JPH09275222A

JPH09275222A - 非晶質半導体素子

Info

Publication number: JPH09275222A
Application number: JP8083765A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Azuma; 正信東
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高い光導電率を示し、光電変換に利用できる光
の波長域を広げた、光安定性の高い非晶質半導体素子を
得る。【解決手段】光学ギャップの異なる非晶質シリコン膜を
２層以上積層する際において、基層、及び基層の上部に
積層されるｉ型非晶質シリコン層中の塩素含有量、且つ
空隙率を所定の範囲となるよう適宜制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池、電子写真
感光体、イメージセンサーに代表される光電変換素子に
利用される非晶質シリコンを用いた非晶質半導体素子に
関し、より詳しくは、高い光導電率を示し、光電変換に
利用できる光の波長域が広く、しかも、光に対する安定
性が優れた信頼性の高い非晶質半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】非晶質シリコン膜は、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）ガスを高周波グロー放電分解することにより一般
的に得られ、燐に代表される周期律表VＡ族に属する元
素、または、ほう素に代表される周期律表IIIＡ族に属
する元素を微量添加することにより、その導電型はｎ
型、あるいはｐ型に変化する。また、上記元素を添加し
ない場合においては真性半導体（ｉ型）的性質を示す。
これらのｉ型、ｐ型、ｎ型非晶質シリコン膜を光が入射
する面に対してｐｉｎあるいはｎｉｐのように積層する
ことによって、非晶質シリコン太陽電池の基本的な構造
が得られることは広く知られている。本基本構造の中で
も特にｉ層は太陽電池内へ入射した光のエネルギーを電
気エネルギーへ変換する役割を担う重要な役割を果た
し、該ｉ層の高品質化が、非晶質シリコン太陽電池がさ
らに高い変換効率を達成するための要因の一つとして挙
げられている。しかしながら、非晶質シリコン太陽電池
は単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池等
の結晶系太陽電池と比較すると変換効率が低いのが現状
であり、またさらに、経時的な光照射に対して変換効率
が減少する光劣化という現象が見られることにより、長
期的な信頼性が低いという問題がある。そして、このよ
うな非晶質シリコン太陽電池がかかえる問題点を本質的
に解決するためには、前記ｉ層の一層の高品質化、且
つ、膜構造の改善が強く要求されてはいるものの、依然
として、研究の域から脱し得ないのが現状である。

【０００３】上記、非晶質シリコン太陽電池の問題点を
解決するために、現在までに多大な研究開発が実施され
ている。例えば、変換効率を高めることに関しては、特
公平４-１５１１号公報に次のような技術が開示されて
いる。即ち、ｐｉｎ接合型太陽電池において、ｐ層もし
くはｎ層に炭素原子を導入して非晶質シリコンカーバイ
トとすることにより、ｐ層もしくはｎ層での光吸収を低
減させ、光を有効にｉ層へ到達させることにより変換効
率を高め得ることが開示されている。また、変換効率を
さらに一層向上させるために該技術を応用した例とし
て、炭素原子をシリコンの主骨格中に導入して、光学ギ
ャップを広げたｉ型非晶質シリコン膜と炭素の導入を行
わないｉ型非晶質シリコン膜とを積層させることによ
り、単層時に有効に利用できる光の波長域より、さらに
利用できる光の波長域を拡張しようとする試み、即ち、
分光感度特性を向上させる試みが多く行われている。

【０００４】また、非晶質シリコン太陽電池の光安定性
を改善する技術としては、特開平５-３２６９９２号公
報及び特開平４-３１８９８０号公報にはそれぞれ次の
ような技術が開示されている。即ち、特開平５-３２６
９９２号公報にはｎｉｐ型、あるいは、ｐｉｎ型光起電
力素子を、多重結合よりなる非単結晶シリコン系半導体
素子とすることにより、光に対する安定性を改善したこ
とが記載されている。該技術によれば、ｐｉｎ構造を二
組結合させた非単結晶シリコン系半導体素子を形成する
際に、両者の間に光学ギャップが連続的又は段階的に減
少したバッファー層を挿入することを重要としている。
該バッファー層の役割については具体的に記載されては
いないが、該層の挿入により結果として光安定性が向上
するものであることが示されている。光学ギャップを連
続的又は段階的に減少させる方法としては炭素原子をシ
リコンの主骨格中に、濃度勾配をつけ、混入させること
により行う方法が記載されている。

【０００５】さらに、特開平４-３１８９８０号公報に
は非晶質半導体膜中に半径０.５ｎｍ以上、体積比で０.
０８％以上の慣性半径を有するマイクロボイドを含有さ
せることにより、膜構造を柔軟化することが光安定性の
向上に有効であることが示されている。

【０００６】しかしながら、このような従来技術におい
て、前記の炭素を導入する方法では炭素のような多価の
異種原子がシリコンの主骨格に混入するため、未結合手
（ダングリングボンド）等の欠陥の発生がさけられず、
特に、ｉ層に炭素原子を導入した場合には、炭素原子の
導入により光の透過率が向上するというメリットより
も、該欠陥の発生によ光導電率が低下してしまうデメリ
ットの方が大きくなるため、充分な変換効率の向上は望
めない。また、シリコン主骨格中への炭素の導入は膜中
に欠陥を発生させる原因となるだけでなく、隣接層と界
面を形成する場合においても、界面欠陥の発生の原因と
もなり、変換効率の高い品質の良好な半導体素子の製造
においては問題となる。

【０００７】さらに、特開平５-３２６９９２号公報開
示の技術に関しては多重結合の光起電力素子を形成しな
ければならず、この技術を応用して半導体装置を製造す
るためには非常に複雑な工程を要するという問題があ
る。

