JP2009135464A - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】シリコン半導体材料を有効に利用して、光電変換特性の優れた光電変換装置の製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池を用いた光電変換装置の製造方法に関し、絶縁表面を有する支持基板に、所定の深さに損傷層が形成された複数の単結晶半導体基板を配列し、損傷層を境界として単結晶半導体基板の表層部を薄く分離することにより支持基板の一面に単結晶半導体層を形成し、単結晶半導体層の分離により露出した面側からレーザビームを照射して、単結晶半導体層の表面を平坦化する。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体層を用いた光電変換装置の製造方法に関する。特に、単結晶半導体層を用いた光電変換装置の製造方法に関する。
地球温暖化防止対策として、世界各国で太陽光発電の普及が進んでいる。例えば、２００５年における太陽電池の全世界生産量は１７５９ＭＷであり、前年度に比べて１４７％増加している。普及が進んでいる太陽電池としては結晶系太陽電池があり、単結晶シリコンを用いた太陽電池又は多結晶シリコンを用いた太陽電池が生産量の大部分を占めている。これらの太陽電池は、大型のシリコンインゴットを輪切りにして製造されるシリコンウエハを基体として用いている。
シリコンを材料とする結晶系太陽電池は、太陽光を吸収するために１０μｍ程度の厚さがあれば十分であるが、実際のシリコンウエハは２００μｍから３００μｍ程度の厚さを有している。つまり、結晶系太陽電池では光電変換に必要な厚さよりも１０倍以上厚く形成されていることになり、シリコンウエハを有効利用しているとは言い難い状況にある。極端に言えば、シリコンウエハの殆どは太陽電池の形状を維持するための構造体として機能しているにすぎないのである。
太陽電池の生産量が年々増加するにつれ、シリコンの原料である多結晶シリコンの供給不足と、それによるシリコンウエハの価格の高騰が産業界の問題となっている。２００７年の多結晶シリコンの生産量は約３６０００トンが見込まれているのに対し、半導体（ＬＳＩ）向けに２５０００トン以上、太陽電池用に２００００トン以上が必要とされ、約１００００トンの供給不足になると見込まれている。そして、このような供給不足は今後も続くものと予想されている。
尤も、このような状況を予想して、これまで結晶系薄膜シリコン太陽電池の開発が進められてきた。例えば、プラズマＣＶＤ法で、２７ＭＨｚ以上のＶＨＦ周波数を用い、これをさらにパルス変調して結晶性シリコン膜を基板上に堆積するシリコン薄膜太陽電池の製造方法が開示されている（特許文献１参照）。また、テクスチャー電極と呼ばれる微細な凹凸形状を持った特殊な電極の上に、多結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法で成膜するときに、結晶粒と結晶粒界へのドーパントの添加を最適化するために、プラズマ処理条件を制御する技術が開示されている（特許文献２参照）。
特開２００５−５０９０５号公報 特開２００４−１４９５８号公報
しかしながら、結晶系薄膜シリコン太陽電池は単結晶シリコン太陽電池に比べて結晶の質が悪く、光電変換特性が依然劣っている。また、結晶性シリコン膜を化学気相成長法によって、１μｍ以上の厚さで堆積する必要があり生産性が悪いといった問題がある。また、成膜に必要なガスの収率が悪く、経済的にも十分なメリットを見いだせないでいる。
すなわち、結晶系薄膜シリコン太陽電池では、プラズマＣＶＤ法などの成膜技術によって光電変換層を形成するが、成膜速度を高めるために半導体材料ガスを多量に流す必要があり、生産性が悪いといった問題がある。一方、シリコンウエハの需要はひっ迫しており、供給が需要に追いつかないといった問題がある。
このような状況に鑑み、シリコン半導体材料を有効に利用して、光電変換特性の優れた光電変換装置の製造方法を提供することを目的の一とする。
本発明は、太陽電池を用いた光電変換装置の製造方法に関し、絶縁表面を有する支持基板に、所定の深さに損傷層が形成された複数の単結晶半導体基板を配列し、損傷層を境界として単結晶半導体基板の表層部を薄く分離することにより支持基板の一面に単結晶半導体層を形成し、単結晶半導体層の分離により露出した面側からレーザビームを照射して、少なくともレーザビームの照射領域の表層を溶融させ、再単結晶化させることを要旨とする。
本発明に係る光電変換装置の製造方法の一は、水素イオンであって質量が水素分子よりも重いクラスターイオンを７０％以上含むイオンビームを単結晶半導体基板に照射して、単結晶半導体基板の表面から所定の深さに損傷層を形成し、単結晶半導体基板のイオンビームの照射面側に、少なくとも一導電型の第１不純物半導体層、第１不純物半導体層に接する第１電極、及び第１電極上の接合層を形成する。絶縁表面を有する支持基板の一面に、複数の単結晶半導体基板を、接合層を密接させて配列し、加熱処理を行うことにより、支持基板上に単結晶半導体層を残存させたまま、損傷層を境界として単結晶半導体基板の一部を分離して除去する。単結晶半導体基板の一部の分離により露出した面側に、一導電型とは逆の導電型の第２不純物半導体層を形成し、第２不純物半導体層側から単結晶半導体層に窒素雰囲気中でレーザビームを照射して、第２不純物半導体層の表面を処理するものが含まれる。
本発明に係る光電変換装置の製造方法の一は、水素イオンであって質量が水素分子よりも重いクラスターイオンを７０％以上含むイオンビームを単結晶半導体基板に照射して、単結晶半導体基板の表面から所定の深さに損傷層を形成し、単結晶半導体基板のイオンビームの照射面側に、少なくとも一導電型の第１不純物半導体層、第１不純物半導体層に接する第１電極、及び第１電極上の接合層を形成する。絶縁表面を有する支持基板の一面に、複数の単結晶半導体基板を、接合層を密接させて配列し、加熱処理を行うことにより、支持基板上に単結晶半導体層を残存させたまま、損傷層を境界として単結晶半導体基板の一部を分離して除去する。単結晶半導体層の一部の分離により露出した面側から単結晶半導体層に窒素雰囲気中でレーザビームを照射して、単結晶半導体層の表面を処理し、その後レーザビームを照射した面側に、一導電型とは逆の導電型の第２不純物半導体層を形成するものが含まれる。
ここで、単結晶とは、結晶面、結晶軸が揃っている結晶であり、それを構成している原子又は分子が空間的に規則正しい配列になっているものをいう。もっとも、単結晶は原子が規則正しく配列することによって構成されるものであるが、一部にこの配列の乱れがある格子欠陥を含むもの、意図的又は非意図的に格子歪みを有するものも含まれる。
単結晶半導体基板の一部を分離することにより露出した面にレーザビームを照射して、少なくともその照射領域の表層を溶融させ、再単結晶化させることにより、単結晶半導体層の表面を平坦化することができる。また、レーザ処理により単結晶半導体層に残留する結晶欠陥の修復を行うことができる。単結晶半導体基板の一部の分離により支持基板上に残存した単結晶半導体層を光電変換層として用いることにより、光電変換特性の優れた光電変換装置を製造することができる。
さらに、レーザビームを照射して、単結晶半導体層の表面を処理し、その後不純物半導体層を形成することにより、不純物濃度を高濃度化することができ、浅い接合を形成することができる。それにより、光生成キャリアの収集効率の高い光電変換装置を製造することができる。
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
（単結晶半導体基板の加工１）
本発明に係る光電変換装置は、光エネルギーを吸収して光励起キャリアを生成する半導体層、すなわち光電変換層を単結晶半導体、代表的には単結晶シリコンで形成する。この光電変換層は、インゴット又はウエハ状の単結晶半導体基体の表層部を分離して絶縁表面を有する基板上に固定したものから形成される。
