JPH04124882A - 光電変換装置およびその製造方法 - 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〕 この発明は、光電変換部と抵抗体部を基板上に備えた光
電変換装置およびその製造方法に関する〔従来の技術〕 光電変換部と抵抗体部を備えた光電変換装置としては、
従来、以下のようなものがある。

ひとつは、第１３図にみるように、ｐ型半導体基板８０
に設けられたｐ゛゛不純物拡散領域からなる抵抗体部８
１を備えるとともに、同半導体基板８０の表面に設けら
れた薄膜からなる光電変換部８２を備えた光電変換装置
である。

この装置の製造は、以下のようにして行う。

まず、ｐ型半導体基板８０に不純物を拡散しｎ型半導体
領域（アイソレーション領域）を作り、続いて、ｎ型半
導体領域に不純物を拡散してｐ゛型領領域作り抵抗体部
８１を設ける。抵抗体部８１形成の後、電極８４、光電
池部（光電変換部）８２、透明電極８５を形成し、その
後、絶縁１ｌｌｉｉ８６、配線８７を形成する。光電池
部８２、電極８４、透明電極８５、絶縁膜８６および配
線８７は、それぞれ、薄膜形成後にエツチング処理を伴
うパターン化を施して形成したものである。

もうひとつは、第１４図にみるように、絶縁基板９０の
表面に形成された薄膜からなる抵抗体部９１を備えると
ともに、同絶縁体基板９０の表面に設けられた薄膜から
なる光電変換部９２を備えた光電変換装置である。

この装置の製造は、以下のようにして行う。

まず、絶縁基板９００表面に薄膜の抵抗体部９１を作る
。抵抗体部９１形成の後、電極９４、光電池部（光電変
換部）９２、電極９５を形成し、その後、絶縁膜９６、
配線９７を形成する。この場合、抵抗体部９１を先に形
成するようにしたが、抵抗体部９１を後で形成するよう
にしてもよい。抵抗体部９１、光電池部（光電変換部）
９２、電極９４、電極９５、絶縁膜９６および配線９７
は、薄膜形成後に工・７チング処理を伴うパターン化を
施し形成したものである。

上記光電変換素子は光電変換部に加え抵抗体部のある集
積化構成であるため有用な装置であるが、工程数が多い
という問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、上記事情に鑑み、光電変換部に加え抵抗体
部をも備えた光電変換装置において、工程数が従来より
も少なくてすむ装置を提供することを第１の課題とし、
このような有用な光電変換装置を得ることのできる製造
方法を提供することを第２の課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記第１の課題を解決するため、請求項１記載の光電変
換装置は、薄膜複数が積層された光電変換部と薄膜複数
が積層された抵抗体部を基板上に備え、前記光電変換部
と抵抗体部を同一の薄膜積層構成とするようにしている
。

前記第２の課題を解決するため、請求項２記載の光電変
換装置は、薄膜複数が積層された光電変換部と薄膜複数
が積層された抵抗体部を基板上に備え、光電変換部と抵
抗体部が同一の薄膜積層構成となっている光電変換装置
を製造する際において、前記光電変換部および抵抗体部
を形成するにあたり、前記薄膜積層構成と同じ層構成で
基板上に設けられた薄膜積層体に対してパターン化を施
し前記光電変換部と抵抗体部を同時に形成するようにし
ている。

そして、請求項３記載の光電変換装置の製造方法は、上
に加えて、薄膜積層体の全薄膜を同一の薄膜形成装置に
より作製するようにしている。

この発明では、光電変換部と抵抗体部とは同一の積層態
様で薄膜が重ね合わされているわけであるが、複数のＷ
ＩｉＩＩ！ｌｌ！のうちには光電変換作用が可能な光電
変換用薄膜と抵抗体用薄膜とがあって、普通、第４図に
みるように、光電変換用薄膜１の下側に抵抗体用薄膜２
がくるか、第５図にみるように、光電変換用薄膜１の上
側に抵抗体用薄膜２がくる構成をとる。光電変換部にお
いても、光電変換用薄膜１に抵抗体用薄膜２が積層され
ているが、薄膜であるため光電変換用薄膜１は正常に機
能する。このように光電変換部および抵抗体部が薄膜か
らなる場合、光電変換装置のコンパクト化が容易である
。

