專利名稱:電—光器件及其制造方法
本發(fā)明涉及某些電-光器件以及利用反應(yīng)氣體制造這些器件的方法，所述反應(yīng)氣體包括作用于基片上的還原氣體，該基片擁有具有導(dǎo)電性的透明氧化物表面。
過(guò)去，作為一種在透明基片上形成的具有導(dǎo)電性的透明氧化的薄膜，已有公知的銦錫氧化物(以下稱為ITO)和二氧化錫(以下稱為SnO2)，它們都廣泛地被用作光電傳換器件的導(dǎo)電薄膜。
但是，就ITO薄膜來(lái)說(shuō)，盡管它有很高的導(dǎo)電率和足夠的透明度，但I(xiàn)TO本身相當(dāng)容易還原，從而當(dāng)在ITO薄膜上形成一層半導(dǎo)體薄膜時(shí)，由于在ITO和半導(dǎo)體薄膜之間界面的鄰近區(qū)域出現(xiàn)白色混濁現(xiàn)象，透明度顯著降低。于是，在其上形成ITO薄膜的玻璃或類似物質(zhì)的基片恐怕不能用作光電轉(zhuǎn)換器件。此外，在界面附近會(huì)有淀積的金屬銦，它擴(kuò)散到該半導(dǎo)體薄膜中，明顯地惡化器件的特性。
相反，二氧化硅(SiO2)薄膜不像ITO薄膜那樣顯現(xiàn)白色的混濁現(xiàn)象，但是，SiO2薄膜電阻率高，以致當(dāng)它被用作光電轉(zhuǎn)換器件時(shí)，很難抽出足夠大的功率向外輸出。況且，SiO2薄膜由于刻蝕工藝上的巨大困難恐怕不能用作精細(xì)類型的電子器件。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種電-光器件以及一種用不顯現(xiàn)白色混濁且具有滿意的工藝性的透明導(dǎo)電薄膜制造該器件的方法，借此可以把通過(guò)在透明導(dǎo)電薄膜上形成半導(dǎo)體薄膜獲得的元件用作光元件，該透明導(dǎo)電薄膜本身又形成透明基片上。
本發(fā)明這樣實(shí)施，例如，它包括若干形成步驟在建立在透明基片上的還原氣氛中，在具有導(dǎo)電性的透明導(dǎo)電薄膜，例如氧化鋅或加入諸如鋁、鍺和硅雜質(zhì)的氧化鋅導(dǎo)電層上，通過(guò)利用包括還原氣體在內(nèi)的形成薄膜的各種氣體的光化學(xué)汽相反應(yīng)方法，形成第一層非單晶半導(dǎo)體層或者是包含硅作為其主要成分的半導(dǎo)體層;緊接著前面的工序，在第一層半導(dǎo)體的頂面形成本征的、第二層非單晶半導(dǎo)體;接著在第二層半導(dǎo)體層的頂面上形成第三層非單晶半導(dǎo)體，它具有和第一層半導(dǎo)體相反的導(dǎo)電性。本發(fā)明的特征還在于，所述透明導(dǎo)電薄膜在還原氣氛下顯示高導(dǎo)電率，以及不顯現(xiàn)白色混濁。
引起白色混濁的原因，可能有曾經(jīng)考慮過(guò)的、由于還原氣氛下還原作用而從金屬氧化物導(dǎo)電薄膜中析出金屬，以及由于導(dǎo)電薄膜表面上不平整造成的損害。
本發(fā)明通過(guò)使用氧化鋅薄膜或是以氧化鋅為主要成分的導(dǎo)電薄膜解決這些問(wèn)題。氧化鋅導(dǎo)電薄膜即使在還原氣氛下也具有滿意的導(dǎo)電率和透光率。特別是，氧化鋅導(dǎo)電薄膜具有這樣的特性，即，在該導(dǎo)電薄膜形成期間如果以0.005至0.05帕(牛頓/米2)的分壓力引入一種還原氣體氫，它的導(dǎo)電性會(huì)得到加強(qiáng)。
圖1是表示通過(guò)本發(fā)明以及通過(guò)先有技術(shù)所獲得的各基片的透光率的曲線圖。
本發(fā)明將結(jié)合以下實(shí)施例予以說(shuō)明。
以氧化鋅為靶源，用高頻濺射方法在一塊玻璃基片上形成厚度2，000埃的薄膜，所述氧化鋅含有2%的(以重量計(jì))氧化物形式的鋁。用以形成薄膜的條件如下射頻輸出 500瓦濺射壓強(qiáng) 1帕氫的分壓強(qiáng) 0.05帕增加氫的用量使分壓強(qiáng)提高0.001至0.01帕，與不增加氫的情況相比，導(dǎo)電率改善的最大幅度約為50%。這種情況下的薄膜層電阻是19歐姆/厘米2。
在上面獲得的導(dǎo)電薄膜上，用光化學(xué)汽相反應(yīng)方法制備一層厚度大約10埃的P型碳化硅半導(dǎo)體薄膜。制備該半導(dǎo)體薄膜的條件如下所用各種氣體的流率Si2H6(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) 50厘米3/分添加5%B2H6的H2(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) 10厘米3/分SiH2(CH3)2(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) 5厘米3/分反應(yīng)壓強(qiáng) 400帕基片加熱溫度 250℃在此情況下，加熱基片后讓氫氣單獨(dú)通過(guò)大約10分鐘，以清潔其表面。由于這樣做，氧化鋅薄膜和P型碳化硅薄膜之間界面的各種特性，以及碳化硅薄膜的附著性均有所改善。接著，停止供應(yīng)氫氣而引入反應(yīng)性氣體，以形成第一層P型碳化硅半導(dǎo)體。如此在玻璃基片上形成的氧化鋅導(dǎo)電薄膜之上的第一層P型碳化硅薄膜的透光率，如圖1上曲線(1)所示。由圖清晰可見，在可見光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得了令人滿意的大約85%的透光率。
