DE10392353T5 - Photoelektrischer Wandler und Herstellverfahren für diesen - Google Patents

Photoelektrischer Wandler und Herstellverfahren für diesen Download PDF

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Abstract

Photoelektrischer Wandler mit einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp, an dessen Oberfläche konvexe und konkave Abschnitte ausgebildet sind, wobei dieser Wandler mindestens Folgendes aufweist:
– eine Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist;
– mehrere Frontelektroden, die mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden sind; und
– eine Rückseitenelektrode, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist;
– wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp mit der Frontelektrode in Kontakt steht und mit zunehmender Entfernung vom Kontaktgebiet allmählich dünner wird.

Description

  • Priorität- 06. März 2002, Japan, Nr. 2002-60647 (P)
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft einen photoelektrischen Wandler und ein Herstellverfahren für diesen, und spezieller betrifft sie einen photoelektrischen Wandler, bei dem die Dicke einer Diffusionsschicht auf einer Lichtempfangsseite des Bauteils variiert ist, um dadurch den photoelektrischen Wandlungswirkungsgrad einer Siliciumsolarzelle oder dergleichen zu verbessern und ein Herstellverfahren für diesen.
  • Wie es in der 8 dargestellt ist, bestehen herkömmliche photoelektrische Wandler z.B. aus einer n-Halbleiterschicht 43, die auf einer Fläche eines p-Halbleitersubstrats 42 als Substrat ausgebildet ist, darin ausgebildeten Sammelelektroden 44 sowie einer Rückseitenelektrode 45, die auf der Rückseite des p-Halbleitersubstrats 42 ausgebildet ist.
  • Elektrischer Strom, der durch Aufstrahlen von Sonnenlicht auf die Oberfläche der n-Halbleiterschicht 43 erzeugt wird, fließt in dieser und wird durch die Sammelelektroden 44 entnommen.
  • Im Allgemeinen ist die Empfindlichkeit der n-Halbleiterschicht 43 auf Licht kurzer Wellenlängen besser, wenn die Dicke der Schicht geringer ist. Demgemäß wird der von ihr erzeugte elektrische Strom größer, jedoch wird ihr Flächenwiderstand größer. Daher wird, wenn die n-Halbleiterschicht 43 dünner wird, die von den Sammelelektroden 44 entnommene elektrische Leistung kleiner.
  • Um diese problematische Tatsache zu überwinden, werden die Dicke der n-Halbleiterschicht und die Anordnung der Sammelelektroden so optimiert, dass der photoelektrische Wandlungswirkungsgrad zunimmt. Z.B. werden geschickte Vorgehensweisen dazu angewandt, die n-Halbleiterschicht so dünn wie möglich zu machen und kleine wechselseitige Intervalle zwischen den Sammelelektroden in geeigneter Weise auszubilden.
  • Wenn jedoch die n-Halbleiterschicht zu dünn gemacht wird, nimmt der Flächenwiderstand zu. Wenn die wechselseitigen Intervalle zwischen den Sammelelektroden verkleinert werden, nimmt die effektive Lichtempfangsfläche der n-Halbleiterschicht ab, was zu einem Problem dahingehend führt, dass der optisch erzeugte Strom abnimmt.
  • Demgemäß wird ein photoelektrischer Wandler vorgeschlagen, bei dem die mit Sammelelektroden ausgebildeten Abschnitte einer n-Halbleiterschicht dick ausgebildet sind und die anderen Abschnitte dünn ausgebildet sind (z.B. Patentdokument 1).
  • Als anderes Beispiel ist ein in der 9 dargestellter photoelektrischer Wandler vorgeschlagen, bei dem eine n-Halbleiterschicht 51 in zentralen Abschnitten zwischen jeweiligen Sammelelektroden 52 dünn gemacht ist und diese Schicht 51 zu den Sammelelektroden 52 hin allmählich dicker ausgebildet ist (z.B. Patentdokument 2). Gemäß diesem photoelektrischen Wandler kann seine Empfindlichkeit bei kurzen Wellenlängen in Abschnitten verbessert werden, in denen die n-Halbleiterschicht 51 dünn ist. Ferner können die Reihenwiderstandsverluste derselben klein gemacht werden, da sich in den dünnen Abschnitten erzeugte Ladungsträger durch die n- Halbleiterschicht 51, die allmählich dicker wird, zu den Sammelelektroden 52 hin bewegen.
  • Jedoch ist es beim photoelektrischen Wandler, bei dem die mit Sammelelektroden ausgebildeten Abschnitte einer n-Halbleiterschicht dick ausgebildet sind und die anderen Abschnitte dünn ausgebildet sind, erforderlich, zweimal ein Maskenmuster herzustellen und eine Fremdstoffdiffusion auszuführen, um die n-Halbleiterschicht herzustellen.
  • Beim in der 9 dargestellten photoelektrischen Wandler ist es erforderlich, die n-Halbleiterschicht dadurch herzustellen, dass mehrere Maskenmuster ausgebildet werden und dann mehrere Diffusionen oder Ionenimplantationen durch thermische Diffusion ausgeführt werden oder eine Mehrfachdiffusion durch einen Laser ausgeführt wird.
  • Demgemäß zeigt jeder dieser photoelektrischen Wandler Probleme dahingehend, dass der Herstellprozess kompliziert ist und dadurch die Kosten erhöht sind.
    Patentdokument 1: JP-A-62-123778
    Patentdokument 2: JP-A-4-356972
    •
  • Die Erfindung erfolgte angesichts der oben genannten Probleme. Es ist eine Aufgabe derselben, einen durch einen einfachen Herstellprozess herstellbaren photoelektrischen Wandler und ein Herstellverfahren für diesen zu schaffen.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Erfindung ist Folgendes geschaffen: ein photoelektrischer Wandler mit einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp, an dessen Oberfläche konvexe und konkave Abschnitte ausgebildet sind, wobei dieser Wandler mindestens Folgendes aufweist: eine Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist; mehrere Frontelektroden, die mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden sind; und eine Rückseitenelektrode, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist; wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp mit der Frontelektrode in Kontakt steht und mit zunehmender Entfernung vom Kontaktgebiet allmählich dünner wird.
  • Gemäß der Erfindung ist Folgendes geschaffen: ein Verfahren zum Herstellen eines photoelektrischen Wandlers, mit den Schritten (a) des Herstellens eines Films, der als Barriere gegen Fremdstoffdiffusion dient, auf einem Halbleitersubstrat mit konvexen und konkaven Abschnitten, die auf dessen Oberfläche ausgebildet sind, auf solche Weise, dass der Film von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten dicker wird; und (b) des Implantierens von Fremdstoffen von zweitem Leitungstyp in das Halbleitersubstrat durch den Film hindurch, um auf der Oberfläche desselben eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auszubilden.