この発明の光電変換部は、例えば、光電池のように光起
電力を発生する機能を持つもの等が挙げられ、光電池と
しては、いわゆるｐｉｎ型構造のものもある。さらに、
第６図にみるように、光電変換用薄膜１を、例えばｐｉ
ｎ型光電池機能層１０複数を積んだ所謂タンデム型とし
てもよい。第６図では、光電変換用薄膜１の下側に抵抗
体用薄膜２が（る構成であるが、勿論、抵抗体用薄膜２
が上側にくる構成であってもよい。また、第６図におい
てｐ層とｎ層が逆になっているようであってもよい。

ｐｉｎ型光電池機能層１０の場合、通常、ｐ層の厚みは
、５０〜８００人、ｉ層の厚みは３００〜１００００人
、ｎ層の厚みは５０〜８００人程度であ堆積 抵抗用ｉ層膜２としては、金属薄膜、半導体薄膜（例え
ば、アモルファス相中に微細な単結晶相が散在した微結
晶５ｉｉ薄膜など）が挙げられ、通常、厚みは５０〜２
００００人程度である。

この発明の光電変換装置の抵抗体部においては、例えば
、第７図にみるように、光電変換用薄膜１の下側に抵抗
体用薄膜２がくる場合、同薄膜２裏面に引き出し用の電
極４．４が形成され、第８図にみるように、光電変換用
薄膜１の上側に抵抗体用薄膜２がくる場合、同薄膜２表
面に引き出し用の電極４．４が形成される。抵抗体用薄
膜２の上または下の光電変換用薄膜１は、ｐ型（又はｎ
型）不純物半導体層１ａ、ｉ型半導体層１ｂ、ｎ型（又
はｐ型）不純物半導体層１ｃからなり、光電変換部では
、ｐｉｎ型光電池機能を果たす。３は絶縁基板、５は絶
縁性保護膜である。電極４．４間の抵抗値は、通常、抵
抗体用薄膜２で決まる。抵抗体用薄膜２の抵抗率を光電
変換用薄膜１の抵抗率よりずっと低くしておき、光電変
換用薄膜１に流れる漏れ電流を少なくし、安定な抵抗体
部を実現するようにしている。なお、第７図や第８図の
場合、光電変換用薄膜１を、第９図や第１０図にみるよ
うに、ｐ型（又はｎ型）不純物半導体層１ａ、ｉ型半導
体層１ｂ、ｎ型（又はｐ型）不純物半導体層１ｃからな
るｐｉｎ型（光電池）薄膜１′複数を積んだタンデム構
成としてもよいことは言うまでもない。

続いて、この発明にかかる光電変換装置を、例をあられ
す第１図を参照しながら、より具体的に説明する。

第１図の光電変換装置では、光電変換部Ａと抵抗体部Ｂ
が絶縁基板３上に設けられている。これら光電変換部Ａ
と抵抗体部Ｂは同一の薄膜積層構成である。すなわち、
光電変換部Ａでも抵抗体部Ｂでも、抵抗体用薄膜２の上
に光電変換用薄膜１が積まれ同じ層構成なのである。

光電変換用Ｎ膜１には、例えば、第２図にみるようなｎ
型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層の３層からな
るｐｉｎ型光電池機能のもの、あるいは、第３図にみる
ように、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層の
３層で出来たｐｉｎ型光電池層１０．．１０．．１０．
３個を積んだタンデム構成のものが挙げられる。勿論、
抵抗体部Ｂでは、光電変換用薄膜１の光電変換作用は必
要ないことは言うまでもない。

絶縁基板３上には電極１４．１５が形成されており、電
極１４．１５の端がそれぞれ抵抗体用薄膜２の端にかか
っていて、抵抗体部Ｂの引き出し電極になっている一方
、電極１５の上には光電変換部への抵抗体用薄膜２およ
び光電変換用薄膜１が形成されていて、電極１５は光電
変換部Ａにおける下電極ともなっている。そして、光電
変換部Ａの光電変換用薄膜２の表面には透明電極１６が
形成されている。なお、１７は絶縁性保護膜、１８は配
線である。

