(57)【要約】      （修正有）【課題】効率良く光起電力を取り出すことが可能な光電変換素子を提供する。【解決手段】第１光電変換層12、第１光電変換層12上に第１光電変換層12の上面の一部が露出するように設けられた導電層13、および導電層13上に設けられ、第１光電変換層12のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する第２光電変換層14を有する積層体と、積層体の上面に設けられた第１電極16ａ、および積層体の下面に設けられた第２電極16ｂを有する一対の電極とを有する光電変換素子10である。第１光電変換層12で発生する電流値と第２光電変換層14で発生する電流値との差を小さくすることができるので、光電変換素子10で発生した光起電力を効率良く取り出すことができる。【選択図】図３
2011249702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光電変換層、該第１光電変換層上に該第１光電変換層の上面の一部が露出するように設けられた導電層、および該導電層上に設けられ、前記第１光電変換層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する第２光電変換層を有する積層体と、
該積層体の上面に設けられた第１電極、および前記積層体の下面に設けられた第２電極を有する一対の電極と
を有する光電変換素子。
【請求項２】
前記導電層は、前記第２光電変換層の下面の全体と接するように設けられている請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記導電層は、前記第２光電変換層のバンドギャップよりも小さいエネルギーを有する光を透過する材料によって形成されている請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記導電層は、半導体材料からなる請求項１〜３に記載の光電変換素子。
【請求項５】
請求項１〜４に記載された光電変換素子と、該光電変換素子に対向する位置に配置された集光レンズとを有する集光型光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子ならびに光電変換素子を用いた集光型光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、光を電気に変換する光電変換層を複数有する光電変換素子として、バンドギャップの異なる半導体層を複数積層した積層型光電変換素子が種々提案されている。そのような積層型光電変換素子の開発において、積層型光電変換素子から取り出すことが可能な電力を向上させることが必要となっている。
【０００３】
そこで、積層型光電変換素子の光起電力を向上させる技術として、複数の半導体層の結晶性を向上させることにより、半導体層における光電変換効率を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2003−258279号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された光電変換素子によれば、半導体層の光電変換効率を向上させた場合でも、光電変換素子から取り出される電流値は、各光電変換層が電気的に直列接続されているため、各光電変換層から取り出される電流値のうち最小の電流値に律されていた。その結果、光電変換素子で発生した光起電力を効率良く取り出すことが困難であるという問題点があった。特に、複数の光電変換層が積層された積層型の光電変換素子の場合には、上層で光が吸収されやすいため、最下層の光電変換層で発生する電流値が小さくなりやすかった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換素子で発生した光起電力を効率良く取り出すことが可能な光電変換素子および集光型光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光電変換素子は、第１光電変換層、該第１光電変換層上に該第１光電変換層の上面の一部が露出するように設けられた導電層、および該導電層上に設けられ、前記第１光電変換層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する第２光電変換層を有する積層体と、該積層体の上面に設けられた第１電極、および前記積層体の下面に設けられた第２電極を有する一対の電極とを有する。
【０００８】
また、本発明の光電変換素子は、上記構成において、前記導電層は、前記第２光電変換層の下面の全体と接するように設けられている。
【０００９】
また、本発明の光電変換素子は、上記構成において、前記導電層は、前記第２光電変換層のバンドギャップよりも小さいエネルギーを有する光を透過する材料によって形成されている。
【００１０】
さらに、本発明の光電変換素子は、上記構成において、前記導電層は半導体材料によって形成されている。
