JPS617663A - デイプレツシヨン型薄膜半導体光検知器 - 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） この発明は半導体光検知素子に関し、特に大面積イメー
ジセンサアレイで用いるのに適した薄膜トランジスタ（
Ｔ　Ｐ　Ｔ）又はフォトダイオード等のディプレッショ
ン型薄膜半導体光検知器に関する。

（従来技術） 透明基板上に大面積にわたって被着するのが容易で、再
生可能なトランジスタ動作を得るのが容易であるため、
結晶化シリコンＴＰＴは大面積ディスプレイ、光検知器
、イメージセンサ、集積形光字素子を含む応用分野で大
きな可能性を有する。

光感知性であるため、シリコンはフォトダイオード、フ
ォトトランジスタ、電荷結合素子の形の光センサとして
使われている。通常これらの形の光センサは、バルク単
結晶シリコン基板上に作製される。かかる光センサの全
体サイズはシリコンウェハのサイズによって制限される
。大きい像領域を読取る光収束光学系を使う場合には、
大型の検知系を必要とする。

任意の大きいサイズの透明基板上に非晶質シリコン（ａ
−３ｉ　　：Ｈ）の薄膜を被着するが容易であるため、
接触形原稿入力スキャナ用大面積イメージセンサアレイ
ではこれらの薄膜が使われている。例えば、米国特許第
４．４１９，６９６号を参照。しかし、ａ−３ｉ：Ｈで
はキャリヤの移動度が低いため、光感度とスピードがバ
ルク結晶シリコン（ｃ−５ｉ　）に作製されたセンサと
比べ一般に劣ることが認められている。

レーザを使った結晶化における最近の発展は、バルク非
晶質基板上に無欠陥の単結晶シリコン薄膜を形成するの
を可能とし、高性能ＴＰＴの形成を透明基板上における
イメージセンサや平形パネルディスプレイ等の直視膨大
面積エレクトロニクス装置へ応用できるようになった。

例えば、米国特許第４，４０９，７２４号を参照。又Ｔ
ＦＴシフトレジスタの最近のデモンストレーションは、
個々の変換器の局所的なスイッチングから画像処理でよ
く出会うデータ伝送速度用の充分に高い速度を有するロ
ジック回路を含むまで、応用分野の拡大を約束している
。例えば、Ａ、　Ｃｈｉａｎｇ他の「水晶上におけるレ
ーザ結晶化シリコンのＮＭＯＳロジック回路」、１９８
３年材料研究学会要録、ボストン・マサチューセッツ州
、１９８３年１１月。この論文はその後間もなく、ジョ
ン・ファン（Ｊｏｈｎ　Ｃ。

Ｃ，Ｆａｎｎ　）　とジョンソン（Ｎ、　Ｌ　Ｊｏｂｎ
ｓｏｎ　）の共編［エネルギービーム−固体相互作用及
び過渡的熱処理Ｊ　　（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　、ニューヨ
ーク、１９８４）という本の中に収録された。

溶融水晶等の絶縁基板上に走査形ＣＷレーザによってパ
ターン化及びカプセル封入化された形状でシリコン薄膜
を結晶させることは、当分野で詳しく論文化されている
。例えば、米国特許第４．３３０．３６３号及びギがン
（Ｊ、　Ｆ、　Ｇｉｂｂｏｎｓ　）他著［レーザ及び電
子ビーム固体相互作用＆材料処理」、特にｐ４６３以降
（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　％　ニューヨーク、１９８１）。

最近の急激な技術的発展には、走査形ＣＷレーザの溶融
ゾーン経路から傾斜した固体化前面を用いることも含ま
れている。横方向の欠陥沈降によって構造的欠陥が大巾
に減少されるか又は完全に除去され、＜１００＞面配向
を持つ（１００）−組織単結晶シリコン島の極めて高率
での形成を可能とする。前掲及びり、　ＦｅｎｎｅｌＬ
他「溶融シリカ上におけるパターン化シリコン膜の傾斜
ゾーン結晶化による欠陥減少」、１９８３年材料研究学
会会合要録、を参照。この論文はその後間もなく、先の
［エネルギービーム−固体相互作用及び過渡的熱処理Ｊ
　　（Ｅ１５ｅｖｉｅｒ　、ニューヨーク、１９８４）
という本の中に収録された。