図１は、あるサイズの円形の単結晶半導体基板から、光電変換層を形成するために、所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出す態様を示す。単結晶半導体基板１００の代表例は単結晶シリコンウエハであり、その他多結晶シリコンウエハも適用可能である。転置用半導体基板１０１は、各頂点が単結晶半導体基板１００の円周に内接する正方形とすることで面積を最大にすることができるが、必ずしも正方形とする必要はない。例えば、光電変換装置を用いた太陽光発電モジュールを製造する場合、転置用半導体基板１０１は、モジュールのサイズに合わせて受光面積が最大になる形状とすれば良い。なお、シリコンウエハのサイズは直径３００ｍｍ以上が好ましく、例えば、直径４００ｍｍ若しくは直径４５０ｍｍのシリコンウエハ（１８インチシリコンウエハ）を適用することが好ましい。太陽光発電モジュールを製造する場合、複数のユニットセルを配列させた時に生じる隙間（非発電領域）の面積を縮小できるからである。
図２は、円形の単結晶半導体基板から切り出した転置用半導体基板の態様を示す。図１で示すように、転置用半導体基板１０１を、頂点が単結晶半導体基板１００の円周に内接する四辺形とし、切断線１０２と切断線１０３に沿って切り出した場合、図２に丸点線で示す角部１０４の頂点の角度が略９０度となる。これは、転置用半導体基板１０１を単結晶半導体基板１００の外周内側から切り出す場合にも同様である。
この場合、角部１０４が鋭端にならないように曲面加工することが好ましい。図３（Ａ）、（Ｂ）は、転置用半導体基板の構成を示す。図３（Ａ）は角部１０４の拡大図であり、このように曲面加工することで転置用半導体基板１０１の破損を防止することができる。また、図３（Ｂ）に示すように、転置用半導体基板１０１の周辺端部の稜角を削る面取加工を施して、断面形状を曲面形状又は多段角形状にすることが好ましい。これにより、基板の破損が防止されシリコン資源の無駄使いを減らすことができる。なお、切り出した後の端材は、溶融して再生することができる。
（単結晶半導体基板の加工２）
図４は、あるサイズの円形の単結晶半導体基板から、光電変換層を形成するために、所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出す態様として、図１とは異なるものを示す。単結晶半導体基板１００の代表例は単結晶シリコンウエハであり、その他多結晶シリコンウエハも適用可能である。転置用半導体基板１０１は、各頂点が単結晶半導体基板１００の円周に内接する正方形とすることで面積を最大にすることができるが、必ずしも正方形とする必要はないのは図１の場合と同様である。
図４で示すように、転置用半導体基板１０１を、円周に内接する矩形領域１２６よりも対辺の間隔が長くなるように切り出す。すなわち、切断線１０２と切断線１０３に沿って切断することにより、矩形の転置用半導体基板１０１の頂点が９０度とならないように切り出すことができる。このように加工することで、図５で示すように、転置用半導体基板１０１において、表示パネルの製造に必要な面積を確保しつつ、角部が９０度や鋭角とならない基板を作製することができる。転置用半導体基板１０１の角部が直角とならないことで、基板をハンドリングする際に破損することを防止できる。また、図３（Ｂ）で説明したように、転置用半導体基板１０１の周辺端部の稜角を削る面取加工を施して、断面形状を曲面形状又は多段角形状にすることが好ましい。これにより、基板の破損が防止されシリコン資源の無駄使いを減らすことができる。なお、切り出した後の端材は、溶融して再生することができる。
（単結晶半導体層の配列）
図６は、転置用半導体基板１０１を支持基板１０５に貼り合わせるときの配置について、その一例を示している。
支持基板１０５は、ガラス基板、セラミックス基板などの耐熱性絶縁基板を用いることが好ましい。例えば、支持基板１０５としてガラス基板を用いる場合には、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラスを用いる。ガラス基板としては、液晶パネルなどの用途に適用されるガラス基板を転用することができる。支持基板１０５は、一辺が５００ｍｍ以上の四辺形のガラス基板を用いることができる。例えば、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ、又は６２０ｍｍ×７５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、又は７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）のガラス基板を用いる。さらに、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）といわれる大面積のマザーガラス基板を用いることも可能である。
大面積のガラス基板を支持基板１０５として用いることで、光電変換装置を用いた太陽光発電モジュールの大面積化が可能となり、生産性を向上させることができる。例えば、６００ｍｍ×７２０ｍｍのガラス基板を支持基板１０５とした場合には、直径４５０ｍｍのシリコンウエハを使うことにより、２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１を４枚貼り合わせることができる。円形のシリコンウエハから前記した寸法の矩形の転置用半導体基板１０１を切り出すことにより、シリコンウエハの端材は残るが、矩形のガラス基板に密に転置用半導体基板１０１を配置させることが可能となる。また、７３０ｍｍ×９２０ｍｍのガラス基板を用いた支持基板１０５の場合には、３３５ｍｍ×３００ｍｍの転置用半導体基板１０１を６枚貼り合わせることができる。
転置用半導体基板１０１には表面から１０μｍ未満の領域、すなわち５０ｎｍ以上１００００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍから５０００ｎｍの深さに損傷層が形成されている。この損傷層を境界として転置用半導体基板１０１から単結晶半導体層を分離して、支持基板１０５上に単結晶半導体層を形成する。転置用半導体基板１０１をから剥離した単結晶半導体層を用いて光電変換装置を製造する工程の詳細は、以下に示す実施形態によって明らかにされる。
（実施形態１）
本形態では、単結晶半導体基板から薄い単結晶半導体層を分離して、絶縁表面を有する基板若しくは絶縁性の基板上に単結晶半導体層を転置することによって、太陽電池を用いた光電変換装置を製造する方法について図面を参照して説明する。
図７は本形態に係る光電変換装置１０の平面図を示す。この光電変換装置１０は、支持基板１０５上に貼り付けられた単結晶半導体層１１２に光が入射することで発電をする。単結晶半導体層１１２には、内蔵電界を形成するための不純物半導体層が形成されている。単結晶半導体層１１２としては、代表的には単結晶シリコンが適用される。また、単結晶半導体層１１２に代えて多結晶半導体層を適用することができる。この場合、多結晶シリコンが適用される。
図７の例では、単結晶半導体層１１２の表面側に、網状の第２電極１１５が設けられ、裏面側に第１電極（平面図では表示されない）が設けられている。補助電極１１４は裏面側に設けられる第１電極と接続する電極である。本形態の光電変換装置１０は、絶縁表面を有する支持基板１０５に単結晶半導体層１１２が接着される構成なので、正極とそれに対する負極の電極は、支持基板１０５の同じ面側に設けられる構成が主として採用される。
次に、図７のＡ−Ｂ切断線に対応する断面図を参照しながらこの光電変換装置１０の製造工程について説明する。