  • Gemäß der Erfindung ist Folgendes geschaffen: ein Verfahren zum Herstellen eines photoelektrischen Wandlers, mit den Schritten (a) des Herstellens eines Films, der Fremdstoffe von zweitem Leitungstyp enthält, auf einem Halbleitersubstrat mit auf seiner Oberfläche ausgebildeten konvexen und konkaven Abschnitten auf solche Weise, dass der Film von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten dicker wird; und (b) des Implantierens von Fremdstoffen vom zweiten Leitungstyp aus dem Film in das Halbleitersubstrat, um auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auszubilden.
    •
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht zum schematischen Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlers.
  • 2 ist eine Schnittansicht zum schematischen Veranschaulichen des photoelektrischen Wandlers der 1.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das Herstellschritte für den photoelektrischen Wandler der 1 veranschaulicht.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht zum schematischen Veranschaulichen eines anderen erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlers.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht zum schematischen Veranschaulichen noch eines anderen erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlers.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht zum schematischen Veranschaulichen noch eines anderen erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlers.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das Herstellschritte für den photoelektrischen Wandler der 6 veranschaulicht.
  • 8 ist eine Schnittansicht zum schematischen Veranschaulichen eines herkömmlichen photoelektrischen Wandlers.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht zum schematischen Veranschaulichen eines anderen herkömmlichen photoelektrischen Wandlers.
  • BESTE ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Der erfindungsgemäße photoelektrische Wandler verwendet ein Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp mit auf dessen Oberfläche ausgebildeten konvexen und konkaven Abschnitten, und er verfügt über eine Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp, die in einer Fläche des Halbleitersubstrats von erstem Leitungstyp ausgebildet ist, mehrere mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbundene Frontelektroden sowie eine auf der Rückseite des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildete Rückseitenelektrode.
  • Für das Halbleitersubstrat besteht keine spezielle Einschränkung, und es kann ein beliebiges Substrat sein, wie es allgemein bei photoelektrischen Wandlern verwendet wird. Zu Beispielen für das Halbleitersubstrat gehören ein solches aus einem Element der Gruppe IV, wie Silicium oder Germanium; und ein Halbleitersubstrat aus einer Verbindung wie GaAs oder InGaAs. Ein Substrat aus Silicium ist besonders bevorzugt. Das Halbleitersubstrat kann amorph, einkristallin, polykristallin, mikrokristallin oder eine Kombination hiervon sein.
  • Das Halbleitersubstrat ist mit Fremdstoffen eines ersten Leitungstyps (z.B. n- oder p-Typ) dotiert, um es leitend zu machen.
  • Die Art der Fremdstoffe kann abhängig vom verwendeten Halbleitermaterial geeignet ausgewählt werden. Zu Beispielen von n-Fremdstoffen gehören Phosphor, Arsen und Antimon. Zu Beispielen von p-Fremdstoffen gehören Bor, Aluminium, Germanium, Indium und Titan. Für die Fremdstoffkonzentration besteht keine spezielle Einschränkung. Es ist zweckmäßig, die Fremdstoffkonzentration so einzustellen, dass das Substrat z.B. einen spezifischen Widerstand von ungefähr 0,1 bis 10 Ω·cm aufweist.
  • Für die Dicke des Halbleitersubstrats besteht keine spezielle Einschränkung, und sie wird vorzugsweise auf solche Weise eingestellt, dass es eine geeignete Festigkeit beibehalten kann und einen hohen photoelektrischen Wandlungswirkungsgrad liefert. Die Dicke kann z.B. im Mittel von ungefähr 0,2 bis 0,4 mm betragen.
  • Das Halbleitersubstrat verfügt an seiner Oberfläche über konvexe und konkave Abschnitte. Für das Muster der konvexen und konkaven Abschnitte besteht keine spezielle Einschränkung, und es kann z.B. ein Muster sein, bei dem die konvexen Abschnitte mit derselben Größe oder verschiedenen Größen mit regelmäßigen Intervallen oder zufällig angeordnet sind, oder ein Muster, bei dem Gräben als konkave Abschnitte ausgebildet sind. Ein Muster, bei dem konvexe Abschnitte mit regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, oder ein Muster, bei dem Gräben kontinuierlich mit vorgegebener Schrittweite ausgebildet sind, ist besonders bevorzugt, um Ladungsträger, wie sie in der unten genannten Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp erzeugt werden, effizient von den Frontelektroden zu entnehmen. Für die Schrittweite des konvexen Abschnitts und die Schrittweite der konkaven Abschnitte besteht keine spezielle Einschränkung und sie betragen z.B., angesichts der Breite der unten genannten Frontelektroden, von ungefähr 1 bis 3 mm. Für den Höhenunterschied zwischen den konvexen und konkaven Abschnitten besteht keine spezielle Einschränkung, und er beträgt z.B. von ungefähr 0,05 bis 0,1 mm.
  • Das Halbleitersubstrat mit den konvexen und konkaven Abschnitten auf einer seiner Flächen kann z.B. durch Photolithografie und Ätzen hergestellt werden. Das Halbleitersubstrat kann auch dadurch hergestellt werden, dass eine Halb leiterschicht auf eine Platte mit konvexen und konkaven Abschnitten aufgewachsen wird, wie es in der Veröffentlichung 11-339016 zu einem ungeprüften Patent beschrieben ist. Durch Ändern des Musters der konvexen und konkaven Abschnitte der Platte kann das Muster der konvexen und konkaven Abschnitte der Halbleiterschicht mit gewünschter Form ausgebildet werden.
  • Die Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp wird auf einer Fläche des Halbleitersubstrats hergestellt, d.h. auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp. Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ist mit Fremdstoffen eines zweiten Leitungstyps (p- oder n-Typ) dotiert. Für die Fremdstoffkonzentration besteht keine spezielle Einschränkung. Es ist zweckdienlich, die Fremdstoffkonzentration auf solche Weise einzustellen, dass die Schicht eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 1 × 1019 bis 1 × 1021 cm–3 und einen mittleren Flächenwiderstand von ungefähr 40 bis 150 Ω/☐ aufweist. Es ist geeignet, wenn die Filmdicke der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in den dicksten Abschnitten ungefähr 0,3 bis 0,6 μm und in den dünnsten Abschnitten ungefähr 0,1 bis 0,2 μm beträgt.
  • Folgendes kann auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ausgebildet sein: ein Antireflexionsfilm wie ein Siliciumnitridfilm; ein Beschichtungsfilm oder ein Schutzfilm, der dadurch erhalten wird, dass eine TG-Flüssigkeit (Flüssigkeitsgemisch aus Tetra-i-Propoxytitan, einem Alkohol usw.), aus der Titanglas gebildet werden kann, oder eine SG-Flüssigkeit (Flüssigkeitsgemisch aus Ethylsilikat, einem Alkohol usw.), aus der Siliciumglas hergestellt werden kann, aufgetragen wird. Die Filmdicke des Antireflexionsfilms beträgt z.B. ungefähr 60 bis 110 nm, und die Filmdicke des Beschichtungsfilms beträgt z.B. ungefähr 200 nm bis 1 μm.
