JPH0758360A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0758360A JPH0758360A JP20489093A JP20489093A JPH0758360A JP H0758360 A JPH0758360 A JP H0758360A JP 20489093 A JP20489093 A JP 20489093A JP 20489093 A JP20489093 A JP 20489093A JP H0758360 A JPH0758360 A JP H0758360A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor device
- type
- vacuum container
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高品質のａ−Ｓｉ：Ｈを使用することによ
り、ガラスのような安価な基板上に、大面積の発光型光
スイッチ素子又は高効率太陽電池としての機能を有する
半導体装置を形成する。 【構成】 透明絶縁性基板１０１（例えば、ガラス基
板）上に透明導電性電極１０２（例えば、ＩＴＯ（イン
ジウム−スズ酸化物）、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 などの導電性
酸化物）を形成する。次いで、ｐ型の電気的特性を示す
ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０３、ｎ型の電気的特性を示すａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層１０４を積層する。さらに、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ
層１０５とｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０６を繰り返し積層し
た後、導電性電極１０７（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｓ
ｎＯ2 、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏなど）を形成する。尚、各層
を成膜するに際しては、希ガスと原料ガスとの混合比が
異なる混合ガスを使用したプラズマＣＶＤ法で行う。
り、ガラスのような安価な基板上に、大面積の発光型光
スイッチ素子又は高効率太陽電池としての機能を有する
半導体装置を形成する。 【構成】 透明絶縁性基板１０１（例えば、ガラス基
板）上に透明導電性電極１０２（例えば、ＩＴＯ（イン
ジウム−スズ酸化物）、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 などの導電性
酸化物）を形成する。次いで、ｐ型の電気的特性を示す
ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０３、ｎ型の電気的特性を示すａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層１０４を積層する。さらに、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ
層１０５とｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０６を繰り返し積層し
た後、導電性電極１０７（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｓ
ｎＯ2 、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏなど）を形成する。尚、各層
を成膜するに際しては、希ガスと原料ガスとの混合比が
異なる混合ガスを使用したプラズマＣＶＤ法で行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光演算及び画像処理に
使用される発光型光スイッチ素子並びに太陽電池などの
半導体装置及びその製造方法に関する。
使用される発光型光スイッチ素子並びに太陽電池などの
半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光スイッチング、光インターコネクショ
ンなどの光演算、又は画像の二値化処理、特徴抽出など
の画像処理に利用するための光演算機能を備えた発光型
光スイッチ素子としては、ｐｎ接合を順次積層してｐｎ
ｐｎ構造を構成したものが知られている。これは、Ｇａ
Ａｓ、ＡｌＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体からな
り、分子線エピタキシー法を用いて作製される（Ｋ．
Ｈａｒａ， ｅｔ．ａｌ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．
１， １９８９， Ｐ３７０）。
ンなどの光演算、又は画像の二値化処理、特徴抽出など
の画像処理に利用するための光演算機能を備えた発光型
光スイッチ素子としては、ｐｎ接合を順次積層してｐｎ
ｐｎ構造を構成したものが知られている。これは、Ｇａ
Ａｓ、ＡｌＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体からな
り、分子線エピタキシー法を用いて作製される（Ｋ．
Ｈａｒａ， ｅｔ．ａｌ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．
１， １９８９， Ｐ３７０）。
【０００３】ところで、このｐｎｐｎ構造端のｐ層が正
となるように電圧を印加した場合、両端のｐｎ接合は順
方向バイアスになるが、中央のｎｐ接合は逆バイアスと
なる。このため、電流はほとんど流れない。しかし、こ
の素子に印加する電圧を増加させていくと、逆バイアス
されたｎｐ層では高電界によって電子と正孔が加速され
て衝突を起こし、なだれ降伏が生じる。その結果、電流
が増大した導通状態となり、素子にかかる電圧が急減す
る。さらに電流を増大させると、ｐｎ接合において電子
注入の作用が働き、発光現象が生じる。このｐｎｐｎ構
造からなる素子に光を照射すると、逆バイアスされたｎ
ｐ層間に光の励起によってキャリヤが導入されるため、
より低い印加電圧でも導通状態が引き起こされ、発光現
象が生じる。また、照射する光の強度を増加させると、
導通状態を引き起こす印加電圧がより小さくなるため、
照射光強度の大きさによって発光のオン、オフを容易に
制御することができる。すなわち、この素子は、発光型
光スイッチとして動作する。
となるように電圧を印加した場合、両端のｐｎ接合は順
方向バイアスになるが、中央のｎｐ接合は逆バイアスと
なる。このため、電流はほとんど流れない。しかし、こ
の素子に印加する電圧を増加させていくと、逆バイアス
されたｎｐ層では高電界によって電子と正孔が加速され
て衝突を起こし、なだれ降伏が生じる。その結果、電流
が増大した導通状態となり、素子にかかる電圧が急減す
る。さらに電流を増大させると、ｐｎ接合において電子
注入の作用が働き、発光現象が生じる。このｐｎｐｎ構
造からなる素子に光を照射すると、逆バイアスされたｎ
ｐ層間に光の励起によってキャリヤが導入されるため、
より低い印加電圧でも導通状態が引き起こされ、発光現
象が生じる。また、照射する光の強度を増加させると、
導通状態を引き起こす印加電圧がより小さくなるため、
照射光強度の大きさによって発光のオン、オフを容易に
制御することができる。すなわち、この素子は、発光型
光スイッチとして動作する。
【０００４】一方、大面積処理が容易で、加工性に富む
という特徴を有する水素化非晶質シリコン（以下、ａ−
Ｓｉ：Ｈと略記する）に代表される非晶質半導体におい
ても、発光素子の作製が試みられてきた。非晶質半導体
を用いた構造としてａ−Ｓｉ：Ｈは、水素含有量を増加
させることによって禁止帯幅を広げることができる。し
かし、禁止帯幅の広い膜を作製することは困難であり、
また、成膜することができても光導電性が著しく悪く、
経時変化を起こし易い不安定なものしか得られていなか
った。そこで、禁止帯幅の広い非晶質半導体として水素
化非晶質シリコンカーバイド（以下、ａ−Ｓｉ
1-x Ｃx ：Ｈと略記する）が注目されてきた。ａ−Ｓｉ
1-x Ｃx ：Ｈは、炭素含有量を増加させることによって
容易に禁止帯幅を広げることができるからである。尚、
現在のところ、ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈを使用した可視発
光ダイオードや、窓層としてｐ型ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈ
を用いた太陽電池等が報告されている。
という特徴を有する水素化非晶質シリコン（以下、ａ−
Ｓｉ：Ｈと略記する）に代表される非晶質半導体におい
ても、発光素子の作製が試みられてきた。非晶質半導体
を用いた構造としてａ−Ｓｉ：Ｈは、水素含有量を増加
させることによって禁止帯幅を広げることができる。し
かし、禁止帯幅の広い膜を作製することは困難であり、
また、成膜することができても光導電性が著しく悪く、
経時変化を起こし易い不安定なものしか得られていなか
った。そこで、禁止帯幅の広い非晶質半導体として水素
化非晶質シリコンカーバイド（以下、ａ−Ｓｉ
1-x Ｃx ：Ｈと略記する）が注目されてきた。ａ−Ｓｉ
1-x Ｃx ：Ｈは、炭素含有量を増加させることによって
容易に禁止帯幅を広げることができるからである。尚、
現在のところ、ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈを使用した可視発
光ダイオードや、窓層としてｐ型ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈ
を用いた太陽電池等が報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のｐｎｐｎ光スイ
