JP2002064062A - 化合物半導体の成膜方法 - Google Patents
化合物半導体の成膜方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Landscapes
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スパッタダメージを低減して、高品質なＣＩ
ＧＳ薄膜を短時間で再現性良く形成して、エネルギー変
換効率の高い太陽電池を容易に量産できるようにする。 【構成】 スパッタ法により基材表面にＣＩＧＳ系の化
合物半導体を成膜する化合物半導体の成膜方法であっ
て、化合物半導体を生成するための複数種のＳｅ化合物
からなるターゲットを用いて、各ターゲットへの供給電
力を制御しながらスパッタリングを段階的に行わせる工
程をとるようにする。
ＧＳ薄膜を短時間で再現性良く形成して、エネルギー変
換効率の高い太陽電池を容易に量産できるようにする。 【構成】 スパッタ法により基材表面にＣＩＧＳ系の化
合物半導体を成膜する化合物半導体の成膜方法であっ
て、化合物半導体を生成するための複数種のＳｅ化合物
からなるターゲットを用いて、各ターゲットへの供給電
力を制御しながらスパッタリングを段階的に行わせる工
程をとるようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ法を用いて基
材表面にＣＩＧＳ系の化合物半導体を成膜する化合物半
導体の成膜方法に関する。
材表面にＣＩＧＳ系の化合物半導体を成膜する化合物半
導体の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、薄膜太陽電池の光吸収層として、
Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２をベースとしたＩ−ＩＩＩ−
ＶＩ族によるＣＩＧＳ系の化合物半導体が用いられてい
る。その化合物半導体は、蒸着法、スパッタ法などによ
って基板上に成膜される。
Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２をベースとしたＩ−ＩＩＩ−
ＶＩ族によるＣＩＧＳ系の化合物半導体が用いられてい
る。その化合物半導体は、蒸着法、スパッタ法などによ
って基板上に成膜される。
【０００３】その際、蒸着法によるのでは、成膜される
化合物半導体の結晶の品質が良く、１８％を越えるエネ
ルギー変換効率の高い光吸収層を得ることができるが、
成膜に時間を要して、量産時の製品のスループットが悪
いものになっている。
化合物半導体の結晶の品質が良く、１８％を越えるエネ
ルギー変換効率の高い光吸収層を得ることができるが、
成膜に時間を要して、量産時の製品のスループットが悪
いものになっている。
【０００４】また、スパッタ法によるのでは、蒸着法に
比べて成膜レートが高いために成膜を短時間で行わせる
ことが可能であり、ターゲットの寿命が長くなってその
供給回数が軽減するとともに、ターゲット自体が安定な
ために同一の成膜を生成させるのに再現性があるものに
なっている。しかし、蒸着法に匹敵するエネルギー変換
効率が得られていないのが現状である。その理由として
は、Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｅの各単体ターゲットを用いて成膜
を行わせると、主にＳｅターゲットから放出されるＳｅ
の負イオンなどが成膜自体にダメージを与えて、成膜中
に多くの欠陥を生じて品質を低下させてしまうというこ
とが報告されている。そのために、スパッタ法により成
膜した光吸収層のエネルギー変換効率は７〜８％程度に
とどまっている。
比べて成膜レートが高いために成膜を短時間で行わせる
ことが可能であり、ターゲットの寿命が長くなってその
供給回数が軽減するとともに、ターゲット自体が安定な
ために同一の成膜を生成させるのに再現性があるものに
なっている。しかし、蒸着法に匹敵するエネルギー変換
効率が得られていないのが現状である。その理由として
は、Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｅの各単体ターゲットを用いて成膜
を行わせると、主にＳｅターゲットから放出されるＳｅ
の負イオンなどが成膜自体にダメージを与えて、成膜中
に多くの欠陥を生じて品質を低下させてしまうというこ
とが報告されている。そのために、スパッタ法により成
膜した光吸収層のエネルギー変換効率は７〜８％程度に
とどまっている。
【０００５】また、従来、スパッタ法を採用する場合
に、Ｓｅターゲットから放出される負イオンによる成膜
のダメージを回避するために、Ｓｅの供給のみを蒸着法
によって行わせる試みがなされ、ＣＩＧＳ系の化合物半
導体薄膜による光吸収層のエネルギー変換効率が１０％
を越す太陽電池が製造されている（Ｔ．Ｎａｋａｄａｅ
ｔ ａｌ．“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕａｌ Ｃｈａｒ
ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｐｕｔｔｅｒ−
Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ＣｕＩｎＳｅ２ Ｆｉｌｍｓ ａ
ｎｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ”Ｊ
ｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４ １９９５ ４７１５
−４７２１の文献参照）。
に、Ｓｅターゲットから放出される負イオンによる成膜
のダメージを回避するために、Ｓｅの供給のみを蒸着法
によって行わせる試みがなされ、ＣＩＧＳ系の化合物半
導体薄膜による光吸収層のエネルギー変換効率が１０％
を越す太陽電池が製造されている（Ｔ．Ｎａｋａｄａｅ
ｔ ａｌ．“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕａｌ Ｃｈａｒ
ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｐｕｔｔｅｒ−
Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ＣｕＩｎＳｅ２ Ｆｉｌｍｓ ａ
ｎｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ”Ｊ
ｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４ １９９５ ４７１５
−４７２１の文献参照）。
【０００６】しかし、このようなスパッタ法と蒸着法と
を併用してＣＩＧＳ系の化合物半導体を成膜させるので
は、ＣｕやＩｎのターゲット表面に蒸着時のＳｅ蒸気が
付着して汚染し、その表面にＣｕＳｅやＩｎｓｅといっ
た高抵抗化合物が生成されてしまうために、定電力でス
パッタリングを安定して継続させることができなくな
り、再現性が失われて製品間のバラツキをきたしてしま
うという問題がある。
を併用してＣＩＧＳ系の化合物半導体を成膜させるので
は、ＣｕやＩｎのターゲット表面に蒸着時のＳｅ蒸気が
付着して汚染し、その表面にＣｕＳｅやＩｎｓｅといっ
た高抵抗化合物が生成されてしまうために、定電力でス
パッタリングを安定して継続させることができなくな
り、再現性が失われて製品間のバラツキをきたしてしま
うという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、基板上にＣＩＧＳ系の化合物半導体を成膜させる
に際して、蒸着法によるのでは時間がかかることであ
る。また、スパッタ法によのでは、Ｓｅターゲットから
放出されるＳｅの負イオンなどが成膜自体にダメージを
与えて、成膜の品質が低下してしまうことである。
点は、基板上にＣＩＧＳ系の化合物半導体を成膜させる
に際して、蒸着法によるのでは時間がかかることであ
る。また、スパッタ法によのでは、Ｓｅターゲットから
放出されるＳｅの負イオンなどが成膜自体にダメージを
与えて、成膜の品質が低下してしまうことである。
【０００８】また、スパッタ法を採用する場合に、Ｓｅ
ターゲットから放出される負イオンによる成膜のダメー
ジを回避するために、Ｓｅの供給のみを蒸着法によって
行わせるようにすると、ＣｕやＩｎのターゲット表面が
Ｓｅ蒸気によって汚染されて、定電力でのスパッタリン
グを安定して行わせることができなくなってしまうこと
である。
ターゲットから放出される負イオンによる成膜のダメー
ジを回避するために、Ｓｅの供給のみを蒸着法によって
行わせるようにすると、ＣｕやＩｎのターゲット表面が
Ｓｅ蒸気によって汚染されて、定電力でのスパッタリン
グを安定して行わせることができなくなってしまうこと
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による化合物半導
体の成膜方法は、スパッタ法を採用して、短時間で高品
質なＣＩＧＳ系による化合物半導体を成膜させることが
できるようにするべく、化合物半導体を生成するための
複数種のＳｅ化合物からなるターゲットを用いて、各タ
ーゲットへの供給電力を制御しながらスパッタリングを
段階的に行わせる工程をとるようにしている。
体の成膜方法は、スパッタ法を採用して、短時間で高品
質なＣＩＧＳ系による化合物半導体を成膜させることが
できるようにするべく、化合物半導体を生成するための
複数種のＳｅ化合物からなるターゲットを用いて、各タ
ーゲットへの供給電力を制御しながらスパッタリングを
段階的に行わせる工程をとるようにしている。
【００１０】具体的には、スパッタリングのターゲット
として３つのＳｅ化合物を用いて、第１のターゲットを
Ｃｕ−Ｇａ−ＳｅまたはＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅとし、第２の
ターゲットをＣｕ−Ｓｅとし、第３のターゲットをＩｎ
−ＳｅまたはＧａ−Ｓｅとして、第１ないし第３の各タ
ーゲットにそれぞれ規定された電力を供給してＣｕリッ
チな状態でスパッタリングを行わせる第１の工程と、第
２のターゲットへの電力供給を停止して（Ｉｎ，Ｇａ）
リッチな状態でスパッタリングを行わせる第２の工程と
をとるようにしている。
として３つのＳｅ化合物を用いて、第１のターゲットを
Ｃｕ−Ｇａ−ＳｅまたはＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅとし、第２の
ターゲットをＣｕ−Ｓｅとし、第３のターゲットをＩｎ
−ＳｅまたはＧａ−Ｓｅとして、第１ないし第３の各タ
ーゲットにそれぞれ規定された電力を供給してＣｕリッ
