JP3150681B2 - 薄膜非晶質半導体装置 - Google Patents
薄膜非晶質半導体装置Info
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- JP3150681B2 JP3150681B2 JP25567889A JP25567889A JP3150681B2 JP 3150681 B2 JP3150681 B2 JP 3150681B2 JP 25567889 A JP25567889 A JP 25567889A JP 25567889 A JP25567889 A JP 25567889A JP 3150681 B2 JP3150681 B2 JP 3150681B2
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- semiconductor device
- amorphous semiconductor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、非晶質半導体装置に関する。さらに詳しく
は、長時間の光照射による電気的特性の低下の小さな半
導体および非晶質半導体装置に関する。
は、長時間の光照射による電気的特性の低下の小さな半
導体および非晶質半導体装置に関する。
［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 近年、プラズマCVD法などによってえられるアモルフ
ァスシリコンをはじめとするテトラヘドラル系非晶質半
導体は、大面積化が容易でかつ低コスト化が可能である
ため、太陽電池や薄膜トランジスター、大面積センサー
などへの応用が注目されている。しかしながら、これら
の半導体を光電変換に用いるばあい、これらの光に対す
る安定性が重要な問題となる。アモルファスシリコンの
光劣化は、すでに1977年にステプラー、ロンスキー両博
士によって発見され、光、とくに強い光に対する電気的
特性の変化は太陽電池や電子写真感光ドラムなどの応用
に対する大きな障害となっている。
ァスシリコンをはじめとするテトラヘドラル系非晶質半
導体は、大面積化が容易でかつ低コスト化が可能である
ため、太陽電池や薄膜トランジスター、大面積センサー
などへの応用が注目されている。しかしながら、これら
の半導体を光電変換に用いるばあい、これらの光に対す
る安定性が重要な問題となる。アモルファスシリコンの
光劣化は、すでに1977年にステプラー、ロンスキー両博
士によって発見され、光、とくに強い光に対する電気的
特性の変化は太陽電池や電子写真感光ドラムなどの応用
に対する大きな障害となっている。
本発明は、前記の点に鑑み、テトラヘドラル系非晶質
半導体の光による電気的特性の低下を軽減し、これらを
太陽電池などへ応用する際の耐光性を向上させることの
できる非晶質半導体および該非晶質半導体を用いた非晶
質半導体装置を提供することを目的とする。
半導体の光による電気的特性の低下を軽減し、これらを
太陽電池などへ応用する際の耐光性を向上させることの
できる非晶質半導体および該非晶質半導体を用いた非晶
質半導体装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、シラン系ガスもしくはその混合ガスをプラ
ズマ、熱、光のいづれか、またはこれらの２つ以上の組
み合わせによって分解することにより、または、シリコ
ンもしくはシリコン系化合物をターゲットとするスパッ
ターまたは反応性スパッターによって基板上にシリコン
系非晶質半導体薄膜を形成したのち、高温雰囲気下で高
照度の可視光を含む光を、前記非晶質シリコン系半導膜
が、パルス光の照射間隔が５分以上、パルス光の強度が
100mW/cm2以上により光劣化されるように断続的に照射
することによってえられる安定化された非晶質シリコン
系半導体装置である。
ズマ、熱、光のいづれか、またはこれらの２つ以上の組
み合わせによって分解することにより、または、シリコ
ンもしくはシリコン系化合物をターゲットとするスパッ
ターまたは反応性スパッターによって基板上にシリコン
系非晶質半導体薄膜を形成したのち、高温雰囲気下で高
照度の可視光を含む光を、前記非晶質シリコン系半導膜
が、パルス光の照射間隔が５分以上、パルス光の強度が
100mW/cm2以上により光劣化されるように断続的に照射
することによってえられる安定化された非晶質シリコン
系半導体装置である。
［実施例］ 本発明の半導体装置は通常の方法により非晶質半導体
薄膜を作製したのち、該膜を光劣化させるに充分な断続
光を照射することにより安定化している点に特徴があ
る。
薄膜を作製したのち、該膜を光劣化させるに充分な断続
光を照射することにより安定化している点に特徴があ
る。
通常、シリコン系非晶質半導体薄膜は、シラン系ガス
もしくはその混合ガスをプラズマ、熱、光のいづれか、
またはこれらの２つ以上の組み合わせによって分解する
か、シリコンもしくはシリコン系化合物をターゲットと
