JPH0658970B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0658970B2 JPH0658970B2 JP58157976A JP15797683A JPH0658970B2 JP H0658970 B2 JPH0658970 B2 JP H0658970B2 JP 58157976 A JP58157976 A JP 58157976A JP 15797683 A JP15797683 A JP 15797683A JP H0658970 B2 JPH0658970 B2 JP H0658970B2
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- Japan
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- layer
- amorphous silicon
- silicon layer
- sic
- heterojunction
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
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- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/0245—Silicon, silicon germanium, germanium
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- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
Description
【発明の詳細な説明】 本発明はバンドギヤップの異なる二つの半導体の層によ
り形成されるヘテロ接合を有する半導体装置に関する。
り形成されるヘテロ接合を有する半導体装置に関する。
非晶質シリコン層（以下ａ−Siと略記）を主体とする光
起電力素子を形成する際、基板上にモノシランおよびシ
ラン誘導体をシリコン源とし、アクセプターあるいはド
ナーとして働く添加不純物を混合した原料ガスを真空反
応槽中でグロー放電分解し、ｎ，ｉまたはｐのａ−Si層
を形成し光起電力素子を製造する方法は従来より知られ
ている。一方、1978年にRCAのパンコフ(Pankov)らによ
って炭素添加非晶質シリコン（以下a-SiC：Ｈと略記）
を該光起電力素子に適用し、a-SiC：H/a-SiHヘテロ接合
を形成し、光起電力素子を構成する内容の特許（米国特
許第4109271号）が発表されている。
起電力素子を形成する際、基板上にモノシランおよびシ
ラン誘導体をシリコン源とし、アクセプターあるいはド
ナーとして働く添加不純物を混合した原料ガスを真空反
応槽中でグロー放電分解し、ｎ，ｉまたはｐのａ−Si層
を形成し光起電力素子を製造する方法は従来より知られ
ている。一方、1978年にRCAのパンコフ(Pankov)らによ
って炭素添加非晶質シリコン（以下a-SiC：Ｈと略記）
を該光起電力素子に適用し、a-SiC：H/a-SiHヘテロ接合
を形成し、光起電力素子を構成する内容の特許（米国特
許第4109271号）が発表されている。
ａ−Siのｎ形層，ｉ層，ｐ形層を基板上に第一層，第二
層，第三層として、あるいは逆に構成して素子を製造す
る場合には、たとえ不純物をドーピングしても、ドーピ
ング層の格子は不純物を添加しないａ−Siの格子とほぼ
同等である。したがってｎ／ｉ，ｐ／ｉ，ｎ／ｐ各接合
界面において格子不整合による接合特性の劣化という問
題は生ずる危険性は非常に少なかった。しかしながら、
第一層と第二層の界面あるいは第二層と第三層の界面に
ヘテロ接合を形成する場合、例えばａ−SiC：H/a-Si：
Ｈの場合、第１表に示すように炭素の共有結合半径はシ
リコンのそれの約７０％にすぎない。
層，第三層として、あるいは逆に構成して素子を製造す
る場合には、たとえ不純物をドーピングしても、ドーピ
ング層の格子は不純物を添加しないａ−Siの格子とほぼ
同等である。したがってｎ／ｉ，ｐ／ｉ，ｎ／ｐ各接合
界面において格子不整合による接合特性の劣化という問
題は生ずる危険性は非常に少なかった。しかしながら、
第一層と第二層の界面あるいは第二層と第三層の界面に
ヘテロ接合を形成する場合、例えばａ−SiC：H/a-Si：
Ｈの場合、第１表に示すように炭素の共有結合半径はシ
リコンのそれの約７０％にすぎない。
このため、a-SiC：Ｈ層の格子はa-Si：Ｈの層の格子と
