JPS5891623A - 半導体層の形成方法 - Google Patents
半導体層の形成方法Info
- Publication number
- JPS5891623A JPS5891623A JP56189460A JP18946081A JPS5891623A JP S5891623 A JPS5891623 A JP S5891623A JP 56189460 A JP56189460 A JP 56189460A JP 18946081 A JP18946081 A JP 18946081A JP S5891623 A JPS5891623 A JP S5891623A
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- JP
- Japan
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- substrate
- hydrogen
- amorphous silicon
- silicon
- semiconductor material
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
- H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/22—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using physical deposition, e.g. vacuum deposition or sputtering
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は牛導体層、特にアモルファスシリコン(以下、
5に−siと略す。)層の形成方法に関する亀のである
。
5に−siと略す。)層の形成方法に関する亀のである
。
近年、太陽電池、電子写真感光体としてa −81を用
いる仁とが試みられている。この種のa −siは例え
ば真空蒸着法で基板上に堆積せしめられ、この際<a−
St中のダングリングボンドを埋めてその感光特性を良
くするために活性水素ガスを同時に供給することがある
。しかしながら、暗抵抗が充分に低くて光感度も良好な
a −8i層を効果的に形成する方法状、未だ見出され
ていないのが実情である。
いる仁とが試みられている。この種のa −siは例え
ば真空蒸着法で基板上に堆積せしめられ、この際<a−
St中のダングリングボンドを埋めてその感光特性を良
くするために活性水素ガスを同時に供給することがある
。しかしながら、暗抵抗が充分に低くて光感度も良好な
a −8i層を効果的に形成する方法状、未だ見出され
ていないのが実情である。
本発明者は種々検討を重ねえ結果、上記の如き真空蒸着
法において牲に基板温度が堆積膜の特性を大きく左右し
、かつその堆積速度も重要な役割をなしていることをつ
き止め、本発明に到達した( のである。
法において牲に基板温度が堆積膜の特性を大きく左右し
、かつその堆積速度も重要な役割をなしていることをつ
き止め、本発明に到達した( のである。
即ち、本発明は、水素ガス等の活性修飾ガスの存在下で
シリコン等の半導体材料を基体上に堆積させるに際し、
基体温度を350〜450’Cに、かつ堆積速度を0.
1〜80A/秒に保持することを特徴とする方法に係る
ものである。
シリコン等の半導体材料を基体上に堆積させるに際し、
基体温度を350〜450’Cに、かつ堆積速度を0.
1〜80A/秒に保持することを特徴とする方法に係る
ものである。
本発明者は、本発明を案出する過程で次の如き認識を踏
まえて鋭意検討を加えた。
まえて鋭意検討を加えた。
真空中(特に10 Torr以上の真空度)で石英板
上にシリコンを真空蒸着する場合、その基板(石英板)
温度によりて特性の異なる堆積膜が得られることが判明
した。 この場合、低温で得られる膜よシも高温で得ら
れる膜の方が見かけ上のオプティカルギャップ(光が吸
収されるエネルギーギャップ)が大きくなることが確認
された0 このことは、チーりング(Taillng)
の大小、即ちギャップステートの大小を反映しているも
のと考えられ、膜の光応答性の結果からも示唆されるこ
とが分つた0 りiシ、高温で形成した膜はギャップス
テートがよシ小さく膜構造が良好となっている。
上にシリコンを真空蒸着する場合、その基板(石英板)
温度によりて特性の異なる堆積膜が得られることが判明
した。 この場合、低温で得られる膜よシも高温で得ら
れる膜の方が見かけ上のオプティカルギャップ(光が吸
収されるエネルギーギャップ)が大きくなることが確認
