JP2542447B2 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

太陽電池およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はSi基板上GaAs太陽電池の製造方法に関する
ものである。
〔従来の技術〕
第20図は従来のSi基板上GaAs太陽電池の構造を示す図
であり、第20図（ａ）はその平面図、第20図（ｂ）は第
20図（ａ）に示すＡ−Ａ間の断面図である。図におい
て、１はSi基板である。このSi基板１の第１主面1a上に
機能層であるｎ型GaAs層2,及びｐ型GaAs層３が積層さ
れ、さらにｐ型GaAs層３上にアノード電極（ｐ型電極）
６が、Si基板１の第２主面1b上にカソード電極（ｎ型電
極）５が設けられて太陽電池21が構成されている。
このようなSi基板上のGaAs太陽電池21は通常以下の工
程により製造される。
まず、面方位が（100）近傍のｎ型Si基板１の第１主
面1a上に、MOCVD法などの化合物半導体の結晶成長法に
よって、ｎ型GaAs層2,p型GaAs層３を順次形成する。こ
れにより光起電力効果を生じるpn接合４が形成される。
次に光起電力を外部に取り出すための電極として、アノ
ード電極（ｐ側電極）６がｐ形GaAs上に選択的に形成さ
れ、またカソード電極（ｎ側電極）５がSi基板１の第２
主面1b上全面に形成される。アノード電極６は光起電流
を集めるための集電極6aとこれらを集めて外部回路への
接続を行なう共通電極6bよりなっている。また、これら
の電極はスパッタ，蒸着などの方法によって形成され、
通常、その材料としてはTi/Agが用いられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のSi基板上GaAs太陽電池は以上のように形成され
ているため次のような問題点があった。まずｎ形GaAs層
２およびｐ形GaAs層３は通常700〜800℃の高温で形成さ
れるため、GaAsとSiとの熱膨張係数の差によって、上記
GaAs層が形成されたウエハを室温でとり出すと第20図
（ｂ）に示すように大きな反りが生じてしまう。この反
りは、上記GaAs層が厚くなるほど大きくなり、上記GaAs
層の厚みが３μｍを越えるとクラックが発生してしま
う。一方GaAs層中の転位密度はGaAs層が厚くなるほど小
さくなり、太陽電池として充分な性能を保証するには通
常４〜５μｍが必要である。このため得られた太陽電池
の動作層（機能層）にはクラックが発生しており、特に
第20図（ａ）中の斜線で示す領域のようにクラック７に
囲まれ、かつ集電極6aが設けられない部分は発生した光
電流が集められないためロス領域となってしまう。
さらにクラック発生に至らないまでもGaAs層中にはか
なり大きな熱ストレスが残留しており、外部からのわず
かな応力が加わることによって容易にGaAs層中にクラッ
クが発生してしまう。特に反りの方向は第20図（ｂ）に
示すようにGaAs層を上にして凹であり、Si基板の第２主
面1b側からの応力、すなわちGaAs層に引っ張り応力を加
えることによって極めて容易にクラックが発生する性質
がある。このため、例えばｐ形電極６のパターニングの
ための写真製版工程などでウエハを平坦化させる場合
や、アセンブリ工程においてモジュール化のためのイン
タコネクタ溶接を第１電極５側で行なう場合においては
極めて顕著にクラックが発生してしまうという問題点が
あった。
ところで、所定箇所にクラックを積極的に発生させ、
これにより熱ストレスを緩和させて後発的なクラックの
発生を防止するようにしたSi基板上GaAsがアプライド
フィジックス レターズ,55巻,21号（Appl.Phys.Lett.5
5（21）,20 November 1989,p.2187〜2189）に記載され
ている。第21図は上述の太陽電池の作製の原理を示す図
であり、図において、25はGaAsの選択成長のためにSi基
板上に形成されたマスク、26はウェッジ、27はウェッジ
26の先端からGaAs層に発生したクラックである。
この従来例のように、ウェッジ26を持つマスクを用い
てSi基板上にGaAs機能層を選択成長させると、ウェッジ
26の先端部よりGaAs層中にクラック27が発生する。この
ようにクラックが発生することにより素子中の熱ストレ
スは緩和され後発的なクラックの発生を抑えることがで
きる。そしてクラック27の発生箇所を考慮して、クラッ
クに囲まれ、かつ集電極が存在しない領域が生じないよ
