JPS63220568A - 光電変換素子 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、非晶質シリコン光電変換素子に関するもので
あり、特に高い光感度特性を有する光電変換素子に関す
る。

［従来技術およびその問題点］ ファクシミリ、イメージスキャナ、デジタルコピアなど
に用いられている画像入力デハイスとしては、ＣＣＤデ
バイスを用い、縮小光学系により、結像・光電変換する
画像読取り系が一般に用いられている。しかしながら、
これらの読取り系は、縮小を行うために、３００ｍｍは
どの光路を必要とし、系全体の容積が大きくなり、機器
の小型化において、妨げとなっていた。

かかる問題を解決する方式として、原稿と同一寸法の読
取り幅を持った密着型イメージセンサが提案されている
。密着型イメージセンサは、原稿に密着して画像情報を
読み取るために、縮小光学系が必要なく、原理的には、
光路長を〜０にするこ七ができるために、系全体の小型
化が可能である。この密着型イメージセンサ−の作製の
ためには、大型光センサーが必要となり、その光電変換
材料としては、大面積・低温成膜が可能でかつ膜質の比
較的安定した材料である非晶質水素化シリコン（以下、
ａ　−Ｓ　ｉ　：　Ｈとも略す）が種々検討されており
、ファクシミリやコピー装置の小型化用として研究開発
が盛んに行われており、一部商品化され始めている。

しかしながら、現在実用化されているのは、光路長約１
５ｍｍのセルフォックレンズアレーを読取り系に用い、
光導電型素子が用いられているため、いまだ充分に小型
化は為されていない。

また、蓄積読取り可能で、読取り速度が速いという特徴
を有するｐｉｎ型フォトダイオード素子は、バターニン
グ工程が多いために、生産性に欠点があった。そこで、
ショットキー型フォトダイオードを用いることにより、
バターニング工程を省力化することが検討されているが
、光感度がｐｉｎ型フォトダイオードに比べ、低いとい
う問題点があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、完全密着型イメージセンサを構成する
ことの可能な、高い光感度特性を有した光電変換素子を
提供することである。

［発明の開示］ かかる問題を解決するに、本発明者らは、鋭意検討した
結果、層構成および素子構造に、木質的な解決があるこ
とを見出し、本発明を完成した。

すなわぢ、本発明は、 基体上に、金属電極、実質的に真性の非晶質半導体薄膜
、ｎ型半導体薄膜、透明性電極の順に形成された非晶質
シリコン光電変換素子、を要旨とするものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明における、金属電極とは、続いて形成される実質
的に真性で、光活性である非晶質半導体薄膜、具体的に
は非晶質シリコン材料からなる薄膜層との間において、
整流堰層を形成することの可能な金属材料であり、具体
的には、クロム、白金、金、ニッケル１．チタン、パラ
ジウム、モリブデンなどである。

密着型イメージセンサ−などに用いる場合は、本金属電
極は、光を遮る遮光性を有し、かつ必要に応じたバター
ニングがなされていることが好ましい。

また、本発明における実質的に真性の非晶質半導体薄膜
とは、シラン化合物（一般式５ｉＪ１２□、２で表わさ
れる。ただし、ｎは１以上の自然数）のプラズマ分解法
により上記金属電極の上に形成された、結合水素を含ん
だ非晶質シリコンであり、その膜厚は、０．３〜１．０
μである。シラン化合物とは、モノシラン、ジシラン、
トリジランなどであり、取扱い易さからモノシラン、ジ
シランが用いられる。また、シラン化合物は、水素、ヘ
リウムやアルゴンなどの不活性ガスに稀釈されていても
構わない。

該薄膜の形成時の基板温度は、５０〜３５０°Ｃであり
、好ましくは、１００〜３５０°Ｃである。ガス流量は
、１〜１００　ｃｃ／ｍｉｎである。反応圧力は、０．
０１〜１０．０Ｔｏｒｒであり、プラズマ発生のための
高周波電力は、０．００１〜１．０Ｗ／ｃｍ２の範囲で
ある。

本発明におけるｎ型半導体薄膜とは、シラン化合物（一
般式５ｊｎＨｚ、、＋ｚで表わされる。ただし、ｎは１
以上の自然数）とフォスフインＰｌｈあるいはアルシン
ＡｓＨ３の混合ガスを、プラズマ分解することにより、
上記実質的に真性の非晶質半導体薄膜の上に形成された
薄膜であり、ｎ型の導電性を示すものである。該薄膜の
膜厚は、１００〜１０００Ａ程度であり、形成圧力は、
０．０５〜１０．０Ｔｏｒｒ、基板温度は、５０〜３５
０°Ｃ２高周波電力は、　０．０１〜１．０警へｍ２の
範囲である。該薄膜は、非晶質薄膜でもまた、微結晶性
薄膜でも構わない。

