触媒CVD法による高品質アモルファス半導体の光学バンドギャップの制御

利用催化 CVD 方法控制高质量非晶半导体的光学带隙

基本信息

批准号：
61550230
负责人：
松村英樹
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1986
资助国家：
日本
起止时间：
1986 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

アモルファス-シリコン(a-Si)などのアモルファス半導体薄膜は、現在、Si【H_4】ガスをグロー放電分解することにより作られているが、膜がグロー放電によるプラズマ損傷を受けるという問題がある。本研究においては、原料ガスを熱触媒反応によりあらかじめ分解しておくことにより、プラズマを用いずに良質な薄膜を低温堆積するという、本研究者が「触媒CVD法」と名付けて提案した方法を用い、A-Siおよびアモルファス-シリコン・ゲルマニウム(a-SiGe)など光学バンドギャップの異なる良質なアモルファス半導体を製作することを目的としている。具体的には、a-Si成膜時には中間状態種Si【F_2】と【H_2】混合ガスを、またa-SiGe成膜時にはそれにGe【F_4】ガスを加えたものをそれぞれ原料ガスとして用い、加熱したタングステン触媒体を試料基板近傍に設置した構造の装置により、基板温度300℃前後でa-Si,a-SiGe膜を堆積した。そして、作られた膜の光導電特性,スピン密度,赤外吸収特性などの諸特性が調べられた。その結果として、1)触媒CVD法により、AM-1,100mW/【cm^2】光に対する光感度が【10^6】以上、スピン密度6×【10^(15)】【cm^(-3)】以下の極めて良質なa-Siが成膜できること,2)原料ガスとしてGe【F_4】ガスを添加することにより、その添加量に応じて光学バンドギャップを1.7eVから1.35eVへと狭くできること、3)また、そうしてできたa-SiGe膜の光感度は、光学バンドギャップ1.35eVの膜に対しても【10^3】以上と良好であること、などを明らかにした。

目前，非晶硅(a-Si)等非晶半导体薄膜是通过Si[H_4]气体的辉光放电分解来制备的，但存在薄膜因辉光放电而受到等离子体损伤的问题。在本研究中，我们提出了一种称为“催化CVD法”的方法，该方法通过热催化反应预先分解原料气体，从而在不使用等离子体的情况下在低温下沉积高质量的薄膜。目的是利用该技术制造具有不同光学带隙的高质量非晶半导体，例如A-Si和非晶硅锗（a-SiGe）。具体地，在形成a-Si膜时，使用中间态物种Si[F_2]和[H_2]的混合气体，在形成a-SiGe膜时，使用Ge[F_4]气体的混合物作为原料。使用放置在样品基底附近的加热钨催化剂的装置，在约 300°C 的基底温度下沉积 A-Si、a-SiGe 薄膜。然后，研究了所生产的薄膜的各种性能，例如光电导性能、自旋密度和红外吸收性能。结果，1）通过使用催化CVD方法，对AM-1,100mW/[cm^2]光的光敏度超过[10^6]，自旋密度为6 x [10^(15)] [ cm^(-3))]可以形成以下极高品质的a-Si膜，2)添加Ge[F_4]气体作为原料气体。通过这样做，光学带隙可以从1.7eV变窄至1.35eV，这取决于添加量，并且其值为[10^3]或更大。