JPH021180A - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野］ 本発明は光電変換素子及び光電変換装置に係り、特に薄
型化した光電変換素子及びこれに伴なう光電変換効率の
向上及び軽量化した光電変換装置に関する。 【従来の技術１ 従来の光電変換素子は、５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌｓ、　１
７（１９８６）ｐ、７５〜８３に示されているように、
光電変換素子の表面又は裏面に形成された、該素子の厚
みに比べて比較的凹凸の小さいＶ字形溝構造等の表面又
は裏面凹凸及び表面又は裏面に形成された電極などの構
造物を除いて、はぼ平板状の断面形状をしている。 光電変換素子の厚みを薄くすることにより変換効率の向
上及び素子の軽量化が図れることはよく知られている。 【発明が解決しようとする課題】 上記従来技術は該光電変換素子の厚みが小さくなった場
合の該素子の機械的強度について配慮されておらず、大
面積の素子を作ることが困難である。 本発明の目的は該光電変換素子の厚みを小さくしても機
械的強度がそこなわれない構造を提供することにある。 本発明の他の目的は該光電変換素子の厚みを小さくして
も入射光を十分に吸収することができる光電変換素子及
び光電変換装置の構造を提供する事にある。 本発明の他の目的は、光電変換効率の高い光電変換素子
を提供することにある。 本発明の他の目的は、機械的強度が強く、光電変換効率
の高い光電変換素子を高精度でしかも再現性よく製造す
ることのできる方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記目的は、該光電変換素子の表面及び裏面の両方又は
一方に、該光電変換素子の厚みと同程度からその１／３
８度の深さの溝を形成することによって、該光電変換素
子の断面形状を波板状にして、その実質的な厚みを薄く
すると同時に波板状の表面の凸部を結ぶ面と裏面の凸部
を結ぶ面との間隔を厚く保つことにより該素子に働く外
部からの応力に対する機械的強度を高めることにより達
成される。 さらに、波板状を有する光電変換素子の光入射面の反対
側面すなわち該光電変換素子の裏面に、該光電変換素子
に対して斜め方向に光を乱反射するための光乱反射構造
を有する光電変換素子及び光電変換装置の構造を採用す
ることにより達成される。 さらに、波板の光励起キャリヤの少ない部分に比較的不
純物の多い半導体や、禁制帯幅の広い半導体、又はその
上に電極等の表面再結合を大きくする性質の物が接触す
る部分を配置することにより達成する事が出来る。 さらに、基板結晶の方位とエツチングマスクとの方向を
正確に合わせることにより達成することができる。 【作用１ 図面を用いて上記手段を説明する。 第１図に該光電変換素子の形成に用いる半導体基板１の
断面を示す。該基板表面に形成された溝構造の凸部は、
裏面に形成された溝構造の四部と上下にほぼ重なるよう
に形成されている。これにより該基板１の厚みａに対し
て実質的な厚みｂを小さくすることが出来る。これによ
り第２図に示す構造で基板の厚みａを同じくした場合に
比べて実質的な基板の厚みを小さくすることができる。 この溝の深さは、該基板１の厚みａの一以上とすること
か望ましい。これは、該溝深さをこれ以上とすることに
より、実質的な厚みｂが急激に薄くなるからである。こ
れにより、該溝の開き角が９０度の場合、該基板の実質
的な厚みｂを、該基板の厚みａの約半分にすることがで
きる。該溝は該基板の厚みａ程度まで深くすることによ
り該基板の実質的厚みｂを非常に薄くすることが出来る
。 更に第１図に示す構造ではその断面が三角波状になって
いるため機械的強度の高い構造となっており、また同基
板を用いて作製した光電変換素子の表面又は裏面から光
を入射させる場合には、入射光の表面反射を低下させる
光とじ込め効果もある。 この場合には該溝構造の相対する側面のなす角度６が９
０″以下である必要がある。 該光電変換素子の機械的強度を更に高めるためには第３
図に示すように該溝構造を横切る方向の直線又は曲線上
に該溝を一部形成していない部分を残した基板構造とす
ることが有効である。その亭 部分の形状は第汐図（ａ）、（ｂ）に示すようにその部
分にまったく溝を形成しない形がよい。この様な溝を形
成しない部分が該溝構造に対してなす角度は、その小さ
い方の角度１５を４５″以上９０’以下とすることによ
り、機械的強度が向上する。特に該角度が９０″の場合
、すなわち直角に交わる場合に、最も強度を増すことが
できる。 また、該基板の周辺部には第５図に示すように該溝を形
成しない部分を残すことにより機械的強度を更に増すこ
とができる。 このような構造を持つ基板を用いた光電変換素子の作製
において、第６図に示したように特にその表面又は裏面
の一部にｐｎ接合形成のため、互いに他の部分・と異な
る型の半導体を形成する場合には、該溝構造の凸部又は
凹部にのみ該半導体２又は３を形成することにより基板
１内にあるキャリアを有効に収集することが出来る。ま
た、該光電変換素子において、表面又は裏面から光を入
射する場合に、入射光５を該半導体２又は３に対して同
じ面から入射することによりキャリア収集効率を高め出
力電流を大きくすることができる。しかし、基板１での