された0 このことは、チーりング(Taillng)
の大小、即ちギャップステートの大小を反映しているも
のと考えられ、膜の光応答性の結果からも示唆されるこ
とが分つた0 りiシ、高温で形成した膜はギャップス
テートがよシ小さく膜構造が良好となっている。
しかしながら、他方、修飾ガスとして例えば活性水素及
び水素イオンを供給して操作した場合、基板温度を上昇
させてゆくと、高温になるに従りて堆積膜中に水素が含
有され難くなることが発見され、かつ温度をあま)上げ
すぎると堆積膜が結晶化して不適当となることが分りた
。 これでは、MlI性(特に暗抵抗及び光感度)が悪
くなってしまう〇 そこで、本発明者は、ある高温状態に基板を保持してギ
ャップステートが少なくなる状態に設定し、この状態で
ダングリングボンドを充分に埋め得る水素含有量を保証
できる条件を検討した。
び水素イオンを供給して操作した場合、基板温度を上昇
させてゆくと、高温になるに従りて堆積膜中に水素が含
有され難くなることが発見され、かつ温度をあま)上げ
すぎると堆積膜が結晶化して不適当となることが分りた
。 これでは、MlI性(特に暗抵抗及び光感度)が悪
くなってしまう〇 そこで、本発明者は、ある高温状態に基板を保持してギ
ャップステートが少なくなる状態に設定し、この状態で
ダングリングボンドを充分に埋め得る水素含有量を保証
できる条件を検討した。
この結果、ギャップステートを少なくしかつ水素4充分
に含有させ得る条件をついに見出したのである。
に含有させ得る条件をついに見出したのである。
即ち、上記した如く、基体温度を350〜450℃の特
定範囲に設定することが必須不可欠であることを見出し
た。 この範囲を外れて基体温度が450℃を越えると
、堆積膜中への水素の含有量が極端に少なくなりてダン
グリングボンドを充分に埋めることができず、暗抵抗を
高い値にできないと共に光感度(光の照射前後の抵抗値
の比)を充分なものとすることができない。 基体温度
を450℃以下とすれば、比較的高温で水素が入゛シに
くくなるとは言え、その必要量(例えばシリコンに対し
て数atan*〜10数at領℃)は少ないことからそ
の量程度の水素は確実に含有させるヒとができるのであ
る0 このような基体温度範囲では勿論、上述したよう
に膜のギャップステートを小さくして結晶性を良好にし
得るという効果が得られる。 従りて基体温度はあまり
低くすることは不適当であシ、また低温下では水素が入
シすぎて却って膜特性を劣化させる傾向がある。 仁の
意味で、基体温度の下限を350℃とすべきである0更
に本発明によれば、上記基体温度に加えて堆積する膜の
堆積速度を0.1〜801/秒に保持することも必須不
可欠である。 即ち、堆積速度が5oA7秒を越えると
、シリコン等の半導体材料を蒸発させるためのパワーが
増え、半導体材料が飛散し、基体表面に粒状の膜形成が
進行し、又溶□゛融シリコンの付着による真空槽内の汚
染が発生し、不適当である。また、堆積速度が0.IX
/秒未満fd、あまシに生産性が悪くなる。 従って、
堆積速度は上記した範囲に設定すべきであシ、生産性、
酸素雰囲気の影響、水素含有量等を考慮すると1〜40
X/秒とするのが望ましい。
定範囲に設定することが必須不可欠であることを見出し
た。 この範囲を外れて基体温度が450℃を越えると
、堆積膜中への水素の含有量が極端に少なくなりてダン
グリングボンドを充分に埋めることができず、暗抵抗を
高い値にできないと共に光感度(光の照射前後の抵抗値
の比)を充分なものとすることができない。 基体温度
を450℃以下とすれば、比較的高温で水素が入゛シに
くくなるとは言え、その必要量(例えばシリコンに対し
て数atan*〜10数at領℃)は少ないことからそ
の量程度の水素は確実に含有させるヒとができるのであ
る0 このような基体温度範囲では勿論、上述したよう
に膜のギャップステートを小さくして結晶性を良好にし
得るという効果が得られる。 従りて基体温度はあまり
低くすることは不適当であシ、また低温下では水素が入
シすぎて却って膜特性を劣化させる傾向がある。 仁の
意味で、基体温度の下限を350℃とすべきである0更
に本発明によれば、上記基体温度に加えて堆積する膜の
堆積速度を0.1〜801/秒に保持することも必須不
可欠である。 即ち、堆積速度が5oA7秒を越えると
、シリコン等の半導体材料を蒸発させるためのパワーが
増え、半導体材料が飛散し、基体表面に粒状の膜形成が
進行し、又溶□゛融シリコンの付着による真空槽内の汚
染が発生し、不適当である。また、堆積速度が0.IX
/秒未満fd、あまシに生産性が悪くなる。 従って、
堆積速度は上記した範囲に設定すべきであシ、生産性、
酸素雰囲気の影響、水素含有量等を考慮すると1〜40
