JPS62108580A - 光電変換装置作製用電気回路装置 - 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】 この発明は、光起電力を発生させるアモルファス半導体
を含む非単結晶半導体を用いた光電変換装置において、
非単結晶半導体の形成の際、この半導体内に不本意に形
成されてしまう空孔またはピンホールに対し有機絶縁物
を充填し、表面電極と裏面電極とがかかる空孔またはピ
ンホール（以下ピンホールともいう）により互いにショ
ートまたは弱リーク状態になることを阻止するに加えて
、この一対の電極間にバイヤス電圧を印加することによ
りこの非単結晶半導体の破壊しやすい弱耐圧部分を治癒
（ｃｕｒｅ）シ、このことより半導体装置としての特性
の改善、例えば「光電変換効率の向上」を図るための光
電変換装置作製用電気回路装置に関する。

コノ発明ハかかる空孔またはピンホールに有機絶縁物を
充填し、さらにＰＴＮ接合等を有する非単結晶半導体に
対し逆バイヤスを加えることによりショートまたはリー
クしやすい箇所を治癒する電気回路装置を提供し、半導
体装置特に光電変換装置としての「逆耐圧を向上」せし
めたものである。

そしてこの光電変換装置の長期間の使用において、裏面
電極の材料が少しづつピンホールより半導体内部に含浸
し、上下圧いの電極間でショートしてしまうことを防ぎ
、信頼性の向上、特に光電変換装置の「変換効率低下の
防止」を図るものである。

従来、光電変換装置（以下単に装置という）即ち同一基
板上に複数の素子を配置し、それを集積化またはハイプ
リント化した装置は、例えば特開昭５５−４９９４．特
開昭５５−１２４２７４更に本発明人の出願になる特願
昭５４−９００９７／９００９８／９００９９（昭和５
４．７．１６出願）等が知られている。

従来の発明例として、第１図にマスク合わせ方式により
作られた光電変換装置の縦断面図を示す。

図面において透光性基板（例えばガラス板）（１）上に
第１の電極を構成する透光性導電膜（ＣＴＦと略記する
）　（２）　、半導体層（３）さらにアルミニュームよ
りなる第２の電極（４）とが積層して設けられている。

第１図の従来例ではアルミニューム（４）が半導体（３
）と反応して、この集積化された光電変換装置を１５０
℃で加速放置すると、数十時間で劣化してしまった。そ
のため屋外での実使用にはまったく不適当な電極でしか
なかった。

このため、かかる熱的信頬性を向上させるため、裏面の
アルミニューム電極の下側に透光性導電膜例えばＩＴＯ
（酸化インジューム・スズ）を介在せしめ、半導体上に
ＩＴＯを設け、さらにその上にアルミニュームを設ける
２層構造が知られている。

かかる構造とすると、熱的な信頼性はＩＴＯがアルミニ
ュームが半導体と反応してしまうことを防ぐことができ
るため、格段に向上させることができる。

しかしこの透光性導電膜はこの導電膜の形成の際、まわ
りごみが強いため、半導体内に空穴やピンホール等が不
本位に形成されているとこのピンホールの内部にまで入
ってしまい、下側の第１の電極とこの上側の第２の電極
との間でショートまたはリークをおこし、実用化は不可
能であった。

このため、従来はこの非単結晶半導体の形成において、
ピンホールまたは空穴が存在しにくい小面積の光電変換
装置、例えば１ｃｍＸ４ｃｍ等の民生電卓用光電変換装
置においてのみ実用化が可能であり、ｌｏｃｍ　Ｘ　Ｌ
ｏｃｍまたはそれ以上の大面積の光電変換装置では必ず
この空穴、とンホールが活性半導体領域に存在するため
、かかる裏面電極の一部または全部の電極として透明導
電膜を半導体上に形成する構造を用いることは不可能で
あった。

本発明はかかる問題点を工業的に解くきわめて有効な手
段を提供する。

即ち、このピンホール等に対してのみ選択的に絶縁物で
充填させることにより、下側の第１の電極と半導体の上
側の第２の電極とがたとえまわりごみの強い透光性導電
膜を用いてもお互いがショートまたはリークしてしまう
ことを防止したものである。さらにこの絶縁物特に有機
絶縁物がピンホール等に充填された光電変換装置に対し
、バイヤス電圧を印加する。すると有機物の充填によっ
ても向上しきっていない光電変換装置において、局部的
にリーク電流が流れた箇所を「治癒」することができ°
る。

