JP2966909B2 - 非晶質半導体薄膜 - Google Patents
非晶質半導体薄膜Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は非晶質太陽電池の高性能化に関し、とくに、
それを構成する非晶質薄膜の高品質化を図る技術に関す
る。
それを構成する非晶質薄膜の高品質化を図る技術に関す
る。
非晶質太陽電池は電卓や時計を駆動するための、出力
の小さいエネルギー供給源としてすでに実用化されてい
る。しかしながら、太陽光発電用途のように、0.1W以上
のような出力の大きいエネルギー供給源としては、性能
および安定性に関しては十分とはいえず、性能向上をめ
ざして、各種の検討が実施されている。しかしながら、
この性能の向上については、プラズマCVD法、光CVD法、
熱CVD法等の成膜手法で形成される水素化非晶質シリコ
ンにとっては、本質的なものであり、改善が困難との悲
観的な見方もあった。
の小さいエネルギー供給源としてすでに実用化されてい
る。しかしながら、太陽光発電用途のように、0.1W以上
のような出力の大きいエネルギー供給源としては、性能
および安定性に関しては十分とはいえず、性能向上をめ
ざして、各種の検討が実施されている。しかしながら、
この性能の向上については、プラズマCVD法、光CVD法、
熱CVD法等の成膜手法で形成される水素化非晶質シリコ
ンにとっては、本質的なものであり、改善が困難との悲
観的な見方もあった。
この解決のために特開昭63−14420に薄膜の形成と水
素あるいはハロゲン化物質によるプラズマ処理を繰り返
すことが開示されているが、特性の改善は満足されるも
のではない。我々は、この問題は、成膜中に多量の水素
が同伴されて、水素化非晶質シリコンを形成することに
あると考えて、その解決手法を特願昭63−308909、特願
平01−163710、165402、165403、特願平02−011803で提
案した、すなわち、成膜工程においては、水素量の少な
い非晶質シリコンを形成して、つぎにこの膜を水素ガ
ス、フッ化水素ガス、フッ素ガス、三フッ素化窒素、四
フッ化炭素などの非堆積性の反応性ガスを含む放電雰囲
気で処理するものであって、従来より狭光学的バンドギ
ャップで、良好な光電特性を有し、光照射に対する安定
性もかなり改善することができた。本発明では、さらに
処理放電雰囲気について検討を継続し、光照射に対し格
段に安定化を図ることができる技術を見出したので、そ
の内容をここに開示する。
素あるいはハロゲン化物質によるプラズマ処理を繰り返
すことが開示されているが、特性の改善は満足されるも
のではない。我々は、この問題は、成膜中に多量の水素
が同伴されて、水素化非晶質シリコンを形成することに
あると考えて、その解決手法を特願昭63−308909、特願
平01−163710、165402、165403、特願平02−011803で提
案した、すなわち、成膜工程においては、水素量の少な
い非晶質シリコンを形成して、つぎにこの膜を水素ガ
ス、フッ化水素ガス、フッ素ガス、三フッ素化窒素、四
フッ化炭素などの非堆積性の反応性ガスを含む放電雰囲
気で処理するものであって、従来より狭光学的バンドギ
ャップで、良好な光電特性を有し、光照射に対する安定
性もかなり改善することができた。本発明では、さらに
処理放電雰囲気について検討を継続し、光照射に対し格
段に安定化を図ることができる技術を見出したので、そ
の内容をここに開示する。
本発明者らは、プラズマCVD法により、半導体薄膜を
特定膜厚だけ形成（以下、成膜と略称する）したのち、
重水素を含む放電雰囲気に曝す工程を繰り返すことによ
り、狭光学的バンドギャップで、電気光学的特性は従来
のSi薄膜より良好で、かつ光照射による特性変化がほと
