JPS6316678A - 光電変換装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は基板上に設けられた半導体の一生表面にのみ本
電極となるＰ型の領域と一電極となるＮ型の領域とを選
択的に設け、作製の容易かつ構造の簡単な光電変換装置
に関する。

ｒ従来の技術」 従来、光電変換装置に関してはＰＮまたはｐｒＮ接合を
単結晶の珪素基板に形成した太陽電池、またはフォトセ
ルが知られている。しかしこのＰＮまたはＰＩＮ接合は
抵結晶の珪素基板の表面と裏面にその本電極または一電
極を有し、その接合面は基板の主面に実質的に平行に設
け、この接合面に光が多量に照射されるように工夫がな
されていたにすぎなかった。

Ｃ発明が解決しようとする問題点」 これら従来の光電変換装置は半導体基板の主面に平行に
接合面を設けていた為、電界のかかる方向と光照射面が
垂直となってしまい光照射強度が電界のかかる方向で一
様ではなく、効率よく電子・ホールを発生させることは
できなかった。

また、単結晶基板は極めてへきかいしやすく高価であり
、加工がしに＜＜、光電変換装置を集積化して複数個を
直列または並列に配列させることができない等多くの欠
点を有していた。

本発明は非単結晶半導体中で電子・ホールを効率よく発
生させること、また更に半導体を非単結晶として加工し
やすくさせることを目的としている。

ｒ問題点を解決する為の手段」 本発明２ま基板上の第１の非単結晶半導体と該半導体上
に第１の非単結晶半導体に比べてエネルギーバンド巾の
大きい第２の非単結晶半導体層を有し該第２の半導体の
少なくとも上部にＰ型の領域とＮ型の領域とを光照射面
に対して平行に配したことを特徴とした光電変換装置、
若しくは、基板上の第１の非単結晶半導体と該半導体上
の極めて薄い絶縁膜と該膜上の第２の非単結晶半導体と
を有し、該第２の非単結晶半導体の少なくとも上部には
Ｐ型のＷＩ域とＮ型の領域とを光照射面に対して平行に
配したことを特徴とした光電変換装置、即ち本発明は基
板上に第１の半導体を設け、その上側に第２の半導体を
第１の半導体と同一材料またはこれに酸素、窒素、また
は炭素をさらに添加した広いエネルギーバンド巾を有す
る如くにして形成したもの、若しくは第１の半導体と第
２の半導体との間に薄い１色縁膜を設けたものである。

さらに第２の半導体の一部または第２の半導体の一部と
第１の半導体の上部の一部にＰ型の領域とＮ型の領域を
設けて光電変換装置としたものである。

「作用」 上記のような構造、即ち同一光照射面より、Ｐ型の領域
、Ｎ型の領域をその半４体の葆さ方向に形成したことに
より、Ｐ型の領域とＮ型の領域間での電界方向での光強
度が一定となる。特に、第２の半導体を第１の半導体に
比べて広いエネルギーバンド巾を有せしめる場合は電極
近傍が実質的にＷ　−Ｎ構造（ＷＩ　ＤＥ−Ｔｏ−ＮＡ
ＲＲＯＷ）を有せしめ光励起により発生した電子・ホー
ル対のうち本型１〜に電子が、−電極にホールが拡散し
てしまうことなく、本電極にはホールのみ一取出には電
子のみを拡散、集合せしめんとしたもので光電変換効率
の向上を計ろうとしたものである。

以下に実施例に従い本発明を説明する。

「実施例１」 第１図は本発明の製作工程を示す縦断面図である。

第１図（Ａ）において、基板（１）は導電性または絶縁
性基板である。この基板は安価であり以降の被膜形成工
程に対し機械的強度並びに対熱性を有していることがそ
の要件である。　この為本実施例においては、瀬戸物、
セラミック、または、ガラス基を反を主として用いた。

この基板（１）の上面に室温〜５００　’Ｃの温度にて
プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ４：　２０ＳＣＣＭ、
圧カニ　０．０１〜０．３ＴＯＲＲで約６０分間Ｄｅｐ
ｏを行い膜厚１μｍ、エネルギーバンド巾約１．６　ｅ
Ｖの第１の半導体（２）を形成した。

この際原料ガスに必要に応じて　Ｃ，Ｏ，Ｎを含むガス
を添加してエネルギーバンド巾を変化させてもよい。さ
ろにこの第１の半導体上（２）に第２の半導体上（３）
を形成した。ただし、第１の半導体よりエネルギーバン
ド巾を０．５〜２ｅＶ程広くする為、第１の半導体と同
じ作製条件で反応ガスにさらにＮ、Ｏ，Ｃを５〜５０ａ
ｔｍ％添加したエネルギーバンド巾２．３ｅシ、膜ｆｆ
２５００人の第２の半導体を形成した。

