(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の導電型を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面上の、ｐ型の伝導性を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上の第１の電極と、
前記シリコン基板の他方の面上の第２の電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、酸化モリブデンｐ型半導体材料を有し、
前記ｐ型半導体材料は、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）で表される組成を有するモリブデン酸化物と、ＭｏＯ３と、を含有し、
前記酸化物半導体層は、前記シリコン基板よりも仕事関数が大きく、
前記第２の電極は、前記シリコン基板よりも仕事関数が小さい材料を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
ｎ型の導電型を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面上の、ｐ型の伝導性を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上の第１の電極と、
前記シリコン基板の他方の面上の、ｉ型またはｎ型の導電型を有する第２のシリコン半導体層と、
前記第２のシリコン半導体層上の第２の電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、酸化モリブデンｐ型半導体材料を有し、
前記ｐ型半導体材料は、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）で表される組成を有するモリブデン酸化物と、ＭｏＯ３と、を含有し、
前記酸化物半導体層は、前記シリコン基板よりも仕事関数が大きく、
前記第２の電極は、前記シリコン基板よりも仕事関数が小さい材料を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記シリコン基板と前記酸化物半導体層との間にシリコン酸化物層を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
ｎ型の導電型を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面の、ｉ型またはｐ型の導電型を有する第１のシリコン半導体層と、
前記第１のシリコン半導体層上の、ｐ型の伝導性を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上の第１の電極と、
前記シリコン基板の他方の面上の、ｉ型またはｎ型の導電型を有する第２のシリコン半導体層と、
前記第２のシリコン半導体層上の第２の電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、酸化モリブデンｐ型半導体材料を有し、
前記ｐ型半導体材料は、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）で表される組成を有するモリブデン酸化物と、ＭｏＯ３と、を含有し、
前記酸化物半導体層は、前記シリコン基板よりも仕事関数が大きく、
前記第２の電極は、前記シリコン基板よりも仕事関数が小さい材料を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１のシリコン半導体層と前記酸化物半導体層との間にシリコン酸化物層を有することを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、製造方法、プロセス、マシーン、マニュファクチャー、または、組
成物（コンポジション  オブ  マター）に関する。特に、本発明は、例えば、半導体装置
、表示装置、発光装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法に関する。特に、
本発明は、例えば、半導体材料および該半導体材料を用いた半導体装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全
般を指し、トランジスタ、ダイオード、光電変換装置、電気光学装置、発光表示装置、記
憶装置、撮像装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
半導体薄膜を用いて光電変換装置やトランジスタを構成する技術が注目されている。該ト
ランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（単に表示装置とも表記する）のような半
導体電子デバイスに広く応用されている。光電変換装置やトランジスタに適用可能な半導
体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半
導体が注目されている。
【０００４】
例えば、酸化物半導体として、Ｚｎ−Ｏ系酸化物、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物
を用いてトランジスタを作製する技術が開示されている（特許文献１および特許文献２参
照）。
【０００５】
多くの酸化物半導体は、ｎ型の導電型を有することが知られている。例えば、ＺｎＯ、Ｉ
ｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＧａＯ、ＴｅＯ、ＧｅＯ２、ＷＯ３、ＭｏＯ３などの材料がある。
【０００６】
一方、ｐ型の導電型を有する酸化物半導体としては、ＺｎＯ、ＣｕＡｌＯ２、ＮｉＯ、Ｉ
ｒＯなどの材料が知られている。
【０００７】
また、地球温暖化対策として発電時に二酸化炭素の排出の無く、有害な排出物を伴わない
クリーンな光電変換装置が注目されている。その代表例としては、単結晶シリコンや多結
晶シリコンなどを用いたシリコン（Ｓｉ）太陽電池をはじめとする光電変換装置が知られ
、盛んに研究開発が行われている。
【０００８】
シリコン基板を用いた太陽電池としては、ｐ−ｎホモ接合を有する構成が一般に広く用い
られている。ｐ−ｎホモ接合の構成は、シリコン基板の導電型とは逆の導電型を付与する
不純物を一方の面側に拡散させて形成される。
【０００９】
一方で、発電時の出力電圧を向上するため、窓層として設けたワイドギャップ半導体材料
と光電変換層のシリコン基板を組み合わせたｐ−ｎヘテロ接合を有する太陽電池の構成も
知られている（非特許文献１参照）。ｐ−ｎヘテロ接合は、シリコン基板の一方の面に、
該シリコン基板とはバンドギャップおよび導電型の異なるワイドギャップ半導体を成膜し
て形成される。
【００１０】
また、薄膜の絶縁膜を介してｐ−ｎヘテロ接合が形成されるＳＩＳ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有するシリコン太
陽電池の構成も知られている（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｃ．Ｏｓｔｅｒｗａｌｄ，Ｇ．Ｃｈｅｅｋ，ａｎｄ  Ｊ．Ｂ．ＤｕＢｏｗ，Ｖ．Ｒ．Ｐａｉ  Ｖｅｒｎｅｒｋｅｒ，”Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  Ｔｒｉｏｘｉｄｅ（ＭｏＯ３）／Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ”，Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１０，１５  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９７９
【非特許文献２】Ｊ．Ｓｈｅｗｃｈｕｎ，Ｊ．Ｄｕｂｏｗ，Ｃ．Ｗ．Ｗｉｌｍｓｅｎ，Ｒ．Ｓｉｎｇｈ，Ｄ．Ｂｕｒｋ，Ｊ．Ｆ．Ｗａｇｅｒ，”Ｔｈｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ  １９７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、酸化物半導体材料はｎ型の導電型のみを有する材料が多く、ｐ型の導電型
を有する材料、またはｎ型およびｐ型の両方の導電型を有する材料として知られているも
のは非常に少ない。酸化物半導体材料は一般的にワイドギャップであり、シリコン系半導
体材料とは異なる光学特性や電気特性を有するため、その特性を活かした半導体装置を形
成するには、新たなｐ型の酸化物半導体材料が望まれている。
【００１４】
また、上述したｐ−ｎヘテロ接合を有する光電変換装置の構成では、窓層のワイドギャッ
プ半導体と光電変換層のシリコン基板を組み合わせることで、理論上では発電時の出力電
圧を向上させることができる。また、窓層に用いるワイドギャップ半導体の光学バンドギ
ャップが大きいほど該窓層での光吸収損失が低減するため、発電時の出力電流も高くする
ことができる。
【００１５】
しかし、実際には、ヘテロ接合の場合、バンドギャップの異なる材料を接合させるために
、伝導帯側、価電子帯側ともにワイドギャップ半導体により電位障壁ができることがあり
、光キャリアの伝導において、電位障壁無しにｐ−ｎ接合が形成されないことがある。そ
の場合には、その障壁により光キャリアの伝導が阻害されるため、当該光キャリアの取り
出しが困難となり、逆に出力電流が減少してしまうことがある。そのため、発電時の出力
電流が光吸収損失を低減しても理論値ほどには得られない問題がある。また、作製工程上
、ｐ−ｎヘテロ接合界面を良好に形成することは難しく、接合界面にてキャリアが再結合
しやすくなるため、発電時の出力電圧も理論どおりに高い値を得ることは困難であった。
【００１６】
また、ワイドギャップ半導体材料とシリコン半導体材料を組み合わせたｐ−ｎヘテロ接合
を有する光電変換装置の構成において、一般的にｐ型の導電型を有するワイドギャップ半
導体材料はｎ型の導電型を有するシリコン半導体材料に比べてバンドギャップあるいは仕
事関数が高いため、伝導帯側に高い電位障壁を得ることができる。この電位障壁により、
高い内蔵電位が得られるとともに、電子の拡散電流あるいは熱放出電流を抑制することが
できる。一方、ホールの電位障壁はｐ−ｎホモ接合と変わらないため、ホールの拡散電流
もｐ−ｎホモ接合とおおむね変わらない。
【００１７】
上記、電子の拡散電流あるいは熱放出電流、およびホールの拡散電流からなるダイオード
電流を抑制することで、光電流が一定ならば、一般的に高い開放電圧を得ることができ、
変換効率向上も可能となる。
【００１８】
したがって、本発明の一態様では、ｐ型の導電型を有する酸化物半導体材料を提供するこ
とを目的の一つとする。または、該酸化物半導体材料を用いた半導体装置を提供すること
を目的の一つとする。または、窓層の光吸収損失が少なく、光電流のキャリア取り出しが
良好な半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、ｐ−ｎヘテロ接合界面が
良好で、接合界面のキャリア再結合が抑制された半導体装置を提供することを目的の一つ
とする。または、電子の拡散電流あるいは熱放出電流とホールの拡散電流からなるダイオ
ード電流を抑制し、開放電圧および変換効率を向上させた半導体装置を提供することを目
的の一つとする。
【００１９】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本明細書に開示する本発明の一態様は、ｐ型半導体材料、および、当該ｐ型半導体材料を
含む半導体装置に関する。
【００２１】
本明細書に開示する本発明の一態様は、三酸化モリブデンと、二酸化モリブデンおよび三
酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））とが混合
されていることを特徴とするｐ型半導体材料である。
【００２２】
上記ｐ型半導体材料において、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有
する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））を含有する割合は、４％以上であること
が好ましい。
【００２３】
また、本明細書に開示する本発明の一態様は、一対の電極間に、ｎ型の導電型を有するシ
リコン基板と、シリコン基板の一方の面に形成されたｐ型の導電型を有する酸化物半導体
層と、酸化物半導体層上に形成された透光性導電膜と、シリコン基板の他方の面に形成さ
れたｎ型の導電型を有し、シリコン基板よりもキャリア濃度の高い不純物領域と、を有し
、酸化物半導体層は、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化
モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））が含有された酸化モリブデン膜であることを特徴
とする半導体装置である。
【００２４】
上記不純物領域と上記電極の一方との間に、開口部を有する絶縁層が形成され、該開口部
において不純物領域と電極の一方が接していてもよい。
【００２５】
また、上記シリコン基板と上記酸化物半導体層との間に、シリコン酸化物層が形成されて
いてもよい。
【００２６】
また、本明細書に開示する本発明の他の一態様は、一対の電極間に、ｎ型の導電型を有す
るシリコン基板と、シリコン基板の一方の面に形成された、ｉ型またはｐ型の導電型を有
する第１のシリコン半導体層と、第１のシリコン半導体層上に形成された、ｐ型の導電型
を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に形成された透光性導電膜と、シリコン基
板の他方の面に形成された、ｉ型またはｎ型の導電型を有する第２のシリコン半導体層と
、第２のシリコン半導体層上に形成された、ｎ型の導電型を有する第３のシリコン半導体
層と、を有し、酸化物半導体層は、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成
を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））が含有された酸化モリブデン膜であ
ることを特徴とする半導体装置である。
【００２７】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避ける
ために付すものであり、順序や数を限定するものではないことを付記する。
【００２８】
第２のシリコン半導体層は、シリコン基板よりもキャリア濃度が低く、第３のシリコン半
導体層は、シリコン基板よりもキャリア濃度が高いことが好ましい。
【００２９】
また、酸化物半導体層のキャリア濃度は、第１のシリコン半導体層よりもキャリア濃度が
高いことが好ましい。
【００３０】
上記構成の半導体装置においては、第１のシリコン半導体層と酸化物半導体層との間に、
シリコン酸化物層が形成されていてもよい。
【００３１】
また、上記半導体装置の構成において、第１のシリコン半導体層が省かれた構造であって
もよい。また、該構造の半導体装置では、シリコン基板と酸化物半導体層との間に、シリ
コン酸化物層が形成されていてもよい。
【００３２】
また、上記酸化物半導体層は、三酸化モリブデンを含む酸化モリブデン膜であることが好
ましい。
【００３３】
また、上記酸化物半導体層は、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有
する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））を含有する割合が４％以上の酸化モリブ
デン膜であることが好ましい。
【００３４】
また、本明細書に開示する本発明の他の一態様は、ｎ型の導電型を有するシリコン基板と
、シリコン基板の一方の面に形成された、仕事関数が前記シリコン基板よりも大きく、ｐ
型の伝導性を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に形成された透光性導電膜と、
透光性導電膜上に形成された第１の電極と、シリコン基板の他方の面に形成された第２の
電極と、を有し、第２の電極は、仕事関数がシリコン基板よりも小さい材料で形成されて
いることを特徴とする半導体装置である。
【００３５】
また、本明細書に開示する本発明の他の一態様は、ｎ型の導電型を有するシリコン基板と
、シリコン基板の一方の面に形成された、仕事関数が前記シリコン基板よりも大きく、ｐ
型の伝導性を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に形成された透光性導電膜と、
透光性導電膜上に形成された第１の電極と、シリコン基板の他方の面に形成された、ｉ型
またはｎ型の導電型を有する第２のシリコン半導体層と、第２のシリコン半導体層上に形
