JPS5873169A - Pin光起電装置及びその製造方法 - Google Patents

Pin光起電装置及びその製造方法

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JPS5873169A
JPS5873169A JP57101530A JP10153082A JPS5873169A JP S5873169 A JPS5873169 A JP S5873169A JP 57101530 A JP57101530 A JP 57101530A JP 10153082 A JP10153082 A JP 10153082A JP S5873169 A JPS5873169 A JP S5873169A
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JP
Japan
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layer
amorphous silicon
photovoltaic device
intrinsic
substrate
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JP57101530A
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セオドア・デ−・ムスタカス
ベンジヤミン・アベレス
ドン・エル・モレル
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Exxon Research and Engineering Co
Esso Research and Engineering Co
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Publication date
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    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
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    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
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    • YGENERAL 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
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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】
発明の背景 本a明n−rモル7アスシリコン、よ?#L、(!1、
装wtoJ元起電出力を改良する工う)ζ特別に構成し
たp型及び(又は)n型領域を有するPINアモルファ
スシリコン牛導体Vl酸に係る。 水素化アモルファスシリコンは#lI半導体装置及び特
に離農り元(光起電)装置への応用について将来tVU
視されている。アモルファスシリコン腺の結合#lI造
中に成る蓋の水素を含ませると半導体CaJ光伝専性が
実質的に増大するという発見は、この材ffQ)数多く
内応用をこの分野に−たらした。 アモルファスシリコンの最も成功してい6光起電船1ノ
一つは一般的(こPIN構造と呼はれる構成である。不
例帷曹で使用しそしてとり〕分野で一般的に誌められて
いΦPIN構造は、半導体材料のn型(nドープ)領域
及びp蓋(pドープ)領域り)間に設けらrした半導体
材料の真性(ノンドープ)領域を有する半導体構造を推
称′1−6.この構造はpn接合粋に較べてより^い■
。。及び■gcをも罠ら丁ことが鉋められている1本発
明は、p型及びnll領域の特別り)形成が電荷キャリ
アの受光起電(photogeneritio、n o
f charge carrler )及び装置出力を
実質的に増大させるPINホモ接酋に向けられている。 アモルファスシリコンPINMIを構成するいくつかの
技術が業界において知られている。こ(ムらQ〕技術は
シランGIJグロー放電分解をオリ用してnW、Pll
及び真性のアモルファスシリコン−を形成する。この被
着技術はカールソンの米国%鈴第4064521号によ
って最4I<例示さ几、それにはグロー放電でつくっ7
C4〜6%の光起1に効率を(するPIN構造が記載さ
れている。従来技術のPIN¥1LIlの王な欠陥は、
ディピッド・カールソンが技術−文%Factors 
Influ@ncing  thelcffioi*n
ay of Amorphous  5ilicon 
 SolarCellm(ア毫ルファスシリコン太陽電
池の効率に作用する因子)“、Journal of 
Non−CrystallineSolids 、  
35−36  (1980) 、  1) 、 707
−717で指摘し罠工うに、p型層を通す照射において
、クロー放電被着は、伝導性が悪くしかも装に1こおけ
る電荷キャリアク】受光起電に有意義に寄与せずに入射
光エネルギー?吸収するp型層をつ〈aということであ
Φ6p型階のこの乏しい電子特性はネットソーク中へ9
ノホウ素導入に起因し、−t i’Lが午導体ソ〕ギヤ
yプ中に欠陥状態(d・f@ctstates in 
tho gap)  )もたらし、それが再結廿甲・υ
