[go: up one dir, main page]

JPH06342762A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH06342762A
JPH06342762A JP4320154A JP32015492A JPH06342762A JP H06342762 A JPH06342762 A JP H06342762A JP 4320154 A JP4320154 A JP 4320154A JP 32015492 A JP32015492 A JP 32015492A JP H06342762 A JPH06342762 A JP H06342762A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
deposited
type
substrate
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4320154A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0831422B2 (en
Inventor
Howard Coleman John
ジョン・ホワード・コールマン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plasma Physics Corp
Original Assignee
Plasma Physics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasma Physics Corp filed Critical Plasma Physics Corp
Priority to JP4320154A priority Critical patent/JPH0831422B2/en
Publication of JPH06342762A publication Critical patent/JPH06342762A/en
Publication of JPH0831422B2 publication Critical patent/JPH0831422B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE: To enable a semiconductor device to be improved in electromotive force and rectifying properties by a method, wherein an a-Si layer is formed as an I-type semiconductor layer at a first substrate temperature, and an a-B:H layer is formed as a P-type semiconductor layer at a second substrate temperature. CONSTITUTION: An N-type ohmic layer 32 which is doped with a large number of Ps is deposited on a substrate 11, kept at a temperature of 180 to 400 deg.C. In succession, an I-type a-Si:H layer 10 is deposited at a substrate temperature of 180 to 410 deg.C. After the I-type a-Si:H layer 10 has been deposited, a P-type a-B:H layer 30 is deposited after a substrate temperature is decreased by 100 deg.C or so by stopping a heater. A semi-transparent metallic layer 34 of a metal such as Pb, Cr-Cu or the like is thermally evaporated on the a-B:H layer 30 for the formulation of an M/NIP photovoltaic device. A contact 35 is thermally evaporated on the semi-transparent layer 34 in a vacuum. A TiO antirefection coating or a conductive metal oxide 36, such as ITO is deposited on the metal layer 34 for the formation of a photodiode or a solar cell.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関するものである。更に詳しくは、改善された光起電
接合体、整流性接合体および画像形成装置に有用な半導
体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More particularly, it relates to an improved photovoltaic junction, a rectifying junction, and a method of manufacturing a semiconductor device useful in an image forming apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】水素添加されたアモルファス・シリコン
薄膜(以下a−Si:Hと略記する)は、半導体装置に
適用されており、種々の技術により製造されてきた。電
気化学学会誌(Journal of the Ele
ctrochemical Society)第116
巻の1(1969年1月)の第77〜81頁の「アモル
ファス・シリコンの製造と特性」と題する論文におい
て、Chittick,AlexanderおよびSt
erlingは、シラン(SiH4 )ガス中で誘導的に
結合したRFグロー放電により、ドナーとアクセプタの
両方の不純物をドープすることができ、それによって広
範囲に渡ってa−Si:Hの導電率を変化させることが
可能な低導電率a−Si:Hを製造したと報告してい
る。最近、a−Si:HがH2 +Ar雰囲気中でシリコ
ンの蒸着によって製造された。この薄膜は、グロー放電
中のシランから作られるa−Si:Hと類似の半導体特
性を示す。
2. Description of the Related Art Hydrogenated amorphous silicon thin films (hereinafter abbreviated as a-Si: H) have been applied to semiconductor devices and have been manufactured by various techniques. Journal of the Ele
ctrochemical Society) No. 116
Volume 1, January 1969, pages 77-81, entitled "Manufacturing and Properties of Amorphous Silicon," in Chitick, Alexander and St.
Erling is able to dope both donor and acceptor impurities by inductively coupled RF glow discharge in silane (SiH 4 ) gas, thereby broadening the conductivity of a-Si: H over a wide range. It has been reported to have produced a low conductivity a-Si: H that can be varied. Recently, a-Si: H has been produced by vapor deposition of silicon in a H 2 + Ar atmosphere. This thin film exhibits semiconductor properties similar to a-Si: H made from silane in glow discharge.

【0003】元来、a−Si:HはSiF4 とH2 中で
のグロー放電によって合成された。この方法は、本発明
者の指導の下に開発され英国特許第933,545号
(1963年8月8日発行)に記載されている。a−S
i:Hの優れた誘電特性および高抵抗値については、上
記特許明細書第4頁に表で示されている。高抵抗のa−
Si:Hは特にここで述べられている接続体の一構成要
素として適している。
Originally, a-Si: H was synthesized by glow discharge in SiF 4 and H 2 . This method has been developed under the guidance of the inventor and is described in British Patent No. 933,545 (issued August 8, 1963). a-S
The excellent dielectric properties and high resistance of i: H are shown in the table on page 4 of the above patent specification. High resistance a-
Si: H is particularly suitable as one component of the connector described here.

【0004】米国特許第4,064,521号には、グ
ロー放電によって堆積されるP−型、N−型および真性
a−Si:Hからなる光起電接合体が記載されている。
該特許では、先のChittickらの論文に示されて
いるシランと混合されたガス状ドーパント、ジボロンお
よびホスフィンが、容量比で1/2〜5%使われてい
る。
US Pat. No. 4,064,521 describes a photovoltaic junction consisting of P-type, N-type and intrinsic a-Si: H deposited by glow discharge.
The patent uses 1 / 2-5% by volume of the gaseous dopants, diboron and phosphine mixed with silane as shown in the Chitick et al. Article.

【0005】同様に、英国特許第2,018,446号
(1979年10月17日発行)には、異なった導電型
の2つのa−Si:Hの層からなる接合体をもった種々
の画像形成装置が記載されている。a−Si:H用の保
護層およびブロッキング層もまた記載されている。また
Applied Physics Lettersの第
35巻の4(1979年8月15日)の第349〜35
1頁の「アモルファス・シリコン薄膜を用いた光導電性
画像」と題する論文において、Y.Imamura等に
よるスパターされたa−Si:Hで作られたビジコン画
像形成装置が記載されている。
Similarly, British Patent No. 2,018,446 (issued October 17, 1979) discloses a variety of joints having two layers of a-Si: H of different conductivity types. An image forming apparatus is described. Protective and blocking layers for a-Si: H are also described. Also, in Applied Physics Letters, Vol. 35, No. 4, 349-35 (August 15, 1979).
In a paper entitled "Photoconductive Images Using Amorphous Silicon Thin Films" on page 1, Y. A vidicon image forming apparatus made of sputtered a-Si: H by Imamura et al. Is described.

【0006】最後に、半導体の分野においては、高速度
に加速されたボロンイオンをシリコンウェーファー中に
ドーパントして植え込むことは充分に確立されている。
ドーパントのイオンは、結晶−シリコンの中にコロナ放
電によって植え込まれる。この方法は、Wichner
およびCharlsonのJournal of El
ectronic Materialsの第5巻の5
(1976年)の第513〜529頁の「コロナ放電に
よって製造されるシリコン太陽電池」と題する論文に記
載されている。ここで重要なことは、第518頁に記載
されているが、電極間の電圧を数キロボルトに維持でき
るように、放電がコロナ状態に保たれなければならない
ことである。また、十分な植え込み深さ(範囲)を得る
為には高エネルギーの複数の帯電したイオン種が必要で
ある。
Finally, in the field of semiconductors, it is well established to implant highly accelerated boron ions into silicon wafers as dopants.
The dopant ions are implanted in the crystal-silicon by a corona discharge. This method is based on Wichner
And Charles of Journal of El
5 of Volume 5 of Electronic Materials
(1976), pages 513-529, entitled "Silicon Solar Cells Made by Corona Discharge". What is important here is that, as described on page 518, the discharge must be kept in a corona state so that the voltage between the electrodes can be maintained at several kilovolts. Moreover, in order to obtain a sufficient implantation depth (range), a plurality of charged ionic species of high energy are required.

【0007】そのため電圧およびボロンイオンエネルギ
ーが有用な植え込み深さを得るためには電圧が足りず、
従ってイオンのエネルギーが低すぎるためグロー放電は
特に除外されている。
Therefore, the voltage and the boron ion energy are not sufficient to obtain a useful implantation depth,
Glow discharges are therefore specifically excluded because the energy of the ions is too low.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、半
導体装置にかかわり、この装置は、ボロンを含有する基
体とアモルファス・シリコンの基体との間に半導体接合
を設けたもので、この中ではボロンの拡散が制限されて
いる。尚、本願発明でいう電磁波とはこの種の半導体デ
バイスを通常作動させうる波長のものであり、具体的に
は太陽光線やX線等が挙げられ、遠赤外線より長波長の
ものは通常用いられない。
That is, the present invention relates to a semiconductor device, which is provided with a semiconductor junction between a substrate containing boron and a substrate of amorphous silicon. Boron diffusion is limited. The electromagnetic wave referred to in the present invention is a wavelength that can normally operate this type of semiconductor device, and specifically includes sun rays, X-rays, and the like, and a wavelength longer than far infrared rays is usually used. Absent.

