JPH0622206B2 - 合金薄膜製造方法 - Google Patents
合金薄膜製造方法Info
- Publication number
- JPH0622206B2 JPH0622206B2 JP61255453A JP25545386A JPH0622206B2 JP H0622206 B2 JPH0622206 B2 JP H0622206B2 JP 61255453 A JP61255453 A JP 61255453A JP 25545386 A JP25545386 A JP 25545386A JP H0622206 B2 JPH0622206 B2 JP H0622206B2
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- alloy thin
- film
- discharge
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、複数種の元素からなり、元素の化合物ガスの
グロー放電分解により形成され、例えば太陽電池の光電
変換層として用いられるアモルファス合金などの合金薄
膜の製造方法に関する。
グロー放電分解により形成され、例えば太陽電池の光電
変換層として用いられるアモルファス合金などの合金薄
膜の製造方法に関する。
アモルファス太陽電池をはじめとする各種のアモルファ
ス半導体デバイスにおいて、そのデバイスの要求する特
性を持った薄膜材料を開発することが現在大きな研究課
題となっている。例えばアモルファス太陽電池を例にと
ると、現在は水素化アモルファスシリコン（ａ−Si:H）
を用いたｐ−ｉ−ｎ型構造の太陽電池が広く研究開発さ
れている。しかし、ａ−Si:H膜の光学バンド幅は1.75〜
1. 8evあり、太陽電池の高効率化という点からは必ずし
も最適のバンド幅ではない。そこで、ａ−SiGe:Hなどの
ようなバンド幅の小さな合金材料をｉ層に適用して高効
率化を図ろうとする研究が進められているが、まだ電気
的な特性がａ−Si:H膜に比べるとそれ程よくなく、期待
通りの性能の太陽電池は実現していないのが現状であ
る。 こうした合金薄膜の形成に用いられる通常のグロー放電
分解による成膜装置が第２図に示される。この装置を用
いての成膜を、ａ−SiGe:H膜の形成を例にとると、まず
排気管８から真空排気された反応室６内に設けられたヒ
ータ４を有する基板取付台１上に基板３を置き、シラン
（SiH4）とゲルマン（GeH4）の混合ガスあるいはこれを
水素（Hz）で希釈した混合ガスを原料ガスとしてガス導
入管７から供給する。そして、基板取付台１と対向電極
２の間に電源５により高周波電圧あるいは直流電圧を印
加してグロー放電を起こして原料ガスを分解し、基板上
にａ−SiGe:H膜を堆積させる。 しかし、このような方法により形成された膜の電気的特
性はあまりよくなく、光伝導度および光伝導度／暗伝導
度（光感度）は膜中のGeの比が大きくなるに連れて急激
に低下する。そのため膜堆積に関与するラジカルを制御
して膜質を向上させようとする試みが成され、ガス圧を
変えたり、電極，サセプタ間にメッシュを挿入して放電
をメッシュ，電極間で形成し、メッシュから拡散してく
れるラジカルて膜形成を行うなどの試みが行われてい
る。その結果、膜質の向上は認められ、ラジカル制御の
重要性は認識されたものの、実用上十分な特性の膜は得
られなていない。
ス半導体デバイスにおいて、そのデバイスの要求する特
性を持った薄膜材料を開発することが現在大きな研究課
題となっている。例えばアモルファス太陽電池を例にと
ると、現在は水素化アモルファスシリコン（ａ−Si:H）
を用いたｐ−ｉ−ｎ型構造の太陽電池が広く研究開発さ
れている。しかし、ａ−Si:H膜の光学バンド幅は1.75〜
1. 8evあり、太陽電池の高効率化という点からは必ずし
も最適のバンド幅ではない。そこで、ａ−SiGe:Hなどの
ようなバンド幅の小さな合金材料をｉ層に適用して高効
率化を図ろうとする研究が進められているが、まだ電気
的な特性がａ−Si:H膜に比べるとそれ程よくなく、期待
通りの性能の太陽電池は実現していないのが現状であ
る。 こうした合金薄膜の形成に用いられる通常のグロー放電
分解による成膜装置が第２図に示される。この装置を用
いての成膜を、ａ−SiGe:H膜の形成を例にとると、まず
排気管８から真空排気された反応室６内に設けられたヒ
