JP2013197354A - 光電変換素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性低下の発生を抑制しつつ容易に短時間で特性検査する。
【解決手段】基板１上に互いに組成の異なる複数の化合物半導体を積層して光電変換層を形成する工程と、光電変換層を形成した基板１の下面に裏面電極２０を形成する工程と、裏面電極２０を形成した基板１の下面に、複数の開口部３９および粘着性を有するシート３０を貼り付ける工程とを備える。また、シート３０を貼り付けた基板１を複数の光電変換素子に分割するためにダイシングする工程と、測定用プローブ４１,４２を互いに分割された複数の光電変換素子の各々の上方およびシートの開口部３９を通過させて下方から接触させることにより、複数の光電変換素子の特性を測定する工程と、上記測定する工程の後、複数の光電変換素子をシート３０から剥離させる工程とを備える。
【選択図】図１１

Description

本発明は、光電変換素子の製造方法に関する。

光電変換素子の製造方法を開示した先行文献として、特開２００７−４２７３９号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された光電変換素子の製造方法は、基板上に互いに組成の異なる複数の化合物半導体層を順次積層して積層体を形成する工程と、積層体上に保護膜を形成する工程と、積層体の一部を機械的に除去することにより溝を形成する工程と、保護膜および溝の形成後にエッチング液を用いて溝の側壁をエッチングする工程と、溝に対応する箇所を切断することによって複数の光電変換素子に分離する工程とを含む。

特開２００７−４２７３９号公報

光電変換素子の小型化に伴って、素子分離工程以降の光電変換素子の取り扱いが難しくなってきている。一般に、個片化された光電変換素子は、実装される前に特性検査される。特性検査の際の光電変換素子の取り扱いが容易でない場合、検査時間が長くなるとともに、光電変換層のｐｎ接合部に機械的ダメージを与えて光電変換素子の特性低下を生じさせる可能性が高くなる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、特性低下の発生を抑制しつつ容易に短時間で特性検査可能な光電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく光電変換素子の製造方法は、基板上に互いに組成の異なる複数の化合物半導体を積層して光電変換層を形成する工程と、光電変換層を形成した基板の下面に裏面電極を形成する工程と、裏面電極を形成した基板の下面に、複数の開口部および粘着性を有するシートを貼り付ける工程とを備える。また、光電変換素子の製造方法は、シートを貼り付けた基板を複数の光電変換素子に分割するためにダイシングする工程と、測定用プローブを互いに分割された複数の光電変換素子の各々の上方およびシートの開口部を通過させて下方から接触させることにより、複数の光電変換素子の特性を測定する工程と、上記測定する工程の後、複数の光電変換素子をシートから剥離させる工程とを備える。

本発明の一形態においては、上記シートを貼り付ける工程において、織物からなるシートを用いる。上記測定する工程において、測定用プローブを、上記開口部である織物の織目を通過させる。

本発明の一形態においては、上記測定する工程において、シートを面内で広げるように引っ張って光電変換素子同士の間隔を広げた状態で測定用プローブを複数の光電変換素子の各々に接触させる。

本発明によれば、特性低下の発生を抑制しつつ容易に短時間で特性検査できる。

本発明の実施形態１において、基板上に光電変換層を形成した状態を示す断面図である。 同実施形態において、光電変換層上に保護膜を形成した状態を示す断面図である。 同実施形態において、基板の下面に基板保持シートを貼り付けた状態を示す断面図である。 同実施形態において、ダイシングして機械的に溝を形成した状態を示す断面図である。 同実施形態において、エッチングした状態を示す断面図である。 同実施形態において、保護膜を剥離させた状態を示す断面図である。 基板の下面に裏面電極を形成した状態を示す断面図である。 同実施形態において、基板の下面に素子保持シートを貼り付けた後、溝の位置をダイシングした状態を示す断面図である。 同実施形態に係る素子保持シートの外観を示す平面図である。 図９のＸ−Ｘ線矢印方向から見た断面図である。 同実施形態において、光電変換素子の特性を測定している状態を示す断面図である。 光電変換素子を素子保持シートから剥離させた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る素子保持シートの外観を示す平面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢印方向から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態１に係る光電変換素子の製造方法について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１において、基板上に光電変換層を形成した状態を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態においては、基板１上に、互いに組成の異なる複数の化合物半導体を積層して、バッファ層２、ベース層３およびエミッタ層４を含む光電変換層を形成する。

