JPS59229878A - 新規なアモルフアス半導体素子及びその製造方法、並びにそれを製造するための装置 - 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、新規なアモルファス半導体素子に関する。更
に詳しくは、本発明は特に太陽電池として価値のある新
規なアモルファス半導体素子及びその製造方法並びにそ
れを製造するための装置に関する。

従来ｐｉｎ接合を有するアモルファス太陽電池は、単結
晶太陽電池と比較してその製造コストが極めて安価であ
ることから注目され、近年においては太陽電池の本命と
考えられている。

この場合のｐｉｎ接合は、ｐ／ｉ界面及びｉ／ｎ界面の
接合状態が所謂階段状になっており、通常このような階
段状のｐｉｎ接合を有する太陽電池は、主としてグロー
放電プラズマ分解法により製造されており、ｐＪＷ％　
１層及びｎＪＥｆはそれぞれバルブ、ガスカーテン或い
は作動排気等によって分離されている異なった製膜室で
順次製膜されていた。即ち、階段状のｐｉｎ接合素子を
製造するためには、特にｉ層中に不純物を混入せしめな
いことが必要であると考えられてきた。

しかしながら、従来の上記３室分離方式は、ｐ。

ｉ及びｎの各層を製膜する各室をバルブ等により縁切り
しているために、各室間の移動に時間を要し生産性に問
題があった。又、基板ホルダーが３室を移動していくた
めに、基板ホルダーに付着した膜からのドーパント元素
の再放出が起こり、この方法によって製造した接合素子
の品質にバラツキが生じるという欠点があった。

本発明者等は、従来のかかる欠点をなくすべく鋭意研究
の結果、ドーパントの濃度を階段状に急激に変化せしめ
たｐｉｎ接合を有しなくても、ドーパントの濃度を漸次
変化せしめることにより、ｐ／ｉ及びｉ／ｎそれぞれの
界面が明確に分離されることなく、ポテンシャルプロフ
ァイルが任意に制御され得るアモルファス半導体素子（
以下これを傾斜接合素子とする）を製造した場合にも、
得られた素子が太陽電池として十分に機能し得ることを
見いだし本発明に到達したものである。

従って本発明の第１の目′的は、容易に製造することの
出来るアモルファス半導体素子を提供することにある。

本発明の第２の目的は、接合というｗ４念のない新規な
傾斜接合アモルファス太陽電池を提供することにある。

本発明の第３の目的は、傾斜接合素子を容易に製造する
ための方法を提供することにある。

更に本発明の第４の目的は、傾斜接合素子を製造するた
めの製造装置を提供することにある。

即ち本発明は、ｐ層から１層へｐ型ドーパントの濃度が
単調に変化し、ｉｉｉからｎ層へｎ型ドウパントの濃度
が単調に変化している傾斜接合を有することを特徴とす
るアモルファス半導体素子及びそれを製造する方法並び
にそれを製造するための装置である。

本発明においてｐ層、ｎ層及びｉ層とはそれぞれｐ型半
導体の層、ｎ型半導体の層及びこれらの１ｍの間に位置
する電気抵抗の大きい半導体領域１層を意味し、所謂ｐ
ｉｎ接合という場合には、上記ｐ領域とｉ領域及びｉ領
域とｎ領域の界面に明確なドーパントの濃度変化が存在
する接合状態を意味する。

本発明の傾斜接合素子は、ドーパント元素の分布が連続
的に変化しており、所謂ステップ状の変化をしているの
ではないためにｐ／ｉ及びｉ／ｎのそれぞれについて明
確な境界がなく、従って厳密な意味では従来の［ｐｉｎ
接合を有する半導体素子」の範晴には含まれない。

本発明の傾斜接合素子を製造する原理は極めて容易であ
り、所謂グロー放電プラズマ分解法を用いて、製膜中の
ドーパントガスの濃度を時間と共に及び／又は位置的に
制御することにより製造することが出来る。

本発明において、グロー放電プラズマ分解法とは、減圧
した反応室内に原料ガスと必要に応じ゛ζドーパントガ
スを存在せしめ、これに高周波放電、低周波放電或いは
直流放電によっ゛Ｃプラズマ状態を発生せしめ、反応室
内のガスを分解し基板上に半導体薄膜を形成せしめる方
法を意味する。

反応室内のガス圧はガスの種類によっζも異なるが、本
発明においては、電極及び印加Ｊる電圧との関係で均一
な放電状態が得られれば、いかなる圧力範囲でもよい。

本発明においては、このような圧力は０．０１＝ｌＯＴ
ｏｒｒであり、好ましくは０．０５〜２Ｔｏｒｒｓ更に
好ましくは０．３〜０．６Ｔｏｒｒである。

本発明で使用する原料ガスとしては、通常グロー放電プ
ラズマ分解法を用いて半導体を製造する場合に使用する
ことの出来るガスのいかなるものをも用いることが出来
るが、特に５ｉｎＨ２ｎ＋２で表されるシラン及び例え
ばＳｉｎＸｍＨ２ｎ＋２−ｍ（Ｘはハロゲン原子を表す
）で表されるシラン誘導体並びに、これらの混合物が好
ましい。

