(57)【要約】【課題】化合物半導体太陽電池の特性の悪化を抑制することができる化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法を提供する。【解決手段】ＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＧａＰ層をＭＯＶＰＥ法により成長させた後に、短時間だけガスを供給してＩｎＧａＰ薄膜層またはＩｎＧａＡｓ薄膜層を成長させ、基板温度を一定に保持した後にＩｎＧａＰ層またはＩｎＧａＡｓ層を成長させる化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法である。【選択図】図１
2013172144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して基板上にＩｎＧａＡｓ層を成長させる第１の成長工程と、
前記Ａｓ系ガス、前記Ｇａ系ガスおよび前記Ｉｎ系ガスの供給を停止する第１の供給停止工程と、
前記第１の供給停止工程の後に、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを短時間だけ供給して前記ＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ薄膜層を成長させる第２の成長工程と、
前記Ｐ系ガス、前記Ｇａ系ガスおよび前記Ｉｎ系ガスの供給を停止する第２の供給停止工程と、
前記第２の供給停止工程の後に、前記基板の温度を一定に保持する基板温度保持工程と、
前記基板温度保持工程の後に、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して前記ＩｎＧａＰ薄膜層上にＩｎＧａＰ層を成長させる第３の成長工程と、を含む、化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項２】
前記第２の成長工程において、前記Ｐ系ガス、前記Ｇａ系ガスおよび前記Ｉｎ系ガスの供給時間は、３秒以上１５秒以下である、請求項１に記載の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項３】
前記基板温度保持工程において、前記基板の温度を一定に保持する時間は、３０秒以上１２０秒以下である、請求項１または２に記載の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項４】
少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して基板上にＩｎＧａＰ層を成長させる第１の成長工程と、
前記Ｐ系ガス、前記Ｇａ系ガスおよび前記Ｉｎ系ガスの供給を停止する第１の供給停止工程と、
前記第１の供給停止工程の後に、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを短時間だけ供給して前記ＩｎＧａＰ層上にＩｎＧａＡｓ薄膜層を成長させる第２の成長工程と、
前記Ａｓ系ガス、前記Ｇａ系ガスおよび前記Ｉｎ系ガスの供給を停止する第２の供給停止工程と、
前記第２の供給停止工程の後に、前記基板の温度を一定に保持する基板温度保持工程と、
前記基板温度保持工程の後に、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して前記ＩｎＧａＡｓ薄膜層上にＩｎＧａＡｓ層を成長させる第３の成長工程と、を含む、化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項５】
前記第２の成長工程において、前記Ａｓ系ガス、前記Ｇａ系ガスおよび前記Ｉｎ系ガスの供給時間は、３秒以上１５秒以下である、請求項４に記載の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項６】
前記基板温度保持工程において、前記基板の温度を一定に保持する時間は、３０秒以上１２０秒以下である、請求項４または５に記載の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体太陽電池を高効率化するために、半導体基板上に半導体基板と同程度の格子定数を有する化合物半導体層を成長させることによって、結晶性に優れた化合物半導体層からなる複数個のサブセルを有する化合物半導体太陽電池を製造していた。
【０００３】
化合物半導体層を成長させるための主な半導体基板となるＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓまたはＩｎＰなどと同程度の格子定数を有し、さらに好適なバンドギャップを有するサブセルを用いた化合物半導体太陽電池としては、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ化合物半導体太陽電池や、Ｇｅ基板を用いたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ化合物半導体太陽電池等があった。
【０００４】
さらに、近年では、化合物半導体太陽電池の研究が進み、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓの３接合型の化合物半導体太陽電池において、ＧａＡｓサブセルとＩｎＧａＡｓサブセルとの間に格子定数が階段状に変化するＩｎＧａＰ中間層を備えた化合物半導体太陽電池も提案されている。
【０００５】
ＩｎＧａＰ中間層を備えた化合物半導体太陽電池の製造工程には、ＩｎＧａＡｓ上にＩｎＧａＰをＭＯＶＰＥ法により成長させる工程および／またはＩｎＧａＰ上にＩｎＧａＡｓをＭＯＶＰＥ法により成長させる工程が含まれ得る。
【０００６】
化合物半導体太陽電池とは全く異なる技術分野であるが、たとえば特許文献１には、ＧａＡｓ上にＩｎＧａＰをＭＯＶＰＥ法により成長させる方法が開示されている。
【０００７】
