JPH0614553B2 - アモルファス炭化シリコン系半導体およびその製造方法 - Google Patents

アモルファス炭化シリコン系半導体およびその製造方法

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JPH0614553B2
JPH0614553B2 JP58073610A JP7361083A JPH0614553B2 JP H0614553 B2 JPH0614553 B2 JP H0614553B2 JP 58073610 A JP58073610 A JP 58073610A JP 7361083 A JP7361083 A JP 7361083A JP H0614553 B2 JPH0614553 B2 JP H0614553B2
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正昭 森
幸久 竹内
謙二 前川
俊明 西沢
康英 岡本
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NipponDenso Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10Semiconductor bodies
    • H10F77/16Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/162Non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in insulating materials
    • H10F77/166Amorphous semiconductors
    • H10F77/1662Amorphous semiconductors including only Group IV materials
    • H10F77/1665Amorphous semiconductors including only Group IV materials including Group IV-IV materials, e.g. SiGe or SiC

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアモルファス炭化シリコン(以下「a−Si
C」と記す。)半導体に関する。a−SiC半導体は、
アモルファスシリコンに比べて光学的ギヤツプが大きい
ために、PIN型太陽電池の光入射端面側のP層に使用
され太陽電池の変換効率の向上に寄与している。ところ
が炭素とシリコンの共有結合力は、シリコン−シリコン
の共有結合力に比べて大きいために、炭素原子の存在に
よって理想的なアモルファス構造である、コンティニュ
アスランダムネットワーク構造の形成が阻害される。こ
のため、a−SiC半導体のアモルファス構造の不規則
性がアモルファスシリコン半導体に比べて大きくなり、
帯端ティル準位を形成したりダングリングボンドが多く
生成され、ミッドギャップ準位を形成する。一方、半導
体材料を電子ディバイスとして応用する場合には、一般
的に、移動度が大きく、バンドギャップが明確に区画さ
れ、バンドギャップ内に意図しない局在準位あるいは局
在状態を有しないのが望ましい。
発明の目的は、炭素原子をシリコンに混在させることに
よって発生する局在状態密度を減少することを目的とす
る。
本発明者等は、かかる目的を達成するために研究を重ね
た結果、a−SiCに、Sn、Ge、Pbのうち1種以
上の元素を微量ドーピングすれば局在状態密度を減少さ
せることができることを発見した。本発明は、かかる発
見の下になされた。
即ち、本発明の第一発明は、アモルファス構造の炭化シ
リコン半導体と、該炭化シリコン半導体に、該炭化シリ
コン半導体の局在状態密度をその真性状態よりも減少さ
せる所定ドーピング量でドープされた局在状態密度減少
元素とを有し、前記局在状態密度減少元素は、錫,ゲル
マニウム,鉛のうち少なくとも一種の原子からなること
を特徴とするアモルファス炭化シリコン系半導体からな
る。
また、本発明の第二発明は、シリコンを含む原料ガス,
炭素を含む原料ガスを分解してアモルファス構造の炭化
シリコン系半導体を成膜するアモルファス炭化シリコン
系半導体の製造方法において、前記分解時に、錫,ゲル
マニウム,鉛のうち少なくとも一種の元素を含む原料ガ
スを、モル比で10-8〜10-4の所定濃度範囲で混合す
ることを特徴としている。
炭素の共有結合半径は、0.77Åとシリコン共有結合
半径1.18Åに比べて小さく、炭素シリコン間の共有
結合力は、シリコン−シリコン間の共有結合力に比べて
大きい。よって、炭素原子の存在のため、原子構造に、
より大きな不規則性をもたらし、理想的なコンティニュ
アスランダムネットワークから遠ざかり、このため局在
状態密度が上昇する。本発明者等は、シリコンと同じ4
族で、共有結合半径が、炭素原子と比べて大きい他の元
