JPH10150212A - 半導体薄膜形成用前駆体及び半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

半導体薄膜形成用前駆体及び半導体薄膜の製造方法

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JPH10150212A
JPH10150212A JP8308979A JP30897996A JPH10150212A JP H10150212 A JPH10150212 A JP H10150212A JP 8308979 A JP8308979 A JP 8308979A JP 30897996 A JP30897996 A JP 30897996A JP H10150212 A JPH10150212 A JP H10150212A
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JP
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group
thin film
precursor
semiconductor thin
iiib
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JP8308979A
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English (en)
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Takayuki Negami
卓之 根上
Mikihiko Nishitani
幹彦 西谷
Takahiro Wada
隆博 和田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】キャリア濃度の制御が容易で、太陽電池の光吸
収層として用いた場合に高いエネルギー変換効率を示す
カルコパイライト構造半導体薄膜を製造するのに好適な
半導体薄膜形成用前駆体ならびに半導体薄膜の製造方法
を提供する。 【解決手段】基体上にIb族とVb族元素を含む薄膜(例
えば、Cu−P)またはIIIb族とVb族元素を含む薄膜
(例えば、In−P)を堆積し、その上にIb族とIIIb
族元素を含む薄膜(例えば、CuとInの積層膜または
Cu−In−Oの酸化物薄膜またはCu−In−Seの
薄膜)を堆積し、VIb族元素を含む雰囲気中(例えば、
2SeやH2Sを含むガス)で熱処理することによりド
ーパントとなるVb族元素を添加したIb族、IIIb族とV
Ia族元素からなるカルコパイライト構造半導体薄膜
(例えば、CuInSe2:PまたはCuInS2:P
等)を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜形成用
前駆体とそれを用いた半導体薄膜の製造方法に関するも
のである。特にエネルギー変換効率の高い太陽電池用に
好適な半導体薄膜形成用前駆体及び半導体薄膜の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】Ib族、IIIb族とVIb族元素からなる化
合物半導体薄膜(カルコパイライト構造半導体薄膜)で
あるCuInSe2を光吸収層に用いた薄膜太陽電池が
高いエネルギー変換効率を示し、光照射等による効率の
劣化がないという利点を有していることが報告されてい
る。エネルギー源としての使用に必要となる大面積太陽
電池を作製するため比較的均一なCuInSe2薄膜が
得られる製造方法として、Mo等の金属膜上に形成した
CuとInの積層薄膜、またはCu-In-Seの混合薄
膜、またはCu-In-Oの酸化物薄膜等のIb族とIIIb
族元素を含む薄膜を前駆体(プレカーサ)として、H2
SeまたはSe蒸気を含む雰囲気中で焼成し、作製する
セレン化という方法が報告されている。この方法は、簡
単なプロセスであり、CuInSe2薄膜の製造コスト
を低減できるという利点を有している。このセレン化法
