JPH02276240A

JPH02276240A - 非晶質半導体薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH02276240A
Application number: JP1096348A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ashida; 芦田　芳徳; Nobuhiro Fukuda; 福田　信弘; Masato Koyama; 正人小山
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1990-11-13

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】〔技術分野〕本発明は非晶質太陽電池の高性能化に関し、とくに、そ
の構成する非晶質薄膜の高品質化を図る技術に関する。

〔背景技術〕

非晶質太陽電池は電卓や時計を駆動するための、出力の
小さいエネルギー供給源としてすでに実用化されている
。しかしながら、出力の大きいエネルギー供給源として
は、性能・安定性および価格の点において、十分とはい
えず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されてい
る。太陽電池の実用化のためには、高い変換効率を有す
る太陽電池を、再現性よく、高スルーブツトで製造する
必要がある。しかしながら、現在、非晶質太陽電池にお
いては、プラズマＣＶＤ法による製造のために、再現性
・高速製造という点で十分な成果が得られていない、こ
れらの問題を解決するために、太陽電池を構成する層の
中でもっとも厚い層であるｉＮを高速堆積する研究や真
空処理時間の短縮など、また高周波電極の設計を含めた
プラズマＣＶＤ装置の設計により、安定放電の試みがな
されている。しかし、太陽電池の実用化という観点から
は、これらの研究の結果は十分な効果をもたらしていな
い、そこで、高周波グロー放電形態、反応性ガスのグロ
ー放電分解、高速堆積条件などを鋭意検討した結果、グ
ロー放電が発生した場合に、高周波電極に自然に印加さ
れる直流自己バイアス電圧の変動に問題があるという結
果を得、本発明を完成するに到った。

〔発明の基本的着想〕

直流自己バイアス電圧が変動することによりグロー放電
状態が変動し、直流自己バイアス電圧を制御することで
放電形態を任意に制御することを検討し、高速堆積にて
再現性良好で、良好な光電特性を有する半導体１１ｔｌ
！を形成することができた。

〔発明の開示〕

本発明は、グロー放電を発生させるために交流電圧を印
加する電極に、交流電圧とは独立に、交流電圧と同時に
直流電圧を印加し、反応性ガスのグロー放電を発生維持
させ、基板上に半導体薄膜を形成する方法に関する。

本発明において、グロー放電を発生させるために導入す
る反応性ガスとは、−ａ式５ｉｅＨ＊ａ＊ｘ（ここでｎ
は自然数）で表されるシラン化合物はであり、モノシラ
ン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン等である。取
り扱い上、モノシラン、ジシラン、トリシランが好まし
い、さらに同時添加するガスとして、上記のシラン化合
物に水素、フッ素、塩素等の反応性ガス、ヘリウム、ア
ルゴン、ネオン等の不活性ガス、窒素等の支持ガスを導
入しても良い。希釈添加率としては、添加ガスに対する
シラン化合物の割合で表現した場合、０．１〜１００％
（容積比率）の範囲であり、成膜速度から１％以上の濃
度が好ましく用いられる。

ここでいう交流とは、周波数１にＨｚ以上であり、上限
はとくにないが、実用上、５０Ｍ）Ｉｚまでであり、電
波上許可されている１３．５６ＭＨｚ　　が利用上最適
である。また、印加する交流電圧については、グロー放
電を維持するために、必要である１０ν以上１ＯｋＶ程
度であり、好ましくは、５０〜２０００Ｖである。

交流電圧を印加する電極に交流電圧とは独立に印加する
直流電圧は、第１図に示したローパスフィルターを介し
て導入・印加し、印加する電圧は、＋５００〜−５００
ｖの範囲であり、本発明の効果を発揮するには、＋２０
０〜−２００ｖの直流電圧で十分である。また、印加す
る直流電圧は、一定電圧を保持する定電圧電源から供給
し、極めて精密に変動を抑え、±ｌＯｖ程度以内の変動
にする。

反応性ガス流量については、１〜２００ｓｅｃｍであり
、グロー放電圧力については、５　ｍｔｏｒｒ〜５０ｔ
ｏｒｒの範囲であるが、成膜速度に応じて、流量・圧力
は任意に選択することができる。これらの条件は本発明
を実施する上において何ら妨げるものではない。

