JP3487580B2 - 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置 - Google Patents
堆積膜形成方法および堆積膜形成装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ法
により、長尺の基体に連続的に堆積膜を形成する方法お
よび装置に関する。特に、膜厚方向に組成の分布のある
堆積膜、とりわけ光起電力素子等の機能性堆積膜を形成
する方法および装置に関する。
により、長尺の基体に連続的に堆積膜を形成する方法お
よび装置に関する。特に、膜厚方向に組成の分布のある
堆積膜、とりわけ光起電力素子等の機能性堆積膜を形成
する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、全世界的に電力需要が急激に増大
する一方で、そうした需要を賄うべく電力生産が活発化
するに及んで、火力発電における大気中に放出される二
酸化炭素等による温室効果や、水力発電による河川、森
林環境の破壊、原子力発電における放射能汚染の危険性
など、環境に与える影響を憂慮する状況は深刻の度を深
めている。こうしたなかで、太陽光を利用する太陽電池
発電は、クリーンなエネルギー源として注目を集めてい
る。ところで、太陽電池発電を実用化するためには、使
用する太陽電池（光起電力素子）が、光電変換効率が十
分に高く、特性や安定性に優れ、かつ大量生産に適した
ものであることが要求される。また、発電規模からし
て、大面積の太陽電池が必要となる。こうしたことか
ら、容易に入手できるシランなどの原料ガスをグロー放
電により分解することによって、ガラスや金属シートな
どの比較的安価な基板上に、アモルファスシリコンなど
の半導体薄膜を堆積させて形成されるアモルファスシリ
コン系太陽電池が提案されている。このアモルファスシ
リコン系太陽電池は、単結晶シリコンなどから作製され
た太陽電池と比較して、量産性に優れ、低コストである
と注目され、その製造方法についても各種の提案がなさ
れている。
する一方で、そうした需要を賄うべく電力生産が活発化
するに及んで、火力発電における大気中に放出される二
酸化炭素等による温室効果や、水力発電による河川、森
林環境の破壊、原子力発電における放射能汚染の危険性
など、環境に与える影響を憂慮する状況は深刻の度を深
めている。こうしたなかで、太陽光を利用する太陽電池
発電は、クリーンなエネルギー源として注目を集めてい
る。ところで、太陽電池発電を実用化するためには、使
用する太陽電池（光起電力素子）が、光電変換効率が十
分に高く、特性や安定性に優れ、かつ大量生産に適した
ものであることが要求される。また、発電規模からし
て、大面積の太陽電池が必要となる。こうしたことか
ら、容易に入手できるシランなどの原料ガスをグロー放
電により分解することによって、ガラスや金属シートな
どの比較的安価な基板上に、アモルファスシリコンなど
の半導体薄膜を堆積させて形成されるアモルファスシリ
コン系太陽電池が提案されている。このアモルファスシ
リコン系太陽電池は、単結晶シリコンなどから作製され
た太陽電池と比較して、量産性に優れ、低コストである
と注目され、その製造方法についても各種の提案がなさ
れている。
【０００３】太陽電池（光起電力素子）の重要な構成要
素である半導体層は、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合など
の半導体接合を含んでいるが、これら半導体接合は、導
電型の異なる半導体層を順次積層したり、ある導電型の
半導体層に異なる導電型のドーパントをイオン打ち込み
あるいは熱拡散させることにより形成される。上述のア
モルファスシリコン系太陽電池の作製においては、ホス
フィン（ＰＨ3）やジボラン（Ｂ2Ｈ6）などの、ドーパ
ントとなる元素を含む原料ガスを、主たる原料ガスであ
るシランガスなどに混合し、混合された原料ガスをグロ
ー放電によって分解することによって所望の導電型を有
する半導体膜が得られ、所望の基板上にこれらの半導体
膜を順次積層させて形成することにより、容易に半導体
接合が得られることが知られている。そこで、アモルフ
ァスシリコン系太陽電池を作製するにあたっては、各々
の半導体層に対応して独立した成膜室を設け、この成膜
室でそれぞれの半導体層を形成することが一般的であ
る。
素である半導体層は、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合など
の半導体接合を含んでいるが、これら半導体接合は、導
電型の異なる半導体層を順次積層したり、ある導電型の
半導体層に異なる導電型のドーパントをイオン打ち込み
あるいは熱拡散させることにより形成される。上述のア
モルファスシリコン系太陽電池の作製においては、ホス
フィン（ＰＨ3）やジボラン（Ｂ2Ｈ6）などの、ドーパ
ントとなる元素を含む原料ガスを、主たる原料ガスであ
るシランガスなどに混合し、混合された原料ガスをグロ
ー放電によって分解することによって所望の導電型を有
する半導体膜が得られ、所望の基板上にこれらの半導体
膜を順次積層させて形成することにより、容易に半導体
接合が得られることが知られている。そこで、アモルフ
ァスシリコン系太陽電池を作製するにあたっては、各々
の半導体層に対応して独立した成膜室を設け、この成膜
室でそれぞれの半導体層を形成することが一般的であ
る。
【０００４】上記いわゆる積層型素子の量産性を著しく
向上させる方法としては、米国特許第４、４００、４０
９号明細書に、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ
Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ法が開
示されている。図４にロール・ツー・ロール方式を採用
した連続プラズマＣＶＤ装置を示した。この方法によれ
ば、長尺の基体（帯状部材）１１０を基板として、ガス
ゲート１０６、１０７、１０８、１０９により分離され
た複数のグロー放電領域１１１、１１２、１１３におい
て必要とされる導電型の半導体層を堆積形成しつつ、該
基体をその長手方向に連続的に移動させることで、半導
体接合を有する素子を連続形成することができる。一
方、アモルファスシリコン系光起電力素子の光電変換効
率を向上させるための試みとして、ａ−ＳｉＧｅ， ａ
−ＳｉＣなどのIV属合金半導体をｉ型（真性）半導体層
として使用する場合に、光の入射側から、このｉ型半導
体層の禁制帯幅（バンドギャップ）を膜厚方向に連続的
に適宜変化させることにより、光起電力素子としての開
放電圧や曲線因子が大幅に改善されることが見出されて
いる。移動する基体上に、膜厚方向に組成を連続的に変
化させた膜を形成する方法は、特開平５−１２１３３８
号公報、特開平５−２３４９１８号公報に開示されてい
る。
向上させる方法としては、米国特許第４、４００、４０
９号明細書に、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ
Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ法が開
示されている。図４にロール・ツー・ロール方式を採用
した連続プラズマＣＶＤ装置を示した。この方法によれ
ば、長尺の基体（帯状部材）１１０を基板として、ガス
ゲート１０６、１０７、１０８、１０９により分離され
た複数のグロー放電領域１１１、１１２、１１３におい
て必要とされる導電型の半導体層を堆積形成しつつ、該
基体をその長手方向に連続的に移動させることで、半導
体接合を有する素子を連続形成することができる。一
方、アモルファスシリコン系光起電力素子の光電変換効
率を向上させるための試みとして、ａ−ＳｉＧｅ， ａ
−ＳｉＣなどのIV属合金半導体をｉ型（真性）半導体層
として使用する場合に、光の入射側から、このｉ型半導
体層の禁制帯幅（バンドギャップ）を膜厚方向に連続的
に適宜変化させることにより、光起電力素子としての開
放電圧や曲線因子が大幅に改善されることが見出されて
いる。移動する基体上に、膜厚方向に組成を連続的に変
化させた膜を形成する方法は、特開平５−１２１３３８
号公報、特開平５−２３４９１８号公報に開示されてい
る。
【０００５】特開平５−１２１３３８号公報では、原料
ガスの流れを、基体の移動方向と平行な方向に形成し、
該基体の移動方向に複数個配置された放電手段によりプ
ラズマを生起させて基体表面に堆積膜を形成する方法が
示されている。また、特開平５−２３４９１８号公報で
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法において、堆積される
膜を構成する元素のいずれかの濃度を成膜空間で変化さ
せて、かついずれかの元素の濃度が、成膜空間内の特定
の箇所において極値をもつようにして、かつ特定の成膜
空間箇所で反応圧力が極値をもつようにして堆積膜を形
成する方法が開示されている。ところで、光起電力素子
の光劣化（Ｓｔａｂｌｅｒ−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果）の低
減、変換効率向上の要請から、我々は、ＶＨＦ電力によ
るプラズマＣＶＤ法（以下、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法と
記す。）でのｉ型半導体層の形成に注目している。ＶＨ
ＦプラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン、アモ
ルファスシリコンゲルマニウム膜を形成すると、堆積速
度が３０Å／ｓｅｃ以上の高速成膜が可能であること、
ＲＦ放電と比較して１〜１００ミリトール台の低圧での
放電、成膜が可能であり、気相中でのポリ状物質の成長
を抑えることができること、ＭＷと比較して、波長が長
いため、放電炉内での波長や定在波による放電分布が小
さい等の特徴がある。
ガスの流れを、基体の移動方向と平行な方向に形成し、
該基体の移動方向に複数個配置された放電手段によりプ
ラズマを生起させて基体表面に堆積膜を形成する方法が
示されている。また、特開平５−２３４９１８号公報で
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法において、堆積される
膜を構成する元素のいずれかの濃度を成膜空間で変化さ
せて、かついずれかの元素の濃度が、成膜空間内の特定
の箇所において極値をもつようにして、かつ特定の成膜
空間箇所で反応圧力が極値をもつようにして堆積膜を形
成する方法が開示されている。ところで、光起電力素子
の光劣化（Ｓｔａｂｌｅｒ−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果）の低
減、変換効率向上の要請から、我々は、ＶＨＦ電力によ
るプラズマＣＶＤ法（以下、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法と
記す。）でのｉ型半導体層の形成に注目している。ＶＨ
ＦプラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン、アモ
ルファスシリコンゲルマニウム膜を形成すると、堆積速
度が３０Å／ｓｅｃ以上の高速成膜が可能であること、
ＲＦ放電と比較して１〜１００ミリトール台の低圧での
放電、成膜が可能であり、気相中でのポリ状物質の成長
を抑えることができること、ＭＷと比較して、波長が長
いため、放電炉内での波長や定在波による放電分布が小
さい等の特徴がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｖ
ＨＦプラズマＣＶＤ法において、より良好な光電特性を
有する光起電力素子を作成する上で、さらに解決すべき
課題として、アモルファスシリコンや合金系のシリコン
ゲルマニウム、炭化珪素などのｉ型半導体層の膜厚方向
に組成分布を制御すること、あるいは、ＶＨＦ成膜で得
られるｉ型半導体層の電気的、光学的特性、膜構造に基
づき、隣接するｎ型層、ｐ型層との界面での組成を制御
し、理想的な接合面を形成して、良好な光電特性を有す
る光起電力素子を作成すること等が挙げられ、これらの
課題をより有効に達成することが望まれている。
ＨＦプラズマＣＶＤ法において、より良好な光電特性を
有する光起電力素子を作成する上で、さらに解決すべき
課題として、アモルファスシリコンや合金系のシリコン
ゲルマニウム、炭化珪素などのｉ型半導体層の膜厚方向
に組成分布を制御すること、あるいは、ＶＨＦ成膜で得
られるｉ型半導体層の電気的、光学的特性、膜構造に基
づき、隣接するｎ型層、ｐ型層との界面での組成を制御
し、理想的な接合面を形成して、良好な光電特性を有す
る光起電力素子を作成すること等が挙げられ、これらの
課題をより有効に達成することが望まれている。
【０００７】そこで、本発明は、上記課題を解決するた
め、移動する基体上に、膜厚方向に組成分布のある堆積
膜を、特性にばらつきなく、連続に形成することのでき
る堆積膜形成方法および装置、特にＶＨＦプラズマＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成方法および装置を提供すること、
とりわけ、ｐｉｎ型半導体光起電力素子の作成にあた
り、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法により、膜厚方向に光学的
バンドギャップの分布があるｉ型半導体層を形成する方
法および装置を提供することを目的とするものである。
め、移動する基体上に、膜厚方向に組成分布のある堆積
膜を、特性にばらつきなく、連続に形成することのでき
る堆積膜形成方法および装置、特にＶＨＦプラズマＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成方法および装置を提供すること、
とりわけ、ｐｉｎ型半導体光起電力素子の作成にあた
り、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法により、膜厚方向に光学的
