JPS61159772A - 光電変換装置作製方法 - 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】 「発明の利用分野ｊ 本発明は、光化学反応または光化学反応とプラズマ化学
反応とを併用した方法により窒化物薄膜を形成する方法
であって、光電変換装置を構成する半導体の表面に、プ
ラズマの損傷を与えることなく十分な膜厚の窒化物被膜
を形成することにより、反射防止膜等を形成せしめたＣ
ＶＤ　（気相反応）方法に関する。

「従来技術ｊ 光電変換装置の反射防止膜としてプラズマＣＶＤ法によ
り窒化珪素被膜を形成する方法が知られている。この方
法は２００〜４００℃と低い温度で所望の膜厚（約７０
０人）の被膜形成を行い得るが、下地の基板に損傷を与
えてしまうことが知られている。

ｒ発明が解決しようとする問題点Ｊ このため、光電変換装置の如く半導体のごく表面に接合
を有せしめ、かつこの表面側のＮ゛層とその上の反射防
止膜との界面に存在する界面単位を少なくすることは高
効率を出すためにきわめて重要であった。しかしかかる
目的のための反射防止膜をプラズマＣＶＤ法で作っても
不十分なものとなってしまった。

ｒ問題を解決するための手段」 本発明はこれらの問題を解決するため、表面近傍に接合
を有する半導体の表面に対し、窒化物被膜を光ＣＶＤ法
で形成した。さらにこの光ＣＶＤ法で形成した被膜の厚
さが不十分の場合は、同じ反応炉にてその上面にプラズ
マＣＶＤ法により第２の被膜を形成したものである。こ
の場合、プラズマＣＶＤ法で形成しても、予めその下に
窒化物被膜が１００Å以上の厚さに形成されているため
、半導体の接合等に対し、損傷を与えないという特長を
有する。

「作用」 さらに本発明方法においては、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体
例えばＧａＡｓにおいて、その表面に屈折率が約２を有
する窒化物被膜例えば窒化珪素または窒化アルミニュー
ムを形成している。そのため、この被膜はＡｓに対しマ
スク作用を有し、外部に砒素を放出しない。また、これ
ら窒化物被膜は、水、ナトリューム等に対し十分なブロ
ック作用を有し、ＧａＡｓ表面を酸化して酸化砒素等の
不安定な化合物を作ることがないという特長を有する。

特にこの光ＣＶＯ法による非酸化物被膜は、４００℃以
下の温度（一般には１５０〜２５０℃）で形成するため
、光ＣＶＯ法で被膜形成をしている時、基板それ自体の
接合特性に変化が生ずる等の欠点がないという特長を有
する。

「実施例」 以下に本発明を第１図に従って記す。

第１図はＧａＡｓ単結晶半導体または珪素半導体（１）
がＮ”ＰＰ＋構造を有して設けられている。

即ちＰ゛型のＧａＡｓ基板上にＰ型半導体を約５μの厚
さにエピタキシアル成長させた。さらに１０００〜２０
００人の厚さにＮ゛層をエピタキシアル成長させた。

珪素半導体においては、Ｐ型基板の裏面にＰ°層を拡散
して形成した。さらに表面にリンガラスを表面にコート
し６００〜８００℃にてリンを拡散して、０．１　μの
厚さのＰ層を形成した。

この基板は光電変換装置として有効である。さらにこの
上に金（ＧａＡｓ用）またはニッケル（Ｓｉ用）を真空
蒸着法により３０００人の厚さに形成させ、電極（２）
とした。この１つのセルの真性の面積は、０．２５ｃｍ
”（５ｍｍ　口）である。

この後、第２図に示す光ＣＶＤ法により窒化物薄膜（３
）を形成し、さらにその後プラズマＣＶＤ法により他の
窒化物薄膜を連続して（大気に触れさせることなく）形
成する方法により窒化珪素被膜を形成させた。

第２図に本発明に用いた光ＣＶＤ及びプラズマＣＶＤ装
置の概要を示す。

被形成面を有する基板（１）はホルダ（１゛）に保持さ
れ、反応室（２０）内のハロゲンヒータ（３２）　（上
面を水冷（３１））に近接して設けられている。反応室
（２０）　、紫外光源が配設された光源室（３５）及び
ヒータ（３２）が配設された加熱室（１１）は、それぞ
れの圧力を１０ｔｏｒｒ以下の概略同一の真空度に保持
した。