んどない耐光劣化に優れた半導体薄膜を得られることを
見出した。
特定膜厚だけ形成（以下、成膜と略称する）したのち、
重水素を含む放電雰囲気に曝す工程を繰り返すことによ
り、狭光学的バンドギャップで、電気光学的特性は従来
のSi薄膜より良好で、かつ光照射による特性変化がほと
んどない耐光劣化に優れた半導体薄膜を得られることを
見出した。
すなわち、本発明は、ジシランガスと重水素ガスを用
いて行う、結合水素および／または重水素量が20原子％
以下の半導体薄膜の形成工程と、該形成された薄膜を重
水素が80％以上である放電雰囲気に曝す工程とを繰り返
し行うことにより形成された半導体薄膜であって、一度
の繰り返しにおいて形成される半導体薄膜の厚みが、５
Åから100Åである半導体薄膜である。
いて行う、結合水素および／または重水素量が20原子％
以下の半導体薄膜の形成工程と、該形成された薄膜を重
水素が80％以上である放電雰囲気に曝す工程とを繰り返
し行うことにより形成された半導体薄膜であって、一度
の繰り返しにおいて形成される半導体薄膜の厚みが、５
Åから100Åである半導体薄膜である。
本発明において、成膜工程は特に限定されるものでは
ない。具体的には、真空蒸着、スパッタリング、イオン
プレーティングなどの物理的成膜方法や、光CVD、プラ
ズマCVDなどの化学気相成膜（CVD）法により、成膜する
工程であり、改質工程とは、その薄膜を重水素を含む反
応性ガスを含む放電を発生させて、この放電の雰囲気に
曝すことにより、半導体薄膜の性質を改善する工程であ
る。
ない。具体的には、真空蒸着、スパッタリング、イオン
プレーティングなどの物理的成膜方法や、光CVD、プラ
ズマCVDなどの化学気相成膜（CVD）法により、成膜する
工程であり、改質工程とは、その薄膜を重水素を含む反
応性ガスを含む放電を発生させて、この放電の雰囲気に
曝すことにより、半導体薄膜の性質を改善する工程であ
る。
本発明においては、薄膜を形成する成膜工程と改質工
程とを繰り返すこと、ならびに一度の繰り返しにより形
成される半導体薄膜の厚みを、５から100Åに、好まし
くは10から80Åに、さらに好ましくは30から50Åに規定
することが、重要な要件であり、これ以外の成膜条件は
特に本発明の効果を何ら妨げるものではない。なお、あ
まりに膜厚を薄くすると、結晶化する恐れがあり、アモ
ルファス薄膜としては、過度に薄く出来ないのである。
程とを繰り返すこと、ならびに一度の繰り返しにより形
成される半導体薄膜の厚みを、５から100Åに、好まし
くは10から80Åに、さらに好ましくは30から50Åに規定
することが、重要な要件であり、これ以外の成膜条件は
特に本発明の効果を何ら妨げるものではない。なお、あ
まりに膜厚を薄くすると、結晶化する恐れがあり、アモ
ルファス薄膜としては、過度に薄く出来ないのである。
本発明において、使用される効果的な物理的成膜方法
を以下に説明する。
を以下に説明する。
成膜のための出発原料としてシリコン、炭化シリコ
ン、窒化シリコン、シリコン−ゲルマニウム合金（また
は複合粉末）、シリコン−錫合金（または複合粉末）等
の元素や化合物、合金を効果的に用いることができる。
この他にも炭素、ゲルマニウム、錫等の元素、化合物、
合金を用いることもできる。成膜条件は結合水素および
／または重水素量を特定量以下に少なくする以外にはと
くに限定されるものではない。半導体薄膜中の結合水素
および／または重水素量は20at％以下であり、好ましく
は、10at％以下になるような成膜条件が選択される。20
at％を越えてあまり多量の結合水素量や重水素量がある
と、重水素を含む放電処理の効果がない。もちろん、こ
れらの条件を満足する範囲内であれば、不活性ガス、水
