JP2003142708A

JP2003142708A - 単結晶半導体薄膜の製造方法および薄膜半導体素子の製造方法

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Publication number: JP2003142708A
Application number: JP2001334964A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Yamauchi; 一志山内
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な工程で凹凸の表面を有する単結晶半導
体薄膜を形成することができる単結晶半導体薄膜の製造
方法を提供する。【解決手段】（１００）面方位の単結晶シリコンから
なる単結晶半導体基板に多孔質層を形成し、この多孔質
層を例えば水素雰囲気中で熱処理する。熱処理の温度お
よび時間は、熱処理後の多孔質層の表面がほぼ平坦にな
るよう調整する。例えば１０５０℃で３０分間、また
は、１１５０℃で７．５分間とする。その後、多孔質層
の上に単結晶半導体薄膜２０を成長させると、その表面
に、単結晶半導体基板と同一の（１００）面方位を有す
るとともに、表面に現れた結晶晶癖により形成された多
数の微小な凸構造２１が形成される。この単結晶半導体
薄膜２０に薄膜太陽電池素子１０を作製し、微小な凸構
造２１を光閉じ込め構造として用いて、変換効率を向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凹凸の表面を有す
る単結晶半導体薄膜の製造方法、およびこれを用いた高
効率の薄膜太陽電池素子を製造するのに好適な薄膜半導
体素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、単結晶バルクシリコン太陽電池
の高効率化技術として、受光面にミクロなピラミッド構
造を形成したテクスチャ構造がある（「結晶系太陽電池
の高効率化」シャープ技報、第７９号・２００１年４
月、４９頁〜５２頁）。テクスチャ構造は、入射光を基
板内に閉じ込めることができ、表面の反射を２０％程度
低減できることが知られている。テクスチャ構造を形成
する方法としては、結晶方位による化学的エッチングレ
ートの差を利用する方法が用いられている。例えば薬品
としてヒドラジンを用いる場合の処理条件は、６０％の
水溶液、１１０℃、１０分間である。また、１％程度の
水酸化ナトリウム水溶液をほぼ沸騰状態に保ち、約５分
程度エッチング処理を行うことによってもテクスチャ構
造を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年開発が進められて
きた薄膜太陽電池においては、薄膜化と高効率化とが求
められているが、特に厚さが５０μｍ以下のシリコン結
晶は光を完全に吸収していない。そこで、入射した光を
薄膜内部で多重反射させる光閉じ込め構造を形成し、見
かけ上のシリコン膜厚を厚くし、変換効率を高めてい
る。

【０００４】薄膜太陽電池の光閉じ込め構造としては、
以下のような例が知られている。例えば、アモルファス
シリコン膜や微結晶シリコン膜においては、下地膜を凹
凸にして入射光を乱反射させるようにした光閉じ込め構
造が採用されている。また、太陽電池の表面を人工的に
ピラミッド構造にしたり、逆ピラミッド構造にしたり、
多孔質層を形成したりして表面の反射を低減させる光閉
じ込め構造もある。

【０００５】一方、裏面に光閉じ込め構造を形成するこ
ともできる。すなわち、剥離した太陽電池の裏面を異方
性アルカリエッチングによりエッチングして微小な凹凸
ピットを形成することにより光閉じ込め構造を形成し、
さらに反射膜をコーティングする。この反射膜は、アル
ミニウム等の蒸着またはスパッタリングにより成膜さ
れ、裏面電極としても使用される。反射膜には裏面保持
基板が接着される。さらに、裏面に光閉じ込め構造を有
する反射板を接着する試みもある。

【０００６】また、バルクと同様にアルカリ液を用いた
エッチング処理を行ってテクスチャ構造を形成する例も
あるが、薄膜をエッチング処理すると、せっかく成膜し
た薄膜が溶解してしまい、膜厚が薄くなってしまうとい
う問題がある。

