JP2012142353A

JP2012142353A - 光電変換素子の製造方法および光電変換素子

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Publication number: JP2012142353A
Application number: JP2010292486A
Authority: JP
Inventors: Tomoiku Honjo; 智郁本城; Shiro Miyazaki; 史朗宮▲崎▼; Koji Niwa; 広治丹羽
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】光起電力を向上させることが可能な光電変換素子の製造方法および光電変換素子。
【解決手段】本発明の光電変換素子の製造方法は、ｐ型シリコン基板２上にヒ素を含む第１半導体層３を第１温度で成長させる第１工程と、第１半導体層３上にリンを含む第２半導体層４を前記第１温度よりも高い温度である第２温度で成長させるとともに、第２半導体層４に含まれるリンを、第１半導体層３を経由させてｐ型シリコン基板２内に拡散させる第２工程とを有する。また、本発明の光電変換素子１は、主面２Ａ側にリンを含むｎ型領域５を有するｐ型シリコン基板２と、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａに積層された、主面２Ａから遠ざかるにつれてリンの濃度が増加する、リンを含むガリウムヒ素系化合物半導体からなる第１半導体層３と、第１半導体層３上に積層された、リンを含む第２半導体層４とを有する。ｐ型シリコン基板２内で発生する光起電力を大きくできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体層を積層した、光電変換素子の製造方法および光電変換素子に関するものである。

現在、光から電気へ変換する光電変換装置として、複数の光電変換素子を積層した積層型の光電変換装置がある。複数の光電変換素子は、複数の半導体層を積層した光電変換層によって構成されており、それぞれ異なるバンドギャップを有するように設定されている。このような光電変換装置の研究開発において、光電変換層を積層する基板自体を光電変換層の１つとして用いることが提案されており、そのような基板としてシリコンを用いることが試みられている。

そこで、シリコンからなる基板自体を光電変換層として用いる技術として、ｐ型シリコン基板内に不純物を拡散させることにより、シリコン基板内にｐ型シリコン層とｎ型シリコン層を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開2002−222973号公報

しかしながら、基板材料として、ｐ型シリコン基板を用いた場合、ヒ素はシリコン材料内に拡散しにくいことから、ｐ型シリコン基板内に十分なｎ型領域を形成しにくかった。そのため、ｎ型領域とｎ型領域以外のｐ型シリコン基板の残余部分との間で、光電変換に必要なｐｎ接合を良好に形成することができないおそれがあった。その結果、ｐ型シリコン基板内で光から電気へ変換されることによって発生する光起電力を向上させることが困難であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ｐ型シリコン基板内で発生する光起電力を大きくすることが可能な光電変換素子の製造方法および光電変換素子を提供することにある。

本発明の光電変換素子の製造方法は、ｐ型シリコン基板上にヒ素を含む第１半導体層を第１温度で成長させる第１工程と、前記第１半導体層上にリンを含む第２半導体層を前記第１温度よりも高い温度である第２温度で成長させるとともに、前記第２半導体層に含まれるリンを、前記第１半導体層を経由させて前記ｐ型シリコン基板内に拡散させる第２工程とを有している。

また、本発明の光電変換素子は、主面側にリンを含むｎ型領域を有するｐ型シリコン基板と、該ｐ型シリコン基板の前記主面に積層された、該主面から遠ざかるにつれてリンの濃度が増加する、リンを含むガリウムヒ素系化合物半導体からなる第１半導体層と、該第１半導体層上に積層された、リンを含む第２半導体層とを有している。

本発明の光電変換素子の製造方法によれば、ｐ型シリコン基板上に第１半導体層と第２
半導体層とを順次成長させることにより、第２半導体層に含まれるリンを第１半導体層を経由させてシリコン基板内に拡散させることができる。このように、リンをｐ型シリコン基板内に十分拡散させることができることから、ｐ型シリコン基板内の広い範囲にｎ型領域を形成することができ、ｐ型シリコン基板をｐｎ接合された半導体層とすることができる。

