JPS61161776A - 薄膜ダイオード - 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〕 本発明は非晶質半導体に係り、特にシリコンを主成分と
したダイオードに関する。

〔発明の背景〕

シリコンを主成分とした非晶質半導体（以下、非晶質シ
リコンと呼ぶ）は、グロー放電法やス・−ツタ法等で形
成される。そして製膜雰囲気にホウ素、Ｂやリン、Ｐを
含むガスを導入することによシ、膜形成時に層状にｐ形
半導体として働くｐ層、ｎ形半導体として働くｎ層、真
性半導体として働く１層を形成することができる。

第１図、第２図は、ガラス基板１１上に下部配線１２を
設け、この上に順次９層１３．１層１４．１層１５、も
しくは１層１５．１層１４．２層１３を設けて非晶質シ
リコンダイオード１８とし、これら非晶質シリコンダイ
オードの１層１５もしくは２層１３の一部を除いて絶縁
層１６で絶縁し、上記ｎ層１５もしくは２層１３の露出
部と接続するよう上部電極１７を設けて製作したサンド
イッチ構造のダイオードである。（％開昭５７−１０６
０８４公報、特開昭５８−１９７８８６公報）そして、
このような構造のダイオードは、民生用太陽電池として
実用化されている。

しかし、前記非晶質シリコンダイオードは、オートドー
ピング等により１層の膜質が変動し特性が変化しやすい
。また逆方向特性や順方向特性社ｐ層、ｎ層の膜厚によ
っても微妙に変動する。

これらは、ダイオードを多数配列して応用する密着型イ
メージセンサや液晶パネル駆動用ダイオードマトリクス
における、ダイオード素子の歩留りを下げている。

更に、逆方向電流は飽和電流の温度変化に従って変動す
るため、温度上昇に対する電流増加の割合が大きい。こ
れは、ダイオードを逆方向で用いる場合には大きな問題
となる。（特開昭５８−５６３６３公報） １層、ｎ層、ｐ層を別々の反応室で形成することによシ
、それぞれの膜の質を上げることができるが前述した応
用に対して十分とは言えない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高品質で信頼性の高いダイオードとそ
の製造方法を提供することにある。

結晶シリコンと反応してけい化物を形成する高融点金属
は、水素を含む非晶質シリコンとも反応してけい化物層
を形成する。このけい化物層は、非晶質シリコンとの間
でシ１ットキ障壁を形成するとともに、非晶質シリコン
への電子注入阻止層として働く。また、リン等を高濃度
添加したｎ形弁晶質シリコンは、１層に対し電子注入層
として働く。

本発明は、一連の検討を通じて得た上記の結果に基づい
て、非晶質シリコンに対する整流性接触としてのけい化
物層を非晶質シリコンと高融点金属の同相反応によって
形成し、電子注入を不純物を添加したｎ形弁晶質シリコ
ンと無添加の非晶質シリコンの間にできるｎｉ接合によ
って行なうようにしたダイオードとその製造方法である
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を、実施例によって説明する。

実施例１ 本発明の一実施例を、第３図に示す。コーニング７０５
９等のガラス基板１１上に、Ｔｌをターグットとしてス
ノやツタリングによってＴ１よりなる高融点金属層を形
成し、ホトエッチンググロセスによシ下部電極１２、下
部配線（図示せず）を形成した。

下部電極１２を形成したがラス基板１１をグミ−放電装
置に設置し、真空排気した後水素を導入して基板表面の
水素グラズマ処理を行なった。

次いで所定量のモノシランＳＩＨ，と、水素Ｈ！を導入
して水素を含有する非晶質シリコン層よりなる１層１４
を４００　ｎｍ程度形成し、更に所定量の５ＩＨ２゜Ｈ
ｌ、ホスフィンＰＨ８を導入して約３０　ｎｍ　のリン
添加の非晶質シリコン層よシなる１層１５を形成した。

その後２１０℃で約２０分間の熱処理を行なって、上記
１層１４とＴ１層とを反応させ、高融点金属と、水素を
含有する非晶質シリコンとの反応層３１を形成した（ｐ
層）。ホトエツチングやドライエツチングで非晶質シリ
コン層を所定の・９ターンとしてから、酸化けい素、Ｓ
ｌｙ、のような絶縁層１６をス・臂ツタリング法等で堆
積した。次いで、ＳｔＯ，製の絶縁膜の１部に電極を形
成するためのコンタクト穴を開け、更にクロム（Ｃｒ）
、アルミニウム（Ａｔ）を真空蒸着法等によシ順次積層
し、所定のノやターンの上部電極１７、上部配線（図示
せず）を形成し薄膜ダイオードを得た。

この薄膜ダイオードの電流−電圧特性を第４図に示す。

実線はス℃での特性を、破線は６４℃の特性を示す。Ｉ
ｆ　、　Ｉｒは、それぞれ順方向電流、逆方向電流を示
し、下部電極１２に正の電圧印加した場合に順方向とな
る。±１〜２ｖの電圧印加に対し１０”以上の整流比を
持ち、５ｖの逆方向電圧印加に対する逆方向電流は３　
Ｘ　１０−’　Ａ〜以下、順方向電流を制限する直列抵
抗は０．６０・ｄ以下である。

また、熱処理条件を選んでやると逆方向電流は更に１桁
以上低くなシ、整流比も１０”　になることも確かめて
いる。

また、逆方向の印加電圧が１ｖ以上になると逆方向電流
が増加する傾向を示しているが、これは従来のｐｌｎダ
イオードでも見られ、ダイオードアレイを構成する際の
素子歩留りに大きい影響を及ぼしている。