【００１１】
本発明の集光型光電変換装置は、上記の光電変換素子と、該光電変換素子に対向する位置に配置された集光レンズとを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一つの態様によれば、光電変換素子は、第１光電変換層上に第１光電変換層の上面の一部が露出するように導電層が設けられているとともに、導電層上に第１光電変換層よりも大きいバンドギャップを有する第２光電変換層が設けられていることにより、第１光電変換層で発生する電流値と第２光電変換層で発生する電流値との差を小さくすることができる。そのため、光電変換素子で発生した光起電力を効率良く取り出すことができる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、光電変換素子は、導電層が第２光電変換層の下面の全体と接するように設けられている。このような構成により、第２光電変換層で発生した電流を効率良く第１光電変換層へ流すことができる。そのため、光電変換素子で発生した光起電力をさらに効率良く取り出すことができる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、光電変換素子は、導電層が第２光電変換層のバンドギャップよりも小さいエネルギーを有する光を透過する材料によって形成されている。このような構成により、第２光電変換層を透過した光を導電層で吸収されにくくすることができる。そのため、光電変換素子で発生した光起電力をさらに効率良く取り出すことができる。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、集光型光電変換装置は、上述の光電変換素子と、該光電変換素子に対向する位置に配置された集光レンズとを有する。このような構成により、光電変換素子で発生する光起電力を向上させることができる。そのため、集光型光電変換装置で発生する光起電力を向上させて効率良く取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の集光型光電変換装置を用いた集光型光電変換モジュールの実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の集光型光電変換装置の実施形態の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´線で切断したときの断面図である。
【図３】本発明の光電変換素子の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の光電変換素子の実施形態の一例を示す断面図であり、図３のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面に相当する。
【図５】本発明の光電変換素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図であり、図３のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面に相当する。
【図６】本発明の光電変換素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図７】本発明の光電変換素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図８】本発明の光電変換素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明の光電変換素子の製造方法の実施形態の一例の一工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の光電変換素子の変形例の一例を示す断面図であり、図３のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面に相当する。
【図１１】本発明の光電変換素子の効果を確認するためのシミュレーションモデル図である。
【図１２】本発明の光電変換素子について、露出領域の面積の割合を変化させた場合の理論光電変換効率を計算したシミュレーション結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の一例について図を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことができる。
【００１８】
＜集光型光電変換装置＞
集光型光電変換モジュール１は、図１に示すように、第１光学部材２が配置された第１蓋部材３と、図２に示すような集光型光電変換装置４が実装された第１パッケージ部材５とを有している。
【００１９】
第１蓋部材３は、例えば太陽光などの光を集光型光電変換装置４に集光させるための第１光学部材２を有するとともに、第１パッケージ部材５の枠状部分の上端部に実装されている。なお、第１光学部材２は光電変換素子10と対向する位置に配置されている。
