JP2626653B2

JP2626653B2 - 珪素半導体装置

Info

Publication number: JP2626653B2
Application number: JP4345097A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JPH05251722A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アモルファス（純粋の
アモルファスまたは５〜１００オングストロームのショ
ートレンジオーダーでの多結晶）または多結晶構造を有
する半導体（以下これらを総称して非単結晶半導体とい
う）ないし絶縁体に関し、特に、珪素を主成分とし窒素
または酸素を均等に分散し、水素またはハロゲン元素が
添加された非単結晶半導体同士を接合し、このとき接合
部において窒素または酸素を連続的に変化させることに
よりエネルギバンドを連続的に変化させ、この連続的変
化領域に電気的接合を設けた構造とすることに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水素またはハロゲン元素が添加さ
れた非単結晶半導体を積層して接合を形成した光電変換
装置はある（例えば、特開昭５３−４２６９３号公報参
照）。

【０００３】また、単結晶（エピタキシャル）半導体の
接合を構成する一方の層が他方の層より広いエネルギバ
ンドギャップ幅を有する接合構造はある（例えば、特開
昭５１−１３２７９３号公報参照）。

【０００４】さらに、単結晶半導体の接合部を構成する
一方の単結晶半導体層においてエネルギバンドに傾斜を
もたせたもの、すなわち、異なるエネルギバンドギャッ
プを有する半導体を互いに隣接させた境界（電気的接
合）の近傍におけるエネルギバンドの遷移を連続的に行
わしめたものはある（例えば、SOLID STATE AND ELECTR
ON DEVICES １９７８年６月号第２巻特集号６９〜７３
頁参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】単結晶光電変換装置に
あっては、異なったエネルギバンドを有する半導体の境
界を互いに接せしめた場合、その境界ではいわゆるヘテ
ロ接合（hetelo-junction ）を構成する。たとえば、図
１に示すように、ＧａＰ１とＧａＡｓ２の接合では、こ
れらが単結晶であるため、この２つのエネルギバンドギ
ャップ（以下Ｅｇという）の界面（電気的接合）には、
不整合のヘテロ接合ができてしまう。

【０００６】不整合のため、伝導帯８にはノッチ３、ま
た価電子帯９には飛び４が発生し、加えて界面順位（In
terface States）５が発生し、電子またはホールのキャ
リアがこの界面準位を介して再結合をして消減してま
う。

【０００７】その結果、キャリアのライフタイムを減少
させ、さらにこの接合を用いて特定の作用、例えば光起
電力を発生せしめようとした場合、光励起された電荷が
光起電力を発生する前に削減してしまうという大きな欠
点があった。または、半導体のPN接合ダイオードの特性
を得んとした場合、逆方向対性の耐圧が弱くソフトダイ
オードになってしまう。

【０００８】なお、図１はｎ型半導体１とｐ型半導体２
がフェルミレベル１０を共通とし、伝導帯８、価電子帯
９が不連続に設けられたｎ−ｐ接合の場合である。

【０００９】これに対し図２においては、ｎ型半導体１
と他のｎ型半導体７とがｎ−ｎ接合を構成しているが、
スパイク６が界面準位５により発生し、電子の移動を妨
げる。