で形成した膜は太陽電池の光吸収層として適用できるキ
ャリア濃度を有しているが、さらに変換効率の高い太陽
電池を実現するには、キャリア濃度の制御が必要とな
る。
【0003】CuInSe2系薄膜のキャリア濃度を増
加させる方法として、Ia族元素Naを添加またはドー
プする方法が報告されている。例えば、アムステルダム
での1994年4月11日〜15日の第12回ヨーロッ
パ光起電力太陽エネルギー会議において(12th E.C. Ph
tovoltaic Solar Energy Conference)、ホルツ(J. Ho
ltz)等は、”ザ エフェクト オブ サブストレイト
イムピュリティズ オン ザ エレクトロニック コ
ンダクティビティ イン CIS シン フィルムズ
(THE EFFECT OF SUBSTRATE IMPURITIES ON THE ELRCTR
ONIC CONDUCTIVITY IN CIS THIN FILMS)”という題で
サファイア基板上のCuInSe2膜にNaをイオン注
入すると導電率が3桁増加することを報告している。ま
た、ハワイのワイコロワで1994年12月5日〜9日
まで開かれた第1回光起電力エネルギー変換世界会議
(1st World Conference on Photovoltaic Energy Conv
ersion)において、リューク(M. Ruckh)等は、”イン
フリューエンス オブ サブストレイト オン ザ エ
レクトリカル プロパティーズ オブ Cu(In,G
a)Se2 シン フィルムズ (INFLUENCE OF SUBSTR
ATES ON THE ELECTRICAL PROPERTIES OF Cu(In,Ga)Se2
THIN FILMS)”という題でNa22膜を堆積した後にC
IGS膜を形成した太陽電池では、Na22を堆積して
いない太陽電池より変換効率が約2%向上したと報告し
ている。これは、Naの添加によりCIGS膜のキャリ
ア濃度が増加するためとダイオードの整流特性が改善さ
れたためと述べている。以上の報告からわかるように、
Naの添加によりCuInSe2膜のキャリア濃度が増
加することがわかる。
【0004】Na以外の元素でキャリア濃度を増加させ
る方法としては、イオン注入法によりCuInSe2
のVIb族元素であるSeをVb族元素であるP、Sbま
たはBiで部分的に置換する方法が、刊行物シン ソリ
ッド フィルムズ(Thin SolidFilms)の1993年2
26号の149から155ページに”バレンス マニピ
ュレーション アンド ホモジャンクション ダイオー
ド ファブリケーションオブ カルコパイライト スト
ラクチュア Cu−In−Se シン フィルムズ(Va
lence manipulation and homojunction diode fabricat
ion of chalcopyrite structure Cu-In-Se thin film
s)”という題で古曳(S. Kohiki)等により報告されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】光吸収層のキャリア濃
度が高いとpn接合の拡散電位が大きくなるため開放端
電圧(Voc)は増加するが、キャリアがほとんど再結合
することなく取り出せる空乏層幅は狭くなるため短絡光
電流は減少する。逆にキャリア濃度が低いと、空乏層幅
が広がるため短絡光電流は増加するが、拡散電位が小さ
くなるため開放端電圧は低くなる。従って、最も効率よ
く光を電気エネルギーに変換するために必要となるキャ
リア濃度が存在する。高い変換効率を示す太陽電池を得
るにはキャリア濃度を制御することが必要となることが
わかる。しかし、セレン化法で作製したカルコパイライ
ト構造半導体薄膜は太陽電池を構成するには適当なキャ
リア濃度を有していたためキャリア濃度を制御するとい
った工程は含まれていなかった。ただし、基板にNaを
含むソーダライムガラスを用いた場合、セレン化する際
に温度を上昇させるため自動的に基板のNaが拡散し、
ドーピングしていることがある。しかし、太陽電池にも
っとも適したキャリア濃度となっているとはいえない。
