JPH0888189A

JPH0888189A - 薄膜多結晶半導体及びその製造方法並びに光起電力装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0888189A
Application number: JP6248468A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Terada; 典裕寺田; Yasuki Harada; 康樹原田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】キャリア移動度等のデバイス特性に優れた薄
膜多結晶半導体及び変換効率の良い光起電力装置をが簡
単に得られるようにする。【構成】この薄膜多結晶半導体においては、非晶質半
導体薄膜２２に分散された結晶相２１が新たな結晶核が
形成されない温度で固相成長されて結晶化されており、
また光起電力装置においては、一導電型の非晶質半導体
層に分散された結晶相が新たな結晶核が形成されない温
度で固相成長されて多結晶化された一導電型の多結晶半
導体層が基板上に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体薄膜が多結晶
化された薄膜多結晶半導体とその製造方法、及びこのよ
うな薄膜多結晶半導体を用いた光起電力装置とその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、薄膜半導体を多結晶化させた
薄膜多結晶半導体は光起電力装置等において広く利用さ
れており、このように薄膜多結晶半導体を光起電力装置
等に利用するにあたっては、その結晶の粒径を大きくし
て薄膜多結晶半導体におけるキャリア移動度等のデバイ
ス特性を向上させることが要望されている。

【０００３】ここで、薄膜多結晶半導体を製造するにあ
たっては、従来より、一般に基板上に非晶質半導体薄膜
を形成し、この非晶質半導体薄膜を加熱させて結晶化さ
せる固相成長法や、この非晶質半導体薄膜にレーザーを
照射させて結晶化させるレーザーアニール法等が用いら
れて、また近年においては、上記の固相成長法によって
結晶粒径の大きな薄膜多結晶半導体を製造するため、非
晶質半導体薄膜の一部にリン（Ｐ）やボロン（Ｂ）等の
不純物をドーピングすることにより、非晶質半導体薄膜
中の荷電状態を変化させ、不純物がドーピングされた部
分から選択的に結晶化を開始させる方法が開発された。

【０００４】しかし、このように非晶質半導体薄膜の一
部に不純物をドーピングさせた場合においても、この非
晶質半導体薄膜を加熱して結晶化させる際に、非晶質半
導体薄膜の様々な部分において結晶核が発生して固相成
長し、図１に示すように、基板１上おける薄膜多結晶半
導体２内に多くの結晶２ａが形成されて、形成された各
結晶２の粒径が依然として十分なものとはいえず、また
この薄膜多結晶半導体２の厚み方向に結晶粒界２ｂが形
成されて、キャリア移動度や変換効率等のデバイス特性
を十分に向上させることができないという問題があっ
た。

【０００５】また、このようにキャリア移動度や変換効
率等のデバイス特性を十分に向上させることができない
ため、このような薄膜多結晶半導体を用いて光起電力装
置を製造した場合、この光起電力装置における特性の向
上も十分ではなく、変換効率の高い光起電力装置が得ら
れない等の問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は先
の出願である特願平５−１５３６９２号において、不純
物がドープされると共に結晶相が分散された非晶質シリ
コン薄膜を熱処理し、この非晶質シリコン薄膜を固相成
長させると、厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結
晶が形成された薄膜多結晶シリコンが得られることを開
示した。

【０００７】しかし、このようにした場合であっても、
非晶質シリコン薄膜を熱処理して固相成長させる際に、
非晶質シリコン薄膜中に新たな結晶核が形成され、これ
が固相成長されて、薄膜多結晶シリコン中に粒径の小さ
な結晶が形成されたり、また非晶質シリコン薄膜中に不
純物をドープさせた場合に、このドープされた不純物が
固相成長時に移動して、形成された薄膜多結晶シリコン
における特性が低下するということがあった。

【０００８】この発明は、非晶質半導体薄膜を結晶化さ
せた薄膜多結晶半導体やこの薄膜多結晶半導体を用いた
光起電力装置における上記のような様々な問題を解決す
ることを課題とするものである。

【０００９】すなわち、この発明においては、半導体薄
膜を結晶化させた薄膜多結晶半導体において、粒径の小
さな結晶が形成されるということがなく、厚み方向に結
晶粒界が存在しない大きな結晶が形成され、キャリア移
動度や変換効率等のデバイス特性に優れた薄膜多結晶半
導体が簡単に得られるようにすると共に、薄膜多結晶半
導体を用いた変換効率の高い光起電力装置も簡単に得ら
れるようにすることを課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明においては、上
記のような課題を解決するため、非晶質半導体薄膜中に
おける結晶相が新たな結晶核を形成しない低い温度で固
相成長されて、上記の非晶質半導体薄膜が多結晶化され
た薄膜多結晶半導体を開発したのである。

【００１１】そして、上記の薄膜多結晶半導体において
は、その半導体材料に、シリコン，ゲルマニウム，シリ
コンゲルマニウム等を使用するようにした。

【００１２】また、この発明においては、上記のような
薄膜多結晶半導体を製造するにあたり、結晶相が分散さ
れた非晶質半導体薄膜を基板上に形成する工程と、この
非晶質半導体薄膜を新たな結晶核を形成しない低い温度
で熱処理して上記の結晶相を固相成長させる工程とを行
うようにした。

【００１３】また、この発明における光起電力装置にお
いては、上記のような課題を解決するため、一導電型の
非晶質半導体層中における結晶相が新たな結晶核を形成
しない低い温度で固相成長されて多結晶化した一導電型
の多結晶半導体が基板上に形成された光起電力装置を開
発したのである。

【００１４】そして、このような光起電力装置として、
基板上に結晶相が分散された一導電型の非晶質半導体層
と他導電型の非晶質半導体層とが積層され、新たな結晶
核を形成しない低い温度で上記の結晶相が固相成長され
て多結晶化した一導電型及び他導電型の多結晶半導体層
が基板上に積層された光起電力装置や、また多結晶化さ
れた一導電型の多結晶半導体層に含有される不純物の量
をその厚み方向に変化させた光起電力装置を開発したの
である。

【００１５】また、この発明においては、上記のような
光起電力装置を製造するにあたり、結晶相が分散するよ
うにして一導電型の非晶質半導体層を基板上に形成する
工程と、新たな結晶核を形成しない低い温度で上記の結
晶相を固相成長させて非晶質半導体層を多結晶させる工
程とを行うようにし、さらに基板上に一導電型の多結晶
半導体層と他導電型の多結晶半導体層とが積層された光
起電力装置を製造するにあたっては、結晶相が分散する
ようにして一導電型の非晶質半導体層を基板上に形成す
る工程と、この一導電型の非晶質半導体層上に他導電型
の非晶質半導体層を形成する工程と、新たな結晶核を形
成しない低い温度で上記の結晶相を固相成長させて上記
の各非晶質半導体層を多結晶化させる工程とを行うよう
にしたのである。

【００１６】

【作用】ここで、この発明における薄膜多結晶半導体に
おいては、上記のように非晶質半導体薄膜中における結
晶相が、新たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長
されて、非晶質半導体薄膜が多結晶化されているため、
上記の結晶相が固相成長された結晶以外に新たな結晶が
形成されるということがなく、厚み方向に結晶粒界が存
在しない大きな結晶をもつ薄膜多結晶半導体となり、薄
膜多結晶半導体におけるキャリア移動度等の膜特性が向
上する。

【００１７】また、このような薄膜多結晶半導体を製造
するにあたり、非晶質半導体薄膜を新たな結晶核を形成
しない低い温度で熱処理して、この非晶質半導体薄膜に
分散された結晶相を固相成長させるようにしたため、非
晶質半導体薄膜中に新たな結晶核が形成されて結晶化
し、薄膜多結晶半導体中に粒径の小さな結晶が形成され
るということがなく、分散された結晶相だけが固相成長
して厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶をもつ
薄膜多結晶半導体が確実に得られるようになる。

【００１８】さらに、非晶質半導体薄膜を新たな結晶核
を形成しない低い温度で熱処理するため、この非晶質半
導体薄膜に不純物をドープさせた場合に、ドープされた
不純物が熱処理時に勝手に移動して、形成された薄膜多
結晶半導体におけるデバイス特性が低下するということ
がなく、また非晶質半導体薄膜にドープさせる不純物の
量をその厚み方向に変化させておくことにより、不純物
のドープ量が厚み方向に変化して内部電界をもつ薄膜多
結晶半導体が簡単に得られるようになる。

