JPH0461510B2 - - Google Patents
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- JPH0461510B2 JPH0461510B2 JP61054540A JP5454086A JPH0461510B2 JP H0461510 B2 JPH0461510 B2 JP H0461510B2 JP 61054540 A JP61054540 A JP 61054540A JP 5454086 A JP5454086 A JP 5454086A JP H0461510 B2 JPH0461510 B2 JP H0461510B2
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- JP
- Japan
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- silicon
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- layer
- deposition
- deposited
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
- H10F19/30—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising thin-film photovoltaic cells
- H10F19/31—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising thin-film photovoltaic cells having multiple laterally adjacent thin-film photovoltaic cells deposited on the same substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/517—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using a combination of discharges covered by two or more of groups C23C16/503 - C23C16/515
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/223—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PIN barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
- H10F77/169—Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates
-
- 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 & Material Sciences (AREA)
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、より
詳細には少なくとも１つのアモルフアス半導体層
を含む半導体素子の複数を金属からなる可撓性の
帯状基板上に製造する半導体素子の製造方法に関
する。
詳細には少なくとも１つのアモルフアス半導体層
を含む半導体素子の複数を金属からなる可撓性の
帯状基板上に製造する半導体素子の製造方法に関
する。
本発明は、更に光起電力パネルの製造方法に関
する。
する。
本発明は、更に比較的高いアクセプタ濃度を有
するＰ形シリコン膜を効率的に形成する方法に関
し、更に全体的に又は部分的に非晶質のＰ形およ
びＮ形のシリコン膜を連続的に堆積および形成す
ることを含むバツチ法又は連続法において改良さ
れたＰ−Ｎ素子およびＰ−Ｉ−Ｎ素子が形成でき
るように前記方法から製造された素子に関する。
本発明は、ダイオード、スイツチ、およびトラン
ジスタの如き増幅素子のロール・トウ・ロール製
造に用いられるが、最も重要な用途は太陽電池そ
の他のエネルギ変換素子の如き光起電力又は光電
作用素子のロール・トウ・ロール製造にある。
するＰ形シリコン膜を効率的に形成する方法に関
し、更に全体的に又は部分的に非晶質のＰ形およ
びＮ形のシリコン膜を連続的に堆積および形成す
ることを含むバツチ法又は連続法において改良さ
れたＰ−Ｎ素子およびＰ−Ｉ−Ｎ素子が形成でき
るように前記方法から製造された素子に関する。
本発明は、ダイオード、スイツチ、およびトラン
ジスタの如き増幅素子のロール・トウ・ロール製
造に用いられるが、最も重要な用途は太陽電池そ
の他のエネルギ変換素子の如き光起電力又は光電
作用素子のロール・トウ・ロール製造にある。
結晶質半導体技術は商業的な水準に達したが、
この技術は今日の巨大な半導体素子製造産業の基
礎となつた。これは、実質的に欠陥のないゲルマ
ニウム、特にシリコンの結晶を成長させ、更にこ
れ等の結晶をその内部のＰ形又はＮ形の伝導領域
を有する外因性物質に転じる科学者の能力に依る
ものであつた。このことは、このような結晶質の
材料に、実質的に純粋な結晶質材料に置換不純物
としてppm程度のドナーＮ又はアクセプタＰとな
るドープ物質を拡散させて、その導電率を高めか
つそれ等のＰ形又はＮ形の導電性を制御すること
によつて達成された。Ｐ−Ｎ接合および光電作用
を有する結晶質半導体デバイスを形成する製造プ
ロセスは、非常に複雑で、時間を要し、高価な工
程を含む。太陽電池および電流制御素子において
有用なこれ等の結晶質材料は、個々のシリコン又
はゲルマニウムの単結晶を成長させることによ
り、又Ｐ−Ｎ接合が必要な場合は、非常に少い臨
界量のドープ物質をこのような単結晶にドープす
ることによつて、非常に慎重に制御された条件下
で形成される。
この技術は今日の巨大な半導体素子製造産業の基
礎となつた。これは、実質的に欠陥のないゲルマ
ニウム、特にシリコンの結晶を成長させ、更にこ
れ等の結晶をその内部のＰ形又はＮ形の伝導領域
を有する外因性物質に転じる科学者の能力に依る
ものであつた。このことは、このような結晶質の
材料に、実質的に純粋な結晶質材料に置換不純物
としてppm程度のドナーＮ又はアクセプタＰとな
るドープ物質を拡散させて、その導電率を高めか
つそれ等のＰ形又はＮ形の導電性を制御すること
によつて達成された。Ｐ−Ｎ接合および光電作用
を有する結晶質半導体デバイスを形成する製造プ
ロセスは、非常に複雑で、時間を要し、高価な工
程を含む。太陽電池および電流制御素子において
有用なこれ等の結晶質材料は、個々のシリコン又
はゲルマニウムの単結晶を成長させることによ
り、又Ｐ−Ｎ接合が必要な場合は、非常に少い臨
界量のドープ物質をこのような単結晶にドープす
ることによつて、非常に慎重に制御された条件下
で形成される。
これ等の結晶成長プロセスでは比較的小さな結
晶しか形成されないため、単一の太陽電池パネル
の所要領域をカバーするのに多くの単結晶を組合
せて太陽電池をつくらねばならない。
晶しか形成されないため、単一の太陽電池パネル
の所要領域をカバーするのに多くの単結晶を組合
せて太陽電池をつくらねばならない。
このような方法で１つの太陽電池を製造するの
に必要なエネルギ量、シリコン結晶の寸法限度に
より生じる制約、およびこのような結晶質材料の
切断および組合せの必要性は、全てエネルギ変換
用の結晶質半導体太陽電池の大規模な使用に対す
る実施不能な経済的障壁をもたらすことになる。
更に、結晶質シリコンは、間接光学端を有してい
る故、光吸収が少ないため、結晶質の太陽電池は
入射太陽光を吸収するように少くとも50ミクロン
の厚さにしなければならない。仮に、この結晶質
材料を比較的安価な製造プロセスを用いて多結晶
シリコンで置換しても、前記間接光学端の問題は
依然として存在し、従つて材料の厚さは減少され
得ない。この多結晶材料ではまたは粒界その他の
欠点が加わる。一方、非晶質シリコンは直接光学
端を有し、結晶質シリコンと同量の太陽光を吸収
するため僅か１ミクロンの厚さの材料しか必要と
しない。
に必要なエネルギ量、シリコン結晶の寸法限度に
より生じる制約、およびこのような結晶質材料の
切断および組合せの必要性は、全てエネルギ変換
用の結晶質半導体太陽電池の大規模な使用に対す
る実施不能な経済的障壁をもたらすことになる。
更に、結晶質シリコンは、間接光学端を有してい
る故、光吸収が少ないため、結晶質の太陽電池は
入射太陽光を吸収するように少くとも50ミクロン
の厚さにしなければならない。仮に、この結晶質
材料を比較的安価な製造プロセスを用いて多結晶
シリコンで置換しても、前記間接光学端の問題は
依然として存在し、従つて材料の厚さは減少され
得ない。この多結晶材料ではまたは粒界その他の
欠点が加わる。一方、非晶質シリコンは直接光学
端を有し、結晶質シリコンと同量の太陽光を吸収
するため僅か１ミクロンの厚さの材料しか必要と
しない。
従つて、必要に応じて比較的大きな面積を覆う
ことができ、付着（堆積）設備の寸法によつてし
か制約を受けず、結晶質の場合に形成されるもの
と同等のＰ−Ｎ接合が形成されるＰ形およびＮ形
の材料を得るため容易にドープできる非晶質半導
体膜を容易に付着させるプロセスを開発するため
の多大の努力がなされて来た。長い年月にわたつ
てこのような作業は殆んど成果を挙げなかつた。
非晶質シリコン又はゲルマニウム（第族）の膜
は、エネルギ・ギヤツプ中に高密度の局在状態を
生じる微小孔、ダングリング結合その他の欠陥を
有することが判つた。非晶質シリコン半導体膜の
エネルギ・ギヤツプ中に高密度の局在状態がある
場合、光伝導率が小さくなり、拡散距離が短かく
なり、その結果この膜を太陽電池の用途には不適
格なものにする。更に、このような膜は、フエル
ミ準位を伝導帯又は価電子帯に近づけるように移
動させるドープその他の変成装置が成功せず、太
陽電池および電流制御素子用のシヨツトキー・バ
リア又はＰ−Ｎ接合の形成には不適合なものとな
る。
ことができ、付着（堆積）設備の寸法によつてし
か制約を受けず、結晶質の場合に形成されるもの
と同等のＰ−Ｎ接合が形成されるＰ形およびＮ形
の材料を得るため容易にドープできる非晶質半導
体膜を容易に付着させるプロセスを開発するため
の多大の努力がなされて来た。長い年月にわたつ
てこのような作業は殆んど成果を挙げなかつた。
非晶質シリコン又はゲルマニウム（第族）の膜
は、エネルギ・ギヤツプ中に高密度の局在状態を
生じる微小孔、ダングリング結合その他の欠陥を
有することが判つた。非晶質シリコン半導体膜の
エネルギ・ギヤツプ中に高密度の局在状態がある
場合、光伝導率が小さくなり、拡散距離が短かく
なり、その結果この膜を太陽電池の用途には不適
格なものにする。更に、このような膜は、フエル
ミ準位を伝導帯又は価電子帯に近づけるように移
動させるドープその他の変成装置が成功せず、太
陽電池および電流制御素子用のシヨツトキー・バ
リア又はＰ−Ｎ接合の形成には不適合なものとな
る。
非晶質シリコンおよびゲルマニウムに関する前
述の諸問題を最小限に抑える試みとして、スコツ
トランド・ダンデイー市ダンデイー大学のカーネ
ギー物理学研究所のW.E.スピア（Spear）および
P.G.ル・コンバ（Le Comber）は、1975年版
「ソリツド・ステートコミユニケーシヨンズ
（Solid State Communications）」第17巻、1193
〜1196頁に記載の論文において発表された如く、
非晶質のシリコン又はゲルマニウムを真性の結晶
質シリコン又はゲルマニウムに更に近似させるた
め非晶質シリコン又はゲルマニウムのエネルギ・
ギヤツプ中の局在状態を減少させ、結晶質材料を
Ｐ形又はＮ形伝導形性の外因性にするための結晶
質材料へのドーピングにおける如く、前記非晶質
材料に適当な従来のドープ物質を置換的にドープ
するため、「非晶質シリコンへの置換形ドーピン
グ」なる研究を行つた。
述の諸問題を最小限に抑える試みとして、スコツ
トランド・ダンデイー市ダンデイー大学のカーネ
ギー物理学研究所のW.E.スピア（Spear）および
P.G.ル・コンバ（Le Comber）は、1975年版
「ソリツド・ステートコミユニケーシヨンズ
（Solid State Communications）」第17巻、1193
〜1196頁に記載の論文において発表された如く、
非晶質のシリコン又はゲルマニウムを真性の結晶
質シリコン又はゲルマニウムに更に近似させるた
め非晶質シリコン又はゲルマニウムのエネルギ・
ギヤツプ中の局在状態を減少させ、結晶質材料を
Ｐ形又はＮ形伝導形性の外因性にするための結晶
質材料へのドーピングにおける如く、前記非晶質
材料に適当な従来のドープ物質を置換的にドープ
するため、「非晶質シリコンへの置換形ドーピン
グ」なる研究を行つた。
局在状態の減少は非晶質シリコン膜のグロー放
電堆積法によつて達成された。この方法では、シ
ラン（SiH4）のガスが反応管を通され、反応管
において、シランガスが高周波グロー放電によつ
て分解されて約500〜600°K（227〜327℃）の基板
温度において基板上に堆積せしめられた。このよ
うにして基板上に付着された材料は、シリコンお
よび水素からなる真性の非晶質材料であつた。ド
ープされた非晶質材料を形成するため、Ｎ形伝導
用にはホスフインPH3のガスが、あるいはＰ形伝
導用にはジボランB2H6のガスが、シラン・ガス
と予め混合されて、同じ操作条件下でグロー放電
反応管内に送られた。使用されたドープ物質の気
体濃度は約５×10-6から10-2体積部の範囲内であ
つた。このように付着された材料は、ドープ物質
としてのリン又はホウ素をおそらくは置換形で含
み、外因性のＮ形又はＰ形伝導を呈した。しか
し、同量の添加されたドープ物質に対するドープ
効率は結晶質シリコンの場合よりも遥かに低かつ
た。高濃度にドープされたＮ又はＰ形材料の導電
率は低く、約10-2又は10-3（Ωcm）-1であつた。更
に、バンド・ギヤツプは、特にジボランを用いた
Ｐ形ドープの場合に、ドープ材料の添加の故に狭
くなつた。このような結果は、ジボランが、非晶
質シリコンに効果的にドープされずにバンド・ギ
ヤツプ中に局在状態を生じさせたことを示す。
