光電変換装置、電子機器
【課題】リーク電流（暗電流）が低減された光電変換部を有する光電変換装置、これを適用した電子機器を提供すること。
【解決手段】本適用例の光電変換装置は、基板上に形成された回路部と、回路部に電気的に接続された第１電極２１と、第１電極２１に対向配置された透光性を有する第２電極２２と、第１電極２１と第２電極２２との間に挟持された光電変換部２６とを備え、光電変換部２６は、カルコパイライト型のｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層２３と、非晶質の酸化物半導体層２４と、ｎ型半導体膜からなる窓層２５とが順に積層されたものであることを特徴とする。
【解決手段】本適用例の光電変換装置は、基板上に形成された回路部と、回路部に電気的に接続された第１電極２１と、第１電極２１に対向配置された透光性を有する第２電極２２と、第１電極２１と第２電極２２との間に挟持された光電変換部２６とを備え、光電変換部２６は、カルコパイライト型のｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層２３と、非晶質の酸化物半導体層２４と、ｎ型半導体膜からなる窓層２５とが順に積層されたものであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置、およびこれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記光電変換装置の代表的な例として光吸収層を有する太陽電池が挙げられる。該光吸収層として例えばカルコパイライト構造のｐ型半導体膜であるＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＧａＳｅ、などのＣＩＳ系薄膜が用いられている。このＣＩＳ系薄膜は、可視光から近赤外光までの広い波長域に亘って高い光感度を有するので、光検出素子への適用が検討されている。その一方で、ＣＩＳ系薄膜を光検出素子に適用する場合、ＣＩＳ系薄膜の形成時のダメージや欠陥に起因するリーク電流が問題となっている。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、下部電極層上に形成された化合物半導体膜（ＣＩＳ系薄膜）をフォトリソグラフィーによってパターニングして、下部電極層に合わせて画素ごとに分離する工程と、化合物半導体膜（ＣＩＳ系薄膜）を覆ってバッファー層を形成する工程と、バッファー層上に透光性電極層を形成する工程とを備えた固体撮像素子の製造方法が開示されている。
この固体撮像素子の製造方法によれば、化合物半導体膜と透光性電極層との間にバッファー層が形成されているので、透光性電極層の形成時における化合物半導体膜へのダメージが軽減され、該ダメージに起因するリーク電流を低減できるとしている。
【０００４】
この他にも、特許文献２には、化合物半導体膜の端部が透光性電極層の端部よりも外方に位置するように、透光性電極層が形成されている光電変換装置が開示されている。特許文献２によれば、化合物半導体膜のパターニング時に、化合物半導体膜の端部にダメージや結晶欠陥が生じても、当該端部が透光性電極層の端部よりも外方に位置しているので、リーク電流を低減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０９３８３４号パンフレット
【特許文献２】特開２００７−１２３７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の製造方法で得られた固体撮像素子は、順方向バイアス印加時のリーク電流の低減には有効だが、逆方向バイアス印加時のリーク電流（暗電流）を低減することが困難であるという課題がある。
また、特許文献１および特許文献２では、いずれも化合物半導体膜と透光性電極層との間に被覆性が優れた溶液成長法を用いて結晶性のＣｄＳ膜からなるバッファー層を形成している。ところが、ＣｄＳ膜自体に結晶欠陥があると、該結晶欠陥部分においてリーク電流が発生するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例の光電変換装置は、基板上に形成された回路部と、前記回路部に電気的に接続された第１電極と、前記第１電極に対向配置された透光性を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された光電変換部とを備え、前記光電変換部は、カルコパイライト型のｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層と、非晶質の酸化物半導体層と、ｎ型半導体膜からなる窓層とが順に積層されたものであることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、光吸収層であるｐ型化合物半導体膜とｎ型半導体膜との間にバンドギャップが光吸収層よりも大きい非晶質の酸化物半導体層を挟むことで、ｐ型とｎ型の半導体膜の界面に電位障壁が設けられる。また、非晶質の酸化物半導体層は、受光時に抵抗値が変動するＣｄＳ膜に比べて高抵抗なバッファー層となるので、順方向バイアス印加時には酸化物半導体層へ電界を集中することができ、逆方向バイアス印加時にはリーク電流（暗電流）の要因となるドリフト電流（電子）などを低減できる。
さらに、結晶質のＣｄＳ膜に対して、酸化物半導体層は非晶質であるため、結晶欠陥が生じないので、確実に暗電流を低減できる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例の光電変換装置において、前記非晶質の酸化物半導体層は、第１２族元素、第１３族元素を含むことが好ましい。
これによれば、第１２族元素、第１３族元素を含む非晶質の酸化物半導体層は、バンドギャップが３ｅｖ以上となり、従来のＣｄＳ膜（バンドギャップが２．４ｅｖ）に比べて光吸収層への照射光損失を少なくすることができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例の光電変換装置において、前記非晶質の酸化物半導体層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含むことが好ましい。
これによれば、３ｅｖ以上のバンドギャップを確かに実現できる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例の光電変換装置において、前記光電変換部は前記第１電極上においてパターニング形成され、パターニング後の前記光電変換部の側壁と、前記第２電極に対向する側の表面の外縁とを覆う絶縁膜を有していることが好ましい。
これによれば、光電変換部のパターニングによる側壁とその近傍におけるダメージに起因するリーク電流が低減される。
【００１３】
［適用例５］上記適用例の光電変換装置において、前記ｎ型半導体膜からなる前記窓層が前記第２電極を兼ねており、複数の前記第１電極に対して前記窓層が対向配置されているとしてもよい。
これによれば、光電変換装置の構成を簡略化して、コストパフォーマンスに優れた光電変換装置を提供できる。
【００１４】
［適用例６］本適用例の電子機器は、上記適用例の光電変換装置を備えたことを特徴とする。
