JPH03256368A - 光電気変換半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
光電気変換半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH03256368A JPH03256368A JP2054270A JP5427090A JPH03256368A JP H03256368 A JPH03256368 A JP H03256368A JP 2054270 A JP2054270 A JP 2054270A JP 5427090 A JP5427090 A JP 5427090A JP H03256368 A JPH03256368 A JP H03256368A
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- 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
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- 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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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、太陽電池、光電池、光検出器、フォトダイ
オードあるいはフォトトランジスタなどの光電気変換半
導体装置とその製造方法に関する。
オードあるいはフォトトランジスタなどの光電気変換半
導体装置とその製造方法に関する。
この発明は、光電気変換半導体装置とその製造方法にお
いて、半導体表面の不純物層を不純物の吸着現象を利用
して形成するとともに、その不純物層を浅く形成するこ
とにより光電気変換率を向上するようにしたものである
。
いて、半導体表面の不純物層を不純物の吸着現象を利用
して形成するとともに、その不純物層を浅く形成するこ
とにより光電気変換率を向上するようにしたものである
。
従来、第２図に示すように、Ｎ形シリコン基板１の表面
に０． ５〜３μｍの深さで熱拡散によりＰ形不純物領
域１２を形成し、その上に、酸化膜３を形成した太陽電
池が知られている。
に０． ５〜３μｍの深さで熱拡散によりＰ形不純物領
域１２を形成し、その上に、酸化膜３を形成した太陽電
池が知られている。
しかし、従来の太陽電池は、太陽光によって発生したキ
ャリア（電子、正孔）がＰ形不純物領域１２内で再び消
滅してしまうために光電気変換効率が高くできない欠点
があった。
ャリア（電子、正孔）がＰ形不純物領域１２内で再び消
滅してしまうために光電気変換効率が高くできない欠点
があった。
そこで、この発明は、従来のこのような欠点を解決する
ため、Ｐ形不純物領域１２内でキャリア消滅を少なくし
、短波長領域での光電気変換効率を高くすることを目的
としている。また、凹凸状の表面にＰ形不純物領域を形
成することを目的としている。
ため、Ｐ形不純物領域１２内でキャリア消滅を少なくし
、短波長領域での光電気変換効率を高くすることを目的
としている。また、凹凸状の表面にＰ形不純物領域を形
成することを目的としている。
上記問題点を解決するために、この発明は、Ｐ形不純物
領域を不純物元素のシリコン表面への吸着現象を用いて
形成することにより、非常に低抵抗でかつ浅い領域にし
て、キャリア消滅を少なくして短波長に対する光電気変
換効率を高くした。
領域を不純物元素のシリコン表面への吸着現象を用いて
形成することにより、非常に低抵抗でかつ浅い領域にし
て、キャリア消滅を少なくして短波長に対する光電気変
換効率を高くした。
以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の光電気変換半導体装置の断面図であ
る。Ｎ形シリコン基板１の表面にＰ形不純物層２、さら
に、酸化膜３が設けられた構造である。光電気変換半導
体装置に光が入射すると、その表面でキャリア（電子及
び正孔）が発生し、Ｐ形不純物層２とＮ形シリコン基板
１との間の電位により発生したキャリアが動き、その結
果として、電流が流れ、光電気変換がおこる。太陽電池
の場合は、太陽エネルギーが電気エネルギーに変換され
る。フォトダイオードの場合は、光の量と電気量との関
数を利用して、電気量を測ることにより光の量を測定す
る装置として適用したものである。