キャリアの寿命が十分に大きい場合は第６図の４に示す
方向から光を入射してもよい。 これまで述べたことは、第７図に示すように該溝構造の
凸部に平坦部を持つ構造や、第８図に示すように該溝構
造の相対する面がほぼ平行となる構造についても同様の
ことが言える。 また、第９，１０図に示すように該溝構造が表面又は裏
面の一方にのみ形成されている場合についても上記と同
様のことが言える。 これらの構造を持つ該光電変換素子において。 表面又は裏面にテクスチャー構造やＶ構造を設けたり、
光入射面と反対の面に光反射構造を設けることにより光
電変換効率が更に高まることは言うまでもない。 上記構造を持つ光電変換素子は光電変換効率が高く、重
量も従来の構造に比べ軽量化することができる。そこで
、第１１図に示すように、該光電変換素子１４を支持台
１２上に１個以上組み合せて光電変換装置を作製するこ
とにより該光電変換装置の出力の向上及び軽量化を達成
することが出来る。該光電変換装置においては光電変換
素子１４を表面被覆材１３によって被覆しているが、こ
れは必ずしも用いる必要はない。 上記光電変換素子及び変換装置は、特に高効率を必要と
する光電変換素子又は装置や、軽量化が必要な宇宙用へ
の応用に有効である。また、該光電変換素子は薄形であ
るため、放射線劣化も少なくなる。 上記の構造を有する光電変換素子においては、第１２図
に示した素子の光入射面すなわち表面に形成された溝構
造の凸部は、裏面に形成された溝構造の凹部と上下にほ
ぼ重なるように形成されている。これにより該基板１の
厚みａに対して実質的な素子の厚みｂを小さくすること
が出来る。この場合実質的な基板１の厚みｂは数十μｍ
以下となるため、基板１の光の吸収係数が小さい場合そ
のままでは入射光４の一部が裏面へ透過してしまう。こ
れは、該素子の出力電流の低下を招く。これを避けるた
めにひとつの提案として、第１２図に示すように裏面反
射鏡２３を形成し、基板からの透過光を正反射する事に
より光路長を長くし光の吸収を増加させることが考えら
れる。しかし、この構造では光路長は裏面反射鏡が無い
場合に比べて２倍程度にしか大きくならない。これは図
に示すような断面形状を有する基板を用いた光電変換素
子の光電変換効率の向上には素子の実質的な厚みｂが小
さいため、不充分である。 これに対し本発明者らは、例えば第１３図に示すように
該基板１の裏面に微細な凹凸を形成しその上からＡＭや
Ａｇなどの光反射率の高い材質を用いて反射鏡２３を形
成することにより、光乱反射構造を配設し透過光を乱反
射させる。これにより反射光は基板１中を長距離通過す
るため光路長が長くなる。また、これらの反射光が基板
表面となす角が小さくなるため、吸収されなかった光は
基板表面でさらに全反射し再び基板中を光が伝播する。 これにより一度基板１に入射した光４のほとんどが基板
１内に閉じこめられて効率よく光を吸収させる事が出来
る。基板１は光電変換を行なう構造であればどのような
周知の構造でもよい。 第１４図に該光乱反射構造の他の形態として微粒子から
なる乱反射膜３４を基板１の裏面に形成した例を示す。 この層により第１３図に示した構造と同じ効果を得るこ
とが出来る。該乱反射膜の材質としては酸化アルミ、硫
酸バリウム又はフッ化炭素の微粉末等の様に光の反射率
が高く光をよく散乱する材質を用いるとよい。この場合
該散乱反射層の剥離を防止し、十分な乱反射効果が得ら
れるために、該乱反射層の裏面をプラスチック。 金属その他の材料による保護膜で覆うことが望ましい。 又、比較的真空度の低い条件や、試料を加熱した状態で
金属膜を真空蒸着する事により該乱反射膜を形成するこ
とも出来る。 本発明の光乱反射構造の更に他の形態を第１５図に示す
。該基板１を乱反射板４３上に設置した例である。該乱
反射板４３は、金属等の光の反射率の高い材料の表面に
機械加工やエツチングによって微細な凹凸を形成したも
のを用いている。また、前述の様に酸化アルミ、硫酸バ
リウム又はフッ化炭素の微粉末等で形成した乱反射膜や
、比較的真空度の低い条件や、試料を加熱した状態で金
属膜を真空蒸着する事により形成した乱反射膜を該乱反
射板の代わりに用いてもよい。更には、第１６図に示す
ように該反射膜着しくは該乱反射板５３が基板１の裏面
に平面、斜面または曲面状に形成されていてもよい。 上述してきた光乱反射構造は、第１７図及び第１８図に
示すように表面の溝構造、例えばＶ溝の相対する斜面の
片側の全部または一部を光反射率の高い表面電極６５で
覆′うことにより電極面積を大きくした光電変換素子の
裏面（基板１の裏面）に設けることにより、該光電変換
素子の光電変換効率を著しく高める事が出来る。該光乱
反射構造は第１３図及び第１４図から第１６図で説明し
た構造の何れでもよいことは、言うまでもない。 また、第１９図に示すように、板状の基板１０を第１の
半導体で形成し、その表面を例えばｎ＋層から成る第２
の半導体２０で覆い、その裏面を例えばｐ＋層から成る
第３の半導体３０で覆う構造の光電変換素子においては
、第２０図に示すように入射光５０が表面から入射した
場合には例えばＳｉの様な光吸収係数の小さな材料を基
板に用いたとしても斜線部６０の主な部分での光励起キ
ャリアの数はその他の部分に比べて１／１０〜１／１０
０と極めて少なくなる。このため裏面に設けられる例え
ば電極とのオーミックコンタクトをとるためのｐ“層や