絶縁基板上のレーザ結晶化シリコン薄膜技術に関するこ
うした発展は、バルク素子に匹敵するか又はそれに優る
性能を持った数多くの新しいＮＭＯＳ、０ＭＯ３を生み
出してきた。しかし、エンハンスメント型ＴＰＴで実証
されている光感度は、接触形エレクトロニクスコピー装
置、プリンタ又はファクシミリ装置等における高速、高
解像度の接触形入力スキャナの用途に必要なＳ／Ｎ比の
所望レベル及びダイナミックレンジを与えるのに充分で
ない。

（発明の目的） この発明によれば、ディプレッシヲン型薄膜半導体光検
知器が、匹敵するエンハンスメント型薄膜トランジスタ
又は非晶質シリコンフォトダイオードと比べ優れた光感
度を有し、この発明のディプレッション型薄膜ＴＦＴ光
検知器における光導電ゲインは上記従来装置の光感度を
３桁以上のオーダー改善されている。

（発明の構成） この発明のディプレッション型半導体光検知器は、絶縁
基板上のソース、ドレン及びチャネル領域を備えた結晶
シリコン薄膜から成る。基板の表面と平行に位置したｐ
−ｎ接合が薄膜内に存在し、光生成キャリヤ用の膜内に
おける空間電荷分離領域として機能する。薄膜の下方部
はホール用貯蔵ゾーンとして機能するｐ領域から成る一
方、薄膜の上方部は電子用貯蔵ゾーンつまりポテンシャ
ルの谷を形成して、光検知器のソース及びドレン領域間
の電流チャネルとして機能するｎ領域から成る。ｎ＋ソ
ース及びドレン領域を備えたこの発明０ＴＦＴ光検知器
は、チャネルｎ領域に対するオーミック接触として機能
し、素子が逆バイアスゲートによって充分空乏化された
チャネルで動作されるとき、つまり光検知器の閾電圧と
比べ充分に負のゲート電圧がゲート電極に印加されるこ
とでｎチャネル領域が充分にピンチ・オフしているとき
、低いへツクグランド信号によっても更に低い光強度に
よってさえも高い光導電ゲインを示す。

ドレン領域がチャネルｎ領域に対するオーミック接触と
して機能するｐ″領域置換されると、ディプレッション
型ゲート式ダイオードが形成される。ゲート酸化物領域
上に形成された複数の直線状に離間したゲート電極を含
むようにチャネル領域が延長され、上記ゲート電極の最
初の電極に隣接して入力ダイオードを形成し、上記ゲー
ト電極の最後の電極に隣接して出力ダイオードを形成す
れば、光検知器は電荷結合素子として機能する。

本発明のより完全な理解と共に、上記以外の目的及び利
点は、添付の図面と関連させた以下の説明と特許請求の
範囲を参照することによって明らかとなろう。

（実施例） 第１図を参照すると、この発明の薄膜ディプレッション
型ＴＰＴ光検知器１ｏが示しである。光検知器１０は、
溶融水晶等の透明絶縁基板上の埋込チャネル薄膜トラン
ジスタから成る。基板１２は、ガラスやセラミックプレ
ー゛ト等その他の絶縁材としてもよい。基ｖｉ１２が透
明なことは、基板を介しトランジスタで光を検知するの
に有用である。但し、トランジスタのポリシリコンゲー
ト電極２２を通じ光の透過が可能に製作してもよい。

いずれにせよ、この発明のトランジスタ光検知器１０を
含む集積形半導体アレイについての光透過に関する所望
設計に応じ、基板１２は透明又は不透明いずれともし得
る。　　、 トランジスタ光検知器１０は、フォトリソグラフィによ
って離散した島状にパターン化された結晶化Ｓｉ薄膜層
１３を備えている。層１３は、例えば０．５μｍ厚とさ
れる。層１３及び領域１４．１６によって形成されるチ
ャネル領域１１に対応する厚さの範囲は、例えば約（Ｌ
　３μｍ〜５０μｍの範囲である。光検知器は通常の手
法（イオン注入等）によってドープされ、下半分のｎ型
領域１４（例えばホウ素）と上半分のｎ型領域１６（例
えばリン）を形成し、両者間にｐ−ｎ接合１５を形成す
る。１層１６を酸化してゲート酸化物層２０を熱的に成
長した後、ｎ゛ポリシリコン層２２を被着してゲート電
極とする。ゲート酸化物Ｎ２０は例えば約０．１３μｍ
厚、ポリシリコンゲート２２は約０．３５μｍｇとされ
る。チャネル領域１４．１６の両側にＡｓ”を注入し、
チャネル１１とのオーミック接点として機能する高ドー
プｎ”領域を形成することによって、ソース及びドレ”
／９５Ｍ、２６．２８が形成される。ソース電極３０と
ドレン電極３２は蒸着／ｌがら成る。