としてm<、ZlOえて、これら力欠陥状態は元@収2
も罠らし、それが有効光ギャップ2I層↓9小さくTり
。 こカニうなpINSilfiに対して1本発明は広いバ
ンドギャップ2Mし従って元エネルギーを真性層・\実
質的−ζ透過する↓うにO1c構成し罠p型領域8有す
るアモルファスシリコンPIN装置i:FW供する1本
明細書に記載し1ζ構成技術は一つ力piJlvj域を
もたらす。さらに本発明は、p型及びnm1iiシ〕バ
ンドギヤツプを調節し、ft起電f!鉦でつくられる開
放回路電圧の増加をもたらすように。 p型及びn型力両iIf f特に適合させχ構成?提供
Tる。 発明力概要 本発明は、シランソ)グロー放電分解で形成した真性(
ノンドープ)噛1:i:有する一方、アルゴン及び水素
のプラズマ中でSt  ターゲットから9反応性スパッ
クリングで形成し罠少なくともp型髄域を有する、ハイ
ブリッド構造のアモルファスシリコンPINSimに向
けられている。こカバイブリッド構造はp型及びn型層
(Q九バンドギャップを調節する可能性Pもたらし、開
放回路電圧(/J増加と、p型層9〕光バンドギャップ
を論節し欠場合に、p型層による実質的なキャリヤ発生
なしり〕吸収を行なう長期安定欠陥の克服とをも罠らす
。こり)p型層力構属ではPai!層自身での電荷キャ
リヤによる受光起電が高められるという付随的な利点が
ある。 本発明は青色スペクトル領域における光出力ウフ向上で
示される工うな増加し罠光起電応答性?有する改良され
たアモルファスシリコンP][N装置に向けら(tてい
る。こ2)発明2説明するために、wA1囚にPINm
ii力拡大m面断面園を示す。基板10は一般的に上に
設けられる膜を物理的に支持する基板からなる。基板l
Oは、以下に記載するような、上に設ける層を貫通する
ピンホールを避ける友めに、その層の厚さのオーダー(
寸法)の空隙や突起が実質的にない、主*iit*コー
ティング表向′)令する。第1因(2J態様では、基板
lOは一般的に不透明な材料からなるように描かれてい
る。Xる態様では、基板10は例えばセラミック9)よ
うな非電導性@料からなることができるが、それには4
電性材料11’/J上@階か必蒙である。 選択的に、基板ioは支持基板として及び光起電製置ク
ツ操作におけ少電流を生ずる電極さして働く%kからな
Φことができる。いずれの場合にも、基板のコーティン
グ表面はコーティング表面から不楯望な汚染物及び粒子
を除去するために完全に清浄〔ヒ丁0.好ましい態様で
は、を極10はN−型シリコンとオーム接触を形成する
ことが知られている金属例えばモリブデン又はステンレ
ス鋼からなることができる。基板lOが非導電性拐科か
らなる場合には、1r111がN−型アモルファスシリ
コンとオーム接触を形成することが知られている金属例
えば前記のモリブデン又はクロムQJ層からなり、かつ
基板に約1000〜2000Aの厚さて被着することが
好ましい。 jill12は基板のコーティング表山上に被着し友釣
100A〜約100OAの厚さのNu水水素化7ルルフ
アスシリコンらなる。水嵩化アモルファスシリコンの技
術に関連して記載されΦ用飴「Nff1(Nドープ)」
は、フェルミレベルを伝導帯に近すけ従って膜の導電性
を高める工うに働くリン。 ヒ素及びアンチモンなど力電子的に作出すΦF−バント
を含むアモルファスシリコン鳩として足叙することがで
きる。 N型層12Vi反応性スパッタリング又はグロー放電の
いずれかの技術でつくることができる。水素化アモルフ
ァスシリコンI/J n W Nは少量り】ホスフィン
ド−ピングガス2含むシランのグロー放電針j!!l’
?形カyて゛き2〕。こ9)分解方法は最初に基板22
00〜400℃の温度に加熱する工程を含む。 成るLt様では、鼻根をAr 放電中でスバッタエッナ
ンクして史に清浄にすることができる。次いでSin、
中0.1=1%PH2からなる供給ガスを反1t、管:
(供給し、圧力を所望レベル、通常1()〜10 (J
 (J m’rorl・  に上げる0次いでDC又U
RFt圧2印加り、てカス0)イオン化2冥施する。膜
のr−W G’ 1 k 8、]乙M l 00〜l 
000 A ヘラ1lzk侵’j−討1各 し7、 そ
りJ抜tF31?解酌゛、する。 こflらい膜ツノ伝尋性に一般的に10−”Ω−1Fi
+ −’であり、そ石、らの光キャップ灯り相当する1
〔性り〕I!iより小さい[Eg(真性) t、 7 
eV、 Eg(nKl−) (、1,7eV 〕。 title的なMbkにおいて、水累化アモルファスシ
リコン力ri型胤・を水素、アルゴン及びポスフィン力
分圧中で反応性スパッタリングして横取することが−(
゛きイ、)。11型輸タ〕スパツタリング方法は次Q〕
工杭’j−’cs’む0最初1こ、基板を2 +10へ
1(10℃Q〕貌度に加熱ずイへアルゴンプラズマ中で
タ−ゲット及び基板グ〕両方をスパッタエツチングする
1、ホスフィン、水嵩及びアルゴンク)気体混合−をス
パッタリング室に形成する。ホスフィン力分圧は5XI
 O−’〜5X10−’ Torr、水嵩Q】分If:
、H5x10−’ 〜2.OX J 0−3Torr、
そしてアルゴンの分圧は3XlO−” 〜15X10−
” Torr である、直径5インチのシリコンターゲ
ットlζ1(J(1〜30077 t−CIJRP”電
力をかける。kftl+iji。J厚さ、通常i o 
o−i o u uA#cra長さta。この膜の伝導
度は約10−”Ω−′3柵であり、そり光ギャップは含
まれる水素の蓋に依存してt6〜1.90eVである。 水素化アモルファスシリコンの真性〜工4は、実質的に
ノンドープのシランカブロー放電分解で破着した約0.