ｎ＋１等は第２１図に示す様に該基板１０の裏面凸部３
０に形成する事が望ましい。これに対して、該基板表面
近傍では光発生キャリアの数は非常に大きいため、これ
を効率よく収集するための例えばｐ＋暦やｎ＋層を該基
板１０の表面に形成する事が望ましい。更に該基板表面
や裏面の主な部分は例えば酸化膜４０等による少数キャ
リアの表面再結合速度を低下させるいわゆるパッシベー
ション膜で覆われている事が望ましい。 第２２図に該基板の裏面凸部に該半導体層を互いに離し
て形成した例を示す。この様に、該基板１００の裏面に
例えばｐ４″層３００を互いに離して形成する事により
該ｐ＋層３００の面積を小さくする事が出来る。また、
該ｐ＋層３００の間に例えばｎ”ＩＱ４００等の互いに
タイプの異なる半導体を形成する事によりこれらとオー
ミックコンタクトをなす電極及び−極の両方の電極を裏
面に形成することが出来る。この構造においても該基板
１００の表面の主な部分はこの部分での表面再結合を小
さくするためにｎ＋層ｖ　Ｐ”層、パッシベーション膜
のいずれか又はその組合せで覆われている事が望ましい
。また、該基板１００の裏面の該ｎ”Ｊ！１４００又は
ｐ＋層３００で覆われていない分は同様の理由でパッシ
ベーション膜で覆われている事が望ましい。 第２３図には上記の例の裏面の例えば電極と接触するｎ
＋層２００が互いに異なるタイプの半導体層３００以外
の主な部分に形成されている場合を示す。この構造では
半導体層２００が裏面を広く覆うためこれから電極を取
ることにより該素子を流れる電流の電気抵抗を小さく抑
えることが出来る。この構造においても該基板１００の
表面の主な部分はｎ＋層、ｐ＋層、パッシベーション膜
のいずれか又はその組合せで覆われている事が望ましく
、また該基板１００の裏面の電極と接触している該ｎ＋
又はｐ”ｆｆで覆われていない部分の主な部分はｎ　”
Ｍ　ｒ　Ｐ　”Ｎ　＊　パッシベーション膜のいずれか
又はその組合せで覆われている事が望ましい。 更に、該基板１００の裏面の該ｎ＋層又は９１層で覆わ
れている部分の主な部分はパッシベーション膜で覆われ
ている事が望ましい。 第２４図には該ｐ＋層の半導体層３００を該波形断面構
造の裏面の斜面の一部や凹部にも形成した例を示す。こ
の目的は、該基板１００の電気抵抗が大きい場合や、少
数キャリアの寿命が短い場合に該半導体層３００が該基
板１００の裏面凸部にのみ形成されていては互いにばれ
た該半導体層３００どうしの距雅が遠くなり光電変換効
率が低下する事を防ぐことにある。 第２２〜２４図を用いて説明した構造においては、裏面
に形成された互いに異なるタイプの半導体は、互いに接
触していても動作するが、これらの半導体層の不純物濃
度が比較的高い場合には該接触部分においてキャリアの
再結合が激しく起こるため互いに距はをおいて設置する
ことが望ましい。 っていても良いが、これらが互いに異なる禁制帯幅を持
つ材料から成っていて、それらの接触部分においていわ
ゆるヘテロ接合を形成していてもよい。 第２５図にこれまで説明した該波型断面を持つ第１の薄
型光電変換部６００の上に少なくとも１つ以上の該第１
の薄型光電変換部と異なる禁制帯幅を持つ半導体によっ
て光キャリアを発生する第２の光電変換部７００を持つ
薄型光電変換素子の例を示す。第１の光電変換部はこれ
までに述べた波型構造を持つ半導体部とパッシベーショ
ン膜及び電極や反射防止膜等から構成されており、光電
変換作用を有していればどの様な構造であってもよい。 第２の光電変換部７００はやはり第１の光電変換部と同
様の構成を成していればどの様な組合せでもよいがその
主な光キヤリア発生部は第１の光電変換部のそれより大
きい禁制帯幅を持つことが望ましい。これは入射光の波
長が広い範囲に渡っている場合に各々の波長の光を互い
に異なる禁制帯幅を持つ材料によって吸収させる事によ
り光電変換効率を向上させる事が出来るからである。 これらの第１又は第２の光電変換部は互いにオーミック
コンタクトやトンネル接合を通して電気的に接続されて
いてもよいし、それぞれ異なる電極を独立に持っていて
もよい。これまでは第１と第２の光電変換部を持つ場合
について説明したが、その上に更に複数の光電変換部を
持っていても同様の事が言えることは言うまでもない。 また、これらの互いに異なる光電変換部の主な部分がエ
ピタキシャル成長によって形成される場合にも本構造は
非常に有効である。 上記の説明では第１の光電変換部６００が光電変換作用
を持つ場合について説明したが、この部分が光電変換作
用を持たず単に波型断面を持つ軽量な基板として構成さ
れていても良い。 品 基板に単結夙基板を用いて第２６図に示すようなエツチ
ングマスクを該波形断面の表面、及び裏面の凸部に形成
して該波形構造を異方性エッチを用いて形成する場合、
結晶のエツチングの遅い面と結晶表面の支線が該エツチ
ングマスクのパターンと成す角３０１が大きい場合、こ
の様なエツチングマスクを用いてエツチングを行なうと
、エツチングの遅い（１１１）面が現われるまで図の斜
線部がエツチングされ、エツチングされずに残る細線部
の幅４０１が細線幅１０１よりも細くなってしまう。こ
の幅がゼロに成るとＭ線の両側のエツチングされる部分
が合わさってしまい、非常に深いエツチング溝ができて
しまう。また、細線部にエツチングマスクの欠陥や結晶
欠陥等が存在すると線幅４０１は欠陥が無いときの値か
