(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性層構造と、
この感光性層構造上に形成されたパッシベーション層と、
このパッシベーション層の一部を覆って形成された導電材料のキャップ層と、
前記パッシベーション層上に形成された電気絶縁材料で構成された反射防止被覆と、
キャップ層に付着されたオームコンタクトとを具備し、
キャップ層は反射防止被覆を貫通して前記パッシベーション層の上面と接触すると共に反射防止被覆の表面より外方に突出しており、
キャップ層は反射防止被覆と共に前記パッシベーション層を密封しており、
オ−ムコンタクトはキャップ層の上部表面と、反射防止被覆の表面より外方に突出しいる部分の周囲壁と、周囲壁に接触している反射防止被覆の表面部分とに付着されて密封している感光性セル。
【請求項２】
感光性層構造が光起電力効果を生じるように構成され、
パッシベ−ション層が感光性層構造の第１の表面上に形成され、
セルは前記第１の表面と反対側の感光性層構造の第２の表面と電気的に接続された別のオームコンタクトをさらに具備している請求項１記載の感光性セル。
【請求項３】
感光性層構造が砒化ガリウムから構成され、
パッシベ−ション層が透明であり、砒化アルミニウムガリウムで構成されている請求項１記載の感光性セル。
【請求項４】
その上に感光性層構造が形成されるゲルマニウム基板をさらに具備している請求項３記載の感光性セル。
【請求項５】
感光性層構造が光起電力効果を生じるように構成され、
感光性層構造が基板の第１の表面上に形成され、
セルが前記第１の表面と反対側の基板の第２の表面上に形成される別のオームコンタクトをさらに具備している請求項４記載の感光性セル。
【請求項６】
キャップ層が高濃度にドープされた砒化ガリウムから構成され、パッシベ−ション層とオーム接続されている請求項３記載の感光性セル。
【請求項７】
反射防止被覆が酸化物から構成されている請求項６記載の感光性セル。
【請求項８】
反射防止被覆がキャップ層の周辺に直接接触している請求項１記載の感光性セル。
【請求項９】
パッシベーション層を構成している半導体材料の第１の層と、
第１の層の一部分上にそれとオーム接続されて形成された導電性材料の第２の層と、
第２の層に覆われていない第１の層上に形成された電気絶縁材料の第３の層と、
第２の層に付着されたオームコンタクトとを具備し、
前記オ−ムコンタクトは前記導電性材料の第２の層の上部表面と、第２の層の第３の層の表面より外方に突出しいる部分の周囲壁と、周囲壁に接触している第３の層の表面部分とに付着されて密封するように構成されている感光性半導体装置。
【請求項１０】
第１の層が砒化アルミニウムガリウムから構成され、
第２の層が多量にドープされた砒化ガリウムから構成され、
第３の層が酸化物から構成されている請求項９記載の感光性半導体装置。
【請求項１１】
（ａ）感光性層構造を形成し、
（ｂ）感光性層構造上にパッシベーション層を形成し、
（ｃ）パッシベーション層上に導電材料のキャップ層を形成し、
（ｄ）キャップ層の第１の部分を除去してその下側のパッシベーション層の部分を露出させ、キャップ層の第２の部分をパッシベーション層上に残し、
（ｅ）パッシベーション層の露出された部分上に電気絶縁材料の反射防止被覆を形成してキャップ層の前記第２の部分をこの反射防止被覆を通って外方に突出させ、この反射防止被覆とキャップ層の第２の部分とによりパッシベーション層を密封し、
（ｆ）キャップ層の第２の部分に付着した導電性材料のオームコンタクトを形成し、そのオームコンタクトの形成は、
（ｆ−１）パッシベーション層の前記露出された部分上の反射防止被覆上にマスク層を形成し、そのマスク層はその端部がキャップ層の前記第２の部分の反射防止被覆から外方に突出する部分の側面との間にギャップを形成するように形成され、
（ｈ）前記マスク層上と、前記マスク層とキャップ層の側面との間の前記ギャップと、キャップ層とにオームコンタクト材料を付着させ、
（ｉ）マスク層とこのマスク層上に付着されている前記オームコンタクト材料をリフトオフにより除去することによって形成される感光性セルの製造方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｅ）の反射防止被覆を形成する工程において、
（ｇ）キャップ層の前記第２の部分上にマスクを形成し、
（ｈ）パッシベーション層の露出された部分および前記第２の部分上に形成されたマスク上に前記反射防止被覆の絶縁材料を付着させ、
（ｉ）マスクおよびマスク上に重なっている前記絶縁材料をリフトオフにより除去する工程を有している請求項１１記載の感光性セルの製造方法。