【００２０】
第１光学部材２としては、例えば凸レンズやフレネルレンズなどの集光レンズまたは凸レンズ、凹レンズまたはフレネルレンズなどを組み合わせた光学系システムなどを用いることができる。
【００２１】
集光型光電変換装置４は、図２（ａ）に斜視図で、また図２（ｂ）にＡ−Ａ´線断面図で示すように、第２光学部材６が配置された第２蓋部材７と、一部に配線導体８が形成された第２パッケージ部材９と、第２パッケージ部材９に実装された光電変換素子10とを有している。
【００２２】
第２蓋部材７は、第２光学部材６が第２蓋部材７に設けられている。第２光学部材６は、例えばガラスなどからなる柱状光学部材によって構成されている。このように集光型光電変換装置４が第２光学部材６を有することにより、第１光学部材３から入射してきた光を、光電変換素子10の上面に受光面に強度を均一化して導くことができる。さらに、第２光学部材６として、例えば凸レンズやフレネルレンズなどの集光レンズを用いてさらに集光してもよい。
【００２３】
第２パッケージ部材９には、枠状部材によって実装空間９ａが形成され、実装空間９ａにはメタライズ金属などによって設けられた配線導体８が露出するように設けられている。
【００２４】
光電変換素子10は、第２パッケージ部材９の実装空間９ａ内に実装されている。このような光電変換素子10は、例えば信号線11を介して、第２パッケージ部材９に形成された配線導体８に電気的に接続されている。
【００２５】
このように集光型光電変換装置４は、光電変換素子10と対向する位置にレンズなどの光学部材が配置されていることにより、集光型光電変換装置４に入射した光を、光電変換素子10に集光させることができる。その結果、光電変換素子10に入射する光の光強度を増加させることができ、同等の光起電力を発生させる集光させない光電変換素子10と比較して、光電変換素子10を低面積化することができる。
【００２６】
上述ではレンズなどの光学部材を用いて集光する場合について説明したが、例えば反射面の断面が放射曲線状となった凹面鏡を用いて集光させる反射鏡型の集光型光電変換装置にも適宜適用することができるものである。
【００２７】
＜光電変換素子＞
次に、集光型光電変換装置４に実装される光電変換素子10を、図面を参考にしつつ以下に詳細に説明する。
【００２８】
図３に、本発明の光電変換素子10の実施形態の一例の斜視図を示す。また、図４は、光電変換素子10を図３のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面図である。
【００２９】
光電変換素子10は、図３に示すように、第１光電変換層12と、第１光電変換層12上に、導電層13を介して設けられた第２光電変換層14とを有する積層体15と、積層体15に形成された一対の電極16とを有している。
【００３０】
積層体15は、第１光電変換層12と、第１光電変換層12上に設けられた導電層13と、導電層13上に設けられた第２光電変換層14とを有している。
【００３１】
このような積層体15は、厚みが例えば0.1μｍ以上2000μｍ以下に設定されている。さらに、積層体15としては、シリコンやゲルマニウムなどの単結晶や、ガリウム、リン、シリコン、アルミニウム、ヒ素、ニオブ、インジウム、セレン、亜鉛、リンまたは炭素などのうち２種類以上を含む混晶などの半導体層で構成されている。
【００３２】
第１光電変換層12は、波長の長い光を吸収しやすいバンドギャップに設定されている。具体的には、750ｎｍより波長の長い光を吸収しやすくなるように、0.9ｅＶ以上1.4ｅＶ以下のバンドギャップに設定されている。このバンドギャップの範囲を有する第１光電変換層12として、シリコンやゲルマニウムなどの単結晶や、ガリウム、リン、シリコン、アルミニウム、ヒ素、ニオブ、インジウム、セレン、亜鉛、リンまたは炭素などのうち２種類以上を含む混晶から選択することができる。第１光電変換層12のバンドギャップを特定の値に設定する場合には、上述の中から選択した混晶の組成比すなわち混晶比を調整すればよい。
【００３３】
第１光電変換層12は、一導電型を呈する第１ベース層12ａおよび逆導電型を呈する第１エミッタ層12ｂから構成されている。本実施形態において、第１光電変換層12はシリコンで形成されており、第１ベース層12ａはｐ型シリコンで、第１エミッタ層12ｂはｎ型シリコンでそれぞれ構成されている。
【００３４】
IV族元素であるシリコンにｎ型の導電型を付与するためには例えばＶ族元素であるリンなどをドーパントとして用いることができ、ｐ型の導電型を付与するためにはIII族元素であるボロンやアルミニウムなどをドーパントとして用いることができる。
【００３５】
