JPH0419703B2 - - Google Patents

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JPH0419703B2
JPH0419703B2 JP58176099A JP17609983A JPH0419703B2 JP H0419703 B2 JPH0419703 B2 JP H0419703B2 JP 58176099 A JP58176099 A JP 58176099A JP 17609983 A JP17609983 A JP 17609983A JP H0419703 B2 JPH0419703 B2 JP H0419703B2
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semiconductor film
hydrogen
reaction
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Robaato Oshinsukii Sutanfuoodo
Deiin Ooruretsudo Deiuitsudo
Uorutaa Rii
Jenkinsu Hadojensu Suteiiun
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Energy Conversion Devices Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改善された光応答特性を有する非単結
晶半導体膜の製造方法及び製造装置に関する。本
発明は特に極超短波エネルギによつてプラズマが
励起される反応気体からのプラズマ蒸着による前
記半導体膜の製造方法及び製造装置に関する。本
発明の極めて重要な用途は、p−i−n、p−
n、シヨツトキまたはMIS(金属−絶縁物−半導
体)型の太陽電池などのような受光素子;ゼロツ
クス写真などに用いられる光導電媒体;光検知素
子および大面積フオトダイオードアレイを含めた
フオトダイオード等の種々の光応答性用途に用い
られる改善された光応答性半導体膜を製造するこ
とにある。
シリコンは巨大結晶半導体工業の基礎をなし、
宇宙用途に使用される極めて高い効率(18%)の
結晶太陽電池を生み出した材料である。結晶半導
体技術が産業ベースに達した時点で、それは現在
の巨大半導体素子の製造工業の基礎となつた。こ
れは、科学者が実質的に欠陥のないゲルマニウム
および特にシリコンの結晶を成長させ得、そして
さらにかかる結晶をp型およびn型の導電領域を
含む外因性材料に変え得たためである。このこと
は、かかる結晶性材料に対してppmオーダのドナ
ー(n)およびアクセプタ(p)ドーパント物質
を実質的に純粋な結晶性材料中に置換的に導入さ
れる不純物として拡散させ、それによつて半導体
材料の導電性を増大させると共にそれらのp型ま
たはn型の導電型を制御することによつて達成さ
れた。p−n接合結晶の製造方法には極めて複雑
でかつ時間および費用のかかる作業が含まれる。
したがつて、太陽電池および電流制御素子として
有用なこれらの結晶性材料は、極めて注意深く制
御された条件下で個々のシリコンまたはゲルマニ
ウムの単結晶を成長させることによつてつくら
れ、そしてp−n接合が必要な場合には極めて小
量でかつ緻密な量のドーパントをかかる単結晶に
ドープさせることによつてつくられる。
これらの結晶成長方法によつてつくられる結晶
は比較的小さいので、一つの太陽電池パネルの所
望望の面積を得るには多くの単結晶の集合体が必
要となる。このような方法で太陽電池をつくるの
に必要なエネルギ量、シリコン結晶の大きさの限
度から生じる制約、およびこのような結晶性材料
を裁断(カツトアツプ)および集合させる必要性
等が全て、結晶性半導体太陽電池をエネルギ変換
用途へ大規模に適用する際の経済的な障壁となつ
ていた。さらに、結晶性シリコンには材料中での
光の吸収を低下させるような間接的な光学的縁部
がある。このように光吸収性が低いために、結晶
性太陽電池は入射光を吸収するために少なくとも
50ミクロンの厚さを有していなければならない。
単結晶材料に代えてより安価な製造方法により得
られる多結晶シリコンを用いても、間接的な光学
的縁部はやはり存在し、従つて材料の厚さは減ら
せない。また多結晶材料には更に、結晶粒界およ
びその他の問題のある欠陥が含まれる。
要するに、結晶性シリコン素子は必要に応じて
変えられない固定的なパラメータを含み、大量の
材料を必要とし、比較的小さな面積しかつくるこ
とができず、またその製造に時間および費用がか
かる。非晶質シリコンをベースとする素子はこれ
らの結晶性シリコンの欠点を解消することができ
る。非晶質シリコンは直接ギヤツプ半導体に似た
性質を有する光学的吸収縁部を有しており、50ミ
クロンの厚さの結晶性シリコンにおけるのと同じ
量の太陽光を吸収するために必要な材料の厚さが
1ミクロンまたはそれ以下で済む。さらに非晶質
シリコンは結晶性シリコンよりはより迅速、容易
にそしてより大きな面積でつくることができる。
したがつて、非晶質半導体合金もしくはその薄
膜を容易に蒸着させ、蒸着装置の大きさによつて
は制限されるが比較的大きな面積を必要に応じて
得ることができ、そしてそれらからp−n接合素
子をつくろうとする場合には容易にp型あるいは
n型にドーピングされて対応の結晶性部分によつ
てつくられたp−n接合素子に等価なp−n接合
素子を形成させることのできる方法を開発するた
めの努力がなされて来た。しかしこのような研究
は従来長年にわたつて結実しなかつた。非晶質シ
リコンまたはゲルマニウム(第族元素)の薄膜
は通常四面配位体であつて、微細空隙および懸垂
結合ならびにそのエネルギギヤツプに高密度の偏
在状態を生じさせるようなその他の欠陥を有して
いることが認められていた。非晶質シリコン半導
体膜のエネルギギヤツプにこのような高密度の偏
在状態があると、その導電率が低下しかつキヤリ
ヤ寿命が短くなるのでこれらの半導体膜を光応答
用途に使用することは不適である。したがつて、
このような膜材料をドーピングあるいはその他の
手段によつて改質してフエルミ準位を伝導帯ある
いは原子価帯に近付けるように遷移させることは
できず、太陽電池および電流制御用途におけるp
−n接合の形成には不適な材料となつていた。
非晶質シリコンおよびゲルマニウムに含まれる
前記の問題を極力減少させるための試みとして、
ダンデイ大学、カーネギイ物理研究所(英国、ス
コツトランド)のW・E・SpearおよびP・G・
Le Comberは、ソリツド・ステート通信(Solid
State Communication)第17巻(1975年)、1193
〜1196pで公表された論文「非晶質シリコンの置
換的ドーピング」において報告されているよう
に、非晶質シリコンまたはゲルマニウム中のエネ
ルギギヤツプの偏在を減少させてこれをおおよそ
より真性に近い結晶性シリコンまたはゲルマニウ
ムとし、および/または非晶質材料を結晶質材料
の場合と同様な適当な通常のドーパントによつて
置換的にドーピングしこれを外因性のpまたはn
導電型とする目的のために、幾つかの研究を行な
つた。
シラン(SiH4)ガスを反応管に通過させ管中
でこの気体をr.f.グロー放電により分解して基板
に対して基板温度約500〜600〓(227〜327℃)で