図８（Ａ）に示す転置用半導体基板１０１は円形の単結晶半導体基板より略四辺形に切り出されたものである。転置用半導体基板１０１は、代表的には単結晶シリコンであって、表面が鏡面研磨されたものが好ましい。保護膜１０６は酸化シリコン又は窒化シリコンで形成することが好ましく、化学気相成長法により形成する。転置用半導体基板１０１に第１不純物半導体層を形成する際、表面にイオンが照射されて平坦性が損なわれてしまうため、保護膜１０６を設けることが好ましい。保護膜１０６は５０ｎｍから２００ｎｍの厚さで設けることが好ましい。
そして、転置用半導体基板１０１に一導電型の第１不純物半導体層１０７を形成する。例えば、一導電型を付与する不純物として硼素を添加して、第１不純物半導体層１０７としてｐ型の半導体層を形成する。第１不純物半導体層１０７は、本形態の光電変換装置において、光入射側と反対側の面に配置され、裏面電界（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）を形成する。硼素の添加は、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３をソースガスとして、生成されたイオンを質量分離しないで電界で加速して、生成されるイオン流を基板に照射するイオンドーピング装置を用いて行う。保護膜１０６を通してイオンを第１不純物半導体層１０７に添加することにより、イオンの照射による表面の損傷を防止することができる。
図８（Ｂ）は、保護膜１０６を除去して、第１不純物半導体層１０７上に第１電極１０８を形成している。第１電極１０８は耐熱性金属で形成することが好ましい。耐熱性金属としては、チタン、モリブデン、タングステン、クロムなどの金属材料が適用される。また、これらの金属材料の窒化物を第１不純物半導体層１０７に接して形成して、第１電極１０８を金属材料の窒化物で形成した層と耐熱性金属で形成した層との二層構造としても良い。金属材料の窒化物で形成した層を設けることで、第１電極１０８と第１不純物半導体層１０７との密着性を向上させることができる。第１電極１０８は真空蒸着法又はスパッタリング法で形成する。
図８（Ｃ）は、第１電極１０８が形成された面から、水素イオンを含むイオンビームを転置用半導体基板１０１に照射して、損傷層１０９を形成する段階を示している。水素イオン、好ましくはＨ３ ＋に代表されるような、質量が水素分子よりも重いクラスターイオンを打ち込んで、表面から一定の深さの領域に損傷層１０９を形成する。損傷層１０９の深さは、イオンの加速エネルギーによって制御される。損傷層１０９の深さにより転置用半導体基板１０１から分離される単結晶半導体層の厚さが決まるので、クラスターイオンを加速する電界強度はそのことを考慮して決められる。損傷層１０９は、転置用半導体基板１０１の表面から１０μｍ未満の深さ、すなわち５０ｎｍ以上１００００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍから５０００ｎｍの深さに形成することが好ましい。また、第１電極１０８を通してクラスターイオンを転置用半導体基板１０１に打ち込むことで、イオンの照射により表面が損傷を受けてしまうことを防止することができる。また、第１不純物半導体層１０７を通して水素のクラスターイオンを打ち込んで損傷層１０９を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の水素化を兼ねることができる。
水素イオンであってＨ３ ＋に代表されるようなクラスターイオンは、水素プラズマを生成する。水素プラズマ中に生成されるイオンを質量分離せず、そのまま電界で加速することにより転置用半導体基板１０１に照射するイオンドーピング装置を用いて、損傷層１０９を形成することができる。イオンドーピング装置を用いることにより、面積の大きい転置用半導体基板１０１であっても容易に損傷層１０９を形成することができる。
図１３は、イオン源２００において生成された複数のイオンを、質量分離しないで転置用半導体基板１０１に照射するイオンドーピング装置の構成を説明する概略図である。イオン源２００にはガス供給部２０４から水素等の所定のガスが供給される。イオン源２００にはフィラメント２０１が備えられている。フィラメント電源２０２はフィラメント２０１へアーク放電電圧を印加し、フィラメント２０１に流れる電流を調節する。ガス供給部２０４から供給されたガスは、排気系２０９により排気される。
イオン源２００で生成されたイオンは、引出し電極系２０５によって引き出され、イオンビーム１１７を形成する。イオンビーム１１７は載置台２０６に置かれた転置用半導体基板１０１に照射される。イオンビーム１１７に含まれるイオンの割合は載置台２０６の近傍に設けられた質量分析管２０７によって計量される。質量分析管２０７によって計数されたイオン密度は質量分析計２０８で信号変換され、その結果を電源制御部２０３にフィードバックさせるようにしても良い。電源制御部２０３はイオン密度の計数結果に従って、フィラメント電源２０２を制御することができる。
図１３で示すように、ガス供給部２０４から供給された水素等のガスは、イオンドーピング装置のチャンバー内を流れ、排気系２０９によって排出される構成となっている。
このことは、質量分析管２０７を用いて載置台２０６に流れ込んでくるイオンビーム１１７の質量分析結果を見れば明らかであり、水素イオンであるＨ＋、Ｈ２ ＋、Ｈ３ ＋の総量に対してＨ３ ＋の割合は７０％以上となっている。それにより、多量に生成されたクラスターイオンであるＨ３ ＋を含むイオンビーム１１７を転置用半導体基板１０１に照射することで、Ｈ＋、Ｈ２ ＋を照射するよりも水素の添加効率が向上し、ドーズ量が少なくても水素を転置用半導体基板１０１に高濃度に含ませることができるという有意な効果を奏する。
このようにＨ３ ＋の割合を高めておくことで、損傷層１０９には１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の水素を含ませることが可能である。転置用半導体基板１０１に形成される損傷層１０９は結晶構造が失われ微小な空洞が形成され、多孔質構造となっている。そのため、比較的低温（６００℃以下）の加熱処理によって損傷層１０９に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、損傷層１０９に沿って分離した単結晶半導体層を得ることができる。
なお、略四辺形で形成される転置用半導体基板１０１の一辺の長さよりも長い線状イオンビームを、転置用半導体基板１０１の表面に走査して照射して、転置用半導体基板１０１にクラスターイオンを打ち込むことによって、深さが均一な損傷層１０９を形成することができる。
図８（Ｄ）は、第１電極１０８上に接着層１１０を形成する段階を示す。接着層１１０は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などの絶縁膜で形成する。接着層１１０は絶縁性の被膜を形成するものであれば、材料は限定されない。また、接着層１１０は平滑であり親水性の表面を有する膜で形成すれば良い。接着層１１０の平滑性でいえば、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下であることが好ましい。なお、ここでいう平均面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義されている「中心線平均粗さ」を面に対して適用できるよう三次元に拡張したものである。
平滑であり親水性の表面を形成する絶縁膜としては、水素を含有する酸化シリコン膜、水素を含有する窒化シリコン膜、酸素と水素を含有する窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等を適用することができる。
なお、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
水素を含有する酸化シリコン膜としては、例えば有機シランを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコン膜を用いることが好ましい。接着層１１０として、例えば有機シランを用いて形成された酸化シリコン膜を用いることによって、支持基板と転置した単結晶半導体層との接合を強固にすることができるためである。有機シランとしては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
水素を含有する窒化シリコン膜は、シランガスとアンモニアガスを用いてプラズマＣＶＤ法により作製することができる。前記ガスに水素が加えられていても良い。酸素と水素を含有する窒化シリコン膜は、シランガスとアンモニアガスと亜酸化窒素ガスを用いてプラズマＣＶＤ法で作製することができる。いずれにしても、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法により、シランガス等を原料ガスとして用いて作製される酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの絶縁膜であって水素が含まれるものであれば適用することができる。接着層１１０は、単結晶半導体基板に形成した損傷層１０９から水素が脱離しない温度である３５０℃以下で形成することが推奨される。
図９（Ａ）は支持基板１０５と転置用半導体基板１０１とを接着する段階を示す。この接着は、平滑であり親水性の表面を有する接着層１１０が支持基板１０５に密着することにより成される。この接合には、水素結合やファン・デル・ワールス力が作用している。接着層１１０の表面が親水性を有すると、水酸基や水分子が接着剤として働き、後の加熱処理によって水分子が拡散し、残留成分によってシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）が形成され、シラノール基が作用して水素結合により接合を形成する。さらにこの水素結合による接合は、水素が抜けることでシロキサン結合（Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）が形成されて共有結合になり、転置用半導体基板１０１と支持基板１０５の接合が強固なものとなる。なお、支持基板１０５の接着面にも、バリア層１１１として窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などを形成しておいても良い。バリア層１１１を形成することで、支持基板１０５からの不純物汚染を防止することができる。
また、支持基板１０５と接着層１１０との接着を良好に行うために、接着面を活性化しておくことは好ましい。例えば、接着面の一方又は双方に原子ビーム若しくはイオンビームを照射する。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。その他に、プラズマ照射若しくはラジカル処理を行うことで接着面を活性化することもできる。このような表面処理により、後の加熱処理の温度が４００℃以下であっても異種材料間の接合を形成することが容易となる。
図９（Ｂ）は、加熱処理により損傷層１０９を境界として転置用半導体基板１０１の表層部を分離して支持基板１０５に転置する段階を示す。加熱処理は接着層１１０の成膜温度以上、支持基板１０５の耐熱温度以下で行うことが好ましい。例えば４００℃から６００℃の加熱処理を行うことにより、損傷層１０９に形成された微小な空洞の堆積変化が起こり、その領域に沿って分離する。接着層１１０は支持基板１０５と接着しているので、支持基板１０５には単結晶半導体層１１２と第１電極１０８が残存する。このとき、単結晶半導体層１１２の厚さは、損傷層の深さにほぼ対応し、５０ｎｍ以上１００００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍから５０００ｎｍの厚さに形成される。
以上の工程により、支持基板１０５上に接着層１１０により固定された単結晶半導体層１１２を設けることができる。単結晶半導体層１１２の分離された面は、平均面粗さ（Ｒａ）が７ｎｍ〜１０ｎｍ、最大高低差（Ｐ−Ｖ）が３００ｎｍ〜４００ｎｍの値を有している。なお、ここでいう最大高低差とは、山頂と谷底の高さの差を示す。また、ここでいう山頂と谷底とはＪＩＳ Ｂ０６０１で定義されている「山頂」「谷底」を三次元に拡張したものであり、山頂とは指定面の山において最も標高の高いところ、谷底とは指定面の谷において最も標高の低いところと表現される。また、損傷層１０９を形成するために打ち込まれたイオンによって、単結晶半導体層１１２に結晶欠陥が形成されている。
なお図１０で示すように、単結晶半導体層１１２は、支持基板１０５上に複数個を一度に接着することができる。例えば、６００ｍｍ×７２０ｍｍの支持基板１０５に、２８０ｍｍ×３５０ｍｍの転置用半導体基板１０１を４枚貼り合わせることができる。
図１１（Ａ）は、単結晶半導体層１１２に第１不純物半導体層１０７とは逆の導電型を付与する不純物を添加して、第２不純物半導体層１１３を形成する。例えば、リン又は砒素を添加して第２不純物半導体層１１３としてｎ型の半導体層を形成する。
なお、単結晶半導体層１１２の表面は損傷層１０９に最も近い領域、又は損傷層１０９の一部を含む領域であるので、後のレーザ処理の前に表層をエッチングにより除去しておくことが好ましい。エッチングとしてドライエッチング又はウエットエッチングを行えば良い。
図１１（Ｂ）は、単結晶半導体層１１２に残留する結晶欠陥の修復をするために、レーザ処理をする段階を示している。レーザビーム１１８を単結晶半導体層１１２に照射することで、単結晶半導体層１１２の少なくとも表面側（単結晶半導体層１１２の表層）は溶融し、後の冷却過程で固相状態の下層部を種結晶として再単結晶化する。その過程で単結晶半導体層１１２の表面は平坦化されて単結晶半導体層１１２ａを得ることができる。また、第２不純物半導体層１１３のレーザ処理によって、不純物元素が表面側に高濃度に分布した第２不純物半導体層１１３ａを得ることができる。このレーザ処理のとき、少なくともレーザビームの照射領域は２５０℃から６００℃の温度に加熱されていることが好ましい。照射領域を加熱しておくことで、レーザビームの照射による溶融時間を長くすることができ、欠陥の修復をより効果的に行うことができる。レーザビーム１１８の照射により単結晶半導体層１１２の表面側は溶融するものの、支持基板１０５は殆ど加熱されないので、ガラス基板のような耐熱性の低い基板を支持基板１０５として用いることが可能になる。また、第１電極１０８は耐熱性金属で形成されているので、上記温度で加熱されても単結晶半導体層１１２に悪影響を及ぼすことがない。第１電極１０８と第１不純物半導体層１０７の界面ではシリサイドが形成され、より電流が流れ易くなる。このレーザ処理は第２不純物半導体層１１３の活性化を兼ねている。
このレーザ処理を行うためのレーザ処理装置の一例を、図１４を参照して説明する。レーザ処理装置は、レーザ発振器２１０、レーザ光を集光及び伸長して断面形状が細い線状のレーザビームを形成する光学系２１１、レーザビームの照射領域の雰囲気を制御するガス噴射筒２１２、ガス噴射筒２１２に雰囲気制御ガスを供給するガス供給部２１３、流量制御部２１４、ガス加熱部２１５、支持基板１０５を浮遊させ搬送する基板ステージ２２２、基板の両端を支持して搬送するガイドレール２２３、基板ステージ２２２に浮遊用のガスを供給するガス供給部２１６を備えている。
レーザ発振器２１０は、その発振波長が、紫外光域乃至可視光域にあるものが選択される。レーザ発振器２１０は、パルス発振型のＡｒＦ、ＫｒＦ又はＸｅＣｌエキシマレーザ、或いはＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザなどの固体レーザで、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下のものが好ましい。例えば、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いる。
光学系２１１はレーザ光を集光及び伸張して、被照射面に断面形状が線状のレーザビームを形成する。線状レーザビームを形成する光学系２１１は、シリンドリカルレンズアレイ２１７、シリンドリカルレンズ２１８、ミラー２１９、ダブレットシリンドリカルレンズ２２０により構成される。レンズの大きさにもよるが、長手方向は１００ｍｍ〜７００ｍｍ、短手方向は１００〜５００μｍ程度の線状レーザビームを形成することが可能である。
線状に集光及び伸長されたレーザビームはガス噴射筒２１２の光導入窓２２１を通して支持基板１０５に照射される。ガス噴射筒２１２は支持基板１０５と近接して配置されている。ガス噴射筒２１２にはガス供給部２１３から窒素ガスが供給されている。窒素ガスはガス噴射筒２１２の支持基板１０５に面した開口部から噴射する。ガス噴射筒２１２の開口部は、光導入窓２２１から入射したレーザビームが支持基板１０５に照射されるように、線状のレーザビーム１１８の光軸に合わせて配置されている。ガス噴射筒２１２の開口部から噴射する窒素ガスにより、レーザビームの照射領域は窒素雰囲気となる。
ガス噴射筒２１２に供給する窒素ガスをガス加熱部２１５で２５０℃から６００℃に加熱することにより、加熱された窒素ガスで支持基板１０５の、レーザビーム照射面の温度を制御することができる。照射領域を加熱しておくことで、上記のようにレーザビームの照射による溶融時間を制御することができる。
基板ステージ２２２には、ガス供給部２１６から空気又は窒素が流量制御部２１４を通して供給される。ガス供給部２１６から供給される気体は、基板ステージ２２２の主面から、支持基板１０５の下面を吹き付けるように噴出させて、支持基板１０５を浮遊させる。支持基板１０５は両端がガイドレール２２３上を動くスライダ２２４に載せられて搬送されるが、基板ステージ２２２側からガスが吹き付けられることにより、湾曲せずに浮遊した状態で搬送することができる。本形態のレーザ処理装置では、支持基板１０５の上面にガス噴射筒２１２から窒素ガスを噴出させ、その下面にもガスを吹き付けることにより、支持基板１０５の撓みを防ぐことができる。このような基板ステージ２２２の構成は、一辺が５００ｍｍを超え、厚さが１ｍｍ以下のガラス基板を処理する場合に有効である。例えば、６００ｍｍ×７２０ｍｍないし７３０ｍｍ×９２０ｍｍで厚さが０．７ｍｍ以下のガラス基板を処理することができる。
基板ステージ２２２は、レーザ照射部近傍と、それ以外の領域に区画されていても良い。基板ステージ２２２のレーザ照射部近傍では、ガス加熱部２１５により加熱された窒素ガスを吹き付けるようにしても良い。それにより、支持基板１０５を加熱することができる。
図１５はこのようなレーザ処理装置によって、支持基板１０５上の単結晶半導体層１１２に対しレーザ処理をする態様を示している。複数の単結晶半導体層１１２が支持基板１０５上に接着されており、線状に集光および伸長されたレーザビーム１１８は、支持基板１０５が移動することにより全面に照射することができる。
図１１（Ｃ）は、単結晶半導体層１１２ａの端部をエッチングして第１電極１０８を露出させる段階を示している。エッチングは単結晶半導体層１１２ａにマスクを形成し、ＮＦ３、ＳＦ６などのガスを用いてドライエッチングを行えば良い。
図１２（Ａ）は、第１電極１０８に接する補助電極１１４と、第２不純物半導体層１１３ａ上の第２電極１１５を形成する段階を示している。補助電極１１４は図１１（Ｃ）でエッチングにより露出した第１電極１０８に接触するように形成する。第２電極１１５は、図７の平面図で示すように櫛型又は格子状の電極である。補助電極１１４及び第２電極１１５は、アルミニウム、銀、鉛錫（半田）などで形成すれば良い。例えば、銀ペーストを用いてスクリーン印刷法で形成する。
その後、図１２（Ｂ）で示すように、パッシベーション膜を兼ねた反射防止膜１１６を形成する。反射防止膜１１６は、窒化シリコン膜で形成することが好ましく、窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜との積層で形成しても良い。
このようにして図７で示す光電変換装置１０を製造することができる。本工程によれば、異種材料間の接合技術と、レーザ処理技術を用いることにより、７００℃以下（好適には５００℃以下）のプロセス温度で１０μｍ以下の単結晶半導体層を有する光電変換装置を製造することができる。すなわち、耐熱温度が７００℃以下の大面積ガラス基板に、単結晶半導体層を設けた光電変換装置を製造することができる。単結晶半導体層は単結晶半導体基板の表層部を分離することにより得られるが、単結晶半導体層の表層部を分離した後の単結晶半導体基板は繰り返し利用することができるので資源を有効に利用することができる。
（実施形態２）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図１６（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図１６（Ａ）に示すように、転置用半導体基板１０１に保護膜１０６を形成し、保護膜１０６を通して一導電型を付与する不純物を添加して第１不純物半導体層１０７を形成した後、図１６（Ｂ）に示すように、保護膜１０６をそのまま残して、水素のクラスターイオンを打ち込み損傷層１０９を形成する。その後、図１６（Ｃ）に示すように、保護膜１０６を除去し、第１電極１０８を形成する。
このような工程とすることで、保護膜１０６をイオンドーピングにおける損傷防止層として有効に利用することができる。すなわち、イオンの照射で損傷を受けた保護膜１０６を、第１電極１０８の形成前に除去することで、転置用半導体基板１０１の表面の損傷を防止することができる。また、第１不純物半導体層１０７を通して水素のクラスターイオンを打ち込んで損傷層１０９を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の水素化を兼ねることができる。
（実施形態３）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図１７（Ａ）に示すように、転置用半導体基板１０１に第１電極１０８を形成し、図１７（Ｂ）に示すように、第１電極１０８を通して一導電型を付与する不純物を添加して第１不純物半導体層１０７を形成する。そして、図１７（Ｃ）に示すように、第１電極１０８と第１不純物半導体層１０７を通して水素のクラスターイオンを打ち込み損傷層１０９を形成する。
本工程では、第１電極１０８を通して第１不純物半導体層１０７を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の厚さを制御することが容易となる。また、第１電極１０８を形成した後に、損傷層１０９を形成することにより、第１電極１０８をイオンドーピングにおける損傷防止層として利用することができる。これにより、イオンドーピングのために保護膜を形成する工程を省略することができる。さらに、第１不純物半導体層１０７を通して水素のクラスターイオンを打ち込んで損傷層１０９を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の水素化を兼ねることができる。
（実施形態４）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図１８（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図１８（Ａ）に示すように、転置用半導体基板１０１に第１電極１０８を形成し、図１８（Ｂ）に示すように、第１電極１０８を通して水素のクラスターイオンを打ち込み損傷層１０９を形成する。そして、図１８（Ｃ）に示すように、第１電極１０８を通して一導電型を付与する不純物を添加して第１不純物半導体層１０７を形成する。