【００１９】また、この発明における光起電力装置にお
いては、一導電型の非晶質半導体層中における結晶相が
新たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長されて多
結晶化した一導電型の多結晶半導体が基板上に形成され
ているため、上記の薄膜多結晶半導体の場合と同様に、
一導電型の多結晶半導体層において結晶相が固相成長さ
れた結晶以外に新たな結晶が形成されるということがな
く、厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶をもつ
一導電型の多結晶半導体層が得られ、この一導電型の多
結晶半導体層におけるキャリア移動度等の特性が向上し
て、光起電力装置における変換効率が向上する。

【００２０】また、このような光起電力装置を製造する
にあたり、一導電型の非晶質半導体層を新たな結晶核を
形成しない低い温度で熱処理して、この非晶質半導体層
に分散された結晶相を固相成長させるようにしたため、
非晶質半導体層中に新たな結晶核が形成されて結晶化す
るということがなく、分散された結晶相だけが固相成長
して、厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶を有
する一導電型の多結晶半導体層が基板上に確実に形成さ
れ、上記のような変換効率の良い光起電力装置が簡単に
得られるようになる。

【００２１】さらに、上記のように一導電型の非晶質半
導体層内における結晶相を、新たな結晶核が形成されな
い低い温度で固相成長させるため、この非晶質半導体層
内にドープされた不純物が熱処理時に勝手に移動して、
形成された一導電型の多結晶半導体層における特性が低
下するということがなく、またこの非晶質半導体層にド
ープさせる不純物の量をその厚み方向に変化させておく
ことにより、不純物のドープ量が厚み方向に変化して内
部電界をもつ一導電型の多結晶半導体層が簡単に得られ
るようになる。

【００２２】また、基板上に結晶相が分散された一導電
型の非晶質半導体層と他導電型の非晶質半導体層とが積
層され、新たな結晶核を形成しない低い温度で上記の結
晶相が固相成長されて多結晶化した一導電型及び他導電
型の多結晶半導体層が基板上に積層された光起電力装置
においては、一導電型と他導電型の各多結晶半導体層に
おいて上記の結晶相が固相成長された結晶以外に新たな
結晶が形成されるということがなく、一導電型と他導電
型の多結晶半導体層とにわたって厚み方向に結晶粒界が
存在しない大きな結晶が形成され、一導電型と他導電型
の各多結晶半導体層においてキャリア移動度等の特性が
向上して、光起電力装置における変換効率が向上する。

【００２３】また、このように一導電型の多結晶半導体
層と他導電型の多結晶半導体層とが基板上に積層された
光起電力装置を製造するにあたり、結晶相が分散するよ
うにして一導電型の非晶質半導体層と他導電型の非晶質
半導体層とを積層させ、この状態で新たな結晶核を形成
しない低い温度で上記の結晶相を固相成長させると、各
非晶質半導体層中に新たな結晶核が形成されて結晶化す
るということがなく、分散された結晶相が固相成長した
結晶だけが形成され、一導電型と他導電型の各多結晶半
導体層とにわたって厚み方向に結晶粒界が存在しない大
きな結晶が確実に形成されるようになり、上記のような
変換効率の良い光起電力装置が簡単に得られるようにな
る。

【００２４】さらに、上記のようにして多結晶化された
一導電型の多結晶半導体層に含有される不純物の量をそ
の厚み方向に変化させた光起電力装置においては、この
一導電型の多結晶半導体層において内部電界が生じるよ
うになり、その内部電界によってキャリア移動度がさら
に向上し、光起電力装置における変換効率がより向上さ
れるようになる。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て具体的に説明する。

【００２６】（実施例１）この実施例においては、図２
に示すように、結晶相２１が非晶質シリコン層２２に分
散されて存在する微結晶シリコン層２０を基板１０上に
形成するようにした。

【００２７】ここで、この実施例においては、上記の基
板１０として、耐熱性の高い石英やタングステン，モリ
ブテン，チタン等の金属で構成された表面が平坦になっ
たものを用いるようにした。

【００２８】そして、この基板１０に対して、上記のよ
うに非晶質シリコン層２２に結晶相２１が分散された微
結晶シリコン層２０を形成するにあたっては、プラズマ
ＣＶＤ法により、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ３〜１０
ｓｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．００１〜０．０１ｓｃｃｍ，Ｈ₂
４０〜３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜３０Ｗ、反
応圧力：１０〜１００Ｐａ、基板温度：４００〜６５０
℃の範囲内で行うようにし、この実施例においては、ガ
ス流量：１００％ＳｉＨ₄ ３ｓｃｃｍ，ＰＨ₃０．００
５ｓｃｃｍ，Ｈ₂ ３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：３０
Ｗ、反応圧力：５４．５Ｐａ、基板温度：５５０℃の比
較的高い温度で水素により高希釈させた条件で、リンＰ
がドープされた微結晶シリコン層２０を形成した。

【００２９】ここで、このように形成した微結晶シリコ
ン層２０における結晶相２１を透過型電子顕微鏡の回析
パターンにより評価したところ、この結晶相２１は単結
晶で構成されていることが判明した。

【００３０】また、この実施例においては、上記のよう
に単結晶の結晶相２１が非晶質シリコン層２２に分散さ
れると共にリンがドープされた微結晶シリコン層２０を
熱処理して、上記の結晶相２１を固相成長させるにあた
り、新たな結晶核が形成されないように、上記の微結晶
シリコン層２０の形成温度よりも低い５００℃と４５０
℃の２種類の温度で熱処理を行うようにした。

【００３１】そして、上記のように５００℃と４５０℃
との２種類の温度で熱処理して、微結晶シリコン層２０
を固相成長させる段階において、それぞれ固相成長させ
る時間によって上記の微結晶シリコン層２０における暗
導電率がどのように変化するかを調べ、５００℃で固相
成長させた場合における暗導電率の変化を実線と■で、
４５０℃で固相成長させた場合における暗導電率の変化
を破線と●で図３に示した。

【００３２】この結果、５００℃の温度で固相成長させ
た場合、１５分程度の処理によりその暗導電率が急激に
上昇し、５時間の処理を行うと、固相成長を行う前の約
５０倍の暗導電率になっていた。また、４５０℃の温度
で固相成長させた場合においても、１０時間の処理によ
って暗導電率が１０倍以上向上していた。

【００３３】この結果、４５０℃程度の熱処理によって
も上記の微結晶シリコン層２０における結晶相２１が固
相成長され、微結晶シリコン層２０を形成する温度より
もかなり低い温度で固相成長が可能になるということが
わかった。

【００３４】（実施例２）この実施例においては、図４
に示すように、基板１０としてその表面が凹凸状になっ
たものを用い、このように凹凸状になった基板１０の表
面に、非晶質シリコン層２２に結晶相２１が分散された
微結晶シリコン層２０を形成するようにした。

【００３５】そして、このように基板１０の表面に、結
晶相２１が非晶質シリコン層２２に分散された微結晶シ
リコン層２０を形成するあたり、この実施例において
も、上記の実施例１の場合と同様に、プラズマＣＶＤ法
により、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ３ｓｃｃｍ，ＰＨ
₃ ０．００５ｓｃｃｍ，Ｈ₂ ３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワ
ー：３０Ｗ、反応圧力：５４．５Ｐａ、基板温度：５５
０℃の条件で、リンＰがドープされた微結晶シリコン層
２０を形成した。

【００３６】ここで、このように表面が凹凸状になった
基板１０の表面に、結晶相２１が非晶質シリコン層２２
に分散された微結晶シリコン層２０を形成すると、表面
が平坦な基板１０を用いた上記実施例１の場合に比べ
て、図４に示すように、結晶相２１が広い間隔で分散さ
れるようなった。

【００３７】そして、このように結晶相２１が非晶質シ
リコン層２２に分散された微結晶シリコン層２０を、上
記実施例１の場合と同じように、新たな結晶核が形成さ
れない温度で熱処理して、上記の結晶相２１を固相成長
させると、実施例１の場合よりも結晶粒径の大きな結晶
が形成されるようになり、キャリア移動度等の膜特性が
より優れた薄膜多結晶シリコンが得られた。