又、反応室内には、希ガスや水素ガス等の膜質を整える
ためのガスを併用することも出来る。

本発明で使用するドーパントガスは、ｐ型半導体薄膜を
製造する場合には元素周期律表第■族の元素の気体化合
物であり、ｎ型半導体薄膜を製造する場合には元素周期
律表第■族元素の気体化合物である。

これらのドーパントガスの中でも特に水素化合物が、放
電中の反応条件を一定にし作製された薄膜の性能を均一
にするのに適しており、好ましく用いることが出来る。

本発明において、半導体薄膜中のドーパントの濃度を連
続的に制御するためには、製膜室内のガス圧を放電可能
な圧力に維持しつつ新しいガスを供給する一方、！ｌ膜
室内のガスを排気するフローシステムとする必要がある
。但しこのフローシステムは、必ずしも時間的に連続し
ている必要はなく、一定の時間間隔で反応室内のガスを
一定量だけ入れ換える場合をも含む概念である。

具体的には、第１に製膜室内のドーパントガスを上記の
方法により、その量及び種類を時間的に制御するか、第
２に製膜室の位置により、ドーパントガスの量及び種類
が異なるように制御し、この製膜室内を順次基板を移動
せしめ、半導体薄膜を形成せしめるという２つの方法が
ある。

第１の方法の風体例としては、例えばドーパントガスを
完全に混合し、製膜室に均一にドーパントガスを存在せ
しめた後、ｌ”−パントガスを元素周期律表第■族と第
■族のいずれか一方から他方に経時的に変化せしめる方
法を挙げることができる。このような第１の方法は、実
験室的に少量の半導体を製造する場合に通ずるが、大量
生産には適当ではない。

第２の方法は、連続的に半導体を製造することが出来る
ので、特に大量生産をする場合には好ましい方法である
。

次に本発明の傾斜接合素子を製造するための装置を図に
従って説明する。

第１図は本発明の傾斜接合素子を製造するための装置の
１例である。

図中の１は＊膜室であり、縁切りバルブ３を介して真空
予備室２に接続し°ζいる。６は製膜室内に設けられた
カソード電極であり、これは図の如く必要に応じて多数
に分割された複数のカソード電極とすることが出来る。

一方基板８を載置したアノード電極７は、ｉ膜室内を移
動可能に配置されている。

５は放電のための電源であり、これは例えば高周波発振
器である。１１〜１３はそれぞれガスボンベであり、例
えば１１がｐ型半導体薄膜のためのドーパントガスボン
ベ、１２がｎ型半導体薄膜のためのドーパントガスボン
ベであり１３が１層のための原料ガスボンベである。

本発明の装置を使用して本発明の傾斜接合素子を製造す
る具体的な方法は、例えば次のようなものである。

まず予備室内のアノード電極（７）の上に基板（８）を
載置し、予備室（２）を真空系（４）により真空にする
。次に、真空系（４）により真空とされた製膜室（１）
のガス供給口（９）の中、第１番目の供給口から、０．
２％のＢ２Ｈ５／ＳｉＨ４を２０ＳＣＣＭ（但しＳＣＣ
Ｍは標準状態において１分間に流れる気体の体積をｃｍ
３＠位で表したものである）の流速度で供給し、第２番
目〜第６番目の供給口からは３ｉｆ（４を２０３ＣＣＭ
の流速度で供給し、第７番目の供給口からは、０．４％
（７）ＰＨ３／Ｓ　ｉ　Ｈ４をＩＯ３ＣＣＭで供給し、
電源（５）を通してカソードとアノード間に電圧を印加
し放電を開始する。供給ガスは流量計及び例えばニード
ルバルブ等の微調整バルブを通して製膜室内に供給され
る一方、製膜室内のガスはガス排気口（ｌＯ）から排気
系を通して排気される。

次に縁切りバルブ（３）を開き、予備室内にセントした
基板を載置したアノード電極を製膜室内のＡ部分からＥ
部分迄移動せしめることにより、本発明の傾斜接合素子
が得られる。この具体例の場合に得られた半導体の光電
変換効率はＡＭＩ照射下で測定したところ７．３％であ
り、十分太陽電池として使用することが出来る。

