JPS6273624A - Manufacture of amorphous silicon germanium thin film - Google Patents

Manufacture of amorphous silicon germanium thin film

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JPS6273624A
JPS6273624A JP60213422A JP21342285A JPS6273624A JP S6273624 A JPS6273624 A JP S6273624A JP 60213422 A JP60213422 A JP 60213422A JP 21342285 A JP21342285 A JP 21342285A JP S6273624 A JPS6273624 A JP S6273624A
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JP
Japan
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film
source
bias voltage
thin film
3ige
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Application number
JP60213422A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Ishii
石井 正之
Hideo Itozaki
糸崎 秀夫
Nobuhiko Fujita
藤田 順彦
Hajime Ichiyanagi
一柳 肇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PURPOSE:To contrive the remarkable improvement in photoelectric characteristic by applying a negative D.C. bias voltage of -100V or over to a holder part of a substrate during the film formation. CONSTITUTION:An Si source, a Ge source and a low-pressure gas mixture of row materials including hydrogen are introduced into a reactor by plasma CVD technique. An external electric field is applied to obtain plasma and a reaction is promoted to form an a-SiGe:H thin film. During the operation of forming the film, a negative D.C. bias voltage of -100 or over is applied to a substrate holder part. As a material gas, SiH4, Si2H6, Si3H6, and SiF4 for an Si source and GeH4 and GeF4 for a Ge source are used and these are usually dilluted by H2 (dangling bond terminator). It can be carried out by using a parallel flat type plasma CVD device. The photoelectric characteristic of a-SiGe: H thus obtained is improved exceedingly and the practical application of that becomes possible.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はアモルファスシリコンゲルマニウム薄膜の製造
方法に関する。更に詳しくは、多層構造アモルファスシ
リコン太陽電池等において有用なナローバンドギャップ
材料としてのアモルファスシリコンゲルマニウム薄膜の
膜質を改善するための方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for producing amorphous silicon germanium thin films. More specifically, the present invention relates to a method for improving the film quality of an amorphous silicon germanium thin film as a narrow bandgap material useful in multilayer amorphous silicon solar cells and the like.

従来の技術 光起電力効果を利用した電子デバイスの代表的なものと
しては太陽電池を例示できる。この太陽電池は太陽エネ
ルギーあるいはその他の光エネルギーを電気エネルギー
に変換するものであり、クリーンなエネルギー源として
、今後のエネルギ一対策の一環として注目されている。
2. Description of the Related Art A typical example of an electronic device that utilizes the photovoltaic effect is a solar cell. These solar cells convert solar energy or other light energy into electrical energy, and are attracting attention as a clean energy source as part of future energy measures.

太陽電池による上記のエネルギー変換は半導体のへテロ
接合、pnまたはpln接合、ショットキー接合などの
基本的な特性の一つである光起電力効果を利用したもの
であり、入射光を吸収し、そこで電子・正孔対を生成し
、これが外部に取出されるといった機構に基くものであ
る。
The above energy conversion by solar cells utilizes the photovoltaic effect, which is one of the basic characteristics of semiconductor heterojunctions, pn or pln junctions, Schottky junctions, etc., and absorbs incident light. It is based on a mechanism in which electron-hole pairs are generated there and taken out to the outside.

アモルファス半導体、例えばアモルファスシリコン(以
下a −3i : Hという)は薄膜化・大面積化が可
能であり、組成の自由度も大きく、電気的並びに光学的
特性を広い範囲で制御できることから、最近各種デバイ
スの材料として注目されている。特に、太陽エネルギー
分布のピーク近傍の光に対する吸収係数がSi結晶より
も大きく、薄膜形成温度が低く、原料からグロー放電に
より直接成膜でき、また接合形成も容易であるなどの各
種興味ある特性を有することから、太陽電池材料として
注目されている。
Amorphous semiconductors, such as amorphous silicon (hereinafter referred to as a-3i:H), can be made into thin films and have a large area, have a large degree of freedom in composition, and have electrical and optical properties that can be controlled over a wide range. It is attracting attention as a material for devices. In particular, the absorption coefficient for light near the peak of the solar energy distribution is larger than that of Si crystals, the thin film formation temperature is low, the film can be formed directly from raw materials by glow discharge, and bond formation is easy. Because of this, it is attracting attention as a solar cell material.

