(57)【要約】【課題】基板上に複数の化合物半導体層が形成されてなる化合物半導体太陽電池素子を製造するにあたり、パターニング作業を削減し、エッチャントへの浸漬回数を低減する。【解決手段】基板１０上に積層された化合物半導体層２０〜４０をメサエッチングするに際して当該化合物半導体層の最表層をメサエッチング液から保護するために最上層の化合物半導体層４０の表面に保護膜５０を形成する工程と、基板１０及び基板１０上に積層された化合物半導体層２０〜４０を機械的に切断することにより化合物半導体太陽電池素子を所定の最終形状に切り出す工程とを実施した後に、化合物半導体層２０〜４０のメサエッチングを行う。このように保護膜形成工程と素子の切り出し工程の後に、化合物半導体層をメサエッチングする工程を実施することで、エッチャントへの浸漬回数を低減する。【選択図】図１
2005166913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に組成の異なる複数の化合物半導体層が積層され、それら複数の化合物半導体層によって１つ以上のｐｎ接合が形成されているとともに、前記複数の化合物半導体層が、少なくとも、第１のエッチング液でエッチングされ易くかつ第２のエッチング液でエッチングされ難い層と、第２のエッチング液でエッチングされ易くかつ第１のエッチング液でエッチングされ難い層とを含む化合物半導体太陽電池素子の製造方法であって、
前記基板上に積層された化合物半導体層をメサエッチングするに際して、当該化合物半導体層の最表層をメサエッチング液から保護するために前記最表層上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記基板及びこの基板上に積層された化合物半導体層を機械的に切断することにより化合物半導体太陽電池素子を所定の最終形状に切り出す切り出し工程と、前記保護膜形成工程及び切り出し工程を実施した後に、前記化合物半導体層をメサエッチングする工程とを含むことを特徴とする化合物半導体太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
前記化合物半導体層の最表面層をメサエッチング液から保護するための保護膜がフォトレジストであって、化合物半導体太陽電池素子を最終形状に切り出す形状に合わせて、前記フォトレジストに開口部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体太陽電池素子の製造方法に関し、さらに詳しくは、メサエッチングにて化合物半導体太陽電池素子を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、化合物半導体太陽電池素子の製造においては、発生電力を向上するためにｐｎ接合端面でのキャリアの再結合を抑制することにより、素子の並列抵抗の低下を防ぐ必要がある。
【０００３】
基板上に化合物半導体層によるｐｎ接合が形成された化合物半導体太陽電池素子においては、前記したキャリアの再結合を抑制する目的で、従来では、下記の工程にしたがって基板状態の素子の切り出す部分に形成されている化合物半導体層を、事前に化学処理にてメサエッチングを実施した後に、メサエッチング部分を機械的に切断することで、ｐｎ接合端面でのキャリアの再結合を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、前記基板が半導体基板であり、当該半導体基板の表面にｐｎ接合からなる化合物半導体太陽電池素子が形成された多接合型化合物半導体太陽電池素子においても、基板上での後工程で素子を切り出す部分に形成されている化合物半導体層、及び、基板の表面に形成されているｐｎ接合の一部を、事前に化学処理にてメサエッチングしている。
【０００５】
従来の化合物半導体太陽電池素子の製造工程の一例を図３に示す。
【０００６】
まず、前工程の処理により、図３（１）に示すように、基板１１０上に、化合物半導体層１２０、第１導電型の化合物半導体層１３０、及び、第２導電型の化合物半導体層１４０が順次積層されている。この図３（１）に示す積層構造のものを、以下の工程により処理することで化合物半導体太陽電池素子を製造する。
【０００７】
（１）基板１１０上に積層されている複数の化合物半導体層１２０〜１４０の最表層の化合物半導体層１４０の表面上にフォトレジスト１５０を塗布する工程（図３（２））。
