专利名称：光致电压器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光致电压器件，该器件主要用于太阳能电池、光传感器、固体变送器等设备，特别是关于一种具有高能量转换效率的叠层型光致电压器件。
在很多机械和仪器中，使用各种光致电压器件，如使用太阳能电池作为驱动能源部件、用光传感器作为光接收部件。
光致电压器件，比如在其功能部分上包含有P-n结或P-i-n结的太阳能电池，又如含有这些P-n结或P-i-n结的半导体，通常都采用硅。从将光能转换为电动势的转换效率来看，使用单晶硅较好，但从构成大面积且低成本的器件的角度来看，使用非晶硅又是有利的。
近年来，正在研究多晶硅的应用，使其具有象非晶硅一样的低成本及象单晶硅一样的高能量转换效率。但是直至目前所提出的那些方案，都是将一块容易制备的多晶硅切成薄片，以得到一块薄板，因此，很难使薄片厚度小于0.3mm，并使其保持低电阻，直到取得光电电动势，并且，由于从一块多晶体上切下的薄板，要经过例如精细剖光，以用于一光致电压器件，所以，这薄板必须具有一定的机械强度。因此，薄板的厚度不能太小，以使能足够地吸收入射光，并能有效地利用材料。
要作出高效的光致电压品件，受光照射而产生光生载流子的半导体层，最好有足够的厚度，以利于光的吸收，但同时又应尽量的薄，以使整个器件有较低的电阻以及有效地利用材料。也就是说，应该使薄板的厚度足够小，以获得高效率和低生产成本。
根据上述观点，曾经试图采用化学汽相沉积(CVD)方法等薄膜形成技术，形成多晶薄膜，但其晶粒尺寸最多为数百微米，而且，甚至与多晶硅块切片法相比，其能量转换效率也不高。
还已经试图采用激光技术，使晶粒尺寸增大，即将激光照射于用上述CVD方法制成的多晶硅薄膜，以使其熔融和再结晶，但是，仍不足以获得一种低成本的形成方法，而且难于稳定生产。
上述这些问题不仅是采用硅时会出现，对化合物半导体来说也是如此。
根据上述情况，本申请人曾提供了一种具有足够大的晶粒尺寸和高能量转换效率的薄型太阳能电池，已公开于日本特许公报63-182872。这种太阳能电池包括一个基本上是第一种导电类型半导体的单晶层，此单晶层以一种外来材料为基础形成于一个基片上，该外来材料与此基片表面材料相比，有足够大的成核密度，并且该外来材料面积足够的小，以便只形成一个单核，由此单核生长一个单晶;此外还有一个第二种导电类型的单晶层。
图1是上述公报中描述的太阳能电池的示意图，其中给出了一个基片11，一些外来材料12，P-型单晶层13;i-型单晶层14和n-型单晶层15。
这种太阳能电池是利用局部单晶生长方法制作的。此局部单晶生长方法借助于不同材料性质的不同，即这些材料影响薄膜形成过程中成核诸参量，如表面能、附着系数，分离系数、表面扩散率等的不同，在一个基片上有选择地生长晶体。该成核表面比一非成核表面(具有小的成核密度)具有足够的更大的成核密度，并形成于该非成核表面之上，而且还占有足够小的区域，以只生成可生长一个单晶的唯一单核。利用这种方法，在所述非成核表面，绝无单晶生长，而只有在上述成核表面才生长出一个单晶。
本发明是在上述已有技术基础上进一步发展了的方法，特别是目的在于提供一种具有高能量转换效率、并能形成大面积、而成本又低的光致电压器件。
本发明的另一目的是提供一种作出叠层型光致电压器件的方法，这种器件在一基片的所要求位置，局部地具有高能量转换效率，并且也提供了利用这种方法制成的一种光致电压器件。
