JPH0782998B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0782998B2
JPH0782998B2 JP2209057A JP20905790A JPH0782998B2 JP H0782998 B2 JPH0782998 B2 JP H0782998B2 JP 2209057 A JP2209057 A JP 2209057A JP 20905790 A JP20905790 A JP 20905790A JP H0782998 B2 JPH0782998 B2 JP H0782998B2
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ジョン・ホワード・コールマン
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プラズマ・フィジクス・コーポレーション
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に関するものである。更に詳しく
は、改善された光起電接合体、整流性接合体および画像
形成装置に関する。
水素添加されたアモルファス・シリコン薄膜（以下ａ−
Si:Hと略記する）は、半導体装置に適用されており、種
々の技術により製造されてきた。電気化学学会誌（Jour
nal of Electro−chemical Society）第116巻の１（196
9年１月）の第77〜81頁の「アモルファス・シリコンの
製造と特性」と題する論文において、Chittick,Alexand
erおよびSterlingは、シラン（SiH4）ガス中で誘導的に
結合したRFグロー放電によりドナーとアクセプタの両方
の不純物をドープすることができ、それによって広範囲
に渡ってａ−Si:Hの導電率を変化させることが可能な低
導電率ａ−Si:Hを製造したと報告している。最近、ａ−
Si:HがH2＋Ar雰囲気中でシリコンの蒸着によって製造さ
れた。この薄膜は、グロー放電中のシランから作られる
ａ−Si:Hと類似の半導体特性を示す。
元来、ａ−Si:HはSiF4とH2中でのグロー放電によって合
成された。この方法は、本発明者の指導の下に開発され
英国特許第933,545号（1936年８月８日発行）に記載さ
れている。ａ−Si:Hの優れた誘電特性および高抵抗値に
ついては、上記特許明細書第４頁に表で示されている。
高抵抗のａ−Si:Hは特にここで述べられている接続体の
一構成要素として適している。
米国特許第4,064,521号には、グロー放電によって堆積
されるＰ−型、Ｎ−型および真性ａ−Si:Hからなる光起
電接合体が記載されている。該特許では、先のChittick
らの論文に示されているシランと混合されたガス状ドー
パント、ジボロンおよびホスフィンが、容量比で1/2〜
５％使われている。
同様に、英国特許第2,018,446号（1979年10月17日発
行）には、異なった導電型の２つのａ−Si:Hの層からな
る接合体をもった種々の画像形成装置が記載されてい
る。ａ−Si:H用の保護層およびブロッキング層もまた記
載されている。
またApplied Physics Lettersの第35巻の４（1979年８
月15日）の第349〜351頁の「アモルファス・シリコン薄
膜を用いた光導電性画像」と題する論文において、Y.Im
amura等によるスパターされたａ−Si:Hで作られたビジ
コン画像形成装置が記載されている。
最後に、半導体の分野においては、高速度に加速された
ボロンイオンをシリコンウェーファー中にドーパントし
て植え込むことは充分に確立されている。ドーパントの
イオンは、結晶−シリコンの中にコロナ放電によって植
え込まれる。この方法は、WichnerおよびCharlsonのJou
rnal of Electronic Materialsの第５巻の５（1976年）
の第513〜529頁の「コロナ放電によって製造されるシリ
コン太陽電池」と題する論文に記載されている。ここで
重要なことは、第518頁に記載されているが、電極間の
電圧を数キロボルトに維持できるように、放電がコロナ
状態に保たれなければならないことである。また、十分
な植え込み深さ（範囲）を得る為には高エネルギーの複
数の帯電したイオン種が必要である。そのため電圧およ
びボロンイオンエネルギーが有用な植え込み深さを得る
ためには電圧が足りず、従ってイオンのエネルギーが低
すぎるためグロー放電は特に除外されている。
すなわち、本発明は、半導体装置にかかわり、この装置
は、ボロンを含有する基体とアモルファス・シリコンの
基体との間に半導体接合を設けたもので、この中ではボ
ロンの拡散が制限されている。尚、本願発明でいう電磁
波とはこの種の半導体デバイスを通常作動させうる波長
のものであり、具体的には太陽光線やＸ線等が挙げら
れ、遠赤外線より長波長のものは通常用いられない。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第１図は、金属表面Ｍ上に真性半導体（Ｉ型）、Ｐ−型
およびＮ−型のａ−Si:Hのコーティングを製造するため
のグロー放電装置の概略図である。第１図の装置を用い
て作られる典型的なPIN/M光起電装置が第２図に示され
ている。基板１は電極２に支えられた３インチ×４イン
チの方形面を有する厚さ0.01インチのステンレス・スチ
ール11である。抵抗ヒーター３は、電極２と基板11を支
えかつ加熱するためのセラミック・ブロック3a内に埋め
られている。基板11は側壁８と頂部９によって画定され
た４インチ×５インチの方形横断面を有する凹状形カウ
ンタ電極４の中に設置される。頂部９は基板11の上面か
ら約4 1/2インチ上方に位置している。電極１と４は、
ガス密閉を形成するためのガスケットによって台12に密
閉されたエンクロージャ６の内部に設置される。真空ポ
ンプ20は、エンクロージャ６を真空にするためにバルブ
とニップル13により台12に接続される。タンク17a〜17e
からのガスＧは、調節ニードル・バルブ16a〜16e、マニ
ホルド15およびコネクタ14により台12を介してエンクロ
ージャ６に導かれる。ここでガスＧは、絶縁体管５およ
び電極４の内側の拡散器７とにより導かれる。側壁８と
電極２との間の例えば1/4インチの間隙118は、グロー放
電プラズマＰを通過した後のガスＧの出口となる。計器
VGは、エンクロージャ６内のガスＧの圧力を計るが、0.