電堆積法によつて達成された。この方法では、シ
ラン（SiH4）のガスが反応管を通され、反応管
において、シランガスが高周波グロー放電によつ
て分解されて約500〜600°K（227〜327℃）の基板
温度において基板上に堆積せしめられた。このよ
うにして基板上に付着された材料は、シリコンお
よび水素からなる真性の非晶質材料であつた。ド
ープされた非晶質材料を形成するため、Ｎ形伝導
用にはホスフインPH3のガスが、あるいはＰ形伝
導用にはジボランB2H6のガスが、シラン・ガス
と予め混合されて、同じ操作条件下でグロー放電
反応管内に送られた。使用されたドープ物質の気
体濃度は約５×10-6から10-2体積部の範囲内であ
つた。このように付着された材料は、ドープ物質
としてのリン又はホウ素をおそらくは置換形で含
み、外因性のＮ形又はＰ形伝導を呈した。しか
し、同量の添加されたドープ物質に対するドープ
効率は結晶質シリコンの場合よりも遥かに低かつ
た。高濃度にドープされたＮ又はＰ形材料の導電
率は低く、約10-2又は10-3（Ωcm）-1であつた。更
に、バンド・ギヤツプは、特にジボランを用いた
Ｐ形ドープの場合に、ドープ材料の添加の故に狭
くなつた。このような結果は、ジボランが、非晶
質シリコンに効果的にドープされずにバンド・ギ
ヤツプ中に局在状態を生じさせたことを示す。
前述の如く、非晶質のシリコンおよびゲルマニ
ウムは通常四配位結合され、一般に微小孔、ダン
グリング結合又は他の欠陥形態を有してエネル
ギ・ギヤツプ中に局在状態を生じる。前記研究者
達には知られていなかつたが、現在ではシラン中
の水素がグロー放電堆積の間、最適温度でシリコ
ンの多くのダングリングボンドと結合し、非晶質
材料を対応する結晶質材料と更に近似させるよう
に、エネルギ・ギヤツプ中の局在状態の密度を、
実質的に減少させることが他の研究によつて知ら
れている。
ウムは通常四配位結合され、一般に微小孔、ダン
グリング結合又は他の欠陥形態を有してエネル
ギ・ギヤツプ中に局在状態を生じる。前記研究者
達には知られていなかつたが、現在ではシラン中
の水素がグロー放電堆積の間、最適温度でシリコ
ンの多くのダングリングボンドと結合し、非晶質
材料を対応する結晶質材料と更に近似させるよう
に、エネルギ・ギヤツプ中の局在状態の密度を、
実質的に減少させることが他の研究によつて知ら
れている。
しかし、水素のとり込みはシランにおける水素
対シリコンの固定比率によつて制限されるのみな
らず、最も重要なことには、種々のSi：Ｈの結合
形態がこれ等の材料において有害な結果をもち得
る新しい反結合状態をもたらす。従つて、特に、
有効なＰ形ならびにＮ形ドープに関して特に有害
なこれ等材料の局在状態の密度を減少させる上で
基本的な制限がある。シランを用いて堆積させた
材料の望ましくない状態密度は狭い空乏層巾をも
たらし、これが更に、その動作がフリーキヤリア
のドリフトに依存する太陽電池その他の素子の効
率を制限する。シリコンおよび水素のみを用いて
これ等材料をつくる方法の場合にも、高密度の表
面状態が生じ、前述の全てのパラメータに影響を
及ぼすことになる。
対シリコンの固定比率によつて制限されるのみな
らず、最も重要なことには、種々のSi：Ｈの結合
形態がこれ等の材料において有害な結果をもち得
る新しい反結合状態をもたらす。従つて、特に、
有効なＰ形ならびにＮ形ドープに関して特に有害
なこれ等材料の局在状態の密度を減少させる上で
基本的な制限がある。シランを用いて堆積させた
材料の望ましくない状態密度は狭い空乏層巾をも
たらし、これが更に、その動作がフリーキヤリア
のドリフトに依存する太陽電池その他の素子の効
率を制限する。シリコンおよび水素のみを用いて
これ等材料をつくる方法の場合にも、高密度の表
面状態が生じ、前述の全てのパラメータに影響を
及ぼすことになる。
シラン・ガスからのシリコンのグロー放電堆積
の開発が行われた後、アルゴンと水素分子の混合
物の雰囲気（スパツタリング法の場合に必要）で
非晶質シリコン膜のスパツタ堆積の仕事が行なわ
れ、堆積された非晶質シリコン膜の特性に対する
このような水素分子の影響を決定することが検討
された。この研究は、エネルギ・ギヤツプ中の局
在状態を減少するように結合した変更物質として
水素が作用したことを示した。しかし、エネル
ギ・ギヤツプ中の局在状態がスパツタ付着（堆
積）法において減少する程度は前述のシランを用
いた付着堆積法により達成された程度よりも遥か
に少かつた。スパツタリング法においても前述の
Ｐ形およびＮ形ドープ用ガスを導入してＰ形およ
びＮ形にドープした材料を形成した。これ等の材
料はグロー放電法において形成された材料よりも
更に低い効率を有していた。いずれもプロセスで
も市販のＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ接合素子を形成す
るに十分に高いアクセプタ濃度を有する有効なＰ
ドープ材料がつくられなかつた。Ｎ形ドーピング
効率は望ましい商業レベルに達せず、Ｐ形ドーピ
ングはバンド・ギヤツプ巾を減少させ、バンド・
ギヤツプ中の局在状態の数を増大させたため特に
望ましくなかつた。
の開発が行われた後、アルゴンと水素分子の混合
物の雰囲気（スパツタリング法の場合に必要）で
非晶質シリコン膜のスパツタ堆積の仕事が行なわ
れ、堆積された非晶質シリコン膜の特性に対する
このような水素分子の影響を決定することが検討
された。この研究は、エネルギ・ギヤツプ中の局
在状態を減少するように結合した変更物質として
水素が作用したことを示した。しかし、エネル
ギ・ギヤツプ中の局在状態がスパツタ付着（堆
積）法において減少する程度は前述のシランを用
いた付着堆積法により達成された程度よりも遥か
に少かつた。スパツタリング法においても前述の
Ｐ形およびＮ形ドープ用ガスを導入してＰ形およ
びＮ形にドープした材料を形成した。これ等の材
料はグロー放電法において形成された材料よりも
更に低い効率を有していた。いずれもプロセスで
も市販のＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ接合素子を形成す
るに十分に高いアクセプタ濃度を有する有効なＰ
ドープ材料がつくられなかつた。Ｎ形ドーピング
効率は望ましい商業レベルに達せず、Ｐ形ドーピ
ングはバンド・ギヤツプ巾を減少させ、バンド・
ギヤツプ中の局在状態の数を増大させたため特に
望ましくなかつた。
結晶質シリコンに更に近似させようとする試み
において、シラン・ガスからの水素によつて変成
され、結晶質シリコンへのドープと同様にドープ
された非晶質シリコンの今までの堆積物は、全て
の重要な点において、ドープされた結晶シリコン
の特性よりも劣る特性を有する。特にＰ形材料に
おいてドーピング効率および導電性は不十分なも
のであり、このシリコン膜の光導電および光起電
力特性には望まれるべきことが多く残された。
において、シラン・ガスからの水素によつて変成
され、結晶質シリコンへのドープと同様にドープ
された非晶質シリコンの今までの堆積物は、全て
の重要な点において、ドープされた結晶シリコン
の特性よりも劣る特性を有する。特にＰ形材料に
おいてドーピング効率および導電性は不十分なも
のであり、このシリコン膜の光導電および光起電
力特性には望まれるべきことが多く残された。
局在状態の密度が非常に小さな非晶質シリコン
膜の形成における実質的な突破口は、非晶質膜、
特に非晶質半導体材料の関連する望ましい属性を
有するシリコンの非晶質膜を形成した弊米国特許
第4217374号および同第4226898号に開示された発
明によつて開かれた。（前者の米国特許は蒸着法
を用いる改良された非晶質シリコン膜の堆積法を
開示し、後者の特許はシリコンを含むガスのグロ
ー放電による改良された非晶質シリコン膜の付着
（堆積）法を開示する。）これ等の特許において開
示されたプロセスにより形成された改良された真
性の非晶質シリコン膜では真性材料におけるバン
ド・ギヤツプ中の状態数が減少されており、非常
に大きなＮ形ドーピング効率と、大きな光導電性
と、増加した易動度と、長いキヤリア拡散長さ
と、光電池において必要な暗所における小さな真
性導電率を提供する。この非晶質半導体膜は、太
陽電池およびＰ−Ｎ接合素子、ダイオード、又は
トランジスタ等を含む電流制御素子の如き更に効
率のよい素子の製造に使用可能である。
膜の形成における実質的な突破口は、非晶質膜、
特に非晶質半導体材料の関連する望ましい属性を
有するシリコンの非晶質膜を形成した弊米国特許
第4217374号および同第4226898号に開示された発
明によつて開かれた。（前者の米国特許は蒸着法
を用いる改良された非晶質シリコン膜の堆積法を
開示し、後者の特許はシリコンを含むガスのグロ
ー放電による改良された非晶質シリコン膜の付着
（堆積）法を開示する。）これ等の特許において開
示されたプロセスにより形成された改良された真
性の非晶質シリコン膜では真性材料におけるバン
ド・ギヤツプ中の状態数が減少されており、非常
に大きなＮ形ドーピング効率と、大きな光導電性
と、増加した易動度と、長いキヤリア拡散長さ
と、光電池において必要な暗所における小さな真
性導電率を提供する。この非晶質半導体膜は、太
陽電池およびＰ−Ｎ接合素子、ダイオード、又は
トランジスタ等を含む電流制御素子の如き更に効
率のよい素子の製造に使用可能である。
本発明の一実施例では、望ましくは非晶質膜の
付着形成中に、非晶質半導体材料のエネルギ・ギ
ヤツプ中の局在状態を大巾に減小させて多くの点
で真性結晶質シリコンと同等にするように、非晶
質半導体材料と合金を作り、これを変成すると考
えられる変成即ち補償材料を含有させる。前記の
米国特許第4226898号に開示されたシリコン膜の
形成プロセスにおいては、一構成元素としてシリ
コンを含む化合物がグロー放電分解によつて分解
され、グロー放電堆積の間、複数の変成元素、好
ましくは活性化されたフツ素および水素をとり込
ませつつ、非晶質シリコンを基板上に堆積させ
る。
付着形成中に、非晶質半導体材料のエネルギ・ギ
ヤツプ中の局在状態を大巾に減小させて多くの点
で真性結晶質シリコンと同等にするように、非晶
質半導体材料と合金を作り、これを変成すると考
えられる変成即ち補償材料を含有させる。前記の
米国特許第4226898号に開示されたシリコン膜の
形成プロセスにおいては、一構成元素としてシリ
コンを含む化合物がグロー放電分解によつて分解
され、グロー放電堆積の間、複数の変成元素、好
ましくは活性化されたフツ素および水素をとり込
ませつつ、非晶質シリコンを基板上に堆積させ
る。
後者の特許の特定の実施態様においては、堆積
非晶質膜のシリコンと一つの変成即ち補償元素と
してのフツ素とを供給する四フツ化シリコン
（SiF4）のグロー放電によつて約380℃の基板温度
においてシリコンがバツチ・モードで堆積され
る。
非晶質膜のシリコンと一つの変成即ち補償元素と
してのフツ素とを供給する四フツ化シリコン
（SiF4）のグロー放電によつて約380℃の基板温度
においてシリコンがバツチ・モードで堆積され
る。
四フツ化シリコンはグロー放電の際プラズマを
形成し得るが、この物質はシリコンのグロー放電
堆積のため出発物質としてはそれ自体それ程有効
なものではない。グロー放電のための雰囲気は水
素分子H2の如き気体を添加することによつてよ
り反応性になるが、これが水素分子を水素原子又
は水素イオン等に変えることによつてグロー放電
により反応性を高められる。この反応性の（高
い）水素は、グロー放電において、その分解を更
に容易にしかつこれから基板上に非晶質シリコン
を付着させるように四フツ化シリコンと反応す
る。同時に、フツ素および種々のシリコンの亜フ
ツ化物がグロー放電によつて解離され、反応性に
される。反応性水素および反応性フツ素種は、非
晶質シリコンの主マトリツクスが堆積されている
際、非晶質シリコンの主マトリツクスにとり込ま
れ、欠陥状態の数が少い新しい真性材料を生成す
る。この新しい合金を考察する簡単な方法は、ダ
ングリングボンドのキヤツピング（capping）の
充満および他の欠陥の除去が生じることである。
このため、このような変成用元素はエネルギ・ギ
ヤツプ中の局在状態の密度を実質的に減少させ前
述の有利な結果を生じさせる。
形成し得るが、この物質はシリコンのグロー放電
堆積のため出発物質としてはそれ自体それ程有効
なものではない。グロー放電のための雰囲気は水
素分子H2の如き気体を添加することによつてよ
り反応性になるが、これが水素分子を水素原子又
は水素イオン等に変えることによつてグロー放電
により反応性を高められる。この反応性の（高
い）水素は、グロー放電において、その分解を更
に容易にしかつこれから基板上に非晶質シリコン
を付着させるように四フツ化シリコンと反応す
る。同時に、フツ素および種々のシリコンの亜フ
ツ化物がグロー放電によつて解離され、反応性に
される。反応性水素および反応性フツ素種は、非
晶質シリコンの主マトリツクスが堆積されている
際、非晶質シリコンの主マトリツクスにとり込ま
れ、欠陥状態の数が少い新しい真性材料を生成す
る。この新しい合金を考察する簡単な方法は、ダ
ングリングボンドのキヤツピング（capping）の
充満および他の欠陥の除去が生じることである。
このため、このような変成用元素はエネルギ・ギ
ヤツプ中の局在状態の密度を実質的に減少させ前
述の有利な結果を生じさせる。
非晶質シリコン半導体マトリツクスにＮ形およ
びＰ形の導電性を付与することが必要な場合、こ
のマトリツクスの使用は膜のグロー放電堆積の間
変成用元素の気体形態でのとり込みを推奨する。
Ｎ形伝導を得るため推奨された変成元素即ちドー
プ物質は、気相のホスフイン（PH3）およびアル
シン（AsH3）の形のリンおよびヒ素である。Ｐ
形伝導特性を得るための推奨変成元素すなわちド
ープ物質は、気相のジボラン（B2H6）、Al（C2
H5）3、Ga（CH3）3およびIn（H3）3の形のホウ素、
アルミニウム、ガリウムおよびインジウムであ
る。この変成元素は、約380℃の基板温度で、真
性材料の場合について説明したと同じ堆積条件の
下で添加された。
びＰ形の導電性を付与することが必要な場合、こ
のマトリツクスの使用は膜のグロー放電堆積の間
変成用元素の気体形態でのとり込みを推奨する。
Ｎ形伝導を得るため推奨された変成元素即ちドー
