JPH0563030B2 - - Google Patents
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- JPH0563030B2 JPH0563030B2 JP61048975A JP4897586A JPH0563030B2 JP H0563030 B2 JPH0563030 B2 JP H0563030B2 JP 61048975 A JP61048975 A JP 61048975A JP 4897586 A JP4897586 A JP 4897586A JP H0563030 B2 JPH0563030 B2 JP H0563030B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光電変換効率の高い光電変換素子の構
造に関する。
造に関する。
従来、光電変換素子としては、例えば第４図に
示される構造のものが実用化されている。
示される構造のものが実用化されている。
第４図において、若干のｎ型伝導を示す低不純
物濃度層（ｉ層）１からなるシリコン基板１０
の、光の入射する表面には薄いn+拡散層２が形
成されている。そして、このn+拡散層２上には、
一方の電荷取出し用電極として、光が良好に入射
するように格子状電極３が設けられており、又ｉ
層１の裏面には厚いp+拡散層４を介して他方の
電荷取出し用電極としての板状電極５が設けられ
ている。なお、６はSiO膜、SiO2膜等からなる反
射防止膜であを。
物濃度層（ｉ層）１からなるシリコン基板１０
の、光の入射する表面には薄いn+拡散層２が形
成されている。そして、このn+拡散層２上には、
一方の電荷取出し用電極として、光が良好に入射
するように格子状電極３が設けられており、又ｉ
層１の裏面には厚いp+拡散層４を介して他方の
電荷取出し用電極としての板状電極５が設けられ
ている。なお、６はSiO膜、SiO2膜等からなる反
射防止膜であを。
このように構成された従来の光電変換素子にお
いては、外部回路に取出すことのできる電流は主
にｉ層１に入射し吸収される光量に対応し、n+
拡散層２及びp+拡散層４は電極とのオーミツク
接触並びに電子親和力の異なるｉ層１と接続によ
り、発生したキヤリア（電子と正孔対）収集の為
の動作領域を形成する働きをしている。
いては、外部回路に取出すことのできる電流は主
にｉ層１に入射し吸収される光量に対応し、n+
拡散層２及びp+拡散層４は電極とのオーミツク
接触並びに電子親和力の異なるｉ層１と接続によ
り、発生したキヤリア（電子と正孔対）収集の為
の動作領域を形成する働きをしている。
しかしながら、リン等のｎ型不純物を高濃度に
含むn+拡散層２は、特に短波長の光により発生
する電子と正孔対が再結合して吸収されるため光
電変換効率を低下させる欠点がある。このため、
n+拡散層２を厚さ0.5μｍ以下に薄く形成すること
が試みられているが、n+拡散層２が薄い場合は
抵抗が高くなり電力の損失を増大させる。更に格
子電極３を形成する時ｉ層１との接合が破壊され
る恐れがある。
含むn+拡散層２は、特に短波長の光により発生
する電子と正孔対が再結合して吸収されるため光
電変換効率を低下させる欠点がある。このため、
n+拡散層２を厚さ0.5μｍ以下に薄く形成すること
が試みられているが、n+拡散層２が薄い場合は
抵抗が高くなり電力の損失を増大させる。更に格
子電極３を形成する時ｉ層１との接合が破壊され
る恐れがある。
また、シリコン基板内でキヤリアを発生するこ
とが可能な光の大部分を吸収するためには、ｉ層
１の厚さを数十μｍにする必要があるが、そのた
めにエピタキシアル成長法か、長時間の拡散工程
によりｉ層１やp+拡散層を形成する必要があり、
製造コストが高くなる欠点がある。
とが可能な光の大部分を吸収するためには、ｉ層
１の厚さを数十μｍにする必要があるが、そのた
めにエピタキシアル成長法か、長時間の拡散工程
によりｉ層１やp+拡散層を形成する必要があり、
製造コストが高くなる欠点がある。
一方、厚さ数十μｍのｉ層１を形成した場合、
その深部で発生したキヤリアの電極迄の到達距離
が長くなるため、電荷を効率よく取出すことが困
難となる。従つて、一般的には厚さ１〜20μｍの
ｉ層を有する構造のものが多く用いられている。
その深部で発生したキヤリアの電極迄の到達距離
が長くなるため、電荷を効率よく取出すことが困
難となる。従つて、一般的には厚さ１〜20μｍの
ｉ層を有する構造のものが多く用いられている。
本発明の目的は、上記欠点を除去し、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。
効率の高い光電変換素子を提供することにある。
本発明の光電変換素子は、半導体基板表面に設
けられた低不純物濃度層と、この低不純物濃度層
に互いに等間隔で設けられた複数の平行な溝部
と、これら各複数の溝部の各々に埋め込まれ、か
つ前記半導体基板表面上にまで突出するように形
成された電極群とを有し、前記電極群は、電子を
収集する第１の電極と、正孔を収集する第２の電