【０００８】さらにまた、特開平４-３１８９８０号公
報に開示された技術によれば、確かに光安定性の改善が
認められるものの、該技術は分光感度特性の改良とは関
連性がなく、また該技術には次のような問題点も指摘さ
れる。即ち、該技術の非晶質半導体素子は、ＳｉＨ₄ガ
スをキセノンガスのような不活性ガスで希釈し、高い高
周波電力で製造するため、実用的な製造条件下ではプラ
ズマ中でパウダーが発生しやすくなる問題が指摘され
る。該パウダーは、製造装置の汚染を早めるだけでな
く、形成中の膜へ飛来することにより膜質を悪化させる
原因となる。

【０００９】従って、以上のような従来技術は、太陽電
池などの光電変換素子の変換効率、及び、光安定性のい
ずれかを個別に改善するための技術であり、両者を同時
に改善する技術としては充分ではなく、また、工業的観
点からも必ずしも満足される技術であるとはいえなかっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池に代表される
光電変換素子の分野においては変換効率および信頼性の
いずれもの向上も可能ならしめる技術が望まれいた。従
って本発明は、高い光導電率を示し、且つ光安定性、及
び、分光感度特性がともに優れた、シリコンのみにより
その主骨格が形成された非晶質半導体素子を得ることを
課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記技術課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、ｉ型非晶
質シリコン層を形成する際にＳｉＨ_xＣｌ_4-x（Ｘ=０，
１，２，３）で与えられる塩素含有シランガスを原料と
して用いると、膜中にダングリングボンド等の欠陥を発
生させることなく、また、プラズマ中でのパウダーの発
生をともなわないで高速で非晶質シリコンの形成が可能
であることを見いだした。また、上記方法では、形成条
件を変えることにより、高速形成にもかかわらず容易に
非晶質シリコン膜中の空隙率や膜に含まれる塩素含有量
を制御することができ、その結果、光学ギャップをある
範囲において制御できるだけでなく、該膜は光に対して
安定であることを見出した。さらに、光学ギャップが異
なる非晶質シリコン膜を積層することによって、光電変
換に利用できる光の波長域を広げることができ、高い光
導電率を保持したまま、分光感度特性が向上するという
知見を得た。そしてさらに、上記積層体においては、光
の入射する側の最外層に周期律表第IIIＡ族の元素が少
量含まれていてもｉ型非晶質シリコン層と同様の効果が
得られることを見出し、本発明を完成し、ここに提案す
るに至った。

【００１２】即ち本発明は、塩素含有量０.１原子％〜
５原子％、光学ギャップ１．９ｅＶ〜２．５ｅＶ、且つ
空隙率５．０体積％〜１５体積％の非晶質シリコンから
なる基層に、該基層より光学ギャップが小さく、塩素含
有量０．００５原子％〜０．１原子％、光学ギャップ
１．６ｅＶ〜１．９ｅＶ、且つ空隙率０．０１体積％〜
５．０体積％のｉ型非晶質シリコンからなる層が少なく
とも１層以上積層されてなることを特徴とする非晶質半
導体素子である。

【００１３】本発明においては、上記の構成により、例
えば太陽電池の構成要素として使用したときに、高い変
換効率、且つ、高い光安定性を発揮できるような高い光
導電率、優れた分光感度、及び、光に対する高い安定性
を示す非晶質半導体素子となる。

【００１４】この様な優れた効果が得られる理由につい
ては現在明らかではないが、本発明者等は次のように推
定している。即ち、光学ギャップが１．６〜２．５ｅ
Ｖの範囲で制御可能となった理由は、膜中に残存してい
る塩素量及び膜中に導入された空隙の量の両者により誘
起された結果であり、積層膜で高い光導電率が得られ
るのは、各単層や積層界面における欠陥の減少による結
果であり、光安定性が向上するのは、塩素の導入によ
り誘起されたと思われる適度な空隙の存在により、各単
層中の内部応力が緩和された結果であり、そして、分
光感度特性が向上するのは、異なる光学ギャップを有す
る膜を積層することにより、光電変換に利用できる光の
波長域が広がった結果であると推定している。

【００１５】

【発明実施の形態】本発明の非晶質半導体素子は光学ギ
ャップの異なる非晶質シリコン層が複数積層されてな
る。各層の光学ギャップが異なることは分光感度特性を
高めるために必須である。非晶質シリコン層で吸収可能
な光の波長域は光学ギャップの大きさで決定される。従
って、光学ギャップの異なる非晶質シリコン膜を積層す
ることにより光エネルギーを電気エネルギーへ変換する
ために利用可能な光の波長域を広げることが可能とな
る。

【００１６】本発明において、光が入射する側に用いら
れる非晶質シリコン層を基層と定義する。本発明におい
て、この基層の光学ギャップは１．９〜２．５ｅＶであ
ることが必要である。即ち、基層の光学ギャップを１．
９〜２．５ｅＶとすることにより約６００ｎｍ以下の可
視光線中の比較的短波長の光を有効に吸収することが可
能となる。光学ギャップを２．５ｅＶ以上とした場合に
おいては、作製上の問題により非晶質シリコン膜中の欠
陥が増加するするため、光導電率が急激に低下する。ま
た、ｐ層と接合した場合において、充分な内部電界を得
ることができない。光学ギャップが１．９ｅＶ未満のと
きには、分光感度特性が悪くなる。基層の光学ギャップ
は、上記範囲以内で目的とする素子の構造に応じて適宜
決定される。

【００１７】一般に、ｐｉｎ構造の非晶質半導体素子に
おいて光エネルギーを電気エネルギーに変換する役割を
果たすのはｉ型層であるといわれている。しかしなが
ら、本発明においては、上記基層において、ほう素
（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イ
ンジウム（Ｉｎ）等の周期律表第IIIＡ族の元素が少量
含まれていてもｉ型非晶質シリコンからなる基層を用い
た場合と同様の効果が得られる。なお、ここでいう少量
とは、周期律表第IIIＡ族の元素が導入された基層につ
いて室温から１２０℃の範囲で暗導電率を測定して作成
したアレニウスプロットから求めた活性化エネルギーが
０．６５〜１．２ｅＶとなる程度の量である。

