JP2002217433A

JP2002217433A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2002217433A
Application number: JP2001009670A
Authority: JP
Inventors: Kenji Wada; 健司和田; Hiroshi Yamamoto; 浩史山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ法により結晶基板上に結晶質
薄膜を形成する場合、腐食性の強いガスを用いるとエピ
タキシャル成長が実現できるが、不純物の混入や接合界
面の損傷が発生する。一方、腐食性ガスを用いないと良
好な結晶成長が起こらない。したがって、高性能な半導
体装置が作製できなかった。【解決手段】プラズマＣＶＤ法により非晶質基板上に形
成すると、１つの結晶面が優先的に非晶質基板表面に平
行となるｐ型結晶質シリコン薄膜１３を、ｎ型単結晶シ
リコン基板１１上に形成することで、ｐｎ接合が形成さ
れている半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶基板を用いた
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バイポーラトランジスタ、メモリー、太
陽電池等の半導体装置は、ｐｎ接合による整流効果を動
作の基本としているため、その装置性能の向上には優れ
たｐｎ接合形成技術が不可欠である。

【０００３】例えば、太陽電池は、光エネルギーを電力
に変換する光電変換層に半導体ｐｎ接合を用いている。
このｐｎ接合を構成する半導体として最もよく用いられ
ているシリコンの場合、一導電型を有する単結晶あるい
は多結晶シリコン基板を用い、該基板の導電型と逆の導
電型決定不純物元素を含むガスを８００℃以上で分解
し、基板表面での不純物元素の拡散反応を利用すること
で、ｐｎ接合を形成している。この手法では、８００℃
以上の高温を用いる必要があることから、基板として使
用できる材料に制限がある。さらには製造歩留の向上、
あるいは製造プロセスや製造装置のコスト低減に限界が
ある。

【０００４】一方、基板とは異なる導電型を有する薄膜
を堆積することでｐｎ接合を形成することも可能であ
る。例えば、シリコンの場合、ＳｉＨ₄等のシリコンを
含有するガスを熱分解することで基板表面にシリコン薄
膜を堆積する熱ＣＶＤ法においては、シリコン基板上の
堆積層を良質なエピタキシャル成長層とするために、プ
ロセス温度を９００〜１２００℃の高温に設定、保持す
る必要があり、太陽電池の製造プロセスとしては、前記
の拡散プロセスの場合と同様の問題を抱える。

【０００５】他方、薄膜の堆積手段としては、原料ガス
をグロー放電によりプラズマ化することで生じた活性種
の反応により薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法が知られ
ている。プラズマＣＶＤ法では原料ガスの分解を熱では
なく、グロー放電によるプラズマ化で行うため、プロセ
ス温度を下げることができる。従って、使用できる材料
の選択肢が広がり、より安価な材料を選択できる。さら
には製造歩留の向上、あるいは製造プロセスや製造装置
のコスト低減にも貢献する。

【０００６】そのため、プラズマＣＶＤ法によるシリコ
ン薄膜形成技術の開発が盛んに行われており、例えば、
特開平２−７７１１６号公報において、ＳｉＨ₄、Ｈ₂、
Ｆ₂、およびＨｅ等の不活性ガスからなる混合ガスをグ
ロー放電により分解させることで、約１００〜７００℃
の低温で（１００）シリコン単結晶基板上に高品質な単
結晶シリコン薄膜を成長させる方法が開示されている。

