異質外延單晶、異質結太陽能電池及它們的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種異質外延單晶的制造方法、異質結太陽能電池的制造方法、異質外延單晶、異質結太陽能電池，其在單晶基板上使晶格常數(shù)與基板不同的單晶薄膜生長時減少薄膜中的晶格缺陷。異質外延單晶的制造方法的特征在于，在形成于基板（10）上的掩模層（12）上形成開口部（13）、在所述開口部（13）的底面形成露出所述基板（10）的露出面（14）、并且在所述露出面（14）上按照所述露出面（14）的外形使晶格常數(shù)與所述基板（10）不同的硅晶體（20）生長，使所述露出面（14）的寬度尺寸在所述硅晶體（20）的斷裂強度與伴隨所述硅晶體（20）自所述基板（10）受到的晶格應變而產(chǎn)生的應力相等時的所述露出面（14）的寬度尺寸以下。
【專利說明】異質外延單晶、異質結太陽能電池及它們的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及異質外延單晶的制造方法、異質結太陽能電池的制造方法、異質外延單晶、異質結太陽能電池，特別涉及減少生長在基板上的單晶中的晶格缺陷的技術。
【背景技術】
[0002]半導體材料作為太陽能電池及集成電路等的材料被應用。關于太陽能電池，為了進一步提高效率，提出了一種在半導體上層積禁帶寬度不同的其他半導體的串聯(lián)式太陽能電池。另外，關于集成電路，為了降低寄生電容而實現(xiàn)快速化，提出了一種在絕緣體上層積作為集成電路材料的半導體的結構。
[0003]在上述提出的任一方案中，為了制造高品質的器件，都需要在單晶基板上使由不同于基板的材料的晶體形成的薄膜生長的異質外延技術。但是，在這種情況下，由于基板與薄膜之間晶格常數(shù)不同，因此，在薄膜生長時，構成薄膜的晶體受到來自基板晶體的晶格應變，在薄膜中產(chǎn)生穿透位錯等晶格缺陷，這將阻礙薄膜的高品質化。
[0004]為了解決上述晶格缺陷的問題，在專利文獻I中公開了一種技術，即在藍寶石基板上形成SiO2掩模層，從露出藍寶石基板的位置使GaN生長成高于掩模層，進而使GaN高于掩模層的部分橫向生長，從而使GaN所生長的薄膜覆蓋基板整體。利用上述方法，在GaN的橫向生長部分位錯密度急劇降低，因此，還認為通過在太陽能電池及集成電路的制造方法中使用上述專利文獻I的技術，能夠制造出高品質的器件。
[0005]專利文獻1:(日本)特表2006-510227號公報
[0006]專利文獻2:(日本)特開2012-054364號公報
[0007]非專利文獻I:P.M.J.Maree et, al ；J.Appl.phys.58 (8), 150ctoberl985 ；Silicon strained layers grown onGaP (001) by molecular beam epitaxy.[0008]非專利文獻2:NAN0 LETTER, 2006, Vol.6，N0.4,622-625，Samuel Hoffmann ；Measurement of the Bending Strength of Vapor-Liquid-Solid Grown SiliconNanowires.[0009]非專利文獻3 ；Namazu, T.et, al ；Microelectromech.Syst.2000，9450Evaluationof Size Effect on Mechanical Properties of Single Crystal Silicon by NanoscaleBending Test Using AFM.[0010]非專利文獻4:F.Schaffler ；Semicond.Sc1.Technol.12.1515 (1997) ?
[0011]非專利文獻5:(日本)應用物理 Vol.81，N0.1，2012，p3-pl4.[0012]非專利文獻6: J.M.0lson，et.al，27.3%efficient Ga0.5In0.5P/GaAs TandemSolar cell, Appl.Phys.lett.56 (7)，12Feb，1990.[0013]但是，即使利用上述方法，在基板上生長的薄膜中從基板直接生長的部分仍然存在大量的穿透位錯等晶格缺陷·，使得薄膜整體仍然具有大量的晶格缺陷，所以，使用在基板上使薄膜異質外延生長的材料的器件在高性能化方面受到限制。當然，在上述薄膜中，也可以只切下橫向生長的部分加以使用，但難以使該部分形成為太陽能電池及集成電路等器件所需要的大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]因此，本發(fā)明著眼于上述問題，目的在于提供在單晶基板上使晶格常數(shù)與該基板不同的單晶薄膜生長時，減少薄膜中的晶格缺陷的異質外延單晶的制造方法、利用該制造方法的異質結太陽能電池的制造方法、異質外延單晶、異質結太陽能電池。
[0015]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的異質外延單晶的制造方法的特征在于，在形成于基板的掩模層上形成第一開口部，形成在所述第一開口部的底面露出所述基板的露出面，并且在所述露出面上按照所述露出面的外形使晶格常數(shù)與所述基板不同的第一生長晶體生長，使所述露出面的寬度尺寸在所述第一生長晶體的斷裂強度與伴隨所述第一生長晶體自所述基板受到的晶格應變而產(chǎn)生的應力相等時的所述露出面的寬度尺寸以下。
[0016]利用上述結構，能夠減少生長于露出面的第一生長晶體因晶格應變而斷裂，產(chǎn)生的穿透位錯等晶格缺陷，由此，能夠使維持晶格應變的同時晶格缺陷少的異質外延單晶生長。
[0017]本發(fā)明的特征在于，使所述第一生長晶體在所述露出面上生長成高于所述掩模層的上表面，并且從所述第一生長晶體高于所述掩模層上表面的部分開始橫向生長并生長，由此所述第一生長晶體覆蓋所述掩模層，使所述露出面的寬度尺寸在Ium以下。
[0018]通過上述結構，能夠使與基板晶格失配的比例較大的生長晶體形成為，即使是按照從掩模層露出的露出面的外形而形成的部分也能夠以減少晶格缺陷的狀態(tài)形成，從而能夠以覆蓋基板整體的方式形成晶格缺陷少的生長晶體構成的薄膜。
[0019]本發(fā)明的特征在于，在形成所述掩模層的材料中摻雜P型或N型摻雜劑。
[0020]通過上述結構，能夠減少用于隧道結的PN結的形成及掩模層界面中少數(shù)載流子的再結合。
[0021]本發(fā)明的特征在于，在所述掩模層上，交替形成多個所述第一開口部和除所述第一開口部以外的多個掩模部分，使所述第一生長晶體生長，通過除去所述掩模部分，形成被所述第一生長晶體夾著的第二露出面，在所述第二露出面和所述第一生長晶體的上表面上使晶格常數(shù)與所述基板不同的第二生長晶體生長，使所述露出面的寬度尺寸在200 以下。
[0022]利用上述結構，在第一生長晶體及在第二生長晶體之中生長于第二露出面的部分具有比體狀態(tài)時高五倍左右的斷裂強度。另外，在第二生長晶體之中生長在第一生長晶體上的部分為從第一生長晶體的晶格應變緩和的上表面開始生長的部分。因此，能夠在基板上使晶格缺陷少的第一生長晶體及第二生長晶體生長。
[0023]本發(fā)明的特征在于，在所述掩模層上，交替形成多個所述第一開口部和除所述第一開口部以外的多個掩模部分，使所述第一生長晶體生長，通過除去所述掩模部分，形成被所述第一生長晶體夾著的第二露出面，并且在所述第一生長晶體上形成第二掩模層，在所述第二露出面中按照所述第二露出面的外形使晶格常數(shù)與所述基板不同的第二生長晶體生長，使所述露出面的寬度尺寸在200iim以下。
[0024]通過上述結構，在基板上將第一生長晶體和第二生長晶體形成為鑲嵌結構(* 4T^夕)狀，并且，第一生長晶體及第二生長晶體具有比體狀態(tài)時高五倍左右的斷裂強度。因此，能夠在基板上使晶格缺陷少的第一生長晶體及第二生長晶體生長。
[0025]本發(fā)明的特征在于，在所述基板的兩面上形成具有所述第一開口部的所述掩模層，從而在所述基板兩面的露出面上使所述生長晶體生長，在所述基板的一面和另一面上使所述生長晶體的材料相互不同。
[0026]通過上述結構，可以形成三層結構的異質外延單晶，從而能夠例如作為串聯(lián)式太陽能電池的有源層加以應用。
[0027]本發(fā)明的特征在于，使所述基板為硅。
[0028]通過上述結構，能夠形成將硅作為基板的異質外延單晶。
[0029]本發(fā)明的特征在于，在硅基板上使富含氧的氧化硅膜生長，并且在所述氧化硅膜上形成露出所述硅基板的第二開口部，使硅晶體從所述硅基板的在所述第二開口部露出的部分開始生長，并且使所述硅晶體生長成覆蓋所述氧化硅膜，在所述硅晶體的生長中或生長后進行熱處理，利用所述氧化硅膜所含有的氧對硅晶體的在所述第二開口部生長的初期生長部分進行氧化，由此，依次層積所述硅基板、所述氧化硅膜、由所述硅晶體形成的硅薄膜，從而形成所述基板，通過在所述硅薄膜上形成具有所述第一開口部的所述掩模層，在所述硅薄膜上使所述生長晶體生長。