ッチ素子は、ＧａＡｓ、Ｓｉなどのウェハー上に、分子
線エピタキシー法を用いて作製されていた。従って、大
面積に形成することは困難であり、ウェハーも高価であ
ることから、高コストで量産性に乏しいものであった。
ッチ素子は、ＧａＡｓ、Ｓｉなどのウェハー上に、分子
線エピタキシー法を用いて作製されていた。従って、大
面積に形成することは困難であり、ウェハーも高価であ
ることから、高コストで量産性に乏しいものであった。
【０００６】大面積処理によって高い並列性が要求され
る光演算や画像処理への応用及び低コスト化を図るため
には、ｐｎｐｎ光スイッチ素子を水素化非晶質半導体で
構成することが期待される。しかし、禁止帯幅の広い水
素化非晶質半導体として期待されているａ−Ｓｉ1-x Ｃ
x ：Ｈは、ａ−Ｓｉ：Ｈに比べてキャリヤトラップや再
結合中心などの欠陥を多く含むために、高い光導電効果
を得ることができず、その結果、ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈ
を使ってｐｎｐｎ光スイッチ素子を構成しても十分な機
能を実現することはできなかった。
る光演算や画像処理への応用及び低コスト化を図るため
には、ｐｎｐｎ光スイッチ素子を水素化非晶質半導体で
構成することが期待される。しかし、禁止帯幅の広い水
素化非晶質半導体として期待されているａ−Ｓｉ1-x Ｃ
x ：Ｈは、ａ−Ｓｉ：Ｈに比べてキャリヤトラップや再
結合中心などの欠陥を多く含むために、高い光導電効果
を得ることができず、その結果、ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈ
を使ってｐｎｐｎ光スイッチ素子を構成しても十分な機
能を実現することはできなかった。
【０００７】一方、短波長域での光吸収率を上げて太陽
電池の変換効率を向上させるために、ａ−Ｓｉ
1-x Ｃx ：Ｈを使ったｐｉｎ接合とａ−Ｓｉ：Ｈを使っ
たｐｉｎ接合とを積層したタンデム型の太陽電池の作製
が試みられたが、ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈの光導電性の悪
さから、ｐ型ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈ／ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ
／ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈとしたものに比べて変換効率はむし
ろ悪くなってしまうという問題があった。
電池の変換効率を向上させるために、ａ−Ｓｉ
1-x Ｃx ：Ｈを使ったｐｉｎ接合とａ−Ｓｉ：Ｈを使っ
たｐｉｎ接合とを積層したタンデム型の太陽電池の作製
が試みられたが、ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈの光導電性の悪
さから、ｐ型ａ−Ｓｉ1-x Ｃx ：Ｈ／ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ
／ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈとしたものに比べて変換効率はむし
ろ悪くなってしまうという問題があった。
【０００８】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、発光型光スイッチ素子又は高効率太陽電池として
の機能を有し、かつ、ガラスのような安価な基板上に大
面積で形成することが可能な半導体装置及びその製造方
法を提供することを目的とする。
ため、発光型光スイッチ素子又は高効率太陽電池として
の機能を有し、かつ、ガラスのような安価な基板上に大
面積で形成することが可能な半導体装置及びその製造方
法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、シリコン及び水素を主
成分とする非晶質半導体からなり、ｐ型半導体層とｎ型
半導体層とを交互に積層した構造を有する半導体装置で
あって、２．０ｅＶ以上の禁止帯幅を有する水素化非晶
質シリコン層を少なくとも一層含むことを特徴とする。
め、本発明に係る半導体装置は、シリコン及び水素を主
成分とする非晶質半導体からなり、ｐ型半導体層とｎ型
半導体層とを交互に積層した構造を有する半導体装置で
あって、２．０ｅＶ以上の禁止帯幅を有する水素化非晶
質シリコン層を少なくとも一層含むことを特徴とする。
【００１０】また、前記構成においては、ｐ型半導体層
とｎ型半導体層との間にｉ型半導体層を有するのが好ま
しく、この場合にはさらに、ｐ層、ｎ層、ｉ層の膜厚及
び禁止帯幅がそれぞれ異なるのが好ましい。
とｎ型半導体層との間にｉ型半導体層を有するのが好ま
しく、この場合にはさらに、ｐ層、ｎ層、ｉ層の膜厚及
び禁止帯幅がそれぞれ異なるのが好ましい。
【００１１】また、前記構成においては、光を照射する
ことによって発光する機能を有するのが好ましい。ま
た、前記構成においては、光を照射することによって起
電力を発生する機能を有するのが好ましい。
ことによって発光する機能を有するのが好ましい。ま
た、前記構成においては、光を照射することによって起
電力を発生する機能を有するのが好ましい。
【００１２】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、シリコンを主成分とする化合物ガスと希ガスとの混
合ガスを真空容器内に導入し、前記混合ガスに電界を印
加してプラズマを発生させ、前記シリコンを主成分とす
る化合物ガスを分解する工程を繰り返して、前記真空容
器内に配置した基体上に非晶質半導体層を積層する半導
体装置の製造方法であって、前記シリコンを主成分とす
る化合物ガスと希ガスとの混合比が１％以下である工程
を含むことを特徴とする。
は、シリコンを主成分とする化合物ガスと希ガスとの混
合ガスを真空容器内に導入し、前記混合ガスに電界を印
加してプラズマを発生させ、前記シリコンを主成分とす
る化合物ガスを分解する工程を繰り返して、前記真空容
器内に配置した基体上に非晶質半導体層を積層する半導
体装置の製造方法であって、前記シリコンを主成分とす
る化合物ガスと希ガスとの混合比が１％以下である工程
を含むことを特徴とする。
【００１３】また、前記本発明方法の構成においては、
周期表III族又はＶ族の元素を主成分とする化合物ガス
を真空容器内に導入するのが好ましい。
周期表III族又はＶ族の元素を主成分とする化合物ガス
を真空容器内に導入するのが好ましい。
【００１４】
【作用】本発明は上記の手段によって得られる以下の作
用に基づくものと考えられる。一般に、ａ−Ｓｉ：Ｈな
どの非晶質半導体薄膜はプラズマＣＶＤ法によって作製
される。ａ−Ｓｉ：Ｈの場合、原料ガスであるＳｉＨ4
はＨ2 やＡｒで希釈されて真空容器内に導入される。Ｓ
ｉＨ4 は、プラズマ中で中間種ＳｉＨ、ＳｉＨ2、Ｓｉ
Ｈ3 などに解離する。ａ−Ｓｉ：Ｈ膜は、これらの中間
種が拡散によって基体上に到着し、表面で吸着反応を起
こすことにより成膜される。このため、膜中のシリコン
原子と水素原子との結合状態や水素含有量は、成膜に寄
与する中間種の種類や膜成長表面の状態に強く依存す
る。膜成長表面に拡散してくる中間種は、主に寿命の長
いＳｉＨ3 であることが知られている。また、通常のプ
ラズマ気相中では、中間種同士の２次反応も無視するこ
とができず、複数個のＳｉ原子からなる高次の中間種が
存在することや、多量の水素でＳｉＨ4 を希釈するとＳ
ｉＨ3 のみの成膜になることが知られている。ＨｅやＡ
ｒなどの希ガスは、中間種や膜を構成する原子と結合す
ることがなく、高い励起エネルギー準位を持っている。
従って、希ガスの希釈によってＳｉＨ4 濃度を非常に小
さくしてやれば、中間種濃度の減少による気相中での２
次反応の減少やプラズマ中の電子温度の上昇により、成
膜に寄与する中間種もＳｉＨ、ＳｉＨ2 などの寿命は短
いが、大きなエネルギーを持つものへ移り変わってくる
ものと考えられる。このため、基体の加熱温度を比較的
低くして、膜中からの水素の熱脱離を抑制すれば、膜中
の水素含有量は多くても中間種によって膜成長表面に運
ばれてくるエネルギーにより結合エネルギーの大きい安
定した原子のネットワークを構成することができ、その
結果、電子の移動がスムーズに行われる欠陥の無い良質
な膜を構成することができる。すなわち、原料ガスを多
量の希ガスで希釈するプラズマＣＶＤ法を採用すれば、
水素含有量が多く、禁止帯幅の広い、かつ、光導電性の
優れたａ−Ｓｉ：Ｈ膜を得ることができる。このよう
に、ＳｉＨ4 のようなＳｉ化合物ガスと希ガスとの混合
比を変化させることにより、容易に禁止帯幅を大きく変
化させながら光導電性の優れたａ−Ｓｉ：Ｈを連続的に
成膜することができるので、ガラスのような安価な基板
上に、大面積の発光型光スイッチ素子又は高効率太陽電
池としての機能を有する半導体装置を形成することがで
きる。
用に基づくものと考えられる。一般に、ａ−Ｓｉ：Ｈな
どの非晶質半導体薄膜はプラズマＣＶＤ法によって作製
される。ａ−Ｓｉ：Ｈの場合、原料ガスであるＳｉＨ4
はＨ2 やＡｒで希釈されて真空容器内に導入される。Ｓ
ｉＨ4 は、プラズマ中で中間種ＳｉＨ、ＳｉＨ2、Ｓｉ
Ｈ3 などに解離する。ａ−Ｓｉ：Ｈ膜は、これらの中間
種が拡散によって基体上に到着し、表面で吸着反応を起
こすことにより成膜される。このため、膜中のシリコン
原子と水素原子との結合状態や水素含有量は、成膜に寄
与する中間種の種類や膜成長表面の状態に強く依存す
る。膜成長表面に拡散してくる中間種は、主に寿命の長
いＳｉＨ3 であることが知られている。また、通常のプ
ラズマ気相中では、中間種同士の２次反応も無視するこ
とができず、複数個のＳｉ原子からなる高次の中間種が
存在することや、多量の水素でＳｉＨ4 を希釈するとＳ
ｉＨ3 のみの成膜になることが知られている。ＨｅやＡ
ｒなどの希ガスは、中間種や膜を構成する原子と結合す
ることがなく、高い励起エネルギー準位を持っている。