【００１８】また、前記基層の上部に積層されるｉ型非
晶質シリコン層の光学ギャップは、基層の光学ギャップ
より小さく、且つ１．６〜１．９ｅＶとする必要があ
る。即ち、基層では吸収されず、該層に入射した約６０
０ｎｍ以上の波長の光を効率よく吸収するために光学ギ
ャップを１．６〜１．９ｅＶとする必要がある。光学ギ
ャップを１．６ｅＶ以下とした場合においては、前記同
様、作製上の問題により、非晶質シリコン膜中の欠陥が
増加することにより、光導電率が急激に低下する。ま
た、該層は光電変換に利用する光の波長域を広げるため
に１層以上複数の層により構成することができる。この
場合、波長が長い光ほど侵入長が深くなるため、光を有
効に利用するためには、基層より順次光学ギャップが減
少するような素子構成とするのが好ましい。各層の膜厚
及び光学ギャップの差は、作製する非晶質半導体素子の
性能が最も良好となるよう、素子の構造を考慮して適宜
決定することができる。

【００１９】さらに、本発明においては前記基層及び該
基層に積層されるｉ型非晶質シリコン層中の塩素含有量
と空隙率は、特定の値である必要がある。即ち、基層に
おける塩素含有量は０．１〜５．０原子％であり、空隙
率は５．０〜１５体積％である必要がある。本発明にお
いて光学ギャップは塩素含有量と空隙率によって決定さ
れるため、基層の光学ギャップを前記範囲とするために
は、塩素含有量及び空隙率は、それぞれこの範囲でなけ
ればならない。

【００２０】また、本発明において基層に積層されるｉ
型非晶質シリコン層の塩素含有量及び空隙率は、上と同
じ理由によりそれぞれ０．００５原子％〜０．１原子％
及び０．０１〜５．０体積％でなければならない。

【００２１】本発明における基層をはじめとする各層中
の塩素含有量及び空隙率は非晶質半導体素子の光安定性
を改善する上で重要な因子であると考えられるが、各層
における空隙率が上記の範囲内であれば高い光安定性が
実現される。

【００２２】また、非晶質シリコン膜中に残存している
塩素は、シリコンの欠陥を終端する働きをし、従来技術
で示した炭素原子のようにシリコンの主骨格を形成する
構成要素とはならないため、形成中に新たな欠陥を発生
させることはなく、界面欠陥の発生も著しく低減させる
ことから、本発明に悪影響は及ぼさない。

【００２３】本発明においては、基層と前記のｉ型非晶
質シリコン層とが積層されていればよく、積層の方法は
特に制限されない。しかしながら、積層は、途中、大気
と接することなく、同一真空容器内で基層および各ｉ型
非晶質シリコン層を連続して形成して行うことが好まし
い。

【００２４】本発明において基層及び各ｉ型非晶質シリ
コン層中に塩素を含有させ且つ空隙を形成するための製
造方法は、特に制限されないが、一般には高周波プラズ
マ分解ケミカルベーパーデポジション法（以下、プラズ
マＣＶＤ法という）において、一般式ＳｉＨ_xＣｌ
_4-x（Ｘ=0、1、2、3）で与えられる塩素含有ガスを用
い、非晶質シリコン膜を析出する方法が好適に採用さ
れ、好ましくは、電子サイクロトロン共鳴ＣＶＤ（ＥＣ
Ｒ：ＥＬＥＣＴＲＯＮ、ＣＹＣＬＯＴＲＯＮ、ＲＥＳＯ
ＮＡＮＣＥ）法を用いる方法が好適である。

【００２５】以下に電子サイクロトロンＣＶＤ法によっ
て本発明の非晶質半導体素子を製造する代表的な例につ
いて具体的に説明する。尚、本発明は以下に説明する方
法及び装置構成に制限されるものではない。代表的な製
造装置を例示すれば、図１に示す装置が挙げられる。即
ち、プラズマ生成室２と製膜室１からなり、プラズマ生
成室２には、マイクロ波発生装置４と電磁石５とがそれ
ぞれ作用するように配置されるとともに、両者の作用を
受ける位置にプラズマ生成ガス供給口６が接続される。
また、製膜室には、ヒーター１０を内蔵した支持台９が
設けられその上に基材３がセットされる。

【００２６】上記プラズマ生成室２と製膜室１とは連通
していて、該製膜室１のかかる連通部と支持台９との間
に原料ガスを供給しうるような位置に原料ガス供給口７
が接続される。

【００２７】また、装置内は、真空ポンプ１１により一
定の圧力に調節される。尚、１２は、圧力調節のための
バルブであり、８は、ガスの流量をそれぞれ調節する流
量調節器である。

【００２８】上記装置において、プラズマ生成ガスは、
プラズマ生成ガス供給口６より、流量調節器８により流
量制御された後、プラズマ生成室２に供給され、そこで
マイクロ波発生装置４からのマイクロ波と電磁石５の磁
場により、電子サイクロトロン共鳴によって励起され、
プラズマ化される。上記プラズマ化されたガスは、連通
部より製膜室１に供給され、原料ガス供給口７より流量
調節器８により流量を制御された原料ガスと混合された
後、ヒーター１０によって一定温度に加熱された基材３
に接触することにより該基材表面にｉ型非晶質シリコン
膜が形成される。

【００２９】本発明において電子サイクロトロン共鳴に
よりプラズマ化されるプラズマ生成ガスとしては少なく
とも水素を含有するガスであれば特に制限されない。プ
ラズマ生成ガス中に含まれる水素が１０容量％以上、好
ましくは６０〜１００容量％含有するものが好ましい。
特に水素ガスのみからなる場合が、ピンホール等の物理
的欠陥の発生が極めて少なく好適である。プラズマ生成
ガスに水素以外のガスが存在する態様においては、該ガ
スとしては、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン等
のシリコン膜の生成において不活性なガスが特に制限な
く使用される。また、上記プラズマ生成ガス中には、本
発明の効果を著しく阻害しない範囲、一般に５０容量％
以下の範囲でプラズマ生成ガスに原料である塩素含有シ
ランガスを混合して供給することも可能である。

