(57)【要約】  【課題】  熱応力の発生を抑制することが可能な光電変換装置の製造方法および光電変換装置。  【解決手段】  本発明の光電変換装置の製造方法は、シリコンからなる光電変換基板２上に、第１の温度でガリウムヒ素からなるバッファ層３を成長させるバッファ層成長工程と、バッファ層３上に、前記第１の温度よりも高い第２の温度で、インジウム、ガリウムおよびリンからなる半導体層４を成長させながら、半導体層４内に含まれるインジウムをバッファ層３内に拡散させる半導体層成長・拡散工程と、半導体層４上に光電変換層５を成長させる光電変換層成長工程とを有する。そのため、光電変換基板２上に、転位の発生を抑制した光電変換層５を形成することができる。【選択図】  図２
2012142352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンからなる光電変換基板上に、第１の温度でガリウムヒ素からなるバッファ層を成長させるバッファ層成長工程と、
前記バッファ層上に、前記第１の温度よりも高い第２の温度で、インジウム、ガリウムおよびリンからなる半導体層を成長させながら、該半導体層内に含まれるインジウムを前記バッファ層内に拡散させる半導体層成長・拡散工程と、
前記半導体層上に光電変換層を成長させる光電変換層成長工程と
を含む光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体層成長・拡散工程の後、前記光電変換層成長工程の前に、前記第２の温度よりも高い第３の温度で前記半導体層を加熱することにより、前記半導体層内に含まれるインジウムをさらに前記バッファ層内に拡散させるバッファ層拡散工程を含む請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記光電変換層成長工程において前記半導体層上にガリウムヒ素からなる前記光電変換層を前記第１の温度以上の第４の温度で成長させた後、前記第２の温度よりも高い第５の温度で前記半導体層を加熱することにより、前記半導体層内に含まれるインジウムを前記光電変換層内に拡散させる光電変換層拡散工程を含む請求項１または２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
シリコンからなる光電変換基板と、
該光電変換基板上に成長した、前記光電変換基板から遠ざかるにつれてインジウムの濃度が高くなっている、インジウムを含むガリウムヒ素からなるバッファ層と、
該バッファ層上に成長した、インジウム、ガリウムおよびリンからなる半導体層と、
該半導体層上に成長した、ガリウムヒ素からなる光電変換層と
を有する光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転位の発生を抑制した半導体層を積層して、光電変換効率を向上させることが可能な光電変換装置の製造方法および光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、光から電気へ変換する光電変換装置として、複数の光電変換層を積層した積層型の光電変換装置がある。複数の光電変換層は、半導体層を複数積層することによって構成されており、それぞれ異なるバンドギャップを有するように設定されている。
【０００３】
このような光電変換装置の研究開発において、光電変換層を積層する基板自体を光電変換層の１つとして用いることが提案されており、そのような基板としてシリコンを用いることが試みられている（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2002−319690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装置によれば、シリコン基板上に成長させたガリウムヒ素からなるバッファ層および半導体層の熱膨張係数と、シリコン基板の熱膨張係数とが大きく異なっていた。このことから、バッファ層および半導体層は同じガリウムヒ素によって構成されているため、バッファ層とシリコン基板との間に熱応力が発生しやすかった。そのため、シリコン基板上に半導体層を高い温度で成長させた後、室温まで降温させる過程において、シリコン基板とバッファ層との間に応力が発生することから、バッファ層または半導体層の内部に転位が多く発生することがあった。その結果、半導体層からなる光電変換層において、結晶性を向上させることが難しく、光電変換層の光電変換効率を向上させることが困難であった。
【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、光電変換層の結晶性を向上させて光電変換効率を向上させることが可能な光電変換装置の製造方法および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】