【0009】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図1は、金属表面M上に真性半導体(I型)、P−
型およびN−型のa−Si:Hのコーティングを製造す
るためのグロー放電装置の概略図である。図1の装置を
用いて作られる典型的なPIN/M光起電装置が図2に
示されている。基板は電極2に支えられた3インチ×
4インチの方形面を有する厚さ0.01インチのステン
レス・スチール11である。抵抗ヒーター3は、電極2
と基板11を支えかつ加熱するためのセラミック・ブロ
ック3a内に埋められている。基板11は側壁8と頂部
9によって画定された4インチ×5インチの方形横断面
を有する凹状形カウンタ電極の中に設置される。頂部
9は基板11の上面から約41/2インチ上方に位置し
ている。電極は、ガス密閉を形成するためのガス
ケットによって台12に密閉されたエンクロージャ6の
内部に設置される。真空ポンプ20は、エンクロージャ
6を真空にするためにバルブとニップル13により台1
2に接続される。タンク17a〜17eからのガスG
は、調節ニードル・バルブ16a〜16e、マニホルド
15およびコネクタ14により台12を介してエンクロ
ージャ6に導かれる。ここでガスGは、絶縁体管5およ
び電極の内側の拡散器7とにより導かれる。側壁8と
電極2との間の例えば1/4インチの間隙118は、グ
ロー放電プラズマPを通過した後のガスGの出口とな
る。計器VGは、エンクロージャ6内のガスGの圧力を
計るが、0.001〜10torrの範囲内の腐食性で
圧縮性ガスを使用するために、市販されているキャパシ
タンスーマノメータ形が好ましい。計器VGからの信号
は、所望の圧力を維持するためにサーボ機構によりバル
ブ16を自動的に調節する。電圧Vは、台12に埋め込
まれている絶縁された電気的ブッシング18,19を介
して接続された導線21,22により電源24から電極
2との間に加えられる。保護抵抗23はスパーク電流
により損傷を受けるのを防止する。電圧Vと電流Iは図
示の如く測定される。抵抗ヒータ3は導線45と絶縁ブ
ッシング45′を介して制御電源(図示せず)に接続さ
れる。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an intrinsic semiconductor (I type), P-, on the metal surface M.
FIG. 2 is a schematic view of a glow discharge device for producing coatings of positive and N-type a-Si: H. A typical PIN / M photovoltaic device made using the device of FIG. 1 is shown in FIG. Substrate 1 is 3 inches x supported by electrode 2
0.01 inch thick stainless steel 11 having a 4 inch square surface. Resistance heater 3 is electrode 2
And is embedded in a ceramic block 3a for supporting and heating the substrate 11. The substrate 11 is placed in a concave counter electrode 4 having a 4 inch by 5 inch square cross section defined by sidewalls 8 and tops 9. The top 9 is located approximately 41/2 inches above the top surface of the substrate 11. The electrodes 1 and 4 are installed inside an enclosure 6 sealed to a pedestal 12 by a gasket to form a gas seal. The vacuum pump 20 includes a valve 1 and a nipple 13 to make the enclosure 6 vacuum.
Connected to 2. Gas G from tanks 17a-17e
Are guided to enclosure 6 via pedestal 12 by adjusting needle valves 16a-16e, manifold 15 and connector 14. Here, the gas G is guided by the insulator tube 5 and the diffuser 7 inside the electrode 4 . A gap 118 of, for example, 1/4 inch between the side wall 8 and the electrode 2 becomes an outlet of the gas G after passing through the glow discharge plasma P. The meter VG measures the pressure of the gas G in the enclosure 6, and is preferably a commercially available capacitance manometer type because it uses a corrosive and compressible gas in the range of 0.001 to 10 torr. The signal from the meter VG automatically adjusts the valve 16 by a servo mechanism to maintain the desired pressure. A voltage V is applied between the electrodes 2 and 4 from a power supply 24 by means of conductors 21 and 22 connected via insulated electrical bushings 18 and 19 embedded in the pedestal 12. The protection resistor 23 prevents damage due to the spark current. Voltage V and current I are measured as shown. The resistance heater 3 is connected to a control power supply (not shown) via a conductor 45 and an insulating bushing 45 '.

【0010】操作について、エンクロージャ6は0.0
2torr以下の圧力までポンプ20で排気され、ヒー
タ3によって基板11が180〜400℃に保持され
る。そしてバルブ16aを開けることによりタンク17
aからのシラン(SiH4 )で充満される。バルブ16
aは、エンクロージャ6内を所望の圧力(例えば0.5
torr)に維持するために調節される。次にタンク1
7bからのホスフィン(PH3 )を1%含むヘリウムの
混合物は、装置の圧力PGを約1〜2torrに上げる
ために、シランと混じるマンホルド15に入り、そして
絶縁体管5と拡散器7を通して流れる。電極2と電極
は陰極と陽極であり、この電極2と電極との間の電位
差Vはグロー放電を開始させる約200〜500ボルト
に調節され、そして電流Iは基板11の上にグロー放電
プラズマPの位置を設けるために約5mAに調節され
る。それによって基板11上に均一な大量にドープされ
たNオーミック層32が作られる(図2)。約2分間放
電を維持した後、バルブ16bはシランのみを残してP
3 とヘリウムの流れを止めるために閉じられる。
For operation, the enclosure 6 is 0.0
The pump 20 evacuates to a pressure of 2 torr or less, and the heater 11 holds the substrate 11 at 180 to 400 ° C. Then, by opening the valve 16a, the tank 17
Filled with silane (SiH 4 ) from a. Valve 16
a is a desired pressure in the enclosure 6 (for example, 0.5
tor). Then tank 1
The mixture of helium containing 1% of phosphine (PH 3 ) from 7b enters the silane-mixed manifold 15 and flows through the insulator tube 5 and the diffuser 7 to raise the pressure PG of the device to about 1-2 torr. . Electrode 2 and electrode 4
Is the cathode and the anode, the potential difference V between this electrode 2 and the electrode 4 is adjusted to about 200-500 volts which initiates the glow discharge, and the current I positions the glow discharge plasma P on the substrate 11. Adjusted to about 5 mA to provide. This produces a uniform and heavily doped N ohmic layer 32 on the substrate 11 (FIG. 2). After maintaining the discharge for about 2 minutes, the bulb 16b leaves P
Closed to stop the flow of H 3 and helium.

【0011】N−型オーミック層32の均一性と不純物
濃度は真性半導体(I)a−Si:H層10の均一性お
よび不純物濃度ほど重要なものではないので、オーミッ
ク層32はグロー放電を伴なわず熱的処理で堆積させて
もよい。たとえば、従来のヘリウムキャリアガス中にP
3 /SiH4 で充満された化学的蒸気堆積(CVD)
装置を、図1の装置に基板を装填する前にN−型層32
を堆積させるために使用しても構わない。しかしなが
ら、多結晶体がマクロスケールで形成され、その表面粗
さの故に次の堆積されるa−Si:H層に損傷を与えな
いようにCVDの温度を低く維持することが重要であ
る。
Since the uniformity and the impurity concentration of the N-type ohmic layer 32 are not as important as the uniformity and the impurity concentration of the intrinsic semiconductor (I) a-Si: H layer 10, the ohmic layer 32 is accompanied by glow discharge. Alternatively, it may be deposited by thermal treatment. For example, P in conventional helium carrier gas
Chemical vapor deposition (CVD) filled with H 3 / SiH 4
The device is loaded into the N-type layer 32 before loading the substrate into the device of FIG.
May be used for depositing. However, it is important to keep the temperature of the CVD low so that the polycrystals are formed on a macro scale and, due to their surface roughness, do not damage the next deposited a-Si: H layer.

