JPH05343712A - タンデムヘテロ光電変換素子の製造方法 - Google Patents
タンデムヘテロ光電変換素子の製造方法Info
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- JPH05343712A JPH05343712A JP4145397A JP14539792A JPH05343712A JP H05343712 A JPH05343712 A JP H05343712A JP 4145397 A JP4145397 A JP 4145397A JP 14539792 A JP14539792 A JP 14539792A JP H05343712 A JPH05343712 A JP H05343712A
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
ている溝を形成し、この上にアンドープAlAs層を形
成し、さらに高ドープp型GaAs層5、n型GaAs
層6をエピタキシャル成長させ、第1の光電変換層とす
る。高ドープn型GaAs層7、高ドープn型Si層8
を形成した後、p型Si層9、高ドープp型Si層10
エピタキシャル成長させ、第2の光電変換層とする。ア
ンドープAlAs層を選択的に除去し、積層部分と基板
とを分離し、表面に溝が設けられたタンデムヘテロ光電
変換素子とする。 【効果】最初にエピタキシャル成長させた高ドープp型
GaAs層5の部分が表面になるため、溝が平坦化され
ず、入射光の反射抑制効果が大きい。
Description
素子と、III−V族化合物半導体を用いた光電変換素子
とを直列接続して得られるタンデムヘテロ光電変換素子
の製造方法に関する。
は、例えばテクニカル・ダイジェスト・オブ・インター
ナショナル・PVSEC第5巻(京都、1990年)第
1028頁(Technical Digest of
the International PVSEC−
5(Kyoto,Japan,1990)p.102
8)に記載のように、ヘテロ接合界面は原子的にほぼ平
坦な構造となっていた。そしてそれは、平坦な表面を有
するSi基板に不純物拡散を行ってpn接合を作製した
後に、有機金属気相成長法あるいは分子線エピタキシー
法等のエピタキシャル成長法を用いて、平坦な表面を有
するGaAsのpn接合を形成することにより作製され
ていた。
いが、Si光電変換素子に関してアプライド・フィジッ
クス・レターズ第48巻(1986年)第215頁から
第217頁(Applied Physics Let
ters 48(1986)pp.215−217)に
記載されているように、表面にV字型の溝(以下、V溝
と略記する)を形成することにより、入射光の反射を減
らし、光電変換効率を上げる方法が知られている。
テロ光電変換素子は、入射光の反射抑制効果が十分でな
く、光電変換効率が必ずしも高くなかった。入射光の反
射抑制効果を上げるために、上記従来のSi光電変換素
子のように、表面にV溝を形成しようとすると次のよう
な問題が生じることが明らかになった。すなわち、
(1)V溝による入射光の反射抑制効果を十分に発揮さ
せるには、最上層に設けられるIII−V族化合物半導体
層の成長膜厚を10μm以上とかなり厚くしなければな
らず、生産性の低下が生じる。(2)成長したIII−V
族化合物半導体の半分近くの量をエッチングにより除去
してしまうため、Ga等の資源的制約のある元素を使用
する場合、将来的に安定供給ができなくなるという問題
が生じる。
III−V族化合物半導体のエピタキシャル成長を行っ
て、タンデムヘテロ光電変換素子を作製する方法が考え
られる。ところが、これを実施した結果、成長中にV溝
が平坦化してしまう問題が発生した。図15にその結果
を示す。26はGaAs層、25は断面観察用マーカの
AlAs層である。{111}面24からなるV溝を有
するSi(100)基板23上のGaAs層26の成長
膜厚が増えるに従って、V溝が平坦化してしまってい
る。これではV溝による入射光の反射抑制効果は消失し
てしまう。
有するタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法を提供す
ることである。
が傾斜している溝を有するIII−V族化合物半導体基板
上に、第1の半導体層を形成する工程、該第1の半導体
層の上に第2の半導体のpn接合からなる第1の光電変
換層をエピタキシャル成長させる工程、該第1の光電変
換層の上に第3の半導体のpn接合からなる第2の光電
変換層をエピタキシャル成長させる工程及び該第1の半
導体層を選択的に除去し、該第1及び第2の光電変換層
と基板とを分離する工程を少なくとも有し、表面に溝が
設けられた光電変換素子を製造することを特徴とするタ
ンデムヘテロ光電変換素子の製造方法、(2)側面が傾
斜している溝を有するIII−V族化合物半導体基板上
に、第1の半導体層を形成する工程、該第1の半導体層
の上に第2の半導体のpn接合からなる第1の光電変換
層をエピタキシャル成長させる工程、該第1の半導体層
を選択的に除去し、該第1の光電変換層と基板とを分離
する工程及び該第1の光電変換層の溝を有する面と逆の
面と、第3の半導体のpn接合からなる第2の光電変換
層とを間に電極を配置して接続する工程を少なくとも有
し、表面に溝が設けられた光電変換素子を製造すること
を特徴とするタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法、
(3)上記1又は2記載のタンデムヘテロ光電変換素子
の製造方法において、上記溝は、V字型又はV字型の底
面を平面とした形状の溝であることを特徴とするタンデ
ムヘテロ光電変換素子の製造方法、(4)上記1から3
のいずれか一に記載のタンデムヘテロ光電変換素子の製
造方法において、上記III−V族化合物半導体基板は、
(100)基板であり、上記溝の側面は{111}A面
であることを特徴とするタンデムヘテロ光電変換素子の
製造方法、(5)上記1から4のいずれか一に記載のタ
ンデムヘテロ光電変換素子の製造方法において、上記第
1の半導体層は、AlAs又はAlAsのモル比が0.
