JPS62106670A - 半導体素子 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は半導体素子に関する。

［従来の技術］ 従来から太陽電池などの光電変換素子の材ｔ′−Ｆ１こ
　は　ａ−３ｉ：ＩＩＸ　　ａ−３ｉｔ−ｘ　　：ＣＫ
　　　：ｌ［％　　　ａ−３ｉｔ−ｘＧｃｙ　　　：ｌ
Ｌａ−８ｉ　　：　　　Ｆ：ＩＩ　　　、　　ａ−８ｉ
＋−ｘ　　　ＮＸ　　　Ｉｔ　　　、　　　ａ−Ｇｅ：
ＩＩ。

ａ−８ｉｔ−ｘＧｅｘ　　：Ｐ：ｌＩＳ　　ａ−３ｉ：
ｉｌ、　　　μ　　ｃ−８ｔ　　　：ＩＩ、　　　μ　
ｃ　　　　−３ｊ＋−ｘＧｅｘ：　Ｉｆ　　（式中、Ｘ
は０＜ｘ＜１を示す）などの非晶質やこれらの非晶質部
分を含む半導体材料が用いられているが、一般にこれら
の材料はｐ型、ｉ型、ｎ型の半導体層もしくはｎ型、ｉ
型、ｐ型の半導体層を順次形成することにより構成され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記のような構造を有する半導体素子は内
蔵電界を大きくするという点からは限界があり、光照射
時における開放状態での電圧値（以下、Ｖｏｃという）
を大きくすることができないという問題がある。

かかる問題点を解決するためには、たとえばＶｏｃ以上
の起電力を必要とする用途にこれらの素子に用いるばあ
い、複数の素子を直列に接続すればよいが、素子１個あ
たりのＶｏｃを向上させることができれば直列接続数を
低減することができ、さらには全素子の総面積が限定さ
れているばあいであっても通常よりも半導体層１層あた
りの面積を大きくすることにより大幅に性能を向上させ
ることが期待しうる。

そこで本発明者らは半導体の素子構造に着目して鋭意数
多くの研究を重ねた結果、直列接続数や全素子の総面積
を増大させずに従来よりも大きなＶｏｃおよび特定電圧
における電流（動作電流）を有する半導体素子を見出し
、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明はＶｏｃが向上し、ひいては動作電流
、とくに比較的高い電圧における電流値が向上した半導
体をうろことを目的とする。

［問題点を解決するための手段〕 本発明はｐ型、ｉ型、ｎ型の非晶質部分を含む半導体層
を順次積層し、両主面に電極を形成した半導体素子また
はｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質部分を含む半導体層を順次
積層し、両主面に電極を形成した半導体素子において、
これらの半導体層間または半導体層と電極との間に、隣
接する半導体層よりも高い電気抵抗率を有する半導体ま
たは絶縁体からなる中間層を１層以上形成してなる半導
体素子に関する。

［作用および実施例］ 本発明でいうｐｉｎ型あるいはｎｉｐ型の非晶質部分を
含む半導体素子とは一般に非晶質半導体系の光起電力素
子やフォトダイオードなどに用いられている構造を有す
るものを意味し、このような半導体素子であればとくに
限定なく使用しうる。

本発明に用いるｐ型の非晶質部分を含む半導体層（以下
、ｐ型層という）としてはボロンをド・−プしたａ−８
ｉ：ＩＩ、ａ−３ｉｔ−ｘ　Ｃｘ　：ｌＩなど、ｉ型の
非晶質部分を含む半導体層（以下、ｉ型層いう）として
はａ−３ｌ：Ｉｔ、ａ−８ｉｔ−ｘＧｅｘ：ｌＩなど、
ｎ型の非晶質部分を含む半導体層（以下、ｎ型層）とし
てはリンをドープしたａ−８１：１１．　μｃ−８ｉ　
：ｔｌなどの従来から非晶質半導体系の光起電力素子や
フォトダイオードなどに用いられているものを好適に使
用しつる。

