JPH0424878B2 - - Google Patents

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JPH0424878B2
JPH0424878B2 JP58151405A JP15140583A JPH0424878B2 JP H0424878 B2 JPH0424878 B2 JP H0424878B2 JP 58151405 A JP58151405 A JP 58151405A JP 15140583 A JP15140583 A JP 15140583A JP H0424878 B2 JPH0424878 B2 JP H0424878B2
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type semiconductor
semiconductor layer
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Shunpei Yamazaki
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6729Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/673Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the gate electrodes
    • H10D30/6732Bottom-gate only TFTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6704Thin-film transistors [TFT] having supplementary regions or layers in the thin films or in the insulated bulk substrates for controlling properties of the device
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    • HELECTRICITY
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    • H10D30/674Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/6741Group IV materials, e.g. germanium or silicon carbide
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    • H10D30/6745Polycrystalline or microcrystalline silicon

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はPI、NIまたはPIN接合を少なくと
も1つ有する光電変換装置(以下PVCという)
における透光性導電膜とPまたはN型の非単結晶
半導体との界面即ち電極近傍の構造に関するもの
である。
従来、これら光電変換半導体装置においてはP
またはN型のアモルフアス珪素上にアルミニユー
ムを真空蒸着方法で形成することが知られてい
た。しかしかかるアモルフアス珪素とアルミニユ
ームとの電極を100〜150℃で加熱処理を50時間位
行うと、アルミニユームが半導体中にマイグレイ
ト(異常拡散)して、電気的劣化をおこしてしま
う。このため、PIまたはNI接合において、この
アルミニユームがきわめて深くPIまたNI接合に
至り、接合特性を変質させてしまつていた。
このため、PまたはN型半導体上にはこのよう
な金属を真空蒸着させるのではなく、酸化物導電
膜を形成することが試みられている。即ちP型ア
モルフアス珪素に対しては透光性導電酸化膜(以
下CTOという)の酸化スズを、またN型アモル
フアス珪素に対しては酸化インジユームを主成分
とするCTO即ちITO(酸化スズを10重量%以下添
加した酸化インジユーム)を密接させるというこ
とが試みられている。さらに必要に応じてこの
CTO上に反射性金属であるアルミニユームまた
は銀を形成させる方法が知られている。
かくのごとき構造とすると、150℃で作製して
も500時間までは電気特性の劣化を10%以内に防
ぐことができた。しかし500時間〜2000時間たつ
と、例えばPIN接合を有するPVCにおいて、初
期の効率が8.3%(1.05cm2)であつたのが、その
変化量において5%(500時間)〜25%(2000時
間)もの特性劣化(低下)がおこつてしまつた。
