JPH02275620A - Ｎ型シリコン薄膜 - Google Patents
Ｎ型シリコン薄膜Info
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- JPH02275620A JPH02275620A JP1220198A JP22019889A JPH02275620A JP H02275620 A JPH02275620 A JP H02275620A JP 1220198 A JP1220198 A JP 1220198A JP 22019889 A JP22019889 A JP 22019889A JP H02275620 A JPH02275620 A JP H02275620A
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- 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
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、シリコン薄膜に関し、さらに詳しくのべると
、任意の基板上にプラズマ雰囲気下で成膜して得られる
低抵抗のシリコン薄膜に関する。
、任意の基板上にプラズマ雰囲気下で成膜して得られる
低抵抗のシリコン薄膜に関する。
シランＳ ｉ Ｈ４にドーパントガスを混合したものを
原料ガスとし、プラズマ雰囲気下で任意の基板上にシリ
コン薄膜を製造する方法は周知である。従来のこの種の
方法で成膜したシリコン薄膜は完全な非晶質である。非
晶質膜については、そのＸ線回折像はハローパターンを
示し、そしてこの非晶質のシリコン薄膜半導体の電気伝
導度は、Ｎ型膜で最大１０−２Ω−’ｃ ｍ−’程度、
Ｐ型膜で１０−”Ω−’ｃ ｍ−’程度であり、電気伝
導度の温度依存性より求めた活性化エネルギーも、Ｐ型
膜およびＮ型膜ともに０．２ｅＶ程度とかなり大きく、
金属とのオートミック性が良いフェルミ準位が十分に縮
退したＰ９型またはＮ０型膜になっているとはいい難い
（例えばフイロソフイカル・マガシ”、ｉ ［ＰＨＩＬ
Ｏ３ＯＰＨＩｃＡＬ ＭＡＧＡＺＩＮＥＩ ３３．９３
５ （１９７６）参照）。特にＰ型膜の場合、高電気伝
導度にすればするほど光学的バンドギャップ（光学的禁
制帯幅）が大幅に縮まってくる（例えばフィジカル・レ
ビ−Ｌ −（ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷｌｌ上、
２０４１ （１９７９）参照）。このため、特に太陽
電池を目的としたＰ−Ｎ接合半導体素子あるいはＰ−Ｉ
−Ｎ接合半導体素子を製造した場合、Ｐ層膜についてい
えばＰ層膜の光学的バンドギャップが狭まるため、窓側
２層から入射した光が接合部の活性Ｈ（Ｐ／ＮまたはＰ
／Ｉ界面）に到達する前にＰｌ’！で吸収されてしまう
とともに、接合部かへテロ接合となり、ポテンシャル障
壁高さが低くなるため開放端電圧が下がってしまう。他
方Ｎ層についていえば、金層とのオーミック接合が良（
ないと同時に直列抵抗が高いためフィルファクター（効
率の曲線因子）が下がってしまう。これらのことは、結
局、光のエネルギー変換効率が低下することを意味する
。
原料ガスとし、プラズマ雰囲気下で任意の基板上にシリ
コン薄膜を製造する方法は周知である。従来のこの種の
方法で成膜したシリコン薄膜は完全な非晶質である。非
晶質膜については、そのＸ線回折像はハローパターンを
示し、そしてこの非晶質のシリコン薄膜半導体の電気伝
導度は、Ｎ型膜で最大１０−２Ω−’ｃ ｍ−’程度、
Ｐ型膜で１０−”Ω−’ｃ ｍ−’程度であり、電気伝
導度の温度依存性より求めた活性化エネルギーも、Ｐ型
膜およびＮ型膜ともに０．２ｅＶ程度とかなり大きく、
金属とのオートミック性が良いフェルミ準位が十分に縮
退したＰ９型またはＮ０型膜になっているとはいい難い
（例えばフイロソフイカル・マガシ”、ｉ ［ＰＨＩＬ
Ｏ３ＯＰＨＩｃＡＬ ＭＡＧＡＺＩＮＥＩ ３３．９３
５ （１９７６）参照）。特にＰ型膜の場合、高電気伝
導度にすればするほど光学的バンドギャップ（光学的禁
