JP2752129B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2752129B2 JP2752129B2 JP1039922A JP3992289A JP2752129B2 JP 2752129 B2 JP2752129 B2 JP 2752129B2 JP 1039922 A JP1039922 A JP 1039922A JP 3992289 A JP3992289 A JP 3992289A JP 2752129 B2 JP2752129 B2 JP 2752129B2
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- Japan
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- light
- electrode film
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- microcrystalline semiconductor
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は光起電力装置、光導電装置等の光電デバイス
に用いて好適な半導体装置に関する。
に用いて好適な半導体装置に関する。
（ロ）従来の技術 非晶質半導体を光活性層とする光起電力装置は既に知
られており、その基本構成は、光透過を許容するガラス
等の基板上に、ITO、SnO2等の透光性導電酸化物（以下T
COと略記する）からなる受光面電極を配置し、この受光
面電極を基板の導電性表面としてpn,pin等の半導体接合
を備える半導体膜と、該半導体膜とオーミック接触する
背面電極をこの順序で積層してある。
られており、その基本構成は、光透過を許容するガラス
等の基板上に、ITO、SnO2等の透光性導電酸化物（以下T
COと略記する）からなる受光面電極を配置し、この受光
面電極を基板の導電性表面としてpn,pin等の半導体接合
を備える半導体膜と、該半導体膜とオーミック接触する
背面電極をこの順序で積層してある。
現存する光起電力装置の殆どは光入射側に設けられる
ｐ型やｎ型の一導電型の不純物層は、この層における光
吸収を可及的に抑圧するためにワイドバンドギャップ材
料である水素化非晶質シリコンカーバイド（以下ａ−Si
C:Hと略記する）が用いられている。更に、最近の研究
では上記ａ−SiC:Hに代わって高い開放電圧（Voc）を得
るために、水素化微結晶シリコンカーバイド（以下μｃ
−SiC:H）を用いることが試みられている（Y.Hattori e
t al.:19th Photovol.Spec.Conf.第689頁）。
ｐ型やｎ型の一導電型の不純物層は、この層における光
吸収を可及的に抑圧するためにワイドバンドギャップ材
料である水素化非晶質シリコンカーバイド（以下ａ−Si
C:Hと略記する）が用いられている。更に、最近の研究
では上記ａ−SiC:Hに代わって高い開放電圧（Voc）を得
るために、水素化微結晶シリコンカーバイド（以下μｃ
−SiC:H）を用いることが試みられている（Y.Hattori e
t al.:19th Photovol.Spec.Conf.第689頁）。
（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし乍ら、μｃ−SiC:Hのような微結晶半導体を、
膜厚に制限のある光入射側の不純物層に用いる場合には
上記先行技術に開示されている如くECR放電のような特
殊な製造装置を必要とする。
膜厚に制限のある光入射側の不純物層に用いる場合には
上記先行技術に開示されている如くECR放電のような特
殊な製造装置を必要とする。
一方、非晶質半導体を得ることのできるグロー放電で
微結晶半導体を成膜しようとすれば成膜初期においては
直ちに微結晶状態とならず非晶質状態となるために、全
体として例えば400Å程度と非常に厚い膜となる（H.Ito
saki et al.:Proc.of PVSEC−１、第707頁）。その結
果、当該不純物層において光吸収が発生し、短絡電流
（Isc）が減少するばかりか、成膜初期の非晶質状態の
存在によりVocの低下も免れない。
微結晶半導体を成膜しようとすれば成膜初期においては
直ちに微結晶状態とならず非晶質状態となるために、全
体として例えば400Å程度と非常に厚い膜となる（H.Ito
saki et al.:Proc.of PVSEC−１、第707頁）。その結
果、当該不純物層において光吸収が発生し、短絡電流
（Isc）が減少するばかりか、成膜初期の非晶質状態の
存在によりVocの低下も免れない。
従って、光入射側の不純物層として微結晶半導体を用
いるためには高価なECR放電による製造装置が不可欠で
あり、実用化に対する大きな障害となっている。
いるためには高価なECR放電による製造装置が不可欠で
あり、実用化に対する大きな障害となっている。
本発明は斯る障害を解決せんとするものである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、表面に電極膜を備えた支持基板上に、上記