[0030]在上述結構中，氧化硅膜的結合力較小，因此能夠以撕開氧化硅膜的方式(此時，使用氫氟酸溶液同時對氧化硅膜進行蝕刻)，從硅基板剝離由生長晶體形成的硅薄膜。由此，能夠容易地形成由硅薄膜和生長晶體形成的異質結體，從而能夠實現(xiàn)異質結體的薄型化。另外，能夠在剝離后的硅基板上經(jīng)由氧化硅膜使硅薄膜生長，由此，因為能夠重復使用硅基板，所以能夠抑制成本。
[0031]本發(fā)明的特征在于，以1000度以上的溫度進行所述熱處理。
`[0032]通過上述結構，因為形成強度和絕緣性都較高的氧化硅膜，所以能夠作為可快速響應且省電的半導體元件用的材料加以使用。
[0033]在本發(fā)明中，其特征在于，從所述硅基板剝離所述生長晶體生長后的所述硅薄膜，并且在所述硅薄膜的剝離面上形成具有所述第一開口部的所述掩模層，從而在所述剝離面上使所述生長晶體生長。
[0034]根據(jù)上述結構，能夠在硅薄膜的兩面上進行異質外延生長，形成串聯(lián)結構的太陽能電池的有源層。
[0035]本發(fā)明的特征在于，使生長于所述硅薄膜的任一面的所述生長晶體的材料為InxGai_xP，使生長于另一面的所述生長晶體的材料為Ge。
[0036]根據(jù)上述結構，晶格常數(shù)大于硅的生長晶體在硅薄膜的兩面生長，從而從兩面受到因晶格應變產(chǎn)生的拉伸應力。由此，能夠使硅薄膜的物理性質從間接遷移型改變?yōu)橹苯舆w移型，從而大幅度提高發(fā)電效率。
[0037]本發(fā)明的特征在于，在所述基板上使所述生長晶體生長之前，在所述露出面上形成具有所述基板晶格常數(shù)與所述生長晶體晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)的緩沖層，在所述緩沖層上使所述生長晶體生長。
[0038]根據(jù)上述結構，能夠使與基板晶格失配的比例較大的生長晶體以晶格缺陷被降低的方式制造出來，特別是因為緩沖層也按照掩模層所隔出的露出面的外形而形成，所以緩沖層的斷裂強度也大于體狀態(tài)時的強度，從而能夠抑制產(chǎn)生穿透位錯等晶格缺陷。由此，在生長晶體中能夠減少產(chǎn)生因緩沖層中的晶格缺陷而產(chǎn)生的晶格缺陷。
[0039]本發(fā)明的特征在于，由藍寶石形成所述基板，并且由硅形成所述生長晶體，在所述基板上使所述生長晶體生長之前，在所述露出面上形成具有所述基板的晶格常數(shù)與所述生長晶體的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)的緩沖層，在所述緩沖層上使所述生長晶體生長。
[0040]根據(jù)上述結構，能夠在作為絕緣體的藍寶石上使晶失配比例較大的硅以減少晶格缺陷的狀態(tài)經(jīng)由緩沖層而生長，從而能夠作為集成電路等需要快速響應的器件材料加以使用。
[0041]本發(fā)明的特征在于，在所述原料氣體中摻雜P型或N型摻雜劑，并且在所述生長晶體的生長途中將所述摻雜劑相互切換為P型或N型。
[0042]根據(jù)上述結構，能夠在生長晶體的厚度方向上形成PN結。
[0043]另外，本發(fā)明的異質結太陽能電池的制造方法的特征在于，在利用所述異質外延單晶的制造方法制造的所述生長晶體的表面上配置電極。
[0044]根據(jù)上述結構，能夠制造出串聯(lián)式且高效率的太陽能電池。
[0045]另一方面，本發(fā)明的異質外延單晶的特征在于，相鄰并交替地生長有第一生長晶體和第二生長晶體，所述第一生長晶體和所述第二生長晶體的晶格常數(shù)與所述基板的晶格常數(shù)不同，使所述生長晶體的寬度尺寸在200 y m以下。
[0046]根據(jù)上述結構，在基板上第一生長晶體與第二生長晶體形成為鑲嵌結構形狀。并且，第一生長晶體及第二生長晶體具有比體狀態(tài)時高五倍左右的斷裂強度。因此，在基板上形成晶格缺陷少的第一 生長晶體及第二生長晶體生長的異質外延單晶。
[0047]而且，本發(fā)明的特征在于，所述第一生長晶體和所述第二生長晶體中的一生長晶體生長成厚度比另一生長晶體的厚度厚，并且生長成覆蓋另一生長晶體。
[0048]根據(jù)上述結構，一生長晶體與在另一生長晶體之中直接生長于露出面的部分具有比體狀態(tài)時高的斷裂強度，而且另一生長晶體中生長于一生長晶體上的部分是從一生長晶體的晶格應變進行緩和了的上表面開始生長的。因此，在基板上形成晶格缺陷少的第一生長晶體及第二生長晶體生長的異質外延單晶。
[0049]本發(fā)明的特征在于，所述基板具有依次層積有硅基板、氧化硅膜、硅薄膜的結構，所述生長晶體在所述硅薄膜上生長。
[0050]根據(jù)上述結構，硅薄膜能夠從硅基板剝離，而且相對于硅薄膜的生長而言，能夠反復使用硅基板，從而能夠控制成本。
[0051]本發(fā)明的特征在于，在所述基板與所述生長晶體之間配置有緩沖層，所述緩沖層具有所述基板晶格常數(shù)與所述生長晶體晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)，并且具有按照所述生長晶體的外形形成的外形。
[0052]根據(jù)上述結構，使與基板晶格失配比較大的晶體在基板上形成以晶格缺陷減少的狀態(tài)生長的異質外沿單晶。特別是因為緩沖層按照第一生長晶體的外形及第二生長晶體的與基板接合部分的外形，形成為鑲嵌結構形狀，所以斷裂強度與體狀態(tài)時的強度相比增大，從而抑制產(chǎn)生穿透位錯等晶格缺陷。由此，在生長的晶體中，形成減少了因緩沖層中的晶格缺陷所產(chǎn)生的晶格缺陷的異質外延單晶。
[0053]本發(fā)明的特征在于，所述基板為藍寶石，所述生長晶體為硅，在所述基板與所述生長晶體之間配置有緩沖層，所述緩沖層具有所述基板晶格常數(shù)與所述生長晶體晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)，并且具有按照所述生長晶體外形形成的外形。
[0054]根據(jù)上述結構，能夠在作為絕緣體的藍寶石上經(jīng)由緩沖層，使晶格失配比例比較大的硅以減少晶格缺陷的狀態(tài)生長，從而能夠作為集成電路等需要快速響應的器件材料加以使用。
[0055]另一方面，本發(fā)明的異質結太陽能電池的特征為，在所述異質外延單晶的表面上配置有電極。
[0056]根據(jù)上述結構，形成高效率的太陽能電池。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的異質外延單晶的制造方法、異質外延單晶，能夠構筑晶格缺陷少的高品質異質結，根據(jù)利用該異質結的異質結太陽能電池的制造方法、異質結太陽能電池，能夠構筑高效率的太陽能電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1是用來制造第一實施方式的異質外延單晶的配置圖；
[0059]圖2是用來制造第一實施方式的異質外延單晶的基板的剖面圖；
[0060]圖3是表示改變生長晶體的寬度尺寸時的斷裂強度與施加對應于斷裂強度的應力所產(chǎn)生的晶格應變的關系的曲線圖；
[0061]圖4是第一實施方式異質外延單晶的生長階段(初期階段)的剖面圖；
[0062]圖5是第一實施方式異質外延單晶的生長階段(橫向生長階段初期)的剖面圖；
[0063]圖6是第一實施方式異質外延單晶的生長階段(橫向生長結束時)的剖面圖；
[0064]圖7是第一實施方式異質外延單晶的生長階段(最終階段)的剖面圖；
[0065]圖8是第二實施方式異質外延單晶的生長階段(掩模層形成后)的剖面圖；
[0066]圖9是第二實施方式異質外延單晶的生長階段(第一生長晶體生長后)的剖面圖；
[0067]圖10是第二實施方式異質外延單晶的生長階段(第二露出面形成時)的剖面圖；
[0068]圖11是第二實施方式異質外延單晶的生長階段(第二生長晶體生長后)的剖面圖；
[0069]圖12是第三實施方式異質外延單晶的生長階段(第二掩模層生長后)的剖面圖；
[0070]圖13是第三實施方式異質外延單晶的生長階段(第二生長晶體生長后)的剖面圖；
[0071]圖14是第三實施方式異質外延單晶的生長階段(蝕刻后)的剖面圖；
[0072]圖15是第四實施方式異質外延單晶的生長階段(掩模層及第一緩沖層生長后)的剖面圖；
[0073]圖16是第四實施方式異質外延單晶的生長階段(第一生長晶體生長后)的剖面圖；
[0074]圖17是第四實施方式異質外延單晶的生長階段(第二掩模層及第二緩沖層形成后)的剖面圖；
[0075]圖18是第四實施方式異質外延單晶的生長階段(第二生長晶體生長后)的剖面圖；
[0076]圖19是第四實施方式異質外延單晶的生長階段(蝕刻后)的剖面圖；
[0077]圖20是第五實施方式異質外延單晶的基板的制造工序(生長初期)的剖面圖；[0078]圖21是第五實施方式異質外延單晶的基板的制造工序(生長結束時)的剖面圖；[0079]圖22是第五實施方式異質外延單晶的制造工序(剝離前)的剖面圖；