このために反応に支障のない気体（窒素、アルゴンまた
はアンモニア）を（２８）より（１２）に供給し、また
は（１２”）より排気することにより成就した。

また透光性遮蔽板である石英窓（１０）により、光源室
（３５）と反応室（２０）とが仕切られている。この窓
（１０）の上側にはノズル（１４）が設けられ、アンモ
ニア（ＮＨ３）、弗化窒素（ＮＦ２）用のノズル（１４
”）が噴出口を下向き（窓向き）に、またシラン（Ｓｔ
ｎＨｚａ、ｚ）　＋メチルアルミニューム（ＡＩ　（Ｃ
Ｈｚ）　３）用のノズル（１４”）が噴出口（１４’）
を上向き（基板向き）に設けている。このノズル（１４
）はプラズマＣＶＤ装置およびプラズマエッチ工程にお
ける高周波電源（１５）の一方の電極となっている。

光源室の排−気に際し逆流による反応性気体の光源室ま
での混入防止のためヒータ（２９）を配設した。

これにより反応性気体のうちの分解後固体となる成分を
トラップし気体のみの進入とさせた。

移動に関し、圧力差が生じないようにしたロード・ロッ
ク方式を用いた。まず、予備室（３４）にて基板（１）
、ホルダ（１゛）を挿入・配設した。そして予備室及び
反応室を真空引きした後、ゲート弁（３６）を開とし、
反応室（２０）に移し、またゲート弁（３６）を閉とし
て、反応室（２０）　、予備室（３４）を互いに仕切っ
た。ドーピング系（７）は、バルブ（２２）　、流量計
（２１）よりなり、反応後固体生成物を形成させる反応
性気体は（２３）　、　（２４）より、また反応後気体
生成物は（２５）　、　（２６）より反応室（２）へ供
給させた。

反応室の圧力制御は、コントロールバルブ（１７）を経
てターボ分子ポンプ（大阪真空製ＰＧ５５０を使用）（
１８）、　　ロータリーポンプ　（１９）を経て排気さ
せた。

排気系（８）はコック（２０）により予備室を真空引き
をする際はそちら側を開とし、反応室側を閉とする。ま
た反応室を真空引きする際は反応室を開とし、予備室側
を閉とした。

かくして基板を反応室に図示の如く挿着した。

この反応室の真空度は１０”’ｔｏｒｒ以下とした。こ
の後（２８）よりアルゴンを導入しさらに反応性気体を
（７）より反応室に導入して被膜形成を行った。

反応用光源は低圧水銀灯（９）とし、水冷（３１’）を
設けた。その紫外光源は、低圧水銀灯（１８５ｎｗ。

２５４ｎｍの波長を発光する発光長４０Ｃ―、照射強度
２０ｍＷ／ｃ＋ｍ”、ランプ電力４０―）ランプ数１６
本である。

この紫外光は、透光性遮蔽板である石英（１０）を経て
反応室（２０）の基板（１）の被形成面上を照射する。

ヒータ（３２）は反応室の上側に位置した「ディボジソ
ション・アップ」方式とし、フレークが被形成面に付着
してピンホールの原因を作ることを避けた。

紫外光源も真空下に保持された光源室と反応室とを囲ん
だステンレス容器内に真空に保持されている。このため
、図面の場合の被形成有効面積は３０ｃｎ＋　Ｘ　３０
ｃａ＋であり、直径５インチの基板（１）５枚がホルダ
（１゛）に配設され得る構成とし、基板の温度はハロゲ
ンヒータ（３２）により加熱し、室温〜５００℃までの
所定の温度とした。

さらに、本発明による具体例を以下の実験例１〜３に示
す。

実験例１・・・・・シリコン基板上のシリコン窒化膜の
形成例 前記したＮ″ｐｐ”型のシリコン単結晶半導体（厚さ２
８０μ）を基板として用いた。

反応性気体としてアンモニアを（２５）より３０ｃｃ／
分、ジシランを（２３）より８ｃｃ／分で供給し、基板
温度３５０℃とした。基板は直径５インチのウェハ５枚
とした。反応室（２）内圧力は３．０ｔｏｒｒとした。

