DE102013202518A1 - P-Typ-Halbleitermaterial und Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Oxidhalbleitermaterial mit P-Typ-Leitfähigkeit und eine Halbleitervorrichtung, bei der das Oxidhalbleitermaterial verwendet wird, werden bereitgestellt. Das Oxidhalbleitermaterial mit P-Typ-Leitfähigkeit kann unter Verwendung eines Molybdänoxidmaterials, das Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält, bereitgestellt werden. Beispielsweise wird eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Molybdänoxidmaterials ausgebildet, das Molybdäntrioxid (MoO3) als seine Hauptkomponente enthält und 4% oder mehr von MoOy(2 < y < 3) enthält.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren, ein Verfahren zum Herstellen eines Gegenstands, einen Prozess, eine Maschine, Herstellung oder eine Zusammensetzung von Stoffen. Im Besonderen betrifft beispielsweise die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine lichtemittierende Vorrichtung, ein Ansteuerverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür. Insbesondere betrifft beispielsweise die vorliegende Erfindung ein Halbleitermaterial und eine Halbleitervorrichtung, bei der das Halbleitermaterial verwendet wird.
  • In dieser Beschreibung bezeichnet eine „Halbleitervorrichtung” allgemein eine Vorrichtung, die durch Anwenden von Halbleitereigenschaften arbeiten kann; ein Transistor, eine Diode, eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Bildaufnahmevorrichtung, eine Halbleiterschaltung und ein elektronisches Gerät sind alle in der Kategorie der Halbleitervorrichtung eingeschlossen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Technik zum Ausbilden einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung und eines Transistors unter Verwendung von Halbleiterdünnfilmen hat Aufmerksamkeit erregt. Der Transistor wird auf einen breiten Bereich von elektronischen Halbleitervorrichtungen angewendet, wie z. B. eine integrierte Schaltung (integrated circuit: IC) und eine Bildanzeigevorrichtung (auch einfach als eine Anzeigevorrichtung bezeichnet). Ein auf Silizium basiertes Halbleitermaterial ist als ein Material für einen Halbleiterdünnfilm weithin bekannt, der für eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung und einen Transistor anwendbar ist. Als ein weiteres Material hat ein Oxidhalbleiter Aufmerksamkeit erregt.
  • Beispielsweise ist eine Technik offenbart, bei der ein Transistor unter Verwendung eines auf Zn-O basierten Oxids oder eines auf In-Ga-Zn-O basierten Oxids als ein Oxidhalbleiter hergestellt wird (siehe Patentdokumente 1 und 2).
  • Es ist bekannt, dass viele Oxidhalbleiter N-Typ-Leitfähigkeit aufweisen. Beispiele für Oxidhalbleiter mit N-Typ-Leitfähigkeit umfassen Materialien wie z. B. ZnO, In2O3, SnO2, GaO, TeO, GeO2, WO3 und MoO3.
  • Andererseits sind als Oxidhalbleiter mit P-Typ-Leitfähigkeit Materialien wie z. B. ZnO, CuAlO2, NiO und IrO bekannt.
  • Außerdem hat eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung ohne Kohlendioxid-Ausstoß erzeugt und keine schädlichen Stoffe ausstößt, als eine Maßnahme gegen globale Erwärmung Aufmerksamkeit erregt. Als ein typisches Beispiel für die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung ist eine Silizium-(Si-)Solarzelle, bei der einkristallines Silizium, polykristallines Silizium oder dergleichen verwendet wird, bekannt, und wird aktiv erforscht und entwickelt.
  • In einer Solarzelle, bei der ein Siliziumsubstrat verwendet wird, wird eine Struktur mit einem P-N-Homoübergang weithin benutzt. Eine solche Struktur wird durch Diffusion von Störstellenelementen mit einer Leitfähigkeit (einem Leitfähigkeitstyp), die derjenigen des Siliziumsubstrats entgegengesetzt ist, in eine Oberfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet.
  • Zum anderen ist eine Struktur einer Solarzelle mit einem P-N-Heteroübergang bekannt, bei der ein als eine Fensterschicht vorgesehenes Halbleitermaterial mit einer großen (Band-) Lücke und ein Siliziumsubstrat einer photoelektrischen Umwandlungsschicht kombiniert sind, um die Ausgangsspannung bei Leistungserzeugung zu verbessern (siehe Nichtpatentdokument 1). Der P-N-Heteroübergang wird durch Ausbilden eines Halbleiters mit einer großen Lücke, der eine Bandlücke und eine Leitfähigkeit aufweist, die anders als diejenigen des Siliziumsubstrats sind, auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrats gebildet.
  • Ferner ist eine Struktur einer Siliziumsolarzelle mit einer Halbleiter-Isolator-Halbleiter-(semiconductor-insulator-semiconductor: SIS-)Struktur bekannt, bei der ein P-N-Heteroübergang derart ausgebildet ist, dass ein Dünnisolierfilm dazwischen liegt (siehe Nichtpatentdokument 2).
  • [Referenz]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-123861
    • [Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-096055
  • [Nichtpatentdokument]
    • [Nichtpatentdokument 1] C. Osterwald, G. Cheek, J. B. DuBow und V. R. Pai Vernerker, „Molybdenum Trioxide(MoO3)/Silicon Photodiodes (Molybdäntrioxid(MoO3)/Slizium-Photodioden)", Appl. Phys. Lett., Vol. 35, Nr. 10, 15. November 1979
    • [Nichtpatentdokument 2] J. Shewchun, J. Dubow, C. W. Wilmsen, R. Singh, D. Burk und J. F. Wager, „The Operation of the Semiconductor-Insulator-Semiconductor Solar Cell: Experiment (Bedienung der Halbleiter-Isolator-Halbleiter-Solarzelle: Experiment)", J. Appl. Phys., Vol. 50, Nr. 4, April 1979
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Wie oben beschrieben worden ist, haben die meisten Oxidhalbleitermaterialien N-Typ-Leitfähigkeit, und es sind sehr wenige Oxidhalbleitermaterialien mit P-Typ-Leitfähigkeit oder mit sowohl N-Typ- als auch P-Typ-Leitfähigkeiten bekannt. Da Oxidhalbleitermaterialien im Allgemeinen Halbleitermaterialien mit einer großen Lücke sind und optische Eigenschaften und elektrische Eigenschaften haben, die anders als diejenigen von auf Silizium basierten Halbleitermaterialien sind, werden neuartige P-Typ-Oxidhalbleitermaterialien erfordert, um eine Halbleitervorrichtung auszubilden, bei der die Eigenschaften der Oxidhalbleitermaterialien genützt werden.
  • Darüber hinaus kann bei der Struktur der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit einem P-N-Heteroübergang die Ausgangsspannung bei Leistungserzeugung durch Kombination von einem als eine Fensterschicht vorgesehenen Halbleitermaterial mit einer großen Lücke und einem Siliziumsubstrat einer photoelektrischen Umwandlungsschicht theoretisch verbessert werden. Ferner kann dann, wenn eine optische Bandlücke des als eine Fensterschicht vorgesehenen Halbleitermaterials mit einer großen Lücke größer ist, Lichtabsorptionsverlust in der Fensterschicht verringert werden; somit kann der Ausgangsstrom bei Leistungserzeugung groß werden.
  • Dennoch kann in der Tat in dem Fall eines Heteroübergangs eine Potentialbarriere sowohl auf der Leitungsbandseite als auch auf der Valenzbandseite aufgrund eines Halbleiters mit einer großen Lücke ausgebildet werden, weil Materialien mit unterschiedlichen Bandlücken miteinander verbunden sind. Folglich wird unter Umständen kein P-N-Übergang ohne Potentialbarriere bei Leitung von Photoladungsträgern ausgebildet. In diesem Fall wird die Leitung von Photoladungsträgern durch die Barriere gesperrt, so dass es schwierig wird, die Photoladungsträger zu extrahieren; daher wird der Ausgangsstrom im Gegenteil reduziert. Demnach gibt es ein Problem, dass bei Leistungserzeugung kein Ausgangsstrom erhalten werden kann, der so groß ist wie der theoretische Wert, auch wenn Lichtabsorptionsverlust verringert wird. Außerdem ist es schwierig gewesen, bei Leistungserzeugung eine Ausgangsspannung zu erreichen, die so hoch ist wie der theoretische Wert, weil es hinsichtlich der Herstellungsschritte schwierig gewesen ist, eine vorteilhafte P-N-Heteroübergangsgrenzfläche auszubilden, und Ladungsträger leicht an einer Übergangsgrenzfläche rekombiniert werden.
  • Überdies hat bei der Struktur der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit einem P-N-Heteroübergang, bei dem ein Halbleitermaterial mit einer großen Lücke und ein Siliziumhalbleitermaterial kombiniert sind, das Halbleitermaterial mit einer großen Lücke und mit P-Typ-Leitfähigkeit allgemein eine größere Bandlücke oder eine höhere Austrittsarbeit als das Siliziumhalbleitermaterial mit N-Typ-Leitfähigkeit. Dadurch kann eine hohe Potentialbarriere auf der Leitungsbandseite gebildet werden. Durch diese Potentialbarriere wird ein hohes Diffusionspotential erhalten, und ein Diffusionsstrom oder ein thermischer Auslösestrom aufgrund von Elektronen (Strom aufgrund von thermisch angeregten Elektronen) kann unterdrückt werden. Im Gegenteil dazu ist eine Potentialbarriere für Löcher gleich wie diejenige in einem P-N-Homoübergang; somit ist der Diffusionsstrom aufgrund von Löchern fast gleich wie derjenige in dem P-N-Homoübergang.
  • Durch Steuern eines Diodenstroms des Diffusionsstroms oder des thermischen Auslösestroms aufgrund von Elektronen und des Diffusionsstroms aufgrund von Löchern kann eine Leerlaufspannung, die allgemein hoch ist, erhalten werden, wenn ein Photostrom konstant ist, und die Umwandlungseffizienz kann verbessert werden.
  • Daher ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Oxidhalbleitermaterial mit P-Typ-Leitfähigkeit bereitzustellen. Alternativ ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der das Oxidhalbleitermaterial verwendet wird. Noch alternativ ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung mit geringem Lichtabsorptionsverlust in einer Fensterschicht und mit vorteilhafter Ladungsträgerextraktion des Photostroms bereitzustellen. Noch alternativ ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die eine vorteilhafte P-N-Heteroübergangsgrenzfläche aufweist und in der Ladungsträgerrekombination an der P-N-Heteroübergangsgrenzfläche unterdrückt wird. Noch alternativ ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, in der der Diodenstrom des Diffusionsstroms oder des thermischen Auslösestroms aufgrund von Elektronen und des Diffusionsstroms aufgrund von Löchern unterdrückt wird und die Leerlaufspannung und die Umwandlungseffizienz verbessert werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben dem Vorhandensein anderer Aufgaben nicht im Wege steht. Es sei angemerkt, dass bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht alle Aufgaben erfüllt werden müssen. Andere Aufgaben werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen ersichtlich sein und können davon abgeleitet werden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, betrifft ein P-Typ-Halbleitermaterial, und eine Halbleitervorrichtung, die das P-Typ-Halbleitermaterial enthält.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, ist ein P-Typ-Halbleitermaterial, in dem Molybdäntrioxid und Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid gemischt sind.
  • In dem P-Typ-Halbleitermaterial ist der Molybdänoxid(MoOy(2 < y < 3))-Anteil mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid vorzugsweise 4% oder mehr.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, ist eine Halbleitervorrichtung, die zwischen einem Paar von Elektroden beinhaltet: ein Siliziumsubstrat mit N-Typ-Leitfähigkeit, eine Oxidhalbleierschicht mit P-Typ-Leitfähigkeit über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, einen lichtdurchlässigen leitenden Film auf der Oxidhalbleierschicht und einen Störstellenbereich mit N-Typ-Leitfähigkeit und mit einer höheren Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats. Die Oxidhalbleiterschicht ist ein Molybdänoxidfilm, der Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält.
  • Eine Isolierschicht mit einer Öffnung kann zwischen dem Störstellenbereich und einer der Elektroden ausgebildet werden, und der Störstellenbereich und die Elektrode können in der Öffnung bzw. durch die Öffnung in Kontakt miteinander stehen.
  • Ferner kann eine Siliziumoxidschicht zwischen dem Siliziumsubstrat und der Oxidhalbleiterschicht ausgebildet werden.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, ist eine Halbleitervorrichtung, die zwischen einem Paar von Elektroden beinhaltet: ein Siliziumsubstrat mit N-Typ-Leitfähigkeit, eine erste Siliziumhalbleierschicht mit I-Typ- oder P-Typ-Leitfähigkeit über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, eine Oxidhalbleiterschicht mit P-Typ-Leitfähigkeit über der ersten Siliziumhalbleierschicht, einen lichtdurchlässigen leitenden Film über der Oxidhalbleierschicht, eine zweite Siliziumhalbleierschicht mit I-Typ- oder N-Typ-Leitfähigkeit über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats und eine dritte Siliziumhalbleierschicht mit N-Typ-Leitfähigkeit über der zweiten Siliziumhalbleiterschicht. Die Oxidhalbleiterschicht ist ein Molybdänoxidfilm, der Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält.
  • Es sei angemerkt, dass die Ordnungszahlen wie z. B. „erstes” und „zweites” in dieser Beschreibung usw. zugeteilt sind, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden, aber nicht beabsichtigen, die Anzahl oder Reihenfolge der Komponenten zu beschränken.
  • Die zweite Siliziumhalbleiterschicht hat vorzugsweise eine niedrigere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat, und die dritte Siliziumhalbleiterschicht hat vorzugsweise eine höhere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat.
  • Ferner hat die Oxidhalbleiterschicht vorzugsweise eine höhere Ladungsträgerkonzentration als die erste Siliziumhalbleiterschicht.
  • Bei der obigen Struktur der Halbleitervorrichtung kann eine Siliziumoxidschicht zwischen der ersten Siliziumhalbleiterschicht und der Oxidhalbleiterschicht ausgebildet werden.
  • Bei der obigen Struktur der Halbleitervorrichtung kann eine Struktur verwendet werden, bei der die erste Siliziumhalbleiterschicht nicht vorgesehen ist. Ferner kann bei der obigen Struktur der Halbleitervorrichtung eine Siliziumoxidschicht zwischen dem Siliziumsubstrat und der Oxidhalbleiterschicht ausgebildet werden.
  • Ferner ist die Oxidhalbleiterschicht vorzugsweise ein Molybdänoxidfilm, das Molybdäntrioxid enthält.
  • Außerdem ist die Oxidhalbleiterschicht vorzugsweise ein Molybdänoxidfilm, in dem der Molybdänoxid(MoOy(2 < y < 3))-Anteil mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid 4% oder mehr ist.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: ein Siliziumsubstrat mit N-Typ-Leitfähigkeit, eine Oxidhalbleiterschicht mit einer höheren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat und mit P-Typ-Leitfähigkeit über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, einen lichtdurchlässigen leitenden Film über der Oxidhalbleiterschicht, eine erste Elektrode über dem lichtdurchlässigen leitenden Film und eine zweite Elektrode über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats. Die zweite Elektrode wird aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: ein Siliziumsubstrat mit N-Typ-Leitfähigkeit, eine Oxidhalbleiterschicht mit einer höheren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat und mit P-Typ-Leitfähigkeit über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, einen lichtdurchlässigen leitenden. Film über der Oxidhalbleiterschicht, eine erste Elektrode über dem lichtdurchlässigen leitenden Film, eine zweite Siliziumhalbleiterschicht mit I-Typ- oder N-Typ-Leitfähigkeit über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats und eine zweite Elektrode über der zweiten Siliziumhalbleierschicht. Die zweite Elektrode wird aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet.
  • In der Halbleitervorrichtung, in der die zweite Elektrode aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet ist, kann eine Siliziumoxidschicht zwischen dem Siliziumsubstrat und der Oxidhalbleiterschicht ausgebildet werden.
  • In der Halbleitervorrichtung, in der die zweite Elektrode aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet ist, kann eine Isolierschicht mit einer Öffnung zwischen dem Siliziumsubstrat und der zweiten Elektrode ausgebildet werden, und das Siliziumsubstrat und die zweite Elektrode können in der Öffnung in Kontakt miteinander stehen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: ein Siliziumsubstrat mit N-Typ-Leitfähigkeit, eine erste Siliziumhalbleiterschicht mit I-Typ- oder P-Typ-Leitfähigkeit über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, eine Oxidhalbleiterschicht mit einer höheren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat und mit P-Typ-Leitfähigkeit über der ersten Siliziumhalbleiterschicht, einen lichtdurchlässigen leitenden Film über der Oxidhalbleiterschicht, eine erste Elektrode über dem lichtdurchlässigen leitenden Film, eine zweite Siliziumhalbleiterschicht mit I-Typ- oder N-Typ-Leitfähigkeit über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats und eine zweite Elektrode über der zweiten Siliziumhalbleierschicht. Die zweite Elektrode wird aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet.
  • Eine Siliziumoxidschicht kann zwischen der ersten Siliziumhalbleiterschicht und der Oxidhalbleiterschicht ausgebildet werden.
  • Die erste Siliziumhalbleiterschicht und die zweite Siliziumhalbleiterschicht haben jeweils vorzugsweise eine niedrigere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat.
  • In der Halbleitervorrichtung, in der die zweite Elektrode aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet ist, ist die Oxidhalbleiterschicht vorzugsweise ein Molybdänoxidfilm, der Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält.
  • In der Halbleitervorrichtung, in der die zweite Elektrode aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet ist, wird die zweite Elektrode vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, dessen Austrittsarbeit 4,2 eV oder niedriger ist.
  • In der Halbleitervorrichtung, in der die zweite Elektrode aus einem Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat ausgebildet ist, enthält die zweite Elektrode vorzugsweise ein oder mehrere Materialien, das/die aus Mg, MgO, MgAg, MgIn, AlLi, BaO, SrO, CaO, GdB, YB6, LaB6, Y, Hf, Nd, La, Ce, Sm, Ca und Gd ausgewählt wird/werden.
  • Außerdem ermöglicht die Verwendung der Oxidhalbleiterschicht, eine Halbleitervorrichtung mit optischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften, die anders als diejenigen in dem Fall von Verwendung eines auf Silizium basierten Halbleitermaterials sind, ausgebildet zu werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Oxidhalbleitermaterial mit P-Typ-Leitfähigkeit bereitgestellt werden. Alternativ kann eine Halbleitervorrichtung, bei der das Oxidhalbleitermaterial verwendet wird, bereitgestellt werden. Beispiele für die Halbleitervorrichtung umfassen einen Transistor, eine Diode, eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Bildaufnahmevorrichtung, eine Halbleiterschaltung und ein elektronisches Gerät. Alternativ kann eine Halbleitervorrichtung mit geringem Lichtabsorptionsverlust in einer Fensterschicht und mit vorteilhafter Ladungsträgerextraktion des Photostroms bereitgestellt werden. Noch alternativ kann eine Halbleitervorrichtung, die eine vorteilhafte P-N-Heteroübergangsgrenzfläche aufweist und in der Ladungsträgerrekombination an der P-N-Heteroübergangsgrenzfläche unterdrückt wird, bereitgestellt werden. Noch alternativ kann eine Halbleitervorrichtung, in der der Diodenstrom des Diffusionsstroms oder des thermischen Auslösestroms aufgrund von Elektronen und des Diffusionsstroms aufgrund von Löchern unterdrückt wird und die Leerlaufspannung und die Umwandlungseffizienz verbessert werden, bereitgestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt XPS-Spektren in der Nachbarschaft von Mo3d-Rumpfniveaus (core level) in Molybdänoxid.
  • 2 zeigt XPS-Spektren in der Nachbarschaft des Valenzbands in Molybdänoxid.