この光電変換装置では、絶縁性保護膜１７側から光が入
射するようになっている。そのため、絶縁性保護膜１７
も透光性を有し、入射光が保護膜１７および透明電極１
６を通り光電変換用薄膜１に達し、画電極１５．１６間
に起電力が発生する。この場合、抵抗体用薄膜２、絶縁
基板３、電極１５は透光性があっても無くてもどちらで
もよい光は絶縁基板３側から入射するようであってもよ
い。この場合、絶縁基板３に透明ガラス等の透光性基板
を使い、電極１５および抵抗体用薄膜２も透光性のもの
とすればよく、また、抵抗体薄膜２の屈折率が光電変換
用溝Ｉ！ｌｉ！１と電極１５の再屈折率の間にあれば、
反射防止機能が備わるという利点がある。

つぎに、請求項２．３記載の製造方法により第１図の光
電変換装置を作製する際の様子を説明する。

まず、絶縁基板３０表面に電極用クロム薄膜を電子ビー
ム蒸着法により形成しパターン化し電極１４．１５を形
成する。

ついで、抵抗体用薄膜２用としてｎ型微結晶Ｓｉ　（μ
ｃ−３ｉ）薄膜をグロー放電分解法を用いて形成した。

この場合、１モル％のホスフィン（ＰＨ，）を加えた水
素希釈モノシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ。

）を用いた。続いて、同じ薄膜形成装置を用いてｎ型微
結晶Ｓｉ薄膜の上にｐ型アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）薄膜、ｉ型ａ−５ｉ薄膜、ｎ型ａ−３ｉ薄膜の３Ｆ
ｉｉを光電変換（光電池機能性）用薄膜１用として形成
して積層体を得た。ｐ層の場合、０．２５モル％のジボ
ラン（Ｂ、Ｈ６）を加えた水素希釈モノシラン（ＳｉＨ
４）を用い、層の場合、水素希釈モノシラン（ＳｉＨ，
）を用い、ｎ眉の場合、１モル％のホスフィン（ＰＨ。

）を加えた水素希釈モノシラン（ＳｉＨ４）を用いた。

なお、薄膜１を第３図の構成のものにする場合、ｐ型ａ
−３ｉ薄膜、ｉ型ａ−３ｉ薄膜、ｎ型ａ−３ｉ薄膜の３
１ｉｉの積層を３回繰り返すことになる。

その後、パターン化を行い、光電変換部Ａおよび抵抗体
部Ｂを同時に形成した。

ついで、電子ビーム蒸着法により、透明なＩＴＯｖＮ、
膜を積層し、パターン化して電極１６を形成する（抵抗
体部ＢにはＩＴＯ膜は必要ないので残さない）。

その後、酸化シリコン膜を積み保護膜１７を形成すると
ともにアルミニウム薄膜を蒸着しパターン化して配線１
８を形成すると光電変換装置の完成である。

〔作　　　用〕

この発明の光電変換装置は、製造の際の工程数が少なく
てすむ。これは、光電変換部と抵抗体部が同一の薄膜積
層構成であるため、請求項２のように、光電変換部およ
び抵抗体部を形成するにあたり、薄膜積層体に対してパ
ターン化を施し前記光電変換部と抵抗体部を同時に形成
することができるからである。

従来、電極形成用パターン化−抵抗体部形成用パターン
化−光電変換部形成用パターン化−電極形成用パターン
化という４つのパターン化工程を経るのであるが、この
発明においては、抵抗体部形成用パターン化と光電変換
部形成用パターン化を１回のパターンニング処理で同時
に行うため、３つのパターン化工程を経るだけで、パタ
ーン化工程が１回生なくて済むのである。