本工程では、第１電極１０８を通して第１不純物半導体層１０７を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の厚さを制御することが容易となる。また、第１電極１０８を形成した後に、損傷層１０９を形成することにより、第１電極１０８をイオンドーピングにおける損傷防止層として利用することができる。これにより、イオンドーピングのために保護膜を形成する工程を省略することができる。さらに、損傷層１０９を形成した後に、第１不純物半導体層１０７を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の不純物濃度を高濃度化することができ、浅い接合を形成することができる。これにより、裏面電界（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）効果により光生成キャリアの収集効率の高い光電変換装置を製造することができる。
（実施形態５）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図１９（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図１９（Ａ）に示すように、転置用半導体基板１０１に保護膜１０６を形成し、水素のクラスターイオンを打ち込み損傷層１０９を形成し、図１９（Ｂ）に示すように、保護膜１０６をそのまま残して、一導電型を付与する不純物を添加して第１不純物半導体層１０７を形成する。そして、図１９（Ｃ）に示すように、保護膜１０６を除去し、第１電極１０８を形成する。
このような工程とすることで、保護膜１０６をイオンドーピングにおける損傷防止層として有効に利用することができる。すなわち、イオンの照射で損傷を受けた保護膜１０６を、第１電極１０８の形成前に除去することで、転置用半導体基板１０１の表面の損傷を防止することができる。また、損傷層１０９を形成した後に、第１不純物半導体層１０７を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の不純物濃度を高濃度化することができ、浅い接合を形成することができる。これにより、裏面電界（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）効果により光生成キャリアの収集効率の高い光電変換装置を製造することができる。
（実施形態６）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図２０（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図２０（Ａ）に示すように、転置用半導体基板１０１に保護膜１０６を形成し、保護膜１０６を通して水素のクラスターイオンを打ち込み損傷層１０９を形成し、図２０（Ｂ）に示すように、保護膜１０６を除去し、第１電極１０８を形成する。そして、図２０（Ｃ）に示すように、第１電極１０８を通して一導電型を付与する不純物を添加して第１不純物半導体層１０７を形成する。
保護膜１０６をイオンドーピングにおける損傷防止層として有効に利用することができる。すなわち、イオンの照射で損傷を受けた保護膜１０６を、第１電極１０８の形成前に除去することで、転置用半導体基板１０１の表面の損傷を防止することができる。また、損傷層１０９を形成した後に、第１不純物半導体層１０７を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の不純物濃度を高濃度化することができ、浅い接合を形成することができる。これにより、裏面電界（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）効果により光生成キャリアの収集効率の高い光電変換装置を製造することができる。さらに、第１電極１０８を通して第１不純物半導体層１０７を形成することにより、第１不純物半導体層１０７の厚さを制御することが容易となる。
（実施形態７）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図２１（Ａ）〜（Ｃ）に示す。支持基板１０５上に単結晶半導体層１１２を接着し、第２不純物半導体層１１３を形成し、レーザ処理を行った後（図１１（Ｂ））、図２１（Ａ）に示すように反射防止膜１１６を形成する。その後、図２１（Ｂ）で示すように、単結晶半導体層１１２ａの端部をエッチングして第１電極１０８を露出させ、図２１（Ｃ）で示すように第２電極１１５及び補助電極１１４を形成する。第２電極１１５は反射防止膜１１６上に形成されるが、絶縁破壊電圧を瞬間的に印加してバーンインコンタクトを形成することにより電極として機能させることができる。
本形態は、実施形態２〜６と自由に組み合わせることができる。
（実施形態８）
本形態では、実施形態１と異なる製造方法を図２２（Ａ）〜（Ｃ）、図２３（Ａ）、（Ｂ）に示す。支持基板１０５上に単結晶半導体層１１２を接着した後（図９（Ｂ））、図２２（Ａ）で示すように、単結晶半導体層１１２に残留する結晶欠陥の修復をするために、レーザ処理を行う。レーザビーム１１８を単結晶半導体層１１２に照射することで、単結晶半導体層１１２の少なくとも表面側は溶融し、後の冷却過程で固相状態の下層部を種結晶として再単結晶化する。その過程で単結晶半導体層１１２の表面は平坦化されて単結晶半導体層１１２ｂを得ることができる。このレーザ処理のとき、少なくともレーザビームの照射領域は、２５０℃から６００℃の温度に加熱されていることが好ましい。照射領域を加熱しておくことで、レーザビームの照射による溶融時間を長くすることができ、欠陥の修復をより効果的に行うことができる。レーザビーム１１８の照射により単結晶半導体層１１２の表面側は溶融するものの、支持基板１０５は殆ど加熱されないので、ガラス基板のような耐熱性の低い基板を支持基板１０５として用いることが可能になる。また、第１電極１０８は耐熱性金属で形成されているので、上記温度で加熱されても単結晶半導体層１１２に悪影響を及ぼすことがない。第１電極１０８と第１不純物半導体層１０７の界面ではシリサイドが形成され、より電流が流れ易くなる。
なお、単結晶半導体層１１２の表面は損傷層１０９に最も近い領域、又は損傷層１０９の一部を含む領域であるので、レーザ処理の前に表層をエッチングにより除去しておくことが好ましい。エッチングとしてドライエッチング又はウエットエッチングを行えば良い。
レーザ処理には、一例として図１４に示すレーザ処理装置を用いることができる。また、このようなレーザ処理装置によって、図１５に示すように、支持基板１０５上の単結晶半導体層１１２のレーザ処理を行うことができる。
その後、図２２（Ｂ）で示すように、単結晶半導体層１１２ｂに第１不純物半導体層１０７とは逆の導電型を付与する不純物を添加して、第２不純物半導体層１１３ｂを形成する。例えば、リン又は砒素を添加して第２不純物半導体層１１３ｂとしてｎ型の半導体層を形成する。この場合、単結晶半導体層１１２ｂは、先の工程でレーザ処理により表面の結晶欠陥が修復され、平坦化されているので、第２不純物半導体層１１３ｂの不純物濃度と、添加深さを精密に制御することができる。すなわち、レーザビームを照射して、単結晶半導体層１１２の表面を処理し、その後不純物を添加して第２不純物半導体層１１３ｂを形成することにより、第２不純物半導体層１１３ｂに含まれる不純物の濃度を高濃度化することができ、浅い接合を形成することができる。それにより、光生成キャリアの収集効率の高い光電変換装置を得ることができる。また、第２不純物半導体層１１３ｂの形成前にレーザ処理を行うことにより、レーザビームの照射による溶融領域を単結晶半導体層１１２の内部深くまで広げることができ、再単結晶化による欠陥修復の効果をより高めることができる。
図２２（Ｃ）は、単結晶半導体層１１２ｂの端部をエッチングして第１電極１０８を露出させる段階を示している。エッチングは単結晶半導体層１１２ｂにマスクを形成し、ＮＦ３、ＳＦ６などのガスを用いてドライエッチングを行えば良い。
