JPS6057232B2 - レ−ザビ−ムの走査による半導体皮膜の結晶度の改良方法及び装置 - Google Patents

レ−ザビ−ムの走査による半導体皮膜の結晶度の改良方法及び装置

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JPS6057232B2 JP51148619A JP14861976A JPS6057232B2 JP S6057232 B2 JPS6057232 B2 JP S6057232B2 JP 51148619 A JP51148619 A JP 51148619A JP 14861976 A JP14861976 A JP 14861976A JP S6057232 B2 JPS6057232 B2 JP S6057232B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光電池に有用な半導体皮膜に関する。
光電池は太陽光から直接電気エネルギーを発生する為に
開発されてきた。通常、光電池は一面が抵抗接触を有し
他面がｐ−ｎ接合ないしショットキ障壁の様な整流接触
を有する半導体層上に設置されている。この応用に対し
多くの半導体がこれまで試験され、光電池に対してはシ
リコンが所望の特性をもつことが分つた。シリコンウェ
ハを用いると、約１８％までの電力効率の光電池が作ら
れた。
しかし、この様な光電池の価格は非常に高く、実際上あ
まりに高価すぎると考えられている。それ故、シリコン
太陽電池は価格が問題にならない応用、例えば宇宙空間
飛翔体又は遠隔の電源用として用いられているにすぎな
い。この光電池の高価格性は、大部分、高能率動作に要
求される結晶の完全性の必要性とウェハを作る際の面倒
な手順とによつている。
電池の能率は、微小粒度の多結晶シリコン中に微結晶粒
子の境界が高密度に存在すると、減少する。出来るだけ
微結晶粒子の境界を除去するため、通常の光電池用のシ
リコンウェハの製造では、高質の単結晶シリコンｌ）０
ｕ１ｅを引き上げ、これを４００μｍ厚さのウェハに切
る。これらウェハを重ね合せて研磨し、設置した後、ド
ーパントを拡散して接合を形成する。これにより光電池
構造が製造される。現在得られる最高の効率を達成する
為にはこの光電池製造法が必要である。これは、効率が
最も重要で価格が二の次である宇宙空間への応用で大切
である。しかし、地上での応用では価格が主因子で、価
格が可成り安くなれば効率は幾分落ちても許容しうる。
低価格のシリコン光電池を製造する為現在研究されてい
る方向はＥＦＧ過程によりシリコンリボンを引き上げる
ことで、Ｃｈａｌｍｅｒｓ，Ｂ．，ｂＢｅｌｌｅ，Ｊｒ
．，Ｈ．Ｅ．ａｎｄＭｌａｕｓｋｙ，，Ａ．Ｉ．，Ｊ．
Ｃｒｙｓｔ．ＧｒＯｗｔｈ，■０１．１３／１４，Ｐ．
８４（１９７２）．を参照されたい。
この方法はシリコンウェハ工程における高価な切断と研
磨工程を省略し、直接約４００μｍ厚さのリボンで作る
ことにある。しかし、この方法は完全ではなく、長時間
に亘つて連続的な工程て高品質の材料を作ることは不可
能である。低価格の光電池を製造するもう一つの方法は
適当な基板上に沈着されたシリコン皮膜を用いることで
ある。このような皮膜は例えば約１０ｐｍの厚さを有し
、適切な工程により、シリコン単結晶ウェハによる光電
池の約８０％の効率あるいはそれより１０％以上の効率
で電力を発生することが出来る。この効率は電池の価格
が通常のものより極端に減少する以上、地上での応用に
対しては十分であると考えられる。厚さ約１０μｍの皮
膜シリコン光電池は厚さ約４００ｐｍのウェハ光電池に
比し可成りの材料の節約となる他、この様な皮膜はシリ
コンの清浄過程の最終工程で沈着することが出来るので
結晶引き上げ、切断、研磨の費用が回避出．来る。しか
し、能率よい光電池を製造するにおいてシリコン皮膜を
用いる以前に行わねばならない重要な工程は皮膜を処理
して大きい粒度の結晶材料を生成することである。光電
池に用いうる大きい配向性の微結晶を有す．る半導体皮
膜を製造する為にいくつかの試みがなされて来た。
例えば、化学的蒸気輸送（ＣＶＴ）、真空蒸着、高温熱