チな状態でスパッタリングを行わせる第１の工程と、第
２のターゲットへの電力供給を停止して（Ｉｎ，Ｇａ）
リッチな状態でスパッタリングを行わせる第２の工程と
をとるようにしている。
【００１１】
【実施例】図１は、ＣＩＧＳ系薄膜太陽電池の一般的な
構造を示している。
構造を示している。
【００１２】ここでは、ソーダライムガラスＳＬＭから
なる基板１１上に、非加熱にて直流スパッタ法によって
プラス側のＭｏ電極層１２が約１μｍの厚さに薄膜形成
されている。そのＭｏ電極層１２上には、ＣＩＧＳ系の
化合物半導体による光吸収層１３がＴｓ＝５８０〜６０
０℃（指示温度）にてＤＣスパッタ法により約１．３μ
ｍの厚さで形成されている。その光吸収層１３上には、
ＣｄＳまたはＺｎＳによるバッファ層１４が溶液成長法
により８０℃で約８００〜１０００Åの厚さに形成され
ている。そして、その上に高抵抗ＺｎＯ膜１５が約７０
０Åの厚さをもって、さらにその上にＺｎＯ：Ａｌから
なる透明導電層ＩＧが約０．６μｍの厚さをもって、共
に非加熱にてＲＦスパッタ法により形成されている。Ｚ
ｎＯ膜１５上には、透明導電層１６に接してマイナス側
のＡｌ電極１７が設けられている。また、最上部にはＭ
ｇＦ２からなる反射防止膜１８が１０００Åの厚さをも
って設けられている。その反射防止膜１８は、太陽電池
の発電に直接寄与するものではないが、光吸収層１３と
バッファ層１４との界面のＰＮ接合部に到達する光量を
光閉込め効果などによって増大させることができるもの
となっている。
なる基板１１上に、非加熱にて直流スパッタ法によって
プラス側のＭｏ電極層１２が約１μｍの厚さに薄膜形成
されている。そのＭｏ電極層１２上には、ＣＩＧＳ系の
化合物半導体による光吸収層１３がＴｓ＝５８０〜６０
０℃（指示温度）にてＤＣスパッタ法により約１．３μ
ｍの厚さで形成されている。その光吸収層１３上には、
ＣｄＳまたはＺｎＳによるバッファ層１４が溶液成長法
により８０℃で約８００〜１０００Åの厚さに形成され
ている。そして、その上に高抵抗ＺｎＯ膜１５が約７０
０Åの厚さをもって、さらにその上にＺｎＯ：Ａｌから
なる透明導電層ＩＧが約０．６μｍの厚さをもって、共
に非加熱にてＲＦスパッタ法により形成されている。Ｚ
ｎＯ膜１５上には、透明導電層１６に接してマイナス側
のＡｌ電極１７が設けられている。また、最上部にはＭ
ｇＦ２からなる反射防止膜１８が１０００Åの厚さをも
って設けられている。その反射防止膜１８は、太陽電池
の発電に直接寄与するものではないが、光吸収層１３と
バッファ層１４との界面のＰＮ接合部に到達する光量を
光閉込め効果などによって増大させることができるもの
となっている。
【００１３】本発明は、このような太陽電池を製造する
場合、基板１１上にＭｏ電極層１２が形成されたものを
基材として、その基材表面にスパッタ法によりＣＩＧＳ
系の化合物半導体の成膜を行わせて光吸収層１３を薄膜
形成するに際して、その化合物半導体を生成するための
複数種のＳｅ化合物からなるターゲットを用いて、各タ
ーゲットへの供給電力を制御しながらスパッタリングを
段階的に行わせる工程をとるようにしている。
場合、基板１１上にＭｏ電極層１２が形成されたものを
基材として、その基材表面にスパッタ法によりＣＩＧＳ
系の化合物半導体の成膜を行わせて光吸収層１３を薄膜
形成するに際して、その化合物半導体を生成するための
複数種のＳｅ化合物からなるターゲットを用いて、各タ
ーゲットへの供給電力を制御しながらスパッタリングを
段階的に行わせる工程をとるようにしている。
【００１４】図２は、本発明による化合物半導体の成膜
方法を具体的に実施するためのスパッタ装置の概略構成
を示している。
方法を具体的に実施するためのスパッタ装置の概略構成
を示している。
【００１５】それは、本体が真空槽１からなっており、
その真空槽１の到達真空度としては１０−５Ｐａ程度で
ある。
その真空槽１の到達真空度としては１０−５Ｐａ程度で
ある。
【００１６】真空槽１内の上部中央には、表面にＣＩＧ
Ｓ系の化合物半導体を成膜させる基材２が配設されてい
る。その基材２としては、その面積が１００ｍｍ×１０
０ｍｍ程度の大きさである。そして、その基材２は、そ
の表面に形成される化合物半導体薄膜の組成比分布およ
び膜厚分布の均一化を有効に図るために、回転機構３に
よって回転駆動されるようになっている。そして、基材
２の裏面に接触して、基材２を加熱するヒータ板４が設
けられている。
Ｓ系の化合物半導体を成膜させる基材２が配設されてい
る。その基材２としては、その面積が１００ｍｍ×１０
０ｍｍ程度の大きさである。そして、その基材２は、そ
の表面に形成される化合物半導体薄膜の組成比分布およ
び膜厚分布の均一化を有効に図るために、回転機構３に
よって回転駆動されるようになっている。そして、基材
２の裏面に接触して、基材２を加熱するヒータ板４が設
けられている。
【００１７】また、真空槽１の内部には、基材２にそれ
ぞれ対向するように、３種類のＳｅ化合物からなるスパ
ッタリングのターゲット５１，５２，５３が配設されて
いる。各ターゲット５１，５２，５３のサイズは、４”
φ×５ｍｍｔ程度である。基材２と各ターゲット５１，
５２，５３との間隔は２５０ｍｍ程度に設定されてい
る。
ぞれ対向するように、３種類のＳｅ化合物からなるスパ
ッタリングのターゲット５１，５２，５３が配設されて