具体的には、基板上にｐ型ＧａＡｓからなるベース層を成長させた後に、ＡｓＨ3ガスを１０分間フローした後、高純度のＨ2ガスを３分間フローする。その後、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＰＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用いて、ｎ型Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐ層を成長させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１９４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の方法においては、ＡｓＨ3ガスからＰＨ3ガスに切り替える際に、基板温度が急激に上昇するという問題があることを本発明者は見い出した。基板温度が急激に上昇した場合には、ｎ型Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐ層の成長時に、材料ガスであるＩｎ（ＣＨ3）3とＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3との分解の割合が変化して、所望の組成を得ることができない。
【００１０】
したがって、特許文献１の方法をＩｎＧａＰ中間層を備えた化合物半導体太陽電池の製造方法に適用した場合には、ＩｎＧａＰ組成のずれにより、ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓとの界面に欠陥が発生して、リーク電流が発生し、化合物半導体太陽電池の特性が悪化するという問題もあった。
【００１１】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、化合物半導体太陽電池の特性の悪化を抑制することができる化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して基板上にＩｎＧａＡｓ層を成長させる第１の成長工程と、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する第１の供給停止工程と、第１の供給停止工程の後に、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを短時間だけ供給してＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ薄膜層を成長させる第２の成長工程と、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する第２の供給停止工程と、第２の供給停止工程の後に、基板の温度を一定に保持する基板温度保持工程と、基板温度保持工程の後に、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給してＩｎＧａＰ薄膜層上にＩｎＧａＰ層を成長させる第３の成長工程と、を含む、化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法である。
【００１３】
ここで、本発明の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法の第２の成長工程において、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給時間は、３秒以上１５秒以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法の基板温度保持工程において、基板の温度を一定に保持する時間は、３０秒以上１２０秒以下であることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明は、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して基板上にＩｎＧａＰ層を成長させる第１の成長工程と、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する第１の供給停止工程と、第１の供給停止工程の後に、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを短時間だけ供給してＩｎＧａＰ層上にＩｎＧａＡｓ薄膜層を成長させる第２の成長工程と、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する第２の供給停止工程と、第２の供給停止工程の後に、基板の温度を一定に保持する基板温度保持工程と、基板温度保持工程の後に、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給してＩｎＧａＡｓ薄膜層上にＩｎＧａＡｓ層を成長させる第３の成長工程と、を含む、化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法である。
【００１６】
ここで、本発明の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法の第２の成長工程において、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給時間は、３秒以上１５秒以下であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法の基板温度保持工程において、基板の温度を一定に保持する時間は、３０秒以上１２０秒以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、化合物半導体太陽電池の特性の悪化を抑制することができる化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は、実施の形態１の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法を図解する模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、実施の形態２の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法を図解する模式図である。
【図３】実施例の化合物半導体太陽電池の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図４】（ａ）は実施例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＰ層上にＩｎＧａＡｓ層を形成する際の時間（秒）に対する基板温度（℃）の変化を示す図であり、（ｂ）は実施例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＰ層上にＩｎＧａＡｓ層を形成する際のガス供給のタイミングを示す図である。
