JPH03209780A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPH03209780A
JPH03209780A JP2266108A JP26610890A JPH03209780A JP H03209780 A JPH03209780 A JP H03209780A JP 2266108 A JP2266108 A JP 2266108A JP 26610890 A JP26610890 A JP 26610890A JP H03209780 A JPH03209780 A JP H03209780A
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semiconductor
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insulating
semi
insulating film
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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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V型の表面または裏面をその一方または双方に
有する半導体の表面または裏面に対し、この表面または
裏面に絶縁または半絶縁膜をトンネル電流が許容する範
囲の膜厚にて設け、さらにこの上面に不純物が添加され
た半導体よりなる電極を設けた光電変換装置に関するも
のである。
〔従来の技術〕
従来MIS型光電変換装置というものは、金属電極−絶
縁膜特に酸化珪素−半導体特に珪素よりなるものでPN
接合型に比べて解放電圧を高くすることができるという
特徴を有していた。一方、この絶縁膜を形成する際その
被膜をきわめて均一に作りかつピンホールも少なくしな
ければならないため、特にその表面に凹凸を意図的に設
けることはよくないとされさけられていた。
〔発明の目的〕
しかし本発明はかかる従来よくないとされてきたMIS
型のその表面または裏面を意図的にV型構造を多数設け
、このV型表面または裏面に対し半導体電極−絶縁また
は半絶縁膜−半導体電極(以下MIS構造という)を形
成しそれらを合わせることによりさらに効果を求めよう
としたものである。
〔発明の構成〕
第1図は本発明の原理を示すものである。
第1図は(100)面またはその近傍すなわち(100
)面に対し+15°以下の範囲の結晶方位を有する珪素
単結晶基板を用いた。
図面において半導体基板(1)の表面に非等方エッチ方
によるV型溝(18)を前記半導体表面に形成するため
に以下のように行った。
すなわちWAP(水−エチレンジアミン−ピロカテコー
ルの混液)中に半導体を浸し、窒素ガスにてバブルをさ
せながら約80°Cで30分〜2時間保持することによ
り形成した。WAP液は具体的には水8 CC,エチレ
ンジアミン13cc、ピロカテコール3gを用いた。さ
らに詳しくは本発明人による英文論文JAPAN J、
APPL、PHYS 10 No、8 (1971) 
P t。
28〜1033に記載されている。かかる非等方エツチ
ングはアルカリ液(RT−100°C)を用いてもよい
このようにすることによって第1図(A)に示されるよ
うなV型溝を設けることができた。
このV型溝は特にこの半導体の表面を処理をしない場合
、この半導体の格子欠陥によって選択的にV型ピットか
形成されるため形成されたV型溝の深さはバラバラであ
る。
しかしこの溝の位置に制御性を与えようとするならは半
導体の表面にスクライブラインを5.0〜100、0μ
mの間隔で0゜5〜20μmの深さにきすをスリット状
に形成するとよい。するとV型溝はこのスリットに従っ
て選択的に深くエッチすることによりできる。光起電力
により発生したキャリアをかかる物理的なきずにより再
結合させてしまわないためこの場合の溝の深さをさらに
その2〜4倍にまで選択エッチをする必要かあった。
かかるシリコン単結晶半導体上に反射防止膜を形成しな
い場合、シリコン単結晶の屈折率は3.8であるため、
太陽光の波長か0.5〜0.9μmの領域においてV型
溝(望み角か70.5°の場合)に光例えば太陽光!。
(15)を第1図(A)に示されるように照射すると第
1のシリコン半導体表面て67%か半導体(1)中に吸
収され、残りの33%の光は反射光として表面より反射
される。しかしこの反射光は、本発明の如くシリコン半
導体かV型表面を有する場合、他の表面への照射光とな
りその67%、即ち全光の22%が再度半導体中に透過
吸収されるため、実質的な反射光は入射光(Ioが10
0%)から67%と22%を差し引いて11%のみであ
ることが判明した。もちろんここに反射防止膜を形成し
、反射を防止すると、この11%の反射光のうちの約8
0%は半導体中への透過光となり、光電変換に寄与する
ため全反射量は3%弱にまで少くさせることができた。
第1図(B)はかかる■型溝(18)の表面に絶縁また
