JP3397928B2 - 半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイス

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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本願発明は、欠陥密度が少ない非
晶質半導体及びこれを用いた半導体デバイスに関する。 【0002】 【従来の技術】非晶質半導体、特に非晶質シリコンは、
安価な半導体材料として太陽電池、TFT等様々な半導
体デバイスに用いられている。ところが非晶質半導体
は、その膜中の欠陥密度が結晶シリコンや多結晶シリコ
ンよりも多く、このためこれを用いた半導体デバイスの
特性も劣悪なものとなるという問題がある。 【0003】非晶質半導体の欠陥密度が多い原因の一つ
として、その作製時に膜中に混入するO,N,或いはC
等の不純物に起因する欠陥準位の生成がある。この不純
物の混入による欠陥準位の生成を防止するために、従来
用いられていた装置よりも高真空まで排気可能な製造装
置を用いて、膜中の不純物を低減する試みがなされてい
る(S.Tsuda et al., Proceedings of 18th IEEE PVSC,
Las Vegas, 1985)。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】上記の製造装置を用い
ることにより、膜中の不純物濃度が従来よりも約1桁低
減された非晶質半導体を形成することができ、またその
膜中の欠陥密度も従来の約1/5まで低減することが可
能となった。然し乍ら、結晶シリコンや多結晶シリコン
と比べると、未だ非晶質半導体中の欠陥密度を充分に低
減できるまでには至っていない。 【0005】 【0006】発明は、太陽電池のi層或いはTFTの
チャネル部等、半導体デバイスの主たる半導体層に欠陥
密度の低い非晶質シリコンを用いることにより、良好な
デバイス特性を有する半導体デバイスを提供することを
目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
は、膜中に含ませたボロン及び酸素の濃度が夫々1×1
17 〜1×10 19 atoms/cm 3 及び1×10 20
1×10 22 atoms/cm 3 の範囲である非晶質シリ
コンを主たる半導体層として用いたことを特徴とする。 【0008】 【0009】 【0010】 【0011】【作用】 発明の半導体デバイスは、欠陥密度の少ない
非晶質シリコンを主たる半導体層に用いているので、良
好なデバイス特性を有する。 【0012】 【実施例】ここでは、代表的な非晶質半導体である非晶
質シリコンを形成した。表1は、本発明及び比較例の非
晶質シリコンの形成条件である。本実施例では、反応ガ
スとしてSiH4,CO2及びB26の混合ガスを用いて
プラズマCVD法で形成することによって、ノンドープ
の非晶質シリコン中に酸素及びボロンを含ませた。これ
に対し比較例1の非晶質シリコンは、原料ガスとしてS
iH4のみを用いてプラズマCVD法で形成した、ノン
ドープの膜である。加えて比較例2として、反応ガスに
SiH4100sccmと水素で100ppmに希釈し
たB260.1sccmの混合ガスを用いて、膜中にボ
ロンをドープした非晶質シリコンも形成した。これらの
非晶質シリコン中の酸素及びボロン濃度を表2に示す。 【0013】 【表1】 【0014】 【表2】 【0015】表2から、ノンドープの非晶質シリコンで
ある比較例1に対し、比較例2の非晶質シリコンはボロ
ン濃度が増加しており、本実施例の非晶質シリコンは酸
素濃度、ボロン濃度ともに増加していることがわかる。 【0016】これらの非晶質シリコンの欠陥密度を一定
光電流法(CPM:Constant Photocurrent Method)を
用いて評価した。膜中の欠陥が増加すると、これに伴い
欠陥による光の吸収量が増加する。本測定法は、低エネ
ルギー領域での光吸収スペクトルを測定することによ
り、膜中の欠陥を評価する方法である。 【0017】図1は、CPM法を用いて測定したこれら
の非晶質シリコンの光吸収スペクトルである。 【0018】図1から、本発明の非晶質シリコンでは、
1.4eV以下の低エネルギー領域での光吸収係数が、
比較例1よりも小さく、欠陥密度が低減されていること
がわかる。また比較例2に於いては、比較例1よりも光
吸収係数が大きくなっていることから、単に膜中にボロ
ンのみを添加しただけでは欠陥密度が増大することがわ
かる。さらに、図示はしないが、酸素のみを添加した非
晶質シリコンも、その膜中の欠陥密度は比較例1よりも
大きくなる。これらの結果から、膜中にボロンと同時に
酸素を加えることによって、欠陥密度を低減できること
がわかる。 【0019】次に、反応ガス中のCO2流量及びB26
