(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体元素からなる半導体層又は基材、及び前記半導体層又は基材上の第１のドーパント注入層を有する、半導体デバイスの製造方法であって、
下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含み、かつ第１のドーパント注入層の結晶方位が、前記半導体層又は基材の結晶方位と同じである、半導体デバイスの製造方法：
（ａ）前記半導体層又は基材の第１の箇所に、第１の粒子を含有する第１の分散体を適用すること、ここで、前記第１の粒子は、前記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされている、
（ｂ）適用した前記第１の分散体を乾燥して、第１の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ）前記第１の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、前記半導体層又は基材の前記第１の箇所を、前記ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、前記第１の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、前記半導体層又は基材と一体化した第１のドーパント注入層とすること。
【請求項２】
前記ドーパントの濃度が、前記第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ前記第１のドーパント注入層の表面から０．３μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
下記の工程（ａ’）〜（ｃ’）を更に含み、かつ
第２のドーパント注入層の結晶方位が、前記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又はドーパントの濃度が、前記第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ前記第２のドーパント注入層の表面から０．３μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
請求項１又は２に記載の方法：
（ａ’）工程（ａ）と同時に、工程（ａ）と（ｂ）との間に、又は工程（ｂ）と（ｃ）との間に、前記半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子を含有する第２の分散体を適用すること、ここで、前記第２の粒子は、前記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ前記第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされている、
（ｂ’）工程（ｂ）と同時に又は工程（ｂ）とは別に、適用した前記第２の分散体を乾燥して、第２の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ’）工程（ｃ）と同時に又は工程（ｃ）とは別に、前記第２の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、前記半導体層又は基材の前記第２の箇所を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、前記第２の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、前記半導体層又は基材と一体化した第２のドーパント注入層とすること。
【請求項４】
工程（ｃ）の後に、下記の工程（ａ”）〜（ｃ”）を更に含み、かつ
前記第２のドーパント注入層の結晶方位が、前記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又はドーパントの濃度が、前記第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ前記第２のドーパント注入層の表面から０．３μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
請求項１又は２に記載の方法：
（ａ”）前記半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子を含有する第２の分散体を適用すること、ここで、前記第２の粒子は、前記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ前記第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされている、
（ｂ”）適用した前記第２の分散体を乾燥して、第２の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ”）前記第２の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、前記半導体層又は基材の前記第２の選択された箇所を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、第２の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、前記半導体層又は基材と一体化した第２のドーパント注入層とすること。
【請求項５】
前記半導体元素が、ケイ素、ゲルマニウム又はそれらの組合せである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記分散体の適用を印刷法又はスピンコーティングによって行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記粒子の結晶化度が４０％以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記粒子の平均一次粒子径が３０ｎｍ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーパントが、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、又はそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子が、前記ドーパントを１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ドーパント注入層上に、電極を形成することを更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体デバイスが太陽電池である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ドーパント注入層が、セレクティブエミッタ型太陽電池のセレクティブエミッタ層、又はバックコンタクト型太陽電池のバックコンタクト層を形成するためのものである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ドーパント注入層が、裏面電界層又は表面電界層を形成するためのものである、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体デバイスが薄膜トランジスタである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
半導体元素からなる層又は基材の第１の箇所に、第１の粒子が焼結されて形成された第１のドーパント注入層が配置されており、
前記第１の粒子が、前記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされており、
前記第１のドーパント注入層が、前記半導体層又は基材と一体化されており、かつ
前記第１のドーパント注入層の結晶方位が、前記半導体層又は基材の結晶方位と同じである、
半導体デバイス。
【請求項１７】
前記ドーパントの濃度が、前記第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ前記第１のドーパント注入層の表面から０．３μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、請求項１６に記載の半導体デバイス。
【請求項１８】
前記半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子が焼結されて形成された第２のドーパント注入層が配置されており、
前記第２の粒子が、前記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ前記第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされており、
前記第２のドーパント注入層が、前記半導体層又は基材と一体化されており、かつ
前記第２のドーパント注入層の結晶方位が、前記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又は前記ドーパントの濃度が、前記第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ前記第２のドーパント注入層の表面から０．３μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
請求項１６又は１７に記載の半導体デバイス。
【請求項１９】
前記半導体元素が、ケイ素、ゲルマニウム又はそれらの組合せである、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項２０】
前記ドーパント注入層上に電極が形成されている、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項２１】
太陽電池である、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項２２】
前記ドーパント注入層が、セレクティブエミッタ型太陽電池のセレクティブエミッタ層、又はバックコンタクト型太陽電池のバックコンタクト層を形成するためのものである、請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項２３】
前記ドーパント注入層が、裏面電界層又は表面電界層を形成するためのものである、請求項２１又は２２に記載の半導体デバイス。
【請求項２４】
薄膜トランジスタである、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項２５】
粒子を含有している分散体であって、前記粒子が、結晶化度４０％以下でありかつｎ又はｐドープされている半導体元素から本質的になる、分散体。
【請求項２６】
前記粒子が、平均一次粒子径３０ｎｍ以下である、請求項２５に記載の分散体。
【請求項２７】
前記半導体元素が、ケイ素、ゲルマニウム又はそれらの組合せである、請求項２５又は２６に記載の分散体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。また本発明は、半導体デバイスを製造する本発明の方法を用いて得ることができる半導体デバイス、及び半導体デバイスを製造する本発明の方法で用いることができる分散体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種の半導体デバイスの製造においては、リン又はホウ素のようなドーパントを選択された領域において半導体層又は基材に注入して、選択された領域にドープ層を形成することが行われている。
【０００３】
特に、ある種の太陽電池の製造においては、ドーパントを選択された領域において半導体層又は基材に注入して、選択された領域にドープ層を形成することが行われている。
【０００４】