また、Na化合物をプレカーサに添加してキャリア濃度
を制御する場合は、基板のNaの拡散が影響を与えるた
め、Na化合物の添加量のみで独立にキャリア濃度を制
御することは困難である。
【0006】また、カルコパイライト構造半導体の陽イ
オン(カチオン)となるIIIb族元素(Ga、In等)
を、電子数の少ないIIb族元素(Zn、Cd等)で置換
し、p型半導体のホール(正孔)濃度を制御する試みが
いくつか報告されているが、IIb族元素はもう一つの陽
イオンであるIb族元素(Cu、Ag等)に置換され余
剰電子が供給される。従って、カルコパイライト構造半
導体薄膜がn型伝導を示し、太陽電池に有効であるp型
半導体薄膜を提供するには至っていない。
【0007】これに対し、カルコパイライト構造半導体
薄膜を構成するVIb族元素であるSeまたはSをVb族
元素であるN、PまたはSbで部分的に置換する方法
は、キャリア濃度(ホール濃度)の制御性に優れてい
る。しかし、このようなドーピングはCuInSe2
薄膜を形成した後にVb族元素をイオン注入する方法で
試みられている。イオン注入法は種々の元素をドープす
るには有効な方法であるが、大面積の膜を均一に短い時
間でドーピングすることは困難である。また、イオン注
入による膜へのダメージが生じる可能性があり、このダ
メージがキャリアの再結合中心となり太陽電池の効率を
低下させる要因となる。ダメージを消滅させるには温度
アニールが必要となるが、製造工程が増えることによる
品質の均一性の低下やコスト高または高温による膜の改
質等の影響が考えられる。従って、カルコパイライト構
造半導体薄膜を用いた太陽電池の製造にはイオン注入法
は適していない。太陽電池の製造という観点からは、セ
レン化法の工程の中でVb族元素をドーピングし、キャ
リア濃度を制御することが望ましいが、このような半導
体薄膜の製造方法は開示されていない。
【0008】従って、キャリア濃度を必要な濃度に制御
したIb族とIIIb族とVIb族からなるカルコパイライト
構造系の半導体薄膜が工業的に効率よく提供される状況
には至っていない。
【0009】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、エネルギー変換効率の高い太陽電池用に好適な半導
体薄膜形成用前駆体及び半導体薄膜の製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明はVb族元素を添加した半導体薄膜形成用前
駆体と半導体薄膜形成中にVb族元素を供給する製造方
法を提供する。ここで、ドーパントとなるVb族元素
は、P、AsまたはSbから選ばれる少なくとも一つの
元素である。
【0011】本発明では下記の3つの半導体薄膜形成用
前駆体の構成を提供する。第1の半導体薄膜形成用前駆
体の構成は、主成分となるIb族及びIIIb族元素と、ド
ーパントとなるVb族元素からなる薄膜で構成された半
導体薄膜形成用前駆体である。本前駆体においては、V
b族元素の含有率が10-5モル%以上1モル%以下であ
ることが好ましい。
【0012】第2の半導体薄膜形成用前駆体の構成は、
Ib族とVb族元素を含む薄膜とIb族とIIIb族元素を含
む薄膜を少なくとも2層以上堆積されてなる半導体薄膜
形成用前駆体である。本前駆体におけるIb族とVb族元
素を含む薄膜としては、Ib族元素がCuであり、Vb族
元素がP、AsまたはSbからなる群の内の少なくとも
一つからなる薄膜であることが好ましい。
【0013】第3の半導体薄膜形成用前駆体の構成は、
IIIb族とVb族元素を含む薄膜とIb族とIIIb族元素を
含む薄膜を少なくとも2層以上堆積されてなる半導体薄
膜形成用前駆体である。本前駆体におけるIIIb族とVb
族元素を含む薄膜としては、IIIb族元素がGaまたは
Inの内少なくとも一つであり、Vb族元素がP、As
またはSbからなる群の内の少なくとも一つである薄膜
であることが好ましい。
【0014】また、前記3つの前駆体において、Ib族
とIIIb族元素を含む薄膜として、下記の3つのうちい