いる。各ターゲット５１，５２，５３のサイズは、４”
φ×５ｍｍｔ程度である。基材２と各ターゲット５１，
５２，５３との間隔は２５０ｍｍ程度に設定されてい
る。
【００１８】第１のターゲット５１としては、ＣｕＧａ
Ｓｅ２（またはＣｕＩｎＳｅ２）が用いられる。第２の
ターゲット５２としては、Ｃｕ２Ｓｅが用いられる。第
３のターゲット５３としては、ＩｎＳｅ（またはＧａＳ
ｅ）が用いられる。
Ｓｅ２（またはＣｕＩｎＳｅ２）が用いられる。第２の
ターゲット５２としては、Ｃｕ２Ｓｅが用いられる。第
３のターゲット５３としては、ＩｎＳｅ（またはＧａＳ
ｅ）が用いられる。
【００１９】第１ないし第３の各ターゲット５１〜５３
には、それぞれの印加電圧を独立して調整することがで
きる電力供給コントローラ６を介して、直流電源７が接
続されている。
には、それぞれの印加電圧を独立して調整することがで
きる電力供給コントローラ６を介して、直流電源７が接
続されている。
【００２０】本発明は、このようなスパッタ装置を用い
て、以下のようにして実行される。
て、以下のようにして実行される。
【００２１】真空槽１の内部に基材２をセットしたの
ち、ポンプ（図示せず）を駆動することによってその内
部を真空排気し、真空度が１０−４Ｐａ程度になったら
基材２を回転させながら５８０〜６００℃まで加熱す
る。
ち、ポンプ（図示せず）を駆動することによってその内
部を真空排気し、真空度が１０−４Ｐａ程度になったら
基材２を回転させながら５８０〜６００℃まで加熱す
る。
【００２２】そして、第１工程として、電力供給コント
ローラ６の制御下において、第１ないし第３の各ターゲ
ット５１〜５３の全てにそれぞれ規定の電力を供給する
ことによってスパッタリングを行わせることによって、
基材２の表面にＣｕリッチなＣＩＧＳ膜を約０．７μｍ
の厚さに形成させる。その場合、Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）
の組成比としては１．３程度である。そのときの第１な
いし第３の各ターゲット５１〜５３に供給する規定の電
力は表１に示す通りである。
ローラ６の制御下において、第１ないし第３の各ターゲ
ット５１〜５３の全てにそれぞれ規定の電力を供給する
ことによってスパッタリングを行わせることによって、
基材２の表面にＣｕリッチなＣＩＧＳ膜を約０．７μｍ
の厚さに形成させる。その場合、Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）
の組成比としては１．３程度である。そのときの第１な
いし第３の各ターゲット５１〜５３に供給する規定の電
力は表１に示す通りである。
【００２３】第１ないし第３の各ターゲット５１〜５３
にそれぞれ供給する規定の電力としては、各ターゲット
の成膜レートを調整しながら、成膜されるＣＩＧＳ薄膜
のＣｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）が１．３程度になるように設定
されている。
にそれぞれ供給する規定の電力としては、各ターゲット
の成膜レートを調整しながら、成膜されるＣＩＧＳ薄膜
のＣｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）が１．３程度になるように設定
されている。
【００２４】
【００２５】第１工程でのＣｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）の範囲
としては、１．０＜Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）＜１．９の範
囲が望ましい。その理由としては、Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇ
ａ）＜１．０すなわちＩＩＩ族リッチの状態では、Ｃｕ
Ｓｅの液層アシスト成長を利用した薄膜形成が不可能に
なるため、結晶粒径が大きなＣＩＧＳ薄膜を形成するこ
とが難かしくなる。また、Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）＞１．
９では、成膜初期段階においてＩＩＩ族がほとんど存在
しない状態であり、バンドエンジニアリングを考えた場
合においても不適切で、かつ光吸収層としての機能を果
たせなくなる可能性がある。そして、成膜上、Ｃｕ／
（Ｉｎ，Ｇａ）の組成比が１．９程度から太陽電池の光
吸収層として最適範囲とされる０．８＜Ｃｕ／（Ｉｎ，
Ｇａ）＜０．９５付近まで組成比を制御することは、Ｉ
ＩＩ族を含むターゲットの供給電力の調整でできないこ
ともないが、成膜レートやターゲットの寿命などを考え
ると得策とはいえない。以上の点をふまえると、Ｃｕ／
（Ｉｎ，Ｇａ）＝１．３付近は最も適した組成比である
ことがわかる。この組成比であれば、充分にＣｕＳｅの
液層アシスト成長を利用した薄膜形成が可能になる。最
初にＣｕリッチの成膜を行わせることで、蒸着法で利用
しているＣｕＳｅの液層を介した成長に似た現象が生
じ、粒径の大きなＣＩＧＳ薄膜が形成できるようにな
る。
としては、１．０＜Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）＜１．９の範
囲が望ましい。その理由としては、Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇ
ａ）＜１．０すなわちＩＩＩ族リッチの状態では、Ｃｕ
Ｓｅの液層アシスト成長を利用した薄膜形成が不可能に
なるため、結晶粒径が大きなＣＩＧＳ薄膜を形成するこ
とが難かしくなる。また、Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）＞１．
９では、成膜初期段階においてＩＩＩ族がほとんど存在
しない状態であり、バンドエンジニアリングを考えた場
合においても不適切で、かつ光吸収層としての機能を果
たせなくなる可能性がある。そして、成膜上、Ｃｕ／
（Ｉｎ，Ｇａ）の組成比が１．９程度から太陽電池の光
吸収層として最適範囲とされる０．８＜Ｃｕ／（Ｉｎ，
Ｇａ）＜０．９５付近まで組成比を制御することは、Ｉ
ＩＩ族を含むターゲットの供給電力の調整でできないこ
ともないが、成膜レートやターゲットの寿命などを考え
ると得策とはいえない。以上の点をふまえると、Ｃｕ／
（Ｉｎ，Ｇａ）＝１．３付近は最も適した組成比である
ことがわかる。この組成比であれば、充分にＣｕＳｅの
液層アシスト成長を利用した薄膜形成が可能になる。最
初にＣｕリッチの成膜を行わせることで、蒸着法で利用
しているＣｕＳｅの液層を介した成長に似た現象が生
じ、粒径の大きなＣＩＧＳ薄膜が形成できるようにな
る。
【００２６】次いで、第２工程として、電力供給コント
ローラ６の制御下において、第２のターゲット５２への
電力供給を停止したうえで、第１および第３の各ターゲ
ット５１，５３には規定通りの電力を供給し続けて、基
材２の表面に重ねてＣＩＧＳ膜を約０．６μｍの厚さに
形成させる。
ローラ６の制御下において、第２のターゲット５２への
電力供給を停止したうえで、第１および第３の各ターゲ
ット５１，５３には規定通りの電力を供給し続けて、基
材２の表面に重ねてＣＩＧＳ膜を約０．６μｍの厚さに
形成させる。
【００２７】しかして、この第２工程のスパッタリング
を行わせることによって、Ｃｕ成分を第１のターゲット
５１のみから供給させることで、それまでのＣｕリッチ
状態がＩＩＩ族リッチ状態（Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）＜
１．０）に調整されていく。
を行わせることによって、Ｃｕ成分を第１のターゲット
５１のみから供給させることで、それまでのＣｕリッチ
状態がＩＩＩ族リッチ状態（Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）＜
１．０）に調整されていく。
【００２８】そして、この第２工程によるスパッタリン
グが終了したら、第３工程として、電力供給コントロー
ラ６の制御下において、第２のターゲット５２への電力
供給を停止した状態のまま、第３のターゲット５３には
規定通りの電力を供給し続けながら、第１のターゲット
５１への供給電力を規定の半分に低下させてスパッタリ
ングを行わせる。それにより、基材２の表面に薄膜形成
されるＣＩＧＳ膜のバンドギャップが膜表面に向かって
傾斜して、グレーディング構造が形成される。
グが終了したら、第３工程として、電力供給コントロー
ラ６の制御下において、第２のターゲット５２への電力
供給を停止した状態のまま、第３のターゲット５３には
規定通りの電力を供給し続けながら、第１のターゲット
５１への供給電力を規定の半分に低下させてスパッタリ
ングを行わせる。それにより、基材２の表面に薄膜形成
されるＣＩＧＳ膜のバンドギャップが膜表面に向かって
傾斜して、グレーディング構造が形成される。
【００２９】最終的に、前述のようにして基材２の表面
に形成されたＣＩＧＳ薄膜を、別の真空装置にてＴｓ＝
５００℃（指示温度）で、Ｓｅ雰囲気中で１時間アニー
ル処理することによって、組成の安定したＣＩＧＳ薄膜
を得る。
に形成されたＣＩＧＳ薄膜を、別の真空装置にてＴｓ＝
５００℃（指示温度）で、Ｓｅ雰囲気中で１時間アニー
ル処理することによって、組成の安定したＣＩＧＳ薄膜
を得る。
【００３０】図３は、以上説明した基材２の表面にＣＩ
ＧＳ薄膜を形成するプロセスを示している。
ＧＳ薄膜を形成するプロセスを示している。
【００３１】また、図４は、そのＣＩＧＳ薄膜成長の過
程を模擬的に示している。
程を模擬的に示している。
【００３２】第１段階においては、図４の（ａ）に示す
ように、第１ないし第３の各ターゲット５１〜５３にそ
れぞれ規定の電力を供給することにより、各ターゲット
から化合物または単体の状態で基材２に向かってスパッ
タリングされる。その後、図４の（ｂ）に示すように、
徐々に膜が形成されはじめると同時に、基材２の加熱温
度がＴｓ＝５８０〜６００℃と高いために、蒸気圧の高
いＩｎＳｅやＳｅが基材２から抜け出すものも現れる。
また、膜がＣｕリッチな状態のために、５２０℃で液層
化するＣｕＳｅの支配が顕著に現れはじめ、膜が単層に
近い形（粒径が大）となる。そのときのＣｕ／（Ｉｎ，
Ｇａ）は１．３である（ＸＲＦ測定値）。
ように、第１ないし第３の各ターゲット５１〜５３にそ
れぞれ規定の電力を供給することにより、各ターゲット
から化合物または単体の状態で基材２に向かってスパッ
タリングされる。その後、図４の（ｂ）に示すように、
徐々に膜が形成されはじめると同時に、基材２の加熱温
度がＴｓ＝５８０〜６００℃と高いために、蒸気圧の高
いＩｎＳｅやＳｅが基材２から抜け出すものも現れる。
また、膜がＣｕリッチな状態のために、５２０℃で液層
化するＣｕＳｅの支配が顕著に現れはじめ、膜が単層に
近い形（粒径が大）となる。そのときのＣｕ／（Ｉｎ，
Ｇａ）は１．３である（ＸＲＦ測定値）。
【００３３】そして、第２ないし第３段階において、第
２ターゲットからの供給を停止することでＣｕ／（Ｉ
ｎ，Ｇａ）を０．９程度にまで調整していく。そのとき
結晶は、図４の（ｃ）に示すように、第１段階での粒径
を反映した形で成長を続け、最終的に比較的大きな粒径
のＣＩＧＳ薄膜が得られるようになる。太陽電池のエネ
ルギー変換効率が最も高いのはＣｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）Ｉ
ＩＩ＝０．９付近とされている。
２ターゲットからの供給を停止することでＣｕ／（Ｉ
ｎ，Ｇａ）を０．９程度にまで調整していく。そのとき
結晶は、図４の（ｃ）に示すように、第１段階での粒径
を反映した形で成長を続け、最終的に比較的大きな粒径
のＣＩＧＳ薄膜が得られるようになる。太陽電池のエネ
ルギー変換効率が最も高いのはＣｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）Ｉ
ＩＩ＝０．９付近とされている。
【００３４】図５は、１００ｍｍ角の基材２の表面にＣ
ＩＧＳ薄膜を形成した太陽電池の面内における実測した
エネルギー変換効率η（％）の分布状態の一例を示して
いる。
ＩＧＳ薄膜を形成した太陽電池の面内における実測した
エネルギー変換効率η（％）の分布状態の一例を示して
いる。
【００３５】このように、本発明によれば、スパッタ法
によりエネルギー変換効率１５％を越える太陽電池の製
造が可能になり、また、１００ｍｍ角の基材を用いても
面内平均１４％以上の変換効率をもったミニモジュール
の製造ができるようになる。
によりエネルギー変換効率１５％を越える太陽電池の製
造が可能になり、また、１００ｍｍ角の基材を用いても
面内平均１４％以上の変換効率をもったミニモジュール
の製造ができるようになる。
【００３６】表２および図６は、本発明の成膜法によっ
て光吸収層が作製された太陽電池と従来の成膜法によっ
て光吸収層が作製された太陽電池との各特性を示してい
る。
て光吸収層が作製された太陽電池と従来の成膜法によっ
て光吸収層が作製された太陽電池との各特性を示してい
る。
【００３７】
【００３８】ここで、ＡはＣｕ，Ｉｎ，Ｓｅの各単体タ
ーゲットを用いてスパッタ法によりＣＩＳ薄膜を形成し
た太陽電池を、ＢはＣｕ，Ｉｎをスパッタ法、Ｓｅを蒸
着法によりＣＩＳ薄膜を形成した太陽電池を、ＣはＣ
ｕ，Ｉｎ，ＣｕＧａ（３０ｗｔ％）をスパッタ法、Ｓｅ
を蒸着法によりＣＩＧＳ薄膜を形成した太陽電池を示し
ている。Ｄは、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＧａＳ
ｅ，Ｃｕ２Ｓｅのターゲットを用いたスパッタ法により
ＣＩＧＳ薄膜を形成した太陽電池を示している。Ｅは、
本発明によるＣｕＧａＳｅ２，ＩｎＳｅ，Ｃｕ２Ｓｅの
ターゲットを用いたスパッタ法によりＣＩＧＳ薄膜を形
成した太陽電池を示している。
ーゲットを用いてスパッタ法によりＣＩＳ薄膜を形成し
た太陽電池を、ＢはＣｕ，Ｉｎをスパッタ法、Ｓｅを蒸
着法によりＣＩＳ薄膜を形成した太陽電池を、ＣはＣ
ｕ，Ｉｎ，ＣｕＧａ（３０ｗｔ％）をスパッタ法、Ｓｅ
を蒸着法によりＣＩＧＳ薄膜を形成した太陽電池を示し
ている。Ｄは、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＧａＳ
ｅ，Ｃｕ２Ｓｅのターゲットを用いたスパッタ法により
ＣＩＧＳ薄膜を形成した太陽電池を示している。Ｅは、
本発明によるＣｕＧａＳｅ２，ＩｎＳｅ，Ｃｕ２Ｓｅの
ターゲットを用いたスパッタ法によりＣＩＧＳ薄膜を形
成した太陽電池を示している。
【００３９】Ａの太陽電池とＢの太陽電池とを比較する
と、Ｓｅを蒸着法によって供給することでエネルギー変
換効率ηが２倍以上に向上することがわかる。これによ
り、単体のＳｅをスパッタ法によってＣＩＳ薄膜中に供
給することは、何らかのダメージを与えていることが推
測される。
と、Ｓｅを蒸着法によって供給することでエネルギー変
換効率ηが２倍以上に向上することがわかる。これによ
り、単体のＳｅをスパッタ法によってＣＩＳ薄膜中に供
給することは、何らかのダメージを与えていることが推
測される。
【００４０】Ｂの太陽電池とＣの太陽電池とを比較する
と、ＣＩＳにＧａを添加することによって開路電圧Ｖｏ
ｃが増大し、結果的にエネルギー変換効率ηが向上して
いる。Ｃ，Ｄ，Ｅの各太陽電池に着目すると、Ｄ，Ｅは
ＡのようにＳｅをスパッタ法により供給しているにもか
かわらず、エネルギー変換効率ηの低下がみられない。
これは、Ｓｅ化合物をターゲットに用いることで、Ｓｅ
単体の負イオンによるダメージを低減できることが推測
される。
と、ＣＩＳにＧａを添加することによって開路電圧Ｖｏ
ｃが増大し、結果的にエネルギー変換効率ηが向上して
いる。Ｃ，Ｄ，Ｅの各太陽電池に着目すると、Ｄ，Ｅは
ＡのようにＳｅをスパッタ法により供給しているにもか
かわらず、エネルギー変換効率ηの低下がみられない。
これは、Ｓｅ化合物をターゲットに用いることで、Ｓｅ
単体の負イオンによるダメージを低減できることが推測
される。
【００４１】また、Ｃの太陽電池に関しても、エネルギ
ー変換効率ηの低下はみられないが、Ｃｕ，Ｉｎおよび
ＣｕＧａのターゲットの表面がＳｅ蒸気によって汚染さ
れるために、再現性に乏しいという問題がある。
ー変換効率ηの低下はみられないが、Ｃｕ，Ｉｎおよび
ＣｕＧａのターゲットの表面がＳｅ蒸気によって汚染さ
れるために、再現性に乏しいという問題がある。
【００４２】しかして、本発明によるＤ，Ｅの太陽電池
によれば、Ｓｅの負イオンによるダメージが低減され、
エネルギー変換効率ηに優れた再現性の良いものとなる
ことがわかる。
によれば、Ｓｅの負イオンによるダメージが低減され、
エネルギー変換効率ηに優れた再現性の良いものとなる
ことがわかる。
【００４３】
【発明の効果】以上、本発明による化合物半導体の成膜
方法にあっては、スパッタ法により基材表面にＣＩＧＳ
系の化合物半導体を成膜するに際して、複数種のＳｅ化
合物をターゲットとして用いて、各ターゲットへの供給
電力を段階的に制御して、最初はＣｕリッチな状態から
次第に（Ｉｎ，Ｇａ）リッチな状態に移行するように、
Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）の組成比を調整しながらスパッタ
リングを行わせるようにしたもので、スパッタダメージ
を低減して、蒸着法に近い粒径の大きな高品質なＣＩＧ
Ｓ薄膜を短時間で再現性良く形成できるようになり、エ
ネルギー変換効率の高い太陽電池を容易に量産できるよ
うになるという利点を有している。
方法にあっては、スパッタ法により基材表面にＣＩＧＳ
系の化合物半導体を成膜するに際して、複数種のＳｅ化
合物をターゲットとして用いて、各ターゲットへの供給
電力を段階的に制御して、最初はＣｕリッチな状態から
次第に（Ｉｎ，Ｇａ）リッチな状態に移行するように、
Ｃｕ／（Ｉｎ，Ｇａ）の組成比を調整しながらスパッタ
リングを行わせるようにしたもので、スパッタダメージ
を低減して、蒸着法に近い粒径の大きな高品質なＣＩＧ
Ｓ薄膜を短時間で再現性良く形成できるようになり、エ
ネルギー変換効率の高い太陽電池を容易に量産できるよ
うになるという利点を有している。
【図１】ＣＩＧＳ系薄膜太陽電池の一般的な構造を示す
正断面図である。
正断面図である。
【図２】本発明による化合物半導体の成膜方法を実施す
るためのスパッタ装置の概略構成を示す図である。
るためのスパッタ装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明によって基材の表面にＣＩＧＳ薄膜を形
成するプロセスを示す図である。
成するプロセスを示す図である。
【図４】本発明によって基材の表面にＣＩＧＳ薄膜を形
成する際における成膜の成長過程を模擬的に示す図であ
る。
成する際における成膜の成長過程を模擬的に示す図であ
る。
【図５】本発明によって１００ｍｍ角の基材の表面にＣ
ＩＧＳ薄膜を形成したしたときの面内における実測した
エネルギー変換効率η（％）の分布状態の一例を示す図
である。
ＩＧＳ薄膜を形成したしたときの面内における実測した
エネルギー変換効率η（％）の分布状態の一例を示す図
である。
【図６】本発明の成膜法によって光吸収層が作製された
太陽電池と従来の成膜法によって光吸収層が作製された
太陽電池との各特性を示す図である。
太陽電池と従来の成膜法によって光吸収層が作製された
太陽電池との各特性を示す図である。
１ 真空槽 ２ 基材 １１ ガラス基板 １２ Ｍｏ電極層 ３ 回転機構 ４ ヒータ板 ５１，５２，５３ ターゲット ６ 電力供給コントローラ ７ 直流電源
Claims (4)
- 【請求項１】 スパッタ法により基板上にＣＩＧＳ系の
化合物半導体を成膜する方法であって、化合物半導体を
生成するための複数種のＳｅ化合物からなるターゲット
を用いて、各ターゲットへの供給電力を制御しながらス
パッタリングを段階的に行わせる工程をとるようにした
化合物半導体の成膜方法。 - 【請求項２】 ターゲットとして３つのＳｅ化合物を用
いて、第１のターゲットをＣｕ−Ｇａ−ＳｅまたはＣｕ
−Ｉｎ−Ｓｅとし、第２のターゲットをＣｕ−Ｓｅと
し、第３のターゲットをＩｎ−ＳｅまたはＧａ−Ｓｅと
したことを特徴とする請求項１の記載による化合物半導
体の成膜方法。 - 【請求項３】 第１ないし第３の各ターゲットにそれぞ
れ規定された電力を供給して、Ｃｕリッチな状態でスパ
ッタリングを行わせる第１の工程と、第２のターゲット
への電力供給を停止して、（Ｉｎ，Ｇａ）リッチな状態
でスパッタリングを行わせる第２の工程とをとるように
したことを特徴とする請求項２の記載による化合物半導
体の成膜方法。 - 【請求項４】 第１のターゲットへの供給電力を所定に
低下させてスパッタリングを行わせる第３の工程をとる
ようにしたことを特徴とする請求項３の記載による化合
物半導体の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287742A JP2002064062A (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 化合物半導体の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287742A JP2002064062A (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 化合物半導体の成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002064062A true JP2002064062A (ja) | 2002-02-28 |