このようなドープ層が比較的狭い領域に形成されている太陽電池としては、セレクティブ（選択）エミッタ型太陽電池、及びバックコンタクト型太陽電池を挙げることができる。また、このようなドープ層が比較的広い領域に形成されている太陽電池としては、裏面電界（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層及び／又は表面電界（ＦＳＦ：Ｆｒｏｎｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層を有する太陽電池を挙げることができる。
【０００５】
〈裏面電界層を有するセレクティブエミッタ型太陽電池〉
裏面電界層を有するセレクティブエミッタ型太陽電池は例えば、特許文献１で示されるようなものである。
【０００６】
例えば具体的には、裏面電界層を有するセレクティブエミッタ型太陽電池（５００）は、図７に示すように、ｎ型半導体層（１２、１２ａ）及びｐ型半導体層（１４、１４ａ）を有する半導体基材（１０）を有し、半導体基材（１０）の受光面側表面に受光面側電極（２２）及び保護層（２４）が配置されており、かつ半導体基材（１０）の裏面側表面に裏面側電極（３２）及び保護層（３４）が配置されている。
【０００７】
また、この太陽電池では、ｎ型半導体層（１２、１２ａ）のうちの電極（２２）に接触する箇所が選択的に高ドープされてなるセレクティブエミッタ層（１２ａ）、及びｐ型半導体層（１４、１４ａ）のうちの裏面側が高ドープされてなる裏面電界層（１４ａ）を有する。
【０００８】
このような太陽電池は、セレクティブエミッタ層（１２ａ）を有することによって、受光面側のドーパントの濃度が高いことによって起こる問題、すなわち例えば高ドーパント濃度層による受光側表面での反射の増加という問題を防ぎつつ、電極に接触する箇所においてドーパントの濃度が高いことによる利益、すなわち例えば電極と半導体層との間のオーミック接触という利益を達成することができる。
【０００９】
また、このような太陽電池（５００）は、裏面電界層（１４ａ）を有することによって、裏面側表面付近の欠陥によるキャリアの再結合損失を低減することができる。
【００１０】
ここで、このような裏面電界層による再結合抑制効果は、下記のようにして生じている。
【００１１】
すなわち、ｐ型半導体層（１４、１４ａ）のうちの受光面側での光吸収によって正孔と電子とが生じる場合、正孔は実質的に等電位の裏面側電極（３２）に移動し、また電子はｎ型半導体層とｐ型半導体層との間の空乏層に達し、この空乏層における電位差によって、ｎ型半導体層側に流され、起電力を生じることができる。
【００１２】
これに対して、ｐ型半導体層（１４、１４ａ）のうちの裏面側での光吸収によって正孔と電子とが生じる場合、電子は空乏層に到達することができず、裏面表面付近の欠陥に捕らえられ、それによって正孔と再結合することがある。しかしながら、裏面側において正孔と電子とが生じる場合にも、裏面電界層（１４ａ）があると、ｐ型半導体層（１４、１４ａ）のうちの比較的低ドープの受光面側（１４）と比較的高ドープの裏面側（１４ａ）との間に生じる電界（障壁）によって、電子がはね返され、それによって電子が、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間の空乏層に達し、この空乏層における電位差によって、ｎ型半導体層側に流され、起電力を生じることができる。また、正孔は、裏面電界層（１４ａ）による電界によって、裏面側電極（３２）への移動が促進される。
【００１３】
なお、図７において、発電のために太陽電池（５００）に照射される光は、矢印１００で示されている。また、セレクティブエミッタ層（１２ａ）及び裏面電界層（１４ａ）におけるドーパント濃度は、例えば約１〜２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３の量である。
【００１４】
〈表面電界層を有するバックコンタクト型太陽電池〉
表面電界層を有するバックコンタクト型太陽電池は例えば、特許文献２及び３で示されるようなものである。
【００１５】
例えば具体的には、表面電界層を有するバックコンタクト型太陽電池（６００）は、図８に示すように、ｎ型（又はｐ型若しくは真性）半導体からなる半導体基材（１０）を有し、半導体基材（１０）の受光面側表面に保護層（２４）が配置されており、かつ半導体基材（１０）の裏面側表面に裏面側電極（２２、３２）及び保護層（３４）が配置されている。
【００１６】
また、この太陽電池では、ｎ型半導体からなる半導体基材（１０）のうちの電極（３２、３４）に接触する箇所が選択的にｎ型又はｐ型に高ドープされてなるバックコンタクト層（１２ａ、１４ａ）、及び半導体基材（１０）のうちの受光面側がｎ型に高ドープされてなる表面電界層（１２ｂ）を有する。
【００１７】
このような太陽電池（６００）では、裏面側において、高濃度にｎドープされたｎ型バックコンタクト層（１２ａ）と高濃度にｐドープされたｐ型バックコンタクト層（１４ａ）とが交互に配置されている。その他の部分は、真性半導体領域、低濃度にｐ若しくはｎドープされた領域、又はｐ−ｎ接合が形成されている領域であり、その領域に光が照射されることによって起電力が発生する。このようにして発生した起電力は、ｎ型バックコンタクト層（１２ａ）及びｐ型バックコンタクト層（１４ａ）を介して、電極により取り出される。
【００１８】
このような太陽電池（６００）では、高濃度にｐ又はｎドープされた領域を設けることで、接触抵抗による起電のロスを低く抑えて、電力を取り出すことができる。
【００１９】
また、このような太陽電池（６００）では、表面電界層を有する太陽電池（６００）は、受光面側において、高濃度にｎドープされた層（１２ｂ）を有することによって、受光面側表面付近の欠陥によるキャリアの再結合損失を低減することができる。
【００２０】
ここで、このような表面電界層による再結合抑制効果は、下記のようにして生じている。
【００２１】
すなわち、半導体基材（１０）のうちの電極（２２、３２）側での光吸収によって正孔と電子とが生じる場合、正孔及び電子の少なくとも一方が、高濃度にｐドープされた箇所（１４ａ）と高濃度にｎドープされた箇所（１２ａ）との間の空乏層に達し、この空乏層における電位差によって、正孔が高濃度にｐドープされた箇所（１４ａ）の側に流され、かつ／又は電子が高濃度にｎドープされた箇所（１２ａ）の側に流され、起電力を生じることができる。
【００２２】
これに対して、半導体基材（１０）のうちの受光面側での光吸収によって正孔と電子とが生じる場合、正孔と電子は空乏層に到達することができず、受光面側表面付近の欠陥に捕らえられ、それによって再結合することがある。しかしながら、受光面側において電子と正孔とが生じる場合にも、表面電界層（１２ｂ）があると、ｎ型半導体からなる半導体基材（１０）のうちの比較的低ドープの電極側と比較的高ドープの表面側（１２ｂ）との間に生じる電界（障壁）によって、正孔がはね返され、それによって正孔が、高濃度にｐドープされた箇所（１４ａ）と高濃度にｎドープされた箇所（１２ａ）との間の空乏層に達し、この空乏層における電位差によって、ｐ型半導体層側に流され、起電力を生じることができる。
【００２３】
なお、図８において、発電のために太陽電池（６００）に照射される光は、矢印１００で示されている。
【００２４】
上記のように選択された領域にドープ層を形成するためには一般に、ドーパント源を層又は基材と接触させ、熱やレーザー照射を行って、層又は基材にドーパントを注入する方法が知られている。ここで用いられるドーパント源としては、ボロンシリケートガラス又はリンガラス（特許文献３）、無機ドーパントを含む液体（特許文献４）、又はシリコン及び／又はゲルマニウムのナノ粒子を含有するインク（特許文献５及び６）を使用することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２０１０−１８６９００
【特許文献２】特表２００９−５２１８０５
【特許文献３】特開２０１０−２６２９７９
【特許文献４】特開平０７−２９７４２９
【特許文献５】特表２０１０−５１９７３１
【特許文献６】特表２０１０−５１４５８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上記のように、選択された領域にドープ層（「拡散領域」ともいう）を形成するために様々なドーパント源を用いることが知られている。
【００２７】
しかしながら、従来の方法では、選択された領域にドーパント源を適用するためにフォトリソグラフィ工程が必要であること、ドーパントの注入後にドーパント源を除去する工程が必要であること、拡散によってドープ層を形成するので深さ方向のドープ濃度の調節が困難であること等の問題があった。
【００２８】
これに対して、本発明では、上記のような問題がない半導体デバイスの製造方法を提供する。また本発明は、本発明の方法によって得られる半導体デバイス、及び本発明の方法で用いることができる分散体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本件発明者は、鋭意検討の結果、下記の本発明に想到した。
【００３０】
〈１〉半導体元素からなる半導体層又は基材、及び上記半導体層又は基材上の第１のドーパント注入層を有する、半導体デバイスの製造方法であって、
下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含み、かつ
第１のドーパント注入層の結晶方位が、上記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又は上記ドーパントの濃度が、上記第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ上記第１のドーパント注入層の表面から０．３μmの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
半導体デバイスの製造方法：
（ａ）上記半導体層又は基材の第１の箇所に、第１の粒子を含有する第１の分散体を適用すること、ここで、上記第１の粒子は、上記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされている、
（ｂ）適用した上記第１の分散体を乾燥して、第１の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ）上記第１の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、上記半導体層又は基材の上記第１の箇所を、上記ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、上記第１の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、上記半導体層又は基材と一体化した第１のドーパント注入層とすること。
〈２〉上記第１のドーパント注入層の結晶方位が、上記半導体層又は基材の結晶方位と同じである、上記〈１〉項に記載の方法。
〈３〉上記ドーパントの濃度が、上記第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ上記第１のドーパント注入層の表面から０．３μmの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、上記〈１〉項に記載の方法。
〈４〉下記の工程（ａ’）〜（ｃ’）を更に含み、かつ
第２のドーパント注入層の結晶方位が、上記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又はドーパントの濃度が、上記第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ上記第２のドーパント注入層の表面から０．３μmの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
上記〈１〉〜〈３〉項のいずれか一項に記載の方法：
