JPS59207673A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPS59207673A JPS59207673A JP58082188A JP8218883A JPS59207673A JP S59207673 A JPS59207673 A JP S59207673A JP 58082188 A JP58082188 A JP 58082188A JP 8218883 A JP8218883 A JP 8218883A JP S59207673 A JPS59207673 A JP S59207673A
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- H01L31/00—Semiconductor 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
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（発明の属する技術分野）
本発明は非晶質シリコンを主体とした半導体材料を用い
た、例えば光電変換素子のような半導体装置に関する。
た、例えば光電変換素子のような半導体装置に関する。
（従来技術とその問題点）
非晶質シリコンのｐ形膜、ユ形膜はシラン又はシラン誘
導体とドーパントとして硼素あるいは燐などの化合物と
の混合ガスをグロー放電分解して（１） 得られることはすでに知られているが、硼素、燐の原子
半径は各々第１表に示したようにシリコンの１．１１
Ａ より小さい。したがってドープ膜のｓｉ格子に原
子半径の異なる元素が混在することとなり、格子に歪が
発生する。
導体とドーパントとして硼素あるいは燐などの化合物と
の混合ガスをグロー放電分解して（１） 得られることはすでに知られているが、硼素、燐の原子
半径は各々第１表に示したようにシリコンの１．１１
Ａ より小さい。したがってドープ膜のｓｉ格子に原
子半径の異なる元素が混在することとなり、格子に歪が
発生する。
第１表
また、周期表の■族元素を添加した場合の一例として、
シランまたはシラン誘導体と炭化水素の混合ガスのグロ
ー放電分解により得られる非晶質炭素含有シリコン（以
下５（（Ｏ）と記す）がある。これに不純分ドーピング
をする場合、非晶質シリコンに比べて低抵抗化、価電子
制御の効率が低く、炭素を１０〜２０αｔ％含有する非
晶質５ｉ（ａ）に硼素（２） 又は燐をドーパントとして得られる電気伝導度は非晶質
シリコンについて得られるものより低く、炭素の原子半
径が０．７７Ｘとシリコンの１．１１Ａよりも小さく、
そのため非晶質５ｉ（ｏ） の格子に歪が発生しやす
いので、テトラヘドラル系非晶質半導体であるＢ１−５
ｉあるいは５ｉ−ａの結合が切れたことによるダングリ
ングボンド等の欠陥を多く生せしめることとなり、エネ
ルギー間隙中の局在準位密度が非晶質シリコンよりも高
いｌｏ□ｍ以上となるため不純分ドーピングによる低抵
抗化を困難としている。この非晶質５ｉ（Ｏ）のような
電気伝導度の低い材料をドーピングしてｐ形又はｎ形の
膜とし、Ｉ” ”接合形光起電力素子等の半導体装置
に適用する場合、電気伝導度が低いために光起電力素子
等の半導体装置の直列抵抗を増大せしめる結果となる。
シランまたはシラン誘導体と炭化水素の混合ガスのグロ
ー放電分解により得られる非晶質炭素含有シリコン（以
下５（（Ｏ）と記す）がある。これに不純分ドーピング
をする場合、非晶質シリコンに比べて低抵抗化、価電子
制御の効率が低く、炭素を１０〜２０αｔ％含有する非
晶質５ｉ（ａ）に硼素（２） 又は燐をドーパントとして得られる電気伝導度は非晶質
シリコンについて得られるものより低く、炭素の原子半
径が０．７７Ｘとシリコンの１．１１Ａよりも小さく、
そのため非晶質５ｉ（ｏ） の格子に歪が発生しやす
いので、テトラヘドラル系非晶質半導体であるＢ１−５
ｉあるいは５ｉ−ａの結合が切れたことによるダングリ
ングボンド等の欠陥を多く生せしめることとなり、エネ
ルギー間隙中の局在準位密度が非晶質シリコンよりも高
いｌｏ□ｍ以上となるため不純分ドーピングによる低抵
抗化を困難としている。この非晶質５ｉ（Ｏ）のような
電気伝導度の低い材料をドーピングしてｐ形又はｎ形の
膜とし、Ｉ” ”接合形光起電力素子等の半導体装置