成された第２の電極と、を有し、第２の電極は、仕事関数がシリコン基板よりも小さい材
料で形成されていることを特徴とする半導体装置である。
【００３６】
上記第２の電極の仕事関数がシリコン基板よりも小さい材料で形成されていることを特徴
とする半導体装置においては、シリコン基板と酸化物半導体層との間にシリコン酸化物層
が形成されていてもよい。
【００３７】
また、上記第２の電極の仕事関数がシリコン基板よりも小さい材料で形成されていること
を特徴とする半導体装置においては、シリコン基板と第２の電極との間に、開口部を有す
る絶縁層が形成され、該開口部においてシリコン基板と第２の電極が接している構造であ
ってもよい。
【００３８】
また、本明細書に開示する本発明の他の一態様は、ｎ型の導電型を有するシリコン基板と
、シリコン基板の一方の面に形成された、ｉ型またはｐ型の導電型を有する第１のシリコ
ン半導体層と、第１のシリコン半導体層上に形成された、仕事関数が前記シリコン基板よ
りも大きく、ｐ型の伝導性を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に形成された透
光性導電膜と、透光性導電膜上に形成された第１の電極と、シリコン基板の他方の面に形
成された、ｉ型またはｎ型の導電型を有する第２のシリコン半導体層と、第２のシリコン
半導体層上に形成された第２の電極と、を有し、第２の電極は、仕事関数がシリコン基板
よりも小さい材料で形成されていることを特徴とする半導体装置である。
【００３９】
上記第１のシリコン半導体層と酸化物半導体層との間には、シリコン酸化物層が形成され
ていてもよい。
【００４０】
また、上記第１のシリコン半導体層および上記第２のシリコン半導体層は、シリコン基板
よりもキャリア濃度が低いことが好ましい。
【００４１】
また、上記第２の電極の仕事関数がシリコン基板よりも小さい材料で形成されていること
を特徴とする半導体装置においては、酸化物半導体層は、二酸化モリブデンおよび三酸化
モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））が含有された
酸化モリブデン膜であることが好ましい。
【００４２】
また、上記第２の電極の仕事関数がシリコン基板よりも小さい材料で形成されていること
を特徴とする半導体装置においては、第２の電極は、仕事関数が４．２ｅＶ以下の材料で
形成されていることが好ましい。
【００４３】
また、上記第２の電極の仕事関数がシリコン基板よりも小さい材料で形成されていること
を特徴とする半導体装置においては、第２の電極は、Ｍｇ、ＭｇＯ、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ
、ＡｌＬｉ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＧｄＢ、ＹＢ６、ＬａＢ６、Ｙ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｇｄから選ばれた１つ以上の材料を含むことが好ましい。
【００４４】
また、上記酸化物半導体層を用いることによって、シリコン系半導体材料を用いた場合と
は異なる光学特性および／または電気特性を有する半導体装置を形成することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の一態様を用いることにより、ｐ型の導電型を有する酸化物半導体材料を提供する
ことができる。または、該酸化物半導体材料を用いた半導体装置を提供することができる
。例えば、該半導体装置としては、トランジスタ、ダイオード、光電変換装置、電気光学
装置、発光表示装置、記憶装置、撮像装置、半導体回路および電子機器などが挙げられる
。または、窓層の光吸収損失が少なく、光電流のキャリア取り出しが良好な半導体装置を
提供することができる。または、ｐ−ｎヘテロ接合界面が良好で、接合界面のキャリア再
結合が抑制された半導体装置を提供することができる。または、電子の拡散電流あるいは
熱放出電流とホールの拡散電流からなるダイオード電流を抑制し、開放電圧および変換効
率を向上させた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】酸化モリブデンの内殻準位Ｍｏ３ｄ付近のＸＰＳスペクトル。
【図２】酸化モリブデンの価電子帯付近のＸＰＳスペクトル。
【図３】酸化モリブデンの組成とギャップ準位の相関図。
【図４】酸化モリブデンとシリコン基板を接合したダイオード特性。
【図５】酸化モリブデン膜と非晶質シリコン膜との光吸収係数の比較。
【図６】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図７】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図８】本発明の一態様である光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図９】本発明の一態様である光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図１０】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図１１】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図１２】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図１３】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図１４】本発明の一態様である光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図１５】本発明の一態様である光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図１６】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図１７】本発明の一態様である光電変換装置のバンド構造図。
【図１８】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図１９】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図２０】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図２１】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図２２】本発明の一態様である光電変換装置を説明する断面図。
【図２３】光電変換装置のバンド構造図。
【図２４】光電変換装置のバンド構造図。
【図２５】光電変換装置を説明する断面図。
【図２６】光電変換装置のバンド構造図。
【図２７】光電変換装置のバンド構造図。
【図２８】光電変換装置を説明する断面図。
【図２９】光電変換装置を説明する断面図。
【図３０】光電変換装置を説明する断面図。
【図３１】電子機器を説明する図。
【図３２】セルＡ、セルＢおよびセルＣのＩ−Ｖ特性の比較。
【図３３】光電変換装置を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分または同
様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある
。
【００４８】
（実施の形態１）
本実施の形態は、開示する発明の一態様である酸化物半導体材料について、図１乃至図３
および図５を参照して説明する。
【００４９】
本発明の一態様における酸化物半導体材料としては、酸化モリブデンを用いることができ
る。酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
また、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化タングステン、酸
化マンガン、酸化レニウムなど元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化
物を用いることもできる。
【００５０】
上記酸化物半導体材料の酸化モリブデンとしては、三酸化モリブデン（以下、ＭｏＯ３）
と、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（以下
、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））とが混合された材料（以下、ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜
３））を用いることが好ましい。
【００５１】
ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）は、導電型をｐ型にすることができる。高濃度のキャ
リアを有するｐ型の半導体材料とするには、ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）の組成に
おけるＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）の混合比率を４％以上とすることが好ましい。
【００５２】
なお、本明細書におけるｐ型の導電型を有する材料とは、フェルミ準位が伝導帯より価電
子帯に近い材料、あるいはｐ型の導電型のキャリアであるホールを移動することができる
ことを指す材料以外に、ｎ型の導電型を有する材料と接続した際に生じる仕事関数の差に
よるバンドベンディングによって、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性が整流性を示す材料を含む
こととする。
【００５３】
上記のＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）には、例えば、Ｍｏ２Ｏ５，Ｍｏ３Ｏ８、Ｍｏ８Ｏ２３、
Ｍｏ９Ｏ２６、Ｍｏ４Ｏ１１、Ｍｏ１７Ｏ４７、Ｍｏ５Ｏ１４などや、ＭｏＯ３中の一部
の酸素原子が欠損してＭｏＯ２とＭｏＯ３の中間的な組成となったものを用いることがで
きる。
【００５４】
ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）膜は、蒸着法、スパッタ法、またはイオンプレーティ
ング法などの気相法により成膜することができる。蒸着法では、酸化モリブデン材料単体
の蒸着、または酸化モリブデン材料と導電型を付与する不純物を共蒸着する方法を用いれ
ばよい。共蒸着とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である
。また、スパッタ法では、酸化モリブデン、モリブデン、またはそれらに導電型を付与す
る不純物を含む材料をターゲットとし、酸素、または酸素とアルゴンなどの希ガスとの混
合ガスをスパッタガスとする方法を用いればよい。また、イオンプレーティング法では、
上記スパッタ法と同様の材料を用いて、酸素を含むプラズマ中で膜を形成すればよい。
【００５５】
本実施の形態では、ｐ型の導電型を有するＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）膜を形成す
るために、酸化モリブデン材料単体を蒸着する方法を用いる。蒸着源としては、酸化モリ
ブデン粉末を用いることができる。該酸化モリブデン粉末の純度は、９９．９９％（４Ｎ
）〜９９．９９９９％（６Ｎ）であることが好ましい。成膜は高真空下で行うことが好ま
しく、真空度が５×１０−３Ｐａ以下、より好ましくは１×１０−４Ｐａ以下で行う。
【００５６】
例えば、高純度化学研究所社製三酸化モリブデン粉末（４Ｎ  ＭＯＯ０３ＰＢ）をフルウ
チ化学社製タングステンボート（ＢＢ−３）に入れ、１×１０−４Ｐａ以下の真空下で、
０．２ｎｍ／秒の成膜速度でシリコン基板上に抵抗加熱蒸着を行うと、ＭｏＯ３が約９０
％、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）が約１０％含まれる混合組成のｐ型の導電型を有するＭｏＯ
３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）膜を得ることができる。該膜は、電気伝導度１×１０−６〜
３．８×１０−３Ｓ／ｃｍ（暗伝導度）、屈折率１．６〜２．２（波長５５０ｎｍ）、消
衰係数６×１０−４〜３×１０−３（波長５５０ｎｍ）、Ｔａｕｃプロットから求めた光
学バンドギャップが２．８〜３ｅＶであり、イオン化ポテンシャルは、約６．４ｅＶであ
る。
【００５７】
また、ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）膜はパッシベーション効果が高く、シリコン表
面の欠陥を低減させることができ、キャリアのライフタイムを向上させることができる。
【００５８】
例えば、ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）膜を抵抗率約９Ω・ｃｍのｎ型の単結晶シリ
コン基板の両面に成膜し、パッシベーション膜としたときのμＰＣＤ（ｍｉｃｒｏｗａｖ
ｅ  ｄｅｔｅｃｔｅｄ  ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｄｅｃａｙ）法測定によ
る実効ライフタイムは、約４００μｓｅｃであることが確かめられている。また、単結晶
シリコン基板のバルクライフタイムを指すヨウ素アルコール溶液によるケミカルパッシベ
ーションを行った際のｎ型の単結晶シリコン基板のライフタイムも約４００μｓｅｃであ
る。なお、パッシベーション膜を形成しない場合のｎ型単結晶シリコン基板の実効ライフ
タイムは、約４０μｓｅｃである。
【００５９】
また、図５は、上記蒸着法でガラス基板上に形成したＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）
膜および比較例であるプラズマＣＶＤ法で形成した非晶質シリコン膜の光吸収係数の比較
である。ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）膜は、広い波長範囲で光吸収係数が小さくな
るため、透光性が高いことがわかる。
【００６０】
ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）に含まれるＭｏＯ３と、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）との
割合は、例えば、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓ
ｃｏｐｙ）にて、内殻準位Ｍｏ３ｄを調べることで判明する。ここで割合とは、ＭｏＯ３
の結合を有するＭｏ元素と、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）の結合を有するＭｏ元素との比率を
意味する。
【００６１】
図１は、成膜条件が異なる酸化モリブデン膜を個々にシリコン基板上に成膜したサンプル
Ａ乃至サンプルＤについて、入射エネルギー１４８６．６ｅＶ（Ｘ線源  単色化Ａｌ）、
取出角４５°で測定した内殻準位Ｍｏ３ｄ付近のＸＰＳスペクトルである。
【００６２】
モリブデンの内殻準位Ｍｏ３ｄ５／２の束縛エネルギーのピーク位置が約２２７．９ｅＶ
、二酸化モリブデン（ＭｏＯ２）のＭｏ３ｄ５／２が約２２９．６ｅＶ、三酸化モリブデ
ン（ＭｏＯ３）のＭｏ３ｄ５／２が約２３２．８ｅＶであることが知られている。したが
って、ＸＰＳのＭｏ３ｄ５／２のピーク位置（ケミカルシフト）により酸化モリブデン膜
の組成を特定することができる。
【００６３】
図１に示した全てのサンプルのＸＰＳスペクトルにおいて、Ｍｏ３ｄ５／２のピーク位置
は２３２．８ｅＶほどのところにあり、該サンプル全ての主成分は三酸化モリブデン（Ｍ
ｏＯ３）であることがわかる。
【００６４】
また、各サンプルの酸化モリブデン膜には、ＸＰＳピーク形状から三酸化モリブデン（Ｍ
ｏＯ３）以外の成分が含まれていることがわかる。各サンプルのスペクトルのピーク分離
により、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（
ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））の成分が含まれていることが判明している。なお、二酸化モリ
ブデン（ＭｏＯ２）の成分はほとんど含まれず、約１％以下である。
【００６５】
ＸＰＳのピーク強度は、組成、元素密度に比例する。したがって、酸化モリブデン膜に含
まれるＭｏＯ３と、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）との割合は、ＭｏＯ３成分を示すピークの積