【００１０】従って、本発明はかかるノッチ、飛び、ス
パイクの発生を防止する。すなわち、単結晶ヘテロ接合
界面では結晶格子不整のために存在していた不対結合
手、結晶欠陥に起因する界面準位の発生を除去またはき
わめて少なくせしめ、光電変換効率を改善した半導体装
置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体の積
層方法は、気相反応方法によって、異なるエネルギーバ
ンド幅を有する半導体を積層して作製する方法であっ
て、酸化物気体または窒化物気体よりなる添加物気体と
珪化物気体およびｐまたはｎ型の不純物用気体とを反応
せしめて酸素または窒素の添加物の添加されたｐまたは
ｎ型の導電型の第１のエネルギーバンド幅を有する水素
またはハロゲン元素が添加された第１の非単結晶半導体
を形成する工程と、該第１の非単結品半導体上に珪化物
気体およびｐまたはｎ型の不純物用気体を導入するとと
もに、前記同一添加物気体の添加物を１０^１５〜１０
^２２ｃｍ^−３の濃度範囲で連続的に減少させつつ導入し
て被膜形成をすることにより、前記第１のエネルギーバ
ンド幅よりエネルギーバンド幅を連続的に減少させつつ
非単結晶半導体を形成する工程と、該半導体上にｎまた
はｐ型の不純物用気体を導入するまたは導入することな
しに珪化物気体を反応せしめて、ｐ型、ｉ型またはｎ型
の第２のエネルギーバンド幅を有する水素またはハロゲ
ン元素が添加された第２の非単結晶半導体を形成する工
程とにより、前記第１の非単結晶半導体から前記第２の
非単結晶半導体に対し連続的にエネルギーバンド幅を減
少させている半導体にｐｉ接合、ｐｎ接合、ｎｉ接合ま
たはｎｐ接合を有せしめて形成することを特徴とする。
また、別の態様では、気相反応方法によって、異なるエ
ネルギーバンド幅を有する半導体を積層して作製する方
法であって、珪化物気体とｐまたはｎ型の不純物気体を
導入するまたは導入することなしに反応せしめて、ｐ
型、ｉ型またはｎ型の導電型の第２のエネルギーバンド
幅を有する水素またはハロゲン元素が添加された第２の
非単結晶半導体を形成する工程と、該第２の半導体上
に、珪化物気体およびｐまたはｎ型の不純物用気体と酸
素または窒素の添加物を添加するための酸化物気体また
は窒化物気体よりなる添加物気体をその添加物を１０
^１５〜１０^２２ｃｍ^−３の濃度範囲で連続的に増加させ
つつ導入して反応せしめることによりエネルギーバンド
幅が連続的に増加している前記添加物が添加された非単
結晶半導体を形成する工程と、該半導体上に前記添加物
と同一の添加物気体をその添加量を一定にして導入する
とともにｐまたはｎ型の不純物用気体を導入して反応せ
しめることにより酸素または窒素が添加されたｐまたは
ｎ型の第１のエネルギーバンド幅を有する第１の非単結
晶半導体を形成する工程とにより前記第２の非単結晶半
導体の有するエネルギーバンド幅から前記第１の非単結
晶半導体の有するエネルギーバンド幅に対し、連続的に
エネルギーバンド幅を増加させている半導体に、ｉｐ接
合、ｎｐ接合、ｉｎ接合、またはｐｎ接合を有せしめて
形成することを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記のように構成された被膜の積層体では、互
いに隣接させた非単結晶半導体と非単結晶半導体との間
に異なるエネルギバンドギャップがあるにもかかわら
ず、その境界及びその近傍におけるエネルギバンドギャ
ップの遷移が連続的になり、ここに構造敏感な電気的接
合が配置されるので、光の照射により発生する電子とホ
ールの分離効率が向上し、光起電力が増大する。

【００１３】本発明において連続的とは、伝導帯と価電
子帯のエネルギバンドギャップが階段的な連続性、また
はなめらかな連続性を有していることをいう。エネルギ
バンドギャップの連続的変化領域に電気的接合を配置す
ることは、非単結晶半導体において可能であって、単結
晶半導体では不可能である。また、均等な分散とは、添
加物の量子論的な波動が互いに局部的に相互作用を生ぜ
しめる方向になることをいう。

【００１４】従って、本発明は、珪素を主成分とし一導
電型を有する非単結晶半導体ないし絶縁体、及びこれに
酸素または窒素を均質に分散して、または化学量論的に
変化させて添加せしめた非単結晶半導体ないし絶縁体を
基礎とする。

【００１５】本発明において電気的接合とは、ｐｎ接
合、ｐｉ接合、ｎｉ接合、ｎｎ接合、ｐｐ接合、ｎｐ接
合のいずれかをいう。

【００１６】この電気的接合及びその近傍に光照射をす
ることにより、光起電力を発生せしめる。

【００１７】エネルギバンド的な連続的変化領域に電気
的接合を有していることにより、このエネルギバンドの
差を利用する新しい半導体装置への展開がきわめて飛躍
的に可能となる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１９】金属、半導体または絶縁体さらにまたはガ
ラスまたはセラミックのごとき絶縁体上に金属膜等を一
部または全部に被膜化された複合の基板を形成する。そ
し当該基板上に被膜を構成させた時、半導体となる材料
である珪素を被膜として形成せしめる。原料には、シラ
ン、ジクロールシランその他の珪化物気体を用いる。