うに集電極を形成することにより無効領域の発生を防ぐ
ことができる。
しかしながら、Si基板上GaAs太陽電池の製造に際して
はGaAsが成長されるSi基板表面が極めて清浄であること
が望まれるが、この従来例のようなマスクを用いた選択
成長ではSi基板表面を十分に清浄な状態にすることが困
難であるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、上記クラックの発生をできるだけ低減でき
る、あるいは発生してもその影響をできるだけ軽減でき
るSi基板上GaAs太陽電池の製造方法を得ることを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る太陽電池の製造方法は、第１導電型の
Si基板の第２主面上に、常温に近い温度で、Si基板より
熱膨張係数の小さい物質よりなる層を形成した後、上記
Si基板の第１主面上に機能層となる第１導電型，第２導
電型の第1,第２のGaAs層を順次形成するようにしたもの
である。
また、この発明に係る太陽電池の製造方法は、第１導
電型のSi基板の第１主面上に、高濃度の第１導電型の不
純物が添加されたGaAsバッファ層を形成した後、上記基
板の第２主面上に、常温に近い温度で、Si基板より熱膨
張係数の小さい物質よりなる層を形成し、この後、上記
バッファ層上に第１導電型，第２導電型の第1,第２のGa
As層を順次形成するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、第１導電型のSi基板の第２主面
上に、常温に近い温度で、Si基板より熱膨張係数の小さ
い物質よりなる層を形成した後、上記Si基板の第１主面
上に機能層となる第１導電型，第２導電型の第1,第２の
GaAs層を順次形成するようにしたから、Si基板より熱膨
張係数の小さい物質よりなる層は、GaAs層の形成温度に
おいてSi基板を凸状にそらして、すなわちSi基板の第１
主面に応力を発生させた状態にすることができ、GaAs層
形成後常温においてGaAs層の残留応力を低減させるとと
もにそりを低減させることができる。
また、この発明においては、第１導電型のSi基板の第
１主面上に、高精度の第１導電型の不純物が添加された
GaAsバッファ層を形成した後、上記基板の第２主面上
に、常温に近い温度で、Si基板より熱膨張係数の小さい
物質よりなる層を形成し、この後、上記バッファ層上に
第１導電型，第２導電型の第1,第２のGaAs層を順次形成
するようにしたから、熱ストレスのない、清浄なSi基板
表面上に機能層を形成できる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図は本発明の第１の実施例による太陽電池の製造
方法を示す断面工程図であり、図において、１はｎ型Si
基板であり、1aはSi基板の第１主面、1bは第１主面1aの
反対側の面である第２主面である。ｎ型GaAs層２はSi基
板１の第１主面1a上に配置される。ｐ型GaAs層３はｎ型
GaAs層２上に配置される。ｐ−ｎ接合４はｎ型GaAs層２
とｐ型GaAs層３との界面に形成される。また10はSi基板
１の裏面に形成されたSiよりも熱膨張係数の小さい物質
よりなる補助層である。
次に製造工程について説明する。
まず、面方位が＜111＞方向に２度傾いた（100）面の
ｎ型Si基板１の第２主面1b上に、第１図（ａ）に示すよ
うに、Siより熱膨張係数の小さい物質よりなる補助層10
を常温に近い温度にて形成する。この補助層10の材料と
しては、チッ化ボロン（BN），カーボン（Ｃ），二酸化
シリコン（SiO2）などを用いることができる。また補助
層10の形成方法としてはスパッタ法，光CVD法を用いる
ことができる。これらの熱膨張係数は、それぞれ1.0×1
0-6,1.7×10-6,5×10-7〔1/℃〕であり、Siの2.4×10-6
〔1/℃〕よりいずれも小さい。次に、このウエハをGaAs
層を形成する温度、たとえば700℃程度まで昇温する
と、Siと補助層10を構成する材料の熱膨張係数の差によ
って第１図（ｂ）に示すように、Si基板側が凸状にそ
る。このような状態でｎ形GaAs層2,p形GaAs層３をMOCVD
法、MBE法などで、第１図（ｃ）に示すように形成す
る。この後、常温にてウエハを結晶成長装置より取り出
すことにより、第１図（ｄ）に示すようなそりのない、
かつGaAs層に残留応力のないエピタキシャルウエハを得
ることができる。このようなエピタキシャルウエハを用
いて、通常の太陽電池の製造方法により、第２図に示す