蒸着させる非晶質シリコン膜のグロー放電蒸着に
より、偏在状態は減少した、このようにして基板
上に蒸着された材料はシリコンおよび水素からな
る非晶質真性材料であつた。ドーピングされた非
晶質材料をつくるためには、n−導電型について
はホスフイン(PH3)の気体が、p−導電型につ
いてはジボラン(B2H6)の気体がシランガスと
予め混合されて同一の条件下でグロー放電反応管
に通過された。ここで用いられたドーパントの気
体濃度は約5×10-6および10-2容量部であつた。
このようにして蒸着された材料は置換されたリン
またはホウ素ドーパントを含むものと考えられ、
そして外因性のnまたはp導電型であることが示
された。
これらの研究者によつては教示されなかつた
が、現在ではグロー放電蒸着の間にシラン中の水
素が至適温度でシリコンの多くの懸垂結合に結合
するとエネルギギヤツプ中の偏在密度が著しく減
少し、非晶質材料の電子的な性質を対応する結晶
質材料の電子的な性質におおよそより近ずくこと
が他の研究者によつて明らかにされている。
前記の方法による水素の導入がシラン中のシリ
コンに対する水素の割合が固定的なものであるこ
とによる制約をもたらす他に、さらに重要なこと
には種々のSi:H結合の形態がこれらの材料に好
ましくない結果を招く可能性のある新たな抗結合
(antibonding)状態をもたらす。したがつて効果
的なpおよびnドーピングでも、特に有害なこれ
らの材料中における偏在状態の密度を減少させる
ことには基本的な制約がある。シラン蒸着材料中
に生じる偏在状態の密度は狭い空乏幅をみたら
し、これが自由キヤリヤのドリフトにその動作が
依存している太陽電池およびその他の装置の効率
を制限している。また、シリコンおよび水素だけ
を用いてこれらの材料をつくる方法によれば、前
記全てのパラメータに影響する表面状態の高い密
度が生じる。
シランガスからのシリコンのグロー放電蒸着の
開発につづいて、アルゴン(スパツタ蒸着法で必
要)および分子状水素の混合物からなる雰囲気中
での非晶質シリコン薄膜のスパツタ蒸着について
の研究がなされ、このような分子状水素が蒸着非
晶質シリコン薄膜の性質に及ぼす影響が調べられ
た。この研究によれば、水素はエネルギギヤツプ
中での偏在状態を減少させるように結合する改質
剤として作用することが示された。しかしスパツ
タ蒸着法でエネルギギヤツプ中の偏在状態が減少
される度合いは、前記シラン蒸着法によつて得ら
れる度合いよりは遥かに小さい。このスパツタ蒸
着法においても前記のpおよびnドーパント気体
がpおよびn−ドープ材料をつくるためにスパツ
タリング工程中で導入される。これらの材料のド
ーピング効率はグロー放電法によつてつくられる
材料に比較して低いものであつた。この方法によ
つても、商業的に有用なp−nまたはp−i−n
接合素子を得るために十分に大きなアクセプタ濃
度を有する効率的にp−ドープ材料はつくられな
かつた。n−ドーピングの効率は望ましい商業レ
ベル以下のものであり、そしてp−ドーピングは
それがバンドギヤツプの幅を減少させかつバンド
ギヤツプ中での偏在状態の数を増加させるので特
に好ましくない。
結晶性シリコンにより近似したものとするため
にシランガスからの水素によつて改質され、かつ
結晶性シリコンのドーピングと同様にしてドーピ
ングされた従来の蒸着法による非晶質シリコン
は、全ての重要な特性がドーピングされた結晶性
シリコンよりも劣る。特にp−型材料については
不適当なドーピング効率および導電率しか得られ
ず、そしてこれらのシリコン合金薄膜の光起電力
の品質については多くの改善すべき点が残されて
いる。
1980年10月7日付で付与された米国特許第
4226898号(スタンフオード・R・オブシンスキ
イおよびアラン・マーダン)(発明の名称:結晶
性半導体に等価な非晶質半導体)には、グロー放
電により、エネルギギヤツプ中の偏在状態の濃度
が大きく減少しかつ高品位の電子的特性を有する
著しく改善された非晶質シリコン合金がつくられ
ることが詳細に記載されている。このような材料
が蒸着によつてつくられることが、1980年8月12
日付で付与された前記と同じ標題の米国特許第
4217374号(スタンフオード・R・オブシンスキ
イおよびイズ マサツグ)中に詳細に記載されて
いる。これらの特許中に開示されているように、
非晶質シリコン半導体中にフツ素が導入されると
その内部の偏在状態の密度が著しく減少する。活
性化されたフツ素は非晶質体中に極めて容易に拡
散しその体中の非晶質シリコンと結合してその内
部の偏在欠陥状態の密度を著しく減少させるが、
これはフツ素原子の大きさが小さいのでそれらが
非晶質体中に容易に導入されることによるもので
ある。フツ素はシリコンの懸垂結合(dangling
bond)に結合して可撓性のある結合角を有する
部分的にイオン安定性な結合と考えられるものを
形成するので、水素その他の補償ないし改質剤よ
りはより安定かつより効率的に補償ないしは改質
を生じさせる。フツ素はその極めて小さな大き
さ、大きな反応性、化学結合における特異性およ
び極めて高い電子陰性度のために、単独でまたは
水素と共に用いた場合水素よりはより効率の良い
補償ないしは改質剤になるものと考えられる。フ
ツ素は他のハロゲン元素とは質的に異なつており
したがつて超ハロゲン元素と考えられる。
例として、補償(compensation)はフツ素を
単独でまたは水素と共に小量(たとえば数分の1
原子%)添加することによつて達成される。しか
し、もつとも好ましく用いられるフツ素および水
素の量はシリコン−水素−フツ素合金が形成され
るように、前記量よりはるかに多い。このような
フツ素および水素の合金化量はたとえば1〜5%
の範囲またはそれ以上であつてもよい。このよう
にして形成された新規な合金のエネルギギヤツプ
中の密度もしくは欠陥状態は、懸垂結合および同
様な欠陥状態の単なる中和によつて得られるもの
よりは低いものと考えられる。特にこのように大
量のフツ素は、非晶質シリコン含有材料に新規な
構造形状を与えかつゲルマニウム等の他の合金化
物質の添加を容易にするものと考えられる。前記
した特性に加えて、フツ素はその誘導およびイオ
ン作用によつてシリコン−含有合金中に局部的な
構造を形成すると考えられる。またフツ素は欠陥
状態の密度を減少させる元素として作用しなが
ら、水素が関与する欠陥状態の密度を低下させる
ように作用して水素の結合に影響を及ぼす。フツ
素がこのような合金中で果たすイオン的な役割
は、最も近接した関係について重要な要因である
ものと考えられる。
前記の方法によつてつくられる非晶質半導体合
金は光起電力用途に理想的に適した光応答特性を
示している。しかし、これらの従来技術の方法は
蒸着速度が比較的遅く、かつこれらの材料から光
起電力素子を商業ベースで生産する観点から重要
な反応気体原料の利用率が低いという欠点があ
る。さらに、これらの方法では高電子温度プラズ
マが生じて蒸着中にイオンが高濃度で生成し、材
料が蒸着される過程で材料に対するイオンボンバ
ードが起つて材料を損傷させるおそれがある。
本出願人は非単結晶半導体膜を製造するための
新規で改善された方法及び装置を発明した。本発
明によれば蒸着速度および反応気体原料の利用率
が著しく増大される。さらに、本発明によれば低
い電子温度のプラズマによる蒸着がなされかつイ
オン密度が著しく減少するので、蒸着材料のイオ
ンボンバードが著しく減少し、したがつてその損