結晶化、電子ビーム加熱が試みられた。これらの大部分
は固有の欠点を有し、あるいは所望の皮膜を製造する可
能性が限られてい，た。蒸着および電子ビーム加熱は高
真空条件を必要とし、これか複雑性をもたらし皮膜製造
を高価にした。最近多結晶シリコン皮膜の改良に対しレ
ーザを用いる試みがなされている。
文献によれば、例えば、過渡的レーザ加熱と熔融を用い
た二段階工程技術を用いて、シリカの様な基板上の微小
粒度のシリコン皮膜内に高粒度の多結晶シリコン弧立領
域を生成することが可能な事が報告されている（Ｌｌｆ
ｆ．Ｒ．Ａ．ａｒＫｌＨｕｔｃｈｉｎｓ，Ｇ．Ｌ．，Ｉ
ＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｌＯｎｓＯｎＥｌｅｃｔｒＯｎ
ＤｅｖｉＣｅｓ．ＥＤ−２１，Ｎ０．１１，Ｎ０Ｖ．１
９７４．Ｐ．７お参照）。Ｌａｆｆ氏等の技術によれば
ガウス分布的に結像された中程度の出力”（１．５Ｗ）
の連続アルゴンイオンレーザビームを、ＣＶＴ法により
沈着された微粒度のシリコンの厚さ１μｍの皮膜表面に
沿つて約１０Ｃｒｆｔ／ＳｅＣの速度で掃引させる。ビ
ームは掃引と共に変調し軌跡に沿つた局所的な部分のみ
が照射する様にする。これによつて皮膜の局所的加熱が
約１０−４秒間に約１０００℃に迄上り、再結晶化させ
加熱領域を周囲の微粒度領域に比し選択的に耐エッチン
グ性とする。掃引された変調ビームをくりかえし段階的
に偏向することにより弧立したシリコンの島のＸ−Ｙ配
列をマスクなしでうることが出来、約１μｍの粒度の微
結晶がえられる。レーザビームをもう一度ゆつくりとこ
れら弧立した島に照射することによつて長さＬく５０ｐ
ｍ，熔融時間ｔ〈１０−３ｓｅｃの局所的熔融を起こし
微結晶粒度を約５μｍとする。シリコン粒度を幾分大き
くすることは出来たがＬｌｆｆ氏等の方法は光電池用の
シリコン皮膜の大規模な低価格製造には不十分である。
使用するアルゴンイオンレーザは、例えば、約０．０５
％の出力効率しかもたず非常に効率が悪い。更に、アル
ゴンイオンレーザの周波数においてシリコンの吸収係数
が高いので、加熱は表面層のみに限られ、この為太陽電
池用としての十分な厚さのシリコン皮膜を作るのにはア
ルゴンイオンレーザは不向きであろう。従つて、光電池
に対して有力な半導体皮膜を製造する新しい技術を開発
することを目的として多くの研究がなされたにも拘らず
、これらの全ては不十分であり、更に改良された技術が
強く要求されている。
本発明は特定の半導体の光学的吸収特性に適合した高電
力レーザからの収束されたビームによつてこの半導体を
走査することによりその結晶性が著しく改善されるとい
う発見に関する。
例としてＭｄ：ＹＡＧレーザからの収束ビームで非晶質
シリコン皮膜を結晶化が生じる温度に十分な速度で走査
することができる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザが、特にシリコ
ン皮膜に対しては望ましいのは、比較的高い効率および
高出力性と、レーザ放射が約１０ｐｍ厚に亘つてほＳ゛
一様に吸収され非晶質シリコン皮膜の吸収特性に適合し
ているからである。レーザ走査により大きいシリコン微
結晶を得た後、スリットの様な形状のレーザ光点を用い
て皮膜内に好適な結晶配向をうることが出来る。勿論、
レーザビームが十分なエネルギーを有し半導体がその結
晶特性を改良する以上、他の半導体や他のレーザの使用
が可能である。本方法は結晶化された半導体材料を得る
のに用いられた他の方法に比し大きい利点を有している
。
例えば、十分の効率で大電力密度が容易に得られる。又
、レーザビームは、殊殊な皮膜特性、例えば結晶の配向
性、を達成する為に色々な形状に収束出来る。この様な
結晶の配向性は他の皮膜製造法では得られないものであ
る。レーザ周波数を半導体吸収係数に適合させる様選ぶ
ことにより加熱を最適化できる。蒸着や電子ビーム加熱
技術と違つて、レーザ走査は真空を必要とせず、酸化を
避ける様制御された雰囲気ないしドーピング雰囲気中で
行うことが出来る。非晶質皮膜は結晶性皮膜に比しバン
ド幅が狭い傾向かあるのて、本方法は特に非晶質皮膜を
結晶性皮膜に変換するのに適している。