分値とＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）成分を示すピークの積分値の割合を調べることによって特
定することができる。サンプルＡのＸＰＳスペクトルから読み取れるＭｏＯｙ（２＜ｙ＜
３）の割合は約２６％、サンプルＢでは約１０％、サンプルＣでは約４％、サンプルＤで
は約３％以下である。
【００６６】
酸化モリブデン膜のｐ型化には、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を
有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））が含まれることが寄与する。図２にＸ
ＰＳにて測定した、サンプルＡ乃至サンプルＤの価電子帯の状態を表すスペクトルを示す
。図２のＸＰＳスペクトルは、入射エネルギー１４８６．６ｅＶ（Ｘ線源  単色化Ａｌ）
、取出角４５°で測定した価電子帯付近のスペクトルであり、束縛エネルギーはフェルミ
準位（ＥＦ）を基準としたエネルギーである。なお、エネルギー軸はＣ１ｓのピークを２
８４．６ｅＶに合わせる一般的な補正方法を用いた。
【００６７】
価電子帯のＸＰＳスペクトルは、価電子帯の状態密度に比例したピーク強度を有する。図
２に示した束縛エネルギー１．７ｅＶ付近のピーク１１２は、ギャップ準位のピークであ
る。また、束縛エネルギー３．５ｅＶ以上にみられるピーク１１３は、ＭｏＯ３を主とす
るバルクからのピークである。
【００６８】
図２に示したように、酸化モリブデン膜中に含まれるＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）の割合が増
加するほど、ギャップ準位のピーク強度が高くなることがわかる。また、ＭｏＯｙ（２＜
ｙ＜３）の割合が高いほど、ギャップ準位で構成されるエネルギーバンドとフェルミ準位
（ＥＦ）間のエネルギーが近づき、よりｐ型の導電型を有しやすくなることがわかる。
【００６９】
ギャップ準位は、ＸＰＳで観測されることから電子で満たされているといえる。図２中に
示されていない伝導帯は、電子が詰まっていないためＸＰＳでは観測されない。しかし、
フェルミ準位（ＥＦ）は、伝導帯と電子の詰まったギャップ準位間に存在している。伝導
帯とギャップ準位間で、熱的に、または光照射下の平衡状態において同数のキャリアが励
起されていれば、ギャップ準位よりバルクの準位である伝導帯の状態密度が高いことから
、フェルミ準位（ＥＦ）は、ギャップ準位側に近づいていることになるといえる。また、
ギャップ準位は、ＸＰＳで観測されるほど状態密度が高く、これがホールを移動する価電
子帯のエネルギーバンドの一つとして振る舞うことで、ｐ型の導電型を有することができ
る。したがって、ギャップ準位の状態密度を増やすことに寄与するＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３
）を含有する酸化モリブデン膜はｐ型の導電型を示すことができる。
【００７０】
また、酸化モリブデンがｐ型である他の理由として次が挙げられる。例えば、ＭｏＯｙ（
２＜ｙ＜３）を含有する割合が約１０％のものに関して、価電子帯ＸＰＳスペクトルを示
した図２中のピーク１１２の価電子帯トップにあたるエネルギー（Ｅｖ）とフェルミ準位
（ＥＦ）間のエネルギー差は、約０．３〜０．７ｅＶとなっていることがわかる。それに
加えて、温度変化に対する電気伝導度より求めた価電子帯トップのエネルギー（Ｅｖ）と
フェルミ準位（ＥＦ）間のエネルギー差に該当する活性化エネルギーは、ＸＰＳスペクト
ルからもとめた値と対応する約０．４１ｅＶとなっている。酸化モリブデン膜の光学バン
ドギャップが約３．２ｅＶであることから、その半分のミッドギャップ（Ｅｉ）とフェル
ミ準位（ＥＦ）間のエネルギー差は約１．６ｅＶである。また、価電子帯トップ（Ｅｖ）
とフェルミ準位（ＥＦ）間のエネルギー差では約０．３〜０．７ｅＶであり、価電子帯ト
ップ（Ｅｖ）とフェルミ準位（ＥＦ）間のエネルギー差の方が小さいことから、ｐ型の酸
化モリブデンとなっていることがいえる。なお、酸化モリブデン膜では、パーセントレベ
ルの検出感度であるＸＰＳによってもピーク１１２が観測されるほどの状態密度を持つた
め、光学バンドギャップはピーク１１２の価電子帯トップにあたるエネルギー近傍からの
光学遷移によって測定できる。
【００７１】
図１に示した酸化モリブデン膜中に含まれるＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）の成分割合と、図２
に示した価電子帯中の束縛エネルギー１．７ｅＶ付近のギャップ準位のＸＰＳピーク強度
の積分値は、図３のような相関関係を有している。また、ＭｏＯ３およびＭｏＯｙ（２＜
ｙ＜３）を含む酸化モリブデン膜がｐ型の導電型を有するには、素子の整流性確認実験よ
りＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含有する割合を４％以上とすることが好ましいことがわかっ
ている。
【００７２】
なお、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）はｎ型の導電型を有することが知られている。した
がって、ｐ型の導電型を有する酸化モリブデンを用いた半導体装置だけでなく、ｎ型の導
電型を有する酸化モリブデンを用いた半導体装置を複合化した半導体装置を形成すること
も可能となる。
【００７３】
本実施の形態は、他の実施の形態、および実施例と自由に組み合わすことができる。
【００７４】
（実施の形態２）
本実施の形態は、開示する発明の一態様である光電変換装置の構成およびその作製方法に
ついて、図６乃至図９を参照して説明する。
【００７５】
先ず、本発明の一態様である光電変換装置の構成について説明する。
【００７６】
図６（ａ）には、本発明の一態様における光電変換装置の断面模式図の例を示す。該光電
変換装置は、シリコン基板１００、該シリコン基板の一方の面に形成された酸化物半導体
層１１０、該シリコン基板の他方の面に形成された不純物領域１３０、酸化物半導体層１
１０上に形成された透光性導電膜１５０、該透光性導電膜と接する第１の電極１７０、お
よび不純物領域１３０と接する第２の電極１９０を含んで構成される。なお、第１の電極
１７０はグリッド電極であり、第１の電極１７０側が受光面となる。
【００７７】
シリコン基板１００は一導電型を有し、酸化物半導体層１１０は、シリコン基板１００の
導電型とは逆の導電型を有する半導体層である。したがって、シリコン基板１００と酸化
物半導体層１１０との間には、ｐ−ｎ接合が形成される。
【００７８】
ここで、本発明の一態様における光電変換装置では、酸化物半導体層１１０にｐ型の導電
型を有する半導体層を用いるため、シリコン基板１００にはｎ型の導電型を有するシリコ
ン基板を用いる。
【００７９】
酸化物半導体層１１０上には透光性導電膜１５０を形成することが好ましい。透光性導電
膜１５０を設けることによって、酸化物半導体層１１０と第１の電極１７０との間におけ
る抵抗損失を低減させることができる。ただし、酸化物半導体層１１０の抵抗が十分に低
い場合や、作製する光電変換装置が抵抗損失を無視できる低電流用途で用いられる場合は
、図６（ｂ）に示すような、透光性導電膜１５０を設けない構造としてもよい。
【００８０】
不純物領域１３０は、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層であり、シリ
コン基板１００と同じ導電型を有し、かつシリコン基板１００よりも高濃度のキャリアを
有する領域である。ＢＳＦ層を設けることにより、ｎ−ｎ＋接合またはｐ−ｐ＋接合が形
成され、バンドベンディングによる電位障壁により第２の電極１９０近傍での少数キャリ
アの再結合を防止することができる。
【００８１】
なお、本明細書では、同じ導電型でキャリア濃度の異なる材料を区別する必要がある場合
には、ｎ型またはｐ型シリコン基板に対して、相対的にキャリア濃度の高い材料の導電型
をｎ＋型またはｐ＋型と呼称するのに対し、相対的にキャリア濃度の低い材料の導電型を
ｎ−型またはｐ−型と呼称する。
【００８２】
また、図６（ａ）、（ｂ）中には図示していないが、図９（ｃ）に示した例のように、シ
リコン基板１００に凹凸加工を施したテクスチャ構造としてもよい。受光面側に設けたテ
クスチャ構造は、入射光が多重反射することで表面反射損失を低減することができる。ま
た、テクスチャ構造では、屈折率の高い光電変換領域のシリコン基板と屈折率の低い入射
側媒質である空気との屈折率差により光電変換領域内を光が斜めに入射されることから光
路長が増大し、光電変換領域内の裏面と表面で反射を繰り返すことで、所謂光閉じ込め効
果を起こさせることもできる。シリコン基板中に入射された光は、入射媒質である空気と
屈折率の高いシリコン基板との間においてスネルの法則により、シリコン基板表面凹凸形
状に対して法線方向近傍となる方向に進行する。そのため、テクスチャ構造によりシリコ
ン基板表面に凹凸形状を設けて角度をつけておくことにより、角度のついたテクスチャ構
造表面に対して法線方向近傍に屈折して、入射光は進行する。このことによりシリコン基
板の厚さ方向に対して斜めに入射光が進行し、入射光の光路長を増加させることができる
。テクスチャ構造は、図９（ｃ）のように表裏両面、あるいは、表面のみ、裏面のみに設
けてもよい。
【００８３】
また、本発明の一態様における光電変換装置は、図７（ａ）、（ｂ）に示す構造としても
よい。図７（ａ）（ｂ）に示す光電変換装置は、一導電型を有するシリコン基板１００、
該シリコン基板の一方の面に形成された該シリコン基板とは逆の導電型を有する酸化物半
導体層１１０、酸化物半導体層１１０上に形成された透光性導電膜１５０、該透光性導電
膜と接する第１の電極１７０、該シリコン基板の他方の面に形成された該シリコン基板と
同じ導電型を有し、該シリコン基板よりもキャリア濃度の高い不純物領域１３０、および
パッシベーション層１８０、不純物領域１３０と接する第２の電極１９０を含んで構成さ
れる。
【００８４】
パッシベーション層１８０には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン（
ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ＞０））膜、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞ｙ＞０））膜
、酸化アルミニウム膜などを用いることができる。パッシベーション層１８０を設けるこ
とで、シリコン基板１００の裏面側における少数キャリアの再結合を低減させることがで
き、光電変換装置の発電出力電圧を向上させることができる。また、シリコン基板よりも
屈折率が小さい材料で形成された膜をパッシベーション層１８０として用いることで、シ
リコン基板裏面での反射率を上げることができ、光電変換装置の発電時の出力電流の向上
にも寄与することができる。
【００８５】
図７（ａ）に示す光電変換装置の構造は、シリコン基板裏面全面に不純物領域１３０を設
け、パッシベーション層１８０に設けた開口部で不純物領域１３０と第２の電極１９０を
接する構造である。また、図７（ｂ）に示す光電変換装置の構造は、パッシベーション層
１８０の開口部付近のみに不純物領域１３０を設け、該開口部で不純物領域１３０と第２
の電極１９０を接する構造である。パッシベーション層１８０を設けることで少数キャリ
ア密度を低減できる一方、不純物領域１３０とパッシベーション層１８０の表面再結合速
度は速くなるトレードオフの関係にある。
【００８６】
したがって、パッシベーション層１８０の品質、すなわちパッシベーション層１８０とシ
リコン基板界面での表面再結合速度を考慮して、より良好な電気特性が得られるように実
施者が構造を決定すればよい。例えば、パッシベーション層１８０の品質が低く、表面再
結合速度が速い場合は、不純物領域１３０をシリコン基板裏面全面に設けた方がシリコン
基板裏面において再結合を起こす少数キャリア密度自体を下げられ、シリコン基板裏面で
の再結合を抑制することができる。逆に、パッシベーション層１８０の品質が高く、表面
再結合速度が遅い場合は、不純物領域１３０を該開口部付近だけに設けた方が表面再結合
速度の低下要因である不純物領域１３０とパッシベーション層１８０接触界面を減らすこ
とができ、シリコン基板裏面全体での再結合を抑制することができる。
【００８７】
なお、図６（ａ）、（ｂ）図７（ａ）、（ｂ）に示したそれぞれの構成、および凹凸加工
を施したテクスチャ構造を任意に複合した構成の光電変換装置としてもよい。
【００８８】
本発明の一態様における酸化物半導体層１１０には、酸化モリブデンを用いることができ
る。酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【００８９】
上記酸化物半導体層１１０は、複数の酸化物を混合することにより、導電型を変化させる
ことができる。例えば、酸化モリブデンでは、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）と、二酸化
モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜
ｙ＜３））とを含む混合組成物とすることで、ｐ型の導電型を付与することができる。上
記混合組成物においては、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を４％以上含む組成とすることで、高
濃度のキャリアを有するｐ型半導体とすることができる。なお、ここで言うｐ型の導電型
とは、フェルミ順位が伝導帯より価電子帯に近いこと、あるいはｐ型の導電型のキャリア
であるホールを移動することができることを指す以外に、逆の導電型であるｎ型の導電性
を有する材料と接続した際に仕事関数の差によるバンドベンディングによっても、ｎ型の
導電型を有する半導体材料との接合した素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性が整流性を示す
ものを含むこととする。
【００９０】
また、上記酸化物半導体層に不純物を添加することにより、導電型を変化させることがで
きる。また、上記酸化物半導体層は、故意に不純物を添加しない場合においても、酸化物
半導体中の欠陥や成膜工程中に取り込まれた微量の不純物がドナー準位またはアクセプタ
準位を形成するため、ｎ型またはｐ型の導電性を示すことがある。
【００９１】
また、図５に示したように、酸化モリブデン膜は、広い波長範囲で光吸収係数が小さくな
るため、透光性が高い。したがって、光電変換装置の窓層として酸化モリブデン膜のよう
な透光性を有する金属酸化物を用いることにより、窓層での光吸収損失が低減し、光吸収
領域において効率良く光電変換を行うことできるようになる。また、上述したように、該
金属酸化物は、シリコン表面のパッシベーション効果が非常に高い。したがって、光電変
換装置の電気特性を向上させることができる。
【００９２】
次に、図６に示した光電変換装置の作製方法について、図８および図９を用いて説明する
。
【００９３】
本発明の一態様に用いることのできるシリコン基板１００には、単結晶シリコン基板や多
結晶シリコン基板を用いることができる。これらのシリコン基板の製造方法は、特に限定
されない。本実施の形態においては、ＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋ
ｉ）法で製造された（１００）面を表面に有するｎ型の単結晶シリコン基板を用いる例を
説明する。
【００９４】
初期の単結晶シリコン基板がスライス加工のみである基板の場合は、単結晶シリコン基板
の表面から１０〜２０μｍに残留するダメージ層をウエットエッチング工程にて取り除く
。エッチング液には、比較的高濃度のアルカリ溶液、例えば、１０〜５０％の水酸化ナト
リウム水溶液、または同濃度の水酸化カリウム水溶液を用いることができる。または、フ
ッ酸と硝酸を混合した混酸や、それらに酢酸を混合した混酸を用いても良い。
【００９５】
次に、ダメージ層除去後の単結晶シリコン基板表面に付着している不純物を酸洗浄で取り
除く。酸としては、例えば、０．５％フッ酸と１％過酸化水素水の混合液（ＦＰＭ）など
を用いることができる。またはＲＣＡ洗浄などを行っても良い。なお、この酸洗浄工程は
省いても良い。
【００９６】
シリコン基板１００における表面の多重反射による反射損失低減、光路長増加のための光
閉じ込めを行うために、ここでは、シリコン基板１００に凹凸加工を施したテクスチャ構
造を形成する例を説明する。上述したように（１００）面を表面に有する単結晶シリコン
基板を用いる場合は、アルカリ溶液による面方位に対するエッチングレートが異なること
を利用した異方性エッチングによりピラミッド形状のテクスチャ構造を形成することがで
きる。
【００９７】
（１００）面を表面に有する単結晶シリコン基板にピラミッド形状のテクスチャ構造を形
