JP2012160551A

JP2012160551A - 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: JP2012160551A
Application number: JP2011018687A
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: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】結晶性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、ガリウムヒ素を含む第１半導体層３を成長させる工程と、第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を、リンを含む第１ガスの雰囲気内において第１温度で加熱することにより、第１半導体層３を経由させてｐ型シリコン基板２内にリンを拡散させる工程と、第１半導体層３上に、格子定数が、シリコンよりもガリウムヒ素に近い第２半導体層４を成長させる工程とを有する。そのため、ｐ型シリコン基板内にリンを拡散させるとともに、第１半導体層の表面に成長させる半導体層の結晶性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、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素子として、例えば複数の光電変換層を積層した積層型の光電変換素子がある。複数の光電変換層は、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素子の研究開発において、光電変換層を積層するための基板自体を光電変換層の１つである光電変換基板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基板として用いる技術として、ｐ型シリコン基板内に添加物を拡散させることにより、ｐ型シリコン基板内にｎ型領域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）。

一方、複数の光電変換素子を積層させる場合、ｐ型シリコンからなる基板で吸収される光の波長を考慮して、ｐ型シリコン基板上に積層する半導体層を選択する必要があった。

特開2002−222973号公報

しかしながら、ｐ型シリコン基板にヒ素を拡散させてｎ型領域を形成した場合には、ヒ素がシリコン材料内で拡散しにくいことから、ｐ型シリコン基板内に十分なｎ型領域を形成することが難しかった。一方、ｐ型シリコン基板にリンを拡散させてｎ型領域を形成した場合には、リンを拡散させたｐ型シリコン基板上に、結晶性良くガリウムヒ素を含む半導体層を成長させることが困難だった。そのため、ガリウムヒ素を含む半導体層上に光電変換素子として用いる半導体層をさらに成長させることが難しかった。

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型シリコン基板上に成長させる半導体層の結晶性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、ガリウムヒ素を含む第１半導体層を成長させる工程と、前記第１半導体層を成長させたｐ型シリコン基板を、リンを含む第１ガスの雰囲気内において第１温度で加熱することにより、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リンを拡散させる工程と、前記第１半導体層上に、格子定数が、シリコンよりもガリウムヒ素に近い第２半導体層を成長させる工程とを有する。

また、本発明の光電変換素子は、主面にリンを含む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、リンおよびガリウムヒ素を含む第１半導体層と、該第１半導体層上に積層された、格子定数が、シリコンよりもガリウムヒ素に近い第２半導体層とを有する。

本発明の光電変換素子の製造方法によれば、第１半導体層を成長させたｐ型シリコン基板内にリンを拡散させた後、第１半導体層上に第２半導体層をさらに成長させる。そのため、第２半導体層をｐ型シリコン基板上に直接成長させた場合と比較して、第２半導体層の結晶性を向上させることができる。

また、本発明の光電変換素子によれば、ｎ型領域を有するｐ型シリコン基板の主面に、該主面から遠ざかるにつれてリンの濃度が増加する第１半導体層を有していることから、ｐ型シリコン基板との熱応力を緩和しつつ、ｐ型シリコン基板で吸収されやすい波長の光が第１半導体層で吸収されること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よって作製した、第１半導体層およびｐ型シリコン基板における、リンの濃度分布を模式的に表した濃度散布図である。

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’線で切断した断面図である。

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型シリコン基板２、ｐ型シリコン基板２上に積層された第１半導体層３、ならびに第１半導体層３上に積層された第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素子である、集光型光電変換素子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族元素を添加物として少量加えることによ
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、アルミニウム、インジウムまたはガリウム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ｈ２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い。

ｐ型シリコン基板２は、リンを含むｎ型領域５が設けられている。IV族元素のシリコンで構成されるｐ型シリコン基板２内に設けられるｎ型領域５は、リンが拡散することによりｎ型の導電型が付与されている。そのため、当該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において、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
さに渡って設けることができる。ｐ型シリコン基板２に拡散されたリンは、主面２Ａから遠ざかるにつれて、濃度が小さくなるように設定されている。