トランジスタ光検知器１ｏば、当該分野で周知な製造技
術で形成できる。例えば、溶融水晶ウェハ上のＬＰ−Ｃ
ＶＤボリシコリンの０．５μｍ厚層が、フォトリングラ
フィとプラズマエツチングによってパターン化され複数
の島を形成した後、レーザ溶融処理が施され再結晶化を
もたらす。レーザによる結晶化は、島の中心からズラさ
れたＣＷＣ○２レーザスポットによって行われ、名品を
横切って走査される傾斜固化前面を生成する。

この手法は、副次粒界（ｓｕｂ−ｇｒａｉｎ　）を含ま
ない（１００）−！ｌＪ１ｍ、＜１００＞−配向の結晶
シリコン島を周期的に生じる。レーザ結晶化の後、ＴＰ
Ｔの製作は例えば、前段及びチャン（Ａ。

Ｃｈｉａηｇ）他「半導体素子のレーザ処理に関する５
ｊＩＥシンポジウム要録」、第３８５巻、７６（１９８
３）、更に前掲の本［エネルギービーム−固体相互作用
及び過渡的熱処理」に記されているような、６つのマス
クレヘルを用いたＮＭＯＳプロセスによって行われる。

第１図のディプレッション型ＴＰＴ光検知器１０におけ
るｐ一層１４は、ポリゲート電極２２の被着前にゲート
酸化物を介してホウ素イオンを注入し、層１３の下方層
１４内におけるアクセプタ濃度を約１０１７／ｃｄとす
ることによって形成される。同じく、１層１６はリンイ
オンを注入し、層１３の上方領域１６において匹敵する
ドナー濃度とすることにより形成される。アクセプタと
ドナー両濃度は、１０　”／ｃｄ　〜］　Ｏ”／ｄ＋の
範囲とする。

光感度の比較のため、はソ同じプロセスでエンハンスメ
ント型ＴＰＴを作製した。製造プロセスで唯−異るのは
、チャネル領域の上半分つまり領域１６にホウ素イオン
を注入して２ｘ　ｌ　Ｑ　”／ｃｄのドナー濃度とし、
１層１６の代りに軽くドープされたｐ層としたことであ
る。

同じ幾何形状のディブレンジョン型及びエンハンスメン
ト童画ＴＰＴの光感度を、第２Ａ、第２Ｂ図で比較する
。各素子に基板を介し４００．！ＪＷ／−〇緑光を照射
したときのドレン電流Ｉｎ、い。、。

を、ドレン電圧Ｖ。−０，ＩＶにおけるゲート電圧ｖＧ
に対してプロットし、それぞれ曲線４２Ａ（ディプレッ
ション型ＴＰＴ）と曲線４２Ｂ（エンハンスメント型Ｔ
ＰＴ）で表わした。又、曲線４４Ａ（ディプレッション
型ＴＰＴ）と曲線４４Ｂ（エンハンスメント型ＴＰＴ）
で表わしたダーり時におけるドレン電流Ｉ　Ｂ、　、Ｉ
ｍｒｈも含めてプロットしである。

ＶＧ）Ｖｔ（閾電圧）の場合、ＴＰＴ光検知素子はオン
状態にあり、数μＡの暗電流をヰする。

照射すると画素子の導通度が高まり、ドレン電流の正味
増加ΔＩｎ−Ｉｎ、い。１゜−Ｉｎ−ａ□□は約１μＡ
であるが、これはＬＤ−ｄａｒｋのわずかな部分にすぎ
ない。バンクグランドの暗電流すなわちダーク電流が高
レベルなため、動作光導電ゲインＧが極めて高くても（
いずれの型のＴＰＴ素子でも約２６５０電子／入射光子
）、オン状態のＴＰＴは光検知器として使えない。光導
電ゲインＧは、各入射光子毎にチャネル領域１６を通過
する光生成電子の数として定義される。

Ｖｔ、（Ｖ□の場合、ＴＰＴ光検知素子はオフ状態にあ
る。ＩＤ、ａｍ□は無視できる程度に小さく、ディプレ
フジョン型素子では４６で示したように約１０−”Ａ、
エンハンス型素子では約１Ｏ−Ｉ５Ａである。照射する
と、エンハンスメント型素子は４８で示すようにあまり
顕著でない４．０　ｐ　Ａの光電流を生じる。これに対
し、ディプレッション型素子の導通度は著しく増加して
５０で示すように３２４ｎＡの光電流となり、これはエ
ンハンスメント型素子の約１０４倍高い。この高い光電
流は、８６０電子／入射電子の動作ゲインに対応する。