基板１は、ウエハ状の形態を有している。基板１としては、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、Ｇｅ、ＧａＰもしくはＧａＡｓのいずれかからなる半導体基板、または、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、Ｇｅ、ＧａＰもしくはＧａＡｓの群から選択された少なくとも２種以上の層を積層した半導体基板などを用いることができる。

基板１の厚さは特に限定はされず、実用上問題のない厚さのものを用いることができる。また、基板１は、ｐｎ接合部を有していてもよい。

バッファ層２、ベース層３およびエミッタ層４のそれぞれは、周知のプロセスで基板１上に形成することができる。本実施形態においては、光電変換層は、バッファ層２、ベース層３およびエミッタ層４からなる３層構造を有しているが、光電変換層の構造はこれに限られず、たとえば、２層構造または４層構造などのように化合物半導体層を２層以上含むものであればよい。

光電変換層は、バッファ層２、ベース層３およびエミッタ層４の他に、ＢＳＦ(Back Surface Field)層、窓層、多接合型光電変換素子のトンネル接合層、多接合型光電変換素子の他のベース層および他のエミッタ層などの少なくとも１種以上の化合物半導体層を含んでいてもよい。

ここで、化合物半導体として、たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＰまたはＧａＰなどを用いることができる。

光電変換層は、複数の化合物半導体によって形成されたｐｎ接合部を含む。ｐｎ接合部は、ｐ型の化合物半導体とｎ型の化合物半導体とを接合することにより形成することができる。

図２は、本実施形態において、光電変換層上に保護膜を形成した状態を示す断面図である。図２に示すように、エミッタ層４上に保護膜５を形成する。

保護膜５としては、後の工程でバッファ層２、ベース層３およびエミッタ層４をエッチングするエッチング液のそれぞれに対して耐性を有するものであればよい。エッチングにより後述する溝形成を行なう場合には、パターニングしたフォトレジストを保護膜５として用いることができる。

図３は、本実施形態において、基板の下面に基板保持シートを貼り付けた状態を示す断面図である。図３に示すように、基板１の光電変換層側とは反対側の面に、粘着性を有する基板保持シート７を貼り付ける。

基板保持シート７としては、基板１の強度を保持できるシートであればよい。なお、この基板保持シート７の貼り付けは、後述する溝形成の実施方法によっては行なわなくてもよい。たとえば、エッチングまたはスクライビングにより溝形成を行なう場合には、基板保持シート７を貼り付けなくてもよい。

図４は、本実施形態において、ダイシングして機械的に溝を形成した状態を示す断面図である。図４に示すように、基板１、バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４および保護膜５の一部をダイシングにより機械的に除去して、保護膜５側から基板１に達する溝８を形成する。この溝８の形成は、光電変換素子の最終の所定形状を考慮して実施することが好ましい。

また、光電変換素子の分離を確実に行なう観点から、溝８の形成時において、最も基板１側に位置しているｐｎ接合部よりも深く溝８を形成することが好ましい。ここで、最も基板１側に位置しているｐｎ接合部とは、基板１がｐｎ接合部を有していない場合には、光電変換層が有しているｐｎ接合部のうち最も基板１に近い位置にあるｐｎ接合部であり、基板１がｐｎ接合部を有している場合には、基板１の下面に最も近い位置にあるｐｎ接合部である。

すなわち、光電変換層および基板１に含まれるｐｎ接合部は、この溝８によって切断される。ただし、溝８を深くしすぎると基板１の強度が低下して、個々の光電変換素子を互いに連結した状態を維持することが難しくなるため、たとえば、基板１の厚さが１００μｍ以上２００μｍ以下程度である場合には、基板１の切断深さを２０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましいことが実験により確認されている。

なお、この溝８の形成によって、バッファ層２、ベース層３およびエミッタ層４からなる光電変換層は複数の領域に分割される。また、保護膜５も平面視において、光電変換層と同様の形状に分割される。

図４に示す溝８の幅９は、後述するように複数の光電変換素子に分割する際に行なうダイシングにより、光電変換素子のｐｎ接合部が影響を受けない程度の幅にしておくことが好ましい。つまり、最も基板１側に位置しているｐｎ接合部における溝８の幅９が、後述する図８に示す素子分割用ダイシングの切断幅１９より広いことが好ましい。