【０００７】化学的エッチングを用いずに表面を凹凸化
させる方法としては、単結晶または多結晶基板の上に、
この基板とは異なる結晶方位を有する凹凸状の半導体層
を形成する方法が提案されている（特開２００１−６８
７０８公報）。すなわち、（１１１）面方位の多結晶シ
リコン基板上に、この基板の表面の結晶粒界に起因する
微小な凹凸の（１１０）面方位の斜面を核として、（１
１０）面方位の凹凸状の半導体層を形成する。または、
（１１１）面方位の単結晶シリコン基板をアルゴン（Ａ
ｒ），キセノン（Ｘｅ）等の希ガスプラズマに晒すこと
により（１１０）面方位の微小な凹凸を形成し、この凹
凸を核として凹凸状の半導体層を形成する。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡単な工程で凹凸の表面を有する単
結晶半導体薄膜を形成することができる単結晶半導体薄
膜の製造方法およびこれを用いた高効率の薄膜太陽電池
素子を製造するのに好適な薄膜半導体素子の製造方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による単結晶半導
体薄膜の製造方法は、単結晶半導体基板に多孔質層を形
成する工程と、多孔質層を、所定の温度で所定の時間、
熱処理する工程と、熱処理された多孔質層の上に、単結
晶半導体基板の結晶面方位と同一の結晶面方位を有する
とともに、表面に現れた結晶晶癖により形成された多数
の微小な凸構造を有する単結晶半導体薄膜を成長させる
工程とを含むものである。このような微小な凸構造は、
多孔質層を熱処理する工程において、熱処理後の多孔質
層の表面がほぼ平坦な状態となるように熱処理の温度と
時間とを適切に調整することにより形成することができ
る。具体的には、多孔質層を熱処理する工程を、１０５
０℃の水素雰囲気中で３０分間、または、１１５０℃の
水素雰囲気中で７．５分間行うことが好ましい。なお、
本明細書において「結晶晶癖」とは、表面には晶癖が出
ているが、内部は連続した単結晶であって、晶癖が重な
った下の連続膜中に結晶粒界（グレインバウンダリー）
がない状態をいう。

【００１０】本発明による薄膜半導体素子の製造方法
は、単結晶半導体基板に多孔質層を形成する工程と、多
孔質層を、所定の温度で所定の時間、熱処理する工程
と、熱処理された多孔質層の上に、単結晶半導体基板の
結晶面方位と同一の結晶面方位を有するとともに、表面
に現れた結晶晶癖により形成された多数の微小な凸構造
を有する単結晶半導体薄膜を形成する工程と、単結晶半
導体薄膜に薄膜半導体素子を形成する工程と、薄膜半導
体素子を多孔質層を用いて単結晶半導体基板から剥離す
る工程とを含むものである。

【００１１】本発明による単結晶半導体薄膜の製造方法
または薄膜半導体素子の製造方法では、単結晶半導体基
板に多孔質層を形成し、この多孔質層を、所定の温度で
所定の時間、熱処理する。次いで、熱処理された多孔質
層の上に、単結晶半導体薄膜を成長させる。こうして形
成された単結晶半導体薄膜は、単結晶半導体基板の結晶
面方位と同一の結晶面方位を有するとともに、表面に現
れた結晶晶癖により形成された多数の微小な凸構造を有
する。この単結晶半導体薄膜に薄膜半導体素子、例え
ば、微小な凸構造が形成された側の表面を光入射面とし
て用いる太陽電池素子を形成し、多数の微小な凸構造を
光閉じ込め構造として用いることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施の形態に係る薄膜半
導体素子の構成の一例を表すものである。図１に示した
薄膜半導体素子は、具体的には、薄膜単結晶シリコン太
陽電池素子である。この薄膜太陽電池素子１０は、厚さ
が例えば１０μｍ程度の単結晶シリコンからなり、結晶
面方位が（１００）である単結晶半導体薄膜２０に形成
されている。単結晶半導体薄膜２０の一方の表面には、
多数の微小な凸構造２１が形成されている。

