KR860002031B1 - 광응답 비정질 합금을 최적화하는 방법 및 디바이스 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

광응답 비정질 합금을 최적화하는 방법 및 디바이스
제 1도는 SiF4와 같은 불소함유 화합물 또는 준자의 부가(付加)에 의하여 불소(및 수소)의 부가를 행하기 위한 소자(素子), 소수인입구, 분자불소 및 수소를 활성화신킨 불소 및 수소로 변환시키고 또 일방 또는 쌍방울 실리콘함유 비정질 합금의 데포지숀(deposition)중에 기판(基板)쪽으로 향하게 하기 위하여 증착장치의 진공화된 공간내에서 분자불소 및 수소를 분해하는 활성화불소 및 수소발생장치가 부설된 재래식 증착장치를 보이는 도면이며,
제 2도는 활성화불소(및 수소) 발생수단과 조절 원소 발생수단을 가진, 제 1도에 도시한 것과 동일한 증착장치를 도시하는 것으로서, 상술한 발생수단은 비정질(非晶質) 합금의 대포지숀 공정중에 기판에 조사(照射)되는 자외선 원(源)으로 구성되었으며 상술한 자외선 원이 제 1도에 보인 활성화불소 및 수소발생기 장치와 치환되어 있다.
제 3도는 n 또는 p 전도성 발생재룔로 데포짓트된 합금(deposit alloy)를 도우핑(doping) 처리하기 위한 부가적수단을 부설한 제 1도에 관한 증착장치를 도시한다.
제 4도는 비정질 합금의 데포지숀과 활성화불소 및 수소의 공급이 별개의 단계로서, 또 별개의 용기내에서 실시되는 예를 보이는 도면이며,
제 5도는 앞서 데포짓트시킨, 비정질 합금에 활성화수소를 확산시키는데에 사용되는 장치를 도시하며,
제 6도는 본 발명 공저에 의하여 제조된 비정질 반도체 수광합금(受光合金)의 한 응용예를 설명하기 위하여 쇼트키 배어리어(shottky barrier) 태양전지의 실시예의 부분 단면도.
제 7도는 본 발명의 공정에 의하여 제조된 도우푸 처리된 비정질 반도체 합금을 포함하는 p-n 접합 태양전지 디바이스(deivce)의 부분 단면도.
제 8도는 본 발명 공정에 의하여 제조된 비정질 반도체 합금을 포함하고 있는 광검출 디바이스의 부분 단면도이다.
제 9도는 본 발명의 공정에 의하여 제조된 비정질 반도체 합금을 포함하는 제로그래피(xerography)용 드럼의 부분 단면도.
제 10도는 p-i-n 접합 태양저지 디바이스의 부분 단면도.
제 11도는 n-i-p 접합 태양전지 디바이스의 부분 단면도.
제 12도는 혼입된 본 발명의 조절원소와 함께 비정질 합금을 데포짓트(deposit)하기 위한 프라즈마 활성화 증착 시스템을 도시한다.
제 13도는 여러가지 종류의 광응답 응용장치에 이용될 수 있는 표준적 태양광파장을 보이는 태양 스펙트럼 복사도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 증착장치 12 : 벨쟈아
14 : 진공화된 공간 16 : 도가니
18 : 기판 20 : 전지 빔 원(源)
22 : DC전력원 24 : 제어장치
26,28 : 도체 30 : 합금 데포지숀 샘플링장치
32,38,48,58,94 : 수동제어 34 : 제어 패널
40 : 도체 42 : 기판 홀다
44 : 가열기 46 : 케이블
50 : 지지기대(支持基臺) 52 : 용기
54 : 도관 56 : 진공펌푸
60 : 불소원(源) 62 : 수소원
64,66 : 도관 68 : 압력 감지기
70 : 케의블 72,74 : 유량밸브
76,78 : 도관 80 : 활성화불소 발생장치
82 : 활성화수소 발생장치
본 발명은 개량된 광응답 특성을 가진 비정질합금 제조방법 및 제조된 디바이스에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 개량된 광응답 합금을 제조하는 경우와, 넓은 면적의 광다이오드(photocdiode) 배열을 함유하는 광검출 디바이스 및 광다이오드 : 제로그래피(xerography)에 사용되는 광전도매채 : p-i-n, p-n, 쇼트키(shottky) 또는 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형의 태양전지와 같은 감광디바이스를 포함하는 특정한 광응답의 응용에 대하여, 적당한 밴드 갭(band gap)을 갖는 디바이스를 제조하는 경우에 매우 중요하게 응용될 수 있다.
실리콘은 거대한 결정질 반도체 산업의 기초이고, 우주에 응용되는 값이 비싸고, 효율이 높은(18%) 태양전지를 제조했던 재료이다. 결정질반도체 기술이 상업적으로 맞는 상태에 도달했을때 이는 현재의 거대한 반도체 디바이스 제조공업에 기초가 되었다. 실질적으로 결함이 없는 게르마늄 및 특히 실린콘 결정을 성장시켜, 이를 p 형 및 n형 전도영역을 가진 불순재료로 변화시키는 것이 과학자의 능력에 따르는 문제가 되었다. 이는 순수한 결정 재료중에 치환용불순물로서 도입된 백만분의 얼마쯤 되는 도나(donor : n) 또는 억셉터(acceptor : p) 불순물질을 확산시켜 이것의 전도율을 증가시켜서, p 또는 n형 전도를 제어함에 의하여 행하여 졌다. p-n 접합결정을 형성하기 위한 제조공정은, 극히 복잡하고 시간이 많이 소요되며 또 비용이 많이 초래되는 절차를 거쳐야 한다. 따라서 태양전지 및 전류제어 디바이스에 유용한 이러한 결정재료는, 개별적으로 실리콘 또는 게르마늄 단결정을 성장시켜서 매우 주의깊게 제어된 상태하에서 생산되며, 또한 p-n 접합을 필요로 하는 경우에는 극히 작고 또는 임계량의 불순물을 지닌 단결정을 도우핑(doping) 함으로 써 생산된다.
이 결정성장공정에는 비교적 적은 결정밖에 제조되지 않기때문에, 단 한개의 태양전지 패널(panel)에 필요한 면적을 덮기 위하여서도, 다수의 단결정을 조립할 필요가 있다. 이 공정에서 태양전지를 만듬에 필요한 에너지량, 실리콘 결정의 크기 한계에 기인하는 제한, 이와같은 결정재료를 절단 또는 조립해야하는 필요성은 에너지변환용 결정질 반도체 태양전지를 대규모로 사용하는 문제에 있어 불가능한 경제적 장애물이 되어왔다. 더우기 결정질실리콘은 재료내에 광흡수를 약화시키는 간접적인 광학엣지(optical edge)를 가지고 있다. 이와같이 부족한 광흡수때문에, 결정질태양전지는 태양의 투사광을 흡수하기 위하여 적어도 50마이크톤의 두께를 갖도록 하지 않으면 안된다. 단결정 재료가 가격이 저렴한 제조공정에 의한 다결정 실리콘에 의하여 대치된다 하더라도 간접적인 광학엣지는 남게되며, 따라서 재료의 두께 또한 감소되지 않는다. 다결정재료는 또 입자경계를 가지며 또 다른 결함도 포함된다.
태양응용에 대한 결정질재료의 다른 결점은, 본질적으로 약 1.1eV의 결정실리콘의 밴드갭(band gap)이 약 1.5eV의 최적 밴드갭보다 낮다는 것이다. 게르마늄의 혼합물도 가능하지만, 그러나 이것은 밴드갭을 더욱 좁혀서 솔라변환효율을 감소시킨다.
요약하면, 결정실리콘디바이스는 필요에 따라 변화되지 않는 일정 파라메타를 가지므로, 다량의 재료를 필요로해서 비교적 적은 면적으로 제조될 뿐이다. 그래서 가격이 비싸고, 또 제조의 시간이 많이 걸린다. 비정질실리콘에 의한 디바이스는, 이 결절실리콘의 결점을 제거할 수 있다. 비정질 실리콘은 직접 갭 반도체(direct gap semiconductor)와 동일한 특성을 갖는 광학흡수엣지를 가지므로, 단지 1마이크론 또는 그 이하의 두께로 50마이크론 두께의 결정실리콘과 같은 량의 태양광선을 흡수할 수 있다. 더우기, 비정질 실리콘은 결정실리콘보다 빨리, 용이하게 또 큰 면적으로 제조될 수가 있다.
고로 데포지숀장치(deposition equipment)의 크기에 의한 제한만을 받지만 원하는대로 비교적 큰 면적을 뒤덮어 줄 수 있는 비정질반도체 합금 또는 막을 용이하게 데포짓루하는 공정의 개발에 많은 노력이 경주되어 왔다. 따라서 이것은 용이하게 p형 및 n형 재료를 형성하기 위하여 도우프(dope) 처리되어, 상응하는 결정질에 의하여 제조되는 것과 같은 p-n 접합 디바이스가 형성된다. 이러한 작업은 오랫동안 거의 비생산적이어 왔다. 비정질 실리콘 또는 게르마늄(제 4족)막은, 통상 4중 배위된 것으로, 에너지 갭내에 고밀도의 편재화상태를 발생시키는 마이크로보이드(micro voids), 댕글링결합(danging bonds)및 다른 결함을 가짐이 판명되었다. 비정질 반도체 막의 에너지갭내의 고밀도의 편재화상태의 존재는, 낮은 값의 광전도성 및 짧은 캐리어(carriar) 수명을 가져서, 광응답용 응용에 부적당한 막을 형성한다. 더우기 이러한 막은 성공적으로 도우프(dope) 처리를 행하거나, 변질시켜서 페르미준위(Fermi level)를 전도대(conduction band)나 가전자대(valence band) 가까이로 이동시키는 것이 불가능함으로써, 태양전지 및 전류 제어디바이스에 사용하는 p-n 접합을 형성함에는 적합하지 않다.
