JP2001007381A5

JP2001007381A5 -

Info

Publication number: JP2001007381A5
Application number: JP1999178413A
Authority: JP
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2005-05-19

Description

すなわち本発明に係る光電変換膜は、第１導電型の半導体層と、当該半導体層上に形成した光電変換膜と、この光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２導電型の半導体層とを具える光電変換装置の光電変換膜において、
粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成されたナノシリコン層を具え、当該光電変換膜において、入射光に応じてキャリアが発生すると共に電荷増倍作用が行われることを特徴とする。

上記構造では、熱的に安定な基板を使用しているのでＬＰ−ＣＶＤ法によりナノシリコン層を作製することができる。ナノシリコン層の作製は次の手順で行う。まず、ｎ型ｃ−Ｓｉ基板あるいはｐ型ａ−ＳｉＣ_z ：Ｏを表面酸化後、ＬＰ−ＣＶＤ法により自己組織的にＳｉナノ結晶を形成する。ナノ結晶粒のサイズは堆積基板温度、堆積時間、原料ガスの圧力で制御する。次に、ナノ結晶表面を酸素雰囲気中で酸化しＳｉＯ₂ を作製する。ＳｉＯ₂ の膜厚は酸化温度と時間により制御する。さらに、その上に２層目のナノ結晶を堆積し表面酸化する。このプロセスを繰り返すことで、光吸収・電荷増倍層として必要な厚さのナノシリコン層を作製する。

