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JP5550025B2 - 半導体装置およびその製造方法並びに太陽電池 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法並びに太陽電池 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法並びに太陽電池に関し、特にシリコン層およびバリウムシリサイドを含む層を有する半導体装置およびその製造方法並びに太陽電池に関する。
Ｂａ（バリウム）およびＳｉ（シリコン）を含むＢａＳｉ層を用いた太陽電池が開発されている（特許文献１および２）。ＢａＳｉはＳｉよりバンドギャップが大きく、ＢａＳｉ層にＳｒ（ストロンチウム）を加えることにより、バンドギャップを太陽電池に適した１．４ｅＶとすることができる。よって、エネルギー変換効率をより高めることができる。また、低コスト化や薄膜化のためには、ガラス基板等の絶縁基板上のＢａＳｉ層が形成されることが好ましい。ガラス基板上にＢａＳｉ層を形成する方法として、非特許文献１には、ガラス基板上に（１１１）配向したＳｉを形成することが記載されている。特許文献１、２および非特許文献２には、（１１１）配向したＳｉ上にＢａＳｉ層を形成する技術が記載されている。
特開２００８−６６７１９号公報 国際公開第２００９／０２８５６０号パンフレット
J. Appl. Phys. Vol. 88, 124 (2000) Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 43, No. 4A, L478 （2004）
例えば、ｐｎ接合を有するＢａＳｉ層を用いた太陽電池が実現できれば太陽電池の性能をより向上させることができる。しかしながら、Ｓｉ層上にｐｎ接合を有するＢａＳｉ層を形成しようとすると、Ｓｉ層とＢａＳｉ層との間に良好な電気的接触を得ることが難しい。このように、シリコン層とバリウムシリサイドを含むシリサイド層との間において良好な電気的接触を得ることは難しい。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、シリコン層とバリウムシリサイドを含むシリサイド層との間に良好な電気的接触を得ることが可能な半導体装置およびその製造方法並びに太陽電池を提供することを目的とする。
本発明は、シリコン層と、前記シリコン層上に設けられ、開口を有し、バリウムシリサイドを含む中間シリサイド層と、中間シリサイド層を覆い、前記開口を介しシリコン層に接するように設けられ、前記中間シリサイド層よりドーパント濃度が高くバリウムシリサイドを含む上部シリサイド層と、を含む半導体装置である。本発明によれば、シリコン層とシリサイド層との間に良好な電気的接触を得ることができる。
上記構成において、前記開口の開口率は、０．５以上１未満である構成とすることができる。この構成によれば、シリコン層とシリサイド層との接触抵抗をより低減することができる。
上記構成において、前記シリコン層は、前記中間シリサイド層よりドーパント濃度が高い構成とすることができる。
上記構成において、前記シリコン層と前記上部シリサイド層とは、異なる導電型である構成とすることができる。
上記構成において、前記シリコン層と前記上部シリサイド層とはトンネル接合を形成する構成とすることができる。
上記構成に置いて、前記中間シリサイド層および前記上部シリサイド層は、バリウムシリサイドからなる構成とすることができる。
本発明は、シリコン層上に、前記シリコン層の表面が露出するような開口を有し、バリウムシリサイドを含む中間シリサイド層を形成する工程と、中間シリサイド層を覆い、前記開口を介しシリコン層に接するように、前記中間シリサイド層よりドーパント濃度が高くバリウムシリサイドを含む上部シリサイド層を形成する工程と、を含み、前記中間シリサイド層を形成する工程は、前記シリコン層上にバリウムを堆積させ、前記バリウムを前記シリコン層と反応させることにより前記中間シリサイド層を形成する工程である半導体装置の製造方法である。本発明によれば、シリコン層とシリサイド層との間に良好な電気的接触を得ることができる。
上記構成において、前記上部シリサイド層を形成する工程は、前記中間シリサイド層上および前記シリコン層上にドーパント、シリコンおよびバリウムを同時に蒸着することにより前記上部シリサイド層を形成する工程である構成とすることができる。
本発明は、第１導電型であるシリコン層と、前記シリコン層上に形成された前記シリコン層よりドーパント濃度の高い前記第１導電型であるトンネルシリコン層と、前記トンネルシリコン層上に形成され前記第１導電型の反対の導電型である第２導電型でありバリウムシリサイドを含むトンネルシリサイド層と、を含むトンネル接合層と、前記トンネル接合層上に形成され前記トンネルシリサイド層よりドーパント濃度が低い前記第２導電型でありバリウムシリサイドを含む第２シリサイド層と、前記第２シリサイド層上に形成され前記第１導電型でありバリウムシリサイドを含む第１シリサイド層と、を含むシリサイド層からなるｐｎ接合と、前記トンネルシリコン層と前記トンネルシリサイド層との界面に形成され、前記トンネルシリコン層と前記トンネルシリサイド層とが直接接するような開口を有し、前記トンネルシリサイド層よりドーパント濃度の低く、バリウムシリサイドを含む中間シリサイド層と、前記シリコン層からキャリアが供給される第１電極と、前記シリサイド層からキャリアが供給される第２電極と、を具備する太陽電池である。本発明によれば、シリコン層とシリサイド層との間に良好な電気的接触を得ることができる。
上記構成において、前記開口の開口率は、０．５以上１未満である構成とすることができる。この構成によれば、シリコン層とシリサイド層との接触抵抗をより低減することができる。
上記構成において、前記シリサイド層は、バリウムシリサイドからなる構成とすることができる。
上記構成において、前記シリサイド層は、ストロンチウムバリウムシリサイドからなる構成とすることができる。この構成によれば、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
本発明によれば、シリコン層とバリウムシリサイドを含むシリサイド層との間間に良好な電気的接触を得ることが可能な半導体装置およびその製造方法並びに太陽電池を提供することができる。
