(57)【要約】  ｎ型Ｓｉ部分と、該ｎ型Ｓｉ部分の上に配置された第１の層と、該第１の層の上に配置された第２の層と、前記第２の層の上に配置された電極層と、を有し、前記第１の層は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む酸化物のエレクトライドで構成され、前記第２の層は、以下の群：（ｉ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１つを含む金属酸化物、（ｉｉ）チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、（ｉｉｉ）スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、ならびに（ｉｖ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、から選定される、半導体素子。
2018066483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型Ｓｉ部分と、
該ｎ型Ｓｉ部分の上に配置された第１の層と、
該第１の層の上に配置された第２の層と、
前記第２の層の上に配置された電極層と、
を有し、
前記第１の層は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む酸化物のエレクトライドで構成され、
前記第２の層は、以下の群：
（ｉ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１つを含む金属酸化物、
（ｉｉ）チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
（ｉｉｉ）スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、ならびに
（ｉｖ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
から選定される、半導体素子。
【請求項２】
前記第１の層は、非晶質である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記（ｉ）の金属酸化物は、非晶質である、請求項１または２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記（ｉｉ）の金属酸化物は、Ｎｂ（ニオブ）がドープされた酸化チタンである、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項５】
前記（ｉｉｉ）の金属酸化物は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、またはフッ素ドープ酸化スズである、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項６】
前記（ｉｖ）の金属酸化物は、アルミニウムおよび／またはガリウムがドープされた酸化亜鉛である、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第２の層は、前記第１の層に近い側から、第３の層および第４の層を含む、少なくとも２層で構成され、
前記第３の層は、前記（ｉ）から選定され、
前記第４の層は、前記（ｉｉ）〜（ｉｖ）の一つから選定される、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の半導体素子を備える太陽電池モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の半導体素子を備えるＴＦＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に関し、例えば、太陽電池および薄膜トランジスタのような半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば太陽電池および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような半導体素子は、結晶質または非晶質のｎ型シリコンからなる部材上に、電極層が配置された構成を有する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０９８２２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような半導体素子の分野においては、素子効率をさらに高めることが要望されている。例えば、太陽電池では発電効率のさらなる向上、一方薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）では作動効率のさらなる向上が求められている。【０００５】
しかしながら、通常の半導体素子では、ｎ型シリコン部材と電極層の間の界面は、オーミック性の抵抗挙動を示さず、その結果、界面の接触抵抗が高いという問題がある。そしてこのことが、半導体素子の効率向上を妨げる一要因となっている。【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、ｎ型シリコン部材〜電極層の間の接触抵抗が有意に抑制された半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、
ｎ型Ｓｉ部分と、
該ｎ型Ｓｉ部分の上に配置された第１の層と、
該第１の層の上に配置された第２の層と、
前記第２の層の上に配置された電極層と、
を有し、
前記第１の層は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む酸化物のエレクトライドで構成され、
前記第２の層は、以下の群：
（ｉ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１つを含む金属酸化物、
（ｉｉ）チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
（ｉｉｉ）スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、ならびに
（ｉｖ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
から選定される、半導体素子が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、ｎ型シリコン部材〜電極層の間の接触抵抗が有意に抑制された半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による半導体素子の概略的な断面を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例の概略的なフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態による別の半導体素子の概略的な断面を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態によるさらに別の半導体素子の概略的な断面を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態による半導体素子を備える太陽電池モジュールの一構成例を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による半導体素子を備えるＴＦＴの一構成例を模式的に示した断面図である。
【図７】各サンプルにおいて得られた、電極間距離と抵抗値の間の関係をまとめて示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について説明する。
【００１１】
本発明の一実施形態では、
ｎ型Ｓｉ部分と、
該ｎ型Ｓｉ部分の上に配置された第１の層と、
該第１の層の上に配置された第２の層と、
前記第２の層の上に配置された電極層と、
を有し、
前記第１の層は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む酸化物のエレクトライドで構成され、
前記第２の層は、以下の群：
（ｉ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１つを含む金属酸化物、
（ｉｉ）チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
（ｉｉｉ）スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、ならびに
（ｉｖ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
から選定される、半導体素子が提供される。
【００１２】
なお、本願では、ｎ型Ｓｉ部分と該ｎ型Ｓｉ部分の直上に配置される層との間の界面を、「第１の界面」と称する。また、電極層と該電極層の直下に配置される層との間の界面を、「第２の界面」と称する。
【００１３】
前述のように、通常の半導体素子では、ｎ型シリコン部材と電極層の間の第１の界面における接触抵抗が高いという問題がある。金属とＳｉとの接合において接触抵抗を低減させるためには、界面近傍のＳｉ中のキャリア濃度を増大させる、または金属とＳｉ界面のショットキー障壁高さを低減するために適切な金属材料を選択するなどの手法が知られている。前者は半導体中のドーパント固溶限、後者は金属とＳｉ界面でのフェルミレベルピンニングといった物理現象により、いずれも接触抵抗の低減には限界がある。
【００１４】
しかしながら、本発明の一実施形態による半導体素子では、ｎ型シリコン部材と、電極層との間に、複数の層が追加される。
【００１５】
本願発明者らの知見では、本半導体素子に含まれる前述のような特徴を有する第１の層は、良好な電子伝導性を有する。また、第１の層とｎ型Ｓｉ部分との界面（すなわち「第１の界面」）の接触抵抗は、比較的低いことが確認されている。
【００１６】
ｎ型Ｓｉ部分の上に第１の層を配置することにより、第１の界面においてフェルミレベルピニングを生じず、また、第１の層が、キャリア密度が高く、仕事関数が小さいことから、第１の界面での障壁高さが小さい。そのため、半導体素子としての動作性を確保したまま、第１の界面の接触抵抗を有意に抑制することができる。
【００１７】