本発明の光電変換装置の製造方法は、シリコンからなる光電変換基板上に、第１の温度でガリウムヒ素からなるバッファ層を成長させるバッファ層成長工程と、前記バッファ層上に、前記第１の温度よりも高い第２の温度で、インジウム、ガリウムおよびリンからなる半導体層を成長させながら、該半導体層内に含まれるインジウムを前記バッファ層内に拡散させる半導体層成長・拡散工程と、前記半導体層上に光電変換層を成長させる光電変換層成長工程とを有する。
【０００８】
また、本発明の光電変換装置は、シリコンからなる光電変換基板と、該光電変換基板上に成長した、前記光電変換基板から遠ざかるにつれてインジウムの濃度が高くなっている、インジウムを含むガリウムヒ素からなるバッファ層と、該バッファ層上に成長した、インジウム、ガリウムおよびリンからなる半導体層と、該半導体層上に成長した、ガリウムヒ素からなる光電変換層とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光電変換装置の製造方法によれば、光電変換基板上に成長させたバッファ層内にインジウムを拡散させて、光電変換基板とバッファ層との熱膨張係数の差を小さくすることができる。そのため、光電変換基板とバッファ層との間に発生する熱応力を小さくすることができ、光電変換基板上に、転位の発生を抑制した光電変換層を形成することができる。
【００１０】
また、本発明の光電変換装置によれば、光電変換基板上に、光電変換基板から遠ざかるにつれてインジウムの濃度が高くなっているバッファ層と、バッファ層上に成長させたインジウムガリウムおよびリンからなる半導体層上に光電変換層を有していることから、光電変換層で発生した熱によって、光電変換基板とバッファ層との間に発生する熱応力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図３】本発明の光電変換装置の実施の形態の一例のバッファ層における、リンの濃度分布を模式的に表した濃度分布図である。
【図４】本発明の光電変換装置の製造方法の実施の形態の一例における一工程を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図５】本発明の光電変換装置の製造方法の実施の形態の一例における一工程を示す断面図である。
【図６】本発明の光電変換装置の製造方法の実施の形態の変形例における一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態の例について図を参照しながら説明する。
【００１３】
なお、本発明は以下の実施の形態の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変更を施すことができる。
【００１４】
＜光電変換装置＞
図１は本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は図１に示す光電変換装置１のＡ−Ａ’線断面図である。
【００１５】
本例の光電変換装置１は、図１および図２に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなり光電変換することが可能な光電変換基板２、ならびに光電変換基板２に順次積層された、バッファ層３、半導体層４および光電変換層５を有している。なお、光電変換装置１に入射する光は、光電変換基板２の主面２Ａ側から入射するように設定される。
【００１６】
このような本例の光電変換装置１は、レンズなどを用いて集光させた光を電気へ変換する集光型光電変換装置などに用いることができるものである。
【００１７】
光電変換装置１は、図１および図２に示すように、光電変換することが可能な光電変換基板２を有している。光電変換基板２は、平面視した形状が例えば四角形状などの多角形状または円形状などに設定されている。本例において、光電変換装置１が長方形となるように設けられていることから、光電変換基板２は、長方形で設けられている。光電変換基板２の平面視形状が長方形で設けられている場合は、１辺の長さが、例えば１μｍ以上20ｃｍ以下となるように設定されている。
【００１８】
光電変換装置１にレンズ等を用いて集光させた光を入射させる場合には、光電変換基板２の平面視形状を、集光させた光の平面視形状に合わせたものを用いればよい。光電変換基板２は、厚みが、例えば１μｍ以上500μｍ以下となるように設定することができる。光電変換基板２は、平面視したときの面積が、例えば１μｍ２以上100ｃｍ２以下となるように設定することができる。