従って、希ガスの希釈によってＳｉＨ4 濃度を非常に小
さくしてやれば、中間種濃度の減少による気相中での２
次反応の減少やプラズマ中の電子温度の上昇により、成
膜に寄与する中間種もＳｉＨ、ＳｉＨ2 などの寿命は短
いが、大きなエネルギーを持つものへ移り変わってくる
ものと考えられる。このため、基体の加熱温度を比較的
低くして、膜中からの水素の熱脱離を抑制すれば、膜中
の水素含有量は多くても中間種によって膜成長表面に運
ばれてくるエネルギーにより結合エネルギーの大きい安
定した原子のネットワークを構成することができ、その
結果、電子の移動がスムーズに行われる欠陥の無い良質
な膜を構成することができる。すなわち、原料ガスを多
量の希ガスで希釈するプラズマＣＶＤ法を採用すれば、
水素含有量が多く、禁止帯幅の広い、かつ、光導電性の
優れたａ−Ｓｉ：Ｈ膜を得ることができる。このよう
に、ＳｉＨ4 のようなＳｉ化合物ガスと希ガスとの混合
比を変化させることにより、容易に禁止帯幅を大きく変
化させながら光導電性の優れたａ−Ｓｉ：Ｈを連続的に
成膜することができるので、ガラスのような安価な基板
上に、大面積の発光型光スイッチ素子又は高効率太陽電
池としての機能を有する半導体装置を形成することがで
きる。
【００１５】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図１は本発明に係る半導体装置の一実施例
を示す断面図である。図１に示す半導体装置は、透明絶
縁性基板１０１（例えば、ガラス基板）上に透明導電性
電極１０２（例えば、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化
物）、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 などの導電性酸化物）を形成
し、次いで、ｐ型の電気的特性を示すａ−Ｓｉ：Ｈ層１
０３、ｎ型の電気的特性を示すａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４を
積層し、さらに、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０５とｎ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層１０６を繰り返し積層した後、導電性電極１
０７（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 、Ｃｒ、Ａ
ｌ、Ｍｏなど）を形成した構造となっている。ここで、
ｐ層１０３、１０５のようなｐ型伝導の場合は、Ｂ、Ｇ
ａ等の不純物を添加し、ｎ層１０４、１０６のようなｎ
型伝導の場合は、Ｐ、Ａｓ等の不純物を添加している。
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜は、膜中のダングリングボンドを終端
し、電子や正孔などのキャリヤ輸送能力を高めるため
に、フッ素や塩素などのハロゲン原子を含んでいてもよ
い。また、この半導体装置を構成するａ−Ｓｉ：Ｈ膜の
禁止帯幅は一定であっても変化していてもよいが、少な
くとも一層に２ｅＶ以上の禁止帯幅を有するａ−Ｓｉ：
Ｈ膜を使用するのが好ましい。禁止帯幅を変化させる場
合には、１．７〜２．４ｅＶの範囲の禁止帯幅を有する
ａ−Ｓｉ：Ｈを使用するのが好ましく、例えば、図１に
示す半導体装置を例に挙げれば、ｐ層１０３、ｎ層１０
４として２．０〜２．４ｅＶの禁止帯幅の広いａ−Ｓ
ｉ：Ｈを使用し、ｐ層１０５、ｎ層１０６として１．７
〜２．０ｅＶの禁止帯幅の狭いａ−Ｓｉ：Ｈを使用する
のが好ましい。尚、このような禁止帯幅の変化は、ａ−
Ｓｉ：Ｈ膜の水素含有量及び水素結合状態を変化させる
ことによって行われる。
に説明する。図１は本発明に係る半導体装置の一実施例
を示す断面図である。図１に示す半導体装置は、透明絶
縁性基板１０１（例えば、ガラス基板）上に透明導電性
電極１０２（例えば、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化
物）、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 などの導電性酸化物）を形成
し、次いで、ｐ型の電気的特性を示すａ−Ｓｉ：Ｈ層１
０３、ｎ型の電気的特性を示すａ−Ｓｉ：Ｈ層１０４を
積層し、さらに、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０５とｎ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層１０６を繰り返し積層した後、導電性電極１
０７（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 、Ｃｒ、Ａ
ｌ、Ｍｏなど）を形成した構造となっている。ここで、
ｐ層１０３、１０５のようなｐ型伝導の場合は、Ｂ、Ｇ
ａ等の不純物を添加し、ｎ層１０４、１０６のようなｎ
型伝導の場合は、Ｐ、Ａｓ等の不純物を添加している。
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜は、膜中のダングリングボンドを終端
し、電子や正孔などのキャリヤ輸送能力を高めるため
に、フッ素や塩素などのハロゲン原子を含んでいてもよ
い。また、この半導体装置を構成するａ−Ｓｉ：Ｈ膜の
禁止帯幅は一定であっても変化していてもよいが、少な
くとも一層に２ｅＶ以上の禁止帯幅を有するａ−Ｓｉ：
Ｈ膜を使用するのが好ましい。禁止帯幅を変化させる場
合には、１．７〜２．４ｅＶの範囲の禁止帯幅を有する
ａ−Ｓｉ：Ｈを使用するのが好ましく、例えば、図１に
示す半導体装置を例に挙げれば、ｐ層１０３、ｎ層１０
４として２．０〜２．４ｅＶの禁止帯幅の広いａ−Ｓ
ｉ：Ｈを使用し、ｐ層１０５、ｎ層１０６として１．７
〜２．０ｅＶの禁止帯幅の狭いａ−Ｓｉ：Ｈを使用する
のが好ましい。尚、このような禁止帯幅の変化は、ａ−
Ｓｉ：Ｈ膜の水素含有量及び水素結合状態を変化させる
ことによって行われる。
【００１６】このような膜は、図２に示すようなプラズ
マＣＶＤ装置に上記の混合ガスを導入して作製すること
ができる。電源２０１は、直流、高周波（１ｋＨｚ〜１
００ＭＨｚ）又はマイクロ波（１ＧＨｚ以上）の電源で
あり、真空容器２０２内の電極２０３にマッチング回路
２０４を介して接続されている（但し、直流の場合には
マッチング回路２０４は不要）。電極２０３にはシャワ
ー状に多数の穴が穿設されており、これらの穴を通して
原料ガスボンベ２０５、希ガスボンベ２０６及び不純物
ガスボンベ２０７、２０８内の原料ガス、希ガス及び不
純物ガスが真空容器２０２内に導入される。また、各ガ
スは、マスフローコントローラ２０９、２１０、２１
１、２１２によって所定の流量に調節される。ここで使
用する原料ガスとしては、ガス分子内にダングリングボ
ンドを終端する働きを有する水素原子を含んでいること
が必要であり、具体的には、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｓ
ｉ3Ｈ8 、ＳｉＨ4-n Ｆn 、ＳｉＨ4-n Ｃｌn （但し、
ｎ＝１，２，３）などのシリコン化合物ガスが使用され
る。また、希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、
Ｘｅなどが使用される。ｐｎ接合を形成する基体２１３
はヒータ２１４上に配置され、所定の温度に加熱され
る。尚、図２中、２１５は真空ポンプ、２１６はバルブ
である。
マＣＶＤ装置に上記の混合ガスを導入して作製すること
ができる。電源２０１は、直流、高周波（１ｋＨｚ〜１
００ＭＨｚ）又はマイクロ波（１ＧＨｚ以上）の電源で
あり、真空容器２０２内の電極２０３にマッチング回路
２０４を介して接続されている（但し、直流の場合には
マッチング回路２０４は不要）。電極２０３にはシャワ
ー状に多数の穴が穿設されており、これらの穴を通して
原料ガスボンベ２０５、希ガスボンベ２０６及び不純物
ガスボンベ２０７、２０８内の原料ガス、希ガス及び不
純物ガスが真空容器２０２内に導入される。また、各ガ
スは、マスフローコントローラ２０９、２１０、２１
１、２１２によって所定の流量に調節される。ここで使
用する原料ガスとしては、ガス分子内にダングリングボ
ンドを終端する働きを有する水素原子を含んでいること
が必要であり、具体的には、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｓ
ｉ3Ｈ8 、ＳｉＨ4-n Ｆn 、ＳｉＨ4-n Ｃｌn （但し、
ｎ＝１，２，３）などのシリコン化合物ガスが使用され
る。また、希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、
Ｘｅなどが使用される。ｐｎ接合を形成する基体２１３
はヒータ２１４上に配置され、所定の温度に加熱され
る。尚、図２中、２１５は真空ポンプ、２１６はバルブ
である。
【００１７】以下に、ｐｎ接合の作製手順を説明する。
まず、高真空に排気された真空容器２０２内に、ある原
料ガス濃度の混合ガス及びｐ型不純物を与えるＢ
2 Ｈ6 、ＢＦ3 、Ｇａ（ＣＨ3 ）などのガスを導入し、
真空ポンプ２１５とバルブ２１６によって所定の圧力と
なるように調整した後、電極２０３と基体２１３との間
に電界を印加してプラズマを発生させ、基体２１３上に
所定の膜厚のｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する。次いで、
ｐ型不純物ガスの代わりにｎ型不純物を与えるＰＨ3、
ＡｓＨ3 などのガスを真空容器２０２内に導入し、所定
の圧力となるように調整した後、前と同様にしてプラズ
マを発生させ、基体２１３上に所定の膜厚のｎ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ薄膜を積層する。以上の操作を繰り返し、電気伝
導度又は禁止帯幅の大きく異なる非晶質薄膜によりｐｎ
接合を順次積層した構造を作製する。希釈した混合ガス