另方面，為了比較，使用和本實(shí)施例同樣的工序，在一塊玻璃基片上的ITO薄膜頂面上制備一層碳化硅薄膜。該產(chǎn)品顯現(xiàn)白色混濁，使光線散射。如圖1的曲線(2)所示，垂直射到基片上并且透過(guò)該基片的光總量大約是本實(shí)施例中光的總量的70%。用X光顯微分析儀(XMA)分析該薄膜，表明在ITO和碳化硅薄膜之間的界面上有金屬銦(In)淀積。
與之相比，在本實(shí)施例的情況下沒有觀察到金屬鋅的淀積。
接著，用公知的等離子化學(xué)氣相淀積法在第一層半導(dǎo)體上形成一層厚7，000埃的I型非單晶半導(dǎo)體。
用于形成該薄膜的條件如下所用SiH4氣體的流率 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) 50厘米3/分反應(yīng)壓強(qiáng) 13帕加熱基片的溫度 250℃高頻輸出 100瓦更進(jìn)一步，在第二層半導(dǎo)體上形成一層大約500埃厚度的N型微晶半導(dǎo)體。
形成該薄膜的條件如下所用各種氣體的流率SiH4(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) 50厘米3/分添加5%PH3的SiH4(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) 2厘米3/分H2(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) 100厘米3/分其余條件同制備第二層半導(dǎo)體的一樣。
此外，用真空氣相淀積法形成的、作為后表面反射電極的鋁層被用于光電轉(zhuǎn)換器件。以這種方式可能獲得高效率的光電轉(zhuǎn)換器件，它不會(huì)由于透明導(dǎo)電薄膜和半導(dǎo)體層之間界面上的白色混濁而導(dǎo)致光的散射。
所獲得的光電轉(zhuǎn)換器件的特性如下開路電壓 0.85伏短路電流 18.5毫安曲線因數(shù) 0.70效率 11.0%面積 1.05厘米2以及，AM1＝100毫瓦/厘米2在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體薄膜是利用包括引入到單層氧化鋅導(dǎo)電薄膜上的還原氣體在內(nèi)的一些反應(yīng)氣體形成的。但是，本發(fā)明完全不局限于上面說(shuō)明的結(jié)構(gòu)。只需要通過(guò)在ITO薄膜上形成氧化鋅薄膜來(lái)保護(hù)像ITO這樣的基膜不接觸還原氣體和起還原作用的活性物質(zhì)。
再有，應(yīng)該注意到，光電轉(zhuǎn)換器件的構(gòu)成不只限于上述的實(shí)施例。
使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，利用包括引入到透明導(dǎo)電薄膜上的還原氣體在內(nèi)的一些反應(yīng)氣體，就可能形成不顯現(xiàn)白色混濁的薄膜，并把此種薄膜用于光電轉(zhuǎn)換器件。此外還發(fā)現(xiàn)，按上述方式形成的氧化鋅薄膜具有滿意的刻蝕性能和能夠形成精細(xì)結(jié)構(gòu)。
再有，金屬不在透明導(dǎo)電薄膜和半導(dǎo)體層之間的界面上淀積，從而有可能獲得不把金屬混合到半導(dǎo)體層中去的滿意的特性，而且還有可能改善所獲得的光電轉(zhuǎn)換器件的長(zhǎng)期可靠性。
盡管本發(fā)明在這里是結(jié)合光電轉(zhuǎn)換器件被說(shuō)明的，但它也可以用于其他器件，例如液晶器件，其中相對(duì)放置在電極中間裝填液晶層和協(xié)同工作的電元件。
權(quán)利要求
