半导体基板、光电转换器件、半导体基板的制造方法和光电转换器件的制造方法

专利名称：半导体基板、光电转换器件、半导体基板的制造方法和光电转换器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体基板、光电转换器件、半导体基板的制造方法和光电转换器件的制造方法。
背景技术：
专利文献1，公开了串联异质结光电转换元件的制造方法。在该制造方法中，在Si 基板形成了 V字型沟之后，在该Si基板形成PN结的同时，在该Si基板上使III-V族化合物半导体外延生长。在专利文献1中，公开了以生长温度为500°C以下，且V族元素相对于 III族元素的的入射流量比是15以上的条件，使III-V族化合物半导体外延生长的方法。(专利文献1)特开平5-3332号公报

发明内容
发明打算解决的课题太阳电池等光电转换器件的光电转换效率，很大程度受具有使发生光电转换元件的电动势的空间电荷区域的半导体结晶的结晶性所左右。尤其，在Si基板上使化合物半导体结晶外延生长时，由于Si基板和化合物半导体的晶格常数之差的原因，化合物半导体的结晶性容易降低。如果结晶性下降的话，光电转换器件的光电转换效率下降。

发明内容
为了解决上述课题，在本发明的第1方式中，提供一种半导体基板，具有含硅的基底基板；和形成在基底基板上的具有露出基底基板表面的开口的用于阻碍结晶生长的阻碍体；以及与在开口内部被露出的基底基板表面邻接地形成在上述开口内部的光吸收构造体，其中，光吸收构造体具有第1半导体和第2半导体，所述第1半导体包含，第1传导型第 1半导体、形成在第1传导型第1半导体的上方且具有与第1传导型第1半导体相反的传导型的第2传导型第1半导体、以及形成在第1传导型第1半导体和第2传导型第1半导体之间，有效载流子浓度比第1传导型第1半导体及第2传导型第1半导体更低的低载流子浓度第1半导体；所述第2半导体包含，与第2传导型第1半导体晶格匹配或准晶格匹配且具有与第2传导型第1半导体相反的传导型的第1传导型第2半导体、以及形成在第1传导型第2半导体的上方，具有与第1传导型第2半导体相反的传导型的第2传导型第2半导体、以及形成在第1传导型第2半导体和第2传导型第2半导体之间且有效载流子浓度比第1传导型第2半导体及第2传导型第2半导体更低的低载流子浓度第2半导体。阻碍体可以具有多个开口，具备在多个开口内形成的多个光吸收构造体。半导体基板的光吸收构造体可以具有第3半导体，所述第3半导体包含与第2传导型第2半导体晶格匹配或准晶格匹配的第1传导型第3半导体；形成在第1传导型第3 半导体的上方，具有与第1传导型第3半导体相反的传导型的第2传导型第3半导体；以及形成在第1传导型第3半导体和第2传导型第3半导体之间，有效载流子浓度比第1传导型第3半导体及第2传导型第3半导体更低的低载流子浓度第3半导体。在该半导体基板中，比如，第1半导体，包含具有第1带隙的材料，第2半导体，包含具有比第1带隙更大的第2带隙的材料，第3半导体，包含具有比第2带隙更大的第3带隙的材料。同时，比如，第1 半导体由 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl ( 彡 xl< 1，0 彡 yl 彡 1，0 彡 zl 彡 1， 且0 < xl+yl+zl彡1)组成，第2半导体由八込办無帥八仏凡咖(0彡x2彡1， 0彡y2彡1，且0彡x2+y2彡1，和0彡z2彡1，0彡wl彡1，且0彡z2+wl彡1)组成，第3 半导体由AUIr^feihhsAi^PhdO彡x3彡1，0彡y3彡1，0彡z3彡1，且O彡x3+y3彡1) 组成。作为一个例子，光吸收构造体中，接受光的照射而激发载流子，在基底基板与第1 传导型第1半导体之间，第2传导型第1半导体和第1传导型第2半导体之间，第2传导型第2半导体和第1传导型第3半导体之间，以及与接触第2传导型第3半导体的低载流子浓度第3半导体的表面相反的表面上中的至少在一个位置，具有抑制载流子的再结合的再结合抑制层。在半导体基板中，在第2传导型第1半导体和第1传导型第2半导体之间，以及，在第2传导型第2半导体和第1传导型第3半导体之间的至少一个位置，还可以包含具有被高浓度掺杂了 P型杂质的P型杂质层及被高浓度掺杂了 N型杂质的N型杂质层的通道连接层。半导体基板，还可以具有接触光吸收构造体的侧壁而形成的抑制在侧壁的载流子的再结合的再结合抑制体。同时，在半导体基板中，比如，从第1半导体、第2半导体、以及第3半导体选择了的1种以上的半导体，在第1半导体、述第2半导体，和第3半导体的各自的距平行于基底基板的表面中心的距离更大的位置中具有构成更大的带隙的组成分布。第1半导体的组成可以根据第1半导体及第2半导体的层叠方向中的距基底基板的距离而发生变化。比如， 第1半导体，具有与基底基板的距离越大而硅的比例越小的组成。在本发明的第2方式中，提供一种光电转换器件，具有第1方式的半导体基板，用于将光吸收构造体的入射光转换成电力。