비정질 실리콘 및 게르마늄에 관한 상술한 문제를 해결하려는 시도로서, 스코틀랜드의 던디에 소재한 던디대학, 카내기 물리학 연구소의 W.E. Spear P.G.Le. Comber가 1975년 솔리드스테이트 컴뮤니케이션(solid state communication) 제17권, 1193-1196페이지에 발표된 논문에 보고한 바와같이 "비정질 실리콘의 치환 도우핑"에 관한 연구를 하였다. 그들은 상기 연구에서, 비정질 실리콘 또는 게르마늄을 진성 결정질 실리콘 또는 게르마늄과 보다 가깝게 만들기 위하여 비정질 실리콘 또는 게르마늄의 에너지 갭내에서 편재화된 상태를 감소시키고, 상기 비정질재료를 외인성의 p나 n 전도형으로 만들기 위하여 결정질 재료의 도우핑에서와 같이 비정질 재료를 적당한 전형적인 도우판트로 도우핑하는 것을 발표했다.
편재화상태의 감소는 비정질 실리콘 막의 글로우방전 데포지숀(glow discharge deposition)에 의하여 달성되며, 여기서 실란(SiH4) 가스가 반응관을 통과하여, 이 가스는 r.f. 글로우방전에 의하여 분해되어 약 500-600°K(227-237℃)의 기판온도에서 기판에 부착된다. 이렇게해서 기판에 부착된 물질은 실리콘 및 소수로 이루어진 진성의 비정질재료이다. 도우프처리된 비정질재료를 제조하기 위하여는, n형 전도에 대하여서는 포스핀(PH3) 가스, 또는 p형 전도에 대하여서는 디보란(B2H3) 가스가 실란(SiF4) 가스와 미리 혼합되어, 같은 조작 조건하에서 글로우방전반응관을 통과한다. 사용된 도우판트의 가스농도는 체적비로 약 5×10-6과 10-2사이이다. 이와 같이 축적된 물질은 치환된 인 또는 붕소 불순물을 함유하는 외인성이며, n 또는 p 전도형의 것이다.
이들 연구자에 의하여 알려진 것은 아니나, 비정질재료의 전자적특성을 대응하는 결정질재료의 전자적특성에 접근시킬 목적으로, 글로우반전 데포지션중에 실란의 수소가 최적온도에서 실리콘의 다수의 댕글링결합(dangling bond)과 결합하여, 에너지갭내의 편재화 상태의 밀도를 실질적으로 감소시킨다는 것은 현재 다른 연구자들에 의하여 알려졌다.
D.I. Jones, W.E. Spear, P.G. LeComber, S. Li,와 R. Martins도 이와같은 데포지숀기법을 사용해서, GeH4에서 a-Ge : H의 조제에 대하여 연구를 하였다. 이렇게하여 얻은 물질은 그 에너지갭내에 고밀도의 편재화상태를 나타냈다. 이 물건은 도우프 처리될 수 있으나, 그 효율은 a-Si : H의 경우보다 실질적으로 낮은 것이다. 필로 소피칼 잡지 B, 제59권 147페이지(1979년)에 보고된 이 연구에서 저자는, 고밀도의 갭 상태때문에, 얻어진 물질은 "도우핑실험 및 가능한 응용에 대하여 a-Si보다 매력이 없는 물질 "이라는 결론을 내렸다.
실란을 사용해서 비정질 실리콘 태양전지를 제조한 유사한 방법의 글로우방의 연구에서, D.E. Carlson은 최선으로 만든 1.65eV-1.70eV의 밴드 갭을 갖는 태양전지재료에서 약 1.5eV의 최적한 태양전지의 값으로 광학갭(optical gap)을 좁히기 위하여 전지내에 있는 게르마니윰의 사용을 시도하였다. (D.E Carlson, Journal of Non Crystalline Solids 제35권(1988), 707-717페이지, 1979년 8월27-31일, 매사츄세스, 캠브리지에서 있은 제8회 비정질 및 액체반도체에 관한 국제회의에서 배포됨) 그러나, 칼손(calson)은 게르마늄 가스로부터의 게르마늄첨가는 그것이 탸양전지의 광 기전력 파라메타를 상당히 감소시키므로 바람직하지 못하다고 보고하였다. 칼손은 광기전력의 특성의 저하는 에너지갭내의 결함이 데포지트된 막에 생기고 있음을 나타낸다고 하였다. (D.E. CaHson 테크니칼 다이제스트, 1977년 IEDM 워싱턴 D.C.214페이지)
상술한 방법으로, 실란에서 데포지트된 비정질실리콘(a-Si : H)의 다중접합(sstacked(스택화)) 태양전지의 전지효과를 증가시키는데 관한 최근의 보고에서, 저자는 "게르마니움은 a-Si : H에 있어서 유해한 불순물이므로, 게르마니움의 증가에 의해 Jsc가 지수적으로 저하됨이 판명되었다"라고 보고하였다. 칼손의 연구 및 그들의 연구를 기초로 하여, 이들은 비정질실리콘, 게르마니움 및 수소의 합금은 "낮은 광기전력특성을 나타낸다. 따라서 새로운 "광기전력 막 전지 재료는 a-Si "H와 조합된 효과적인 스태크상에 대하여 약 1마이크론에서 스펙트럼의 응답을 가짐이 발견되지 않으면 안된다"라고 결론하였다. (J.J. Hanak, B. Faughnan, V. Korsun 및 J.P. Pellicane이 1980년 1월 7일-10일, 캘리포니아 샌디아고의 제14회 IEEE 공기전력전문가 회의에서 발표하였다)
상술한 방법에 있어서 수소의 혼입을 실란내의실리콘에 대한 수소의 고정비율에 근거한 제한을 가질뿐만 아니라, 가장 중요한 것은 모든 종류의 Si : H 결합 구조가 새로운 반결합 상태를 일으키고, 이것이 이들 재료내에 해로운 영향을 미친다고 하는 것이다. 따라서 n도우핑은 물론 유호 p도우핑에 관해서 특히 유해한 이들 재료내에서 편재화 상태의 밀도를 감소시키는 데에는 근본적인 제한이 있다. 실란을 데포짓트해서(deposited) 얻어지는 재료의 상태밀도는 좁은 공핍층을 갖기 때문에, 이는 자유 캐러어의 드리프트(drft)에 의존하는 태양전지 및 다른 디바이스의 효과를 제한시킨다. 실리콘과 수소만을 사용하여 이들 재료를 제조하는 방법 역시 고밀도의 표면상태를 갖게되어, 위에서 말한 모든 파라페라에 영향을 미친다. 또 재료의 밴드갭을 감소시키는 종래의 시도는, 갭을 감소시킴에는 유효하나, 이와동시에 갭내에 부가적상태를 갖게한다. 밴드갭내에 이러한 상태의 증가는, 광전도성의 감소 또는 손실을 초래하며, 따라서 광응당디바이스의 제조에 장애가 된다.
실란가스로부터 실리콘의 글로우방전데포지숀이 개발된 후, 아르곤(스퍼터링(sputtering) 데포지숀공정에서 필요한)과 분자수소의 혼합물의 분위기중에서 비정질 실리콘막에 스퍼터데포지숀(sputter deposition)에 관한 연구가 행하여져, 데포짓트된 비정질 실리콘 막의 특성에 대해 이러한 수소분자의 효과를 결정하였다.
이러한 연구에 의한면, 수소는 에너지갭내의 편재화 상태를 감소시키는 방법으로 걸합된 변경제(ialtering agent)로 작용함이 발견되었다. 그러나 에너지갭내의 편재화상태가 스퍼터, 데포지숀공정으로 감소되는 정도는, 위에서 연구한 실란데포지숀공정에 의하여 달성되는 정도 보다 훨씬 적었다. 상술한 p 및 n 도우판트가스도 역시 p 및 n의 도우프처리된 재료를 제조하기 위해 스퍼터링공정에 도입되었다. 이들 재료는 글로우 방전공정에서 만들어진 재료보다 낮은 도우핑효율을 가지고 있었다. 어떤 공정도 상업적으로 가치있는 p-n 또는 p-i-n 접합 디바이스를 제조함에 충분하게 높은 억셉터 농도를 가지는, 유효하게 p-도우프처리된 재료를 제공하지 못하였다. n-도우핑 효율은 바람직한 상업적 수준이하이고, p-도우핑 처리는 특히나 바람직하지 못하였다. 그 이유는, 이것이 밴드갭의 폭을 감소시켜서, 밴드 갭내의 편재화 상태의 수를 증가시켰기 때문이다.
결정질 실리콘에 대단히 유사하게 하려는 시도로서, 실란가스로 부터의 수소에 의하여 변성시켜, 결정질 실리콘을 도우핑 처리하는 것과 같은 방법으로 도우푸 처리한 비정질 실리콘의 종래의 데포지숀은, 모든 중요한 점에서 도우푸 처리된 결정질 실리콘 보다 열등한 특성을 가지고 있다. 따라서 특히 p형 재료로 달성된 도우푸 효율 및 전도율은 부적당하여, 이러한 실리콘 막의 광기전력특성에는 개선되어야 할 문제가 많이 있었다.
종래의 비정질 실리콘 광응답 디바이스의 부적당한 스펙트럼응답은, 본 발명에 의하면, 적어도 광전류 발생 영역에 있어서, 1 또는 그 이상의 밴드 갭 조절원소를 비정질 광응답 합금에 첨가함에 의하여 해결되며 따라서 갭내의 유해 상태를 실질적으로 증가시키지 않고, 밴드 갭을 어떤 응용에 대한 가장 적당한 사용 폭으로 조정한다. 따라서, 재료에 높은 질의 전자적 특성이, 새로이 밴드 갭을 조정한 합금의 경우에도, 저하되지 않도록 하였다.