【０００８】
（２）後工程で基板及び化合物半導体層を所望の形状に切り出す際の切り出し形状部分１０７に合わせて、フォトレジスト１５０のパターニングを行って開口部１０６を形成する工程（図３（３））。
【０００９】
（３）パターニングしたフォトレジスト１０５をマスクとして、化学処理による選択エッチングを行って、基板１１０上の複数の化合物半導体層１２０〜１４０、あるいは複数の化合物半導体層１２０〜１４０と基板１１０の一部とを除去する工程（図３（４））。
【００１０】
（４）前記した選択エッチングにて基板が露出した部分１１１の一部１０８を機械的に切断する工程（図３（５））。
【００１１】
以上の工程（１）〜（４）の各処理を順次実施することにより、図３（６）に示すように、基板１０１上に、化合物半導体からなるバッファー層１０２、第１導電型の化合物半導体からなるベース層１０３、及び、第２導電型の化合物半導体からなるエミッター層１０４が順次積層された化合物半導体太陽電池素子を得ることができる。
【特許文献１】特開平８−２７４３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図３に示すような従来の製造方法では、上記した工程（２）のフォトレジストのパターニングを行う際に、後工程で切断する所望の切り出し形状部分１０７に合わせてパターニングの位置あわせを行う必要があり、製造工程が複雑となり歩留まりが低下するといった問題がある。
【００１３】
また、基板上に形成された化合物半導体層が３層以上である化合物半導体太陽電池素子の選択エッチングにおいては、それぞれの化合物半導体層を溶解させるエッチャント（エッチング液）の種類が異なる場合があり、同一のエッチャントへ複数回浸漬することが必要となる場合がある。
【００１４】
例えば、図３に示す化合物半導体層１２０と第２導電型の化合物半導体層１４０とが同一のエッチャントＡで溶解される材料であり、第１導電型の化合物半導体層１３０がそれとは異なるエッチャントＢで溶解される材料である場合、これら３層の化合物半導体層を溶解するためには、エッチャントＡへの浸漬により最表層の第２導電型の化合物半導体層１４０をエッチングして、その下層の第１導電型の化合物半導体層１３０を開口した後、エッチャントＢへの浸漬により第１導電型の化合物半導体層１３０をエッチングして化合物半導体層１２０を開口する。その後、再度エッチャントＡへの浸漬を行って化合物半導体層１２０をエッチングするという作業が必要となり、合計３回の浸漬を実施する必要があり、エッチャントへの浸漬回数が多くなるという問題がある。しかも、エッチャントＡに２度浸漬することになるので、化合物半導体層１４０の横方向のエッチング量が増し、太陽電池素子の特性が低下するという問題もある。
【００１５】
本発明はそのような問題点に鑑みてなされたものであり、基板上に複数の化合物半導体層が形成されてなる化合物半導体太陽電池素子を製造するにあたり、パターニング作業を削減し、エッチャントへの浸漬回数を低減することが可能な化合物半導体太陽電池素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の製造方法は、基板上に組成の異なる複数の化合物半導体層が積層され、それら複数の化合物半導体層によって１つ以上のｐｎ接合が形成されているとともに、前記複数の化合物半導体層が、少なくとも、第１のエッチング液でエッチングされ易くかつ第２のエッチング液でエッチングされ難い層と、第２のエッチング液でエッチングされ易くかつ第１のエッチング液でエッチングされ難い層とを含む化合物半導体太陽電池素子の製造方法であって、前記基板上に積層された化合物半導体層をメサエッチングするに際して、当該化合物半導体層の最表層をメサエッチング液から保護するために前記最表層上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記基板及びこの基板上に積層された化合物半導体層を機械的に切断することにより化合物半導体太陽電池素子を所定の最終形状に切り出す切り出し工程と、前記保護膜形成工程及び切り出し工程を実施した後に、前記化合物半導体層をメサエッチングする工程とを含むことを特徴としている。
【００１７】