【００３８】（実施例３）この実施例においては、上記
の実施例１の場合と同様にして、結晶相２１が非晶質シ
リコン層２２に分散された微結晶シリコン層２０を基板
１０上に形成した後、図５に示すように、この微結晶シ
リコン層２０の上に非晶質シリコン層３０を形成するよ
うにした。

【００３９】ここで、この実施例においては、上記のよ
うに微結晶シリコン層２０の上に非晶質シリコン層３０
を形成するにあたり、不純物をドープさせないようにし
て非晶質シリコン層３０をプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ
法によって形成するようにした。

【００４０】そして、この非晶質シリコン層３０をプラ
ズマＣＶＤ法によって形成する場合には、ガス流量：１
００％ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０
〜１００Ｗ、反応圧力：５０〜１５００Ｐａ、基板温
度：４００〜６５０℃の範囲内の条件で行うようにし、
この実施例では、ガス流量：ＳｉＨ₄ ４０ｓｃｃｍ、Ｒ
Ｆパワー：８０Ｗ、反応圧力：６６．５Ｐａ、基板温
度：５５０℃の条件で上記の非晶質シリコン層３０を形
成した。

【００４１】そして、このように基板１０上に、非晶質
シリコン層２２に結晶相２１が分散された微結晶シリコ
ン層２０と、不純物がドープされていない非晶質シリコ
ン層３０とが積層されたものを、新たな結晶核が形成さ
れないように、各シリコン層２０，３０の形成温度より
低い５００℃の温度で熱処理して固相成長させるように
した。

【００４２】ここで、このようにして固相成長を行う
と、新たな結晶核が発生するということがなく、上記の
ように微結晶シリコン層２０に分散された結晶相２１に
おいて固相成長が起こり、図６の（Ａ）に示すように、
この結晶相２１が次第に大きくなり、この結晶相２１が
膜厚方向に伸びて不純物がドープされていない非晶質シ
リコン層３０にも成長し、遂には同図の（Ｂ）に示すよ
うに、上記の微結晶シリコン層２０から不純物がドープ
されていない非晶質シリコン層３０に連続して伸びた結
晶２１ａが形成され、膜厚方向に結晶粒界のない大きな
結晶２１ａをもつ薄膜多結晶シリコン４０が得られた。

【００４３】なお、このようにして得た薄膜多結晶シリ
コン４０においては、上記のように膜厚方向に結晶粒界
が存在しないため、キャリア移動度等の膜特性が良好で
あった。

【００４４】（実施例４）この実施例においても、上記
の実施例３の場合と同様に、非晶質シリコン層２２に結
晶相２１が分散された微結晶シリコン層２０を基板１０
上に形成した後、図５に示すように、この微結晶シリコ
ン層２０の上に非晶質シリコン層３０を形成するように
した。

【００４５】ここで、この実施例においては、上記のよ
うに微結晶シリコン層２０の上に非晶質シリコン層３０
を形成するにあたり、不純物としてリンＰがドープされ
た非晶質シリコン層３０をプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ
法によって形成するようにした。

【００４６】そして、このようにリンＰがドープされた
非晶質シリコン層３０をプラズマＣＶＤ法によって形成
する場合には、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０〜１０
０ｓｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．０１〜０．０８ｓｃｃｍ、ＲＦ
パワー：０〜１００Ｗ、反応圧力：５０〜１５００Ｐ
ａ、基板温度：４００〜６５０℃の範囲内で行うように
し、非晶質シリコン層３０におけるリンＰの原子濃度が
５×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3になるようにし
た。なお、この実施例では、ガス流量：ＳｉＨ₄ ４０ｓ
ｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．０８ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：３０
Ｗ、反応圧力：４０Ｐａ、基板温度：５５０℃の条件で
リンＰがドープされた非晶質シリコン層３０を形成し
た。

【００４７】一方、この実施例４のものと比較するた
め、比較例のものにおいては、図７に示すように、結晶
相が分散されておらず、単にリンＰがドープされただけ
の非晶質シリコン層２を基板１上に形成するようにし
た。なお、このように結晶相を含まない非晶質シリコン
層２を形成するにあたっては、上記のリンＰがドープさ
れた非晶質シリコン層３０を形成する場合と同じ条件
で、基板１上にこの非晶質シリコン層２を直接形成する
ようにした。

【００４８】そして、上記実施例４及びこの比較例のも
のに対して、５００℃の温度で熱処理して、固相成長さ
せるようにした。

【００４９】この結果、実施例４のように非晶質シリコ
ン層２２に結晶相２１が分散された微結晶シリコン層２
０が形成されたものにおいては、上記の実施例３の場合
と同様に、新たな結晶核が発生するということがなく、
その結晶相２１の部分において固相成長が起こり、リン
Ｐがドープされた上記の非晶質シリコン層３０にもその
結晶２１ａが成長し、上記の微結晶シリコン層２０から
この非晶質シリコン層３０に連続して伸びた結晶２１ａ
が形成され、膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶２１
ａをもつ薄膜多結晶シリコン４０が得られた。そして、
この薄膜多結晶シリコン４０も、上記実施例３のものと
同様に、キャリア移動度等の膜特性が良好であった。

【００５０】これに対し、基板１上にリンＰがドープさ
れただけの非晶質シリコン層２を形成した比較例のもの
においては、非晶質シリコン層２におけるリンＰの原子
濃度が５×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3と多くなっ
ているにも拘らず、この非晶質シリコン層２において固
相成長が起こらず、結晶化されなかった。

【００５１】（実施例５）この実施例においては、基板
１０として、ガラスやステンレスのように安価な材料で
構成されたものを用いるようにした。

【００５２】そして、この実施例においても、図２に示
すように、上記の基板１０上にプラズマＣＶＤ法によっ
て、結晶相２１が非晶質シリコン層２２に分散されると
共にリンＰがドープされた微結晶シリコン層２０を形成
するようにした。

【００５３】ここで、このような微結晶シリコン層２０
をプラズマＣＶＤ法によって形成するにあたっては、ガ
ス流量：１００％ＳｉＨ₄ ３〜１０ｓｃｃｍ，ＰＨ₃
０．００１〜０．０１ｓｃｃｍ，Ｈ₂ ４０〜３００ｓｃ
ｃｍ、ＲＦパワー：１０〜３０Ｗ、反応圧力：１０〜１
００Ｐａ、基板温度：４００〜５００℃の範囲内で行う
ようにし、上記の実施例１〜３の場合に比べて基板温度
を低くした。

【００５４】そして、この実施例においては、ガス流
量：１００％ＳｉＨ₄ ３ｓｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．００５ｓ
ｃｃｍ，Ｈ₂ ３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：３０Ｗ、反
応圧力：５４．５Ｐａ、基板温度：５００℃の条件で、
上記の基板１０上に結晶相２１が非晶質シリコン層２２
に分散されると共にリンＰがドープされた微結晶シリコ
ン層２０を形成した。

【００５５】このようにして基板１０上に微結晶シリコ
ン層２０を形成した後、この実施例においては、上記の
微結晶シリコン層２０の上に、上記の実施例３に示すよ
うに不純物がドープされていない非晶質シリコン層３０
をプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法によって形成したもの
と、上記の実施例４に示すようにリンＰがドープされた
非晶質シリコン層３０をプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法
によって形成したものとの２種類のものを作製するよう
にした。

【００５６】ここで、プラズマＣＶＤ法によって不純物
がドープされていない非晶質シリコン層３０を形成する
場合には、上記の実施例３の場合より基板温度を低く
し、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃ
ｍ、ＲＦパワー：０〜１００Ｗ、反応圧力：５０〜１５
００Ｐａ、基板温度：４００〜５００℃の範囲で行うよ
うにし、この実施例では、ガス流量：ＳｉＨ₄ ４０ｓｃ
ｃｍ、ＲＦパワー：８０Ｗ、反応圧力：６６．５Ｐａ、
基板温度：５００℃の条件で不純物がドープされていな
い非晶質シリコン層３０を形成した。