本发明的再一个目的是提供一种光致电压器件，它包括下述部分一个具有由一绝缘表面包围的多个导电表面的基片，具有形成复盖上述那些导电表面的一些单晶层区域的、多个第一光致电压单元，一个形成复盖上述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元，所述那样单晶层区域彼此是隔离的。
本发明的又一个目的是提供一种作出光致电压器件的方法，此方法包括利用汽相沉积方法，在具有一个非成核表面和多个成核表面的一个基片上进行晶体生长处理，这些成核表面有着比所述非成核表面大的成核密度，并且有一足够小的尺寸，以便只形成一可长成一个单晶的单核，
形成多个具有一些单晶层区域的第一光致电压单元，使得所述各单晶层区域是彼此隔离的，形成一个复盖所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元。
图1是说明太阳能电池已有技术实例的示意图。
图2至5是说明本发明光致电压器件的示意图。
下面参照附图，对本发明加以详细说明。
图2是说明本发明的一个实施例的示意剖面图。
图2中的光致电压器件包括如下部分一具有一导电表面及一绝缘层3的衬底材料1，绝缘层3形成于该衬底材料1上并具有一些开孔以形成一基片;一个形成于那些开孔处的具有多个第一种导电类型单晶层4的、第一光致电压单元;复盖着所述多个单晶层4、并能在光照下有效地产生光生载流子的多个单晶层5;一个复盖着所述单晶层5的第二种导电类型薄层6;一个具有第一种导电类型非晶层7、一个i型非晶层8和一个第二种导电类型非晶层9的第二光致电压单元;一个透明导电层10。
但是，本发明并不仅限于上述结构，上述绝缘层表面(绝缘表面)也可以和上述导电表面处于同一个平面上。
本发明所用的、具有一导电表面的衬底材料1包括金属材料，如不锈钢等，及绝缘材料，如氧化铝、玻璃等，衬底材料1的那些表面是经汽相沉积或其它方法而制成的。
本发明所用的绝缘层3是由一些绝缘材料，如氧化硅(SiOX)、硅的氮氧化物(SiOXNY)等制成。
当衬底材料1暴露于上述那些开孔处的表面被用作成核表面2，而绝缘层3的上述表面被用作非成核表面时(如图2所示)，绝缘层3内的上述那些开孔尺寸，不大于4μm，不超过2μm较好，最好是不超过1μm，以便获得具有好选择性的一些单晶;而当一些成核表面或晶种2a是由一种不同材料制成于衬底材料1暴露于上述那些开孔部位的表面上、且衬底材料1暴露于上述那些开孔部位的那个表面及绝缘层3的上述表面被用作非成核表面时，绝缘层3内的上述那些开孔尺寸不大于30μm，以1μm到20μm较好，而最好是2μm到10μm，以便形成一些选择性良好的单晶。被作为成核表面(晶种)2a的不同种类的材料(外来材料)的尺寸，小于上述那些开孔的直径尺寸，4μm或小于4μm较好，2μm或小于2μm更好，以1μm或小于1μm为最好，以便形成一些选择性良好的单晶，并获得与所述衬底材料良好的电接触。
为了形成一些选择性良好的单晶层，成核表面2和2a的成核密度与上述非成核表面的成核密度相比，以不小于后者102倍为好，而不小于103倍更好。
绝缘层3的形式，是采用如CVD、溅射等薄膜沉积方法，在衬底材料1的表面上形成一个绝缘层，然后，在其上作成一个保护层图案，再通过刻蚀方法，除去很小的、未掩盖保护层的部分，此部分尺寸比如为1μm×1μm，所用刻蚀方法比如是反应离子刻蚀法(RIE)等，以使衬底材料1在相距适当距离处暴露出其表面，比如相距10μm×10μm。
第一种导电类型的那些单晶层4最好是P-型、P+-型、n-型或n+-型，以使得有效地从第一光致电压单元取得电动势。为与衬底材料1形成良好的电连接(欧姆连接)，最好选用重掺杂的P+-型或n+-型材料。