本発明の製造方法によれば、基板上に形成された化合物半導体層の最表面上に保護膜を形成する工程及び素子の切り出しを行う工程の後に、化合物半導体層をメサエッチングする工程を実施しているので、同一エッチャントにより溶解可能な化合物半導体層を一括してエッチングすることが可能となり、エッチャントへの浸漬回数を低減することが可能になる。また、化合物半導体層の最表面上に形成する保護膜を所定の形状にパターニングする作業を削減することも可能になる。
【００１８】
本発明の製造方法において、前記化合物半導体層の最表面層をメサエッチング液から保護するための保護膜をフォトレジストとし、化合物半導体太陽電池素子を最終形状に切り出す形状に合わせてフォトレジストをパターニングして開口部を形成するようにしてもよい。このようにフォトレジストをパターニングしておくと、化合物半導体層のエッチングする部分のエッチング進行状況を容易に確認することが可能となり、エッチング工程の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法によれば、基板上に形成された化合物半導体層の最表面上に保護膜を形成する工程及び素子の切り出しを行う工程の後に、化合物半導体層をメサエッチングする工程を実施しているので、エッチャントへの浸漬回数を低減することが可能になり、より高い信頼性を有するエッチングを行うことができる。その結果、化合物半導体太陽電池素子を、特性低下を招くことなく簡単に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
＜実施形態１＞
図１は基板上に組成の異なる複数（３層）の化合物半導体層が積層されてなる化合物半導体太陽電池素子の製造に本発明を適用した例を模式的に示す断面図である。なお、図１には、化合物半導体太陽電池素子の製造工程の一部のみを示しており、製造工程の全てを示すものではない。
【００２２】
この実施形態では、前工程の処理により、図１（１）に示すように、基板１０上に、化合物半導体層２０、第１導電型の化合物半導体層３０、及び、第２導電型の化合物半導体層４０が順次積層されているものを、以下の工程により処理することで化合物半導体太陽電池素子を製造する。
【００２３】
（Ｓ１）基板１０上に形成された化合物半導体層２０〜４０の最表面を化学処理から保護するために、化合物半導体層２０〜４０の最表面上（化合物半導体層４０の表面上）に保護膜５０を形成する工程（図１（２））。
【００２４】
（Ｓ２）基板１０及びこの基板１０上に形成された化合物半導体層２０〜４０の所定部分７を機械的に切断することにより化合物半導体太陽電池素子を所定の形状に切り出す工程（図１（３））。
【００２５】
（Ｓ３）前記切り出した基板１１をエッチャントに浸漬し、保護膜５をマスクとして前記機械的な切断により形成された化合物半導体層１２，１３，１４の各層の切断部分に生成された化合物半導体結晶の結晶欠陥を多く含む部分と、基板１１の切断部分とを化学処理によりエッチング（横方向エッチング）する工程（図１（４））。
【００２６】
（Ｓ４）マスクとして用いた保護膜５を剥離する工程。
【００２７】
以上の工程（Ｓ１）〜（Ｓ４）の各処理を順次実施することにより、図１（５）に示すように、基板１上に、化合物半導体からなるバッファー層２、第１導電型の化合物半導体からなるベース層３、及び、第２導電型の化合物半導体からなるエミッター層４が順次積層された化合物半導体太陽電池素子を得ることができる。
【００２８】
なお、この実施形態に用いる基板１０としては、ＧｅやＧａＡｓなどが挙げられる。また、化合物半導体層としては、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰなどが挙げられ、これらのエッチャントとしては、ＨＣｌ系エッチャント、アンモニア／過酸化水素エッチャント、硫酸系エッチャント、ブロム系エッチャント等が挙げられる。
【００２９】
ここで、図１に示す実施形態では、基板１の上に形成された化合物半導体層を便宜上、３層示しているが、これらバッファー層２、ベース層３、エミッター層４の他に、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ：裏面電界）層、窓層、及び多接合型太陽電池のトンネル接合層や、多接合型太陽電池の他のベース層、エミッター層等の化合物半導体層が含まれた、異なる組成からなる３層以上の複数層であっても構わない。
【００３０】
また、前記した工程（Ｓ１）で使用する保護膜５は、化合物半導体層をエッチングするエッチャントに対する耐性を有するものであればよいが、フォトレジストであることが好ましい。
【００３１】
前記した保護膜を形成する工程（Ｓ１）と、所定の形状に切り出す工程（Ｓ２）の実施の順序はどちらが先であってもよいが、工程（Ｓ１）→工程（Ｓ２）の順序で実施することが好ましい。
【００３２】
前記した工程（Ｓ２）において、化合物半導体層を切り出す方法としては、スクライブラインを引いた後にへき開を行う方法や、ダイシングにより直接切り出す方法がある。
【００３３】
また、前記した工程（３）の化学処理によるエッチングの前に、基板１０の裏面（化合物半導体層の形成面の反対側の面）をエッチャントから保護するために保護膜を形成してもよく、さらには、保護膜形成工程（Ｓ１）の前に基板１０の裏面（化合物半導体層の形成面の反対側の面）をエッチングしてもよい。
【００３４】
この実施形態によれば、図３に示した従来技術のように保護膜１５０を所定の形状にパターニングする必要が無く、基板上に形成された化合物半導体層の層数を問わず工程簡略化による効果が得られる。
【００３５】
また、基板上に形成された化合物半導体層の層数が異なる組成からなる３層以上であって、それぞれの化合物半導体層を溶解させるエッチャントの種類が異なる場合でも、同一のエッチャントにより溶解する化合物半導体層は切断面部分から同時にエッチングが進行するので、それら化合物半導体層を一度にエッチングすることが可能であり、図３に示した従来技術のように同一エッチャントへ複数回浸漬する必要がない。
【００３６】
例えば、図１に示す化合物半導体層１２及び第２導電型の化合物半導体層１４が同一のエッチャントＡで溶解される材料であり、第１導電型の化合物半導体層１３がそれとは異なるエッチャントＢで溶解される材料であった場合でも、基板１１をエッチャントＡ及びエッチャントＢに２回浸漬するだけで、化合物半導体層１２〜１４の切断部分をエッチングすることが可能である。
【００３７】
＜実施形態２＞
図２は基板上に組成の異なる複数（３層）の化合物半導体層が積層されてなる化合物半導体太陽電池素子の製造に本発明を適用した他の例を模式的に示す断面図である。なお、図２には、化合物半導体太陽電池素子の製造工程の一部のみを示しており、製造工程の全てを示すものではない。
【００３８】
この実施形態では、前工程の処理により、図２（１）に示すように、基板１０上に、化合物半導体層２０、第１導電型の化合物半導体層３０、及び、第２導電型の化合物半導体層４０が順次積層されているものを、以下の工程により処理することで化合物半導体太陽電池素子を製造する。
【００３９】
（Ｓ１１）基板１０上に形成された化合物半導体層２０〜４０の最表面を化学処理から保護するために、化合物半導体層２０〜４０の最表面上（化合物半導体層４０の表面上）にフォトレジスト５２を形成する工程（図２（２））。
【００４０】
（Ｓ１２）後工程で基板及び化合物半導体層を所望の形状に切り出す際の切り出し形状部分１０７に合わせて、フォトレジスト５２のパターニングを行って開口部６を形成する工程（図２（３））。
【００４１】
（Ｓ１３）基板１０及びこの基板１０上に形成された化合物半導体層２０〜４０の所定部分８（開口部６内の一部）を機械的に切断することにより化合物半導体太陽電池素子を所定の形状に切り出す工程（図２（４））。
【００４２】
（Ｓ１４）前記切り出した基板２１をエッチャントに浸漬し、フォトレジスト５１をマスクとして前記機械的な切断により形成された化合物半導体層２２，２３，２４の切断部分に生成された化合物半導体結晶の結晶欠陥を多く含む部分と、基板２１の切断部分を化学処理によりエッチングする工程（図２（５））。
【００４３】
（Ｓ１５）マスクとして用いたフォトレジスト５１を剥離する工程。
【００４４】
以上の工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１５）の各処理を順次実施することにより、図２（６）に示すように、基板１上に、化合物半導体からなるバッファー層２、第１導電型の化合物半導体からなるベース層３、及び、第２導電型の化合物半導体からなるエミッター層４が順次積層された化合物半導体太陽電池素子を得ることができる。
【００４５】