该电转换器件，具备使入射光的至少一部分聚光并入射至光吸收构造体的聚光部。聚光部，比如，将入射光所包含的第1色区域的光聚光并入射到低载流子浓度第1半导体，将比第1色区域更短波长域的第2色区域的光聚光并入射至低载流子浓度第2半导体。同时，该光电转换器件，还具有，被配置在光吸收构造体中的入射光入射的面的透明电极，被连接在透明电极上的布线；布线，被配置成不与入射光向透明电极入射的路径重叠的状态。该光电转换器件，基底基板中包含的硅和光吸收构造体被电性地结合，接受入射光的入射，在透明电极和硅之间可以发生电动势。在该光电转换器件中，基底基板，具有与硅的本体区域电性分离且与光吸收构造体电性结合的势阱区域，接受入射光的入射，在上述透明电极和势阱区域之间发生电动势。并且，该光电转换器件，还可与具有覆盖聚光部的表面，吸收或反射比相当于第1 半导体的带隙的波长还长的波长的光的光学膜。该光电转换器件，还可以具有被配置在入射光入射于光吸收构造体的路径上的含有重金属的耐放射线膜。同时，该光电转换器件中还可以是阻碍体具有多个开口，具有在多个开口内形成的多个光吸收构造体，具有与多个光吸收构造体的各个对应的聚光部。多个光吸收构造体比如分别互相串联或并联连接。作为一个例子，互相串联或并联连接的多个光吸收构造体，
7与其他的互相串联或并联连接的多个光吸收构造体并联或串联连接。在本发明的第3方式中，提供半导体基板的制造方法，包括在含硅的基底基板上方形成阻碍体的阶段、在阻碍体，形成露出基底基板表面的开口的阶段；在开口内部，形成第1传导型第1半导体的阶段；在第1传导型第1半导体上方，形成低载流子浓度第1半导体的阶段；在低载流子浓度第1半导体上方，形成具有与第1传导型第1半导体相反的传导型的第2传导型第1半导体的阶段；在第2传导型第1半导体上方，形成与第2传导型第1 半导体晶格匹配或准晶格匹配的第1传导型第2半导体的阶段；在第1传导型第2半导体上方，形成低载流子浓度第2半导体的阶段；以及在低载流子浓度第2半导体上方，形成具有与第1传导型第2半导体相反的传导型的第2传导型第2半导体的阶段。该低载流子浓度第1半导体，具有比第1传导型第1半导体及第2传导型第1半导体还低的有效载流子浓度，该低载流子浓度第2半导体，具有比第1传导型第2半导体及第2传导型第2半导体还低的有效载流子浓度。在形成第1半导体的阶段和形成第2半导体的阶段之间，可以加热第1半导体。该制造方法，比如，还具有在第2传导型第2半导体的上方，形成第1传导型第3半导体的阶段、在第1传导型第3半导体的上方，形成低载流子浓度第3半导体的阶段、在低载流子浓度第3半导体的上方，形成具有与第1传导型第3半导体相反的传导型的第2传导型第3半导体的阶段。在本发明的第4方式中，提供光电转换器件的制造方法，具有，使用第3方式的半导体基板的制造方法，形成具有至少第1半导体和第2半导体的光吸收构造体的阶段、以及串联或并联连接光吸收构造体的阶段。


图IA是半导体基板100的剖面的一个例子的图。图IB是半导体基板100的剖面的一个例子的图。图2是光电转换器件200的剖面的一个例子的图。图3是光电转换器件200的制造过程的剖面例子的图。图4是光电转换器件200的制造过程的剖面例子的图。图5是光电转换器件200的制造过程中的剖面例子的图。图6是光电转换器件200制造过程中的剖面例子的图。图7是光电转换器件200制造过程中的剖面例子的图。图8是半导体基板100中的光吸收构造体的能量带的一个例子的图。图9是半导体基板100中的第1半导体的组成分布的例子的图。图10是光电转换器件1000的剖面的一个例子的图。图11是有色差的聚光部件的焦点位置的图。图12是光电转换器件1200的剖面的一个例子的图。图13是光电转换器件1300的剖面的一个例子的图。
具体实施例方式图1A，表示作为一实施方式的半导体基板100剖面的一个例子。半导体基板100，具有基底基板102、阻碍体104、和光吸收构造体140。光吸收构造体140，具有第1半导体 110及第2半导体120。基底基板102是含硅的基板。作为含硅的基板，例如，是表面为硅的基板。比如， 基底基板102，是Si基板或SOI (silicon-on-insulator)基板。基底基板102，比如是B掺杂量为2. OX IO19CnT3的Si基板。阻碍体104，形成在基底基板102上面。在阻碍体104上，形成露出基底基板102 表面的开口 106。阻碍体104，阻碍结晶的生长。例如，在根据外延生长法使半导体的结晶生长中，在阻碍体104的表面，半导体的结晶的外延生长被阻碍，所以半导体的结晶在开口 106中选择性地外延生长。阻碍体104的厚度，比如优选为0.01 μ m以上5μπι以下。开口 106的大小，优选是能够无错位地形成在开口 106内部选择生长的半导体的大小。阻碍体104，比如，是氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层等，或将它们层叠而形成的层。阻碍体104，比如，通过热氧化法及CVD法等形成。