2ミクロン−約10ミクロンQ〕厚さのノンドープアモ
ルファスシリコンからなる。本明細書で使用TΦよう(
(、用語「真性」汀、最少臘の不純物を含む1こめにそ
の電子的特性が膜・〕】構造とSj及びMCI)會vm
とで決まるものとしてtRa付けられるアモルファスシ
リコン領域を短足¥0゜艮好なバ性−Vユ、艮好な構造
的峙件k 71’; ’iミーギヤ・ブ苧力状、f線つ
り低い密度(a IOW density of 5t
atesin the gap)としても規定すること
ができる。シランカブロー放電分解に、C◇真性層の形
成ば次カ」二輪を百0も力とし゛C−収自月こ日己載す
ることかで1!Φ。 m4υ6C4’tit’@ k 
kljT W ン)m ’g、 a常 2o。 〜4(J(JCt(:上げ。。次^で5in4燃V=斗
3反しら器に供鵬し、j上刃r所4力高さ、通′に1o
〜ioo。 m’l’orrtこ’J−4+。次いでLl(、’ ”
!tJ RF ’4)f ’c目」加してクロー故−を
開始させる。そ?1から膜を1力Δ力厚さ、遁盾(J、
2=l(Jμr1tまで成長させ、そし′〔電圧3−ユ
ずす。 材料9元バンドギャップ’IJA節P提i#L”rる工
うに時に適合させた形成方法を舊するp散水素化アモル
ノアスンリコン噛16?真件1−14上に被着「ロウ絹
mll’pm(pドープ)−1μ、水素化アモルノアス
ンリシン力技術に開運して規定さrしてぃ^工うに、ン
エルミレベル分価電子帯に近づけ従って映αノ伝導性2
同りさせる〜5(ζ働くボウ粱り]工つな電子的れh性
ドーパント3台−んでいるアセルファスシリコン膜とし
て特徴付けるこさができる。 厚さ約80x〜約3oofりIp型階は水素、アルゴン
及びジボラン9ノ分圧中0)多結晶シリコンターゲット
から反応性スパッタリングされ小。p副層カスバユ・ク
リング処理は次シ、】工程+)含む。n2m及びp副層
り)被着の間基板は艷1じ諺度に保つ。ジボラン013
分圧i!5XIO−@〜5X10− ”l’orrであ
り、水素(/J分圧は0.5−、2.0 m Torr
、そしてアルゴンQ)分圧は3〜15mTorr であ
る。スパッタリングの電EE(電力)条件はn W A
11l j(ついて記載し罠もQ]と同じであ0.こQ
)膜の伝導度μI (+ −”〜10’−”Ω−13−
1であり、その元キャップは1.8・VZジ大きい。 本明細書に記載したように水素化ア干ルノアスシリコン
Q)p型層?特別に適合せしめて構成す金と、業界で他
の者に裏って認められているL′)にs1置の開放回路
電圧を高めるばかりでなく、さらに実質的な慮の入射光
がそこ2通過して下−LJ)■−の高い九発生領域で吸
収さn6半導体「ウィンド層」Pも提供Tる、p型m)
もよらず。不可部1.4
【こ紀偵しlζ広(″1バンド
ギャンブカp型層力形成tユ、γモルフrスシリJンハ
イドライド(h欠陥状態ツrS0に窪的な迫、b++な
く1階クツ長いキャリヤ寿命を&?N−2、領域のホウ
累トービンクQ1比較的高い効率?従快しながら、光道
さCる。 A−ム+f寛秘18は透明な伝尋性識化物、例えば酸化
錫インジウム、錫酸カドミウム、又は酸化l&!2含む
ことができる。これらす)nW牛導体酸化物μ当業省が
比較的に高くドープさ′J′1.たp城ア七ルフrヌシ
リコンとオーム接触2形底す◇もシ)として認めQもシ
〕である。加えて、これらの屈折率はpW7モルフrス
シリコンの四面とマツチし反射防止膜とな0比較的艮好
な屈折率と与え0.好′ましい態様では、vLLl8は
、直往5インチでIr+203 / 9 ’htl 9
1r−8n02 Q)ldibV、2+ −r 6スバ