するスパッターまたは目的物の構成元素を含むガスや不
純物ガスなどを導入した反応性スパッター法により基板
上に堆積することにより作製される。本発明の半導体装
置は、かかる堆積膜またはその膜を含む装置に高温でパ
ルス光を照射することにより半導体薄膜または半導体薄
膜装置の光に対する安定性を増加させるものである。
もしくはその混合ガスをプラズマ、熱、光のいづれか、
またはこれらの２つ以上の組み合わせによって分解する
か、シリコンもしくはシリコン系化合物をターゲットと
するスパッターまたは目的物の構成元素を含むガスや不
純物ガスなどを導入した反応性スパッター法により基板
上に堆積することにより作製される。本発明の半導体装
置は、かかる堆積膜またはその膜を含む装置に高温でパ
ルス光を照射することにより半導体薄膜または半導体薄
膜装置の光に対する安定性を増加させるものである。
本発明によって半導体の光劣化が低減される詳細な理
由は必ずしも明確ではないが、膜中の光劣化の原因とし
てSi−Si弱結合の破断が有力と考えられている。その結
果発生した２つのダングリングボンドは膜中の水素の移
動により自由に動き回る。ある程度高温のばあいダング
リングボンド同志が接近する確率が高くなり、ダングリ
ングボンドが消滅して新たなSi−Si結合が形成される。
すなわち高温で熱アニールすることにより半導体の欠陥
（ダングリングボンド）が減少し熱回復する。通常150
℃下30分間の処理で初期特性に回復すると考えられてい
る。ただ新たに形成されるSi−Si結合は光によって切断
されたSi−Si弱結合と同じとは限らず光を照射しても切
断されにくくなるものもあると考えると、光照射、熱回
復というサイクルを繰り返すうちにしだいに耐光性が高
くなる可能性がある。このことは本発明者らにより実験
により確認されている。
由は必ずしも明確ではないが、膜中の光劣化の原因とし
てSi−Si弱結合の破断が有力と考えられている。その結
果発生した２つのダングリングボンドは膜中の水素の移
動により自由に動き回る。ある程度高温のばあいダング
リングボンド同志が接近する確率が高くなり、ダングリ
ングボンドが消滅して新たなSi−Si結合が形成される。
すなわち高温で熱アニールすることにより半導体の欠陥
（ダングリングボンド）が減少し熱回復する。通常150
℃下30分間の処理で初期特性に回復すると考えられてい
る。ただ新たに形成されるSi−Si結合は光によって切断
されたSi−Si弱結合と同じとは限らず光を照射しても切
断されにくくなるものもあると考えると、光照射、熱回
復というサイクルを繰り返すうちにしだいに耐光性が高
くなる可能性がある。このことは本発明者らにより実験
により確認されている。
ただ、このようにして膜の耐光性を改善するのは時間
を要するため実用的とはいえない。このような現象を利
用して耐光性を改善するためには、光劣化→昇温→熱ア
ニール→降温を一サイクルとするサイクルを繰り返すよ
りも高温で光を照射する方が実用的であり、高温でダン
グリングボンドが多い状態をつくり出せば簡単に耐光性
の改善ができる。しかしながら150℃以上の温度では太
陽光程度の照射では目に見えるほど劣化が進行しない。
これは熱回復反応が速すぎるためと考えられる。本発明
はこの発見に基づきなされたもので、高強度のパルス光
を用いて人為的にSi−Si結合を高温で切断することを特
徴としている。通常、劣化後のダングリングボンドの数
はＩ2/3 t1/3に比例すると考えられる。ここでＩは光強
度、ｔは照射時間を表わす。すなわち、同じ劣化をひき
起すために要する時間は光量を100倍にすると1/10000で
よいことになる。したがって1KW/cm2すなわち太陽光の1
04倍の光を照射したばあい、太陽光で100時間を要する
劣化試験をするのにわずか４×10-3秒でよいという計算
になり150℃以上でも充分に劣化をひき起し耐光性の改
善ができるようになる。なお、1KW/cm2の連続光源を実
際に作り出すのは困難であり、パルス光源で行なうのが
本発明の特徴となっている。
を要するため実用的とはいえない。このような現象を利
用して耐光性を改善するためには、光劣化→昇温→熱ア
ニール→降温を一サイクルとするサイクルを繰り返すよ
りも高温で光を照射する方が実用的であり、高温でダン
グリングボンドが多い状態をつくり出せば簡単に耐光性
の改善ができる。しかしながら150℃以上の温度では太
陽光程度の照射では目に見えるほど劣化が進行しない。
これは熱回復反応が速すぎるためと考えられる。本発明
はこの発見に基づきなされたもので、高強度のパルス光
を用いて人為的にSi−Si結合を高温で切断することを特
徴としている。通常、劣化後のダングリングボンドの数
はＩ2/3 t1/3に比例すると考えられる。ここでＩは光強
度、ｔは照射時間を表わす。すなわち、同じ劣化をひき
起すために要する時間は光量を100倍にすると1/10000で
よいことになる。したがって1KW/cm2すなわち太陽光の1
04倍の光を照射したばあい、太陽光で100時間を要する