その原因を詳細に検討していくと、PまたはN
領域のアモルフアス半導体とCTOとの界面に酸
化珪素が薄く形成されてしまつていることが判明
した。特にN型アモルフアス珪素においては、
PSG(リンガラス)、P型アモルフアス珪素にお
いてはBSG(ホウ素ガラス)が形成される。これ
らガラスは最終的に絶縁性を有するものであり、
これらが特性劣化の原因であることが判明した。
アモルフアス珪素は化学的に結晶半導体に比べ
て不安定でありかつ反応しやすいため、これらの
劣化はアモルフアス半導体に特有の劣化特性であ
ることが判明した。
また半導体としてアモルフアス珪素の代わりに
微結晶または多結晶の結晶性を有する半導体を用
いた場合、その成分中のアモルフアス分は約50%
となつているため、ITOとCTOとの反応をアモ
ルフアス珪素のみの場合に比べて約1/2とするこ
とができる。しかしこれでも本質的には劣化特性
を有することには変わりなく、さらに抜本的な解
決法が求められていた。
本発明はかかる劣化の発生を防止して高信頼性
を有せしめることを目的とするものである。
本発明はかかる目的のため、P型半導体及びN
型半導体を有する半導体装置であり、前記P型半
導体及びN型半導体の各々が透光性導電膜と密接
した構造のものにおいて、前記P型半導体又はN
型半導体は珪素非単結晶半導体層とSixC1-x(0<
X<1)で示される炭化珪素半導体層との二層か
ら成るものであり、前記P型半導体を構成する炭
化珪素半導体層は酸化物透光性導電膜と密接され
ており、前記N型半導体を構成する炭化珪素半導
体層は酸化インジユームを主成分とする透光性導
電膜と密接されている構造としたものであり、つ
まりこの発明はPまたはN型の導電型を有し、か
つ透光性をアモルフアス珪素に比べて大きく有す
る半導体と、この半導体に密接して導電性を有す
る透光性導電膜の電極とを密接させてオーム接触
を有せしめるに際し、この電極−半導体界面での
反応による絶縁物の発生を防ぐため、その間にア
モルフアス珪素よりも透光性を有し、前記半導体
の導電型と同一のPまたN型の導電型を有する
SixC1-x(0<X<1)で示される炭化珪素を介在
せしめて電極と半導体界面での熱化学反応の発生
を防ぎ、その結果この炭化珪素が酸素に対しブロ
ツク(阻止)効果を有し、CTOを構成している
酸素が珪素中に拡散してPSG、BSGを作ること
を防ぐことができ、高信頼性の半導体装置が得ら
れるものである SixC1-x(0<X<1)で示される炭化珪素半導
体は、特に、x=0.95〜0.8においてその酸素を
ブロツクする作用が十分機能し、かつその厚さも
トンネル電流を引き出す程度の100Å以下(代表
的には平均膜厚15〜40Åと推定される)の厚さで
十分のブロツク作用がある。その結果、例えば
PIN結合を有さない光電変換装置を150℃で保持
し、1000〜2000時間をへても、その劣化は0〜2
%(1000時間)ないし0〜3%(2000時間)と熱
劣化をまつたくなくすことができた。
本発明においては、層に接する半導体は非単
結晶半導体であつて、特に微結晶または多結晶の
PまたはN型の珪素半導体を用いても良い。
それはPIまたはNI接合においては、またはN
型半導体層がアモルフアス珪素においては、その
電気伝導度は10-7〜10-5(Ωcm)-1であり、かつそ
の活性化エネルギも0.3〜0.4eVと大きい。
このため活性状態の真性または実質的に真性
(P型用ホウ素またはN型用リンが1017cm-3以下
である、または意図的にまたは価の不純物を
添加しない)の型半導体との接合の内部電界を
有せしめんとするには、かかるアモルフアス珪素
では不十分であり、さらにこのPまたはN型半導
体を透光して光を型半導体に注入せんとする
時、この半導体層での光吸収損をより少なくする
ことが求められる。
そこで微結晶または多結晶のPまたはN型の珪
素半導体を用いたのである。この微結晶または多
結晶のPまたはN型の珪素半導体は電気伝導度が
10-1〜102(Ωcm)-1を有し、さらに光吸収係数も
例えば500nmにて1×105(Ωcm)-1とアモルフア
ス珪素が3×105(Ωcm)-1であるのに対して1/3減
少させることができるのである。
かかる微結晶または多結晶の珪素の粒径はそれ
ぞれ5〜200Å及び200〜2000Åである。
以下に図面に従つて本発明を示す。
実施例 1 第1図Aは基板1、透光性絶縁基板15を通つ
て光10が照射されたPVCを示す。
図面において、ガラス基板1上に第1のCTO
2を形成した。図面ではこれをフツ素のごときハ
ロゲン元素が添加された酸化スズ(300〜2000Å)
またはITO(300〜1500Å)+酸化スズ(200〜400
Å)の2層構造とした。さらに、このCTO2上