素、錫、ゲルマニウム、鉛の内1種又は2種以上の原子
を炭化シリコン半導体にドーピングすることにより、炭
素とシリコンとの強力な結合によってもたらされたアモ
ルファスの不規則性を緩和し得ることを発見した。ここ
でドーピング原子のドーピング量は、局在状態密度を減
少させるのに最適な量を必要とする。例えばa−SiC
のダングリングボンドによる局在準位密度が1017〜1
19spins/ev・ccであることから、ドーピング原子
は、1014〜1017/cm2であるのが良い。原子数比で
多くとも0.1%以下であり、望ましくは、0.01〜
0.001%である。又、前記の炭化シリコン半導体
は、水素原子又はフッ素等のハロゲン元素によって、ダ
ングリングボンドがターミネートされていることが望ま
しい。本発明のアモルファス炭化シリコン系半導体の製
造方法は、よく知られたグロー放電CVD法によって製
作することができる。即ち、a−SiCはシラン等のシ
リコンハイドライド(SinH2n+2)とメタンエタン等のハ
イドロカーボンをプラズマ分解して作成する。又、Sn
をドーピングする場合には、テトラメチルティン(Sn
(CH)又は、スタナン(SnH)ガスを微量
混合してプラズマ分解、またはグロー放電分解する。上
記ハイドロカーボンについては飽和脂肪族ハイドロカー
ボン(CnH2n+2)、不飽和脂肪族ハイドロカーボン(エ
チレン、プロピレン)、アセチレンを使用できる。ドー
ピングする錫原子に関してSn(CHの他にSn
(C、Sn(CnH2n+1でもよい。
従来のa−SiC半導体は、1016〜1017spins/ev
・cc局在状態密度を有し、真性アモルファスシリコンの
局在状態密度1014〜1015spins/ev・ccに比べて大
きなものであった。しかし、本発明のように錫、ゲルマ
ニウム、鉛等の他の4族元素の1種又は2種以上を適量
ドーピングすれば局在状態密度を1016spins/ev・ccに
減少させることができた。このため、本発明のアモルフ
ァス炭化シリコン系半導体素子を用いて製作した太陽電
池は高効率のものが得られた。即ち、開放電圧をVOC
短絡電流をISCとすれば、3mWの螢光燈下において、
OC=700mV、ISC=60μA/cm2、AM1太陽
光下においては、VOC=900mV、ISC=16mA/
cm2であり、変換効率8.08%であった。又、アモル
ファス薄膜FETに使用することもでき、これを用いた
FETを試作したところオン、オフ比が10以上のも
のが得られた。
実施例 本実施例は錫元素をドーピングしたa−SiC半導体実
施例である。
本実利例では基板ガラス上にアモルファス炭化シリコン
系半導体から成る薄膜を形成したものである。用いた材
料は、シランガス(SiH)、メタンガス(C
)、テトラメチルティン(Sn(CH)ガス
を用いた。混合ガスの比率はSiH:CH=65:
35とし、ドーピング原子として錫(Sn)を選び、テ
トラメチルティン(Sn(CHをモル比で10
−2〜10-8までの範囲で各種ドーピングした試料を作
成した。又、この混合ガスはアルゴン又は水素ガスで1
0倍に希釈され、その他の条件は、流量30〜60scc
m、内圧0.3〜0.5Torr、基板温度200〜300
℃、RF電力10〜20ワット電力密度0.014〜
0.028W/cm2)である。この様な条件のプラズマ
CVD法によって薄膜状のアモルファス炭化シリコン系
半導体を作成した。
その試料について局在状態密度を測定した結果を第1図
に示す。このグラフから明らかなように真性アモルファ
ス炭化シリコン系半導体は、1017桁の局在状態密度を
有しているが、錫をドーピングするに従って局在状態密
度は減少し、最小値1016spins/ev・ccを記録した
後、局在状態密度は上昇する。このことから錫がドーピ
ングされることにより、共有結合力の大きな炭素原子の
効果に基づく結晶構造の不規則性が錫元素の僅かな混入
により緩和されたものと思われる。このグラフから錫の
添加割合がモル比で10−8〜10−4のとき局在状態
が減少し、さらに10−6〜10−5が最も望ましいこ
とが分った。この値のドーピング量に対して局在状態密
度は1016spins/ev・ccと、ドーピングしないものに
比べて約1桁減少することができた。
第2実施例 第2実施例はアモルファス炭化シリコン系半導体を用い
て薄膜形状に構成した太陽電池に関するものである。そ
のアモルファス太陽電池の構成断面図を第2図に示す。
厚さ200〜500μmのステンレスSUS基板2の上
にアモルファス太陽電池層をN型、I型、P型と堆積形
成した。その上には透明道電膜(ITO)10が100
0Å真空蒸着によって形成されている。アモルファス半
導体層の堆積はプラズマCVD法によった。13.56
MHzの高周波放電により0.1〜1torrの内圧のもと
で行なわれた。N型半導体層4にはアモルファスシリコ
ンに燐をドーピングしてN型に形成したものである。即
ち、成分比はSiH:BH=100:0.5〜3
