JPH0494529A - 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】 ［Ｋ業上の利用分野］ 本発明は、非晶質゛１′導体’Ｊｉ　ｉＮ　Ｌ−関Ａる
９、さらにＸＴ、　Ｌ、　＜は、長時間の光照射（、−
よる電気的特性の低ドの小さｔ五゛Ｉ′導体および、Ｊ
ｌ−晶質゛１′導体装置に関する。

［従来の技術・発明か解決１、ようとＡる３題１近り１
、プラズマＣＶ　Ｄ法なとによ−）てλられろアモルフ
ァスシリ１ンをは（、めと４るテトラヘドラル系非晶質
’ｌ′導体は、大面積体が容易τかつ低：１ス［・化が
ｉｉＪ能−こあろため、太陽型／１１！や薄膜トランジ
スター、大面積センサーなＩ−への応用がｔｌｌ−Ｉさ
れている。１−か【なから、これらの２１で導体を光電
変換に用いるばあい、これらの光に対する安定性が型費
な問題とｆよる。アー１Ｚル゛ノアスシリコンの光劣化
は、すてに１９７７年にステブラ−ロンスキ−両博土に
よ・２て発ｔ、！、され、光、とくに強い光に対する電
気的特性の鹿化は太陽電池や電ｒ写真感光ドラノ、など
の応用に対する大きなＩｔ’ｌｌ害となっている。

本発明は、前記問題点に艦み、テートうｌ＼ドラル系非
晶實゛１（導体の光による電気的４８竹の低Ｆ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、１％以上、好ましくは１０％以上の原子比率
で重水素を含んでいるシラン系ガスもしくはその混合ガ
スあるいはシラン系ガスの重水素ガスを含むガスとの混
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
導体装置に関する。

［実施例］ 本発明の半導体装置は原料ガス中の重水素原子の軽水素
に対する比率を１：９９以上、好ましくは１０：９０以
上として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であって、膜あ
るいは装置中に含まれる重水素原子の比率が１／９９以
上、好ましくはｔｏ／　９０以上である堆積膜あるいは
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
５ｉ−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５ｉ−３ｉ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１００℃下、好ましくは１４０℃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５ｉ−８ｉ結合は光によって切断されたＳｉ　−
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くなる可
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→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１００℃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５ｉ−３ｉ結合を高温で切断すること
を特徴としている。通常、劣化後のダングリンる。ここ
で■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ｌ／ＪＯＯＯＯでよいことになる。

したがってＩＫＷ／ｃ−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
験をするのにわずか４　Ｘ　１０−３秒でよいという計
算になり１００℃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。このように使用する温度は
１００℃以上であればよいが、反応速度を向上させる点
より１４０℃以上とするのが望ましい。なお、ｌ　Ｋ　
Ｗ　／　ｃｄ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ＩＯＷ／ｃｄ以上、好ましくは１０
０Ｗ／ｃ−以上のものが使用される。１パルスの照射時
間は通常１／ｌＯ秒以下である。

前記した方法て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Ｓｌを含む非晶質半導体
を指し、ａ−８ｉおよびａ−８ｉと微結晶状５ｉＳＣ、
５ｎＳＧｅなどとの合金などがある。代表的には ａ−３ｊｔ−ｘ−ｙ　Ｇｅ　ｘ　　Ｃｙ　’　Ｈ”　（
０≦ｘ、ｙ≦１）、ａ−３ｉ１−ｘ−、ＧｅｘＣ，：　
ｔｌ：Ｄ：Ｆ（０≦Ｘ％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。

つぎに本発明の半導体装置を実施例に基づき説明するが
、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および比較例１〜３ 第１表に示す条件により純モノシランガス（ＳｉＨ４あ
るいは５ｉＤａ　）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および比較例１〜３とした。

えられた実施例１および比較例３をクライオスタット中
において２００℃の実質上真空下に放置し、５分間隔で
１９回キセノンパルス光を照射した。パルス光強度は約
ＩＫＷ／ｃ−でパルス巾はＩＩＩＩＳｅＣ（１パルス照
射時間が１／１０００秒）である。

［以下余白］ しかるのち実施例１および比較例１〜３に光照射（ＡＭ
−１１００＋ｎＷ／ｃ−の擬似太陽光照射）を行ないな
がら導電率の変化を測定した。

結果を第１図に示す。第１図において横軸が時間を示し
、縦軸が導電率を示す。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明のａ−Ｓ　Ｉ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。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１および比較例１〜３の時間−導電率線
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　１００℃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薄膜非晶質半導体装置であっ
   て、非晶質半導体層に含まれる重水素と軽水素の比が１
   ：９９以上であ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。