(57)【要約】      （修正有）【課題】新規の光電変換装置及び、その作製方法を提供する。【解決手段】透光性を有するベース基板１１０上に、透光性を有する絶縁層１０３と、絶縁層を介して固定された単結晶半導体層を形成する。単結晶半導体層の表層または、表面上には一導電型を有する第１不純物半導体層が帯状に複数設け、また、第１不純物半導体層と交互に、かつ重ならないように、一導電型とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層が帯状に複数設ける。第１不純物半導体層に接する第１電極と、第２不純物半導体層に接する第２電極とを設けてバックコンタクト型セルとし、ベース基板側が受光面の光電変換装置とする。また、透明絶縁基板上に上記光電変換装置を複数形成し、隣接する一方の光電変換装置の第１電極と、他方の光電変換装置の第２電極を接続する第１の接続電極、及び／または第１電極同士及び第２電極同士を接続する第２の接続電極を形成した光電変換モジュールとする。【選択図】図１
2014222759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面上に絶縁層が形成され、所定の深さの領域に脆化層が形成された複数の単結晶半導体基板と、ベース基板と、を準備し、
複数の前記単結晶半導体基板を、前記絶縁層を介して、前記ベース基板上に所定の間隔を隔てて配置し、
前記絶縁層の表面と前記ベース基板の表面とを接合させることで、前記ベース基板上に複数の前記単結晶半導体基板を貼り合わせ、
前記脆化層を境として、複数の前記単結晶半導体基板を分割することで、前記ベース基板上に、前記絶縁層、及び第１の単結晶半導体層が順次積層された複数の積層体を形成し、
前記第１の単結晶半導体層表面の平坦化処理を行い、複数の前記積層体上及び、隣接する前記積層体同士の隙間を覆うように、少なくとも前記積層体上は単結晶化した第２の単結晶半導体層を含む半導体層を形成し、
前記積層体同士の隙間で分断されるように、前記半導体層を選択的にエッチングすることで、前記ベース基板上に所定の間隔を隔てて配置された複数の積層体を形成し、
前記第２の単結晶半導体層のそれぞれの表層に、一導電型を有する第１不純物半導体層と、前記一導電型とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層と、を形成することで、光電変換層を形成し、
前記第１不純物半導体層の表面上に第１電極を形成し、
前記第２不純物半導体層の表面上に第２電極を形成し、
隣接する光電変換装置間において、一方の光電変換装置の第１電極と他方の光電変換装置の第２電極を接続する第１の接続電極及び第１電極同士及び第２電極同士を接続する第２の接続電極が形成されていることを特徴とする光電変換モジュールの作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記一導電型を有する第１不純物半導体層及び前記一導電型とは逆の導電性を有する第２不純物半導体層は、ドーパントとなる不純物を含むガス雰囲気中にて選択的にレーザビームを照射することにより、前記第２の単結晶半導体層の表層に不純物を導入して形成することを特徴とする光電変換モジュールの作製方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記一導電型を有する第１不純物半導体層を形成するための不純物を含む化合物ガスは、フォスフィン（ＰＨ３）、三フッ化リン（ＰＦ３）、三塩化リン（ＰＣｌ３）、アルシン（ＡｓＨ３）、三フッ化砒素（ＡｓＦ３）、三塩化砒素（ＡｓＣｌ３）、スチビン（ＳｂＨ３）、三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ３）から選ばれた一種を用い、
前記一導電型とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層を形成するための不純物を含む化合物ガスは、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）、三塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）から選ばれた一種を用いることを特徴とした光電変換モジュールの作製方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記一導電型を有する第１不純物半導体層及び前記一導電型とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層は、ドーパントとなる不純物を含む薬液を塗布して選択的にレーザビームを照射することにより、前記第２の単結晶半導体層の表層に不純物を導入して形成することを特徴とする光電変換モジュールの作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記一導電型を有する第１不純物半導体層を形成するための不純物を含む薬液は、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリ−ｎ−アミル、リン酸ジフェニル−２−エチルヘキシルから選ばれた一種を用い、
前記一導電型とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層を形成するための不純物を含む薬液は、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリ−ｎ−オクチルから選ばれた一種を用いることを特徴とした光電変換モジュールの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及び、その作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の進行が深刻であり、化石燃料に代わるエネルギー源の利用が見直されている
。その中でも、太陽電池とも称される光電変換装置は、次世代における代表的な創エネル
ギー手段として最も有望視されている。また、近年その研究・開発は非常に活発で、市場
も急拡大している。
【０００３】
光電変換装置は、無尽蔵の太陽光をエネルギー源とし、発電時には二酸化炭素が排出され
ない大変魅力的な発電手段である。しかしながら、現状では単位面積当たりの光電変換効
率が十分でないことや、発電量が日照時間に影響されるなどの問題があり、導入コストの
回収に２０年前後の長期間を要している。この問題が一般住宅への普及の障害となってお
り、光電変換装置の高効率化や低コスト化が求められている。
【０００４】
光電変換装置は、シリコン系材料や化合物半導体系材料で作製することができ、市販品の
主流は、バルク型シリコン太陽電池や薄膜型シリコン太陽電池などのシリコン系太陽電池
である。単結晶シリコンウエハや多結晶シリコンウエハで形成されるバルク型シリコン太
陽電池は、比較的高い変換効率を有する。しかしながら、実際に光電変換に利用される領
域は、シリコンウエハの厚み方向の一部分に過ぎず、その他の領域は導電性を有する支持
体として寄与しているのみである。また、シリコンウエハをインゴットから切り出す際の
切り代部分の損失や研磨加工を要することなども、バルク型シリコン太陽電池のコストが
低下しない要因となっている。
【０００５】
一方、薄膜型シリコン太陽電池は、プラズマＣＶＤ法などにより必要量のシリコン薄膜を
形成して構成することができる。また、レーザ加工法やスクリーン印刷法などによる集積
化が容易であり、バルク型と比較して省資源化、大面積化等の点で製造コスト削減を可能
とする。しかしながら、薄膜型シリコン太陽電池は、バルク型シリコン太陽電池に比べて
変換効率が低いことが欠点となっている。
【０００６】
高い変換効率を確保しつつ低コスト化を図るため、結晶半導体に水素イオンを注入し、熱
処理により、結晶半導体を切断して光電変換層となる結晶半導体層を得る太陽電池の製造
方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。所定の元素が層状にイオン注入され
た結晶半導体を基板上の絶縁層に導電接着剤を介して貼り付け、３００℃以上５００℃以
下の熱処理を行って固定する。次に、５００℃以上７００℃以下の熱処理により結晶半導
体に所定の元素が層状にイオン注入された領域に空隙を形成し、さらに結晶半導体を熱歪
みにより空隙を境にして分断し、基板上に光電変換層となる結晶半導体層を形成する方法
である。
【０００７】
また、太陽光を無駄なく光電変換装置に取り込む構造として、受光面には収集電極を形成
せず、シャドウロスの無いバックコンタクト構造が提案されている。（例えば非特許文献
１参照）このバックコンタクト構造では、内部電界を形成する半導体接合を受光面の裏側
に設けているだけでなく、電極も全て裏側に形成される。表面側にはテクスチャ構造や反
射防止及びキャリアの再結合防止のためのパッシベーション層が形成されるのみで、セル
の構造に起因する損失を極力除き、高い変換効率を得ている。
【０００８】
また、表層を多孔質層とした単結晶シリコンウエハをシード層として単結晶シリコン層を
エピタキシャル成長させ、形成した単結晶シリコン層で光電変換素子を形成した後、別の
基板に貼り付け、多孔質部分から分離する方法も提案されている（例えば、特許文献２参
照）。単結晶ウエハを陽極化成して形成した多孔質層上に、気相法または液相法によって
単結晶シリコンをエピタキシャル成長させる。次にｎ型またはｐ型ドーパントを含む低抵
抗材料でパターンを形成し、加熱することによって一導電型の不純物層と電極を形成する
。次に絶縁層で表面全体を覆った後、先に形成した電極以外の領域を部分的に開口し、一
導電型と逆の導電型の不純物層を液相成長させる。この様にして形成したバックコンタク
ト型の光電変換装置を導電性接着剤で別の支持基板に貼り付け、多孔質層を境に分離する
。分離したシリコンウエハは、同様の工程を繰り返して複数回使用するというものである
。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３３５６８３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１４７２０号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎ，Ｙｏｕｎｇ  Ｋｗａｒｋ，Ｊ．Ｙ．Ｇａｎ，ａｎｄ  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｍ．Ｓｗａｎｓｏｎ，”２７．５−Ｐｅｒｃｅｎｔ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ”，ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．ＥＤＬ−７，ｎｏ．１０，ｐｐ．５６７−５６９，Ｏｃｔ．  １９８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のシリコンウエハを薄層化した光電変換装置は、支持体となる基板とシリコン半導体
層との接着に導電性接着剤が用いられた構造を有している。該光電変換装置を用いてモジ
ュールを構成する場合は、数種類の物性の異なる材料との積層体となるため、曲げや捻り
に対する耐性を持つ構造が要求される。また、耐環境性の面では、特に温度変化による反
りや歪みに対する耐性の確保も重要な課題となっている。
【００１２】
また、導電性接着剤に用いられている金属フィラーには、光電変換装置の吸収波長領域に
おける透過率がほとんど無いことから、支持基板側ではなく、半導体層表面側を受光面と
する構造がとられている。この構造はサブストレート方式と呼ばれ、受光面を透光性を有
する樹脂等で封止してモジュール構造を完成させる。サブストレート構造は薄型、軽量の
特徴がある半面、曲げや捻り、押圧などの耐性が低い課題があり、建造物の屋根などに設
置される光電変換装置には、支持基板側を受光面とした機械的強度の強いスーパーストレ
ート構造のモジュールが多く用いられている。
【００１３】
一方、薄膜型シリコン太陽電池は、レーザ加工法やスクリーン印刷法などによって大面積
での集積化が容易で、かつ機械的強度の高いスーパーストレート方式のモジュール構造を
構成することも容易である。しかしながら、光電変換効率の高い単結晶シリコン膜を非単
結晶シリコン膜と同様な手段で大面積に形成することは困難であり、大きな課題となって
いる。
【００１４】
本発明の一態様は、上述の問題を鑑み、半導体材料を有効利用する省資源型の光電変換装
置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一態様は、機械的強度が強く、光
電変換効率が向上した光電変換装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、透光性を有する絶縁基板上に、単結晶半導体層を光吸収層とする光電
変換層が設けられ、透光性を有する絶縁基板側に受光面が設けられた光電変換装置である
。また、複数の上記光電変換層が同一の透光性を有する絶縁基板上に設けられ、それぞれ
の光電変換層が電気的に接続された光電変換モジュールを形成することを要旨とする。
【００１６】
なお、本明細書における「光電変換層」とは、光電効果（内部光電効果）を示す半導体層
を含み、内部電界を形成するための半導体接合を有するものをいう。すなわち、光電変換
層とは、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合などを代表例とする接合が形成された半導体層をいう。
【００１７】
先ず、透光性を有する絶縁基板上に形成される単結晶半導体を光吸収層とする光電変換装
置の構成について説明する。透光性を有する絶縁基板上に、透光性を有する絶縁層と、該
絶縁層を介して固定された単結晶半導体層が形成されている。この単結晶半導体層は、薄
片化した単結晶半導体基板をシード層としてエピタキシャル成長を行い、厚膜化したもの
である。
【００１８】
該単結晶半導体層の表層または、表面上には一導電型を有する第１不純物半導体層が帯状
に複数設けられている。また、第１不純物半導体層と交互に、かつ重ならないように、一
導電型とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層が帯状に複数設けられている。ここで
、該単結晶半導体層、第１不純物半導体層及び第２の不純物半導体層は、光電変換層を形
成している。そして、第１不純物半導体層に接する第１電極と、第２不純物半導体層に接
する第２電極とが設けられており、ベース基板側が受光面となる光電変換装置を形成して
いる。
【００１９】
また、透光性を有する絶縁基板上に上記光電変換層を複数形成し、隣接する光電変換層を
直列及び／または並列に接続する電極層を設けて光電変換モジュールを形成することもで
きる。
【００２０】
次に光電変換装置及び光電変換モジュールの作製方法について説明する。表面上に透光性
を有する絶縁層が形成され、所定の深さの領域に脆化層が形成され、第１導電型である複
数の単結晶半導体基板と、ベース基板となる透光性を有する絶縁基板を準備する。複数の
単結晶半導体基板を絶縁層を間に介して、ベース基板上に所定の間隔を隔てて配置し、絶
縁層表面とベース基板表面とを接合させることで、ベース基板上に複数の単結晶半導体基
板を貼り合わせる。脆化層を境として、複数の単結晶半導体基板をベース基板から分離す
ることで、ベース基板上に、絶縁層、及び第１の単結晶半導体層が積層された複数の積層
体を形成する。
【００２１】
なお、本明細書における「脆化層」とは、局所的に結晶構造が乱され、脆弱化された状態
の領域を指し、分割工程で、単結晶半導体基板が単結晶半導体層と剥離基板（単結晶半導
体基板）とに分割される領域及びその近傍を含む。
【００２２】
ここで、脆化層は、単結晶半導体基板の内部に、水素、ヘリウム、及び／またはハロゲン
を導入して形成することができる。もしくは、多光子吸収を生じさせるレーザビームを用
い、該レーザビームの焦点を単結晶半導体基板の内部に合わせてレーザビームを走査する
ことで脆化層を形成することができる。また、ベース基板となる透光性を有する絶縁基板
には、ガラス基板を用いることが好ましい。
【００２３】
次に、所定の間隔を隔てて配置された複数の絶縁層及び、第１の単結晶半導体層からなる
積層体に対し、最表層である第１の単結晶半導体層の結晶性回復工程及び、平坦性回復工
程を行う。第１の単結晶半導体層の上面側からレーザビームを照射すると、第１の単結晶
半導体層が溶融した後に固化することから、第１の単結晶半導体層の結晶性及び平坦性を
向上させることができる。
【００２４】
当該レーザ処理に適用できるレーザビームは、単結晶半導体層に吸収される波長を有する
ものを選択する。また、レーザビームの波長は、レーザビームの表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄ
ｅｐｔｈ）などを考慮して決定することができる。例えば、発振波長が紫外光域から可視
光域の範囲にあるものが選択される。
【００２５】
次に、複数の絶縁層及び第１の単結晶半導体層からなる積層体を含む基板表面全体を覆う
ように半導体層を形成する。この時、少なくとも第１の単結晶半導体層上には単結晶化し
た第２の単結晶半導体層を形成する。また、積層体同士の隙間に形成された半導体層を選
択的にエッチングし、再び個々の積層体に分離する。
【００２６】
第２の単結晶半導体層は、非単結晶半導体層を形成した後、熱処理を行うことによる固相
エピタキシャルで形成することができる。または、プラズマＣＶＤ法等を用いて気相エピ
タキシャル成長で形成することができる。
【００２７】
次に、第２の単結晶半導体層表面、または第２の単結晶半導体層表層に一導電型を有する
不純物半導体層と一導電型とは逆の導電型を有する不純物半導体層をそれぞれ重ならない
様に帯状に複数設け、第２の単結晶半導体層との間、または第２の単結晶半導体層の内部
に半導体接合を形成する。更に、該不純物半導体層とそれぞれ接する第１電極と第２電極
を半導体層上に形成してバックコンタクト型の光電変換装置を形成する。
【００２８】
前述の一導電型を有する不純物半導体層と一導電型とは逆の導電型を有する不純物半導体
層を第２の単結晶半導体層表層に設けるには、導電型を付与する元素を第２の単結晶半導
体層表層に導入することで行う。また、第２の単結晶半導体層表面に設けるには、半導体
に導電型を付与する元素が含まれた半導体膜を第２の単結晶半導体層表面に形成すること
で行う。
【００２９】
次に、基板上に隣接する光電変換層において、一方の光電変換層に形成する第１電極と、
他方の光電変換層に形成する第２電極とを接続する第１接続電極を設ける。並びに、隣接
する光電変換層に形成する第１電極同士及び、隣接する光電変換層に形成する第２電極同
士を接続する第２接続電極を設ける。この様に形成した該第１接続電極及び該第２接続電
極を組み合わせ、所望の電圧及び電流が取り出せるモジュール構造を形成する。
【００３０】
当該第１接続電極及び第２接続電極は、第１電極及び第２電極と同一層であることが好ま
しい。
【００３１】
上記構成において、第１の単結晶半導体層及び第２の単結晶半導体層の導電型は、限定さ
れない。第１の単結晶半導体層は、実質的に第２の単結晶半導体層を成長させるための薄
いシード層であり、いずれの導電型であっても実質的な光電変換への寄与は小さい。また
、第２の単結晶半導体層では、いずれの導電型であっても、それとは逆の導電型を有する
半導体層との接合を形成すれば内部電界を生成することができる。
【００３２】
本明細書における「単結晶」とは、結晶面、結晶軸が揃っている結晶であり、それを構成
している原子または分子が空間的に規則正しい配列になっているものをいう。一部にこの
配列の乱れがある格子欠陥を含むもの、意図的または非意図的に格子歪みを有するものな
どがあるが、これらを除外するものではない。
【００３３】
また、本明細書において「第１」、「第２」等の数詞の付く用語は、要素を区別するため
に便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、また配置及び段階の
順序を限定するものでもない。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の一態様によれば、光電変換層に単結晶半導体を用い、高効率でかつ省資源化を図
った光電変換装置を提供することができる。また、透光性を有する絶縁性基板を支持基板
とし、半導体接合及び電極を半導体層表面側に形成することで、従来は困難であった基板
側光入射構造を可能とし、機械的強度の高いモジュール構造を得ることができる。更に、
大面積基板上に形成した複数の単結晶半導体層に対して、一括工程にて個々の光電変換装
置を作り上げることが可能であり、集積化工程が容易な光電変換装置の作製方法を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一態様に係る光電変換装置を示す断面の模式図。
【図２】本発明の一態様に係る光電変換装置を示す平面の模式図。
【図３】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図４】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図５】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図６】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図７】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図８】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す平面図。
【図９】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図１０】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図１１】円形の単結晶半導体基板から所定の形状の単結晶半導体基板を切り出す例を説明する図。
【図１２】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図１３】本発明の一態様に係る光電変換装置を示す断面図。
【図１４】本発明の一態様に係る光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図１５】脆化層の別形態の作製方法を示す断面図。
【図１６】本発明の一態様に係る光電変換装置を示す断面図。
【図１７】レーザ照射による半導体表面の平坦化を示す断面図。
【図１８】エッチングによる半導体表面の平坦化を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説
明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び、詳細を
さまざまに変更しうることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に
示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本
発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００３７】
（実施の形態１）
本発明は、単結晶半導体層を有する光電変換装置である。透光性を有する絶縁性基板を支
持基板とし、半導体接合及び電極を半導体層表面側に形成し、受光面は支持基板側に設け
られていることを特徴とする。
【００３８】
ベース基板上に光電変換層が設けられた光電変換装置の断面図を図１に示す。光電変換層
の平面形状は特に限定されず、正方形を含む矩形状、多角形状、または円形状とすること
ができる。
【００３９】
ベース基板１１０は、本発明に係る光電変換装置の作製プロセスに耐え、かつ透光性があ
るものであれば特に限定されず、例えば透光性を有する絶縁基板が用いられる。具体的に
は、石英基板、セラミック基板、サファイヤ基板、又はアルミノシリケートガラス、アル
ミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガ
ラス基板などが挙げられる。大面積化が可能で、安価なガラス基板を用いると、低コスト
化や生産性向上が可能となり好ましい。
【００４０】
光電変換装置は、図１に示す断面図のように、ベース基板１１０上に絶縁層１０３を介し
て固定された単結晶半導体層で光電変換層１２０を形成している。そして、光電変換層１
２０上に第１電極１４４ａ、１４４ｃ、１４４ｅ及び、第２電極１４４ｂ、１４４ｄ、１
４４ｆが導電材料によって設けられている。ここで、該電極は、光電変換層１２０の表層
に帯状に複数形成された不純物半導体層上に選択的に形成される。該不純物半導体層は、
電気抵抗が高いため、該電極も帯状に形成することが好ましい。
【００４１】
光電変換層１２０は、第１の単結晶半導体層１２１、第２の単結晶半導体層１２２、一導
電型の第１不純物半導体層１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅ及び、一導電型とは逆の導電型
の第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆを含んで構成される。
【００４２】
ここで、第２の単結晶半導体層１２２の表層に形成される該第１及び第２不純物半導体層
は、例として図示した数に限られることなく、光電変換層のサイズや結晶性によって増減
が可能であり、同一の導電型を示す不純物半導体層の間隔は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下
、好ましくは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下で光電変換層全面に帯状で複数形成することが好
ましい。また、一導電型の第１不純物半導体層と一導電型とは逆の導電型の第２不純物半
導体層は、重ならないように形成することが好ましい。
【００４３】
また、第２の単結晶半導体層１２２がｐ型またはｎ型の導電型である場合、ｐｎ接合は該
第１不純物半導体層または該第２不純物半導体層が形成された領域近傍のどちらか一方に
形成される。例示した該第１不純物半導体層及び該第２不純物半導体層の接合面積は同一
としたが、光誘起されたキャリアを極力再結合させずに取り出すためにはｐｎ接合側の面
積を大きくさせても良い。従って、該第１不純物半導体層と該第２不純物半導体層は、同
数、同形状でなくてもよい。また、第２の単結晶半導体層１２２の導電型がｉ型である場
合においても、ホールの寿命が電子より短いため、ｐｉ接合側の面積が大きくすればキャ
リアを極力再結合させずに取り出すことができる。この場合も、上述したｐｎ接合の場合
と同様に該第１不純物半導体層と該第２不純物半導体層は、同数、同形状で形成しなくて
もよい。
【００４４】
第１の単結晶半導体層１２１は、単結晶半導体基板を薄片化した単結晶半導体層で形成さ
れる。代表的には、単結晶シリコン基板を薄片化した単結晶シリコン層で第１の単結晶半
導体層１２１を形成する。本形態では、第１の単結晶半導体層１２１を実質的な光吸収層
となる第２の単結晶半導体層１２２を成長させる際のシード層として利用する。また、単
結晶半導体基板に替えて多結晶半導体基板（代表的には多結晶シリコン基板）を用いるこ
ともできる。この場合、第１の単結晶半導体層１２１に相当する領域は多結晶半導体層（
代表的には多結晶シリコン）で形成される。
【００４５】
第２の単結晶半導体層１２２は、固相成長または気相成長などのエピタキシャル成長技術
により、単結晶半導体層を結晶成長させて形成する。第１の単結晶半導体層１２１と、第
２の単結晶半導体層１２２を含む光電変換層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下、好まし
くは２μｍ以上８μｍ以下とする。
【００４６】
なお、第１の単結晶半導体層１２１の導電型は限定されないが、ここではｐ型の単結晶シ
リコン基板を薄片化した単結晶半導体層とする。また、第２の単結晶半導体層１２２の導
電型も限定されないが、ここではｉ型の単結晶半導体層とする。尚、本形態と異なる導電
型の組合せで光電変換層を構成するには、ｎ型の単結晶シリコン基板を薄片化した第１の
単結晶半導体層１２１や、ドーパントとなる不純物元素を含んで堆積した第２の単結晶半
導体層１２２を用いることを例として挙げることができる。
【００４７】
次に、第２の単結晶半導体層１２２の表層にｎ型及び、ｐ型の不純物半導体層を設け、半
導体接合を形成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、代表的には周期表第１５族元
素であるリン、ヒ素、またはアンチモンなどが挙げられる。ｐ型を付与する不純物元素と
しては、代表的には周期表第１３族元素であるホウ素またはアルミニウムなどが挙げられ
る。
【００４８】
本形態では、ｐ型の単結晶半導体基板を薄片化して、ｐ型の第１の単結晶半導体層１２１
を形成し、エピタキシャル成長技術を用いてｉ型の第２の単結晶半導体層１２２を形成す
る。また、ｎ型及び、ｐ型を付与する不純物元素を含む半導体層を第２の単結晶半導体層
１２２の表層に形成する。ここでは、第１不純物半導体層である１２３ａ、１２３ｃ、１
２３ｅにｎ型の導電性、第２不純物半導体層である１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆにｐ型
の導電性を与えるものとする。従って、本形態の光電変換層１２０は、第２の単結晶半導
体層１２２と第１不純物半導体層である１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅ及び、第２不純物
半導体層である１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆとの間にｎｉｐ（またはｐｉｎ）接合を形
成している。
【００４９】
なお、ここでは、ｎ型及び、ｐ型の導電性を示す不純物半導体層を第２の単結晶半導体層
１２２の表層に不純物を拡散して形成したが、第２の単結晶半導体層１２２の表面上に該
不純物半導体層を成膜によって形成することもできる。
【００５０】
第１不純物半導体層１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅ及び、第２不純物半導体層１２３ｂ、
１２３ｄ、１２３ｆの上部には、電流取り出しのための第１電極１４４ａ、１４４ｃ、１
４４ｅ及び、第２電極１４４ｂ、１４４ｄ、１４４ｆを設ける。電極は、ニッケル、アル
ミニウム、銀、半田などの金属を含む材料を用いる。具体的には、ニッケルペーストや銀
ペーストなどを用いて、スクリーン印刷法で形成することができる。
【００５１】
また、ベース基板１１０上に複数の光電変換層を設け、隣接する一方の光電変換層に形成
される第１電極と他方の光電変換層に形成される第２電極を接続する第１接続電極の形成
や、隣接する光電変換層に形成された第１電極同士及び隣接する光電変換層に形成された
第２電極同士を接続する第２接続電極を形成することで、所望の電圧及び電流が取り出せ
るモジュール構造を形成することもできる。
【００５２】
透光性を有するベース基板１１０側から照射された光は、第１の単結晶半導体層１２１及
び、実質的な光吸収層である第２の単結晶半導体層１２２においてキャリアを発生させる
。発生したキャリアは、第１不純物半導体層１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅと第２不純物
半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆとの間で形成される内部電界により移動し、第１
電極１４４ａ、１４４ｃ、１４４ｅ及び、第２電極１４４ｂ、１４４ｄ、１４４ｆから電
流として取り出すことができる。透光性を有するベース基板１１０と第１の単結晶半導体
層１２１の間には、透光性を有する絶縁層１０３が介しているのみであり、収集電極の影
による損失の無い高効率の光電変換装置を作製することができる。
【００５３】
上述のように、本形態に係る光電変換装置は、高効率の単結晶半導体層を光電変換層に用
いながらも省資源化が可能である。更にバックコンタクト構造であるために受光面側には
収集電極が不要で、シャドウロスの無い高効率の光電変換装置の作製が可能となる。また
、透光性を有するベース基板側に受光面を有していることから薄膜光電変換装置と同様の
効率の良い集積化工程を適用することができ、かつ機械的強度の高い構造であるスーパー
ストレート方式でモジュールを形成することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
本発明の一態様は、単結晶半導体層を有する光電変換装置である。透光性を有する絶縁性
基板を支持基板とし、半導体接合及び電極を半導体層表面側に形成し、受光面を支持基板
側に設けていることを特徴とする。
【００５６】
本形態では、光電変換モジュールの作製方法について、図面を参照して詳細を説明する。
【００５７】
なお、本明細書において光電変換モジュールとは、光電変換装置の一種であり、複数の光
電変換層を直列または並列に接続し、所望の電力を得るための構成のことを言う。
【００５８】
図２は、絶縁表面を有する同一基板上に、所定の間隔を隔てて、光電変換層が複数配置さ
れた例である。いくつかの光電変換層に電極を形成して直列接続した集合体とし、さらに
該集合体を並列接続したものであり、直列接続および並列接続した光電変換層から電力を
取り出す正負極端子が設けられた形となっている。なお、基板上に設ける光電変換層の個
数、光電変換層の面積、各光電変換層の接続の方法、光電変換モジュールからの電力の取
り出し方法などは任意であり、所望の電力や設置場所などに応じて、実施者が適宜設計す
れば良い。
【００５９】
本形態では、ベース基板１１０上に光電変換層１４０ａ、光電変換層１４０ｂ、光電変換
層１４０ｃ、光電変換層１４０ｄ、光電変換層１４０ｅ、光電変換層１４０ｆが、所定の
間隔を隔てて配置されている例を示している。ここでは、隣接する光電変換層が電気的に
接続されており、３つの光電変換層が直列に接続された集合体が２組配置され、該２組の
光電変換層の集合体が並列接続されている例を示している。
【００６０】
ベース基板１１０は、本発明に係る光電変換装置の作製プロセスに耐え、かつ透光性があ
るものであれば特に限定されず、例えば透光性絶縁基板が用いられる。具体的には、石英
基板、セラミック基板、サファイヤ基板、又はアルミノシリケートガラス、アルミノホウ
ケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板
などが挙げられる。大面積化が可能で、安価なガラス基板を用いると、低コスト化や生産
性向上が可能となり好ましい。
【００６１】
単結晶半導体基板１０１を準備する（図３（Ａ）参照）。
【００６２】
単結晶半導体基板１０１としては、代表的には単結晶シリコン基板を適用する。その他、
公知の単結晶半導体基板を適用することもでき、例えば単結晶ゲルマニウム基板、単結晶
シリコンゲルマニウム基板などを適用することができる。また、単結晶半導体基板１０１
の代わりに多結晶半導体基板を適用することもでき、代表的には多結晶シリコン基板を適
用することができる。よって、単結晶半導体基板の代わりに多結晶半導体基板を適用した
場合、以下の説明における「単結晶半導体」は「多結晶半導体」に置き換えることが可能
である。
【００６３】
単結晶半導体基板１０１としては、ｎ型単結晶半導体基板またはｐ型単結晶半導体基板を
用いることができる。例えば、ｐ型単結晶半導体基板の不純物濃度は１×１０１４ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下程度、比抵抗は１×１０−１Ω・
ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下程度である。本形態では、単結晶半導体基板１０１として、ｐ
型単結晶半導体基板を用いる例を示す。
【００６４】
単結晶半導体基板１０１のサイズ（面積、平面形状、及び厚さなど）は、製造装置の仕様
やモジュールの仕様に合わせて実施者が決定すれば良い。例えば、単結晶半導体基板１０
１の平面形状は、一般に流通している円形や、所望の形状に加工した形状を適用すること
ができる。
【００６５】
該光電変換層の平面形状は特に限定されず、正方形を含む矩形状、多角形状、または円形
状とすることができる。例えば、およそ１０ｃｍ×１０ｃｍの面状とする。
【００６６】
ここで、単結晶半導体基板１０１の加工例を説明する。例えば、図１１（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）に示す単結晶半導体基板１０１を適用することができる。
【００６７】
図１１（Ａ）に示すように円形の単結晶半導体基板１０１をそのまま適用してもよい。ま
た、図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように円形の基板からほぼ四角形の単結晶半導体基板１
０１を切り出して使用してもよい。
【００６８】
図１１（Ｂ）は、円形の単結晶半導体基板１０１に内接する大きさで最大となるように、
四角形の単結晶半導体基板１０１を切り出す例を示している。単結晶半導体基板１０１の
角部の頂点の角度はほぼ９０°である。
【００６９】
図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）よりも対辺の間隔が長くなるように、単結晶半導体基板１
０１を切り出す例を示している。単結晶半導体基板１０１の角部の頂点の角度は９０°と
はならず、単結晶半導体基板１０１は四角形ではなく多角形状となる。
【００７０】
また、図１１（Ｄ）に示すように、六角形の単結晶半導体基板１０１を切り出してもよい
。図１１（Ｄ）は、円形の単結晶半導体基板１０１に内接する大きさで最大となるように
六角形の単結晶半導体基板１０１を切り出す例を示している。単結晶半導体基板を六角形
に切り出すことで、四角形とするよりも、基板端部の切り落とす量を減らすことができる
。
【００７１】
なお、ここでは円形の単結晶半導体基板から所望の形状に基板を切り出す例について示し
たが、本発明の一態様はこれに限らず、円形以外の基板から所望の形状に切り出してもよ
い。単結晶半導体基板を所望の形状に加工することで、光電変換装置の作製プロセスに用
いる製造装置に適用しやすくなる。また、光電変換モジュールを構成する際に光電変換層
同士を接続しやすい構成とすることができる。
【００７２】
単結晶半導体基板１０１の厚さは、一般に流通しているＳＥＭＩ規格に準じた厚さのもの
を用いることができる。また、インゴットから切り出す際に適宜調整した厚さとしてもよ
い。インゴットから切り出す際、切り出す単結晶半導体基板の厚さを厚くすれば、無駄な
切り代を低減できるため好ましい。
【００７３】
また、単結晶半導体基板１０１として、大面積の基板を用いてもよい。単結晶シリコン基
板としては、直径約１００ｍｍ（４インチ）、直径約１５０ｍｍ（６インチ）、直径約２
００ｍｍ（８インチ）、直径約３００ｍｍ（１２インチ）などのサイズが一般に流通して
おり、近年では直径約４００ｍｍ（１６インチ）という大面積の基板も流通され始めてい
る。また、今後１６インチ以上の大口径化も期待され、既に次世代の基板として直径約４
５０ｍｍ（１８インチ）の大口径化が見込まれている。大面積の単結晶半導体基板１０１
を適用することで、１枚の基板から複数の光電変換層を形成することが可能となり、複数
の光電変換層を配列させることにより生じる隙間（非発電領域）の面積を縮小することが
できる。また、生産性の向上にもつなげることができる。
【００７４】
単結晶半導体基板１０１の一表面から所定の深さの領域に脆化層１０５を形成する（図３
（Ｂ）参照）。
【００７５】
脆化層１０５は、後述する分割工程で、単結晶半導体基板１０１が、単結晶半導体層と剥
離基板（単結晶半導体基板）とに分割される境界及びその近傍となる。脆化層１０５を形
成する深さは、後に分割する単結晶半導体層の厚さを考慮して決定する。
【００７６】
脆化層１０５を形成する手段としては、電圧で加速したイオンを照射する方法であるイオ
ン注入法もしくはイオンドーピング法、または多光子吸収を利用する方法などを適用する
。
【００７７】
例えば、単結晶半導体基板１０１の内部に、水素、ヘリウム、及び／またはハロゲンを導
入して、脆化層１０５を形成することができる。図３（Ｂ）では、単結晶半導体基板１０
１の一表面側から電圧で加速したイオンを照射して、単結晶半導体基板１０１の所定の深
さの領域に脆化層１０５を形成する例を示している。具体的には、単結晶半導体基板１０
１に電圧で加速したイオン（代表的には水素イオン）を照射し、該イオンまたは該イオン
を構成する元素（水素イオンであれば水素）を単結晶半導体基板１０１中に導入すること
で、単結晶半導体基板１０１の局所的な領域の結晶構造を乱し、脆弱化することで脆化層
１０５を形成する。
【００７８】
本明細書では、「イオン注入」とは原料ガスから生成されるイオンを質量分離して対象物
に照射して該イオンを構成する元素を添加する方式を指す。また、「イオンドーピング」
とは原料ガスから生成されるイオンを質量分離せず対象物に照射して該イオンを構成する
元素を添加する方式を指す。脆化層１０５は、質量分離を伴うイオン注入装置または質量
分離を伴わないイオンドーピング装置を用いて形成することができる。
【００７９】
脆化層１０５を単結晶半導体基板１０１に形成する深さ（ここでは、単結晶半導体基板１
０１の照射面側から脆化層１０５までの膜厚方向の深さ）は、照射するイオンの加速電圧
及び／またはチルト角（基板の傾斜角度）などによって制御することができる。したがっ
て、薄片化して得る単結晶半導体層の所望の厚さを考慮して、イオンを加速する電圧及び
／またはチルト角を決定する。
【００８０】
照射するイオンとしては、水素を含む原料ガスにより生成される水素イオンを用いること
が好ましい。単結晶半導体基板１０１に水素イオンを照射することで水素が導入され、単
結晶半導体基板１０１の所定の深さの領域に脆化層１０５が形成される。例えば、水素を
含む原料ガスにより水素プラズマを生成し、該水素プラズマ中に生成されるイオンを電圧
によって加速し照射することで、脆化層１０５を形成することができる。また水素の代わ
りに、または水素に加えて、ヘリウムに代表される希ガス、或いはハロゲンを含む原料ガ
スにより生成されるイオンを用いて、脆化層１０５を形成することもできる。なお、特定
のイオンを照射することで、単結晶半導体基板１０１中の同じ深さの領域を集中して脆弱
化させやすいため、好ましい。
【００８１】
例えば、単結晶半導体基板１０１に水素により生成されたイオンを照射して、脆化層１０
５を形成する。照射するイオンの加速電圧、チルト角、及びドーズ量を調整することで、
単結晶半導体基板１０１の所定の深さに高濃度の水素ドーピング領域である脆化層１０５
を形成することができる。水素により生成されるイオンを用いる場合、水素原子換算でピ
ーク値が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の水素を脆化層１０５となる領域に含ませ
ることが好ましい。局所的な水素の高濃度ドーピング領域である脆化層１０５は、結晶構
造が失われ微小な空洞が形成された多孔質構造となる。このような脆化層１０５は、比較
的低温（およそ７００℃以下）の熱処理によって微小な空洞の体積変化が起こり、脆化層
１０５または該脆化層近傍に沿って単結晶半導体基板１０１を分割することができる。
【００８２】
なお、単結晶半導体基板１０１の表層が損傷するのを防ぐため、単結晶半導体基板１０１
のイオンを照射する面上に保護層を形成することが好ましい。図３（Ｂ）では、単結晶半
導体基板１０１の少なくとも一表面上に保護層として絶縁層１０３を形成し、該絶縁層が
形成された面側から電圧で加速されたイオンを照射する例を示している。絶縁層１０３に
イオンを照射し、該絶縁層を通過させたイオン、またはイオンを構成する元素を単結晶半
導体基板１０１中に導入させて、該単結晶半導体基板の所定の深さの領域に脆化層１０５
を形成する。
【００８３】
単結晶半導体基板１０１の表面は、平均面粗さ（Ｒａ値）を０．５ｎｍ以下、好ましくは
０．３ｎｍ以下とするとよい。もちろん、Ｒａ値を小さくするほど好ましい。単結晶半導
体基板１０１表面の平坦性を良好にすることで、後にベース基板１１０と良好に貼り合わ
せることができる。本明細書における平均面粗さ（Ｒａ値）とは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１で
定義されている中心線平均粗さを面に対して適用できるよう３次元に拡張したものである
。
【００８４】
保護層として機能した絶縁層１０３は、そのままベース基板１１０との接合層としても機
能する。ただし、イオン照射工程中に平坦性が失われた場合は除去し、再び絶縁層を形成
しても良い（図３（Ｃ）参照）。
【００８５】
絶縁層１０３は単層構造または２層以上の積層構造を形成することができる。また、後に
ベース基板１１０と貼り合わせて接合を形成する面（接合面）の平坦性が良好なことが好
ましく、親水性を有するとより好ましい。具体的には、接合面の平均面粗さ（Ｒａ値）が
０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下となるような絶縁層１０３を形成することで
、ベース基板１１０との貼り合わせを良好に行うことができる。もちろん、平均面粗さ（
Ｒａ値）は小さくなるほど好ましい。
【００８６】
例えば、絶縁層１０３の接合面を形成する層として、酸化シリコン層、窒化シリコン層、
酸化窒化シリコン層または窒化酸化シリコン層などを形成する。
【００８７】
平坦性を有し親水表面を形成できる層としては、熱酸化シリコン層や有機シランガスを用
いてプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン層が好ましい。このような酸化シリ
コン層を用いることによって、基板との接合を強固にすることができる。有機シランガス
としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメ
チルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン
（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジ
シラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチ
ルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることが
できる。
【００８８】
その他、平坦性を有し親水表面を形成できる層として、シラン、ジシラン、またはトリシ
ラン等のシランガスを用いてプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン、酸化窒化
シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコンを用いることができる。例えば、絶縁層１０
３の接合面を形成する層として、シランとアンモニアを原料ガスに用いてプラズマＣＶＤ
法により形成する窒化シリコン層を適用することができる。なお、シランとアンモニアの
原料ガスに水素を加えてもよく、原料ガスに亜酸化窒素を加えて窒化酸化シリコン層を形
成してもよい。絶縁層１０３を形成する少なくとも１層について、窒素を含むシリコン絶
縁層、具体的には窒化シリコン層や窒化酸化シリコン層とすることで、後に貼り合わせる
ベース基板１１０からの不純物拡散を防ぐこともできる。
【００８９】
なお、酸化窒化シリコン層とは、組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである
。具体的には、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃ
ａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒ
ｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲
として酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、
シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範
囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン層とは、その組成として、酸素よりも
窒素の含有量が多いものである。具体的には、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に
、濃度範囲として酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％
以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下
の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成す
る原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上
記の範囲内に含まれるものとする。
【００９０】
いずれにしても、接合面が平坦性を有し、接合面の平均面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以
下、好ましくは０．３ｎｍ以下の平坦性を有する絶縁層であれば、シリコンを含む絶縁層
に限らず適用することができる。なお、絶縁層１０３を積層構造とする場合は、接合面を
形成する層以外はこの限りではない。また、本形態の場合、絶縁層１０３の成膜温度は単
結晶半導体基板１０１に形成した脆化層１０５が変化しない温度とする必要があり、３５
０℃以下の成膜温度とすることが好ましい。
【００９１】
この様に脆化層１０５形成し、絶縁層１０３を形成した単結晶半導体基板１０１の一表面
側とベース基板１１０の一表面側を対向させ、重ね合わせて貼り合わせる。本発明の一態
様では、同一基板上に複数の光電変換層が設けられた光電変換モジュールを作製するため
、ベース基板１１０に対して、複数枚の単結晶半導体基板１０１を所定の間隔を隔てて配
置されるように貼り合わせる。図８は、１枚のベース基板１１０上に、６枚の単結晶半導
体基板１０１ａ〜１０１ｆが所定の間隔を隔てて配置されている例が示されている。
【００９２】
また、図４（Ａ）は図８中の切断線ＸＹの断面図に相当しており、ベース基板１１０に貼
り合わされた単結晶半導体基板１０１ａと単結晶半導体基板１０１ｄが示されている。隣
接する単結晶半導体基板（例えば単結晶半導体基板１０１ａと単結晶半導体基板１０１ｄ
）の間隔は、およそ１ｍｍとする（図４（Ａ）、図８参照）。
【００９３】
なお、本明細書における製造工程を説明する断面図は、図２のＸＹまたは、図８のＸＹの
断面に相当した面を図示している。
【００９４】
単結晶半導体基板１０１（単結晶半導体基板１０１ａ〜１０１ｆ）側の接合面とベース基
板１１０側の接合面を接触させ、ファン・デル・ワールス力や水素結合を作用させて接合
を形成する。例えば、重ね合わせた複数の該単結晶半導体基板１０１のそれぞれと、ベー
ス基板１１０とが重なる領域の一部分を押圧することで、接合面全域にファン・デル・ワ
ールス力や水素結合を広げることができる。接合面の一方または双方が親水表面を有する
場合は、水酸基や水分子が接着剤として働く。そして、後に熱処理を行うことで水分子が
拡散し、残留成分がシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）を形成して水素結合により接合を形成す
る。さらにこの接合部は、水素が抜けることでシロキサン結合（Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）を形成し
て共有結合となり、より強固な接合となる。
【００９５】
単結晶半導体基板１０１側の接合面及び、ベース基板１１０側の接合面は、それぞれの平
均面粗さ（Ｒａ値）を０．５ｎｍ以下とし、更に好ましくは０．３ｎｍ以下とする。また
、単結晶半導体基板１０１側の接合面及び、ベース基板１１０側の接合面の平均面粗さ（
Ｒａ値）の和を０．７ｎｍ以下とし、好ましくは０．６ｎｍ以下、より好ましくは０．４
ｎｍ以下とする。また、単結晶半導体基板１０１側の接合面及び、ベース基板１１０側の
接合面は、それぞれの純水に対する接触角が２０°以下とし、好ましくは１０°以下、よ
り好ましくは５°以下とする。さらに、単結晶半導体基板１０１側の接合面及び、ベース
基板１１０側の接合面の純水に対する接触角の和を３０°以下とし、好ましくは２０°以
下、より好ましくは１０°以下とする。接合面がこれらの条件を満たすと、貼り合わせを
良好に行うことができ、強固な接合を形成できる。
【００９６】
なお、単結晶半導体基板１０１とベース基板１１０を貼り合わせる前に、それぞれの接合
面の表面処理を行うことが好ましい。表面処理を行うことで、単結晶半導体基板１０１と
ベース基板１１０の接合界面での接合強度を向上させることができる。
【００９７】
表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはこれらの組み合わせが挙げられる
。また、異なるウェット処理の組み合わせや、異なるドライ処理の組み合わせを用いるこ
ともできる。
【００９８】
ウェット処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理（オゾン水洗浄）、メガソニック洗
浄、または２流体洗浄（純水や水素添加水等の機能水を窒素等のキャリアガスとともに吹
き付ける方法）などが挙げられる。ドライ処理としては、紫外線処理、オゾン処理、プラ
ズマ処理、バイアス印加プラズマ処理、またはラジカル処理などが挙げられる。これらの
様な表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性を高める効果を奏する。
その結果、基板同士の接合強度を向上させることができる。
【００９９】
ウェット処理は、被処理体表面に付着するマクロなゴミなどの除去に効果的である。また
、ドライ処理は、被処理体表面に付着する有機物などミクロなゴミの除去または分解に効
果的である。つまり、被処理体に対し、紫外線処理などのドライ処理を行った後、洗浄な
どのウェット処理を行うことで、被処理体表面を清浄化および親水化を促進することがで
きる。さらに被処理体表面のウォーターマークの発生を抑制することもできる。
【０１００】
また、ドライ処理として、オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素を用いた表
面処理を行うことが好ましい。オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素により
、被処理体表面に付着する有機物を効果的に除去または分解することができる。また、オ
ゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素と２００ｎｍ未満の波長を含む光を用い
た表面処理を行うことによって、被処理体表面に付着する有機物をさらに効果的に除去す
ることができる。以下、具体的に説明する。
【０１０１】
例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することにより、被処理体の表面処理を行う
。酸素を含む雰囲気下において、２００ｎｍ未満の波長を含む光と２００ｎｍ以上の波長
を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに一重項酸素を生成させるこ
とができる。また、１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成
させるとともに一重項酸素を生成させることもできる。
【０１０２】
酸素を含む雰囲気下で、２００ｎｍ未満の波長を含む光および２００ｎｍ以上の波長を含
む光を照射することにより起きる反応例を示す。
Ｏ２＋ｈν（λ１ｎｍ）→Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（３Ｐ）      ・・・      （１）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３                              ・・・      （２）
Ｏ３＋ｈν（λ２ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２            ・・・      （３）
【０１０３】
まず、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で２００ｎｍ未満の波長（λ１ｎｍ）を含む光（ｈν
）を照射することにより基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））が生成する（反応式（１））
。次に、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）
が生成する（反応式（２））。そして、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で２０
０ｎｍ以上の波長（λ２ｎｍ）を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素
Ｏ（１Ｄ）が生成される（反応式（３））。酸素を含む雰囲気下において、２００ｎｍ未
満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、２００ｎｍ以上の
波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のよう
な表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射（λ１＝１８５ｎ
ｍ、λ２＝２５４ｎｍ）により行うことができる。
【０１０４】
また、酸素を含む雰囲気下で、１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射して起きる反応例を
示す。
Ｏ２＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ）      ・・・      （４）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３                              ・・・      （５）
Ｏ３＋ｈν（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２            ・・・      （６）
【０１０５】
まず、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光を照射
することにより、励起状態の一重項酸素Ｏ（１Ｄ）と基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））
が生成する（反応式（４））。次に、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）
とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する（反応式（５））。そして、生成されたオゾン（
Ｏ３）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光が照射されることに
より、励起状態の一重項酸素と酸素が生成される（反応式（６））。酸素を含む雰囲気下
において、紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生
成させるとともにオゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のような表面
処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのＸｅエキシマＵＶランプの照射により行うこと
ができる。
【０１０６】
２００ｎｍ未満の波長を含む光により被処理体表面に付着する有機物などの化学結合を切
断するとともに、オゾンまたは一重項酸素により該有機物を酸化分解して除去することが
できる。上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性をより
高めることができ、接合を良好に行うことができる。
【０１０７】
また、接合面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射した後、または、接合面をプラズ
マ処理若しくはラジカル処理した後に貼り合わせを行ってもよい。上述のような処理を行
うことで、接合面を活性化することができ、貼り合わせを良好に行うことができる。例え
ば、アルゴンなどの不活性ガス中性原子ビーム、または不活性ガスイオンビームを照射し
て接合面を活性化することができる。また、接合面を酸素プラズマ、窒素プラズマ、酸素
ラジカル、または窒素ラジカルに曝すことで活性化することもできる。接合面の活性化を
図ることで、絶縁層とガラス基板などのように異なる材料を主成分とする基体同士であっ
ても、低温処理（例えば４００℃以下）で接合を形成することができる。また、酸素添加
水、水素添加水、または純水などで接合面を処理することにより、接合面を親水性にして
該接合面の水酸基を増大させることで、強固な接合を形成することもできる。
【０１０８】
本形態では、１枚のベース基板１１０に対して複数枚の単結晶半導体基板１０１を配置す
る。ベース基板上への単結晶半導体基板の配置は１枚ずつ行っても良いが、例えば、トレ
イなどの保持手段を用いれば複数枚の単結晶半導体基板を一斉に配置することができる。
より好ましくは、ベース基板上に所定の間隔を隔てて配置されるように、所望の個数の単
結晶半導体基板を保持手段に保持し、一斉に配置する。これに対応するように、あらかじ
め保持手段の形状などを対応させておけば、単結晶半導体基板とベース基板との位置合わ
せが容易になるため好ましい。もちろん、１枚ずつ位置合わせをしながら、ベース基板上
に単結晶半導体基板を配置していくことも可能である。単結晶半導体基板の保持手段とし
ては、トレイ、保持用基板、真空チャックまたは静電チャックなどが挙げられる。
【０１０９】
複数の単結晶半導体基板１０１とベース基板１１０とを重ね合わせた後は、熱処理及び／
または加圧処理を行うことが好ましい。熱処理及び／または加圧処理を行うことで接合強
度を高めることができる。熱処理を行う際は、温度範囲はベース基板１１０の歪み点温度
以下で、且つ単結晶半導体基板１０１に形成した脆化層１０５で体積変化が起きない温度
とし、好ましくは２００℃以上４１０℃未満とする。この熱処理は、単結晶半導体基板１
０１とベース基板１１０とを重ね合わせる工程と連続して行うことが好ましい。加圧処理
する場合は、ベース基板１１０及び単結晶半導体基板１０１の耐圧性を考慮し、接合面に
垂直な方向に圧力が加わるようして行う。また、接合強度を高める熱処理と連続して、後
述する脆化層１０５を境界として単結晶半導体基板１０１を分割する熱処理を行ってもよ
い。
【０１１０】
また、ベース基板１１０側に酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、ま
たは窒化酸化シリコン層などの絶縁層を形成し、該絶縁層を介して単結晶半導体基板１０
１と貼り合わせてもよい。このとき、単結晶半導体基板１０１側に形成した絶縁層と貼り
合わせることも可能である。
【０１１１】
次に、単結晶半導体基板１０１を脆化層１０５を境として分割して、ベース基板１１０上
に薄片化した単結晶半導体層を形成する（図４（Ｂ）参照）。図８に示すように、１枚の
ベース基板１１０上に単結晶半導体基板１０１ａ〜１０１ｆを配置しており、該単結晶半
導体基板の配置に対応して、絶縁層１０３、及び第１の単結晶半導体層１２１が順次積層
された複数の積層体がベース基板１１０上に形成される。
【０１１２】
本形態のように脆化層１０５を境とした単結晶半導体基板の分割は、熱処理にて行うこと
が好ましい。熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）、炉（フ
ァーネス）、高周波発生装置を用いたマイクロ波またはミリ波などの高周波による誘電加
熱などの熱処理装置を用いて行うことができる。熱処理装置の加熱方式としては抵抗加熱
式、ランプ加熱式、ガス加熱式、または電磁波加熱式などが挙げられる。また、レーザビ
ームの照射や、熱プラズマジェットの照射を行っても良い。ＲＴＡ装置は急速加熱処理を
行うことができ、単結晶半導体基板１０１の歪み点近傍または単結晶半導体基板１０１の
歪み点（或いはベース基板１１０の歪み点近傍またはベース基板１１０の歪み点）よりも
若干高い温度まで加熱することができる。単結晶半導体基板１０１を分割するための好適
な熱処理温度は、４１０℃以上単結晶半導体基板１０１の歪み点温度未満（及びベース基
板１１０の歪み点温度未満）とする。少なくとも４１０℃以上の熱処理を行うことで、脆
化層１０５に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、該脆化層または該脆化層近傍を
境として単結晶半導体基板１０１を分割することができる。
【０１１３】
例えば、単結晶半導体基板１０１から分離する第１の単結晶半導体層１２１の厚さは、２
０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができ
る。もちろん、脆化層を形成する際の加速電圧などを調整することで、単結晶半導体基板
１０１から上記厚さ以上の単結晶半導体層を分離することも可能である。
【０１１４】
脆化層１０５を境として単結晶半導体基板１０１を分割することで、該単結晶半導体基板
から一部の単結晶半導体層を分離し、第１の単結晶半導体層１２１を形成する。このとき
、単結晶半導体基板１０１から一部の単結晶半導体層が分離された剥離基板１５５が得ら
れる。この剥離基板１５５は、再生処理を行った後、繰り返し利用することができる。剥
離基板１５５は、光電変換装置を作製する単結晶半導体基板として利用しても良いし、そ
の他の用途に流用してもよい。本発明の一態様に用いる単結晶半導体基板として剥離基板
１５５を利用するサイクルを繰り返すことで、１枚の原料基板から複数個の光電変換装置
を作製することが可能となる。
【０１１５】
また、脆化層１０５を境として単結晶半導体基板１０１を分割することで、薄片化された
単結晶半導体層（ここでは第１の単結晶半導体層１２１）の分割面（分離面）に凹凸が生
じる場合がある。その様な凹凸面はイオンダメージによって結晶性や平坦性が損なわれて
おり、後にエピタキシャル成長を行う際のシード層として機能させるには表面の結晶性及
び平坦性を回復させておくことが好ましい。結晶性の回復やダメージ層の除去を行うには
、レーザ処理やエッチング工程を用いることができ、同時に平坦性も回復させることがで
きる。
【０１１６】
次に、レーザ処理による結晶性回復及び平坦化を図る例を説明する。また、図４（Ｂ）に
示したように、単結晶半導体基板１０１を薄片化し、ベース基板１１０上に所定の間隔を
隔てて配置された単結晶半導体層（ここでは第１の単結晶半導体層１２１）が形成された
例で説明する。
【０１１７】
例えば、図１７に示すようにベース基板１１０上に配置された単結晶半導体層（ここでは
第１の単結晶半導体層１２１）に対し、該単結晶半導体層の上面側からレーザビーム１６
０を照射し、単結晶半導体層を溶融固化させることで、単結晶半導体層の結晶性及び、平
坦性を回復させることができる。
【０１１８】
レーザビーム１６０の照射による単結晶半導体層の溶融は、部分溶融でも完全溶融でもよ
いが、上層（表層側）のみが溶融して液相となる部分溶融がより好ましい。部分溶融では
単結晶の固相部分をシードとして結晶成長を進行させることができる。なお、本明細書に
おいて、完全溶融とは、単結晶半導体層が下部界面付近まで溶融されて、液相状態になる
ことをいう。部分溶融とは、単結晶半導体層の一部（例えば上層部）は溶融されて液相と
なり、その他（例えば下層部）は溶融せずに固相のままであることをいう。
【０１１９】
本形態に係るレーザ処理に適用できるレーザビーム１６０としては、単結晶半導体層に吸
収される波長を有するものを選択する。またレーザビームの波長は、レーザビームの表皮
深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）などを考慮して決定することができる。例えば、発振波長
が紫外光域から可視光域の範囲にあるものが選択され、具体的には２５０ｎｍ以上７００
ｎｍ以下の範囲とすることができる。レーザビーム１６０の具体例としては、ＹＡＧレー
ザ及びＹＶＯ４レーザに代表される固体レーザの第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波
（３５５ｎｍ）、または第４高調波（２６６ｎｍ）や、エキシマレーザのＸｅＣｌ（３０
８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）が挙げられる。また、レーザビーム１６０を射出するレ
ーザ発振器としては、連続発振レーザ、疑似連続発振レーザ及びパルス発振レーザを用い
ることができる。部分溶融させるためには、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０
ｎ秒以上５００ｎ秒以下のパルス発振レーザを用いることが好ましい。例えば、繰り返し
周波数１０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下、パルス幅約２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエ
キシマレーザを用いることができる。
【０１２０】
また、単結晶半導体層に照射するレーザビームのエネルギーは、レーザビームの波長、レ
ーザビームの表皮深さ、及び被照射体である単結晶半導体層の膜厚などを考慮して決定す
る。レーザビームのエネルギーは、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ２以上８００ｍＪ／ｃｍ２
以下の範囲とすることができる。例えば、単結晶半導体層の厚さが１２０ｎｍ程度であり
、レーザ発振器にパルス発振レーザを用い、レーザビームの波長が３０８ｎｍの場合は、
レーザビームのエネルギー密度は６００ｍＪ／ｃｍ２以上７００ｍＪ／ｃｍ２以下とする
ことができる。
【０１２１】
レーザビーム１６０の照射は、希ガスもしくは窒素などの不活性ガス雰囲気、または真空
状態で行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気または真空状態でのレーザビーム１６０の
照射は、大気雰囲気での照射よりも、被照射体である単結晶半導体層のクラックの発生を
抑えることができる。例えば、不活性ガス雰囲気中でレーザビーム１６０を照射するには
、気密性のあるチャンバー内で、チャンバー内の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換してレ
ーザビーム１６０を照射する。チャンバーを用いない場合は、レーザビーム１６０の被照
射面（図１７では第１の単結晶半導体層１２１）に窒素ガスなどの不活性ガスを吹き付け
ることで実質的に不活性ガス雰囲気を実現することができる。
【０１２２】
レーザビーム１６０は、光学系を用いてエネルギー分布を均一にし、照射面のビーム形状
を線状にすることが好ましい。レーザビーム１６０の形状を光学系を用いて上記のように
調節することで、スループット良く、被照射面に均一に照射することができる。レーザビ
ーム１６０のビーム長をベース基板１１０の１辺より長くすることで、ベース基板１１０
上に形成された全ての単結晶半導体層にレーザビーム１６０を１回の走査で照射すること
ができる。また、レーザビーム１６０のビーム長がベース基板１１０の１辺より短い場合
は、ベース基板１１０に形成された全ての単結晶半導体層にレーザビーム１６０を複数回
の走査で照射することができる。
【０１２３】
なお、レーザ処理と組み合わせて熱処理を行うことにより、効率良く結晶性やダメージの
回復を図ることも可能である。熱処理は、加熱炉、ＲＴＡなどにより、脆化層１０５を境
として単結晶半導体基板１０１分割のための熱処理よりも高温及び／または長時間行うこ
とが好ましい。もちろん、ベース基板１１０の歪み点は超えない程度の温度で熱処理を行
う。
【０１２４】
また、レーザ処理に代え、エッチングによってダメージ層を取り除く手段を用いても良い
。この場合は、図１８（Ｂ）に示すように、第１の単結晶半導体層１２１を薄膜化する。
【０１２５】
単結晶半導体基板を薄片化して形成した単結晶半導体層を表層からエッチングすることで
、脆化層形成や単結晶半導体基板の分割によって受けたダメージ部分を除去し、平坦化す
ることができる。ここでは、図１８（Ａ）に示すような第１の単結晶半導体層１２１の表
層をエッチングすることで、脆化層形成や単結晶半導体基板の分割によって受けたダメー
ジ部分を除去する例を説明する。
【０１２６】
単結晶半導体層を薄膜化する厚さ（エッチングする厚さ）は、実施者が適宜設定すること
ができる。例えば、単結晶半導体基板を薄片化して、膜厚３００ｎｍ程度の単結晶半導体
層を形成し、該単結晶半導体層を表層から２００ｎｍ程度エッチングして、ダメージ部分
を除去した膜厚１００ｎｍ程度の単結晶半導体層を形成する。
【０１２７】
単結晶半導体層（ここでは第１の単結晶半導体層１２１）の薄膜化は、ドライエッチング
またはウェットエッチングにより行うことができ、好ましくはドライエッチングを適用す
る。
【０１２８】
例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ
）法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング法
、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法
、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波
プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチングを行
う。エッチングガスとしては、例えば、塩素、塩化硼素、或いは塩化珪素（四塩化珪素含
む）等の塩素系ガス、トリフルオロメタン、フッ化炭素、フッ化窒素、或いはフッ化硫黄
等のフッ素系ガス、臭化水素等の臭素系ガスなどが挙げられる。その他、ヘリウム、アル
ゴン、或いはキセノンなどの不活性ガス、酸素ガス、または水素ガスなどが挙げられる。
【０１２９】
なお、図１８（Ｂ）に示すように単結晶半導体層を薄膜化した後、該単結晶半導体層にレ
ーザビームを照射して、更に単結晶半導体層の結晶性向上を図ることもできる。
【０１３０】
単結晶半導体基板を薄片化して形成した単結晶半導体層は、脆化層形成や単結晶半導体基
板の分割により、結晶性が低下している。そのため、上述のように、レーザビームの照射
やエッチングを行うことで、第１の単結晶半導体層１２１の表面の結晶性を回復させるこ
とができる。単結晶半導体層は、エピタキシャル成長を行う際のシード層として機能する
ため、結晶性を回復させることで、エピタキシャル成長して得られる半導体層の結晶性を
向上させることができる。
【０１３１】
結晶性を回復させた第１の単結晶半導体層１２１は、実質的な光吸収層となる第２の単結
晶半導体層１２２を成長させる際のシード層として利用する。また、単結晶半導体基板に
替えて多結晶半導体基板（代表的には多結晶シリコン基板）を用いることもできる。この
場合、第１の単結晶半導体層１２１は多結晶半導体（代表的には多結晶シリコン）で形成
される。
【０１３２】
次に、第１の単結晶半導体層１２１上に第２の単結晶半導体層１２２を形成する（図５（
Ａ）参照）。単結晶半導体基板を薄片化して所望の膜厚を有する単結晶半導体層を分離し
てもよいが、固相成長（固相エピタキシャル成長）や気相成長（気相エピタキシャル成長
）などのエピタキシャル成長技術を利用して単結晶半導体層の厚膜化を図ることが好まし
い。
【０１３３】
イオン注入法やイオンドーピング法を利用して単結晶半導体基板を薄片化する場合、分離
する単結晶半導体層を厚くするためには、加速電圧を高める必要がある。しかし、イオン
注入装置やイオンドーピング装置の加速電圧には装置上の制限があり、また加速電圧を高
めることで放射線の発生などが懸念され、安全上問題となる。また、従来の装置では、加
速電圧を高めつつ大量のイオンを照射することは困難であり、所定の注入量を得るために
は長時間を要し、タクトタイムが長くなる懸念もあった。
【０１３４】
エピタキシャル成長技術を利用すれば上述のような安全上の問題を回避できる。また、原
料である単結晶半導体基板を厚く残すことができるため、繰り返し利用できる回数が増え
、省資源化に寄与することができる。
【０１３５】
単結晶半導体の代表例である単結晶シリコンは間接遷移型の半導体であるため、直接遷移
型の非晶質シリコンよりも光吸収係数が低い。そのため、十分に太陽光を吸収するために
は、非晶質シリコンを用いた光電変換装置よりも、少なくとも数倍以上の膜厚を要するこ
とが好ましい。ここでは、第１の単結晶半導体層１２１及び、第２の単結晶半導体層１２
２の膜厚を合わせて５μｍ以上２００μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以上１００μｍ
以下とする。
【０１３６】
第２の単結晶半導体層の形成方法を説明する。まず、複数の積層体上及び、隣接する積層
体同士の隙間を覆うように、基板全面に非単結晶半導体層を形成する。複数の積層体は、
ベース基板１１０上に所定の間隔を隔てて配置されており、非単結晶半導体層はその上層
を覆うように形成する。熱処理を行うことによって、第１の単結晶半導体層をシード層と
して、非単結晶半導体層を固相エピタキシャル成長させて第２の単結晶半導体層１２２を
形成する。
【０１３７】
該非単結晶半導体層は、上述のように、プラズマＣＶＤ法に代表される化学気相成長法に
より形成する。プラズマＣＶＤ法では、各種ガスの流量や投入電力などの成膜条件を変え
ることで、微結晶半導体または非晶質半導体を形成することができる。例えば、半導体材
料ガス（例えばシラン）の流量に対して、希釈ガス（例えば水素）の流量を１０倍以上２
０００倍以下、好ましくは５０倍以上２００倍以下とすることで、微結晶半導体層（代表
的には微結晶シリコン層）を形成することができる。また、半導体材料ガスの流量に対し
て、希釈ガスの流量を１０倍未満とすることで、非晶質半導体層（代表的に非晶質シリコ
ン層）を形成することができる。また、反応ガスにドーピングガスを混合することで、ｎ
型またはｐ型の非単結晶半導体層を形成し、固相成長させてｎ型またはｐ型の単結晶半導
体層を形成することもできる。
【０１３８】
固相成長を行う熱処理は、上述したＲＴＡ、炉、高周波発生装置などの熱処理装置を用い
て行うことができる。ＲＴＡ装置を用いる場合には、処理温度５００℃以上７５０℃以下
、処理時間０．５分以上１０分以下とすることが好ましい。炉を用いる場合は、処理温度
５００℃以上６５０℃以下、処理時間１時間以上４時間以下とすることが好ましい。
【０１３９】
また、プラズマＣＶＤ法を用いた気相エピタキシャル成長により、第１の単結晶半導体層
１２１をシード層とした第２の単結晶半導体層１２２を形成することもできる。
【０１４０】
気相エピタキシャル成長を促進させるプラズマＣＶＤ法の条件は、反応ガスを構成する各
種ガス流量や印加する電力などにより変化する。例えば、半導体材料ガス（シラン）及び
希釈ガス（水素）を含む雰囲気下で、希釈ガスの流量を半導体材料ガスの流量と比較して
６倍以上、好ましくは５０倍以上として行うことで、第２の単結晶半導体層１２２を形成
することができる。上記反応ガスにドーピングガスを混合することで、ｎ型またはｐ型の
単結晶半導体層を気相成長させることもできる。また、第２の単結晶半導体層１２２の形
成途中で、希釈ガスの流量を変化させてもよい。例えば、成膜開始直後は、シランに対し
て１５０倍程度の水素流量として薄く半導体層を成膜した後、続けてシランに対して６倍
程度の水素流量として厚く半導体層を成膜することで、第２の単結晶半導体層１２２を形
成することもできる。成膜開始直後に希釈ガスによる半導体材料ガスの希釈率が高い条件
で薄く半導体層を形成した後、希釈ガスによる半導体材料ガスの希釈率が低い条件で厚く
半導体層を形成することで、膜剥がれを防止しつつ、成膜速度を高めて、気相成長させる
ことができる。
【０１４１】
また、ベース基板１１０上に、所定の間隔を隔てて複数の積層体（絶縁層１０３と第１の
単結晶半導体層１２１）が配置されており、隣接する積層体の間にはシード層が存在しな
い。本形態における第２の単結晶半導体層１２２は、少なくとも積層体（絶縁層１０３と
第１の単結晶半導体層１２１）上で結晶成長が進めばよく、隣接する積層体の間に形成さ
れる半導体層の結晶状態は特に限定されない。
【０１４２】
なお、第１の単結晶半導体層１２１の導電型は限定されないが、ここではｐ型の単結晶シ
リコン基板を薄片化した単結晶半導体層とする。また、第２の単結晶半導体層１２２の導
電型も限定されないが、ここではｉ型の単結晶半導体層とする。なお、本形態と異なる導
電型の組合せで光電変換層を構成するには、第１の単結晶半導体層１２１の形成時に導電
型の異なる母材を用いる方法や、第２の単結晶半導体層１２２の形成時に異なる導電型を
付与する不純物元素を導入する方法がある。
【０１４３】
隣接する積層体の間に形成される半導体層は、隣接する積層体を単一化し、後の集積化の
妨げになることから、再び複数の積層体に分離する（図５（Ｂ）参照）。
【０１４４】
分離の方法は、レーザ照射やエッチングで行うことができ、前述の第１の単結晶半導体層
１２１の表面の結晶性回復に用いた同手段を用いることができる。レーザ照射の場合は、
エネルギー密度を適度に高めて隣接する積層体の間を照射することで加工を行う。また、
エッチングの場合は、各積層体上のみに保護層を形成し、エッチング時間を延長して加工
を行う。ただし、隣接する積層体間に形成されている半導体層は全て除去する必要は無く
、各積層体が電気的に高抵抗の状態で分離されていれば良い。
【０１４５】
次に、第２の単結晶半導体層１２２の表層にｎ型半導体及び、ｐ型半導体となる不純物の
拡散領域を設け、半導体接合を形成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、代表的に
は周期表第１５族元素であるリン、ヒ素、またはアンチモンなどが挙げられる。ｐ型を付
与する不純物元素としては、代表的には周期表第１３族元素であるホウ素またはアルミニ
ウムなどが挙げられる。
【０１４６】
第２の単結晶半導体層１２２上に第１不純物半導体層を形成するための開口を施してある
フォトレジスト１３２を保護層として設け、イオンドーピング法またはイオン注入法によ
りｎ型の導電型を付与するリンイオン１３０を導入する。フォトレジスト１３２を剥離後
に、再度第２不純物半導体層を形成するための開口を施してあるフォトレジスト１３３を
保護層として設け、イオンドーピング法またはイオン注入法によりｐ型の導電型を付与す
るホウ素イオン１３１を導入する（図６（Ａ）（Ｂ）参照）。
【０１４７】
例えば、生成されたイオンを質量分離せずに電圧で加速してイオン流を基板に照射するイ
オンドーピング装置を用い、フォスフィンを原料ガスとしてリンイオン１３０を導入する
。このとき、原料ガスであるフォスフィンに、水素またはヘリウムを加えてもよい。イオ
ンドーピング装置を用いれば、イオンビームの照射面積を大きくすることができ、効率良
く処理することができる。例えば、ベース基板１１０の一辺のサイズを超える線状イオン
ビームを形成し、該線状イオンビームが、ベース基板１１０の一端から他端まで照射され
るように処理すれば、均一な深さで第２の単結晶半導体層１２２の表層に不純物を導入す
ることができる。
【０１４８】
次に、図７（Ａ）に示す状態で不純物を導入した領域の活性化を行う。活性化は、不純物
の導入によってダメージを受けた領域の結晶性を回復させ、不純物原子と半導体原子の結
合を形成して導電性を与えるものであり、熱処理またはレーザ照射によって行う。
【０１４９】
熱処理の方法は、前述した脆化層１０５を形成した単結晶半導体基板１０１をベース基板
１１０に貼付け、脆化層１０５を境として分割するときに適用できる手段を用いることが
できる。また、レーザ照射の場合は、前述の第１の単結晶半導体層１２１の表面の結晶性
回復に適用できる手段を用いることができる。
【０１５０】
本形態では、単結晶半導体基板を薄片化して、第１の単結晶半導体層１２１を形成し、ｉ
型の第２の単結晶半導体層１２２を第１の単結晶半導体層１２１をシード層としたエピタ
キシャル成長技術により形成する。また、ｎ型及び、ｐ型を付与する不純物元素を含む半
導体層を第２の単結晶半導体層１２２の表層に形成する。ここでは、第１不純物半導体層
１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅにｎ型の導電性、第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ
、１２３ｆにｐ型の導電性を与えるものとする。従って、本形態の光電変換層１２０は、
第２の単結晶半導体層１２２、第１不純物半導体層１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅ及び、
第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆとの間にｎｉｐ（またはｐｉｎ）接合
を形成している。
【０１５１】
活性化によって形成された第１不純物半導体層１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅの上部には
、負極となる第１電極１４４ａ、１４４ｃ、１４４ｅを設ける。また、同様に活性化によ
って形成された第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆの上部には、正極とな
る第２電極１４４ｂ、１４４ｄ、１４４ｆを設ける。該電極は、ニッケル、アルミニウム
、銀、鉛錫（半田）などの金属を含む材料を用いて形成する。具体的には、ニッケルペー
ストや銀ペースト等を用いて、スクリーン印刷法で形成することができる（図７（Ｂ）参
照）。
【０１５２】
また、隣接する光電変換層を直列に接続する第１接続電極１４６及び並列に接続する第２
接続電極１４７を第１電極１４４ａ、１４４ｃ、１４４ｅ及び第２電極１４４ｂ、１４４
ｄ、１４４ｆと同一層で形成する（図２参照）。ここで、個々の光電変換層に形成される
該電極と該接続電極は一体で形成されたものであるが、便宜上別々の名称を与えて説明し
ている。もちろん、該電極と異なる層で該接続電極を形成することも可能である。
【０１５３】
以上により、ベース基板上に第１の単結晶半導体層をシード層にエピタキシャル成長させ
た第２の単結晶半導体層を形成し、その表層に半導体接合を設けて形成した光電変換層を
複数集積化した光電変換モジュールを作製することができる。
【０１５４】
また、接着剤を用いずにベース基板上に絶縁層を介して直接接合した単結晶半導体層で光
電変換層を構成するため、変換効率の向上と共に機械的強度の高い光電変換モジュールを
提供することができる。
【０１５５】
また、本形態では、第１不純物半導体層１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅをｎ型半導体とし
、第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆをｐ型半導体とした例を示したが、
もちろんｎ型半導体とｐ型半導体は入れ替えて形成することができる。
【０１５６】
また、本形態では、エピタキシャル成長させた第２の単結晶半導体層１２２をｉ型の導電
型として形成し、ｐｉｎ接合型とした例を示したが、第２の単結晶半導体層１２２をｎ型
またはｐ型で形成し、ｐｎ接合型とすることができる。このとき、第２の単結晶半導体層
１２２と同じ導電型を持つ不純物半導体層は、高濃度にドーパントを含む層で形成するこ
とが好ましい。
【０１５７】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１５８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２と異なる光電変換装置の作製方法の一例について説明す
る。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０１５９】
実施の形態２に従って、図５（Ｂ）に示すように、ベース基板１１０上に絶縁層１０３、
第１の単結晶半導体層１２１及び、第２の単結晶半導体層１２２からなる積層体を形成す
る。
【０１６０】
該積層体の上部に第１不純物半導体層２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅと第２不純物半導体
層２３０ｂ、２３０ｄ、２３０ｆが重ならずに交互に帯状に形成された構造を形成する。
また、該不純物半導体層上に第１電極２４０ａ、２４０ｃ、２４０ｅ及び、第２電極２４
０ｂ、２４０ｄ、２４０ｆを形成して光電変換装置を完成させる（図１４（Ａ）、（Ｂ）
、（Ｃ）、図１６（Ａ）参照）。
【０１６１】
バルク型の光電変換装置では、一導電型を持つバルク内に逆の導電型となる不純物半導体
層を形成し、ｐｎ接合界面に生成した空乏層内にキャリアの移動に必要な内部電界を形成
する。一方で、薄膜型光電変換装置と同様に不純物半導体層は成膜によって形成すること
もでき、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を作り込むことでｐ型半導体層及び、ｎ型半導体層の
間に内部電界を形成することができる。
【０１６２】
具体的な作製方法の一例を説明する。図５（Ｂ）に示す構造を形成し、第２の単結晶半導
体層１２２の上部に、一定の間隔で帯状に開口されたフォトレジスト２１０を形成し、更
にその上部に第１不純物半導体層２２０を全面に形成する（図１４（Ａ）参照）。リフト
オフ法によって余分な膜を取り除き、第１不純物半導体層２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅ
を形成し、フォトレジスト２１０と異なる帯状開口部を持つフォトレジスト２１１を第１
不純物半導体層２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅが形成された第２の単結晶半導体層１２２
の上部に形成する。更にその上部に第２不純物半導体層２２１を全面に形成する（図１４
（Ｂ）参照）。再びリフトオフ法によって余分な膜を取り除き、積層体上部に第１不純物
半導体層２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅと第２不純物半導体層２３０ｂ、２３０ｄ、２３
０ｆが重ならずに交互に帯状に形成された構造を得る（図１４（Ｃ）参照）。最後に第１
電極２４０ａ、２４０ｃ、２４０ｅ及び、第２電極２４０ｂ、２４０ｄ、２４０ｆを形成
して光電変換装置を完成させる（図１６（Ａ）参照）。
【０１６３】
本形態では、第２の単結晶半導体層１２２はｉ型の導電型で形成されており、第１不純物
半導体層２２０としては、プラズマＣＶＤ法により、原料ガスにシランとｎ型を付与する
不純物元素（例えばリン）を含むフォスフィンを用いて非単結晶半導体層を形成する。ま
た、第２不純物半導体層２２１には、プラズマＣＶＤ法により、シランとｐ型を付与する
不純物元素（例えばホウ素）を含むジボランを用いて非単結晶半導体層を形成し、ｐｉｎ
接合を形成する。
【０１６４】
なお、プラズマＣＶＤ法などにより、第１不純物半導体層２２０、第２不純物半導体層２
２１を成膜する前には、第２の単結晶半導体層１２２上に形成された自然酸化層などの半
導体と異なる層は除去しておく。自然酸化層は、フッ酸を用いたウェットエッチング、ま
たはドライエッチングにより除去することができる。また、第１不純物半導体層２２０、
第２不純物半導体層２２１を成膜する際、半導体材料ガスを導入する前に、水素と希ガス
の混合ガス、例えば水素とヘリウムの混合ガス或いは水素とヘリウムとアルゴンの混合ガ
スを用いてプラズマ処理することで、自然酸化層や大気雰囲気元素（酸素、窒素または炭
素）を除去することができる。
【０１６５】
本形態において、第２の単結晶半導体層１２２上に成膜した第１不純物半導体層２２０及
び、第２不純物半導体層２２１は、熱処理やレーザ照射によって結晶性を向上させ、活性
化させても良い。なお、熱処理やレーザ照射によって、該不純物半導体層に含まれる不純
物が、第２の単結晶半導体層１２２の表層に拡散し、単結晶層中に半導体接合が形成され
、良好な接合界面を得ることもできる。
【０１６６】
また、本形態ではフォトレジストを用いたリフトオフ法を例として挙げたが、不純物半導
体層の成膜工程、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程等を行うことにより図１
４（Ｃ）の構造を形成しても良い。
【０１６７】
また、図１６（Ｂ）の構造のように、不純物半導体層上にパッシベーション層となる保護
膜１８０を形成し、該保護膜を部分的に開口して、第１電極２４０ａ、２４０ｃ、２４０
ｅ及び、第２電極２４０ｂ、２４０ｄ、２４０ｆを設けることもできる。
【０１６８】
また、本形態では、第１不純物半導体層２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｅをｎ型半導体とし
、第２不純物半導体層２３０ｂ、２３０ｄ、２３０ｆをｐ型半導体とした例を示したが、
もちろんｎ型半導体とｐ型半導体は入れ替えて形成することができる。
【０１６９】
また、本形態では、第２の単結晶半導体層１２２をｉ型の導電型として形成し、ｐｉｎ接
合型とした例を示したが、第２の単結晶半導体層１２２をｎ型またはｐ型で形成し、ｐｎ
接合型とすることができる。このとき、第２の単結晶半導体層１２２と同じ導電型を持つ
不純物半導体層は、高濃度にドーパントを含む層で形成することが好ましい。
【０１７０】
このように、ベース基板上の絶縁層、第１の単結晶半導体層、第２の単結晶半導体層の順
で構成される積層体の上部に対して、ドーパントを含む半導体層を選択的に形成すること
により、単結晶半導体層の表面上に導電型の異なる複数の不純物半導体層が形成されたベ
ース基板側を受光面とする光電変換装置を提供することができる。
【０１７１】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１７２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、前述した実施の形態と異なる光電変換装置の作製方法の一例について
説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０１７３】
実施の形態２に従って、図７（Ａ）に示すように、ベース基板１１０上に絶縁層１０３、
第１の単結晶半導体層１２１、第２の単結晶半導体層１２２、第１不純物半導体層１２３
ａ、１２３ｃ、１２３ｅ、第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆからなる積
層体を形成する。
【０１７４】
該積層体が形成されるベース基板１１０の上面側にパッシベーション層となる保護膜１８
０を全面に形成する。そして、フォトレジスト１９０にて該保護膜１８０で覆われた不純
物半導体層上の一部が開口されるマスクを設け、開口部の保護膜１８０をエッチングし、
不純物半導体層表面の一部を露出させる。その後、第１電極１４４ａ、１４４ｃ、１４４
ｅ及び、第２電極１４４ｂ、１４４ｄ、１４４ｆを形成して光電変換装置を完成させる（
図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）参照）。
【０１７５】
半導体表面は格子欠陥とも言える状態で表面準位が多く、キャリアが表面近傍で再結合す
るため、半導体内部よりもライフタイムが短い。従って、光電変換装置においても半導体
層の表面が露出していると光電効果で発生したキャリアが表面再結合によって消失し、変
換効率を下げる要因となる。表面再結合を減らすにはパッシベーション層を形成して良好
な界面を形成することが有効であり、外部からの不純物混入に対するブロッキング効果も
併せ持つ。
【０１７６】
パッシベーション層となる保護膜には、例えば、熱酸化膜の他、酸化シリコン層、窒化シ
リコン層、酸化窒化シリコン層または窒化酸化シリコン層などを用いる。これらは、プラ
ズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、または熱ＣＶＤ法（減圧ＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法も含む
）などのＣＶＤ法により形成することができる。
【０１７７】
本形態においては、保護膜１８０にプラズマＣＶＤ法にて形成した１００ｎｍの窒化シリ
コン膜を用いる。
【０１７８】
なお、パッシベーション層となる保護膜１８０の表層に凹凸を形成しても良い。半導体層
を透過して来た光が該電極との界面で乱反射し、該積層体で構成される界面において反射
を繰り返す、所謂光閉じ込め効果を付与させることができる（図１３）。
【０１７９】
保護膜１８０の表層に凹凸を形成する方法の一例を挙げる。まず、保護膜１８０として酸
化シリコン層をＣＶＤ法で０．５μｍ以上５μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下
に形成する。次に、サンドブラスト法で該保護膜１８０の表面に、凹凸部２００を形成す
る。以下、図１２（Ｂ）及び、図１２（Ｃ）を用いて説明した前述の手法を用いて、図１
３の構造を形成する。
【０１８０】
また、凹凸部２００を形成するその他の方法としては、薬品によるエッチングや砥粒を用
いた研削、レーザ照射によるアブレーションなどを用いることができる。
【０１８１】
このように、本発明の一態様に係る光電変換装置は、絶縁層、第１の単結晶半導体層、第
２の単結晶半導体層及び、不純物半導体層からなる積層体表面にパッシベーション層とな
る保護膜が設けられており、不純物半導体層と電極とが接する一部領域に保護膜の開口が
設けられた構造を有している。該保護膜を形成することにより、半導体表面でのキャリア
の再結合が減少し、変換効率が向上する。また、該保護膜の表面に凹凸を設けることによ
って、光閉じ込め効果を得ることができ、更に変換効率を高めることができる。
【０１８２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１８３】
（実施の形態５）
本実施の形態では、前述した実施の形態と異なる光電変換装置の作製方法の一例について
説明する。具体的には、多光子吸収を利用して、単結晶半導体基板に脆化層となる変質領
域を形成する方法について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略
或いは一部簡略化する。
【０１８４】
図１５に示すように、レーザビーム２５０を絶縁層２０３が形成された面側から単結晶半
導体基板１０１を照射し、光学系２０４を用いて該単結晶半導体基板中に集光する。そし
て、レーザビーム２５０を単結晶半導体基板１０１面内全体に照射することで、単結晶半
導体基板１０１の所定の深さの領域に変質領域２０５を形成する。レーザビーム２５０と
しては多光子吸収を生じさせるものを適用する。変質領域２０５としては、前述の脆化層
１０５と同等の状態を形成する。
【０１８５】
多光子吸収とは、物質が複数の光子を同時に吸収して、光吸収前よりも該物質の持つエネ
ルギーが高いエネルギー準位へと上がる現象である。多光子吸収を生じさせるレーザビー
ム２５０としては、フェムト秒レーザから射出されるレーザビームを適用する。多光子吸
収は、フェムト秒レーザが引き起こす非線形相互作用の一つとして知られている。多光子
吸収は、焦点近傍で集中して反応を起こさせることができるため、所望の領域に変質領域
を形成することができる。例えば、多光子吸収を生じさせるレーザビーム２５０を照射す
ることで、数ｎｍ程度の空洞を含む変質領域２０５を形成することができる。
【０１８６】
なお、多光子吸収を利用する変質領域２０５の形成では、レーザビーム２５０の焦点の位
置（単結晶半導体基板１０１中のレーザビーム２５０の焦点の深さ）で、単結晶半導体基
板１０１に形成される変質領域２０５の深さが決定される。レーザビーム２５０の焦点位
置は光学系２０４を利用して実施者が容易に調整することができる。
【０１８７】
本形態のように多光子吸収を利用して変質領域２０５を形成することで、変質領域２０５
以外へ与えるダメージや結晶欠陥の生成を防ぐことができる。そのため、変質領域２０５
を境として薄片化して、結晶性などの特性が良好な単結晶半導体層を形成することができ
る。
【０１８８】
なお、単結晶半導体基板１０１上に、酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層などの酸
化層で絶縁層２０３を形成し、該絶縁層２０３を通過させてレーザビーム２５０を照射す
る構成とすることが好ましい。さらに、レーザビーム２５０の波長λ（ｎｍ）、波長λ（
ｎｍ）における絶縁層２０３の屈折率をｎ、絶縁層２０３の厚さｄ（ｎｍ）として、下記
数式（１）を満たすことが好ましい。
【０１８９】
【数１】
2014222759.tif 000003
【０１９０】
上記数式（１）を満たすように絶縁層２０３を形成することで、被照射体（単結晶半導体
基板１０１）表面でのレーザビーム２５０の反射が抑えられる。その結果、効率良く単結
晶半導体基板１０１内部に変質領域２０５を形成することができる。
【０１９１】
変質領域２０５形成後は、他の実施の形態に従って、光電変換装置を作製することができ
る。
【０１９２】
なお、単結晶半導体基板１０１の薄片化は、熱処理に代えて、外力の付加によって行うこ
とが可能である。具体的には、物理的に外力を付加することで、変質領域２０５を境とし
て単結晶半導体基板１０１を分割することができる。例えば、人間の手または道具を用い
て、単結晶半導体基板１０１を分割することができる。変質領域２０５は、レーザビーム
２５０の照射により空洞などが形成され、脆弱化されている。そのため、単結晶半導体基
板１０１に物理的な力（外力）を加えることで変質領域２０５の空洞など脆弱化された部
分が始点或いはきっかけとなり、変質領域２０５を境として、単結晶半導体基板１０１を
分割することができる。なお、熱処理と外力の付加を組み合わせて、単結晶半導体基板１
０１を分割することもできる。外力の付加を加えて単結晶半導体基板１０１を分割するこ
とで、薄片化に必要な時間を短縮することが可能となる。よって、生産性を向上すること
ができる。
【０１９３】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１９４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、前述した実施の形態と異なる光電変換装置の作製方法の一例について
説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０１９５】
実施の形態２に従って、図３（Ｃ）に示すように所定の深さの領域に脆化層１０５が形成
され、一表面上に絶縁層１０３が形成された単結晶半導体基板１０１を形成する。
【０１９６】
次に、単結晶半導体基板１０１に形成された絶縁層１０３表面にプラズマ処理による平坦
化処理を行う。
【０１９７】
具体的には、真空状態のチャンバーに不活性ガス（例えば、Ａｒガス）及び／または反応
性ガス（例えば、Ｏ２ガス、Ｎ２ガス）を導入し、被処理体（ここでは、絶縁層１０３が
形成された単結晶半導体基板１０１）にバイアス電圧を印加してプラズマを照射する。プ
ラズマ中には電子とＡｒの陽イオンが存在し、陰極方向（絶縁層１０３が形成された単結
晶半導体基板１０１側）にＡｒの陽イオンが加速される。加速されたＡｒの陽イオンが絶
縁層１０３表面に衝突することによって、絶縁層１０３表面がスパッタエッチングされる
。このとき、絶縁層１０３表面の凸部から優先的にスパッタエッチングされ、絶縁層１０
３表面の平坦性を向上することができる。また、反応性ガスを導入すると、絶縁層１０３
表面がスパッタエッチングされることにより生じる欠損を補修することができる。
【０１９８】
プラズマ処理による平坦化処理を行うことにより、絶縁層１０３表面の平均面粗さ（Ｒａ
値）を５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下とすることが可能である。また、最大高低
差（Ｐ−Ｖ値）を６ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以下とすることも可能である。
【０１９９】
上記プラズマ処理の一例としては、処理電力１００Ｗ以上１０００Ｗ以下、圧力０．１Ｐ
ａ以上２．０Ｐａ以下、ガス流量５ｓｃｃｍ以上１５０ｓｃｃｍ以下、バイアス電圧２０
０Ｖ以上６００Ｖ以下の条件を用いることができる。
【０２００】
平坦化処理を行った後は、図４（Ａ）に示すように、単結晶半導体基板１０１に形成され
た絶縁層１０３表面とベース基板１１０表面を接合させることで、ベース基板１１０上に
単結晶半導体基板１０１を貼り合わせる。本形態では、絶縁層１０３表面の平坦性向上を
図っているため、強固な接合を形成することができる。
【０２０１】
本形態で説明した平坦化処理は、ベース基板１１０側に行ってもよい。具体的には、ベー
ス基板１１０にバイアス電圧を印加してプラズマ処理を行い、平坦性の向上を図ることが
できる。
【０２０２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と、適宜組み合わせることができる。
【０２０３】
（実施の形態７）
本実施の形態では、前述した実施の形態と異なる光電変換装置の作製方法の一例について
説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０２０４】
実施の形態２に従って、図５（Ｂ）に示すようにベース基板１１０上に絶縁層１０３、第
１の単結晶半導体層１２１及び、第２の単結晶半導体層１２２からなる積層体を形成する
。
【０２０５】
該積層体を上面としてベース基板１１０をレーザ照射用窓１５１及び、基板加熱用ヒータ
１５２を配置した真空チャンバー１５０に入れ、真空チャンバー１５０中の雰囲気をドー
ピングガスに置換し、選択的にレーザビーム１６０を照射することによって、不純物半導
体領域を形成する（図９（Ａ）、（Ｂ）参照）。
【０２０６】
単結晶半導体層に吸収される波長のレーザビームを単結晶半導体層に照射すると、その表
面近傍が溶融固化する現象が起きる。この溶融固化のプロセスは、雰囲気の影響を強く受
け、溶融される半導体層中に雰囲気中に含まれる元素が不純物として取り込まれることが
ある。この現象において、半導体層に取り込まれる不純物元素が、１３族元素や１５族元
素の場合には導電型を変化させることができる。従って、この方法を用いれば、イオンド
ーピング装置やイオン注入装置などの特別な装置を用いなくても、不純物を半導体層中に
導入することができる。
【０２０７】
なお、半導体層の導電型をｎ型とする不純物としては、１５族元素であるリン（Ｐ）、砒
素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）が挙げられる。また、導電型をｐ型とする不純物として
は、１３族元素であるホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）が挙げら
れる。
【０２０８】
また、上記不純物元素を含む化合物ガスとしては、１５族元素ではフォスフィン（ＰＨ３
）、三フッ化リン（ＰＦ３）、三塩化リン（ＰＣｌ３）、アルシン（ＡｓＨ３）、三フッ
化砒素（ＡｓＦ３）、三塩化砒素（ＡｓＣｌ３）、スチビン（ＳｂＨ３）、三塩化アンチ
モン（ＳｂＣｌ３）などを用いることができる。１３族元素ではジボラン（Ｂ２Ｈ６）、
三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ
３）、三塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）などを用いることができる。
【０２０９】
また、当該不純物元素を含む化合物ガスは、半導体層に導入する不純物濃度を調整するた
めに、水素、窒素及び／または希ガスで希釈した混合ガスを用いても良い。また、該混合
ガスは減圧下で用いても良い。
【０２１０】
最初に形成する不純物半導体層の導電型をｎ型とする場合は、真空チャンバー１５０中の
雰囲気をｎ型のドーパントガスであるフォスフィンを水素で希釈した混合ガスで置換し、
レーザビームを半導体層に帯状に照射して第１不純物半導体層１２３ａ、１２３ｃ、１２
３ｅを形成する。次に、真空チャンバー１５０中の雰囲気をｐ型のドーパントガスである
ジボランをヘリウムで希釈した混合ガスで置換し、レーザビーム１６０を半導体層に帯状
に照射して第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆを形成し、図７（Ａ）に示
す構造を形成する。
【０２１１】
本形態に用いることのできるレーザ及び照射方法は、実施の形態２において、第１の単結
晶半導体層１２１の表面の結晶性回復に適用できる手段を用いることができる。
【０２１２】
また、レーザ照射時の溶融固化プロセスを助長する手段として、基板加熱用ヒータ１５２
にて基板を加熱しても良い。基板を加熱することでレーザ照射時の溶融しきい値エネルギ
ーが下がり、かつ固化に要する時間が延長され、不純物の活性化率が高まる効果がある。
基板温度にはベース基板の歪み点を超えない温度までを用いることができる。
【０２１３】
本形態では、ｎ型、ｐ型の順で不純物半導体層を形成したが、順序を逆にしても良い。ま
た、効率良く作業工程を行うためには、一導電型不純物半導体層の形成を複数の基板に対
して連続して行い、その後、一導電型とは逆の導電型の不純物半導体層の形成を複数の基
板に対して連続して行う工程を用いても良い。
【０２１４】
以降は、他の実施の形態に従って、光電変換装置を作製することができる。
【０２１５】
このように、ベース基板上の絶縁層、第１の単結晶半導体層、及び第２の単結晶半導体層
からなる積層体に対して、ドーパントとなる不純物を含むガス雰囲気中にて選択的にレー
ザ照射を行うことにより、単結晶半導体層の表層に導電型の異なる複数の不純物半導体層
を形成することができる。また、選択的にレーザ照射を行うことにより不純物半導体層を
形成する位置を決定できるため、フォトレジストや保護膜などの位置決め手段が不要とな
り、低コストで生産性の高い光電変換装置の作製が可能となる。
【０２１６】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０２１７】
（実施の形態８）
本実施の形態では、前述した実施の形態と異なる光電変換装置の作製方法の一例について
説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０２１８】
実施の形態２に従って、図５（Ｂ）に示すようにベース基板１１０上に絶縁層１０３、第
１の単結晶半導体層１２１及び、第２の単結晶半導体層１２２からなる積層体を形成する
。
【０２１９】
該積層体の上面に一導電型を半導体に付与する不純物を含む薬液１７０及び、一導電型と
は逆の導電型を半導体に付与する不純物を含む薬液１７１を塗布し、選択的にレーザビー
ムを照射することによって、不純物半導体層を形成する（図１０（Ａ）、（Ｂ）参照）。
【０２２０】
単結晶半導体層に吸収される波長のレーザビームを単結晶半導体層に照射すると、その表
面近傍にて溶融固化の現象が起こる。その溶融固化のプロセスは、表面に付着した不純物
の影響を強く受け、溶融された半導体層中に表面に付着した不純物元素が取り込まれる。
この現象において、半導体層中に取り込まれる不純物元素が、１３族元素や１５族元素の
場合には導電型を変化させることができる。従って、この方法を用いれば、イオンドーピ
ング装置やイオン注入装置などの特別な装置を用いなくても不純物を半導体層中に導入す
ることができる。
【０２２１】
なお、半導体層の導電型をｎ型に変化させる不純物としては、１５族元素であるリン（Ｐ
）、１３族元素であるホウ素（Ｂ）が代表的に挙げられる。
【０２２２】
また、上記不純物元素を含む薬液としては、リン酸水溶液、リン酸トリメチル、リン酸ト
リエチル、リン酸トリ−ｎ−アミル、リン酸ジフェニル−２−エチルヘキシル、リン酸ア
ンモニウム水溶液、または、ホウ酸水溶液、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ
酸トリイソプロピル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリ−ｎ−オクチル、ホウ酸アンモニ
ウム水溶液等を用いることができる。
【０２２３】
当該薬液は塩の水溶液または、塩とアルコールに加水分解するエステル化合物であり、特
別な洗浄液を用いず、純水のみで容易に洗浄することができる。
【０２２４】
具体的には、最初に形成する不純物半導体層の導電型をｎ型とする場合は、ｎ型のドーパ
ントとなる元素を含むリン酸アンモニウム水溶液をスピンコーター、スリットコーターま
たはディップコーターによってベース基板１１０および積層体表面に塗布し、乾燥させる
。そして、レーザビームを半導体層に帯状に照射することによって、第１不純物半導体層
１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅを形成する。次に、ｐ型のドーパントとなる元素を含むホ
ウ酸アンモニウム水溶液をスピンコーター、スリットコーターまたはディップコーターに
よってベース基板１１０および積層体表面に塗布して乾燥させる。そして、レーザビーム
を半導体層に帯状に照射することによって、第２不純物半導体層１２３ｂ、１２３ｄ、１
２３ｆを形成する。更に純水による洗浄を行い、余分に付着している不純物を洗い流し、
図７（Ａ）に示す構造を得る。
【０２２５】
本形態に用いることのできるレーザは、実施の形態２において、第１の単結晶半導体層１
２１の表面の結晶性回復に用いたものを用いることができる。
【０２２６】
また、レーザ照射時の溶融固化プロセスを助長する手段として、基板加熱用ヒータにて基
板を加熱しても良い。基板を加熱することでレーザ照射時の溶融しきい値エネルギーが下
がり、かつ固化に要する時間が延長され、不純物の活性化率が高まる効果がある。基板温
度にはベース基板の歪み点を超えない温度まで用いることができる。
【０２２７】
本形態では、ｎ型、ｐ型の順で不純物半導体層を形成したが、順序を逆にしても問題は無
い。また、効率良く作業工程を行うためには、一導電型不純物半導体層の形成を複数の基
板に対して連続して行い、その後、一導電型とは逆の導電型の不純物半導体層の形成を複
数の基板に対して連続して行う工程を用いても良い。
【０２２８】
以降は、他の実施の形態に従って、光電変換装置を作製することができる。
【０２２９】
このように、ベース基板上の絶縁層、第１の単結晶半導体層、及び第２の単結晶半導体層
からなる積層体に対して、ドーパントとなる不純物を含む薬液を塗布して選択的にレーザ
照射を行うことにより、単結晶半導体層の表層に導電型の異なる複数の不純物半導体層を
形成することができる。また、選択的にレーザ照射を行うことにより不純物半導体層を形
成する位置を決定できるため、フォトレジストや保護膜などの位置決め手段が不要となり
、低コストで生産性の高い光電変換装置の作製が可能となる。
【０２３０】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０２３１】
１０１    単結晶半導体基板
１０３    絶縁層
１０５    脆化層
１１０    ベース基板
１２０    光電変換層
１２１    第１の単結晶半導体層
１２２    第２の単結晶半導体層
１３０    リンイオン
１３１    ホウ素イオン
１３２    フォトレジスト
１３３    フォトレジスト
１４６    第１接続電極
１４７    第２接続電極
１５０    真空チャンバー
１５１    レーザ照射用窓
１５２    基板加熱用ヒータ
１５５    剥離基板
１６０    レーザビーム
１７０    薬液
１７１    薬液
１８０    保護膜
１９０    フォトレジスト
２００    凹凸部
２０３    絶縁層
２０４    光学系
２０５    変質領域
２１０    フォトレジスト
２１１    フォトレジスト
２２０    第１不純物半導体層
２２１    第２不純物半導体層
２５０    レーザビーム
１０１ａ    単結晶半導体基板
１０１ｂ    単結晶半導体基板
１０１ｃ    単結晶半導体基板
１０１ｄ    単結晶半導体基板
１０１ｅ    単結晶半導体基板
１０１ｆ    単結晶半導体基板
１２３ａ    第１不純物半導体層
１２３ｂ    第２不純物半導体層
１２３ｃ    第１不純物半導体層
１２３ｄ    第２不純物半導体層
１２３ｅ    第１不純物半導体層
１２３ｆ    第２不純物半導体層
１４０ａ    光電変換層
１４０ｂ    光電変換層
１４０ｃ    光電変換層
１４０ｄ    光電変換層
１４０ｅ    光電変換層
１４０ｆ    光電変換層
１４４ａ    第１電極
１４４ｂ    第２電極
１４４ｃ    第１電極
１４４ｄ    第２電極
１４４ｅ    第１電極
１４４ｆ    第２電極
２３０ａ    第１不純物半導体層
２３０ｂ    第２不純物半導体層
２３０ｃ    第１不純物半導体層
２３０ｄ    第２不純物半導体層
２３０ｅ    第１不純物半導体層
２３０ｆ    第２不純物半導体層
２４０ａ    第１電極
２４０ｂ    第２電極
２４０ｃ    第１電極
２４０ｄ    第２電極
２４０ｅ    第１電極
２４０ｆ    第２電極
【図１】
2014222759.tif 000004
【図２】
2014222759.tif 000005
【図３】
2014222759.tif 000006
【図４】
2014222759.tif 000007
【図５】
2014222759.tif 000008
【図６】
2014222759.tif 000009
【図７】
2014222759.tif 000010
【図８】
2014222759.tif 000011
【図９】
2014222759.tif 000012
【図１０】
2014222759.tif 000013
【図１１】
2014222759.tif 000014
【図１２】
2014222759.tif 000015
【図１３】
2014222759.tif 000016
【図１４】
2014222759.tif 000017
【図１５】
2014222759.tif 000018
【図１６】
2014222759.tif 000019
【図１７】
2014222759.tif 000020
【図１８】
2014222759.tif 000021