第1半导体110，具有第1传导型第1半导体114、低载流子浓度第1半导体115、 和第2传导型第1半导体116。第1传导型第1半导体114，具有P型或N型的传导型。第2传导型第1半导体116，在第1传导型第1半导体114的上方形成。第2传导型第1半导体116，有与第1传导型第1半导体114不同的传导型。比如，第1传导型第1 半导体114具有P型的传导型时，第2传导型第1半导体116具有N型的传导型。低载流子浓度第1半导体115，在第1传导型第1半导体114和第2传导型第1半导体116之间被形成。在低载流子浓度第1半导体115中的有效载流子浓度，比第1传导型第1半导体114及第2传导型第1半导体116中的有效载流子浓度还低。比如，低载流子浓度第1半导体115，是与第1传导型第1半导体114及第2传导型第1半导体116同样的组成的本征半导体。低载流子浓度第1半导体115，也可以是第1传导型第1半导体114 和第2传导型第1半导体116之间被形成的空间电荷区域。在这里，所谓“空间电荷区域”是指在半导体-半导体界面或者在半导体-金属界面，通过空间性的电荷偏倾(内建电势)在半导体内形成的区域。空间电荷区域，通过半导体的PN结，PIN结，金属和半导体间的肖特基连接，以及介电质和半导体的连接等被形成。低载流子浓度第1半导体115，接受光的照射时即生成电子及空穴。在低载流子浓度第1半导体115中生成的电子，向第1传导型第1半导体114及第2传导型第1半导体116之中具有N型的传导型的半导体移动。在低载流子浓度第1半导体115中生成的空穴，向具有P型的传导型的半导体移动。其结果，第1半导体110作为接受光的照射而发生电信号的光电转换器件而发挥作用。第1半导体110，作为一个例子，接触阻碍体104的开口 106内部所露出的基底基板102的表面，在开口 106内部，或开口 106内部及阻碍体104的上方形成。半导体基板 100，可以在第1半导体110和基底基板102间具有其他的半导体层。比如，半导体基板100， 可以在第1半导体110和基底基板102之间，具有提供适合于第1半导体110结晶生长的晶种结晶面的晶种结晶。第2半导体120，具有第1传导型第2半导体124，低载流子浓度第2半导体125， 和第2传导型第2半导体126。第1传导型第2半导体IM具有P型或N型的传导型。第1传导型第2半导体124，与第2传导型第1半导体116晶格匹配或准晶格匹配。在本说明书中，所谓的“准晶格匹配”，是指虽然不是完全的晶格匹配，但相互相接的2个半导体的晶格常数之差小，且晶格失配引起的缺陷的发生在不显著的范围，能够层叠相互邻接的2个半导体的状态。此时，各半导体的晶体晶格由于在可弹性变形的范围内进行变形而吸收上述晶格常数的差。比如，Ge和GaAs的层叠状态，是准晶格匹配的状态。第2传导型第2半导体126，被形成在第1传导型第2半导体124的上方。第2传导型第2半导体126，具有与第1传导型第2半导体IM不同的传导型。比如，在第1传导型第2半导体IM具有P型的传导型时，第2传导型第2半导体1 具有N型的传导型。低载流子浓度第2半导体125，在第1传导型第2半导体IM和第2传导型第2半导体1 之间形成。在低载流子浓度第2半导体125中的有效载流子浓度，比第1传导型第2半导体IM及第2传导型第2半导体126中的有效载流子浓度还低。比如，低载流子浓度第2半导体125，是与第1传导型第2半导体IM及第2传导型第2半导体126同样的组成的本征半导体。低载流子浓度第2半导体125，也可以是第1传导型第2半导体IM 和第2传导型第2半导体126间形成的空间电荷区域。低载流子浓度第2半导体125，接受光的照射时生成电子及空穴。在低载流子浓度第2半导体125中生成的电子，向第1传导型第2半导体IM及第2传导型第2半导体1 之中具有N型的传导型的半导体移动。在低载流子浓度第2半导体125中生成的空穴，向具有P型的传导型的半导体移动。其结果，第2半导体120作为接受光的照射而发生电信号的光电转换器件发挥作用。半导体基板100，在第1半导体110和第2半导体120之间，可以具有其他的半导体层。比如，半导体基板100，具有在第1半导体110和第2半导体120间形成沟道连接的
半导体层。第1半导体110及第2半导体120，比如是化合物半导体。第1半导体110，比如是 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 彡 xl < 1，0 彡 yl 彡 1，0 彡 zl 彡 1，且 0 < xl+yl+zl 彡 1)。第 1 半导体110，可以是非晶质或多结晶的CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0彡xl<l，0彡yl彡1，0彡zl彡1， 且0 < xl+yl+zl彡1)。比如，第1半导体110，是Ge或SiGe。第1半导体110，还可以包含由Ge及组成不相同的SiGe构成的多个半导体层。