  • 3 ist ein Korrelationsdiagramm einer Zusammensetzung von Molybdänoxid und einem Lückenniveau (gap level; Energieniveau in der Bandlücke).
  • 4A und 4B zeigen jeweils Eigenschaften einer Diode, in der Molybdänoxid und ein Siliziumsubstrat miteinander verbunden sind.
  • 5 zeigt einen Vergleich der Absorptionskoeffizienten zwischen einem Molybdänoxidfilm und einem amorphen Siliziumfilm.
  • 6A und 6B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 7A und 7B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 8A bis 8C sind Querschnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 9A bis 9C sind Querschnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 10 ist eine Querschnittansicht, die eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine Querschnittansicht, die eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist eine Querschnittansicht, die eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist eine Querschnittansicht, die eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14A bis 14C sind Querschnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 15A bis 15C sind Querschnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 16A und 16B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 17A und 17B sind Zeichnungen, die jeweils eine Bandstruktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 18A und 18B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 19A und 19B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 20A und 20B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 21A und 21B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 22A und 22B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 23 ist eine Zeichnung, die eine Bandstruktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung zeigt.
  • 24 ist eine Zeichnung, die eine Bandstruktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung zeigt.
  • 25A und 25B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zeigen.
  • 26 ist eine Zeichnung, die eine Bandstruktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung zeigt.
  • 27 ist eine Zeichnung, die eine Bandstruktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung zeigt.
  • 28A bis 28C sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zeigen.
  • 29A und 29B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zeigen.
  • 30A bis 30C sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zeigen.
  • 31A bis 31F zeigen elektronische Geräte.
  • 32 zeigt einen Vergleich der I-V-Eigenschaften zwischen Zelle A, Zelle B und Zelle C.
  • 33A und 33B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zeigen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt, und es wird von einem Fachmann leicht erkannt, dass Arten und Details, die hierbei offenbart sind, auf diverse Weisen modifiziert werden können, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht so zu verstehen, dass sie auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt ist. Es sei angemerkt, dass in allen Zeichnungen, die zur Erläuterung der Ausführungsformen verwendet sind, die gleichen Teile oder Teile mit ähnlichen Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen benannt sind, und eine wiederholte Beschreibung dieser Teile weggelassen werden kann.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Oxidhalbleitermaterial, das eine Ausführungsform der offenbarten Erfindung ist, anhand von 1, 2, 3 und 5 beschrieben.
  • Als das Oxidhalbleitermaterial nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Molybdänoxid verwendet werden. Molybdänoxid ist bevorzugt, da es auch in der Luft stabil ist, eine niedrige hygroskopische Eigenschaft hat und leicht zu behandeln ist. Ferner können auch Oxide von Metallen der Gruppen 4 bis 8 des Periodensystems verwendet werden. Spezifische Beispiele dafür umfassen Vanadiumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Chromoxid, Wolframoxid, Manganoxid und Rheniumoxid.
  • Als Molybdänoxid, das das Oxidhalbleitermaterial ist, wird ein Material (nachstehend als MoO3 + MoOy(2 < y < 3) bezeichnet), in dem Molybdäntrioxid (nachstehend als MoO3 bezeichnet) und Molybdänoxid (nachstehend als MoOy (2 < y < 3) bezeichnet) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid gemischt sind, vorzugsweise verwendet.
  • Die Leitfähigkeit von MoO3 + MoOy(2 < y < 3) kann P-Typ-Leitfähigkeit sein. Der MoOy(2 < y < 3)-Anteil in der Zusammensetzung von MoO3 + MoOy(2 < y < 3) wird vorzugsweise auf 4% oder mehr eingestellt, damit ein P-Typ-Halbleitermaterial mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration erhalten werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass das Material mit P-Typ-Leitfähigkeit in dieser Beschreibung umfasst: ein Material, in dem das Ferminiveau näher am Valenzband als am Leitungsband liegt, ein Material, in dem Löcher, die P-Typ-Ladungsträger sind, bewegt werden können, und ein Material, in dem Strom-Spannungs-(I-V-)Eigenschaften durch Bandverbiegung aufgrund des Unterschieds zwischen den Austrittsarbeiten, welcher beim Verbinden des Materials mit P-Typ-Leitfähigkeit mit einem Material mit N-Typ-Leitfähigkeit verursacht, Gleichrichtungseigenschaften aufweisen.
  • Beispiele für das oben angegebene MoOy(2 < y < 3) umfassen Mo2O5, Mo3O8, Mo8O23, Mo9O26, Mo4O11, Mo17O47, Mo5O14 und eines, das aufgrund eines Fehlens eines Teils der Sauerstoffatome in MoO3 eine Zusammensetzung zwischen MoO2 und MoO3 hat.
  • Ein MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Film kann durch ein Gasphasenverfahren wie z. B. ein Verdampfungsverfahren (Aufdampfverfahren), ein Sputterverfahren oder ein Ionenplattierverfahren ausgebildet werden. Als ein Verdampfungsverfahren kann ein Verfahren, bei dem ein Material aus Molybdänoxid allein abgeschieden wird, oder ein Verfahren, bei dem ein Material aus Molybdänoxid und ein Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement zusammen abgeschieden werden, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Zusammenverdampfung (co-evaporation) ein Aufdampfverfahren ist, bei dem Verdampfung aus einer Vielzahl von Verdampfungsquellen gleichzeitig in einer Behandlungskammer durchgeführt wird. Bei einem Sputterverfahren kann Molybdänoxid, Molybdän oder eines der obigen Materialien, das ein Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement enthält, als ein Target verwendet werden, und Sauerstoff oder ein gemischtes Gas aus Sauerstoff und einem Edelgas wie z. B. Argon kann als ein Sputtergas verwendet werden. Bei einem Ionenplattierverfahren kann ein Film in Sauerstoff enthaltendem Plasma unter Verwendung eines Materials, das dem bei dem oben angegebenen Sputterverfahren verwendeten Material ähnlich ist, ausgebildet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Verfahren, bei dem ein Material aus Molybdänoxid allein abgeschieden wird, verwendet, um den MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Film mit P-Typ-Leitfähigkeit auszubilden. Als eine Verdampfungsquelle kann Pulver von Molybdänoxid verwendet werden. Die Reinheit des Pulvers von Molybdänoxid ist vorzugsweise 99,99% (4 N) bis 99,9999% (6 N). Die Verdampfung wird vorzugsweise in einem hohen Vakuum von 5 × 10–3 Pa oder niedriger, bevorzugt 1 × 10–4 Pa oder niedriger durchgeführt.
  • Beispielsweise kann ein MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Film mit P-Typ-Leitfähigkeit, der eine gemischte Zusammensetzung hat, die ca. 90% von MoO3 und ca. 10% von MoOy(2 < y < 3) enthält, erhalten werden, wenn Molybdäntrioxidpulver (4 N MOO03PB), das von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd. hergestellt wird, in ein Wolframschiffchen (BB-3), das von Furuuchi Chemical Corporation hergestellt wird, eingesetzt wird, und Verdampfung durch eine Widerstandsheizung an einem Siliziumsubstrat bei einer Abscheidungsrate von 0,2 nm/S in einem Vakuum von weniger als oder gleich 1 × 10–4 Pa durchgeführt wird. Es sei angemerkt, dass die elektrische Leitfähigkeit, der Brechungsindex, der Extinktionskoeffizient, die aus einem Tauc-Plot erhaltene optische Bandlücke und das Ionisierungspotential des Films 1 × 10–6 S/cm bis 3,8 × 10–3 S/cm (Dunkelleitfähigkeit), 1,6 bis 2,2 (eine Wellenlänge: 550 nm), 6 × 10–4 bis 3 × 10–3 (eine Wellenlänge: 550 nm), 2,8 eV bis 3 eV bzw. ca. 6,4 eV sind.
  • Weiterhin hat der MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Film einen hohen Passivierungseffekt und kann Defekte auf (bzw. an) einer Oberfläche von Silizium reduzieren, wodurch die Lebensdauer von Ladungsträgern verbessert werden kann.
  • In dem Fall, in dem der MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Film als ein Passivierungsfilm über beiden Oberflächen eines einkristallinen N-Typ-Siliziumsubstrats mit einer Resistivität von ca. 9 Ω·cm ausgebildet wird, ist es beispielsweise bestätigt worden, dass die effektive Lebensdauer, die durch ein Mikrowellen-detektierte Photoleitfähigkeitsabkling-(microwave detected photoconductivity decay :μ-PCD-)Verfahren zu diesem Zeitpunkt gemessen wird, ca. 400 μs ist. Außerdem ist die Lebensdauer des einkristallinen N-Typ-Siliziumsubstrats, an dem eine chemische Passivierung mittels einer alkoholischen Jodlösung durchgeführt wird, welche die Bulklebensdauer des einkristallinen Siliziumsubstrats ist, auch ca. 400 μs. Es sei angemerkt, dass die effektive Lebensdauer des einkristallinen N-Typ-Siliziumsubstrats, wo ein Passivierungsfilm nicht ausgebildet ist, ca. 40 μs ist.
  • In 5 wird der Lichtabsorptionskoeffizient des MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Films, der über einem Glassubstrat durch das obige Verdampfungsverfahren ausgebildet worden ist, mit demjenigen eines amorphen Siliziumfilms, der durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet worden ist und ein Vergleichsbeispiel ist, verglichen. Der Lichtabsorptionskoeffizient des MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Films ist klein in einem breiten Wellenlängenbereich, und somit ist es gefunden worden, dass der MoO3 + MoOy(2 < y < 3)-Film eine hohe Lichtdurchlassfähigkeit hat.
  • Das Verhältnis von MoO3 zu MoOy(2 < y < 3) in MoO3 + MoOy(2 < y < 3) wird beispielsweise durch Untersuchung von Mo3d-Rumpfniveaus mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (X-ray photoelectron spectroscopy: XPS) herausgefunden. Hier bezeichnet das Verhältnis das Verhältnis von Mo-Elementen mit einer MoO3-Bindung zu Mo-Elementen mit einer MoOy(2 < y < 3)-Bindung.
  • 1 zeigt XPS-Spektren in der Nachbarschaft von Mo3d-Rumpfniveaus in Proben A bis D, in denen Molybdänoxidfilme unter unterschiedlichen Abscheidungsbedingungen individuell über Siliziumsubstraten ausgebildet worden sind, wobei die Spektren mit einer Einfallsenergie von 1486,6 eV (aus einer Röntgenstrahlquelle: monochromatischer Al-Röntgenstrahl) und einem Extraktionswinkel von 45° gemessen worden sind.
  • Es ist bekannt, dass die Position des Peaks (bzw. der Spitze oder des Maximums) der Bindungsenergie von Mo3d5/2-Rumpfniveaus in Molybdän ca. 227,9 eV ist, diejenige in Molybdändioxid (MoO2) ca. 229,6 eV ist und diejenige in Molybdäntrioxid (MoO3) ca. 232,8 eV ist. Daher kann die Zusammensetzung des Molybdänoxidfilms durch die Position des Peaks (chemische Verschiebung) von Mo3d5/2-Rumpfniveaus in XPS bestimmt werden.
  • In den XPS-Spektren aller Proben in 1 liegen die Positionen des Peaks von Mo3d5/2 um 232,8 eV; infolgedessen findet man heraus, dass die Hauptkomponente der Proben Molybdäntrioxid (MoO3) ist.
  • Außerdem wird es aus den XPS-Peakformen gefunden, dass Komponenten außer Molybdäntrioxid (MoO3) in den Molybdänoxidfilmen der Proben enthalten sind. Es stellt sich durch Peakabtrennung in dem Spektrum jeder Probe heraus, dass eine Komponente von Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthalten ist. Es sei angemerkt, dass jeder der Molybdänoxidfilme kaum eine Komponente von Molybdändioxid (MoO2) enthält, was ca. 1% oder weniger ist.
  • Die XPS-Peakintensität steht mit der Zusammensetzung und einer Elementdichte im Verhältnis. Daher kann das Verhältnis von MoO3 zu MoOy(2 < y < 3) in dem Molybdänoxidfilm durch Untersuchung des Verhältnisses des integrierten Werts des Peaks, der eine MoO3-Komponente darstellt, zu dem integrierten Wert des Peaks, der eine MoOy(2 < y < 3)-Komponente darstellt, bestimmt werden. Der MoOy(2 < y < 3)-Anteil, der in dem XPS-Spektrum beobachtet wird, von Probe A ist ca. 26%; derjenige von Probe B ist ca. 10%; derjenige von Probe C ist ca. 4%; und derjenige von Probe D ist ca. 3% oder weniger.
  • Der Molybdänoxidfilm hat P-Typ-Leitfähigkeit wegen des Molybdänoxids (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid. 2 zeigt die Zustände von Proben A bis D in den Valenzbändern, die durch XPS gemessen werden. Die XPS-Spektren in 2 sind Spektren in der Nachbarschaft des Valenzbands, die mit einer Einfallsenergie von 1486,6 eV (aus einer Röntgenstrahlquelle: monochromatischer Al-Röntgenstrahl) und einem Extraktionswinkel von 45° gemessen werden. Es sei angemerkt, dass die Bindungsenergie Energie aufgrund des Ferminiveaus (EF) ist. Es sei angemerkt, dass ein allgemeines Korrekturverfahren, bei dem ein C1s-Peak auf 284,6 eV eingestellt wird, für die Energieachse verwendet wird.
  • Die XPS-Spektren des Valenzbands weisen je eine Peakintensität auf, die zu der Zustanddichte des Valenzbands proportional ist. Ein Peak 112 um die Bindungsenergie von 1,7 eV, der in 2 gezeigt ist, ist ein Peak eines Lückenniveaus. Ferner ist ein Peak 113 bei der Bindungsenergie von 3,5 eV oder mehr ein Peak eines Bulks, in dem MoO3 eine Hauptkomponente ist.
  • 2 zeigt, dass die Peakintensität des Lückenniveaus zunimmt, wenn der MoOy(2 < y < 3)-Anteil in dem Molybdänoxidfilm steigt. Darüber hinaus kann man erkennen, dass, wenn der MoOy(2 < y < 3)-Anteil höher wird, Energie bei einem Energieband, das aus Lückenniveaus besteht, und Energie bei dem Ferminiveau (EF) einander näher sind; somit wird P-Typ-Leitfähigkeit leichter erhalten.
  • Man kann sagen, dass die Lückenniveaus mit Elektronen gefüllt sind, da sie durch XPS beobachtet werden. Das Leitungsband, das in 2 nicht gezeigt ist, wird durch XPS nicht beobachtet, weil es nicht mit Elektronen gefüllt ist. Dennoch befindet sich das Ferminiveau (EF) zwischen dem Leitungsband und den Lückenniveaus, die mit Elektronen gefüllt sind. Wenn die gleiche Anzahl von Ladungsträgern in dem Leitungsband und in den Lückenniveaus, die mit Elektronen gefüllt sind, thermisch oder in dem Gleichgewichtszustand durch Bestrahlung mit Licht angeregt sind, kann man sagen, dass das Ferminiveau (EF) näher an der Lückenniveauseite liegt, da die Zustanddichte in dem Leitungsband, das ein Bulkniveau ist, höher als diejenige in dem Lückenniveau ist. Außerdem haben die Lückenniveaus eine höhere Zustanddichte, wie durch XPS beobachtet werden kann. Die Lückenniveaus fungieren als eines der Energiebänder des Leitungsbands, auf das Löcher übertragen werden, wodurch P-Typ-Leitfähigkeit erzielt werden kann. Deshalb kann der Molybdänoxidfilm, der MoOy(2 < y < 3) enthält, das zu einer Erhöhung der Zustanddichte auf den Lückenniveaus beiträgt, P-Typ-Leitfähigkeit besitzen.
  • Das Folgende kann als ein anderer Grund angegeben werden, warum Molybdänoxid P-Typ-Leitfähigkeit aufweist. Beispielsweise ist hinsichtlich eines Molybdänoxidfilms, in dem der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 10% oder mehr ist, der Energieunterschied zwischen der Energie (Ev), die Energie des Valenzbandmaximums des Peaks 112 ist, und dem Ferminiveau (EF) in 2, die das Valenzband-XPS-Spektrum zeigt, ca. 0,3 eV bis 0,7 eV. Im Weiteren ist Aktivierungsenergie, die einem Energieunterschied zwischen der Energie (Ev), die Energie des Valenzbandmaximums ist und aus elektrischer Leitfähigkeit bezogen auf eine Änderung der Temperatur erhalten wird, und dem Ferminiveau (EF) entspricht, ca. 0,41 eV, was dem aus dem XPS-Spektrum erhaltenen Wert entspricht. Die optische Bandlücke des Molybdänoxidfilms ist ca. 3,2 eV; somit ist der Energieunterschied zwischen der Bandlückenmitte (Ei), die die Hälfte der optischen Bandlücke ist, und dem Ferminiveau (EF) ca. 1,6 eV. Ferner ist der Energieunterschied zwischen dem Valenzbandmaximum (Ev) und dem Ferminiveau (EF) ca. 0,3 eV bis 0,7 eV, und der Energieunterschied zwischen dem Valenzbandmaximum (Ev) und dem Ferminiveau (EF) ist kleiner. Daher kann man sagen, dass der Molybdänoxidfilm P-Typ-Leitfähigkeit hat. Es sei angemerkt, dass der Molybdänoxidfilm eine Zustanddichte hat, die so hoch ist, dass sie durch XPS beobachtet werden kann, deren Detektionsempfindlichkeit auf einem Prozentniveau liegt. Die optische Bandlücke kann daher durch optischen Übergang einer Energie von der Nachbarschaft des Valenzbandmaximums des Peaks 112 gemessen werden.
  • 3 ist ein Korrelationsdiagramm zwischen dem MoOy(2 < y < 3)-Anteil in dem Molybdänoxidfilm in 1 und der integrierten Intensität des XPS-Peaks des Lückenniveaus in der Nachbarschaft einer Bindungsenergie von 1,7 eV in dem Valenzband in 2. Zudem wird es durch Nachprüfungen für Gleichrichtungseigenschaften eines Elements gefunden, dass der MoOy(2 < y < 3)-Anteil bevorzugt 4% oder mehr ist, so dass der Molybdänoxidfilm, der MoO3 and MoOy(2 < y < 3) enthält, P-Typ-Leitfähigkeit aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass es bekannt ist, dass Molybdäntrioxid (MoO3) N-Typ-Leitfähigkeit aufweist. Nicht nur eine Halbleitervorrichtung, bei der Molybdänoxid mit P-Typ-Leitfähigkeit verwendet wird, sondern auch eine Halbleitervorrichtung, bei der Molybdänoxid mit P-Typ-Leitfähigkeit und Molybdänoxid mit N-Typ-Leitfähigkeit kombiniert sind, können daher ausgebildet werden.
  • Diese Ausführungsform kann frei mit einer der anderen Ausführungsformen und einem Beispiel kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausrührungsform werden eine Struktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der offenbarten Erfindung und ein Herstellungsverfahren dafür anhand von 6A und 6B, 7A und 7B, 8A bis 8C und 9A bis 9C beschrieben.
  • Zuerst wird eine Struktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 6A zeigt ein Beispiel für eine schematische Querschnittansicht der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung beinhaltet ein Siliziumsubstrat 100, eine Oxidhalbleiterschicht 110 über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, einen Störstellenbereich 130 über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats, einen lichtdurchlässigen leitenden Film 150 über der Oxidhalbleiterschicht 110, eine erste Elektrode 170 in Kontakt mit dem lichtdurchlässigen leitenden Film und eine zweite Elektrode 190 in Kontakt mit dem Störstellenbereich 130. Es sei angemerkt, dass die erste Elektrode 170 eine Gitterelektrode ist und eine Oberfläche auf der mit der ersten Elektrode 170 versehenen Seite als eine lichtempfangende Oberfläche dient.
