JP2594001B2 - 光電変換素子の製造方法 - Google Patents
光電変換素子の製造方法Info
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- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は外部光を吸収して電気エ
ネルギーに変換する光電変換素子に係り、特に、太陽光
を利用した発電、光（Ｘ線及び電磁波を含む）検出素子
を用いるセンサー等に用いられる光電変換素子の製造方
法に関する。
ネルギーに変換する光電変換素子に係り、特に、太陽光
を利用した発電、光（Ｘ線及び電磁波を含む）検出素子
を用いるセンサー等に用いられる光電変換素子の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、光電変換素子、特に太陽電
池、においては、反射による損失を少なくし、変換効率
を高めるために、断面ノコギリ刃状のコルゲート基板が
利用されていた。例えば、GaAs 太陽電池セルの場合
も、アプライド・フィジックス・レターズ 49巻(1986年)
第945〜947頁 ( Appl. Phys. Lett. 49 (1986) pp.945
‐947)などに示されているように、断面ノコギリ刃状の
GaAs 表面を作製して太陽電池セルへの応用を行ってい
た。
池、においては、反射による損失を少なくし、変換効率
を高めるために、断面ノコギリ刃状のコルゲート基板が
利用されていた。例えば、GaAs 太陽電池セルの場合
も、アプライド・フィジックス・レターズ 49巻(1986年)
第945〜947頁 ( Appl. Phys. Lett. 49 (1986) pp.945
‐947)などに示されているように、断面ノコギリ刃状の
GaAs 表面を作製して太陽電池セルへの応用を行ってい
た。
【０００３】また、このような構造の基板を作製する場
合、通常は、平坦な基板をエッチング法によりノコギリ
刃状に加工した後、結晶成長装置内に導入して光電変換
層及び光吸収層の形成を行っていた。
合、通常は、平坦な基板をエッチング法によりノコギリ
刃状に加工した後、結晶成長装置内に導入して光電変換
層及び光吸収層の形成を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、ノコギリ刃の加工形状は専らエッチ
ング条件に依存し、条件設定に多大の時間を必要として
いた。また、エッチングの際、化学エッチング法では表
面上に不純物が残留し、また、ドライエッチング法では
ダメージが発生し、その上に形成する半導体層の品質を
劣化させるという問題があった。
来技術においては、ノコギリ刃の加工形状は専らエッチ
ング条件に依存し、条件設定に多大の時間を必要として
いた。また、エッチングの際、化学エッチング法では表
面上に不純物が残留し、また、ドライエッチング法では
ダメージが発生し、その上に形成する半導体層の品質を
劣化させるという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の有してい
た課題を解決して、照射光を最大限に利用するために光
吸収層での光路長を長くすることが可能でしかもその形
成が簡便な構造の光変換素子を製造する方法を提供する
ことにある。
た課題を解決して、照射光を最大限に利用するために光
吸収層での光路長を長くすることが可能でしかもその形
成が簡便な構造の光変換素子を製造する方法を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、本発明は請求項１に記載のよう
に、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉまた
はそれらの積層構造よりなる第１の半導体層を形成する
工程と、酸化シリコン、窒化シリコン、アモルファスシ
リコンまたはフッ化炭素のポリマーよりなる第２の半導
体層を加工するマスクを形成する工程と、該マスクのマ
スク材料の存在していない領域に、有機金属気相成長法
によってピラミッド状のＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＡｓまたはそれらの積層構造よりなる第２の半導体
層を形成して光吸収層とする工程を含む光電変換素子の
製造方法とするものである。また、本発明は請求項２に
記載のように、請求項１において、光電変換素子は太陽
電池の製造方法とするものである。また、本発明は請求
項３に記載のように、請求項１または請求項２におい
て、ピラミッド状の第２の半導体層を形成する工程は、
第１の半導体層の（１００）面を用い、第１の半導体層
の結晶軸〈１１０〉および〈−１１０〉を各辺とする四
角形の開口部を有する加工用マスクを用いる光電変換素
子の製造方法とするものである。