プ物質は、気相のホスフイン（PH3）およびアル
シン（AsH3）の形のリンおよびヒ素である。Ｐ
形伝導特性を得るための推奨変成元素すなわちド
ープ物質は、気相のジボラン（B2H6）、Al（C2
H5）3、Ga（CH3）3およびIn（H3）3の形のホウ素、
アルミニウム、ガリウムおよびインジウムであ
る。この変成元素は、約380℃の基板温度で、真
性材料の場合について説明したと同じ堆積条件の
下で添加された。
前述の用途において堆積されたシリコン素子を
形成するプロセスは重要な改善をもたらして改良
された太陽電池その他の素子の製造を可能にする
が、Ｐ形ドープされ付着されたシリコン材料は必
要とされるだけの効果的なＰ形伝導特性をもたな
かつた。「ジヤーナル・オブ・ノンクリスタン・
ソリツズ（Jamnnal of Non Crystalline
Solids）」第35巻および第36巻、パートＩ、1980
年１月／２月号の171〜181頁に報告された如く、
真性材料及びn+層に対応して堆積用気体中に
500ppmのPH3を添加する。堆積気体中にジボラ
ン（B2H6）を添加すると、光吸収に大きな変化
が生じる。示唆されることは、更に狭いバンド・
ギヤツプを有し、Ｐ形の特性を呈するホウ素を含
む新しい合金が合成されたことである。ホウ素に
特有の３中心結合が部分的にはこの挙動の原因に
なり得る。このことは、従来のＮ形物質が形成さ
れるリン又はヒ素が添加される時に得られる結果
と対照的である。
形成するプロセスは重要な改善をもたらして改良
された太陽電池その他の素子の製造を可能にする
が、Ｐ形ドープされ付着されたシリコン材料は必
要とされるだけの効果的なＰ形伝導特性をもたな
かつた。「ジヤーナル・オブ・ノンクリスタン・
ソリツズ（Jamnnal of Non Crystalline
Solids）」第35巻および第36巻、パートＩ、1980
年１月／２月号の171〜181頁に報告された如く、
真性材料及びn+層に対応して堆積用気体中に
500ppmのPH3を添加する。堆積気体中にジボラ
ン（B2H6）を添加すると、光吸収に大きな変化
が生じる。示唆されることは、更に狭いバンド・
ギヤツプを有し、Ｐ形の特性を呈するホウ素を含
む新しい合金が合成されたことである。ホウ素に
特有の３中心結合が部分的にはこの挙動の原因に
なり得る。このことは、従来のＮ形物質が形成さ
れるリン又はヒ素が添加される時に得られる結果
と対照的である。
シヨツトキー障壁又はMIS素子の如き素子はＰ
形ドープされた膜の有無に拘わらず形成可能であ
るが、一般にMIS素子で用いられる薄い障壁層の
特性は制御が難しく、屡々周囲の元素が拡散する
のを防止するよう十分に密閉することができず、
その結果素子は屡々不安定になるため、製造が難
しい。更に、このような構造体では素子のレベル
が高くなるとシート抵抗が高くなる。所要の効率
および安定性を有する光電池はＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ
−Ｎ接合の使用を必要とするように思われる。こ
の目的のため、電池の効率を高めるには改良され
たＰ−ドープされた物質が望ましい。
形ドープされた膜の有無に拘わらず形成可能であ
るが、一般にMIS素子で用いられる薄い障壁層の
特性は制御が難しく、屡々周囲の元素が拡散する
のを防止するよう十分に密閉することができず、
その結果素子は屡々不安定になるため、製造が難
しい。更に、このような構造体では素子のレベル
が高くなるとシート抵抗が高くなる。所要の効率
および安定性を有する光電池はＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ
−Ｎ接合の使用を必要とするように思われる。こ
の目的のため、電池の効率を高めるには改良され
たＰ−ドープされた物質が望ましい。
前掲の後者の米国特許において開示されたフツ
素および水素で補償されたグロー放電堆積による
シリコン膜を形成する際、シリコンは約380℃の
基板温度で付着されることが望ましい。この基板
温度以上では、水素の補償効率が徐々に低下し、
約450℃より高い温度では、水素が堆積中のシリ
コンと容易に結合しないため、前記効率は大きく
低下する。
素および水素で補償されたグロー放電堆積による
シリコン膜を形成する際、シリコンは約380℃の
基板温度で付着されることが望ましい。この基板
温度以上では、水素の補償効率が徐々に低下し、
約450℃より高い温度では、水素が堆積中のシリ
コンと容易に結合しないため、前記効率は大きく
低下する。
前述の如く、気相のＰ形ドープ物質の導入は、
一応Ｐ形物質を生ぜしめるものの、所望の四価の
即ち四配位の結合が生じるのみであるならば、理
論上実現されるはずのＰ形伝導効率を有する物質
を生成しない。シリコン材料の最も有効な水素補
償のために必要な400℃以下のグロー放電時の基
板温度においては、一見Ｐ形ドープ物質のあるも
のは、結晶質の拘束が存在しない故に、四面体状
ではなく三配位されて、このためギヤツプ中にド
ープではない付加的状態を生じさせるものと考え
られる。ジボランを含む他のプロセスは、その金
属部分又はホウ素がその炭化水素又は水素の関連
する置換基から容易に完全に解離せず、又このた
めこのような形態ではシリコンの主マトリツクス
に対する有効なＰ形ドープ元素を提供しないた
め、３中心結合の形成その他の効率の低い結合を
もたらす。更に、このような物質のバンド・ギヤ
ツプ中にＰ形ドーピング効率を低下させると考え
られる状態が付加される。
一応Ｐ形物質を生ぜしめるものの、所望の四価の
即ち四配位の結合が生じるのみであるならば、理
論上実現されるはずのＰ形伝導効率を有する物質
を生成しない。シリコン材料の最も有効な水素補
償のために必要な400℃以下のグロー放電時の基
板温度においては、一見Ｐ形ドープ物質のあるも
のは、結晶質の拘束が存在しない故に、四面体状
ではなく三配位されて、このためギヤツプ中にド
ープではない付加的状態を生じさせるものと考え
られる。ジボランを含む他のプロセスは、その金
属部分又はホウ素がその炭化水素又は水素の関連
する置換基から容易に完全に解離せず、又このた
めこのような形態ではシリコンの主マトリツクス
に対する有効なＰ形ドープ元素を提供しないた
め、３中心結合の形成その他の効率の低い結合を
もたらす。更に、このような物質のバンド・ギヤ
ツプ中にＰ形ドーピング効率を低下させると考え
られる状態が付加される。
従つて、グロー放電法により堆積されたシリコ
ン材料中の前記Ｐ形ドープ元素のＰ形ドーピング
効率を改善するため多くの努力が払われて来た。
真性層又はＰ−Ｎ接合を形成した空乏領域を必要
とする光電池その他の用途のためのシリコンのグ
ロー放電による堆積は、水素およびフツ素の補償
の程度およびその結果得られる物質における状態
密度の減少がシリコンの蒸着又はスパツタにより
得られる場合よりも優れているため、現在のとこ
ろ、望ましい付着方法と考えられる。
ン材料中の前記Ｐ形ドープ元素のＰ形ドーピング
効率を改善するため多くの努力が払われて来た。
真性層又はＰ−Ｎ接合を形成した空乏領域を必要
とする光電池その他の用途のためのシリコンのグ
ロー放電による堆積は、水素およびフツ素の補償
の程度およびその結果得られる物質における状態
密度の減少がシリコンの蒸着又はスパツタにより
得られる場合よりも優れているため、現在のとこ
ろ、望ましい付着方法と考えられる。
本発明は、前記諸点に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、量産効果の高い半
導体素子アレーの製造方法を提供することであ
る。
り、その目的とするところは、量産効果の高い半
導体素子アレーの製造方法を提供することであ
る。
上記した本発明の目的は、本発明においては、
少なくとも１つのアモルフアス半導体層を含む半
導体素子の複数を金属からなる可撓性の帯状基板
上に製造する半導体素子の製造方法において、前
記帯状基板の表面上に可撓性の絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に複数の可撓性の下部電極を形成し
てロール状に巻き上げる工程と、ロール状に巻き
上げられた前記帯状基板を前記アモルフアス半導
体層を形成する為の堆積空間内に繰出し、前記帯
状基板の裏面を加熱して前記複数の下部電極上に
前記アモルフアス半導体層を形成してロール状に
巻き上げる工程と、ロール状に巻き上げられた前
記アモルフアス半導体層の形成された前記帯状基
板上に上部電極を形成する工程と、を含むことを
特徴とする半導体素子の製造方法によつて達成さ
れる。
少なくとも１つのアモルフアス半導体層を含む半
導体素子の複数を金属からなる可撓性の帯状基板
上に製造する半導体素子の製造方法において、前
記帯状基板の表面上に可撓性の絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に複数の可撓性の下部電極を形成し
てロール状に巻き上げる工程と、ロール状に巻き
上げられた前記帯状基板を前記アモルフアス半導
体層を形成する為の堆積空間内に繰出し、前記帯
状基板の裏面を加熱して前記複数の下部電極上に
前記アモルフアス半導体層を形成してロール状に
巻き上げる工程と、ロール状に巻き上げられた前
記アモルフアス半導体層の形成された前記帯状基
板上に上部電極を形成する工程と、を含むことを
特徴とする半導体素子の製造方法によつて達成さ
れる。
上記した構成にてなる本発明の半導体素子の製
造方法によれば、複数の半導体素子からなるアレ
ーの製造にロール・トウ・ロール方式を適用する
ことを可能し、その結果、半導体素子アレーの量
産効果の高い製造が可能となる。
造方法によれば、複数の半導体素子からなるアレ
ーの製造にロール・トウ・ロール方式を適用する
ことを可能し、その結果、半導体素子アレーの量
産効果の高い製造が可能となる。
本発明の一実施例では、化合物を含む気体のグ
ロー放電によつて順々に堆積された異なる導電形
の半導体合金材料層で光起電力パネルを作製する
方法であつて、減圧状態の少なくとも二つのグロ
ー放電領域の各々において、加熱されて昇温され
ている基体上に前記半導体合金材料を堆積させる
こと、所定のドープ物質含有化合物を、前記グロ
ー放電領域のうちの少なくとも一つの領域では気
相中に含ませておくと共に、前記グロー放電領域
のうちの他の領域では存在させないでおく方法で
あり、且つ異なる導電形の半導体合金材料層を
順々に堆積させるための前記複数のグロー放電領
域をとおるように前記基体をある径路に沿つて連
続的に移動させること、前記一つの領域の前記所
定のドープ物質含有化合物が前記基体の移動径路
に関して該一つの領域の直前又は直後の前記他の
領域の気相を汚染しないようにこれらの領域の気
相を相互に分離することによつて光起電力パネル
が作製される。
ロー放電によつて順々に堆積された異なる導電形
の半導体合金材料層で光起電力パネルを作製する
方法であつて、減圧状態の少なくとも二つのグロ
ー放電領域の各々において、加熱されて昇温され
ている基体上に前記半導体合金材料を堆積させる
こと、所定のドープ物質含有化合物を、前記グロ
ー放電領域のうちの少なくとも一つの領域では気
相中に含ませておくと共に、前記グロー放電領域
のうちの他の領域では存在させないでおく方法で
あり、且つ異なる導電形の半導体合金材料層を
順々に堆積させるための前記複数のグロー放電領
域をとおるように前記基体をある径路に沿つて連
続的に移動させること、前記一つの領域の前記所
定のドープ物質含有化合物が前記基体の移動径路
に関して該一つの領域の直前又は直後の前記他の
領域の気相を汚染しないようにこれらの領域の気
相を相互に分離することによつて光起電力パネル
が作製される。
本発明の一実施例では、前記基体として可撓性
ウエブが用いられる。
ウエブが用いられる。
また、本発明の一実施例では、個々別々の堆積
室に前期領域を設ける。
室に前期領域を設ける。
更に、本発明の一実施例では、更にｐ，ｉ及び
ｎ形の半導体合金材料の層を前記の個々別々の堆
積室の夫々の室で順々に堆積させる。
ｎ形の半導体合金材料の層を前記の個々別々の堆
積室の夫々の室で順々に堆積させる。
尚、本発明の一実施例では、前記半導体合金材
料としてシリコンを用いる。
料としてシリコンを用いる。
本発明の一実施例では、より効率的にドープさ
れたＰ形物質を形成するため、又はより効率的に
Ｐ形ドープされたシリコン材料を有するＰ−Ｎ又
はＰ−Ｉ−Ｎ接合素子を形成するため、グロー放
電によるシリコン堆積のバツチ法又は連続法にお
いて、Ｐ形ドープをより効率的に行う。
れたＰ形物質を形成するため、又はより効率的に
Ｐ形ドープされたシリコン材料を有するＰ−Ｎ又
はＰ−Ｉ−Ｎ接合素子を形成するため、グロー放
電によるシリコン堆積のバツチ法又は連続法にお
いて、Ｐ形ドープをより効率的に行う。
従来技術におけるＰ形ドープされた物質の形成
方法は、真性材料に対して最適化された堆積条件
下でジボランの如き従来のドープ物質用気体を使
用することに限定されて来た。これ迄は、有効な
非晶質シリコンの調製のため必要とされる温度範
囲外にあると考えられて来た約450℃以上の基板
温度で付着された非晶質（又は多結晶質）のシリ
コンのグロー放電堆積法において、Ｐ形ドープ物
質の気体状のホウ化物（B2H6の如き）およびＰ
形ドープ用金属の気体状化合物を使用可能である
とは誰も考えなかつた。
方法は、真性材料に対して最適化された堆積条件
下でジボランの如き従来のドープ物質用気体を使
用することに限定されて来た。これ迄は、有効な
非晶質シリコンの調製のため必要とされる温度範
囲外にあると考えられて来た約450℃以上の基板
温度で付着された非晶質（又は多結晶質）のシリ
コンのグロー放電堆積法において、Ｐ形ドープ物
質の気体状のホウ化物（B2H6の如き）およびＰ
形ドープ用金属の気体状化合物を使用可能である
とは誰も考えなかつた。
本発明の一実施例は又、約450℃以上で物質を
堆積させることによつて、更に効率的にＰ形ドー
プされたグロー放電堆積シリコンを形成する方法
も含むものである。このような高い温度で堆積さ
れたシリコン物質では、水素補償の利点を失うこ
とは、特にＰ形ドープされた堆積層が関連する電
極とオーミツクなP+界面を形成する場合、Ｐ形
ドーピングの効率向上により十分以上に克服され