バンドギャップの分布があるｉ型半導体層を形成する方
法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、堆積膜形成方法および装置を、次のよう
に構成したものである。すなわち、本発明の堆積膜形成
方法は、放電空間に長尺の基体を連続的に移動させ、プ
ラズマＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上に、膜
厚方向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成する堆積
膜形成方法において、前記放電空間における基体移動方
向位置から、第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞ
れ１種含有する複数の原料ガスを導入するに際し、該複
数の原料ガスのうち解離エネルギーの小さな原料ガスに
含まれる第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素の膜中組成比
が、膜厚方向で最大となる領域を形成するための放電空
間の位置から、該複数の原料ガスを導入し、該複数の原
料ガスの放電空間への導入位置が、隣接する複数の放電
炉の放電空間内における基体の移動方向の上手側または
下手側に、統一して配され、該隣接する複数の放電炉に
沿って、該基体を順次移動させて該基体上に堆積膜を形
成することを特徴としている。また、本発明の堆積膜形
成方法は、放電空間に長尺の基体を連続的に移動させ、
プラズマＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上に、
膜厚方向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成する堆
積膜形成方法において、前記プラズマＣＶＤ法が、ｎ型
半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層をこの順に積層
させる、プラズマＣＶＤ法であり、ＶＨＦ電力によるプ
ラズマＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側に向かって、光
学的バンドギャップが狭くなるｉ型半導体層を形成し、
次に、ＲＦ−ＣＶＤ法により光学的バンドギャップがｐ
型層側に向かって広くなるｉ型半導体層を形成し、前記
放電空間における基体移動方向位置から、第ＩＩＩ属ま
たはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１種含有する複数の原料
ガスを導入するに際し、該複数の原料ガスのうち解離エ
ネルギーの小さな原料ガスに含まれる第ＩＩＩ属または
ＩＶ、Ｖ属元素の膜中組成比が、膜厚方向で最大となる
領域を形成するための放電空間の位置から、該複数の原
料ガスを導入することを特徴としている。また、本発明
の堆積膜形成方法は、前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣ
ＶＤ法により形成されるｉ型半導体層が、アモルファス
シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）であることを特徴と
している。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記複数
の原料ガスが、隣接する複数の放電炉の放電空間内にお
ける基体の移動方向の下手側から導入されることを特徴
としている。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記複
数の原料ガスには、Ｓｉ、Ｇｅ元素が含まれ、該原料ガ
スの供給量におけるＧｅ／（Ｇｅ＋Ｓｉ）の値が、基体
の移動方向の上流側に位置する放電炉＜基体の移動方向
の下流側に位置する放電炉の関係を満たすことを特徴と
している。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記ＶＨ
Ｆ電力によるプラズマＣＶＤ法により形成される堆積膜
において、膜中のＧｅ濃度が、基体の移動方向の上流側
で形成される膜＜基体の移動方向の下流側で形成される
膜の関係を満たすことを特徴としている。また、本発明
の堆積膜形成方法は、前記複数の原料ガスには、Ｓｉ、
Ｃが含まれ、該原料ガスの供給量におけるＣ／（Ｃ＋Ｓ
ｉ）の値が、基体の移動方向の上流側に位置する放電炉
＞基体の移動方向の下流側に位置する放電炉の関係を満
たすことを特徴としている。また、本発明の堆積膜形成
方法は、前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法により
形成される堆積膜において、膜中のＣ濃度が、基体の移
動方向の上流側で形成される膜＞基体の移動方向の下流
側で形成される膜の関係を満たすことを特徴としてい
る。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記ＶＨＦ電力
によるプラズマＣＶＤ法により形成されるｉ型半導体層
が、アモルファスシリコン炭素（ＳｉＣ）であることを
特徴としている。また、本発明の堆積膜形成装置は、長
尺の基体を連続的に移動させる装置を備え、該装置によ
り放電空間に該長尺の基体を連続的に移動させ、プラズ
マＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上に、膜厚方
向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成する堆積膜形
成装置において、前記放電空間における基体移動方向位
置から、第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１
種含有する複数の原料ガスを導入するための放電空間へ
の原料ガスの導入部を有し、該放電空間への原料ガスの
導入部が、該複数の原料ガスのうち解離エネルギーの小
さな原料ガスに含まれる第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元
素の膜中組成比を、膜厚方向で最大となる領域を形成す
ることのできる位置に配設されており、該原料ガスの放
電空間への導入位置が、隣接する複数の放電炉の放電空
間内における基体の移動方向の上手側または下手側に、
統一して配されていることを特徴としている。また、本
発明の堆積膜形成装置は、前記プラズマＣＶＤ法が、Ｖ
ＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法であることを特徴とし
ている。なお、本発明でＶＨＦとは３０ＭＨｚ以上５０
０ＭＨｚ以下の周波数をいう。
成するために、堆積膜形成方法および装置を、次のよう
に構成したものである。すなわち、本発明の堆積膜形成
方法は、放電空間に長尺の基体を連続的に移動させ、プ
ラズマＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上に、膜
厚方向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成する堆積
膜形成方法において、前記放電空間における基体移動方
向位置から、第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞ
れ１種含有する複数の原料ガスを導入するに際し、該複
数の原料ガスのうち解離エネルギーの小さな原料ガスに
含まれる第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素の膜中組成比
が、膜厚方向で最大となる領域を形成するための放電空
間の位置から、該複数の原料ガスを導入し、該複数の原
料ガスの放電空間への導入位置が、隣接する複数の放電
炉の放電空間内における基体の移動方向の上手側または
下手側に、統一して配され、該隣接する複数の放電炉に
沿って、該基体を順次移動させて該基体上に堆積膜を形
成することを特徴としている。また、本発明の堆積膜形
成方法は、放電空間に長尺の基体を連続的に移動させ、
プラズマＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上に、
膜厚方向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成する堆
積膜形成方法において、前記プラズマＣＶＤ法が、ｎ型
半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層をこの順に積層
させる、プラズマＣＶＤ法であり、ＶＨＦ電力によるプ
ラズマＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側に向かって、光
学的バンドギャップが狭くなるｉ型半導体層を形成し、
次に、ＲＦ−ＣＶＤ法により光学的バンドギャップがｐ
型層側に向かって広くなるｉ型半導体層を形成し、前記
放電空間における基体移動方向位置から、第ＩＩＩ属ま
たはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１種含有する複数の原料
ガスを導入するに際し、該複数の原料ガスのうち解離エ
ネルギーの小さな原料ガスに含まれる第ＩＩＩ属または
ＩＶ、Ｖ属元素の膜中組成比が、膜厚方向で最大となる
領域を形成するための放電空間の位置から、該複数の原
料ガスを導入することを特徴としている。また、本発明
の堆積膜形成方法は、前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣ
ＶＤ法により形成されるｉ型半導体層が、アモルファス
シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）であることを特徴と
している。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記複数
の原料ガスが、隣接する複数の放電炉の放電空間内にお
ける基体の移動方向の下手側から導入されることを特徴
としている。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記複
数の原料ガスには、Ｓｉ、Ｇｅ元素が含まれ、該原料ガ
スの供給量におけるＧｅ／（Ｇｅ＋Ｓｉ）の値が、基体
の移動方向の上流側に位置する放電炉＜基体の移動方向
の下流側に位置する放電炉の関係を満たすことを特徴と
している。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記ＶＨ
Ｆ電力によるプラズマＣＶＤ法により形成される堆積膜
において、膜中のＧｅ濃度が、基体の移動方向の上流側
で形成される膜＜基体の移動方向の下流側で形成される
膜の関係を満たすことを特徴としている。また、本発明
の堆積膜形成方法は、前記複数の原料ガスには、Ｓｉ、
Ｃが含まれ、該原料ガスの供給量におけるＣ／（Ｃ＋Ｓ
ｉ）の値が、基体の移動方向の上流側に位置する放電炉
＞基体の移動方向の下流側に位置する放電炉の関係を満
たすことを特徴としている。また、本発明の堆積膜形成
方法は、前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法により
形成される堆積膜において、膜中のＣ濃度が、基体の移
動方向の上流側で形成される膜＞基体の移動方向の下流
側で形成される膜の関係を満たすことを特徴としてい
る。また、本発明の堆積膜形成方法は、前記ＶＨＦ電力
によるプラズマＣＶＤ法により形成されるｉ型半導体層
が、アモルファスシリコン炭素（ＳｉＣ）であることを
特徴としている。また、本発明の堆積膜形成装置は、長
尺の基体を連続的に移動させる装置を備え、該装置によ
り放電空間に該長尺の基体を連続的に移動させ、プラズ
マＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上に、膜厚方
向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成する堆積膜形
成装置において、前記放電空間における基体移動方向位
置から、第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１
種含有する複数の原料ガスを導入するための放電空間へ
の原料ガスの導入部を有し、該放電空間への原料ガスの
導入部が、該複数の原料ガスのうち解離エネルギーの小
さな原料ガスに含まれる第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元
素の膜中組成比を、膜厚方向で最大となる領域を形成す
ることのできる位置に配設されており、該原料ガスの放
電空間への導入位置が、隣接する複数の放電炉の放電空
間内における基体の移動方向の上手側または下手側に、
統一して配されていることを特徴としている。また、本
発明の堆積膜形成装置は、前記プラズマＣＶＤ法が、Ｖ
ＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法であることを特徴とし
ている。なお、本発明でＶＨＦとは３０ＭＨｚ以上５０
０ＭＨｚ以下の周波数をいう。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、上記のような特徴を備
えた構成により、移動する基体上に、膜厚方向に組成分
布の分布を持った堆積膜を形成するようにしたものであ
り、とりわけ、ｐｉｎ型半導体光起電力素子の作成にあ
たり、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法により、膜厚方向に光学
的バンドギャップの分布があるｉ型半導体層を形成する
ようにしたものであるが、それは、本発明者らのつぎの
ような知見に基づくものである。すなわち、放電電力が
一様に供給されている放電中に原料ガスを導入すると原
料ガスの導入位置からの距離が離れるほど原料ガスの濃
