JPH05234890A - 化合物半導体薄膜層の成膜方法 - Google Patents
化合物半導体薄膜層の成膜方法Info
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- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
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Abstract
を、待ち時間の必要のない連続した蒸着作業で形成す
る。 【構成】Cu、In、Seの各蒸発源の温度は一定にしてお
き、CuおよびInの蒸発源からの蒸発ビームの照射時間を
独立して制御することにより膜組成を変える。例えば全
蒸発ビームを連続して照射してCuに富む層を形成したの
ち、Cuの蒸発源からの蒸発ビームのみを間歇的に照射し
てCuの少ない層を形成する。あるいは、Inの蒸発源から
の蒸発ビームのみを間歇的に照射してCuに富む層を形成
し、Cuの少ない層は全蒸発源からの蒸発ビームの照射に
より形成する。
Description
電装置に用いられる化合物半導体薄膜層の成膜方法に関
する。
族化合物である銅インジウムダイセレナイド( CuInS
e2 ) の薄膜層は光起電装置におけるヘテロ接合形成に
用いられる。図2は、CuInSe2 薄膜層を用いた従来技術
の光起電装置の一部の断面図である。厚さ1〜4mmのガ
ラス基板11上には厚さ0.2〜2μmのモリブデン (Mo)
からなる金属電極層12が形成されている。半導体層は、
p型半導体層として厚さ2〜4μmのCuInSe2 薄膜層1
3、n型半導体層として厚さ250 〜500 Åの硫化カドミ
ウム (CdS) 薄膜層14および広いバンドギャップを有
し、窓層としてのn型半導体層である厚さ2〜4μmの
酸化亜鉛 (ZnO) 薄膜層15からなる。層15の上にはスパ
ッタリング、蒸着あるいはめっき法によりアルミニウム
(Al) からなる金属電極層16が形成される。
同時蒸着法により形成する。すなわち、銅 (Cu) 、イン
ジウム (In) およびセレン(Se)をそれぞれ充填したるつ
ぼを有する蒸着装置を用い、各るつぼを加熱蒸発させ、
加熱したガラス基板11上の金属電極層12の上にCuInSe2
薄膜層13を成膜する。るつぼの加熱温度を、Cuは1100〜
1200℃、Inは 800〜900 ℃およびSeは 170〜210 ℃とす
る。さらに詳しく言えば、CuInSe2 薄膜層は2層構造か
らなる。すなわち、金属電極層12に近い第一層31は、電
極層12と良好なオーミック接触を示すCu/In比が1.0〜
1.2の低抵抗の層であり、その上の第二層32は、Cu/In
比が0.85〜0.95であり、高抵抗で過剰なCuがないためCu
Seなどの異相が存在せず、接合を形成する活性相として
有効に働く層である。従来は、このような2層構造を形
成するためにCuのるつぼの加熱温度を1150℃、Inのるつ
ぼは 850℃として第一層を形成した場合、第二層はCuの
るつぼの加熱温度は変えず、Inのるつぼを 860℃にて加
熱し形成する。あるいは、Inのるつぼの加熱温度を変え
ず、Cuのるつぼの加熱温度を1140℃に下げて形成する。
て、CuInSe2 薄膜層13は二層構造をなし、Cu/In比の異
なる第一層31と第二層32は、CuとInの加熱温度を変えて
組成を制御し、連続的に形成する。このため、Cuに富む
層の成膜条件により、第一層31を形成したのち、成膜条
件を変えてCuの少ない第二層32を形成する。しかし、こ
の方法では第二層の成膜条件であるるつぼの加熱温度に
達して加熱状態が安定するまで時間を要し、所定の厚さ
の第一層と第二層の積層構造を得るのが難しい。この対
策として、蒸発ビーム強度をモニタし、加熱状態が安定
するまで待ってから蒸着する方法では、待ち時間が必要
で効率的ではないという問題がある。
は、成膜条件によって変化するので、異なる成膜条件を
容易に設定することができる成膜方法は新しい特性の化
合物半導体薄膜層が得られる可能性を与える点で望まし
い。本発明の目的は、上述の問題を解決し、蒸発源の加
熱状態を変えることなく、簡単に所望の組成の薄膜を形
成することのできる化合物半導体薄膜層の成膜方法を提
供することにある。
めに、本発明の化合物半導体薄膜層の成膜方法は、複数