劣化試験をするのにわずか４×10-3秒でよいという計算
になり150℃以上でも充分に劣化をひき起し耐光性の改
善ができるようになる。なお、1KW/cm2の連続光源を実
際に作り出すのは困難であり、パルス光源で行なうのが
本発明の特徴となっている。
照射するパルス光は10W/cm2以上、好ましくは100W/cm
2以上のものが使用される。１パルスの照射時間は通常1
/10秒以下である。また、このパルス光は通常可視光ま
たは紫外光である。
2以上のものが使用される。１パルスの照射時間は通常1
/10秒以下である。また、このパルス光は通常可視光ま
たは紫外光である。
前記した方法でえられた本発明の非晶質半導体は耐光
性の向上せられたものであるが、本発明において非晶質
シリコン系半導体とは少なくともSiを含む非晶質半導体
を指し、ａ−Siおよびａ−Siと微結晶状Si、Ｃ、Sn、Ge
などとの合金などがある。代表的には ａ−Si1-x-yGexCy:H（０≦ｘ、ｙ≦１）、 ａ−Si1-x-yGexCy:H:F（０≦ｘ、ｙ≦１） などがある。本発明の非晶質半導体は、たとえばpin構
造、ショットキー構造を有する半導体装置に好適に用い
ることができる。pin型太陽電池のばあい、光入射側の
ｐ層にａ−Si1-xCxを用いることにより高効率、高電圧
となることが知られている（米国特許第438848号明細
書）。
性の向上せられたものであるが、本発明において非晶質
シリコン系半導体とは少なくともSiを含む非晶質半導体
を指し、ａ−Siおよびａ−Siと微結晶状Si、Ｃ、Sn、Ge
などとの合金などがある。代表的には ａ−Si1-x-yGexCy:H（０≦ｘ、ｙ≦１）、 ａ−Si1-x-yGexCy:H:F（０≦ｘ、ｙ≦１） などがある。本発明の非晶質半導体は、たとえばpin構
造、ショットキー構造を有する半導体装置に好適に用い
ることができる。pin型太陽電池のばあい、光入射側の
ｐ層にａ−Si1-xCxを用いることにより高効率、高電圧
となることが知られている（米国特許第438848号明細
書）。
つぎに本発明の半導体装置を実施例にもとづき説明す
るが、本発明はもとよりかかる実施例に限定されるもの
ではない。
るが、本発明はもとよりかかる実施例に限定されるもの
ではない。
実施例１〜４ 第１表に示す条件により純モノシランガス（SiH4）の
グロー放電分解によりコーニング7059ガラス上に真性ア
モルファスシリコン膜を形成し、実施例１〜４とした。
グロー放電分解によりコーニング7059ガラス上に真性ア
モルファスシリコン膜を形成し、実施例１〜４とした。
えられた実施例１〜４をクライオスタット中において
160℃の約10-3トールの真空下に放置し、20分間隔でキ
セノンパルス光を照射した。パルス光強度は約1KW/cm2
でパルス巾は1msec（１パルス照射時間が1/1000秒）で
ある。第１図に光パルス照射２秒後の暗時導電率の値を
光パルス照射直前の値で割って規格化したものを示し
た。図において横軸がパルス照射回数であり、縦軸が暗
時導電率である。また図中の温度は成膜温度を示してい
る 照射を繰り返すに従って規格化された暗時導電率は１
に近い一定値に近づき、膜が安定化していることがわか
る。すなわち、耐光性が改善される。
160℃の約10-3トールの真空下に放置し、20分間隔でキ
セノンパルス光を照射した。パルス光強度は約1KW/cm2
でパルス巾は1msec（１パルス照射時間が1/1000秒）で
ある。第１図に光パルス照射２秒後の暗時導電率の値を
光パルス照射直前の値で割って規格化したものを示し
た。図において横軸がパルス照射回数であり、縦軸が暗
時導電率である。また図中の温度は成膜温度を示してい
る 照射を繰り返すに従って規格化された暗時導電率は１
に近い一定値に近づき、膜が安定化していることがわか
る。すなわち、耐光性が改善される。
実施例５ 基板温度を250℃にした以外は実施例１と同じ条件で
成膜した。しかるのち雰囲気温度250℃の約10-8トール
の真空中で５分間隔で実施例１と同じパルスを90分間照
射した。光照射（AM−1 100mW/cm2の疑似太陽光照射）
を行ないながら導電率の変化を測定した。
成膜した。しかるのち雰囲気温度250℃の約10-8トール
の真空中で５分間隔で実施例１と同じパルスを90分間照
射した。光照射（AM−1 100mW/cm2の疑似太陽光照射）
を行ないながら導電率の変化を測定した。
結果を第２図に実線で示す。図において横軸が時間で
あり、縦軸が導電率である。
あり、縦軸が導電率である。
比較例１ 実施例５と同じ条件で成膜しただけの状態のものを作
製し、比較例１とした。
製し、比較例１とした。
比較例１に実施例５と同一の条件で光照射を行ないな
がら導電率の変化を測定した。
がら導電率の変化を測定した。
結果を第２図に１点鎖線で示す。
比較例２ 実施例５と同じ条件で成膜し、250℃で90分間熱処理
のみ行ない比較例２とした。
のみ行ない比較例２とした。
比較例２に実施例５と同一の条件で光照射を行ないな
がら導電率の変化を測定した。
がら導電率の変化を測定した。
