JPS58155773A - 半導体装置作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非単結晶半導体を用いた半導体装置特に光照射
によシミ子・ホール対を発生する光起電力発生用半導体
層（以下単に活性半導体層という）を有する真性または
人為的にＰまたはＮ型の不純物を積層的に添加しないい
わゆる実質的に真性の半導体層（以下単に１層または単
に真性半導１体層という）およびＰ型またはＮ型半導体
層を積層して工Ｐ゛、工ｉ、　＝Ｎ−接合を有せしめた
半導体装置に関する。

本発明は光電変換装置は光照射面側よ、！ｌ）　ｐ工ｉ
ＮＮ工Ｐ”Ｐ接合を有せしめ、活性半導体層における少
数キャリアのライフタイムを実質的に長くして、ひいて
は大電流出力を有せしめることを目的としている。

本発明は第１、第２、第３、第４の非単結晶半導体層を
積層して、Ｐ工Ｎ’Ｎ、　Ｎ：ｃｐｐ接合を有せしめる
Ｋあ￥シ、これらの半導体層を同・−反応室を用いて作
製するのではなく、それぞれ独立した４個の反応室を連
結して具備せしめ、第１の半導体層を形成した後、隣の
反応室に被形成面を有する基板を大気にふれさせること
なく第１の半導体層上に第２の半導体層を積層して形成
せしめ、かかる工程を漸次くりかえすことによシ第１の
半導体層上に第２の半導体層を、また第２の半導体層上
に第３の半導体層を、第３の半導体層上に第４の半導体
層を形成せしめる半導体装置の作製方法に関する。

本発明は４つの反応室を連結して有する半導体装置製造
方法に関し、その第１の半導体層を形成するに先立ち、
その半導体層上に水分、空気等の吸宥物を除去し、さら
に反応室に大気（空気特に酸素、水）の混入がないよう
に、大気との遮断用の第１の予備室と、基板上の吸着物
除去用の予備加熱用の第２の予備室を設けることを目的
としている。

従来プラズマ気相法特にグロー放電法を利用し、Ｐ工Ｎ
６合ｔ−積層法にて有する光電変換装置に関」７ては、
本発明式の出願になる１光起電力発生用半導体装置Ｊ（
８４９，ａ、　２ｏ出願　特開昭５’ｌ−８９０特願昭
４９−７１７３９）が知られている。

また　半導体装置（特開昭５２−１６９９０）　４知ら
れている。しかしこれらの半導体装置における活性半導
体層としての１層は、との１層をはさむＰまたはＮ型半
導体層に比べて低不純物濃度層であることを指摘しなが
らも、さらにその細目については全く開示していない。

本発明は半導体層を被形成面上に積層して作製する光電
変換装置において、この活性半導体層をさらに検討した
結果、その内部を５Ｘ１０ｃｍ’以下の不純物濃度しか
ないＮ型半導体層と、〒×１０〜ｌＸｌｏｃｍの濃度の
不純物が添加されているＰまたはＮ型半導体層をそれぞ
れ独立した反応室で積層して形成し、お互いの不純物が
混入しあわなくせしめたことを特徴としている。この結
果、この活性半導体層を電子またはホールと積層的に対
立させ、かつ光照射によプ発生したキャリアのうちの少
数キャリアを電極ヘトリフトさせやすく、ひいてはその
ライフタイムを長くせしめたことを特徴とする。

さらに本発明はこの半導体中に添加された酸素の濃度を
第１および第２の予備室を設け、そこで除去することに
よシ、従来知られていた１〜２０ＸＩＯｏｍの濃度よ）
さらに１／３以下好ましくはｌ／１Ｇ−１７５０とした
ことによ）、半導体をその中に酸化珪素絶縁性成分を除
去し、よシ半導体としキャリアのライフタイムを長＜シ
エことを特徴としている。