成するエッチング液には、水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液のアル
カリ溶液を用いることができる。例えば、１〜５％の水酸化ナトリウム水溶液、または同
濃度の水酸化カリウム水溶液を用いることができ、好ましくは、数％のイソプロピルアル
コールを添加する。エッチング液の温度は７０〜９０℃とし、３０〜６０分間、単結晶シ
リコン基板をエッチング液に浸漬する。この処理により、単結晶シリコン基板表面に、微
細な略四角錐状の複数の凸部、および隣接する凸部間で構成される凹部からなるピラミッ
ド形状の凹凸を形成することができる。
【００９８】
なお、シリコン基板１００として、（１００）面を表面に有する単結晶シリコン以外の単
結晶シリコン基板、または多結晶シリコン基板などを用いる場合は、ドライエッチング法
や、銀などの金属触媒を利用したウエットエッチングなどを用いて凹凸加工を行えばよい
。
【００９９】
次に、上述の凹凸を形成するためのエッチング工程では、シリコンの表層に不均一な酸化
層が形成されるため、該酸化層を取り除く。また、該酸化層にはアルカリ溶液の成分が残
存しやすいため、それを取り除く目的もある。アルカリ金属、例えばＮａイオンやＫイオ
ンがシリコン中に侵入するとライフタイムが劣化するため、光電変換装置の電気特性が著
しく低下してしまう。なお、この酸化層を除去するには、１〜５％の希フッ酸を用いれば
良い。
【０１００】
次に、フッ酸と硝酸を混合した混酸、または、それらに酢酸を混合した混酸を用いて単結
晶シリコン基板の表面をエッチングし、金属成分などの不純物を除去することが好ましい
。酢酸を混合することで、硝酸の酸化力を維持し、エッチング工程を安定にする効果、お
よびエッチングレートを調整する効果が得られる。例えば、各酸の体積比率は、フッ酸：
硝酸：酢酸＝１：（１．５〜３）：（２〜４）とすることができる。なお、本明細書では
、フッ酸、硝酸および酢酸の混酸液をフッ硝酢酸と呼ぶ。なお、このフッ硝酢酸を用いた
エッチングを行う場合は、上述の希フッ酸を用いた酸化層の除去工程を省くこともできる
。これらの工程により、シリコン基板１００の表面に凹凸形状のテクスチャ構造を形成す
ることができる（図８（ａ）参照）。
【０１０１】
次いで、シリコン基板１００と同じ導電型を付与する不純物をシリコン基板１００の受光
面とは逆側となる裏面の表層に拡散させて、不純物領域１３０を形成する（図８（ｂ）参
照）。ｎ型の導電型を有するシリコン基板１００を用いた場合、ｎ型を付与する不純物と
しては、リン、ヒ素、アンチモンなどがあり、例えば、シリコン基板１００をオキシ塩化
リン雰囲気中で８００℃以上９００℃以下の温度で熱処理することにより、リンをシリコ
ン基板の表面から０．５μｍ程度の深さに拡散させることができる。
【０１０２】
不純物領域１３０の形成は、受光面とは逆の裏面にのみ形成する。このため、受光面側に
不純物を拡散させないようにするには、公知の方法を用いて、受光面側を無機絶縁膜など
の耐熱性材料でマスクし、不純物領域１３０形成後に該マスクを取り除く工程を行えばよ
い。または、表面、裏面ともに不純物を拡散させて不純物領域を形成して、裏面側をマス
クし、受光面側の不純物層をエッチング処理して取り除いてもよい。
【０１０３】
次いで、適切な洗浄の後、受光面となるシリコン基板１００の面上にシリコン基板１００
とは逆の導電型である酸化物半導体層１１０を形成する（図８（ｃ）参照）。ここでは、
酸化物半導体層１１０として、酸化モリブデン膜を用いる。
【０１０４】
酸化モリブデン膜は、蒸着法、スパッタ法、またはイオンプレーティング法などの気相法
により成膜することができる。蒸着法では、酸化モリブデン材料単体の蒸着、または酸化
モリブデン材料と導電型を付与する不純物を共蒸着する方法を用いればよい。共蒸着とは
、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。また、スパッタ法
では、酸化モリブデン、モリブデン、またはそれらに導電型を付与する不純物を含む材料
をターゲットとし、酸素、または酸素とアルゴンなどの希ガスとの混合ガスをスパッタガ
スとする方法を用いればよい。また、イオンプレーティング法では、上記スパッタ法と同
様の材料を用いて、酸素を含むプラズマ中で膜を形成すればよい。
【０１０５】
本実施の形態では、ｐ型の導電型を有する酸化モリブデン膜を形成するために、酸化モリ
ブデン粉末を蒸着源とした蒸着法を用いる。また、酸化モリブデン粉末にモリブデンなど
を添加する共蒸着法を用いてもよい。本実施の形態に用いることのできる酸化モリブデン
膜は、例えば、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）と、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブ
デンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））とを含む混合組成物
である。なお、上記酸化モリブデン膜のキャリア濃度を高めるには、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜
３）を４％以上含むことが好ましい。また、酸化モリブデン粉末の純度は、９９．９９％
（４Ｎ）〜９９．９９９９％（６Ｎ）であることが好ましい。成膜は高真空下で行うこと
が好ましく、真空度が５×１０−３Ｐａ以下、より好ましくは１×１０−４Ｐａ以下で行
う。
【０１０６】
次に、不純物領域１３０上に第２の電極１９０を形成する（図９（ａ）参照）。第２の電
極１９０には、銀、アルミニウム、銅などの低抵抗金属や、インジウム錫酸化物、珪素を
含むインジウム錫酸化物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜
鉛、アルミニウムを含む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化
錫、またはグラフェン等の導電性膜を、単層または積層して用いることができる。成膜方
法は、スパッタ法や真空蒸着法などを用いることができる。または、スクリーン印刷法を
用いて、銀ペーストや、銅ペースト、アルミニウムペーストなどの導電性樹脂を供給し、
焼成して形成してもよい。
【０１０７】
次に、酸化物半導体層１１０上に透光性導電膜１５０を形成する（図９（ｂ）参照）。該
透光性導電膜には、例えば、インジウム錫酸化物、珪素を含むインジウム錫酸化物、亜鉛
を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウムを含む酸化亜
鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、またはグラフェン等を用い
ることができる。また、該透光性導電膜は単層に限らず、異なる膜の積層でもよい。例え
ば、インジウム錫酸化物とアンチモンを含む酸化錫の積層や、インジウム錫酸化物とフッ
素を含む酸化錫の積層などを用いることができる。該透光性導電膜はスパッタ法などを用
いて形成することができる。膜厚は総厚で１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好
ましい。例えば、透光性導電膜１５０としてインジウム錫酸化物を用い、光学反射率を下
げるために、膜厚は７０ｎｍとする。
【０１０８】
次に、透光性導電膜１５０上に第１の電極１７０を形成する（図９（Ｃ）参照）。第１の
電極１７０はグリッド電極であり、銀ペースト、銅ペースト、ニッケルペースト、モリブ
デンペースト、アルミニウムペーストなどの導電性樹脂を用いて、スクリーン印刷法で供
給し、焼成して形成することが好ましい。また、第１の電極１７０は、銀ペーストと銅ペ
ーストを積層するなど、異なる材料の積層であっても良い。また、導電性樹脂の供給は、
ディスペンス法やインクジェット法を用いてもよい。
【０１０９】
また、図６（ｂ）の構成の光電変換装置を形成するには、透光性導電膜１５０の形成工程
を省けばよい。
【０１１０】
また、図７の構成の光電変換装置を形成するには、図８（ａ）を説明する工程と図８（ｂ
）を説明する工程との間に、開口部を有するパッシベーション層１８０として酸化シリコ
ン膜や窒化シリコン膜を設ける工程を行えばよい。パッシベーション層１８０は、熱酸化
法や、プラズマＣＶＤ法等で形成することができる。
【０１１１】
なお、図８および図９に示した工程順序は、適宜変更してもよい。
【０１１２】
以上により、本発明の一態様である光電変換装置を作製することができる。
【０１１３】
本実施の形態は、他の実施の形態、および実施例と自由に組み合わすことができる。
【０１１４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なる構造の光電変換装置、およびその作製方法に
ついて図１０乃至図１５を参照して説明する。なお、実施の形態２と共通する内容につい
ては、その詳細を省略する。
【０１１５】
図１０は、本発明の一態様における光電変換装置の断面図である。該光電変換装置は、シ
リコン基板２００、該シリコン基板の一方の面上に形成された第１のシリコン半導体層２
０１、酸化物半導体層２１０、透光性導電膜２５０、および第１の電極２７０、並びに、
該シリコン基板の他方の面上に形成された第２のシリコン半導体層２０２、第３のシリコ
ン半導体層２０３、および第２の電極２９０を含んで構成される。なお、第１の電極２７
０はグリッド電極であり、第１の電極２７０側が受光面となる。
【０１１６】
なお、酸化物半導体層２１０には、実施の形態１、２に示したｐ型の導電性を有する酸化
物半導体層１１０と同じ材料を用いることができる。例えば、二酸化モリブデンおよび三
酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））を含有す
る酸化物半導体を用いればよい。
【０１１７】
従来の光電変換装置では、シリコン材料を窓層としていたため、窓層における光吸収は大
きな損失となっていた。本発明の一態様では、光電変換装置の窓層として透光性を有する
金属酸化物を用いることにより、窓層での光吸収損失が低減し、光吸収領域において効率
良く光電変換を行うことできるようになる。
【０１１８】
また、図１０では、シリコン基板２００の表裏に凹凸加工を施したテクスチャ構造の例を
示している。テクスチャ構造に加工された面では入射光が多重反射し、光電変換領域内に
は光が斜めに進行することから光路長が増大する。また、裏面からの反射光が表面で全反
射する、所謂光閉じ込め効果を起こさせることもできる。
【０１１９】
なお、図１１に例示したように、シリコン基板２００の表裏のどちらか一方のみに凹凸加
工を施した構成であっても良い。凹凸加工によってシリコン基板の表面積が増大するため
、上記光学的効果が得られる一方で、表面欠陥の絶対量が増大してしまう。したがって、
光学的効果と表面欠陥量のバランスを考慮し、より良好な電気特性が得られるように実施
者が構造を決定すればよい。
【０１２０】
また、図１２に示すように、第２の電極２９０もグリッド電極とし、第３のシリコン半導
体層２０３と第２の電極２９０との間に透光性導電膜２８０を形成して両面を受光面とす
る構造としてもよい。
【０１２１】
また、図１３に示すように、第１のシリコン半導体層２０１を設けずに、シリコン基板２
００と酸化物半導体層２１０が直接接する構造としてもよい。実施の形態１で説明したよ
うに、本発明の一態様の光電変換装置に用いることのできる酸化物半導体層は、シリコン
表面のパッシベーション効果が高く、シリコン基板２００と良好な接合を形成することが
できる。
【０１２２】
なお、図１０、図１１、図１２および図１３のそれぞれの構成を任意に複合した構成とし
てもよい。
【０１２３】
第１のシリコン半導体層２０１および第２のシリコン半導体層２０２には、水素を含む欠
陥の少ない半導体層を用いることができ、シリコン基板２００の表面の欠陥を終端するこ
とができる。該半導体層には、非晶質シリコン半導体を用いることが好ましい。
【０１２４】
第１のシリコン半導体層２０１および第２のシリコン半導体層２０２には、例えば、ｉ型
のシリコン半導体層を用いることができる。また、本実施の形態においては、シリコン基
板２００にｎ型のシリコン基板を用いるため、第１のシリコン半導体層２０１および第２
のシリコン半導体層２０２にはｐ型のシリコン半導体層を用いることもできる。
【０１２５】
なお、本明細書において、ｉ型の半導体とは、フェルミ準位がバンドギャップの中央に位
置する所謂真性半導体の他、半導体に含まれるｐ型若しくはｎ型を付与する不純物が１×
１０１８ｃｍ−３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が高い半導体を指す。
【０１２６】
また、第１のシリコン半導体層２０１および第２のシリコン半導体層２０２にｐ型のシリ
コン半導体層を用いる場合には、ｐ−型のシリコン半導体層を用いることが好ましい。ｐ
−型シリコン半導体を用いる場合には、該半導体層の暗伝導度を１×１０−１０Ｓ／ｃｍ
〜１×１０−５Ｓ／ｃｍ、好ましくは１×１０−９Ｓ／ｃｍ〜１×１０−６Ｓ／ｃｍ、さ
らに好ましくは１×１０−９Ｓ／ｃｍ〜１×１０−７Ｓ／ｃｍとする。
【０１２７】
本実施の形態において、シリコン基板２００の導電型はｎ型であり、酸化物半導体層２１
０の導電型はｐ型である。したがって、シリコン基板２００と酸化物半導体層２１０との
間には、第１のシリコン半導体層２０１を介したｐ−ｎ接合が形成される。
【０１２８】
また、裏面側に設けられる第３のシリコン半導体層２０３は、シリコン基板２００と同じ
導電型で、該シリコン基板よりもキャリア濃度が高い半導体層である。したがって、シリ
コン基板２００と第３のシリコン半導体層２０３との間には、第２のシリコン半導体層２
０２を介してｎ−ｎ＋接合が形成される。つまり、第３のシリコン半導体層２０３は、Ｂ
ＳＦ層として作用する。ＢＳＦ層を設けることにより、ｎ−ｎ＋接合のバンドベンディン
グによる電位障壁により第２の電極２９０近傍での少数キャリアの再結合を防止すること
ができる。
【０１２９】
なお、第３のシリコン半導体層２０３の代替として、導電型がｎ型の透光性導電膜を用い
てもよい。該透光性導電膜には、例えば、インジウム錫酸化物、珪素を含むインジウム錫
酸化物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウム
を含む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、またはグラフ
ェン等を用いることができる。また、透光性導電膜は単層に限らず、異なる膜の積層でも
良い。該透光性導電膜は、電界形成層として作用するだけでなく、第２の電極２９０に到
達した光の反射を助長させる効果も有する。
【０１３０】
次に、図１０に示した光電変換装置の作製方法について、図１４および図１５を用いて説
明する。
【０１３１】
本発明の一態様に用いることのできるシリコン基板２００には、単結晶シリコン基板や多
結晶シリコン基板を用いることができる。これらのシリコン基板の製造方法は特に限定さ
れない。本実施の形態においては、ＭＣＺ法で製造された（１００）面を表面に有するｎ
型の単結晶シリコン基板を用いる例を説明する。
【０１３２】
次に、シリコン基板２００の表裏にテクスチャ構造を形成するため加工を行う（図１４（
ａ）参照）。凹凸加工の方法については、実施の形態２に示した図８（ａ）のシリコン基
板１００を凹凸加工する工程の説明を参照することができる。
【０１３３】
次に、適切な洗浄の後、受光面とは逆側となるシリコン基板２００の面上にプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて第２のシリコン半導体層２０２を形成する。第２のシリコン半導体層２０２
の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。本実施の形態において、第２
のシリコン半導体層２０２はｉ型の非晶質シリコンであり、膜厚は５ｎｍとする。なお、
第２のシリコン半導体層２０２としては、微結晶シリコンを用いてもよい。また、導電型
はｉ型に限らず、ｎ−型であってもよい。
【０１３４】
第２のシリコン半導体層２０２の成膜条件としては、例えば、反応室に流量５ｓｃｃｍ以
上２００ｓｃｃｍ以下のモノシランを導入し、反応室内の圧力を１００Ｐａ以上２００Ｐ
ａ以下、電極間隔を１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、カソード電極の面積を基準とする電力密
度を８ｍＷ／ｃｍ２以上１２０ｍＷ／ｃｍ２以下、基板温度を１５０℃以上３００℃以下
とすればよい。
【０１３５】
次に、第２のシリコン半導体層２０２上に第３のシリコン半導体層２０３を形成する（図
１４（ｂ）参照）。第３のシリコン半導体層２０３の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とす
