は
光キャリアを生成するのみで、光キャリアを移動する部
分は添加物を含まず未結合手を終端してある高移動度な
アモルファスシリコン部分を使用する。
このため、本発明の光導電部材は、ワイドバンドギャ
ップでかつ高い光感度を有し、安定な電気特性、耐環境
性を有するデバイスが実現できた。
ップでかつ高い光感度を有し、安定な電気特性、耐環境
性を有するデバイスが実現できた。
第１図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、ワイドバン
ドギャップ材料の４つのタイプのマクロ構造を示す。 第２図は、構造２の部分のローカルレンジ構造を示す。 第３図は、本発明の光導電部材とアモルファスシリコン
材料とを同一平面上で用いた応用デバイスの構造例を示
す。 第４図は、本発明の光導電部材を光センサに用いたとき
の、第５図は、本発明の光導電部材を電子写真感光体に
用いたときのそれぞれの層構成を示す。 第６図は、本発明（Ｄ）構造におけるシリコン中の酸素
量の増減と赤外吸収波数の関係を示すグラフであり、第
７図は、ドーピングガス量と導電率の関係を示すグラフ
であり、第８図は、本発明の光導電部材を用いたトラン
ジスタの具体例を示す断面図である。 １……基板、２……Cr電極 ３……アモルファスシリコン層 ４……本発明の光導電部材 ５……透明電極 ６……Si3N4層（窒化シリコン層） 11……基板、12……活性層 13……ソース領域、14……ソース電極 15……ドレイン領域、16……ドレイン電極 17……ゲート絶縁膜、18……ゲート電極 σｐ……光導電率、σｄ……暗導電率 Eg−opt……光学的バンドギャップ
ドギャップ材料の４つのタイプのマクロ構造を示す。 第２図は、構造２の部分のローカルレンジ構造を示す。 第３図は、本発明の光導電部材とアモルファスシリコン
材料とを同一平面上で用いた応用デバイスの構造例を示
す。 第４図は、本発明の光導電部材を光センサに用いたとき
の、第５図は、本発明の光導電部材を電子写真感光体に
用いたときのそれぞれの層構成を示す。 第６図は、本発明（Ｄ）構造におけるシリコン中の酸素
量の増減と赤外吸収波数の関係を示すグラフであり、第
７図は、ドーピングガス量と導電率の関係を示すグラフ
であり、第８図は、本発明の光導電部材を用いたトラン
ジスタの具体例を示す断面図である。 １……基板、２……Cr電極 ３……アモルファスシリコン層 ４……本発明の光導電部材 ５……透明電極 ６……Si3N4層（窒化シリコン層） 11……基板、12……活性層 13……ソース領域、14……ソース電極 15……ドレイン領域、16……ドレイン電極 17……ゲート絶縁膜、18……ゲート電極 σｐ……光導電率、σｄ……暗導電率 Eg−opt……光学的バンドギャップ
フロントページの続き (56)参考文献 ＪＡＰＡＮＥＳＥ ＪＯＲＮＡＬ Ｏ Ｆ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＶＯＬ．26，ＮＯ．１，ＪＡＮＵＡＬ Ｙ，1987，ｐｐ．22−27 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03G 5/08 311
Claims (4)
- 【請求項１】シリコン原子を母材とし、その中に酸素、
窒素および炭素よりなる群から選ばれた少なくとも１種
の原子を含み、かつシリコン原子の未結合手を終端する
材料を含むアモルファスシリコン光導電部材であって、
該アモルファスシリコン光導電部材が、シリコン原子を
主原子とし部材中にシリコンの未結合手を防ぐ材料を含
む構造１よりなる光キャリア移動部と、シリコン原子を
主原子とし部材中に酸素、窒素および炭素よりなる群か
ら選ばれた少なくとも１種の原子とシリコン原子の未結
合手を終端する材料を含むアモルファスシリコン構造２
よりなる光キャリア生成部とからなり、前記アモルファ
スシリコン構造２が膜中の微小領域において前記アモル
ファスシリコン構造１よりなる海の中に島の形で分相し
ていることを特徴とする光導電部材。 - 【請求項２】前記アモルファスシリコン構造１とアモル
ファスシリコン構造２との比率Ｈが0.1〜60の割合であ
る請求項１記載の光導電部材。 - 【請求項３】前記アモルファスシリコン構造２の膜全体
におけるマクロ的領域の大きさが、100Å〜10μｍであ
る請求項１または２記載の光導電部材。 - 【請求項４】前記アモルファスシリコン構造１の領域
が、III族またはＶ族原子よりなるドーパントを用いて
活性化されているものである請求項１〜３のいずれか記
載の光導電部材。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| US07/635,210 US5155567A (en) | 1990-01-17 | 1990-12-28 | Amorphous photoconductive material and photosensor employing the photoconductive material |
| DE4101110A DE4101110C2 (de) | 1990-01-17 | 1991-01-16 | Verfahren zur Herstellung eines photoleitenden Materials und Verwendung desselben |
| US07/896,587 US5283207A (en) | 1990-01-17 | 1992-06-10 | Photoconductive material and photosensor employing the photoconductive material |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP764690 | 1990-01-17 | ||
| JP2-7646 | 1990-01-17 |
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|---|---|
| JPH03267943A JPH03267943A (ja) | 1991-11-28 |
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Family