制帯幅）が大幅に縮まってくる（例えばフィジカル・レ
ビ−Ｌ −（ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷｌｌ上、
２０４１ （１９７９）参照）。このため、特に太陽
電池を目的としたＰ−Ｎ接合半導体素子あるいはＰ−Ｉ
−Ｎ接合半導体素子を製造した場合、Ｐ層膜についてい
えばＰ層膜の光学的バンドギャップが狭まるため、窓側
２層から入射した光が接合部の活性Ｈ（Ｐ／ＮまたはＰ
／Ｉ界面）に到達する前にＰｌ’！で吸収されてしまう
とともに、接合部かへテロ接合となり、ポテンシャル障
壁高さが低くなるため開放端電圧が下がってしまう。他
方Ｎ層についていえば、金層とのオーミック接合が良（
ないと同時に直列抵抗が高いためフィルファクター（効
率の曲線因子）が下がってしまう。これらのことは、結
局、光のエネルギー変換効率が低下することを意味する
。
一方、シランＳ ｉ Ｈ４のＣＶ Ｄ （Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等による多
結晶薄膜は、電気伝導度は高いものの光学的バンドギャ
ップ（光学的禁制帯幅）は１．２ｅＶ程度であり、太陽
スペクトルに十分適合していない。また、存在する結晶
粒塊界面が電子正孔対の再結合点となるばかりでな（、
電流漏洩の原因ともなる。
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等による多
結晶薄膜は、電気伝導度は高いものの光学的バンドギャ
ップ（光学的禁制帯幅）は１．２ｅＶ程度であり、太陽
スペクトルに十分適合していない。また、存在する結晶
粒塊界面が電子正孔対の再結合点となるばかりでな（、
電流漏洩の原因ともなる。
それゆえ、本発明の目的は、前述の欠点を除去し、電気
抵抗が小さく、光学的バンドギャップ（光学的禁制帯幅
）が十分大きく、非晶質シリコン薄膜の長所と多結晶シ
リコン薄膜の長所を併有したようなシリコン薄膜を提供
することである。
抵抗が小さく、光学的バンドギャップ（光学的禁制帯幅
）が十分大きく、非晶質シリコン薄膜の長所と多結晶シ
リコン薄膜の長所を併有したようなシリコン薄膜を提供
することである。
本発明の他の目的は、特定の範囲の結晶粒子を有し、電
気伝導度が太き（、かつ光学的バンドギャップ（光学的
禁制帯幅）の大きいシリコン薄膜を提供することである
。
気伝導度が太き（、かつ光学的バンドギャップ（光学的
禁制帯幅）の大きいシリコン薄膜を提供することである
。
本発明のさらに他の目的は、従来製造困難であった電気
伝導度が大きく、かつドーピング効果の侵れたＮ型シリ
コン薄膜を提供することである。
伝導度が大きく、かつドーピング効果の侵れたＮ型シリ
コン薄膜を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、任意の基板上に、プラズマ
雰囲気下で得られる低抵抗で光学的バンドギャップ（光
学的禁制帯幅）の大きいシリコン薄膜を提供することで
ある。
雰囲気下で得られる低抵抗で光学的バンドギャップ（光
学的禁制帯幅）の大きいシリコン薄膜を提供することで
ある。
本発明のシリコン薄膜は、フッ素、塩素、臭素、沃素お
よび水素の群から選択された少なくとも一種の元素なら
びに不純物元素を含有して大部分がシリコン原子からな
るシリコン薄膜であるが、その原子配列の規則性、すな
わち薄膜構造に大きな特徴があり、非晶質の層の中に微
結晶部分が混在分散していることが顕著な特徴である。
よび水素の群から選択された少なくとも一種の元素なら
びに不純物元素を含有して大部分がシリコン原子からな
るシリコン薄膜であるが、その原子配列の規則性、すな
わち薄膜構造に大きな特徴があり、非晶質の層の中に微
結晶部分が混在分散していることが顕著な特徴である。
すなわち、Ｘ線回折を行なうと、通常のプラズマ雰囲気
下で製造した非晶質シリコン薄膜は、幅広いなだらかな
ハローパターンを有し、シャープなピークが認められな
いスペクトルを示し、他方、化学蒸着および高温アニー
ル等で製造した多結晶シリコン薄膜は、シリコンの結晶
格子に由来する明確な強いピークを有するスペクトルを