る。前述の如く、このような高温度においては、
ホウ素又は金属性のＰ形ドープ用元素が使用され
た気体状化合物の水素および炭化水素構成元素か
ら十分に実質的に解離されるため、３中心結合そ
の他の望ましくない結合配置が除かれるものと考
えられる。Ｐ形ドープに対して有効な所望の四面
（四面体）結合がこのようにして得られる。Ｐ形
ドープ用金属（即ち、Al，Ga，In，Znおよび
Tl）の化合物の気体も又約400℃又はこれより低
い基板温度を用いるシリコンのグロー放電堆積の
際のＰ形ドープ物質としては有効でないが、これ
等の元素は本文に説明されたシリコンのグロー放
電用のより高い基板温度（即ち、少くとも約450
℃の温度）を用いる気体化合物形態の良好なＰ形
ドープ物質である。約450℃以上の高い基板温度
ではシリコン材料の水素補償の効率は低い結果と
なり得るが、700℃から800℃までの範囲内の基板
温度ではフツ素が堆積されたシリコンと効率的に
結合するため、この材料はフツ素によつて依然と
して効果的に補償される。
堆積させることによつて、更に効率的にＰ形ドー
プされたグロー放電堆積シリコンを形成する方法
も含むものである。このような高い温度で堆積さ
れたシリコン物質では、水素補償の利点を失うこ
とは、特にＰ形ドープされた堆積層が関連する電
極とオーミツクなP+界面を形成する場合、Ｐ形
ドーピングの効率向上により十分以上に克服され
る。前述の如く、このような高温度においては、
ホウ素又は金属性のＰ形ドープ用元素が使用され
た気体状化合物の水素および炭化水素構成元素か
ら十分に実質的に解離されるため、３中心結合そ
の他の望ましくない結合配置が除かれるものと考
えられる。Ｐ形ドープに対して有効な所望の四面
（四面体）結合がこのようにして得られる。Ｐ形
ドープ用金属（即ち、Al，Ga，In，Znおよび
Tl）の化合物の気体も又約400℃又はこれより低
い基板温度を用いるシリコンのグロー放電堆積の
際のＰ形ドープ物質としては有効でないが、これ
等の元素は本文に説明されたシリコンのグロー放
電用のより高い基板温度（即ち、少くとも約450
℃の温度）を用いる気体化合物形態の良好なＰ形
ドープ物質である。約450℃以上の高い基板温度
ではシリコン材料の水素補償の効率は低い結果と
なり得るが、700℃から800℃までの範囲内の基板
温度ではフツ素が堆積されたシリコンと効率的に
結合するため、この材料はフツ素によつて依然と
して効果的に補償される。
水素又はフツ素補償なしに堆積された非晶質シ
リコンの場合、基板温度が約550℃で結晶化過程
が重要となる。水素補償の非晶質シリコンの堆積
および（又は）合金化のため、非晶質状態は実質
的に約650℃の基板温度まで維持される。水素で
補償されたホウ素がドープされた非晶質シリコン
の場合は、約700℃の基板温度まで非晶質状態が
維持される。フツ素が添加される場合、堆積され
る材料の非晶質状態は更に高い基板温度の場合ま
でひろがる。このことから、この方法では、700
℃以上の基板温度においてホウ素でドープされた
フツ素補償の行われた非晶質シリコンが生成され
得ることが明らかである。水素およびフツ素によ
つて補償されたシリコン膜が実質的に非晶質の
まゝであるような付着基板温度により達成された
ドーピング・レベルはあるドーピング用途に対し
て十分である。更に高いドーピング・レベルに対
しては、非晶質材料がシリコンの微結晶と混成状
態になるか、あるいは実質的に多結晶となるよう
に、比較的高い堆積基板温度を使用することがで
きる。
リコンの場合、基板温度が約550℃で結晶化過程
が重要となる。水素補償の非晶質シリコンの堆積
および（又は）合金化のため、非晶質状態は実質
的に約650℃の基板温度まで維持される。水素で
補償されたホウ素がドープされた非晶質シリコン
の場合は、約700℃の基板温度まで非晶質状態が
維持される。フツ素が添加される場合、堆積され
る材料の非晶質状態は更に高い基板温度の場合ま
でひろがる。このことから、この方法では、700
℃以上の基板温度においてホウ素でドープされた
フツ素補償の行われた非晶質シリコンが生成され
得ることが明らかである。水素およびフツ素によ
つて補償されたシリコン膜が実質的に非晶質の
まゝであるような付着基板温度により達成された
ドーピング・レベルはあるドーピング用途に対し
て十分である。更に高いドーピング・レベルに対
しては、非晶質材料がシリコンの微結晶と混成状
態になるか、あるいは実質的に多結晶となるよう
に、比較的高い堆積基板温度を使用することがで
きる。
堆積させられた非晶質シリコン中の結晶物質の
包含又は実質的に多結晶のＰ形ドープされた物質
の使用は、Ｐ−Ｎ又はP+−Ｉ−N+形光起電力素
子の効率を損うことはない。この効率は、多結晶
シリコンにおけるＰ形ドーピング効率は十分に既
知であり、又微結晶の光吸収性は非晶質物質より
も低い故光活性層中での光子吸収性が悪影響を受
けないため、素子の効率が損われることはない。
吸収率が高い非晶質物質の場合は、P+−Ｉ−N+
構造のP+層が1000Å以下と言う薄さに保持され、
この層が光活性層でないため光子の吸収が最小限
度に抑えられる。この層厚は更に、有効な光起電
力作用を得るため素子のP+層と真性層間の伝導
帯および価電子帯を曲げるに十分な正のキヤリア
を提供する。非晶質シリコンへのシリコン微結晶
の添加は、P+−Ｉ−N+素子の効率を損わない許
りでなく、非晶質のＰ形物質と比較して結晶質Ｐ
形物質のより大きい正孔移動度およびより大きい
光伝導率の故に、Ｐ−Ｎ形光電素子の効率を補う
ことができる。
包含又は実質的に多結晶のＰ形ドープされた物質
の使用は、Ｐ−Ｎ又はP+−Ｉ−N+形光起電力素
子の効率を損うことはない。この効率は、多結晶
シリコンにおけるＰ形ドーピング効率は十分に既
知であり、又微結晶の光吸収性は非晶質物質より
も低い故光活性層中での光子吸収性が悪影響を受
けないため、素子の効率が損われることはない。
吸収率が高い非晶質物質の場合は、P+−Ｉ−N+
構造のP+層が1000Å以下と言う薄さに保持され、
この層が光活性層でないため光子の吸収が最小限
度に抑えられる。この層厚は更に、有効な光起電
力作用を得るため素子のP+層と真性層間の伝導
帯および価電子帯を曲げるに十分な正のキヤリア
を提供する。非晶質シリコンへのシリコン微結晶
の添加は、P+−Ｉ−N+素子の効率を損わない許
りでなく、非晶質のＰ形物質と比較して結晶質Ｐ
形物質のより大きい正孔移動度およびより大きい
光伝導率の故に、Ｐ−Ｎ形光電素子の効率を補う
ことができる。
又、本発明の一実施例は、従来用いられてなか
つた非気体状材料をドープ物質として使用するこ
とによつてＰ形ドーピングの難かしさを除去する
方法をも開示する。この方法は、固体金属を蒸発
させて、金属蒸気をシリコン堆積用気体と共に直
接グロー放電室に連続的あるいは間欠的に供給す
るように、固体金属を高温度迄加熱することを含
む。金属蒸気の形態のＰ形ドープ用金属は、フツ
素および水素補償が望ましい比較的低い基板温度
でのシリコンのグロー放電堆積法において有効で
ある。これ等の気化されたＰ形ドープ用金属は
又、水素保証が必要でない比較的高い基板温度で
のグロー放電シリコン堆積膜と共に使用できる。
つた非気体状材料をドープ物質として使用するこ
とによつてＰ形ドーピングの難かしさを除去する
方法をも開示する。この方法は、固体金属を蒸発
させて、金属蒸気をシリコン堆積用気体と共に直
接グロー放電室に連続的あるいは間欠的に供給す
るように、固体金属を高温度迄加熱することを含
む。金属蒸気の形態のＰ形ドープ用金属は、フツ
素および水素補償が望ましい比較的低い基板温度
でのシリコンのグロー放電堆積法において有効で
ある。これ等の気化されたＰ形ドープ用金属は
又、水素保証が必要でない比較的高い基板温度で
のグロー放電シリコン堆積膜と共に使用できる。
本発明の一実施例では、Ｐ形ドープ物質である
ホウ素若しくは金属材料をＮ形および真性のグロ
ー放電堆積された非晶質物質と結合された連続プ
ロセスで堆積させ、改良されたＰ−ＮおよびＰ−
Ｉ−Ｎ接合の光起電力素子等を製造することがで
きる。
ホウ素若しくは金属材料をＮ形および真性のグロ
ー放電堆積された非晶質物質と結合された連続プ
ロセスで堆積させ、改良されたＰ−ＮおよびＰ−
Ｉ−Ｎ接合の光起電力素子等を製造することがで
きる。
連続法において、連続する帯状材上に特定の所
要のＰ形およびＮ形および（又は）真性のシリコ
ン膜を効率的に堆積させるに必要な基板温度その
他の周囲条件を各々が有する別個の堆積ステーシ
ヨンを経て帯状基板が連続的又は段階的に移動さ
れる際、前記各物質が帯状基板上にグロー放電法
で堆積させられる。本発明の連続的な製造法にお
いては各堆積ステーシヨンが１つの層（Ｐ，Ｉ，
Ｎのいずれか）の堆積のため専用化されるが、こ
れは堆積材料がステーシヨンの背景環境を汚染し
て容易に除去されないためである。
要のＰ形およびＮ形および（又は）真性のシリコ
ン膜を効率的に堆積させるに必要な基板温度その
他の周囲条件を各々が有する別個の堆積ステーシ
ヨンを経て帯状基板が連続的又は段階的に移動さ
れる際、前記各物質が帯状基板上にグロー放電法
で堆積させられる。本発明の連続的な製造法にお
いては各堆積ステーシヨンが１つの層（Ｐ，Ｉ，
Ｎのいずれか）の堆積のため専用化されるが、こ
れは堆積材料がステーシヨンの背景環境を汚染し
て容易に除去されないためである。
本発明の特徴は、例えば、非晶質および多結晶
のシリコン半導体材料に対して適用されるが、好
ましい一例として450から700℃の範囲の基板温度
でシリコン材料と共にグロー放電堆積される気体
状のホウ素又は気体状の蒸気化金属からなるＰ形
ドープ用物質について特に詳述する。この堆積さ
れた膜は前記基板温度範囲全体にわたつてフツ素
によつて補償されているが、水素の補償は基板温
度の上昇と共に減少する。蒸気化金属からなるＰ
形ドープ材料はシリコン材料と共に400℃より低
い基板温度でグロー放電堆積されてもよい。この
場合、水素およびフツ素補償されたＰ形ドープさ
れた物質を形成することができる。
のシリコン半導体材料に対して適用されるが、好
ましい一例として450から700℃の範囲の基板温度
でシリコン材料と共にグロー放電堆積される気体
状のホウ素又は気体状の蒸気化金属からなるＰ形
ドープ用物質について特に詳述する。この堆積さ
れた膜は前記基板温度範囲全体にわたつてフツ素
によつて補償されているが、水素の補償は基板温
度の上昇と共に減少する。蒸気化金属からなるＰ
形ドープ材料はシリコン材料と共に400℃より低
い基板温度でグロー放電堆積されてもよい。この
場合、水素およびフツ素補償されたＰ形ドープさ
れた物質を形成することができる。
本発明の一実施例は、太陽電池又はＰ−Ｎ若し
くはＰ−Ｉ−Ｎ素子を含む電流素子の製造に用い
るため、更に効率のよいＰ形の非晶質半導体膜の
製造を可能にする。更に、本発明の一実施例で
は、前述の基板温度で、Ｐ形ドープ用物質となる
ホウ素又は金属Al，Ga，In，ZnもしくはTlの内
の少くとも１つを用いて、グロー放電環境におい
て種種の素子の有効な大量生産法をもたらす。
くはＰ−Ｉ−Ｎ素子を含む電流素子の製造に用い
るため、更に効率のよいＰ形の非晶質半導体膜の
製造を可能にする。更に、本発明の一実施例で
は、前述の基板温度で、Ｐ形ドープ用物質となる
ホウ素又は金属Al，Ga，In，ZnもしくはTlの内
の少くとも１つを用いて、グロー放電環境におい
て種種の素子の有効な大量生産法をもたらす。
従つて、本発明の一実施例では、Ｐ形半導体合
金を形成する方法が提供され、この方法は、材料
のグロー放電法の堆積工程において、金属元素が
グロー放電堆積されるシリコン材料と共に堆積さ
せられてＰ形合金を形成するようにシリコン堆積
用のグロー放電領域中にＰ形ドープ物質となる蒸
気化金属元素を導入することを特徴とする部分真
空雰囲気内に少くともシリコンを含む化合物のグ
ロー放電によつて、少くともシリコンを含む材料
を基板上に付着させる工程を含む。
金を形成する方法が提供され、この方法は、材料
のグロー放電法の堆積工程において、金属元素が
グロー放電堆積されるシリコン材料と共に堆積さ
せられてＰ形合金を形成するようにシリコン堆積
用のグロー放電領域中にＰ形ドープ物質となる蒸
気化金属元素を導入することを特徴とする部分真
空雰囲気内に少くともシリコンを含む化合物のグ
ロー放電によつて、少くともシリコンを含む材料
を基板上に付着させる工程を含む。
本発明の一実施例ではＰ形合金の形成方法が提
供される。この方法は、材料のグロー放電堆積の
間、Ｐ形ドープ物質の気体状化合物を、シリコン
堆積用グロー放電域に導入することによつて特徴
づけられており、部分真空の雰囲気内で少くとも
シリコンを含む化合物のグロー放電によつて少く
ともシリコンを含む材料を少くとも約450℃の温
度迄加熱された基板上に堆積される工程を含む。
尚、この場合、前記Ｐ形ドープ物質の気体状化合
物は少くともＰ形ドープ用元素および非Ｐ形ドー
プ用置換基を含み、この気体状化合物は少くとも
約450℃の前記基板温度において前記Ｐ形ドープ
用元素および前記非Ｐ形ドープ用置換基に解離
し、Ｐ形ドープ用元素は堆積するシリコン半導体
材料と結合してＰ形合金を生じる。
供される。この方法は、材料のグロー放電堆積の
間、Ｐ形ドープ物質の気体状化合物を、シリコン
堆積用グロー放電域に導入することによつて特徴
づけられており、部分真空の雰囲気内で少くとも
シリコンを含む化合物のグロー放電によつて少く
ともシリコンを含む材料を少くとも約450℃の温
度迄加熱された基板上に堆積される工程を含む。
尚、この場合、前記Ｐ形ドープ物質の気体状化合
物は少くともＰ形ドープ用元素および非Ｐ形ドー
プ用置換基を含み、この気体状化合物は少くとも
約450℃の前記基板温度において前記Ｐ形ドープ
用元素および前記非Ｐ形ドープ用置換基に解離
し、Ｐ形ドープ用元素は堆積するシリコン半導体
材料と結合してＰ形合金を生じる。
本発明の一実施例ではシリコンを含む少くとも
１つの元素を有する材料を含む半導体合金が提供
される。この材料は部分真空雰囲気におけるシリ
コンを含む少くとも１つの化合物のグロー放電に
より基板上に堆積させられ、このグロー放電によ
る堆積の間蒸気化状態の前記金属元素が該材料に
とり込まれてＰ形合金を提供する少くとも１つの