9以上のIII−V族化合物半導体混晶であることを特徴
とするタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法、(6)
上記5記載のタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法に
おいて、上記第1の半導体層の除去は、フッ酸水溶液を
用いて行うことを特徴とするタンデムヘテロ光電変換素
子の製造方法、(7)上記1から6のいずれか一に記載
のタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法において、上
記III−V族化合物半導体基板の材料は、GaAsであ
ることを特徴とするタンデムヘテロ光電変換素子の製造
方法、(8)上記7記載のタンデムヘテロ光電変換素子
の製造方法において、上記第2の半導体はAlAsのモ
ル比が0.4以下のAlGaAs又はGaAsであり、
上記第3の半導体はSiであることを特徴とするタンデ
ムヘテロ光電変換素子の製造方法、(9)上記1から6
のいずれか一に記載のタンデムヘテロ光電変換素子の製
造方法において、上記III−V族化合物半導体基板の材
料は、InPであることを特徴とするタンデムヘテロ光
電変換素子の製造方法、(10)上記9記載のタンデム
ヘテロ光電変換素子の製造方法において、上記第2の半
導体はInGaAsであり、上記第3の半導体はSiで
あることを特徴とするタンデムヘテロ光電変換素子の製
造方法によって達成される。
除去すると、第1の半導体層上に設けられていた第1の
光電変換層表面のV溝形状が現われるので、その表面を
タンデムヘテロ光電変換素子の表面として用いることに
より、V溝による入射光の反射抑制効果を備えたタンデ
ムヘテロ光電変換素子を製造することができる。第1の
光電変換層と第2の光電変換層との接続は、エピタキシ
ャル成長により行なうことも、機械的接続により行うこ
ともできる。ここで、第1の半導体層の選択的除去は、
第1の半導体層にAlGaAs(AlAsモル比>0.
9)、第1の光電変換層を構成する半導体層にAlGa
As(AlAsモル比<0.4)、InGaAs又はS
i等を用いた場合には、フッ酸水溶液により容易に行う
ことができる。
素子の製造方法を図1を用いて説明する。なお、本明細
書において、結晶の方位の記載について
s(100)基板1上へSiO2膜(図示せず)を堆積
し、ホトリソグラフィーにより[011]方向の幅10
μm、[01−1]方向の長さ10mmのSiO2膜を
間隔360μmで残し、それをマスクにしてKOH溶液
によりGaAsのエッチングを行った。エッチングはヒ
ドラジン溶液で行ってもよい。この際、垂直深さ240
μmまでGaAsのエッチングを行ったが、エッチング
は異方的に進み、V溝となるGaAs{111}A面3
が現れた。ただし、V溝底辺部には[011]方向幅約
10μmのGaAs(100)面2が残るようにエッチ
ング時間を調節した。マスクのSiO2膜を除去した状
態が図1である。
入れて、As分子線照射下で580℃にて表面酸化膜を
除去した。その後、580℃でアンドープAlAs層
(膜厚20nm)4、高ドープp型GaAs層(Be濃
度2×1019/cm3、膜厚0.1μm)5、n型Ga
As層(Si濃度4×1017/cm3、膜厚3μm)
6、高ドープn型GaAs層(Si濃度1×1018/c
m3、膜厚0.1μm)7を連続成長させた後に、成長
温度を650℃に上げて高ドープn型Si層(Sb濃度
1×1018/cm3、膜厚0.1μm)8、p型Si層
(Ga濃度1×1017/cm3、膜厚50μm)9、高
ドープp型Si層(Ga濃度1×1019/cm3、膜厚
0.1μm)10を連続成長させた。高ドープp型Ga
As層5とn型GaAs層6でpn接合を持つ第1の光
電変換層を構成し、高ドープn型Si層8とp型Si層
9でpn接合を持つ第2の光電変換層を構成する。図2
にエピタキシャル成長による断面形状の変化を示す。n
型GaAs層6の付近からV溝の平坦化が始まってい
る。
し、フッ酸を10%含む水溶液に5分間漬けることによ
り、アンドープAlAs層4を選択的にエッチングし、
エピタキシャル成長した積層部分からGaAs(10
0)基板1を分離した。その後、図3に示すように、裏
面電極11及び表面電極12を形成してGaAs/Si
タンデムヘテロ光電変換素子を作製した。
換素子の表面側に{111}A面からなるV溝を形状の