ら欠陥の大きさを差し引いた大きさになり、これがゼロ
になるとやはり深いエツチング溝ができてしまう。 結晶基板に（１００）表面を持つＳｉやＧｅやＧ　ａ　
Ａ　ｓ基板を用いた場合には、エツチングの遅い面は（
１１１）面であり、これと表面との支線は＜１１０＞方
向である。これを解決するためには、第２７図に示すよ
うに、細線の方向と結晶方位の成す角度３０１を、ａｒ
ｃｔａｎ　（（細線幅１０１−エツチング後の線幅４０
１）／細線長２０１）以下とする必要がある。この式で
エツチング後の線幅４０１は、エツチング後に少なくと
も該波形構造表面凸部の結晶表面が、線幅４０１だけエ
ツチングされずに残ることを意味する。エツチング欠陥
や結晶欠陥が有る場合には、上記の式でエツチング後の
線幅４０１にこれ等の欠陥の大きさを加えておかなけれ
ばならない。また、エツチング終了までに（１１１）面
がエツチングされる量が無視できない大きさである場合
には、このエツチングにより線幅が細くなる分も上記の
式のエッチング後の線ψ＝４Ｏ１に加える必要がある。 Ｓｉ基板のエツチングに、Ｋ　ＯＨ溶液やヒドラジン溶
液を用いる場合には、エツチング終了までに（１１１）
面がエツチングされ線幅が細くなる量は、エツチング溝
の深さの約１／２０〜ｌ／１００程度である。 上記の条件を達成する一手段を第２８図を用いて説明す
る。該基板として円形のウェハーを用いる場合、特定の
面に平行な面を研磨したオリエンテーションフラッ１−
（以下、オリフラと記す。）７０１を設けてウェハーの
結晶方位を表わす方法がある。このオリフラの方向は通
常製造誤差の範囲で真の結晶方位から僅かにずれた方向
を指している。この誤差は、オリフラを基に方位を決め
て形成したエツチングマスクの第２７図に示す様な細線
の方向と結晶方位のずれ３０１の要因となる。 このため第２８図のオリフラの結晶方位からのずれ５０
　）Ｒｒｃｔａｎ　（（細線幅１０１−エツチング後の
線幅４０１）／細線部２０１）以下とする必要がある。 結晶基板として例えば（１００）表面を持つＳｉやＧａ
Ａｓ基板を用いた場合には、該オ！入フラの方向は（１
１０）が用いられる。例えば、細線幅１０１を２０μｍ
、エツチング後の線幅４０１を１０μｍ、細線部２０１
を１０００μｍするとａｒｃｔａｎ　（（２０μｍ−ｍ
−１ｏｏ／１０００μｍ）＝０．５７度となり、オリフ
ラの結晶方位からのずれ５０１をこれ以下と成るように
オリフラを形成する必要がある。 ウェハーの結晶方位を表わす方法としてレーザー加工や
機械加工によって該基板上に形成された方位マーク６０
１を用いる場合もこのマークと真の結晶方位とのずれ５
０１について同様のことがいえる。 該基板として第２９図に示す様な方形のウェハーを用い
、その端辺を該オリフラの代わりに方位合わせに使用す
る場合、その端辺の向きと真の結晶方位とのずれ５０１
についても同様のことがいえる。 第３０図に該エツチングマスクをフォトリソグラフィを
用いて形成する場合について説明する。 該エツチングマスクを形成するためのパターンがフォト
マスク１０２上に配置されている場合、その中で第２７
図に示した様なＭｆＪ線部の方位が、該基板の真の結晶
方位と成す角が上記の条件を満たすためには該フォトマ
スク１０２上に設けられた１ケ又は複数の方向合せマー
ク３０２を用いて該基板２０２の真の結晶方位と該フォ
１〜マスク１０２上の細線部の方位が上記の条件を満足
するように、フォトアライメント時に該方向合せマーク
３０２と該基板２０２上のオリフラ又、は方位マーク又
は端辺とを平行又は特定の方向に合わせる必要がある。 この場合、該方向合わせマーク３０２と該細線部の方位
、及び該方位合せマーク３０２と該基板２０２上のオリ
フラ又は方位マーク又は端辺とのアライメント精度をそ
れぞれ上記の角度以内に保たなければならない。方向合
わせマークの形状としては、第３０図（ａ）部拡大図に
示す様な形状等が考えられる。−上記方法は、フォトリ
ングラフィ以外に１例えば印刷によるレジスト形成技術
を用いた場合にも同様に用いる事が出来る。 次に、第３１図（ａ）、（ｂ）を用いて該基板上に精度
を必要とするパターンを形成する場合のパターンの形状
について説明する。上記の様にフォトリソグラフィや印
刷によりエツチングマスクやその他のパターンを形成す
る際に、フォトマスクや印刷マスクと該基板との位置合
わせに用いるための位置合わせマーク等のパターンとし
て高精度のパターンを該エツチングマスクを用いてエツ
チングを行なうのと同時に形成するためには、第３１図
（ａ）の様なパターンではエツチング部５０２に凸部６
０２があるため、この部分がエツチングされてしまい斜
線部の様なサイドエッチ部４０２が形成されてしまう。 これを防ぐためには、例えば第３１図（ｂ）に示す様に
エツチング部の全部又は特定の部分を方形のパターンの
みで構成する必要がある。 数字９文字、その他の特定の模様や形状をエツチング後
も認識出来る様にするためには、上記と同様の理由で例
えば第３２図（ａ）に示すような形状ではなく同図（ｂ
）の様な方形のパターンで形成された形状にする必要が
ある。これらの方形の端辺はエツチングの遅い面と該基
板表面との支線の方向を向いていなければならないこと
は言うまでもない。 上記の事は該合わせマークや数字９文字のみではなく、
エツチングマスクの主たる部分の形状に対しても当ては
まる事であり、第２３図（ａ）に示す様なエツチング部