これによれば、逆方向バイアス印加時にも安定した光電変換特性が得られる光電変換装置を備えているので、光電変換部をフォトセンサーとして利用すれば、例えば優れた電気光学特性を有する光電変換装置（イメージセンサー）を備えた電子機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）はイメージセンサーの電気的な構成を示す概略配線図、（ｂ）は光電変換素子としてのフォトセンサーを示す等価回路図。
【図２】フォトセンサーの配置を示す概略平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサーの構造を示す概略断面図。
【図４】フォトダイオードの構成を示す模式図。
【図５】実施例と比較例のフォトダイオードを構成する半導体膜のエネルギーバンドラインアップを示すグラフ。
【図６】（ａ）は実施例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図、（ｂ）は比較例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図。
【図７】（ａ）は生体認証装置を示す概略斜視図、（ｂ）は生体認証装置の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。
【００１７】
なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。
【００１８】
本実施形態では、光電変換装置の例としてイメージセンサーを挙げ、電子機器の例としてこのイメージセンサーを適用した生体認証装置を例に挙げて説明する。
【００１９】
＜光電変換装置＞
まず、本実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサーについて、図１〜図３を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）はイメージセンサーの電気的な構成を示す概略配線図、同図（ｂ）は光電変換素子としてのフォトセンサーを示す等価回路図である。図２はフォトセンサーの配置を示す概略平面図、図３は図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサーの構造を示す概略断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー１００は、素子領域Ｆにおいて互いに交差して延在する複数の走査線３ａと複数のデータ線６とを有している。また、複数の走査線３ａが電気的に接続された走査線回路１０２と、複数のデータ線６が電気的に接続されたデータ線回路１０１とを有している。そして、走査線３ａとデータ線６の交差点付近に対応して設けられ、素子領域Ｆにおいてマトリックス状に配置された複数のフォトセンサー５０とを有している。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、フォトセンサー５０は、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）１０と、フォトダイオード２０と、保持容量３０とを含んで構成されている。ＴＦＴ１０のゲート電極は走査線３ａに接続され、ＴＦＴ１０のソース電極はデータ線６に接続されている。フォトダイオード２０の一方はＴＦＴ１０のドレイン電極に接続され、他方はデータ線６と並行して設けられた定電位線１２に接続されている。保持容量３０の一方の電極はＴＦＴ１０のドレイン電極に接続され、他方の電極は走査線３ａと並行して設けられた定電位線３ｂに接続されている。
【００２３】
図２に示すように、フォトセンサー５０は、走査線３ａとデータ線６とによって平面的に区切られた領域に設けられた、ほぼ正方形の第１電極２１およびコンタクトホールＣＮＴ１を有している。第１電極２１は、コンタクトホールＣＮＴ１を介して前述したＴＦＴ１０に接続されている。平面的にコンタクトホールＣＮＴ１を除く第１電極２１と重なる部分に受光領域５０ａが設けられている。
【００２４】
図３に示すように、フォトセンサー５０は、例えば透明なガラスや不透明なシリコンなどの基板１上に形成されている。
基板１上には、基板１の表面を覆うように絶縁膜１ａが形成され、絶縁膜１ａ上に例えば多結晶シリコンの半導体層２が島状に形成されている。半導体層２を覆って例えばＳｉＯ2（酸化シリコン）などの絶縁材料によってゲート絶縁膜３が形成されている。
ゲート絶縁膜３上において、半導体層２のチャネル領域２ｃに対向する位置にゲート電極３ｇが形成されている。ゲート電極３ｇは、図１に示した走査線３ａに電気的に接続されており、例えばＡｌ（アルミニウム）などの金属材料を用いて形成されている。
【００２５】
ゲート電極３ｇおよびゲート絶縁膜３を覆って層間絶縁膜４が形成されている。半導体層２のドレイン領域２ｄと、ソース領域２ｓとを覆うゲート絶縁膜３および層間絶縁膜４の部分に貫通孔が形成される。これらの貫通孔を埋めると共に層間絶縁膜４を覆うように例えばＡｌなどの金属材料からなる導電膜が成膜され、当該導電膜をパターニングすることにより、コンタクトホールＣＮＴ２，ＣＮＴ３、ドレイン電極５ｄ、ソース電極５ｓ、データ線６が形成される。ソース電極５ｓはコンタクトホールＣＮＴ２を介して半導体層２のソース領域２ｓに接続され、さらにデータ線６とも接続されている。ドレイン電極５ｄはコンタクトホールＣＮＴ３を介して半導体層２のドレイン領域２ｄに接続されている。
【００２６】
ドレイン電極５ｄ、ソース電極５ｓ、データ線６および層間絶縁膜４を覆って絶縁膜７が形成され、さらに絶縁膜７を覆う平坦化層８が形成されている。平坦化層８は例えばＳｉＯ2（酸化シリコン）を用いて形成され、絶縁膜７はＳｉＯ2よりも緻密なＳｉＮ（窒化シリコン）を用いて形成されている。
絶縁膜７および平坦化層８のドレイン電極５ｄと重なる部分に貫通孔が形成され、当該貫通孔を覆うと共に、平坦化層８を覆うように、例えばＭｏ（モリブデン）などの金属材料からなる導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、コンタクトホールＣＮＴ１と、第１電極２１とが形成される。第１電極２１はコンタクトホールＣＮＴ１を介してドレイン電極５ｄと電気的に接続される。
【００２７】
第１電極２１上には、光電変換部２６がコンタクトホールＣＮＴ１を避けるようにパターニング形成され、光電変換部２６の側壁および外縁部を覆うと共に、第１電極２１および平坦化層８を覆う絶縁膜９が形成される。絶縁膜９は絶縁膜７と同じくＳｉＮ（窒化シリコン）を用いて形成されている。
【００２８】
絶縁膜９の表面と、絶縁膜９によって覆われていない光電変換部２６の表面と、を覆う第２電極２２が形成されている。第２電極２２は、透光性を有する例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの導電膜からなり、図１（ｂ）の定電位線１２を兼ねるものである。
【００２９】
第１電極２１および第２電極２２と、これらの電極間に挟まれた光電変換部２６とによりフォトダイオード２０が構成されており、絶縁膜９によって覆われていない光電変換部２６の領域が受光領域５０ａとなっている。
【００３０】
本実施形態において、基板１上に設けられた回路部とは、図１（ａ）および（ｂ）に示した、走査線３ａ、データ線６、定電位線３ｂ，１２およびこれらの配線に接続したＴＦＴ１０、保持容量３０、ならびにデータ線回路１０１、走査線回路１０２を含むものである。なお、データ線６が接続されるデータ線回路１０１と、走査線３ａが接続される走査線回路１０２とは、それぞれ集積回路として別途基板１に外付けすることも可能である。
【００３１】