【０００７】また、文献（１９９９年秋季応用物理学会
学術講演会講演予稿集１ｐ−ＺＳ−２、ｐ．７８７）
では、Ｂ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₄、Ｈ₂を混合したガスを使用した
プラズマＣＶＤ法により、２００℃程度の非晶質ガラス
基板上に形成したシリコン薄膜は、（１１０）面に配向
することが報告されている。さらに、文献（１９９９年
秋季応用物理学会学術講演会講演予稿集２ｐ−ＺＭ−
９、ｐ．３２）には、２００〜３００℃の基板温度であ
るプラズマＣＶＤ法において、原料ガスであるフッ化ケ
イ素（ＳｉＦ₄）と希釈ガスである水素の比率を変える
ことで、非晶質ガラス基板上に形成したシリコン薄膜の
結晶優先配向方向を〈１１０〉あるいは〈１００〉方向
へと制御できることが報告されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平２−７
７１１６号公報に開示されているような、腐食性の強い
フッ素系ガスを含む混合ガスを用いる方法では、フッ
素、あるいはガス配管や反応室内壁材料がフッ素により
エッチングされることで発生する不純物のシリコン系薄
膜への混入、ｐｎ接合界面の損傷、さらには製膜装置の
保守頻度、費用の増大といった種々の問題が発生する。

【０００９】一方、これらの問題を回避すべくフッ素系
ガスを用いない方法では、高温プロセスを用いた拡散処
理、あるいはエピタキシャル成長の場合のような良好な
ｐｎ接合を形成する技術が見出されていない。それはプ
ラズマＣＶＤ法のように反応温度が低い系において、結
晶シリコン表面上でのシリコン薄膜の形成機構について
明らかではなく、有効なプロセス設計の指針が得られて
いないためである。

【００１０】本発明は上述の課題に鑑みなされたもので
あり、低温プロセスであるプラズマＣＶＤ法により、フ
ッ素系ガスを用いなくとも、高性能な半導体装置、特に
高効率な光起電力素子を提供することを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、非晶質
基板上に形成すると、１つの結晶面が優先的に該非晶質
基板表面に平行となる結晶質薄膜が、該結晶質薄膜と同
種の結晶基板上に形成されてなる半導体装置が提供され
る。なお、本明細書において「結晶質薄膜」と「結晶基
板」が同種であるということは、ドーパントやキャリヤ
ガスを除いて互いの主成分となる元素が同じであるとい
う意味である。

【００１２】本発明の１つの態様は、前記結晶基板は実
質的に平坦な表面を有する単結晶基板であり、該単結晶
基板上に形成される結晶質薄膜の１つの結晶面が優先的
に、該単結晶基板表面に平行となる半導体装置である。

【００１３】本発明の別の態様は、前記結晶基板は凹凸
表面を有する単結晶基板であり、該単結晶基板上に形成
される結晶質薄膜の１つの結晶面が優先的に、該単結晶
基板の凹凸表面に平行となる半導体装置である。

【００１４】本発明のさらに別の態様は、前記結晶基板
は実質的に平坦な表面を有する多結晶基板であり、該多
結晶基板のある結晶粒において、該結晶粒上に形成され
る結晶質薄膜の１つの結晶面が優先的に、該結晶粒表面
に平行となる半導体装置である。

【００１５】本発明のさらに別の態様は、前記結晶基板
は凹凸表面を有する多結晶基板であり、該多結晶基板の
ある結晶粒において、該結晶粒上に形成される結晶質薄
膜の１つの結晶面が優先的に、該多結晶基板の凹凸表面
に平行となる半導体装置である。

【００１６】本発明のさらに別の態様は、前記優先的な
結晶面が(１１０)である半導体装置である。前記各実施
の態様において互いに平行となる結晶質薄膜の結晶面と
結晶基板の凹凸表面とが同じ面方位である場合は、さら
に好ましい。

【００１７】また、前記各実施の態様において、非晶質
基板上に形成したときに該非晶質基板表面に平行となる
結晶質薄膜の結晶面と、前記結晶基板上に形成したとき
に該結晶基板のある結晶粒の凹凸表面に平行となる結晶
質薄膜の結晶面とが異なる方位であってよい。

【００１８】また、前記半導体装置は光起電力素子であ
ってよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置は、結晶半導
体材料からなる基板（以下では単に結晶基板とする）上
に、基板と同種の材料からなる結晶質半導体薄膜（以下
では単に結晶質薄膜とする）が形成されてなる。結晶基
板に用いられる結晶半導体材料として代表的にはシリコ
ン、ゲルマニウム等の第ＩＶＢ族元素単体、ＳｉＣ、Ｓ
ｉＧｅ等の複数の第ＩＶＢ族元素からなる合金、あるい
はガリウムヒ素、窒化ガリウム、インジウム燐等のＩＩ
Ｉ−Ｖ族元素の化合物等が挙げられる。

