JPH0210720A - アモルフアスシリコン‐ゲルマニウム合金製半導体層の製法と装置 - Google Patents

アモルフアスシリコン‐ゲルマニウム合金製半導体層の製法と装置

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JPH0210720A
JPH0210720A JP1071606A JP7160689A JPH0210720A JP H0210720 A JPH0210720 A JP H0210720A JP 1071606 A JP1071606 A JP 1071606A JP 7160689 A JP7160689 A JP 7160689A JP H0210720 A JPH0210720 A JP H0210720A
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plasma
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germanium
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ヘルモント、カウシエ
Rolf Plaettner
ロルフ、プレツトナー
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Siemens AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン及びゲルマニウムを含むガス状の水
素含有化合物を反応炉内で電極間で気中放電−プラズマ
(低圧プラズマ)中において誘導又は容量高周波結合に
より励起し、固体アモルファスシリコン−ゲルマニウム
層として電極上に又はそこに施された基板上に堆積させ
ることよりなる、特に太陽電池に再加工するのに使用さ
れるアモルファスシリコン−ゲルマニウム合金からなる
半導体層を気相から析出させることにより製造する方法
並びにこの方法を実施するための装置に関する。
〔従来の技術〕
純粋なアモルファスシリコンJi(a−3t:H)を析
出させるためのこの種の方法及び装置は例えば米国特許
第4292343号明細書から公知である。上記明細書
では第1図には容量性のまた第2図には誘導性(7)H
Fグロー放電−反応炉装置が記載されている。この方法
及び装置を用いることにより、後に接触部として使用さ
れる基板上にアモルファスシリコンをベースとするpi
n型太陽電池が製造される。
グロー放電技術はバンドギャップの異なる複数個のpi
n型電池を重ね合わせて析出する可能性を提供する。こ
のような二重又は三重タンデム電池によりすべての太陽
スペクトルは一層効果的に利用することができ、その結
果電池効率はより高められる。バンドギャップはアモル
ファスシリコンにゲルマニウムを添加することによって
減少させることができ、これにより電池は赤外線に対し
て一層敏感になる。
シリコン−ゲルマニウム層の状態密度はゲルマニウム含
有量が増すにつれて著しく増大し、薄膜タンデム太陽電
池用に使用されるような(エネルギーギャップ1.5 
e Vより小さい)ゲルマニウムに富んだ層は劣悪な半
導体特性を有するようになる。−船釣な見解によればそ
の理由は、水素原子のイオン化エネルギー及び結合エネ
ルギーが10、5 e Vのゲルマン(G(!H4)で
は、11.4eVのシラン(SiH,)におけるよりも
小さいため、S iGe : H材料中ではダングリン
グボンド(danglingbond)は、アモルファ
スSi :H材料中でのようには水素で飽和されないご
とにある。
アモルファス構造でシリコンとゲルマニウムが共存して
いる場合、シリコンは優先的に水素によって飽和される
。従ってシリコン及びゲルマニウムを同じ高周波数、直
流電源又は光源で同時に析出させる場合、層中の珪素原
子及びゲルマニウム原子を同じように水素で飽和させる
ことは困難である。
シリコン−ゲルマニウム合金中でのダングリングボンド
飽和の改良は、例えばシラン−ゲルマン混合物を水素で
希釈するごとによって得ることができる。しかし層の品
質は薄膜−タンデム太陽電池に使用するには不十分であ
る。
(発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、ダングリングボンドが水素で十分に飽
和されることを保証しかつこれを高められた効率を有す
る薄膜太陽電池に使用することを可能にする、アモルフ
ァスシリコン−ゲルマニウム合金層を製造することので
きる方法及び装置を提供するごとにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は冒頭に記載した形式の方法において、プラズマ
を容量高周波結合によってまた誘導高周波結合によって
発生させ、両方のプラズマ励起を空間的に分離して、し
かし同じ反応炉内で実施し、また誘導励起プラズマに高
周波磁場に対して垂直に定磁場を重ねて共鳴励起させる
ことを特徴とするものである。
この場合誘導プラズマを励起させるため水素含有シリコ