第2 半导体 120，比如是 AUIr^feihwAsuPrtNun (0 彡 x2 彡 1，0 彡 y2 彡 1，且 0彡x2+y2彡1，和0彡z2彡1，0彡wl彡1，且0彡z2+wl彡1)。第2半导体120，比如是 InGaAs0第2半导体120，可以包含多个半导体层。作为一个例子，第1半导体110及第2半导体120由外延生长法形成。作为外延生长法，能例示有化学气相沉淀法(称CVD法)、有机金属气相生长法(称MOCVD法)、和分子射线外延法(称MBE法)以及原子层生长法(称ALD法)。比如，在基底基板102上面，通过热氧化法形成阻碍体104，通过蚀刻法等的光刻法，在阻碍体104形成到达基底基板102表面的开口 106。并且，通过CVD法，在该开口 106 内部使第1传导型第1半导体114及第2传导型第1半导体116选择生长，形成第1半导体110。通过在开口 106内部使第1半导体110选择生长，能抑制由于第1半导体110和基底基板102的晶格常数的不同生成的晶格缺陷。其结果，第1半导体110结晶性提高，因此能提高在第1半导体110的光电转换效率。
第1半导体110，优选在结晶生长后被加热。第1半导体110内部，由于基底基板 102和第1半导体110的晶格常数的差异等，有时发生错位等晶格缺陷。如果第1半导体 110被加热，晶格缺陷即在第1半导体110内部移动。该晶格缺陷，在第1半导体110内部移动，被第1半导体110界面或侧壁或第1半导体110内部的收集槽等捕捉，排除。通过加热第1半导体110，能降低第1半导体110的缺陷，使之提高第1半导体110结晶性。通过把阻碍体104开口 106的大小设定为一定的大小以下，能限制在开口 106内部选择生长的第1半导体110的大小。开口 106的大小，如果是通过加热晶格缺陷在第1 半导体110的表面能移动的大小的话，通过加热，第1半导体110内部的晶格缺陷被排除， 制造结晶性极高的第1半导体110。开口 106底面积，优选是Imm2以下，更优选是25 μ m2以上2500 μ m2以下，最优选是100 μ Hl2以上1600 μ Hl2以下，特别优选400 μ Hl2以上900 μ Hl2以下。如果开口底面积比 25 μ m2小，则在制造光电器件的基础上，面积少，不为优选。通过提高第1半导体110的结晶性，第1半导体110光电转换效率进一步提高。第2半导体120，比如，形成在开口 106内部，或，开口 106内部及阻碍体104上方。 第2半导体120，作为晶种结晶而结晶生长第1半导体110。在第1半导体110在开口 106 的内部结晶生长时，第1半导体110具有高结晶性，所以与第1半导体110的晶格匹配或准晶格匹配的第2半导体120也具有高结晶性。其结果，能提高第2半导体120的光电转换效率。第1半导体110，用具有第1带隙的材料构成。第2半导体120，比如，用具有比该第1带隙更大的第2带隙的材料构成。光电器件，吸收具有与带隙对应的能量的光，转换成电力。第1半导体110，吸收具有与第1禁带对应的能量的光，并进行光电转换。第2半导体120，因为有比第1半导体110幅度更大的第2禁带，所以吸收比第1半导体110所吸收的光的波长还短的波长的光，并进行光电转换。由于半导体基板100具有上述的二层串联构造，半导体基板100，能够在宽的波长范围内有效地吸收光，所以能提高光电转换效率。图1Β，表示半导体基板100的剖面的其他一个例子。该半导体基板100，与图IA所示的半导体基板100相比，增加了第3半导体130。第3半导体130，对第2半导体120晶格匹配或准晶格匹配，形成在第2半导体120上方。第3半导体130，具有第1传导型第3半导体134，低载流子浓度第3半导体135， 和第2传导型第3半导体136。第1传导型第3半导体134，具有P型或N型的传导型。第 1传导型第3半导体134，与第2传导型第2半导体126晶格匹配或准晶格匹配。第2传导型第3半导体136，在第1传导型第3半导体134的上方形成。第2传导型第3半导体136，有与第1传导型第3半导体134不同的传导型。低载流子浓度第3半导体135，在第1传导型第3半导体134和第2传导型第3半导体136之间形成。低载流子浓度第3半导体135中的有效载流子浓度，比第1传导型第3半导体134及第2传导型第 3半导体136中的有效载流子浓度还低。比如，低载流子浓度第3半导体135，是和第1传导型第3半导体134及第2传导型第3半导体136同样的组成的本征半导体。低载流子浓度第3半导体135，可以是在第1传导型第3半导体134和第2传导型第3半导体136间形成的空间电荷区域。第3半导体，比如是Alx机御卜射^芯-。(0彡x3彡1，0彡y3彡1，0彡z3彡1，且0 ( x3+y3 < 1)。第3半导体130，可以含比第2半导体120具有的第2带隙还大的第 3带隙的材料。第1半导体110、第2半导体120、和第3半导体，比如在开口 106内部形成。