このような太陽電池を代表とする光起電力素子を設計・
製作する上で重要なことは、高い光電変換効率を達成す
ることのできる身料の選択、組合せ等を十分に検討する
ことであり、また同様に広い波長範囲に亘り吸収効率を
高めるべく工夫することである。これによって、高効率
の実用化可能な製品の実現が可能となる。
Design and design of photovoltaic devices such as solar cells
What is important in manufacturing is to carefully consider the selection and combination of materials that can achieve high photoelectric conversion efficiency, and also to devise ways to increase absorption efficiency over a wide wavelength range. That's true. This makes it possible to realize highly efficient and commercially viable products.

ところで、従来この太陽電池において使用されていたa
−3i : Hのバンドギャップ(E、)は約1、75
eνであり、1.75eシ以下のエネルギーを有する先
に対する感度が極めて悪いことから、a−81:HにG
eなどの■族元素を添加して、バンドギャップを下げる
試みがなされている。
By the way, the a that was conventionally used in this solar cell
-3i: The bandgap (E,) of H is approximately 1.75
eν, and the sensitivity to targets with energy below 1.75e is extremely poor, so G is added to a-81:H.
Attempts have been made to lower the band gap by adding group II elements such as e.

このGeを添加したa−3i:H,即ちa −3iGe
 :Hは長波長感度に優れていることから、上記の如く
太陽電池をはじめとして、撮像素子などへの応用が期待
されている。このa −3iGe: H膜はプラズマC
VD法、反応性スパッタ法、イオンブレーティング法、
光CVD法などにより形成されるが、現在のところ太陽
電池等の光起電力素子に応用できる良好な光導電率を有
するa −3iGe : H膜は得られておらず、従っ
て十分な素子性能の製品は得られていない。
This Ge-doped a-3i:H, that is, a-3iGe
:H has excellent long-wavelength sensitivity, so it is expected to be applied to solar cells as well as image pickup devices as described above. This a-3iGe:H film is plasma C
VD method, reactive sputtering method, ion blating method,
Although it is formed by a photo-CVD method, an a-3iGe:H film with good photoconductivity that can be applied to photovoltaic devices such as solar cells has not yet been obtained, and therefore it is difficult to obtain sufficient device performance. Product not obtained.

従来の、例えばプラズマCVD法で作製したa−3+G
e : H膜の光電特性は、エネルギーバンドギャップ
(E9) −1,5eVでは、光電導度(Δ(7Ph)
は9 xlo−’ S−cm−’、暗電導度(σd)は
3 x 10−1 O3−cm=であり、実用化されて
いるアモルファス太陽電池に使用されているa −3i
 : l(膜(E9−1、75eV )のΔσph= 
2 Xl0−’ S−cm−’、a、 =3.5x1o
−S−0m−’と比較して、特に光を照射した際の電気
伝導度(Δσph)の値が3桁程度低かった。
A-3+G manufactured by conventional, for example, plasma CVD method
e: The photoelectric properties of the H film are as follows: at energy bandgap (E9) -1.5 eV, photoconductivity (Δ(7Ph)
is 9 xlo-'S-cm-', the dark conductivity (σd) is 3 x 10-1 O3-cm=, and the a-3i used in amorphous solar cells in practical use is
: l(Δσph of film (E9-1, 75eV)=
2 Xl0-'S-cm-', a, =3.5x1o
-S-0m-', the value of electrical conductivity (Δσph) especially when irradiated with light was about three orders of magnitude lower.

その結果、太陽電池の1型層として従来法で作製したa
 −5iGe : H膜を用いた場合には、発生する電
流が小さすぎるので、このようなa −3iGe :I
]膜を1型層として応用することはできなかった。
As a result, a
When -5iGe:H film is used, the generated current is too small, so such a -3iGe:I
] The film could not be applied as a type 1 layer.

この応用を可能とするためには△σphの値として少な
くともa −3i : H膜と同等な値をもつことが必
要とされる。
In order to make this application possible, it is necessary that the value of Δσph is at least equivalent to that of the a −3i :H film.