【００２０】結晶基板は単結晶基板が用いられる。例え
ば、シリコンの場合では、種結晶成長法（ＣＺ法）、溶
融浮遊帯法（ＦＺ法）といった公知の技術により得られ
る単結晶のインゴットを、基板面が所望の方位となるよ
うにブレードソーまたはワイヤーソーで切り出して、厚
さ２００〜５００μｍ程度の板状の基板としている。単
結晶シリコン基板の基板面は、（１００）あるいは（１
１１）が代表的であるが、目的に応じて数度程度のオフ
セットを付けることもある。

【００２１】また、結晶基板として多結晶基板も用いら
れる。例えば、シリコンの場合では、上述のように作製
した単結晶のインゴットの端材を再度溶解し、その融液
を代表的には直方体である鋳型に流し入れ凝固させるこ
とで、多結晶のインゴットが得られる。そうして得られ
た多結晶のインゴットをブレードソーまたはワイヤーソ
ーで切り出して、厚さ２００〜５００μｍ程度の板状の
基板としている。このようにして得られたインゴットで
は、個々の結晶粒の方位が様々であるため、切り出され
た板状の基板表面に現れる方位も個々の結晶粒ごとに様
々である。また、例えば、非晶質膜を結晶化させて作成
した多結晶基板を用いてもよい。

【００２２】上述のようにして得られた結晶基板は切断
時に基板表面に導入される歪や汚れを除去するために、
エッチングされる。エッチングは酸、アルカリ溶液によ
る湿式処理、あるいはプラズマを使用した乾式処理等の
公知技術により行われる。

【００２３】なお、太陽電池等の光起電力素子の場合、
基板表面に凹凸を設けると表面反射が低減されるので、
光電変換効率が向上することが知られている。（１０
０）単結晶シリコン基板の場合は、（１１１）面を選択
的にエッチングできるヒドラジンや水酸化ナトリウム溶
液を用いることで、基板表面にピラミッド状の凹凸（テ
クスチャー）を設けることができる。その他の方位の単
結晶シリコン基板、あるいは多結晶シリコン基板の場合
は、Ｖ型状あるいは矩形状の溝や半球状の凹みといった
種々の形状を有する凹凸を、ホトリソ技術や機械的処理
により基板表面に設けることが可能である。これらの凹
凸の高さや間隔等は光の波長と同程度であることが望ま
しく、代表的には０．０１〜１０μｍの範囲である。

【００２４】本発明の半導体装置は、結晶基板上にプラ
ズマＣＶＤ法により結晶質薄膜が形成されてなる。プラ
ズマＣＶＤ法としては、放電電力として高周波電力を用
い、平行平板型電極間にプラズマを発生させる方法が一
般的であるが、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法等、その他の公
知の技術が用いられ得る。結晶質薄膜がシリコン系薄膜
である場合は、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆等の珪化水素ガスが
原料ガスとして代表的に用いられ、導電型をｐ型とする
場合はＢ₂Ｈ₆、ｎ型とする場合はＰＨ₃が代表的にドー
ピングガスとして原料ガスと混合されて用いられる。原
料ガスとドーパントガスとの混合比は、代表的には容量
比で１：０．００１〜１：１の範囲である。これらのガ
スは通常、水素ガス、あるいは希ガスにより希釈されて
使用される。原料ガスと希釈ガスとの混合比は、代表的
には容量比で１：１〜１：２００の範囲である。プラズ
マＣＶＤ法における他の条件としては、例えば、投入電
力は数Ｗ〜数ｋＷ程度、チャンバー内圧力は１３〜２７
００Ｐａ程度、基板温度は室温〜６００℃程度に設定さ
れる。