本発明でいう透明性電極とは、基本的には、光を通過さ
せることのできる導電性材料であり、具体的には、酸化
スズ、酸化スズ・インジウム、酸化亜鉛などであり、そ
れらの酸化膜の積層膜でもよい。また、金属薄膜で、ア
ルミニウム、クロム、白金、金、銀、ニッケルなどの極
薄膜を用いることもできる。通過させる光の波長につい
ては、３００　ｎｍ−３μの範囲であり、連続でも、単
一波長の光でも構わない。

上記のごとくして得られる本発明の光電変換素子は特に
密着型イメージセンサとして、好適に使用することが可
能であるが、イメージセンサに用いる場合には、本透明
性電極は、基体から入射された光が対象画像に反射され
、その反射光が来光電変換素子に入射するために、透明
性であることが要求される。

本発明における基体Ｌｌ、先の透明性電極と同様に光通
過性であることが要求されること以外は、何ら制限され
るものはなく、具体的には、ガラス基板が好適に用いら
れる。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。

［実施例］ 本イメージセンザ用光電変換素子は、分離型プラズマＣ
ＶＤ装置で、基体挿入専用室、透明性電極形成室および
基体取出し専用室を旬属した５室分離型プラズマＣＶＤ
装置を用いて、作製した。

なお、本プラズマＣＶＤ装置の概略図を第１図に示した
。

基体１０は、基体挿入専用室１にて、加熱されながら、
高真空排気され、基体表面を清浄化された後、真性の薄
膜形成室２に移動された。ここでモノシランを導入し、
圧力０．０３〜ｌ、ＱＴｏｒｒで、流量１〜５０ｃｃ／
ｍｉｎ、形成温度１００〜３００　’ｃで、グロー放電
により、実質的に真性の非晶質薄膜を第１表に示した形
成条件にて形成した。ついで、基体移送手段２０により
、該基体をｎ膜形成室３に移送した。ここでは、モノシ
ランと水素稀釈フォスフインの混合ガスを導入し、圧力
０．１〜５．０Ｔｏｒｒ　、流ｆｌｏ〜４００ｃｃ／ｍ
ｉｎ　、形成温度１００〜４００　’Ｃにて、グロー放
電法により、１００〜１．０００Ａの厚みで形成した。

次いで、透明性電極形成室４に移送し、スパッタリング
法により、酸化インジウム・スズ膜を２０００Ａ形成し
た。

このようにして、作製した光電変換素子の光感度を、発
光ダイオード（ＬＥＤ　、中心波長　５６７’ｎｍ）を
光源にし、１０μＷ／ｃｍ２での光電流と暗状態での電
流の比により、測定した。結果を第１表に、実施例１〜
４として示した。また、比較のための例として、ｎ型半
導体薄膜層が形成されていない例を示した。

第１表 ＊　黙鍍−２０Ｘｌｏｇ（Ｊｐ／Ｊｄ）。

Ｊｐ　：　ＬＥＤ照躬光下での光電流 Ｊｄ：暗状態での電流 以上、実施例と比較例と比べれば、明らかなように、本
発明の実施例においては、著しい光感度が得られ、優れ
た光電変換素子が得られた。このものは、密着型イメー
ジセンサとして好適に使用することが可能である。

［発明の効果１ 以上のごとく、本発明の方法、すなわち、基体上に、整
流堰層を形成することが可能な金属、実質的に真性な非
晶質半導体薄膜の順に形成した後に、実質的に真性な半
導体薄膜と透明性電極の間に、ｎ型半導体薄膜を形成す
ることにより、上記実施例の如く、光感度が著しく改善
された、特に密着型イメージセンサとして好適に使用可
能な光電変換素子が提供されるのである。従って、本発
明の産業上の利用可能性は、極めて大きいといわねばな
らない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光電変換素子を形成するために好ま
しい装置の一例を示す模式図である。 図において、１−−−−−−−−基体挿入専用室および
予備加熱室、２−・・−一一一一金属電極形成室、３−
−−−−一実質的に真性な薄膜形成室、４−一−−−−
−−−−ｎ型半導体薄膜形成室、５−−−−−−−−−
透明性電極形成室、６−−−−基体取出し専用室、１０
−−−−−＝−基体、１１−−−一−−ヒーター内蔵加
熱板、１２−　高周波印加電極、２０−−−−−−・−
・・原料ガス導入ライン、２１−−−−−−−−−−一
真空排気ライン、２２−−−−−−−−−・・高周波電
極、３０−−−−−−−・−基体移送手段、３１・−−
−−−−−−・−仕切弁、３２−−−−−−−−−絶縁
物質、４０−・・・・−・−透明性電極材料、４１−−
−−−−−一透明性電極用マスク、を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体上に、金属電極、実質的に真性の非晶質半導
   体薄膜、ｎ型半導体薄膜、透明性電極の順に形成された
   非晶質シリコン光電変換素子。
2. （２）密着型イメージセンサとして好適な特許請求の範
   囲第１項記載の光電変換素子。