(57)【要約】  本発明は、異種基板に適用した半導体薄膜中の平均単結晶サイズ、特に単結晶の直径を、従来方法に関して１桁増加させることのできる方法に関する。本方法は、半導体薄膜を第１の工程で異種基板に適用することを特徴とする。その後、異種基板を半導体薄膜が溶融するような程度まで加熱する。その後、温度を半導体材料の溶融温度の下までゆっくりと低下させる。冷却プロセスの間、異種基板の表面から生じ、温度が半導体薄膜を通して垂直に薄膜の表面に鉛直方向に連続的に低下するような方法で異種基板を加熱する。それによって、半導体薄膜の溶融温度よりも下まで温度をゆっくり低下させる間に反対方向に薄膜が結晶するか、むしろ固化することを確保する。言い換えれば、薄膜の露出面の原子層が直接に、最初に結晶化し、それからその次により深い原子層の結晶化が続き、そしてついに最後に、異種基板の表面のすぐ近くの原子層が結晶化する。薄膜の露出面の原子層は直接に、結晶化の間に干渉されることなく自由に自らを配向させることができ、それによっていくつかの原子層の厚さの大きな単結晶の形成が促進される。前記の大きな単結晶は、その後、前記の大きな単結晶の厚さが異種基板の表面の方向に増加するような方法で、次に深い原子層の成長核として使用される。異種基板の表面のすぐ近くの原子層だけが結晶化の間に干渉され、非晶質または多結晶境界層に分解される。薄膜を通して垂直な上述の温度の推移を確実にするために、異種基板の下側に平面的に適用した熱源か、または電流の通過による異種基板の加熱を、加熱の種類として選択しなければならない。本方法は、非常に効率的な薄膜太陽電池を製造するのに特に適している。本方法はまた、高温半導体薄膜の高品質アニーリングにも適している。【選択図】図１
2015522949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体薄膜を作成するための方法であって、
ａ）異種基板上に、多結晶半導体材料の薄層を適用する工程と；
ｂ）前記異種基板を、前記半導体薄膜の溶融温度よりも高い温度で前記半導体薄膜が溶融するまで加熱し、その後、温度を前記半導体薄膜の溶融温度よりも下まで、および前記半導体薄膜が固化するまでゆっくりと低下させ、次にさらに標準温度まで低下させる工程；
ｃ）温度を前記半導体薄膜の溶融温度よりも下まで低下させるときに、前記異種基板と前記薄膜との接触面から前記半導体薄膜を通して前記薄膜の表面まで、真っ直ぐ鉛直方向に連続的に温度を低下させるように前記異種基板を加熱する工程
の組合せを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記異種基板が、平面または曲面を有する薄肉のプレートまたはシートからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記多結晶半導体材料の薄層が適用される前に、前記異種基板がすでに半導体薄膜を備えていることを特徴とする、請求項１および２に記載の方法。
【請求項４】
相互に重なり合っている前記半導体薄膜が、異なる半導体材料で構成され、異なるドーピングを施され得ることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
反応圧力容器内での前記異種基板上への薄膜多結晶半導体材料の前記適用が、蒸着および以下の：
ｄ）堆積の前に、反応気体を、所定量で所定圧力に達するまで前記反応圧力容器の中に導入する工程；
ｅ）次に、堆積の間は前記反応圧力容器の入口および出口を閉じて、蒸着を実施する工程；
ｆ）堆積が終了したら、残留気体を前記反応器から排出する工程
の組合せによって実施されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
