JPH0888189A - Thin film polycrystalline semiconductor and its manufacture, and photovoltaic device and its manufacture - Google Patents
Thin film polycrystalline semiconductor and its manufacture, and photovoltaic device and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体薄膜が多結晶
化された薄膜多結晶半導体とその製造方法、及びこのよ
うな薄膜多結晶半導体を用いた光起電力装置とその製造
方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film polycrystalline semiconductor in which a semiconductor thin film is polycrystallized, a manufacturing method thereof, a photovoltaic device using such a thin film polycrystalline semiconductor, and a manufacturing method thereof. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、薄膜半導体を多結晶化させた
薄膜多結晶半導体は光起電力装置等において広く利用さ
れており、このように薄膜多結晶半導体を光起電力装置
等に利用するにあたっては、その結晶の粒径を大きくし
て薄膜多結晶半導体におけるキャリア移動度等のデバイ
ス特性を向上させることが要望されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a thin film polycrystalline semiconductor obtained by polycrystallizing a thin film semiconductor has been widely used in a photovoltaic device and the like, and thus, in using the thin film polycrystalline semiconductor in a photovoltaic device and the like. Are required to improve the device characteristics such as carrier mobility in a thin film polycrystalline semiconductor by increasing the grain size of the crystal.
【0003】ここで、薄膜多結晶半導体を製造するにあ
たっては、従来より、一般に基板上に非晶質半導体薄膜
を形成し、この非晶質半導体薄膜を加熱させて結晶化さ
せる固相成長法や、この非晶質半導体薄膜にレーザーを
照射させて結晶化させるレーザーアニール法等が用いら
れて、また近年においては、上記の固相成長法によって
結晶粒径の大きな薄膜多結晶半導体を製造するため、非
晶質半導体薄膜の一部にリン(P)やボロン(B)等の
不純物をドーピングすることにより、非晶質半導体薄膜
中の荷電状態を変化させ、不純物がドーピングされた部
分から選択的に結晶化を開始させる方法が開発された。Here, in manufacturing a thin film polycrystalline semiconductor, conventionally, a solid phase growth method is generally used in which an amorphous semiconductor thin film is formed on a substrate and the amorphous semiconductor thin film is heated to crystallize. In order to manufacture a thin film polycrystalline semiconductor having a large crystal grain size by the solid phase growth method, a laser annealing method or the like in which this amorphous semiconductor thin film is irradiated with a laser to crystallize is used. By doping a part of the amorphous semiconductor thin film with impurities such as phosphorus (P) or boron (B), the charge state in the amorphous semiconductor thin film is changed, and the amorphous semiconductor thin film is selectively doped from the impurity-doped part. A method has been developed to initiate crystallization in.
【0004】しかし、このように非晶質半導体薄膜の一
部に不純物をドーピングさせた場合においても、この非
晶質半導体薄膜を加熱して結晶化させる際に、非晶質半
導体薄膜の様々な部分において結晶核が発生して固相成
長し、図1に示すように、基板1上おける薄膜多結晶半
導体2内に多くの結晶2aが形成されて、形成された各
結晶2の粒径が依然として十分なものとはいえず、また
この薄膜多結晶半導体2の厚み方向に結晶粒界2bが形
成されて、キャリア移動度や変換効率等のデバイス特性
を十分に向上させることができないという問題があっ
た。However, even when a part of the amorphous semiconductor thin film is doped with impurities as described above, when the amorphous semiconductor thin film is heated and crystallized, various types of amorphous semiconductor thin films can be obtained. Crystal nuclei are generated in the portion and solid-phase grown, and as shown in FIG. 1, many crystals 2a are formed in the thin film polycrystalline semiconductor 2 on the substrate 1, and the grain size of each formed crystal 2 is It is still not sufficient, and there is a problem that the crystal grain boundaries 2b are formed in the thickness direction of the thin film polycrystalline semiconductor 2 and the device characteristics such as carrier mobility and conversion efficiency cannot be sufficiently improved. there were.
【0005】また、このようにキャリア移動度や変換効
率等のデバイス特性を十分に向上させることができない
ため、このような薄膜多結晶半導体を用いて光起電力装
置を製造した場合、この光起電力装置における特性の向
上も十分ではなく、変換効率の高い光起電力装置が得ら
れない等の問題があった。Further, since device characteristics such as carrier mobility and conversion efficiency cannot be sufficiently improved as described above, when a photovoltaic device is manufactured by using such a thin film polycrystalline semiconductor, this photovoltaic device is produced. The characteristics of the power device are not sufficiently improved, and there is a problem that a photovoltaic device with high conversion efficiency cannot be obtained.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は先
の出願である特願平5−153692号において、不純
物がドープされると共に結晶相が分散された非晶質シリ
コン薄膜を熱処理し、この非晶質シリコン薄膜を固相成
長させると、厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結
晶が形成された薄膜多結晶シリコンが得られることを開
示した。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the applicant of the present invention, in Japanese Patent Application No. 5-153692, which is a prior application, heat-treats an amorphous silicon thin film doped with impurities and having a crystal phase dispersed therein, It has been disclosed that when solid phase growth of this amorphous silicon thin film is performed, thin film polycrystalline silicon in which large crystals without crystal grain boundaries are formed in the thickness direction is obtained.
【0007】しかし、このようにした場合であっても、
非晶質シリコン薄膜を熱処理して固相成長させる際に、
非晶質シリコン薄膜中に新たな結晶核が形成され、これ
が固相成長されて、薄膜多結晶シリコン中に粒径の小さ
な結晶が形成されたり、また非晶質シリコン薄膜中に不
純物をドープさせた場合に、このドープされた不純物が
固相成長時に移動して、形成された薄膜多結晶シリコン
における特性が低下するということがあった。However, even in this case,
When heat-treating an amorphous silicon thin film for solid phase growth,
New crystal nuclei are formed in the amorphous silicon thin film, and these are solid-phase grown to form crystals with a small grain size in the thin film polycrystalline silicon, or the amorphous silicon thin film is doped with impurities. In this case, the doped impurities may move during solid phase growth, and the characteristics of the formed thin film polycrystalline silicon may deteriorate.
【0008】この発明は、非晶質半導体薄膜を結晶化さ
せた薄膜多結晶半導体やこの薄膜多結晶半導体を用いた
光起電力装置における上記のような様々な問題を解決す
ることを課題とするものである。An object of the present invention is to solve various problems as described above in a thin film polycrystalline semiconductor obtained by crystallizing an amorphous semiconductor thin film and a photovoltaic device using this thin film polycrystalline semiconductor. It is a thing.
【0009】すなわち、この発明においては、半導体薄
膜を結晶化させた薄膜多結晶半導体において、粒径の小
さな結晶が形成されるということがなく、厚み方向に結
晶粒界が存在しない大きな結晶が形成され、キャリア移
動度や変換効率等のデバイス特性に優れた薄膜多結晶半
導体が簡単に得られるようにすると共に、薄膜多結晶半
導体を用いた変換効率の高い光起電力装置も簡単に得ら
れるようにすることを課題とするものである。That is, according to the present invention, in a thin film polycrystalline semiconductor obtained by crystallizing a semiconductor thin film, a crystal having a small grain size is not formed, and a large crystal having no grain boundary in the thickness direction is formed. Therefore, it is possible to easily obtain a thin film polycrystalline semiconductor excellent in device characteristics such as carrier mobility and conversion efficiency, and to easily obtain a photovoltaic device using a thin film polycrystalline semiconductor with high conversion efficiency. The task is to
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明においては、上
記のような課題を解決するため、非晶質半導体薄膜中に
おける結晶相が新たな結晶核を形成しない低い温度で固
相成長されて、上記の非晶質半導体薄膜が多結晶化され
た薄膜多結晶半導体を開発したのである。According to the present invention, in order to solve the above problems, solid phase growth is performed at a low temperature at which a crystal phase in an amorphous semiconductor thin film does not form new crystal nuclei. The thin-film polycrystalline semiconductor in which the above amorphous semiconductor thin film is polycrystallized has been developed.
【0011】そして、上記の薄膜多結晶半導体において
は、その半導体材料に、シリコン,ゲルマニウム,シリ
コンゲルマニウム等を使用するようにした。In the above thin film polycrystalline semiconductor, silicon, germanium, silicon germanium or the like is used as the semiconductor material.
【0012】また、この発明においては、上記のような
薄膜多結晶半導体を製造するにあたり、結晶相が分散さ
れた非晶質半導体薄膜を基板上に形成する工程と、この
非晶質半導体薄膜を新たな結晶核を形成しない低い温度
で熱処理して上記の結晶相を固相成長させる工程とを行
うようにした。Further, in the present invention, in manufacturing the above-mentioned thin film polycrystalline semiconductor, a step of forming an amorphous semiconductor thin film in which a crystal phase is dispersed on a substrate, and the amorphous semiconductor thin film A step of performing a heat treatment at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed and solid-phase growing the crystal phase is performed.
【0013】また、この発明における光起電力装置にお
いては、上記のような課題を解決するため、一導電型の
非晶質半導体層中における結晶相が新たな結晶核を形成
しない低い温度で固相成長されて多結晶化した一導電型
の多結晶半導体が基板上に形成された光起電力装置を開
発したのである。In the photovoltaic device according to the present invention, in order to solve the above problems, the crystal phase in the one-conductivity-type amorphous semiconductor layer is solidified at a low temperature at which new crystal nuclei do not form. We have developed a photovoltaic device in which a polycrystalline semiconductor of one conductivity type that has been phase-grown and polycrystallized is formed on a substrate.
【0014】そして、このような光起電力装置として、
基板上に結晶相が分散された一導電型の非晶質半導体層
と他導電型の非晶質半導体層とが積層され、新たな結晶
核を形成しない低い温度で上記の結晶相が固相成長され
て多結晶化した一導電型及び他導電型の多結晶半導体層
が基板上に積層された光起電力装置や、また多結晶化さ
れた一導電型の多結晶半導体層に含有される不純物の量
をその厚み方向に変化させた光起電力装置を開発したの
である。As such a photovoltaic device,
An amorphous semiconductor layer of one conductivity type in which a crystal phase is dispersed and an amorphous semiconductor layer of another conductivity type are stacked on a substrate, and the above crystalline phase is solid-phased at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed. A photovoltaic device in which polycrystalline semiconductor layers of one conductivity type and another conductivity type that have been grown and polycrystallized are stacked on a substrate, and also contained in the polycrystalline semiconductor layer of one conductivity type We have developed a photovoltaic device that changes the amount of impurities in the thickness direction.
【0015】また、この発明においては、上記のような
光起電力装置を製造するにあたり、結晶相が分散するよ
うにして一導電型の非晶質半導体層を基板上に形成する
工程と、新たな結晶核を形成しない低い温度で上記の結
晶相を固相成長させて非晶質半導体層を多結晶させる工
程とを行うようにし、さらに基板上に一導電型の多結晶
半導体層と他導電型の多結晶半導体層とが積層された光
起電力装置を製造するにあたっては、結晶相が分散する
ようにして一導電型の非晶質半導体層を基板上に形成す
る工程と、この一導電型の非晶質半導体層上に他導電型
の非晶質半導体層を形成する工程と、新たな結晶核を形
成しない低い温度で上記の結晶相を固相成長させて上記
の各非晶質半導体層を多結晶化させる工程とを行うよう
にしたのである。Further, in the present invention, in manufacturing the above photovoltaic device, a step of forming an amorphous semiconductor layer of one conductivity type on a substrate so that a crystal phase is dispersed, And a step of polycrystallizing the amorphous semiconductor layer by solid-phase growing the above crystal phase at a low temperature at which no crystal nuclei are formed. In manufacturing a photovoltaic device in which a polycrystalline semiconductor layer of a conductivity type is laminated, a step of forming an amorphous semiconductor layer of a conductivity type on a substrate so that a crystal phase is dispersed, Forming another type of amorphous semiconductor layer on the above-mentioned amorphous semiconductor layer, and performing solid phase growth of the above crystal phase at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed That is, the step of polycrystallizing the semiconductor layer is performed.
【0016】[0016]
【作用】ここで、この発明における薄膜多結晶半導体に
おいては、上記のように非晶質半導体薄膜中における結
晶相が、新たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長
されて、非晶質半導体薄膜が多結晶化されているため、
上記の結晶相が固相成長された結晶以外に新たな結晶が
形成されるということがなく、厚み方向に結晶粒界が存
在しない大きな結晶をもつ薄膜多結晶半導体となり、薄
膜多結晶半導体におけるキャリア移動度等の膜特性が向
上する。In the thin film polycrystalline semiconductor according to the present invention, as described above, the crystal phase in the amorphous semiconductor thin film is solid-phase grown at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed, and the amorphous Since the semiconductor thin film is polycrystallized,
A new crystal is not formed other than the above crystal phase grown by solid phase growth, and the thin film polycrystalline semiconductor has a large crystal having no crystal grain boundary in the thickness direction. The film characteristics such as mobility are improved.
【0017】また、このような薄膜多結晶半導体を製造
するにあたり、非晶質半導体薄膜を新たな結晶核を形成
しない低い温度で熱処理して、この非晶質半導体薄膜に
分散された結晶相を固相成長させるようにしたため、非
晶質半導体薄膜中に新たな結晶核が形成されて結晶化
し、薄膜多結晶半導体中に粒径の小さな結晶が形成され
るということがなく、分散された結晶相だけが固相成長
して厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶をもつ
薄膜多結晶半導体が確実に得られるようになる。In manufacturing such a thin film polycrystalline semiconductor, the amorphous semiconductor thin film is heat-treated at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed, and the crystalline phase dispersed in the amorphous semiconductor thin film is removed. Since solid-phase growth was adopted, new crystal nuclei were formed in the amorphous semiconductor thin film and crystallized, and crystals with a small grain size were not formed in the thin film polycrystalline semiconductor. Only the phase is solid-phase grown, and a thin film polycrystalline semiconductor having large crystals without crystal grain boundaries in the thickness direction can be reliably obtained.
【0018】さらに、非晶質半導体薄膜を新たな結晶核
を形成しない低い温度で熱処理するため、この非晶質半
導体薄膜に不純物をドープさせた場合に、ドープされた
不純物が熱処理時に勝手に移動して、形成された薄膜多
結晶半導体におけるデバイス特性が低下するということ
がなく、また非晶質半導体薄膜にドープさせる不純物の
量をその厚み方向に変化させておくことにより、不純物
のドープ量が厚み方向に変化して内部電界をもつ薄膜多
結晶半導体が簡単に得られるようになる。Furthermore, since the amorphous semiconductor thin film is heat-treated at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed, when the amorphous semiconductor thin film is doped with impurities, the doped impurities are arbitrarily moved during the heat treatment. Then, the device characteristics of the formed thin film polycrystalline semiconductor are not deteriorated, and the amount of impurities to be doped into the amorphous semiconductor thin film is changed in the thickness direction, so that the doping amount of impurities is reduced. A thin film polycrystalline semiconductor having an internal electric field which changes in the thickness direction can be easily obtained.