図１は、実施例１に係る太陽電池の断面図である。 図２は、実施例１に係る太陽電池内の半導体層のエネルギーバンド図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１の成膜方法を示す断面図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、比較例２の成膜方法を示す断面図である。 図５（ａ）は、比較例２の図４（ａ）でのテンプレートＢａＳｉ層３０のＸＲＤ回折パターンを示す図である。図５（ｂ）は、比較例２の図４（ｂ）での導電性ＢａＳｉ層３２のＸＲＤ回折パターンを示す図である。 図６（ａ）は、比較例３の成膜方法を示す断面図である。図６（ｂ）は、比較例３の方法で成膜した試料のＸＲＤ回折パターンを示す図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例２の成膜方法を示す図である。 図８は、実施例２の方法で成膜した導電性ＢａＳｉ層３２のＸＲＤ回折パターンを示す図である。 図９（ａ）は、実施例２の方法で成膜した試料の断面図、図９（ｂ）は、比較例４の方法で成膜した試料の断面図である。 図１０は、実施例２の方法で成膜した試料と比較例４の方法で成膜した試料とのＳｉ層１０ａと導電性ＢａＳｉ層３２との間の電流電圧特性を示した図である。 図１１（ａ）は、実施例２の方法で成膜した試料の断面図である。図１１（ｂ）は、実施例２の方法で成膜した第２ＢａＳｉ層１８のＸＲＤ回折パターンを示す図である。 図１２は、実施例２の方法を用い製造した太陽電池の断面図である。 図１３は、実施例３に係る太陽電池の断面図である。 図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、実施例３に係る太陽電池の製造方法を示す断面図（その１）である。 図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、実施例３に係る太陽電池の製造方法を示す断面図（その２）である。 図１６は、サンプルＡからＣのＳｉ層と導電性ＢａＳｉ層との間の電流電圧特性を示した図である。 図１７（ａ）から図１７（ｃ）は、それぞれサンプルＡからＣの中間ＢｓＳｉ層を成膜した後の表面のＡＦＭ画像である。 図１８（ａ）から図１８（ｃ）は、それぞれ図１７（ａ）から図１７（ｃ）の断面と想定される図である。 図１９（ａ）および図１９（ｂ）は実施例５に係る太陽電池の断面図である。 図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、それぞれ中間ＢａＳｉ層の膜厚に対する抵抗および開口率を示した図である。 図２１は、太陽電池における直列抵抗に対する変換効率およびFill Factorを示した図である。
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。
図１は、実施例１に係る太陽電池の断面図である。第１導電型（例えばｐ型）を有するＳｉ層１０上にトンネル接合層１６が形成されている。Ｓｉ層１０は、例えばＢ（ボロン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）等のドーパントを有する。Ｓｉ層１０のドーパント濃度は例えば１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であることが好ましい。Ｓｉ層１０としては、例えば膜厚が数１００μｍのＳｉ基板を用いることもできる。また、ガラス基板等上に形成された膜厚が例えば５０〜５００ｎｍのＳｉ薄膜を用いることもできる。
トンネル接合層１６は、トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４とを含んでいる。トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４とはトンネル接合を形成している。トンネルＳｉ層１２は、Ｓｉ層１０上に形成され、Ｓｉ層１０よりドーパント濃度の高い第１導電型（例えばｐ型）である。トンネルＳｉ層１２は、例えばＢ、Ａｌ等のドーパントを有し、膜厚が例えば１０〜５０ｎｍ、ドーパント濃度が例えば１×１０１９〜１×１０２０ｃｍ−３であることが好ましい。トンネルＢａＳｉ層１４は、トンネルＳｉ層１２上に形成され、後述する第２ＢａＳｉ層１８よりドーパント濃度が高い第２導電型（例えばｎ型）である。トンネルＢａＳｉ層１４は、例えばＳｂ（アンチモン）、Ａｓ（砒素）等のドーパントを有し、膜厚が例えば１０〜５０ｎｍ、ドーパント濃度が例えば１×１０１９〜１×１０２０ｃｍ−３であることが好ましい。
トンネル接合層１６上にｐｎ接合を有するＢａＳｉ層２２が形成されている。ＢａＳｉ層２２は、トンネル接合層１６上に形成された第２導電型（例えばｎ型）の第２ＢａＳｉ層１８と、第２ＢａＳｉ層１８上に形成された第１導電型（例えばｐ型）の第１ＢａＳｉ層２０と、を含んでいる。第１ＢａＳｉ層２０と第２ＢａＳｉ層１８とはｐｎ接合を形成している。第２ＢａＳｉ層１８は、例えばＳｂ、Ａｓ等のドーパントを有し、膜厚が例えば５００〜１０００ｎｍ、ドーパント濃度が例えば１×１０１６〜５×１０１６ｃｍ−３であることが好ましい。第１ＢａＳｉ層２０は、例えばＡｌ等のドーパントを有し、膜厚が例えば５０〜１００ｎｍ、ドーパント濃度が例えば５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３であることが好ましい。
ＢａＳｉ層２２上には、ＢａＳｉ層２２の第１ＢａＳｉ層２０にキャリアを供給する第２電極２４が形成されている。第２電極２４は、例えばＡｌ等の金属からなり、光５０が透過するように開口を有することが好ましい。Ｓｉ層１０下には、Ｓｉ層１０にキャリアを供給する第１電極２６が形成されている。第１電極２６は、例えばＡｌ等の金属からなることが好ましい。
トンネルＢａＳｉ層１４、第２ＢａＳｉ層１８、第１ＢａＳｉ層２０および実施例２で説明する中間ＢａＳｉ層は、ＢａおよびＳｉを含み、例えばバリウムシリサイド層である。バリウムシリサイドの化学量論的な組成はＢａＳｉ２であるが、化学量論的な組成と異なっていてもよい。トンネルＢａＳｉ層１４、第２ＢａＳｉ層１８、第１ＢａＳｉ層２０および中間ＢａＳｉ層としてはバリウムシリサイド層以外に、例えばＳｒを含んでいてもよい。つまり、バリウムシリサイドとストロンチウムシリサイドの混晶でもよい。特に、トンネルＢａＳｉ層１４、第２ＢａＳｉ層１８、第１ＢａＳｉ層２０および中間ＢａＳｉ層を、例えばＢａ０．５Ｓｒ０．５Ｓｉ２層とすることにより、エネルギーバンドギャップＥｇを１．４ｅＶとすることができる。これにより、より高効率でかつ薄膜化可能な太陽電池を提供することができる。さらに、ストロンチウムシリサイド以外のシリサイド物とバリウムシリサイドとの混晶でもよい。例えば、トンネルＢａＳｉ層１４、第２ＢａＳｉ層１８、第１ＢａＳｉ層２０および中間ＢａＳｉ層は、Ｍｇ（マグネシウム）またはＣａ（カルシウム）等のＩＩ族の元素（すなわちアルカリ土類金属元素）を含んでもよく、マグネシウムシリサイドまたはカルシウムシリサイドとバリウムシリサイドとの混晶でもよい。例えば、少なくともバリウムシリサイドを含むアルカリ土類金属シリサンドでもよい。トンネルＢａＳｉ層１４、第２ＢａＳｉ層１８、第１ＢａＳｉ層２０および中間ＢａＳｉ層は、太陽電池に適した１．４〜１．７ｅＶのエネルギーバンドギャップとなるように、上記にて例示した元素を適宜含むことが好ましい。