に、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、本発明は請求項１に記載のよう
に、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉまた
はそれらの積層構造よりなる第１の半導体層を形成する
工程と、酸化シリコン、窒化シリコン、アモルファスシ
リコンまたはフッ化炭素のポリマーよりなる第２の半導
体層を加工するマスクを形成する工程と、該マスクのマ
スク材料の存在していない領域に、有機金属気相成長法
によってピラミッド状のＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＡｓまたはそれらの積層構造よりなる第２の半導体
層を形成して光吸収層とする工程を含む光電変換素子の
製造方法とするものである。また、本発明は請求項２に
記載のように、請求項１において、光電変換素子は太陽
電池の製造方法とするものである。また、本発明は請求
項３に記載のように、請求項１または請求項２におい
て、ピラミッド状の第２の半導体層を形成する工程は、
第１の半導体層の（１００）面を用い、第１の半導体層
の結晶軸〈１１０〉および〈−１１０〉を各辺とする四
角形の開口部を有する加工用マスクを用いる光電変換素
子の製造方法とするものである。
【０００７】さらに特徴的には、(1) 半導体とマスク材
料との組合せによる結晶成長領域の選択性を利用して光
吸収層を形成すること、(2) 有機金属気相結晶成長法に
よる成長領域の選択性を利用して光吸収層を形成するこ
と、(3) 結晶成長法によって結晶面での成長速度に異方
性があることを利用して光を効率良く閉じ込める構造を
形成することにある。
料との組合せによる結晶成長領域の選択性を利用して光
吸収層を形成すること、(2) 有機金属気相結晶成長法に
よる成長領域の選択性を利用して光吸収層を形成するこ
と、(3) 結晶成長法によって結晶面での成長速度に異方
性があることを利用して光を効率良く閉じ込める構造を
形成することにある。
【０００８】
【作用】上記の作用は下記の通りである。
【０００９】(1) マスク上には結晶成長が行われないと
いう結晶成長領域の選択性利用し、マスクの加工により
マスクの存在しない領域にのみ簡便に光吸収層を形成す
ることができること。
いう結晶成長領域の選択性利用し、マスクの加工により
マスクの存在しない領域にのみ簡便に光吸収層を形成す
ることができること。
【００１０】(2) 成長速度の異方性により半導体 (001)
面上に(111)Ａ面、(111)Ｂ面を有するピラミッド型の
光吸収層を形成することができること。
面上に(111)Ａ面、(111)Ｂ面を有するピラミッド型の
光吸収層を形成することができること。
【００１１】(3) 光吸収層内部で多重反射が起り、吸収
光を効率良く利用することができること。
光を効率良く利用することができること。
【００１２】なお、上記の構成とすることによって、エ
ッチングのプロセスが不要となるため素子の作製時間を
10〜20％削減し、また、エッチングダメージによる結晶
欠陥の発生がなくなるため結晶性が10〜20％向上し、さ
らに、光路長の延長効果により光電変換効率を20〜30％
向上させることができる。
ッチングのプロセスが不要となるため素子の作製時間を
10〜20％削減し、また、エッチングダメージによる結晶
欠陥の発生がなくなるため結晶性が10〜20％向上し、さ
らに、光路長の延長効果により光電変換効率を20〜30％
向上させることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の光電変換素子の製造方法につ
いて、実施例によって具体的に説明する。
いて、実施例によって具体的に説明する。
【００１４】〈実施例１〉図１は本発明光電変換素子の
一実施例の GaAs の pn 接合を用いた光電変換素子の概
略構成を示す断面図で、ピラミッド状の突起を有する基
板上に n 型 GaAs層３'及び p 型 GaAs 層４からなる p
n 接合を形成し、図の上部から入射した光をピラミッド
内部で多重反射させることにより光電変換効率を上げさ
せるものである。
一実施例の GaAs の pn 接合を用いた光電変換素子の概
略構成を示す断面図で、ピラミッド状の突起を有する基
板上に n 型 GaAs層３'及び p 型 GaAs 層４からなる p
n 接合を形成し、図の上部から入射した光をピラミッド
内部で多重反射させることにより光電変換効率を上げさ
せるものである。
【００１５】形成の手順を図２と併せて説明する。すな
わち、まず、高濃度 n 型 GaAs 基板(ドーピング濃度 2
×1018cm-3)１上にドーピング濃度 2×1017cm-3の n 型
GaAs 層２を３μmの厚さで形成した。この場合、GaAs
基板は (001) 面を使用した。次いで、この上にピラミ
ッド状ドットを形成した。まず、加工用マスクとしてSi