る。Ｎ形シリコン基板１の表面にＰ形不純物層２、さら
に、酸化膜３が設けられた構造である。光電気変換半導
体装置に光が入射すると、その表面でキャリア（電子及
び正孔）が発生し、Ｐ形不純物層２とＮ形シリコン基板
１との間の電位により発生したキャリアが動き、その結
果として、電流が流れ、光電気変換がおこる。太陽電池
の場合は、太陽エネルギーが電気エネルギーに変換され
る。フォトダイオードの場合は、光の量と電気量との関
数を利用して、電気量を測ることにより光の量を測定す
る装置として適用したものである。
第３図は、光電気変換半導体装置の量子効率の入射光の
波長依存性を示した図である。Ｐ形不純物層を０． １
μｍ以下に浅く形成した本発明の光電気変換半導体装置
においては、３００ｎｍの入射光に対しても高い量子効
率が得られる。一方、０６５〜３μｍにＰ形不純物層を
形成した従来の光電気変換半導体装置においては、短波
長に対する量子効率は低い。Ｐ形不純物層で発生したキ
ャリアが再び吸収されてしまうためである。
波長依存性を示した図である。Ｐ形不純物層を０． １
μｍ以下に浅く形成した本発明の光電気変換半導体装置
においては、３００ｎｍの入射光に対しても高い量子効
率が得られる。一方、０６５〜３μｍにＰ形不純物層を
形成した従来の光電気変換半導体装置においては、短波
長に対する量子効率は低い。Ｐ形不純物層で発生したキ
ャリアが再び吸収されてしまうためである。
第４図は、本発明の光電気変換半導体装置の第２の実施
例である。Ｎ形シリコン基板１１の表面に深さの異なる
２種類のＰ形不純物層２１Ａ及び２１Ｂを形成しである
。Ｐ形不純物層２１Ａは、非常に浅い不純物層であるの
で、短波長の光に対して光電気変換効率が大きい。Ｐ形
不純物層２１Ｂは、深い接合であるために、短波長の光
に対して光電気変換効率が低い。従って、異なる２種類
以上の深さの光電気変換効率を評価することにより、入
射光の波長を知ることができる。特に、浅い接合２１Ａ
を０．１μｍ以下に、深い接合２１Ｂを０．５μｍ以上
にすることにより波長依存性を大きくし、入射光の波長
を精度高く検出できる。
例である。Ｎ形シリコン基板１１の表面に深さの異なる
２種類のＰ形不純物層２１Ａ及び２１Ｂを形成しである
。Ｐ形不純物層２１Ａは、非常に浅い不純物層であるの
で、短波長の光に対して光電気変換効率が大きい。Ｐ形
不純物層２１Ｂは、深い接合であるために、短波長の光
に対して光電気変換効率が低い。従って、異なる２種類
以上の深さの光電気変換効率を評価することにより、入
射光の波長を知ることができる。特に、浅い接合２１Ａ
を０．１μｍ以下に、深い接合２１Ｂを０．５μｍ以上
にすることにより波長依存性を大きくし、入射光の波長
を精度高く検出できる。
第１図及び第４図に示したような、０．１μｍ以下の不
純物層を形成することは、従来困難であった。以下に、
その形成方法について説明する。
純物層を形成することは、従来困難であった。以下に、
その形成方法について説明する。
第５図（ａ）〜（Ｃ）は、この発明の基本となる不純物
ドーピングの方法を示す工程順断面図である。以下に、
第５図（ａ）〜（Ｃ）を用いて、シリコン半導体１に対
してＰ型の不純物であるボロンをドープする場合の実施
例について説明する。
ドーピングの方法を示す工程順断面図である。以下に、
第５図（ａ）〜（Ｃ）を用いて、シリコン半導体１に対
してＰ型の不純物であるボロンをドープする場合の実施
例について説明する。
第５図（ａ）はシリコン基板１の表面を清浄化する工程
である。シリコン基板１はバックグランド圧力が１ｘｌ
Ｏ−’Ｐａ以下の真空チャンバーの中央部にセットされ
、基板温度が例えば８５０℃において水素ガスを、例え
ばチャンバー内部の圧力が１．３Ｘ１０−２Ｐａになる
ような条件で一定時間導入する。これによってシリコン
基板１の表面に形成されていた自然酸化膜が除去され、
化学的に活性なシリコン表面が露出する。第５図（ｂ）
はシリコン基板１の表面にボロンあるいはボロンを含む
化合物の吸着層１３ａを形成する工程である。第５図（
ａ）における工程で表面の清浄化が完了後、水素ガスの
導入を停止し、基板温度を例えば８２５℃に設定し、そ
の設定温度に到達安定後、第５図（ｂ）においてシリコ
ン基板１の表面にボロンを含む化合物ガスであるジボラ
ン（８２Ｈ６）１２を、例えばチャンバーの圧力が１．
３ｘｌＯ−２Ｐａとなるような条件で一定時間導入する
ことによって、ボロンあるいはボロンを含む化合物の吸
着１６１３ａを形成する。
である。シリコン基板１はバックグランド圧力が１ｘｌ
