KR810001314B1 - 비결정 실리콘 활성영역을 갖는 반도체 장치 - Google Patents

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KR810001314B1
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Abstract

내용 없음.

Description

비결정 실리콘 활성영역을 갖는 반도체 장치
제1도는 본 발명의 제1실시예인 반도체 장치의 횡단면도.
제2도는 가시광선 범위에서 단결정 실리콘과 글로우 방전 비결정 실리콘의 흡수계수를 비교하는 그래프.
제3도는 실란(silane)에서 글로우 방전에 의하여 비결정 실리콘을 형성하기 위한 장치의 개략도.
제4도는 본 발명에 의한 제2실시예의 횡단면도.
제5도는 본 발명에 의한 제3실시예의 횡단면도.
본 발명의 반도체 장치, 특히 그것의 활성영역이 실란(silance)안에서 굴로우 방전에 의하여 형성된 비결정 실리콘으로 구성되는 광기전력 장치와 전류 정류장치에 관한 것이다.
태양전지나 광검출기와 같은 광기전력 장치는 태양광선을 유용한 전기 에너지로 변환할 수 있다. 태양전지분야에서 직면하는 문제점은 태양전지에서 전기적 에너지를 만드는 비용이 다른 전기에너지 발생장치에 의한 비용보다 훨씬 크다는 점이다. 태양 전지 제조의 가장 큰 비용중의 하나는 태양전지의 활성영역을 형성하는 반도체 재료의 비용이다. 종종 태양전지는 태양광선을 충분히 흡수하기 위하여 두꺼운 단결정의 활성층, 즉 약 20미크론(micron) 이상되는 활성층이 필요하다. 반도체 재료가 많이 요구되면 될수록 태양전지의 비용이 올라감은 당연하다. 광검출기에 사용되는 반도체 재료의 양을 줄이면 그 제조비용이 낮아질 것이다. 동일한 이 반도체 재료가 어둠속에서 전류정류 특성을 나타내면, 이것은 다이오드와 같은 반도체 재료의 활성영역으로 이용될 수 있다.
고로, 반도체 분야에서 광전지 특성이나 전류정류특성을 나타내는 반도체 장치의 활성영역을 형성하는 재료를 만들어서, 태양전지, 광검출기, 전류 정류장치의 가격을 낮추는 것이 가장 바람직하다.
이제 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도를 참조하면 본 발명에 따른 제1실시예가 10으로 표시 되어있다. 반도체 장치 10의 제1실시예는 본 발명을 설명하기 위하여 표시된 광기전력장치, 특히 쇼트키 장벽(schottky barrier) 태양전지이다. 광기전력장치 10은 양호한 전기 전도성을 갖고 글로우 방전에 의해 증착되는 비결정 실리콘과 오믹(ohmic)접촉할 수 있는 재료로 된 기판 12를 포함하고 있다. 전형적으로 기판 12는 알루미늄, 안티몬, 스텐레스 스틸 또는 고밀도 피복된 N형의 단결정 혹은 다결정의 실리콘과 같은 금속이다. 기판 12의 표면에는 비결정 실리콘의 활성영역 14가 있다. 활성영역이라함은 광기전력 장치에서 전류를 모으기 위하여 전자-정공의 쌍이 발생되는 부분을 의미한다.
비결정 재료는 매트릭스의 주기성에 장거리 질서(order)를 갖지 않는 재료이다. 실란, SiH4에서 글로우 방전에 의해 형성된 비결정 실리콘은 20Å 이하의 단거리 질서를 갖고 있다. 활성영역 14의 비결정 실리콘은 실란, SiH4에서 글로우 방전에 의해 형성되며, 캐리어 수명이 10-7초 이상이 되는 기계적 특성을 갖고 있으며, 에너지 갭에서의 제한된 상태의 평균밀도는 1017/㎤나 그 이하의 크기이며, 전자와 정공의 이동도는 10-3cm/-Vsec 이상이다. 활성영역 14의 두께는 1~3미크론 정도이거나 그 이하이다.