傷も著しく減少させる。さらに本発明によれば、
従来技術の方法によつてはこれまで得られなかつ
たような充分に高い濃度で反応種(reaction
species)が形成される。この結果、従来得られ
ていたものとは著しく異なる材料特性を備えた新
規な非単結晶半導体膜が生成される。本発明によ
れば前記の全てのことによつて、改善され光応答
特性を有する非単結晶半導体膜を著しく速い速度
で得ることができる。
前記米国特許第4217374号中で開示されている
ように、安定でかつ化学的形状を有する新規で改
善された非単結晶半導体膜をつくることができ
る。前記化学的形状は基本的な結合を考慮して決
定されるが、これらの考慮点の一つは材料を極力
四面体として結合させて長範囲の規則性を伴なう
ことなく材料の歪みを最小にできるようにするこ
とである。たとえば、フツ素はこれらの合金材料
中に含有させられると、四面体結合の形状を促進
させるように作用する。このような四面体構造を
有する非単結晶半導体材料では懸垂結合の密度が
低くなるので、材料は光起電力用途に適したもの
となる。
水素はフツ素よりも小さいが反応性ははるかに
低い。この結果として、水素は四面体結合を促進
させると同時に、材料中に欠陥をもたらす可能性
のあるその他の種々の結合形態をも形成する。た
とえばH2Si結合を生じる可能性がある。これら
の結合は熱によつて破壊された後で懸垂結合を残
すように弱い結合である。さらに水素の場合、好
ましい四面体結合を促進するためには蒸着の間の
基板温度をかなり厳密に制御することが必要であ
る。したがつて、小量のフツ素と組合された小量
の水素によつて最適の非単結晶半導体膜が得られ
る筈である。しかし、これらの作用を果たすのは
分子としての水素または分子としてのフツ素では
ない。これらの作用をするのは原子状の水素およ
び原子状のフツ素である。プラズマを化学的な見
地からみるとこれらの種は自由原子または自由ラ
ジカルとして存在する。
一つの好ましい具体例によれば、原子状フツ素
および/または水素は別個に自由ラジカルとして
発生し、極超短波エネルギによつて維持されるプ
ラズマ中で発生される半導体の自由ラジカルと反
応する。この結果、別個の自由ラジカルが形成さ
れることによる全ての利点が、極超短波プラズマ
蒸気の利点と共に得られる。
商業的な光起電力素子をつくる際には、周囲の
外気に含まれている化学種(chemical species)
に接して素子材料中に好ましくない化学反応が生
じることを防ぐために素子を外気から遮断するこ
とが必要である。たとえば、接点材料の酸化を防
止しなければならない。このような保護を与える
ために従来では、ガラスまたは種々の有機ポリマ
あるいはプラスチツク材料のような比較的重くて
厚い材料が提案されていた。本発明のさらに別の
具体例によれば、必要とされるシールを与えると
共に軽量であつてかつ素子の光起電力材料の形成
に適合できるような形態で容易に取込むことので
きる保護形態が提供される。
本発明は非単結晶半導体膜および素子を従来技
術よりも著しく速い速度で製造する方法及び装置
を提供する。蒸着がこのように速く起こるにも拘
わらず、膜は光起電力用途を含めた多くの用途に
適した高品位の電子的性質を示す。
本発明の方法によれば、極超短波エネルギ源を
形成し、この極超短波エネルギを非単結晶半導体
膜がその上に蒸着される基板を含む実質的に密閉
された反応容器に結合させ、そしてこの反応容器
中に少なくとも一つの半導体含有化合物を含む反
応気体を導入する工程からなつている。極超短波
エネルギおよび反応気体によつて反応容器中にグ
ロー放電プラズマが発生し、非単結晶半導体膜が
反応気体から基板上に蒸着される。反応気体とし
てはシラン(SiH4)四フツ化シリコン(SiF4)、
シランと四フツ化シリコン、シランとゲルマン
(GeH4)、または四フツ化シリコンとゲルマンが
挙げられる。反応気体としてはさらにゲルマンま
たは四フツ化ゲルマニウム(GeF4)も含まれる。
前記の全てのものに対して水素(H2)を加える
こともできる。反応気体に対してp−型またはn
−型のドーパントを添加してそれぞれp−型また
はn−型の合金膜を形成することもできる。さら
に、炭素またはチツ素のようなバンドギヤツプ増
大元素を、たとえば、メタンあるいはアンモニア
ガスの形で添加して合金のバンドギヤツプを広げ
るようにしてもよい。
前記した全ての蒸着パラメータは、自由ラジカ
ル種を極超短波プラズマに於ける結合に先立つて
別個に発生させることによつて独立に制御し得
る。たとえば原子状フツ素および/または水素を
別個に発生させて、これらを半導体の自由ラジカ
ルが生じているプラズマ中に供給することができ
る。前記の元素は次いでプラズマ中で反応し、基
板上に蒸着されて新規で改善された非単結晶半導
体膜を形成する。半導体の自由ラジカルは前記の
半導体含合化合物の中の任意のものから発生させ
ることができる。
また、光起電力素子のシールは素子に対して透
明な絶縁性材料の薄層を蒸着させることによつて
得られる。たとえば、透明な材料としては、シラ
ンとアンモニアまたはチツ素とシランと酸素との
極超短波グロー放電によつてそれぞれ生成される
チツ化シリコン(Si3N4)および二酸化シリコン
(SiO2)が挙げられる。
したがつて、本発明の目的は、極超短波エネル
ギ源を形成し、この極超短波エネルギを支持体を
含む実質的に密閉された反応容器中に結合させ、
そして少なくとも一種の半導体含有化合物を含む
反応気体を反応容器中に導入して反応容器内部に
グロー放電プラズマを発生させ非単結晶半導体膜
を反応気体から支持体上に形成することにある。
本発明によれば前記目的は、支持体が配設され
実質的に密閉された反応容器内で該支持体上に非
単結晶半導体膜を形成する非単結晶半導体膜の製
造方法であつて、少なくとも一種の非単結晶半導
体膜を構成する原子を含む反応気体を前記反応容
器内に導入する工程と、該反応容器内とは別の位
置で極超短波エネルギーを利用して原子状フツ素
及び/又は原子状水素を生成する工程と、前記原
子状フツ素及び/又は原子状水素を前記反応容器
内に導入する工程と、前記反応気体と前記原子状
フツ素及び/又は原子状水素とが導入された前記
反応容器内に極超短波エネルギーを供給して前記
反応容器内でプラズマを生成させることにより該
支持体上に水素及び/又はフツ素により補償され
た非単結晶半導体膜を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする非単結晶半導体膜の製造方法、
及び水素及び/又はフツ素により補償された非単
結晶半導体膜を形成する為の非単結晶半導体膜の
製造装置において、非単結晶半導体膜を形成する
為の支持体が配設可能な実質的に密閉された反応
容器と、極超短波エネルギーを発生させる為の極
超短波エネルギー源と、少なくとも一種の非単結
晶半導体膜を構成する原子を含む反応気体を前記
反応容器内に導入する第1の導入手段と、該反応
容器内とは別の位置において極超短波エネルギー
を利用して原子状フツ素及び/又は原子状水素を
生成する手段を備え、前記反応容器内に該原子状
フツ素及び/又は原子状水素を導入する第2の導
入手段と、前記極超短波エネルギー源より供給さ
れた極超短波エネルギーを前記反応気体及び前記
原子状フツ素及び/又は原子状水素の導入された
前記反応容器内に、結合させてプラズマを生成さ