このようにa −5iGe : H膜の光電特性が低い
理由を調べるため、赤外吸収によりHとSi原子との結
合状態を調べてみると、SI  82量>Si −H量
なる関係となっており、膜中にH量の形で取込れたもの
が、Hの形で取込まれたものよりも量的に多く、かなり
不均一な膜が生成していることがわかった。ところで、
a −3i : H膜の場合、5l−1−12量>Si
 −H量なる状態にあると、光電導度の低下をもたらし
ていることが知られており、a −3iGe:H膜につ
いてもその成膜時に同様な現象が生じているものと予想
される。
In order to investigate the reason why the a-5iGe:H film has poor photoelectric properties, we investigated the bonding state between H and Si atoms by infrared absorption, and found that the relationship was SI82 amount > Si-H amount. It was found that the amount of H incorporated into the film was larger than that incorporated in the form of H, resulting in a fairly non-uniform film. by the way,
a-3i: In the case of H film, the amount of 5l-1-12>Si
It is known that a -H amount causes a decrease in photoconductivity, and it is expected that a similar phenomenon occurs in the a -3iGe:H film during its film formation.

発明が解決しようとする問題点 上記の如く、長波長域で良好な光感度を有するa −8
+Ge : Hを多層膜太陽電池の構成材料(1型層)
として使用することができれば、得られる太陽電池の変
換効率を大巾に改善することが可能となるものと思われ
る。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, a-8 has good photosensitivity in the long wavelength range.
+Ge: H is a constituent material of multilayer solar cells (type 1 layer)
If it can be used as a solar cell, it would be possible to greatly improve the conversion efficiency of the resulting solar cell.

しかしながら、従来法で得られたものは、低い光電特性
のものしか得られなかった。これを例えば太陽電池の1
型層として絹込むためには、その光電導度Δσphを少
なくともa −8i : Hの値(2XIO−’S・c
m−’)にまで高める必要がある。
However, those obtained by conventional methods only have poor photoelectric properties. For example, one of the solar cells
In order to incorporate it as a mold layer, the photoconductivity Δσph must be at least a −8i : H value (2XIO−′S・c
m-').

このような目的で、a −3iGe : H膜作製時に
スクリーン電極により負のバイアス電圧を印加する試み
がなされた(1983年秋季応用物理学会講演予稿集第
356頁参照)。しかしながら、スクリーン電極(金属
メツシュ電極)の存在下でDCバイ゛rス電圧を印加し
た場合には、特に以下の点で問題があることがわかった
For this purpose, an attempt was made to apply a negative bias voltage using a screen electrode during the preparation of the a-3iGe:H film (see Proceedings of the Japan Society of Applied Physics Autumn 1983 Conference, p. 356). However, it has been found that when a DC bias voltage is applied in the presence of a screen electrode (metal mesh electrode), there are problems particularly in the following points.

(1)長時間成膜する場合には、メツシュにa −3i
Ge : Hの微粉末が生成し易く、これが膜内へ混入
し、膜厚方向の均質化を図ることができない。
(1) When forming a film for a long time, use a-3i on the mesh.
Fine powder of Ge:H is likely to be generated and mixed into the film, making it impossible to achieve homogeneity in the film thickness direction.

(ii )同一の成長室を用いて、p型層−3i:l(
からpin型太陽電池を基板上に形成する場合、前の堆
積操作後にメツシュ上に残される薄膜により、後の操作
で形成される薄膜の汚染を生じる。即ち、例えばp型層
−3i:H膜の形成後にメツシュ上に残された薄膜(p
型層−3i:H)中の不純物元素(例えばB)が、ひき
続き行われる1型a −3iGe : H膜の形成操作
中のプラズマによって発生したイオンによる衝撃を受け
て雰囲気中にしみ出し、最終的に形成中のl型膜中に混
入する。その結果、l型層は純度が著しく損われ、得ら
れる太陽電池特性も不十分なものとなる。
(ii) Using the same growth chamber, p-type layer -3i:l(
When forming dry pin solar cells on a substrate, thin films left on the mesh after previous deposition operations result in contamination of the thin films formed in subsequent operations. That is, for example, the thin film (p
The impurity element (for example, B) in the type layer-3i:H) is bombarded by ions generated by plasma during the subsequent formation of the type-1 a-3iGe:H film, and seeps into the atmosphere. It eventually mixes into the L-type film being formed. As a result, the purity of the l-type layer is significantly impaired, and the resulting solar cell properties are also inadequate.