第２Ａ図の結果から分るように、ディプレッション型Ｔ
ＰＴ光検知器１０のオフ状態における大きい光電流と小
さいダーク電流という特性が、光検知器として最も望ま
しい動作を与える。

光検知器１０を形成するシリコン島は約０．５μｍ厚で
、入射光の２５％だけを吸収し、反射を無視し量子効率
を１とすれば、基本の光導電ゲインＧは３４４０電子／
吸収光子の大きさとなる。

オーミック接触を持つｎ型光検知器におけるこのような
大きいゲインは非常に長い量子の寿命を意味し、これは
次の式（１）に示す光導電ゲインＧの定義から予測でき
る。

Ｇ＝τ／　ｔ　、　　　　　　　　　　　（１１こ−で
τは正孔との再結合前における光電子の寿命、ｔ、、は
チャネル領域１６内における電子の走行時間で次の式（
２）で与えられる。

ｔｎ　＝Ｌ”　／、ＵｎＶＤ　　　　　（２）こ−でｉ
はチ＋ネル長、Ｉｎは電子の移動度、ｖＩ。

はチャネルに印加される電圧である。

Ｌが２０　ｉｔ　ｍ、Ｖｎが０−５Ｖ、Ｉｎが約１５０
０ｃｄ／Ｖ、　、Ｇが３４４０電子／Ｉ！＆収光子の場
合、ｔカは５．３、τは１８μｓとなる。この予測は実
際の過渡測定によって裏付けられており、安定状態の照
射後１０％の充電流緩和時間１０μｓが得られた。

ディプレッション型ＴＰＴ光検知器１０の物理的過程は
、第３図に示したチャネル領域１４．１６のエネルギー
バンド図によって定性的に説明できる。実線ＥＣ、Ｅ、
がそれぞれ伝導帯と価電子帯を表わす一方、点線Ｅｒは
フェルミレヘルである。シリコン薄膜層１３中の冶金接
合１５はゲート酸化物／　Ｓ　ｉ境界面、１７の下方約
０．２μｍに位置し、空乏領域がｐ−ｎ接合１５の両側
から約０．１μｍ延びている。ゲート電極に印加されて
大きい負のＶＧ　（Ｖアは、チャネルのｎ型領域１６の
頂面層を空乏化し、ｎ領域は充分ピンチ・オフするので
自由なキャリヤがなくなり、従ってダーク電流は無視で
きる。

ゲートバイアスで生じた空乏層とｎ領域１６内の接合空
乏層が合体して、Ｓｉ　／　５ｉＯｚ境界面の下方約０
．１μｍに最小ポテンシャルを形成する６同様に、Ｓｉ
Ｏ□基板上に作製されるシリコン素子の特徴である基板
内の正の固定酸化物電荷による空乏化のため、最大ポテ
ンシャルはｐ　領域内に存在する。光生成電子／正孔対
が拡散によって分離され、ｐ−ｎ接合を横切ってドリフ
トする。電子は０Ｍ内の最小ポテンシャルによって限定
された埋込伝導チャネル内に集められ、正孔は最小ポテ
ンシャルから（１２μｍ離れた最大ポテンシャル内に集
められる。

一定の照射下では、上記の電荷分離が安定状態に達し、
冬型のキャリヤが光導重度に大きく貢献する。正孔は空
間電荷として浮動２層中に留まる一方、埋込チャネル内
の電子は、それらがｐ−ｎ接合を横切り正札と再結合し
て頂部又は底部境界面１７．１９で非常に少量になるま
で光電流に貢献する。電子はｐ層中の正孔から離れ且つ
一船にバルクより多い欠陥を有するＳｊ　／　ＳｉＯ□
境界面から離れた埋込チャネル内に静電的に閉じ込めら
れているので、再結合の過程は大巾に禁止される。