は大いに異なり、a-SiC：Ｈ／a-Si：Ｈの界面には格子
の不整合が発生すると考えられる。
は大いに異なり、a-SiC：Ｈ／a-Si：Ｈの界面には格子
の不整合が発生すると考えられる。
第２表はホモ接合、ヘテロ接合の光起電力素子について
その特性比較を示した。ヘテロ接合素子は光入射側の層
にシランおよび炭素源となる炭化水素の等量およびそれ
以上の混合ガスをグロー放電分解して生成したa-SiC：
Ｈを用いたもので、a-SiC：Ｈ膜中の炭素量５〜２０％
である。a-SiC：Ｈ膜は、その光透過性がa-Si：Ｈより
も高いために光電流発生領域である真性a-Si：Ｈ層に到
達する光量が大きくなるので、短絡光電流(Jsc)につい
てはヘテロ接合素子より増加している。しかしながら開
放電圧(Voc)、形状因子（FF）、光電変換効率（η）は
７〜１５％低下している。これはa-SiC：H/a-Si：Ｈヘ
テロ接合界面に前述のような格子の不整合が生じて歪を
発生させるためと考えられる。接合界面に格子不整合に
よる歪が存在すると、界面付近の局在準位密度が増大
し、光起電力素子のリーク電流、直列抵抗成分が大きく
なるため、Voc,FFを低下させるものである。光透過性の
優れたa-SiC：Ｈ層を光起電力素子の入射光側に位置さ
せ、光起電力素子の光電変換効率を有効に向上させるた
めには、このヘテロ接合面に発生する格子不整合を緩和
する必要性がある。
その特性比較を示した。ヘテロ接合素子は光入射側の層
にシランおよび炭素源となる炭化水素の等量およびそれ
以上の混合ガスをグロー放電分解して生成したa-SiC：
Ｈを用いたもので、a-SiC：Ｈ膜中の炭素量５〜２０％
である。a-SiC：Ｈ膜は、その光透過性がa-Si：Ｈより
も高いために光電流発生領域である真性a-Si：Ｈ層に到
達する光量が大きくなるので、短絡光電流(Jsc)につい
てはヘテロ接合素子より増加している。しかしながら開
放電圧(Voc)、形状因子（FF）、光電変換効率（η）は
７〜１５％低下している。これはa-SiC：H/a-Si：Ｈヘ
テロ接合界面に前述のような格子の不整合が生じて歪を
発生させるためと考えられる。接合界面に格子不整合に
よる歪が存在すると、界面付近の局在準位密度が増大
し、光起電力素子のリーク電流、直列抵抗成分が大きく
なるため、Voc,FFを低下させるものである。光透過性の
優れたa-SiC：Ｈ層を光起電力素子の入射光側に位置さ
せ、光起電力素子の光電変換効率を有効に向上させるた
めには、このヘテロ接合面に発生する格子不整合を緩和
する必要性がある。
本発明は、上述の欠点を除去し、ヘテロ接合面に発生す
る格子不整合を緩和してヘテロ接合の特長を生かした半
導体装置を提供することを目的とする。
る格子不整合を緩和してヘテロ接合の特長を生かした半
導体装置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、光入射
側より、一導電型の炭素添加非晶質シリコン層、実質的
に真性な非晶質シリコン層、前記一導電型とは反対の導
電型の非晶質シリコン層を積層した半導体装置におい
て、前記一導電型の炭素添加非晶質シリコン層と前記実
質的に真性な非晶質シリコン層との間に、化学的組成が
該両層の中間にある層を、その厚さを５〜１５０Åとし
て介在せしめて成るものとする。これにより、ヘテロ接
合に基づく格子不整合が緩和され、接合特性の低下が防
止される。
側より、一導電型の炭素添加非晶質シリコン層、実質的
に真性な非晶質シリコン層、前記一導電型とは反対の導
電型の非晶質シリコン層を積層した半導体装置におい
て、前記一導電型の炭素添加非晶質シリコン層と前記実
質的に真性な非晶質シリコン層との間に、化学的組成が
該両層の中間にある層を、その厚さを５〜１５０Åとし
て介在せしめて成るものとする。これにより、ヘテロ接
合に基づく格子不整合が緩和され、接合特性の低下が防
止される。
第１図，第４図は本発明の実施例の光起電力素子の構造
を示し、第１図においては導電性基板１の上にa-Si：Ｈ
のｎ層２、a-Si：Ｈのｉ層３を積層し、その上にヘテロ
接合を形成するｐ形のa-SiC：Ｈの窓層４を積層する前
に、ｉ層の原料ガスであるモノシランおよびその誘導体
ガス中にa-SiC：Ｈの炭素源となる炭化水素ガスを短時
間導入し、グロー放電分解することによりa-SiC：Ｈとa
-Si：Ｈの中間層５が形成されている。さらに窓層４の
上に透明導電膜６および金属集電電極７が設けられる。
この光起電力の素子は、中間層５の形成の際の炭化水素
ガスの導入時間および添加量により左右され、中間層５
の膜厚が５〜１５０Åになる時間だけ導入した場合に、