ｐ型シリコン基板２の主面２Ａには、第１半導体層３を成長させている。第１半導体層３は、ガリウムヒ素を含む化合物半導体から構成されている。ガリウムヒ素を含む化合物半導体としては、例えば、ガリウムおよびヒ素からなる混晶、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。なお、第１半導体層３は、厚みｈ１が、例えば0.01μｍ以上20μｍ以下となるように設定される。

第１半導体層３は、図３に示すように、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、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａから遠ざかるにつれて増加するように設定されている。換言すると、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に近づくにつれて減少するように設定されている。

第１半導体層３内におけるリンの濃度は、例えば、段階的に濃度が変化したり、滑らかに変化したりするように設定されていればよい。なお、図３は、横軸に第１半導体層３の表面３Ａからの距離を、縦軸にリンの濃度（濃度％）を示し、光電変換素子１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上には、第２半導体層４が積層されている。第２半導体層４としては、格子定数が、シリコンよりもガリウムヒ素に近い材料を用いることができる。すなわち、シリコンの格子定数が例えば5.41以上5.44以下であり、ガリウムヒ素の格子定数が例えば5.6以上5.7以下であることから、第２半導体層４としては、例えば5.5以上の格子定数を
持つ材料を用いることができる。

また、第２半導体層４としては、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材料によって設けられている。具体的に、第２半導体層４としては、例えば、ガリウム、アルミニウム、インジウム、ヒ素またはリンの少なくとも２つを含む、III−Ｖ族化合物半導体から成る混晶などを用いることができる。第２半導体層４は
、厚みが、例えば１μｍ以上20μｍ以下となるように設定されている。

本例において、光電変換素子１は、ｐ型シリコン基板２と第２半導体層４との間に、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第１半導体層３が設けられている。このように第１半導体層３は、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、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から近づく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を小さくすることができ、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。その結果、ｐ型シリコン基板２での光電変換される電力の低下を抑えることができる。

（光電変換素子の変形例）
本例の光電変換素子１は、複数の光電変換素子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と称することがある。

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、光電変換素子１が形成される。そのため、第２半導体層４と第２光電変換層６との間に緩衝層を設けてもよい。緩衝層としては、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２光電変換層６を成長させる際に、転位の発生を抑制することができる。

第１光電変換層２と第２光電変換層６との間、または第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９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を成長せる工程と、ｐ型シリコン基板２にリンを拡散させる工程と、第２半導体層４を成長させる工程とを有している。

（第１半導体層を成長させる工程）
ｐ型シリコン基板２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の表面２Ａは、この表面２Ａに半導体層３を結晶成長させることから平坦であってもよい。ｐ型シリコン基板２の表面２Ａは、シリコンの（００１）面となるように設定されている。ｐ型シリコン基板２は、厚みｈ２が、例えば１μｍ以上500μｍ以下に設定されている。

第１半導体層３としては、例えばガリウムヒ素を含むIII−Ｖ族半導体を用いることが
できる。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、アルミニウム、リンおよびインジウムのうち少なくとも１つの元素を含むガリウムヒ素からなる半導体もしくはガリウムヒ素のみからなる半導体の混晶を用いることができる。

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）_３
Ａｌ）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。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。

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の表面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ｈ１が、例えば0.01μｍ以上20μｍ以下となるように設定されている。

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の表面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、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、成長装置内に配置された熱電対で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。

（リンを拡散させる工程）
ｐ型シリコン基板２に、リンを拡散させる方法について、図６を参照しつつ説明する。

第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を、リンを含む第１ガスの雰囲気内に配置する。具体的には、ｐ型シリコン基板２を成長装置内に配置するとともに、リンを含む第１ガスを成長装置内に流入させることにより、ｐ型シリコン基板２を第１ガスの雰囲気内に配置することができる。

リンを含む第１ガスとしては、例えばリン化水素（ホスフィン：ＰＨ_３）からなるガスなどを用いることができる。雰囲気内の圧力は、例えば５Ｔｏｒｒ以上400Ｔｏｒｒ以下
となるように設定することができる。