001〜10torrの範囲内の腐食性で圧縮性ガスを使用する
ために、市販されているキャパシタンス−マノメータ形
が好ましい。計器VGからの信号は、所望の圧力を維持す
るためにサーボ機構によりバルブ16を自動的に調節す
る。電圧Ｖは、台12に埋め込まれている絶縁された電気
的ブッシング18,19を介して接続された導線21、22によ
り電源24から電極２と４の間に加えられる。保護抵抗23
はスパーク電流により損傷を受けるのを防止する。電圧
Ｖと電流Ｉは図示の如く測定される。抵抗ヒータ３は導
線45と絶縁ブッシング45′を介して制御電源（図示せ
ず）に接続される。
操作について、エンクロージャ６は0.02torr以下の圧力
までポンプ20で排気され、ヒータ３によって基板11が18
0〜400℃に保持される。そしてバルブ16aを開けること
によりタンク17aからのシラン（SiH4）で充満される。
バルブ16aは、エンクロージャ６内を所望の圧力（例え
ば0.5torr）に維持するために調節される。次にタンク1
7bからのホスフィン（PH3）を１％含むヘリウムの混合
物は、装置の圧力PGを約１〜2torrに上げるために、シ
ランと混じるマンホルド15に入り、そして絶縁体管５と
拡散器７とを通して流れる。電極２と電極４は陰極と陽
極であり、この電極２と電極４との間の電位差Ｖはグロ
ー放電を開始させる約200〜500ボルトに調節され、そし
て電流Ｉは基板11の上にグロー放電プラズマＰの位置を
設けるために約5mAに調節される。それによって基板11
上に均一な大量にドープされたＮオーミック層32が作ら
れる。（第２図） 約２分間放電を維持した後、バルブ16bはシランのみを
残してPH3とヘリウムの流れを止めるために閉じられ
る。
Ｎ−型オーミック層32の均一性と不純物濃度は真性半導
体（Ｉ）ａ−Si:H層10の均一性および不純物濃度ほど重
要なものではないので、オーミック層32はグロー放電を
伴なわず熱的処理で堆積させてもよい。たとえば、従来
のヘリウムキャリアガスにPH3/SiH4で充満された化学的
蒸気堆積（CVD）装置を、第１図の装置に基板を装填す
る前にＮ−型層32を堆積させるために使用しても構わな
い。しかしながら、多結晶体がマクロスケールで形成さ
れ、その表面粗さの故に次の堆積されるａ−Si:H層に損
傷を与えないようにCVDの温度を低く維持することが重
要である。
続いて、Ｎ層の頂部表面にＩ形ａ−Si:H層10を生じさせ
るために基板11の温度はヒータ３によって180〜410℃に
保持される。そしてシランのみの圧力PGは0.1〜0.4torr
に調節される。もしキャリアガスとしてヘリウムを使用
した場合は、圧力PGは約2torrに調節される。高圧ＶはP
Gに依存するが500〜1500ボルトに調節される。また電流
Ｉを約5mAに調節して電極２と電極４の間のギャップ
Ｇ′の強電界領域Esの中に放電を開始し、基板11に近接
する弱電界領域Ewの中に拡散プラズマＰを置くように
し、それによって基質11でのスパーク発生の可能性を最
小限にする。放電は約40分間継続させ、ａ−Si:H層10を
約１ミクロン生成する。より長い放電時間、高い電流あ
るいはジシランを用いれば層10の厚さを増加することが
できる。層10が望ましい厚さになったところで、電圧Ｖ
を除去し、バルブ16aを閉め、そして残留ガスをポンプ2
0で排除する。
継いでM/NIP接合体の形成を完了するために、水素添加
されたアモルファス・ボロン（ａ−B:H）のＰ型層30が
Ｉ型ａ−Si:H層10の頂部表面に、ジボラン（B2H6）とヘ
リウムをプラズマＰに導入することによって堆積され