【図５】（ａ）は実施例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を形成する際の時間（秒）に対する基板温度（℃）の変化を示す図であり、（ｂ）は実施例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を形成する際のガス供給のタイミングを示す図である。
【図６】実施例の化合物半導体太陽電池の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図７】実施例の化合物半導体太陽電池の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図８】実施例の化合物半導体太陽電池の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図９】実施例の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図である。
【図１０】（ａ）は比較例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＰ層上にＩｎＧａＡｓ層を形成する際の時間（秒）に対する基板温度（℃）の変化を示す図であり、（ｂ）は比較例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＰ層上にＩｎＧａＡｓ層を形成する際のガス供給のタイミングを示す図である。
【図１１】（ａ）は比較例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を形成する際の時間（秒）に対する基板温度（℃）の変化を示す図であり、（ｂ）は比較例の化合物半導体太陽電池のＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を形成する際のガス供給のタイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２１】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）〜図１（ｇ）に、本発明の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法の一例である実施の形態１の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法を図解する模式図を示す。まず、図１（ａ）に示すように、成長室２の内部に基板１を設置する。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、成長室２の内部に、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して基板１上にＩｎＧａＡｓ層３をＭＯＶＰＥ法により成長させる。
【００２３】
Ａｓ系ガスは、Ａｓの化合物からなるガスであり、たとえばＡｓＨ3などが挙げられる。また、Ｇａ系ガスは、Ｇａの化合物からなるガスであり、たとえばＴＭＧ（トリメチルガリウム）などが挙げられる。また、Ｉｎ系ガスは、Ｉｎの化合物からなるガスであり、たとえばＴＭＩ（トリメチルインジウム）などが挙げられる。
【００２４】
また、成長室２の内部には、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとが供給されれば、その他のガスが供給されてもよい。その他のガスとしては、たとえばＨ2ガスなどが挙げられる。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、成長室２の内部への、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する。ここで、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給の停止の順序は特に限定されず、最終的に、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給が停止されればよい。
【００２６】
また、成長室２の内部に、たとえばＨ2ガスなどのその他のガスが供給されている場合には、その他のガスの供給は停止されてもよく、停止されなくてもよい。
【００２７】
上記のように、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給を停止した後には、図１（ｄ）に示すように、成長室２の内部に、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを短時間だけ供給してＩｎＧａＡｓ層３上にＩｎＧａＰ薄膜層４をＭＯＶＰＥ法により成長させる。
【００２８】
Ｐ系ガスは、Ｐの化合物からなるガスであり、たとえばＰＨ3などが挙げられる。また、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスについての説明は上記と同様であるため、ここではその説明については省略する。
【００２９】
また、成長室２の内部には、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとが供給されれば、その他のガスが供給されてもよい。その他のガスとしては、たとえばＨ2ガスなどが挙げられる。
【００３０】
ＩｎＧａＰ薄膜層４を成長させる際のＰ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給時間は、３秒以上１５秒以下であることが好ましい。この場合には、ＩｎＧａＡｓ層３上に成長したＩｎＧａＰ薄膜層４の厚さが好適となるため、ＩｎＧａＡｓ層３との格子不整合に起因して発生するＩｎＧａＰ薄膜層４の結晶欠陥によるリーク電流を低減できるとともに、ＩｎＧａＰ薄膜層４上にたとえばＰＨ3などのＰ系ガスを用いて他の層をＭＯＶＰＥ法により成長させる際に、Ｐ系ガスがＩｎＧａＰ薄膜層４を透過してＩｎＧａＡｓ層３上にＩｎＧａＡｓＰ層が形成されるのを抑制することができる。
【００３１】