示す。それに比べて、本発明のシリコン薄膜は、ハロー
パターンの上にシリコン結晶格子に由来すると推定され
る微弱なピークを５ｉ（１１１）またはＳｉ （２２０
）の近傍に示す。本発明のシリコン薄膜中の微結晶の平
均粒径は、前述のピークの半値幅からシェラ−（５ｃｈ
ｅｒｒｅｒ）の式を用いて計算することができ、約１０
０Å以上約５００Å以下である。この粒径範囲の微結晶
は、通常の太陽光の波長域では光学上阻害物となること
がなく、かつ電気伝導度を上昇させ得るごとき範囲のも
のである。
下で製造した非晶質シリコン薄膜は、幅広いなだらかな
ハローパターンを有し、シャープなピークが認められな
いスペクトルを示し、他方、化学蒸着および高温アニー
ル等で製造した多結晶シリコン薄膜は、シリコンの結晶
格子に由来する明確な強いピークを有するスペクトルを
示す。それに比べて、本発明のシリコン薄膜は、ハロー
パターンの上にシリコン結晶格子に由来すると推定され
る微弱なピークを５ｉ（１１１）またはＳｉ （２２０
）の近傍に示す。本発明のシリコン薄膜中の微結晶の平
均粒径は、前述のピークの半値幅からシェラ−（５ｃｈ
ｅｒｒｅｒ）の式を用いて計算することができ、約１０
０Å以上約５００Å以下である。この粒径範囲の微結晶
は、通常の太陽光の波長域では光学上阻害物となること
がなく、かつ電気伝導度を上昇させ得るごとき範囲のも
のである。
本発明のシリコン薄膜においては、前述のごとく非晶質
層中に微細な結晶粒が存在することが、以下に説明する
非晶質としてのシリコン薄膜の長所、すなわち、光学的
バンドギャップ（光学的禁制帯幅）を十分大きく保持し
ていること、および多結晶シリコン薄膜の長所、すなわ
ち電気伝導度が著しく大きいことを合わせ保有すること
に宇接に作用しているものと推定される。
層中に微細な結晶粒が存在することが、以下に説明する
非晶質としてのシリコン薄膜の長所、すなわち、光学的
バンドギャップ（光学的禁制帯幅）を十分大きく保持し
ていること、および多結晶シリコン薄膜の長所、すなわ
ち電気伝導度が著しく大きいことを合わせ保有すること
に宇接に作用しているものと推定される。
本発明のシリコン薄膜において、ドーピングされる不純
物元素として種々のものが使用されるが、それがリン、
ヒ素等の元素周期律表第Ｖ族の場合は、Ｎ型半導体の特
性を有するシリコン薄膜が得られ、他方、ホウ素、アル
ミニウム等の元素周期律表第■族の場合は、Ｐ型半導体
の特性を有するシリコン薄膜が得られる。前者のシリコ
ン薄膜は、電気伝導度が約１０−ＩΩ−１ｃｍ−’〜１
０゜Ω”１ｃｍ−’に達することが、他方、後者は、約
１０−２Ω−１ｃｍ−１〜約１０−１Ω−１ｃｍ−’に
達することが特徴である。同様のドーピングにおいて、
電気伝導度の活性化エネルギが約０．２ｅＶよりも小さ
くなり、多（は、約０．１ｅＶ以下となり、ドーピング
効率が良（、フェルミ準位が十分に縮退し、金属とのオ
ーミック接合性の優れたＮ型およびＰ型シリコン薄膜が
得られることも特徴である。また、本発明のシリコン薄
膜は、Ｎ型、Ｐ型ともに、ドーピングによっても光学的
バンドギャップ（光学的禁制帯幅）が十分大きく保持さ
れており、多結晶質の約１．２ｅＶに比べ、約１．３ｅ
Ｖ〜約１．８ｅＶとかなり大きい値を有し、また、特に
Ｐ型溝膜においては、従来得られなかった高電気伝導度
と光学的バンドギャップ（光学的禁制帯幅）の優れた特
性を同時に有するものである。これらの効果も、本発明
のシリコン薄膜が、完全な非晶質でなく、完全な多結晶
でもない新規な結晶構造のシリコン薄膜であることを証
するものである。
物元素として種々のものが使用されるが、それがリン、
ヒ素等の元素周期律表第Ｖ族の場合は、Ｎ型半導体の特
性を有するシリコン薄膜が得られ、他方、ホウ素、アル
ミニウム等の元素周期律表第■族の場合は、Ｐ型半導体
の特性を有するシリコン薄膜が得られる。前者のシリコ
ン薄膜は、電気伝導度が約１０−ＩΩ−１ｃｍ−’〜１
０゜Ω”１ｃｍ−’に達することが、他方、後者は、約
１０−２Ω−１ｃｍ−１〜約１０−１Ω−１ｃｍ−’に
達することが特徴である。同様のドーピングにおいて、
電気伝導度の活性化エネルギが約０．２ｅＶよりも小さ