【００２０】このため石英等の耐熱ガラスまたはステン
レスの反応炉の入り口側にシラン、ジクロールシランの
如き珪化物気体と、水素の如きキャリアガスと、さらに
リン、ヒ素、ボロンの如き半導体中で導電性を決める不
純物をフォスヒン、アルシン、ジボランにより導入でき
るようにする。加えて、メタン、アンモニア、酸素等の
炭化物、窒化物、酸化物気体を混入できるようにする。

【００２１】また排気は真空ポンプを用いて、反応炉内
を０．００１ｔｏｒｒまで真空引きができるようにす
る。反応炉内に基板をサセプターにて保持して入れ、反
応炉を０．１〜１０ｔｏｒｒに真空引きをし、その基板
に対し１〜５０ＭＨｚの高周波加熱またはそれと輻射加
熱とを併用して加えて、反応性気体を励起または分解す
る。

【００２２】これら反応性気体は基板上に被膜となって
形成される。この際、この被膜は基板の温度より室温〜
５００℃まではアモルファスが、また３５０〜９００℃
では多結晶構造となる。単結晶の基板上において被膜が
９００℃以上でエピタキシャル成長される場合は、被膜
は単結晶になるが、実験的にこれらの単結晶半導体が本
発明の構造を有することは不可能であった。

【００２３】本発明は非単結晶の被膜を用いることを第
１の特徴としている。これに不対結合手の中和と導電型
の付与とエネルギバンドギャップの制御を行う。

【００２４】［不対結合手の中和］この非単結晶被膜には半導体を構成する材料、いわゆる
珪素に水素、重水素または塩素の如きハロゲン元素が
０．２〜２００原子％の濃度で添加されている。

【００２５】これらは珪素の不対結合手と結合して再結
合中心の発生を抑止し、電気的には中和（不活性）する
作用を有する。

【００２６】本発明において、再結合中心中和用の不純
物の添加は、電気的な反応性気体の活性化と同時に添加
される水素またはハロゲン元素を活性化することにより
成就する方法を用ればよい。

【００２７】［エネルギバンドギャップの制御］珪素を主成分として窒素または酸素を含む半導体におい
ては、前記珪素半導体中に窒素または酸素を均質に分散
して添加する。

【００２８】窒素原料はアンモニア（ＮＨ₃ ）、ヒドラ
ジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）を、また酸素はＨ₂ Ｏ、またはＯ₂ と
した。これら混合物としてはＮ₂ Ｏ、ＮＯ₂ 、ＣＨ₃ Ｏ
Ｈその他のアルコール類、ＣＯ₂ 、ＣＯ等を水素等のキ
ャリアガスを用いた反応炉内に導入し、さらに添加物を
窒素と酸素というように２種類以上添加してもよい。

【００２９】酸素、窒素等を単結晶の半導体被膜形成
後、後から添加しようとすると、酸化珪素（Ｅｇ＝８ｅ
Ｖ）または窒化珪素（Ｅｇ＝５．５ｅＶ）になってしま
い、絶縁物でしかなかった。しかし、これらの添加物を
珪素被膜作製と同時に電気または電気と熱とを併用して
実施することにより添加すると、これらの添加物の化学
量論比に応じて半導体は１．１ｅＶ（Ｓｉ）から３ｅＶ
（ＳｉＣ）、５．５ｅＶ（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）、８ｅＶ（Ｓｉ
Ｏ₂ ）の中間の値を得ることができた。この被膜のＥｇ
はモノクロメータまたは光励起法により測定した。

【００３０】このＥｇは、２つの半導体において共に非
単結晶構造を有しているため、界面のみに単結晶のヘテ
ロ接合で知られる如き特定の界面準位が存在することが
ない。

【００３１】さらに、エネルギバンドは伝導帯、価電子
帯ともに階段的なまたはなめらかな連続性を有して形成
させることができた。

【００３２】この異なる接合部でのＥｇの程度は、被膜
形成速度０．１〜１０μｍ／分と調節し、加えて添加物
のドーブ量を連続的にまたは階段的に調整することによ
り成就した。