に適用する場合、電気伝導度が低いために光起電力素子
等の半導体装置の直列抵抗を増大せしめる結果となる。
光起電力素子に例をとってみれば、光電変換特性の一連
の要素に開放電圧、短絡電流、形状因子、変換効率が挙
げられるが、素子の内部抵抗が高くなるため形状因子が
低下し、外部にとり出せる電力を減少させてしまう結果
をもたらしていた。
の要素に開放電圧、短絡電流、形状因子、変換効率が挙
げられるが、素子の内部抵抗が高くなるため形状因子が
低下し、外部にとり出せる電力を減少させてしまう結果
をもたらしていた。
（発明の目的）
本発明はこれらの欠点を解消し、非晶質シリコンを主体
とし格子歪の少ない半導体材料を用いた特性良好な半導
体装置を提供することを目的とする。
とし格子歪の少ない半導体材料を用いた特性良好な半導
体装置を提供することを目的とする。
（発明の要点）
本発明は半導体装置のドーピングされた半導体層にシリ
コン、シリコン以外の■族元素およびドーピング元素か
らなり非晶質シリコンを主体とした半導体材料が用いら
れ、その場合シリコン以外の■族元素およびドーピング
元素の原子半径が一方がシリコンの原子半径より小さく
、他方がシリコンの原子半径より大きいことによって格
子の歪を補償し、整合のとれたドープ層を構成して上述
の目的を達成する。
コン、シリコン以外の■族元素およびドーピング元素か
らなり非晶質シリコンを主体とした半導体材料が用いら
れ、その場合シリコン以外の■族元素およびドーピング
元素の原子半径が一方がシリコンの原子半径より小さく
、他方がシリコンの原子半径より大きいことによって格
子の歪を補償し、整合のとれたドープ層を構成して上述
の目的を達成する。
（発明の実施例）
第１表に各元素の原子半径を示したが、シリコンより原
子半径の大なる■族元素には、ゲルマニウム、すす、鉛
などがあり、反対に小なる■族元素には炭素がある。ま
たドーピング元素群については、原子半径がシリコンよ
り大なるものには、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、タリウムサラにひ素、アンチモン、ビスマスがあり
、反対に小なるものには硼素、窒素、燐などがある。格
子歪を補償する元素の組み合わせの例を示せば、シリコ
ンを主体とする半導体材料に関してシリコンより原子半
径の大なる■族元素（ゲルマニウム。
子半径の大なる■族元素には、ゲルマニウム、すす、鉛
などがあり、反対に小なる■族元素には炭素がある。ま
たドーピング元素群については、原子半径がシリコンよ
り大なるものには、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、タリウムサラにひ素、アンチモン、ビスマスがあり
、反対に小なるものには硼素、窒素、燐などがある。格
子歪を補償する元素の組み合わせの例を示せば、シリコ
ンを主体とする半導体材料に関してシリコンより原子半
径の大なる■族元素（ゲルマニウム。
すすなど）と小なるドーピング元素（硼素、窒素。
燐など）、あるいはシリコンより原子半径の小なる■族
元素（炭素）と大なるドーパント（アルミニウム、ガリ
ウム、ひ素、インジウム、アンチモン、タリウム、ビス
マスなど）が挙げられる。ここに示したような構成の膜
をグロー放電分解法にて得るためには、シリコン源とし
てシランおよびシラン誘導体を用いるほか、添加■族元
素においてゲルマニウムはゲルマンおよびゲルマン誘導
体、すずはハロゲン化すず（塩化第二すず５ｎＯＺ、）
有機すず化合物（四メチルすず、四エチルすず、四ブチ
ルすずなどのアルキルすず、アセチルアセトナートすず
およびアルコキサイド類など）、炭素はメタン、エチレ
ン、アセチレンなどの炭化水素がその供給源の例として
挙げられる。またドーピング元素において、硼素、燐に
ついては通常よく知られているジボラン、フォスフイン
などでもよい。
元素（炭素）と大なるドーパント（アルミニウム、ガリ
ウム、ひ素、インジウム、アンチモン、タリウム、ビス
マスなど）が挙げられる。ここに示したような構成の膜
をグロー放電分解法にて得るためには、シリコン源とし
てシランおよびシラン誘導体を用いるほか、添加■族元
素においてゲルマニウムはゲルマンおよびゲルマン誘導
体、すずはハロゲン化すず（塩化第二すず５ｎＯＺ、）
有機すず化合物（四メチルすず、四エチルすず、四ブチ