７０３の凸部が斜線部１０３の様にサイドエッチされる
場合には１例えばエツチングされていない部分に形成さ
れる電極等の構造物２０３をサイドエッチ部１０３を避
けて配置するか、同図（ｂ）に示すように付加パターン
３０３を設けてサイドエッチを防ぐ必要がある。 これまでは（１００）表面を持つＳｉやＧａＡｓ結晶基
板について述べたが、（１１０）表面やその他の表面を
持つ基板においても同様の事がいえるのは言うまでもな
い。また、結晶の種類は上記のＳｉやＧ　ａ　Ａ　ｓに
限らずＧｅ、ＩｎＰ、ＣｄＳ。 ＣｕＩｎＳｅ等の結晶でも同様である。 以下、本発明を実施例により説明する。 実施例１゜ 第３４図に光電変換素子の一実施例を示す。基板１には
表面の面指数（１００）を持ち、比抵抗が０．２Ω”ｃ
ｍで、厚さが２５０μｍのｐ型Ｓｉ基板を用い、その両
面に約１μｍ厚の熱酸化膜を形成し、この両面に、周知
の両面アライメント技術を用いて互いの位置を制御して
溝構造の頂部及び溝構造を形成しない部分にフォトレジ
ストを形成し、これ以外の部分の酸化膜をエツチングに
より除去した。この除去した部分の主な領域は方形のパ
ターンで形成されており、この各々の方形の端部は＜１
１０＞方向に合せた。 その後ＫＯＨ液を用いて異方性エツチングを行い、該酸
化膜で覆ねれていない部分に（１１１）表面を持ち、そ
の相対する面のなす角度６が約７０°となる溝構造を形
成した。溝のピッチは約２４０μｍとすることにより、
該素子の実質的な厚みを約５０μｍとした。装置の周辺
部には約４００μｍ幅の溝を形成しない部分１０を残し
、更に該溝構造と直角な線上に溝を形成しない部分を残
し、装置の機械的強度を高めている。その後、表面には
ｎ＋層９をりんの熱拡散により形成し、裏面のｎ＋層を
除去した後溝構造の凹部にアルミニウムのアロイにより
２４″層７を形成した。更に表面及び裏面にＴ　ｉ　／
　Ａ　ｇ電極８，１１をそれぞれ形成した。本実施例に
よれば、出力電圧が従来の溝の無い構造の素子に比べ約
１００ｍＶ上昇する。 これまでは基板１にＳｉを用いた例を説明したが、この
他Ｇｅ等の半導体やＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体
であってもよい。また、該溝構造を形成するために、Ｋ
　ＯＨ溶液によるエツチングを行なったが、その他Ｎａ
ＯＨ、ヒドラジンやアンモニア系の溶液でもよい。また
、プラズマガス等によるエツチング、又は機械的な加工
によって形成してもよい。これらのエツチングにおいて
は。 異方性エツチングを用いた場合のように、該溝の側面が
平面ではなく１曲面や凹凸を持つ面となる場合があるが
、この場合も同様の効果が得られる。 また、エツチングマスクとして、本実施例では熱酸化膜
を用いたが、その他、ＬＰＣＶＤ（ＬｏｔｇＰｒｅｓｓ
ｕｒｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）やスピンコード等により形成されたシリコン
酸化膜やシリコンナイトライド膜、又はワックス等の耐
エツチング膜であってもよい。 また、基板１に表面が（１１０）面になる基板を用いて
異方性エツチングを行なうことにより第８．１０図に示
した構造を容易に形成することができる。 実施例２゜ 次に光電変換装置の一実施例を第１１図を用いて説明す
る。支持台１２にはプラスチックを用い、その上に実施
例１で作製した光電変換素子１４を接着した。表面被覆
材１３にはガラスを用いた。 本装置においては上記の該光電変換素子を用いているた
め、従来型の光電変換素子を用いた光電変換装置に比べ
出力電圧が約１５％上昇した。 また、光電変換素子１４の部分のｆｆｔＪｔが従来型に
比べ約１／２に減少したため、該装置の重量も大幅に減
少した。 上記の説明では表面被覆材１３にガラスを用いたが、こ
れはプラスチック等でもよい、また表面被覆材１３と該
光電変換素子１４の間にもモールド材を充填してもよい
。また表面被覆材１３を省略してもよい。支持台１２は
堅牢且つ軽量で勢伝導が良い材質が適しており、プラス
チック等で形成されていてもよい。また、該光電変換装
置に集光装置を取付けることにより更に出力電圧を高め
ることができる。 実施例３゜ 以下、第３５図及び第３６図を用いて本発明の他の実施
例を詳細に説明する。 光電変換素子の裏面に凹凸を形成し、その上から乱反射
膜を形成した構造を持つ光電変換素子の例を第３５図に
示す。基板８５として実施例１と同様、Ｓｉ単結晶を用
い、熱酸化膜をマスクにＫ　ＯＨ溶液により異方性エッ
チを両面から行い波板状とした。その後、裏面にはドラ
イエツチングにより微細な凹凸８８を形成した。ドライ
エツチングのガスとしては、四塩化炭素と酸素の混合ガ
ス等が適している。更にその凹凸上にＡｇを真空蒸着し
て裏面電極を兼ねた裏面反射鏡８７を形成した。裏面凸
部には、裏面反射鏡８７を形成する前段階でｐ＋層８６
をＡＱの拡散により形成した。 光電変換素子の表面にはｎ“層８４を燐拡散により形成
し、その表面をパッシベーション膜化膜８３で覆い、更
にその上に光反射防止膜８２を形成した。表面凸部の一
部には表面電極８１を形成し酸化膜８３に開けたコンタ
クトホール８ｏを通してｎ”ＭＢ２とオーミックコンタ
クトをとっている。これにより、表面から入射した光は
裏面で乱反射され、再び表面に到達してもそのほとんど