異種基板として機能する１以上の別のシートが、適したキャリア構造によっていくつかの平面の上に積層されて伸びていることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記異種基板の加熱が、前記異種基板に直流を通過させることにより実施されることを特徴とする、請求項１〜６に記載の方法。
【請求項８】
以下の工程：
ｇ）異種基板上に、均質な薄い多結晶ＳｉＣ層を適用する工程；
ｈ）前記層のアニーリングを１０００℃よりも高い温度で実施し；その後、温度をゆっくりと低下させる工程；
ｉ）アニーリング中、およびその後に続く冷却プロセス中は、前記異種基板と前記薄膜との接触面から前記半導体薄膜を通して前記薄膜の表面まで、真っ直ぐ鉛直方向に連続的に温度を低下させるように前記異種基板を加熱する工程
の組合せによって実施されることを特徴とする、半導体薄膜を作成するための方法。
【請求項９】
前記薄い多結晶ＳｉＣ層の適用の前に、前記異種基板がすでに半導体薄膜を備えていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
異種基板、例えば金属、ガラス、セラミックスまたはグラファイトなどの上に半導体薄膜の製造する主目的は、可能な限り大きい半導体単結晶を有する薄膜を生成することである。半導体単結晶のサイズ、すなわち、直径および厚さは薄膜、特に単結晶のサイズが太陽電池の効率に直接的な影響を及ぼす薄膜太陽電池の品質を著しく決定する。
【背景技術】
【０００２】
異種基板と半導体の結晶構造が異なると、薄膜において好ましくは大きい半導体単結晶の形成または成長が妨げられる傾向がある。結果的に、適した製造方法は、前述の悪影響を最低限に保つ必要がある。
【０００３】
従来の方法は、主に、ＰＶＤ（物理的蒸着）、ＣＶＤ（化学気相成長）、またはＰＥＣＶＤ（物理的に強化したＣＶＤ）法によって多結晶半導体材料を異種基板に適用し、その後に、帯域溶融法または高い温度での薄膜のヒーリング（アニーリング）によって薄膜の平均単結晶サイズを増大させることからなる。集中的な研究にもかかわらず、これまで前記の方法のどれもが直径数ｍｍおよび厚さ約５０μｍを超える平均単結晶サイズを得ることができなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、薄膜中の平均単結晶サイズ、特に単結晶の直径を経済的に１桁増加させることのできる方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の方法は、以下の工程：
ａ）異種基板上に、多結晶半導体材料の薄層を適用する工程；
ｂ）異種基板を、半導体薄膜の溶融温度よりも高い温度で半導体膜が溶融するまで加熱し、その後、温度を半導体薄膜の溶融温度よりも下まで、および半導体薄膜が固化するまでゆっくりと低下させ、次にさらに標準温度まで低下させる工程；
ｃ）温度を半導体薄膜の溶融温度よりも下まで低下させる間、異種基板と薄膜との接触面から半導体薄膜を通して薄膜の表面まで、真っ直ぐ鉛直方向に連続的に温度を低下させるように異種基板を加熱する工程
の組合せを特徴とする。
【０００６】
工程ｃ）は、可能な限り大きい単結晶の形成の決め手となる。異種基板と薄膜との接触面から出発し、半導体薄膜を通して薄膜の表面まで、真っ直ぐ鉛直方向に連続的に温度を低下させるという点で、温度を半導体薄膜の溶融温度よりも下までゆっくりと低下させるとき、薄膜が確実に反対方向に結晶化または固化する。すなわち、薄膜の露出面上の原子層が最初に結晶化し、それから、その次により深い原子層の結晶化が続き、そしてついに異種基板との接触面に非常に近接している原子層までが結晶化する。薄膜の露出面上の原子層は、結晶化の間、干渉されることなく自由に自らを配向させることができ、それにより、いくつかの原子層からなる厚さを有する大きな単結晶の形成が促進される。この場合、それらは次のより深い原子層の成長核として機能して、前記の大きな単結晶は厚さが異種基板との接触面に向かって成長する。異種基板との接触面に非常に近接している原子層だけは、結晶化を妨げられ、分解して無定形または多結晶境界層となる。温度を半導体材料の溶融温度よりも下にゆっくりと低下させることは、火力の適切な低下によって実現および確保される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の工程ｃ）に記載される温度曲線を示す図である。