【００３３】重要なことは、この異なるＥｇの境界また
はその近傍においては、製造方法にも起因するが、単結
晶半導体のヘテロ接合に見られる格子不整合等による界
面準位は発生せず、またＥｇのエッヂである伝導帯及び
価電子帯にはノッチ、スパイク等や界面準位は存在しな
い、または実質的に存在しないことである。これはＥｇ
水素またはハロゲン元素の不純物に添加するに加えて化
学量論比に従って決めていることによるものと推察され
る。

【００３４】［導電型の付与］この非単結晶被膜に対し、リン、ヒ素の如き半導体中で
ｎ型導電型を呈する不純物を１０¹⁴〜１０²²ｃｍ^-3の濃
度にフォスヒン（ＰＨ₃ ）、アルシンＡｓＨ₃を利用し
て混入させると、いわゆるｎ型半導体が作られる。また
他方、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を同様の濃度用いて添加す
ると、ｐ型の半導体になる。さらにこれらの不純物を全
く添加しないと、真性または装置のバックグラウンドレ
ベルの不純物の混入によるいわゆる実質的に真性の半導
体になる。

【００３５】以上は、減圧ＣＶＤ（化学蒸着）法または
グロー放電法を用いた実施例であるが、半導体の表面の
ごく近傍のエネルギバンドを変更せしめようとする場合
は、イオン注入法を用いて酸素または窒素を半導体中に
１０¹⁵〜１０²²ｃｍ^-3、例えば１０¹⁷ｃｍ^-3の濃度に１
００〜４００ｋｅＶの加速により打ち込み注入すると、
連続的なＥｇを有する半導体の接合を得ることができ
る。

【００３６】本発明において、異なるＥｇを有せしめる
２つの半導体の一方が、純粋の半導体であって他方が添
加物の加えられた半導体のみである必要はない。いずれ
においても同種の添加物がその量を変えて、例えば一方
が１０¹⁵〜１０¹⁸ｃｍ^-3、他方が０．０１〜３０原子％
といったように添加されていれば、本発明を実施するこ
とができる。

【００３７】以上の理論及び実施方法及びその結果より
明らかなごとく、本発明は半導体の動作にきわめて重要
な電気的接合及びその近傍で、単結晶の接合では異なる
Ｅｇの材料の接合により発生する、あるいは異なる格子
定数の材料の接合に本質的に帰因するノッチ、スパイク
等と界面固有の界面準位とを排除している。このためミ
クロな意味での格子不整を排除した非単結晶構造の半導
体であるといえる。

【００３８】かかる非単結晶構造であって、且つ再結合
中心を水素またはハロゲンにより中和したため、化学量
論比に応じてエネルギギャップを連続的に変えるいわゆ
る連続的接合を有する半導体装置を完成させることがで
きる。

【００３９】図３〜図８はかかる場合のＥｇを変えたエ
ネルギバンドギャップ図を示す。

【００４０】図３はエネルギバンドギャップが滑らかに
連続する接合部に電気的接合が含まれ、非単結晶半導体
１１はｎ型で広いエネルギギャップ（以下、広いＥｇと
略記する）、非単結晶半導体１３は狭いエネルギギャッ
プ（以下、狭いＥｇと略記する）のｐ型である。

【００４１】図４は同種のｎ型導電型であって、非単結
晶半導体１１が広いＥｇであり、また非単結晶半導体１
４は狭いＥｇである。

【００４２】図５はｐｐ接合である。

【００４３】図６はｐｎ接合である。

【００４４】図７は滑らかに連続して設けられたｎｐ接
合を構成している。

【００４５】図８は段階的に滑らかに連続して設けられ
たｎｐ接合を構成している。

【００４６】いずれもＥｇの連続的変化領域内に電気的
接合が存在する。

【００４７】図９〜図１４は本発明の構造の実施例をエ
ネルギバンド巾で示したものである。即ちこの発明はｐ
ｉ、ｎｉまたはｐｎ接合を２つ有せしめ、ｎｐｎ接合、
ｐｎｐ接合、ｎｉｐ接合、ｐｉｎ接合、ｎｐｎ接合及び
ｐｎｐ接合を導電型で有し、且つ３つの半導体のうちの
少なくとも隣の半導体に比べて異なるエネルギバンド巾
を有したものである。