【００１９】
光電変換基板２は、光電変換することが可能であるように設定されている。すなわち、光電変換基板２は、ｎ型の導電型を持つｎ型領域２ａと、ｐ型の導電型を持つｐ型領域２ｂとを有しており、ｎ型領域２ａとｐ型領域２ｂとはｐｎ接合されている。
【００２０】
光電変換基板２にｎ型領域２ａとｐ型領域２ｂとを設ける方法は、ｐ型シリコン材料を光電変換基板２に用いて、ｎ型の導電型を付与する元素を少量添加することによって光電変換基板２へ拡散させればよい。具体的に、光電変換基板２にｐ型シリコン材料を用いた場合であれば、ｎ型の導電型を付与する元素としてV族元素を用いることができる。V族元素としては、例えば窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）またはビスマス（Ｂｉ）などを用いることができる。
【００２１】
光電変換基板２は、ｐ型シリコン材料からなり、主面２Ａ側にリン（Ｐ）を含むｎ型領域２ａを有している。光電変換基板２の一部にｎ型領域２ａを有していることから、光電変換基板２の内部でｎ型領域２ａと光電変換基板２のｎ型領域２ａ以外の残余の部分との境界でｐｎ接合が形成されている。ｎ型領域２ａは、光電変換基板２の主面２Ａから深さ方向に、例えば10ｎｍ以上500ｎｍ以下の深さに渡って形成されている。
【００２２】
光電変換基板２の主面２Ａは平坦なものを用いることができる。光電変換基板２の上面２Ａの平坦性は、表面粗さが例えば10ｎｍ以下に設定されている。なお、光電変換基板２としては、主面２Ａを研磨したものを用いてもよく、光電変換基板２の主面２Ａの表面粗さとしては、ＪＩＳ  Ｂ0601−2001に準拠した最大高さ粗さＲｚを用いればよい。
【００２３】
光電変換基板２の主面２Ａには、バッファ層３が積層されている。バッファ層３は、インジウム（Ｉｎ）を含むガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなる化合物半導体によって構成されている。なお、ガリウムヒ素系の化合物半導体としては、例えば、ガリウムおよびヒ素（Ａｓ）からなる混晶、もしくはインジウム、アルミニウムのうち少なくとも１つを含むガリウムおよびヒ素からなる混晶などを用いることができる。
【００２４】
バッファ層３としてガリウムヒ素系の化合物半導体を用いた場合には、ガリウムヒ素系の化合物半導体の組成比は、光電変換基板２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ように設定される。バッファ層３を、光電変換基板２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ように設定することにより、光電変換基板２で吸収されやすい波長領域の光が、バッファ層３で吸収されにくくすることができる。バッファ層３のバンドギャップは、具体的には、シリコンからなる光電変換基板２のバンドギャップが、例えば1.05ｅＶ以上1.15ｅＶ以下であることから、例えば1.35ｅＶ以上に設定すればよい。
【００２５】
次に、バッファ層３内に拡散しているインジウムについて、図３を参照しつつ説明する。図３は、横軸にバッファ層３の上面から光電変換基板２への距離を、縦軸にインジウムの濃度（濃度％）を示し、バッファ層３内におけるインジウムの濃度分布を模式的に表したものである。バッファ層３は、図３に示すように、バッファ層３の上面から光電変換基板２の主面２Ａに近づくにつれて、インジウムの濃度が減少するようになっている。換言すると、光電変換基板２の主面２Ａから遠ざかるにつれて、インジウムの濃度が増加する
ようになっている。
【００２６】
バッファ層３内におけるインジウムの濃度は、バッファ層３の上面から光電変換基板２の主面２Ａに近づくにつれて、例えば、階段状に減少したり、滑らかに減少したりするように設定されていればよい。バッファ層３は、厚みｈが、例えば１ｎｍ以上450ｎｍ以下となるように設定されている。
【００２７】
半導体層４は、バッファ層３上に積層されている。半導体層４は、インジウム、ガリウムおよびリンからなる混晶から構成されている。なお、半導体層４の混晶には、アルミニウムを含んでもよく、例えばアルミニウム、インジウムおよびリンからなる混晶を用いることができる。半導体層４としてアルミニウムを含む混晶を用いた場合、格子定数の変動を抑制しつつ、バンドギャップを大きくすることができ、光電変換基板２で光電変換される波長領域の光の吸収を抑制することができる。半導体層４は、厚みが、例えば0.1μｍ以上20μｍ以下となるように設定されている。半導体層４のバンドギャップは、バッファ層３のバンドギャップよりも大きく設定されていてもよく、例えば1.5ｅＶ以上に設定することができる。