結果を第２図に２点鎖線で示す。
第２図より、実施例５は比較例１に比し初期導電率は
低いもの1000秒以内に比較例１と逆転し耐光性が改善さ
れていることがわかる。
低いもの1000秒以内に比較例１と逆転し耐光性が改善さ
れていることがわかる。
また比較例２は初期値が低下しないものの、単なるア
ニーリングによっては耐光性は改善されていないことが
わかる。
ニーリングによっては耐光性は改善されていないことが
わかる。
実施例６ ガラス基板上に、通常の方法で酸化スズなどからなる
透明電極、pin型半導体層を２段、Agからなる裏面電極
をこの順序で形成し、いわゆる２段タンデム型太陽電池
を作製した。えられた太陽電池に実施例１と同一の条件
でガラス基板側から光照射を行ったのち、開放状態30℃
においてAM−1 100mW/cm2の疑似太陽光により劣化試験
を行った。結果を第３図に示す。
透明電極、pin型半導体層を２段、Agからなる裏面電極
をこの順序で形成し、いわゆる２段タンデム型太陽電池
を作製した。えられた太陽電池に実施例１と同一の条件
でガラス基板側から光照射を行ったのち、開放状態30℃
においてAM−1 100mW/cm2の疑似太陽光により劣化試験
を行った。結果を第３図に示す。
比較例３ 光照射を行わなかったほかは実施例６と同様に２段タ
ンデム型太陽電池を作製した。えられた太陽電池に実施
例６と同一の条件で劣化試験を行った。結果を第３図に
併せて示す。
ンデム型太陽電池を作製した。えられた太陽電池に実施
例６と同一の条件で劣化試験を行った。結果を第３図に
併せて示す。
第３図より実施例６は比較例３よりも光劣化の程度が
約40％改善されているのがわかる。
約40％改善されているのがわかる。
なお、第３図の縦軸の光電変換効率は、AM−1 100mW/
cm2の疑似太陽光照射前の効率を1.00として規格化して
示してある。
cm2の疑似太陽光照射前の効率を1.00として規格化して
示してある。
実施例６においては、ドーパント拡散ブロック層を設
けないほかはヨーロッパ公開特許公報第177864号明細書
の記載に基づき２段タンデム型太陽電池を作製したのち
光照射を行ったが、pinの３層に組んだだけの状態で行
ってもよい。また金属電極を蒸着後に高温で光照射を行
うばあい、金属によっては熱による悪影響（劣化）を生
じることがあるが、そのようなときは、金属電極と半導
体層の間にシリサイドなどの熱劣化防止層をもうけるの
が好ましい。光照射の方向はとくに限定されないが、ｎ
層側から照射するほうが劣化防止効化が大であるので好
ましい。
けないほかはヨーロッパ公開特許公報第177864号明細書
の記載に基づき２段タンデム型太陽電池を作製したのち
光照射を行ったが、pinの３層に組んだだけの状態で行
ってもよい。また金属電極を蒸着後に高温で光照射を行
うばあい、金属によっては熱による悪影響（劣化）を生
じることがあるが、そのようなときは、金属電極と半導
体層の間にシリサイドなどの熱劣化防止層をもうけるの
が好ましい。光照射の方向はとくに限定されないが、ｎ
層側から照射するほうが劣化防止効化が大であるので好
ましい。
ドーパント拡散ブロック層を設ける目的は、太陽電池
の光劣化を改善することにあるが、同様のことは「ア・
ニュー・ステーブル・ａ−SiC/a−SiH・ヘテロジャンク
ション・ソーラー・セルズ（A NEW STABLE a−SiC/a−S
iH HETEROJUNCTION SOLAR CELLS）」（プロシーディン
グ・オブ・ザ・エイティーンス・アイトリプルイー・フ
ォトボルティック・スペシャリスト・コンファランス，
ラスベガス，オクトーバ21−25,1985（Proceeding of t
he 18th IEEE Phtovoltaic specialist conference,Las
Vegas,Nevada,October 21−25,1985））にも開示され
ている。かかるドーパント拡散ブロック層を本発明の太
陽電池に設けることもできる。
の光劣化を改善することにあるが、同様のことは「ア・
ニュー・ステーブル・ａ−SiC/a−SiH・ヘテロジャンク
ション・ソーラー・セルズ（A NEW STABLE a−SiC/a−S
iH HETEROJUNCTION SOLAR CELLS）」（プロシーディン
グ・オブ・ザ・エイティーンス・アイトリプルイー・フ
ォトボルティック・スペシャリスト・コンファランス，
ラスベガス，オクトーバ21−25,1985（Proceeding of t
he 18th IEEE Phtovoltaic specialist conference,Las
Vegas,Nevada,October 21−25,1985））にも開示され
ている。かかるドーパント拡散ブロック層を本発明の太
陽電池に設けることもできる。
［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明のａ−Si系半導体装置
は、光に対して安定しており太陽電池や光センサーなど
に好適に用いることができる。