たとえば、後述する素子分割用ダイシングする際に幅が２０μｍのダイシングブレードを使用する場合、ダイシング装置のアライメント精度などを考慮して、溝８の幅９を４０μｍ以上とすることが好ましいことを実験により確認している。

なお、溝８の形成方法として、本実施形態においてはダイシングを用いたが、他の方法として、スクライビング、ドライエッチング、ウエットエッチングまたはレーザスクライビングなどを用いることができる。

溝８の側壁には、後述のエッチングによりエッチングされるべきエッチング領域１０が存在する。エッチング領域１０は、溝８の形成時に、機械的または熱的に影響を受けて結晶欠陥を多く含む領域であり、キャリアの再結合中心となり、光電変換素子の特性を低下させる要因になる。

図５は、本実施形態において、エッチングした状態を示す断面図である。図５に示すように、基板１から基板保持シート７を剥離させた後、光電変換層が形成された基板１をエッチング液に浸漬し、保護膜５をエッチングマスクとしてエッチング領域１０をエッチングにより除去する。

なお、上記のエッチングにおいては、エッチング領域１０に存在する化合物半導体および基板の種類に応じてエッチング液の組成およびエッチング処理時間を適宜選択することが好ましい。

たとえば、化合物半導体がＩｎＧａＡｓまたはＧａＡｓなどである場合、または、基板がＩｎＧａＡｓ基板、ＧａＡｓ基板もしくはＧｅ基板などである場合は、エッチング液として、アンモニアを含むアルカリ性水溶液および硫酸を含む酸性水溶液の少なくとも一方含むエッチング液を用いることが好ましい。

ここで、アンモニアを含むアルカリ性水溶液の組成は、たとえば、体積比においてＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１０とすることができ、アンモニアを含むアルカリ性水溶液を用いたときのエッチング処理時間は、たとえば６０秒以上９０秒以下とすることができる。

また、硫酸を含む酸性水溶液の組成は、たとえば、体積比においてＨ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１０とすることができ、硫酸を含む酸性水溶液を用いたときのエッチング処理時間は、６０秒以上９０秒以下とすることができる。

さらに、化合物半導体がＩｎＧａＰまたはＧａＰなどである場合、または、基板がＩｎＧａＰ基板もしくはＧａＰ基板などである場合には、エッチング液として塩酸を含む酸性水溶液を用いることが好ましい。

ここで、塩酸を含む酸性水溶液の組成は、たとえば、体積比においてＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１０とすることができ、塩酸を含む酸性水溶液の組成を用いたときのエッチング処理時間は、たとえば６０秒以上９０秒以下とすることができる。

図６は、本実施形態において、保護膜を剥離させた状態を示す断面図である。図６に示すように、エッチング後に保護膜５を光電変換層上から剥離させる。

図７は、基板の下面に裏面電極を形成した状態を示す断面図である。図７に示すように、基板１の下面全体に蒸着などにより裏面電極２０を形成した後、基板１と裏面電極２０との物理的な密着力の向上および電気抵抗の低減を目的として熱処理する。なお、裏面電極の形成および熱処理を上記の保護膜の形成前に行なってもよい。

図８は、本実施形態において、基板の下面に素子保持シートを貼り付けた後、溝の位置をダイシングした状態を示す断面図である。図８に示すように、裏面電極２０を形成した基板１の下面に、複数の開口部３９および粘着性を有する素子保持シート３０を貼り付ける。

素子保持シート３０を基板１に貼り付ける際に、両者をアライメント調整しつつ貼り付ける必要はなく、基板１の下面全体が素子保持シート３０と接着するように貼り付ければよい。

図９は、本実施形態に係る素子保持シートの外観を示す平面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線矢印方向から見た断面図である。図９，１０に示すように、素子保持シート３０は、表裏面に貫通して互いに所定の間隔を置いて全面に略均等に位置する複数の開口部３９を有している。開口部３９は、たとえば、平面視において直径が１ｍｍの円形状を有している。ただし、開口部３９は円形に限られず、楕円形または多角形であってもよい。

素子保持シート３０は、基材３１と、基材３１上に塗布された粘着性を有する接着剤３２とから構成されている。基材３１は、絶縁性を有する材料で形成されており、たとえば、ポリ塩化ビニルまたはポリオレフィンなどから形成されている。