【0019】また、この発明における光起電力装置にお
いては、一導電型の非晶質半導体層中における結晶相が
新たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長されて多
結晶化した一導電型の多結晶半導体が基板上に形成され
ているため、上記の薄膜多結晶半導体の場合と同様に、
一導電型の多結晶半導体層において結晶相が固相成長さ
れた結晶以外に新たな結晶が形成されるということがな
く、厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶をもつ
一導電型の多結晶半導体層が得られ、この一導電型の多
結晶半導体層におけるキャリア移動度等の特性が向上し
て、光起電力装置における変換効率が向上する。Further, in the photovoltaic device according to the present invention, the one-conductive type amorphous semiconductor layer is polycrystallized by solid-phase growth at a low temperature at which a crystal phase does not form new crystal nuclei. Type polycrystalline semiconductor is formed on the substrate, the same as in the case of the above thin film polycrystalline semiconductor,
In the one-conductivity-type polycrystalline semiconductor layer, a new crystal is not formed other than the crystal in which the crystal phase is solid-phase grown, and one-conductivity-type polycrystal having a large crystal without grain boundaries in the thickness direction. A crystalline semiconductor layer is obtained, characteristics such as carrier mobility in this one-conductivity-type polycrystalline semiconductor layer are improved, and conversion efficiency in the photovoltaic device is improved.
【0020】また、このような光起電力装置を製造する
にあたり、一導電型の非晶質半導体層を新たな結晶核を
形成しない低い温度で熱処理して、この非晶質半導体層
に分散された結晶相を固相成長させるようにしたため、
非晶質半導体層中に新たな結晶核が形成されて結晶化す
るということがなく、分散された結晶相だけが固相成長
して、厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶を有
する一導電型の多結晶半導体層が基板上に確実に形成さ
れ、上記のような変換効率の良い光起電力装置が簡単に
得られるようになる。In manufacturing such a photovoltaic device, an amorphous semiconductor layer of one conductivity type is heat-treated at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed and dispersed in the amorphous semiconductor layer. Since it was designed to grow a solid crystal phase,
No new crystal nuclei are formed in the amorphous semiconductor layer to be crystallized, and only the dispersed crystal phase undergoes solid phase growth to form a large crystal having no grain boundaries in the thickness direction. The conductive type polycrystalline semiconductor layer is surely formed on the substrate, and the photovoltaic device with good conversion efficiency as described above can be easily obtained.
【0021】さらに、上記のように一導電型の非晶質半
導体層内における結晶相を、新たな結晶核が形成されな
い低い温度で固相成長させるため、この非晶質半導体層
内にドープされた不純物が熱処理時に勝手に移動して、
形成された一導電型の多結晶半導体層における特性が低
下するということがなく、またこの非晶質半導体層にド
ープさせる不純物の量をその厚み方向に変化させておく
ことにより、不純物のドープ量が厚み方向に変化して内
部電界をもつ一導電型の多結晶半導体層が簡単に得られ
るようになる。Further, as described above, the crystal phase in the one-conductivity-type amorphous semiconductor layer is solid-phase grown at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed. Impurities move freely during heat treatment,
The characteristics of the formed one-conductivity-type polycrystalline semiconductor layer are not deteriorated, and the amount of impurities to be doped into the amorphous semiconductor layer is changed in the thickness direction thereof, so that the doping amount of impurities is reduced. Can be easily obtained by changing in the thickness direction and having an internal electric field.
【0022】また、基板上に結晶相が分散された一導電
型の非晶質半導体層と他導電型の非晶質半導体層とが積
層され、新たな結晶核を形成しない低い温度で上記の結
晶相が固相成長されて多結晶化した一導電型及び他導電
型の多結晶半導体層が基板上に積層された光起電力装置
においては、一導電型と他導電型の各多結晶半導体層に
おいて上記の結晶相が固相成長された結晶以外に新たな
結晶が形成されるということがなく、一導電型と他導電
型の多結晶半導体層とにわたって厚み方向に結晶粒界が
存在しない大きな結晶が形成され、一導電型と他導電型
の各多結晶半導体層においてキャリア移動度等の特性が
向上して、光起電力装置における変換効率が向上する。In addition, an amorphous semiconductor layer of one conductivity type in which a crystal phase is dispersed and an amorphous semiconductor layer of another conductivity type are laminated on a substrate, and the above-mentioned is formed at a low temperature at which a new crystal nucleus is not formed. In a photovoltaic device in which polycrystalline semiconductor layers of one conductivity type and another conductivity type, in which a crystal phase is solid-phase grown and polycrystallized, are laminated on a substrate, each of the polycrystalline semiconductors of one conductivity type and other conductivity type A new crystal is not formed in the layer other than the above crystal phase grown by solid phase growth, and there is no grain boundary in the thickness direction across the polycrystalline semiconductor layer of one conductivity type and the other conductivity type. Large crystals are formed, characteristics such as carrier mobility are improved in each of the one-conductivity-type and other-conductivity-type polycrystalline semiconductor layers, and the conversion efficiency in the photovoltaic device is improved.
【0023】また、このように一導電型の多結晶半導体
層と他導電型の多結晶半導体層とが基板上に積層された
光起電力装置を製造するにあたり、結晶相が分散するよ
うにして一導電型の非晶質半導体層と他導電型の非晶質
半導体層とを積層させ、この状態で新たな結晶核を形成
しない低い温度で上記の結晶相を固相成長させると、各
非晶質半導体層中に新たな結晶核が形成されて結晶化す
るということがなく、分散された結晶相が固相成長した
結晶だけが形成され、一導電型と他導電型の各多結晶半
導体層とにわたって厚み方向に結晶粒界が存在しない大
きな結晶が確実に形成されるようになり、上記のような
変換効率の良い光起電力装置が簡単に得られるようにな
る。In manufacturing a photovoltaic device in which a polycrystalline semiconductor layer of one conductivity type and a polycrystalline semiconductor layer of another conductivity type are stacked on a substrate in this manner, the crystal phase is dispersed. When one-conductivity-type amorphous semiconductor layer and another-conductivity-type amorphous semiconductor layer are stacked and the above crystal phase is solid-phase grown at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed, No new crystal nuclei are formed in the crystalline semiconductor layer to crystallize, and only crystals in which the dispersed crystal phase is solid-phase grown are formed. A large crystal having no crystal grain boundary in the thickness direction is surely formed over the layer, and the photovoltaic device with good conversion efficiency as described above can be easily obtained.
【0024】さらに、上記のようにして多結晶化された
一導電型の多結晶半導体層に含有される不純物の量をそ
の厚み方向に変化させた光起電力装置においては、この
一導電型の多結晶半導体層において内部電界が生じるよ
うになり、その内部電界によってキャリア移動度がさら
に向上し、光起電力装置における変換効率がより向上さ
れるようになる。Further, in the photovoltaic device in which the amount of impurities contained in the one-conductivity type polycrystalline semiconductor layer polycrystallized as described above is changed in the thickness direction thereof, the one-conductivity type An internal electric field is generated in the polycrystalline semiconductor layer, the carrier mobility is further improved by the internal electric field, and the conversion efficiency in the photovoltaic device is further improved.
【0025】[0025]
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て具体的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
【0026】(実施例1)この実施例においては、図2
に示すように、結晶相21が非晶質シリコン層22に分
散されて存在する微結晶シリコン層20を基板10上に
形成するようにした。(Embodiment 1) In this embodiment, FIG.
As shown in FIG. 3, the microcrystalline silicon layer 20 in which the crystalline phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22 is formed on the substrate 10.
【0027】ここで、この実施例においては、上記の基
板10として、耐熱性の高い石英やタングステン,モリ
ブテン,チタン等の金属で構成された表面が平坦になっ
たものを用いるようにした。In this embodiment, the substrate 10 is made of a highly heat-resistant material such as quartz, metal such as tungsten, molybdenum, and titanium having a flat surface.
【0028】そして、この基板10に対して、上記のよ
うに非晶質シリコン層22に結晶相21が分散された微
結晶シリコン層20を形成するにあたっては、プラズマ
CVD法により、ガス流量:100%SiH4 3〜10
sccm,PH3 0.001〜0.01sccm,H2
40〜300sccm、RFパワー:10〜30W、反
応圧力:10〜100Pa、基板温度:400〜650
℃の範囲内で行うようにし、この実施例においては、ガ
ス流量:100%SiH4 3sccm,PH30.00
5sccm,H2 300sccm、RFパワー:30
W、反応圧力:54.5Pa、基板温度:550℃の比
較的高い温度で水素により高希釈させた条件で、リンP
がドープされた微結晶シリコン層20を形成した。When the microcrystalline silicon layer 20 in which the crystalline phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22 is formed on the substrate 10 as described above, the gas flow rate is 100 by the plasma CVD method. % SiH 4 3-10
sccm, PH 3 0.001-0.01 sccm, H 2
40 to 300 sccm, RF power: 10 to 30 W, reaction pressure: 10 to 100 Pa, substrate temperature: 400 to 650
The gas flow rate is 100% SiH 4 3 sccm, PH 3 0.00
5 sccm, H 2 300 sccm, RF power: 30
W, reaction pressure: 54.5 Pa, substrate temperature: 550 ° C., and phosphorus P under conditions of high dilution with hydrogen.
A microcrystalline silicon layer 20 doped with was formed.
【0029】ここで、このように形成した微結晶シリコ
ン層20における結晶相21を透過型電子顕微鏡の回析
パターンにより評価したところ、この結晶相21は単結
晶で構成されていることが判明した。Here, when the crystal phase 21 in the microcrystalline silicon layer 20 thus formed was evaluated by a diffraction pattern of a transmission electron microscope, it was found that the crystal phase 21 was composed of a single crystal. .
【0030】また、この実施例においては、上記のよう
に単結晶の結晶相21が非晶質シリコン層22に分散さ
れると共にリンがドープされた微結晶シリコン層20を
熱処理して、上記の結晶相21を固相成長させるにあた
り、新たな結晶核が形成されないように、上記の微結晶
シリコン層20の形成温度よりも低い500℃と450
℃の2種類の温度で熱処理を行うようにした。Further, in this embodiment, as described above, the single crystal crystal phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22, and the phosphorus-doped microcrystalline silicon layer 20 is heat-treated to obtain the above-mentioned material. When solid-phase growth of the crystal phase 21 is performed, 500 ° C. and 450 lower than the formation temperature of the microcrystalline silicon layer 20 described above so that new crystal nuclei are not formed.
The heat treatment was performed at two different temperatures of ° C.
【0031】そして、上記のように500℃と450℃
との2種類の温度で熱処理して、微結晶シリコン層20
を固相成長させる段階において、それぞれ固相成長させ
る時間によって上記の微結晶シリコン層20における暗
導電率がどのように変化するかを調べ、500℃で固相
成長させた場合における暗導電率の変化を実線と■で、
450℃で固相成長させた場合における暗導電率の変化
を破線と●で図3に示した。Then, as described above, 500 ° C. and 450 ° C.
And the microcrystalline silicon layer 20.
In the step of performing solid phase growth, it was examined how the dark conductivity of the above-mentioned microcrystalline silicon layer 20 changes depending on the time of solid phase growth, and the dark conductivity of the solid phase growth at 500 ° C. Change with a solid line
The change in dark conductivity in the case of solid-phase growth at 450 ° C. is shown in FIG.
【0032】この結果、500℃の温度で固相成長させ
た場合、15分程度の処理によりその暗導電率が急激に
上昇し、5時間の処理を行うと、固相成長を行う前の約
50倍の暗導電率になっていた。また、450℃の温度
で固相成長させた場合においても、10時間の処理によ
って暗導電率が10倍以上向上していた。As a result, in the case of solid phase growth at a temperature of 500 ° C., the dark conductivity sharply rises by the treatment for about 15 minutes, and if the treatment for 5 hours is performed, the dark conductivity before solid phase growth is increased. The dark conductivity was 50 times. Further, even when solid phase growth was performed at a temperature of 450 ° C., the dark conductivity was improved 10 times or more by the treatment for 10 hours.
【0033】この結果、450℃程度の熱処理によって
も上記の微結晶シリコン層20における結晶相21が固
相成長され、微結晶シリコン層20を形成する温度より
もかなり低い温度で固相成長が可能になるということが
わかった。As a result, the crystal phase 21 in the microcrystalline silicon layer 20 is solid phase grown even by the heat treatment at about 450 ° C., and the solid phase growth can be performed at a temperature considerably lower than the temperature at which the microcrystalline silicon layer 20 is formed. I found out that
【0034】(実施例2)この実施例においては、図4
に示すように、基板10としてその表面が凹凸状になっ
たものを用い、このように凹凸状になった基板10の表
面に、非晶質シリコン層22に結晶相21が分散された
微結晶シリコン層20を形成するようにした。(Embodiment 2) In this embodiment, FIG.
As shown in FIG. 5, a substrate 10 having an uneven surface is used, and a microcrystal in which a crystalline phase 21 is dispersed in an amorphous silicon layer 22 is formed on the surface of the substrate 10 having such an uneven surface. The silicon layer 20 was formed.
【0035】そして、このように基板10の表面に、結
晶相21が非晶質シリコン層22に分散された微結晶シ
リコン層20を形成するあたり、この実施例において
も、上記の実施例1の場合と同様に、プラズマCVD法
により、ガス流量:100%SiH4 3sccm,PH
3 0.005sccm,H2 300sccm、RFパワ
ー:30W、反応圧力:54.5Pa、基板温度:55
0℃の条件で、リンPがドープされた微結晶シリコン層
20を形成した。When the microcrystalline silicon layer 20 in which the crystal phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22 is formed on the surface of the substrate 10 in this manner, also in this embodiment, the microcrystalline silicon layer 20 of the first embodiment described above is used. Similarly to the case, the gas flow rate: 100% SiH 4 3 sccm, PH by the plasma CVD method
3 0.005 sccm, H 2 300 sccm, RF power: 30 W, reaction pressure: 54.5 Pa, substrate temperature: 55
The microcrystalline silicon layer 20 doped with phosphorus P was formed under the condition of 0 ° C.
【0036】ここで、このように表面が凹凸状になった
基板10の表面に、結晶相21が非晶質シリコン層22
に分散された微結晶シリコン層20を形成すると、表面
が平坦な基板10を用いた上記実施例1の場合に比べ
て、図4に示すように、結晶相21が広い間隔で分散さ
れるようなった。Here, on the surface of the substrate 10 having such an uneven surface, the crystalline phase 21 has an amorphous silicon layer 22.
When the microcrystalline silicon layer 20 dispersed in the above is formed, the crystal phase 21 is dispersed at a wide interval as shown in FIG. 4, as compared with the case of the above-described first embodiment using the substrate 10 having a flat surface. became.
