JPS5823434A - アモルフアスシリコン系半導体 - Google Patents

アモルフアスシリコン系半導体

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JPS5823434A
JPS5823434A JP56122874A JP12287481A JPS5823434A JP S5823434 A JPS5823434 A JP S5823434A JP 56122874 A JP56122874 A JP 56122874A JP 12287481 A JP12287481 A JP 12287481A JP S5823434 A JPS5823434 A JP S5823434A
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圭弘 浜川
Yoshihisa Owada
善久 太和田
Kazunaga Tsushimo
津下 和永
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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】 本発明はアモルファスシリコン系の半導体、殊に光起電
力素子に関する。
シラン(81H4)の4プラズマ分解法で得られるアモ
ルファスシリコンは、W,E,Spear等によって、
PH,やB,H,でドープする事によシ、その伝纒度を
大きく変える事ができることが発艶され(1976年)
、DJ.Carlson等[よってアモルファスシリマ
ンを用いた太li#j竃.池が賦作(1976年)され
て以米注目を集め、アモルファスシリコン薄展太lli
!1を池の効率を数置する研究が活発に行なわれている
これまでの研究によシ、アモルファスシリコン#膜光電
素子の構造としてはショットキーバリヤー型、pin型
、M工8型、ヘテロ接合型があシ、そのうち罰三省が高
効率太lII!1電池として有望視されている。すなわ
ちショットキーバリヤー型で5.5−%(D、1.カー
ルソン&1977年)、MIB屋で4.8チ(J、工、
B、ウィルソン他、197g)、pin型で4.5 %
(浜用圭弘 197g)の変換効率が達成されているO ところが、このような索子の製膜において、特に1層の
成長速度が1〜2ム/秒と遅く、この成長速度の遅いこ
とが安価な素子を製造するという点では大きな阻害要因
となっていた。このような欠点を改良する為に反応条件
を変更しようとする種々の試みが゛なされてきた。例え
ば、グルー放1M、におけるパワーを増大せしめて成長
速度を上けようとする試みがそれである0しかし、パワ
ーを上げればプラズiによるボンバードメントの影響が
太きくなシ、膜質が悪く力ってしまうのが塊状である(
 、T、 a、 Knights :ムppm、 Ph
ys、 Lett、 、 35131244(1979
))。また、動作圧力を!11]整したり、基板温度を
変更したシすることによって、成長速度を上げようとす
る試みもなされたが、いずれ4膜實(特に電気特性)の
低下を招いてしまうという欠点を有していた。
本発明者らは膜質の低下をきたさないで薄膜の成長速度
を増大させることを主眼にして鋭意研究努力した結果、
グロー放電分解に際して、好ましくは5000ム以下の
波長を有する光による光分解反応を補助的に用いること
によシ、実用的な成長速度で、電気的に本光学的にも良
質の薄膜が得られることを見い出した0 しかも、驚くべきことに、p型又はn型のアモルファス
シリコン半導体の製膜においては、上記の光を照射する
ことKよ)ドーピング効率をかなシの程度まで改善でき
ることをも見い出し、本発明を完成するに至った。
以下にその詳細を説明する0 不発明のアモルファスシリコン系半導体は、シリコン化
合物又は希釈用ガスと混合されたシリコン化合物の気体
を、容量結合法又は誘導結合法による高周波グロー放電
分解又は直流グロー放電分解するに際して、補助的に後
述の如き光分解反応を用いることにより得られる0シリ
コン化合物としてはシラン(81H,)又はその誘導体
、フッ化シラン(5iF4)又はその誘導体、或いはこ
れらの混合物が主に使用される。シリコン化合物と混合