１２分の反応で２００人の膜厚の窒化珪素膜が形成され
た。その被膜形成速度は１７人／分であった。

この後プラズマＣＶＤ法を行った。即ちこの反応室にお
いて紫外光の照射を継続またはオフとした後同じ反応性
気体を流し、圧力調整バルブ（１７）によりＱ、１ｔｏ
ｒｒとした。即ち反応室内を大気圧にすることなく、ま
た酸素（空気）の混入をさせることなく保持し、（１５
）より１３．５６ＭＨｚの高周波（出力２〇−）を加え
た。すると、同じ反応性気体（但し圧力０、１　ｔｏｒ
ｒ）にて２．１人／秒を反射防止膜として必要な５００
人を光ＣＶＤ法で作られた２００人の被膜上に積層（合
計７００人）して形成した。

得られた特性は以下の通りである。

面積　　　　０．２５ｃｍ” 開放電圧　　０．６１０Ｖ 短絡電流　３４．抛＾／ｃｍ” 曲線因子　　０．８９ 変換効率　１８．４５％ もし本発明の光ＣＶＤ法を行わないプラズマＣＶＤ法の
みにおいては、変換効率は１３χ程度しか得られない。

そのため、反射防止膜をまったく形成しない場合の変換
効率１４％より小さくなってしまい、ＧａＡｓ化合物半
導体においてその表面を光ＣＶＤ法を用いた窒化珪素膜
で形成することの有効性が明らかになった。

実験例２・・窒化アルミニューム膜の形成例メチルアル
ミニューム（ＡＩ　（ＣＨ：＋）　ｉ）を（２３）より
、キャリアガスの水素を（２４）より供給した。また、
アンモニアを（２７）より供給した。被形成面に７００
人の膜厚を６０分間のディボジッシ四ンで形成させるこ
とができた。

この場合、窒化アルミニューム（ＡＩＮ）のエネルギバ
ンド巾が６ｅＶを有するため、たとえ窓（第２図（１０
））に形成されても紫外光のブロッキング層とならず、
反射防止膜に必要な膜厚の７００人を光ＣＶＤ法のみで
形成させることが可能となった。

ＡＩＮを形成した場合、変換効率は２０．１χ（ＡＭｌ
　１００ｍＷ／ｃｍ”）　（開放電圧０．９８Ｖ、短絡
電流２５．０ｍＡ／ｃｍ２．曲線因子０．８２）を得る
ことができた。

「効果」 本発明は、以上の説明より明らかなごとく、大面積の基
板上に被膜を形成するにあたり、被形成面の損傷をなく
して任意の厚さの被膜作製を同じ反応室を用いて成就さ
せることができた。加えて次の被膜形成を再現性よく行
うため、窓上の不要反応生成被膜をプラズマエツチング
より完全に除去することができた。このため窓上面にオ
イルをまったく用いる必要がない。このため被膜内には
炭素等の不純物がはいりに＜＜、がっ排圧を１Ｏ−７ｔ
ｏｒｒと高真空にし得、オイルフリーの高純度の被膜作
製が可能となった。

また光源として低圧水銀灯ではなくエキシマレーザ（波
長１００〜４００ｒｖ）　、アルゴンレーザ、窒素レー
ザ等を用いてもよいことはいうまでもない。

本発明において、■−■化合物としてＧａＡｓでなく　
、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓのへテロ接合素子等信のｍ−
ｖ化合物半導体であっても同様に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は単結晶半導体を用いた光電変換装置を示す。 第２図は本発明のＣＶＤ装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上の被形成面上に光化学反応を伴って第
   １の窒化物薄膜を形成させる工程の後、同一反応生成物
   の第２の薄膜をプラズマ気相反応により前記第１の薄膜
   上に形成させる工程を有せしめて反射防止膜を形成する
   ことを特徴とする光電変換装置作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、窒化物薄膜は窒化
   珪素または窒化アルミニュームよりなることを特徴とす
   る薄膜形成方法。