素、重水素、炭化水素、フッ素、酸素ガス等の雰囲気で
成膜することができる。具体的な条件として、ガス流量
は、１〜100sccm、反応圧力は、0.001mtorr〜10mtorrの
範囲である。また、成膜速度に応じて流量・圧力・電力
等の成膜条件は適宜選択される。成膜温度については、
基板温度を管理することで成膜が行われる。温度範囲
は、基本的には制約をうけるものではないが、改質工程
に適合させて温度を設定することが好ましい。具体的に
は、500℃以下の温度範囲で選択される。
ン、窒化シリコン、シリコン−ゲルマニウム合金（また
は複合粉末）、シリコン−錫合金（または複合粉末）等
の元素や化合物、合金を効果的に用いることができる。
この他にも炭素、ゲルマニウム、錫等の元素、化合物、
合金を用いることもできる。成膜条件は結合水素および
／または重水素量を特定量以下に少なくする以外にはと
くに限定されるものではない。半導体薄膜中の結合水素
および／または重水素量は20at％以下であり、好ましく
は、10at％以下になるような成膜条件が選択される。20
at％を越えてあまり多量の結合水素量や重水素量がある
と、重水素を含む放電処理の効果がない。もちろん、こ
れらの条件を満足する範囲内であれば、不活性ガス、水
素、重水素、炭化水素、フッ素、酸素ガス等の雰囲気で
成膜することができる。具体的な条件として、ガス流量
は、１〜100sccm、反応圧力は、0.001mtorr〜10mtorrの
範囲である。また、成膜速度に応じて流量・圧力・電力
等の成膜条件は適宜選択される。成膜温度については、
基板温度を管理することで成膜が行われる。温度範囲
は、基本的には制約をうけるものではないが、改質工程
に適合させて温度を設定することが好ましい。具体的に
は、500℃以下の温度範囲で選択される。
一方、効果的なCVD法の具体的示例を以下に示す。
成膜のための原料ガスとして、一般式、 SinH2n+2、SinD2n+2、SinH((2n+2)-m)Dm （ｎ、ｍは自然数）で表されるモノシラン、ジシラン、
トリシラン、テトラシランなどシラン化合物や、フッ化
シラン、有機シラン、炭化水素等が用いられる。また、
水素、重水素、フッ素、塩素、ヘリウム、アルゴン、ネ
オン、窒素等のガスを原料ガスとともに導入しても良
い。これらのガスを用いる場合には、原料ガスに対して
0.01〜100％（容積比率）の範囲で用いると効果的であ
り、成膜速度や膜特性（水素量など）を考慮して適宜選
択されるものである。
トリシラン、テトラシランなどシラン化合物や、フッ化
シラン、有機シラン、炭化水素等が用いられる。また、
水素、重水素、フッ素、塩素、ヘリウム、アルゴン、ネ
オン、窒素等のガスを原料ガスとともに導入しても良
い。これらのガスを用いる場合には、原料ガスに対して
0.01〜100％（容積比率）の範囲で用いると効果的であ
り、成膜速度や膜特性（水素量など）を考慮して適宜選
択されるものである。
成膜条件については、CVD法においても、物理的成膜
方法と同様に、結合水素および／または重水素量を特定
量以下に少なくする以外にはとくに限定されるものでは
ない。半導体薄膜中の結合水素および重水素量は20at％
以下であり、好ましくは、10at％以下になるように、成
膜条件が選択される。具体的な条件を以下に開示する。
方法と同様に、結合水素および／または重水素量を特定
量以下に少なくする以外にはとくに限定されるものでは
ない。半導体薄膜中の結合水素および重水素量は20at％
以下であり、好ましくは、10at％以下になるように、成
膜条件が選択される。具体的な条件を以下に開示する。
光CVDは、低圧水銀ランプや重水素ランプや希ガスラ
ンプなどの、好ましくは、波長350nm以下の紫外光源を