第1 半导体110、第2半导体120、和第3半导体130，其一部可以在阻碍体104上方形成。半导体基板100，由于具有包含第1半导体110、第2半导体120、和第3半导体130的3层串联构造，半导体基板100，在比图IA表示的半导体基板100还宽的波长范围内能有效地吸收光，所以光电转换效率能够提高。图2，表示其他实施方式涉及的光电转换器件200的剖面的一个例子。光电转换器件200，具有基底基板202、势阱203、阻碍体204、第1半导体210、第2半导体220、第3半导体230、缓冲层M2、半导体对4、半导体对6、半导体254、半导体256、接触层沈8、透明电极272、钝化层274、绝缘膜276、和布线278。阻碍体204，具有多个开口 206。光电转换器件200，具有在多个开口 206上形成的光吸收构造体Cl及光吸收构造体C2。光电转换器件200，也可以还具有多个光吸收构造体。作为一个例子，光吸收构造体Cl和光吸收构造体C2，有同样的构成。关于以下的光吸收构造体Cl的说明，也能适用于光吸收构造体C2。基底基板202，与图IA的基底基板102对应，有基底基板102同样的构成。阻碍体 204与阻碍体104对应，有阻碍体104同样的构成。第1半导体210，具有BSF (Back Surface Field) 212、第1传导型第1半导体214、 低载流子浓度第1半导体215、第2传导型第1半导体216、和窗口 218。第1半导体210， 比如是IV族化合物半导体。作为一个例子，第1半导体210是CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 ( xl < 1,0彡yl彡1，0彡zl彡1，且0 < xl+yl+zl彡1)。第1半导体210，比如是Ge或SiGe 或CSiGe。第1半导体210，可以有双异质结连接。第1半导体210，可以含具有第1带隙的材料。第1传导型第1半导体214，与图IA中的第1传导型第1半导体114对应。第2 传导型第1半导体216，与第2传导型第1半导体116对应。光吸收构造体Cl，在第1传导型第1半导体214和第2传导型第1半导体216之间，包含具有比第1传导型第1半导体 214及第2传导型第1半导体216还低的有效载流子浓度的低载流子浓度第1半导体215。作为第1传导型第1半导体214，能例示厚度为0. 5 μ m以上50. 0 μ m以下的P型 Ge。作为其一个例子，第1传导型第1半导体214，是2. Ομπι的P型Ge。作为低载流子浓度第1半导体215，能例示厚度为0. 3 μ m以上3. 0 μ m以下，载流子浓度为1. OX IO16CnT3以上LOXIOiW3以下的P型Ge，B掺杂剂量能例示为LOXIOiW3以上LOXIOiW以下的P型Ge。作为其一个例子，低载流子浓度第1半导体215，是1. 0 μ m的P型Ge。同时，作为第2传导型第1半导体216，能例示厚度是0. 02 μ m以上5. 0 μ m以下， P (磷)掺杂剂量1 X IO18CnT3以上5 X IO20cm-3以下的N型Ge。作为一个例子，第2传导型第 1半导体216，厚度是0.05 μ m，P (磷)掺杂剂量是2. 0 X 1018cm_3的N型Ge。包含上述第1 传导型第1半导体214及第2传导型第1半导体216的第1半导体210，比如具有0. 66eV 的第1带隙。BSF212，是抑制电荷的再结合的再结合抑制体的一个例子。在这里，所谓的BSF，是 Back Surface Field的略称。同时，所谓的再结合，是被激励的电子和被激励的空穴结合后消灭。BSF212，可以具有比第1传导型第1半导体214及第2传导型第1半导体216还大的带隙。BSF212，在基底基板202上方被形成。BSF212,是在基底基板202晶格匹配或准晶格匹配的半导体。作为BSF212，能例示厚度0. ΟΙμ 以0. 5μ ，Ga掺杂剂量5 X IO18CnT3以上5 X IO2W以下的P型SiGe0作为一个例子，BSF212，是厚度0. 02 μ m，Ga掺杂剂量2. OXlO1W3的P型Si0.灿0.9。窗口 218，是抑制电荷的再结合的再结合抑制体的一个例子。窗口 218，可以具有比第1传导型第1半导体214及比第2传导型第1半导体216大的带隙。窗口 218，在第 2传导型第1半导体216上形成。窗口 218，是与第2传导型第1半导体216晶格匹配或准晶格匹配的半导体。作为窗口 218，能例示是厚度为Ο.ΟΙμπι到0.3μπι，Si掺杂剂量为 1 X IO18CnT3以上4X IO19CnT3以下的N型feJnP。作为一个例子，窗口 218，是厚度为0. 02 μ m， Si 掺杂剂量 5. OX 1018cm_3 的 N 型 Gei。. 5In。.5P。第1半导体210所具有的各半导体层，比如通过外延生长法而形成。作为外延生长法，能例示CVD法、MOCVD法、MBE法、和ALD法等。