これら第１の半導体および第２の半導体は、Ｐ型、Ｎ型
のドーパントを添加しない限り実質的に真性の半導体で
あった。

次に、この半導体を光電変換装置に必要な部分のみを残
すようにエツチングを行った後、半導体層の上表面およ
び側周辺に第２の半導体に対しマスク作用を有する絶縁
膜例えば酸化珪素または窒化珪素を５００〜２０００人
の厚さにプラズマＣＶＤ法により形成した。本実施例で
は５ｉｌ１４．Ｎｌ１３を用いて窒化珪素を形成した。

さらに↓電極および一電極おなる部分に対し開口（７）
、　　（８）をフォトエツチング法により絶縁膜（４）
を選択的に除去して形成した。この開口の巾は２〜２０
１！　ｍ特に５〜７μｍと巾を狭くしり櫛型とし、開口
（７）、　　（８）間の距離（１１）は第１の半立体の
膜厚とほぼ同一としたが、この距離は半ｍ体中の再励起
によって発生した電子・ホールの拡ｆｆＪｌ距離より短
くその１／４〜１／２とするのがこのましかった。次に
開口部（７）、（８）よりそれぞれボロン（Ｂ）、フォ
スフイン（Ｐ）を拡散法、イオン注入法等により、ドー
パントを１０　”ｃｍ−”　〜３　ｍｏｌ　％の濃度に
ドープし、第１図（Ｃ）のように、Ｐ型の領域（９）、
Ｎ型の領域（１０）を第２の半導体層中に形成した。ま
た第１および第２の半導体は両方とも非単結晶半導体な
ので不純物は第１の半導体内まで拡散してゆき、各々Ｐ
型の領域（１９）　、　Ｎ型の領域（２０）となり、そ
の深さは第１の半導体と第２の半導体との界面より０〜
２０００人以内にとどめた。

これ以上深くした場合、キャリアの拡散距離より長くな
ってしまうためキャリアが途中で消滅してしまうからで
ある。

次ぎに第１図（Ｄ）のようにＰ型の領域（９）Ｎ型の領
域（１０）の各々の上面にアルミニウムを１μｍ蒸着し
オーミックコンタクト電極（１３）。

（１４）およびそれより延在して基板上に外部接続端子
（１６）、　　（１７）を形成した。

第１図ＣＤ）のＡ−Ａの破線に従ってそのエネルギ、ハ
ンドダイヤグラムを考察するとその一例として第２図（
Ａ）を得た。本電極、（１４）第２のＰ型の領域（９）
、第１のＰ型の領域（１９）実質的に真性の第１半導体
（２）第１のＮ型の領域（２０）第２のＮ型の領域（１
０）　、−電極（１５）にそれぞれ対応して（１４）　
、（９）　、（１９）、（２）、（２０）、（１０）、
（１５）が記されている。

この第２図（Ａ）より明らかな如く、ホールは（１４）
へ、また電子は（１５）へと拡散して行き、もしホール
の一部が（１０）へと拡散した場合、第２の半導体の広
いエネルギーバンドにより撥ね返されてしまいｍ；極近
傍での再結合を禁止している。同様なことが本電極でも
起こっている。

このことより本発明は光の入射に対しＷ　−Ｎ　ｔＲ造
を有するばかりではなく、電子・ホールのそれぞれに対
し広いエネルギーバンド巾が好ましく寄与しておりひと
つの半導体層（第２の半ｎ体）により実質的にＷ　−Ｎ
　−Ｗのサンドインチ構造を作ることができた。

その結果筒２の半導体を第１の半導体と同一のエネルギ
ーバンド巾としたものと比ベア０〜２００％の光電変換
効率の向上が見られ、本実施例ではＯ，０１ｃｎｌで４
．２０％の効率カ得うレ、小面積であれば１２〜１６％
の効率を得られる可能型が見いだされた。

第２図（Ｂ）はＰ型の領域（１９）　Ｎ型の領域（２０
）が第１の半導体層中に形成された場合の図で（Ａ）よ
りさらに積極的に電子またはボールの再結合を禁止して
いる。

第２図（Ｃ）は第１図（Ｄ）においてＢ−Ｂの破線に従
って示したエネルギーバンド図である。

「実施例２」 第３図（Ａ）のように本実施例は実施例１とほぼ似た構
造である。

但し第１の半導体と第２の半導体の間に、絶縁層（５０
）が設けである。この１色縁層（５０）はトンネル電流
を許容しうる範囲２〜５０人特に２〜３０人の厚さにし
た。ＳｉＨ４とＮＨ３を原料ガスとしてその流量比１　
：　３０．ＩＴｏｒｒ、３０Ｗで約２０分間窒化珪素を
堆積させた。その他は実施例１と全く同様である。

