JPH0367333B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には光起電力デバイス製造に適
合させた作業的に相互に連結された専用各沈着室
に対する隔絶機構に関するものであり、さらに具
体的にいえば隣接の沈着室からのガスの逆拡散に
よつておこされる一つの沈着室の汚染を減らすた
めに縦方向に延びた溝を備えた一つの通路が中を
貫通する改良されたガスゲートに関するものであ
る。

本発明は磁性基板物質のウエブの上に、その上
に少くとも二つの隣接沈着室の各々の中で順次に
アモルフアス・シリコン合金半導体層を沈着させ
ることによつて、光起電力デバイスを連続的に生
成させる装置に関するものである。各アモルフア
ス層の組成物は沈着室の各々の中に導入する具体
的処理ガスに依存する。第一沈着室の中へ導入さ
れるガスは注意深く制御されかつ隣接沈着室の中
へ導入されるガスから隔絶される。さらに具体的
にいえば、沈着各室は一つのガスゲートによつて
作業的に相互に連がつており、このゲートは(1)基
板物質のウエブがその中を通過し、(2)第一室の中
へ導入される処理ガスを隣りの沈着室の中へ導入
される処理ガスを隣りの沈着室の中へ導入される
処理ガスから実質的に隔絶するように適合させた
一つの比較的狭いガスゲート通路を含んでいる。
ガスゲート通路は比較的寸法が小さいにもかかわ
らず、一つの沈着室の中に導入されたドープ剤処
理ガスは隣りの室の中へ逆拡散し、それによつて
導入処理ガスを汚染し、従つて上記隣室中で沈着
させる半導体層を汚染することが決定された。ガ
スゲート中の通路開口の高さ寸法を減らし得る装
置（すなわち、磁性基板を上方へ押しやるようガ
スゲート通路開口の上方に位置するセラミツク・
マグネツト）が用いられてきた。通路開口の高さ
寸法の減少はそれに応じてある与えられた流速に
ついてのドープ剤ガスの逆拡散を減らし、それに
よつて中に導入される処理ガスの汚染を減らし、
従つて真性沈着室中で沈着される半導体層の汚染
を減少させた。しかし、基板物質のウエブがその
マグネツトによつてガスゲート通路の上側壁へ対
して押しやられるときには、その通路は基板物質
のウエブによつて一つの比較的広い下方スリツト
と比較的狭い上方スリツトとに分割されることが
決定された。本特許願の目的に対して「上方スリ
ツト」は、不規則であつてもよいが、基板の上面
とガスゲート通路の上側壁との間の間隙として定
義されるべきものである。ウエブと上側通路壁と
の間の不規則間隙は基板物質のウエブのすべての
歪がマグネツトの引力によつて除かれ得ないため
に存在するかもしれない。処理ガスは、本来的に
は粘性である（そしてグロー放電沈着法の場合に
用いられる昇温沈着落度において特に粘性であ
る）ので、狭い上方スリツト中を十分な速度で以
て移動することができずにドープ剤沈着室からの
処理ガスが隣りの真性沈着室の中へ拡散するのを
妨げ得ない。本発明が志向するのは、基板物質の
ウエブの層化されない表面と通路開口の上方壁と
の間の狭い状法スリツトの中を通る処理ガス逆拡
散量を減らす目的に対してである。

最近、アモルフアス半導体層の沈着法開発に相
当の努力がなされてきており、それらの各々は比
較的大面積を蔽うものであり、そして、操作上は
結晶性相当品と実質的に同等であるｐ−ｉ−ｎ型
光起電力デバイスの製造のために、ｐ−型または
ｎ−型物質を形成するようドープすることができ
るものである。多年の間、アモルフアスシリコン
またはゲルマニウムの皮膜に関するこの種の研究
はマイクロボイドおよびダングリングボンドの内
部存在のために実質的に非生産的であり、これら
はエネルギーギヤツプ中に高密度の局在状態を生
成させる。初期には、これらの局在状態の減少は
アモルフアスシリコン皮膜のグロー放電沈着によ
つて達成されたが、その際、シラン（SiH₄）ガ
スが反応管中に通され、そこでガスが高周波（r.
f）グロー方電によつて分解されかつ約500−600
〓（227−327℃）の基板温度において基板上へ沈
着される。基板上にこのように沈着した物質はシ
リコンと水素とから成る真性アモルフアス物質で
ある。ドープしたアモルフアス物質をつくるため
には、ｎ−型伝導のためにはホスフインガス
（PH₃）を、あるいはｐ−型伝導にはジボランガ
ス（B₂H₆）を、予めシランガスと一緒に混合し
て同じ操作条件下でグロー放電反応管中を通す。
このようにして沈着した物質な恐らくは置換した
燐また硼素を含みそして外因性でかつｎまたはｐ
の伝導型であることが示される。シラン中の水素
は、ある最適温度においては、グロー放電沈着中
にシリコンのダングリグボンドの多くと結合して
エネルギーギヤツプ中の局在状態密度を減らすこ
とが見出された。

エネルギーギヤツプ中の局在状態濃度を顕著に
減少させ一方では高品質の電子的性質を提供する
大いに改善されたアモルフアスシリコン合金を提
供することは、今可能である。グロー放電による
この種の物質の製造はスタンフオードＲ、オブシ
ンスキーおよびアルン・マダンに対して1980年10
月７日に付与された、米国特許第4226898号、「結
晶性半導体と等価のアモルフアス半導体」におい
て十分に記載されている。蒸着によるこの種の物
質の製造はスタンフオードR.オブシンスキーお
よびマサツグ・イヅに対して1980年８月12日に付
与された、同名称の米国特許第4217374号におい
て十分に記載されている。これらの特許において
開示されている通り、アモルフアスシリコン半導
体中に導入される弗素はその中の局在状態密度を
実質的に減らしかつゲルマニウムのような他の合
金化用物質の添加を容易にする。

活性化された弗素は容易にマトリツクス中のア
モルフアスシリコンの中へ拡散し、それと結合し
てその中の局在欠陥状態の密度を実質的に減少さ
せる。これは弗素原子の径が小さいのでアモルフ
アスシリコンマトリツクス中に容易に導入される
ことを可能とするからである。弗素はシリコンの
ダングリングホンドへ結合しそして可撓性結合角
をもつ部分的にイオン性の安定結合を形成し、こ
のことはい水素あるいはその他の従来用いられた
補償剤あるいは変性剤によつて形成されるよりも
より安定でかつより有効な補償あるいな変性をも
たらす。弗素は単独あるいは水素と一緒に用いる
ときに水素よりより有効な補償用元素または変性
用元素であると考えられ、それは、弗素が径が小
さく、高活性で、化学結合においても特異性をも
ち、最高の電気陰性度をもつからである。

補償は弗素で以て単独にかあるいは水素と一緒
に、これらの元素（類）をきわめて少量（例えば
１原子％の数分の一）添加するときに達成できる
かもしれない。しかし、最も望ましく使用される
弗素と水素の量はこのような少ない％よりもはる
かに多く、それらの元素に珪素−水素−弗素の合
金を形成させるものである。このように、弗素お
よび水素の合金化用の量は例えば、0.1％から５
％の範囲あるいはそれ以上で使用されてよい。こ
のようにして形成された合金はダングリングボン
ドおよび類似欠陥状態の単なる中和によつて達成
し得るよりも低い欠陥状態をエネルギーギヤツプ
中にもつ。特に弗素の大量の使用はアモルフアス
シリコン含有物質の一つの新しい構造組織を生じ
させることに実質的に参画し、ゲルマニウムのよ
うな他の合金化用物質の添加を容易にする。弗素
は、前記特性のほかに、誘導効果およびイオン的
効果を通じてシリコン含有合金中の局部的構造の
組織者であると信じられる。弗素はまた水素が通
常原因する欠陥状態の密度を減らすように作用す
ることによつて水素の結合に影響を及ぼすものと
信じられている。このような合金中で弗素が果た
しているイオン的役割は最近隣原子関係に関して
一つの重要な要因である。