くなり、多（は、約０．１ｅＶ以下となり、ドーピング
効率が良（、フェルミ準位が十分に縮退し、金属とのオ
ーミック接合性の優れたＮ型およびＰ型シリコン薄膜が
得られることも特徴である。また、本発明のシリコン薄
膜は、Ｎ型、Ｐ型ともに、ドーピングによっても光学的
バンドギャップ（光学的禁制帯幅）が十分大きく保持さ
れており、多結晶質の約１．２ｅＶに比べ、約１．３ｅ
Ｖ〜約１．８ｅＶとかなり大きい値を有し、また、特に
Ｐ型溝膜においては、従来得られなかった高電気伝導度
と光学的バンドギャップ（光学的禁制帯幅）の優れた特
性を同時に有するものである。これらの効果も、本発明
のシリコン薄膜が、完全な非晶質でなく、完全な多結晶
でもない新規な結晶構造のシリコン薄膜であることを証
するものである。
次に、本発明のシリコン薄膜の製造方法について述べる
と、まず、シランＳｉ Ｈ４またはハロゲン化シランＳ
ｆ Ｈｏ〜ｓＸ４〜１ （Ｘ：へロゲン元素）のいず
れか、またはその２種以上の混合ガスをヘリウム、アル
ゴン等の希ガスまたは水素ガスで約１＝１より大きい高
割合で希釈したものにドーパントガスが所定の割合で混
合されるが、この混合希釈の順序は特に限定されるもの
ではない。
と、まず、シランＳｉ Ｈ４またはハロゲン化シランＳ
ｆ Ｈｏ〜ｓＸ４〜１ （Ｘ：へロゲン元素）のいず
れか、またはその２種以上の混合ガスをヘリウム、アル
ゴン等の希ガスまたは水素ガスで約１＝１より大きい高
割合で希釈したものにドーパントガスが所定の割合で混
合されるが、この混合希釈の順序は特に限定されるもの
ではない。
この混合ガスに約０．２Ｗ／ｃｒｔｒより大きいプラズ
マ放電電力密度の電力を投入してプラズマ状態とし、そ
の中におかれた基板（ガラス、プラスチックまたは金属
等）上に成膜すれば、ドーパントである不純物原子が効
果的に４配位でシリコンネットワーク内に組み込まれ、
光学的バンドギャップ（光学的禁制帯幅）を狭めること
なく高電気伝導度のシリコン薄膜が形成される。ここで
シランＳ ｉ Ｈ４を水素または希ガスで高割合で希釈
する目的は、通常成膜時に大電力を投入したときには、
シランＳ ｉ Ｈ４の分解が促進されて成膜速度が太き
（なるため、ドーパントである不純物が効率良く４配位
でシリコンネットワーク中に入り難くなる。そこで、大
電力を投入しても成膜速度が大きくならないように（望
ましくは４人／ｓｅｃ以下）シランＳｉ Ｈ４を水素ま
たは希ガスで希釈するのである。このような条件で製造
した膜のＸ線回折像は、微結晶粒が非晶質の中に混在し
ていることが観測され、そしてこのような微細な結晶粒
の存在が、非晶質としての膜の光学的特性を賦与しなが
ら電気抵抗を著しく低下させているものと推定される。
マ放電電力密度の電力を投入してプラズマ状態とし、そ
の中におかれた基板（ガラス、プラスチックまたは金属
等）上に成膜すれば、ドーパントである不純物原子が効
果的に４配位でシリコンネットワーク内に組み込まれ、
光学的バンドギャップ（光学的禁制帯幅）を狭めること
なく高電気伝導度のシリコン薄膜が形成される。ここで
シランＳ ｉ Ｈ４を水素または希ガスで高割合で希釈
する目的は、通常成膜時に大電力を投入したときには、
シランＳ ｉ Ｈ４の分解が促進されて成膜速度が太き
（なるため、ドーパントである不純物が効率良く４配位
でシリコンネットワーク中に入り難くなる。そこで、大
電力を投入しても成膜速度が大きくならないように（望
ましくは４人／ｓｅｃ以下）シランＳｉ Ｈ４を水素ま
たは希ガスで希釈するのである。このような条件で製造
した膜のＸ線回折像は、微結晶粒が非晶質の中に混在し
ていることが観測され、そしてこのような微細な結晶粒
の存在が、非晶質としての膜の光学的特性を賦与しなが
ら電気抵抗を著しく低下させているものと推定される。
かかる微結晶粒の粒子径は、Ｘ線回折像によれば約１０
０Å〜約５００人の範囲のものである。
０Å〜約５００人の範囲のものである。
以下図面を参照して、本発明によるシリコン薄膜の膜特
性および当該シリコン薄膜の製造方法の実施例について
説明する。
性および当該シリコン薄膜の製造方法の実施例について
説明する。