  • Für das Material, das die Frontelektroden bildet, besteht keine spezielle Einschränkung. Zu Beispielen des Materials gehören Aluminium, Silber, Kupfer, eine Aluminium/Lithium-Legierung, eine Magnesium/Silber-Legierung und Indium.
  • Die Rückseitenelektrode ist auf der Rückseite des Halbleitersubstrats hergestellt, wobei sie vorzugsweise auf der gesamten Rückseite ausgebildet ist. Die Filmdicke und das Material der Rückseitenelektrode können auf dieselbe Weise wie bei den Frontelektroden geeignet eingestellt oder ausgewählt werden.
  • Wenn der erfindungsgemäße photoelektrische Wandler über die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verfügt, die in ihren konvexen Abschnitten dick und in ihren konkaven Abschnitten dünn ist, wird diese Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp dünner, wenn man sich weiter vom unten genannten Gebiet entfernt, in dem die Schicht und die Frontelektroden in Kontakt miteinander stehen. Anders gesagt, ist es bevorzugt, dass die Dicke der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten des Halbleitersubstrats dünner wird. Bei einem Halbleitersubstrat, bei dem Gräben kontinuierlich ausgebildet sind, ist es bevorzugt, dass die Dicke der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp an der Spitze der konvexen Abschnitte in Streifenform, die zwischen den jeweiligen Gräben vorhanden sind, am größten ist und von der Spitze der konvexen Abschnitte zum Boden der Gräben gleichmäßiger dünner wird. Beim Halbleitersubstrat, bei dem die konvexen Abschnitte mit regelmäßigen Intervallen oder in Gitterform angeordnet sind, ist es bevorzugt, dass die Dicke der zweiten Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp nur an der Spitze der konvexen Abschnitte am größten ist und beinahe radial ausgehend von der Spitze der konvexen Abschnitte zu den konkaven Abschnitten dünner wird. Für die Schrittweite der konvexen Abschnitte und diejenige der konkaven Abschnitte besteht keine spezielle Einschränkung, und angesichts der Breite der Frontelektroden betragen sie z.B, ungefähr 1 bis 3 mm. Für den Höhenunterschied zwischen den konvexen und den konkaven Abschnitten besteht keine spezielle Einschränkung, und er beträgt z.B. ungefähr 0,05 bis 0,1 mm.
  • In diesem Fall sind die Frontelektroden mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden. Für den Abschnitt, in dem die Frontelektroden und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp miteinander in Kontakt stehen, besteht keine spezielle Einschränkung. Z.B. ist es bevorzugt, dass die Frontelektroden mit dem dicksten Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in Kontakt stehen. Z.B. können dann, wenn die Gräben kontinuierlich im Halbleitersubstrat ausgebildet sind, die Elektrode und die Schicht in einem linearen Spitzenabschnitt der konvexen Abschnitte in Streifenform, die zwischen den jeweiligen Gräben vorhanden sind, oder in Kontaktgebieten, die mit regelmäßigen Intervallen an der Spitze der konvexen Abschnitte angeordnet sind, miteinander in Kontakt stehen. Wenn die konvexen Abschnitte mit regelmäßigen Intervallen oder in Gitterform angeordnet sind, können die Frontelektroden nur in den Abschnitten an der Spitze der konvexen Abschnitte mit der Halbleiterschicht in Kontakt stehen. Die Form des Gebiets, in dem die Frontelektroden und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp miteinander in Kontakt stehen, kann eine beliebige Form sein. Angesichts des Kontaktwiderstands und der Oberflächenrekombination beträgt das Kontaktgebiet insgesamt vorzugsweise ungefähr 0,1 bis 3 (einschließlich) bezogen auf die Oberfläche des Substrats.
  • Für die Form der Frontelektroden besteht keine spezielle Einschränkung. Wenn die konvexen Abschnitte mit regelmäßigen Intervallen oder in Gitterform angeordnet sind, ist es be vorzugt, dass die mehreren Frontelektroden so vorhanden sind, dass sich jede Elektrode über eine Anzahl der genannten konvexen Abschnitte erstreckt. Es ist geeignet, wenn die Frontelektroden eine Dicke von z.B. ungefähr 5 bis 20 μm und eine Breite von z.B. ungefähr 50 bis 150 μm aufweisen. Die Schrittweite zwischen den Frontelektroden ist vorzugsweise konstant. Diese Schrittweite wird geeignet entsprechend der Anordnung der konvexen Abschnitte des Halbleitersubstrats eingestellt, und sie beträgt z.B. 1 bis 3 mm.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform des Herstellverfahrens für einen erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandler wird als Erstes in einem Schritt (a) ein als Barriere gegen Fremdstoffdiffusion dienender Film auf einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp mit konvexen und konkaven Abschnitten auf einer seiner Flächen so hergestellt, dass der Film von den konvexen zu den konkaven Abschnitten hin dicker wird.
  • Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp kann entweder durch Dotieren der Oberfläche des Halbleitersubstrats mit Fremdstoffen vom zweiten Leitungstyp durch Gasphasendiffusion, Festphasendiffusion, Zonenimplantation oder dergleichen oder durch Aufwachsen der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp unter Dotierung derselben mit Fremdstoffen vom zweiten Leitungstyp sowie durch andere Verfahren hergestellt werden.
  • Der Barrierefilm gegen Fremdstoffdiffusion kann dadurch auf dem Halbleitersubstrat hergestellt werden, dass eine geeignete Beschichtungslösung zum Ausbilden des Films mittels Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Sprühbeschichten oder irgendeinen anderen Beschichtungsvorgang auf das Halbleitersubstrat aufgetragen wird und dann die aufgetragene Lösung getrocknet wird. Wenn die Beschichtungslösung durch Schleuderbeschichten auf die Substratfläche mit den konvexen und konkaven Abschnitten aufgetragen wird, verbleibt die Lösung leicht in den konkaven Abschnitten. Daher kann der Beschichtungsfilm auf einfache Weise so ausgebildet werden, dass er von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten des Halbleitersubstrats kontinuierlich oder allmählich dicker wird.
  • Zu Beispielen der Beschichtungslösung gehören eine TG-Flüssigkeit, aus der Titanglas erzeugt werden kann, und eine SG-Flüssigkeit, aus der Silikatglas hergestellt werden kann. Die Filmdicke des Beschichtungsfilms kann abhängig von seinem Material, vom Diffusionsverfahren und der Art der Fremdstoffe vom zweiten Leitungstyp geeignet eingestellt werden, was später beschrieben wird. Es ist geeignet, dass die Filmdicke in den dicksten Abschnitten z.B. ungefähr 50 bis 300 nm beträgt und sie in den dünnsten Abschnitten z.B. ungefähr 0 bis 50 nm beträgt.
