JPS6343313A - 非晶質半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
非晶質半導体薄膜の製造方法Info
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- JPS6343313A JPS6343313A JP61186479A JP18647986A JPS6343313A JP S6343313 A JPS6343313 A JP S6343313A JP 61186479 A JP61186479 A JP 61186479A JP 18647986 A JP18647986 A JP 18647986A JP S6343313 A JPS6343313 A JP S6343313A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
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CVD法により非晶質シリコン、非晶質ゲルマ
ニウム等の非晶質半導体薄膜を基板上に形成する非晶質
薄膜の製造方法に関する。
ニウム等の非晶質半導体薄膜を基板上に形成する非晶質
薄膜の製造方法に関する。
非晶質シリコン(以下a−3iと略記する)、非晶質シ
リコンゲルマニウム(以下a−8iGeと略記する)等
は優れた光電特性を有することから、太湯電池、電子写
真感光体、光センサ−、薄膜トランジスタ等の広範な分
野に薄膜として利用されている。
リコンゲルマニウム(以下a−8iGeと略記する)等
は優れた光電特性を有することから、太湯電池、電子写
真感光体、光センサ−、薄膜トランジスタ等の広範な分
野に薄膜として利用されている。
これらa−8i等の半導体薄膜の製造方法としてはイオ
ンブレーティング法、ス・ぞツタリング法、真空蒸着法
、化学気相成長(Chemic−aユ・VapcrDe
position : CV D )法等があるが、S
iH4のようなシラン類(5inH2n+2)等の原料
ガスをグロー放電により分解して生成させたプラズマか
らa−Siを基板上に堆積させるプラズマCVD法が一
般的に使用されている。
ンブレーティング法、ス・ぞツタリング法、真空蒸着法
、化学気相成長(Chemic−aユ・VapcrDe
position : CV D )法等があるが、S
iH4のようなシラン類(5inH2n+2)等の原料
ガスをグロー放電により分解して生成させたプラズマか
らa−Siを基板上に堆積させるプラズマCVD法が一
般的に使用されている。
また、最近では光エネルギーを利用して原料ガスを励起
し、ラジカルを生成させて基板上に水素を含むa−8i
等の薄膜を堆積させる光CVD法が提案され、これには
直接励起法と水銀増感励起法とがある。直接励起法はエ
キ7マレーザー等の極めて強い光を原料ガスに照射して
原料ガスを直接励起する方法であり、他方、水銀増感励
起法は原料ガスに微量の水銀蒸気をドープし、低圧水銀
ランプからの光を原料ガスに照射して水銀を励起し、生
成した水銀ラジカルと原料ガスとの反応により薄膜を基
板上に堆積させる方法である。
し、ラジカルを生成させて基板上に水素を含むa−8i
等の薄膜を堆積させる光CVD法が提案され、これには
直接励起法と水銀増感励起法とがある。直接励起法はエ
キ7マレーザー等の極めて強い光を原料ガスに照射して
原料ガスを直接励起する方法であり、他方、水銀増感励
起法は原料ガスに微量の水銀蒸気をドープし、低圧水銀
ランプからの光を原料ガスに照射して水銀を励起し、生
成した水銀ラジカルと原料ガスとの反応により薄膜を基
板上に堆積させる方法である。
これらのCVD法では、a−8iやa−8iGe等の非
晶質半導体の薄膜を原料ガスから低温で直接形成でき、
組成の自由度も大きく大面積化も可能であることから光
起電力素子や各種機能デ・ぐイスの製造に広く使用され
ている。特に、a−3i等の非晶質半導体は太陽エネル
ギー分布のピーク近傍の光に対する吸収係数がSi結晶
よりも大きいので、太陽電池の材料として注目されてい
る。
晶質半導体の薄膜を原料ガスから低温で直接形成でき、
組成の自由度も大きく大面積化も可能であることから光