ここで、フェルミレベルピンニングとは、半導体と金属を接合させる場合に、様々な仕事関数の金属を用いてもショットキー障壁高さの変化が小さいことをいう。例えば、ＳｉとＡｌとを接合させる場合では、ショットキー障壁高さは１．５ｅＶ程度となり、Ａｌの仕事関数（４．２ｅＶ）とＳｉの電子親和力（４ｅＶ）から予想されるショットキー障壁高さよりも大きい。フェルミレベルピンニングは、半導体のバンドギャップ内に存在する界面準位、または界面状態に起因するが、実用上は、界面の化学的な安定性が大きく関係していると考えられる。
【００１８】
本願発明者らの知見では、前述のような第１の層は、金属との間の接触抵抗が比較的高いことが確認されている。このため、第１の層の直上に金属で構成された電極層を配置した場合、第２の界面での接触抵抗の影響が顕著になってしまう。
【００１９】
しかしながら、前述のように、本半導体素子において、第１の層と電極層とは、直接接触しない。すなわち、第１の層と電極層の間には、第２の層が配置される。
【００２０】
ここで、第２の層は、良好な電子伝導性を有する。また、第２の層と電極との界面（すなわち「第２の界面」）の接触抵抗は、比較的低いことが確認されている。また、第１の層と第２の層との間の界面（以下、「第３の界面」という）においても、接触抵抗は、比較的低いことが確認されている。
【００２１】
本半導体素子では、第２の界面および第３の界面においても、第１の界面と同様の理由により、ショットキー障壁高さが有意に抑制されるため、該半導体素子としての動作性を確保したまま、第２の界面（さらには第３の界面）の接触抵抗を有意に抑制することができる。
【００２２】
その結果、本半導体素子では、素子効率を有意に向上させることができる。例えば、本半導体素子を太陽電池に適用した場合、発電効率を有意に高めることが可能になる。また、本半導体素子をＴＦＴに適用した場合、作動効率を有意に高めることが可能になる。
【００２３】
（本発明の一実施形態による半導体素子）
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００２４】
図１には、本発明の一実施形態による半導体素子（以下、「第１の半導体素子」と言う）の概略的な断面を示す。
【００２５】
図１に示すように、第１の半導体素子１００は、支持体１１０と、ｎ型Ｓｉ層１２０と、第１の層１３０と、第２の層１４０と、電極層１５０とを備える。
【００２６】
支持体１１０は、その上部に配置される各層を支持したり、ｎ型Ｓｉ層１２０の形成を容易にしたりする役割を有する。
【００２７】
例えば、第１の半導体素子１００が太陽電池の一部を構成する場合、支持体１１０はｐ型Ｓｉ層を有してもよい。あるいは、支持体１１０は、ｐ型Ｓｉ層であってもよい。また、第１の半導体素子１００が、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の一部を構成する場合、支持体１１０は、アモルファスＳｉ層を有してもよい。あるいは、支持体１１０は、アモルファスＳｉ層であってもよい。
【００２８】
ただし、ｎ型Ｓｉ層１２０が厚く形成される場合など、特定の場合には、支持体１１０は、省略されてもよい。
【００２９】
ｎ型Ｓｉ層１２０は、ｎ型のケイ素Ｓｉを含む層で構成される。ｎ型Ｓｉ層１２０は、非晶質であっても結晶質であってもよい。
【００３０】
第１の層１３０は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む酸化物のエレクトライドで構成される。
【００３１】
第２の層１４０は、亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１つを含む金属酸化物で構成される。
【００３２】
なお、第１の層１３０および第２の層１４０の詳細については、後述する。
【００３３】
電極層１５０は、金属（または合金。以下同じ）で構成される。
【００３４】
このような構成を有する第１の半導体素子１００では、第１〜第３の界面、すなわちｎ型Ｓｉ層１２０と第１の層１３０との間の界面（第１の界面）、第２の層１４０と電極層１５０との間の界面（第２の界面）、および第１の層１３０と第２の層１４０との間の界面（第３の界面）のそれぞれにおいて、接触抵抗が有意に抑制される。
【００３５】
このため、第１の半導体素子１００では、作動時の効率を有意に向上させることができる。
【００３６】
（各構成部材について）
次に、図１に示した第１の半導体素子１００を構成する各部材について、より詳しく説明する。
【００３７】
なお、ここでは、明確化のため、各部材を表す際に、図１に示した参照符号を使用する。
【００３８】
（支持体１１０）
前述のように、支持体１１０は、その上部に配置される各層を支持したり、ｎ型Ｓｉ層１２０の形成を容易にしたりする役割を有する。
【００３９】
支持体１１０の材料は、特に限られない。
【００４０】
例えば、第１の半導体素子１００が太陽電池の一部に適用される場合、支持体１１０は、ｐ型ＳｉまたはノンドープのＳｉで構成されてもよい。一方、第１の半導体素子１００がＴＦＴの一部に適用される場合、支持体１１０は、アモルファスＳｉあるいは結晶質Ｓｉを有し、またはアモルファスＳｉあるいは結晶質Ｓｉで構成されてもよい。
【００４１】
また、支持体１１０は、ガラス、アルミナ、またはケイ素等で構成された基板であってもよい。
【００４２】
なお、前述のように、支持体１１０は、必須の構成ではなく、省略されてもよい。
【００４３】
（ｎ型Ｓｉ層１２０）
支持体１１０の上には、ｎ型Ｓｉ層１２０が配置される。
【００４４】
ｎ型Ｓｉ層１２０は、結晶質であっても、非晶質であってもよい。
【００４５】
ｎ型Ｓｉ層１２０は、リン（Ｐ）および／またはヒ素（Ａｓ）等がドープされていてもよい。
【００４６】
ｎ型Ｓｉ層１２０の電子密度は、例えば、１０１４ｃｍ−３〜１０２１ｃｍ−３の範囲であってもよい。電子密度は、１０１６ｃｍ−３以上が好ましく、１０１８ｃｍ−３以上がより好ましい。電子密度が１０１４ｃｍ−３以上であれば、接触抵抗が低くなりやすい。電子密度は、１０２０ｃｍ−３以下が好ましく、１０１９ｃｍ−３以下がより好ましい。
【００４７】
（第１の層１３０）
第１の層１３０は、前述のように、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む酸化物のエレクトライドで構成される。
【００４８】
第１の層１３０は、導電性を有し、有意に高いイオン化ポテンシャルを有するとともに、仕事関数が低いという特徴を有する。例えば、第１の層１３０の仕事関数は、２．４ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲（例えば２．８ｅＶ〜３．２ｅＶ）である。
【００４９】
また、第１の層１３０は、電子密度が高いという特徴を有する。第１の層１３０の電子密度は、例えば、２．０×１０１７ｃｍ−３〜２．３×１０２１ｃｍ−３の範囲である。電子密度は、１．０×１０１８ｃｍ−３以上がより好ましく、１×１０１９ｃｍ−３以上がさらに好ましく、１×１０２０ｃｍ−３以上が特に好ましい。
【００５０】
第１の層１３０の電子密度が高いため、ｎ型Ｓｉ層１２０と第１の層１３０との間の界面（第１の界面）は、トンネル効果によりオーミック性を示す。そのため、第１の界面の接触抵抗は、有意に抑制される。また、第１の層１３０は、第２の層１４０との間（第３の界面）でも良好な接触抵抗を示す。
【００５１】
従って、第１の層１３０を有する第１の半導体素子１００では、第１の界面および第３の界面のいずれにおいても、接触抵抗を有意に抑制することができる。
【００５２】
第１の層１３０の厚さは、０．５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲が好ましい。０．５ｎｍ以上であれば、均質な薄膜を形成することができるため、接触抵抗の低減効果を安定して得ることができる。第１の層１３０の厚さは、２ｎｍ以上がより好ましく、３ｎｍ以上がさらに好ましい。一方、第１の層１３０の厚さが１０ｎｍ以下であれば、体積抵抗の影響を無視することができる。第１の層１３０の厚さは、７ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００５３】
第１の層１３０の厚さは、Ｘ線反射法（ＸＲＲ）または断面透過電子顕微鏡観察により測定することができる。
【００５４】
第１の層１３０は、非晶質であっても、結晶質であってもよい。以下、それぞれの場合について、説明する。
【００５５】
（非晶質の第１の層１３０）
第１の層１３０は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドで構成されてもよい。
【００５６】
非晶質とは、Ｘ線回折測定で鋭いピークを与えない物質を意味する。具体的には、Ｘ線波長λが０．１５４ｎｍ、シェラー定数Ｋが０．９であるとき、下記の（１）式で表されるシェラーの式で求められる結晶子径（シェラー径）が５．２ｎｍ以下である。シェラー径Ｌはシェラー定数をＫ、Ｘ線波長をλ、半値幅をβ、ピーク位置をθとすると、
Ｌ＝Ｋλ／（βｃｏｓθ）        （１）式
で表される。第１の層１３０が非晶質であれば、膜表面の平滑性が高く、素子の短絡防止が可能であるため好ましい。
【００５７】
また、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライド」とは、カルシウム原子、アルミニウム原子および酸素原子から構成される非晶質を溶媒とし、電子を溶質とする溶媒和からなる非晶質固体物質を意味する。
【００５８】
エレクトライド中の電子は、陰イオンとして働くことができる。電子はバイポーラロンとして存在してもよい。バイポーラロンは、カルシウム原子、アルミニウム原子、および酸素原子により構成され、三次元的に連結された内径約０．４ｎｍの空隙であるケージが２つ隣接し、さらにそれぞれのケージに、電子（溶質）が包接されて構成されている。ただし、非晶質酸化物のエレクトライドの状態は、上記に限られず、ひとつのケージに２つの電子（溶質）が包接されてもよい。また、これらのケージが複数凝集した状態でもよく、凝集したケージは微結晶とみなすこともできるため、非晶質中に微結晶が含まれた状態も、非晶質とみなされる。
【００５９】
「非晶質酸化物のエレクトライド」におけるアルミニウム原子とカルシウム原子のモル比（Ｃａ／Ａｌ）は、０．３〜５．０の範囲が好ましく、０．５５〜１．００の範囲がより好ましく、０．８〜０．９の範囲がさらに好ましく、０．８４〜０．８６の範囲が特に好ましい。
【００６０】
「非晶質酸化物のエレクトライド」の組成は、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３が好ましいが、これに限られず、例えば、下記の（１）〜（５）の化合物が例示される。