（ａ’）工程（ａ）と同時に、工程（ａ）と（ｂ）との間に、又は工程（ｂ）と（ｃ）との間に、上記半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子を含有する第２の分散体を適用すること、ここで、上記第２の粒子は、上記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ上記第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされている、
（ｂ’）工程（ｂ）と同時に又は工程（ｂ）とは別に、適用した上記第２の分散体を乾燥して、第２の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ’）工程（ｃ）と同時に又は工程（ｃ）とは別に、上記第２の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、上記半導体層又は基材の上記第２の箇所を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、上記第２の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、上記半導体層又は基材と一体化した第２のドーパント注入層とすること。
〈５〉工程（ｃ）の後に、下記の工程（ａ”）〜（ｃ”）を更に含み、かつ
上記第２のドーパント注入層の結晶方位が、上記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又はドーパントの濃度が、上記第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ上記第２のドーパント注入層の表面から０．３μmの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
上記〈１〉〜〈３〉項のいずれか一項に記載の方法：
（ａ”）上記半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子を含有する第２の分散体を適用すること、ここで、上記第２の粒子は、上記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ上記第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされている、
（ｂ”）適用した上記第２の分散体を乾燥して、第２の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ”）上記第２の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、上記半導体層又は基材の上記第２の選択された箇所を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、第２の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、上記半導体層又は基材と一体化した第２のドーパント注入層とすること。
〈６〉上記半導体元素が、ケイ素、ゲルマニウム又はそれらの組合せである、上記〈１〉〜〈５〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈７〉上記分散体の適用を印刷法又はスピンコーティングによって行う、上記〈１〉〜〈６〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈８〉上記粒子の結晶化度が４０％以下である、上記〈１〉〜〈７〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈９〉上記粒子の平均一次粒子径が３０ｎｍ以下である、上記〈１〉〜〈８〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈１０〉上記ドーパントが、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、又はそれらの組み合わせからなる群より選択される、上記〈１〉〜〈９〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈１１〉上記粒子が、上記ドーパントを１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含む、上記〈１〉〜〈１０〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈１２〉上記ドーパント注入層上に、電極を形成することを更に含む、上記〈１〉〜〈１１〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈１３〉上記半導体デバイスが太陽電池である、上記〈１〉〜〈１２〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈１４〉上記ドーパント注入層が、セレクティブエミッタ型太陽電池のセレクティブエミッタ層、又はバックコンタクト型太陽電池のバックコンタクト層を形成するためのものである、上記〈１３〉項に記載の方法。
〈１５〉上記ドーパント注入層が、裏面電界層又は表面電界層を形成するためのものである、上記〈１３〉又は〈１４〉項に記載の方法。
〈１６〉上記半導体デバイスが薄膜トランジスタである、上記〈１〉〜〈１５〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈１７〉半導体元素からなる層又は基材の第１の箇所に、第１の粒子が焼結されて形成された第１のドーパント注入層が配置されており、
上記第１の粒子が、上記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされており、
上記第１のドーパント注入層が、上記半導体層又は基材と一体化されており、かつ
上記第１のドーパント注入層の結晶方位が、上記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又は上記ドーパントの濃度が、上記第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ上記第１のドーパント注入層の表面から０．３μmの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
半導体デバイス。
〈１８〉上記第１のドーパント注入層の結晶方位が、上記半導体層又は基材の結晶方位と同じである、上記〈１７〉項に記載の半導体デバイス。
〈１９〉上記ドーパントの濃度が、上記第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ上記第１のドーパント注入層の表面から０．３μmの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、上記〈１７〉項に記載の半導体デバイス。
〈２０〉上記半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子が焼結されて形成された第２のドーパント注入層が配置されており、
上記第２の粒子が、上記半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ上記第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされており、
上記第２のドーパント注入層が、上記半導体層又は基材と一体化されており、かつ
上記第２のドーパント注入層の結晶方位が、上記半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又は上記ドーパントの濃度が、上記第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ上記第２のドーパント注入層の表面から０．３μmの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である、
上記〈１７〉〜〈１９〉項のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
〈２１〉上記半導体元素が、ケイ素、ゲルマニウム又はそれらの組合せである、上記〈１７〉〜〈２０〉項のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
〈２２〉上記ドーパント注入層上に電極が形成されている、上記〈１７〉〜〈２１〉項のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
〈２３〉太陽電池である、上記〈１７〉〜〈２２〉項のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
〈２４〉上記ドーパント注入層が、セレクティブエミッタ型太陽電池のセレクティブエミッタ層、又はバックコンタクト型太陽電池のバックコンタクト層を形成するためのものである、上記〈２３〉項に記載の半導体デバイス。
〈２５〉上記ドーパント注入層が、裏面電界層又は表面電界層を形成するためのものである、上記〈２３〉又は〈２４〉項に記載の半導体デバイス。
〈２６〉薄膜トランジスタである、上記〈１７〉〜〈２２〉項のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
〈２７〉粒子を含有している分散体であって、上記粒子が、結晶化度４０％以下でありかつｎ又はｐドープされている半導体元素から本質的になる、分散体。
〈２８〉粒子を含有している分散体であって、上記粒子が、平均一次粒子径３０ｎｍ以下でありかつｎ又はｐドープされている半導体元素から本質的になる、分散体。
〈２９〉上記半導体元素が、ケイ素、ゲルマニウム又はそれらの組合せである、上記〈２７〉又は〈２８〉項に記載の分散体。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の方法によって得られる半導体デバイス及び本発明の半導体デバイスにおいて、ドーパント注入層の結晶方位が、半導体層又は基材の結晶方位と同じである場合、ドーパント注入層と半導体元素からなる半導体層又は基材との界面におけるキャリアのトラップを抑制することができる。
【００３２】
また、本発明の方法によって得られる半導体デバイス及び本発明の半導体デバイスにおいて、ドーパントの濃度が、第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ第１のドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下である場合、すなわちドープ濃度の勾配が大きく、それによってドープ濃度が大きい部分の厚さを小さくしつつ、高いドープ濃度を達成している場合、例えば高ドーパント濃度層による光吸収の抑制、裏面電界層又は表面電界層をとして使用したときの特性の改良等を達成できる。
【００３３】
また、本発明の分散体は、本発明の方法のために好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明のセレクティブエミッタ型太陽電池を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明のバックコンタクト型太陽電池を説明するための図である。
【図３】図３は、セレクティブエミッタ型太陽電池を製造する本発明の方法を説明するための図である。
【図４】図４は、セレクティブエミッタ型太陽電池を製造する本発明の方法を説明するための図である。
【図５】図５は、セレクティブエミッタ型太陽電池を製造する本発明の方法を説明するための図である。
【図６】図６は、セレクティブエミッタ型太陽電池を製造する本発明の方法を説明するための図である。
【図７】図７は、従来のセレクティブエミッタ型太陽電池を説明するための図である。
【図８】図８は、従来のバックコンタクト型太陽電池を説明するための図である。