第１図において、混合容器１を含めた全装置系を油回転
ポンプ２および油拡散ポンプ３を使って約１０−’ｔｏ
ｒｒの真空度まで真空にし、つぎにシランボンベ４およ
び水素ボンベ５、さらにドーパントガスボンベ６または
７よりガスを混合容器１に所要の割合で導入し、混合す
る。混合されたガスを流量計８を通して真空容器９中に
一定流量で導入する。メインバルブ１０で操作して真空
容器９中の真空度を真空計１１で監視しながら所要の圧
力に維持する。高周波発振器１２で電極１３および１３
′間に高周波電圧を印加してグロー放電を発生させる。
ポンプ２および油拡散ポンプ３を使って約１０−’ｔｏ
ｒｒの真空度まで真空にし、つぎにシランボンベ４およ
び水素ボンベ５、さらにドーパントガスボンベ６または
７よりガスを混合容器１に所要の割合で導入し、混合す
る。混合されたガスを流量計８を通して真空容器９中に
一定流量で導入する。メインバルブ１０で操作して真空
容器９中の真空度を真空計１１で監視しながら所要の圧
力に維持する。高周波発振器１２で電極１３および１３
′間に高周波電圧を印加してグロー放電を発生させる。
基板１５はヒーター１４で加熱された基台上に載置され
、ヒーターで所要の温度に加熱されており、この基板１
５上にドープされた水素化シリコン薄膜が成膜される。
、ヒーターで所要の温度に加熱されており、この基板１
５上にドープされた水素化シリコン薄膜が成膜される。
第１表に本発明による製造方法の実施例および生成され
た膜の特性を従来の製造法との対比においてまとめた。
た膜の特性を従来の製造法との対比においてまとめた。
この表で、Ｎｏ、 １〜Ｎｏ、 ３は従来の方法によ
り製造したＰ型シリコン薄膜であり、それについての成
膜条件と膜特性が示されている。Ｎｏ、 ４およびＮｏ
、 ５が本発明により製造したＰ型シリコン薄膜の実施
例である。このＮｏ、 ４およびＮｏ、 ５においては
、Ｓ Ｉ Ｈ４が水素ガスで３０倍に希釈され、０．８
Ｗおよび１．６Ｗの高電力がそれぞれ投入されている。
り製造したＰ型シリコン薄膜であり、それについての成
膜条件と膜特性が示されている。Ｎｏ、 ４およびＮｏ
、 ５が本発明により製造したＰ型シリコン薄膜の実施
例である。このＮｏ、 ４およびＮｏ、 ５においては
、Ｓ Ｉ Ｈ４が水素ガスで３０倍に希釈され、０．８
Ｗおよび１．６Ｗの高電力がそれぞれ投入されている。
Ｎｏ、 ６〜Ｎｏ。
９およびＮｏ、１１は従来の方法により製造したＮ型シ
リコン薄膜であり、 Ｎｏ、 １０およびＮｏ。
リコン薄膜であり、 Ｎｏ、 １０およびＮｏ。
１２が本発明により製造したＮ型シリコン薄膜の実施例
である。このＮｏ、１０およびＮｏ、１２においては、
ＳｉＨ，が水素ガスによって１０倍に希釈され、０．８
Ｗおよび１．６Ｗの電力が投入されている。
である。このＮｏ、１０およびＮｏ、１２においては、
ＳｉＨ，が水素ガスによって１０倍に希釈され、０．８
Ｗおよび１．６Ｗの電力が投入されている。
第２図は、本発明よりなるシリコン薄膜の電気伝導度を
ドーパントガス濃度の関数として示すものである。第２
図中曲線１６および１７は従来の製造方法によるもので
、陰極側プラズマ放電電力密度（投入プラズマ放電電力
／陰極側電極面積）にして約０．１Ｗ／ｃｒｒｒで成膜
したときのＰ型およびＮ型シリコン薄膜の電気伝導度を
示す。点１８．１９は、本発明よりなるＰ型シリコン薄
膜の電気伝導度で、成膜条件は、シランＳ ｉ Ｈ４を
水素で３０倍に希釈し、すなわちＳｉＨ４：Ｈａ＝１：
３０の混合ガスを用い、ドーパントとしてジボランＢ、
Ｈ，をＳ ｉ Ｈ４に対して２％（体積基準）混合した
ものを原料ガスとして、プラズマ放電電力密度をそれぞ
れ０．８Ｗ／ｃｒｒｆおよび１．６Ｗ／ｃｒｒｆとした
ものである。点２０．２１は本発明よりなるＮ型シリコ
ン薄膜の電気伝導度で、成膜条件は、シランを水素で１
０倍に希釈し、すなわちＳｉＨ，：Ｈ，＝１ ： １０
の混合ガスを用い、ドーパントとして点２０は五フッ化
リンＰＦ、を１％（体積基準）混合したもの、点２１は
ホスフィンＰＨ，を４５００ｐｐｍ （体積基準）混合
したものを原料ガスとし、電力密度をそれぞれ０．８Ｗ