は、光に対して安定しており太陽電池や光センサーなど
に好適に用いることができる。
第１図はパルス照射回数−暗時導電率線図であり、第２
図は時間−導電率線図であり、第３図は時間−光電変換
効率線図である。
図は時間−導電率線図であり、第３図は時間−光電変換
効率線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 恵子 兵庫県神戸市東灘区甲南町３―９―６― 301 (72)発明者 津下 和永 兵庫県神戸市垂水区舞子台２―９―30― 1220 (72)発明者 太和田 善久 兵庫県神戸市北区大池見山台14―39 (56)参考文献 特開 昭63−14420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−99729（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/26 H01L 31/04
Claims (2)
- 【請求項１】150℃以上の温度雰囲気下で高照度の可視
光を含む光を断続的に照射することにより安定化された
非晶質シリコン系半導体を有する薄膜非晶質半導体装置
であって、前記非晶質シリコン系半導体が、パルス光の
照射間隔が５分以上、パルス光の強度が100mW/cm2以上
により光劣化されてなることを特徴とする薄膜非晶質半
導体装置。 - 【請求項２】非晶質シリコン系半導体の安定化が、該非
晶質シリコン系半導体が薄膜非晶質半導体装置に装着さ
れた状態でなされる請求項１記載の薄膜非晶質半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25567889A JP3150681B2 (ja) | 1988-09-30 | 1989-09-29 | 薄膜非晶質半導体装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-248451 | 1988-09-30 | ||
| JP24845188 | 1988-09-30 | ||
| JP25567889A JP3150681B2 (ja) | 1988-09-30 | 1989-09-29 | 薄膜非晶質半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02168616A JPH02168616A (ja) | 1990-06-28 |
| JP3150681B2 true JP3150681B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=26538779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25567889A Expired - Fee Related JP3150681B2 (ja) | 1988-09-30 | 1989-09-29 | 薄膜非晶質半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3150681B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2995728B1 (fr) * | 2012-09-14 | 2014-10-24 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif et procede de restauration des cellules solaires a base de silicium avec transducteur ultrason |
| FR2995727B1 (fr) * | 2012-09-14 | 2014-10-24 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif et procede de restauration de cellules photovoltaiques a base de silicium |
| US20160005915A1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | Sino-American Silicon Products Inc. | Method and apparatus for inhibiting light-induced degradation of photovoltaic device |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25567889A patent/JP3150681B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02168616A (ja) | 1990-06-28 |
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