JP2573086B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアモルフアスまたは多結晶の半導体に関する
ものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an amorphous or polycrystalline semiconductor.
本発明は一導電型を有する水素またはハロゲン元素が
添加された非単結晶、即ちアモルファスまたは多結晶の
半導体上に、この半導体を構成する半導体材料に少なく
ともエネルギバンドを変更しうる添加物を添加した異種
導電型を有するアモルファスまたは多結晶の如き水素ま
たはハロゲン元素が添加された非単結晶の半導体を設け
ることに関する。According to the present invention, an additive capable of changing at least the energy band is added to a semiconductor material forming this semiconductor on a non-single-crystal, that is, an amorphous or polycrystalline semiconductor to which hydrogen or a halogen element having one conductivity type is added. The present invention relates to providing a non-single-crystal semiconductor to which hydrogen or a halogen element is added, such as an amorphous or polycrystalline semiconductor having a different conductivity type.
また本発明は珪素、ゲルマニューム、炭化珪素の如き
アモルファスまたは多結晶の半導体と、炭素、窒素また
は酸素を添加物として、半導体中に十分均等に分散させ
て添加した同一結晶構造の半導体を設け、異なるエネル
ギーギャップを有する半導体を互いに隣接させたこの境
界またはその近傍におけるエネルギバンドの遷移を連続
的に行わしめることに関する。さらにこの境界またはそ
の近傍にてPNまたはPINの接合部を設け、この接合部に
光照射をすることにより、光起電力を発生せしめること
に関する。Further, the present invention provides an amorphous or polycrystalline semiconductor such as silicon, germanium, and silicon carbide, and a semiconductor having the same crystal structure in which carbon, nitrogen, or oxygen is added as an additive and dispersed sufficiently uniformly in the semiconductor. The present invention relates to continuously making energy band transitions at or near a boundary between adjacent semiconductors having an energy gap. Further, the present invention relates to a method of providing a PN or PIN junction at or near the boundary and irradiating the junction with light to generate a photoelectromotive force.
従来、異なったエネルギバンドを有する半導体の境界
を互いに接しさせた場合、その境界ではいわゆるヘテロ
接合（hetelo−junction）が構成されていた。Conventionally, when boundaries of semiconductors having different energy bands are brought into contact with each other, a so-called hetero-junction is formed at the boundary.
代表的なヘテロ接合半導体装置としては、１つのPNま
たはNPヘテロ接合を有するPNまたはNP型のフォトダイオ
ード、１つのNNまたはPPヘテロ接合を有するNNまたはPP
型のフォトダイオード、２つのPN接合を有するPNPまた
はNPN型のフォトダイオード、１つのPIヘテロ接合と１
つのNIヘテロ接合とを有するPINまたはNIP型のフォトダ
イオード、３つのPNヘテロ接合を有するNPNPまたはPNPN
型のフォトセル、１つのPIヘテロ接合と１つのIIヘテロ
接合と１つのNIヘテロ接合とを有するPIIN型またはNIIP
型のフォトセル等がある。Typical heterojunction semiconductor devices include a PN or NP type photodiode having one PN or NP heterojunction, and an NN or PP having one NN or PP heterojunction.
Photodiode, PNP or NPN photodiode with two PN junctions, one PI heterojunction and one
PIN or NIP photodiode with two NI heterojunctions, NPNP or PNPN with three PN heterojunctions
-Type photocell, PIIN-type or NIIP with one PI heterojunction, one II heterojunction and one NI heterojunction
Type photocells and the like.
このようなヘテロ接合半導体装置は、内部に形成され
ているヘテロ接合が互いに異なるエネルギバンド巾を有
する２つの半導体間に形成されている構成を有し、２つ
の半導体中の一方（これを前者の半導体という）から、
ヘテロ接合を横切って、他方の半導体（これを後者の半
導体という）に注入される電子に対する障壁の高さと、
２つの半導体中の後者の半導体から、同様にヘテロ接合
を横切って、前者の半導体に注入される正孔に対する障
壁の高さとの差を有効に利用している。Such a heterojunction semiconductor device has a configuration in which a heterojunction formed inside is formed between two semiconductors having mutually different energy bandwidths, and one of the two semiconductors (this is the former) Semiconductor))
The height of the barrier to electrons injected across the heterojunction into the other semiconductor (the latter semiconductor);
The difference between the latter semiconductor in the two semiconductors and the barrier height for holes injected into the former semiconductor, also across the heterojunction, is exploited effectively.
ところで、従来のヘテロ接合半導体装置は、２つの半
導体領域が、ともにエピタキシャル成長法によって形成
された単結晶半導体でなる構成を有していた。Meanwhile, a conventional heterojunction semiconductor device has a configuration in which two semiconductor regions are both made of a single crystal semiconductor formed by an epitaxial growth method.
このため、従来のヘテロ接合半導体装置の製法の場
合、エピタキシャル成長法によって２つの単結晶半導体
を形成する工程を含んでいた。For this reason, the conventional method of manufacturing a heterojunction semiconductor device includes a step of forming two single crystal semiconductors by an epitaxial growth method.
然しながら、エピタキシャル成長法によって単結晶半
導体を形成するには、比較的大なる困難を伴う。However, forming a single crystal semiconductor by an epitaxial growth method involves relatively great difficulty.
このため、従来のヘテロ接合半導体装置の製法は、ヘ
テロ接合半導体装置を製造するのが容易でなく、またこ
のため、ヘテロ接合半導体装置を低価格で提供し得ない
という欠点を有していた。For this reason, the conventional method for manufacturing a heterojunction semiconductor device has a disadvantage that it is not easy to manufacture the heterojunction semiconductor device, and that the heterojunction semiconductor device cannot be provided at a low price.
また、従来のヘテロ接合半導体装置の製法の場合は、
上述したように、２つの単結晶半導体を、それ等間にヘ
テロ接合を形成するように形成する工程を含んでいる
が、この場合、２つの単結晶半導体が、字句通り、単結
晶半導体で形成されているので、その２つの単結晶半導
体間に形成されるヘテロ接合が、急峻なヘテロ接合とし
て形成される。In the case of a conventional method for manufacturing a heterojunction semiconductor device,
As described above, the method includes a step of forming two single-crystal semiconductors so as to form a heterojunction therebetween. In this case, the two single-crystal semiconductors are literally formed of a single-crystal semiconductor. Therefore, a heterojunction formed between the two single crystal semiconductors is formed as a steep heterojunction.
ところで、２つの半導体が単結晶半導体で構成されて
いる従来のヘテロ接合半導体装置の場合、その２つの単
結晶半導体間には、それ等間にエネルギバンド巾の差を
有することから、格子定数の差を有するが、２つの単結
晶半導体間に形成されているヘテロ接合が、急峻なヘテ
ロ接合である場合、そのヘテロ接合には、多くの不対結
合手（ダングリングボンド）を局部的に形成されてしま
う。In the case of a conventional heterojunction semiconductor device in which two semiconductors are formed of single crystal semiconductors, there is a difference in energy bandwidth between the two single crystal semiconductors. Although there is a difference, when a heterojunction formed between two single crystal semiconductors is a steep heterojunction, many dangling bonds are locally formed in the heterojunction. Will be done.
このため、そのヘテロ接合に、望ましくない界面準位
が生じていたり、バレンスバンドまたはコンダクション
バンド側に延長している、エネルギスパイクまたはノッ
チが生じていたりしてしまう。For this reason, an undesirable interface state is generated in the heterojunction, or an energy spike or notch extending toward the valence band or the conduction band is generated.