활성영역 14의 표면에 기판 12의 반대편으로 금속영역 16이 있으며, 그 사이에 접합면 18이 있다. 금속영역 16은 태양광선에 대해 반투명하며 양호한 전도도를 지닌 금속재료, 예를 들어 금, 백금, 팔라듐, 크롬과 같은 것으로 되어 있다. 금속영역 16은 금속으로 된 단층이거나 다층이다. 금속영역 16이 다층인 경우, 제1층은 큰 쇼트키 장벽높이를 제공하기 위하여 활성영역 14위에 형성되는 백금층이고, 제1의 백금층위에 형성되는 제2층은 양호한 전도도를 주기 위해 금이나 은으로 만든다. 금속영역 16은 금, 백금, 팔라듐, 크롬등의 금속층이므로, 태양광선에 대해 반투명하기 위해서는 두께가 100Å정도되어야 한다. 접합면 18의 맞은편의 금속층 16의 표면에 격자전극 24가 있다. 전형적으로 격자전극 24는 양호한 전기전도도를 갖는 금속으로 만들어져 있다. 본 발명을 설명하기 위해 구성한 격자전극은 2세트의 격자선을 갖고 있으며 각 세트의 격자선은 서로 평행하며, 각 세트의 격자선은 다른 세트의 격자선과 직교한다. 결론의 목적상 격자선은 직각으로 교차한다. 격자전극 24에 충돌하는 태양광선이 활성영역 14로부터 멀리 반사될 가능성이 있기 때문에 격자전극 24는 금속층 16의 표면상에서 단지 좁은 면적만을 점유한다. 격작전극 24의 기능은 금속층 16에서부터 전류를 균일하게 수집하는 기능이다. 격자전극 24도 또한 회로의 일부분으로 작동할 때 장치 10으로부터 작은 직렬저항이 확실히 유지된다. 그러나, 균일한 전류 수집을 위해서는 단지 한세트의 격자선이 필요하다.
접촉면 18의 맞은편에 위치하고 격자전극 24에 의해 점유되지 않은 금속층 16의 표면과 격자전극 24상에 반사 방지층 20이 형성되어어져 있다. 반사 방지층 20에는 입사면 22가 있는데 그 입사면 위에 태양광선이 충돌한다. 본 기술에서 공지된 바와 같이, 반사방치층 20의 두께를 λ/4n정도로 잡으면, 금속층 16을 횡단하여 활성영역 14에 입사하는 태양광선이 증대된다(여기서 λ는 입사면 22에 충돌하는 태양광선의 파장이며, n은 금속층 16에 충돌하는 태양광선의 양을 증가시키기 위해 적당한 값을 갖는 반사방지층 20의 굴절율 V이다.) 실제 반사방지층 20은 장치 10에서 반사되는 빛의 양을 감소한다. 보통 반사 방지층 20은 황화아연과 같은 비전도 물질로 만들어져 있다.
반도체 장치의 분야에 있어서, 쇼트키 장벽으로 일반적으로 알려진 표면 장벽 접합은 어떤 금속을 어떤 반도체 재료에 접합시켜 형성되었다는 것은 주지된 사실이다. 본 발명에서, 쇼트키 장벽은 금속층 16을 활성영역 14에 접촉시킴으로서 접합면 18에 형성된다. 쇼트키 장벽은 접합면 18에서 활성영역 14로 침투하는 반도체 재료의 공간전하를 발생하며, 이 영역은 공핍층(depletion)영역이라 불리운다. 본 발명의 광기전력 장치 10에서는 공핍층영역이 접합면 18과 기판 12사이에서 활성영역 14의 폭전체를 연장하는 것이 유효하다. 공핍층 영역이 활성영역 14의 폭전체를 연장함으로써, 태양광선 26을 흡수하여 활성영역 14의 임의의 부분에서 발생하는 캐리어는 공핍층 영역의 전계에 의해 기판 12 또는 금속층 16의 어느 한 부분을 향해 소인된다. 기판 12는 활성영역 14에 대한 하나의 전극으로 작용한다. 만약, 공핍층 영역이 활성영역 14의 일부위로 연장되지 않으면, 이러한 활성영역 14의 비공핍층 영역에서 발생한 캐리어는 전계에 의해 전극으로 소인되지 않는다. 활성영역 14의 비 공핍층 영역에서 발생된 캐리어들이 수집되기 위해서는 전극이나 공핍층 영역의 어느 한부분으로 확산되어야 한다. 또한, 이러한 비 공핍층 영역은 장치에서 전류를 유도할 때 직렬저항을 이루게 되며, 이러한 직렬저항은 장치의 효율을 저하시킨다.