ずれかを用いることが好ましい。 (1)Ib族元素であるCuと、IIIb族元素であるGa
もしくはInの内の少なくとも一つからなる金属積層薄
膜、または合金薄膜 (2)Ib族元素であるCuと、IIIb族元素であるGa
またはInの内の少なくとも一つからなる酸化物薄膜 (3)Ib族元素であるCuと、IIIb族元素であるGa
またはInの内の少なくとも一つとVIb族元素であるS
またはSeの内の少なくとも一つからなる薄膜 また本発明は、前記のいずれかに記載の半導体薄膜形成
用前駆体をVIb族元素を含む雰囲気中で熱処理する工程
を含む半導体薄膜の製造方法を提供する。
【0015】前記半導体薄膜の製造方法においては、VI
b族元素を含む雰囲気が、VIb族元素の水素化ガス、炭
化物またはVIb族元素を含む有機物のうち少なくとも一
つを含む雰囲気であることが好ましい。
【0016】さらに、本発明はカルコパイライト構造半
導体薄膜中にVb族元素を添加する方法として、Ib族と
IIIb族元素を含む薄膜をVb族元素を含む雰囲気中で熱
処理する工程を含む半導体薄膜の製造方法を提供してい
る。
【0017】前記半導体薄膜の製造方法においては、V
b族元素を含む雰囲気が、Vb族元素の水素化物またはV
b族元素の塩化物またはVb族元素の酸塩化物のいずれ
かを含む雰囲気であることが好ましい。さらに、前記半
導体薄膜の製造方法において、VIb族元素を含む雰囲気
中で熱処理する工程を含むことが好ましく、かつVIb族
元素を含む雰囲気が、VIb族元素の水素化ガス、炭化物
またはVIb族元素を含む有機物のうち少なくとも一つを
含む雰囲気であることが好ましい。
【0018】以上の半導体薄膜形成用前駆体と半導体薄
膜の製造方法を用いることにより、カルコパイライト構
造半導体薄膜のキャリア濃度を制御することが可能とな
り、前記カルコパイライト構造半導体薄膜を用いた太陽
電池の変換効率を向上させることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】Ib族とIIIb族とVb族元素から
なるカルコパイライト構造半導体薄膜のVb族元素を部
分的にVb族元素に置換することにより、電荷の平衡が
ずれて電子の不足状態になりホール(正孔)が供給され
る。このホールの量はVb族元素の含有量で変化するた
め、カルコパイライト構造半導体薄膜へのVb族元素の
添加量によりキャリア濃度を制御することが可能とな
る。本発明は、Vb族元素の添加または含有量を有効か
つ簡便に制御する方法を提供している。
【0020】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。本発明はここで記述する実施の
形態のみに限定されるものではない。 (実施の形態1)図1は本発明の1実施の形態を示すカ
ルコパイライト構造半導体薄膜形成用前駆体の断面模式
図を示している。基体1としてガラス基板を用いた。そ
の上にIb族とIIIb族とVIb族元素からなるCu−In
−Se薄膜にIIIb族元素とVb族元素からなるGa−P
を添加したCu−In−Se:Ga−P薄膜2を形成し
た。Cu−In−Se:Ga−P薄膜はCuInSe2
粉末にGaP粉末を混合した粉末を、0.1Paの真空
中にて約1400℃に加熱したMo蒸発るつぼに順次落
下させ、瞬時に蒸発させて基板上に膜を蒸着するフラッ
シュ蒸着法を用いて形成した。この時、基板温度は室温
に保持している。次に、Cu−In−Se:Ga−P薄
膜2の上にSeを同様な真空中にて蒸発させてSe膜3
を蒸着して前駆体を形成した。Cu−In−Se:Ga
−P膜2とSe膜3の膜厚は各々約1.5μmと1μm
であった。このSe膜3は次の熱処理工程でCu−In
−Se:Ga−P膜中からの蒸気圧の高いSeの過剰な
蒸発を防ぐために設けている。また、ここでは、蒸発粉
末中のGaP粉末の混合比を変えた数種の前駆体を形成
した。次に、図2に示す熱処理装置を用いて前駆体の熱
処理を行った。前駆体4を石英管5の中に入れ、N2
ス6を流した雰囲気中で、ヒータ14を用いて加熱して
550℃で10分間熱処理して、カルコパイライト形構
造半導体薄膜であるCu(In,Ga)Se2:P薄膜を形