比如，首先，根据前述的方法，在基底基板202上面，形成具有露出基底基板202表面的多个开口 206的阻碍体204。并且，根据 MOCVD法，能够在该开口 206内部按照BSF212、第1传导型第1半导体214、低载流子浓度第 1半导体215、第2传导型第1半导体216、和窗口 218的顺序，形成第1半导体210。第1半导体210，接触在阻碍体204的开口 206内部被露出的基底基板202表面， 比如被形成在开口 206内部。第1半导体210的一部分，可以从开口 206露出，被形成阻碍体204上方。缓冲层M2，比如被形成在窗口 218上方。缓冲层M2，比如，是与窗口 218晶格匹配或准晶格匹配的半导体。缓冲层对2，也可以是能降低位于其上下的半导体层的互相间的坏影响的半导体层。缓冲层242，比如通过外延生长法形成。作为外延生长法，能例示CVD 法、MOCVD法、MBE法、和ALD法等。作为缓冲层M2，能例示厚度为Ο.ΟΙμπι以上0.5μπι以下，Si掺杂剂量为
2.OX IO1W3以上2. OX IO19CnT3以下的N型GaAs。作为一个例子，缓冲层对2，是厚度为 0. 1 μ m，Si 掺杂剂量是 3. OX IO18CnT3 的 N 型 GaAs0半导体244及半导体M6，是高浓度添加了 P型杂质的P型半导体，或高浓度添加了 N型杂质的N型半导体。半导体244及半导体M6，是具有各自不同的传导型的半导体。 半导体244及半导体M6，可以被通道连接。比如，半导体M4，是被高浓度添加了 N型杂质的N型半导体，半导体M6，是被高浓度添加了 P型杂质的P型半导体时，在半导体244和半导体246的界面形成通道连接。由于光吸收构造体Cl具有该通道连接，通过光电转换在第1半导体210和第2半导体220之间生成的电子或空穴，在第1半导体210和第2半导体220之间顺畅地流动。其结果，光吸收构造体Cl能高效率地输出电流。作为半导体对4，可以例示，厚度是0.0111111以上0.211111以下，Si掺杂剂量是
3.OX IO18CnT3以上2. OX IO19CnT3以下的N型GaAs。半导体244，比如，厚度0. 015 μ m, Si掺杂剂量是LOXIOiW3以上的N型GaAs。同时，作为半导体246，比如，能例示是厚度0. 01 μ m 以上以0. 2μπι以下，C掺杂剂量2. OXlO19Cnr3以上1.0Χ IO21CnT3以下的P型GaAs。半导体246，比如是，厚度为0. 015 μ m，C掺杂剂量是LOXlO2W3以上的P型GaAs。
半导体244及半导体M6，在缓冲层242上方形成。半导体244及半导体M6，是与缓冲层242晶格匹配或准晶格匹配的半导体。半导体244及半导体M6，能够通过外延生长法形成。作为外延生长法，能例示有CVD法、MOCVD法、MBE法、和ALD法等。比如，根据 MOCVD法，在缓冲层242上方，依次按照半导体244及半导体246的顺序选择性生长。第2半导体220，具有BSF222、第1传导型第2半导体224、第2传导型第2半导体 226、和窗口 228。第2半导体220，比如是化合物半导体。第2半导体220，比如是Alx2Iny2G
(0 彡 x2 彡 1，0 彡 y2 彡 1，且 0 彡 x2+y2 彡 1，和 0 彡 z2 彡 1，0 彡 wl 彡 1， 且0彡z2+wl彡1)。第2半导体220可以是MGaAs。第2半导体220，可以具有双异质接结连接。第2半导体220，可以包含具有比第1半导体210具有的第1带隙更大的第2带隙的材料。第1传导型第2半导体224，与图IA中的第1传导型第2半导体IM对应。第2 传导型第2半导体226，与第2传导型第2半导体1 对应。光吸收构造体Cl，在第1传导型第2半导体2M和第2传导型第2半导体2 之间，具有含比第1传导型第2半导体2M 及第2传导型第2半导体2 更低的有效载流子浓度的低载流子浓度第2半导体225。作为第1传导型第2半导体224，能例示厚度为0. 3 μ m以上，3. 0 μ m以下，Zn掺杂剂量为1. OX IO17CnT3以上LOXlO2W3以下的P型InGaAs0第1传导型第2半导体224， 比如，厚度 0. 05 μ m，Zn 掺杂剂量是 1. OX IO19CnT3P 型 InatllGii0.99As。作为低载流子浓度第2半导体225，能例示厚度为0. 3 μ m以上，3. 0 μ m以下， 载流子浓度1. OX IO16CnT3以上LOXIOiW以下的P型hGaAs，Zn掺杂剂量能例示为 1. OX IO16CnT3以上LOXIOiW3以下的P型InGaAs0比如，能例举厚度是1. 0 μ m，载流子浓度是 LOXIOiW, Zn 掺杂剂量是 1. OX IO17CnT3 的 P 型 In0.01Ga0.99Aso同时，作为第2传导型第2半导体226，能例示厚度(XOlymWilym以下，Si 掺杂剂量是5· OX ΙΟ1、—3以上6. OX IO1W以下的N型InGaAs0第2传导型第2半导体 226，比如，是厚度为0. 