JPS58501719A - 第３族元素と第５族元素の化合物および合金化合物の薄膜 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、周期率表の第■族元累と第■族元累との化合物（この語に合金化合物 を含むものとする。）の薄膜に関し、特に、例えば陸上の太陽電池に用いるため の、ヒ化ガリウム又はヒ化ガリウム化合物のような半導体化合物の薄膜の製造に 関する。

ヒ化ガリウム又はヒ化ガリウム化合物は、バルクの形で、高変換効率を有する太 陽電池における活性半導体として使用することが可能である。ヒ化ガリウムは高 価であるため、太陽電池のコスト’を下げるためには、高変換効率を保持しつつ 非常に薄い膜のヒ化ガリウムのみを用いる太陽電池を製造することが望ましい。

従って、大表面積の電池を低コストで大量生産し得る製造方法を用いて、ヒ化ガ リウムの薄膜を有する光起電力セルを製造する方法がめられてきた。

ヒ化ガリウムのような半導体化合物の薄膜を製造するための様々の方法が知られ ておシ、これらの公知の方法は、１［ｔ−生成するために、化学的蒸着法（ＣＶ Ｄ　）又は液体エピタキシー法（ＬＰＥ　）　’ｉ用いるものである。

ＣＶＤプロセスは、レーザー発生器のような高価な小面積光電子装置の製造に用 いられたものと類似のものである。ＣＶＤプロセスは、例えば、加熱された基板 上を通過するときに相互に反応してと化ガリウムの薄膜を生成するガリウムとヒ 素を含む分子を別々に含有する少なくとも２種のガス種を用いる。基板は小さく 、高温度に加熱される。典型的には、反応種はガス状トリメチルガリウムとヒ素 ガス、又はガス状塩化ガリウムおよびヒ素ガスである。

そのような公知の方法に用いられるガス状反応体は１反応領域に収容し、計量し 、制御することが困難である。加えて、採用された特定の反応は、適切な性能特 性の薄膜ヒ化ガリウム太陽電池を製造するために、高い基板温度を必要とする。

これらの問題は、比較的小面積の太陽電池を製造する比較的高価で複雑な装置を 必要とするＣＶＤ製造プロセスをもたらす。

ＬＰＥ法は、金属中の飽和溶液から固形半導体化合物を析出させることにより被 着させる方法である。金属中の固体化合物を溶解し、次いで溶液を冷却すること により飽和が達成される。これらの方法は、ＣＶＤ法と同様、小面積の光電子装 置および類似の装置の製造のために開発された。ＬＰＥ法を用いた場合には、数 平方センチメートルよシ大きな面積を得るには高価であシ、更にそのプロセスは 制御が困難であり、製造速度は遅い。

従って、本発明の目的は、大面積を低コストで製造するに適する第■族元累と■ 族元累との金槁化合物を含む化合物の薄膜の製造方法を提供することにある。

本発明の一つの態様によると、適切な基板上に選択された第■族元素の薄膜を形 成する工程と、適切な温度で、ガス状の選択された第■族元累からなるガス雰囲 気に薄膜をさらし、所望の化合物又は合金化合物を生成□する工程からなる、第 ■族元累と第■族元累の化合物の薄膜を製造する方法が提供される。

本発明の方法の実族にあたっては、ガス状の第■族元累が第■族元累の薄膜と反 応して所望の化合物又は合金化合物の薄膜を生成する。第■族元累がガリウムで あり、第■族元累がアルシンの形のヒ累である場合にば、典型的な反応は次の通 りであろう。

２Ｇｍ　＋２ＡｇＨ−→２ＧａＡ＊　＋３Ｈ２本発明は、例えば、大面積発光ダ イオードに用いるためのＧａＡｓｘ　ＧａＰ又はそれらの化合物の薄膜の製造を 含む様々の用途に適切な様々のタイプの薄膜を製造するために用いることができ よう。この目的のための本発明の採用は、大面積の表示装置を低コストで製造す ることを可能とする。

本発明はまた、例えば太陽電池に用いるための、ヒ化ガリウム又はと化ガリウム 化合物の薄膜の製造に特別の用途を見出している。

それ故、好ましい態様においては、本発明は、適切な基板上にガリウムの薄膜を 形成し、適切な温度で、ガス状のヒ累及び燐の少なくとも１種？含むがヌ状雰囲 気に薄膜をさらして、所望の組成の薄膜を生成することからなる、ヒ化ガリウム 、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム化合物およびリン化ガリウム化合物からなる群 から選択された薄膜を製造する方法を提供する。