従って、光電子はチャネルの移行時間を越える時間の開
光電流に有効に貢献し、式（１）で定義された１よりは
るかに大きい光導電ゲインＧを与える。

つまり、この発明のディプレッション型ＴＰＴ光検知器
において上記のような高レベルの光感度に貢献する主な
因子は次の通り： （１１ｎチャネル１６下方のｐ層又は領域」４の作製に
よる電荷分離用ｐ−ｎ接合１５の形成、表面での再結合
を防ぐ逆バイアスゲートによる光伝導用埋込チャネルの
形成； （２）　　特定の結晶化法で得られる単結晶薄膜の優れ
た品質により、再結合中心となる薄膜バルクの欠陥又は
粒界が少くなる；及び （３）　　表面チャネルと比べて高い埋込チャネルの電
子移動度。

この発明のディブレンジョン型ＴＰＴにおける数千電子
／吸収光子の光導電ゲインＧは、特性１約１０００Ｇを
持つ従来のフォトトランジスタよりはるかに優っている
。当分野で周知でその他の素材又は構造から成る薄膜光
検知器と比べるため、ＩＶ／ａ１１の場の下で光キャリ
ヤが走行する距離を示す積μｎτを優秀性の評価数字と
して用いる。

この積は、式（１）、（２）から導かれる次の弐（３）
によっても計算できる。

μｎ　Ｔ＝ＧＬ”　／Ｖ　　　　　　　（３１ｐｎｒの
積がＩ　Ｏ−’　〜１０−”ｃｄ／Ｖの値となるディプ
レッション型ＴＰＴは、当分野でこれまでに報告され周
知なその他いずれの薄膜光検知器よりもはるかに感度の
高い光検知器である。例えば、レーザ結晶化大粒ポリシ
リコンＴＰＴのμτ積は約１０−６ｃａｔ／Ｖ、ＣｄＳ
光導電膜は１０−’〜１０−’ｃ＋（／Ｖ、ＪＲ検知Ｐ
ｂ５Ｔ　Ｆ　Ｔは１０−３〜１０−’ｃｄ／Ｖ、ａ−３
ｉ：Ｈフォトダイオードは１０−’Ｃｌ１ｌ／Ｖつ 光検知器の性能について見ると、赤を１０％、緑を２５
％、紫を６０％吸収するシリコン膜１３の厚さが０．５
μｍで、第１、第２八、Ｂ図に示したディプレッション
型ＴＰＴ光検知器１０は、可視域全体を通じて認められ
る光感度とは＼線形の低い光レヘル応答をもって動作可
能である。

第４図は、Ｔ’ＦＴ光検知器１０に関し光電流対入射電
力の比として定義されたスペクトル光感度を示す。１８
Ｗのタングステン白熱電球でポリシリコンゲート２２を
介し照射した場合、曲線５２で示した応答は約２００〜
３００アンペア／入射電力ワソトの範囲で、光検知器１
０は可視領域を通じは！全色性であることが分る。透明
基板１２を介して照射した場合、゛入射”電力が相対的
に高いので、その応答は曲線５４のごとくそれに応じて
高くなる。この場合にも、光検知器１０は可視域を通じ
は＼全色性である。

第５図には、照射された入射電力レベルに対する光電流
の変化が示しである。線５６は直線状で、ＴＰＴ光検知
器１０の低い方の光レベル光感度を示す約１μＷ／ｃＩ
Ａに下がるまで入射電力に依存して線形なことを示して
いる。

素子の幾何形状及びドーピング条件をもっと最適にすれ
ば、大きい光電流、低ノイズ、広いダイナミックレンジ
及び特別のスペクトル感度の各点でもっと望ましい光検
知の動作をもたらすであろう。高速（１０μＳ／ライン
）、高解像度（１０μｍチャネル巾又は最高２５００ラ
イン／接触像形）のページ巾原稿入力スキャナーが達成
可能である。

もっと高い速度が必要な場合、光導電ゲインと検知速度
間のトレードオフは、高ゲインのディブレンジョン型光
検知器では光感度を大きく犠牲にせずに得られる。これ
は、ドープ剤掘度を変えてｐ−ｎ接合のバリヤ高さを変
化させ、再結合の生成過程及び光キャリヤの寿命を変え
ることによって達成可能である。

ディプレッション型ＴＰＴはＮＭＯＳロジック回路の標
準的構成要素なので、自身の積分、増巾及びコシツク回
路を備えた大面積イメージセンサアレイが、欠陥又は変
化をほとんど含まないレーザ結晶化ＴＦＴ用に開発され
たＮＭＯ３法によって作製できる。第６図はＴＰＴ光検
知器１０の大面積イメージセンサアレイ６０への応用を
示しており、ドレイ領域出力６２が電荷積分及び増巾回
路６４に供給され、そこでライン６２上の信号が一定時
間にわたって積分され増巾される。増巾信号はライン６
６を介し一連のシフトレジスター及びイメージ処理回路
６８に与えられ、ライン７０への直列直列のため信号が
バッフ１されイメージが処理される。