度が低下する。ガスが放電空間中に拡散するにつれて、
解離した原料ガスが基体や放電空間周辺の部材に吸着、
堆積するからである。また、解離エネルギーが異なり、
かつ異なった元素を有する複数の原料ガスを、放電空間
中に同じ場所から導入すると、原料ガスが導入位置から
周辺に拡散するに従って、ガスの組成比（前記複数のガ
スの混合比）が変わってくる。解離エネルギーの小さな
原料ガスのほうが分解率が高く、部材に吸着、堆積して
早く消費されてしまうので、導入位置から離れるに従っ
て解離エネルギーの大きな原料ガスの存在比が高くなる
からである。以上のことから、本発明は、つぎに説明す
るような幾多の実験等を経て、完成するに至ったもので
ある。
えた構成により、移動する基体上に、膜厚方向に組成分
布の分布を持った堆積膜を形成するようにしたものであ
り、とりわけ、ｐｉｎ型半導体光起電力素子の作成にあ
たり、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法により、膜厚方向に光学
的バンドギャップの分布があるｉ型半導体層を形成する
ようにしたものであるが、それは、本発明者らのつぎの
ような知見に基づくものである。すなわち、放電電力が
一様に供給されている放電中に原料ガスを導入すると原
料ガスの導入位置からの距離が離れるほど原料ガスの濃
度が低下する。ガスが放電空間中に拡散するにつれて、
解離した原料ガスが基体や放電空間周辺の部材に吸着、
堆積するからである。また、解離エネルギーが異なり、
かつ異なった元素を有する複数の原料ガスを、放電空間
中に同じ場所から導入すると、原料ガスが導入位置から
周辺に拡散するに従って、ガスの組成比（前記複数のガ
スの混合比）が変わってくる。解離エネルギーの小さな
原料ガスのほうが分解率が高く、部材に吸着、堆積して
早く消費されてしまうので、導入位置から離れるに従っ
て解離エネルギーの大きな原料ガスの存在比が高くなる
からである。以上のことから、本発明は、つぎに説明す
るような幾多の実験等を経て、完成するに至ったもので
ある。
【００１０】（実験１）放電空間に解離エネルギーの異
なる原料ガス、ＳｉＨ4とＧｅＨ4（解離エネルギー：Ｓ
ｉＨ4＞ＧｅＨ4）を導入して、放電に曝されて固定され
た基体上に堆積膜を形成して、堆積膜中のＳｉとＧｅの
含有量比の成膜領域分布をＸＭＡにより調べた。また、
堆積膜の光学的バンドギャップを調べた。図２に、使用
した放電炉を示した。放電炉の放電空間には、ガス供給
管から前記原料ガスが混合されて供給され、外部電源か
ら放電生起用電力が電極を通して供給される。また、基
体に対向する面から放電空間内の雰囲気ガスは一様に排
気される様になっている。基体は放電空間を覆うように
してかつ、放電に曝されるように固定設置した。堆積膜
の形成条件は、原料ガスＳｉＨ4を２００ｓｃｃｍ、Ｇ
ｅＨ4を２００ｓｃｃｍ、Ｈ2を１０００ｓｃｃｍ供給
し、電極にはＶＨＦ１００ＭＨｚ、１ｋｗにＤＣバイア
ス＋１００Ｖ（基体に対して）を重畳した。圧力２０ｍ
Ｔｏｒｒ、基体温度３２０℃である。図２中段には、形
成された堆積膜中のＧｅ濃度（Ｇｅ／Ｇｅ＋Ｓｉ）を示
した。原料ガスの吹き出し位置上ので最も高く、吹き出
し位置から離れるに従って減少している。ＧｅＨ4の解
離エネルギーは、ＳｉＨ4よりも小さいので、供給量に
対するガス分解率はＧｅＨ4の方が大きく、拡散過程
で、ガス導入位置から遠ざかるに従ってＳｉＨ4の混合
比が高まり、膜中のＧｅ濃度（Ｇｅ／（Ｇｅ＋Ｓｉ））
は、減少する。堆積膜の光学的バンドギャップ（禁制帯
幅）を測定すると、膜中のＧｅ濃度分布に対応してガス
導入位置で狭く、遠ざかるにしたがって広くなってい
た。
なる原料ガス、ＳｉＨ4とＧｅＨ4（解離エネルギー：Ｓ
ｉＨ4＞ＧｅＨ4）を導入して、放電に曝されて固定され
た基体上に堆積膜を形成して、堆積膜中のＳｉとＧｅの
含有量比の成膜領域分布をＸＭＡにより調べた。また、
堆積膜の光学的バンドギャップを調べた。図２に、使用
した放電炉を示した。放電炉の放電空間には、ガス供給
管から前記原料ガスが混合されて供給され、外部電源か
ら放電生起用電力が電極を通して供給される。また、基
体に対向する面から放電空間内の雰囲気ガスは一様に排
気される様になっている。基体は放電空間を覆うように
してかつ、放電に曝されるように固定設置した。堆積膜
の形成条件は、原料ガスＳｉＨ4を２００ｓｃｃｍ、Ｇ
ｅＨ4を２００ｓｃｃｍ、Ｈ2を１０００ｓｃｃｍ供給
し、電極にはＶＨＦ１００ＭＨｚ、１ｋｗにＤＣバイア
ス＋１００Ｖ（基体に対して）を重畳した。圧力２０ｍ
Ｔｏｒｒ、基体温度３２０℃である。図２中段には、形
成された堆積膜中のＧｅ濃度（Ｇｅ／Ｇｅ＋Ｓｉ）を示
した。原料ガスの吹き出し位置上ので最も高く、吹き出
し位置から離れるに従って減少している。ＧｅＨ4の解
離エネルギーは、ＳｉＨ4よりも小さいので、供給量に
対するガス分解率はＧｅＨ4の方が大きく、拡散過程
で、ガス導入位置から遠ざかるに従ってＳｉＨ4の混合
比が高まり、膜中のＧｅ濃度（Ｇｅ／（Ｇｅ＋Ｓｉ））
は、減少する。堆積膜の光学的バンドギャップ（禁制帯
幅）を測定すると、膜中のＧｅ濃度分布に対応してガス
導入位置で狭く、遠ざかるにしたがって広くなってい
た。
【００１１】（実験２）次に、放電空間中でのガスの拡
散と排気方向について考察する。前記実験１で使用した
図２の装置において放電空間中への原料ガスの導入位置
を固定したうえで、雰囲気ガスの排気口位置を後述の条
件ａ，ｂ，ｃのように変えて、放電に曝されるように固
定された基体上に堆積膜を形成して、堆積膜中のＳｉ、
Ｇｅの含有量比を測定した。成膜条件は前記実験１に準
じた。図３に、原料ガス導入位置と排気口の位置関係、
及び堆積膜中のＧｅ濃度の成膜領域内分布を示した。原
料ガスの導入位置は放電空間右端近くに設け、排気口
は、条件（ａ）では、放電空間の左端に設け、条件
（ｂ）では、放電空間底面にとり、面内で一様に排気さ
れるようにし、条件（ｃ）では、放電空間の右端に設け
た。堆積膜中のＧｅ濃度の成膜領域内分布を条件ａ，
ｂ，ｃで比較してみる。３条件に共通した分布の特徴
は、原料ガス導入位置上で膜中Ｇｅ濃度が最大になるこ
とである。３条件間の相違点は、ガス導入位置（放電空
間右端）から放電空間左端までの膜中Ｇｅ濃度の減少の
勾配である。条件（ａ）での膜中Ｇｅ濃度の形は、放電
空間の右端に供給された原料ガスが放電中を分解、解離
を進めながら放電空間左端の排気口ヘ圧力勾配に従って
拡散して移動する結果として生ずる分布を反映してい
る。条件（ｂ）での膜中Ｇｅ濃度の形は、放電空間右端
に供給された原料ガスが放電空間を左側に拡散しながら
分解、解離を進めた結果として生ずる分布を反映してい
る。拡散した原料ガスは、放電空間底部の排気口に拡散
して行く。条件（ｃ）での膜中Ｇｅ濃度の形は、放電空
間右端に供給された原料ガスが排気口とは反対方向に放
電中を拡散する（流れはない）なかで分解、解離した結
果生ずる分布を反映している。条件（ｂ）や条件（ｃ）
の結果から、基体上には、原料ガスの流れ方向に直角な
方向、または反対の方向にも、膜中のＧｅ濃度の分布を
作れることがわかる。言い換えるとガスの流れの方向に
かかわらず、原料ガスの供給位置からの距離に依存した
膜中のＧｅ濃度分布（成膜領域内での）を作ることがで
きることが分かった。
散と排気方向について考察する。前記実験１で使用した
図２の装置において放電空間中への原料ガスの導入位置
を固定したうえで、雰囲気ガスの排気口位置を後述の条
件ａ，ｂ，ｃのように変えて、放電に曝されるように固
定された基体上に堆積膜を形成して、堆積膜中のＳｉ、
Ｇｅの含有量比を測定した。成膜条件は前記実験１に準
じた。図３に、原料ガス導入位置と排気口の位置関係、
及び堆積膜中のＧｅ濃度の成膜領域内分布を示した。原
料ガスの導入位置は放電空間右端近くに設け、排気口
は、条件（ａ）では、放電空間の左端に設け、条件
（ｂ）では、放電空間底面にとり、面内で一様に排気さ
れるようにし、条件（ｃ）では、放電空間の右端に設け
た。堆積膜中のＧｅ濃度の成膜領域内分布を条件ａ，
ｂ，ｃで比較してみる。３条件に共通した分布の特徴
は、原料ガス導入位置上で膜中Ｇｅ濃度が最大になるこ
とである。３条件間の相違点は、ガス導入位置（放電空
間右端）から放電空間左端までの膜中Ｇｅ濃度の減少の
勾配である。条件（ａ）での膜中Ｇｅ濃度の形は、放電
空間の右端に供給された原料ガスが放電中を分解、解離
を進めながら放電空間左端の排気口ヘ圧力勾配に従って
拡散して移動する結果として生ずる分布を反映してい
る。条件（ｂ）での膜中Ｇｅ濃度の形は、放電空間右端
に供給された原料ガスが放電空間を左側に拡散しながら
分解、解離を進めた結果として生ずる分布を反映してい
る。拡散した原料ガスは、放電空間底部の排気口に拡散
して行く。条件（ｃ）での膜中Ｇｅ濃度の形は、放電空
間右端に供給された原料ガスが排気口とは反対方向に放
電中を拡散する（流れはない）なかで分解、解離した結
果生ずる分布を反映している。条件（ｂ）や条件（ｃ）
の結果から、基体上には、原料ガスの流れ方向に直角な
方向、または反対の方向にも、膜中のＧｅ濃度の分布を
作れることがわかる。言い換えるとガスの流れの方向に
かかわらず、原料ガスの供給位置からの距離に依存した
膜中のＧｅ濃度分布（成膜領域内での）を作ることがで
きることが分かった。
【００１２】（実験３）次に、前述の結果を踏まえて、
基体を放電炉の成膜領域上を移動させながら該基体上に
膜厚方向に組成分布のある堆積膜を形成することを考え
る。実験１、２において用いた放電炉において、放電空
間への原料ガスの導入位置を、基体の移動方向に変え
て、基体を放電炉に沿って移動させながら、該基体上
に、膜厚方向に組成の変化したｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積
膜を形成した。図４左側には、実験での放電炉の放電空
間への原料ガスの導入位置条件（ａ〜ｃ）を示した。基
体は図面左手（ｎ層側）から右手（ｐ層側）に放電炉に
沿って連続的に移動する。各条件での原料ガス導入位置
は、 条件（ａ）：放電炉の基板移動方向中央部に導入する。 条件（ｂ）：放電炉の基板移動方向上手（ｎ層側）端部
付近に導入する。 条件（ｃ）：放電炉の基板移動方向下手（ｐ層側）端部
付近に導入する。 原料ガス供給量、ＶＨＦ電力、圧力、基体温度等成膜条
件は実験２と同様にした。堆積膜の形成は以下の要領で
行った。図６に示すようなロール・ツー・ロール（Ｒｏ
ｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣ
ＶＤ法における光起電力素子の半導体層形成装置１００
の、ｉ型半導体層形成チャンバー１０５に上記条件
（ａ）の放電炉を装着し、ｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積膜を
形成した。該形成装置１００は、長尺の帯状基体１０８
の送り出し及び巻き取り用の真空チャンバー１０１及び
１０７、ｎ型層形成用チャンバー１０２、ｉ型層形成用
チャンバー１０３、ｉ型層形成用チャンバー１０４、ｉ
型層形成用チャンバー１０５、ｐ型層形成用チャンバー
１０６をガスゲート１０９、１１０、１１１、１１２、
１１３、１１４を介して接続して構成されている。ま
ず、基板送り出し機構を有する送り出しチャンバー１０
１に、ＳＵＳ４３０ＢＡ製帯状基体１０８（幅６００ｍ
ｍ×長さ１００ｍ×厚さ０．１３ｍｍ）の巻きつけられ
たボビン１３９をセットし、該基体１０８をガスゲー
ト、各半導体層形成チャンバーを介して、巻き取り機構
を有する巻き取りチャンバー１０７まで通し、たるみの
ない程度に張力調整を行った。そこで、各チャンバー１
０１〜１０７を不図示の真空ポンプで真空引きした。次
に、ガスゲート１０９〜１１４にゲートガス導入管１１
５〜１２０よりゲートガスとしてＨ2を各々７００ｓｃ
ｃｍ流し、ヒータにより、基体１０８を、ｉ型層形成用
チャンバー１０４内で３２０℃、に加熱した。そして、
ｉ型層形成用チャンバー１０４内の放電炉１２１に原料
ガス導入管１２２より、ＳｉＨ4を２５０ｓｃｃｍ、Ｇ
ｅＨ4を２５０ｓｃｃｍ、Ｈ2を１０００ｓｃｃｍ導入し
た。放電炉内の圧力が、２５ｍＴｏｒｒになるようにコ
ンダクタンスバルブ（不図示）で調整した。他のチャン
バーは放電炉の圧力が１Ｔｏｒｒになるように不図示の
コンダクタンスバルブで調整した。その後、電極１２３
に、１００ＭＨｚＶＨＦ電力を５００Ｗ導入し、放電空
間にグロー放電を生起した。次に、基体１０８を図中の
矢印の方向に速度５０ｃｍ／分で搬送させ、該基体上に
ｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積膜を形成した。帯状基体上１０
ｍに堆積膜を形成後、チャンバー内をＨｅでパージ、冷
却後、大気リークして、巻き取りチャンバー１０７のボ
ビン１４０に巻き取られた基体を取り出した。以下順次
ｉ型半導体層形成チャンバーの放電炉を条件（ｂ）、
（ｃ）に変えて、同様の成膜条件、手順でｉ型ＳｉＧｅ
半導体堆積膜を形成した。作成した各条件の堆積膜のそ
れぞれから任意に１０箇所を選んで切り出し、２次イオ
ン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用い、深さ方向の元素分析
を測定した。その結果、図５に示した深さ方向の分布が
得られた。条件（ａ）では、膜厚中程に向かってＧｅが
増加し、Ｓｉが減少するプロファイルとなった。条件
（ｂ）では、膜表面に向かって（ｎ層側からｐ層側に向
かって）Ｇｅが減少し、Ｓｉが増加するプロファイルと
なった。また条件（ｃ）では、膜表面に向かって（ｎ層
側からｐ層側に向かって）Ｇｅが増加し、Ｓｉが減少す
るプロファイルとなった。この結果から、各条件で形成
した堆積膜の膜厚方向のバンドギャッププロファイル
は、図４の右段の図のようになっていることがわかっ
た。原料ガスの導入位置でバンドギャップが最も狭く、
距離を隔てるに従い広くなってることがわかった。この
ように、放電空間内への原料ガスの導入位置を基体の移
動方向に対して調整することで、堆積膜の膜厚方向の組