が再び素子内部に反射され基板８５の中に閉じこめられ
る。裏面電極を兼ねた裏面反射［８７の通電性が比較的
低い場合には、この上に導電性の高い膜を形成すること
が望ましい。 また、裏面凹凸の形成は、ドライエツチングのみならず
、ふっ硝酸等の溶液による等方性エツチングやＫＯＨ，
ヒドラジン等の溶液による異方性エツチングによって形
成してもよい。 裏面乱反射構造として、基板８５の裏面に高い光反射率
を持つ材料からなる微粉末を塗布する事により形成した
乱反射１１！Ｊ９８を持つ光電変換素子の一例を第３６
図に示す。該乱反射膜９８には酸化ＡＱの微粉末を用い
た。その上には、裏面電極９７としてＡｇを真空蒸着し
た。その他の構造及び裏面反射構造の効果は第３５図に
示した実施例と同様である。該裏面反射層９８に比較的
高い導電性を持つ材質を用いる場合には、裏面電極９７
は必ずしも設ける必要は無い。 実施例４゜ 第３７図に本発明の他の実施例を示す。基板８５にはｐ
型Ｓｉ半導体を用い表面にｎ”Ｊ１８４及びパッシベー
ション膜として酸化膜８３を形成し工面にはｐ＋層８Ｇ
及び酸化膜８３を形成した。 電極は表面Ｔ：、極８１及び裏面電極９７を設けた。 この構造により裏面全面にｐ″層を形成した場合に比べ
て光電変換効率が約１０％向上した。 実施例５゜ 第３８図には裏面にｎ＋層８４を形成しこれを第２の電
極９９に接触させる事により表面電極を無くした例を示
す。この構造では表面に光を遮蔽する物が無いため、入
射光を全て取る込むことができるため出力電流が向上し
た。 実施例６゜ 第３９図の構造では表面には酸化膜のみを形成し裏面の
ｎ＋層８４及びｐ＋Ｍ８６を交互に配置した例を示す。 この例では同一線上の凸部に互いに異なるタイプの半導
体層を配置しているが、互いに異なる線上の凸部に互い
に異なるタイプの半導体層をそれぞれ配置してもよい。 これらの実施例においては、基板のタイプがｎ型であっ
ても良い。また表面ｎ＋層や裏面のｐ＋又はｎ＋層は各
々異なるタイプであってもよい。さらに、酸化膜やペテ
ロ材料等から成るパッシベーション膜や、半導体層、電
極はそれに必要な特性を備えていればどの様な材料を用
いてもよいことは言うまでもない。 また、作用及び実施例で説明した構造においては、それ
らを構成する半導体材料は結晶性や多結晶性のＳ　ｉ、
ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ。 ＣｄＳのみならずアモルファスＳ　ｉ　、　５ｉＧｅ。 ＳｉＣ等の非晶質材料や微結晶材料であってもよいこと
は言うまでもない。 実施例７゜ 第４０図に示すように該エツチングマスクの細線幅１０
１を２０μｍ、細線部２０１を１０００μｍとした。エ
ツチングマスクの端辺と真の結晶方位とのずれ５０１は
上記の方法を用いて±０゜４度以内に納めた。また、電
極を形成するための部分６０３の形状は図の様に方形の
みで形成し凸部を無くした。この様なエツチングマスク
を用いて該薄型基板を形成したところ貫通孔等の欠陥の
無い基板を形成することが出来た。 この基板の表面にｎ＋暦、裏面にｐ＋層を形成し光電変
換素子を形成したところ軽量で薄型の素子を高精度に、
再現性よく作ることが出来た。 【発明の効果］ 本発明によれば、素子の機械強度を下げることなく実質
的な基板の厚みを小さくすることができるため、同様の
厚みを持つ素子を溝構造無しで作製した場合に比べて素
子作製及び取り扱いが容易となる。 また、該光電変換素子を該光電変換装置に用いることに
より、出力の上昇及び装置の軽量化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溝構造をもつ基板の断面図、第２図は
従来基板の断面図、第３図は本発明になる基板の外観図
、第４図（ａ）は第３図のＡＡ’断面図、第４図Ｃｂ＞
は第３図のＢＢ’断面図、第５図は端部に溝を形成しな
い場合の基板の断面図、第６図は本発明になる一応用例
の断面図、第７図は本発明の一応用例の断面図、第８図
は本発明の一応用例の断面図、第９図は本発明で溝構造
を片面にのみ持つ場合の断面図、第１０図は本発明で溝
構造を片面にのみ持つ場合の他の断面図、第１１図は本
発明になる光電変換素子を用いて作１３図は本発明にな
る一応用例を示す外観図、第１４図は本発明になる一応
用例を示す断面図、第１５図は本発明になる一応用例を
示す断面図、第１６図は本発明になる一応用例を示す断
面図、第１７図は本発明になる一応用例を示す断面図、
第１８図は本発明になる一応用例を示す断面図、第１９
図は本発明になる一例を示す断面図、第２０図は本発明
になる光励起キャリア分布の説明図、第２１図は本発明
になる、光励起キャリア分布を考慮した一応用例を図す
断面図、第２２図は本発明になる、光励起分布を考慮し
た一応用例を示す外観図、第２３図は本発明になる光励
起キャリア分布を考慮した一応用例を示す断面図、第２
４図は本発明になる光励起キャリア分布を考慮した一応
用例を示す断面図、第２５図は本発明になる一応用例を
示す断面図、第２６図はエツチングマスクの細線の方向
と基板結晶方位との方向がずれたときのエツチングマス
クの細線部の一例を示す平面図、第２７図はエツチング
マスクのＮｌ線の方向と基板結晶方位との方向が一致し
ているときのエツチングマスクの細線部の一例を示す平
面図、第２８図は基板結晶方位とマークの関係を示す平