光起電力デバイスの効率を増強する多重セル利
用の概念は1960年８月16日付与のE.D.ジヤクソン
の米国特許第2949498号によつて、少くとも1955
年の早期に議論された。その中で論じられた多重
セル構造はｐ−ｎ接合結晶性半導体デバイスを用
いた。本質的には、この概念は異なるバンドギヤ
ツプのデバイスを利用して太陽スペクトルの各種
の部分を捕集し、開路電圧（V_pc）を増すことを
志向している。直列セルデバイスは各セルを光が
直列的に通る２個または２個より多いセルであつ
て、バンドギヤツプの大きい物質にバンドギヤツ
プがより小さい物質が続いて第一のセルまたは層
を通過する光を吸収する。各セルからの発生電流
を実質的にマツチングさせることによつて、全開
路電圧は各セルと開路電圧の合計であり、一方短
絡電流は実質的に一定に保持される。

ジヤクソンによる結晶性堆積セルに関する多く
の刊行物が報告されており、より最近では堆積セ
ル中のsi−Ｈ物質を扱ういくつかの論文が刊行さ
れている。マーフエイングは堆積セル中にシラン
沈着アモルフアスSi−Ge合金を用いることを提
唱したが、そうすることの可能性は報告していな
い。（Y.マーフエイング、Proc.2nd European
Gommities Photovoltaic Solar Energy Conf.、
ベルリン（西独）、287ページ、1979年）。

ナマカワらはここではカスケード式多重セルと
定義す一つの形態の中でSi−Ｈを利用することの
可能性を報告している。用語「カスケードセル」
は以後は間に隔離層または絶縁層を用いない多重
セル構造のことをいう。セルの各々は一つのｐ−
ｉ−ｎ接合形態において同じバンドギヤツプのSi
−Ｈ物質でできている。短絡電流（J_sc）のマツ
チングは直列の光路においてセルの厚さを増すこ
とによつて試みられた。予期の通り総体的なデバ
イスV_pcは増しセルの数に比例した。

弗素の導入によつて達成される有利な性質に基
づいて、カスケード式多重セルをつくるために用
いるアモルフアス合金はここで弗素を組込んで物
質の電子的性質を損うことなしに局剤状態密度を
減らしてもよい。さらに、ゲルマニムウおよび炭
素のようなバンドギヤツプ調節元素（類）が活性
化されることができ、そして蒸着、スパツタリン
グまたはグロー放電の工程の中に添加される。バ
ンドギヤツプは、一つまたは一つより多くの調節
元素の必要量を沈着合金セル中に少くともそれら
の光電流発生領域において導入することにより、
特定的なデバイス応用に必要とされる通りに調節
される。バンドギヤツプ調節元素（類）は、弗素
の影響のために、実質的な悪い状態を加えること
なしにセルの中に特別仕込がなされたので、この
セル物質は、特定的な光応答応用に対するデバイ
ス波長特性を特別調製するよう調節剤（類）を添
加するときに、良好な電子的品質と光伝導性を維
持する。弗素と一緒かあるいは沈着後のいずれか
での水素の添加は弗素による合金の補償または変
性をさらに強める。沈着後の水素導入は弗素によ
つて許されるより高い沈着基板温度を用いること
を希望するときに有利である。

光起電力デバイスを大量生産することはもちろ
ん商業的に重要である。太陽電池の製造について
バツチ工程に制限される結晶性シリコンと違つ
て、アモルフアスシリコン半導体合金は大面積の
基板上に多重層として沈着させて大容積の連続式
工程系として太陽電池を形成させることができ
る。

このような系の具体化においては、基板は一連
の沈着室中を絶えず進行し、その際、各室は特定
の半導体層の沈着へ専用される。ｐ−ｉ−ｎ型構
造の太陽電池をつくる際には、第一室はｐ型アモ
ルフアスシリコン半導体合金を沈着させるのに専
用し、第二室は真性アモルフアスシリコン半導体
合金を沈着させるのに専用し、第三室なｎ型アモ
ルフアスシリコン半導体合金の沈着に専用する。

各々の沈着半導体合金、特に真性半導体合金は
高純度でなければならないので、真性沈着室中の
沈着環境は他の室の内部のドープ剤成分から隔絶
されて、真性室中の真性処理ガス中へのドープ剤
の逆拡散とその結果としての汚染とを防止する。
上述の具体化において、各室間の隔絶はガスゲー
トによつて達成され、それを通して、各沈着室間
の処理ガスの一方向流が確立され、不活性ガスを
基板物質のウエブの周りに吹流してもよい。さき
に述べたガスゲートは基板物質の磁性ウエブをガ
スゲート通路開口の一つの壁へ押しやつて通路開
口の高さ寸法が減るように適合させた複数個の磁
界の創設を考えた。この開口の高さは減少はそれ
に相応してドープ剤沈着室から真性沈着室へ逆拡
散する処理ガス量を、基板上に沈着するアモルフ
アス半導体層が接触しガスゲート通路開口の一つ
の壁によつて損傷される危険を実質的に増すこと
なく、減少させた。

磁性ガスゲートはガスゲート通路開口の高さ寸
法を減らしそれによつてドープ剤処理ガスの逆拡
散に起因する汚染の水準を減らすけれども、それ
は同時にその通路開口を比較的広い下方スリツト
と比較狭い上方スリツトとに同時に分割する。広
い下方スリツトを通過して移動する不活性のスイ
ープガスと残留処理ガスの速度は十分に大きく
て、ドーパント沈着室から真性室への処理ガスの
逆拡散を実質的に防止する。しかし、沈着装置中
で用いるスイープガスは粘性があるという事実の
ため、そして基板上のアモルフアス半導体層のグ
ロー放電沈着に必要とする昇温下ではその粘性は
より顕著になるので、比較的狭い上方スリツトを
規定する通路上方壁と基板の非層化面とに沿つて
スイープガスへ及ぼされる障害は、比較的低い速
度の流れを招来する。従つて、望ましくない多量
のドープ剤処理ガスがこの狭い上方スリツト中を
真性室中に逆拡散する。

ここで第６図を参照すると、文字Ａによつて示
される放物線は真性沈着室からドープ剤沈着室へ
比較的大きい下方通路スリツト中を流れるスイー
プガスの速度分布を描いている。参照文字Ｂは真
性沈着室からドープ剤沈着室へ比較的狭い通路上
方スリツト中を流れるスイープガスの速度分布を
示している。この二つの速度分布を比較すること
によつて、下方の比較的大きい通路スリツト中を
流れるスイープガスの速度は上方の比較的狭い通
路スリツト中を流れるスイープガスの速度よりは
るかに大きいことは明らかである。さらに、狭い
上方スリツトの高さ寸法は比較的薄い基板物質の
不規則な歪とともに変動するので、ドープ剤処理
ガスの逆拡散に基づく汚染度は、それに応じてふ
らつく。この結果は不均一特性を示す半導体層の
望ましくない沈着となる。