비정질 합금은 적어도 하나의 상태 밀도 감소원소, 불소를 포함한다. 보상 또는 변성원소, 불소 및/또는 다른 원소는 데포지숀 중에 또는 그후에 첨가할 수 있다. 밴드 갭을 좁히는 원소는, 활성화되고, 진공 데포지숀, 스퍼터링 또는 글로우 방전에 첨가되기도 한다. 밴드 갭은 적어도 광전류 발생 영역에 있어, 하나 또는 그 이상의 조절원소 필요량을 데포짓트시킨 합금속으로 도입시킴에 의하여, 일정한 응용에 맞도록 조정할 수 있다.
밴드 갭은, 합금내의 불소 존재로 인하여, 합금 및 디바이스의 밴드 갭내의 상태의 수를 실질적으로 증가시킴이 없이 조정된다. 종래의 실란 데포짓트된 막은, 전형적으로, 막내에 수소와 실리콘의 혼입 및 보상을 최대로하기 위하여, 250-350℃내로 가열시킨 기판 위에 데포짓트된다. 이 막에 게르마니움을 부가하는 종래의 시도는, 수소화 게르마니움의 결합이 요구되는 데포지숀 기판 온도에서 너무 불안정하여 실패이었다.
불소가 수소보다 더 강하고 안정한 결합을 형성하기 때문에 본 발명의 합금내의 불소의 존재는 게르마니움 또는 주석과 같은 조절원소를 합금에 유효하게 첨가하도록 허용하였다. 불소 결합은 그의 이온적 성질에 의하여 비교적 강하고, 온도에 안정하며 유연성이 있기 때문에, 불소는 합금내의 밴드 조절원소는 물론 실리콘을 수소보다 더 유효하게 보상 또는 변성한다. 불소의 사용은, 미국특허 제4,217,374호에 기재되어 있듯이 합금 또는 막을 제조하며, 여기서 밴드 갭의 상태의 밀도는, 예컨대 실탄과 같은 실리콘과 수소의 조합에 의하여 만들어지는 경우보다 훨씬 낮다. 밴드 조정원소는 불소의 영향 때문에 실질적으로 유해한 상태를 가하지 않고 재료에 적합해 있는 고로, 신규한 합금은 조정원소가 어떤 광응답에 응용에 대해서 파장 값에 적합하도록 첨가되면 질이 좋은 전자 특성과 광전도 특성을 유지한다. 더우기 수소는 불소 보상 또는변성 합금을 증강하며, 불소 및 다른 변성제처럼 불소와 합께 데포짓트하는 사이에 또는 데포지숀 이후에 첨가할 수 있다. 수소의 데포지숀 이후의 혼입은, 불소에 의하여 허용된 높은 데포지숀 기판 온도를 사용함이 바람직할때 유리하다.
본 발명의 원리는 상술한 데포지숀 공정의 각각에 적합하나, 설명의 편의상, 증착 및 프라스마(plasma)활성 증착 환경을 기술한다. 마국특허 제4,226,898호에 기술된 글로우 방전 시스템은 본 발명의 원리와 함께 유효하게 이용 가능한 다른 공정 변화를 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 제1의 목적은 개량된 광응답 비정질 합금을 제공하는 것으로, 기판위에 적어도 실리콘을 함유하는 물질을 데포짓트하고, 이러한 물질에 적어도 한개의 상태 밀도 감소원소, 즉 불소를 혼입하는 방법으로서, 밴드 갭내의 상태 밀도를 실질적으로 증가시킴이 없이 상술한 물질에 적어도 한개의 밴드갭 조정원소를 도입하여, 어떤 광응당 파장 함수에 대하여 조정된 밴드갭을 간는 합금을 제조하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 2의 목적은, 실리콘을 함유하고 적어도 한개의 상태 밀도 감소원소, 즉 불소를 혼입한 개량된 광응답 비정질 합금으로서, 밴드 갭내의 상태 밀도를 실질적으로 증가시킴이 없이 상술한 불소를 혼입시켜 밴드 갭 조정을 하여 어떤 응답 파장 함수에 의하여 조정된 밴드갭을 특징으로 하는 합금을 제조함에 있다.
본 발명의 제 3의 목적은, 방사가 전하 캐리어를 방생하기 위해서 충돌할 수 있는 밴드갭을 가진 활성 광응답 영역을 비정질 반도체 합금을 포함하는 여러가지 종류의 중첩층을 가지며, 상술한 비정질 합금이 적어도 하나의 상태 밀도 감소원소, 즉, 불소를 갖는 개량된 광응답 디바이스로시 상술한 합금이 갭내의 상태밀도를 실질적으로 증가시킴이 없이 방사 흡수를 강화하기 위해서 상술한 광응답 영역에 적어도 한개의 밴드 갭 조정 원소를 가지며, 상술한 합금의 밴드 갭은 어떤 응답 파장 함수에 대해서도 조정됨을 특징으로 하는 상술한 디바이스를 얻고자 함에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서, 이하에 설명한다. 제 1도를 보면, 증착장치(10)이 개략적으로 표시되어 있는바, 이 장치는 도시된 바와같이, 진공화된 공간(14)를 포위하고 있는 벨쟈아(bell jar : 12)또는 이와같은 용기 (25)를 포함하며, 이러한 공간에는, 기판(18)에 데포짓트 되는 1 또는 그 이상의 비정질 반도체 막 생성 원소를 가지는 도가니(16)과 같은 1 또는 그 이상의 도가니가 위치하고 있다. 상술한 발명의 형태에서 도가니(16)은 가판 18위에 실리콘 함유의 비정질 합금을 형성하기 위하여, 실리콘을 함유하고 있으며, 상술한 기판은, 현 발명의 공정에 의하여 데포지트된 합금을 형성하기 위하여 예컨대, 금속, 걸정질 또는 다결정질 반도체 또는 다른 재료로 되는 것이 요구된다. 전자 빔 원(源 : 20)은, 도가니(16)에 인접해서 설치하며, 도시된 이러한 전자 빔 원은, 통상 가열 필라멘트와 빔 편향장치(도시되지 않았음)을 가지고 있으며, 이 편향장치는 도가니(16)씩의 실리콘에 전자 빔을 향하게 하여, 이를 증발시킨다.
고전압 DC 전력원(22)는, 적당한 고전압, 예컨대, DC 10,000볼트를 주며, 그의 정단자(正端子)는 제어장치(24) 및 도체(26)을 거쳐서 도가니(16)에 접속된다. 부단자(負端子)는 제어장치(24), 도체(28)를 거쳐서 전자 빔 원(20)의 필라멘트에 접속된다. 제어장치(24)는, 진공화된 공간(24)내 있는 합금 데포지숀 샘플링장치(30)의 막 두께가 제어 유니트(24)의 제어 패널(34) 위의 수동제어(32)를 조작함에 의하여 설정된 값에 도달할때, 도체(26) 및 (28)로의 전력원(22)의 접속을 차단하는 릴레이 등을 가지고 있다. 합금 샘플링장치(30)는 케이블(36)을 가지고 있으며, 이 케이블은 합금 샘플링장치(30)에 데포짓트되는 합금의 두께와 그 대포짓트 속도에 응답하는 주지의 장치를 포함하는 제어장치(24)에 까지 연결되어 있다. 제어 패널(34)의 수동제어(38)은, 주지의 방법으로 도체(40)을 거쳐서 전자 빔 원의 필라멘트 공급된 전류량에 의하여 제어되는 합금의 원하는 데포짓트 속도를 정하기 위하여 설치할 수 있다.
기판(18)은 가열기(44)가 설치된 기판 홀다(42)에 지지된다. 케이블(46)은 가열기(44)에 전류를 공급하고, 이 가열기는 제어장치(24)의 제어 페널(34) 위에 있는 수동제어(48)로 설정된 온도에 따라서, 기판 홀다(42)와 기판(18)의 온도를 제어한다.
벨쟈아(12)는 지지기대(50)에서 상방으로 뻗어있고, 그곳으로부터 벨쟈아(12)의 성분으로 각종의 케이블 및 다른 접속이 연결되어 있다. 지지기대(50)은 진공펌프(56)로 통하는 도관(54)이 연결된 용기(52)에 설치된다. 연속적으로 작동하는 진공펌프(56)은 벨쟈아(12)내에 있는 공간(14)도 부터 공기는 빼낸다. 벨쟈아에 바람직한 압력은, 제어 패널(34)이 설치된 제어놉(knob : 58)에 의하여 설정된다. 본 발명의 예에 있어서, 이와같은 설정은, 활성화 불소(및 수소)의 벨쟈아(12)로의 흐름을 조절하는 압력 레벨을 제어한다. 따라서, 제어놉이 10 토르(torr)로 벨쟈아 압력을 설정하면 벨쟈아(12)로의 불소(및 수소)가 흘러들어가 생기는 압력은 진공펌프(56)가 연속 작동할때에 벨쟈아내에 압력과 같은 것이다.
분자불소(60) 및 수소분자(62)는 각각의 도관(64) 및 (65)를 거쳐서 제어장치(24)에 접속된다. 벨쟈아(12)내의 압력 감지기(68)는, 케이블(70)에 의해서 제어장치(24)에 접속된다. 유량밸브(72 및 74)는, 벨쟈아내에 설정 압력을 유지하기 위하여 제어장치(24)에 의하여 제어된다. 도관(76 및 78)는 제어장치(24)로부터 뻗어나와, 지지기대(50)을 지나 벨쟈아(12)의 공간(14)까지 뻗어 있다. 도관(76 및 78)은 각기 활성화 불소(80) 및 수소 발생장치(82)에 접속되며, 이들 장치는 분자 불소 및 수소를 각기 이들 가스의 원자 및/또는 이온화 형태가 되도록 활성화불소 및 수소로 변환한다. 활성화불소 및 수소발생장치(80 및 82)는 분자가스를 분해 온도까지 상승시키는 가열 텅그스텐 필라멘트, 또는 분해 가스의 프라즈마를 제공하는 이 분야의 주지의 기술인 프라즈마 발생 장치임을 알 수 있다. 또 프라즈마에 의하여 형성되는 이온화 형태의 활성화 불소 및 수소는 기판과 활성화 원간에 전계(電界)를 부여함에 의하여, 데포짓트 합금내로 가속되어 분사되어진다, 어떠한 경우일지라도, 활성화불소 및 수소발생장치(80 및 82)는, 기판(18)의 바로 가까이 설치함이 바람직하며, 그렇게 함으로써 이들의 장치로부터 주어지는 비교적 수명이 짧은 활성화 불소 및 수소는 합금이 부착되고 있는 기판(18)의 부근에 직접 분사된다. 상술한 바와같이, 적어도 불소가 합금에 포함되고, 수소도 또한 포함되는 것이 바람직하다. 다른 보상 또는 변성원소 뿐만아니라, 활성화불소(및 수소) 또한, 분자 가스 원대신 이들 원소를 함유하는 화합물로부터 생상될 수 있다.