Si基板上GaAs太陽電池22を得ることができる。第２図に
おいて、５はｎ側電極でありSiより熱膨張係数の小さい
層10を除去した後、Si基板の第２主面上に、Ti/Auなど
の金属材料を真空蒸着，スパッタ，メッキ法等によって
形成されたものである。また６はｐ側電極であり、光起
電力を発生させるpn接合面４に光が入射できるよう、ｐ
形GaAs層３表面の一部に、写真製版などの方法によって
選択的に形成されており、光電流を集めるための集電極
6aとこれらを集めて外部回路への接続を行う共通電極6b
よりなっている。このｐ側電極６も上記ｎ側電極５と同
様な材料，方法を用いて形成することができる。
このように本第１の実施例では平坦なエピタキシャル
ウエハが得られるため、太陽電池の製造エネルギにおい
て、特に平坦性が要求される写真製版や、厚みを整える
裏面研磨工程で、平坦化のため外部から応力を加える必
要がなく、工程中に、GaAs層2,3にクラックが発生する
ことを防ぐことができる。また、モジュール化のための
アセンブリ工程においても、電極5,6へのインタコネク
タ接続の際にも平坦化のための外部応力は不要で、クラ
ックの発生を防止することができる。さらに本第１の実
施例では残留応力のないエピタキシャルウエハが得られ
るため、製造工程中に突発的に、外部から加わる力によ
ってクラックが発生することも防止できる。
ここで上記第１の実施例においてSiより熱膨張係数の
小さい物質としてBNを用いた場合の補助層10の層厚の設
計について第３図を用いて説明する。第３図は第１図
（ｂ）の工程におけるウエハの状態を模式的に示す図で
あり、図において、Ｒはそりの曲率半径、ＤはSi基板の
厚み、ｄは室温で形成したBNの厚みとすると、熱応力σ
によるそりは次式で与えられる。
ここで、ESi,νSiそれぞれ、Siのヤング率，ポアソン
比である。ウエハ内には、歪，応力の中立面Ｎが存在
し、その位置は次式で与えられる。
ここで、 ｔ＝d/D, EBN,νBNはそれぞれBNのヤング率，ポアソン比であ
る。
変形する前のウエハの長さをｌとすると、1a面での伸
び率Δｌは、 となる。すなわち室温でSi基板の裏面1b面上にBNを形成
後、GaAs成長温度まで上昇した時、GaAsが成長されるSi
基板面1a面は、それにより、ｌ＋Δｌの長さに伸ばされ
ていることになる。この伸びが となるよう、BNの厚みを設計すれば良い。ここで、α
GaAsはGaAsの熱膨張係数、ΔＴは温度差である。一方、
SiおよびBNの熱膨張係数をそれぞれαSi,αBNとすれ
ば、σ＝EBN（αBN−αSi）ΔT/（１−νBN）であるか
ら上記（１），（２），（３），（４）式より となる。
それぞれの数値を代入すると、Si基板厚100μｍに対
してBNの厚みは約38μｍとなる。
次に本発明の第２の実施例について説明する。上記第
１の実施例ではSiより熱膨張係数が小さい物質よりなる
層10を除去後、Si基板の第２主面1bにｎ電極を形成する
ようにしたが、本第２の実施例はこのSiより熱膨張係数
が小さい物質として導電性を有する物質を用い、そのま
まｎ形電極とするものである。このような物質として
は、炭素が高濃度に添加されたBN膜がある。これは、BN
焼結体をターゲットとし、アセチレンを反応ガスとして
用いた反応性スパッタ法や、ジボラン，アンモニアを主
成分ガス，アセチレンをドーピングガスとして用いた光
CVD法等によって、常温において形成することができ
る。ここでSi基板の比抵抗が高い場合には、上記BNとSi
との接触抵抗が高くなるという問題が生じることがある
が、このような場合には第５図に示すようにBN膜10′に
選択的に貫通孔を設け、露出したSi基板の第２主面上
に、Ti/Auなどの金属電極11を設けて接触抵抗の低減を
図ることが可能である。またモジュール化のためのイン
タコネクタ接続部をこの金属電極11上に設けてもよい。
この場合、金属電極11上の方がBN膜10′上よりインタコ
ネクタの溶接等が容易であるという利点がある。
次に本発明の第３の実施例について説明する。第４図
は本発明の第３の実施例による太陽電池の製造方法を示
す断面工程図であり、図において第１図と同一符号は同
一又は相当部分であり、12はn+GaAsバッファ層である。
次に製造工程について説明する。
まず、第４図（ａ）に示すように、Si基板１の第１主
面1a上にn+GaAs層12を約２μｍ程度までの厚みで形成す
る。その後、常温でBN膜10を形成する。この場合には、
第１図と異なって、n+GaAs層による熱ストレス分によっ