また、ＩｎＧａＰ薄膜層４の厚さは、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合には、ＩｎＧａＰ薄膜層４によってＩｎＧａＡｓ層３との格子不整合に起因して発生するＩｎＧａＰ薄膜層４の結晶欠陥によるリーク電流を低減できるとともに、ＩｎＧａＰ薄膜層４上にたとえばＰＨ3などのＰ系ガスを用いて他の層をＭＯＶＰＥ法により成長させる際、Ｐ系ガスがＩｎＧａＰ薄膜層４を透過してＩｎＧａＡｓ層３上にＩｎＧａＡｓＰ層が形成されるのを抑制することができる。
【００３２】
次に、図１（ｅ）に示すように、成長室２の内部への、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する。ここで、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給の停止の順序は特に限定されず、最終的に、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給が停止されればよい。
【００３３】
また、成長室２の内部に、たとえばＨ2ガスなどのその他のガスが供給されている場合には、その他のガスの供給は停止されてもよく、停止されなくてもよい。
【００３４】
上記のように、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給を停止した後には、図１（ｆ）に示すように、基板１の温度を一定に保持する。ここで、基板１の温度は、実質的に一定に保持されればよく、本発明の効果を損なわない範囲でわずかに変動してもよい。なお、基板１の温度は、たとえばヒータなどの従来から公知の加熱手段を調節することなどによって一定に保持することができる。
【００３５】
ここで、基板１の温度を一定に保持する時間は、３０秒以上１２０秒以下であることが好ましい。基板１の温度を一定に保持する時間が３０秒以上である場合には、基板１の温度が急激に上昇している際に後述するＩｎＧａＰ層が成長せず、基板１の温度が一定に保持されている際に後述するＩｎＧａＰ層が成長させることができる傾向にある。基板１の温度を一定に保持する時間が１２０秒以下である場合には、基板１の温度が一定に保持された状態で、後述するＩｎＧａＰ層をより効率的に成長させることができる。
【００３６】
上記のように、基板１の温度を一定に保持した後に、図１（ｇ）に示すように、成長室２の内部に、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給してＩｎＧａＰ薄膜層４上にＩｎＧａＰ層５をＭＯＶＰＥ法により成長させる。なお、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスについての説明は上記と同様であるため、ここではその説明については省略する。
【００３７】
上述のように、ＩｎＧａＡｓ層の成長を停止し、ＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を成長させるためには、Ａｓ系ガスの供給を停止し、Ｐ系ガスの供給を行なう必要があるが、Ａｓ系ガスからＰ系ガスに切り替えた際に基板温度が急激に上昇する。
【００３８】
そのため、Ｐ系ガスを供給しながら、基板温度が安定するのを待つ必要があるが、ＩｎＧａＡｓ層上に直接Ｐ系ガスを供給するとＩｎＧａＡｓＰ層が形成され、ＩｎＧａＡｓＰ層がＩｎＧａＡｓ層と格子不整合を生じ、これらの層の界面に結晶欠陥が発生して、リーク電流が発生する。
【００３９】
そこで、実施の形態１の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法においては、Ｐ系ガスの透過を抑制し、かつリーク電流の発生も抑制できる程度の厚さのＩｎＧａＰ薄膜層４をＩｎＧａＡｓ層３上に成長させ、その後、基板１の温度を一定に保持した後に、ＩｎＧａＡｓＰ層５を成長させている。これにより、ＩｎＧａＡｓ層３上にＩｎＧａＡｓＰ層が形成されるのを抑制することができるとともに、ＩｎＧａＡｓ層３との格子不整合に基づくＩｎＧａＰ薄膜層４自体の結晶欠陥によるリーク電流の発生も抑制することができる。
【００４０】
したがって、実施の形態１の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法をＩｎＧａＰ中間層を備えた化合物半導体太陽電池の製造方法に適用した場合には、リーク電流の発生による化合物半導体太陽電池の特性の悪化を抑制することができる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
図２（ａ）〜図２（ｇ）に、本発明の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法の他の一例である実施の形態２の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法を図解する模式図を示す。まず、図２（ａ）に示すように、成長室２の内部に基板１を設置する。
【００４２】
次に、図２（ｂ）に示すように、成長室２の内部に、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給して基板１上にＩｎＧａＰ層６をＭＯＶＰＥ法により成長させる。
【００４３】
また、成長室２の内部には、少なくともＰ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとが供給されれば、その他のガスが供給されてもよい。その他のガスとしては、たとえばＨ2ガスなどが挙げられる。
【００４４】
次に、図２（ｃ）に示すように、成長室２の内部への、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する。ここで、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給の停止の順序は特に限定されず、最終的に、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給が停止されればよい。
【００４５】
また、成長室２の内部に、たとえばＨ2ガスなどのその他のガスが供給されている場合には、その他のガスの供給は停止されてもよく、停止されなくてもよい。
【００４６】
上記のように、Ｐ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給を停止した後には、図２（ｄ）に示すように、成長室２の内部に、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを短時間だけ供給してＩｎＧａＰ層６上にＩｎＧａＡｓ薄膜層７をＭＯＶＰＥ法により成長させる。