この治癒の理由として以下の工程が推定できる。

即ち、バイヤス電圧特に逆バイヤス電圧を印加すること
により、リーク箇所のみ集中的に電流が流れ、その箇所
が異常に発熱する。この発熱により充填した有機樹脂ま
たはこの樹脂と半導体とが反応し、絶縁物化する。そし
てこの絶縁物化によりこのリーク箇所が治癒される。か
かる工程がより弱い箇所を治癒し、次に少し弱い箇所を
治癒する。この工程をバイヤス電圧を暫時増加すること
により自動的に繰り返す。かくしてすべてのリークしや
すい箇所を治癒し、この光電変換装置全体を正常の実質
的にまったく空孔またはピンホールのない光電変換装置
と同等の特性とさせ得るものと推定される。

以下にその実施例を示す。

実施例１ 第２図は本発明の製造工程を示す縦断面図である。

第２図（Ａ）において、透光性基板（１）例えばガラス
板（例えば厚さ１　、２ｍｍ　、長さく図面では左右方
向）１０ｃｍ、巾１０ｃｍ）を用いた。透光性有機樹脂
膜基板を用いてもよい。さらにこの上面に全面にわたっ
て透光性導電膜（ＣＴＦという）、例えばＩＴＯ（１５
００人）＋ＳｎＯ□（２００〜４００人）またはハロゲ
ン元素が添加された酸化スズ又は窒化スズを主成分とす
る透光性導電膜（１５００〜２０００人）を真空蒸着法
、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、ＥＣ
Ｒ法またはスパッタ法により形成させた。

この後マイクロコンピュータを制御してこの基板の下側
または上側よりＹＡＧレーザ加工機（波長１．０６μま
たは０．５３μ）により照射しパターニング用開溝（１
３）を形成させた。

パターニングにより形成された開溝は、巾約５０μ長さ
１０ｃｍとし、各素子（３１）　、　（１１）を構成す
る巾は１０〜２０ｍｍとした。かくして第１の電極を構
成するＣＴＦ　（２）を切断分離して開講を形成した。

この後この上面にグロー放電法およびＥＣＲＣＶＤ法を
含むプラズマＣＶＤ法または光ＣＶＤ法により、ＰＮま
たはＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体層を０．２〜１
．０μ代表的には０．５〜０．７　μの厚さに形成させ
た。

その代表例はＰ型半導体（ＳｉｘＣ＋−ｘ　ｘ　＝０．
８厚さ５０〜１５０人）−Ｉ型アモルファスまたはセミ
アモルファスシリコン半導体（０，４〜０４９μ）−Ｎ
型の微結晶（２００〜５００人）を有する半導体よりな
る１つのＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体（３）とし
た。

または、Ｐ型半導体（ＳｉｘＣ＋−ｘ）　　Ｉ型アモル
ファスシリコン半導体−Ｎ型シリコン半導体−Ｐ型５ｉ
ｘ（、−ｘ半導体−Ｉ型５ｉｘＧｅ＋−ｘ（ｘ＝０．５
）−Ｎ型シリコン半導体（３００〜１０００人）等のタ
ンデム型のＰＩＮＰＩＮ・・・ＰＩＮ接合の半導体でも
よい。

かかる非単結晶半導体層（３）を全面に均一の膜厚で形
成させた。

しかしこの半導体（３）には、被膜形成時にフレーク（
雪片）が付着し、被膜形成後離脱する等の理由により空
孔（６）、ピンホール（６°）が多数不本意に存在して
しまう。その数は１００倍の顕微鏡で暗視野像を調べる
と、１０視野あたり２〜４ケもの多数を観察することが
ある。

このため、本発明方法はまずこのピンホール等（６）、
（６”）に対し絶縁物を選択的に充填した。その作業を
以下に示す。

第２図（Ａ）に示した半導体（３）を形成した後、この
半導体上に感光性有機樹脂をコートした。この時、この
有機樹脂が十分ピンホール等の内部に含浸するように注
意した。この感光性有機樹脂はフォトレジスト、例えば
東京応化より販売されている０ＦＰＲ−８００等のポジ
型のフォトレジストを用いた。この感光性有機樹脂をこ
の半導体上の全面およびピンホール、空穴内にスピナー
、コータまたはスプレー法により０．１〜５μの厚さに
形成する。

例えばスピナーを用いる場合はレジストを５０Ｏｒｐｍ
５秒、２０００ｒｐｍ　３０秒の条件下で塗布した。さ
らにこの塗布させた有機樹脂膜にプリベーク（８５℃、
４０分）を行った。さらに現像工程として、このレジス
ト側より紫外光（波長３００〜４００ｎｍ）　（１７）
を照射し、この感光性有機樹脂のうちピンホール等に充
填されている有機樹脂を固定化し、更に半導体表面上の
有機樹脂を非固定化させた。この条件は０ＦＰＲ−８０
０を用いる場合は紫外光は６ｍＷ／ｃｍ”　５秒間行い
、さらに所定の現像工程を経た。