図２は、実施例１に係る太陽電池内の半導体層のエネルギーバンド図である。ＥＦはフェルミ準位を示している。Ｓｉ層１０はエネルギーバンドギャプＥｇ１を有し、ＢａＳｉ層２２はエネルギーバンドギャプＥｇ２を有している。バンドギャップの大きいＢａＳｉ層２２でｐｎ接合を形成しているため、高効率でかつ薄膜化可能な太陽電池を提供することができる。
トンネルＳｉ層１２はＳｉ層１０よりドーパント濃度が高い。また、トンネルＢａＳｉ層１４は第２ＢａＳｉ層１８よりドーパント濃度が高い。これにより、トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４とでトンネル接合層１６を形成することができる。キャリアは、トンネル接合層１６をトンネル伝導することができる。よって、Ｓｉ層１０と第２ＢａＳｉ層１８とのオーミック接触が可能となる。
特許文献１および２のように、例えば（１１１）配向のＳｉ層上にＢａＳｉ層を形成することにより、高品質なＢａＳｉ層を得ることができる。しかしながら、Ｓｉ層１０上に直接ｐｎ接合を有するＢａＳｉ層２２を形成すると、Ｓｉ層１０とＢａＳｉ層２２との間の接触抵抗が大きくなってしまうことがわかった。これは、Ｓｉ層１０の電子親和力が４．０ｅＶに対しＢａＳｉ層２２の電子親和力が３．３ｅＶと小さく、Ｓｉ層１０とＢａＳｉ層２２との間にキャリアに対する障壁が形成されるためである。
実施例１によれば、Ｓｉ層１０とｐｎ接合を有するＢａＳｉ層２２との間にトンネル接合層が形成されている。これにより、Ｓｉ層１０とＢａＳｉ層２２との間の電気的接触特性を向上させることができる。このように、Ｓｉ層１０とＢａＳｉ層２２との間の接触抵抗を低減することができる。
また、トンネル接合を形成するためには、Ｓｉ層１０とトンネルＳｉ層１２との導電型は同じ（第１導電型）であり、トンネルＳｉ層１２のドーパント濃度がＳｉ層１０より高いことが好ましい。また、第２ＢａＳｉ層１８とトンネルＢａＳｉ層１４との導電型（第２導電型）は同じであり、トンネルＢａＳｉ層１４のドーパント濃度は第２ＢａＳｉ層１８より高いことが好ましい。Ｓｉ層１０上にトンネル接合層１６を設けると、トンネルＳｉ層１２の導電型はＳｉ層１０と同じとなり、トンネルＢａＳｉ層１４は、Ｓｉ層１０とは異なる導電型となる。よって、トンネルＢａＳｉ層１４上をＳｉ層１０と異なる導電型の第２ＢａＳｉ層１８とし、第１ＢａＳｉ層２０をＳｉ層１０と同じ導電型とすることにより、簡単な層構成で、ＢａＳｉ層２２内にｐｎ接合を設けることができる。
上記例では、第１導電型としてｐ型、第１導電型の反対の導電型である第２導電型としてｎ型を例に説明したが、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型でもよい。しかしながら、例えば、非特許文献１の方法でＳｉ層１０を形成すると、Ｓｉ層１０はｐ型となってしまう。そこで、Ｓｉ層１０とｐｎ接合を有するＢａＳｉ層２２とをトンネル接合を用い接触させる場合、Ｓｉ層１０側の第２ＢａＳｉ層１８をｎ型、表面側の第１ＢａＳｉ層２２をｐ型とすることが好ましい。よって、第１導電型としてｐ型、第２導電型としてｎ型であることが好ましい。
実施例２は、実施例１におけるトンネル接合の構造およびその製造方法の例である。実施例１のようにトンネル接合を形成する場合、トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４との膜厚を各々例えば５０ｎｍ程度またはそれ以下で形成することとなる。しかしながら、Ｓｉ層上にドーパント濃度が高く膜厚が薄く高品質なＢａＳｉ層を形成することは難しい。実施例２は、Ｓｉ層上に薄く高品質なＢａＳｉ層を形成する例である。
まず、Ｓｉ層１０ａ上に高品質なＢａＳｉ層３２を形成する比較例１に係る成膜方法について説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１の成膜方法を示す断面図である。図３（ａ）のように、（１１１）配向したＳｉ層１０ａ上にＢａ層を蒸着法等を用い形成する。このとき基板温度を、ＳｉとＢａとが反応しバリウムシリサイドが形成される温度とする。例えば、基板温度を４５０〜７００℃とする。Ｂａ層３３とＳｉ層１０ａとが反応しテンプレートＢａＳｉ層３０が形成される。このように、ＲＤＥ（Reactive Deposition Epitaxy）法を用いテンプレートＢａＳｉ層３０を形成する。テンプレートＢａＳｉ層３０上にＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用い、ドーパントを導入した導電性ＢａＳｉ層３２を形成する。
比較例１では、テンプレートＢａＳｉ層３０をテンプレートとして導電性ＢａＳｉ層３２を形成するため、高品質な導電性ＢａＳｉ層３２が形成できる。しかしながら、テンプレートＢａＳｉ層３０はドーパントが添加されておらず、膜厚が２０ｎｍ程度である。このため、導電性ＢａＳｉ層３２とＳｉ層１０ａとの接触抵抗が大きくなってしまう。また、より高品質な導電性ＢａＳｉ層３２を形成するため、テンプレートＢａＳｉ層３０上にＭＢＥ法を用いアンドープＢａＳｉ層を形成し、アンドープＢａＳｉ層上に導電性ＢａＳｉ層３２を形成する場合もある。この場合は、導電性ＢａＳｉ層３２とＳｉ層１０ａとの接触抵抗はさらに高くなってしまう。そこで、比較例２として、ＲＤＥ法を用いテンプレートＢａＳｉ層３０を形成する際にドーパントを導入することを検討した。
図４（ａ）および図４（ｂ）は、比較例２の成膜方法を示す断面図である。Ｓｉ層１０ａとして、（１１１）を主面とするＢをドープしたｐ型Ｓｉウエハを用いた。Ｓｉ層１０ａのホール濃度は約６×１０１７ｃｍ−３である。図４（ａ）のように、Ｓｉ層１０ａ上にＢａとドーパントとしてＳｂを蒸着する。このとき、基板温度を、ＢａがＳｉと反応する温度とする。これにより、テンプレートＢａＳｉ層３０が形成される。
テンプレートＢａＳｉ層３０の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＲＤＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
Ｓｂセル温度：２５０℃
成膜時間：約５分
図４（ｂ）のように、ＭＢＥ法を用いテンプレートＢａＳｉ層３０上に、Ｓｂ、ＢａおよびＳｉを蒸着し、Ｓｂをドーパントとした導電性ＢａＳｉ層３２を成膜した。