にP型のSixC1-x(0<x<1例えばx=0.8)を
プラズマ気相法(PCVD法)によりSiH4とCH4
で実施した。その際、B2H6を0.5濃度%添加して
200℃の温度、出力20Wにて形成させた。その平
均厚さは約100Åであつた。
さらにこの上面に型非晶質または半非晶質珪
素をPCVD法、光CVD法、光プラズマ気相法ま
たはLT CVD法(低温気相法)(HOMO CVD法
ともいう)またはこれらを組み合わせた気相法に
より0.2〜0.8μ例えば0.5μの厚さに形成させた。こ
の時同時にホウ素を平均濃度が1017cm-3以下添加
し、かつ濃度勾配をP型側に大きくして設け、効
率の向上を図ることは有効であつた。またこの水
素およびハロゲン元素が添加された珪素半導体中
の酸素は少なくとも5×1019cm-3以下好ましくは
5×1018cm-3以下にし、酸素による光照射劣化を
防ぎ、かつ酸化珪素絶縁物の存在による電気的導
電性の低下を防いだ。
次にN型の非単結晶半導体層5をPH3/SiH4
=1%、SiH4/H2=30%として、PCVD法によ
り10Wの出力で100〜300Å例えば200Åの厚さに
形成せしめた。するとこの場合は微結晶性を含む
N型珪素(水素が5〜15原子%添加されている)
が形成された。さらにこの上面にPH3/SiH4
1%、CH4/(SiH4+CH4)=5〜50%とし、
SixC1-x(例えばx=0.95〜0.8)21として作製
した。この膜厚は100Å以下例えば30Åとした。
さらにこの後、ITOを裏面電極19として公知の
電子ビーム蒸着法により形成せしめた。
これに対応したエネルギバンド図を第1図Bに
示す。
かかる構造において、AM1(100mW/cm2)に
て1.05cm2(3.5cm×3mm)において、8.91%(開放
電圧0.89V、短絡電流18mA/cm2、曲線因子0.55)
を得た。これを150℃で大気中に放置すると、
1000〜2000時間を経てその劣化は初期に比べて0
〜3%(1000時間)、また0〜5%(2000時間)
を試料数30にて得ることができ、その劣化は3%
以内で従来が20%を越えていたことに比べて実用
上きわめて著しい信頼性の向上であつた。
実施例 2 この実施例は第1図Aに対し、N型半導体上の
ITO7上にさらに反射性電極として銀(500〜
1000Å)およびこの上にアルミニユーム3000Åを
電子ビーム蒸着法により作製した。するとこの反
射性電極により600〜800nmの長波長光を照射し
て型半導体層中に閉じ込めることができるた
め、初期変換効率は9.82%(開放電圧0.89V、短
絡電流19.3mA、曲線因子0.57)を得ることがで
きた。その信頼性特性に関しても、150℃、1000
時間放置の条件でも初期値に比べて3%以下の劣
化しかなかつた。
本発明において、以上の実施例はN型非単結晶
半導体にITO等の酸化インジユームを主成分とす
る電極を作製した。しかしP型珪素半導体−P型
炭化珪素(SixC1-x 0<x<1)半導体−酸化
スズのCTOによる電極構造を同時に作ることは
有効である。
以上の説明のごとく、本発明は光電変換装置の
非単結晶半導体を用いる半導体装置における電極
構造において、型半導体に密接した電気伝導度
のよい結晶性の非単結晶半導体を形成し、さらに
その上面に化学的にきわめて安定なSixC1-x(0<
x<1)の炭化珪素を設け、この結果非単結晶珪
素半導体とCTOとの反応による絶縁膜の形成を
防ぐことができ、高信頼性の半導体層を作ること
が可能となつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は光電変換装置に本発明を応用した場合
の縦断面図を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 P型半導体およびN型半導体を有する半導体
    装置であり、前記P型半導体およびN型半導体の
    各々が透光性導電膜と密接した構造のものにおい
    て、前記P型半導体またはN型半導体は珪素非単
    結晶半導体層とSixC1-x(0<X<1)で示される
    炭化珪素半導体層との二層から成るものであり、
    前記P型半導体を構成する炭化珪素半導体層は酸
    化錫透光性導電膜と密接されており、前記N型半
    導体を構成する炭化珪素半導体層は酸化インジユ
    ームを主成分とする透光性導電膜と密接されてい
    ることを特徴とする半導体装置。 2 特許請求の範囲第1項において珪素非単結晶
    半導体層が微結晶性を有する珪素半導体であるこ
    とを特徴とする半導体装置。
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