また半導体層をそれぞれ独立に積層する方法は本発明式
によ）　半導体装置（特願昭５３−１５２８８７８５３
、　ＩＬ　１０出願）およびその分割出願　半導体装置
作製方法（特願昭５６−５５６０）Ｊｉ１５６．４．１
５）　Ｋ記されている０しがしこれらは独立連結方式の
プラズマ気相法が記されていながらも、やは多活性半導
体層をさらに複数層にゎない。本発明はこれをさらに発
展せしめ、光電変換装置としての変換効率を１０〜１４
）／ａｍ“（ムＭ１１００ｎ＋Ｗ１０ｎ’の照射光にお
ける５ｃｍ″′の真性変換効率）を有せしめ、従来の６
〜８１Ｇ１０鳳゛よルもさらに４〜６チも向上せしめた
ことを特徴としている。

本発明における光電変換装置において、Ｐま友はＭを半
導体層特に入射光側のＰまたはＭＷｉ半導体層を活性半
導体層に比べて広いエネルギバンド中とし、その半導体
層での照射光の讐収損失の増加を防いでいる。

このエネルギバンド構造を連続接合し、Ｐ′ｔたけＮ型
の半導体層に対し窓構造を設は良ものとして、本発明式
の出願になる　半導体装置（米国特許　４．２３９．６
５番１９８０．１１．６発行米国特許　４．２５４．４
２９１９８１．　：Ｓ、　３発行）カ知られている。本
発明はかがる本発明式の発明になる出願をさらに発展さ
せたものである◎本発明はかかる半導体層に再結合中心
中和用の水素、フッ素または塩素の如きハロゲン元素を
０．１〜！ｌＯモルーの濃度に１またリチェー五のｌ−
け　り 如きアルカリ金属元素を１０〜１００鳳の濃度に含有せ
しめて、不対結合手中和効果を有せしめるとともに、　
５〜ｇｏｏｏム代表的には６〜Ｚｏｏムの大きさの結晶
性（シ目−トレンジオーダの結晶性）を有するセミアモ
ル７ツス（牛非晶質）半導体（以下８ムＢという）とか
かるシ目−トレンジオーダの結晶性を有さないアモルフ
ァス（非晶質）半導体（以下ム８という）とが層状に積
層構造を有して設けられたものである０ 本発明は特に光電変換装置における光照射面側のＨｒｔ
４の半導体層がその領域での入射光の吸収性を少なくす
るためＳム８とし、さらにそれに隣接した真性半導体層
を８ム８とし、入射光側でのキャリアのライフタイムを
長くシ、さらにこの８ム８上面に真性の階段状または連
続的にム８またはム８を混入させ九半導体層を積層して
内部電界を自発的に設け、光−電気変換効率の向上を促
したものである０ ＥＩＡＥＩに関しては、本発明式の出願になる特願昭５
５−０２６３８８．８５５．３．３出願（セ宿アモルフ
ァス半導体）が知られている０さらにこの８ム８を利用
してＰＩＮ接合型の光電変換装置を設は九発明として、
本発明式の出願になる特願昭ｂ６−ｏｏａａ９９．８５
６．１．２２　（光電変換装置）が知られている。

以下図面に従って説明する。

第１図は本発明を実施するのに必要なグッズマｏｗｎ装
置の概要を示す。

すなわち基板（１）は絶縁性ホルダ例えば石英ホルダ（
ポート）（２）が保持され九反応炉（２）〜（２）中に
上方向から下方向への反応性ガスの流れに平行であ）、
かつ高周波エネルギ←）に対する電極（２）（３）の放
電に対し平行方向に設置させている。

反応性気体は珪化物気体（ｌｌｉｘ！Ｅｕ−＋　ｘ２１
）を（６）、―も（至）的よ）、まえｒ型不純物である
ジｌラン（Ｂ、ｉｆ、）を（６）よシ、夏型不純物であ
る７オスヒン（ＰＫ、）を６時よ）、中ヤリアガスであ
る水素を九はヘリューム（Ｈ・）を（ａ）、＆、０４便
よ）供給した。また広い〉供給する。