この時点において、ガスゲートによつて作業的
に連がつている隣り合う沈着室の間の処理ガスの
逆拡散に関する圧力差を論ずることが必要であ
る。第７図は狭い開口中を通る毎秒あたりのガス
の原子数（dn／dt）をその開口の寸法の関数と
して示すグラフであり（この場合、“ａ”はガス
ゲート通路開口を示す）、一定の圧力差がその開
口の両端に保たれていると仮定する。通路開口の
寸法が増すとその中を流れるガスの容積はそれに
応じて一定圧力差を維持するように増加せねばな
らない。それゆえ、速度はそれに応じて増加す
る。このことは、真性沈着室からドーパント沈着
室へ流れるスイープガスの速度が大きいほど、ド
ープ剤ガスがドープ剤沈着室から真性室へ逆拡散
しにくくなるので、望ましい特性を表わす。逆拡
散dn／dtのガスゲート通路開口“ａ”の寸法に
関する関数的依存性は式(a)（e^-a2）によつて表わ
される。その関数的依存性は、逆拡散量によつて
証明されるものであるが、“ａ”が約200ミクロン
あるいは約10ミルであるときに最大値に達する。
この点は第７図のグラフでアルフアベツト文字Ｃ
によつて示されている。それゆえ、基板の上方お
よび下方のスリツト寸法は最大逆拡散がおこる寸
法である200ミクロンより大きいことが肝要であ
る。基板ウエブの下方に十分に大きい開口をつく
ることには全く問題はなく、なぜならば、基板物
質は磁気的に通路開口の上方壁の方へ押しやられ
るからである。本発明の要点は基板物質ウエブ上
方の狭い開口において逆拡散を減少させることに
あり、その開口の寸法は従来のガスゲートにおい
ては200ミクロンの「危険ポイント」に接近して
いることがわかつた。

逆拡散の問題は基板物質のウエブの上方の通路
開口の壁の中に複数個の長く延びた溝を提供する
ことによつて、本発明において解決される。それ
らの溝はドープ剤沈着室から隣りの真性沈着室へ
ガスゲート通路開口の全長の約20cmにわたつて延
びている。このようにして、複数個の間隔を置い
た比較的高速流のチヤンネルが基板物質のウエブ
の層化されない表面と通路開口の上方壁との間の
空間の中に提供される。これらのチヤンネルは比
較的深いので、スイープガスおよび残留する処理
ガスはそれらが通路壁と基板面とに接触するとに
招来する障害にもかかわらず実質的速度で一方向
に流れるよう適合させられる。比較的狭いスリツ
トがさらに、長く延びた溝によつて確立された隣
り合う高速度流チヤンネルの間に存在するけれど
も、ドープ剤処理のガスの分子がドープ剤沈着室
を真性沈着室から隔てる８インチ（20cm）の長さ
の通路を移動中にこの高速度チヤンネルの中に入
ることは、それらの分子をその８インチ（20cm）
の長さの移動中に高速度流チヤンネル間のスリツ
トに残留するよりも、はるかに可能性がある。十
分なスイープガス速度を得ることを保証するため
には、これらの高速度流チヤンネルの各々の中に
追加のスイープガスをガスゲート通路開口の長さ
の中間点において導入してもよい。ドープ剤沈着
室から真性沈着室への逆拡散量を実質的に減らす
ことにより、より効率の良い光起電力デバイスの
製造が達成される。

前記の論議は単一のドープ剤沈着室と隣りの真
性沈着室とを扱つたが、他の沈着室を本発明のガ
スゲートによつて作業的に連結してもよいことは
明らかなはずである。例えば、ｐ型沈着室を真性
沈着室の片側へ連ぎｎ型沈着室を真性沈着室のも
う一方の側へ連いでｐ−ｉ−ｎ型半導体デバイス
をつくるようにしてよい。また、これらの三つ組
沈着室の複数を相互に連結して複数個のｐ−ｉ−
ｎ型セルをつくることができる。同様に、透明の
伝導性酸化物層（あとで説明する）を一番上のア
モルフアス半導体層の上へ加える室を、ここで論
ずる溝つきガスゲートによつて最後の沈着室へ作
業的に連結してよい。この透明伝導性酸化物
（TCO）室の中にガス状成分あるいは他の不純物
が導入されることは望ましくないので、本発明の
溝つきガスゲートがTCO室と最終ドープ剤沈着
室との間で用いられる。その点に関するかぎり、
本発明の溝つきガスゲートは高品質のアモルフア
ス光起電力デバイスを製造するように、連続製造
装置の全部の室の間に応用可能である。

本発明のこれらの目的および多くの他の目的と
利点は以下の図面、本発明の詳細な説明および特
許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。

ここで開示するは、一つの一対の隣接隔離沈着
室から他の一対へ、基盤物質のウエブの層化され
ない面とガスゲート通路の対応する壁との間に形
成される狭いスリツトを通して、処理ガス成分の
逆拡散を減らす溝つきの磁性ガスゲートである。
このガスゲートは基板が隣り合う沈着室のうち
の、第一アモルフアス半導体層がその一つの面へ
沈着される第一室から、第二アモルフアス半導体
層が第一層上へ沈着される上記諸沈着室中の第二
室へ、中を通つて移動する比較的狭い通路を含ん
でいる。このガスゲートは間隔を置いた複数個の
溝をもち、これらはそのガスゲート通路壁の中に
形成され、その壁へ向つて基板の層化されない表
面が磁気的に押しやられる。これらの溝は諸沈着
室を作業的に相互連結するように通路開口の全長
にのびている。

各沈着室は少くとも一つの処理ガスが各室の中
に導入される一つの導管を含む。沈着装置にはさ
らに不活性ガス導入用にガスゲート通路の片側に
隣接する一つの導管が備えられている。この不活
性ガスは、他の沈着室からこの不活性ガスが導入
される沈着室への処理ガスの逆拡散を、ガスゲー
ト通路の相対する両側で一定圧力差を保つことに
よつて、実質的に防止するのに十分な速度で以て
ガスゲート中を一掃するように適合されている。
ガスゲート通路の長さに沿う約半分のところで溝
の各々の中に追加の不活性ガスを導入して、スイ
ープガスの十分な速度がそれらの溝の中で得られ
処理ガスの逆拡散を実質的に防止することを保証
してもよい。

溝は、隣接室間の処理ガスの逆拡散を；ガスゲ
ート通路の比較的狭い部分の中で十分に大きいフ
ローチヤンネルを提供しこの比較的狭い通路スリ
ツトを規定している壁と接する粘性ガスによつて
ひきおこされる障害がその中を通過する処理ガス
の流速を実質的に減らすことを妨げることによつ
て；実質的に減少させることが見出された。ガス
ゲート通路開口の片側においてだけか、あるいは
沈着室の中間で溝つきフローチヤンネルの中へ直
接に導入される不活性スイープガスとの組合せに
おいてかの、いずれかによつて導入される不活性
スイープガスの添加は、処理ガスの逆拡散の実質
減少を保証する。