崩れなく形成でき、しかもIII−V族化合物半導体の厚
膜形成及び多量エッチングといった工程がなくなるの
で、入射光反射抑制効果を備えたタンデムヘテロ光電変
換素子を、生産性低下や資源的問題なしに製造すること
ができた。
分子線エピタキシー法を用いたが、有機金属気相成長法
や液相エピタキシー法等を用いても良いのはもちろんで
ある。また、本実施例ではIII−V族化合物半導体とし
てGaAsの例を示したが、AlAsモル比が0.4以
下のAlGaAsならば同様に実施できる。さらに、ア
ンドープAlAs層4はAlAsのモル比が0.9以上
であれば他のIII−V族化合物半導体、例えば、AlG
aAs、AlInAs等を含む混晶であっても構わな
い。
素子の製造方法を図2を用いて説明する。はじめに、実
施例1と同様にGaAs(100)基板1上にV溝を形
成するが、垂直エッチング深さは10μmと浅くした
(図4)。試料を有機金属気相成長装置に入れ、アルシ
ン供給下で580℃にて表面酸化膜を除去した。その
後、650℃でアンドープAlAs層(膜厚20nm)
4及び高ドープp型GaAs層(Zn濃度2×1019/
cm3、膜厚15μm)5を成長させ、表面の平坦化を
行った。続いて600℃でn型GaAs層(Si濃度4
×1017/cm3、膜厚3μm)6、高ドープn型Ga
As層(Si濃度1×1018/cm3、膜厚0.1μ
m)7を連続成長させた後に、成長温度を700℃に上
げて高ドープn型Si層(P濃度1×1018/cm3、
膜厚0.1μm)8、p型Si層(Ga濃度1×1017
/cm3、膜厚50μm)9、高ドープp型Si層(G
a濃度1×1019/cm3、膜厚0.1μm)10を連
続成長させた。図5に示すようにn型GaAs層6から
高ドープp型Si層10までは平坦に成長した。
し、フッ酸を10%含む水溶液に5分間漬けることによ
り、アンドープAlAs層4を選択的にエッチングし、
エピタキシャル成長した積層部分からGaAs(10
0)基板1を分離した。その後、図6に示すように、裏
面電極11及び表面電極12を形成してGaAs/Si
タンデムヘテロ光電変換素子を作製した。
換素子の表面側に{111}A面からなるV溝を形状の
崩れなく形成でき、しかもIII−V族化合物半導体の厚
膜形成及び多量エッチングといった工程がなくなるの
で、入射光反射抑制効果を備えたタンデムヘテロ光電変
換素子を、生産性低下や資源的問題なしに製造すること
ができた。
有機金属気相成長法を用いたが、分子線エピタキシー法
や液相エピタキシー法等を用いても良いのはもちろんで
ある。また、本実施例ではIII−V族化合物半導体とし
てGaAsの例を示したが、AlAsモル比が0.4以
下のAlGaAsならば同様に実施できる。さらに、ア
ンドープAlAs層4はAlAsのモル比が0.9以上
であれば他のIII−V族化合物半導体を含む混晶であっ
ても構わない。
素子の製造方法を図3を用いて説明する。はじめに、実
施例2と同様にGaAs(100)基板1上にV溝を形
成する(図7)。試料を有機金属気相成長装置に入れ、
アルシン供給下で580℃にて表面酸化膜を除去した。
その後、650℃でアンドープAlAs層(膜厚20n
m)4及び高ドープp型GaAs層(Zn濃度2×10
19/cm3、膜厚15μm)5を成長させ、表面の平坦
化を行った。続いて600℃でn型GaAs層(Si濃
度4×1017/cm3、膜厚3μm)6、高ドープn型
GaAs層(Si濃度1×1018/cm3、膜厚0.1
μm)7を連続成長させた。高ドープp型GaAs層5
とn型GaAs層6でpn接合を持つ第1の光電変換層
を構成する。またこの際、n型GaAs層6及び高ドー
プn型GaAs層7は平坦に成長した(図8)。その
後、試料を有機金属気相成長装置から取り出し、フッ酸
を10%含む水溶液に5分間漬けることにより、アンド
ープAlAs層4は選択的にエッチングされ、エピタキ
シャル成長した積層部分をGaAs(100)基板1か
ら分離させた(図9)。
As(100)基板1上と同様な垂直深さ10μmのV
溝を形成し(図10)、有機金属気相成長装置に入れ
て、ホスフィン供給下で560℃にて表面酸化膜を除去
した。引き続き、550℃にてアンドープAlAs層
(膜厚20nm)14、高ドープn型InGaAs層
(InAsモル比0.53、Si濃度1×1018/cm
3、膜厚15μm)15、n型InGaAs層(InA
sモル比0.53、Si濃度4×1017/cm3、膜厚