O2膜11を3000Åの厚さで形成し、フォトリソグラフィ方
法により〈110〉及び〈‐110〉を辺とする四角形の開口
部12を形成した。ここで、開口部の長さａ、ａ'及び開
口部間の間隔ｂ、ｂ'は入射光量あるいは SiO2膜領域に
形成される電極の比抵抗に応じて変えることができるも
のであるが、本実施例の場合には、ａ及びａ'を 50μ
m、ｂ及びｂ'を 10μmとした。上記で得られた試料を有
機金属気相成長装置に導入してドーピング濃度 2×1017
cm-3の n 型 GaAs を成長させると、SiO2膜上には GaAs
は成長せず、開口部12のみにピラミッド状の n 型 GaA
s層３が形成された。
わち、まず、高濃度 n 型 GaAs 基板(ドーピング濃度 2
×1018cm-3)１上にドーピング濃度 2×1017cm-3の n 型
GaAs 層２を３μmの厚さで形成した。この場合、GaAs
基板は (001) 面を使用した。次いで、この上にピラミ
ッド状ドットを形成した。まず、加工用マスクとしてSi
O2膜11を3000Åの厚さで形成し、フォトリソグラフィ方
法により〈110〉及び〈‐110〉を辺とする四角形の開口
部12を形成した。ここで、開口部の長さａ、ａ'及び開
口部間の間隔ｂ、ｂ'は入射光量あるいは SiO2膜領域に
形成される電極の比抵抗に応じて変えることができるも
のであるが、本実施例の場合には、ａ及びａ'を 50μ
m、ｂ及びｂ'を 10μmとした。上記で得られた試料を有
機金属気相成長装置に導入してドーピング濃度 2×1017
cm-3の n 型 GaAs を成長させると、SiO2膜上には GaAs
は成長せず、開口部12のみにピラミッド状の n 型 GaA
s層３が形成された。
【００１６】この後、SiO2膜を除去し、n 型 GaAs(ドー
ピング濃度 2×1017cm-3)層３'を数百Å、p 型 GaAs(ド
ーピング濃度 4×1018cm-3)層４を5000Å、p 型 AlGaAs
層５を300Å、高濃度ドーピング p 型 GaAs(ドーピン
グ濃度 2×1019cm-3)層６を1000Åの厚さで順次積層し
た。次いで、フォトリソグラフィ法によりピラミッド部
の高濃度ドーピング p 型 GaAs 層６を除去し、 p 型電
極７を、また、基板裏面に n 型電極８を図１に示すよ
うに形成した。
ピング濃度 2×1017cm-3)層３'を数百Å、p 型 GaAs(ド
ーピング濃度 4×1018cm-3)層４を5000Å、p 型 AlGaAs
層５を300Å、高濃度ドーピング p 型 GaAs(ドーピン
グ濃度 2×1019cm-3)層６を1000Åの厚さで順次積層し
た。次いで、フォトリソグラフィ法によりピラミッド部
の高濃度ドーピング p 型 GaAs 層６を除去し、 p 型電
極７を、また、基板裏面に n 型電極８を図１に示すよ
うに形成した。
【００１７】上記の手順によって形成したピラミッド形
状は、図３に示すように、(111)Ａ面及び(111)Ｂ面から
成り立っており、入射光は内部で多重反射を繰り返すた
め、pn 接合部で発生する電流量が倍増する。
状は、図３に示すように、(111)Ａ面及び(111)Ｂ面から
成り立っており、入射光は内部で多重反射を繰り返すた
め、pn 接合部で発生する電流量が倍増する。
【００１８】なお、上記 n 型 GaAs 層１、２、３、３'
を p 型に、p 型 GaAs 層４、６及び p 型 AlGaAs 層５
を n 型に、p 型電極７を n 型に、n 型電極８を p 型
にした場合にも同様の効果を得ることができる。
を p 型に、p 型 GaAs 層４、６及び p 型 AlGaAs 層５
を n 型に、p 型電極７を n 型に、n 型電極８を p 型
にした場合にも同様の効果を得ることができる。
【００１９】また、上記例においては加工用マスクの材
料として SiO2を用いた場合について説明したが、加工
用マスクの材料としては SiO2以外に窒化シリコン、ア
モルファスシリコンあるいはフッ化炭素のポリマーを用
いることもできる。
料として SiO2を用いた場合について説明したが、加工
用マスクの材料としては SiO2以外に窒化シリコン、ア
モルファスシリコンあるいはフッ化炭素のポリマーを用
いることもできる。
【００２０】〈実施例２〉図４に本発明光電変換素子の
他の実施例の断面構成を示す。本実施例の場合には、実
施例１の高濃度 n 型 GaAs 基板１の代りに n 型 Si 基
板(比抵抗 0.5〜２Ω・cm)31を用いた。ここで、Si 基板
は(001)面を使用した。基板31上にSiO2膜を3000Åの厚
さで形成し、フォトリソグラフィ法により〈110〉及び
〈‐110〉を辺とする四角の開口部を形成し、以下、実
施例１の場合と同様にして、光電変換素子を作製した。
他の実施例の断面構成を示す。本実施例の場合には、実
施例１の高濃度 n 型 GaAs 基板１の代りに n 型 Si 基