て、ややそりが見られるがn+GaAs層厚みが２μｍ以下で
あれば、その程度は通常無視し得る程度に小さい。この
後ウエハをGaAs層を成長させる温度まで上昇すると第４
図（ｂ）に示すように第１図（ｂ）に見られるのと同様
なそりを呈する。ただこの場合には第１図（ｂ）よりそ
の程度は、n+GaAs層による分だけ小さくなっている。次
に第４図（ｃ）に示すように、太陽電池として必要なｎ
形GaAs層2,p形GaAs層３を形成後常温でウエハを取り出
せば、第４図（ｄ）に示すように従来のBN膜がない場合
に比べ、それは大巾に軽減される。本第３の実施例は上
述の第１の実施例と比べて、少しそりが発生するという
欠点はあるものの、次のような利点がある。一般的にSi
基板上にGaAs層を形成させる場合には、Si基板表面を90
0℃〜1000℃の高温で清浄化された後、GaAs層を成長さ
せる必要がある。Si基板の第２主面側にBN等異物が形成
されている場合には、上記高温処理においてSi基板の第
１主面が汚染されてしまい、均一なGaAsのエピタキシャ
ル成長が困難になる場合があった。第４図の実施例では
Si基板上にGaAs層を形成する場合には、異物が存在せず
清浄なSi上にGaAsがエピタキシャル成長され、均一な成
長層が得られる。この後、常温でBN形成後、700〜800℃
の温度で、GaAs層を形成する時には、すでにn+GaAs層12
が設けられているため、ホモエピタキシャル成長とな
り、比較的容易に均一なGaAs層が形成され、また成長温
度は900〜1000℃よりかなり低温であるため、BNによる
素子汚染等の問題を解消できる。
第６図は本第３の実施例の変形例による太陽電池の製
造方法を示す断面工程図であり、図において、第４図と
同一符号は同一又は相当部分であり、13,14はウエハ周
辺部に形成されたメサ溝である。
次に製造工程について説明する。
まず、第６図（ａ）に示すように、第４図（ａ）と同
様にウエハを形成する。次に第６図（ｂ）に示すように
BN膜10形成後ウエハ周辺部より内部の部分に、n+GaAs層
12を選択的にエッチングしてSi基板表面が露出したメサ
溝13を形成する。この後700〜800℃に昇温して第６図
（ｃ）に示すようにウエハをそらせた後、第６図（ｄ）
に示すようにｎ形GaAs層２、ｐ形GaAs層３を形成する。
この場合にはメサ溝部で露出したSi表面上には自然酸化
膜が形成されているためにGaAs結晶は成長されず、GaAs
層の選択成長が行なわれる。この後、このウエハをGaAs
結晶成長装置から取り出すと常温では第６図（ｅ）のよ
うに従来方法に比べそりが軽減されている。
ここで、本変形例では、n+GaAs層12形成後に設けられ
たメサ溝13周辺部のGaAs層を選択的に除去して、前記メ
サ溝13より巾広いメサ溝14を形成している。この理由を
以下に述べる。本変形例では上述のように第６図（ｄ）
に示す工程ではメサ溝部のSi基板表面にはGaAs層が成長
しない。このGaAs成長プロセスにおいて、メサ溝部に飛
来した反応ガスはSi基板には堆積しないめ、メサ溝周辺
部のGaAs成長に消費される。このため第７図に示すよう
に、メサ溝周辺部では成長層が厚くなり、特にエッジ部
分では鋭く盛り上がってしまう。この盛り上がり部で
は、機械的ストレスが集中するため、この部分から多く
のクラックが発生してしまう。このような盛り上がり部
を選択的に除去して形成されたのが、第６図（ｅ）に示
されるメサ溝14である。
第８図は本第３の実施例の変形例において、素子周囲
部でのストレス集中をできるだけ軽減できる、メサ溝周
辺部のGaAs層の断面構造の一例を示す図である。図に示
すようにｐ形GaAs層３およびｎ形GaAs層３の側面とｐ形
GaAs層表面3aとのなす角が90゜より大きく設定されてお
り、鋭角部へのストレス集中を回避している。このよう
な形状は、（100）面近傍の成長面を有するGaAs層で
は、いわゆる順メサエッジとして知られる方法によって
容易に形成することができる。あるいは周辺部でのフォ
トレジストとGaAs層との接着力を弱めることにより、フ
ォトレジストとGaAs界面でのエッチングを促進させるこ
とによっても上記構造を形成することができる。さらに
第８図においてはn+GaAs層とSi基板界面との接触角を純
角にして、ストレス集中を軽減している。このような形
状はエッチング速度がストレスに依存するというエッチ
ャントの性質を利用して容易に形成することができる。
すなわちn+GaAs層内においては、Si基板界面で最もスト
レスが大きくこれから離れるにつれて、ストレスは小さ