【図９】図９は、実施例１の積層体についてのＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）写真である。ここで、（ａ）は斜め上方から見た写真であり、かつ（ｂ）は側面断面写真である。
【図１０】図１０は、実施例１の積層体についてのＴＥＭ（透過電子顕微鏡）写真である。
【図１１】図１１は、図１０においてＢ−１で示す領域についての拡大ＴＥＭ写真である。
【図１２】図１２は、図１０においてＢ−２で示す領域についての拡大ＴＥＭ写真である。
【図１３】図１３は、図１０においてＢ−３で示す領域についての拡大ＴＥＭ写真である。
【図１４】図１４は、図１０においてＢ−４で示す領域についての拡大ＴＥＭ写真である。
【図１５】図１５は、実施例１の積層体についてのＦＥ−ＳＥＭ側面断面写真である。
【図１６】図１６は、図１５において番号１で示す領域についての電子回折分析結果である。
【図１７】図１７は、図１５において番号２で示す領域についての電子回折分析結果である。
【図１８】図１８は、図１５において番号３で示す領域についての電子回折分析結果である。
【図１９】図１９は、図１５において番号４で示す領域についての電子回折分析結果である。
【図２０】図２０は、図１５において番号５で示す領域についての電子回折分析結果である。
【図２１】図２１は、図１５において番号６で示す領域についての電子回折分析結果である。
【図２２】図２２は、図１５において番号７で示す領域についての電子回折分析結果である。
【図２３】図２３は、実施例１の積層体についてのＤｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ（動的二次イオン質量分析）の結果を示す図である。
【図２４】図２４は、実施例１の積層体についてのＳＣＭ（走査型キャパシタンス顕微鏡）写真（ａ）、及びＳＣＭとＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の合成写真（ｂ）を示す図である。
【図２５】図２５は、キャリアトラップの評価に関して実施例１で作成した太陽電池の構成を示す図である。ここで、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【図２６】図２６は、実施例１で作成した太陽電池についてのＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価結果を示す図である。
【図２７】図２７は、実施例２の積層体についてのＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）写真である。ここで、（ａ）は斜め上方から見た写真であり、かつ（ｂ）は側面断面写真である。
【図２８】図２８は、実施例２の積層体についてのＤｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ（動的二次イオン質量分析）の結果を示す図である。
【図２９】図２９は、実施例１の積層体についてのＳＣＭ（走査型キャパシタンス顕微鏡）写真（ａ）、及びＳＣＭとＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の合成写真（ｂ）を示す図である。
【図３０】図３０は、キャリアトラップの評価に関して実施例２及び比較例１で作成した太陽電池の構成を示す図である。ここで、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【図３１】図３１は、実施例２で作成した太陽電池についてのＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価結果を示す図である。
【図３２】図３２は、比較例１の積層体についてのＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）写真である。ここで、（ａ）は斜め上方から見た写真であり、かつ（ｂ）は側面断面写真である。
【図３３】図３３は、比較例１で作成した太陽電池についてのＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価結果を示す図である。
【図３４】図３４は、本発明における結晶化度の測定方法を説明するための図である。
【図３５】図３５は、実施例３の積層体についてのＤｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ（動的二次イオン質量分析）の結果を示す図である。
【図３６】図３６は、実施例３の積層体についてのＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）写真である。ここで、（ａ）は斜め上方から見た写真であり、かつ（ｂ）は側面断面写真である。
【図３７】図３７は、実施例３の積層体についてのＴＥＭ（透過電子顕微鏡）写真である。
【図３８】図３８は、図３７においてＡで示す領域についての拡大ＴＥＭ写真である。
【図３９】図３９は、図３７においてＢで示す領域についての拡大ＴＥＭ写真である。
【図４０】図４０は、図３７においてＣで示す領域についての拡大ＴＥＭ写真である。
【図４１】図４１は、図３７においてＡで示す領域についての電子回折分析結果である。
【図４２】図４２は、図３７においてＢで示す領域についての電子回折分析結果である。
【図４３】図４３は、図３７においてＣで示す領域についての電子回折分析結果である。
【図４４】図４４は、比較例２の積層体についてのＤｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ（動的二次イオン質量分析）の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
《半導体デバイスの製造方法》
半導体元素からなる半導体層又は基材、及び半導体層又は基材上の第１のドーパント注入層を有する半導体デバイスを製造する本発明の方法は、下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含む：
（ａ）半導体層又は基材の第１の箇所に、第１の粒子を含有する第１の分散体を適用すること、ここで、第１の粒子は、半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされている、
（ｂ）適用した第１の分散体を乾燥して、第１の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ）第１の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、半導体層又は基材の第１の箇所を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、第１の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、半導体層又は基材と一体化した第１のドーパント注入層とすること。
【００３６】
この本発明の方法では、１つの態様において、第１のドーパント注入層の結晶方位が、半導体層又は基材の結晶方位と同じである。この場合、ドーパント注入層と半導体層又は基材との界面におけるキャリアのトラップを抑制することができる。
【００３７】
したがって特に、ドーパント注入層上に更に電極を形成する場合、半導体層又は基材から、ドーパント注入層を介して電極に達するキャリアの移動を促進することができる。これによれば、本発明の半導体デバイスが、太陽電池である場合には、発電効率を改良することができ、また本発明の半導体デバイスが、薄膜トランジスタである場合には、オン−オフ比等の半導体特性を改良することができる。
【００３８】
この本発明の方法では、他の１つの態様において、ドーパントの濃度が、第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、特に５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より特に１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ第１のドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下、特に１／１００以下、より特に１／１０００以下である。
【００３９】
このようにドープ濃度の勾配が大きく、それによってドープ濃度が大きい部分の厚さを小さくしつつ、高いドープ濃度を達成している場合、例えば高ドーパント濃度層による光吸収の抑制、裏面電界層又は表面電界層をとして使用したときの特性の改良等を達成できる。
【００４０】
したがって特に、本発明の半導体デバイスがバックコンタクト型の太陽電池であり、かつドーパント注入層を受光面側表面の全体に形成して、表面電界層を形成する場合、発電効率を改良することができる。
【００４１】
具体的には例えば、本発明の方法で得られるセレクティブエミッタ型太陽電池（５００ａ）では、図１に示すように、ｎ型半導体層（１２、１２ａ）及びｐ型半導体層（１４、１４ａ）を有する半導体基材（１０）を有し、半導体基材（１０）の受光面側表面に受光面側電極（２２）及び保護層（２４）が配置されており、半導体基材（１０）の裏面側表面に裏面側電極（３２）及び保護層（３４）が配置されている。
【００４２】
この太陽電池（５００ａ）では、ｎ型半導体層（１２、１２ａ）のうちの電極（２２）に接触する箇所が、ドーパント注入層（５２）に由来するｎ型ドーパントによってドーパント濃度を高められて、セレクティブエミッタ層（１２ａ）にされている。
【００４３】
また、この太陽電池（５００ａ）は、ｐ型半導体層（１４、１４ａ）のうちの裏面側が高ドープされてなる裏面電界層（１４ａ）を有する。なお、この太陽電池の裏面電界層（１４ａ）は、図１の部分図５００ｂで示すように、本発明の方法で得られるドーパント注入層（７０）に由来するｐ型ドーパントによってドーパント濃度を高めて形成することもできる。
【００４４】
また例えば、本発明の方法で得られるバックコンタクト型太陽電池（６００ａ）では、図２に示すように、ｎ型（又はｐ型）半導体からなる半導体基材（１０）を有し、半導体基材（１０）の受光面側表面に保護層（２４）が配置されており、半導体基材（１０）の裏面側表面に裏面側電極（２２、３２）及び保護層（３４）が配置されている。
【００４５】
この太陽電池（６００ａ）では、ｎ型半導体からなる半導体基材（１０）のうちの電極（３２、３４）に接触する箇所が、ドーパント注入層（５２、６２）に由来するｎ型及びｐ型ドーパントによってドーパント濃度を高められて、バックコンタクト層（１２ａ、１４ａ）にされている。
【００４６】
また、この太陽電池（６００ａ）では、半導体基材（１０）のうちの受光面側がｎ型に高ドープされてなる表面電界層（１２ｂ）を有している。なお、この太陽電池（６００ａ）の表面電界層（１２ｂ）は、図２の部分図６００ｂで示すように、本発明の方法で得られるドーパント注入層（８０）に由来するｎ型ドーパントによってドーパント濃度を高めて形成することもできる。
【００４７】
本発明の方法によって、セレクティブエミッタ型太陽電池（５００ａ）を作成する場合、例えば図３〜６で示すようにして作成することができる。
【００４８】
すなわち例えば、本発明の方法によって、セレクティブエミッタ型太陽電池（５００ａ）を作成する場合、ｎ型半導体層（１２）の特定の箇所に、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされている粒子を含有する分散体を適用し、これを乾燥して、未焼結ドーパント注入層（５２ａ）とし（図３）、そしてこの未焼結ドーパント注入層（５２ａ）に光照射（２００）を行うことによって、半導体層又は基材の特定の箇所（１２ａ）を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、未焼結ドーパント注入層を焼結させて、半導体層又は基材（１２）と一体化したドーパント注入層（５２）とすることができる。また、その後、随意に、保護層（２４）を形成し（図５）、その上から電極（２２）を形成し、熱拡散によってこの電極がドーパント注入層（５２）に達するようにすることができる。