상술한 바와같이 수광(受光)소자, 태양전지 p-n 접합 전류제어 디바이스등과 같은 광응답 디바이스에 사용되는 원하는 특성을 가진 유용한 비정질 합금을 제조하기 위하여, 보상 또는 변성용의 작인제(作因劑), 물질 또는, 원소는, 막의 기본적인 고유성질을 변경시킴 없이, 에너지 갭에 있어서 극히 낮은 밀도의 편재화 상태를 생기게 한다. 이 효과는 비교적 소량의 활성화불소 및 수소로 달성되며 따라서 벨쟈아공간(14)의 압력은 아직(10-4토르와 같이) 비교적 낮은 압력일 수 있다. 발생기내의 가스 압력은 발생기의 출구의 크기를 조절함에 의하여 벨쟈아내의 압력 보다 높게할 수 있다.
기판 18의 온도는, 관련된 비정질 합금의 에너지 갭내에 있는 편재화 상태의 밀도를 최대한 감소시키도록 조절된다. 기판의 표면 온도는 일반적으로 그것의 데포짓트 물질의 높은 이동도(易動度)를 보증할 수 있도록 된것으로, 대포짓트 합금의 결정화 온도 이하가 바람직하다.
기판의 표면은, 예컨다, 벨쟈아 공간(14)에 자외광선 원(도시되지 않았음)을 설치함으로써 데포짓트 합금 물질의 이동도를 더욱 증가시키기 위하여, 방사 에너지에 의하여 조사(照射)된다. 또 다른 한편, 제 1도의 활성화불소 및 수소발생장치(80 및 82) 대신에, 이들의 장치는 기판(18)의 방향으로 자외선 에너지를 향하도록 한 제 2도에 표시한 자외선광 원(84)를 사용할 수도 있다. 이 자외선광은 기판(18)로부터 떨어져 있는 것이나 또 기판에 있는 분사불소(및 수소)를 분해하여, 기판(18) 위에 용축하는 데포짓트되는 비정질 합금에 확산하는 활성화불소(및 수소)를 형성한다. 자외선광은 또 데포짓트 합금 재료의 표면 이동도를 증가한다.
제 1도 및 제 2도에 있어서 밴드 갭의 조정원소는 수소발생기(82)를 대치함에 의하여, 또는 1 또는 그 이상의 활성화 조정원소 발생기(86 및 88)(제 2도)를 부설함에 의하여 이상적인 가스 형태로 불소 및 수소에 부가시킬 수 있다.
발생기(86 및 88)의 각각은, 전형적으로, 게르마니움 또는 주석과 같은 조정원소중 어느 하나에만 사용된다. 예컨대 발생기(86)은 게르마늄 가스(GeH4)의 형태로 게르마늄을 공급한다.
제 3도를 보면 다른 작인제 또는 원소를 데포짓트 합금에 첨가하기 위하여, 제 1도 장치에 부가 장치가 첨가되어 있다. 예를들어, 인 또는 비소와 같은 n-전도성 도우판트(dopant)가 처음에 어느정도 진성의 n형 합금을 실질적으로 더욱 n형 합금으로 하기 위하여 첨가되며, 이어서 알루미늄, 가리륨, 인디움과 같은 p 도우판트가 합금내에 양호한 p-n접합을 형성하기 위하여 부가된다. 도가니(90)에 비소와 같은 도우판트를 집어 넣고 이것을 앞서 말한 빔 원과 같은 전자 빔 원(92)로 충격을 주어 증발시킨다. 전자 빔(92)에 발생되는 전자 빔 강도에 의하여 결정되는, 도우판트가 벨쟈아(12)의 분위기중에 증발하는 비율은, 제어 패널(34) 위에 있는 수동제어(94)에 의하여 설정되며, 이것은 빔 원의 일부를 형성하는 필라멘트에 공급되는 전류를 제어하여 설정된 증발 속도를 주게된다. 이 증발 속도는 도우판트 물질이 대포짓트하는 두께의 샘플링장치(96)에 의하여 측정되는바, 이 장치(96)은, 이 장치와 제어장치(24) 사이를 연결하는 케이블(98)에 신호를 발생시켜, 도우판트 물질이 장치(96)에 대포짓트되는 비율을 나타낸다.
원하는 정도의 n 전도성을 갖는, 원하는 두께의 비정질 합금이 대포짓트 된후에, 실리콘 및 n 전도형 도우판트의 증발이 끝나고, 도가니(90)(또는 다른 도시되지 않은 도가니)에 p 전도성 도우판트를 넣고, 이어서, 비정질 합금 및 도우판트 데포지숀 공정이, p 전도성 영역을 갖는 비정실 합금의 두께를 증가시키기 위하여, 위에서 기술한 바와같이 진행한다.
밴드 조정원소는 또한, 도가니(90)과 유사한 다른 도가니를 이용함에 의하여, 도우판트에 대하여 설명한 공정과 유사한 방법으로 첨가될 수 있다.
비정실 합금이 실온에서 고체인 2개 또는 그 이상의 원소로부터 이루어진 경우에는, 별개의 도가니에 넣은 개개의 원소를 별도로 증발시킴이 바람직하며, 또한 데포지숀 속도 및 두께 샘플링장치에 관련해서, 데포지숀 합금의 두께 및 조직을 제어하는 제어패널(34) 위에 제어 소자를 설정함에 의하여, 임의 적당한 방법으로 데포지숀 속도를 제어함이 바람직하다. 활성화불소(및 수소)가 실리콘을 함유하는 비정질 합금을 보상함에 사용되는 가장 유리한 보상제로 생각되는바, 본 발명의 더욱 넓은 특징에 의하면, 다른 보상 또는 변성제를 사용할 수 있다. 예컨대, 탄소 및 산소는 합금 고유의 특성을 변화시키지 않을 정도로 소량 사용하면 에너지-갭내의 편재화 상태의 밀도를 감소시킴에 유효하다.
상술한 바와같이, 보상제 및 다른 작인제가 데포짓트시에 비정질 합금에 혼입됨이 바람직하나, 본 발명의 다른 특징에 의하면, 비정질 합금 데포지숀 공정 및 보상제와 다른 작인제를 반도체 합금에 분산시키는 공정은, 비정질 합금의 데포지숀으로부터 완전히 분리된 환경내에서 행해질 수 있다. 이는 그러한 작인제를 분산시키는 조건이 합금 데포지숀에 대한 조건과는 전혀 관계가 없는 것으로, 어떠한 종류의 용응에는,이점이 있다. 더우기 위에 기술한 바와같이, 증착공정이 다공질 합금을 만든다면, 합금의 다공질은, 어떤 경우에는, 증착공정에 존재하는 것과 전혀 다른 환경 조건에 의해 보다 용이하게 감소된다. 이 목적 때문에, 제 4도 및 제 5도를 참조하여 본다. 이들 도면은, 비정질 데포지숀 공정 및 보상 또는 변성제의 확산 공정이 별개의 절차로서 전혀 다른 환경에서 실시됨을 보이고 있으며, 제 5도는 뒤늦게 보상 확산 공정을 실시하는 장치를 보이고 있다. 도시한 바와같이 저압의 용기(100)이 설치되어 있으며, 이 용기는 정부(頂部)의 개구(104)를 갖는 저압의 챔버(chamber : 102)를 가지고 있다. 이 개구(104)는 나사(108)을 갖는 갭(106)에 의하여 페쇄되고, 이 나사는 용기(100)의 외측에 대응하는 나사부에 결합되어 있다. 봉합용의 0-링(110)은 갭(106)과 용기의 상면과의 사이에 샌드위치 모양으로 끼워 있다. 샘플 지지 전극(112)는 챔버(100)의 절연용 저벽(114)에 설치된다. 비정실 반도체 합금(118)이 이미 데포짓트된 기판(116)은 전극(112) 위에 설치된다. 기판(116)의 상면은 여기에 기술된 방법으로 변성되거나 또는 보상되는 비정질 합금(118)을 포함한다.
기판(116)의 상방에는 전극(120)이 격리되어 설치되어 있다. 전극(112 및 120)은 케이블 (122및 124)에 의하여 DC 및 RF 공급원(126)에 접속되었으며, 이 공급원은 챔버(102)에 공급되는 불소, 수소등에 보상 또는 변성가스의 활성 프라즈마를 제공하기 위하여 전극(112와 120)간으 접압을 부여한다. 간략하게 하기 위하여, 제 5도는 갭(106)을 관통하고 또 분자수소의 공급탱크(130)으로부터 뻗어있는 입구도관(128)에 의하여 챔버(102)에 공급되고 있는 분자수소만을 나타내고 있다. 다른 보상 또는 변성가스(예컨대 불소등)도 또한 챔버(102)에 같은 모양으로 공급되어도 좋다. 도관(128)은 탱크(130) 부근에 밸브(132) 위에 접속된다. 유량 지시 게이지(134)는 밸브(132)는 밸브(132)를 지나서 입구도관(128)에 접속된다.
챔버(102)의 내부를 가열하는 적당한 장치가 설치되어 있어, 기판 온도는 막(118)의 결정화온도 이하이거나 그 부근으로 바람직하게 가열된다. 예컨대, 가열 와이어(136)의 코일은 챔버(102)의 저벽(114)내에 있으며, 이러한 코일은 용기9100)의 벽을 지나서, 가열용의 전류원에 이르는 케이블과(도시되지 않음) 접속된다.