さらにこの後これら全体を公知の方法でリンス（純水で
１０分間）をした。するとピンホール（６）。

（６゛）内に固定した有機樹脂膜以外の非固定化した有
機樹脂を溶去することができる。即ち、半導体（３）上
の有機樹脂をすべて除去できる。さらに、ポストベーク
（１５０℃１時間）を行い、感光したピンホール内部に
充填された有機樹脂（７）、（７”）を化学的に安定化
させた。すると第２図（Ｂ）に示す如く、ピンホール（
６）、（６’）の部分のみに選択的に有機樹脂絶縁物（
７）、（７’）を充填することができる。

そしてこの絶縁物の上面は半導体の上面と概略一致また
は少な目（ポストキュアでの体積収縮等による）に充填
することができる。

さらに次の工程として第２図（Ｂ）に示す如く、第１の
開溝（１３）の左方向に第２の開講（１日）を第２のレ
ーザスクライブ工程により形成させた。このレーザスク
ライブはこの基板（１）の上方向からの照射で行った。

第２図において、さらにこの上面に第２図（Ｃ）に示さ
れる如く、裏面電極用の導電膜（４）を形成し、さらに
第３のレーザスクライブ法の切断分離用の開溝（２０）
を設けた。

この第２の電極を、光透過方式とする場合は、透光性導
電膜を３００〜５０００人、例えばＩＴＯ（酸化インジ
ューム・スズ）、Ｉｎ２Ｏ２（酸化インジューム）。

Ｓｎｕｇ（酸化スズ）　、　ＺｎＯ（酸化亜鉛）等を形
成し、第２の電極とした。かかる構造においては長波長
光を裏面方向（図面では上方向）に放出させることがで
きる。

また、光閉じ込め方式とする場合は、この透光性導電膜
上にさらにその上面に反射性電極を設ければよい。アル
ミニューム、クロム、銀、アルミニューム（３００〜５
０００人）の一層膜またはアルミニュームとニッケルと
の二重膜の金属膜とを形成させ、第２の電極（４）とし
た。

この図面では例えばＩＴｏ　１０５０人、アルミニュー
ム１０００人の２層導電膜を第２の電極（４）とした。

これらはスパッタ法、電子ビーム蒸着法またはプラズマ
ＣＶＤ法を用い、半導体層を劣化させないため、３００
℃以下の温度で形成させた。

かくして第２図（Ｃ）に示される如く、複数の素子（３
１）　、　（１１）を連結部（１２）で直列接続する光
電変換装置を作ることができた。

さらにこの後、第３図の電気回路装置を用い、第２図（
Ｄ）に示される如く各光電変換装置（３１）。

（１１）が直列に接続させた光電変換装置（２２）に対
しバイヤス電圧特に逆バイヤス電圧が印加されるように
した。このバイヤス電圧を印加し冶癒する工程は、室温
〜半導体を熱破壊しない温度（一般的には１５０℃）ま
での範囲で加熱して行った。即ち集積化された光電変換
装置（２２）の各光電変換装置（３１）　、　（１１）
における等価回路は１つのダイオード（２５）と空孔ま
たはピンホールによりリークまたはショート箇所を示す
抵抗（２６）とにより構成している。この素子に対し、
正常の素子の有するＰＩＮ特性の逆方向耐圧よりも少し
低い電圧でツェナ電流が流れるようにツェナダイオード
（２３）を並列に配設した。するとこのツェナ電圧以上
に１つの素子にバイヤス電圧が印加されることを防ぐこ
とができる。さらに各素子（３１）　、　（１１）に並
列にツェナダイオードを配設することにより、１つの弱
い箇所が治癒した後、この治癒した箇所に永久破壊を誘
発する電流が流れることを防ぐことができる。かくして
形成されたバイヤスキュア回路装置により、直流電圧（
２４）をＯｖより１２０ｖまで（ここでは素子を１５ケ
直列に連結しているため１２０ｖまでとした）印加した
。

その結果の一例を第４図に示す。

するとこの光電変換装置におけるバイヤス電圧Ｖ　ＲＢ
（Ｖ）とここに流れる電流Ｉ　ＲＢ（ｍＡ）との関係延
おいて、印加を始めると曲線（３０）に示される軌跡を
辿る。そして（３０−１）で最初の不良リークを生ずる
。しかしこのリーク電流が増加するとその電流はキュア
効果により再びリーク電流が減少する。