【００２５】(発明の原理)本発明者らは、鋭意研究の結
果、プラズマＣＶＤ法により形成される結晶質薄膜があ
る特定の性質を有する場合、同種の結晶基板上に形成す
ると、異なる面方位においても、結晶基板の面方位を引
き継いで成長し得ることを見出した。以下で、本発明を
創出するにあたり行った検討実験について説明する。

【００２６】面方位が（１００）、（１１０）及び（１
１１）となる単結晶シリコン基板上に、ＲＦプラズマＣ
ＶＤ法により、結晶質シリコン薄膜を製膜した。条件Ａ
として、反応ガスの流量はＳｉＨ₄が１．４ｓｃｃｍ、
Ｂ₂Ｈ₆が０．０１ｓｃｃｍ、Ｈ₂が１００ｓｃｃｍであ
り、圧力は３３Ｐａに設定した。また、基板温度２００
℃、投入電力は１００ｍＷ／ｃｍ²とした。この条件で
ガラス基板上に厚さ約３００ｎｍとなるように製膜した
薄膜をＸ線回折法による評価を行ったところ、この薄膜
は（１１０）優先配向であった。一方、条件Ｂとして、
基板温度、投入電力および圧力は条件Ａと同じとし、Ｓ
ｉＨ₄が１．４ｓｃｃｍ、Ｂ₂Ｈ₆が０．１ｓｃｃｍ、Ｈ₂
が５００ｓｃｃｍとした。この条件でガラス基板上に厚
さ約３００ｎｍとなるように製膜した薄膜をＸ線回折法
による評価を行ったところ、この薄膜はランダム配向で
あった。これら条件ＡおよびＢで製膜した結晶質シリコ
ン薄膜の最表面構造の変化を反射高速電子線回折法（Ｒ
ＨＥＥＤ）を用いて評価を行った結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１より、ガラス基板上で製膜したときに
（１１０）優先配向を示す条件Ａで製膜した場合は、い
ずれの面方位の単結晶基板においても、同一の製膜条件
であるにもかかわらず、結晶質シリコン薄膜の膜厚が１
００ｎｍとなるまでは、基板表面と同じ面方位の結晶面
が基板表面に平行となるように形成されることが分かっ
た。この結晶質シリコン薄膜はガラス基板上に形成した
ときに（１１０）優先配向を示すので、単結晶シリコン
基板の面方位が（１１０）である場合に基板面方位を引
き継ぐことは想像に難くないが、単結晶シリコン基板の
面方位が（１００）や（１１１）である場合でも、基板
面方位を引き継ぐように形成されることが明らかとなっ
た。逆に、ガラス基板上で製膜したときにランダム配向
を示す条件Ｂで製膜した場合は、いずれの単結晶基板に
おいても、製膜直後から多結晶となり、基板面方位を引
き継がれることはなかった。これらの結果に基づき、本
発明者らは本発明の半導体装置を創出するに至った。

【００２９】本発明の半導体装置で作製される結晶質薄
膜は、結晶基板と同種の材料からなり、非晶質基板上に
形成すると、１つの結晶面が優先的に該非晶質基板表面
に平行となるものである。例えば、プラズマＣＶＤ法に
よりシリコン系薄膜からなる結晶質薄膜を非晶質基板上
に形成する場合、上述の製膜条件を適切に設定すること
で（１１１）、（１１０）、（１００）といった結晶面
に配向させることができる。シリコン系薄膜の場合は、
非晶質基板上に形成されたときの配向面が（１１０）で
あることが好ましい。なぜなら、配向面を（１１１）や
（１００）とするためには、水素希釈率を非常に高くす
る、もしくは腐食性の強いフッ素系ガスを用いる必要が
あるため、界面の損傷や不純物の混入といった問題が懸
念されるが、そうした問題が発生するような極端な条件
を用いなくとも配向面を（１１０）とすることが可能で
あるからである。