例えば、GaPとGaAsとを接合した場合、ともにそれら
は単結晶であるため、この２つの材料の界面、つまり２
つの材料同士の、物質と物質とが接合する界面及び２つ
の材料が持っている不純物の種類あるいは濃度の違いか
ら生じる電子現象としての界面には、第１図に見られる
如く、不整合階段型ヘテロ接合ができてしまう。この不
整合のため、他の例えばGa0.3Al0.7As（１）とGaAs
（２）の接合部において、伝導帯（８）にはノッチ
（３）、または価電子帯（９）には飛び（４）、さらに
加えて界面準位（５）が発生してしまう。For example, when GaP and GaAs are joined, they are both single crystals, so that the interface between these two materials, ie, 2
As shown in FIG. 1, there is a mismatched staircase-shaped interface between two materials at an interface where the materials are bonded to each other and an interface as an electronic phenomenon caused by a difference in the type or concentration of impurities contained in the two materials. A heterojunction is formed. Because of this mismatch, other elements such as Ga 0.3 Al 0.7 As (1) and GaAs
At the junction of (2), a notch (3) occurs in the conduction band (8), a jump (4) occurs in the valence band (9), and an interface level (5) is additionally generated.
特に、この界面準位（Interface Statesともいう）
（以下Nsという）（５）が存在すると、この接合部（電
子現象としての接合部）で電子またはホールのキャリア
がこのNsを介して再結合をして消滅してしまう。In particular, this interface state (also called Interface States)
When (5) exists (hereinafter referred to as Ns), electrons or holes carriers recombine and disappear at this junction (junction as an electronic phenomenon) through this Ns.
その結果、キャリアのライフタイムの減少を招き、さ
らにこの接合を用いて特定の作用、例えば光起電力を発
生せしめようとした場合、光励起された電荷が光起電力
を発生する前に消滅してしまうという大きな欠点が生じ
てしまう。As a result, the lifetime of carriers is reduced, and further, when an attempt is made to generate a specific action using this junction, for example, a photovoltaic force, the photo-excited charges disappear before generating the photovoltaic voltage. A major drawback is that
さらにこの界面準位（５）の存在は、半導体のPN接合
ダイオードの特性を得ようとする場合に逆方向の耐圧が
弱いソフトダイオードになってしまう要因のもなる。Further, the presence of the interface state (5) also causes a soft diode having a weak reverse breakdown voltage when trying to obtain the characteristics of a semiconductor PN junction diode.
第１図（Ａ）はＮ型半導体とＰ型半導体（２）とがフ
ェルミレベル（10）を共通とし、伝導帯（８）、価電子
帯（９）が不連続に設けられたＮ−Ｐ接合の場合であ
る。FIG. 1 (A) shows an N-P in which an N-type semiconductor and a P-type semiconductor (2) share a Fermi level (10) and a conduction band (8) and a valence band (9) are provided discontinuously. This is the case of joining.
また第１図（Ｂ）に示すように、Ｎ型半導体（１）と
他のＮ型半導体（７）とがＮ−Ｎ接合を構成している場
合もスパイク（６）やNs（６）が発生し、電子の移動を
妨げてしまう構成となる。Also, as shown in FIG. 1 (B), when the N-type semiconductor (1) and another N-type semiconductor (7) form an NN junction, the spike (6) and Ns (6) also Occurs, which hinders the movement of electrons.
本発明は上記のような半導体と半導体とを接合させた
場合の接合部（本発明で接合とは半導体どおしを単に押
しつけただけの物と物との接触を意味するのではなく、
不純物の濃度の違いあるいは不純物の種類の違いにより
生じる電子現象としての接合を意味するものである。こ
れを電子現象としての接合ともいう）における問題点を
解決することを目的として成されたものである。The present invention is a bonding portion when a semiconductor and a semiconductor are bonded as described above (joining in the present invention does not mean a contact between an object and a material which is merely pressed against a semiconductor,
This means junction as an electronic phenomenon caused by a difference in impurity concentration or a difference in impurity type. This is also intended to solve the problem in the junction as an electronic phenomenon).
本発明は、 異種導電型のエネルギーバンド幅の異なるとなりあう
非単結晶半導体が、一方の非単結晶半導体の導電型から
他方の非単結晶半導体の導電型に変化する部分を２つ以
上有する半導体装置であって、 前記一方の非単結晶半導体の導電型から前記他方の非
単結晶半導体の導電型に変化する部分の少なくとも一つ
において、 前記一方の非単結晶半導体から前記他方の非単結晶半
導体にわたって、エネルギーバンド巾を変化させる添加
物がその量が連続的に変化して存在していることを特徴
とする。The present invention relates to a semiconductor wherein two non-single-crystal semiconductors having different energy bandwidths of different conductivity types have at least two portions that change from the conductivity type of one non-single-crystal semiconductor to the conductivity type of the other non-single-crystal semiconductor. The device, wherein at least one of the portions where the conductivity type of the one non-single-crystal semiconductor changes from the conductivity type of the other non-single-crystal semiconductor to the conductivity type of the other non-single-crystal semiconductor, It is characterized by the fact that the amount of the additive that changes the energy bandwidth is continuously changed over the semiconductor.
上記構成において、異種導電型の２つの非単結晶半導
体の導電型として、ＰとＮ、またはＰとＩ、またはＮと
Ｉの組み合わせを挙げることができる。In the above structure, a combination of P and N, P and I, or N and I can be given as a conductivity type of the two non-single-crystal semiconductors of different conductivity types.
また上記構成における半導体装置として、NPN型、ま
たはPNP型、またはNIP型を有するものを挙げることがで
きる。Examples of the semiconductor device having the above structure include an NPN type, a PNP type, and a NIP type.
また上記構成において、非単結晶半導体として、非単
結晶珪素半導体を挙げることができ、その場合において
エネルギーバンド巾を変化させる添加物として、炭素、
または窒素、または酸素を挙げることができる。In the above structure, as the non-single-crystal semiconductor, a non-single-crystal silicon semiconductor can be given. In that case, as an additive that changes the energy bandwidth, carbon,
Or nitrogen or oxygen.
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
一導電型を有する珪素、ゲルマニューム、炭化珪素の
ごときアモルファス（純粋のアモルファスまたは５〜10
0Åのショートレンジオーダーでの多結晶）または多結
晶構造を有する半導体（以下これらを総称して非単結晶
半導体という）またはこれに炭素、酸素または窒素など
を均等に分散して添加せしめることを本実施例における
技術的な基礎とする。均等な分散とは、添加物の量子論
的な波動が互いに局部的に相互作用を生ぜしめる方向に
なることをいう。Amorphous such as silicon having one conductivity type, germanium, silicon carbide (pure amorphous or 5 to 10
A semiconductor having a polycrystalline structure in a short-range order of 0 °) or a semiconductor having a polycrystalline structure (hereinafter collectively referred to as a non-single-crystal semiconductor) or a method of uniformly dispersing carbon, oxygen, nitrogen, or the like into this and adding the same. It is a technical basis in the embodiment. Equal dispersion means that the quantum waves of the additives tend to interact locally with each other.
本実施例においては、先ず、基板上に、水素またはハ
ロゲン元素を再結合中心中和材として含み且つ珪素でな
る非単結晶半導体を、減圧化学気相堆積法またはグロー
放電化学気相堆積法によって形成する。In this embodiment, first, a non-single-crystal semiconductor containing hydrogen or a halogen element as a recombination center neutralizing material and made of silicon is formed on a substrate by a low pressure chemical vapor deposition method or a glow discharge chemical vapor deposition method. Form.
この場合、非単結晶半導体を作製する材料は、半導体
となる材料例えばシランガス、ジクロールシランガス、
四塩化珪素ガス、四弗化珪素ガス等の珪素の水素化物ま
たは珪素のハロゲン化物でなる珪化物気体を用いる。In this case, the material for forming the non-single-crystal semiconductor is a semiconductor material such as silane gas, dichlorosilane gas,
A silicon hydride gas such as a silicon tetrachloride gas or a silicon tetrafluoride gas or a silicide gas containing a silicon halide is used.