そこで、本発明の目的は上記従来法の諸欠点を改善し、
上記のような汚染なしに光電特性を人]1】に改善する
ことのできるa −5iGe : H膜の製造方法を提
供することにある。
Therefore, the purpose of the present invention is to improve the various drawbacks of the above-mentioned conventional methods,
The object of the present invention is to provide a method for producing an a-5iGe:H film that can improve the photoelectric properties to 1] without the above-mentioned contamination.

問題点を解決するための手段 本発明者等は、太陽電池等の光電変換素子用材料として
期待されるa −3iGe : H膜の製造方法の上記
の如き現状に鑑みて、高品位のa −3iGe : H
膜の製造方法を開発すべく種々検討した結果、a−3i
Ge : H膜々特性の品質にとって最も大きな影響を
もつ膜中のSiとト(の結合状態を制御するために成膜
中に所定のバイアス電圧を印加することが最も有利であ
ることを基本思想とし、連続成膜操作の際にみられる汚
染の問題、長期に亘り成膜操作を継続した際にみられる
膜厚方向における不均一性の問題が、特定の位置にバイ
アス電圧を印加することにより有利に解決し得ることを
見出し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems In view of the above-mentioned current state of the manufacturing method of a-3iGe:H film, which is expected to be used as a material for photoelectric conversion elements such as solar cells, the present inventors have developed a method for producing high-quality a-3iGe:H films. 3iGe: H
As a result of various studies to develop a membrane manufacturing method, a-3i
The basic idea is that it is most advantageous to apply a predetermined bias voltage during film formation in order to control the bonding state between Si and Ge in the film, which has the greatest influence on the quality of Ge:H film properties. By applying a bias voltage to a specific position, the problem of contamination that occurs during continuous film deposition operations and the problem of nonuniformity in the film thickness direction that occurs when film deposition operations are continued over a long period of time can be solved. The present invention has been completed based on the discovery that an advantageous solution can be achieved.

即ち、本発明のa  S+Ge : )(膜の製造方法
は、プラズマCVD法により、Si源、Ge源および水
素を含む原料の低圧ガス混合物を反応室に導入し、外部
電界を印加してプラズマを得、反応を促進させて基板上
に成膜するa −3iGe : H薄膜の製造方法であ
って、成膜操作中に、基板ホルダー邪に一100■以上
の負のDCバイアス電圧を印加することを特徴とする。
That is, the method for manufacturing the aS+Ge: A method for producing an a-3iGe:H thin film by accelerating the reaction and forming a film on a substrate, the method comprising applying a negative DC bias voltage of -100V or more to the substrate holder during the film formation operation. It is characterized by

本発明の方法において、原料ガスとしてはSi源として
5IH4,5i2Hs、5laHe、SiF、などが、
またGe源としてGeH4、GeF、などが使用され、
これらは一般にH2(ダングリングボンドターミネータ
)で希釈した状態で使用される。
In the method of the present invention, the raw material gas includes 5IH4, 5i2Hs, 5laHe, SiF, etc. as a Si source.
Also, GeH4, GeF, etc. are used as a Ge source,
These are generally used diluted with H2 (dangling bond terminator).

本発明の方法は、例えば添付第1図に示すような平行平
板型プラズマCVD装置を用いて実施することができる
。即ち、この平行平板型プラズマCVD装置1は反応室
2と、反応室2の上方に設けられ、基板3を支持する基
板ホルダ4と、同様に反応室2内の下方に設けられた下
部電極板5を含み、基板ホルダ4は直流バイアス電圧印
加用電源6と接続されて、所定のバイアス電圧を基板に
印加できるようになっており、また下部電極5は例えば
高周波電源7に接続され、高周波の印加により反応室2
内にプラズマを生じ、反応を促進し得る構成となってい
る。
The method of the present invention can be carried out using, for example, a parallel plate type plasma CVD apparatus as shown in the attached FIG. 1. That is, this parallel plate type plasma CVD apparatus 1 includes a reaction chamber 2, a substrate holder 4 provided above the reaction chamber 2 and supporting a substrate 3, and a lower electrode plate similarly provided below within the reaction chamber 2. 5, the substrate holder 4 is connected to a power source 6 for applying a DC bias voltage so that a predetermined bias voltage can be applied to the substrate, and the lower electrode 5 is connected to, for example, a high frequency power source 7 to apply a high frequency voltage. reaction chamber 2 by applying
The structure is such that plasma can be generated within the chamber to promote reactions.