【００４７】
また、成長室２の内部には、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとが供給されれば、その他のガスが供給されてもよい。その他のガスとしては、たとえばＨ2ガスなどが挙げられる。
【００４８】
ＩｎＧａＡｓ薄膜層７を成長させる際のＡｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給時間は、３秒以上１５秒以下であることが好ましい。この場合には、ＩｎＧａＰ層６上に成長したＩｎＧａＡｓ薄膜層７の厚さが好適となるため、ＩｎＧａＰ層６との格子不整合に起因して発生するＩｎＧａＡｓ薄膜層７の結晶欠陥によるリーク電流を低減できるとともに、ＩｎＧａＡｓ薄膜層７上にたとえばＡｓＨ3などのＡｓ系ガスを用いて他の層をＭＯＶＰＥ法により成長させる際に、Ａｓ系ガスがＩｎＧａＡｓ薄膜層７を透過してＩｎＧａＰ層６上にＩｎＧａＡｓＰ層が形成されるのを抑制することができる。
【００４９】
また、ＩｎＧａＡｓ薄膜層７の厚さは、８ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合には、ＩｎＧａＡｓ薄膜層７によってＩｎＧａＰ層６との格子不整合に起因して発生するＩｎＧａＡｓ薄膜層７の結晶欠陥によるリーク電流を低減できるとともに、ＩｎＧａＡｓ薄膜層７上にたとえばＡｓＨ3などのＡｓ系ガスを用いて他の層をＭＯＶＰＥ法により成長させる際、Ａｓ系ガスがＩｎＧａＡｓ薄膜層７を透過してＩｎＧａＰ層６上にＩｎＧａＡｓＰ層が形成されるのを抑制することができる。
【００５０】
次に、図２（ｅ）に示すように、成長室２の内部への、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給を停止する。ここで、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの供給の停止の順序は特に限定されず、最終的に、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給が停止されればよい。
【００５１】
また、成長室２の内部に、たとえばＨ2ガスなどのその他のガスが供給されている場合には、その他のガスの供給は停止されてもよく、停止されなくてもよい。
【００５２】
上記のように、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスの成長室２の内部への供給を停止した後には、図２（ｆ）に示すように、基板１の温度を一定に保持する。ここで、基板１の温度は、実質的に一定に保持されればよく、本発明の効果を損なわない範囲でわずかに変動してもよい。
【００５３】
ここで、基板１の温度を一定に保持する時間は、３０秒以上１２０秒以下であることが好ましい。基板１の温度を一定に保持する時間が３０秒以上である場合には、基板１の温度が急激に下降している際に後述するＩｎＧａＡｓ層が成長せず、基板１の温度が一定に保持されている際に後述するＩｎＧａＡｓ層が成長して、ＩｎＧａＡｓ層の組成のずれが生じにくくなる。基板１の温度を一定に保持する時間が１２０秒以下である場合には、基板１の温度が一定に保持された状態で、後述するＩｎＧａＡｓ層をより効率的に成長させることができる。
【００５４】
上記のように、基板１の温度を一定に保持した後に、図２（ｇ）に示すように、成長室２の内部に、少なくともＡｓ系ガスとＧａ系ガスとＩｎ系ガスとを供給してＩｎＧａＡｓ薄膜層７上にＩｎＧａＡｓ層８をＭＯＶＰＥ法により成長させる。なお、Ａｓ系ガス、Ｇａ系ガスおよびＩｎ系ガスについての説明は上記と同様であるため、ここではその説明については省略する。
【００５５】
上述のように、ＩｎＧａＰ層の成長を停止し、ＩｎＧａＰ層上にＩｎＧａＡｓ層を成長させるためには、Ｐ系ガスの供給を停止し、Ａｓ系ガスの供給を行なう必要があるが、Ｐ系ガスからＡｓ系ガスに切り替えた際に基板温度が急激に下降する。
【００５６】
そのため、Ａｓ系ガスを供給しながら、基板温度が安定するのを待つ必要があるが、ＩｎＧａＰ層上に直接Ａｓ系ガスを供給するとＩｎＧａＡｓＰ層が形成され、ＩｎＧａＡｓＰ層がＩｎＧａＰ層と格子不整合を生じ、これらの層の界面に結晶欠陥が発生して、リーク電流が発生する。
【００５７】
そこで、実施の形態２の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法においては、Ａｓ系ガスの透過を抑制し、かつリーク電流の発生も抑制できる程度の厚さのＩｎＧａＡｓ薄膜層７をＩｎＧａＰ層６上に成長させ、その後、基板１の温度を一定に保持した後に、ＩｎＧａＡｓＰ層８を成長させている。これにより、ＩｎＧａＰ層６上にＩｎＧａＡｓＰ層が形成されるのを抑制することができるとともに、ＩｎＧａＰ層６との格子不整合に基づくＩｎＧａＡｓ薄膜層７自体の結晶欠陥によるリーク電流の発生も抑制することができる。
【００５８】
したがって、実施の形態２の化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法をＩｎＧａＰ中間層を備えた化合物半導体太陽電池の製造方法に適用した場合にも、リーク電流の発生による化合物半導体太陽電池の特性の悪化を抑制することができる。
【００５９】
実施の形態２における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。
【実施例】
【００６０】
＜実施例＞