金属のＰ形ドープ用元素が用いられている。
１つの元素を有する材料を含む半導体合金が提供
される。この材料は部分真空雰囲気におけるシリ
コンを含む少くとも１つの化合物のグロー放電に
より基板上に堆積させられ、このグロー放電によ
る堆積の間蒸気化状態の前記金属元素が該材料に
とり込まれてＰ形合金を提供する少くとも１つの
金属のＰ形ドープ用元素が用いられている。
本発明の一実施例ではシリコンを含む少くとも
１つの元素を有する材料を含む半導体合金が提供
される。この材料は少くとも約450℃の温度に加
熱された基板上にシリコンを含む少くとも１つの
化合物のグロー放電によつて堆積せしめられてお
り、Ｐ形ドープ用の気体状化合物から材料中にと
り込まれた少くとも１つのＰ形ドープ元素によつ
て特徴づけられている。尚この場合、前記のＰ形
ドープ用気体状化合物は少くとも前記Ｐ形ドープ
用元素および非Ｐ形ドープ用置換基を含み、前記
の気体状化合物は、グロー放電堆積の間少くとも
約450℃の前記基板温度においてＰ形合金が形成
されるように前記Ｐ形ドープ用元素および非Ｐ形
ドープ用置換基に解離する。
１つの元素を有する材料を含む半導体合金が提供
される。この材料は少くとも約450℃の温度に加
熱された基板上にシリコンを含む少くとも１つの
化合物のグロー放電によつて堆積せしめられてお
り、Ｐ形ドープ用の気体状化合物から材料中にと
り込まれた少くとも１つのＰ形ドープ元素によつ
て特徴づけられている。尚この場合、前記のＰ形
ドープ用気体状化合物は少くとも前記Ｐ形ドープ
用元素および非Ｐ形ドープ用置換基を含み、前記
の気体状化合物は、グロー放電堆積の間少くとも
約450℃の前記基板温度においてＰ形合金が形成
されるように前記Ｐ形ドープ用元素および非Ｐ形
ドープ用置換基に解離する。
本発明の一実施例では、金属電極を含む基板を
有するＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ形接合が提供され
る。この場合、材料が反対の導電タイプ（Ｐおよ
びＮ）の少くとも２つの合金の順次のグロー放電
堆積により前記電極上に堆積されたシリコンを含
む少くとも１つの元素からなり、グロー放電堆積
の間に少くとも１つの蒸気化金属からなるＰ形ド
ープ用元素をとり込ませてなるシリコンのＰ形合
金であるＰ形のシリコン含有合金によつて特徴づ
けられる。尚、この場合、Ｎ形のシリコン含有合
金は、Ｎ形合金になるようにそのグロー放電堆積
の間少くとも１つのＮ形ドープ用元素をとり込ん
でいる。
有するＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ形接合が提供され
る。この場合、材料が反対の導電タイプ（Ｐおよ
びＮ）の少くとも２つの合金の順次のグロー放電
堆積により前記電極上に堆積されたシリコンを含
む少くとも１つの元素からなり、グロー放電堆積
の間に少くとも１つの蒸気化金属からなるＰ形ド
ープ用元素をとり込ませてなるシリコンのＰ形合
金であるＰ形のシリコン含有合金によつて特徴づ
けられる。尚、この場合、Ｎ形のシリコン含有合
金は、Ｎ形合金になるようにそのグロー放電堆積
の間少くとも１つのＮ形ドープ用元素をとり込ん
でいる。
本発明の一実施例では金属電極を含む基板を有
するＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ接合が提供される。こ
の場合、材料が、反対の導電タイプ（Ｐおよび
Ｎ）の少くとも２つの合金の順次のグロー放電堆
積によつて少くとも約450℃の温度迄加熱された
前記電極上に堆積されたシリコンを含む少くとも
１つの元素を有し、グロー放電堆積の間にＰ形ド
ープ用気体状化合物から少くとも１つのＰ形ドー
プ用元素をとり込ませたＰ形のシリコン含有合金
によつて特徴づけられる。尚この場合、前記Ｐ形
ドープ用気体状化合物は少くとも前記Ｐ形ドープ
用元素および非Ｐ形ドープ用置換基を含み、この
気体状化合物は、シリコンのＰ形合金を形成する
ように、少くとも約450℃の前記基板温度で前記
Ｐ形ドープ用元素および非Ｐ形ドープ用置換基に
解離する。Ｎ形シリコン含有合金は、Ｎ形シリコ
ンになるようにそのグロー放電堆積の間に少くと
も１つのＮ形ドープ用元素をとり込む。
するＰ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ接合が提供される。こ
の場合、材料が、反対の導電タイプ（Ｐおよび
Ｎ）の少くとも２つの合金の順次のグロー放電堆
積によつて少くとも約450℃の温度迄加熱された
前記電極上に堆積されたシリコンを含む少くとも
１つの元素を有し、グロー放電堆積の間にＰ形ド
ープ用気体状化合物から少くとも１つのＰ形ドー
プ用元素をとり込ませたＰ形のシリコン含有合金
によつて特徴づけられる。尚この場合、前記Ｐ形
ドープ用気体状化合物は少くとも前記Ｐ形ドープ
用元素および非Ｐ形ドープ用置換基を含み、この
気体状化合物は、シリコンのＰ形合金を形成する
ように、少くとも約450℃の前記基板温度で前記
Ｐ形ドープ用元素および非Ｐ形ドープ用置換基に
解離する。Ｎ形シリコン含有合金は、Ｎ形シリコ
ンになるようにそのグロー放電堆積の間に少くと
も１つのＮ形ドープ用元素をとり込む。
本発明の一実施例では、１つ以上の電極形成領
域を有する可撓性の帯状材からなる基板のロール
を形成し、反対の導電タイプ（ＰおよびＮ）を有
する少くとも２つの薄い可撓性のシリコン合金を
前記の１つ以上の電極形成領域の少くとも一部上
に堆積させるように少くとも１つのシリコン堆積
領域を含む部分的に抜記された空間内に前記基板
のロールを略々連続的に繰出し、前記１つ以上の
合金によつて光起電力用空乏領域を成形させるよ
うにし、次いで前記シリコン合金上に前記電極形
成領域の各々に対して別個に薄い可撓性の電極形
成層を付着することを特徴とする光起電力パネル
を製造する方法が提供される。
域を有する可撓性の帯状材からなる基板のロール
を形成し、反対の導電タイプ（ＰおよびＮ）を有
する少くとも２つの薄い可撓性のシリコン合金を
前記の１つ以上の電極形成領域の少くとも一部上
に堆積させるように少くとも１つのシリコン堆積
領域を含む部分的に抜記された空間内に前記基板
のロールを略々連続的に繰出し、前記１つ以上の
合金によつて光起電力用空乏領域を成形させるよ
うにし、次いで前記シリコン合金上に前記電極形
成領域の各々に対して別個に薄い可撓性の電極形
成層を付着することを特徴とする光起電力パネル
を製造する方法が提供される。
本発明の望ましい実質態様については、本明細
書に添付した図面に関して次に例示的に説明す
る。
書に添付した図面に関して次に例示的に説明す
る。
第１図によれば、改良されたＰ形材料をとり込む
素子の製造における第１の工程Ａは支持層１０の
形成を含む。この基板１０は、アルミニウム又は
ステンレス鋼等からなる可撓性の帯状材で形成さ
れる。このように、可撓性に富んだ帯状材支持層
１０は、連続的なロール・トウ・ロールプロセス
において、第２図および第３図に関して以下に説
明する種々の堆積ステーシヨンを該帯状材１０が
通過させられる際、金属の電極を形成する各層お
よびシリコン層を堆積させるために使用可能であ
る。アルミニウム又はステンレス鋼の支持層１０
は、少くとも約0.08mm（３ミル）好ましくは約
0.4mm（15ミル）の厚さを有し、必要に応じた巾
を有する。帯状材１０が薄く可撓性のある帯状材
である場合、ロール単位で購入することが望まし
い。
素子の製造における第１の工程Ａは支持層１０の
形成を含む。この基板１０は、アルミニウム又は
ステンレス鋼等からなる可撓性の帯状材で形成さ
れる。このように、可撓性に富んだ帯状材支持層
１０は、連続的なロール・トウ・ロールプロセス
において、第２図および第３図に関して以下に説
明する種々の堆積ステーシヨンを該帯状材１０が
通過させられる際、金属の電極を形成する各層お
よびシリコン層を堆積させるために使用可能であ
る。アルミニウム又はステンレス鋼の支持層１０
は、少くとも約0.08mm（３ミル）好ましくは約
0.4mm（15ミル）の厚さを有し、必要に応じた巾
を有する。帯状材１０が薄く可撓性のある帯状材
である場合、ロール単位で購入することが望まし
い。
第２の工程Ｂは、所望ならば離間され絶縁され
た電極形成層が形成されるように、アルミニウム
又はステンレス鋼製の支持層１０の表面に絶縁層
１２を体積させることを含む。例えば、厚さ約５
ミクロンの層１２は金属酸化物で作ることができ
る。支持層１０がアルミニウムからなる場合には
この層は酸化アルミニウムAl2O3であることが望
ましく、ステンレス鋼からなる場合には二酸化ケ
イ素SiO2その他の適当なガラスでよい。この支
持層１０は絶縁層１２を予め形成した状態で購入
できる。尚、絶縁層１２は、化学的堆積法、蒸着
法、又はアルミニウム基板の場合には陽極酸化法
等の従来周知の製造方法によつて支持層１０の表
面に形成され得る。２つの層、即ち支持層１０お
よび酸化層１２が絶縁基板１４を形成する。
た電極形成層が形成されるように、アルミニウム
又はステンレス鋼製の支持層１０の表面に絶縁層
１２を体積させることを含む。例えば、厚さ約５
ミクロンの層１２は金属酸化物で作ることができ
る。支持層１０がアルミニウムからなる場合には
この層は酸化アルミニウムAl2O3であることが望
ましく、ステンレス鋼からなる場合には二酸化ケ
イ素SiO2その他の適当なガラスでよい。この支
持層１０は絶縁層１２を予め形成した状態で購入
できる。尚、絶縁層１２は、化学的堆積法、蒸着
法、又はアルミニウム基板の場合には陽極酸化法
等の従来周知の製造方法によつて支持層１０の表
面に形成され得る。２つの層、即ち支持層１０お
よび酸化層１２が絶縁基板１４を形成する。
第３の工程Ｃは前記絶縁基板１４上に１つ以上
の電極を形成する層１６を堆積させて、その上に
形成させる接合素子のためのベース電極基板１８
を形成する。この金属の電極層（単数又は複数）
１６は、比較的早い堆積法である蒸着法により堆
積されることが望ましい。電極層１６は、光起電
力素子のためには、モリブデン、アルミニウム、
クロム、又はステンレス鋼製の反射性のある金属
電極であることが望ましい。太陽電池の場合に
は、吸収されないで半導体材料を透過した光が電
極層１６で反射され、再び半導体材料中にとおさ
れる。半導体材料がこの時反射された光のエネル
ギを吸収する故、素子の効率が増大され得る。従
つて、反射性電極が望ましい。
の電極を形成する層１６を堆積させて、その上に
形成させる接合素子のためのベース電極基板１８
を形成する。この金属の電極層（単数又は複数）
１６は、比較的早い堆積法である蒸着法により堆
積されることが望ましい。電極層１６は、光起電
力素子のためには、モリブデン、アルミニウム、
クロム、又はステンレス鋼製の反射性のある金属
電極であることが望ましい。太陽電池の場合に
は、吸収されないで半導体材料を透過した光が電
極層１６で反射され、再び半導体材料中にとおさ
れる。半導体材料がこの時反射された光のエネル
ギを吸収する故、素子の効率が増大され得る。従
つて、反射性電極が望ましい。
次に、ベース電極基板１８は、前記特許第
4226898号に記載された室の如きグロー放電堆積
環境、又は第２図および第３図について以下に論
述される如き連続プロセス装置おかれる。Ｄ１〜
Ｄ５で示される特定例は、改良されたＰ形ドープ
法および材料を用いて製造できる種々のＰ−Ｉ−
Ｎ又はＰ−Ｎ接合素子の例示に過ぎない。各素子
はベース電極基板１８を用いて形成される。Ｄ１
〜Ｄ５に示される各素子は、全体の厚さが約5000
乃至30000Åの範囲内である複数のシリコン層を
有する。この厚さは、構造体内にビンホールその
他の物理的欠陥がないこと、および光吸収効率が
最大となることを補償する。更に厚い材料の場合
更に光を吸収できるかもしれないが、厚さが厚く
なるにつれて光で生成された電子正孔対の再結合
がより多く生じる故、あつ厚さにおいてそれ以上
の電流が生じなくなる。（Ｄ１〜Ｄ５に示された
各層の厚さは正確な縮尺になつていないことを理
解すべきである。） 最初にＤ１について述べれば、第一に基板１８
上に強くドープしたN+シリコン層２０を堆積さ
せることによつてＮ−Ｉ−Ｐ素子が形成される。
4226898号に記載された室の如きグロー放電堆積
環境、又は第２図および第３図について以下に論
述される如き連続プロセス装置おかれる。Ｄ１〜
Ｄ５で示される特定例は、改良されたＰ形ドープ
法および材料を用いて製造できる種々のＰ−Ｉ−
Ｎ又はＰ−Ｎ接合素子の例示に過ぎない。各素子
はベース電極基板１８を用いて形成される。Ｄ１
〜Ｄ５に示される各素子は、全体の厚さが約5000
乃至30000Åの範囲内である複数のシリコン層を
有する。この厚さは、構造体内にビンホールその
他の物理的欠陥がないこと、および光吸収効率が
最大となることを補償する。更に厚い材料の場合
更に光を吸収できるかもしれないが、厚さが厚く
なるにつれて光で生成された電子正孔対の再結合
がより多く生じる故、あつ厚さにおいてそれ以上
の電流が生じなくなる。（Ｄ１〜Ｄ５に示された
各層の厚さは正確な縮尺になつていないことを理
解すべきである。） 最初にＤ１について述べれば、第一に基板１８
上に強くドープしたN+シリコン層２０を堆積さ
せることによつてＮ−Ｉ−Ｐ素子が形成される。
N+層２０が堆積されると、真性ｉシリコン層
２２がその上に付着させられる。この真性層２２
の後には、最後の半導体層として強くドープされ
た伝導性P+のシリコン層２４が堆積される。こ
のシリコン層２０，２２，２４はＮ−Ｉ−Ｐ素子
２６の活性層を形成する。
２２がその上に付着させられる。この真性層２２
の後には、最後の半導体層として強くドープされ
た伝導性P+のシリコン層２４が堆積される。こ
のシリコン層２０，２２，２４はＮ−Ｉ−Ｐ素子
２６の活性層を形成する。
Ｄ１〜Ｄ５に示される各素子は他の用途もある
が、こゝでは光起電力素子として説明する。光起
電力素子として利用される場合、選択された外側
のP+層２４は、光の吸収性の少い高導電率の層
である。光の吸収性の小さな高導電率のN+層２
０上に吸収率が大きく導電率が小さく光導電率が
大きな真性層２２がある。電極層１６の内面と
P+層２４の頂面との間の素子の全厚さは、前述
の如く、少くとも約5000Å程度である。N+ドー