  • In einem Schritt (b) werden Fremdstoffe vom zweiten Leitungstyp durch den zuvor hergestellten Film in das sich ergebende Substrat implantiert, um in der Oberfläche des Halbleitersubstrats die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auszubilden.
  • Da die Fremdstoffe vom zweiten Leitungstyp durch den Fremdstoffdiffusions-Barrierefilm implantiert werden, der zuvor auf dem Halbleitersubstrat hergestellt wurde, werden weniger Fremdstoffe implantiert, wenn die Dicke des Films größer ist. Aus diesem Grund wird die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp dünn ausgebildet. Anders gesagt, wird die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auf solche Weise ausgebildet, dass ihre Dicke so schräg verläuft, dass sie von den konvexen zu den konkaven Abschnitten des Halbleitersubstrats geringer wird. Für das Verfahren zum Implantieren der Fremdstoffe besteht keine spezielle Einschränkung, und es kann ein beliebiges Verfahren sein, das ein Einführen durch den Fremdstoffdiffusions-Barrierefilm ermöglicht. Zu Beispielen des Verfahrens gehören Gasphasendiffusion (thermische Diffusion), Festphasendiffusion und Ionenimplantation. Die Gasphasendiffusion ist besonders bevorzugt, da der zugehörige Prozess einfach ist. Bedingungen für die Gasphasendiffusion können Kombinieren von in der Technik bekannten Bedingungen eingestellt werden.
  • Der Barrierefilm wird geätzt und entfernt, und anschließend kann auf der Oberfläche der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auf der Lichtempfangsseite des Substrats durch Plasma-CVD, Atmosphärendruck-CVD, Schleuderbeschichten oder dergleichen ein Antireflexionsfilm, wie ein Siliciumnitrid- oder Titanoxidfilm, hergestellt werden.
  • Als Nächstes wird eine auf der Rückseite des Halbleitersubstrats ausgebildete Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp geätzt und entfernt. Ferner werden auf der Rückseite durch Aufdrucken und Brennen einer Aluminiumtaste vorzugsweise eine Rückseiten-Elektrofeldschicht und eine Rückseitenelektrode hergestellt.
  • Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, die mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in Kontakt stehenden Frontelektroden in einem Schritt (c) in den konvexen Abschnitten auf der Oberfläche des sich ergebenden Halbleitersubstrats herzustellen. Für das Verfahren zum Herstellen der Frontelektroden besteht keine spezielle Einschränkung, und zu zugehörigen Beispielen gehören Dampfabscheidungs-, CVD-, EB- und Druck/Brenn-Prozesse. Der Druck/Brenn-Prozess ist besonders bevorzugt, da er leitende Paste zum Aufdrucken und Brennen der Frontelektroden in solcher Weise, dass sie sich über die Spitze der konvexen Abschnitte erstrecken, verwen det, wodurch die Frontelektroden auf einfache und sichere Weise in der Nähe der Spitze der konvexen Abschnitte, wo die Dicke des Beschichtungsfilms klein ist, die Antireflexionsschicht durchdringen können und mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in Kontakt treten können. Bedingungen für den Druck/Brenn-Prozess können durch Kombinieren von Materialien und Bedingungen, wie sie in der Technik bekannt sind, geeignet eingestellt werden.
  • Wenn die Frontelektroden orthogonal bis linear hergestellt die konvexen Abschnitte hergestellt werden, oder wenn die Frontelektroden so hergestellt werden, dass sie sich über die konvexen Abschnitte des Halbleitersubstrats mit konvexen und konkaven Abschnitten in Gitterform erstrecken, ist es wünschenswert, vor der Herstellung derselben, durch Schleuderbeschichten eine SG-Flüssigkeit oder dergleichen auf die Oberfläche des Antireflexionsfilms aufzutragen und dann die aufgetragene Flüssigkeit zu trocknen und zu brennen, um einen Beschichtungsfilm mit einer Dicke auszubilden, die von den konvexen Abschnitten kontinuierlich zu den konkaven Abschnitten zunimmt (2). In diesem Fall durchdringen die Frontelektroden den Beschichtungsfilm und den Antireflexionsfilm in den konvexen Abschnitten, wo die Dicke des darauf hergestellten Beschichtungsfilms klein ist, um beim Brennen der Frontelektroden mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in Kontakt zu treten. Jedoch können die Frontelektroden nicht die konkaven Abschnitte durchdringen, wo die Dicke des darauf hergestellten Beschichtungsfilms groß ist. Im Ergebnis bilden die Frontelektroden in der Nähe der Spitze der konvexen Abschnitte einen Punktkontakt zur Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp. Da die Kontaktfläche kleingemacht werden kann, ist die Rekombinationsrate von Minoritätsladungsträgern auf einen kleinen Wert eingeschränkt, so dass die Eigenschaften des photoelektrischen Wandlers verbessert werden können.
  • Schließlich werden die Frontelektroden mit einem Lot beschichtet, um einen fertiggestellten photoelektrischen Wandler zu bilden.
  • Beim Herstellverfahren für den photoelektrischen Wandler gemäß der Erfindung kann die Herstellung der Rückseiten-Elektrofeldschicht, der Rückseitenelektrode, der Antireflexionsschicht und einer Schutzschicht ferner durch ein in der Technik bekanntes Verfahren ausgeführt werden, um einen photoelektrischen Wandler fertigzustellen. Die Rückseiten-Elektrofeldschicht verhindert, dass Minoritätsladungsträger, die die Rückseite erreicht haben, in der Rückseitenelektrode rekombinieren, was zu einem Anstieg des Wirkungsgrads beiträgt. Zum Herstellen der Rückseiten-Elektrofeldschicht können jedes im Allgemeinen in der Technik verwendete beliebige Material und Verfahren verwendet werden, die diesen Beitrag realisieren können.
  • Wenn der erfindungsgemäße photoelektrische Wandler über eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verfügt, die in ihren konvexen Abschnitten dünn und in ihren konkaven Abschnitten dick ist, sind an einer Oberseite des Halbleitersubstrats konvexe und konkave Abschnitte ausgebildet, wie oben beschrieben. Es ist besonders bevorzugt, dass die konvexen Abschnitte linear mit regelmäßigen Intervallen ausgebildet sind, da die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in anderen Abschnitten als der Nähe der Böden der konkaven Abschnitte, die zu Kontaktgebieten zu den Frontelektroden werden, dünn ausgebildet werden kann, so dass sie im Mittel als dünnerer Film hergestellt werden kann, wie es unten beschrieben wird. Für die Schrittweite der konvexen Abschnitte und diejenige der konkaven Abschnitte besteht keine spezielle Einschränkung, und sie betragen angesichts der Breite der Frontelektroden z.B, ungefähr 1 bis 3 mm, was später beschrieben wird. Für den Höhenunterschied zwischen den konkaven und den konvexen Abschnitten besteht keine spezielle Einschränkung, und er beträgt z.B. ungefähr 0,05 bis 0,1 mm.
  • Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verfügt in diesem Fall über eine Struktur, bei der die Schicht weiter entfernt vom Gebiet, in dem sie und die Frontelektroden miteinander in Kontakt stehen, dünner wird, wie es unten beschrieben ist. Anders gesagt, ist es bevorzugt, dass die Schicht eine Dicke aufweist, die von den konkaven zu den konvexen Abschnitten des Halbleitersubstrats dünner wird. Beim Halbleitersubstrat, bei dem die Gräben kontinuierlich ausgebildet sind, ist es bevorzugt, dass die Dicke der zweiten Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp an der Spitze der streifenförmigen konvexen Abschnitte zwischen den jeweiligen Gräben am geringsten ist und sie von der Spitze bis zum Boden der Gräben gleichmäßig dicker wird. Beim Halbleitersubstrat, bei dem die konvexen Abschnitte mit regelmäßigen Intervallen oder in Gitterform angeordnet sind, ist es bevorzugt, dass die Dicke der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in den konvexen Abschnitten am kleinsten ist und von den konvexen zu den konkaven Abschnitten größer wird.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform des Herstellverfahrens für einen photoelektrischen Wandler gemäß der Erfindung wird in einem Schritt (a') ein Fremdstoffe vom zweiten Leitungstyp enthaltender Film auf einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp mit konvexen und konkaven Abschnitten auf einer seiner Oberflächen so hergestellt, dass er von den konvexen zu den konkaven Abschnitten dicker wird. Der Film kann entweder durch Auftragen einer geeigneten Beschichtungslösung zum Herstellen dieses Films durch Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Sprühbeschichten oder irgendeinen anderen Beschichtungsvorgang und durch anschließendes Trocknen der aufgetragenen Lösung auf dem Halbleitersubstrat hergestellt werden. Wenn die Beschichtungslösung durch Schleuderbeschichten auf die Substratoberfläche mit den konvexen und konkaven Abschnitten aufgetragen wird, verbleibt sie leicht in den konkaven Abschnitten. Daher kann der Beschichtungsfilm leicht so hergestellt werden, dass er von den konvexen zu den konkaven Abschnitten des Halbleitersubstrats kontinuierlich oder allmählich dicker wird.
  • Ein Beispiel der Beschichtungslösung ist eine PSG-Flüssigkeit (Flüssigkeit, bei der eine Phosphorquelle wie die Phosphorpentoxid mit einer SG-Flüssigkeit gemischt ist). Die Filmdicke des Beschichtungsfilms kann abhängig von seinem Material und der Art zu verwendender Fremdstoffe geeignet eingestellt werden. Es ist geeignet, dass die Filmdicke in den dicksten Abschnitten z.B. ungefähr 50 bis 300 nm beträgt und sie in den dünnsten Abschnitten z.B. 0 bis 50 nm beträgt.
  • In einem Schritt (b') werden Fremdstoffe vom zweiten Leitungstyp durch den Film, der zur Vorabherstellung erwärmt wird, in die Oberfläche des Halbleitersubstrats implantiert, um eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auszubilden.
  • Da die Fremdstoffe vom zweiten Leitungstyp durch Diffusion aus dem zuvor auf dem Halbleitersubstrat hergestellten Film, der den Fremdstoff enthält, implantiert werden, werden sie weniger implantiert, wenn die Dicke des Films kleiner ist. Aus diesem Grund wird die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp dünn ausgebildet. Anders gesagt, wird die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp so hergestellt, dass ihre Dicke so geneigt ist, dass sie von den konkaven zu den konvexen Abschnitten der Oberfläche des Halbleitersubstrats dünner wird.
  • Als Nächstes wird der Film geätzt und entfernt, und anschließend wird auf der Oberfläche der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, die eine Lichtempfangsfläche ist, durch Plasma-CVD oder dergleichen ein Antireflexionsfilm hergestellt. Ferner wird auf die Rückseite eine Aluminiumpaste aufgedruckt und dann gebrannt, um eine Rückseiten-Elektrofeldschicht und eine Rückseitenelektrode zu bilden.
  • Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, in einem Schritt (c') Frontelektroden in linearem Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in den konkaven Abschnitten der Fläche des sich ergebenden Halbleitersubstrats herzustellen. Für das Verfahren zum Herstellen der Frontelektroden besteht keine spezielle Einschränkung, und zu zugehörigen Beispielen gehören Dampfabscheidungs-, CVD-, EB- und Druck/Brenn-Prozesse. Der Druck/Brenn-Prozess ist besonders bevorzugt, da er eine leitende Paste zum Aufdrucken und Brennen der Frontelektroden in solcher Weise, dass sie sich über den Boden der konkaven Abschnitte erstrecken, verwendet, wodurch es auf einfache und sichere Weise möglich ist, dass die Frontelektroden die Antireflexionsschicht in der Nähe der Böden der konkaven Abschnitte der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, wo die Filmdicke groß ist, durchdringen, um mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in Kontakt zu treten. Bedingungen für den Druck/Brenn-Prozess können dadurch geeignet eingestellt werden, dass in der Technik bekannte Materialien und Bedingungen kombiniert werden.
  • Schließlich werden die Frontelektroden mit Lot beschichtet, um einen fertiggestellten photoelektrische Wandler zu liefern.
  • BEISPIELE
  • Nun werden der erfindungsgemäße photoelektrische Wandler und sein Herstellverfahren durch die folgenden Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
  • Beispiel 1
  • Bei einem photoelektrischen Wandler photoelektrische wird ein p-Halbleitersubstrat verwendet. Wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, verfügt der photoelektrische Wandler 1 über ein p-Halbleitersubstrat 4 von erstem Leitungstyp, eine n-Halbleiterschicht 5 von zweitem Leitungstyp, die auf der Oberfläche des p-Halbleitersubstrats 4 ausgebildet ist, eine Antireflexionsschicht 6 und einen Beschichtungsfilm 7, die auf der Schicht 5 ausgebildet sind, sowie eine Rückseiten-Elektrofeldschicht 3, die an der Rückseite des p-Halbleitersubstrats 4 ausgebildet ist. Das Bauteil 1 verfügt ferner über mehrere lineare Frontelektroden 8, die sich in einer Richtung der Lichtempfangsfläche des Substrats 4 erstrecken, und eine auf der Rückseite des Substrats 4 ausgebildete Rückseitenelektrode 2.