また、珪素でなる非単結晶半導体を、Ｎ型不純物また
はＰ型不純物を添加することにとによってＰ型またはＮ
型の導電型を有するものとして形成する場合、上述した
反応性気体に、不純物用気体を含ませる。この場合の不
純物用気体としては、珪素でなる非単結晶半導体を、燐
でなるＮ型不純物が添加されていることによってＮ型の
導電型を有するものとして形成する場合、フォスフイン
（PH3）ガスを用い、また珪素でなる非単結晶半導体
を、砒素でなるＮ型不純物が添加されていることによっ
て同様にＮ型を有するものとして形成する場合、アルシ
ン（AsH3）ガスを用いる。その場合不純物の濃度は1014
〜1022cm-3とすればよい。Further, by adding an N-type impurity or a P-type impurity to a non-single-crystal semiconductor made of silicon,
When it is formed as having the conductivity type of the mold, the reactive gas described above contains an impurity gas. In this case, as the impurity gas, a phosphine (PH 3 ) gas is used in the case where a non-single-crystal semiconductor made of silicon is formed to have an N-type conductivity by adding an N-type impurity made of phosphorus. When a non-single-crystal semiconductor made of silicon is similarly formed to have an N-type by adding an N-type impurity made of arsenic, arsine (AsH 3 ) gas is used. In that case, the impurity concentration is 10 14
It may be set to ~ 10 22 cm -3 .
また珪素でなる非単結晶半導体を、硼素でなるＰ型不
純物が添加されていることによってＰ型の導電型を有す
るものとして形成する場合、ジボラン（B2H6）ガスを用
いる。In the case where a non-single-crystal semiconductor made of silicon is formed to have a P-type conductivity by adding a P-type impurity made of boron, diborane (B 2 H 6 ) gas is used.
さらに、珪素でなる非単結晶半導体をＩ型の導電型を
有するものとして形成する場合、上述した反応性気体
に、不純物用気体を含ませないか、上述した珪素でなる
非単結晶半導体をＮ型の導電型を有するものとして形成
する場合の不純物用気体と、上述した珪素でなる非単結
晶半導体をＰ型の導電型を有するものとして形成する場
合の不純物用気体との混合気体でなる不純物用気体を含
ませる。Further, in the case where the non-single-crystal semiconductor made of silicon is formed as having an I-type conductivity, the above-described reactive gas does not contain an impurity gas, or the above-mentioned non-single-crystal semiconductor made of silicon is N Consisting of a mixture of an impurity gas when formed as having a P-type conductivity and an impurity gas when forming the above-described non-single-crystal semiconductor made of silicon as having a P-type conductivity. Include working gas.
また珪素でなる非単結晶半導体は半導体を構成する材
料、いわゆる珪素以外に水素、重水素または塩素の如き
ハロゲン元素が0.2〜200原子％の濃度で添加されてい
る。In addition, a non-single-crystal semiconductor made of silicon contains a material constituting the semiconductor, so-called silicon, and a halogen element such as hydrogen, deuterium, or chlorine in a concentration of 0.2 to 200 atomic%.
これらは珪素の不対結合手と結合して再結合中心の発
生を抑止し、電気的には中和（不活性）する作用を有す
る。この水素はハロゲン元素を半導体膜の形成と同時ま
たは被膜形成後に添加するのでもよい。These have the effect of binding to the dangling bond of silicon to suppress the generation of recombination centers, and electrically neutralize (inactivate). This hydrogen may be added simultaneously with the formation of the semiconductor film or after the formation of the film.
再結合中心中和用の不純物の添加は、電気的な反応性
気体の活性化と同時に添加される水素またはハロゲン元
素を活性化することにより成就する方法を用いてもよ
い。The addition of the impurity for neutralizing the recombination center may be carried out by activating the hydrogen or halogen element added simultaneously with the activation of the electrically reactive gas.
さらに炭素、酸素または窒素を添加することもでき
る。その場合炭素はCH4，C2H6等の炭化物気体、酸素はH
2O，O2等の酸化物気体、窒素はアンモニア、ヒドラジン
等の窒化物気体を前述の反応性気体に含ませる。Further, carbon, oxygen or nitrogen can be added. In that case, carbon is a carbide gas such as CH 4 or C 2 H 6 , and oxygen is H
Oxide gas such as 2 O and O 2 and nitrogen include nitride gas such as ammonia and hydrazine in the aforementioned reactive gas.
これらの混合物としてはN2O，NO2，CH3OHその他のア
ルコール類、CO2,CO等を水素等をキャリアガスとして導
入させる。As a mixture of these, N 2 O, NO 2 , CH 3 OH, other alcohols, CO 2 , CO, etc. are introduced as a carrier gas using hydrogen or the like.
そしてこれら混合物が混合された反応性気体を反応炉
内に導入し、気相反応を行わせる。Then, a reactive gas in which these mixtures are mixed is introduced into a reaction furnace to cause a gas phase reaction.
また、上記反応性気体に添加物として窒素と酸素また
は炭素と酸素というように２種類以上の添加物を添加し
てもよい。Further, two or more kinds of additives such as nitrogen and oxygen or carbon and oxygen may be added to the reactive gas.
しかし半導体被膜を、Ｐ型、Ｎ型の導電型にするため
には、炭素を添加した炭化珪素被膜が、最も作製しやす
い。However, in order to make the semiconductor film a P-type or N-type conductivity type, a silicon carbide film to which carbon is added is most easily produced.
酸素、窒素等を単結晶の半導体被膜形成後、後から添
加しようとすると、酸化珪素（Eg＝8eV）または窒化珪
素（Eg＝5.5eV）になってしまい、絶縁物にしかならな
い。If oxygen, nitrogen, or the like is added later after the formation of a single-crystal semiconductor film, it becomes silicon oxide (Eg = 8 eV) or silicon nitride (Eg = 5.5 eV), and becomes only an insulator.
しかしこれらの添加物を珪素被膜作製と同時に電気ま
たは電気と熱とを併用して実施することにより添加する
と、これらの添加物の化学量論比に応じて半導体は、1.
1eVから3eV（SiC）、5.5eV（Si3N4）、8eV（SiO2）の中
間の値を得ることができる。この被膜のEgはモノクロメ
ータまたは光励起法により測定することができる。However, when these additives are added by performing electricity or using electricity and heat in combination with the production of the silicon film, the semiconductor is produced according to the stoichiometric ratio of these additives.
Intermediate values of 1 eV to 3 eV (SiC), 5.5 eV (Si 3 N 4 ), and 8 eV (SiO 2 ) can be obtained. Eg of this coating can be measured by a monochromator or a photoexcitation method.
これらのSiC、Si3N4及びSiO2被膜を被形成面上に形成
させた場合、被膜の接合界面のみに単結晶のヘテロ接合
で知られる如き特定のNsが存在することがなく、さらに
エネルギバンドは伝導帯、価電子帯ともにある独立階段
的な連続性を、またはなめらかな連続性を有して形成さ
せることができる。When these SiC, Si 3 N 4 and SiO 2 coatings are formed on the surface to be formed, there is no specific Ns as known in a single-crystal heterojunction only at the bonding interface of the coating, and the energy is further increased. The band can be formed with independent stepwise continuity in both the conduction band and the valence band, or with smooth continuity.
珪素でなる非単結晶半導体を形成するための減圧化学
気相堆積法としては、反応炉を用いる。A reactor is used as a low pressure chemical vapor deposition method for forming a non-single-crystal semiconductor made of silicon.
成膜に際しては、まず反応炉内に、基板を配し、そし
てその反応炉内を、0.01〜10torrの真空状態にする。次
に、その状態で、反応炉内に、上述した反応性気体を必
要に応じて不純物用気体とともに流す。ここで、基板を
1.0〜50MHzの周波数を有する高周波を用いた誘導加熱に
よって、または輻射熱による加熱によって350〜900℃の
温度に加熱する。こうすることによってさらに反応性気
体を励起または分解し、そして、基板上に珪素を堆積さ
せる。At the time of film formation, first, a substrate is placed in a reaction furnace, and the inside of the reaction furnace is evacuated to 0.01 to 10 torr. Next, in this state, the above-described reactive gas is flowed into the reaction furnace together with the impurity gas as needed. Here, the substrate
Heat to a temperature of 350-900 ° C. by induction heating using high frequency having a frequency of 1.0-50 MHz or by heating with radiant heat. This further excites or decomposes the reactive gas and deposits silicon on the substrate.