Family
ID=18771452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287742A Pending JP2002064062A (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 化合物半導体の成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002064062A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008163367A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Mitsubishi Materials Corp | Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ四元系合金スパッタリングターゲットの製造方法 |
| WO2009110092A1 (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-11 | 昭和シェル石油株式会社 | Ｃｉｓ系太陽電池の積層構造、及び集積構造 |
| US7838763B2 (en) * | 2002-09-30 | 2010-11-23 | Miasole | Manufacturing apparatus and method for large-scale production of thin-film solar cells |
| WO2011107035A1 (zh) * | 2010-03-05 | 2011-09-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 磁控溅射法制备铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的方法 |
| WO2011040780A3 (ko) * | 2009-09-30 | 2011-09-15 | 엘지이노텍주식회사 | 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 |
| WO2012144655A1 (ja) * | 2011-04-22 | 2012-10-26 | 三菱マテリアル株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| WO2013065362A1 (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-10 | 三菱マテリアル株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| JP2013516783A (ja) * | 2010-01-06 | 2013-05-13 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 太陽光発電装置 |
-
2000
- 2000-08-17 JP JP2000287742A patent/JP2002064062A/ja active Pending
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| CN103261473A (zh) * | 2011-04-22 | 2013-08-21 | 三菱综合材料株式会社 | 溅射靶及其制造方法 |
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| US9528181B2 (en) | 2011-04-22 | 2016-12-27 | Mitsubishi Materials Corporation | Sputtering target and method for producing same |
| WO2013065362A1 (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-10 | 三菱マテリアル株式会社 | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| JP2013095965A (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Mitsubishi Materials Corp | スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
| US9988710B2 (en) | 2011-11-01 | 2018-06-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Sputtering target and method for producing same |
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