／ｃｒｒｒおよび１．６Ｗ／ｃｒｒｒとしたものである
。第２図から、本発明のシリコン薄膜の電気伝導度が従
来の製造法によるものに比べ少なくとも２桁高（なって
いることが分る。
ドーパントガス濃度の関数として示すものである。第２
図中曲線１６および１７は従来の製造方法によるもので
、陰極側プラズマ放電電力密度（投入プラズマ放電電力
／陰極側電極面積）にして約０．１Ｗ／ｃｒｒｒで成膜
したときのＰ型およびＮ型シリコン薄膜の電気伝導度を
示す。点１８．１９は、本発明よりなるＰ型シリコン薄
膜の電気伝導度で、成膜条件は、シランＳ ｉ Ｈ４を
水素で３０倍に希釈し、すなわちＳｉＨ４：Ｈａ＝１：
３０の混合ガスを用い、ドーパントとしてジボランＢ、
Ｈ，をＳ ｉ Ｈ４に対して２％（体積基準）混合した
ものを原料ガスとして、プラズマ放電電力密度をそれぞ
れ０．８Ｗ／ｃｒｒｆおよび１．６Ｗ／ｃｒｒｆとした
ものである。点２０．２１は本発明よりなるＮ型シリコ
ン薄膜の電気伝導度で、成膜条件は、シランを水素で１
０倍に希釈し、すなわちＳｉＨ，：Ｈ，＝１ ： １０
の混合ガスを用い、ドーパントとして点２０は五フッ化
リンＰＦ、を１％（体積基準）混合したもの、点２１は
ホスフィンＰＨ，を４５００ｐｐｍ （体積基準）混合
したものを原料ガスとし、電力密度をそれぞれ０．８Ｗ
／ｃｒｒｒおよび１．６Ｗ／ｃｒｒｒとしたものである
。第２図から、本発明のシリコン薄膜の電気伝導度が従
来の製造法によるものに比べ少なくとも２桁高（なって
いることが分る。
第３図は、本発明のシリコン薄膜の電気伝導度の活性化
エネルギーをドーパントガス濃度の関数として示すもの
である。第３図中曲線２２．２３は従来の製造方法によ
るもので、第２図の曲線１６．１７に対応するものであ
る。点２４．２５．２６および２７は本発明によるもの
で、成膜条件は、それぞれ第２図中の点１８．１９．２
０および２１に対応する。第３図は、本発明のシリコン
薄膜の電気伝導度の活性化エネルギーが十分小さく、金
属とのオーミック性の良いフェルミ準位が縮退したＰ十
型またはＮ＋型膜であることを証明している。
エネルギーをドーパントガス濃度の関数として示すもの
である。第３図中曲線２２．２３は従来の製造方法によ
るもので、第２図の曲線１６．１７に対応するものであ
る。点２４．２５．２６および２７は本発明によるもの
で、成膜条件は、それぞれ第２図中の点１８．１９．２
０および２１に対応する。第３図は、本発明のシリコン
薄膜の電気伝導度の活性化エネルギーが十分小さく、金
属とのオーミック性の良いフェルミ準位が縮退したＰ十
型またはＮ＋型膜であることを証明している。
第４図は、本発明よりなるシリコン薄膜中のホウ素濃度
およびリン濃度をそれぞれＳＩＭＳ法、ＥＤＭＡ法によ
り測定し、ドーパントガス濃度の関数として示すもので
ある。第４図中曲線２８．２９は従来の製造法によるも
ので、第２図中の曲線１６．１７に対応するものである
。点３０．３１．３２および３３は本発明によるもので
、成膜条件はそれぞれ第２図中の点１８．１９．２０お
よび２１に対応する。第４図は、本発明よりなるシリコ
ン薄膜中のホウ素濃度およびリン濃度が従来の製造方法
で成膜したものに比べて少ないことを示しており、本発
明の物質がきわめて優れた特性を有し、本発明による製
造法がきわめてドーピング効率の良い方法であることを
証明している。
およびリン濃度をそれぞれＳＩＭＳ法、ＥＤＭＡ法によ
り測定し、ドーパントガス濃度の関数として示すもので
ある。第４図中曲線２８．２９は従来の製造法によるも
ので、第２図中の曲線１６．１７に対応するものである
。点３０．３１．３２および３３は本発明によるもので
、成膜条件はそれぞれ第２図中の点１８．１９．２０お
よび２１に対応する。第４図は、本発明よりなるシリコ
ン薄膜中のホウ素濃度およびリン濃度が従来の製造方法
で成膜したものに比べて少ないことを示しており、本発
明の物質がきわめて優れた特性を有し、本発明による製
造法がきわめてドーピング効率の良い方法であることを
証明している。
第５図は、本発明よりなるＰ型シリコン薄膜の光学的バ
ンドギャップ（光学的禁制帯幅）をドーパントガス濃度