【００５７】また、プラズマＣＶＤ法によってリンＰが
ドープされた非晶質シリコン層３０を形成する場合に
も、上記の実施例４の場合より基板温度を低くし、ガス
流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃｍ，ＰＨ₃
０．００１〜４ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０〜１００Ｗ、
反応圧力：５０〜１５００Ｐａ、基板温度：４００〜５
００℃の範囲で行うようにし、この実施例では、ガス流
量：ＳｉＨ₄ ４０ｓｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．０８ｓｃｃｍ、
ＲＦパワー：３０Ｗ、反応圧力：４０Ｐａ、基板温度：
５００℃の条件で、リンＰがドープされた非晶質シリコ
ン層３０を形成した。

【００５８】そして、このようにガラスやステンレス等
で構成された基板１０上に形成された微結晶シリコン層
２０の上に、不純物がドープされていない非晶質シリコ
ン層３０を形成したものと、リンＰがドープされた非晶
質シリコン層３０を形成したものとに対して、それぞれ
新たな結晶核が形成されないように４５０℃の温度で熱
処理して固相成長させるようにした。

【００５９】この結果、この実施例の何れのものも、前
記実施例３，４の場合と同様に、図６の（Ａ），（Ｂ）
に示したように、新たな結晶核が発生するということが
なく、微結晶シリコン層２０における結晶相２１の部分
において固相成長が起こり、この結晶２１ａが上記の不
純物がドープされていない非晶質シリコン層３０やリン
Ｐがドープされた非晶質シリコン層３０に成長し、上記
の微結晶シリコン層２０から非晶質シリコン層３０に連
続して伸びた結晶２１ａが形成され、膜厚方向に結晶粒
界のない大きな結晶２１ａをもつ薄膜多結晶シリコン４
０が得られた。

【００６０】そして、このようにして得た薄膜多結晶シ
リコン４０も、上記実施例３，４のものと同様に、キャ
リア移動度等の膜特性が良好であり、ガラスやステンレ
ス等で構成された安価な基板１０を用いても、特性のよ
い薄膜多結晶シリコン４０が得られた。

【００６１】（実施例６）この実施例においては、半導
体材料として、上記の実施例１〜５において使用したシ
リコンに代えてゲルマニウムを用いるようにした。

【００６２】そして、この実施例においても、前記の図
２に示すように、結晶相２１が非晶質ゲルマニウム層２
２に分散されて存在する微結晶ゲルマニウム層２０を基
板１０上に形成するようにした。

【００６３】ここで、基板１０に上記のように結晶相２
１が非晶質ゲルマニウム層２２に分散された微結晶ゲル
マニウム層２０を形成するにあたっては、プラズマＣＶ
Ｄ法によって、ガス流量：１００％ＧｉＨ₄ １〜１０ｓ
ｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．００１〜０．０１ｓｃｃｍ，Ｈ₂ ４
０〜３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：５〜１０Ｗ、反応圧
力：１０〜１００Ｐａ、基板温度：２００〜４００℃の
条件の範囲内で行うようにした。

【００６４】そして、このようにして基板１０上に結晶
相２１が非晶質ゲルマニウム層２２に分散された微結晶
ゲルマニウム層２０を形成した後、この実施例において
は、前記の図５のように、上記の微結晶ゲルマニウム層
２０の上に、不純物がドープされていない非晶質ゲルマ
ニウム層３０をプラズマＣＶＤ法によって形成したもの
と、リンＰがドープされた非晶質ゲルマニウム層３０を
プラズマＣＶＤ法によって形成したものとを作製するよ
うにした。

【００６５】ここで、微結晶ゲルマニウム層２０の上
に、不純物がドープされていない非晶質ゲルマニウム層
３０をプラズマＣＶＤ法によって形成するにあたって
は、ガス流量：１００％ＧｅＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃ
ｍ、ＲＦパワー：０〜５０Ｗ、反応圧力：５０〜１５０
０Ｐａ、基板温度：２００〜４００℃の範囲内で行うよ
うにし、またリンＰがドープされた非晶質ゲルマニウム
層３０をプラズマＣＶＤ法によって形成するにあたっ
て、ガス流量：１００％ＧｅＨ₄ ２０〜５０ｓｃｃｍ，
ＰＨ₃ ０．０１〜０．０８ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０〜
５０Ｗ、反応圧力：５０〜１５００Ｐａ、基板温度：２
００〜５００℃の範囲内で行うようにした。

【００６６】このようにして上記の微結晶ゲルマニウム
層２０の上に、不純物がドープされていない非晶質ゲル
マニウム層３０を形成したものと、リンＰがドープされ
た非晶質ゲルマニウム層３０を形成したものについて、
新たな結晶核が形成されないように３００℃の温度で熱
処理を行って固相成長させるようにした。

【００６７】この結果、この実施例の何れのものも、前
記の実施例３〜５の場合と同様に、図６の（Ａ），
（Ｂ）に示したように、新たな結晶核が発生するという
ことがなく、微結晶ゲルマニウム層２０における結晶相
２１の部分において固相成長が起こり、この結晶２１ａ
が上記の不純物がドープされていない非晶質ゲルマニウ
ム層３０やリンＰがドープされた非晶質ゲルマニウム層
３０に伸び、上記の微結晶ゲルマニウム層２０から非晶
質ゲルマニウム層３０に連続して伸びた結晶２１ａが形
成され、膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶２１ａを
もつ薄膜多結晶ゲルマニウム４０が得られた。

【００６８】そして、このようにして得た薄膜多結晶ゲ
ルマニウム４０も、キャリア移動度等の膜特性が良好で
あった。

【００６９】（実施例７）この実施例においては、半導
体材料として、シリコンゲルマニウム（以下、ＳｉＧｅ
と略す。）を用いるようにした。

【００７０】そして、この実施例においても、前記の図
２のように、結晶相２１が非晶質ＳｉＧｅ層２２に分散
された微結晶ＳｉＧｅ層２０を基板１０上に形成するよ
うにした。

【００７１】ここで、基板１０に上記のように結晶相２
１が非晶質ＳｉＧｅ層２２に分散された微結晶ＳｉＧｅ
層２０を形成するにあたっては、プラズマＣＶＤ法によ
り、ガス流量：１００％ＧｉＨ₄ １〜５ｓｃｃｍ，Ｓｉ
Ｈ₄ １〜５ｓｃｃｍ，ＰＨ₃０．００１〜０．０１ｓｃ
ｃｍ，Ｈ₂ ４０〜３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜
２０Ｗ、反応圧力：１０〜１００Ｐａ、基板温度：２０
０〜５００℃の範囲内で行うようにした。

【００７２】そして、このように基板１０上に結晶相２
１が非晶質ＳｉＧｅ層２２に分散された微結晶ＳｉＧｅ
層２０を形成した後、この実施例においては、前記の図
５のように、上記の微結晶ＳｉＧｅ層２０の上に、不純
物がドープされていない非晶質ＳｉＧｅ層３０をプラズ
マＣＶＤ法によって形成したものと、リンＰがドープさ
れた非晶質ＳｉＧｅ層３０をプラズマＣＶＤ法によって
形成したものとを作製するようにした。

【００７３】ここで、微結晶ＳｉＧｅ層２０の上に、プ
ラズマＣＶＤ法によって不純物がドープされていない非
晶質ＳｉＧｅ層３０を形成するにあたっては、ガス流
量：１００％ＧｅＨ₄ ２０〜５０ｓｃｃｍ，ＳｉＨ₄ ２
０〜５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０〜５０Ｗ、反応圧
力：５０〜１５００Ｐａ、基板温度：２００〜５００℃
の範囲で行うようにし、またリンＰがドープされた非晶
質ＳｉＧｅ層３０を形成するにあたっては、ガス流量：
１００％ＧｅＨ₄ ２０〜５０ｓｃｃｍ，ＳｉＨ₄ ２０〜
５０ｓｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．０１〜０．０８ｓｃｃｍ、Ｒ
Ｆパワー：０〜１００Ｗ、反応圧力：５０〜１５００Ｐ
ａ、基板温度：２００〜５００℃の範囲で行うようにし
た。

【００７４】このようにして上記の微結晶ＳｉＧｅ層２
０の上に、不純物がドープされていない非晶質ＳｉＧｅ
層３０を形成したものと、リンＰがドープされた非晶質
ＳｉＧｅ層３０が形成したものについて、新たな結晶核
が形成されないように４００℃の温度で熱処理を行って
固相成長させるようにした。