これらを反応性気体の反応室への噴出し口であって、か
つプラズマ発生用の電極（５υ、（ａ時、ＯＳ鳴φ９よ
如反応室ｆｉ４．鴨＠、＠に供給している・この反応性
気体が反応室に放出されると、電磁エネルギが加えられ
、それらの気体を活性化、分解して反応生成物が被形成
面上に蒸積される。この反応室では直流〜２０ＭＨｇ例
えば直流、５００ＫＨｇ、　１３．　ｆ５６ＭＨｓｇの
周波数の電磁エネルギを電極（２）　（３）よシ加えた
。さらに被形成面を有する基板（１）に赤外線加熱炉←
）ｋよｊり　１００−５０σＯ代表的にｔｉ　２００−
：ｓ００″ＯＫ加熱し、多量の基板処理ができるように
なった。

基板（ｘ）Ｆｉ最初第１の予備室四に挿入され、ロータ
リーポンプ（３０）Ｋて真空引きされえ。この予備室を
大気圧にするＫｔｊに）よシ窒素を導入した。

この予備室が真空引された後、七の１ｉｔ）Ｋ設けられ
た２００〜４００’０に赤外線２ンプにて加熱された第
３の予備室にゲイト（６６）を開けて移し、移した後再
びゲイト（６＠を閉め、第１の予備室はに）より窒素を
導入し大気圧とした後、別の基板が導入される。かくの
如きく〕かえしによ）、第１の予備室の基板は第２の予
備室に、第２の予備室軸の基板は第１の反応室（２）に
漸次移相して導入される。さらにこの第１の予備室で真
空引をして大気を除去した後、第ａの予備室で吸着酸素
、水を真空加熱によシ除去することは、半導体層中の酸
素の濃度を従来よ〕知られた１〜Ｃ＃ ｓｘｘｏｏｍ’よ〉もさらに１／３以下代表的にはｘ／
１０〜１／３０のｌＸｌ０〜５Ｘ１０ｃｍ　Ｋ　ｔで下
げることができた。

もちろん各反応室においても、外部よ）の真空リークは
１０ｔＯｒｒ以下を保障できるように務めている。

以上の如くにして第１の反応室において、被形成面上に
１．６〜２．８・マのエネルギバンド巾を有するＰ型の
導電型を有する１ｌｉｘＯ，−Ａ（Ｇ＜ｚ（１）を２０
０ム以下代表的には３０〜１５０ム０厚さに形成した後
、第１！？よび第８の反応室を真空引をして、この被形
成面を有する基板を第３の反応室（至）に移相し九〇こ
の時第３の反応室に設置された基板は第３の反応室−ｋ
、第３の反応室に）の基板は第４の反応室四に１第４の
反応室の基板は第３の予備室＠に移相し、第３の予備室
の基板はゲイト（５ｄ）を完全閉にした後、他のゲイト
（５つよシ外部に出される。

第２の反応室（２）においては、第２図■にそのたて断
面図が示されているが、ｒ型の第１の半導体層Ｃ４４）
が形成した上ＥＸ型の第２の半導体層（４５）が１００
〜２０００ムの厚さ代表的にはｇ　ｏ　ｏ−ｔｓ　ｏ　
。