【図２】従来方法の典型的な温度曲線を示す図である。
【図３】本発明の範囲内の別の有利な工程を示す図である。
【図４】本発明の範囲内の別の有利な工程を示す図である。
【図５】本発明のＵ字レールの上面図を示す図である。
【図６】本発明のキャリア構造の側面図を示す図である。
【図７】円筒形のＣＶＤ反応器の断面図を示す図である。
【図８】空洞の内部にキャリア構造が設置された、円筒形のＣＶＤ反応器の断面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、半導体薄膜２０を真っ直ぐ貫く座標ｘの上の、半導体薄膜全体が溶融した時間ｔ１、および温度Ｔが薄膜の表面が固化し始める時の溶融温度Ｔｃよりもわずかに下までゆっくりと低下する、ｔ１よりも遅い時間ｔ２での、本発明の工程ｃ）における温度曲線を示す。また、表面から異種基板３０への単結晶の成長の方向１２も示される。温度が低下する場合、結晶化の前面１０は、半導体薄膜２０を２つの領域：固化した単結晶領域２５と、まだ液体である半導体薄膜の残りの領域に分割する。
【０００９】
本発明の工程ｃ）に関して、冷却中の異種基板の温度は常に薄膜の温度よりも高いことが必須である。原則として、これを達成するには２つの選択肢がある：
１．異種基板が薄いプレートまたはシートで構成され、片側を薄膜でコーティングされている場合、これは、異種基板のコーティングされていない表面に熱源を直接、同一平面上にあるように取り付けるか、または異種基板を直流の通過によって加熱することでのみ達成することができる。
【００１０】
２．異種基板が薄いプレートまたはシートで構成され、両側をコーティングされている場合、あるいは、異種基板が外面だけを備えた固体または中空体、例えば球体で構成される場合、これは外部からの熱源によって異種基板および薄膜に熱を加えることで達成することができる。所望の温度に到達すれば、火力を低下させればよい。冷却するとすぐに、本発明の工程ｃ）を実行する薄膜を真っ直ぐ貫く温度曲線が明らかとなる。
【００１１】
上記項目２．に従う配置は、これまで文献に記載されていないし、適切な装置によって具体化されてもいない。従って、これまで文献に記載された方法の全てが、片側がコーティングされた異種基板に言及し、本発明の工程ｂ）およびｃ）は決して同時に実行されないという点を特徴とする。本発明の工程ｃ）は、加熱または熱源が、例えば高周波加熱、誘導加熱、抵抗加熱、および帯域溶融によって、ならびに反応器壁（高温壁反応器）の加熱による円筒形のＣＶＤ反応器で、外側から薄膜に加えられるかまたは移されるならば、実行することができない。これらの種類の加熱では、暖機の間中、通常のガス環境は半導体薄膜および異種基板よりも高い温度である。このとき、冷却のために火力を低下させたならば、温度勾配は逆になる、すなわち、温度は薄膜の内側から薄膜の露出面の方へ、そして異種基板の方へ連続的に低下する。この結果を受けて、温度が半導体薄膜の溶融温度よりも下まで低下する場合、最初に薄膜の露出面上にある原子層が、そして同時に異種基板に近い原子層が結晶化または固化する。すなわち、結晶の成長の方向は、薄膜の露出面および異種基板と薄膜との接触面から同時に生じ、薄膜の内側に向かう。従って、冷却すると２つの結晶化前面が薄膜の内側に現れ、薄膜を異なる結晶構造からなる２つの領域に分割する。異種基板と非常に近接して最初に生じる結晶は、異種基板によって成長が妨げられ、薄膜の内側に向かって厚さが成長する表面の小さい単結晶を形成する。