（１）Ｃａ原子の一部乃至全部が、Ｓｒ、Ｍｇ、および／またはＢａなどの金属原子に置換された同型化合物。例えば、Ｃａ原子の一部乃至全部がＳｒに置換された化合物としては、ストロンチウムアルミネートＳｒ１２Ａｌ１４Ｏ３３があり、ＣａとＳｒの混合比が任意に変化された混晶として、カルシウムストロンチウムアルミネートＣａ１２−ｘＳｒＸＡｌ１４Ｏ３３（ｘは１〜１１の整数；平均値の場合は０超１２未満の数）などがある。
（２）Ａｌ原子の一部乃至全部が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＢからなる群から選択される一種以上の原子に置換された同型化合物。例えば、Ｃａ１２Ａｌ１０Ｓｉ４Ｏ３５などが挙げられる。
（３）１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３（上記（１）、（２）の化合物を含む）中の金属原子および／または非金属原子（ただし、酸素原子を除く）の一部が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＣｕからなる群から選択される一種以上の遷移金属原子もしくは典型金属原子、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫからなる群から選択される一種以上のアルカリ金属原子、またはＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂからなる群から選択される一種以上の希土類原子と置換された同型化合物。
（４）ケージに包接されているフリー酸素イオンの一部乃至全部が、他の陰イオンに置換された化合物。他の陰イオンとしては、例えば、Ｈ−、Ｈ２−、Ｈ２−、Ｏ−、Ｏ２−、ＯＨ−、Ｆ−、Ｃｌ−、およびＳ２−などの陰イオンや、窒素（Ｎ）の陰イオンなどがある。
（５）ケージの骨格の酸素の一部が、窒素（Ｎ）などで置換された化合物。
【００６１】
バイポーラロンは、光子エネルギーが１．５５ｅＶ〜３．１０ｅＶの可視光の範囲では光吸収がほとんどなく、４．６ｅＶ付近で光吸収を示す。従って、第１の層１３０は、可視光において透明である。また、第１の層１３０の光吸収特性を測定し、４．６ｅＶ付近の光吸収係数を測定することにより、第１の層１３０中にバイポーラロンが存在するかどうか、すなわち第１の層１３０が非晶質酸化物のエレクトライドを有するかどうかを確認することができる。
【００６２】
第１の層１３０の組成分析は、ＸＰＳ法、ＥＰＭＡ法またはＥＤＸ法等により行うことができる。膜厚が１００ｎｍ以下の場合はＸＰＳ法、５０ｎｍ以上の場合はＥＰＭＡ法、３μｍ以上の場合はＥＤＸ法による分析が可能である。
【００６３】
第１の層１３０が非晶質酸化物のエレクトライドで構成される場合、Ｘ線回折の測定ではピークは観察されず、ハローのみが観察される。
【００６４】
第１の層１３０は、微結晶を含んでいても良い。第１の層１３０内に微結晶が含有されているか否かは、例えば第１の層１３０の断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真などから判断される。結晶状態における組成は、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３等で表わされる。また、微結晶は、シェラー径が５．２ｎｍより大きく、１００ｎｍより小さい結晶である。第１の層１３０が微結晶であれば、導電性が向上する。
【００６５】
第１の層１３０において、４．６ｅＶの位置での光吸収値は、１００ｃｍ−１以上であってもよく、２００ｃｍ−１以上であってもよい。４．６ｅＶの位置での光吸収値は、１００ｃｍ−１以上であれば、電子密度が大きくなり、仕事関数が小さくなるため、十分に接触抵抗を小さくすることができる。
【００６６】
なお、第１の層１３０の電子密度は、ヨウ素滴定法により測定することができる。ちなみに、エレクトライドの薄膜におけるバイポーラロンの密度は、測定された電子密度を１／２倍することにより算定することができる。
【００６７】
このヨウ素滴定法は、５ｍｏｌ／ｌのヨウ素水溶液中に第１の層１３０のサンプルを浸漬し、塩酸を加えて溶解させた後、この溶液中に含まれる未反応ヨウ素の量を、チオ硫酸ナトリウムで滴定検出する方法である。この場合、サンプルの溶解により、ヨウ素水溶液中のヨウ素は、以下の反応によりイオン化する：
Ｉ２＋ｅ−→２Ｉ−      （２）式
また、チオ硫酸ナトリウムでヨウ素水溶液を滴定した場合、
２Ｎａ２Ｓ２Ｏ３＋Ｉ２→２ＮａＩ＋Ｎａ２Ｓ４Ｏ６      （３）式
の反応により、未反応のヨウ素がヨウ化ナトリウムに変化する。最初の溶液中に存在するヨウ素量から、（３）式で滴定検出されたヨウ素量を差し引くことにより、（２）式の反応で消費されたヨウ素量が算定される。これにより、第１の層１３０のサンプル中の電子密度を測定することができる。
【００６８】
非晶質の第１の層１３０の成膜方法は、特に限られない。非晶質の第１の層１３０は、例えば、蒸着法で成膜されてもよい。非晶質の第１の層１３０は、例えば、１０−７Ｐａ〜１０−３Ｐａの真空中で原料を加熱し、蒸着してもよい。また、非晶質の第１の層１３０は、スパッタリング法等により成膜してもよい。
【００６９】
（結晶質の第１の層１３０）
第１の層１３０は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む結晶質酸化物のエレクトライドで構成されてもよい。
【００７０】
結晶質酸化物のエレクトライドは、それぞれのケージが面を共有して３次元的に積み重なることにより、結晶格子が構成され、それらのケージの一部に電子が包接される。結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドにおいて、ケージに包接された電子は、ケージに緩く束縛され、結晶中を自由に動くことができる。このため、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドよりも高い導電性を示す。「結晶質酸化物のエレクトライド」の組成は、上述の「非晶質酸化物のエレクトライド」の組成と同様である。
【００７１】
結晶質酸化物のエレクトライドは、非晶質酸化物エレクトライドを９００℃以上に加熱処理することにより作製することができる。加熱処理は、通常の電気炉による加熱、赤外線加熱、レーザー加熱、または誘導加熱などにより行うことができる。
【００７２】
（第２の層１４０）
第２の層１４０は、亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも１つを含む金属酸化物で構成される。
【００７３】
例えば、第２の層１４０は、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）を含んでもよい。以下、このような第２の層を、特に、「ＺＳＯ層」と称する。また、第２の層は、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含んでもよい。以下、このような第２の層を、特に、「ＺＴＯ層」と称する。さらに、第２の層は、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含んでもよい。以下、このような第２の層を、特に、「ＺＳＴＯ層」と称する。
【００７４】
以下、ＺＳＯ層、ＺＴＯ層およびＺＳＴＯ層のそれぞれについて説明する。
【００７５】
（ＺＳＯ層）
ＺＳＯ層は、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ)および酸素（Ｏ）を含む。第２の層１４０がＺＳＯ層で構成される場合、結晶粒界を持たないので、一般的に用いられるＺｎＯなどの酸化物半導体と比べて、平坦性および均質性に優れる。
【００７６】
Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）の値は、例えば、モル比で０．３０〜０．９５の範囲が好ましい。０．３０以上であれば、十分に大きな電子移動度が得られ、厚膜化して使用できるので、Ｓｉ基板を十分に化学的に保護することができる。０．９５以下であれば、平滑な表面が得られるので短絡を抑制できる。Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）の値は、モル比で０．７０以上であってもよく、０．８０以上であってもよく、０．８５以上であってもよい。Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）の値は、モル比で０．９４以下であってもよく、０．９２以下であってもよく、０．９０以下であってもよい。
【００７７】
ＺＳＯ層は、化学組成がｘＺｎＯ−（１−ｘ）ＳｉＯ２（ｘ＝０．３０〜０．９５）で表わされることが好ましい。ここで、ｘが０．３０以上であれば、十分に大きな電子移動度が得られ、厚膜化して使用できるので、Ｓｉ基板を十分に保護することができる。ｘが０．９５以下であれば、平滑な表面が得られるので短絡を抑制できる。ｘは０．７０以上であってもよく、０．８０以上であってもよく、０．８５以上であってもよい。ｘは、０．９４以下であってもよく、０．９２以下であってもよく、０．９０以下であってもよい。
【００７８】
ＺＳＯ層は、透明性に優れ、例えば、０．１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１〜５.０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の高い電子移動度を示す。また、ＺＳＯ層は、均質かつ結晶粒界を持たないためガス透過性が小さいので、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護層として利用できる。Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層は、外気に暴露されると、主に酸素や水分の影響により特性が劣化することが知られており、通常は保護層が必要となる。
【００７９】
ＺＳＯ層の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。ＺＳＯ層の厚さが１０ｎｍ以上であれば、保護層として十分に機能する。また、ＺＳＯ層の厚さが１０００ｎｍ以下であれば、製造工程が短い。ＺＳＯ層の厚さが１０００ｎｍを超える場合は、成膜速度(単位時間あたりの成膜厚さ)を向上させるために、例えばスパッタリング法を用いる場合には、スパッタリングターゲットを複数用意するか、高出力な成膜装置が必要となる。ＺＳＯ層の厚さは、２０ｎｍ以上がより好ましく、３０ｎｍ以上がさらに好ましく、５０ｎｍ以上が特に好ましい。一方、ＺＳＯ層の厚さは、７００ｎｍ以下がより好ましく、５００ｎｍ以下がさらに好ましく、３００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００８０】