05 μ m, Si掺杂剂量为2. OXlO1W的N型In0.01Ga0.99Aso具有第1 传导型第2半导体2M及第2传导型第2半导体226的第2半导体220，比如有1. 39eV的第2带隙。BSF222，是抑制电荷的再结合的再结合抑制体的一个例子。BSF222，可以有比第1 传导型第2半导体2M及第2传导型第2半导体2 更大的带隙。BSF222，可以在半导体 246上方形成。BSF222，是与半导体M6晶格匹配或准晶格匹配的半导体。作为BSF222，能例示厚度0. Olym以上Iym以下，Zn掺杂剂量LOXIOiW3以上5. 0 X IO19CnT3以下的P 型 GaInP0 BSF222，比如，厚度为 0. 02 μ m，Zn 掺杂剂量是 2. OXlO1W 的 P 型 Ga0 5In0 5Po窗口 228，是抑制电荷的再结合的再结合抑制体的一个例子。窗口 228，可以具有比第1传导型第2半导体2M及比第2传导型第2半导体2 更大的带隙。窗口 228，比如被形成在第2传导型第2半导体226的上方。窗口 228，是与第2传导型第2半导体226晶格匹配或准晶格匹配的半导体。作为窗口 228，能例示厚度0. 01 μ m以上1 μ m以下，Si掺杂剂量LOXIOiW3以上LOXIOiW以下的N型feilnP。作为其一个例子，窗口 228，是厚度 0. 02 μ m，Si 掺杂剂量 5. OX 1018cm_3 的 N 型 &ι。.5Ιη。5Ρ。第2半导体220中包含的各半导体层，比如根据外延生长法被形成。作为外延生长法，能例示CVD法、MOCVD法、MBE法、和ALD法等。比如，根据MOCVD法，通过在半导体246上面依次使BSF222、第1传导型第2半导体224、低载流子浓度第2半导体225、第2传导型第2半导体226、和窗口 2 选择生长，从而得以形成第2半导体220。第2半导体220，可以被形成阻碍体204开口 206内部，从开口 206露出在阻碍体204上面，形成其一部分。半导体2M及半导体256，是高浓度添加了 P型杂质的P型半导体，或是高浓度添加了 N型杂质的N型半导体。半导体2M及半导体256，是具有不同的传导型的半导体。半导体2M和半导体256，可以被通道连接。比如，当半导体2M是被高浓度地添加了 N型杂质的N型半导体，半导体256是被高浓度地添加了 P型杂质的P型半导体P型半导体时，半导体2M和半导体256的界面形成通道连接。由于光吸收构造体Cl具有该通道连接，而根据光电转换被形成第2半导体220和第3半导体230的电子或空穴，在第2半导体220和第3半导体230间顺畅地流动。其结果，光吸收构造体Cl能高效率地输出电流。作为半导体254，能例示是厚度Ο.ΟΙμπι以上以0.2μπι以下，Si掺杂剂量为 3. OX IO18CnT3 以上 2. OXlO19Cnr3 以下的 N 型 GaAs。半导体 254，比如，是厚度 0. 015 μ m，Si 掺杂剂量是1. 0 X IO19cm-3以上的N型GaAs0同时，作为半导体256，能例示是，厚度0. 01 μ m 以上0. 2 μ m以下，C掺杂量2. OX IO19CnT3以上1.0X IO21CnT3以下的P型GaAs0半导体256， 比如，是厚度0.015 μ m，C掺杂剂量是LOXlO2W以上的P型GaAs。半导体邪4及半导体256，可以被形成在窗口 2 的上方。半导体邪4及半导体 256，是在窗口 2 晶格匹配或准晶格匹配的半导体。半导体2M及半导体256，比如由外延生长法形成。作为外延生长法，能例示CVD法、MOCVD法、MBE法、和ALD法等。比如，能够通过MOCVD法，在窗口 2 上方，使半导体2M及半导体256依次选择生长。第3半导体230，具有BSF232、第1传导型第3半导体234、低载流子浓度第3半导体235、第2传导型第3半导体236、和窗口 238。第3半导体230，比如是化合物半导体。 第3半导体230例如是AUIr^feihhsAi^PhdO彡x3彡1，0彡y3彡1，0彡z3彡1，且 O彡x3+y3彡1)。第3半导体230可以是feJnP。第3半导体可以具有第3空间电荷区域。 第3半导体230可以具有双异质结。第3半导体可以含有具有比上述第2带隙大的第3带隙的材料。BSF232，是抑制电荷的再结合的再结合抑制体的一个例子。BSF232，具有比第1传导型第3半导体234及第2传导型第3半导体236更大的带隙。BSF232，可以被形成在半导体256的上面。比如，BSF232，是对半导体256晶格匹配或准晶格匹配的半导体。作为 BSF232，能例示厚度0. Olym以上Iym以下，Zn掺杂量1. OXlO1W以上5. OX IO19CnT3 以下的P型AlGaInP。BSF232，比如，厚度0. 02 μ m，Si掺杂量为2. OXlO1W的P型