まず、図３の模式的断面図に示すように、成長基板２０１上に、ｎ型ＧａＡｓ層１２６、ｎ型ＡｌＩｎＰ層１２５、ｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１２４（厚さ０．０５μｍ）、ｐ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１２３（厚さ０．７μｍ）、ｐ型ＡｌＩｎＰ層１２２、ｐ型ＡｌＩｎＰ層１２１、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１２０（厚さ０．０２μｍ）、ｎ++Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１１９（厚さ０．０２μｍ）、ｎ型ＡｌＩｎＰ層１１８、ｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１１７、ｎ型ＧａＡｓ層１１６（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＧａＡｓ層１１５（厚さ３μｍ）、ｐ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１１４、ｐ型ＡｌＩｎＰ層１１３、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２（厚さ０．０２μｍ）、ｎ++型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１１１（厚さ０．０２μｍ）、ｎ型ＡｌＩｎＰ層１１０、ｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層２１ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.515Ｇａ0.485Ｐ層２２ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.541Ｇａ0.459Ｐ層２３ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.566Ｇａ0.434Ｐ層２４ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.592Ｇａ0.408Ｐ層２５ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.617Ｇａ0.383Ｐ層２６ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.643Ｇａ0.357Ｐ層２７ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.668Ｇａ0.332Ｐ層２８ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.694Ｇａ0.306Ｐ層２９ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.719Ｇａ0.281Ｐ層３０ａ（厚さ０．２５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３１、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３（厚さ３μｍ）、ｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４、およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５をこの順序でＭＯＶＰＥ法により成長させた。
【００６１】
ｎ型Ｉｎ0.255Ｇａ0.745Ｐ層３１からｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２、ならびにｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４からｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５へのＭＯＶＰＥ法による成長は、成長基板２０１が図４（ａ）に示す温度変化となり、ＴＭＧ、ＰＨ3、ＴＭＩ、ＡｓＨ3およびＨ2のガスの供給が図４（ｂ）に示すタイミングとなるようにして行なわれた。これにより、ｎ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３１とｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２との間、およびｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４とｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５との間には、それぞれ、図示しないＩｎＧａＡｓ薄膜層が形成された。
【００６２】
具体的には、ｎ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３１およびｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４のそれぞれの成長後に、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給が停止され、その後、ＰＨ3の供給が停止された。そして、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＡｓＨ3が５秒間だけ供給されて、厚さ１４ｎｍのＩｎＧａＡｓ薄膜層が形成された。その後、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＡｓＨ3の供給が停止され、成長基板２０１の温度を上昇させ、成長基板２０１の温度が一定になるように保持された。その後、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＡｓＨ3の供給が開始されて、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５をそれぞれ成長させた。
【００６３】
ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３からｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４へのＭＯＶＰＥ法による成長は、成長基板２０１が図５（ａ）に示す温度変化となり、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、ＴＭＩ、ＰＨ3およびＨ2のガスの供給が図５（ｂ）に示すタイミングとなるようにして行なわれた。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３とｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４との間に、図示しないＩｎＧａＰ薄膜層が形成された。
【００６４】