【００２８】
半導体層４上には、光電変換層５が積層されている。光電変換層５は、光電変換が可能な光電変換基板２とは、吸収されやすい光の波長領域が異なるように設定されている。そのため、シリコンからなる光電変換基板２のバンドギャップが例えば1.05ｅＶ以上1.15ｅＶ以下であることから、光電変換層５はバンドギャップを例えば1.4ｅＶ以上1.7ｅＶ以下に設定することができる。
【００２９】
光電変換層５は、ガリウムヒ素からなる半導体によって構成されている。光電変換層５としては、リン、ガリウム、ヒ素、インジウムおよびアルミニウムの少なくとも２つ以上を含む混晶を用いることができる。具体的に、光電変換層５としては、例えば、アルミニウム、ガリウムおよびヒ素からなる混晶またはガリウム、ヒ素およびリンからなる混晶などを用いることができる。光電変換層５は、厚みが例えば0.3μｍ以上30μｍ以下となるように設定されている。また、光電変換層５のバンドギャップは、半導体層４のバンドギャップと同じ以上に大きくなるよう設定すればよく、例えば1.4ｅＶ以上に設定されている。
【００３０】
本例の光電変換装置１は、上述した通り、ガリウムヒ素系の化合物半導体からなるバッファ層３には、インジウムが含まれている。このように、ガリウムヒ素からなる化合物半導体にインジウムが混入していることにより、熱膨張係数を、ガリウムヒ素の熱膨張係数よりも小さくすることができる。具体的には、ガリウムヒ素の熱膨張係数が例えば6.9×10−６１／Ｋよりも大きいのに対して、インジウムを含むガリウムヒ素の熱膨張係数は例えば4.5×10−６１／Ｋ以上6.9×10−６１／Ｋ以下とすることができる。
【００３１】
このようにバッファ層３の熱膨張係数を小さくすることにより、バッファ層３と光電変換基板２との熱膨張係数の差を小さくすることができる。そのため、光電変換装置１に電極を付ける工程、または光電変換装置１に集光させた光を入射する場合などにおいて、半導体層４、光電変換層５およびバッファ層３で熱が発生したとしても、バッファ層３と光電変換基板２との間で発生する熱応力を小さくすることができる。
【００３２】
そのため、光電変換基板２と光電変換層５との間に、バッファ層３および半導体層４を有することにより、光電変換基板２の内部と光電変換層５の内部に発生する応力を小さくすることができる。
【００３３】
このことから、光電変換装置１に光が入射して、光電変換基板２、バッファ層３、半導
体層４または光電変換層５で熱が発生することにより、それぞれの層が昇温と降温とを繰り返したとしても、光電変換基板２とバッファ層３との間で転位が発生することを抑制することができる。また、光電変換基板２の内部と光電変換層５の内部に発生する応力を小さくすることができることから、光電変換基板２と光電変換層５との特性が劣化することを抑制することができる。
【００３４】
また、バッファ層３内におけるインジウムの濃度が光電変換基板２から遠ざかるにつれて高くなるように設定されている。そのため、光電変換基板２とバッファ層３との界面において、シリコンからなる光電変換基板２の格子定数と、ガリウムヒ素からなるバッファ層３の格子定数との差が大きくなることを抑制することができる。その結果、光電変換基板２とバッファ層３との間で格子定数の差から、バッファ層３、半導体層４および光電変換層５の結晶がひずむことによって発生する転位の増加を抑制することができる。
【００３５】
このように本例の光電変換装置１では、バッファ層３が光電変換基板２の主面２Ａから遠ざかるにつれてインジウムの濃度が大きくなるように設定されている。そのため、光電変換基板２とバッファ層３との間で、格子定数の差が大きくなることを抑制するとともに、熱膨張係数の差を小さくすることができ、光電変換層５の光電変換率の低下を抑制することができる。
【００３６】
（光電変換装置の変形例）
バッファ層３は、アモルファス状態の結晶によって構成されていてもよい。アモルファス状態のバッファ層３は、厚みが例えば１ｎｍ以上100ｎｍ以下となるように設定されている。ここでアモルファス状態の結晶とは、結晶内に多くの転位を含む状態、または多数の単結晶の粒子からなる多結晶状態を指す。バッファ層３がアモルファス状態の結晶によって構成されており、バッファ層３と光電変換基板２との間で熱応力が発生したとしても、バッファ層３が変形することによって光電変換基板２との熱応力を緩和することができる。
【００３７】
さらに、本例の光電変換装置１は、熱膨張係数を小さくした半導体層４が直接バッファ層３上に設けられていることから、半導体層４または光電変換層５で発生した熱がバッファ層３に伝わりにくくなっている。また、応力を緩和することが可能なバッファ層３上に直接半導体層４が設けられていることから、半導体層４と光電変換基板２との熱膨張係数の差によって起因する熱応力を緩和することができる。