また、本発明の光電変換素子によれば、第１半導体層での光吸収を抑制するとともに、シリコン基板と第１半導体層との熱応力の増加を抑制することができる。

本発明の光電変換素子の実施の形態の一例を示す斜視図である。本発明の光電変換素子の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。本発明の光電変換素子の実施の形態の一例の第１半導体層における、リンの濃度分布を模式的に表した濃度分布図である。本発明の光電変換素子の実施の形態の変形例を示す断面図である。本発明の光電変換素子の製造方法の実施の形態の一例における一工程を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。本発明の光電変換素子の製造方法の実施の形態の一例における一工程を示す断面図である。本発明の光電変換素子の製造方法の実施の形態の変形例における一工程を示す断面図である。本発明の光電変換素子の製造方法の実施の形態の変形例における一工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態の例について図を参照しながら説明する。

なお、本発明は以下の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を施すことができる。

＜光電変換素子＞
図１は本発明の光電変換素子の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は図１に示す光電変換素子１のＡ−Ａ’線断面図である。

本例の光電変換素子１は、図１および図２に示すように、ｐ型シリコン（Ｓｉ）基板２、ならびにｐ型シリコン基板２に順次積層された、第１半導体層３および第２半導体層４を有している。なお、光電変換素子１に入射する光は、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａ側から入射するように設定される。

このような本例の光電変換素子１は、レンズなどを用いて集光させた光を電気へ変換する光電変換装置である、集光型光電変換装置などに用いることができるものである。

光電変換素子１は、図１および図２に示すように、ｐ型シリコン基板２を有している。ｐ型シリコン基板２は、シリコン材料に、III族元素を少量添加することにより、シリコン材料にｐ型の導電型を付与したものを用いることができる。III族元素としては、例えばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）などを用いることができる。

ｐ型シリコン基板２は、平面視形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状など
に設定されている。光電変換素子１にレンズ等を用いて集光させた光を入射させる場合には、ｐ型シリコン基板２の平面視形状としては、集光させた光の平面視形状に合わせたものを用いればよい。ｐ型シリコン基板２は、厚みが例えば１μｍ以上500μｍ以下に設定されている。

ｐ型シリコン基板２の主面２Ａは平坦なものを用いることができる。ｐ型シリコン基板２の上面２Ａの平坦性は、表面粗さが例えば10ｎｍ以下に設定されている。なお、ｐ型シリコン基板２としては、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａを研磨したものを用いてもよく、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａの表面粗さとしては、ＪＩＳＢ0601−2001に準拠した最大高さ粗さＲｚを用いればよい。

ｐ型シリコン基板２は、主面２Ａ側にリン（Ｐ）を含むｎ型領域５を有している。このようにｐ型シリコン基板２の一部にｎ型領域５を有していることから、ｐ型シリコン基板２の内部でｎ型領域５とｐ型シリコン基板２のｎ型領域５以外の残余の部分との境界でｐｎ接合が形成されている。ｎ型領域５は、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａから深さ方向に、例えば10ｎｍ以上500ｎｍ以下の深さに渡って形成されている。

ｐ型シリコン基板２の主面２Ａには、第１半導体層３が積層されている。第１半導体層３は、リンを含むとともに、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の化合物半導体から構成されている。ガリウムヒ素系の化合物半導体としては、例えば、ガリウムおよびヒ素（Ａｓ）からなる混晶、もしくはインジウム、アルミニウムのうち少なくとも１つを含むガリウムおよびヒ素からなる混晶などを用いることができる。

第１半導体層３である、ガリウムヒ素系の化合物半導体の組成比は、ｐ型シリコン基板２のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するように設定される。第１半導体層３を、ｐ型シリコン基板２のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するように設定することにより、ｐ型シリコン基板２で吸収されやすい波長領域の光が、第１半導体層３で吸収されにくくすることができる。第１半導体層３のバンドギャップは、具体的には、ｐ型シリコン基板２のバンドギャップが、例えば1.05ｅＶ以上1.15ｅＶ以下であることから、例えば1.35ｅＶ以上に設定される。