用いて原料ガスを分解し成膜が行われる。成膜時の条件
として、ガス流量１〜100sccm、反応圧力15mtorr〜大気
圧、基板温度200〜600℃、基板の耐熱性、成膜速度から
考えられる成膜時間、後処理のプラズマ処理温度等を考
慮すると、より好ましくは、300〜500℃の範囲において
適宜選択される。
ンプなどの、好ましくは、波長350nm以下の紫外光源を
用いて原料ガスを分解し成膜が行われる。成膜時の条件
として、ガス流量１〜100sccm、反応圧力15mtorr〜大気
圧、基板温度200〜600℃、基板の耐熱性、成膜速度から
考えられる成膜時間、後処理のプラズマ処理温度等を考
慮すると、より好ましくは、300〜500℃の範囲において
適宜選択される。
また、プラズマCVDについて、以下に具体的に示す。
放電の方式として、高周波放電、直流放電、マイクロ波
放電、ECR放電等の方式を有効に用いることができる。
原料ガスの流量１〜900sccm、反応圧力0.001mtorr〜大
気圧、電力1mW/cm2〜10W/cm2の範囲で十分である。これ
らの成膜条件は成膜速度、放電方法に応じ適宜変更され
るものである。基板温度は200〜600℃であり、より好ま
しくは、300〜500℃である。
放電の方式として、高周波放電、直流放電、マイクロ波
放電、ECR放電等の方式を有効に用いることができる。
原料ガスの流量１〜900sccm、反応圧力0.001mtorr〜大
気圧、電力1mW/cm2〜10W/cm2の範囲で十分である。これ
らの成膜条件は成膜速度、放電方法に応じ適宜変更され
るものである。基板温度は200〜600℃であり、より好ま
しくは、300〜500℃である。
本発明において、改質工程は、かくして形成した薄膜
を、重水素を含む反応性ガスを改質室に導入し、放電を
発生させ、この放電雰囲気に、成膜工程において形成さ
れた薄膜を曝す工程である。
を、重水素を含む反応性ガスを改質室に導入し、放電を
発生させ、この放電雰囲気に、成膜工程において形成さ
れた薄膜を曝す工程である。
放電を発生させる方式は高周波放電、直流放電、マイ
クロ波放電、ECR放電等を有効に利用することができ
る。重水素を含む反応性ガスとは、重水素、フッ素化合
物等であり、重水素ガス、フッ化重水素ガス等を有効に
用いることができる。また、これらのガスの混合及びこ
れらのガスと水素ガス、フッ化水素ガス、フッ素ガス、
三フッ化窒素、四フッ化炭素等の混合ガスでも構わな
い。混合ガス中の重水素量は80％以上である。
クロ波放電、ECR放電等を有効に利用することができ
る。重水素を含む反応性ガスとは、重水素、フッ素化合
物等であり、重水素ガス、フッ化重水素ガス等を有効に
用いることができる。また、これらのガスの混合及びこ
れらのガスと水素ガス、フッ化水素ガス、フッ素ガス、
三フッ化窒素、四フッ化炭素等の混合ガスでも構わな
い。混合ガス中の重水素量は80％以上である。
改質工程の具体的な条件を次に開示する。放電は、放
電電力１〜500W、重水素を含む反応性ガスの流量５〜50
0sccm、圧力、0.001mtorr〜大気圧の範囲において、発
生維持される。改質工程における温度条件は基板の温度
で管理される。この基板温度は、成膜工程の基板温度と
同じかあるいはより低い温度であり、室温から600℃、
好ましくは、200〜500℃である。
電電力１〜500W、重水素を含む反応性ガスの流量５〜50
0sccm、圧力、0.001mtorr〜大気圧の範囲において、発
生維持される。改質工程における温度条件は基板の温度
で管理される。この基板温度は、成膜工程の基板温度と
同じかあるいはより低い温度であり、室温から600℃、
好ましくは、200〜500℃である。
一回の成膜工程においては、５から100Åに、好まし