  • Das Siliziumsubstrat 100 hat eine Leitfähigkeit, und die Oxidhableiterschicht 110 ist eine Halbleiterschicht mit einer Leitfähigkeit, die derjenigen des Siliziumsubstrats 100 entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird ein P-N-Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 100 und der Oxidhalbleiterschicht 110 gebildet.
  • Hier wird in der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleiterschicht mit P-Typ-Leitfähigkeit als die Oxidhalbleiterschicht 110 verwendet; daher wird ein Siliziumsubstrat mit N-Typ-Leitfähigkeit als das Siliziumsubstrat 100 verwendet.
  • Der lichtdurchlässige leitende Film 150 wird vorzugsweise über der Oxidhalbleiterschicht 110 ausgebildet. Das Vorsehen des lichtdurchlässigen leitenden Films 150 ermöglicht, Widerstandsverlust zwischen der Oxidhalbleiterschicht 110 und der ersten Elektrode 170 zu verringern. Jedoch kann eine Struktur, bei der der lichtdurchlässige leitende Film 150 wie in 6B gezeigt nicht vorgesehen ist, verwendet werden, in dem Fall, in dem der Widerstand der Oxidhalbleiterschicht 110 ausreichend niedrig ist oder in dem Fall, in dem die hergestellte photoelektrische Umwandlungsvorrichtung für Anwendungen mit einem kleinen Strom, die von dem Widerstandsverlust nicht beeinflusst werden, verwendet wird.
  • Der Störstellenbereich 130 ist eine Rückseitenfeld-(back surface field: BSF-)Schicht, die die gleiche Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 100 hat und eine höhere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 100 hat. Wenn die BSF-Schicht ausgebildet wird, wird ein N-N+-Übergang oder ein P-P+-Übergang gebildet, wodurch Rekombination von Minoritätsladungsträgern in der Nachbarschaft der zweiten Elektrode 190 durch die Potentialbarriere aufgrund der Bandverbiegung verhindert werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung in dem Fall, in dem Materialien mit der gleichen Leitfähigkeit und mit unterschiedlichen Ladungsträgerkonzentrationen unterschieden werden müssen, die Leitfähigkeit eines Materials mit einer relativ höheren Ladungsträgerkonzentration als ein N-Typ- oder P-Typ-Siliziumsubstrat als N+-Typ oder P+-Typ bezeichnet wird, während die Leitfähigkeit eines Materials mit einer relativ niedrigeren Ladungsträgerkonzentration als ein N-Typ- oder P-Typ-Siliziumsubstrat als N–-Typ oder P–-Typ bezeichnet wird.
  • Obwohl in 6A und 6B nicht gezeigt ist, kann das Siliziumsubstrat 100 eine Texturstruktur haben, bei der das Siliziumsubstrat 100 verarbeitet worden ist, um Unebenheit wie in 9C aufzuweisen. Die Texturstruktur auf der lichtempfangenden Oberflächenseite kann Reflexionsverlust an der Oberfläche verringern, da einfallendes Licht der Mehrfachreflexion unterworfen wird. Außerdem tritt Licht bei der Texturstruktur schräg in einen photoelektrischen Umwandlungsbereich ein, wegen des Unterschieds im Brechungsindex des Siliziumsubstrats, das einen hohen Brechungsindex hat und ein photoelektrischer Umwandlungsbereich ist, und von Luft, die einen niedrigen Brechungsindex hat und ein Lichteinfall-Medium ist. Deshalb wird die optische Weglänge verlängert, und Reflexion zwischen der Deckfläche und der Grundfläche (Vorder- und Rückseite) des photoelektrischen Umwandlungsbereichs wird wiederholt, wodurch ein so genannter Licht-Confinement-Effekt (light trapping effect bzw. Lichteinfangeffekt) erfolgen kann. Das Licht, das in das Siliziumsubstrat eintritt, läuft entsprechend dem Snelliusschen (Brechungs-) Gesetz zwischen der Luft, die ein Lichteinfall-Medium ist, und dem Siliziumsubstrat mit einem hohen Brechungsindex in einer Richtung, die der Normalrichtung zu der Unebenheit der Oberfläche des Siliziumsubstrats nahe ist. Somit wird durch die Texturstruktur, bei der die Oberfläche des Siliziumsubstrats verschiedene Winkel aufgrund von Unebenheit hat, einfallendes Licht in einer Richtung gebrochen, die der Normalrichtung zu der Oberfläche mit der Texturstruktur nahe ist, und das Licht läuft durch. Infolgedessen läuft das einfallende Licht schräg hinsichtlich der Dickenrichtung des Siliziumsubstrats durch, und die optische Weglänge kann verlängert werden. Die Texturstruktur kann wie in 9C gezeigt an beiden Oberflächen des Siliziumsubstrats, oder entweder an der Deck- oder Grundfläche des Siliziumsubstrats vorgesehen sein.
  • Ferner kann eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die in 7A oder 7B gezeigte Struktur aufweisen. Die photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, die in 7A und 7B gezeigt sind, beinhalten jeweils das Siliziumsubstrat 100 mit einer Leitfähigkeit und beinhalten jeweils ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 die Oxidhalbleiterschicht 110 mit einer derjenigen des Siliziumsubstrats 100 entgegengesetzten Leitfähigkeit, den lichtdurchlässigen leitenden Film 150 über der Oxidhalbleiterschicht 110 und die erste Elektrode 170 in Kontakt mit dem lichtdurchlässigen leitenden Film. Darüber hinaus beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 den Störstellenbereich 130 mit der gleichen Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 100 und mit einer höheren Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 100, eine Passivierungsschicht 180 und die zweite Elektrode 190 in Kontakt mit dem Störstellenbereich 130.
  • Die Passivierungsschicht 180 kann unter Verwendung eines Siliziumoxidfilms, eines Siliziumnitridfilms, eines Siliziumnitridoxid-(SiNxOy(x > y > 0))Films, eines Siliziumoxynitrid-(SiOxNy(x > y > 0)) Films, eines Aluminiumoxidfilms oder dergleichen ausgebildet werden. Das Vorsehen der Passivierungsschicht 180 ermöglicht, Rekombination von Minoritätsladungsträgern an der Grundfläche des Siliziumsubstrats 100 zu verringern, was zur Verbesserung der Ausgangsspannung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bei Leistungserzeugung beiträgt. Außerdem kann unter Verwendung eines Films, der aus einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als das Substrat ausgebildet ist, als die Passivierungsschicht 180, Reflexionsgrad an der Grundfläche des Siliziumsubstrats vergrößert werden, was auch zur Verbesserung des Ausgangsstroms der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bei Leistungserzeugung beiträgt.
  • Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 7A hat eine Struktur, bei der der Störstellenbereich 130 auf der gesamten Grundfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet ist und der Störstellenbereich 130 in Kontakt mit der zweiten Elektrode 190 in Öffnungen in der Passivierungsschicht 180 steht. Ferner hat die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 7B eine Struktur, bei der der Störstellenbereich 130 nur in der Nachbarschaft der Öffnungen in der Passivierungsschicht 180 vorgesehen ist und der Störstellenbereich 130 in Kontakt mit der zweiten Elektrode 190 in den Öffnungen steht. Durch das Vorsehen der Passivierungsschicht 180 kann die Minoritätsladungsträgerdichte verringert werden; andererseits wird die Rekombinationsrate an der Oberfläche des Störstellenbereichs 130 und der Passivierungsschicht 180 erhöht; das heißt, dass es einen Trade-off dazwischen gibt.
  • Daher kann unter Berücksichtigung der Qualität der Passivierungsschicht 180, d. h., unter Berücksichtigung der Oberflächenrekombinationsrate an der Grenzfläche zwischen der Passivierungsschicht 180 und dem Siliziumsubstrat ein Fachmann die Struktur bestimmen, um vorteilhaftere elektrische Eigenschaften zu erhalten. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem die Qualität der Passivierungsschicht 180 niedrig ist und die Oberflächenrekombinationsrate hoch ist, der Störstellenbereich 130 vorzugsweise an der gesamten Grundfläche des Siliziumsubstrats vorgesehen, da die Minoritätsladungsträgerdichte selbst, die Rekombination an der Grundfläche des Siliziumsubstrats verursacht, verringert werden kann und die Rekombination an der Grundfläche des Siliziumsubstrats unterdrückt werden kann. Zum anderen wird in dem Fall, in dem die Qualität der Passivierungsschicht 180 hoch ist und die Oberflächenrekombinationsrate niedrig ist, der Störstellenbereich 130 vorzugsweise nur in der Nachbarschaft der Öffnungen vorgesehen, da eine Kontaktgrenzfläche zwischen dem Störstellenbereich 130 und der Passivierungsschicht 180, die ein Grund für die niedrige Rekombinationsrate ist, reduziert werden kann, und Rekombination an der gesamten Grundfläche des Siliziumsubstrats unterdrückt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung eine Struktur, bei der die Strukturen in 6A und 6B und 7A und 7B und eine mit Unebenheit versehene Texturstruktur soweit angemessen kombiniert sind, aufweisen kann.
  • Für die Oxidhalbleiterschicht 110 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Molybdänoxid verwendet werden. Molybdänoxid ist bevorzugt, da es in der Luft stabil ist, eine niedrige hygroskopische Eigenschaft hat und leicht gehandelt wird.
  • Die Leitfähigkeit der Oxidhalbleiterschicht 110 kann durch Mischen einer Vielzahl von Oxiden verändert werden. Beispielsweise wird Molybdänoxid ausgebildet, um eine gemischte Zusammensetzung zu sein, die Molybdäntrioxid (MoO3) und Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid aufweist, so dass P-Typ-Leitfähigkeit erhalten werden kann. Die gemischte Zusammensetzung enthält 4% oder mehr von MoOy(2 < y < 3), so dass ein P-Typ-Halbleiter mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration erhalten werden kann. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „P-Typ-Leitfähigkeit” hierbei bedeutet, dass das Ferminiveau dem Valenzband näher ist als dem Leitungsband, Löcher, die P-Typ-Ladungsträger sind, bewegt werden können, und Strom-Spannungs-(I-V-)Eigenschaften eines Elements, das mit einem Halbleitermaterial mit N-Typ-Leitfähigkeit verbunden ist, durch Bandverbiegung aufgrund des Unterschieds zwischen den Austrittsarbeiten, welcher zum Zeitpunkt eines Verbindens des Materials mit P-Typ-Leitfähigkeit mit einem Halbleitermaterial mit N-Typ-Leitfähigkeit verursacht wird, Gleichrichtungseigenschaften aufweisen.
  • Weiterhin wird ein Störstellenelement zu der Oxidhalbleiterschicht zugesetzt, wodurch die Leitfähigkeit verändert werden kann. Auch in dem Fall, in dem ein Störstellenelement zu der Oxidhalbleiterschicht nicht absichtlich zugesetzt wird, verursachen ferner ein Defekt in der Oxidhalbleiterschicht und eine kleine Menge an einem Störstellenelement, das während der Abscheidung eingeführt wird, in einigen Fällen die Ausbildung eines Donatorniveaus und eines Akzeptorniveaus, so dass die Oxidhalbleiterschicht unter Umständen N-Typ- oder P-Typ-Leitfähigkeit aufweist.
  • Ferner ist wie in 5 gezeigt der Lichtabsorptionskoeffizient des Molybdänoxidfilms in einem breiten Wellenlängenbereich klein; somit ist die Lichtdurchlassfähigkeit hoch. Deshalb wird ein Metalloxid mit einer Lichtdurchlassfähigkeit, z. B., der Molybdänoxidfilm als eine Fensterschicht der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung verwendet, wodurch Lichtabsorptionsverlust in der Fensterschicht verringert wird und photoelektrische Umwandlung in einem Lichtabsorptionsbereich effizient durchgeführt werden kann. Des Weiteren hat das Metalloxid wie oben beschrieben einen sehr hohen Passivierungseffekt auf der Siliziumoberfläche. Folglich können die elektrischen Eigenschaften der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung verbessert werden.
  • Als Nächstes werden Verfahren zum Herstellen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, die in 6A und 6B gezeigt sind, anhand von 8A bis 8C und 9A bis 9C beschrieben.
  • Ein einkristallines Siliziumsubstrat oder ein polykristallines Siliziumsubstrat kann für das Siliziumsubstrat 100 verwendet werden, das bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Verfahren zum Herstellen des Siliziumsubstrats ist nicht besonders beschränkt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein einkristallines N-Typ-Siliziumsubstrat verwendet wird, dessen Oberfläche der (100)-Fläche entspricht und das durch ein magnetisches Czochralski-(MCZ-)Verfahren hergestellt wird.
  • In dem Fall, in dem das anfängliche einkristalline Siliziumsubstrat ein Substrat ist, das nur einem Schneidprozess unterworfen worden ist, wird eine Beschädigungsschicht mit einer Dicke von 10 μm bis 20 μm, die auf der Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats verbleibt, in einem Nassätzprozess entfernt. Für ein Ätzmittel kann eine alkalische Lösung mit einer relativ hohen Konzentration, z. B. eine 10%- bis 50%-Natriumhydroxidlösung, oder eine 10%- bis 50%-Kaliumhydroxidlösung verwendet werden. Alternativ kann eine gemischte Säure, in der Flusssäure und Salpetersäure gemischt sind, oder die gemischte Säure, zu der Ethansäure ferner zugesetzt worden ist, verwendet werden.
  • Als Nächstes werden Fremdstoffe, die an den Oberflächen des einkristallinen Siliziumsubstrats haften, von dem die Beschädigungsschichten entfernt worden sind, durch Säurereinigung entfernt. Als eine Säure kann beispielsweise eine Mischung (FPM) von 0,5%-Flusssäure und 1%-Wasserstoffperoxid oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann eine RCA-Reinigung oder dergleichen durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass diese Säurereinigung weggelassen werden kann.
  • Ein Beispiel wird beschrieben, in dem eine Texturstruktur ausgebildet wird, bei der das Siliziumsubstrat 100 derart verarbeitet wird, dass es Unebenheit aufweist, um Lichtverlust dank Mehrfachreflexionen an der Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 zu reduzieren und Licht zum Verlängern einer optischen Weglänge einzuschließen. In dem Fall von Verwendung des einkristallinen Siliziumsubstrats mit der (100)-Fläche auf der Oberfläche, wie oben beschrieben worden ist, kann eine pyramidenartige Texturstruktur durch ein anisotropes Ätzen mittels einer alkalischen Lösung unter Verwendung eines Unterschieds in Ätzgeschwindigkeiten zwischen Flächenausrichtungen ausgebildet werden.
  • Für das Ätzmittel, das zum Zeitpunkt verwendet wird, wenn die pyramidenartige Texturstruktur auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat, dessen Oberfläche die (100)-Fläche aufweist, ausgebildet wird, kann eine alkalische Lösung wie z. B. eine Natriumhydroxidlösung oder eine Kaliumhydroxidlösung verwendet werden. Für das Ätzmittel kann 1%- bis 5%-Natriumhydroxidlösung oder eine 1%- bis 5%-Kaliumhydroxidlösung verwendet werden. Vorzugsweise wird einige Prozent Isopropylalkohol dazu zugesetzt. Die Temperatur des Ätzmittels ist 70°C bis 90°C, und das einkristalline Siliziumsubstrat bleibt für 30 Minuten bis 60 Minuten in dem Ätzmittel eingetaucht. Durch diese Behandlung kann pyramidenartige Unebenheit einschließlich einer Vielzahl von winzigen Vorsprüngen, die jeweils eine im Wesentlichen quadratische pyramidenartige Form haben, und Vertiefungen zwischen den benachbarten Vorsprüngen auf den Oberflächen des einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein anderes einkristallines Siliziumsubstrat als das einkristalline Siliziumsubstrat mit der (100)-Fläche auf der Oberfläche, oder ein polykristallines Siliziumsubstrat als das Siliziumsubstrat 100 verwendet wird, Unebenheit durch Trockenätzen, Nassätzen unter Verwendung eines metallischen Katalysators wie z. B. Silber, oder dergleichen ausgebildet werden kann.
  • Als Nächstes wird eine Oxidschicht entfernt, die auf der Siliziumoberfläche ungleichmäßig in dem Ätzschritt zum Ausbilden der Unebenheit ausgebildet wird. Ein weiterer Zweck beim Entfernen der Oxidschicht ist, eine Komponente der alkalischen Lösung zu entfernen, die wahrscheinlich in der Oxidschicht verbleibt. Wenn ein Alkalimetallion wie z. B. ein Na-Ion oder ein K-Ion in Silizium eintritt, wird die Lebensdauer verkürzt, und die elektrischen Eigenschaften der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung werden im Ergebnis erheblich verschlechtert. Es sei angemerkt, dass 1 bis 5% verdünnte Flusssäure verwendet werden kann, um die Oxidschicht zu entfernen.
  • Als Nächstes wird die Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats vorzugsweise mit einer gemischten Säure, in der Flusssäure und Salpetersäure gemischt sind, oder der gemischten Säure, zu der Ethansäure ferner zugesetzt worden ist, geätzt, so dass Fremdstoffe wie z. B. eine Metallkomponente von der Oberfläche entfernt werden. Durch Zusetzten der Ethansäure kann Oxidierungsfähigkeit von Salpetersäure aufrechterhalten werden, um stabil das Ätzen durchzuführen, und die Ätzgeschwindigkeit kann reguliert werden. Beispielsweise kann das Volumenverhältnis von Flusssäure, Salpetersäure und Ethansäure 1:1,5 bis 3:2 bis 4 sein. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung die gemischte Säurelösung, die Flusssäure, Salpetersäure und Ethansäure enthält, als HF-Salpeter-Ethan-Säure bezeichnet wird. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem das Ätzen mit der HF-Salpeter-Ethan-Säure durchgeführt wird, der obige Schritt von Entfernen der Oxidschicht mit verdünnter Flusssäure weggelassen werden kann. Durch diese Schritte kann die Texturstruktur, bei der Unebenheit auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 ausgebildet ist, ausgebildet werden (siehe 8A).
  • Als Nächstes werden Störstellenelemente, die die gleiche Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 100 verleihen, in eine Oberflächenschicht auf der Grundfläche des Siliziumsubstrats 100, die der lichtempfangenden Oberfläche gegenüberliegt, diffundiert, wodurch der Störstellenbereich 130 ausgebildet wird (siehe 8B). In dem Fall von Verwendung eines Siliziumsubstrats 100 mit N-Typ-Leitfähigkeit kann als ein Störstellenelement, das N-Typ-Leitfähigkeit verleiht, Phosphor, Arsen, Antimon oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise wird das Siliziumsubstrat 100 einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 800°C und niedriger als oder gleich 900°C in einer Atmosphäre von Phosphoroxychlorid unterworfen, damit Phosphor in eine Tiefe von ca. 0,5 μm von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 diffundiert werden kann.
  • Der Störstellenbereich 130 wird nur auf der Grundfläche des Siliziumsubstrats 100 ausgebildet, die der lichtempfangenden Oberfläche gegenüberliegt. Somit können die folgenden Schritte durchgeführt werden, so dass Fremdstoffe nicht in die lichtempfangende Oberfläche diffundiert werden. Durch ein bekanntes Verfahren wird die lichtempfangende Oberflächenseite mit einer Maske, die unter Verwendung eines wärmebeständigen Materials wie z. B. eines anorganischen Isolierfilms ausgebildet wird, bedeckt, und die Maske wird nach der Ausbildung des Störstellenbereichs 130 entfernt. Alternativ können die folgenden Schritte durchgeführt werden. Störstellenelemente werden sowohl an die Deckfläche als auch in die Grundfläche des Siliziumsubstrats 100 diffundiert, um einen Störstellenbereich auszubilden; die Grundfläche wird mit einer Maske bedeckt; und die Störstellenschicht auf der lichtempfangenden Oberfläche wird geätzt, um entfernt zu werden.