この際、被膜は基板の温度が室温〜500℃までの場
合、アモルファス状態として成膜させる。また、350℃
〜900℃では多結晶構造となる。基板が単結晶を有し、
また成膜に際する温度が900℃以上ではエピタキシャル
成長が起こり、単結晶を得ることができる。しかし、実
験的にこれらの単結晶半導体が本発明の構造を有するこ
とは不可能であることが判明している。At this time, when the temperature of the substrate is from room temperature to 500 ° C., the film is formed in an amorphous state. 350 ℃
At ~ 900 ° C, it has a polycrystalline structure. The substrate has a single crystal,
When the temperature at the time of film formation is 900 ° C. or higher, epitaxial growth occurs and a single crystal can be obtained. However, it has been experimentally found that it is impossible for these single crystal semiconductors to have the structure of the present invention.
さらに、珪素でなる非単結晶半導体を形成するために
グロー放電化学気相堆積法を用いる場合は、反応炉内
で、上述した反応性ガスに、外部から電界を与えて、グ
ロー放電を生ぜしめ、そして基板上に、珪素を堆積させ
ればよい。Further, when the glow discharge chemical vapor deposition method is used to form a non-single-crystal semiconductor made of silicon, an external electric field is applied to the above-described reactive gas in a reactor to generate a glow discharge. Then, silicon may be deposited on the substrate.
本発明において、炭素、酸素または窒素の添加され、
Ｐ型またはＮ型の第１のエネルギバンドを有する水素ま
たはハロゲン元素が添加された第１の非単結晶半導体
と、Ｐ型、Ｉ型またはＮ型の第２のエネルギバンド巾を
有する水素またはハロゲン元素が添加された第２の非単
結晶半導体との間のエネルギバンド巾が連続的に増加あ
るいは減少している非単結晶半導体は、被膜形成速度を
0.1〜10μm/分と調節し、加えて添加物気体のドープ量
をON/OFFで調整または連続的に階段を追って調整するこ
とにより形成する。In the present invention, carbon, oxygen or nitrogen is added,
A first non-single-crystal semiconductor to which hydrogen or a halogen element having a first energy band of P-type or N-type is added, and hydrogen or halogen having a second energy band width of P-type, I-type or N-type A non-single-crystal semiconductor whose energy bandwidth between the element-added second non-single-crystal semiconductor and the second non-single-crystal semiconductor continuously increases or decreases has a reduced film formation rate.
It is formed by adjusting the doping amount of the additive gas by ON / OFF or by continuously adjusting the stairs in steps of 0.1 to 10 μm / min.
このエネルギバンド巾が増加または減少している非単
結晶半導体には第１の非単結晶半導体が有する導電型を
示す不純物と第２の非単結晶半導体が有する導電型を示
す不純物とが添加されており、その２つの不純物の種
類、あるいは同一の不純物であればその濃度の違いによ
って電子現象としての接合が形成される。An impurity having the conductivity type of the first non-single-crystal semiconductor and an impurity having the conductivity type of the second non-single-crystal semiconductor are added to the non-single-crystal semiconductor whose energy bandwidth is increased or decreased. The junction as an electronic phenomenon is formed depending on the type of the two impurities or the difference in the concentration of the same impurity.
第２の非単結晶半導体がＩ型の真性半導体であって
も、このエネルギバンド巾が増加または減少している非
単結晶半導体内に電子現象としての接合が形成される。Even when the second non-single-crystal semiconductor is an I-type intrinsic semiconductor, a junction as an electronic phenomenon is formed in the non-single-crystal semiconductor whose energy bandwidth increases or decreases.
このエネルギバンド巾が増加または減少している非単
結晶半導体内に存在する導電型の不純物は、意図的にこ
の非単結晶半導体内に添加されなくとも存在するもので
ある。つまり例えば第１の非単結晶半導体作製時に導入
した不純物用気体を第１の非単結晶半導体作製後、その
導入を止めて、エネルギバンド巾が減少している非単結
晶半導体を作製し、その後第２の非単結晶半導体作製時
に再び不純物用気体を導入しても、エネルギバンド巾が
減少している非単結晶半導体内には、前記第１の非単結
晶半導体が有する導電型を示す不純物と第２の非単結晶
半導体が有する導電型を示す不純物とが存在することに
なる。The conductivity-type impurity present in the non-single-crystal semiconductor whose energy bandwidth is increased or decreased is present without intentionally being added to the non-single-crystal semiconductor. In other words, for example, after the first non-single-crystal semiconductor is manufactured, the introduction of the impurity gas introduced at the time of the first non-single-crystal semiconductor is stopped, the introduction of the impurity gas is stopped, and a non-single-crystal semiconductor having a reduced energy bandwidth is manufactured. Even if the impurity gas is introduced again during the fabrication of the second non-single-crystal semiconductor, the impurity having the conductivity type of the first non-single-crystal semiconductor is contained in the non-single-crystal semiconductor whose energy bandwidth is reduced. And an impurity exhibiting the conductivity type of the second non-single-crystal semiconductor.
その結果、この異なるEgの半導体を接続するエネルギ
バンド巾が連続して増加あるいは減少する非単結晶半導
体においては、単結晶半導体へのヘテロ接合に見られる
格子不整合等によるNsは発生せず、またEgのエッヂであ
る伝導帯および価電子帯にはノッチ、スパイク等は存在
しない、または実質的に存在しない。これはEgを水素ま
たはハロゲン元素の不純物に添加するに加えて化学量論
比に従って決めていることによるものと推察される。As a result, in a non-single-crystal semiconductor in which the energy bandwidth connecting the semiconductors of different Eg continuously increases or decreases, Ns due to a lattice mismatch or the like found in a heterojunction to a single-crystal semiconductor does not occur, The conduction band and valence band, which are the edges of Eg, have no or substantially no notch, spike, or the like. This is presumed to be due to the fact that Eg is determined according to the stoichiometric ratio in addition to the addition to the impurities of hydrogen or the halogen element.
本発明において、被形成面を有する半導体の一方が、
純粋の半導体である必要はない。同種の添加物がその量
を変えて、例えば一方が1015〜1018cm-3、他方が0.01〜
30原子％といったように不純物の添加量を変化させて、
本発明を実施することができる。In the present invention, one of the semiconductors having a formation surface is
It need not be a pure semiconductor. The same type of additive changes its amount, for example, 10 15 to 10 18 cm -3 for one, 0.01 to 10 for the other
By changing the amount of impurities such as 30 atomic%,
The present invention can be implemented.
このように異なるEgの材料を接合することにより発生
する従来期待しない要素であるノッチ、スパイク等と界
面固有のNsとを排除し、いわゆる異なる格子定数の材料
を接合することに本質的に帰因する要素を排除すること
が可能となる。In this way, notches, spikes, etc., which are not expected in the past due to joining materials of different Eg, and Ns unique to the interface are eliminated, and it is essentially due to joining materials with different lattice constants. It becomes possible to eliminate the element which does.
このことより化学量論比に応じてエネルギーギャップ
が連続的に変わるいわゆる連続接合を有する半導体装置
を完成させることができる。そしてまたこのため、ミク
ロな意味での格子不整を排除した非単結晶構造の半導体
を作製することができる。Thus, a semiconductor device having a so-called continuous junction in which the energy gap changes continuously according to the stoichiometric ratio can be completed. For this reason, a semiconductor having a non-single-crystal structure in which lattice irregularity in a microscopic sense is eliminated can be manufactured.
次に珪素でなる非単結晶半導体上に炭化珪素でなる非
単結晶半導体を形成する方法を記す。Next, a method for forming a non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide over a non-single-crystal semiconductor made of silicon will be described.
本発明による半導体装置の製法においては、上述した
珪素でなる非単結晶半導体に、水素またはハロゲン元素
を再結合中心中和剤として含み且つ上述した珪素でなる
非単結晶半導体との間でヘテロ接合を形成している炭化
珪素でなる非単結晶半導体を、上述した珪素でなる非単
結晶半導体を形成する場合と同様に、減圧化学気相堆積
法またはグロー放電化学気相堆積法によって形成する。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the above-mentioned non-single-crystal semiconductor made of silicon contains a hydrogen or a halogen element as a recombination center neutralizing agent, and a heterojunction with the non-single-crystal semiconductor made of silicon described above. Is formed by low-pressure chemical vapor deposition or glow discharge chemical vapor deposition in the same manner as the above-described non-single-crystal semiconductor composed of silicon.