なお、この実施形態に用いる基板１０としては、ＧｅやＧａＡｓなどが挙げられる。また、化合物半導体層としては、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰなどが挙げられ、これらのエッチャントとしては、ＨＣｌ系エッチャント、アンモニア／過酸化水素エッチャント、硫酸系エッチャント、ブロム系エッチャント等が挙げられる。
【００４６】
ここで、図２に示す実施形態では、基板１の上に形成された化合物半導体層を便宜上、３層示しているが、これらバッファー層２、ベース層３、エミッター層４の他に、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ：裏面電界）層、窓層、及び多接合型太陽電池のトンネル接合層や、多接合型太陽電池の他のベース層、エミッター層等の化合物半導体層が含まれた、異なる組成からなる３層以上の複数層であっても構わない。
【００４７】
前記した工程（Ｓ１３）において、化合物半導体層を切り出す方法としては、スクライブラインを引いた後にへき開を行う方法や、ダイシングにより直接切り出す方法がある。
【００４８】
また、前記した工程（Ｓ１４）の化学処理によるエッチングの前に、基板１０の裏面（化合物半導体層の形成面の反対側の面）をエッチャントから保護するために保護膜を形成してもよく、さらには、フォトレジスト形成工程（Ｓ１１）の前に基板１０の裏面（化合物半導体層の形成面の反対側の面）をエッチングしてもよい。
【００４９】
この実施形態によれば、基板上の化合物半導体層を溶解させるエッチャントの種類が異なる場合でも、同一のエッチャントにより溶解する化合物半導体層については１回の浸漬によりエッチングすることが可能であり、図３に示した従来技術のように、同一エッチャントへ複数回浸漬する必要が無い。
【００５０】
例えば、図２に示す化合物半導体層２２及び第２導電型の化合物半導体層２４が同一のエッチャントＡで溶解される材料であり、第１導電型の化合物半導体層２３がそれとは異なるエッチャントＢで溶解される材料である場合でも、基板１０をエッチャントＡ及びエッチャントＢに２回浸漬するだけで、化合物半導体層２２，２３，２４の切断部分をエッチングすることが可能である。
【００５１】
また、この実施形態によれば、前記した工程（Ｓ１２）でフォトレジストをパターニングしているので、化合物半導体層２２，２３，２４のエッチング部分のエッチングの進行状況を光学顕微鏡等により確認することが容易となり、エッチング工程の信頼性が向上する。
【００５２】
また、この実施形態によれば、フォトレジストと化合物半導体層の接合面を直接切断しないため、化合物半導体層とフォトレジストとの密着力が弱くても、機械的な切断により素子を切り出す際に、フォトレジストが化合物半導体層から剥がれ、太陽電池素子の受光部分がエッチングされ、素子の特性が低下するという問題が生じない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、基板上に組成の異なる複数の化合物半導体層が積層され、それら複数の化合物半導体層によって基板上にｐｎ接合が形成されてなる化合物半導体太陽電池素子をメサエッチングにて製造するに際して、エッチャントへの浸漬回数を低減するのに有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の化合物半導体太陽電池素子の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の化合物半導体太陽電池素子の製造方法の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の化合物半導体太陽電池素子の製造方法を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  基板
２  バッファー層
３  ベース層
４  エミッター層
１０  基板
２０  化合物半導体層
３０  第１導電型の化合物半導体層
４０  第２導電型の化合物半導体層
５  保護膜
５１  フォトレジスト
６  フォトレジストの開口部
【図１】
2005166913.tif 000003
【図２】
2005166913.tif 000004
【図３】
2005166913.tif 000005