表面再結合を防ぎ光キャリヤの寿命を延ばすための薄膜
素子における埋込チャネル光導電の原理は〜その他の形
態の素子へも適用可能で、バルクシリコン基板に作製し
た同等物で認められているものより優れていなくても少
くともそれに匹敵する光感度をもった大きな基板上に薄
膜光検知器を実現できる。

例えば第７図は、この発明の半導体検知器の１つである
フォトダイオードを示している。フォトダイオードＩＯ
Ａは、ドレン領域２８がｐ　％Ｍ域１４へのオーミック
接触として機能する高ドープ化ｐ″領域２８Ａで置換さ
れている点を除き、第　、１図のＴＦＴ光検光検知器ｌ
基本的に同じ構造である。ディプレッション型埋込チャ
ネル薄膜ゲート式ダイオードＩＯＡは、■に近いゲイン
だが、第１図のＴＰＴ光検知器１０と比ベナノセカンド
範囲の応答というはるかに高い動作速度を持つ光検知器
として使用できる。ダイオードＩＯＡは負バイアス式フ
ォトダイオード用の電荷分離機構を与え、光励起キャリ
ヤが逆バイアス状態でｐ、ｎ両頭域１４．１６の埋込チ
ャネル内に高効率で分離収集される。ダイオードＩＯＡ
の端子領域２８Ａにおける出力の増巾は、ダイオード端
末Ｍ域２８Ａに直近して第１図に示したのと同じ薄膜構
造を持つ集積ＴＰＴ回路をＮＭＯ３又はＣＭＯ３法で作
製することによって可能である。

別の例として第８図は、入力ダイオード（ＩＤ）３０（
ソースに対応）と出力ダイオード（ＯＤ）３２　（ドレ
ンに対応）間のチャネル領域が数インチの長さとされ、
ゲート電極２２がそれぞれイメージ検知位置を限定する
多数の個々のゲート電極２２′に分割されている点を除
き、ディプレッション型ＴＰＴ光検知器１０と基本的に
同じ方法で作製された薄膜埋込チャネル電荷結合素子（
ＣＣＤ　）１０Ｂを示している。最初のケート電極２２
ＡがＣＣＤｌ０Ｂの入力ゲート（ＩＧ）、最後のゲート
電極２２Ｂがその出力ゲート（ＯＧ）を成す。

この素子は、バルクシリコンに形成された埋込チャネル
ＣＣＤ光検知器のように、予測され匹敵する性能だが相
対的に高い動作速度で動作可能である。又薄膜ＣＧＤＩ
ＯＢの実現は、例えば大面積基板上の他のエレクトロニ
クスによる各種の読出し能力を持った光検知器アレイの
集積化を可能とする。