전극(112와 120)간에 마련된 1 또는 그 이상의 보상 원소를 함유하는 가스의 프라즈마와 함께 고온 상태가 , 합금의 밴드 갭 내의 편재화 상태를 감소시킨다. 비정질 합금(118)의 보상 또는 변성은, 자외선 광원(138)로 부터의 방사 에너지를 비정질 합금에 조사함에 의하여 강화시킬 수 있으며, 이 자외선 원은, 용기(100)의 측변에 설치된 수정창(140)를 거쳐서 전그(112와 120) 사이간에 자외선을 비춰주는 것으로 용기(100)의 외측에 보여져 있다.
챔버(102)내의 저압 또는 진공은 제 1도의 펌프(56)과 같은 진공펌프(도시되지 않음)에 의하여 마련될 수 있다. 체임버(102)내의 압력은 200℃-450℃의 기판온도에 대하여 0.3-2토르 정도이다. 활성화불소(및 수소)뿐만 아니라 다른 보상 또는 변성원소도 전술한 바와같이, 분자가스 원으로 부터 대신 또는 다른 원소를 함유하는 화합물로 부터도 생성될 수 있다.
본 발명의 특징적 공정에 의하여 제조된 개량된 비정질 합금의 여러가지 용용이 제 6도-제11도에 도시되어 있다. 제 6도는 쇼트키 베어리어 태양전지(142)의 단면도를 보인다. 태양전지(142)는 양호한 전기 전도성 특성을 갖는 재료의 전극이나 기판을 함유하고 있으며, 따라서 에너지 갭내의 저밀도의 편체화 상태를 부여하기 위한 보상 또는 변성된 비정질 합금(146) 및 본 발명의 공정에 의하여 최적화된 밴드갭에 의한 오믹(ohmic) 접촉을 만드는 능력을 갖추고 있다. 기판(114)는, 그곳에 대포짓트되는 비정질 합금(146)에 합당한 알루미늄, 탄탈럼, 스텐레스스틸 또는 기타 재료와 낮은 일함수(work function)의 금속으로 구성할 수 있으며, 비정질합금은 전술한 합금의 방법으로 보상되거나 또는 변성된 실리콘을 포함하는 것이 바람직하고, 이에 의 하여 1016/㎤/eV를 넘지 않는 것이 바람직한 에너지 갭내에 저밀도 편재화 상태를 갖는다. 합금은 전극(144)에 인접한 영역(148)을 가짐이 가장 좋으며, 이 영역은 적극과 도우프 처리되지 않은 비교적 높은 암저항(暗抵抗) 영역 150 사이에 충분히 도우푸 처리된 낮은 저항계면을 가진 n+전도성을 형성하며, 영역(150)은 진성이기는 하나 낮은 n형 전도성 영역이다.
제 6도에 보인 비정질 합금(146)의 상면은, 금속영역(152), 즉, 이 영역과 쇼트키 베어리어(154)를 형성하는 비정질 합금(146)과의 계면을 접합한다. 금속영역(152)는 태양방사에 대하여 투명 또는 반투명이어서, 양호한 전도성을 가지며, 비정질합금(146)에 비해서(예컨데 금, 백금, 파리디움 등에 의하여 생기는 4.5eV 또는 그 이상의) 높은 일함수의 것이다. 금속영역(152)는, 금속단일층 이어도, 또 다중층이어도 좋다. 비정질 합금(146)은 약 0.5 내지 1마이크론 두께를 가지며, 금속영역(152)는 태양방사에 대하여 반투명이기 때문에 약 100Å의 두께를 갖는다. 금속영역(152)의 표면에는 양호한 전도성을 갖는 금속으로 만든 그리드(geid) 전극(156)이 대포짓트된다. 그리드는 금속영역 면적의 근소한 부분만을 점유하는 전도물질의 직각의 관계를 가진 선들로 이루어지며, 나머지 면적은 태양 에너지에 노출된다. 예컨대, 그리드(156)은 금속영역(152)에 전 면적에 5-10%를 점유함에 불구한다.
그리드(156)은 금속영역(152)로 부터의 전류를 균일하게 수집하여, 디바이스에 양호한 낮은 직렬저항을 갖도록한다.
무반사층(158)은, 그리드전극(156) 및 그리드전극간의 금속영역(152)에 가한다. 무반사층(158)은 태양방사가 충돌하는 태양방사입사면(160)을 갖는다. 예컨대, 무반사층(158)은, 이층의 굴절율을 4배로 나눈 태양방사 스펙트럼의 최대 에너지 점의 값에 상당하는 두께의 파장을 가질수 있다. 금속영역(152)가 두께 100Å의 백금이라면, 적당한 무반사층(158)은 2.1의 굴절율을 갖는 500Å 두께인 산화 질코니움일 수 있다.
밴드조정원소가 광전류 발생기(150)에 부가된다. 영역(150)과 (152)와의 사이의 계면에 형성된 쇼트키 베어리어(154)는, 태양방사에서 나온 광자로 하여금 합금(146)에 전류 캐리아를 생산케하고, 이 캐리어는 그리드전극(156)에 의하여 전류로서 모아진다. 산화물층(도시되지 않았음)은 층(150과 152)들 사이에 부가되어 MIS(Metal Insulator Semiconductor) 태양전지를 만든다.
제 6도에 보인 쇼트키 베어리아 또는 MIS 태양전지에 첨가해서, 전술한 바와같이, 데포지숀, 보상 또는 변성, 및 도우핑의 연속적인 절차에 따라서 형성된, 비정질 합금의 일부를 형성하는 몸통내에 p-n 접합을 이용하는 태양전지구조가 있다. 태양전지의 이와같은 다른 형태들을, 제10도 및 제11도는 물론 제7도에 개략적으로 표시되어 있다.
이들 구조(162)는 일반적으로 투명전극(164)를 가지고 있으며 이전극을 거쳐서 태양방사 에너지가 관련된 태양전지의 몸통내로 들어간다. 이 투명전극과 반대편의 태양전극(166)과의 사이는 전술한 방법으로 처음부터 보상된 실리콘을 바람직하게 포함하는, 데포짓트된 비정질 합금(168)이 있다.
이 비정질 합금(168)은 각각 반대로 도우푸 처리된 적어도 두개의 인접영역(170 및 172)을 가지며 영역(170)은 n-전도 영역으로 표시되고, 영역(172)은 p 전도 영역으로 표시되어 있다. 영역(170 및 172)의 도우핑 처리는,훼르미 준위를 관련된 가전자 밴드(Valence band) 및 전도밴드로 이동시킴에 충분할 뿐이다. 따라서 암(dark) 전도성은, 본 발명의 밴드조정 및 보상 또는 변성 방법에 의하여 달성되는 낮은 값 그대로이다. 합금(168)은 그 인접 영역으로서 같은 전도형의 고전도성, 고도우푸처리의 저항 접촉 계면영역(174 및 176)을 가진다. 합금영역(174 및 176)은 각각 전극(164 및 166)에 접한다. 조정원소는 영역(170 및 또는 172)에 첨가된다.
제8도를 참조하면, 광검출 디바이스(178)에 사용되는 비정질 합금의 다른 응용이 도시되어 있으며, 이 디바이스의 저항은 그곳에 충돌하는 광량에 따라서 변화한다. 본 발명에 의하여 밴드 갭이 조정되고, 보상 또는 변성된 비정질 합금(180)은 제 7도의 본 실시예와 같이 p-n 접합을 가지지 않을뿐만 아니라, 투명전극(182)과 기판전극(184) 사이에 배치된다. 광검출 디바이스는 최소의 암 전도성을 가짐이 좋으므로, 따라서 비정질 합금(180)은 도우푸 처리를 하지 아니 했으나, 보상 또는 변성된 영역(186)과 전극(182 및 184)들과의 낮은 저항 오믹 접촉을 형성하는 같은 전도형의 충분히 도우푸 처리된 영역(188 및 190)는 합금에(180) 대한 기판을 형성한다. 조정원소가 적어도 영역(186)에 첨가된다.
제 9도를 참조하면(제로 그라피드럼과 같이) 정전상 발생(靜電像發生) 디바이스가 표시되어 있다. 이 디바이스(192)는 드럼과 같은 적당한 기판(196) 위에 데포짓트 되어 낮은 암전도성(暗傳導性), 선택파장역치(選擇波長
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直) 도우프 처리되지 않은 또는 약간 p 도우푸 처리된 적절한 기판, 예컨대, 드럼(196) 위에 부착된 비정질 합금(194)를 갖는다. 조정원소는, 합금(194)에 첨가된다.
여기서 사용된, 보상제 또는 재료 및 변성제, 원소 또는 재료라는 말은, 소망하는 밴드 갭 및 에너지 갭내의 저밀도의 편재화 상태를 갖는 것으로, 비정질 실리콘/불소/수소조립물 합금을 형성하기 위하여, 실리콘을 함유하는 비정질 합금에 혼입되는 활성불소(및 수소)와 같은, 구조를 변성 또는 변화시키기 위하여 비정질 합금에 혼입되는 물질을 의미한다. 활성불소(및 수소)는, 합금내의 실리콘에 결합되어, 그 편재화 상태의 밀도를 감소시켜, 불소 및 수소원자의 크기가 작기 때문에, 이들은 실리콘에 결합되어, 그 편재화 상태의 밀도를 감소시켜, 불소 및 수소원자의 크기가 작기 때문에, 이들은 실리콘 원자 및 비정질 합금내의 관계에 실질적인 변화를 주지않고, 비정질합금에 용이하게 도입된다. 이는, 불소의 극단적인 전기모성도, 특이성(特異性), 크기가 작다는점 및 반응성때문에 신용될 수 있으며, 그 특성의 모든것이 영향에 도움이되는 것이며, 불소의 유도력을 통하여, 합금의 편재정도를 조직화하는 것이다. 실리콘 및 수소의 쌍방과 결합하는 불소의 능력은, 에너지 갭내의 최소의 편재화 결합상태를 갖느 신규의 우수한 합금을 형성한다. 고로, 불소와 수소는, 신규의 합금을 형성하기 위하여, 에너지 갭내의 다른편재화 상태를 실질적으로 형성함이 없이 도입된다.