板(比抵抗 0.5〜２Ω・cm)31を用いた。ここで、Si 基板
は(001)面を使用した。基板31上にSiO2膜を3000Åの厚
さで形成し、フォトリソグラフィ法により〈110〉及び
〈‐110〉を辺とする四角の開口部を形成し、以下、実
施例１の場合と同様にして、光電変換素子を作製した。
【００２１】この場合も実施例１の場合と同様の特性が
得られた。
得られた。
【００２２】なお、本実施例の場合にも、n 型 Si 基板
31を p 型に、n 型 GaAs 層32、32'を p 型に、p 型 Ga
As 層33及び p 型 AlGaAs 層34を n 型に、p 型電極を
n 型に、n 型電極37を p 型にしても全く同様の効果が
得られた。
31を p 型に、n 型 GaAs 層32、32'を p 型に、p 型 Ga
As 層33及び p 型 AlGaAs 層34を n 型に、p 型電極を
n 型に、n 型電極37を p 型にしても全く同様の効果が
得られた。
【００２３】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の光
電変換素子の製造方法によれば、従来技術の有していた
課題を解決して、照射光を最大限に利用するために光吸
収層での光路長を長くすることが可能な構造で、しかも
その作製が簡便な光電変換素子を提供できる効果があ
る。
電変換素子の製造方法によれば、従来技術の有していた
課題を解決して、照射光を最大限に利用するために光吸
収層での光路長を長くすることが可能な構造で、しかも
その作製が簡便な光電変換素子を提供できる効果があ
る。
【００２４】すなわち、光吸収層及び光電変換層がピラ
ミッド構造をしているため、入射光が多重反射を繰り返
して光路長が長くなり、光電変換が効果的に行われ、効
率が20〜30％向上した。また、その形成において、エッ
チング等のプロセスを追加しなくても形成できるので、
簡便にしかも作製時間を10〜20％削減することができ
る。なお、エッチングダメージによる結晶欠陥等の発生
がないため、結晶性が10〜20％向上する。
ミッド構造をしているため、入射光が多重反射を繰り返
して光路長が長くなり、光電変換が効果的に行われ、効
率が20〜30％向上した。また、その形成において、エッ
チング等のプロセスを追加しなくても形成できるので、
簡便にしかも作製時間を10〜20％削減することができ
る。なお、エッチングダメージによる結晶欠陥等の発生
がないため、結晶性が10〜20％向上する。
【図１】実施例１の GaAs 光電変換素子の断面構成を示
す図。
す図。
【図２】実施例１光電変換素子ピラミッド基板の構成を
示す図。
示す図。
【図３】ピラミッド基板内部での入射光の多重反射の効
果を説明するための図。
果を説明するための図。
【図４】実施例２の Si 基板を用いた GaAs 光電変換素
子の断面構成を示す図。
子の断面構成を示す図。
１…高濃度 N 型 GaAs 基板、２、３、３'… n 型 GaAs
層、４… p 型 GaAs層、５…p 型 AlGaAs 層、６…高
濃度 p 型GaAs 層、７…p 型電極、８…n 型電極、11…
SiO2膜、12…開口部、21…pn 接合部、31…n 型 Si 基
板、32、32'…n型 GaAs 層、33…p 型 GaAs 層、34…p
型 AlGaAs 層、35…高濃度 p 型 GaAs層、36…p 型電
極、37…n 型電極。
層、４… p 型 GaAs層、５…p 型 AlGaAs 層、６…高
濃度 p 型GaAs 層、７…p 型電極、８…n 型電極、11…
SiO2膜、12…開口部、21…pn 接合部、31…n 型 Si 基
板、32、32'…n型 GaAs 層、33…p 型 GaAs 層、34…p
型 AlGaAs 層、35…高濃度 p 型 GaAs層、36…p 型電
極、37…n 型電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 靖夫 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 蕨迫 光紀 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平３−94477（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−283077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−206272（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、
Ｓｉまたはそれらの積層構造よりなる第１の半導体層を
形成する工程と、 酸化シリコン、窒化シリコン、アモルファスシリコンま
たはフッ化炭素のポリマーよりなる第２の半導体層を加
工するマスクを形成する工程と、 該マスクのマスク材料の存在していない領域に、有機金