ID=11671590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02234747A Expired - Fee Related JP3099957B2 (ja) | 1990-01-17 | 1990-09-05 | 光導電部材 |
Country Status (2)
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| US (1) | US5283207A (ja) |
| JP (1) | JP3099957B2 (ja) |
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| US7001457B2 (en) * | 2001-05-01 | 2006-02-21 | Ricoh Company, Ltd. | Crystal growth method, crystal growth apparatus, group-III nitride crystal and group-III nitride semiconductor device |
| JP2013528903A (ja) * | 2010-04-27 | 2013-07-11 | ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド | ショットキー接合太陽電池の電子ゲート強化 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2083704B (en) * | 1980-09-09 | 1985-08-21 | Energy Conversion Devices Inc | Amorphous semiconductors |
| CA1176740A (en) * | 1980-12-03 | 1984-10-23 | Yoshihisa Tawada | High-voltage photovoltaic cell having a hetero junction of amorphous semiconductor and amorphous silicon |
| US4357179A (en) * | 1980-12-23 | 1982-11-02 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method for producing devices comprising high density amorphous silicon or germanium layers by low pressure CVD technique |
| DE3280418T2 (de) * | 1981-07-17 | 1993-03-04 | Kanegafuchi Chemical Ind | Amorpher halbleiter und photovoltaische vorrichtung aus amorphem silizium. |
| EP0094426B1 (en) * | 1981-11-20 | 1987-08-05 | Chronar Corporation | Bandgap control in amorphous semiconductors |
| US4460670A (en) * | 1981-11-26 | 1984-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoconductive member with α-Si and C, N or O and dopant |
| US4379943A (en) * | 1981-12-14 | 1983-04-12 | Energy Conversion Devices, Inc. | Current enhanced photovoltaic device |
| US4517223A (en) * | 1982-09-24 | 1985-05-14 | Sovonics Solar Systems | Method of making amorphous semiconductor alloys and devices using microwave energy |
| CA1321660C (en) * | 1985-11-05 | 1993-08-24 | Hideo Yamagishi | Amorphous-containing semiconductor device with high resistivity interlayer or with highly doped interlayer |
| US4799968A (en) * | 1986-09-26 | 1989-01-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device |
| DE3742110C2 (de) * | 1986-12-12 | 1996-02-22 | Canon Kk | Verfahren zur Bildung funktioneller aufgedampfter Filme durch ein chemisches Mikrowellen-Plasma-Aufdampfverfahren |
| JPS63182551U (ja) * | 1987-05-15 | 1988-11-24 |
-
1990
- 1990-09-05 JP JP02234747A patent/JP3099957B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-10 US US07/896,587 patent/US5283207A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＪＡＰＡＮＥＳＥ ＪＯＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＶＯＬ．２６，ＮＯ．１，ＪＡＮＵＡＬＹ，１９８７，ｐｐ．２２−２７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5283207A (en) | 1994-02-01 |
| JPH03267943A (ja) | 1991-11-28 |
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