面図、第２９図は基板結晶方位と基板形状の関係を示す
平面図、第３０図は基板結晶とマスクの方向３３図（ａ
）、（ｂ）はエツチングパターン形状の一例を示す図、
第３４図は本発明の一実施例の外観図、第３５図は本発
明になる一実施例を示す外観図、第３６図は本発明にな
る一実施例を示す外観図、第３７図は本発明になる一実
施例を示す外観図、第３８図は本発明になる一実施例を
示す外観図、第３９図は本発明になる一実施例を示す外
観図、第４０図は本発明になるエツチングマスクパター
ンの一実施例である。 符号の説明 １．１０，８５，１００，２０２・・・基板、２．３・
・・互いに異なる導電型の半導体層、４．５．５０・・
・入射光、１２・・・支持台。 １３・・・表面被覆材、１４・・・光電変換素子。 ２３．８７・・・裏面反射鏡、３４．９８・・・乱反射
膜、４３．５３・・・乱反射板、８，８１．６５・・・
表面電極、２０，８４　、２００　、４００−　ｎ＋層
、７．３０，８６，３００・・・ｐ＋層、４０．８３’
　、５００・・・裏面酸化膜、６０・・・陰部、６００
・・・第１光電変換部、７００・・・第２光電変換部、
１０１・・・細線幅、２０１・・・細線長、３０１・・
・（１１０）方向となす角度、４０１・・・エツチング
後の線幅、 ５０１・・・＜１１０＞方向となす角度、６０１・・・
方位マーク、７０１・・・オリエンテーションフラット
、８０１・・・エツチングの遅い面と結晶表面の支線、
１０？・・・マスク、３０２・・・方向合せマーク、１
０３，４０２・・・サイドエッチ部、５０２．７０３・
・・エツチング部、６０２・・・凸部、２０３．６０３
・・・電極部、３０３・・・付加パターン、１１．９７
・・・裏面電極、１０・・・溝未形成部。 ８０・・・コンタクトホール、８２・・・反射防止膜、
８３・・・パッシベーション膜、８８・・・凹凸、９９
・・・第２電極。 茅２−４ 染７１１ 竿ｌＴｔ反 芋３ｍ 竿 ？ 図 第 Ｏ １且 茅 ｌノ　１刀 ｑ ′Ｌ艷濯Ａ壜と 第ｌ夕 ）刀 名７７目 拓 ］■ 茅／ヌ）Ｍ ＋２／１週 ｕＬ） （山） （ｂ） （し） 竿ハ■ ぬ３３０ ５４ＪＡ−圓 茅３７１Ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、波板状で第１の導電型を有する半導体基板、前記基
   板の表面に形成された第２の導電型を有する半導体層、
   前記半導体層上の所定の位置に形成された表面電極、前
   記基板の裏面の所定の位置に形成された裏面電極を含む
   ことを特徴とする光電変換素子。 ２、前記基板の表面の凸部を結ぶ面と裏面の凸部を結ぶ
   面との間隔に対して、該基板の実質的な厚みが１／２以
   下となる請求項１に記載の光電変換素子。 ３、前記基板の溝の相対する側面のなす角度が９０度以
   下である請求項１に記載の光電変換素子。 ４、前記基板の溝を横切る方向に該溝が部分的に形成さ
   れていない部分を有する請求項１に記載の光電変換素子
   。 ５、前記溝が部分的に形成されていない部分が該溝を横
   切る方向と該溝とのなす角度が４５度〜９０度である請
   求項４に記載の光電変換素子。 ６、光を乱反射するための光乱反射構造を有する請求項
   １に記載の光電変換素子。 ７、前記光乱反射構造が、前記基板の裏面に形成された
   規則的または不規則な凹凸と、該凹凸上に形成された光
   反射膜とから成る請求項６に記載の光電変換素子。 ８、前記光乱反射構造が、前記基板の裏面に形成された
   光反射率の高い微粒子による乱反射膜から成る請求項６
   に記載の光電変換素子。 ９、前記乱反射膜を保護膜で覆った請求項８に記載の光
   電変換素子。 １０、前記保護膜が、前記裏面電極である請求項９に記
   載の光電変換素子。 １１、前記光乱反射構造が、前記基板の裏面に設置され
   た乱反射板から成る請求項６に記載の光電変換素子。 １２、前記乱反射板が、前記基板の裏面に設置された平
   面、斜面または曲面状の反射板である請求項１１に記載
   の光電変換素子。 １３、光入射面の斜面の少くとも一部を光反射率の高い
   薄膜で覆った請求項６に記載の光電変換素子。 １４、前記反射率の高い薄膜が前記表面電極である請求
   項１３に記載の光電変換素子。 １５、前記第２の導電型を有する半導体層が、前記基板
   と禁制帯幅の異なる半導体層である請求項１に記載の光
   電変換素子。 １６、前記第２の導電型を有する半導体層上に、前記基
   板と禁制帯幅の異なる半導体層から成る光電変換部を少
   くとも１つ有する請求項１に記載の光電変換素子。 １７、波板状の半導体基板上に形成され、該基板と禁制
   帯幅の異なる半導体層から成る光電変換部を少くとも１
   つ有する光電変換素子。 １８、波板状で、第１の導電型を有する半導体基板、前
   記基板表面に形成された第２の導電型を有する第１の半
   導体層、前記第１の半導体層上の一部に形成された表面
   電極、前記基板裏面の少くとも凸部に第１の導電型を有
   し、前記基板よりも不純物濃度の高い第２の半導体層、
   前記第２の半導体層上に形成された裏面電極を含むこと
   を特徴とする光電変換素子。 １９、波板状で、第１の導電型を有する半導体基板、前
   記基板裏面の凸部に配置され、互いに離れて形成された
   第１の導電型を有する第１の半導体層及び第２の導電型