する希釈用ガスとしては、水素、アルゴン、ヘリウム、
又は炭素の水素若しくは窒素若しくはフッ素化合物、窒
素の水素若しくはフッ素化合物、或はこれらの混合物が
使用される0混合ガス中のシリコン化合物の濃度は、通
常0.5−以上である。勿論、希釈用ガスを使用しなく
ても差支え表い。
グロー放電分解の条件は一般に採用されているのと同様
の条件でよく、例えば特開昭52−122471号公報
、特開昭55−68681号公報等に記載されているも
のが採用できる0 グロー放電分解によシアモルファスジリコン、アモルフ
ァスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンナイト
ライド又祉これらの混合物から成る半導体(以下、これ
らをすべて含めてアモルファスシリコン系半導体という
)を製造できる訳であるが、周期律表■族の元素でドー
ピングすることによりp型のアモルファスシリコン系半
導体を、ま九周期律表マ族の元素でドーピングすること
によ)n型のアモルファスシリコン系半導体を得ること
ができる。
本発明ではp層、1層、又はn層のうちの少なくとも一
つの層の成長時において、グロー放電とともにシリコン
化合物等を分解し得る光(通常5000ム以下好ましく
は4200ム以下の波長で、20mW /eIIX以上
好ましくは50mW /ate”以上の強度を有する光
)を照射し、該層、の膜の成長速度を大幅に増大させる
ものである0また、グロー放電を実施する反応器の直前
に前室を設け、これに上記の先を照射するようにしても
よい。
照射する光の波長に関しては5000ム以下又、その強
度に関しては20mW/♂以上であるならば、特に制限
はないが、エネルギーコスト等の経済性並びに光を投入
する窓材料の問題等から、波長に関して#1700ム以
上、強度に関しては1000 W/ctn”以下が好ま
しい。
本発明の効果は、電気的特性に代表される膜質を損うこ
となく成長速度を著しく増大できることであシ、更にド
ーピング効率をも改善できるということである。
本発明のアモルファスシリコン系半導体は通常のアモル
ファスシリコン系半導体と同様に、太陽電池、光スィッ
チ、光検出器又は感光体材料等に適用できる。このうち
、光起電力素子である太陽電池に適用した場合を例にと
って、本発明の詳細な説明する。
本発明の適用が可能な太陽電池は、p層側から太陽光を
照射するタイプ、例えばガラス/透明電極/p−1−n
アモルファスシリコン/アルミニウムの構成のもの、又
はnm@から太陽光を照射するタイプ、例えばステンレ
ス/p−1−nアモルファスシリコン/透明電極の構成
のもの等、柚々のものがある。他の例としては、p層と
透明電極との間に薄い絶縁層をつけたり、薄い金族層を
つけた構造のもの、或はショットキーバリヤー型のもの
、MIS型のもの等がある0要は以下に述べる如く、真
性アモルファスシリコンを活性層とする太陽電池であれ
ばいかなる構成のものであってもよい。
使用する基板としては、透明電極(工To 、 5n0
2等)を蒸着したガラスや高分子フィルム、金属等、通
常の太陽電池の構成に用いられるあらゆる基板が使用可
能である。
シリコン化合物或は希釈用ガスと混合されたシリコン化
合物をグロー放電分解して得られる約10−7秒以上の
キャリヤー寿命で約10”cs−” eV−”以下の局
在準位密度及び104♂/V・秒以上の易動度をもつ真
性アモルファスシリコンを1層とし゛、例えばp型ドー
プ半導体とn型ドープ半導体で接合したpin接合構造
にする。pin接合を用いた場合の太陽電池としての代
表的な構成は透明電極/p型アモルファス半4体/i型
アモルファス半導体/n型アモルファス半導体/電極の
構造で、透明電極側から光を照射する。透明電極は工’
l’Oや8゜O癖に8no□が好ましく、ガラス基板に
あらかじめ蒸着して用いたりp型アモルファス半導体上
に直接蒸着してもよい。太陽光を照射する側のp層の厚
みは約30〜300A好ましくは50〜200A、 i
層の厚みは約2500〜10000ムが用いられる。n
層はオーミックコンタクトをとる為の層でもあル厚みは
限定されないが、約150〜600ムが用いられる。
もう一つの代表的な構成は 透明電極/n型アモルファス半導体/1型アモルファス
半導体/p型アモルファス半導体/電極の構造で、透明
