JPH02168616A - 薄膜非晶質半導体装置 - Google Patents

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、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。

［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、大面積化が容易でが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年にステブラ−ロンスキ−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りでいる。

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。

［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、護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。

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
５ｌ−８１重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８１−８３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Ｓｌ−３１結合は
光によって切断された８１−８１重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（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
ールー降温を−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５ｌ−３ｌ結合を高温で切断すること
グポンドの数はＩ３　　ｉ３　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ＩＫＷ／ｃｄすなわち太陽光の１０４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
験をするのにわずが４Ｘ１０−３秒でよいという計算に
なり１５０　”Ｃ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、ＩＫＷ／ｃＪ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１０　Ｗ　／　ｃｄ以上、好ましく
は１００Ｗ／ｃｄ以上のものが使用される。１パルスの
照射時間は通常ｌ／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Ｓｔを含む非晶質半導体
を指し、ａ−８１およびａ−８ｉと微結晶状Ｓ１、Ｃ、
Ｓｎ％Ｇｅなどとの合金などがある。代表的には ａ−９１１−ｘ−ｙ　Ｇｅｘ　　ｃｙ：　＋１（０≦ｘ
Ｓｙ≦１）、ａ−８ｊ　１−　ｙ、、　　Ｇａｘ　　　
Ｃ，：　　Ｈ：Ｐ（０≦　ｘ　　Ｓ　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−８１１−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４３
８８４８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。

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。

えられた実施例１〜４をクライオスタット中において１
６０°Ｃの約１０’　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ＩＫＷ／ｃｄでパルス中は１　ｗｓｅ
ｃ（１パルス照射時間が１１１０００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。

［以下余白］ 第 表 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９
０分間照射した。光照射（ＡＭ−１１００ｍＷ／　ｃｄ
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。

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。

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。

結果を第２図に１点鎖線で示す。

比較例２ 実施ｆｌＩｊ　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。

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。

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。

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。

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３
０℃においてＡＭ−１ｔｏｏ　ａ＋Ｗ　／ｃシの疑似太
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。

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。

なお、第３図の縦軸の光電変換効率は、ＡＭ−１１００
ｍＷ　／　ｃｄ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である。

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１７７８８４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−８ＩＣ／ａ−８１１１・ヘテ
ロジャンクション・ソーラー・セルズ（Ａ　ＮＥＷ　５
ＴＡＢＬＥ　ａ−３ＩＣ／　ａ−８ｉＢ＋１ＥＴＥＲＯ
ＪＬＩＮｃＴＩＯＮ　５ＯＬＡＲＣＥＬＬＳ）　Ｊ　　
（プロシーディング・オブ・ザφエイティーンス牽アイ
トリプルイー・フォトポルティック・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
．１．９８５（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｒｔｈｅ１８
ｔｈ　ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　５ｐｃｃ
ｌａ、１１ｓｔｃｏｎｒｅｒｅｎｃｅ、Ｌａｓ　Ｖｅｇ
ａｓ、　Ｎｅｖａｄａ、　０ｃｔｏｂｅｒ　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−３Ｉ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。

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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ことを特徴とする薄膜非晶質
   半導体装置。 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。