る。まず、バルブ16cが開けられ、圧力PGが１〜2torrに
なるまでB2H6/Heガスが導入され、そして基板11の温度
が層10および30の形成の際と同様180〜410℃に維持され
る。電圧Ｖは基板11上の弱い電界Ewにグロー放電プラズ
マＰを置くために、200〜500ボルトに調節される。電流
はａ−B:H層の厚さが100Åになるように約5mAで２分間
維持される。また、基板11の温度はａ−Si:H層を堆積し
たのと同じ180〜410℃に保持される。ついで、バルブ16
cが閉められそしてバルブ16dが開けられ、エンクロージ
ャ６から残留ジボランを除去するために窒素ガスが導入
される。ヒータ３への電流は遮断され、１時間冷却した
後、エンクロージャ６は大気圧にもどされ、基板11が取
り出される。
M/NIP光起電装置の形成を完成するため、半透明な金属
層34、たとえば100ÅのPb、Cr−CuあるいはNi−Cr合金
をａ−B:H層上に熱的に蒸着する。接触指35を電気的接
触のために、半透明層34上に熱的に真空蒸着する。フォ
トダイオードあるいは太陽電池として使用するためにTi
O2のような反射防止（AR）コーティングあるいはSnO2、
インジウムと錫の酸化物（ITO）あるいは酸化亜鉛のよ
うな通電金属化物（CMO）が金属層34上に堆積される。
上述の堆積プロセスが行なわれた後、M/NIP電池の電気
特性が種々の光源で試験された。AM1太陽光線の照射に
よって、典型的電池の短絡電流Iscを測定した結果4mA/c
m2であった。開放電圧VocはCr/Ni強引半透明電極34を用
いて0.45ボルトであった。この電極は入射光光子フラッ
クスの約30％しか通過しなかったので、もし十分なAM1
照射が電極吸収および反射による損失なしに利用された
ならば計算値で4/0.3、すなわち13.3mA/cm2になる。
この電流値は、同様な補正が電極の損失に対してもなさ
れた場合に文献で報告されている最良値とほぼ同であ
る。また測定されたVocは同様の低仕事関数の電極を用
いた場合の値と同等である。
次いで、上述したように第１図の装置を用いて同じプロ
セスで第二のM/NIP電池を作った。しかし、ヒータ３
は、ａ−Si:H層10の堆積温度よりも低い温度でａ−B:H
層30を堆積するために、Ｉ型ａ−Si:H層10を堆積後、遮
断された。電極11とその結果としてａ−Si:H層10の温度
が約１時間で200〜300℃から約100℃に減少する。その
後ａ−B:H層30を、低温にした以外、前述の第一の電池
の製造条件と同じ条件で、約２分間グロー放電で層10上
に堆積する。ジボランガスを除去した後、基板11を更に
冷却することなしにエンクロージャ６から取り出し、そ
して後述の第７図のように画像形成特性と、半透明電極
34を加えた後の光起電特性を試験する。
また、光起電太陽電池を形成するために、半透明金属コ
ーティング34と接触指35を第１のM/NIP電池と同じ真空
蒸着システムでａ−B;H層30上に熱的処理を施して蒸着
する。そして第２の完成されたM/NIP電池を太陽放射の
もとでARコーティング36の有る場合および無い場合の両
方について試験した。AM1太陽光子フラックスを用い、A
Rコーティング36がない場合の試験ではVocは0.65ボルト
で電流は4mA/cm2であった。従ってａ−B:H層34が低温で
堆積された場合、Vocは基板11の温度を減少させずにａ
−B:Hを堆積させた第１のM/NIP電池に比べ約0.2ボルト
増加する。
本発明により得られる開放電圧Vocの増加は、現時点で
は理論的に説明できないが、基板11の温度が低いため、