その結果、薄膜の該領域に多結晶性結晶構造が生じる。対照的に、上記のように、最初に薄膜の露出面で形成し、薄膜の内側に向かって成長する結晶は、表面および厚さにおいて結晶が自由に成長することのできる薄膜の一領域を形成する。その結果、該領域における薄膜においてはむしろ単結晶性の構造となる。通常、薄膜の多結晶性結晶構造をもつ領域は、単結晶性構造をもつ領域よりもかなり厚い。多くの場合、異種基板は薄膜の露出面よりもはるかに早く熱を散逸させ、それにより異種基板から薄膜の内側に向かう結晶化の速度を加速するので、多結晶構造をもつ領域は、薄膜の全体の厚さにわたって生じる。
【００１２】
また、エバーグリーン・ソーラー社による「ストリングリボン」法では、本発明の工程ｃ）は実行されない。それは、シートを液体シリコン浴から引き出すときに、シートは片側だけしかコーティングされないので、結果的に、冷却すると前の項に記載されるものと同様の結晶化プロセスおよび温度曲線が現れるためである。同じことは、基板シートまたはプレートが液体シリコン浴の下側を通って水平方向に引き抜かれ、従って薄い液体シリコン層がシートに塗布される方法にもあてはまる。
【００１３】
図２は、半導体薄膜２０、結晶化の２つの方向１２および１３、２つの結晶化の前面１０および１１、ならびに異なる結晶構造の２つの領域２５および２７、を真っ直ぐ貫く座標ｘの上の、半導体薄膜全体が溶融した時間ｔ１、および、温度Ｔが、異種基板との境界で、および同時に薄膜の露出面で薄膜が固化し始める溶融温度Ｔｃよりもわずかに下までゆっくりと低下する、それよりも遅い時間ｔ２での、前記の従来方法の典型的な温度曲線を示す。
【００１４】
結果的に、従来方法のどれもが、本発明の工程ｃ）にも、一緒に工程ｂ）にも言及していない。実際に、独国特許文献１２２３９５１号には、工程ａ）およびｂ）が含まれるが、工程ｃ）は言及されていない。薄膜を溶融するまで加熱することだけが言及されているが、薄膜が結晶または固化する方向には言及されていない。この明細書の４頁４７〜５４行目は、ベース材料の高周波加熱に言及し、ベースはグラファイトブロックに支えられ、層の加熱は端から端まで漸次実施される。グラファイトブロックは優れた電気および熱の導体であるので、熱が薄膜の露出面の上から薄膜へ正確に局所に作用する場合に限り、グラファイトブロックから薄膜の上への熱伝達によって端から端まで帯域溶融が局所的に起こることはできない。この場合、グラファイトブロックは、むしろ高周波加熱のための電極のように作用する。しかし、上に説明されるように、冷却すると、これは半導体薄膜の表面を連続的に支持材料の表面よりも高い温度にし、従って本発明の工程ｃ）とは対照的である。
【００１５】
独国特許文献ＤＥ４１４０５５５Ａ１号には、基板上の半導体薄膜を加熱するための２つの熱源６および７の配置が含まれ、この際、熱源６は基板または半導体薄膜の下に、そして熱源７は基板または半導体薄膜の上に取り付けられている。この文献の配置の説明から、前記文献に記載される手順によって本発明の工程ｃ）による温度曲線を達成することができないことは明白である。この点において、文献（１）の説明の以下の場所が参照される（（１）７段／２〜３４行を参照）：
「最初に、図１（ｂ）に示されるように、最初の加熱器６によって、…融点またはそれよりも高い温度までベース２を加熱する。次に、図１（ｂ）に示されるように、第２の加熱器７によって、…溶融し再結晶化するように半導体層１を加熱し、第２の加熱器の動きに従って半導体層全体を連続的に溶融および再結晶化するように、溶融した領域を動かす。」
【００１６】
上記から、以下を明らかに導き出すことができる：
１．加熱器６は半導体層１の溶融および再結晶化に使用しないが、加熱器７だけはこの目的で使用する。
【００１７】
２．半導体層１の溶融および再結晶化の間、加熱器６はベース２を溶融状態に維持するためにだけ、つまり半導体層１の溶融温度よりも低い温度で使用され、その結果、半導体層１での再結晶化の間に歪および不規則性は現れず、再結晶化の間に半導体層の温度の均一性が改善される（（１）５段／４６〜５４行を参照）。