このようなイメージセンサー１００によれば、定電位線３ｂ，１２によってフォトダイオード２０に逆方向バイアスを印加した状態で、フォトダイオード２０に光が入射すると、フォトダイオード２０に光電流が流れ、それに応じた電荷が保持容量３０に蓄積される。
【００３２】
また、複数の走査線３ａのそれぞれによって複数のＴＦＴ１０をＯＮ（選択）させることで、データ線６には、各フォトセンサー５０が備える保持容量３０に蓄積された電荷に対応する信号が順次出力される。したがって、素子領域Ｆにおいてそれぞれのフォトセンサー５０が受光した光の強度をそれぞれ検出することができる。
【００３３】
発明者らは、このようなイメージセンサー１００を後述する電子機器としての生体認証装置に適用することを考慮して、近赤外光を高感度に検出可能であると共に、高い信頼性を有する光電変換素子としてのフォトダイオード２０を開発した。
【００３４】
次に、図４〜図６を参照してフォトダイオード２０の実施例について、詳しく説明する。図４はフォトダイオードの構成を示す模式図、図５は実施例と比較例のフォトダイオードを構成する半導体膜のエネルギーバンドラインアップを示すグラフ、図６（ａ）は実施例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図、同図（ｂ）は比較例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図である。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態におけるフォトダイオード２０は、第１電極２１と透光性を有する第２電極２２との間に光電変換部２６を有している。光電変換部２６は、第１電極２１上に順次積層形成されたｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層２３と、非晶質の酸化物半導体層２４と、ｎ型半導体膜からなる窓層２５とを有している。
【００３６】
（実施例）
第１電極２１は、例えばＭｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）などの金属材料を用いて、スパッタリング法で形成することができる。実施例では、Ｍｏ（モリブデン）を用い、厚みはおよそ４００ｎｍとした。
【００３７】
光吸収層２３として機能するｐ型化合物半導体膜としては、カルコパイライト構造のＣＩＳ系（ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＧａＳｅ、など）薄膜を用いることができる。同じくスパッタリング法を用いて形成することができ、実施例では、ＣｕＩｎＳｅ2膜を用い、厚みはおよそ１．５μｍ（１５００ｎｍ）とした。
光吸収層２３として機能するＣＩＳ系薄膜の組成を、Ｃｕ（Ｉｎx，Ｇａ1-x）Ｓｅ２（０≦ｘ≦１）とすると、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2からＣｕＩｎＳｅ2まで変化させることにより、高感度で受光可能な光の波長域を近赤外光の波長であるおよそ１３００ｎｍまで拡張することができる。
【００３８】
非晶質の酸化物半導体層２４としては、国際純正応用化学連合（ＩＵＰＡＣ；International Union of Pure and Applied Chemistry）により定められた第１２族元素、第１３族元素を含むものが好ましく、実施例では、ａ（アモルファス）−ＩＧＺＯ（ＩｎＧａＺｎＯ）を用いた。同じくスパッタリング法を用いて形成することができ、後述する適正な電位障壁としての機能が得られる電気的な抵抗に対して、厚みを５０ｎｍよりも薄くすると抵抗が低下すると共に、成膜時のバラツキがフォトダイオード２０の特性に大きく影響し、５００ｎｍよりも厚くすると抵抗が高くなり過ぎることが判明した。すなわち、厚みは５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることが望ましい。
【００３９】
窓層２５として機能するｎ型半導体膜としては、例えば、ノンドープのｉ−ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜と、ｎ型不純物がドープされたＺｎＯ（ｎ+）膜とをスパッタリング法で連続的に成膜することで形成することができる。実施例では、ｉ−ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜の厚みをおよそ６０ｎｍとし、ＺｎＯ（ｎ+）膜の厚みをおよそ１０００ｎｍとした。
【００４０】
第２電極２２は、前述したように例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜からなり、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成することができる。実施例では、ＩＴＯを用い、厚みをおよそ１００ｎｍとした。
【００４１】
なお、ｎ型不純物がドープされたＺｎＯ（ｎ+）膜の厚みをおよそ５００ｎｍとして低抵抗化することや、Ａｌ（アルミニウム）をドープしたＡＺＯ膜を用いることで、第２電極２２の機能を兼ねることができる。つまり、第２電極２２を削除することが可能である。
【００４２】
（比較例）
比較例のフォトダイオードは、実施例のフォトダイオード２０に対して、非晶質の酸化物半導体層２４の代わりに、特許文献１の固体撮像素子におけるバッファー層に用いられたＣｄＳ膜を用いた。膜厚は、およそ５０ｎｍである。他の第１電極２１、光吸収層２３、窓層２５、第２電極２２の構成は、実施例と同じである。
【００４３】
図５には、上記実施例と上記比較例とに用いられた各種の半導体膜のエネルギーバンドラインアップが示されている。電子親和力を示す伝導帯下端（ＣＢＭ；Conduction Band Minimum）のエネルギー準位と価電子帯上端（ＶＢＭ；Valence Band Maximum）との間のバンドギャップＥｇ（禁制帯の幅）は、ＺｎＯ膜が３．３ｅｖ、ａ−ＩＧＺＯ膜が３．０ｅｖ、ＣｄＳ膜が２．４ｅｖ、ＣｕＩｎＳｅ2膜が１．０ｅｖとなっている。
【００４４】
つまり、上記実施例および上記比較例において、第１電極２１と第２電極２２との間に順方向バイアスが印加された状態では、ＺｎＯ膜側から注入された電子は、より電子親和力が高い（伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位が低い）ＣＩＳ膜に移って（流れて）ゆくことになる。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、実施例のフォトダイオード２０は、光吸収層２３を構成するｐ型化合物半導体膜としてのＣＩＳ膜と、非晶質の酸化物半導体層２４としてのａ−ＩＧＺＯ膜との間に電位障壁（伝導帯オフセット（ＣＢＯ；Conduction Band Offset））を有している。その大きさΔＥｃは、ａ−ＩＧＺＯ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．３ｅｖ）と、ＣＩＳ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．７ｅｖ）との差、０．４ｅｖである。
これに対して、比較例のフォトダイオードにおけるＣＩＳ膜と、ＣｄＳ膜との間の電位障壁の大きさΔＥｃは、ＣｄＳ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．５ｅｖ）と、ＣＩＳ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．７ｅｖ）との差、０．２ｅｖである。