[0080]圖23是第五實施方式異質外延單晶的制造工序(剝離后)的剖面圖；
[0081]圖24是第五實施方式異質外延單晶的制造工序(在剝離面上的異質外延生長后)的剖面圖。
[0082]附圖標記說明
[0083]10基板；12掩模層；13開口部；14露出面；16掩模面；18原料氣體；20硅晶體；22硅柱；24硅薄膜；26第二露出面；28硅晶體；30多晶硅；32第二掩模層；34第一緩沖層；36第二緩沖層；38硅基板；40氧化硅膜；41開口部；42露出面；44硅晶體；46硅薄膜；48掩模面；50硅柱；52異種晶體；54異種晶體；100外延生長爐；102原料氣體入口 ；104原料氣體出口；106設置臺；108加熱裝置。
【具體實施方式】
[0084]下面，利用附圖所示的實施方式詳細地說明本發(fā)明，但是，該實施方式所述的結構部件、種類、組合、形狀及其相對配置等只要無特殊記載，就只作為說明例，并不代表可以僅以此來限定本發(fā)明的范圍。
[0085]圖1表示用來制造本實施方式的異質外延單晶的配置圖。如圖1所示，在設置于真空室即外延生長爐100中的設置臺106上設置基板10，利用設置在外延生長爐100外側的加熱裝置108，將該基板10加熱至所希望的溫度，從外延生長爐100的原料氣體入口 102導入原料氣體18，使之在基板10的表面上發(fā)生化學反應，使硅晶體20 (圖4)外延生長，由此，在基板10上形成由硅晶體20等形成的硅薄膜24 (圖7)。然后，從外延生長爐100的原料氣體出口 104排出剩余的原料氣體18。
[0086]在上述配置下，第一實施方式的異質外延單晶的制造方法通過在形成于基板10的掩模層12上形成開口部13 (第一開口部)，在開口部13的底面形成露出基板10的露出面14。然后，在露出面14上使晶格常數(shù)與基板10不同的硅晶體20 (第一生長晶體)按照開口部13的外形生長(圖4)。
[0087]上述制造方法的特征在于，將開口部13的寬度尺寸設定在硅晶體20的斷裂強度與伴隨硅晶體20從基板10受到的晶格應變而產(chǎn)生的應力相等時的開口部13的寬度尺寸以下。更具體地說，特征在于，將開口部13 (露出面14)的寬度下限設定為0.001 iim，將開口部13 (露出面14)的寬度上限設定在由硅晶體20的寬度尺寸(截面尺寸)所決定的硅晶體20的斷裂強度(單位面積的斷裂強度)與伴隨硅晶體20從基板10受到的晶格應變而產(chǎn)生的應力(單位面積的應力)相等時的值(參照圖3)以下。
[0088]根據(jù)上述結構，能夠減少生長于露出面14的硅晶體20由于晶格應變而被破壞所產(chǎn)生的穿透位錯等晶格缺陷，詳細情況將在后面敘述。由此，能夠使維持晶格應變并晶格缺陷少的異質外延單晶生長。
[0089]圖2表示用來制造第一實施方式的異質外延單晶的基板的剖面圖。在本實施方式中，作為異質外延生長的薄膜(生長晶體)，以硅為例子進行說明。圖2所示的基板10使用SiC、藍寶石、GaP等單晶，在生長的薄膜(生長晶體)不是硅的情況下，當然也能夠使用硅作為基板10。[0090]另外，向基板10上供給使基板10上的分解反應活躍的硅用原料氣體18 (圖1)。然而，在基板10上預先有選擇地配置該原料氣體18的分解反應不活躍的掩模層12 (例如Si02)。由此，在基板10上配置成為形成于掩模層12的開口部13的底面的露出面14及成為掩模層12的除開口部13以外的其他掩模部分的上表面的掩模面16。即，如果只考慮一維方向上的配置，則露出面14和掩模面16在基板10上交替配置；如果考慮二維方向上的配置，則露出面14和掩模面16以形成格子圖案的方式交替配置。
[0091]作為露出面14及掩模面16的制造工序，例如在基板10整個面上層積掩模層12(SiO2),在掩模層12上涂布抗蝕膜(未圖示)，按照露出面14的構圖對抗蝕膜進行曝光，除去抗蝕膜曝光的部分，蝕刻(使用HF等)并除去掩模層12的從抗蝕膜露出的部分，最后除去抗蝕膜即可。
[0092]在此，外延生長所使用的原料氣體18是在氫氣等載氣中以規(guī)定的比例含有作為硅晶體20的原料的硅化合物的氣體，以規(guī)定的溫度及流量向外延生長爐100 (圖1)中供給。作為原料氣體18，列舉有甲硅烷(SiH4)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、四氯化娃(SiCl4)等。
[0093]在氣相外延生長機構中伴隨有原料氣體18的輸送現(xiàn)象和化學反應(氣相分解反應、表面分解反應)，特別是在進行外延生長的高溫下，作為決定化學反應速度的反應(律速反応)，需要考慮氣相分解反應和表面分解反應。在本實施方式中，為了如后文所述進行橫向生長，需要使氣相分解反應的比例與表面分解反應的比例相比極小，因而需要選擇表面分解反應為主導的氣體。因此，上述原料氣體18中，因為甲硅烷(SiH4)的氣相分解反應的比例較大，所以甲硅烷(SiH4)不適合，而三氯甲硅烷(SiHCl3)等氯基氣體適合。由此，能夠抑制硅晶體20在由氧化硅膜形成的掩模面16上直接層積，從而如后文所述，能夠利用從由露出面14直接生長的硅晶體20 (硅柱22)向橫向的生長覆蓋掩模面16。作為生長例，在基板溫度為900°C~1000°C、使用四氯化硅(SiCl4)氣體(1.5g/min)、H2氣體(55cc/min)、HCl氣體(8cc/min)的條件下，以0.5 y m/min的速度生長娃晶體20。
[0094]在使具有與基板10晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)的生長晶體外延生長時，該生長晶體在其和基板10的界面上受到拉伸應力(或壓縮應力)，此時，如果上述應力超過該生長晶體所具有的斷裂強度(彈性極限強度)，則生長晶體為了消除該應力而產(chǎn)生位錯，該斷裂強度由生長的生長晶體固有的物理性質所決定。例如，在非專利文獻I中已有詳述:在GaP的基板上使硅單晶生長的情況下，在硅厚度不足0.13 的生長階段中，盡管在生長晶體中存在晶格應變，但不會產(chǎn)生位錯，如果硅單晶厚度生長為0.13 以上，則將產(chǎn)生位錯。
[0095]通常，在進行異質外延生長的情況下，因為在基板10整個面上使薄膜生長，所以，構成基板10的晶體與構成薄膜的生長晶體之間的晶格失配導致薄膜受到的應力遍及基板10的整個面。此時，不受(緩和)該應力的自由表面只限于薄膜的生長面(只是最上面)，而在面內(nèi)方向上則不能夠緩和該應力，即緩和該應力的方向只限于一維方向。
[0096]然而，通過減小生長晶體的寬度尺寸(截面尺寸)，生長晶體從基板10受到的應力不僅在上表面而且在側面兩個方向上也能夠緩和，因而緩和應力的方向為三維方向。由此，能夠在三維方向上緩和因晶格失配引起的生長晶體自基板10 (基板10的面內(nèi)方向上)受到的拉伸(壓縮)應力，從而減少或防止產(chǎn)生位錯。
[0097]圖3表示改變生長晶體的寬度尺寸時斷裂強度與施加對應于斷裂強度的應力而產(chǎn)生的晶格應變的關系的曲線圖。在圖3中，橫軸為對數(shù)刻度。本發(fā)明人針對生長晶體的寬度尺寸、生長晶體的斷裂強度(彈性極限強度)、被施加對應于斷裂強度的應力的生長晶體產(chǎn)生的晶格應變的關系進行了調(diào)查。在非專利文獻3中，使用了生長晶體為硅且硅的寬度尺寸變化的樣品，并針對其彎曲強度(斷裂概率為63.2%的值)進行了報告。
[0098]而且，在非專利文獻3中已經(jīng)報告了如果使硅的寬度尺寸設定為I U m以下，則彎曲強度急劇增大，并且在長度方向上表現(xiàn)為較大的伸展性的論點。在非專利文獻2中已經(jīng)報告無論何種材料，如果使材料的寬度尺寸微小化則彎曲強度增加，并且如果該材料的楊氏模量為E則其極限接近E/10的論點。需要說明的是，在非專利文獻3中已經(jīng)報告楊氏模量E為定值，與材料的寬度尺寸無關的論點。另外，因彎曲產(chǎn)生的應力的方向與因晶格應變產(chǎn)生的應力的方向是與任一材料的長度方向(成長方向)正交的面內(nèi)方向(截面方向)，所以材料的彎曲強度與對應于晶格應變的強度大致相同。根據(jù)上述論點，本發(fā)明人導出了表示生長晶體的寬度尺寸與施加對應于該寬度尺寸的生長晶體的彎曲強度(斷裂強度)的應力而形成的晶格應變的關系的標記(plot)及曲線。
[0099]在圖3中，標記Al~A6表示彎曲強度，標記BI~B6表示晶格應變,在表示體(bulk)狀態(tài)的標記Al到標記A3之間，彎曲強度平穩(wěn)增強，在趨向晶體的寬度尺寸為亞微米級別(不足Ium)的A4，A5，A6的方向上，彎曲強度急劇增強。根據(jù)楊氏模量E (186GPa，參照非專利文獻3)，能夠容易地算出標記BI~B6，并且，因為在標記B6，晶格應變值超過10% (10.4%)，所以可以認為，生長晶體的寬度尺寸在0.1iim以下時，晶格應變值不會升高到10%以上，通過標記BI~B6的曲線飽和。