【００４８】図９は広いＥｇ₁ −狭いＥｇ₂ −広いＥｇ
₃ のｎｐｎトランジスタである。狭いＥｇ₂ のｐ型のベ
ース領域で、Ｅｇにより決められた再結合を促進させる
ことができる。即ちエミッタ３０、ベース３１、コレク
タ３２において、電子の少数キャリアはＥｇ₁ よりＥｇ
₂ に１５を容易にドリフトできるが、逆方向拡散はホー
ルが１５′の障壁のためふさがれる。その結果、周波数
特性に優れたバイポーラトランジスタとすることができ
た。

【００４９】図１０は狭いＥｇ₁ −広いＥｇ₂ −狭いＥ
ｇ₃ のｐｎｐトランジスタである。即ち、ソース３３、
ドレイン３５間もその不純物を３４で混合することな
く、この外側に設けられたチャネル形成領域により制御
された電流を流すことができた。

【００５０】図１１は狭いＥｇ−広いＥｇ−狭いＥｇの
ｎｉｐ接合構造である。

【００５１】図１２は広いＥｇ−広いＥｇ−狭いＥｇの
ｐｉｎ接合構造である。これは広いＥｇにより光を照射
せしめるいわゆるフォトセルまたは太陽電池に対して高
効率（１５〜３０％）の変換効率を期待できる。入射光
側のｐ層３６が広いＥｇであるあるため、ここでの光損
失が少なく、活性層のｉ層３７で有効に光電変換を行う
ことができる。加えて、この発生したキャリアも電子４
０、ホール４０′も連続接合のため、接合面での障害も
なく、ｎ３８、ｐ３６にドリフトさせることができた。
加えて電子４０″のｐ３６への逆流を防ぐ効果もあり、
効率の向上が著しかった。

【００５２】図１３は広いＥｇ−広いＥｇ−狭いＥｇの
ｎｐｎ、図１４は狭いＥｇ−広いＥｇ−広いＥｇのｐｎ
ｐトランジスタである。

【００５３】図１３、図１４は、図９と同様に超高周波
特性の向上に有効であった。

【００５４】さらに以下にその具体例を示す。

【００５５】図１２の構造は、ｐ型非単結晶３６、ｉ型
非単結晶３７及びｎ型非単結晶半導体層３８からなる。

【００５６】［具体例１］ガラス上の電極上にｐ型非単結晶層３６を酸素が５〜３
０原子％になるようにシランと酸素とジボランとを混合
しグロー放電法で形成した。さらに酸素を１〜５％添加
するようシランと酸素とのグロー放電法によりｉ型非単
結晶層３７を形成した。次にシランとフォスヒンとを混
合し、ｎ型非単結晶半導体層３８を形成し、２つの接合
を設けた。最後にアルミニューム電極を設け、図１２の
構造として、この太陽電池で変換効率を測定したとこ
ろ、２．０７％（開放電圧０．５７Ｖ、短絡電流０．９
５ｍＡ、曲線因子０．３８７、面積０．１０ｃｍ ² 、直
列抵抗３５３Ω、並列抵抗２０８９Ω）を得た。

【００５７】［具体例２］ガラス上の電極上にｐ型非単結晶層３６を窒素が５〜３
０原子％になるようにシランとアンモニアとジボランと
を混合しグロー放電法で形成した。さらに窒素を１〜５
％添加するようシランとアンモニアとのグロー放電法に
よりｉ型非単結晶層３７を形成した。次にシランとフォ
スヒンとを混合し、ｎ型非単結晶半導体層３８を形成
し、２つの接合を設けた。最後にアルミニューム電極を
設け、図１２の構造として、この太陽電池で変換効率を
測定したところ、２．０７％（開放電圧０．５７Ｖ、短
絡電流０．９５ｍＡ、曲線因子０．３８７、面積０．１
０ｃｍ ² 、直列抵抗３５３Ω、並列抵抗２０８９Ω）を
得た。