제10도를 참조하면, 스테인레스 스틸 또는 알루민이으로 형성된 유리 또는 가요성 웨브(web)일 수 있는 기관(200)을 갖는 p-i-n 태양전지(198)이 도시되어 있다. 기판(200)은, 최소한 3밀(mil) 두께가 바람직하지만, 필요에 따라 적절한 폭 및 길이를 갖게 한다. 이기판은, 화학적데포지손, 증착, 또는 알루미니움 기판의 경우의 아노다이징(anodizing : 電解薄膜形成)과 같은 관습적인 방법에 의하여 데포짓트된 절연층(202)를 갖는다. 예컨대 약 5마이크론 두께의 층(202)는 금속산화물로 만들 수 있다. 알루미니움 기판에 대하여서는 산화알루미니움(Al2O3)가 좋으며, 스테인레스기판에 대하여는 이산화규소(SiO2) 및 다른 적당한 유리가 좋다.
전극(204)는, 전지(198)용의 베이스 전극을 형성하기 위하여, 층(202) 위에 1 또는 그 이상의 층으로 데포짓트된다. 전극(204) 단층 또는 다층은, 비교적 빠른 데포지손 공정인 증착에 의하여 데포짓트된다. 전극층은, 태양전지 또는 광기전력 디바이스에 대하여, 몰리브덴, 알루미니움, 크롬, 또는 스테인레스스틸의 반사성 금속전극임이 좋다. 반사성전극이 좋은 이유는, 태양전지에 있어서, 반도체 합금을 관통하는 비흡수광은 전극층(204)로 부터 반사되어, 그곳에서 다시 반도체 합금을 관통하고, 이어서 이 합금은 디바이스 효율을 증가시키기 위아여 다시 많은 광 에너지를 흡수하기 때문이다.
다음, 기판(200)이 데포지숀 환경중에 놓이게 된다. 제10도 및 제11도에 보인예는, 본 발명의 개량된 방법 및 재료를 사용해서 제조할 수 있는 몇개의 p-i-n 접합디바이스이다. 제10도 및 제11도에 보인 각 디바이스는 전체적으로약 3,000 내지 30,000Å의 두께인 합금체를 갖는다. 이 두께는 구조중에 핀 홀 또는 다른 물리적 결함이 없음과, 최대광흡수 효율이 얻어짐을 보증한다. 두꺼운 재료는, 보다 많은 광을 흡수하나, 이 보다 큰 두께는 광 발생전자, 정공대(正孔對)보다 많은 재결합을 하게함으로, 보다많은 전류를 발생하지 않는다(+제6도 내지 제11도에 도시된 각종의 층의 두께는 일정한 척도에 따라서 도시된 것은 아님에 유의하기바람).
n-i-p 디바이스(198)의 형성에 관해서, 이 디바이스는 처음에는 전극(204) 위에 충분히 도우프 처리된 n+합금층(206)을 데포짓트함에 의하여 형성된다. n+층(206)의 한번 데포짓트되면, 진성(i) 합금층(208)이 그 위에 데포짓트된다. 진성층(208)에 이어서 최종적인 반도체층으로서 데포짓트될 충분히 도우푸 처리된 전도 p+합금층(201)이 형성된다. 합금층(206,208, 및 210)은 n-i-p디바이스(198)의 활성층을 형성한다.
제10도 및 제11도에 도시된 각 디바이스는 다른 용도로도 사용할 수 있으나, 여기서는 광기전력 디바이스라 기술한다.
광기전력 디바이스로서 사용되면, 선택된 외측의 p+층(210)은 낮은 광흡수와, 고전도성의 합금층이다. 진성의 합금층(208)은, 태양광응답에 대한 조정된 파장 응답 함수, 높은 광흡수성, 낮은 암전도성과 밴드갭을 최적화 하기에 충분한 양의 조정 원소를 함유하는 높은 광전도성을 갖는다. 저부 합금층(204)는, 낮은 광흡수성과 높은 전도성의 n+층이다. 전극(206)의 내부와 p+층(210)의 윗면 사이의 전체적인 디바이스 두께는 위에 기술된 바와같이 최소한도 약 3,000Å정도이다. n+도우푸 처리층(206)의 두께는 약 50-500Å범위가 좋다. 전성합금(208)을 포함하는 비정질 조절원소 두께는 약 3,000-30,000Å범위가 좋다. 상부의 p+접촉층(210)의 두께는 약 50-500Å범위가 좋다. 정공(Hole)의 비교적 짧은 확산 길이 때문에, P+층은 일반적으로 약 50-150Å과 같이 가능한 얇은 것이다. 또한 n+또는 p+(여기서는 p+층 210)의 외측층은, 이 접촉층에 있어서 광의 흡수를 피하기 위하여 가능한한 얇게하며, 일반적으로 밴드 갭 조정원소를 함유하지 않는다.
p-i-n 접합 디바이스(212)의 제2의 형이 제11도에 표시되어 있다. 이 디바이스에서 최초의 p+층(214)는 전극층(204)위에 데포짓트되여 이어서 원하는 양의 밴드 갭 조정원소를 함유하는 진성 비정질 합금층(216), n비정질 합금층(218), 외측 n+비정질 합금층(220)이 형성된다. 또한 진성 합금층(208 또는 216)(제10도 및 제11도)은 비정질 합금이나, 다른층은 이와같이 한정되지 않으며, 층(214)와 같이 다결정질이어도 좋다. (제10도 및 제11도의 역의 구조도 사용이되나 도시하지는 않았음).
디바이스(198 및 210)에 대하여 원하는 값으로 각종의 반도체 합금층을 데포지숀한다음, 별도의 데포지숀 절차가 바람직하면 별도의 데포지숀 환경중에서 실행한다. 증착환경은, 그것이 신속한 데포지숀 공정이어서 이를 사용됨이 바람직하다. 이 단계에 있어서, TCO층(222)(투명전도성 산화물)이 부가되되 이것은, 예컨데, 인디움 주석 산화물(ITO), 카드니움 주석산염(Cd2SnO4)또는 도우푸 처리된 산화주석(SnO2)이 좋다.
TCO층은 이막이 1또는 그 이상의 원하는 보상 또는 변성원소에 의해 데포짓트되지 않으면 불소(및 수소)의 보상후에 첨가된다. 또한 다른 보상 또는 변성 원소가 상술한 바와같이 보상 이후에 첨가된다.
전극 그리드(224)는 필요에 따라서 디바이스(198 또는 212)의 어디에나 부가될 수 있다. 충분히 작은 면적을 갖는 디바이스에 관하여는, TCO층(222)은 그리드(224)가 양호한 디바이스가 효율에 대해서 필요하지않으므로 일반적으로 충분한 전도성의 것이어야 한다. 디바이스가 충분히 큰면적인 경우, 또는 TCO층(222)의 전도성이 불충분하면, 그리드(224)는 층(220)위에 올려 놓을수 있으며, 그렇게함으로서 캐리어의 통로를 짧게하여 디바이스의 전도효율을 증가시킨다.
제12도를 참조하면, 프라즈마 활성 증착 챔버(226)의 1실시예가 보여져 있는바, 이 체임버내에, 본 발명의 반도체 및 밴드 조정 원소를 데포짓트할 수 있다. 제어장치(228)은, 장치 24(제1도)에 관해서 상술한 바와같은 방법으로, 압력, 유량등과 같은 데포지숀 파라메트를 제어하기 위해 사용된다. 압력은 약 10-3토르 또는 그 이하로 유지된다.
230 및 232와 같은 1 또는 그 이상의 반응가스 도관이 4불화규소(SiF4) 및 수소(H2)와 같은 가스를 프라스마영역(234)에 공급하기 위하여 사용할 수 있다. 프라즈마 영역(234)는 DC전력원(도시하지 않았음)에 의하여 공급되는 코일(236)과 판(238)과의 사이에 확립된다. 프라즈마는 기판(240)위에 데포짓트 되는 활성불소(및 수소)를 주기 위하여 공급가스를 활서화한다. 기판(240)은 상술한 바와같이 가열장치로서 원하는 데포지숀 온도로 가열된다.
밴드 조정원소 및 실리콘은(242 및 244)와 같이 2또는 그 이상의 증발 보우트(boat)를 사용해서 첨가한다. 보우트(242)느 예컨대 게르마니움을 함유하여 보우트(242)는 실리콘을 함유한다. 보우트(242 및 244)내의 원소는 전자빔 또는 다른 가열장치에 의하여 증발될 수 있으며, 프라즈마에 의하여 활성화된다.
데포짓트되어 있는 막의 광생성 영역내에 밴드 조정원소를 층상으로함이 바람직한 경우, 샷타(shutter : 246)를 사용할 수 있다. 이 샷타는 2 또는 그 이상의 보우트로부터 층상으로 분리된 밴드 조정원소를 회전실킬 수 있으며, 또는 막내에 층을 형성하거나, 또는 막내에 데포짓트된 밴드 조정원소량을 변화시키기 위해 보우트 242(또는 다른 보우트)로 부터 밴드 조정원소의 데포짓트를 제어함에 이용될 수 있다. 따라서, 밴드 조정원소는 거의 일정 또는 가변량으로 층내에 신중하게 첨가될 수 있다.
제13도는, 이용가능한 태양광 스펙트럼을 보인다. 대기권 통과공기량(Air Mass O (AMO)은 대기가 존재하지 않는 경우와 태양이 직접 머리위에 있는 경우에 이용될 수 있는 태양광이다. AM1은 지구의 대기로 여과한후의 같은 조건의 대응한다. 결정질실리콘은 약 1.0마이크론 메타(마이크론)의 파장에 대응하는 약 1.1-1.2eV의 간접적 밴드 갭을 갖는다. 이는 약 1.0마이크론 이상의 모든 광파장에 대해서 광자를 잊어버리는것, 즉, 유효한 광자를 발생하지 않음에 해당된다.