ルすずなどのアルキルすず、アセチルアセトナートすず
およびアルコキサイド類など）、炭素はメタン、エチレ
ン、アセチレンなどの炭化水素がその供給源の例として
挙げられる。またドーピング元素において、硼素、燐に
ついては通常よく知られているジボラン、フォスフイン
などでもよい。
アルミニウムにはアセチルアセトンアルミニウム、アル
ミニウムアルコキサイドなど有機アルミニウム化合物、
ガリウムにはトリメチルガリウム、トリエチルガリウム
などのアルキルガリウム化合物およびジアルキルガリウ
ムハライドなどの有機ガリウム化合物、ひ素にはその水
素化物であるアルシンおよびトリエチルひ素、トリブチ
ルひ素などのアルキルひ素および有機ひ素化合物、イン
ジウムにはアセチルアセトンインジウムおよびインジウ
ムアルコキサイドなど有機インジウム化合物、アンチモ
ンにはトリエチルアンチモンなどのアルキルアンチモン
およびアンチモンアルコキサイド類などの有機アンチモ
ン化合物またはハロケン化アンチモン、ビスマスにはト
リエチルビスマスなどのアルキルビスマスなどが用いら
れる。シラン及びシラン誘導体の少なくとも１種類もし
くはそれ以上と添加■族元累群のうち少なくとも１種類
もしくはそれ以上とドーピング元素群のうちから１種類
でガスを構成し、ドーピング元素〉シリコンン■族元素
あるいは■族元素〉シリコン〉ドーピング元素となる原
子半径の大小関係を有する組み合わせとして真空容器内
に導入しつつ、グロー放電分解によって非晶質シリコン
を主体とする半導体ドープ層を製造する。この時の基板
温度は１００〜４００００とするのが好ましい。このよ
うにして得られる格子歪を補償した非晶質シリコンドー
プ膜の電気特性を一例として、シリコン−ゲルマニウム
−硼素系の場合について第１図に示した。
ミニウムアルコキサイドなど有機アルミニウム化合物、
ガリウムにはトリメチルガリウム、トリエチルガリウム
などのアルキルガリウム化合物およびジアルキルガリウ
ムハライドなどの有機ガリウム化合物、ひ素にはその水
素化物であるアルシンおよびトリエチルひ素、トリブチ
ルひ素などのアルキルひ素および有機ひ素化合物、イン
ジウムにはアセチルアセトンインジウムおよびインジウ
ムアルコキサイドなど有機インジウム化合物、アンチモ
ンにはトリエチルアンチモンなどのアルキルアンチモン
およびアンチモンアルコキサイド類などの有機アンチモ
ン化合物またはハロケン化アンチモン、ビスマスにはト
リエチルビスマスなどのアルキルビスマスなどが用いら
れる。シラン及びシラン誘導体の少なくとも１種類もし
くはそれ以上と添加■族元累群のうち少なくとも１種類
もしくはそれ以上とドーピング元素群のうちから１種類
でガスを構成し、ドーピング元素〉シリコンン■族元素
あるいは■族元素〉シリコン〉ドーピング元素となる原
子半径の大小関係を有する組み合わせとして真空容器内
に導入しつつ、グロー放電分解によって非晶質シリコン
を主体とする半導体ドープ層を製造する。この時の基板
温度は１００〜４００００とするのが好ましい。このよ
うにして得られる格子歪を補償した非晶質シリコンドー
プ膜の電気特性を一例として、シリコン−ゲルマニウム
−硼素系の場合について第１図に示した。
第２図にはシリコン−硼素系について同様に電気特性を
示したが、この構成は硼素がシリコンよりも原子半径が
小さく、格子に歪が発生して電気伝導度は１×１０の硼
素をドーピングしても１６４（ΩｏＪ程度であるのに対
し、第１図に示した系の例では１０’（９ｃｍ）’台ま
で改善することが可能となっている。すなわち、非晶質
シリコンに硼素など原子半径のシリコンより小なるドー
ピング元素を添加することで生ずる格子歪をシリコンよ
り原子半径の大なる■族元素、ここではゲルマニウムを
導入することによりその歪を補償し、格子整合のとれた
非晶質シリコン層を形成させることができ、電気伝導度
を約１桁改善することができた。このようにして得られ
る格子整合のとれ、電気伝導度の改善されたドープ層を
光起電力素子のドープ層に適用すると素子の直列抵抗成
分が減少し、形状因子のような素子の光電変換特性の向
上が可能となった。
示したが、この構成は硼素がシリコンよりも原子半径が
小さく、格子に歪が発生して電気伝導度は１×１０の硼
素をドーピングしても１６４（ΩｏＪ程度であるのに対
し、第１図に示した系の例では１０’（９ｃｍ）’台ま