成した。
【0021】図3はフラッシュ蒸着に用いたCuInS
2+GaP粉末のGaP粉末の混合比に対するキャリ
ア濃度の変化を示している。なお、形成したCu(In,
Ga)Se2:P薄膜の伝導型は全てp型であった。図か
らGaPの混合比の増加に従いキャリア濃度が増加する
ことがわかる。基板温度が室温でフラッシュ蒸着で形成
した膜の組成比は、蒸発粉末の組成比をほぼ保存するこ
とから、膜中のPの含有率によりキャリア濃度が制御で
きることがわかる。
【0022】なお、本実施の形態ではドーパントとなる
Vb族元素としてPを用いているが、As、Sbを用い
ても同様な結果が得られた。 (実施の形態2)図4は本発明の一実施の形態を示す半
導体薄膜形成用前駆体の断面模式図である。基体15と
してガラス基板を用いた。基板15の上にIb族とVb族
元素からなるCu−P薄膜16を堆積した。Cu−P薄
膜は真空蒸着法にて基板温度を室温に保持してCu3
粉末を蒸発させて堆積した。このCu−P膜16の上に
Ib族であるCu(17)とIIIa族であるIn(18)
の金属薄膜を順次スパッタ蒸着した。スパッタ蒸着は、
真空度5PaのAr雰囲気中で、各々の金属体をターゲ
ットとしてDCマグネトロンスパッタ法により行った。
作製したCu膜とIn膜それぞれの膜厚は0.25μm
と0.60μmである。この前駆体4を図2に示す石英
管5に入れて熱処理を行った。熱処理は2vol%のH2
eを含むN2ガス6を流入した減圧雰囲気(約500Tor
r)にて450℃で約1時間行った。
【0023】熱処理後に得られたCuInSe2:P薄
膜の前駆体中のCu−P薄膜の膜厚に対するキャリア濃
度の変化を図5に示す。なお、得られたCuInS
2:P膜の組成比Cu/Inは全て1以下であり、伝導
型はp型を示した。図から前駆体中のCu−P膜厚の増
加に従いキャリア濃度が増加していることがわかる。従
って、Ib族とVb族元素からなる薄膜Cu−Pの前駆体
中の膜厚によってカルコパイライト構造半導体薄膜Cu
InSe2:P膜のキャリア濃度が制御できることがわ
かる。
【0024】なお、本実施の形態ではIb族元素とVb族
元素からなる薄膜としてCu3Pを蒸着したCu−P薄
膜を用いたが、Cu3Sbを蒸着したCu−Sb薄膜を
用いてもCu−Sb膜の膜厚によりキャリア濃度が制御
できる。
【0025】また、本実施の形態とは逆のIb族とIIIb
族を含む薄膜(ここではCu/In積層膜)上にIb族
とVb族元素を含む薄膜(ここではCu−P)を形成し
た前駆体を熱処理しても同様な結果が得られる。
【0026】(実施の形態3)図6は本発明の他の実施
の形態を示す半導体薄膜形成用前駆体の断面構成図であ
る。ここで、基体19としてはMo膜を被覆したガラス
基板を用いた。基体上にIIIb族とVb族元素を含む薄膜
としてIn−P薄膜20を堆積した。In−P薄膜はI
nPの焼結体をターゲットとして1PaのAr雰囲気中
で100Wの高周波電力を印加してスパッタすることに
より基体上に堆積した。このIn−P薄膜20の上にI
b族とIIIb族元素からなる酸化物薄膜Cu−In−O
膜21を堆積した。Cu−In−O薄膜はCu2In2
5の酸化物焼結体をターゲットとして0.2PaのAr雰
囲気中で500Wの高周波電力を印加してスパッタする
ことにより堆積した。この時のCu−In−O膜の膜厚
は約1.5μmである。ここでは、In−Pの膜厚を変
化させた数種の前駆体を作製した。この前駆体を図2に
示す熱処理装置を用いて熱処理した。前駆体4を石英管
5の中に入れ、H2Sを10vol%含むArガス6とH2
ガス7を流入した雰囲気中で、550℃で1時間熱処理
してカルコパイライト構造半導体薄膜CuInS2:P
を形成した。このCuInS2:P膜の上にn型半導体
であるCdS膜を溶液析出法にて約100nm堆積し
た。このCdS膜上に金属膜としてNiCr/Auの積
層膜を電子ビーム蒸着法で作製した。以上の工程により
p型CuInS2:P膜とn型CdS膜で形成されるp
nダイオードを作製した。
【0027】作製したpnダイオードの電圧−電流特性