[0100]圖3的曲線表示由生長晶體的寬度尺寸確定的晶體的彎曲強度(斷裂強度)與伴隨著生長晶體自基板受:到的晶格應變而廣生的應力相等的條件。由此可知，例如在表不生長晶體的寬度尺寸與基板的晶格應變之間的關系的標記存在于圖中曲線下側的區(qū)域時，表示即使該生長晶體進行異質外延生長，也不會產(chǎn)生穿透位錯等晶格缺陷(或者說高密度產(chǎn)生晶格缺陷的可能性低);反之，在所述標記存在于圖3曲線上側的區(qū)域時，表示當該生長晶體進行異質外延生長時將產(chǎn)生晶格缺陷(或者說高密度產(chǎn)生晶格缺陷的可能性高)。另外，在晶格應變超過10%的情況下，無論如何設計生長晶體的寬度尺寸，在進行異質外延生長時，生長晶體都將廣生晶格缺陷(或者說聞密度廣生晶格缺陷的可能性聞)。
[0101]因此，為了在基板10上使晶格缺陷少的薄膜生長，需要使生長晶體(露出面14)的寬度尺寸設定在該生長晶體的斷裂強度與伴隨該生長晶體自基板10受到的晶格應變而產(chǎn)生的應力相等時的生長晶體(露出面14)的寬度尺寸以下。即，在選擇基板10 (單晶)和生長在基板10上的薄膜(生長晶體)時，算出該基板10與薄膜的晶格常數(shù)之差(晶格應變)，并且以使由晶格應變 和寬度尺寸得出的標記位于圖3曲線下側的區(qū)域的方式設計寬度尺寸的大小，由此，能夠在基板10上生長晶格缺陷少的薄膜。例如，根據(jù)圖3曲線可知，在將生長晶體的寬度尺寸設為200 的情況下，曲線上的晶格應變?yōu)?.5%左右，但強度提高了標記AU體狀態(tài)、晶格應變?yōu)?.31%)的5倍左右。因此，即使生長晶體的寬度尺寸(開口部13及露出面14的寬度尺寸)為200 iim，也能夠期待減少晶格缺陷的效果。這樣，利用生長晶體的寬度尺寸與彎曲強度的關系的相關知識，能夠優(yōu)化用來減少晶格缺陷的異質外延生長條件。
[0102]如圖3所示可知，生長晶體的寬度尺寸越小，彎曲強度越強。不過，因為生長晶體如前所述按照掩模層12之間的基板10的開口部13 (露出面14)外形生長，所以被認為在開口部13 (露出面)的寬度為0.001 以下的情況下不能進行正常的異質外延生長。另外，在晶格應變超過10%的情況下，可以在基板10上生長緩沖層，使薄膜在該緩沖層上生長即可，該緩沖層具有在基板10的晶格常數(shù)與薄膜(生長晶體)的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)。
[0103]用于進行異質外延生長的方法有氣相外延法、液相外延法、固相外延法及用來協(xié)助上述這些方法的例如利用等離子體或離子束的生長方法等各種生長方法。然而，這些生長方法的選擇要根據(jù)基板10及外延生長于基板10上的薄膜(生長晶體)的材料特性及其目的來采用最佳的生長方法。
[0104]應用于本實施方式的、外延生長所采用的異質外延方法或掩模層12的材料及其利用方法只要采用最適合基板10和生長的薄膜材料的外延方法即可，不必為了本實施方法而特別促使改變生長方法。在本實施方式中，雖然為了誘導外延生長而利用掩模層12，但對掩膜層的材料(例如氧化硅膜、氮化硅膜)等也不作特別限定，只要選擇最適合各生長方法的材料即可。但在本實施方式中，唯一限制的是:在基板10上有選擇地形成掩模層12并且使用被掩模層12夾著而形成(或者在基板10整個面形成掩模層12、蝕刻掩模層12的一部分而形成的、作為開口部13的底面而形成)的基板10的露出面14。在露出面14上生長的生長晶體上誘導微小晶體的生長，從而促進改變該外延膜的物理性質。
[0105]即，僅使用已知的異質外延生長法，并利用在基板10上的掩模層12，有選擇地形成寬度在0.0Oliim至200 iim的范圍內(nèi)的開口部13 (露出面14)，就能夠得到無位錯(或者位錯少的)的單晶薄膜(生長晶體)。特別是在晶格應變較大(例如6%以上)的情況下，通過有選擇地形成寬度為0.001 ii m至I ii m范圍內(nèi)的露出面14，能夠得到具有伸展性且無位錯(或者位錯少的)單晶薄膜(生長晶體)。
[0106]另外，在本實施方式中，除了開口部13 (露出面14)的寬度尺寸(生長晶體的寬度尺寸)以外，例如針對異質外延的各種生長方法、掩模層12的材料、進行異質外延生長的生長晶體的材料、生長元素的化學種類(原子或分子)、生長溫度等都不作限制。
[0107]接著，針對本實施方式的異質外延單晶的制造工序進行說明。首先，如圖1、圖2所示，在外延生長爐100中的設置臺106上設置用來生長硅薄膜24的基板10，此時，在基板10上使使用了氧化硅膜(SiO2、通過甲硅烷氣體的氧化得到)的掩模層12生長，如前所述，在基板10上預先形成露出基板10的露出面14 (開口部13)和由掩模層12覆蓋的掩模面16。
[0108]然后，將基板10升溫至用來使硅薄膜24生長于基板10上的溫度，以規(guī)定的流量及溫度向基板10供給原料氣體18。另外，在原料氣體18中混入氯化氫(HCl)氣體，促進生長。
[0109]圖4至圖1表示第一實施方式異質外延單晶的生長階段的剖面圖。如圖4所示，在外延生長初期的相對較低的溫度(例如900°C至1000°C的溫度)下，在基板10的露出面14上發(fā)生原料氣體18的表面分解反應，開始具有按照開口部13 (露出面14)外徑形成的截面的硅柱22 (硅晶體20)的生長。不過，如前所述選擇的原料18在由氧化硅膜形成的掩模面16上的區(qū)域被抑制表面分解反應而不進行分解。另一方面，從露出面14開始生長的硅柱22利用原料氣體18的供給，進行異質外延生長。
·[0110]如圖5所示，進行異質外延生長，不久在露出面14上生長的硅晶體20 (硅柱22)生長至形成掩模面16的掩模層12的厚度，之后硅晶體20在掩模面16上沿橫向也開始進行生長。
[0111]此時，橫 向生長的部分也開始在硅薄膜24的厚度方向上生長，而且硅薄膜24在厚度方向的生長速度與橫向上的生長速度大致相同。由此，如圖5所示，在掩模面16上硅晶體20進行橫向生長與厚度方向的生長。
[0112]如圖6所示，因為生長進一步進行而硅晶體20覆蓋整個掩模面16并且在掩模面16上硅晶體20相連，所以基板10的整個面被硅薄膜24覆蓋。之后，為提高速度，停止向原料氣體18混入氯化氫氣體，并且升高基板10的溫度，使生長繼續(xù)，直至達到所需要的外延厚度，形成圖7所示的硅薄膜24。
[0113]這樣形成的硅薄膜24是以露出面14上的硅柱22為核心生長的生長晶體，所以露出面14上的硅晶體20 (硅柱22)與掩模面16上的硅晶體20 —同延續(xù)基板10的晶體結構，只是基板10的晶格常數(shù)與硅晶體20的晶格常數(shù)不同。因此在硅晶體20的晶格常數(shù)大于基板10的晶格常數(shù)的情況下，硅晶體20受到因壓縮應力所產(chǎn)生的晶格應變，反之，在硅晶體20的晶格常數(shù)小于基板10的晶格常數(shù)的情況下，硅晶體20受到因拉伸應力所產(chǎn)生的晶格應變。
[0114]然而，在本實施方式中，如上所述，使開口部13 (露出面14)的寬度形成在
0.0Oliim至200 iim (或I y m)的范圍內(nèi)，硅柱22 (硅晶體20)具有按照開口部13 (露出面14)外形的寬度尺寸(截面尺寸)，所以形成維持上述晶格應變的同時不產(chǎn)生(或減少產(chǎn)生)穿透位錯等晶格缺陷的硅柱22 (硅晶體20)。因此，根據(jù)本實施方式，硅薄膜24不但在橫向生長的部分而且在從露出面14直接生長的部分(硅柱22)上，也不產(chǎn)生(或減少產(chǎn)生)晶格缺陷。因此，能夠利用基板10整個面，使晶格缺陷減少的硅薄膜24生長。
[0115]因此，在本實施方式中，在基板10上形成掩模層12，并且在形成于掩模層12的開口部13的底面上形成基板10的露出面14，晶格常數(shù)與基板10不同的硅晶體20從露出面14開始生長，形成覆蓋掩模層12的異質外延單晶。并且，開口部13的寬度尺寸在按照硅晶體20的開口部13外形生長的部分的斷裂強度與伴隨硅晶體20自基板10受到的晶格應變而產(chǎn)生的應力相等時的開口部13的寬度尺寸以下。
[0116]在本實施方式中，在露出面14上形成基板10與娃晶體20的原子鍵合。另一方面，形成掩模層12的氧化硅膜與硅薄膜24只是在掩模面16上形成冶金學鍵合，而不存在規(guī)則的原子鍵合。因此，硅薄膜24的橫向生長部分不會受到因與掩模層12的晶格常數(shù)之差所產(chǎn)生的晶格應變。因為掩模層12通常為絕緣體(例如氧化膜、氮化膜)，所以基板10與硅薄膜24雖然在露出面14的位置上電連接，但在其他的位置卻電絕緣。因此，能夠有效利用該掩模層12。
[0117]例如，在太陽能電池中應用本實施方式的情況下，生長在露出面14上的硅晶體20與基板10電連接，在橫向生長部分的下方插入有作為絕緣膜的掩模層12。在因該掩模層12引起的電阻增加導致太陽能電池效率降低的情況下，需要采取增加基板10上的露出面14的面積比例等對策。