【0012】続いて、N層の頂部表面にI形a−Si:
H層10を生じさせるために基板11の温度はヒータ3
によって180〜410℃に保持される。そしてシラン
のみの圧力PGは0.1〜0.4torrに調節され
る。もしキャリアガスとしてヘリウムを使用した場合
は、圧力PGは約2torrに調節される。電圧VはP
Gに依存するが500〜1500ボルトに調節される。
また電流Iを約5mAに調節して電極2と電極4の間の
ギャップG′の強電界領域Esの中に放電を開始し、基
板11に近接する弱電界領域Ewの中に拡散プラズマP
を置くようにし、それによって基質11でのスパーク発
生の可能性を最小限にする。放電は約40分間継続さ
せ、a−Si:H層10を約1ミクロン生成する。より
長い放電時間、高い電流あるいはジシランを用いれば層
10の厚さを増加することができる。層10が望ましい
厚さになったところで、電圧Vを除去し、バルブ16a
を閉め、そして残留ガスをポンプ20で排除する。
Subsequently, on the top surface of the N layer, I-type a-Si:
In order to generate the H layer 10, the temperature of the substrate 11 is set to the heater 3
Held at 180-410 ° C. Then, the pressure PG of only silane is adjusted to 0.1 to 0.4 torr. If helium is used as the carrier gas, the pressure PG is adjusted to about 2 torr. Voltage V is P
Depending on G, it is adjusted to 500-1500 volts.
Further, the current I is adjusted to about 5 mA to start the discharge in the strong electric field region Es of the gap G ′ between the electrodes 2 and 4, and the diffusion plasma P is generated in the weak electric field region Ew close to the substrate 11.
To minimize the possibility of sparking on the substrate 11. The discharge is continued for about 40 minutes, producing an a-Si: H layer 10 of about 1 micron. Longer discharge times, higher currents or the use of disilane can increase the thickness of layer 10. Once layer 10 is at the desired thickness, voltage V is removed and valve 16a
Is closed, and residual gas is removed by pump 20.

【0013】次いでM/NIP接合体の形成を完了する
ために、水素添加されたアモルファス・ボロン(a−
B:H)のP型層30がI型a−Si:H層10の頂部
表面に、ジボラン(B2 6 )とヘリウムをプラズマP
に導入することによって堆積される。まず、バルブ16
cが開けられ、圧力PGが1〜2torrになるまでB
2 6 /Heガスが導入され、そして基板11の温度が
層10および30の形成の際と同様180〜410℃に
維持される。電圧Vは基板11上の弱い電界Ewにグロ
ー放電プラズマPを置くために、200〜500ボルト
に調節される。電流はa−B:H層の厚さが100Åに
なるように約5mAで2分間維持される。また、基板1
1の温度はa−Si:H層を堆積したのと同じ180〜
410℃に保持される。ついで、バルブ16cが閉めら
れそしてバルブ16dが開けられ、エンクロージャ6か
ら残留ジボランを除去するために窒素ガスが導入され
る。ヒータ3への電流は遮断され、1時間冷却した後、
エンクロージャ6は大気圧にもどされ、基板11が取り
出される。
Next, the formation of the M / NIP joined body is completed.
Therefore, hydrogenated amorphous boron (a-
B: H) P-type layer 30 is the top of the I-type a-Si: H layer 10.
Diborane (B2H6) And helium plasma P
Is deposited by introducing into. First, the valve 16
B is opened until c is opened and the pressure PG becomes 1 to 2 torr.
2H6/ He gas is introduced, and the temperature of the substrate 11 is
As in the formation of layers 10 and 30, at 180-410 ° C.
Maintained. The voltage V is weak due to the weak electric field Ew on the substrate 11.
-200-500 volts to place discharge plasma P
Is adjusted to. Current is a-B: H layer thickness is 100Å
Is maintained at about 5 mA for 2 minutes. Also, the substrate 1
The temperature of 1 is the same as that for depositing the a-Si: H layer, 180-
Hold at 410 ° C. Then, close the valve 16c.
Then the valve 16d is opened and the enclosure 6
Nitrogen gas was introduced to remove residual diborane from
It The current to the heater 3 is cut off, and after cooling for 1 hour,
The enclosure 6 is returned to atmospheric pressure and the substrate 11 is removed.
Will be issued.

【0014】M/NIP光起電装置の形成を完成するた
め、半透明な金属層34、たとえば100ÅのPb、C
r−CuあるいはNi−Cr合金をa−B:H層上に熱
的に蒸着する。接触指35を電気的接触のために、半透
明層34上に熱的に真空蒸着する。フォトダイオードあ
るいは太陽電池として使用するためにTiO2 のような
反射防止(AR)コーティングあるいはSnO2 、イン
ジウムと錫の酸化物(ITO)あるいは酸化亜鉛のよう
な導電金属酸化物(CMO)が金属層34上に堆積され
る。
To complete the formation of the M / NIP photovoltaic device, a semi-transparent metal layer 34, eg 100 Å Pb, C.
Thermally depositing r-Cu or Ni-Cr alloy on the aB: H layer. The contact fingers 35 are thermally vacuum deposited on the translucent layer 34 for electrical contact. Metal layer for anti-reflection (AR) coating such as TiO 2 or SnO 2 , indium and tin oxide (ITO) or conductive metal oxide (CMO) such as zinc oxide for use as a photodiode or solar cell. Deposited on top of 34.

【0015】上述の堆積プロセスが行なわれた後、M/
NIP電池の電気的特性が種々の光源で試験された。A
M1太陽光線の照射によって、典型的電池の短絡電流I
scを測定した結果4mA/cm2 であった。開放電圧
VocはCr/Ni合金半透明電極34を用いて0.4
5ボルトであった。この電極は入射光光子フラックスの
約30%しか透過しなかったので、もし十分なAM1照
射が電極吸収および反射による損失なしに利用されたな
らば計算値で4/0.3、すなわち13.3mA/cm
2 になる。
After the above deposition process has been carried out, M /
The electrical properties of NIP batteries were tested with various light sources. A
The short-circuit current I of a typical battery due to irradiation of M1 sunlight
As a result of measuring sc, it was 4 mA / cm 2 . The open circuit voltage Voc is 0.4 using the Cr / Ni alloy semitransparent electrode 34.
It was 5 volts. This electrode transmitted only about 30% of the incident photon flux, so if sufficient AM1 irradiation was utilized without loss due to electrode absorption and reflection, the calculated value was 4 / 0.3, or 13.3 mA. / Cm
Become 2 .

【0016】この電流値は、同様な補正が電極の損失に
対してもなされた場合に文献で報告されている最良値と
ほぼ同じである。また測定されたVocは同様の低仕事
関数の電極を用いた場合の値と同等である。次いで、上
述したように図1の装置を用いて同じプロセスで第二の
M/NIP電池を作った。しかし、ヒータ3は、a−S
i:H層10の堆積温度よりも低い温度でa−B:H層
30を堆積するために、I型a−Si:H層10を堆積
後、遮断された。電極11とその結果としてa−Si:
H層10の温度が約1時間で200〜300℃から約1
00℃に減少する。その後a−B:H層30を、低温に
した以外、前述の第一の電池の製造条件と同じ条件で、
約2分間グロー放電で層10上に堆積する。ジボランガ
スを除去した後、基板11を更に冷却することなしにエ
ンクロージャ6から取り出し、そして後述の図7のよう
に画像形成特性と、半透明電極34を加えた後の光起電
特性を試験する。
This current value is about the same as the best value reported in the literature if a similar correction is also made for the loss of the electrodes. Also, the measured Voc is equivalent to the value when the same low work function electrode is used. A second M / NIP battery was then made in the same process using the apparatus of Figure 1 as described above. However, the heater 3 is
In order to deposit the a-B: H layer 30 at a temperature lower than the deposition temperature of the i: H layer 10, the I-type a-Si: H layer 10 was deposited and then blocked. Electrode 11 and consequently a-Si:
The temperature of the H layer 10 is from 200 to 300 ° C. to about 1 in about 1 hour.
Decrease to 00 ° C. After that, except that the temperature of the a-B: H layer 30 was lowered,
Deposit on layer 10 in a glow discharge for about 2 minutes. After removing the diborane gas, the substrate 11 is removed from the enclosure 6 without further cooling and tested for imaging properties and photovoltaic properties after the addition of the semitransparent electrode 34, as shown in FIG.

【0017】また、光起電太陽電池を形成するために、
半透明金属コーティング34と接触指35を第1のM/
NIP電池と同じ真空蒸着システムでa−B:H層30
上に熱的処理を施して蒸着する。そして第2の完成され
たM/NIP電池を太陽放射のもとでARコーティング
36の有る場合および無い場合の両方について試験し
た。AM1太陽光子フラックスを用い、ARコーティン
グ36がない場合の試験ではVocは0.65ボルトで
電流は4mA/cm2 であった。従ってa−B:H層3
4が低温で堆積された場合、Vocは基板11の温度を
減少させずにa−B:H層を堆積させた第1のM/NI
P電池に比べ約0.2ボルト増加する。
Further, in order to form a photovoltaic solar cell,
The semi-transparent metal coating 34 and the contact finger 35 are attached to the first M /
A-B: H layer 30 in the same vacuum deposition system as the NIP battery
Thermal treatment is applied on top and vapor deposition is performed. A second completed M / NIP cell was then tested under solar radiation both with and without the AR coating 36. Voc was 0.65 volts and current was 4 mA / cm 2 in a test using AM1 solar flux and without AR coating 36. Therefore, a-B: H layer 3
No. 4 was deposited at low temperature, Voc deposited the aB: H layer without decreasing the temperature of the substrate 11 and the first M / NI.
It is about 0.2 volt higher than the P battery.