における上記原料ガスの濃度は、１００ｐｐｍ〜５０％
の範囲にあるのが好ましい。なぜなら、１００ｐｐｍ未
満の濃度では、希ガスの純度の問題で、膜中への不純物
の混入が無視できなくなり、５０％を超える濃度の場合
には、原料ガスの分解に伴う圧力変動のためにプラズマ
の安定性が低下するからである。また、使用する原料ガ
スの濃度をｐｎ接合を形成するたびに変化させれば、禁
止帯幅の異なるｐｎ接合の積層構造を作製することがで
きる。
まず、高真空に排気された真空容器２０２内に、ある原
料ガス濃度の混合ガス及びｐ型不純物を与えるＢ
2 Ｈ6 、ＢＦ3 、Ｇａ（ＣＨ3 ）などのガスを導入し、
真空ポンプ２１５とバルブ２１６によって所定の圧力と
なるように調整した後、電極２０３と基体２１３との間
に電界を印加してプラズマを発生させ、基体２１３上に
所定の膜厚のｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する。次いで、
ｐ型不純物ガスの代わりにｎ型不純物を与えるＰＨ3、
ＡｓＨ3 などのガスを真空容器２０２内に導入し、所定
の圧力となるように調整した後、前と同様にしてプラズ
マを発生させ、基体２１３上に所定の膜厚のｎ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ薄膜を積層する。以上の操作を繰り返し、電気伝
導度又は禁止帯幅の大きく異なる非晶質薄膜によりｐｎ
接合を順次積層した構造を作製する。希釈した混合ガス
における上記原料ガスの濃度は、１００ｐｐｍ〜５０％
の範囲にあるのが好ましい。なぜなら、１００ｐｐｍ未
満の濃度では、希ガスの純度の問題で、膜中への不純物
の混入が無視できなくなり、５０％を超える濃度の場合
には、原料ガスの分解に伴う圧力変動のためにプラズマ
の安定性が低下するからである。また、使用する原料ガ
スの濃度をｐｎ接合を形成するたびに変化させれば、禁
止帯幅の異なるｐｎ接合の積層構造を作製することがで
きる。
【００１８】以下に具体的実施例を挙げて、本発明をよ
り詳細に説明する。 （実施例１）図１に示す半導体装置を発光型光スイッチ
素子として動作させるために、以下のようにして作製し
た。
り詳細に説明する。 （実施例１）図１に示す半導体装置を発光型光スイッチ
素子として動作させるために、以下のようにして作製し
た。
【００１９】透明絶縁性基板としてガラス基板１０１を
用い、まず、ガラス基板１０１上にＩＴＯからなる透明
導電性電極１０２を形成したものを真空容器２０２内に
配置し、ヒータ２０４によって５０〜１５０℃に加熱し
た。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に
真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度
に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度の
Ｂ2 Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０
Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１３．５６ＭＨｚ、１
０Ｗの高周波電力を印加し、ｐ層１０３としてｐ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚
で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒ
ｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐ
ｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐ
ｍ濃度のＰＨ3 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜
１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波
電力を印加し、ｎ層１０４としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を
２００〜１０００オングストロームの膜厚で形成した。
次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空
排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度に希
釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ2
Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏ
ｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を印加
し、ｐ層１０５としてｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１
０００オングストロームの膜厚で形成した。次いで、真
空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した
後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度に希釈したＳ
ｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＰＨ3 を真空
容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力
下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を印加し、ｎ層１
０６としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オン
グストロームの膜厚で形成した。この後、ガラス基板１
０１を室温まで冷却し、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏ
ｒｒ以下に真空排気した後、リークしてガラス基板１０
１を取り出した。そして、このガラス基板１０１にＩＴ
Ｏからなる導電性電極１０７を形成し、発光型光スイッ
チ素子を作製した。
用い、まず、ガラス基板１０１上にＩＴＯからなる透明
導電性電極１０２を形成したものを真空容器２０２内に
配置し、ヒータ２０４によって５０〜１５０℃に加熱し
た。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に
真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度
に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度の
Ｂ2 Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０
Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１３．５６ＭＨｚ、１
０Ｗの高周波電力を印加し、ｐ層１０３としてｐ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚
で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒ
ｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐ
ｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐ
ｍ濃度のＰＨ3 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜
１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波
電力を印加し、ｎ層１０４としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を
２００〜１０００オングストロームの膜厚で形成した。
次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空
排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度に希
釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ2
Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏ
ｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を印加
し、ｐ層１０５としてｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１
０００オングストロームの膜厚で形成した。次いで、真
空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した
後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度に希釈したＳ
ｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＰＨ3 を真空
容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力
下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を印加し、ｎ層１
０６としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オン
グストロームの膜厚で形成した。この後、ガラス基板１
０１を室温まで冷却し、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏ
ｒｒ以下に真空排気した後、リークしてガラス基板１０
１を取り出した。そして、このガラス基板１０１にＩＴ
Ｏからなる導電性電極１０７を形成し、発光型光スイッ
チ素子を作製した。
【００２０】また、これとは別にｐ層１０３、１０５及
びｎ層１０４、１０６をそれぞれ単独で作製して評価し
たところ、ｐ層１０３、１０５及びｎ層１０４、１０６
共に光学的禁止帯幅が２．２〜２．４ｅＶで、赤外吸収
スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1
での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が２〜
４であり、ＳｉＨ結合に比べてＳｉＨ2 結合が膜中に豊
富に存在することが分かった。また、水素含有量は２５
〜３５ａｔｍｉｃ％であった。これにより、禁止帯幅の
大きいｐｎ接合を形成できることが判明した。
びｎ層１０４、１０６をそれぞれ単独で作製して評価し
たところ、ｐ層１０３、１０５及びｎ層１０４、１０６
共に光学的禁止帯幅が２．２〜２．４ｅＶで、赤外吸収
スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1
での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が２〜
４であり、ＳｉＨ結合に比べてＳｉＨ2 結合が膜中に豊
富に存在することが分かった。また、水素含有量は２５
〜３５ａｔｍｉｃ％であった。これにより、禁止帯幅の
大きいｐｎ接合を形成できることが判明した。
【００２１】この素子の透明導電性電極１０２と導電性
電極１０７との間に１〜３Ｖの正の電圧を印加し、ガラ
ス基板１０１側から５０μＷと１００μＷの光強度を有
する２つの光ビームを交互に入射して導電性電極１０７
側から観察したところ、光強度の大きいビームが入射し
た時にのみ７００〜８００ｎｍを中心波長とする可視発
光が得られ、光強度による光スイッチング特性を確認す
ることができた。
電極１０７との間に１〜３Ｖの正の電圧を印加し、ガラ
ス基板１０１側から５０μＷと１００μＷの光強度を有
する２つの光ビームを交互に入射して導電性電極１０７
側から観察したところ、光強度の大きいビームが入射し
た時にのみ７００〜８００ｎｍを中心波長とする可視発
光が得られ、光強度による光スイッチング特性を確認す
ることができた。
【００２２】（実施例２）図３に示すように、ｐｉｎ構
造を順次積層した半導体装置を作製した。図１に示す半
導体装置はｐｎ接合の積層構造であるが、図３に示すよ
うなｐｉｎ接合の積層構造でも同様の目的を達成するこ
とができる。この半導体装置は、光スイッチ素子として
動作するものである。
造を順次積層した半導体装置を作製した。図１に示す半
導体装置はｐｎ接合の積層構造であるが、図３に示すよ
うなｐｉｎ接合の積層構造でも同様の目的を達成するこ
とができる。この半導体装置は、光スイッチ素子として
動作するものである。
【００２３】透明絶縁性基板としてガラス基板３０１を
用い、まず、ガラス基板３０１上にＩＴＯからなる透明
導電性電極３０２を形成したものを真空容器２０２内に
配置し、ヒータ２１４によって１５０〜２５０℃に加熱
した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下
に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈
したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ2 Ｈ
6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒ
ｒの圧力下で電極２０３に１３．５６ＭＨｚ、１０Ｗの
高周波電力を印加し、ｐ層３０３としてｐ型ａ−Ｓｉ：
Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚で形成
した。次いで、真空容器２０２内を１０ -6Ｔｏｒｒ以下
に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈
したＳｉＨ4 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜
１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０〜３０Ｗの
高周波電力を印加し、ｉ層３０４としてアンドープａ−
Ｓｉ：Ｈ層を５０００〜１００００オングストロームの
膜厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔ
ｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の
濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃
度のＰＨ3 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．
０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力
を印加し、ｎ層３０５としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２０
０〜１０００オングストロームの膜厚で形成した。次い
で、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気
した後、ガラス基板３０１の温度を５０〜１５０℃と
し、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈したＳｉＨ4 及
び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ 2 Ｈ6 を真空容器２
０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電
極２０３に１０Ｗの高周波電力を印加し、ｐ層３０６と
してｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜５００オングストロ
ームの膜厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１
０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで１００〜５
００ｐｐｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 を導入し、０．４
〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０〜３０Ｗ
の高周波電力を印加し、ｉ層３０７としてアンドープａ
−Ｓｉ：Ｈ層を５００〜１０００オングストロームの膜
厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏ
ｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃
度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度
のＰＨ3 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０
Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を
印加し、ｎ層３０８としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００
〜５００オングストロームの膜厚で形成した。この後、
ガラス基板３０１を室温まで冷却し、真空容器２０２内
を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、リークしてガ
ラス基板３０１を取り出した。そして、このガラス基板
３０１にＩＴＯからなる導電性電極３０９を形成し、光
スイッチ素子を作製した。
用い、まず、ガラス基板３０１上にＩＴＯからなる透明
導電性電極３０２を形成したものを真空容器２０２内に
配置し、ヒータ２１４によって１５０〜２５０℃に加熱
した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下
に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈
したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ2 Ｈ
6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒ
ｒの圧力下で電極２０３に１３．５６ＭＨｚ、１０Ｗの
高周波電力を印加し、ｐ層３０３としてｐ型ａ−Ｓｉ：
Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚で形成
した。次いで、真空容器２０２内を１０ -6Ｔｏｒｒ以下
に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈
したＳｉＨ4 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜
１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０〜３０Ｗの
高周波電力を印加し、ｉ層３０４としてアンドープａ−
Ｓｉ：Ｈ層を５０００〜１００００オングストロームの
膜厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔ
ｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の
濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃
度のＰＨ3 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．
０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力
を印加し、ｎ層３０５としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２０
０〜１０００オングストロームの膜厚で形成した。次い
で、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気
した後、ガラス基板３０１の温度を５０〜１５０℃と
し、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈したＳｉＨ4 及
び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ 2 Ｈ6 を真空容器２
０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電
極２０３に１０Ｗの高周波電力を印加し、ｐ層３０６と
してｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜５００オングストロ
ームの膜厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１
０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで１００〜５
００ｐｐｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 を導入し、０．４
〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０〜３０Ｗ
の高周波電力を印加し、ｉ層３０７としてアンドープａ
−Ｓｉ：Ｈ層を５００〜１０００オングストロームの膜
厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏ
ｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃
度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度
のＰＨ3 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０
Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を
印加し、ｎ層３０８としてｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００
〜５００オングストロームの膜厚で形成した。この後、
ガラス基板３０１を室温まで冷却し、真空容器２０２内
を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、リークしてガ
ラス基板３０１を取り出した。そして、このガラス基板
３０１にＩＴＯからなる導電性電極３０９を形成し、光
スイッチ素子を作製した。
【００２４】また、これとは別にｉ層３０４、３０７を
それぞれ単独で作製して評価したところ、ｉ層３０４
は、光学的禁止帯幅が１．７〜１．８ｅＶで、赤外吸収
スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1
での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が０．
４〜０．６であり、ＳｉＨ2 結合に比べてＳｉＨ結合が
膜中に豊富に存在することが分かった。また、水素含有
量は１２〜１８ａｔｍｉｃ％であった。一方、ｉ層３０
７は、光学的禁止帯幅が２．２〜２．４ｅＶで、赤外吸
収スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ
-1での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が２
〜４であり、ＳｉＨ結合に比べてＳｉＨ2結合が膜中に
豊富に存在することが分かった。また、水素含有量は２
５〜３５ａｔｍｉｃ％であった。これにより、禁止帯幅
の大きく異なるｐｉｎ接合を形成できることが判明し
た。
それぞれ単独で作製して評価したところ、ｉ層３０４
は、光学的禁止帯幅が１．７〜１．８ｅＶで、赤外吸収
スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1
での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が０．
４〜０．６であり、ＳｉＨ2 結合に比べてＳｉＨ結合が
膜中に豊富に存在することが分かった。また、水素含有
量は１２〜１８ａｔｍｉｃ％であった。一方、ｉ層３０
７は、光学的禁止帯幅が２．２〜２．４ｅＶで、赤外吸
収スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ
-1での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が２
〜４であり、ＳｉＨ結合に比べてＳｉＨ2結合が膜中に
豊富に存在することが分かった。また、水素含有量は２
５〜３５ａｔｍｉｃ％であった。これにより、禁止帯幅
の大きく異なるｐｉｎ接合を形成できることが判明し
た。
【００２５】この素子の透明導電性電極３０２と導電性
電極３０９との間に１〜３Ｖの正の電圧を印加し、ガラ
ス基板３０１側から０〜２００μＷの範囲に光強度が分
布した画像パターンを照射して導電性電極３０９側から
観察したところ、照射される光の強度が８０μＷを超え
る部分において、７００〜８００ｎｍを中心波長とする
可視発光が得られ、二値化処理された画像パターンを観
察することができた。これにより、光強度による光スイ
ッチング特性及び画像パターンに対するしきい値処理特
性を確認することができた。
電極３０９との間に１〜３Ｖの正の電圧を印加し、ガラ
ス基板３０１側から０〜２００μＷの範囲に光強度が分
布した画像パターンを照射して導電性電極３０９側から
観察したところ、照射される光の強度が８０μＷを超え
る部分において、７００〜８００ｎｍを中心波長とする
可視発光が得られ、二値化処理された画像パターンを観
察することができた。これにより、光強度による光スイ
ッチング特性及び画像パターンに対するしきい値処理特
性を確認することができた。
【００２６】（実施例３）図３に示す半導体装置を太陽
電池として動作させるために、以下のようにして作製し
た。
電池として動作させるために、以下のようにして作製し
た。
【００２７】透明絶縁性基板としてガラス基板３０１を
用い、まず、ガラス基板３０１上にＩＴＯからなる透明
導電性電極３０２を形成したものを真空容器２０２内に
配置し、ヒータ２１４によって５０〜１５０℃に加熱し
た。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に
真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度
に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度の
Ｂ2 Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０
Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１３．５６ＭＨｚ、１
０Ｗの高周波電力を印加し、ｐ層３０３としてｐ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚
で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒ
ｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐ
ｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 を真空容器２０２内に導入
し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１
０〜３０Ｗの高周波電力を印加し、ｉ層３０４としてア
ンドープａ−Ｓｉ：Ｈ層を３０００〜８０００オングス
トロームの膜厚で形成した。次いで、真空容器２０２内
を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで２５０
〜１０００ｐｐｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００
〜２０００ｐｐｍ濃度のＰＨ3 を真空容器２０２内に導
入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に
１０Ｗの高周波電力を印加し、ｎ層３０５としてｎ型ａ
−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜
厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏ
ｒｒ以下に真空排気した後、ガラス基板３０１の温度を
１５０〜２５０℃とし、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に
希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ
2 Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔ
ｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を印
加し、ｐ層３０６としてｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜
１０００オングストロームの膜厚で形成した。次いで、