[0118]另外，位于基板10與娃薄膜24的橫向生長成分之間的掩模層12通過基于短波長光的反射的光的再利用或者選擇使長波長光易于透射的物質等，也能夠在提高太陽能電池的效率方面加以利用。然而，對于基板10與掩模層12的界面和硅薄膜24與掩模層12的界面，需要同時進行緩和少數(shù)載流子再結合中心的處理。
[0119]為此，可以根據(jù)需要實施使用預先在掩模層12中摻雜雜質(p型或n型)的掩模層12，或預先對基板10表面進行再結合中心緩和處理，或在異質外延生長時導入p型或n型雜質等措施。
[0120]在利用現(xiàn)有的外延技術，在基板10上使材料與基板10不同的生長晶體外延生長的情況下，在基板10與生長晶體之間的邊界，在外延生長中必定產(chǎn)生相互擴散。即底層基板10的原子向生長晶體中擴散，生長晶體的原子向基板10中擴散。
[0121]然而，本實施方式的特征為，除了硅薄膜24從基板10的露出面14直接生長的部分以外，娃薄膜24的橫向生長的部分由于其與基板10之間夾著掩模層12,因此能夠避免其與基板10之間的相互擴散，從而形成膜。
[0122]另外，在本實施方式中，在硅薄膜24生長后，與上述同樣地，在硅薄膜24上形成由氧化硅膜構成的掩模層12，從而形成硅薄膜24的露出面(未圖示)和掩模面(未圖示)，并且通過向硅薄膜24上供給硅晶體20的原料氣體18 (或者是晶格常數(shù)與硅不同的其他晶體材料的原料氣體)，能夠在基板10上形成薄膜的雙層結構(可以在薄膜上層積一層或兩層新的薄膜)。而且，由于上述同樣的理由，在第二層薄膜上也能夠避免其與第一層的硅薄膜24的相互擴散。因此，通過利用本實施方式，能夠形成減少構成各層的材料在各層間相互擴散的、聞品質串聯(lián)式太陽能電池等。
[0123]在第一實施方式中，為了避免在掩模層12上直接沉積多晶硅，進行了利用表面分解反應的異質外延生長。在該情況下，原則上將生長溫度限制為由生長晶體的原料氣體18(氯化硅氣體的化學種類( SiCl2))的化學性質所決定的生長溫度。
[0124]另一方面，因為氣相分解反應能夠在低于表面分解反應(900°C~1000°C)的溫度(570°C，參照非專利文獻I)下實施，所以能夠擴展用來降低外延生長溫度的方法(例如電磁加速元素的方法等)的選擇范圍。進而，因為能夠在低于表面分解反應的溫度下生長，所以與利用表面分解反應的情況相比，也能夠緩和因基板10與薄膜(生長晶體)的熱膨脹系數(shù)的差異引起的、對薄膜產(chǎn)生熱應變的影響。而且，如果使晶體生長后的基板10從晶體生長時的溫度降低為室溫，則由于前述的熱應變而使基板10產(chǎn)生彎曲，但是因為在氣相分解反應中能夠抑制生長溫度，所以能夠減少彎曲。因此，在掩模層12上不進行硅晶體20的橫向生長的后述第二實施方式、第三實施方式中，適合應用利用氣相分解反應的異質外延生長。
[0125]圖8至圖11表示第二實施方式的異質外延單晶的生長階段的剖面圖。在第二實施方式的異質外延單晶的制造方法中，使開口部13 (露出面14)及掩模面16 (第二露出面26)的寬度上限設為200 ym，通過除去掩模層12并保留硅晶體20 (第一生長晶體)，形成與硅晶體20 (第一生長晶體)鄰接的第二露出面26。然后，向基板10上供給原料氣體18，在硅晶體20 (第一生長晶體)的上表面及第二露出面26上使硅晶體28 (第二生長晶體)生長。
[0126]如圖8所不,與第一實施方式相同地,在基板10上有選擇地沉積掩模層12,從而在基板10上形成露出面14 (開口部13)和掩模面16。此時，露出面14 (開口部13)及掩模面16形成的寬度在0.001 ii m至200 ii m的范圍內(nèi)。
[0127]如圖9所示，向基板10上供給原料氣體18 (圖1，甲硅烷氣體)，在露出面14上使硅晶體20 (第一生長晶體)生長。此時，雖然硅晶體20具有按照露出面14 (開口部13)外形的寬度尺寸并進行生長，但是硅晶體20自基板10受到晶格應變。然而，通過將該寬度尺寸設計為200 y m以下，使由該寬度尺寸決定的硅晶體20的斷裂強度大于對硅晶體20產(chǎn)生的晶格應變所對應產(chǎn)生的應力的值，從而能夠抑制穿透位錯等晶格缺陷。另一方面，在掩模層16上沉積多晶硅30。
[0128]如圖10所示，通過蝕刻除去多晶硅30及掩模層12。在該情況下，形成按照硅晶體20 (露出面14)的外形形成的光致抗蝕劑，通過蝕刻除去從光致抗蝕劑中露出的多晶硅30及掩模層12。由此，在基板10上形成露出基板10的第二露出面26。
[0129]如圖11所示，向基板10上再次供給原料氣體18 (圖1)，在第二露出面26及硅晶體20 (第一生長晶體)上使硅晶體28 (第二生長晶體)生長。硅晶體28 (第二生長晶體)從第二露出面26直接生長的部分與前述同樣，具有按照第二露出面26外形的寬度尺寸，并且進行生長，但是自基板10受到晶格應變。然而，通過將該寬度尺寸設計在200i!m以下，使由該寬度尺寸決定的硅晶體28的斷裂強度大于與對硅晶體28產(chǎn)生的晶格應變所對應的應力的值，從而能夠抑制穿透位錯等晶格缺陷。而且，硅晶體28 (第二生長晶體)從硅晶體20 (第一生長晶體)直接生長的部分是從硅晶體20的晶格應變緩和了的部分開始同質外延生長的，所以晶格應變小，也能夠減少晶格缺陷。 [0130]因此，通過經(jīng)由上述制造工序，在本實施方式中，在基板10上形成晶格常數(shù)與基板10不同的娃晶體20和娃晶體28彼此相鄰并交替生長的異質外延單晶。而且，娃晶體20
(28)的寬度尺寸在硅晶體20 (28)的斷裂強度與伴隨硅晶體20 (28)自基板10受到的晶格應變而廣生的應力相等時的娃晶體20 (28)的寬度尺寸以下。進而，娃晶體28生長成厚度厚于娃晶體20的厚度，并且覆蓋娃晶體20。
[0131]在此，硅晶體20及第二露出面26的寬度下限為0.001 u m，硅晶體20及第二露出面26的寬度上限為200 iim。而且，因為硅晶體28具有按照第二露出面26外形的寬度尺寸，所以硅晶體28的寬度下限為0.0Oliim，上限為200 iim。
[0132]需要說明的是，有時在硅晶體20與硅晶體28之間產(chǎn)生位錯(邊界)，但是與因晶格應變產(chǎn)生的穿透位錯等相比，是密度足夠小的位錯。而且，在本實施方式中，也可以使硅晶體28在露出面14上生長，之后，使硅晶體20在第二露出面26上生長，并且使硅晶體20生長成覆蓋硅晶體28。
[0133]圖12至圖14表示第三實施方式的異質外延單晶的生長階段的剖面圖。在第三實施方式的異質外延單晶的制造方法中，與上述同樣地，配置在基板10上的露出面14和掩模面16 (第二露出面26)的寬度上限設為200 iim。然后，除去掩膜層12并留下硅晶體20，在娃晶體20上形成第二掩模層32并形成與娃晶體20相鄰的第二露出面26。最后，向基板10供給原料氣體18，在第二露出面26上使硅晶體28生長。
[0134]首先，按照第二實施方式，在基板10上使硅晶體20生長(參照圖10)，并且如圖12所示，在硅晶體20上形成第二掩模層32。如圖13所示，向基板10供給原料氣體18(圖1)，在第二露出面26上使硅晶體28 (第二生長晶體)生長。此時，在第二掩模層32上沉積多晶硅30。然后，如圖14所示，蝕刻除去多晶硅30及第二掩模層32。通過經(jīng)由上述工序，在基板10上形成晶格常數(shù)與基板10不同的硅晶體20和硅晶體28相鄰并交替形成的異質外延單晶。此時，在基板10上硅晶體20和硅晶體28形成為鑲嵌結構狀(格子圖案)，各自的寬度下限為0.001 u m,上限為200 u m。[0135]需要說明的是，在本實施方式中，雖然可以通過事先計算出的生長速度使硅晶體20和硅晶體28生長為相同厚度，但是也可以有意識地使之生長為不同的厚度，形成臺階。由此，能夠降低硅薄膜24表面對光的反射率，因此在使用硅薄膜24作為太陽能電池的情況下，能夠提聞光的吸收效率，從而提聞發(fā)電效率。
[0136]另外，在第二實施方式、第三實施方式中，作為減少所述彎曲的方法，在使硅晶體28生長時，利用配置于基板10的第二掩模層32，在基板10上以必要的間隔(在基板10上形成格子線狀)配置不進行外延生長的部分。即例如將俯視時為矩形狀的多個硅晶體28 (硅薄膜)排列為陣列狀，并使之在基板10上生長，由此能夠減小基板10的彎曲。另外，在第二實施方式、第三實施方式中，雖然利用氣相分解反應使硅晶體20，28生長，但是也可以如第一實施方式那樣，利用表面分解反應使娃晶體20,28生長。
[0137]利用第一實施方式至第三實施方式中任一實施方式的制造方法都能夠制造出三層結構的異質外延單晶。即不僅在基板10的單面，也能夠在基板10的兩面形成具有開口部13的掩模層12并按照上述實施方式在基板10的兩面使生長晶體生長。此時，能夠使生長晶體的材料在基板10的一面與另一面彼此不同。例如，在制造三層結構的串聯(lián)式太陽能電池的有源層時，可以使基板10為娃,使生長于基板10—面的生長晶體為禁帶寬度大于娃的材料(例如后述的InxGahP)，使生長于另一面的生長晶體為禁帶寬度小于硅的材料(例如后述的Ge)。如果利用第一實施方式的制造方法，雖然殘留有掩模層12，但是通過由禁帶寬度較大的SiO2形成掩模層12，能夠降低光吸收的損失。