여기서 사용된 것과같은 밴드 갭 또는 E광학값은 (α Tw) 1/2의 플로트(plot)의 보외선분(extrapolated intercept)으로 정의되고 여기서α는 흡수계수, Tw (또는 e)는 광자 에너지이다. 밴드 갭에 의하여 정해진 역치(threshold)이상의 파장을 갖는 광에 대하여 광자 에너지는 포로 캐리어 쌍(a photocarrier pair)를 발생하기에는 충분치 않아서, 이런 이유로 어떠한 전류도 디바이스에 가하지 않는다.
밴드 갭 폭의 함수로서 최대이론 변환 효율에 대한 계산은 1956년 7월에 Journal of Applied physice, 제27권 제777페이지에 보고된 바와같이 J.J. Loforski에 의하여 행하여 졌다. 단일 밴드갭 재료에 대해서 주어진 가정에 의하면, 최적한 밴드 갭은 태양 응용에 관해서 약 1.4-1.5eV정도이다. 비정질 디바이스에 있어서 약 1.5eV의 원하는 광기전력 밴드 갭을 발생시키기 위하여서는 게르마니움과 같은 본 발명의 밴드 갭 조정원소가 상술한 바와같이 광생성 영역에 첨가된다. 다른 광응답 응용은 적외선 응답에 대하는 것과같이 레이저 파장에 대응하는 것이다. 헬륨 네온 레이저(helium neon laser)와 같은 레이저를 사용하는 고속제로 그라피 콤퓨터 출력장치에 사용되는 광응답 재료는 약 0.6마이크론의 파장 역치를 가져야 한다. GaAs레어저와 같은 화이바 광학에 사용되는 광응답재료의 역치는 약 1마이크론 또는 그 이하의 값이어야 한다.
본 발명의 밴드 갭 조정원소 첨가는 원하는 응용에 대한 최적의 밴드 갭을 갖는 합금을 형성한다.
각 디바이스 반도체 합금층은, 상술한 미국특허 제 4,226,898호에 기재된 종래의 글로우 방전 체임버에 의하여 베이스 전극 기판위에 글로우 방전이 데포짓트 되므로 가능할 수 있다. 합금층은 연속공정으로 부착 될 수 있다. 예컨대, 글로우 방전 시스템은, 처음에는 약 1ｍ토르로 배기되어 데포지손 시스템으로부터 대기중의 불순물을 제거한다. 이어서 합금재료는 4불화규소(SiF4) 수소(H2) 및 게르만(GeF4)와 같은 가장 유리한 화합물 가스 형태로 데포지숀 체임버에 바람직하게 공급된다. 글로우 방전 플라즈마는 가스 혼합물부터 얻음이 좋다. 미국특허 4,226,898호의 데포지손 시스템은 약 0.3-1.5토르, 바람직하기는, 0.6토르와 간은 0.6-1.0토르 범위의 압력으로 조작함이 바람직하다.
반도체 재료는 자기지지(自己支持)프라즈마로부터 판상에 데포짓트되며, 이 기판은 적외선 장치에 의해 각 합금층에 대하여 원한는 데포지손 온도로 바람직하게 가열된다. 디바이스의 도우푸 처리된 층은, 사용된 재료의 형태에 따라 200℃-1000℃범위의 각종 온도에서 데포짓트된다. 기판 온도의 상한은 사용된 금속기판이 어떤형의 것인가에 따른다. 알루미늄을 사용하는 경우 그 상한의 온도는 600℃이상이면 안되며, 스체인레스스틸의 경우는 1000℃이상이 가능하다. n-i-p또는 p-i-n디바이스에 진성층을 형성하도록 생성되어야할 초기 수소보상 비정질 합금에 대해서는 기판 온도가 약 400℃이하로 하여야 하며 약 300℃가 바람직하다. 도우핑 농도는 합금층이 각 디바이스에 대하여 데포짓트 될때에 소망의 p,p+,n또는 n+형의 전도성을 일으키도록 변화된다. n 또는 p 도우푸 처리층에 관해서, 재료는, 그것이 데포짓트될때, 5-100ppm의 도우판트 물질로 도우푸 처리한다. n+또는 p＋　도우푸　처리층에　관해서，　재료는，그것이　데포짓트될때，100ppm-1%이상의 도우판트물질로 도우푸 처리된다. p도우판트 물질은 p+물질에 대하여 100ppm-5000ppm이상의 범위내의 종래의 도우판트가 바람직하다.
글로우방전 데포지손 공정은, 재료가 도입되어지는 AC신호 생성 프라스마를 함유할 수 있다. 프라즈마는 약 1KHz내지 13.6MHz의 AC신호에 의해 음극과 기판양극간에 유지된다.
본 발명의 밴드조정 방법 및 원소는, 각종의 비정질 합금층으로 이루어진 디바이스내에서 이용할 수 있으나, 이는 불소 및 수소보상 글로우방전 데포짓트 합금과함께 이용하는 것이 좋다. 이 경우에, 4불화규소와 수소와 혼합물은 n형층에 대하여 약 400℃ 또는 그 이하의 온도에서 비정질 보상 합금재료로서 데포짓트된다. 밴드 조정된 진성 비정질 합금층 및 p＋층은 약 450℃이상에 비교적 높은 기판온도에서 전극층 위에 데포짓트하여, 불소로 보상된 재료를 얻을 수 있다.
예컨대, 0.001-1%의 범위내에 있는 GeH4대 SiF4의 적당한 비율을 갖는 가스상의 GeH4+Ar+SiF4+H2의 혼합물은, 원하는 전자특성을 상실함이 없이 원하는 밴드 갭을 갖는 광응답 합금을 생성한다. 이 혼합물이은 4대 1-10대 1의 SiF4대 H2에 비율을 갖는다. 결과로서 얻어지는 합금 조정원소, 여기서는 게르마니움의 양은 가스의 비율보다 훨씬 많으며,경우에 따라서는,　20%이상으로 할 수 있다. 아르곤은 희석제로서 유용하지만 본 발명의 공정에서 필수적인 것은 아니다.
밴드 갭 조정원소는 최소한도 디바이스의 광응답 영역에 첨가 되지만, 이 원소는 또한 디바이스의 다른 합금층에서 이용될 수 있다. 상술한 바와같이 진성 합금층이외의 합금층은, 다결정 층과 같은 비정질층 외의 것일 수도 있다.(여기서 "비정질"이라는 말은 소위 장거리 무질서(long range disorder를 가진 합금 또는 재료를 의미하나 이는 단거리 무질서, 또는, 중간거리, 무질서, 심지어 경우에 따라서는 결정질을 내포하는 경우 또한 의미한다).

Claims (74)

  1. 실리콘과 적어도 하나의 상태밀도 감소원소와 적어도 하나의 밴드 갭 조절원소등을 포함하는 재료들을 진공화된 데포지숀 챔버(deposition chamber)에 도입하여 여기시키고 분해하여 실리콘재료를 기판에 데포짓트하고,　이 실리콘재료에 상태밀도 감소원소를 첨가시키고,최적화된 합금을 생성하도록 밴드 갭 내에서 유효상태를 사실상 증가시키지 않게 도우판트난 밴드 갭 조절원소를 상기 실리콘재료에 도입시키며,　상기 실리콘재료의 적어도 일부분을 상기 합금에서 다수의 별개 부분들로서 형성시키는 것을 특징으로 하는 광응답 비정질 합금의 제조방법.　
  2. 제 1항에 있어서,　상기 합금이 특정된 광응답 파장역치에 대해 조절되는 밴드 갭을 지니며,　상기 조절원소가 게르마니움인,광응답 비정질합금의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,　상기　합금이 최소한 게르마니움과 상기 최소한 하나의 상태 밀도 감소원소를 함유하는 가스상 혼합물로부터 글로우 방전 데포짓트　되는,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,　상기 혼합물은 GeH4를 1%까지 포함하는,　광응답 비정질합금의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,　상기 상태 밀도 감소원소가 불소인,　광응답 비정질합음의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,　상기 상태 밀도 감소원소가 수소인,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,　상기 합금이 그 내부의 활성 광응답영역에 데포짓트 되고,상기 조절원소가 최소한 상기 영역내에 도입되는,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,　연속적으로 데포짓트된 반대(p 및 n)전도형의 합금층들을 형성하기 위한 다단계 과정중의 한 단계를 이루며, 상기 n형 층은 그 층의 데포지손 중에 n형층을 만들기 위하여 부착된 층에 데포짓트 되는 n도우판트 원소를 도입하여 형상하고, p형 층은 그 층의 데포지손 중에 p형 층을 만들기 위하여 부착된 층에 데포짓트 되는 p도우판트 원소를 도입하여 형성하는,광응답 비정질합금의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,　p 또는 n도우판트원소를 내부에 ㅔ갖지 않으며 최소한 일부에 상기 조절원소가 함유된 진성 비경질 합금층을 상기 p 및 n도우핑된 층들 사이에 데포짓트 시키는,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  10. 제 5항에 있어서,　또 하나의 상태 밀도 감소원소인 수소를 도입하는 단계가 포함된,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  11. 제 6항에 있어서,　또 하나의 상태 밀도 감소원소인 불소를 도입하는 단계가 포함된,광응답 비정질 합금의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,상기 상태 밀도 감소원소들 모두가 상기 밴드 갭 조절원소와 사실상 동시에 데포짓트되어 합금에 첨가되는,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,　상기 상태 밀도 감소원소들 모두가 상기 밴드 갭 조절원소와 사실상 동시에 데포짓트되어 합금에 첨가되는,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서,상기 도우판트 원소가 상기 합금에 사실상 별개의 층들로서 첨가되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서,　상기 조절원소가 상기 합금에 사실상 별개의 층들로서 도입되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  16. 제 8항에 있어서,　상기 반대 전도형 층들중 최소한 한는 상기 합금에 사실상 별개의 층들로서 도입되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  17. 제 1항에 있어서,　상기 조절원소의 량이 상기 합금에 다양하게 도입되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  18. 제 1항에 있어서,　상기 도우판트 원소의 량이 상기 합금에 다양하게 도입되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  19. 제 8항에 있어서,　상기 반대 전도형 층들중 최소한 하나의 량이 합금에 다양하게 되입되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  20. 제 1항에 있어서,　상기 도우판트가 상기 합금에 사실상 별개의 집단(clusters)들로서 첨가되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  21. 제 1항에 있어서,　상기 조절원소가 상기 합금에 사실상 별개의 집단들로서 첨가되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  22. 제 8항에 있어서,　상기 반대 전도형 층들중의 최소한 하나가 상기 합금에 사실상 별개의 집단들로서 첨가되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  23. 제 1항에 있어서,　상기 조절원소를 상기 합금에 도입하기전에 증발시키는 것을 포함하는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  24. 제 23항에 있어서,　상기 조절원소가 상기 합금에 도입될 때 조절원소를 프라즈마 활성화하는 것을 포함하는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  25. 제 24항에 있어서,　상기 조절원소를 프라즈마 활성화증착에 의하여 활성화하는 것을 포함하는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  26. 제 1항에 있어서,상기 합금의 최소한 일부를 p또는 n 도전형, 합금을 만들기 위하여 p 또는 n도우판트 원소중의 하나로 데포짓트하느 것을 포함하는,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  27. 제 1항에 있어서,　상기 별개의 부분들이 층들로 형성되는 광응답 비정질 합금의 제조방법.