基板温度は、５０〜５００℃であり、基板の耐熱性、得
られる膜特性から考えられる温度は、１５０〜３５０°
Ｃが好ましい。

本発明で用いた基板は、透光性基板としては、青板ガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等従来用いられてい
るガラス基板材料が有用であるが、さらに導電性基板も
用いられる。さらに、ポリエンチレンフタレート、ポリ
イミド等の高分子フィルム基板も用いることが可能であ
る。導電性基板は、ステンレス、チタン、アルミニウム
などの金属基板や上記ガラスにステンレス、モリブデン
、チタン、銀、アルミニウムなどの金属を形成したもの
も基板材料として用いることができる。また、透明電極
を上記ガラス基板、高分子フィルム基板や金属基板に形
成した基板も用いることができ、透明電極としては、酸
化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物や透
光性の金属等を有効に用いることができる。さらに、結
晶性シリコン基板も用いることができる。

〔実施例〕

〔実施例１〕本発明を実施するための具体的な装置を第１図に示した
。基板を加熱するための加熱ヒーター交流電圧を印加す
る電極、半導体薄膜を形成する基板、反応性ガスなどの
原料ガスを反応装置内に導入するガス供給系（ガス配管
と流量計から成る）、一定の直流電圧を印加することの
できる定電圧直流電源、交流電圧と直流電圧を同時にか
つ相互干渉を起こすことを防止するローパスフィルター
から成る。プラズマを発生させるための電源は、１３．
５６ＭＨ２の高周波電源を用いて行った。成膜方法とし
ては、基板を保持するサセプター上に基板を載せ、反応
装置内に移動設置する。高真空に排気後、原料ガスのジ
シランを３０ｓｅｃｍ導入し、基板温度２５０°Ｃ１反
応圧力Ｑ、　ｌ　ｔｏｒｒにおいて、高周波電圧１５０
Ｖを印加し、かつ同時に直流電圧を２００ｖを印加した
。所定の時間成膜し、７０００人の薄膜を得た。用いた
基板は、ホウケイ酸ガラス基板である。得られた非晶質
薄膜は、反応装置から取り出し、膜特性を評価した。

この方法により得られた膜特性として、凝似太陽光（Ａ
Ｍ−１，５）ｌｏｏｍＷ／ｃｆｆｌ照射下の導電率（光
導電率）は４ｘ１ｏ−’　５７０ｍ　、暗導電率は３Ｘ
１０−”　５７０ｍ、光学的バンドギャップ１．７７ｅ
、　％性化エネルギー０．９０ｅＶ　、結合水素量１７
ａ　ｔＺ、成膜速度２３人／秒であった。

この膜特性は以下の比較例１で示された膜特性に比べ同
等であるが、成膜速度において、約３倍の向上が認めら
れ、本実施例により、膜特性を維持したまま、成膜速度
を増加させることができた。

〔比較例１）実施例１において、直流電圧を外部から印加せず、自己
バイアス電圧のみの状況で放電し、所定の厚みの４００
０人を成膜した０本方法により得られた薄膜の特性は、
光導電率３　Ｘ　１０−　’　　Ｓ／ｃｔａ、暗導電率
５ｘｉｏ−”　　５７０ｍ−結合水素量は、１２　ａｔ
χ、成膜速度９人／秒であった。

（発明の効果〕以上の実施例ならびに比較例から明らかなように、本方
法を用いて作製した非晶質半導体薄膜は、極めて良好な
光電特性を有しながら、高速堆積速度により、形成され
た。即ち、従来技術で成膜された非晶質半導体薄膜に比
べ、きわめて高成膜速度で、かつ高い光電特性を有する
薄膜が得られ、本発明の半導体薄膜形成法が有効である
ことが分かった。すなわち、本発明は実用レベルにおい
て、非晶質太陽電池の光電変換効率の改善に大きく貢献
するものである。このように、本発明は電力用太陽電池
に要求される高変換効率を可能にする技術を提供できる
ものであり、エネルギー産業にとって、きわめて有用な
発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための、非晶質半導体薄膜製
造装置の例である。１・・・基板、２・・・基板ホルダー３・・・基板加熱ヒーター４・・・高周波電極、５・・・高周波′：ｊ、極、６・・・ローパスフィルター７・・・整合回路、８・・・定電圧電源、９・・・ガス供給系図面第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）グロー放電を発生させるために交流電圧を印加す
る電極に、交流電圧とは独立に、交流電圧と同時に直流
電圧を印加し、反応性ガスのグロー放電を発生維持させ
、基板上に非晶質半導体薄膜を形成する方法。