【００７５】この結果、この実施例の何れのものも、前
記の実施例３〜５の場合と同様に、図６の（Ａ），
（Ｂ）に示したように、新たな結晶核が発生するという
ことがなく、微結晶ＳｉＧｅ層２０における結晶相２１
の部分においてだけ固相成長が起こり、この結晶２１ａ
が不純物がドープされていない非晶質ＳｉＧｅ層３０
や、リンＰがドープされた非晶質ＳｉＧｅ層３０に伸
び、上記の微結晶ＳｉＧｅ層２０から非晶質ＳｉＧｅ層
３０に連続して伸びた結晶２１ａが形成され、膜厚方向
に結晶粒界のない大きな結晶２１ａをもつ薄膜多結晶Ｓ
ｉＧｅ４０が得られた。

【００７６】そして、このようにして得た薄膜多結晶Ｓ
ｉＧｅ４０も、キャリア移動度等の膜特性が良好であっ
た。

【００７７】なお、上記の実施例１〜７のものにおいて
は、いずれもドープさせる不純物にｎ型のドーパントで
あるリンＰを用いるようにしたが、他のｎ型のドーパン
トである砒素Ａｓを用いるようにしたり、ｐ型のドーパ
ントであるボロンＢやアルミニウムＡｌ等を用いるよう
にすることも可能である。

【００７８】（実施例８）この実施例における光起電力
装置においては、先ず、図８に示すように、タングステ
ン，モリブデン，チタン，ステンレス等の金属製の基板
５０上に、結晶相６１が非晶質シリコン層６２に分散さ
れると共にリンＰが多くドープされたｎ⁺型の微結晶シ
リコン層６０を形成し、このｎ⁺ 型の微結晶シリコン層
６０の上にリンＰがドープされたｎ型の非晶質シリコン
層７０を形成し、さらにこのｎ型の非晶質シリコン層の
上にボロンＢが多くドープされたｐ⁺ 型の非晶質シリコ
ン層８０を形成するようにした。

【００７９】ここで、上記のように基板５０上にｎ⁺ 型
の微結晶シリコン層６０をプラズマＣＶＤ法によって形
成するにあたっては、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ １〜
１０ｓｃｃｍ，ＰＨ₃ ０．００１〜０．０１ｓｃｃｍ，
Ｈ₂ ４０〜３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜３０
Ｗ、反応圧力：１０〜１００Ｐａ、基板温度：４００〜
６５０℃の範囲内で行うようにし、この実施例において
は、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ３ｓｃｃｍ，ＰＨ₃
０．００５ｓｃｃｍ，Ｈ₂ ３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワ
ー：３０Ｗ、反応圧力：５４．５Ｐａ、基板温度：５５
０℃の条件で、膜厚が０．２μｍになったｎ⁺ 型の微結
晶シリコン層６０を形成した。

【００８０】また、このｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０
の上にリンＰがドープされたｎ型の非晶質シリコン層７
０をプラズマＣＶＤ法によって形成するにあたっては、
ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃｍ，Ｐ
Ｈ₃ ０〜０．０００８ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０〜１０
０Ｗ、反応圧力：５０〜１５００Ｐａ、基板温度：４０
０〜６５０℃の範囲内で行うようにし、この実施例にお
いては、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０ｓｃｃｍ，Ｐ
Ｈ₃ ８×１０^-6ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：８０Ｗ、反応圧
力：６５．５Ｐａ、基板温度：５５０℃の条件で、膜厚
が１０μｍになったｎ型の非晶質シリコン層７０を形成
した。

【００８１】さらに、このｎ型の非晶質シリコン層７０
の上にボロンＢが多くドープされたｐ⁺ 型の非晶質シリ
コン層８０をプラズマＣＶＤ法によって形成するにあた
っては、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃ
ｃｍ，Ｂ₂ Ｈ₆ ０．０２〜０．１ｓｃｃｍ、ＲＦパワ
ー：１０〜３０Ｗ、反応圧力：１０〜１００Ｐａ、基板
温度：４００〜６５０℃の範囲内で行うようにし、この
実施例においては、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ２０ｓ
ｃｃｍ，Ｂ₂ Ｈ₆ ０．１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２０
Ｗ、反応圧力：３３Ｐａ、基板温度：５５０℃の条件
で、膜厚が０．２μｍになったｐ⁺ 型の非晶質シリコン
層８０を形成した。

【００８２】そして、このように基板上にｎ⁺ 型の微結
晶シリコン層６０と、ｎ型の非晶質シリコン層７０と、
ｐ⁺ 型の非晶質シリコン層８０とを形成した状態で、新
たな結晶核が形成されないように、各シリコン層６０，
７０，８０の形成温度より低い５００℃の温度で熱処理
して固相成長させるようにした。

【００８３】ここで、このようにして固相成長を行う
と、新たな結晶核が発生するということがなく、上記の
ようにｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０に分散された結晶
相６１において固相成長が起こり、図９の（Ａ）に示す
ように、この結晶相６１が次第に大きくなり、この結晶
相６１が膜厚方向に伸びてｎ型の非晶質シリコン層７０
にも成長し、遂には同図の（Ｂ）に示すように、上記の
ｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０からｎ型の非晶質シリコ
ン層７０及びｐ⁺ 型の非晶質シリコン層８０に連続して
伸びた結晶６１ａが形成され、膜厚方向に結晶粒界のな
い大きな結晶６１ａを有するｎ⁺ 型の多結晶シリコン層
６０ａと、ｎ型の多結晶シリコン層７０ａと、ｐ⁺ 型の
多結晶シリコン層８０ａとが基板５０上に積層されたも
のが得られた。なお、このｐ⁺ 型の多結晶シリコン層８
０ａにおけるシート抵抗は約８０Ω／□であった。

【００８４】そして、このように固相成長させて基板上
にｎ⁺ 型の多結晶シリコン層６０ａと、ｎ型の多結晶シ
リコン層７０ａと、ｐ⁺ 型の多結晶シリコン層８０ａと
を形成した後、図１０に示すように、上記のｐ⁺ 型の多
結晶シリコン層８０ａの上に、幅０．１ｍｍ，高さ０．
２ｍｍのアルミニウムからなる表面電極９１を２〜３ｍ
ｍの間隔で形成すると共に、この表面電極９１が形成さ
れていない部分に、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）か
らなる反射防止膜９２を約０．１μｍの膜厚で形成して
光起電力装置を得た。

【００８５】ここで、この実施例の光起電力装置におけ
る電流−電圧特性は、図１１に示すようになっており、
またこの実施例の光起電力装置においては、短絡光電流
Ｉｓｃが３０．５ｍÅ／ｃｍ² 、開放電圧Ｖｏｃが０．
５２５Ｖ、曲線因子Ｆ．Ｆ．が０．６５で、変換効率が
１０．４％となっており、短絡光電流や曲線因子が良好
で変換効率が高くなっていた。

【００８６】次に、この実施例における光起電力装置の
場合と同様にして、基板５０上に、結晶相６１が非晶質
シリコン層６２に分散されると共にリンＰが多くドープ
されたｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０を形成した後、こ
のｎ+ 型の微結晶シリコン層６０の上にリンＰがドープ
されたｎ型の非晶質シリコン層７０を形成するにあた
り、上記のプラズマＣＶＤ法において使用するＳｉＨ₄
及びＰＨ₃ のガス流量を適当に変更させて、リンＰの原
子濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3，１×１０¹⁷ｃｍ^-3，１×１
０¹⁸ｃｍ^-3になった３種類のｎ型の非晶質シリコン層７
０を形成したものを作製し、その後、これらの各ｎ型の
非晶質シリコン層７０の上に、それぞれ上記実施例の場
合と同様にして、ボロンＢが多くドープされたｐ⁺ 型の
非晶質シリコン層８０を形成した。

【００８７】そして、このようにリンＰの原子濃度が異
なる３種類のｎ型の非晶質シリコン層７０を形成したも
のについて、上記の実施例の場合と同様に、新たな結晶
核が形成されないように、５００℃の温度で熱処理して
固相成長させ、膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶６
１ａを有するｎ⁺ 型の多結晶シリコン層６０ａと、ｎ型
の多結晶シリコン層７０ａと、ｐ+ 型の多結晶シリコン
層８０ａとが基板５０上に積層されたもの得た。