次に、第１半導体層３内に拡散しているリンについて、図３を参照しつつ説明する。図３は、横軸に第１半導体層３の上面からの距離を、縦軸にリンの濃度（濃度％）を示し、第１半導体層３内におけるリンの濃度分布を模式的に表したものである。

第１半導体層３は、図３に示すように、第１半導体層３の上面からｐ型シリコン基板２の主面２Ａに近づくにつれて、リンの濃度が減少するようになっている。換言すると、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａから遠ざかるにつれて、リンの濃度が増加するようになっている。

第１半導体層３内におけるリンの濃度は、第１半導体層３の上面からｐ型シリコン基板２の主面２Ａに近づくにつれて、例えば、階段状に減少したり、滑らかに減少したりするように設定されていればよい。第１半導体層３は、厚みｈが、例えば１ｎｍ以上450ｎｍ以下となるように設定されている。

第２半導体層４は、第１半導体層３上に積層されている。第２半導体層４は、リンを含む半導体によって構成されている。第２半導体層４としては、リンを含むとともに、ガリウム、ヒ素、インジウムおよびアルミニウムの少なくとも２つ以上を含む混晶から構成されている。第２半導体層４は、厚みが、例えば0.1μｍ以上20μｍ以下となるように設定されている。第２半導体層４のバンドギャップは、第１半導体層３のバンドギャップより
も大きく設定されていてもよく、例えば1.5ｅＶ以上に設定することができる。

本例の光電変換素子１は、上述した通り、ガリウムヒ素系の化合物半導体からなる第１半導体層３には、リンが含まれている。このように、ガリウムヒ素系の化合物半導体にリンが混入していることにより、第１半導体層３のバンドギャップを、ガリウムヒ素のバンドギャップよりも大きくすることができる。そのため、第１半導体層３内において、ｐ型シリコン基板２で光起電力に変換される波長範囲の光が、第１半導体層３内の電子をバンドギャップ以上に励起することが困難になることから、第１半導体層３をリンが混入していないガリウムヒ素で形成した場合と比較して、その光を吸収されにくくすることができる。

また、第１半導体層３内におけるリンの濃度は、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａから遠ざかるにつれて小さくなるように設定されている。そのため、ガリウムヒ素系の化合物半導体からなる第１半導体層３は、ｐ型シリコン基板２との界面付近においてリンの濃度が小さくなることから、ｐ型シリコン基板２との界面付近においてヤング率が大きくなることを抑制することができる。その結果、第１半導体層３は、ｐ型シリコン基板２との界面付近において、ｐ型シリコン基板２との熱応力が増加することを抑制することができる。

このように本例の光電変換素子１では、第１半導体層３がｐ型シリコン基板２の主面２Ａから遠ざかるにつれてリンの濃度が大きくなるように設定されていることから、第１半導体層３内での光の吸収を抑制するとともに、ｐ型シリコン基板２との熱応力が大きくなるのを抑制することができる。

（光電変換素子の変形例）
本例の光電変換素子１は、複数の光電変換層を有していてもよい。具体的には、図４に示すように、光電変換素子１は、第１光電変換層、第２光電変換層６および第３光電変換層７から構成される３つの光電変換層を有していてもよい。これらの光電変換層は、それぞれの光電変換層が吸収しやすい光の波長領域が異なるように設定されている。なお、本例の光電変換素子１において、第１光電変換層は、ｐ型シリコン基板２となるように設定されていることから、以下の説明において、ｐ型シリコン基板２を、適宜、第１光電変換層２と記載することがある。

光電変換素子１に入射する光は、第３光電変換層７側から厚み方向に入射するように設定される。すなわち、光電変換素子１に入射した光は、第３光電変換層７、第２光電変換層６および第１光電変換層２の順に通過するようになる。このことから、入射した光が短波長領域側から吸収されやすくするために、それぞれの光電変換層のバンドギャップは、第３光電変換層７、第２光電変換層６および第１光電変換層２の順に小さくなるように設定されている。

第２光電変換層６は、第１光電変換層２のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを持ち、かつ第１半導体層３または第２半導体層４の格子定数と近い格子定数を持つ材料から選択される。ｐ型シリコン基板２のバンドギャップが、例えば1.05ｅＶ以上1.15ｅＶ以下であることから、第２光電変換層６はバンドギャップが例えば1.5ｅＶ以上1.7ｅＶ以下の材料を用いることができる。第２光電変換層６としては、具体的に、アルミニウム、ガリウムおよびヒ素からなる混晶、もしくはガリウム、ヒ素およびリンからなる混晶を用いることができる。

このような第２光電変換層６上には、さらに第３光電変換層７が形成されている。第３光電変換層７は、第２光電変換層６のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを持ち、かつ第２光電変換層６の格子定数と近い格子定数を持つ材料から選択される。第３光電
変換層７としては、具体的に、アルミニウム、ガリウムおよびヒ素からなる混晶、もしくはインジウム、ガリウムおよびリンからなる混晶を用いることができる。

このように、第２半導体層４上に、第２光電変換層６と第３光電変換層７が順次積層されることにより、光電変換装置が形成される。そのため、第２半導体層４としては、格子定数がｐ型シリコン基板２よりも第２光電変換層６の格子定数に近い材料を選択してもよい。このように格子定数がｐ型シリコン基板２よりも第２光電変換層６の格子定数に近い材料を選択することにより、第１半導体層３および第２半導体層４を、ｐ型シリコン基板２上に第２半導体層４を成長させる際に第２光電変換層６内に発生する転位を抑制することができる緩衝層とすることができる。

第１光電変換層２と第２光電変換層６との間、および第２光電変換層６と第３光電変換層７との間に、トンネル接合層を設けてもよい。トンネル接合層は、光電変換層同士を電気的に接続するために、不純物を高濃度添加したｐｎ接合層であり、少なくとも一対のｐ^＋層およびｎ^＋層を含んでいる。

＜光電変換素子の製造方法＞
図５−図８は、それぞれ光電変換素子１の製造工程を示す断面図であり、いずれも図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。上述した光電変換素子１と重複する部分については同一符号を付し、その説明を省略する。

続いて、本発明の光電変換素子１の製造方法の実施の形態の一例を説明する。本例の光電変換素子１の製造方法は、ｐ型シリコン基板２上に第１半導体層３を成長させる第１工程、および第１半導体層３上に第２半導体層４を成長させる第２工程を有している。

（第１工程）
ｐ型シリコン基板２上に、第１半導体層３を成長させる方法について、図５を参照しつつ説明する。

ｐ型シリコン基板２としては、例えばｐ型の導電型が付与されたシリコン基板を準備すればよい。このようなｐ型シリコン基板２の主面２Ａは、この主面２Ａに第１半導体層３を結晶成長させることから平坦であってもよい。また、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａは、シリコンの（００１）面となるように設定されている。

第１半導体層３としては、例えばヒ素を含むIII−Ｖ族半導体を用いることができる。第１半導体層３に用いることができる半導体としては、例えば、ヒ素を含むとともに、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムのうち少なくとも１つの元素を含む半導体の混晶を用いることができる。また、第１半導体層３は、リンを含む半導体を用いてもよい。具体的に、第１半導体層３は、例えば、ガリウムおよびヒ素からなる混晶を用いることができる。なお、第１半導体層３には、インジウムまたはリンを含むガリウムおよびヒ素からなる混晶を用いてもよい。

第１半導体層３をｐ型シリコン基板２上に結晶成長させる方法としては、例えば分子線エピタキシャル法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法またはパルスレーザデポジション法などを用いることができる。

第１半導体層３としてIII−Ｖ族半導体を用いることから、III族半導体の原料ガスとして、トリメチルガリウム（（ＣＨ_３）_３Ｇａ）、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ_３）_３Ａｌ）またはトリメチルインジウム（（ＣＨ_３）_３Ｉｎ）などの有機金属化合物が、水素（Ｈ_２）をキャリアガスとして成長装置内に供給される。また、Ｖ族の原料ガスとして、
リン化水素（ホスフィン：ＰＨ_３）、ヒ化水素（アルシン：ＡｓＨ_３）またはチッ化水素（アンモニア：ＮＨ_３）などが水素をキャリアガスとして成長装置内に供給される。

第１半導体層３は、例えば300℃以上700℃以下の第１温度によって成長させる。ここで、第１温度としては、ｐ型シリコン基板２の基板温度を用いればよい。ｐ型シリコン基板２の基板温度は、例えば、ｐ型シリコン基板２の基板温度を制御するヒーター温度、およびｐ型シリコン基板２の基板温度を測定するサセプター温度について、ｐ型シリコン基板２にレーザを照射して、反射した光を測定することにより基板温度を測定する照射温度計の温度を用いることができる。なお、サセプターは、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａ以外の面と接するように配置すればよい。

一方、第１温度として、第１半導体層３を結晶成長させるための密封された成長装置内の温度を用いてもよい。成長装置内における温度を測定する方法としては、例えば、成長装置内に熱電対を配置して測定する方法または成長容器外から照射温度計で測定する方法などを用いることができる。

このようにｐ型シリコン基板２を第１温度に設定し、第１半導体層３の原料ガスを成長装置内に供給することにより、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａに、ガリウムヒ素からなる第１半導体層３の結晶成長させることができる。第１半導体層３を成長させる際の圧力は、例えば５Ｔｏｒｒ以上400Ｔｏｒｒ以下に設定することができる。第１半導体層３は、厚みが、例えば１ｎｍ以上450ｎｍ以下となるように設定されている。

第１半導体層３は、第１半導体層３を構成する化合物半導体の結晶がアモルファス状態となっている、いわゆる低温バッファ層であってもよい。第１半導体層３を低温バッファ層として形成した場合には、第１半導体層３がアモルファス状態であることから、第１半導体層３上に成長させる半導体層とｐ型シリコン基板２との熱膨張係数の違いに起因して発生する熱応力を抑制することができる。そのため、第２半導体層４上の半導体層の結晶性を向上させることができる。

（第２工程）
次に、第１半導体層３上に、第２半導体層４を成長させる工程について、図６を参照しつつ説明する。

第２半導体層４としては、リンを含むIII−Ｖ族半導体を用いることができる。第２半導体層３に用いることができる半導体としては、例えばリンを含むとともに、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムのうち少なくとも１つの元素を含む半導体の混晶を用いることができる。また、第２半導体層４は、ヒ素を含む半導体を用いてもよい。具体的に、第２半導体層４は、例えば、インジウム、ガリウムおよびリンからなる混晶を用いることができる。

第２半導体層４としてIII−Ｖ族半導体を用いる場合には、III族半導体材料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムまたはトリメチルインジウムなどの有機金属化合物を用いることができ、水素をキャリアガスとして成長装置内に供給される。また、Ｖ族半導体材料としては、リン化水素（ホスフィン）、ヒ化水素（アルシン）またはアンモニアなどを用いることができ、水素をキャリアガスとして成長装置内に供給される。本例において、第２半導体層４はインジウム、ガリウムおよびリンからなる混晶によって構成されている。

第２半導体層４は、第１半導体層３上に、第１温度よりも高い第２温度で成長させる。具体的に、第２半導体層４を成長させる第２温度は、第１温度よりも高い、例えば500℃
以上850℃以下に設定されている。第２半導体層４は、厚みが、例えば、0.1μｍ以上20μｍ以下となるように設定されている。第２半導体層４を成長させる際の圧力は、例えば14.5ａｔｍ以上となるように設定されている。