成分布が変わり、ｉ型ＳｉＧｅ半導体層の光学的バンド
ギャップを膜厚方向にさまざまな分布でつくることが分
かった。
基体を放電炉の成膜領域上を移動させながら該基体上に
膜厚方向に組成分布のある堆積膜を形成することを考え
る。実験１、２において用いた放電炉において、放電空
間への原料ガスの導入位置を、基体の移動方向に変え
て、基体を放電炉に沿って移動させながら、該基体上
に、膜厚方向に組成の変化したｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積
膜を形成した。図４左側には、実験での放電炉の放電空
間への原料ガスの導入位置条件（ａ〜ｃ）を示した。基
体は図面左手（ｎ層側）から右手（ｐ層側）に放電炉に
沿って連続的に移動する。各条件での原料ガス導入位置
は、 条件（ａ）：放電炉の基板移動方向中央部に導入する。 条件（ｂ）：放電炉の基板移動方向上手（ｎ層側）端部
付近に導入する。 条件（ｃ）：放電炉の基板移動方向下手（ｐ層側）端部
付近に導入する。 原料ガス供給量、ＶＨＦ電力、圧力、基体温度等成膜条
件は実験２と同様にした。堆積膜の形成は以下の要領で
行った。図６に示すようなロール・ツー・ロール（Ｒｏ
ｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣ
ＶＤ法における光起電力素子の半導体層形成装置１００
の、ｉ型半導体層形成チャンバー１０５に上記条件
（ａ）の放電炉を装着し、ｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積膜を
形成した。該形成装置１００は、長尺の帯状基体１０８
の送り出し及び巻き取り用の真空チャンバー１０１及び
１０７、ｎ型層形成用チャンバー１０２、ｉ型層形成用
チャンバー１０３、ｉ型層形成用チャンバー１０４、ｉ
型層形成用チャンバー１０５、ｐ型層形成用チャンバー
１０６をガスゲート１０９、１１０、１１１、１１２、
１１３、１１４を介して接続して構成されている。ま
ず、基板送り出し機構を有する送り出しチャンバー１０
１に、ＳＵＳ４３０ＢＡ製帯状基体１０８（幅６００ｍ
ｍ×長さ１００ｍ×厚さ０．１３ｍｍ）の巻きつけられ
たボビン１３９をセットし、該基体１０８をガスゲー
ト、各半導体層形成チャンバーを介して、巻き取り機構
を有する巻き取りチャンバー１０７まで通し、たるみの
ない程度に張力調整を行った。そこで、各チャンバー１
０１〜１０７を不図示の真空ポンプで真空引きした。次
に、ガスゲート１０９〜１１４にゲートガス導入管１１
５〜１２０よりゲートガスとしてＨ2を各々７００ｓｃ
ｃｍ流し、ヒータにより、基体１０８を、ｉ型層形成用
チャンバー１０４内で３２０℃、に加熱した。そして、
ｉ型層形成用チャンバー１０４内の放電炉１２１に原料
ガス導入管１２２より、ＳｉＨ4を２５０ｓｃｃｍ、Ｇ
ｅＨ4を２５０ｓｃｃｍ、Ｈ2を１０００ｓｃｃｍ導入し
た。放電炉内の圧力が、２５ｍＴｏｒｒになるようにコ
ンダクタンスバルブ（不図示）で調整した。他のチャン
バーは放電炉の圧力が１Ｔｏｒｒになるように不図示の
コンダクタンスバルブで調整した。その後、電極１２３
に、１００ＭＨｚＶＨＦ電力を５００Ｗ導入し、放電空
間にグロー放電を生起した。次に、基体１０８を図中の
矢印の方向に速度５０ｃｍ／分で搬送させ、該基体上に
ｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積膜を形成した。帯状基体上１０
ｍに堆積膜を形成後、チャンバー内をＨｅでパージ、冷
却後、大気リークして、巻き取りチャンバー１０７のボ
ビン１４０に巻き取られた基体を取り出した。以下順次
ｉ型半導体層形成チャンバーの放電炉を条件（ｂ）、
（ｃ）に変えて、同様の成膜条件、手順でｉ型ＳｉＧｅ
半導体堆積膜を形成した。作成した各条件の堆積膜のそ
れぞれから任意に１０箇所を選んで切り出し、２次イオ
ン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用い、深さ方向の元素分析
を測定した。その結果、図５に示した深さ方向の分布が
得られた。条件（ａ）では、膜厚中程に向かってＧｅが
増加し、Ｓｉが減少するプロファイルとなった。条件
（ｂ）では、膜表面に向かって（ｎ層側からｐ層側に向
かって）Ｇｅが減少し、Ｓｉが増加するプロファイルと
なった。また条件（ｃ）では、膜表面に向かって（ｎ層
側からｐ層側に向かって）Ｇｅが増加し、Ｓｉが減少す
るプロファイルとなった。この結果から、各条件で形成
した堆積膜の膜厚方向のバンドギャッププロファイル
は、図４の右段の図のようになっていることがわかっ
た。原料ガスの導入位置でバンドギャップが最も狭く、
距離を隔てるに従い広くなってることがわかった。この
ように、放電空間内への原料ガスの導入位置を基体の移
動方向に対して調整することで、堆積膜の膜厚方向の組
成分布が変わり、ｉ型ＳｉＧｅ半導体層の光学的バンド
ギャップを膜厚方向にさまざまな分布でつくることが分
かった。
【００１３】（実験４）次に、基体を図４の条件
（ｄ）、（ｅ）のように複数の放電炉を順次通過させる
ことにより、膜厚方向で連続的に組成が変化する分布を
有する堆積膜を基体上に形成した。各条件の特徴は、 条件（ｄ）：２つの放電室が基体の移動方向に隣接して
配置され（基体移動方向上手＝ｎ層側の炉を放電室Ａ、
下手＝ｐ層側の炉を放電室Ｂと呼ぶ）、Ａ，Ｂとも独立
した原料ガス供給量制御システムを有し、ガスは基体移
動方向下手＝ｐ層側から放電室に導入される。排気口は
Ａではｎ層側端部に、Ｂではｐ層側端部に設けられ、そ
れぞれ放電室外の排気装置（真空ポンプ）に繋がる配管
上にはコンダクタンスバルブが設置され独立に圧力が制
御できる。また、独立した電源から放電用電力がそれぞ
れの放電室の電極に供給されるようになっている。一つ
の放電室の形状（長さ、容積）は、実験３で使用した放
電室と同じである。 条件（ｅ）：３つの放電室が基体の移動方向に隣接して
配置され（基体移動方向上手側（ｎ層側）から下手側
（ｐ層側）へ放電室Ａ、Ｂ、Ｃと記す。）、原料ガスは
独立した原料ガス供給量制御システムにより放電室Ａ、
Ｂ、Ｃともに基体移動方向下手（ｐ層側）から導入され
る。排気口は、Ａではｎ層側端部に、Ｂでは、放電室下
部に、Ｃではｐ層側端部に設けられ、それぞれ放電室外
の排気装置（真空ポンプ）に繋がる配管上にはコンダク
タンスバルブが設置され独立に圧力が制御できる。ま
た、独立した電源から放電用電力がそれぞれの放電室の
電極に供給されるようになっている。一つの放電室の形
状（長さ、容積）は、実験３で使用した放電室と同じで
ある。条件（ｄ）、（ｅ）の放電炉を実験３に用いた堆
積膜形成装置のｉ型半導体層形成チャンバーに順次装着
して実験３の手順でｉ型ＳｉＧｅ半導体層を形成した。
作成条件は、 条件（ｄ）：原料ガス 成膜室Ａ、Ｂそれぞれに （条件ｄ−１） ＳｉＨ4 ２５０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２５０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ および （条件ｄ−２） 成膜室Ａ ＳｉＨ4 ３００ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２００ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 成膜室Ｂ ＳｉＨ4 ２２０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２８０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ の２条件 電力 ＶＨＦ１００ＭＨｚ ５００ｗ ＤＣ ＋１００ｖ重畳 圧力 １８ｍＴｏｒｒ 基体温度 ３２０℃ 基体移動速度 １ｍ／分 条件（ｅ）：原料ガス 成膜室Ａ ＳｉＨ4 ３００ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２００ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 成膜室Ｂ ＳｉＨ4 ２５０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２５０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 成膜室Ｃ ＳｉＨ4 ２２０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２８０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 以下、成膜室Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれに 電力 ＶＨＦ１００ＭＨｚ ５００ｗ ＤＣ ＋１００ｖ重畳 圧力 １５ｍＴｏｒｒ 基体温度 ３２０℃ 基体移動速度 １．５ｍ／分 作成した各条件の堆積膜のそれぞれから任意に１０箇所
を選んで切り出し、２次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）
を用い、深さ方向の元素分析を測定した。その結果、図
４の条件（ｄ）、（ｅ）に示した光学的バンドギャップ
を有する堆積膜が形成されたことがわかった。基体の移
動速度が早い場合には、放電空間に膜厚を稼ぐために長
い成膜領域（距離）を確保しなければならないが、条件
（ｄ−２）、（ｅ）のように複数の成膜炉により成膜す
れば、膜厚方向に連続した組成分布を持った堆積膜を形
成することができる。
（ｄ）、（ｅ）のように複数の放電炉を順次通過させる
ことにより、膜厚方向で連続的に組成が変化する分布を
有する堆積膜を基体上に形成した。各条件の特徴は、 条件（ｄ）：２つの放電室が基体の移動方向に隣接して
配置され（基体移動方向上手＝ｎ層側の炉を放電室Ａ、
下手＝ｐ層側の炉を放電室Ｂと呼ぶ）、Ａ，Ｂとも独立
した原料ガス供給量制御システムを有し、ガスは基体移
動方向下手＝ｐ層側から放電室に導入される。排気口は
Ａではｎ層側端部に、Ｂではｐ層側端部に設けられ、そ
れぞれ放電室外の排気装置（真空ポンプ）に繋がる配管
上にはコンダクタンスバルブが設置され独立に圧力が制
御できる。また、独立した電源から放電用電力がそれぞ
れの放電室の電極に供給されるようになっている。一つ
の放電室の形状（長さ、容積）は、実験３で使用した放
電室と同じである。 条件（ｅ）：３つの放電室が基体の移動方向に隣接して
配置され（基体移動方向上手側（ｎ層側）から下手側
（ｐ層側）へ放電室Ａ、Ｂ、Ｃと記す。）、原料ガスは
独立した原料ガス供給量制御システムにより放電室Ａ、
Ｂ、Ｃともに基体移動方向下手（ｐ層側）から導入され
る。排気口は、Ａではｎ層側端部に、Ｂでは、放電室下
部に、Ｃではｐ層側端部に設けられ、それぞれ放電室外
の排気装置（真空ポンプ）に繋がる配管上にはコンダク
タンスバルブが設置され独立に圧力が制御できる。ま
た、独立した電源から放電用電力がそれぞれの放電室の
電極に供給されるようになっている。一つの放電室の形
状（長さ、容積）は、実験３で使用した放電室と同じで
ある。条件（ｄ）、（ｅ）の放電炉を実験３に用いた堆
積膜形成装置のｉ型半導体層形成チャンバーに順次装着
して実験３の手順でｉ型ＳｉＧｅ半導体層を形成した。
作成条件は、 条件（ｄ）：原料ガス 成膜室Ａ、Ｂそれぞれに （条件ｄ−１） ＳｉＨ4 ２５０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２５０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ および （条件ｄ−２） 成膜室Ａ ＳｉＨ4 ３００ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２００ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 成膜室Ｂ ＳｉＨ4 ２２０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２８０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ の２条件 電力 ＶＨＦ１００ＭＨｚ ５００ｗ ＤＣ ＋１００ｖ重畳 圧力 １８ｍＴｏｒｒ 基体温度 ３２０℃ 基体移動速度 １ｍ／分 条件（ｅ）：原料ガス 成膜室Ａ ＳｉＨ4 ３００ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２００ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 成膜室Ｂ ＳｉＨ4 ２５０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２５０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 成膜室Ｃ ＳｉＨ4 ２２０ｓｃｃｍ、ＧｅＨ4 ２８０ｓｃｃｍ Ｈ2１０００ｓｃｃｍ 以下、成膜室Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれに 電力 ＶＨＦ１００ＭＨｚ ５００ｗ ＤＣ ＋１００ｖ重畳 圧力 １５ｍＴｏｒｒ 基体温度 ３２０℃ 基体移動速度 １．５ｍ／分 作成した各条件の堆積膜のそれぞれから任意に１０箇所
を選んで切り出し、２次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）
を用い、深さ方向の元素分析を測定した。その結果、図
４の条件（ｄ）、（ｅ）に示した光学的バンドギャップ
を有する堆積膜が形成されたことがわかった。基体の移
動速度が早い場合には、放電空間に膜厚を稼ぐために長
い成膜領域（距離）を確保しなければならないが、条件
（ｄ−２）、（ｅ）のように複数の成膜炉により成膜す
れば、膜厚方向に連続した組成分布を持った堆積膜を形
成することができる。