【００３０】本発明において、プラズマ生成ガスを電子
サイクロトロン共鳴により励起してプラズマ化する方法
は限定されるものではなく、公知の方法が特に制限なく
採用される。即ち、磁場と電磁波の相互作用によって、
電磁波の共鳴吸収を起こし、サイクロトロン運動を起こ
す現象を利用する方法がすべて実施できる。例えば、プ
ラズマ生成ガスに電磁波及び磁場を同時に作用させる態
様が一般的である。

【００３１】上記電磁波としては、マイクロ波、超短波
（ＶＨＦ）等の電磁波が使用され、特にマイクロ波を使
用した場合、安定的にプラズマを形成することが可能で
ある。また、磁場は投入電力により磁場の強度が調節で
きる電磁石を使用することが好ましい。上記電磁波の供
給電力は一般に２０Ｗ〜２ｋＷであり、好ましくは、１
００〜６００Ｗである。また、磁場は発散磁場、ミラー
磁場等特に制限されないが、８７５ガウス以上の強度で
非晶質シリコン膜の析出空間内に形成するように制御す
ることが好ましい。

【００３２】本発明の非晶質半導体素子を製造するに当
たって、原料ガスに、一般式ＳｉＨ_xＣｌ_4-x（ｘ＝１，
２，３）で表される塩素含有シランガスを使用すること
が重要である。即ち、該ガスの使用により膜中に適度な
塩素及び空隙が導入されることにより、分光感度特性、
且つ耐光劣化特性が向上する。原料ガスとして塩素化さ
れていないシラン化合物を使用する方法は公知である
が、かかるガスを使用した場合、本発明の目的である分
光感度特性、光安定性がともに優れた非晶質半導体素子
の形成は困難である。

【００３３】上記塩素含有シランガスを具体的に例示す
れば、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロ
ロシラン等が挙げられる。特に、ジクロロシランは１気
圧下での沸点が８．３℃であり、取り扱いが容易である
ため好ましく用いられる。

【００３４】上記塩素含有シランガスは、単独で存在す
ることが一般的であるが、本発明の効果を著しく阻害し
ない範囲で、他の塩素含有シランガス、或は水素や不活
性ガスで希釈して供給することも可能である。

【００３５】本発明において、プラズマ化された水素含
有ガスと塩素含有シランガスとの混合比は、該水素含有
ガス中の水素と塩素含有シランガス中の塩素との原子比
（Ｈ／Ｃｌ）が０．１〜５０、好ましくは、５〜１０と
なるように設定することが好ましい。

【００３６】本発明において、非晶質シリコン膜の析出
は、上記ガスを基材に接触させることにより行われる。
かかる基材は、特に制限されるものではなく、素子形成
時のプロセス及び用途に応じて適宜選択される。例え
ば、形成される非晶質シリコン膜を光電変換素子におけ
る光電変換層として使用する場合、基材としては石英ガ
ラス、ソーダライムガラス、単結晶シリコン、多結晶シ
リコン、金属、セラミックス、耐熱性ポリマー、透明導
電体等が使用できる。

【００３７】上記、基材の温度としては、１５０〜５０
０℃、好ましくは２００〜３５０℃の温度に調節するこ
とが好適である。温度の調節には公知の方法が制限なく
採用され、一般には基材支持台に装着したヒーターによ
って行う方法、赤外線ランプによって行う方法、高周波
誘導加熱によって行う方法が好適に採用される。

【００３８】プラズマ生成ガス及び、原料ガスの流量は
製造装置の大きさにより変わるため、一概に示すことは
できない。上記の条件を満足するものであれば、ガスの
流量は制限されることはない。しかしながら、非晶質シ
リコン膜形成時の圧力は０．１から１０ｍＴｏｒｒの範
囲が好ましく、さらには、０．５〜５ｍＴｏｒｒの範囲
がより好ましい。上記の非晶質シリコン膜形成時のガス
圧力は、従来技術の圧力と比較して低いので、プラズマ
中でのパウダーの発生が著しく抑制されるため、高速形
成を行うことが可能となるだけでなく、生産性にも優れ
る等の製造上の利点を有している。

【００３９】本発明において、光学ギャップの制御は、
マイクロ波発生装置の出力、基材温度又は基材の位置な
ど適宜変更することにより行うことができる。特に、マ
イクロ波発生装置の出力、且つ、基材の位置は瞬時に設
定の変更が可能なため、これらの変更によりプラズマの
状態を乱さず、また、プラズマを停止することなく連続
的な膜の形成が可能となる。

【００４０】基層及びその上に積層されるｉ型非晶質シ
リコン層の厚みは非晶質半導体素子の構造により適宜決
定されるため特に制限されることはないが、分光感度特
性と変換効率とのバランスの観点から、基層は３０〜２
０００オングストローム、基層の上に積層されるｉ型非
晶質シリコン層の厚みは１０００〜８０００オングスト
ロームとすることが好ましい。

【００４１】本発明においては、基層に周期律表第III
Ａ族の元素が含まれていても良いことは既に述べたとお
りであるが、基層へのこれら元素の導入は次のようにし
て行うことができる。即ち、周期律表第IIIＡ族の元素
を含むガス、具体的にはジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、三フッ化
ホウ素（ＢＦ₃）、トリメチルホウ素（Ｂ（ＣＨ₃）₃）
等のガスを前記原料ガスに混入させて、基層となる非晶
質シリコン膜の形成を行うことにより導入することがで
きる。周期律表第IIIＡ族の元素を含むガスの原料ガス
への混合割合は特に限定されないが、一般的には、原料
ガスに対して０．１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの濃度とな
る範囲である。この範囲であれば基層中の周期律表第II
IＡ族の元素量は基層の活性化エネルギーで表して０．
６５〜１．２ｅＶの範囲となり、これら元素を導入しな
いときと同様の効果が得られる。尚、基層に周期律表第
IIIＡ族の元素しても、本発明の効果が変わりなく発揮
される理由については、今のところ不明である。