【００３０】このような結晶質薄膜を結晶基板上に形成
すると、結晶基板表面が実質的に平滑ならば基板表面、
結晶基板表面が凹凸を有しているならば個々の凹凸表面
に対し、結晶質薄膜の１つの結晶面が優先的に平行とな
る。このような状態を模式的に表した略断面図を図３に
示す。Ａは結晶基板表面が実質的に平坦である場合、Ｂ
は結晶基板表面が凹凸を有している場合である。いずれ
の場合も、結晶基板３１の表面もしくは個々の凹凸表面
に対して垂直な方向に粒界３３が存在しない、高品質な
結晶質薄膜３２が形成されており、高性能な半導体装置
を得ることができる。なお、結晶質薄膜は基板表面もし
くは個々の凹凸表面の面方位を完全に引き継ぐようにエ
ピタキシャル成長している（この場合、結晶質薄膜３２
には粒界３３は存在しない）ことが理想ではあるが、必
ずしもエピタキシャル成長していなくともよく、ある１
つの結晶面が優先的に平行であればよい。それは、１つ
の結晶面が優先的に平行であるということは、少なくと
も優先的に平行となる結晶面に垂直な方向には、結晶粒
界やバンドの揺らぎといったキャリア輸送に対する障壁
が減少するためである。

【００３１】基板表面もしくは個々の凹凸表面に対して
優先的に平行となる結晶質薄膜の結晶面と、基板表面も
しくは個々の凹凸表面とが同じ面方位であることは、さ
らに好ましい。結晶質薄膜と基板との界面が欠陥の少な
い良好な状態となるからである。このとき、非晶質基板
上に形成したときに非晶質基板表面に対して優先的に平
行となる結晶質薄膜の結晶面と、結晶基板上に形成した
ときに基板表面もしくは個々の凹凸表面に対して優先的
に平行となる結晶質薄膜の結晶面とが異なる方位であり
得る。結晶質薄膜を非晶質基板上に形成したときの優先
配向面と単結晶基板面方位とが異なる場合であっても、
単結晶基板面方位を引き継ぐ形で結晶質薄膜が形成され
得ることが、先述した検討実験の結果より明らかであ
る。

【００３２】本発明の半導体装置に用いる結晶基板とし
て、多結晶基板も単結晶基板と同様に使用できる。多結
晶基板の個々の結晶粒１つに限定して議論する場合は、
単結晶と全く同様に扱えると考えられるからである。

【００３３】本発明の半導体装置がシリコン系薄膜なら
びに結晶シリコン基板からなる場合、シリコン系薄膜が
ｐ型であることが好ましい。非晶質基板上でシリコン系
薄膜を形成する場合、先述したように、Ｂ₂Ｈ₆のような
ｐ型不純物元素含有ガスを添加すると極端な条件を用い
ることなく（１１０）配向が得られることが知られてい
る。この場合、結晶シリコン基板がｎ型であれば、ｐ型
シリコン系薄膜を形成することで良好なｐｎ接合が形成
される。

【００３４】本発明の半導体装置は先述したバイポーラ
トランジスタ、メモリー、太陽電池等のｐｎ接合を動作
原理とする半導体装置であり得る。しかしながら、面積
の大きな半導体装置製造に適用できるプラズマＣＶＤ法
を用いることができ、さらに基板表面が凹凸であっても
よいことから、本発明の半導体装置が太陽電池等の光起
電力素子であることは、特に好ましい。