Ｏ−’Ｐａ以下の真空チャンバーの中央部にセットされ
、基板温度が例えば８５０℃において水素ガスを、例え
ばチャンバー内部の圧力が１．３Ｘ１０−２Ｐａになる
ような条件で一定時間導入する。これによってシリコン
基板１の表面に形成されていた自然酸化膜が除去され、
化学的に活性なシリコン表面が露出する。第５図（ｂ）
はシリコン基板１の表面にボロンあるいはボロンを含む
化合物の吸着層１３ａを形成する工程である。第５図（
ａ）における工程で表面の清浄化が完了後、水素ガスの
導入を停止し、基板温度を例えば８２５℃に設定し、そ
の設定温度に到達安定後、第５図（ｂ）においてシリコ
ン基板１の表面にボロンを含む化合物ガスであるジボラ
ン（８２Ｈ６）１２を、例えばチャンバーの圧力が１．
３ｘｌＯ−２Ｐａとなるような条件で一定時間導入する
ことによって、ボロンあるいはボロンを含む化合物の吸
着１６１３ａを形成する。
但し、第５図（ｂ）の工程において厳密には、ボロンの
吸着層あるいはボロンを含む化合物の吸着層の形成と同
時に、ジボラン導入時の基板温度とジボラン導入圧力と
で決まる一定の割合で、ボロンのバルク中への拡散も進
行している。この実施例及び他のすべての実施例におい
て、上述の現象を含んだ意味で第５図（ｂ）に相当する
工程を単に不純物吸着層１３ａを形成する工程と呼んで
いることに留意されたい。
吸着層あるいはボロンを含む化合物の吸着層の形成と同
時に、ジボラン導入時の基板温度とジボラン導入圧力と
で決まる一定の割合で、ボロンのバルク中への拡散も進
行している。この実施例及び他のすべての実施例におい
て、上述の現象を含んだ意味で第５図（ｂ）に相当する
工程を単に不純物吸着層１３ａを形成する工程と呼んで
いることに留意されたい。
第５図（Ｃ）はアニール及び拡散の工程であり、第５図
（ｂ）における工程で吸着層１３ａを形成後ジボラン１
２の導入を停止し、真空中でアニルを行うことにより第
５図（ｃ）に示すように吸着層１３ａを拡散源とした不
純物拡散層１４ａの形成と同時に不純物原子の活性化が
行われる。この発明では、第５図（ｂ）におけるボロン
の吸着量及び第５図（ｃ）におけるアニール条件、即ち
温度と時間を制御することによって、所望の不純物濃度
と接合深さを有する不純物拡散層１４ａを形成すること
ができる。なお、この実施例においては吸着層１３ａの
形成に引き続いて行われるアニールが第１図に示す真空
チャンバーにて実施されているが、第５図（ｂ）の工程
完了後に第１図に示す装置から基板１を取り出してから
ランプアニール等を行ってもよい。
（ｂ）における工程で吸着層１３ａを形成後ジボラン１
２の導入を停止し、真空中でアニルを行うことにより第
５図（ｃ）に示すように吸着層１３ａを拡散源とした不
純物拡散層１４ａの形成と同時に不純物原子の活性化が
行われる。この発明では、第５図（ｂ）におけるボロン
の吸着量及び第５図（ｃ）におけるアニール条件、即ち
温度と時間を制御することによって、所望の不純物濃度
と接合深さを有する不純物拡散層１４ａを形成すること
ができる。なお、この実施例においては吸着層１３ａの
形成に引き続いて行われるアニールが第１図に示す真空
チャンバーにて実施されているが、第５図（ｂ）の工程
完了後に第１図に示す装置から基板１を取り出してから
ランプアニール等を行ってもよい。
以上説明したような不純物ドーピング工程により、非常
に浅いＰ形不純物層２を形成できる。
に浅いＰ形不純物層２を形成できる。
第６図は、本発明の光電気変換半導体装置の第３の実施
例の断面図である。Ｎ形シリコン基板２１の凹凸状の表
面にＰ形不純物層２２、さらに、酸化膜２３が設けられ
た構造である。光電気変換半導体装置に光が入射すると
、その表面でキャリア（電子及び正孔）が発生し、Ｐ形
不純物層２２とＮ形シリコン基板２１との間の電位によ
り発生したキャリアが動き、その結果として、電流が流
れ、光電気変換ができる。太陽電池の場合は、太陽エネ
ルギーが電気エネルギーに変換される。フォトダイオー
ドあるいはフォトトランジスタなどの光センサーは、光
の量を電気量を介してモニタする装置である。
例の断面図である。Ｎ形シリコン基板２１の凹凸状の表
面にＰ形不純物層２２、さらに、酸化膜２３が設けられ
た構造である。光電気変換半導体装置に光が入射すると
、その表面でキャリア（電子及び正孔）が発生し、Ｐ形
不純物層２２とＮ形シリコン基板２１との間の電位によ
り発生したキャリアが動き、その結果として、電流が流
れ、光電気変換ができる。太陽電池の場合は、太陽エネ
ルギーが電気エネルギーに変換される。フォトダイオー