那些单晶层4的大小，以大于上述那些开孔尺寸为好，1μm到5μm更好，以1.5μm到4μm为最好，以抑制泄漏电流的产生，并与上述衬底材料形成良好接触。
那些单晶层5，是能够在入射光照射至第一光致电压单元时，产生光生载流子的一些单晶层区，它最好由P-型、P--型、i-型、n-型或n--型材料制成。这些单晶层5的厚度是10μm到50μm，最好是20μm到50μm，以有效地产生光生载流子，并从而提高该光致电压单元的光电转换效率。
第二种导电类型的薄层6是多晶、单晶、非晶或微晶(在非晶基体中分散有颗粒尺寸为30A到500A的细粒晶体)，最好是与第一种导电类型相反的导电类型，即P-型、P+-型、n-型、或n+-型。
单晶层5由薄层6复盖。在第一光致电压单元中，起着有效地产生上述光生载流子作用的单晶层5是没有晶界的，从而难于产生所述光生载流子的复合。也就是说，通过所产生的光生载流子就可有效地取得光致电压电势。
当一种多晶材料用于薄层6时，晶界能态形成于禁带中的多数载流子一侧(也就是当使用n-型材料时，在低于费米能级的一侧，或者当使用P-型材料时，在高于费米能级的一侧)，因此，在这些晶界能态上，基本没有复合产生。
进一步，当一种薄层材料用于薄层6时，最好是在第二光致电压单元与第一光致电压单元的单晶区之间的电流动方向上，形成一种没有晶界的多晶结构，比如，柱状结构，以防止薄层6形成较高电阻。
第二种导电类型薄层6的厚度以0.1至1.0μm为好，0.2到0.5μm更好，以利于有效取得光致电压电势。
在本实施例中，第一光致电压单元包括一个三个薄层的叠层，这三个薄层是单晶层4、单晶层5和一个薄层6。
第二光致电压单元置于第一光致电压单元之上，并复盖着该第一光致电压单元。第二光致电压单元包括如下数层材料第一种导电类型的非晶材料层7，如P+-型、P-型、P--型、n+-型、n-型或n--型;一个i-型非晶层8，以及一个第二种导电类型的非晶层9，即和第一种导电类型相反的导电类型，比如，n+-型、n-型、n--型、P+-型、P-型或P--型。
第二光致电压单元的材料不仅可以采用非晶材料，也可以用一些微晶材料，这些微晶材料是一种在非晶基体上分散有晶粒尺寸为30A到500A细粒晶体的材料。还可以用多晶材料作为第二光致电压单元中第一及第二种导电类型的薄层7与9。例如，在光入射的一侧，采用对短波光吸收较弱的一种微晶材料，用于第二种导电类型的薄层9，则短波光可以更多地进入能产生光生载流子的、i-型非晶层8，于是，提高了光能利用效率。另外，在上述光入射的相对一侧，在第一种导电类型的上述薄层中，采用高电导率的微晶材料，则第二光致电压单元的内阻就可降低，从而提高了开路电压和短路电流。
非晶层7的厚度是50A至100A，以及50A到70A为较好。非晶层8的厚度以3000A到6000A为好，而4000A到5000A更好。非晶层9的厚度以100A到500A较好，最好是200A到300A。
第一光致电压单元和第二光致电压单元，就是如上所述依次置于上述基片之上的，然后，在上述光入射侧，再设置一上电极10，以汇集光致电压电势。
上电极10包括一个透明导电体层等，此导电体层厚度为0.4至1μm，由ITO、SnO2、ZnO等制成。此透明导电体层形成于薄层9的上述光入射一侧。在此透明导电体层上，还设置一个蜂窝形、网眼形或格栅形等形状的收集器电极。
根据本发明所作出的光致电压器件，可采用自成形的、并被许多晶面围绕着的单晶，作为一光致电压器件的那些单晶层区域，并借助一种织构结构有效地利用所述入射光，从而提高了上述转换效率。而且，设置于上述光致电压单元上，与所述基片相对一侧的上电极10，是与此光致电压单元以较大的面积相接触的，因而降低了该上电极与这光致电压单元之间的接触电阻。