くなっているためGaAsのエッチャントとして使用され
る、硫酸，過酸化水素、水の溶液を用いて、第８図に示
す形状のエッチングが可能となる。
次に本発明の第４の実施例について説明する。第９図
は本発明の第４の実施例による太陽電池の製造方法を示
す平面図である。
次に製造工程について説明する。
Si基板上にn+GaAsバッファ層を形成後、n+GaAs層の選
択エッチによりメサ溝13を形成する。この時、メサ溝の
少なくとも一辺に、底がSi表面まで達したくさび状の凹
陥部15を設ける。この凹溝部はメサ溝形成用マスクとし
て、第９図に示すパターンのものを用いることによっ
て、上記メサ溝13と同一工程で形成することが可能であ
る。次に機能層であるｎ形GaAs層およびｐ形GaAs層を形
成する。これらはn+GaAs層が残された部分に選択的に成
長されるが、すでに述べたように、成長層の周辺部にお
いては応力が集中しているため、本実施例のように周辺
部にくさび状の凹陥部が設けられていると、その先端部
より第９図に示すようにクラック16が発生する。次にｐ
形電極６を形成後、最終的にはメサ溝の周辺部を除去し
て新しいメサ溝14を形成するのは上記第３の実施例の変
形例と同様である。この時くさび状の凹陥部の周辺部も
エッチングされることは言うまでもない。このように、
本第４の実施例ではあらかじめクラックが発生しやすい
くさび状の凹陥部を設けて、この部分から強制的にクラ
ックを発生させて、ストレスを緩和させて、以後のクラ
ック発生を制限することが可能となる。
また、第９図に示すようにこのくさび状凹陥部15を集
電極6a間の中央部に配置させると、１本のグリッド電極
の収集する光電流は左右バランスがとれ、クラック発生
による電流収集アンバランスに起因するひろがり抵抗の
増大を防ぐことができる。なお、この場合には結晶面方
位を〔001〕として、集電極6aの配置される方向とクラ
ック16の発生する方向がほぼ平行で〔010〕方向となっ
ている。以上のように第９図の実施例では、制御してク
ラック16を発生させることができ、その影響を最小限に
とどめることができるが、何らかの要因により、集電極
6a間に、新たなクラックが発生する可能性を全く無くす
ことは保証されない。この場合にはひろがり抵抗の増加
の割合は最大集電極６の長さの配置間隔にたいする比の
２乗に比例する。例えば前者を2cm、後者を1mmとすれ
ば、ひろがり抵抗は400倍にも達する。このような影響
を低減させるには、くさびの先端から発生するクラック
の方向と集電極の方向を平行からずらすことが有効であ
り、第10図の変形例に示すように、両者が45度の角度で
交じわるのが最も効果的である。本変形例では、ひろが
り抵抗の増加はせいぜい２倍ですむという利点がある。
第11図は本第４の実施例において制御して発生させた
クラック16の近傍の断面図を示す。クラック16の発生に
より、pn接合４が露出するため、この部分をSi3N4やSiO
2などの絶縁膜20で被覆した構造となっている。一般的
に露出したpn接合端面4aを大気中で放置すると、水分，
異物等の付着によりリーク電流が発生し、太陽電池特性
を低下させることがある。このため、この部分を絶縁膜
でパッシベーションすることによりリーク電流の発生を
防止することができる。さらに、クラック発生後、電流
形成工程において、金属を蒸着する場合には、クラック
のすき間から金属が入りこむことによってpn接合がショ
ートする危険がある。したがって、電極形成前に露出し
たpn接合の端面4aを絶縁膜20で保護した後、第２電極６
を形成することによりpn接合のショートを防止すること
ができる。一方第２電極下部全面に絶縁膜を形成してし
まうと電流の取り出しができなくなるため、クラック周
辺部のみ絶縁膜を残し、それ以外はコンタクトホールを
形成すれば良い。このような工程は本実施例のように、
クラック16を制御して発生させることによって初めて可
能となる。すなわち、クラックを制御して発生させるこ
とによって、クラックの位置を特定でき、上記コンタク
トホールのパターンを特定することが可能となる。この
ように、本第４の実施例ではpn接合を保護できる電極形
成が可能となる。
第12図は本発明の第４の実施例の他の変形例を示す平
面図である。本変形例では、Si基板上にn+GaAsバッファ
層を形成後、n+GaAs層の選択エッチによりメサ溝13を形
成する。この時、島状に残されたn+As層中に、多数のひ
し形状の凹陥部17を形成する。この凹陥部は、第９図の
実施例と同様に、メサ溝13と同一工程で形成することが