くは10から80Åに、さらに好ましくは30から50Åの膜厚
に形成される。１サイクルに要する時間は特に限定され
る要件ではないが、1000秒以内数秒以上程度が好まし
い。成膜工程から改質工程へ移行する時間および改質工
程から成膜工程に移行する時間はできる限り短いほうが
好ましい。この時間は装置形状・寸法、真空排気システ
ム等に依存する。具体的には１秒以内に短縮することも
できる。
くは10から80Åに、さらに好ましくは30から50Åの膜厚
に形成される。１サイクルに要する時間は特に限定され
る要件ではないが、1000秒以内数秒以上程度が好まし
い。成膜工程から改質工程へ移行する時間および改質工
程から成膜工程に移行する時間はできる限り短いほうが
好ましい。この時間は装置形状・寸法、真空排気システ
ム等に依存する。具体的には１秒以内に短縮することも
できる。
なお、本発明を実施するための装置は、特に制限する
ものではないが、例えば、第１図に示したような装置で
実施することが出来る。該装置は成膜室１および改質室
２から構成され、それぞれ、シリコンを堆積するための
スパッタンリング装置および放電を発生させるための電
極を有している。これらの２室は搬送装置（基板搬送機
構）13により結合されており、基板10は両室を相互に連
続的に移動し、成膜と改質を繰り返すことができる。も
ちろん、改質室においても、プラズマCVDによりシリコ
ン薄膜を形成する構成とすることができるのである。
ものではないが、例えば、第１図に示したような装置で
実施することが出来る。該装置は成膜室１および改質室
２から構成され、それぞれ、シリコンを堆積するための
スパッタンリング装置および放電を発生させるための電
極を有している。これらの２室は搬送装置（基板搬送機
構）13により結合されており、基板10は両室を相互に連
続的に移動し、成膜と改質を繰り返すことができる。も
ちろん、改質室においても、プラズマCVDによりシリコ
ン薄膜を形成する構成とすることができるのである。
本発明の半導体薄膜が形成される基板は、本発明のプ
ロセス温度に耐えること以外には本質的に限定される条
件はない。青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス
等の透光性の材料や金属、セラミックス、耐熱性高分子
材料等を基板として使用できる。また、太陽電池やセン
サー等に用いられる、電極が形成された基板も本発明に
おいて有効に用いられることはもちろんである。
ロセス温度に耐えること以外には本質的に限定される条
件はない。青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス
等の透光性の材料や金属、セラミックス、耐熱性高分子
材料等を基板として使用できる。また、太陽電池やセン
サー等に用いられる、電極が形成された基板も本発明に
おいて有効に用いられることはもちろんである。
〔実施例１〕 第１図に示した装置を使用して実験を行った。該装置
は成膜室１および改質室２から構成され、それぞれ、シ
リコンを堆積するためのスパッタリング装置および放電
を発生させるための電極を有している。これらの２室は
搬送装置により結合されており、基板は両室を相互に連
続的に移動し、成膜と改質を繰り返すことができる。ま
た改質室においてもプラズマCVDによりシリコン薄膜を
形成することができる。本例では改質室に於てジシラン
と重水素混合ガスを用いてプラズマCVDにより成膜を行
った。成膜条件はジシラン2sccm,重水素50sccm、反応圧
力0.25Torr、高周波電力15W、基板温度400℃であり、Si
薄膜を約40Å成膜したのち、放電を止めることなく、た
だちにジシランの供給を停止し、重水素50sccm、圧力0.