【請求項１３】
反射防止被覆がキャップ層の第２の部分の周辺に直接接触している請求項１１記載の感光性セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に光電気装置、特に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）光電池に関し、特に環境（すなわち湿気および酸素）による浸食に対して密封されたオームコンタクトグリッドを含んでいる感光性セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゲルマニウム（Ｇｅ）基板上に形成されるＧａＡｓ感光性半導体層構造を含んでいる光起電電池あるいは太陽電池は、光を電気に変換するそれらの高い効率によりシリコン（Ｓｉ）上に形成したものよりも好ましい。ＧａＡｓ／Ｇｅ太陽電池は、通常、感光性層構造上に形成される砒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）パッシベーションあるいは「ウインド」層、およびウインド層上に形成される酸化物反射防止（ＡＲ）被覆を含む。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＧａＡｓ／Ｇｅ太陽電池は、通常、それらの金属の表面オームコンタクト収集グリッドの構造によって２つのタイプに分類される。いわゆるエッチスルーコンタクトが最も一般的であり、表面コンタクトパターンは感光性層構造の下側のＧａＡｓエミッタ層を露出するためにウインド層を通ってエッチングされる。表面金属は、表面コンタクトグリッドを形成するためにエッチングされた開口部を通ってエミッタ層上に直接蒸着され鍍金される。この構成は、溶接のように高温に晒すことによってコンタクト金属がセルの接合部中に拡散して性能を低下させるという欠点がある。
【０００４】
第２のタイプのコンタクト構造は高濃度にドープされたキャップ層を使用し、したがってセルの接合部からコンタクト金属を分離するために導電性のＧａＡｓを利用する。キャップ層は、全ウインド層上に形成される。二酸化珪素マスクはコンタクトグリッドラインの領域を除いたキャップ層上に形成される。コンタクト金属はキャップ層のマスクされない部分上に鍍金される。二酸化珪素マスクは除去され、キャップ層はコンタクトグリッドラインの下を除いたウインド層を露出するためにエッチングにより除去される。その後ＡＲ被覆がウインド層上に付着される。
【０００５】
キャップ層は低いコンタクト抵抗を供給し、セル接合部からコンタクト金属を物理的に分離する。キャップ層を含んでいる太陽電池の通常の製造方法は、文献（Ｈ．Ｈａｍａｋｅｒ  氏，ＩＥＥＥ  １９８５  第１８回光電池スペシャリスト会議の会報第  ３２７乃至３３１頁の「２６％  ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ  ＭＡＧＮＥＳＩＵＭ−ＤＯＰＥＤ  ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ  ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＯＲ  ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬＳ」）に説明されている。最初に表面コンタクトが形成され、次にＧａＡｓキャップ層がＡｌＡｇＡｓウインド層を露出するようにエッチングされ、最後にＡＲ被覆が付着される。
【０００６】
上記された従来の方法を使用して製造されたキャップ層構造を有するＧａＡｓ／Ｇｅ太陽光電池１０は図１に示されている。セル１０はＮ＋でドープされたＧｅ基板１２、および基板１２上に成長された感光性ＧａＡｓ  Ｐ／Ｎ接合層構造１４を含む。構造１４はＮ＋でドープされたＧａＡｓバッファ層１６、ＮでドープされたＧａＡｓベース層１８およびＰ−でドープされたＧａＡｓエミッタ層２０を含む。ＡｌＧａＡｓパッシベーションあるいはウインド層２２は、エミッタ層２０上に付着される。酸化物ＡＲ被覆２４はウインド層２２上に付着される。オーム金属背面コンタクト層２６は、層構造１４の反対側の基板１２の表面上に形成される。
【０００７】
セル１０は、図１における平面に垂直に延在する構造２８を含んでいる表面オームコンタクト収集グリッドを含む。ただ一つの表面コンタクト構造２８が示されており、それはウインド層２２に接触させるためにＡＲ被覆２４における開口部３２を通って延在しているＧａＡｓキャップ層３０を含む。オーム金属コンタクト３４はキャップ層３０上に形成される。