具体的には、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３の成長後に、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給が停止され、その後、ＡｓＨ3の供給が停止された。そして、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＰＨ3が６秒間だけ供給されて、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＰ薄膜層が形成された。その後、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＰＨ3の供給が停止され、成長基板２０１の温度を低下させ、成長基板２０１の温度が一定になるように保持された。その後、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＰＨ3の供給が開始されて、ｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４を成長させた。
【００６５】
次に、図６の模式的断面図に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５上に金属層１５１を用いて支持基板１０１を貼り付けた。ここで、支持基板１０１は、たとえば厚さ４００μｍのシリコンまたはＧａＡｓからなる基板とすることができる。また、金属層１５１は、たとえば、金若しくは銀などの金属、または金と銀若しくは金と錫の合金などからなる金属層うとすることができる。
【００６６】
次に、図７の模式的断面図に示すように、ｎ型ＧａＡｓ層１２６の表面が露出するように、成長基板２０１をエッチングにより除去した。
【００６７】
次に、図８の模式的断面図に示すように、ｎ型ＧａＡｓ層１２６の一部をエッチングにより除去して、ｎ型ＡｌＩｎＰ層１２５の表面の一部を露出させた。
【００６８】
その後、図９の模式的断面図に示すように、ｎ型ＡｌＩｎＰ層１２５の表面上に反射防止膜１２７を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ層１２６上にｎ型ＧａＡｓ層１２６とオーミック接触を為すＡｕＧｅ合金などからなる第１電極１２８を形成し、支持基板１０１の裏面に公知の金属材料からなる第２電極１０２を形成した。これにより、実施例の化合物半導体太陽電池が作製された。
【００６９】
図９に示す実施例の化合物半導体太陽電池は、ｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１２４とｐ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層１２３との接合体からなるトップセル、ｎ型ＧａＡｓ層１１６とｐ型ＧａＡｓ層１１５との接合体からなるミドルセル、およびｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２とｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３との接合体からなるボトムセルが、光入射側から、配置されている。
【００７０】
また、図９に示す実施例の化合物半導体太陽電池は、ミドルセルとボトムセルとの間にｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層２１ａからｎ型Ｉｎ0.719Ｇａ0.281Ｐ層３０ａまでの積層体からなる格子定数が階段状に変化するＩｎＧａＰ中間層を備えている。
【００７１】
ソーラシミュレータを用いて、支持基板１０１と反対側から、ＡＭ０の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ2のエネルギ密度で照射することによって、実施例の化合物半導体太陽電池のＩ−Ｖ曲線を求め、そのＩ−Ｖ曲線から実施例の化合物半導体太陽電池の開放電圧（Ｖoc）、短絡電流密度（Ｊsc）、曲線因子（Ｆ．Ｆ）および変換効率（Ｅff）を算出した。
【００７２】
その結果、実施例のＡＭ０での化合物半導体太陽電池の開放電圧（Ｖoc）は３．０２Ｖであり、短絡電流密度（Ｊsc）は１７．５ｍＡ／ｃｍ2であり、Ｆ．Ｆは０．８５６であり、Ｅffは３３．１％であった。
【００７３】
＜比較例＞
以下の（i）および（ii）以外は実施例と同様にして、比較例の化合物半導体太陽電池を作製し、実施例と同様にして、比較例の化合物半導体太陽電池の開放電圧（Ｖoc）、短絡電流密度（Ｊsc）、曲線因子（Ｆ．Ｆ）および変換効率（Ｅff）を算出した。
【００７４】
その結果、比較例のＡＭ０での化合物半導体太陽電池の開放電圧（Ｖoc）は２．９５Ｖであり、短絡電流密度（Ｊsc）は１７．６ｍＡ／ｃｍ2であり、Ｆ．Ｆは０．８１８であり、Ｅffは３１．１％であった。
【００７５】
（i）ｎ型Ｉｎ0.255Ｇａ0.745Ｐ層３１からｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２、ならびにｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４からｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５へのＭＯＶＰＥ法による成長が、成長基板２０１が図１０（ａ）に示す温度変化となり、ＴＭＧ、ＰＨ3、ＴＭＩ、ＡｓＨ3およびＨ2のガスの供給が図１０（ｂ）に示すタイミングとなるようにして行なわれた。これにより、ｎ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３１とｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２との間、およびｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４とｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５との間には、それぞれ、ＩｎＧａＡｓ薄膜層が形成されなかった。
【００７６】