起電力素子や各種機能デ・ぐイスの製造に広く使用され
ている。特に、a−3i等の非晶質半導体は太陽エネル
ギー分布のピーク近傍の光に対する吸収係数がSi結晶
よりも大きいので、太陽電池の材料として注目されてい
る。
非晶質半導体を太陽電池等の光起電力素子に応用する場
合には、良好な光電特性を得るために薄膜中に適度な水
素を含有させて欠陥を減少させるコトカ重要であり、こ
のためには珪素又はゲルマニウム等の薄膜構成原子と水
素との結合形態を制御して、薄膜中のこれらの結合の最
適なネットワークを形成する必要がある。
合には、良好な光電特性を得るために薄膜中に適度な水
素を含有させて欠陥を減少させるコトカ重要であり、こ
のためには珪素又はゲルマニウム等の薄膜構成原子と水
素との結合形態を制御して、薄膜中のこれらの結合の最
適なネットワークを形成する必要がある。
しかし、従来のプラズマCVD法及び光CVD法等のC
VD法では、非晶質半導体薄膜、特にa−5i又はa−
8iGe等の二元系化合物で、例えば太陽電池に代表さ
れる光起電力素子に応用できるような良好な光導電率を
有す名簿膜を製造することはできなかった。上記いづれ
の方法でも薄膜中に取り込まれる水素の量及び結合形態
を任意に制御することが困難であシ、好ましいとされる
5i−H及びGe−Hの低次結合形態の水素より S
i −H2、Ge−H2、5i−H3、Ge−H3、−
−−・−5i−Hn、 Ge−Hn等の高次結合の水素
が多く取シ込まれたシ、高次結合から水素を脱離させる
ため基板温度を高めると水素の脱離が5i−H及びGe
−Hからも起って逆に薄膜中にダングリングプントが増
加する等、均一で最適なネットワークの薄膜を形成でき
なかったためである。
VD法では、非晶質半導体薄膜、特にa−5i又はa−
8iGe等の二元系化合物で、例えば太陽電池に代表さ
れる光起電力素子に応用できるような良好な光導電率を
有す名簿膜を製造することはできなかった。上記いづれ
の方法でも薄膜中に取り込まれる水素の量及び結合形態
を任意に制御することが困難であシ、好ましいとされる
5i−H及びGe−Hの低次結合形態の水素より S
i −H2、Ge−H2、5i−H3、Ge−H3、−
−−・−5i−Hn、 Ge−Hn等の高次結合の水素
が多く取シ込まれたシ、高次結合から水素を脱離させる
ため基板温度を高めると水素の脱離が5i−H及びGe
−Hからも起って逆に薄膜中にダングリングプントが増
加する等、均一で最適なネットワークの薄膜を形成でき
なかったためである。
本発明は、CVD法により基板上に水素を含む非晶質半
導体薄膜を形成する際に、薄膜中に取り込まれる水素の
結合形態を制御することにより薄膜の光電特性を向上さ
せることのできる、非晶質半導体薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
導体薄膜を形成する際に、薄膜中に取り込まれる水素の
結合形態を制御することにより薄膜の光電特性を向上さ
せることのできる、非晶質半導体薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
本発明の化学気相成長(CVD)法によシ基板上に水素
を含む非晶質半導体の薄膜を製造する方法は、非晶質半
導体構成原子と水素との共鳴波長のうち、少なくともひ
とつの前記半導体構成原子と水素の高次結合に対応する
波長を有する光を基板の薄膜成長表面に照射することを
特徴とする。
を含む非晶質半導体の薄膜を製造する方法は、非晶質半
導体構成原子と水素との共鳴波長のうち、少なくともひ
とつの前記半導体構成原子と水素の高次結合に対応する
波長を有する光を基板の薄膜成長表面に照射することを
特徴とする。
非晶質半導体を構成する原子は水素との結合形態毎に固
有の幾つかの振動励起モードを持ち、この振動励起モー
ドに対応して赤外領域に共鳴波長の吸収帯が存在するこ
とが知られている。例として、珪素とケ゛ルマニウムに
ついて赤外吸収帯の代表的なものを次に例示する: 結合形態 波数(Crn) 波長(μm)Si−
H20005,00 63015、87 Si−H220904,78 88011,36 (Si−H2)n 2090〜2140 4.7