を測定した結果、全ての素子で整流特性を示すことが確
認された。次に、周波数1KHzにおける容量(C)−
電圧(V)特性を測定してキャリア濃度を求めた。前駆
体のIn−P膜厚に対するキャリア濃度の変化を図7に
示す。In−Pの膜厚の増加に従いキャリア濃度が増加
することがわかる。従って、IIIb族とVb族元素からな
る薄膜In−Pの膜厚によりカルコパイライト構造半導
体薄膜のキャリア濃度が制御できることがわかる。
【0028】なお、本実施の形態ではIIIb族元素とVb
族元素からなる薄膜として、InPをスパッタしたIn
−P薄膜を用いたが、GaP、GaAs、InAs、G
aSb、InSbから作製した薄膜を用いてもキャリア
濃度が制御できる。
【0029】また、本実施の形態とは逆のIb族とIIIb
族を含む酸化物薄膜(ここではCu−In−O膜)上に
IIIb族とVb族元素を含む薄膜(ここではIn−P)を
形成した前駆体を熱処理しても同様な結果が得られる。
【0030】(実施の形態4)実施の形態3と同様なス
パッタプロセスを用いて、Mo膜を被覆した基体上にI
b族とIIIb族元素からなる酸化物薄膜Cu−In−O
を堆積した。この前駆体4を図2の熱処理装置の石英管
5の中に入れて熱処理を行った。ここでは、H2Sを1
0vol%含むAr希釈ガス7とPH3を0.1%vol%含む
2ガス8を流入した減圧雰囲気(約300Torr)で5
50℃で1時間熱処理した。ここで、H2Sを含むAr
ガスの流量をガス流量調整器11を用いて100sccmに
固定し、PH3を含むH2ガスの流量をガス流量調整器1
2を用いて変えたいくつかの条件で熱処理を行いCuI
nS2:P膜を作製した。得られたCuInS2:P膜の
上に実施の形態3と同様な方法でCdS膜を堆積し、そ
の上にスパッタ法で透明導電膜となるZnO膜とITO
膜を順次堆積して太陽電池を作製した。
【0031】100mW/cm2の疑似太陽光を照射した
時の太陽電池の電圧−電流特性を測定した。図8にH2
Sガスを含むArガスとVb族元素の水素化物であるP
3を含むH2ガスの流量比に対する太陽電池の開放端電
圧の変化を示す。ここで、開放端電圧はPH3を含むH2
ガスを流さずに作製したCuInS2膜を用いた太陽電
池の値を1として規格化してある。PH3を含むガス流
量比の増加に従い開放端電圧が増大し、最大約1.2倍
増加していることがわかる。キャリア濃度が増加すると
太陽電池の開放端電圧が増加することから、PH3を含
むガスの流量、つまり全ガス雰囲気中のPH3の濃度で
キャリア濃度が制御できることがわかる。
【0032】本実施の形態から太陽電池の開放端電圧が
増加することから、本発明の半導体薄膜の製造方法が太
陽電池の変換効率の向上に有効であることが確認でき
た。なお、本実施の形態ではIb族元素とIIIb族元素か
らなる薄膜としてCu−In−OのIb族とIIIb族元素
からなる酸化物薄膜を用いているが、CuとInの積層
または合金膜等のIb族とIIIb族元素からなる金属膜や
Cu−In−Se等のIb族とIIIb族とVIb族元素から
なる薄膜を用いても同様な結果が得られる。また、Vb
族元素を含む雰囲気として、PH3を含むガスを用いて
いるが、AsH 3を含むガスでも同様な結果が得られ
る。さらに、VIb族元素を含む雰囲気としてH2Sを含
むガスを用いているが、H2Seを含むガスまたはCS2
のような炭化物を流入した雰囲気または(C25)2Se
等のVIb族元素の有機物を流入した雰囲気を用いてもV
b族元素(ここではP)を添加したカルコパイライト構
造半導体薄膜が形成できる。
【0033】(実施の形態5)ここでは本発明の他の実
施の形態について説明する。図2の熱処理装置にて、M
oを被覆したガラス基板上に形成したカルコパイライト
構造半導体薄膜Cu(In,Ga)Se2薄膜4を石英管5
の中に入れて熱処理を行う。ここで、Vb族元素の酸塩
化物であるPOCl3液体を入れた恒温層9を室温に保
ち、N2ガス8を導入してPOCl3を石英管中に輸送す
ることによりVb族元素を含む雰囲気を形成する。これ
とは別に雰囲気ガスとしてN2ガス6を流入する。ここ