下面将进一步详细说明图2所示的本发明光致电压器件的一个实施例。
衬底材料1是一种由不锈钢构成的导电材料，它同时起电极(下电极)的作用。绝缘层3的材料是SiO2，形成于衬底材料1之上。
第一种导电类型单晶层4是P+-型单晶硅层，而单晶层5是P-型单晶硅层，第二种导电类型的薄层6是n+-型多晶硅层。第一光致电压单元包含着一个由上述三层组成的一个叠层。
单晶硅层4和5是借助于局部单晶生长工艺形成的。也就是说，例如，利用衬底材料1穿过绝缘层3所暴露的上述表面作为一个成核表面，并利用SiO2薄层3的表面作为非成核表面，通过汽相沉积晶体生长法，来形成单晶层4和5，此衬底材料1穿过绝缘层3所暴露的上述表面，小到足以只形成一单核，由此单核，通过这个晶体生长方法，生长出一个单晶。
非晶层7、8和9分别是P-型Si∶H非晶层，i-型Si∶H非晶层和n-型Si∶H非晶层。第二光致电压单元包括上述这三个非晶层，这三个非晶层7、8和9还可以含有一种卤素原子。
上电极10由含锡的氧化(ITO)构成，置于非晶层9之上。
上面介绍了本发明光致电压器件的一个实施例，但本发明并不只限于上面所述的实施例。
例如，在本发明中，可以有单个或多个第一光致电压单元，当此光致电压器件是用作太阳能电池的动力供应装置等时，特别是需要较大面积时，可设置许多个第一光致电压单元，使光致电压器件有一较高的效率，这样能满足对大面积的需要。
当本发明具有多个第一光致电压单元的光致电压器件用于太阳能电池时，就希望将这些第一光致电压单元作规则排列，以抑制这许多个光致电压单元中的每个的、电流和电压的波动。此规则排列的一些较好例子是，将那些第一光致电压单元排列在高度对称的位置，如矩形格栅状态(四蜂对称配置)，峰窝格栅状(六对称配置)等。
在本发明用于太阳能电池时，单晶区的范围以5到300μm为好，而以10到100μm为更好，所述各单晶区的两两之间的间隔以0.1到10μm好，其中0.3到5μm较好，而以0.5到3μm为最好，以获取高的转换效率。
第一光致电压单元与第二光致电压单元的上述单晶区，沿光入射表面到上述基片的方向，在太阳能电池的光接收表面上的投影面积比值(S晶体/S非晶)，以0.5到1.0为好，0.7到1.0较好，而0.9到1.0为最好。
当本光致电压器件用于，如大长度的线传感器等传感器的光接收部件时，各器件可按那些成象元件的型式，以所要求的各传感器成象元件的间隔配置，此处可将要配置于该传感器的光接收部件的各光致电压器件这样安置，以便在每个成象元件上配置一个单个光致电压单元或多个光致电压单元。在配置有多个光致电压单元的情况下，上述单晶区的范围为5到100μm，所述各单区两两之间的距离为0.1到10μm，以增加每个成象元件的灵敏度，并降低所述各传感器成象元件之间的波动。
当本光致电压器件配置有多个第一光致电压单元时，上述单晶区的配置以范围为6到310μm为好，而以10到100μm为更好。
在本发明中，上述第一光致电压单元的单晶区，是由局部晶体生长方法形成于一基片上的，例如，汽相工艺，如化学汽相沉积(CVD)工艺，包括热CVD工艺、等离子体CVD工艺、光CVD工艺等，或者是物理汽相沉积工艺，包括汽相沉积工艺、溅射工艺等，如前面已说明的，此基片具有一非成核表面及一成核表面，该成核表面具有比此非成核表面更大的成核密度，并且该成核表面足够小，只能形成一个单核，由此单核，通过上述晶体生长方法，生长出一个单晶。