【００１４】本発明は、光起電力素子の半導体層の膜厚
方向に組成の分布を形成することに適用される。具体的
には、光学的バンドギャップ制御、フェルミレベル制
御、屈折率制御、結晶性制御などに適用される。半導体
層を構成する半導体材料としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−
Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，ａ
−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ，ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ：Ｈ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｆ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ：
Ｆ，μｃ−Ｓｉ：Ｈ，μｃ−Ｓｉ：Ｆ，μｃ−Ｓｉ：
Ｈ：ＦなどのIV族半導体材料およびびIV族合金系半導体
材料が挙げられる。このほか、II−VI族化合物半導体材
料やIII−V族化合物半導体材料などが挙げられる。
方向に組成の分布を形成することに適用される。具体的
には、光学的バンドギャップ制御、フェルミレベル制
御、屈折率制御、結晶性制御などに適用される。半導体
層を構成する半導体材料としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−
Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，ａ
−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ，ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ：Ｈ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｆ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ：
Ｆ，μｃ−Ｓｉ：Ｈ，μｃ−Ｓｉ：Ｆ，μｃ−Ｓｉ：
Ｈ：ＦなどのIV族半導体材料およびびIV族合金系半導体
材料が挙げられる。このほか、II−VI族化合物半導体材
料やIII−V族化合物半導体材料などが挙げられる。
【００１５】これらの、III、IV、V属原子の膜中組成へ
の導入用原料ガスとしては、水素化物や、弗化物、塩化
物などのハロゲン化物が挙げられる。珪素原子供給用の
原料ガスとしては、ＳｉＨ4，Ｓｉ2Ｈ6，Ｓｉ3Ｈ8等の
水素化物やＳｉＦ4，Ｓｉ2Ｆ6，Ｓｉ3Ｆ8，ＳｉＨＦ3，
ＳｉＨ2Ｆ2，ＳｉＨ3Ｆ，ＳｉＨ2Ｃｌ2，ＳｉＨＣｌ3，
ＳｉＣｌ4などのハロゲン化物が挙げられる。ゲルマニ
ウム原子供給用の原料ガスとしては、ＧｅＨ4，Ｇｅ2Ｈ
6，Ｇｅ3Ｈ8などの水素化物や、ＧｅＨＦ3，ＧｅＨ
2Ｆ2，ＧｅＨ3Ｆ，ＧｅＦ4，ＧｅＨＣｌ3，ＧｅＨ2Ｃｌ
2，ＧｅＨ3Ｃｌ，ＧｅＣｌ4などのハロゲン化物が挙げ
られる。炭素原子供給用の原料ガスとしては、ＣＨ4，
Ｃ2Ｈ6，Ｃ3Ｈ8などの飽和炭化水素物や、Ｃ2Ｈ6などの
エチレン系炭化水素物、Ｃ2Ｈ2などのアセチレン系炭化
水素物や、ＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，ＣＨ3Ｆ，ＣＣ
ｌ4，ＣＨＣｌ3，ＣＨ2Ｃｌ2，ＣＨ3Ｃｌなどのハロゲ
ン化物が挙げられる。また、第III属原子供給用の原料
ガスとしては、Ｂ2Ｈ6，ＢＦ3，ＢＣｌ3などの水素化
物、ハロゲン化物があげられる。さらに、第V属原子供
給用の原料ガスとしては、ＰＨ3，ＰＦ3，ＰＣｌ3など
の水素化物、ハロゲン化物があげられる。
の導入用原料ガスとしては、水素化物や、弗化物、塩化
物などのハロゲン化物が挙げられる。珪素原子供給用の
原料ガスとしては、ＳｉＨ4，Ｓｉ2Ｈ6，Ｓｉ3Ｈ8等の
水素化物やＳｉＦ4，Ｓｉ2Ｆ6，Ｓｉ3Ｆ8，ＳｉＨＦ3，
ＳｉＨ2Ｆ2，ＳｉＨ3Ｆ，ＳｉＨ2Ｃｌ2，ＳｉＨＣｌ3，
ＳｉＣｌ4などのハロゲン化物が挙げられる。ゲルマニ
ウム原子供給用の原料ガスとしては、ＧｅＨ4，Ｇｅ2Ｈ
6，Ｇｅ3Ｈ8などの水素化物や、ＧｅＨＦ3，ＧｅＨ
2Ｆ2，ＧｅＨ3Ｆ，ＧｅＦ4，ＧｅＨＣｌ3，ＧｅＨ2Ｃｌ
2，ＧｅＨ3Ｃｌ，ＧｅＣｌ4などのハロゲン化物が挙げ
られる。炭素原子供給用の原料ガスとしては、ＣＨ4，
Ｃ2Ｈ6，Ｃ3Ｈ8などの飽和炭化水素物や、Ｃ2Ｈ6などの
エチレン系炭化水素物、Ｃ2Ｈ2などのアセチレン系炭化
水素物や、ＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，ＣＨ3Ｆ，ＣＣ
ｌ4，ＣＨＣｌ3，ＣＨ2Ｃｌ2，ＣＨ3Ｃｌなどのハロゲ
ン化物が挙げられる。また、第III属原子供給用の原料
ガスとしては、Ｂ2Ｈ6，ＢＦ3，ＢＣｌ3などの水素化
物、ハロゲン化物があげられる。さらに、第V属原子供
給用の原料ガスとしては、ＰＨ3，ＰＦ3，ＰＣｌ3など
の水素化物、ハロゲン化物があげられる。
【００１６】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるもので
はない。 ［実施例１］実施例１においては、本発明の方法を用い
て、図１０（ａ）に示す構成のｐｉｎ型アモルファスシ
リコンゲルマニウム光起電力素子を作成した。ｎ型層５
０３は、アモルファスシリコン、ｐ型層は微結晶シリコ
ン５０５とした。ｉ型半導体層５０４はその光学的バン
ドギャップの分布を膜厚方向で作るために、図１に示す
条件（ａ）から（ｄ）のバンドギャップ構造を持ったｐ
ｉｎ型ＳｉＧｅ光起電力素子を作成することを目標とし
た。 条件（ａ）：ｎ層側からｐ層側に向かって光学的バンド
ギャップが狭くなるようにＶＨＦプラズマＣＶＤ法でｉ
型ＳｉＧｅ層を形成し、その上に、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法によりｎ層側からｐ層側に向かって光学的バンドギ
ャップが広くなるＲＦプラズマＣＶＤ法によるアモルフ
ァスＳｉＧｅ層を形成した（実施素子１−１）。
本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるもので
はない。 ［実施例１］実施例１においては、本発明の方法を用い
て、図１０（ａ）に示す構成のｐｉｎ型アモルファスシ
リコンゲルマニウム光起電力素子を作成した。ｎ型層５
０３は、アモルファスシリコン、ｐ型層は微結晶シリコ
ン５０５とした。ｉ型半導体層５０４はその光学的バン
ドギャップの分布を膜厚方向で作るために、図１に示す
条件（ａ）から（ｄ）のバンドギャップ構造を持ったｐ
ｉｎ型ＳｉＧｅ光起電力素子を作成することを目標とし
た。 条件（ａ）：ｎ層側からｐ層側に向かって光学的バンド
ギャップが狭くなるようにＶＨＦプラズマＣＶＤ法でｉ
型ＳｉＧｅ層を形成し、その上に、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法によりｎ層側からｐ層側に向かって光学的バンドギ
ャップが広くなるＲＦプラズマＣＶＤ法によるアモルフ
ァスＳｉＧｅ層を形成した（実施素子１−１）。
【００１７】条件（ｂ）：ｎ層側からｐ層側に向かって
光学的バンドギャップが狭くなるようにＶＨＦプラズマ
ＣＶＤ法でｉ型ＳｉＧｅ層を形成し、その上にＶＨＦ
プラズマＣＶＤ法により、ｎ層側からｐ層側に向かって
光学的バンドギャップが広くなるＲＦプラズマＣＶＤ法
によるアモルファスＳｉＧｅ層を形成した（比較素子
１−１）。 条件（ｃ）：ＲＦプラズマＣＶＤ法によるシリコン層
の上に、ｎ層側からｐ層側に向かって光学的バンドギャ
ップが狭くなるようにＶＨＦプラズマＣＶＤ法によりｎ
層側からｐ層側に向かって光学的バンドギャップが狭く
なるようにＶＨＦプラズマＣＶＤ法でｉ型ＳｉＧｅ層
を形成し、さらにその上にＲＦプラズマＣＶＤ法によ
り、ｎ層側からｐ層側に光学的バンドギャップが広くな
るアモルファスＳｉＧｅ層を形成した（実施素子１−
２）。
光学的バンドギャップが狭くなるようにＶＨＦプラズマ
ＣＶＤ法でｉ型ＳｉＧｅ層を形成し、その上にＶＨＦ
プラズマＣＶＤ法により、ｎ層側からｐ層側に向かって
光学的バンドギャップが広くなるＲＦプラズマＣＶＤ法
によるアモルファスＳｉＧｅ層を形成した（比較素子
１−１）。 条件（ｃ）：ＲＦプラズマＣＶＤ法によるシリコン層
の上に、ｎ層側からｐ層側に向かって光学的バンドギャ
ップが狭くなるようにＶＨＦプラズマＣＶＤ法によりｎ
層側からｐ層側に向かって光学的バンドギャップが狭く
なるようにＶＨＦプラズマＣＶＤ法でｉ型ＳｉＧｅ層
を形成し、さらにその上にＲＦプラズマＣＶＤ法によ
り、ｎ層側からｐ層側に光学的バンドギャップが広くな
るアモルファスＳｉＧｅ層を形成した（実施素子１−
２）。
【００１８】条件（ｄ）：ＲＦプラズマＣＶＤ法により
フラットな光学的なバンドギャップを有するシリコン層
を形成し、その上にＶＨＦプラズマＣＶＤ法によりフ
ラットな光学的バンドギャップを有するＳｉＧｅ層を
形成し、さらにその上にＲＦプラズマＣＶＤ法によりフ
ラットな光学的バンドギャップを有するシリコン層を
形成した（比較素子１−２）。
フラットな光学的なバンドギャップを有するシリコン層
を形成し、その上にＶＨＦプラズマＣＶＤ法によりフ
ラットな光学的バンドギャップを有するＳｉＧｅ層を
形成し、さらにその上にＲＦプラズマＣＶＤ法によりフ
ラットな光学的バンドギャップを有するシリコン層を
形成した（比較素子１−２）。
【００１９】光起電力素子のｐｉｎ型半導体層は、前記
実験３、４において使用した図６のロール・ツー・ロー
ル（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置を用いた。ｉ型層
形成チャンバー１０４には、図４（ｄ）の構造のＶＨＦ
プラズマＣＶＤ放電炉を装着した。ＶＨＦ電極は放電炉
内に設けられ放電空間に均等に電力がかかるようにし
た。ｎ型半導体層形成チャンバー１０２、ｉ型半導体層
形成チャンバー１０３、１０５、ｐ型半導体層形成チャ
ンバー１０６には、基体に対向した平板電極を有する図
９のようなＲＦプラズマＣＶＤ放電炉を内包した。（排
気方向や、原料ガス導入位置は成膜条件により適宜調整
する。） 前記条件の光起電力素子の作成は、以下の手順で行っ
た。まず、基板送り出し機構を有する送り出しチャンバ
ー１０１に、十分に脱脂、洗浄を行い、下部電極（図１
０ ５０２に相当）として、スパッタリング法により、
銀薄膜を１００ｎｍ、ＺｎＯ薄膜を１μｍ蒸着してある
ＳＵＳ４３０ＢＡ製帯状基体１０８（幅６００ｍｍ×長
さ１００ｍ×厚さ０．１３ｍｍ）の巻きつけられたボビ
ン１３９をセットし、該帯状基体１０８を、ガスゲート
１０９〜１１４、各半導体層形成チャンバー１０２〜１
０６を介して、帯状部材巻き取り機構を有する巻き取り
チャンバー１０７まで通し、たるみのない程度に張力調
整を行った。
実験３、４において使用した図６のロール・ツー・ロー
ル（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置を用いた。ｉ型層
形成チャンバー１０４には、図４（ｄ）の構造のＶＨＦ
プラズマＣＶＤ放電炉を装着した。ＶＨＦ電極は放電炉
内に設けられ放電空間に均等に電力がかかるようにし
た。ｎ型半導体層形成チャンバー１０２、ｉ型半導体層
形成チャンバー１０３、１０５、ｐ型半導体層形成チャ
ンバー１０６には、基体に対向した平板電極を有する図
９のようなＲＦプラズマＣＶＤ放電炉を内包した。（排
気方向や、原料ガス導入位置は成膜条件により適宜調整
する。） 前記条件の光起電力素子の作成は、以下の手順で行っ
た。まず、基板送り出し機構を有する送り出しチャンバ
ー１０１に、十分に脱脂、洗浄を行い、下部電極（図１
０ ５０２に相当）として、スパッタリング法により、
銀薄膜を１００ｎｍ、ＺｎＯ薄膜を１μｍ蒸着してある
ＳＵＳ４３０ＢＡ製帯状基体１０８（幅６００ｍｍ×長
さ１００ｍ×厚さ０．１３ｍｍ）の巻きつけられたボビ
ン１３９をセットし、該帯状基体１０８を、ガスゲート
１０９〜１１４、各半導体層形成チャンバー１０２〜１
０６を介して、帯状部材巻き取り機構を有する巻き取り
チャンバー１０７まで通し、たるみのない程度に張力調
整を行った。
【００２０】そこで、各チャンバー１０１〜１０７を不
図示の真空ポンプで真空引きした。次に、ガスゲート１
０９〜１１４にゲートガス導入管１１５〜１２０よりゲ
ートガスとしてＨ2を各々７００ｓｃｃｍ流し、各半導
体層形成チャンバー１０２〜１０６に内臓されたランプ
ヒータにより、帯状基体１０８を加熱した。（加熱条件
を表１，表２に示す。）そして、各半導体層形成チャン
バー１０２〜１０６の放電炉に原料ガス（表１，表２参
照）を原料ガス導入管１２２、１２５〜１２８より供給
した。各半導体層形成チャンバー内の放電炉内の圧力
が、表１，表２に示す値になるようにコンダクタンスバ
ルブ（不図示）で調節した。その後、各半導体層形成チ
ャンバーの電極１２３、１３５〜１３８に表１，表２に
示す電力を印加してグロー放電を生起させた。次に、基
体１０８を図中の矢印の方向に速度１００ｃｍ／分で搬
送させ、該基体上にｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積膜を形成し
た。まず、条件（ａ）で帯状基体上に１０ｍ成膜後、条
件（ｂ）により１０ｍ成膜し、さらに条件（ｄ）で１０
ｍ成膜した。成膜した部分の基体が巻き取りチャンバー
１０７に巻き取られたら、各チャンバー内をＨｅでパー
ジ、冷却後、大気リークして、巻き取りチャンバー１０
７のボビン１４０に巻き取られた基体を取り出した。次
に、第２の導電型層上に、透明電極（図１０ ５０６）
として、ＩＴＯ（Ｉｎ 2Ｏ3＋ＳｎＯ2）を真空蒸着にて
８０ｎｍ蒸着し、さらに集電電極（図１０ ５０７）と
して、Ａｌを真空蒸着にて２μｍ蒸着し、光起電力素子
を作成した。
図示の真空ポンプで真空引きした。次に、ガスゲート１
０９〜１１４にゲートガス導入管１１５〜１２０よりゲ