8〜4.67845 11.83 Si−H321204,72 905、11,05 Ge−H18805,32 57017,54 Ge−H219805,05 83012,05 (Ge−H2)n 2000 5.00
765 13.07 Ge−H320504,88 57017,54 本方法では、5i−H2やGe−H2等の水素の高次結
合形態に対応する夫々の波長の光を薄膜成長表面に同時
に照射することが最良であるが、非晶質半導体の構成原
子が珪素を含む場合には照射する光の波長を4.6〜4
.8μm及び/又は11〜12μm の範囲から、ゲル
マニウムを含む場合には照射する光の波長を4.9〜5
.2 μm及び/又は11.5〜13.5μmの範囲か
ら選択すれば簡単でかつ十分な効果が得られる。
有の幾つかの振動励起モードを持ち、この振動励起モー
ドに対応して赤外領域に共鳴波長の吸収帯が存在するこ
とが知られている。例として、珪素とケ゛ルマニウムに
ついて赤外吸収帯の代表的なものを次に例示する: 結合形態 波数(Crn) 波長(μm)Si−
H20005,00 63015、87 Si−H220904,78 88011,36 (Si−H2)n 2090〜2140 4.7
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765 13.07 Ge−H320504,88 57017,54 本方法では、5i−H2やGe−H2等の水素の高次結
合形態に対応する夫々の波長の光を薄膜成長表面に同時
に照射することが最良であるが、非晶質半導体の構成原
子が珪素を含む場合には照射する光の波長を4.6〜4
.8μm及び/又は11〜12μm の範囲から、ゲル
マニウムを含む場合には照射する光の波長を4.9〜5
.2 μm及び/又は11.5〜13.5μmの範囲か
ら選択すれば簡単でかつ十分な効果が得られる。
本発明方法を第1図に示しだ成膜装置の一例により更に
説明する。
説明する。
この成膜装置は真空チャン・ζ−1内の基板ホルダー6
に基板5を載せ、これと対向して低圧水銀ランプを設置
した水銀増感光CVD法による成膜装置であり、装置外
に特定波長の光の光源2a。
に基板5を載せ、これと対向して低圧水銀ランプを設置
した水銀増感光CVD法による成膜装置であり、装置外
に特定波長の光の光源2a。
2bを設けてあシ、両方の光をノ・−7ミラー3aを通
して窓4aから同時に真空チャンバー1内に導入し、反
射鏡3bで反射させて基板ホルダー6に保持した基板5
の表面に照射できるようになっている。
して窓4aから同時に真空チャンバー1内に導入し、反
射鏡3bで反射させて基板ホルダー6に保持した基板5
の表面に照射できるようになっている。
真空チャンバー1内に基板5を保持し、内部を排気ロア
を介して減圧し、基板ホルダー6内のヒーター9で基板
5を適度に加熱する。真空チャン・々−1の原料ガス供
給口10から5i84等のシラン類(sin’2n+2
)まだはGeH4、Ge2H6等、若しくはこれらの
フッ化物、塩化物等の原料ガスと水銀蒸気を基板5の近
くに供給する。低圧水銀ランプ8から窓4bを通して紫
外線を原料ガスに照射し、水銀を励起させて原料ガスと
反応させることによシ基板5上に水素を含む非晶質半導
体薄膜を形成させる。
を介して減圧し、基板ホルダー6内のヒーター9で基板
5を適度に加熱する。真空チャン・々−1の原料ガス供
給口10から5i84等のシラン類(sin’2n+2
)まだはGeH4、Ge2H6等、若しくはこれらの
フッ化物、塩化物等の原料ガスと水銀蒸気を基板5の近
くに供給する。低圧水銀ランプ8から窓4bを通して紫
外線を原料ガスに照射し、水銀を励起させて原料ガスと
反応させることによシ基板5上に水素を含む非晶質半導
体薄膜を形成させる。
本発明方法においては、非晶質半導体構成原子と水素と
の共鳴波長のうち、少なぐともひとつの水素の高次結合
に対応する波長を有する光を基板の薄膜が成長している
表面に照射することにより、S i −H2、Ge−H
2等の高次結合の振動励起を活発化させて気相中の水素
ラジカルによる水素の引き抜きを促進させることができ
る。その結果、高次結合の水素が減少して、水素が5i
−H及びGe−1−1の低次結合の形態で優先的に堆積