で、POCl3の輸送ガスであるN2ガス8の流量をガス
流量調整器13を用いて変化させて400℃で約30分
熱処理を行った。得られたCu(In,Ga)Se2:P薄
膜上に実施の形態3と同様にn型半導体CdS膜とNi
Cr/Au金属膜を順次堆積してpnダイオードを作製
した。
【0034】作製したpnダイオードの電圧−電流特性
を測定した結果、全ての素子で整流特性を示すことが確
認された。次に、周波数1KHzにおける容量(C)−
電圧(V)特性を測定してキャリア濃度を求めた。図9
に雰囲気ガスN2の流量とPOCl3の輸送ガスN2の流
量比に対するキャリア濃度の変化を示す。POCl3
輸送ガス流量の増加に従いキャリア濃度が増加すること
がわかる。従って、Vb族元素の酸塩化物の濃度により
カルコパイライト構造半導体薄膜のキャリア濃度が制御
できることがわかる。
【0035】本実施の形態はカルコパイライト構造半導
体薄膜形成後にキャリア濃度を制御する方法であり、膜
の形成条件とは独立してキャリア濃度を制御する条件を
設定できる。従って製造法や構成元素等の異なる種々の
カルコパイライト構造半導体薄膜に適用できる。
【0036】なお、ここでは、Vb族元素を含む雰囲気
としてVb族元素の酸塩化物であるPOCl3を用いた
が、Vb族元素の塩化物であるPCl3、AsCl3また
はSbCl3を用いても同様な結果が得られる。
【0037】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の半導体薄膜
形成用前駆体を用いることによって、ドーパントとなる
Vb元素を添加したIb族、IIIa族とVIa族からなるカ
ルコパイライト構造半導体薄膜を簡単に再現性良く製造
することが可能となる。そして前駆体中に添加するVb
族元素の添加量または前駆体中のVb族元素を含む薄膜
の膜厚によりカルコパイライト構造半導体薄膜中のキャ
リア濃度を制御することが可能となる。従って、太陽電
池の光吸収層用の半導体薄膜として用いた場合に太陽電
池の変換効率を向上させるのに好適なキャリア濃度に制
御することが可能な半導体薄膜形成用前駆体ならびにそ
れを用いた半導体薄膜の製造方法を提供できる。
【0038】また、本発明の半導体薄膜の製造方法によ
れば、Vb族元素を含む雰囲気中で前駆体を熱処理して
カルコパイライト構造半導体薄膜を形成する方法を用い
た場合、熱処理雰囲気中のVb族元素の濃度により、熱
処理後に得られたカルコパイライト構造半導体薄膜中の
キャリア濃度を制御することが可能である。従って、太
陽電池の変換効率を向上させるのに好適なキャリア濃度
を有する光吸収層用の半導体薄膜を製造する方法を提供
できる。
【0039】以上より、本発明は太陽電池の光吸収層用
半導体薄膜として好適な半導体薄膜を容易に再現性良く
製造することが可能な前駆体、ならびに半導体薄膜の製
造方法を提供し得るものであり、製造工程も容易で大量
生産も可能であることから、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体薄膜形成用
前駆体の断面模式図。
【図2】同、製造工程の一部である熱処理を行う装置の
模式図。
【図3】同、前駆体を形成する際に使用した蒸発源のC
uInSe2とGaP粉末中のGaP粉末の混合比に対
する製造されたCuInSe2:P膜のキャリア濃度の
変化を示す図。
【図4】本発明の一実施の形態である半導体薄膜形成用
前駆体の断面模式図。
【図5】同、前駆体中のCu−P薄膜の膜厚に対する製
造されたCuInSe 2:P膜のキャリア濃度の変化を
示す図。
【図6】本発明の一実施の形態である半導体薄膜形成用
前駆体の断面模式図。
【図7】同、前駆体中のIn−P薄膜の膜厚に対する製
造されたCuInS2:P膜のキャリア濃度の変化を示
す図。
【図8】同、H2Sガスを含むArガスとVb族元素の水
素化物であるPH3を含むH2ガスの流量比に対する製造
されたCuInS2:P薄膜太陽電池の開放端電圧の変
化を示す図。
【図9】同、雰囲気ガスN2の流量とVb族元素の酸塩化
物POCl3の輸送ガスN2の流量比に対する製造された