このように第１光電変換層12としてシリコンを用いた場合には、ドーパントの種類などを調整することにより第１光電変換層12のバンドギャップが1.09ｅＶ以上1.20ｅＶ以下に設定される。第１光電変換層12がこのようなバンドギャップを有することにより、特に1000ｎｍより波長の長い光を吸収しやすくなる。なお、第１光電変換層12は、例えば厚みが20μｍ以上500μｍ以下に設定されており、平面形状は例えば四角形状や円形状などである。
【００３６】
導電層13は、第１光電変換層12上に、第１光電変換層12の上面の一部が露出する露出領域17を有するように設けられている。露出領域17の面積は、第２光電変換層14で発生する電流値を考慮して、第２光電変換層14で発生する電流値と第１光電変換層12で発生する電流値とが同等になるように決めることが望ましい。なお、露出領域17の表面積を増やすために、露出領域17の表面に凹凸構造を設けてもよい。
【００３７】
導電層13は、第２光電変換層14のバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光を透過しやすい材料により形成されている。このような材料により導電層13が形成されていることから、第２光電変換層14を透過してきた光が導電層13で吸収されにくくすることが望ましい。
【００３８】
導電層13は、第２光電変換層14を透過してきた光に対する透光性を有するように設けられている。すなわち、第２光電変換層14で吸収されにくい波長の光を透過しやすくなるように設けられている。
【００３９】
このような導電層13は、第２光電変換層14のバンドギャップと同じ、または第２光電変換層14のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する半導体材料により形成されている。導電層13が、第２光電変換層14と同じまたは第２光電変換層14より大きいバンドギャップを有することにより、第２光電変換層14を透過してきた光を導電層13で吸収されにくくすることが望ましい。
【００４０】
導電層13としては、バンドギャップが1.2ｅＶ以上1.3ｅＶ以下の半導体材料を用いることができ、例えばアルミニウム、ガリウム、インジウム、ヒ素またはリンなどのうち２種類以上を含む混晶を用いることが望ましい。
【００４１】
導電層13として、例えばｎ型アルミニウムインジウムリン、ｐ＋＋型インジウムガリウムリン、ｎ＋＋型アルミニウムガリウムヒ素およびｐ型アルミニウムインジウムリンを順次積層したダブルヘテロ構造の導電半導体層を用いることが望ましい。導電半導体層を構成するそれぞれの層は、100ｎｍ程度に設定されている。このように設けられた導電半導体層は、それぞれの層がトンネル接合されることとなり、かかるトンネル接合により設けられたトンネル障壁で少数キャリアを閉じ込めるとともに、多数キャリアを通過させることができ、導電半導体層すなわち導電層13を低抵抗とすることができる。なお、このような導電層13の厚みは、例えば100ｎｍ以上1000ｎｍ以下に設定することが望ましい。
【００４２】
このような導電層13は、第１光電変換層12と第２光電変換層14との間に介在することにより、第１光電変換層12の最上層と第２光電変換素層14の最下層との間で高い電位障壁が形成されにくくすることができるとともに、第１光電変換層12と第２光電変換層14とを電気的に接続させることができる。
【００４３】
導電層13は、導電性と、第２光電変換層14を透過してきた光に対する透光性とを有していれば良く、上述した半導体材料だけでなく、例えば金、銀またはスズなどの金属材料を用いることが望ましい。このように金属材料を導電層13として用いた場合には、第２光電変換層14を透過してきた光に対して透光性を有するよう、導電層13の厚みを10ｎｍ以上1000ｎｍ以下に設定することが望ましい。
【００４４】
第２光電変換層14は、波長の短い光を吸収しやすいバンドギャップに設定されている。具体的には、750ｎｍより波長の短い光を吸収しやすくなるように、1.4ｅＶ以上2.5ｅＶ以下のバンドギャップに設定されている。
【００４５】
第２光電変換層14は、下面全体が導電層13と接するように設けられている。そのため、第２光電変換層14が導電層13の一部と接するように設けられている場合と比較して、第２光電変換層14で発生した電流のキャリアを効率良く導電層13へ移動させることができる。このような第２光電変換層14は、例えば厚みが20μｍ以下に設定されており、平面形状は例えば四角形状、円形状などである。
【００４６】
第２光電変換層14は、第１光電変換層12よりも大きいバンドギャップを有するように形成されている。すなわち、第２光電変換層14は、第１光電変換層12のバンドギャップよりも大きく、導電層13のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有するように形成されている。そのため、第２光電変換層14では、第１光電変換層12で吸収される光の波長よりも波長の短い光を吸収されやすくすることができる。換言すれば、第１光電変換層12は、積層体15に入射した光のうち、第２光電変換層14で吸収される光の波長よりも波長の長い光を吸収されやすくすることができる。
