JPS62268128A - 微結晶炭化珪素膜の製造方法 - 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】 く技術分野〉 本発明は電子材料あるいは基板材料として有用な結晶構
造と非晶質構造の混在する炭化珪素膜（以下微結晶炭化
珪素膜と称す）を得るための薄膜作製技術に関するもの
である。

〈従来技術〉 、水素化非晶質珪素膜（以下ａ−８ｉ：Ｈと記す）の電
気的性質を改善する即ち不純物添加によるドーピングの
効率を高めるもしくはキャリアの移動度を大きくするた
めに結晶構造と非晶質構造の混在する珪素膜（微結晶珪
素膜）を利用することが提唱され、すでに太陽電池ある
いは薄膜トランジスタ等の電子デバイスへの応用が報告
されている。

一方弁晶質炭化珪素（ａ−３ｉＣ：Ｈ）はａ−８ｉ：Ｈ
よりもバンドギャップの大きな材料として注目を集めて
おり、太陽電池の窓材料などて応用さね、でいるが、一
般にａ−８ｉ：ＨＫ比べて電気的性質の劣るものしか得
られておらず、従−１て、ａ−８ｉ：Ｔ（にとって代わ
るデバイス材料として利用する上で必要な素子特性の向
上のためにはａ−ＳｉＣ：Ｈの電気的性質を改善するこ
とが重要な課題となる。このａ−８ｉＣ：Ｈに関しても
、微結晶珪素膜と同様に微結晶化に伴なう電気的性質の
向上が期待されている。また膜中炭素量を変化させるこ
とにより禁制帯幅を制御することができるため、ワイド
バンドギャップ材料として種々の応用が期待されている
。しかし　膜中炭素量が増加すると未結合手に起因する
禁制帯内欠陥準位が増加する等の原因により、価電子制
御が困難になる。そのため、半導体デバイスへの応用を
実現するにはａ−８ｉＣ：囮をワイドバンドギャップで
価電子制御することができるように改善する必要がある
。

非晶質材料の微結晶化は電気的性質の改善手段として検
討されており、特に水素化非晶質珪素膜の微結晶化に関
してはドーピング効率の上昇等の働きをし電気的性質を
改善し得ることが報告されている。ａ　　Ｓ　１ｌ−ｘ
Ｃｘ　：　Ｈにおいても微結晶化により電気的性質の改
善が期待できるが、従来の方法は基板温度５５０℃以上
の高温で微結晶化するという報告である。従って電子デ
バイスへの応用を考慮するとより低温で微結晶化を可能
としかつ価電子制御することのできる膜作製技術を確立
することが課題となる。

〈発明の目的〉 本発明は上記現状シて鑑み、プラズマＣＶＤ法、スパッ
タリング法あるいは熱ＣＶＤ法等によって炭化珪素膜を
作製する場合に、原料ガスを水素ガスにより希釈すると
同時に不純物ガスを添加することによってワイドバンド
ギャップで価電子制御された微結晶炭化珪素膜を低温で
得ることのできる微結晶炭化珪素膜の製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

〈実施例〉 と、前記方法で作製した膜を応用した電子デバイスとし
て、注入型非晶質薄膜発光素子、非晶質太陽電池を提供
することを目的とするものである。

以下、本発明を適用して作製された半導体デバイスの１
実施例について図面とともに説明する。

図面は半導体デバイスである注入型非晶質薄膜発光素子
の構成を示す断面図である。ガラス等の透明材料からな
る基板６上に透明導電膜（ＩＴＯ）、Ｓ　ｎｏ２膜等か
らなる電極膜５を形成する。この上に注入層としてｐ型
機結晶炭化珪素膜４を形成し、さらに発光層としてａ−
８ｉ１−ＸＣＸ：Ｈ膜３を堆積する。この上に注入層と
してｎ型微結晶炭化珪素膜２を形成する。更にこの上に
電楓としてＡｔ。

Ｍｇ　＋　Ｎ　ｉ　−Ｃｒ等の電極膜１を形成する。

尚、この構造は基板６側から光を取り出す場合であり、
基板６としてステンレス等の不透明な基板を用いた場合
には上部電極膜１をＩＴＯ等の透明材料で形成すればよ
い。また、下部注入層４をｎ型、上部注入層２をｐ型の
微結晶炭化珪素膜として形成してもよい。