汽相晶体生长方法的一个实例，例如，是在作为一非成核表面的一SiO2表面及作为一成核表面的一不锈钢表面上制成Si单晶的热CVD工艺，其工艺条件为基片温度约700℃到1100℃，反应压强比如为0.1到500Torr，最好是100到200Torr，并采用一种适当的反应气体组合，比如，含有一种某些晶体原料的、一些气体原料，例如，SiH2Cl2、SiCl4、SiCl3、SiHCl3、SiF4、SiH4等，一种刻蚀气体，如含一种卤原子的气体，例如，HCl等，以及一种稀释气体，如H2等。
进一步，含有可转化为掺杂物的某种原子的、用于控制上述导电类型的、一些气体原料，如PH3、B2H6等，可用作一种掺杂气体。
根据前述实施例中P+-型单晶层4及P-型单晶层5的晶体生长方法的一例，是利用上述局部单晶生长步骤，在下述条件下将单晶层4和5依次相继形成的，采用流速比为1.2∶1.4∶100的SiH2Cl2+HCl+H2的混合物作为要引入的气体，B2H6作为掺杂气体，基片温度为900℃，压强为150Torr，同时，也适当地改变上述掺杂气体的浓度。
其它一些薄层(如一些非晶层)的形成方法，比起上述单晶区的形成方法来说，是一般的形成非晶光致电压元件的方法，如等离子体CVD工艺、溅射工艺等。
为了形成一多晶半导体层，上述晶体生长方法必须在这样一些条件下进行，以使在具有单晶层4和5的基片的上述表面易于形成晶核，这是通过提高，含有作为一种晶体原料而起作用的某种原子的上述气体原料的混合比例，或是通过降低上述刻蚀气体的混合比例，使其低于前述局部单晶生长方法中的混合比例，以使得甚至在上述绝缘层上也产生晶核，并复盖单晶层5和该绝缘层，或者是通过降低上述基片温度，以抑制已被吸收的一些原子的再蒸发和扩散，或是通过将上述条件进行组合。
根据作出本光致电压器件的工艺，可将那些光致电压单元形成在上述基片上所要求的一些部位上，从而增加了太阳能电池和传感器等设计的自由度，而且，第一和第二光致电压单元可以一个置于另一个之上。也就是说，本发明提供了一种在光电转换过程中，具有高光能利用率和高转换效率的光致电压器件。
在图2所示本发明一实施例的光致电压器件中，第一光致电压单元的相邻单晶区是彼此不相接触的，因而作为在第一光致电压单元中起产生载流子作用的单晶层5，不存在导致形成一晶界能级的晶界，此晶界能级则会产生载流子的复合。也就是说，第一光致电压单元本身就具有较高的能量转换效率。进而在各第一光致电压单元之间的区域，具有包括非晶半导体层7到9的第二光致电压单元，因而，甚至在这一区域内，入射光也可经光电转换，而得到电能。于是，在上述实施例中，就可以获得一个总体的高能量转换效率。
在上述实施例中，采用了易得到且廉价的不锈钢作为衬底材料1，并且采用了包含多个非晶半导体层的第二光致电压单元。从而得到了大面积而低成本的器件。
图4是一表明本光致电压器件第二个实施例的剖面示意图，其中与图2相同的部分，采用了与其相同的数字标号表示。
在第二个实施例中，在上述第一实施例的薄层9和电极10之间，形成了一个P-型SiXC1-x∶H非晶层7′，一个i-型SixC1-x∶H非晶层8′，以及一个n-型SixC1-xH非晶层9′，其中0＜X≤1，而非晶层7′，8′，9′还可含有某种卤素原子。
非晶层7′的厚度以50A到100A较好，最好是50A到70A。非晶层8′的厚度以2000A到4000A较好，最好是2500A到3500A。而非晶层9′的厚度以100A到500A为好，最好是200A到300A。这三个非晶层可以用一种汽相方法生成，如射频等离子体化学汽相沉积工艺，直流等离子体化学汽相沉积工艺，或者溅射工艺，这里可以用SiH4，Si2H6等含硅气体与CH4C2H6等含碳原子气体的混合物，作为原料气体，用含周期表中Ⅲ族元素的材料，如B2H6，或含Ⅴ族元素的材料，如;PH3，加入其中作为掺杂气体。
在上述第二个实施例中，除第一实施例的薄层结构外，还设置了一个第三光致电压单元，此第三光致电压单元包括非晶半导体层7′、8′和9′，它们具有更宽的禁带宽度，因而可以对短波光进行有效的能量转换。也就是说，可以进一步提高整体能量转换效率。
第三光致电压单元的非晶层7′和9′可以由某种非晶材料制成。而且，第二和第三光致电压单元的诸材料也不仅限于Si和Si-C系列的材料，也可采用其它半导体材料，如Si-Ge，Si-N等。第一光致电压单元的上述单晶区的诸材料不只限于Si系列材料，其它半导体晶体材料，如Ge、InP、GaAs等，也都可采用。
图3是表明本光致电压单元第三实施例的剖面示意图，其中与图2和图4相同的部分，用与其相同的数学标号表示之。
第三实施例是这样的一个实例在衬底材料1的上述表面上形成由SiO2组成的绝缘层，且在该衬底材料的表面上，留有相当大的无SiO2的一些区域，而在各单个的这些无SiO2区域的中心，形成有极小的一些单晶硅层2a，而且单晶Si层4与衬底材料1大面积接触，这些是第三实施例与第一实施例结构的不同之处。
单晶层2a可用前述晶体生长方法形成，此法采用比衬底材料1成核密度更高的材料，如氮化硅等，并通过硅离子注入，使其组成发生变化，而成为成核表面;或者通过采用热处理技术，设置足够小的多晶或非晶半导体材料(晶种)，在上述衬底材料的那些开孔处，以聚集成一个单体，随后，再在低于该晶种熔点的温度下进行热处理，以使此晶种长成一个单体。
利用局部单晶生长法形成单晶层4和单晶层5是如下进行的将细晶粒硅层2a的暴露表面作为成核表面，而将成核密度小于细晶粒硅层的衬底材料1的上述暴露表面和SiO2层的上述表面作为非成核表面，形成薄层4以复盖衬底材料1的上述暴露表面。单晶层4也可形成为复盖着衬底材料1的上述暴露表面并延展到SiO2层3上。生成单晶层5之后进行的各步骤，与第一实施例相同。
第三实施例中，薄层4是与上述衬底材料大面积接触的，因此，串联电阻和载流子的复合可以降低，并提高了能量转换效率。
例1参照图2，在不锈钢制作的导电衬底材料1上，形成一厚度为1500A的SiO2层3。此SiO2层是这样形成的首先，在衬底材料1的整个表面上复盖一层SiO2层，然后，在其上作出一耐蚀图案，再利用反应离子刻蚀(RIE)，在相隔适当的间隔(10μm×10μm)处，去除一些微小部分的上述SiO2层(1μm×1μm)，使衬底材料1上述表面的这些部分显露出来。
单晶层4和单晶层5是按局部单晶生长方法生成的。即利用上述衬底材料的、部分去除了上述SiO2层3后形成的、那些暴露部分表面，作为晶核形成表面，而利用成核密度低于上述晶核形成表面的SiO2层3的上述表面，作为非晶核生成表面，按汽相方法，生长晶体。薄层4和薄层5是按下述单晶生成方法依次连续生成的，即用一种混合气体SiH2Cl2+HCl+H2(流速比＝1.2∶1.4∶100)和一种掺杂气体B2H6，温度900℃，在压强150Torr条件下，通过改变上述掺杂气体的混合比例生成单晶。薄层5的直径是8μm。前述多晶硅层6是用CVD方法生成的，除未使用HCl并以PH3作掺杂物之外，其生成条件与上述晶体生长方法相同，以便复盖薄层5的暴露表面和上述SiO2层3的表面。
非晶层7、8和9分别是P-型Si∶H非晶层，i-型Si∶H薄层和n-型Si∶H非晶层，它们组成了一个第二光致电压单元。这三层非晶层，是用射频等离子体CVD法，在下述条件下，生成于前述薄层6上的。