ートガスとしてＨ2を各々７００ｓｃｃｍ流し、各半導
体層形成チャンバー１０２〜１０６に内臓されたランプ
ヒータにより、帯状基体１０８を加熱した。（加熱条件
を表１，表２に示す。）そして、各半導体層形成チャン
バー１０２〜１０６の放電炉に原料ガス（表１，表２参
照）を原料ガス導入管１２２、１２５〜１２８より供給
した。各半導体層形成チャンバー内の放電炉内の圧力
が、表１，表２に示す値になるようにコンダクタンスバ
ルブ（不図示）で調節した。その後、各半導体層形成チ
ャンバーの電極１２３、１３５〜１３８に表１，表２に
示す電力を印加してグロー放電を生起させた。次に、基
体１０８を図中の矢印の方向に速度１００ｃｍ／分で搬
送させ、該基体上にｉ型ＳｉＧｅ半導体堆積膜を形成し
た。まず、条件（ａ）で帯状基体上に１０ｍ成膜後、条
件（ｂ）により１０ｍ成膜し、さらに条件（ｄ）で１０
ｍ成膜した。成膜した部分の基体が巻き取りチャンバー
１０７に巻き取られたら、各チャンバー内をＨｅでパー
ジ、冷却後、大気リークして、巻き取りチャンバー１０
７のボビン１４０に巻き取られた基体を取り出した。次
に、第２の導電型層上に、透明電極（図１０ ５０６）
として、ＩＴＯ（Ｉｎ 2Ｏ3＋ＳｎＯ2）を真空蒸着にて
８０ｎｍ蒸着し、さらに集電電極（図１０ ５０７）と
して、Ａｌを真空蒸着にて２μｍ蒸着し、光起電力素子
を作成した。
【００２１】次に、ｉ型半導体層形成チャンバー１０５
の放電炉に図８に示すＶＨＦプラズマＣＶＤ放電炉を装
着し、前記と同様の手順で条件（ｂ）で光起電力素子を
作成した（比較素子１−１）。図８の放電炉では、原料
ガスは基体の移動方向に対して上手（ｎ層側）から放電
空間に導入される。さらに、ｉ型半導体層形成チャンバ
ー１０５の放電炉をもとに戻し、ｉ型半導体層形成チャ
ンバー１０４に図７に示すＶＨＦプラズマＣＶＤ放電炉
を装着して、条件（ｄ）の光起電力素子を前記と同様の
手順で作製した（比較素子１−２）。図７の放電炉で
は、原料ガスを放電空間に、基体移動方向対にして一様
に供給する構成になっている。以上の光起電力素子のｉ
型半導体層の作成条件を表１、ｎ型、ｐ型半導体層の作
成条件を表２に示す。
の放電炉に図８に示すＶＨＦプラズマＣＶＤ放電炉を装
着し、前記と同様の手順で条件（ｂ）で光起電力素子を
作成した（比較素子１−１）。図８の放電炉では、原料
ガスは基体の移動方向に対して上手（ｎ層側）から放電
空間に導入される。さらに、ｉ型半導体層形成チャンバ
ー１０５の放電炉をもとに戻し、ｉ型半導体層形成チャ
ンバー１０４に図７に示すＶＨＦプラズマＣＶＤ放電炉
を装着して、条件（ｄ）の光起電力素子を前記と同様の
手順で作製した（比較素子１−２）。図７の放電炉で
は、原料ガスを放電空間に、基体移動方向対にして一様
に供給する構成になっている。以上の光起電力素子のｉ
型半導体層の作成条件を表１、ｎ型、ｐ型半導体層の作
成条件を表２に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
作成した、太陽電池モジュールについて、ＡＭ値が１．
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、実施素子の光電変換効
率で９％以上が得られた。実施素子１−１と比較素子１
−１を比較すると、ＶＨＦ層上のｎ層側からｐ層側に光
学的バンドギャップの広くなるｉ型層はＶＨＦよりもＲ
ＦＣＶＤ法で形成した方がＶｏｃ及び曲線因子がわずか
に高かった。また、ＶＨＦ層の下地にＲＦシリコン層を
形成すると、Ｖｏｃの向上が見られた。総じて、実施素
子、比較例１−１では、フラットバンドギャップの比較
素子１−２に対して、Ｖｏｃ、ＦＦの向上が見られ、実
施素子は比較例１−１の素子よりもさらにＶｏｃの向上
が見られた。また、実施素子の各太陽電池モジュール間
の特性のばらつきは、５％以内に収まった。上述ＡＭ値
が１．５でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似
太陽光に連続して５００時間照射した後においても、光
電変換効率の変動は、初期値に対して８％以内に収まっ
ていた。
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、実施素子の光電変換効
率で９％以上が得られた。実施素子１−１と比較素子１
−１を比較すると、ＶＨＦ層上のｎ層側からｐ層側に光
学的バンドギャップの広くなるｉ型層はＶＨＦよりもＲ
ＦＣＶＤ法で形成した方がＶｏｃ及び曲線因子がわずか
に高かった。また、ＶＨＦ層の下地にＲＦシリコン層を
形成すると、Ｖｏｃの向上が見られた。総じて、実施素
子、比較例１−１では、フラットバンドギャップの比較
素子１−２に対して、Ｖｏｃ、ＦＦの向上が見られ、実
施素子は比較例１−１の素子よりもさらにＶｏｃの向上
が見られた。また、実施素子の各太陽電池モジュール間
の特性のばらつきは、５％以内に収まった。上述ＡＭ値
が１．５でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似
太陽光に連続して５００時間照射した後においても、光
電変換効率の変動は、初期値に対して８％以内に収まっ
ていた。
【００２４】［実施例２］実施例２においては、ｉ型半
導体層に図１条件（ａ）に示すバンドギャップ構造を持
ったアモルファスＳｉＣを適用して、図１０（ａ）に示
す構成のｐｉｎ型ＳｉＣシングルセル構造の光起電力素
子（光入射側ｐ型層）を実施例１と同様の手順にて作成
した。ｉ型半導体層５０４は、本発明を適用してＶＨＦ
ＣＶＤ法により、ｎ型層側からｐ型層側へ光学的バンド
ギャップの狭くなるアモルファスＳｉＣ層（層）を設
け、その上にＲＦＣＶＤ法によりｎ型層側からｐ型層側
へ光学的バンドギャップの広くなるアモルファスＳｉＣ
層（層）を設ける構成とした。ｎ型層５０３はＲＦＣ
ＶＤ法によるアモルファスシリコン、ｐ型層５０５はＲ
ＦＣＶＤ法による微結晶アモルファスシリコンとした
（実施素子２）。
導体層に図１条件（ａ）に示すバンドギャップ構造を持
ったアモルファスＳｉＣを適用して、図１０（ａ）に示
す構成のｐｉｎ型ＳｉＣシングルセル構造の光起電力素
子（光入射側ｐ型層）を実施例１と同様の手順にて作成
した。ｉ型半導体層５０４は、本発明を適用してＶＨＦ
ＣＶＤ法により、ｎ型層側からｐ型層側へ光学的バンド
ギャップの狭くなるアモルファスＳｉＣ層（層）を設
け、その上にＲＦＣＶＤ法によりｎ型層側からｐ型層側
へ光学的バンドギャップの広くなるアモルファスＳｉＣ
層（層）を設ける構成とした。ｎ型層５０３はＲＦＣ
ＶＤ法によるアモルファスシリコン、ｐ型層５０５はＲ
ＦＣＶＤ法による微結晶アモルファスシリコンとした
（実施素子２）。
【００２５】半導体層の形成に使用した装置は、図６と
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間にｎ
型層形成チャンバー、ＶＨＦＣＶＤ法によるｉ型層形成
チャンバー（図４（ｄ）の放電炉）、ＲＦＣＶＤ法によ
るｉ型層形成チャンバー（図９の放電炉）、ｐ型層形成
チャンバーがガスゲートを介して配置されている。比較
例として、図７の放電炉をｉ型半導体層形成チャンバー
に装着して、ｉ型層の光学的バンドギャップがフラット
なＶＨＦプラズマＣＶＤ法により形成されたアモルファ
スＳｉＣである（層）ところの光起電力素子も作成し
た（比較素子２）。ｉ型半導体層の形成条件を表３に示
す。ｎ型、ｐ型半導体層の作成条件は実施例１と同じに
して形成した（表２）。
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間にｎ
型層形成チャンバー、ＶＨＦＣＶＤ法によるｉ型層形成
チャンバー（図４（ｄ）の放電炉）、ＲＦＣＶＤ法によ
るｉ型層形成チャンバー（図９の放電炉）、ｐ型層形成
チャンバーがガスゲートを介して配置されている。比較
例として、図７の放電炉をｉ型半導体層形成チャンバー
に装着して、ｉ型層の光学的バンドギャップがフラット
なＶＨＦプラズマＣＶＤ法により形成されたアモルファ
スＳｉＣである（層）ところの光起電力素子も作成し
た（比較素子２）。ｉ型半導体層の形成条件を表３に示
す。ｎ型、ｐ型半導体層の作成条件は実施例１と同じに
して形成した（表２）。
【００２６】
【表３】
作成した、素子の太陽電池モジュールについて、ＡＭ値
が１．５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太
陽光を用いて特性評価を行ったところ、実施素子におい
ては光電変換効率で５％以上が得られた。ｉ層がフラッ
トバンドギャップの比較素子よりもＶｏｃの向上がみら
れ、ＦＦの低下は小さかった。また、各太陽電池モジュ
ール間の特性のばらつきも５％以内に収まった。上述Ａ
Ｍ値が１．５でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2擬
似太陽光に連続して５００時間照射した後においても、
光電変換効率の変動は、初期値に対して６％以内に収ま
っていた。
が１．５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太
陽光を用いて特性評価を行ったところ、実施素子におい
ては光電変換効率で５％以上が得られた。ｉ層がフラッ
トバンドギャップの比較素子よりもＶｏｃの向上がみら
れ、ＦＦの低下は小さかった。また、各太陽電池モジュ
ール間の特性のばらつきも５％以内に収まった。上述Ａ
Ｍ値が１．５でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2擬
似太陽光に連続して５００時間照射した後においても、
光電変換効率の変動は、初期値に対して６％以内に収ま
っていた。
【００２７】［実施例３］実施例３においては、図１０
（ｂ）に示す構成のｐｉｎ型のＳｉ／ＳｉＧｅ／ＳｉＧ
ｅ（トップ／ミドル／ボトム）トリプルセル構成の光起
電力素子（光入射側ｐ層）を作成した。トップセル５２
４のｉ型半導体層５１８は、ＲＦＣＶＤ法によるアモル
ファスシリコンである。ミドルセル５２３、ボトムセル
５２２のｉ型半導体層５１５、５１２には、本発明を適
用して、実施例１と同様に、ＲＦＣＶＤ法によりアモル
ファスシリコン層を形成し、その上にＶＨＦＣＶＤ法に
よりｎ層側からｐ層側へ光学的バンドギャップが狭くな
る組成分布のアモルファスＳｉＧｅ層を形成し、さらに
ＲＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側へ光学的バンドギ
ャップが広くなる組成分布のアモルファスシリコンゲル
マニウム層を形成した。
（ｂ）に示す構成のｐｉｎ型のＳｉ／ＳｉＧｅ／ＳｉＧ
ｅ（トップ／ミドル／ボトム）トリプルセル構成の光起
電力素子（光入射側ｐ層）を作成した。トップセル５２
４のｉ型半導体層５１８は、ＲＦＣＶＤ法によるアモル
ファスシリコンである。ミドルセル５２３、ボトムセル
５２２のｉ型半導体層５１５、５１２には、本発明を適
用して、実施例１と同様に、ＲＦＣＶＤ法によりアモル
ファスシリコン層を形成し、その上にＶＨＦＣＶＤ法に
よりｎ層側からｐ層側へ光学的バンドギャップが狭くな
る組成分布のアモルファスＳｉＧｅ層を形成し、さらに
ＲＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側へ光学的バンドギ
ャップが広くなる組成分布のアモルファスシリコンゲル
マニウム層を形成した。
【００２８】半導体層の形成に使用した装置は、図６と
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間に各
半導体層を形成するチャンバーがガスゲートを介して配
置された構成を採った。比較例として、ボトムセル、ミ
ドルセルのｉ型半導体層５１２、５１５が、ＲＦプラズ
マＣＶＤ法によるアモルファスシリコン層と、それに挟
まれた光学的バンドギャップがフラットなＶＨＦプラズ
マＣＶＤ法によるアモルファスＳｉＧｅである光起電力
素子を作製した（比較素子３）。フラットな光学的バン
ドギャップを有するｉ型半導体層は、形成チャンバーの
ＶＨＦ放電炉を図７のように、原料ガスが放電空間に一
様に供給される構造にして形成した。実施素子、比較素
子のｉ型半導体層の形成条件を表４に示す。また、ｎ
型、ｐ型半導体層の形成条件を表５に示す。
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間に各
半導体層を形成するチャンバーがガスゲートを介して配
置された構成を採った。比較例として、ボトムセル、ミ
ドルセルのｉ型半導体層５１２、５１５が、ＲＦプラズ
マＣＶＤ法によるアモルファスシリコン層と、それに挟
まれた光学的バンドギャップがフラットなＶＨＦプラズ
マＣＶＤ法によるアモルファスＳｉＧｅである光起電力
素子を作製した（比較素子３）。フラットな光学的バン
ドギャップを有するｉ型半導体層は、形成チャンバーの
ＶＨＦ放電炉を図７のように、原料ガスが放電空間に一
様に供給される構造にして形成した。実施素子、比較素
子のｉ型半導体層の形成条件を表４に示す。また、ｎ
型、ｐ型半導体層の形成条件を表５に示す。
【００２９】
【表４】
【００３０】
【表５】
作成した、太陽電池モジュールについて、ＡＭ値が１．
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、光電変換効率で９．５
％以上が得られた。実施素子２はｉ型層がフラットバン
ドギャップの比較素子２に対してＦＦ、Ｖｏｃの向上が
見られた。また、各太陽電池モジュール間の特性のばら
つきも５％以内に収まった。上述ＡＭ値が１．５でエネ
ルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2擬似太陽光に連続して
５００時間照射した後においても、実施素子の光電変換
効率の変動は、初期値に対して７．５％以内に収まって
いた。
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、光電変換効率で９．５