せる手段と、を有することを特徴とする非単結晶
半導体膜の製造装置によつて達成される。
本発明によれば、非単結晶半導体膜の特性を補
償する為の原子状フツ素及び/又は原子状水素
を、反応気体が導入される反応容器内とは別の位
置で、生成するので、互いの結合形態が生成され
る半導体膜の特性に大きく影響を及ぼすもの同士
つまり反応気体の自由ラジカルとフツ素及び/又
は水素の自由ラジカル(原子状フツ素、原子状水
素)とを夫々独立して制御することができる。こ
のようにして、不必要なラジカルの発生が抑制さ
れ、且つ極超短波エネルギーにより維持されたプ
ラズマを利用することにより従来のものより良質
の非単結晶半導体膜を得ることができる。
つまり、蒸着速度および反応気体原料の利用率
が著しく増大するだけでなく、イオンボンバード
も著しく減少することにより、損傷の極めて少な
い良質の非単結晶半導体膜が効率良く製造できる
のである。
以下本発明の好ましい具体例を明細書に添付し
た図面を参照して例によつて説明する。
特に第1図についてより詳細に説明すると、本
発明の方法を実施するのに適した極超短波蒸着装
置が一般的に10で示されている。この装置10
は非晶質半導体合金膜がその上に蒸着される基板
14を含む透明な管状室または容器12を備えて
いる。基板14は放射ヒータ16によつて加熱さ
れ容器12の外部は極超短波エネルギ源17によ
つて照射される。容器12の入口46から反対側
端部の出口20に通過する反応気体は基板14の
領域でエネルギ源17からの極超短波エネルギを
受ける。この反応気体とエネルギ源17からの極
超短波エネルギとの組合せによつて基板14の領
域中でプラズマが形成され、フイルム22の蒸着
が生じる。本発明によれば、反応気体はプラズマ
を形成するための少なくとも一種の半導体含有化
合物を含んでいる。基板14の温度は室温から約
400℃の間とすることができそして極超短波エネ
ルギの周波数は2.45ギガヘルツおよびそれ以上、
そして好ましくは2.45ギガヘルツとすることがで
きる。前記のように、極超短波エネルギと反応気
体との組合せによつて蒸着工程が進行される。こ
の工程の間、プラズマ中でのイオン濃度が比較的
低く基板自己バイアスが縮小されているために、
フイルム22はイオンボンバードの損傷作用を受
けない。
さらに第1図について詳細に説明すると、管状
容器12は中央の石英室部分24およびその両端
部における端部26からなつている。端部26は
端部固定部材30および32の一対によつて閉じ
られて容器と形成している。各端部固定部材には
閉鎖端部36から開放端部に至るスリーブ部分3
4が含まれている。開放端部には一方の端部に内
方に延出する環状フランジ42を有するカラー4
0を受けるようにネジが切られている。フランジ
42と端部との間の空所には、これらを石英室部
分26に対して押圧するためのO−リング(図示
せず)が設けられている。このようにして端部固
定部材30および32と管状室12との間には気
密なシールが設けられている。
端部固定部材30および32は好ましくはステ
ンレス鋼またはその他の適当な非腐食性金属でつ
くられており、閉鎖端部36はスリーブ部分34
に対して溶接またはその他によつて固着されてい
る。端部固定部材32の閉鎖端部36には、蒸着
気体がそれに適して容器12中に導入される気気
体入口46が設けられている。プラズマの維持を
助けるためにアルゴン等のような不活性気体を一
方の入口46を通して導入することができる。
気体入口46はそれらの中での反応気体の流れ
が調節されるように通常のガスラツク(図示せ
ず)に接続されているのが好ましい。出口20が
閉鎖端部36において選択可能な第1および第2
のポンプと接続するように端部固定部材30に設
けられている。第1のポンプは容器の最初の抜気
のために設けられている。第2のポンプは動作中
における未使用反応気体の回収および0.1トルあ
るいはそれ以上の適当な蒸着圧力を維持するため
に設けられている。
極超短波エネルギ源17は好ましくはアンテナ
19に結合された極超短波エネルギ発生器18を
備えている。アンテナ19は極超短波エネルギ容
器12中に集中させるために反射ハウジング21
の内部に収容されている。図示のアンテナは好ま
しくは1/4波長の長さの垂直アンテナである。反
応気体に対して最大の出力を伝達し得るように、
アンテナの先端は容器12の外面と僅かに接触さ
れている。
放射ヒータ16は好ましくは通常の抵抗ヒータ
から成つている。熱は反応気体をあまり直接加熱
することなく、輻射によつて基板14および容器
12に伝達される。また、抵抗加熱装置(図示せ
ず)を容器12の内部に設けて基板14を加熱す
るようにしてもよい。この場合には、加熱素子の
ための供電ラインは端部固定部材の一方の閉鎖端
部36を貫通される。
動作について説明すると、装置10は先ず10-5
トルのような所望の蒸着圧力以下にポンプによつ
て減圧される。四フツ化シリコン(SiF4)、シラ
ン(SiF4)、四フツ化シリコンとシラン、シラン
とゲルマン(GeH4)、または四フツ化シリコン
とゲルマン等のような反応気体が別々の入口導管
46を通して室24に供給され、そして容器12
はたとえば0.1トルの所望の動作圧力に加圧され
る。前記の反応気体に対しては水素(H2)を加
えることもできる。ここで用いられるその他の反
応気体はゲルマン、四フツ化ゲルマニウム
(GeF4)、四フツ化ゲルマニウムと四フツ化シリ
コンである。これらの気体に対しても水素(H2
を加えることができる。
アンテナ19からの極超短波エネルギは反射ハ
ウジング21によつて容器12に方向付けられ基
板の領域にプラズマを形成する。この結果、非晶
質半導体合金膜22が基板14上に蒸着される。
ヒータ16は基板を約20℃ないし400℃の間の温
度に維持する極超短波エネルギ発生器18の出力
は、プラズマ中に含まれる気体の容積および気体
の組成によつて約20ないし115Wの間に調節され
る。これらの出力は出力密度で好ましくは約0.1
〜1W/cm3である反応気体の流量は毎分1〜10標
準cm3(SCCM)の間とすることができる。前記の
装置パラメータによれば25〜250Å/秒の蒸着速
度を得ることができる。このように高い蒸着速度
で蒸着された非晶質半導体膜は光超電力およびそ
の他の用途に適した高品位の光応答特性示す。
本発明の方法によつて光起電力素子を製造する
ためには、蒸着膜をp−型またはn−型とするた
めにドーパントを容器12中に導入することがで
きる。たとえば、p−型膜をつくるためにはジボ
ラン(B2H6)ガスを入口46の一つを通して導
入することができる。n−型膜をつくるためには
ホスフイン(PH3)ガスを入口46の一つを通し
て導入することができる。材料のバンドギヤツプ
を増大させることが望ましい場合には、メタン
(CH3)またはアンモニア(NH3)を蒸着の間に
入口46の一つのものから導入することによつて
炭素またはチツプ素等のようなバンドギヤツプを
増大させる元素させる元素を膜中に含有させるこ
とができる。反応気体を逐次的に導入して任意の
望ましい素子形状を得ることができる。
プラズマの維持を助けるためにプラズマ維持気
体を入口46の一つのものに導入することができ
る。この目的のためにはアルゴンガスを用いるこ
とができる。前記本発明の方法による非晶質半導
体合金膜の蒸着は、従来の蒸着方法に対して多く
の利点を示す。第一に、極超短波エネルギはこれ