Ｉ型ａ−Si:H層10の表面へのａ−B:H層30が堆積する際
の衝撃による損傷が軽微であるためではないかと思われ
る。ａ−B:H層30は低温基板に堆積した場合、Ｐ型半導
体であるらしい。そして堆積したままではわずかにＮ型
であるドープのないＩ型ａ−Si:H層10に対してＰ−Ｎヘ
テロ接合を形成する。Ｉ型ａ−Si:H層10とａ−B:H層30
との境界面からＩ型ａ−Si:H層10に向かって空乏領域が
形成するので、ａ−Si:H層10の頂部表面は最も重要であ
る。
第１のM/NIP電池内のボロンの拡散量を調べるために、
組成物を質量分析器で分析した。
第４図は、ａ−B:H層30と300℃でグロー放電によって堆
積されたａ−Si:H層10との境界面のボロン／シリコンの
比を一般的に用いられる第２イオン質量分析器によって
分析した結果を示してある。図から明らかなように、B
11/Si28同位体の比は約100Åで急激に減少し、それから
500Åまでは徐々に減少し、ついいにバックグラウンド
の雑音になる。初めの100Åはシリコンの相互拡散を伴
うａ−B:Hを表わすようであり、一方500Åまではシリコ
ン中のボロンの拡散勾配を示しているようである。しか
しながらこの拡散はグロー放電の存在しない場合のすで
に発表されたボロン拡散のデータから予期される値に比
べ大きい。グロー放電中のボロン含有イオンの植え込み
もいくらかは起こるだろうし、SiB6合金も形成されるか
もしれない。
しかしながら、ａ−B:H層30を低温で堆積し、ａ−Si:H
層10中へのボロンの拡散が抑制された場合にVocは、従
来の半導体技術すなわち結晶シリコン中へ熱的処理でボ
ロンド−パントを拡散して作られるＰ−Ｎ接合体の結果
から予測される事と矛盾している。ａ−B:H薄膜10を180
℃以下で熱的処理で堆積すると、ａ−B:H薄膜が他の表
面を損傷せしめるので、低温で堆積されたａ−B:H薄膜
の半導体特性にかかわるデータを存在しないようであ
る。
第３図には、0.010インチのステンレス・スチールの基
板11上にまずａ−B:H層40が堆積され、次いでＩ型ａ−S
i:H層43とＮ型ａ−Si:H層42を堆積してM/PIN光起電接続
体ディバイスを示してある。第１図に関して述べたグロ
ー放電堆積システムがM/NIP接続体を作る際に使われた
同じプロセス条件でＰ型、Ｉ型およびＮ型層40、43、42
を堆積するのに用いることができるし、また第２図に関
して述べたグロー放電堆積システムを、堆積の順序を逆
にして用いることもできる。冷却して、M/PIN電池を堆
積システムから取り出し、そして第７図に関して後述す
る画像形成装置内でおよび光起電ディバイスとしての試
験をする。
光起電ディバイスを形成するために、Ｎ型層42へ電気的
接触を与える電極44を付け加えることができる。
第２図のM/NIP電池では、100ÅのCr/Cu又はNi−Cr合金
の半透明層44がＮ型ａ−Si:H層42上に、熱的に蒸着され
ているのに対し、第３図の電池の電極44は、Ｎ型ａ−S
i:H層42に対して非常に高いVocを生じさせるためCr、A
l、Ti等の低仕事関数金属から出来ていることが好まし
いことを除けば、第２図のM/NIP電池と同様に蒸着され
る。
好ましくは錫の酸化物あるいは亜鉛の酸化物のような導
電性金属の酸化物からなるARコーティング46を電極44上
に標準的な技術で堆積し、そしてTi−Agの接触指を常法
によって付け加える。
ARコーティング46がない場合の試験ではステンレス・ス
チール基板11上にａ−B:H層40を堆積した場合M/PIN電池