【００８８】そして、上記のように固相成長させる前
と、固相成長させた後とにおいて、それぞれの各シリコ
ン層にドープされたリンやボロンの原子濃度の変化を測
定し、固相成長を行う前の結果を図１２の（Ａ）に、固
相成長を行った後の結果を同図の（Ｂ）に示した。

【００８９】この結果、上記のように新たな結晶核が形
成されない５００℃程度の低い温度で固相成長を行う
と、上記の各シリコン層にドープされたリンＰやボロン
Ｂが固相成長時に移動するということがなく、上記のｐ
⁺ 型の多結晶シリコン層８０ａとｎ型の多結晶シリコン
層７０ａとの接合界面において、ボロンＢの原子濃度が
急激に減少しており、特性が良好なｐ−ｎ接合が形成さ
れていた。

【００９０】（実施例９）この実施例のものにおいて
は、上記実施例８の光起電力装置と同様にして、基板５
０上にｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０を形成した後、こ
のｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０の上にリンＰがドープ
されたｎ型の非晶質シリコン層７０を形成するにあた
り、上記のプラズマＣＶＤ法において使用するＳｉＨ₄
及びＰＨ₃ の量を経時的に変化させて、ｎ型の非晶質シ
リコン層７０にドープされるリンＰの原子濃度を次第に
減少させるようにした。

【００９１】ここで、この実施例のものにおいては、上
記のようなｎ型の非晶質シリコン層７０を形成するにあ
たり、プラズマＣＶＤ法によりＲＦパワー：８０Ｗ、反
応圧力：７０Ｐａ、基板温度：５５０℃の条件の下で、
１００％ＳｉＨ₄ １００ｓｃｃｍに対して、ＰＨ₃ を２
×１０^-4〜２×１０^-5ｓｃｃｍの範囲で次第に減少さ
せ、リンＰの原子濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０¹⁶
ｃｍ^-3の範囲で変化したｎ型の非晶質シリコン層と、１
００％ＳｉＨ₄ １００ｓｃｃｍに対して、ＰＨ₃を２×
１０^-3〜２×１０^-4ｓｃｃｍの範囲で次第に減少させ
て、リンＰの原子濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０¹⁷
ｃｍ^-3の範囲で変化したｎ型の非晶質シリコン層とをそ
れぞれ上記のｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０上に形成し
たものを作製し、その後は、各ｎ型の非晶質シリコン層
７０の上にそれぞれ上記実施例８の場合と同様にして、
ボロンＢが多くドープされたｐ⁺ 型の非晶質シリコン層
８０を形成した。

【００９２】そして、このようにｐ⁺ 型の非晶質シリコ
ン層８０を形成した後は、それぞれ上記実施例８の場合
と同様に、新たな結晶核が形成されないように、５００
℃の温度で熱処理して固相成長させ、膜厚方向に結晶粒
界のない大きな結晶２１ａを有するｎ⁺ 型の多結晶シリ
コン層６０ａと、ｎ型の多結晶シリコン層７０ａと、ｐ
+ 型の多結晶シリコン層８０ａとが基板５０上に積層さ
れたものを得た。

【００９３】ここで、上記のようにして固相成長させた
後、各多結晶シリコン層６０ａ，７０ａ，８０ａにドー
プされたリンやボロンの原子濃度を測定し、その結果を
図１３に示した。

【００９４】この結果、上記のように新たな結晶核が形
成されない５００℃程度の低い温度で固相成長を行う
と、各シリコン層にドープされたリンＰやボロンＢが固
相成長時に移動するということがなく、上記のようにリ
ンＰの原子濃度を厚み方向に次第に変化させたｎ型の非
晶質シリコン層７０が結晶化された場合においても、ド
ープされたリンＰが移動するということがなく、リンＰ
の原子濃度が厚み方向に次第に変化したｎ型の多結晶シ
リコン層７０ａが得られ、このｎ型の多結晶シリコン層
７０ａにおいて内部電界が発生するようになっていた。

【００９５】そして、上記の実施例８の場合と同様にし
て、ｐ⁺ 型の多結晶シリコン層８０ａの上に、表面電極
９１と反射防止膜９２とを形成して光起電力装置を得た
場合、この光起電力装置においては、ｎ型の多結晶シリ
コン層７０ａにおける内部電界によってキャリア収集が
さらに効率よく行われるようになり、変換効率がさらに
向上した。

【００９６】（実施例１０）この実施例における光起電
力装置においては、上記実施例８のものと基板上に積層
させるシリコン層の順番を変更させ、基板上に、結晶層
が非晶質シリコン層に分散されると共にボロンＢが多く
ドープされたｐ⁺ 型の微結晶シリコン層を形成し、この
ｐ⁺ 型の微結晶シリコン層の上にボロンＢがドープされ
たｐ型の非晶質シリコン層を形成し、さらにこのｐ型の
非晶質シリコン層の上にリンＰが多くドープされたｎ⁺
型の非晶質シリコン層を形成するようにした。

【００９７】ここで、上記のように基板上にｐ⁺ 型の微
結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法によって形成するに
あたっては、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ １〜１０ｓｃ
ｃｍ，Ｂ₂ Ｈ₆ ０．００１〜０．０１ｓｃｃｍ，Ｈ₂ ４
０〜３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜３０Ｗ、反応
圧力：１０〜１００Ｐａ、基板温度：４００〜６５０℃
の範囲内で行うようにし、この実施例においては、ガス
流量：１００％ＳｉＨ₄ ３ｓｃｃｍ，Ｂ₂ Ｈ₆ ０．００
５ｓｃｃｍ，Ｈ₂ ３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：３０
Ｗ、反応圧力：５４．５Ｐａ、基板温度：５５０℃の条
件で、膜厚が０．２μｍになったｐ⁺ 型の微結晶シリコ
ン層を形成した。

【００９８】また、このｐ⁺ 型の微結晶シリコン層の上
にボロンＢがドープされたｐ型の非晶質シリコン層をプ
ラズマＣＶＤ法によって形成するにあたっては、ガス流
量：１００％ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃｍ，Ｂ₂ Ｈ₆
０〜０．０００８ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０〜１００
Ｗ、反応圧力：５０〜１５００Ｐａ、基板温度：４００
〜６５０℃の範囲内で行うようにし、この実施例におい
ては、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０ｓｃｃｍ，Ｂ₂
Ｈ₆ ８×１０^-6ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：８０Ｗ、反応圧
力：６６．５Ｐａ、基板温度：５５０℃の条件で、膜厚
が１０μｍになったｐ型の非晶質シリコン層を形成し
た。

【００９９】さらに、このｐ型の非晶質シリコン層の上
に、リンＰが多くドープされたｎ⁺型の非晶質シリコン
層をプラズマＣＶＤ法によって形成するにあたっては、
ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃｍ，Ｐ
Ｈ₃ ０．０２〜０．１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜３
０Ｗ、反応圧力：１０〜１００Ｐａ、基板温度：４００
〜６５０℃の範囲内で行うようにし、この実施例におい
ては、ガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ２０ｓｃｃｍ，ＰＨ
₃ ０．１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２０Ｗ、反応圧力：３
３Ｐａ、基板温度：５５０℃の条件で、膜厚が０．２μ
ｍになったｎ⁺型の非晶質シリコン層を形成した。

【０１００】そして、このように基板上にｐ⁺ 型の微結
晶シリコン層と、ｐ型の非晶質シリコン層と、ｎ⁺ 型の
非晶質シリコン層とを形成した状態で、新たな結晶核が
形成されないように、各シリコン層の形成温度より低い
５００℃の温度で熱処理して固相成長させるようにし
た。

【０１０１】ここで、このようにして固相成長を行う
と、上記実施例８の場合と同様に、新たな結晶核が発生
するということがなく、上記のようにｐ⁺ 型の微結晶シ
リコン層２０に分散された結晶相２１において固相成長
が起こり、この結晶相２１が次第に大きくなり、遂に
は、上記のｐ⁺ 型の微結晶シリコン層からｐ型の非晶質
シリコン層及びｎ⁺ 型の非晶質シリコン層に連続して伸
びた結晶２１ａが形成され、膜厚方向に結晶粒界のない
大きな結晶２１ａを有するｐ⁺ 型の多結晶シリコン層
と、ｐ型の多結晶シリコン層と、ｎ⁺ 型の多結晶シリコ
ン層とが基板上に積層されたものが得られた。