  • Die Oberfläche des p-Halbleitersubstrats verfügt über konvexe und konkave Abschnitte in Gitterform. Die Dicke der n-Halbleiterschicht ist an der Spitze der konvexen Abschnitte am größten, und sie wird beinahe radial von der Spitze der konvexen zu den konkaven Abschnitten kontinuierlich dünner. Der Beschichtungsfilm 7 wird so hergestellt, dass er in den konkaven Abschnitten dick ist und in den konvexen Abschnitten der Substratoberfläche dünn ist. Die Frontelektroden 8 stehen in Kontaktgebieten 9 auf oberen Abschnitten der konvexen Abschnitte des p-Halbleitersubstrats partiell mit der n-Halbleiterschicht 5 in Kontakt.
  • Der photoelektrische Wandler 1 kann gemäß einem Prozess hergestellt werden, wie er im Flussdiagramm der 3 veranschaulicht ist.
  • Als Erstes wird eine SG-Flüssigkeit durch Schleuderbeschichten auf ein p-Halbleitersubstrat (Dicke: ungefähr 300 μm in den dicksten Abschnitten und ungefähr 200 μm in den dünnsten Abschnitten) aufgetragen, bei dem konvexe Abschnitte mit konstanter Größe in Gitterform so angeordnet sind, dass sie mit regelmäßigem Intervall (Schrittweite: 2 mm) positioniert sind, so dass ein als Barriere gegen Fremdstoffdiffusion dienender Beschichtungsfilm gebildet wird. Auf diese Weise wird der Beschichtungsfilm so ausgebildet, dass er an der Spitze der konvexen Abschnitte am dünnsten ist und beinahe radial ausgehend von der Spitze der konvexen Abschnitte zu den konkaven Abschnitten allmählich dicker wird. Die Filmdicke des Beschichtungsfilms beträgt in den dicksten Abschnitten ungefähr 200 nm, und in den dünnsten Abschnitten ungefähr 20 nm.
  • Als Nächstes werden n-Fremdstoffe im Zustand, in dem der Beschichtungsfilm auf dem Substrat ausgebildet ist, thermisch in das p-Halbleitersubstrat diffundiert, damit die n-Halbleiterschicht gebildet wird. Die Dicke der n-Halbleiterschicht ist an der Spitze der konvexen Abschnitte am größten, und sie wird beinahe radial ausgehend von der Spitze des konvexen Abschnitts zu den konkaven Abschnitten kontinuierlich dünner. Hierbei wurde Phosphor bei 850 °C diffundiert. Bei diesem Beispiel betragen die Diffusionskoeffizienten von Phosphor in Silicium und im Beschichtungsfilm ungefähr 5 × 10–15 cm2/Sek. bzw. ungefähr 3 × 10–15 cm2/Sek. Demgemäß wird durch Diffusion für 10 Minuten die n-Halbleiterschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,1 μm in den dünnsten Abschnitten sowie einer Dicke von 0,4 μm in den dick sten Abschnitten ausgebildet.
  • Anschließend wird der Beschichtungsfilm geätzt, um entfernt zu werden, und dann wird auf der Oberfläche der n-Halbleiterschicht durch Plasma-CVD ein Siliciumnitridfilm mit im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke von ungefähr 700 nm abgeschieden, um eine Antireflexionsschicht zu bilden.
  • Ferner wird die Rückseite des Substrats entfernt, um die auf ihr ausgebildete n-Halbleiterschicht zu entfernen. Danach wird eine Aluminiumpaste auf die Rückseite aufgedruckt und dann gebrannt, um eine Rückseiten-Elektrofeldschicht von ungefähr 5 μm Dicke und eine Rückseitenelektrode von ungefähr 50 μm Dicke herzustellen.
  • Als Nächstes wird durch Schleuderbeschichten eine SG-Flüssigkeit auf die Fläche des Substrats aufgetragen, um einen Beschichtungsfilm zu bilden. Dabei ist die Filmdicke des Beschichtungsfilms an der Spitze der konvexen Abschnitte am kleinsten, und sie wird beinahe radial ausgehend von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten kontinuierlich dicker. Die Filmdicke des Beschichtungsfilms beträgt in den dicksten Abschnitten ungefähr 100 nm, und in den dünnsten Abschnitten beträgt sie ungefähr 5 nm.
  • Danach wird eine Silberpaste auf den Beschichtungsfilm aufgedruckt und gebrannt, um lineare Frontelektroden zu bilden, die sich über die Spitze der konvexen Abschnitte erstrecken. Die Breite der Frontelektroden beträgt 100 μm, und die Schrittweite derselben beträgt 2 mm. Die Frontelektroden brennen durch den Antireflexionsfilm an der Spitze der konvexen Abschnitte, wo der Beschichtungsfilm am dünnsten ist, durch (d.h., dass die Frontelektroden die Antireflexionsschicht und den Beschichtungsfilm im Schritt des Aufdruckens und Brennens der Elektroden durchdringen), um mit der n- Halbleiterschicht in Kontakt zu gelangen.
  • Abschließend werden die Frontelektroden mit Lot beschichtet, um einen photoelektrischen Wandler zu bilden.
  • Es werden Eigenschaften des photoelektrischen Wandlers bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben. Als Vergleichsbeispiel ist ein photoelektrischer Wandler angegeben und bewertet, der mit derjenigen Ausnahme der oben ge nannte photoelektrische Wandler ist, dass die Dicke des Halbleitersubstrats gleichmäßig konstant ist und die n-Halbleiterschicht zwischen den jeweiligen Frontelektroden am dünnsten (0,1 μm) ist und unter den Frontelektroden am dicksten (0,4 μm) ist, wie es in der 9 dargestellt ist.
  • Tabelle 1
    Figure 00230001
  • Aus der Tabelle 1 ist es ersichtlich, dass der photoelektrische Wandler des Beispiels 1 einen größeren Kurzschlussstrom und einen besseren photoelektrischen Wandlungswirkungsgrad als das Vergleichsbeispiel aufweist. Die Filmdicke der n-Halbleiterschicht beim Vergleichsbeispiel ist unter dem gesamten Gebiet, in dem die linearen Frontelektroden ausgebildet sind, groß, wohingegen die Filmdicke der n-Halbleiterschicht des Beispiels 1 in der Nähe der Spitze der konvexen Abschnitte (Kontaktgebiet der Frontelektroden und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp) groß ist. Daher verfügt der photoelektrische Wandler des Beispiels 1 über eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, die im Mittel dünner als die beim Vergleichsbeispiel ist (d.h., Mittelung der Dicke des gesamten Bauteils). Im Ergebnis ist die Empfindlichkeit bei kurzen Wellenlängen verbessert, und Widerstandsverluste optisch erzeugter Ladungsträger sind kleiner gemacht. Da die Kontaktgebiete in Form von Punkten vorliegen, ist die Kontaktfläche der Frontelektroden und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp klein, wodurch die durch Kontakt der beiden hervorgerufene Rekombination von Ladungsträgern verringert werden kann.
  • Der mittlere Flächenwiderstand der n-Halbleiterschicht beträgt beim Arbeitsbeispiel gemäß der Erfindung 120 Ω/☐, und er beträgt beim Vergleichsbeispiel 90 Ω/☐.