この場合アノード電極をベルトコンベヤー状に一定の間
隔でセットしておけば、連続的に半導体を製造すること
が出来る。

アノード電極を移動せしめず、Ａ〜Ｅの各部分に基板を
載置したアノード電極を固定した場合には、Ａ及びＢ部
分で得られた半導体はｐ型であり、Ｄ及びＥ部分で得ら
れた半導体はｎ型であり、Ａ〜Ｅの各部で得られた股の
電気伝導度は、第３図に示す如（であった。この結果は
、基板をＡからＥ迄移動せしめた場合には、得られた膜
中にドーパント元素が、第４図に示す如く連続的な濃度
傾斜を持って分布することを推定せしめるものである。

本発明の装置に使用するアノード電極は、１枚の連続し
た電極でもよく、従って本発明で使用する基板は、例え
ば第２図に示すようなベルトコンベア方式によって移動
せしめることも出来る。

１１膜室内のガスの量は、本発明の装置に設けられた種
々のバルブを調節するごとにより、任意に制御すること
が出来るが、更に制御を容易にするために、例えば第２
図に示す如く各ガス供給口の間に、上下するごとにより
ガスの流を制御し得る邪魔板を設けることも出来る。

本発明の半導体製造装置は、製膜室を初め、予備室、ガ
ス供給口の位置、大きさ及びその数、排気口の位置、大
きさ及びその数、邪魔板の位置、大きさ及びその数、バ
ルブ或いは排気系等、装置の大きさ及びそれを構成する
各部分等については、製造する半導体薄膜の大きさや移
動速度等に応じて最適なものを設計することが出来る。

本発明の半導体作製方法は、原料ガスやＩ−パントガス
の１１１ｍをするだけで半導体を製造することが出来る
ので極めて容易であり、縁切りバルブ等が不要であるの
で半導体作製のための致命的な操作ミスを起こす心配が
ない。又、装置自体の構造も単純化することが出来るの
で経済的でもある。

このように簡便且つ経済的に製造した本発明の半導体は
光電変換効率も十分であり、その経済性から、特に太陽
電池として使用するのに適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の傾斜接合素子を製造する装置の概略
図の１例をボしたものである。図中符号１は！！映室、
２ば真空予備室、３は縁切りバルブ、４は真空系、５は
放電のための高周波発振姦、６はカソード°電極、７は
アノード電極、８は基板、９ばガス供給ノズル、１０は
ガス排気口、１１１２ばそれぞれドーパントガスボンベ
、１３は原料ガスボンへ、１４は排気量を調節するため
のバルブを表す。 第２図は、Ｍ膜室の別の具体例であり、図中の符号６は
カソード電極、符号７′はベルト状のアノード電極、符
号８は基板、符号■５は上下に移動することの出来る邪
魔板である。 第３図は、第１図の装置を使用し、アノード電極をＡ、
ＢＳＣ，Ｄ、Ｈの各位置に固定して製造した半導体の電
気伝導度と各位置の関係を示したグラフである。 第４図は、本発明の傾斜接合素子及び対応する素子中の
ドーパントガスそれぞれボロン及びリンの濃度分布を表
したものである。図中の符号２゜はステンレス基板、２
１はｐ層、２２は１層、２３はｎ層を表し、ＳＩＭＳ信
号とは２次イオン質量分析器による元素濃度であり、（
ａ、ｕ、）は任意単位を表す。 特許出願人　　東亜燃料工業株式会社 第　３　圀 イイＬ　　　　　　　Ｌ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ｐ層からｉ層へｐ型ドーパントの濃度が単調に変化
   し、ｉ層からｎ層へｎ型ドーパントの濃度が単調に変化
   することを特徴とするアモルファス半導体素子。 ２）グロー放電プラズマ分解法を用いたアモルファス半
   導体を製造する方法において、原料ガス中のドーパント
   ガスの濃度を制御することにより、作製された半導体薄
   膜中のドーパント元素の濃度を連続的に変化せしめるこ
   とを特徴とする、ｐ層、ｉ層及びｎ層のそれぞれの界面
   が傾斜接合となったアモルファス半導体素子の製造方法
   。 ３）グロー放電プラズマ分解法を用いたアモルファス半
   導体の製造装置において、ｐ層、１ｆｆｉｔ及びｎ層を
   製膜するための製膜室が共通の１室であり且つ、該１！
   ！膜室が製膜室の位置によってドーパントガスの濃度を
   制御することが出来る製膜室であることを特徴とするア
   モルファス半導体素子の製造装置。 ４）製ＩＩ！室に、ドーパントガスの濃度分布を連続的
   に制御するための、ｌ又は２以上の原料ガスの供給口及
   びｌ又は２以上のガス排気口を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項に記載のアモルファス半導体素子
   の製造装置。 ５）ドーパントガスの濃度分布を制御するために、製膜
   室内に１又は２以上の邪魔板を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項又は第４項に記載のアモルファス
   半導体素子の製造装置。 ６）製膜室内の邪魔板を、製膜室内のガスの流れに沿っ
   て設けることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   のアモルファス半導体素子の製造装置。