ドあるいはフォトトランジスタなどの光センサーは、光
の量を電気量を介してモニタする装置である。
第６図に示した本発明の光電気変換半導体装置の場合、
Ｐ形不純物層２２を０．１μｍ以下に形成することによ
り、光電気変換効率を短波長の光に対しても大きくでき
る。Ｐ形不純物層２２を浅くすることにより、光によっ
て発生したキャリアがその内で消滅せずに接合部まで移
動し、電流として寄与できるためである。
Ｐ形不純物層２２を０．１μｍ以下に形成することによ
り、光電気変換効率を短波長の光に対しても大きくでき
る。Ｐ形不純物層２２を浅くすることにより、光によっ
て発生したキャリアがその内で消滅せずに接合部まで移
動し、電流として寄与できるためである。
第６図に示したような０．１μｍ以下の浅いＰ形不純物
層２２を凹凸状のシリコン基板２１の表面に形成するこ
とは従来困難であった。
層２２を凹凸状のシリコン基板２１の表面に形成するこ
とは従来困難であった。
以上説明したような不純物元素の吸着を利用しドーピン
グすることにより、凹凸状のシリコン基板表面に浅い不
純物層２を形成できる。従来のドーピング方法であるイ
オン注入の場合は、イオンの指向性により凹凸状の表面
に不純物層を均一に設けることが困難であり、さらに、
熱拡散においても、約１０００℃程度の高温処理である
ために、浅い不純物層の形成が困難であった。
グすることにより、凹凸状のシリコン基板表面に浅い不
純物層２を形成できる。従来のドーピング方法であるイ
オン注入の場合は、イオンの指向性により凹凸状の表面
に不純物層を均一に設けることが困難であり、さらに、
熱拡散においても、約１０００℃程度の高温処理である
ために、浅い不純物層の形成が困難であった。
第７図は、本発明の光電気変換半導体装置の第３の実施
例の断面図である。Ｎ形シリコン基板３１の表面を異方
性エツチングにより凹凸にバターニングする。次に、吸
着原理を利用した不純物ドーピング方法を用いて、非常
に浅いＰ形不純物層３２を形成し、さらに、その上に酸
化膜３３を形成する。第７図の装置において、凹凸の間
隔ｄを半導体集積技術であるフォトプロセスにより１μ
ｍ以下にできる。１μｍ以下にすると間隔ｄに関係した
ある波長領域のみ選択的に光電気変換できる。
例の断面図である。Ｎ形シリコン基板３１の表面を異方
性エツチングにより凹凸にバターニングする。次に、吸
着原理を利用した不純物ドーピング方法を用いて、非常
に浅いＰ形不純物層３２を形成し、さらに、その上に酸
化膜３３を形成する。第７図の装置において、凹凸の間
隔ｄを半導体集積技術であるフォトプロセスにより１μ
ｍ以下にできる。１μｍ以下にすると間隔ｄに関係した
ある波長領域のみ選択的に光電気変換できる。
この発明は、以上説明したように、不純物の吸着現象を
利用した不純物ドーピングにより非常に浅い不純物層を
凹凸状の表面に形成することにより、量子効率の高い光
電気変換半導体装置を容易にする効果がある。光電気変
換半導体装置としては、太陽電池、光センサ−、イメー
ジセンサ−フォトダイオード、フォトトランジスタに適
用できる。また、半導体基板としては、Ｐ形でもよいし
、シリコンのみならずカリウムヒ素のような化合物半導
体にも適用できる。
利用した不純物ドーピングにより非常に浅い不純物層を
凹凸状の表面に形成することにより、量子効率の高い光
電気変換半導体装置を容易にする効果がある。光電気変
換半導体装置としては、太陽電池、光センサ−、イメー
ジセンサ−フォトダイオード、フォトトランジスタに適
用できる。また、半導体基板としては、Ｐ形でもよいし
、シリコンのみならずカリウムヒ素のような化合物半導
体にも適用できる。
第１図は、この発明にかかわる光電気変換半導体装置の
断面図であり、第２図は従来の光電気変換半導体装置の
断面図である。第３図は、光電気変換半導体装置の量子
効率の入射光波長依存性を示した図であり、第４図は、
本発明にかかわる光電気変換半導体装置の第２の実施例
の断面図である。第５図は、本発明の光電気変換半導体
装置の製造方法にかかわる不純物ドーピング方法を示す
工程順断面図であり、第６図及び第７図は、本発明の光
電気変換半導体装置の第３及び第４の実施例の断面図で
ある。 １・・・Ｎ形シリコン基板 ２・・・浅いＰ形不純物層 ３・・・酸化膜 以 上
断面図であり、第２図は従来の光電気変換半導体装置の
断面図である。第３図は、光電気変換半導体装置の量子
効率の入射光波長依存性を示した図であり、第４図は、
本発明にかかわる光電気変換半導体装置の第２の実施例
の断面図である。第５図は、本発明の光電気変換半導体
装置の製造方法にかかわる不純物ドーピング方法を示す
工程順断面図であり、第６図及び第７図は、本発明の光
電気変換半導体装置の第３及び第４の実施例の断面図で
ある。 １・・・Ｎ形シリコン基板 ２・・・浅いＰ形不純物層 ３・・・酸化膜 以 上
Claims (2)
- （１）第１導電型半導体領域表面に０．１μｍ以下の第
２導電型の不純物層を設けたことを特徴とする光電気変
換半導体装置。 - （２）第１導電型半導体領域表面に第２導電型の不純物
層を設ける光電気変換半導体装置の製造方法において、
前記第２導電型の不純物層の形成を前記第１導電型半導
体領域表面の自然酸化膜を除去し化学的に活性な表面を
露出させる工程と、前記活性な表面にガス状不純物元素
あるいは不純物元素を含む化合物を供給し、前記不純物
元素の吸着層あるいは前記不純物元素を含む化合物の吸
着層を形成する工程と、前記吸着層を不純物拡散源とし
た固相拡散及び不純物の活性化を行う工程とから成る方
法で行うことを特徴とする光電気変換半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2054270A JPH03256368A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 光電気変換半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2054270A JPH03256368A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 光電気変換半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03256368A true JPH03256368A (ja) | 1991-11-15 |
Family
ID=12965886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2054270A Pending JPH03256368A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 光電気変換半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03256368A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57130483A (en) * | 1981-02-05 | 1982-08-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Mis type photoelectric transducer |
| JPS5911687A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-21 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池 |
| JPS6358823A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-14 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS63166220A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-09 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-03-06 JP JP2054270A patent/JPH03256368A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS6358823A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-14 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS63166220A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-09 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
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