ることが好ましい。本実施の形態において、第３のシリコン半導体層２０３はｎ＋型の微
結晶シリコンまたは非晶質シリコンであり、膜厚は１０ｎｍとする。
【０１３６】
第３のシリコン半導体層２０３の成膜条件としては、例えば、反応室にモノシランおよび
水素ベースのホスフィン（０．５％）を１：（１〜１５）の流量比率で導入し、反応室内
の圧力を１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、電極間隔を１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とし
、カソード電極の面積を基準とする電力密度を８ｍＷ／ｃｍ２以上１２０ｍＷ／ｃｍ２以
下、基板温度を１５０℃以上３００℃以下するとすればよい。
【０１３７】
次に、受光面側となるシリコン基板２００の面上にプラズマＣＶＤ法を用いて第１のシリ
コン半導体層２０１を形成する（図１４（ｃ）参照）。第１のシリコン半導体層２０１の
厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましく、本実施の形態において、第１の
シリコン半導体層２０１はｉ型の非晶質シリコンであり、膜厚は５ｎｍとする。なお、第
１のシリコン半導体層２０１としては、微結晶シリコンを用いてもよい。また、導電型は
ｉ型に限らず、ｐ−型であってもよい。なお、第１のシリコン半導体層２０１は、第３の
シリコン半導体層２０３と同様の成膜条件にて形成することができる。
【０１３８】
なお、第１のシリコン半導体層２０１に、ｐ−型のシリコン半導体層を用いる場合の成膜
条件は、例えば、反応室にモノシラン：水素ベースのジボラン（０．１％）を１：（０．
０１〜１未満）の流量比率で導入し、反応室内の圧力を１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下、
電極間隔を１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、カソード電極の面積を基準とする電力密度を８ｍ
Ｗ／ｃｍ２以上１２０ｍＷ／ｃｍ２以下、基板温度を１５０℃以上３００℃以下とすれば
よい。
【０１３９】
なお、本実施の形態において、第１のシリコン半導体層２０１、第２のシリコン半導体層
２０２、および第３のシリコン半導体層２０３の成膜に用いる電源には周波数１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電源を用いるが、２７．１２ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、または１００ＭＨｚのＲ
Ｆ電源を用いても良い。また、連続放電だけでなく、パルス放電にて成膜を行っても良い
。パルス放電を行うことで、膜質の向上や気相中で発生するパーティクルを低減すること
ができる。
【０１４０】
次に、第１のシリコン半導体層２０１上に酸化物半導体層２１０を形成する（図１５（ａ
）参照）。酸化物半導体層２１０の形成方法については、実施の形態２において、図９（
ａ）に示した酸化物半導体層１１０を形成する工程の説明を参照することができる。本実
施の形態において、酸化物半導体層２１０には、ｐ型の酸化モリブデン膜を用い、膜厚は
１〜１００ｎｍとする。なお、酸化物半導体層２１０は、第１のシリコン半導体層２０１
よりもキャリア濃度が高くなるように形成する。
【０１４１】
次に、酸化物半導体層２１０上に透光性導電膜２５０を形成する（図１５（ｂ）参照）。
透光性導電膜２５０の厚さは１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。透光
性導電膜２５０については、実施の形態２に示した図９（ｂ）の透光性導電膜１５０を形
成する工程の説明を参照することができる。例えば、透光性導電膜２５０としてインジウ
ム錫酸化物を用い、光学反射率を下げるため、膜厚は７０ｎｍとする。
【０１４２】
なお、シリコン基板２００の表裏に設ける膜の形成順序は、上記の方法に限らず、図１５
（ｂ）に示した構造が形成できればよい。例えば、第２のシリコン半導体層２０２を形成
し、その次に第１のシリコン半導体層２０１を形成してもよい。
【０１４３】
次に、第３のシリコン半導体層２０３上に第２の電極２９０を形成する。第２の電極２９
０には、銀、アルミニウム、銅などの低抵抗金属を用いることができ、スパッタ法や真空
蒸着法などで形成することができる。または、スクリーン印刷法を用いて、銀ペーストや
、銅ペーストなどの導電性樹脂で形成しても良い。
【０１４４】
次に、透光性導電膜２５０上に第１の電極２７０を形成する（図１５（ｃ）参照）。第１
の電極２７０はグリッド電極であり、銀ペースト、銅ペースト、ニッケルペースト、モリ
ブデンペーストなどの導電性樹脂を用いて、スクリーン印刷法で形成することが好ましい
。また、第１の電極２７０は、銀ペーストと銅ペーストを積層するなど、異なる材料の積
層であっても良い。
【０１４５】
なお、図１１の構成の光電変換装置を形成するには、凹凸加工工程前に凹凸を形成しない
面にマスクなどを設ければよい。
【０１４６】
また、図１２の構成の光電変換装置を形成するには、図１５（ｂ）の工程において、透光
性導電膜２８０を第３のシリコン半導体層２０３上にも形成し、その後、透光性導電膜２
５０、２８０上にグリッド状の電極として、第１の電極２７０および第２の電極２９０を
設ければよい。
【０１４７】
また、図１３の構成の光電変換装置を形成するには、図１４（ｃ）の工程において、第１
のシリコン半導体層２０１を設けない構成とすればよい。
【０１４８】
以上により、本発明の一態様である酸化物半導体層を窓層に用いた光電変換装置を作製す
ることができる。
【０１４９】
本実施の形態は、他の実施の形態、および実施例と自由に組み合わすことができる。
【０１５０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２、３とは異なる構造の光電変換装置について図１６乃至
図１８を参照して説明する。なお、実施の形態２、３と共通する内容については、その詳
細を省略する。
【０１５１】
図１６（ａ）には、本発明の一態様における光電変換装置の断面模式図の例を示す。該光
電変換装置は、シリコン基板３００、該シリコン基板の一方の面に形成されたシリコン酸
化物層３１１上に形成された酸化物半導体層３１０、酸化物半導体層３１０上に形成され
た透光性導電膜３５０、該透光性導電膜と接する第１の電極３７０、該シリコン基板の他
方の面に形成された不純物領域３３０、および不純物領域３３０と接する第２の電極３９
０を含んで構成される。なお、第１の電極３７０はグリッド電極であり、第１の電極３７
０側が受光面となる。
【０１５２】
酸化物半導体層３１０には、他の実施の形態で説明した二酸化モリブデンおよび三酸化モ
リブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））を含有するｐ型
の導電性を有する酸化物半導体を用いることができる。例えば、三酸化モリブデン（Ｍｏ
Ｏ３）と、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン
（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））を含有する酸化モリブデンを用いる。酸化モリブデンは大気
中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
【０１５３】
本実施の形態において、シリコン基板３００にはｎ型の導電型を有するシリコン基板を用
いる。また、上述したように、酸化物半導体層３１０は、ｐ型の導電型を有する。したが
って、シリコン基板３００と酸化物半導体層３１０との間には、ＳＩＳ（Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有するｐ−ｎ
接合が形成される。
【０１５４】
酸化物半導体層３１０上には透光性導電膜３５０を形成することが好ましい。透光性導電
膜３５０を設けることによって、酸化物半導体層３１０と第１の電極３７０との間におけ
る抵抗損失を低減させることができる。ただし、酸化物半導体層３１０の抵抗が十分に低
い場合や、作製する光電変換装置が抵抗損失を無視できる低電流用途で用いられる場合は
、透光性導電膜３５０を設けない構造としてもよい。
【０１５５】
透光性導電膜３５０としては、実施の形態１で説明した透光性導電膜１５０と同じ材料を
用いることができる。
【０１５６】
不純物領域３３０は、ＢＳＦ層であり、シリコン基板３００と同じ導電型を有し、かつシ
リコン基板３００よりも高濃度のキャリアを有する領域である。ＢＳＦ層を設けることに
より、ｎ−ｎ＋接合が形成され、バンドベンディングによる電位障壁により第２の電極３
９０近傍での少数キャリアの再結合を防止することができる。
【０１５７】
また、図１６（ｂ）に図示したように、シリコン基板３００に凹凸加工を施したテクスチ
ャ構造としてもよい。受光面側に設けたテクスチャ構造は、入射光が多重反射することで
表面反射損失を低減することができる。また、テクスチャ構造は、光電変換領域のシリコ
ン基板の屈折率により光電変換領域内を光が斜めに入射されることから光路長が増大し、
光電変換領域内の裏面と表面で反射を繰り返すことで、所謂光閉じ込め効果を起こさせる
こともできる。テクスチャ構造は、図１６（ｂ）のように表裏両面、あるいは、表面のみ
、裏面のみに設けてもよい。
【０１５８】
シリコン酸化物層３１１には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、一酸化シリコン（ＳｉＯ）
、二酸化シリコンとシリコンの組成が混合された酸化シリコンなどの酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏｘ（ｘ＞０））、ならびに、シリコン、酸素および酸化物半導体層３１０を構成する金
属の化合物を用いることができる。シリコン酸化物層３１１の形成方法としては、電気炉
、プラズマＣＶＤ装置、プラズマ酸化処理装置などで酸化または成膜することで形成する
ことができる。また、シリコン基板３００と酸化物半導体層３１０を熱、赤外線、または
酸化物半導体層３１０の成膜時のエネルギーなどで反応させることにより形成することも
できる。なお、シリコン酸化物層３１１は半導体レベルの抵抗を有していてもよい。
【０１５９】
シリコン酸化物層３１１の膜厚は、０．５〜１０ｎｍとすることができる。より好ましく
は、０．５〜５ｎｍにする。シリコン酸化物層３１１は、上記シリコン基板３００と酸化
物半導体層３１０との間に形成されたｐ−ｎ接合間に介在するため、シリコン酸化物層３
１１はトンネル電流が流れる極薄膜とすることが好ましい。また、シリコン酸化物層３１
１は、シリコン基板３００と酸化物半導体層３１０の接合における格子ミスマッチの緩衝
層としての作用も有する。
【０１６０】
図１７は、図１６（ａ）中のＡ−Ｂ方向のエネルギーバンド構造の模式図の例である。こ
こでは、シリコン基板３００としてｎ型の導電型の単結晶シリコン、酸化物半導体層３１
０としてＭｏＯ３およびＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含むｐ型の導電型を有する酸化モリブ
デン、シリコン酸化物層３１１として酸化シリコン（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））、不純物領域
３３０として高濃度の不純物リンを添加したｎ＋型の単結晶シリコンを用いた例を示す。
図１７中、酸化物半導体層３１０のバンドギャップ中のエネルギー準位３１２は、図２に
示したＸＰＳスペクトルのピーク１１２として検出されるギャップ準位と同様のものであ
る。
【０１６１】
図１７（ａ）に示すように、シリコン酸化物層３１１がｐ型の酸化物半導体層３１０とｎ
型のシリコン基板３００のｐ−ｎ接合間に介在することにより、電子が移動する伝導帯側
、ホールが移動する価電子帯側ともに電位障壁ができる。ｎ型のシリコン基板３００中に
おける多数キャリアである電子にとっての伝導帯側の電位障壁は、ｎ型のシリコン基板３
００の空乏層領域におけるバンドベンディングによる電位障壁であり、、ｐ−ｎ接合間の
ダイオードとしての拡散電流、熱放出電流を低減することができ、光電変換装置の出力電
圧を向上させることに寄与することができる。
【０１６２】
他方、図１７（ａ）中、シリコン酸化物層３１１によるｎ型のシリコン基板３００中にお
ける少数キャリアであるホールにとっての価電子帯側の電位障壁は、光電変換層であるｎ
型のシリコン基板３００中で光吸収して励起された電子、ホール対ができた際に、そのホ
ールを移動する際に電位障壁となって光電流を得るのを妨げるように作用することになる
。しかし、シリコン酸化物層３１１は、極薄膜で形成するため、トンネル電流、または漏
れ電流が発生することができる。これにより、シリコン酸化物層３１１による伝導帯側の
電位障壁があっても、光電変換層であるｎ型のシリコン基板３００中で光吸収して励起さ
れた電子、ホール対ができた際に、そのホールは、電位障壁をトンネル電流、または漏れ
電流により流れることができ、電流として取り出すことができる。また、シリコン酸化物
層３１１の電位障壁に流れるトンネル電流がデバイスの動作機構である場合、、トンネル
電流の温度依存性が少ないことから、日射や気温上昇による光電変換装置の温度上昇によ
る出力低下を抑制することができる。
【０１６３】
酸化物半導体層３１０のエネルギーバンドギャップ中のエネルギー準位３１２によって、
ホールをキャリアとする電流を流すことができる。また、エネルギー準位３１２は、酸化
物半導体層３１０の価電子帯としてのエネルギーバンドとして振る舞うことでｐ型の導電
型を付与することができる。
【０１６４】
また、図１７（ｂ）は、シリコン酸化物層３１１を酸化シリコン（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））
で形成する場合のバンド図である。図示したように、シリコン酸化物層３１１のバンドギ
ャップ中にエネルギー準位を形成し、電流を取り出しやすくすることもできる。
【０１６５】
次に、図１６（ａ）、（ｂ）に示した光電変換装置の作製方法について説明する。図１６
（ａ）、（ｂ）に示した光電変換装置は、実施の形態２で説明した図８および図９の要領
で作製し、図８（ｃ）で説明した酸化物半導体層１１０を設ける前、あるいは同時にシリ
コン酸化物層３１１を設ければよい。または、図８（ｃ）の後で、酸化物半導体層１１０
とシリコン基板１００の界面で反応させてシリコン酸化物層３１１を形成すればよい。
【０１６６】
また、本発明の一態様における光電変換装置は、図１８（ａ）、（ｂ）に示す構造として
もよい。図１８（ａ）、（ｂ）に示す光電変換装置は、シリコン基板３００、該シリコン
基板の一方の面に形成されたシリコン酸化物層３１１、該シリコン酸化物層上に形成され
た酸化物半導体層３１０、、該酸化物半導体層上に形成された透光性導電膜３５０、該透
光性導電膜と接する第１の電極３７０、該シリコン基板の他方面に形成された該シリコン
基板と同じ導電型を有する不純物領域３３０およびパッシベーション層３８０該不純物領
域と接する第２の電極３９０を含んで構成される。
【０１６７】
パッシベーション層３８０には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン（Ｓｉ
ＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ＞０））、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞ｙ＞０））、酸化ア
ルミニウムなどを用いることができる。パッシベーション層３８０を設けることで、シリ
コン基板３００の裏面側における少数キャリアの再結合を低減させることができ、光電変
換装置の発電出力電圧を向上させることができる。また、シリコン基板よりも屈折率の小
さい材料をパッシベーション層３８０として用いることで、シリコン基板裏面の反射率を
上げることができ、光電変換装置の発電出力電流の向上にも寄与することができる。
【０１６８】
不純物領域３３０は、図１８（ａ）に示したようにシリコン基板裏面全面に設けた構造、
または、図１８（ｂ）に示したようにパッシベーション層３８０の開口部付近のみに不純
物領域３３０を設けた構造とすることができる。不純物領域３３０を設けることで少数キ
ャリア密度を低減できる一方で、不純物領域３３０とパッシベーション層３８０界面での
表面再結合速度は速くなるトレードオフの関係にある。したがって、作製工程に依るパッ
シベーション層３８０の表面再結合速度を考慮して、より良好な電気特性が得られるよう
に実施者が構造を決定すればよい。
【０１６９】
なお、図１６（ａ）、（ｂ）、および図１８（ａ）、（ｂ）の構成を任意に複合した構成