したがって、実施例のフォトダイオード２０における電位障壁の方が比較例よりも高い。それゆえに、実施例のほうが比較例に比べて、第１電極２１と第２電極２２との間に逆方向バイアスを印加して、光吸収層２３であるｐ型化合物半導体膜（ＣＩＳ膜）側から電子を注入しようとしても、電子は窓層２５であるｎ型半導体膜（ＺｎＯ膜）に流れ難い。すなわち、逆方向バイアス印加時のリーク電流（暗電流）の要因となるドリフト電流（電子）を低減できる。
【００４６】
以上に述べた前記実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００４７】
（１）光電変換装置としてのイメージセンサー１００は、光吸収層２３であるｐ型化合物半導体膜とｎ型半導体膜との間にバンドギャップが光吸収層２３よりも大きい非晶質の酸化物半導体層２４を挟むことで、ｐ型とｎ型の半導体膜の界面に電位障壁が設けられる。また、受光時に抵抗値が変動するＣｄＳ膜に比べて、高抵抗な酸化物半導体層２４に電界が集中することで、その他の層（光吸収層２３の表面層やＰＮ接合部）での電界が緩和されることになり、当該他の層中の欠陥等を介した再結合が緩和される。それゆえに、近赤外光に対して高感度であると共に、第１電極２１と第２電極２２とに間における逆方向バイアス印加時においてリーク電流（暗電流）が低減されたフォトダイオード２０を有するフォトセンサー５０が実現されている。よって、近赤外光に対して安定した光検出状態が得られるイメージセンサー１００を提供できる。
（２）光吸収層２３と窓層２５との間に設けられた酸化物半導体層２４は非晶質であり、比較例のように結晶性のＣｄＳ膜を採用する場合に比べて、結晶欠陥が生じないので、結晶欠陥に起因するリーク電流を防止することができる。
（３）非晶質の酸化物半導体層２４がａ−ＩＧＺＯ膜を用いて形成され、第１２族元素であるＺｎと、第１３族元素であるＧａ、Ｉｎを含んでおり、３．０ｅｖ以上のバンドギャップＥｇが実現されている。比較例のＣｄＳ膜（バンドギャップＥｇが２．４ｅｖ）に比べて、ワイドバンドギャップとなっているので、光吸収層２３への照射光損失を少なくすることができる。
（４）平面的にコンタクトホールＣＮＴ１を避けてパターニングされた光電変換部２６は、その側壁と外縁部とを絶縁膜９によって被覆されているので、上記パターニングにおける上記側壁とその近傍のダメージに起因するリーク電流が低減される。
【００４８】
＜生体認証装置＞
次に、本実施形態の電子機器としての生体認証装置について図７を参照して説明する。図７（ａ）は生体認証装置を示す概略斜視図、同図（ｂ）は概略断面図である。
【００４９】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子機器としての生体認証装置５００は、指の静脈パターンを光検出（撮像）して、予め登録された個人ごとの静脈パターンと比較することで、生体認証装置５００にかざされた指を持つ個人を特定して認証する装置である。
具体的には、かざされた指を所定の場所に配置する溝を有した被写体受け部５０２と、上記実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー１００が取り付けられた撮像部５０４と、被写体受け部５０２と撮像部５０４との間に配置されたマイクロレンズアレイ５０３と、を備えている。
被写体受け部５０２には、溝に沿って両側に複数配置された光源５０１が内蔵されている。光源５０１は、外光に影響されずに静脈パターンを撮像するため、可視光以外の近赤外光を射出する例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やＥＬ素子などが用いられている。
【００５０】
光源５０１によって指の中の静脈パターンが照明され、その映像光がマイクロレンズアレイ５０３に設けられたマイクロレンズ５０３ａによってイメージセンサー１００に向けて集光される。マイクロレンズ５０３ａは、イメージセンサー１００のフォトセンサー５０ごとに対応して設けてもよいし、複数のフォトセンサー５０と対となるように設けてもよい。
【００５１】
なお、光源５０１を内蔵した被写体受け部５０２とマイクロレンズアレイ５０３との間に、複数の光源５０１による照明光の輝度ムラを補正する光学補償板を設けてもよい。
【００５２】
このような生体認証装置５００によれば、近赤外光を高感度に受光して、照明された静脈パターンを映像パターンとして高感度に出力可能なイメージセンサー１００を備えているので、確実に生体（人体）を認証することができる。
【００５３】
上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００５４】
（変形例１）上記実施形態のイメージセンサー１００において、フォトセンサー５０の電気的な構成とその接続は、これに限定されない。例えば、フォトダイオード２０からの電気的な出力をＴＦＴ１０のゲート電極３ｇに接続して、ソース電極５ｓとドレイン電極５ｄとの間の電圧や電流の変化として受光を検出するとしてもよい。
【００５５】
（変形例２）上記実施形態のフォトセンサー５０における受光領域５０ａの平面的な形状は、これに限定されない。例えば、円形や楕円形、三角形、四角形、五角形などの多角形でもよい。
【００５６】
（変形例３）上記実施形態のイメージセンサー１００が搭載される電子機器は、生体認証装置５００に限定されない。例えば、指紋や眼球の虹彩を撮像する固体撮像装置にも適用することができる。また、光電変換部２６の構成は、太陽電池にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…基板、９…絶縁膜、２０…光電変換素子としてのフォトダイオード、２１…第１電極、２２…第２電極、２３…光吸収層、２４…非晶質の酸化物半導体層、２５…窓層、２６…光電変換部、５０…フォトセンサー、１００…光電変換装置としてのイメージセンサー、５００…電子機器としての生体認証装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置、およびこれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記光電変換装置の代表的な例として光吸収層を有する太陽電池が挙げられる。該光吸収層として例えばカルコパイライト構造のｐ型半導体膜であるＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＧａＳｅ、などのＣＩＳ系薄膜が用いられている。このＣＩＳ系薄膜は、可視光から近赤外光までの広い波長域に亘って高い光感度を有するので、光検出素子への適用が検討されている。その一方で、ＣＩＳ系薄膜を光検出素子に適用する場合、ＣＩＳ系薄膜の形成時のダメージや欠陥に起因するリーク電流が問題となっている。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、下部電極層上に形成された化合物半導体膜（ＣＩＳ系薄膜）をフォトリソグラフィーによってパターニングして、下部電極層に合わせて画素ごとに分離する工程と、化合物半導体膜（ＣＩＳ系薄膜）を覆ってバッファー層を形成する工程と、バッファー層上に透光性電極層を形成する工程とを備えた固体撮像素子の製造方法が開示されている。