ンタリングクーケノト5から反応性スパッタリングした
酸化錫インジウム層からなる++ ターゲットには50
ワノ+−a)1fL力を供給す句。酸化錫インジウム層
)被着中基板り約250℃に加熱する。酸化錫インジウ
ム層QJ厚さは500〜700Aである工うに選ぶ、比
較的に大面積の11では、層18の伝導性を例えば貴金
属の工つな高い導電性の材料によるグリッド20で補強
してもよい、グリッドパターンを最適化する手段、グリ
ッドの厚さ、及びグリッド自身を形成する手段は光起電
装置の業界において周知である。第1図の−12及び1
62逆に丁Φことができる。この場合、最初にPg層を
スパッタリングし、続いてI層2グロー放電し、そして
n1ljilをスパッタリング(又にグロー放電)する
、 jlll 8及び20は前と同じである。 111142図に示した態様では、実質的に透明な基板
30がWlmに基板を通して照射することを許容する。 従って、基板30は[長約O,aミクロン〜約2.0ミ
クロンの光エネルギーの実質的な透過(a明性)を示す
材料から選ぶ、基IE30に使用するのに適した材料に
祉例えばガラス、石英、サファイアがある。@1図の態
様について前述したLうに、基板30Q」コーティング
表面を入念に清浄化して、上側に形成する膜にピンホー
ルをもたらす粒子等を除去する。伝導性酸化物はその上
に被着されるp型アモルファスシリコン層トQ)オーム
接触を提供すΦように選ぶ、この工うな酸化物の例には
酸化錫インジウム、錫酸カドミニウム、又はアンチモン
をドープした酸化錫がある。比較的大(2)横Q】wi
Illのために、高い導電性金属、例えばニクロム、銀
勢からなるグリッド131に工って層32Q】伝導性を
補強することができる。 jm32の表面上にpsi水素水素化7フルフアスシリ
コ214を反応性スパッタリングする。この鳩ジノ厚さ
は一般的にloo!である0層34の被着パラメータは
第)因C)〕層16として示した先の態様の2m41H
)ためi(起振し九ものと贅質的にm−である。 真性アモルファスシリコンrI1136を約200 A
〜約50OAの厚さに434上に被着丁心、真性層及び
pal!層について述べた工うに%n渥層の構成は先c
/Jll様で述べ友nll鳩と実質的にm−である。 オー五WM4OUn製アモルファスシリコンとオーム接
触を形成することが知られている材料、例えばクロム、
モリブデン等から選択する。これらQ)@は蒸着又はス
パッタリングで被着される。 先り)態様で述べた工うに、p型層34の特別に適合さ
れた構成は、改良された嗅fe、匙電及びドーピング効
率特性を有する広いバンドギャップ半導体をもたらして
、増加し友開放回路電圧と向上した青色応答性の両方?
有するアモルファスシリコンP I Nullをもたら
す。 第3図を参照すると、曲線B及びCは、従来技術のP 
I N11iにP型層儒から光照射した場合り)スペク
トル光応答性?一般的に特徴付け/)収集効率2ベクト
ルを示してい6.対照して、本発明に依り構成し友改良
PINliiiにおけるスペクトルAを示したが、全波
長領域における実質的に増大した光応答性を明示してい
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に依るPINアモルファスシリコン装置
の拡大−勇断面図、第2図は本発明に依るNIPアモル
ファスシリコン@置a〕拡大11方1*r面図、第3図
祉本発明に依り製造し九PIN装置の光起電応答性【従
来技術Q)それと比較するグラフでIhΦ。 lO・・・・・・基板、12・・・・・・N11m1.