【００３８】
また、光電変換基板２と光電変換層５との間にトンネル接合層を設けてもよい。トンネル接合層は、光電変換層同士を電気的に接続するために、不純物を高濃度添加したｐｎ接合層であり、少なくとも一対のｐ＋層およびｎ＋層を含んでいる。
【００３９】
＜光電変換装置の製造方法＞
図４−図６は、それぞれ光電変換装置１の製造工程を示す断面図であり、いずれも図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。上述した光電変換装置１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。
【００４０】
続いて、本発明の光電変換装置１の製造方法の実施の形態の一例を説明する。本例の光電変換装置１の製造方法は、主に、バッファ層成長工程、半導体層成長・拡散工程、および光電変換層成長工程を有している。
【００４１】
（バッファ層成長工程）
光電変換基板２上に、バッファ層３を成長させる方法について、図４を参照しつつ説明する。
【００４２】
光電変換基板２としては、例えばｐ型の導電型が付与されたシリコン材料から構成されている。このような光電変換基板２の主面２Ａは、この主面２Ａにバッファ層３を結晶成長させることから平坦であってもよい。また、光電変換基板２の主面２Ａは、シリコンの（００１）面となるように設定されている。
【００４３】
バッファ層３としては、ガリウムヒ素を用いることができる。このようなガリウムヒ素からなるバッファ層３には、例えば、アルミニウムまたはリンの少なくとも１つの元素を含む混晶を用いることができ、バッファ層３としてアルミニウムまたはリンを含むガリウムヒ素を用いた場合は、ガリウムヒ素のバンドギャップよりも大きくすることができる。なお、バッファ層３は、インジウムを含んでいてもよい。
【００４４】
バッファ層３を光電変換基板２上に結晶成長させる方法としては、例えば分子線エピタキシャル法、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法またはパルスレーザデポジション法などを用いることができる。
【００４５】
バッファ層３としてガリウムヒ素を用いることから、ガリウムの原料ガスとして、例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）などの有機金属化合物が、成長装置内に、水素（Ｈ２）をキャリアガスとして供給される。また、ヒ素の原料ガスとして、例えばヒ化水素（アルシン：ＡｓＨ３）などが水素をキャリアガスとして成長装置内に供給される。なお、アルミニウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）を用いることができ、インジウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を用いることができる。さらに、リンの原料ガスとしては、例えばリン化水素（ホスフィン：ＰＨ３）などを用いることができる。
【００４６】
バッファ層３は、光電変換基板２上に、例えば300℃以上700℃以下の第１の温度（以下、第１温度という）によって成長させる。ここで、第１温度としては、光電変換基板２の基板温度を用いればよい。光電変換基板２の基板温度は、例えば、光電変換基板２の基板温度を制御するヒーター温度、および光電変換基板２の基板温度を測定するサセプター温度について、光電変換基板２にレーザを照射して、反射した光を測定することにより基板温度を測定する照射温度計の温度を用いることができる。なお、サセプターは、光電変換基板２の主面２Ａ以外の面と接するように配置すればよい。
【００４７】
一方、第１温度として、バッファ層３を結晶成長させるための密封された成長装置内の温度を用いてもよい。成長装置内における温度を測定する方法としては、例えば、成長装置内に熱電対を配置して測定する方法または成長容器外から照射温度計で測定する方法などを用いることができる。
【００４８】
光電変換基板２を第１温度に設定し、バッファ層３の原料ガスを成長装置内に供給することにより、光電変換基板２の主面２Ａに、ガリウムヒ素からなるバッファ層３の結晶成長させることができる。バッファ層３を成長させる際の圧力は、例えば５Ｔｏｒｒ以上760Ｔｏｒｒ以下に設定することができる。バッファ層３は、厚みが、例えば１ｎｍ以上450ｎｍ以下となるように設定されている。
【００４９】