まで可能であつた以上に高濃度の自由ラジカルを
与える。これによつて、原料反応気体をほぼ完全
に利用して蒸着速度を速め、且つ従来は導入する
ことができなかつた元素を成長中の膜へ導入する
プラズマ種の反応性が改善される。これによつて
新規な組成および構造特性を有する新たな材料が
得られる。第二に、形成されたプラズマはより低
い電子温度を有する。これによつてイオンの生成
が著しく減少される。特にイオンによる電子等の
ような荷電粒子によるフイルムの過度のボンバー
ドの点で、イオン生成は高品位の膜の蒸着に対し
て有害なものと考えられている。このようなイオ
ンボンバードは材料が蒸着される際にそれを損傷
させる。要するに、本発明は蒸着速度を高め、改
善された性質を有しそして材料の組成を大きく変
化させる可能な非晶質半導体膜および素子を製造
するための方法を提供する。
本発明の特徴的な方法によつて製造される改善
された非晶質合金の種々の適用例を第2図ないし
第7図に示す。第2図はシヨツトキ・バリヤ太陽
電池142の要部の断面を示す。太陽電池142
は良好な導電性を有し、そしてエネルギギヤツプ
中の偏在状態の密度を減少させるように補償また
は改質された非晶質合金146とオーム接触する
ことのできる基板または電極144を備えてい
る。基板144はアルミニウム、タンタル、ステ
ンレス鋼あるいはその他のその上に蒸着された非
晶質合金146に適合するような低仕事関数金属
(low metal funtion metal)からなつており、
前記非晶質合金はエネルギギヤツプ中の偏在状態
の密度が好ましくは1016/cm3/eV以下のように
低い合金状態に補償または改質されたシリコンを
含んでいる。この合金が電極144の次の領域1
48を有し、この領域が前記電極144と真性で
低n−導電型領域であるドーピングされていない
比較的暗抵抗の高い領域150との間にn導電型
の高度にトーピングされた低抵抗境面を形成して
いることがもつとも好ましい。
第2図に示すように、非晶質合金146の上面
は金属領域152に結合され、この金属領域と非
晶質合金146との間の境面はシヨツトキ・バリ
ヤ154を形成する。金属領域152は太陽光に
対して透明ないしは半透明で、良好な導電性を有
しそして非晶質金属146に比較して高い仕事関
数(たとえば、金、白金、パラジウム等によつて
生じる4.5eVまたはそれ以上)を有する。金属領
域152は金属の単一層でもよくまたは多層でも
よい。非晶質合金146の厚さは約0.5〜1ミク
ロンでありそして金属領域152の厚さは太陽光
に対して半透明となるように約100Åとされる。
金属領域152の表面には導電性の良好な金属
からなるグリツド電極156が蒸着されている。
このグリツドは金属領域の極く一部のみを占める
導電性材料上に交叉方向に設けられたラインを含
み、金属領域の他の部分は太陽エネルギに露出さ
れている。たとえば、このグリツド156は金属
領域152全体の面積を約5〜10%のみを占めて
いる。グリツド電極156は金属領域152から
均一に電流を集めて装置の直列抵抗が低い良好な
状態に保たれるように作用する。
グリツド電極156およびグリツド電極域の間
の金属領域152の領域には反射防止層158が
設けられる。この反射防止層158は太陽光が衝
突する太陽光入射面160を有している。たとえ
ば、反射防止層158の厚さは、太陽輻射スペク
トルの最大エネルキ点の波長を反射防止層158
の屈析率の4倍で割つた程度の値を有している。
金属領域152が厚さ100Åの白金であるときに
は、屈析率が2.1で厚さが約500Åの酸化ジルコニ
ウムが適当な反射防止層158である。
領域150および152の間の境面に形成され
るシヨツトキ・バリヤ154は太陽輻射光からの
光子により合金146中に電流キヤリアを生じさ
せ、これらは電流としてグリツド電極156によ
つて集められる。層150および152の間に酸
化物層(図示せず)を付加してMIS(金属−絶縁
体−半導体)太陽電池を形成させることもでき
る。
第2図に示したシヨツトキ・バリヤまたはMIS
太陽電池の他に、その一部がすでに述べた一連の
蒸着、補償または改質およびドーピング工程にし
たがつて形成された非晶質合金体からなる該合金
中のp−n接合を利用した太陽電池の構造体があ
る。これらその他の形態の太陽電池の概要を第第
3図、第6図および第7図に示してある。
これらの構造体162は一般に太陽輻射エネル
ギがその太陽電池体中にそれを通して通過する透
明な電極146を含んでいる。この透明な電極と
対向する電極166との間には、前記のようにし
て補償されたシリコンを好ましく含む蒸着された
非晶質合金168が存在する。この非晶質合金1
68中には、非晶質合金がそれぞれ反対にドーピ
ングされた領域を有する少なくとも二つの隣接す
る領域170および172があり、領域170は
n一導電型領域そして領域172はp一導電型領
域として示されている。これら領域170および
172は、本発明のバンド制御および補償または
改質方法によつて得られる低い値に暗導電体が保
持されるように、フエルミ準位を関連する原子価
帯および導電帯に移動させるのに充分な程度にド
ーピングされている。合金168はこの合金16
8の隣接領域として導電型が同一の、高導電性を
有し大きくドーピングされたオーム接触境面領域
174および176を有している。合金領域17
4および176は電極164および166にそれ
ぞれ接触している。
第4図について説明すると、図中には抵抗が入
射光量にしたがつて変化する光検知素子178と
して利用される非晶質合金の別の応用例が示され
ている。その非晶質合金180は本発明にしたが
つて蒸着されており、第3図の具体例のようなp
−n接合を有しておらずそして透明電極182と
基板電極184との間に設けられている。光検知
素子では最小の暗導電性を有することが好まし
く、したがつて非晶質合金180はドーピングは
されていないが補償または改質された領域186
と電極182および184に対して抵い抵抗のオ
ーム接触をなす同一の導電型の大きくドーピング
された領域188および190を有し、これらは
合金180に対する基板と成す。
第5図について説明すると、図中には静電画像
形成素子192(ゼロツクス用ドラム等)が示さ
れている。この素子192はドラム等のような適
当な支持体196上に蒸着された暗導電性の低
い、選択的な波長闘値を有する、ドーピングされ
ていないかあるいは僅かにp−ドーピングされた
非晶質の酸素安定化合金194を有する。
本明細書中補償剤(compensating agent)あ
るいは材料ならびに改質剤(altering agent)、
元素あるいは材料とは、シリコンを含む非晶質合
金中に含有させられてエネルギギヤツプ中の偏在
状態の密度が低い非晶質シリコン/フツ素/水素
組成合金を形成させるように非晶質合金中に含有
されてその構造を改質ないしは変化させる材料、
例えば活性化フツ素(および水素)を意味してい
る。活性化されたフツ素(および水素)は合金中
のシリコンに結合してその内部の偏在状態の密度
を低下させるが、フツ素および水素はその大きさ
が小さいためにいずれもシリコン元素を著しく転
位させたりそれらの非晶質合金中での関係を変え
ることなく容易に非晶質合金中に導入され得る。
さて第6図について説明すると、ガラスまたは
ステンレス鋼あるいはアルミニウムからなる可撓