必要に応じて、得られた薄膜の特性を制御することが出来、例えば適切なドーパ ント不純物を導入することによって、良好な太陽電池操作のために適切な特性を 有する膜を生成することが可能である。このことは、第■族元累を介して第■族 元累の薄膜に適切なドーパントを導入することにより、又はガス雰囲気中に硫化 水素のような適切なガスを加えることによ９行なうことができる。

適切な基板は、薄膜の目的とする用途に応じて選択される。太陽電池用の薄膜の 場合、基板は、少なくとも一方の面において４電性であるのが好ましい。基板は 、導電性物質であっても、又は導電性被覆、例えば金属被覆が施された絶縁体で あってもよい。この目的のために適切な基板としては、タングステン被覆のグラ ファイトおよび金被覆のガラス、が必る。基板は、処理のし易さの点から柔軟性 を有するのが便オリである。

第■族元累例えばガリウムの薄膜は、典型的には０．５〜５０ミクロンの厚みを 有している。

薄膜は、蒸着、ス・ぞツタリング、浸漬被覆、塗布被覆又＃″ｌｔ電気メッキに より基板上に形成可能である。

ガス雰囲気は、選択されたガス状第■族元累（例えばアルシンの形のヒ素、又は ホスフィンの形のリン）および窒素やヘリウムのような不活性ガスを含有するも のである。

適切な反応条件は、反応物質に依存する。例えば、第■族元累がガリウムの場合 には、薄膜とガス雰囲気とが反応するに適する温度は、１５０〜７５０℃である 。適切な操作条件は、薄膜が被榎嘔れた基板を適当な温度に加熱し、すべての第 ■族元累が所望の化合物を生成するに至るまで、ガス雰囲気を加熱された基板上 を通過させることにより達成される。

この方法は、連続的に実施はれるのが好ましい。

このことは、例えば浸漬被＆又は連続電気めっきし、次いで被覆された基板をガ スシールを通してガス反応室に導入することにより、基板上に適切な薄膜を生成 することによシ達成される。この場合、基板にガス反応室を通され、またガス雰 囲気中をも通される。基板は、例えば反応室内に位置する適切なヒーターにより 、反応室内で加熱される。

更に他の態様においては、本発明は、適切な基板上に選択された第■族元累のへ 層を形成する手段、および基板および薄層がガス状の選択された第用族元累を含 むガス雰囲気にさらされるガス反応室を具備する、第■族元累と第■族元累の化 合物（公金化合物を含む）の薄膜を製造する装ｆＩｔ、を提供する。

基板上に該元素の薄層を形成する手段として、例えば基板を浸漬被覆するための 浸漬タンク、蒸着室、ヌパッタリング手段、塗布手段、又は電気メツキ手段があ る。

この装置は、基板を連続的に供給するための供給手段、例えば駆動ローラーを具 備している。

ガス反応室は、ガスのための入口と出口を有する通常は閉ざされたチャンバーと 、このチャンバーからガス雰囲気を実質的ににがさないように基板をチャンバー 内に導入しチャンバーから取出す、基板のための入口及び出口を具備している。

基板ヒーターは、ガス反応室に位置している。

本発明はまた、その範囲内に、本発明の方法により、又は本発明の装置を用いて 製造された薄膜を含むものである。

更にまた他の態様でに、本発明は、本発明の方法により又は本発明の装置を用い て製造されたヒ化ガリウム又はヒ化ガリウム化合物の薄ＦＭヲ含む太陽電池を提 供する。

以下、図面を参照して、本発明を更に説明する。

図面は本発明の装置の一実施態様を示す線図である。

図面において、タングステンが被覆でれたグラファイト膜から作られた、典型的 には２０ｃＷＩの幅で０．２備の厚さの物質の柔軟性を有する帯状の基板１は、 駆動ローラー４の作用の下で反応装置を連続的に通過する。

基板は、次いで反応室８を通過する。基板は、反応室からのガスの実質的な逃げ を防止する封止手段を具備する、入口６から中に入る。反応室８はまた、不活性 ガス、アルシンおよびドーパントカスを含むガスを反応室に導入するための入ロ アを具備している。