また、薄膜積層体の全薄膜を同一の薄膜形成装置により
作製するようにすれば、連続−貫して薄膜形成ができる
という利点がある。

〔実　施　例〕

以下、この発明の詳細な説明する。

実施例１− 前記に詳述した製造方法に従って第１図に示す光電変換
装置（薄膜１は第２図の構成）を得た。

詳細な製造条件は、以下の通りである。

■　絶縁基板３ 表面を熱酸化したＳｉウェハを用いた。

■　電極１４．１５ クロム薄膜を用いた。

■　抵抗体用薄膜２用の微結晶Ｓｉ薄膜厚み２０００人
、基板温度１５８℃、圧力０．７Ｔｏｒｒ、放電電力４
００Ｗとした。

抵抗体部は、パターン：長さ１０鶴　幅０．１　ｆｉで
あり、抵抗値：ＩＭΩである。

■　光電変換用薄膜１用のａ−ｓｉ薄膜ｐ層厚み３００
人、ｉ層厚み４０００人、ｎ層厚み１００人、基板温度
１５８℃、圧力０．９　Ｔｏｒｒ、放電電力２０Ｗとし
た。

光電変換部の大きさ５ｆｌ×５鶴である。

■　電極１６ 厚み９００人のＩＴＯ薄膜とした。

■　保護膜１７ 厚み５０００人の酸化シリコン薄膜とした。

■　配線１８ 厚み１μのアルミニウム薄膜とした。

実施例２− 前記に詳述した製造方法に従って第１図に示す光電変換
装置（薄膜１は第３図の構成）を得た。

条件■が下記の条件■′に変わる外は、実施例１と同様
の製造条件である。

■′光電変換用薄膜１用のａ−ｓｉ薄膜最初の３層の構
成 ｐ層厚み３００人、ｉ層厚み３０００人、ｎ層厚み１０
０人 中間の３層の構成 ｐ層厚み３００人、ｉ層厚み２７００人、ｎ層厚み１０
０人 最後の３層の構成 ｐ層厚み３００人、ｉ層厚み２５００人、ｎＦｉ厚み１
００人 実施例１，２の光電変換装置の性能を６６０ｎ＃ｌ、５
００１ｘの光を用いて調べた。

実施例１の光電変換装置の電圧−電流特性、電圧−出力
量特性を第１１図に示す。実施例１の光電変換装置は、
開放電圧（Ｖｏｃ）　　０．７０７　Ｖ、短絡電流（Ｉ
ｓｃ＞　７０．７　ｔ、ｔＡ、最高出力（Ｐｍａｘ）３
５μＷ、曲線因子（ＦＦ）０．７０７であった。

実施例２の光電変換装置の電圧−電流特性、電圧−出力
量特性を第１２図に示す。実施例２の光電変換装置は、
開放電圧（Ｖｏｃ）　２．０２　Ｖ、短絡電流（Ｉｓｃ
）４０．２μＡ、最高出力（Ｐｍａｘ）　５５μＷ、曲
線因子（ＦＦ）０．６７７であった。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、請求項１記載の光電変換装置は、
光電変換部と抵抗体部を一つのパターン化工程で同時に
形成することができるため、製造の際の工程数を減らす
ことができる。

また、請求項２．３記載の製造方法によれば、上記請求
項１記載の光電変換装置を従来よりも少ない工程数で作
製することができる。

請求項３記載の製造方法は、加えて、光電変換部および
抵抗体部のための薄膜積層体を連続−貫して作れるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、請求項１記載の光電変換装置の一例をあられ
す断面図、第２図および第３図は、同光電変換装置にお
ける光電変換用薄膜の構成例をあられす説明図、第４〜
６図は、それぞれ、この発明の光電変換部および抵抗体
部における薄膜積層構成例をあられす説明図、第７〜１
０図は、それぞれ、この発明の抵抗体部の構成例をあら
れす説明図、第１１図および第１２図は、それぞれ、実
施例の光電変換装置の各種出力特性をあられすグラフ、
第１３図および第１４図は、それぞれ、従来の光電変換
装置をあられす断面図である。 Ａ・・・光電変換部　　　Ｂ・・・抵抗体部代理人　弁
理士　　松　本　武　彦 第 図 第 図 第４図 第 図 第６図 第７ 図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 ！瓦（Ｖ） 第１２図 電 旦（Ｖ） 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　薄膜複数が積層された光電変換部と薄膜複数が積層
   された抵抗体部を基板上に備え、前記光電変換部と抵抗
   体部が同一の薄膜積層構成となっている光電変換装置。 ２　薄膜複数が積層された光電変換部と薄膜複数が積層
   された抵抗体部を基板上に備え、前記光電変換部と抵抗
   体部が同一の薄膜積層構成となっている光電変換装置を
   製造する方法であって、前記光電変換部および抵抗体部
   を形成するにあたり、前記薄膜積層構成と同じ層構成で
   基板上に設けられた薄膜積層体に対してパターン化を施
   すようにする光電変換装置の製造方法。 ３　薄膜積層体の全薄膜が同一の薄膜形成装置により作
   製されている請求項２記載の光電変換装置の製造方法。