のIscは4mA/cm2であった。100ÅのCr/Niの半透明の頂部
電極の光透過は約30％であるので、内部のIscは第２図
のM/PIN電池とほぼ同じ約13.3mA/cm2となる。しかしな
がら測定されたVocは0.79ボルトで、ａ−B:H層30を、第
２図のM/PIN電池同様に低温で堆積したにもかかわらず
大きな値になっている。Solar Energy第23巻145〜147
頁（1979年）の「アモルファス・シリコンの単一太陽パ
ネル」と題する論文でHanakによってＰ型ａ−Si:Hに接
触するPt電極のVocが0.75ボルトと報告されているが、
本発明のVocはHanakによって報告されたVoc0.75ボルト
と同等であるかそれ以上である。Ptは高価でかなり得が
たいものであるが、ステンレス・スチールは安価で豊富
である。高価な金属は小型の電子装置に利用する場合に
は満足しうる材料費であるが、広い面積をもつ太陽エネ
ルギー転換装置に対して用いた場合、コストはかなりの
ものとなるので適当ではない。
堆積条件は、ａ−B:H層40の堆積を容易にするために基
板11の温度を上げて、それから温度を下げてＩ型ａ−S
i:H層43を180〜410℃で堆積してもよい。たとえば、ａ
−B:H層40をB2H6/Heの存在下基板の温度を300〜600℃に
維持して通常のCVD装置で堆積し、そして冷却後第１図
に示すグロー放電装置へ移してもよい。また、CVD温度
が多結晶形成し、そして表面に粗面を生じさせるようの
温度以下であれば、B2H6/SiH4の混合物がステンレス・
スチール基板11上の層40をほぼ600℃かそれ以上の温度
でCVD処理するのに用いられても構わない。B/Siの比が
0.01以上であることが好ましい。
基板11上の他の適切な層40としては、第１図の装置でブ
タジエンとB2H6の混合物を用いてグロー放電によって堆
積されたボロンがドープされた水素添加アモルファス炭
酸ａ−C:H層がある。どんな場合でもボロンがドープさ
れた層40は光がＮ型層42を通って入るので物理的、電気
的考慮から望みの厚さで構わない。しかしながら、ａ−
B:H層40をグロー放電で堆積する場合、500Å以上厚さで
あると、直列抵抗を付加しそしてステンレス・スチール
基板11から剥がれるので好ましくない。生産上、Ｐ、Ｉ
およびＮ層40、43、42の堆積は温度、圧力およびガス成
分をプログラムしてある一連の堆積チャンバを通して基
板11を移動させることによって一列におこなうことが好
ましい。
更にＩ型ａ−Si:H層43はジシランのような他のシラン化
合物からも作ることができるし、気相SiH4を熱的にクラ
ッキングし、そして後述する第１図のような装置を用い
てSiH4あるいは水素中のグロー放電を通ってシリコンを
含有する物質を拡散させるような他の堆積技術によって
も作ることができる。ａ−Si:H層43を形成する他の技術
については、本発明者の先の米国出願No.857,690に記載
されているが、その一例としては、SiH4あるいは水素−
アルゴンの存在下にシリコンをスパッタリングすること
によってａ−Si:H層43を形成する。
上述したM/PIN電池の予期できぬほど高いVocとIscに関
しては、一般に認められている理論に基づいて説明する
ことはできない。Ｐ型層40に隣接したＩ型ａ−Si:H層43
の空乏領域（0.3ミクロン）内にのみ生じる小数のキャ
リアが有用な電流Iscとして集められる。しかし、本発
明のM/PIN電池では半透明電極44を通過した光子フラッ
クスが介在するＮ型層42とＩ型ａ−Si:Hの非空乏領域に
よって吸収される。空乏領域の外側では空孔の拡散が0.