（ＺＴＯ層）
ＺＴＯ層は、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む。第２の層１４０がＺＴＯ層で構成される場合、エッチングレートが適切であり、エッチングし過ぎることなく所望の形状を形成できるため、半導体素子を安定して製造できる。
【００８１】
ＺＴＯ層は、酸化物換算で、ＺｎＯとＳｎＯ２の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上であれば、結晶化温度が高く、各種のプロセスにおいて施される熱処理工程において結晶化しにくい。ＳｎＯ２が９５ｍｏｌ％以下であれば、焼結しやすく、良好な酸化物ターゲットが得られ、薄膜を形成しやすい。ＳｎＯ２は２０ｍｏｌ％以上であってもよく、３０ｍｏｌ％以上であってもよく、３５ｍｏｌ％以上であってもよく、４０ｍｏｌ％以上であってもよい。一方、ＳｎＯ２は７０ｍｏｌ％以下であってもよく、６０ｍｏｌ％以下であってもよく、５０ｍｏｌ％以下であってもよい。
【００８２】
ＺＴＯ層は、透明性に優れ、例えば、１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１〜１０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の高い電子移動度を示す。また、ＺＳＴＯ層は、均質かつ結晶粒界を持たないためガス透過性が小さいので、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護層として利用できる。
【００８３】
ＺＴＯ層の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。ＺＴＯ層の厚さが１０ｎｍ以上であれば、保護層として十分に機能する。また、ＺＴＯ層の厚さが１０００ｎｍ以下であれば、製造工程が短い。ＺＴＯ層の厚さは、２０ｎｍ以上がより好ましく、３０ｎｍ以上がさらに好ましく、５０ｎｍ以上が特に好ましい。一方、ＺＳＯ層の厚さは、７００ｎｍ以下がより好ましく、５００ｎｍ以下がさらに好ましく、３００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００８４】
（ＺＳＴＯ層）
ＺＳＴＯ層は、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）を含む。第２の層１４０がＺＳＴＯ層で構成される場合、仕事関数が低く、かつ、エッチングレートが適切であり、また、高い透明性が得られるため、半導体素子特性が向上する。
【００８５】
ＺＳＴＯ層は、酸化物換算で、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、およびＳｉＯ２の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上であれば、結晶化温度が高く、各種のプロセスにおいて施される熱処理工程において結晶化しにくい。９５ｍｏｌ％以下であれば、焼結しやすく、良好な酸化物ターゲットが得られ、薄膜を形成しやすい。ＳｎＯ２は３０ｍｏｌ％以上であってもよく、３５ｍｏｌ％以上であってもよく、４０ｍｏｌ％以上であってもよい。一方、ＳｎＯ２は７０ｍｏｌ％以下であってもよく、６０ｍｏｌ％以下であってもよく、５０ｍｏｌ％以下であってもよい。
【００８６】
ＺＳＴＯ層は、酸化物換算で、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、およびＳｉＯ２の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｉＯ２が、７ｍｏｌ％以上、３０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ＳｉＯ２が７ｍｏｌ％以上、３０ｍｏｌ％以下であれば、電子親和力が大きすぎず、体積抵抗率が高すぎない。ＳｉＯ２は８ｍｏｌ％以上であってもよく、１０ｍｏｌ％以上であってもよい。一方、ＳｉＯ２は２０ｍｏｌ％以下であってもよく、１５ｍｏｌ％以下であってもよい。
【００８７】
ＺＳＴＯ層は、透明性に優れ、例えば、０．１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１〜３ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の高い電子移動度を示す。また、ＺＳＴＯ層は、均質かつ結晶粒界を持たないためガス透過性が小さいので、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護層として利用できる。
【００８８】
ＺＳＴＯ層の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。ＺＳＴＯ層の厚さが１０ｎｍ以上であれば、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護層として十分に機能する。また、ＺＳＴＯ層の厚さが１０００ｎｍ以下であれば、製造工程が短い。ＺＳＴＯ層の厚さは、２０ｎｍ以上がより好ましく、３０ｎｍ以上がさらに好ましく、５０ｎｍ以上が特に好ましい。一方、ＺＳＴＯ層の厚さは、７００ｎｍ以下がより好ましく、５００ｎｍ以下がさらに好ましく、３００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００８９】
第２の層１４０は、さらに、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびアルミニム（Ａｌ）からなる群から選択される一以上の金属成分を含んでもよい。これらの金属成分を含むことにより、化学的耐久性に優れる。これらの金属成分の含有量は、酸化物換算で、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、およびその他の金属成分の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、好ましくは１５ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは１０ｍｏｌ％以下であり、さらに好ましくは５ｍｏｌ％以下である。なお、酸化物換算においては、これらの金属は、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、またはＡｌ２Ｏ３の形態として算出することとする。
【００９０】
第２の層１４０の組成は、厚さが２００ｎｍ以上の場合、ＥＰＭＡを用いて分析することができる。また、厚さが７００ｎｍ以上の場合、例えば１０ｋＶの加速電圧のＳＥＭ−ＥＤＸを用いて分析することができる。また、ＸＲＦを用いて基板補正を行うことによっても分析することができる。また、ＩＣＰを使用する場合、第２の層１４０は、１ｍｍ３以上の体積を使用することにより、分析することができる。
【００９１】
第２の層１４０は、非晶質または非晶質の状態が支配的であることが好ましい。ここで、非晶質とは、第１の層１３０と同様に、Ｘ線回折測定で鋭いピークを与えない物質を意味する。また、非晶質の状態が支配的であるとは、非晶質が体積割合で５０％より多く存在している状態のことである。第２の層１４０が非晶質または非晶質の状態が支配的であれば、膜表面の平滑性が高く、素子の短絡防止が可能であるため好ましい。
【００９２】
第２の層１４０は、微結晶であっても、非晶質と微結晶が混在する形態であってもよい。ここで微結晶とは、シェラー径が５．２ｎｍより大きく、１００ｎｍより小さい結晶である。第２の層１４０が微結晶であれば、導電性が向上するため好ましい。第２の層１４０が非晶質と微結晶が混在する形態であれば、平滑性と導電性とがともに向上するため好ましい。
【００９３】
第２の層１４０の電子移動度は、１０−４ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１〜１０２ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１が好ましい。１０−４ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以上であれば、第２の層１４０の厚さを１０ｎｍ以上とすることができ、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護層として十分に機能する。１０２ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以下であれば、非晶質の状態が支配的となり、膜表面の平滑性が高く、素子の短絡防止が可能となる。第２の層１４０の電子移動度は、１０−４ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以上であってもよく、１０−３ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以上であってもよく、１０−２ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以上であってもよい。第２の層１４０の電子移動度は、１０２ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以下であってもよく、１０ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以下あってもよく、１０−１ｃｍ２・Ｖ−１ｓ−１以下であってもよい。
【００９４】
第２の層１４０の電子密度は、１×１０１４ｃｍ−３〜１×１０２１ｃｍ−３が好ましい。１×１０１４ｃｍ−３以上であれば、第２の層１４０厚さを１０ｎｍ以上とすることができ、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護層として十分に機能する。１×１０２１ｃｍ−３以下であれば、非晶質の状態が支配的となり、膜表面の平滑性が高く、素子の短絡防止が可能となる。第２の層１４０の電子密度は、１×１０１４ｃｍ−３以上であってもよく、５×１０１６ｃｍ−３以上であってもよく、１×１０１８ｃｍ−３以上であってもよい。第２の層１４０の電子密度は、１×１０２１ｃｍ−３以下であってもよく、５×１０２０ｃｍ−３以下であってもよく、１×１０２０ｃｍ−３以下であってもよい。
【００９５】