【0018】本発明により得られる開放電圧Vocの増
加は、現時点では理論的に説明できないが、基板11の
温度が低いため、I型a−Si:H層10の表面へのa
−B:H層30が堆積する際の衝撃による損傷が軽微で
あるためではないかと思われる。a−B:H層30は低
温基板に堆積した場合、P型半導体であるらしい。そし
て堆積したままではわずかにN型であるドープのないI
型a−Si:H層10に対してP−Nヘテロ接合を形成
する。I型a−Si:H層10とa−B:H層30との
境界面からI型a−Si:H層10に向かって空乏領域
が形成するので、a−Si:H層10の頂部表面は最も
重要である。
The increase in the open-circuit voltage Voc obtained by the present invention cannot be theoretically explained at the present time, but since the temperature of the substrate 11 is low, the increase of the a to the surface of the I-type a-Si: H layer 10 is caused.
-B: It seems that the damage due to impact when the H layer 30 is deposited is slight. The aB: H layer 30 appears to be a P-type semiconductor when deposited on a low temperature substrate. And undoped I, which is slightly N-type as deposited
A PN heterojunction is formed for the type a-Si: H layer 10. Since a depletion region is formed from the boundary surface between the I-type a-Si: H layer 10 and the a-B: H layer 30 toward the I-type a-Si: H layer 10, the top portion of the a-Si: H layer 10 is formed. The surface is the most important.

【0019】第1のM/NIP電池内のボロンの拡散量
を調べるために、組成物を質量分析器で分析した。図4
は、a−B:H層30と300℃でクロー放電によって
堆積されたa−Si:H層10との境界面のボロン/シ
リコンの比を一般的に用いられる第2イオン質量分析器
によって分析した結果を示してある。図から明らかよう
に、B11/Si28同位体の比は約100Åで急激に減少
し、それから500Åまでは徐々に減少し、ついにバッ
クグラウンドの雑音になる。初めの100Åはシリコン
の相互拡散を伴うa−B:Hを表わすようであり、一方
500Åまではシリコン中のボロンの拡散勾配を示して
いるようである。しかしながらこの拡散はグロー放電の
存在しない場合のすでに発表されたボロン拡散のデータ
から予期される値に比べ大きい。グロー放電中のボロン
含有イオンの植え込みもいくらかは起こるだろうし、S
iB6 合金も形成されるかもしれない。
The composition was analyzed by a mass spectrometer to determine the amount of boron diffusion in the first M / NIP cell. Figure 4
Analyzes the boron / silicon ratio at the interface between the aB: H layer 30 and the a-Si: H layer 10 deposited by claw discharge at 300 ° C. by a commonly used second ion mass spectrometer. The results are shown. As is clear from the figure, the ratio of B 11 / Si 28 isotopes sharply decreases at about 100 Å, then gradually decreases to 500 Å, and finally becomes background noise. The first 100 Å seems to represent aB: H with interdiffusion of silicon, while up to 500 Å seems to show the diffusion gradient of boron in silicon. However, this diffusion is greater than would be expected from previously published boron diffusion data in the absence of glow discharge. Some implantation of boron-containing ions in the glow discharge will also occur, and S
An iB 6 alloy may also be formed.

【0020】しかしながら、a−B:H層30を低温で
堆積し、a−Si:H層10中へのボロンの拡散が抑制
された場合にVocは、従来の半導体技術すなわち結晶
シリコン中へ熱的処理でボロンドーパントを拡散して作
られるP−N接合体の結果から予測される事と矛盾して
いる。a−B:H薄膜10を180℃以下で熱的処理で
堆積すると、a−B:H薄膜が他の表面を損傷せしめる
ので、低温で堆積されたa−B:H薄膜の半導体特性に
かかわるデータを存在しないようである。
However, when the aB: H layer 30 is deposited at a low temperature and the diffusion of boron into the a-Si: H layer 10 is suppressed, the Voc is generated by conventional semiconductor technology, that is, crystalline silicon. It is inconsistent with what is expected from the result of the PN junction body made by diffusing the boron dopant by the mechanical treatment. When the aB: H thin film 10 is deposited by thermal treatment at 180 ° C. or lower, the aB: H thin film damages other surfaces, which affects the semiconductor characteristics of the aB: H thin film deposited at a low temperature. No data seems to exist.

【0021】図3には、0.010インチのステンレス
・スチールの基板11上にまずa−B:H層40が堆積
され、次いでI型a−Si:H43とN型a−Si:H
層42を堆積して作られたM/PIN光起電接続体ディ
バイスを示してある。図1に関して述べたグロー放電堆
積システムがM/NIP接続体を作る際に使われた同じ
プロセス条件でP型、I型およびN型層40,43,4
2を堆積するのに用いることができるし、また図2に関
して述べたグロー放電堆積システムを、堆積の順序を逆
にして用いることもできる。冷却して、M/PIN電池
を堆積システムから取り出し、そして図7に関して後述
する画像形成装置内でおよび光起電ディバイスとしての
試験をする。
In FIG. 3, an a-B: H layer 40 is first deposited on a 0.010 inch stainless steel substrate 11, then I-type a-Si: H43 and N-type a-Si: H.
A M / PIN photovoltaic connector device made by depositing layer 42 is shown. P-type, I-type and N-type layers 40, 43, 4 under the same process conditions used by the glow discharge deposition system described with reference to FIG. 1 to make M / NIP connections.
2 can be used to deposit the two, or the glow discharge deposition system described with respect to FIG. 2 can be used with the deposition order reversed. Upon cooling, the M / PIN cell is removed from the deposition system and tested in the imager described below with respect to FIG. 7 and as a photovoltaic device.

【0022】光起電ディバイスを形成するために、N型
層42へ電気的接触を与える電極44を付け加えること
ができる。図2のM/NIP電池では、100ÅのCr
/Cu又はNi−Cr合金の半透明層44がN型a−S
i:H層42上に、熱的に蒸着されているのに対し、図
3の電池の電極44は、N型a−Si:H層42に対し
て非常に高いVocを生じさせるためCr,Al,Ti
等の低仕事関数金属から出来ていることが好ましいこと
を除けば、図2のM/NIP電池と同様に蒸着される。
An electrode 44 may be added to provide electrical contact to the N-type layer 42 to form a photovoltaic device. In the M / NIP battery of FIG. 2, 100 Å Cr
/ Cu or Ni-Cr alloy semi-transparent layer 44 is N-type a-S
While thermally deposited on the i: H layer 42, the electrode 44 of the cell of FIG. 3 produces a very high Voc for the N-type a-Si: H layer 42, so Cr, Al, Ti
2 is deposited similarly to the M / NIP cell of FIG. 2 except that it is preferably made of a low work function metal such as.

【0023】好ましくは錫の酸化物あるいは亜鉛の酸化
物のような導電性金属の酸化物からなるARコーティン
グ46を電極44上に標準的な技術で堆積し、そしてT
i−Agの接触指を常法によって付け加える。ARコー
ティング46がない場合の試験ではステンレス・スチー
ル基板11上にa−B:H層40を堆積した場合M/P
IN電池のIscは4mA/cm2 であった。100Å
のCr/Niの半透明の頂部電極の光透過は約30%で
あるので、内部のIscは図2のM/PIN電池とほぼ
同じ約13.3mA/cm2 となる。しかしながら測定
されたVocは0.79ボルトで、a−B:H層30
を、図2のM/PIN電池同様に低温で堆積したにもか
かわらず大きな値になっている。Solar Ener
gy第23巻145〜147頁(1979年)の「アモ
ルファス・シリコンの単一太陽パネル」と題する論文で
HanakによってP型a−Si:Hに接触するPt電
極のVocが0.75ボルトと報告されているが、本発
明のVocはHanakによって報告されたVoc0.
75ボルトと同等であるかそれ以上である。Ptは高価
でかなり得がたいものであるが、ステンレス・スチール
は安価で豊富である。高価な金属は小型の電子装置に利
用する場合には、満足しうる材料費であるが、広い面積
をもつ太陽エネルギー転換装置に対して用いた場合、コ
ストはかなりのものとなるので適当ではない。
An AR coating 46, preferably of a conductive metal oxide such as tin oxide or zinc oxide, is deposited on the electrode 44 by standard techniques, and T
A contact finger of i-Ag is added by standard methods. In the test without the AR coating 46, when the aB: H layer 40 was deposited on the stainless steel substrate 11, M / P
The Isc of the IN battery was 4 mA / cm 2 . 100Å
Since the light transmission of the Cr / Ni semi-transparent top electrode is about 30%, the internal Isc is about 13.3 mA / cm 2 which is almost the same as the M / PIN battery of FIG. However, the measured Voc was 0.79 volts, and the a-B: H layer 30
Is a large value even though it was deposited at a low temperature like the M / PIN battery of FIG. Solar Ener
gy, Vol. 23, pp. 145-147 (1979), reported by Hanak that Voc of Pt electrode in contact with P-type a-Si: H is 0.75 volts. However, the Voc of the present invention is the Voc0.
It is equal to or higher than 75 volts. Pt is expensive and fairly inaccessible, whereas stainless steel is cheap and plentiful. Expensive metals have a satisfactory material cost when used for small electronic devices, but are not suitable when used for solar energy conversion devices with large areas, as the cost is considerable. .