プ層２０の厚さは約50乃至500Åの範囲内にある
ことが望ましい。非晶質の真性層２２の厚さは約
5000乃至30000Åの範囲内にあることが望ましい。
頂部のP+接触層２４の厚さも又約50乃至500Åの
範囲内にあることが望ましい。正孔の拡散距離が
比較的短いため、P+層は一般に50乃至500（又は
150）Å程度の可能な限り薄くする。更に、前記
接触層における光の吸収を避けるため、N+又は
P+の如何を問わず外側の層（本例ではP+層２４）
はできるだけ薄く保たれる。
が、こゝでは光起電力素子として説明する。光起
電力素子として利用される場合、選択された外側
のP+層２４は、光の吸収性の少い高導電率の層
である。光の吸収性の小さな高導電率のN+層２
０上に吸収率が大きく導電率が小さく光導電率が
大きな真性層２２がある。電極層１６の内面と
P+層２４の頂面との間の素子の全厚さは、前述
の如く、少くとも約5000Å程度である。N+ドー
プ層２０の厚さは約50乃至500Åの範囲内にある
ことが望ましい。非晶質の真性層２２の厚さは約
5000乃至30000Åの範囲内にあることが望ましい。
頂部のP+接触層２４の厚さも又約50乃至500Åの
範囲内にあることが望ましい。正孔の拡散距離が
比較的短いため、P+層は一般に50乃至500（又は
150）Å程度の可能な限り薄くする。更に、前記
接触層における光の吸収を避けるため、N+又は
P+の如何を問わず外側の層（本例ではP+層２４）
はできるだけ薄く保たれる。
各層は、前掲の米国特許第4226898号に記載し
た従来のグロー放電室により、あるいは望ましく
は第２図および第３図に関して以下記載した連続
プロセスにおいて、ベース電極基板１８上に堆積
され得る。いずれの場合でも、前記グロー放電シ
ステムが最初に約20ミリトルに抜記されて堆積シ
ステムから雰囲気中の不純物をパージ即ち除去す
る。シリコン材料は、次に化合物のガス形態で、
特に四フツ化シリコンSiF4の形で堆積室内に送ら
れることが望ましい。グロー放電プラズマは、好
ましくは、約４：１乃至10：１の望ましい比率の
範囲で四フツ化シリコンおよび水素H2ガスの混
合物から得る。堆積システムは、約0.3乃至1.5ト
ル、望ましくは約0.6トルの如く0.6乃至1.0トルの
範囲内の圧力で操作されることが望ましい。
た従来のグロー放電室により、あるいは望ましく
は第２図および第３図に関して以下記載した連続
プロセスにおいて、ベース電極基板１８上に堆積
され得る。いずれの場合でも、前記グロー放電シ
ステムが最初に約20ミリトルに抜記されて堆積シ
ステムから雰囲気中の不純物をパージ即ち除去す
る。シリコン材料は、次に化合物のガス形態で、
特に四フツ化シリコンSiF4の形で堆積室内に送ら
れることが望ましい。グロー放電プラズマは、好
ましくは、約４：１乃至10：１の望ましい比率の
範囲で四フツ化シリコンおよび水素H2ガスの混
合物から得る。堆積システムは、約0.3乃至1.5ト
ル、望ましくは約0.6トルの如く0.6乃至1.0トルの
範囲内の圧力で操作されることが望ましい。
半導体材料は、望ましくは赤外線装置によつ
て、各層の所要の堆積温度迄加熱されている基板
上に自己保持プラズマから堆積される。素子のＰ
形ドープ層は、使用されたＰ形ドープ物質の形態
に依存して、特定温度で堆積される。気化された
Ｐ形ドープ用金属の蒸気は、十分に補償されたシ
リコン材料が望ましい場合、約400℃又はこれ以
下の比較的低い温度で堆積され得るが、約1000℃
迄の比較的高い温度で堆積させ得る。基板温度の
上限は一部は使用される金属基板１０の種類によ
る。アルミニウムの場合には上限温度は約600℃
より高くてはならず、ステンレス鋼の場合は約
1000℃より高くすることもできる。Ｎ−Ｉ−Ｐ又
はＰ−Ｉ−Ｎ素子の真性層を形成するのに必要な
十分に補償された非晶質シリコン層が形成される
べき場合には、基板温度は約400℃より低くなけ
ればならず、約300℃であることが望ましい。
て、各層の所要の堆積温度迄加熱されている基板
上に自己保持プラズマから堆積される。素子のＰ
形ドープ層は、使用されたＰ形ドープ物質の形態
に依存して、特定温度で堆積される。気化された
Ｐ形ドープ用金属の蒸気は、十分に補償されたシ
リコン材料が望ましい場合、約400℃又はこれ以
下の比較的低い温度で堆積され得るが、約1000℃
迄の比較的高い温度で堆積させ得る。基板温度の
上限は一部は使用される金属基板１０の種類によ
る。アルミニウムの場合には上限温度は約600℃
より高くてはならず、ステンレス鋼の場合は約
1000℃より高くすることもできる。Ｎ−Ｉ−Ｐ又
はＰ−Ｉ−Ｎ素子の真性層を形成するのに必要な
十分に補償された非晶質シリコン層が形成される
べき場合には、基板温度は約400℃より低くなけ
ればならず、約300℃であることが望ましい。
気化された金属の蒸気を用いて非晶質のＰ形ド
ープされた水素補償シリコン材料を堆積させるた
めには、基板温度は約200℃から400℃の範囲内、
好ましくは約250℃から350℃、特に望ましくは約
300℃である。
ープされた水素補償シリコン材料を堆積させるた
めには、基板温度は約200℃から400℃の範囲内、
好ましくは約250℃から350℃、特に望ましくは約
300℃である。
本発明の一実施例のＰ形ドープ物質の気体を用
いてシリコン半導体材料を堆積させるためには、
基板温度は約450℃から800℃の範囲内、望ましく
は約500℃から700℃の範囲内である。
いてシリコン半導体材料を堆積させるためには、
基板温度は約450℃から800℃の範囲内、望ましく
は約500℃から700℃の範囲内である。
ドープ濃度は、各素子のために各層が堆積され
る際所要のＰ，P+、Ｎ又はN+形の導電特性を生
じるよう変更される。Ｎ形又はＰ形ドープ層の場
合は、堆積の際、材料は５から100ppmのドープ
物質でドープされる。N+形又はP+形ドープ層の
場合、堆積の際材料は100ppmから１％以上のド
ープ物質でドープされる。Ｎ形ドープ物質は前記
量のホスフイン又はアルシンでよい。Ｐ形ドープ
物質は、P+材料に対して望ましくは100ppmから
5000ppm又はそれ以上の範囲で各基板温度で堆積
される本発明の一実施例のドープ物質でよい。
る際所要のＰ，P+、Ｎ又はN+形の導電特性を生
じるよう変更される。Ｎ形又はＰ形ドープ層の場
合は、堆積の際、材料は５から100ppmのドープ
物質でドープされる。N+形又はP+形ドープ層の
場合、堆積の際材料は100ppmから１％以上のド
ープ物質でドープされる。Ｎ形ドープ物質は前記
量のホスフイン又はアルシンでよい。Ｐ形ドープ
物質は、P+材料に対して望ましくは100ppmから
5000ppm又はそれ以上の範囲で各基板温度で堆積
される本発明の一実施例のドープ物質でよい。
グロー放電堆積法においては、材料が導入され
AC信号によつて生成されるプラズマが含まれる。
このプラズマは、約1KHz乃至13.6MHzのAC信
号によりカソードと基板アノードの間に保持され
ることが望ましい。
AC信号によつて生成されるプラズマが含まれる。
このプラズマは、約1KHz乃至13.6MHzのAC信
号によりカソードと基板アノードの間に保持され
ることが望ましい。
本発明の一実施例のＰ形ドープ法および物質
は、種々のシリコン非晶質半導体材料層を有する
素子において使用可能であるが、前掲の米国特許
第4226898号に開示されフツ素および水素補償グ
ロー放電堆積材料と共に使用されることが望まし
い。この場合、四フツ化シリコンおよび水素の混
合物は、真性層およびＮ形層に対しては、約400
℃又はこれ以下で非晶質シリコンの補償された物
質として堆積せしめられる。Ｄ２，Ｄ３およびＤ
５に示された事例においては、電極層１６上に配
されたP+層は、フツ素で補償された物質が得ら
れる約450℃以上の比較的高い基板温度で堆積せ
しめられ得る。水素は比較的高い基板温度範囲に
おいてはシリコンと共に有効に堆積されず、排気
ガスと共に掃気される故、材料は有効な水素補償
が行われない。
は、種々のシリコン非晶質半導体材料層を有する
素子において使用可能であるが、前掲の米国特許
第4226898号に開示されフツ素および水素補償グ
ロー放電堆積材料と共に使用されることが望まし
い。この場合、四フツ化シリコンおよび水素の混
合物は、真性層およびＮ形層に対しては、約400
℃又はこれ以下で非晶質シリコンの補償された物
質として堆積せしめられる。Ｄ２，Ｄ３およびＤ
５に示された事例においては、電極層１６上に配
されたP+層は、フツ素で補償された物質が得ら
れる約450℃以上の比較的高い基板温度で堆積せ
しめられ得る。水素は比較的高い基板温度範囲に
おいてはシリコンと共に有効に堆積されず、排気
ガスと共に掃気される故、材料は有効な水素補償
が行われない。
真性ｉ層の外側にP+層があるＤ１およびＤ４
に示された素子では、約450℃以上の基板堆積温
度である層を堆積させようとすると該層の下に位
置する層での水素補償作用を破壊することになる
ため、高温で付着されるP+層は持たず、真性ｉ
層は光起電力素子における十分に水素およびフツ
素補償された非晶質層であり得る。各素子のＮ形
層およびN+形層も又、非晶質でフツ素および水
素補償された形で堆積されていることが望まし
い。従来のＮ形ドープ物質は、約400℃以下の比
較的低い温度でシリコン材料と共に容易に付着さ
れ、高いドーピング効率をもたらすことになる。
このように、これ等の構造 Ｄ１およびＤ４にお
いては、各層は非晶質シリコンであり、少くとも
約400℃以下の基板温度において気化されたP+形
ドープ用金属蒸気の１つによりP+層が最もよく
形成される。下に位置する非晶質層の特性を破壊
する温度に達しないと仮定すれば、高い基板温度
を必要とする気相の金属又はホウ素化合物からな
るＰ形ドープ物質の使用も又有効である。
に示された素子では、約450℃以上の基板堆積温
度である層を堆積させようとすると該層の下に位
置する層での水素補償作用を破壊することになる
ため、高温で付着されるP+層は持たず、真性ｉ
層は光起電力素子における十分に水素およびフツ
素補償された非晶質層であり得る。各素子のＮ形
層およびN+形層も又、非晶質でフツ素および水
素補償された形で堆積されていることが望まし
い。従来のＮ形ドープ物質は、約400℃以下の比
較的低い温度でシリコン材料と共に容易に付着さ
れ、高いドーピング効率をもたらすことになる。
このように、これ等の構造 Ｄ１およびＤ４にお
いては、各層は非晶質シリコンであり、少くとも
約400℃以下の基板温度において気化されたP+形
ドープ用金属蒸気の１つによりP+層が最もよく
形成される。下に位置する非晶質層の特性を破壊
する温度に達しないと仮定すれば、高い基板温度
を必要とする気相の金属又はホウ素化合物からな
るＰ形ドープ物質の使用も又有効である。
Ｄ２に示された第二の素子２６′はＤ１に示す
Ｐ−Ｉ−Ｎ形素子と逆の導電形態を有する。素子
２６′においては、P+層２８が最初にベース電極
基板１８上に堆積されており、この上に真性層３
０および外側のN+層が堆積されている。この素
子においては、P+層は前記好ましい範囲内のど
んな基板温度でも堆積され得る。
Ｐ−Ｉ−Ｎ形素子と逆の導電形態を有する。素子
２６′においては、P+層２８が最初にベース電極
基板１８上に堆積されており、この上に真性層３
０および外側のN+層が堆積されている。この素
子においては、P+層は前記好ましい範囲内のど
んな基板温度でも堆積され得る。
Ｄ３およびＤ４に示される素子２６″および２
６も又逆の形態であつてそれぞれＰ−ＮおよびＮ
−Ｐ接合素子である。素子２６″においては、P+
形非晶質シリコン層３４がベース電極基板１８上
に堆積され、その上に非晶質シリコンのＰ形層３
６が堆積され、次に非晶質シリコンのＮ形層３８
が堆積され、最後に非晶質シリコンのN+形外側
層４０が堆積されている。素子２６においては、
逆の順序でN+形非晶質シリコン層４２が最初に
堆積され、これにＮ形層４４およびＰ形非晶質シ
リコン層４６が堆積され、最後に外側のP+形非
晶質シリコン層４８が堆積されている。
６も又逆の形態であつてそれぞれＰ−ＮおよびＮ
−Ｐ接合素子である。素子２６″においては、P+
形非晶質シリコン層３４がベース電極基板１８上
に堆積され、その上に非晶質シリコンのＰ形層３
６が堆積され、次に非晶質シリコンのＮ形層３８
が堆積され、最後に非晶質シリコンのN+形外側
層４０が堆積されている。素子２６においては、
逆の順序でN+形非晶質シリコン層４２が最初に
堆積され、これにＮ形層４４およびＰ形非晶質シ
リコン層４６が堆積され、最後に外側のP+形非
晶質シリコン層４８が堆積されている。
第二のタイプのＰ−Ｉ−Ｎ接合素子２６がＤ５
に示されている。この素子においては、第１の
P+形非晶質層５０が堆積され、その上に真性非
晶質シリコン層５２、非晶質シリコン層５４およ
び外側のN+形非晶質シリコン層５６が堆積され
ている。（この構成の逆の形態は図示しないが、
これも又使用可能である。） 所要の順序における種々の半導体層のグロー放
電操作に続いて、別の堆積環境における第五の工
程Ｅが実施されることが望ましい。蒸着環境はグ
ロー放電プロセスよりも速い堆積プロセスである
ため、その使用が望ましい。この工程において
は、例えばインジウム錫酸化物ITO、錫酸カドミ
ウムCd2SnO4又はドープされた酸化錫SnO2でよ
いTCO層５８（透明な導電性酸化物）が素子２
６に追加されている。
に示されている。この素子においては、第１の
P+形非晶質層５０が堆積され、その上に真性非
晶質シリコン層５２、非晶質シリコン層５４およ
び外側のN+形非晶質シリコン層５６が堆積され
ている。（この構成の逆の形態は図示しないが、
これも又使用可能である。） 所要の順序における種々の半導体層のグロー放
電操作に続いて、別の堆積環境における第五の工
程Ｅが実施されることが望ましい。蒸着環境はグ
ロー放電プロセスよりも速い堆積プロセスである
ため、その使用が望ましい。この工程において
は、例えばインジウム錫酸化物ITO、錫酸カドミ
ウムCd2SnO4又はドープされた酸化錫SnO2でよ
いTCO層５８（透明な導電性酸化物）が素子２
６に追加されている。
TCO層５８の上に電極グリツド６０を形成す
るため、第六工程Ｆをオプシヨンとして実施する
ことができる。このグリツド６０は、使用した素
