JP2680702B2 - 非晶質合金半導体薄膜の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気相反応を用いた非晶質合金半導体薄膜の
作製方法に関する。

〔従来の技術〕

水素化非晶質シリコン〔ａ−Si:H〕は、通常グロー放
電法により形成され、光起電力素子等に用いられてい
る。

この光起電力素子においては、その光電変換効率の向
上を目的として、非晶質シリコンゲルマニウム〔ａ−Si
Ge〕のような光学的バンドギャップの狭い非晶質合金半
導体を用い、長波長領域での吸収係数の増大を図る方法
がある。

この場合、Ge成分をSi成分よりも多く含むａ−SiGeで
は、ａ−Siよりも格段に膜質が劣悪となり、光起電力素
子の高効率化を妨げている（例えばJpn・J.Appl.Phys.2
5（1986）L54参照）。

これは、Ge成膜種のマイグレーション不足等が原因と
考えられる。

一方、光起電力素子のｐ層として一般的に用いられて
いる非晶質シリコンカーボン〔ａ−SiC〕においては、
光活性層（ｉ層）への入射光量の増大を図る目的でＣ成
分を多くすると、光学的バンドギャップを広くすること
ができるが、これに伴ない膜質の低下が著しくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前述した従来欠点に留意してなされたもの
であり、その目的とするところは、光起電力素子の高効
率化に際して非晶質合金半導体を用いる場合に、膜質を
低下することなく，任意の配合比の非晶質合金半導体薄
膜を得ることができる作製方法を提供しようとするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の非晶質合金半導
体薄膜の作製方法においては、フィラメント，放電電極
及び加速電極を備えたイオン源を複数個設け、この各イ
オン源においてそれぞれ異なる原料気体を分解すると共
に、重い原子を含む原料気体を分解するイオン源の加速
電極への印加電圧を、他のイオン源の加速電極への印加
電圧より高くかつ200V以下に設定して成膜を行うことを
特徴とするものである。

〔作用〕

複数個のイオン源においてそれぞれ、原料気体がフィ
ラメントと放電電極との間の放電によって分解されてイ
オン化され、このイオン化された原子つまり成膜種が加
速電極における電界で加速され、十分なエネルギを成長
表面に供給し、非晶質合金半導体薄膜の成膜が行われ
る。

この時、非晶質合金半導体の構成要素となる成膜種の
うち、重い原子を含む荷電粒子にはより高い加速電圧が
印加され高い電位差で加速されるため、重い原子を含む
荷電粒子ほどより大きなエネルギが与えられ、これによ
り膜質低下を招く表面マイグレーション不足が解消さ
れ、成膜時の構造緩和がバランスよく行われて膜質の向
上が実現する。

〔実施例〕

実施例につき、図面を参照して説明する。

第１図は、非晶質合金半導体薄膜形成装置の概略構成
を示しており、（１）は真空容器、（２）は容器（１）
内の一側に配設されヒータを内蔵した基板ホルダであ
り、アースされている。（３）は基板ホルダ（２）に保
持された基板である。

（4A）及び（4B）はそれぞれ容器（１）の他側に配設
されたイオン源となる２個のイオンガスであり、それぞ
れガス導入管（5A），（5B）、フィラメント（6A），
（6B）、放電電極（7A），（7B）及び加速電極（8A），
（8B）を備えてなり、ガス導入管（5A），（5B）よりそ
れぞれ異なる原料気体を導入し、フィラメント（6A），
（6B）と放電電極（7A），（7B）との間で発生した放電
により原料気体を分解してイオン化すると共に、これを
加速電極（8A），（8B）で形成した電界により加速し、
それぞれ基板（３）表面に供給し、成膜を行う。

この場合、加速電極（8A），（8B）への印加電圧つま
り加速電圧を制御することにより加速時に与えるエネル
ギを制御することができる。

（９）は容器（１）の側壁に形成された排気口であ
り、ロータリポンプ，ターボ分子ポンプ等からなる高真
空排気系により排気口（９）を介して容器（１）内の排
気が行われる。

前述した形成装置において、ａ−SiGeを作製する場合
の基本的な成膜条件は第１表に示す通りであり、この場
合，例えば一方のイオンガン（4A）に導入する原料気体
をSiH₄,他方のイオンガン（4B）に導入する原料気体をG
eH₄及びH₂としている。