の関数として示した。ここで光学的バンドギャップ（光
学的禁制帯幅）はＦ丁ｈυα（ｈυ −Ｅ、）より求め
たものである。ここで、αは光吸収係数、ｈυは入射光
子エネルギ（ｅＶ）’、Ｅ０は光学的バンドギャップ（
光学的禁制帯幅）である。第５図中の曲線３４は従来の
製造法によるもので、第２図中の曲線１６に対応したも
のであり、ホウ素濃度の増加とともに光学的バンドギャ
ップが減少してい（。−力点３５．３６は本発明よりな
るシリコン膜についての測定値で、成膜条件はそれぞれ
第２図中の点１８．１９に対応している。第５図は、本
発明によるＰ型シリコン薄膜が、光学的バンドギャップ
（光学的禁制帯幅）が縮まることなく高電気伝導度を有
するということを示している。
ンドギャップ（光学的禁制帯幅）をドーパントガス濃度
の関数として示した。ここで光学的バンドギャップ（光
学的禁制帯幅）はＦ丁ｈυα（ｈυ −Ｅ、）より求め
たものである。ここで、αは光吸収係数、ｈυは入射光
子エネルギ（ｅＶ）’、Ｅ０は光学的バンドギャップ（
光学的禁制帯幅）である。第５図中の曲線３４は従来の
製造法によるもので、第２図中の曲線１６に対応したも
のであり、ホウ素濃度の増加とともに光学的バンドギャ
ップが減少してい（。−力点３５．３６は本発明よりな
るシリコン膜についての測定値で、成膜条件はそれぞれ
第２図中の点１８．１９に対応している。第５図は、本
発明によるＰ型シリコン薄膜が、光学的バンドギャップ
（光学的禁制帯幅）が縮まることなく高電気伝導度を有
するということを示している。
第６図は、本発明によるシリコン薄膜（膜厚的１μｍ）
のＸ線（ＣｕＫα）回折像の一例である。
のＸ線（ＣｕＫα）回折像の一例である。
図中の曲線３７は本発明よりなる試料の代表例であり、
５ｉ（１１１）およびＳｉ （２２０）付近にピークが
観測される。このピークの半値幅より結晶粒径を推算す
ると、約１００人程度と計算される。他方、第６図中の
曲線３８は、従来の方法により製造したシリコン薄膜で
あり、曲線３７のようなピークは観測されない。なお、
図中のハローパターンは基板に用いたガラスからのもの
で、非晶質シリコン薄膜からのハローパターンは、膜が
薄いためはっきりとは観測されていない。
５ｉ（１１１）およびＳｉ （２２０）付近にピークが
観測される。このピークの半値幅より結晶粒径を推算す
ると、約１００人程度と計算される。他方、第６図中の
曲線３８は、従来の方法により製造したシリコン薄膜で
あり、曲線３７のようなピークは観測されない。なお、
図中のハローパターンは基板に用いたガラスからのもの
で、非晶質シリコン薄膜からのハローパターンは、膜が
薄いためはっきりとは観測されていない。
以上説明のように、本発明によればドーピング効率が高
（、高電気伝導度を有するＰ型シリコン薄膜またはＮ型
シリコン薄膜を提供でき、その応用範囲はきわめて広く
、特にＰ型シリコン薄膜は、光学的バンドギャップ（光
学的禁制帯幅）をン・ 縮めることな（高導電性を有するものが得られるので、
太陽電池等に用いるときわめて有用である。それゆえ、
本発明は電子産業に利用してその効果はすこぶる大きい
。
（、高電気伝導度を有するＰ型シリコン薄膜またはＮ型
シリコン薄膜を提供でき、その応用範囲はきわめて広く
、特にＰ型シリコン薄膜は、光学的バンドギャップ（光
学的禁制帯幅）をン・ 縮めることな（高導電性を有するものが得られるので、
太陽電池等に用いるときわめて有用である。それゆえ、
本発明は電子産業に利用してその効果はすこぶる大きい
。
第１図は本発明のシリコン薄膜を製造する装置を示す概
略線図、第２〜５図は本発明の、シリコン薄膜の諸特性
を示すグラフ、第６図は本発明のシリコン薄膜のＸ線回
折像を表わす線図である。 ２：油回転ポンプ ３：油拡散ポンプ ４ニジランボンベ ５：水素ボンベ ６．７：ドーパントガスボンベ ８：流量計 ９：真空容器 Ｏ：メインバルブ ｌ：真空計 ２：高周波発振器 ３．１３′：電極 ４：ヒータ ５：基 板 １：混合容器 第１図 第３図 Ｂ２Ｈ，／Ｓｉ Ｈ４ ＰＦ、を又はＰＨ３／Ｓ！ Ｈ＆ 第５図 ＢｚＨｓ／ＳｉＨ４
略線図、第２〜５図は本発明の、シリコン薄膜の諸特性