第２の層１４０の電子移動度は、ホール測定法またはタイムオブフライト（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ））法等により、求めることができる。第２の層１４０の電子密度は、ヨウ素滴定法またはホール測定法等により求めることができる。
【００９６】
第２の層１４０の電子親和力は、２．０ｅＶ〜４．０ｅＶが好ましい。２．０ｅＶ以上であれば、接触抵抗を十分に低減できる。４．０ｅＶ以下であれば、接触抵抗の低減の効果が十分に得られない。第２の層１４０の電子親和力は、２．０ｅＶ以上であってもよく、２．２ｅＶ以上であってもよく、２．５ｅＶ以上であってもよい。一方、第２の層１４０の電子親和力は、４．０ｅＶ以下であってもよく、３．５ｅＶ以下であってもよく、３．０ｅＶ以下であってもよい。
【００９７】
第２の層１４０のイオン化ポテンシャルは、５．５ｅＶ〜８．５ｅＶが好ましい。このように大きいイオン化ポテンシャルを有する第２の層１４０は、ホールブロック効果が高く、電子のみを選択的に輸送することができる。第２の層１４０のイオン化ポテンシャルは、５．７ｅＶ以上であってもよく、５．９ｅＶ以上であってもよい。一方、第２の層１４０のイオン化ポテンシャルは、７．５ｅＶ以下であってもよく、７．０ｅＶ以下であってもよい。
【００９８】
前述のように、通常、ｎ型Ｓｉ層と金属電極層との間の界面は、オーミック性の抵抗挙動を示さず、界面の接触抵抗が高いという問題がある。
【００９９】
一方、第２の層１４０は、金属製の電極層１５０との間で、オーミック接合を形成し、両者の界面の接触抵抗は、比較的小さいという特徴を有する。また、前述のように、第２の層１４０と第１の層１３０の間の界面における接触抵抗は、有意に小さい。このため、第１の層１３０の上に第２の層１４０を設けても、界面数の増加による接触抵抗上昇の影響は少ない。
【０１００】
その結果、電極層１５０の直下に第２の層１４０を配置することにより、第１の半導体素子１００において、全体の抵抗ロスを抑制することができる。また、これにより、第１の半導体素子１００において、素子効率を高めることが可能になる。
【０１０１】
（電極層１５０）
電極層１５０は、金属で構成される。電極層１５０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、および銅合金等で構成されてもよい。
【０１０２】
電極層１５０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。電極層１５０の厚さが５０ｎｍ以上であれば、低抵抗な電極が形成されるので好ましい。電極層１５０の厚さが１００ｎｍ以下であれば、電極のエッジの段差が小さく、後から成膜される膜の被覆性がよいため好ましい。電極層１５０の厚さは、６０ｎｍ以上であってもよく、７０ｎｍ以上であってもよい。一方、電極層１５０の厚さは、９０ｎｍ以下であってもよく、８０ｎｍ以下であってもよい。
【０１０３】
電極層１５０は、例えばメッシュ状に構成してもよい。
【０１０４】
（第１の半導体素子１００の製造方法）
次に、図２を参照して、図１に示したような構成を有する第１の半導体素子１００の製造方法の一例について説明する。
【０１０５】
図２には、第１の半導体素子１００の製造方法の一例の概略的なフロー図を示す。
【０１０６】
図２に示すように、この製造方法（以下、「第１の製造方法」という）は、
支持体の上に、ｎ型Ｓｉ層を配置するステップ（ステップＳ１１０）と、
ｎ型Ｓｉ層の上に、第１の層を配置するステップ（ステップＳ１２０）と、
第１の層の上に、第２の層を配置するステップ（ステップＳ１３０）と、
第２の層の上に、電極層を配置するステップ（ステップＳ１４０）と、
を有する。
【０１０７】
以下、各工程について説明する。なお、ここでは、明確化のため、各部材を表す際に、図１に示した参照符号を使用する。
【０１０８】
（ステップＳ１１０）
まず、支持体１１０が準備される。
【０１０９】
前述のように、支持体１１０の材料は特に限られない。ここでは、一例として、支持体１１０がＳｉ基板である場合を例に、以下説明する。
【０１１０】
支持体１１０の表面は、以降のステップの前に、十分に清浄化される。
【０１１１】
次に、支持体１１０の上に、ｎ型Ｓｉ層１２０が形成される。
【０１１２】
ｎ型Ｓｉ層１２０は、例えば、支持体１１０、すなわちＳｉ基板の表面に、リンおよび／またはヒ素のようなｎ型のドーパントをドープすることにより形成されてもよい。
【０１１３】
（ステップＳ１２０）
次に、ｎ型Ｓｉ層１２０の上に、第１の層１３０が配置される。
【０１１４】
第１の層１３０の形成方法は、特に限られない。第１の層１３０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）およびカルシウム（Ｃａ）を含むターゲットを用いた「気相蒸着法」により、形成することができる。
【０１１５】
ここで、本願において、「気相蒸着法」とは、物理気相成膜（ＰＶＤ）法、ＰＬＤ法、スパッタリング法、および真空蒸着法を含む、ターゲット原料を気化させてからこの原料を被成膜部材上に堆積させる成膜方法の総称を意味する。
【０１１６】
例えば、第１の層１３０は、蒸着法で成膜されてもよい。第１の層１３０は、例えば、１０−７Ｐａ〜１０−３Ｐａの真空中で原料を加熱し、蒸着してもよい。１０−７Ｐａ以上であれば、十分な電子密度を得ることができる。１０−６Ｐａ以上であってもよく、１０−５Ｐａ以上であってもよい。１０−３Ｐａ以下であれば、簡便な装置を用いて、低コストで薄膜を形成できる。１０−４Ｐａ以下であってもよく、１０−５Ｐａ以下であってもよい。また、第１の層１３０は、スパッタリング法等により、成膜してもよい。
【０１１７】
気相蒸着法で成膜された第１の層１３０は、通常の場合、非晶質構造を有する。その後、必要に応じて、第１の層１３０を加熱処理してもよい。この場合、例えば、第１の層１３０を９００℃以上に加熱処理することにより結晶質の第１の層１３０を得ることができる。
【０１１８】
（ステップＳ１３０）
次に、第１の層１３０の上に、第２の層１４０が配置される。
【０１１９】
第２の層１４０は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）およびケイ素（Ｓｉ）を含むターゲットを用いたスパッタリング法を含む「気相蒸着法」により、形成することができる。
【０１２０】
スパッタリング法には、ＤＣ（直流）スパッタリング法、高周波スパッタリング法、ヘリコン波スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、およびマグネトロンスパッタリング法等が含まれる。スパッタリング法では、大面積領域に、第２の層１４０を比較的均一に成膜することができる。
【０１２１】
ターゲットは、ＺｎおよびＳｉを含むものであればよい。ＺｎおよびＳｉは、単独のターゲットに含まれていてもよく、複数のターゲットに別々に含まれていてもよい。ターゲットにおいて、ＺｎおよびＳｉは、それぞれ金属または金属酸化物として存在してもよく、合金または複合金属酸化物として存在してもよい。金属酸化物または複合金属酸化物は、結晶であってもよく、非晶質であってもよい。
【０１２２】
ターゲットは、ＺｎおよびＳｉの他、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｂ、およびＡｌからなる群から選択される一以上の金属成分を含んでもよい。Ｚｎ、Ｓｉおよびその他の金属成分は、単独のターゲットに含まれていてもよく、複数のターゲットに別々に含まれていてもよい。ターゲットにおいて、Ｚｎ、Ｓｉおよびその他の金属成分は、それぞれ金属または金属酸化物として存在してもよく、２種以上の金属の合金または複合金属酸化物として存在してもよい。金属酸化物または複合金属酸化物は、結晶であってもよく、非晶質であってもよい。
【０１２３】
単独のターゲットを用いる場合、ターゲットにおけるＺｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）の値は、モル比で０．３０〜０．９５であってもよく、０．７０〜０．９４であってもよく、０．８０〜０．９２であってもよく、０．８５〜０．９０であってもよい。単独のターゲットが、ＺｎおよびＳｉの他、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｂ、およびＡｌからなる群から選択される一以上の金属成分を含む場合、これらの金属成分の含有量は、酸化物換算で、ＺｎＯ、ＳｉＯ２およびその他の金属成分の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、好ましくは１５ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは１０ｍｏｌ％以下であり、さらに好ましくは５ｍｏｌ％以下である。なお、酸化物換算において、金属成分は、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、またはＡｌ２Ｏ３として算出することとする。ターゲットの組成分析は、ＸＲＦ法等により行うことができる。なお、第２の層１４０の組成は、用いたターゲットの組成比と異なることがある。
【０１２４】
複数のターゲットを用いる場合、例えば、金属ＳｉのターゲットとＺｎＯのターゲットを同時にスパッタすることで、第２の層１４０を得ることができる。その他の複数のターゲットの組み合わせとしては、ＺｎＯのターゲットとＳｉＯ２のターゲットの組み合わせ、ＺｎＯおよびＳｉＯ２を含み、ＺｎＯ比率の異なる複数のターゲットの組み合わせ、金属Ｚｎのターゲットと金属Ｓｉのターゲットの組み合わせ、金属ＺｎのターゲットとＳｉＯ２のターゲットの組み合わせ、金属Ｚｎまたは金属Ｓｉを含むターゲットとＺｎＯおよびＳｉＯ２を含むターゲットの組み合わせなどが挙げられる。
【０１２５】
複数のターゲットを同時に用いる場合、それぞれのターゲットに印加する電力を調節することで所望の組成を有する第２の層１４０を得ることができる。
【０１２６】
第２の層１４０を成膜する際には、第２の層１４０が非晶質または非晶質の状態が支配的である場合、支持体１１０は、「積極的に」は加熱しないことが好ましい。支持体１１０の温度が上昇すると、第２の層１４０が非晶質になりにくい場合があるためである。
【０１２７】
ただし、イオン衝撃などによるスパッタ工程自身によって、支持体１１０が「付随的に」加熱される場合がある。この場合、どの程度支持体１１０の温度が上昇するかは、スパッタの条件に依存する。支持体１１０の温度上昇を避けるため、支持体１１０を「積極的に」冷却してもよい。支持体１１０が７０℃以下で、第１の層１３０の成膜を行うことが好ましい。支持体１１０の温度は、６０℃以下であってもよく、５０℃以下であってもよい。