この固体撮像素子の製造方法によれば、化合物半導体膜と透光性電極層との間にバッファー層が形成されているので、透光性電極層の形成時における化合物半導体膜へのダメージが軽減され、該ダメージに起因するリーク電流を低減できるとしている。
【０００４】
この他にも、特許文献２には、化合物半導体膜の端部が透光性電極層の端部よりも外方に位置するように、透光性電極層が形成されている光電変換装置が開示されている。特許文献２によれば、化合物半導体膜のパターニング時に、化合物半導体膜の端部にダメージや結晶欠陥が生じても、当該端部が透光性電極層の端部よりも外方に位置しているので、リーク電流を低減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０９３８３４号パンフレット
【特許文献２】特開２００７−１２３７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の製造方法で得られた固体撮像素子は、順方向バイアス印加時のリーク電流の低減には有効だが、逆方向バイアス印加時のリーク電流（暗電流）を低減することが困難であるという課題がある。
また、特許文献１および特許文献２では、いずれも化合物半導体膜と透光性電極層との間に被覆性が優れた溶液成長法を用いて結晶性のＣｄＳ膜からなるバッファー層を形成している。ところが、ＣｄＳ膜自体に結晶欠陥があると、該結晶欠陥部分においてリーク電流が発生するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例の光電変換装置は、基板上に形成された回路部と、前記回路部に電気的に接続された第１電極と、前記第１電極に対向配置された透光性を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された光電変換部とを備え、前記光電変換部は、カルコパイライト型のｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層と、非晶質の酸化物半導体層と、ｎ型半導体膜からなる窓層とが順に積層されたものであることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、光吸収層であるｐ型化合物半導体膜とｎ型半導体膜との間にバンドギャップが光吸収層よりも大きい非晶質の酸化物半導体層を挟むことで、ｐ型とｎ型の半導体膜の界面に電位障壁が設けられる。また、非晶質の酸化物半導体層は、受光時に抵抗値が変動するＣｄＳ膜に比べて高抵抗なバッファー層となるので、順方向バイアス印加時には酸化物半導体層へ電界を集中することができ、逆方向バイアス印加時にはリーク電流（暗電流）の要因となるドリフト電流（電子）などを低減できる。
さらに、結晶質のＣｄＳ膜に対して、酸化物半導体層は非晶質であるため、結晶欠陥が生じないので、確実に暗電流を低減できる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例の光電変換装置において、前記非晶質の酸化物半導体層は、第１２族元素、第１３族元素を含むことが好ましい。
これによれば、第１２族元素、第１３族元素を含む非晶質の酸化物半導体層は、バンドギャップが３ｅｖ以上となり、従来のＣｄＳ膜（バンドギャップが２．４ｅｖ）に比べて光吸収層への照射光損失を少なくすることができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例の光電変換装置において、前記非晶質の酸化物半導体層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含むことが好ましい。
これによれば、３ｅｖ以上のバンドギャップを確かに実現できる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例の光電変換装置において、前記光電変換部は前記第１電極上においてパターニング形成され、パターニング後の前記光電変換部の側壁と、前記第２電極に対向する側の表面の外縁とを覆う絶縁膜を有していることが好ましい。
これによれば、光電変換部のパターニングによる側壁とその近傍におけるダメージに起因するリーク電流が低減される。
【００１３】
［適用例５］上記適用例の光電変換装置において、前記ｎ型半導体膜からなる前記窓層が前記第２電極を兼ねており、複数の前記第１電極に対して前記窓層が対向配置されているとしてもよい。
これによれば、光電変換装置の構成を簡略化して、コストパフォーマンスに優れた光電変換装置を提供できる。
【００１４】
［適用例６］本適用例の電子機器は、上記適用例の光電変換装置を備えたことを特徴とする。
これによれば、逆方向バイアス印加時にも安定した光電変換特性が得られる光電変換装置を備えているので、光電変換部をフォトセンサーとして利用すれば、例えば優れた電気光学特性を有する光電変換装置（イメージセンサー）を備えた電子機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）はイメージセンサーの電気的な構成を示す概略配線図、（ｂ）は光電変換素子としてのフォトセンサーを示す等価回路図。
【図２】フォトセンサーの配置を示す概略平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサーの構造を示す概略断面図。
【図４】フォトダイオードの構成を示す模式図。
【図５】実施例と比較例のフォトダイオードを構成する半導体膜のエネルギーバンドラインアップを示すグラフ。
【図６】（ａ）は実施例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図、（ｂ）は比較例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図。
【図７】（ａ）は生体認証装置を示す概略斜視図、（ｂ）は生体認証装置の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。
【００１７】
なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。
【００１８】
本実施形態では、光電変換装置の例としてイメージセンサーを挙げ、電子機器の例としてこのイメージセンサーを適用した生体認証装置を例に挙げて説明する。
【００１９】
＜光電変換装置＞
まず、本実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサーについて、図１〜図３を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）はイメージセンサーの電気的な構成を示す概略配線図、同図（ｂ）は光電変換素子としてのフォトセンサーを示す等価回路図である。図２はフォトセンサーの配置を示す概略平面図、図３は図２のＡ−Ａ’線で切ったフォトセンサーの構造を示す概略断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー１００は、素子領域Ｆにおいて互いに交差して延在する複数の走査線３ａと複数のデータ線６とを有している。また、複数の走査線３ａが電気的に接続された走査線回路１０２と、複数のデータ線６が電気的に接続されたデータ線回路１０１とを有している。そして、走査線３ａとデータ線６の交差点付近に対応して設けられ、素子領域Ｆにおいてマトリックス状に配置された複数のフォトセンサー５０とを有している。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、フォトセンサー５０は、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）１０と、フォトダイオード２０と、保持容量３０とを含んで構成されている。ＴＦＴ１０のゲート電極は走査線３ａに接続され、ＴＦＴ１０のソース電極はデータ線６に接続されている。フォトダイオード２０の一方はＴＦＴ１０のドレイン電極に接続され、他方はデータ線６と並行して設けられた定電位線１２に接続されている。保持容量３０の一方の電極はＴＦＴ１０のドレイン電極に接続され、他方の電極は走査線３ａと並行して設けられた定電位線３ｂに接続されている。