【００１４】これらの微小な凸構造２１は、単結晶半導
体薄膜２０のエピタキシャル成長時に単結晶半導体薄膜
２０の表面に現れたシリコンの結晶晶癖により形成され
たもので、図１における寸法Ｄが例えば０．２〜６μｍ
程度の凸形状を有している。微小な凸構造２１は、薄膜
太陽電池素子１０において、入射光を単結晶半導体薄膜
２０内で多重反射させるための光閉じ込め構造として機
能する。微小な凸構造２１の形成については、後述の製
造方法において詳細に説明する。

【００１５】単結晶半導体薄膜２０の内部には、例え
ば、ホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物を１×１０¹⁵〜１×
１０¹⁸atoms ／ｃｍ³含むｐ型層２０Ａが形成されてい
る。ｐ型層２０Ａの一方の表面には、例えば、厚さが
０．０５〜１μｍ程度であり、リン（Ｐ）などのｎ型不
純物を高濃度（１×１０¹⁹atoms ／ｃｍ³程度）に含む
ｎ型層２０Ｂが設けられており、これによりｐｎ接合が
形成されている。ｐ型層２０Ａの他方の表面には、例え
ば、ホウ素などのｐ型不純物を１×１０¹⁹atoms ／ｃｍ
³含むｐ⁺型層２０Ｃが形成されている。ｐ⁺型層２０
Ｃは、光によりｐ型層２０Ａで発生した電子を反射し、
ｐ⁺型層２０Ｃでの電子と正孔との再結合を減少させて
変換効率を向上させるためのものである。

【００１６】単結晶半導体薄膜２０のｎ型層２０Ｂの側
には反射防止膜１１が設けられている。反射防止膜１１
は、例えば、厚さ６０ｎｍ程度の酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）により構成されており、単結晶半導体薄膜２０の
表面（特にｎ型層２０Ｂの表面）において光が反射され
ることを防止するようになっている。反射防止膜１１に
は、ｎ型層２０Ｂに対応して開口が形成されている。ｎ
型層２０Ｂには、この開口を介して例えば銀（Ａｇ）よ
りなる表面電極（陰極）１２が電気的に接続されてい
る。反射防止膜１１および表面電極１２は、接着剤１４
Ａにより貼付されたプラスチックフィルム１４により保
護されている。この接着剤１４Ａとしては、エチレンビ
ニルアセテート（ＥＶＡ）、紫外線硬化樹脂あるいはフ
ロロプラスチック（ＴＨＶ）などが用いられている。

【００１７】また、単結晶半導体薄膜２０のｐ⁺型層２
０Ｃの表面には、例えばアルミニウムからなる裏面電極
（陽極）１３が形成されている。裏面電極１３は、裏打
ち反射板としての機能も有しており、単結晶半導体薄膜
２０の表面の微小な凸構造２１における入射光の多重反
射による光閉じ込め効果と相俟って変換効率を向上させ
る。裏面電極１３には、例えば炭素（Ｃ）を含む導電性
接着剤１３Ａを介して、銅箔１３Ｂが接着されている。
この銅箔１３Ｂは、他の膜との接着が困難なアルミニウ
ム膜からなる裏面電極１３に対して、図示しない引出し
電極を電気的に接続しやすくするためのものである。

【００１８】この集積型太陽電池では、光が照射される
と、光が反射防止膜１１を透過して太陽電池素子１０に
入り、吸収される。また、太陽電池素子１０を透過した
光の一部は、裏面電極１３により反射され、再び太陽電
池素子１０に入り、吸収される。光が吸収されたｎ型層
２０Ｂおよびｐ型層２０Ａでは、電子−正孔対が発生す
る。ｐ⁺型層２０Ｃおよびｐ型層２０Ａにおいて発生し
た電子は電界に引かれてｎ型層２０Ｂに入り、ｎ型層２
０Ｂにおいて発生した正孔は電界に引かれてｐ型層２０
Ａに入る。これにより、入射光量に比例する電流が発生
し、図示しない引出電極から取り出される。