そして、基板温度を200℃，形成時圧力を６×10^-4Tor
rとし、一方のイオンガン（4A）のガス導入管（5A）よ
り3SCCMのSiH₄を導入すると共に、他方のイオンガン（4
B）のガス導入管（5B）より4SCCMのGeH₄及び3SCCMのH₂
を導入し、更に、一方のイオンガン（4A）におけるフィ
ラメント電流，放電電圧及び加速電圧をそれぞれ6A,55V
及び70Vに設定し、他方のイオンガン（4B）におけるフ
ィラメント電流及び放電電圧をそれぞれ6A及び55Vに設
定して一定とした上で、この加速電圧を40〜250Vに変化
させてそれぞれにおけるａ−SiGeを作製した場合、これ
らそれぞれについてAM1.5,100mWの条件下での光感度
（光導電率／暗導電率）を測定した結果、第２図に示す
特性が得られた。

尚、この時のTaucプロットによる光学的バンドギャッ
プは1.25eVである。又、図中破線は従来のグロー放電法
による場合の光感度を示す。

同図より明らかなように、他方のイオンガン（4B）に
おける加速電圧が一方のイオンガン（4A）の加速電圧70
Vを越える領域で光感度に改善がみられ、又、この加速
電圧が200Vを越える領域では加速イオンによりダメージ
を受けるためか光感度の向上が図れないことがわかる。

すなわち、ａ−SiGeを構成するSi,Geの成膜種のう
ち、重い原子Geを含む荷電粒子を加速するイオン源（4
B）における加速電圧をイオン源（4A）の加速電圧より
高くかつ200V以下に設定することで、光感度の改善が図
れることになり、従来では特性の低下が著しかった光学
的バンドギャップの狭いａ−SiGeにおいて、従来のグロ
ー放電法と比べて光感度が５倍にまで向上している。

ところで、ａ−SiGeの作製において、Siイオンを加速
するイオンガン（4A）側の加速電圧を変化させた場合、
Geイオンを加速するイオンガン（4B）の加速電圧の方が
大きい領域において特性の改善が見られたが、前述した
条件での改善の度合いが最も大きい。

尚、前記実施例では、ａ−SiGeの作製方法について説
明したが、ａ−SiCの場合も同様に適用でき、Ｃより重
いSiを含む荷電粒子に対する加速電圧をＣを含む荷電粒
子に対する加速電圧より大きくすることによって、特性
の改善が図れる。

又、本発明による作製方法では、非晶質合金半導体薄
膜を構成原子の任意の配合比で作製する場合において特
性改善が可能である。

〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したように構成されているため、
次に記載する効果を奏する。

異なる原料気体を分解する複数個のイオン源におい
て、重い原子を含む原料気体を分解するイオン源におけ
る加速電極への印加電圧を他のイオン源における加速電
極への印加電圧より高くかつ200V以下とすることによ
り、重い原子を含む荷電粒子により大きなエネルギを与
えて成膜を行うことができ、任意の配合比の非晶質合金
半導体薄膜を良好な膜質で得ることができ、特性の大幅
な改善が図れるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による非晶質合金半導体薄膜の作製方法の
１実施例を示し、第１図は形成装置の概略図、第２図は
Geを含む荷電粒子に対する加速電圧を変化させた場合の
ａ−SiGeの光感度の特性図である。 （4A），（4B）……イオンガン、（6A），（6B）……フ
ィラメント、（7A），（7B）……放電電極、（8A），
（8B）……加速電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 昭一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−10622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−189626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−178621（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧下において気相反応を用いて複数種の
   原料気体から非晶質合金半導体薄膜を作製する方法であ
   って、 フィラメント，放電電極及び加速電極を備えたイオン源
   を複数個設け、前記各イオン源においてそれぞれ異なる
   前記原料気体を分解すると共に、重い原子を含む原料気
   体を分解する前記イオン源の加速電極への印加電圧を、
   他の前記イオン源の加速電極への印加電圧より高くかつ
   200V以下に設定して成膜を行うことを特徴とする非晶質
   合金半導体薄膜の作製方法。