Claims

第１導電型の半導体層と、当該半導体層上に形成した光電変換膜と、この光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２導電型の半導体層とを具える光電変換装置の光電変換膜において、
粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成されたナノシリコン層を具え、当該光電変換膜において、入射光に応じてキャリアが発生すると共に電荷増倍作用が行われることを特徴とする光電変換膜。
請求項１に記載の光電変換膜において、前記絶縁層を、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ：０＜ｘ≦２）、窒化シリコン（ＳｉＯ_ｙ：０＜ｙ≦４／３）、又は水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）のいずれか１つの材料から選択したことを特徴とする光電変換膜。
請求項２に記載の光電変換膜において、前記ナノ結晶層は、電気的に活性な不純物を含まない真性半導体層としたことを特徴とする光電変換膜。
請求項２又は３に記載の光電変換膜において、前記ナノシリコン層の各ナノ結晶層に含まれるシリコンナノ結晶粒の粒径を、光入射面から遠ざかるにしたがって順次小さくし、ナノ結晶層のバンドギャップを入射面から遠ざかるにしたがって順次大きくなるように構成したことを特徴とする光電変換膜。
請求項４に記載の光電変換膜において、前記光入射面と直交する方向にそって複数のナノシリコン層を有し、各ナノシリコン層の境界において伝導帯オフセットが形成されることを特徴とする光電変換膜。
第１導電型の半導体層と、当該半導体層上に形成した光電変換膜と、この光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２導電型の半導体層とを具える光電変換装置の光電変換膜において、
当該光電変換膜は、入射光に応じてキャリアを発生する光電変換作用を行う第１の層と、発生したキャリアに対して電荷増倍作用を行う第２の層とを有し、
前記第１の層を水素化非晶質シリコンで構成し、
前記第２の層を、粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成されたナノシリコン層で構成したことを特徴とする光電変換膜。
第１導電型の半導体層と、当該半導体層上に形成した光電変換膜と、この光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２導電型の半導体層とを具える光電変換装置に用いられる光電変換膜において、
当該光電変換膜は、粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を主体的に含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成され、光入射面と直交する方向に沿って順次形成した複数のナノシリコン層を具え、
各ナノシリコン層は、互いに異なる吸収ピーク波長を有し、それぞれ入射波長光に応じてキャリアを発生すると共に電荷増倍作用を行うことを特徴とする光電変換膜。
請求項７に記載の光電変換膜において、前記複数のナノシリコン層を前記光入射面から遠ざかる方向に沿って第１〜第３の３個のナノシリコン層で構成し、第１〜第３のナノシリコン層のバンドギャップをそれぞれ青、緑及び赤の波長域に吸収ピークを有するように構成したことを特徴とする光電変換膜。
第１導電型の半導体層と、当該半導体層上に形成した光電変換膜と、この光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２導電型の半導体層とを具える光電変換装置に用いられる光電変換膜において、
当該光電変換膜は、粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成され、入射光に応じてキャリアを発生すると共に電荷増倍作用を行うナノシリコン層を具え、
前記ナノシリコン層は、当該ナノシリコン層の面内に形成され、吸収ピーク波長が、青、緑及び赤の波長域に対応する３個の領域を含むことを特徴とする光電変換膜。
第１導電型の半導体基板と、当該半導体基板上に形成され、第１導電型の第１の半導体層と、当該第１の半導体層上に形成した光電変換膜と、この光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２導電型の第２の半導体層と、この第２の半導体層上に形成した透明電極とを具える光電変換装置において、
前記光電変換膜が、粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成されたナノシリコン層を具え、当該光電変換膜において、入射光に応じてキャリアが発生すると共に電荷増倍作用が行われることを特徴とする光電変換装置。
第１導電型の半導体基板と、当該半導体基板上に形成され、第１導電型の第１の半導体層と、当該第１の半導体層の上側に形成され、入射光に応じて光電変換作用を行う光電変換膜と、前記第１の半導体層と光電変換膜との間に形成され、光電変換膜で発生したキャリアに対して電荷増倍を行う電荷増倍層と、前記光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２導電型の第２の半導体層と、この第２の半導体層上に形成した透明電極とを具え、
前記光電変換膜を、水素化非晶質シリコンで構成し、
前記電荷増倍層を、粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成されたナノシリコン層により構成したことを特徴とする光電変換装置。
請求項１０又は１１に記載の光電変換装置において、前記半導体基板をｎ型の不純物が添加されたシリコン基板とし、
前記第１の半導体層を、シリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ_ｚ：Ｏ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯ_ｘＮ_v ）又はＳｉＯ_２のいずれか１つの材料から選択され、ｎ型の不純物が添加された半導体材料で構成し、
前記ナノシリコン層のナノ結晶層を、電気的に活性な不純物を含まない真性半導体材料で構成し、
前記第２の半導体層を、ｐ型の不純物が添加されたシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ_ｚ：Ｏ）で構成したことを特徴とする光電変換装置。
透明基板と、この透明基板上に形成した透明電極層と、当該透明電極層上に形成され、第１導電型の半導体層と、この半導体層上に形成した光電変換膜と、当該光電変換膜上に形成され、第１導電型とは反対の第２の導電型の半導体層とを具える光電変換装置において、
前記光電変換膜が、粒径が数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光により発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成されたナノシリコン層を具え、当該光電変換膜において、入射光に応じてキャリアが発生すると共に電荷増倍作用が行われることを特徴とする光電変換装置。
請求項１３に記載の光電変換装置において、前記第１の半導体層を、ｐ型の不純物が添加されたシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ_ｚ：Ｏ）で構成し、
前記ナノシリコン層のナノ結晶層を、電気的に活性な不純物を含まない真性半導体材料で構成し、
前記第２の半導体層を、ｎ型の不純物が添加されたシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ_ｚ：Ｏ）又はシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯ_ｘＮ_v ）、或いはＳｉＯ_２のいずれか１つの材料から選択した半導体材料で構成したことを特徴とする光電変換装置。
請求項１０から１４までのいずれか１項に記載の光電変換装置において、前記ナノシリコン層を、請求項２から９までのいずれか１項に記載の光電変換膜で構成したことを特徴とする光電変換装置。
直径数ナノメートルのシリコン結晶粒を含むナノ結晶層と、入射光に応じて発生したキャリアがトンネル伝導できる厚さの絶縁層とが交互に形成された光電変換膜を製造するに際し、
低圧化学気相成長法により基体上に直径数ナノメートルのシリコン結晶粒を主体的に含むナノ結晶層を形成する第１の工程と、
前記ナノ結晶層の表面に酸化処理を行って絶縁層を形成する第２の工程とを具え、
前記第１及び第２の工程を複数回交互に繰り返すことにより光電変換膜を製造する光電変換膜の製造方法。
請求項１６に記載の光電変換膜の製造方法において、前記第１の工程は、低圧化学気相成長法により基体上に非晶質シリコン層を形成する工程と、非晶質シリコン層に対してアニール処理を行い、固相成長により結晶化する工程とを含むことを特徴とする光電変換膜の製造方法。
請求項１６に記載の光電変換膜の製造方法において、前記第１の工程は、低圧化学気相成長法により基体上に非晶質シリコン層を堆積する工程と、当該非晶質シリコン層に高輝度Ｘ線を照射してシリコン結晶粒を形成する工程とを含むことを特徴とする光電変換膜の製造方法。
請求項１６に記載の光電変換膜の製造方法において、前記第１の工程は、電圧が印加された微小な針状電極を用いて下地となる基体の表面を走査して結晶核を形成するサイトを増加させる工程と、その後、低圧化学気相成長法により基体上にナノ結晶層を堆積する工程とを具えることを特徴とする光電変換膜の製造方法。