【0024】堆積条件は、a−B:H層40の堆積を容
易にするために基板11の温度を上げて、それから温度
を下げてI型a−Si:H層43を180〜410℃で
堆積してもよい。たとえば、a−B:H層40をB2
6 /Heの存在下基板の温度を300〜600℃に維持
して通常のCVD装置で堆積し、そして冷却後図1に示
すグロー放電装置へ移してもよい。また、CVD温度が
多結晶を形成し、そして表面に粗面を生じさせるような
温度以下であれば、B2 6 /SiH4 の混合物がステ
ンレス・スチール基板11上の層40をほぼ600℃か
それ以上の温度でCVD処理するのに用いられても構わ
ない。B/Siの比が0.01以上であることが好まし
い。
The deposition conditions are as follows: the temperature of the substrate 11 is raised to facilitate the deposition of the aB: H layer 40, and then the temperature is lowered to form the I-type a-Si: H layer 43 at 180 to 410 ° C. It may be deposited. For example, if the a-B: H layer 40 is B 2 H
The temperature of the substrate may be maintained at 300 to 600 ° C. in the presence of 6 / He to deposit by a normal CVD apparatus, and after cooling, it may be transferred to the glow discharge apparatus shown in FIG. Also, if the CVD temperature is below the temperature at which polycrystals are formed and the surface is roughened, the mixture of B 2 H 6 / SiH 4 will cause the layer 40 on the stainless steel substrate 11 to reach approximately 600 ° C. It may be used for CVD processing at a temperature of or higher. The B / Si ratio is preferably 0.01 or more.

【0025】基板11上の他の適切な層40としては、
図1の装置でブタジエンとB2 6の混合物を用いてグ
ロー放電によって堆積されたボロンがドープされた水素
添加アモルファス炭素a−C:H層がある。どんな場合
でもボロンがドープされた層40は光がN型層42を通
って入るので物理的、電気的考慮から望みの厚さで構わ
ない。しかしながら、a−B:H層40をグロー放電で
堆積する場合、500Å以上の厚さであると、直列抵抗
を付加しそしてステンレス・スチール基板11から剥が
れるので好ましくない。生産上、P,IおよびN層4
0,43,42の堆積は温度、圧力およびガス成分をプ
ログラムしてある一連の堆積チャンバを通して基板11
を移動させることによって一列におこなうことが好まし
い。
Another suitable layer 40 on the substrate 11 is:
Mixture hydrogenated amorphous carbon, boron deposited by glow discharge is doped with a-C of butadiene and B 2 H 6 in the apparatus of Figure 1: is H layer. In any case, the boron-doped layer 40 may be of any desired thickness for physical and electrical considerations, as light will enter through the N-type layer 42. However, when the aB: H layer 40 is deposited by glow discharge, a thickness of 500 Å or more is not preferable because it adds series resistance and peels off from the stainless steel substrate 11. P, I and N layers 4 in production
Deposition of 0,43,42 is carried out on a substrate 11 through a series of deposition chambers with programmed temperature, pressure and gas composition.
It is preferable to move them in line.

【0026】更にI型a−Si:H層43はジシランの
ような他のシラン化合物からも作ることができるし、気
相SiH4 を熱的にクラッキングし、そして後述する図
1のような装置を用いてSiH4 あるいは水素中のグロ
ー放電を通ってシリコンを含有する物質を拡散させるよ
うな他の堆積技術によっても作ることができる。a−S
i:H層43を形成する他の技術については、本発明者
の先の米国出願No.857,690に記載されている
が、その一例としては、SiH4 あるいは水素−アルゴ
ンの存在下にシリコンをスパッタリングすることによっ
てa−Si:H層43を形成する。
In addition, the I-type a-Si: H layer 43 can be made from other silane compounds such as disilane, thermally cracks vapor phase SiH 4 and is used in a device such as that shown in FIG. Can also be made by SiH 4 or other deposition techniques such as diffusing silicon containing materials through a glow discharge in hydrogen. a-S
Regarding other techniques for forming the i: H layer 43, the present inventors' earlier US application No. 857 and 690, as an example, the a-Si: H layer 43 is formed by sputtering silicon in the presence of SiH 4 or hydrogen-argon.

【0027】上述したM/PIN電池の予期できぬほど
高いVocとIscに関しては、一般に認められている
理論に基づいて説明することはできない。P型層40に
隣接したI型a−Si:H層43の空乏領域(0.3ミ
クロン)内にのみ生じる小数のキャリアが有用な電流I
scとして集められる。しかし、本発明のM/PIN電
池では半透明電極44を通過した光子フラックスが介在
するN型層42とI型a−Si:Hの非空乏領域によっ
て吸収される。空乏領域の外側では空孔の拡散が0.1
ミクロンより小さいということが当業者の間では周知の
ことなので、これらの領域が光電流にどのくらい寄与し
ているのか予測できない。本発明のM/PIN電池では
予期に反して、たとえI型a−Si:H層43の厚さが
2ミクロンに増加してもIscは減少しない。I型a−
Si:H層の厚さが3ミクロンになると僅かに減少する
だけである。
The unexpectedly high Voc and Isc of the M / PIN battery described above cannot be explained based on the generally accepted theory. A small number of carriers generated only in the depletion region (0.3 micron) of the I-type a-Si: H layer 43 adjacent to the P-type layer 40 is a useful current I.
Collected as sc. However, in the M / PIN battery of the present invention, the photon flux passing through the semitransparent electrode 44 is absorbed by the N-type layer 42 and the non-depleted region of I-type a-Si: H. Outside the depletion region, the vacancy diffusion is 0.1
Since it is well known to those skilled in the art that it is smaller than micron, it is not possible to predict how much these regions contribute to the photocurrent. Unexpectedly, Isc does not decrease in the M / PIN battery of the present invention even if the thickness of the I-type a-Si: H layer 43 is increased to 2 microns. Type I a-
It only decreases slightly for the Si: H layer thickness of 3 microns.

【0028】第2のM/PIN電池が図1に関して述べ
たように、バルブ16a,16cを開けることによって
10%B2 6 を含有するSiH4 のガス混合物をヘリ
ウムキャリアで導入し2torrの圧力下、グロー放電
でステンレス・スチール基板11上に層40としてボロ
ンがドープされたa−Si:Hをまず堆積することによ
って作られる。図3のM/PIN電池を完成するために
層40上に層43および層42として2ミクロンのa−
Si:H層および200〜400ÅのN型a−Si:H
層を堆積する。半透明電極44を蒸着しそしてAM1太
陽光のもとでの試験後、a−B:H層40をもつ第1の
M/PIN電池と同様に、高出力VocとIscが測定
される。しかし、スペクトルの赤色部中のIsc出力は
a−B:Hのみで堆積された層40よりもB2 6 /S
iH4 中で共堆積されたものの方が高くなる。同様な高
出力IscとVocが、P型層40がB−ドープされた
a−Si:Hおよび水素添加されたアモルファス・カー
ボンa−C:Hを用いて形成された場合、照射下で測定
される。a−Si:H層30がステンレス・スチール上
にボロン含有P型層の前堆積上に堆積された場合でもP
−N接合部が最深部の光照射域であるにもかかわらず、
改良された特性を作るようだ。
A second M / PIN cell was introduced with a helium carrier to introduce a gas mixture of SiH 4 containing 10% B 2 H 6 by opening valves 16a, 16c and a pressure of 2 torr, as described with reference to FIG. Bottom, made by first depositing boron-doped a-Si: H as layer 40 on a stainless steel substrate 11 by glow discharge. 2 micron a- as layer 43 and layer 42 on layer 40 to complete the M / PIN cell of FIG.
Si: H layer and 200-400Å N-type a-Si: H
Deposit layers. After depositing the semi-transparent electrode 44 and testing under AM1 sunlight, the high power Voc and Isc are measured as for the first M / PIN cell with the aB: H layer 40. However, the Isc output in the red part of the spectrum is B 2 H 6 / S less than the layer 40 deposited with aB: H only.
Higher for those co-deposited in iH 4 . Similar high power Isc and Voc were measured under irradiation when P-type layer 40 was formed using B-doped a-Si: H and hydrogenated amorphous carbon aC: H. It Even if the a-Si: H layer 30 is deposited on the predeposition of the boron-containing P-type layer on stainless steel, P
Even though the -N junction is the deepest light irradiation area,
Seems to make improved properties.