  • Beispiel 2
  • Wie es in der 4 dargestellt ist, wurde ein photoelektrischer Wandler 71 hergestellt, der derselbe wie das beim Beispiel 1 verwendete Bauteil ist, jedoch mit der Ausnahme, dass ein kontinuierlich mit Gräben mit einer Schrittweite von 2 mm versehenes Halbleitersubstrat verwendet wurde und Frontelektroden 78 orthogonal zu den Gräben hergestellt wurden. In der 4 entsprechen die Bezugszahlen 72 bis 79 jeweils den Bezugszahlen 2 bis 9 in der 1.
  • Eine n-Halbleiterschicht 75 vom zweiten Leitungstyp des sich ergebenden photoelektrischen Wandlers ist an der Spitze der konvexen Abschnitte des Substrats am dicksten, und sie wird ausgehend von der Spitze des konvexen Abschnitts zum Boden der Gräben kontinuierlich dünner. Die Dicke beträgt in den dünnsten Abschnitten 0,1 μm, und in den dicksten Abschnitten beträgt sie 0,4 μm. Die Frontelektroden sind so ausgebildet, dass sie die Gräben rechtwinklig schneiden und an der Spitze der konvexen Abschnitte in Punktkontakt mit der n-Halbleiterschicht 75 stehen.
  • Es werden Eigenschaften des photoelektrischen Wandlers bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt. Als bereitgestelltes und bewertetes Vergleichsbeispiel dient ein photoelektrischer Wandler, der im Wesentlichen derselbe wie der oben genannte photoelektrische Wandler ist, jedoch mit der Ausnahme, dass die Dicke des Halbleitersubstrats gleichmäßig ist und die Frontelektroden in linearem Kontakt mit den dicksten Abschnitten der n-Halbleiterschicht stehen, wie es in der 9 dargestellt ist.
  • Tabelle 2
    Figure 00250001
  • Aus der Tabelle 2 ist es ersichtlich, dass der photoelektrische Wandler des Beispiels 2 einen größeren Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung sowie einen besseren photoelektrischen Wandlungswirkungsgrad als das Vergleichsbeispiel aufweist. D.h., dass die Kontaktgebiete der Frontelektroden beim Vergleichsbeispiel linear sind, wohingegen die Kontaktgebiete beim Beispiel 2 in Form von Punkten vorliegen, so dass die Kontaktfläche zwischen den Frontelektroden und der Halblei terschicht vom zweiten Leitungstyp klein ist, wodurch die durch den Kontakt der beiden hervorgerufene Rekombination von Ladungsträgern verringert werden kann.
  • Beispiel 3
  • Wie es in der 5 dargestellt ist, wurde ein photoelektrischer Wandler 61, der derselbe wie das beim Beispiel 2 verwendete Bauteil ist, mit der Ausnahme hergestellt, dass bei der Herstellung der Frontelektroden 68 kein Beschichtungsfilm gebildet wurde und die Frontelektroden 68 parallel zu Gräben entlang der Spitze der konvexen Abschnitte des Halbleitersubstrats hergestellt wurden, wie es in der 5 dargestellt ist. In der 5 entsprechen die Bezugszahlen 62 bis 66 sowie 69 jeweils den Bezugszahlen 72 bis 76 bzw. 79.
  • Eine n-Halbleiterschicht 65 vom zweiten Leitungstyp des sich ergebenden photoelektrischen Wandlers 61 ist an der Spitze der konvexen Abschnitte des Substrats am dicksten, und sie wird ausgehend von der Spitze der konvexen Abschnitte zum Boden der Gräben kontinuierlich dünner. Die Dicke beträgt in den dünnsten Abschnitten 0,1 μm, und in den dicksten Abschnitten beträgt sie 0,4 μm. Die Frontelektroden 68 sind linear entlang der Oberseite des konvexen Abschnitts ausgebildet, und sie stehen an der Oberseite der konvexen Abschnitte in linearem Kontakt mit der n-Halbleiterschicht 65. Die Oberfläche des Substrats verfügt über konvexe und konkave Abschnitte. Mit Ausnahme dieser Punkte ist der photoelektrische Wandler 61 derselbe wie das in der 9 dargestellte herkömmliche Bauteil.
  • Wie oben beschrieben, wird ein photoelektrischer Wandler mit einer n-Halbleiterschicht mit geringster Dicke zwischen jeweiligen Frontelektroden und größter Dicke über dem gesamten unter den Frontelektroden liegenden Gebiet hergestellt, ohne dass kostenaufwändige Schritte wie Laserbearbeitung, Photolithografie und mehreren Diffusionsschritte ausgeführt würden.
  • Beispiel 4
  • Bei einem photoelektrischen Wandler 81 wird ein p-Halbleitersubstrat verwendet. Wie es in der 6 dargestellt ist, verfügt, der photoelektrische Wandler 81 über ein p-Halbleitersubstrat 84 von erstem Leitungstyp, eine n-Halbleiterschicht 85 von zweitem Leitungstyp, die auf der Oberfläche des p-Halbleitersubstrats 84 ausgebildet ist, eine auf der Schicht 85 ausgebildete Antireflexionsschicht 86 sowie eine Rückseiten-Elektrofeldschicht 83, die auf der Rückseite des p-Halbleitersubstrats 84 ausgebildet ist. Das Bauteil verfügt ferner über lineare Frontelektroden 88, die sich in einer Richtung auf der Lichtempfangsfläche des p-Halbleitersubstrats 84 erstrecken, sowie eine Rückseitenelektrode 82, die auf der Rückseite des p-Halbleitersubstrats 84 ausgebildet ist.
  • Die Oberfläche des p-Halbleitersubstrats verfügt über konvexe und konkave Abschnitte mit kontinuierlichen Gräben. Die Dicke der n-Halbleitersubstrat ist an der Spitze der konvexen Abschnitte am kleinsten, und sie wird von der Spitze der konvexen Abschnitte zu den konkaven Abschnitten kontinuierlich größer. Die Frontelektroden 88 stehen in Kontaktgebieten 89 am Boden der Gräben des p-Halbleitersubstrats mit der n-Halbleiterschicht 85 in Kontakt.
  • Dieser photoelektrische Wandler 1 kann gemäß einem Prozess hergestellt werden, der in einem Flussdiagramm der 7 veranschaulicht ist.