【００４２】さらに、基層の光学ギャップを光が入射す
る側から連続的もしくは段階的に減少させることによっ
ても本発明の効果を変わりなく発揮させることができ
る。この様な非晶質シリコン膜は、マイクロ波発生装置
の出力、又は、基材の位置を連続的、或いは段階的に変
化させることにより形成することができ、連続的に変化
させる場合においては該形成条件をコンピューター等を
用いて自動制御する方法が好ましく用いられる。

【００４３】一般的に、半導体素子として使用される非
晶質シリコン膜中には水素、酸素、窒素、炭素、等が含
まれていることが広く知られている。水素以外の酸素、
窒素、炭素については、これまで、これら元素が非晶質
半導体素子の電気的特性、および、光学的特性に与える
影響について、多大な研究が試みられてきた。しかしな
がら、これら元素が非晶質半導体素子の特性に与える影
響を明らかにするには至っていないものの、経験的に
は、いずれの原子もシリコン主骨格中に１Ｘ１０²⁰／ｃ
ｍ³以下で存在すれば、非晶質半導体の電気的特性及び
光学的特性に及ぼす効果は少ないと報告されている。本
発明者等も、酸素、窒素、炭素が非晶質半導体素子に及
ぼす効果について十分に説明しえないが、これら元素濃
度が、上記範囲内であれば、本発明の効果に与える影響
は著しく小さいことを確認している。一方、水素は膜中
の欠陥を終端し、電子や正孔の寿命を伸ばし、光導電率
を向上させる重要な因子であるとされ、一般的な非晶質
シリコン膜中には５．０原子％〜２５原子％程度含まれ
る。本発明において得られる非晶質半導体素子に含まれ
る水素もこの範囲内にあり、膜中含有水素が本発明の効
果に与える影響は著しく小さいことを確認している。

【００４４】

【効果】本発明によって得られた非晶質半導体素子は高
い光導電率を有し、光電変換に利用できる光の波長域の
拡張、即ち、分光感度特性を大幅に向上することが可能
であるため、ｐ層及びｎ層と組み合わせて太陽電池など
の素子を形成するにあたり、変換効率の向上に極めて有
効である。さらに、光に対する安定性に関して著しい改
善が認められることより、該非晶質半導体素子を光電変
換層として使用した場合に、変換効率の向上、および長
期間安定して使用することが可能となる。

【００４５】また、本非晶質半導体の製造法に関しても
プラズマ中でのパウダーの発生を抑制し、高速で非晶質
シリコン膜の形成が行える等の工業的特徴を有してい
る。

【００４６】

【実施例】本発明をさらに具体的に説明するにあたり実
施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。本発明に必要な諸特性は下記の方法により
求めた。

【００４７】（１）塩素含有量二次イオン検出質量分析装置（ＳＥＣＯＮＤＡＲＹＩ
ＯＮＭＡＳＳＰＥＣＴＯＲＯＳＰＯＰＹ）により塩素
濃度の定量を行ない、シリコン原子に対する塩素原子の
濃度を塩素含有量として表示した。

【００４８】積層膜を構成する各単層膜について塩素含
有量の定量を行った。

【００４９】（２）膜中空隙率紫外から可視域の波長を用いた分光エリプソメーターに
より疑似誘電率の波長依存性を測定し、得られた波形を
ブラッグマンの有効媒質近似理論に基づき解析すること
によって膜中における空隙の体積分率を求め空隙率とし
た。

【００５０】積層膜を構成する各単層膜について空隙率
の定量を行った。

【００５１】（３）光学ギャップ分光光度計を使用し、可視域（４００〜８００ｎｍ）で
求めた透過率からＴａｕｃの法則により、光学的な禁制
帯幅を見積り光学ギャップとした。

【００５２】積層膜を構成する各単層膜について光学ギ
ャップの定量を行った。

【００５３】（４）膜厚触針式表面粗さ計を使用し、試料の厚みを直接測定し膜
厚とした。

【００５４】積層膜、及び積層膜を構成する各単層膜の
両者について膜厚の測定を行った。

【００５５】（５）分光感度特性石英基材上に析出した非晶質シリコン膜に、モノクロメ
ーターによって制御された光を４００〜７００ｎｍまで
照射し、光導電率の波長依存性を調べた。この時、得ら
れた光導電率の最大値を１として規格化した。

【００５６】積層膜、及び積層膜を構成する各単層膜の
両者について分光感度特性の測定を行った。

【００５７】（６）耐光劣化試験２０００ｎｍ以上の赤外光をフィルターによって遮断し
たキセノンランプ光（５００ｍＷｃｍ^-2）を試料に照射
し、光導電率の光照射時間依存性を調べた。この時、光
照射時間は２００００分一定とした。光照射中の試料の
表面温度の上昇を防ぐために、試料ホルダーを水冷し、
表面温度は常に４０℃とした。

【００５８】導電率の測定は、図２に示すように、石英
基材３上にｉ型非晶質シリコン層１４を析出させ、さら
に該ｉ型非晶質シリコン層上に基層１３を析出させて得
た非晶質半導体素子の基層１３上に、真空蒸着により電
極間隔０.０２ｃｍ、電極長３.８ｃｍの一対のアルミニ
ウム電極１５を形成し、該電極間に１００Ｖの直流電圧
を印加し、電極間に流れる電流を測定することにより行
なった。光を照射しているときの導電率を光導電率、暗
い状態での導電率を暗導電率とした。