この場合、シランガス、ジクロールシランガス、四塩
化珪素ガス、四弗化珪素ガスなどの珪素の水素化物また
は珪素のハロゲン化物と、CH4ガス、C2H6ガスなどの炭
素を有しているガスとの混合気体でなる反応性気体を用
いる。In this case, a gas containing silicon hydride or silicon halide such as silane gas, dichlorosilane gas, silicon tetrachloride gas, or silicon tetrafluoride gas, and carbon such as CH 4 gas or C 2 H 6 gas And a reactive gas comprising a mixed gas of
また、炭化珪素でなる非単結晶半導体を、燐または砒
素でなるＮ型不純物または硼素でなるＰ型不純物が添加
されていることによってＰ型またはＮ型の導電型を有す
るものとして形成するため、上述した混合ガスでなる反
応性気体に不純物用気体を含ませる。この場合の不純物
用気体としては、炭化珪素でなる非単結晶半導体を、燐
が添加されていることによってＮ型を有するものとして
形成する場合、フォスフインガスを用いることができ、
また炭化珪素でなる非単結晶半導体を、砒素が添加され
ていることによって同様にＮ型を有するものとして形成
する場合、アルシンガスを用いることができる。また炭
化珪素でなる非単結晶半導体を、硼素が添加されている
ことによってＰ型を有するものとして形成する場合、ジ
ボランガスを用いることが出来る。Further, in order to form a non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide as having a P-type or N-type conductivity by adding an N-type impurity made of phosphorus or arsenic or a P-type impurity made of boron, The reactive gas composed of the above-described mixed gas contains an impurity gas. In this case, as the impurity gas, when a non-single-crystal semiconductor formed of silicon carbide is formed as an N-type semiconductor by adding phosphorus, a phosphine gas can be used.
In the case where a non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide is similarly formed to have an N-type by adding arsenic, arsine gas can be used. In the case where a non-single-crystal semiconductor formed of silicon carbide is formed to have a P-type by adding boron, diborane gas can be used.
また、炭化珪素でなる非単結晶半導体を形成するため
の減圧化学気相堆積法またはグロー放電化学気相堆積法
としては、上述した珪素でなる非単結晶半導体を形成す
るための減圧化学気相堆積法またはグロー放電化学気相
堆積法に準じた方法をとり得る。Further, as the reduced pressure chemical vapor deposition method or the glow discharge chemical vapor deposition method for forming a non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide, the above-described low-pressure chemical vapor deposition method for forming a non-single-crystal semiconductor made of silicon is used. A method according to a deposition method or a glow discharge chemical vapor deposition method can be used.
但しこの場合、珪素でなる非単結晶半導体上に炭化珪
素でなる非単結晶半導体を形成する場合、珪素でなる非
単結晶半導体の有するエネルギバンド巾から炭化珪素で
なる非単結晶半導体の有するエネルギバンド巾に対し、
連続的にエネルギバンド巾を増加させた半導体を形成す
るのであるが、この時は上述した混合気体でなる反応性
気体における炭素を有している気体の量を時間的に連続
的に変化させる。However, in this case, when a non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide is formed over a non-single-crystal semiconductor made of silicon, the energy of the non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide depends on the energy bandwidth of the non-single-crystal semiconductor made of silicon. For the band width,
A semiconductor whose energy band width is continuously increased is formed. In this case, the amount of the carbon-containing gas in the reactive gas composed of the above-described mixed gas is continuously changed with time.
以上が、本発明による半導体装置の製法であるが、こ
のような本発明による半導体装置の製法によれば、一例
として、熱平衡状態にあるエネルギバンド構造でみて第
２図（Ａ）に示すような、水素またはハロゲン元素を再
結合中心中和剤として含み且つ広いエネルギバンド巾を
有し、Ｎ型を有する非単結晶半導体（11）と、同様に水
素またはハロゲン元素を再結合中心中和剤として含み且
つ非単結晶半導体（11）のエネルギバンド巾に比し狭い
エネルギバンド巾を有し、Ｐ型を有する非単結晶半導体
（13）と、非単結晶半導体（11）と（13）との間におけ
る、同様に水素またはハロゲン元素を再結合中心中和剤
として含み且つヘテロ接合として作用するエネルギバン
ド巾が連続して変化する非単結晶半導体（101）とを有
する半導体装置を得ることができる。The above is the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. According to such a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, as an example, an energy band structure in a thermal equilibrium state as shown in FIG. A non-single-crystal semiconductor (11) containing hydrogen or a halogen element as a recombination center neutralizing agent and having a wide energy band width and having an N-type; A P-type non-single-crystal semiconductor (13) having an energy bandwidth narrower than that of the non-single-crystal semiconductor (11); To obtain a semiconductor device having a non-single-crystal semiconductor (101) which similarly contains hydrogen or a halogen element as a recombination center neutralizing agent and has a continuously changing energy bandwidth acting as a heterojunction Can be.
尚、第２図（Ａ）において、（10）、（８）及び
（９）は、それぞれフェルミレベル、コンダクションバ
ンドの底のレベル及びバレンスレベルの頂のレベルを示
している。In FIG. 2A, (10), (8), and (9) indicate the Fermi level, the bottom level of the conduction band, and the top level of the valence level, respectively.
また（15）（15′）はエネルギバンド巾の変化の大き
いところ即ち、電子現象としての接合、即ちPN接合が形
成されている場所を示している。Also, (15) and (15 ') show places where the change in the energy bandwidth is large, that is, where the junction as an electronic phenomenon, that is, where the PN junction is formed.
このようにして得られる半導体装置は、非単結晶半導
体が、非単結晶半導体（11）側におけるＮ型から、非単
結晶半導体（13）側におけるＰ型に変化している領域を
形成していると共に、非単結晶半導体（11）側のエネル
ギバンド巾から、非単結晶半導体（13）側のエネルギバ
ンド巾に、連続的に減少しながら変化している第３のエ
ネルギバンド巾を有するものとして得られている。The semiconductor device obtained in this manner forms a region in which the non-single-crystal semiconductor changes from N-type on the non-single-crystal semiconductor (11) side to P-type on the non-single-crystal semiconductor (13) side. And having a third energy bandwidth that decreases continuously from the energy bandwidth on the non-single-crystal semiconductor (11) side to the energy bandwidth on the non-single-crystal semiconductor (13) side. Has been obtained as.
また、非単結晶半導体（11）、（13）及びその間にあ
る非単結晶半導体（101）内に、水素（重水素を含む）
または塩素、弗素等のハロゲン元素を、再結合中心中和
剤として導入しているものとして得られる。Hydrogen (including deuterium) is contained in the non-single-crystal semiconductors (11) and (13) and the non-single-crystal semiconductor (101) between them.
Alternatively, it can be obtained as a halogen element such as chlorine or fluorine introduced as a recombination center neutralizer.
さらに、非単結晶半導体（11）が、その内に、Ｎ型不
純物が導入されていることによってＮ型を有するものと
して得られる。Further, the non-single-crystal semiconductor (11) is obtained as having N-type by introducing N-type impurities therein.
また非単結晶半導体（13）が、その内に,P型不純物が
導入されていることによってＰ型を有するものとして得
られている。In addition, a non-single-crystal semiconductor (13) is obtained as having a P-type by introducing a P-type impurity therein.