できる。次にｎ形GaAs層,p形GaAs層形成後に、上記ひし
形の鋭角部からクラック16が発生する。まれに上記ひし
形の鈍角部からクラックが発生することもあるがこの場
合には集電極と垂直な方向であるため、実質的にはほと
んど影響はない。しかし、後者のようなクラックを防止
するには、凹陥部の形状として、第13図に示す本第４の
実施例のさらに他の変形例のようにひし形に外接する二
つの円弧からなるものを用いても良い。この実施例にお
いても上記ひし形状の凹陥部を集電極6aが配置された中
央部に設けることによって、第９図で説明したのと同様
な効果で得られる。さらに凹陥部の鋭角どうしの対角線
と集電極6aの方向を第13図のように45度にすることによ
って、この凹陥部以外の部分から、偶然に発生したクラ
ックの影響を最小限にとどめることができるのは、第10
図の実施例と同様である。
次に本発明の第５の実施例について説明する。第14図
は本発明の第５の実施例による太陽電池を示す図であ
り、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は同図
（ａ）におけるＡ−Ａ間の断面図である。本第５の実施
例は以下のような工程で作成される。
Si基板１上にn+GaAsバッファ層12を形成後、１つの素
子内に多数のn+GaAsバッファ層の島18が形成されるよ
う、碁盤の目状のメサ溝13を設ける。この後、ｎ形GaAs
層2p形GaAs層３の成長を行なうと前述のように、n+GaAs
層が残された島の部分にのみ選択成長される。次に各島
18の周辺部のGaAs層を除去して、最初のメサ溝13よりや
や広いメサ溝14を設ける。この後側面に露出したpn接合
を、絶縁膜19で保護する。最後に、ｎ形Si基板の第２主
面にｎ形電極、ｐ形GaAs層表面上に集電極6aおよび共通
電極6bからなるｐ形電極６を形成する。この場合各島18
内には少なくとも１本の集電極6aもしくは共通電極6bを
設けた構造にしてある。このように、本第５の実施例で
は１つの素子内に複数の島状のGaAs層を設けたので、Ga
As層のサイズが小さくなって各GaAs層の周辺部に残留す
る応力が小さくなるためクラックの発生が抑えられる。
また、たとえ１つのクラックが発生しても、その伝搬は
１つの島内にとどまるため、その影響を最小限に抑える
という利点もある。
次に本発明の第６の実施例について説明する。第15図
はｐ形電極６によりGaAs層に加わる応力を示す模式図で
ある。図中19は応力の等高線を示し、電極の周辺部に応
力が集中していることがわかる。このような応力は電極
材料とGaAs層との熱膨張係数の差によって発生するもの
で、その大きさは当然のことながら電極材料の熱膨張係
数，硬さ，厚みなどに存在する。従来ｐ形電極として
は、厚み500ÅのTi上に厚み４μｍのAgが用いられてお
りこのｐ形電極に起因するクラックが発生することが観
察された。本発明の第６の実施例は、厚み500ÅのTi上
に２μｍのAuをｐ形電極として用いるようにしたもので
あり、このように塑性変形しやすい金属により電極を構
成することにより、電極に起因するクラックの発生を防
止することができる。これは、Auの熱膨張係数が1.5×1
0-5（1/℃）と、Agの熱膨張係数2.1×10-5（1/℃）より
も小さく、GaAs層の熱膨張係数６×10-6（1/℃）により
近いためと、AuはAgに比べ展性に優れ、塑性変形しやす
いやわらかい材質であるため、GaAs層に働く応力が小さ
くなったことによると考えられる。また電極の厚みを２
μｍと薄くしたこともストレス低減の一因となってい
る。電極の厚みを薄くすることにより、電極抵抗増大に
よる曲線因子の低下が懸念されるが、この厚みの電極に
より太陽電池を試作したところ、厚み４μｍの電極を使
用した場合と比べて、特性に孫色はなかった。
次に本発明の第７の実施例について説明する。第16図
は本発明の第７の実施例によるSi基板上のGaAs太陽電池
を示す図である。本第７の実施例ではｎ形電極５がSi基
板１の第２主面上に離散的に設けられている。このよう
な構造は、従来装置のように電極がSi基板１の第２の主
面全面に設けられている場合に比べGaAs層2,3に加わる
応力が軽減される。ｎ形電極を構成する金属材料はSiよ
り熱膨張係数が大きく、熱ショック試験において約−20
0℃の低温まで冷却した場合、ｎ形電極が圧縮すること
により、GaAs層2,3に引っ張り応力が加わることにな
る。したがって、ｎ形電極５がSi基板１の第２主面上の