第３図に示したように中間層を設けない第２図に示した
従来構造の素子にくらべると特性の向上が認められた。
ガスの組成についてはCH4/SiH4＝0.1〜2.4の間で効果が
認められた。ここに示した時間，導入量が多すぎるとヘ
テロ接合界面に高抵抗層を作ることになり、特性は逆に
低下し、短かいあるいは導入量が少なすぎるときには、
この中間層５が格子不整合を緩和するに充分な層となり
得えず、特性の向上は認められなかった。またｉ層３を
少量の炭化水素を導入しつつ形成すると、ｉ層３の光伝
導度が低下するために変換効率の低下をもたらすのみで
あった。中間層を設けた光起電力素子とそうでない素子
との比較を第３表に示したが、中間層５を形成すること
によって明らかに各特性因子（Voc,Jsc,FF）に向上が認
められ、格子不整合を充分に緩和し素子の特性を大きく
改善することが可能となつた。
を示し、第１図においては導電性基板１の上にa-Si：Ｈ
のｎ層２、a-Si：Ｈのｉ層３を積層し、その上にヘテロ
接合を形成するｐ形のa-SiC：Ｈの窓層４を積層する前
に、ｉ層の原料ガスであるモノシランおよびその誘導体
ガス中にa-SiC：Ｈの炭素源となる炭化水素ガスを短時
間導入し、グロー放電分解することによりa-SiC：Ｈとa
-Si：Ｈの中間層５が形成されている。さらに窓層４の
上に透明導電膜６および金属集電電極７が設けられる。
この光起電力の素子は、中間層５の形成の際の炭化水素
ガスの導入時間および添加量により左右され、中間層５
の膜厚が５〜１５０Åになる時間だけ導入した場合に、
第３図に示したように中間層を設けない第２図に示した
従来構造の素子にくらべると特性の向上が認められた。
ガスの組成についてはCH4/SiH4＝0.1〜2.4の間で効果が
認められた。ここに示した時間，導入量が多すぎるとヘ
テロ接合界面に高抵抗層を作ることになり、特性は逆に
低下し、短かいあるいは導入量が少なすぎるときには、
この中間層５が格子不整合を緩和するに充分な層となり
得えず、特性の向上は認められなかった。またｉ層３を
少量の炭化水素を導入しつつ形成すると、ｉ層３の光伝
導度が低下するために変換効率の低下をもたらすのみで
あった。中間層を設けた光起電力素子とそうでない素子
との比較を第３表に示したが、中間層５を形成すること
によって明らかに各特性因子（Voc,Jsc,FF）に向上が認
められ、格子不整合を充分に緩和し素子の特性を大きく
改善することが可能となつた。
この中間層による改善効果は、第４図に示すようにガラ
ス板などの絶縁性透明基板８の上に透明導電膜６、a-Si
C：Ｈのｐ層４、a-Si：Ｈのｉ層３、a-Si：Ｈのｎ層
２、金属電極９を積層する場合にもｐ層４とｉ層３の間
に少量の炭化水素を導入して中間層５を形成した場合、
第５図に示した中間層のない従来の構造の素子にくらべ
て同様に特性の向上を達成し得た。また窓層にｎ形のa-
SiC：Ｈ膜を用いたときも同様の中間層の効果が認めら
れた。
ス板などの絶縁性透明基板８の上に透明導電膜６、a-Si
C：Ｈのｐ層４、a-Si：Ｈのｉ層３、a-Si：Ｈのｎ層
２、金属電極９を積層する場合にもｐ層４とｉ層３の間
に少量の炭化水素を導入して中間層５を形成した場合、
第５図に示した中間層のない従来の構造の素子にくらべ
て同様に特性の向上を達成し得た。また窓層にｎ形のa-
SiC：Ｈ膜を用いたときも同様の中間層の効果が認めら
れた。
本発明によれば、上記の構成を採用した結果、格子不整
合のため低下する特性が回復し、特性良好なヘテロ接合
半導体装置を形成でき、窓層に光透過性のよいa-SiC：
Ｈ層を有する光起電力素子の特性向上に極めて有効に適
用できる。
合のため低下する特性が回復し、特性良好なヘテロ接合
半導体装置を形成でき、窓層に光透過性のよいa-SiC：
Ｈ層を有する光起電力素子の特性向上に極めて有効に適
用できる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図はその改善
前の従来例の断面図、第３図は光電変換効率と中間層膜
厚の関係線図、第４図は本発明の別の実施例の断面図、
第５図はその改善前の従来例の断面図である。 ２…a-Si：Ｈ・ｎ層、３…a-Si：Ｈ・ｉ層、４…a-Si
C：Ｈ・ｐ層、５…中間層。
前の従来例の断面図、第３図は光電変換効率と中間層膜
厚の関係線図、第４図は本発明の別の実施例の断面図、
第５図はその改善前の従来例の断面図である。 ２…a-Si：Ｈ・ｎ層、３…a-Si：Ｈ・ｉ層、４…a-Si