属気相成長法によってピラミッド状のＧａＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｓまたはそれらの積層構造よりなる
第２の半導体層を形成して光吸収層とする工程を含むこ
とを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 【請求項２】請求項１において、光電変換素子は太陽電
池であることを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、ピラミ
ッド状の第２の半導体層を形成する工程は、第１の半導
体層の（１００）面を用い、第１の半導体層の結晶軸
〈１１０〉及び〈−１１０〉を各辺とする四角形の開口
部を有する加工用マスクを用いることを特徴とする光電
変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4145404A JP2594001B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 光電変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4145404A JP2594001B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 光電変換素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343721A JPH05343721A (ja) | 1993-12-24 |
| JP2594001B2 true JP2594001B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=15384478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4145404A Expired - Fee Related JP2594001B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 光電変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2594001B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6084175A (en) * | 1993-05-20 | 2000-07-04 | Amoco/Enron Solar | Front contact trenches for polycrystalline photovoltaic devices and semi-conductor devices with buried contacts |
| ES2160555B2 (es) * | 2000-04-27 | 2006-04-16 | Universidad Politecnica De Madrid | Convertidor fotovoltaico de alta eficiencia para intensidades luminosas elevadas fabricado con tecnologia optoelectronica. |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1981002948A1 (en) * | 1980-04-10 | 1981-10-15 | Massachusetts Inst Technology | Methods of producing sheets of crystalline material and devices made therefrom |
| JPS61206272A (ja) * | 1985-03-08 | 1986-09-12 | Sharp Corp | 太陽電池 |
| US5094697A (en) * | 1989-06-16 | 1992-03-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Photovoltaic device and method for producing the same |
| JPH04275465A (ja) * | 1991-03-02 | 1992-10-01 | Daido Steel Co Ltd | 太陽電池の製造法 |
-
1992
- 1992-06-05 JP JP4145404A patent/JP2594001B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05343721A (ja) | 1993-12-24 |
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