  • Als Nächstes wird nach einer geeigneten Reinigung die Oxidhalbleiterschicht 110 mit einer Leitfähigkeit, die derjenigen des Siliziumsubstrats 100 entgegengesetzt ist, über der Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 ausgebildet, die als eine lichtempfangende Oberfläche dient (siehe 8C). Hier wird ein Molybdänoxidfilm als die Oxidhalbleiterschicht 110 verwendet.
  • Der Molybdänoxidfilm kann durch ein Gasphasenverfahren wie z. B. ein Verdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren oder ein Ionenplattierverfahren ausgebildet werden. Als ein Verdampfungsverfahren kann ein Verfahren, bei dem ein Material aus Molybdänoxid allein abgeschieden wird, oder ein Verfahren, bei dem ein Material aus Molybdänoxid und ein P-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement zusammen abgeschieden werden, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Zusammenverdampfung (co-evaporation) ein Verdampfungsverfahren ist, bei dem Verdampfung aus einer Vielzahl von Verdampfungsquellen gleichzeitig in einer Behandlungskammer durchgeführt wird. Bei einem Sputterverfahren kann Molybdänoxid, Molybdän oder ein Material, das ein Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement enthält, als ein Target verwendet werden, und Sauerstoff oder ein gemischtes Gas aus Sauerstoff und einem Edelgas wie z. B. Argon kann als ein Sputtergas verwendet werden. Als ein Ionenplattierverfahren kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein Film in Sauerstoff enthaltendem Plasma unter Verwendung eines Materials, das dem bei dem oben angegeben Sputterverfahren verwendeten Material ähnlich ist, ausgebildet wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wird Pulver von Molybdänoxid für eine Verdampfungsquelle verwendet, um einen Molybdänoxidfilm mit P-Typ-Leitfähigkeit auszubilden. Ferner kann ein Zusammenverdampfungsverfahren (co-evaporation Verfahren), bei dem Molybdän oder dergleichen zu Pulver von Molybdänoxid zugesetzt wird, verwendet werden. Der Molybdänoxidfilm, der bei dieser Ausführungsform verwendet werden kann, hat z. B. eine gemischte Zusammensetzung, die Molybdäntrioxid (MoO3) und Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid aufweist. Es sei angemerkt, dass der Molybdänoxidfilm bevorzugt 4% oder mehr von MoOy(2 < y < 3) enthält, so dass eine Ladungsträgerkonzentration erhöht wird. Die Reinheit des Pulvers von Molybdänoxid ist vorzugsweise 99,99% (4 N) bis 99,9999% (6 N). Die Verdampfung wird vorzugsweise in einem hohen Vakuum von 5 × 10–3 Pa oder niedriger, bevorzugt 1 × 10–4 Pa oder niedriger durchgeführt.
  • Als Nächstes wird die zweite Elektrode 190 über dem Störstellenbereich 130 ausgebildet (siehe 9A). Die zweite Elektrode 190 kann eine Einzelschicht oder ein Stapel eines leitenden Films unter Verwendung von einem niederohmigen Metall wie z. B. Silber, Aluminium oder Kupfer; Indiumzinnoxid; Indiumzinnoxid, das Silizium enthält; Indiumoxid, das Zink enthält; Zinkoxid; Zinkoxid, das Gallium enthält; Zinkoxid, das Aluminium enthält; Zinnoxid; Zinnoxid, das Fluor enthält; Zinnoxid, das Antimon enthält; Graphen oder dergleichen sein. Als ein Abscheidungsverfahren kann ein Sputterverfahren, ein Vakuumverdampfungsverfahren oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann die zweite Elektrode 190 auf eine solche Weise ausgebildet werden, dass ein leitendes Harz wie z. B. eine Silberpaste, eine Kupferpaste oder eine Aluminiumpaste durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht und gebacken wird.
  • Dann wird der lichtdurchlässige leitende Film 150 über der Oxidhalbleiterschicht 110 ausgebildet (siehe 9B). Für den lichtdurchlässigen leitenden Film kann das Folgende verwendet werden: Indiumzinnoxid; Indiumzinnoxid, das Silizium enthält; Indiumoxid, das Zink enthält; Zinkoxid; Zinkoxid, das Gallium enthält; Zinkoxid, das Aluminium enthält; Zinnoxid; Zinnoxid, das Fluor enthält; Zinnoxid, das Antimon enthält; Graphen oder dergleichen. Der lichtdurchlässige leitende Film ist nicht auf eine Einzelschicht beschränkt, und kann eine gestapelte Struktur einschließlich unterschiedlicher Filme aufweisen. Beispielsweise kann eine gestapelte Schicht von Indiumzinnoxid und Zinnoxid, das Antimon enthält, eine gestapelte Schicht von Indiumzinnoxid und Zinnoxid, das Fluor enthält, usw. verwendet werden. Der lichtdurchlässige leitende Film kann durch ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Die gesamte Dicke ist vorzugsweise größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 1000 nm. Zum Beispiel wird der lichtdurchlässige leitende Film 150 unter Verwendung von Indiumzinnoxid ausgebildet, und die Dicke davon wird auf 70 nm eingestellt, um den optischen Reflexionsgrad zu reduzieren.
  • Als Nächstes wird die erste Elektrode 170 über dem lichtdurchlässigen leitenden Film 150 ausgebildet (siehe 9C). Die erste Elektrode 170 ist eine Gitterelektrode und wird vorzugsweise auf eine solche Weise ausgebildet, dass ein leitendes Harz wie z. B. eine Silberpaste, eine Kupferpaste, eine Nickelpaste, eine Molybdänpaste oder eine Aluminiumpaste durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht und gebacken wird. Ferner kann die erste Elektrode 170 eine gestapelte Schicht von verschiedenen Materialien sein, wie z. B. eine gestapelte Schicht von einer Silberpaste und einer Kupferpaste. Außerdem kann das leitende Harz durch ein Dispenserverfahren oder ein Tintenstrahlverfahren aufgebracht werden.
  • Weiterhin kann ein Schritt des Ausbildens des lichtdurchlässigen leitenden Films 150 weggelassen werden, um eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 6B auszubilden.
  • Des Weiteren kann ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm als die Passivierungsschicht 180 mit Öffnungen zwischen dem Schritt von 8A und dem Schritt von 8B vorgesehen werden, um eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 7A oder 7B auszubilden. Die Passivierungsschicht 180 kann durch ein thermisches Oxidationsverfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Reihenfolge der Schritte, die in 8A bis 8C und 9A bis 9C gezeigt sind, soweit angemessen geändert werden kann.
  • Auf diese Weise wird die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet.
  • Diese Ausführungsform kann frei mit einer der anderen Ausführungsformen und einem Beispiel kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausrührungsform werden eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, deren Struktur anders als die Strukturen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen bei der Ausführungsform 2 ist, und ein Verfahren zum Herstellen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung anhand von 10, 11, 12, 13, 14A bis 14C und 15A bis 15C beschrieben. Es sei angemerkt, dass ausführliche Beschreibung über Teile, die denjenigen bei der Ausführungsform 2 ähnlich sind, bei dieser Ausführungsform weggelassen wird.
  • 10 ist eine Querschnittansicht einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung beinhaltet ein Siliziumsubstrat 200; eine erste Siliziumhalbleiterschicht 201, eine Oxidhalbleiterschicht 210, einen lichtdurchlässigen leitenden Film 250 und eine erste Elektrode 270, die über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 200 ausgebildet sind; und eine zweite Siliziumhalbleiterschicht 202, eine dritte Siliziumhalbleiterschicht 203 und eine zweite Elektrode 290, die über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 200 ausgebildet sind. Es sei angemerkt, dass die erste Elektrode 270 eine Gitterelektrode ist und die Oberfläche, auf der die erste Elektrode 270 ausgebildet ist, als eine lichtempfangende Oberfläche dient.
  • Die Oxidhalbleiterschicht 210 kann unter Verwendung des gleichen Materials wie die Oxidhalbleiterschicht 110 mit P-Typ-Leitfähigkeit, das bei den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben worden ist, ausgebildet werden.
  • Beispielsweise kann ein Oxidhalbleiter, der Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält, verwendet werden.
  • In konventionellen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen wird eine Fensterschicht unter Verwendung eines Siliziummaterials ausgebildet; somit ist die Lichtabsorption in der Fensterschicht ein schwerer Verlust. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein lichtdurchlässiges Metalloxid für eine Fensterschicht der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung verwendet, wodurch Lichtabsorptionsverlust in der Fensterschicht verringert wird und photoelektrische Umwandlung in einem Lichtabsorptionsbereich effizient durchgeführt werden kann.
  • Ferner zeigt 10 ein Beispiel für eine Texturstruktur, bei der eine Deckfläche und eine Grundfläche des Siliziumsubstrats 200 verarbeitet worden sind, um Unebenheit aufzuweisen. An der Oberfläche, die verarbeitet worden ist, um die Texturstruktur aufzuweisen, wird einfallendes Licht der Mehrfachreflexion unterworfen, und das Licht läuft schräg in einen photoelektrischen Umwandlungsbereich ein; dadurch wird die optische Weglänge verlängert. Darüber hinaus kann ein so genannter Licht-Confinement-Effekt erfolgen, bei dem von der Grundfläche reflektiertes Licht an der Oberfläche totalreflektiert wird.
  • Es sei angemerkt, dass wie in 11 gezeigt eine Struktur verwendet werden kann, bei der nur die Deckfläche oder die Grundfläche des Siliziumsubstrats 200 verarbeitet worden ist, um Unebenheit aufzuweisen. Die Oberfläche des Siliziumsubstrats wird wegen der Unebenheit vergrößert; deshalb wird die absolute Menge an Oberflächendefekten vermehrt, während der oben angegebene optische Effekt erhalten werden kann. Infolgedessen kann unter Berücksichtigung der Balance zwischen dem optischen Effekt und der Menge an Oberflächendefekten ein Fachmann die Struktur bestimmen, so dass vorteilhaftere elektrische Eigenschaften erhalten werden können.
  • Alternativ kann eine Struktur wie in 12 verwendet werden, bei der die zweite Elektrode 290 auch eine Gitterelektrode ist und ein lichtdurchlässiger leitender Film 280 zwischen der dritten Siliziumhalbleiterschicht 203 und der zweiten Elektrode 290 vorgesehen ist, damit beide Oberflächen des Siliziumsubstrats 200 als lichtempfangende Oberflächen dienen.
  • Ferner kann eine Struktur wie in 13 verwendet werden, bei der die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 nicht vorgesehen ist und das Siliziumsubstrat 200 und die Oxidhalbleiterschicht 210 in direktem Kontakt miteinander stehen. Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, hat die Oxidhalbleiterschicht, die für die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werde kann, einen hohen Passivierungseffekt auf die Siliziumoberfläche, so dass die lichtdurchlässige Halbleiterschicht vorteilhaft mit dem Siliziumsubstrat 200 verbunden werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung eine Struktur, bei der die Strukturen von 10, 11, 12 und 13 soweit angemessen kombiniert sind, aufweisen kann.
  • Als sowohl die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 als auch die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 kann eine Halbleiterschicht, die Wasserstoff und wenige Defekte enthält, verwendet werden, so dass Defekte auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 200 abgeschlossen werden können. Die Halbleiterschicht wird vorzugsweise unter Verwendung eines amorphen Siliziumhalbleiters ausgebildet.
  • Als sowohl die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 als auch die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 kann beispielsweise eine I-Typ-Siliziumhalbleiterschicht verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird ein N-Typ-Siliziumsubstrat als das Siliziumsubstrat 200 verwendet; folglich kann eine P-Typ-Halbleiterschicht für sowohl die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 als auch die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung der Ausdruck „I-Typ-Halbleiter” nicht nur einen so genannten intrinsischen Halbleiter mit dem Ferminiveau, das in der Mitte der Bandlücke liegt, sondern auch einen Halbleiter, in dem die Konzentration eines Störstellenelements zum Verleihen der P-Typ- oder N-Typ-Leitfähigkeit 1 × 1018 Atome/cm–3 oder niedriger ist und in dem die Photoleitfähigkeit höher als die Dunkelleitfähigkeit ist, bezeichnet.
  • Ferner wird in dem Fall, in dem eine Siliziumhalbleiterschicht mit P-Typ-Leitfähigkeit als sowohl die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 als auch die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 verwendet wird, vorzugsweise eine P–-Typ-Siliziumhalbleiterschicht verwendet. In dem Fall, in dem eine P–-Typ-Siliziumhalbleiterschicht verwendet wird, hat die Halbleiterschicht eine Dunkelleitfähigkeit von 1 × 1010 S/cm bis 1 × 10–5 S/cm, bevorzugt 1 × 10–9 S/cm bis 1 × 10–6 S/cm, stärker bevorzugt 1 × 10–9 S/cm bis 1 × 10–7 S/cm.
  • Bei dieser Ausführungsform hat das Siliziumsubstrat 200 N-Typ-Leitfähigkeit, und die Oxidhalbleiterschicht 210 hat P-Typ-Leitfähigkeit. Infolgedessen wird ein P-N-Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 200 und der Oxidhalbleiterschicht 210 gebildet, wobei die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 dazwischen liegt.
  • Ferner hat die dritte Siliziumhalbleiterschicht 203 auf der Grundfläche des Siliziumsubstrats 200 die gleiche Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 200 und eine höhere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 200.
  • Infolgedessen wird ein N-N+-Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 200 und der dritten Siliziumhalbleiterschicht 203 gebildet, wobei die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 dazwischen liegt. Das heißt, dass die dritte Siliziumhalbleiterschicht 203 als eine BSF-Schicht dient. Wenn die BSF-Schicht vorgesehen ist, kann Rekombination von Minoritätsladungsträgern in der Nachbarschaft der zweiten Elektrode 290 durch die Potentialbarriere aufgrund der Bandverbiegung des N-N+-Übergangs verhindert werden.
  • Es sei angemerkt, dass ein lichtdurchlässiger leitender Film mit N-Typ-Leitfähigkeit als eine Alternative zu der dritten Siliziumhalbleiterschicht 203 verwendet werden kann. Für den lichtdurchlässigen leitenden Film kann das Folgende verwendet werden: Indiumzinnoxid; Indiumzinnoxid, das Silizium enthält; Indiumoxid, das Zink enthält; Zinkoxid; Zinkoxid, das Gallium enthält; Zinkoxid, das Aluminium enthält; Zinnoxid; Zinnoxid, das Fluor enthält; Zinnoxid, das Antimon enthält; Graphen oder dergleichen. Der obige lichtdurchlässige leitende Film ist nicht auf eine Einzelschicht beschränkt, und eine gestapelte Struktur einschließlich verschiedener Filme kann verwendet werden. Der lichtdurchlässige leitende Film dient nicht nur als eine Schicht zum Ausbilden eines elektrischen Felds sondern auch als ein Film zum Fördern der Reflexion von Licht, das die zweite Elektrode 290 erreicht.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in 10 gezeigt ist, anhand von 14A bis 14C und 15A bis 15C beschrieben.
  • Ein einkristallines Siliziumsubstrat oder ein polykristallines Siliziumsubstrat kann für das Siliziumsubstrat 200 verwendet werden, das bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Ein Verfahren zum Herstellen des kristallinen Siliziumsubstrats ist nicht besonders beschränkt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein einkristallines N-Typ-Siliziumsubstrat verwendet wird, dessen Oberfläche der (100)-Fläche entspricht und das durch ein magnetisches Czochralski-(MCZ-)Verfahren hergestellt wird.
  • Dann werden die Deckfläche und die Grundfläche des Siliziumsubstrats 200 verarbeitet, um eine Texturstruktur aufzuweisen (siehe 14A). Für ein Verfahren zum Verarbeiten des Unebenheit aufweisenden Siliziumsubstrats 200 kann es sich auf die Beschreibung über den Schritt von Verarbeiten des Unebenheit aufweisenden Siliziumsubstrats 100 bei der Ausführungsform 2, der in 8A dargestellt ist, beziehen.
  • Als Nächstes wird nach einer geeigneten Reinigung die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 über der Grundfläche des Siliziumsubstrats 200, die der lichtempfangenden Oberfläche gegenüberliegt, durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Die Dicke der zweiten Siliziumhalbleiterschicht 202 ist bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm. Bei dieser Ausführungsform ist die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 amorphes I-Typ-Silizium und hat eine Dicke von 5 nm. Es sei angemerkt, dass mikrokristallines Silizium für die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 verwendet werden kann. Die Leitfähigkeit der zweiten Siliziumhalbleiterschicht 202 ist nicht auf einen I-Typ beschränkt und kann ein N–-Typ sein.
  • Die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 kann beispielsweise unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Monosilan bei einer Durchflussmenge von größer als oder gleich 5 sccm und kleiner als oder gleich 200 sccm wird in eine Reaktionskammer eingeführt; der Druck innerhalb der Reaktionskammer wird auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa eingestellt; der Abstand zwischen Elektroden wird auf größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 40 mm eingestellt; die Leistungsdichte aufgrund der Fläche einer Kathodenelektrode wird auf höher als oder gleich 8 mW/cm2 und niedriger als oder gleich 120 mW/cm2 eingestellt; und die Substrattemperatur wird auf höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 300°C eingestellt.
  • Als Nächstes wird die dritte Siliziumhalbleiterschicht 203 über der zweiten Siliziumhalbleiterschicht 202 ausgebildet (siehe 14B). Die dritte Siliziumhalbleiterschicht 203 hat bevorzugt eine Dicke von größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm. Bei dieser Ausführungsform wird die dritte Siliziumhalbleiterschicht 203 unter Verwendung von mikrokristallinem oder amorphem N+-Typ-Silizium ausgebildet und hat eine Dicke von 10 nm.
  • Die dritte Siliziumhalbleiterschicht 203 kann beispielsweise unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Monosilan und auf Wasserstoff basiertes Phosphin (0,5%) mit einem Durchflussverhältnis von 1:1 bis 15 werden in eine Reaktionskammer eingeführt; der Druck innerhalb der Reaktionskammer wird auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa eingestellt; der Abstand zwischen Elektroden wird auf größer als oder gleich 10 mm und kleiner als oder gleich 40 mm eingestellt; die Leistungsdichte aufgrund der Fläche einer Kathodenelektrode wird auf höher als oder gleich 8 mW/cm2 und niedriger als oder gleich 120 mW/cm2 eingestellt; und die Substrattemperatur wird auf höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 300°C eingestellt.
  • Als Nächstes wird die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 über der Oberfläche des Siliziumsubstrats 200 auf der lichtempfangenden Oberflächenseite durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet (siehe 14C). Die Dicke der ersten Siliziumhalbleiterschicht 201 ist bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 amorphes I-Typ-Silizium und hat eine Dicke von 5 nm. Es sei angemerkt, dass mikrokristallines Silizium für die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 verwendet werden kann. Die Leitfähigkeit der ersten Siliziumhalbleiterschicht 201 ist nicht auf I-Typ beschränkt und kann P–-Typ sein. Es sei angemerkt, dass die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 unter Bendingungen ausgebildet werden kann, die denjenigen beim Ausbilden der dritten Siliziumhalbleiterschicht 203 ähnlich sind.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 eine P–-Typ-Siliziumhalbleiterschicht ist, die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 beispielsweise unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden kann: Monosilan und auf Wasserstoff basiertes Diboran (0,1%) mit einem Durchflussverhältnis von 1:0,01 bis 1 (größer als oder gleich 0,01 und kleiner als 1) werden in eine Reaktionskammer eingeführt; der Druck innerhalb der Reaktionskammer wird auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa eingestellt; der Abstand zwischen Elektroden wird auf größer als oder gleich 10 mm und kleiner als oder gleich 40 mm eingestellt; die Leistungsdichte aufgrund der Fläche einer Kathodenelektrode wird auf höher als oder gleich 8 mW/cm2 und niedriger als oder gleich 120 mW/cm2 eingestellt; und die Substrattemperatur wird auf höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 300°C eingestellt.