電極側から太陽光を照射する。光を照射する餞のn層の
厚みは約30〜300ム好ましくFi50〜200ム、
1層の厚みは2500〜10000ムが通常用いられる
。p層の厚みは限定されないが約150〜600ムが用
いられる。透明電極の素材及び蒸着法については前同様
である。
次に、実施例によシ本発明の効果について説明するが、
本発明は°以下の実施例により限定されるものではない
対照例 内径11信の石英反応管を用い基板温度250℃にて1
3.56MHzの高周波でグロー放電分解を行った。
1型アモルファスシリコンは水素で希釈したシランを5
 Torrでグロー放電分解して得られた。n型アモル
ファスシリコンは水素で希釈したシランと7オスフイン
(PH,) (PH,/ 51a4= 0.5モルチ)
を同様にグロー放電分解して得られた。n型アモルファ
スシリコンは水素で希釈したシランとジボラン(BgH
s) (B、H6/ sIH,= 0.2モルチ)を同
様にグロー放電分解して得られた。1層の成長速度は1
.8A/秒であった。また、prwlの20℃における
暗電気伝導度は5X10−’(Ω・cm)−”であった
太陽電池の構成は、25Ω/口の’nomi!膜のつい
たガラス基板のSnO,面上にアモルファスシリコンを
p型、i型、n型の順に成長せしめ最後に3.3鱈のア
ルミニウムを蒸着してAM  1 (100mW/―1
)のソーラーシュミレータ−で太陽電池特性を調べたo
P層が135ム、1層が500OA、 n層が500ム
の厚みを有する太陽電池の%性は短絡電流Jsc = 
10.3 mA/crn”、開放電圧Voc =0.7
5volts、変換効率η=4.6チであった。
実施例 光分解反応を実施する前室をグロー放電分解反応器の直
前に設置し、これにキセノンランプを光源とする波長3
300A付近の光(100mW/(:♂)を照射する以
外は対照例と同様にした。
1鳩の成長速度は8ム/秒、p層の20℃における暗電
気伝橢度はlXl0−@(Ωex)−”であった。
対照例と同様の厚みを有する太陽電池の特性はJ e 
c = 11.3 m17cm”、Voa=0.78v
olte、η=5.3チであった。このように1層の成
長速度は光を照射しない場合の4倍以上となった。また
、3300ム付近の光の照射によって、20℃における
暗電気伝導度が光を照射しない場合の2倍とな夛太陽電
池の効率も15qA改善された。
%軒出願人 鐘淵化学工業株式会社 代理人弁理士内田敏彦

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光分解反応を補助的に施して、シリコン化合物をプ
    ラズマ分解することによシ得られたことを性徴とするア
    モルファスシリコン系半導体。 2 前記プラズマ分解に際し、周期体表ll11!ic
    又はマ族の元本でドーピングされたことを特徴とする臀
    rf#1求の範囲第1項に記載のアモルファスシリコン
    系半導体。 3 前記アモルファスシリコン系半導体絋光、起電力素
    子のexg!索として用いられることをt+!f9とす
    る9軒請求の範囲第1項又は第2項に記載のアモルファ
    スシリコン系半導体。 4 ^11紀元起電力素子Fip−1−n接合を有する
    ことを特徴とする特軒紬求の範囲m3項記載のアモルフ
    ァスシリコン系半導体◇ 5 嗣紀アモルファスシリコン系半導体はアモルファス
    シリコン、アモルファスシリコンカーバイド(a−81
    0)、アモルファスシリコンナイトライド(a−81N
     )又はそれらの混合物であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項、第2項、又は第3項記載のアモルファ
    スシリコン系半寺体0 6 光分解反応に用いる光の波長が5000A以下であ
    ることを特徴とする特#!f趙求の範囲第1項記41m
    のアモルファスシリコン系半導体。 7 光分解反応に用いる光の強腋が20mW/aj以上
    であることを特徴とする請求 項記載のアモルファスシリコン系半導体。
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