の蒸発源を有する蒸発装置を用い、各蒸発源を所定の温
度で加熱しながら、それぞれの蒸発源からの蒸発ビーム
の照射時間およびその継続時間を独立して制御するもの
とする。そして、その蒸発装置の蒸発源の開口部の上に
外部より開閉制御可能のシャッタを備えたことが有効で
ある。また、蒸発源がそれぞれ、Cu、In、Seの蒸発源で
あり、各蒸発源を所定の温度で加熱し、各蒸発源から蒸
発ビームを同時に照射して所定の厚さのCu/In比が1.0
以上のCuInSe2 層を少なくとも表面が金属層である基板
上に形成したのち、各蒸発源の温度を変えないでCuの蒸
発源からの蒸発ビームのみを間歇的に照射し、他の蒸発
源からの蒸発ビームは連続して照射して所定の厚さのCu
/In比が1未満のCuInSe2 層を積層することが有効であ
る。あるいは、蒸発源がそれぞれCu、In、Seの蒸発源で
あり、各蒸発源を所定の温度で加熱し、Inの蒸発源から
の蒸発ビームのみを間歇的に照射し、他の蒸発源からの
蒸発ビームは連続して照射して所定の厚さのCu/In比が
1.0以上のCuInSe2 層を少なくとも表面が金属層である
基板上に形成したのち、各蒸発源の温度を変えないで各
蒸発源からの蒸発ビームを同時に照射して所定の厚さの
Cu/In比が1未満のCuInSe2 層を積層するものとするこ
とが有効である。そして、そのような2層構造のCuInSe
2 層を、そのCu/In比が1未満の層とCdS層との間のヘ
テロ結合を有する光起電装置に用いることが有効であ
る。
射時期およびその継続時間を制御することは、待ち時間
なしにできるので、所期の組成の化合物半導体薄膜を即
時蒸着することができ、照射時期および継続時間の組合
わせにより多種多様の構成あるいは特性の化合物半導体
薄膜層を形成できる。
2 層を含むヘテロ接合光起電装置の製造工程を図2を引
用して説明する。先ず、厚さ1mmのガラス基板11の上に
厚さ2μmのMoからなる金属電極層12を形成し、その上
に2層構造のCuInSe2 薄膜層13を形成した。このCuInSe
2 層13の成膜を図1に示す蒸着装置を用いた。この蒸着
装置は蒸着室1と前室2よりなり、排気口3を有する蒸
着室1の下部には三つのそれぞれヒータを備えたるつぼ
41、42、43が配置されている。るつぼ41にはCu、るつぼ
42にはIn、るつぼ43にはSeの各蒸発材料が入れられてい
る。各るつぼ41、42、43の開口部の上にはシャッタ5が
それぞれ存在し、このシャッタ5が支持軸51の周りに回
転することにより、各るつぼの側壁に内蔵するヒータに
よって加熱する際に開口部から照射される蒸発ビームを
遮断したり、通過させたりすることができる。そして、
蒸発ビームの照射方向の前方に基板11が支持桿6の上に
固定されている。基板11はローダ7により前室2から蒸
着室1にバルブ8を用いて供給される。CuInSe2 の第一
層31を形成するには、Cuるつぼ41を約1150℃に、Inるつ
ぼ42を約 850℃に、Seるつぼ43を約 190℃に加熱し、各
シャッタ5を開いて1時間Cu、InおよびSeの蒸発ビーム
を基板11に向けて照射してCu/In比が1.0〜1.2で厚さ
2μmの層を得た。次に、各るつぼの加熱条件はそのま
まとし、Cuるつぼ41のシャッタ5は5分間開け、10分間
閉じる操作をくりかえしてCu蒸発ビーム量を調節し、In
るつぼ42、Seるつぼ43のシャッタ5は開いたままとして
30分の成膜時間でCu/In比が0.85〜0.95であるCuInSe2
の第二層32を形成した。
15も蒸着法により形成したのち、最後にスパッタリング
でAl層を成膜し、パターニングしてAl電極層16を形成し
た。このようにして製造した光起電装置は、7〜9%の
変換効率を示し、従来技術による装置と比べ、より高い
変換効率の値を示した。本発明の別の実施例として図2
の構造の光起電装置のCuInSe2 層13の成膜時には、図1
の蒸着装置のCuるつぼ41の加熱温度を約1150℃、Inるつ
ぼ42の加熱温度を約860 ℃、Seのるつぼ43の加熱温度を
約190 ℃の一定にし、Cu/In比が1.0〜1.2である第一
層31の成膜の際には、Inるつぼ42のシャッタ5を間歇的
に開き、他のるつぼ41、43のシャッタは開いたままに
し、Cu/In比が0.85〜0.95である第二層32の成膜の際に