[0138]圖15至圖19表示第四實施方式的異質外延單晶的生長階段的剖面圖。在本實施方式中，在基板10上使硅晶體20，28生長之前，在基板10的露出面(露出面14，第二露出面26)上，形成具有基板10的 晶格常數(shù)與硅晶體20，28的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)的緩沖層(第一緩沖層34、第二緩沖層36)，在緩沖層上生長硅晶體20，28。本實施方式適用于基板10與生長于基板10上的晶 體的晶格失配比例較大(例如10%以上)而高密度地產(chǎn)生穿透位錯等晶格缺陷的情況，由此能夠減少晶格缺陷。另外，本實施方式以第三實施方式為例進行說明，但是也能夠適用于其他的實施方式。
[0139]如圖15所示，在基板10上形成掩模層12，從而形成露出面14(開口部13)和掩模面16，并且在露出面14上形成厚度薄于掩模層12的第一緩沖層34。如圖16所示，在第一緩沖層34上使硅晶體20生長。另外，在圖16之后，省略層積在掩模層12上的多晶硅30。
[0140]如圖17所示，通過蝕刻除去掩模層12，在基板10上形成第二露出面26，在硅晶體20上形成第二掩模層32，并且在第二露出面26形成厚度薄于硅晶體20的第二緩沖層36。如圖18所示，在第二緩沖層36上使硅晶體28生長，并且如圖19所示，蝕刻除去第二掩模層32。
[0141]通過經(jīng)由上述工序，在基板10與硅晶體20之間配置有具有基板10的晶格常數(shù)與硅晶體20的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)且外形按照硅晶體20外形的第一緩沖層34，在基板10與硅晶體28的與基板10接合的部分之間配置有具有基板10的晶格常數(shù)與硅晶體28的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)且外形按照硅晶體20外形的第二緩沖層36。
[0142]利用根據(jù)上述結構，因為硅晶體20，28在緩沖層上生長，所以能夠緩和晶格應變，從而形成晶格缺陷的產(chǎn)生被抑制的異質外延單晶。另外，因為緩沖層(第一緩沖層34、第二緩沖層36)的外徑也按照露出面(露出面14、第二露出面26)的外徑(寬度下限為0.001 u m,上限為200 ym)形成，所以在緩沖層中也能夠在維持晶格應變的同時，抑制產(chǎn)生穿透位錯等晶格缺陷。
[0143]需要說明的是，藍寶石與硅的晶格失配的比例約為12.5%，因此，即使在藍寶石基板上直接使硅晶體生長，硅晶體中還殘存穿透位錯，從而不適合作為器件用的材料加以使用。但是，通過如上所述，事先在藍寶石基板上形成緩沖層，在緩沖層(例如晶格常數(shù)為4.98A的立方晶InN)上使硅晶體生長，能夠減少硅晶體中的晶格缺陷，由此，利用由藍寶石和硅形成的層疊結構，能夠構筑可快速響應的集成電路等。另外，在利用SiC作為使硅晶體生長的基板的情況下能夠進行上述同樣的工序，反之，在使基板為硅、使SiC生長的情況下也能夠進行上述同樣的工序。
[0144]圖20和圖21表示第五實施方式異質外延單晶的基板的制造工序的剖面圖。第五實施方式的異質外延單晶的制造方法與上述第一實施方式至第四實施方式的任一實施方式相同，但是基板10按照以下的方式形成:在硅基板38上有選擇地使富含氧的氧化硅膜40生長，即通過在氧化硅膜40上形成露出硅基板38的開口部41 (第二開口部)，在開口部41的底面形成所述硅基板38的露出面42。此時，形成露出面42(開口部41)，使露出面42(開口部41)的寬度在0.0Oliim至0.45 iim (參照專利文獻2)的范圍內(nèi)。
[0145]接著，向露出面42供給硅烷氣體，使硅晶體44從露出面42開始生長，使由硅晶體44形成的硅薄膜46生長成覆蓋所述硅基板38。然后，在硅薄膜46的生長中或生長后進行熱處理，利用氧化硅膜40所含有的氧使硅晶體44在露出面42 (開口部41)上生長的初期生長部分氧化。由此，利用氧化硅膜40切斷硅基板38與硅薄膜46的結合，形成具有硅基板38、氧化娃膜40、娃薄膜46三層結構的基板10。最后,在娃薄膜46上使掩模層12及第一生長晶體(材料與硅晶體20不同的異種晶體)等生長。
[0146]利用在硅薄膜46的生長時及生長后的熱處理，使`硅薄膜46 (硅晶體44)在露出面42 (開口部41)上生長的初期生長部分氧化。例如，利用上述方法，最初在1000°C下使硅薄膜46生長成覆蓋硅基板38 (氧化硅膜40)。之后，升溫至1200°C，使硅薄膜46 (生長速度為1.5iim/min、生長時間為13.3min)生長至厚度為20iim。此時，通過將開口部41 (露出面42)的寬度設計為0.23 y m以下，能夠在硅薄膜46生長的同時，使初期生長的部分氧化。
[0147]在硅薄膜46的厚度為I U m的情況下，在硅薄膜46的厚度達到I U m的生長階段，停止供給硅烷氣體并利用熱處理促進初期生長部分的氧化。在該情況下，需要以2 y m以下的間隔形成開口部41。另外，也可以使硅薄膜46生長成厚度與I Pm相比足夠厚并通過CMP(Chemical Mechanical Polishing,化學機械拋光)形成I ii m的厚度。在該情況下可以在某種程度下自由地設計開口部41的形成間隔。
[0148]在上述方法中，硅薄膜46能夠以撕裂強度較低的氧化硅膜40的方式(此時同時利用氫氟酸溶液蝕刻氧化硅膜40)從硅基板38剝離。此時，能夠從硅基板38剝離硅薄膜46的端部，以從粘貼膠帶的部分撕開的方式，從硅基板38剝離整個硅薄膜46。由此，能夠將硅薄膜46作為基底形成異質外延單晶而實現(xiàn)整體的薄膜化，并且通過對硅基板38的表面進行拋光而能夠重復使用硅基板38，從而能夠控制成本。下面，對本實施方式的制造工序進行說明。
[0149]首先，在硅基板38上形成富含氧的氧化硅膜40。關于氧化硅膜40，通過將硅基板38加熱至300°C并向硅基板38供給甲硅烷與氧(比化學計量更富含氧)的混合氣體，或者在硅基板38上涂布Si (OH)4，使之旋轉干燥，由此形成化學計量上富含氧的氧化硅膜40。接著，按照露出硅基板38表面的露出面42 (其寬度下限為0.0Olii m，上限為0.45 y m)的構圖蝕刻氧化硅膜40，在硅基板38上形成氧化硅膜40的開口部41的底面即露出硅基板38的露出面42及由氧化娃膜40形成的掩模面48。
[0150]然后，如圖20所示，向硅基板38供給原料氣體18 (圖1)，使硅晶體44從露出面42開始生長。在硅晶體44的厚度厚于氧化硅膜40時，硅晶體44橫向生長，而硅晶體44的從露出面42直接生長的部分(硅柱50)的周緣被與其鄰接的化學計量上富含氧的氧化硅膜40供給氧而發(fā)生氧化，該氧化逐漸向硅柱50的中心進行，從而氧化硅膜40向硅柱50內(nèi)形成。 [0151]如圖21所示，在硅晶體44的橫向生長結束并形成具有一定程度的厚度的硅薄膜46的階段，硅柱50 (圖20)基本被氧化而消失，變質為氧化硅膜40。由此，利用氧化硅膜40切斷硅基板38與硅薄膜46的結合，形成由硅基板38、氧化硅膜40、硅薄膜46形成的三層結構的基板10。因為氧化硅膜40與硅基板38及硅薄膜46的接合強度較小，而且氧化硅膜40自身的強度也較小，所以能夠如后所述，從硅基板38剝離硅薄膜46。
[0152]然而，通過以1000度以上的溫度對上述基板10進行熱處理，能夠使基板10中的氧化硅膜40形成為致密且牢固的絕緣性較高的氧化膜。在該情況下，雖然不能從硅基板38剝離硅薄膜46，但是由硅基板38、氧化硅膜40、硅薄膜46形成具有與SOS (Silicon onSapphire:藍寶石娃片)結構類似的牢固層疊結構的基板10。另一方面,能夠在娃薄膜46上配置集成電路等的圖案，由此，能夠使用該基板10作為快速且省電的半導體元件的材料。當然也可以與第一實施方式等同樣地，在該基板10上使晶格常數(shù)與基板10不同的生長晶體生長。
[0153]圖22至圖24表示第五實施方式的異質外延單晶的制造工序的剖面圖。如圖22所示，利用第一實施方式至第四實施方式的方法，在硅薄膜46上使材料與硅不同(具有不同晶格常數(shù)的材料)的異種晶體52 (例如后述的Ge、InxGahP)異質外延生長。在此，在硅薄膜46表面存在如圖21所示的凹凸的情況下，預先對表面進行鏡面拋光。另外，在異種晶體52的原料氣體中使用含有構成異種晶體52的元素(半導體)的有機化合物等。