従来のｐｉｎｌｎダイオードいては、この逆方向電流の
増加の割合は大きくパラつき、５ｖ程度の逆方向電圧印
加に対して電流を抑えられなくなることもあるが、本発
明による薄膜ダイオードでは第４図に示す程度ですんで
いる。

また、従来のｐｉｎｌｎダイオード、逆方向電流は時間
とともに増加する傾向を示すが、本発明による薄膜ダイ
オードの場合には、逆方向電流の経時変化は小さく、む
しろ減少する傾向を示す。

更に、従来のｐｉｎｌｎダイオード方向電流は飽和電流
の温度依存を反映して温度変化が大きいが、本発明によ
る薄膜ダイオードの高電場における逆方向電流の温度変
化は、１００℃以下であれば第４図に示す如く極めて小
さい。

これらの点は、本発明による薄膜ダイオードが従来の非
晶質シリコンダイオード°に比べすぐれている点である
。

本発明による薄膜ダイオードのこのような特性は、ダイ
オードを逆直列接続して使うような密着型イメージセン
サの基本素子として使える。また、上部電極１７を透明
電極で構成すれば光起電力素子として働き、従来のｐｉ
ｎｌｎダイオード較して同等以上の特性（５６８ｎｍの
光を３０μＷ／ｃｄの強度で照射した場合に、開放電圧
Ｏ，ＳＶ、短絡電流Ｉ　Ｘｌ０−’Ａ／−）が得られて
いる。

実施例２ 第５図と第４図（実施例１）との違いは、高融点金属を
上部電極１７の一部として用いて、上部電極側に非晶質
シリコンとの反応層３を形成している点である。

この場合には、第５図に示すような素子ができ上がって
から熱処理を施して高融点金属と水素を含有する非晶質
シリコンとの反応層（けい化物層）３１を形成すること
になり、非晶質シリコンの反応界面の清浄さを十分保つ
ことが重要である。この場合も実施例１と、はぼ同等の
特性を示した。

以上、述べてきた本発明による薄膜ダイオードのすぐれ
た性質は、電極膜金属としてＴＩのような高融点金属を
用い、この金属と水素を含む非晶質シリコンとの固相反
応によってけい化物層が形成され、けい化物層が非晶質
シリコンに対してシロットキ障壁を形成するとともに電
子注入阻止層として働き、反対側から非晶質シリコンへ
の電子注入を行なっていることに基づいている。

前記した実施例では、高融点金属としてＴｌを用いてい
るが、Ｔｉ、　Ｇｒ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｈｆ
、　Ｔａ、　Ｗ　。

Ｃｏ、　Ｎｌ、　Ｒｈ、　Ｉｒ　　の中の少なくとも一
つを用いても１０８程度の整流比を有する薄膜ダイオー
ドを得ることができる。

また、非晶質半導体も実施例では水素を含む非晶質シリ
コンであるが、Ｈ，０，ハロｒン元素。

Ｎ、　　Ｂ、　　Ｐ、　　Ａｌ、　Ａｓ　　の中の少な
くとも一種類の元素を含んだものを用いれば良い。

電子注入層も実施例ではリンを含む非晶質半導体である
が、Ｐ、　Ａｓ、　Ｓｂ、　Ｂｉの中の少なくとも一種
類を含んだ非晶質シリコンを用いれば良い。

また、実施例ではＴＩと非晶質シリコンを固相反応させ
るために２１０℃の温度で熱処理しているが、処理温度
を２１０℃に固定するのではなく、５０〜３００℃の温
度で９０分〜５分間で熱処理を行なえば効果があり、こ
の温度の範囲内で熱処理温度グロファイルを適切に選ぶ
と本発明の効果をより大きくできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、従来の非晶質シリコ
ンダイオードに比較して逆方向電流が少なく、高電場に
おける逆方向電流の温度変化が小さく、経時安定性にす
ぐれ、１０°以上の整流比を有する高品質で信頼性の高
い薄膜ダイオードを提供できる効果がある。

また、本発明のダイオードは、イメージセンサ、ダイオ
ードマトリックス回路や太陽電池に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の非晶質シリコンダイオードの断
面図、第３図、第５図は本発明のダイオードの断面図、
第４図は本発明に係る薄膜ダイオードの電流−電圧特性
を示す図である。 １１・・・ガラス基板、１２・・・下部電極、１３・・
・ｐ層、１４・・・１層、１５・・・ｎ層、１６・・・
絶縁層、１７・・・上部電極、１８・・・非晶質シリコ
ンダイオード、３１・・・高融点金属と水素を含有する
非晶質シリコンとの反応層。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非晶質シリコン半導体層と、この層の片面に設けら
   れた電子注入層と、前記非晶質シリコン半導体層の電子
   注入層の設けられていない面に設けられた前記非晶質シ
   リコン半導体層と高融点金属との反応生成物であるケイ
   化物の層からなることを特徴とするダイオード。 ２、特許請求の範囲第１項において前記高融点金属が、
   Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ
   、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｉｒのうちから選ばれた少なくとも一種
   類の金属であることを特徴とするダイオード。 ３、特許請求の範囲第１項において、非晶質シリコン半
   導体層がＨ、Ｏ、ハロゲン元素、Ｎ、Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ａ
   ｓのうちから選ばれた少なくとも一種類の元素を含むも
   のであることを特徴とするダイオード。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記電子注入層が
   Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのうちから選ばれた少なくとも一
   種類の元素を含むものであることを特徴とするダイオー
   ド。 ５、非晶質シリコン半導体層の片面に電子注入層を設け
   、前記非晶質シリコン半導体層の電子注入層を設けた面
   の反対側の面に高融点金属層を設け、５０°〜３００℃
   の温度範囲で熱処理して前記非晶質シリコン半導体層と
   前記高融点金属層との間で固相反応を起こしてケイ化物
   を形成することを特徴とするダイオードの製造方法。