子の最終寸法に従つてTCO層５８の表面に配す
ることができる。約13cm2（2in2）程度以下の面積
を有する素子２６においては、TCOで導電性が
十分なため、効率を高めるために電極グリツドを
設けなくてもよい。もしこの素子が更に大きな面
積を有するか、あるいはTCO層の導電率が必要
とされる程度であるならば、電極グリツド６０が
TCO層上に置かれてキヤリア経路を短縮し、素
子の導電効率を高め得る。
るため、第六工程Ｆをオプシヨンとして実施する
ことができる。このグリツド６０は、使用した素
子の最終寸法に従つてTCO層５８の表面に配す
ることができる。約13cm2（2in2）程度以下の面積
を有する素子２６においては、TCOで導電性が
十分なため、効率を高めるために電極グリツドを
設けなくてもよい。もしこの素子が更に大きな面
積を有するか、あるいはTCO層の導電率が必要
とされる程度であるならば、電極グリツド６０が
TCO層上に置かれてキヤリア経路を短縮し、素
子の導電効率を高め得る。
前述の如く、素子２６から２６′′′′は従来のグ
ロー放電室内で形成可能であるが、第２図に全体
的に示される如く連続的なプロセスにおいて形成
されることが望ましい。
ロー放電室内で形成可能であるが、第２図に全体
的に示される如く連続的なプロセスにおいて形成
されることが望ましい。
第２図には、本発明方法の基礎となるグロー放
電堆積の原理である堆積面が１つの連続的処理工
程の略図が示されている。ベース電極基板１８が
供給リール６２から１対のローラ６４と６６の周
囲に繰出されて、その間に平坦な堆積面域６８が
形成されている。基板１８は、リード７０により
接地されたローラ６６と電気的に接触している。
平坦域６８において、基板１８は、カソード極板
７２から調整自在に離間されたアノードを形成し
ている。このカソード７２は高周波源７４の出力
端子と結合されている。アノード域６８とカソー
ド７２との間の区間はプラズマ・グロー放電堆積
領域７６を形成している。
電堆積の原理である堆積面が１つの連続的処理工
程の略図が示されている。ベース電極基板１８が
供給リール６２から１対のローラ６４と６６の周
囲に繰出されて、その間に平坦な堆積面域６８が
形成されている。基板１８は、リード７０により
接地されたローラ６６と電気的に接触している。
平坦域６８において、基板１８は、カソード極板
７２から調整自在に離間されたアノードを形成し
ている。このカソード７２は高周波源７４の出力
端子と結合されている。アノード域６８とカソー
ド７２との間の区間はプラズマ・グロー放電堆積
領域７６を形成している。
図示しないが、第２図の各要素は、周囲の環境
からグロー放電域７６を隔離するため抜気された
空間内に密閉されている。堆積ガスは矢印７８で
示される如くプラズマ領域７６内に導入される。
ドープ物質は矢印８０で示される如き第２の流れ
で導入することができる。尚、ドープ用物質は付
着ガスと組合して導入してもよい。使用済みのガ
スは、矢印８２で示す如くプラズマ域７６および
システムから排除される。
からグロー放電域７６を隔離するため抜気された
空間内に密閉されている。堆積ガスは矢印７８で
示される如くプラズマ領域７６内に導入される。
ドープ物質は矢印８０で示される如き第２の流れ
で導入することができる。尚、ドープ用物質は付
着ガスと組合して導入してもよい。使用済みのガ
スは、矢印８２で示す如くプラズマ域７６および
システムから排除される。
第２図の堆積域は、所要の各層を連続的に形成
するため適正な混合ガスを導入することによつて
バツチ・モードにより使用することができる。連
続プロセスにおいては、供給リール６２からプラ
ズマ領域を経て巻取りリール８４に至る基板１８
の単一パスにおいて１種の材料しか付着させ得な
いが、帯材１８の終端部においてリールの運転を
逆転することができ、又各パス毎に所要のドープ
物質を導入することによつて、第２のおよび逐次
の層がプラズマ域７６を経由する逐次のパスにお
いて付着させ得る。基板１８の温度は、１個以上
の赤外線加熱ランプその他のソース８６により制
御可能である。グロー放電堆積は、堆積される物
質の厚さが毎秒２から５Åの比較的小さい速度で
行なわれ得る。基板１８上での半導体材料の堆積
厚さが5000Åの場合を想定すると、毎秒５Åの堆
積速度における5000Åの層の完成には約1000秒を
要することになる。
するため適正な混合ガスを導入することによつて
バツチ・モードにより使用することができる。連
続プロセスにおいては、供給リール６２からプラ
ズマ領域を経て巻取りリール８４に至る基板１８
の単一パスにおいて１種の材料しか付着させ得な
いが、帯材１８の終端部においてリールの運転を
逆転することができ、又各パス毎に所要のドープ
物質を導入することによつて、第２のおよび逐次
の層がプラズマ域７６を経由する逐次のパスにお
いて付着させ得る。基板１８の温度は、１個以上
の赤外線加熱ランプその他のソース８６により制
御可能である。グロー放電堆積は、堆積される物
質の厚さが毎秒２から５Åの比較的小さい速度で
行なわれ得る。基板１８上での半導体材料の堆積
厚さが5000Åの場合を想定すると、毎秒５Åの堆
積速度における5000Åの層の完成には約1000秒を
要することになる。
これは無論実用的ではあるが、第３図に示す如
く、堆積速度を上げるために、多数の堆積ステー
シヨンにおいて基板１８に層を付着させることが
望ましい。
く、堆積速度を上げるために、多数の堆積ステー
シヨンにおいて基板１８に層を付着させることが
望ましい。
第３図においては、本発明による好ましい一実
施例としての光起電力パネルの製造方法として、
第１図の工程Ｃ，Ｄ，Ｅの各プロセスを実施する
全体的なシステムのブロツク図が示されている。
工程Ｃは蒸着室８８内で実施可能である。酸化さ
れた基板１４は供給リール９０から室８８内に送
出され、ここで電極層が基板上に付着されてベー
ス電極基板１８が形成され、その後巻取りリール
９２へ送られる。この堆積工程は、覗きポート９
４を介して視覚的にあるいはモニター兼制御器に
よつて観察されてもよい。
施例としての光起電力パネルの製造方法として、
第１図の工程Ｃ，Ｄ，Ｅの各プロセスを実施する
全体的なシステムのブロツク図が示されている。
工程Ｃは蒸着室８８内で実施可能である。酸化さ
れた基板１４は供給リール９０から室８８内に送
出され、ここで電極層が基板上に付着されてベー
ス電極基板１８が形成され、その後巻取りリール
９２へ送られる。この堆積工程は、覗きポート９
４を介して視覚的にあるいはモニター兼制御器に
よつて観察されてもよい。
電極層は、基板１４と同様な帯状材形態のマス
ク９６によつて所望のグリツド・パターンの形に
形成可能である。マスク９６は、帯状材１４が室
８８を経た後巻取りリール１００に送られる際、
この帯状材と整合位置関係になるように繰出しリ
ール９８から送出される。
ク９６によつて所望のグリツド・パターンの形に
形成可能である。マスク９６は、帯状材１４が室
８８を経た後巻取りリール１００に送られる際、
この帯状材と整合位置関係になるように繰出しリ
ール９８から送出される。
電極層の堆積工程に続いて、ベース電極基板１
８が連続的に複数個のグロー放電室１０２，１０
２′および１０２″内に送り込まれるが、この各放
電室は７６の如きプラズマ域および第２図に示さ
れる他のグロー放電用要素を含んでいる。同一又
は殆んど同一の素子を識別するため、各図におい
ては同じ番号（同様な符号）を用いた。全ての室
の堆積領域７６を相互に隔離された１つの室内に
密閉することも又実際的である。
８が連続的に複数個のグロー放電室１０２，１０
２′および１０２″内に送り込まれるが、この各放
電室は７６の如きプラズマ域および第２図に示さ
れる他のグロー放電用要素を含んでいる。同一又
は殆んど同一の素子を識別するため、各図におい
ては同じ番号（同様な符号）を用いた。全ての室
の堆積領域７６を相互に隔離された１つの室内に
密閉することも又実際的である。
Ｄ１のＮ−Ｉ−Ｐ形素子２６は、下記の特殊な
連続的付着事例の説明に用いられる。この場合、
ベース電極基板１８は繰出しリール６２から室１
０２内に送出される。予め混合された四フツ化シ
リコンおよび水素の如き堆積ガスは矢印７８で示
される如く堆積域７６内に導入される。ホスフイ
ンの如きドープ物質は、矢印８０で示される如く
堆積域７６内に導入される。使用済みのガスは矢
印８２で示される如く前記室１０２から除去され
る。
連続的付着事例の説明に用いられる。この場合、
ベース電極基板１８は繰出しリール６２から室１
０２内に送出される。予め混合された四フツ化シ
リコンおよび水素の如き堆積ガスは矢印７８で示
される如く堆積域７６内に導入される。ホスフイ
ンの如きドープ物質は、矢印８０で示される如く
堆積域７６内に導入される。使用済みのガスは矢
印８２で示される如く前記室１０２から除去され
る。
所要の堆積速度および堆積されるN+形層２０
の厚さに従つて、各々がN+形ドープ層２０を堆
積させる１個以上の室１０２があり得る。室１０
２の各々は隔離通路１０４によつて連結されてい
る。各室１０２からの使用済みガス（排気）８２
は各室の隔離する上で十分なければならないが、
不活性のキヤリア・ガスを矢印１０６により示さ
れる如く各通路１０４内に吹込んで通路１０４の
両側の室からのガスがなくなるように通路を掃気
することができる。ドープ濃度は、必要に応じて
層にグレードを付けるため連なる室の各々におい
て変化させることができる。
の厚さに従つて、各々がN+形ドープ層２０を堆
積させる１個以上の室１０２があり得る。室１０
２の各々は隔離通路１０４によつて連結されてい
る。各室１０２からの使用済みガス（排気）８２
は各室の隔離する上で十分なければならないが、
不活性のキヤリア・ガスを矢印１０６により示さ
れる如く各通路１０４内に吹込んで通路１０４の
両側の室からのガスがなくなるように通路を掃気
することができる。ドープ濃度は、必要に応じて
層にグレードを付けるため連なる室の各々におい
て変化させることができる。
室１０２′は、本例においては矢印７８′で示さ
れる四フツ化シリコンおよび水素の予め混合され
た堆積ガスのみが供給されるが、これは一切のド
ープ物質を導入することなく真性層２２を堆積さ
せるためである。更に、この層２２の堆積速度を
増加させるため複数の室１０２′を設けることが
できる。更に、各室１０２，１０２′……が同じ
連続的帯状材に各層毎に多くの堆積域７６で堆積
するため、形成されるべき素子、本例の場合はＮ
−Ｉ−Ｐ素子２６に対する各タイプの層を所要の
層厚で堆積させるようにその寸法があらわされて
いる。
れる四フツ化シリコンおよび水素の予め混合され
た堆積ガスのみが供給されるが、これは一切のド
ープ物質を導入することなく真性層２２を堆積さ
せるためである。更に、この層２２の堆積速度を
増加させるため複数の室１０２′を設けることが
できる。更に、各室１０２，１０２′……が同じ
連続的帯状材に各層毎に多くの堆積域７６で堆積
するため、形成されるべき素子、本例の場合はＮ
−Ｉ−Ｐ素子２６に対する各タイプの層を所要の
層厚で堆積させるようにその寸法があらわされて
いる。
基板１８は、次に矢印７８″で示される如く堆
積ガスが供給される室１０２″内に送り込まれる。
Ｐ形ドープ物質は矢印８０″で示される如く堆積
域内に導入される。本例の場合には、P+形層２
４が非晶質N+層およびｉ層に堆積されるため、
Ｐ形ドープ物質は気化されてなる金属蒸気であ
る。この場合も、１個以上の室１０２″を設ける
ことができ、最後の室１０２″からのフイルム２
６は巻取りリール８４に巻取られる。
積ガスが供給される室１０２″内に送り込まれる。
Ｐ形ドープ物質は矢印８０″で示される如く堆積
域内に導入される。本例の場合には、P+形層２
４が非晶質N+層およびｉ層に堆積されるため、
Ｐ形ドープ物質は気化されてなる金属蒸気であ
る。この場合も、１個以上の室１０２″を設ける
ことができ、最後の室１０２″からのフイルム２
６は巻取りリール８４に巻取られる。
電極マスク９６と共用可能なマスク１０８は繰
出しリール１１０から繰出され、基板１８と整合
位置関係に一連の室１０２内を通過させられる。
マスク１０８は、最後の室１０２″の後の巻取り
リール１１２で巻取られる。
出しリール１１０から繰出され、基板１８と整合
位置関係に一連の室１０２内を通過させられる。
マスク１０８は、最後の室１０２″の後の巻取り
リール１１２で巻取られる。
次に素子の膜２６が蒸着室１１４内に送り込ま
れて工程ＥのTCO層５８が堆積せしめられる。
膜２６は繰出しリール１１６から繰出されて室１
１４を経由し、巻取りリール１１８に達する。適
当なマスク１２０を用いて繰出しリール１２２か
ら巻取りリール１２４へ供給することができる。
もし電極グリツド６０が必要ならば、適当なマス
ク（図示せず）を用いて同様な蒸着室内で付着す
ることができる。
れて工程ＥのTCO層５８が堆積せしめられる。
膜２６は繰出しリール１１６から繰出されて室１
１４を経由し、巻取りリール１１８に達する。適
当なマスク１２０を用いて繰出しリール１２２か
ら巻取りリール１２４へ供給することができる。
もし電極グリツド６０が必要ならば、適当なマス
ク（図示せず）を用いて同様な蒸着室内で付着す
ることができる。
Ｐ−Ｉ−Ｎ形素子２６′の如き特殊な素子を製
造するためには、室１０２，１０２′，１０２″の
各々は１つの特定の層を付着させるよう専用化さ
れる。前述の如く、各室は１つの層（Ｐ，Ｉ又は
Ｎ）の付着のため専用化されるが、これは他の層
の付着物質が室の背景環境を汚染するためであ
る。Ｐ−Ｎ素子又はＰ−Ｉ−Ｎ素子の各層を最適
化するためには、他のタイプの層からのドープ物
質が１つの層の望ましい電気的特性を害するた
め、前記ドープ物質が存在しないことが重要であ
る。
造するためには、室１０２，１０２′，１０２″の
各々は１つの特定の層を付着させるよう専用化さ
れる。前述の如く、各室は１つの層（Ｐ，Ｉ又は
Ｎ）の付着のため専用化されるが、これは他の層
の付着物質が室の背景環境を汚染するためであ
る。Ｐ−Ｎ素子又はＰ−Ｉ−Ｎ素子の各層を最適
化するためには、他のタイプの層からのドープ物
質が１つの層の望ましい電気的特性を害するた
め、前記ドープ物質が存在しないことが重要であ
る。
例えば、Ｐ形又はＮ形の層を最初に付着する場