【００３５】以下で、本発明の一実施例を説明する。

【００３６】（実施例１）図１により、本発明の１つの
態様である太陽電池の作製手順を説明する。１〜３Ω・
ｃｍ程度で面方位が（１００）であるｎ型単結晶シリコ
ン基板１１をＲＣＡ法により洗浄した後、８００℃で熱
処理を行うことで、基板表面側に拡散防止膜として酸化
シリコン膜を形成した。このｎ型単結晶シリコン基板１
１を基板温度８５０℃でＰＯＣｌ₃によるリンの熱拡散
処理を行うことで、裏面側に１０²⁰ｃｍ^-3程度の高濃度
リンを含有してなるＢＳＦ層（図示せず）を形成した。
基板１１をフッ酸で洗浄した後、蒸着法によりＴｉ、Ｐ
ｄ、Ａｇの順に積層してなる下部電極１２を形成した。
その後、フッ酸処理により表面側の拡散防止膜を除去し
た。そして、実質的に平坦な表面を有するｎ型単結晶シ
リコン基板１１の表面側に、ＲＦプラズマＣＶＤ法によ
り、ｐ型結晶質シリコン薄膜１３を厚さ１５ｎｍとなる
ように製膜した。反応ガスの流量はＳｉＨ₄が１．４ｓ
ｃｃｍ、Ｂ₂Ｈ₆が０．０１ｓｃｃｍ、Ｈ₂が１００ｓｃ
ｃｍであり、圧力は３３Ｐａに設定した。また、基板温
度２００℃、投入電力は１００ｍＷ／ｃｍ²とした。な
お、同一条件でガラス基板上に厚さ約３００ｎｍとなる
ように製膜した薄膜についてＸ線回折法による評価を行
ったところ、（１１１）回折ピークに対する（２２０）
回折ピークの積分強度比は５であり、この薄膜は（１１
０）優先配向であった。

【００３７】上部の透明電極１４として、スパッタリン
グ法で厚さ７０ｎｍのＩＴＯを形成し、さらに蒸着法で
Ａｇを櫛形に形成することで集電極１５として、太陽電
池を作製した。

【００３８】この太陽電池に、入射光としてＡＭ１．５
の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したと
きの太陽電池出力特性を表２に示す。

【００３９】（実施例２〜６及び比較例１〜３）実施例
２〜６及び比較例１〜３では実施例１と同様に、実質的
に平坦な表面を有するｎ型単結晶シリコン基板上にプラ
ズマＣＶＤ法によりｐ型結晶質シリコン薄膜を形成する
ことで太陽電池を作製した。実施例３、５では、単結晶
基板の面方位をそれぞれ（１１１）、（１１０）に変更
している。実施例２、４、６及び比較例１〜３では、プ
ラズマＣＶＤ法におけるＢ₂Ｈ₆、Ｈ₂の流量を変更して
いる。実施例２、４、６に用いた条件で、ガラス基板上
に形成されたｐ型結晶質シリコン薄膜についてＸ線回折
法による評価を行ったところ、（１１１）回折ピークに
対する（２２０）回折ピークの積分強度比は５であり、
この薄膜は（１１０）優先配向であった。一方、比較例
１〜３に用いた条件で、ガラス基板上に形成されたｐ型
結晶質シリコン薄膜についてＸ線回折法による評価を行
ったところ、（１１１）回折ピークに対する（２２０）
回折ピークの積分強度比は０．４であり、この薄膜はラ
ンダム配向であった。

【００４０】これらの太陽電池に、入射光としてＡＭ
１．５の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射
したときの太陽電池出力特性を表２に示す。

【００４１】（従来例１）従来の接合形成プロセスを用
いた例として、ＢＢｒ₃雰囲気による熱拡散処理により
基板表面側にｐ層を形成した太陽電池を作製した。作製
手順を順に説明する。使用した結晶基板は実施例１と同
様であり、ＲＣＡ洗浄を行った後、Ｎ₂バブリング法を
用い、基板温度９７０℃でＢＢｒ₃によるホウ素の熱拡
散処理を行うことで、基板表面に高濃度ホウ素を含有し
てなるｐ⁺層を形成した。この基板のシート抵抗は５０
Ω／□程度であり、拡がり抵抗測定によると、接合深さ
は０．３２μｍであった。基板の裏面、側面のｐ＋層を
フッ硝酸でエッチングした後、ＢＳＦ層、下部電極、透
明電極、集電極の順に、それぞれ実施例１と同様にして
形成することで、太陽電池を作製した。