さらに、非単結晶半導体（101）の非単結晶半導体（1
1）側に、非単結晶半導体（11）に導入されているのと
同じＮ型不純物が導入され、また、非単結晶半導体（10
1）の非単結晶半導体（13）側に、非単結晶半導体（1
3）に導入されているのと同じＰ型不純物が導入され、
また、非単結晶半導体（101）の中央部内に、非単結晶
半導体（11）及び非単結晶半導体（13）にそれぞれ導入
されているのと同じＮ型不純物及びＰ型不純物が導入れ
て、それ等が補償されているものとして得られる。Furthermore, the non-single-crystal semiconductor (1) of the non-single-crystal semiconductor (101)
On the 1) side, the same N-type impurity as that introduced in the non-single-crystal semiconductor (11) is introduced, and the non-single-crystal semiconductor (10
On the non-single-crystal semiconductor (13) side of 1), the non-single-crystal semiconductor (1
The same P-type impurities as introduced in 3) are introduced,
In addition, the same N-type impurities and P-type impurities as introduced in the non-single-crystal semiconductor (11) and the non-single-crystal semiconductor (13) are introduced into the central portion of the non-single-crystal semiconductor (101), respectively. They are obtained as compensated.
したがって、上述した本発明による半導体装置の製法
によれば、非単結晶半導体（11）と、この非単結晶半導
体（11）のエネルギバンド巾に比し、狭いエネルギバン
ド巾を有する非単結晶半導体（13）と、それ等非単結晶
半導体間における、ヘテロ接合として作用し且つ添加物
が化学量論的に連続的に変化している非単結晶半導体と
を有し、そして、この場合、非単結晶半導体が、非単結
晶半導体（11）側のエネルギバンド巾から非単結晶半導
体（13）側のエネルギバンド巾に連続的に変化している
エネルギバンド巾を有し、また、非単結晶半導体（11）
がＮ型を有し、非単結晶半導体（13）がＰ型を有し、非
単結晶半導体（11）、（13）、（101）が、水素または
ハロゲン元素を再結合中心中和剤として導入している構
成を有する半導体装置を得ることができる。Therefore, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above, the non-single-crystal semiconductor (11) and the non-single-crystal semiconductor having a narrower energy bandwidth than the energy bandwidth of the non-single-crystal semiconductor (11) (13) and a non-single-crystal semiconductor between the non-single-crystal semiconductors, which acts as a heterojunction and in which the additive is continuously stoichiometrically changed, and The single crystal semiconductor has an energy band width that continuously changes from the energy band width on the non-single-crystal semiconductor (11) side to the energy band width on the non-single-crystal semiconductor (13) side; Semiconductor (11)
Has an N-type, the non-single-crystal semiconductor (13) has a P-type, and the non-single-crystal semiconductors (11), (13), and (101) use hydrogen or a halogen element as a recombination center neutralizer. A semiconductor device having the introduced structure can be obtained.
この場合、非単結晶半導体（101）によるヘテロ接合
に、コンダクションバンド及びバレンスバンド側の何れ
の方向に延長しているエネルギスパイクも、またノッチ
も形成されておらず、さらに、望ましくない界面準位も
形成されていないものとして得られる。In this case, no energy spike or notch extending in any direction of the conduction band and the valence band is formed in the heterojunction made of the non-single-crystal semiconductor (101), and further, an undesirable interface state is not formed. The position is also obtained as not formed.
第２図（Ｂ）に示すように、第２図（Ａ）で上述した
非単結晶半導体（13）及び（101）をそれぞれＮ型の非
単結晶半導体（14）に、及び非単結晶半導体（11）及び
（14）間のヘテロ接合として作用する非単結晶半導体
（102）に代えた、１つのNN接合を有する構成を有する
ヘテロ接合半導体装置を製造することもできる。この場
合電子現象としての接合は（16）（16′）に形成され
る。As shown in FIG. 2 (B), the non-single-crystal semiconductors (13) and (101) described above in FIG. 2 (A) are respectively converted into an N-type non-single-crystal semiconductor (14) and a non-single-crystal semiconductor. A heterojunction semiconductor device having a configuration having one NN junction, instead of the non-single-crystal semiconductor (102) acting as a heterojunction between (11) and (14), can also be manufactured. In this case, the junction as an electronic phenomenon is formed at (16) and (16 ').
また第２図（Ｃ）に示すように、第２図（Ａ）で上述
した非単結晶半導体（11）及び（101）を、それぞれＰ
型の非単結晶半導体（12）及び（１）及び（12）と
（１）との間のヘテロ接合として作用する非単結晶半導
体（103）に代えた、１つのPP接合を有する構成を有す
るヘテロ接合半導体装置を得ることができる。このよう
な構成とした場合、電子現象としての接合は（17）（1
7′）に形成される。As shown in FIG. 2C, the non-single-crystal semiconductors (11) and (101) described above with reference to FIG.
Having a single PP junction in place of the non-single-crystal semiconductor of the type (12) and (1) and the non-single-crystal semiconductor (103) acting as a heterojunction between (12) and (1) A heterojunction semiconductor device can be obtained. In such a configuration, the junction as an electronic phenomenon is (17) (1
7 ').
さらに第２図（Ｄ）に示すように、第２図（Ａ）で上
述した非単結晶半導体（11）、（13）、及び（101）
を、それぞれＰ型の非単結晶半導体（12）、Ｎ型の非単
結晶半導体（14）、及びそれら非単結晶半導体（12）及
び（14）間のヘテロ接合として作用する非単結晶半導体
（104）に代えた構成を有する半導体装置を製造するこ
とができる。この場合電子現象としての接合は（18）
（18′）に形成される。Further, as shown in FIG. 2D, the non-single-crystal semiconductors (11), (13), and (101) described in FIG.
Are respectively a P-type non-single-crystal semiconductor (12), an N-type non-single-crystal semiconductor (14), and a non-single-crystal semiconductor (12) acting as a heterojunction between the non-single-crystal semiconductors (12) and (14). A semiconductor device having a configuration that is different from that of 104) can be manufactured. In this case, the bonding as an electronic phenomenon is (18)
(18 ').
なおさらに第２図（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、エ
ネルギバンド巾構造の形状でみて、ヘテロ接合を形成し
ている非単結晶半導体（105）、（106）が第２図（Ａ）
の場合に比し、それぞれ大及び小なる厚さを有する構成
を有する半導体装置を製造することもできる。この場合
電子現象としての接合はそれぞれ（19）（19′）及び
（20）（20′）に形成される。Still further, as shown in FIGS. 2E and 2F, the non-single-crystal semiconductors (105) and (106) forming the heterojunction in FIG. )
It is also possible to manufacture a semiconductor device having a configuration having a large thickness and a small thickness, respectively, as compared with the case described above. In this case, junctions as electronic phenomena are formed at (19) (19 ') and (20) (20'), respectively.
第３図は１つの半導体中に２つの接合を有せしめたも
のである。第３図（Ａ）はＷ（広いエネルギバンド巾、
以下Ｗと略記する）−Ｌ（狭いエネルギバンド巾、以下
Ｌと略記する）−ＷのNPNトランジスタである。ＬのＰ
型領域で、電荷のEgにより決められた再結合を促進させ
ることができる。第３図（Ｂ）はＬ−Ｗ−ＬのPNPトラ
ンジスタである。第３図（Ｃ）はＬ−Ｗ−ＬのNIP構成
であり、第３図（Ｄ）はＷ−Ｗ−ＬのPIN構成である。
これはＷ値により光を照射せしめるいわゆるフォトセル
または太陽電池に対して高効率（1.5〜3.0％）の変換効
率を期待できる。第３図（Ｅ）はＷ−Ｗ−ＬのNPN,第３
図（Ｆ）はＬ−Ｗ−ＷのPNPトランジスタである。FIG. 3 shows one semiconductor having two junctions. FIG. 3 (A) shows W (wide energy bandwidth,
This is an NPN transistor of -W (hereinafter abbreviated as W) -L (narrow energy bandwidth, hereinafter abbreviated as L). L's P
In the mold region, the recombination determined by the Eg of the charge can be promoted. FIG. 3B shows an LWL PNP transistor. FIG. 3C shows an LWL NIP configuration, and FIG. 3D shows a WWL PIN configuration.
This can be expected to have high conversion efficiency (1.5 to 3.0%) for a so-called photocell or solar cell that emits light according to the W value. FIG. 3 (E) shows the NPN of WWL,
FIG. 2F shows an LWWW PNP transistor.