【0037】そして、このように結晶相21が非晶質シ
リコン層22に分散された微結晶シリコン層20を、上
記実施例1の場合と同じように、新たな結晶核が形成さ
れない温度で熱処理して、上記の結晶相21を固相成長
させると、実施例1の場合よりも結晶粒径の大きな結晶
が形成されるようになり、キャリア移動度等の膜特性が
より優れた薄膜多結晶シリコンが得られた。Then, the microcrystalline silicon layer 20 in which the crystal phase 21 is thus dispersed in the amorphous silicon layer 22 is heat-treated at a temperature at which new crystal nuclei are not formed, as in the case of the first embodiment. Then, when the above-mentioned crystal phase 21 is solid-phase grown, a crystal having a larger crystal grain size is formed than in the case of Example 1, and a thin film polycrystal having more excellent film characteristics such as carrier mobility. Silicon was obtained.
【0038】(実施例3)この実施例においては、上記
の実施例1の場合と同様にして、結晶相21が非晶質シ
リコン層22に分散された微結晶シリコン層20を基板
10上に形成した後、図5に示すように、この微結晶シ
リコン層20の上に非晶質シリコン層30を形成するよ
うにした。(Embodiment 3) In this embodiment, a microcrystalline silicon layer 20 in which a crystal phase 21 is dispersed in an amorphous silicon layer 22 is formed on a substrate 10 in the same manner as in Embodiment 1 above. After the formation, the amorphous silicon layer 30 was formed on the microcrystalline silicon layer 20 as shown in FIG.
【0039】ここで、この実施例においては、上記のよ
うに微結晶シリコン層20の上に非晶質シリコン層30
を形成するにあたり、不純物をドープさせないようにし
て非晶質シリコン層30をプラズマCVD法や熱CVD
法によって形成するようにした。Here, in this embodiment, the amorphous silicon layer 30 is formed on the microcrystalline silicon layer 20 as described above.
The amorphous silicon layer 30 is formed by plasma CVD or thermal CVD so as not to dope impurities.
It was formed by the method.
【0040】そして、この非晶質シリコン層30をプラ
ズマCVD法によって形成する場合には、ガス流量:1
00%SiH4 40〜100sccm、RFパワー:0
〜100W、反応圧力:50〜1500Pa、基板温
度:400〜650℃の範囲内の条件で行うようにし、
この実施例では、ガス流量:SiH4 40sccm、R
Fパワー:80W、反応圧力:66.5Pa、基板温
度:550℃の条件で上記の非晶質シリコン層30を形
成した。When the amorphous silicon layer 30 is formed by the plasma CVD method, the gas flow rate is 1
00% SiH 4 40 to 100 sccm, RF power: 0
˜100 W, reaction pressure: 50 to 1500 Pa, substrate temperature: 400 to 650 ° C.
In this example, gas flow rate: SiH 4 40 sccm, R
The amorphous silicon layer 30 was formed under the conditions of F power: 80 W, reaction pressure: 66.5 Pa, and substrate temperature: 550 ° C.
【0041】そして、このように基板10上に、非晶質
シリコン層22に結晶相21が分散された微結晶シリコ
ン層20と、不純物がドープされていない非晶質シリコ
ン層30とが積層されたものを、新たな結晶核が形成さ
れないように、各シリコン層20,30の形成温度より
低い500℃の温度で熱処理して固相成長させるように
した。Thus, on the substrate 10, the microcrystalline silicon layer 20 in which the crystal phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22 and the amorphous silicon layer 30 not doped with impurities are laminated. In order to prevent new crystal nuclei from being formed, they were heat-treated at a temperature of 500 ° C., which is lower than the formation temperature of the silicon layers 20 and 30, and solid-phase grown.
【0042】ここで、このようにして固相成長を行う
と、新たな結晶核が発生するということがなく、上記の
ように微結晶シリコン層20に分散された結晶相21に
おいて固相成長が起こり、図6の(A)に示すように、
この結晶相21が次第に大きくなり、この結晶相21が
膜厚方向に伸びて不純物がドープされていない非晶質シ
リコン層30にも成長し、遂には同図の(B)に示すよ
うに、上記の微結晶シリコン層20から不純物がドープ
されていない非晶質シリコン層30に連続して伸びた結
晶21aが形成され、膜厚方向に結晶粒界のない大きな
結晶21aをもつ薄膜多結晶シリコン40が得られた。When solid phase growth is performed in this manner, new crystal nuclei are not generated, and solid phase growth occurs in the crystal phase 21 dispersed in the microcrystalline silicon layer 20 as described above. Happens, as shown in FIG.
This crystal phase 21 gradually becomes larger, and this crystal phase 21 extends in the film thickness direction and grows in the amorphous silicon layer 30 not doped with impurities. Finally, as shown in FIG. A thin film polycrystalline silicon having a crystal 21a continuously extending from the microcrystalline silicon layer 20 to an amorphous silicon layer 30 not doped with impurities and having a large crystal 21a having no crystal grain boundary in the film thickness direction. 40 was obtained.
【0043】なお、このようにして得た薄膜多結晶シリ
コン40においては、上記のように膜厚方向に結晶粒界
が存在しないため、キャリア移動度等の膜特性が良好で
あった。In the thin-film polycrystalline silicon 40 thus obtained, since there are no crystal grain boundaries in the film thickness direction as described above, the film characteristics such as carrier mobility were good.
【0044】(実施例4)この実施例においても、上記
の実施例3の場合と同様に、非晶質シリコン層22に結
晶相21が分散された微結晶シリコン層20を基板10
上に形成した後、図5に示すように、この微結晶シリコ
ン層20の上に非晶質シリコン層30を形成するように
した。(Embodiment 4) Also in this embodiment, as in the case of the above-mentioned Embodiment 3, the substrate 10 is provided with the microcrystalline silicon layer 20 in which the crystal phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22.
After the formation, the amorphous silicon layer 30 is formed on the microcrystalline silicon layer 20, as shown in FIG.
【0045】ここで、この実施例においては、上記のよ
うに微結晶シリコン層20の上に非晶質シリコン層30
を形成するにあたり、不純物としてリンPがドープされ
た非晶質シリコン層30をプラズマCVD法や熱CVD
法によって形成するようにした。Here, in this embodiment, the amorphous silicon layer 30 is formed on the microcrystalline silicon layer 20 as described above.
In forming the film, the amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P as an impurity is formed by plasma CVD or thermal CVD.
It was formed by the method.
【0046】そして、このようにリンPがドープされた
非晶質シリコン層30をプラズマCVD法によって形成
する場合には、ガス流量:100%SiH4 40〜10
0sccm,PH3 0.01〜0.08sccm、RF
パワー:0〜100W、反応圧力:50〜1500P
a、基板温度:400〜650℃の範囲内で行うように
し、非晶質シリコン層30におけるリンPの原子濃度が
5×1018cm-3〜1×1020cm-3になるようにし
た。なお、この実施例では、ガス流量:SiH4 40s
ccm,PH3 0.08sccm、RFパワー:30
W、反応圧力:40Pa、基板温度:550℃の条件で
リンPがドープされた非晶質シリコン層30を形成し
た。When the amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P is formed by the plasma CVD method, the gas flow rate is 100% SiH 4 40 to 10.
0 sccm, PH 3 0.01 to 0.08 sccm, RF
Power: 0-100W, Reaction pressure: 50-1500P
a, Substrate temperature: set to be in the range of 400 to 650 ° C. so that the atomic concentration of phosphorus P in the amorphous silicon layer 30 is 5 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 . . In this embodiment, gas flow rate: SiH 4 40s
ccm, PH 3 0.08 sccm, RF power: 30
An amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P was formed under the conditions of W, reaction pressure: 40 Pa, and substrate temperature: 550 ° C.
【0047】一方、この実施例4のものと比較するた
め、比較例のものにおいては、図7に示すように、結晶
相が分散されておらず、単にリンPがドープされただけ
の非晶質シリコン層2を基板1上に形成するようにし
た。なお、このように結晶相を含まない非晶質シリコン
層2を形成するにあたっては、上記のリンPがドープさ
れた非晶質シリコン層30を形成する場合と同じ条件
で、基板1上にこの非晶質シリコン層2を直接形成する
ようにした。On the other hand, in order to make a comparison with that of Example 4, in the comparative example, as shown in FIG. 7, the crystalline phase was not dispersed and the amorphous phase was simply doped with phosphorus P. The silicon layer 2 is formed on the substrate 1. In forming the amorphous silicon layer 2 containing no crystal phase in this manner, the amorphous silicon layer 2 is formed on the substrate 1 under the same conditions as in the case of forming the amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P. The amorphous silicon layer 2 was formed directly.
【0048】そして、上記実施例4及びこの比較例のも
のに対して、500℃の温度で熱処理して、固相成長さ
せるようにした。Then, heat treatment was carried out at a temperature of 500 ° C. for the above-mentioned Example 4 and this comparative example, and solid phase growth was performed.
【0049】この結果、実施例4のように非晶質シリコ
ン層22に結晶相21が分散された微結晶シリコン層2
0が形成されたものにおいては、上記の実施例3の場合
と同様に、新たな結晶核が発生するということがなく、
その結晶相21の部分において固相成長が起こり、リン
Pがドープされた上記の非晶質シリコン層30にもその
結晶21aが成長し、上記の微結晶シリコン層20から
この非晶質シリコン層30に連続して伸びた結晶21a
が形成され、膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶21
aをもつ薄膜多結晶シリコン40が得られた。そして、
この薄膜多結晶シリコン40も、上記実施例3のものと
同様に、キャリア移動度等の膜特性が良好であった。As a result, the microcrystalline silicon layer 2 in which the crystal phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22 as in the fourth embodiment.
In the case where 0 was formed, as in the case of Example 3 above, new crystal nuclei were not generated,
Solid phase growth occurs in the portion of the crystal phase 21, the crystal 21a also grows in the amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P, and from the microcrystalline silicon layer 20 to the amorphous silicon layer 20. Crystal 21a continuously extended to 30
And a large crystal 21 with no grain boundaries in the film thickness direction.
A thin film polycrystalline silicon 40 having a was obtained. And
This thin-film polycrystalline silicon 40 also had good film characteristics such as carrier mobility as in the case of Example 3 above.
【0050】これに対し、基板1上にリンPがドープさ
れただけの非晶質シリコン層2を形成した比較例のもの
においては、非晶質シリコン層2におけるリンPの原子
濃度が5×1018cm-3〜1×1020cm-3と多くなっ
ているにも拘らず、この非晶質シリコン層2において固
相成長が起こらず、結晶化されなかった。On the other hand, in the comparative example in which the amorphous silicon layer 2 only doped with phosphorus P was formed on the substrate 1, the atomic concentration of phosphorus P in the amorphous silicon layer 2 was 5 ×. Despite the increase of 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 , solid phase growth did not occur in this amorphous silicon layer 2 and it was not crystallized.
【0051】(実施例5)この実施例においては、基板
10として、ガラスやステンレスのように安価な材料で
構成されたものを用いるようにした。(Embodiment 5) In this embodiment, the substrate 10 is made of an inexpensive material such as glass or stainless steel.
【0052】そして、この実施例においても、図2に示
すように、上記の基板10上にプラズマCVD法によっ
て、結晶相21が非晶質シリコン層22に分散されると
共にリンPがドープされた微結晶シリコン層20を形成
するようにした。Also in this embodiment, as shown in FIG. 2, the crystal phase 21 is dispersed in the amorphous silicon layer 22 and the phosphorus P is doped on the substrate 10 by the plasma CVD method. The microcrystalline silicon layer 20 was formed.
【0053】ここで、このような微結晶シリコン層20
をプラズマCVD法によって形成するにあたっては、ガ
ス流量:100%SiH4 3〜10sccm,PH3
0.001〜0.01sccm,H2 40〜300sc
cm、RFパワー:10〜30W、反応圧力:10〜1
00Pa、基板温度:400〜500℃の範囲内で行う
ようにし、上記の実施例1〜3の場合に比べて基板温度
を低くした。Here, such a microcrystalline silicon layer 20 is formed.
When plasma is formed by plasma CVD method, gas flow rate: 100% SiH 4 3 to 10 sccm, PH 3
0.001~0.01sccm, H 2 40~300sc
cm, RF power: 10 to 30 W, reaction pressure: 10 to 1
The substrate temperature was set to be lower than that of the above-described first to third embodiments.
【0054】そして、この実施例においては、ガス流
量:100%SiH4 3sccm,PH3 0.005s
ccm,H2 300sccm、RFパワー:30W、反
応圧力:54.5Pa、基板温度:500℃の条件で、
上記の基板10上に結晶相21が非晶質シリコン層22
に分散されると共にリンPがドープされた微結晶シリコ
ン層20を形成した。In this embodiment, gas flow rate: 100% SiH 4 3 sccm, PH 3 0.005 s
ccm, H 2 300 sccm, RF power: 30 W, reaction pressure: 54.5 Pa, substrate temperature: 500 ° C.,
The crystalline phase 21 has an amorphous silicon layer 22 on the substrate 10.
To form a microcrystalline silicon layer 20 which is dispersed in and doped with phosphorus P.
【0055】このようにして基板10上に微結晶シリコ
ン層20を形成した後、この実施例においては、上記の
微結晶シリコン層20の上に、上記の実施例3に示すよ
うに不純物がドープされていない非晶質シリコン層30
をプラズマCVD法や熱CVD法によって形成したもの
と、上記の実施例4に示すようにリンPがドープされた
非晶質シリコン層30をプラズマCVD法や熱CVD法
によって形成したものとの2種類のものを作製するよう
にした。After the microcrystalline silicon layer 20 is formed on the substrate 10 in this manner, in this embodiment, the microcrystalline silicon layer 20 is doped with impurities as shown in the above-mentioned Embodiment 3. Amorphous silicon layer 30 not formed
Of the amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P as shown in the above-mentioned Example 4 by plasma CVD method or thermal CVD method. I tried to make different kinds.
【0056】ここで、プラズマCVD法によって不純物
がドープされていない非晶質シリコン層30を形成する
場合には、上記の実施例3の場合より基板温度を低く
し、ガス流量:100%SiH4 40〜100scc
m、RFパワー:0〜100W、反応圧力:50〜15
00Pa、基板温度:400〜500℃の範囲で行うよ
うにし、この実施例では、ガス流量:SiH4 40sc
cm、RFパワー:80W、反応圧力:66.5Pa、
基板温度:500℃の条件で不純物がドープされていな
い非晶質シリコン層30を形成した。Here, when the amorphous silicon layer 30 not doped with impurities is formed by the plasma CVD method, the substrate temperature is made lower than in the case of the above-mentioned third embodiment, and the gas flow rate: 100% SiH 4 40-100 scc
m, RF power: 0 to 100 W, reaction pressure: 50 to 15
00 Pa, substrate temperature: 400 to 500 ° C., in this embodiment, gas flow rate: SiH 4 40 sc
cm, RF power: 80 W, reaction pressure: 66.5 Pa,
The amorphous silicon layer 30 not doped with impurities was formed under the condition of the substrate temperature: 500 ° C.
【0057】また、プラズマCVD法によってリンPが
ドープされた非晶質シリコン層30を形成する場合に
も、上記の実施例4の場合より基板温度を低くし、ガス
流量:100%SiH4 40〜100sccm,PH3
0.001〜4sccm、RFパワー:0〜100W、
反応圧力:50〜1500Pa、基板温度:400〜5
00℃の範囲で行うようにし、この実施例では、ガス流
量:SiH4 40sccm,PH3 0.08sccm、
RFパワー:30W、反応圧力:40Pa、基板温度:
500℃の条件で、リンPがドープされた非晶質シリコ
ン層30を形成した。Also, when the phosphorus P-doped amorphous silicon layer 30 is formed by the plasma CVD method, the substrate temperature is set lower than in the case of the above-described fourth embodiment, and the gas flow rate is 100% SiH 4 40. ~ 100sccm, PH 3
0.001 to 4 sccm, RF power: 0 to 100 W,
Reaction pressure: 50 to 1500 Pa, substrate temperature: 400 to 5
The gas flow rate: SiH 4 40 sccm, PH 3 0.08 sccm,
RF power: 30 W, reaction pressure: 40 Pa, substrate temperature:
The amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P was formed under the condition of 500 ° C.
【0058】そして、このようにガラスやステンレス等
で構成された基板10上に形成された微結晶シリコン層
20の上に、不純物がドープされていない非晶質シリコ
ン層30を形成したものと、リンPがドープされた非晶
質シリコン層30を形成したものとに対して、それぞれ
新たな結晶核が形成されないように450℃の温度で熱
処理して固相成長させるようにした。Then, an amorphous silicon layer 30 not doped with impurities is formed on the microcrystalline silicon layer 20 formed on the substrate 10 made of glass or stainless steel as described above. The amorphous silicon layer 30 doped with phosphorus P was heat-treated at a temperature of 450 ° C. for solid phase growth so that new crystal nuclei were not formed.
【0059】この結果、この実施例の何れのものも、前
記実施例3,4の場合と同様に、図6の(A),(B)
に示したように、新たな結晶核が発生するということが
なく、微結晶シリコン層20における結晶相21の部分
において固相成長が起こり、この結晶21aが上記の不
純物がドープされていない非晶質シリコン層30やリン
Pがドープされた非晶質シリコン層30に成長し、上記
の微結晶シリコン層20から非晶質シリコン層30に連
続して伸びた結晶21aが形成され、膜厚方向に結晶粒
界のない大きな結晶21aをもつ薄膜多結晶シリコン4
0が得られた。As a result, in any of the embodiments, as in the case of the embodiments 3 and 4, (A) and (B) of FIG.
As shown in FIG. 5, solid crystal growth occurs in the portion of the crystal phase 21 in the microcrystalline silicon layer 20 without generation of new crystal nuclei, and the crystal 21a is amorphous in which the above impurities are not doped. Of the crystalline silicon layer 30 and the phosphorus-P-doped amorphous silicon layer 30 to form crystals 21a continuously extending from the microcrystalline silicon layer 20 to the amorphous silicon layer 30. Thin-film polycrystalline silicon 4 having large crystal 21a with no grain boundary
0 was obtained.
【0060】そして、このようにして得た薄膜多結晶シ
リコン40も、上記実施例3,4のものと同様に、キャ
リア移動度等の膜特性が良好であり、ガラスやステンレ
ス等で構成された安価な基板10を用いても、特性のよ
い薄膜多結晶シリコン40が得られた。The thin-film polycrystalline silicon 40 obtained in this manner also has good film characteristics such as carrier mobility as in Examples 3 and 4, and was made of glass, stainless steel, or the like. The thin film polycrystalline silicon 40 having excellent characteristics was obtained even when the inexpensive substrate 10 was used.
【0061】(実施例6)この実施例においては、半導
体材料として、上記の実施例1〜5において使用したシ
リコンに代えてゲルマニウムを用いるようにした。(Embodiment 6) In this embodiment, germanium is used as the semiconductor material instead of the silicon used in the above Embodiments 1 to 5.
【0062】そして、この実施例においても、前記の図
2に示すように、結晶相21が非晶質ゲルマニウム層2
2に分散されて存在する微結晶ゲルマニウム層20を基
板10上に形成するようにした。Also in this embodiment, as shown in FIG. 2, the crystal phase 21 is the amorphous germanium layer 2
The microcrystalline germanium layer 20 dispersedly present in No. 2 was formed on the substrate 10.
【0063】ここで、基板10に上記のように結晶相2
1が非晶質ゲルマニウム層22に分散された微結晶ゲル
マニウム層20を形成するにあたっては、プラズマCV
D法によって、ガス流量:100%GiH4 1〜10s
ccm,PH3 0.001〜0.01sccm,H2 4
0〜300sccm、RFパワー:5〜10W、反応圧
力:10〜100Pa、基板温度:200〜400℃の
条件の範囲内で行うようにした。Here, the crystal phase 2 is formed on the substrate 10 as described above.
In forming the microcrystalline germanium layer 20 in which 1 is dispersed in the amorphous germanium layer 22, plasma CV is used.
Gas flow rate: 100% GiH 4 1 to 10 s by D method
ccm, PH 3 0.001 to 0.01 sccm, H 2 4
The temperature was 0 to 300 sccm, the RF power was 5 to 10 W, the reaction pressure was 10 to 100 Pa, and the substrate temperature was 200 to 400 ° C.
【0064】そして、このようにして基板10上に結晶
相21が非晶質ゲルマニウム層22に分散された微結晶
ゲルマニウム層20を形成した後、この実施例において
は、前記の図5のように、上記の微結晶ゲルマニウム層
20の上に、不純物がドープされていない非晶質ゲルマ
ニウム層30をプラズマCVD法によって形成したもの
と、リンPがドープされた非晶質ゲルマニウム層30を
プラズマCVD法によって形成したものとを作製するよ
うにした。Then, after the microcrystalline germanium layer 20 in which the crystal phase 21 is dispersed in the amorphous germanium layer 22 is formed on the substrate 10 in this manner, in this embodiment, as shown in FIG. An amorphous germanium layer 30 not doped with impurities is formed on the microcrystalline germanium layer 20 by the plasma CVD method, and an amorphous germanium layer 30 doped with phosphorus P is formed by the plasma CVD method. And the one formed by.
【0065】ここで、微結晶ゲルマニウム層20の上
に、不純物がドープされていない非晶質ゲルマニウム層
30をプラズマCVD法によって形成するにあたって
は、ガス流量:100%GeH4 40〜100scc
m、RFパワー:0〜50W、反応圧力:50〜150
0Pa、基板温度:200〜400℃の範囲内で行うよ
うにし、またリンPがドープされた非晶質ゲルマニウム
層30をプラズマCVD法によって形成するにあたっ
て、ガス流量:100%GeH4 20〜50sccm,
PH3 0.01〜0.08sccm、RFパワー:0〜
50W、反応圧力:50〜1500Pa、基板温度:2
00〜500℃の範囲内で行うようにした。Here, when the amorphous germanium layer 30 not doped with impurities is formed on the microcrystalline germanium layer 20 by the plasma CVD method, the gas flow rate is 100% GeH 4 40 to 100 scc.
m, RF power: 0 to 50 W, reaction pressure: 50 to 150
0 Pa, substrate temperature: 200 to 400 ° C., and when forming the amorphous germanium layer 30 doped with phosphorus P by the plasma CVD method, gas flow rate: 100% GeH 4 20 to 50 sccm,
PH 3 0.01 to 0.08 sccm, RF power: 0
50 W, reaction pressure: 50 to 1500 Pa, substrate temperature: 2
It was carried out within the range of 00 to 500 ° C.
【0066】このようにして上記の微結晶ゲルマニウム
層20の上に、不純物がドープされていない非晶質ゲル
マニウム層30を形成したものと、リンPがドープされ
た非晶質ゲルマニウム層30を形成したものについて、
新たな結晶核が形成されないように300℃の温度で熱
処理を行って固相成長させるようにした。In this manner, the amorphous germanium layer 30 not doped with impurities and the amorphous germanium layer 30 doped with phosphorus P are formed on the microcrystalline germanium layer 20. About what you did,
In order to prevent the formation of new crystal nuclei, heat treatment was performed at a temperature of 300 ° C. for solid phase growth.
【0067】この結果、この実施例の何れのものも、前
記の実施例3〜5の場合と同様に、図6の(A),
(B)に示したように、新たな結晶核が発生するという
ことがなく、微結晶ゲルマニウム層20における結晶相
21の部分において固相成長が起こり、この結晶21a
が上記の不純物がドープされていない非晶質ゲルマニウ
ム層30やリンPがドープされた非晶質ゲルマニウム層
30に伸び、上記の微結晶ゲルマニウム層20から非晶
質ゲルマニウム層30に連続して伸びた結晶21aが形
成され、膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶21aを
もつ薄膜多結晶ゲルマニウム40が得られた。As a result, in any of the embodiments, as in the case of the embodiments 3 to 5, (A) of FIG.
As shown in (B), new crystal nuclei are not generated, and solid phase growth occurs in the part of the crystal phase 21 in the microcrystalline germanium layer 20.
Extend to the amorphous germanium layer 30 not doped with the impurities or the amorphous germanium layer 30 doped with phosphorus P, and continuously extend from the microcrystalline germanium layer 20 to the amorphous germanium layer 30. Thus, a thin film polycrystalline germanium 40 having a large crystal 21a having no crystal grain boundary in the film thickness direction was obtained.
【0068】そして、このようにして得た薄膜多結晶ゲ
ルマニウム40も、キャリア移動度等の膜特性が良好で
あった。The thin-film polycrystalline germanium 40 thus obtained was also good in film characteristics such as carrier mobility.
【0069】(実施例7)この実施例においては、半導
体材料として、シリコンゲルマニウム(以下、SiGe
と略す。)を用いるようにした。Example 7 In this example, silicon germanium (hereinafter, SiGe) was used as a semiconductor material.
Abbreviated. ) Was used.
【0070】そして、この実施例においても、前記の図
2のように、結晶相21が非晶質SiGe層22に分散
された微結晶SiGe層20を基板10上に形成するよ
うにした。Also in this embodiment, as shown in FIG. 2, the microcrystalline SiGe layer 20 in which the crystal phase 21 is dispersed in the amorphous SiGe layer 22 is formed on the substrate 10.
【0071】ここで、基板10に上記のように結晶相2
1が非晶質SiGe層22に分散された微結晶SiGe
層20を形成するにあたっては、プラズマCVD法によ
り、ガス流量:100%GiH4 1〜5sccm,Si
H4 1〜5sccm,PH30.001〜0.01sc
cm,H2 40〜300sccm、RFパワー:10〜
20W、反応圧力:10〜100Pa、基板温度:20
0〜500℃の範囲内で行うようにした。Here, the crystal phase 2 is formed on the substrate 10 as described above.
1 is microcrystalline SiGe dispersed in the amorphous SiGe layer 22.
When forming the layer 20, a gas flow rate: 100% GiH 4 1 to 5 sccm, Si is formed by a plasma CVD method.
H 4 1~5sccm, PH 3 0.001~0.01sc
cm, H 2 40 to 300 sccm, RF power: 10
20 W, reaction pressure: 10 to 100 Pa, substrate temperature: 20
It was carried out in the range of 0 to 500 ° C.
【0072】そして、このように基板10上に結晶相2
1が非晶質SiGe層22に分散された微結晶SiGe
層20を形成した後、この実施例においては、前記の図
5のように、上記の微結晶SiGe層20の上に、不純
物がドープされていない非晶質SiGe層30をプラズ
マCVD法によって形成したものと、リンPがドープさ
れた非晶質SiGe層30をプラズマCVD法によって
形成したものとを作製するようにした。Then, the crystal phase 2 is formed on the substrate 10 in this manner.
1 is microcrystalline SiGe dispersed in the amorphous SiGe layer 22.
After forming the layer 20, in this embodiment, as shown in FIG. 5, an amorphous SiGe layer 30 not doped with impurities is formed on the microcrystalline SiGe layer 20 by plasma CVD. And the amorphous SiGe layer 30 doped with phosphorus P formed by the plasma CVD method.
【0073】ここで、微結晶SiGe層20の上に、プ
ラズマCVD法によって不純物がドープされていない非
晶質SiGe層30を形成するにあたっては、ガス流
量:100%GeH4 20〜50sccm,SiH4 2
0〜50sccm、RFパワー:0〜50W、反応圧
力:50〜1500Pa、基板温度:200〜500℃
の範囲で行うようにし、またリンPがドープされた非晶
質SiGe層30を形成するにあたっては、ガス流量:
100%GeH4 20〜50sccm,SiH4 20〜
50sccm,PH3 0.01〜0.08sccm、R
Fパワー:0〜100W、反応圧力:50〜1500P
a、基板温度:200〜500℃の範囲で行うようにし
た。Here, in forming the amorphous SiGe layer 30 which is not doped with impurities by the plasma CVD method on the microcrystalline SiGe layer 20, the gas flow rate is 100% GeH 4 20 to 50 sccm, SiH 4 Two
0 to 50 sccm, RF power: 0 to 50 W, reaction pressure: 50 to 1500 Pa, substrate temperature: 200 to 500 ° C
And in forming the amorphous SiGe layer 30 doped with phosphorus P, the gas flow rate:
100% GeH 4 20 to 50 sccm, SiH 4 20 to
50 sccm, PH 3 0.01 to 0.08 sccm, R
F power: 0 to 100 W, reaction pressure: 50 to 1500 P
a, Substrate temperature: Performed in the range of 200 to 500 ° C.
【0074】このようにして上記の微結晶SiGe層2
0の上に、不純物がドープされていない非晶質SiGe
層30を形成したものと、リンPがドープされた非晶質
SiGe層30が形成したものについて、新たな結晶核
が形成されないように400℃の温度で熱処理を行って
固相成長させるようにした。Thus, the above-mentioned microcrystalline SiGe layer 2 is formed.
0, amorphous SiGe not doped with impurities
For the layer 30 formed and the phosphorus P-doped amorphous SiGe layer 30 formed, solid-phase growth is performed by heat treatment at a temperature of 400 ° C. so that new crystal nuclei are not formed. did.
【0075】この結果、この実施例の何れのものも、前
記の実施例3〜5の場合と同様に、図6の(A),
(B)に示したように、新たな結晶核が発生するという
ことがなく、微結晶SiGe層20における結晶相21
の部分においてだけ固相成長が起こり、この結晶21a
が不純物がドープされていない非晶質SiGe層30
や、リンPがドープされた非晶質SiGe層30に伸
び、上記の微結晶SiGe層20から非晶質SiGe層
30に連続して伸びた結晶21aが形成され、膜厚方向
に結晶粒界のない大きな結晶21aをもつ薄膜多結晶S
iGe40が得られた。As a result, in any of the embodiments, as in the cases of the above-mentioned Embodiments 3 to 5, (A) of FIG.
As shown in (B), the crystal phase 21 in the microcrystalline SiGe layer 20 does not generate new crystal nuclei.
Solid phase growth occurs only in the part of
Is an amorphous SiGe layer 30 not doped with impurities
Alternatively, a crystal 21a extending to the amorphous SiGe layer 30 doped with phosphorus P and continuously extending from the microcrystalline SiGe layer 20 to the amorphous SiGe layer 30 is formed. Thin-film polycrystal S with large crystal 21a without
iGe40 was obtained.
【0076】そして、このようにして得た薄膜多結晶S
iGe40も、キャリア移動度等の膜特性が良好であっ
た。Then, the thin film polycrystal S thus obtained
iGe40 also had good film characteristics such as carrier mobility.
【0077】なお、上記の実施例1〜7のものにおいて
は、いずれもドープさせる不純物にn型のドーパントで
あるリンPを用いるようにしたが、他のn型のドーパン
トである砒素Asを用いるようにしたり、p型のドーパ
ントであるボロンBやアルミニウムAl等を用いるよう
にすることも可能である。In each of Examples 1 to 7 described above, phosphorus P which is an n-type dopant is used as an impurity to be doped, but arsenic As which is another n-type dopant is used. Alternatively, p-type dopant such as boron B or aluminum Al may be used.
【0078】(実施例8)この実施例における光起電力
装置においては、先ず、図8に示すように、タングステ
ン,モリブデン,チタン,ステンレス等の金属製の基板
50上に、結晶相61が非晶質シリコン層62に分散さ
れると共にリンPが多くドープされたn+型の微結晶シ
リコン層60を形成し、このn+ 型の微結晶シリコン層
60の上にリンPがドープされたn型の非晶質シリコン
層70を形成し、さらにこのn型の非晶質シリコン層の
上にボロンBが多くドープされたp+ 型の非晶質シリコ
ン層80を形成するようにした。(Embodiment 8) In the photovoltaic device according to this embodiment, first, as shown in FIG. 8, the crystal phase 61 is not formed on the substrate 50 made of metal such as tungsten, molybdenum, titanium, and stainless. An n + -type microcrystalline silicon layer 60 dispersed in the crystalline silicon layer 62 and heavily doped with phosphorus P is formed, and phosphorus n-doped n is formed on the n + -type microcrystalline silicon layer 60. Type amorphous silicon layer 70 is formed, and ap + type amorphous silicon layer 80 heavily doped with boron B is further formed on this n type amorphous silicon layer.
【0079】ここで、上記のように基板50上にn+ 型
の微結晶シリコン層60をプラズマCVD法によって形
成するにあたっては、ガス流量:100%SiH4 1〜
10sccm,PH3 0.001〜0.01sccm,
H2 40〜300sccm、RFパワー:10〜30
W、反応圧力:10〜100Pa、基板温度:400〜
650℃の範囲内で行うようにし、この実施例において
は、ガス流量:100%SiH4 3sccm,PH3
0.005sccm,H2 300sccm、RFパワ
ー:30W、反応圧力:54.5Pa、基板温度:55
0℃の条件で、膜厚が0.2μmになったn+ 型の微結
晶シリコン層60を形成した。[0079] Here, in forming by plasma CVD the n + -type microcrystalline silicon layer 60 on the substrate 50 as described above, the gas flow rate: 100% SiH 4 1~
10 sccm, PH 3 0.001-0.01 sccm,
H 2 40 to 300 sccm, RF power: 10 to 30
W, reaction pressure: 10 to 100 Pa, substrate temperature: 400 to
The gas flow rate is 100% SiH 4 3 sccm, PH 3 in this embodiment.
0.005 sccm, H 2 300 sccm, RF power: 30 W, reaction pressure: 54.5 Pa, substrate temperature: 55
An n + type microcrystalline silicon layer 60 having a thickness of 0.2 μm was formed under the condition of 0 ° C.
【0080】また、このn+ 型の微結晶シリコン層60
の上にリンPがドープされたn型の非晶質シリコン層7
0をプラズマCVD法によって形成するにあたっては、
ガス流量:100%SiH4 40〜100sccm,P
H3 0〜0.0008sccm、RFパワー:0〜10
0W、反応圧力:50〜1500Pa、基板温度:40
0〜650℃の範囲内で行うようにし、この実施例にお
いては、ガス流量:100%SiH4 40sccm,P
H3 8×10-6sccm、RFパワー:80W、反応圧
力:65.5Pa、基板温度:550℃の条件で、膜厚
が10μmになったn型の非晶質シリコン層70を形成
した。The n + -type microcrystalline silicon layer 60 is also used.
N-type amorphous silicon layer 7 doped with phosphorus P on
In forming 0 by the plasma CVD method,
Gas flow rate: 100% SiH 4 40-100 sccm, P
H 3 0 to 0.0008 sccm, RF power: 0 to 10
0 W, reaction pressure: 50 to 1500 Pa, substrate temperature: 40
The gas flow rate is 100% SiH 4 40 sccm, P in this embodiment.
An n-type amorphous silicon layer 70 having a film thickness of 10 μm was formed under the conditions of H 3 8 × 10 −6 sccm, RF power: 80 W, reaction pressure: 65.5 Pa, and substrate temperature: 550 ° C.
【0081】さらに、このn型の非晶質シリコン層70
の上にボロンBが多くドープされたp+ 型の非晶質シリ
コン層80をプラズマCVD法によって形成するにあた
っては、ガス流量:100%SiH4 40〜100sc
cm,B2 H6 0.02〜0.1sccm、RFパワ
ー:10〜30W、反応圧力:10〜100Pa、基板
温度:400〜650℃の範囲内で行うようにし、この
実施例においては、ガス流量:100%SiH4 20s
ccm,B2 H6 0.1sccm、RFパワー:20
W、反応圧力:33Pa、基板温度:550℃の条件
で、膜厚が0.2μmになったp+ 型の非晶質シリコン
層80を形成した。Further, this n-type amorphous silicon layer 70 is formed.
When the p + -type amorphous silicon layer 80 heavily doped with boron B is formed on the upper surface by the plasma CVD method, the gas flow rate is 100% SiH 4 40 to 100 sc
cm, B 2 H 6 0.02 to 0.1 sccm, RF power: 10 to 30 W, reaction pressure: 10 to 100 Pa, substrate temperature: 400 to 650 ° C. In this example, gas is used. Flow rate: 100% SiH 4 20s
ccm, B 2 H 6 0.1 sccm, RF power: 20
Under the conditions of W, reaction pressure: 33 Pa, and substrate temperature: 550 ° C., a p + -type amorphous silicon layer 80 having a film thickness of 0.2 μm was formed.
【0082】そして、このように基板上にn+ 型の微結
晶シリコン層60と、n型の非晶質シリコン層70と、
p+ 型の非晶質シリコン層80とを形成した状態で、新
たな結晶核が形成されないように、各シリコン層60,
70,80の形成温度より低い500℃の温度で熱処理
して固相成長させるようにした。In this way, the n + type microcrystalline silicon layer 60, the n type amorphous silicon layer 70, and the
With the p + -type amorphous silicon layer 80 formed, each silicon layer 60, so that new crystal nuclei are not formed,
Heat treatment was performed at a temperature of 500 ° C., which is lower than the formation temperatures of 70 and 80, to perform solid phase growth.
【0083】ここで、このようにして固相成長を行う
と、新たな結晶核が発生するということがなく、上記の
ようにn+ 型の微結晶シリコン層60に分散された結晶
相61において固相成長が起こり、図9の(A)に示す
ように、この結晶相61が次第に大きくなり、この結晶
相61が膜厚方向に伸びてn型の非晶質シリコン層70
にも成長し、遂には同図の(B)に示すように、上記の
n+ 型の微結晶シリコン層60からn型の非晶質シリコ
ン層70及びp+ 型の非晶質シリコン層80に連続して
伸びた結晶61aが形成され、膜厚方向に結晶粒界のな
い大きな結晶61aを有するn+ 型の多結晶シリコン層
60aと、n型の多結晶シリコン層70aと、p+ 型の
多結晶シリコン層80aとが基板50上に積層されたも
のが得られた。なお、このp+ 型の多結晶シリコン層8
0aにおけるシート抵抗は約80Ω/□であった。When solid phase growth is performed in this manner, new crystal nuclei are not generated, and in the crystal phase 61 dispersed in the n + -type microcrystalline silicon layer 60 as described above. Solid phase growth occurs, and as shown in FIG. 9A, the crystal phase 61 gradually increases, and the crystal phase 61 extends in the film thickness direction to form the n-type amorphous silicon layer 70.
Finally, as shown in FIG. 7B, the n + type microcrystalline silicon layer 60 to the n type amorphous silicon layer 70 and the p + type amorphous silicon layer 80 are finally grown. N + -type polycrystalline silicon layer 60a having a large crystal 61a having no crystal grain boundary in the film thickness direction, an n-type polycrystalline silicon layer 70a, and ap + -type Obtained by laminating the polycrystalline silicon layer 80a and the polycrystalline silicon layer 80a on the substrate 50. The p + -type polycrystalline silicon layer 8
The sheet resistance at 0a was about 80 Ω / □.
【0084】そして、このように固相成長させて基板上
にn+ 型の多結晶シリコン層60aと、n型の多結晶シ
リコン層70aと、p+ 型の多結晶シリコン層80aと
を形成した後、図10に示すように、上記のp+ 型の多
結晶シリコン層80aの上に、幅0.1mm,高さ0.
2mmのアルミニウムからなる表面電極91を2〜3m
mの間隔で形成すると共に、この表面電極91が形成さ
れていない部分に、シリコンナイトライド(SiN)か
らなる反射防止膜92を約0.1μmの膜厚で形成して
光起電力装置を得た。Then, solid phase growth was performed in this manner to form an n + type polycrystalline silicon layer 60a, an n type polycrystalline silicon layer 70a, and ap + type polycrystalline silicon layer 80a on the substrate. After that, as shown in FIG. 10, a width of 0.1 mm and a height of 0.1 mm are formed on the p + -type polycrystalline silicon layer 80a.
2 to 3 m of the surface electrode 91 made of 2 mm of aluminum
The antireflection film 92 made of silicon nitride (SiN) is formed to a thickness of about 0.1 μm on the portion where the surface electrode 91 is not formed, and the photovoltaic device is obtained. It was
【0085】ここで、この実施例の光起電力装置におけ
る電流−電圧特性は、図11に示すようになっており、
またこの実施例の光起電力装置においては、短絡光電流
Iscが30.5mÅ/cm2 、開放電圧Vocが0.
525V、曲線因子F.F.が0.65で、変換効率が
10.4%となっており、短絡光電流や曲線因子が良好
で変換効率が高くなっていた。Here, the current-voltage characteristics of the photovoltaic device of this embodiment are as shown in FIG.
In the photovoltaic device of this embodiment, the short-circuit photocurrent Isc is 30.5 mÅ / cm 2 and the open circuit voltage Voc is 0.
525V, fill factor F.I. F. Was 0.65, the conversion efficiency was 10.4%, and the short-circuit photocurrent and the fill factor were good, and the conversion efficiency was high.
【0086】次に、この実施例における光起電力装置の
場合と同様にして、基板50上に、結晶相61が非晶質
シリコン層62に分散されると共にリンPが多くドープ
されたn+ 型の微結晶シリコン層60を形成した後、こ
のn+ 型の微結晶シリコン層60の上にリンPがドープ
されたn型の非晶質シリコン層70を形成するにあた
り、上記のプラズマCVD法において使用するSiH4
及びPH3 のガス流量を適当に変更させて、リンPの原
子濃度が1×1016cm-3,1×1017cm-3,1×1
018cm-3になった3種類のn型の非晶質シリコン層7
0を形成したものを作製し、その後、これらの各n型の
非晶質シリコン層70の上に、それぞれ上記実施例の場
合と同様にして、ボロンBが多くドープされたp+ 型の
非晶質シリコン層80を形成した。Next, as in the case of the photovoltaic device according to this embodiment, n + in which the crystalline phase 61 is dispersed in the amorphous silicon layer 62 and which is heavily doped with phosphorus P is formed on the substrate 50. After forming the n-type microcrystalline silicon layer 60, in forming the n-type amorphous silicon layer 70 doped with phosphorus P on the n + -type microcrystalline silicon layer 60, the plasma CVD method described above is used. SiH 4 used in
And PH 3 gas flow rates are appropriately changed so that the phosphorus P atom concentration is 1 × 10 16 cm −3 , 1 × 10 17 cm −3 , 1 × 1.
Three kinds of n-type amorphous silicon layers 7 having a size of 0 18 cm -3
0 is formed, and thereafter, on each of these n-type amorphous silicon layers 70, p + -type non-doped non-doped p-type heavily doped with boron B is formed in the same manner as in the above-described embodiment. A crystalline silicon layer 80 was formed.
【0087】そして、このようにリンPの原子濃度が異
なる3種類のn型の非晶質シリコン層70を形成したも
のについて、上記の実施例の場合と同様に、新たな結晶
核が形成されないように、500℃の温度で熱処理して
固相成長させ、膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶6
1aを有するn+ 型の多結晶シリコン層60aと、n型
の多結晶シリコン層70aと、p+ 型の多結晶シリコン
層80aとが基板50上に積層されたもの得た。Then, in the case where the three types of the n-type amorphous silicon layers 70 having different phosphorus P atomic concentrations are formed, new crystal nuclei are not formed, as in the case of the above-described embodiments. As described above, a large crystal 6 having no grain boundaries in the film thickness direction is formed by heat treatment at a temperature of 500 ° C. and solid phase growth.
An n + type polycrystalline silicon layer 60a having 1a, an n type polycrystalline silicon layer 70a, and ap + type polycrystalline silicon layer 80a were laminated on the substrate 50.
【0088】そして、上記のように固相成長させる前
と、固相成長させた後とにおいて、それぞれの各シリコ
ン層にドープされたリンやボロンの原子濃度の変化を測
定し、固相成長を行う前の結果を図12の(A)に、固
相成長を行った後の結果を同図の(B)に示した。Then, before the solid phase growth and after the solid phase growth as described above, the changes in the atomic concentration of phosphorus or boron doped in the respective silicon layers are measured to carry out the solid phase growth. The result before performing is shown in (A) of FIG. 12, and the result after performing solid phase growth is shown in (B) of the same figure.