反応室内において、基板は、基Ｆｉ、を典型的には１５０〜７５０℃の温度に加 熱する基板ヒーター９のそばを通過する。加熱された基板は、反応室内のガス雰 囲気と反応してヒ化ガリウムの薄膜を形成する。

この膜金石する基板は、封止手段を具備し、入口６と類似の構成である。出口１ １を経て反応室８から出る。反応室はまたガス出口１０を具備している。

浄書（内容（二変可なし） 国際調査報告 手続補正書 昭和５８年７月／Ｚ［１ 特許Ｌｊ長角　若杉和大　殿 １　事件の表示 ＰＣＴ／ＧＢ８２／（１０’２８３ ？、弁明の名称 事件との関係　特ト出願人 （１１・・〒　東京都港区虎］門１丁目２６番５号　第１７森ビル〒］０５　電 話０３　（５０２）　３　］、　８１　（大代表）　−’−”＋＝ノ□ｒ ５、袖ＩＦ命令の日付

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、適切な基板（１）上に選択された第■族元累の薄膜を形成する工程と、この 薄膜を、適当な温度で選択された第■族元累を含むガス雰囲気にさらして所望の 化合物を生成する工程とを特徴とする、第■族元累と第■族元累の化合物の薄膜 を製造する方法。 ２　適切な基板（１）上にガリウムの薄膜を形成する工程と、この薄膜を、適当 な温度でガス状ヒ素又はリンを含むガス雰囲気にさらして所望の組成の薄膜を生 成する工程と１に特徴とする、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム化 合物又はリン化ガリウム化合物の薄膜を製造する方法。 ３、膜の特性を制御するために、薄膜にドー・ぞント不純物が添加される請求の 範囲第２項記載の方法。 ４、前記ドーパントは第■族元累に添加される請求の範囲第３項記載の方法。 ５、前記ドー／やントはガス雰囲気に添加される請求の範囲第３項記載の方法。 ６、前記ドーノｆントは、硫化水素ガスの形でガス雰囲気に添加される請求の範 囲第５項記載の方法。 ７、前記基板（１）は導電性物質からなる請求の範囲第２項記載の方法。 ８−　前記基板（１）は柔軟性物質からなる請求の範囲第７項記載の方法。 ９、前記基板に、タングステンが被ａｆテれたグラファイトからなる請求の範囲 第８項記載の方法。 １０　前記基板は、電気的に導電性の被覆が施された絶縁物質からなる請求の範 囲第２項記載の方法。 １１、　第■族元累の薄膜は０．５〜５０ミクロンの厚さを有する請求の範囲第 ２項ないし１０項のいずれかの項記載の方法。 １２、第ｍ族元累の薄膜は浸漬被覆（２，Ｓ）によシ形成される請求の範囲第２ ないし１１項のいずれかの項記載の方法。 １３、前記ガス雰囲気は、ガス状第■族元累および不活性ガスを含む請求の範囲 第２ないし１２項のいずれかの項記載の方法。 １４、第■族元累およびガス雰囲気Ｈ，１５０〜７５０℃の温度で相互に反応せ しめられる請求の範囲第２項記載の方法。 １５、薄膜が被覆された基板を適当な温度に加熱し、すべての第■族元累が反応 して所望の化合物を生成するまで加熱された基板をガス雰囲気に通すことからな る、請求の範囲第１４項記載の方法。 １６　薄膜被覆は浸漬被覆により基板上に連続的に形成され、被覆きれた基板は 、ガス雰囲気が導入されるガス反応室内をガスシールを介して通過ぜしめられる 請求の範囲第２ないし１６項のいずれかの項記載の方１０ 法。 １７、前記基板は、反応室内に位置するヒーターにょシ反応室内で加熱される請 求の範囲第１６項記載の方法。 １８、細長い基板（１）上に選択された第■族元素の薄層を形成するための被覆 手段Ｃ２，，９）、基板（１）および薄膜がガス状の選択された第■族元累を含 むガス雰囲気にさらされるガス反応室、基板（１）ｆ：加熱するための、反応室 内の加熱手段、および被覆手段（２，ｓ）および反応室（８）を通して基板（１ ）を連続して駆動するための駆動手段を％徴とする第■族元累と第■族元累の化 合物の薄膜を製造する装置。 １９、請求の範囲第２項記載の方法により製造された第■族元累と第■族元累の 化合物の薄膜。 ２０、請求の範囲第２項記載の方法にょシ製造された薄膜を含む太陽電池。 浄書（内容に変更なし）