【００４９】
なお、本発明の方法においては、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされている第１の粒子を用いて、第１のドーパント注入層を形成するのと併せて、第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされている第２の粒子を用いて、第２のドーパント注入層を形成することもできる。
【００５０】
具体的には、本発明の方法では、下記の工程（ａ’）〜（ｃ’）を更に含み、かつ第２のドーパント注入層の結晶方位が、半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又はドーパントの濃度が、第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ第２のドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下であるようにすることができる：
（ａ’）工程（ａ）と同時に、工程（ａ）と（ｂ）との間に、又は工程（ｂ）と（ｃ）との間に、半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子を含有する第２の分散体を適用すること、ここで、第２の粒子は、半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされている、
（ｂ’）工程（ｂ）と同時に又は工程（ｂ）とは別に、適用した第２の分散体を乾燥して、第２の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ’）工程（ｃ）と同時に又は工程（ｃ）とは別に、第２の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、半導体層又は基材の第２の箇所を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、第２の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、半導体層又は基材と一体化した第２のドーパント注入層とすること。
【００５１】
すなわち、本発明の方法では、ｐ型ドーパントによってドープされている粒子と、ｎ型ドーパントによってドープされている粒子とを、まとめて光照射によって焼結すること、又はまとめて乾燥し、そして光照射によって焼結することも可能である。このような処理は製造工程を短くするために有益なことがある。また、この場合、分散体の適用を、フォトリソグラフィを用いずに、インクジェット印刷やスクリーン印刷のような印刷法を用いて行うことが、処理は製造工程を短くするために特に有益なことがある。
【００５２】
また、本発明の方法では、工程（ｃ）の後に、下記の工程（ａ”）〜（ｃ”）を更に含み、かつ第２のドーパント注入層の結晶方位が、半導体層又は基材の結晶方位と同じ、かつ／又はドーパントの濃度が、第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ第２のドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下であるようにすることができる：
（ａ”）半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子を含有する第２の分散体を適用すること、ここで、第２の粒子は、半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつｐ型又はｎ型ドーパントの他方のドーパントによってドープされている、
（ｂ”）適用した第２の分散体を乾燥して、第２の未焼結ドーパント注入層とすること、及び
（ｃ”）第２の未焼結ドーパント注入層に光照射を行うことによって、半導体層又は基材の第２の選択された箇所を、ｐ型又はｎ型ドーパントによってドープすると共に、第２の未焼結ドーパント注入層を焼結させて、半導体層又は基材と一体化したドーパント注入層とすること。
【００５３】
すなわち、本発明の方法では、本発明の方法を繰り返して、ｐ型ドーパントを注入するドーパント注入層と、ｎ型ドーパントを注入するドーパント注入層とを形成することも可能である。
【００５４】
第２のドーパント注入層の製造方法、ドーピング濃度等については、第１のドーパント注入層に関する記載を参照することができる。
【００５５】
なお、本発明に関して、ドーパント注入層の結晶方位と半導体層又は基材の結晶方位とが同じであることは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による分析によって、ドーパント注入層と半導体層又は基材との間に結晶格子の乱れが存在しないこと、電子線回折（ＥＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）による分析において、ドーパント注入層の回折線と半導体層又は基材の回折線とが一致すること等によって確認できる。
【００５６】
（半導体元素からなる半導体層又は基材）
本発明で使用できる半導体層又は基材としては、半導体元素からなる任意の半導体層又は基材を用いることができる。したがって、半導体元素からなる半導体層又は基材としては、シリコンウェハー、ガリウムウェハー、アモルファスシリコン層、アモルファスガリウム層、結晶質シリコン層、結晶質ガリウム層を挙げることができる。ここで、半導体元素としては、ケイ素、ゲルマニウム又はそれらの組合せを用いることができる。
【００５７】
〈適用〉
半導体デバイスを製造する本発明の方法の工程（ａ）、（ａ’）及び（ａ”）における分散体の適用は、分散体を所望の厚さ及び均一性で塗布できる方法であれば特に限定されず、例えばインクジェット法、スピンコーティング法、又はスクリーン印刷法等によって行うことができ、特にインクジェット印刷やスクリーン印刷のような印刷法を用いて行うことが、処理は製造工程を短くするために特に有益なことがある。
【００５８】
また、この塗布は、分散体膜を乾燥したときに得られる未焼結膜の厚さが、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、又は２００ｎｍ以上であって、２０００ｎｍ以下、１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、又は３００ｎｍ以下であるように行うことができる。具体的には、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を得る場合には、未焼結膜の厚さが、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上であって、５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下であるように塗布を行うことができる。また、太陽電池を得る場合には、未焼結膜の厚さが、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上であって、２０００ｎｍ以下、１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、又は３００ｎｍ以下であるように適用を行うことができる。但し、本発明において上記未焼結膜の厚さは特に制限されない。
【００５９】
（分散媒）
分散体の分散媒は、本発明の目的及び効果を損なわない限り制限されるものではなく、したがって例えば本発明で用いる粒子と反応しない有機溶媒を用いることができる。具体的にはこの分散媒は、非水系溶媒、例えばアルコール、アルカン、アルケン、アルキン、ケトン、エーテル、エステル、芳香族化合物、又は含窒素環化合物、特にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等であってよい。また、アルコールとしては、エチレングリコールのようなグリコール（２価アルコール）を用いることもできる。なお、分散媒は、本発明で用いる粒子の酸化を抑制するために、脱水溶媒であることが好ましい。
【００６０】
（粒子）
分散体の粒子は、半導体元素からなる半導体層又は基材と同一の元素からなりかつｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされている粒子であれば、本発明の目的及び効果を損なわない限り制限されるものではない。このような粒子としては、例えば特許文献５及び６で示されるようなシリコン粒子又はゲルマニウム粒子を用いることができる。具体的には、このシリコン粒子又はゲルマニウム粒子としては、レーザー熱分解法、特にＣＯ２レーザーを用いたレーザー熱分解法によって得られたシリコン粒子又はゲルマニウム粒子を挙げることができる。
【００６１】
分散体の粒子は、粒子の結晶化度が比較的低いこと、且つ／又は粒子の粒径が比較的小さいことが、光照射によって粒子を溶融及び焼結し、それによって得られるドーパント注入層を半導体層又は基材と一体化し、かつドーパント注入層の結晶方位を、半導体層又は基材の結晶方位と同じにするために好ましいことがある。
【００６２】
例えば、粒子の結晶化度は、４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、又は５％以下であることが好ましい。
【００６３】
ここで、本発明においては、結晶化度はラマン分光法に基づいて決定される値である。具体的には例えば、シリコンの粒子については、シリコンに由来するピークが波長４００〜５６０ｃｍ−１に検出され、そのうち、シリコン結晶部に由来するピークは５００〜５４０ｃｍ−１に検出される。したがって、図３４に示すように、シリコンに由来するすべてのピーク面積（図３４の（ａ）及び（ｂ））に対するシリコン結晶部に由来するピーク面積（図３４の（ｂ））の割合を計算することによって、結晶化度が決定される。なお、シリコンに由来するすべてのピーク面積（図３４の（ａ）及び（ｂ））は、ピークを示す曲線と４００ｃｍ−１及び５６０ｃｍ−１のラマンシフトとの２つの交点（ａ１及びａ２）の間を結ぶ直線の上側の領域の面積とし、またシリコン結晶部に由来するピーク面積（図３４の（ｂ））は、ピークを示す曲線と５００ｃｍ−１及び５４０ｃｍ−１のラマンシフトとの２つの交点（ｂ１及びｂ２）の間を結ぶ直線の上側の領域の面積とすることができる。
【００６４】
また例えば、粒子の平均一次粒子径は、１ｎｍ以上、又は３ｎｍ以上であって、１００ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６５】
ここで、本発明においては、粒子の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等による観察によって、撮影した画像を元に直接粒子径を計測し、集合数１００以上からなる粒子群を解析することで、数平均一次粒子径として求めることができる。なお、実施例においては、シリコン粒子の平均一次粒子径は、ＴＥＭ観察を行い、１０万倍の倍率により画像解析を行うことで行った。ｎ数は５００以上の集合を元に、シリコン粒子分散体の平均一次粒子径、及び分散を算出した。
【００６６】
分散体の粒子をドープしているドーパントは、ｐ型又はｎ型ドーパントのいずれであってもよく、例えばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はそれらの組み合わせからなる群より選択される。
【００６７】
また、分散体の粒子がドーピングされている程度は、ドーパント注入層、及び半導体元素からなる半導体層又は基材における所望のドーパント濃度等に依存して決定することができる。具体的には例えば、粒子は、ドーパントを、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、又は１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含むことができる。また、このドーパント濃度は例えば、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、又は１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であってよい。