【0029】図5には図2と図3の光起電ディバイスを
共通の半透明電極53と平衡に連結されたタンデム式M
/PIN/NIP接合体が図示されている。まず最初に
a−B:H層50が図1に記載されているような装置を
用いてステンレス・スチール基板11上に200Åの厚
さで堆積される。次いで2ミクロンの厚さの真性a−S
i:H層51と200Åの厚さのN型層52がグロー放
電によって堆積され、その結果図3に示されているよう
なM/PINが形成される。100Åの厚さのNi/C
r合金電極53がN型層52上に真空蒸着され、第1の
M/PIN段階が完結する。Ni/Cr合金の代わり
に、半透明電極53は0.1ミクロン以上の厚さをもっ
た錫酸化物のような導電性金属酸化物であってもよい。
FIG. 5 shows a tandem type M in which the photovoltaic devices of FIGS. 2 and 3 are connected in equilibrium with a common semitransparent electrode 53.
A / PIN / NIP conjugate is shown. First, an aB: H layer 50 is deposited to a thickness of 200Å on a stainless steel substrate 11 using a device as described in FIG. Then 2 micron thick intrinsic aS
An i: H layer 51 and a 200Å thick N-type layer 52 are deposited by glow discharge, resulting in the formation of an M / PIN as shown in FIG. 100Å thick Ni / C
The r alloy electrode 53 is vacuum deposited on the N-type layer 52, completing the first M / PIN stage. Instead of a Ni / Cr alloy, the semi-transparent electrode 53 may be a conductive metal oxide such as tin oxide having a thickness of 0.1 micron or more.

【0030】図2に関して述べたプロセス条件を用いて
約200Åの厚さのN型層54次いで1ミクロンの厚さ
のI型a−Si:H層55がグロー放電によって堆積さ
れ、M/NIPが形成される。a−B:HのP型層56
は図2で述べた第2のM/NIP電池で行なったよう
に、基板11を約100℃に冷却後堆積されることが好
ましい。基板11上のa−B:H層50は180℃以上
の温度で堆積されることが好ましく、一方、頂部のa−
B:H層56はVocを最大にするために180℃以下
で堆積されることが好ましい。ステンレス・スチール基
板11上の層50はボロンがドープされたa−Si:H
であってもよく、その際のa−Si:HとしてはB/S
i比が0.1%以上のものが好ましい。
Using the process conditions described with reference to FIG. 2, an N-type layer 54 of about 200Å thickness and then an I-type a-Si: H layer 55 of 1 micron thickness were deposited by glow discharge to give M / NIP. It is formed. a-B: H P-type layer 56
Is preferably deposited after cooling the substrate 11 to about 100.degree. C., as was done for the second M / NIP cell described in FIG. The aB: H layer 50 on the substrate 11 is preferably deposited at a temperature of 180 ° C. or higher, while the top a- is deposited.
The B: H layer 56 is preferably deposited below 180 ° C. to maximize Voc. Layer 50 on stainless steel substrate 11 is a boron-doped a-Si: H
Or B / S as a-Si: H in that case.
It is preferable that the i ratio is 0.1% or more.

【0031】次いで半透明電極57、ARコーティング
58および接触指59を以前のようにa−B:H層56
上に蒸着する。適当な接触パッド(図示せず)を用いて
従来のタンデム式ディバイス技術において要求されるよ
うに直列接続の各電池の電流を調整することなし電極1
1,57を並列に連結することもできる。AM1太陽照
射のもとで、出力Iscがどちらかのセルだけと比べた
場合少なくとも20%は高くなる。最初のPIN接合体
によって吸収されない光子フラックスは、層52を通過
し、a−B:H層50との境界面でa−Si:H層51
の空乏領域に小数キャリアを生じさせるために出力パワ
ーと効率は無視されるほど低いだろう。しかし、あたか
もP型層が最初に照射されたかのようなエネルギーを第
2のM/PIN接続体が得る。不透明電極11上に生じ
るこの結果はもし空乏領域が従来報告されているように
0.3ミクロンの厚さのままであれば説明できない。
The semi-transparent electrode 57, AR coating 58 and contact fingers 59 are then ab: H layer 56 as before.
Evaporate on top. Electrode 1 without adjusting the current of each battery in series connection as required in conventional tandem device technology using suitable contact pads (not shown)
It is also possible to connect 1,57 in parallel. Under AM1 solar illumination, the output Isc is at least 20% higher when compared to either cell alone. The photon flux not absorbed by the first PIN conjugate passes through the layer 52 and at the interface with the aB: H layer 50 the a-Si: H layer 51.
The output power and efficiency will be negligibly low to generate minority carriers in the depletion region of. However, the second M / PIN connector obtains energy as if the P-type layer was first irradiated. This result occurring on the opaque electrode 11 cannot be explained if the depletion region remains 0.3 micron thick as previously reported.

【0032】図6にはa−B:H層60が静電チャージ
を受けいれる自由表面60′と共にグロー放電によって
堆積される画像ディバイス70の断面図が示されてい
る。ここで厚さ0.20インチのアルミニウム基板61
が常法のプラズマ堆積あるいは蒸着法で0.25ミクロ
ンのSi3 4 誘電層66によってコーティングされ
る。次いで10ミクロンのa−Si:H層62と100
Åのa−B:H層60が図1のようなグロー放電装置を
用いて誘電層66上に180〜410℃の温度内で堆積
される。a−Si:H層62を30〜100℃で堆積し
て、そして200〜250℃で焼きなましてもよい。ま
たいずれの場合にもa−B:H層60を堆積するときの
温度は180℃以下が好ましい。最後にポリパラキシレ
ンのような保護有機コーティング67を層60上に堆積
することも可能である。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of an image device 70 in which the aB: H layer 60 is deposited by glow discharge with a free surface 60 'that receives electrostatic charges. Here, a 0.20 inch thick aluminum substrate 61
Is coated with a 0.25 micron Si 3 N 4 dielectric layer 66 by conventional plasma deposition or evaporation techniques. Then 10 micron a-Si: H layers 62 and 100
The Å a-B: H layer 60 is deposited on the dielectric layer 66 within a temperature of 180-410 ° C. using a glow discharge device as in FIG. The a-Si: H layer 62 may be deposited at 30-100 ° C and annealed at 200-250 ° C. In any case, the temperature at which the aB: H layer 60 is deposited is preferably 180 ° C. or lower. Finally, a protective organic coating 67 such as polyparaxylene can be deposited on layer 60.

【0033】マクロ結晶温度以下で且つ水素脱離により
暗抵抗と光導電性が減少する温度以下に保たれれば、I
型a−Si:H層62はシラン/ヘリウム中で低温CV
Dによって堆積してもよい。適当な光導電性、暗抵抗お
よび逆バイアスチャージングが材料特有のものであれば
I型a−Si:H層62を形成するために、本発明者の
米国特許出願No.857,690に記載されたスパッ
タリングと蒸着のような他の堆積技術を用いてもよい。
図9に示されている装置は画像形成に特に有効である。
If maintained below the macrocrystal temperature and below the temperature at which dark resistance and photoconductivity decrease due to hydrogen desorption, I
The type a-Si: H layer 62 is a low temperature CV in silane / helium.
It may be deposited by D. In order to form the I-type a-Si: H layer 62 if suitable photoconductivity, dark resistance and reverse bias charging are material specific, the present inventor's patent application no. Other deposition techniques such as sputtering and evaporation as described in 857,690 may be used.
The apparatus shown in FIG. 9 is particularly effective for image formation.

【0034】図7には、図5の電池のような接続体上に
像を形成するのに使うことのできる電子写真装置が模式
的に示されている。ハウジング73のコロナ放電線72
によって層66の表面66′(あるいは保護層63)上
に高い負の表面電位が誘起される暗チャンバ76のコン
ベヤー上に電池70を設置する。次いで電池70は、第
二の暗チャンバ77に運ばれる。そこではタングステン
球74からの光が適当なレンズシステムで焦点があわさ
れて試験物体76に照射される。それから電池70は、
適当な極性をもったトナー(図示せず)が(液状あるい
は粉末状で)塗布され、そしてランプ79からの熱で付
着される現像部78へ運ばれる。液状および粉末の両方
のトナーが試験物体の輪郭に対応する良好な転写画を形
成した。また常法の現像電極(図示せず)は像を反転す
ることがわかった。
FIG. 7 schematically illustrates an electrophotographic apparatus that can be used to form an image on a connector such as the battery of FIG. Corona discharge wire 72 of housing 73
A cell 70 is placed on the conveyor of a dark chamber 76 in which a high negative surface potential is induced on the surface 66 '(or protective layer 63) of layer 66. The battery 70 is then transported to the second dark chamber 77. There, light from a tungsten sphere 74 is focused on a test object 76 with a suitable lens system. Then the battery 70
Toner (not shown) of suitable polarity is applied (in liquid or powder form) and carried to the development station 78 which is heat deposited from the lamp 79. Both liquid and powder toners formed good transfer images corresponding to the contours of the test object. It was also found that a conventional developing electrode (not shown) inverts the image.