は半絶縁膜(6)を形成しその上面に半透明の金属(2
)例えば白金(仕事関数5.3eV)を形成すると半導
体内には空乏層(20)か形成される9、半導体表面か
V型をしているため空乏層(20)は破線で示す如くに
なる。なぜなら、例えば半導体表面の凸部(28)では
、左右の半導体表面へ高い仕事関数による空乏層かてき
ており、その左右にてきている空乏層の双方か相乗的に
、凸部(28)に作用する。そのため、この凸部(28
)の下方には、双方の作用のない所に比べて強く空乏層
を作り、結果として、V型溝の凸部(28)の如き急峻
さより緩やかな曲線(破線は空乏層とそうでない半導体
基板との境界を示す)を空乏層(20)は形成する。そ
の結果、V型溝のない平坦な表面に比へて全体の空乏層
(20)の領域か大きくなり、結果としての少数キャリ
アの電極(2)への収集効率を30〜50%向上させる
ことができた。
また被膜(6)は窒化珪素膜により作成した。すなわち
半導体の表面をきわめて清浄にプラズマ化したアンモニ
アまたは窒素と水素との混合気体を0、1〜10tor
rにて流し21〜500°Cの温度でこの半導体表面を
窒化する方法を用いた。こうすることによりこの表面に
は窒化珪素か15〜30人の膜厚で形成てきた。
またこの窒化珪素膜をプラズマCVD法で形成する場合
は本発明人の出願による特願昭55−018789「誘
導減圧気相法1により形成した。この場合は窒化珪素を
5x3N<−x (0≦xく4)とすることができ、半
絶縁膜でありそのエネルギギャップ(Eg)を2〜5e
Vの範囲で可能にすることができた。Eg〜5eVであ
るときは絶縁膜であり、この方法は基板の材料をゲルマ
ニュームさらにまたは窒素とゲルマニュームとの化合物
等に対してきわめて有効であった。
第1図(C)は電極(2゛)としてくし型電極を設けた
ものである。このくし型電極は半導体の電極または仕事
関数が4. OeV以下の低い金属例えばマグネシュー
ム、アルミニューム、ベリリュームまたはランタニドさ
らにまたはこれらの多層膜または混合物に対して実行で
きる。さらに仕事関数の4゜OeV以上の高い値を有す
る金属例えば白金、金、ニッケル、クロム、銅等に対し
て適用できる。
〈実施例〉 本発明の光電変換装置の実施例を第2図に示す。
第2図において厚さ約20μmのN型シリコン半導体を
WAP液にひたしその両面に同時にV型溝(8)、 (
9)を形成した。同時にV型溝を形成するため裏面をあ
らかじめ絶縁膜でおおった後他表面のみにWAP液がふ
れる如き工夫をする必要がなく製造工程的にきわめて容
易であった。さらにこの両面にV型溝を作った半導体を
この両面に対し同時にプラズマ窒化またはプラズマCV
Dにより窒化珪素膜を形成した。このいずれにおいても
一方を特定化する必要かないためその製造工程はきわめ
て容易であり一方のみV型にし、または一方のみSi3
型にした場合に比へてその製造がさらに容易であるとい
う特徴を有する。
かくの如くに絶縁または半絶縁膜を半導体(1)の表面
には(6)また裏面には(12)としてl0CIA以下
特に15〜31人の厚さにトンネル電流を許容する範囲
の膜厚に形成した。絶縁膜のところはS l a N 
a、半絶縁膜のところi;!5i3N4−1(o<Xく
4 )とした。この窒化珪素膜は化学的にきわめて安定
であり、電極の一方かきわめて活性なマグネシューム等
であってもそこに信頼性上の異常か発生しないという大
きな特徴を有する。
絶縁または半絶縁膜を半導体(1)の表面及び裏面に形
成した後、さらにその後表面にのみ第1の電極(2)と
さらに逆の極性を有する第2の電極(4)とを互いに離
間して設けたものである。
第1の電極(2)及び第2の電極(4)は金属ではなく
表1に示した如く P”またはN導電型を有する半導体
(1)を1000〜5000人の厚さに形成した。
表1は第1及び第2の電極として、用いる材料の種類の
違いにより、集めるキャリアの種類及びその時の接合付
近での半導体のエネルギーバンドの曲がる方向をまとめ
たものである。
すると表1より明らかな如く、第1の電極にはポールか
集まり十電極、第2の電極には電子が集まり一極を構成
させることができた。この場合光照射はふたつの電極が
ある表側の(5)より行なってもまた電極のない裏面よ
り(5°)の如くに行ってもよいことはいうまでもない
本発明は半導体をシリコンの(,100)面またはその
近傍の結晶方位を有するものとした。しかしそれはゲル
マニュームであってもその化合物であってもよい。さら
に単結晶ではなく非単結晶すなわち多結晶、セミアモル
ファスまたはアモルファス構造の半導体に対しても適用
できることはいうまでもない。
本発明はSIS型構造において絶縁または半絶縁膜は窒
化珪素すなわち51aN<□(0≦Xく4)とした。し
かしこれは酸化珪素または炭化珪素であってもよい。し
かし前者は高温(150°C以上)での信頼性が十分で
なく、また後者は被膜中の界面準位または不対結合手に
よる再結合中心が窒化膜の約10〜100倍もあり、必
ずしも好ましいものてはなかった。
さらに窒化珪素ゲルマニューム(Si、Ge、N、 )
を用いてもよい。かかる場合この絶縁膜はゲルマニュー