この装置を使用してa −5iGe : H膜を形成す
る操作は、まず基板3をセットし、真空排気系(図示せ
ず)の動作により反応室2内を所定の高真空とし、次い
で原料ガス混合物8を反応室内に所定の圧力(流量)で
供給し、一方で高周波電源7およびバイアス印加用DC
電源6を動作させて、反応室内に高周波プラズマを生成
させて、原料ガスの分解並びに反応生成物の基板上への
堆積を行うことにより実施できる。
In the operation of forming an a-5iGe:H film using this device, first, the substrate 3 is set, the inside of the reaction chamber 2 is brought to a predetermined high vacuum by operation of the evacuation system (not shown), and then the raw material gas is A mixture 8 is supplied into the reaction chamber at a predetermined pressure (flow rate), while a high frequency power source 7 and a DC voltage for bias application are supplied.
This can be carried out by operating the power supply 6 to generate high-frequency plasma in the reaction chamber, decomposing the source gas and depositing the reaction product on the substrate.

許」 多層描込のa−8i太陽電池をはじめとする光起電力素
子用のナローバンドギャップ材料としてa−3iGe 
: H膜を使用し得るものとするためには、その光電導
度Δσphを少なくともa −3i : H膜と同等な
レベル(2xio−’ S −cm−’ )にまで高め
る必要があったが、従来のプラズマCVD法で得られた
a −3iGe : H膜ではΔσ、は9×10′−1
lS−Cm−1程度でしかなかった。これは、形成され
たa −3iGe:H薄膜中に、H原子が5i−H2の
形でとりこまれる量が5i−Hの形でとりこまれる量よ
り多かったことによるものであった。
A-3iGe as a narrow bandgap material for photovoltaic devices including multilayer A-8i solar cells
In order to make the :H film usable, it was necessary to increase its photoconductivity Δσph to at least the same level as the a −3i :H film (2xio−′ S −cm−′). In the a-3iGe:H film obtained by the conventional plasma CVD method, Δσ is 9×10'-1
It was only about lS-Cm-1. This was because the amount of H atoms incorporated in the form of 5i-H2 in the formed a-3iGe:H thin film was greater than the amount of H atoms incorporated in the form of 5i-H.

そこで、本発明の方法では、プラズマCVD法によるa
 −3iGe : )(膜の形成中に、基板に一100
■以上の負のDCバイアス電圧を印加することにより、
膜中のH原子量を減少することなく、結合状態を変えた
。即ち、第3図に示した赤外吸収特性から明らかな如く
、膜中のH原子量は減少することなくDCバイアス電圧
(■8)が−100ボルトの場合には5i−82の伸縮
モードに基<2090cm−’付近の吸収が減少し、一
方5i−Hの伸縮モードによる2000cm−’近傍の
吸収が増大しており、Vs=0ボルトの場合と逆転して
いる。
Therefore, in the method of the present invention, a
-3iGe: ) (during film formation, 100%
■By applying a negative DC bias voltage of
The bonding state was changed without reducing the amount of H atoms in the film. That is, as is clear from the infrared absorption characteristics shown in Fig. 3, when the DC bias voltage (■8) is -100 volts, the amount of H atoms in the film does not decrease and is based on the stretching mode of 5i-82. The absorption near <2090 cm-' decreases, while the absorption near 2000 cm-' due to the stretching mode of 5i-H increases, which is the opposite of the case when Vs=0 volts.

これは、本発明の方法に従って得られるa −3iGe
:H膜の光電特性の測定結果(第2図)を考察すること
によってもfiA、lできる。即ち、■I]−〇ボルト
で得られた膜のΔσphは、負のVsを印加した場合に
比較して著しく小さい(V、 =  −200ボルトの
Δσphよりも2桁程度低い)。
This is a -3iGe obtained according to the method of the present invention.
FiA,l can also be determined by considering the measurement results of the photoelectric properties of the :H film (Fig. 2). That is, the Δσph of the film obtained at ■I]−0 volts is significantly smaller than that obtained when a negative Vs is applied (about two orders of magnitude lower than the Δσph at V, = −200 volts).