具体的には、ｎ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３１およびｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４のそれぞれの成長後に、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給が停止され、その後、ＰＨ3の供給が停止された。そして、成長基板２０１の温度が急激に低下し始める時点から、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＡｓＨ3の供給が開始されて、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層３２およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層３５をそれぞれ成長させた。
【００７７】
（ii）ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３からｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４へのＭＯＶＰＥ法による成長は、成長基板２０１が図１１（ａ）に示す温度変化となり、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、ＴＭＩ、ＰＨ3およびＨ2のガスの供給が図１１（ｂ）に示すタイミングとなるようにして行なわれた。これにより、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３とｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４との間には、ＩｎＧａＰ薄膜層が形成されなかった。
【００７８】
具体的には、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３３の成長後に、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給が停止され、その後、ＡｓＨ3の供給が停止された。そして、成長基板２０１の温度が急激に上昇し始める時点から、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＰＨ3の供給が開始されて、ｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層３４を成長させた。
【００７９】
＜まとめ＞
以上の結果により、ＩｎＧａＡｓ薄膜層およびＩｎＧａＰ薄膜層が形成された実施例の化合物半導体太陽電池においては、ＩｎＧａＡｓ薄膜層およびＩｎＧａＰ薄膜層が形成されなかった比較例の化合物半導体太陽電池と比べて、特性の悪化を抑制することができることが確認された。
【００８０】
これは、ＩｎＧａＡｓ薄膜層およびＩｎＧａＰ薄膜層の形成により、ＩｎＧａＡｓＰ層が形成されるのを抑制することができるとともに、格子不整合に基づくＩｎＧａＡｓ薄膜層およびＩｎＧａＰ薄膜層自体の結晶欠陥によるリーク電流の発生も抑制できたことによるものと考えられる。
【００８１】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００８２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、化合物半導体のＭＯＶＰＥ成長方法に利用することができ、特に、ＩｎＧａＰ中間層を備えた化合物半導体太陽電池の製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  基板、２  成長室、３  ＩｎＧａＡｓ層、４  ＩｎＧａＰ薄膜層、５  ＩｎＧａＰ層、６  ＩｎＧａＰ層、７  ＩｎＧａＡｓ薄膜層、８  ＩｎＧａＡｓＰ層、２１ａ  ｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層、２２ａ  ｎ型Ｉｎ0.515Ｇａ0.485Ｐ層、２３ａ  ｎ型Ｉｎ0.541Ｇａ0.459Ｐ層、２４ａ  ｎ型Ｉｎ0.566Ｇａ0.434Ｐ層、２５ａ  ｎ型Ｉｎ0.592Ｇａ0.408Ｐ層、２６ａ  ｎ型Ｉｎ0.617Ｇａ0.383Ｐ層、２７ａ  ｎ型Ｉｎ0.643Ｇａ0.357Ｐ層、２８ａ  ｎ型Ｉｎ0.668Ｇａ0.332Ｐ層、２９ａ  ｎ型Ｉｎ0.694Ｇａ0.306Ｐ層、３０ａ  ｎ型Ｉｎ0.719Ｇａ0.281Ｐ層、３１  ｎ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層、３２  ｎ型ＩｎＧａＡｓ層、３３  ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、３４  ｐ型Ｉｎ0.745Ｇａ0.255Ｐ層、３５  ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、１０１  支持基板、１０２  第２電極、１１０  ｎ型ＡｌＩｎＰ層、１１１  ｎ++型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層、１１２  ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層、１１３  ｐ型ＡｌＩｎＰ層、１１４  ｐ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層、１１５  ｐ型ＧａＡｓ層、１１６  ｎ型ＧａＡｓ層、１１７  ｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層、１１８  ｎ型ＡｌＩｎＰ層、１１９  ｎ++Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層、１２０  ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層、１２１  ｐ型ＡｌＩｎＰ層、１２２  ｐ型ＡｌＩｎＰ層、１２３  ｐ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層、１２４  ｎ型Ｉｎ0.490Ｇａ0.510Ｐ層、１２５  ｎ型ＡｌＩｎＰ層、１２６  ｎ型ＧａＡｓ層、１２７  反射防止膜、１２８  第１電極、１５１  金属層、２０１  成長基板。
【図１】
2013172144.tif 000003
【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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