ータ４を有する基板取付台１上に基板３を置き、シラン
（SiH4）とゲルマン（GeH4）の混合ガスあるいはこれを
水素（Hz）で希釈した混合ガスを原料ガスとしてガス導
入管７から供給する。そして、基板取付台１と対向電極
２の間に電源５により高周波電圧あるいは直流電圧を印
加してグロー放電を起こして原料ガスを分解し、基板上
にａ−SiGe:H膜を堆積させる。 しかし、このような方法により形成された膜の電気的特
性はあまりよくなく、光伝導度および光伝導度／暗伝導
度（光感度）は膜中のGeの比が大きくなるに連れて急激
に低下する。そのため膜堆積に関与するラジカルを制御
して膜質を向上させようとする試みが成され、ガス圧を
変えたり、電極，サセプタ間にメッシュを挿入して放電
をメッシュ，電極間で形成し、メッシュから拡散してく
れるラジカルて膜形成を行うなどの試みが行われてい
る。その結果、膜質の向上は認められ、ラジカル制御の
重要性は認識されたものの、実用上十分な特性の膜は得
られなていない。
本発明は、上記従来の成膜方法に見られる問題点を解決
し、良質の合金薄膜を製造することのできる製造方法を
提供することを目的とする。
し、良質の合金薄膜を製造することのできる製造方法を
提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、内部に
グロー放電発生のための放電源を備えた反応室内に開口
する複数のガス導入管を用いて成分元素の化合物を主成
分とする複数のガスを交互に反応室内に供給し、グロー
放電分解により各元素からなる膜を基板上に順次堆積す
る合金薄膜製造方法であって、一つのガスの１回の供給
時間を膜として単原子元素層が堆積する時間にほぼ等し
くすることとする。また、放電源を構成する一方の電極
を複数の中空電極とし、各電極の内部空間をそれぞれ各
ガス導入管に連通させ、その都度供給されるガスを導入
する中空電極に電圧を印加して放電を行わせることも有
効である。
グロー放電発生のための放電源を備えた反応室内に開口
する複数のガス導入管を用いて成分元素の化合物を主成
分とする複数のガスを交互に反応室内に供給し、グロー
放電分解により各元素からなる膜を基板上に順次堆積す
る合金薄膜製造方法であって、一つのガスの１回の供給
時間を膜として単原子元素層が堆積する時間にほぼ等し
くすることとする。また、放電源を構成する一方の電極
を複数の中空電極とし、各電極の内部空間をそれぞれ各
ガス導入管に連通させ、その都度供給されるガスを導入
する中空電極に電圧を印加して放電を行わせることも有
効である。
第１図は、本発明の一実施例に用いる装置を示すもので
あり、第２図と共通の部分には同一の符号が付されてい
る。この図では基板取付台１上の基板３に対向して置か
れた内径10mm程度の多数の中空電極９を放電源として使
用する。放電は、各中空電極９に電源５から切換スイッ
チ11を介して電圧を印加することによりメッシュ電極10
との間で独立に起こすことができ、プラズマ12が形成さ
れるようになっており、しかも原料ガスはガス導入管７
から中空陰極９内を通過して反応室６に供給される構造
となっている。基板取付台１とメッシュ電極10の間に
は、電源13によりバイアス電圧が印加される。基板面上
の膜堆積速度の面内均一性を得るため、中空電極９は格
子状に二次元的に配列し、それらを使用する原料ガスの
数に応じていくつかのグループに分ける。例えばシラン
（SiH4），ゲルマン（GeH4），水素（Hz）を原料ガスと
してａ−SiGe:H膜を形成する場合には、中空電極９を三
つのグループにわけ、各グループにそれぞれSiH4，Ge
H4，Hzを独立に供給する。こうした各原料ガス専用の中
空電極９は、どの原料ガスに対しても基板上にほぼ均一
な膜堆積ができるように、各グループに属する中空電極
群が一様に分布するようにされている。 このような装置を用い、導入管７からの原料ガスおよび
スイッチ11によって接続される中空電極９を切換えて、
GeH4だけの分解，SiH4だけの分解，Hzだけの分解を順次
繰り換してGe，Si，Ｈの膜を積層して合金薄膜を堆積さ
せる。得られる合金薄膜の特性は、薄膜が単原子層の積
層からなるときに特に優れている。そのために、放電お
よび原料ガスの切換えを、GeH4，SiH4についてはほぼ単
原子層の形成時間に等しくなるように行う。ガス圧１To
rr程度で行った実験では、単原子層の形成に要する時間
は放電条件によっても異なるが、ほぼ５〜10秒であっ