はすべてのるつぼのシャッタを開いたままにした。これ
によっても変換効率の高い光起電装置が得られた。
膜基板に向けて照射する蒸発ビームの照射時間を個々に
制御することにより、蒸着される化合物半導体の組成を
容易に制御することが可能になった。この方法による効
果は次の通りである。 (イ) 成分元素は同じで組成のみ変わった層を積層する
際、蒸発源の加熱温度を変える必要がないので、熱的条
件の変化の際に生ずる遷移時間がなく、組成を即時に変
えることができる。
ば融点1080℃、Cu蒸発源の加熱温度を高めようとする場
合、蒸発源のるつぼの材料が窒化ほう素であるとその使
用限界温度が1200℃であるため、加熱温度の選択しうる
マージンが小さい。これに対し、本方法ではそのような
制約がなく、組成の変更が任意にできる。 (ハ) 蒸発ビームの照射時期、継続期間を任意に選ぶこ
とができるので、蒸着薄膜層を種々の組成および厚さの
膜からなる多層膜にすることができ、新しい特性の化合
物半導体薄膜層形成の途が開ける。
層が用いられる光起電装置の断面図
Claims (4)
- 【請求項1】複数の蒸発源を有する蒸発装置を用い、各
蒸発源を所定の温度で加熱しながら、それぞれの蒸発源
からの蒸発ビームの照射時間およびその継続時間を独立
して制御することを特徴とする化合物半導体薄膜層の成
膜方法。 - 【請求項2】蒸発装置の蒸発源の開口部の上に外部より
開閉制御可能のシャッタを備えた請求項1記載の化合物
半導体薄膜層の成膜方法。 - 【請求項3】蒸発源がそれぞれ銅、インジウム、セレン
の蒸発源であり、各蒸発源を所定の温度で加熱し、各蒸
発源から蒸発ビームを同時に照射して所定の厚さの銅対
インジウム比が1.0以上の銅インジウムダイセレナイド
層を少なくとも表面が金属層である基板上に形成したの
ち、各蒸発源の温度を変えないで銅の蒸発源からの蒸発
ビームのみを間歇的に照射し、他の蒸発源からの蒸発ビ
ームは連続して照射して所定の厚さの銅対インジウム比
が1未満の銅インジウムダイセレナイド層を積層する請
求項1あるいは2記載の化合物半導体薄膜層の成膜方
法。 - 【請求項4】蒸発源がそれぞれ銅、インジウム、セレン
の蒸発源であり、各蒸発源を所定の温度で加熱し、イン
ジウムの蒸発源からの蒸発ビームのみを間歇的に照射
し、他の蒸発源からの蒸発ビームは連続して照射して所
定の厚さの銅対インジウム比が1.0以上の銅インジウム
ダイセレナイド層を少なくとも表面が金属層である基板
上に形成したのち、各蒸発源の温度を変えないで各蒸発
源からの蒸発ビームを同時に照射して所定の厚さの銅対
インジウム比が1未満の銅インジウムダイセレナイド層
を積層する請求項1あるいは2記載の化合物半導体薄膜
層の成膜方法。
Priority Applications (1)
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JP4036781A JP2992159B2 (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 化合物半導体薄膜層の成膜方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH05234890A true JPH05234890A (ja) | 1993-09-10 |
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DE10249151B4 (de) * | 2001-10-11 | 2009-11-05 | Creavac - Creative Vakuumbeschichtung Gmbh | Vorrichtung zur ein- oder mehrschichtigen Bedampfung von Substraten in einem einzigen Bedampfungsprozeß |
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- 1992-02-25 JP JP4036781A patent/JP2992159B2/ja not_active Expired - Fee Related
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