실란에서의 글로우 방전에 의해 형성된 활성영역 14의 비결정 실리콘은 광기전력 장치의 활성영역에 이상적으로 적합한 특성을 갖고 있다. 실란에서의 글로우 방전에 의해 형성된 비결정 실리콘의 캐리어 수명은 10-7초 이상인 반면에, 스퍼터링 (sputt e ring)이나 증착에 의해 형성된 비결정 실리콘의 캐리어의 수명은 10-11초 정도이다. 글로우 방전 비결정 실리콘에서의 전자와 정공의 이동도가 10-3㎠/V-sec 이상이므로, 대전류의 수집효율을 얻을 수 있다.
가시광선 범위내에서(즉 4,000Å~7,000Å)글로우 방전 비결정 실리콘의 광학적 흡수는 단결정 실리콘의 흡수보다 우수하다. 제2도를 참조하면, 비결정 실리콘이 단결정 실리콘보다 가시광선 범위에서 더 큰 흡수계수를 갖고 있음을 알 수 있다. 이것은 글로우방전 비결정 실리콘의 활성영역 14가 단결정 실리콘보다 10배나 더 얇고 가시광선 범위에서 비슷한 빛 흡수를 제공함을 의미한다. 이것은 활성영역이 1미크론 이하로 얇고 양호한 장치효율을 갖고 있기 때문이다.
더우기, 글로우 방전 비결정 실리콘의 에너지 갭에 있어서 제한된 상태의 평균밀도는 1017/㎤정도이거나 그 이하이다. 상기 평균밀도는 이러한 비결정 실리콘의 형성에 있어서 피착온도가 높아가고 실란의 순도가 높아감에 따라 줄어든다. 글로우 방전 비결정 실리콘의 제한된 상태를 이루는 이러한 평균밀도는 다른 방법으로 형성된, 즉 평균밀도가 1019㎤e/V이거나 그 이상인 스퍼터링 혹은 증착된 비결정 실리콘의 경우보다 훨씬 낮다. 에너지 갭의 제한된 상태의 평균밀도에서 중요한 점은 공핍층 영역의 폭의 제곱에 역비례한다는 것이다. 글로우 방전 비결정 실리콘의 상태밀도(density of state)는 비교적 낮으므로 1미크론 정도의 공핍층 폭이 얻어진다. 또한 제한된 상태의 평균밀도의 중요한점은 캐리어 수명이 상태의 평균 밀도에 역비례한다는 것이다. 이러한 사실로 인하여 글로우 방전 비결정 실리콘의 수명이 앞서 언급한 다른 방법에 의해 형성된 비결정 실리콘의 수명보다 더 길다는 점을 재확인 할 수 있다.
제3도를 참조하면, 본 발명의 광기전력 장치 10을 제조하기에 적합한 글로우 방전장치가 30으로 표시되어 있다. 글로우 방전장치 30은 특히 유리물질인 진공 벨 (bell)34에 의해 제한된 진공실 32를 포함하고 있다. 진공실 32내에는 양극 36, 또 이 양극 36에서 격리되어 반대편에 있는 가열판 38이 있다. 양극 36은 백금과 같은 높은 전도도를 가지 금속물질이며, 스크리인이나 코일형태를 이루고 있다. 가열판 38은 진공실 32외부의 전류원 40에서 공급되는 전류를 가열되는 가열코일을 둘러싸는 세라믹 구조이다.