従つて、本発明の第一の目的は、作業的に相互
に連がりかつ隣り合う沈着室の間の拡散を実質的
に減らすよう適合させた一つの比較的狭い通路、
各室間に一つの基板物質を通過させる手段、およ
び、基板物質の層化されない面をこの通路の一つ
の壁の方へ押しやる手段、を含む一つのガスゲー
トにおいて；基板物質の層化されない面がその方
へ押しやられる通路壁の中に形成されるフローチ
ヤンネルを確立する手段を特徴とし、このフロー
チヤンネル手段が通路の長さと実質的に一緒にの
びていて隣り合う室を作業的に相互に連結しかつ
内部にフローチヤンネルを形成させたガスゲート
通路壁と基板物質の層化されない面との間の空間
によつて規定される一つの通路スリツトを通る一
つのガス流を確立するようにし、それによつて隣
接沈着室間の拡散を実質的に減少させる、ことを
同時に特徴とする、改良を提供することである。

本発明の第二の目的は、隣接沈着室を作業的に
連結し隣接室間の拡散を実質的に減少させるよう
適合させた一つの比較的狭い通路、基板物質を一
つの室からその隣りの室へ通過させる手段、およ
び基板物質の層化されない面を一つの通路壁の方
へ押しやる手段、を含む一つのガスゲートにおい
て；基板物質の層化されない面がそれが押しやら
れる通路壁と接触することを妨げて、この通路を
通つて移動する基板とそれが押しやられる通路壁
との間に一つのフローチヤンネルを規定するよう
にすることを特徴とし、このフローチヤンネル手
段は(1)両隣接沈着室と流体連通状態にあり、(2)ス
イープガスを受け入れかつ吹流させるように適合
され、(3)このスイープガスが隣接沈着室間の拡散
を実質的に妨げる十分な流速を獲得かつ維持する
ような寸法である、ことを同時に特徴とする、改
良を提供する。

本発明の好ましい具体化は本明細書添付の図面
を参照して例によつてここに説明する。

第１図はｐ−ｉ−ｎ型セルの複数個から成る直
列式またはカスケード式光起電力デバイスの部分
的断面図であり、それらのセルの各層は本発明の
原理に従うアモルフアス半導体合金から形成され
ている。

第２図は第１図に示す光起電力デバイスの連続
式製造に適合させたグロー放電多重室沈着系の線
図的表現であり、この系は沈着室の各々の中に導
入されるガス成分を実質的に隔絶させるためのガ
スゲートを含んでいる。

第３図は磁性ガスゲート集成装置の上部ブロツ
ク中に形成されたくぼみの内部の磁石と間隙材の
配置を描いている断面図である。

第４図は第２図の直線４−４に沿つてとつた拡
大断面図であつて、本発明に従つてガスゲートの
上部ブロツク中に形成された溝つきフローチヤン
ネルに相対的な磁性要素の配置を示している。

第５図は本発明の磁性の溝つきガスゲートの拡
大部分透視図で、一部は断面であり、特に中間的
スイープガス導入の集成装置を描いている。

第６図、従来法の磁性ガスゲートの通路開口が
基板物質のウエブによつて分割された比較的狭い
上方スリツトと比較的広い下方スリツトの非常に
拡大した断片図、並びにそれらの各スリツト中で
得られる相対速度分布である。

第７図は真性室中へ逆拡散する単位時間あたり
のドープ剤処理ガスの分子数（dn／dt）とガス
ゲート開口“ａ”の寸法との関係のグラフであ
る。

光起電力デバイス ここで図面、特に第１図を参照すると、アモ
ルフアス半導体合金を各々含む順次的なｐ−ｉ
−ｎ諸層から形成される直列式またはカスケー
ド式光起電力デバイスが数字10によつて一般的
に示されている。本発明の改良されたガスゲー
トが開発されたのはこのタイプの光起電力デバ
イスの製造のためであり、これらにおいて、ア
モルフアス合金層は順次的の隔絶された沈着室
の中で移動する基板物質の上へ連続的に沈着さ
れる。

さらに具体的にいえば、第１図は個々のｐ−
ｉ−ｎ型セル１２ａ，１２ｂおよび１３ｃから
つくり上げられた太陽電池のような一つのｐ−
ｉ−ｎ型光起電力デバイスを示している。一番
下のセル１２ａの下方には基板１１があり、そ
れは透明であつてもよくあるいは金属表面の箔
で形成されていてもよい。いくつかの応用では
アモルフアス物質施用に先立ち、一つの薄い酸
化物層および／または一連のベース接点を必要
とするかもしれないが、この出願の目的に対し
ては、用語「基板」は一つの可撓性フイルムの
みならず、それへ前処理によつて付加される要
素はすべて含むべきである。最も普通には基板
物質１１はステンレス鋼、アルミニウム、タン
タル、モリブデンまたはクロムであつてよい。

セル１２ａ，１２ｂ、および１２ｃの各々は
少くとも一つのシリコン合金を含むアモルフア
ス半導体物体を含む。それらの半導担物体の
各々はｎ型伝導性領域または層２０ａ，２０
ｂ、および２０ｃ；真性領域または層１８ａ，
１８ｂ、および１８ｃ；並びにｐ型伝導性領域
または層１６ａ，１６ｂ、および１６ｃ；を含
んでいる。「アモルフアス）とは、本発明は長
域的不規則構造を示すすべての物質を包含する
ことを意図しており、それらの物質の短距離的
または中距離的の範囲の規則性とは関係がなく
またそれらの物質が多結晶性または結晶性と呼
称されることも関係がない。上述の通り、セル
１２ｂは一つの中間的セルであり、第１図に示
すように、追加の中間セルは本発明の精神また
は領域からずれることなしに図示のセルの上へ
積重ねることができる。また、直列式ｐ−ｉ−
ｎ型セルが描かれているけれども、本発明のガ
スゲートは、直列式ｎ−ｉ−ｐ型セルを製造す
るよう適合させる多重室装置における使用に
も、ｎ型およびｐ−型の層を基板上へ沈着させ
る順序を単に変えることによつて、等しく適合
させられる。

セル１２ａ，１２ｂ、および１２ｃの各々に
対して、ｐ型半導体層１６ａ−ｃは特性的には
光吸収性でかつ高度に伝導性である。真性半導
体層は太陽光応答に対する調節された波長閾
値、高い光吸収、低い暗伝導度、および高い光
伝導度を特長とし、十分な量のバンドギヤツプ
調節元素または元素類を含んで特別なセルの応
用に応してバンドギヤツプを最適化させてい
る。好ましくは、真性半導体層はバンドギヤツ
プを調節されてセル１２ａに最低のバンドギヤ
ツプを、セル１２ｃに最高のバンドギヤツプ
を、そしてセル１２ｂには他の二つの中間のバ
ンドギヤツプを提供する。ｎ型半導体層２０ａ
−ｃは低い光吸収と高伝導度を特徴とする。バ
ンドギヤツプを調節したアモルフアス真性層１
８ａ〜ｃの厚さは2000から3000オングストロー
ム間であることができる。ｎ型層の厚さは25か
ら100オングストロームの範囲にあることがで
き、ｐ型層の厚さは50から200オングストロー
ムであることができる。正孔の拡散距離が比較
的短かいことのために、ｐ型層は一般にはでき
るだけ薄いものである。さらに、一番外側の
層、ここではｎ型層２０ｃ、は光の吸収を避け
るためにできるだけ薄くかつバンドギヤツプ調
節元素を含む必要はない。

半導体諸層の沈着に続いて、もう一つの沈着
工程が別の環境の中で実施されてもよくあるい
はこの連続製造装置の一部として実施されても
よい。この工程においては、一つのTCO（透明
伝導性酸化物）層２２が付加され、この層は例
えばインジウム−錫酸化物（ITO）、錫酸カド
ミウム（Cd₂SnO₄）、あるいはドープした錫酸
化物（SnO₂）であつてよい。電極格子２４を
デバイスへ付加してよいけれども、十分に小さ
い面積をもつ直列セルについては、TCO層２
２が一般には十分に伝導性であつて格子２４は
必要ではない。もし直列式セル１０が十分に大
きい面積である場合には、格子２４を層２２の
上に置いてキヤリア−経路を短かくしその伝導
効率を増加させてもよい。