【００２３】
図２に示すように、フォトセンサー５０は、走査線３ａとデータ線６とによって平面的に区切られた領域に設けられた、ほぼ正方形の第１電極２１およびコンタクトホールＣＮＴ１を有している。第１電極２１は、コンタクトホールＣＮＴ１を介して前述したＴＦＴ１０に接続されている。平面的にコンタクトホールＣＮＴ１を除く第１電極２１と重なる部分に受光領域５０ａが設けられている。
【００２４】
図３に示すように、フォトセンサー５０は、例えば透明なガラスや不透明なシリコンなどの基板１上に形成されている。
基板１上には、基板１の表面を覆うように絶縁膜１ａが形成され、絶縁膜１ａ上に例えば多結晶シリコンの半導体層２が島状に形成されている。半導体層２を覆って例えばＳｉＯ2（酸化シリコン）などの絶縁材料によってゲート絶縁膜３が形成されている。
ゲート絶縁膜３上において、半導体層２のチャネル領域２ｃに対向する位置にゲート電極３ｇが形成されている。ゲート電極３ｇは、図１に示した走査線３ａに電気的に接続されており、例えばＡｌ（アルミニウム）などの金属材料を用いて形成されている。
【００２５】
ゲート電極３ｇおよびゲート絶縁膜３を覆って層間絶縁膜４が形成されている。半導体層２のドレイン領域２ｄと、ソース領域２ｓとを覆うゲート絶縁膜３および層間絶縁膜４の部分に貫通孔が形成される。これらの貫通孔を埋めると共に層間絶縁膜４を覆うように例えばＡｌなどの金属材料からなる導電膜が成膜され、当該導電膜をパターニングすることにより、コンタクトホールＣＮＴ２，ＣＮＴ３、ドレイン電極５ｄ、ソース電極５ｓ、データ線６が形成される。ソース電極５ｓはコンタクトホールＣＮＴ２を介して半導体層２のソース領域２ｓに接続され、さらにデータ線６とも接続されている。ドレイン電極５ｄはコンタクトホールＣＮＴ３を介して半導体層２のドレイン領域２ｄに接続されている。
【００２６】
ドレイン電極５ｄ、ソース電極５ｓ、データ線６および層間絶縁膜４を覆って絶縁膜７が形成され、さらに絶縁膜７を覆う平坦化層８が形成されている。平坦化層８は例えばＳｉＯ2（酸化シリコン）を用いて形成され、絶縁膜７はＳｉＯ2よりも緻密なＳｉＮ（窒化シリコン）を用いて形成されている。
絶縁膜７および平坦化層８のドレイン電極５ｄと重なる部分に貫通孔が形成され、当該貫通孔を覆うと共に、平坦化層８を覆うように、例えばＭｏ（モリブデン）などの金属材料からなる導電膜が成膜され、これをパターニングすることにより、コンタクトホールＣＮＴ１と、第１電極２１とが形成される。第１電極２１はコンタクトホールＣＮＴ１を介してドレイン電極５ｄと電気的に接続される。
【００２７】
第１電極２１上には、光電変換部２６がコンタクトホールＣＮＴ１を避けるようにパターニング形成され、光電変換部２６の側壁および外縁部を覆うと共に、第１電極２１および平坦化層８を覆う絶縁膜９が形成される。絶縁膜９は絶縁膜７と同じくＳｉＮ（窒化シリコン）を用いて形成されている。
【００２８】
絶縁膜９の表面と、絶縁膜９によって覆われていない光電変換部２６の表面と、を覆う第２電極２２が形成されている。第２電極２２は、透光性を有する例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの導電膜からなり、図１（ｂ）の定電位線１２を兼ねるものである。
【００２９】
第１電極２１および第２電極２２と、これらの電極間に挟まれた光電変換部２６とによりフォトダイオード２０が構成されており、絶縁膜９によって覆われていない光電変換部２６の領域が受光領域５０ａとなっている。
【００３０】
本実施形態において、基板１上に設けられた回路部とは、図１（ａ）および（ｂ）に示した、走査線３ａ、データ線６、定電位線３ｂ，１２およびこれらの配線に接続したＴＦＴ１０、保持容量３０、ならびにデータ線回路１０１、走査線回路１０２を含むものである。なお、データ線６が接続されるデータ線回路１０１と、走査線３ａが接続される走査線回路１０２とは、それぞれ集積回路として別途基板１に外付けすることも可能である。
【００３１】
このようなイメージセンサー１００によれば、定電位線３ｂ，１２によってフォトダイオード２０に逆方向バイアスを印加した状態で、フォトダイオード２０に光が入射すると、フォトダイオード２０に光電流が流れ、それに応じた電荷が保持容量３０に蓄積される。
【００３２】
また、複数の走査線３ａのそれぞれによって複数のＴＦＴ１０をＯＮ（選択）させることで、データ線６には、各フォトセンサー５０が備える保持容量３０に蓄積された電荷に対応する信号が順次出力される。したがって、素子領域Ｆにおいてそれぞれのフォトセンサー５０が受光した光の強度をそれぞれ検出することができる。
【００３３】
発明者らは、このようなイメージセンサー１００を後述する電子機器としての生体認証装置に適用することを考慮して、近赤外光を高感度に検出可能であると共に、高い信頼性を有する光電変換素子としてのフォトダイオード２０を開発した。
【００３４】
次に、図４〜図６を参照してフォトダイオード２０の実施例について、詳しく説明する。図４はフォトダイオードの構成を示す模式図、図５は実施例と比較例のフォトダイオードを構成する半導体膜のエネルギーバンドラインアップを示すグラフ、図６（ａ）は実施例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図、同図（ｂ）は比較例のフォトダイオードのエネルギーバンド構造を示す模式図である。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態におけるフォトダイオード２０は、第１電極２１と透光性を有する第２電極２２との間に光電変換部２６を有している。光電変換部２６は、第１電極２１上に順次積層形成されたｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層２３と、非晶質の酸化物半導体層２４と、ｎ型半導体膜からなる窓層２５とを有している。
【００３６】
（実施例）
第１電極２１は、例えばＭｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）などの金属材料を用いて、スパッタリング法で形成することができる。実施例では、Ｍｏ（モリブデン）を用い、厚みはおよそ４００ｎｍとした。
【００３７】
光吸収層２３として機能するｐ型化合物半導体膜としては、カルコパイライト構造のＣＩＳ系（ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＧａＳｅ、など）薄膜を用いることができる。同じくスパッタリング法を用いて形成することができ、実施例では、ＣｕＩｎＳｅ2膜を用い、厚みはおよそ１．５μｍ（１５００ｎｍ）とした。