極とが交互に配置されてなることを特徴とする。
けられた低不純物濃度層と、この低不純物濃度層
に互いに等間隔で設けられた複数の平行な溝部
と、これら各複数の溝部の各々に埋め込まれ、か
つ前記半導体基板表面上にまで突出するように形
成された電極群とを有し、前記電極群は、電子を
収集する第１の電極と、正孔を収集する第２の電
極とが交互に配置されてなることを特徴とする。
本発明による光電変換素子は第１に示されるよ
うに、低不純物濃度層１１からなる半導体基板面
に、ほぼ垂直に複数の溝を形成し、この溝中に電
荷取出し用電極１３を形成してあるため、半導体
表面に高不純物濃度層を形成する必要がない。従
つて、短波長光により発生したキヤリアの再結合
は極めて小さいものとなる。
うに、低不純物濃度層１１からなる半導体基板面
に、ほぼ垂直に複数の溝を形成し、この溝中に電
荷取出し用電極１３を形成してあるため、半導体
表面に高不純物濃度層を形成する必要がない。従
つて、短波長光により発生したキヤリアの再結合
は極めて小さいものとなる。
また、複数の電極が、発生した電荷収集に好都
合な間隔でほぼ垂直に形成されているため、半導
体基板の深い部分で発生したキヤリアであつても
電極迄の到達距離は変ることはなく、キヤリアを
有効に取り出すことができる。
合な間隔でほぼ垂直に形成されているため、半導
体基板の深い部分で発生したキヤリアであつても
電極迄の到達距離は変ることはなく、キヤリアを
有効に取り出すことができる。
次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の第１の実施例の断面図であ
る。
る。
第１図において、厚さ約200〜300μｍの低不純
物濃度層（ｉ層）１１からなるシリコン基板１０
の表面ほに、幅約2μｍ、深さ約20μｍの複数の溝
が約50μｍ間隔にあけられており、その溝中には
Alからなる電荷取出し用電極１３（１３ａ，１
３ｂ）が形成されている。
物濃度層（ｉ層）１１からなるシリコン基板１０
の表面ほに、幅約2μｍ、深さ約20μｍの複数の溝
が約50μｍ間隔にあけられており、その溝中には
Alからなる電荷取出し用電極１３（１３ａ，１
３ｂ）が形成されている。
そして、電極１３ａが形成された溝の側面及び
底面部にはn+拡散層１２が形成されており、又
電極１３ｂが形成された溝の側面及び底面部には
p+拡散層１４が形成されている。すなわち、n+
拡散層１２とp+拡散層１４交互の溝中に形成さ
れており、シリコン基板１０中で光により発生し
たキヤリアと電極１３間の距離は最大２５μｍ程
になるように構成されている。
底面部にはn+拡散層１２が形成されており、又
電極１３ｂが形成された溝の側面及び底面部には
p+拡散層１４が形成されている。すなわち、n+
拡散層１２とp+拡散層１４交互の溝中に形成さ
れており、シリコン基板１０中で光により発生し
たキヤリアと電極１３間の距離は最大２５μｍ程
になるように構成されている。
なお、１５はSiO膜からなる反射防止膜であ
る。
る。
このように構成された本発明の実施例において
は、シリコン基板１０表面にp+拡散層が形成さ
れていないために、短波長から長波長にわたる光
が効率よくシリコン基板１０内に入射してキヤリ
アを発生する。しかし、発生したキヤリアは、電
荷取出し用電極３０から25μｍ以内にあるため再
結合して消減する割合は少く、効率よく電極に到
達し電流として外部に取出される。
は、シリコン基板１０表面にp+拡散層が形成さ
れていないために、短波長から長波長にわたる光
が効率よくシリコン基板１０内に入射してキヤリ
アを発生する。しかし、発生したキヤリアは、電
荷取出し用電極３０から25μｍ以内にあるため再
結合して消減する割合は少く、効率よく電極に到
達し電流として外部に取出される。
次にその製造方法の概略を説明する。
シリコン基板１０の表面にほぼ垂直に溝を形成
するには、例えば、所定部分に開孔を設けたフオ
トレジスト膜をマスクとし、CF4系の反応ガスを
用いるドライエツチング法が適している。
するには、例えば、所定部分に開孔を設けたフオ
トレジスト膜をマスクとし、CF4系の反応ガスを
用いるドライエツチング法が適している。
溝を形成した後、ｎ型及びｐ型不純物ガスを用
いる拡散法により、１本おきの溝内にｎ型又はｐ
型不純物を導入し、n+拡散層１２及びp+拡散層
１４を形成する。尚この際、表面保護膜としてシ
リコン基板１０表面にSiO2膜を形成しておいて
もよい。
いる拡散法により、１本おきの溝内にｎ型又はｐ
型不純物を導入し、n+拡散層１２及びp+拡散層
１４を形成する。尚この際、表面保護膜としてシ
リコン基板１０表面にSiO2膜を形成しておいて
もよい。
次で、CVD法又はスパツタ法により全面にAl
を堆積させて溝を埋めたのち、表面のAlを接続
部を除いて除去し、電極１３を形成する。
を堆積させて溝を埋めたのち、表面のAlを接続
部を除いて除去し、電極１３を形成する。
最後にSiO膜をスパツタ法により表面に形成し
て反射防止膜１５とし、光電変換素子を完成させ
る。
て反射防止膜１５とし、光電変換素子を完成させ
る。
第２図は本発明の第２の実施例の断面図であ
り、第１図と異なる点はシリコン基板１０の裏面
にもp+拡散層と電極を設けたことである。
り、第１図と異なる点はシリコン基板１０の裏面
にもp+拡散層と電極を設けたことである。
第２図において、厚さ約100μｍのシリコン基
板１０のｉ層１１表面にはSiO膜からなる反射防
止膜１５が形成されており、この反射防止膜１５
を貫通して深さの異なる２種類の溝がドライエツ
チング法によりｉ層１１中に形成されている。そ
して、この浅い溝及び深い溝の側面と底面部にそ
れぞれp+拡散層１４及びn+拡散層１２が形成さ
れ、各溝中にはAlからなる電荷取出し用電極１
３ｂ，１３ａが形成されている。
板１０のｉ層１１表面にはSiO膜からなる反射防
止膜１５が形成されており、この反射防止膜１５
を貫通して深さの異なる２種類の溝がドライエツ
チング法によりｉ層１１中に形成されている。そ
して、この浅い溝及び深い溝の側面と底面部にそ
れぞれp+拡散層１４及びn+拡散層１２が形成さ
れ、各溝中にはAlからなる電荷取出し用電極１
３ｂ，１３ａが形成されている。
一方、シリコン基板１０の裏面にはｉ層１１に
接してp+拡散層１４ａが設られており、その面
にはAlからなる板状の電荷取出し用電極１３ｃ
が形成されている。
接してp+拡散層１４ａが設られており、その面
にはAlからなる板状の電荷取出し用電極１３ｃ
が形成されている。
このように構成された第２の実施例において
は、ｉ層の深部に発生したキヤリアは、溝中に形
成された電極１３ａ，１３ｂと裏面に形成された
表面積の大きな電極１３ｃとにより外部に引き出
されるため、再結合により消減する割合が少くな
り、光電変換効率は向上したものとなる。
は、ｉ層の深部に発生したキヤリアは、溝中に形
成された電極１３ａ，１３ｂと裏面に形成された
表面積の大きな電極１３ｃとにより外部に引き出
されるため、再結合により消減する割合が少くな
り、光電変換効率は向上したものとなる。
第３図は本発明の第３の実施例の断面図であ
り、第１図と異なる点は、電荷取出し用電極とし
てシリコン層と接続してシヨツトキー障壁を形成
する金属を用いたことである。
り、第１図と異なる点は、電荷取出し用電極とし
てシリコン層と接続してシヨツトキー障壁を形成
する金属を用いたことである。
第３図において、厚さ約30μｍのｉ層１１から
なるシリコン基板１０の表面には、ドライエツチ
ング法により幅2μｍ、深さ約25μｍの複数の溝が
形成されたのち、交互の溝中にタングステン(W)及
びモリブデン（Mo）からなる電荷取出し用電極
１６，１７がCVD法により形成されている。そ
して、シリコン基板１０の表面は、SiO膜からな
る反射防止膜１５により覆われている。
なるシリコン基板１０の表面には、ドライエツチ
ング法により幅2μｍ、深さ約25μｍの複数の溝が
形成されたのち、交互の溝中にタングステン(W)及
びモリブデン（Mo）からなる電荷取出し用電極
１６，１７がCVD法により形成されている。そ
して、シリコン基板１０の表面は、SiO膜からな
る反射防止膜１５により覆われている。
このように構成された第３の実施例において
は、Ｗ電極１７はｉ層１１と接触してシヨツトキ
ー障壁を形成する。すなわち、Ｗ電極１６及び
Mo電極１７は第１図における、n+拡散層１２と
これに接触する電極１３ａ及びp+拡散層１４と
これに接触する電極１３ｂとにそれぞれ相当する
ことになる。従つて本実施例においてはn+拡散
層１２及びp+拡散層１４が不要になを利点があ
る。尚、シヨツトキー障壁を形成する金属として
はＷ、Moの他のPt，Al等を利用することが可能
である。
は、Ｗ電極１７はｉ層１１と接触してシヨツトキ
ー障壁を形成する。すなわち、Ｗ電極１６及び
Mo電極１７は第１図における、n+拡散層１２と
これに接触する電極１３ａ及びp+拡散層１４と
これに接触する電極１３ｂとにそれぞれ相当する
ことになる。従つて本実施例においてはn+拡散
層１２及びp+拡散層１４が不要になを利点があ
る。尚、シヨツトキー障壁を形成する金属として
はＷ、Moの他のPt，Al等を利用することが可能
である。
上記各実施例におけるｉ層とp+拡散層１４ａ
の厚さ及び各溝の幅、深さ、間隔等は特に制限さ
れるものではなく、種々の組合せを用いることが
可能である。また、上記説明においてはｉ層をｎ
型伝導を示す層として取扱つたか、若干のｐ型伝
導を示す層であつてもよいことは勿論である。
の厚さ及び各溝の幅、深さ、間隔等は特に制限さ
れるものではなく、種々の組合せを用いることが
可能である。また、上記説明においてはｉ層をｎ
型伝導を示す層として取扱つたか、若干のｐ型伝
導を示す層であつてもよいことは勿論である。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、
光の入射によりキヤリアが発生する低不純物濃度
層に複数の溝を形成し、この溝中に電荷取出う用
電極を形成することにより、短波長光により発生
したキヤリアの再結合による消減を防止すると共
に、低不純物濃度層の深部に発生したキヤリアを
有効に外部に取出すことのできる光電変換効率の
高い光電変換素子が得られるのでその効果は大き
い。
光の入射によりキヤリアが発生する低不純物濃度
層に複数の溝を形成し、この溝中に電荷取出う用
電極を形成することにより、短波長光により発生
したキヤリアの再結合による消減を防止すると共
に、低不純物濃度層の深部に発生したキヤリアを
有効に外部に取出すことのできる光電変換効率の
高い光電変換素子が得られるのでその効果は大き
い。
第１図〜第３図は本発明の第１〜第３の実施例
の断面図、第４図は従来の光電変換素子の断面図
である。 １……低不純物濃度層、２……n+拡散層、３
……格子状電極、４……p+拡散層、５……板状
電極、６……反射防止膜、１０……シリコン基
板、１１……低不純物濃度層、１２……n+拡散
層、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）……電極、
１４……p+拡散層、１５……反射防止膜、１６
……Ｗ電極、１７……Mo電極。
の断面図、第４図は従来の光電変換素子の断面図
である。 １……低不純物濃度層、２……n+拡散層、３
……格子状電極、４……p+拡散層、５……板状
電極、６……反射防止膜、１０……シリコン基
板、１１……低不純物濃度層、１２……n+拡散
層、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）……電極、
１４……p+拡散層、１５……反射防止膜、１６
……Ｗ電極、１７……Mo電極。
Claims (1)
- １ 半導体基板表面に設けられた低不純物濃度層
と、この低不純物濃度層に互いに等間隔で設けら
れた複数の平行な溝部と、これら各複数の溝部の
各々に埋め込まれ、かつ前記半導体基板表面上に
まで突出するように形成された電極群とを有し、
前記電極群は、電子を収集する第１の電極と、正
孔を収集する第２の電極とが交互に配置されてな
ることを特徴とする光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61048975A JPS62205667A (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61048975A JPS62205667A (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | 光電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62205667A JPS62205667A (ja) | 1987-09-10 |
| JPH0563030B2 true JPH0563030B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=12818261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61048975A Granted JPS62205667A (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62205667A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0682854B2 (ja) * | 1989-11-24 | 1994-10-19 | 株式会社日立製作所 | 太陽電池 |
| US5538564A (en) * | 1994-03-18 | 1996-07-23 | Regents Of The University Of California | Three dimensional amorphous silicon/microcrystalline silicon solar cells |
| US6538299B1 (en) * | 2000-10-03 | 2003-03-25 | International Business Machines Corporation | Silicon-on-insulator (SOI) trench photodiode |
| US7800193B2 (en) | 2006-03-13 | 2010-09-21 | Nec Corporation | Photodiode, method for manufacturing such photodiode, optical communication device and optical interconnection module |
-
1986
- 1986-03-05 JP JP61048975A patent/JPS62205667A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62205667A (ja) | 1987-09-10 |
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