本発明においては隣接した半導体層よりも高い電気抵抗
率を何する中間層としては一般的には電導塵がｉ型層（
ａ−３ｔ：Ｈで通常、５ＸｌＯ−９（Ω・ｃｍ）−１程
度）の約１ハ０以下、隣接するｐ型層またはｎ型層のｌ
／　１００以下であるものが好適に使用しうる。かかる
中間層の具体例としては電子ビーム蒸着法によるチタン
酸化膜やシリコン酸化膜、グロー放電分解によるＳｔｔ
ｌ　ＮＫ　：ＩＩあるいはＳｉトＫＣＸ　：ＩＩ　（式
中、ＸはＯ＜ｘ＜１を示す）などのようなものや短絡電
流、曲線因子など他の因子に及ぼす影響が小さい Ｓｌ　　トｘ　　ＣＸ　　　：Ｘ：Ｙ％　　　Ｓｉ１−
ｘ　　　ＮＫ　　　：Ｘ：Ｙや　５ｈ−ｘ　　　Ｏｘ　
　　：Ｘ：Ｙ（式中、Ｘは０＜ｘ＜１、ＸはＨＳＣＩ、
ＦまたはＢｒ５ＹはＨ，ＣＩ、ＦまたはＢ「を示す）を
はじめ、他の層に著しく悪影響を及はさないような絶縁
体などを用いることができるが、これらの中でもとくに
Ｓｉ＋−ｘ　ＣＸ　：Ｉｌ　（式中、Ｘは０くＸく１を
示す）はＶｏｃを大きく向上することができるという点
で好ましい。

これらの半導体の抵抗率は組成比、すなわち前記式中、
Ｘやドーパント量を調節することにより容易に調整する
ことができる。本発明において、ドーパントとしてはた
とえばＰ、Ｂなどの３価や５価の元素など通常０．００
１〜５　ａｔｍ％使用する。

本発明に用いる隣接した半導体層よりも高い電気抵抗率
を有する中間層は、第１図に示されるようなｐｉｎ型の
半導体素子の透明電極（２）とｐ型層（３）との接合界
面（ａ）、ｐ型層（３）とｉ型層（４）との接合界面（
ｂ）、ｉ型層（４）とｎ型層（５）との接合界面（Ｃ）
、ｎ型層（５）と金属電極（６）との接合界面面や第２
図に示されるようなｎＩｐ型の半導体素子のｎ型層（５
）と透明電極（２との接合界面（ｅ）　、ｐ型層（３）
と金属電極（６）との接合界面（ｒ）、ｐ型層（３）と
ｉ型層（４）との接合界面山）、ｉ型層（４）とｎ型層
（５）との接合界面（Ｃ１やｐ型層内、ｎ型層内に設け
ることができる。第１図のばあい透明電極（２５とｐ型
層（３）との接合界面（ａ）やｐ型層（３）とｉ型層（
４）との接合界面山）のような接合界面、とくにｐ型層
（３）とｉ型層（４）との接合界面（ｂ）に設けたばあ
い、光入射側であることがらＶｏｃをさらに大きく向上
することができるという点で好ましい。

これらの半導体層間または半導体層と電極との間に隣接
している半導体層よりも高抵抗率を有する半導体または
絶縁体からなる中間層の厚さは、１０〜５００人とくに
１０〜２００人なかんづ＜１０〜１００人であるのが好
ましい。該中間層の厚さは１０人未満のばあい、Ｖｏｃ
の向上効果が小さく、また５００人をこえるばあい、曲
線因子の低下が大きくなる。

また本発明の半導体素子は、ｎ型層光入射型素子、タン
デム型素子、集積型素子、ドーパントや電極成分の拡散
を防止するバリヤーを有する素子、ｐ型層またはｎ型層
のドープ量に傾斜をもたせた素子あるいはこれらの組み
合せによって形成された素子など基本的にｐｉｎ型やｎ
ｊｐ型の半導体層を有するものに対して前記グロー放電
法のほか、スパッター法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法など
の形成法で中間層を作製することができる。