【０００８】
ＡＲ被覆２４の表面における光の入射は、光起電力効果による感光性層構造１４における電子・正孔対の遊離を生じる。電子および正孔は、それぞれキャップ層３０および表面コンタクト３４、および背面コンタクト層２６を通って外部負荷（図示されていない）に層構造１４から流出する。
【０００９】
表面コンタクト３４は、キャップ層３０上に鍍金される銀（Ａｇ）の厚い層３４ａおよびこの銀の層３４ａ上に鍍金される薄い金（Ａｕ）の層３４ｂを含む。コンタクト３４はキャップ層３０よりも幅が広い。すなわち、コンタクト３４は、キャップ層３０と開口部３２の各内壁の間に定められるポケットすなわち凹部３２ａおよび３２ｂを覆うように両側面上に突出部３４ｃおよび３４ｄを有する。
【００１０】
上記されたようなセル１０の従来の製造処理によって、突出部３４ｃおよび３４ｄはコンタクト３４を形成する鍍金ステップ中に形成される。すなわち、二酸化珪素鍍金マスク（図示されていない）は、図１に示される部分を除く全てを被覆するためにキャップ層３０上に形成される。コンタクト３４を形成するＡｇおよびＡｕ層３４ａおよび３４ｂはキャップ層３０の露出した上部表面上に鍍金されるだけでなく、マスクの近接した縁部部分上に外側に成長する。
【００１１】
凹部３２ａおよび３２ｂはウインド層２２を露出するために二酸化珪素鍍金マスクをエッチングし、コンタクト３４の外部のキャップ層３０をエッチングすることによって形成される。凹部３２ａおよび３２ｂは、ＡＲ被覆２４が突出部３４ｃおよび３４ｄにのみ延在して凹部３２ａおよび３２ｂが残るようにＡＲ被覆２４の次の蒸着中鍍金された表面コンタクト３４の突出部３４ｃおよび３４ｄによって遮られる。凹部３２ａおよび３２ｂにおけるＡｌＧａＡｓウインド層２２は、ＡＲ被覆２４によっては密封されない。
【００１２】
ＡｌＧａＡｓは湿気および酸素に晒されることによって浸食される。コンタクト３４、キャップ層３０およびＡｌＧａＡｓウインド層２２を含んでいるコンタクトグリッドインターフェイスは環境に対して敏感であり、ウインド層２２は凹部３２ａおよび３２ｂにおいて環境に直接晒される。湿気は凹部３２ａおよび３２ｂに入り、ウインド層２２の露出した部分を浸食し、それによってセル１０の光生成電流を減少し、その電気的特性を低下させる。
【００１３】
凹部３２ａおよび３２ｂは、ＧａＡｓキャップ層３０を図１に示される形状にエッチングするステップ中に拡大される。ＧａＡｓキャップ層３０をエッチングするために使用されるエッチング剤は、表面コンタクト３４におけるＡｇ層３４ａと反応する。Ａｕ層はコンタクト３４のＡｇ層３４ａ上に形成されてそれがエッチングされないように保護している。しかしながら、突出部３４ｃおよび３４ｄの下部表面上のＡｕ層３４ｂは均一ではなく、鍍金処理の性質のためＡｇ層３４ａの上部表面のものよりも薄い。これは、エッチング剤が突出部３４ｃおよび３４ｄの下のＡｇ層３４ａをエッチングすることを可能にし、凹部３２ａおよび３２ｂを拡大する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によるフォトセルは、上に砒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）のような環境に対して敏感な材料からなるパッシベーションあるいはウインド層および反射防止（ＡＲ）被覆が形成されている光電池あるいはその他の感光性層構造を含む。
【００１５】
表面コンタクト収集グリッド構造おける導電性キャップ層は、ＡＲ被覆を通ってウインド層に密封するように延在する。オーム金属コンタクトは、キャップ層およびＡＲ被覆の隣接した区域に蒸着され、密封する。キャップ層がウインド層に接触するコンタクトグリッドインターフェイスは、ＡＲ被覆およびオーム金属によって密封される。
【００１６】
本発明のフォトセルは感光性層構造上にウインド層を形成し、ウインドウ層上に環境に対して敏感でない導電性材料のキャップ層を形成することによって構成される。能動的な区域上のキャップ層の部分は下側のウインド層を露出するために除去されるので、コンタクトグリッド構造におけるキャップ層の第２の部分がウインド層上に残る。
【００１７】
環境に対して敏感でない電気的絶縁材料の反射防止被覆はウインド層の露出した部分上に形成されるので、キャップ層の第２の部分は被覆を通って密封されて延在する。導電性材料のオームコンタクトは、キャップ層の第２の部分上に蒸着される。
【００１８】
本発明は、従来の技術にまさる多数の利点を提供する。環境に対して敏感なウインド層は、特にキャップ層が従来のプロセスによって上記されたように露出される境界部分が完全に密封される。それによってウインド層は、湿気および酸素に晒されることによる浸食から保護される。
【００１９】
キャップ層のエッチングは、金属化の前に実行される。エッチング剤とオームコンタクト金属、特にＡｇ層の間の化学反応は除去される。これは、ウインド層の厚さおよび組成、増加した短絡回路電流およびセルの環境的安定性を良好に制御するさらに一貫した均一のキャップ層エッチングを可能にする。
【００２０】
表面コンタクトが蒸着によって形成される本発明のフォトセルの分路抵抗は、鍍金されたコンタクトを有する従来のセルの分路抵抗よりも高い。部品が従来の技術における鍍金溶液に浸される間に形成される結晶欠陥は本発明によって除去される。
【００２１】
本発明のフォトセルは、コンタクト金属がキャップ層によって感光性層構造から分離され、ＡＲ被覆の隣接部分がコンタクト金属によって重畳されるので、劣化なしに実質的に良好な熱処理に耐えることができる。本発明のコンタクトの構造は、高度に集中された熱が０．５秒までの間に６００℃を越えることができる溶接組立て技術に適応できる。
【００２２】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、同様の数字が同様の部分を示している添付図面と共に以下の詳細な説明から当業者に明らかとなるであろう。
【００２３】
【実施例】
本発明によるフォトセル４０は図２に示されており、多量にドープされたＮ型のＧｅ基板４２および基板４２上に形成された感光性の半導体層構造４４を含む。構造４４は多量にドープされたＮ型ＧａＡｓバッファ層４６、Ｎ型ＧａＡｓベース層４８および多量にドープされたＰ型ＧａＡｓエミッタ層５０を含む。ＡｌＧａＡｓパッシベーションあるいはウインド層５２はエミッタ層５０上に形成される。
【００２４】
電気絶縁性反射防止被覆５４は、ウインド層５２上に付着される。被覆５４は、酸化タンタル（Ｔａ２  Ｏ５  ）および酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３  ）の複合層から成る。オーム金属背面コンタクト層５６は、層構造４４が形成される上部あるいは前面と反対の基板４２の下部あるいは背面上に形成される。
【００２５】
セル４０はさらに、図面の平面に垂直に延在する複数の並列する線形オームコンタクト構造５８を含んでいる表面オームコンタクト収集グリッドを含む。図２はＰ＋でドープされた層を含む１つのコンタクト構造５８のみを示し、それによって導電性ＧａＡｓキャップ層６０はウインド層５２と接触しているＡＲ被覆５４における開口部６２を通って延在する。オーム金属コンタクト６４はキャップ層６０上に形成されている。図示されてはいないが、コンタクト６４はチタニウム（Ｔｉ）、ＡｕおよびＡｇの層等を含んでいる多重層構造であることが好ましい。
【００２６】
ＡＲ被覆５４上への光の入射は、光起電力効果のために感光性層構造４４において電子・正孔対の遊離を生じる。
【００２７】
電子および正孔は、それぞれキャップ層６０および表面コンタクト６４、および背面コンタクト層５６を通って外部負荷（図示されていない）に層構造４４から流出する。
【００２８】
ウインド層５２は、図１に関して説明されたように環境に対して敏感なＡｌＧａＡｓから形成される。しかしながら、全体のウインド層５２は本発明によって密封され、湿気および酸素に晒されることによって生じる浸食から保護される。
【００２９】
キャップ層６０は、ＡＲ被覆５４における開口部６２を通って密封されて延在する。被覆５４は酸化物であるので、環境に対して感受性がない。ＧａＡｓキャップ層６０もまた環境に対して感受性がない。このように、ウインド層５２は特にＡＲ被覆５４と層６０の境界でＡＲ被覆５４およびキャップ層６０によって密封するように包まれる。ウインド層５２の密封は、オーム金属コンタクト６４の構造によって高められる。特に、キャップ層６０はＡＲ被覆５４上に延在する上部表面６０ａおよび周辺の壁６０ｂおよび６０ｃを有する。コンタクト６４は、キャップ層６０の上部表面６０ａおよび周辺の壁６０ｂおよび６０ｃ、さらにＡＲ被覆５４の隣接部分に密封するように付着する。ＡＲ被覆５４上のコンタクト６４の重複部分は、第２の密封をウインド層５２に提供する。
【００３０】
環境に対して敏感なウインド層５２は完全に密封され、本発明によって周囲の湿気および酸素から保護される。これは、本発明のフォトセル４０が図１を参照して説明された従来のフォトセルの性能を低下させる湿気のある環境においていつまでも動作することを可能にする。フォトセル４０の分路抵抗は、従来のフォトセルの分路抵抗よりも高いことが望ましい。
【００３１】
本発明のフォトセルは、光電池あるいは太陽電池を例として説明され示されているが、本発明はそれに限定されるものではない。本発明は、入射光に応じて有効な効果を生じる感光性層構造、感光性層構造上に形成される環境に対して敏感な層および環境に対して敏感な層とインターフェイスするオームコンタクトを含んでいる任意の光電気装置に同様に適用可能である。このような装置の例は、光電抵抗、フォトダイオードおよびフォトトランジスタを含む。
【００３２】
本発明によるフォトセル４０の製造方法は、図３乃至８に示されている。図３において、感光性層構造４４およびウインド層５２は、既知のＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法を使用して基板４２上に形成されることが好ましい。キャップ層６６は、ＭＯＣＶＤ方法を使用して５，０００オングストロームの厚さでウインド層５２上全体に形成される。
【００３３】
フォトレジストマスク６８は、表面コンタクトグリッド線に対応するキャップ層６６の一部分上に形成される。マスク６８は、通常、図３に示された形態を生成するためにキャップ層６６全体をフォトレジストで被覆し、写真平版を使用してグリッド線を露光し、露光されない部分を溶解するようにフォトレジストを現像することによって形成される。
【００３４】
マスク６８によっては覆われていないキャップ層６６の部分は、図４に示されるように下側のウインド層５２を露出するために図３における矢印７０によって示されるようにエッチングされる。エッチングされたキャップ層は図２に示されるような形状であり、６０で改めて示されている。構造は、フォトレジスト層６８の表面を重合し、安定させるために強度の紫外線照射に晒される。
【００３５】
ＡＲ被覆７２は、図５に示される構造を生成するために図４における矢印７４によって示されるような１，５００オングストロームの好ましい厚さで全構造上に蒸着される。構造は、図６に示される構造を生成するためにキャップ層６０からフォトレジストマスク６８および重なっているＡＲ被覆７２を切り離すように矢印７６によって示されるようにアセトンに浸積される。キャップ層６０は、５４として改めて示されているＡＲ被覆を通って密封されて延在する。
【００３６】
フォトレジストマスク78は、図７に示されるように約６マイクロメートルの厚さに通常の写真平版を使用して反射防止被覆（ＡＲ）54の露出した部分上に形成される。マスク層78は、キャップ層60およびキャップ層60の側面に隣接するＡＲ被覆54の隣接部分54ａおよび54ｂを露出する開口部78ａを有する。オーム金属80は、図８に示されるように全体の構造上に蒸着される。キャップ層60およびＡＲ被覆54の部分54ａおよび54ｂを密封するように付着された金属はコンタクト64を構成する。マスク層78およびその上に重なっている金属80をフォトレジスト剥離剤に浸積されてリフトオフによって除去される。背面コンタクト層56は、層構造44が図２に示されるフォトセルを生成するために形成される表面と反対の基板42の背面に蒸着される。
【００３７】
本発明の実施例が示され説明されているが、様々な変化および別の実施例は本発明の技術的範囲から逸脱することなしに当業者によって行われる。したがって、本発明は特別に説明された実施例にのみ限定されるものではない。様々な変更は、特許請求の範囲に限定されるように本発明の技術的範囲から逸脱することなしに企図され、行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の方法によって製造された従来技術の光電池あるいは太陽電池の断面図。
【図２】本発明による方法によって製造された光電池あるいは太陽電池の断面図。
【図３】図２に示されるフォトセルの製造工程における断面図。
【図４】図２に示されるフォトセルの製造工程における断面図。
【図５】図２に示されるフォトセルの製造工程における断面図。
【図６】図２に示されるフォトセルの製造工程における断面図。
【図７】図２に示されるフォトセルの製造工程における断面図。
【図８】図２に示されるフォトセルの製造工程における断面図。
【符号の説明】
４０…フォトセル，４４…基板，５２…ウインド層，５４…ＡＲ被覆，６０…キャップ層，６４…コンタクト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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