導電性ＢａＳｉ層３２の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＭＢＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：２．６ｎｍ／分
Ｓｉの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
Ｓｂセル温度：２５０℃
成膜時間：約６０分
なお、Ｓｂセル温度を２５０℃とすることにより、後述する実施例２の導電性ＢａＳｉ層３２として、１０２０ｃｍ−３程度の電子濃度が得られる。
図５（ａ）は、比較例２の図４（ａ）でのテンプレートＢａＳｉ層３０のＸＲＤ（Ｘ線回折法）の回折パターンを示す図である。図５（ａ）のように、Ｓｉの（１１１）面に相当するピークは観測されているが、ＢａＳｉ２の（２００）、（４００）および（６００）面のピークは観測されていない。これより、テンプレートＢａＳｉ層３０は良好な結晶とはなっていないことがわかった。なお、(*)で示したピークは、Ｓｉ（２２２）面の位置に観測されたが、このピーク(*)は、複数回結晶面で反射されたピークであり、Ｓｉ（２２２）面のピークではない。図５（ｂ）は、比較例２の図４（ｂ）での導電性ＢａＳｉ層３２のＸＲＤ回折パターンを示す図である。図５（ａ）のように、Ｓｉの（１１１）面に相当するピークは観測されているが、ＢａＳｉ２の（２００）、（４００）および（６００）面のピークは観測されていない。これより、導電性ＢａＳｉ層３２は良好な結晶とはなっていないことがわかる。
比較例２のように、ＲＤＥ法を用いテンプレートＢａＳｉ層３０にドーパントを導入しようとすると、テンプレートＢａＳｉ層３０および導電性ＢａＳｉ層３２の結晶性が劣化することがわかった。そこで、比較例３として、Ｓｉ層１０ａ上にＭＢＥ法を用い直接導電性のＢａＳｉ層を成膜することを検討した。
図６（ａ）は、比較例３の成膜方法を示す断面図である。図６（ａ）のように、比較例２と同じＳｉ層３０上にＭＢＥ法を用い、Ｓｂ、ＢａおよびＳｉを蒸着し、Ｓｂをドーパントとした導電性ＢａＳｉ層３２を直接成膜した。
導電性ＢａＳｉ層３２の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＭＢＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：２．６ｎｍ／分
Ｓｉの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
Ｓｂセル温度：２５０℃
成膜時間：約６０分
図６（ｂ）は、比較例３の方法で成膜した試料のＸＲＤ回折パターンを示す図である。図６（ｂ）のように、Ｓｉの（１１１）面に相当するピークは観測されているが、ＢａＳｉ２の（２００）、（４００）および（６００）面のピークは観測されていない。これより、比較例３においても導電性ＢａＳｉ層３２は良好な結晶とはなっていないことがわかった。
以上のように、テンプレートＢａＳｉ層３０を導電性とするために、テンプレートＢａＳｉ層３０にドーパントを導入しようとすると、比較例１の図５（ｂ）のように、良好な導電性ＢａＳｉ層３２が形成できない。一方、Ｓｉ層１０ａ上に直接導電性ＢａＳｉ層３２を形成しようとしても、比較例２の図６（ｂ）のように良好な導電性ＢａＳｉ層３２は形成できない。以下、このような課題を解決した実施例２について説明する。
図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例２の成膜方法を示す図である。図７（ａ）を参照し、比較例２と同じＳｉ層１０ａ上にＢａを非常に薄く蒸着した。このとき、基板温度を、ＢａがＳｉと反応する温度とする。これにより、中間ＢａＳｉ層２８が形成される。
中間ＢａＳｉ層２８の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＲＤＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
成膜時間：約０．５分
Ｂａの蒸着量は非常に小さいため、Ｂａは、Ｓｉ層１０ａの表面の全体を覆わない。よって、Ｓｉ層１０ａ上に、Ｓｉ層１０ａの表面が露出するような開口２９を有し、ＢａとＳｉとを含む中間ＢａＳｉ層２８が形成される。
図７（ｂ）を参照に、ＭＢＥ法を用い、Ｓｂ、ＢａおよびＳｉを同時に蒸着した。これにより、中間ＢａＳｉ層２８を覆い、開口２９を介しＳｉ層１０ａに接するように、導電性ＢａＳｉ層３２を形成した。
導電性ＢａＳｉ層３２の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＭＢＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：２．６ｎｍ／分
Ｓｉの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
Ｓｂセル温度：２５０℃
成膜時間：約６０分
このように、Ｓｂも同時の成膜することによりＳｂをドーパントとして、導電性ＢａＳｉ層３２に導入することができる。
図８は、実施例２の方法で成膜した導電性ＢａＳｉ層３２のＸＲＤ回折パターンを示す図である。ＢａＳｉ２の（２００）、（４００）および（６００）面のピークが観測されている。これは、（１１１）配向したＳｉ層上にα軸配向したＢａＳｉ２層が形成されていることを示している。このように、良好な結晶性を有する導電性ＢａＳｉ層３２を成膜することができた。
次に、Ｓｉ層１０ａと導電性ＢａＳｉ層３２との間の接触特性を測定した。図９（ａ）は、実施例２の方法で成膜した試料の断面図、図９（ｂ）は、比較例４の方法で成膜した試料の断面図である。図９（ａ）のように、ｐ型のＳｉ層１０ａ上に高濃度Ｓｉ層１２ａ、高濃度Ｓｉ層１２ａ上に、図７（ａ）および図７（ｂ）と同じ中間ＢａＳｉ層２８、中間ＢａＳｉ層２８上にｎ型導電性ＢａＳｉ層３２が形成されている。Ｓｉ層１０ａは、ホール濃度が約６×１０１７ｃｍ−３のＢドープ（１１１）基板である。
高濃度Ｓｉ層１２ａの成膜条件は以下である。
成膜方法：ＭＢＥ法
基板温度：７００℃
ドーパント：Ｂ、ＳｉとＨＢＯ３を同時に蒸着
高濃度Ｓｉ層１２ａのホール濃度は約５×１０１９ｃｍ−３、膜厚は７０ｎｍである。
中間ＢａＳｉ層２８の成膜方法は、実施例１と同じである。導電性ＢａＳｉ層３２の成膜の際の基板温度、ＢａおよびＳｉの成膜速度、Ｓｂセル温度は図７（ｂ）と同じである。導電性ＢａＳｉ層３２の成膜時間は膜厚が１４０ｎｍとなるように設定した。表１は、実施例２の方法で作製した試料の各層のドーパント、導電型、キャリア濃度および膜厚を示す表である。なお、中間ＢａＳｉ層２８の膜厚は、成膜時間から推定した膜厚である。