【０１２８】
スパッタリングガスの圧力（スパッタ装置のチャンバ内の圧力）は、０．０５Ｐａ〜１０Ｐａの範囲が好ましく、０．１Ｐａ〜５Ｐａがより好ましく、０．２Ｐａ〜３Ｐａがさらに好ましい。この範囲であれば、スパッタリングガスの圧力が低すぎることがないため、プラズマが安定になる。また、スパッタリングガスの圧力が高すぎることがないため、イオン衝撃が増えることによる支持体１１０の温度上昇を抑制することができる。
【０１２９】
使用されるスパッタリングガスは、特に限られない。スパッタリングガスは、不活性ガスまたは希ガスであってもよい。酸素を含有してもよい。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ２ガスが挙げられる。また、希ガスとしては、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｋｒ（クリプトン）、およびＸｅ（キセノン）が挙げられる。これらは、単独で使用しても、他のガスと併用してもよい。あるいは、スパッタリングガスは、ＮＯ（一酸化窒素）やＣＯ（一酸化炭素）のような還元性ガスであってもよい。
【０１３０】
以上の方法により、第１の層１３０の上に、第２の層１４０を形成することができる。
【０１３１】
（ステップＳ１４０）
次に、第２の層１４０の上に、電極層１５０が配置される。
【０１３２】
電極層１５０の形成方法は、特に限られない。例えば、電極層１５０は、蒸着法、スパッタリング法、塗布法等の公知の成膜技術により、形成してもよい。
【０１３３】
以上の工程により、第１の半導体素子１００を製造することができる。
【０１３４】
なお、第１の半導体素子１００には、さらに、必要に応じてその他の部材を設置してもよい。
【０１３５】
（本発明の一実施形態による別の半導体素子）
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態による別の半導体素子について説明する。
【０１３６】
図３には、本発明の一実施形態による別の半導体素子（以下、「第２の半導体素子」と言う）の概略的な断面を示す。
【０１３７】
図３に示すように、第２の半導体素子２００は、支持体２１０と、ｎ型Ｓｉ層２２０と、第１の層２３０と、第２の層２４０と、電極層２５０とをこの順に備える。
【０１３８】
ここで、第２の半導体素子２００の構成は、図１に示した第１の半導体素子１００とほぼ同様である。例えば、第２の半導体素子２００において、支持体２１０〜第１の層２３０まで、および電極層２５０は、それぞれ、第１の半導体素子１００における支持体１１０〜第１の層１３０まで、および電極層１５０と同様の構成を有する。
【０１３９】
ただし、第２の半導体素子２００における第２の層２４０は、第１の半導体素子１００における第２の層１４０とは異なる層で構成される。
【０１４０】
そこで、以下、第２の層２４０について、詳しく説明する。
【０１４１】
（第２の層２４０）
第２の層２４０は、
（ａ）チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
（ｂ）スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、ならびに
（ｃ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
のいずれかで構成される。
【０１４２】
（ａ）の場合、第２の層２４０は、化学的耐久性が高く、特に、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。第２の層２４０は、Ｎｂ（ニオブ）がドープされた酸化チタンで構成されてもよい。第２の層２４０は、Ｎｂ（ニオブ）がドープされた酸化チタンで構成されることにより、高い導電性を示すので、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。Ｎｂ／（Ｔｉ＋Ｎｂ）の値は、例えば、モル比で０．０１〜０．１５の範囲である。０．０１以上であれば、高い導電性を示すので、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。０．１５以下であれば、Ｎｂ（ニオブ）が固溶するため、均質な薄膜が作製できる。Ｎｂ／（Ｔｉ＋Ｎｂ）の値は、モル比で０．０２以上であってもよく、０．０３以上であってもよく、０．０５以上であってもよい。Ｎｂ／（Ｔｉ＋Ｎｂ）の値は、モル比で０．１０以下であってもよく、０．０８以下であってもよく、０．０７以下であってもよい。
【０１４３】
また、（ｂ）の場合、第２の層２４０は、化学的耐久性が高く、特に、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。第２の層２４０は、酸化スズ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、またはフッ素がドープされた酸化スズ等で構成されてもよい。
【０１４４】
第２の層２４０は、酸化スズで構成されることにより、化学的耐久性が高く、特に、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。
【０１４５】
第２の層２４０は、ＩＴＯで構成されることにより、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。Ｉｎ／（Ｓｎ＋Ｉｎ）の値は、例えば、モル比で０．０３〜０．２の範囲である。０．０３以上であれば、高い導電性を示すので、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。０．２０以下であれば、Ｓｎ（スズ）が固溶するため、均質な薄膜が作製できる。Ｉｎ／（Ｓｎ＋Ｉｎ）の値は、モル比で０．５以上であってもよく、０．０７以上であってもよく、０．０９以上であってもよい。Ｉｎ／（Ｓｎ＋Ｉｎ）の値は、モル比で０．１５以下であってもよく、０．１３以下であってもよく、０．１１以下であってもよい。
【０１４６】
第２の層２４０は、フッ素がドープされた酸化スズで構成されることにより、化学的耐久性が高く、特に、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。Ｆ／（Ｓｎ＋Ｆ）の値は、例えば、モル比で０．０１〜０．２の範囲である。０．０１以上であれば、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。０．２以下であれば、Ｆ（フッ素）が固溶するため、、均質な薄膜が作製できる。Ｆ／（Ｓｎ＋Ｆ）の値は、モル比で０．０３以上であってもよく、０．０５以上であってもよく、０．０８以上であってもよい。Ｆ／（Ｓｎ＋Ｆ）の値は、モル比で０．１５以下であってもよく、０．１２以下であってもよく、０．１以下であってもよい。
【０１４７】
さらに、（ｃ）の場合、第２の層２４０は、酸化亜鉛、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛、またはガリウムがドープされた酸化亜鉛等で構成されてもよい。
【０１４８】
第２の層２４０は、酸化亜鉛で構成されることにより、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。
【０１４９】
第２の層２４０は、ＩＺＯで構成されることにより、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）の値は、例えば、モル比で０．０１〜０．２の範囲である。０．０１以上であれば、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。Ｚｎ（亜鉛）が固溶するため、均質な薄膜が作製できる。Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）の値は、モル比で０．０５以上であってもよく、０．０８以上であってもよく、０．１以上であってもよい。Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｉｎ）の値は、モル比で０．１５以下であってもよく、０．１３以下であってもよく、０．１１以下であってもよい。
【０１５０】
第２の層２４０は、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛で構成されることにより、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）の値は、例えば、モル比で０．０１〜０．２の範囲である。０．０１以上であれば、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。０．２以下であれば、Ａｌ（アルミニウム）が固溶するため、均質な薄膜が作製できる。Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）の値は、モル比で０．０５以上であってもよく、０．０８以上であってもよく、０．１以上であってもよい。Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）の値は、モル比で０．１５以下であってもよく、０．１３以下であってもよく、０．１１以下であってもよい。
【０１５１】
第２の層２４０は、ガリウムがドープされた酸化亜鉛で構成されることにより、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。Ｇａ／（Ｚｎ＋Ｇａ）の値は、例えば、モル比で０．０１〜０．２の範囲である。０．０１以上であれば、高い導電性が得られるため、特に、膜厚を大きくできることから、Ｓｉ基板および基板上に形成された各種機能層に対する保護性に優れる。０．２以下であれば、Ｇａ（ガリウム）が固溶するため、均質な薄膜が作製できる。Ｇａ／（Ｚｎ＋Ｇａ）の値は、モル比で０．０５以上であってもよく、０．０８以上であってもよく、０．１以上であってもよい。Ｇａ／（Ｚｎ＋Ｇａ）の値は、モル比で０．１５以下であってもよく、０．１３以下であってもよく、０．１１以下であってもよい。
【０１５２】
第２の層２４０は、結晶質であっても、非晶質であってもよい。
【０１５３】
第２の層２４０は、金属製の電極層２５０との間の界面（第２の界面）で、オーミック接合を形成し、第２の界面の接触抵抗は、比較的小さいという特徴を有する。また、第２の層２４０と第１の層２３０の間の界面（第３の界面）における接触抵抗も、有意に小さい。このため、第１の層２３０の上に第２の層２４０を設けても、界面数の増加による接触抵抗上昇の影響は少ない。
【０１５４】