14・・・・・・1層、16・・・・・・p型層、18
・・・・・・電極、30・・・・・・基板1.34・・
・・・・p型層、36・・・・・・III、38 ・・
・N型層。 特ト出動人 エクソン リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー 特許出願代理人 弁理士 宵 木    朗 弁理士 西 舘 和 之 弁理士、古 負 哲 次 9f理士 山  口  昭  之 図面の浄書(内容に変更なし) 九 11 FIG、 1 FIG、 3 手続補正書(方式) %式% 特許庁長官 若松 オロ 夫 殿 1、二j¥件の表示 昭和57年 特許願  第101530号2、発明の名
称 PIN光起祇装置及びその製造方法 3、補正をする者 小件との関係  特許出願人 4、代理人 一ル ・、1 ・1 (外 3 乙) 5、神正砧令の日付 昭邊1j57年9月28日 (発送日)6、補正の対象 図   面 7 補正の内容 図面の浄書(内容に変更なし) 8 添付書類の目録 浄書図面     1通

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水素化アモルファスシリコン本体を有するPIN光
    起電装置であって、 河)基板。 (ロ)前記基板lこ被着したn型アモルファスンリコン
    1ll11 (ハ)前記rsfli層に被着した真性アモルフーrス
    シリコンI。 に)前記真性層に反応性7バツタリング(7罠pHアモ
    ルファスシリコン層、該p型層は11.8eV エフ大
    きいバンドギャップを庸するこき2%黴とし、かつ前記
    真性層と半導体W!酋を形成する、を含んでMt6光起
    電wit。 λ 前記p麿鳩が約1.8eV〜約2.OeVの)ゝン
    ドギャップを有するl*求の範囲I11項紀叡の光起電
    tiI11゜ 3、#紀p麿場における波長領域400(J〜6000
    Aの入射光が実質的に吸収されずに#p製層を通過して
    前記真性層に工らて吸収される特許請求の範囲第2JJ
    記載の光起電装置。 4、#I紀pg層がそれぞれ約0.5mTorr〜約2
    、OmTorr及び約3mTorr〜約15mTbrr
      の水嵩及びアルゴン分圧で反応性スパッタリングさ
    れてMt6%ntg求の範囲第3項記載の光起電装置。 5、#記h*がnMアモルファスシリコンとオーム接触
    を形成することが知られている導電性材料9少なくとも
    一領域を有する特許請求の範Wj1*411記載の光起
    電装置。 6、前記p#M層が前記基板に約0ボルト〜約十IUO
    ポルト(1)DCバイアスをかけながらスパッタリング
    して敢る特許請求の範−@5項記載σ〕光起電装置。 7、 1Iil記真性アモルファスシリコン層がシラン
    のグロー放電分解にエフ被着されて成る特許請求の範囲
    w46項記wXの光起電装置。 8、  sli記n型アモルファスシリコン層がネスフ
    ィンをドープしてシランカブロー放電分解又はAr ”
     H2” P Hs  E含むプラズマ中い、Xバッタ
    リングで被着されて成る特許請求の範凹l@6項紀観の
    光起電装置。 9、  @記pai1層が約s o A: 〜約zoo
    iの厚さである特許請求の範WIIIa項記載の光起電
    vii智。 幻、増加し丸背色光応答性を示す水素化アモルファスシ
    リコンPIN光起電fl置2M造する方法であって、 (イ)  nuアモルファスシリコンとオーム振触を形
    成T611電性材Hの少なくとも一慣域を有する基41
    を提供し、 #1)前記オーム接着上にn1M水嵩化アモルファスシ
    リコン層を被着し、 Pj  シラン(1)グ随−放電分解によって前記n[
    111上にノンドープの真性水嵩化アモルファスンリコ
    νmを被着し。 ←)III記真性層上にす真性層と半導体飯台を形gT
    るPaM水素化アモルファスンリコン層を反応性スパッ
    タリングし、 (ホ)前記真性層上にそこにオーム接触1i−形成する
    導電性材料層を被着する。 工程を含む方法。
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