合、残在するＰ形又はＮ形ドープ物質による後続
の真性層の汚染のため真性層中に局在状態を生じ
ることになる。このように、素子の効率は汚染に
よつて低減されることになる。素子の効率の低下
を生じる汚染の問題は、Ｐ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ形
の素子の連続層の形成のため特定の１つの付着室
を用いた場合に遭遇した。室の環境の汚染は容易
に除去できず、その結果、背景環境内に残留する
物質によつて他の層が汚染されるため、１つの連
続的なプロセスにおいて１つ以上の層に対して１
個の室を用いることは現在では実施不可能であ
る。
合、残在するＰ形又はＮ形ドープ物質による後続
の真性層の汚染のため真性層中に局在状態を生じ
ることになる。このように、素子の効率は汚染に
よつて低減されることになる。素子の効率の低下
を生じる汚染の問題は、Ｐ−Ｎ又はＰ−Ｉ−Ｎ形
の素子の連続層の形成のため特定の１つの付着室
を用いた場合に遭遇した。室の環境の汚染は容易
に除去できず、その結果、背景環境内に残留する
物質によつて他の層が汚染されるため、１つの連
続的なプロセスにおいて１つ以上の層に対して１
個の室を用いることは現在では実施不可能であ
る。
第１図は本発明の一実施例の基板を用いた本発
明の好ましい具体例の光起電力パネル（光起電力
デバイス）の形成工程の一例を示す説明図、第２
図は本発明の一実施例の基板に対して適用される
半導体膜の堆積方法を示す説明図、および第３図
は本発明の基板の一実施例に対して適用される好
ましい一実施例の光起電力パネルの製造方法及び
装置の説明図である。 １０……支持層、１２……金属酸化物絶縁層、
１４……絶縁基板、１６……電極層、１８……ベ
ース電極基板、２０，３２，３８，４０，４２，
４４，５４，５６……Ｎ形シリコン含有合金、２
２……真性ｉシリコン層、２４，２８，３４，３
６，４６，４８，５０……Ｐ形シリコン含有合
金、２６，２６′，２６″，２６Å，２６Å，……
素子、３０……真性層、５２……真性非晶質シリ
コン層、５８……透過伝導酸化膜（TCO）層、
６０……電極グリツド、６２，９０，９８，１１
０，１１６，１２２……繰出しリール、６４，６
６……ローラ、６８……付着域、７０……リー
ド、７２……カソード電極、７４……高周波ソー
ス、７６……プラズマ・グロー放電付着域、８
４，９２，１００，１１２，１１８，１２４……
巻取りリール、８８……蒸着室、９６……マス
ク、１０２，１０２′，１０２″……グロー放電
室、１０４……通路、１０８，１２０……マス
ク。
明の好ましい具体例の光起電力パネル（光起電力
デバイス）の形成工程の一例を示す説明図、第２
図は本発明の一実施例の基板に対して適用される
半導体膜の堆積方法を示す説明図、および第３図
は本発明の基板の一実施例に対して適用される好
ましい一実施例の光起電力パネルの製造方法及び
装置の説明図である。 １０……支持層、１２……金属酸化物絶縁層、
１４……絶縁基板、１６……電極層、１８……ベ
ース電極基板、２０，３２，３８，４０，４２，
４４，５４，５６……Ｎ形シリコン含有合金、２
２……真性ｉシリコン層、２４，２８，３４，３
６，４６，４８，５０……Ｐ形シリコン含有合
金、２６，２６′，２６″，２６Å，２６Å，……
素子、３０……真性層、５２……真性非晶質シリ
コン層、５８……透過伝導酸化膜（TCO）層、
６０……電極グリツド、６２，９０，９８，１１
０，１１６，１２２……繰出しリール、６４，６
６……ローラ、６８……付着域、７０……リー
ド、７２……カソード電極、７４……高周波ソー
ス、７６……プラズマ・グロー放電付着域、８
４，９２，１００，１１２，１１８，１２４……
巻取りリール、８８……蒸着室、９６……マス
ク、１０２，１０２′，１０２″……グロー放電
室、１０４……通路、１０８，１２０……マス
ク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つのアモルフアス半導体層を含
む半導体素子の複数を金属からなる可撓性の帯状
基板上に製造する半導体素子の製造方法におい
て、 前記帯状基板の表面上に可撓性の絶縁層を形成
し、前記絶縁層上に複数の可撓性の下部電極を形
成してロール状に巻き上げる工程と、 ロール状に巻き上げられた前記帯状基板を前記
アモルフアス半導体層を形成する為の堆積空間内
に繰出し、前記帯状基板の裏面を加熱して前記複
数の下部電極上に前記アモルフアス半導体層を形
成してロール状に巻き上げる工程と、 ロール状に巻き上げられた前記アモルフアス半
導体層の形成された前記帯状基板上に上部電極を
形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 ２ 前記アモルフアス半導体層はグロー放電を用
いて形成されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の半導体素子の製造方法。 ３ 前記アモルフアス半導体層はアモルフアスシ
リコンである特許請求の範囲第２項に記載の半導
体素子の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/151,301 US4400409A (en) | 1980-05-19 | 1980-05-19 | Method of making p-doped silicon films |
| US151301 | 1980-05-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61287176A JPS61287176A (ja) | 1986-12-17 |
| JPH0461510B2 true JPH0461510B2 (ja) | 1992-10-01 |
Family
ID=22538142
Family Applications (5)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1152074A Expired - Lifetime JP2539916B2 (ja) | 1980-05-19 | 1981-05-15 | 光起電力素子 |
| JP56073356A Granted JPS5743413A (en) | 1980-05-19 | 1981-05-15 | Semiconductor element and method of producing same |
| JP56075588A Granted JPS57122581A (en) | 1980-05-19 | 1981-05-19 | Method and device for producing solar battery as well as method and chamber for coating amorphous silicon |
| JP60077525A Granted JPS6122622A (ja) | 1980-05-19 | 1985-04-11 | 光起電力パネルの製造方法及び装置 |
| JP61054540A Granted JPS61287176A (ja) | 1980-05-19 | 1986-03-12 | 半導体素子の製造方法 |
Family Applications Before (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1152074A Expired - Lifetime JP2539916B2 (ja) | 1980-05-19 | 1981-05-15 | 光起電力素子 |
| JP56073356A Granted JPS5743413A (en) | 1980-05-19 | 1981-05-15 | Semiconductor element and method of producing same |
| JP56075588A Granted JPS57122581A (en) | 1980-05-19 | 1981-05-19 | Method and device for producing solar battery as well as method and chamber for coating amorphous silicon |
| JP60077525A Granted JPS6122622A (ja) | 1980-05-19 | 1985-04-11 | 光起電力パネルの製造方法及び装置 |
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|---|---|
| US (1) | US4400409A (ja) |
| JP (5) | JP2539916B2 (ja) |
| KR (3) | KR840000756B1 (ja) |
| AU (3) | AU542845B2 (ja) |
| BR (1) | BR8103030A (ja) |
| CA (1) | CA1184096A (ja) |
| DE (3) | DE3119481C2 (ja) |
| ES (3) | ES502281A0 (ja) |
| FR (1) | FR2482786B1 (ja) |
| GB (3) | GB2076433B (ja) |
| IE (1) | IE52688B1 (ja) |
| IL (1) | IL62883A (ja) |
| IN (1) | IN155670B (ja) |
| IT (1) | IT1135827B (ja) |
| MX (1) | MX155307A (ja) |
| NL (1) | NL8102411A (ja) |
| PH (1) | PH18408A (ja) |
| SE (1) | SE456380B (ja) |
| ZA (1) | ZA813076B (ja) |
Families Citing this family (136)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5713777A (en) | 1980-06-30 | 1982-01-23 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device and manufacture thereof |
| US4677738A (en) * | 1980-05-19 | 1987-07-07 | Energy Conversion Devices, Inc. | Method of making a photovoltaic panel |
| US5859443A (en) * | 1980-06-30 | 1999-01-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US5262350A (en) * | 1980-06-30 | 1993-11-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Forming a non single crystal semiconductor layer by using an electric current |
| US6900463B1 (en) | 1980-06-30 | 2005-05-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US4542711A (en) * | 1981-03-16 | 1985-09-24 | Sovonics Solar Systems | Continuous system for depositing amorphous semiconductor material |
| EP0078541B1 (en) * | 1981-11-04 | 1991-01-16 | Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Flexible photovoltaic device |
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| US4423701A (en) * | 1982-03-29 | 1984-01-03 | Energy Conversion Devices, Inc. | Glow discharge deposition apparatus including a non-horizontally disposed cathode |
| US4462332A (en) * | 1982-04-29 | 1984-07-31 | Energy Conversion Devices, Inc. | Magnetic gas gate |
| JPS58196063A (ja) * | 1982-05-10 | 1983-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光起電力素子の製造方法 |
| JPS5934668A (ja) * | 1982-08-21 | 1984-02-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 薄膜太陽電池の製造方法 |
| JPS5950575A (ja) * | 1982-09-16 | 1984-03-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 太陽電池の製造方法 |
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| US4514583A (en) * | 1983-11-07 | 1985-04-30 | Energy Conversion Devices, Inc. | Substrate for photovoltaic devices |
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| JPS6179548U (ja) * | 1984-10-31 | 1986-05-27 | ||
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