ただし、素子保持シート３０は上記の構成に限られず、基材３１が電気導電性を有していてもよい。また、複数の開口部３９が接着剤３２によって塞がれていてもよい。

素子保持シート３０を貼り付けた後、複数の光電変換素子に分割するためにダイシングする。本実施形態においては、ダイシングブレードを用いてダイシングする。この素子分割用ダイシングにより、図８に示すように、切断幅１９の溝が形成される。ここで、上述したように、切断幅１９は溝８の幅９よりも狭いことが好ましい。

分割されて個片化された複数の光電変換素子は、素子保持シート３０に保持されているため一体性を維持している。このとき、たとえば、直径１００ｍｍの１つの基板１から、５ｍｍ角の光電変換素子が２００個形成される。

図１１は、本実施形態において、光電変換素子の特性を測定している状態を示す断面図である。図１１に示すように、測定用プローブを互いに分割された複数の光電変換素子の各々の上方および素子保持シート３０の開口部３９を通過させて下方から接触させることにより、複数の光電変換素子の特性を測定する。

本実施形態においては、測定用プローブは、上方から光電変換素子に接触する第１プローブ４１、および、下方から光電変換素子に接触する第２プローブ４２から構成されている。第１プローブ４１および第２プローブ４２のそれぞれの先端部における直径は、たとえば、数１０μｍ以上数１００μｍ以下である。なお、複数の開口部３９が接着剤３２によって塞がれている場合には、第２プローブ４２の先端により接着剤３２の層を突き破るようにして、第２プローブ４２を光電変換素子の下方から接触させる。

第１プローブ４１は、エミッタ層４上のいずれかに接触するように位置合わせされる。通常、エミッタ層４上に図示しない表面電極が形成されているため、第１プローブ４１は、表面電極に接触されるように位置合わせされる。なお、エミッタ層４と表面電極との間にコンタクト層が形成されていてもよい。

光電変換素子の下面の全面に裏面電極２０が形成されているため、第２プローブ４２は、光電変換素子の下方に位置する複数の開口部３９のうちのいずれかを通過するように位置合わせされる。

エミッタ層４または表面電極は、第１プローブ４１の先端部との接触面積より十分大きな平面視における面積を有している。また、開口部３９は、裏面電極２０と第２プローブ４２の先端部との接触面積より十分大きな開口面積を有している。そのため、第１プローブ４１および第２プローブ４２に高い位置合わせ精度は求められず、容易に位置合わせ可能である。

よって上述の通り、素子保持シート３０を基板１に貼り付ける際に、両者をアライメント調整しつつ貼り付ける必要はなく、基板１の下面全体が素子保持シート３０と接着するように貼り付ければよい。

なお、素子保持シート３０は伸縮性を有しているため、素子保持シート３０を面内で広げるように引っ張って光電変換素子同士の間隔を広げた状態で測定用プローブを複数の光電変換素子の各々に接触させるようにしてもよい。このようにすることにより、測定用プローブの位置合わせをさらに容易にすることができる。

複数の光電変換素子の各々の特性を測定し、その中の不良品は除外し、正常品は発電力の違いによりランク分けする。その特性測定結果を識別可能なように、各光電変換素子にマーキングを施してもよい。

本実施形態においては、特性検査の際の複数の光電変換素子は素子保持シート３０に保持されているため一体性を維持しており、取り扱いが容易で検査時間の短縮を図ることができる。また、取り扱いが容易になることにより、特性検査時に光電変換層のｐｎ接合部に機械的ダメージを与えて光電変換素子の特性低下を生じさせる可能性を低減することができる。

図１２は、光電変換素子を素子保持シートから剥離させた状態を示す断面図である。図１２に示すように、特性検査後に、複数の光電変換素子を素子保持シート３０から剥離させる。その結果、所定の形状に切断された個々の光電変換素子を得ることができる。

この光電変換素子の外周部は、エッチングにより形成された溝８の側壁２１と、ダイシングにより形成された側壁２２とから構成されている。溝８の側壁２１の方が、側壁２２より内側に位置している。光電変換層のｐｎ接合部は、溝８の側壁２１のいずれかの部分の高さに位置している。

よって、光電変換層のｐｎ接合部は、平面視において側壁２２より内側に位置しているため、ハンドリングなどによって機械的ダメージを受ける可能性が少なくなる。そのため、光電変換素子の特性の低下を生じさせる可能性を低減できる。