非晶質半導体材料を沈着することは低い沈着温度と一般
に工程の容易さの故に結晶性材料の沈着よりも技術的に
より容易でかつより経済的である。図面をより詳細に参
照すると、収束されたレーザビームにより半導体皮膜を
走査するに適した装置が第１図に示されている。レーザ
１０は例えばＮｄ：ＹＡＧレーザなる高出力高効率レー
ザで収束．レンズ１４により所望の形と寸法の光点に収
束されるレーザビーム１２を放射する。好適な光点の形
状としては細長いスリットがよく、というのはスリット
は半導体微結晶を配向させると同時に増大させるからで
ある。その理由はスリットにより，半導体皮膜内にその
長さ方向に直角に歪みが発生され、この歪みにより冷却
する皮膜の結晶化により好適な配向が生じ、成長された
配向性分域がレーザ走査によつて大きい粒度が生成され
るにつれて合体していくからである。収束されたレーザ
光点の正確な寸法と形状はレーザ出力、走査速度、走査
面積、所望の微結晶特性等に依存する。ビーム拡大器、
円筒レンズ、鏡、その他当業者に周知の光学的機械的素
子によつて各種の形状が得られる。実用性の点から光点
の大きさとしては少くとも約１０−４ｃ１１の面積を用
いることが好ましい。ビームスプリッタ１６は収束され
たレーザビーム１２を分割し、その一方は出力検出器１
８へ向”つて反射され、他の一方は電気光学的走査器２
０へと伝送される。出力検出器１８はビーム出力を正確
に測定する役割をもち、レーザ出力および走査速度等を
所望の如く変化させることが出来る。電気光学走査器２
０は収束されたビーム１２を走査する為の便利な装置で
ある。走査器２０を通過した後、収束ビームは透明窓２
４を通して試料室２２へ入り半導体２６の表面に当る。
この半導体はシリコン皮膜か他の半導体材料である。半
導体２６の走査は試料室２２を三つの変位台２８，３０
，３２上に設置することによつて行われる。
これら三つの変位台２８，３０，３２は試料室２２従つ
て半導体２６をＸ，Ｙ，Ｚ方向に夫々動かすことが出来
る。各々の台は回転可能アーム３４，３６，３８を電気
モータ（図示せず）に接続することにより独立に駆動出
来る。各々の台は分離して駆動出来、同時に如何なる組
合せの駆動も可能てある。又、各々の台の駆動速度は可
変に出来る。この様に各種の走査パターンと走査速度が
達成出来る。レーザ走査に対して他の機構を用いること
は勿論可能である。
適切な走査装置は例えば米国特許第３９１０６７５にＭ
ａｃＧＯｖｅｍ氏により記述されている。レーザビーム
を横へふらす為に他の電気光学ないし音響光学ビーム偏
向子又は他の装置を用いることが出来るが、これらは当
業者に周知である。走査速度は勿論要求されるビーム滞
在時間によつて設定される。
これは走査する半導体自体や、その厚さ、半導体を支持
している基板、レーザ出力と効率、光点寸法放射ないし
他の加熱体による付加的な加熱量、皮膜からの熱損失、
等の因子によつて変化する。当業者は計算ないし通常の
実験によりこの様な因子を考慮に入れることにより適切
な走査速度を決定することが出来る。一例として滞在時
間２×１０？５ｓｅｃとして１００μｍ×５０μｍの光
点寸法に収束された１０ワットのＮｄ：ＹＡＧレーザを
用い１ＣＦ１ｆの面積の１０ｐｍ厚さの非晶質シリコン
皮膜を走査することによりシリコンを結晶化することが
出来ると推定されている。一般に、滞在時間は半導体皮
膜の面積が十分照射され結晶化される温度に達するに十
分でなければならない。放射性加熱ランプ４０は追加的
なもので特にレーザ出力が限界に近い時には半導体２６
の加熱を助けるのに用いられる。半導体２６を加熱する
のに誘動加熱器その他を用いることも可能である。厚さ
約６から１１ミクロンのいくつかのシリコン皮膜を電気
光学的走査器なしの第１図に示された装置を用いて走査
した。これら半導体皮膜は全て２５順直径の単結晶酸化
アルミニウム基板上にシリコンをＲＦスパッタすること
により形成した。これら皮膜の全てはＸ線回折および反
射電子顕微鏡により沈着されたものと同様無定形である
ことが分つた。これら皮膜を８５％アルゴン１５％水素
雰囲気を含んだ円筒型パイレクス実験室内の水冷銅ブロ
ック上に設置した。