【００５９】積層膜を使用し光劣化試験を行った。

【００６０】実施例１プラズマ形成ガスとして高純度水素を５０ｓｃｃｍ（ノ
ルマルｃｃ／ｍｉｎ）の流量でプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は１５０Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、原料ガスであるジクロロシラン（以下、Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂）を５ｓｃｃｍの流量で製成膜室へ導入し、ガ
スプラズマと加熱基材とを接触させることにより、第二
ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が６０００オングストロー
ムとなるように膜析出時間を適宜調節して析出した。基
材温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに設定し
た。その後、プラズマを停止せず、マイクロ波投入電力
を３００Ｗに設定し、その他の膜形成条件は一定とし
て、膜厚が１０００オングストロームとなるように基層
となるｉ型非晶質シリコン膜の析出を行なった。基材に
は石英ガラスを使用した。なお、参照用試料を得るため
に基材を２枚使用し、同一条件下で２つの試料を得た。
触針法によって一方の石英基材上の膜厚を測定した結
果、６８００オングストロームを得た。本実験の結果を
さらに明確にするために、本実験とは独立に上記の各非
晶質シリコン膜の形成条件において、それぞれ別々に膜
の析出を行なった。その結果、マイクロ波投入電力１５
０Ｗで析出した第二ｉ型非晶質シリコン層となる膜にお
いては塩素含有量０.０５原子％、光学ギャップ１.７５
ｅＶ、膜中空隙率０.１体積％であり、さらに、マイク
ロ波投入電力３００Ｗで得られた基層となるｉ型非晶質
シリコン膜においては塩素含有量０.２原子％、光学ギ
ャップ１.９ｅＶ、膜中空隙率５.５体積％であった。

【００６１】本実施例で作製された非晶質半導体素子に
１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照射したときの光導
電率および光導電率の波長依存性を表１に示す。また、
それぞれの単層膜で測定した光導電率、塩素含有量、光
学ギャップ、空隙率および光導電率の波長依存性を表２
に記す。表３には、本実施例により得られた非晶質半導
体素子の耐光劣化特性の測定結果を示す。図３に各波長
における規格化した光導電率を示す。本実施例で作製し
た非晶質半導体素子の分光感度特性は６００ｎｍ以上の
波長域において比較例１と比較して優れている。

【００６２】実施例２実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は１００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、実施例１と同量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂を製膜室へ導
入し、ガスプラズマと加熱基材とを接触させることによ
り、第二ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が６０００オング
ストロームとなるように膜形成時間を適宜調節して析出
した。基材温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに
設定した。その後、プラズマを停止せず、マイクロ波投
入電力を４００Ｗに設定し、その他の膜析出条件は一定
として、膜厚が５００オングストロームとなるように基
層となるｉ型非晶質シリコン膜の析出を行なった。基材
には石英ガラスを使用した。なお、参照用試料を得るた
めに基材を２枚使用し、同一条件下で２つの試料を得
た。触針法によって一方の石英基材上の膜厚を測定した
結果、６４００オングストロームを得た。

【００６３】実施例１と同様、本実施例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、塩素含有量、光学ギャップ、空隙率および光導電率
の波長依存性を表２に記す。表３には、本実施例により
得られた非晶質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を
示す。

【００６４】実施例３実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は１００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、実施例１と同量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂を製膜室へ導
入し、ガスプラズマと加熱基材とを接触させることによ
り、第二ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が６０００オング
ストロームとなるように膜形成時間を適宜調節して析出
した。基材温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに
設定した。その後、プラズマを停止せず、マイクロ波投
入電力を４００Ｗに設定し、ジボラン（以下、Ｂ₂Ｈ₆）
を原料ガスに対して５０ｐｐｍの濃度で原料ガスと共に
製膜室内へ供給することにより、膜厚が５００オングス
トロームとなるように基層となるｐ型非晶質シリコン膜
の析出を行なった。基材には石英ガラスを使用した。な
お、参照用試料を得るために基材を２枚使用し、同一条
件下で２つの試料を得た。触針法によって一方の石英基
材上の膜厚を測定した結果、６５００オングストローム
を得た。

【００６５】実施例１と同様、本実施例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、塩素含有量、光学ギャップ、空隙率および光導電率
の波長依存性を表２に記す。表３には、本実施例により
得られた非晶質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を
示す。なお、本実施例の基層について室温から１２０℃
の範囲で暗導電率を測定しアレニウスプロットを作成し
て活性化エネルギーを求めたところ、０．９ｅＶであっ
た。

【００６６】実施例４実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は１００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、実施例１と同量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂を製膜室へ導
入し、ガスプラズマと加熱基材とを接触させることによ
り、第三ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が３０００オング
ストロームとなるように膜形成時間を適宜調節して析出
した。基材温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに
設定した。その後、プラズマを停止せず、マイクロ波投
入電力を１５０Ｗに設定し、その他の膜形成条件は一定
として、膜厚が３０００オングストロームとなるように
第二ｉ型非晶質シリコン膜の析出を行なった。さらに、
プラズマを停止せず、マイクロ波投入電力を４００Ｗに
設定し、その他の膜形成条件は一定として、膜厚が５０
０オングストロームとなるように基層となるｉ型非晶質
シリコン膜の析出を行なった。基材には石英ガラスを使
用した。なお、参照用試料を得るために基材を２枚使用
し、同一条件下で２つの試料を得た。触針法によって一
方の石英基材上の膜厚を測定した結果、６４００オング
ストロームを得た。

【００６７】実施例１と同様、本実施例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、塩素含有量、光学ギャップ、空隙率および光導電率
の波長依存性を表２に記す。表３には、本実施例により
得られた非晶質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を
示す。

