アモルファス半導体の超格子構造を光導電膜に応用した積層型高感度固体撮像素子の研究

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この課題で次の2点につき検討した。1)a-Si:H/a-Sic:H超格子積層の試作と光電特性の測定透明電極(Sno_2)/p^+-a-Si:H/超格子膜/n^+-Si:H/A1電極構造で、超格子部分をa-Si:H(200A)とa-SiC:H(250A)を交互に3、5、10周期堆積した3種類の試料を作製した。膜の分光感度はa-Si:Hのp^+in^+ダイオ-ドによるものと同一で、入射光はa-Si:H部分で吸収されることが分かる。波長600nmの光をいれ、電界による光感度の変化を見た。光電流の立ち上がりをp^+in^+構造と比較すると光電流が立ち上がる閾値電界は超格子膜のほうが大きい。これは超格子内のa-Si/a-SiCの界面でのエネルギ-バンドの不連続による。また同一電界では、積層周期が多い試料ほど光感度が高い。また周期性のないp^+in^+膜の光感度と比較すると、全ての試料で光感度の改善が認められた。さらに、光電変換効率の入射光量依存性を求めたところ、入射光量の減少に伴って効率が大きくなることが認められた。この傾向は電界強度が大きくなるほど顕著になる。この特徴は多周期構造による光感度の改善と併せて、超格子構造内で光励起電荷がアバランシェにより倍増していると考えられると説明がつく。しかし今回は量子効率が1以上になることはなかった。2)積層増幅型固体撮像素子の試作と動作解析この撮像素子には、光導電膜とMOSTの種類を変えることで、正変調、負変調の2つの動作モ-ドが存在することを明らかにした。そこで、これら2種類の素子を設計。試作して光電感度20μA/1x、ダイナミックレンジ90dBを得た。また信号の増幅形態には、容量型増幅と電流型増幅があり、将来の高度密度化には前者が有利なことを示した。