【００６８】
〈乾燥〉
半導体デバイスを製造する本発明の方法の工程（ｂ）、（ｂ’）及び（ｂ”）における乾燥は、分散体から分散媒を実質的に除去することができる方法であれば特に限定されず、例えば分散体を有する基材を、ホットプレート上に配置して行うこと、加熱雰囲気に配置して行うこと等ができる。
【００６９】
乾燥温度は例えば、基材、分散体の粒子を劣化等させないように選択することができ、例えば５０℃以上、７０℃以上、９０℃以上であって、１００℃以下、１５０℃以下、２００℃以下、又は２５０℃以下であるように選択できる。
【００７０】
（光照射）
半導体デバイスを製造する本発明の方法の工程（ｃ）、（ｃ’）及び（ｃ”）における光照射は、ドーパント注入層に含まれるｐ型又はｎ型ドーパントを半導体層又は基材の選択された領域に拡散させると共に、未焼結のドーパント注入層を焼結させ、それによって半導体層又は基材と一体化させ、かつドーパント注入層の結晶方位を、半導体層又は基材の結晶方位と同じにできる任意の光照射であってよい。
【００７１】
なお、このように光照射によって粒子を焼結させる場合、粒子のみ、又は粒子とその下側にある半導体元素からなる半導体層又は基材の表面部分のみを溶融させることができる。このように、溶融された粒子、又は粒子とその下側にある半導体層又は基材の表面部分は、半導体層又は基材の本体部分への伝熱によって素早く冷却される。すなわち、溶融された半導体粒子等は、半導体層又は基材の本体部分から半導体粒子の表面部分に向かって冷却されて固化する。したがってこの場合、光照射の出力、粒子の粒子径等を適切に制御することによって、得られるドーパント注入層を半導体層又は基材と一体化させ、かつドーパント注入層の結晶方位と半導体層又は基材の結晶方位とを同じにすることができる。
【００７２】
（照射される光）
ここで照射される光としては、上記のようにして粒子の焼結を達成できれば任意の光を用いることができる。例えば、照射される光としては、単一波長からなるレーザー光、特に波長６００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下又は４００ｎｍ以下であって、３００ｎｍ以上の波長を有するレーザー光を用いることができる。また、シリコン粒子の焼結は、特定の帯域の波長範囲（例えば２００〜１１００ｎｍ）の光を一度に照射するフラッシュランプ、例えばキセノンフラッシュランプを用いて行うこともできる。また、上記のようにして粒子の焼結を達成できれば、パルス状の光、連続発振される光などの光を任意に用いることができる。
【００７３】
例えば、光照射をパルス状の光を用いて行う場合、パルス状の光の照射回数は例えば、１回以上、２回以上、５回以上、又は１０回以上であって、３００回以下、２００回以下、又は１５０回以下にすることができる。また、パルス状の光の照射エネルギーは例えば、１５ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以上、５０ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以上、１００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以上、１５０ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以上、又は２００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以上であって、２０００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以下、１０００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以下、５００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以下、３００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以下、又は２５０ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）以下にすることができる。さらに、パルス状の光の照射時間は、例えば２００ナノ秒／ｓｈｏｔ以下、１００ナノ秒／ｓｈｏｔ以下、５０ナノ秒／ｓｈｏｔ以下にすることができる。
【００７４】
ここで、光の照射回数が少なすぎる場合には、所望の焼結を達成するために必要とされる１回のパルス当たりのエネルギーが大きくなり、したがってドーパント注入層が破損する恐れがある。また、１回あたりの照射エネルギーが少なすぎる場合には、焼結温度に達しない。また、焼結温度に達する場合であっても、エネルギーが少なすぎる場合には、必要とされる積算のエネルギーを得るために必要な照射の回数が多くなるため、処理時間が長くなる可能性がある。なお、照射エネルギー、照射回数等の最適な条件は、使用する光照射の波長、粒子の特性等に依存しており、当業者であれば、本願明細書を参照して実験を行うことによって最適な値を求めることができる。
【００７５】
また、上記のようにパルス状の光の照射回数、照射エネルギー、及び照射時間を選択することは、粒子を半導体元素からなる半導体層又は基材とドーパント注入層とを一体化し、それによって半導体元素からなる半導体層又は基材の選択された箇所を、ドーパント注入層に由来するｐ型又はｎ型ドーパントによってドープし、かつドーパント注入層の結晶方位と半導体層又は基材の結晶方位とが同じにするために好ましいことがある。
【００７６】
（照射雰囲気）
分散体粒子を焼結するための光照射は、非酸化性雰囲気、例えば水素、希ガス、窒素、及びそれらの組合せからなる雰囲気において行うことが、分散体粒子の酸化を防ぐために好ましい。ここで、希ガスとしては、特にアルゴン、ヘリウム、及びネオンを挙げることができる。なお、雰囲気が水素を含有することは、分散体粒子の還元作用があり、酸化された表面部分を還元して、連続層を形成するために好ましいことがある。また、非酸化性雰囲気とするために、雰囲気の酸素含有率は、１体積％以下、０．５体積％以下、０．１体積％以下、又は０．０１体積％以下とすることができる。
【００７７】
《半導体デバイス》
本発明の半導体デバイスでは、半導体元素からなる半導体層又は基材の第１の箇所に、第１の粒子が焼結されて形成された第１のドーパント注入層が配置されており、第１の粒子が、半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつｐ型又はｎ型ドーパントによってドープされている。
【００７８】
また、この本発明の半導体デバイスでは、１つの態様において、第１のドーパント注入層が、半導体層又は基材と一体化されており、かつ第１のドーパント注入層の結晶方位が、半導体層又は基材の結晶方位と同じである。また、この本発明の半導体デバイスでは、他の１つの態様において、ドーパントの濃度が、第１のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、特に５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より特に１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ第１のドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下、特に１／１００以下、より特に１／１０００以下である。
【００７９】
本発明の半導体デバイスでは、第２のドーパント注入層を更に有することができる。すなわち例えば、本発明の半導体デバイスでは、更に、半導体層又は基材の第２の箇所に、第２の粒子が焼結されて形成された第２のドーパント注入層が配置されており、第２の粒子が、半導体層又は基材と同一の元素から本質的になり、かつ第１の粒子のドーパントとは異なる型のドーパントによってドープされている。
【００８０】
この場合、第２のドーパント注入層が、半導体層又は基材と一体化されており、かつ第２のドーパント注入層の結晶方位が、半導体層又は基材の結晶方位と同じであってよい。また、この場合、ドーパントの濃度が、第２のドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつ第２のドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて、０．１μｍの深さの１／１０以下であってよい。
【００８１】
第２のドーパント注入層の製造方法、ドーピング濃度等については、第１のドーパント注入層に関する記載を参照することができる。
【００８２】
本発明の半導体デバイスは、その製造方法は特に限定されないが、例えば本発明の方法によって得ることができ、各構成要素の詳細については、半導体デバイスを製造する本発明の方法に関する記載を参照できる。
【００８３】
《分散体》
本発明の分散体は、粒子を含有している分散体であって、粒子が、結晶化度４０％以下かつ／又は平均一次粒子径３０ｎｍ以下であり、かつｎ又はｐドープされている半導体元素から本質的になる。
【００８４】
本発明の分散体は、半導体デバイスを製造する本発明の方法のために用いることができるものであり、各構成要素の詳細については、半導体デバイスを製造する本発明の方法に関する記載を参照できる。
【実施例】
【００８５】
〈実施例１〉
（ホウ素（Ｂ）ドープシリコン粒子の作成）
シリコン粒子は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを原料として、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザーを用いたレーザー熱分解（ＬＰ：Ｌａｓｅｒ  Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）法により作製した。このとき、ＳｉＨ４ガスと共にＢ２Ｈ６ガスを導入して、ホウ素ドープシリコン粒子を得た。
【００８６】
得られたホウ素ドープシリコン粒子のドーピンク濃度は、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、得られたホウ素ドープシリコン粒子は、平均一次粒子径が約５．５ｎｍ（最大粒子径１５ｎｍ、最小粒子径２ｎｍ）であり、分散の値は６ｎｍであった。また、得られたホウ素ドープシリコン粒子の結晶化度は、５％であった。なお、分散（σ２）は、個々の粒子の粒子径を、ｘ１、ｘ２、ｘ３、…、ｘｎとしたときに、下記の式によって求められる値である：
【数１】
0005253561.tif 000002
【００８７】
（分散体の調製）
上記のようにして得たホウ素ドープシリコン粒子を、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に超音波分散させて、固形分濃度２ｗｔ％のシリコン粒子分散体を得た。
【００８８】
（基材の準備）
リンドープシリコン基材（厚さ２８０μｍ、比抵抗１〜５Ωｃｍ）を、アセトン及びイソプロピルアルコール中で各５分間ずつ超音波洗浄し、５％フッ化水素水溶液中で１０分間酸化膜除去を行い、そして洗浄液（Ｆｒｏｎｔｉｅｒ  Ｃｌｅａｎｅｒ（関東化学製））でパーティクル除去を行い、清浄化された基材を準備した。
【００８９】
（塗布）
基材は中央５×１５ｍｍ角以外の部分にメンディングテープを貼り、５×１５ｍｍの部分にのみシリコン粒子が堆積するよう規定した。シリコン粒子分散体を基材上に数滴滴下し、５００ｒｐｍで５秒間にわたって、そして４０００ｒｐｍで１０秒間にわたって、スピンコートすることにより、基材にシリコン粒子分散体を塗布した。
【００９０】
（乾燥）