％以上が得られた。実施素子２はｉ型層がフラットバン
ドギャップの比較素子２に対してＦＦ、Ｖｏｃの向上が
見られた。また、各太陽電池モジュール間の特性のばら
つきも５％以内に収まった。上述ＡＭ値が１．５でエネ
ルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2擬似太陽光に連続して
５００時間照射した後においても、実施素子の光電変換
効率の変動は、初期値に対して７．５％以内に収まって
いた。
【００３１】［実施例４］図１０（ｂ）に示す構成のｐ
ｉｎ型のＳｉＣ／ＳｉＧｅ／ＳｉＧｅ（トップ／ミドル
／ボトム）トリプルセル構成の光起電力素子（光入射側
ｐ層）を実施例４と同様の手順で作成した。トップセル
５２４のｉ型層５１８には、本発明を適用して、実施例
２と同様のｎ型層側からｐ型層側へ光学的バンドギャッ
プの狭くなるアモルファスＳｉＣ層を設け、その上にＲ
ＦＣＶＤ法によりｎ型層側からｐ型層側へ光学的バンド
ギャップの広くなるアモルファスＳｉＣ層を設ける構成
とした。ボトムセル５２２、ミドルセル５２３のｉ型層
５１２、５１５にも、本発明を適用して、実施例１と同
様に、ＲＦＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層を形
成し、その上にＶＨＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側
へ光学的バンドギャップが狭くなる組成分布のアモルフ
ァスＳｉＧｅ層を形成し、さらにＲＦＣＶＤ法によりｎ
層側からｐ層側へ光学的バンドギャップが広くなる組成
分布のアモルファスシリコンゲルマニウム層を形成した
（実施素子４）。
ｉｎ型のＳｉＣ／ＳｉＧｅ／ＳｉＧｅ（トップ／ミドル
／ボトム）トリプルセル構成の光起電力素子（光入射側
ｐ層）を実施例４と同様の手順で作成した。トップセル
５２４のｉ型層５１８には、本発明を適用して、実施例
２と同様のｎ型層側からｐ型層側へ光学的バンドギャッ
プの狭くなるアモルファスＳｉＣ層を設け、その上にＲ
ＦＣＶＤ法によりｎ型層側からｐ型層側へ光学的バンド
ギャップの広くなるアモルファスＳｉＣ層を設ける構成
とした。ボトムセル５２２、ミドルセル５２３のｉ型層
５１２、５１５にも、本発明を適用して、実施例１と同
様に、ＲＦＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層を形
成し、その上にＶＨＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側
へ光学的バンドギャップが狭くなる組成分布のアモルフ
ァスＳｉＧｅ層を形成し、さらにＲＦＣＶＤ法によりｎ
層側からｐ層側へ光学的バンドギャップが広くなる組成
分布のアモルファスシリコンゲルマニウム層を形成した
（実施素子４）。
【００３２】半導体層の形成に使用した装置は、図６と
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間に各
半導体層を形成するチャンバーがガスゲートを介して配
置された構成を有する。トップ、ミドル、ボトムセルの
ＶＨＦｉ型層形成チャンバーの放電炉には、図４（ｄ）
の放電炉を組み込んだ。比較例として、ボトムセル、ミ
ドルセルのｉ型半導体層５１２、５１５が、ＲＦプラズ
マＣＶＤ法によるアモルファスシリコン層に挟まれた、
光学的バンドギャップがフラットなＶＨＦプラズマＣＶ
Ｄ法によるアモルファスＳｉＧｅであり、トップセルの
ｉ型半導体層５１８が、光学的バンドギャップがフラッ
トなＶＨＦプラズマＣＶＤ法によるアモルファスＳｉＣ
である光起電力素子を作製した（比較素子４）。フラッ
トな光学的バンドギャップを有するｉ型半導体層は、形
成チャンバーのＶＨＦ放電炉を原料ガスが放電空間に一
様に供給される図７の放電炉にして形成した。実施素
子、比較素子のｉ型半導体層の形成条件を表６に示す。
また、ｎ型、ｐ型半導体層の形成条件は実施例３と同じ
である（表５）。
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間に各
半導体層を形成するチャンバーがガスゲートを介して配
置された構成を有する。トップ、ミドル、ボトムセルの
ＶＨＦｉ型層形成チャンバーの放電炉には、図４（ｄ）
の放電炉を組み込んだ。比較例として、ボトムセル、ミ
ドルセルのｉ型半導体層５１２、５１５が、ＲＦプラズ
マＣＶＤ法によるアモルファスシリコン層に挟まれた、
光学的バンドギャップがフラットなＶＨＦプラズマＣＶ
Ｄ法によるアモルファスＳｉＧｅであり、トップセルの
ｉ型半導体層５１８が、光学的バンドギャップがフラッ
トなＶＨＦプラズマＣＶＤ法によるアモルファスＳｉＣ
である光起電力素子を作製した（比較素子４）。フラッ
トな光学的バンドギャップを有するｉ型半導体層は、形
成チャンバーのＶＨＦ放電炉を原料ガスが放電空間に一
様に供給される図７の放電炉にして形成した。実施素
子、比較素子のｉ型半導体層の形成条件を表６に示す。
また、ｎ型、ｐ型半導体層の形成条件は実施例３と同じ
である（表５）。
【００３３】
【表６】
作成した、太陽電池モジュールについて、ＡＭ値が１．
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、光電変換効率で１０％
以上が得られた。実施素子２はｉ型層がフラットバンド
ギャップの比較素子２に対してＦＦ、Ｖｏｃ、Ｊｓｃの
向上が得られた。また、各太陽電池モジュール間の特性
のばらつきも５％以内に収まった。上述ＡＭ値が１．５
でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光に
連続して５００時間照射した後においても、光電変換効
率の変動は、初期値に対して７％以内に収まっていた。
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、光電変換効率で１０％
以上が得られた。実施素子２はｉ型層がフラットバンド
ギャップの比較素子２に対してＦＦ、Ｖｏｃ、Ｊｓｃの
向上が得られた。また、各太陽電池モジュール間の特性
のばらつきも５％以内に収まった。上述ＡＭ値が１．５
でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光に
連続して５００時間照射した後においても、光電変換効
率の変動は、初期値に対して７％以内に収まっていた。
【００３４】［実施例５］実施例５においては、図１０
（ｂ）に示す構成のｐｉｎ型のＳｉＣ／Ｓｉ／ＳｉＧｅ
（トップ／ミドル／ボトム）トリプルセル構成の光起電
力素子（光入射側ｐ層）を実施例４と同様の手順で作成
した。トップセル５２４のｉ型層５１８には、本発明を
適用して、実施例２と同様のｎ型層側からｐ型層側へ光
学的バンドギャップの狭くなるアモルファスＳｉＣ層を
設け、その上にＲＦＣＶＤ法によりｎ型層側からｐ型層
側へ光学的バンドギャップの広くなるアモルファスＳｉ
Ｃ層を設ける構成とした。ボトムセル５２２のｉ型層５
１２にも、本発明を適用して、実施例１と同様に、ＲＦ
ＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層を形成し、その
上にＶＨＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側へ光学的バ
ンドギャップが狭くなる組成分布のアモルファスＳｉＧ
ｅ層を形成し、さらにＲＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ
層側へ光学的バンドギャップが広くなる組成分布のアモ
ルファスシリコンゲルマニウム層を形成した。ミドルセ
ルのｉ型層５１５にはＶＨＦＣＶＤ法によりアモルファ
スシリコン層を形成した（実施素子４）。
（ｂ）に示す構成のｐｉｎ型のＳｉＣ／Ｓｉ／ＳｉＧｅ
（トップ／ミドル／ボトム）トリプルセル構成の光起電
力素子（光入射側ｐ層）を実施例４と同様の手順で作成
した。トップセル５２４のｉ型層５１８には、本発明を
適用して、実施例２と同様のｎ型層側からｐ型層側へ光
学的バンドギャップの狭くなるアモルファスＳｉＣ層を
設け、その上にＲＦＣＶＤ法によりｎ型層側からｐ型層
側へ光学的バンドギャップの広くなるアモルファスＳｉ
Ｃ層を設ける構成とした。ボトムセル５２２のｉ型層５
１２にも、本発明を適用して、実施例１と同様に、ＲＦ
ＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層を形成し、その
上にＶＨＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層側へ光学的バ
ンドギャップが狭くなる組成分布のアモルファスＳｉＧ
ｅ層を形成し、さらにＲＦＣＶＤ法によりｎ層側からｐ
層側へ光学的バンドギャップが広くなる組成分布のアモ
ルファスシリコンゲルマニウム層を形成した。ミドルセ
ルのｉ型層５１５にはＶＨＦＣＶＤ法によりアモルファ
スシリコン層を形成した（実施素子４）。
【００３５】半導体層の形成に使用した装置は、図６と
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間に各
半導体層を形成するチャンバーがガスゲートを介して配
置された構成を有する。トップ、ミドル、ボトムセルの
ＶＨＦｉ型層形成チャンバーの放電炉には、図４（ｄ）
の放電炉を組み込んだ。比較例として、ボトムセル、ｉ
型半導体層５１２が、ＲＦプラズマＣＶＤ法によるアモ
ルファスシリコン層に挟まれた、光学的バンドギャップ
がフラットなＶＨＦプラズマＣＶＤ法によるアモルファ
スＳｉＧｅであり、トップセルのｉ型半導体層５１８
が、光学的バンドギャップがフラットなＶＨＦプラズマ
ＣＶＤ法によるアモルファスＳｉＣである光起電力素子
を作製した（比較素子４）。フラットな光学的バンドギ
ャップを有するｉ型半導体層は、形成チャンバーのＶＨ
Ｆ放電炉を原料ガスが放電空間に一様に供給される図７
の放電炉にして形成した。実施素子、比較素子のｉ型半
導体層の形成条件を表７に示す。また、ｎ型、ｐ型半導
体層の形成条件は実施例３と同じである（表５）。
同様のロール・ツー・ロール方式の連続成膜装置で、基
体の送り出しチャンバーと巻き取りチャンバーの間に各
半導体層を形成するチャンバーがガスゲートを介して配
置された構成を有する。トップ、ミドル、ボトムセルの
ＶＨＦｉ型層形成チャンバーの放電炉には、図４（ｄ）
の放電炉を組み込んだ。比較例として、ボトムセル、ｉ
型半導体層５１２が、ＲＦプラズマＣＶＤ法によるアモ
ルファスシリコン層に挟まれた、光学的バンドギャップ
がフラットなＶＨＦプラズマＣＶＤ法によるアモルファ
スＳｉＧｅであり、トップセルのｉ型半導体層５１８
が、光学的バンドギャップがフラットなＶＨＦプラズマ
ＣＶＤ法によるアモルファスＳｉＣである光起電力素子
を作製した（比較素子４）。フラットな光学的バンドギ
ャップを有するｉ型半導体層は、形成チャンバーのＶＨ
Ｆ放電炉を原料ガスが放電空間に一様に供給される図７
の放電炉にして形成した。実施素子、比較素子のｉ型半
導体層の形成条件を表７に示す。また、ｎ型、ｐ型半導
体層の形成条件は実施例３と同じである（表５）。
【００３６】
【表７】
作成した、太陽電池モジュールについて、ＡＭ値が１．
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、光電変換効率で１０．
２％以上が得られた。実施素子２はｉ型層がフラットバ
ンドギャップの比較素子２に対してＦＦ、Ｖｏｃ、Ｊｓ
ｃの向上が得られた。また、各太陽電池モジュール間の
特性のばらつきも５％以内に収まった。上述ＡＭ値が
１．５でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太
陽光に連続して５００時間照射した後においても、光電
変換効率の変動は、初期値に対して６．５％以内に収ま
っていた。
５でエネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
用いて特性評価を行ったところ、光電変換効率で１０．
２％以上が得られた。実施素子２はｉ型層がフラットバ
ンドギャップの比較素子２に対してＦＦ、Ｖｏｃ、Ｊｓ
ｃの向上が得られた。また、各太陽電池モジュール間の
特性のばらつきも５％以内に収まった。上述ＡＭ値が
１．５でエネルギー密度が１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太
陽光に連続して５００時間照射した後においても、光電
変換効率の変動は、初期値に対して６．５％以内に収ま
っていた。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
前記放電空間における基体移動方向位置から、第ＩＩＩ
属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１種含有する複数の
原料ガスを導入するに際して、該複数の原料ガスのうち
解離エネルギーの小さな原料ガスに含まれる第ＩＩＩ属
またはＩＶ、Ｖ属元素の膜中組成比が、膜厚方向で最大
となる領域を形成するための放電空間への導入位置か
ら、該複数の原料ガスを導入し、該複数の原料ガスの放
電空間への導入位置が、隣接する複数の放電炉の放電空
間内における基体の移動方向の上手側または下手側に、
統一して配され、該隣接する複数の放電炉に沿って、該
基体を順次移動させて該基体上に堆積膜を形成するよう
に構成することで、移動する基体上に、膜厚方向に組成
分布の分布を持った堆積膜を形成することができる。ま
た、本発明によると、プラズマＣＶＤ法により、移動す
る長尺の基体上に、ｐｉｎ型光起電力素子を形成するに
際して、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層
側に向かって、光学的バンドギャップが狭くなるｉ型半
導体層を形成し、次に、ＲＦ−ＣＶＤ法により光学的バ
ンドギャップがｐ型層側に向かって広くなるｉ型半導体
層を形成するように構成することで、光電特性のより向