X/秒とするのが望ましい。
本発明による方法においては、堆積する半導体材料トシ
て特にシリコン(アモルファスシリコンとして堆積)を
用い、かつその膜特性を決める修飾ガスとしては上記の
水素と同様の機能を生ぜしめるフッ素等のハロゲンガス
やシランを用いてよい。 この修飾ガスはt九、堆積す
るアモルファスシリコンの抵抗値を制御する酸素、窒素
、ホスフィン、ジボラン、アルシン、炭化水素(例えば
メタンガス)、アンモニア等の群から選ばれ九1種以上
からなりていてよい。この場合に紘、水素及ヒ/又ハハ
aゲン含有アモルファスシリコンの他、これらとは特性
は異なるが本発明の方法による条件で所望の電気抵抗値
等を示すアモルファス酸化シリコン、アモルファス窒化
シy−tン、7%(ルフ・ス炭化シリ・・、更にはドナ
ー又はアクセプタとしての燐、硼素若しくは砒素がドー
プされたアモルファスシリコンを堆積させることができ
る。 iえ、これらのドナー又はアク七ブタ用の修飾ガ
スに代えて、周期表第■族及び第■族元索の少なくとも
1種(例えば燐、アルミニウム)のドーパント蒸発源を
真空槽内に配してもよい0この蒸発源を用いるときにも
、上記した水素、ハロゲン、酸素、窒素、炭化水素又は
アンモニアを修飾ガスとして同時に導入するので、基体
上にはドナー又はアクセプタをドープした上記と同様の
各アモルファスシリコンを形成することができる。
て特にシリコン(アモルファスシリコンとして堆積)を
用い、かつその膜特性を決める修飾ガスとしては上記の
水素と同様の機能を生ぜしめるフッ素等のハロゲンガス
やシランを用いてよい。 この修飾ガスはt九、堆積す
るアモルファスシリコンの抵抗値を制御する酸素、窒素
、ホスフィン、ジボラン、アルシン、炭化水素(例えば
メタンガス)、アンモニア等の群から選ばれ九1種以上
からなりていてよい。この場合に紘、水素及ヒ/又ハハ
aゲン含有アモルファスシリコンの他、これらとは特性
は異なるが本発明の方法による条件で所望の電気抵抗値
等を示すアモルファス酸化シリコン、アモルファス窒化
シy−tン、7%(ルフ・ス炭化シリ・・、更にはドナ
ー又はアクセプタとしての燐、硼素若しくは砒素がドー
プされたアモルファスシリコンを堆積させることができ
る。 iえ、これらのドナー又はアク七ブタ用の修飾ガ
スに代えて、周期表第■族及び第■族元索の少なくとも
1種(例えば燐、アルミニウム)のドーパント蒸発源を
真空槽内に配してもよい0この蒸発源を用いるときにも
、上記した水素、ハロゲン、酸素、窒素、炭化水素又は
アンモニアを修飾ガスとして同時に導入するので、基体
上にはドナー又はアクセプタをドープした上記と同様の
各アモルファスシリコンを形成することができる。
次に、本発明による方法を図面について具体的に説明す
る。
る。
第1図には、本発明による方法を実施するのに使用する
真空蒸着装置の一例が示されている。
真空蒸着装置の一例が示されている。
この装置によれば、真空槽としてのペルジャー1内に例
えば平板状の基板2を配し、その下方にはシリコン蒸発
源3(但、そのヒーターは図示省略)を配している。
必要な場合には、シリコン蒸発源3に並置して上述し九
ドーパント蒸発源を設けてよいが、これは図示省略した
。 基板2には外部の直流電源4によりて0〜−10K
Vの負の直流バイアス電圧を印加しておく。 図中、6
は熱電対であシ、マた7は基板2上に堆積するa−8l
。
えば平板状の基板2を配し、その下方にはシリコン蒸発
源3(但、そのヒーターは図示省略)を配している。
必要な場合には、シリコン蒸発源3に並置して上述し九
ドーパント蒸発源を設けてよいが、これは図示省略した
。 基板2には外部の直流電源4によりて0〜−10K
Vの負の直流バイアス電圧を印加しておく。 図中、6
は熱電対であシ、マた7は基板2上に堆積するa−8l
。
膜厚(即ち堆積速度)を測定するための膜厚計である。
この膜厚計はいわゆるクリスタルモニターとして知ら
れ、蒸発したシリコンの付着量に応じて振動数が変動す
る水晶板8が筒体9内に設けられ、その振動数が外部の
検出部10’t’検出されるようになりている。 この
膜厚計の出力は例えばシリコン蒸発源3のヒータ一温度
を制御するためにフィードバックされるようにしてよい
。 基板2は、近接位置に配されたヒーター11によっ
て所要温度に加熱されるが、この加熱温度は上述したよ
うに極めて重要でありて350〜450℃の範囲内に必
ず設定すべきである。 また、ペルジャー1には、水素
ガス等の修飾ガスの導入管12.13が配設され、同導
入管中に紘修飾ガスの活性化及びイオン化用の放電管1
4.16が夫々設けられている。 活性化され九修飾ガ
スは、負電圧の印加されている基板2へ吸引され、堆積