25Torr、高周波電力15W、基板温度400℃において10秒間
Si薄膜を放電中に暴露し改質工程を行った。改質後、再
びジシランを2sccm導入し、成膜工程−改質工程を同一
条件で繰り返した。180回の繰り返しにより約7000Åの
薄膜を得た。なお、薄膜中の結合水素および重水素量は
後述するように5at％であった。ここで用いた基板は、
石英ガラス基板および単結晶Si基板である。石英基板上
に成膜したSi薄膜を用いて光学的性質の測定およびその
一部に金属電極を形成し、電気特性を測定した。また、
単結晶Si基板上に成膜した試料は赤外線吸収スペクトル
測定により、結合水素および重水素量を推算するための
試料とした。この結合水素および重水素量については、
さらに二次イオン質量分析法（SIMS）によって確認し
た。
は成膜室１および改質室２から構成され、それぞれ、シ
リコンを堆積するためのスパッタリング装置および放電
を発生させるための電極を有している。これらの２室は
搬送装置により結合されており、基板は両室を相互に連
続的に移動し、成膜と改質を繰り返すことができる。ま
た改質室においてもプラズマCVDによりシリコン薄膜を
形成することができる。本例では改質室に於てジシラン
と重水素混合ガスを用いてプラズマCVDにより成膜を行
った。成膜条件はジシラン2sccm,重水素50sccm、反応圧
力0.25Torr、高周波電力15W、基板温度400℃であり、Si
薄膜を約40Å成膜したのち、放電を止めることなく、た
だちにジシランの供給を停止し、重水素50sccm、圧力0.
25Torr、高周波電力15W、基板温度400℃において10秒間
Si薄膜を放電中に暴露し改質工程を行った。改質後、再
びジシランを2sccm導入し、成膜工程−改質工程を同一
条件で繰り返した。180回の繰り返しにより約7000Åの
薄膜を得た。なお、薄膜中の結合水素および重水素量は
後述するように5at％であった。ここで用いた基板は、
石英ガラス基板および単結晶Si基板である。石英基板上
に成膜したSi薄膜を用いて光学的性質の測定およびその
一部に金属電極を形成し、電気特性を測定した。また、
単結晶Si基板上に成膜した試料は赤外線吸収スペクトル
測定により、結合水素および重水素量を推算するための
試料とした。この結合水素および重水素量については、
さらに二次イオン質量分析法（SIMS）によって確認し
た。
この結果、得られたSi薄膜の特性として、光学的バン
ドギャップ1.64eV、擬似太陽光（AM−1.5）100mW/cm2照
射下の導電率（光導電率）は１×10-4S/cm、暗導電率は
７×10-11S/cm、活性化エネルギー0.81eV、結合水素お
よび重水素量は5at％、であった。
ドギャップ1.64eV、擬似太陽光（AM−1.5）100mW/cm2照
射下の導電率（光導電率）は１×10-4S/cm、暗導電率は
７×10-11S/cm、活性化エネルギー0.81eV、結合水素お
よび重水素量は5at％、であった。
さらに、このSi薄膜の光安定性を調べるために、擬似
太陽光AM−1.5、100mW/cm2を20時間連続照射し、光導電
率の変化を観測した。初期の光導電率に対する20時間後
の光導電率の変化は１％以下であり、きわめて安定性の
高い薄膜であることが判明した。
太陽光AM−1.5、100mW/cm2を20時間連続照射し、光導電
率の変化を観測した。初期の光導電率に対する20時間後
の光導電率の変化は１％以下であり、きわめて安定性の
高い薄膜であることが判明した。
〔実施例２〕 実施例１において一回の成膜厚みのみをより厚く変更
し、約85Åとした。成膜厚みの変更は成膜時間を変更す
ることにより実施した。成膜工程−改質工程の70回の繰
り返しにより約7000Aの薄膜を得た。本方法により得ら
れた薄膜の特性は、光学的バンドギャップ1.71eV,光導
電率４×10-5S/cm、暗導電率７×10-11S/cmであり、結
合水素および重水素量は、7at％であった。この光安定
性を測定したところ、光導電率の変化率は約3.5％ほど
であり、実施例１よりやや、光安定性が劣ったものの、
従来のSi薄膜よりずっと良好であることが確認された。
し、約85Åとした。成膜厚みの変更は成膜時間を変更す
ることにより実施した。成膜工程−改質工程の70回の繰
り返しにより約7000Aの薄膜を得た。本方法により得ら
れた薄膜の特性は、光学的バンドギャップ1.71eV,光導
電率４×10-5S/cm、暗導電率７×10-11S/cmであり、結
合水素および重水素量は、7at％であった。この光安定
性を測定したところ、光導電率の変化率は約3.5％ほど
であり、実施例１よりやや、光安定性が劣ったものの、
従来のSi薄膜よりずっと良好であることが確認された。
〔実施例３〕 実施例１において、薄膜厚みのみを薄く変更し、約10
Åとした。成膜厚みの変更は成膜時間を変更することに
より実施した。成膜工程−改質工程の700回の繰り返し
により約7000Aの薄膜を得た。本方法により得られた薄