真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した
後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈したＳｉＨ4 を
導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３
に１０〜３０Ｗの高周波電力を印加し、ｉ層３０７とし
てアンドープａ−Ｓｉ：Ｈ層を５０００〜１００００オ
ングストロームの膜厚で形成した。次いで、真空容器２
０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで
０．５〜１０％の濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜
２０００ｐｐｍ濃度のＰＨ3を真空容器２０２内に導入
し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１
０Ｗの高周波電力を印加し、ｎ層３０８としてｎ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚
で形成した。この後、ガラス基板３０１を室温まで冷却
し、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気
した後、リークしてガラス基板３０１を取り出した。そ
して、このガラス基板３０１にＡｌからなる導電性電極
３０９を形成し、タンデム型太陽電池を作製した。
用い、まず、ガラス基板３０１上にＩＴＯからなる透明
導電性電極３０２を形成したものを真空容器２０２内に
配置し、ヒータ２１４によって５０〜１５０℃に加熱し
た。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に
真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐｍの濃度
に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度の
Ｂ2 Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０
Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１３．５６ＭＨｚ、１
０Ｗの高周波電力を印加し、ｐ層３０３としてｐ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚
で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒ
ｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで２５０〜１０００ｐｐ
ｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 を真空容器２０２内に導入
し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１
０〜３０Ｗの高周波電力を印加し、ｉ層３０４としてア
ンドープａ−Ｓｉ：Ｈ層を３０００〜８０００オングス
トロームの膜厚で形成した。次いで、真空容器２０２内
を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで２５０
〜１０００ｐｐｍの濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００
〜２０００ｐｐｍ濃度のＰＨ3 を真空容器２０２内に導
入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に
１０Ｗの高周波電力を印加し、ｎ層３０５としてｎ型ａ
−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜
厚で形成した。次いで、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏ
ｒｒ以下に真空排気した後、ガラス基板３０１の温度を
１５０〜２５０℃とし、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に
希釈したＳｉＨ4 及び５００〜２０００ｐｐｍ濃度のＢ
2 Ｈ6 を真空容器２０２内に導入し、０．４〜１．０Ｔ
ｏｒｒの圧力下で電極２０３に１０Ｗの高周波電力を印
加し、ｐ層３０６としてｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層を２００〜
１０００オングストロームの膜厚で形成した。次いで、
真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した
後、Ｈｅで０．５〜１０％の濃度に希釈したＳｉＨ4 を
導入し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３
に１０〜３０Ｗの高周波電力を印加し、ｉ層３０７とし
てアンドープａ−Ｓｉ：Ｈ層を５０００〜１００００オ
ングストロームの膜厚で形成した。次いで、真空容器２
０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、Ｈｅで
０．５〜１０％の濃度に希釈したＳｉＨ4 及び５００〜
２０００ｐｐｍ濃度のＰＨ3を真空容器２０２内に導入
し、０．４〜１．０Ｔｏｒｒの圧力下で電極２０３に１
０Ｗの高周波電力を印加し、ｎ層３０８としてｎ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層を２００〜１０００オングストロームの膜厚
で形成した。この後、ガラス基板３０１を室温まで冷却
し、真空容器２０２内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空排気
した後、リークしてガラス基板３０１を取り出した。そ
して、このガラス基板３０１にＡｌからなる導電性電極
３０９を形成し、タンデム型太陽電池を作製した。
【００２８】また、これとは別にｉ層３０４、３０７を
それぞれ単独で作製して評価したところ、ｉ層３０４
は、光学的禁止帯幅が２．２〜２．４ｅＶで、赤外吸収
スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1
での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が２〜
４であり、ＳｉＨ結合に比べてＳｉＨ2 結合が膜中に豊
富に存在することが分かった。また、水素含有量は２５
〜３５ａｔｍｉｃ％であった。一方、ｉ層３０７は、光
学的禁止帯幅が１．７〜１．８ｅＶで、赤外吸収スペク
トルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1での吸
収係数比α（２０９０）／α（２０００）が０．４〜
０．６であり、ＳｉＨ2 結合に比べてＳｉＨ結合が膜中
に豊富に存在することが分かった。また、水素含有量は
１２〜１８ａｔｍｉｃ％であった。これにより、禁止帯
幅の大きく異なるｐｉｎ接合を形成できることが判明し
た。
それぞれ単独で作製して評価したところ、ｉ層３０４
は、光学的禁止帯幅が２．２〜２．４ｅＶで、赤外吸収
スペクトルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1
での吸収係数比α（２０９０）／α（２０００）が２〜
４であり、ＳｉＨ結合に比べてＳｉＨ2 結合が膜中に豊
富に存在することが分かった。また、水素含有量は２５
〜３５ａｔｍｉｃ％であった。一方、ｉ層３０７は、光
学的禁止帯幅が１．７〜１．８ｅＶで、赤外吸収スペク
トルにおける２０９０ｃｍ-1及び２０００ｃｍ-1での吸
収係数比α（２０９０）／α（２０００）が０．４〜
０．６であり、ＳｉＨ2 結合に比べてＳｉＨ結合が膜中
に豊富に存在することが分かった。また、水素含有量は
１２〜１８ａｔｍｉｃ％であった。これにより、禁止帯
幅の大きく異なるｐｉｎ接合を形成できることが判明し
た。
【００２９】この素子にＡＭ−１光１００ｍＷ／ｃｍ2
の光を照射して太陽電池としての変換効率を測定したと
ころ、９〜１０％の値が得られた。また、上記したｐ層
３０６、ｉ層３０７、ｎ層３０８からなるｐｉｎ接合を
２回積層した素子を作製して変換効率を測定したとこ
ろ、５〜６％の値が得られた。このように禁止帯幅の広
いａ−Ｓｉ：Ｈを用いたｐｉｎ構造を積層して太陽電池
を作製することにより、変換効率の向上を確認すること
ができた。
の光を照射して太陽電池としての変換効率を測定したと
ころ、９〜１０％の値が得られた。また、上記したｐ層
３０６、ｉ層３０７、ｎ層３０８からなるｐｉｎ接合を
２回積層した素子を作製して変換効率を測定したとこ
ろ、５〜６％の値が得られた。このように禁止帯幅の広
いａ−Ｓｉ：Ｈを用いたｐｉｎ構造を積層して太陽電池
を作製することにより、変換効率の向上を確認すること
ができた。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体装置の構成によれば、発光型光スイッチ素子又は高効
率太陽電池としての機能を有し、かつ、ガラスのような
安価な基板上に大面積で形成することが可能となるた
め、高い並列性が要求される光演算や画像処理への応用
及び低コスト化を図ることができる。
体装置の構成によれば、発光型光スイッチ素子又は高効
率太陽電池としての機能を有し、かつ、ガラスのような
安価な基板上に大面積で形成することが可能となるた
め、高い並列性が要求される光演算や画像処理への応用
及び低コスト化を図ることができる。
【００３１】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
によれば、水素含有量が多く、しかも禁止帯幅が広く、
かつ、光導電性の優れたａ−Ｓｉ：Ｈ膜を得ることがで
きるので、ＳｉＨ4 のようなＳｉ化合物ガスと希ガスと
の混合比を変化させることにより、容易に禁止帯幅を大