シリコン粒子分散体が塗布された基材を、７０℃のホットプレート上で乾燥させることによって、シリコン粒子分散体中の分散媒であるイソプロピルアルコールを除去し、それによってシリコン粒子を含む未焼結シリコン粒子膜（膜厚３００ｎｍ）を形成した。
【００９１】
（光照射）
次に、この未焼結シリコン粒子膜に対して、レーザー光照射装置（Ｑｕａｎｔｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｏｓｐｒｅｙ  ３５５−２−０）を用いてＹＶＯ４レーザー（波長３５５ｎｍ）を照射して、未焼結シリコン粒子膜中のシリコン粒子を溶融及び焼結してドーパント注入層とし、それによって基材及びドーパント注入層の積層体を得た。
【００９２】
ここで、照射したＹＶＯ４レーザーは、断面が直径７３μｍの円形であり、それを基材上で走査させることにより、アルゴン雰囲気においてシリコン粒子を溶融及び焼結した。レーザー光照射条件は、照射エネルギー２５０ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）、ショット数２０回、及び１ショットあたりの照射時間３０ナノ秒とした。
【００９３】
（評価−ＳＥＭ分析）
作製された積層体の表面形態をＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）（日立ハイテクノロジーズ製、Ｓ５２００型）にて観察した結果を図９に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化していることが理解される。
【００９４】
（評価−ＴＥＭ分析）
作製された積層体の表面形態を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子製、ＪＥＭ２０１０）にて観察した結果を図１０に示す。また、図１０においてＢ−１〜Ｂ−４で示される箇所を、図１１〜１４において拡大して示している。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化しており、かつドーパント注入層の結晶方位とシリコン基材の結晶方位とが同じであることが理解される。
【００９５】
（評価−電子回折分析）
作製された積層体の表面形態を電子回折分析（日本電子製、ＪＥＭ２０１０付属機能）にて観察した結果を図１６〜２２に示す。ここで、図１６〜２２はそれぞれ、図１５で示すＦＥ−ＳＥＭ側面断面写真において番号１〜７で示される箇所についての電子回折分析結果である。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化しており、かつドーパント注入層の結晶方位とシリコン基材の結晶方位とが同じであることが理解される。
【００９６】
（評価−Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ測定）
作製された太陽電池のＤｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ（動的二次イオン質量分析）を、ＣＡＭＥＣＡ  ＩＭＳ−７ｆを用いて行った。測定条件は一次イオン種Ｏ２＋、一次加速電圧：３．０ｋＶ、検出領域３０μｍΦである。Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳの結果を図２３に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層によって、ドーパント注入層に由来するｐ型又はｎ型ドーパントによって基材がドープされていることが理解される。
【００９７】
具体的には、ドープ濃度は、ドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて約１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、かつドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内であった。
【００９８】
（評価−ＳＣＭ測定）
作製された積層体のＳＣＭ（走査型キャパシタンス顕微鏡）測定を、走査型キャパシタンス顕微鏡（日本ビーコ社製  Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＶ）を用いて行った。測定条件は短針曲率半径２０〜４０ｎｍ、測定範囲２×２μｍ、走査速度１．０Ｈｚである。ＳＣＭの結果を図２４に示す。この観察結果からは、ドーパントが基材にドープされたこと、また、ドープされた領域にｐ層が形成されていること、さらには、基材部分のｎ層の領域とドープにより形成されたｐ層とのｐ−ｎ接合界面で空乏層が形成したことが確認された。よって、ホウ素がドーパント注入層よりレーザーによる光照射で注入されたことが理解される。
【００９９】
（評価−キャリアトラップ）
シリコン粒子分散体を塗布した面に対して、スパッタリング装置を用いてＩＺＯ薄膜（２００ｎｍ）を形成し、さらに、裏面に対して、蒸着装置を用いＡｇ電極を形成し、図２５に示す太陽電池を作製した。
【０１００】
作製された太陽電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価を、ソーラーシミュレータ（朝日分光製、ＨＡＬ−３２０）を用いて行った。ＩＺＯ電極間に−１００〜５００ｍＶの可変電圧を印加して、電極間に流れる電流の変化を調べた。この太陽電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価の結果を表１及び図２６に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化しており、かつドーパント注入層と基材との界面においてキャリアが有意にトラップされていないことが理解される。
【０１０１】
〈実施例２〉
（リン（Ｐ）ドープシリコン粒子の作成）
シリコン粒子は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを原料として、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザーを用いたレーザー熱分解（ＬＰ：Ｌａｓｅｒ  Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）法により作製した。このとき、ＳｉＨ４ガスと共にＰＨ３ガスを導入して、リンドープシリコン粒子を得た。
【０１０２】
得られたリンドープシリコン粒子のドーピンク濃度は、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、得られたリンドープシリコン粒子は、平均一次粒子径が約８．０ｎｍ（最大粒子径１６ｎｍ、最小粒子径４ｎｍ）であり、分散の値は４．３ｎｍであった。また、得られたリンドープシリコン粒子の結晶化度は、１２％であった。
【０１０３】
（分散体の調製）
上記のようにして得たリンドープシリコン粒子を、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に超音波分散させて、固形分濃度１ｗｔ％のシリコン粒子分散体を得た。
【０１０４】
（基材の準備）
ホウ素ドープシリコン基材（厚さ２８０μｍ、比抵抗１〜５Ωｃｍ）を、アセトン及びイソプロピルアルコール中で各５分間ずつ超音波洗浄し、５％フッ化水素水溶液中で１０分間酸化膜除去を行い、そして洗浄液（Ｆｒｏｎｔｉｅｒ  Ｃｌｅａｎｅｒ（関東化学製））でパーティクル除去を行い、清浄化された基材を準備した。
【０１０５】
（塗布）
実施例１と同様にして、基材にシリコン粒子分散体を塗布した。
【０１０６】
（乾燥）
実施例１と同様にして、未焼結シリコン粒子膜を形成した。ただしここでは、得られた未焼結シリコン粒子膜の膜厚は１００ｎｍであった。
【０１０７】
（光照射）
次に、この未焼結シリコン粒子膜に対して、レーザー光照射装置（Ｑｕａｎｔｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｏｓｐｒｅｙ  ３５５−２−０）を用いてＹＶＯ４レーザー（波長３５５ｎｍ）を照射して、未焼結シリコン粒子膜中のシリコン粒子を溶融及び焼結してドーパント注入層とし、それによって基材及びドーパント注入層の積層体を得た。
【０１０８】
ここで、照射したＹＶＯ４レーザーは、断面が直径７３μｍの円形であり、それを基材上で走査させることにより、アルゴン雰囲気においてシリコン粒子を焼結した。レーザー光照射条件は、照射エネルギー４００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）、ショット数２０回、及び１ショットあたりの照射時間３０ナノ秒とした。
【０１０９】
（評価−ＳＥＭ分析）
作製された積層体の表面形態をＦＥ−ＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズ製、Ｓ５２００型）にて観察した結果を図２７に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化していることが理解される。
【０１１０】
（評価−Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ測定）
作製された積層体のＤｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ測定をＣＡＭＥＣＡ  ＩＭＳ−７ｆを用いて行った。測定条件は一次イオン種Ｏ２＋、一次加速電圧：１０．０ｋＶ、検出領域６０μｍΦである。Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳの結果を図２８に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層によって、ドーパント注入層に由来するｐ型又はｎ型ドーパントによって基材がドープされていることが理解される。
【０１１１】
具体的には、ドープ濃度は、ドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内であり、かつドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内であった。
【０１１２】
（評価−ＳＣＭ測定）
作製された積層体のＳＣＭ測定を走査型キャパシタンス顕微鏡（日本ビーコ社製  Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＶ）を用いて行った。測定条件は短針曲率半径２０〜４０ｎｍ、測定範囲２×２μｍ、走査速度１．０Ｈｚである。ＳＣＭの結果を図２９に示す。この観察結果からは、ドーパントが基材にドープされたこと、また、ドープされた領域にｎ層が形成されていること、さらには、基材部分のｎ層の領域とドープにより形成されたｎ層とのｐ−ｎ接合界面で空乏層が形成したことが確認された。よって、リンがシリコン粒子分散体よりレーザーによる光照射で注入されたことが理解される。
【０１１３】
（評価−キャリアトラップ）
シリコン粒子分散体を塗布した面に対して、スパッタリング装置を用いてＩＺＯ薄膜（２００ｎｍ）を形成し、さらに、裏面に対して、蒸着装置を用いＡｇ電極を形成し、図３０に示す太陽電池を作製した。
【０１１４】
作製された太陽電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価を、ソーラーシミュレータ（朝日分光製、ＨＡＬ−３２０）を用いて行った。ＩＺＯ電極間に−１００〜５００ｍＶの可変電圧を印加して、電極間に流れる電流の変化を調べた。この太陽電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価の結果を表１及び図３１に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化しており、かつドーパント注入層と基材との界面においてキャリアが有意にトラップされていないことが理解される。
【０１１５】
〈比較例１〉
（リン（Ｐ）ドープシリコン粒子）