第４図は特にフォトセルまたは太陽電池に対して有効
な構造である。第４図（Ａ）はNPNPでありEg（21）＞Eg
（22）＞Eg（23）、Eg（24）とＷ−to−Ｎ構造の４層構
造である。非単結晶半導体（21）は波長で0.4μｍ以上
の波長を通過するように選ばれており、また非単結晶半
導体（24）のエネルギーバンド巾は、珪素の1.1eVであ
る。非単結晶半導体（22）および（23）の厚さは0.1〜
１μｍであり、キャリアの拡散長に比べて十分短くとっ
てある。かかる構造により光電気変換効率を５〜7.5％
と変更でき、また100℃において20〜30％程度減少した
のみであった。FIG. 4 shows a structure particularly effective for a photocell or a solar cell. FIG. 4 (A) shows NPNP and Eg (21)> Eg
(22)> It has a four-layer structure of Eg (23) and Eg (24) and a W-to-N structure. The non-single-crystal semiconductor (21) is selected so as to pass a wavelength of 0.4 μm or more, and the energy band width of the non-single-crystal semiconductor (24) is 1.1 eV of silicon. The thickness of the non-single-crystal semiconductors (22) and (23) is 0.1 to
1 μm, which is sufficiently shorter than the diffusion length of carriers. With this structure, photoelectric conversion efficiency is 5 to 7.5%
And at 100 ° C. only decreased by about 20 to 30%.
第４図（Ｂ）はPI1I2N構造を有している。やはりEg
（25）は0.4μｍ以上の波長を通過するように合わせて
ある。またEg（28）は1.1eVの珪素とした。半導体（2
6）、（27）は光に真性または実質的に真性であり、と
もに添加物は（27）に比べて（26）において増やしたの
みである。（27）は窒素または炭素を１〜５％、（26）
は３〜10％、（25）は５〜30％の原子濃度添加すること
により形成することができる。FIG. 4 (B) has a PI 1 I 2 N structure. After all Eg
(25) is adjusted to pass a wavelength of 0.4 μm or more. Eg (28) was silicon of 1.1 eV. Semiconductor (2
6) and (27) are intrinsic or substantially intrinsic to light, both of which are only added in (26) compared to (27). (27) 1-5% of nitrogen or carbon, (26)
Can be formed by adding an atomic concentration of 3 to 10%, and (25) by an atomic concentration of 5 to 30%.
以上の説明においては、２つの半導体、即ち異なる導
電型の半導体であってかつ異なるエネルギバンド構造で
あることを特色として記載した。しかし同一導電型即ち
一定のＰまたはＮ型の不純物濃度であって、かつEgが変
化するEgが連続的または階段的に変化する半導体であっ
てもよい。特に第４図（Ａ）または（Ｂ）は表面より内
部にEgを連続的に変化せしめ、加えてPNPN接合またはPI
I Nの構造を実質的に（Ｃ）のごとくに有せしめてもよ
い。この場合、光電気変換効率は（Ａ）より５％程度少
なかったが、作製が容易であるという特徴を有する。In the above description, two semiconductors, that is, semiconductors of different conductivity types and different energy band structures have been described as features. However, a semiconductor having the same conductivity type, that is, a constant P or N type impurity concentration, and Eg in which Eg changes continuously or stepwise changing may be used. In particular, FIG. 4 (A) or (B) shows that Eg is continuously changed from the surface to the inside, and in addition, a PNPN junction or PI
The structure of IN may be substantially provided as shown in (C). In this case, the photoelectric conversion efficiency was lower than that of (A) by about 5%, but there is a feature that the fabrication is easy.
これらの添加物は、その応用の目的により第２図〜第
４図において決定すればよい。しかしそれらは本発明を
さらに工業的に普及せしめるための手段にすぎない。These additives may be determined in FIGS. 2 to 4 depending on the purpose of the application. However, they are merely means for further industrializing the present invention.
本発明に関し、さらに具体例を示し、本発明を補完す
る。In connection with the present invention, specific examples are shown to supplement the present invention.
〔具体例１〕 プラズマ気相反応法を用い、第２図（Ｄ）に示される
構造の接合を作製した。即ち、反応炉内を0.001torrま
で真空引きをした後、サセプタ上にステンレス基板を保
持して導入した。13.56MHzの高周波加熱を反応内圧力0.
3torrに反応性気体を導入した後加えた。反応性気体はS
iH4とした。かくして基板上には、水素が添加されたア
モルファス構造の非単結晶半導体を0.5μｍの厚さに形
成した。さらに続いてCH4をシランに対し最終的に20％
添加すべくCH4／SiH4〜１、B2H6／SiH4＝１％として加
えた。かくして0.1μｍの厚さの第２の非単結晶半導体
を作製した。[Specific Example 1] A junction having a structure shown in FIG. 2 (D) was produced by using a plasma gas phase reaction method. That is, after the inside of the reaction furnace was evacuated to 0.001 torr, the stainless steel substrate was held on the susceptor and introduced. 13.56MHz high frequency heating with pressure inside reaction
The reactive gas was added to 3torr after the introduction. Reactive gas is S
It was iH 4. Thus, a non-single-crystal semiconductor having an amorphous structure to which hydrogen was added was formed to a thickness of 0.5 μm on the substrate. Finally, CH 4 was finally added to the silane by 20%.
CH 4 / SiH 4 １1 and B 2 H 6 / SiH 4 = 1% for addition. Thus, a second non-single-crystal semiconductor having a thickness of 0.1 μm was manufactured.
それぞれの非単結晶半導体をモノクロメータでその光
学的エネルギバンド巾を測定したところ、1.6eVおよび
2.2eVであった。また上記のごとく２つの半導体を積層
して設け、さらに基板と第２の半導体上にアルミニュー
ムを真空蒸着して形成させた電極との間に電圧を印加す
ると、PI接合が設けられているため、ダイオード特性が
電圧を０〜±5Vと変化された時に観察された。そしてこ
のダイオード特性より、エネルギバンドは即ち電極面積
1mmφで±1V加える時、順方向1.8mA、逆方向10nA以下の
リーク電流のみであった。この値はＰ型の第２の半導体
層を形成する際、メタンとシランとを同時に混入しない
場合のPI接合に比べ逆方向リークが103倍少なく、また
順方向電流は1/7の0.26mAであることを考える時、接合
特性を向上させ、かつ遷移領域ではエネルギバンドが連
続している結果であると判断される。When the optical energy bandwidth of each non-single-crystal semiconductor was measured with a monochromator, it was 1.6 eV and
2.2 eV. Further, as described above, when two semiconductors are stacked and provided, and a voltage is applied between the substrate and an electrode formed by vacuum-depositing aluminum on the second semiconductor, a PI junction is provided. And the diode characteristics were observed when the voltage was varied from 0 to ± 5V. From the diode characteristics, the energy band is the electrode area
When ± 1 V was applied at 1 mmφ, the leakage current was only 1.8 mA in the forward direction and 10 nA or less in the reverse direction. This value is the time of forming the second semiconductor layer of P-type, methane and reverse leakage compared to PI junction when no a silane mixed simultaneously 10 3 times less, also 0.26mA forward current is 1/7 Therefore, it is determined that the result is that the junction characteristics are improved and the energy band is continuous in the transition region.
基板上に、先ず炭化珪素でなる非単結晶半導体を形成
し、次のその炭化珪素でなる非単結晶半導体上に珪素で
なる非単結晶半導体を形成するようにし、そして炭化珪
素でなる非単結晶半導体上に珪素でなる非単結晶半導体
を、上述したエネルギバンド巾を有しており、且つヘテ
ロ接合として作用する非単結晶半導体に形成することも
できることは明らかであろう。First, a non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide is formed over a substrate, and then a non-single-crystal semiconductor made of silicon is formed over the non-single-crystal semiconductor made of silicon carbide. It is clear that a non-single-crystal semiconductor made of silicon over a crystal semiconductor can be formed into a non-single-crystal semiconductor having the above-described energy bandwidth and acting as a heterojunction.