진공실 32의 제1출구 44는 확산펌프에 연결되어 있고, 제2출구 46은 기계펌프에 연결되어 있으며, 제3출구 48은 글로우 방전공정에서 사용되는 여러가지 가스원 (gas : 源)인 시스템의 가스 블리드(bleed)에 연결되어 있다. 제2출구 46이 확산 펌프에 연결되어 있는 것으로 기술하였지만, 확산펌프는 그 시스템을 배기하는데 필요치 않을 것이다.
광기전력 장치 10의 제조에 있어서, 알루미늄과 같은 기판 12를 가열판 38상에 놓고 전원 42의 -단자에 연결한다음, 양극 36을 전원 42의 +단자에 연결시킨다. 전원 42로 직류나 교류에 어느쪽도 사용 가능하다. 따라서, 전원 42를 동작하게 하면 양극 36과 직류동작을 위해 실질적으로 음극의 기능을 행하는 기판 12사이의 전위차가 발생한다.
진공실 32는 약 0.5~1.0×10-6토르(torr)정도의 압력에 이를때까지 배기시키고, 가열판 38의 가열코일에 전원을 넣어 기판 12를 150℃~400℃범위의 온도에 이를때까지 가열시킨다.
다음에, 실란 즉 SiH4를 0.1~3.0토르의 압력까지 진공실로 흘러보내게 되면, 그 결과 기판의 온도가 200℃~500℃의 범위로 올라가게 된다. 기판 12와 환성영역 14사이의 오믹접촉을 확실히 하기 위하여, 활성영역 14는, 알루미늄기판 12와 비결정 실리콘 활성영역 14사이에 공융합금(eutectic)을 형성하도록, 350℃이상의 온도로 기판 12에 증착되어야 한다.
활성영역 14의 비결정 실리콘이 기판 12의 표면에 증착되어지게 작용하는 양극 36과 기판 12사이에 글로우 방전을 발생하기 위해서 전원 42가 인가된다. 활성영역 1가 증착되기 위해서는, 양극 36과 기판 12사이의 전류밀도는 기판 12의 표면에서 0.3~3.0ma/㎠의 범위내에 있어야 한다. 비결정 실리콘의 증착 속도는 실란의 증기압과 전류밀도에 따라 증가하다. 상술한 조건하에서는 5분이내에 1미크론 두께의 비결정 실리콘이 증착된다.
글로우 방전이 일단 시작되면, 기판 12에서 나온 전자는 기판에서 방출되어, 실란분자 SiH4에 충돌함에 따라 분자를 이온화시키고 분리시킨다. 실리콘 이온과 SiH+와 같은 실리콘 수소화물은 양전하이므로 음극인 기판 12로 끌리게되고, 이에따라 기판 12에 실리콘이 증착된다. 기판의 온도는 350℃이상으므로 증착된 실리콘 수소화물 열분해를 촉진한다.
비결정 실리콘이 증착된후, 기판 12와 활성영역 14의 웨이퍼(fafer)는 주지의 증착장치의 어느 상태에 놓이게 되어, 금속영역 16이 활성영역 14위에 증착된다. 같은 방법으로, 격자전극 24와 반사 방치층 20은 주지의 증착과 마스킹(masking)기술에 의해 금속영역 16에 용착된다. 전체적인 처리공정은 글로우 방전과 증착을 행하는 단 하나의 장치내에서 이루어질 수도 있다.
광기전력 장치 10의 제조는 외부회로로의 연결을 위한 도선전극(도시안됨)을 기판 12와 격자전극 24에 연결하므로서 완성된다.
제4도를 참조하면, 본 발명에 따른 제2실시예의 반도체 장치가 110으로 표시되어 있다. 본 발명을 설명하기 위하여 도시한 반도체 장치 110은 광기전력 장치이고, 특히 PIN 태양전지의다. 광기전력장치 110은 실란 즉, SiH4에서 글로우 방전에 의해 형성된 비결정 실리콘이 활성영역 114를 포함하고 있다. 활성영역 114는 제1도우핑된 층 113과, 제1층 113의 반대편에 제2도우핑된 층 115와, 제1 및 제2층 113, 115사이에 있는 고유층 117을 표함하고 있다. 고유층 117은 도우핑되지 않는다. 제1 및 제2도우핑층 113, 115는 역전도형으로 되어있다. 설명목적상, 제1도의 핑층 113은 P형 전도도를 가진 층으로 하고 제2층 115는 N형의 전도도를 가진 층으로 하였다. 제1, 제2층 113, 115 모두가 높은 도우핑 농도 즉 1019/㎤ 이상의 전기적 활성 도우펀트(dopant)이다. 전형적으로, N형의 제2도우핑층 115는 인으로 도우핑되어 있고, P형의 제1도우핑층 113은 붕소로 도우핑되어 있다.