【００１８】
３．しかし、図１（ｂ）によれば、加熱器７は熱を半導体層１に上から加えるので、半導体層１を溶融すると、プレート１１から生じベース２に向かう温度曲線が、ｔ１の時間で本発明の図２に表されるものと質的に類似していることは、熱伝導率の基本法則によって上記項目１および２から明らかである。再結晶化を可能にするために加熱器７の火力を低下させた場合、温度曲線は、ｔ２の時間で本発明の図２に表されるような結果となる。この温度曲線の詳細な説明は、該特許出願の説明に見出すことができる（３頁／２４行〜４頁／２０行、４頁／２８行〜５頁／３行を参照）。しかし、この温度曲線は、本発明の工程ｃ）の温度曲線と正反対である。
【００１９】
独国の公開された特許出願第１５２１４６５号および公開された特許出願第２５３６１７４号は、直流の通過によるかまたはベースプレートの下側に取り付けられた熱源によって加熱されるベースプレートおよび異種基板を記載する。薄膜を通る、本発明の工程ｃ）により確保された温度曲線は、従って実際に実現されるが、結晶化へのプラスの影響が分からなかったために前記文献に明示的に言及されていない。このことはまた、前記文献において、薄膜の蒸着かまたは薄膜のアニーリングが薄膜の溶融温度よりも下でそれぞれ実施されることが明示的に言及されているという事実を説明する。結果として、本発明の工程ｂ）およびｃ）は同時に実行することができない。しかし、工程ｂ）は、結晶化への工程ｃ）のプラスの影響が現実に起こるために必須である。高温壁反応器で実施される全ての従来の製造方法に同じことが当てはまる。
【００２０】
本発明の範囲内で、適した異種基板は、薄肉プレート、シート金属、または、セラミックス、ガラス、グラファイト、もしくは金属製のシートであり、この際、半導体材料と異種基板の貫通および混合を防ぐために、異種基板の溶融温度は半導体薄膜のそれよりも高いべきであるが、これは絶対に必要というものではない。結果的に、異種基板のための金属として、鉄、チタン、クロム、モリブデン、または前記材料の合金が、特に経済的な理由で適している。本明細書において、異種基板の表面は、平らであっても湾曲していてもよい。
【００２１】
本発明は、任意の所与半導体材料の薄膜に限定されない。経済的な理由で、特に、シリコン、炭化ケイ素、ＩＩＩ−Ｖ半導体、例えばアンチモン化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｔｉｍｏｎｉｔｅ）など、または三元半導体、例えばセレン化銅インジウムなどが適している。しかし、二元および三元半導体材料の溶融プロセスの間に、元素の分離または解離が起こることがあり、それはそのような半導体のための方法の適用性を制限することがある。
【００２２】
本発明の範囲内の別の有利な工程は、相互に重なり合っているいくつかの半導体薄膜の適用であり、この際各々の半導体薄膜は異なる半導体材料または異なるドーピングで構成されていてよい。これは、特に異なってドープされた半導体薄膜の製造またはタンデム太陽電池の製造に有利である。原則として、本発明の工程ａ）〜ｃ）の適用には２つの選択肢がある。
【００２３】
最初の選択肢は、本発明の工程ａ）〜ｃ）を各々の半導体薄膜に対して別々に適用することである。すなわち第１の半導体薄膜を、蒸着によって異種基板に適用し、工程ｂ）およびｃ）を実施する。次に、第２の半導体薄膜を工程ａ）〜ｃ）に従って作成した第１の薄膜に適用し、工程ｂ）およびｃ）を第２の薄膜に対して繰り返す。前記工程は、適用される各々のさらなる半導体薄膜に対して繰り返される。この場合、タンデム太陽電池の製造において、一番下の薄膜をシリコンで作成し、それよりも高く上に位置する薄膜を高いバンドギャップ、例えば、アンチモン化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｔｉｍｏｎｉｔｅ）（溶融温度１０５０℃、バンドギャップ１．６ｅＶ）またはガリウムヒ素（溶融温度１２３８℃、バンドギャップ１．４ｅＶ）を有する半導体材料で作成することが一般的である。