上した起電力素子を得ることができる。
前記放電空間における基体移動方向位置から、第ＩＩＩ
属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１種含有する複数の
原料ガスを導入するに際して、該複数の原料ガスのうち
解離エネルギーの小さな原料ガスに含まれる第ＩＩＩ属
またはＩＶ、Ｖ属元素の膜中組成比が、膜厚方向で最大
となる領域を形成するための放電空間への導入位置か
ら、該複数の原料ガスを導入し、該複数の原料ガスの放
電空間への導入位置が、隣接する複数の放電炉の放電空
間内における基体の移動方向の上手側または下手側に、
統一して配され、該隣接する複数の放電炉に沿って、該
基体を順次移動させて該基体上に堆積膜を形成するよう
に構成することで、移動する基体上に、膜厚方向に組成
分布の分布を持った堆積膜を形成することができる。ま
た、本発明によると、プラズマＣＶＤ法により、移動す
る長尺の基体上に、ｐｉｎ型光起電力素子を形成するに
際して、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法によりｎ層側からｐ層
側に向かって、光学的バンドギャップが狭くなるｉ型半
導体層を形成し、次に、ＲＦ−ＣＶＤ法により光学的バ
ンドギャップがｐ型層側に向かって広くなるｉ型半導体
層を形成するように構成することで、光電特性のより向
上した起電力素子を得ることができる。
【図１】本発明を採用した光起電力素子のｉ型半導体層
のバンドギャップ構造を示す図である。
のバンドギャップ構造を示す図である。
【図２】堆積膜の元素濃度の成膜領域分布とバンドギャ
ップを示す図である。
ップを示す図である。
【図３】堆積膜の元素濃度の成膜領域分布を示す図であ
る。
る。
【図４】放電炉の構造と堆積膜のバンドギャップの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図５】ＳＩＭＳによる堆積膜の膜厚方向の元素分析を
示す図である。
示す図である。
【図６】ロール・ツー・ロール方式の堆積膜形成装置を
示す図である。
示す図である。
【図７】ＶＨＦ放電炉を示す図である。
【図８】ＶＨＦ放電炉を示す図である。
【図９】ＲＦ放電炉を示す図である。
【図１０】光起電力素子の構成を示す概略断面図であ
る。
る。
１：放電炉（放電室）
２：原料ガス導入管
３：電極
４：排気口
５：基体
６：成膜領域調整板
７：放電空間
１００：ロール・ツー・ロール方式堆積膜形成装置
１０１：送り出しチャンバー
１０２：ｎ型半導体層形成チャンバー
１０３、１０４、１０５：ｉ型半導体層形成チャンバー
１０６：ｐ型層形成チャンバー
１０７：巻き取りチャンバー
１０８：帯状基体
１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１１４：ガ
スゲート １１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０：ゲ
ートガス導入管 １２１：放電炉（放電室） １２２、１２５、１２６、１２７、１２８：原料ガス導
入管 １２３、１３５、１３６、１３７、１３８：電極 １２４、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４：排
気管 １３９、１４０：ボビン ５０１、５０９：基体 ５０２、５１０：下部電極（光反射層） ５０３、５１１、５１４、５１８：ｎ型半導体層 ５０４、５１２、５１５、５１８：ｉ型半導体層 ５０５、５１３、５１６、５１９：ｐ型半導体層 ５０６、５２０：透明電極 ５０７、５２１：集電電極 ５０８：シングルセル ５２２：ボトムシングルセル ５２３：ミドルシングルセル ５２４：トップシングルセル
スゲート １１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０：ゲ
ートガス導入管 １２１：放電炉（放電室） １２２、１２５、１２６、１２７、１２８：原料ガス導
入管 １２３、１３５、１３６、１３７、１３８：電極 １２４、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４：排
気管 １３９、１４０：ボビン ５０１、５０９：基体 ５０２、５１０：下部電極（光反射層） ５０３、５１１、５１４、５１８：ｎ型半導体層 ５０４、５１２、５１５、５１８：ｉ型半導体層 ５０５、５１３、５１６、５１９：ｐ型半導体層 ５０６、５２０：透明電極 ５０７、５２１：集電電極 ５０８：シングルセル ５２２：ボトムシングルセル ５２３：ミドルシングルセル ５２４：トップシングルセル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 幸田 勇蔵
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 澤山 忠志
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 矢島 孝博
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 金井 正博
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−121338（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−247655（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−198481（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−190461（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
Claims (11)
- 【請求項１】放電空間に長尺の基体を連続的に移動さ
せ、プラズマＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上
に、膜厚方向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成す
る堆積膜形成方法において、 前記放電空間における基体移動方向位置から、第ＩＩＩ
属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１種含有する複数の
原料ガスを導入するに際し、 該複数の原料ガスのうち解離エネルギーの小さな原料ガ
スに含まれる第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素の膜中組
成比が、膜厚方向で最大となる領域を形成するための放
電空間の位置から、該複数の原料ガスを導入し、該複数
の原料ガスの放電空間への導入位置が、隣接する複数の
放電炉の放電空間内における基体の移動方向の上手側ま
たは下手側に、統一して配され、該隣接する複数の放電
炉に沿って、該基体を順次移動させて該基体上に堆積膜
を形成することを特徴とする堆積膜形成方法。 - 【請求項２】放電空間に長尺の基体を連続的に移動さ
せ、プラズマＣＶＤ法により、該移動する長尺の基体上
に、膜厚方向に組成が変化する堆積膜を連続的に形成す
る堆積膜形成方法において、 前記プラズマＣＶＤ法が、ｎ型半導体層、ｉ型半導体
層、ｐ型半導体層をこの順に積層させる、プラズマＣＶ
Ｄ法であり、ＶＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法により
ｎ層側からｐ層側に向かって、光学的バンドギャップが
狭くなるｉ型半導体層を形成し、次に、ＲＦ−ＣＶＤ法
により光学的バンドギャップがｐ型層側に向かって広く
なるｉ型半導体層を形成し、 前記放電空間における基体移動方向位置から、第ＩＩＩ
属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１種含有する複数の
原料ガスを導入するに際し、 該複数の原料ガスのうち解離エネルギーの小さな原料ガ
スに含まれる第ＩＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素の膜中組
成比が、膜厚方向で最大となる領域を形成するための放
電空間の位置から、該複数の原料ガスを導入することを
特徴とする 堆積膜形成方法。 - 【請求項３】前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法に
より形成されるｉ型半導体層が、アモルファスシリコン
ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）であることを特徴とする請求
項２に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項４】前記複数の原料ガスが、隣接する複数の放
電炉の放電空間内における基体の移動方向の下手側から
導入されることを特徴とする請求項３に記載の堆積膜形
成方法。 - 【請求項５】前記複数の原料ガスには、Ｓｉ、Ｇｅ元素
が含まれ、該原料ガスの供給量におけるＧｅ／（Ｇｅ＋
Ｓｉ）の値が、 基体の移動方向の上流側に位置する放電炉＜基体の移動
方向の下流側に位置する放電炉の関係を満たすことを特
徴とする請求項４に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項６】前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法に
より形成される堆積膜において、膜中のＧｅ濃度が、 基体の移動方向の上流側で形成される膜＜基体の移動方
向の下流側で形成される膜の関係を満たすことを特徴と
する請求項４に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項７】前記複数の原料ガスには、Ｓｉ、Ｃが含ま
れ、該原料ガスの供給量におけるＣ／（Ｃ＋Ｓｉ）の値
が、 基体の移動方向の上流側に位置する放電炉＞基体の移動
方向の下流側に位置する放電炉の関係を満たすことを特
徴とする請求項１又は２に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項８】前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法に
より形成される堆積膜において、膜中のＣ濃度が、 基体の移動方向の上流側で形成される膜＞基体の移動方
向の下流側で形成される膜の関係を満たすことを特徴と
する請求項２に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項９】前記ＶＨＦ電力によるプラズマＣＶＤ法に
より形成されるｉ型半導体層が、アモルファスシリコン
炭素（ＳｉＣ）であることを特徴とする請求項２に記載
の堆積膜形成方法。 - 【請求項１０】長尺の基体を連続的に移動させる装置を
備え、該装置により放電空間に該長尺の基体を連続的に
移動させ、プラズマＣＶＤ法により、該移動する長尺の
基体上に、膜厚方向に組成が変化する堆積膜を連続的に
形成する堆積膜形成装置において、 前記放電空間における基体移動方向位置から、第ＩＩＩ
属またはＩＶ、Ｖ属元素をそれぞれ１種含有する複数の
原料ガスを導入するための放電空間への原料ガスの導入
部を有し、 該放電空間への原料ガスの導入部が、該複数の原料ガス
のうち解離エネルギーの小さな原料ガスに含まれる第Ｉ
ＩＩ属またはＩＶ、Ｖ属元素の膜中組成比を、膜厚方向
で最大となる領域を形成することのできる位置に配設さ
れており、該原料ガスの放電空間への導入位置が、隣接
する複数の放電炉の放電空間内における基体の移動方向
の上手側または下手側に、統一して配されていることを
特徴とする堆積膜形成装置。 - 【請求項１１】前記プラズマＣＶＤ法が、ＶＨＦ電力に
よるプラズマＣＶＤ法であることを特徴とする請求項１
０に記載の堆積膜形成装置。
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| JP17128699A JP3487580B2 (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置 |
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| JP17128699A JP3487580B2 (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置 |
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| JP2001007027A JP2001007027A (ja) | 2001-01-12 |
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ID=15920510
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| JP17128699A Expired - Fee Related JP3487580B2 (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置 |
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| JP (1) | JP3487580B2 (ja) |
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-
1999
- 1999-06-17 JP JP17128699A patent/JP3487580B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001007027A (ja) | 2001-01-12 |
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