以上、説明したように、本発明の方法に従って、基板に
所定の負のDCバイアス電圧を印加することにより5i
−82の形成が抑制され、一方光電特性にとって有利な
5i−Hの形成が促進され、()られる膜の光電特性、
特にΔσpbが大1】に改善されることになる。
As explained above, according to the method of the present invention, by applying a predetermined negative DC bias voltage to the substrate, 5i
-82 formation is suppressed, while the formation of 5i-H, which is advantageous for photoelectric properties, is promoted;
In particular, Δσpb is improved to 1].

また、本発明の方法では従来法における如く金属メツシ
ュ電極を使用しないので、長時間に亘る成膜操作によっ
ても、得られる膜は厚さ方向においても均一であり、ま
た、該金属メツシュ上への反応生成物の堆積に基く、汚
染の危険性もないので、比較的厚い膜の形成、多層薄膜
構造の連続的形成も、従来みられた問題を生ずることな
しに有利に行うことができる。
In addition, since the method of the present invention does not use a metal mesh electrode as in the conventional method, the film obtained is uniform in the thickness direction even if the film is formed over a long period of time. Since there is no risk of contamination due to deposition of reaction products, the formation of relatively thick films, even the continuous formation of multilayer thin film structures, can be carried out advantageously without the problems encountered heretofore.

実施例 以下、実施例により本発明の方法を更に具体的に説明す
る。しかし、本発明の範囲は以下の実施例により何等制
限されない。
EXAMPLES Hereinafter, the method of the present invention will be explained in more detail using examples. However, the scope of the present invention is not limited in any way by the following examples.

まず、第1図に示したような平行平板電極型プラズマC
VD装置の基板ホルダ部に、光電特性測定用のコーニン
グ7059ガラスおよびSiとHとの結合状態測定用の
結晶シリコンウェハを取付けた。
First, a parallel plate electrode type plasma C as shown in Fig.
A Corning 7059 glass for measuring photoelectric properties and a crystalline silicon wafer for measuring the bonding state of Si and H were attached to the substrate holder part of the VD apparatus.

原料ガスとしてはH2で10%に希釈した5IH4およ
びGeH4を所定のガス流量比、GeH4/ (SI 
H4+GeH<)で、到達圧力0.5Torrとなるよ
うに成膜室に供給した。基板温度250℃の下で、電極
板に13、56 MHzの高周波(出カフ5W)を印加
し、基板ホルダ部と電極との間に高周波プラズマを発生
させ、一方DC電源を用いて基板ホルダ部に+100V
〜−200■の範囲のDCバイアス電圧を印加して、上
記原料ガスの分解、析出を行った。成膜時間は膜厚が0
.5μmとなるように各場合に応じて変えた。
As source gases, 5IH4 and GeH4 diluted to 10% with H2 were mixed at a predetermined gas flow rate ratio, GeH4/ (SI
H4+GeH<) was supplied to the film forming chamber at an ultimate pressure of 0.5 Torr. At a substrate temperature of 250°C, a high frequency of 13.56 MHz (output 5 W) was applied to the electrode plate to generate high frequency plasma between the substrate holder part and the electrode, while a DC power source was used to close the substrate holder part. +100V to
A DC bias voltage in the range of ~-200 cm was applied to decompose and deposit the raw material gas. The film formation time is 0 when the film thickness is 0.
.. The thickness was changed to 5 μm depending on each case.

かくしてコーニング7059ガラス上に形成したa−3
iGe : H膜上にAI金属電極を形成し、光電特性
を測定し、また結晶シリコン上に形成されたa −3i
Ge : H膜につき赤外吸収スペクトルの測定を行っ
た。尚、ガス流1比GeH</ (Sit(4+GeH
4)を0〜1の範囲で変えることにより、膜組成の異る
a −3iGe : H膜を作製した。
A-3 thus formed on Corning 7059 glass
An AI metal electrode was formed on the iGe:H film and its photoelectric properties were measured, and a-3i formed on crystalline silicon was
The infrared absorption spectrum of the Ge:H film was measured. In addition, gas flow 1 ratio GeH</ (Sit(4+GeH
4) in the range of 0 to 1, a-3iGe:H films with different film compositions were fabricated.