グロー放電多重沈着室 第２図に戻ると、前述の直列式光起電力デバ
イス１０の連続式製造のためのグロー放電多重
室装置の線図的表現が参照番号２６によつて一
般的に描かれている。装置２６は連続的に中に
供給される基板１１の沈着面の上に一つのｐ−
ｉ−ｎ構造をもつ大面積アモルフアス光起電力
セルの大容積を製造するように適合されてい
る。このｐ−ｉ−ｎ構造の一つの直列セルをつ
くるのに必要とするアモルフアス半導体諸層を
沈着させるために、装置２６は少くとも一つの
三つ組沈着室を含み、各々の三つ組は、基板１
１が中を通るときに基板１１の沈着面の上へｐ
型伝導性アモルフアス半導体層が沈着される第
一沈着室２８；基板１１が中を通るときに基板
１１の沈着面の上のｐ型半導体層の上へ真性ア
モルフアス半導体層が沈着される第二沈着室３
０；および、基板１１が中を通るときに基板１
１の沈着面上の真性半導体層の上へｎ型伝導性
半導体層が沈着される第三沈着室３２；から成
り立つている。

隣接室２８，３０、および３２は本発明の原
理に従う溝つきの磁性ガスゲートによつて作業
的に連結されている。ここで使用する用語「隔
絶」とは、隣りの沈着室のガス混合物が相互汚
染を実質的に妨げられていることを意味する。
「実質的」という言葉は「妨げられる」ことを
修飾するために用いたものであることを認める
べきで、これは、隔絶機構は決して100％有効
であるわけがないからである。その上、真性沈
着室３０内へのドープ剤ガス混合物の逆拡散が
ほんのわずかであるときは真性層の望ましい特
性を提供することが見出されている。しかし、
真性層のこのドーピングは最小（ppm領域）で
あるべきでありかつ定量的測定の可能なもので
あるべきである。最後に、「専用」という言葉
はここでは、各々の沈着室２８，３０、または
３２が隣りの沈着室の中へ導入される反応ガス
混合物からおよび環境条件からの汚染から保護
された特定の反応ガス混合物をその中に導入し
たという意味として定義されるものである。

(1) 一つの三つ組沈着室を記述してきたけれ
ども、追加の三つ組室あるいは追加の個別室を
この装置へ付加して任意の数のアモルフアス半
導体層をもつ光起電力セルをつくる能力を備え
た装置を提供してもよく；(2) 本発明の溝つき
の磁性ガスゲートが他室との間のガスの逆流ま
たは相互汚染の防止を必要とする二つの程度の
少ない隣室をもつた環境において応用を見出
し；(3) 好ましい具体化においてはその基板は
磁性物質の一つの連続ウエブとして示されかつ
記述されているけれども、本発明の概念は沈着
室の複数の中を連続的に供給し得る別々の磁性
基板の上へ順次層を沈着させるよう適合させて
もよく；(4) 図示はしていないけれども、その
他の室（例えば光起電力デバイスの一番上のド
ープ剤層の上へ一つのTCO層を付加する室）
を本発明の磁性ガスゲートによつてグロー放電
装置２６へ作業的に連結してもよく；そして(5)
基板供給繰出コア１１ａと基板巻上げコア１
１ｂとは解説の目的だけのためにそれぞれ沈着
室２８と３２の中に示されている；ことは明ら
かなはずである。

三つ組の各沈着室２８，３０、および３２は
グロー放電沈着によつて磁性基板１１の上へ単
一のアモルフアスシリコン半導体を沈着するよ
う適合されている。その目的に対して、沈着室
２８，３０および３２の各々は、一つのカソー
ド３４；カソード３４の各々の三方の周りに位
置するシールド３５；一つのガス供給導管３
６；真性沈着室３０；真性沈着室３０の両側に
位置する一つの不活性スイープガス導管３７；
高周波発生器３８；横にのびている複数個の磁
性要素３９；第２図の４０として模型的に示さ
れている輻射加熱要素；並びに各沈着室を作業
的に連結するガスゲート４２；を含んでいる。
ガスはカソード中を流れるとして示されている
が、これは単に説明の目的のためであり、実際
にはガスはカソード集成装置の周りを流れるよ
う導入されることに注意されたい。

供給導管３６はそれぞれの陰極３４と作業的
に協同して処理ガス混合物を沈着室２８，３
０、および３２の各々の中でカソード３４、カ
ソードシールド３５および基板１１の間につく
り出されるプラズマ領域へ配送する。カソード
シールド３５は基板１１のウエブと共同的に働
いて着沈室のカソード領域内にプラズマを実質
的に閉ぢこめる。図示していないが、排気導管
も未使用ガスおよび未沈着プラズマをシールド
されたカソード領域に隣接する一つの位置から
抜出すために各沈着室とまた協同している。

高周波発生器３８はカソード３４、輻射加熱
器４０および接地した基板１１と協同して働い
て、沈着室２８，３０および３２に入る元素状
反応ガスを沈着化学種へ解離させることによつ
てプラズマ領域を形成する。これら沈着化学種
は次に基板１１の面上へアモルフアス半導体層
として沈着させられる。基板１１は複数列の磁
性要素３９によつて実質上平らに保たれ、これ
らの要素は基板をその正常の垂れ下がりの移動
経路から押し出す引力を提供する。このように
して、均質なアモルフアス層が上記の基板へ沈
着される。

磁性基板１１の面上に沈着させた合金層の
各々（特に真性層）は高効率の光起電力デバイ
ス１０をつくるために高純度のものであること
が重要である。それゆえ、ドープ剤処理ガスの
真性沈着室３０内への逆拡散を実質的に防ぐこ
とが必要である。

従来法の磁性ガスゲート 逆拡散を妨ぎそれによつて真性沈着室３０中
の真性処理ガスをドープ剤沈着室２８と３２の
中のドープ剤処理ガスから隔絶する試みにおい
て、真性沈着室３０からドープ剤沈着室２８ま
たは３２のいずれかの中への一方向性流（矢印
４４の方向に）が確立される。第２図から容易
に明らかなように、真性沈着室３０はスロツト
として描かれているガスゲート４２によつてド
ープ剤沈着室２８およびと作業的に連通してい
る。ガスゲート４２は、基板が繰出しコア１１
ａから沈着室２８，３０および３２を通つて巻
上げコア１１ｂへ巻取られるときに、通路４３
中を移動させる寸法である。はじめ、ガスゲー
ト通路４３の寸法的高さはドープ剤処理ガスの
逆拡散を妨げることができるよう小さく選ばれ
たが、一方それでもなお、アモルフアス半導体
層が沈着される基板の表面が通路４３の壁によ
つて接触され引掻かれることなしに中を通過す
るのに十分な大きさであつた。磁性ガスゲート
は小さくした通路開口を提供するよう設計され
たが、これもやはり、３０と３２のようなドー
プ剤沈着室からの処理ガスの逆拡散を減らしな
がら層化される基板１１の無接触通過を可能に
するものである、本発明は上述の磁性ガスゲー
トの改良された変形を志向するものである。