銅ブロックは皮膜を通過したレーザ出力の測定用として
６ＷｒＩｆＬ直径の穴を有していた。マルチモードでタ
ングステンランプによりポンピングされ、最大連続出力
７ワットのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた。
実際には６ワットを用い、レーザビームを２５ＴｆＵｎ
の焦点距離の石英レンズによりシリコン皮膜上に収束し
た。収束条件によつて光点は幾分変化したが、通常約５
０μｍ幅、１００ｐｍ長であつた。銅ブロックはビーム
に対し４５度傾斜し、皮膜の状態を光点の色をレーザ出
力の関数として監視出来る様にした。結晶化を促進する
に十分大きい改良された微結晶の領域を作る為に連続的
に重ね合う走査線の中心を２５μｍ間隔として皮膜を１
．２ｃｍ／分の速度で横方向に走査した。
この走査速度は使用する機械的駆動装置によつて制限さ
れたもので、試料加熱の必要性によつて制限されたので
はない。走査面積は約０．５×０．２５ｃＩｔであつた
。第２図は８μｍ厚さの非晶質シリコン皮膜を通過した
レーザ出力を入射レーザ電力の関数として示している。
入射電力はワットで示し、通過電力は任意単位である。
入射電力を最初零から増加させるに従い、伝送電力は入
射電力が約１．５ワットまでは増加した。この点で皮膜
はレーザビーム焦点領域でにぶい赤色になつた。入射電
力を更にに増加させると伝送電力量は減少し、入射電力
が６ワットではレーザビームが当る光点は白色に加熱さ
れて見えた。与えられた入射電力に対し加熱半サイクル
におけるよりも冷却半サイクルの方が伝送電力はずつと
大であつた。このサイクルをくりかえした時、加熱と冷
却半サイクルに対する入射電力対伝送電力曲線は第１サ
イクルにおける冷却半サイクルの曲線と本質的に同一で
ある事が分つた。完全な加熱と冷却サイクルは約１０分
かかつた。実験をこの皮膜および他のいくつかの初期的
に非晶質皮膜に対しいろいろの光点上で多数回くりかえ
したが、常に同様の結果が得られた。これらの結果は入
射レーザ電力が十分大きい時非晶質シリコン皮膜内に不
可逆的な構造上の変化が生じることを示している。第２
図の加熱および冷却曲線における最大値は他の非線形過
程がおそらくあるにしても一部分は温度と共にバンド幅
が減少することによるものである。比較として単結晶シ
リコンウェハ（ｐ型、Ｓ〜１４ΩＣｍ、３００ｐｍ厚さ
）を非晶質シリコンの代りに用い、第２図に示す加熱一
冷却サイクルを繰返した。
この場合伝送電力曲線は大きい入射出力レベルでは非線
型を示したが、加熱一冷却サイクルは共に同一であつた
。シリコン皮膜の構造を調べるために反射電子回折像を
ＪＥＭ−１２０電子顕微鏡で８０ＫｅＶの電子エネルギ
ーでとつた。
第３図はレーザ加熱以前の非晶質８μｍ厚さの皮膜め回
折パターンで、一方第４図は同じ皮膜のレーヅ加熱され
た領域の回折パターンである。後者のパターンにおける
回折点は上記照射領域の配向性を示している。パターン
中のぼやけた環はシリコンの回折によるものとされてい
たが細かい粒度の材料が少しの量存在することを示して
いる。この試料の電子ビームの点寸法は２μｍより大で
あつた。
反射回折モードの動作においては、電・子ビームは試料
に対して非常に小さい入射角（約１度）で入射する。従
つて、正確な横断面積は分らないが（２ｐｍ）２よりは
ずつと大である。レーザ加熱領域で約２５μｍだけ顕微
鏡の台を直線的に動かしても、回折点パターンは殆ど変
らず少くとも微結晶の寸法が２５μｍあることを示して
いる。他の皮膜でも同様の結果が得られた。Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザからの収束されたレーザビームで走査されたシ
リコン皮膜のＸ線回折パターンは鋭いシリコンの線を示
した。
これらの皮膜のいくつかでは線の幅は装置による幅のみ
に帰せられる位非常に鋭かつた。Ｘ線は約１７Ｈ！ｎ×
５Ｗ！Ｌと推定される大きい面積をとりあげるので、シ
リコン線のいくつかは常に存在した。シリコン線の他に
α−石英ＳｉＯ２相のＸ線による鋭い線もレーザにより
結晶化された多くの試料において観測された。一方、、