Figure 0005550025
図９（ｂ）のように、比較例４においては、Ｓｉ層１０ａ上にテンプレートＢａＳｉ層３０、テンプレートＢａＳｉ層３０上にアンドープＢａＳｉ層３５、アンドープＢａＳｉ層３５上に導電性ＢａＳｉ層３２が形成されている。Ｓｉ層１０ａは、ホール濃度が約６×１０１７ｃｍ−３のＢドープ（１１１）基板である。
テンプレートＢａＳｉ層３０の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＲＤＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
成膜時間：膜厚が２０ｎｍとなるように設定
アンドープＢａＳｉ層３５の成膜方法は以下である。
成膜方法：ＭＢＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：２．６ｎｍ／分
Ｓｉの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
成膜時間：約６０分
アンドープＢａＳｉ層３５には意図的にはドープしていないが、ホール効果測定では電子濃度が約１０１６ｃｍ−３である。
導電性ＢａＳｉ層３２の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＭＢＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：２．６ｎｍ／分
Ｓｉの成膜速度：１．５５ｎｍ／分
Ｓｂのセル温度：２５０℃
成膜時間：約６０分
表２は、比較例４の方法で作製した試料の各層のドーパント、導電型、キャリア濃度および膜厚を示す表である。
Figure 0005550025
図１０は、実施例２の方法で成膜した図９（ａ）の試料と比較例４の方法で成膜した図９（ｂ）の試料とのＳｉ層１０ａと導電性ＢａＳｉ層３２との間の電流電圧特性を示した図である。図１０のように、比較例４では、電流電圧特性は整流特性となる。一方、実施例２では、オーミック特性が得られている。このように、実施例２では,トンネル接合層１６を流れる電流がオーミック特性を示し、導電性ＢａＳｉ層３２とＳｉ層１０ａとの間で良好な接触特性を得ることができた。
次に、実施例２の成膜方法を用い、トンネル接合構造を形成した。図１１（ａ）は、実施例２の方法で成膜した試料の断面図である。実施例２においては、ｐ型のＳｉ層１０上にトンネルＳｉ層１２、トンネルＳｉ層１２上に、中間ＢａＳｉ層２８、中間ＢａＳｉ層２８上にトンネルＢａＳｉ層１４、トンネルＢａＳｉ層１４上に第２ＢａＳｉ層１８が形成されている。Ｓｉ層１０は、ホール濃度が約６×１０１７ｃｍ−３のＢドープ（１１１）基板である。トンネルＳｉ層１２は、Ｂがドーパントであり、ホール濃度が約５×１０１９ｃｍ−３、膜厚が７０ｎｍである。トンネルＳｉ層１２の成膜条件は、図９（ａ）の高濃度Ｓｉ層１２ａと同じである。中間ＢａＳｉ層２８は、膜厚が約１ｎｍである。中間ＢａＳｉ層２８の成膜条件は図９（ａ）と同じである。トンネルＢａＳｉ層１４は、Ｓｂがドーパントであり、電子濃度が約１０２０ｃｍ−３、膜厚が１４０ｎｍである。トンネルＢａＳｉ層１４の成膜条件は、図９（ｂ）の導電性ＢａＳｉ層３２と同じである。第２ＢａＳｉ層１８は、意図的にドープしていないが、電子濃度が約１０１６ｃｍ−３、膜厚が５２０ｎｍである。
第２ＢａＳｉ層１８の成膜条件は以下である。
成膜方法：ＭＢＥ法
基板温度：５５０℃
Ｂａの成膜速度：２．６ｎｍ／分
Ｓｉの成膜速度が１．５５ｎｍ／分
成長時間:６０分
図１１（ｂ）は、実施例２の方法で成膜した第２ＢａＳｉ層１８のＸＲＤ回折パターンを示す図である。図１１（ｂ）のように、ＢａＳｉ２の（２００）、（４００）および（６００）面のピークが観測されている。このように、実施例２においては、良好な結晶性を有する第２ＢａＳｉ層１８を成膜することができた。
図１２は、実施例２の方法で製造する太陽電池の断面図である。図１２のように、実施例２の方法で製造する太陽電池は、実施例１と比較し、トンネルＳｉ層１２上に開口を有する中間ＢａＳｉ層２８が形成されている。その他の構造は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例２の方法で製造した太陽電池は、例えば以下のように製造する。図１１（ａ）の第２ＢａＳｉ層１８上に第１ＢａＳｉ層２０を形成する。第１ＢａＳｉ層２０上に第２電極２４を形成する。Ｓｉ層１０の下に、第１電極２６を形成する。
実施例２においては、図７（ａ）のように、図１２におけるトンネルＳｉ層１２（図７（ａ）ではＳｉ層１０ａに相当する）上にトンネルＳｉ層１２の表面が露出するような開口２９を有する中間ＢａＳｉ層２８を形成する。このとき、中間ＢａＳｉ層２８にはドーパントを添加しない。これにより、Ｓｉ層１０ａ上にα軸配向した中間ＢａＳｉ層２８を形成することができる。図７（ｂ）のように、図１２におけるトンネルＢａＳｉ層１４（図７（ｂ）では導電性ＢａＳｉ層３２に相当する）を、中間ＢａＳｉ層２８を覆い、開口２９を介しＳｉ層１０ａに接するように形成する。このとき。トンネルＢａＳｉ層１４は、開口２９を塞ぐように横方向にも成長する。これにより、中間ＢａＳｉ層２８をテンプレートに結晶性のよいトンネルＢａＳｉ層１４が形成される。言い換えれば、トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４との界面には、トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４とが直接接するような開口２９を有する中間ＢａＳｉ層２８が形成されている。よって、開口２９を介しトンネルＢａＳｉ層１４が直接トンネルＳｉ層１２に接するため、図１０のように、トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４との接触特性を良好にすることができる。なお、中間ＢａＳｉ層２８は、導電性ＢａＳｉ層３２よりドーパント濃度が低くければよい。開口２９は、中間ＢａＳｉ層２８を貫通する孔でもよいし、島状に複数形成されたＢａＳｉの間のスペースでもよい。
ここで、図７（ａ）のように、図１２におけるトンネルＳｉ層１２上にＢａを堆積させ、ＢａをトンネルＳｉ層１２と反応させることにより中間ＢａＳｉ層２８を形成することが好ましい。ＢａとＳｉとを反応させる温度としては、４５０℃〜７００℃が好ましい。また、図７（ｂ）のように、中間ＢａＳｉ層２８上およびトンネルＳｉ層１２上にドーパント（例えばＳｂ）、ＳｉおよびＢａを蒸着することにより図１２におけるトンネルＢａＳｉ層１４を形成することが好ましい。なお、実施例２の図７（ａ）においては、中間ＢａＳｉ層２８を形成するために、トンネルＳｉ層１２上にＢａ２７を蒸着する際に、基板温度をＢａがＳｉと反応する温度としているが、Ｂａを蒸着した後に基板温度を上昇させ、ＢａをＳｉと反応させてもよい。また、実施例２では、ｎ型ドーパントとしてＳｂを用いているが、Ａｓ等でも良い。ｐ型ドーパントとしてＢを用いているが、Ａｌ等でもよい。さらに、実施例１で説明したように、ＢａＳｉ層はＳｒ等のＩＩ族元素（すなわちアルカリ土類金属元素）を含んでもよい。