の光電変換装置としてもよい。
【０１７０】
本実施の形態は、他の実施の形態、および実施例と自由に組み合わすことができる。
【０１７１】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態２、３、４とは異なる構造の光電変換装置について図１９
、２０を参照して説明する。なお、実施の形態２、３、４と共通する内容については、そ
の詳細を省略する。
【０１７２】
図１９（ａ）、（ｂ）は、本発明の一態様における光電変換装置の断面図である。該光電
変換装置は、シリコン基板４００、該シリコン基板の一方の面に形成されたシリコン酸化
物層４１１、該シリコン基板の一方の面に該シリコン酸化物層を介して形成された酸化物
半導体層４１０、透光性導電膜４５０、および第１の電極４７０、並びに、該シリコン基
板の他方の面上に形成された第１のシリコン半導体層４０２、第２のシリコン半導体層４
０３、および第２の電極４９０を含んで構成される。なお、第１の電極４７０はグリッド
電極であり、第１の電極４７０側が受光面となる。
【０１７３】
また、図１９（ｂ）では、シリコン基板４００の表裏に凹凸加工を施したテクスチャ構造
の例を示している。テクスチャ構造に加工された面では入射光が多重反射し、光電変換領
域内には光が斜めに進行することから光路長が増大する。また、裏面からの反射光が表面
で全反射する、所謂光閉じ込め効果を起こさせることもできる。テクスチャ構造はシリコ
ン基板４００の表裏両面、あるいは、表面のみ、裏面のみに設けてもよい。
【０１７４】
本発明の一態様における酸化物半導体層４１０には、他の実施の形態で説明した二酸化モ
リブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ
＜３））を含有する酸化物半導体を用いることができる。
【０１７５】
シリコン酸化物層４１１には、実施の形態４で説明したシリコン酸化物層３１１と同じ材
料を用いることができる。シリコン酸化物層４１１の膜厚は、好ましくは０．５〜１０ｎ
ｍとし、より好ましくは、０．５〜５ｎｍとする。シリコン酸化物層４１１は、ｐ−ｎ接
合間に介在するため、トンネル電流が流れる極薄膜とすることが好ましい。また、シリコ
ン酸化物層４１１は、シリコン基板４００と酸化物半導体層４１０の接合における格子ミ
スマッチの緩衝層としての作用も有する。
【０１７６】
第１のシリコン半導体層４０２および第２のシリコン半導体層４０３には、実施の形態３
で説明した第１のシリコン半導体層３０２および第２のシリコン半導体層３０３のそれぞ
れと同じ材料を用いることができる。例えば、ｉ型のシリコン半導体層、またはシリコン
基板４００とは逆の導電性を有するシリコン半導体層を用いればよい。
【０１７７】
従来の光電変換装置では、シリコン材料を窓層としていたため、窓層における光吸収は大
きな損失となっていた。本発明の一態様では、光電変換装置の窓層として透光性を有する
金属酸化物を用いることにより、窓層での光吸収損失が低減し、光吸収領域において効率
良く光電変換を行うことできるようになる。
【０１７８】
また、本発明の一態様における光電変換装置は、図２０に示す構造としてもよい。図２０
に示す光電変換装置は、シリコン基板４００、該シリコン基板の一方の面に形成された第
３のシリコン半導体層４０１、該第３のシリコン半導体層４０１上に形成されたシリコン
酸化物層４１１、該シリコン酸化物層上に形成された酸化物半導体層４１０、透光性導電
膜４５０、および第１の電極４７０、並びに、該シリコン基板の他方の面上に形成された
第１のシリコン半導体層４０２、第２のシリコン半導体層４０３、および第２の電極４９
０を含んで構成される。
【０１７９】
第３のシリコン半導体層４０１は、実施の形態３で説明した第１のシリコン半導体層２０
１と同様の水素を含む欠陥の少ない半導体層を用いることができ、シリコン基板４００の
表面の欠陥を終端することができる。該半導体層には、非晶質シリコン半導体を用いるこ
とが好ましい。
【０１８０】
なお、図１９（ｂ）に示した光電変換装置は、実施の形態４で説明した図１７、１８の要
領で作製することができ、図１７（ｃ）で説明した第１のシリコン半導体層２０１の代わ
りにシリコン酸化物層４１１を設ければよい。
【０１８１】
また、図２０（ｂ）に示した光電変換装置は、実施の形態４で説明した図１７、１８の要
領で作製するこができ、図１８（ａ）で説明した酸化物半導体層２１０を設ける前、ある
いは同時にシリコン酸化物層４１１を設ければよい。または、酸化物半導体層４１０を形
成した後で、酸化物半導体層４１０とシリコン基板４００の界面で反応させてシリコン酸
化物層４１１を形成してもよい。
【０１８２】
なお、図１９（ａ）、（ｂ）、図２０（ａ）、（ｂ）のそれぞれの構成を任意に複合した
構成の光電変換装置としてもよい。
【０１８３】
本実施の形態は、他の実施の形態、および実施例と自由に組み合わすことができる。
【０１８４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態２、３、４、５とは異なる構造の光電変換装置について図
２１、２２を参照して説明する。なお、実施の形態２、３、４、５と共通する内容につい
ては、その詳細を省略する。
【０１８５】
図２１（ａ）は、本発明の一態様における光電変換装置の断面図である。該光電変換装置
は、シリコン基板５００、該シリコン基板の一方の面に形成された酸化物半導体層５１０
、透光性薄膜５５１、並びに、該シリコン基板の他方の面上に形成された第１の不純物領
域５２０、第２の不純物領域５３０、第１の電極５７０、および第２の電極５９０を含ん
で構成される。すなわち、裏面にのみに電極、および不純物領域を設けたバックコンタク
ト構造である。なお、シリコン基板５００の導電型はｐ型、ｎ型のどちらであってもよい
。また、透光性薄膜５５１は反射防止膜として機能し、必要に応じて設ければよい。
【０１８６】
シリコン基板５００の表面に設けられた酸化物半導体層５１０は、該シリコン基板と接続
された付近のバンドをベンディングすることや、酸化物半導体層５１０自体の電位障壁に
より、キャリアの再結合を抑制するパッシベーション効果を持つことができる。また、図
２１（ｂ）に示したように、酸化物半導体層５１０とシリコン基板５００の界面を反応さ
せてシリコン酸化膜層５１１を設けてもよい。シリコン酸化膜層５１１が界面に介在する
ことにより、より高い電位障壁ができ、パッシベーション効果を向上させることができる
。したがって、酸化物半導体層５１０は、バックコンタクト構造の光電変換装置の表面側
のパッシベーション膜として用いることができる。
【０１８７】
透光性薄膜５５１は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン（ＳｉＮｘＯ
ｙ（ｘ＞ｙ＞０））膜、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞ｙ＞０））膜、酸化チタ
ン膜、硫化亜鉛、フッ化マグネシウムなどを単層または積層して用いることができる。形
成膜厚は、反射防止膜として機能させるため、光学反射率が下げられるように構成すれば
よい。
【０１８８】
また、図２２（ａ）の光電変換装置は、一導電型を有するシリコン基板５００と、該シリ
コン基板の一方の面に形成された逆の導電型を有する酸化物半導体層５１０と、酸化物半
導体層５１０上に形成された透光性薄膜５５１と、シリコン基板５００と同じ導電型を有
し、該シリコン基板よりもキャリア濃度が高く、該シリコン基板の他方の面に形成された
不純物領域５４０と、及び該シリコン基板を貫通する開口部の壁面に形成されたパッシベ
ーション層５６０と、シリコン基板５００を貫通する開口部を通じて酸化物半導体層５１
０と接する第１の電極５７０と、不純物領域５４０に接する第２の電極５９０を含んで構
成される。
【０１８９】
図２２の構成において、酸化物半導体層５１０は、図２１の構成と同様にシリコン基板５
００の表面においてキャリアの再結合を抑制するパッシベーション効果を有するとともに
、シリコン基板５００との間で接合を形成する接合層としても作用する。また、図２２（
ｂ）に示したように、酸化物半導体層５１０とシリコン基板５００の界面を反応させてシ
リコン酸化膜層５１１を設けてもよい。
【０１９０】
なお、図２１（ａ）、（ｂ）、図２２（ａ）、（ｂ）のそれぞれの構成を任意に複合した
構成の光電変換装置としてもよい。
【０１９１】
本実施の形態は、他の実施の形態、および実施例と自由に組み合わすことができる。
【０１９２】
（実施の形態７）
本実施の形態は、本発明の一態様である光電変換装置およびその作製方法について説明す
る。
【０１９３】
実施の形態４で説明した図１６に示す光電変換装置では、バンド図（図２３参照）で示さ
れるように、シリコン基板３００よりも仕事関数が大きく、ｐ型の伝導性を有する酸化物
半導体層３１０である酸化モリブデン膜がｎ型のシリコン基板３００とのｐ−ｎ接合を有
する。また、電子が移動する伝導帯側にバンドベンディングによる電位障壁ができ、また
、そのｐ−ｎ接合間にシリコン酸化物層３１１介在することにより、電子が移動する伝導
帯側、ホールが移動する価電子帯側ともに電位障壁ができる。シリコン酸化物層３１１は
、シリコン基板３００と酸化物半導体層３１０の接合における格子ミスマッチの緩衝層と
しての作用を有する。また、シリコン酸化物層３１１は、光電流のホール電流を取り出す
側の価電子帯側に電位障壁が生じるため、トンネル電流として伝導させる極薄膜とするか
、絶縁性が低く、半導体レベルの導電性を有していることが好ましい。シリコン酸化物層
３１１の絶縁性が低い場合は、図示したようにバンドギャップ中に多くのエネルギー準位
３１３が形成されているため、該エネルギー準位を介した伝導により光電流が取り出しや
すくなる。
【０１９４】
酸化モリブデン膜のエネルギーバンドギャップ中のエネルギー準位３１２は、ホールを移
動することができる。また、エネルギー準位３１２が酸化物半導体層１１０の価電子帯と
してのエネルギーバンドとして振る舞うため、酸化モリブデン膜はｐ型の伝導性を有する
ことができる。
【０１９５】
また、例えば、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）と、二酸化モリブデンおよび三酸化モリブ
デンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））を約１０％含有する
酸化モリブデン膜のイオン化ポテンシャルは約６．４ｅＶであり、仕事関数としては５．
７ｅＶ〜６．１ｅＶ程度である。このため、上述したように、伝導帯側に高い電位障壁３
０１ａを形成することができる。上記構成の酸化モリブデンと、抵抗率が１Ω・ｃｍ程度
のｎ型シリコン基板を用いた場合の平衡状態における電位障壁３０１ａは、１．４ｅＶ〜
１．８ｅＶ程度であり、最大空乏層容量を考慮した有効な障壁高さは０．６６ｅＶ程度と
なり、図２４に示すようなダイオード電流成分となる電子の熱放出電流３０２ａは流れに
くい。一方、価電子帯側の電位障壁３０１ｂは、０．１９ｅＶ〜０．５９ｅＶ程度であり
、ホールの拡散電流３０２ｂが流れやすい。
【０１９６】
一般的に、ダイオード電流を抑制することで、理論上、高い開放電圧（Ｖｏｃ）を得るこ
とができる。ダイオード電流と開放電圧（Ｖｏｃ）の関係は、簡単には式（１）で与えら
れる。ここで、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度、ｑ：素電荷、ＩＬ：光電流、Ｉｄｏ：ダ
イオード電流における飽和電流（あるいは基本電流と呼ばれる）である。
【０１９７】
【数１】
0006329660.tif 000002
【０１９８】
したがって、図１６に示す構造の光電変換装置では、ダイオード電流成分であるホールの
拡散電流が多くなるため、開放電圧を高めるにはホールの拡散電流を抑制することが課題
となる。
【０１９９】
図２５（ａ）は本発明の一態様における光電変換装置の断面図である。該光電変換装置は
、ｎ型のシリコン基板６００、該シリコン基板の一方の面に形成されたシリコン酸化物層
６１１、該シリコン酸化物層上に形成されたｐ型の伝導性を有する酸化物半導体層６１０
、該酸化物半導体層上に形成された透光性導電膜６５０、該透光性導電膜上に形成された
第１の電極６７０、および該シリコン基板の他方の面に形成された第２の電極６９１を含
んで構成される。第１の電極６７０はグリッド電極であり、第１の電極６７０側が受光面
となる。なお、シリコン酸化物層６１１を設けない構成としてもよい。
【０２００】
図２５（ａ）の光電変換装置は、図１６の光電変換装置がＢＳＦ層として有する不純物領
域を有さない。また、図１６の光電変換装置の第２の電極３９０と図２５（ａ）の光電変
換装置第２の電極６９１とは材料が異なる。その他においては、図２５（ａ）の光電変換
装置は、図１６の光電変換装置と同じであってよい。
【０２０１】
第２の電極６９１には、シリコンよりも仕事関数の小さい材料を用いることができる。ま
た、第２の電極６９１の仕事関数は４．６ｅＶ以下が好ましく、４．２ｅＶ以下がより好
ましい。例えば、Ｍｇ、ＭｇＯ、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｃａ
Ｏ、ＧｄＢ、ＹＢ６、ＬａＢ６、Ｙ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｇｄから選
ばれた１つ以上の導体あるいは半導体材料を含むことが好ましい。また、ＡｌやＡｇなど
の低抵抗金属と積層する構造であってもよい。また、仕事関数の小さい材料としては、他
に、Ｋ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｅｕ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｕなどがある。
【０２０２】
このような材料を第２の電極６９１に用いると、図２６に示すようなバンド構造を得るこ
とができる。シリコン酸化物層６１１との界面に形成される電位障壁６０１ａ、６０１ｂ
以外に、第２の電極６９１との界面にもバンドベンディングによりホールの電位障壁６０
１ｃを形成することができ、電位障壁６０１ｂと電位障壁６０１ｃによるホールに対する
高い電位障壁を得ることができる。したがって、図２７に示すようにホールの拡散電流６
０２ｂを抑制することができる。つまり、電子の熱放出電流６０２ａとホールの拡散電流
６０２ｂの和であるダイオード電流を抑制することができ、高い開放電圧を得ることがで
きる。なお、ホールの電位障壁６０１ｃは、ダイオード電流と逆向きに流れる光電流が第
１の電極６７０、第２の電極６９１で電流として取り出せる際の妨げとはならない向きに
バンドベンディングされた電位障壁である。また、図２６に示すエネルギー準位６１２、
６１３は図２３に示すエネルギー準位３１２、３１３にそれぞれ相当する。
【０２０３】
また、図３３のように、第２の電極６９１とシリコン基板６００の間に、シリコンよりも
仕事関数の小さい半導体領域６９２を設けてもよい。半導体領域６９２の仕事関数は４．
６ｅＶ以下が好ましく、４．２ｅＶ以下がより好ましい。例えば、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｓｒ
Ｏ、ＣａＯなどから選ばれた１つ以上の半導体材料で形成することができる。このとき第
２の電極は、同上の述べた低仕事関数材料の導体で構成されることが好ましいが、低仕事
関数材料でなく、ＡｌやＡｇなどの低抵抗金属としてもよい。
【０２０４】
図１６の光電変換装置のような一般のダイオードにおけるホールの拡散電流（Ｉｄ，ｐ）
は、理論的には下式（２）、（３）で表される。
【０２０５】
【数２】
0006329660.tif 000003
【０２０６】
【数３】
0006329660.tif 000004
【０２０７】
また、図２５（ａ）の光電変換装置におけるホールの拡散電流は、下式（４）のようにな
る。
【０２０８】
【数４】
0006329660.tif 000005
【０２０９】
ここで、Ｉｄ，ｐ：ホールの拡散電流、Ｉｄ０，ｐ：ホールの拡散電流における飽和電流
、ｑ：素電荷、Ａ：面積、Ｄｐ：ホール拡散係数、Ｌｐ：ホール拡散長、ｐｎ０：平衡時
のｎ型シリコン基板中ホール密度、Ｗｎ：ｎ型シリコン基板厚さ、ＬＢ：裏面バンドベン
ディング幅、Ｉｎ→ｍ：シリコン基板裏面における価電子帯障壁通過ホール電流、Ｖ：酸
化物半導体層とシリコン基板間の電位差、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度、である。
【０２１０】
式（４）は、シリコン基板裏面側における価電子帯のホール障壁を越えるホール電流６０
２ｃ（図２７参照）をＩｎ→ｍとした境界条件を設けて、電流連続の方程式を解くことで
導くことができる。
【０２１１】
式（４）中のホール電流６０２ｃであるＩｎ→ｍは、厳密な解をもとめることは容易でな