バッファ層３は、バッファ層３を構成する化合物半導体の結晶がアモルファス状態となっている、いわゆる低温バッファ層であってもよい。バッファ層３を低温バッファ層として形成した場合には、バッファ層３がアモルファス状態であることから、バッファ層３上に成長させる半導体層と光電変換基板２との熱膨張係数の違いに起因して発生する熱応力を緩和することができる。そのため、半導体層４上の半導体層の結晶性を向上させることができる。
【００５０】
（半導体層成長・拡散工程）
次に、バッファ層３上に、半導体層４を成長させる工程について、図５を参照しつつ説明する。
【００５１】
半導体層４としては、インジウム、ガリウムおよびリンからなる混晶を用いることができる。半導体層４は、アルミニウムまたはヒ素のうち少なくとも１つの元素を含む混晶であってもよい。半導体層４は、シリコンからなる光電変換基板２のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを持つように設定されている。具体的に、半導体層４は、バンドギャップが例えば1.4ｅＶ以上となるように、組成比等が設定される。
【００５２】
半導体層４としては、ガリウムおよびインジウムの原料ガスとしてトリメチルガリウムおよびトリメチルインジウムなどの有機金属化合物を用いることができ、水素をキャリアガスとして成長装置内に供給される。また、リンの原料ガスとしては、リン化水素（ホスフィン）などを用いることができ、水素をキャリアガスとして成長装置内に供給される。
【００５３】
半導体層４は、バッファ層３上に、第１温度よりも高い第２の温度（以下、第２温度という）で成長させる。具体的に、半導体層４を成長させる第２温度は、第１温度よりも高い、例えば500℃以上850℃以下に設定されている。半導体層４は、厚みが、例えば、0.05μｍ以上20μｍ以下となるように設定されている。半導体層４を成長させる際の圧力は、例えば５Ｔｏｒｒ以上760Ｔｏｒｒ以下となるように設定されている。
【００５４】
半導体層４は、バッファ層３上に第１温度よりも高い第２温度で成長させることから、半導体層４内に含まれるインジウムをバッファ層３内により多く拡散させることができる。バッファ層３内にインジウムが拡散することにより、バッファ層３を構成するガリウムヒ素の組成がインジウムガリウムヒ素に近づくようになる。そのため、バッファ層３は、ガリウムヒ素のみからなる場合と比較して、熱膨張係数を小さくすることができる。
【００５５】
その後、半導体層４上に、光電変換層５を成長させる。この際、光電変換層５は、光電変換基板２の温度としては、例えば第１温度以上の高い温度により成長させることができる。光電変換層５は、半導体層４と格子定数が近いとともに、光電変換基板２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材料により設けられる。光電変換層５は、具体的に、ガリウム、ヒ素およびリンからなる混晶、アルミニウム、ガリウムおよびヒ素からなる混晶、もしくはインジウム、ガリウムおよびヒ素からなる混晶などを用いることができる。このようにして、光電変換装置１を設けることができる。
【００５６】
本例の光電変換装置の製造方法は、上述の通り、光電変換基板２上にバッファ層３を成長させた後、インジウム、ガリウムおよびリンからなる半導体層を成長させることにより、半導体層４内に含まれるインジウムをバッファ層３に拡散させる。そのため、半導体層４と光電変換基板２との熱膨張係数の差を小さくすることができ、光電変換基板２とバッファ層３との光電変換層５を半導体層４上に成長させた後、光電変換装置１の温度を降下させる際に、半導体層４と光電変換基板２との間に発生する熱応力を抑制させることができる。その結果、半導体層４または光電変換層５の内部に発生する転位が増加することを抑制することができる。
【００５７】
（光電変換装置の製造方法の変形例１）
半導体層成長・拡散工程の後であって、光電変換層成長工程の前に、半導体層４を第２温度以上の第３の温度（以下、第３温度という）で加熱する工程をさらに有していてもよい。半導体層４を加熱する第３温度は、第２温度以上であればよく、例えば500℃以上900℃以下となるように設定することができる。なお、半導体層４を加熱する第３温度は、光
電変換基板２の基板温度を用いればよい。これは、バッファ層３および半導体層４の厚みが光電変換基板２の厚みに対して十分小さいためである。
【００５８】
半導体層４を第２温度以上の温度で加熱することにより、半導体層４内に含まれるインジウムの運動エネルギーを増加することができるため、半導体層４からバッファ層３へ拡散するインジウムの量を増やすことができる。
【００５９】
また、半導体層４を加熱することにより、半導体層４内に含まれるリンを、バッファ層３を経由して光電変換基板２へ拡散させることができる。このようにリンを光電変換基板２内に拡散させることにより、ｎ型領域２ａをさらに拡大させることができる。そのため、インジウムの拡散する工程とｎ型領域２ａを拡大する工程とを同時に行なうことができることから、工程数を減らすことができ、生産性を向上させることができる。
【００６０】
一方、半導体層４を第２温度以上の温度で加熱する工程における雰囲気の圧力を、半導体層成長・拡散工程における雰囲気の圧力よりも高くしてもよい。このような圧力は、半導体層成長・拡散工程における雰囲気の圧力よりも高ければよく、例えば30Ｔｏｒｒ以上760Ｔｏｒｒ以下となるように設定することができる。
【００６１】
このように半導体層成長・拡散工程における雰囲気の圧力よりも高い圧力で、半導体層４を加熱することにより、バッファ層３の上面または成長途中の半導体層４にインジウムが付着した後、離散しにくくなるため半導体層４の成長速度が早くなり、半導体層４内に含まれるインジウムをバッファ層３へさらに拡散されやすくすることができる。その結果、バッファ層３内のインジウムの密度をさらに高くすることができる。換言すると、半導体成長・拡散工程における雰囲気の圧力で半導体層４を加熱した場合と比較して、高い圧力で半導体層４を加熱した場合にはかかる工程の時間を短縮することができる。
【００６２】
（光電変換装置の製造方法の変形例２）
光電変換層成長工程において、半導体層４上にガリウムヒ素からなる光電変換層５を、第１温度以上の第４の温度（以下、第４温度という）で成長させた後、第２温度よりも高い第５の温度（以下、第５温度という）で半導体層４を加熱する工程を有していてもよい。このように、光電変換層５を成長させた後、第２温度よりも高い第５温度で半導体層４を加熱することにより、半導体層４内に含まれるインジウムを、ガリウムヒ素からなる光電変換層５内に拡散させることができる。
【００６３】
光電変換層５を成長させる第４温度は、第１温度以上であればよく、例えば500℃以上850℃以下に設定される。また、第５温度は、第２温度以上であればよく、例えば600℃以上1300℃以下に設定される。なお、第５温度は、第４温度以上の温度であればよく、例えば700℃以上950℃以上に設定することにより、光電変換層５の成長の際に与える運動エネルギーよりも大きい運動エネルギーを半導体層４内のインジウムに与えることができ、光電変換層５の成長の際に拡散するインジウムの量よりも多く拡散させることができる。
【００６４】
そのため、光電変換層５の半導体層４側の領域を、インジウムを含むガリウムヒ素となるため、かかる領域の熱膨張係数を小さくすることができる。その結果、光電変換層５と半導体層４との界面で発生する熱応力を抑制することができ、半導体層４または光電変換層５の内部の転位の増加を抑制することができる。
【００６５】
（光電変換装置の製造方法の変形例３）
半導体層成長・拡散工程において、インジウム、ガリウムおよびリンからなる半導体層４を結晶成長させる際に、インジウムの原料ガスを、インジウムを拡散させる前の半導体層４の所望の組成比の比率よりも高くして供給してもよい。半導体層４をインジウム、ガ
リウムおよびリンからなる混晶で形成した場合に、インジウムの原料ガスの流量を、ガリウムおよびリンの原料ガスの流量よりも高く設定すればよい。
【００６６】
このように、インジウムの原料ガスの流量を、ガリウムおよびリンの原料ガスの通常の流量よりも高く設定することにより、半導体層４内のインジウムがバッファ層３内に拡散して減少しても、半導体層４の所望の組成に近づけることができる。なお、通常の流量とは、所望の第２半導体層４の組成比を成長させるための原料ガスの流量を指す。すなわち、半導体層４内においてインジウムがガリウムよりも多い状態になっているため、バッファ層３内に拡散しやすくなっている。
【００６７】
また、インジウムの原料ガスの流量を、ガリウムおよびリンの原料ガスの流量よりも高く設定して、半導体層４を成長させる際に、光電変換基板２を通常の成長温度よりも加熱してもよい。インジウムの原料ガスの流量を高く設定して、半導体層４を成長する際に、光電変換基板２をさらに加熱してバッファ層３の熱エネルギーを高くすることにより、バッファ層３にインジウムをさらに拡散させることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  光電変換装置
２  基板
２ａ  ｎ型領域
２ｂ  ｐ型領域
２Ａ  主面
３  バッファ層
４  半導体層
５  光電変換層
【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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