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JPH084145B2 - 非晶質シリコンアロイ膜 - Google Patents
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JPH084145B2 - 非晶質シリコンアロイ膜 - Google Patents

非晶質シリコンアロイ膜

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Publication number
JPH084145B2
JPH084145B2 JP62057482A JP5748287A JPH084145B2 JP H084145 B2 JPH084145 B2 JP H084145B2 JP 62057482 A JP62057482 A JP 62057482A JP 5748287 A JP5748287 A JP 5748287A JP H084145 B2 JPH084145 B2 JP H084145B2
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JP
Japan
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film
spin density
alloy film
silicon alloy
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JP62057482A
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久雄 白玖
勝信 佐山
信哉 津田
久樹 樽井
善博 菱川
行雄 中嶋
昇 中村
昭一 中野
三千年 大西
幸徳 桑野
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は非晶質シリコンに、光学的バンドギヤップを
任意の値に調節する元素を添加し合金化した非晶質シリ
コンアロイ膜に関する。
(ロ) 従来の技術 非晶質太陽電池の用途が電卓、腕時計のような小型民
生用電子機器の電源から光太陽発電へと進むに従つて、
半導体接合も単層型から特開昭58−116779号公報の如く
積層型(タンデム型)の構造へと開発目標が拡がつてい
る。
従来、非晶質太陽電池において主として発電に寄与す
る光活性層は欠陥を形成するダングリングボンド(不対
結合手)を水素及び又はハロゲンによりターミネート
(終端)した非晶質シリコン(a−Si)が用いられ、就
中水素をダングリングボンドのターミネータ(終端子)
とした水素化非晶質シリコン(a−Si:H)により高い光
電変換特性が得られている。
一方積層型非晶質太陽電池において上記公開公報に開
示された如き光活性層の光学的バンドギヤップEgoptを
異ならしめる所謂マルチバンドギヤップセルが注目され
a−SiのEgopt(1.75eV)を基準にバンドギヤップの広
い非晶質シリコンカーバイド、非晶質シリコンナイトラ
イド等のワイドバンドギヤップ材料や、バンドギヤップ
の狭い非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンス
ズ等のナローバンドギヤップ材料として、良質な非晶質
シリコンアロイの開発が急がれている。現在非晶質シリ
コンアロイとして非晶質シリコンカーバイドが光活性層
ではないものの、光入射側に配されるp型不純物層とし
て実用化されている以外、未だ工業化されるに至つてい
ない。これはバンドギヤップ調節用元素を添加しない非
晶質シリコン膜に比べバンドギヤップ調節用元素を添加
した非晶質シリコンアロイ膜は、当該添加元素に関する
電子スピン共鳴(ESR)によるスピン密度が多いことに
よる。例えば、非晶質シリコンアロイ膜としての非晶質
シリコンゲルマニウム膜にあつてはESRスピン密度は10
17cm-3以上と非常に大きい値を示していた。
(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明は上述の如く非晶質シリコンアロイ膜における
ESRスピン密度が高く、結果としてその膜質を著しく阻
害する点を解決しようとするものである。
(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決すべく少なくともシリコ
ン元素及び光学的バンドギヤップの調節に寄与する元素
を含む原料ガスを分解し、基板表面に堆積せしめられる
非晶質シリコンアロイ膜であつて、光学的バンドギヤッ
プ調節元素に関するスピン密度をシリコン元素に関する
スピン密度より少なくしたことを特徴とする。
(ホ) 作用 上述の如く光学的バンドギヤップ調節元素に関するス
ピン密度をシリコン元素に関するスピン密度より少なく
することによつて、トータル的なスピン密度が減少す
る。
(ヘ) 実 施 例 第1図は本発明非晶質シリコンアロイ膜を成膜するた
めのプラズマCVD法による膜形成装置を示し、本装置は
到達真空度10-8Torr以下、脱ガス・リーク量10-6Torr.l
/秒以下の性能を持つ。即ち、(1)は排気系(2)を
介して到達真空度が10-8Torr以下に減圧せしめられる反
応容器、(3)(4)は該反応容器(1)内に反応空間
を隔てて対向配置された一対の上部、下部電極、(5)
は上記電極の内一方の下部電極(4)上に載置され形成
される膜を支持する基板、(6)は上記基板(5)を所
定の温度に加熱保持すべく下部電極(4)に内蔵された
ヒータ、(7)は上記一対の上部。下部電極(3)
(4)に高周波電力を付与する高周波電源、(8a)(8
b)(8c)は反応容器(1)内に導入すべき原料ガスを
貯蔵するガスボンベ、(9a)(9b)(9c)は各ガスボン
ベ(8a)(8b)(8c)から流出する原料ガスの流量を制
御するマスフローコントローラである。
第2図は第1図に示した膜形成装置を用いて石英ガラ
ス基板上に、上述の非晶質シリコンアロイの一例として
