JPH02377A - 光電変換装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ｒ産業上の利用分野１ 本発明は基板上に設けられた半導体の一主表面にのみ士
電極となるＰ型の領域と一電極となるＮ型の領域とを選
択的に設け、作製の容易かつ構造の簡単な光電変換装置
に関する。

「従来の技術ｊ 従来、光電変換装置に関してはＰＮまたはＰＩＮ接合を
単結晶の珪素基板に形成した太陽電池、またはフォトセ
ルが知られている。しかしこのＰＮまたはＰＩＮ接合は
単結晶の珪素基板の表面と裏面にその十電極または一電
橿を有し、その接合面は基板の主面に実質的に平行に設
け、この接合面に光が多量に照射されるように工夫がな
されていたにすぎなかった。

Ｖ発明が解決しようとする問題点１ これら従来の光電変換装置は半導体基板の主面に平行に
接合面を設けていた為、電界のかかる方向と光照射面が
垂直となってしまい光照射強度が電界のかかる方向で一
様ではなく、効率よく電子・ホールを発生させることが
できなかった。

また、単結晶基板は極めてへきかいしやすく高価であり
、加工がしにくく、光電変換装置を集積化して複数個を
直列または並列に配列させることができない等多くの欠
点を有していた。

本発明は非単結晶半導体中で電子・ホールを効率よく発
生させることのできる、また更に半導体に非単結晶を用
いた光電変換装置を目的としたものである。

ｒ問題点を解決する為の手段」 本発明は基板上の第１の半導体と該半導体上に第２の半
導体を有し、前記第１の半導体または前記第２の半導体
若しくは前記第１の半導体及び前記第２の半導体中にＰ
型の領域とＮ型の領域を有し、前記Ｐ型の領域上及び前
記Ｎ型の領域上に電極が設けられたことを特徴とする光
電変換装置により上記の目的を達成したものである。

１作用ｊ 上記のような光電変換装置の構造、即ち同一光照射面よ
り、Ｐ型の領域、Ｎ型の領域をその半導体の深さ方向に
形成したことにより、Ｐ型の領域とＮ型の領域間での電
界方向での光強度が一定となる。特に、第２の半導体を
第１の半導体に比べて広いエネルギーバンド巾を有せし
める場合は電極近傍が実質的にＷ−Ｎ構造（ＷＩＤＥ−
Ｔ。

ＮＡＲＲＯＷ）を有せしめ光励起により発生した電子・
ホール対のうち十電極に電子が一電極にホールが拡散し
てしまうことなく、十電極にはホルのみ一電極には電子
のみを拡散、集合せしめんとしたもので光電変換効率の
向上を計ろうとしたものである。　以下に実施例に従い
本発明を説明する。

ｒ実施例ＩＪ 第１図は本発明の製作工程を示す縦断面図である。

第１図（Ａ）において、基板（１）は導電性または絶縁
性基板である。この基板は安価であり以降の被膜形成工
程に対し機械的強度並びに対熱性を有していることがそ
の要件である。この為本実施例においては、瀬戸物、セ
ラミック、または、ガラス基板を主として用いた。この
基板（１）の上面に室温〜５００°Ｃの温度にてプラズ
マＣＶＤ法により、ＳｉＨ４：　２０ＳＣＣＭ、圧カニ
　０．０１〜０．３↑ＯＲＲで約６０分間Ｄｅｐｏを行
い膜厚１μｍ、エネルギーバンド巾約１．６　ｅＶの第
１の半導体（２）を形成した。

この際原料ガスに必要に応じて　Ｃ，Ｏ，Ｎを含むガス
を添加してエネルギーバンド巾を変化させてもよい。さ
らにこの第１の半導体上（２）に第２の半導体（３）を
形成した。ただし、第１の半導体よりエネルギーバンド
巾を０．５〜２ｅＶ程広くする為、第１の半導体と同じ
作製条件で反応ガスにさらにＮ、−０，Ｃを５〜５０ａ
ｔｍ％添加したエネルギーバンド巾２．３　ｅｖ、膜厚
２５００人の第２の半導体を形成した。