第２半導体層４は、第１半導体層３上に、第１温度よりも高い第２温度で成長させることから、第２半導体層４に含まれるリンを、第１半導体層３を経由させてｐ型シリコン基板２内に拡散させることができる。第２半導体層４からｐ型シリコン基板２内に拡散したリンは、ヒ素のシリコン材料内での拡散係数が3.7×10⁻²⁷ｍ^２／ｓであるのに対して、リンのシリコン材料内での拡散係数が4.8×10⁻²⁵ｍ^２／ｓであることから、ｐ型シリコン基板２内に拡散しやすくなっている。なお、前述した拡散定数は、600℃の場合の値を示している。

そのため、図６に示すように、ｐ型シリコン基板２内にｎ型領域５を形成しやすくなっている。その結果、ｐ型シリコン基板２の内部で発生する光起電力を向上させることができる。

また、本例の光電変換装置１の製造方法は、第２半導体層４を成長させる第２温度が、第１温度よりも高いことから、第１半導体層３内に含まれているヒ素がｐ型シリコン基板２内に拡散するようになる。そのため、第２半導体層４を成長する際に、第２半導体層４からリンをｐ型シリコン基板２内に拡散させるとともに、ヒ素がｐ型シリコン基板２内に拡散させることにより、ｎ型領域５を形成することができる。その結果、ｐ型シリコン基板２内部で発生する光起電力をさらに向上させることができる。

（光電変換素子の製造方法の変形例１）
第２工程の後、第２半導体層４を第２温度以上の温度で加熱する工程をさらに有していてもよい。第２半導体層４を加熱する温度は、第２温度以上であればよく、例えば600℃以上1500℃以下となるように設定することができる。なお、第２半導体層４を加熱する温度は、ｐ型シリコン基板２の基板温度を用いればよい。これは、第１半導体層３および第２半導体層４の厚みがｐ型シリコン基板２の厚みに対して十分小さいためである。

第２半導体層４を第２温度以上の温度で加熱することにより、第２半導体層４内に含まれるリンの運動エネルギーを増加することができることから、第２半導体層４からｐ型シリコン基板２へ拡散するリンの量を増やすことができる。さらに、それとともに、ｐ型シリコン基板２の温度が、第２工程の時の温度を維持または第２工程の時よりも高くなることから、第２半導体層４から拡散したリンをｐ型シリコン基板２内で移動しやすくすることができる。その結果、図７に示すように、第２半導体層４内に含まれるリンのｐ型シリコン基板２への拡散、および第２半導体層４から拡散してきたｐ型シリコン基板２内のリンのｐ型シリコン基板２の厚み方向への移動を促進することができ、ｐ型シリコン基板２内のｎ型領域５を広げることができる。

（光電変換素子の製造方法の変形例２）
第２半導体層４を第２温度以上の温度で加熱する工程における雰囲気の圧力を、第２工程における雰囲気の圧力よりも高くしてもよい。このような圧力は、第２工程における雰囲気の圧力よりも高ければよく、例えば10Ｔｏｒｒ以上760Ｔｏｒｒ以下となるように設定することができる。

このように第２工程における雰囲気の圧力よりも高い圧力で、第２半導体層４を加熱することにより、第２半導体層４内に含まれるリンをｐ型シリコン基板２へ拡散されやすくすることができる。その結果、ｐ型シリコン基板２内にｎ型領域５が形成されやすくすることができ、ｐ型シリコン基板２内で発生する光起電力をさらに向上させることができる
。

（光電変換素子の製造方法の変形例３）
図８に示すように、第２工程の後、第２半導体層４上に第３半導体層６を第２温度以上の温度で成長させる工程をさらに有していてもよい。第３半導体層６としては、例えばｐ型シリコン基板２で吸収されやすい波長領域の光とは異なる波長領域の光が吸収されやすい光電変換層を設ければよい。

第３半導体層６としては、第２半導体層４と格子定数が近く、かつバンドギャップがｐ型シリコン基板２よりも大きな材料を用いればよい。具体的には、第３半導体層６としては、例えばアルミニウム、ガリウムおよびヒ素からなる混晶、もしくはインジウム、ガリウムおよびヒ素からなる混晶などを用いることができる。