【００４７】
第２光電変換層14は、ｐ型の導電型を有する第２ベース層14ａと、ｎ型の導電型を有する第２エミッタ層14ｂとから構成されている。このバンドギャップの範囲を有する第２光電変換層14として、アルミニウム、ヒ素、アンチモン、インジウム、ガリウム、リンまたはヒ素のうち２種類以上を含む混晶から選択すればよい。第２光電変換層14のバンドギャップを特定の値に設定する場合には、上述の中から選択した混晶の組成比すなわち混晶比を調整すればよい。
【００４８】
一対の電極16が、第１光電変換層12および第２光電変換層14で発生した光起電力を取り出すために、積層体15に設けられている。一対の電極16は、積層体15の下面に設けられた第２電極16ａと、積層体15の上面15Ａに設けられた第１電極16ｂとを有している。
【００４９】
第１電極16ａは、積層体15の下面の全体に設けられている。第１電極16ａが積層体15の下面の全体に設けられていることにより、第１光電変換層12で発生したキャリアを効率良く第１電極16ａに導くことができる。
【００５０】
第２電極16ｂは、積層体15の上面15Ａに光を入射しやすくするために、櫛歯状電極を有している。なお、第２電極16ａの形状は、受光面である積層体15の上面15Ａに設けられることから、櫛歯状電極に限らず、光が積層体15に入射しやすい形状であればよい。
【００５１】
このような第１電極16ａおよび第２電極16ｂは、例えばアルミニウム、チタン、ニッケル、クロム、インジウム、錫、モリブデン、銀、金、タンタルまたは白金などの金属材料や、酸化錫、酸化インジウムまたは酸化インジウム錫などの金属酸化物材料や、銀−アルミニウム合金、金−亜鉛合金または金−ベリリウム合金などの合金材料を用いることが望ましい。
【００５２】
第１電極16ａとしては、金属材料などの高い導電性を有する材料を用いることが好ましい。そのような材料を第１電極16ａとして用いた場合には、第１光電変換層12で発生した電流のキャリアが第１電極16ａに進みやすいものとすることができ、第１光電変換層12内での再結合を少なくすることができる。その結果、第１光電変換層12で発生した電流のロスを少なくすることができる。
【００５３】
第２電極16ｂとしては、金属材料を例えば厚みを0.5μｍ以上1.5μｍ以下とした金属薄膜や金属酸化物材料からなる透明電極など、積層体15の上面15Ａに入射する光を透過しやすい材料を用いることが好ましい。そのような材料を第２電極16ｂとして用いた場合には、積層体15に入射する光を第２電極16ｂで吸収されにくくすることができる。
【００５４】
また、第２電極16ｂを第２光電変換層14上に設ける際に、第２電極16ｂと第２光電変換層14との間にオーミック接触層を設けてもよい。オーミック接触層は、第２光電変換層14をインジウムガリウムリン、第２電極16ｂを金で形成する場合には、例えばクロムおよびゲルマニウムからなる金属層を用いることが望ましい。
【００５５】
さらに、第２付属電極16ｂ´が露出領域17に設けられている。第２付属電極16ｂ´は、第２電極16ｂと直列となるように接続されており、例えば第２付属電極16ｂ´と導電層13を電気的に接続することにより、当該第２付属電極16ｂ´と第２電極16ｂを直列接続することができる。
【００５６】
このような第２付属電極16´を有することによって、露出領域17付近の第１光電変換層12で発生したキャリアが第２付属電極16ｂ´に進みやすいものとすることができ、第１光電変換層12内で発生したキャリアが結合しにくいものとすることができる。その結果、第１光電変換層12で発生した電流のロスを少なくすることができる。なお、第２付属電極16ｂ´は、銀または銅などの金属材料や、導電層と同じ材料を用いることができる。
【００５７】
本実施形態においては、第１光電変換層12の上面の一部に露出領域17を有していることから、積層体15に光が入射する際、第２光電変換層14に入射するとともに、第１光電変換層12の露出領域17に入射することとなる。そのため、第１光電変換層12は、第２光電変換層14を透過してきた光と、第１光電変換層12の露出領域17に直接入射してきた光とを吸収するようになる。
【００５８】
このように光電変換素子10が露出領域17を有することにより、第１光電変換層12で吸収する光量を増加させることができる。その結果、第１光電変換層12で発生する電流値が第１光電変換層12で吸収する光量と比例することから、第１光電変換層12で発生する電流値を向上させることができる。そのため、第１光電変換層12で発生する電流値と第２光電変換層14で発生する電流値との差を小さくすることができ、光電変換素子10から効率良く光起電力を取り出すことができる。
【００５９】