【００１９】次に、図２ないし図４および先に説明した
図１を参照して、この薄膜太陽電池素子１０の製造方法
について説明する。なお、以下の説明は、本実施の形態
に係る単結晶半導体薄膜２０の製造方法の説明を含んで
いる。

【００２０】まず、図２（Ａ）に示したように、例えば
（１００）結晶面を有する単結晶シリコンよりなる単結
晶半導体基板３１を使用する。陽極化成のため、この単
結晶半導体基板３１としては、例えばホウ素などのｐ型
不純物が１０¹⁹atms／ｃｍ³程度添加され、例えば０．
０１Ω・ｃｍ程度の比抵抗を有するものが好ましい。

【００２１】この単結晶半導体基板３１の表面に、図２
（Ｂ）に示したように、陽極化成法によって、多孔質層
３２を形成する。陽極化成法は、例えば伊東等による
「表面技術Vol.46.No.5.p8〜13,1995 [多孔質シリコン
の陽極化成] 」に示された２重セル法により行うことが
できる。すなわち、２つの電解溶液槽の間に多孔質層３
２を形成すべき単結晶半導体基板３１を設置し、両方の
電解溶液槽には直流電源と接続された白金（Ｐｔ）電極
を設置する。そして、両電解溶液槽に電解溶液を入れ、
両白金電極間に直流電圧を印加する。これにより単結晶
半導体基板３１の一方の面が浸食されて多孔質化する。

【００２２】具体的には、例えば、電解溶液（陽極化成
溶液）として例えばＨＦ（フッ化水素）：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ
（エタノール）＝１：１の電解溶液を用い、例えば１ｍ
Ａ／ｃｍ²程度の小電流密度で８分間、第１段階の陽極
化成を行い、例えば厚さが１．７μｍ程度で多孔率が小
さい（例えば１６％程度）低多孔率多孔質層３２Ａを形
成する。続いて、例えば７ｍＡ／ｃｍ²の中電流密度で
８分間、第２段階の陽極化成を行い、例えば厚さが６．
３μｍ程度で多孔率が中程度（例えば２６％程度）の中
多孔率多孔質層３２Ｂを形成する。更に、例えば２００
ｍＡ／ｃｍ²の大電流密度で数秒間、第３段階の陽極化
成を行うことにより例えば厚さが０．０５μｍ程度で多
孔率が大きな（例えば６０％〜７０％程度）高多孔率多
孔質層３２Ｃを形成する。これにより、約８μｍの厚さ
で多孔率の異なる３層の多孔質層３２Ａ〜３２Ｃからな
る多孔質層３２が形成される。

【００２３】多孔質層３２の熱処理は、熱処理後の多孔
質層３２の表面の穴が塞がれるとともに、多孔質層３２
の表面がほぼ平坦な状態となるように行うことが好まし
い。より具体的には、例えば１０５０℃の水素雰囲気中
で３０分間、または、１１５０℃の水素雰囲気中で７．
５分間行うことが好ましい。ここで、上述の熱処理を行
っている間に、多孔質層３２の多孔率が大きかった部
分、すなわち図２（Ｂ）における高多孔率多孔質層３２
Ｃがさらに高多孔化し、引張り強度が最も弱い層すなわ
ち分離層３３となる。ただし、この分離層３３は、単結
晶半導体薄膜２０が単結晶半導体基板３１から離れない
程度の引張り強度は有している。