ン化合物を希釈用水素と共に、接地した基板保持プレー
ト上に配設されている被覆すべき裁板の範囲内でその中
央にかつ直接導入し、また水素含有ゲルマニウム化合物
に対しては基板保持プレートの縁部分にある反応炉への
導入口を使用することにより反応炉に各反応ガスを導入
する手段は本発明の枠内にある。
〔作用効果〕
本発明はE、  P、Szusczewiczの論文E
ザ・フィツクス・オプ・フルイズ(The Physi
cs of Fluids) J第15巻、Na12.
1972年12月、第2240頁〜第2246頁に記載
されている認識、すなわち誘導励起プラズマを弱い磁場
でヘテロゲイン変換した場合電磁波共鳴すなわちヘリコ
ン共鳴が生じるという認識を利用する。この特殊な場合
電子サイクロトロン−電磁波共鳴は弱い定磁場を、誘導
HF結合により発生したプラズマに対して垂直に重ねる
ことによって得られる0本発明の対象では定磁場を重ね
ることによって、プラズマ中に結合されたHF波が人泣
び右円偏波に分割される。共鳴崩壊で左円偏波は表皮効
果の場合と同様に導電性媒体(プラズマ)中で減衰する
。右円偏波は共鳴崩壊で実際に減衰せず、プラズマ中に
侵入し、従って電離密度を高める。
本発明の他の実施態様、特にこの方法を実施する装置は
特許請求の範囲の欄に記載されている。
〔実施例〕
次に本発明を第1図及び第2図に示した実施例との関連
において詳述する。
第1図に示すように、アモルファス水素化シリコン・ゲ
ルマニウム層を製造するために準備されたガス状化合物
中、ゲルマンは矢印2及び12で示した箇所からまた水
素とシランとの混合物は矢印3で示した箇所から、予め
約10−’mバールの残ガス分圧に真空化した特殊銅製
反応炉1に導入する3反応炉lにはその中央に石英ガラ
ス製フランジ4が接地されており、これは金属蓋5で密
閉される。金属蓋5はシラン用導管3を含み、また同時
に高励起プラズマ17からのイオンを促進するためプラ
ズマと基板保持体6との間に例えば50vの直流電圧を
励起するのに利用される。HFエネルギー(13,5M
Hz)を供給するごとによって電極8と基板保持体6と
して使用する電極を存する基板9との間でゲルマン(2
,12)(7)グロー放電7を起こさせる。双方の電極
6.8を電極加熱部材lO及びIIにより200〜30
0°Cに加熱する。13で示した箇所で電極6を接地す
る。20は真空ポンプに接続されるガス排出管を示す。
ゲルマンに対するプラズマ励起7と同時にシランに対す
るプラズマ励起17も実施する。このため電極8はその
中央に切断部を有し、これに合わせ”ζ石英ガラス製フ
ランジ4を反応炉lに設け、ここを通って水素と混合さ
れたシラン(3)は反応炉1内に達する。双方の反応ガ
スは誘導コイル14から出発する誘導励起プラズマ17
によってイオン化される(HFエネルギー27MHz)
中央の基板(9)の範囲で励起されたシランとゲルマン
とを混合し、両プラズマ7.17をヘテロダイン変換し
、互いに部分的に干渉させる。電離密度を高めるため誘
導励起プラズマ17にHF磁場(両方向矢印15参照)
に対して垂直に定磁場16(矢印NS参照)を重ねる。
定磁場を正しく選択した場合、すなわち外部に設けられ
かつ同様に極性化された2つのコイル18及び19内に
好ましいコイル電流が流れると、上記の電磁波共鳴すな
わちシリコン共鳴が生じる。
その際電磁石コイル18.19の配列はいわゆるヘルム
ホルツ配列状態となり、そのコイル間隔はコイル半径に
等しい。
ゲルマンを励起するための定量励起HF放電(7)と、
シラン及び水素を励起するための電磁場共鳴に近い誘導
結合HF放電(17)と、加速電圧とを介してエネルギ
ーを互いに十分に無関係に選択可能に供給することによ
って、シラン、ゲルマン及び水素に対して適合されたガ
ス圧及びガス流との関連において、状態密度の小さいア
モルファスa−3iGe:H材料に適した析出条件を検
出することができる。例えば圧力10−”mバールの場
合、SiH4:GeH4流10:lで合計流量は50〜
101005eに調整する。
第1図と同じ符号を使用して表した第2図の反応炉を用
いて、大きな基板表面上に均質な析出を得ることができ
る。この場合石英ガラス製フランジは符号4.24.4
4で、その盈は5.25.35で、シラン供給導管は3
.23.43で、誘導コイルは14.34.54で、H
F磁場の方向は15.45.55でまた相応する電磁石
コイルは18.19.28.29で示されている。
【図面の簡単な説明】
第1図は垂直に重ねられた定磁場を有するシラン用定量
HF励起及びゲルマン用誘導励起を伴う反応炉を示す断
面図、第2図は誘導結合を数倍に増すことによって大き
な基板表面を被覆することのできる装置を示す断面図で
ある。 ■・・・反応炉 4・・・フランジ 5・・・金属蓋 6・・・基板保持体 7・・・プラズマ 9・・・基板 4・・・誘導コイル 5・・・高周波磁場 6・・・定磁場 7・・・高励起プラズマ 8.19・・・電磁石コイル 4・・・フランジ 8.29・・・電磁石コイル 4・・・誘導コイル 4・・・フランジ 4・・・誘導コイル