C：Ｈ・ｐ層、５…中間層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−13939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−79672（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】光入射側より、一導電型の炭素添加非晶質
シリコン層、実質的に真性な非晶質シリコン層、前記一
導電型とは反対の導電型の非晶質シリコン層を積層した
半導体装置において、前記一導電型の炭素添加非晶質シ
リコン層と前記実質的に真性な非晶質シリコン層との間
に、化学的組成が該両層の中間にある層を、その厚さを
５〜１５０Åとして介在せしめて成ることを特徴とする
半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157976A JPH0658970B2 (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157976A JPH0658970B2 (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6050973A JPS6050973A (ja) | 1985-03-22 |
| JPH0658970B2 true JPH0658970B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=15661534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58157976A Expired - Lifetime JPH0658970B2 (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658970B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4547621A (en) * | 1984-06-25 | 1985-10-15 | Sovonics Solar Systems | Stable photovoltaic devices and method of producing same |
| JPH065774B2 (ja) * | 1985-08-07 | 1994-01-19 | 工業技術院長 | 太陽電池 |
| JPS6260271A (ja) * | 1985-09-10 | 1987-03-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
| JP2545066B2 (ja) * | 1985-11-14 | 1996-10-16 | 鐘淵化学工業株式会社 | 半導体装置 |
| JPH01145875A (ja) * | 1987-12-02 | 1989-06-07 | Hitachi Ltd | アモルファスＳｉ太陽電池 |
| JPH0225078A (ja) * | 1988-07-13 | 1990-01-26 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置及びその製造方法 |
| JP2914825B2 (ja) * | 1991-07-25 | 1999-07-05 | 日本特殊陶業株式会社 | ガソリン機関の燃焼制御装置 |
| JP2004335734A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜太陽電池 |
| JP2004335733A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜太陽電池 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4342044A (en) * | 1978-03-08 | 1982-07-27 | Energy Conversion Devices, Inc. | Method for optimizing photoresponsive amorphous alloys and devices |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP58157976A patent/JPH0658970B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6050973A (ja) | 1985-03-22 |
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