このような第３半導体層６を、第２温度以上の温度、すなわち例えば500℃以上850℃以下の温度で第３半導体層６を成長させる。第２工程の後、第３半導体層６を第２温度以上の温度で成長させることにより、第３半導体層６を成長させるとともに、第２半導体層４に含まれるリンをｐ型シリコン基板２へ拡散させることができる。そのため、第２半導体層４を第２工程の後、加熱する工程を省略することができるので、生産性を向上させることができる。

（光電変換素子の製造方法の変形例４）
第２工程において、III−Ｖ族半導体からなる第２半導体層４を結晶成長させる際に、Ｖ族半導体の原料ガスを第２半導体層４の組成比の比率よりも高くして供給してもよい。具体的には、第２半導体層４をインジウム、ガリウムおよびリンからなる混晶で形成した場合に、リンの原料ガスの流量を、インジウムおよびガリウムの原料ガスの通常の流量よりも高く設定すればよい。なお、通常の流量とは、成長させる所望の第２半導体層４の組成比を成長させるための原料ガスの流量を指す。

このように、リンの原料ガスの流量を、インジウムおよびガリウムの原料ガスの流量よりも高く設定することにより、第２半導体層４のリンがｐ型シリコン基板２内に拡散して減少しても、第２半導体層４の所望の組成に近づけることができる。また、第２半導体層４内においてリンがガリウムよりも多い状態になっているため、ｐ型シリコン基板２に拡散しやすくなっている。

また、リンの原料ガスの流量を、インジウムおよびガリウムの原料ガスの流量よりも高く設定して、第２半導体層４を成長させる際に、ｐ型シリコン基板２を加熱してもよい。リンの原料ガスの流量を高く設定して、第２半導体層４を成長する際に、ｐ型シリコン基板２を加熱することにより、ｐ型シリコン基板２にリンをさらに拡散させることができる。

一方、第２半導体層４にリンを含む場合について説明したが、第２半導体層４はアンチモン（Ｓｂ）をさらに含んでいてもよい。第２半導体層４内からｐ型シリコン基板２内にアンチモンを拡散させる場合、シリコン材料内での拡散係数が1.9×10⁻²⁶ｍ^２／ｓとなる。なお、前述した拡散係数は、600℃の場合の値を示している。このように、同じ温度のシリコン材料中において、ヒ素よりもアンチモンは拡散しやすいことから、ｐ型シリコン基板２の内部にさらにｎ型領域５を形成しやすくすることができる。

１光電変換素子
２ｐ型シリコン基板（第１光電変換層）
２Ａ主面
３第１半導体層
４第２半導体層
５ｎ型領域
６第２光電変換層（第３半導体層）
７第３光電変換層

Claims

ｐ型シリコン基板上にヒ素を含む第１半導体層を第１温度で成長させる第１工程と、
前記第１半導体層上にリンを含む第２半導体層を前記第１温度よりも高い温度である第２温度で成長させるとともに、前記第２半導体層に含まれるリンを、前記第１半導体層を経由させて前記ｐ型シリコン基板内に拡散させる第２工程と
を含む光電変換素子の製造方法。
前記第２工程の後、前記第２半導体層を前記第２温度以上の温度で加熱する工程をさらに有する請求項１に記載の光電変換素子の製造方法。
前記第２半導体層を前記第２温度以上の温度で加熱する工程における雰囲気の圧力を、前記第２工程における雰囲気の圧力よりも高くする請求項２に記載の光電変換素子の製造方法。
前記第２工程の後、前記第２半導体層上に第３半導体層を前記第２温度以上の温度で成長させる工程をさらに有する請求項１に記載の光電変換素子の製造方法。
主面側にリンを含むｎ型領域を有するｐ型シリコン基板と、
該ｐ型シリコン基板の前記主面に積層された、該主面から遠ざかるにつれてリンの濃度が増加する、リンを含むガリウムヒ素系化合物半導体からなる第１半導体層と、
該第１半導体層上に積層された、リンを含む第２半導体層と
を有する光電変換素子。