【００６８】実施例５実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は１００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、実施例１と同量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂を成膜室へ導
入し、ガスプラズマと加熱基材とを接触させることによ
り、第三ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が３０００オング
ストロームとなるように膜形成時間を適宜調節して析出
した。基材温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに
設定した。その後、プラズマを停止せず、マイクロ波投
入電力を１５０Ｗに設定し、その他の膜形成条件は一定
として、膜厚が３０００オングストロームとなるように
第二ｉ型非晶質シリコン膜の析出を行なった。さらに、
プラズマを停止せず、マイクロ波投入電力を４００Ｗに
設定し、Ｂ₂Ｈ₆を原料ガスに対して５０ｐｐｍの濃度で
原料ガスと共に製膜室内へ供給することにより、膜厚が
５００オングストロームとなるように基層となるｐ型非
晶質シリコン膜の析出を行なった。基材には石英ガラス
を使用した。なお、参照用試料を得るために基材を２枚
使用し、同一条件下で２つの試料を得た。触針法によっ
て一方の石英基材上の膜厚を測定した結果、６５００オ
ングストロームを得た。

【００６９】実施例１と同様、本実施例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、塩素含有量、光学ギャップ、空隙率および光導電率
の波長依存性を表２に記す。表３には、本実施例により
得られた非晶質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を
示す。なお、本実施例の基層の活性化エネルギーは０．
９ｅＶであった。

【００７０】実施例６実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は１００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、実施例１と同量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂を製膜室へ導
入し、ガスプラズマと加熱基材とを接触させることによ
り、第二ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が６０００オング
ストロームとなるように膜形成時間を適宜調節して析出
した。温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに設定
した。その後、プラズマを停止せず、マイクロ波投入電
力を３００Ｗに設定し、膜厚が５００オングストローム
となるように基層となるｉ型非晶質シリコン膜の析出を
行なった。ただし、マイクロ波投入電力は製膜時間が終
了するまでの間、３００Ｗから４００Ｗまで自動制御装
置により連続的に変化させた。基材には石英ガラスを使
用した。なお、参照用試料を得るために基材を２枚使用
し、同一条件下で２つの試料を得た。触針法によって一
方の石英基材上の膜厚を測定した結果、６７００オング
ストロームを得た。

【００７１】実施例１と同様、本実施例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、塩素含有量、光学ギャップ、空隙率および光導電率
の波長依存性を表２に記す。表３には、本実施例により
得られた非晶質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を
示す。

【００７２】比較例１実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は４００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、実施例１と同量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂を製膜室へ導
入し、ガスプラズマと加熱基材とを接触させることによ
り、第二ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が６０００オング
ストロームとなるように膜形成時間を適宜調節して析出
した。基材温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに
設定した。析出終了後、ガスを流した状態でプラズマを
停止して、基材温度を１４０℃まで低下させた。基材温
度を確認した後、マイクロ波投入電力４００Ｗのまま、
プラズマを再び発生させ、膜厚が１０００オングストロ
ームとなるように基層となるｉ型非晶質シリコン膜の析
出を行なった。基材には石英ガラスを使用した。なお、
参照用試料を得るために基材を２枚使用し、同一条件下
で２つの試料を得た。触針法によって一方の石英基材上
の膜厚を測定した結果、６７００オングストロームを得
た。

【００７３】本実験の結果をさらに明確にするために、
本実験とは独立に上記の各非晶質シリコン膜の形成条件
において、それぞれ別々に膜の析出を行なった。その結
果、基材温度２５０℃で析出した第二ｉ型非晶質シリコ
ン層となる膜においては塩素含有量０.３原子％、光学
ギャップ２.０ｅＶ、膜中空隙率５体積％であり、さら
に、基材温度１５０℃で得られた基層となるｉ型非晶質
シリコン膜においては塩素含有量１.０原子％、光学ギ
ャップ２.３ｅＶ、膜中空隙率８体積％であった。

【００７４】実施例１と同様、本比較例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、塩素含有量、光学ギャップ、空隙率および光導電率
の波長依存性を表２に記す。表３には、本比較例により
得られた非晶質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を
示す。

【００７５】本比較例で得られた第２層の光学ギャップ
は１．９ｅＶより大きく、本発明に於いて第２層が満た
さなければならない光学ギャップの範囲である１．６〜
１．９ｅＶの範囲外である。そして、このときの分校感
度特性は、図３（表１のデータをグラフ化したものであ
る。）に示すように、実施例１と比較して長波長域での
分光感度特性が悪くなっている。

【００７６】比較例２実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は１００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、実施例１と同量のＳｉＨ₂Ｃｌ₂を製膜室へ導
入し、ガスプラズマと加熱基材とを接触させることによ
り、第二ｉ型非晶質シリコン膜を膜厚が６０００オング
ストロームとなるように膜形成時間を適宜調節して析出
した。基材温度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに
設定した。その後、プラズマを停止せず、マイクロ波投
入電力を２５０Ｗに設定し、その他の膜形成条件は一定
として、膜厚が１０００オングストロームとなるように
基層となるｉ型非晶質シリコン膜の析出を行なった。基
材には石英ガラスを使用した。なお、参照用試料を得る
ために基材を２枚使用し、同一条件下で２つの試料を得
た。触針法によって一方の石英基材上の膜厚を測定した
結果、６９００オングストロームを得た。

【００７７】実施例１と同様、本比較例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、塩素含有量、光学ギャップ、空隙率および光導電率
の波長依存性を表２に記す。表３には、本比較例により
得られた非晶質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を
示す。本比較例で得られた基層、及び第２層の光学ギャ
ップはそれぞれ１．８ｅＶ、及び１．７ｅＶであり、本
発明の範囲からはずれている。そして、表１に示される
ように、本比較例では、短波長域での分光感度特性が悪
くなっている。