性ウエブの基板200を有するp−i−n型太陽
電池198が示されている。基板200は所望の
巾および長さを有しておりその厚さは好ましくは
少なくとも3ミルである。基板にはメツキ、蒸
着、またはアルミニウム基板の場合の陽極処理等
のような通常の工程によつてその上に被着された
絶縁層202が設けられている。たとえば、厚さ
が約5ミクロンの絶縁層202は酸化金属でつく
ることができる。この層はアルミニウム基板の場
合には酸化アルミニウム(Al2O3)とすることが
好ましく、そしてステンレス鋼基板の場合には二
酸化シリコン(SiO2)あるいはその他の適当な
ガラスであつてもよい。
層202上には電極204が一層または多層と
して付着されて電池198のための基礎電極を形
成する。この電極層204は比較的迅速な付着方
法である蒸着により被着される。電極層204は
好ましくは太陽電池または光起電力素子のための
モリブデン、アルミニウム、クロムであるいはス
テンレス鋼からなる反射金属電極である。太陽電
池では半導体合金を通過する非吸収光が電極層2
04から反射されて再び半導体合金を通過しここ
でさらに多くの光エネルギが吸収されて素子の効
率を高めるので、このような反射電極を設けるこ
とが好ましい。
基板200は蒸着場所に置かれる。第6図およ
び第7図に示す特定の具体例は本発明の改善され
た方法を用いて製造することのできる二、三のp
−i−n接合型素子の例を示すものにすぎない。
たとえば、本発明の方法によつてタンデム型の電
池をつくることもできる。第6図および第7図に
示す各素子はその全体的な厚さが約3000ないし
30000Åの間の合金体を有している。この厚さに
よつて、構造体中にピンポールまたはその他の物
理的な欠陥がないようにすることができそして吸
光効率を最大にすることができる。厚さをより大
きくすればより大量の光が吸収されるが、厚さが
大きくなると光によつて生成された電子−ホール
の対が再結合されるようになるのである程度の厚
さになるとそれ以上の電流は生じなくなる(第2
図ないし第7図中に示す各層の厚さは実際の寸法
ではないことに注意すべきである)。
まず、n−i−p型素子198の形成について
説明すると、この素子はまず電極202上に大き
くドーピングされたn+合金層206を付着させ
ることによつて形成される。このn+層206を
付着させた後、その上に真性(i)合金層208を被
着させる。この真性層208に続いて大きくドー
ピングされたp+導電型の合金層206を最終的
な半導体層として被着させる。非晶質合金層20
6,208,210はn−i−p型素子198の
活性層を形成する。
第6図および第7図に示した各素子はその他の
用途に用いられるが、ここでは光起電力素子とし
て説明する。光起電力素子として用いる場合に
は、選択された外側のp+層210は光吸収率の
低いそして導電性の高い合金層である。真性合金
層208は好ましくは太陽光応答のための制御さ
れた波長閾値、高い光吸収率、低い暗導電性およ
び大きな高導電性を有する。底部の合金層206
は光吸収率が低く高いn+導電性を有する層であ
る。電極層206の内面とp+層210の上面と
の間の素子全体の厚さは前記のように少なくとも
約3000Å程度である。n+ドープ層206の厚さ
は約50〜500Åの範囲にあることが好ましい。非
晶質真性合金208の好ましい厚さは約3000ない
し30000Åの間である。最上部のp+接触層の好ま
しい厚さもまた50〜500Åの間である。ホールの
拡散長が短いために、p+層の厚さは一般にはで
きるだけ薄く約50〜150Åとされる。さらに、最
上層(ここではp+層210)n+またはp+のいず
れであつても接触層中での光の吸収を避けるため
にできるだけ薄くされる。
第7図中には第二の型式のp−i−n接合素子
212が示されている。この素子中では、電極層
204′上に第一のp+層214が付着され次いで
真性非晶質合金216、n型非晶質合金層218
および外側のn+型非晶質合金層220が形成さ
れている。さらに、真性合金層208または21
6(第6図および第7図中)は非晶質合金である
が、外側の層はそのように限定されることはな
く、たとえば層214のように多結晶とすること
もできる[第6図および第7図の逆の構造も用い
られる(図示せず)]。
素子198および212について所望の順序で
種々の半導体合金層を被着させた後、好ましくは
別々の被着場所でさらに別の被着工程が行なわれ
る。蒸着は迅速な被着工程であるので蒸着装置を
用いることが好ましい。この工程では、TCO層
222(透明導電酸化物)が付加され、これはた
とえば酸化インジウムスズ(ITO)、スズ酸カド
ミウム(Cd2SnO4)またはドーピングされた酸化
スズ(SnO2)である。TCO層は膜が一種または
それ以上の所望の補償または改質元素とともに付
着されない場合にはフツ素(および水素)の後補
償(post compensation)の後に添加される。す
でに述べたその他の補償または改質元素を後補償
によつて添加することもできる。
電極グリツド224を必要に応じて素子198
または212に設けることができる。充分に小さ
な面積を有する素子については、TCO層222
は良好な素子の効率のためにグリツド224を必
要としないほど一般に充分な導電性を有する。素
子が充分に大きな面積を有するかまたはTCO層
222の導電性が不充分なときには、グリツド2
24をTCO層222上に設けてキヤリヤ通路を
短縮しそして素子の導電効率を高めることができ
る。
最後に透明な封入体(encapsulant)225を
グリツド224上に被着させる。この封入体は、
たとえばシランとチツ素あるいはアンモニアまた
はシランと酸素からそれぞれ極超短波蒸着によつ
て形成されるチツ化シリコン(Si3N4)または二
酸化シリコン(SiO2)からなるものとすること
ができる。層225すなわちこの透明材料の厚さ
は約1〜15ミクロンとすることができる。
層225がチツ化シリコンである場合には、反
応気体をシラン(SiH4)および3%水素と97%
チツ素との混合物とすることができる。蒸着温度
は室温でよくそして蒸着圧力は0.1〜1.5トルの間
とすることができる。反応気体の流量の範囲は約
10SCCHそして出力は80〜100Wの間とすること
ができる。
各素子の半導体合金層は第1図の装置によつて
基板上に蒸着させることができる。容器12を先
ず約0.1トルの圧力に抜気して雰囲気中の不純物
を蒸着装置からパージまたは除去する。次いで合
金材料を好ましくは気体状の化合物の形態とし
て、最も好ましくは真性材料のための半導体含有
化合物として蒸着室中に供給する。反応性気体
は、せばめられたバンドギヤツプを有する真性非
晶質半導体合金を形成するように、ゲルマニウム
等のようなバンドギヤツプ調節元素を含有するこ
とができる。極超短波発生器を動作させると気体
混合物からプラズマが得られる。
各合金層のための所望の蒸着温度に加熱するこ
とのできる基板に対して半導体材料をプラズマか
ら蒸着される。たとえば、基板温度は非晶質シリ
コンおよびゲルマニウム合金については275℃そ
してGeF4またはGeH4から蒸着される非晶質ゲル
マニウム合金については200℃とすることができ
る。素子のドープ層は使用される材料の形態に応
じて、たとえば250〜300℃の種々の温度で蒸着さ
れる。基板温度の上限は一つには使用される金属
基板の種類によつて定められる。