【0089】この結果、上記のように新たな結晶核が形
成されない500℃程度の低い温度で固相成長を行う
と、上記の各シリコン層にドープされたリンPやボロン
Bが固相成長時に移動するということがなく、上記のp
+ 型の多結晶シリコン層80aとn型の多結晶シリコン
層70aとの接合界面において、ボロンBの原子濃度が
急激に減少しており、特性が良好なp−n接合が形成さ
れていた。As a result, when solid phase growth is performed at a low temperature of about 500 ° C. at which new crystal nuclei are not formed as described above, phosphorus P or boron B doped in each of the silicon layers is solid-phase grown. Without moving, p above
At the junction interface between the + -type polycrystalline silicon layer 80a and the n-type polycrystalline silicon layer 70a, the atomic concentration of boron B was drastically reduced, and a pn junction having good characteristics was formed.
【0090】(実施例9)この実施例のものにおいて
は、上記実施例8の光起電力装置と同様にして、基板5
0上にn+ 型の微結晶シリコン層60を形成した後、こ
のn+ 型の微結晶シリコン層60の上にリンPがドープ
されたn型の非晶質シリコン層70を形成するにあた
り、上記のプラズマCVD法において使用するSiH4
及びPH3 の量を経時的に変化させて、n型の非晶質シ
リコン層70にドープされるリンPの原子濃度を次第に
減少させるようにした。(Embodiment 9) In this embodiment, the substrate 5 is used in the same manner as the photovoltaic device of the above-mentioned Embodiment 8.
0 After forming the n + -type microcrystalline silicon layer 60 on, in forming the amorphous silicon layer 70 of n-type with phosphorous P doped on the n + -type microcrystalline silicon layer 60, SiH 4 used in the above plasma CVD method
And the amount of PH 3 are changed with time so that the atomic concentration of phosphorus P doped in the n-type amorphous silicon layer 70 is gradually decreased.
【0091】ここで、この実施例のものにおいては、上
記のようなn型の非晶質シリコン層70を形成するにあ
たり、プラズマCVD法によりRFパワー:80W、反
応圧力:70Pa、基板温度:550℃の条件の下で、
100%SiH4 100sccmに対して、PH3 を2
×10-4〜2×10-5sccmの範囲で次第に減少さ
せ、リンPの原子濃度が1×1017cm-3〜1×1016
cm-3の範囲で変化したn型の非晶質シリコン層と、1
00%SiH4 100sccmに対して、PH3を2×
10-3〜2×10-4sccmの範囲で次第に減少させ
て、リンPの原子濃度が1×1018cm-3〜1×1017
cm-3の範囲で変化したn型の非晶質シリコン層とをそ
れぞれ上記のn+ 型の微結晶シリコン層60上に形成し
たものを作製し、その後は、各n型の非晶質シリコン層
70の上にそれぞれ上記実施例8の場合と同様にして、
ボロンBが多くドープされたp+ 型の非晶質シリコン層
80を形成した。Here, in this embodiment, when forming the n-type amorphous silicon layer 70 as described above, RF power: 80 W, reaction pressure: 70 Pa, substrate temperature: 550 by plasma CVD method. Under the condition of ℃,
2% PH 3 for 100% SiH 4 100 sccm
The atomic concentration of phosphorus P is gradually decreased in the range of × 10 -4 to 2 × 10 -5 sccm and the phosphorus P atomic concentration is 1 × 10 17 cm -3 to 1 × 10 16.
n-type amorphous silicon layer changed in the range of cm −3 , and 1
2% of PH 3 for 100 sccm of 00% SiH 4
The atomic concentration of phosphorus P is gradually reduced in the range of 10 −3 to 2 × 10 −4 sccm so that the phosphorus P atomic concentration is 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 17.
An n-type amorphous silicon layer changed in the range of cm −3 is formed on the n + -type microcrystalline silicon layer 60, and then each n-type amorphous silicon layer is formed. On each of the layers 70, as in Example 8 above,
A p + type amorphous silicon layer 80 heavily doped with boron B was formed.
【0092】そして、このようにp+ 型の非晶質シリコ
ン層80を形成した後は、それぞれ上記実施例8の場合
と同様に、新たな結晶核が形成されないように、500
℃の温度で熱処理して固相成長させ、膜厚方向に結晶粒
界のない大きな結晶21aを有するn+ 型の多結晶シリ
コン層60aと、n型の多結晶シリコン層70aと、p
+ 型の多結晶シリコン層80aとが基板50上に積層さ
れたものを得た。After forming the p + -type amorphous silicon layer 80 in this way, as in the case of Example 8 above, 500 times are formed so that new crystal nuclei are not formed.
N + -type polycrystalline silicon layer 60a having a large crystal 21a without crystal grain boundaries in the film thickness direction, n-type polycrystalline silicon layer 70a, and p
A + -type polycrystalline silicon layer 80 a and a + -type polycrystalline silicon layer 80 a were laminated on the substrate 50.
【0093】ここで、上記のようにして固相成長させた
後、各多結晶シリコン層60a,70a,80aにドー
プされたリンやボロンの原子濃度を測定し、その結果を
図13に示した。Here, after the solid phase growth as described above, the atomic concentration of phosphorus or boron doped in each of the polycrystalline silicon layers 60a, 70a and 80a was measured, and the result is shown in FIG. .
【0094】この結果、上記のように新たな結晶核が形
成されない500℃程度の低い温度で固相成長を行う
と、各シリコン層にドープされたリンPやボロンBが固
相成長時に移動するということがなく、上記のようにリ
ンPの原子濃度を厚み方向に次第に変化させたn型の非
晶質シリコン層70が結晶化された場合においても、ド
ープされたリンPが移動するということがなく、リンP
の原子濃度が厚み方向に次第に変化したn型の多結晶シ
リコン層70aが得られ、このn型の多結晶シリコン層
70aにおいて内部電界が発生するようになっていた。As a result, when solid phase growth is carried out at a low temperature of about 500 ° C. at which new crystal nuclei are not formed as described above, phosphorus P or boron B doped in each silicon layer moves during solid phase growth. Even if the n-type amorphous silicon layer 70 in which the atomic concentration of phosphorus P is gradually changed in the thickness direction is crystallized as described above, the doped phosphorus P moves. No, phosphorus P
An n-type polycrystalline silicon layer 70a having an atomic concentration of gradually changing in the thickness direction was obtained, and an internal electric field was generated in the n-type polycrystalline silicon layer 70a.
【0095】そして、上記の実施例8の場合と同様にし
て、p+ 型の多結晶シリコン層80aの上に、表面電極
91と反射防止膜92とを形成して光起電力装置を得た
場合、この光起電力装置においては、n型の多結晶シリ
コン層70aにおける内部電界によってキャリア収集が
さらに効率よく行われるようになり、変換効率がさらに
向上した。Then, in the same manner as in Example 8 described above, the surface electrode 91 and the antireflection film 92 were formed on the p + -type polycrystalline silicon layer 80a to obtain a photovoltaic device. In this case, in this photovoltaic device, the internal electric field in the n-type polycrystalline silicon layer 70a allows the carriers to be collected more efficiently, which further improves the conversion efficiency.
【0096】(実施例10)この実施例における光起電
力装置においては、上記実施例8のものと基板上に積層
させるシリコン層の順番を変更させ、基板上に、結晶層
が非晶質シリコン層に分散されると共にボロンBが多く
ドープされたp+ 型の微結晶シリコン層を形成し、この
p+ 型の微結晶シリコン層の上にボロンBがドープされ
たp型の非晶質シリコン層を形成し、さらにこのp型の
非晶質シリコン層の上にリンPが多くドープされたn+
型の非晶質シリコン層を形成するようにした。(Embodiment 10) In the photovoltaic device according to this embodiment, the order of the silicon layers to be laminated on the substrate is changed from that of the above-mentioned embodiment 8, and the crystalline layer on the substrate is amorphous silicon. A p + type microcrystalline silicon layer dispersed in the layer and heavily doped with boron B is formed, and p type amorphous silicon doped with boron B is formed on the p + type microcrystalline silicon layer. Layer, and on the p-type amorphous silicon layer, n + heavily doped with phosphorus P
To form a mold type amorphous silicon layer.
【0097】ここで、上記のように基板上にp+ 型の微
結晶シリコン層をプラズマCVD法によって形成するに
あたっては、ガス流量:100%SiH4 1〜10sc
cm,B2 H6 0.001〜0.01sccm,H2 4
0〜300sccm、RFパワー:10〜30W、反応
圧力:10〜100Pa、基板温度:400〜650℃
の範囲内で行うようにし、この実施例においては、ガス
流量:100%SiH4 3sccm,B2 H6 0.00
5sccm,H2 300sccm、RFパワー:30
W、反応圧力:54.5Pa、基板温度:550℃の条
件で、膜厚が0.2μmになったp+ 型の微結晶シリコ
ン層を形成した。Here, in forming the p + -type microcrystalline silicon layer on the substrate by the plasma CVD method as described above, the gas flow rate: 100% SiH 4 1-10 sc
cm, B 2 H 6 0.001-0.01 sccm, H 2 4
0 to 300 sccm, RF power: 10 to 30 W, reaction pressure: 10 to 100 Pa, substrate temperature: 400 to 650 ° C
The gas flow rate: 100% SiH 4 3 sccm, B 2 H 6 0.00
5 sccm, H 2 300 sccm, RF power: 30
Under the conditions of W, reaction pressure: 54.5 Pa, and substrate temperature: 550 ° C., a p + -type microcrystalline silicon layer having a film thickness of 0.2 μm was formed.
【0098】また、このp+ 型の微結晶シリコン層の上
にボロンBがドープされたp型の非晶質シリコン層をプ
ラズマCVD法によって形成するにあたっては、ガス流
量:100%SiH4 40〜100sccm,B2 H6
0〜0.0008sccm、RFパワー:0〜100
W、反応圧力:50〜1500Pa、基板温度:400
〜650℃の範囲内で行うようにし、この実施例におい
ては、ガス流量:100%SiH4 40sccm,B2
H6 8×10-6sccm、RFパワー:80W、反応圧
力:66.5Pa、基板温度:550℃の条件で、膜厚
が10μmになったp型の非晶質シリコン層を形成し
た。When a p-type amorphous silicon layer doped with boron B is formed on the p + -type microcrystalline silicon layer by the plasma CVD method, gas flow rate: 100% SiH 4 40- 100 sccm, B 2 H 6
0 to 0.0008 sccm, RF power: 0 to 100
W, reaction pressure: 50 to 1500 Pa, substrate temperature: 400
The gas flow rate is 100% SiH 4 40 sccm, B 2 in this embodiment.
Under conditions of H 6 8 × 10 −6 sccm, RF power: 80 W, reaction pressure: 66.5 Pa, and substrate temperature: 550 ° C., a p-type amorphous silicon layer having a film thickness of 10 μm was formed.
【0099】さらに、このp型の非晶質シリコン層の上
に、リンPが多くドープされたn+型の非晶質シリコン
層をプラズマCVD法によって形成するにあたっては、
ガス流量:100%SiH4 40〜100sccm,P
H3 0.02〜0.1sccm、RFパワー:10〜3
0W、反応圧力:10〜100Pa、基板温度:400
〜650℃の範囲内で行うようにし、この実施例におい
ては、ガス流量:100%SiH4 20sccm,PH
3 0.1sccm、RFパワー:20W、反応圧力:3
3Pa、基板温度:550℃の条件で、膜厚が0.2μ
mになったn+型の非晶質シリコン層を形成した。Further, in forming the n + type amorphous silicon layer heavily doped with phosphorus P on the p type amorphous silicon layer by the plasma CVD method,
Gas flow rate: 100% SiH 4 40-100 sccm, P
H 3 0.02~0.1sccm, RF power: 10-3
0 W, reaction pressure: 10 to 100 Pa, substrate temperature: 400
650 ° C., and in this embodiment, gas flow rate: 100% SiH 4 20 sccm, PH
3 0.1sccm, RF power: 20W, Reaction pressure: 3
The film thickness is 0.2μ under the conditions of 3 Pa and substrate temperature: 550 ° C.
An n + -type amorphous silicon layer having a thickness of m was formed.
【0100】そして、このように基板上にp+ 型の微結
晶シリコン層と、p型の非晶質シリコン層と、n+ 型の
非晶質シリコン層とを形成した状態で、新たな結晶核が
形成されないように、各シリコン層の形成温度より低い
500℃の温度で熱処理して固相成長させるようにし
た。Then, a new crystal is formed with the p + -type microcrystalline silicon layer, the p-type amorphous silicon layer, and the n + -type amorphous silicon layer thus formed on the substrate. In order to prevent the formation of nuclei, heat treatment was performed at a temperature of 500 ° C., which is lower than the formation temperature of each silicon layer, and solid phase growth was performed.
【0101】ここで、このようにして固相成長を行う
と、上記実施例8の場合と同様に、新たな結晶核が発生
するということがなく、上記のようにp+ 型の微結晶シ
リコン層20に分散された結晶相21において固相成長
が起こり、この結晶相21が次第に大きくなり、遂に
は、上記のp+ 型の微結晶シリコン層からp型の非晶質
シリコン層及びn+ 型の非晶質シリコン層に連続して伸
びた結晶21aが形成され、膜厚方向に結晶粒界のない
大きな結晶21aを有するp+ 型の多結晶シリコン層
と、p型の多結晶シリコン層と、n+ 型の多結晶シリコ
ン層とが基板上に積層されたものが得られた。When solid-phase growth is performed in this manner, no new crystal nuclei are generated as in the case of Example 8, and p + -type microcrystalline silicon is used as described above. Solid phase growth occurs in the crystal phase 21 dispersed in the layer 20, the crystal phase 21 gradually increases, and finally, from the p + type microcrystalline silicon layer to the p type amorphous silicon layer and n +. formed crystals 21a extending continuously in the amorphous silicon layer type, and the p + -type polycrystalline silicon layer having a large crystal 21a with no grain boundaries in the film thickness direction, p-type polycrystalline silicon layer And an n + -type polycrystalline silicon layer were laminated on the substrate.
【0102】そして、このように固相成長されたn+ 型
の多結晶シリコン層の上に、上記実施例8の場合と同様
にして、幅0.1mm,高さ0.2mmのアルミニウム
からなる表面電極を2〜3mmの間隔で形成すると共
に、この表面電極が形成されていない部分に、シリコン
ナイトライド(SiN)からなる反射防止膜を約0.1
μmの膜厚で形成して光起電力装置を得た。Then, on the n + -type polycrystalline silicon layer thus solid-phase-grown, aluminum having a width of 0.1 mm and a height of 0.2 mm is formed in the same manner as in the case of the eighth embodiment. The surface electrodes are formed at intervals of 2 to 3 mm, and an antireflection film made of silicon nitride (SiN) is formed on the portion where the surface electrodes are not formed by about 0.1 mm.