オージエ分析は非晶質皮膜中の酸素濃度が検出限界てあ
る０．２％より大きくないことを示したが、このことは
ＳｊＯ２相は基板一皮膜中間面（シリコンのＸ線減衰長
は約７０ｐｍ）において形成されたものであることを暗
示している。これは１１μｍ厚さの結晶化シリコン皮膜
の深度模様をうる為オージエスペクトロスコピーおよび
アルゴンイオンスパッタリングを用いても確認した。表
面から約９．５μｍ（スパッタ率は一定と仮定して推定
した）の深さまでは酸素は検出されなかつた。９μｍの
所から酸素は検出され始めたが１１μｍまではアルミニ
ウムは検出されなかつた。
明らかにレーザ加熱期間中の温度はＡｆ２Ｏ３基板はシ
リコンと相互作用し結晶化されたＳｉＯ２を形成するに
十分高かつた。以上の過程は非晶質シリコン皮膜につい
て示したが、他の半導体材料も用いることが出来る。
他の半導体材料としてゲルマニウム、砒化ガリウム、燐
化イジウム、硫化カドミウム、テルル化力．ドミウム、
燐化ガリウム等があるが、これらのみに限定されない。
半導体皮膜の厚さは、材料が間接的なバンド幅の材料で
あるが直接的なバンド幅の材料であるかという様な因子
に依存する。間接的バンド幅の半導体、例えばシリコン
では、約１０．μｍの比較的厚い皮膜が必要となる。直
接的バンド幅の半導体、例えば燐化イジウム、砒化ガリ
ウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウムでは、約１
〜４μｍの厚さの比較的薄い皮膜が適している。半導体
の吸収と波長の間の関係は文献、例え・ばＲａｐｐａｐ
Ｏｒｔ，ｐ．，ＲｅｖｕｅｄｅＰｈｙｓｉｑｕｅＡｐｐ
ｌｌｑｕｅ″Ｅ．ｖＯｌ．ｌ，ｐ．ｌ５４（１９６６）
，に発表されていて、それに関する知識は参考文献を上
げるにとどめる。当業者は与えられた条件の下に適当な
厚さを決定することが出来よう。基板には、導電性およ
び非導電性の多くのものが使用出来る。
例として熔融シリカ、ガラス、石英、グラファイト、金
属、錫をドープした酸化インジウム等があげられるが、
これらに限定されるものはない。勿論、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザ以外のレーザも使用出来、シリコン以外の半導体を
照射する場合にはその方が好適である。
レーザの選択には半導体皮膜ｌの熱伝導率、皮膜の厚さ
、基板、レーザビームの光点寸法、走査速度等の因子を
考慮せねばならない。実用的には、レーザは少くとも３
ワットの出力と約１％の効率をもつべきで、約１００ワ
ットの出力と少くとも約５％の効率が好ましい。ＣＯ又
はＣＯ２レーザが他の適当なレーザの例にあげられるが
ここで述べる事柄に従つて当業者は実験により他の適当
なレーザを知るか確認することが出来る。使用する高出
力高効率のレーザが走査する特定”の半導体に適合して
いて、照射される皮膜の厚さに亘つて照射が吸収される
ことが重要である。
この適合過程においてレーザ出力、レーザ波長、レーザ
効率、半導体の厚さ、半導体吸収係数等のパラメタが考
慮されるが、これらの選択過程について以下第５図、第
６図を参照して記述する。第５図はいくつかのシリコン
皮膜についての光子エネルギーに対する吸収係数のプロ
ットで、このプロットは非晶質シリコン皮膜を走査し結
晶化するのにＮｄ：ＹＡＧレーザを用いる利点を示して
いる。前述の様に、光電池に用いるのに適したシリコン
皮膜の妥当な厚さは約１０μｍで、エネルギー吸収は表
面に集中することなく１０μｍの厚さに亘つて分布する
ことが好ましい。吸収は厚さに対して微分方程式摺α−
βＴ，Ｉ＝レーザ強度、ｔ＝皮膜厚さ、β＝皮膜の吸収
係数、によつて変化する。この方程式を解くと、関数式
１ａｅ−β１が得られる。もし皮膜吸収出力をその全厚
さに亘つて得ることが望ましい時は吸収係数βと皮膜厚
さｔの積は約１〜３にあるべきで、従つて、１０ｐｍ厚
さの皮膜に対してはβは約１〜３×１０３Ｃ７１−１で
なければならない。Ｎｄ：ＹＡＧレーザは第５図に示す
様に１．１７ｅＶの光子エネルギーを持つている。
図から分る様に、単結晶皮膜は１．１７ｅＶにおいて１
σｄ−１以下の吸収係数βを有するが、この吸収係数は
