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Info
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- 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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- silicon alloy
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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)
- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ガ
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。
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ガ
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62057482A JPH084145B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 非晶質シリコンアロイ膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62057482A JPH084145B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 非晶質シリコンアロイ膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63224223A JPS63224223A (ja) | 1988-09-19 |
| JPH084145B2 true JPH084145B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=13056930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62057482A Expired - Lifetime JPH084145B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 非晶質シリコンアロイ膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH084145B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013149953A (ja) * | 2011-12-20 | 2013-08-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及び半導体装置の作製方法 |
-
1987
- 1987-03-12 JP JP62057482A patent/JPH084145B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63224223A (ja) | 1988-09-19 |
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