た。水素放電についても、ほぼこれに等しいだけの放電
を行った。 一方、ａ−SiGe:H膜の特性は、SiとGeの組成比を変える
ことにより制御できる。そのために、Si単原子層とGe単
原子層ばかりでなく、GeH4，SiH4の同時供給と対応する
中空電極グループへの電圧印加を行って、Ge原子とSi原
子が所定の比で混合して堆積する層を形成することも必
要である。このようにしてGeH4とSiH4の分解量の比を変
えることにより、光学バンドギャップは約１．０eVない
し１．８eVまで変化し、SiH4，GeH4のみの供給を繰り返
してSiとGeの膜中の組成比がほぼ同じになるようにする
と、約１．４〜１．５eVの光学バンドギャップの値が得
られる。１．４eVのときの光伝導度は10-4〜10-5Ｓ／c
m、暗伝導度は10-8〜10-9Ｓ／cmとなり、優れた光伝導
特性を示すことがわかった。 さらに本発明に基づく方法では、各原料ガスに対する１
回当たりの成膜時間を長くとることにより、超格子構造
の形成にも容易に適用することができる。 なお、上述の実施例により中空電極を用いてその内部空
間を通じて原料ガスを供給する代わりに、放電用電極と
別にガス導入管を設けてもよい。
あり、第２図と共通の部分には同一の符号が付されてい
る。この図では基板取付台１上の基板３に対向して置か
れた内径10mm程度の多数の中空電極９を放電源として使
用する。放電は、各中空電極９に電源５から切換スイッ
チ11を介して電圧を印加することによりメッシュ電極10
との間で独立に起こすことができ、プラズマ12が形成さ
れるようになっており、しかも原料ガスはガス導入管７
から中空陰極９内を通過して反応室６に供給される構造
となっている。基板取付台１とメッシュ電極10の間に
は、電源13によりバイアス電圧が印加される。基板面上
の膜堆積速度の面内均一性を得るため、中空電極９は格
子状に二次元的に配列し、それらを使用する原料ガスの
数に応じていくつかのグループに分ける。例えばシラン
（SiH4），ゲルマン（GeH4），水素（Hz）を原料ガスと
してａ−SiGe:H膜を形成する場合には、中空電極９を三
つのグループにわけ、各グループにそれぞれSiH4，Ge
H4，Hzを独立に供給する。こうした各原料ガス専用の中
空電極９は、どの原料ガスに対しても基板上にほぼ均一
な膜堆積ができるように、各グループに属する中空電極
群が一様に分布するようにされている。 このような装置を用い、導入管７からの原料ガスおよび
スイッチ11によって接続される中空電極９を切換えて、
GeH4だけの分解，SiH4だけの分解，Hzだけの分解を順次
繰り換してGe，Si，Ｈの膜を積層して合金薄膜を堆積さ
せる。得られる合金薄膜の特性は、薄膜が単原子層の積
層からなるときに特に優れている。そのために、放電お
よび原料ガスの切換えを、GeH4，SiH4についてはほぼ単
原子層の形成時間に等しくなるように行う。ガス圧１To
rr程度で行った実験では、単原子層の形成に要する時間
は放電条件によっても異なるが、ほぼ５〜10秒であっ
た。水素放電についても、ほぼこれに等しいだけの放電
を行った。 一方、ａ−SiGe:H膜の特性は、SiとGeの組成比を変える
ことにより制御できる。そのために、Si単原子層とGe単
原子層ばかりでなく、GeH4，SiH4の同時供給と対応する
中空電極グループへの電圧印加を行って、Ge原子とSi原
子が所定の比で混合して堆積する層を形成することも必
要である。このようにしてGeH4とSiH4の分解量の比を変
えることにより、光学バンドギャップは約１．０eVない
し１．８eVまで変化し、SiH4，GeH4のみの供給を繰り返
してSiとGeの膜中の組成比がほぼ同じになるようにする
と、約１．４〜１．５eVの光学バンドギャップの値が得
られる。１．４eVのときの光伝導度は10-4〜10-5Ｓ／c
m、暗伝導度は10-8〜10-9Ｓ／cmとなり、優れた光伝導
特性を示すことがわかった。 さらに本発明に基づく方法では、各原料ガスに対する１
回当たりの成膜時間を長くとることにより、超格子構造
の形成にも容易に適用することができる。 なお、上述の実施例により中空電極を用いてその内部空
間を通じて原料ガスを供給する代わりに、放電用電極と
別にガス導入管を設けてもよい。
本発明によれば、上記の方法を採用した結果、合金薄膜
が各成分元素の単原子層の積層からなるようにすること