いが、ある程度の近似のもとで求めることができる。Ｉｎ→ｍは、式（５）のように、ｎ
型シリコン基板の少数キャリアであるホールの熱放出的な電流Ｉｎ→ｍＴｈｅｒｍｏｎｉ
ｃと裏面バンドベンディングによる価電子帯の電位障壁をトンネルする電流Ｉｎ→ｍＴｕ
ｎｎｅｌにおける、平衡状態からの変化量の和と考えることができる。
【０２１２】
【数５】
0006329660.tif 000006
【０２１３】
ホールの熱放出的な電流Ｉｎ→ｍＴｈｅｒｍｏｎｉｃ（Ｐｎ，ＶＢ）は、シリコン基板裏
面付近のホールの分布をＭａｘｗｅｌｌ−Ｂｏｌｚｍａｎ速度分布とホールの速度を掛け
て、裏面バンドベンディングによるホール障壁を越えることができるホールの速度以上で
積分することで求められ、式（６）のように表すことができる。
【数６】
0006329660.tif 000007
【０２１４】
また、裏面バンドベンディングによる価電子帯の電位障壁をホールがトンネルする電流Ｉ
ｎ→ｍＴｕｎｎｅｌ（Ｐｎ，ＶＢ）は、ホールの熱放出電流に価電子帯の電位障壁をトン
ネルする確率を掛けて積分することで式（７）のように求めることができる。裏面バンド
ベンディングによる曲がった価電子帯バンドの電位障壁のトンネル確率を解析的にもとめ
ることは困難であるため、バンドの曲がりを一次関数で近似した三角ポテンシャルとし、
ＷＫＢ（Ｗｅｎｔｚｅｌ−Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ）近似を用いて計算すれ
ば、トンネル確率の近似解である式（７）を得ることができる。
【０２１５】
【数７】
0006329660.tif 000008
【０２１６】
ここで、Ｉｎ→ｍＴｈｅｒｍｏｎｉｃ（Ｐｎ，ＶＢ）：ホールキャリア密度Ｐｎと電位Ｖ
Ｂ時の価電子帯障壁を通過するホールの熱放出電流、Ｉｎ→ｍＴｕｎｎｅｌ（Ｐｎ，ＶＢ
）：ホールキャリア密度Ｐｎと電位ＶＢ時の価電子帯障壁をトンネルするホール電流、ｍ
ｈ＊：シリコン基板のホール有効質量、ＶＢ：シリコン基板と第２の電極間の電位差、φ
ｎ−ｍ：シリコン基板と第２の電極との仕事関数差、ｘ：シリコン基板の膜厚方向での位
置、である。
【０２１７】
一方、上で述べた式（４）の右辺第二項はＩｄ０，ｐ１を下げる項であり、式（４）の右
辺第一項は式（８）の大小関係が成立するため、式（３）のＩｄ０，ｐ２よりも小さい電
流値となることがいえる。
【０２１８】
【数８】
0006329660.tif 000009
【０２１９】
よって、式（３）よりも式（４）の飽和電流値が小さい関係Ｉｄ０，ｐ１≦Ｉｄ０，ｐ２
が成立する。したがって、本発明の一態様である図２５の光電変換装置を用いることで、
図１６の光電変換装置よりもホールの拡散電流を抑制することができ、式（１）から開放
電圧を向上させることができるといえる。
【０２２０】
本発明の一態様である光電変換装置は、ホールの拡散電流を抑制すること、および受光面
に加えて他方の面での電圧生成により、開放電圧を向上させることができる。
【０２２１】
また、本発明の一態様における光電変換装置は、図２５（ｂ）に示す構造であってもよい
。該光電変換装置は、図２５（ａ）の構成に不純物半導体領域６６０が加えられた構成で
ある。不純物半導体領域６６０を加えることにより、バンドベンディング幅を広げ、ホー
ルの電位障壁６０１ｃを高くすることでき、ホールの拡散電流６０２ｂを抑制しやすくな
る。
【０２２２】
なお、不純物半導体領域６６０は、シリコン基板６００よりもキャリア濃度の低い領域と
してもよい。例えば、不純物半導体領域６６０は、シリコン基板６００とは逆の導電型を
付与する不純物を添加することにより形成することができる。また、シリコン基板６００
よりもキャリア濃度の低いシリコン膜を成膜することにより形成してもよい。不純物半導
体領域６６０の厚さは、バンドベンディングの空乏層幅よりも薄くすることが望ましい。
不純物半導体領域６６０の幅すべてがバンドベンディングされていれば、光電流の取り出
しの妨げとはならず好ましい。
【０２２３】
なお、不純物半導体領域６６０は、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層
として、シリコン基板６００と同じ導電型を有し、かつシリコン基板６００よりも高濃度
のキャリアを有する領域としてもよい。ＢＳＦ層を設けることにより、ｎ−ｎ＋接合また
はｐ−ｐ＋接合が形成される。それにより、バンドベンディングによる電位障壁ができる
。また、それに加えて、低仕事関数材料で構成された第２の電極６９１によるバンドベン
ディングの電位障壁も得られ、第２の電極６９１近傍での少数キャリアの再結合の抑制効
果が得られることで、ホールの拡散電流を抑制することができる。
【０２２４】
また、本発明の一態様における光電変換装置は、図２８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構
造としてもよい。図２８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す光電変換装置は、ｎ型のシリコン
基板６００、該シリコン基板の一方の面に形成されたｐ型の伝導性を有する酸化物半導体
層６１０、該酸化物半導体層上に形成された透光性導電膜６５０、該透光性導電膜上に形
成された第１の電極６７０、シリコン基板６００の他方の面に形成されたパッシベーショ
ン層６８０、該シリコン基板と接する第２の電極６９１を含んで構成される。
【０２２５】
パッシベーション層６８０には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン（
ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ＞０））膜、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞ｙ＞０））膜
、酸化アルミニウム膜などの絶縁膜を用いることができる。パッシベーション層６８０を
設けることで、シリコン基板６００の裏面側における少数キャリアの再結合を低減させる
ことができ、光電変換装置の発電出力電圧を向上させることができる。また、シリコン基
板よりも屈折率が小さい材料で形成された膜をパッシベーション層６８０として用いるこ
とで、シリコン基板裏面での反射率を上げることができる。したがって、前述した光電変
換装置の開放電圧を向上させる効果のほか、発電出力電流を向上させることもできる。
【０２２６】
図２８（ａ）に示す光電変換装置の構造は、パッシベーション層６８０に設けた開口部で
シリコン基板６００と第２の電極６９１とが接する構造である。また、図２８（ｂ）に示
す光電変換装置の構造は、パッシベーション層６８０の開口部付近のみに不純物半導体領
域６６０を設け、該開口部で不純物半導体領域６６０と第２の電極６９１とが接する構造
である。図２８（ｂ）の構造の光電変換装置では、図２５（ｂ）の光電変換装置と同様に
、不純物半導体領域６６０を設けることによりホールの拡散電流６０２ｂを抑制しやすく
なる。また、図２８（ｃ）に示す光電変換装置の構造は、シリコン基板６００の受光面の
他方の面に不純物半導体領域６６０を設け、該開口部で不純物半導体領域６６０と第２の
電極６９１とが接する構造である。図２８（ｃ）の構造の光電変換装置では、図２５（ｃ
）の光電変換装置と同様に、不純物半導体領域６６０を設けることによりパッシベーショ
ン層６８０を介して、シリコン基板６００および不純物半導体領域６６０にバンドベンデ
ィングが得られ、ホールの拡散電流６０２ｂを抑制しやすくなる。
【０２２７】
また、図２５（ａ）および図２８（ａ）の構造の光電変換装置においては、シリコン基板
６００の導電型をｎ型ではなく、ｉ型としてもよい。光電変換層のシリコン基板自体のキ
ャリアを低濃度化させることで、表面側の電子の電位障壁が下がるものの、裏面側のホー
ルの電位障壁およびバンドベンディング幅が得られやすくなる。また、ｉ型のシリコン基
板を用いるため、キャリア濃度が極めて低いことにより拡散長を長くすることができる。
それにより、電子の熱放出電流とホールの拡散電流で構成される総合的なダイオード電流
の低減が可能、および、酸化物半導体層６１０とシリコン基板６００の接合間に加えてシ
リコン基板６００と第２の電極６９１接合間の両方で光起電力による電圧生成をすること
ができる。
【０２２８】
酸化物半導体層６１０は、複数の酸化物を混合することにより、導電型を変化させること
ができる。例えば、酸化モリブデンでは、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）と、二酸化モリ
ブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜
３））とを含む混合組成物とすることで、ｐ型の伝導性を付与することができる。上記混
合組成物においては、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を４％以上含む組成とすることで、高濃度
のキャリアを有するｐ型半導体として振る舞うことができる。ここで、ｐ型の伝導性とは
、フェルミ準位が伝導帯より価電子帯に近いこと、あるいはｐ型のキャリアであるホール
を移動することができることを指す以外に、逆の導電型であるｎ型の伝導性を有する材料
と接続した際に仕事関数の差によるバンドベンディングによっても、ｎ型の伝導性を有す
る半導体材料との接合した素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性が整流性を示すものを含むこ
ととする。
【０２２９】
上記の二酸化モリブデンおよび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（Ｍ
ｏＯｙ（２＜ｙ＜３））には、例えば、Ｍｏ２Ｏ５、Ｍｏ３Ｏ８、Ｍｏ８Ｏ２３、Ｍｏ９
Ｏ２６、Ｍｏ４Ｏ１１、Ｍｏ１７Ｏ４７、Ｍｏ５Ｏ１４などや、ＭｏＯ３中の一部の酸素
原子が欠損してＭｏＯ２とＭｏＯ３の中間的な組成となったものを用いることができる。
これらは、ＭｏＯ３を原料として、その一部を還元することにより形成することができる
。
【０２３０】
また、酸化モリブデン膜はパッシベーション効果が高く、シリコン表面の欠陥を低減させ
ることができ、キャリアのライフタイムを向上させることができる。
【０２３１】
また、本発明の一態様における光電変換装置は、図２９（ａ）、（ｂ）、図３０（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示すように、シリコン酸化物層６１１を有さない構造としてもよい。シ
リコン酸化物層６１１を有さず、かつシリコン基板６００と酸化物半導体層６１０の界面
再結合が少なければ、シリコン酸化物層６１１の抵抗による電圧降下が低減でき、出力を
向上させることができる。
【０２３２】
次に、図２５（ａ）に示した光電変換装置の作製方法については、実施の形態４で説明し
た図１６の光電変換装置の作製方法を参照することができる。なお、シリコン基板６００
の他方の面上に形成する第２の電極６９１としては、Ｍｇ、ＭｇＯ、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ
、ＡｌＬｉ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＧｄＢ、ＹＢ６、ＬａＢ６、Ｙ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｇｄから選ばれた１つ以上の材料を含むことが好ましい。これら
の材料を用いた第２の電極６９１は、スパッタ法や蒸着法などで形成することができる。
また、上記材料とＡｌやＡｇなどの低抵抗金属、または銀ペーストなどの導電性樹脂を積
層した構成としてもよい。
【０２３３】
また、図３３（ａ）の構成の光電変換装置を形成するには、第２の電極６９１を形成する
工程の前に、半導体領域６９２を形成すればよい。半導体領域６９２として、例えば、Ｍ
ｇＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯなどから選ばれた１つ以上の半導体材料で形成することが
できる。このとき第２の電極６９１は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬ
ｉ、ＧｄＢ、ＹＢ６、ＬａＢ６、Ｙ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｇｄから選
ばれた１つ以上の導体で形成することができる。
【０２３４】
また、図３３（ｂ）の構成の光電変換装置を形成するには、第２の電極６９１を形成する
工程の前に、シリコン基板６００とは逆の導電型を付与する不純物をシリコン基板６００
の他方の面に拡散させて、不純物半導体領域６６０し、半導体領域６９２を形成すればよ
い。不純物半導体領域６６０は、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどを拡散さ
せる。また、プラズマＣＶＤ法などにより、ｎ−型またはｐ−型の非晶質シリコン膜や微
結晶シリコン膜をシリコン基板６００の他方の面上に成膜して不純物半導体領域６６０を
形成してもよい。また、不純物半導体領域６６０の代替として、ｉ型の非晶質シリコン膜
や微結晶シリコン膜を用いてもよい。また、半導体領域６９２は、例えば、ＭｇＯ、Ｂａ
Ｏ、ＳｒＯ、ＣａＯなどから選ばれた１つ以上の半導体材料で形成することができる。こ
のとき第２の電極１９１は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＧｄＢ
、ＹＢ６、ＬａＢ６、Ｙ、Ｈｆ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｇｄから選ばれた１つ
以上の導体で形成することができる。
【０２３５】
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わすことができる。
【０２３６】
（実施の形態８）
上述の酸化物半導体材料は、金属、ｉ型半導体材料、またはｎ型半導体材料などと接合を
形成することにより、トランジスタ、ダイオード、光電変換装置、電気光学装置、発光表
示装置、記憶装置、撮像装置、半導体回路および電子機器などの様々な半導体装置に適用
することができる。例えば、トランジスタのチャネル領域に用いることにより、ｐチャネ
ル型のトランジスタを形成することができる。また、ｉ型半導体層、および／またはｎ型
半導体層との組み合わせにより、ｐ−ｉ接合デバイス、ｐ−ｉ−ｎ接合デバイス、ｐ−ｎ
接合デバイスなどを形成することができる。該酸化物半導体材料を用いることにより、シ
リコン系半導体材料を用いた場合とは異なる光学特性および／または電気特性を有する半
導体装置を形成することができ、半導体装置の電気特性の向上、信頼性の向上、低消費電
力化など様々な利点を得ることができる。本実施の形態では、上該半導体装置を電子機器
に適用する場合について、図３１を用いて説明する。本実施の形態では、コンピュータ、
携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯情報端末（携帯型ゲーム機、音響
再生装置なども含む）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、電子ペーパー、テレビ
ジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）などの電子機器に、該半導体
装置を適用する場合について説明する。
【０２３７】
図３１（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、筐体１７０１、筐体１７０
２、表示部１７０３、キーボード１７０４などによって構成されている。筐体１７０１と
筐体１７０２内に設けられた少なくとも一つ以上の半導体装置は、本発明の一態様である
酸化物半導体材料を用いて形成することができる。
【０２３８】
図３１（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体１７１１には、表示部１７１３と
、外部インターフェース１７１５と、操作ボタン１７１４等が設けられている。また、携
帯情報端末を操作するスタイラス１７１２などを備えている。本体１７１１内に設けられ
た半導体装置は、本発明の一態様である酸化物半導体材料を用いて形成することができる
。
【０２３９】
図３１（Ｃ）は、電子ペーパーを実装した電子書籍である、電子書籍１７２０は、筐体１
７２１と筐体１７２３の２つの筐体で構成されている。筐体１７２１および筐体１７２３
には、それぞれ表示部１７２５および表示部１７２７が設けられている。筐体１７２１と
筐体１７２３は、軸部１７３７により接続されており、該軸部１７３７を軸として開閉動
作を行うことができる。また、筐体１７２１は、電源１７３１、操作キー１７３３、スピ
ーカー１７３５などを備えている。筐体１７２１および筐体１７２３内に設けられた少な