Cu(In,Ga)Se2:P膜のキャリア濃度の変化を示
す図。
【符号の説明】
1 基体(ガラス基板) 2 Cu−In−Se:Ga−P薄膜 3 Se薄膜 4 半導体薄膜形成用前駆体 5 石英管 6 雰囲気ガス(N2ガス、N2希釈H2Seガスまたは
Ar希釈H2Sガス) 7 雰囲気ガス(H2ガスまたはH2希釈PH3ガス) 8 輸送ガス(N2ガス) 9 POCl3 10 恒温槽 11 ガス流量調整器 12 ガス流量調整器 13 ガス流量調整器 14 ヒータ 15 基体(ガラス基板) 16 Cu−P薄膜 17 Cu薄膜 18 In薄膜 19 基体(Mo薄膜を被覆したガラス基板) 20 In−P薄膜 21 Cu−In−O酸化物薄膜

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分となるIb族及びIIIb族元素と、
    ドーパントとなるVb族元素からなる薄膜で構成された
    半導体薄膜形成用前駆体。
  2. 【請求項2】 Vb族元素の含有率が10-5モル%以上
    1モル%以下である請求項1記載の半導体薄膜形成用前
    駆体。
  3. 【請求項3】 Ib族とVb族元素を含む薄膜とIb族とI
    IIb族元素を含む薄膜が少なくとも2層堆積されてなる
    半導体薄膜形成用前駆体。
  4. 【請求項4】 Ib族元素がCuであり、Vb族元素が
    P、As及びSbから選ばれる少なくとも一つの元素で
    ある請求項3記載の半導体薄膜形成用前駆体。
  5. 【請求項5】 IIIb族とVb族元素を含む薄膜とIb族
    とIIIb族元素を含む薄膜が少なくとも2層堆積されて
    なる半導体薄膜形成用前駆体。
  6. 【請求項6】 IIIb族元素が、Ga及びInから選ば
    れる少なくとも一つの元素であり、Vb族元素がP、A
    s及びSbから選ばれる少なくとも一つの元素である請
    求項5記載の半導体薄膜形成用前駆体。
  7. 【請求項7】 Ib族元素であるCuと、IIIb族元素で
    あるGa及びInから選ばれる少なくとも一つの元素か
    らなる金属積層薄膜または合金薄膜を、Ib族とIIIb族
    元素を含む薄膜として用いる請求項3〜6のいずれかに
    記載の半導体薄膜形成用前駆体。
  8. 【請求項8】 Ib族元素であるCuと、IIIb族元素で
    あるGa及びInから選ばれる少なくとも一つの元素か
    らなる酸化物薄膜を、Ib族とIIIb族元素を含む薄膜と
    して用いる請求項3〜6のいずれかに記載の半導体薄膜
    形成用前駆体。
  9. 【請求項9】 Ib族元素であるCuと、IIIb族元素で
    あるGa及びInから選ばれる少なくとも一つの元素
    と、VIb族元素であるS及びSeから選ばれる少なくと
    も一つの元素からなる薄膜を薄膜として用いる請求項3
    〜6のいずれかに記載の半導体薄膜形成用前駆体。
  10. 【請求項10】 VIb族元素を含む雰囲気中で、請求項
    1〜9のいずれかに記載の半導体薄膜形成用前駆体を熱
    処理する工程を含む半導体薄膜の製造方法。
  11. 【請求項11】 Ib族とIIIb族元素を含む薄膜をVb
    族元素を含む雰囲気中で熱処理する工程を含む半導体薄
    膜の製造方法。
  12. 【請求項12】 Vb族元素を含む雰囲気が、Vb族元素
    の水素化物、Vb族元素の塩化物及びVb族元素の酸塩化
    物から選ばれるいずれかの物質を含む雰囲気である請求
    項11に記載の半導体薄膜の製造方法。
  13. 【請求項13】 VIb族元素を含む雰囲気中で熱処理す
    る工程を含む請求項11に記載の半導体薄膜の製造方
    法。
  14. 【請求項14】 VIb族元素を含む雰囲気が、VIb族元
    素の水素化ガス、VIb族元素の炭素化合物及びVIb族元
    素を含む有機物の含む雰囲気である請求項10または1
    3に記載の半導体薄膜の製造方法。
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