平均一次粒子径が約２０．０ｎｍ（最大粒子径４２ｎｍ、最小粒子径７ｎｍ）、粒径分布の分散３５．５ｎｍのリンドープシリコン粒子を用いた。このリンドープシリコン粒子の結晶化度は、４９％であった。
【０１１６】
（分散体の調整）
上記のリンドープシリコン粒子を、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に超音波分散させて、固形分濃度２ｗｔ％のシリコン粒子分散体を得た。
【０１１７】
（基材の準備）
実施例２と同様にして、清浄化されたホウ素ドープシリコン基材を準備した。
【０１１８】
（塗布）
実施例１及び２と同様にして、基材にシリコン粒子分散体を塗布した。
【０１１９】
（乾燥）
実施例１及び２と同様にして、未焼結シリコン粒子膜を形成した。ただしここでは、得られた未焼結シリコン粒子膜の膜厚は３００ｎｍであった。
【０１２０】
（光照射）
次に、この未焼結シリコン粒子膜に対して、レーザー光照射装置（Ｑｕａｎｔｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｏｓｐｒｅｙ  ３５５−２−０）を用いてＹＶＯ４レーザー（波長３５５ｎｍ）を照射して、未焼結シリコン粒子膜中のシリコン粒子を溶融及び焼結してドーパント注入層とし、それによって基材及びドーパント注入層の積層体を得た。
【０１２１】
ここで、照射したＹＶＯ４レーザーは、断面が直径７３μｍの円形であり、それを基材上で走査させることにより、アルゴン雰囲気においてシリコン粒子を焼結した。レーザー光照射条件は、照射エネルギー２５０ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）、ショット数３０回、及び１ショットあたりの照射時間３０ナノ秒とした。
【０１２２】
（評価−ＳＥＭ分析）
作製された積層体の表面形態をＦＥ−ＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズ製、Ｓ５２００型）にて観察した結果を図３２に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層のシリコン粒子がその形態を維持しており、ドーパント注入層が基材と一体化していないことが理解される。
【０１２３】
（評価−キャリアトラップ）
シリコン粒子分散体を塗布した面に対して、スパッタリング装置を用いてＩＺＯ薄膜（２００ｎｍ）を形成し、さらに、裏面に対して、蒸着装置を用いＡｇ電極を形成し、図３０に示す太陽電池を作製した。
【０１２４】
作製された太陽電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価を、ソーラーシミュレータ（朝日分光製、ＨＡＬ−３２０）を用いて行った。ＩＺＯ電極間に−１００〜５００ｍＶの可変電圧を印加して、電極間に流れる電流の変化を調べた。この太陽電池のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性評価の結果を表１及び図３３に示す。
【０１２５】
【表１】
0005253561.tif 000003
【０１２６】
〈実施例３〉
（リン（Ｐ）ドープシリコン粒子の作成）
シリコン粒子は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを原料として、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザーを用いたレーザー熱分解（ＬＰ：Ｌａｓｅｒ  Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）法により作製した。このとき、ＳｉＨ４ガスと共にＰＨ３ガスを導入して、リンドープシリコン粒子を得た。
【０１２７】
得られたリンドープシリコン粒子のドーピンク濃度は、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、得られたリンドープシリコン粒子は、平均一次粒子径が約７．０ｎｍであった。
【０１２８】
（分散体の調製）
上記のようにして得たリンドープシリコン粒子を、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に超音波分散させて、固形分濃度２ｗｔ％のシリコン粒子分散体を得た。
【０１２９】
（基材の準備）
リン（Ｐ）ドープシリコン基材（厚さ２８０μｍ、比抵抗５Ωｃｍ以下）を、アセトン及びイソプロピルアルコール中で各５分間ずつ超音波洗浄し、洗浄液（Ｆｒｏｎｔｉｅｒ  Ｃｌｅａｎｅｒ、関東化学製）でパーティクル除去を行い、その後、５％フッ化水素水溶液中で１０分間にわたって酸化膜除去し、清浄化された基材を準備した。
【０１３０】
（塗布）
シリコン粒子分散体を基材上に数滴滴下し、５００ｒｐｍで５秒間にわたって、そして４０００ｒｐｍで１０秒間にわたって、スピンコートすることにより、基材にシリコン粒子分散体を塗布した。
【０１３１】
（乾燥）
実施例１と同様にして、未焼結シリコン粒子膜を形成した。ただしここでは、得られた未焼結シリコン粒子膜の膜厚は２００ｎｍであった。
【０１３２】
（光照射）
次に、この未焼結シリコン粒子膜に対して、レーザー光照射装置（Ｑｕａｎｔｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｏｓｐｒｅｙ  ３５５−２−０）を用いて、アルゴン雰囲気でＹＶＯ４レーザー（波長３５５ｎｍ）を照射し、未焼結シリコン粒子膜を焼結してドーパント注入層とし、それによって基材及びドーパント注入層の積層体を得た。
【０１３３】
基材裏面に対しても同様に、分散体の塗布、乾燥、光照射を行い、基材裏面にドーパント注入層を形成した。
【０１３４】
ここで、照射したＹＶＯ４レーザーは、断面が直径１００μｍの円形であり、それを基材上で走査させることにより、アルゴン雰囲気においてシリコン粒子を溶融及び焼結した。レーザー光照射条件は、照射エネルギー５００ｍＪ／（ｃｍ２・ｓｈｏｔ）、ショット数２０回、及び照射時間３０ナノ秒／ショットとした。
【０１３５】
（評価−ライフタイム測定）
作製された積層体のライフタイムを、ライフタイム測定装置（ＳＥＭＩＬＡＢ、ＷＴ−２０００）にて観察した。
【０１３６】
これによれば、洗浄後未処理のシリコン基材でのライフタイムが９μ秒であったのに対して、ドーパント注入層を両面に堆積させたシリコン基材でのライフタイムは１０７μ秒であった。この測定結果からは、シリコン粒子分散体を用いてシリコン基材の表面にドーパント注入層を形成することにより、ライフタイムが向上することが理解される。
【０１３７】
（評価−Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ分析）
ドーパント注入層を有するシリコン基材のＳＩＭＳ（動的二次イオン質量分析）を、ＣＡＭＥＣＡ  ＩＭＳ−７ｆを用いて行った。測定条件は、一次イオン種Ｏ２＋、一次加速電圧：３．０ｋＶ、検出領域３０μｍΦであった。
【０１３８】
ＳＩＭＳの結果を図３５に示す。この観察結果からは、高ドーパント注入層がシリコン基材表面に形成されていることが理解される。具体的には、ドープ濃度は、ドーパント注入層の表面から０．１μｍの深さにおいて１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、かつドーパント注入層の表面から０．３μm、特に０．２μｍの深さにおいて１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であった。
【０１３９】
（評価−ＳＥＭ分析）
作製された積層体の表面形態をＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）（日立ハイテクノロジーズ製、Ｓ５２００型）にて観察した結果を図３６に示す。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化していることが理解される。
【０１４０】
（評価−ＴＥＭ分析）
作製された積層体の表面形態を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子製、ＪＥＭ２０１０）にて観察した結果を図３７に示す。また、図３７においてＡ−１〜Ａ−４で示される箇所を、図３８〜４１において拡大して示している。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化しており、かつドーパント注入層の結晶方位とシリコン基材の結晶方位とが同じであることが理解される。
【０１４１】
（評価−電子回折分析）
作製された積層体の表面形態を電子回折分析（日本電子製、ＪＥＭ２０１０付属機能）にて観察した結果を図４３及び４４に示す。ここで、図４３及び４４はそれぞれ、図４２で示すＦＥ−ＳＥＭ側面断面写真において番号１〜２で示される箇所についての電子回折分析結果である。この観察結果からは、ドーパント注入層が基材と一体化しており、かつドーパント注入層の結晶方位とシリコン基材の結晶方位とが同じであることが理解される。
【０１４２】
〈比較例２〉
光照射後にランプ加熱装置（アルバック理工、ＭＩＬＡ−５０００）にて、１０００℃で２０分間熱処理を行った以外は実施例１と同様にして、ドーパント注入層を有するシリコン基材の作製を行った。
【０１４３】
（評価−ライフタイム測定）
作製された積層体のライフタイムを、ライフタイム測定装置（ＳＥＭＩＬＡＢ、ＷＴ−２０００）にて観察した。
【０１４４】
これによれば、洗浄後未処理のシリコン基材でのライフタイムが９μ秒であったのに対し、ドーパント注入層を両面に堆積させたシリコン基材でのライフタイムは１．１μ秒であった。この測定結果からは、熱処理によってドーパント注入層からのドーパントの拡散が進行すると、ライフタイムが低下することが理解される。
【０１４５】
（評価−Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ分析）
ドーパント注入層を有するシリコン基材のＳＩＭＳ（動的二次イオン質量分析）を、ＣＡＭＥＣＡ  ＩＭＳ−７ｆを用いて行った。測定条件は、一次イオン種Ｏ２＋、一次加速電圧：３．０ｋＶ、検出領域３０μｍΦであった。
【０１４６】
ＳＩＭＳの結果を図４５に示す。この観察結果からは、実施例１と比較して、熱処理によってドーパント注入層からのドーパントの拡散が進行していることが理解される。具体的には、ドープ濃度は、ドーパント注入層の表面から０．１μｍ及び０．２μｍの深さのいずれにおいても１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内であった。
【符号の説明】
【０１４７】
１０    半導体基材
１２、１２ａ    ｎ型半導体層
１４、１４ａ    ｐ型半導体層
２２    受光面側電極
２４    保護層
３２    裏面側電極
３４    保護層
５２    ドーパント注入層
５２ａ    未焼結ドーパント注入層
６２    ドーパント注入層
５００ａ    本発明のセレクティブエミッタ型太陽電池
６００ａ    本発明のバックコンタクト型太陽電池
【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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【図２３】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図４４】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２７】
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【図２９】
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【図３２】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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