1ミクロンより小さいということが当業者の間では周知
のことなので、これらの領域が光電流にどのくらい寄与
しているのか予測できない。本発明のM/PIN電池では予
期に反して、たとえＩ型ａ−Si:H層43の厚さが２ミクロ
ンに増加してもIscは減少しない。Ｉ型ａ−Si:H層の厚
さが３ミクロンになると僅かに減少するだけである。
第２のM/PIN電池が第１図に関して述べたように、バル
ブ16a、16cを開けることによって10％B2H6を含有するSi
H4のガス混合物をヘリウムキャリアで導入し2torrの圧
力下、グロー放電でステンレス・スチール基板11上に層
40としてボロンがドープされたａ−Si:Hをまず堆積する
ことによって作られる。第３図のM/PIN電池を完成する
ために層40上に層43をおよび層42として２ミクロンのａ
−Si:H層および200〜400ÅのＮ型ａ−Si:H層を堆積す
る。半透明電極44を蒸着しそしてAM1太陽光のもとでの
試験後、ａ−B:H層40をもつ第１のM/PIN電池と同様に、
高出力VocとIscが測定される。しかし、スペクトルの赤
色部中のIsc出力はａ−B:Hのみで堆積された層40よりも
B2H6/SiH4中で共堆積されたものの方が高くなる。同様
な高出力IscとVocが、Ｐ型層40がＢ−ドープされたａ−
Si:Hおよび水素添加されたアモルファス・カーボンａ−
C:Hを用いて形成された場合、照射下で測定される。ａ
−Si:H層30がステンレス・スチール上にボロン含有Ｐ型
層の前堆積上に堆積された場合でもＰ−Ｎ接合部が最深
部の光照射域であるにもかかわらず、改良された特性を
作るようだ。
第５図には第２図と第３図の光起電ディバイスを共通の
半透明電極53と平衡と連結されたタンデム式M/PIN/NIP
接合体が図示されている。まず最初にａ−B:H層50が第
１図に記載されているような装置を用いてステンレス・
スチール基板11上に200Åの厚さで堆積される。次いで
２ミクロンの厚さの真性ａ−Si:H層51と200Åの厚さで
Ｎ型層52がグロー放電によって堆積され、その結果第３
図に示されているようなM/PINが形成される。100Åの厚
さのNi/Cr合金電極53がＮ型層52上に真空蒸着され、第
１のM/PIN段階が完結する。Ni/Cr合金の代わりに、半透
明電極53は0.1ミクロン以上の厚さをもった錫酸化物の
ような導電性金属酸化物であってもよい。
第２図に関して述べたプロセス条件を用いて約200Åの
厚さのＮ型層54次いで１ミクロンの厚さのＩ型ａ−Si:H
層55がグロー放電によって堆積され、M/NIPが形成され
る。ａ−B:HのＰ型層56は第２図で述べた第２のM/NIP電
池で行なったように、基板11を約100℃に冷却後堆積さ
れることが好ましい。基板11上のａ−B:H層50は180℃以
上の温度で堆積されることが好ましく、一方、頂部のａ
−B:H層56はVocを最大にするために180℃以下で堆積さ
れることが好ましい。ステンレス・スチール基板11上の
層50はボロンがドープされたａ−Si:Hであってもよく、
その際のａ−Si:HとしてはB/Si比が0.1％以上のものが
好ましい。
次いで半透明電極57、ARコーティグ58および接触指59を
以前のようにａ−B:H層56上に蒸着する。適当な接触パ
ッド（図示せず）を用いて従来のタンデム式ディバイス
技術において要求されるように直列接続の各電池の電流
を調整することなしに電極11、57を並列に連結すること
もできる。
AM1太陽照射のもとで、出力Iscがどちらかのセルだけと
比べた場合少なくとも20％は高くなる。最初のPIN接合
体によって吸収されない光子フラックスは、層52を通過
し、ａ−B:H層50との境界面でａ−Si:H層51の空乏領域
に小数キャリアを生じさせるために出力パワーと効率は
無視されるほど低いだろう。しかし、あたかもＰ型層の
最初に照射されたかのようなエネルギーを第２のM/PIN
接続体が得る。不透明電極11上に生じるこの結果はもし
空乏領域が従来報告されているように0.3ミクロンの厚
さのままであれば説明できない。
第６図にはａ−B:H層60が静電チャージを受けいれる自
由表面60′と共にグロー放電によって堆積される画像デ
ィバイス70の断面図が示されている。ここで厚さ0.20イ
ンチのアルミニウム基板61が常法のプラズマ堆積あるい
は蒸着法で0.25ミクロンのSi3N4誘電層66によってコー
ティングされる。次いで10ミクロンのａ−Si:H層62と10
0Åのａ−B:H層60が第１図のようなグロー放電装置を用
いて誘電層66上に180〜410℃の温度内で堆積される。ａ
−Si:H層62を30〜100℃で堆積して、そして200〜250℃
で焼きなましてもよい。またいずれの場合にもａ−B:H
層60を堆積するときの温度は180℃以下が好ましい。最
後にポリパラキシレンのような保護有機コーティング67