3μm)16、高ドープp型InGaAs層(InAs
モル比0.53、Zn濃度2×1019/cm3、膜厚
0.1μm)17を連続成長させた。高ドープn型In
GaAs層15とn型InGaAs層16でpn接合を
持つ上記と異なる第1の光電変換層を構成する。またこ
の際、高ドープn型InGaAs層15を成長中に表面
が平坦化し、図11に示すようにn型InGaAs層1
6及び高ドープp型InGaAs層17は平坦に成長し
た。その後、試料を有機金属気相成長装置から取り出
し、フッ酸を10%含む水溶液に5分間漬けることによ
り、アンドープAlAs層14は選択的にエッチングさ
れ、エピタキシャル成長した積層部分をInP(10
0)基板13から分離した(図12)。
1×1017/cm3、膜厚250μm)18の表面から
n型不純物拡散を、裏面からp型不純物拡散を行い、高
ドープn型Si層(Pピーク濃度1×1019/cm3、
拡散深さ約0.1μm)19及び高ドープp型Si層
(Bピーク濃度1×1019/cm3、拡散深さ約0.1
μm)20を形成した。p型Si(100)基板18と
高ドープn型Si層19により第2のpn接合を持つ光
電変換層を構成する(図13)。
なる光電変換層)のV溝を有する側に表面電極12を、
反対側に素子間電極21を、上記と異なる第1の光電変
換層(InGaAsからなる光電変換層)のV溝を有す
る側に裏面電極11を、反対側に素子間電極21を形成
した。第2の光電変換層(Siからなる光電変換層)に
は、2個の第1の光電変換層の素子間電極に対応する位
置にそれぞれ素子間電極を形成し、素子間電極同志の貼
り合わせを行った。素子間電極以外の素子間空間には、
素子間絶縁膜22としてペースト状のSiO2を埋め込
んだ。なお、素子間絶縁膜22の部分は空間であっても
よい。図14が本実施例により製造した3接合タンデム
ヘテロ光電変換素子の完成図である。
換素子の表面側に{111}A面からなるV溝を形状の
崩れなく形成でき、しかもIII−V族化合物半導体の厚
膜形成及び多量エッチングといった工程がなくなるの
で、入射光反射抑制効果を備えたタンデムヘテロ光電変
換素子を、生産性低下や資源的問題なしに製造すること
ができた。
有機金属気相成長法を用いたが、分子線エピタキシー法
や液相エピタキシー法等を用いても良いのはもちろんで
ある。また、本実施例ではIII−V族化合物半導体とし
てGaAs及びInGaAs(InAsモル比0.5
3)の例を示したが、それぞれAlAsモル比が0.4
以下のAlGaAs及び他の混晶組成のInGaAsで
も同様に実施できる。さらに、アンドープAlAs層
4、14はAlAsのモル比が0.9以上であれば他の
III−V族化合物半導体を含んだ混晶であっても構わな
い。さらに、本実施例では、3接合タンデムヘテロ光電
変換素子の場合を示したが、GaAs/SiあるいはS
i/InGaAs等の2接合タンデムヘテロ光電変換素
子の場合も同様に実施できるのはもちろんである。
換素子の表面側に{111}A面からなるV溝を形状の
崩れなく形成でき、しかもIII−V族化合物半導体の厚
膜形成及び多量エッチングといった工程がなくなるの
で、入射光反射抑制効果を備えたタンデムヘテロ光電変
換素子を生産性低下や資源的問題なしに製造することが
できる。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
換素子の製造方法を示す断面構造図である。
変換素子の製造方法を示す断面構造図である。
変換素子の製造方法を示す断面構造図である。
変換素子の製造方法を示す断面構造図である。
変換素子の製造方法を示す断面構造図である。
変換素子の製造方法を示す断面構造図である。
の断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】側面が傾斜している溝を有するIII−V族
化合物半導体基板上に、第1の半導体層を形成する工
程、該第1の半導体層の上に第2の半導体のpn接合か
らなる第1の光電変換層をエピタキシャル成長させる工
程、該第1の光電変換層の上に第3の半導体のpn接合
からなる第2の光電変換層をエピタキシャル成長させる
工程及び該第1の半導体層を選択的に除去し、該第1及
び第2の光電変換層と基板とを分離する工程を少なくと
も有し、表面に溝が設けられた光電変換素子を製造する
ことを特徴とするタンデムヘテロ光電変換素子の製造方
法。 - 【請求項2】側面が傾斜している溝を有するIII−V族