以上本発明を数種の特定実施例を参照して説明したが、
上記の説明に照らして多くの代替、変更及び変化が可能
なことは当業者にとって明らかであろう。例えば、両頭
域２６．２８をｐ’、下方領域１４をｎ、上方領域１６
をｐにそれぞれドープすれば、正孔による光導電用のド
ープ剤を逆の極性にすることができる。つまり本発明は
、特許請求の範囲の主旨及び範囲に入るそのような代替
、変更及び変化を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のディプレッション型ＴＰＴ光検知器の
断面図； 第２Ａ、Ｂ図は第１図のディプレッション型ＴＰＴ光検
知器（第２Ａ図）とエンハンスメント型ＴＰＴ光検知器
（第２Ｂ図）の対応する照射及び動作条件下における明
暗両状態でのドレン電流対ゲート電圧特性を示すグラフ
； 第３図は第１図のディプレッション型ＴＰＴ光検知器の
エネルギーバンド図； 第４図は１８Ｗタングステン白熱ランプで照射したディ
プレッション型ＴＰＴ光検知器における低光レベルでの
入射電力に対する光電流の線形依存性を示すグラフ； 第５図はｌＱｍＷダイオード・レーザにより、ポリシリ
コンゲート及び基板を介して照射したディプレッション
型ＴＰＴ光検知器の光感度のスベクトル依存性を示すグ
ラフ： 第６図は本発明のディプレッション型ＴＰＴ光検知器の
例示的使用の概略図； 第７図は本発明のディプレッション型ゲート式フォトダ
イオードの断面図；及び 第８図は本発明のディプレッション型埋込チャネル電荷
結合素子の断面図である。 １０・・・薄膜ディプレッション型半導体（トランジス
タ）光検知器、ＩＯＡ・・・フォトダイオード、ＩＯＢ
・・・電荷結合素子、１２・・・絶縁基板、１３・・・
結晶化Ｓｉ薄膜、１４゜１６−・・チャネル領域（１４
・・・ｐ型領域、１Ｇ−・・ｎ型領域）、１５・・・ｐ
−ｎ接合、２０・−・ゲート酸化物、２２．２２’　・
−・ゲート電極、２６・・・ソース領域（ｎ＋端子領域
）、２８・・・ドレン領域、２８Ａ・−・端子領域、３
０・・・ソース電極（入力ダイオード〕、３２−・・ド
レン電極（出力ダイオード）。 ＦＩｏ、　　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ソース領域、ドレン領域及び両者間に形成された薄
   膜光検知チャネル領域を備えた絶縁基板上の結晶シリコ
   ン薄膜；上記チャネル領域上に形成されたゲート酸化物
   ；上記ゲート酸化物上に形成されたゲート電極；上記基
   板の表面と平行に上記薄膜内に位置し、空間電荷分離領
   域として機能するｐ−ｎ接合；上記チャネル領域の下方
   部が上記基板へと延びたｐ領域で、上記チャネル領域の
   上方部が上記ゲート酸化物へと延びたｎ領域であること
   ；光検知器がオフ状態で動作するとき上記チャネル領域
   が完全に空乏化したチャネルとして機能し、ダイナミッ
   クレンジが広く光電流が大きい動作を与えること；から
   成るディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ２、前記光検知器が薄膜トランジスタを形成する前記ｎ
   チャネル領域へのオーミック接触として機能するｎ＾＋
   ソース及びドレン両領域を備え、光検知器の閾電圧と比
   べ充分に負のゲート電圧をゲート電極へ印加することに
   よって上記ｎチャネル領域が充分にピンチ・オフしたと
   き、上記光検知器が低い光強度で高い光導電ゲインを有
   する特許請求の範囲第１項のディプレッション型薄膜半
   導体光検知器。 ３、前記チャネル領域下方部がｎ型にドープされ、チャ
   ネル領域上方部がｐ型にドープされた特許請求の範囲第
   １項のディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ４、前記光検知器が薄膜トランジスタを形成する前記ｎ
   チャネル領域へのオーミック接触として機能するｐ＾＋
   ソース及びドレン両領域を備え、光検知器の閾電圧と比
   べ充分に正のゲート電圧をゲート電極へ印加することに
   よって上記ｎチャネル領域が充分にピンチ・オフしたと
   き、上記光検知器が低い光強度で高い光導電ゲインを有
   する特許請求の範囲第１項のディプレッション型薄膜半
   導体光検知器。 ５、前記ゲート領域が半透明である特許請求の範囲第１
   項のディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ６、前記絶縁基板が透明である特許請求の範囲第１項の
   ディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ７、アクセプターとドナーの濃度及び分布が、前記チャ
   ネル領域が暗中で充分空乏化された状態でチャネル領域
   内において光導電を可能とするように選定された特許請
   求の範囲第１項のディプレッション型薄膜半導体光検知
   器。 ８、前記ｐチャネル領域とｎチャネル領域におけるアク
   セプター及びドナー領域がそれぞれ１０＾１＾６／ｃｍ
   ＾３〜１０＾１＾８／ｃｍ＾３の範囲である特許請求の
   範囲第７項のディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ９、前記チャネル領域の厚さが０．３μｍ〜５０μｍの