さらにバイヤス電圧を増加させると（３０−２）におい
て再びリーク電流が増加する。しかしキュア効果により
再び減少する。さらにこれが（３０−３）・・・（３０
−ｍ）と繰り返され、いわゆるすべてのフォトダイオー
ドが正常に動作した特性（３２）となる。この後このバ
イヤス電圧を下げると、軌跡（３３）　、　（３０’　
）をへて電流がＯｍＡとなる。即ち帰りの軌跡はリーク
電流を初期の（３０）の状態より十分小さくすることが
できる。

念のため、この光電変換装置に対し再び電圧を印加する
と、曲線（３０’）を経て（３４）で逆耐圧となる特性
を得る。即ち、弱い破壊された箇所は治癒されており、
この治癒された箇所が再び劣化することがない。

かかる光電変換装置（２３）に第２図（Ｄ）に示す如く
バイヤス・キュア回路を除去した後照射光（１０）を照
射する。この実施例のごとき基＋ｆｆｌ（１０ｃｍ　ｘ
ｌｏｃｍ）で集積化させた光電変換装置パネルにてＡＭ
Ｉ（１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射シタ場合、開放電圧　
　１２．９３４Ｖ 曲線因子　　０．６６４１ 短絡電流　　７９．３４ｍＡ 電流速度　　１７．２９０　（ｍＡ／ｃｍ”）変換効率
　　９．９０χ の出力を有せしめることができた。

しかし、まったく同じ工程を用いつつも第２図（Ｃ）の
本発明の有機樹脂を充填した後、バイヤス電圧等に逆バ
イヤス電圧を印加して治癒する工程を省略すると、以下
の変換効率しか得られない。

即ち、試料ｌは有機樹脂の充填をも省略してしまった試
料の特性である。試料２は有機物の充填は行っているが
、逆バイヤスキュア工程を施さない場合である。

試料１　　　試料２ 開放電圧　　１１．４９Ｖ　　　１２．３１５曲線因子
　　０．４７１　　　０．５９７短絡電流　　５３．７
　ｍＡ　　　７９．３４ｍＡ変換効率　　４．４３χ　
　　８．３３χこれらの低い変換効率と比較すると、本
発明のピンホールに有機樹脂を充填し、かつ逆バイヤス
キュアを行うことがいかに高い変換効率を得るのに有効
であるかがわかる。

さらに重要なことは、本発明のピンホールに絶縁物を充
填することにより、初期状態における光電変換装置のサ
ンプル間でのバラツキが少なく、製造歩留りが大きいと
いう特徴を有する。例えば、実施例１において１０ｃｍ
口を１０枚作っても、そのσ（分散）は０．１９５（Ｘ
９．６３χ）を得ることができた。

本発明の半導体は以上に示す光電変換装置であっても、
さらに大型化し、例えば４０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ、　６
０ｃｔａ　Ｘ４０ｃｍまたは１２０ｃｍ　Ｘ　４０ｃｍ
が６ケ、２ケまたは１ケアルミサツシ枠によりパッケー
ジされ、１２０ｃｔａ　Ｘ４０ｃｍのＮＥＤＯ規格のパ
ネルを設けることが可能である。

また本発明の半導体は車に光電変換装置ではなく、イメ
ージセンサ等のダイオードアレーに対しても有効である
。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の光電変換装置の縦断面図である。 第２図は本発明の光電変換装置の製造工程を示す縦断面
図である。 第３図は本発明の絶縁物充填の後述バイヤスキュアを行
う電気回路装置を示す。 第４図は本発明の逆バイヤスキュアの際得られた特性で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上に第１の電極、空孔または
   ピンホールを有し、該空孔またはピンホールに絶縁物が
   充填された非単結晶半導体、第２の電極を積層して設け
   た各光電変換装置を複数層互いに電気的に直列接続させ
   るべく前記基板上に配列して設けた光電変換装置におけ
   る前記各光電変換装置に並列に正常の各光電変換装置の
   有する逆方向耐圧よりも少し低い電圧で動作するツェナ
   ・ダイオードを配設し、前記破壊された光電変換装置に
   逆方向バイヤスを印加し治癒する手段を有することを特
   徴とする光電変換装置作製用電気回路装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、逆方向バイヤスは
   各光電変換装置に印加させたことを特徴とする光電変換
   装置作製用電気回路装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、逆方向バイヤスは
   光電変換装置全体に印加させたことを特徴とする光電変
   換装置作製法電気回路装置。