   を有する第２の半導体層、前記第１の半導体層上に形成
   された第１の電極、前記第２の半導体層上に形成された
   第２の電極を含むことを特徴とする光電変換素子。 ２０、波板状で、第１の導電型を有する半導体基板、前
   記基板表面に形成された第２の導電型を有する第１の半
   導体層、前記第２の半導体層上に形成された第１の保護
   膜、前記基板表面の凸部で、前記第１の保護膜に設けら
   れた前記第１の半導体層に達する、１個以上の第１のコ
   ンタクト孔、前記第１のコンタクト孔を介して前記第１
   の半導体層上に形成された表面電極、前記基板の裏面に
   形成された第２の保護膜、前記基板裏面の凸部に設けら
   れ、前記基板より不純物濃度の高い第１の導電型を有す
   る第２の半導体層、前記基板裏面の凸部で、上記第２の
   保護膜に設けられた、前記第２の半導体層に達する１個
   以上の第２のコンタクト孔、前記第２のコンタクト孔を
   介して前記第２の半導体層上に形成された裏面電極を含
   むことを特徴とする光電変換素子。 ２１、波板状で、第１の導電型を有する半導体基板、前
   記基板表面に形成された第１の保護膜、前記基板裏面の
   溝部に形成された第２の導電型を有する第１の半導体層
   、前記基板裏面の凸部に形成され、第１の導電型を有し
   、前記基板よりも不純物濃度が高く、前記第１の半導体
   層と隔てて形成された第２の半導体層、前記基板裏面に
   形成された第２の保護膜、前記基板裏面の溝側壁で、前
   記第２の保護膜に設けられ、前記第１の半導体層に達す
   る、１個以上の第１のコンタクト孔、前記第１のコンタ
   クト孔を介して第１の半導体層上に形成された第１裏面
   電極、前記基板裏面の凸部で、前記第２の保護膜に設け
   られ、前記第２の半導体層に達する、１個以上の第２の
   コンタクト孔、前記第２のコンタクト孔を介して第２の
   半導体層上に形成された第２裏面電極を含むことを特徴
   とする光電変換素子。 ２２、波板状で、第１の導電型を有する半導体基板、前
   記基板表面に形成された第１の保護膜、前記基板凸部の
   １部に形成された第２の導電型を有する第１の半導体層
   、前記基板凸部の１部に形成され、第１の導電型を有し
   、前記基板よりも不純物濃度が高く、前記第１の半導体
   層と隔てて形成された第２の半導体層、前記基板裏面に
   形成された第２の保護膜、前記基板裏面の凸部で、前記
   第２の保護膜に設けられ、前記第１の半導体層に達する
   １個以上の第１のコンタクト孔、前記第１のコンタクト
   孔を介して前記第１の半導体層上に形成された第１裏面
   電極、前記基板裏面の凸部で、前記第２の保護膜に設け
   られ、前記第２の半導体層に達する１個以上の第２のコ
   ンタクト孔、前記第２のコンタクト孔を介して第２の半
   導体層上に形成された第２裏面電極を含むことを特徴と
   する光電変換素子。 ２３、波板状で第１の導電型を有する半導体基板、前記
   基板の表面に形成された第２の導電型を有する半導体層
   、前記半導体層上の所定の位置に形成された表面電極、
   前記基板の裏面の所定の位置に形成された裏面電極を含
   む光電変換素子が１個以上配置された支持台を有するこ
   とを特徴とする光電変換素子。 ２４、前記光電変換素子が、光を乱反射するための光乱
   反射構造を有する請求項２３に記載の光電変換素子。 ２５、第１の導電型を有する半導体基板を波板状に加工
   する工程、前記基板表面に第２の導電型を有する半導体
   層を形成する工程、前記第２の導電型を有する半導体層
   上の１部に表面電極を形成する工程、前記基板裏面に裏
   面電極を形成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。 ２６、前記半導体基板が単結晶である請求項２５に記載
   の光電変換素子の製造方法。 ２７、前記基板の加工を異方性エッチングを用いて行う
   請求項２６に記載の光電変換素子の製造方法。 ２８、前記異方性エッチングのエッチングマスクの細線
   パターンの方向と、エッチングの遅い面と前記基板の表
   面との支線方向と成す角が０°以上 ａｒｃｔａｎ｛（細線幅−エッチング後の線幅）／細線
   長｝以下である請求項２７に記載の光電変換素子の製造
   方法。 ２９、前記基板の表面が（１００）面であり、上記エッ
   チングの遅い面が（１１１）面である請求項２８に記載
   の光電変換素子の製造方法。 ３０、前記基板の表面が（１１０）面であり、前記エッ
   チングの遅い面が（１１０）面である請求項２８に記載
   の光電変換素子の製造方法。 ３１、前記基板として、結晶方位を示すマークと、真の
   結晶方位と成す角が、０°以上 ａｒｃｔａｎ｛（細線幅−エッチング後の線幅）／細線
   長｝以下である基板を用いた請求項２８に記載の光電変
   換素子の製造方法。 ３２、前記エッチングマスクをフォトリソグラフィを用
   い、フォトマスクの一部に方向合せマークを設けて、前
   記結晶方位を示すマークと該マークとの成す角が、０°
   以上 ａｒｃｔａｎ｛（細線幅−エッチング後の線幅）／細線
   長｝以下である請求項３１に記載の光電変換素子の製造
   方法。