태양광선 투과전극 128은 제2도우핑층 115의 반대편에 있는 제1도우핑층 113의 표면에 있다. 투과전극 128은 제1의 도우핑층 113의 반대측에 입사면 129를 포함하고 있다. 투과전극 128의 기능은 태양광선에 대해 투명하거나 반투명하여, 활성영역 114에서 발생한 전류를 모을 수 있어야 한다. 태양의 광선 126은 입사면 129에서 장치 110에 입사한다. 태양광선 투과전극 128은 태양광선에 대해 투명하고 양호한 전도를 가진 인듐 주석 산화물이나 주석 산화물과 같은 재료로 이루어진 단층이다. 또한 투과전극 128은 태양광선에 대해 반투명한 금, 안티몬, 또는 백금과 같은 두께가 약 100Å 정도인 박막의 금속으로 구성할 수 있다. 투과전극 128이 박막의 금속이면, 제1실시예에서 설명한 반사방지층은, 태양광선 126의 반사를 줄이기 위해, 전극 128의 입사면 129위에 있는 편이 좋다. 더우기, 전극 128은 유리물질 층위에 있는 상업상 입수 가능한 인듐주석 산화물층과 같은 다층일 수도 있다. 이러한 경우, 인듐 주석산화물은 제1의 도우핑층 113과 밀착된다.
제1의 도우핑층 113에서의 전극 128의 표면저항이 약 10Ω/�이거나 그 이상이면, 활성영역 114에서 발생한 전류를 모으기 위하여 본 발명의 제1실시예와 같이 제1도우핑층 115상에 격자형의 접촉을 형성하는 편이 좋다.
전극 127은 투과전극 128의 반대쪽인 제2도우핑층 115의 표면위에 있다. 전극 127은 알루미늄, 크롬, 안티몬과 같이 적당한 전도도를 갖는 물질로 이루어져 있다.
본 발명의 제1실시예에서 이미 설명했듯이, 가시 광선 범위내에서 글로우 방전 비결정 실리콘의 흡수계수는 단결정 실리콘의 경우보다 더 양호하다. 이러한 이유로, 태양광선을 충분히 흡수하기 위해 단지 비결정 실리콘의 얇은층만이 필요하다. 전형적으로, 비결정 실리콘의 고유영역은 그 두께가 1~3미크론 정도이거나 그 이하인 반면, 제1, 제2의 도위핑층 113과 115의 두께는 각기 수백 Å이다.
PIN 태양 전지 기술에 숙달된자에게 잘 알려져 있듯이, 층 113, 115, 117간의 페르미(Fermi)준위의 균동화의 결과로, 제1의 도우핑층 113에는 음의 공간 전하가 있고, 제2의 도우핑 층 115에는 양의 공간전하가 있으며, 고유층 117에는 공핍영역이 형성된다. 공핍영역의 전개가 고유층 117로 얼마나 연장되는가 하는 것은, 본 발명의 제1실시예에서 기술한 것과 같이, 에너지 갭에서 제한된 상태의 평균밀도의 함수이다. 또한 반도체 장치 10의 처음 설명을 미루어 생각하면 공핍영역은 고유층 117의 전 두께, 즉 1~3미크론 정도나 그 이하의 두께에 걸쳐 연장될 것으로 기대된다. 고로, 태양광선을 흡수하여 고유층 117에서 발생한 캐리어는 공핍영역의 전개에 의해 휩쓸리어 전류로서 모이게 된다.