かくしてえられる本発明の半導体素子は一般に素子の直
列抵抗の増大を招き、曲線因子などが低下するため、直
列抵抗があまり問題とならないたとえば蛍光燈下などの
ような低照明度を有する光源下で使用するのが好ましい
。

さらに中間層には隣接する半導体層の抵抗率よりも小さ
くならない程度に微量のドーパントを添加しても上記と
同じように大きなＶｏｃおよび特定電圧における電流を
有する半導体素子をうろことができる。

つぎに本発明の半導体素子を実施例に基づいてさらに詳
細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定され
るものではない。

実施例１〜８ 厚さ　１．１ｍｍのガラス板上に厚さ　０．１廁の５ｎ
０２膜を熱ＣＶＤ法により蒸着させてガラス基板をえた
。

つぎにえられたガラス基板を約２４０℃に加熱し、該ガ
ラス基板上に平行平板容量結合型プラズマＣＶＤ装置を
用いてモノシラン、メタンおよび水素で希釈された濃度
１１０００ｐｐのシボランの流量比がＬ：３：ｌとなる
ように調整された混合ガスを５０ｓｅｃｍ導入して１３
．５６ＭＨｚ、　３０Ｗの高周波でグロー放電分解を行
ない、厚さ　１５０人のｐ型層−ＳｉＣ：１１層を形成
した。

形成されたｐ　型ａ−９ｆＣ：Ｉｔ層中には炭素を約２
０重量％含有し、電導塵は約１Ｏ−７（Ω・ａｍ）−’
であった。

つぎに残留混合ガスを排気した後、モノシラン２０ｓｅ
ｃｍおよびメタン３０Ｓｃｃｍからなる混合ガスを導入
し、ドーピングガスを使用しないで中間層の厚さが第１
表に示されたものとなるように、ＷＩ整したａ−ＳｉＣ
層を形成した。

つぎに残留混合ガスを排気した後、モノシランガス５０
ｓｅｃ＋ｎ導入し、上記と同様にして１３．５６Ｍ１ｌ
ｚ、　３０Ｗの高周波でグロー放電分解を行ない、厚さ
７０００人の１型ａ−３ｌ：１１層を形成し、さいごに
モノシランガス２０ｓｅｃｍおよび水素で１０００ｐｐ
ｆｆｌに希釈したホスフィンガス　１００ｓｅｃｌｎを
用いて上記と同じパワーを有する高周波でグロー放電分
解を行なって厚さ　３００人のｎ型層−３ｉ：ｔｌ膜を
形成した。

っぎに抵抗加熱式蒸着装置を用いて裏面電極としてアル
ミニウムを蒸着して光電変換素子を作製した。

上記と同様にして光電変換素子をさらに５個作製し、蛍
光燈２００ルクス下でえられた光電変換素子６個のＶｏ
ｃおよび曲線因子を測定した。

その結果を第１表に示す。

［以下余白］ 実施例９〜１１ 実施例４で形成した中間層（厚さ９０人）をそれぞれ透
明電極とｐ型層との接合界面（以下、ＴＥ／Ｐという）
ｉ型層とｎ型層との接合界面（以下、ｉ／ｎという）、
ｎ型層とＮ電極との接合界面（以下、ｎ１Ｍという）に
設けたほかは、実施例１〜８と同様にしてＶｏｃおよび
曲線因子を測定した。その結果を第２表に示す。

［以下余白］ 比較例１ 厚さ　１．１關のガラス板上に厚さ　０．１ＪＪｍのＳ
ｎＯ２膜を熱ＣＶＤ法により蒸着させてガラス基板をえ
た。

つぎにえられたガラス基板を約２４０°Ｃに加熱し、該
ガラス基板上に平行平板容量結合型プラズマＣＶＤ装置
を用いてモノシラン、メタンおよび水素で希釈された濃
度１０００ｐｐｒＡのシボランの流量比がｌ：３：１と
なるように調整された混合ガスを５０ｓｅｃｍ導入して
１３．５８ＭＩＩｚ、　３０Ｗの高周波でグロー放電分
解を行ない、厚さ　１５０人のｐ型層−３ｉＣ：１１層
を形成した。