以上の説明より明らかなごとく、本発明は実施例にお
いて被形成面を有した半導体を珪素を中心として示し
た。しかし、本発明は上記被膜形成面を有した半導体と
して単に珪素に限定されることなくゲルマニューム、炭
化珪素等であってもよい。As is clear from the above description, in the present invention, the semiconductor having the surface to be formed has been shown mainly in silicon in the embodiments. However, in the present invention, the semiconductor having the film-forming surface is not limited to silicon, but may be germanium, silicon carbide, or the like.
以上説明したように本発明は、必要とする半導体装置
の構成に従って、に炭化珪素被膜のEgの適当な制御を成
就することにあり、さらにこれを実用化するため、Nsを
中和する水素、または塩素の如きハロゲン化物が0.1〜2
00原子％の濃度に添加された非単結晶半導体に基礎材料
として用い、これに酸素、窒素、炭素等の添加物を化学
量論的に1015〜1022cm-3の範囲、例えば炭素を0.1〜80
％窒素を0.01〜10％、さらに酸素を1015〜1020cm-3と階
段的または連続的に変化調節して添加し、このことによ
り異なるEgを有する半導体が隣接してもその界面には格
子不整等によるNsの発生を抑止することができる。As described above, the present invention is to achieve appropriate control of the Eg of the silicon carbide film according to the configuration of the required semiconductor device, and furthermore, to make this practical, hydrogen neutralizing Ns, Or 0.1 to 2 halides such as chlorine
A non-single-crystal semiconductor added at a concentration of 00 atomic% is used as a base material, and additives such as oxygen, nitrogen, and carbon are added stoichiometrically in the range of 10 15 to 10 22 cm -3 , for example, carbon. 0.1-80
% Nitrogen 0.01 to 10%, was added to adjust further oxygen 10 15 ~10 20 cm -3 and stepwise or continuously change, even if adjacent semiconductor having different Eg Thus its interface Generation of Ns due to lattice irregularity or the like can be suppressed.
さらにＰ型、Ｎ型、Ｉ型の導電型およびその伝導度を
不純物の種類およびその量を調整して添加することによ
り成就したこと、加えてこれら半導体装置を多量生産可
能であり、かつ連続生産の可能なグロー放電または減圧
化学蒸着（CVD）を用いて作製したことにある。Further, the P-type, N-type, and I-type conductivity types and their conductivity were achieved by adjusting the type and amount of impurities and adding them. In addition, these semiconductor devices can be mass-produced and can be continuously manufactured. It was manufactured using glow discharge or reduced pressure chemical vapor deposition (CVD).
また、炭化珪素被膜にＰ型、Ｎ型の導電型を与え、そ
して半導体装置として用いることができる。そしてまた
１つの半導体の厚さを0.01μｍ〜10μｍの範囲で自由に
制御することが可能でありＰまたはＮ型の不純物も1014
〜1022cm-3の濃度の範囲で制御可能であり、PN接合、PI
接合、NI接合またはPNP,PIN等の多層接合が容易に作製
することができる。In addition, the silicon carbide film can be given a P-type or N-type conductivity and used as a semiconductor device. Further, the thickness of one semiconductor can be freely controlled in the range of 0.01 μm to 10 μm, and P or N type impurities can be controlled to 10 14.
Controllable in a concentration range of ~ 10 22 cm -3 , PN junction, PI
Bonding, NI bonding, or multilayer bonding such as PNP and PIN can be easily produced.
また連続的な接合をエネルギバンド的な観点において
有していることにより、このエネルギバンドの差を利用
する新しい半導体装置への展開がきわめて飛躍的に可能
となった。In addition, by having a continuous junction from the viewpoint of an energy band, the development to a new semiconductor device utilizing the difference in the energy band has become extremely possible.
加えて多量生産が同一反応炉で連続的に実施できる
等、工業的に全く新しい分野への道が開けたという大き
な特徴を有する。In addition, it has a major feature that it has opened the way to an entirely new field industrially, such as mass production can be performed continuously in the same reactor.
第１図は従来のヘテロ接合のエネルギバンド図を示す。 第２図〜第４図は本発明の実施例を示す。 FIG. 1 shows an energy band diagram of a conventional heterojunction. 2 to 4 show an embodiment of the present invention.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−132793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−42693（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｍａｌ ｏｎ Ｓ ｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ ａｎｄ Ｅｌｅ ｃｔｒｏｎ Ｄｅｒｉｃｅｓ，Ｊｕｎｅ 1978，Ｖｏｌ．２，ＳＰＥＣＩＡＬ ＩＳＳＵＥ Ｐ569〜573, Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕ ｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．24，Ｎｏ −12．Ｐ867〜869（1977) Ｐｈｉｌｏｓｏｐｌｉｃａｌ Ｍａｇ ａｚｉｎｅ，Ｖｏｌ．35．Ｎｏ．１ Ｐ １〜16（1977) Ｊｏｗｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．46，Ｎ ｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ1975 Ｐ3542〜 3546Continuation of the front page (56) References JP-A-51-132793 (JP, A) JP-A-53-42693 (JP, A) IEEE Journal on Solid-State and Electron Drice, June 1978, Vol. 2, SPECIAL ISSUE P569-573, Solid State Communications, Vol. 24, No-12. P867-869 (1977) Philosophical Mag azine, Vol. 35. No. 1 P 1-16 (1977) Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 8, August 1975 P3542 ~ 3546
Claims (4)
となりあう非単結晶半導体が、一方の非単結晶半導体の
導電型から他方の非単結晶半導体の導電型に変化する部
分を２つ以上有する半導体装置であって、 前記一方の非単結晶半導体の導電型から前記他方の非単
結晶半導体の導電型に変化する部分の少なくとも一つに
おいて、 前記一方の非単結晶半導体から前記他方の非単結晶半導
体にわたって、エネルギーバンド巾を変化させる添加物
がその量が連続的に変化して存在していることを特徴と
する半導体装置。A non-single-crystal semiconductor having different energy bandwidths of different conductivity types has two or more portions that change from one non-single-crystal semiconductor conductivity type to another non-single-crystal semiconductor conductivity type. A semiconductor device, wherein at least one of the portions where the conductivity type of the one non-single-crystal semiconductor changes from the conductivity type of the other non-single-crystal semiconductor to the other non-single-crystal semiconductor; A semiconductor device, characterized in that an additive that changes the energy bandwidth is present in a crystalline semiconductor in a continuously changing amount.
単結晶半導体の導電型として、ＰとＮ、またはＰとＩ、
またはＮとＩが用いられていることを特徴とする半導体
装置。2. The method according to claim 1, wherein the conductivity types of the two non-single-crystal semiconductors of different conductivity types are P and N or P and I;
Alternatively, a semiconductor device in which N and I are used.
またはPNP型、またはNIP型を有することを特徴とする半
導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is an NPN type.
A semiconductor device having a PNP type or a NIP type.
窒素、または酸素であることを特徴とする半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the non-single-crystal semiconductor is a non-single-crystal silicon semiconductor, and the additive that changes the energy bandwidth is carbon, nitrogen, or oxygen.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2222873A JP2573086B2 (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2222873A JP2573086B2 (en) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | Semiconductor device |
Related Parent Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62202872A Division JPS63184323A (en) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | Formation of semiconductor film |
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| JPH03114276A JPH03114276A (en) | 1991-05-15 |
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ID=16789227
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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-
1990
- 1990-08-24 JP JP2222873A patent/JP2573086B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (4)
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|---|
| ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｍａｌ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｒｉｃｅｓ，Ｊｕｎｅ １９７８，Ｖｏｌ．２，ＳＰＥＣＩＡＬ ＩＳＳＵＥ Ｐ５６９〜５７３， |
| Ｊｏｗｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ１９７５ Ｐ３５４２〜３５４６ |
| Ｐｈｉｌｏｓｏｐｌｉｃａｌ Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｖｏｌ．３５．Ｎｏ．１ Ｐ１〜１６（１９７７） |
| Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ−１２．Ｐ８６７〜８６９（１９７７） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03114276A (en) | 1991-05-15 |
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