図１３は、実施例３に係る太陽電池の断面図である。図１３のように、絶縁基板４０上に導電層４２が形成されている。導電層４２上にＳｉ層１０が形成されている。導電層４２上に第１電極２６が形成されている。その他の構造は実施例１または実施例２と同じであり説明を省略する。絶縁基板４０としては、例えばガラス基板、ＳｉＯ２等の酸化シリコン基板、またはその他の絶縁基板を用いることができる。導電層４２としては、Ａｌを添加したＺｎＯ（酸亜鉛）等の金属層等を用いることができる。導電層４２の膜厚は例えば５００〜１０００ｎｍとすることができる。Ｓｉ層１０は例えば（１１１）配向した多結晶Ｓｉ層または単結晶Ｓｉ層であり、膜厚は例えば５０〜５００ｎｍとすることができる。
次に図１４（ａ）から図１５（ｃ）を用い、実施例３に係る太陽電池の製造方法の一例を説明する。図１４（ａ）を参照し、ＳｉＯ２基板である絶縁基板４０上に、ＡｌをドープしたＺｎＯ層である導電層４２を形成する。導電層４２上にＡｌ層４４を形成する。Ａｌ層４４上にアモルファスＳｉ層４６を形成する。このように、Ａｌ層４４等のＳｉと格子定数の異なる層上にＳｉ層を形成するとアモルファスＳｉ層となる。
図１４（ｂ）を参照し、窒素雰囲気中において５００℃で約１０時間過熱することで、アモルファスＳｉ層４６とＡｌ層４４とが交換する。この処理により、導電層４２は変質しない。一方、導電層４２上に（１１１）配向した多結晶Ｓｉ層１０が形成される。Ｓｉ層１０上にはＡｌ層４８が形成される。図１４（ｃ）のように、Ａｌ層４８を除去する。
図１５（ａ）のように、Ｓｉ層１０上に、実施例１または実施例２と同様に、トンネル接合層１６、第２ＢａＳｉ層１８および第１ＢａＳｉ層２０を形成する。図１５（ｂ）のように、第１ＢａＳｉ層２０からＳｉ層１０までを選択的に除去し、開口５２を形成する。図１５（ｃ）のように、開口５２の底面の導電層４２上に第１電極２６を形成する。第１ＢａＳｉ層２０上に第２電極２４を形成する。以上により、図１３のような実施例３に係る太陽電池が完成する。
実施例３においては、絶縁基板４０とＳｉ層１０との間に導電層４２が設けられ、第１電極２６は導電層４２を介しＳｉ層１０にキャリアを供給する。これにより、非特許文献１のように、絶縁基板４０上にＳｉ層１０を形成した場合であっても、Ｓｉ層１０にキャリアを供給する第１電極２６を簡単に形成することができる。
実施例４は、実施例２の図７（ａ）および図７（ｂ）において中間ＢａＳｉ層の膜厚を変えた例である。サンプルＡからＣ（サンプルＡおよびＢが実施例４の相当する）における中間ＢａＳｉ層２８の成膜時間をそれぞれ０．５分、１分および５分とした。この結果、サンプルＡからＣにおける成膜速度から計算した中間ＢａＳｉ層２８の膜厚は１、２および１０ｎｍに相当する。その他の成膜条件は、図７（ａ）および図７（ｂ）と同じである。表３は、サンプルＡからＣの条件をまとめた表である。
Figure 0005550025
図１６は、サンプルＡからＣのＳｉ層１０ａと導電性ＢａＳｉ層３２との間の電流電圧特性を示した図である。実線がサンプルＡ、破線がサンプルＢ、点線がサンプルＣの測定結果である。図１６において、サンプルＡからＣ毎の複数の曲線は、それぞれ複数のサンプルを測定した結果である。図１６のように、サンプルＡの電圧電流特性はオーミック特性に近い。サンプルＢの電圧電流特性は、オーミック特性に近いが、サンプルＡよりは抵抗が高い。サンプルＣの電圧電流特性はさらに抵抗が高くなる。
図１７（ａ）から図１７（ｃ）は、それぞれサンプルＡからＣの中間ＢｓＳｉ層２８を成膜した後（図７（ａ）の状態）の表面のＡＦＭ（Atomic Force Microscope）画像である。図１８（ａ）から図１８（ｃ）は、それぞれ図１７（ａ）から図１７（ｃ）の断面と想定される図である。図１７（ａ）では、コントラストが急激な変化する領域が点在している。この領域はＢａＳｉの島９０と考えられる。また、黒い線状の領域９２はＳｉ基板のステップと考えられる。図１８（ａ）のように、サンプルＡでは、高濃度Ｓｉ層１２ａ上に、中間ＢａＳｉ層２８の核が島９０として点在している状態と考えられる。この状態では、中間ＢａＳｉ層２８間に大きな開口が存在する。このため、導電性ＢａＳｉ層３２を成膜すると、高濃度Ｓｉ層１２ａと導電性ＢａＳｉ層３２とが直接接触する面積が大きくなる。このため、図１６の実線のように、サンプルＡの抵抗が小さくなる。
図１７（ｂ）では、ＢａＳｉの島９０と考えられる領域の密度が高くなり、島９０が互いに接触している箇所もある。図１８（ｂ）のように、サンプルＢでは、高濃度Ｓｉ層１２ａ上の中間ＢａＳｉ層２８の核から横方向の成長が開始され、島状の高濃度Ｓｉ層１２ａが大きくなり、島同士が互いに接触し、さらに大きな島に成長しつつある状態と考えられる。この状態では、中間ＢａＳｉ層２８間の開口が小さくなる。このため、導電性ＢａＳｉ層３２を成膜すると、高濃度Ｓｉ層１２ａと導電性ＢａＳｉ層３２とが直接接触する面積が図１８（ａ）に比べ小さくなる。このため、図１６の破線のように、サンプルＢの抵抗は若干高くなる。
図１７（ｃ）では、ＢａＳｉの島と考えられる領域はほとんど観察されていない。図１８（ｃ）のように、サンプルＣでは、高濃度Ｓｉ層１２ａ上の中間ＢａＳｉ層２８が横方向に連続的になっている状態と考えられる。この状態では、ノンドープの中間ＢａＳｉ層２８が高濃度Ｓｉ層１２ａと導電性ＢａＳｉ層３２との間に連続的に形成される。中間ＢａＳｉ層２８の成膜時間を長くすると中間ＢａＳｉ層２８の膜厚が厚くなる。よって、図１６の点線のように、サンプルＣの抵抗は高くなる。
以上のように、Ｓｉ層１０ａ上に層の表面が露出するような開口２９を有する中間ＢａＳｉ層２８を形成することにより、Ｓｉ層１０ａと導電性ＳｉＢａ層３２との接触抵抗を低減できることが確かめられた。また、図１６より、接触抵抗の低減のため、図７（ａ）における中間ＢａＳｉ層２８を形成する工程における中間ＢａＳｉ層２８の成膜時間は、成膜速度換算で中間ＢａＳｉ層２８の膜厚が２ｎｍ以下となる時間であることが好ましい。より好ましくは、１ｎｍ以下である。なお、成膜速度換算とは、成膜時間＝膜厚／成膜速度で算出される成膜時間である。