【０１０２】そして、このように固相成長されたｎ⁺ 型
の多結晶シリコン層の上に、上記実施例８の場合と同様
にして、幅０．１ｍｍ，高さ０．２ｍｍのアルミニウム
からなる表面電極を２〜３ｍｍの間隔で形成すると共
に、この表面電極が形成されていない部分に、シリコン
ナイトライド（ＳｉＮ）からなる反射防止膜を約０．１
μｍの膜厚で形成して光起電力装置を得た。

【０１０３】ここで、この実施例の光起電力装置におけ
る電流−電圧特性は、図１４に示すようになっており、
またこの実施例の光起電力装置においては、短絡光電流
Ｉｓｃが３０．５ｍÅ／ｃｍ² 、開放電圧Ｖｏｃが０．
５３Ｖ、曲線因子Ｆ．Ｆ．が０．７で、変換効率が１
１．３％となっており、短絡光電流や曲線因子が良好で
変換効率が高くなっていた。

【０１０４】また、この実施例における光起電力装置に
おいて、上記のｐ⁺ 型の微結晶シリコン層の上にボロン
Ｂがドープされたｐ型の非晶質シリコン層を形成するに
あたり、上記のプラズマＣＶＤ法において使用するＳｉ
Ｈ₄ 及びＢ₂ Ｈ₆ の量を適当に変化させて、ボロンＢの
原子濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3，１×１０¹⁷ｃｍ^-3，１×
１０¹⁸ｃｍ^-3になった３種類のｐ型の非晶質シリコン層
を形成したものを作製し、その後、これらの各ｐ型の非
晶質シリコン層の上に、それぞれ上記の場合と同様にし
て、リンＰが多くドープされたｎ⁺ 型の非晶質シリコン
層を形成した。

【０１０５】そして、これらを上記のように５００℃の
温度で熱処理して固相成長させた場合、上記の実施例８
においてリンＰの原子濃度を変化させた３種類のｎ型の
非晶質シリコン層を形成した場合と同様に、上記の各シ
リコン層にドープされたリンＰやボロンＢが固相成長時
に移動して特性が低下するということがなく、また上記
のｎ⁺ 型の多結晶シリコン層がｐ型の多結晶シリコン層
と接合する界面において、リンＰの原子濃度が急激に減
少しており、特性が良好なｐ−ｎ接合が形成された。

【０１０６】また、ボロンＢがドープされたｐ型の非晶
質シリコン層を形成するにあたり、上記のプラズマＣＶ
Ｄ法において使用するＳｉＨ₄ 及びＢ₂ Ｈ₆ の量を順次
変化させて、ｐ型の非晶質シリコン層にドープされるボ
ロンＢの原子濃度を膜厚方向に次第に減少させて、ｐ型
の非晶質シリコン層に含有されるボロンＢの原子濃度が
厚み方向に次第に変化させた場合も、前記の実施例９の
場合と同じように、これを５００℃の温度で熱処理して
固相成長させると、ボロンＢが固相成長時に移動すると
いうことがなく、ドープされたボロンＢの原子濃度が厚
み方向に次第に変化したｐ型の多結晶シリコン層が形成
され、このｐ型の多結晶シリコン層において内部電界が
発生し、これを光起電力装置に使用した場合、このｐ型
の多結晶シリコン層における内部電界によってキャリア
収集がさらに効率よく行われるようになり、変換効率が
さらに向上した。

【０１０７】（実施例１１）この実施例における光起電
力装置においては、上記実施例８の場合と同様にして、
基板５０上に、結晶相６１が非晶質シリコン層６２に分
散されると共にリンＰが多くドープされたｎ⁺ 型の微結
晶シリコン層６０を形成した後、このｎ⁺ 型の微結晶シ
リコン層６０の上にリンＰがドープされたｎ型の非晶質
シリコン層７０を形成した。

【０１０８】そして、このように基板５０上にｎ⁺ 型の
微結晶シリコン層６０とｎ型の非晶質シリコン層７０と
を形成した状態で、新たな結晶核が形成されないよう
に、各シリコン層６０，７０の形成温度より低い５００
℃の温度で熱処理して固相成長させた。

【０１０９】ここで、このようにして固相成長させる
と、新たな結晶核が発生するということがなく、ｎ⁺ 型
の微結晶シリコン層６０に分散された結晶相６１におい
て固相成長が起こり、上記のｎ⁺ 型の微結晶シリコン層
６０からｎ型の非晶質シリコン層７０に連続して伸びた
結晶２１ａが形成され、図１５に示すように、膜厚方向
に結晶粒界のない大きな結晶２１ａを有するｎ⁺ 型の多
結晶シリコン層６０ａと、ｎ型の多結晶シリコン層７０
ａとが基板５０上に形成された。

【０１１０】そして、この実施例のものにおいては、同
図に示すように、上記のように形成されたｎ型の多結晶
シリコン層７０ａの上に、プラズマＣＶＤ法によってガ
ス流量：１００％ＳｉＨ₄ ４０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：
３Ｗ、反応圧力：１０Ｐａ、基板温度：１３０℃の条件
でｉ型の非晶質シリコン層９３を形成し、さらにこのｉ
型の非晶質シリコン層９３の上に、プラズマＣＶＤ法に
よりガス流量：１００％ＳｉＨ₄ ５ｓｃｃｍ，Ｂ₂ Ｈ₆
０．１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：３Ｗ、反応圧力：１３Ｐ
ａ、基板温度：１３０℃の条件でｐ型の非晶質シリコン
層９４を形成するようにした。

【０１１１】そして、このように形成されたｐ型の非晶
質シリコン層９４の上に、上記の実施例８の場合と同様
にして、表面電極９１と反射防止膜９２を設けて光起電
力装置を得るようにした。

【０１１２】このようにして得た光起電力装置において
も、基板６０上に形成された上記のｎ⁺ 型の多結晶シリ
コン層６０ａと、ｎ型の多結晶シリコン層７０ａとにお
いてキャリアが効率よく収集され、変換効率が高くなっ
ていた。

【０１１３】（実施例１２）この実施例における光起電
力装置においても、上記実施例８の場合と同様にして、
基板５０上に、結晶相６１が非晶質シリコン層６２に分
散されると共にリンＰが多くドープされたｎ⁺ 型の微結
晶シリコン層６０を形成した後、このｎ⁺ 型の微結晶シ
リコン層６０の上にリンＰがドープされたｎ型の非晶質
シリコン層７０を形成した。

【０１１４】そして、このように基板５０上にｎ⁺ 型の
微結晶シリコン層６０とｎ型の非晶質シリコン層７０と
を形成した状態で、新たな結晶核が形成されないよう
に、各シリコン層６０，７０の形成温度より低い５００
℃の温度で熱処理して固相成長させた。

【０１１５】ここで、このようにして固相成長させる
と、新たな結晶核が発生するということがなく、ｎ⁺ 型
の微結晶シリコン層６０に分散された結晶相６１におい
て固相成長が起こり、上記のｎ⁺ 型の微結晶シリコン層
６０からｎ型の非晶質シリコン層７０に連続して伸びた
結晶２１ａが形成され、図１６の（Ａ）に示すように、
膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶２１ａを有するｎ
⁺ 型の多結晶シリコン層６０ａと、ｎ型の多結晶シリコ
ン層７０ａとが基板５０上に形成された。

【０１１６】そして、この実施例のものにおいては、同
図に示すように、上記のように形成されたｎ型の多結晶
シリコン層７０ａの上に、プラズマＣＶＤ法によってガ
ス流量：１００％ＳｉＨ₄ ５ｓｃｃｍ，Ｂ₂ Ｈ₆ ０．１
ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：３Ｗ、反応圧力：１３Ｐａ、基
板温度：１３０℃の条件でｐ型の非晶質シリコン層９５
を形成し、その後、このように形成されたｐ型の非晶質
シリコン層９５を６００℃で熱処理して固相成長させ、
同図の（Ｂ）に示すように、上記のｎ型の多結晶シリコ
ン層７０ａの上にｐ型の多結晶シリコン層９５ａを形成
した。