電極膜に接して微結晶半導体膜を堆積せしめた半導体装
置であって、上記微結晶半導体膜の堆積工程において微
結晶半導体膜材料と反応し、当該微結晶半導体膜の結晶
化を促進する窒素元素を上記導電膜中に添加したことを
特徴とする。
電極膜に接して微結晶半導体膜を堆積せしめた半導体装
置であって、上記微結晶半導体膜の堆積工程において微
結晶半導体膜材料と反応し、当該微結晶半導体膜の結晶
化を促進する窒素元素を上記導電膜中に添加したことを
特徴とする。
（ホ）作用 上述の如く電極膜中に結晶化を促進する窒素元素を添
加することによって、当該電極膜は微結晶半導体膜を成
膜初期の段階から結晶化を促進する下地層として作用す
る。
加することによって、当該電極膜は微結晶半導体膜を成
膜初期の段階から結晶化を促進する下地層として作用す
る。
（ヘ）実施例 第１図は本発明を光起電力装置に適用した一実施例構
造を模式的に示し、（１）はガラス等の透光性支持基
板、（２）はSnO2、ITO等のTCOに窒素元素を添加した受
光面電極膜、（３）はB,Al等がドープされたμｃ−SiC:
H膜のｐ型層、（４）は水素化非晶質シリコン（以下ａ
−Si:Hと略記する）膜の真性或いは実質的に真性なｉ型
層、（５）はP,As等がドープされたａ−Si:H膜のｎ型
層、（６）はAl、Ag、Cr、TCO/Ag、Al/Ti、Al/TiAg、Al
/Ag、TCO/Cr等の背面電極膜で、これら受光面電極膜
（２）乃至背面電極膜（６）はこの順序で支持基板
（１）表面に積層形成されている。
造を模式的に示し、（１）はガラス等の透光性支持基
板、（２）はSnO2、ITO等のTCOに窒素元素を添加した受
光面電極膜、（３）はB,Al等がドープされたμｃ−SiC:
H膜のｐ型層、（４）は水素化非晶質シリコン（以下ａ
−Si:Hと略記する）膜の真性或いは実質的に真性なｉ型
層、（５）はP,As等がドープされたａ−Si:H膜のｎ型
層、（６）はAl、Ag、Cr、TCO/Ag、Al/Ti、Al/TiAg、Al
/Ag、TCO/Cr等の背面電極膜で、これら受光面電極膜
（２）乃至背面電極膜（６）はこの順序で支持基板
（１）表面に積層形成されている。
而して、本発明の特徴は、光入射側に配置されたTCO
の受光面電極膜（２）中に、その後に堆積せしめられる
微結晶半導体膜であるμｃ−SiC:Hの材料の内、構成元
素であるSi元素と反応し、当該半導体膜の結晶化を促進
する窒素元素を添加したことにある。第２図は受光面電
極膜（２）中の上記結晶化促進元素の濃度分布を示した
ものである。即ち、第２図（ａ）は膜厚方向に均一に添
加された実施例であり、同図（ｂ）はｐ型層（３）側の
界面にのみ添加した実施例である。また、同図（ｃ）は
膜厚方向の途中から添加を始め、ｐ型層（３）側の界面
が最大量となる実施例である。何れの実施例も、ｐ型層
（３）側の界面における濃度は１〜10at.％が適当であ
る。
の受光面電極膜（２）中に、その後に堆積せしめられる
微結晶半導体膜であるμｃ−SiC:Hの材料の内、構成元
素であるSi元素と反応し、当該半導体膜の結晶化を促進
する窒素元素を添加したことにある。第２図は受光面電
極膜（２）中の上記結晶化促進元素の濃度分布を示した
ものである。即ち、第２図（ａ）は膜厚方向に均一に添
加された実施例であり、同図（ｂ）はｐ型層（３）側の
界面にのみ添加した実施例である。また、同図（ｃ）は
膜厚方向の途中から添加を始め、ｐ型層（３）側の界面
が最大量となる実施例である。何れの実施例も、ｐ型層
（３）側の界面における濃度は１〜10at.％が適当であ
る。
このような結晶化促進元素の濃度分布は当該受光面電
極膜（２）の成膜時に導入する使用材料の量を制御する
ことにより容易に達成できる。例えば窒素ドープのSnO2
からなる受光面電極膜（２）は支持基板（１）の過熱温
度を約500〜600℃、使用材料としてSnCl4（１〜10g/
分）、O2（0.1〜10l/分）NH3（0.1〜20l/分）を用いた
熱CVD法により、約3000〜10000Åの膜厚を得ることがで
きる。もし、斯る受光面電極膜（２）のシート抵抗値が
高いようであれば、フッ素やアンチモンを適宜ドープす
ることにより対処可能である。また成膜方法も、熱CVD
法に限らず電子ビーム蒸着法、反応性スパッタリング法
等でも良い。
極膜（２）の成膜時に導入する使用材料の量を制御する
ことにより容易に達成できる。例えば窒素ドープのSnO2
からなる受光面電極膜（２）は支持基板（１）の過熱温
度を約500〜600℃、使用材料としてSnCl4（１〜10g/
分）、O2（0.1〜10l/分）NH3（0.1〜20l/分）を用いた
熱CVD法により、約3000〜10000Åの膜厚を得ることがで
きる。もし、斯る受光面電極膜（２）のシート抵抗値が
高いようであれば、フッ素やアンチモンを適宜ドープす
ることにより対処可能である。また成膜方法も、熱CVD
法に限らず電子ビーム蒸着法、反応性スパッタリング法
等でも良い。
このようにして微結晶半導体膜の堆積に先立って結晶
化促進元素を添加した受光面電極膜（２）を形成後、RF
（13,56MHz）プラズマ分解法により下記の成膜条件に基
づきｐ型層（３）、ｉ型層（４）、ｎ型層（５）を順次
堆積せしめた。
化促進元素を添加した受光面電極膜（２）を形成後、RF