実施例５はタンデム型の太陽電池の例である。図１９（ａ）および図１９（ｂ）は実施例５に係る太陽電池の断面図である。図１９（ａ）の例では、Ｓｉ層１０は、ｎ型第２Ｓｉ層６４と、ｎ型第２Ｓｉ層６４上に形成されたｐ型第１Ｓｉ層６２と、を有している。ｐ型第１Ｓｉ層６２上に実施例１から４と同様のトンネル接合層１６とＢａＳｉ層２２とが形成されている。トンネル接合層１６は、ｐ型第１Ｓｉ層６２上に形成されたｐ型トンネルＳｉ層１２と、トンネルＳｉ層１２上に形成されたｎ型トンネルＢａＳｉ層１４と、を有している。ＢａＳｉ層２２は、トンネルＢａＳｉ層１４上に形成されたｎ型第２ＢａＳｉ層１８と、第２ＢａＳｉ層１８上に形成されたｐ型第１ＢａＳｉ層２０と、を有している。ＢａＳｉ層２２上には、ＢａＳｉ層２２の第１ＢａＳｉ層２０からキャリアが供給される第２電極２４が形成されている。Ｓｉ層１０の第２Ｓｉ層６４下には、Ｓｉ層１０からキャリアが供給される第１電極２６が形成されている。Ｓｉ層１０の膜厚は例えば５０μｍから２００μｍであり、ＢａＳｉ層２２の膜厚は例えば１μｍから２μｍである。
図１９（ｂ）の例では、Ｓｉ層１０ｂは、ｐ型第２Ｓｉ層６４ｂと、ｐ型第２Ｓｉ層６４ｂ上に形成されたｎ型第１Ｓｉ層６２ｂと、を有している。ｎ型第１Ｓｉ層６２ｂ上に実施例１から４と同様のトンネル接合層１６ｂとＢａＳｉ層２２ｂとが形成されている。トンネル接合層１６ｂは、ｎ型第１Ｓｉ層６２ｂ上に形成されたｎ型トンネルＳｉ層１２ｂと、トンネルＳｉ層１２ｂ上に形成されたｐ型トンネルＢａＳｉ層１４ｂと、を有している。ＢａＳｉ層２２ｂは、トンネルＢａＳｉ層１４ｂ上に形成されたｐ型第２ＢａＳｉ層１８ｂと、第２ＢａＳｉ層１８ｂ上に形成されたｎ型第１ＢａＳｉ層２０ｂと、を有している。
なお、図１９（ａ）および図１９（ｂ）において、トンネルＳｉ層１２とトンネルＢａＳｉ層１４との間に、実施例２から実施例４と同じ中間ＢａＳｉ層２８が形成されていてもよい。
実施例５によれば、Ｓｉ層１０がｐｎ接合を有している。これにより、Ｓｉ層１０においても光起電力が生じ、太陽電池として機能することができる。ＢａＳｉ層２２は前述のように、Ｓｉよりバンドギャップが大きい。そこで、波長の短い光をＢａＳｉ層２２で電気エネルギーに変換し、波長の長い光をＳｉ層で電気エネルギーに変換する。これにより、光電効率の高い太陽電池を実現することができる。
第１Ｓｉ層６２は、トンネルＳｉ層１２との間にｐｎ接合が介在しないように、トンネルＳｉ層１２と同じ導電型であることが好ましい。つまり、第２Ｓｉ層６４が第２導電型であり、第１Ｓｉ層６２が第１導電型である場合、第２ＢａＳｉ層１８は第２導電型であり、第１ＢａＳｉ層２０は第１導電型であることが好ましい。
実施例６は、実施例４の結果から好ましい開口率の範囲を求めた例である。図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、それぞれ中間ＢａＳｉ層２８の膜厚に対する抵抗および開口率を示した図である。図２０（ａ）において、縦軸は、図１６の電圧電流特性から求めた単位断面積あたりの抵抗である。抵抗値は、電圧を０．１Ｖ印加した際の電流密度より算出した。中間ＢａＳｉ層２８の膜厚が１、２および１０ｎｍのときのプロットが、それぞれ実施例４のサンプルＡ、ＢおよびからＣに対応している。図２０（ｂ）は、図１７（ａ）から図１７（ｃ）から求めた開口率である。図１８（ａ）および図１８（ｂ）において、高濃度Ｓｉ層１２ａ上を被覆する中間ＢａＳｉ層２８の被覆部と被覆部との間の非被覆領域を開口とした。開口率は、全体の面積に対する開口の面積を示している。図２０（ｂ）においては、実施例４のサンプルＡからＣ以外にも、中間ＢａＳｉ層２８の膜厚が０ｎｍ（中間ＢａＳｉ層２８を形成していない）のサンプル、６ｎｍのサンプルをそれぞれ作製し、開口率を測定した。
中間ＢａＳｉ層２８の膜厚に対する開口率について検討する。図１７（ａ）から図１７（ｃ）のＡＦＭ画像より、中間ＢａＳｉ層２８の成長はステップフロー成長ではなく、島成長である。簡単のため、島を底面の半径Ｒ、高さＨを有する円錐と考える。
このとき１つの島の体積Ｖｉは次式で表される。
Ｖｉ＝（１／３）πＲ２Ｈ
島の数Ｎのとき中間ＢａＳｉ層２８の体積Ｖは次式で表される。
Ｖ＝（１／３）πＲ２ＨＮ
中間ＢａＳｉ層２８の体積Ｖは、Ｂａの供給量に比例するため時間に比例する。よって、比例定数Ｃ、時間ｔとし、次式で表される。
Ｖ＝Ｃｔ＝（１／３）πＲ２ＨＮ
よって、
ＮＲ２∝ｔ／Ｈ（ｔ）
である。
また、中間ＢａＳｉ層２８の島の高さは、ＢａのＳｉへの拡散（またはＳｉのＢａの拡散）に依存する。よって、結晶成長における原子の拡散モデルから次式で表される。
Ｈ∝√ｔ
中間ＢａＳｉ層２８の島がシリコン層表面を覆う割合（１−開口率）はＮＲ２で表される。よって、
（１−開口率）＝ＮＲ２∝√ｔ∝√（中間ＢａＳｉ層２８の膜厚）
となる。
図２０（ｂ）の破線は、実験値（黒丸）に合うように上記モデル式を用いて描いた曲線である。
図２１は、太陽電池における直列抵抗に対する変換効率および曲線因子（Fill Factor）を示した図である。図２１は、発明者の経験に基づき一般的な太陽電池における変換効率と曲線因子を示したものである。図２１のように、直列抵抗が大きくなると変換効率および曲線因子は劣化する。図２１の例では、直列抵抗が１Ωｃｍ２となると、変換効率は２％程度劣化する。このように、直列抵抗は小さい方がよい。太陽電池を含む半導体装置における直列抵抗は、半導体と電極との接触抵抗および半導体自体の抵抗の影響が大きい。例えば、半導体と電極との接触抵抗および半導体自体の抵抗は１Ωｃｍ２程度存在する。シリコン層（例えば高濃度Ｓｉ層１２ａ）とシリサイド層（例えば導電性ＢａＳｉ層３２）との間の接触抵抗が太陽電池等の半導体装置の特性に影響を及ぼさないためには、シリコン層とシリサイド層との間の接触抵抗は、１Ωｃｍ２より１桁小さい０．１Ωｃｍ２以下であることが好ましい。
図２０（ａ）より、サンプルＢにおける抵抗がほぼ０．１Ωｃｍ２である。よって、図２０（ｂ）より、開口率は０．５以上であることが好ましい。さらに、シリコン層とシリサイド層との間の接触抵抗をより小さくするためには、図２０（ａ）のサンプルＡのように、抵抗は０．０３Ωｃｍ２であることが好ましい。よって、図２０（ｂ）より、開口率は０．７以上であることが好ましい。
開口率が１の場合、高濃度Ｓｉ層１２ａ上に中間ＢａＳｉ層２８が全く形成されていない。このため、図６（ｂ）のように、高濃度ＢａＳｉ層３２の結晶性が悪くなってしまう。一方、高濃度Ｓｉ層１２ａ上に微量の中間ＢａＳｉ層２８が形成されていれば、中間ＢａＳｉ層２８の島を核に、高濃度ＢａＳｉ層３２が結晶性よく形成される。よって、開口率は１未満であることが好ましい。