なお、本実施形態においては、素子保持シート３０を光電変換素子の受光面側とは反対側の裏面に貼り付けている。そのため、受光面側から疑似太陽光を光電変換素子に照射しつつ測定用プローブを光電変換素子に接触させて、光電変換素子の特性測定を行なうことができる。

以下、本発明の実施形態２に係る光電変換素子の製造方法について説明する。なお、本実施形態に係る光電変換素子の製造方法は、素子保持シートの構成のみ実施形態１に係る光電変換素子の製造方法と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態２)
図１３は、本発明の実施形態２に係る素子保持シートの外観を示す平面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢印方向から見た断面図である。

図１３，１４に示すように、本実施形態においては、素子保持シート５０は、織物からなる。素子保持シート５０は、表裏面に貫通して互いに所定の間隔を置いて全面に略均等に位置する複数の開口部である織目５９を有している。

素子保持シート５０は、基材５１と、基材５１上に塗布された粘着性を有する接着剤５２とから構成されている。基材５１は、絶縁性を有する繊維からなり、たとえば、ポリ塩化ビニルまたはポリオレフィンなどからなる繊維からなる。

ただし、素子保持シート５０は上記の構成に限られず、基材５１が電気導電性を有していてもよい。また、織目５９が接着剤５２によって塞がれていてもよい。

光電変換素子の特性測定する際には、測定用プローブを織物の織目５９を通過させる。具体的には、第１プローブ４１を上方から光電変換素子に接触させる。第２プローブ４２を複数の織目５９のうちのいずれかを通過させて下方から光電変換素子に接触させる。なお、複数の織目５９が接着剤５２によって塞がれている場合には、第２プローブ４２の先端により接着剤５２の層を突き破るようにして、第２プローブ４２を光電変換素子の下方から接触させる。

このように、織物からなる素子保持シート５０を用いた場合には、複数の開口部を形成する工程が必要ないため、製造工程を削減することができる。

また、織物である素子保持シート５０自体が伸縮性を有するため、素子保持シート５０を面内で広げるように引っ張って光電変換素子同士の間隔を広げた状態で測定用プローブを複数の光電変換素子の各々に接触させるようにしてもよい。このようにすることにより、測定用プローブの位置合わせをさらに容易にすることができる。

本実施形態においても、特性検査の際の複数の光電変換素子は素子保持シート５０に保持されているため一体性を維持しており、取り扱いが容易で検査時間の短縮を図ることができる。また、取り扱いが容易になることにより、特性検査時に光電変換層のｐｎ接合部に機械的ダメージを与えて光電変換素子の特性低下を生じさせる可能性を低減することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 基板、２ バッファ層、３ ベース層、４ エミッタ層、５ 保護膜、７ 基板保持シート、８ 溝、９ 幅、１０ エッチング領域、１９ 切断幅、２０ 裏面電極、２１，２２ 側壁、３０，５０ 素子保持シート、３１，５１ 基材、３２，５２ 接着剤、３９ 開口部、４１ 第１プローブ、４２ 第２プローブ、５９ 織目。

Claims (3)

1. 基板上に互いに組成の異なる複数の化合物半導体を積層して光電変換層を形成する工程と、
   前記光電変換層を形成した前記基板の下面に裏面電極を形成する工程と、
   前記裏面電極を形成した前記基板の下面に、複数の開口部および粘着性を有するシートを貼り付ける工程と、
   前記シートを貼り付けた前記基板を複数の光電変換素子に分割するためにダイシングする工程と、
   測定用プローブを互いに分割された前記複数の光電変換素子の各々の上方および前記シートの前記開口部を通過させて下方から接触させることにより、前記複数の光電変換素子の特性を測定する工程と、
   前記測定する工程の後、前記複数の光電変換素子を前記シートから剥離させる工程と
   を備える、光電変換素子の製造方法。
2. 前記シートを貼り付ける工程において、織物からなる前記シートを用い、
   前記測定する工程において、前記測定用プローブを、前記開口部である前記織物の織目を通過させる、請求項１に記載の光電変換素子の製造方法。
3. 前記測定する工程において、前記シートを面内で広げるように引っ張って前記光電変換素子同士の間隔を広げた状態で前記測定用プローブを前記複数の光電変換素子の各々に接触させる、請求項１または２に記載の光電変換素子の製造方法。

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