将SiH4(10sccm)、H2(10sccm)和被氢稀释至1%浓度的乙硼烷(1%B2H6/H2)(1sccm)引入射频等离子体CVD设备，反应室的压强保持在0.5Torr。通过13.56MHz高频电源产生的等离子体，以及保持在250℃的上述衬底材料，生成了厚度为300A的P-型Si∶H非晶层7。然后，只停止输入1%-B2H6/H2，以形成厚度为4000A的i-型Si∶H非晶层8。此后，向反应室内引入被氢稀释至1%浓度的磷化氢(1%PH3/H2)(1sccm)，和SiH4(10sccm)及H2(10sccm)，此反应室保持压强为0.5Torr，以生成厚度为50A的n-型Si∶H非晶层9。
上电极10是一厚度为1μm的、ITO构成的，透光导电层。此导电层生成于上述薄层9的光入射侧。
此例中，衬底材料1起另外一电极作用。
此例的光致电压器件中，不存在晶界，因为第一光致电压单元的各相邻单晶层之间彼此不相接触。因而，第一光致电压单元本身即显示了高能量转换效率。此外，包含有非晶半导体层7、8和9的各第二光致电压单元，配置于各第一光致电压单元之间的那些中间区域中。在这些区域中，入射光也经光电转换变为电能。因而，在此例中就能得到总的高能量转换效率。另外，由于衬底层1是由不锈钢制成的，且那些第二光致电压单元由非晶半导体层组成，所以还可获得低生产成本的大、面积的、上述器件。
例2
参见图4，本例中-P-型SiXC1-x∶H非晶层7′，-i-型SiXC1-x∶H非晶层8′，和-n-型SiXC1-x∶H非晶层9′生成于上述例1中薄层9与电极10之间，此处0＜X≤1。
这些薄层7′、8′和9′是由射频等离子体CVD法，直流等离子体CVD法或其它类似方法形成的。在形成过程中，包括一种含硅原子的SiH4气体与一种含碳原子的CH4气体的、一种混合气体作为原料气体。而作为用于形成-P-型半导体层和-n-型半导体层的上述那些掺杂气体，可分别采用含周期表中Ⅲ族某种元素的物质，如B2H6，和含Ⅴ族某种元素的物质，如PH3。
专门将SiH4(7sccm)、CH4(3sccm)、H2(10sccm)和1%-B2H6/H2(1sccm)引入射频等离子体CVD设备中，且上述反应室内压强保持在0.5Torr，利用频率为13.56MHz电源产生等离子体，使在保持300℃的上述衬底材料上，生成300A厚的P-型SiXC1-x∶H非晶层7′。然后，只停止输入1%-B2H6，以生成厚度为4000A的i-型SiXC1-x非晶层8′。此后，再将1%-PH3/H2(1sccm)和SiH4(7sccm)、CH4(3sccm)与H2(10sccm)一起送入上述反应室，此反应室保持压强0.5Torr，以生成厚度为50A的n-型SixC1-x∶H非晶层9′。
在此例中，利用具有较大能隙的非晶半导体层7′、8′和9′，通过有效转换例1中非晶半导体层7、8和9没有有效转换的较短波长的光，使得能量转换的总效率得到进一步改善。
例3参见图3，在此例中，在衬底材料1上述表面上，上述SiO2层3形成过程中，所述SiO2被去除的部分的面积是较大的，而那些一个微单晶的硅层2a，是借助于上述那些晶种的凝结而生成的，这些晶种位于上述各去除SiO2部分的中心，而那些单晶硅层4则与衬底材料1大面积接触。在那些薄层4和薄层5的形成过程中，局部单晶生长是从各微小Si层2a上出现的，这时，衬底材料1的上述暴露表面和上述SiO2层的暴露层，作为非晶核生成表面。那些薄层4形成为完全复盖衬底材料1的上述暴露表面。薄层5的形成以及后续工艺过程，以和前面所述例1的过程相同的方式进行。