【００４２】この太陽電池に、入射光としてＡＭ１．５
の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したと
きの太陽電池出力特性を表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２から、プラズマＣＶＤ法で非晶質基板
上に形成したときに（１１０）優先配向を示すｐ型結晶
質シリコン薄膜によりｐｎ接合を形成することにより、
（１００）基板では従来例よりも高く、（１１１）また
は（１１０）基板でも従来例と同等の開放電圧を示して
いることが分かる。さらに短絡電流の値は、いずれの基
板においても従来例よりも高い。これらの結果は、プラ
ズマＣＶＤ法で非晶質基板上に形成したときに（１１
０）優先配向を示すｐ型結晶質シリコン薄膜によりｐｎ
接合を形成することにより、熱拡散で接合を形成した太
陽電池と同等の良好なｐｎ接合が形成され、かつ接合深
さを浅くできるので、優れた光電変換効率を有する太陽
電池が作製できることを示している。

【００４５】一方、プラズマＣＶＤ法で非晶質基板上に
形成したときにランダム配向を示すｐ型結晶質シリコン
薄膜によりｐｎ接合を形成して作製した太陽電池の光電
変換効率は、従来例より劣っている。特に開放電圧、曲
線因子が大きく低下しており、良好なｐｎ接合が形成さ
れていないことが示唆される。

【００４６】（実施例９）本実施例では、下部電極１２
形成前に、公知のアルカリエッチング技術により（１０
０）単結晶基板１１表面にテクスチャー構造を設けた。
テクスチャー構造を設ける以外は、実施例１と同様にし
て太陽電池を作製した。

【００４７】この太陽電池に、入射光としてＡＭ１．５
の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したと
きの太陽電池出力特性は、光電変換効率は１５．４％、
開放電圧、短絡電流密度、曲線因子はそれぞれ０．５８
２Ｖ、３７．３ｍＡ／ｃｍ²、７１．０％であった。開
放電圧、曲線因子は実施例１とほぼ同等であり、光閉込
効果により短絡電流密度が増大した結果、光電変換効率
がより向上した。

【００４８】（実施例１０及び従来例２）本実施例で
は、結晶基板として、キャスト法により作製されたｎ型
多結晶基板を用いた。基板以外は、実施例１及び従来例
１と同様にして太陽電池を作製した。

【００４９】プラズマＣＶＤ法によりｐ型結晶質シリコ
ン薄膜を形成することで、ｐｎ接合を形成してなる太陽
電池（実施例１０）に、入射光としてＡＭ１．５の擬似
太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの太
陽電池出力特性は、変換効率は１２．１％、開放電圧、
短絡電流密度、曲線因子はそれぞれ０．５６０Ｖ、３
１．８ｍＡ／ｃｍ²、６８．０％であった。

【００５０】熱拡散法によりｐｎ接合を形成してなる太
陽電池（従来例２）に、入射光としてＡＭ１．５の擬似
太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの太
陽電池出力特性は、変換効率は１０．５％、開放電圧、
短絡電流密度、曲線因子はそれぞれ０．５６２Ｖ、２
６．３ｍＡ／ｃｍ²、７１．０％であった。

【００５１】実施例１０と従来例２を比較すると、単結
晶基板の場合と同様に、開放電圧はほぼ同等であるのに
対し、短絡電流密度が実施例１０の方が大きく、その結
果、光電変換効率が優れていることが分かる。

【００５２】他の実施例としてｎ型多結晶基板の表面に
機械的処理によって溝や凹みを形成することで凹凸を形
成し、この上にプラズマCVD法でｐ型結晶質シリコン薄
膜を形成して太陽電池を構成することができる。

【００５３】（実施例１１）図２により、本発明の別の
態様であるタンデム型太陽電池の作製手順を説明する。
実施例１０と同様にして、裏面に下部電極２２が形成さ
れたｎ型多結晶シリコン基板２１上に、プラズマＣＶＤ
法によりｐ型結晶質シリコン薄膜２３を形成してなる光
電変換ユニットを作製し、さらにプラズマＣＶＤ法によ
り、厚さ２０ｎｍのｎ型非晶質シリコン薄膜２６、厚さ
０．３５μｍのｉ型非晶質シリコン薄膜２７、厚さ１０
ｎｍのｐ型非晶質シリコン薄膜２８の順に積層すること
で、２つの光電変換ユニットが直列に接続されるように
形成した。その後、上部電極２４、集電極２５を形成す
ることによりタンデム型太陽電池を作製した。