水素化非晶質シリコンゲルマニウム(a−SiGe:H)膜を
1μm堆積し、当該膜中のスピン密度(Ns)量を電子ス
ピン共鳴法(ESR)により測定したもので、シリコン元
素に関するスピン密度(Nss)と光学的バンドギヤップ
調節用元素であるゲルマニウム元素に関するスピン密度
(Nsg)との和は約6.4×1016cm-3であり、ゲルマニウム
元素のスピン密度(Nsg)とシリコン元素のスピン密度
(Nss)の比(Nsg/Nss)は14/3(4.7)とNsgが大幅に
高い。斯る測定に供せられたa−SiGe:H膜の成膜条件
は、SiH4ガス流量10cc/分、GeH4ガス流量1cc/分、H2
ス流量50cc/分、反応ガス圧力0.3Torr、高周波(13.56M
Hz)電力30W、基板温度(Ts)200℃であつた。そして、
斯るa−SiGe:H膜は、1.5eVの光学的バンドギヤップ(E
gopt)を備えることによつて高光吸収特性をもつにも拘
らず、光導電率(σph)は約3.2×10-7Ω-1cm-1しかな
く、また上記光導電率(σph)と暗導電率(σd)との
比(σph/σd)で与えられるフォトコン比も103と明ら
かに上記スピン密度を反映した膜特性を示した。
次に、成膜条件の内、基板温度(Ts)のみを240℃、2
75℃、及び300℃と可変して形成したa−SiGe:H膜のス
ピン密度の測定結果を第3図に列挙する。斯る測定の結
果、基板温度(Ts)を、200℃から240℃とすることによ
り、スピン密度(Ns)は3.1×1016cm-3にまで減少で
き、さらに275℃とすることにより、ついには1.1×1016
cm-3まで減らせることができた。またここで特に注目さ
れることは基板温度(Ts)が275℃においてはSiの元素
のスピン密度(Nss)の方が、Ge元素のスピン密度(Ns
g)よりも大きくなるというその比の逆転現象が観測さ
れたことである。これはこの基板温度領域における温度
上昇効果として膜形成時に存在するGeラジカルのマイグ
レーシヨン(移動度)が増大し、斯るGeラジカルが基板
表面での安定なサイトにおちついたためであると考えら
れる。また、275℃から300℃とさらに基板温度(Ts)を
上げた場合、逆にNsが増加した。この要因としては、基
板表面の弱いGe−H結合から水素が離脱したことによる
ダングリングボンドの増加のためであると考えられる。
また、各々の膜特性においても下記第1表に示す様に基
板温度(Ts)が275℃の場合が一番優れており、これか
らa−SiGe:H膜において基板表面反応の制御を行なうこ
とにより、該膜中の光学的バンドギヤップを調節するた
めの元素、即ちGe元素に関するスピン密度(Nsg)をSi
元素に関するスピン密度(Nss)より少なくすることに
より、光導電率(σph)、フオトコン比(σph/σd)
等の膜特性が著しく改善されることがわかる。
尚、以上の説明にあつてはEgoptが1.5eVのa−SiGe:H
膜に関して、基板温度(Ts)として275℃を用いること
により、Ge元素のスピン密度(Nsg)がSi元素のスピン
密度(Nss)より少なくなることを実証したが、他のEgo
ptのアロイ膜に対しては、バンドギヤップ調節用元素が
添加されていないa−Si:H膜(光学的バンドギヤップ
(Egopt)は1.75eV)は約200℃を中心に±10℃の許容幅
をもつて優れた膜特性が得られていることから、基板温
度(Ts)を、 Ts〔℃〕=300〔℃〕×(1.75〔eV〕−Egopt〔eV〕) +200〔℃〕±10〔℃〕 により与えられる数値に設定することが好適である。
(ト) 発明の効果 本発明非晶質シリコンアロイ膜は以上の説明から明ら
かな如く、光学的バンドギヤップ調節用元素に関するス
ピン密度をシリコン元素に関するスピン密度より少なく
することによつて、トータル的なスピン密度が減少する
ので、光導電率やフオトコン比等の膜特性の向上が図れ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明アロイ膜の形成に用いられる膜形成装置
の概念図、第2図は基板温度200℃で形成されたa−SiG
e:H膜のESRスピン密度特性図、第3図は基板温度240
℃、275℃及び300℃で形成されたa−SiGe:H膜のESRス
ピン密度特性図、を夫々示している。 (1)……反応容器、(3)(4)……上部・下部電
極、(5)……基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樽井 久樹 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 菱川 善博 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 中嶋 行雄 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 中村 昇 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 中野 昭一 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 大西 三千年 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 桑野 幸徳 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくともシリコン元素及び光学的バンド
    ギヤップの調節に寄与する元素を含む原料ガスを分解
    し、基板表面に堆積せしめられる非晶質シリコンアロイ
    膜であつて、光学的バンドギヤップ調節元素に関するス
    ピン密度をシリコン元素に関するスピン密度より少なく
    したことを特徴とする非晶質シリコンアロイ膜。
JP62057482A 1987-03-12 1987-03-12 非晶質シリコンアロイ膜 Expired - Lifetime JPH084145B2 (ja)

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