これら第１の半導体および第２の半導体は、Ｐ型、Ｎ型
のドーパントを添加しない限り実質的に真性の半導体で
あった。

次に、この半導体を光電変換装置に必要な部分のみを残
すようにエツチングを行った後、半導体層の上表面およ
び側周辺に第２の半導体に対しマスク作用を有する絶縁
膜例えば酸化珪素または窒化珪素を５００〜２０００人
の厚さにプラズマＣＶＤ法により形成した。本実施例で
は５ｉｌ１４．Ｎ１１３を用いて窒化珪素を形成した。

さらに十電極および一電極になる部分に対し開口（７）
、　　（８）をフォトエツチング法により絶縁膜（４）
を選択的に除去して形成した。この開口の巾は２〜２０
μｍ特に５〜７μｍと巾を狭くした櫛型とし、開口（７
）、　　（８）間の距離（１１）は第１の半導体の膜厚
とほぼ同一としたが、この距離は半導体中の再励起によ
って発生した電子・ホールの拡散距離より短くその１／
４〜１／２とするのがこのましかった。また開口は、た
んざく型等の形状にしてもよい。次に開口部（７）、（
８）よりそれぞれボロン（Ｂ）、フォスフイン（Ｐ）を
拡散法、イオン注入法等により、ドーパントを１０１８
ｃｍ−”〜３　ｍｏ１％の濃度にドープし、第１図（Ｃ
）のように、Ｐ型の領域（９）、Ｎ型の領域（１０）を
第２の半導体層中に形成した。また第１および第２の半
導体は両方とも非単結晶半導体なので不純物は第１の半
導体内まで拡散してゆき、各々Ｐ型の領域（１９）　、
　Ｎ型の領域（２０）となり、その深さは第１の半導体
と第２の半導体との界面より０〜２０００人以内にとど
めた。

これ以上深くした場合、キャリアの拡散距離より長くな
ってしまうためキャリアが途中で消滅してしまうからで
ある。

次ぎに第１図（Ｄ）のようにＰ型の領域（９）Ｎ型の領
域（１０）の各々の上面にアルミニウムを１μｍ蒸着し
オーミックコンタクト電極（１４）。

（１５）およびそれより延在して基板上に外部接続端子
（１６）、　　（１７）を形成した。

光は上方の（２５）の如くに入射し実質的に真性の第２
の半導体（１２）は光に対し窓効果を有しているためそ
の厚さを入射光の入／４に選定していわゆる反射防止膜
としての効果も助長させた。

第１図ＣＤ）のＡ−Ａ’　の破線に従ってそのエネルギ
、ハンドダイヤグラムを考察するとその一例として第２
図（Ａ）を得た。十電極（１４）第２のＰ型の領域（９
）、第１のＰ型の領域（１９）実質的に真性の第１半導
体（２）第１のＮ型の領域（２０）第２のＮ型の領域（
１０）　、−電極（１５）にそれぞれ対応して（１４）
　、（９）　、（１９）、（２）、（２０）、（１０）
、（１５）が記されている。

この第２図（Ａ）より明らかな如く、ホールは（１４）
へ、また電子は（１５）へと拡散して行き、もしホール
の一部が（１０）へと拡散した場合、第２の半導体の広
いエネルギーバンドにより撥ね返されてしまい一電権近
傍での再結合を禁止している。同様に電子の十電極近傍
でのホールとの再結合が第２の半導体（９）により禁止
している。

このことより本発明は光の入射に対しＷ−Ｎ構造を有す
るばかりではなく、電子・ホールのそれぞれに対し広い
エネルギーバンド巾が好ましく寄与しておりひとつの半
導体層（第２の半導体）により実質的にＷ−Ｎ−Ｗのサ
ンドインチ構造を作ることができた。

その結果筒２の半導体を第１の半導体と同一のエネルギ
ーバンド巾としたものと比ベア０〜２００％の光電変換
効率の向上が見られ、本実施例では０．０１ｅＩ１１で
４．２０％の効率が得られ、小面積であれば１２〜１６
％の効率を得られる可能型が見いだされた。

第２図（Ｂ）はＰ型の領域（１９）　Ｎ型の領域（２０
）が第１の半導体層中に形成された場合の図で（Ａ）よ
りさらに積極的に電子またはホールの再結合を禁止して
いる。