【0035】図8には電極34とARコーティング35
のない図2に示されたM/NIP電極のa−B:H層3
0の表面のような電池80の表面80′上に像を形成す
るのに使うことできるX線の点放電源が示されている。
まずa−B:H表面80′が暗チャンバー86に設置さ
れた静電遮断物83中の高電圧コロナ線82によって負
にチャージされる。チャージ後、電池80はチャンバー
86から遮断されたチャンバー87にコンベヤーで動か
され、そして点源84からのX線で露光される。X線が
I型a−Si:H層10に電気伝導性を引き起こし、そ
して表面80′上の静電荷を放電する。誘起された導電
性と放電荷量はX線放射率と露光時間の関数である。被
写体85に応じてX線の線量が低減されそれに応じてa
−B:H層30上の電荷の放電がきまる。電池80はチ
ャンバ88に運ばれ、そこで市販のトナー(粉末あるい
は液状)を塗布されそしてランプ89からの熱で定着さ
れる。図3のM/PIN電池は正のチャージになってお
り、適切なトナーが使われた場合被写体85の良好な像
を形成した。
FIG. 8 shows an electrode 34 and an AR coating 35.
2 a-B: H layer 3 of the M / NIP electrode shown in FIG.
An x-ray point discharge source that can be used to form an image on the surface 80 'of the cell 80 , such as the zero surface, is shown.
First, the a-B: H surface 80 'is negatively charged by the high voltage corona wire 82 in the electrostatic shield 83 placed in the dark chamber 86. After charging, battery 80 is conveyorized from chamber 86 to chamber 87, which is shielded, and exposed to x-rays from point source 84. X-rays cause the I-type a-Si: H layer 10 to become electrically conductive and discharge the electrostatic charge on the surface 80 '. The induced conductivity and the amount of discharged charge are a function of X-ray emissivity and exposure time. The dose of X-rays is reduced according to the subject 85 and accordingly a
-B: Discharge of charges on the H layer 30 is determined. The battery 80 is carried to a chamber 88 where commercial toner (powder or liquid) is applied and fused with heat from a lamp 89. The M / PIN battery of FIG. 3 was positively charged and formed a good image of subject 85 when the appropriate toner was used.

【0036】図9には、画像形成部材として使われる円
筒状の基板90をコーティングするのに特に適したグロ
ー放電堆積装置が示されている。基板90は、台93内
にある絶縁された軸受け筒95中のロッド94によって
支持された直径6インチ長さ18インチのアルミニウム
円筒からできている。エンクロジャー100は、頂部プ
レート97の付いた直径12インチ長さ28インチのス
テンレス・スチールの管91からできており、適当なガ
スケットの付いた台上に置かれた場合、真空もれのない
密閉構造となっている。円筒電極92(頂部プレート9
7に電気的に連結している)は、図示されているように
頂部表面99から間隙dをおいて基板90の表面99に
対し同軸的に置かれる。ガスGは、貯蔵タンクと調節バ
ルブ(図示せず)からプレート97を通りノズル120
によって容易に注入される。図1に関して議論したよう
に、a−Si:H形成用の適当なガスとしてはSiH4
あるいはジシランがあげられ、シリコンドーパントとし
ては、ホスフィン、アルシンあるいはジボラン等があげ
られる。ガスGは間隙を通りそしてバルブの付いたステ
ンレス・スチール導管98を通り連結された真空ポンプ
131を通って排気される。電源132は、基板90の
支持ロッド94とアースされたエンクロージャ部材9
1,92,93,97との間に連結される、強電界領域
Esが電極92と99の間の間隙dに誘起され、弱電界
領域Ewが基板90の表面に誘起される。台93には適
当なセラミック絶縁体の付いたヒータの線96がとりつ
けられ、ガスGの一部を熱分解しシリコン化合物を作り
これがプラズマ部Pに拡散しグロー放電を促進させる。
台93上の円筒遮断物134がシリコン含有化合物から
絶縁された軸受け筒95を遮蔽する。
FIG. 9 shows a glow discharge deposition apparatus particularly suitable for coating a cylindrical substrate 90 used as an imaging member. The substrate 90 is made of an aluminum cylinder 6 inches in diameter and 18 inches long supported by a rod 94 in an insulated bearing barrel 95 in a pedestal 93. Enclosure 100 is made of 12 inch diameter and 28 inch long stainless steel tubing 91 with top plate 97 and provides a vacuum-tight, closed structure when placed on a table with suitable gaskets. Has become. Cylindrical electrode 92 (top plate 9
(Electrically coupled to 7) is placed coaxially to the surface 99 of the substrate 90 with a gap d from the top surface 99 as shown. Gas G passes from a storage tank and a control valve (not shown) through plate 97 to nozzle 120.
Easily injected by. As discussed with respect to FIG. 1, a suitable gas for forming a-Si: H is SiH 4
Alternatively, disilane can be used, and examples of the silicon dopant include phosphine, arsine, diborane, and the like. Gas G is exhausted through the gap and through a vacuum pump 131 connected through a valved stainless steel conduit 98. The power supply 132 is the enclosure member 9 that is grounded to the support rod 94 of the substrate 90.
A strong electric field region Es, which is connected between the electrodes 1, 92, 93, and 97, is induced in the gap d between the electrodes 92 and 99, and a weak electric field region Ew is induced in the surface of the substrate 90. A heater wire 96 with a suitable ceramic insulator is attached to the table 93, and a part of the gas G is thermally decomposed to form a silicon compound, which diffuses into the plasma part P and promotes glow discharge.
A cylindrical block 134 on the platform 93 shields the bearing barrel 95 which is insulated from the silicon-containing compound.

【0037】装置の操作は、図1で述べたのと同様で、
基板90に500〜1500ボルトの負の電圧が加えら
れ、強電界領域Es中、圧力PGでガスGを通してグロ
ー放電が開始される。それからグロー放電プラズマPの
拡散成分は、圧力PGおよびVを調節することによって
基板90の活性表面の上の弱電界領域Esに位置するよ
うにされる。更に、SiH4 によってa−Si:Hを堆
積するに際し、電源(図示せず)からヒータ線96に十
分電流を流すことによって、SiH4 のいくらかが熱分
解され、そしていくらかのシリコン含有フラグメントが
プラズマP中にそして基板90の表面上に拡散し、それ
によってコーティング130を形成する。成膜速度はこ
れらの熱分解されるフラグメントによって高められそし
てa−Si:H薄膜130の電気的抵抗率が上昇し画像
形成ディバイス用に特に適したコーティング130を作
ることができる。コーティング130はヒータ(図示せ
ず)によって180〜410℃に維持された基板90に
堆積されるか、もしくは30〜100℃に保たれた基板
90に堆積され、ついで200〜300℃に焼きなまさ
れる。
The operation of the device is similar to that described in FIG.
A negative voltage of 500 to 1500 volts is applied to the substrate 90, and glow discharge is started through the gas G at the pressure PG in the strong electric field region Es. The diffusive component of the glow discharge plasma P is then positioned in the weak electric field region Es above the active surface of the substrate 90 by adjusting the pressures PG and V. Furthermore, the SiH 4 a-Si: Upon depositing H, power by passing a sufficient current (not shown) to the heater wire 96, some of the SiH 4 is thermally decomposed, and the plasma is some of the silicon-containing fragment Diffuse into P and onto the surface of substrate 90, thereby forming coating 130. The deposition rate is enhanced by these pyrolyzed fragments and the electrical resistivity of the a-Si: H thin film 130 is increased to make the coating 130 particularly suitable for imaging devices. The coating 130 is either deposited on the substrate 90 maintained at 180-410 ° C by a heater (not shown) or on the substrate 90 kept at 30-100 ° C and then annealed at 200-300 ° C. Be done.