小さすぎる。１０μｍの単結晶シリコン皮膜を照射して
も、Ｎｄ：ＹＡＧレーザからはレーザ出力はごく僅かし
か吸収されない。
９００℃の基板温度で高周波スパッタリングにより製造
された多結晶シリコン皮膜も吸収係数βが１０−２ｃｍ
で小さすぎる。
一方、基板温度２００℃で高周波スパッタリングにより
沈着された非晶質シリコン皮膜は１．１７ｅ■の光子エ
ネルギーにおいて約２×１０３ｃｒｎ−１の吸収係数β
を有し、これは所望の範囲に入つている。同様２５℃で
成長した非晶質シリコン皮膜も約５×１０３Ｃ！！ｌ−
１の吸収係数βを有し、所望範囲に近い値である。吸収
係数βが例えはあまり大きくなり約１（Ｐｃｍ−１とな
ると積βｔは約１００となり、吸収の大部分は皮膜表面
でのみしか起らず、この様な条件は避けるべきである。
第６図はいくつかのゲルマニウム皮膜についての光子エ
ネルギーに対する吸収係数のプロットで、各皮膜につい
ての選択および適合過程を示している。
第６図に於て、約０．７ｅＶの光子エネルギーのレーザ
で非晶質ゲルマニウム皮膜を照射するのが望ましいこと
が分る。単結晶ゲルマニウム皮膜は吸収係数が１０２ｃ
ｍ−１以下で十分のレーザエネルギーを吸収しない。基
板温度２００℃附近で高周波スパッタリングにより成長
した非晶質ゲルマニウムは約５×１０３ｃｍ−１の吸収
係数を有し、所望範囲にある。基板温度２５゜Ｃで熱的
に蒸着した皮膜では吸収係数βは約２刈０３ｃ『１で、
矢張り所望範囲にある。当業者は、ここで述べる特殊な
示唆に従うことにより本発明を実行するのに可能な他の
レーザと半導体の組合わせが認識出来よう。
更に、実験によつてより多くの組合せを確めることも出
来よう。第７図は上述のレーザ走査過程を用いた光電池
の製造を図式化したものである。
又、第８図はその光電池を示す。この走査過程の第１工
程では基板５０上に導電層５２が形成される。これは、
例えば、銅、銀、錫、金と他の金属を基板５０上に真空
蒸着することにより達成される。基板５０は透明である
必要はないが、透明であつてもよく、又導電性であつて
もよい。これは本製造の第一工程を満足する。次に非晶
質又は多結晶半導体５４を導電層５２上に沈着する。
或は、基板５０が導電性の場合はこれに直接沈着する。
一例として、シリコンの薄い皮膜を純粋シリコン製造の
最終工程で例えばクロロシレン工程により沈着する。こ
の様にすると、非晶質シリコン皮膜の価格はシリコンの
純化工程によつて決まる。半導体皮膜がレーザビーム走
査をうける為、通常の結晶完全化の必要性はないので必
要な純度をもたらす為に他の適当な半導体沈着工程を用
いることは勿論可能である。非晶質ないし多結晶半導体
皮膜５４は次いで高出力レーザからの収束されたレーザ
ビームで走査しその結晶特性を改良する。これは例えば
非晶質シリコン皮膜の場合にはＮｄ：ＹＡＧレーザから
のスリット像の下でスリット像が音響一光学ないし電気
一光学走査器により横方向にいつたりきたり走査される
様にしてシリコン皮膜を機械的に直線的に掃引すること
により達成される。最後に、透明の整流接触５６をレー
ザビームで走査された皮膜５４に形成する。
これは、例えば、薄い透明金属層上に高い導電性の錫を
ドープした酸化インジウム皮膜を沈着し、ショットキー
障壁を形成することにより行われる。適当な錫をドープ
した酸化インジウム皮膜はＦａｎ．Ｊ．Ｃ．Ｃ．ａｎｄ
Ｂａｃｈｎｅｒ，Ｆ．Ｊ．，Ｊ．ＥｌｅｃｔｒＯｃｈｅ
ｍ．ＳＯｃ．ｌ２２，ｌ７ｌ９（１９７５）により記述
されているのでそれについては参考文献を上げるにとど
める。他の方法としては、整流接触はドーピング雰囲気
中でレーザ走査することにより、″レーザ走査された皮
膜表面上にｐ−ｎ接合を作ることによつても形成出来る
。第８図に示す様に、太陽光は透明な整流性接触５６を
通して光電池に入射し、レーザで走査された半導体皮膜
５４に達しここに光電流を発生する。第９図は上述のレ
ーザ走査工程を用いて光電池を製造する別の過程を示し
、第１０図はこれによる光電池を示す。
この製造過程では透明支持体６２上に導電層６４を沈着
することによつて形成された透明な導電性基板６０を用
いる。透明支持体６２はガラス又は透明プラスチックで