（13,56MHz）プラズマ分解法により下記の成膜条件に基
づきｐ型層（３）、ｉ型層（４）、ｎ型層（５）を順次
堆積せしめた。
○支持基板温度 200℃ ○反応圧力 0.3Torr その後、約5000Å〜１μｍのAlからなる背面電極膜
（６）を蒸着して、AM−１、100mW/cm2の光照射の下で
光起電力特性を測定した。その結果を比較例と共に下表
に列記する。尚、実施例の受光面電極膜（２）はｐ型層
（３）界面に約1000Åの窒素が結晶化促進元素として添
加された膜厚約5000ÅのSnO2を用いていたのに対し、比
較例では全膜厚に渡って窒素の添加のない膜厚約5000Å
のSnO2を用いた。それ以外の半導体膜は上記成膜条件に
基づき、本発明実施例と同時に形成されたものを用いて
比較の正確性を期した。
（６）を蒸着して、AM−１、100mW/cm2の光照射の下で
光起電力特性を測定した。その結果を比較例と共に下表
に列記する。尚、実施例の受光面電極膜（２）はｐ型層
（３）界面に約1000Åの窒素が結晶化促進元素として添
加された膜厚約5000ÅのSnO2を用いていたのに対し、比
較例では全膜厚に渡って窒素の添加のない膜厚約5000Å
のSnO2を用いた。それ以外の半導体膜は上記成膜条件に
基づき、本発明実施例と同時に形成されたものを用いて
比較の正確性を期した。
このように、本発明実施例は比較例に比して開放電圧
（Voc）が上昇し、光電変換効率（η）の向上が確認で
きた。これはｐ型層（３）のμｃ−SiC:Hが受光面電極
膜（２）との界面から直ちに成膜されるため、ビルトイ
ンポテンシャルが高くなったことによるものと推察され
る。
（Voc）が上昇し、光電変換効率（η）の向上が確認で
きた。これはｐ型層（３）のμｃ−SiC:Hが受光面電極
膜（２）との界面から直ちに成膜されるため、ビルトイ
ンポテンシャルが高くなったことによるものと推察され
る。
（ト）発明の効果 本発明半導体装置は以上の説明から明らかな如く、電
極膜は微結晶半導体膜を成膜初期の段階から結晶化を促
進する下地層として作用するので、高価なECR放電によ
る製造装置を使用しなくても、成膜直後から微結晶化状
態となる結果、装置の特性を改善することができる。
極膜は微結晶半導体膜を成膜初期の段階から結晶化を促
進する下地層として作用するので、高価なECR放電によ
る製造装置を使用しなくても、成膜直後から微結晶化状
態となる結果、装置の特性を改善することができる。
第１図は本発明半導体装置の一実施例である光起電力装
置の模式的断面図、第２図は受光面電極膜中の結晶化促
進元素の濃度分布図である。
置の模式的断面図、第２図は受光面電極膜中の結晶化促
進元素の濃度分布図である。
Claims (1)
- 【請求項１】表面に電極膜を備えた支持基板上に、上記
電極膜に接して微結晶半導体膜を堆積せしめた半導体装
置であって、上記微結晶半導体膜の堆積工程において微
結晶半導体膜材料と反応し、当該微結晶半導体膜の結晶
化を促進する窒素元素を上記導電膜中に添加したことを
特徴とする半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039922A JP2752129B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 半導体装置 |
| US07/480,453 US5085711A (en) | 1989-02-20 | 1990-02-15 | Photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039922A JP2752129B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02219282A JPH02219282A (ja) | 1990-08-31 |
| JP2752129B2 true JP2752129B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=12566428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1039922A Expired - Fee Related JP2752129B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2752129B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5342452A (en) * | 1991-09-25 | 1994-08-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Photovoltaic device |
-
1989
- 1989-02-20 JP JP1039922A patent/JP2752129B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02219282A (ja) | 1990-08-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |