(57)【要約】【課題】変換効率１０％を超える変換効率を達成できる太陽電池等の大面積結晶薄膜半導体装置を作製可能とする。【解決手段】基板１上の一部もしくは全部に導電性をもつ電極層０２が形成され、その上部に電極層２を構成する物質の拡散を制限することを目的として形成された障壁層３が形成され、その上部に非単結晶層４が形成され、該非単結晶層４をレーザーもしくはランプによってアニールすることで、該非単結晶層が結晶性に変化されるか、もしくは結晶性が変化されてなる半導体層４ａを有する構造とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の一部もしくは全部に導電性をもつ電極層が形成され、その上部に電極層を構成する物質の拡散を制限することを目的として形成された障壁層が形成され、その上部に非単結晶層が形成され、該非単結晶層をレーザーもしくはランプによってアニールすることで、該非単結晶層が結晶性に変化されるか、もしくは結晶性が変化されてなる半導体層を有することを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記半導体層の非単結晶層が、連続的な出力を持つレーザーもしくはランプによりアニールされていることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記半導体層が、上記電極層と電気的に接触していることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記電極層の全部又は一部が、Ａｌもしくはその化合物によって構成されていることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記半導体層が多結晶であることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項６】
請求項５記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記半導体層は、基板の上部から見た場合、該半導体層の表面のある１点から半径がその膜厚以上の領域内において、結晶粒界が存在しない場所が存在し、且つその点における断面方向を横切る結晶粒界が存在しないことを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項７】
請求項５記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記多結晶の半導体層は、結晶粒界の８０％以上が、上記レーザーもしくはランプを走査させた方向に並行かもしくは並行方向に対して４５度以内の方向をなしていることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記半導体層の上部の全部もしくは少なくとも一部に、該半導体層と異なる導電型を持つ単結晶又は非単結晶の第二の半導体層が形成されていることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項９】
請求項８記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記第二の半導体層の上部に、可視光に対して透明である導電性の反射防止層が形成されており、その反射防止層の上部の一部に電極が形成されていることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記電極層がＡｌ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ又はＷ、もしくは、これらの元素を含んだ化合物から成ることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、
上記障壁層が、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化錫を主成分とする物質のいずれかから成ることを特徴とする結晶薄膜半導体装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置を用いて構成したことを特徴とする光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子基板、半導体素子等の結晶薄膜半導体装置および光起電力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非導電性の異種基板上、例えばガラス基板上等にシリコン結晶薄膜を形成する研究が盛んに行なわれている。このガラス基板上に形成したシリコン結晶薄膜の用途は広く、液晶デバイス用ＴＦＴ、薄膜光電変換素子などに用いることができる。
【０００３】
薄膜太陽光発電素子は、安価な基板上に低温プロセスで良好な結晶性をもつ結晶シリコン薄膜を形成し、これを光電変換装置に用いて、低コスト化と高性能化を図るものである。この結晶シリコン薄膜を光電変換素子に用いることによって、非晶質シリコン光電変換素子で問題となっている光劣化が観測されず、さらに非晶質光電変換素子では感度のない、長波長光をも電気的エネルギーに変換することができる。この技術は光電変換素子のみではなく、光センサ等の光電変換装置への応用も可能であると期待されている。
【０００４】
このシリコン結晶光電変換素子は、一般的にプラズマＣＶＤによって直接結晶シリコン薄膜を堆積させる手法が用いられている。この手法によって、基板上に低温で結晶シリコンが形成され得ることが知られており、低コスト化に有効であるとされている。
【０００５】
この手法においては、プラズマＣＶＤ形成条件としては、水素でシラン系原料ガスを１５倍程度以上に希釈し、プラズマ反応室内圧力を１０ｍＴｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒ、基板温度を１５０℃〜５５０℃、望ましくは４００℃以下の範囲内に制御して成膜する。これによって結晶性のシリコン薄膜が基板上に形成される。しかし、この方法では結晶粒径の大きなポリシリコンを形成することは困難であった。また、発電機能の根幹を担うｉ層は、素子構造最適化のためにドーピングを行なうと品質が急激に低下する。これらのことから、低コスト化に有利なシングルセルで１０％を大きく上回る効率を達成することは困難であった。
【０００６】
一方、レーザーの走査によって結晶化する試みも種々検討されており、連続波を用いる方法も既に公報に開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は異種基板上に非晶質シリコンを形成し、帯状の連続波光源を走査することで多結晶シリコン層に熔融・結晶化するもので、走査方向に長い結晶粒を成長させることを可能としている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２００１−３５１８６３号公報（段落番号００２４、００３０、図１、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高効率な太陽電池を形成しようとした場合、上記した連続波レーザーの走査によって結晶化する方法には、次のような課題がある。
【０００９】
すなわち、このレーザーの走査によって結晶化する方法は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を目的に考案されているものである。つまり、横方向デバイスであり、結晶シリコン膜の上下に電極を形成する必要がない。一方、太陽電池等の縦方向デバイスは上下に電極を形成する必要がある。
【００１０】
しかるに、非晶質シリコンを電極上に形成し、その後結晶化を行なうと、Ａｌ等の電極材は瞬時にシリコン中に拡散し、デバイスの特性を著しく低下させる。また、高融点材料を用いた場合においても、その融解熱による拡散は逃れられず、特性に悪影響を及ぼす。これは１０％を超える太陽電池を作製するにあたり、致命的であった。
【００１１】
上記の理由より、高効率な太陽電池を形成するにはこれまでの技術では不充分であった。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、変換効率１０％を超える変換効率を達成できる太陽電池等の大面積結晶薄膜半導体装置を容易に作製し得る手段を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る結晶薄膜半導体装置は、基板上の一部もしくは全部に導電性をもつ電極層が形成され、その上部に電極層を構成する物質の拡散を制限することを目的として形成された障壁層が形成され、その上部に非単結晶層が形成され、該非単結晶層をレーザーもしくはランプによってアニールすることで、該非単結晶層が結晶性に変化されるか、もしくは結晶性が変化されてなる半導体層を有することを特徴とする。
【００１５】
換言すれば、基板上の一部もしくは全部に導電性をもつ電極層（裏面電極層）が形成され、その上部に電極層を構成する物質の拡散を制限することを目的として形成された障壁層が形成され、その上部に半導体層が形成された構造であって、この半導体層が、上記障壁層上に形成された非単結晶層をレーザーもしくはランプによってアニールすることで、結晶性に変化された層であるか、もしくは結晶性が変化された層であることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の結晶薄膜半導体装置において、上記半導体層の非単結晶層が、連続的な出力を持つレーザーもしくはランプによりアニールされていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の結晶薄膜半導体装置において、上記半導体層が、上記電極層（裏面電極層）と電気的に接触していることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、上記電極層の全部又は一部が、Ａｌもしくはその化合物によって構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、上記半導体層が多結晶であることを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項５記載の結晶薄膜半導体装置において、上記半導体層は、基板の上部から見た場合、該半導体層の表面のある１点から半径がその膜厚以上の領域内において、結晶粒界が存在しない場所が存在し、且つその点における断面方向を横切る結晶粒界が存在しないことを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項５記載の結晶薄膜半導体装置において、上記多結晶の半導体層は、結晶粒界の８０％以上が、上記レーザーもしくはランプを走査させた方向に並行かもしくは並行方向に対して４５度以内の方向をなしていることを特徴とする。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、上記半導体層の上部の全部もしくは少なくとも一部に、該半導体層と異なる導電型を持つ単結晶又は非単結晶の第二の半導体層が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項８記載の結晶薄膜半導体装置において、上記第二の半導体層の上部に、可視光に対して透明である導電性の反射防止層が形成されており、その反射防止層の上部の一部に電極（取り出し電極）が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、上記電極層（裏面電極層）がＡｌ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ又はＷ、もしくは、これらの元素を含んだ化合物から成ることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置において、上記障壁層が、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化錫を主成分とする物質のいずれかから成ることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２の発明に係る光起電力装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の結晶薄膜半導体装置を用いて構成したことを特徴とする。
【００２７】
＜発明の要点＞
本発明の結晶薄膜半導体装置では、基板上の一部もしくは全部に導電性をもつ電極層が形成され、その上部に電極層を構成する物質の拡散を制限することを目的として形成された障壁層が形成され、その上部に半導体層が形成された構造であって、この半導体層が、上記障壁層上に形成された非単結晶層をレーザーもしくはランプによってアニールすることで、結晶性に変化された層であるか、もしくは結晶性が変化された層である構造とされる。
【００２８】
本発明によれば、非単結晶層に光エネルギーを与え、これを結晶化させた又は結晶性を変化させた半導体層（例えば結晶シリコン膜）とする際に、電極層にもエネルギーが与えられ、これにより電極層を構成する元素が障壁層をつき抜けて結晶シリコン膜の裏面側に僅かに染み出し、電極層と結晶シリコン層が電気的に導通状態となる。そこで、このようにして下部電極を構成した結晶シリコン薄膜を用いることで、太陽電池等、縦型デバイスの高品質な半導体デバイスを形成することができる。
【００２９】
上記の電極層構成元素が、障壁層を突き破って非単結晶層中に侵入する程度つまり濃度は、障壁層の材質と膜厚によって制御される。従って、結晶シリコン層全体に高濃度に分布させることなく、結晶シリコン層の裏面電極近傍のみに拡散を行なうことが可能である。さらに、結晶シリコン層中に拡散した電極材をｐ型のドーパントとして使用することができる。この特徴は、太陽電池のＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）に適用できるため、高効率なポリシリコン薄膜太陽電池を作製するには非常に有効である。
【００３０】
上記半導体層は、基板の上部から見た場合、該半導体層の表面のある１点から半径がその膜厚以上の領域内において、結晶粒界が存在しない場所が存在し、且つその点における断面方向を横切る結晶粒界が存在しない、という条件が満たされるエリアについては、下部電極を備えた高品質な薄膜半導体素子として利用することができる。
【００３１】
さらに、このデバイスを太陽電池として構成し光起電力装置を構築するには、上記半導体層の上部に、逆導電型の半導体層（第二の半導体層）を形成すればよく、これによって第一の半導体層と逆導電型の第二の半導体層との間に、所望のｐｎ接合が形成される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の結晶薄膜半導体装置は、図１（ａ）〜（ｂ）に示すような基本的な構成からなる。まず、電極層（裏面電極層）２を形成された基板１上に、結晶シリコンもしくは非晶質シリコンとは組成が異なる物質によって構成された層（以後障壁層とする）３を形成する。その上部に非晶質シリコン層４のような非単結晶シリコン層（非単結晶層）を形成し、連続的な光線によってエネルギーを与え、非単結晶シリコンを融解し冷却することによって結晶化させ、結晶シリコン膜（半導体層）４ａとする。この結晶化の際、電極層２を構成する元素が障壁層３をつき抜けて結晶シリコン膜４ａの裏面側に僅かに染み出すことによって、電極層２と結晶シリコン層４ａは電気的に導通状態となる。このようにして下部電極を構成した結晶シリコン薄膜を用いて、太陽電池等、縦型デバイスの高品質な半導体デバイスを形成することができる。
【００３３】
まず初めに、導電性もしくは、非導電性の基板１を用意する。この基板上に電極層２を形成する。一例として、電極材にはＡｌ電極を主成分とした電極が適しているが、この他にも導電性を有する金属電極やＳｎＯ２、ＩＴＯ等の酸化物透明導電膜、その他導電性を有する電極層であればなんでもよい。この後、障壁層３をこの電極層上に形成する。この障壁層３は、一例として酸化シリコンや窒化シリコンを用いることができる。
【００３４】
この上部に非単結晶層、一例として非晶質シリコン層４を形成する。このデバイスを太陽電池に用いる場合には活性層膜厚に必要となる膜厚分、必要に応じて堆積させる。
【００３５】
その後、レーザーもしくはランプを用いて融解・結晶化（再結晶化）させて、活性層を形成する。このとき、膜中にドーピングを行なう必要がある場合には、非晶質シリコン層４中に予めドーピングを行なう。しかし、必要となれば、結晶化を行なった後に、イオン注入によるドーピングを行なっても良い。
【００３６】
この結晶化に用いる熱源には、レーザーやランプを用いることができるが、より低コストなデバイスを形成するにはレーザーを用いることが望ましい。このレーザーにはさまざまな種類のレーザーを用いることができる。その一例としてＹＡＧレーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ）の第二高調波（５３２ｎｍ）がある。ＹＡＧレーザーは、エキシマレーザー等の気体レーザーとは異なり扱いが容易である。また、連続発振が可能であることから、グレインサイズの大きなポリシリコンを形成することができる。
【００３７】
この結晶化の際には、非晶質シリコン層４には、非常に大きなエネルギーが与えられる。そのエネルギーによって障壁層３の下にある電極層２にもエネルギーが加えられる。このエネルギーによって、電極層構成元素が障壁層３を突き破って非晶質シリコン層４中に侵入する。しかしながら、その濃度は障壁層３の材質と膜厚によって制御されることから、結晶シリコン層４ａ全体に高濃度に分布させることなく、結晶シリコン層４ａの裏面極近傍のみに拡散を行なうことが可能である。さらに、結晶シリコン中においてドーパントとなる元素、例えばＡｌを用いることで、結晶シリコン層４ａ中に拡散した電極材をｐ型のドーパントとして使用することができる。この特徴は、太陽電池のＢＳＦ（（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）に適用できるため、高効率なポリシリコン薄膜太陽電池を作製するには非常に有効である。
【００３８】
以上の方法によって、下部電極を備えた高品質なポリシリコン薄膜半導体素子（図１（ｂ））を形成することができる。
【００３９】
さらに、このデバイスを太陽電池として用いるには、図１（ｃ）に示すように、この結晶シリコン薄膜の上部に、逆導電型の半導体層（第二の半導体層）５を形成する必要がある。これによって結晶シリコン膜（第一の半導体層）４ａと逆導電型の半導体層（第二の半導体層）５との間にｐｎ接合が形成されることとなる。
【００４０】
この逆導電型の半導体層５は、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法を用いて、エピタキシャル成長によって形成してもよい。また、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法を用いて微結晶シリコンもしくは非晶質シリコンを形成してもよい。さらに、半導体層は必ずしも結晶シリコン半導体である必要はない。良く知られている様に、この部分を微結晶シリコンや非晶質のシリコン系合金（ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ）などにしてヘテロ接合とすることもできる。この場合には、ヘテロ接合部でのキャリヤ追返しの効果により、実効的に表面再結合が低減されることが確かめられた。
【００４１】
この上部に透明電極層６と取り出し電極７となる電極層を形成することで、太陽電池構造とすることができる。この透明電極層６は透明性と導電性を有するものであればなんでもよく、例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等を用いることができる。取り出し電極７となる電極層にはＡｌ等の金属を用いると良い。また、場合によっては、直接取り出し電極７を逆導電型の半導体層５上に形成し、取り出し電極部以外の半導体層表面にはＳｉＯ２やＳｉｘＮｙ等のパッシベーション膜を形成することも効果的である。
【００４２】
この様にして形成した結晶シリコン薄膜は、太陽電池素子として用いるに適していることはもちろんのことであるが、ＴＦＴ用基板やＭＥＭＳ、ＳＯＩ基板の形成等、結晶シリコン薄膜を用いた半導体装置全般で用いることができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明の一例を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
［実施例１］
本実施例では、ガラス基板上にＹＡＧレーザーで結晶化した結晶シリコン薄膜を活性層として用いた結晶シリコン薄膜太陽電池の作製を試みた。
【００４５】
まず、ガラス基板上１に電極層２としてＡｌ薄膜を形成し、その上部に障壁０３を形成する。この障壁層３は、本実施例では１０ｎｍのＳｉＯ２を用いた。その上部にＬＰ−ＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン層４を１μｍ形成した。この非晶質シリコン層４にはシリコン中ではｐ型のドーパントとなるボロンをドーピングしておく。
【００４６】
本実施例ではドーパントの混入にはＬＰ−ＣＶＤ形成中にドーピングガスであるジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いた。この非晶質シリコン層４の形成には、ＬＰ−ＣＶＤのみならず、非晶質シリコンを形成できる方法であればどのような方法を用いてもよい。例えば、ｃａｔ−ＣＶＤ（触媒気相化学堆積法）、Ｐ−ＣＶＤ、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）、スパッタリング等の方法が挙げられる。また、ドーピングの方法としては、ドーピングを施さない状態で形成し、その後イオン打ち込みによってドーピングを行なうことも有効である。
【００４７】
この試料に対してＹＡＧレーザー（Ｎｄ：ＹＡＧ）の第二高調波（５３２ｎｍ）を用いて、非晶質シリコン層４の結晶化を行なった。このＹＡＧレーザーを用いた融解・結晶化は、レーザー光を一方方向に操作させることによって結晶化させる周知の方法を用いて結晶化させた。
【００４８】
この結晶化によって、結晶化された薄膜シリコン層４ａは、おおよそ８０％の結晶粒界がレーザーを走査させた方向に対して４５度以内を示す、特徴的な多結晶であった。また、ＳＥＭ観察及びＴＥＭ観察によって、結晶粒内において、膜厚方向には結晶粒界が存在しない薄膜が形成されていること、つまり基板から薄膜表面までが１つのグレインで構成されていることが明らかとなった。これは縦方向デバイスである太陽電池にとっては大きな利点となる。なぜなら、活性層中で発生したキャリアは膜厚方向に走行し、ｐｎ接合まで辿り着くことで電気的エネルギーに変換される。この縦方向に再結合サイトが非常に多く存在する結晶粒界が存在することで、その特性は大幅に低下する。したがって、この縦方向を横切る結晶粒界が存在しない薄膜を形成することは太陽電池の特性上非常に大きな意味がある。
【００４９】
このようにして形成した薄膜上に、さらに図１（ｃ）に示すように、ＬＰ−ＣＶＤを用いてエピタキシャル成長させてｎ型の結晶シリコン層（逆導電型の半導体層：第二の半導体層）５を形成した。この膜厚は５０ｎｍとした。さらに反射防止膜としてＩＴＯ透明導電膜（透明電極層）６を形成し、さらに取り出し用Ａｌ電極（取り出し電極）７を形成して、太陽電池とした。
【００５０】
上記の方法で形成した太陽電池の特性を評価したところ、開放電圧は６２２ｍＶであり、単結晶バルク型シリコン太陽電池に匹敵する開放電圧値が得られた。また、擬似太陽光を照射しない環境下にて得られたＩ−Ｖ特性から、直列抵抗を見積もったところ８００ｍＶ以上の領域において直線的な特性を示し、直列抵抗は０．３Ωｃｍ２と十分に低い値であった。このことから、裏面側の電極層と活性層の間において低い接触抵抗が得られており、レーザーによって結晶化させた結晶シリコン薄膜を太陽電池構造に適用させることができた。
【００５１】
また、ＳＩＭＳ分析（二次イオン分析）により、障壁層３中にはＡｌ元素が多量に混入されていることが分かった。接触抵抗の低下はＡｌが障壁層をファイアースルーしていることによるものである。
【００５２】
また、この実験と平行してガラス基板１の代わりに石英基板を用い、ランプ加熱による結晶化も行なった。その結果、同様に裏面側において十分に低い接触抵抗を得ることが可能であることが確認できた。
【００５３】
［実施例２］
本実施例では、裏面電極層２にＡｇ、障壁層３にＳｎＯ２を用いた。実験は実施例１の構造を用い障壁層３の膜厚は２０ｎｍとした。その結果、実施例１と同様に直列抵抗は０．５Ωｃｍ２と十分に低い値であることが分かった。
【００５４】
これと同様に障壁層０３にＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｎＯ２を用いた場合にも、１Ωｃｍ２以下の十分に低い抵抗であることが確認できた。
【００５５】
また、裏面電極層にはＡｌ、Ａｇの他にも、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｗを用いた場合にも同様の効果があった。
【００５６】
［実施例３］
第三の実施例を図２に基づいて説明する。
【００５７】
本実施例では裏面電極層にＡｌを用いた。図２（ａ）において、まず、ガラス基板０８上にＡｌ裏面電極層０９を形成し、障壁層１０をＳｉＯ２で形成した。その上部にスパッタリングによってノンドープの非晶質シリコン層１１を１μｍ形成した。
【００５８】
これに実施例１と同様にレーザーを照射して結晶化を行ない、図２（ｂ）に示すノンドープの結晶シリコン層１１ａとした。
【００５９】
その後、この結晶化したｉ層のポリシリコン層１１ａ上に、逆導電型の第二の半導体層であるｎ型の微結晶シリコン層１２を形成し、その上部にＡｌ電極層１３を形成してＩ−Ｖ測定を行ったところ、ｐｎ接合と同様に整流性が認められた。このことから、裏面側のポリシリコン層はＡｌが拡散してｐ型の結晶シリコン層となっていることが確認できた。
【００６０】
また、燐を１×１０１７（ａｔｏｍ／ｃｍ３）の濃度でドーピングした非晶質シリコン層１１を結晶化した場合も同様に整流性を示し、裏面側は高濃度のｐ型にドーピングされていることが分かった。
【００６１】
このことから結晶化させるポリシリコンをｐ型の導電型とした場合には、裏面での再結合を低減するＢＳＦ構造を作製することができ、品質の高い太陽電池素子を作製することが可能であることが分かった。
【００６２】
当然のことであるが、上記の薄膜を用いて縦型デバイスであるバイポーラトランジスタに用いることも有効である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００６４】
本発明の結晶薄膜半導体装置は、基板上に電極層、障壁層、半導体層が形成され、この半導体層が、上記障壁層上に形成された非単結晶層をレーザーもしくはランプによってアニールすることで、結晶性に変化された層であるか、もしくは結晶性が変化された層である構造を有する。
【００６５】
この構造によれば、非単結晶層に光線でエネルギーを与え、これを結晶化させ又は結晶性を変化させて半導体層（例えば結晶シリコン膜）とする際に、電極層を構成する元素が障壁層をつき抜けて結晶シリコン膜の裏面側に僅かに染み出し、電極層と結晶シリコン層が電気的に導通状態となる。しかも、電極層構成元素が、障壁層を突き破って非単結晶層中に侵入する程度、つまり濃度は、障壁層の材質と膜厚によって制御されるため、結晶シリコン層全体に高濃度に分布させることなく、結晶シリコン層の裏面極近傍のみに拡散を行なうことが可能である。さらに、結晶シリコン層中に拡散した電極材をドーパントとして使用することができる。
【００６６】
従って、本発明によれば、上記下部電極を構成した結晶シリコン薄膜を用いて、太陽電池等の縦型デバイスにおける高品質な結晶シリコン層を低コストに製造することができ、これにより、変換効率１０％を超える変換効率を達成できる太陽電池等の大面積結晶薄膜半導体装置を容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１、２に係る結晶シリコン半導体装置の作製過程を示したもので、（ａ）は非晶質シリコンまでを形成した段階を示す模式図、（ｂ）は光エネルギーを与えて結晶シリコンとした段階を示す図、（ｃ）は完成図である。
【図２】本発明の実施例３に係る結晶シリコン半導体装置の作製過程を示したもので、（ａ）は非晶質シリコンまでを形成した段階を示す模式図、（ｂ）は完成図である。
【符号の説明】
１  基板
２  電極層（裏面電極層）
３  障壁層
４  非晶質シリコン層（非単結晶層）
４ａ  結晶シリコン膜（半導体層）
５  逆導電型の半導体層（第二の半導体層）
６  透明電極層
７  取り出し電極
【図１】
2004273886.tif 000003
【図２】
2004273886.tif 000004