あつてよく、導電層６４は導電性材料の薄い層である。
導電層６４はその上に引続き沈着された半導体層と整流
接触を形成する様な材料であることが好ましい。錫をド
ープした酸化インジウムは、前述の様に、導体として作
用しシリコンの様な半導体とショットキ障壁を形成する
。或は、半導体と整流接触を形成することの出来る他の
層を導電層６４上に沈着することも出来る。勿論、透明
で導電性の半導体層と整流接触を形成することの出来る
一つの材料を用いることも可能である。更に、要求され
る整流接触は半導体皮膜の沈着した後に形成するか、こ
の皮膜の事後処理において形成することが出来る。事実
、一つの適切な処理は半導体皮膜をレーザ走査すること
である。非晶質シリコンの薄い皮膜の様な半導体皮膜６
６を、次いで、透明で導電性基板６０上に沈着する。
上述の様に、通常の結晶完全化における制限が引き続く
皮膜のレーザ走査により回避し得るので半導体皮膜を沈
着する為に多くの既知の過程が使用出来る。半導体皮膜
６６は次に高出力レーザからの収束されたレーザビーム
により走査し、皮膜の結晶特性を改良する。
最後に、アルミニウム又は他の材料である導電層６８を
レーザ走査された半導体皮膜６６の上に形成する。第１
０図から分る様に、太陽光は透明導電性基板６０を通し
て光電池に入射する。本発明の範囲内で多くの上記実施
例に等価なものが存在するが、これらは特許請求の範囲
に含ま−れるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は上述のレーザビームにより半導体材料を走査す
るに適した装置の遠視図である。 第２図は８μｍ厚さの非晶質シリコン皮膜を通過したレ
ーザ電力を入射電力の関数としてプロットしたものであ
る。第３図はレーザ走査前の非晶質、８μｍ厚さの皮膜
の反射電子回折パターンである。第４図はレーザ走査後
の非晶質、８μｍ厚さの皮膜の反射電子回折パターンで
ある。第５図は色々なシリコン皮膜の光子エネルギーに
対する吸収係数のプロットである。第６図は色々なゲル
マニウム皮膜の光子エネルギーに対する吸収係数のプロ
ットである。第７図は上述の半導体皮膜をレーザビーム
て走査する方法を用いることによつて光電池を製造する
一方法を示すブロックダイアグラムである。第８図は第
７図に示された方法により得られた光電池の断面図てあ
る。第９図は上述の半導体皮膜をレーザビームで走査す
る方法を用いることによつて光電池を製造する他の方法
を示すブロックダイアグラムである。第１０図は第９図
に示された方法により得られた光電池の断面図である。
１０・・ルーザ、１４・・・収束レンズ、１６・・・ビ
ームスプリッタ、２０・・・電気光学的走査器、２２・
・試料室、２６・・・半導体、５０・・・基板、５２・
・・導電層、５４・・・半導体皮膜、５６・・・透明整
流接触、６０・・・透明導電性基板、６２・・・透明支
持体、６４・・透明導電層、６６・・・半導体皮膜、６
８・・・導電層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体皮膜に接触するように半導体単結晶化シード
    を設けることなく、レーザからの収束されたビームによ
    り上記半導体皮膜を走査することにより半導体皮膜の結
    晶性を改良する方法で、その連続波レーザは上記半導体
    皮膜がレーザ放射を皮膜の厚さに亘つて十分に吸収しう
    る吸収係数を有するような波長であり、かつ収束されて
    スリット像に形成される、前記方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の方法で、上記半導体皮膜は
    シリコン皮膜である方法。 ３ 特許請求の範囲第１項の方法で、上記レーザは高出
    力、高効率レーザである方法。 ４ 特許請求の範囲第３項の方法で、上記高出力、高効
    率レーザは少くとも約３ワット、効率約１％を有する方
    法。 ５ 特許請求の範囲第４項の方法で、上記半導体皮膜は
    多結晶半導体皮膜である方法。 ６ 特許請求の範囲第４項の方法で、上記半導体皮膜は
    非晶質皮膜である方法。 ７ 特許請求の範囲第４項の方法で、上記半導体皮膜は