図２３（Ａ）は、第１電極１０８に接する補助電極１１４と、第２不純物半導体層１１３ｂ上の第２電極１１５を形成する段階を示している。補助電極１１４は図１１（Ｃ）でエッチングにより露出した第１電極１０８に接触するように形成する。第２電極１１５は、図７の平面図で示すように櫛型又は格子状の電極である。補助電極１１４及び第２電極１１５は、アルミニウム、銀、鉛錫（半田）などで形成すれば良い。例えば、銀ペーストを用いてスクリーン印刷法で形成する。
その後、図２３（Ｂ）で示すように、パッシベーション膜を兼ねた反射防止膜１１６を形成する。反射防止膜１１６は、窒化シリコン膜で形成することが好ましく、窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜との積層膜で形成しても良い。
このようにして図７で示す光電変換装置１０を製造することができる。本工程によれば、異種材料間の接合技術と、レーザ処理技術を用いることにより、７００℃以下（好適には５００℃以下）のプロセス温度で１０μｍ以下の単結晶半導体層を有する光電変換装置を製造することができる。すなわち、耐熱温度が７００℃以下の大面積ガラス基板に、単結晶半導体層を設けた光電変換装置を製造することができる。単結晶半導体層は単結晶半導体基板の表層部を分離することにより得られるが、単結晶半導体層の表層部を分離した後の単結晶半導体基板は繰り返し利用することができるので資源を有効に利用することができる。
本形態は、実施形態２〜６と自由に組み合わせることができる。
（実施形態９）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図２４（Ａ）〜（Ｃ）、図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）に示す。支持基板１０５上に単結晶半導体層１１２を接着した後（図９（Ｂ））、図２２（Ａ）で説明したように、図２４（Ａ）で示すように、単結晶半導体層１１２に残留する結晶欠陥の修復をするためにレーザ処理を行う。
その後、図２２（Ｂ）で説明したように、図２４（Ｂ）で示すように、単結晶半導体層１１２ｂに第１不純物半導体層１０７とは逆の導電型を付与する不純物を添加して、第２不純物半導体層１１３ｂを形成する。第２不純物半導体層１１３ｂの形成前にレーザ処理を行うことにより、レーザビームの照射による溶融領域を単結晶半導体層１１２の内部深くまで広げることができ、再単結晶化による欠陥修復の効果をより高めることができる。
そして、図２４（Ｃ）に示すように反射防止膜１１６を形成する。
その後、図２５（Ａ）で示すように、単結晶半導体層１１２ｂの端部をエッチングして第１電極１０８を露出させ、図２５（Ｂ）で示すように第２電極１１５及び補助電極１１４を形成する。第２電極１１５は反射防止膜１１６上に形成されるが、絶縁破壊電圧を瞬間的に印加してバーンインコンタクトを形成することにより電極として機能させることができる。
本形態によれば、単結晶半導体層１１２ｂに第２不純物半導体層１１３ｂを形成した後にパッシベーション膜としても機能する反射防止膜１１６を形成することで、表面再結合速度を低くすることができ、光電変換装置の変換効率を高めることができる。
本形態は、実施形態２〜６と自由に組み合わせることができる。
（実施形態１０）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図２６（Ａ）〜（Ｃ）に示す。支持基板１０５上に単結晶半導体層１１２を接着した後（図９（Ｂ））、図２２（Ａ）で説明したように、図２６（Ａ）で示すように、単結晶半導体層１１２に残留する結晶欠陥の修復をするために、レーザ処理を行う。レーザビーム１１８を単結晶半導体層１１２に照射することで、単結晶半導体層１１２の少なくとも表面側は溶融し、後の冷却過程で固相状態の下層部を種結晶として再単結晶化する。その過程で単結晶半導体層１１２の表面は平坦化されて単結晶半導体層１１２ｂを得ることができる。
その後、図２６（Ｂ）で示すように反射防止膜１１６を形成する。
そして、図２６（Ｃ）で示すように、単結晶半導体層１１２ｂに第１不純物半導体層１０７とは逆の導電型を付与する不純物を添加して、第２不純物半導体層１１３ｂを形成する。本形態によれば、第２不純物半導体層１１３ｂの形成前にレーザ処理を行うことにより、レーザビームの照射による溶融領域を単結晶半導体層１１２の内部深くまで広げることができ、再単結晶化による欠陥修復の効果をより高めることができる。
その後、図２５（Ａ）のように単結晶半導体層１１２ｂの端部をエッチングして第１電極１０８を露出させ、図２５（Ｂ）で示すように第２電極１１５及び補助電極１１４を形成する。第２電極１１５は反射防止膜１１６上に形成されるが、絶縁破壊電圧を瞬間的に印加してバーンインコンタクトを形成することにより電極として機能させることができる。
本形態は、実施形態２〜６と自由に組み合わせることができる。
（実施形態１１）
本形態は、実施形態１と異なる製造工程を図２７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。支持基板１０５上に単結晶半導体層１１２を接着し（図９（Ｂ））、単結晶半導体層１１２に残留する結晶欠陥の修復をするために、レーザ処理を行った後（図２２（Ａ））、図２７（Ａ）で示すように、単結晶半導体層１１２ｂに絶縁層１１９を形成する。
そして、図２７（Ｂ）で示すように、絶縁層１１９に開口部を形成して単結晶半導体層１１２ｂを露出させた後、第１不純物半導体層１０７とは逆の導電型を付与する不純物を添加して、その開口部に第２不純物半導体層１１３ｂを形成する。第２不純物半導体層１１３ｂの形成前にレーザ処理を行うことにより、レーザビーム１１８の照射による溶融領域を単結晶半導体層１１２の内部深くまで広げることができ、再単結晶化による欠陥修復の効果をより高めることができる。
その後、図２７（Ｃ）で示すように、絶縁層１１９と単結晶半導体層１１２ｂを貫通し第１電極１０８に達する開口部を形成し、補助電極１１４及び第２電極１１５を形成する。さらに反射防止膜１１６を形成する。本形態のように、単結晶半導体層１１２ｂの内側に開口部を形成して第１電極１０８と導通する補助電極１１４を形成することにより、光電変換装置の小型化を図ることができる。
本形態は、実施形態２〜６と自由に組み合わせることができる。
本実施例では、本発明により製造される光電変換装置を用いた太陽光発電モジュールと、太陽光発電モジュールを用いた太陽光発電システムの一例について説明する。
図２８（Ａ）、（Ｂ）に、太陽光発電モジュールの構成を示す。図２８（Ａ）の太陽光発電モジュール１２は、支持基板１０５に接着された単結晶半導体層１１２により光電変換装置１０が構成されている。単結晶半導体層１１２には光電変換機能を発現させる第１不純物半導体層、第２不純物半導体層などが形成されている。
補助電極１１４は単結晶半導体層１１２の裏面側に形成されている第１電極と接続する電極であり、第２電極１１５は櫛形又は格子状の電極である。補助電極１１４と第２電極１１５は支持基板１０５の一面に形成され、支持基板１０５の端部領域でコネクタ用の第１裏面電極１２０と第２裏面電極１２１とそれぞれ接続する。図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）のＣ−Ｄ切断線に対応する断面図であり、支持基板１０５の貫通口を通して補助電極１１４と第２電極１１５が第１裏面電極１２０と第２裏面電極１２１にそれぞれ接続している。
このように、支持基板１０５に単結晶半導体層１１２を接着して光電変換装置１０を形成することにより、太陽光発電モジュールの薄型化を図ることができる。
図２９に、太陽光発電モジュール１２を用いた太陽光発電システムの一例を示す。一又は複数の太陽光発電モジュール１２の出力電力は、充電制御回路１２２により蓄電池１２３を充電する。蓄電池１２３の充電量が多い場合には、負荷１２４に直接出力される場合もある。