で改善することが可能となっている。すなわち、非晶質
シリコンに硼素など原子半径のシリコンより小なるドー
ピング元素を添加することで生ずる格子歪をシリコンよ
り原子半径の大なる■族元素、ここではゲルマニウムを
導入することによりその歪を補償し、格子整合のとれた
非晶質シリコン層を形成させることができ、電気伝導度
を約１桁改善することができた。このようにして得られ
る格子整合のとれ、電気伝導度の改善されたドープ層を
光起電力素子のドープ層に適用すると素子の直列抵抗成
分が減少し、形状因子のような素子の光電変換特性の向
上が可能となった。
（発明の効果）
上述のように本発明によれば非晶質シリコンを主体とす
る半導体材料のドープ層における格子歪に基づく電気伝
導度の低下を防ぐために、シリコンより原子半径の大き
い元素と小さい元素をドーピング元素および添加■族元
素として共在せしめて原子歪を補償するもので、改善さ
れた電気伝導度をもつ半導体ドープ層として光起電力素
子に限らず他の半導体装置にも極めて有効に適用できる
。
る半導体材料のドープ層における格子歪に基づく電気伝
導度の低下を防ぐために、シリコンより原子半径の大き
い元素と小さい元素をドーピング元素および添加■族元
素として共在せしめて原子歪を補償するもので、改善さ
れた電気伝導度をもつ半導体ドープ層として光起電力素
子に限らず他の半導体装置にも極めて有効に適用できる
。
第１図は本発明の一実施例としてのシリコン−ゲルマニ
ウム−硼素系の電気伝導度と硼素ドーピングとの関係線
図、第２図は比較のために示したシリコン−硼素系の電
気伝導度と硼素ドーヒ°ングとの関係線図である。 ｆ朋禦ドーピング比 姻素ドーピング比
ウム−硼素系の電気伝導度と硼素ドーピングとの関係線
図、第２図は比較のために示したシリコン−硼素系の電
気伝導度と硼素ドーヒ°ングとの関係線図である。 ｆ朋禦ドーピング比 姻素ドーピング比
Claims (1)
- １）ドーピングされた半導体層にシリコン、シリコン以
外の■族元素およびドーピング元素からなり非晶質シリ
コンを 主体とした半導体材料が用いら
れ、その場合シリコン以外の■族元素およびドーピング
元素の原子半径は一方がシリコンの原子半径より小さく
、他方がシリコンの原子半径より大きいことを特徴とす
る半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58082188A JPS59207673A (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58082188A JPS59207673A (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59207673A true JPS59207673A (ja) | 1984-11-24 |
Family
ID=13767458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58082188A Pending JPS59207673A (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59207673A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4729009A (en) * | 1986-02-20 | 1988-03-01 | Texas Instruments Incorporated | Gate dielectric including undoped amorphous silicon |
-
1983
- 1983-05-11 JP JP58082188A patent/JPS59207673A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4729009A (en) * | 1986-02-20 | 1988-03-01 | Texas Instruments Incorporated | Gate dielectric including undoped amorphous silicon |
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