本实例因那些薄层4与衬底材料1大面积相接触，所以减少了串联电阻和载流子复合，从而提高了能量转换效率。
例4图5所示的光致电压器件的制备，除下述各点外，其方法与例1所述相同，其不同处为在形成单晶层4和5之后，继续再形成如图2所示的第一光致电压单元的一种n+-型的、一些多晶层6。图5中所示的单晶层6是以下述方式形成的引入一种SiH2Cl2+HCl+H2(流速比＝1.2∶1.4∶100)混合气体，与1%-PH3/H2(流速比为SiH2Cl2的0.2)一起，温度900℃，压强为150Torr。
此例所制作的光致电压器件，与例1的光致电压器件相比，具有较高效率，因为它有较大的单晶区域，并且防止了因晶界的影响所可能产生的、第一光致电压单元特性的变化，所以，输出精确地对应入射光强度的变化。
权利要求
1.一种光致电压器件，包括一个具有被一绝缘表面包围着的多个导电表面的基片，多个具有一些单晶层区域的第一光致电压单元，这些单晶层区域被设置为复盖着所述多个导电表面。一个被设置为复盖着所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元，所述多个单晶层区域是彼此隔离设置的。
2.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征在于所述第二光致电压单元包含一种非晶材料。
3.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征是所述第二光致电压单元具有一包含一种微晶材料的层区。
4.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征是所述各导电表面的成核密度比所述绝缘表面的成核密度大，且所述各导电表面的大小为直径4μm或小于4μm。
5.根据权利要求1所述的光致电压器件，其特征在于在所述各导电表面上设置有直径为4μm或小于4μm的一些材料，该材料具有比所述那些导电表面及所述绝缘表面的成核密度更大的成核密度。
6.一种作出光致电压器件的方法，包括通过汽相沉积，将晶体生长方法用于一具有一非成核表面和多个成核表面的基片上，所述多个成核表面具有比所述成核表面成核密度更大的成核密度，并且具有一足够小的尺寸，以使仅形成一个单核，由此单核生长一个单晶，作出多个具有一些单晶层区域的第一光致电压单元，使得那些单晶层区域是彼此隔离的，作出一复盖着所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述各成核表面就是衬底材料的表面，而所述非成核表面是绝缘层的表面。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于所述非成核表面是衬底材料的表面和绝缘层的表面，而所述成核表面是具有比所述非成核表面成核密度更大成核密度的、材料的表面。
9.一种用作出权利要求6所述光致电压器件的方法作出的光致电压器件。
全文摘要
一种光致电压器件包括一具有被一绝缘层包围着的多个导电表面的基片，设置有覆盖所述那些导电表面的多个单晶层区域的、多个第一光致电压单元，以及设置有一个覆盖着所述多个第一光致电压单元的第二光致电压单元。上述各单晶层区域是彼此隔离设置的。
文档编号H01L31/078GK1049426SQ9010492
公开日1991年2月20日 申请日期1990年6月16日 优先权日1989年6月16日
发明者高林明治, 米原隆夫 申请人:佳能株式会社