JPS59198780A - アモルフアス炭化シリコン系半導体 - Google Patents

アモルフアス炭化シリコン系半導体

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JPS59198780A
JPS59198780A JP58073610A JP7361083A JPS59198780A JP S59198780 A JPS59198780 A JP S59198780A JP 58073610 A JP58073610 A JP 58073610A JP 7361083 A JP7361083 A JP 7361083A JP S59198780 A JPS59198780 A JP S59198780A
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JP
Japan
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doping
silicon carbide
amorphous silicon
semiconductor
silicon
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JP58073610A
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Masaaki Mori
正昭 森
Yukihisa Takeuchi
幸久 竹内
Kenji Maekawa
前川 謙二
Toshiaki Nishizawa
西沢 俊明
Yasuhide Okamoto
岡本 康英
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Denso Corp
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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)

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】 本発明はアモルファス炭化シリコン(以下[a−3t 
Clと記す。)半導体に関する。a −3iC半導体は
、アモルファスシリコンに比べて光学的ギャップが大き
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
ろが炭素ど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−3i(、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
、帯端テイル準位を形成したリダングリングボンドが多
く生成され、ミツドギャップ単位を形成りる。一方、半
導体側わ1を電子ディバイスとして応用する場合には、
一般的に、易動度が大きく、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。
本発明の目的は、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−3i(:、に、Sn、GO,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
少さぜ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、本発明はアモルファス構造の炭化シリコン半導体
に、 錫、ゲルマニウム、鉛のうち1種又は2種以上の原子を
ドーピングした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。
炭素の共有結合半径は、0.77人とシリコンの共有結
合半径1.18人に比べて小さく、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f)s rら遠ざかり、こ
のため局在状態密度がト昇りる。本発明者等は、シリコ
ンと同じ4族で、共有結合半径が、炭素原子と比へて大
きい池の元素、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イホ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1−一ビング原子のドーピング量は、局
在状態密度を減少さUるのに最適な量を必要とする。例
えばa −3i Cのタンクリングボンドによる局在i
1(位密度が101q    I9゜ 〜10 5plnS /eV−CGであることから、ビ
ー1午     1’1 ピング原子は、10〜10  /Cm2であるのが良い
。原子数比で多(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
J:って、タンク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
法によって製作づることかできる。即ち、a−SICは
シラン等のシリコンハイドライド< s r7L+−+
27ケ、)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をドーピングづる場合
には、テトラメチルティン(Sn  (CH3) a 
)又は、スタナン<sn H4)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(へH
2□2)、不飽和脂肪族ハイドロカーボン(エチレン、
プロピレン)、アヒチレンを使用できる。ドーピングす
る錫原子に関しては5n(CI−13)4の他にSn 
 (C2H5)4.5nins /ev−ccの局在状
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101”〜10spins /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+4  。
すれば局在状態密度を10 5pans /evcc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■SCとづれぽ、3mWの蛍光燈下におい
て、Voc= 7001n V、1sc=60μA/c
m2、AM1太陽光下におイT G、Jl、Voc=9
00m V、 I sc= 16m△/C1112テあ
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/jF E
 ’1−を試作したところオン、オフ比が10′7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−8IC半導体実
施例である。
本実施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、シランカス(Sit−I4)、メタンガス(CH
4)、テトラメチルティン(Sn  (Cf−I3) 
4 )ガスを用いた。混合カスの比率はSi Ha :
CHa=65:35とし、ドーピング原子として錫(S
n )を選び、テトラメチルディン(Sn  (CH3
)aをモル比で10−2〜1O−3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10倍に稀釈され、その他の条件は
、流a30〜5 Q SCCm、内圧0.3〜0.5T
orr 、基板温度200〜300℃、RF電力10〜
20ワット(電力密度0.014〜0.028W/cm
2)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正アモルファ
ス炭化シリコン系半導体は、1019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16゜ 1Q  5plnS /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
は10−6〜10−5が最も望ましいことが分った。こ
の1「1の1〜−ピンク用に16 ・ 対して局在状態密度は10 5p1ns /ev−cc
ど、ドーピングしないものに比べて約11(J以」−減
少りることができた。
第2実施例 第2実施例はアモルファス炭化シリ−」ン系半導体を用
いて薄膜形状に構成した太陽電池に関づるものである。
そのアモルファス太陽電池の4M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
の上にアモルフシ・ス人陽電i′I!!層をN型、I型
、P型と堆積形成した。その上には透明導電膜(1王0
)10が1000人員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J「積はプラズマCVD法によ
った。13゜56 M f−(zの高周波放電によりQ
 、1〜1LO1’r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5it
−14:BH3=100:0.5〜3で、前実施例と同
様な条件で厚さ300〜500人に作成した。
次に、1型半導体層6はシランSizトIsを同じにう
にプラズマCVD法によって5000〜7000人堆積
させて形成した。さらに、P型半導体層8を本発明のア
モルファスシリコンティンカーバイド(a −8t S
n C: H)で2000〜4000人の厚さに構成し
た。この層の形成にはSi   tl  4  :  
CH4:  3n   (CH3)   4 〜0. 
 3 〜0゜97:0.8〜0.03+10−’ 〜1
dl (7)範囲で各種jfI積したものを製作した。
そして、P型にづるために82Hs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、5it−14:0M4〜
0.65:0.35でジボランのドープ徂0゜1%、5
n(CH3)aのドープalo−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700m V。
短絡電流G;&60mA/cnuであった、又、FF=
60%、AMlの太陽光の照射にa′3いては解放電圧
が0.9V、短絡電流は16 m A /’cm2テあ
り、変換効率にJ′3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−3i C: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 特許出願人   日本電装株式会礼 代理人  弁理士  大川穴 同   弁理士  藤谷修 同   弁理士  丸山明夫

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〈1)′アモルファス構造の炭化シリコン半導体に、 錫、ゲルマニウム、鉛のうち1種又は2種以上の原子を
    ドーピングした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)前記ドーピング原子の量は、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)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項又は第2項記載のアモルファス
    炭化シリコン系半導体。
JP58073610A 1983-04-26 1983-04-26 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 Expired - Lifetime JPH0614553B2 (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5762571A (en) * 1980-10-03 1982-04-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Solar battery
JPS5779672A (en) * 1980-09-09 1982-05-18 Energy Conversion Devices Inc Photoresponsive amorphous alloy and method of producing same

Patent Citations (2)

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