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)シリコン及びゲルマニウムを含むガス状の水素含
    有化合物を、反応炉内で電極間で気中放電−プラズマ中
    において誘導又は容量高周波結合により励起し、固体ア
    モルファスシリコン−ゲルマニウム層として電極上に又
    はそこに施された基板上に堆積させることよりなる、ア
    モルファスシリコン−ゲルマニウム合金からなる半導体
    層を気相から析出させることにより製造する方法におい
    て、プラズマを容量高周波結合によってまた誘導高周波
    結合によって発生させ、両方のプラズマ励起(7、17
    )を空間的に分離して、しかし同じ反応炉(1)内で実
    施し、また誘導励起プラズマ(17)に高周波磁場(1
    5)に対して垂直に定磁場(16)を重ねて共鳴励起さ
    せることを特徴とするアモルファスシリコン−ゲルマニ
    ウム合金製半導体層の製法。 (2)誘導プラズマ励起(17)のため水素含有シリコ
    ン化合物及び希釈用水素を、接地した基板保持体(6)
    上に配設されている被覆すべき基板(9)の範囲内でそ
    の中心にかつ直接導入し、また水素含有ゲルマニウム化
    合物(2、12)に対しては基板保持体(6)の縁範囲
    内にある反応炉(1)への導入口を使用することにより
    、反応炉(1)内への反応ガス(2、12、3)の導入
    を実施することを特徴とする請求項1記載の方法。 (3)反応ガスとしてシラン(SiH_4)及びゲルマ
    ン(GeH_4)を水素と混合して使用することを特徴
    とする請求項1又は2記載の方法。 (4)誘導コイル(14)により励起されたプラズマ(
    17)からイオンを加速するためにプラズマ(17)と
    基板保持体(6)の間に最高100V(有利には50V
    )の直流電圧をかけることを特徴とする請求項1ないし
    3の1つに記載の方法。 (5)横方向磁場を有する誘導励起HF放電(17)に
    対して27MHzのHFエネルギーを、また容量励起H
    F放電(7)に対して13.5MHz(7)HFエネル
    ギーを供給することを特徴とする請求項1ないし4の1
    つに記載の方法。 (6)a)反応炉壁の中央に配設された、外側から金属
    蓋(5)で密閉される石英ガラス製フ ランジ(4)を少なくとも1個有する主と して特殊銅からなる反応炉(1)と、 b)反応炉(1)内に向かい合って配設されHF発生器
    に接続されている加熱可能の電 極(6、8、10、11)であって、その うち1つの電極(6)は接地されまた基板 保持体として構成されており、また反応炉 (1)の中央にある他の電極(8)は石英 ガラス製フランジ(4)の範囲で少なくと も1つの切断部を有しているものと、 c)切断部を有する電極(8)の縁部分で反応炉壁(1
    )に設けられたガス導入及び排 出管(2、12)と、 d)反応炉壁(1)に設けられた石英ガラスからなるフ
    ランジ付きガス導入管(4)を 囲むHF誘導コイル(14)と、 e)誘導コイル(14)及び石英ガラス製フランジ(4
    )を囲む同様に極性化された2 個の電極石コイル(18、19)と、 f)反応炉(1)内の反応ガスの流速及び圧力を調整す
    る装置と を有することを特徴とする請求項1ないし5の1つに記
    載の方法を実施するための装置。 (7)反応炉(1)の側壁に沿ってガス導入管用の複数
    個の石英ガラス製フランジ(4、24、44)を備えて
    おり、その際石英ガラス製フランジ(4、24、44)
    のそれぞれが電極切断部に相対しており、また各フラン
    ジ(4、24、44)のそれぞれが1つの誘導コイル(
    14、34、54)と2個の電磁石コイル(18、19
    、28、29)とで囲まれていることを特徴とする請求
    項6記載の装置。 (8)特徴e)に基づく電磁石コイル(18、19、2
    8、29)の配列がヘルムホルツ配列であり、その際コ
    イルの間隔がコイルの半径に等しいことを特徴とする請
    求項6又は7記載の装置。
JP1071606A 1988-03-24 1989-03-23 アモルフアスシリコン‐ゲルマニウム合金製半導体層の製法と装置 Pending JPH0210720A (ja)

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DE3810021 1988-03-24

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