【００５８】［比較例１］ガラス上の電極上にｐ型非単結晶層３６を炭素が５〜３
０原子％になるようにシランとメタンとジボランとを混
合しグロー放電法で形成した。さらに炭素を１〜５％添
加するようシランとメタンとのグロー放電法によりｉ型
非単結晶層３７を形成した。次にシランとフォスヒンと
を混合し、ｎ型非単結晶半導体層３８を形成し、２つの
接合を設けた。最後にアルミニューム電極を設け、図１
２の構造として、この太陽電池で変換効率を測定したと
ころ、２．０７％（開放電圧０．５７Ｖ、短絡電流０．
９５ｍＡ、曲線因子０．３８７、面積０．１０ｃｍ² 、
直列抵抗３５３Ω、並列抵抗２０８９Ω）を得た。

【００５９】［比較例２］図９において、セラミック上に金属膜の電極を設け、こ
の上に非単結晶半導体層３０をシランとメタンとフォス
ヒンとの混合によりグロー放電法でｐ型非単結晶半導体
層３１をシランとジボランとの混合気体によりｎ型非単
結晶半導体層３２をシランとメタンとフォスヒンとの混
合により積層して形成した。このｎｐｎトランジスタで
ｎ型層３０を２．３ｅＶ、ｐ型層３１を１．５ｅＶ、ｎ
型層３２を２．０ｅＶをエネルギバンド巾で有してい
る。その周波数特性はエミッタ、ベース間１．５Ｖ、ベ
ース、コレクタ間１０Ｖにて１２ＭＨｚの高い周波数特
性を示す。

【００６０】この添加物は、その応用の目的により決定
すればよい。しかしそれは本発明をさらに工業的に普及
せしめるための手段にすぎない。

【００６１】本発明においては、半導体材料として珪素
を用いた。しかしその他いわゆるゲルマニューム、炭化
珪素、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＰ、ＧａＰ等の化合物半導体
をあててもよいことはいうまでもない。加えて太陽電池
等フォト・センシティブ・ディバイスにおける反射防止
膜はλ／４であって、ｎ（ｎは半導体の屈折率）による
が、それは水素またはハロゲン元素が添加され、さらに
添加物のＮまたはＯの量をさらに十分多くして、低級窒
化珪素、低級酸化珪素（ＳｉＯまたはＳｉＯ_x）の絶縁
体として用いてもよいことはいうまでもない。

【００６２】以上の説明より明らかなごとく、本発明で
は、非単結晶半導体を用いてその半導体接合界面のＥｇ
を制御する。さらにこれを実用化するため、界面準位を
中和する水素、または塩素の如きハロゲン化物が０．１
〜２００原子％の濃度に添加された非単結晶珪素半導体
を基礎材料とする。これに酸素、窒素の添加物を化学量
論的に１０¹⁵〜１０²²ｃｍ^-3、例えば、窒素を０．０１
〜１０％で階段的または連続的に変化調節して添加す
る。このため異なるＥｇを有する半導体が隣接しても、
その界面には格子不整などによる界面準位の発生を抑止
できた。さらに、ｐ型、ｎ型、ｉ型の導電型及びその伝
導度を不純物の種類及びその量を調整して添加する。こ
れら半導体装置は多量生産可能であり、且つ連続生産の
可能なグロー放電または減圧化学蒸着（ＣＶＤ）を用い
て作製できる。その結果１つの半導体の厚さを０．０１
μｍ〜１０μｍの範囲で自由に制御可能であり、ｐ型ま
たはｎ型の不純物の濃度も１０¹⁴〜１０²²ｃｍ^-3の範囲
で制御可能であり、ｎｐｎ、ｐｎｐ、ｎｉｐ、ｐｎｐ、
ｐｉｎ等の多層接合が容易に作製できる。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、トランジスタ等の作製に際し、異なるＥｇを有す
る非単結晶半導体の接合部において不対結合手となりう
るＳｉ、Ｃの結合手も水素またはハロゲン元素を結合し
て中和させているため、格子不整等による界面準位の発
生を抑止でき、ここに電気的接合を配置したので、光照
射時に電子とホールの分離が促進され、光電変換効率が
向上するという効果を有する。加えて多量生産が同一反
応炉で連続的に実施できる等、工業的に全く新しい分野
への道が開けるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のヘテロ接合のエネルギバンド図である。

【図２】従来のヘテロ接合のエネルギバンド図である。

【図３】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図４】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図５】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図６】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図７】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図８】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図９】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図１０】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図１１】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図１２】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図１３】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【図１４】本発明の実施例のエネルギバンド図である。