光吸収層２３として機能するＣＩＳ系薄膜の組成を、Ｃｕ（Ｉｎx，Ｇａ1-x）Ｓｅ２（０≦ｘ≦１）とすると、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2からＣｕＩｎＳｅ2まで変化させることにより、高感度で受光可能な光の波長域を近赤外光の波長であるおよそ１３００ｎｍまで拡張することができる。
【００３８】
非晶質の酸化物半導体層２４としては、国際純正応用化学連合（ＩＵＰＡＣ；International Union of Pure and Applied Chemistry）により定められた第１２族元素、第１３族元素を含むものが好ましく、実施例では、ａ（アモルファス）−ＩＧＺＯ（ＩｎＧａＺｎＯ）を用いた。同じくスパッタリング法を用いて形成することができ、後述する適正な電位障壁としての機能が得られる電気的な抵抗に対して、厚みを５０ｎｍよりも薄くすると抵抗が低下すると共に、成膜時のバラツキがフォトダイオード２０の特性に大きく影響し、５００ｎｍよりも厚くすると抵抗が高くなり過ぎることが判明した。すなわち、厚みは５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることが望ましい。
【００３９】
窓層２５として機能するｎ型半導体膜としては、例えば、ノンドープのｉ−ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜と、ｎ型不純物がドープされたＺｎＯ（ｎ+）膜とをスパッタリング法で連続的に成膜することで形成することができる。実施例では、ｉ−ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜の厚みをおよそ６０ｎｍとし、ＺｎＯ（ｎ+）膜の厚みをおよそ１０００ｎｍとした。
【００４０】
第２電極２２は、前述したように例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜からなり、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成することができる。実施例では、ＩＴＯを用い、厚みをおよそ１００ｎｍとした。
【００４１】
なお、ｎ型不純物がドープされたＺｎＯ（ｎ+）膜の厚みをおよそ５００ｎｍとして低抵抗化することや、Ａｌ（アルミニウム）をドープしたＡＺＯ膜を用いることで、第２電極２２の機能を兼ねることができる。つまり、第２電極２２を削除することが可能である。
【００４２】
（比較例）
比較例のフォトダイオードは、実施例のフォトダイオード２０に対して、非晶質の酸化物半導体層２４の代わりに、特許文献１の固体撮像素子におけるバッファー層に用いられたＣｄＳ膜を用いた。膜厚は、およそ５０ｎｍである。他の第１電極２１、光吸収層２３、窓層２５、第２電極２２の構成は、実施例と同じである。
【００４３】
図５には、上記実施例と上記比較例とに用いられた各種の半導体膜のエネルギーバンドラインアップが示されている。電子親和力を示す伝導帯下端（ＣＢＭ；Conduction Band Minimum）のエネルギー準位と価電子帯上端（ＶＢＭ；Valence Band Maximum）との間のバンドギャップＥｇ（禁制帯の幅）は、ＺｎＯ膜が３．３ｅｖ、ａ−ＩＧＺＯ膜が３．０ｅｖ、ＣｄＳ膜が２．４ｅｖ、ＣｕＩｎＳｅ2膜が１．０ｅｖとなっている。
【００４４】
つまり、上記実施例および上記比較例において、第１電極２１と第２電極２２との間に順方向バイアスが印加された状態では、ＺｎＯ膜側から注入された電子は、より電子親和力が高い（伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位が低い）ＣＩＳ膜に移って（流れて）ゆくことになる。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、実施例のフォトダイオード２０は、光吸収層２３を構成するｐ型化合物半導体膜としてのＣＩＳ膜と、非晶質の酸化物半導体層２４としてのａ−ＩＧＺＯ膜との間に電位障壁（伝導帯オフセット（ＣＢＯ；Conduction Band Offset））を有している。その大きさΔＥｃは、ａ−ＩＧＺＯ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．３ｅｖ）と、ＣＩＳ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．７ｅｖ）との差、０．４ｅｖである。
これに対して、比較例のフォトダイオードにおけるＣＩＳ膜と、ＣｄＳ膜との間の電位障壁の大きさΔＥｃは、ＣｄＳ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．５ｅｖ）と、ＣＩＳ膜の伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位（−４．７ｅｖ）との差、０．２ｅｖである。
したがって、実施例のフォトダイオード２０における電位障壁の方が比較例よりも高い。それゆえに、実施例のほうが比較例に比べて、第１電極２１と第２電極２２との間に逆方向バイアスを印加して、光吸収層２３であるｐ型化合物半導体膜（ＣＩＳ膜）側から電子を注入しようとしても、電子は窓層２５であるｎ型半導体膜（ＺｎＯ膜）に流れ難い。すなわち、逆方向バイアス印加時のリーク電流（暗電流）の要因となるドリフト電流（電子）を低減できる。
【００４６】
以上に述べた前記実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００４７】
（１）光電変換装置としてのイメージセンサー１００は、光吸収層２３であるｐ型化合物半導体膜とｎ型半導体膜との間にバンドギャップが光吸収層２３よりも大きい非晶質の酸化物半導体層２４を挟むことで、ｐ型とｎ型の半導体膜の界面に電位障壁が設けられる。また、受光時に抵抗値が変動するＣｄＳ膜に比べて、高抵抗な酸化物半導体層２４に電界が集中することで、その他の層（光吸収層２３の表面層やＰＮ接合部）での電界が緩和されることになり、当該他の層中の欠陥等を介した再結合が緩和される。それゆえに、近赤外光に対して高感度であると共に、第１電極２１と第２電極２２とに間における逆方向バイアス印加時においてリーク電流（暗電流）が低減されたフォトダイオード２０を有するフォトセンサー５０が実現されている。よって、近赤外光に対して安定した光検出状態が得られるイメージセンサー１００を提供できる。
（２）光吸収層２３と窓層２５との間に設けられた酸化物半導体層２４は非晶質であり、比較例のように結晶性のＣｄＳ膜を採用する場合に比べて、結晶欠陥が生じないので、結晶欠陥に起因するリーク電流を防止することができる。
（３）非晶質の酸化物半導体層２４がａ−ＩＧＺＯ膜を用いて形成され、第１２族元素であるＺｎと、第１３族元素であるＧａ、Ｉｎを含んでおり、３．０ｅｖ以上のバンドギャップＥｇが実現されている。比較例のＣｄＳ膜（バンドギャップＥｇが２．４ｅｖ）に比べて、ワイドバンドギャップとなっているので、光吸収層２３への照射光損失を少なくすることができる。
（４）平面的にコンタクトホールＣＮＴ１を避けてパターニングされた光電変換部２６は、その側壁と外縁部とを絶縁膜９によって被覆されているので、上記パターニングにおける上記側壁とその近傍のダメージに起因するリーク電流が低減される。
【００４８】
＜生体認証装置＞
次に、本実施形態の電子機器としての生体認証装置について図７を参照して説明する。図７（ａ）は生体認証装置を示す概略斜視図、同図（ｂ）は概略断面図である。