【００７８】比較例３実施例１と同量の高純度水素をプラズマ生成室に供給
し、ＥＣＲプラズマを形成した。この時、マイクロ波投
入電力は３００Ｗ、磁場は８７５ガウスに設定した。こ
の状態で、原料ガスであるモノシラン（以下、Ｓｉ
Ｈ₄）を２０ｓｃｃｍの流量で製膜室へ導入し、ガスプ
ラズマと加熱基材とを接触させることにより、第二ｉ型
非晶質シリコン膜を膜厚が６０００オングストロームと
なるように膜形成時間を適宜調節して析出した。基材温
度は２５０℃、反応圧力は３ｍＴｏｒｒに設定した。そ
の後、プラズマを停止せず、メタンガス（以下、Ｃ
Ｈ₄）を１５ｓｃｃｍの流量でＳｉＨ₄に混合して水素プ
ラズマ中に導入することにより、膜厚が１０００オング
ストロームとなるように基層となるｉ型非晶質シリコン
カーバイト膜の析出を行なった。但し、その他の膜形成
条件はすべて一定とした。基材には石英ガラスを使用し
た。なお、参照用試料を得るために基材を２枚使用し、
同一条件下で２つの試料を得た。触針法によって一方の
石英基材上の膜厚を測定した結果、６７００オングスト
ロームを得た。

【００７９】本実験の結果をさらに明確にするために、
本実験とは独立に上記の第二ｉ型非晶質シリコン層及び
基層となるｉ型非晶質シリコンカーバイト膜の形成条件
において、それぞれ別々に膜の析出を行なった。その結
果、第二ｉ型非晶質シリコン層となる膜の光学ギャップ
は１.７０ｅＶ、膜中空隙率は０.０４体積％であった。
さらに、基層となるｉ型非晶質シリコンカーバイト膜の
光学ギャップは２.１ｅＶ、膜中空隙率は３体積％であ
り、いずれの膜中にも塩素は検出されなかった。

【００８０】実施例１と同様、本比較例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、光学ギャップ、空隙率および光導電率の波長依存性
を表２に記す。表３には、本比較例により得られた非晶
質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を示す。

【００８１】本比較例で得られた基層中の空隙率は、
３．０％であり本発明の基層が満たさなければならない
空隙率の範囲からはずれている。また、各層中に塩素は
含まれない。表３に示されるように、本比較例の非晶質
半導体素子の光安定性が悪くなっている。

【００８２】比較例４ＳｉＨ₄を流量５ｓｃｃｍで製膜室へ導入した状態にお
いて、高周波投入電力１０Ｗで高周波ガスプラズマを形
成し、ガスプラズマと加熱基材を接触させることによ
り、膜厚が６０００オングストロームとなるように膜形
成時間を適宜調節して第二ｉ型非晶質シリコン膜を析出
した。基材温度は２５０℃、反応圧力は２０ｍＴｏｒｒ
に設定した。第二層ｉ型非晶質シリコン膜の析出終了
後、プラズマを停止して製膜室内を真空排気した。その
後、高純度水素、ＳｉＨ₄、及びＣＨ₄をそれぞれ２００
ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、及び２ｓｃｃｍの流量で製膜室
へ導入し、高周波投入電力１０Ｗで高周波ガスプラズマ
を形成し、ガスプラズマと上記の加熱基材とを接触させ
ることにより、第二ｉ型非晶質シリコン膜上に基層とな
るｉ型非晶質シリコンカーバイト膜を析出した。この
時、基層となるｉ型非晶質シリコンカーバイト膜の膜厚
が１０００オングストロームとなるようにした。基材温
度は２５０℃、反応圧力は５００ｍＴｏｒｒに設定し
た。基材には石英ガラスを使用した。なお、参照用試料
を得るために基材を２枚使用し、同一条件下で２つの試
料を得た。触針法によって一方の石英基材上の膜厚を測
定した結果、６８００オングストロームを得た。

【００８３】本実験の結果をさらに明確にするために、
本実験とは独立に上記の第二ｉ型非晶質シリコン層及び
基層となるｉ型非晶質シリコンカーバイト膜の形成条件
において、それぞれ別々に膜の析出を行なった。その結
果、第二ｉ型非晶質シリコン層となる膜の光学ギャップ
は１.７０ｅＶ、膜中空隙率は０.０１体積％であった。
また、基層となる非晶質シリコンカーバイト膜の光学ギ
ャップは２.０ｅＶ、膜中空隙率は２体積％であり、い
ずれの膜中にも塩素は検出されなかった。

【００８４】実施例１と同様、本比較例で作製された非
晶質半導体素子に１００ｍＷｃｍ^-2の強度の白色光を照
射したときの光導電率および光導電率の波長依存性を表
１に示す。また、それぞれの単層膜で測定した光導電
率、光学ギャップ、空隙率および光導電率の波長依存性
を表２に記す。表３には、本実施例により得られた非晶
質半導体素子の耐光劣化特性の測定結果を示す。

【００８５】本比較例で得られた基層中の空隙率は２．
０％であり、本発明の基層の空隙率の範囲からはずれて
いる。また、基層を含めて、各層中に塩素は含まれな
い。そして、表３に示されるように、本比較例の非晶質
半導体素子の光安定性が悪くなっている。

【００８６】

【表１】

【００８７】

【表２】

【００８８】

【表３】

【００８９】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非晶質半導体素子を製造するための
装置の概念図である。

【図２】分光特性測定用及び耐光劣化試験用素子の概
念図である。

【図３】各波長における規格化した光導電率を示した
グラフである。

【符号の説明】

１・・・・製膜室２・・・・プラズマ生成室３・・・・基材４・・・・マイクロ波発生装置５・・・・電磁石６・・・・プラズマ生成ガス供給口７・・・・原料ガス供給口８・・・・流量調節器９・・・・支持台１０・・・ヒーター１１・・・真空ポンプ１２・・・圧力調節バルブ１３・・・基層１４・・・ｉ型非晶質シリコン層１５・・・アルミニウム電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塩素含有量０．１原子％〜５．０原子
％、光学ギャップ１．９ｅＶ〜２．５ｅＶ、且つ空隙率
５．０体積％〜１５体積％の非晶質シリコンからなる基
層に、該基層より光学ギャップが小さく、塩素含有量
０．００５原子％〜０．１原子％、光学ギャップ１．６
ｅＶ〜１．９ｅＶ、且つ空隙率０．０１体積％〜５．０
体積％のｉ型非晶質シリコンからなる層が少なくとも１
層以上積層されてなることを特徴とする非晶質半導体素
子。