n−i−pまたはp−i−n素子中への真性層
の形成などのように、最初に水素で補償された非
晶質合金をつくるためには、基板温度を約400℃
そして好ましくは約275℃以下とすべきである。
各素子について合金層を蒸着させる際のドーピ
ング濃度は所望のp、p+、nまたはn+型導電性
を形成するように変えられる。nまたはpドープ
層については、材料はその蒸着の際に5〜
100ppmのドーパント物質によつてドーピングさ
れる。n+またはp+ドープ層については材料はそ
の蒸着の際に100ppmないし1%以上のドーパン
ト物質によつてドーピングされる。
第8図について説明すると、図中には第1図の
装置のための別の気体供給システムが示されてい
る。この気体供給システムは密閉された容器24
中における気体分配マニホルド230を含んでい
る。このマニホルド230は極超短波プラズマ中
に用いられる種々の気体混合物を受けるために容
器のエンドキヤツプ(図示せず)を通して延出さ
れている。気体混合物はすでに充べた気体混合物
の任意のものでもよい。第8図から明らかなよう
に、マニホルドは基板14をループ状にとりかこ
みほぼ平行な部分234および236に沿つた多
数の出口を備えている。これによつて矢印238
で示した反応気体を基板上に均一に分配してより
均質なプラズマを得ることができる。この結果と
して、基板14上に蒸着される非晶質半導体合金
膜は基板14上にわたつて均一な電気的および光
学的性質を有するものとなる。このような構成
は、たとえば四フツ化シリコンとゲルマンまたは
四フツ化シリコンと四フツ化ゲルマニウム等のよ
うな気体が用いられる場合には、効果的である
が、これはシリコン化合物とゲルマニウム化合物
とが異なつた解離エネルギを有しているために、
このような構成をとらない場合には基板に対する
原料気体の流れ方向に沿つて不均一な組成を示す
ような蒸着膜が生成されることになるからであ
る。
次に第9図について説明すると、図中には別個
に発生された原子状のフツ素および/または水素
をプラズマ中に供給するシステムが示されてい
る。このシステムは一対の導管240および24
2を備えており、これらは基板14の対向する側
で容器24中に延出されている。導管240およ
び242は基板からほぼ同じ間隔でへだてられて
おりそして原子状のフツ素および/または水素
(矢印244および246で示す)を基板14に
対して均一にプラズマに対して分配するための出
口を基板の近くに備えている。次いでこの原子状
のフツ素および/または水素は、入口46(図示
せず)から容器24中に供給される半導体含有気
体248から解離された半導体自由ラジカルとプ
ラズマ内で反応することができる。原子状のフツ
素および/または水素と半導体自由ラジカルとが
反応し基板上に膜を生成する。この結果として、
第9図のシステムによれば、プラズマ内部の自由
ラジカルに対して独立した制御が行なわれて、膜
がそれによつて蒸着される所望の種をプラズマ内
に選択的に含ませることができる。
別の導管を設けることによつてさらに別の自由
ラジカルを導入することも勿論可能である。たと
えばホウ素の自由ラジカルを導入して蒸着膜中に
置換的なドーピングを生じさせ改善されたp型合
金を形成させることもできる。このような合金は
光起電力素子をつくる際に特に有用である。
次に第10図について説明すると、図中には本
発明のさらに別の具体例による別の極超短波蒸着
方法が示されている。このシステムでは、選択さ
れた自由ラジカル252を容器24中に供給する
ように、当該技術分野で知られている「ウツドホ
ーン(Woods Horm)254」を有する自由ラジカ
ル発生器250が用いられている。さらに別の発
生器250を設けることも勿論可能である。第1
図に示したような極超短波発生器18、アンテナ
19および反射ハウジング21を備えた極超短波
エネルギ源を設けることができる。この発生器1
8によつて自由ラジカル発生器250に極超短波
エネルギを供給することができるが、自由ラジカ
ル発生器250自体が極超短波エネルギ源を有し
ていてもよい。
自由ラジカル252は反応気体256からプラ
ズマ内に形成された反応種と反応して基板14上
に膜を形成する。したがつて、前記の具体例と同
様にして、選択された自由ラジカルを必要に応じ
てプラズマ中に導入することにより新規で改善さ
れた非晶質半導体合金を得ることができる。
プラズマ内の原子状フツ素および/または水素
は改善された構造的および化学的性質を有する非
晶質半導体合金を与える。赤外線光分析によれ
ば、合金中に顕著なシリコン−フツ素ピークが認
められ、フツ素がシリコンに対して好ましい形で
結合して状態の密度が減少された安定な材料が形
成されることを示している。これは光起電力素子
をつくる上で特に重要である。
すでに述べたように、真性合金層以外の合金層
は多結晶層などのような非晶質層以外のものでも
よい。「非晶質」という用語は短一中範囲では規
則性を有することがあり、あるいは場合によつて
はある程度の結晶質の混入があつても長範囲にお
いては規則性を示さないものを意味する。
本発明は前記の技術に関して種々の改変および
変更をなすことが可能である。したがつて本発明
は特許請求の範囲内において、すでに具体例に説
明した以外の態様で実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法により非晶質半導体合金
膜を蒸着させるための極超短波プラズマ蒸着装置
の一部破断斜視図、第2図は本発明の方法によつ
てつくられた非晶質半導体受光合金の一つの用途
を示すためのシヨツトキ・バリヤ太陽電池の具体
例を示す部分断面図、第3図は本発明の方法によ
つてつくられたドーピングされた非晶質半導体合
金を含むp−n接合型太陽電池素子の部分断面
図、第4図は本発明の方法によつてつくられた非
晶質半導体合金を含む光検知素子の部分断面図、
第5図は本発明の方法によつてつくられた非晶質
半導体合金を含むゼロツクス用ドラムの部分断面
図、第6図はp−i−n接合型太陽電池素子の部
分断面図、第7図はn−i−p接合型太陽電池素
子の部分断面図、第8図は本発明の別の具体例に
よる第1図の装置のための別の気体供給システム
の部分上面図、第9図は本発明の別の具体例によ
る第1図の装置のための自由ラジカル分配システ
ムの部分上面図、第10図は本発明のさらに別の
具体例による別の極超短波プラズマ蒸着装置の部
分斜視図である。 10……極超短波蒸着装置、12……反応容
器、17……極超短波エネルギ源、21……結合
手段、22……非晶質半導体膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 支持体が配設され実質的に密閉された反応容
    器内で該支持体上に非単結晶半導体膜を形成する
    非単結晶半導体膜の製造方法であつて、 少なくとも一種の非単結晶半導体膜を構成する
    原子を含む反応気体を前記反応容器内に導入する
    工程と、 該反応容器内とは別の位置で極超短波エネルギ
    ーを利用して原子状フツ素及び/又は原子状水素
    を生成する工程と、 前記原子状フツ素及び/又は原子状水素を前記
    反応容器内に導入する工程と、 前記反応気体と前記原子状フツ素及び/又は原
    子状水素とが導入された前記反応容器内に極超短
    波エネルギーを供給して前記反応容器内でプラズ