かくして得たa −3iGe : H膜において、Ge
H4/(SI H4+GeH4) =0.21なる条件
で成膜したものにつき、光電特性のDCバイアス印加電
圧(■、)依存性を第2図に、また赤外吸収特性のvI
l依存性を第3図に夫々示した。
In the thus obtained a-3iGe:H film, Ge
Figure 2 shows the dependence of the photoelectric properties on the applied DC bias voltage (■,) for the film formed under the conditions of H4/(SI H4+GeH4) = 0.21, and the vI of the infrared absorption properties.
The l dependence is shown in Figure 3.

まず、第2図の結果から、Vn=0ボルトに対し、Va
 =−200ボルトではバンドギャップ(E9oPt)
を大きく変化させることなしに、光電導度△σ。
First, from the results in Figure 2, for Vn = 0 volts, Va
= Band gap at -200 volts (E9oPt)
photoconductivity △σ without significantly changing.

が約2桁向上していることがわかる。また、第3図から
、VB−0ボルトに対し、V、=(00ボルトではSt
  H2の伸縮モードのピーク(2090cm−’ )
強度が減少し、5i−Hの伸縮モードのピーク(200
0cm−’ )強度が増大していることがわかる。この
ピーク強度は、はぼ各モードで存在する5i−82ff
iおよび5i−H量に比例しており、赤外吸収特性の測
定結果から、膜中で結合しているH量はそれ程度化して
いないが、結合状態の主体が5i−82モードから5i
−Hモードに変化していることを理解することができる
。このようなSiとHとの結合状態が変化したことによ
り光電特性の改善が可能となったものと考えられる。
It can be seen that this has improved by about two orders of magnitude. Also, from Fig. 3, for VB-0 volts, V, = (St at 00 volts)
Peak of H2 stretching mode (2090cm-')
The intensity decreases and the peak of the 5i-H stretching mode (200
0 cm-') It can be seen that the intensity increases. This peak intensity is approximately 5i-82ff, which exists in each mode.
It is proportional to the amount of i and 5i-H, and from the measurement results of infrared absorption characteristics, the amount of H bound in the film does not change to that extent, but the main bond state changes from 5i-82 mode to 5i-H.
- It can be understood that the mode has changed to H mode. It is believed that this change in the bonding state between Si and H made it possible to improve the photoelectric characteristics.

更に、他の成膜条件を一定とし、ガス流量比のみを変え
て得られたa −5iGe : H膜においても、同一
のE9゜2.で、光電特性の改善が図られていることを
確認した。
Furthermore, an a-5iGe:H film obtained by keeping other film-forming conditions constant and changing only the gas flow rate ratio had the same E9°2. It was confirmed that the photoelectric characteristics were improved.

また、膜質向上を図るべく、更に基板ホルダ部とRF電
極との間に金属メツシュ電極を設けて、基板ホルダ部に
負のDCバイアス電圧を印加することも試みたが、特別
大きな膜質改善効果はみられなかった。更に、正のDC
バイアス電圧の印加時には、基板バイアス電圧を印加し
なかった場合と殆ど同程度の光電特性しか与えなかった
In addition, in order to improve the film quality, we also tried installing a metal mesh electrode between the substrate holder and the RF electrode and applying a negative DC bias voltage to the substrate holder, but this did not have a particularly large film quality improvement effect. I couldn't see it. Furthermore, positive DC
When a bias voltage was applied, the photoelectric characteristics were almost the same as when no substrate bias voltage was applied.

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明の方法によれば、プ
ラズマCVD法によるa −3iGe : H膜の形成
中に基板ホルダ部に所定の強度の負のDCバイアス電圧
を印加したことにより、得られるa−3iGe : H
膜の光電特性を大巾に向上させ、その実用化を図ること
が可能となった。即ち、上記バイアス電圧の印加により
成長膜中のSiダングリングボンドの割合が低下され、
光電導度Δσphが約2桁向上した。
Effects of the Invention As explained in detail above, according to the method of the present invention, by applying a negative DC bias voltage of a predetermined intensity to the substrate holder part during the formation of the a-3iGe:H film by the plasma CVD method, , obtained a-3iGe: H
This greatly improved the photoelectric properties of the film, making it possible to put it into practical use. That is, the application of the bias voltage reduces the proportion of Si dangling bonds in the grown film,
The photoconductivity Δσph was improved by about two orders of magnitude.