蓄電池１２３として電気二重層キャパシタを用いると、充電に化学反応を必要とせず、急速に充電することができる。また、化学反応を利用する鉛蓄電池などに比べ、寿命を約８倍、充放電効率を１．５倍に高めることができる。負荷１２４としては、蛍光灯、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンスパネルなどの照明、小型の電子機器など、さまざまな用途に応用することができる。
円形の単結晶半導体基板から、所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出す態様を示す図。 円形の単結晶半導体基板から切り出した転置用半導体基板の態様を示す図。 転置用半導体基板の構成を示しており、角部の拡大図及び周辺端部の断面形状を説明する図。 円形の単結晶半導体基板から、所定の外形寸法の転置用半導体基板を切り出す態様を示す図。 円形の単結晶半導体基板から切り出した転置用半導体基板の態様を示す図。 転置用半導体基板を支持基板に貼り合わせるときの配置を説明する平面図。 光電変換装置の構成を示す平面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 支持基板上の単結晶半導体層の配置を説明する平面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 イオンドーピング装置の構成を説明する概略図。 レーザ処理装置の構成を説明する概念図。 支持基板上の単結晶半導体層に対しレーザ処理をする態様を説明する平面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 光電変換装置の製造工程を説明する断面図。 太陽光発電モジュールの構成を説明する平面図。 太陽光発電システムの一例を説明する図。
符号の説明
１０ 光電変換装置
１２ 太陽光発電モジュール
１００ 単結晶半導体基板
１０１ 転置用半導体基板
１０２ 切断線
１０３ 切断線
１０４ 角部
１０５ 支持基板
１０６ 保護膜
１０７ 第１不純物半導体層
１０８ 第１電極
１０９ 損傷層
１１０ 接着層
１１１ バリア層
１１２ 単結晶半導体層
１１２ａ 単結晶半導体層
１１２ｂ 単結晶半導体層
１１３ 第２不純物半導体層
１１３ａ 第２不純物半導体層
１１３ｂ 第２不純物半導体層
１１４ 補助電極
１１５ 第２電極
１１６ 反射防止膜
１１７ イオンビーム
１１８ レーザビーム
１１９ 絶縁層
１２０ 第１裏面電極
１２１ 第２裏面電極
１２２ 充電制御回路
１２３ 蓄電池
１２４ 負荷
１２６ 矩形領域
２００ イオン源
２０１ フィラメント
２０２ フィラメント電源
２０３ 電源制御部
２０４ ガス供給部
２０５ 引出し電極系
２０６ 載置台
２０７ 質量分析管
２０８ 質量分析計
２０９ 排気系
２１０ レーザ発振器
２１１ 光学系
２１２ ガス噴射筒
２１３ ガス供給部
２１４ 流量制御部
２１５ ガス加熱部
２１６ ガス供給部
２１７ シリンドリカルレンズアレイ
２１８ シリンドリカルレンズ
２１９ ミラー
２２０ ダブレットシリンドリカルレンズ
２２１ 光導入窓
２２２ 基板ステージ
２２３ ガイドレール
２２４ スライダ

Claims (11)

  1. 水素のクラスターイオンを７０％以上含むイオンビームを単結晶半導体基板に照射して、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さに損傷層を形成し、
    前記単結晶半導体基板の前記イオンビームの照射面側に少なくとも一導電型の第１不純物半導体層と、前記第１不純物半導体層に接する第１電極と、前記第１電極上に接合層と、を形成し、
    絶縁表面を有する支持基板の一面に、複数の前記単結晶半導体基板を、前記接合層を密接させて配列し、
    加熱処理を行うことにより、前記支持基板上に単結晶半導体層を残存させたまま、前記損傷層を境界として前記単結晶半導体基板の一部を分離し、
    前記単結晶半導体層の、前記単結晶半導体基板の一部の分離により露出した面側に、前記一導電型とは逆の導電型の第２不純物半導体層を形成し、
    前記第２不純物半導体層側から前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層の表面を平坦化することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  2. 請求項１において、
    前記単結晶半導体層にレーザビームを照射した後に、前記単結晶半導体層の一部を除去して前記第１電極を露出させ、
    前記第１電極に接する補助電極と、前記第２不純物半導体層上に第２電極と、を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  3. 水素のクラスターイオンを７０％以上含むイオンビームを単結晶半導体基板に照射して、前記単結晶半導体基板の表面から所定の深さに損傷層を形成し、
    前記単結晶半導体基板の前記イオンビームの照射面側に少なくとも一導電型の第１不純物半導体層と、前記第１不純物半導体層に接する第１電極と、前記第１電極上に接合層と、を形成し、
    絶縁表面を有する支持基板の一面に、複数の前記単結晶半導体基板を、前記接合層を密接させて配列し、
    加熱処理を行うことにより、前記支持基板上に単結晶半導体層を残存させたまま、前記損傷層を境界として前記単結晶半導体基板の一部を分離し、
    前記単結晶半導体層の、前記単結晶半導体基板の一部の分離により露出した面側から前記単結晶半導体層にレーザビームを照射して、前記単結晶半導体層の表面を平坦化し、
    前記レーザビームを照射した面側に、前記一導電型とは逆の導電型の第２不純物半導体層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  4. 請求項３において、
    前記第２不純物半導体層を形成した後に、前記単結晶半導体層の一部を除去して前記第１電極を露出させ、
    前記第１電極に接する補助電極と、前記第２不純物半導体層上に第２電極と、を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記単結晶半導体層の前記レーザビームの照射領域は、２５０℃から６００℃の温度に加熱されていることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記水素のクラスターイオンは、水素イオンであって質量が水素分子よりも重いクラスターイオンであることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
    前記クラスターイオンは、Ｈ３ ＋であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記レーザビームの照射は、窒素雰囲気中で行われることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記損傷層を、前記単結晶半導体基板の表面から１０μｍ未満の深さに形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
    前記支持基板は、一辺が５００ｍｍ以上の四辺形のガラス基板であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
    前記単結晶半導体基板の直径が３００ｍｍ以上であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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