    マを生成させることにより該支持体上に水素及
    び/又はフツ素により補償された非単結晶半導体
    膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする非単結晶半導体膜の製
    造方法。 2 少なくとも一種の前記反応気体がシリコンを
    含む特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3 少なくとも一種の前記反応気体がシラン
    (SiH4)である特許請求の範囲第2項に記載の方
    法。 4 少なくとも一種の前記反応気体が四フツ化シ
    リコン(SiF4)である特許請求の範囲第2項に記
    載の方法。 5 前記反応気体が四フツ化シリコン(SiF4)と
    水素(H2)である特許請求の範囲第2項に記載
    の方法。 6 前記反応気体がシラン(SiH4)と四フツ化
    シリコン(SiF4)である特許請求の範囲第2項に
    記載の方法。 7 前記反応気体がシラン(SiH4)とゲルマン
    (GeH4)である特許請求の範囲第2項に記載の
    方法。 8 前記反応気体が四フツ化シリコン(SiF4)と
    ゲルマン(GeH4)である特許請求の範囲第2項
    に記載の方法。 9 前記反応気体がさらに水素(H2)を含む特
    許請求の範囲第6項から第8項のいずれか一項に
    記載の方法。 10 少なくとも一種の前記反応気体がゲルマニ
    ウムを含む特許請求の範囲第1項に記載の方法。 11 少なくとも一種の前記反応気体がゲルマン
    (GeH4)である特許請求の範囲第10項に記載
    の方法。 12 少なくとも一種の前記反応気体が四フツ化
    ゲルマニウム(GeF4)である特許請求の範囲第
    10項に記載の方法。 13 前記反応気体がさらに水素(H2)を含む
    特許請求の範囲第11項または第12項に記載の
    方法。 14 前記反応気体がドーパント含有化合物を含
    む特許請求の範囲第1項に記載の方法。 15 前記ドーパント含有化合物がホウ素を含む
    特許請求の範囲第14項に記載の方法。 16 前記ドーパント含有化合物がジボラン
    (B2H6)である特許請求の範囲第14項または第
    15項に記載の方法。 17 前記ドーパント含有化合物がリンを含む特
    許請求の範囲第14項に記載の方法。 18 前記ドーパント含有化合物がホスフイン
    (PH3)である特許請求の範囲第14項または第
    17項に記載の方法。 19 プラズマ維持気体を前記反応気体と共に前
    記容器内に導入する工程を含む特許請求の範囲第
    1項から第18項のいずれか一項に記載の方法。 20 前記プラズマ維持気体がアルゴンである特
    許請求の範囲第19項に記載の方法。 21 前記半導体膜がバンドギヤツプを有しそし
    て少なくとも一種の反応気体がバンドギヤツプ調
    節元素を含む特許請求の範囲第1項から第20項
    のいずれか一項に記載の方法。 22 前記バンドギヤツプ調節元素がバンドギヤ
    ツプ増加元素である特許請求の範囲第21項に記
    載の方法。 23 前記バンドギヤツプ増加元素が炭素または
    チツ素である特許請求の範囲第22項に記載の方
    法。 24 前記反応気体がアンモニアガス(NH3
    を含む特許請求の範囲第23項に記載の方法。 25 前記反応気体がメタンガス(CH4)を含む
    特許請求の範囲第23項に記載の方法。 26 前記バンドギヤツプ調節元素がバンドギヤ
    ツプ減少元素である特許請求の範囲第21項に記
    載の方法。 27 前記バンドギヤツプ減少元素がゲルマニウ
    ムである特許請求の範囲第26項に記載の方法。 28 前記基板の温度を約20℃から400℃の間に
    維持する工程を含む特許請求の範囲第1項から第
    27項のいずれか一項に記載の方法。 29 前記容器中の圧力を約0.1トルあるいはそ
    れ以上に維持する工程を含む特許請求の範囲第1
    項から第28項のいずれか一項に記載の方法。 30 前記半導体膜が毎秒25Åまたはそれ以上の
    蒸着速度で蒸着される特許請求の範囲第1項から
    第29項のいずれか一項に記載の方法。 31 前記極超短波エネルギ源の出力電力を1cm3
    当たり約0.1〜1Wの間の電力密度を与えるように
    調節する工程を含む特許請求の範囲第1項から第
    30項のいずれか一項に記載の方法。 32 前記極超短波エネルギの周波数が2.45ギガ
    ヘルツである特許請求の範囲第1項から第31項
    のいずれか一項に記載の方法。 33 前記方法が順次蒸着される反対の導電型
    (pおよびn)の合金層を形成するための多段工
    程中の一工程であり、ここでn−型層は蒸着層と
    共に蒸着されてn−型層を形成するn−型ドーパ
    ント元素を含む反応気体を前記容器中に導入する
    ことによつて形成され、そしてp−型層は蒸着層
    と共に蒸着されてp−型層を形成するp−型ドー
    パント元素を含む反応気体を前記容器中に導入す
    ることによつて形成される特許請求の範囲第1項
    から第32項のいずれか一項に記載の方法。 34 前記pおよびn型ドープ層の間にpまたは
    n型ドーパント元素のいずれもが存在しない真性
    非晶質半導体合金層が蒸着される特許請求の範囲
    第33項に記載の方法。 35 前記反応気体がチツ素を含む特許請求の範
    囲第1項に記載の方法。 36 前記半導体膜が1ないし15ミクロンの厚さ
    になるまで前記蒸着を継続する工程を含む特許請
    求の範囲第35項に記載の方法。 37 水素及び/又はフツ素により補償された非
    単結晶半導体膜を形成する為の非単結晶半導体膜
    の製造装置において、 非単結晶半導体膜を形成する為の支持体が配設
    可能な実質的に密閉された反応容器と、 極超短波エネルギーを発生させる為の極超短波
    エネルギー源と、 少なくとも一種の非単結晶半導体膜を構成する
    原子を含む反応気体を前記反応容器内に導入する
    第1の導入手段と、 該反応容器内とは別の位置において極超短波エ
    ネルギーを利用して原子状フツ素及び/又は原子
    状水素を生成する手段を備え、前記反応容器内に
    該原子状フツ素及び/又は原子状水素を導入する
    第2の導入手段と、 前記極超短波エネルギー源より供給された極超
    短波エネルギーを、前記反応気体及び前記原子状
    フツ素及び/又は原子状水素の導入された前記反
    応容器内に、結合させてプラズマを生成させる手
    段と、 を有することを特徴とする非単結晶半導体膜の製
    造装置。 38 前記極超短波エネルギー源が極超短波発生
    器とこの発生器に対して結合された垂直アンテナ
    とを備えている特許請求の範囲第37項に記載の
    装置。 39 前記結合手段が、前記極超短波エネルギー
    を前記容器に対して方向付けるための反射ハウジ
    ングを前記アンテナのまわりに備えている特許請
    求の範囲第38項に記載の装置。
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