本出願はドープ剤処理ガス成分による真性半
導体層の汚染の防止に主として関するものであ
るけれども、ドープ剤半導体層もまた本発明の
溝つきガスゲートを用い、ドープ剤沈着室と例
えばTCO層が一番上のドープ剤層の上へ沈着
されあるいは磁性基板物質が沈着室へ入る前に
清浄化される隣りの室と作業的に連結すること
によつて、汚染から保護されてもよいことが認
められるべきである。

ガスゲート４２を通して真性沈着室３０から
ドープ剤沈着室２８および３２へ処理ガスが逆
拡散するのを防ぐために、ｐ型ドープ剤沈着室
２８およびｎ型ドープ剤沈着室３２は真性沈着
室３０より低い内圧に保たれる。その目的に対
して、各沈着室には自動の絞り弁、ポンプ、お
よびマノメーター（図示せず）が備えられてい
る。各々の絞り弁はそれぞれの沈着室およびそ
れぞれのポンプへ作業的に連結されて過剰およ
び廃棄の沈着成分を沈着室から脱気するように
する。各々の絶対マノメーターは上記沈着室内
の圧力を制御するためにそれぞれの沈着室およ
びそれぞれの一つの絞り弁へ作業的に連結され
る。従つて、隣接室間に一定の圧力差が確立さ
れかつ維持される。

好ましい具体化においては、水素、アルゴン
または他の不活性ガスのようなスイープガスは
ガスゲート４２の真性沈着室側に隣接して導入
される。このスイープガスは導管３７中をガス
ゲート４２に入り、この導管はこの不活性スイ
ープガスを基板１１の磁性ウエブの両面に向け
る開口（図示せず）を含んでいる。確立されて
いる圧力差のために不活性ガスはガスゲート４
２の通路４３中を一方向に動く。真性層を沈着
させるための処理ガスはその導管３６を通して
真性室３０の中へ導入され、カソードシールド
３５と、カソード領域に隣接してこれらのガス
を導入および抜出すこととによつつて、室３０
のプラズマ領域へ実質的に拘束される。同様に
して、ドープ剤層沈着のための処理ガスはドー
プ剤室２８および３２の中へそれぞれの導管３
６を通して導入され、そしてまた、カソードシ
ール３５と、カソード領域に隣接してそれらの
ガスを導入および抜出すことによつて、ドープ
剤室のプラズマ領域へ実質的に拘束される。不
活性ガスがそれぞれのドープ剤沈着室の中へガ
スゲート中を吹流されたのち、この不活性ガス
はガスゲート４２のドープ剤室側に接して実質
的に抜出されてもよく、あるいはドープ剤処理
ガスと一緒に脱気してよい。

第３図は従来法の磁性ガスゲート設計の拡大
断面図であり、一般的に参照数字４２によつて
示されている。第３図のガスゲート４２はこの
種のガスゲートの周知構成成分のすべてを描く
ことなく、代表的なガスゲートの構造要素をた
だ一般的に表わすことを意図するものである。

さらに具体的にいえば、従来法ガスゲート４
２は一般には下方ブロツク４４と上方ブロツク
４６とから成る。上方ブロツク４６の前縁に
は、下方ガスゲートブロツク４４の上面と上方
ガスゲートブロツク４６の堀削部分との間に形
成された比較的狭い通路を通つて基板１１の磁
性ウエブを案内するための一つの横方向にのび
た円筒状ローラー集成装置（図示せず）を固定
することができる。基板物質のウエブが通過し
かつ真性沈着室から隣りの沈着室の中への不活
性スイープガスの一方向性の流れが確立される
のは、この通路４３を通してである。

従来法のガスゲート通路４３は一般的には断
面形態が矩形であり、上方壁４３ａ、相対する
下方壁４３ｂ、および向い合う側壁４３ｃによ
つて規定されている。前述の通り、側壁４３ｃ
の高さは最小のものとしそれに応じて通路４３
中を通る逆拡散を最小とすることが望ましい。
その目的を達成するには、通路４３の上方壁４
３ａがパイレツクス（コーニンググラスワーク
スの、軟化温度820℃の硼珪酸塩ガラスの登録
商標で、通常使用時の上限作業温度は230℃で
反撥硬度計の硬度は120である）のような強化
ガラスシート６２でつくられる。

通路４３は上方ブロツク４６中のくぼみによ
つて一部形成され、その中へ磁性基板１１をこ
のガラスシート６２の下面とすべり接触状態へ
強制するように適合させた磁気吸引集成装置が
固定されている。さらに具体的にいえば、一つ
のアルミニウム板６６、一つのステンレス鋼の
かこい６８およびガラス板６２は順次に、くぼ
み６４の中に置かれる。一対の長くのびた比較
的薄い間隙材７０は通路４３の側壁４３ｃを形
成し、通路開口の高さを固定する。これらの間
隙材の好ましい高さは約３mmであるけれども、
この高さ寸法は、実際においては、約1.5mmほ
どの小さい値へ減らされた。通路開口の寸法が
小さくなるにつれて、ドープ剤沈着室から通路
４３を通るドープ剤ガスの逆拡散量はそれに応
じて減少する。６mmをこえる磁性ガスケツトの
以前の寸法からこの1.5mmの値へ開口通路を小
さくすることは、これは磁性ガスゲートの使用
によつて可能にされるものであるが、少くとも
100倍は逆拡散の減少をもたらした。

ステンレス鋼のかこい６８の内側には、各々
が25mm×50mmの複数個の磁石７２が、水平方向
および垂直方向に配列した磁石間隙材７４の複
数個によつていくつかの行および列として配列
されている。磁石７２はセラミツク物質でつく
られるのが好ましく、ただしその他の磁性物質
を使用してもよい。複数個の棒磁石を全磁界の
発生に使用するのが好ましい。これは、最大磁
束は棒磁石の両端において生成されそれゆえ磁
石をより多く使用するほど吸引力が大きくかつ
磁界がより均一になるからである。

磁石間隙材７４は厚さ1.5mmのアルミニウム
板のような実質的に平らな長くのびた非磁性部
材である。これらの間隙材７４は複数個の磁石
７２と共働して磁界の均一性を強める。好まし
い具体化においては、各々が25×50mmの合計64
個のセラミツク磁石７２が非磁性間隙材７４に
よつて隔てられていて、周辺の磁石の端は通路
４３を通つて移動する基板物質１１の磁性ウエ
ブの縁と一致して終るようになつている。磁石
７２を磁性基板１１と相対的にこのように配置
することによつて、この確立された磁界はまた
基板１１がこのガスゲート４２を通つて移動す
るときにそれに集中する。上方ブロツク４６は
磁石７２と間隙材７４とを予め配列したパター
ンで保持するための一つの二片保持器（図示せ
ず）を含んでいる。ガスゲート４２の下方ブロ
ツク４４の上面は通路４３の下方壁４３ｂを形
成している。ガスゲート４２の下方ブロツク４
４と上方ブロツク４６との両者は、それぞれパ
ネル８０ａと８０ｂの中に、ガスゲート４２を
隣接沈着室の間の仕切りへすえつけるために複
数個の開口７８を含んでいる。さらに、ポート
８１はくぼみ６４との連通を確立するために上
方ブロツク４６とアルミニウム板６６の中への
入口を提供している。このようにして、くぼみ
６４は磁性ガスゲート開口が挿入されたのちに
ポンプでひくことができ、そしてポート８１は
プラグ８３によつて密封して磁石７２の脱気に
よつておこされる沈着室の汚染を妨げることが
できる。