するので、均一で最適なネットワークが形成でき、光電
特性の優れた非晶質半導体薄膜を形成できる。
の共鳴波長のうち、少なぐともひとつの水素の高次結合
に対応する波長を有する光を基板の薄膜が成長している
表面に照射することにより、S i −H2、Ge−H
2等の高次結合の振動励起を活発化させて気相中の水素
ラジカルによる水素の引き抜きを促進させることができ
る。その結果、高次結合の水素が減少して、水素が5i
−H及びGe−1−1の低次結合の形態で優先的に堆積
するので、均一で最適なネットワークが形成でき、光電
特性の優れた非晶質半導体薄膜を形成できる。
照射する光をレーザー光にして・ξワーをあげることに
よシ、直接水素の高次結合を切断することも可能になり
、一層有効に高次結合を減少させることができる。
よシ、直接水素の高次結合を切断することも可能になり
、一層有効に高次結合を減少させることができる。
第1図の水銀増感光CVD法による成膜装置を用イ、原
料カスト(、テ100% 5il(4101005c
−10%GeH4/H2希釈34 sccm及びH22
0sccmを60tZ’の水銀蒸気と共に基板5の近く
に供給し、圧力5TOrr、基板温度190Cの条件下
で低圧水銀ランプ8から紫外線を原料ガスに照射した。
料カスト(、テ100% 5il(4101005c
−10%GeH4/H2希釈34 sccm及びH22
0sccmを60tZ’の水銀蒸気と共に基板5の近く
に供給し、圧力5TOrr、基板温度190Cの条件下
で低圧水銀ランプ8から紫外線を原料ガスに照射した。
同時に2個の波長可変CO2レーザーを用いて波長11
.4μmの光をIW/crn2のパワーで及び波長12
.1μmの光を0.8W/cm2のパワーで夫々ハーフ
ミラ−3aを通して基板5の表面に照射しながら、基板
5上に成膜速度0.32 X /seeで膜厚0.21
μmのa−5iGe : I−1の薄膜を形成させた。
.4μmの光をIW/crn2のパワーで及び波長12
.1μmの光を0.8W/cm2のパワーで夫々ハーフ
ミラ−3aを通して基板5の表面に照射しながら、基板
5上に成膜速度0.32 X /seeで膜厚0.21
μmのa−5iGe : I−1の薄膜を形成させた。
比較のために、Co2レーザーから波長11.4μm及
び波長12.1μmの光を照射しないこと以外は上記と
同様にして、従来例のa−5iGe : l−1の薄膜
を成膜速度0.40 ’j、/seeで膜厚0.25μ
mに形成した。
び波長12.1μmの光を照射しないこと以外は上記と
同様にして、従来例のa−5iGe : l−1の薄膜
を成膜速度0.40 ’j、/seeで膜厚0.25μ
mに形成した。
得られた各a−8iGe : Hの薄膜の光電特性を下
表に示す。
表に示す。
本発明 従来例
Eg (eV) 1.45 1.48σ
ph(Ωα−1) 1.lX10−5 3.2X
10−6ad (Ωcrn−1) 4.8 X 1
0−9 5.3 X 10−9更に、フーリエ変換赤
外吸収スペクトルにより各a−3iGe:H薄膜の水素
結合を解析した結果を第2図に示した。本発明では5i
−H及びGe−Hの好ましい結合形態が大部分であるの
に対して、従来例においては5i−H2、Ge−H2、
5i−H3、Ge−H3等の高次結合が多く存在してい
ることが解る。
ph(Ωα−1) 1.lX10−5 3.2X
10−6ad (Ωcrn−1) 4.8 X 1
0−9 5.3 X 10−9更に、フーリエ変換赤
外吸収スペクトルにより各a−3iGe:H薄膜の水素
結合を解析した結果を第2図に示した。本発明では5i
−H及びGe−Hの好ましい結合形態が大部分であるの
に対して、従来例においては5i−H2、Ge−H2、
5i−H3、Ge−H3等の高次結合が多く存在してい
ることが解る。
尚、上記実施例では水銀増感光CVD法による例を示し
たが、その他のCVD法でも同様の効果が得られる。
たが、その他のCVD法でも同様の効果が得られる。
本発明によれば、CVD法により基板上に水素を含む非
晶質半導体薄膜を形成する際に、薄膜中に取り込まれる
水素の結合形態を低次結合に制御できるので、結合ネッ
トワークが最適化され、均質で優れた光電特性の非晶質
半導体薄膜を製造できる。