きく変化させながら光導電性の優れたａ−Ｓｉ：Ｈを連
続的に成膜することができ、その結果、ガラスのような
安価な基板上に、大面積の発光型光スイッチ素子又は高
効率太陽電池としての機能を有する半導体装置を形成す
ることができる。
によれば、水素含有量が多く、しかも禁止帯幅が広く、
かつ、光導電性の優れたａ−Ｓｉ：Ｈ膜を得ることがで
きるので、ＳｉＨ4 のようなＳｉ化合物ガスと希ガスと
の混合比を変化させることにより、容易に禁止帯幅を大
きく変化させながら光導電性の優れたａ−Ｓｉ：Ｈを連
続的に成膜することができ、その結果、ガラスのような
安価な基板上に、大面積の発光型光スイッチ素子又は高
効率太陽電池としての機能を有する半導体装置を形成す
ることができる。
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施例を示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
で使用したプラズマＣＶＤ装置の概略図である。
で使用したプラズマＣＶＤ装置の概略図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の他の実施例を示す断
面図である。
面図である。
１０１、３０１ ガラス基板（透明絶縁性基板） １０２、１０７、３０２、３０９ 透明導電性電極 １０３、１０５、３０３、３０６ ｐ層 １０４、１０６、３０５、３０８ ｎ層 ２０１ 電源 ２０２ 真空容器 ２０３ 電極 ２０４ マッチング回路 ２０５ 原料ガスボンベ ２０６ 希ガスボンベ ２０７、２０８ 不純物ガスボンベ ２０９、２１０、２１１、２１２ マスフローコントロ
ーラ ２１３ 基体 ２１４ ヒータ ２１５ 真空ポンプ ２１６ バルブ ３０４、３０７ ｉ層
ーラ ２１３ 基体 ２１４ ヒータ ２１５ 真空ポンプ ２１６ バルブ ３０４、３０７ ｉ層
Claims (7)
- 【請求項１】 シリコン及び水素を主成分とする非晶質
半導体からなり、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを交互
に積層した構造を有する半導体装置であって、２．０ｅ
Ｖ以上の禁止帯幅を有する水素化非晶質シリコン層を少
なくとも一層含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間にｉ
型半導体層を有する請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 ｐ層、ｎ層、ｉ層の膜厚及び禁止帯幅が
それぞれ異なる請求項２に記載の半導体装置。 - 【請求項４】 光を照射することによって発光する機能
を有する請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 光を照射することによって起電力を発生
する機能を有する請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項６】 シリコンを主成分とする化合物ガスと希
ガスとの混合ガスを真空容器内に導入し、前記混合ガス
に電界を印加してプラズマを発生させ、前記シリコンを
主成分とする化合物ガスを分解する工程を繰り返して、
前記真空容器内に配置した基体上に非晶質半導体層を積
層する半導体装置の製造方法であって、前記シリコンを
主成分とする化合物ガスと希ガスとの混合比が１％以下
である工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項７】 周期表III族又はＶ族の元素を主成分と
する化合物ガスを真空容器内に導入する請求項６に記載
の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20489093A JPH0758360A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20489093A JPH0758360A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0758360A true JPH0758360A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16498096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20489093A Pending JPH0758360A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758360A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7157307B2 (en) * | 2002-10-31 | 2007-01-02 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Zn-base semiconductor light-emitting device and method for manufacturing same |
| KR101022821B1 (ko) * | 2008-12-31 | 2011-03-17 | 한국철강 주식회사 | 광기전력 장치의 제조 방법 |
| CN102479848A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 吉富新能源科技(上海)有限公司 | 三五族半导体的太阳能电池结构及其制作方法 |
-
1993
- 1993-08-19 JP JP20489093A patent/JPH0758360A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7157307B2 (en) * | 2002-10-31 | 2007-01-02 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Zn-base semiconductor light-emitting device and method for manufacturing same |
| KR101022821B1 (ko) * | 2008-12-31 | 2011-03-17 | 한국철강 주식회사 | 광기전력 장치의 제조 방법 |
| CN102479848A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 吉富新能源科技(上海)有限公司 | 三五族半导体的太阳能电池结构及其制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4544423A (en) | Amorphous silicon semiconductor and process for same | |
| JP5350261B2 (ja) | プラズマからの非晶質材料の蒸着による勾配付きバンドギャップを有する膜の形成方法 | |
| US5256887A (en) | Photovoltaic device including a boron doping profile in an i-type layer | |
| JP4244549B2 (ja) | 光電変換素子及びその製造方法 | |
| US9222169B2 (en) | Silicon oxide-nitride-carbide thin-film with embedded nanocrystalline semiconductor particles | |
| KR20080033955A (ko) | 반도체 구조물, 광기전력 디바이스 및 제조 방법과 솔러모듈 | |
| US9324911B2 (en) | Methods of fabricating dilute nitride semiconductor materials for use in photoactive devices and related structures | |
| US5556794A (en) | Method of manufacturing a semiconductor device having low sodium concentration | |
| JPS58155774A (ja) | 半導体装置 | |
| US4799968A (en) | Photovoltaic device | |
| JPH0432551B2 (ja) | ||
| JPH0992860A (ja) | 光起電力素子 | |
| JPH0758360A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| US7038238B1 (en) | Semiconductor device having a non-single crystalline semiconductor layer | |
| KR100289595B1 (ko) | 3족질화물반도체발광소자 | |
| JP3672471B2 (ja) | 光電変換素子の製造方法 | |
| JPH0447453B2 (ja) | ||
| JPH0955522A (ja) | トンネルダイオード | |
| JPH06349744A (ja) | 超格子構造の製造方法 | |
| CN113937179B (zh) | 一种双面双结Si基GaAs太阳能电池及其制备方法 | |
| US4670762A (en) | Amorphous silicon semiconductor and process for same | |
| JPH0652806B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2737111B2 (ja) | 光起電力素子及びその製造方法 | |
| JPH07106630A (ja) | 薄膜発光ダイオード | |
| JPH06181330A (ja) | 非晶質半導体太陽電池とその製造方法 |