流量を変化させて非晶質シリコンを形成し、膜中の欠陥
密度を測定した。表3はこれらの非晶質シリコンの形成
条件である。 【0020】 【表3】 【0021】表3の条件で形成した非晶質シリコンの欠
陥密度を、前述の実施例と同様にCPMを用いて評価し
た。図2は、横軸が酸素濃度、縦軸がボロン濃度であ
る。同図に於いて、丸印で示した酸素濃度とボロン濃度
の組み合わせは、これらの組み合わせを有する非晶質シ
リコンの低エネルギー領域での光吸収係数が、前述の比
較例1よりも小さいことを表している。 【0022】同図から、酸素濃度を1×1020〜1×1
22atoms/cm3、ボロン濃度を1×1017〜1
×1019atoms/cm3の範囲となる本発明の非晶
質シリコンは、比較例1よりも欠陥密度が少ないことが
わかる。 【0023】また同図に示した2本の破線は、酸素濃度
に対してボロン濃度が0.01%及び1%の線である。
同図の丸印がこの2本の破線に挟まれた領域にあること
から、酸素濃度及びボロン濃度を上記の濃度範囲とし、
さらに酸素濃度に対するボロン濃度の割合を0.01〜
1%の範囲とすることにより、非晶質シリコン中の欠陥
密度を有効に低減できることがわかる。 【0024】尚、本実施例では反応ガスとしてCO2
添加しているが、劣悪な製造装置では、内壁からの脱ガ
スやリーク等の影響により、CO2を添加しなくとも酸
素濃度が多い非晶質シリコンが形成される場合がある。
その場合には、反応ガスとしてB26を用いてボロンの
みを添加すれば本発明非晶質半導体が得られることは言
うまでもない。 【0025】また、酸素やボロンを含ませるための反応
ガスとして、本実施例に於いてはCO2或いはB26
用いているが、これに限るものではなく、O2、H2O或
いはB(CH33等の、他の酸素源或いはボロン源とな
るガスを用いることもできる。 【0026】次に、本発明の非晶質シリコンを用いて、
半導体デバイスである太陽電池を形成した。図3は、本
実施例の太陽電池の素子構造断面図である。本実施例の
太陽電池に於いては、主たる半導体層であるi層4に本
発明の非晶質シリコンを用いている。 【0027】同図に於いて、1はガラス基板であり、2
はSnO2から成る透明電極である。透明電極2は熱C
VD法で形成した。3はp型の非晶質シリコンカーバイ
ドから成るp層であり、原料ガスとしてSiH4,CH4
及びB26の混合ガスを用いてプラズマCVD法で形成
した。4は本発明の非晶質シリコンを用いたi層であ
り、表1と同じ条件で形成した。また5はn型の非晶質
シリコンから成るn層であり、原料ガスとしてSiH4
及びPH3の混合ガスを用いてプラズマCVD法で形成
した。6はAgから成る裏面電極であり、蒸着法で形成
した。また、i層4に前述の比較例1の非晶質シリコン
を用いた太陽電池も形成した。i層4の膜厚は約200
0Åである。これらの太陽電池の光電変換効率を測定し
たところ、本発明の太陽電池では11.2%と、比較例
1の太陽電池の11.0%よりも高い値が得られた。こ
のことから、本発明の、欠陥密度が低減された非晶質シ
リコンを主たる半導体層に用いることにより、デバイス
特性を向上できることがわかる。 【0028】 【0029】 【0030】尚、半導体デバイスとして実施例の太陽
電池に限らず、TFTのような他の半導体デバイスにつ
いてもデバイス特性を向上させることができる。 【0031】 【0032】【発明の効果】 本発明の半導体デバイスは、 欠陥密度の
少ない非晶質シリコンを主たる半導体層に用いるので
良好なデバイス特性を有する。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の非晶質シリコンの光吸収スペクトルを
示す特性図である。 【図2】欠陥密度と、酸素及ボロンの濃度との関係を表
した図である。 【図3】本発明の太陽電池の素子構造断面図である。 【符号の説明】 1…ガラス基板、2…透明電極、3…p層、4…i層、
5…n層、6…裏面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−283739(JP,A) 特開 昭58−199710(JP,A) 特開 昭61−296710(JP,A) 特開 昭60−218879(JP,A) 特開 昭59−119876(JP,A) 特開 昭61−236171(JP,A) 特開 平7−94768(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 膜中に含ませたボロン及び酸素の濃度が
    夫々1×10 17 〜1×10 19 atoms/cm 3 及び1
    ×10 20 〜1×10 22 atoms/cm 3 の範囲である
    非晶質シリコンを主たる半導体層として用いたことを特
    徴とする半導体デバイス。
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