1.一種電-光器件，其特征在于包括一塊基片；具有一定電性能的功能層；以及為所述功能層需要的電極配置，包括一個(gè)透明的氧化鋅電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的器件，其特征在于為此所需的工藝包括要在形成所述氧化鋅電極后在還原氣氛中實(shí)施的一個(gè)步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的器件，其特征在于和所述氧化鋅電極相鄰的表面用還原材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的器件，其特征在于所述原還層是光電導(dǎo)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的器件，其特征在于還包括一層與所述透明層相對(duì)的反射層。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的器件，其特征在于用以形成所述透明電極的氧化鋅包括從鋁、鍺、硅和它們的氧化物中選出來(lái)作為第二成分的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的器件，其特征在于所述透明電極設(shè)置在所述基片和所述光電導(dǎo)層的一個(gè)表面之間，而所述相對(duì)的電極則形成在所述光電導(dǎo)層的另一表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求
4的一種光電器件，其特征在于所述光電導(dǎo)層是一種多層半導(dǎo)體，包括第一種導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層、本征半導(dǎo)體層和第二種導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的器件，其特征在于所述半導(dǎo)體是非單晶體的。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8的器件，其特征在于和所述透明電極相接觸的雜質(zhì)半導(dǎo)體層是用碳化硅制成的。
11.一種制造電-光器件的方法，包括用于提供電功能部分和為之所需電極配置的工序，所述方法的特征在于，所述電極配置包括一個(gè)用氧化鋅制成的電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的方法，其特征在于所述工序是一種化學(xué)氣相淀積工藝。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其特征在于所述工序包括在一塊透明基片上形成一個(gè)氧化鋅透明電極的步驟;和在所述透明電極上用包括還原氣體在內(nèi)的生產(chǎn)氣體形成一層電功能部分的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的方法，其特征在于所述電功能部分包括一層光電導(dǎo)層。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的方法，其特征在于所述光電導(dǎo)層是由光化學(xué)反應(yīng)形成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的方法，其特征在于還原性生產(chǎn)氣體是參與所述反應(yīng)的。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，其特征在于所述光化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)紫外光輻照完成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征在于所述還原氣體是硅烷(SinH2n+2，n＝1，2，3，…)。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的方法，其特征在于所述還原氣體是氫化物。
20.根據(jù)權(quán)利要求
19的方法，其特征在于所述還原氣體是氫。
專利摘要
一種改進(jìn)的電—光器件，該器件包括一塊透明基片和在其相對(duì)的兩個(gè)表面上有一對(duì)電極的光電導(dǎo)層。在透明電極和光電導(dǎo)層之間的電極是透明的，并且是用氧化鋅制成的。后者不會(huì)由于同光電導(dǎo)層接觸而發(fā)生還原反應(yīng)。/
文檔編號(hào)H01L31/06GK87103244SQ87103244
公開日1987年11月11日 申請(qǐng)日期1987年4月29日
發(fā)明者高山徹, 山崎舜平, 鈴木邦男, 阿部雅芳, 金花美樹雄, 深田武, 柴田克彥, 薄田慎人, 濱谷敏次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan