JPS6381986A

JPS6381986A - 光電変換素子

Info

Publication number: JPS6381986A
Application number: JP61227518A
Authority: JP
Inventors: Katsuzo Ukai; 鵜飼　勝三; Tatsuo Asamaki; 麻蒔　立男
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1988-04-12

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）この発明は、光を受けて起電力を発生する光電変換素子
に関する。

（従来の技術）第８図に示した従来の光電変換素子は、０．３〜０．４
ｍｍ厚の２塁単結晶の基板ｌの表面、すなわち光の入射
面に０．３〜０．６　ｇｍ厚のｎ゛拡散層２を形成し、
このｎ・拡散層２の上に格子状の電極３を設けている。

そして、上記基板ｌの裏面全体にも電極層４を設けてい
る。

しかして、上記ｎ゛拡散層２に光が照射されると、その
光エネルギーに応じた起電力が発生する。

第９図に示した他の従来例は、電気絶縁性基板５の表面
に導電性薄膜６を設けるとともに、この薄膜６の上に、
Ｎ型半導体膜７、ｉ型半導体８及びＰ型半導体膜９を順
に形成し、このＰ型半導体膜９の上に、導電性薄膜１０
を形成してなる。

そして、この従来例の場合にも、ｉ型半導体８に光が照
射されたとき、その光エネルギーに応じた起電力が発生
する。

（本発明が解決しようとする問題点）上記のようにした従来の光電変換素子の場合には、その
受光効率があまり良くないという問題があった。そのた
めに、この従来の場合には、光の入射面を反射防止膜で
覆ったり、微細な網目状電極等を用いたりしていた。

この発明の目的は、従来のような反射防止膜や網目状電
極を用いなくても、光エネルギー変換効率を向上させら
れる光電変換素子を提供することである。

（問題点を解決する手段）上記の目的を達成するために、この発明は、基板の表面
に複数の凹部を形成するとともに、これら凹部を含めた
当該基板の表面に、光起電力を発生させる薄膜半導体層
を設ける構成にしている。

（本発明の作用）この発明は、上記のように構成したので、基板の表面に
照射された光は、凹部内で反射を複数回繰り返すので、
その反射を繰り返す度に、その反射損失が少なくなる。

例えば、基板の表面に光が入射すると、その表面での反
射率は次のようになる。

すなわち、この場合の反射率は、（１−Ｎ）　２／　（１＋Ｎ）２　となる。

もし、当該受光部の物質がシリコンであれば、このシリ
コンの屈折率Ｎは３．７なので、入射光を１とすると、
反射光が３３となる。つまり、３３％の光が反射損失と
なる。

このように１回の反射による反射損失は３３％であるが
、この反射を何回か繰り返せば、その度に反射損失が少
なくなる０例えば、上記の条件で４回反射を繰り返せば
、入射光ｌに対して、反射損失はわずかに０．０１にな
る。したがって、これだけでも４３％の光吸収能力の改
善になる。

なお、上記の値は、光強度と入射強度とが等しい場合で
、もし、３倍の強度を持った入射光が照射された場合に
は、８５％の光吸収能力の改善になる。

（本発明の効果）この発明は、上記のように基板の表面に照射された光は
、凹部内で反射を複数回繰り返すので、その反射を繰り
返す度に、反射損失を少なくし、それだけ受光効率が向
上する。

また、基板の表面に凹部を複数形成したので、当該基板
の大きさが同じであれば、その受光面積を大きくとれる
。換言すれば、当該基板を大きくしなくても、受光面積
を大きくするとことができ、それだけ経済効率も良くな
る。

（本発明の実施例）第１．２図に示した第１実施例は、電極基板１１の表面
に複数の凹部１２を形成している。そして、この凹部１
２の内面を含めた、当該基板１１の表面には、光起電力
を発生するＰ−Ｉ−Ｎ型の薄膜半導体層１３と、この半
導体層１３の上に電極屑１４とを設けている。

そして、上記凹部１２の底面１２ａは、当該凹部１２の
一方の側面１２ｂに対して、角度θだけ傾斜させている
が、この角度θは、４５度よりも大きく、１３５度より
も小さくしている。

このようにした光電変換素子の表面に光を照射すると、
そのときの反射損失は、当該半導体の表面による反射損
失と、Ｐ−Ｉ層の界面による反射損失と、Ｉ−ＮＪ＠の
界面による反射損失とが考えられる。

しかし、ここではその説明を簡単にするために、当該薄
膜半導体層１３の表面の反射損失だけを問題にする。

しかして、凹部１２に対して垂直に入射した入射光Ｉは
、その底面１２ａで反射するが、上記したように底面１
２ａを傾斜させているので、当該光は上記側面１２ｂと
は反対側の側面１２ｃ側に反射し、さらにこの側面１２
ｃで反射して側面１２ｂ側に反射する。このように凹部
１２内で反射を繰り返すが、反射回数が多ければ多いほ
ど１反射損失が少なくなる。

例えば、当該反射面の物質の屈折率をｎとすると、その
反射率、換言すれば反射損失は、（１−Ｎ）　２／　（
１＋Ｎ）２　　となる。

そして、この実施例では、当該反射面の物質がＰ型半導
体すなわちシリコンなので、その屈折率ｎは３．７であ
り、この値を上記式に代入すれば、その反射率は３３％
となる。したがって、凹部１２内で４回反射を繰り返し
たとすると、反射損失は入射光のほぼ１％程度になる。

したがって、この実施例では、凹部１２内において確実
に反射を繰り返させなければならないが、その反射を繰
り返す条件は次のようにして定めることができる。

つまり、凹部１２の側面１２ｂと１２ｃとの間隔をＷと
し、多重反射を繰り返す反射ピッチをＬとすると、Ｌ　
＝　２　Ｗ　ｔａｎ（２７０’　−２０）となる。

したがって、入射光が凹部の底面１２ａで反射した後、
両側面１２ｂ、１２ｃの間で少なくとも３回反射を繰り
返すためには、Ｌ　＝　３　Ｗ　ｔａｎ（２７０’　−２０）となる。

ただし、上記（２７０’−２０）が４５°と１３５゜の
ときには、Ｌ＝Ｏとなるので、入射光は、底面１２ａ、
側面１２ｃ及び側面１２ｂのそれぞれに１回ずつ反射し
、合計３回しか反射しなくなる。

また、（２７０°−２０）が９０’のときには、Ｌ＝ψ
となるので、入射光は底面１２ａのみに反射し、側面１
２ｃ、１２ｂに繰り返し反射することはない。

さらに、Ｏ’＜（２７０°−２０）＜４５°のとき、及
び１４５°＜　（２７０’−２（３）＜　１８０°ノド
きにはＬ＜Ｏとなり、繰り返し反射を生じない。

したがって、凹部１２の底面１２ａを傾斜させて、入射
光の繰り返し反射を生じさせるためには、上記傾斜角θ
は、４５°≦θ≦１３５°の範囲になければならない。

なお、第３図に示した第２実施例は、基板１５を絶縁体
で構成するとともに、薄膜半導体層１３の下層に電極層
１Ｂを別に形成したもので、その他の構成は、上記第１
実施例と同様である。

上記第１．２実施例のいずれの場合にも、当該凹部１２
を形成するには、次の方法が考えられる。

まず、凹部１２の幅が１０ｇｍ以上の場合には、基板１
１．１５上にレーザービームや電子ビームを照射すれば
、当該凹部を形成できる。

また、凹部１２の幅が１０ｇｍ以下のときには、基板１
１．１５の表面にマスクを形成して、エツチングすれば
、当該凹部１２ｅ正確に形成できる。このようにエツチ
ングによって、凹部を形成する場合でも、その凹部の幅
が５１Ｌｍ以下になると、エツチングの歩留りが低下す
る傾向にあるので、この場合にはドライエツチングが適
当である。

上記のようにして凹部１２を形成してから、半導体薄膜
１３、電極層１４．１Ｂを形成するが、これら各層を形
成する場合には、スパッタリング法やＮｏ−ＣＶＤ法あ
るいはプラズマＣＶＤ法を用いることができる。また、
真空蒸着法も利用できるが、この真空蒸着法は、膜付き
に指向性があるので、底面１２ａや側面１２ｂ、１２ｃ
のコーナーにおいて、膜の付着が悪くなり、必ずしも適
当とはいいえない。

なお、当該凹部１２の７スペクト・レシオが大きくなる
と、底面１２ａや側面１２ｂ、１２ｃへの膜付着率が低
下する傾向にあるので、光励起によるＣＶＤ法などが、
さらに有効な膜付は方法となる。

また、上記最上層の電極層１４は、当該基板１１．１５
の表面全部に形成せず、部分的に形成してもよい。

さらに、上記凹部１２は、格子状のものでも、ハニカム
状のものであってもよい、要するに、光が入射して、そ
れが底面及び側面で多重反射する機能を備えていれば、
当該凹部１２の形状は問わない。

第４〜７図は第３〜６実施例を示すもので、これら各実
施例は、その凹部１２の底面１２ａの形状を、上記第１
．２実施例と相違させたものである。

すなわち、第４図の第３実施例は、その底面１２ａの中
央部分を山形に突出させ、第５図の第４実施例は、その
中央部分を逆にへこませたものである。

そして、上記第３．４実施例のいずれの場合にも、側面
１２ｂ、１２ｃに対する底面１２ａの角度θを、前記と
同様に４５度よりも大きく、１３５度よりも小さくして
いる。

また、第６図に示した第５実施例は、底面１２ａを円弧
状にへこませ、第７図の第６実施例は円弧状に突出させ
たものである。

そして、この底面１２ａの円弧は、側面１２ｂ、１２ｃ
に対して、４５度より大きく１３５度よりも小さい角度
を保った接線Ｘを有する。

したがって、上記した第３〜６実施例においても、当該
凹部１２に入射した光が多重反射し、その反射損失を減
少させる。

【図面の簡単な説明】

図面第１．２図はこの発明の第１実施例を示すもので、
第１図は断面図、第２図は凹部の拡大断面図、第３図は
第２実施例を示す断面図、第４〜７図は第３〜６実施例
の凹部の断面図、第８図は従来の斜視図、第９図は他の
従来例の断面図である。１１．１５・・・基板、１２・・・凹部、１３・・・薄
膜半導体層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板の表面に複数の凹部を形成するとともに、こ
れら凹部を含めた当該基板の表面に、光起電力を発生さ
せる薄膜半導体層を設けたことを特徴とする光電変換素
子。
（２）基板の表面に形成した凹部の底面を、その凹部の
側面に対して、４５度よりも大きく、１３５度よりも小
さい範囲で傾斜させたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の光電変換素子。
（３）基板に形成した凹部の底面を、当該凹部の側面に
対して、４５度より大きく、１３５度より小さい範囲で
傾斜する接線を有する曲面にしたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光電変換素子。