また、第１光電変換層12で発生する電流値を向上させるために、第２光電変換層14の厚みを第１光電変換層12の厚みよりも薄くすることが好ましい。このように第１光電変換層12の厚みを設定することによって、積層体15に光が入射した際に、第２光電変換層14での吸収を小さくするとともに、第１光電変換層12での吸収を大きくすることができる。その結果、第１光電変換層12で発生する電流値と第２光電変換層14で発生する電流値との差を小さくすることができ、光電変換素子10から効率良く光起電力を取り出すことができる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、バンドギャップの異なる光電変換層を２つ接合した積層型光電変換素子について説明したが、バンドギャップの異なる光電変換層を３つ以上接合した積層型光電変換素子に適宜適用することができるものである。
【００６１】
＜光電変換素子の製造方法＞
次に、本発明の光電変換素子10の実施形態の一例の製造方法を説明する。図５から図10は、それぞれ光電変換素子10の製造方法を説明するための断面図であり、これらの断面は図３に示す光電変換素子10のＢ−Ｂ´線で切断した断面に相当する。
【００６２】
まず、図５に示すように、シリコンの単結晶からなるシリコン基板18の一方主面19Ａから、ｎ型のドーパントを拡散させてシリコン基板18の表層部をｎ型に反転させてｎ型層を形成する。このようにシリコン基板18の表層部にドーパントを拡散させる方法としては、例えば熱拡散法や電子ビーム拡散法などを用いることができる。なお、シリコンをｐ型の導電型を付与するためには例えばホウ素を用いることができ、ｎ型の導電型を付与するためにはリン、ヒ素またはアンチモンを用いることが望ましい。
【００６３】
このようにして、シリコン基板18を用いて、ｐ型層18ａを第１ベース層12ａで、ｎ型層18ｂを第１エミッタ層12ｂで構成した第１光電変換層12を形成することができる。
【００６４】
次に、図６に示すように、シリコン基板18の一方主面19Ａ上に、導電層13を形成する。導電層13として、ガリウムヒ素などの半導体を用いた場合には、ｐ型ガリウムヒ素層とｎ型ガリウムヒ素層とをトンネル接合により積層した半導体層を用いることができる。このようにトンネル接合した半導体層を導電層13として用いた場合には、第１光電変換層12の上層を構成する半導体層に直接積層される半導体層の最下層は、この半導体層と同じ導電型を有することなる。
【００６５】
シリコン基板18の一方主面19Ａ上にガリウムヒ素を成長させる方法としては、例えば気相成長法などを用いることが望ましい。なお、導電層13は、銀や金などの金属材料でもよく、その場合にはスパッタリング法や真空蒸着法などを用いることが望ましい。
【００６６】
その後、図７に示すように、導電層13上に第２光電変換層14を設けた積層膜20を形成する。このような第２光電変換層14は、第１光電変換層12のバンドギャップよりも大きく、導電層13のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有するように形成されている。第２光電変換層14は、導電層13としてインジウムガリウムリンを用いた場合であれば、導電層13よりも小さいバンドギャップを有するガリウムヒ素を用いることが望ましい。このような第２光電変換層14は、例えば有機金属気相成長法などによって形成することが望ましい。具体的には、第２光電変換層14は、第２ベース層14ａがｐ型の導電型を、第２エミッタ層14ｂがｎ型の導電型を有している。ガリウムヒ素の導電型はドーパントの材料によって決めることが望ましい。
【００６７】
その後、図８に示すように、積層膜20の上面20Ａに一部が露出するマスクパターン21を形成し、マスクパターンから露出した積層膜20の上面20Ａから深さ方向に第２光電変換層14および導電層13を除去することによって、第１光電変換層12すなわちシリコン基板18の上面の一部が露出するような露出領域17を形成する。第２光電変換層14および導電層13を除去する方法としては、例えばウェットエッチング法やドライエッチング法などのエッチン法を用いることが望ましい。
【００６８】
また、光電変換素子10に露出領域17を形成する方法としては、マスクパターンを用いてエッチングする方法の他に、シリコン基板18の一方主面19Ａにマスクパターンを形成しておいて、導電層13および第２光電変換層14を選択成長させる方法を用いることができる。
【００６９】
このように、第１光電変換層12、導電層13および第２光電変換層14を半導体材料で形成する場合には、これらの材料として格子定数が似た半導体材料が選択される。上述のように第１光電変換層12としてシリコンを用いた場合、導電層13および第２光電変換層14としては、シリコンと近い格子定数を有するガリウムヒ素リンの混晶などを用いることが望ましい。このように積層体15を格子定数が似た半導体材料で形成する場合、各層の形成工程を同じ気相成長装置内で行なうことができるため、生産性良く光電変換素子10を作製することができる。
【００７０】