   範囲である特許請求の範囲第１項のディプレッション型
   薄膜半導体光検知器。 １０、前記薄膜の再結晶化をレーザ溶融処理で行なうこ
   とにより形成された特許請求の範囲第１項のディプレッ
   ション型薄膜半導体光検知器。 １１、前記チャネル領域が前記ゲート酸化物上に形成さ
   れた複数の直線状に離間したゲート電極を含むように延
   長されて複数の離間した光検知器を形成し、前記ソース
   領域上で且つ前記ゲート電極の最初の電極に隣接して入
   力ダイオードが形成され、前記ドレン領域上で且つ前記
   ゲート電極の最後の電極に隣接して出力ダイオードが形
   成され、上記光検知器が電荷結合素子として機能する特
   許請求の範囲第１項のディプレッション型薄膜半導体光
   検知器。 １２、前記ゲート領域が半透明である特許請求の範囲第
   １１項の電荷結合素子。 １３、前記絶縁基板が透明である特許請求の範囲第１１
   項の電荷結合素子。 １４、アクセプターとドナーの濃度及び分布が、前記チ
   ャネル領域が暗中で充分空乏化された状態でチャネル領
   域内において光導電を可能とするように選定された特許
   請求の範囲第１１項の電荷結合素子。 １５、前記ｐチャネル領域とｎチャネル領域におけるア
   クセプター及びドナー領域がそれぞれ１０＾１＾６／ｃ
   ｍ＾３〜１０＾１＾８／ｃｍ＾３の範囲である特許請求
   の範囲第１４項の電荷結合素子。 １６、前記チャネル領域の厚さが０．３μｍ〜５０μｍ
   の範囲である特許請求の範囲第１１項の電荷結合素子。 １７、前記薄膜の再結晶化をレーザ溶融処理で行なうこ
   とにより形成された特許請求の範囲第１１項の電荷結合
   素子。 １８、前記チャネル領域下方部がｎ型にドープされ、チ
   ャネル領域上方部がｐ型にドープされた特許請求の範囲
   第１１項の電荷結合素子。 １９、前記ソース及びドレン両領域が前記ｎチャネル領
   域に対するオーミック接触として機能するｐ＾＋領域か
   らなる特許請求の範囲第１７項の電荷結合素子。 ２０、一対の端子領域とこれらの間に形成された薄膜光
   検知チャネル領域を備えた絶縁基板上の結晶シリコン薄
   膜；上記チャネル領域上に形成されたゲート酸化物；上
   記ゲート酸化物上に形成されたゲート電極；上記基板の
   表面と平行に上記薄膜内に位置し、空間電荷分離領域と
   して機能するｐ−ｎ接合；上記チャネル領域の下方部が
   上記基板へと延びたｐ領域で、上記チャネル領域の上方
   部が上記ゲート酸化物へと延びたｎ領域であること；上
   記端子領域の一方が上記ｎチャネル領域へのオーミック
   接触として機能し、上記端子領域の他方が上記ｐチャネ
   ル領域へのオーミック接触として機能すること；光検知
   器がオフ状態で動作するとき上記チャネル領域が完全に
   空乏化したチャネルとして機能し、ダイナミックレンジ
   が広く光電流が大きい動作を与え、光検知器がディプレ
   ッション型ゲート式ダイオードを形成すること；から成
   るディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ２１、上記一方の端子領域がｎ＾＋領域で、前記他方の
   端子領域がｐ＾＋領域である特許請求の範囲第２０項の
   ディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ２２、前記チャネル領域下方部がｎ型にドープされ、チ
   ャネル領域上方部がｐ型にドープされた特許請求の範囲
   第２０項のディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ２３、前記光検知器が薄膜トランジスタを形成する前記
   ｐチャネル領域へのオーミック接触として機能するｐ＾
   ＋端子領域を備え、光検知器の閾電圧と比べ充分に正の
   ゲート電圧をゲート電極へ印加することによって上記ｐ
   チャネル領域が充分にピンチ・オフしたとき、上記光検
   知器が低い光強度で高い光導電ゲインを有する特許請求
   の範囲第２２項のディプレッション型薄膜半導体光検知
   器。 ２４、前記ゲート領域が半透明である特許請求の範囲第
   ２０項のディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ２５、前記絶縁基板が透明である特許請求の範囲第２０
   項のディプレッション型薄膜半導体光検知器。 ２６、アクセプターとドナーの濃度及び分布が、前記チ
   ャネル領域が充分ダークに空乏化された状態でチャネル
   領域内において光導電を可能とするように選定された特
   許請求の範囲第２０項のディプレッション型薄膜半導体
   光検知器。 ２７、前記ｐチャネル領域とｎチャネル領域におけるア
   クセプター及びドナー領域がそれぞれ１０＾１＾６／ｃ
   ｍ＾３〜１０＾１＾８／ｃｍ＾３の範囲である特許請求
   の範囲第２６項のディプレッション型薄膜半導体光検知
   器。 ２８、前記チャネル領域の厚さが０．３μｍ〜５０μｍ
   の範囲である特許請求の範囲第２０項のディプレッショ
   ン型薄膜半導体光検知器。 ２９、前記薄膜の再結晶化をレーザ溶融処理で行なうこ
   とにより形成された特許請求の範囲第２０項のディプレ
   ッション型薄膜半導体光検知器。