晶質半導体薄膜を形成する際に、薄膜中に取り込まれる
水素の結合形態を低次結合に制御できるので、結合ネッ
トワークが最適化され、均質で優れた光電特性の非晶質
半導体薄膜を製造できる。
第1図は本発明の方法を実施するだめの水銀増感光CV
D法による成膜装置の一具体例を示す概略断面図であり
、第2図は本発明と従来のa−3iGe:11薄膜のフ
ーリエ変換赤外吸収スペクトルを示すグラフである。 1・・・真空チャンツク−12a、2b・・・光源、3
a・・・ハーフミラ−13b・・・反射鏡、5・・・基
板、6・・・基板ホルダー、8・・・低圧水銀ランプ。 第1図 8儂圧址4長ランプ 第2図 5皮 数 (、cm−’)
D法による成膜装置の一具体例を示す概略断面図であり
、第2図は本発明と従来のa−3iGe:11薄膜のフ
ーリエ変換赤外吸収スペクトルを示すグラフである。 1・・・真空チャンツク−12a、2b・・・光源、3
a・・・ハーフミラ−13b・・・反射鏡、5・・・基
板、6・・・基板ホルダー、8・・・低圧水銀ランプ。 第1図 8儂圧址4長ランプ 第2図 5皮 数 (、cm−’)
Claims (3)
- (1)化学気相成長(CVD)法により基板上に水素を
含む非晶質半導体の薄膜を製造する方法において、非晶
質半導体構成原子と水素との共鳴波長のうち少なくとも
ひとつの前記半導体構成原子と水素の高次結合に対応す
る波長を有する光を基板の薄膜成長表面に照射すること
を特徴とする非晶質半導体薄膜の製造方法。 - (2)非晶質半導体が珪素を含む場合に、照射する光の
波長を4.6〜4.8μm及び/又は11〜12μmと
することを特徴とする、特許請求の範囲(1)項記載の
非晶質半導体薄膜の製造方法。 - (3)非晶質半導体がゲルマニウムを含む場合に、照射
する光の波長を4.9〜5.2μm及び/又は11.5
〜13.5μmとすることを特徴とする、特許請求の範
囲(1)項記載の非晶質半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61186479A JPS6343313A (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | 非晶質半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61186479A JPS6343313A (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | 非晶質半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6343313A true JPS6343313A (ja) | 1988-02-24 |
Family
ID=16189201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61186479A Pending JPS6343313A (ja) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | 非晶質半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6343313A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013534275A (ja) * | 2010-07-30 | 2013-09-02 | ディアロテック | 化学蒸着によって材料、特にダイヤモンドを合成する方法、及び該方法を適用するための装置 |
-
1986
- 1986-08-08 JP JP61186479A patent/JPS6343313A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013534275A (ja) * | 2010-07-30 | 2013-09-02 | ディアロテック | 化学蒸着によって材料、特にダイヤモンドを合成する方法、及び該方法を適用するための装置 |
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