[0154]接著，在硅薄膜46從硅基板38剝離的方向上向異質外延生長后的硅薄膜46的端部施加物理應力，由此，在硅薄膜46的端部的氧化硅膜40與硅基板38接合的部分、氧化硅膜40與硅薄膜46接合的部分、氧化硅膜40在厚度方向的中央部的任一部分使氧化硅膜40斷開。由此，能夠以從粘貼有膠帶的部分撕裂的方式，從硅基板38剝離硅薄膜46，并且能夠如圖23所示，構筑由異種晶體52形成的異質外延單晶，其中異種晶體52由與硅薄膜46和硅不同的晶體形成。此時，向硅基板38與硅薄膜46的剝離部分供給氫氟酸等，蝕刻氧化硅膜40，從而能夠容易地進行剝離。另外，通過在硅薄膜46剝離后對基板38的表面進行拋光，對硅薄膜46的生長能夠重復使用硅基板38，從而能夠控制成本。
[0155]如圖24所示，與上述同樣地，利用第一實施方式至第四實施方式的方法，在硅薄膜46的剝離面使與硅不同材料(具有不同晶格常數(shù)的材料)的異種晶體54異質外延生長。在此，也可以根據(jù)需要預先對硅薄膜46的剝離面的凹凸進行鏡面拋光。由此，形成在硅薄膜46的兩面形成與硅不同的晶體構成的異種晶體52，54生長的異質外延單晶。此時，由于利用第一實施方式至第四實施方式的方法使生長在娃薄膜46上的異種晶體52, 54生長,所以處于維持晶格應變的同時晶格缺陷少的狀態(tài)，由此，硅薄膜46也被施加了來自異種晶體52，54的晶格應變。
[0156]另外,利用第一實施方式的方法,也可以在娃薄膜46上形成掩模層12,在娃薄膜46的從掩模層21露出的部分使異種晶體52 (54)生長，并且使異種晶體52 (54)生長成覆蓋掩模層12，在從硅基板38剝離硅薄膜46之后，在硅薄膜46的剝離面形成掩模層12，在剝離面的從掩模層12露出的部分使異種晶體54 (52)生長，并且使異種晶體54 (52)生長成覆蓋剝離面的掩模層12。
[0157]從提高硅太陽能電池效率的觀點出發(fā)，作為最佳的禁帶寬度組合，認為以
1.8eV/l.leV/0.66eV、In.Ga^.P/Si/Ge (0 < x < I)的三接合單元等是有效的。本實施方式能夠實現(xiàn)上述串聯(lián)式硅太陽能電池，即例如在圖22所示的階段，在硅薄膜46的表面使作為異種晶體52的InxGahP (Ina5Gaa5P)生長，在圖24所示的階段，在硅薄膜46的剝離面上使作為異種晶體54的Ge生長，由此能夠實現(xiàn)上述串聯(lián)式硅太陽能電池。為了發(fā)揮太陽能電池的作用，在采用上述結構的同時，還需要在表面、背面形成電極，并且對硅薄膜46與異種晶體52，54的界面施加必要的處理。
[0158]在非專利文獻6中，在生長溫度700°C下，通過有機金屬氣相生長法，在GaAs基板上使InxGahP (Ina5Gaa5P)薄膜異質外延生長，通過X射線衍射求出基板與薄膜之間的晶格失配。據(jù)非專利文獻6報告，生長于GaAs基板的InxGahP的組成比(x)因生長方法而變化，并且隨著X的變化，能隙(Eg)及晶格失配也發(fā)生變化。而且，據(jù)非專利文獻6報告，隨著X的變化，有時對GaAs 施加拉伸應變(最大0.3%)，有時施加壓縮應變(最大0.42%)。
[0159]在此，硅(晶格常數(shù):5.43A)與GaAs (晶格常數(shù):5.65A)的晶格失配的比例約為4.0%，由此可以認為，在硅薄膜46上使InxGahP (Ina5Gaa5P)生長的情況下，InxGa1^xP受到
3.58% ((4.0 — 0.42) % ~4.3% (4.0 + 0.3)%)的晶格應變(壓縮應變)。
[0160]然而，根據(jù)上述非專利文獻2的記載，可以認為圖3所示的特性基本相同，而不取決于材料(無論壓縮還是拉伸)。因此，根據(jù)圖3，在InxGahP中存在上述4.3%晶格失配的情況下，可以將InxGahP的寬度尺寸設計為IOy m級別以下。由此，能夠使InxGai_xP(Ina5Gaa5P)形成受到晶格應變(壓縮應變)但無(或者減少)穿透位錯等的晶體。
[0161]同樣地，硅(晶格常數(shù):5.43人)與Ge (晶格常數(shù):5.68人)的晶格失配的比例約為
4.60%。因此，根據(jù)圖3，在硅薄膜上使Ge生長的情況下，通過將Ge的寬度尺寸也設計為IOum級別以下，能夠使Ge形成受到晶格應變(壓縮應變)但無(或減少)晶格缺陷的晶體。
[0162]因此，作為各自的晶格應變(壓縮應變)的反作用，InxGapxP (Ina5Gaa5PmGe能夠對硅薄膜46施加晶格應變(拉伸應變)，從而使硅薄膜46自兩面受到晶格應變(拉伸應變)。另外，在將InxGahP (Ina5Gaa5P)及Ge的寬度尺寸設計為10 y m級別以上的情況下，在生長InxGahP (Ina5Gaa5P)及Ge之前，在硅基板上形成緩沖層即可。
[0163]在現(xiàn)有的串聯(lián)式太陽能電池的制造中，需要尋找能隙為1.8eV、晶格常數(shù)接近硅的晶格常數(shù)、具有可防止因位錯導致效率降低程度的晶格失配比例的材料。然而，通過進行本實施方式的外延生長，可以放寬晶格常數(shù)的匹配條件，開發(fā)能隙最佳的材料，從而顯著提高材料選擇的自由度。
[0164]從硅基板38剝離的硅薄膜46 (圖23)是通過外延生長得到的，能夠根據(jù)用途自由地控制厚度。從成本方面考慮，目前所使用的半導體用硅晶片，為了用于CZ法晶體生長及在基板(晶片)上進行加工，必須利用線狀鋸進行切斷，伴隨而來的是巨大的工業(yè)成本及環(huán)境負擔。在本實施方式中，使用的硅基板38能夠再次使用，所以能夠降低成本，減輕對環(huán)境的負擔。
[0165]作為廣泛利用于工業(yè)上的半導體，硅半導體通過推進基于縮放比例的微細化而發(fā)展，但是至此，半導體產(chǎn)業(yè)因硅片微細化的極限而導致半導體技術發(fā)展停滯的現(xiàn)象已初見端倪，人們正在尋求隨之變化的新技術開發(fā)。從很久以前，人們就嘗試通過半導體材料的異質外延，對半導體材料施加應變，增大載流子的遷移率(mobility),從而提高器件的功能(快速化等)(參照非專利文獻4)。
[0166]另外，據(jù)非專利文獻5報告，在Ge半導體中固熔Sn元素，使Sn元素的含有率為10%左右的Ge半導體從間接遷移型改變?yōu)橹苯舆w移型。同樣的情況也可以通過向間接遷移型的晶體施加雙軸性拉伸應變來實現(xiàn)，在非專利文獻4中報告了認為通過對Ge施加1.4%左右的拉伸應變，能夠形成直接遷移型的論點，從而希望通過向與Ge屬于同一組、具有相同的金剛石原子結構且能帶結構近似的硅晶體也施加雙軸性拉伸應變，使硅晶體從間接遷移型改變?yōu)橹苯舆w移型。
[0167]在圖23中，在生長于硅薄膜46上的異種晶體52，54的晶格常數(shù)大于硅晶體44的晶格常數(shù)的情況下，硅薄膜46自生長在硅薄膜46上的異種晶體52受到雙軸性拉伸應變。因此，只要應變的大小是足夠使間接遷移型改變?yōu)橹苯舆w移型的值，就能夠期待硅薄膜46中的硅晶體44變成直接遷移型的半導體，因此也期待增大載流子(電子、空穴)的遷移率。
[0168]另外，在圖24的情況下，在硅薄膜46的表面使由晶格常數(shù)與硅晶體44不同的晶體形成的異種晶體52異質外延生長，在硅薄膜46的剝離面使晶格常數(shù)與硅晶體44不同的晶體形成的異種晶體54異質外延生長。由此，在異種晶體52，54分別由晶格常數(shù)大于硅薄膜46的晶體構成的情況下，硅薄膜46受到來自表面、背面兩面的雙軸性拉伸應變。因此，硅薄膜46能夠具有直接遷移型的半導體的性質。如果以Ge (鍺)元素為例，Ge的晶格常數(shù)大于硅，其晶格失配的比例為4.2%，由此，在構筑硅薄膜46和異種晶體Ge的異質外延的情況下，可以認為硅薄膜46中的硅晶體44能夠變?yōu)橹苯舆w移型半導體。
[0169]另外，在第二實施方式及第三實施方式的相同的結構中，考慮在硅薄膜上使硅薄膜以外的其他異種晶體異質外延生長的情況。在該情況下，當硅薄膜受到來自異質外延層的晶格應變時，通過使第二露出面26的寬度極小(例如為IOOnm以下)，能夠在露出面14上的第一次異種晶體生長中對硅薄膜施加足夠的應變，成為適用于太陽能電池應用等中的降低成本的方法。
[0170]關于太陽能電池應用，由于受到雙軸性拉伸應變而變化為直接遷移型的硅薄膜改變了吸收與透射太陽光的特性，從而能夠使硅薄膜10的厚度薄于具有間接遷移型特性的硅用來吸收所需要的太陽光的厚度，并且通過太陽光所產(chǎn)生的載流子的遷移率的增大，希望增大轉換效率。
[0171]根據(jù)非專利文獻1，如果深度深于距受到晶格應變的硅薄膜表面IOOnm的深度，則對硅薄膜的晶格應變的大小衰減，通過測量已經(jīng)確認在400nm的深度位置上，對硅薄膜的晶格應變?yōu)楸砻嫔系木Ц駪冎档囊话?，?jù)此，推測在500nm至800nm的深度仍殘存晶格應變。因此，如圖24所示，在硅薄膜46被異種晶體52，54夾著的情況下，通過使硅薄膜46的厚度為1600nm (1.6um)以·下，能夠在硅薄膜46的厚度方向的整個區(qū)域產(chǎn)生晶格應變，并且能夠期待在其厚度范圍內(nèi)使之改變?yōu)橹苯舆w移型。