形成されたｐ型層−８ｉＣ：Ｈ中には炭素を約２０％含
有し、電導塵は約１０−７　（Ω・ｃｍ）−’であった
。

つぎに残留混合ガスを排気した後、モノシランガス５０
ｓｅｃｍ導入し、上記と同様にして１３．５８Ｍ１ｌｚ
、３０Ｗの高周波でグロー放電分解を行ない、厚さ７０
００人のｉ型層−３ｔ：１１層を形成し、さいごにモノ
シランガスを２０ｓｅｃｍおよび水素で１１０００ｐｐ
に希釈したホスフィンガスを１００ｓｅｃ＋ｎを用いて
上記と同じパワーを有する高周波でグロー放電分解を行
なって厚さ　３００Ａのｎ型層−８ｉ：ＩＩ膜を形成し
た。

つぎに抵抗加熱式蒸着装置を用いて裏面電極としてアル
ミニウムを蒸着して光電変換素子を作製した。

上記と同様にして光電変換素子をさらに５個作製し、蛍
光燈２００ルクス下でえられた光電変換素子６個のＶｏ
ｃをＡｌ１定したところ、０．６０〜０．６２ボルト（
平均０．ＧＯ６ボルト）であり、また曲線因子は７４．
５％であった。

これらの結果を第１表および第２表に併記する。

［発明の効果］ 本発明の半導体素子は半導体層の段数や全素子の総面積
を増大させずに従来よりも大きなＶｏｃおよび特定電圧
における電流（動作電流）を有するので民生用の太陽電
池、とくに蛍光燈下で使用する電子機器に実装する太陽
電池などに好適に使用しうるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はｐｉｎ型の半導体層構造を有する半導体素子の
概略図、第２図はｎｉｐ型の半導体層構造を有する半導
体素子の概略図を示す。 （図面の符号） （１）ニガラス板 （２）：透明電極 （３）　、ｐ型層 （４）　：　ｉ型層 （５）　＝ｎ型層 （６）：金属電極 ＋ｅｐ、・詰□ ／ｌ′１叉 ″″ｌｈｗ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ｐ型、ｉ型、ｎ型の非晶質部分を含む半導体層を順
   次積層し、両主面に電極を形成した半導体素子またはｎ
   型、ｉ型、ｐ型の非晶質部分を含む半導体層を順次積層
   し、両主面に電極を形成した半導体素子において、これ
   らの半導体層間または半導体層と電極との間に、隣接す
   る半導体層よりも高い電気抵抗率を有する半導体または
   絶縁体からなる中間層を１層以上形成してなる半導体素
   子。 ２　中間層がＳｉ＿１＿−＿ｘＣ＿ｘ：Ｘ：Ｙ、Ｓｉ＿
   １＿−＿ｘＮ＿ｘ：Ｘ：ＹまたはＳｉ＿１＿−＿ｘＯ＿
   ｘ：Ｘ：Ｙ（式中、ｘは０＜ｘ＜１、ＸはＨ、Ｃｌ、Ｆ
   またはＢｒ、ＹはＨ、Ｃａ、ＦまたはＢｒを示す）であ
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体素子。 ３　中間層がＳｉ＿１＿−＿ｘＣ＿ｘ：Ｈ（式中、ｘは
   ０＜ｘ＜１を示す）である特許請求の範囲第１項記載の
   半導体素子。 ４　中間層の少なくとも１層がｐ型の非晶質部分を含む
   半導体層と接して形成されてなる特許請求の範囲第１項
   記載の半導体素子。 ５　中間層がｐ型およびｉ型の非晶質部分を含む半導体
   層の接合界面に形成されてなる特許請求の範囲第１項記
   載の半導体素子。 ６　中間層の厚さが１０〜５００Åである特許請求の範
   囲第１項、第２項、第３項、第４項または第５項記載の
   半導体素子。