このような雰囲気中で、ｐ型シリコン基板２を第１温度で加熱することにより、雰囲気内に存在するリンを第１半導体層３の表面３Ａから第１半導体層３内を経由してｐ型シリコン基板２内まで拡散させることができる。ｐ型シリコン基板２を加熱する第１温度は、例えば40℃以上1000℃以下に設定される。第１温度、加熱時間、雰囲気中のリン濃度等を調整することにより、第１半導体層３およびｐ型シリコン基板２内に拡散したリンの量および第１半導体層３の表面３Ａからの深さ、およびｐ型シリコン基板２の表面２Ａからの深さ方向に拡散するリンの量を調整することができる。

このように第１半導体層３の表面３Ａからリンを拡散させることにより、第１半導体層３内を経由させて、ｐ型シリコン基板２内にリンを拡散させることができる。このようにｐ型シリコン基板２内にリンを拡散させることにより、リンが拡散したｎ型領域５をｐ型シリコン基板２内に形成することができる。ｐ型シリコン基板２内にリンを拡散させて設けられるｎ型領域５は、ｐ型シリコン基板２の表面２Ａから深さ方向に、例えば10ｎｍ以上500ｎｍ以下に設定することができる。

（第２半導体層を成長させる工程）
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７を参照しつつ説明する。第２半導体層４は、格子定数が、シリコンよりもガリウムヒ素に近い材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、ガリウム、リン、ヒ素またはインジウムのうち少なくとも１つを含むIII−Ｖ族半導体の混晶を用いることができる。第２半導体層４
としては、シリコンよりもバンドギャップが高い材料を用いることができる。

第２半導体層４は、第１半導体層３をｐ型シリコン基板２上に成長させた方法と同じ方法を用いて第１半導体層３の表面３Ａに成長させることができる。第２半導体層４は、厚みが、例えば0.5μｍ以上15μｍ以下となるように設定される。

本例の光電変換素子の製造方法は、ｐ型シリコン基板２に第１半導体層３を成長させた後、第１半導体層３を経由させてｐ型シリコン基板２内にリンを拡散させて、第１半導体層３上に第２半導体層４を成長させる。そのため、ｐ型シリコン基板２上に成長させた第１半導体層３の結晶性を維持しつつ、ｐ型シリコン基板２内にｎ型領域４を形成することができる。その結果、第１半導体層３上に成長させる第２半導体層５の結晶性を向上させることができる。

ここで、ガリウムヒ素からなる第１半導体層３は、第１半導体層３内にリンが拡散することにより、ガリウムヒ素の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数になるとともに、ｐ型シリコン基板２との間ではヤング率が大きくなることから熱応力が大きくなる。

これに対して、本例の光電変換素子の製造方法は、ｐ型シリコン基板２に第１半導体層３を成長させた後、第１半導体層３の表面３Ａからリンを拡散させることから、第１半導体層３は、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。

そのため、ｐ型シリコン基板２との熱応力の増加を抑制することができる。また、それとともに、第１半導体層３の表面３付近ではリンの濃度が高くなっていることから、ｐ型シリコン基板２上に直接第２半導体層３を成長させた場合と比較して、第２半導体層４を成長させる際に、第１半導体層３と第２半導体層４との間で熱応力に起因して発生する転位を少なくすることができる。その結果、第１半導体層３の表面３Ａ上に成長させる第２半導体層４の結晶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１）
リンを拡散させる工程と、第２半導体層４を成長させる工程との間で、第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を加熱してもよい。第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を加熱する温度は、例えば400℃以上1000℃以下となるように設定すること
ができる。なお、第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を加熱する温度は、例えばｐ型シリコン基板２の基板温度を用いることができる。

このようにリンを拡散させる工程と第２半導体層４を成長させる工程との間で、第１半導体層３を成長させた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内に拡散したリンをｐ型シリコン基板２の主面２Ａから遠ざかる方向に移動または拡散させることができる。また、このように加熱することにより、第１半導体層３内に拡散したリンをｐ型シリコン基板２内に移動または拡散させることができる。その結果、ｐ型シリコン基板２内に形成されるｎ型領域４のリンの濃度を、深さ方向に対して一定に近づけることができ、ｐ型シリコン基板２にｐｎ接合を高い信頼性で形成することができる。