材料中に充分に取込まれるようになっている。 ペルジ
ャー1の底部には、2箇所に排気口16.17が形成さ
れ、これらの排気口は夫々拡散ポンプ(図示せず)を介
して共通のロータリポンプ18へ導びかれ、これにより
てペルジャー1内が高真空に引かれるようになりている
。
れ、蒸発したシリコンの付着量に応じて振動数が変動す
る水晶板8が筒体9内に設けられ、その振動数が外部の
検出部10’t’検出されるようになりている。 この
膜厚計の出力は例えばシリコン蒸発源3のヒータ一温度
を制御するためにフィードバックされるようにしてよい
。 基板2は、近接位置に配されたヒーター11によっ
て所要温度に加熱されるが、この加熱温度は上述したよ
うに極めて重要でありて350〜450℃の範囲内に必
ず設定すべきである。 また、ペルジャー1には、水素
ガス等の修飾ガスの導入管12.13が配設され、同導
入管中に紘修飾ガスの活性化及びイオン化用の放電管1
4.16が夫々設けられている。 活性化され九修飾ガ
スは、負電圧の印加されている基板2へ吸引され、堆積
材料中に充分に取込まれるようになっている。 ペルジ
ャー1の底部には、2箇所に排気口16.17が形成さ
れ、これらの排気口は夫々拡散ポンプ(図示せず)を介
して共通のロータリポンプ18へ導びかれ、これにより
てペルジャー1内が高真空に引かれるようになりている
。
この真空蒸着装置において、本発明による方法に基く操
作条件は例えば次の通シである。
作条件は例えば次の通シである。
基板温度 350〜450℃
堆積速度 1〜40又/秒
真空度 10 Thrr
放電電流 0.6A(2つの放電管共)放電電圧
600V(2つの放電管共)この条件によって、堆
積し九a−8i層として、わ(暗伝導度)〜10(Ω・
5I)、Δ6P(2・Vの7オトンを10 個/cd
@see照射したときの伝導度変化量)〜1G (Ω
・cM)のものが得られる。 これらの数値は共に堆積
膜が良好な特性を有していることを示している0 第2図は、基板2上に、上記の方法でa −81層19
.20.21が順次堆積せしめられた例えば太陽電池を
示すものである。 このうち、a=siJi19はドー
パントによってN型化され、下地の金属電極4に対し良
好なオー々ツクコンタクト性を有している0 2層目の
a−81層20はドーパントのない真性半導体であシ、
3層目のa−8i層21はドーパントによりてP型化さ
れている。 光を入射させるべき最上面にはI T O
(indiwn tin oxids)からなる透明電
極23が被着される。
600V(2つの放電管共)この条件によって、堆
積し九a−8i層として、わ(暗伝導度)〜10(Ω・
5I)、Δ6P(2・Vの7オトンを10 個/cd
@see照射したときの伝導度変化量)〜1G (Ω
・cM)のものが得られる。 これらの数値は共に堆積
膜が良好な特性を有していることを示している0 第2図は、基板2上に、上記の方法でa −81層19
.20.21が順次堆積せしめられた例えば太陽電池を
示すものである。 このうち、a=siJi19はドー
パントによってN型化され、下地の金属電極4に対し良
好なオー々ツクコンタクト性を有している0 2層目の
a−81層20はドーパントのない真性半導体であシ、
3層目のa−8i層21はドーパントによりてP型化さ
れている。 光を入射させるべき最上面にはI T O
(indiwn tin oxids)からなる透明電
極23が被着される。
次に、上記した方法において、基板温度を種々変化させ
た場合に得られた堆積膜(a−8i)の伝導度変化を第
3図に示す。 ここで、iD及びΔ基デは上記したもの
と同じである。
た場合に得られた堆積膜(a−8i)の伝導度変化を第
3図に示す。 ここで、iD及びΔ基デは上記したもの
と同じである。
操作条件紘次の通シでありた。
基板 石英ガラス板
基板電圧 −4KV
堆積速度 20X/s@e
放電電流 0.6ム
6
H意流量 100 ee/nxin (6X10
Torr)この結果から明らかなように、基板温度を
本発明の方法のように350〜450℃に設定すれば、
6Dが〜10 ’ (Ω・1)−1と充分に低くて安定
しておシ、ΔdF4〜10 ’ (Ω・国)−1と充分
に高くて安定していることが分る。 つtb、この堆積
膜は光学素子として良好な抵抗値を有している。
Torr)この結果から明らかなように、基板温度を
本発明の方法のように350〜450℃に設定すれば、
6Dが〜10 ’ (Ω・1)−1と充分に低くて安定
しておシ、ΔdF4〜10 ’ (Ω・国)−1と充分
に高くて安定していることが分る。 つtb、この堆積
膜は光学素子として良好な抵抗値を有している。
しかし、基板温度が上記範囲から外れると、膜特性が極
端に悪くなりている。
端に悪くなりている。
図面は本発明を例示するものであって、第1図社真空蒸
着装置の概略断面図、第2図は同装置で形成され九a−
81層を有する素子の断面図、第3図は堆積速度一定下
で基板温度を変化させたときの堆積膜の伝導度の変化を
示すグラフである0なお、図面に用いられている符号に
おいて、2−−−−−−一基板 S −−−−−−−シリコン蒸発源 7・−−−−−m−膜厚計 11−−−−−−−・ ヒーター ル、1:l−修飾ガス導入管 14.15−−−一放電管 19.20.21−−−−− a −8i層n1久−−
−−電極 である〇 代理人 弁理士 逢 坂 宏 ′lPJ+図 葡2図
着装置の概略断面図、第2図は同装置で形成され九a−
81層を有する素子の断面図、第3図は堆積速度一定下
で基板温度を変化させたときの堆積膜の伝導度の変化を
示すグラフである0なお、図面に用いられている符号に
おいて、2−−−−−−一基板 S −−−−−−−シリコン蒸発源 7・−−−−−m−膜厚計 11−−−−−−−・ ヒーター ル、1:l−修飾ガス導入管 14.15−−−一放電管 19.20.21−−−−− a −8i層n1久−−
−−電極 である〇 代理人 弁理士 逢 坂 宏 ′lPJ+図 葡2図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、真空槽内において活性修飾ガスの存在下で半導体材
料蒸発源から半導体材料を蒸発せしめて基体上に堆積さ
せるに際し、前記基体の温度を350〜450℃に保持
し、かつ前記半導体材料の堆積速度を0.1〜80A/
秒に保持することを特徴とする特許請求の範囲の第1項
に記載した方法03、シリコン蒸発源からシリコンを蒸
発せしめる一方、修飾ガスとして、水素、ノ10ゲン、
酸素、窒素、シラン、ホスフィン、ジボラン、アルシン
、炭化水素及びアンモニアからなる群よシ選ばれた少な
くとも1種を特徴する特許請求の範囲の第1項又は第2
項に記載し九方法。 4、水素及び/又はノ10ゲン含有アモルファスシリコ
ン、アモルファス酸化シリコン、アモルファス窒化シリ
コン、アモルファス酸化シリコン、又は燐、硼素若しく
社砒素がドープされたアモルファスシリコンを基体上に
堆積させる、特許請求の範囲の第3項に記載した方法。 5、周期表第■族及び第■族元素から選ばれ九少なくと
も1種のドーパント蒸発源も真空槽内に配し、この蒸発
源から蒸発せしめ九ドーパントをドープした半導体材料
を基体上に堆積させる、特許請求の範囲の第1項又は第
2項に記載した方法。 6、シリコン蒸発源からシリコンを蒸発せしめる一方、
修飾ガスとして、水素、ハ四ゲン、酸素、窒素、炭化水
素及びアンモニアからなる群よシ選ばれえ少なくとも1
種を特徴する特許請求の範囲の第5項に記載した方法。 7、水素及び/又はハロゲン含有アモルファスシリコン
、7モル7アス酸化シリ′コン、アモルファス窒化シリ
コン又はアモルファス炭化シリコンを基体上に堆積させ
る、特許請求の範囲の第6項に記載し丸方法@
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56189460A JPS5891623A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 半導体層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56189460A JPS5891623A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 半導体層の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891623A true JPS5891623A (ja) | 1983-05-31 |
Family
ID=16241633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56189460A Pending JPS5891623A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 半導体層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5891623A (ja) |
-
1981
- 1981-11-26 JP JP56189460A patent/JPS5891623A/ja active Pending
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