全面に設けられている場合には、この引っ張り応力は大
きく、すでにSiとGaAsとの熱膨張係数の差に起因する引
っ張り応力が存在しているGaAs層2,3に、この引っ張り
応力が加わることにって、クラックが容易に発生してし
まう。このため、ｎ形電極５を離散的に設けることによ
って、上記引っ張り応力が低減され、クラックの発生が
防止される。なお第５図の実施例において、BN膜10′は
導電性としたがこれを必ずしも導電性とせず、離散的に
設けられている金属電極11をｎ形電極５として用いるこ
とができる。この場合には低温においてBN膜によってGa
As層2,3に圧縮性応力が加わり、SiとGaAsとの熱膨張係
数の差に起因する引っ張り応力を相殺することになり、
第16図の実施例よりさらにクラックの発生を防止できる
効果がある。
次に本発明の第８の実施例について説明する。第17図
は本発明の第８の実施例によるSi基板上GaAs太陽電池を
示す図である。本第８の実施例は、第２電極６の集電極
6aが格子状をなして、閉ループを形成している点が特徴
となっている。このように集電極6aパターンを閉ループ
状に形成することにより、従来の第20図に示すくし形パ
ターンでは収集することができなかった２本以上のクラ
ック７で分離された領域で発生した光電流の収集が可能
になる。
第18図は本発明の第８の実施例の変形例による太陽電
池を示す図である。この場合には共通電極6aは素子周辺
の４辺に設けられており、各共通電極6bにはそれぞれ閉
ループを形成する集電極6aが接続されている。この場合
も２本のクラック７で囲まれた領域で発生した光電流の
収集が可能となる。以上のようにこれらの実施例では、
クラック発生による影響を軽減することが可能となる。
第19図は本発明の第８の実施例の他の変形例による太
陽電池を示す図である。この変形例では２つの共通電極
6bを有し各共通電極には、集電極6a、互いに直角でない
方向に接続され、集電極6aとクラック７とが交差するよ
う配置されている。この場合GaAs結晶表面の方位が｛1
0｝面であるとすれば、クラックは＜100＞方向に生じや
すく、共通電極6bを＜100＞方向に配置すれば、これを
直交しない集電極6aはクラック７とは直交することがな
いため、２本以上のクラック７で分離された領域からも
光電流を収集することは可能となり、クラック発生によ
る影響を軽減することができる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によればSi基板上のGaAs太陽
電池の製造方法において、第１導電型のSi基板の第２主
面上に、常温に近い温度で、Si基板より熱膨張係数の小
さい物質よりなる層を形成した後、上記Si基板の第１主
面上に機能層となる第１導電型，第２導電型の第1,第２
のGaAs層を順次形成するようにしたから、GaAs層の残留
応力を低減させるとともにそりを低減させることがで
き、より平坦なエピタキシャルウエハを得ることがで
き、またクラックのないあるいはクラックの本数の少な
いSi基板上GaAs太陽電池が得られる効果がある。
また、この発明によればSi基板上のGa−As太陽電池の
製造方法において、第１導電型のSi基板の第１主面上
に、高濃度の第１導電型の不純物が添加されたGaAsバッ
ファ層を形成した後、上記基板の第２主面上に、常温に
近い温度で、Si基板より熱膨張係数の小さい物質よりな
る層を形成し、この後、上記バッファ層上に第１導電
型，第２導電型の第1,第２のGaAs層を順次形成するよう
にしたから、熱ストレスのない、清浄なSi基板表面上に
GaAs機能層を形成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例によるSi基板上GaAs太陽
電池の製造方法を示す断面工程図、第２図（ａ）は第１
図の製造方法により得られたSi基板上GaAs太陽電池を示
す平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ間の断
面図、第３図は第１図（ｂ）の工程における昇温時のそ
りを説明するための図、第４図は本発明の第３の実施例
によるSi基板上GaAs太陽電池の製造方法を示す断面工程
図、第５図は本発明の第２の実施例によるSi基板上GaAs
太陽電池を示す断面図、第６図は本発明の第３の実施例
の変形例によるSi基板上GaAs太陽電池の製造方法を示す
断面工程図、第７図は第６図（ｄ）の工程におけるメサ
部周辺の拡大図、第８図は第６図（ｅ）の工程における
メサ部周辺の拡大図、第９図は本発明の第４の実施例に