セラミツク磁石７２によつて発生される磁界
は、ガスゲート４２中の通路４３を通つて移動
する基板物質１１（430ステンレス鋼のような
物質でつくられている）の磁性ウエブの層化さ
れない側を上方壁４３ａの表面とすべり接触状
態に押しやる。セラミツク磁石７２は通路４３
中を移動する基板１１の平面状表面に対して垂
直な方向にきわめて強い力をもつ均一磁界を発
生するが、しかし、上記平面状基板表面に対し
て平行な方向においては比較的力が弱い。基板
物質１１の磁性ウエブはそれゆえ上方通路壁４
３ａの面の方へ押しやられ、一方、通路４３中
を通るときに壁４３ａに対して比較的自由にす
べる能力を享受している。

溝つき磁性ガスゲート 磁性ガスゲート集合装置が磁性基板１１を通
路４３の上方壁４３ａとのすべり接触の状態に
押しやるときに確立される磁界は、層化されな
い基板物質の面の引掻きを妨げる特別な公差を
必要とすることなしに通路開口の寸法を減少さ
せた。そして、通路開口の広さが減少するの
で、ドープ剤処理ガスの逆拡散の合計量はそれ
に応じて減少し、それによつて真性層の汚染を
実質的に減少させ、より効率のよい光起電力デ
バイスを生成した。しかし、さきに説明したよ
うに、合計の逆拡散は減少する一方で、上方通
路壁と層化されない基板表面との間の逆拡散は
増加した。この詳細開示のこれからあとのもの
は、上記上方通路壁と層化されない基板物質面
との間の逆拡散の減少をもたらす磁性ガスゲー
トに対する修正の記述に関するものである。

第６図を参照してさきに述べたように、基板
１１のウエブは磁性ガスゲート通路開口４３を
比較的狭い上方スリツトと比較的広い下方スリ
ツト８４とに分割する。粘性のあるスイープが
ドープ剤室から真性室中への逆拡散を防止する
に十分な速度を獲得し得ないのは、この比較的
狭い上方スリツト８４の中においてである。

ここで第４図と第５図を参照すると、同じ数
字は従来法の磁性ガスゲート４２と本発明の改
良された溝つきガスゲート４２ａとの共通部材
のことを示す。本発明のガスゲート４２ａは一
般的に矩形断面形態の通路４３を含むように示
されている。このガスゲート通路４３は上方壁
４３ａ、上方壁と相対する下方壁４３ｂ、およ
び向い合う側壁４３ｃによつて規定されてい
る。通路４３は一部はガスゲート４２ａの上方
ブロツク４６の中のくぼみ６４によつて形成さ
れ、その中に、基板を上方ガスゲート通路壁４
３ａとのすべり接触の状態に押しやるように適
合させた磁気吸引力集成装置がとりつけられて
いる。さらに具体的にいえば、一つのアルミニ
ウム板６６とステンレス鋼のかこい６８とが順
次このくぼみ６４の中へ置かれる。一対の長く
のびた比較的薄いスペーサー７０は通路４３の
側壁４３ｃを形成し同時に通路開口の寸法を固
定するように働く。従来法の磁性ガスゲートの
場合と同様に、これらのスペーサーの好ましい
高さは約３mmであり、ただしその値は1.5mmほ
どに小さくあり得る。ステンレス鋼かこい６８
の内側に、複数個のセラミツク磁石７２が複数
個の実質的に平らな長くのびた非磁性間隙材７
４によつていくつかの行および列で配列されて
いる。ガスゲート４２ａの下方ブロツク４４の
上面は通路４３の下方壁４３ｂを形成し；下方
ブロツク４４と上方ブロツク４６との両者は取
付け用平板またはパネル８０ａと８０ｂとの中
にそれぞれ、隣接沈着室間のガスゲート４２ａ
をすえつけるためい、複数個の開口７８を含ん
でいる。ポート８１（第５図においては図示せ
ず）は上方ブロツク４６とアルミニウム板６６
との中への入口を、くぼみ６４との連通のため
に備えている。

本来的に粘性の不活性ガスが基板物質のウエ
ブとガスゲート通路４３の上部壁４３ａとの間
の比較的狭い上方スリツト８２（第６図に示
す）の中を、ドープ剤室から真性室中への処理
ガス逆拡散を防止するのに十分速度で流れるよ
うに、通路４３の上方壁４３ａは複数個の長く
のびた一般的に平行な溝８６で以て形成され
た。溝８６はガスゲート通路４３の全長ほぼ20
cmの長さにのびて、一端においてはドープ剤沈
着室と他端においては真性沈着室と連通するよ
うになつている。このようにして、ガスは溝８
６によつて規定されるフローチヤンネル中を吹
き流されるガスは隣接沈着室間の一定圧力差を
感知して一方向性の流れを確立する。平行溝８
６の各々は向い合う両側壁８６ａと上方壁８６
ｂによつて規定される。基板物質のウエブの層
化されない面は上方の３mm幅の通路壁４３ａに
向けて押しやられ、これらの通路壁４３ａは隣
り合う溝８６の間で形成される表面として規定
される。側壁８６ａは下向きに約３mmのびて約
６mm幅である上方壁８６ｂによつて分離され、
それによつて沈着室間に複数個の高さ３mmで幅
６mmのフローチヤンネルを提供する。これらの
フローチヤンネルは200ミリミクロン（最大逆
拡散点）より著しく大きいので、通過するガス
の速度は従来法ガスゲートの溝のない上方スリ
ツト中を通るガスの速度を実質的にこえて増大
する。それゆえ、基板上方に提供されるこの６
mm通路開口はドープ剤沈着室から真性沈着室へ
最小の処理ガス逆拡散を許すのみである。

上方スリツト８２中を通つて流れるガスの分
子は溝８６によつて規定されるフローチヤンネ
ル中を移動するかあるいは隣接する溝８６の間
の比較的狭い空隙の中を移動すかのいずれかで
あることは認められるはずである。溝８６中を
流れる不活性ガスは処理ガスの逆拡散を実質的
に妨げる十分な速度を獲得することができる。
溝間の比較的狭い空隙中を流れる不活性ガスの
流動は十分な速度を達成し得ない。しかし、真
性室中へ逆拡散するためにドープ剤処理ガスが
移動せねばならない20cmの長路のために、ドー
プ剤ガスが高速度の流れチヤンネル溝に入るこ
とに真性室まで移動を完成することは可能性が
ない。一度高速の溝に入ると、それらのドープ
剤処理ガスは不活性スイープガスと一緒に移動
してドープ剤室へ戻される。このようにして、
上方通路スリツト８２中を逆拡散するドープ剤
処理ガスによつておこされる真性室の汚染は本
発明によつて実質的に減らされた。

溝８６は、ガスゲート通路４３の真性沈着室
側に隣接してスイープガスを導入することの組
合せにおいて、逆拡散問題を実質的に減少させ
るけれども、隣接沈着室の間のほぼ中間におい
て溝８６の中に直接に追加のスイープガスを導
入することが真性沈着室中へのドープ剤処理ガ
スの逆拡散を追加的に減少させることが決定さ
れた。真性沈着室から導入されるスイープガス
の小パーセンテージしか狭い上方スリツト８２
中を実際に流れないことが判明したときには、
これは必要であると思われる。この中間的不活
性ガス導入系は狭い上方スリツト中のスイープ
ガスの流速を増す結果となり従つて逆拡散を減
らす結果となることが見出された。