化合物半導体基板上に、第1の半導体層を形成する工
程、該第1の半導体層の上に第2の半導体のpn接合か
らなる第1の光電変換層をエピタキシャル成長させる工
程、該第1の半導体層を選択的に除去し、該第1の光電
変換層と基板とを分離する工程及び該第1の光電変換層
の溝を有する面と逆の面と、第3の半導体のpn接合か
らなる第2の光電変換層とを間に電極を配置して接続す
る工程を少なくとも有し、表面に溝が設けられた光電変
換素子を製造することを特徴とするタンデムヘテロ光電
変換素子の製造方法。 - 【請求項3】請求項1又は2記載のタンデムヘテロ光電
変換素子の製造方法において、上記溝は、V字型又はV
字型の底面を平面とした形状の溝であることを特徴とす
るタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法。 - 【請求項4】請求項1から3のいずれか一に記載のタン
デムヘテロ光電変換素子の製造方法において、上記III
−V族化合物半導体基板は、(100)基板であり、上
記溝の側面は{111}A面であることを特徴とするタ
ンデムヘテロ光電変換素子の製造方法。 - 【請求項5】請求項1から4のいずれか一に記載のタン
デムヘテロ光電変換素子の製造方法において、上記第1
の半導体層は、AlAs又はAlAsのモル比が0.9
以上のIII−V族化合物半導体混晶であることを特徴と
するタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法。 - 【請求項6】請求項5記載のタンデムヘテロ光電変換素
子の製造方法において、上記第1の半導体層の除去は、
フッ酸水溶液を用いて行うことを特徴とするタンデムヘ
テロ光電変換素子の製造方法。 - 【請求項7】請求項1から6のいずれか一に記載のタン
デムヘテロ光電変換素子の製造方法において、上記III
−V族化合物半導体基板の材料は、GaAsであること
を特徴とするタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法。 - 【請求項8】請求項7記載のタンデムヘテロ光電変換素
子の製造方法において、上記第2の半導体はAlAsの
モル比が0.4以下のAlGaAs又はGaAsであ
り、上記第3の半導体はSiであることを特徴とするタ
ンデムヘテロ光電変換素子の製造方法。 - 【請求項9】請求項1から6のいずれか一に記載のタン
デムヘテロ光電変換素子の製造方法において、上記III
−V族化合物半導体基板の材料は、InPであることを
特徴とするタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法。 - 【請求項10】請求項9記載のタンデムヘテロ光電変換
素子の製造方法において、上記第2の半導体はInGa
Asであり、上記第3の半導体はSiであることを特徴
とするタンデムヘテロ光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4145397A JPH05343712A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | タンデムヘテロ光電変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4145397A JPH05343712A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | タンデムヘテロ光電変換素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05343712A true JPH05343712A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15384317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4145397A Pending JPH05343712A (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | タンデムヘテロ光電変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
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