【００５４】この太陽電池に、入射光としてＡＭ１．５
の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したと
きの太陽電池出力特性は、変換効率は１３．３％、開放
電圧、短絡電流密度、曲線因子はそれぞれ１．４５Ｖ、
１３．５ｍＡ／ｃｍ²、６８．０％であった。

【００５５】以上、結晶基板としてｎ型の単結晶、もし
くは多結晶シリコン基板を用い、プラズマＣＶＤ法によ
りｐ型結晶質シリコン薄膜を形成することでｐｎ接合を
形成した太陽電池により、本発明の実施の形態について
説明したが、本発明の適用されるところは、本実施例に
限定されるものではなく、ｐｎ接合を利用した半導体装
置全般に適用され得ることは明らかである。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、非晶質基板上に形成す
ると、１つの結晶面が優先的に非晶質基板表面に平行と
なる結晶質薄膜を、同種の半導体材料からなる結晶基板
上に形成することで、接合界面が良好な高性能な半導体
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜太陽電池の一実施例を示す要部の
概略断面図である。

【図２】本発明の薄膜太陽電池の他の実施例を示す要部
の概略断面図である。

【図３】ある１つの結晶面が結晶基板表面に平行となっ
ている結晶質薄膜の概略断面図である。

【符号の説明】

１１、２１ｎ型単結晶シリコン基板１２、２２下部電極１３、２３ｐ型結晶質シリコン薄膜１４、２４上部電極１５、２５集電極２６ｎ型非晶質シリコン薄膜２７ｉ型非晶質シリコン薄膜２８ｐ型非晶質シリコン薄膜３１結晶基板３２結晶質薄膜３３粒界

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F045 AA08 AB02 AC01 AC19 AD06 AE19 AF03 AF13 BB16 CA13 DA65 5F051 AA02 AA03 AA05 CA16 CA17 DA15 GA04 GA14 GA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質基板上に形成すると、１つの結晶
面が優先的に該非晶質基板表面に平行となる結晶質薄膜
が、該結晶質薄膜と同種の結晶基板上に形成されてなる
半導体装置。
【請求項２】前記結晶基板は実質的に平坦な表面を有
する単結晶基板であり、該単結晶基板上に形成される結
晶質薄膜の１つの結晶面が優先的に、該単結晶基板表面
に平行となる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記結晶基板は凹凸表面を有する単結晶
基板であり、該単結晶基板上に形成される結晶質薄膜の
１つの結晶面が優先的に、該単結晶基板の凹凸表面に平
行となる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】前記結晶基板は実質的に平坦な表面を有
する多結晶基板であり、該多結晶基板のある結晶粒にお
いて、該結晶粒上に形成される結晶質薄膜の１つの結晶
面が優先的に、該結晶粒表面に平行となる請求項１に記
載の半導体装置。
【請求項５】前記結晶基板は凹凸表面を有する多結晶
基板であり、該多結晶基板のある結晶粒において、該多
結晶基板上に形成される結晶質薄膜の１つの結晶面が優
先的に、該多結晶基板の凹凸表面に平行となる請求項１
に記載の半導体装置。
【請求項６】前記優先的な結晶面が（１１０）である
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】前記互いに平行となる結晶質薄膜の結晶
面と結晶基板表面とが同じ面方位である請求項２〜５の
いずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】前記非晶質基板上に形成したときに該非
晶質基板表面に平行となる結晶質薄膜の結晶面と、前記
結晶基板上に形成したときに該結晶基板表面に平行とな
る結晶質薄膜の結晶面とが異なる方位である請求項２〜
5のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項9】前記半導体装置は光起電力素子である請
求項１〜8のいずれかに記載の半導体装置。