次に、注入型非晶質薄膜発光素子の具体的な作製方法に
ついて説明する。基板６としてはガラスを用い、その上
べ蒸着法により電極膜５としてＩＴＯを膜厚５００Ａと
なるように作製する。注入層であるｐ型及びｎ型微結晶
炭化珪素膜２．４は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリン
グ法あるいは熱ＣＶＤ法等によって作製される。例えば
、プラズマＣＶＤ法により作製する場合には、シランガ
ス（ＳｉＨ４）とメタンガス（ＣＨ４）の混合された原
料ガスを水素ガスにより希釈し、水素ガスに対する原料
ガスの割合を０．０５以下に薄く設定し、基板温度を５
００℃以下に保持する。好ましくは水素ガスに対する原
料ガスの割合を０．０１以下とし基板温度を３５０℃に
保持する。反応容器内にシラ／、メタン及び水素から成
る混合ガスを導入し、グロー放電分解することにより、
混合ガスが相互に分解反応して下地層上て炭化珪素膜が
成長する。

シラン、メタン、水素の各ガスは各々流量制御装置（マ
スフローコントローラー）を介して供給される。これら
の混合ガスは反応容器内へ供給され、反応容器からロー
タリーポンプを介しであるいはこれにメカニカルブース
ターポンプや油拡散ポンプを併用させて排気させる。

プラズマＣＶＤ法によシ炭化珪素膜を作製する場合のパ
ラメータには基板温度、ガス流量、ガス圧、投入高周波
電力等がある。本実施例ではガス圧力を２　Ｔｏｒｒ　
、投入高周波電力を０・３Ｗ７．とした。ここで得られ
る微結晶炭化珪素膜をｐ型にするにはジポラン（Ｂ２Ｈ
６）を原料ガスて対して０，０５〜５％添加して膜厚を
１００〜１００ＯＡとなるようにし、一方ｎ型にするに
はホスフィン（ＰＨ３）　全原料ガスに対して０．０１
〜５％添加して膜厚１００〜１５００Ａとなるように作
製する。注入層の禁制帯幅は、７ランとメタンの混合比
を変えることにより制御する。発光層３はプラズマＣＶ
Ｄ法、スパンタリング法、熱ＣＶＤ法等によって作製で
きるが、例えばプラズマＣＶＤ法で作製する場合は、シ
ラン系ガスと炭化水素系ガスの原料ガス混合比を変え、
禁制帯幅の異なるすなわち発光色の異なるａ　　Ｓ　１
１−ｘ　Ｃｘ　：　Ｈ膜を膜厚３００〜５０００Ａにな
るように作製する。上部電極膜１は蒸着によりアルミニ
ウム（Ａｔ）を膜厚５００Ａになるように作製する。

このようにして得られた発光素子は、可視領域で発光が
生起され従来の注入型非晶質薄膜発光素子に比べ発光効
率を高めることができた。これは注入層であるｐ型及び
ｎ型のａ−３ｉＣ：Ｈ膜が従来に比べて広い禁制帯幅を
持つことができるため、発光層３と注入層の禁制帯幅を
制御することにより発光層３へのキャリア注入効率を上
げることができるためである。

次に原料ガスと水素ガスの流量を各々変化させて得られ
る膜質を調べた結果、基板温度が６００℃の条件では水
素ガスに対する原料ガスの割合に関係なく微結晶炭化珪
素膜が得られた。基板温度５００℃の条件では水素ガス
に対する原料ガスの割合が２から０．１の範囲では得ら
れた膜は非晶質炭化珪素膜であった。それに対し水素ガ
スに対する原料ガスの割合が０．０５以下の条件では微
結晶炭化珪素膜が得られた。さらに基板温度が３５０℃
の条件でも水素ガスに対する原料ガスの割合を０．０１
以下とすることによって微結晶炭化珪素膜が得られるこ
とが判明した。

このような水素ガスに対する原料ガスの割合を下げるこ
とによる微結晶炭化珪素膜成長の原因としては、水素原
子の働きにより炭素原子が周囲の原子と四配位結合で膜
構造に含まれ易くなり、その結果炭素及び珪素原子が結
晶構造をとりながら配列するのに必要なエネルギーが低
下したことが考えられる。

尚、上記実施例で微結晶炭化珪素膜作製に供するガスは
種々のシラン系ガスと炭化水素系ガスおよび■族・■族
系不純物ガスが実施に供される０〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明によればワイドノくンドａツ
ブで価電子制御できる微結晶炭化珪素膜を得ることがで
き、注入型非晶質薄膜発光素子に応用することにより発
光効率を上げることができる。また、非晶質太陽電池の
窓材料としても有効に働き、光の収集効率を上げ変換効
率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の１実施例によって作製された注入
型非晶質薄膜発光素子を示す断面図である。 １・・・電嘩膜　２・・ｎ型微結晶炭化珪素膜　３・・
・発光層　４　・ｐ型微結晶炭ｆヒ珪素膜　５・・・透
明電甑　６　・透明基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、水素ガスに対する原料ガスの割合を０．０５以下の
   値に設定しかつ原料ガスに不純物ガスを添加し、温度制
   御された下地層上に価電子制御された結晶質構造と非晶
   質構造の混在する炭化珪素膜を堆積させることを特徴と
   する微結晶炭化珪素膜の製造方法。