を層60上に堆積することも可能である。
マクロ結晶温度以下で且つ水素脱離により暗抵抗と光導
電性が減少する温度以下に保たれれば、Ｉ型ａ−Si:H層
62はシラン／ヘリウム中で低温CVDによって堆積しても
よい。適当な光導電性、暗抵抗および逆バイアスチャー
ジングが材料特有のものであればＩ型ａ−Si:H層62を形
成するために、本発明者の米国特許出願No.857,690に記
載されたスパッタリングと蒸着のような他の堆積技術を
用いてもよい。第９図に示されている装置は画像形成に
特に有効である。
第７図には、第５図の電池のような接続体上に像を形成
するのに使うことのできる電子写真装置が模式的に示さ
れている。ハウジング73のコロナ放電線72によって層66
の表面66′（あるいは保護層63）上に高い負の表面電位
が誘起される暗チャンバ76のコンベヤー上に電池70を設
置する。次いで電池70は、第二の暗チャンバ77に運ばれ
る。そこではタングステン球74からの光が適当なレンズ
システムで焦点があわされて試験物体76に照射される。
それから電池70は、適当な極性をもったトナー（図示せ
ず）が（液状あるいは粉末状で）塗布され、そしてラン
プ79からの熱で付着される現像部78へ運ばれる。液状お
よび粉末の両方のトナーが試験物体の輪郭に対応する良
好な転写画を形成した。また常法の現像電極（図示せ
ず）は像を反転することがわかった。
第８図には電極34とARコーティング35のない第２図に示
されたM/NIP電池のａ−B:H層30の表面のような電池80の
表面80′上に像を形成するのに使うことのできるＸ線の
点放電源が示されている。まずａ−B:H表面80′が暗チ
ャンバー86に設置された静電遮断物83中の高電圧コロナ
線82によって負にチャージされる。チャージ後、電池80
はチャンバー86から遮断されたチャンバー87にコンベヤ
ーで動かされ、そして点源84からのＸ線で露光される。
Ｘ線がＩ型ａ−Si:H層10に電気伝導性を引き起こし、そ
して表面80′上の静電荷を放電する。誘起された導電性
と放電荷量はＸ線放射率と露光時間の関数である。被写
体85に応じてＸ線の線量が低減されそれに応じてａ−B:
H層30上の電荷の放電がきまる。電池80はチャンバ88に
運ばれ、そこで市販のトナー（粉末あるいは液状）を塗
布されそしてランプ89からの熱で定着される。第３図の
M/PIN電池は正のチャージになっており、適切なトナー
が使われた場合被写体85の良好な像を形成した。
第９図には、画像形成部材として使われる円筒状の基板
90をコーティングするのに特に適したグロー放電堆積装
置が示されている。基板90は、台93内にある絶縁された
軸受け筒95中のロッド94によって支持された直径６イン
チ長さ18インチのアルミニウム円筒からできている。エ
ンクロジャー100は、頂部プレート97の付いた直径12イ
ンチ長さ28インチのステンレス・スチールの管91からで
きており、適当なガスケットの付いた台上に置かれた場
合、真空もれのない密閉構造となっている。円筒電極92
（頂部プレート97に電気的に連結している）は、図示さ
れているように頂部表面99から間隙ｄをおいて基板90の
表面99に対し同軸的に置かれる。ガスＧは、貯蔵タンク
と調節バルブ（図示せず）からプレート97を通りノズル
120によって容易に注入さる。第１図に関して議論した
ように、ａ−Si:H形成用の適当なガスとしてはSiH4ある
いはジシランがあげられ、シリコンド−パントとして
は、ホスフィン、アルシンあるいはジボラン等があげら
れる。ガスＧは間隙を通りそしてバルブの付いたステン
レス・スチール導管98を通り連結された真空ポンプ131
を通って排気される。電源132は、基板90の支持ロッド9
4とアースされたエンクロージャ部材91、92、93、97と
の間に連結される、強電界領域Esが電極92と99の間の間
隙ｄに誘起され、弱電界領域Ewが基板90の表面に誘起さ
れる。台93には適当なセラミック絶縁体の付いたヒータ
の線96がとりつけられ、ガスＧの一部を熱分解しシリコ
ン化合物を作りこれがプラズマ部Ｐに拡散しグロー放電
を促進させる。台93上の円筒遮断物134がシリコン含有
化合物から絶縁された軸受け筒95が遮蔽する。
装置の操作は、第１図で述べたのと同様で、基板90に50
0〜1500ボルトの負の電圧が加えられ、強電界領域Es
中、圧力PGでガスＧを通してグロー放電が開始される。
それからグロー放電プラズマＰの拡散成分は、圧力PGお
よびＶを調節することによって基板90の活性表面の上の
弱電界領域Esに位置するようにされる。更に、SiH4によ
ってａ−Si:Hを堆積するに際し、電源（図示せず）から
ヒータ線96に十分電流を流すことによって、SiH4のいく
らかが熱分解され、そしていくらかのシリコン含有フラ
グメントがプラズマＰ中にそして基板90の表面上に拡散
し、それによってコーティング130を形成する。成膜速