膜の特性は、光学的バンドギャップ1.67eV,光導電率６
×10-5S/cm、暗導電率４×10-10S/cmであり、結合水素
および重水素量は、6at％であった。この光安定性を測
定したところ、光導電率の変化率は約２％ほどであり、
従来のSi薄膜に比べ大きく改善された。
Åとした。成膜厚みの変更は成膜時間を変更することに
より実施した。成膜工程−改質工程の700回の繰り返し
により約7000Aの薄膜を得た。本方法により得られた薄
膜の特性は、光学的バンドギャップ1.67eV,光導電率６
×10-5S/cm、暗導電率４×10-10S/cmであり、結合水素
および重水素量は、6at％であった。この光安定性を測
定したところ、光導電率の変化率は約２％ほどであり、
従来のSi薄膜に比べ大きく改善された。
〔比較例１〕 実施例１において、Si薄膜の形成後、改質工程を経る
ことなく7000Åの厚みにまで形成した。本方法により得
られた薄膜の特性は、光学的バンドギャップ1.73eV、光
導電率５×10-6S/cm、暗導電率４×10-11S/cmであり、
結合水素量は、12at％であった。この膜特性は実施例１
で示された膜特性に比べ低く、この光安定性を測定した
ところ、光導電率の変化率は約20％ほどの変化を示し
た。この変化率はSi薄膜の形成において、重水素を含ま
ない通常のSi薄膜の変化率約40％より、かなり改善され
ているものの、太陽電池の材料として用いるには、未だ
信頼性が欠ける特性である。本比較例は改質工程が必須
であり、改質工程を経過しなければ本発明の効果は充分
発揮出来ないことを示すものである。
ことなく7000Åの厚みにまで形成した。本方法により得
られた薄膜の特性は、光学的バンドギャップ1.73eV、光
導電率５×10-6S/cm、暗導電率４×10-11S/cmであり、
結合水素量は、12at％であった。この膜特性は実施例１
で示された膜特性に比べ低く、この光安定性を測定した
ところ、光導電率の変化率は約20％ほどの変化を示し
た。この変化率はSi薄膜の形成において、重水素を含ま
ない通常のSi薄膜の変化率約40％より、かなり改善され
ているものの、太陽電池の材料として用いるには、未だ
信頼性が欠ける特性である。本比較例は改質工程が必須
であり、改質工程を経過しなければ本発明の効果は充分
発揮出来ないことを示すものである。
〔比較例２〕 実施例１において重水素の代わりに水素を用いて、薄
膜形成を実施した。本方法により得られた薄膜の特性
は、光学的バンドギャップ1.63eV,光導電率１×10-4S/c
m、暗導電率９×10-11S/cmであり、結合水素量は、5at
％であった。この光安定性を測定したところ、光導電率
の変化率は約５％ほどの変化を示した。光学的、電気的
特性は本実施例と遜色ないものであったが、光照射に対
する安定性がやや劣り、目的によっては、不十分であ
る。改質工程での放電雰囲気が重水素であることが、膜
の安定性を高度に改善するのに大きく影響していること
を示すものである。
膜形成を実施した。本方法により得られた薄膜の特性
は、光学的バンドギャップ1.63eV,光導電率１×10-4S/c
m、暗導電率９×10-11S/cmであり、結合水素量は、5at
％であった。この光安定性を測定したところ、光導電率
の変化率は約５％ほどの変化を示した。光学的、電気的
特性は本実施例と遜色ないものであったが、光照射に対
する安定性がやや劣り、目的によっては、不十分であ
る。改質工程での放電雰囲気が重水素であることが、膜
の安定性を高度に改善するのに大きく影響していること
を示すものである。
以上の実施例ならびに比較例から明らかなように、本
方法を用いて、一度の繰り返し膜厚５から100Åで、改
質工程で重水素を含む反応性ガスの放電雰囲気で処理
し、作製した非晶質半導体薄膜は、改質工程を行わない
で作製した非晶質半導体薄膜より光学的バンドギャップ
が狭く、良好な光電特性を有し、かつ本質的に問題とさ
れている光照射に対する安定性も大幅に改善された。こ
れは、非晶質太陽電池の光電変換効率の改善ならびに信
頼性の一層の向上につながるものである。したがって、
本発明は電力用太陽電池に要求される高変換効率ならび
に高信頼性を可能にする技術を提供できるものであり、
エネルギー産業にとって、きわめて有用な発明である。
方法を用いて、一度の繰り返し膜厚５から100Åで、改
質工程で重水素を含む反応性ガスの放電雰囲気で処理
し、作製した非晶質半導体薄膜は、改質工程を行わない
で作製した非晶質半導体薄膜より光学的バンドギャップ
が狭く、良好な光電特性を有し、かつ本質的に問題とさ
れている光照射に対する安定性も大幅に改善された。こ
れは、非晶質太陽電池の光電変換効率の改善ならびに信
頼性の一層の向上につながるものである。したがって、
本発明は電力用太陽電池に要求される高変換効率ならび
に高信頼性を可能にする技術を提供できるものであり、
エネルギー産業にとって、きわめて有用な発明である。