これにより生電極、−電極において、ＭＩＳ構造（Ｐの
半導体−′ｆ４ｇＡ８！膜−第１の半膜体第１はＮの半
導体−絶縁膜一第１の半導体）となっている。

第１の半導体と第２の半導体の間に絶縁膜を挿入した為
、Ｐ型の領域とＮ型の領域を形成する際に不純物は第１
の半導体層迄侵入せずＰ、　Ｎの領域の底面を実質的に
第１の半導体と第２の半導体の間に隣接して作製するこ
とができた。このことによりキャリアの拡散距離を短く
することができた。

第３図（Ｂ）〜第３図（Ｄ）に本発明の他の実施形態の
断面図をしめす。

本発明において半導体材料としては、珪素を含む半導体
のみではなくｍ−ｖ族、■−■族の化合物半導体でもよ
く、その構造も非単結晶ならば、いわゆるアモルファス
、セミアモルファス、多結晶でもよい、またその作製方
法も公知の化学気相反応法でよい。

ｒ発明の効果」 本発明は代表的には第１図（Ｄ）のような構造う持つ光
電変換装置であります。光照射面に対しＰ型の領域とＮ
型の領域間に発生ずる電界方向が平行でありさらに第１
の半導体に比べ第２の半導体のエネルギーバンド中を０
．５〜２ｅＶ広くしたことにより、電極近傍が実質的に
Ｗ　Ｉ　ＤＥ−Ｔ。

−ＮＡＲＲＯＷ構造となっており本電極への電子、−電
極へのホールの移動を少なくしており高効率の光電変換
装置であった。

さらに、第２の半導体は窓効果と化学的安定型を有する
為、入射光は効率よく半導体層にふかれてゆき、かつ２
つの電極間のリークをおさえることができた。

また半導体を非単結晶としたことにより、半４体を加工
しやすくなった。

その他の特徴としては、外部取り出し電極を基板上に設
けているため一基板上の光電変換装置を複数個集積化し
て直、並列接続をすくことができ同一基板上に逆流防止
ダイオードをも同一半導体により作製できる。

電極が一表面にのみ形成されている為、半導体作製の際
、その熱的ストレスを考慮する必要はない。

構造が極めて簡単であり、また半導体の上、側周辺を窒
化珪素膜により被覆しであるため外部汚染に対する信頼
性にすぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による構造を有する光電変換装置の作製
工程を示す縦断面図である。第２図は第１図（Ｄ）のエ
ネルギーバンド図である。 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は本発明の他の
実施形態の縦断面図である。 １・・・・・・・・・基板 ２・・・・・・・・・第１の非単結晶半導体３・・・・
・・・・・第２の非単結晶半立体４・・・・・・・・・
絶縁膜 ）、７） Ｌｆ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上の第１の非単結晶半導体と該半導体上に第１
   の非単結晶半導体に比べてエネルギーバンド巾の大きい
   第２の非単結晶半導体層を有し、該第２の半導体の少な
   くとも上部にＰ型の領域とＮ型の領域とを光照射面に対
   して平行に配したことを特徴とした光電変換装置。 ２、基板上の第１の非単結晶半導体と該半導体上に極め
   て薄い絶縁膜と該膜上の第２の非単結晶半導体とを有し
   、該第２の非単結晶半導体の少なくとも上部にはＰ型の
   領域とＮ型の領域とを光照射面に対して平行に配したこ
   とを特徴とした光電変換装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項においてＰ型の
   領域とＮ型の領域との間には絶縁物または半絶縁物の領
   域が設けられたことを特徴とした光電変換装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項において第２の
   非単結晶半導体は第１の非単結晶半導体の珪素の如き構
   成成分に対し窒素、酸素または炭素が添加された半絶縁
   性半導体であることを特徴とした光電変換装置。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項において第１お
   よび第２の非単結晶半導体は非単結晶の膜状半導体であ
   ることを特徴とした光電変換装置。 ６、特許請求の範囲第１項において、ＰまたはＮ型の領
   域は第１の非単結晶半導体層の内部にまで延在して設け
   られたことを特徴とした光電変換装置。 ７、特許請求の範囲第１項または第２項においてＰまた
   はＮ型の領域の下側には真性または実質的に真性の第２
   の非単結晶半導体の一部が残存して設けられたことを特
   徴とした光電変換装置。 ８、特許請求の範囲第１項において、ＰまたはＮ型の領
   域の下面は絶縁または半絶縁膜に隣接したことを特徴と
   した光電変換装置。