よるSi基板上GaAs太陽電池の製造過程における平面図、
第10図は本発明の第４の実施例の変形例によるSi基板上
GaAs太陽電池の平面図、第11図は本発明の第４の実施例
によるSi基板上GaAs太陽電池の制御して発生させたクラ
ック近傍の断面図、第12図は本発明の第４の実施例の他
の変形例によるSi基板上GaAs太陽電池の製造過程におけ
る平面図、第13図は本発明の第４の実施例のさらに他の
変形例によるSi基板上GaAs太陽電池の平面図、第14図
（ａ）は本発明の第５の実施例によるSi基板上GaAs太陽
電池を示す平面図、第14図（ｂ）は第14図（ａ）のＡ−
Ａ間の断面図、第15図は第２電極周辺部において発生す
る応力を模式的に表わした断面図、第16図は本発明の第
７の実施例によるSi基板上GaAs太陽電池を示す断面図、
第17図は本発明の第８の実施例によるSi基板上GaAs太陽
電池を示す平面図、第18図は本発明の第８の実施例の変
形例によるSi基板上GaAs太陽電池を示す平面図、第19図
は本発明の第８の実施例の他の変形例によるSi基板上Ga
As太陽電池を示す平面図、第20図，第21図は従来のSi基
板上GaAs太陽電池を示す図である。 １はSi基板、２はｎ形GaAs層、３はｐ形GaAs層、５はｎ
形電極、６はｐ形電極、７はクラック、10はSiより熱膨
張係数の小さい物質よりなる層、12はn+GaAsバッファ
層、15はクサビ状凹陥部、16は制御されて発生したクラ
ック、17はひし形状凹陥部、18は島状に分割された能動
層。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門田 好晃 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 三井 興太郎 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電 機株式会社光・マイクロ波デバイス研究 所内 (72)発明者 小笠原 伸好 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電 機株式会社光・マイクロ波デバイス研究 所内 (72)発明者 西村 隆司 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電 機株式会社光・マイクロ波デバイス研究 所内 (56)参考文献 特開 昭63−166276（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−77181（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−165178（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−20752（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型のSi基板の第１の主面上に少な
    くとも順次設けられた第１導電型の第１のGaAs層，及び
    第２導電型の第２のGaAs層を有し、上記Si基板の第１の
    主面と反対側の第２の主面上に設けられた第１の電極，
    および上記第２のGaAs層上に設けられた第２の電極を有
    する太陽電池を製造する太陽電池の製造方法において、 上記Si基板の第２の主面上に、Siより熱膨張係数の小さ
    い物質よりなる層を常温に近い温度で形成する第１の工
    程と、 この後、上記Si基板の第１の主面上に、上記第1,第２の
    GaAs層を順次形成する第２の工程とを含むことを特徴と
    する太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項２】Si基板上にGaAsからなる機能層を有する太
    陽電池を製造する太陽電池の製造方法において、 上記Si基板の第１の主面上に、高濃度の第１導電型の不
    純物が添加されたGaAsバッファ層を形成する第１の工程
    と、 この後、上記Si基板の第２の主面上に、Siより熱膨張係
    数の小さい物質よりなる層を常温に近い温度で形成する
    第２の工程と、 この後、上記Si基板の第１の主面上に、上記第1,第２の
    GaAs層を順次形成する第３の工程とを含むことを特徴と
    する太陽電池の製造方法。
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