を示すグラフ、第６図は本発明のシリコン薄膜のＸ線回
折像を表わす線図である。 ２：油回転ポンプ ３：油拡散ポンプ ４ニジランボンベ ５：水素ボンベ ６．７：ドーパントガスボンベ ８：流量計 ９：真空容器 Ｏ：メインバルブ ｌ：真空計 ２：高周波発振器 ３．１３′：電極 ４：ヒータ ５：基 板 １：混合容器 第１図 第３図 Ｂ２Ｈ，／Ｓｉ Ｈ４ ＰＦ、を又はＰＨ３／Ｓ！ Ｈ＆ 第５図 ＢｚＨｓ／ＳｉＨ４
Claims (1)
- （１）フッ素、塩素、臭素、沃素および水素の群から選
択された少なくとも一種の元素ならびにリン、ヒ素等の
元素周期律表第Ｖ族の元素の群から選択された少なくと
も一種の元素を含有し、大部分がシリコン原子からなる
シリコン薄膜であって、非晶質層中に微結晶粒が混在し
、該シリコン薄膜の電気伝導度が１０＾−＾１Ω＾−＾
１ｃｍ＾−＾１以上であり、電気伝導度の活性化エネル
ギーが０． ０３１ｅＶ以下であり、光学的バンドギャップ（光学的
禁制帯幅）が１．７ｅＶ以上であり、Ｘ線回折により、
非晶質層中の微結晶部分が約１００Å〜５００Åの範囲
の平均粒径を示すＮ型シリコン薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1220198A JPH02275620A (ja) | 1980-10-15 | 1989-08-29 | Ｎ型シリコン薄膜 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55143010A JPS5767020A (en) | 1980-10-15 | 1980-10-15 | Thin silicon film and its manufacture |
| JP1220198A JPH02275620A (ja) | 1980-10-15 | 1989-08-29 | Ｎ型シリコン薄膜 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55143010A Division JPS5767020A (en) | 1980-10-15 | 1980-10-15 | Thin silicon film and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02275620A true JPH02275620A (ja) | 1990-11-09 |
Family
ID=26474841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1220198A Pending JPH02275620A (ja) | 1980-10-15 | 1989-08-29 | Ｎ型シリコン薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02275620A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5726461A (en) * | 1995-01-31 | 1998-03-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate and switching element |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP1220198A patent/JPH02275620A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JAPAN.J.APPL.PHYS=1980 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5726461A (en) * | 1995-01-31 | 1998-03-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate and switching element |
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