광기전력 장치 110의 제조에 있어서, 투과전극 128은 유리물질층에 상업상 적용할 수 있는 인듐 주석 산화물로 가정된다. 전극 128은 제3도에 도시된 장치 30의 가열판 38위에 놓여진다. 전극 128의 유리층은 가열판 38과 밀착한다.
장치 30은 그후 전극 128의 인듐 주석 산화물층위에 P형의 전도도를 지닌 재료인 제1도우핑은 113을 증착할 준비가 되어있다. 진공실 32가 10-6토르 정도의 압력으로 배기된 후, 0.5~5%정도의 다이보레인(diborane, B2H6)이 있는 실란(즉, 실란과 다이보레인으로 구성된 가스체의 0.5~5%를 다이보레인이 차지하는)이, 0.1~1.0토르 압력하에 진공실 32로 흘러들어가며, 한편 전극 128은 200℃~500℃범위의 온도로 가열된다.
제1의 도우핑층 113을 증착하기 위해 두께가 수백 Å이 되도록 전극 128에 0.5ma/㎠의 전류밀도로 진공실 32내에서 약 1~2초 동안 글로우 방전이 개시된다.
진공실 32내의 가스체는 그후 기계적인 펌프 46에 의해 외부로 내보내진다.
진공실 32의 압력이 10-6토르이면, 실란이 0.1~3토르의 압력으로 이 압력실 32로 공급된다. 그후 다시 약 1미크론 두께의 고유층 117을 층작시키기 위하여 제1의 도우핑층 113에 0.3ma/㎠~3.0ma/㎠의 전류밀도로 1~5분동안 글로우 방전이 시작되다.
그후 도우핑 가스로 0.1~1.0%의 포스핀(pH3)이 진공실 32로 공급되어, 실란-포스핀의 가스체에 포스핀이 0.1~1.0%를 차지하게 된다. 고유층 117에 0.3ma /㎠ ~ 3.0ma/㎠의 적류밀도로 글로우 방전이 시작되어, 수백 Å 두께를 지닌 N형의 제2도우핑 층 115가 고유층 117의 표면에 증착된다.
제1, 제2도우핑층 113, 115의 도우핑 가스로서 포스핀과 다이보레인이 언급되었으나, 본 기술에서 잘 알려진 다른 적당한 도우핑 기체를 사용하여도 된다.
그후 전극 127이 증착기술에 의해 제2의 도우핑층 115의 표면에 증착된다. 광기전력 장치 110의 최종 제조과정은 외부회로에 전기적 접속을 행하기 위하여 전극 127과 전극 128에 접촉도선(도시안됨)을 연결하는 것을 포함한다.
제5도를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제3실시예가 210으로 표시되어 있다. 반도체 장치 210은 광기전력장치, 특히 PN접합 태양전지이다. 광기전력장치 210에는 적절한 도우핑 가스와 실란, 즉 SiH4내에서의 글로우 방전에 의해 제조된 비결정 실리콘의 본체 211이 포함되어 있다. 본체 211에는 한 유형의 전도도를 지닌 제1도우핑층 252와 이와 다른 유형의 전도도를 지닌 제2도우핑층 254가(PN 접합 526이 이들 사이에 형성되게) 접촉되어 있다. 설명 목적상, 제1도우핑층 252는 P-형 전도도로 구성하고, 제2도우핑층 254는 N-형 전도도로 구성하기로 하자. 제1, 제2도우핑층 252와 254는 광기전력 장치 210의 활성영역 214이다. 본체 211에는 PN접합면 256의 반대측면에 있는 제2도우핑층 254의 표면에 제3도우핑층 258이 포함되어 있다. 제3도우핑층 258은 제2도우핑층 254와 같은 전도형이지만, 제2도우핑층 254보다 높은 도우핑 농도를 갖고 있다. 고로, 제3도우핑층 258은 N+형의 전도도를 지니게 된다. 제3도우핑층 258은 활성영역 214에 오믹 접속을 행하는데 도움이 된다.