    ゲルマニウム皮膜である方法。 ８ 特許請求の範囲第４項の方法で、上記半導体皮膜は
    シリコン皮膜である方法。 ９ 特許請求の範囲第８項の方法で、上記半導体皮膜は
    非晶質シリコン皮膜である方法。 １０ 特許請求の範囲第９項の方法で、上記高出力、高
    効率レーザはＮｄ：ＹＡＧレーザである方法。 １１ 非晶質シリコン皮膜に接触するように半導体単結
    晶化シードを設けることなく、レーザビーム走査により
    上記非晶質シリコン皮膜から結晶性シリコン皮膜を生成
    する方法で、上記非晶質皮膜内に結晶化を生成するに十
    分な速度で連続波Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの収束レーザ
    ビームで上記非晶質シリコン皮膜を走査し、かつ前記レ
    ーザは収束されてスリット像に形成される、方法。 １２ 特許請求の範囲第１１項の方法で、上記非晶質皮
    膜は約１０μｍの厚さである方法。 １３ 特許請求の範囲第１１項の方法で、上記非晶質シ
    リコン皮膜は基板上に支持されている方法。 １４ 光電池を製造する方法で、 （イ）基板上に導電層を形成し、 （ロ）上記導電層上に半導体皮膜を形成し、（ハ）上記
    半導体皮膜に接触するように半導体単結晶化シードを設
    けることなく、レーザからの収束されてスリット像に形
    成されるビームにより上記半導体皮膜を走査し、上記半
    導体皮膜の結晶度を改良し、（ニ）上記走査された皮膜
    に対して透明な整流接触を形成する、工程からなる方法
    。 １５ 特許請求の範囲第１４項による方法で、上記レー
    ザは高出力高効率レーザである方法。 １６ 特許請求の範囲第１５項による方法で、上記整流
    接触はショットキ障壁である方法。 １７ 特許請求の範囲第１５項による方法で、上記整流
    接触はｐ−ｎ接合である方法。 １８ 特許請求の範囲第１５項による方法で、上記形成
    された半導体皮膜はシリコンである方法。 １９ 特許請求の範囲第１８項による方法で、上記シリ
    コン皮膜は非晶質シリコン皮膜である方法。 ２０ 光電池を製造する方法で、 （イ）透明の導電性基板上に半導体皮膜を形成し、（ロ
    ）上記半導体皮膜と上記基板間に整流接触を形成し、（
    ハ）上記半導体皮膜に接触するように半導体単結晶化シ
    ードを設けることなく、上記半導体皮膜をレーザからの
    収束されてスリット像に形成されるビームにより走査し
    上記半導体皮膜の結晶度を改良し、（ニ）上記走査され
    た皮膜上に導電層を形成する工程からなる方法。 ２１ 特許請求の範囲第２０項による方法で、上記レー
    ザは高出力高効率である方法。 ２２ 特許請求の範囲第２１項による方法で、上記整流
    接触はショットキ障壁である方法。 ２３ 特許請求の範囲第２１項による方法で、上記形成
    された半導体皮膜はシリコンである方法。 ２４ 特許請求の範囲第２３項による方法で、上記シリ
    コン皮膜は非晶質シリコン皮膜である方法。 ２５ 結晶半導体膜を作る方法であつて （イ）基板上に非晶質半導体膜を形成させ、そして（ロ
    ）前記非晶質膜に接触するように半導体単結晶化シード
    を設けることなく前記非晶質膜をレーザビームによつて
    走査し、前記非晶質膜を結晶化させる方法にして、前記
    レーザビームは、前記非晶質膜の厚みに渡つて十分吸収
    されかつ結晶化した半導体膜によつて十分伝達されるよ
    うな波長を有し、かつ収束されてスリツト像に形成され
    る、前記方法。 ２６ 特許請求の範囲第２５項記載の方法であつて、前
    記レーザは連続波Ｎｄ：ＹＡＧレーザである。 ２７ 特許請求の範囲第２６項記載の方法であつて、前
    記非晶質膜は非晶質シリコン膜である。 ２８ 特許請求の範囲第２５項記載の方法であつて、前
    記非晶質膜は非晶質ゲルマニウム膜である。
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