  • Es sei angemerkt, dass obwohl bei dieser Ausführungsform eine HF-Leistungsquelle mit einer Frequenz von 13,56 MHz als eine Leistungsquelle zum Ausbilden der ersten Siliziumhalbleiterschicht 201, der zweiten Siliziumhalbleiterschicht 202 und der dritten Siliziumhalbleiterschicht 203 verwendet wird, eine HF-Leistungsquelle mit einer Frequenz von 27,12 MHz, 60 MHz oder 100 MHz stattdessen verwendet werden kann. Zudem kann die Abscheidung nicht nur durch kontinuierliches Entladen, sondern auch durch gepulstes Entladen durchgeführt werden. Die Durchführung von Pulsentladen kann die Filmqualität verbessern und Teilchen, die in der Gasphase erzeugt werden, reduzieren.
  • Als Nächstes wird die Oxidhalbleiterschicht 210 über der ersten Siliziumhalbleiterschicht 201 ausgebildet (siehe 15A). Für ein Verfahren zum Ausbilden der Oxidhalbleiterschicht 210 kann man auf die Beschreibung über den Schritt von Ausbilden der Oxidhalbleiterschicht 110 bei der Ausführungsform 2, der in 9A dargestellt ist, Bezug nehmen. Bei dieser Ausführungsform wird die Oxidhalbleiterschicht 210 unter Verwendung eines Molybdänoxidfilms mit P-Typ-Leitfähigkeit ausgebildet und hat eine Dicke von 1 nm bis 100 nm. Es sei angemerkt, dass die Oxidhalbleiterschicht 210 derart ausgebildet wird, dass sie eine höhere Ladungsträgerkonzentration als die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 aufweist.
  • Dann wird der lichtdurchlässige leitende Film 250 über der Oxidhalbleiterschicht 210 ausgebildet (siehe 15B). Hierbei ist die Dicke des lichtdurchlässigen leitenden Films 250 vorzugsweise größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 1000 nm. Für ein Verfahren zum Ausbilden des lichtdurchlässigen leitenden Films 250 kann man auf die Beschreibung über den Schritt von Ausbilden des lichtdurchlässigen leitenden Films 150 bei der Ausführungsform 2, der in 9B dargestellt ist, Bezug nehmen. Zum Beispiel wird der lichtdurchlässige leitende Film 250 unter Verwendung von Indiumzinnoxid ausgebildet und hat eine Dicke von 70 nm, um den optischen Reflexionsgrad zu reduzieren.
  • Es sei angemerkt, dass die Ausbildungsreihenfolge der Filme, die auf der Deckfläche und der Grundfläche des Siliziumsubstrats 200 vorgesehen sind, nicht auf die oben angegebene Reihenfolge beschränkt ist, solange die in 15B gezeigte Struktur erhalten werden kann. Beispielsweise kann die zweite Siliziumhalbleiterschicht 202 ausgebildet werden, und dann kann die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 ausgebildet werden.
  • Als Nächstes wird die zweite Elektrode 290 über der dritten Siliziumhalbleiterschicht 203 ausgebildet. Die zweite Elektrode 290 kann unter Verwendung von einem niederohmigen Metall wie z. B. Silber, Aluminium oder Kupfer durch ein Sputterverfahren, ein Vakuumverdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Alternativ kann ein Siebdruckverfahren verwendet werden, um die zweite Elektrode 290 aus einem leitenden Harz wie z. B. einer Silberpaste oder einer Kupferpaste auszubilden.
  • Als Nächstes wird die erste Elektrode 270 über dem lichtdurchlässigen leitenden Film 250 ausgebildet (siehe 15C). Die erste Elektrode 270 ist eine Gitterelektrode und wird vorzugsweise unter Verwendung eines leitenden Harzes wie z. B. einer Silberpaste, einer Kupferpaste, einer Nickelpaste oder einer Molybdänpaste durch ein Siebdruckverfahren ausgebildet. Ferner kann die erste Elektrode 270 eine gestapelte Schicht von unterschiedlichen Materialien sein, wie z. B. eine gestapelte Schicht von einer Silberpaste und einer Kupferpaste.
  • Es sei angemerkt, dass vor einem Prozess zum Ausbilden der Unebenheit eine Photolackmaske oder dergleichen auf einer Oberfläche, wo die Unebenheit nicht ausgebildet wird, vorgesehen sein kann, um eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 11 auszubilden.
  • Um ferner eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 12 auszubilden, kann in dem Schritt von 156 der lichtdurchlässige leitende Film 280 über der dritten Siliziumhalbleiterschicht 203 ausgebildet werden, und danach können als Gitterelektroden die erste Elektrode 270 und die zweite Elektrode 290 über dem lichtdurchlässigen leitenden Film 250 bzw. dem lichtdurchlässigen leitenden Film 280 vorgesehen sein.
  • Außerdem kann eine Struktur, bei der die erste Siliziumhalbleiterschicht 201 in dem Schritt von 14C nicht vorgesehen ist, verwendet werden, um eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 13 auszubilden.
  • Auf diese Weise kann die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, bei der die Oxidhalbleiterschicht als eine Fensterschicht verwendet wird und die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, hergestellt werden.
  • Diese Ausführungsform kann frei mit einer der anderen Ausführungsformen und einem Beispiel kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausrührungsform werden photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen, deren Strukturen anders als die Strukturen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen bei den Ausführungsformen 2 und 3 sind, anhand von 16A und 16B, 17A und 17B und 18A bis 18C beschrieben. Es sei angemerkt, dass ausführliche Beschreibung über Teile, die denjenigen bei den Ausführungsformen 2 und 3 ähnlich sind, bei dieser Ausführungsform weggelassen wird.
  • 16A ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel für eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zeigt. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung beinhaltet ein Siliziumsubstrat 300 und beinhaltet ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 300 eine Siliziumoxidschicht 311, eine Oxidhalbleiterschicht 310 über der Oberfläche des Siliziumsubstrats 300, wobei die Siliziumoxidschicht 311 dazwischen liegt, einen lichtdurchlässigen leitenden Film 350 über der Oxidhalbleiterschicht 310 und eine erste Elektrode 370 in Kontakt mit dem lichtdurchlässigen leitenden Film 350. Weiterhin beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 300 einen Störstellenbereich 330 und eine zweite Elektrode 390 in Kontakt mit dem Störstellenbereich 330. Es sei angemerkt, dass die erste Elektrode 370 eine Gitterelektrode ist und die Oberfläche auf der mit der ersten Elektrode 370 versehenen Seite als eine lichtempfangende Oberfläche dient.
  • Für die Oxidhalbleiterschicht 310 kann ein bei anderen Ausführungsformen beschriebener Oxidhalbleiter, der P-Typ-Leitfähigkeit hat und Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält, verwendet werden. Beispielsweise wird Molybdänoxid, das Molybdäntrioxid (MoO3) und Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält, verwendet. Molybdänoxid ist bevorzugt, da es in der Luft stabil ist, eine niedrige hygroskopische Eigenschaft hat und leicht gehandelt wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Siliziumsubstrat mit N-Typ-Leitfähigkeit als das Siliziumsubstrat 300 verwendet. Ferner hat die Oxidhalbleiterschicht 310 wie oben beschrieben P-Typ-Leitfähigkeit. Somit wird ein P-N-Übergang mit einer Halbleiter-Isolator-Halbleiter-(semiconductor-insulator-semiconductor: SIS-)Struktur zwischen dem Siliziumsubstrat 300 und der Oxidhalbleiterschicht 310 gebildet.
  • Der lichtdurchlässige leitende Film 350 wird vorzugsweise über der Oxidhalbleiterschicht 310 ausgebildet. Durch das Vorsehen des lichtdurchlässigen leitenden Films 350 kann Widerstandsverlust zwischen der Oxidhalbleiterschicht 310 und der ersten Elektrode 370 verringert werden. Jedoch kann eine Struktur, bei der der lichtdurchlässige leitende Film 350 nicht vorgesehen ist, verwendet werden, in dem Fall, in dem der Widerstand der Oxidhalbleiterschicht 310 ausreichend niedrig ist oder in dem Fall, in dem die hergestellte photoelektrische Umwandlungsvorrichtung für Anwendungen mit einem kleinen Strom, die von dem Stromverlust wegen des Widerstands nicht beeinflusst werden, verwendet wird.
  • Das gleiche Material wie der lichtdurchlässige leitende Film 150, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, kann für den lichtdurchlässigen leitenden Film 350 verwendet werden.
  • Der Störstellenbereich 330 ist eine BSF-Schicht, hat die gleiche Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 300 und ist ein Bereich, der eine höhere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 300 hat. Durch das Vorsehen der BSF-Schicht wird ein N-N+-Übergang gebildet, und Rekombination von Minoritätsladungsträgern in der Nachbarschaft der zweiten Elektrode 390 durch die Potentialbarriere aufgrund der Bandverbiegung kann verhindert werden.
  • Ferner kann wie in 16B gezeigt eine Texturstruktur eingesetzt werden, bei der das Siliziumsubstrat 300 verarbeitet worden ist, um Unebenheit aufzuweisen. Die Texturstruktur auf der lichtempfangenden Oberflächenseite kann Reflexionsverlust an der Oberfläche verringern, da einfallendes Licht der Mehrfachreflexion unterworfen wird. Außerdem tritt Licht bei der Texturstruktur schräg in einen photoelektrischen Umwandlungsbereich wegen der Brechungsindizes des Siliziumsubstrats in dem photoelektrischen Umwandlungsbereich ein. Deshalb wird die optische Weglänge verlängert und Reflexion zwischen der Deckfläche und der Grundfläche des photoelektrischen Umwandlungsbereichs wird wiederholt, wodurch ein Licht-Confinement-Effekt erfolgen kann. Die Texturstruktur kann wie in 16B gezeigt an beiden Oberflächen, oder entweder an der Deckfläche oder der Grundfläche des Siliziumsubstrats vorgesehen sein.
  • Für die Siliziumoxidschicht 311 können Siliziumdioxid (SiO2), Siliziummonooxid (SiO), Siliziumoxid (SiO, (x > 0)) wie z. B. Siliziumoxid, in dem Siliziumdioxid und Silizium gemischt sind, und eine Verbindung von Silizium, Sauerstoff und einem Metall, das in der Oxidhalbleiterschicht 310 enthalten ist, verwendet werden. Die Siliziumoxidschicht 311 kann durch Oxidation oder Abscheidung unter Verwendung eines elektrischen Ofens, einer Plasma-CVD-Einrichtung, einer Plasmabehandlungseinrichtung oder dergleichen erhalten werden. Alternativ kann die Siliziumoxidschicht 311 derart ausgebildet werden, dass das Siliziumsubstrat 300 und die Oxidhalbleiterschicht 310 unter Verwendung von Wärme, Infrarotstrahlen, Energie beim Ausbilden der Oxidhalbleiterschicht 310 oder dergleichen miteinander reagieren. Es sei angemerkt, dass die Siliziumoxidschicht 311 einen Widerstand aufweisen kann, der auf dem gleichen Niveau wie ein Halbleiter liegt.
  • Die Dicke der Siliziumoxidschicht 311 kann 0,5 nm bis 10 nm sein. Da die Siliziumoxidschicht 311 in einem P-N-Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 300 und der Oxidhalbleiterschicht 310 ausgebildet wird, ist die Siliziumoxidschicht 311 vorzugsweise ein äußerst dünner Film, durch den ein Tunnelstrom fließt. Außerdem fungiert die Siliziumoxidschicht 311 als eine Pufferschicht, um Gitterfehlanpassung in einem Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 300 und der Oxidhalbleiterschicht 310 zu reduzieren.
  • 17A und 17B sind schematische Ansichten von Energiebandstrukturen englang der A-B-Richtung in 16A. Hierbei wird beispielsweise einkristallines Silizium mit N-Typ-Leitfähigkeit als das Siliziumsubstrat 300 verwendet, Molybdänoxid, das MoO3 und MoOy(2 < y < 3) enthält und P-Typ-Leitfähigkeit aufweist, wird als die Oxidhalbleiterschicht 310 verwendet, Siliziumoxid (SiOx(x > 0)) wird als die Siliziumoxidschicht 311 verwendet und einkristallines N+-Typ-Silizium, zu dem Phosphor als ein Störstellenelement mit hoher Konzentration zugesetzt worden ist, als der Störstellenbereich 330 verwendet. In 17A und 17B ist ein Energieniveau 312 in der Bandlücke der Oxidhalbleiterschicht 310 dem Lückenniveau ähnlich, das in XPS-Spektren in 2 als der Peak 112 detektiert wird.
  • Wie in 17A gezeigt ist die Siliziumoxidschicht 311 in einem P-N-Übergang zwischen der P-Typ-Oxidhalbleiterschicht 310 und dem N-Typ-Siliziumsubstrat 300 ausgebildet, so dass eine Potentialbarriere auf der Leitungsbandseite, auf die Elektronen übertragen werden, und auf der Valenzbandseite, auf die Löcher übertragen werden, ausgebildet wird. Die Potentialbarriere auf der Leitungsbandseite für Elektronen, die Majoritätsladungsträger in dem N-Typ-Siliziumsubstrat 300 sind, ist eine Potentialbarriere wegen der Bandverbiegung in einem Verarmungsbereich des N-Typ-Siliziumsubstrats 300, welche den Diffusionsstrom oder den thermischen Auslösestrom als eine Diode in dem P-N-Übergang reduzieren kann und die Ausgangsspannung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung verbessern kann.
  • Andererseits kann in 17A die Potentialbarriere auf der Valenzbandseite für Löcher, die Minoritätsladungsträger in dem N-Typ-Siliziumsubstrat 300 sind, wegen der Siliziumoxidschicht 311 als eine Potenzialbarriere dienen, wenn durch Lichtabsorption in dem N-Typ-Siliziumsubstrat 300, das eine Photoumwandlungsschicht ist, angeregte Elektron-Loch-Paare ausgebildet werden und dann die Löcher fortbewegt werden; somit kann Eintritt eines Photostroms verhindert werden. Dennoch wird die Siliziumoxidschicht 311 mittels eines äußerst dünnen Films ausgebildet, wodurch ein Tunnelstrom oder ein Leckstrom erzeugt werden kann. Folglich können die Löcher dank des Tunnelstroms oder des Leckstroms in die Potentialbarriere einfließen und können als ein Strom extrahiert werden, auch in dem Fall, in dem sich die Potentialbarriere auf der Leitungsbandseite aufgrund der Siliziumoxidschicht 311 befindet, wenn durch Lichtabsorption in dem N-Typ-Siliziumsubstrat 300, das eine Photoumwandlungsschicht ist, angeregte Elektron-Loch-Paare ausgebildet werden. Weiterhin kann in dem Fall, in dem ein Tunnelstrom, der durch die Potentialbarriere der Siliziumoxidschicht 311 fließt, eine Funktionsweise einer Vorrichtung ist, eine Verringerung der Ausgabe aufgrund eines Temperaturanstiegs der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der Sonnenstrahlung und eines Lufttemperaturanstiegs reduziert werden, da der Tunnelstrom geringe Temperaturabhängigkeit hat.
  • Durch das Energieniveau 312 in der Energiebandlücke der Oxidhalbleiterschicht 310 kann ein Strom, bei dem Löcher Ladungsträger sind, fließen. Außerdem dient das Energieniveau 312 als ein Energieband des Valenzbands der Oxidhalbleiterschicht 310, so dass P-Typ-Leitfähigkeit verliehen wird.
  • Ferner ist 17B ein Banddiagramm, in dem die Siliziumoxidschicht 311 unter Verwendung von Siliziumoxid (SiOx(x > 0)) ausgebildet ist. Wie in der Zeichnung gezeigt wird ein Energieniveau in der Bandlücke der Siliziumoxidschicht 311 ausgebildet; somit kann ein Strom leicht extrahiert werden.
  • Als Nächstes werden Verfahren zum Herstellen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, die in 16A und 16B gezeigt sind, beschrieben. Die photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, die in 16A und 16B gezeigt sind, werden ausgebildet, wie bei der Ausführungsform 2 anhand von 8A bis 8C und 9A bis 9C beschrieben worden ist. Dann kann die Siliziumoxidschicht 311 vor oder gleichzeitig wie der/die Ausbildung der Oxidhalbleiterschicht 110, die anhand von 8C beschrieben worden ist, ausgebildet werden. Alternativ kann dann, nachdem die Oxidhalbleiterschicht 110 wie anhand von 8C beschrieben ausgebildet worden ist, die Siliziumoxidschicht 311 durch eine Reaktion an einer Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 110 und dem Siliziumsubstrat 100 ausgebildet werden.
  • Ferner kann die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur, die in 18A oder 18B gezeigt ist, aufweisen. Die in 18A und 18B gezeigten photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen beinhalten jeweils ein Siliziumsubstrat 300 und beinhalten jeweils ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 300 eine Siliziumoxidschicht 311, eine Oxidhalbleiterschicht 310 über der Siliziumoxidschicht 311, einen lichtdurchlässigen leitenden Film 350 über der Oxidhalbleiterschicht 310 und eine erste Elektrode 370 in Kontakt mit dem lichtdurchlässigen leitenden Film 350. Außerdem beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 300 einen Störstellenbereich 330 mit der gleichen Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 300, eine Passivierungsschicht 380 und eine zweite Elektrode 390 in Kontakt mit dem Störstellenbereich 330.
  • Für die Passivierungsschicht 380 kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid (SiNxOy(x > y > 0)), Siliziumoxynitrid (SiOxNy(x > y > 0)), Aluminiumoxid oder dergleichen verwendet werden. Das Vorsehen der Passivierungsschicht 380 ermöglicht, Rekombination von Minoritätsladungsträgern an der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 300 zu verringern, so dass die Ausgangsspannung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bei Leistungserzeugung verbessert werden kann. Außerdem kann unter Verwendung eines Materials, das einen niedrigeren Brechungsindex als das Siliziumsubstrat 300 hat, für die Passivierungsschicht 380 Reflexionsgrad an der Grundfläche des Siliziumsubstrats 300 vergrößert werden, und der Ausgangsstrom der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bei Leistungserzeugung kann verbessert werden.
  • Der Störstellenbereich 330 kann an der gesamten Grundfläche des Siliziumsubstrats wie in 18A gezeigt vorgesehen sein; alternativ kann der Störstellenbereich 330 nur in der Nachbarschaft der Öffnungen in der Passivierungsschicht 380 wie in 18B gezeigt vorgesehen sein. Durch das Vorsehen des Störstellenbereichs 330 kann die Minoritätsladungsträgerdichte verringert werden, aber die Oberflächenrekombinationsrate an der Grenzfläche zwischen dem Störstellenbereich 330 und der Passivierungsschicht 380 wird erhöht; das heißt, dass es einen Trade-off dazwischen gibt. Dadurch kann unter Berücksichtigung der Oberflächenrekombinationsrate in Abhängigkeit von dem Herstellungsprozess an der Grenzfläche zwischen dem Störstellenbereich 330 und der Passivierungsschicht 380 ein Fachmann die Struktur bestimmen, so dass vorteilhaftere elektrische Eigenschaften erhalten werden können.
  • Es sei angemerkt, dass die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung eine Struktur haben kann, bei der Strukturen von 16A und 16B und 18A und 18B soweit angemessen kombiniert sind.