ムの厚さに形成される。この１層は第８０牛導威させ、
Ｐ型用の不純物とＮ型用の不純物とが５ＸＩＯｃｍ以上
の濃度で直接に混合しないように務めた。

との工型半導体層は空乏層全形成させ、゛ここでのキャ
リアの電極へのドリフトｔ’−ｔ　３移動を助長させる
ためにきわめて重要である。

さらにこの徒弟Ｙの反応室ｖ）Ｋて、第２図■における
Ｎ型の第３の半導体層０６）を０．１〜０．６−の厚さ
に形成させた。さらに第４の反応室−にて夏型の第４の
半導体層（４つをＺｏｏ−５００ＡＯ厚さに形成させ九
。この半導体層をもＢ−１（逆方向の空乏層電界）を少
数キャリアに与える九め１、このＩｇを１．８〜ｇ、　
５＠マとした８１ＫＯ，−Ｑ（０＜ｘ４ｘ）とし九〇ま
え１層（１６）、１層Ｃｏｄ）は前記し九非単結晶シリ
コンを用い１．６〜１．８・マとし九〇 以上の如き４つの半導体層を積層し良後、電極α８）お
よび耐湿性向上のため、エポキシ、ポリインド等の有機
樹脂モールド（４９）ヲＺｏｏ−５００Ｐの厚さにオー
バーコートをした〇 第８因（４）において、基板は透光性基板◇０）例えば
ガラス、ポリイミド樹脂を用い、そζＫＢ〜ＩＡＯｐ（
Ｑｌ！１！さＯＭｉ、　ＭＬ中ＫＢ、　Ｐカ添１１Ｊす
ｔＬ’に代表的またはそのバルクＫ　ＡＸ、　Ｏｎが設
置ｔｂれ、うめこみ補助電極０］）を設けえ０さらにこ
の上面に透明導電膜（ｌをｆ９へ′している０この透明
導電膜は工１０（酸化インジェーム＋３〜１０−酸化ス
ズ）と酸化スズ、酸化アンチモンまたはその混合物を積
層して２層膜としていい。

この透明導電膜はこれに接する半導体がこの実施例の如
くν型半導体にあっては７価の透明導電膜である酸化ア
ンチモン（ｉ鳴または８１．Ｑを５０〜２００ムの厚さ
にそれに接する如くにして形成し、ＩＴＱはこの導電膜
の導電性を向上させる如くにその下地に設けることが光
電変換装置の変換効率の向上特に電流の増大に大きく寄
与していた。そしてＩＴＯをＰ型半導体に接せしめる時
、５〜ｌｏｗム／ａｙｓ’の電流’４であったものが１
３〜ｊａｏｍム／ａｖｎＬときわめて大きくできたＯこ
れはアンチモンがＰ型半導体のホールの再結合中心とな
如、この界面での電気的な直列抵抗を下げることができ
た。

以上の如くにして得られた第２図■に対応したエネルギ
バンド巾を第２ｍ−）にその番号を対応して設けている
。

この図面よ）明らかな如く、活性半導体層（４１）〜（
４Ｉ９はこの場合の少数中ヤリアであるホールをＰ型半
導体層（４４１３Ｋ（４４１）、（４６）間の高い電位
差によシ効率よく供給せしめている。特に照射光近くＫ
ある真性半導体層Ｃ４６）での空乏層のひろが〉および
高い電界強度を有せしめるため菫−型半導体層０＠を設
け、さらＫこの◇６）で光照射によシ発生したキャリア
はＢＩＴ効果の助けを含めて少数キャリアをＰ型半導体
層にドリフトさせたものである０その結果、従来より知
られた単なるＰｘＭ半導体においては５〜ツチ／ａｍ’
ｔでの効率しか得られなかつ九ものが、Ｐ１１ｉＩ型構
造とすることによ７３、ｘｏ〜１２−の高い変換効率を
ムＭ１にて得ることができた。さらＫＩＯｏＷＡ″の大
面積基板においても、α］）の補助電極の助けを含めて
開放電圧０．９〜０．９ＪＳマ、短絡電流１６〜ａｏｍ
ム／６１ｍ”Ｐ１〜１０−の実用変換効率を得ることが
できえ。

第３図は基板◇Ｏ）を導電性とし、例えばステンレスと
したものである。この上面に第３図に）と同様に第１、
第２、第３、第４の半導体層を０４）、　（４５）、　
（４吃（４′Ｑと積層して設け、■Ｔｏの透明導電膜Ｃ
４６）補助電極０υ樹脂モールド（４９）Ｋよシ設けて
いる。