により、特性のよりアモルファス合金薄膜が得られる。
本発明に基づく方法により膜形成を行うと、ラジカル種
を膜厚方向に制御して異なる元素を堆積させることがで
きるため、これまでのように混合ガスを放電させて複数
種の元素を同時に堆積させる場合に比べて膜形成の自由
度が格段に向上する。さらに、この方法は精度のよい超
格子構造の薄膜形成にも利用できるなど、得られる効果
は極めて大きい。
が各成分元素の単原子層の積層からなるようにすること
により、特性のよりアモルファス合金薄膜が得られる。
本発明に基づく方法により膜形成を行うと、ラジカル種
を膜厚方向に制御して異なる元素を堆積させることがで
きるため、これまでのように混合ガスを放電させて複数
種の元素を同時に堆積させる場合に比べて膜形成の自由
度が格段に向上する。さらに、この方法は精度のよい超
格子構造の薄膜形成にも利用できるなど、得られる効果
は極めて大きい。
第１図は本発明の一実施例に用いる装置の断面図、第２
図は従来の成膜装置の断面図である。 １：基板取付台、３：基板、５：電源、６：反応室、
７：原料ガス導入管、９：中空電極、10：メッシュ電
極、11：切換スイッチ、12：プラズマ。
図は従来の成膜装置の断面図である。 １：基板取付台、３：基板、５：電源、６：反応室、
７：原料ガス導入管、９：中空電極、10：メッシュ電
極、11：切換スイッチ、12：プラズマ。
Claims (2)
- 【請求項１】内部にグロー放電発生のための放電源を備
えた反応室内に開口する複数のガス導入管を用いて成分
元素の化合物を主成分とする複数のガスを交互に反応室
内に供給し、グロー放電分解により各元素からなる膜を
基板上に順次堆積する合金薄膜製造方法であって、一つ
のガスの１回の供給時間を膜として単原子元素層が堆積
する時間にほぼ等しくすることを特徴とする合金薄膜製
造方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の合金薄膜製造
方法において、放電源を構成する一方の電極を複数の中
空電極とし、各電極の内部空間を各ガス導入管に連通さ
せ、その都度供給されるガスを導入する中空電極に電圧
を印加して放電を行わせることを特徴とする合金薄膜製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61255453A JPH0622206B2 (ja) | 1986-10-27 | 1986-10-27 | 合金薄膜製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61255453A JPH0622206B2 (ja) | 1986-10-27 | 1986-10-27 | 合金薄膜製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63108711A JPS63108711A (ja) | 1988-05-13 |
| JPH0622206B2 true JPH0622206B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=17278978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61255453A Expired - Fee Related JPH0622206B2 (ja) | 1986-10-27 | 1986-10-27 | 合金薄膜製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0622206B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0622203B2 (ja) * | 1986-01-07 | 1994-03-23 | 富士電機株式会社 | アモルフアス半導体薄膜生成装置 |
-
1986
- 1986-10-27 JP JP61255453A patent/JPH0622206B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63108711A (ja) | 1988-05-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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