【0038】画像形成P−N接合体を完成するために、
a−B:H層131が図2に述べたようにa−Si:H
層130の表面にグロー放電によって堆積される。図7
に示されているような電子写真装置の試験では、a−
B:H頂部層131は100ボルト以上に帯電した。図
9に示された装置で作られたディバイスは図2,3,6
(電極34,44およびARコーティング36,46な
し)で述べたようにP,I,Nおよびブロッキング層の
組み合せのいずれの場合でも良好な画像形成特性をも
つ。また、図9の装置で作られた太陽電池、整流ダイオ
ードおよびプレーナトランジスターは改善された特性を
示す。
In order to complete the image forming PN junction,
The a-B: H layer 131 is a-Si: H as described in FIG.
It is deposited on the surface of layer 130 by glow discharge. Figure 7
In the test of the electrophotographic apparatus as shown in FIG.
The B: H top layer 131 was charged above 100 volts. Devices made with the device shown in FIG. 9 are shown in FIGS.
It has good imaging properties with any combination of P, I, N and blocking layers as described above (without electrodes 34, 44 and AR coatings 36, 46). Also, the solar cells, rectifier diodes and planar transistors made with the device of Figure 9 exhibit improved characteristics.

【0039】a−C:Hやa−Si:Hにa−B:Hを
添加する時にボロンを含有するガス、例えばBF3 を水
素希釈して使用しうる。1962年12月18日に特許
された米国特許第3,069,283号のパラグラフ6
に述べられているように本発明者はボロンの薄膜をグロ
ー放電でコーティングするためのガス供給源として先に
BF3 を使用していた事実を特記したい。しかしなが
ら、本発明はa−Siとa−Bの接触に依存しておりそ
して各堆積温度を調節することが好ましい。
When adding aB: H to aC: H or a-Si: H, a gas containing boron, for example, BF 3 may be diluted with hydrogen before use. Paragraph 6 of U.S. Pat. No. 3,069,283, issued Dec. 18, 1962.
Note that the inventor previously used BF 3 as a gas source for coating a thin film of boron with a glow discharge, as described in. However, the present invention relies on a-Si and a-B contact and it is preferred to control each deposition temperature.

【0040】さらに本発明者らはN型層42の堆積温度
を100℃に下げた場合M/PIN構造においてVoc
は50mVも増加することを見出した。I型a−Siは
180℃以上で堆積された場合に最大Iscを発現する
のであるから、この事は驚くべきことである。実際従来
は、すべてのa−Si薄膜が電気的に作用するために、
180℃以上で堆積されたり焼きなまされたりしなけれ
ばならなかった。この電圧増加は、図1あるいは図9に
示されたような装置を用いて層42を形成するに際しシ
ランをホスフィンあるいはアルシンのドーパントガスを
混合した場合に生じる。
Furthermore, the present inventors have found that when the deposition temperature of the N-type layer 42 is lowered to 100 ° C., Voc in the M / PIN structure is obtained.
Found to increase by as much as 50 mV. This is surprising since Type I a-Si expresses maximum Isc when deposited at 180 ° C. and above. In fact, in the past, since all a-Si thin films act electrically,
It had to be deposited and annealed above 180 ° C. This increase in voltage occurs when silane is mixed with a phosphine or arsine dopant gas during the formation of layer 42 using a device such as that shown in FIG.

【0041】従ってこれまでに述べてきた概念が太陽エ
ネルギー変換、不透明電極をもった回路要素としての整
流接合体および画像ディバイスに有用な改良された光起
電ディバイスの基礎を形成することが明らかである。本
発明の半導体素子は改良されたバイポーラ型トランジス
ターを作るのに使われうる。この他の応用および組合せ
は当業者であれば容易であるだろう。
It is therefore clear that the concepts described thus far form the basis of solar energy conversion, rectifying junctions as circuit elements with opaque electrodes and improved photovoltaic devices useful in image devices. is there. The semiconductor device of the present invention can be used to make an improved bipolar transistor. Other applications and combinations will be easy for those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】アモルファス・ボロン、アモルファス・シリコ
ンおよびアモルファス・カーボンのグロー放電堆積とド
ーピング用の第1の装置である。
FIG. 1 is a first apparatus for glow discharge deposition and doping of amorphous boron, amorphous silicon and amorphous carbon.

【図2】本発明の第一の実施態様を表わすM/NIP半
導体の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of an M / NIP semiconductor showing a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第二の実施態様を表わすM/PIN半
導体の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of an M / PIN semiconductor showing a second embodiment of the present invention.

【図4】アモルファス・ボロン/アモルファス・シリコ
ンの接続体においてのボロン/シリコンの比率を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing a boron / silicon ratio in an amorphous boron / amorphous silicon connection body.

【図5】本発明の第三の実施態様を表わすタンデム半導
体装置の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a tandem semiconductor device representing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第四の実施態様を表わす画像形成装置
の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of an image forming apparatus representing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】電子写真現像装置の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of an electrophotographic developing device.

【図8】本発明の第五の実施態様を表わすX線電子写真
装置の概略図である。
FIG. 8 is a schematic view of an X-ray electrophotographic apparatus showing a fifth embodiment of the present invention.

【図9】シリコン含有ガスの熱分解用の第2の装置の概
略図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of a second apparatus for pyrolysis of a silicon-containing gas.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 N型半導体層と該N型半導体層に隣接し
て設けられたI型半導体層と該I型半導体層に隣接して
設けられたP型半導体層とを有する積層体を基板上に具
備する半導体装置の製造方法において、該I型半導体層
としてアモルファスシリコンからなる堆積膜を第1の基
板温度にて形成する工程と、該P型半導体層として水素
を含有するアモルファスボロンからなる堆積膜を該第1
の基板温度と異なる第2の基板温度にて形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法
1. A substrate is a laminate having an N-type semiconductor layer, an I-type semiconductor layer provided adjacent to the N-type semiconductor layer, and a P-type semiconductor layer provided adjacent to the I-type semiconductor layer. In the method for manufacturing a semiconductor device provided above, a step of forming a deposited film made of amorphous silicon as the I-type semiconductor layer at a first substrate temperature, and comprising amorphous boron containing hydrogen as the P-type semiconductor layer The deposited film is the first
And a step of forming the second substrate temperature different from the second substrate temperature.
JP4320154A 1992-11-30 1992-11-30 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Lifetime JPH0831422B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4320154A JPH0831422B2 (en) 1992-11-30 1992-11-30 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4320154A JPH0831422B2 (en) 1992-11-30 1992-11-30 Method for manufacturing semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2209057A Division JPH0782998B2 (en) 1990-08-06 1990-08-06 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06342762A true JPH06342762A (en) 1994-12-13
JPH0831422B2 JPH0831422B2 (en) 1996-03-27

Family

ID=18118312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4320154A Expired - Lifetime JPH0831422B2 (en) 1992-11-30 1992-11-30 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0831422B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018160656A (en) * 2016-12-15 2018-10-11 東京エレクトロン株式会社 Film deposition method, boron film and film deposition apparatus
JP2019175975A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 東京エレクトロン株式会社 Deposition method of boron-based film and film deposition apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018160656A (en) * 2016-12-15 2018-10-11 東京エレクトロン株式会社 Film deposition method, boron film and film deposition apparatus
JP2019175975A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 東京エレクトロン株式会社 Deposition method of boron-based film and film deposition apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0831422B2 (en) 1996-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4330182A (en) Method of forming semiconducting materials and barriers
JP3073327B2 (en) Deposition film formation method
US4064521A (en) Semiconductor device having a body of amorphous silicon
US4117506A (en) Amorphous silicon photovoltaic device having an insulating layer
US4317844A (en) Semiconductor device having a body of amorphous silicon and method of making the same
US4316049A (en) High voltage series connected tandem junction solar battery
US4217148A (en) Compensated amorphous silicon solar cell
US5187115A (en) Method of forming semiconducting materials and barriers using a dual enclosure apparatus
JPH05121338A (en) Deposited film forming method and deposited film forming apparatus
US4398054A (en) Compensated amorphous silicon solar cell incorporating an insulating layer
EP0060363A1 (en) Method of manufacture of a pin amorphous silicon semi-conductor device
JPH07123112B2 (en) Method for depositing p-type amorphous semiconductor and method for manufacturing photoreceptor for electrophotography
US4396793A (en) Compensated amorphous silicon solar cell
JP2933177B2 (en) Non-single-crystal silicon carbide semiconductor, method for manufacturing the same, and semiconductor device using the same
US4409424A (en) Compensated amorphous silicon solar cell
US4415760A (en) Amorphous silicon solar cells incorporating an insulating layer in the body of amorphous silicon and a method of suppressing the back diffusion of holes into an N-type region
GB2060251A (en) Solar Battery
JP2648733B2 (en) Semiconductor device
JPH06342762A (en) Manufacture of semiconductor device
Shimizu et al. Photoreceptor of a‐Si: H with diodelike structure for electrophotography
US4772933A (en) Method for compensating operationally-induced defects and semiconductor device made thereby
JPH0150905B2 (en)
US5543634A (en) Method of forming semiconductor materials and barriers
JP3406959B2 (en) Method for forming deposited film by microwave plasma CVD method
JPH0782998B2 (en) Semiconductor device