  • Diese Ausführungsform kann frei mit einer der anderen Ausführungsformen und einem Beispiel kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 5)
  • Bei dieser Ausrührungsform werden photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen, deren Strukturen anders als die Strukturen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen bei den Ausführungsformen 2 bis 4 sind, anhand von 19A und 19B und 20A und 20B beschrieben. Es sei angemerkt, dass ausführliche Beschreibung über Teile, die denen bei den Ausführungsformen 2 bis 4 ähnlich sind, bei dieser Ausführungsform weggelassen wird.
  • 19A und 19B sind Querschnittansichten, die jeweils eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung beinhaltet ein Siliziumsubstrat 400 und beinhaltet ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 400 eine Siliziumoxidschicht 411, eine Oxidhalbleiterschicht 410, die über der Oberfläche des Siliziumsubstrats 400 ausgebildet ist, so dass die Siliziumoxidschicht 411 dazwischen liegt, einen lichtdurchlässigen leitenden Film 450 und eine erste Elektrode 470. Außerdem beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 400 eine erste Siliziumhalbleiterschicht 402, eine zweite Siliziumhalbleiterschicht 403 und eine zweite Elektrode 490. Es sei angemerkt, dass die erste Elektrode 470 eine Gitterelektrode ist und die Oberfläche auf der mit der ersten Elektrode 470 versehenen Seite als eine lichtempfangende Oberfläche dient.
  • Ferner zeigt 19B ein Beispiel für eine Texturstruktur, bei der die Deckfläche und die Grundfläche des Siliziumsubstrats 400 verarbeitet worden sind, um Unebenheit aufzuweisen. An der Oberfläche, die verarbeitet worden ist, um Unebenheit aufzuweisen, wird einfallendes Licht der Mehrfachreflexion unterworfen, und das Licht läuft schräg in einen photoelektrischen Umwandlungsbereich; dadurch wird die optische Weglänge verlängert. Darüber hinaus kann ein so genannter Licht-Confinement-Effekt erfolgen, bei dem auf der Grundfläche reflektiertes Licht von der Oberfläche totalreflektiert wird. Die Texturstruktur kann an beiden Oberflächen des Siliziumsubstrats 400, oder entweder an seiner Deckfläche oder seiner Grundfläche vorgesehen sein.
  • Für die Oxidhalbleiterschicht 410 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Oxidhalbleiter, der Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält und bei den anderen Ausführungsformen beschrieben worden ist, verwendet werden.
  • Die Siliziumoxidschicht 411 kann unter Verwendung des gleichen Materials wie die Siliziumoxidschicht 311, die bei der Ausführungsform 4 beschrieben worden ist, ausgebildet werden. Die Dicke der Siliziumoxidschicht 411 ist bevorzugt 0,5 nm bis 10 nm, stärker bevorzugt 0,5 nm bis 5 nm. Da die Siliziumoxidschicht 411 in einem P-N-Übergang ausgebildet ist, ist die Oxidschicht vorzugsweise ein äußerst dünner Film, durch den ein Tunnelstrom fließt. Außerdem fungiert die Siliziumoxidschicht 411 als eine Pufferschicht, um Gitterfehlanpassung in einem Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 400 und der Oxidhalbleiterschicht 410 zu reduzieren.
  • Die erste Siliziumhalbleiterschicht 402 und die zweite Siliziumhalbleiterschicht 403 können unter Verwendung der gleichen Materialien wie die erste Siliziumhalbleiterschicht 302 bzw. die zweite Siliziumhalbleiterschicht 303 ausgebildet werden, die bei der Ausführungsform 3 beschrieben worden sind. Beispielsweise kann eine I-Typ-Siliziumhalbleiterschicht oder eine Siliziumhalbleiterschicht mit einer Leitfähigkeit, die derjenigen des Siliziumsubstrats 400 entgegengesetzt ist, verwendet werden.
  • In konventionellen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen wird eine Fensterschicht unter Verwendung eines Siliziummaterials ausgebildet; somit ist die Lichtabsorption in der Fensterschicht ein schwerer Verlust. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein lichtdurchlässiges Metalloxid für eine Fensterschicht einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung verwendet, wodurch der durch Lichtabsorption verursachte Lichtverlust in der Fensterschicht verringert wird und photoelektrische Umwandlung in einem Lichtabsorptionsbereich effizient durchgeführt werden kann.
  • Ferner kann die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur in 20A oder 20B aufweisen. Die photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 20A und 20B beinhalten jeweils das Siliziumsubstrat 400 und beinhalten jeweils ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 400 eine dritte Siliziumhalbleiterschicht 401, die Siliziumoxidschicht 411 über der dritten Siliziumhalbleiterschicht 401, die Oxidhalbleiterschicht 410 über der Siliziumoxidschicht 411, den lichtdurchlässigen leitenden Film 450 und die erste Elektrode 470. Außerdem beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 400 die erste Siliziumhalbleiterschicht 402, die zweite Siliziumhalbleiterschicht 403 und die zweite Elektrode 490. Es sei angemerkt, dass die erste Elektrode 470 eine Gitterelektrode ist und die Oberfläche auf der mit der ersten Elektrode 470 versehenen Seite als eine lichtempfangende Oberfläche dient.
  • Die dritte Siliziumhalbleiterschicht 401 kann unter Verwendung einer Halbleiterschicht, die Wasserstoff und wenige Defekte enthält, ausgebildet werden, welche der bei der Ausführungsform 3 beschriebenen ersten Siliziumhalbleiterschicht 201 ähnlich ist, so dass Defekte auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 400 abgeschlossen werden können. Die Halbleiterschicht wird vorzugsweise unter Verwendung eines amorphen Siliziumhalbleiters ausgebildet.
  • Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 19B kann, wie bei der Ausführungsform 4 anhand von 17A und 17B und 18A und 18B beschrieben worden ist, ausgebildet werden. Die Siliziumoxidschicht 411 kann anstelle der ersten Siliziumhalbleiterschicht 201 in 17C vorgesehen sein.
  • Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 20B wird, wie bei der Ausführungsform 4 anhand von 17A und 17B und 18A und 18B beschrieben worden ist, ausgebildet. Die Siliziumoxidschicht 411 kann vor oder gleichzeitig wie der/die Ausbildung der Oxidhalbleiterschicht 210, die anhand von 18C beschrieben worden ist, ausgebildet werden. Alternativ kann die Siliziumoxidschicht 411 durch eine Reaktion an der Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 410 und dem Siliziumsubstrat 400 nach der Ausbildung der Oxidhalbleiterschicht 410 ausgebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung eine Struktur, bei der die Strukturen von 19A und 19B und 20A und 20B soweit angemessen kombiniert sind, aufweisen kann.
  • Diese Ausführungsform kann frei mit einer der anderen Ausführungsformen und einem Beispiel kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 6)
  • Bei dieser Ausrührungsform werden photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen, deren Strukturen anders als die Strukturen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen bei den Ausführungsformen 2 bis 5 sind, anhand von 21A und 21B und 22A und 22B beschrieben. Es sei angemerkt, dass ausführliche Beschreibung über Teile, die denen bei den Ausführungsformen 2 bis 5 ähnlich sind, bei dieser Ausführungsform weggelassen wird.
  • 21A ist eine Querschnittansicht einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung beinhaltet ein Siliziumsubstrat 500 und beinhaltet ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats eine Oxidhalbleiterschicht 510 und einen lichtdurchlässigen Dünnfilm 551. Außerdem beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 500 einen ersten Störstellenbereich 520, einen zweiten Störstellenbereich 530, eine erste Elektrode 570 und eine zweite Elektrode 590. Mit anderen Worten: die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung hat eine Rückkontaktstruktur, bei der die Elektroden und die Störstellenbereiche nur über der Grundfläche des Siliziumsubstrats vorgesehen sind. Es sei angemerkt, dass das Siliziumsubstrat 500 P-Typ-Leitfähigkeit oder N-Typ-Leitfähigkeit aufweisen kann. Des Weiteren dient der lichtdurchlässige Dünnfilm 551 als ein Antireflexfilm und kann wenn nötig vorgesehen sein.
  • Die Oxidhalbleiterschicht 510 über der Oberfläche des Siliziumsubstrats 500 kann einen Passivierungseffekt aufweisen, das heißt, einen Effekt, bei dem Rekombination von Ladungsträgern durch Bandverbiegung in der Nachbarschaft, wo die Oxidhalbleiterschicht 510 mit dem Siliziumsubstrat 500 verbunden ist, oder durch die Potentialbarriere der Oxidhalbleiterschicht 510 selbst unterdrückt wird. Ferner kann wie in 21B gezeigt eine Siliziumoxidschicht 511 durch eine Reaktion an einer Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 510 und dem Siliziumsubstrat 500 ausgebildet werden. Die Siliziumoxidschicht 511 ist an der Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 510 und dem Siliziumsubstrat 500 angeordnet, wodurch eine höhere Potentialbarriere ausgebildet wird, so dass ein höherer Passivierungseffekt erhalten werden kann. Folglich kann die Oxidhalbleiterschicht 510 als ein Passivierungsfilm an der Oberflächenseite der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit einer Rückkontaktstruktur verwendet werden.
  • Der lichtdurchlässige Dünnfilm 551 kann eine Einzelschicht oder eine gestapelte Schicht eines Siliziumoxidfilms, eines Siliziumnitridfilms, eines Siliziumnitridoxid-(SiNxOy(x > y > 0)) Films, eines Siliziumoxynitrid-(SiOxN(x > y > 0)) Films, eines Titanoxidfilms, eines Zinksulfidfilms oder eines Magnesiumfluoridfilms sein. Der lichtdurchlässige Dünnfilm 551 wird ausgebildet, um als ein Antireflexfilm zu dienen und wird somit ausgebildet, um optischen Reflexionsgrad zu verringern.
  • Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 22A beinhaltet das Siliziumsubstrat 500 mit einer Leitfähigkeit und beinhaltet ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 500 die Oxidhalbleiterschicht 510 mit einer Leitfähigkeit, die derjenigen des Siliziumsubstrats 500 entgegengesetzt ist, und den lichtdurchlässigen Dünnfilm 551 über der Oxidhalbleiterschicht 510. Außerdem beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 500 einen Störstellenbereich 540 mit der gleichen Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 500 und mit einer höheren Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 500, eine Passivierungsschicht 560 auf einer Wandfläche einer Öffnung, die das Siliziumsubstrat 500 durchdringt, die erste Elektrode 570, die durch die das Siliziumsubstrat 500 durchdringende Öffnung in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 510 steht, und die zweite Elektrode 590 in Kontakt mit dem Störstellenbereich 540.
  • Bei den in 22A und 22B gezeigten Strukturen hat die Oxidhalbleiterschicht 510 einen Passivierungseffekt wie bei den in 21A und 21B gezeigten Strukturen, das heißt, einen Effekt, bei dem Rekombination von Ladungsträgern an der Oberfläche des Siliziumsubstrats 500 unterdrückt wird, und hat auch eine Funktion als eine Bindungsschicht, die eine Bindung mit dem Siliziumsubstrat 500 ausbildet. Ferner kann die Siliziumoxidschicht 511 durch eine Reaktion an einer Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 510 und dem Siliziumsubstrat 500 ausgebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung eine Struktur, bei der Strukturen von 21A und 21B und 22A und 22B soweit angemessen kombiniert sind, aufweisen kann.
  • Diese Ausführungsform kann frei mit einer der anderen Ausführungsformen und einem Beispiel kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 7)
  • Bei dieser Ausrührungsform werden eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben.
  • Die photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, die in 16A und 16B gezeigt sind und bei der Ausführungsform 4 beschrieben worden sind, haben wie in dem Banddiagramm gezeigt (siehe 23) einen P-N-Übergang zwischen dem N-Typ-Siliziumsubstrat 300 und dem Molybdänoxidfilm, der die Oxidhalbleiterschicht 310 ist, die eine höhere Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat 300 und P-Typ-Leitfähigkeit hat. Ferner wird eine Potentialbarriere durch Bandverbiegung auf der Leitungsbandseite, auf die Elektronen übertragen werden, ausgebildet. Außerdem werden durch das Vorsehen der Siliziumoxidschicht 311 in dem P-N-Übergang Potentialbarrieren auf der Leitungsbandseite, auf die Elektronen übertragen werden, und auf der Valenzbandseite, auf die Löcher übertragen werden, ausgebildet. Die Siliziumoxidschicht 311 dient als eine Pufferschicht, um Gitterfehlanpassung in einer Bindung zwischen dem Siliziumsubstrat 300 und der Oxidhalbleiterschicht 310 zu reduzieren. Da die Potentialbarriere auf der Valenzbandseite erfolgt, von der ein Löcherstrom des Photostroms extrahiert wird, ist es zu bevorzugen, dass die Siliziumoxidschicht 311 ein äußerst dünner Film für Leitung des Tunnelstroms ist oder ein Leitfähigkeitsniveau als ein Halbleiter mit niedrigen Isoliereigenschaften hat. Wenn die Siliziumoxidschicht 311 niedrige Isoliereigenschaften hat, werden viele Energieniveaus 313 wie in der Zeichnung gezeigt in der Bandlücke ausgebildet; somit kann der Photostrom durch die Leitung über die Energieniveaus leicht extrahiert werden.
  • Durch das Energieniveau 312 in der Energiebandlücke des Molybdänoxidfilms können Löcher fortbewegt werden. Außerdem dient das Energieniveau 312 als ein Energieband des Valenzbands der Oxidhalbleiterschicht 310, damit der Molybdänoxidfilm P-Typ-Leitfähigkeit aufweisen kann.
  • Ferner ist ein Ionisierungspotential eines Molybdänoxidfilms, der Molybdäntrioxid (MoO3) und mit ca. 10% der gesamten Zusammensetzung Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält, ca. 6,4 eV, und die Austrittsarbeit ist ca. 5,7 eV bis 6,1 eV. Deshalb kann wie oben beschrieben eine hohe Potentialbarriere 301a auf der Leitungsbandseite ausgebildet werden. Die Potentialbarriere 301a in einem Gleichgewichtszustand ist in dem Fall, in dem Molybdänoxid mit der oben angegebenen Struktur und ein N-Typ-Siliziumsubstrat mit einem elektrischen Widerstand von ca. 1 Ω·cm verwendet werden, ca. 1,4 eV bis 1,8 eV, und eine effektive Barrierehöhe unter Berücksichtigung der höchsten Kapazität der Verarmungsschicht ist ca. 0,66 eV. Dementsprechend ist es unwahrscheinlich, dass ein thermischer Auslösestrom 302a aufgrund von Elektronen fließt, der wie in 24 gezeigt zu einer Komponente des Diodenstroms wird. Andererseits ist eine Potentialbarriere 301b auf der Valenzbandseite ca. 0,19 eV bis 0,59 eV; das heißt, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Diffusionsstrom 302b aufgrund von Löchern fließt.
  • Im Allgemeinen kann durch die Steuerung des Diodenstroms theoretisch eine hohe Leerlaufspannung (Voc) erhalten werden. Die Beziehung zwischen dem Diodenstrom und der Leerlaufspannung (Voc) kann durch die folgende Formel 1 einfach dargestellt werden. Hier bezeichnen k, T, q, IL, und Id0 Boltzmann-Konstante, Temperatur, Elementarladung, Photostrom bzw. Sättigungsstrom (oder auch als Basisstrom bezeichnet) in dem Diodenstrom. [Formel 1]
    Figure 00600001
  • In den photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen mit den Strukturen in 16A und 16B ist der Diffusionsstrom aufgrund von Löchern, der eine Komponente des Diodenstroms ist, groß und somit ist eine Aufgabe, den Diffusionsstrom aufgrund von Löchern zu unterdrücken, um die Leerlaufspannung zu erhöhen.
  • 25A ist eine Querschnittansicht einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung beinhaltet ein N-Typ-Siliziumsubstrat 600 und beinhaltet ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 eine Siliziumoxidschicht 611, eine Oxidhalbleiterschicht 610 mit P-Typ-Leitfähigkeit über der Siliziumoxidschicht 611, einen lichtdurchlässigen leitenden Film 650 auf der Oxidhalbleiterschicht 610 und eine erste Elektrode 670 auf dem lichtdurchlässigen leitenden Film 650. Weiterhin beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 eine zweite Elektrode 691. Es sei angemerkt, dass die erste Elektrode 670 eine Gitterelektrode ist und eine Oberfläche auf der mit der ersten Elektrode 670 versehenen Seite als eine lichtempfangende Oberfläche dient. Es sei angemerkt, dass die Siliziumoxidschicht 611 nicht notwendigerweise vorgesehen ist.
  • Die in 25A gezeigte photoelektrische Umwandlungsvorrichtung hat keinen Störstellenbereich, den die photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 16A und 16B als eine BSF-Schicht aufweisen. Das Material für die zweite Elektrode 390 der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 16A und 16B ist anders als dasjenige für die zweite Elektrode 691 der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung in 25A. Abgesehen von dem Obigen kann die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 25A gleich wie jede der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 16A und 16B sein.
  • Ein Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als Silizium kann für die zweite Elektrode 691 verwendet werden. Außerdem ist die Austrittsarbeit der zweiten Elektrode 691 bevorzugt 4,6 eV oder niedriger, stärker bevorzugt 4,2 eV oder niedriger. Die zweite Elektrode enthält vorzugsweise ein oder mehrere Leiter- oder Halbleitermaterialien, das/die aus Mg, MgO, MgAg, MgIn, AlLi, BaO, SrO, CaO, GdB, YB6, LaB6, Y, Hf, Nd, La, Ce, Sm, Ca und Gd ausgewählt wird/werden. Alternativ kann die zweite Elektrode 691 eine Struktur aufweisen, bei der ein oder mehrere Leiter- oder Halbleitermaterialien mit einem niederohmigen Material wie z. B. Al oder Ag gestapelt ist/sind. Außerdem umfassen Beispiele für das Material mit einer niedrigen Austrittsarbeit K, Rb, Sr, Ba, Eu, Lu, Th, U und dergleichen.
  • Unter Verwendung eines solchen Materials für die zweite Elektrode 691 kann die Bandstruktur in 26 erhalten werden. Zusätzlich zu Potentialbarrieren 601a und 601b, die an den Grenzflächen zu der Siliziumoxidschicht 611 ausgebildet werden, kann eine Potentialbarriere 601c für Löcher auch an der Grenzfläche zu der zweiten Elektrode 691 ausgebildet werden. Daher können hohe Potentialbarrieren für Löcher aufgrund der Potentialbarrieren 601b und 601c erhalten werden. Somit kann ein Diffusionsstrom 602b aufgrund von Löchern wie in 27 gezeigt unterdrückt werden. Das heißt, dass ein Diodenstrom entsprechend der Summe eines thermischen Diffusionsstroms 602a aufgrund von Elektronen und des Diffusionsstroms 602b aufgrund von Löchern unterdrückt werden kann, und eine hohe Leerlaufspannung erhalten werden kann. Es sei angemerkt, dass die Potentialbarriere 601c für Löcher eine Potentialbarriere ist, die durch Bandverbiegung in einer Richtung gebildet wird, bei der Extraktion des Photostroms, der in der dem Diodenstrom entgegengesetzten Richtung fließt, als ein Strom in der ersten Elektrode 670 und der zweiten Elektrode 691 nicht behindert wird. Ferner entsprechen Energieniveaus 612 und 613, die in 26 gezeigt sind, den Energieniveaus 312 und 313, die in 23 gezeigt sind.
  • Wie in 33A und 33B gezeigt kann ein Halbleiterbereich 692, der eine niedrigere Austrittsarbeit als Silizium hat, zwischen der zweiten Elektrode 691 und dem Siliziumsubstrat 600 ausgebildet sein. Die Austrittsarbeit des Halbleiterbereichs 692 ist bevorzugt 4,6 eV oder niedriger, stärker bevorzugt 4,2 eV oder niedriger. Beispielsweise kann der Halbleiterbereich 692 unter Verwendung zumindest eines von Halbleitermaterialien, das MgO, BaO, SrO, CaO und dergleichen ausgewählt wird, ausgebildet werden. Zu dieser Zeit wird die zweite Elektrode 691 vorzugsweise unter Verwendung eines Leiters von dem oben angegeben Material mit einer niedrigen Austrittsarbeit ausgebildet. Jedoch wird die zweite Elektrode 691 nicht notwendigerweise unter Verwendung eines Materials mit einer niedrigen Austrittsarbeit ausgebildet und kann ein Metall mit einem niedrigen Widerstand wie z. B. Al oder Ag sein.
  • Der Diffusionsstrom (Id,p) aufgrund von Löchern in einer allgemeinen Diode wie die photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 16A und 16B wird theoretisch durch die folgenden Formeln 2 und 3 dargestellt.
  • [Formel 2]
    • Id,p = Id0,p(exp[qV/kT] – 1)
  • [Formel 3]
    Figure 00630001
  • Ferner wird der Diffusionsstrom aufgrund von Löchern in der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung in 25A durch Formel 4 dargestellt. [Formel 4]
    Figure 00630002
  • Hier ist Id,p ein Diffusionsstrom aufgrund von Löchern; Id0,p ist ein Sättigungsstrom in dem Diffusionsstrom aufgrund von Löchern; q ist eine Elementarladung; A ist eine Fläche; Dp ist ein Löcherdiffusionskoeffizient; Lp ist eine Löcherdiffusionslänge; Pn0 ist eine Löcherdichte in einem N-Typ-Siliziumsubstrat in einem Gleichgewichtszustand; Wn ist eine Dicke des N-Typ-Siliziumsubstrats; LB ist eine Bandverbiegungsbreite an einer Grundfläche; In→m ist ein Löcherstrom, der durch die Valenzbandbarriere auf der Grundfläche des Siliziumsubstrats fließt; V ist ein Potentialunterschied zwischen der Oxidhalbleiterschicht und dem Siliziumsubstrat; k ist eine Boltzmann-Konstante; und T ist eine Temperatur.
  • Formel 4 kann durch Lösen einer Stromkontinuitätsgleichung unter einer Randbedingung erlangt, dass der Löcherstrom 602c (siehe 27), der die Löcherbarriere des Valenzbands auf der Grundflächenseite des Siliziumsubstrats durchquert, auf eingestellt wird.
  • Es ist nicht leicht, eine richtige Lösung des In→m, das der Löcherstrom 602c in Formel 4 ist, zu erzielen; dennoch kann ein annähernder Wert erhalten werden. Das kann als die Summe von Änderungsbeträgen eines thermischen Auslösestroms In→m Thermonic aufgrund von Löchern, die Minoritätsladungsträger des N-Typ-Siliziumsubstrats sind, und eines Tunnelstroms In→m Tunnel, der durch die Potentialbarriere des Valenzbands aufgrund der Bandverbiegung der Grundfläche fließt, betrachtet werden, wobei sich jeder Strom von dem Gleichgewichtszustand verändert. [Formel 5]
    Figure 00640001
  • Der thermische Auslösestrom In→m Thermonic (Pn, VB) aufgrund von Löchern wird derart erhalten, dass die Löcherverteilung in der Nachbarschaft der Grundfläche des Siliziumsubstrats durch Multiplizieren von Maxwell-Bolzman-Geschwindigkeitsverteilung mit der Löchergeschwindigkeit erhalten wird und dann der erhaltene Wert mit einer Geschwindigkeit integriert wird, die höher als eine Löchergeschwindigkeit ist, mit der Löcher die Löcherbarriere aufgrund der Bandverbiegung der Grundfläche überqueren können. Dies wird durch Formel 6 dargestellt.
  • [Formel 6]
    • I Thermonic / n→m(Pn,VB) = qApn(kT/2πmh*)1/2exp[–q(ϕn-m – VB)/kT]
  • Der Tunnelstrom In→m Tunnel (Pn, VB) aufgrund von Löchern, der durch die Potentialbarriere des Valenzbands aufgrund der Bandverbiegung der Grundfläche fließt, kann durch Multiplizieren von einem thermischen Emissionsstrom aufgrund von Löchern mit der Wahrscheinlichkeit, dass die Löcher durch die Potentialbarriere des Valenzbands fließt, und Integrieren der Formel erhalten werden, die durch Formel 7 dargestellt ist. Es ist schwer, die analytische Tunnelwahrscheinlichkeit der Potenzialbarriere des Valenzbands, die durch die Bandverbiegung der Grundfläche gebildet wird, zu erhalten. Jedoch kann Formel 7, die eine annähernde Lösung der Tunnelwahrscheinlichkeit ist, durch Berechnung mittels Wentzel-Kramers-Brillouin-Näherung erhalten werden, während Verbiegung des Bands als ein durch eine lineare Funktion angenähertes trianguläres Potential betrachtet wird. [Formel 7]
    Figure 00650001
  • Hier ist In→m Thermonic (Pn, VB) ein thermischer Auslösestrom aufgrund von Löchern, der durch die Valenzbandbarriere fließt, wenn die Tunnel Löcherladungsträgerdichte und das Potential Pn bzw. VB sind; In→m (Pn, VB) ist ein Löcherstrom, der durch die Valenzbandbarriere fließt, wenn die Löcherladungsträgerdichte und das Potential Pn bzw. VB sind; mh* ist effektive Masse von Löchern des Siliziumsubstrats; VB ist ein Potentialunterschied zwischen dem Siliziumsubstrat und der zweiten Elektrode; ϕn-m ist ein Unterschied der Austrittsarbeit zwischen dem Siliziumsubstrat und der zweiten Elektrode; und x ist eine Position in einer Filmdickenrichtung des Siliziumsubstrats.
  • sEs sei angemerkt, dass das zweite Glied der rechten Seite der Formel 4, die oben beschrieben worden ist, ein Glied zur Verringerung von Id0,p1 ist. Eine Beziehung hinsichtlich der Größe der Formel 8 wird gebildet; somit kann man sagen, dass das erste Glied der rechten Seite der Formel 4 einen kleineren Stromwert als Id0,p2 in Formel 3 darstellt. [Formel 8]
    Figure 00660001
  • Deshalb kann die Beziehung von Id0,p1 ≤ Id0,p2, wo der Sättigungsstromwert in Formel 4 kleiner als derjenige in Formel 3 ist, festgestellt werden. Folglich kann unter Verwendung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in 25A und 25B der Diffusionsstrom aufgrund von Löchern im Vergleich zu den Fällen von Verwendung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 16A und 16B unterdrückt werden. Darüber hinaus kann die Leerlaufspannung, wie man Formel 1 entnimmt, verbessert werden.
  • In der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Leerlaufspannung durch Unterdrücken des Diffusionsstroms aufgrund von Löchern und durch Erzeugen von Spannung nicht nur an der lichtempfangenden Oberfläche sondern auch an der anderen Oberfläche verbessert werden.
  • Ferner kann die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur in 25B aufweisen. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 25B hat eine Struktur, bei der ein Störstellenhalbleiterbereich 660 zu der Struktur der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung in 25A hinzugefügt ist. Durch Hinzufügung des Störstellenhalbleiterbereichs 660 kann die Bandverbiegungsbreite vergrößert werden und die Potentialbarriere 601c für Löcher kann erhöht werden, so dass der Diffusionsstrom 602b aufgrund von Löchern leicht gesteuert werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass der Störstellenhalbleiterbereich 660 ein Bereich mit einer niedrigeren Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 600 sein kann. Der Störstellenhalbleiterbereich 660 kann beispielsweise durch Zusetzen eines Störstellenelements, das die Leitfähigkeit, die derjenigen des Siliziumsubstrats 600 entgegengesetzt ist, verleiht, ausgebildet werden. Alternativ kann der Störstellenhalbleiterbereich 660 durch Ausbildung eines Siliziumfilms mit einer niedrigeren Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 600 ausgebildet werden. Es ist wünschenswert, dass die Dicke des Störstellenhalbleiterbereichs 660 kleiner als die Breite der Verarmungsschicht aufgrund der Bandverbiegung ist. Es ist zu bevorzugen, dass die Bandverbiegung in der gesamten Breite des Störstellenhalbleiterbereichs 660 erfolgt, da Extraktion des Photostroms nicht behindert wird.
  • Es sei angemerkt, dass der Störstellenhalbleiterbereich 660 eine Rückseitenfeld-(back surface field: BSF-)Schicht sein kann, die die gleiche Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat 600 hat und eine höhere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat 600 hat. Durch das Vorsehen der BSF-Schicht wird ein N-N+-Übergang oder ein P-P+-Übergang ausgebildet. Dementsprechend kann eine Potentialbarriere aufgrund einer Bandverbiegung ausgebildet werden. Außerdem wird eine Potentialbarriere aufgrund der Bandverbiegung, die durch die aus einem Material mit einer niedrigen Austrittsarbeit ausgebildete zweite Elektrode 691 verursacht wird, erhalten, und Rekombination von Minoritätsladungsträgern in der Nachbarschaft der zweiten Elektrode 691 kann unterdrückt werden, so dass der Diffusionsstrom aufgrund von Löchern unterdrückt werden kann.
  • Ferner kann die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung irgendwelche der Strukturen in 28A, 28B und 28C aufweisen. Die photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 28A, 28B und 28C beinhalten jeweils das Siliziumsubstrat 600 mit N-Typ-Leitfähigkeit und beinhalten jeweils ferner über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 die Oxidhalbleiterschicht 610 mit P-Typ-Leitfähigkeit, den lichtdurchlässigen leitenden Film 650 über der Oxidhalbleiterschicht 610 und die erste Elektrode 670 über dem lichtdurchlässigen leitenden Film 650. Weiterhin beinhaltet die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 die Passivierungsschicht 680 und die zweite Elektrode in Kontakt mit dem Siliziumsubstrat 600.
  • Die Passivierungsschicht 680 kann unter Verwendung eines Isolierfilms wie z. B. eines Siliziumoxidfilms, eines Siliziumnitridfilms, eines Siliziumnitridoxid-(SiNxOy(x > y > 0)) Films, eines Siliziumoxynitrid-(SiOxNy(x > y > 0)) Films oder eines Aluminiumoxidfilms ausgebildet werden. Das Vorsehen der Passivierungsschicht 680 ermöglicht, Rekombination von Minoritätsladungsträgern an der Grundfläche des Siliziumsubstrats 600 zu verringern, so dass die Ausgangsspannung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bei Leistungserzeugung verbessert werden kann. Außerdem kann unter Verwendung eines Films, der aus einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als das Substrat ausgebildet wird, als die Passivierungsschicht 680, Reflexionsgrad an der Grundfläche des Siliziumsubstrats vergrößert werden. Dadurch kann die Leeraufspannung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung wie oben beschrieben verbessert werden, und ferner kann auch der Ausgangsstrom bei Leistungserzeugung verbessert werden.
  • Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 28A hat eine Struktur, bei der das Siliziumsubstrat 600 in Kontakt mit der zweiten Elektrode 691 in den Öffnungen in der Passivierungsschicht 680 steht. Ferner hat die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 28B eine Struktur, bei der der Störstellenhalbleiterbereich 660 nur in der Nachbarschaft der Öffnungen in der Passivierungsschicht 680 vorgesehen ist und der Störstellenhalbleiterbereich 660 in Kontakt mit der zweiten Elektrode 691 in den Öffnungen steht. In der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 28B kann der Diffusionsstrom 602b aufgrund von Löchern durch das Vorsehen des Störstellenhalbleiterbereichs 660 leicht gesteuert werden, wie in dem Fall der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung in 25B. Ferner hat die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung in 28C eine Struktur, bei der der Störstellenhalbleiterbereich 660 an der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 vorgesehen ist, die der lichtempfangenden Oberfläche gegenüberliegt, und der Störstellenhalbleiterbereich 660 in Kontakt mit der zweiten Elektrode 691 in den Öffnungen steht. In der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 28C wird die Bandverbiegung in dem Siliziumsubstrat 600 und in dem Störstellenhalbleiterbereich 660, wobei die Passivierungsschicht 680 dazwischen liegt, erhalten, wie in dem Fall der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung in 25C, wodurch der Diffusionsstrom 602b aufgrund von Löchern unterdrückt werden kann.
  • In jeder der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen mit den Strukturen in 25A und 28A ist die Leitfähigkeit des Siliziumsubstrats 600 nicht notwendigerweise N-Typ und kann I-Typ sein. Die Ladungsträgerkonzentration des Siliziumsubstrats selbst der photoelektrischen Umwandlungsschicht wird niedrig gemacht, so dass eine Potentialbarriere für Löcher auf der Grundfläche des Siliziumsubstrats und Bandverbiegungsbreite leicht erhalten werden können, obwohl die Potentialbarriere für Elektronen auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats reduziert wird. Ferner kann eine Diffusionslänge unter Verwendung eines I-Typ-Siliziumsubstrats verlängert werden, da die Ladungsträgerkonzentration äußerst niedrig ist. Folglich kann der gesamte Diodenstrom, der den thermischen Auslösestrom aufgrund von Elektronen und den Diffusionsstrom aufgrund von Löchern einschließt, verringert werden, und eine Spannung kann durch photovoltaische Leistung sowohl an dem Übergang zwischen der Oxidhalbleiterschicht 610 und dem Siliziumsubstrat 600 als auch an dem Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 600 und der zweiten Elektrode 691 erzeugt werden.
  • Eine Vielzahl von Oxiden werden gemischt, wodurch die Leitfähigkeit der Oxidhalbleiterschicht 610 verändert werden kann. Beispielsweise wird Molybdänoxid ausgebildet, um eine gemischte Zusammensetzung zu haben, die Molybdäntrioxid (MoO3) und Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid hat, so dass P-Typ-Leitfähigkeit erhalten werden kann. Die gemischte Zusammensetzung enthält 4% oder mehr von MoOy(2 < y < 3), so dass ein P-Typ-Halbleiter mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration erhalten werden kann. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „P-Typ-Leitfähigkeit” hierbei bedeutet, dass das Ferminiveau dem Valenzband näher als dem Leitungsband ist, Löcher, die P-Typ-Ladungsträger sind, bewegt werden können, und Strom-Spannungs-(I-V-)Eigenschaften eines Elements, das mit einem Halbleitermaterial mit N-Typ-Leitfähigkeit verbunden ist, durch Bandverbiegung aufgrund des Unterschieds zwischen Austrittsarbeiten, welcher zum Zeitpunkt eines Verbindens des Materials mit P-Typ-Leitfähigkeit mit einem Halbleitermaterial mit N-Typ-Leitfähigkeit verursacht wird, Gleichrichtungseigenschaften aufweisen.
  • Beispiele für das oben angegebene Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid umfassen Mo2O5, Mo3O8, Mo8O23, Mo9O26, Mo4O11, Mol7O47, Mo5O14 und eines, das aufgrund eines Fehlens eines Teils der Sauerstoffatome in MoO3 eine Zusammensetzung zwischen MoO2 und MoO3 hat. Diese können durch Reduktion eines Teils von MoO3, das als ein Rohmaterial verwendet wird, ausgebildet werden.
  • Weiterhin hat der Molybdänoxidfilm einen hohen Passivierungseffekt und kann Defekte auf einer Oberfläche von Silizium reduzieren, was die Lebensdauer von Ladungsträgern verbessern kann.
  • Ferner hat wie in 29A und 29B und 30A, 30B und 30C gezeigt die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise die Siliziumoxidschicht 611. Wenn die Siliziumoxidschicht 611 nicht ausgebildet wird und Oberflächenrekombination an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat 600 und der Oxidhalbleiterschicht 610 unterdrückt wird, kann der Spannungsabfall durch den Widerstand der Siliziumoxidschicht 611 reduziert werden und die Ausgabe kann verbessert werden.
  • Hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung in 25A kann auf die Verfahren zum Herstellen der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen in 16A und 16B, die bei der Ausführungsform 4 beschrieben worden sind, Bezug genommen werden. Es sei angemerkt, dass die zweite Elektrode 691, die über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 ausgebildet ist, vorzugsweise zumindest eines von Mg, MgO, MgAg, MgIn, AlLi, BaO, SrO, CaO, GdB, YB6, LaB6, Y, Hf, Nd, La, Ce, Sm, Ca und Gd enthält. Die zweite Elektrode 691, die unter Verwendung eines der Materialien ausgebildet ist, kann durch ein Sputterverfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Ferner kann die zweite Elektrode 691 eine Struktur aufweisen, bei der das obige Material und ein niederohmiges Material wie z. B. Al oder Ag oder ein leitendes Harz wie z. B. eine Silberpaste gestapelt sind.
  • Um die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 33A auszubilden, wird der Halbleiterbereich 692 vor dem Ausbilden der zweiten Elektrode 691 ausgebildet. Der Halbleiterbereich 692 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Halbleitermaterialien, das/die aus MgO, BaO, SrO und CaO ausgewählt wird/werden, ausgebildet werden. Zu dieser Zeit wird die zweite Elektrode 691 unter Verwendung eines oder mehrerer Leiter, der/die aus Al, Ag, Mg, MgAg, MgIn, AlLi, GdB, YB6, LaB6, Y, Hf, Nd, La, Ce, Sm, Ca und Gd ausgewählt wird/werden, ausgebildet.
  • Um die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit der Struktur in 33B auszubilden, wird vor dem Ausbilden der zweiten Elektrode 691 ein Störstellenelement, das die Leitfähigkeit verleiht, die derjenigen des Siliziumsubstrats 600 entgegengesetzt ist, in die andere Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 diffundiert, so dass der Störstellenhalbleiterbereich 660 ausgebildet wird, und dann der Halbleiterbereich 692 ausgebildet wird. Für den Störstellenhalbleiterbereich 660 wird beispielsweise Bor, Aluminium, Gallium oder dergleichen diffundiert. Alternativ kann der Störstellenhalbleiterbereich 660 so ausgebildet werden, dass ein amorpher oder mikrokristalliner N–-Typ- oder P-Typ-Siliziumfilm über der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 600 durch ein Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet wird. Ferner kann ein amorpher oder mikrokristalliner I-Typ-Siliziumfilm anstelle des Störstellenhalbleiterbereichs 660 verwendet werden. Der Halbleiterbereich 692 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Halbleitermaterialien, das/die aus MgO, BaO, SrO und CaO ausgewählt wird/werden, ausgebildet werden. Zu dieser Zeit kann die zweite Elektrode 691 unter Verwendung eines oder mehrerer Leiter, der/die aus Al, Ag, Mg, MgAg, MgIn, AlLi, GdB, YB6, LaB6, Y, Hf, Nd, La, Ce, Sm, Ca und Gd ausgewählt wird/werden, ausgebildet werden.