くとも一つ以上の半導体装置は、本発明の一態様である酸化物半導体材料を用いて形成す
ることができる。
【０２４０】
図３１（Ｄ）は、携帯電話機であり、筐体１７４０と筐体１７４１の２つの筐体で構成さ
れている。さらに、筐体１７４０と筐体１７４１は、スライドし、図３１（Ｄ）のように
展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能で
ある。また、筐体１７４１は、表示パネル１７４２、スピーカー１７４３、マイクロフォ
ン１７４４、タッチパネル１７４５、ポインティングデバイス１７４６、カメラ１７４７
、外部接続端子１７４８などを備えている。また、筐体１７４０は、携帯電話機の充電を
行う太陽電池１７４９、外部メモリスロット１７５０などを備えている。また、アンテナ
は、筐体１７４１に内蔵されている。筐体１７４０および筐体１７４１内に設けられた少
なくとも一つ以上の半導体装置は、本発明の一態様である酸化物半導体材料を用いて形成
することができる。
【０２４１】
図３１（Ｅ）は、デジタルカメラであり、本体１７６１、表示部１７６７、接眼部１７６
３、操作スイッチ１７６４、表示部１７６５、バッテリー１７６６などによって構成され
ている。本体１７６１内に設けられた少なくとも一つ以上の半導体装置は、本発明の一態
様である酸化物半導体材料を用いて形成することができる。
【０２４２】
図３１（Ｆ）は、テレビジョン装置であり、筐体１７７１、表示部１７７３、スタンド１
７７５などで構成されている。テレビジョン装置１７７０の操作は、筐体１７７１が備え
るスイッチや、リモートコントローラ１７８０により行うことができる。筐体１７７１お
よびリモートコントローラ内に設けられた少なくとも一つ以上の半導体装置は、本発明の
一態様である酸化物半導体材料を用いて形成することができる。
【０２４３】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【実施例１】
【０２４４】
本実施例では、本発明の一態様である酸化モリブデン膜（ＭｏＯ３＋ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜
３））を用いて作製したダイオード素子の電気特性に関して説明する。
【０２４５】
実施の形態１において詳細を説明したＭｏＯ３およびＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含む酸化
モリブデン膜を用いてダイオードを作製し、電気特性を評価した。酸化モリブデン膜の導
電型は、導電型やキャリア濃度の異なるシリコン基板との接続によって形成されたダイオ
ードの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性から判断することができる。
【０２４６】
作製したダイオードの素子は、一導電型を有する単結晶シリコン基板と、該単結晶シリコ
ン基板の一方の面に成膜された酸化モリブデン膜と、該単結晶シリコン基板の他方の面に
成膜された該単結晶シリコン基板と同じ導電型を有する非晶質シリコン膜と、該酸化モリ
ブデン膜上に成膜されたアルミニウム電極と、該非晶質シリコン膜上に成膜されたアルミ
ニウム電極で構成される。
【０２４７】
単結晶シリコン基板には、ｎ型の導電型を付与する不純物としてリン（Ｐ）を添加したｎ
型の単結晶シリコン、あるいはｐ型の導電型を付与する不純物としてホウ素（Ｂ）を添加
したｐ型の単結晶シリコンの２種類を用いた。
【０２４８】
酸化モリブデン膜の膜厚は５０ｎｍとし、実施の形態１で説明した方法で形成した。
【０２４９】
非晶質シリコン膜は、プラズマＣＶＤ法にて形成した。ｎ型の単結晶シリコン基板を用い
た場合は、ｎ型の非晶質シリコンを形成し、ｐ型の単結晶シリコン基板を用いた場合は、
ｐ型の非晶質シリコンを成膜した。ｎ型の非晶質シリコンは、モノシラン（ＳｉＨ４）と
水素希釈されたホスフィン（ＰＨ３）を混合したガスをプラズマ励起させて成膜した。ｐ
型の非晶質シリコンは、モノシラン（ＳｉＨ４）と水素希釈されたジボランガス（Ｂ２Ｈ
６）を混合したガスをプラズマ励起させて成膜した。なお、非晶質シリコン膜は、作製す
るダイオード素子において単結晶シリコンと金属電極との間でショットキー接合が形成さ
れることを防止し、オーミックな接合を形成するために上記単結晶シリコン基板よりもキ
ャリア濃度が高くなるように形成した。したがって、非晶質シリコン膜を成膜する以外に
、単結晶シリコン基板にシリコン基板と同じ導電型を付与する不純物を熱拡散させた領域
を設けてもよい。ここでは、シリコン基板と同じ導電型を有する非晶質シリコン膜を用い
、膜厚は１０ｎｍとした。
【０２５０】
該酸化モリブデン膜上に成膜されたアルミニウム電極、および該非晶質シリコン膜上に成
膜されたアルミニウム電極は、抵抗加熱による蒸着法にて形成した。
【０２５１】
以上の方法で、酸化モリブデン膜と単結晶シリコン基板を接合させてダイオードを作製し
た。作製したダイオードの電気特性は、単結晶シリコン側の電極をグランドとして、酸化
モリブデン側の電極に電圧を印加して、Ｉ−Ｖ特性を測定した。
【０２５２】
図４（ａ）はｎ型のシリコン基板上に、図４（ｂ）はｐ型のシリコン基板上に、それぞれ
酸化モリブデン膜を形成した素子のＩ−Ｖ特性である。該酸化モリブデン膜は、ＭｏＯ３
およびＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含む混合組成物である。
【０２５３】
ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含有する割合が約３％以下の酸化モリブデン膜を用いた素子で
は、図４（ａ）、４（ｂ）とも整流性を示している。一方、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含
有する割合が約４％以上の酸化モリブデン膜を用いた素子では、図４（ａ）では整流性を
示し、図４（ｂ）ではオーム性を示している。
【０２５４】
したがって、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を約４％以上含む酸化モリブデン膜を用いた場合、
ｎ型シリコン基板との接合時にはｐ−ｎ接合、ｐ型シリコン基板との接合時にｐ−ｐ接合
が形成されているといえる。
【０２５５】
また、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含有する割合が約４％以上の酸化モリブデン膜は、ヘテ
ロ接合でもｎ型のシリコン基板との接合時のみ整流性を示すことから高濃度のキャリアを
有するｐ型の導電型であることがわかる。
【０２５６】
なお、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）が約３％以下の酸化モリブデン膜では、バンドギャップの
異なるヘテロ接合のため、ｎ型のシリコン基板を用いた素子、ｐ型のシリコン基板を用い
た素子ともに整流性を示す。そのため、フェルミ準位が価電子帯側に近いか、伝導帯側に
近いか、特定が困難である。すなわち、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）が約３％以下では、ｎ型
の導電型、ｉ型の導電型、ｐ型の導電型とも特定されない。
【０２５７】
上記の実験により、ＭｏＯ３およびＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）の混合組成物からなる酸化モ
リブデン膜において、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を約４％以上含む酸化モリブデン膜は、ｐ
型の導電型を有する酸化物半導体材料であることが示された。
【０２５８】
本実施例は、実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【実施例２】
【０２５９】
本実施例では、本発明の一態様の光電変換装置に関する実験結果を説明する。
【０２６０】
実施の形態１で詳細を説明した、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）と、二酸化モリブデンお
よび三酸化モリブデンの中間組成を有する酸化モリブデン（ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３））を
含む酸化モリブデン膜を酸化物半導体層として用いた光電変換装置の電気特性を評価した
。
【０２６１】
作製した光電変換装置には、実施の形態５の図１９（ｂ）に示した構造を用いた。酸化物
半導体層４１０には上記酸化モリブデン膜を用い、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含有する割
合を約２２％として作製した光電変換装置をセルＡ、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含有する
割合を約１０％として作製した光電変換装置をセルＢ、ＭｏＯｙ（２＜ｙ＜３）を含有す
る割合を約３％として作製した光電変換装置をセルＣとした。
【０２６２】
なお、本発明の一態様の光電変換装置の構成を有するセルＡ、およびセルＢにおける酸化
物半導体層４１０は、実施の形態１で説明した蒸着法で成膜した酸化モリブデンで形成し
、シリコン酸化物層４１１は、その成膜時におけるシリコン基板４００との界面での反応
により二酸化シリコン膜とシリコン膜の混合物で形成した。セルＣの酸化物半導体層４１
０は、スパッタ法で成膜した酸化モリブデンで形成し、シリコン酸化物層４１１は、その
成膜時におけるシリコン基板４００との界面での反応により形成した。
【０２６３】
セルＡ、セルＢ、セルＣともにシリコン基板４００には、ｎ型単結晶シリコン基板を用い
た。セルＡ、Ｃの酸化物半導体層４１０の膜厚は約３〜１０ｎｍ、セルＢの酸化物半導体
層４１０の膜厚は約４７〜５０ｎｍとした。また、シリコン基板４００と酸化物半導体層
４１０の界面に形成したシリコン酸化物層３１１の膜厚は約４〜７ｎｍであった。セル面
積は、セルＡ、セルＢ、セルＣともに１００ｃｍ２とした。
【０２６４】
図３２は、作製したセルＡ、セルＢ、セルＣのＩ−Ｖ特性である。測定は、ソーラーシミ
ュレータにより発生させた疑似太陽光（ＡＭ１．５Ｇ、照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ２）
を用い、温度２５℃環境下で行った。それぞれ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は、セルＡが３
２．８ｍＡ／ｃｍ２、セルＢが２９．４ｍＡ／ｃｍ２、セルＣが０．０１ｍＡ／ｃｍ２で
あり、開放電圧（Ｖｏｃ）は、セルＡが０．６４２Ｖ、セルＢが０．６３５Ｖ、セルＣが
０．０２８Ｖとなり、セルＡ、セルＢが高い電気特性を示し、またセルＡが最も高い電気
特性結果となった。
【０２６５】
上記の結果より、セルＡ、セルＢが、良好なｐ型の導電型を有する酸化物半導体層を有し
ているといえる。また、セルＡ、セルＢは、酸化物半導体層中をｐ型の伝導キャリアであ
るホールを移動することができるため、光吸収して励起されたホールを酸化物半導体層側
の電極で収集することができる。したがって、本発明の一態様の光電変換装置の構成を有
するセルＡ、およびセルＢは、大きな短絡電流密度（Ｊｓｃ）を得ることができる。
【０２６６】
本実施例は、実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２６７】
１００    シリコン基板
１１０    酸化物半導体層
１１２    ピーク
１１３    ピーク
１３０    不純物領域
１５０    透光性導電膜
１７０    電極
１８０    パッシベーション層
１９０    電極
１９１    電極
２００    シリコン基板
２０１    シリコン半導体層
２０２    シリコン半導体層
２０３    シリコン半導体層
２１０    酸化物半導体層
２５０    透光性導電膜
２７０    電極
２８０    透光性導電膜
２９０    電極
３００    シリコン基板
３０１ａ    電位障壁
３０１ｂ    電位障壁
３０２    シリコン半導体層
３０２ａ    熱放出電流
３０２ｂ    拡散電流
３０３    シリコン半導体層
３１０    酸化物半導体層
３１１    シリコン酸化物層
３１２    エネルギー準位
３１３    エネルギー準位
３３０    不純物領域
３５０    透光性導電膜
３７０    電極
３８０    パッシベーション層
３９０    電極
４００    シリコン基板
４０１    シリコン半導体層
４０２    シリコン半導体層
４０３    シリコン半導体層
４１０    酸化物半導体層
４１１    シリコン酸化物層
４５０    透光性導電膜
４７０    電極
４９０    電極
５００    シリコン基板
５１０    酸化物半導体層
５１１    シリコン酸化膜層
５２０    不純物領域
５３０    不純物領域
５４０    不純物領域
５５１    透光性薄膜
５６０    パッシベーション層
５７０    電極
５９０    電極
６００    シリコン基板
６０１ａ    電位障壁
６０１ｂ    電位障壁
６０１ｃ    電位障壁
６０２ａ    熱放出電流
６０２ｂ    拡散電流
６０２ｃ    ホール電流
６１０    酸化物半導体層
６１１    シリコン酸化物層
６１２    エネルギー準位
６１３    エネルギー準位
６５０    透光性導電膜
６６０    不純物半導体領域
６７０    電極
６８０    パッシベーション層
６９１    電極
６９２    半導体領域
１４８６    入射エネルギー
１７０１    筐体
１７０２    筐体
１７０３    表示部
１７０４    キーボード
１７１１    本体
１７１２    スタイラス
１７１３    表示部
１７１４    操作ボタン
１７１５    外部インターフェース
１７２０    電子書籍
１７２１    筐体
１７２３    筐体
１７２５    表示部
１７２７    表示部
１７３１    電源
１７３３    操作キー
１７３５    スピーカー
１７３７    軸部
１７４０    筐体
１７４１    筐体
１７４２    表示パネル
１７４３    スピーカー
１７４４    マイクロフォン
１７４５    タッチパネル
１７４６    ポインティングデバイス
１７４７    カメラ
１７４８    外部接続端子
１７４９    太陽電池
１７５０    外部メモリスロット
１７６１    本体
１７６３    接眼部
１７６４    操作スイッチ
１７６５    表示部
１７６６    バッテリー
１７６７    表示部
１７７０    テレビジョン装置
１７７１    筐体
１７７３    表示部
１７７５    スタンド
１７８０    リモートコントローラ
【図１】
0006329660.tif 000010
【図２】
0006329660.tif 000011
【図３】
0006329660.tif 000012
【図４】
0006329660.tif 000013
【図５】
0006329660.tif 000014
【図６】
0006329660.tif 000015
【図７】
0006329660.tif 000016
【図８】
0006329660.tif 000017
【図９】
0006329660.tif 000018
【図１０】
0006329660.tif 000019
【図１１】
0006329660.tif 000020
【図１２】
0006329660.tif 000021
【図１３】
0006329660.tif 000022
【図１４】
0006329660.tif 000023
【図１５】
0006329660.tif 000024
【図１６】
0006329660.tif 000025
【図１７】
0006329660.tif 000026
【図１８】
0006329660.tif 000027
【図１９】
0006329660.tif 000028
【図２０】
0006329660.tif 000029
【図２１】
0006329660.tif 000030
【図２２】
0006329660.tif 000031
【図２３】
0006329660.tif 000032
【図２４】
0006329660.tif 000033
【図２５】
0006329660.tif 000034
【図２６】
0006329660.tif 000035
【図２７】
0006329660.tif 000036
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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