第１図は本発明を実施するための、非晶質半導体薄膜製
造装置の一例を示す模式図である。 図において、１……成膜室（スパッタリング）、２……
改質室、３……Siターゲット、４……高周波電源、５…
…高周波電極、６……圧力制御弁、７……ターボ分子ポ
ンプ、８……油回転ポンプ、９……ガス流量計、10……
基板、11……基板ヒーター、12……マグネット、13……
基板搬送機構を示す。
造装置の一例を示す模式図である。 図において、１……成膜室（スパッタリング）、２……
改質室、３……Siターゲット、４……高周波電源、５…
…高周波電極、６……圧力制御弁、７……ターボ分子ポ
ンプ、８……油回転ポンプ、９……ガス流量計、10……
基板、11……基板ヒーター、12……マグネット、13……
基板搬送機構を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−155225（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−218177（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−222113（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−51210（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】ジシランガスと重水素ガスを用いて行う、
結合水素および／または重水素量が20原子％以下の半導
体薄膜の形成工程と、該形成された薄膜を重水素が80％
以上である放電雰囲気に曝す工程とを繰り返し行うこと
により形成された半導体薄膜であって、一度の繰り返し
において形成される半導体薄膜の厚みが、５Åから100
Åである半導体薄膜。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234393A JP2966909B2 (ja) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | 非晶質半導体薄膜 |
| AU83546/91A AU632241B2 (en) | 1990-09-06 | 1991-09-02 | Amorphous silicon solar cell and method for manufacturing the same |
| DE69125554T DE69125554T2 (de) | 1990-09-06 | 1991-09-04 | Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus amorphem Silizium |
| EP91308087A EP0475666B1 (en) | 1990-09-06 | 1991-09-04 | Method of Manufacturing an Amorphous Silicon Solar Cell |
| US07/756,219 US5248348A (en) | 1990-09-06 | 1991-09-05 | Amorphous silicon solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234393A JP2966909B2 (ja) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | 非晶質半導体薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04115580A JPH04115580A (ja) | 1992-04-16 |
| JP2966909B2 true JP2966909B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=16970296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2234393A Expired - Fee Related JP2966909B2 (ja) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | 非晶質半導体薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2966909B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-06 JP JP2234393A patent/JP2966909B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04115580A (ja) | 1992-04-16 |
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