【００２４】
２つ目の選択肢は、本発明の工程ａ）〜ｃ）を、一緒に適用した全ての半導体薄膜に適用することである。すなわち、いくつかの薄膜を例えば蒸着によって次々に異種基板に適用する。次に、異種基板の温度を一緒に適用した全ての薄膜が溶融するのに十分に高く設定する。次に、最初に一番上の薄膜が固化し、それから下に位置する薄膜、それから次に深い薄膜というように、一番下の薄膜に至るまで固化するように、異種基板の温度をゆっくりと低下させる。この選択肢は、特に、薄膜が同じ半導体材料で構成されるが異なるドーピングを有する場合に、または高く上に位置する薄膜が、溶融温度Ｔｃ１が下側の薄膜の半導体材料の溶融温度Ｔｃ２よりも下にある、従ってＴｃ１＜Ｔｃ２である半導体材料からなる場合に有利で有り得る。
【００２５】
半導体薄膜のドーピングは、通常、ドーパントを含有する反応性ガスの蒸着によって実施される。ｎドーピングには、例えば、ホスフィンまたはアンモニウム、ｐドーピングには、例えば、ジボランを使用することができる。前記ガスは、キャリアガス、および半導体物質を含有する反応性ガスに適切な濃度で混合される。
【００２６】
本発明の範囲内で、シリコンから薄膜を作成するための異種基板としてグラファイトシートを使用することが有利であり得る。半導体材料でコーティングする前に、アルゴンガスまたは水素ガスを高い温度、例えば９００℃でグラファイトシートの上に流して、グラファイトシートの表面仕上げを改善することができる。また、グラファイトシートが炭化ケイ素（ＳｉＣ）の高度にドープされた中間層を備えていることも有利であろう。一方では、前記中間層は、シリコン薄膜とグラファイトシートとの間の電気接触を確実にし、他方では、後に適用された半導体材料がグラファイトシートに貫通または拡散することを防ぐ。ＳｉＣからこの中間層を製造するために、いくつかの方法、例えば、独国公開特許出願第２５３６１７４号に記載される方法が公知である。同様に、冷却されると異種基板との界面または異なる薄膜間で生成される非晶質境界層を、層間の電気接触を確実にするために高度にドープすることができる。
【００２７】
ひとたび１枚以上の重ねられたシリコン薄膜が異種基板、例えば、グラファイトシートの上に生成されれば、本発明の工程ａ）〜ｃ）に従って、ヘテロエピタキシーによって１以上のＳｉＣの薄膜を一番上のシリコン薄膜の上に成長させることが示される。また、第１のＳｉＣの薄膜をヘテロエピタキシーによって一番上のシリコン薄膜の上に成長させ、任意のさらなるＳｉＣの薄膜をホモエピタキシーによって成長させることも可能である。
【００２８】
エピタキシーに代わるものとして、ＣＶＤ法によってその後堆積した層を高温、例えば、１３５０℃よりも高い温度でアニーリングして高品質のＳｉＣ薄膜を生成することも可能である。可能な限り大きいＳｉＣ単結晶を得るために、以下の２つの工程を実施する：
ｇ）アニーリングとそれに続く冷却プロセスは、本発明の工程ｃ）を実行しなければならない、
ｈ）堆積した層の均一性は、化学量論の混合比１：１からできる限り逸脱してはならない。
【００２９】