【０１１７】そして、このように形成されたｐ型の多結
晶シリコン層９５ａの上に、上記の実施例８の場合と同
様にして、表面電極９１と反射防止膜９２を設けて光起
電力装置を得るようにした。

【０１１８】このようにして得た光起電力装置において
も、基板６０上に形成された上記のｎ⁺ 型の多結晶シリ
コン層６０ａと、ｎ型の多結晶シリコン層７０ａとにお
いてキャリアが効率よく収集され、変換効率が高くなっ
ていた。

【０１１９】なお、上記の実施例８〜１１における光起
電力装置においては、半導体材料にシリコンを使用した
例を示したが、シリコンの代りに、前記の実施例６及び
実施例７の薄膜多結晶半導体において使用したゲルマニ
ウムやシリコンゲルマニウムを用いて、前記のような光
起電力装置を製造することができ、このようにして製造
した光起電力装置も、上記実施例８〜１１の各光起電力
装置の場合と同様に変換効率が高くなった。

【０１２０】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明における
薄膜多結晶半導体においては、非晶質半導体薄膜におけ
る結晶相が固相成長された結晶以外に新たな結晶が形成
されるということがなく、厚み方向に結晶粒界が存在し
ない大きな結晶をもつため、キャリア移動度や変換効率
等のデバイス特性が良好なものであった。

【０１２１】また、この発明における薄膜多結晶半導体
の製造方法によって、薄膜多結晶半導体を製造すると、
上記のようにキャリア移動度等の膜特性のよい薄膜多結
晶半導体が簡単に製造されると共に、非晶質半導体薄膜
を新たな結晶核を形成しない低い温度で熱処理するた
め、この非晶質半導体薄膜にドープされた不純物が熱処
理時に勝手に移動するということがなく、不純物のドー
プ量が厚み方向に変化して内部電界をもつようにするこ
ともでき、より様々な特性に優れた薄膜多結晶半導体が
簡単に得られるようになった。

【０１２２】また、この発明における光起電力装置にお
いては、上記の薄膜多結晶半導体の場合と同様に、一導
電型の多結晶半導体層において結晶相が固相成長された
結晶以外に新たな結晶が形成されるということがなく、
厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶をもつ一導
電型の多結晶半導体層が形成されており、キャリア移動
度等の特性が向上して、変換効率が向上した。

【０１２３】また、この発明の光起電力装置の製造方法
によって、光起電力装置を製造すると、上記のような変
換効率の良い光起電力装置が簡単に製造できると共に、
不純物のドープ量が厚み方向に変化して内部電界をもつ
一導電型の多結晶半導体層を形成することもでき、より
変換効率の高い光起電力装置も簡単に製造できるように
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の薄膜多結晶半導体の結晶構造を示した概
略図である。

【図２】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、表面が平坦になった基板上に結晶相が分散され
た非晶質半導体薄膜が形成された状態を示した概略図で
ある。

【図３】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、表面が平坦な基板上に結晶相が分散された非晶
質半導体薄膜を４５０℃と５００℃で固相成長させた場
合における固相成長時間による暗導電率の変化を示した
グラフである。

【図４】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、表面が凹凸状になった基板の表面に結晶相が分
散された非晶質半導体薄膜が形成された状態を示した概
略図である。

【図５】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、基板上に非晶質半導体層に結晶相が分散された
微結晶半導体層と、非晶質半導体層とが積層された状態
を示した概略図である。

【図６】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、基板上に形成された微結晶半導体層における分
散された結晶相が成長して、基板上に薄膜多結晶半導体
が形成される状態を示した概略図である。

【図７】比較例において、基板上に結晶相が分散されて
いない非晶質半導体層を形成した状態を示した概略図で
ある。

【図８】この発明の実施例における光起電力装置におい
て、基板上に、結晶相が非晶質半導体層に分散されると
共に不純物が高ドープされた一導電型の微結晶半導体層
と、一導電型の非晶質半導体層と、他導電型の非晶質半
導体層とが積層された状態を示した概略図である。

【図９】この発明の実施例における光起電力装置におい
て、基板上に形成された一導電型の微結晶半導体層にお
ける結晶相が成長して、基板上に、不純物が高ドープさ
れた一導電型の多結晶半導体層と、一導電型の多結晶半
導体層と、他導電型の多結晶半導体層とが形成される状
態を示した概略図である。

【図１０】この発明の実施例における光起電力装置の概
略図である。

【図１１】この発明の実施例における光起電力装置の電
流−電圧特性を示した図である。

【図１２】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、基板上に形成された各半導体層にドープされた不
純物の量が固相成長前と固相成長後とでどのように変化
するかを調べたグラフである。

【図１３】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、一導電型の非晶質半導体層に含まれる不純物の量
をその厚み方向に変化させて固相成長を行い、固相成長
後に不純物の量がどのように変化するかを調べたグラフ
である。

【図１４】この発明の他の実施例における光起電力装置
の電流−電圧特性を示した図である。

【図１５】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、基板上にｎ⁺ 型の多結晶半導体層とｎ型の多結晶
半導体層とｉ型の非晶質半導体層とｐ型の非晶質半導体
層とを積層させた状態を示した概略図である。

【図１６】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、基板上にｎ⁺ 型の多結晶半導体層とｎ型の多結晶
半導体層とｐ型の非晶質半導体層とを積層させた後、ｐ
型の非晶質半導体層を固相成長させてｐ型の多結晶半導
体層を形成した状態を示した概略図である。

【符号の説明】

１０基板２０微結晶半導体層２１結晶相２２非晶質半導体層４０薄膜多結晶半導体５０基板６０ｎ⁺ 型の微結晶シリコン層６０ａｎ⁺ 型の多結晶シリコン層７０ｎ型の非晶質シリコン層７０ａｎ型の多結晶シリコン層８０ｐ⁺ 型の微結晶シリコン層８０ａｐ⁺ 型の多結晶シリコン層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質半導体薄膜中における結晶相が新
たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長されて、上
記の非晶質半導体薄膜が多結晶化されてなることを特徴
とする薄膜多結晶半導体。
【請求項２】請求項１に記載した薄膜多結晶半導体に
おいて、半導体材料に、シリコン，ゲルマニウム，シリ
コンゲルマニウムのいずれかを使用したことを特徴とす
る薄膜多結晶半導体。
【請求項３】結晶相が分散された非晶質半導体薄膜を
基板上に形成する工程と、この非晶質半導体薄膜を新た
な結晶核を形成しない低い温度で熱処理して上記の結晶
相を固相成長させる工程とを有することを特徴とする薄
膜多結晶半導体の製造方法。
【請求項４】一導電型の非晶質半導体層中における結
晶相が新たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長さ
れて多結晶化された一導電型の多結晶半導体が基板上に
形成されていることを特徴とする光起電力装置。
【請求項５】基板上に結晶相が分散された一導電型の
非晶質半導体層と他導電型の非晶質半導体層とが積層さ
れ、新たな結晶核を形成しない低い温度で上記の結晶相
が固相成長されて多結晶化した一導電型及び他導電型の
多結晶半導体層が基板上に積層されてなることを特徴と
する光起電力装置。
【請求項６】請求項４又は５に記載の光起電力装置に
おいて、多結晶化された一導電型の多結晶半導体層に含
有される不純物の量がその厚み方向に変化していること
を特徴とする光起電力装置。
【請求項７】結晶相が分散するようにして一導電型の
非晶質半導体層を基板上に形成する工程と、新たな結晶
核を形成しない低い温度で上記の結晶相を固相成長させ
て非晶質半導体層を多結晶化させる工程とを有すること
を特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項８】結晶相が分散するようにして一導電型の
非晶質半導体層を基板上に形成する工程と、この一導電
型の非晶質半導体層上に他導電型の非晶質半導体層を形
成する工程と、新たな結晶核を形成しない低い温度で上
記の結晶相を固相成長させて上記の各非晶質半導体層を
多結晶化させる工程を有することを特徴とする光起電力
装置の製造方法。