접합면 256의 반대편에 있는 제3도우핑층 258의 표면에 본 발명에 의한 제2실시예의 전극 127과 같은 전극 227이 있다. 태양광선의 입사면 229를 지닌 태양광선 투과전극 228은 PN접합면 256의 반대편에 있는 제1도우핑층 252의 표면위에 있다. 태양광선 226은 입사면 229에서 장치 210에 입사된다. 태양광선 투과전극 228은 본 발명의 제2실시예의 투과전극 128과 같다.
광기전력 장치 210의 작동에 있어서, 태양광선 226은 입사면 229에서 장치 210으로 입사되고, 태양광선 226에서 약간은 활성영역 214에서 흡수되어 전자-정공쌍을 발생한다. 이러한 캐리어는 그 후 PN접합면 256으로 확산하여, 이들이 재결합하기 이전에 PN접합면 256의 공간 전한 전개에 도달하면, 서로 합해져서 장치 210의 전류의 흐름에 기여한다.
장치 110과 마찬가지로, 장치 210의 제조에 있어서, 투과전극 228은 유래재료층 위의 인듐 주석 산화물층이라고 생각한다. 유리층이 가열판 38과 밀착하기 위해서 전극 228은 장치 30의 가열판 38위에 올려져있다.
다음, 장치는 투과전극 228의 인듐 주석 산화물층 위에 제1도우핑층 252를 증착할 준비가 되어있다. 진공실은 10-6토르 정도로 배치되어져 있어서, 0.1~1.0토르의 압력을 지닌 1~5%의 다이보레인이 함유된 실란이 진공실 32로 들어가며, 한편 전극 228은 200℃~500℃ 범위의 온도로 가열된다.
전극 228의 표면에 제1도우핑층 252를 수백 Å의 두께로 증착시키기 위하여, 약 0.5ma/㎠의 전류밀도로 약 1~2초동안 진공실 32내에서 글로우 방전이 시작된다.
그후 진공실내의 가스체는 기계적인 펌프 46에 의해 외부로 내보내진다. 진공실 32는 10-6토르의 압력으로 되고 0.01% 정도의 포스핀이 함유된 실란이 0.1~3토르 압력하에 진공실 32로 공급된다. 그후 제1도우핑층 252의 표면에 0.3ma/㎠~3.1ma/㎠의 전류밀도로 글로우 방전이 1~30분간 계속되며, 제2도우핑층 254가 1~20미크론의 두께로 증착된다.
그후 실란에 0.5%의 포스핀이 혼합되도록 포스핀인 진공실 32로 공급된다. 다시 수백 Å의 두께로 제3도우핑층 258을 증착하기 위하여, 제2도우핑층 254에 0.3ma/㎠~3.0ma/㎠의 전류밀도로 글로우 방전이 시작된다.
전극 227은 주지의 증착기술에 의해 제3도우핑층 258에 증착된다. 접촉도선(도시안됨)을 전극 227과 투과전극 228에 연결하므로서 장치 210은 완성된다.
본 발명의 제1, 제2, 제3실시예의 동작에 있어서, 기판 12와 전극 127, 227은 흡수 안된 태양광선을 각기 활성영역 14, 114, 214로 다시 반사시켜서 태양광선이 흡수되는 가능성을 높인다.
본 발명의 제1실시예서는 기판 12가 장치를 지지하지만, 제2, 제3실시예에서는 투과전극 128, 228이 각각 그들의 장치를 지지한다.
본 발명 반도체 장치의 세가지 실시예가 태양전지로써 설명되었으나, 본 발명에 의하여 이러한 세가지 실시예는 고주파 광검출기 즉 복사에너지에 감응하는 장치에도 사용될 수 있다. 실란에서 글로우 방전에 의해 제조된 비결정 실리콘의 활성영역을 갖는 이러한 광검출기는 10MHz나 그 이상의 고주파 응답을 갖고 있는 것이 발견되었다. 본 발명의 처음 세가지 실시예를 광검출기로 사용하는데에 있어서, 활성영역에 들어가는 복사 에너지의 양이 이 세가지 실시예가 태양전지에 사용될 때 만큼 임계적인 것이 아니라는 것은 본 기술에서 잘 알려진 사실이다. 따라서 본 기술에 숙련된 자에게는, 처음 세가지 실시예를 광검출기로 사용할 때 수정할수 있음이, 즉 반사 방지층과 전자전극을 제거할 수 있음이 잘 알려져 있다.