【符号の説明】

１ｎ型半導体２ｐ型半導体３ノッチ４飛び５界面準位６スパイク７ｎ型半導体８伝導帯９価電子帯１０フェルミレベル１１ｎ型非単結晶半導体１３ｐ型非単結晶半導体１４ｎ型非単結晶半導体３０エミッタ３１ベース３２コレクタ３３ソース３５ドレイン３６ｐ型非単結晶半導体層３７ｉ型非単結晶半導体層３８ｎ型非単結晶半導体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−41269（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−890（ＪＰ，Ａ) 特開昭46−6064（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−62586（ＪＰ，Ａ) 特公昭43−3578（ＪＰ，Ｂ１) 「図解半導体用語辞典」５版日刊工業Ｓ．49．８．10発行ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥＡＮＤＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶＩＣＥＳ，ＪＵＮＥ1987，Ｖｏｌ．２，ＳＰＥＣＩＡＬＩＳＳＶＥＰＰ．Ｓ69〜Ｓ73 ＰＨＩＬＯＳＯＰＨＩＣＡＬＭＡＧＡＺＩＮＥ，Ｖｏｌ．35（1977）ＰＰ. １〜16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】気相反応方法によって、異なるエネルギ
ーバンド幅を有する半導体を積層して作製する方法であ
って、酸化物気体または窒化物気体よりなる添加物気体
と珪化物気体およびｐまたはｎ型の不純物用気体とを反
応せしめて酸素または窒素の添加物の添加されたｐまた
はｎ型の導電型の第１のエネルギーバンド幅を有する水
素またはハロゲン元素が添加された第１の非単結晶半導
体を形成する工程と、該第１の非単結晶半導体上に珪化
物気体およびｐまたはｎ型の不純物用気体を導入すると
ともに、前記同一添加物気体の添加物を１０^１５〜１０
^２２ｃｍ^−３の濃度範囲で連続的に減少させつつ導入し
て被膜形成をすることにより、前記第１のエネルギーバ
ンド幅よりエネルギーバンド幅を連続的に減少させつつ
非単結晶半導体を形成する工程と、該半導体上にｎまた
はｐ型の不純物用気体を導入するまたは導入することな
しに珪化物気体を反応せしめて、ｐ型、ｉ型またはｎ型
の第２のエネルギーバンド幅を有する水素またはハロゲ
ン元素が添加された第２の非単結晶半導体を形成する工
程とにより、前記第１の非単結晶半導体から前記第２の
非単結晶半導体に対し連続的にエネルギーバンド幅を減
少させている半導体にｐｉ接合、ｐｎ接合、ｎｉ接合ま
たはｎｐ接合を有せしめて形成することを特徴とする半
導体の積層方法。
【請求項２】気相反応方法によって、異なるエネルギ
ーバンド幅を有する半導体を積層して作製する方法であ
って、珪化物気体とｐまたはｎ型の不純物気体を導入す
るまたは導入することなしに反応せしめて、ｐ型、ｉ型
またはｎ型の導電型の第２のエネルギーバンド幅を有す
る水素またはハロゲン元素が添加された第２の非単結晶
半導体を形成する工程と、該第２の半導体上に、珪化物
気体およびｐまたはｎ型の不純物用気体と酸素または窒
素の添加物を添加するための酸化物気体または窒化物気
体よりなる添加物気体をその添加物を１０^１５〜１０
^２２ｃｍ^−３の濃度範囲で連続的に増加させつつ導入し
て反応せしめることによりエネルギーバンド幅が連続的
に増加している前記添加物が添加された非単結晶半導体
を形成する工程と、該半導体上に前記添加物と同一の添
加物気体をその添加量を一定にして導入するとともにｐ
またはｎ型の不純物用気体を導入して反応せしめること
により酸素または窒素が添加されたｐまたはｎ型の第１
のエネルギーバンド幅を有する第１の非単結晶半導体を
形成する工程とにより前記第２の非単結晶半導体の有す
るエネルギーバンド幅から前記第１の非単結晶半導体の
有するエネルギーバンド幅に対し、連続的にエネルギー
バンド幅を増加させている半導体に、ｉｐ接合、ｎｐ接
合、ｉｎ接合、またはｐｎ接合を有せしめて形成するこ
とを特徴とする半導体の積層方法。