【００２４】所定の温度で、所定の時間、例えば水素雰
囲気中で熱処理を行い、多孔質層３２の表面に存在する
穴を塞いだ後、例えばシラン（ＳｉＨ₄）ガスを用いて
９００℃の温度条件で多孔質層３２の上に単結晶シリコ
ンをエピタキシャル成長させ、膜厚１０μｍ程度の単結
晶半導体薄膜２０を形成する。より詳細には、多孔質層
３２の上の単結晶シリコンに例えば１０¹⁹atms／ｃｍ³
程度のホウ素を添加してｐ⁺型層２０Ｃとし、このｐ⁺
型層２０Ｃ上に再びホウ素を添加し（ただし、添加量は
減らす）、単結晶シリコンをエピタキシャル成長させて
ｐ型層２０Ａとする。これにより、多孔質層３２の上に
成長する単結晶半導体薄膜２０の表面に、シリコンの結
晶晶癖が多数現れ、図３（Ａ）に示すように、多数の微
小な凸構造２１が形成される。単結晶半導体薄膜２０お
よびその表面の微小な凸構造２１は、単結晶半導体基板
３１と同一の（１００）面方位を有している。

【００２５】続いて、図３（Ｂ）に示したように、ｐ型
層２０Ａ内にリンなどのｎ型不純物を拡散により添加
し、ｎ型層２０Ｂを形成する。このｎ型層２０Ｂ上に、
例えば酸化チタンからなる反射防止膜１１を形成する。
さらに、反射防止膜１１に開口部１１Ａを形成して、こ
の開口部１１Ａに選択的に例えば銀により構成された表
面電極１２を形成する。

【００２６】表面電極１２を形成した後、図４に示した
ように、プラスチックフィルム１４を接着剤１４Ａによ
り接着し、多孔質層３２の分離層３３を破壊して、単結
晶半導体薄膜２０から単結晶半導体基板３１を剥離す
る。剥離の際には、例えば、プラスチックフィルム１４
と単結晶半導体基板３１との間に引張り応力を加える方
法、水あるいはエタノールなどの溶液中に単結晶半導体
基板３１を浸し、超音波を照射して分離層３３の強度を
弱めて剥離する方法、遠心力を加え分離層３３の強度を
弱めて剥離する方法を用いる。また、これらの方法のう
ちの複数を併せて用いてもよい。

【００２７】続いて、単結晶半導体薄膜２０のｐ⁺層２
０Ｃの側についている多孔質層３２Ｄをエッチングまた
は研磨等により除去した後に、図１に示したように、単
結晶半導体薄膜２０のｐ⁺層２０Ｃの表面に例えばスパ
ッタ法により、例えばアルミニウムよりなる裏面電極１
３を形成する。さらに、この裏面電極１３に、導電性接
着剤１３Ａを用いて銅箔１３Ｂを接着する。こうして、
図１に示した薄膜太陽電池素子１０が完成する。この薄
膜太陽電池素子１０においては、単結晶半導体薄膜２０
の微小な凸構造２１が形成された側の表面を光入射面と
し、微小な凸構造２１を光閉じ込め構造として用いるこ
とができる。

【００２８】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、単結晶半導体基板３１に多孔質層３２を形成し、こ
の多孔質層３２を所定の温度で所定の時間熱処理し、熱
処理された多孔質層３２の上に、半導体基板３１と同一
の（１００）面方位を有するとともに、表面に多数の微
小な凸構造２１が形成された単結晶半導体薄膜２０を形
成するようにしたので、エッチング等の化学的処理を行
わずに凸構造２１を形成することができる。凸構造２１
の形成は多孔質層３２の熱処理工程の条件設定のみによ
って可能であり、従来のように平滑な薄膜表面に対して
人工的にピラミッド構造ないし逆ピラミッド構造を形成
したり、あるいは多孔質化したりする必要はない。した
がって、極めて簡単な工程によって、凹凸の表面を有す
る単結晶半導体薄膜２０を成長させることができる。こ
の単結晶半導体薄膜２０に形成された薄膜太陽電池素子
１０においては、これらの微小な凸構造２１を光閉じ込
め構造として用い、変換効率を向上させることができ
る。