次に、図９に示すように、積層体15に一対の電極16を設ける。一対の電極16は、積層体15の下面15Ｂすなわちシリコン基板18の他方主面19Ｂに第１電極16ａ、積層体15の上面15Ａに第２電極16ｂを、およびシリコン基板18の露出領域17に第２付属電極16ｂ´を有している。
【００７１】
第１電極16ａは、シリコン基板18の他方主面19Ｂに設けられている。ここでシリコン基板18の他方主面19Ｂは、一方主面19ａと対向する主面を指す。第１電極16ａは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法または厚膜印刷法などを用いて、銀または金などの金属で形成することができる。
【００７２】
第２電極16ｂおよび第２電極16ｂ´は、金、銀などの金属材料や酸化インジウム、酸化スズなどの金属酸化物からなる透明電極材料を積層した後、例えばフォトリソグラフィ法を用いたパターニングを行なうことによって形成することができる。
【００７３】
第２付属電極16ｂ´は、銀や銅などの金属材料をスパッタリングなどにより積層した後、なお、第２付属電極16ｂ´は、導電層13と同じ材料で形成する場合には、露出領域17を形成する際に導電層13の一部を残しておき、当該露出した導電層13をパターニングすることにより第２付属電極16ｂ´を導電層13と一体的に形成してもよい。
【００７４】
（変形例）
次に、上述した本発明の光電変換素子10の実施形態の変形例について説明する。上述の光電変換素子10と重複する部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
図10に示す光電変換素子23は、光電変換素子10と比較して、第１光電変換層12の露出領域22が導電層13および第２光電変換層14を横方向に分割するように設けられている。このように露出領域22が導電層13および第２光電変換層14を分割するように設けられていることから、導電層13および第２光電変換層14の横方向の長さを短くすることができるので、導電層13および第２光電変換層14が光を吸収した際に生じる内部応力を緩和することができる。その結果、導電層13および第２光電変換層14の剥がれを起こりにくくすることができ、光電変換素子23の長期信頼性を向上させることができる。
【００７６】
上述では、第１光電変換層12、導電層13及び第２光電変換層14を半導体材料を気相成長させることにより積層体15を形成する場合について説明したが、それぞれの層を貼りあわせて積層体15を形成してもよい。この場合、硫化セレンなどの接着材により貼りあわせる方法や原子間力により貼りあわせる法などを用いることが望ましい。
【００７７】
（実施例）
本発明の光電変換素子の実施例を以下に説明する。
【００７８】
本発明の光電変換素子の実施例の効果を確認するために、光電変換効率のシミュレーションを行った。シミュレーションのモデルは、図11に示すような、３つの光電変換層24を有する光電変換素子25である。
【００７９】
このような光電変換素子25は、バンドギャップが1.1ｅＶのシリコンからなる第１光電変換層24ａ、バンドギャップが1.4ｅＶのインジウムガリウムヒ素からなる第２光電変換層24ｂおよびバンドギャップが1.9ｅＶのガリウムインジウムリンからなる第３光電変換層24ｃをそれぞれの層の間に導電層（図示せず）を介して順次接続したものである。また、この光電変換素子25に入射させた単位面積当たりの光はJIS規格のAM1.5Gを用いた。
【００８０】
図12は、露出領域の面積を変化させた場合の理論光電変換効率を表したグラフである。横軸には第１光電変換層の上面の面積のうち露出領域の面積が占める割合を示しており、0％の場合は露出領域がない場合を指す。また、縦軸には理論光電変換効率を示している。本発明の光電変換素子は、第１光電変換層の上面の面積のうち露出領域の面積が占める割合が約８％の場合に、最大の理論光電変換効率である55％となることがわかった。
【符号の説明】
【００８１】
１  集光型光電変換モジュール
２  第１光学部材
３  第１蓋部材
４  集光型光電変換装置
５  第１パッケージ部材
６  第２光学部材
７  第２蓋部材
８  配線導体
９  第２パッケージ部材
10  光電変換素子
11  信号線
12  第１光電変換層
12ａ  第１ベース層
12ｂ  第１エミッタ層
13  導電層
14  第２光電変換層
14ａ  第２ベース層
14ｂ  第２エミッタ層
15  積層体
15Ａ  上面
16  一対の電極
16ａ  第１電極
16ｂ  第２電極
16ａ´  第２付属電極
17  露出領域
18  シリコン基板
18ａ  ｐ型層（第１ベース層12ａ）
18ｂ  ｎ型層（第１エミッタ層12ｂ）
19Ａ  一方主面
19Ｂ  他方主面
20  積層膜
20Ａ  上面
21  マスクパターン
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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