[0172]進而，由于形成為直接遷移型，如果硅的帶端附近的吸收系數(shù)為105cm-l左右，則只通過使硅薄膜46的厚度生長為I y m左右，就能夠在形成為直接遷移型的硅薄膜46的厚度方向上的整個區(qū)域中不浪費地、有效地進行光吸收。
[0173]在本實施方式中，異質外延生長的異種晶體52，54因為必定存在與硅薄膜24的晶格常數(shù)差，所以在殘留有應變(壓縮、拉伸)的狀態(tài)下形成單晶。為了產(chǎn)生拉伸性應變，通過晶格常數(shù)差(大小)的選擇和露出面大小的選擇及上述兩種選擇的組合，能夠改變目標半導體的性質(遷移率的增加及能帶結構的變化)。在上述實施方式中，在硅薄膜24的一面使InxGahP生長，在另一面使Ge生長，但是也可以在硅薄膜24上使由其他材料形成的異種晶體生長。
[0174]需要說明的是，在任一實施方式中，在基板10上進行晶體的異質外延生長時，在晶體的原料氣體(原料氣體18)中摻雜p型或n型摻雜劑，并且在生長過程中相互切換摻雜劑的種類，在由生長的晶體形成的薄膜上，能夠在其厚度方向上形成PN結。另外，在第二實施方式、第三實施方式等中，使第一生長晶體、第二生長晶體分別設為硅晶體，但是兩種生長晶體也可以使用相互不同的材料。此外，在任一實施方式中，通過在生長的晶體的表面配置ITO等電極，當然也能夠構筑有源層與其他層形成異質結的太陽能電池。
[0175工業(yè)實用性
[0176]本發(fā)明能夠作為可構筑晶格缺陷少的高品質異質結的異質外延單晶的制造方法、異質外延單晶、利用上述單晶的異質結太陽能電池的制造方法、異質結太陽能電池加以利用。
【權利要求】
1.一種異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在形成于基板上的掩模層上形成第一開口部，從而形成在所述第一開口部的底面露出所述基板的露出面，在所述露出面上按照所述露出的外形使晶格常數(shù)與所述基板不同的第一生長晶體生長， 使所述露出面的寬度尺寸在所述第一生長晶體的斷裂強度與伴隨所述第一生長晶體自所述基板受到的晶格應變而產(chǎn)生的應力相等時的所述露出面的寬度尺寸以下。
2.如權利要求1所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，使所述第一生長晶體在所述露出面上生長成高于所述掩模層的上表面，并且從所述第一生長晶體的高于所述掩模層上表面的部分開始橫向生長，由此所述第一生長晶體覆蓋所述掩模層； 使所述露出面的寬度尺寸在I U m以下。
3.如權利要求2所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在形成所述掩模層的材料中摻雜P型或N型摻雜劑。
4.如權利要求1所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在所述掩模層上，交替形成多個所述第一開口部和除所述第一開口部以外的多個掩模部分，使所述第一生長晶體生長; 通過除去所述掩模部分，形成被所述第一生長晶體夾著的第二露出面； 在所述第二露出面和所述第一生長晶體的上表面上，使晶格常數(shù)與所述基板不同的第二生長晶體生長； 使所述露出面的寬度尺寸在200iim以下。
5.如權利要求1所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在所述掩模層上，交替形成多個所述第一開口部和除所述第一開口部以外的多個掩模部分，使所述第一生長晶體生長; 通過除去所述掩模部分，形成被所述第一生長晶體夾著的第二露出面； 在所述第一生長晶體上形成第二掩模層，在所述第二露出面上按照所述第二露出面的外形使晶格常數(shù)與所述基板不同的第二生長晶體生長； 使所述露出面的寬度尺寸在200iim以下。
6.如權利要求1至5中任一項所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在所述基板的兩面上形成具有所述第一開口部的所述掩模層，從而在所述基板的兩面的露出面上使所述生長晶體生長； 在所述基板的一面和另一面上使所述生長晶體的材料相互不同。
7.如權利要求1至6中任一項所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，使所述基板為娃。
8.如權利要求1至5中任一項所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在硅基板上使富含氧的氧化硅膜生長，并且在所述氧化硅膜上形成露出所述硅基板的第二開口部，使硅晶體從所述硅基板的在所述第二開口部露出的部分開始生長，并且使所述硅晶體生長成覆蓋所述氧化硅膜，在所述硅晶體的生長中或生長后進行熱處理，并利用所述氧化硅膜所含有的氧對硅晶體的在所述第二開口部生長的初期生長部分進行氧化，由此依次層積所述硅基板、所述氧化硅膜、由所述硅晶體形成的硅薄膜，從而形成所述基板； 通過在所述硅薄膜上形成具有所述第一開口部的所述掩模層，使所述生長晶體在所述硅薄膜上生長。
9.如權利要求8所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在1000度以上的溫度下進行所述熱處理。
10.如權利要求8所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，從所述硅基板剝離所述生長晶體生長后的所述硅薄膜，并且在所述硅薄膜的剝離面上形成具有所述第一開口部的所述掩模層，從而在所述剝離面上使所述生長晶體生長。
11.如權利要求10所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，使生長于所述硅薄膜的任一面的所述生長晶體的材料為InxGahP ； 使生長于另一面的所述生長晶體的材料為Ge。
12.如權利要求1至11中任一項所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于， 在所述基板上使所述生長晶體生長之前， 在所述露出面上形成具有所述基板的晶格常數(shù)與所述生長晶體的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)的緩沖層， 在所述緩沖層上使所述生長晶體生長。
13.如權利要求1至5中任一項所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于， 由藍寶石形成所述基板，并且由硅形成所述生長晶體， 在所述基板上使所述生長晶體生長之前， 在所述露出面上形成具有所述基板的晶格常數(shù)與所述生長晶體的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)的緩沖層， 在所述緩沖層上使所述生長晶體生長。
14.如權利要求2至13中任一項所述的異質外延單晶的制造方法，其特征在于，在所述原料氣體中摻雜P型或N型摻雜劑，并且在所述生長晶體的生長途中將所述摻雜劑相互切換為P型或N型。
15.一種異質結太陽能電池的制造方法，其特征在于，在利用權利要求14所述的異質外延單晶的制造方法制造出的所述生長晶體的表面上配置電極。
16.一種異質外延單晶，其特征在于，在基板上，相鄰并交替地生長有第一生長晶體和第二生長晶體，所述第一生長晶體和第二生長晶體的晶格常數(shù)與所述基板的晶格常數(shù)不同， 所述生長晶體的寬度尺寸在200 y m以下。
17.如權利要求16所述的異質外延單晶，其特征在于，所述第一生長晶體和所述第二生長晶體中一生長晶體生長成厚度比另一生長晶體的厚度厚，并且生長成覆蓋另一生長晶體。
18.如權利要求16或17所述的異質外延單晶，其特征在于，所述基板具有依次層積有硅基板、氧化硅膜、硅薄膜的結構； 所述生長晶體在所述硅薄膜上生長。
19.如權利要求16至18中任一項所述的異質外延單晶，其特征在于，在所述基板與所述生長晶體之間配置有緩沖層，所述緩沖層具有所述基板的晶格常數(shù)與所述生長晶體的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)，并且具有按照所述生長晶體的外形形成的外形。
20.如權利要求16或17所述的異質外延單晶，其特征在于，所述基板為藍寶石； 所述生長晶體為硅；在所述基板與所述生長晶體之間配置有緩沖層，所述緩沖層具有所述基板的晶格常數(shù)與所述生長晶體的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)，并且具有按照所述生長晶體的外形形成的外形。
21.一種異質結太陽能電池，其特征在于，在權利要求16至20中任一項所述的異質外延單晶的表面上配置有電極。`
【文檔編號】C30B29/40GK103668445SQ201310452873
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權日:2012年9月26日
【發(fā)明者】秋山信之 申請人:秋山信之