[发明专利]光检测元件在审

专利信息
申请号: 201980050374.5 申请日: 2019-07-26
公开(公告)号: CN112514100A 公开(公告)日: 2021-03-16
发明(设计)人: G·费拉拉;清家崇广 申请(专利权)人: 住友化学株式会社
主分类号: H01L51/42 分类号: H01L51/42;H01L27/146;H01L27/30
代理公司: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 于洁;庞东成
地址: 日本*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 检测 元件
【说明书】:

一种暗电流降低、且外量子效率提高的光检测元件。光检测元件包含:阳极;阴极;和设置于该阳极与该阴极之间且包含p型半导体材料和n型半导体材料的有源层,有源层的厚度为800nm以上,与有源层的阴极侧表面相接的面的功函数减去n型半导体材料的LUMO的绝对值而得到的值为0.0~0.5eV。此外,上述n型半导体材料具有2.0eV~10.0eV的LUMO的绝对值。

技术领域

本发明涉及光电转换元件、特别是光检测元件、图像传感器和指纹识别装置。

背景技术

光电转换元件从例如节省能源、降低二氧化碳排放量的方面出发是极为有用的器件,受到了人们的关注。

光电转换元件至少具备由阳极和阴极构成的一对电极、以及设置于该一对电极间的有源层。光电转换元件中,由透明或半透明的材料构成任一个电极,使光从透明或半透明的电极侧入射到有源层。利用入射到有源层的光的能量(hν),在有源层中生成电荷(空穴和电子),所生成的空穴向阳极移动,电子向阴极移动。之后,到达了阳极和阴极的电荷经由电极被提取到光电转换元件的外部。

在光电转换元件中,尤其是光检测元件被用于图像传感器、各种生物认证装置等中,根据用途要求高检测灵敏度特性,近年正在进行各种研究。

在将光电转换元件用作光检测元件的情况下,为了作为光检测元件获得高检测灵敏度特性,要求降低暗电流(即使在不照射光的状态下也产生的电流)、并且提高外量子效率(EQE)。

据报道,在光检测元件中,通过增加有源层的厚度(膜厚),能够降低暗电流(非专利文献1)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1:Adv.Funct.Mater.2010,20,3895-3903

发明内容

发明所要解决的课题

为了获得高检测灵敏度特性,需要暗电流降低且外量子效率提高的光检测元件。但是,一直以来,在光检测元件中观察到若增加有源层的厚度则外量子效率降低的倾向,因此,产生了难以得到兼顾暗电流和外量子效率的良好特性的光检测元件的课题。

用于解决课题的手段

本发明人为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现,在使光检测元件中的与有源层的阴极侧表面相接的面的功函数(WF)减去有源层中的n型半导体的最低未占轨道能级(LUMO)的绝对值而得到的值为规定范围的情况下,即使增加有源层的厚度,也能维持高的外量子效率,由此完成了本发明。即,本发明提供下述[1]~[14]。

[1]一种光检测元件,其包含:阳极;阴极;和设置于该阳极与该阴极之间且包含p型半导体材料和n型半导体材料的有源层,该光检测元件中,

上述有源层的厚度为800nm以上,

与有源层的阴极侧表面相接的面的功函数减去上述n型半导体材料的LUMO的绝对值而得到的值为0.0~0.5eV。

[2]如[1]所述的光检测元件,其中,上述n型半导体材料具有2.0eV~10.0eV的LUMO的绝对值。

[3]如[1]或[2]所述的光检测元件,其中,上述n型半导体材料为富勒烯衍生物。

[4]如[3]所述的光检测元件,其中,上述富勒烯衍生物为C60PCBM、bisC60PCBM、C70IPH或C70PCBM。

[5]如[1]~[4]中任一项所述的光检测元件,其中,与有源层的阴极侧表面相接的面的功函数为2.0eV~10.0eV。

[6]如[1]~[5]中任一项所述的光检测元件,其中,在阴极与有源层之间包含电子传输层,与有源层的阴极侧表面相接的面为电子传输层的面。

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