さらに具体的には、アルゴンあるいは別の不
活性ガスは供給配管８７を経てスイープガス供
給多岐管８５の中に流入される。この不活性ガ
スは次いで少くとも毎分50標準cm³（SCCM）好
ましくは150−200SCCMの流速で供給導管８９
を通してフローチヤンネル溝８６の各々の中へ
直接に供給される。スイープガスは約10トール
の圧力で溝の中に導入されるので沈着室の両者
における圧力は実質的に同等（実際にはドープ
剤沈着室の方へ処理ガスの一方向性流れを得る
ために真性沈着室において高い圧力が維持され
る）であることが感知される。しかし、そして
さらにここで説明する通り、ガスゲート４２ａ
の長さは中間的スイープガス導入が採用される
ときには増さねばならない。ドープ剤処理ガス
が上記不活性ガス導入点へ到達するまでにはほ
ぼ20cm（ドープ剤沈着室から不活性ガス導入点
までの距離）の距離をさらに移動せねばならな
いように、約43cmまでの長さのガスゲートを提
供することが望ましい。ドープ剤処理ガスがこ
の中間導入点に達するとしても、このドープ剤
ガスは真性沈着室の方へ入つてくるスイープガ
スの流れの中に捕捉されそうである。この中間
的スイープガス導入系に関する唯一の大事な制
約は、供給導管８９の断面積が不活性スイープ
ガスを供給する溝の寸法に比べて小さくあるべ
きであるということである。これは、７２のよ
うな磁石をガスゲート４２とともに用いるとき
でも、基板物質のウエブが完全には平面状に保
たれず、上方スリツト８２（第６図中に示す）
の寸法がウエブの直線性とともに変りそうであ
るからである。それゆえ、溝の各々の中に、ウ
エブ直線性に基づく溝容量のふれと相応する圧
力のふれにもかかわらず、単位時間あたり実質
的に等容積のガスを導入するためには、供給導
管８９の断面積が溝の寸法に比べて小さいこと
必要である。

【図面の簡単な説明】

第１図はｐ−ｉ−ｎ型セルの複数個から成る直
列式またはカスケード式光起電力デバイスの部分
的断面図であり、それらのセルの各層は本発明の
原理に従うアモルフアス半導体合金で形成されて
いる。第２図は第１図に示す光起電力デバイスの
連続式製造に適合させたグロー放電多重室沈着系
の線図的表現であり、この系は沈着室の各々の中
に導入されるガス成分を実質的に隔絶させるため
のガスゲートを含んでいる。第３図は、磁性ガス
ゲート集成装置の上部ブロツク中に形成されたく
ぼみの内部の磁石と間隙材の配列を画く断面図で
ある。第４図は第２図の直線４−４に沿つてとつ
た拡大断面図であつて、本発明に従つてガスゲー
トの上部ブロツク中に形成された溝つきフローチ
ヤンネルに相対的な磁性要素の配置を示してい
る。第５図は本発明の磁性の溝つきガスゲートの
拡大部分透視図で、一部は断面を示し、特に中間
的スイープガス導入の集成装置を描いている。第
６図は従来法磁性ガスゲートの通路開口が基板物
質のウエブによつて分割された、比較的狭い上方
スリツトと比較的広い下方スリツトの非常に拡大
した断面図、並びにそれらの各スリツト中で得ら
れる相対速度分布である。第７図は真性室中へ逆
拡散する単位時間あたりのドープ剤処理ガスの分
子数（dn／dt）とガスゲート開口“ａ”の寸法
との関係のグラフである。 （符号説明）、１０：光起電力デバイス、１
１：基板物質、２８，３０，３２：沈着室、４
３：通路、４３ａ：通路壁、８２：スリツト、８
６：フローチヤンネル（溝）、８５，８７，８
９：スイープガス導入管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 隣接する沈着各室を作業的に相互連結しかつ
   上記室間の拡散を実質的に減らすよう適合させた
   比較的狭い通路、第一の半導体層が表面に沈着す
   るよう適合させたこれらの室の一つからこの第一
   層の上に第二の半導体層が沈着するよう適合させ
   た隣りの室の中へ基板物質を通過させるための手
   段、並びに基板物質の層化されない表面を通路壁
   の方へ押しやる手段、を含むガスゲートにおい
   て； フローチヤンネル手段８６が層化されない基板
   物質面が押しやられる通路壁４３ａの中に形成さ
   れ、この溝手段が各隣接の室２８，３０，３２間
   を作業的に連結するように通路４３の長さと実質
   的に同じ長さに延びて、内部に形成された溝手段
   をもつガスゲート通路経と基板の層化されない面
   との間の空間によつて規定される通路スリツトを
   通してガス流が確立され、該ガス流がこれらの室
   の第一室２８，３２から第二室３０への拡散を実
   質的に減少させる、ことを特徴とする、前記ガス
   ゲート。 ２ フローチヤンネル手段が基板物質の層化され
   ない表面が押しやられる通路壁４３ａの中に形成
   された複数個の長く延びた溝８６を含むことをさ
   らに特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の
   ガスゲート。 ３ スイープガスをこれらの溝８６の中に導入す
   る手段８５，８７，８９をさらに特徴とする、特
   許請求の範囲第２項に記載のガスゲート。 ４ スイープガス導入手段８５，８７，８９をス
   イープガスを溝の中に少くとも50標準cm³／分の速
   度で供給するよう適合させることをさらに特徴と
   する、特許請求の範囲第３項に記載のガスゲー
   ト。 ５ スイープガス導入手段８５，８７，８９をス
   イープガスを溝の中に通路４３の両端の中間にお
   いて供給するよう適合させることをさらに特徴と
   する、特許請求の範囲第３項または第４項のいず
   れかに記載のガスゲート。 ６ 隣接する沈着各室を作業的に連結しかつこれ
   ら各室間の拡散を実質的に減らすよう適合させた
   比較的狭い通路、第一の半導体層を基板表面へ沈
   着させるよう適合させた室の一つから第二の半導
   体層をこの第一層の上に沈着させるよう適合させ
   た隣りの室の中へ基板物質を通過させるための手
   段、並びに基板物質の層化されない表面を通路壁
   の方へ押しやるための手段、を含むガスゲートに
   おいて； 基板物質１１の層化されない表面が、通路４３
   中を移動する基板物質と基板物質がその方へ押し
   やられる通路壁との間にフローチヤンネル手段８
   ６を規定するよう押しやられる通路壁４３ａと接
   触することを妨げるための間隔材手段８６ａを特
   徴とし、上記フローチヤンネル手段が両隣りの室
   ２８，３０，３２と流体連通状にあつてチヤンネ
   ルスイープガスを受け入れて流すよう適合されて
   おり、かつその中に受け入れられかつその中を通
   つて送られるスイープガスが上記隣接の沈着室の
   間の他室への拡散を実質的に妨げるのに十分な速
   度を獲得および維持するような寸法のものである
   ことを特徴とする、前記ガスゲート。 ７ フローチヤンネル手段が基板が押しやられる
   方の通路壁４３ａの中に形成された複数個の溝８
   ６から成ることをさらに特徴とする、特許請求の
   範囲第６項に記載のガスゲート。 ８ 溝８６の中にスイープガスを導入するための
   手段８５，８７，８９をさらに特徴とする、特許
   請求の範囲第７項に記載のガスゲート。 ９ フイープガス導入手段８５，８７，８９を通
   路４３の両端の中間において溝８６の中にスイー
   プガスを供給するよう適合させていることをさら
   に特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載のガ
   スゲート。