以上のように、実施例２から実施例４および実施例６に係る太陽電池におれば、バリウムシリサイドを含む中間シリサイド層（例えば中間ＢａＳｉ層２８）はシリコン層（例えば高濃度Ｓｉ層１２ａ）上に設けられ開口を有している。中間シリサイド層よりドーパント濃度が高くバリウムシリサイドを含む上部シリサイド層（例えば高濃度ＢａＳｉ層３２）は、中間シリサイド層を覆い、開口を介しシリコン層に接するように設けられている。これにより、シリコン層と上部シリサイド層との間に良好な電気的な接触を得ることができる。
さらに、実施例６のように、中間シリサイド層が有する開口の開口率は０．５以上１未満が好ましく、より好ましくは０．７以上１未満である。
さらに、シリコン層は、前記中間シリサイド層よりドーパント濃度が高いことが好ましい。また、シリコン層と上部シリコン層とがトンネル接合層を形成するため、シリコン層と上部シリサイド層とは、異なる導電型であることが好ましい。
以上実施例では、半導体装置の一例として太陽電池を説明したが、シリコン層上にシリサイド層が形成された半導体装置であれば、例えばトタンジスタ等でもよい。
また、実施例２の図７（ａ）のように、中間シリサイド層の形成方法として、シリコン層上にバリウムを堆積させ、バリウムをシリコン層と反応させることにより中間シリサイド層を形成する形成方法を例に説明した。さらに、図７（ｂ）上部シリサイド層を形成する方法として、中間シリサイド層上およびシリコン層上にドーパント、シリコンおよびバリウムを同時に蒸着することにより上部シリサイド層を形成する方法を説明した。この方法以外にも、中間シリサイド層および上部シリサイド層は、スパッタ法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成してもよい。
さらに、実施例１のように、太陽電池は、シリコン層（例えばＳｉ層１０）と、シリコン層上に形成されたトンネル接合層と、トンネル接合層上に形成され、バリウムシリサイドを含むシリサイド層（例えばＢａＳｉ層２２）からなるｐｎ接合と、を有している。このように、トンネル接合を有することにより、シリコン層とシリサイド層との接触抵抗を低減することができる。
さらに、トンネル接合を形成するためには、トンネル接合層は、シリコン層よりドーパント濃度の高くシリコン層と同じ導電型（第１導電型）であるトンネルシリコン層（例えばトンネルＳｉ層１２）と、トンネルシリコン層上に形成され第１導電型と反対の導電型（第２導電型）でありバリウムシリサイドを含むトンネルシリサイド層（例えばトンネルＢａＳｉ層１４）と、を含むことが好ましい。また、トンネル接合層は、シリサイド層は、トンネル接合層上に形成されトンネルシリサイド層よりドーパント濃度が低い第２導電型でありバリウムシリサイドを含む第２シリサイド層（例えば第２ＢａＳｉ層１８）と、第２シリサイド層上に形成され第１導電型でありバリウムシリサイドを含む第１シリサイド層（第１ＢａＳｉ層）と、を含むことが好ましい。
シリサイド層は、バリウムシリサイドからなる（例えば、ドーパント等の不純物が含む範囲でバリウムシリサイドの結晶として形成されている）ことが好ましい。また、太陽電池の変換効率を向上させるためには、ストロンチウムバリウムシリサイドからなる（例えば、ドーパント等の不純物が含む範囲でストランチウムバリウムシリサイドとしての結晶として形成されている）ことが好ましい。
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (12)

  1. シリコン層と、
    前記シリコン層上に設けられ、開口を有し、バリウムシリサイドを含む中間シリサイド層と、
    中間シリサイド層を覆い、前記開口を介しシリコン層に接するように設けられ、前記中間シリサイド層よりドーパント濃度が高くバリウムシリサイドを含む上部シリサイド層と、
    を含む半導体装置。
  2. 前記開口の開口率は、０．５以上１未満である請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記シリコン層は、前記中間シリサイド層よりドーパント濃度が高い請求項１または２記載の半導体装置。
  4. 前記シリコン層と前記上部シリサイド層とは、異なる導電型である請求項１から３のいずれか一項記載の半導体装置。
  5. 前記シリコン層と前記上部シリサイド層とはトンネル接合を形成する請求項４記載の半導体装置。
  6. 前記中間シリサイド層および前記上部シリサイド層は、バリウムシリサイドからなる請求項１から５のいずれか一項記載の半導体装置。
  7. シリコン層上に、前記シリコン層の表面が露出するような開口を有し、バリウムシリサイドを含む中間シリサイド層を形成する工程と、
    中間シリサイド層を覆い、前記開口を介しシリコン層に接するように、前記中間シリサイド層よりドーパント濃度が高くバリウムシリサイドを含む上部シリサイド層を形成する工程と、
    を含み、
    前記中間シリサイド層を形成する工程は、前記シリコン層上にバリウムを堆積させ、前記バリウムを前記シリコン層と反応させることにより前記中間シリサイド層を形成する工程である半導体装置の製造方法。
  8. 前記上部シリサイド層を形成する工程は、前記中間シリサイド層上および前記シリコン層上にドーパント、シリコンおよびバリウムを同時に蒸着することにより前記上部シリサイド層を形成する工程である請求項７記載の半導体装置の製造方法。
  9. 第１導電型であるシリコン層と、
    前記シリコン層上に形成された前記シリコン層よりドーパント濃度の高い前記第１導電型であるトンネルシリコン層と、前記トンネルシリコン層上に形成され前記第１導電型の反対の導電型である第２導電型でありバリウムシリサイドを含むトンネルシリサイド層と、を含むトンネル接合層と、
    前記トンネル接合層上に形成され前記トンネルシリサイド層よりドーパント濃度が低い前記第２導電型でありバリウムシリサイドを含む第２シリサイド層と、前記第２シリサイド層上に形成され前記第１導電型でありバリウムシリサイドを含む第１シリサイド層と、を含むシリサイド層からなるｐｎ接合と、
    前記トンネルシリコン層と前記トンネルシリサイド層との界面に形成され、前記トンネルシリコン層と前記トンネルシリサイド層とが直接接するような開口を有し、前記トンネルシリサイド層よりドーパント濃度の低く、バリウムシリサイドを含む中間シリサイド層と、
    前記シリコン層からキャリアが供給される第１電極と、
    前記シリサイド層からキャリアが供給される第２電極と、
    を具備する太陽電池。
  10. 前記開口の開口率は、０．５以上１未満である請求項９記載の太陽電池。
  11. 前記シリサイド層は、バリウムシリサイドからなる請求項９または１０記載の太陽電池。
  12. 前記シリサイド層は、ストロンチウムバリウムシリサイドからなる請求項９または１０記載の太陽電池。
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