【００２９】特に、多孔質層３２の熱処理を、熱処理後
の多孔質層３２の表面がほぼ平坦な状態となるように、
具体的には、例えば１０５０℃の水素雰囲気中で３０分
間、または、１１５０℃の水素雰囲気中で７．５分間行
うようにしている。この多孔質層３２の上に単結晶半導
体薄膜２０を成長させると、その表面にシリコンの結晶
晶癖が多数現れ、単結晶半導体基板３１と同一の（１０
０）面方位を有する多数の微小な凸構造２１を形成する
ことができる。

【００３０】

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について図１
を参照して詳細に説明する。

【００３１】（実施例１〜４）まず、比抵抗が０．０１
Ωｃｍで、ｐ型単結晶シリコンからなる（１００）面方
位の単結晶半導体基板３１を使用し、この単結晶半導体
基板３１の一方の表面に、上記実施の形態と同様にして
多孔質層３２を形成した。

【００３２】

【表１】

【００３３】次いで、多孔質層３２を表１に示した条件
でそれぞれ熱処理し、さらに、熱処理された多孔質層３
２の上に、ｐ型単結晶シリコンを表１に示した条件でそ
れぞれエピタキシャル成長させることにより、実施例１
〜４についてそれぞれ厚さ１０μｍ程度の薄膜を得た。

【００３４】得られた実施例１〜４の薄膜について、そ
の表面の状態を調べた。得られた結果を表１に示す。

【００３５】本実施例に対する比較例１〜４として、多
孔質層３２の熱処理条件のみを表１に示したように変化
させたことを除き、他は本実施例と同様にしてそれぞれ
ｐ型単結晶シリコンをエピタキシャル成長させ、得られ
た単結晶半導体薄膜の表面の状態を調べた。得られた結
果を表１に示す。

【００３６】実施例１〜４において成長した薄膜の断面
には、結晶粒界（グレインバウンダリー）は認められ
ず、薄膜は多結晶ではなく単結晶であることが確かめら
れた。これらの単結晶半導体薄膜の表面には、表１に示
したように、寸法数μｍ程度の微小な凸構造が多数形成
されているのが認められ、その面方位はいずれも半導体
基板３１と同一の（１００）方向であった。さらに、凸
構造の寸法は、多孔質層の熱処理温度を１０５０℃で行
った実施例１および４よりも、１１５０℃で行った実施
例２および３の方が大きくなっていた。これに対して、
比較例１〜４では、いずれも単結晶半導体薄膜の表面は
平滑で、凸構造は認められなかった。

【００３７】また、比較例１および４から分かるよう
に、多孔質層の熱処理を９００℃で行うと、単結晶半導
体薄膜のエピタキシャル成長条件に関わらず、単結晶半
導体薄膜の表面は平滑となった。さらに、熱処理の時間
を７．５分間としたまま、熱処理の温度を１０５０℃に
上げた比較例２および３においても、単結晶半導体薄膜
の表面はやはり平滑であったが、１１５０℃まで上昇さ
せた実施例２および３では単結晶半導体薄膜の表面に凸
構造が認められた。すなわち、凸構造を形成するために
は、多孔質層の熱処理の際にある程度の高温が必要であ
ることが分かった。

【００３８】実施例１および比較例２について、多孔質
層の熱処理の温度は１０５０℃とやや低めであっても、
熱処理時間を７．５分間とした比較例２では単結晶半導
体薄膜の表面が平滑になったのに対して、３０分間とし
た実施例１では凸構造が出現した。したがって、凸構造
が形成されるか否かには多孔質層の熱処理工程における
温度と時間とが関係することが分かった。このことは、
単結晶半導体薄膜のエピタキシャル成長を１０５０℃で
シランガスおよびジボランがスにより行った実施例４お
よび比較例３でも同様に当てはまった。