  • Diese Ausführungsform kann frei mit einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 8)
  • Durch Verbinden mit einem Metall, einem I-Typ-Halbleitermaterial oder einem N-Typ-Halbleitermaterial können die oben angegebenen Oxidhalbleitermaterialien auf verschiedene Halbleitervorrichtungen angewendet werden, wie z. B. einen Transistor, eine Diode, eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Bildaufnahmevorrichtung, eine Halbleiterschaltung und ein elektronisches Gerät. Beispielsweise kann ein P-Kanal-Transistor unter Verwendung des Oxidhalbleitermaterials für einen Kanalbereich des Transistors ausgebildet werden. Ferner können eine Vorrichtung mit einem P-I-Übergang, eine Vorrichtung mit einem P-I-N-Übergang, eine Vorrichtung mit einem P-N-Übergang und dergleichen durch die Kombination des Oxidhalbleitermaterials mit einer I-Typ-Halbleiterschicht und/oder einer N-Typ-Halbleiterschicht ausgebildet werden. Unter Verwendung des Oxidhalbleitermaterials können photoelektrische Eigenschaften und/oder elektrische Eigenschaften, die anders als diejenigen in dem Fall von Verwendung eines auf Silizium basierten Halbleitermaterials sind, erhalten werden. Daher können verschiedene Vorteile einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. verbesserte elektrische Eigenschaften, verbesserte Zuverlässigkeit und niedriger Leistungsverbrauch, erzielt werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Fälle, in denen die Halbleitervorrichtung auf elektronische Geräte angewendet wird, anhand von 31A bis 31F beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden insbesondere die Fälle beschrieben, in denen die Halbleitervorrichtung auf ein elektronisches Gerät wie z. B. einen Computer, ein Mobiltelefon (das auch als ein Handy oder als eine Mobiltelefonvorrichtung bezeichnet werden kann), einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA, einschließlich einer tragbaren Spielmaschine und einer Audiowiedergabevorrichtung usw.), eine Digitalkamera, eine digitale Videokamera, ein elektronisches Papier und ein Fernsehgerät (das auch als ein Fernseher oder ein Fernsehempfänger bezeichnet werden kann) angewendet wird.
  • 31A ist ein Laptop-Personal Computer, der ein Gehäuse 1701, ein Gehäuse 1702, einen Anzeigeabschnitt 1703, eine Tastatur 1704 und dergleichen beinhaltet. Zumindest eine von Halbleitervorrichtungen, die in dem Gehäuse 1701 und dem Gehäuse 1702 vorgesehen sind, ist unter Verwendung der Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet.
  • 31B zeigt einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), in dem ein Hauptkörper 1711 mit einem Anzeigeabschnitt 1713, einer externen Schnittstelle 1715, Bedienungsknöpfen 1714 und dergleichen versehen ist. Ein Stift 1712 zum Bedienen des persönlichen digitalen Assistenten und dergleichen sind ferner vorgesehen. Eine Halbleitervorrichtung, die in dem Hauptkörper 1711 vorgesehen ist, ist unter Verwendung des Halbleitermaterials nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet.
  • 31C ist ein E-Book-Lesegerät 1720, auf dem ein elektronisches Papier montiert ist, das zwei Gehäuse, ein Gehäuse 1721 und ein Gehäuse 1723, beinhaltet. Das Gehäuse 1721 und das Gehäuse 1723 sind mit einem Anzeigeabschnitt 1725 bzw. einem Anzeigeabschnitt 1727 versehen. Das Gehäuse 1721 ist durch ein Scharnier 1737 mit dem Gehäuse 1723 so verbunden, dass das E-Book-Lesegerät unter Verwendung des Scharniers 1737 als eine Achse geöffnet und geschlossen werden kann. Das Gehäuse 1721 ist mit einem Leistungsschalter 1731, einer Bedienungstaste 1733, einem Lautsprecher 1735 und dergleichen versehen. Zumindest eine von Halbleitervorrichtungen, die in dem Gehäuse 1721 und dem Gehäuse 1723 vorgesehen sind, ist unter Verwendung des Halbleitermaterials nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet.
  • 31D ist ein Mobiltelefon, das zwei Gehäuse, ein Gehäuse 1740 und ein Gehäuse 1741, beinhaltet. Ferner können die Gehäuse 1740 und 1741 in einem Zustand, in dem sie wie in 31D dargestellt geöffnet sind, zu einem Zustand übereinandergeschoben werden, in dem eines das andere überlappt. Somit kann die Größe des Mobiltelefons verringert werden, was das Mobiltelefon dafür geeignet macht, getragen zu werden. Das Gehäuse 1741 beinhaltet einen Anzeigebildschirm 1742, einen Lautsprecher 1743, ein Mikrofon 1744, ein Berührungsfeld 1745, eine Zeigevorrichtung 1746, eine Kameralinse 1747, einen Anschluss 1748 für externe Verbindung und dergleichen. Das Gehäuse 1740 beinhaltet eine Solarzelle 1749 zum Laden des Mobiltelefons, einen externen Speicher-Steckplatz 1750 und dergleichen. Außerdem ist eine Antenne in dem Gehäuse 1741 eingebaut. Zumindest eine von Halbleitervorrichtungen, die in den Gehäusen 1740 und 1741 vorgesehen sind, kann unter Verwendung des Oxidhalbleitermaterials nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden.
  • 31E ist eine Digitalkamera, die einen Hauptkörper 1761, einen Anzeigeabschnitt 1767, ein Sucherokular 1763, einen Bedienungsschalter 1764, einen Anzeigeabschnitt 1765, eine Batterie 1766 und dergleichen beinhaltet. Zumindest eine von Halbleitervorrichtungen, die in dem Gehäuse 1761 vorgesehen sind, kann unter Verwendung eines Oxidhalbleitermaterials nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden.
  • 31F ist ein Fernsehgerät, das ein Gehäuse 1771, einen Anzeigeabschnitt 1773, einen Fuß 1775 und dergleichen beinhaltet. Das Fernsehgerät kann mit einem Bedienungsschalter in dem Gehäuse 1771 oder mit einer Fernbedienung 1780 bedient werden. Zumindest eine von Halbleitervorrichtungen, die in dem Gehäuse 1771 und der Fernbedienung 1780 vorgesehen sind, kann unter Verwendung eines Oxidhalbleitermaterials nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden.
  • Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
  • [Beispiel 1]
  • In diesem Beispiel werden elektrische Eigenschafen eines Diodenelements, das unter Verwendung eines Molybdänoxidfilms (MoO3+ MoOy(2 < y < 3)) nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde, beschrieben.
  • Eine Diode wurde unter Verwendung des Molybdänoxidfilms, der MoO3 + MoOy(2 < y < 3) enthält und dessen Detail bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, ausgebildet, und elektrische Eigenschaften wurden bewertet. Die Leitfähigkeit des Molybdänoxidfilms kann durch Strom-Spannungs-(I-V-)Eigenschaften der Diode verstanden werden, die durch die Verbindung mit einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, das andere Leitfähigkeit und Ladungsträgerkonzentration als der Molybdänoxidfilm hat.
  • Das hergestellte Diodenelement beinhaltet ein einkristallines Siliziumsubstrat mit einer Leitfähigkeit, einen Molybdänoxidfilm, der über einer Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet ist, einen amorphen Siliziumfilm, der über der anderen Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet ist und die gleiche Leitfähigkeit wie das einkristalline Siliziumsubstrat hat, eine Aluminiumelektrode, die über dem Molybdänoxidfilm ausgebildet ist, und eine Aluminiumelektrode, die über dem amorphen Siliziumfilm ausgebildet ist.
  • Für das einkristalline Siliziumsubstrat wurden zwei Arten von Substraten verwendet: ein einkristallines N-Typ-Siliziumsubstrat, zu dem Phosphor (P) als ein N-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement zugesetzt wurde, und ein einkristallines P-Typ-Siliziumsubstrat, zu dem Bor (B) als ein P-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement zugesetzt wurde.
  • Der Molybdänoxidfilm mit einer Dicke von 50 nm wurde durch das bei der Ausführungsform 1 beschriebene Verfahren ausgebildet.
  • Der amorphe Siliziumfilm wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. In dem Fall von Verwendung eines einkristallinen N-Typ-Siliziumsubstrats wird amorphes N-Typ-Silizium ausgebildet. In dem Fall von Verwendung eines einkristallinen P-Typ-Siliziumsubstrats wurde amorphes P-Typ-Silizium ausgebildet. Das amorphe N-Typ-Silizium wurde durch Plasmaanregung eines Gases, in dem Monosilan (SiH4) und mit Wasserstoff verdünntes Phosphin (PH3) gemischt sind, ausgebildet. Das amorphe P-Typ-Silizium wurde durch Plasmaanregung eines Gases, in dem Monosilan (SiH4) und ein mit Wasserstoff verdünntes Diborangas (B2H6) gemischt sind, ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der amorphe Siliziumfilm ausgebildet wurde, damit kein Schottky-Übergang zwischen dem einkristallinen Silizium und einer auszubildenden Metallelektrode in dem Diodenelement ausgebildet wird und eine Ladungsträgerkonzentration höher als diejenige des einkristallinen Siliziums ist, um einen ohmschen Übergang zu bilden. Deshalb kann zusätzlich zu dem amorphen Siliziumfilm ein Bereich in dem einkristallinen Siliziumsubstrat vorgesehen sein, in das ein Störstellenelement mit der gleichen Leitfähigkeit wie das Siliziumsubstrat thermisch diffundiert wird. Hier wurde ein amorpher Siliziumfilm, der die gleiche Leitfähigkeit wie der Siliziumfilm und eine Dicke von 10 nm hat, verwendet.
  • Die Aluminiumelektrode, die über dem Molybdänoxidfilm ausgebildet wurde, und die Aluminiumelektrode, die über dem amorphen Siliziumfilm ausgebildet wurde, wurden durch ein Verdampfungsverfahren mittels einer Widerstandsheizung ausgebildet.
  • Durch das obige Verfahren wurde die Diode durch das Verbinden des Molybdänoxidfilms und des einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet. Als die elektrischen Eigenschaften der hergestellten Diode wurden I-V-Eigenschaften durch Anlegen einer Spannung an die Elektrode auf der Molybdänoxidseite unter Verwendung der Elektrode auf der einkristallinen Siliziumseite als eine Erde gemessen.
  • 4A zeigt I-V-Eigenschaften eines Elements, in dem ein Molybdänoxidfilm über einem N-Typ-Siliziumsubstrat ausgebildet ist. 4B zeigt I-V-Eigenschaften eines Elements, in dem ein Molybdänoxidfilm über einem P-Typ-Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Der Molybdänoxidfilm hat eine gemischte Zusammensetzung, die MoO3 und MoOy(2 < y < 3) enthält.
  • Die Elemente, die die Molybdänoxidfilme je mit einem MoOy(2< y < 3)-Anteil von ca. 3% oder weniger verwenden, weisen Gleichrichtungseigenschaften sowohl in 4A als auch in 4B auf. Im Gegensatz dazu weisen die Elemente, die die Molybdänoxidfilme je mit einem MoOy(2 < y < 3)-Anteil von ca. 4% oder mehr verwenden, Gleichrichtungseigenschaften in 4A und ohmsche Eigenschaften in 4B auf.
  • Somit kann man sagen, dass wenn der Molybdänoxidfilm, der ca. 4% oder mehr von MoOy(2 < y < 3) enthält, verwendet wird, in dem Fall, in dem der Molybdänoxidfilm mit dem N-Typ-Siliziumsubstrat verbunden wird, ein P-N-Übergang ausgebildet wird, und in dem Fall, in dem der Molybdänoxidfilm mit dem P-Typ-Siliziumsubstrat verbunden wird, ein P-P-Übergang ausgebildet wird.
  • Der Molybdänoxidfilm, in dem der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 4% oder mehr ist, hat selbst in einem Heteroübergang nur in dem Fall eines Verbindens mit dem N-Typ-Siliziumsubstrat Gleichrichtungseigenschaften, so dass sich zeigt, dass der Molybdänoxidfilm ein Film mit P-Typ-Leitfähigkeit und mit hochkonzentrierten Ladungsträgern ist.
  • Der Molybdänoxidfilm, in dem der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 3% oder weniger ist, weist einen Heteroübergang mit unterschiedlichen Bandlücken auf; somit können Gleichrichtungseigenschaften sowohl in dem Fall von Verwendung eines N-Typ-Siliziumsubstrats als auch in dem Fall von Verwendung eines P-Typ-Siliziumsubstrats erhalten werden. Daher ist es schwierig zu erkennen, ob das Ferminiveau näher der Valenzbandseite oder der Leitungsbandseite liegt. Mit anderen Worten: in dem Molybdänoxid, in dem der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 3% oder weniger ist, ist die Leitfähigkeit nicht bestimmt und kann N-Typ, I-Typ oder P-Typ sein.
  • Das oben beschriebene Experiment zeigt, dass in den Molybdänoxidfilmen, die unter Verwendung einer gemischten Zusammensetzung von MoO3 und MoOy(2 < y < 3) ausgebildet werden, das Molybdänoxid, in dem der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 4% oder mehr ist, ein Oxid halbleitermaterial mit P-Typ-Leitfähigkeit ist.
  • Dieses Beispiel kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den obigen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
  • [Beispiel 2]
  • In diesem Beispiel werden experimentale Ergebnisse von photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Elektrische Eigenschaften der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, in denen der Molybdänoxidfilm, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist und MoO3 und MoOy(2 < y < 3) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid enthält, als eine Oxidhalbleiterschicht verwendet wurde, wurden bewertet.
  • Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung wurde derart ausgebildet, dass sie die Struktur in 19B bei der Ausführungsform 5 aufweist. Der Molybdänoxidfilm wurde für die Oxidhalbleiterschicht 410 verwendet. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die so ausgebildet wurde, dass der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 22% ist, ist Zelle A. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die so ausgebildet wurde, dass der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 10% ist, ist Zelle B. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die so ausgebildet wurde, dass der MoOy(2 < y < 3)-Anteil ca. 3% ist, ist Zelle C.
  • Es sei angemerkt, dass in jeder von Zellen A und B mit der Struktur der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Oxidhalbleiterschicht 410 unter Verwendung von durch ein Verdampfungsverfahren bei der Ausführungsform 1 ausgebildetes Molybdänoxid ausgebildet wurde, und die Siliziumoxidschicht 411 unter Verwendung einer Mischung eines Siliziumdioxidfilms und eines Siliziumfilms durch eine Reaktion an der Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 410 und dem Siliziumsubstrat 400 ausgebildet wurde, als die Abscheidung durchgeführt wurde. In Zelle C wurde die Oxidhalbleiterschicht 410 unter Verwendung von Molybdänoxid, das durch ein Sputterverfahren ausgebildet wurde, ausgebildet, und die Siliziumoxidschicht 411 wurde durch eine Reaktion an der Grenzfläche zwischen der Oxidhalbleiterschicht 410 und dem Siliziumsubstrat 400 ausgebildet, als die Abscheidung durchgeführt wurde.
  • In jeder von Zellen A, B und C wurde ein einkristallines N-Typ-Siliziumsubstrat als das Siliziumsubstrat 400 verwendet. In jeder von Zellen A und C wurde die Oxidhalbleiterschicht mit einer Dicke von ca. 3 nm bis 10 nm ausgebildet, und in Zelle B wurde die Oxidhalbleiterschicht mit einer Dicke von ca. 47 nm bis 50 nm ausgebildet. Die Siliziumoxidschicht 411, die an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat 400 und der Oxidhalbleiterschicht 410 ausgebildet wurde, hat eine Dicke von ca. 4 nm bis 7 nm. Ferner waren die Zellenflächen von Zellen A, B und C jeweils 100 cm2.
  • 32 zeigt I-V-Eigenschaften der hergestellten Zellen A, B und C. Simulierte Sonnenstrahlung (ein Sonnenspektrum war AM 1,5 G, und Bestrahlungsintensität war 100 mW/cm2), die durch einen Sonnensimulator erzeugt wurde, wurde für die Messung bei einer Umgebungstemperatur von 25°C verwendet. Die Kurzschlussstromdichten (Jsc) von Zellen A, B, und C sind 32,8 mN/cm2, 29,4 mN/cm2 bzw. 0,01 mN/cm2. Die Leerlaufspannungen (Voc) von Zellen A, B, und C sind 0,642 V, 0,635 V bzw. 0,028 V. Das heißt, dass Zellen A und B hohe elektrische Eigenschaften zeigen; insbesondere Zelle A die höchsten elektrischen Eigenschaften zeigt.
  • Wie in den obigen Ergebnissen gezeigt verwendet jede von Zellen A und B eine Oxidhalbleiterschicht mit vorteilhafter P-Typ-Leitfähigkeit. Ferner können in Zellen A und B Löcher, die leitende P-Typ-Ladungsträger sind, auf die Oxidhalbleiterschicht übertragen werden; dadurch können Löcher, die durch Photoabsorption angeregt werden, an der Elektrode auf der Oxidhalbleiterschichtenseite gesammelt werden. Deswegen kann in Zellen A und B je mit der Struktur der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine hohe Kurzschlussstromdichte (Jsc) erhalten werden.
  • Dieses Beispiel kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den obigen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-032659 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 17. Februar 2012, auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-032644 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 17. Februar 2012 und auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-092002 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 13. April 2012, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (16)

  1. Halbleitermaterial, das umfasst: Molybdäntrioxid; und Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid, wobei das Halbleitermaterial P-Typ-Leitfähigkeit hat.
  2. Halbleitermaterial nach Anspruch 1, wobei das Molybdänoxid mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid mit einem Anteil von 4% oder mehr vorliegt.
  3. Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Siliziumsubstrat; eine Oxidhalbleierschicht über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats; eine erste Elektrode über der Oxidhalbleiterschicht; einen Störstellenbereich an der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats; und eine zweite Elektrode über dem Störstellenbereich, wobei die Oxidhalbleiterschicht Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid umfasst, und wobei das Siliziumsubstrat N-Typ-Leitfähigkeit hat und die Oxid halbleiterschicht P-Typ-Leitfähigkeit hat.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Molybdänoxid mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid mit einem Anteil von 4% oder mehr vorliegt.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, die ferner einen lichtdurchlässigen leitenden Film über der Oxidhalbleiterschicht umfasst.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Störstellenbereich N-Typ-Leitfähigkeit und eine höhere Ladungsträgerkonzentration als das Siliziumsubstrat hat.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, die ferner eine Isolierschicht zwischen dem Siliziumsubstrat und der zweiten Elektrode umfasst, wobei die Isolierschicht eine Öffnung hat, die sich mit dem Störstellenbereich überlappt, und wobei der Störstellenbereich durch die Öffnung in Kontakt mit der zweiten Elektrode steht.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Siliziumsubstrat eine Texturstruktur mit Unebenheit hat.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Elektrode ein Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat umfasst.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Elektrode das Material mit einer Austrittsarbeit von 4,2 eV oder niedriger umfasst.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Elektrode zumindest eines von Materialien umfasst, das aus Mg, MgO, MgAg, MgIn, AlLi, BaO, SrO, CaO, GdB, YB6, LaB6, Y, Hf, Nd, La, Ce, Sm, Ca und Gd ausgewählt wird.
  12. Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Siliziumsubstrat; eine erste Siliziumhalbleiterschicht über einer Oberfläche des Siliziumsubstrats; eine Oxidhalbleiterschicht über der ersten Siliziumhalbleiterschicht; eine erste Elektrode über der Oxidhalbleiterschicht; eine zweite Siliziumhalbleiterschicht an der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats; eine dritte Siliziumhalbleiterschicht an der anderen Oberfläche des Siliziumsubstrats, wobei die zweite Siliziumhalbleiterschicht dazwischen liegt; und eine zweite Elektrode an der dritten Siliziumhalbleierschicht, wobei die Oxidhalbleiterschicht Molybdänoxid (MoOy(2 < y < 3)) mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid umfasst, und wobei das Siliziumsubstrat N-Typ-Leitfähigkeit hat und die Oxidhalbleiterschicht P-Typ-Leitfähigkeit hat.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei der das Molybdänoxid mit einer Zusammensetzung zwischen Molybdändioxid und Molybdäntrioxid mit einem Anteil von 4% oder mehr vorliegt.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, die ferner einen lichtdurchlässigen leitenden Film über der Oxidhalbleiterschicht umfasst.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Siliziumsubstrat eine Texturstruktur mit Unebenheit hat.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Elektrode ein Material mit einer niedrigeren Austrittsarbeit als das Siliziumsubstrat umfasst.
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