  28. 제 1항에 있어서,　상기 별개의 부분들이 집단들로 형성되는,　광응답 비정질 합금의 제조방법.
  29. 기판에 데포짓트되는 실리콘과,　이에 첨가되는 적어도 하나의 상태밀도 감소원소,　최적화된 합금을 생성하도록 밴드 갭내에서 유효상태를 사실상 증가시키지 않게 도입되는 도우판트 또는 밴드 갭 조절원소를 포함하며,합금의 적어도 일부분은 다수의 별개의 부분들로 형성된 것을 특징으로 하는 광응답 비정질 합금.
  30. 제 29항에 있어서,　상기합금은,　측정된 광응답 파장역치에 대해 조절된 밴드 갭을 포함하고,　상기 조절원소가 계르마니움인,광응답 비정질 합금.
  31. 제 29항에 있어서,　상기합금은 내부에 활성 광응답 영역을 가지며,　상기 조절원소가 최소한 그 영역내에 포함되는,광응답 비정질 합금.
  32. 제 29항에 있어서,　상기합금은 반대(p 및 n)전도형의 연속적으로 데포짓트 되는 층들의 복수층 합금으로서,n형층은 그 층에 n도우판트 원소를 포함하여 n형 층을 만들고, p형 층은 그 층에 p도우판트 원소를 포함하여 p형 층을 만드는 광응답 비정질 합금.
  33. 제 32항에 있어서,　상기 p 및 n도우핑된 층들 사이에 p 또는 n도우판트 원소를 가지지 않는 진성 비정질 합금층이 데포짓트되고,그 진성 층의 최소한 일부에 상기 조절원소를 포함하는 광응답 비정질 합금.
  34. 제 29항에 있어서,　상기 상태 밀포 감소원소가 불소인 광응답 비정질 합금.
  35. 제 29항에 있어서,　상기 상태 밀포 감소원소가 수소인 광응답 비정질 합금.
  36. 제34항에 있어서,　또 하나의 상태 밀도 감소원소가 첨가되어지며,　그 원소가 수소인 광응답 비정질 합금.
  37. 제 35항에 있어서,　또 하나의 상태 밀도 감소원소가 첨가되어 지며,　그 원소가 불소인 광응답 비정질 합금.
  38. 제 29항에 있어서,　글로우 방전 데포지손에 의하여 데포짓트된 광응답 비정질합금.
  39. 제 29항에 있어서,　상기 조절원소를 사실상 별개의 층들내에 포함하는,　광응답 비정질 합금.
  40. 제 29항에 있어서,　상기 도우판트를 사실상 별개의 층들내에 포함하는 광응답 비정질합금.
  41. 제 29항에 있어서,　상기 조절원소를 사실상 별개의 집단(clusters)들내에 포함하는 광응답 비정질합금.
  42. 제 29항에 있어서,　상기 도우판트를 사실상 별개의 집단들내에 포함하는 광응답 비정질합금.
  43. 제 29항에 있어서,　상기 반대 전도형 층들중의 최소한 하나가 사실상 별개의 층들내에 형성되는 광응답 비정질합금.
  44. 제 29항에 있어서,　상기 조절원소의 양이 다양하게 포함되는 광응답 비정질합금.
  45. 제 29항에 있어서,　상기 도우판트의 양이 다양하게 포함되는 광응답 비정질합금.
  46. 제 32항에 있어서,　사실상 별개의 집단이 그속에 형성된 상기 반대 전도형 층들중의 최소한 하나를 포함하는,광융답 비정질합금.
  47. 제 32항에 있어서,　다양한 량의 도우판으로 그속에 지닌 상기 반대 전도형 층들의 적어도 하나를 포함하는 광응답 비정질합금.
  48. 제 29항에 있어서,　n 또는 p 전소성 부분중의 최소한 한 부분을 포함하고, 그 부분에 n또는 p 도우판트 원소를 포함하는 광융답 비정질합금.
  49. 갭 내의 유효상태를 사실상 증가시키지 않고 방사흡수를 향상시키도록 내부에 도우판트 또는 밴드 갭조절 원소중의 하나를 호함하며 적어도 하나의 상태밀도 감소원소를 포함하는 비정질 합금으로서 방사가 충돌하여 전하 캐리어를 생성하는 밴드 갭을 포함한 활성 광융답 영역을 갖는 비정질 반도체 합금체를 포함하는 여러가지 재료의 중첩된 층들로 광응답 디바이스.
  50. 제 49항에 있어서,　상기 합금의 밴드 갭이 특정된 광응답 파장 역치에 대하여 조절되고,그 밴드 갭이 1.6eV미만인 광응답 디바이스.
  51. 제50항에 있어서, 상기 조절원소가 게르마니움인 광응답 디바이스.
  52. 제49항에 있어서,상기 합금체는 연속적으로 부착된 반대(p 및 n)전도형의 연속적으로 부착된 층들을 형성하기위한 복수층 합금체이고,n형 층은 그 층의 데포지손 중에 부착된 층에 n형 층을 만들기 위해 데포짓트되는 n도우판트 원소를 도입하여서 형성되며，ｐ형　층은　그　층의　데포지손　중에　부착된　층에　ｐ형 층을　만들기 위해　데포짓트　되는　ｐ도우판트　원소를　도입하여서 형성되는, 광응답 디바이스.
  53. 제 52항에 있어서,　상기 p 및 n도우팬된 층들 사이에 p 또는 n 도우판트를 내부에 지니지 않고 있는 진성 비정질 합금층이 부착되어지며,　그 진성층의 최소한 일부는 상기 조절원소를 포함하는 광응답 디바이스.
  54. 제 49항에 있어서,　상기 상태 밀도 감소원소가 불소인 광응답 디바이스.
  55. 제 49항에 있어서,　상기 상태 밀도 감소원소가 수소인 광응답 디바이스.
  56. 제 54항에 있어서,　또 하나의 상태 밀도 감소원소가 첨가되며, 그 원소가 수소인 광응답 디바이스.
  57. 제 55항에 있어서,　또 하나의 상태 밀고 감소원소가 첨가되며,　그 원소가 불소인 광응답 디바이스.
  58. 제 49항에 있어서,　글로우 방전 데포지손에 의하여 부착된 광응답 디바이스.
  59. 제 ４9항에 있어서,　상기 합금체가 상기 조절원소를 사실상 별개의 부분층들내에 포함하는 광응답 디바이스.
  60. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 상기 도우판트를 사실상 별개의 부분층들에 포함하는 광응답 디바이스.
  61. 제 52항에 있어서,　상기 합금체가 상기 반대 전도형 층들중의 최소한 하나를 사실상 별개의 부분층들내에 포함하는 광응답 디바이스.
  62. 제 49항에 있어서,상기 합금체가 다양한 양의 상기 조절원소를 포함하는 광응답 디바이스.
  63. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 다양한 양의 상기 도우판트를 포함하는 광응답 디바이스.
  64. 제 52항에 있어서,　상기 합금체가 다양한 양의 도우판트를 내부에 지니는 상기 반대 전도형 층들중의 최소한 상태 밀도 감소원소가 불소인 광응답 디바이스.
  65. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 상기 조절원소를 사실상 별개의 집단내에 포함하는 광응답 디바이스.
  66. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 상기 도우판트를 사실상 별개의 집단내에 포함하는 광응답 디바이스.
  67. 제 52항에 있어서,　상기 반대 전도형 층들중의 최소한 하나는 사실상 별개의 도우판트 부분들을 포함하는 광응답 디바이스.
  68. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 n 또는 p 전도형 영역 중의 최소한 하나를 내포하고,　그 영역은 n 또는 p 도우판트 원소를 내포하는 광응답 디바이스.
  69. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 쇼트키 배어리어 태양전지의 일부를 형성하는 광응답 디바이스.
  70. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 MIS태양전지의 일부를 형성하는 광응답 디바이스.
  71. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 p-n접합 디바이스의 일부를 형성하는 광응답 디바이스.
  72. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 p-i-n디바이스의 일부를 형성하는 광응답 디바이스.
  73. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 광 검출기의 일부를 형성하는 광응답 디바이스.
  74. 제 49항에 있어서,　상기 합금체가 정전영상 발생 디바이스 일부를 형성하는 광응답 디바이스.
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