度はこれらの熱分解されるフラグメントによって高めら
れそしてａ−Si:H薄膜130の電気的抵抗率が上昇し画像
形成ディバイス用に特に適したコーティング130を作る
ことができる。コーティング130はヒータ（図示せず）
によって180〜410℃に維持された基板90に堆積される
か、もしくは30〜100℃に保たれた基板90に堆積され、
ついで200〜300℃に焼きなまされる。
画像形成Ｐ−Ｎ接合体を完成するために、ａ−B:H層131
が第２図に述べたようにａ−Si:H層130の表面にグロー
放電によって堆積される。
第７図に示されているような電子写真装置の試験では、
ａ−B;H頂部層131は100ボルト以上に帯電した。第９図
に示された装置で作られたディバイスは図２、３、６
（電極34、44およびARコーティング36、46なし）で述べ
たようにＰ、Ｉ、Ｎおよびブロッキング層の組み合せの
いずれの場合でも良好な画像形成特性をもつ。また、第
９図の装置で作られた太陽電池、整流ダイオードおよび
プレーナトランジスターは改善された特性を示す。
ａ−C:Hやａ−Si:Hにａ−B:Hを添加する時にボロンを含
有するガス、例えばBF3を水素希釈して使用しうる。196
2年12月18日に特許された米国特許第3,069,283号のパラ
グラフ６に述べられているように本発明者はボランの薄
膜をグロー放電でコーティングするためのガス供給源と
して先にBF3を使用していた事実を特記したい。しかし
ながら、本発明はａ−Siとａ−Ｂの接触に依存しており
そして各堆積温度を調節することが好ましい。
さらに発明者らはＮ型層42の堆積温度を100℃に下げた
場合M/PIN構造においてVocは50mVも増加することを見出
した。Ｉ型ａ−Siは180℃以上で堆積された場合に最大I
scを発現するのであるから、この事は驚くべきことであ
る。
実際従来は、すべてのａ−Si薄膜が電気的に作用するた
めに、180℃以上で堆積されたり焼きなまされたりしな
ければならなかった。この電圧増加は、第１図あるいは
第９図に示されたような装置を用いて層42を形成するに
際しシランにホスフィンあるいはアルシンのドーパント
ガスを混合した場合に生じる。
従ってこれまでに述べてきた概念が太陽エネルギー変
換、不透明電極をもった回路要素としての整流接合体お
よび画像ディバイスに有用な改良された光起電ディバイ
スの基礎を形成することが明らかである。本発明の半導
体素子は改良されたバイポーラ型トランジスターを作る
のに使われうる。この他の応用および組合わせは当業者
であれば容易であるだろう。
【図面の簡単な説明】
第１図はアモルファス・ボロン、アモルファス・シリコ
ンおよびアモルファス・カーボンのグロー放電堆積とド
ーピング用の第１の装置である。第２図は本発明の第一
の実施態様を表わすM/N1P半導体の断面図である。第３
図は、本発明の第二の実施態様を表わすM/PIN半導体の
断面図である。第４図はアモルファス・ボロン／アモル
ファス・シリコンの接続体においてのボロン／シリコン
の比率を示すグラフである。第５図は、本発明の第三の
実施態様を表わすタンデム半導体装置の断面図である。
第６図は、本発明の第四の実施態様を表わす画像形成装
置の断面図である。第７図は電子写真現像装置の概略図
である。第８図は本発明の第五の実施態様を表わすＸ線
電子写真装置の概略図である。第９図はシリコン含有ガ
スの熱分解用の第２の装置の概略図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−138970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−139972（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，42 （４），15 Ｆｅｂｒｕａｒｙ 1983，Ｐ Ｐ．369−371

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｎ型半導体層と該Ｎ型半導体層に隣接して
    接けられたＩ型半導体層と該Ｉ型半導体層に隣接して設
    けられたＰ型半導体層とを有する積層体を基板上に具備
    する半導体装置の製造方法において、該Ｉ型半導体層と
    してアモルファスシリコンからなる堆積膜を基板温度を
    180℃乃至410℃の範囲に保持して形成する工程と、前記
    Ｉ型半導体層上に該Ｐ型半導体層として、水素を含有す
    るアモルファスボロンの堆積膜を基板温度180℃以下に
    保持して形成する工程とを含むことを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
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