A photovoltaic device was obtained by forming with a film thickness of μm.
【0103】ここで、この実施例の光起電力装置におけ
る電流−電圧特性は、図14に示すようになっており、
またこの実施例の光起電力装置においては、短絡光電流
Iscが30.5mÅ/cm2 、開放電圧Vocが0.
53V、曲線因子F.F.が0.7で、変換効率が1
1.3%となっており、短絡光電流や曲線因子が良好で
変換効率が高くなっていた。Here, the current-voltage characteristics of the photovoltaic device of this embodiment are as shown in FIG.
In the photovoltaic device of this embodiment, the short-circuit photocurrent Isc is 30.5 mÅ / cm 2 and the open circuit voltage Voc is 0.
53 V, fill factor F.I. F. Is 0.7 and conversion efficiency is 1
It was 1.3%, and the short-circuit photocurrent and fill factor were good, and the conversion efficiency was high.
【0104】また、この実施例における光起電力装置に
おいて、上記のp+ 型の微結晶シリコン層の上にボロン
Bがドープされたp型の非晶質シリコン層を形成するに
あたり、上記のプラズマCVD法において使用するSi
H4 及びB2 H6 の量を適当に変化させて、ボロンBの
原子濃度が1×1016cm-3,1×1017cm-3,1×
1018cm-3になった3種類のp型の非晶質シリコン層
を形成したものを作製し、その後、これらの各p型の非
晶質シリコン層の上に、それぞれ上記の場合と同様にし
て、リンPが多くドープされたn+ 型の非晶質シリコン
層を形成した。Further, in the photovoltaic device according to this embodiment, when the p-type amorphous silicon layer doped with boron B is formed on the p + -type microcrystalline silicon layer, the plasma described above is used. Si used in the CVD method
By appropriately changing the amounts of H 4 and B 2 H 6 , the atomic concentration of boron B is 1 × 10 16 cm −3 , 1 × 10 17 cm −3 , 1 ×.
Three types of p-type amorphous silicon layers each having a thickness of 10 18 cm −3 were formed, and then, on each of these p-type amorphous silicon layers, the same as in the above case. Then, an n + type amorphous silicon layer heavily doped with phosphorus P was formed.
【0105】そして、これらを上記のように500℃の
温度で熱処理して固相成長させた場合、上記の実施例8
においてリンPの原子濃度を変化させた3種類のn型の
非晶質シリコン層を形成した場合と同様に、上記の各シ
リコン層にドープされたリンPやボロンBが固相成長時
に移動して特性が低下するということがなく、また上記
のn+ 型の多結晶シリコン層がp型の多結晶シリコン層
と接合する界面において、リンPの原子濃度が急激に減
少しており、特性が良好なp−n接合が形成された。When these were heat-treated at a temperature of 500 ° C. for solid phase growth as described above, the above-mentioned Example 8 was used.
In the same manner as in the case of forming three types of n-type amorphous silicon layers in which the atomic concentration of phosphorus P is changed in, the phosphorus P and boron B doped in each of the above silicon layers move during solid phase growth. Characteristics are not deteriorated, and the atomic concentration of phosphorus P is drastically reduced at the interface where the n + -type polycrystalline silicon layer is joined to the p-type polycrystalline silicon layer. A good pn junction was formed.
【0106】また、ボロンBがドープされたp型の非晶
質シリコン層を形成するにあたり、上記のプラズマCV
D法において使用するSiH4 及びB2 H6 の量を順次
変化させて、p型の非晶質シリコン層にドープされるボ
ロンBの原子濃度を膜厚方向に次第に減少させて、p型
の非晶質シリコン層に含有されるボロンBの原子濃度が
厚み方向に次第に変化させた場合も、前記の実施例9の
場合と同じように、これを500℃の温度で熱処理して
固相成長させると、ボロンBが固相成長時に移動すると
いうことがなく、ドープされたボロンBの原子濃度が厚
み方向に次第に変化したp型の多結晶シリコン層が形成
され、このp型の多結晶シリコン層において内部電界が
発生し、これを光起電力装置に使用した場合、このp型
の多結晶シリコン層における内部電界によってキャリア
収集がさらに効率よく行われるようになり、変換効率が
さらに向上した。In forming the p-type amorphous silicon layer doped with boron B, the plasma CV described above is used.
By sequentially changing the amounts of SiH 4 and B 2 H 6 used in the D method, the atomic concentration of boron B doped in the p-type amorphous silicon layer is gradually decreased in the film thickness direction to obtain the p-type Even when the atomic concentration of boron B contained in the amorphous silicon layer is gradually changed in the thickness direction, it is heat treated at a temperature of 500 ° C. to perform solid phase growth, as in the case of Example 9 described above. Then, boron B does not move during solid-phase growth, and a p-type polycrystalline silicon layer in which the atomic concentration of doped boron B is gradually changed in the thickness direction is formed, and this p-type polycrystalline silicon is formed. When an internal electric field is generated in the layer and is used in a photovoltaic device, the internal electric field in the p-type polycrystalline silicon layer allows the carriers to be collected more efficiently and the conversion efficiency to be further improved.
【0107】(実施例11)この実施例における光起電
力装置においては、上記実施例8の場合と同様にして、
基板50上に、結晶相61が非晶質シリコン層62に分
散されると共にリンPが多くドープされたn+ 型の微結
晶シリコン層60を形成した後、このn+ 型の微結晶シ
リコン層60の上にリンPがドープされたn型の非晶質
シリコン層70を形成した。(Embodiment 11) In the photovoltaic device of this embodiment, in the same manner as in the case of Embodiment 8 above,
The substrate 50, after the crystal phase 61 to form a phosphorus P number doped n + -type microcrystalline silicon layer 60 while being dispersed in the amorphous silicon layer 62, the microcrystalline silicon layer of the n + -type An n-type amorphous silicon layer 70 doped with phosphorus P was formed on 60.
【0108】そして、このように基板50上にn+ 型の
微結晶シリコン層60とn型の非晶質シリコン層70と
を形成した状態で、新たな結晶核が形成されないよう
に、各シリコン層60,70の形成温度より低い500
℃の温度で熱処理して固相成長させた。Then, with the n + -type microcrystalline silicon layer 60 and the n-type amorphous silicon layer 70 formed on the substrate 50 as described above, each silicon is prevented so that new crystal nuclei are not formed. 500 below the formation temperature of layers 60, 70
It heat-processed at the temperature of (degree C) and solid-phase-grown.
【0109】ここで、このようにして固相成長させる
と、新たな結晶核が発生するということがなく、n+ 型
の微結晶シリコン層60に分散された結晶相61におい
て固相成長が起こり、上記のn+ 型の微結晶シリコン層
60からn型の非晶質シリコン層70に連続して伸びた
結晶21aが形成され、図15に示すように、膜厚方向
に結晶粒界のない大きな結晶21aを有するn+ 型の多
結晶シリコン層60aと、n型の多結晶シリコン層70
aとが基板50上に形成された。When solid phase growth is performed in this manner, new crystal nuclei are not generated and solid phase growth occurs in the crystal phase 61 dispersed in the n + -type microcrystalline silicon layer 60. , A crystal 21a extending continuously from the n + type microcrystalline silicon layer 60 to the n type amorphous silicon layer 70 is formed, and as shown in FIG. 15, there is no crystal grain boundary in the film thickness direction. An n + type polycrystalline silicon layer 60a having a large crystal 21a and an n type polycrystalline silicon layer 70
and a are formed on the substrate 50.
【0110】そして、この実施例のものにおいては、同
図に示すように、上記のように形成されたn型の多結晶
シリコン層70aの上に、プラズマCVD法によってガ
ス流量:100%SiH4 40sccm、RFパワー:
3W、反応圧力:10Pa、基板温度:130℃の条件
でi型の非晶質シリコン層93を形成し、さらにこのi
型の非晶質シリコン層93の上に、プラズマCVD法に
よりガス流量:100%SiH4 5sccm,B2 H6
0.1sccm、RFパワー:3W、反応圧力:13P
a、基板温度:130℃の条件でp型の非晶質シリコン
層94を形成するようにした。Then, in the present embodiment, as shown in the figure, a gas flow rate of 100% SiH 4 is formed on the n-type polycrystalline silicon layer 70a formed as described above by the plasma CVD method. 40 sccm, RF power:
An i-type amorphous silicon layer 93 is formed under the conditions of 3 W, reaction pressure: 10 Pa, and substrate temperature: 130 ° C.
On the amorphous silicon layer 93 of the type by a plasma CVD method, gas flow rate: 100% SiH 4 5 sccm, B 2 H 6
0.1 sccm, RF power: 3 W, reaction pressure: 13 P
a, Substrate temperature: The p-type amorphous silicon layer 94 was formed under the condition of 130 ° C.
【0111】そして、このように形成されたp型の非晶
質シリコン層94の上に、上記の実施例8の場合と同様
にして、表面電極91と反射防止膜92を設けて光起電
力装置を得るようにした。Then, on the p-type amorphous silicon layer 94 thus formed, the surface electrode 91 and the antireflection film 92 are provided in the same manner as in the case of the above-described eighth embodiment to provide the photovoltaic power. I got the device.
【0112】このようにして得た光起電力装置において
も、基板60上に形成された上記のn+ 型の多結晶シリ
コン層60aと、n型の多結晶シリコン層70aとにお
いてキャリアが効率よく収集され、変換効率が高くなっ
ていた。Also in the photovoltaic device obtained as described above, carriers are efficiently generated in the n + type polycrystalline silicon layer 60a and the n type polycrystalline silicon layer 70a formed on the substrate 60. It was collected and the conversion efficiency was high.
【0113】(実施例12)この実施例における光起電
力装置においても、上記実施例8の場合と同様にして、
基板50上に、結晶相61が非晶質シリコン層62に分
散されると共にリンPが多くドープされたn+ 型の微結
晶シリコン層60を形成した後、このn+ 型の微結晶シ
リコン層60の上にリンPがドープされたn型の非晶質
シリコン層70を形成した。(Embodiment 12) Also in the photovoltaic device according to this embodiment, as in the case of the above-mentioned embodiment 8,
The substrate 50, after the crystal phase 61 to form a phosphorus P number doped n + -type microcrystalline silicon layer 60 while being dispersed in the amorphous silicon layer 62, the microcrystalline silicon layer of the n + -type An n-type amorphous silicon layer 70 doped with phosphorus P was formed on 60.
【0114】そして、このように基板50上にn+ 型の
微結晶シリコン層60とn型の非晶質シリコン層70と
を形成した状態で、新たな結晶核が形成されないよう
に、各シリコン層60,70の形成温度より低い500
℃の温度で熱処理して固相成長させた。Then, with the n + -type microcrystalline silicon layer 60 and the n-type amorphous silicon layer 70 formed on the substrate 50 as described above, each silicon is prevented so that new crystal nuclei are not formed. 500 below the formation temperature of layers 60, 70
It heat-processed at the temperature of (degree C) and solid-phase-grown.
【0115】ここで、このようにして固相成長させる
と、新たな結晶核が発生するということがなく、n+ 型
の微結晶シリコン層60に分散された結晶相61におい
て固相成長が起こり、上記のn+ 型の微結晶シリコン層
60からn型の非晶質シリコン層70に連続して伸びた
結晶21aが形成され、図16の(A)に示すように、
膜厚方向に結晶粒界のない大きな結晶21aを有するn
+ 型の多結晶シリコン層60aと、n型の多結晶シリコ
ン層70aとが基板50上に形成された。When solid phase growth is performed in this way, new crystal nuclei are not generated, and solid phase growth occurs in the crystal phase 61 dispersed in the n + -type microcrystalline silicon layer 60. , A crystal 21a continuously extending from the n + type microcrystalline silicon layer 60 to the n type amorphous silicon layer 70 is formed, and as shown in FIG.
N having a large crystal 21a with no grain boundary in the film thickness direction
A + -type polycrystalline silicon layer 60a and an n-type polycrystalline silicon layer 70a were formed on the substrate 50.
【0116】そして、この実施例のものにおいては、同
図に示すように、上記のように形成されたn型の多結晶
シリコン層70aの上に、プラズマCVD法によってガ
ス流量:100%SiH4 5sccm,B2 H6 0.1
sccm、RFパワー:3W、反応圧力:13Pa、基
板温度:130℃の条件でp型の非晶質シリコン層95
を形成し、その後、このように形成されたp型の非晶質
シリコン層95を600℃で熱処理して固相成長させ、
同図の(B)に示すように、上記のn型の多結晶シリコ
ン層70aの上にp型の多結晶シリコン層95aを形成
した。In the present embodiment, as shown in the same figure, a gas flow rate of 100% SiH 4 is formed on the n-type polycrystalline silicon layer 70a formed as described above by the plasma CVD method. 5 sccm, B 2 H 6 0.1
sccm, RF power: 3 W, reaction pressure: 13 Pa, substrate temperature: 130 ° C., p-type amorphous silicon layer 95
And then heat-treating the p-type amorphous silicon layer 95 thus formed at 600 ° C. for solid phase growth,
As shown in FIG. 7B, a p-type polycrystalline silicon layer 95a was formed on the n-type polycrystalline silicon layer 70a.
【0117】そして、このように形成されたp型の多結
晶シリコン層95aの上に、上記の実施例8の場合と同
様にして、表面電極91と反射防止膜92を設けて光起
電力装置を得るようにした。Then, on the p-type polycrystalline silicon layer 95a thus formed, the surface electrode 91 and the antireflection film 92 are provided in the same manner as in the case of the above-mentioned eighth embodiment to provide the photovoltaic device. To get.
【0118】このようにして得た光起電力装置において
も、基板60上に形成された上記のn+ 型の多結晶シリ
コン層60aと、n型の多結晶シリコン層70aとにお
いてキャリアが効率よく収集され、変換効率が高くなっ
ていた。Also in the photovoltaic device thus obtained, carriers are efficiently generated in the n + type polycrystalline silicon layer 60a and the n type polycrystalline silicon layer 70a formed on the substrate 60. It was collected and the conversion efficiency was high.
【0119】なお、上記の実施例8〜11における光起
電力装置においては、半導体材料にシリコンを使用した
例を示したが、シリコンの代りに、前記の実施例6及び
実施例7の薄膜多結晶半導体において使用したゲルマニ
ウムやシリコンゲルマニウムを用いて、前記のような光
起電力装置を製造することができ、このようにして製造
した光起電力装置も、上記実施例8〜11の各光起電力
装置の場合と同様に変換効率が高くなった。In the photovoltaic devices in Examples 8 to 11 described above, an example in which silicon was used as the semiconductor material was shown. However, instead of silicon, the thin film thin film of Examples 6 and 7 was used. The photovoltaic device as described above can be manufactured by using germanium or silicon germanium used in the crystalline semiconductor, and the photovoltaic devices manufactured in this way are also the photovoltaic devices of Examples 8 to 11 above. As with the power device, the conversion efficiency is higher.