【００４９】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子機器としての生体認証装置５００は、指の静脈パターンを光検出（撮像）して、予め登録された個人ごとの静脈パターンと比較することで、生体認証装置５００にかざされた指を持つ個人を特定して認証する装置である。
具体的には、かざされた指を所定の場所に配置する溝を有した被写体受け部５０２と、上記実施形態の光電変換装置としてのイメージセンサー１００が取り付けられた撮像部５０４と、被写体受け部５０２と撮像部５０４との間に配置されたマイクロレンズアレイ５０３と、を備えている。
被写体受け部５０２には、溝に沿って両側に複数配置された光源５０１が内蔵されている。光源５０１は、外光に影響されずに静脈パターンを撮像するため、可視光以外の近赤外光を射出する例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やＥＬ素子などが用いられている。
【００５０】
光源５０１によって指の中の静脈パターンが照明され、その映像光がマイクロレンズアレイ５０３に設けられたマイクロレンズ５０３ａによってイメージセンサー１００に向けて集光される。マイクロレンズ５０３ａは、イメージセンサー１００のフォトセンサー５０ごとに対応して設けてもよいし、複数のフォトセンサー５０と対となるように設けてもよい。
【００５１】
なお、光源５０１を内蔵した被写体受け部５０２とマイクロレンズアレイ５０３との間に、複数の光源５０１による照明光の輝度ムラを補正する光学補償板を設けてもよい。
【００５２】
このような生体認証装置５００によれば、近赤外光を高感度に受光して、照明された静脈パターンを映像パターンとして高感度に出力可能なイメージセンサー１００を備えているので、確実に生体（人体）を認証することができる。
【００５３】
上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００５４】
（変形例１）上記実施形態のイメージセンサー１００において、フォトセンサー５０の電気的な構成とその接続は、これに限定されない。例えば、フォトダイオード２０からの電気的な出力をＴＦＴ１０のゲート電極３ｇに接続して、ソース電極５ｓとドレイン電極５ｄとの間の電圧や電流の変化として受光を検出するとしてもよい。
【００５５】
（変形例２）上記実施形態のフォトセンサー５０における受光領域５０ａの平面的な形状は、これに限定されない。例えば、円形や楕円形、三角形、四角形、五角形などの多角形でもよい。
【００５６】
（変形例３）上記実施形態のイメージセンサー１００が搭載される電子機器は、生体認証装置５００に限定されない。例えば、指紋や眼球の虹彩を撮像する固体撮像装置にも適用することができる。また、光電変換部２６の構成は、太陽電池にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…基板、９…絶縁膜、２０…光電変換素子としてのフォトダイオード、２１…第１電極、２２…第２電極、２３…光吸収層、２４…非晶質の酸化物半導体層、２５…窓層、２６…光電変換部、５０…フォトセンサー、１００…光電変換装置としてのイメージセンサー、５００…電子機器としての生体認証装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された回路部と、
前記回路部に電気的に接続された第１電極と、
前記第１電極に対向配置された透光性を有する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された光電変換部とを備え、
前記光電変換部は、カルコパイライト型のｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層と、非晶質の酸化物半導体層と、ｎ型半導体膜からなる窓層とが順に積層されたものであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記非晶質の酸化物半導体層は、第１２族元素、第１３族元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記非晶質の酸化物半導体層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含むことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記光電変換部は前記第１電極上においてパターニング形成され、該パターニング後の前記光電変換部の側壁と、前記第２電極に対向する側の表面の外縁とを覆う絶縁膜を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記ｎ型半導体膜からなる前記窓層が前記第２電極を兼ねており、
複数の前記第１電極に前記窓層が対向配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光電変換装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基板上に形成された回路部と、
前記回路部に電気的に接続された第１電極と、
前記第１電極に対向配置された透光性を有する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された光電変換部とを備え、
前記光電変換部は、カルコパイライト型のｐ型化合物半導体膜からなる光吸収層と、非晶質の酸化物半導体層と、ｎ型半導体膜からなる窓層とが順に積層されたものであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記非晶質の酸化物半導体層は、第１２族元素、第１３族元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記非晶質の酸化物半導体層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含むことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記光電変換部は前記第１電極上においてパターニング形成され、該パターニング後の前記光電変換部の側壁と、前記第２電極に対向する側の表面の外縁とを覆う絶縁膜を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記ｎ型半導体膜からなる前記窓層が前記第２電極を兼ねており、
複数の前記第１電極に前記窓層が対向配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光電変換装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
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【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６９５１７（Ｐ２０１２−１６９５１７Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０５３５（Ｐ２０１１−３０５３５）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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