また、当該工程は、リンを含む第２ガスの供給を停止した状態で行なってもよい。この
ようにリンを含む第１ガスの供給を停止した状態で第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を加熱することにより、図８に示すように、第１半導体層３に内在するリンをｐ型シリコン基板２内に拡散させることができる。このように、第１半導体層３に内在するリンを少なくしつつ、ｐ型シリコン基板２のリンの濃度を増加させることができる。その結果、第１半導体層３とｐ型シリコン基板２との間で熱応力に起因して発生する転位を少なくすることができる。

（光電変換素子の製造方法の変形例２）
リンを拡散させる工程と、第２半導体層４を成長させる工程との間で、第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を、ヒ素を含む第２ガスの雰囲気において、第１温度以上の高い第２温度で加熱してもよい。このようにリンを拡散させる工程と第２半導体層４を成長させる工程との間で、第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を、第２ガスの雰囲気中で加熱することにより、第１半導体層を経由させてｐ型シリコン基板２内にヒ素を拡散させることができる。

ｐ型シリコン基板２にリンを拡散させた後、ｐ型シリコン基板２の主面２Ａ側からヒ素を拡散させることにより、ｐ型シリコン基板２内に拡散したリンが第１半導体層３内に移動または拡散することを抑制することができる。その結果、ｐ型シリコン基板２内のｎ型領域５を一定に保つことができ、ｐ型シリコン基板２内のｐｎ接合を維持することができることから、光起電力の変化を抑制することができる。

その後、ｐ型シリコン基板２内でヒ素は、リンよりも拡散する速度が遅いため、リンを拡散させる第１温度よりも高い第３温度で、第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２をさらに加熱する工程を有してもよい。本工程は、ヒ素を含む第２ガスの供給を止めた状態でも行なうことができる。第１半導体層３を成長させたｐ型シリコン基板２を加熱する第３温度は、例えば400℃以上1000℃以下に設定することができる。このように第１
温度よりも高い第３温度でヒ素を拡散させることにより、ヒ素がｐ型シリコン基板２内で拡散する速度を早くすることができ、本工程に係る時間を短縮することができる。

（光電変換素子の製造方法の変形例３）
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。このような低温バッファ層は、例えば、300℃以上450℃以下の温度でガリウムヒ素を含む第１半導体層３を成長させればよい。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、リンを拡散しやすくすることができる。

そのため、リンを拡散させる工程の工程時間を短縮することができる。また、第１半導体層３がアモルファス状である場合、当該第１半導体層３には応力がかかりにくくなるため、第１半導体層３上に成長させる第２半導体層４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。

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（表面）
３半導体層
３Ａ表面
４ｎ型領域
５第２光電変換層
６第３光電変換層

Claims

ｐ型シリコン基板上に、ガリウムヒ素を含む第１半導体層を成長させる工程と、
前記第１半導体層を成長させたｐ型シリコン基板を、リンを含む第１ガスの雰囲気内において第１温度で加熱することにより、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リンを拡散させる工程と、
前記第１半導体層上に、格子定数が、シリコンよりもガリウムヒ素に近い第２半導体層を成長させる工程と
を有する光電変換素子の製造方法。
前記リンを拡散させる工程と前記第２半導体層を成長させる工程との間で、前記第１半導体層を成長させた前記ｐ型シリコン基板を加熱する請求項１に記載の光電変換素子の製造方法。
前記リンを拡散させる工程と前記第２半導体層を成長させる工程との間で、前記第１半導体層を成長させた前記ｐ型シリコン基板を、ヒ素を含む第２ガスの雰囲気において、前記第１温度以上の温度で加熱することにより、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ヒ素を拡散させる請求項１または２に記載の光電変換素子の製造方法。
主面にリンを含む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、リンおよびガリウムヒ素を含む第１半導体層と、
該第１半導体層上に積層された、格子定数が、シリコンよりもガリウムヒ素に近い第２半導体層と
を有する光電変換素子。