  • Als Erstes wird eine n-Fremdstoffe (wie eine PSG-Flüssigkeit) enthaltende Beschichtungslösung durch Schleuderbeschichten auf ein p-Halbleitersubstrat (Dicke: ungefähr 250 μm in den dicksten Abschnitten und ungefähr 200 μm in den dünnsten Abschnitten), in den konvexe Abschnitte mit im Wesentlichen konstanten Größen in kontinuierlicher Streifenform so angeordnet sind, dass sie mit regelmäßigen Intervallen (Schrittweite: 2 mm) positioniert sind, aufgetragen, um dadurch einen als Fremdstoffquelle dienenden Beschichtungsfilm herzustellen. Auf diese Weise wird der Beschichtungsfilm so ausgebildet, dass er an der Spitze der konvexen Abschnitte am dünnsten ist und radial ausgehend von der Spitze des konvexen Abschnitts zu den konkaven Abschnitten kontinuierlich dicker wird. Die Filmdicke des Beschichtungsfilms beträgt in den dicksten Abschnitten ungefähr 100 nm, und sie beträgt in den dünnsten Abschnitten ungefähr 5 nm.
  • Als Nächstes wird der Beschichtungsfilm getrocknet und erwärmt, um die n-Fremdstoffe aus ihm in das p-Halbleitersubstrat zu diffundieren, um dadurch eine n-Halbleiterschicht auszubilden. Die n-Halbleiterschicht ist an der Spitze des konvexen Abschnitts am dünnsten, und sie wird von der Spitze des konvexen Abschnitts zu den konkaven Abschnitten kontinuierlich dicker. Die Schicht wird so hergestellt, dass sie in den dünnsten Abschnitten eine Dicke von ungefähr 0,1 μm und in den dicksten Abschnitten eine Dicke von 0,4 μm aufweist.
  • Anschließend wird der Beschichtungsfilm geätzt und entfernt, und dann wird ein Siliciumnitridfilm mit im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke von ungefähr 700 nm durch Plasma-CVD auf der Oberfläche der n-Halbleiterschicht abgeschieden, um eine Antireflexionsschicht auszubilden.
  • Ferner wird die Rückseite geätzt, um eine n-Halbleiter schicht zu entfernen, die sich dort gebildet hat. Danach wird auf die Rückseite eine Aluminiumpaste aufgedruckt und anschließend gebrannt, um eine Rückseiten-Elektrofeldschicht von ungefähr 5 μm Dicke und eine Rückseitenelektrode von ungefähr 50 μm Dicke herzustellen.
  • Danach wird eine Silberpaste auf den Antireflexionsfilm aufgedruckt und gebrannt, um lineare Frontelektroden entlang dem Boden der Gräben auszubilden. Die Breite der Frontelektroden beträgt 100 μm, und die Schrittweite derselben beträgt 2 mm. Die Frontelektroden brennen durch den Antireflexionsfilm durch (d.h., die Frontelektroden durchdringen die Antireflexionsschicht im Schritt des Aufdruckens und Brennens der Elektroden), um mit der n-Halbleiterschicht in Kontakt zu gelangen. Abschließend werden die Frontelektroden mit Lot beschichtet, um einen photoelektrischen Wandler zu bilden.
  • Wie oben beschrieben, wird ein photoelektrischer Wandler mit einer n-Halbleiterschicht mit geringster Dicke zwischen jeweiligen Frontelektroden und größter Dicke über dem gesamten unter den Frontelektroden liegenden Gebiet hergestellt, ohne dass kostenaufwändige Schritte wie eine Laserbearbeitung, Photolithografie und mehrere Diffusionsschritte auszuführen wären.
  • Gemäß dem Herstellverfahren für den photoelektrischen Wandler gemäß der Erfindung werden einfache Schritte wie ein Beschichtungsfilm-Herstellschritt und ein Fremdstoffeinführschritt ausgeführt. Dies ermöglicht es, eine Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp mit gewünschtem Filmdickegradienten zuverlässig herzustellen, ohne dass ein kostenaufwändiger und mühseliger Laserschritt wie eine Laserbearbeitung, Photolithografie und ein Mehrfachdiffusionsschritt auszuführen wären. Daher ist es möglich, die Herstellkosten zu senken und ferner die Ausbeute zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Photoelektrischer Wandler mit einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp, an dessen Oberfläche konvexe und konkave Abschnitte ausgebildet sind, wobei dieser Wandler mindestens Folgendes aufweist: eine Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp, die in einer Fläche des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist; mehrere Frontelektroden, die mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden sind; und eine Rückseitenelektrode, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist; wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp mit der Frontelektrode in Kontakt steht und mit zunehmender Entfernung vom Kontaktgebiet allmählich dünner wird.
    (1)

Claims (9)

  1. Photoelektrischer Wandler mit einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp, an dessen Oberfläche konvexe und konkave Abschnitte ausgebildet sind, wobei dieser Wandler mindestens Folgendes aufweist: – eine Halbleiterschicht von zweitem Leitungstyp, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist; – mehrere Frontelektroden, die mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp verbunden sind; und – eine Rückseitenelektrode, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist; – wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp mit der Frontelektrode in Kontakt steht und mit zunehmender Entfernung vom Kontaktgebiet allmählich dünner wird.
  2. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem die konvexen Abschnitte des Halbleitersubstrats mit vorgegebenen Intervallen angeordnet sind und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp ausgehend von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten des Substrats allmählich dünner wird.
  3. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem die mehreren Frontelektroden jeweils auf den konvexen Abschnitten liegen.
  4. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem die konvexen Abschnitte des Halbleitersubstrats mit vorgegebenen Intervallen angeordnet sind und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp von der Spitze der konvexen Abschnitte zu den konkaven Abschnitten des Substrats dicker wird.
  5. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 4, bei dem die mehreren Frontelektroden jeweils auf den konvexen Abschnitten liegen.
  6. Verfahren zum Herstellen eines photoelektrischen Wandlers, mit den Schritten: (a) Herstellen eines Films, der als Barriere gegen Fremdstoffdiffusion dient, auf einem Halbleitersubstrat mit konvexen und konkaven Abschnitten, die auf dessen Oberfläche ausgebildet sind, auf solche Weise, dass der Film von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten dicker wird; und (b) Implantieren von Fremdstoffen von zweitem Leitungstyp in das Halbleitersubstrat durch den Film hindurch, um auf der Oberfläche desselben eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auszubilden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem folgenden Schritt: (c) Herstellen mehrerer Frontelektroden, die jeweils mit den konvexen Abschnitten der Oberfläche des Halbleitersubstrats in Kontakt stehen.
  8. Verfahren zum Herstellen eines photoelektrischen Wandlers, mit den Schritten: (a) Herstellen eines Films, der Fremdstoffe von zweitem Leitungstyp enthält, auf einem Halbleitersubstrat mit auf seiner Oberfläche ausgebildeten konvexen und konkaven Abschnitten auf solche Weise, dass der Film von den konvexen Abschnitten zu den konkaven Abschnitten dicker wird; und (b) Implantieren von Fremdstoffen vom zweiten Leitungstyp aus dem Film in das Halbleitersubstrat, um auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp auszubilden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem folgenden Schritt: (c) Herstellen von Frontelektroden, die jeweils mit den konkaven Abschnitten der Oberfläche des Halbleitersubstrats in Kontakt stehen.
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