【００３９】実施例１〜４および比較例１〜４につい
て、得られた単結晶半導体薄膜を用いて上記実施の形態
と同様にして薄膜太陽電池素子を作製した。変換効率を
調べたところ、実施例１〜４の薄膜太陽電池素子は、比
較例１〜４の薄膜太陽電池素子に比べて２〜３％程度変
換効率が向上していた。すなわち、凸構造２１による表
面での光の反射の低減と光閉じ込め構造により裏面電極
１３の裏打ちによる反射の効果とにより、薄膜太陽電池
素子の変換効率が高まることが分かった。

【００４０】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態にお
いて説明した各層の材料および厚み、または成膜方法お
よび成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料
および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成
膜条件としてもよい。例えば、多孔質層の熱処理工程
は、上記実施の形態では水素雰囲気中で行うものとした
が、水素の他に酸素または窒素を含む雰囲気で行っても
よく、または、真空中で行ってもよい。

【００４１】また、単結晶半導体基板３１の面方位は、
上記実施の形態においては（１００）としたが、（１１
０）面方位のものを用いてもよい。この場合には、単結
晶半導体薄膜２０およびその表面に形成される凸構造２
１の面方位は、基板と同じ（１１０）方向となる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項６のいずれか１項に記載の単結晶半導体薄膜の製造方
法または請求項７ないし請求項１３のいずれか１項に記
載の薄膜半導体素子の製造方法によれば、単結晶半導体
基板に多孔質層を形成し、この多孔質層を所定の温度で
所定の時間熱処理し、熱処理された多孔質層の上に、単
結晶半導体基板と同一の結晶面方位を有するとともに、
表面に多数の微小な凸構造が形成された単結晶半導体薄
膜を形成するようにしたので、エッチング等の化学的処
理を行わずに凸構造を形成することができる。凸構造の
形成は多孔質層の熱処理工程の条件設定のみによって可
能であり、従来のように平滑な薄膜表面に対して人工的
にピラミッド構造ないし逆ピラミッド構造を形成した
り、あるいは多孔質化したりする必要はない。したがっ
て、極めて簡単な工程によって、凹凸の表面を有する単
結晶半導体薄膜を成長させることができる。

【００４３】特に、請求項３記載の単結晶半導体薄膜の
製造方法によれば、多孔質層を熱処理する工程を、熱処
理後の多孔質層の表面がほぼ平坦な状態となるように行
い、請求項４記載の単結晶半導体薄膜の製造方法によれ
ば、１０５０℃の水素雰囲気中で３０分間、または、１
１５０℃の水素雰囲気中で７．５分間行うようにしたの
で、多孔質層の上に単結晶半導体薄膜を成長させると、
その表面に結晶晶癖が多数現れ、単結晶半導体基板と同
一の結晶面方位を有する多数の微小な凸構造を形成する
ことができる。

【００４４】また、特に、請求項８記載の薄膜半導体素
子の製造方法によれば、この単結晶半導体薄膜に、薄膜
半導体素子として薄膜太陽電池素子を形成するので、こ
れらの微小な凸構造を光閉じ込め構造として用い、変換
効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る薄膜半導体素子と
しての薄膜太陽電池素子の構成の一例を表す断面図であ
る。