また、従来の金属メツシュ電極の使用の際にみられた、
長時間に亘り成膜操作を行った際の膜厚方向における不
均一さの問題、多層薄膜を連続的に形成する際にみられ
た汚染の問題が完全に解決され、実用化可能なa −3
iGe : H膜を有利に得ることができ、多層薄膜構
成の各種素子、膜厚の厚い層も問題なく作製できる。
In addition, when using conventional metal mesh electrodes,
A- 3
An iGe:H film can be advantageously obtained, and various elements with a multilayer thin film structure and thick layers can be produced without problems.

かくして、本発明の方法によればa〜Si : H膜と
少なくとも同レベルの光電特性(特にΔσph)を有す
るa −3iGe : H膜が有利に作製できるので、
太陽電池、感光体等の光電変換素子を含む、1型層とし
てa −3iGe : 8層を有する各種半導体装置は
もとより、本発明の方法を利用して得られた太陽電池と
他の太陽電池とを組合せて直列に接合したタンデム型太
陽電池あるいはマルチカラー太陽電池等を作製する上で
極めて有用である。
Thus, according to the method of the present invention, an a-3iGe:H film having at least the same level of photoelectric properties (particularly Δσph) as an a-Si:H film can be advantageously produced.
Not only various semiconductor devices having 8 layers of a-3iGe as type 1 layer, including photoelectric conversion elements such as solar cells and photoreceptors, but also solar cells obtained using the method of the present invention and other solar cells. It is extremely useful for producing tandem solar cells or multi-color solar cells, etc., which are connected in series.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の方法を実施するのに有用な装置の一例
(平行平板電極型プラズマCVD装置)を説明するため
の概略構成図であり、 第2図はa −3iGe : H膜の光電導度(Δσp
h)、暗電導度(σd)およびエネルギーギャップ(E
9゜pt)を、基板ホルダ部に印加したDCバイアス電
圧に対してプロットしたグラフであり、第3図は基板ホ
ルダ部に印加したDCバイアス電圧の変化に伴うa −
3iGe : Hの赤外吸収特性の変化を示すスペクト
ルチャートである。 (主な参照番号) 1・・平行平板電極型プラズマCVD装置、2・・反応
室、    3・・基板、 4・・基板ホルダ、  5・・電極板、6・・DCバイ
アス電源、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an example of an apparatus (parallel plate electrode type plasma CVD apparatus) useful for carrying out the method of the present invention, and FIG. Conductivity (Δσp
h), dark conductivity (σd) and energy gap (E
9° pt) is plotted against the DC bias voltage applied to the substrate holder part, and FIG.
3 is a spectrum chart showing changes in infrared absorption characteristics of 3iGe:H. (Main reference numbers) 1. Parallel plate electrode type plasma CVD device, 2. Reaction chamber, 3. Substrate, 4. Substrate holder, 5. Electrode plate, 6. DC bias power supply,

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)プラズマ化学気相蒸着法により、Si源、Ge源
および水素を含む原料の低圧ガス混合物を反応室に導入
し、外部電界を印加してプラズマを得、反応を生じさせ
て基板上に成膜するアモルファスシリコンゲルマニウム
薄膜の製造法において、上記成膜中、上記基板のホルダ
部に−100V以上の負の直流バイアス電圧を印加する
ことを特徴とする上記アモルファスシリコンゲルマニウ
ム薄膜の製造方法。
(1) Using the plasma enhanced chemical vapor deposition method, a low-pressure gas mixture of raw materials including a Si source, a Ge source, and hydrogen is introduced into a reaction chamber, an external electric field is applied to obtain plasma, and a reaction is caused to occur on the substrate. The method for producing an amorphous silicon germanium thin film, which comprises applying a negative DC bias voltage of -100V or more to the holder portion of the substrate during the film formation.
(2)上記Si源がSiH_4、Si_2H_6、Si
_3H_8、SiF_4からなる群から選ばれる1種で
あり、Ge源がGeH_4またはGeF_4であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアモルファス
シリコンゲルマニウムの製造方法。
(2) The above Si source is SiH_4, Si_2H_6, Si
3. The method for producing amorphous silicon germanium according to claim 1, wherein the Ge source is GeH_4 or GeF_4.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08139032A (en) * 1994-11-11 1996-05-31 Nec Corp Formation of semiconductor thin film

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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