で、前実施例と同様な条件で圧さ300〜500Åに作
成した。
次に、I型半導体層6はシランSiを同じように
プラズマCVD法によって5000〜7000Å堆積さ
せて形成した。さらに、P型半導体層8を本発明のアモ
ルウァスシリコンティンカーバイド(a−SiSnC:
H)で2000〜4000Åの厚さに構成した。この層
の形成にはモル比でSiH:CH:Sn(CH
=0.3〜0.97:0.8〜0.03:10−2
10−8の範囲で各種堆積したものを製作した。そし
て、P型にするためにBのガスを全体の量に対し
て0.02〜1%混入してドーピングした。
これらの条件で作成した結果、SiH:CH=0.
65:0.35でジボランのドープ量0.1%、Sn
(CHのドープ量10−6とした時太陽電池の素
子性能を測定した結果、3mW螢光燈を照射した場合の
開放起電力は700mV、短絡電流は60mA/cm2
あった、又、FF=60%、AM1の太陽光の照射にお
いては開放電圧が0.9V、短絡電流は16mA/cm2
であり、変換効率において8.08%という高効率のも
のが得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は錫のドーピング量に対するa−SiC:Hの局
在状態密度の測定結果をグラフに表したものである。第
2図は本発明の実施例に係る太陽電池の構成を示した構
成図である。 2……ステンレス基板、4……N型半導体層 6……I型半導体層、8……P型半導体層 10……透明導電膜層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前川 謙二 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 西沢 俊明 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 岡本 康英 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アモルファス構造の炭化シリコン半導体
    と、 該炭化シリコン半導体に、該炭化シリコン半導体の局在
    状態密度をその真性状態よりも減少させる所定ドーピン
    グ量でドープされた局在状態密度減少元素とを有し、 前記局在状態密度減少元素は、錫,ゲルマニウム,鉛の
    うち少なくとも一種の原子からなることを特徴とするア
    モルファス炭化シリコン系半導体。
  2. 【請求項2】前記所定ドーピング量は、原子数比で多く
    とも0.1%であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のアモルファス炭化シリコン系半導体。
  3. 【請求項3】前記所定ドーピング量は、原子数比で0.
    01〜0.001%であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のアモルファス炭化シリコン系半導体。
  4. 【請求項4】前記炭化シリコン半導体は、水素又はハロ
    ゲン元素のうち、少なくとも1種以上の元素により、ダ
    ングリングボンドがターミネートされていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項乃至第3項の何れかに記載
    のアモルファス炭化シリコン系半導体。
  5. 【請求項5】シリコンを含む原料ガス,炭素を含む原料
    ガスを分解してアモルファス構造の炭化シリコン系半導
    体を成膜するアモルファス炭化シリコン系半導体の製造
    方法において、 前記分解時に、錫,ゲルマニウム,鉛のうち少なくとも
    一種の元素を含む原料ガスを、モル比で10-8〜10-4
    の所定濃度範囲で混合することを特徴とするアモルファ
    ス炭化シリコン系半導体の製造方法。
  6. 【請求項6】前記所定濃度範囲は、モル比で10-6〜1
    -5に設定されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第5項記載のアモルファス炭化シリコン系半導体の製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4342044A (en) * 1978-03-08 1982-07-27 Energy Conversion Devices, Inc. Method for optimizing photoresponsive amorphous alloys and devices
JPS5762571A (en) * 1980-10-03 1982-04-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Solar battery

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