본 발명의 제2실시예인 반도체 장치 110은 PIN구조이며, 광검출기로 사용될 때 이 장치의 스펙트럼반응은 사람의 시감도에 맞도록 하여야 한다. 반도체 장치 110의 스텍트럼 반응을 조절하는 것은 P형의 전도도를 지닌층 즉 제1도우핑층 113이나 제2도우핑층 115의 두께 또는 도우핑밀도와 고유층 117의 두께를 조절하므로 성취된다. 1예로서, 장치 110의 스펙트럼 반응은 P형층이 5원자% 불소의 단위로 도우핑된 농도의 억셉터(acceptor)를 갖고 두께가 약 500Å이며, 고유층의 두께는 0.3㎛인 경우 사람의 시감도와 비슷하다.
광기전력 장치와 광검출기의 활성영역에서 글로우 방전 비결정 실리콘을 사용하는 것은 단결정 실리콘의 각은 구조를 지닌 장치의 활성영역보다 얇은 활성영역을 제공한다. 글로우 방전 비결정 실리콘을 사용하는 장치의 태양광선 흡수량은 10배 두께의 활성영역을 갖는 단결정 실리콘 광기전력 장치 및 광검출기의 태양광선 흡수량과 같다. 따라서, 광기전력 장치나 광검출기로서의 본 발명의 특수한 장점은 얇은 활성영역을 사용하므로서 원가절감을 가져오는 것이다. 더우기, 광기전력 장치로서의 본 발명은 단결정 실리콘 장치 제조 때보다 더 낮은 온도에서 제조됨에 따라 에너지가 덜 소모되기 때문에 태양광선에서 전력을 발생하는데 소요되는 비용이 절약되며, 단결정 태양전지 제조에 비해 보다 넓은 면적의 태양전지가 제조될 수 있다.
실란에서 글로우 방전에 의해 제조된 비결정 실리콘의 활성영역을 갖는 본 발명의 반도체 장치는 컴컴한 곳에서도 전류정류 작용을 할 수 있음이 발결되었다. 예로서 N형인 단결정 실리콘 기판 12, 금으로된 금속영역 16이 있고, 견자전극 24 및 방사방지층 20이 없는 제1도의 쇼트키 장벽 반도체장치 10에 의해 순방향 바이어스 된 +0.4V에서 역방향으로 바이어스 된 -0.4V에서의 전류보다도 104배나 더 큰 전류가 정류되어졌음이 판명되었다. 본 발명의 세가지 실시예가 태양전지로써 설명되고, 또한 방금 설명한 것과 같이 전류정류기로써 사용될 수 있지만, 정류기로 사용하려면 격자 전극과 반사방지층을 제거하는 약간의 수정을 행하면 바람직하다. 본 발명의 반도체장치는 반도체 접합, 즉, PN접합, PIN접합 또는 쇼트키 장벽 접합을 갖는 결과로, 전위장벽이 있다.
본 발명의 반도체 장치에서, 활성영역은 실란에서 글로우 방전에 의해 제조된 비결정 실리콘이며, 이들 장치는 태양전지, 광검출기, 또는 전류정류기로 작용한다.

Claims (1)

  1. 약 10-7sec이상의 캐리어 수명과 에너지 갭에 있어서 약 1017/㎤이하의 제한된 상태의 평균밀도와 약 10-3㎠/V-sec이상의 전자 및 정공의 이동로를 갖는 비결정 실리콘의 활성영역을 포함하는 반도체 장치에 있어서, 활성영역의 표면상에 있는 전기 전도기판과, 활성영역내에 공간 전하 전계를 발생할 수 있는 표면 장벽 접합면을 활성영역과 금속영역의 경계면에서 제공하는 기판의 반대편 활성 영역의 표면상에 있는 금속영역과, 기판의 반대편 금속영역의 표면의 한 부분상에 있는 전극을 포함하는 반도체 장치.
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