第２図（Ｃ）は第１図（Ｄ）においてＢ−Ｂ″の破線に
従って示したエネルギーバンド図である。

ｒ実施例２Ｊ 第３図（Ａ）のように本実施例は実施例１とほぼ似た構
造である。

但し第１の半導体と第２の半導体の間に、絶縁層（５０
）が設けである。この絶縁層（５０）はトンネル電流を
許容しうる範囲２〜５０人特に２〜３０人の厚さにした
。５ｉｌ１４とＮＨ３を原料ガスとしてその流量比１　
：　３０．ＩＴｏｒｒ、３０−で約２０分間窒化珪素を
堆積させた。その他は実施例１と全く同様である。

これにより十電極、−電極において、ＭＩＳ構造（Ｐの
半導体−絶縁膜一第１の半導体またはＮの半導体−絶縁
膜一第１の半導体）となっている。

第１の半導体と第２の半導体の間に絶縁膜を挿入した為
、Ｐ型の領域とＮ型の領域を形成する際に不純物は第１
の半導体層迄侵入せずＰ、Ｎの領域の底面を実質的に第
１の半導体と第２の半導体の間に隣接して作製すること
ができた。このことによりキャリアの拡散距離を短くす
ることができた。

第３図（Ｂ）〜第３図（Ｄ）に本発明の他の実施形態の
断面図をしめす。

本発明において半導体材料としては、珪素を含む半導体
のみではなくｍ−ｖ族、ｎ−ＩＶ族の化合物半導体でも
よく、その構造も非単結晶ならば、いわゆるアモルファ
ス、セミアモルファス、多結晶でもよい、またその作製
方法も公知の化学気相反応法でよい。

Ｖ発明の効果」 本発明の光電変換装置は代表的には第１図（Ｄ）のよう
な構造を持つ光電変換装置であります。

光照射面に対しＰ型の領域とＮ型の領域間に発生する電
界方向が平行でありさらに第１の半導体に比べ第２の半
導体のエネルギーバンド巾を０．　５〜２ｅＶ広く形成
させたことにより、電極近傍が実質的にＷＩ　ＤＥ−Ｔ
ｏ−ＮＡＲＲＯＷ構造となっており十電極への電子、−
電極へのホールの移動を少なくしており高効率の光電変
換装置とすることができた。

さらに、第２の半導体は窓効果と化学的安定性を有する
為、入射光は効率よく半導体層に導かれてゆき、かつ２
つの電極間のリークをおさえることができた。

また半導体を非単結晶としたことにより、半導体を加工
しやすくなった。

その他の特徴としては、外部取り出し電極を基板上に形
成させたため一基板上の光電変換装置を複数個集積化し
て直、並列接続をすくことができ同一基板上に逆流防止
ダイオードをも同一半導体により作製することができる
。

電極が一表面にのみ形成されている為、半導体作製の際
、その熱的ストレスを考慮する必要はない。

構造が極めて簡単であり、また半導体の上、側周辺を窒
化珪素膜により被覆しであるため外部汚染に対する信頼
性にすぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による構造を有する光電変換装置の作製
工程を示す縦断面図である。第２図は第１図（Ｄ）のエ
ネルギーバンド図である。 第３図（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）、　　（Ｄ）は
本発明の他の実施形態の縦断面図である。 ■・・・・・・・・・基板 ２・・・・・・・・・第１の非単結晶半導体３・・・・
・・・・・第２の非単結晶半導体４・・・・・・・・・
絶縁膜 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 第 図 手 続 主甫 正 書 （方式） １、事件の表示 光電変換装置 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上の第１の半導体と該半導体上に第２の半導体
   を有し、前記第１の半導体または前記第２の半導体若し
   くは前記第１の半導体及び前記第２の半導体中にＰ型の
   領域とＮ型の領域を有し、前記Ｐ型の領域上及び前記Ｎ
   型の領域上に電極が設けられたことを特徴とする光電変
   換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、第２の半導体のエ
   ネルギーバンド幅が第１の半導体のエネルギーバンド幅
   より大きいことを特徴とする光電変換装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、Ｐ型の領域Ｎ型の
   領域との間には、絶縁物または半絶縁物の領域が設けら
   れたことを特徴とする光電変換装置。