ムを光起電力用半導体とした場合にきわめて好ましいも
のであった。
半導体が珪素または珪素等が5〜50モル%混入した半
導体において可視領域のフォトセンサー太陽電池にその
応用が考えられる。半導体かゲルマニュームにあっては
E8か0.7eVてあり、1.0〜3.0μmの波長の
光通信特に1.5〜1.6μmの波長の光通信のフォト
センサーとしてきわめて大きな応用が考えられる。また
ゲルマニュームのダブルMIS構造(第2図)において
もその変換効率18〜20%を1.5〜1.6μmの波
長において得ることができた。
本発明において実施例のV型溝はその溝をランダムに設
けたのではなく、表面の溝と裏面の溝を互いに90°か
えて互いに直交するように設けてもよい。かかる場合は
表面のその裏面のその反射か互いに補完し合い、効果を
さらに10〜25%向上させることかできた。
〔効果〕
以上の実施例において本発明のSi3型の光電変換装置
において、V型溝は光の外気より半導体中に透過する際
その透過効果を向上させるに加えて■形溝が半導体中の
光を効率よく半導体中を反射し合い実質的な光路を2〜
5倍にすることにより半導体の厚さを従来のMIS構造
に比へて172〜1/4の厚さにすることかできたこと
か大きな他の特徴である。
本発明は光入射面でのV型溝か、従来より知られたPN
接合型の接合かこれの表面より1〜2μm入ったこのP
N接合面での電子・ホール対の光励起をより発生させる
というPN接合型またはPIN接合を用いた方式または
これらの入射側に対し無反射処置をした光電変換装置と
は異なり、V型溝のそれと絶縁または半絶縁膜との界面
そのものか実効的な接合面になっていることか特徴であ
る。このためこのV型溝を化学エッチにより形成するこ
とによりこの半導体表面またはそのごく近傍における格
子欠陥等の再結合中心をエツチングにより除去し結果と
して格子欠陥電流を表面のM■S構造に比してl/10
〜1/100に実質的にすることにより少数キャリアの
表面での再結合をなくすことに成功した。そのため接合
が全くないダブルSIS型構造を有し、かつV型溝を設
けた光電変換装置において最大26%を珪素半導体で得
ることができたことはきわめて注目に値し、その変換装
置の価値も少なからぬものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の動作原理を示すV型溝の半導体の縦断
面図である。 第2図は本発明の光電変換装置の縦断面図を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、V型表面を有する半導体の前記表面上には、トンネ
    ル電流を許容し得る膜厚の絶縁または半絶縁膜と、該膜
    上には第1の半導体の電極を設け、さらに該電極に離間
    して逆極性を有する第2の半導体の電極を設けたことを
    特徴とする光電変換装置。 2、特許請求の範囲第1項において、半導体は珪素、ゲ
    ルマニュームまたはそれらの化合物よりなることを特徴
    とした光電変換装置。 3、特許請求の範囲第1項において、半導体は(100
    面)またはその近傍の結晶方位を有する単結晶面を有す
    ることを特徴とした光電変換装置。 4、特許請求の範囲第1項において、V型表面を有する
    面より光が入射され半導体面で光起電力を発生させるこ
    とを特徴とした光電変換装置。
JP2266108A 1980-03-31 1990-10-03 光電変換装置 Granted JPH03209780A (ja)

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JPH0459787B2 JPH0459787B2 (ja) 1992-09-24

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009535845A (ja) * 2006-05-04 2009-10-01 サンパワー コーポレイション ドーピングされた半導体ヘテロ接合電極を有する太陽電池
JP2011023418A (ja) * 2009-07-13 2011-02-03 Hamamatsu Photonics Kk 半導体光検出素子及び半導体光検出素子の製造方法
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JP2014212339A (ja) * 2008-06-12 2014-11-13 サンパワー コーポレイション ポリシリコンドープ領域を有するバックコンタクト型太陽電池のトレンチプロセス及び構造
KR20160063009A (ko) * 2014-11-26 2016-06-03 엘지전자 주식회사 태양 전지

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JPH0459787B2 (ja) 1992-09-24

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