Ｓｉ基板上のＳｉＣ薄膜のヘテロエピタキシーの分析から、ＳｉＣ薄膜のＳｉＣ単結晶は、すでに形成されたＳｉＣ層を通して表面へのＳｉ原子の二次拡散によって作成することができることは公知である。この場合、Ｓｉ原子は、１０〜２０ｎｍの最大厚さを有するＳｉＣ層を通して拡散することができる。この特徴はまた、高温でのアニーリングによる結晶欠陥を治癒することを可能にする。工程ｈ）は、アニーリング中に、均一性の僅かな局所的変動を補償し、結晶欠陥の治癒を可能にするために、Ｓｉ原子が拡散によって１０〜２０ｎｍを超える距離をカバーしなければならないことを防ぐためである。工程ｈ）は、シリコンおよび炭素、例えば、シランおよびプロパンのＣＶＤ法で用いる反応性ガスの混合比を適切に設定することによって得ることができる。良好な結果は、例えば、４個のＳｉ原子対６個のＣ原子のシラン対プロパンの混合比で得ることができる。工程ｇ）は、薄膜の表面から異種基板に向かうＳｉＣ単結晶の妨げられない成長および配向を促進する。すでに上で説明したように、シリコン基板との境界面に非常に近接している結晶成長は妨げられて、ＳｉＣの薄い非晶質境界層がそこで形成される。従来方法、および平坦な異種基板上のＳｉＣ薄膜のアニーリングのための市販のオーブンは、主に誘導加熱を使用する。しかし、上に説明したように、この種類の加熱で、異種基板の片側コーティングに起因して、本発明の工程ｃ）およびｇ）は、冷却に際して実行することができない。ＳｉＣ薄膜の製造について上に記載される方法は、より高い溶融温度を有するその他の半導体材料、例えばリン化アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどに不変で適用することができる。
【００３０】
ＳｉＣ薄膜をＳｉ薄膜に適用することにより、シリコンおよび炭化ケイ素からタンデム太陽電池を生成することが可能である。上記のＳｉＣ薄膜を通してのシリコンの拡散障壁は、シリコンの溶融温度よりも高い場合でさえも、シリコン薄膜とＳｉＣ薄膜の混合を防ぐ。本明細書において、Ｓｉ薄膜とＳｉＣ薄膜との界面で作成された非晶質中間層は、冷却プロセスの間の両方の層の異なる熱膨張係数に起因して作られる材料応力を補償するのに適切に役立つ。さらに、前記中間層は、ＳｉＣ薄膜とＳｉ薄膜との間の電気的接触を確保するために高度にドープすることができる。さらに、前記非晶質ＳｉＣ薄膜は、Ｓｉ薄膜に吸収される長波光に高度に透明である。
【００３１】
原則として、さらに高いバンドギャップをもつ半導体材料、例えば、窒化アルミニウム製のさらなる薄膜を、ＳｉＣの薄膜の上に載せることが可能である。
【００３２】
本発明の工程ｂ）に関して、半導体材料の特定の元素の分離または解離を防ぐために、半導体材料に応じて、半導体薄膜の温度をできる限り速く標準温度まで低下させるか、または活発に冷却することが必要でありうる。
【００３３】
図３および図４は、本発明の範囲内の別の有利な工程を示す。異種基板として機能する導電性シート１４は、互いに積み重ねられたいくつかの平面に平行に適したキャリア構造を介して伸びる。図３は、キャリア構造の側面図を示し、図４は断面を示す。この場合、有利には、速く均質な加熱および冷却を可能にするために、キャリア構造は、全温度範囲にわたって、例えば０〜２０００℃の間で軽量でありおよび寸法的に安定しているべきである。本明細書において、キャリア構造はカーボン・ファイバー製のＵ字レール１７で構成される。Ｕ字レール１７は、次の上側および下側のＵ字レールから、および導電性シート１４から、セラミックス製の薄いプレート１５によって、およびセラミックス製の薄いストリップ１６によって電気的に絶縁される。プレート１５およびストリップ１６の代わりに、セラミック織物も使用することができる。キャリア構造の２つの平面間には、１つの空洞１８が、それぞれある。有利には、ストリップ１５およびＵ字レール１７は、シート１４をさらに支えるために交差支柱を有することができる。シート１４をいくつかのセグメント、例えば、各平面に対して１つの別々の膜に分割すること、および各セグメントを別々に電気熱源に接続することも可能である。本発明の工程ｃ）によって温度が低下する場合、熱は常にキャリア構造の内部からその外側に流れるので、温度は結果的にキャリア構造の内部から外側に低下する。結果として、温度が低下する場合、キャリア構造の縁、従ってグラファイトシートも、内側よりもわずかに低い温度を有する可能性があり、従って薄膜の固化または結晶化は、最初にグラファイトシートの縁で始まり、その後内部に移動する。