また、前述のように、ｎ型Ｓｉ層２２０と第１の層２３０との間の界面（第１の界面）においても、接触抵抗は、有意に抑制される。
【０１５５】
従って、第２の半導体素子２００においても、第１の半導体素子１００の場合と同様の効果が得られる。すなわち、第２の半導体素子２００では、第１〜第３の界面、すなわちｎ型Ｓｉ層２２０と第１の層２３０との間の界面（第１の界面）、第２の層２４０と電極層２５０との間の界面（第２の界面）、および第１の層２３０と第２の層２４０との間の界面（第３の界面）のそれぞれにおいて、接触抵抗が有意に抑制される。その結果、第２の半導体素子２００では、作動時の効率を有意に向上させることができる。
【０１５６】
（第２の半導体素子２００の製造方法）
第２の半導体素子２００の製造方法（以下、「第２の製造方法」と言う）としては、前述の図２に示した第１の製造方法のフロー図が参照できる。特に、前述の第１の製造方法におけるステップＳ１１０〜ステップＳ１２０、およびステップＳ１４０は、そのまま、第２の製造方法に適用できる。
【０１５７】
そこで、ここでは、特に図２に示したステップＳ１３０、すなわち、第２の層の設置方法の一例について説明する。
【０１５８】
（第２の層２４０の設置方法）
第２の層２４０は、前述のように、
（ａ）チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
（ｂ）スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、または
（ｃ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
のいずれかで構成される。
【０１５９】
第２の層２４０は、例えば、スパッタリング法を含む「気相蒸着法」により、形成することができる。
【０１６０】
スパッタリング法には、ＤＣ（直流）スパッタリング法、高周波スパッタリング法、ヘリコン波スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、およびマグネトロンスパッタリング法等が含まれる。スパッタリング法では、大面積領域に、第２の層２４０を比較的均一に成膜することができる。
【０１６１】
ターゲットは、所定の材料を含むものであればよい。例えば、前述の（ａ）の場合、Ｔｉを含むターゲットが使用される。また、前述の（ｂ）の場合、Ｓｎを含むターゲットが使用される。さらに、前述の（ｃ）の場合、Ｚｎを含むターゲットが使用される。これらのターゲットは、金属または金属酸化物であってもよい。また、ターゲットは、結晶質であってもよく、非晶質であってもよい。
【０１６２】
第２の層２４０を非晶質または非晶質の状態が支配的な層とする場合、第２の層２４０を成膜する際の支持体２１０は、「積極的に」は加熱しないことが好ましい。
【０１６３】
なお、ここに示した第２の層２４０の設置方法は、単なる一例であって、第２の層２４０は、その他の方法で設置されてもよい。
【０１６４】
（本発明の一実施形態によるさらに別の半導体素子）
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態によるさらに別の半導体素子について説明する。
【０１６５】
図４には、本発明の一実施形態によるさらに別の半導体素子（以下、「第３の半導体素子」と言う）の概略的な断面を示す。
【０１６６】
図４に示すように、第３の半導体素子３００は、支持体３１０と、ｎ型Ｓｉ層３２０と、第１の層３３０と、第３の層３４２と、第４の層３４４と、電極層３５０とを備える。
【０１６７】
ここで、第３の半導体素子３００は、図１に示した第１の半導体素子１００とよく似た構成を有する。例えば、第３の半導体素子３００において、支持体３１０〜第３の層３４２まで、および電極層３５０は、それぞれ、第１の半導体素子１００における支持体１１０〜第２の層１４０まで、および電極層１５０と同様の構成を有する。すなわち、第３の半導体素子３００における第３の層３４２は、第１の半導体素子１００における第２の層１４０に対応する。
【０１６８】
ただし、第３の半導体素子３００は、第３の層３４２と電極層３５０の間に、第４の層３４４を有する点で、第１の半導体素子１００とは異なっている。換言すれば、第３の半導体素子３００は、第１の半導体素子１００において、第２の層１４０の代わりに、第３の層３４２および第４の層３４４の２層を配置した構成を有するとも言える。
【０１６９】
ここで、第４の層３４４は、第２の半導体素子２００における第２の層２４０に相当する。すなわち、第４の層３４４は、
（ａ）チタン（Ｔｉ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
（ｂ）スズ（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、または
（ｃ）亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を含む金属酸化物、
のいずれかで構成される。
【０１７０】
前述のように、（ａ）の場合、第４の層３４４は、Ｎｂ（ニオブ）がドープされた酸化チタンで構成されてもよい。また、（ｂ）の場合、第４の層３４４は、酸化スズ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、またはフッ素がドープされた酸化スズ等で構成されてもよい。さらに、（ｃ）の場合、第４の層３４４は、酸化亜鉛、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛、またはガリウムがドープされた酸化亜鉛等で構成されてもよい。
【０１７１】
また、第４の層３４４は、結晶質であっても、非晶質であってもよい。
【０１７２】
ここで、第３の半導体素子３００は、前述の第１の半導体素子１００および第２の半導体素子２００に比べて、層数が１増えており、その結果、界面も一つ多くなっている。
【０１７３】
しかしながら、本願発明者らの知見では、第３の層３４２と第４の層３４４の間の界面（以下、「第４の界面」という）の接触抵抗は、比較的低いことが確認されている。従って、第３の半導体素子３００は、第１の半導体素子１００および第２の半導体素子２００に比べて、層数および界面数が増加しているものの、その影響はほとんど生じない。
【０１７４】
従って、このような構成を有する第３の半導体素子３００においても、第１の半導体素子１００および第２の半導体素子２００の場合と同様の効果が得られる。すなわち、第３の半導体素子３００では、ｎ型Ｓｉ層３２０と第１の層３３０との間の界面（第１の界面）、第４の層３４４と電極層３５０との間の界面（第２の界面）、および第１の層３３０と第３の層３４２との間の界面（第３の界面）のそれぞれにおいて、接触抵抗が有意に抑制される。
【０１７５】
このため、第３の半導体素子３００では、接触抵抗を第１の半導体素子１００および第２の半導体素子２００よりも低減できるため、素子効率を有意に向上させることができる。また、第３の層３４２と第４の層３４４との屈折率が異なる構成とすることにより、光学的な設計の自由度を高くすることができる。
【０１７６】
なお、第３の半導体素子３００の製造方法は、前述の第１の半導体素子１００および第２の半導体素子２００の製造方法の記載から、当業者には容易に理解できる。
以上、第１〜第３の半導体素子１００、２００、３００を例に、本発明の一実施形態について説明した。しかしながら、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。例えば、第１〜第３の半導体素子１００、２００、３００において、ｎ型Ｓｉ層１２０、２２０、３２０は、Ｓｉ以外の別のn型半導体材料で構成されても良い。
【０１７７】
（本発明の一実施形態による半導体素子の適用例）
次に、本発明の一実施形態による半導体素子の適用例について説明する。なお、ここでは、前述の第１の半導体素子１００の構成を例に、その適用例について説明する。ただし、前述の第２または第３の半導体素子２００、３００の構成においても、同様の適用が可能であることは当業者には明らかであろう。
【０１７８】
（太陽電池モジュール）
本発明の一実施形態による半導体素子は、例えば太陽電池モジュールに適用することができる。
【０１７９】
図５にはそのような太陽電池モジュールの一構成例を模式的に示す。
【０１８０】
図５に示すように、太陽電池モジュール５００は、複数の太陽電池セル５０２を、相互に電気的に直列に接続することにより構成される。
【０１８１】
各太陽電池セル５０２は、金属製の第１の電極５６０Ａおよび第２の電極５６０Ｂを有し、両電極５６０Ａ、５６０Ｂの間には、第１の部分５８０および第２の部分５９０が配置される。換言すれば、太陽電池セル５０２は、下から順に、第２の電極５６０Ｂ、第２の部分５９０、第１の部分５８０、および第１の電極５６０Ａを配置することにより構成される。
【０１８２】
第１の電極５６０Ａは、隣接する右側の太陽電池セル５０２の第２の電極５６０Ｂと電気的に接続される。また、第２の電極５６０Ｂは、隣接する左側の太陽電池セル５０２の第１の電極５６０Ａと電気的に接続される。これにより、各太陽電池セル５０２が、相互に直列に接続される。
【０１８３】
第１の部分５８０は、ｎ型Ｓｉ層を有し、第２の部分５９０は、ｐ型Ｓｉ層を有する。第１の部分５８０のｎ型Ｓｉ層は、第２の部分５９０のｐ型Ｓｉ層との間で、ｐｎ接合を形成する。
【０１８４】
ここで、第２の部分５９０〜第１の電極５６０Ａは、前述の第１の半導体素子１００で構成される。すなわち、太陽電池セル５０２における第２の部分５９０は、第１の半導体素子１００の支持体１１０に対応し、太陽電池セル５０２における第１の部分５８０は、第１の半導体素子１００のｎ型Ｓｉ層１２０、第１の層１３０、および第２の層１４０に対応し、太陽電池セル５０２における第１の電極５６０Ａは、第１の半導体素子１００の電極層１５０に対応する。
【０１８５】
前述のように、従来の太陽電池モジュールでは、第１の電極と第１の部分５８０におけるｎ型Ｓｉ層との間の接触抵抗が比較的高く、このため、発電効率の向上には限界があった。
【０１８６】
しかしながら、図５に示した太陽電池モジュール５００には、前述の特徴を有する第１の半導体素子１００が適用されている。このため、太陽電池モジュール５００では、発電効率を有意に向上させることが可能になる。
【０１８７】
（ＴＦＴ）
本発明の一実施形態による半導体素子は、例えばＴＦＴに適用することができる。
【０１８８】
図６には、そのようなＴＦＴの一構成例を模式的に示す。
【０１８９】
図６に示すように、ＴＦＴ６００は、ゲート電極６０１、ゲート絶縁膜６０３、アモルファスＳｉ層６９０、ｎ型Ｓｉ層６８０、第１の電極６６０Ａ（例えばソース）、第２の電極６６０Ｂ（例えばドレイン）、チャネル保護層６７０、および保護膜６７５を有する。