ムーム′における対応エネルギバンド図を第３図（Ｂ）
　Ｋ示している。この場合は第２図（４）と異なシ、上
方向よシの光照射＋２）　タメＮ　（４’／）　Ｉ　（
４６）　Ｐ’　（４５）Ｐ（４４）としている。この場
合Ｐ−はその被膜形成の際その不純物濃度が５Ｘ１１；
〜ｌＸｌ０ｃｍときわめて低いため、ボンベ中で５〜Ｉ
ＯＰＰＭ　（水素希釈）を作ることがジボランとボンベ
との反応にょ多年可能である。このため本発明において
は、シラン中に１０〜１ｏｏｐｐｎのジボランを添加し
九ボンベを用いていることが他の特徴である。かくして
制御性を有するＰ゛半導体層α〜を作ることができた。

この中に第１の半導体（４番）よシのオートドーピング
によるＰ型不純物の混入を禁止するため、本発明におい
ては第１図に示す如くＰ型中導体層αり用の第１の反応
室に）１！：Ｐ−型半導体層用の第２の反応室（２）と
を独立にしている。％にＰ型半導体層（４４）Ｋ炭素を
添加し九場合、この炭素が部分的（局部的）に！−の第
２の半導体層に混入し、電気的導電性を防げることを防
ぐことはきわめて重要である。このため（４ツの第３の
半導体層は珪素、ゲルマニュームまたはその混合いよう
に務め喪。

かくして第Ｓ図ＣＢ）の如き場合においても、第２図と
同様の１０−をこえる変換効率を得ることができた。

第３図の他の製造方法については第１図、第２図におい
て述べたことと同様である。

以上の説明において半導体装置はＰＸＭＭまたはＮｌＰ
Ｐ接合を１つ有せしめた。しかしこれを活性層を非単結
晶の１１１によ）１．６〜１．８・マとし後側を８１　
Ｘ　Ｇ　＠　＋−４（０＜Ｘ＜　１）　Ｋよｋ）　ｘ、
　Ｏ〜１．６＠マとして開放電圧の増大に務めてもよい
。またＮ工ｐｐＫ　ｆｓ’Ｊ　Ｌ、ＮｘｐｐＮｘｐＰ接
合、ｙｘＰｐＮｘＰ接合、！：　Ｌ。

た」烏合も同様である。

ＰまたはＨの半導体層よりも低不純物濃度としし、さら
に光照射面側での工層中での璽価およびｖ価の不純物の
混合をさけ、加えてＰまたはＨとすることにより少数キ
ャリアのライフタイムを長くさせたこと、さらにとのＩ
、ＰまたはＮをそれぞれ独立に反応室で形成する等のす
べてを一体化することによシ、初めて１０−をこえる高
い変換効率を有す大面積型光電変換装置を作ることがで
きる。この点でその工業的価値は少なくないものと信す
る０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられた半導体装置製造装置の概要
を示す。 第２図、第５図において■は本発明の光電変換装置のた
て断面図を示し、ｉたφ）はに）に対応時、＊’１ｌｌ
ｌｊ：’；’ｉ人 鼠１図 昭 ス２肥

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１、第２、第３および第４の非単結晶半導体層を
   積層して形成するにあたり、前記半導体層をプラズマ気
   相法によ多形成する４個の反応室を互いに連結して具備
   せしめ、第１の半導体を第１の反応炉で形成した後、隣
   の第２の反応室に第１の半導体力（形成された基板を大
   気にふれさせることなく移し、第２の反応室にて前記第
   １の半導体層上に第２の半導体層を積層して形成しかか
   る工程を漸次性なうことにより被形成面上Ｋ　ｐｘｉＮ
   接合またはＮ工ｐＰ接合を積層して形成することを特徴
   とする半導体装置作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、工、ＮまたはＰ半
   導体層は酸素が３ＸＩＯｃｍ以下の濃度しか添加されて
   いないことを特徴とする半導体装置作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、第１の半導体層を
   形成するための第１の反応室に先立って連結された基板
   を真空中に保持する第１の予備室および基板加熱用第２
   の予備室を具備音しめることによシ、大気および吸着物
   の前記第１の反応室への混入を防ぐことを特徴とする半
   導体装置作製方法。