【図２】図１に示した薄膜太陽電池素子の製造方法の一
例を工程毎に説明するための断面図である。

【図３】図２に続く製造工程を表す断面図である。

【図４】図３に続く製造工程を表す断面図である。

【符号の説明】

１０…薄膜太陽電池素子、１１…反射防止膜、１２…表
面電極、１３…裏面電極、１４…プラスチックフィル
ム、２０…単結晶半導体薄膜、２０Ａ…ｐ型層、２０Ｂ
…ｎ型層、２０Ｃ…ｐ⁺層、２１…凸構造、３１…単結
晶半導体基板、３２…多孔質層、３３…分離層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F043 AA02 BB02 DD14 FF07 5F045 AA01 AB02 AC01 AD13 BB08 BB16 CA13 HA02 HA06 5F051 AA02 AA16 CB15 CB20 CB24 CB29 CB30 DA03 FA06 FA23 GA04 GA14 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶半導体基板に多孔質層を形成する
工程と、前記多孔質層を、所定の温度で所定の時間、熱処理する
工程と、熱処理された前記多孔質層の上に、前記単結晶半導体基
板の結晶面方位と同一の結晶面方位を有するとともに、
表面に現れた結晶晶癖により形成された多数の微小な凸
構造を有する単結晶半導体薄膜を成長させる工程とを含
むことを特徴とする単結晶半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】前記多孔質層を熱処理する工程を、水
素，酸素および窒素からなる群のうちの少なくとも１種
を含む雰囲気中、または、真空中で行うことを特徴とす
る請求項１記載の単結晶半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】前記多孔質層を熱処理する工程を、熱処
理後の前記多孔質層の表面がほぼ平坦な状態となるよう
に行うことを特徴とする請求項１記載の単結晶半導体薄
膜の製造方法。
【請求項４】前記多孔質層を熱処理する工程を、１０
５０℃の水素雰囲気中で３０分間、または、１１５０℃
の水素雰囲気中で７．５分間行うことを特徴とする請求
項１記載の単結晶半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】前記単結晶半導体を成長させる工程を、
シランガスを用いて９００℃で行う、または、シランガ
スおよびジボランガスを用いて１０５０℃で行うことを
特徴とする請求項１記載の単結晶半導体薄膜の製造方
法。
【請求項６】前記単結晶半導体基板として（１００）
面方位または（１１０）面方位を有する単結晶半導体基
板を用いることを特徴とする請求項１記載の単結晶半導
体薄膜の製造方法。
【請求項７】単結晶半導体基板に多孔質層を形成する
工程と、前記多孔質層を、所定の温度で所定の時間、熱処理する
工程と、熱処理された前記多孔質層の上に、前記単結晶半導体基
板の結晶面方位と同一の結晶面方位を有するとともに、
表面に現れた結晶晶癖により形成された多数の微小な凸
構造を有する単結晶半導体薄膜を形成する工程と、前記単結晶半導体薄膜に薄膜半導体素子を形成する工程
と、前記薄膜半導体素子を前記多孔質層を用いて前記単結晶
半導体基板から剥離する工程とを含むことを特徴とする
薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項８】前記薄膜半導体素子として、前記単結晶
半導体薄膜の前記多数の微小な凸構造が形成された側の
表面を光入射面として用いる太陽電池素子を形成し、前
記多数の微小な凸構造を光閉じ込め構造として用いるこ
とを特徴とする請求項７記載の薄膜半導体素子の製造方
法。
【請求項９】前記多孔質層を熱処理する工程を、水
素，酸素および窒素からなる群のうちの少なくとも１種
を含む雰囲気中、または、真空中で行うことを特徴とす
る請求項７記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項１０】前記多孔質層を熱処理する工程を、熱
処理後の前記多孔質層の表面がほぼ平坦な状態となるよ
うに行うことを特徴とする請求項７記載の薄膜半導体素
子の製造方法。
【請求項１１】前記多孔質層を熱処理する工程を、１
０５０℃の水素雰囲気中で３０分間、または、１１５０
℃の水素雰囲気中で７．５分間行うことを特徴とする請
求項７記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項１２】前記単結晶半導体薄膜を成長させる工
程と、シランガスを用いて９００℃で行う、または、シ
ランガスおよびジボランガスを用いて１０５０℃で行う
ことを特徴とする請求項７記載の薄膜半導体素子の製造
方法。
【請求項１３】前記単結晶半導体基板として（１０
０）面方位または（１１０）面方位を有する単結晶半導
体基板を用いることを特徴とする請求項７記載の薄膜半
導体素子の製造方法。