【0120】[0120]
【発明の効果】以上詳述したように、この発明における
薄膜多結晶半導体においては、非晶質半導体薄膜におけ
る結晶相が固相成長された結晶以外に新たな結晶が形成
されるということがなく、厚み方向に結晶粒界が存在し
ない大きな結晶をもつため、キャリア移動度や変換効率
等のデバイス特性が良好なものであった。As described above in detail, in the thin film polycrystalline semiconductor according to the present invention, a new crystal is not formed in addition to the solid phase grown crystal phase of the amorphous semiconductor thin film. Since it has a large crystal without grain boundaries in the thickness direction, the device characteristics such as carrier mobility and conversion efficiency were good.
【0121】また、この発明における薄膜多結晶半導体
の製造方法によって、薄膜多結晶半導体を製造すると、
上記のようにキャリア移動度等の膜特性のよい薄膜多結
晶半導体が簡単に製造されると共に、非晶質半導体薄膜
を新たな結晶核を形成しない低い温度で熱処理するた
め、この非晶質半導体薄膜にドープされた不純物が熱処
理時に勝手に移動するということがなく、不純物のドー
プ量が厚み方向に変化して内部電界をもつようにするこ
ともでき、より様々な特性に優れた薄膜多結晶半導体が
簡単に得られるようになった。When a thin film polycrystalline semiconductor is manufactured by the method for manufacturing a thin film polycrystalline semiconductor according to the present invention,
As described above, a thin film polycrystalline semiconductor having good film characteristics such as carrier mobility is easily manufactured, and the amorphous semiconductor thin film is heat-treated at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed. Impurities doped in the thin film do not move arbitrarily during heat treatment, and the doping amount of impurities can be changed in the thickness direction to have an internal electric field. Semiconductors have become easy to obtain.
【0122】また、この発明における光起電力装置にお
いては、上記の薄膜多結晶半導体の場合と同様に、一導
電型の多結晶半導体層において結晶相が固相成長された
結晶以外に新たな結晶が形成されるということがなく、
厚み方向に結晶粒界が存在しない大きな結晶をもつ一導
電型の多結晶半導体層が形成されており、キャリア移動
度等の特性が向上して、変換効率が向上した。Further, in the photovoltaic device according to the present invention, as in the case of the above-mentioned thin film polycrystalline semiconductor, a new crystal other than the crystal in which the crystal phase is solid-phase grown in the one-conductivity type polycrystalline semiconductor layer. Is not formed,
A one-conductivity-type polycrystalline semiconductor layer having large crystals with no crystal grain boundaries in the thickness direction was formed, characteristics such as carrier mobility were improved, and conversion efficiency was improved.
【0123】また、この発明の光起電力装置の製造方法
によって、光起電力装置を製造すると、上記のような変
換効率の良い光起電力装置が簡単に製造できると共に、
不純物のドープ量が厚み方向に変化して内部電界をもつ
一導電型の多結晶半導体層を形成することもでき、より
変換効率の高い光起電力装置も簡単に製造できるように
なった。When the photovoltaic device is manufactured by the method for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention, the above-mentioned photovoltaic device having good conversion efficiency can be easily manufactured, and
It is also possible to form a one-conductivity-type polycrystalline semiconductor layer having an internal electric field by changing the doping amount of impurities in the thickness direction, and it has become possible to easily manufacture a photovoltaic device having higher conversion efficiency.
【図1】従来の薄膜多結晶半導体の結晶構造を示した概
略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a crystal structure of a conventional thin film polycrystalline semiconductor.
【図2】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、表面が平坦になった基板上に結晶相が分散され
た非晶質半導体薄膜が形成された状態を示した概略図で
ある。FIG. 2 is a schematic view showing a state in which an amorphous semiconductor thin film in which a crystal phase is dispersed is formed on a substrate having a flat surface in a thin film polycrystalline semiconductor according to an example of the present invention.
【図3】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、表面が平坦な基板上に結晶相が分散された非晶
質半導体薄膜を450℃と500℃で固相成長させた場
合における固相成長時間による暗導電率の変化を示した
グラフである。FIG. 3 is a solid phase diagram of a thin film polycrystalline semiconductor according to an embodiment of the present invention, in which an amorphous semiconductor thin film in which a crystal phase is dispersed on a substrate having a flat surface is solid phase grown at 450 ° C. and 500 ° C. It is a graph which showed change of dark conductivity according to growth time.
【図4】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、表面が凹凸状になった基板の表面に結晶相が分
散された非晶質半導体薄膜が形成された状態を示した概
略図である。FIG. 4 is a schematic view showing a state in which an amorphous semiconductor thin film in which a crystal phase is dispersed is formed on a surface of a substrate having an uneven surface in a thin film polycrystalline semiconductor according to an example of the present invention. .
【図5】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、基板上に非晶質半導体層に結晶相が分散された
微結晶半導体層と、非晶質半導体層とが積層された状態
を示した概略図である。FIG. 5 shows a state in which a thin film polycrystalline semiconductor according to an embodiment of the present invention has a substrate on which a microcrystalline semiconductor layer having a crystalline phase dispersed in an amorphous semiconductor layer and an amorphous semiconductor layer are stacked. FIG.
【図6】この発明の実施例における薄膜多結晶半導体に
おいて、基板上に形成された微結晶半導体層における分
散された結晶相が成長して、基板上に薄膜多結晶半導体
が形成される状態を示した概略図である。FIG. 6 shows a state in which a dispersed crystal phase in a microcrystalline semiconductor layer formed on a substrate grows in the thin film polycrystalline semiconductor according to the embodiment of the present invention to form a thin film polycrystalline semiconductor on the substrate. It is the schematic shown.
【図7】比較例において、基板上に結晶相が分散されて
いない非晶質半導体層を形成した状態を示した概略図で
ある。FIG. 7 is a schematic view showing a state in which an amorphous semiconductor layer in which a crystal phase is not dispersed is formed on a substrate in a comparative example.
【図8】この発明の実施例における光起電力装置におい
て、基板上に、結晶相が非晶質半導体層に分散されると
共に不純物が高ドープされた一導電型の微結晶半導体層
と、一導電型の非晶質半導体層と、他導電型の非晶質半
導体層とが積層された状態を示した概略図である。FIG. 8 shows a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, in which a crystalline phase is dispersed in an amorphous semiconductor layer and one conductivity type microcrystalline semiconductor layer highly doped with impurities is formed on a substrate; FIG. 3 is a schematic view showing a state where a conductive type amorphous semiconductor layer and another conductive type amorphous semiconductor layer are stacked.
【図9】この発明の実施例における光起電力装置におい
て、基板上に形成された一導電型の微結晶半導体層にお
ける結晶相が成長して、基板上に、不純物が高ドープさ
れた一導電型の多結晶半導体層と、一導電型の多結晶半
導体層と、他導電型の多結晶半導体層とが形成される状
態を示した概略図である。FIG. 9 shows a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, in which a crystalline phase in a one-conductivity-type microcrystalline semiconductor layer formed on a substrate grows and one impurity-doped one-conductivity is highly doped on the substrate. FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which a type polycrystalline semiconductor layer, one conductivity type polycrystalline semiconductor layer, and another conductivity type polycrystalline semiconductor layer are formed.
【図10】この発明の実施例における光起電力装置の概
略図である。FIG. 10 is a schematic view of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
【図11】この発明の実施例における光起電力装置の電
流−電圧特性を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing current-voltage characteristics of the photovoltaic device according to the example of the present invention.
【図12】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、基板上に形成された各半導体層にドープされた不
純物の量が固相成長前と固相成長後とでどのように変化
するかを調べたグラフである。FIG. 12 shows how the amount of impurities doped in each semiconductor layer formed on a substrate changes before and after solid phase growth in the photovoltaic device according to the example of the present invention. It is the graph which investigated.
【図13】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、一導電型の非晶質半導体層に含まれる不純物の量
をその厚み方向に変化させて固相成長を行い、固相成長
後に不純物の量がどのように変化するかを調べたグラフ
である。FIG. 13 is a diagram showing a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, in which solid phase growth is performed by changing the amount of impurities contained in one conductivity type amorphous semiconductor layer in the thickness direction, and after solid phase growth, impurities are deposited. It is the graph which investigated how the amount of changes.
【図14】この発明の他の実施例における光起電力装置
の電流−電圧特性を示した図である。FIG. 14 is a diagram showing current-voltage characteristics of a photovoltaic device according to another embodiment of the present invention.
【図15】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、基板上にn+ 型の多結晶半導体層とn型の多結晶
半導体層とi型の非晶質半導体層とp型の非晶質半導体
層とを積層させた状態を示した概略図である。FIG. 15 shows a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention in which an n + type polycrystalline semiconductor layer, an n type polycrystalline semiconductor layer, an i type amorphous semiconductor layer, and a p type amorphous are formed on a substrate. It is the schematic which showed the state which laminated | stacked with the quality semiconductor layer.
【図16】この発明の実施例における光起電力装置にお
いて、基板上にn+ 型の多結晶半導体層とn型の多結晶
半導体層とp型の非晶質半導体層とを積層させた後、p
型の非晶質半導体層を固相成長させてp型の多結晶半導
体層を形成した状態を示した概略図である。FIG. 16 shows a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention after an n + -type polycrystalline semiconductor layer, an n-type polycrystalline semiconductor layer and a p-type amorphous semiconductor layer are laminated on a substrate. , P
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which a p-type polycrystalline semiconductor layer is formed by solid phase growth of a p-type amorphous semiconductor layer.
10 基板 20 微結晶半導体層 21 結晶相 22 非晶質半導体層 40 薄膜多結晶半導体 50 基板 60 n+ 型の微結晶シリコン層 60a n+ 型の多結晶シリコン層 70 n型の非晶質シリコン層 70a n型の多結晶シリコン層 80 p+ 型の微結晶シリコン層 80a p+ 型の多結晶シリコン層10 Substrate 20 Microcrystalline Semiconductor Layer 21 Crystal Phase 22 Amorphous Semiconductor Layer 40 Thin Film Polycrystalline Semiconductor 50 Substrate 60 n + Type Microcrystalline Silicon Layer 60a n + Type Polycrystalline Silicon Layer 70 n Type Amorphous Silicon Layer 70a n-type polycrystalline silicon layer 80 p + -type microcrystalline silicon layer 80a p + -type polycrystalline silicon layer
Claims (8)
たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長されて、上
記の非晶質半導体薄膜が多結晶化されてなることを特徴
とする薄膜多結晶半導体。1. The amorphous semiconductor thin film is polycrystallized by solid phase growth at a low temperature at which a crystal phase in the amorphous semiconductor thin film does not form new crystal nuclei. Thin film polycrystalline semiconductor.
おいて、半導体材料に、シリコン,ゲルマニウム,シリ
コンゲルマニウムのいずれかを使用したことを特徴とす
る薄膜多結晶半導体。2. The thin film polycrystalline semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor material is any one of silicon, germanium, and silicon germanium.
基板上に形成する工程と、この非晶質半導体薄膜を新た
な結晶核を形成しない低い温度で熱処理して上記の結晶
相を固相成長させる工程とを有することを特徴とする薄
膜多結晶半導体の製造方法。3. A step of forming an amorphous semiconductor thin film in which a crystal phase is dispersed on a substrate, and a heat treatment of the amorphous semiconductor thin film at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed, thereby removing the above crystal phase. A method of manufacturing a thin film polycrystalline semiconductor, which comprises a step of solid phase growth.
晶相が新たな結晶核を形成しない低い温度で固相成長さ
れて多結晶化された一導電型の多結晶半導体が基板上に
形成されていることを特徴とする光起電力装置。4. A polycrystalline semiconductor of one conductivity type which is polycrystallized by solid phase growth at a low temperature at which a crystal phase in the amorphous semiconductor layer of one conductivity type does not form new crystal nuclei, is formed on a substrate. A photovoltaic device characterized by being formed.
非晶質半導体層と他導電型の非晶質半導体層とが積層さ
れ、新たな結晶核を形成しない低い温度で上記の結晶相
が固相成長されて多結晶化した一導電型及び他導電型の
多結晶半導体層が基板上に積層されてなることを特徴と
する光起電力装置。5. A one-conductivity-type amorphous semiconductor layer in which a crystal phase is dispersed and a second-conductivity-type amorphous semiconductor layer are laminated on a substrate, and the above-mentioned is formed at a low temperature at which a new crystal nucleus is not formed. 1. A photovoltaic device, comprising: one-conductivity-type and other-conductivity-type polycrystalline semiconductor layers, which are polycrystallized by solid-phase growth of a crystal phase, on a substrate.
おいて、多結晶化された一導電型の多結晶半導体層に含
有される不純物の量がその厚み方向に変化していること
を特徴とする光起電力装置。6. The photovoltaic device according to claim 4 or 5, wherein the amount of impurities contained in the polycrystallized one-conductivity-type polycrystalline semiconductor layer varies in the thickness direction. A characteristic photovoltaic device.
非晶質半導体層を基板上に形成する工程と、新たな結晶
核を形成しない低い温度で上記の結晶相を固相成長させ
て非晶質半導体層を多結晶化させる工程とを有すること
を特徴とする光起電力装置の製造方法。7. A step of forming an amorphous semiconductor layer of one conductivity type on a substrate so as to disperse the crystal phase, and solid-phase growing the crystal phase at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed. And a step of polycrystallizing the amorphous semiconductor layer.
非晶質半導体層を基板上に形成する工程と、この一導電
型の非晶質半導体層上に他導電型の非晶質半導体層を形
成する工程と、新たな結晶核を形成しない低い温度で上
記の結晶相を固相成長させて上記の各非晶質半導体層を
多結晶化させる工程を有することを特徴とする光起電力
装置の製造方法。8. A step of forming an amorphous semiconductor layer of one conductivity type on a substrate such that a crystal phase is dispersed, and an amorphous semiconductor layer of another conductivity type on the amorphous semiconductor layer of one conductivity type. A method comprising: a step of forming a semiconductor layer; and a step of polycrystallizing each of the above-mentioned amorphous semiconductor layers by solid-phase growing the above crystal phase at a low temperature at which new crystal nuclei are not formed. Manufacturing method of electromotive force device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6248468A JPH0888189A (en) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Thin film polycrystalline semiconductor and its manufacture, and photovoltaic device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6248468A JPH0888189A (en) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Thin film polycrystalline semiconductor and its manufacture, and photovoltaic device and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0888189A true JPH0888189A (en) | 1996-04-02 |
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ID=17178597
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6248468A Pending JPH0888189A (en) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Thin film polycrystalline semiconductor and its manufacture, and photovoltaic device and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0888189A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-09-16 JP JP6248468A patent/JPH0888189A/en active Pending
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