【０１９０】
なお、これらの部材の役割は、当業者には明らかなため、ここでは、詳細な記載を省略する。
【０１９１】
ここで、アモルファスＳｉ層６９０〜第１の電極６６０Ａの部分、またはアモルファスＳｉ層６９０〜第２の電極６６０Ｂの部分は、前述の第１の半導体素子１００で構成される。すなわち、ＴＦＴ６００におけるアモルファスＳｉ層６９０は、第１の半導体素子１００の支持体１１０に対応し、ＴＦＴ６００におけるｎ型Ｓｉ層６８０は、第１の半導体素子１００のｎ型Ｓｉ層１２０、第１の層１３０、および第２の層１４０に対応し、ＴＦＴ６００における第１の電極６６０Ａまたは第２の電極６６０Ｂは、第１の半導体素子１００の電極層１５０に対応する。
【０１９２】
前述のように、従来のＴＦＴでは、第１または第２の電極と、ｎ型Ｓｉ層との間の接触抵抗が比較的高く、このため、作動効率の向上には限界があった。
【０１９３】
しかしながら、図６に示したＴＦＴ６００には、前述の特徴を有する第１の半導体素子１００が適用されている。このため、ＴＦＴ６００では、作動効率を有意に向上させることが可能になる。
【０１９４】
以上、太陽電池モジュールおよびＴＦＴを例に、本発明の一実施形態による半導体素子の適用例について説明した。しかしながら、これらの適用例は、単なる一例に過ぎず、本発明の一実施形態による半導体素子は、その他の装置に適用されてもよい。
【実施例】
【０１９５】
次に、本発明の実施例について説明する。【０１９６】
（例１）
以下の方法により、前述の図１に示したような半導体素子を製造した。【０１９７】
まず、n型のＳｉ基板を準備した。n型のＳｉ基板は、寸法が縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍであり、電子密度は１０１５ｃｍ−３であった。【０１９８】
なお、、n型のＳｉ基板（以下、単に「基板」という）は、使用前にフッ酸および純水により洗浄し、表面の自然酸化膜を除去した。【０１９９】
次に、基板をスパッタリング装置に導入した。スパッタリング装置内を３×1０−７Ｐａまで排気後、スパッタリング法により、基板上に、第１の層として、非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドを成膜した。【０２００】
成膜の際には、メタルマスクを使用し、基板上に、幅２００μｍ×長さ８００μｍ×厚さ２ｎｍの矩形状の４本の第１の層（厚さ２ｎｍ）を形成した。隣接する矩形同士の間隔は、それぞれ、４００μｍ、６００μｍ、および８００μｍとした。【０２０１】
成膜の際には、ＲＦパワーを１００Ｗとし、 成膜ガスとしてＡｒを用い、全圧を０．１５Ｐａとした。また、基板とターゲット間の距離は、１００ｍｍとした。【０２０２】
得られた第１の層の電子密度は、１０２１ｃｍ−３であった。【０２０３】
次に、基板をスパッタリング装置に導入したまま、各矩形状の第１の層の上に、スパッタリング法により、第２の層を成膜した。第２の層は、ＺＳＯ層とした。【０２０４】
ターゲットには、モル比でＺｎ：Ｓｉ＝８０：２０の組成のものを使用した。【０２０５】
成膜時のターゲットと基板の間の距離は、１００ｍｍとした。成膜時のスパッタガスは、ＡｒとＯ２の混合ガスとし、スパッタガスの圧力は、０．４Ｐａとした。なお、Ａｒの流量は３９．９ｓｃｃｍとし、Ｏ２の流量は０．１ｓｃｃｍとした。ＲＦプラズマパワーは、１００Ｗであった。これにより、第１の層の上にのみ、厚さ１０ｎｍの第２の層が成膜された。
得られた第２の層の電子密度は、１０１５ｃｍ−３であった。【０２０６】
その後、各層が形成された基板を大気中に取り出し、１．５時間放置した。【０２０７】
次に、基板を同じスパッタリング装置に戻し、第２の層の上にのみ、Ａｌ合金層（以下、「Ａｌ電極」という）を形成した。Ａｌ電極は、Ａｌ：２％Ｎｄターゲットを使用し、スパッタリング法により成膜した。【０２０８】
４本の矩形のいずれの部分においても、Ａｌ電極の厚さは、２００ｎｍであった。【０２０９】
このような方法により、半導体素子（以下、「サンプルＡ」と称する）が形成された。【０２１０】
（例２）
例１と同様の方法により、半導体素子を製造した。【０２１１】
ただし、この例３では、第１の層の上に、第２の層として、Ｎｂ（ニオブ）がドープされた酸化チタンを成膜した。ターゲットには、モル比でＴｉ：Ｎｂ＝９４：６の組成のものを使用した。成膜時のターゲットと基板の間の距離は、１００ｍｍとした。成膜時のスパッタガスは、ＡｒとＯ２の混合ガスとし、スパッタガスの圧力は、０．４Ｐａとした。なお、Ａｒの流量は４０ｓｃｃｍとした。ＲＦプラズマパワーは、１００Ｗであった。これにより、第１の層の上にのみ、厚さ１０ｎｍの第２の層が成膜された。このとき、第２の層は非晶質であった。【０２１２】
その後、各層が形成された基板を大気中に取り出し、４８時間放置した。【０２１３】
次に、基板を同じスパッタリング装置に戻し、第２の層の上にのみ、Ａｌ電極を形成した。【０２１４】
得られた半導体素子を、以下、「サンプルＢ」と称する。【０２１５】
（例３）
例１と同様の方法により、半導体素子を製造した。【０２１６】
ただし、この例３では、第１の層の上に、第２の層を成膜しなかった。すなわち、非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド層の上には、直接Ａｌ電極を形成した。各層の成膜条件等は、例１の場合と同様である。【０２１７】
得られた半導体素子を、以下、「サンプルＣ」と称する。【０２１８】
（評価）
前述のサンプルＡ、サンプルＢおよびサンプルＣを用いて、抵抗測定を行った。抵抗測定には、ＴＬＭ法（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）法を使用した。【０２１９】
この方法では、各２本のＡｌ電極の間の電流および電圧を測定することにより、２つのＡｌ電極間距離の関数として、サンプルの抵抗値を測定することができる。電流電圧計には、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  ２６３５Ｂを使用した。【０２２０】
測定の結果、サンプルＡおよびサンプルＢでは、抵抗変化がオーミック性であることが確認された。一方、サンプルＣでは、抵抗変化がオーミック性ではないことが確認された。【０２２１】
図７には、サンプルＡ、サンプルＢ、およびサンプルＣにおいて得られた測定結果をまとめて示す。【０２２２】
図７において、横軸は、Ａｌ電極間の距離であり、縦軸は、抵抗値である。【０２２３】
図７から、サンプルＡおよびサンプルＢは、サンプルＣに比べて、有意に低い抵抗値を示すことがわかる。なお、図には示さないが、基板の上に、直接４本の矩形状のＡｌ電極を形成して、同様の測定を行った。その結果、そのようなサンプルでは、抵抗変化がオーミック性ではないことが確認された。また抵抗の絶対値は、Ａｌ電極間の距離に関わらず、有意に高いことがわかった。
この原因として酸化物である非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド層の界面の変質が考えられる。非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド層の電気伝導はケージからＯ２−が抜けて代わりにｅ−が入ってｅ−が移動することによって得られると考えられるが、非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド層の界面のケージに酸素原子が入って電気特性が低下することが推察され、非晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド層特有の現象と考えられる。【０２２４】
このように、ｎ型層の直上に前述の第１の層（Ｃ１２Ａ７エレクトライド層）を配置するとともに、Ａｌ電極の直下に前述の第２の層（ＺＳＯ層または酸化チタン層）を配置することにより、第１の界面および第２の界面の接触抵抗がともに抑制され、半導体素子の全体の抵抗値を低減できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０２２５】
本発明の半導体素子は、例えば、太陽電池モジュールおよび薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に適用することができる。また、電気光学装置のような各種電子デバイス等に使用される半導体装置等に適用することができる。例えば、テレビなどのディスプレイ、洗濯機や冷蔵庫などの電化製品、携帯電話やコンピュータなどの情報処理機器などの電子機器に用いることができる。また、本発明の半導体素子は、自動車や各種産業機器などが具備する電子機器にも用いることができる。【０２２６】
本願は、２０１６年１０月３日に出願した日本国特許出願２０１６−１９５７８５号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。
【符号の説明】
【０２２７】
１００      第１の半導体素子
１１０      支持体
１２０      ｎ型Ｓｉ層
１３０      第１の層
１４０      第２の層
１５０      電極層
２００      第２の半導体素子
２１０      支持体
２２０      ｎ型Ｓｉ層
２３０      第１の層
２４０      第２の層
２５０      電極層
３００      第３の半導体素子
３１０      支持体
３２０      ｎ型Ｓｉ層
３３０      第１の層
３４２      第３の層
３４４      第４の層
３５０      電極層
５００      太陽電池モジュール
５０２      各太陽電池セル
５６０Ａ    第１の電極
５６０Ｂ    第２の電極
５８０      第１の部分
５９０      第２の部分
６００      ＴＦＴ
６０１      ゲート電極
６０３      ゲート絶縁膜
６６０Ａ    第１の電極
６６０Ｂ    第２の電極
６７０      チャネル保護層
６７５      保護膜
６８０      ｎ型Ｓｉ層
６９０      アモルファスＳｉ層
【図１】
2018066483.tif 000003
【図２】
2018066483.tif 000004
【図３】
2018066483.tif 000005
【図４】
2018066483.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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