それにより、図３および図４によれば、セラミックストリップに隣接するグラファイトシートの縁は、薄膜の結晶構造に有害作用を有することがあり得る。この影響に対抗するため、図５および図６に示されるように、セラミックストリップ１６が少数の狭い支点５０だけになることが必要でありうる。その上、Ｕ字レールの脚は、前記支点を除いて取り外すことができる。図５は、３つの支点５０を除いて脚がそれぞれ取り外された、そのようなＵ字レールの上からの上面図を示す。図６は、そのようなＵ字レールおよびセラミックストリップが支点５０を除いて取り外されている、キャリア構造の側面図を示す。
【００３４】
また、独国の公開された特許出願第１５２１４６５号に記載されるように、導電性シートを熱源としてのみ使用し、別のシートをコーティングのための異種基板として使用することも等しく可能である。異種基板として機能するシートも導電性である場合、シートはさらなる薄いセラミック層によって相互に電気的に絶縁されなけばならない。シートと絶縁層との間の反応性ガスの浸透を避けるのであれば、さらなる工程が必要でありうる。
【００３５】
上記のキャリア構造を使用することにより、円筒形の反応容器の内部で、例えば円筒形のＣＶＤ反応器の中で、蒸着に利用できる空間の体積を活用し、その一方でコーティングされる異種基板の利用可能な表面を最大化することが可能となる。図７は、高温用に設計され、上記のようなキャリア構造を収容する円筒形のＣＶＤ反応器の断面を示す。反応器は、合金鋼製円筒ジャケット３０、断熱セラミックケース３１、さらにセラミック織物３２の断熱層、および、セラミック織物３２を成形するために使用される薄肉セラミックプレート製ハウジング３３で構成される。長方形の断面を有する空洞３４は、上記のようなキャリア構造を収容するために使用され、この際、空洞３４の断面積およびキャリア構造の断面積は、有利にはできる限り正確に合わなくてはならない。例示のために、図８は、ＣＶＤ反応器の空洞３４の内部に設置された、図４に表されるキャリア構造をもつ同じ円筒形のＣＶＤ反応器を示す。異種基板として機能するシートが相互に積層されたいくつかの平面の上に伸びている、前記キャリア構造を使用することによって、半導体材料の均質な蒸着は、反応ガスおよびキャリアガスによるシートのオーバーフローのために非常に困難となる。結果的に、この場合、以下の工程の組合せを実行することが有利である：
ｄ）堆積の前に、反応ガスおよびキャリアガスを所定量で、所定圧力に達するまで反応器に導入する；
ｅ）次に、蒸着を実行する（堆積の間は反応器の入口および出口を閉じている）；
ｆ）堆積が完了すれば、残留気体を反応器から除去または排出する。
【００３６】
工程ｄ）は、キャリア構造の平面間に位置する全ての空隙が反応ガスおよびキャリアガスで均一に満たされることを確実にする。工程ｅ）は、堆積の間に、キャリア構造の空洞１８の内部およびその間で主なガス流が起こらないことを確実にする。それにより、キャリア構造の各平面上および各空洞中の堆積は、この平面上の異種基板の表面全体にわたって均一に実行される。本明細書において、キャリア構造の平面の上に堆積した半導体材料の量は、この平面上に位置する空洞１８の体積および工程ｄ）で設定した圧力によって求められる。工程ｄ）で設定した圧力は申し分なく気圧よりも数バール上であり得る。例えば、工程ｅ）に従って３００〜４００℃での蒸着では、ＣＶＤ反応器中の圧力は、反応性ガスのその他のガスへの分解によってさらに増加することがある（例えば、ＳｉＨ４→Ｓｉ＋２Ｈ２によればシランが水素となって２倍になる）。図７によれば、ＣＶＤ反応器の円筒ジャケット３０はそれに応じて寸法を合わせなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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