Al0. iGa0.4In0.5P0第1传导型第3半导体234，具有P型或有N型的传导型。第2传导型第3半导体 236,具有与第1传导型第3半导体234不同的传导型。比如，第1传导型第3半导体234是 P型半导体，第2传导型第3半导体236为N型半导体时，在第1传导型第3半导体234和第2传导型第3半导体236之间的低载流子浓度第3半导体235上形成空间电荷区域。第 3半导体230，如果光入射到该空间电荷区域则生成电子及空穴。在第3半导体230中被生成的电子，向第1传导型第3半导体234及第2传导型第3半导体236中的N型半导体侧移动，空穴向P型半导体侧移动。其结果，第3半导体230，作为光电转换器件而发挥作用。作为第1传导型第3半导体234，能例示厚度0. 3 μ m以上3. 0 μ m以下，Si掺杂量LOXIOiW3以上LOXlO2W以下的P型(ΜηΡ。作为其一个例子，第1传导型第3 半导体234，是厚度0.05 μ m，Zn掺杂量LOXIOiW的P型fei。.5In。.5P。作为低载流子浓度第3半导体235，能例示是厚度0. 3 μ m以上3. 0 μ m以下，载流子浓度1. OX 1016cm_3以上 1. OX IO18CnT3以下的P型feJnP，能例示Si掺杂量1. OX IO16CnT3以上1. OX IO18CnT3以下的 P型fe^nP。作为其一个例子，低载流子浓度第3半导体235，是厚度1. 0 μ m，载流子浓度 1. OXlO1W3, Zn 掺杂量 1. OXlO1W3 的 P 型 Ga0 5In0.5PD同时，作为第2传导型第3半导体236，能例示是厚度(XOlymWilym以下，Si 掺杂量5. OX IO17CnT3以上6. OX IO18CnT3以下的N型feilnP。作为其一个例子，第2传导型第3半导体236，是厚度0. 05 μ m, Si掺杂量2. OX IO1W3的N型Gei0. Jna5P。第3半导体 230，比如具有1. 80eV的第3带隙。窗口 238，是抑制电荷的再结合的再结合抑制体的一个例子。窗口 238，具有比第1 传导型第3半导体234及第2传导型第3半导体236大的带隙。窗口 238，被形成在第2传导型第3半导体236的上方。窗口 238，是与第2传导型第3半导体236晶格匹配或准晶格匹配的半导体。作为窗口 238，能例示厚度0. 01 μ m以上1 μ m以下，Si掺杂量LOXIOiW3 以上LOXIOiW以下的N型AlGaInP。作为其一个例子，窗口 238，厚以0. 02 μ m, Si掺杂量作为 5. OX IOcnT3 的 N 型 AlaiG￡i。.4In。.5P。第3半导体230中包含的各半导体层，比如通过外延生长法被形成。作为外延生长法，能例示CVD法、MOCVD法、MBE法、和ALD法等。比如，根据MOCVD法，通过在半导体256 上面依次使BSF232、第1传导型第3半导体234、低载流子浓度第3半导体235、第2传导型第3半导体236及窗口 238选择生长、能够形成第3半导体230。第3半导体230，比如被形成在阻碍体204开口 206内部。第3半导体230，可以从开口 206露出其一部形成在阻碍体204上面。接触层沈8，是为了确保在其上面形成的透明电极272和第3半导体230的电传导性而设置的半导体。接触层沈8，可以具有和窗口 238同样的传导型。接触层沈8，被形成在窗口 238上面。接触层沈8，是与窗口 238晶格匹配或准晶格匹配的半导体。作为接触层 268，能例示厚度0. Olym以上0. 05 μ m以下，Si掺杂量3. 0 X IO18CnT3以上2. 0 X IO19CnT3以下的N型GaAs。作为其一个例子，接触层沈8，是厚度0. 10 μ m，Si掺杂量是6. 0 X 1018cm_3 的N型GaAs。或是厚度0. 10 μ m, Te掺杂量是2. OX IO19CnT3的N型GaAs。接触层沈8，比如通过外延生长法而形成。作为外延生长法，能例示CVD法、MOCVD 法、MBE法、和ALD法等。比如，通过MOCVD法，能使接触层268在窗口 238上面选择生长。钝化层274，被形成在光吸收构造体Cl的侧壁，抑制在该侧壁中的电荷的再结合。 作为钝化层274的材料，能例示InGaP。作为钝化层274的形成方法，能例示CVD法、MOCVD 法、MBE法、和ALD法等。绝缘膜276，将各光吸收构造体电性地分离。作为绝缘膜276的材料，能例示A1203、 SiO2, Si3N4, ZrO2等。绝缘膜276能使用等离子CVD法、离子镀法、溅射法、CVD法、MOCVD法等形成。透明电极272，比如邻接接触层268形成。透明电极272，从光吸收构造体Cl向外部输出电力。透明电极272，具有导电性，具有不遮断入射于光吸收构造体Cl的光的材料。 作为透明电极272的材料，能例示ITOandium Tin Oxide)、ZnO, TiO2等。作为透明电极272的形成方法，能例示溅射法等。势阱203，被形成于基底基板202中包含的硅中，与光吸收构造体Cl的第1半导体电性结合。势阱203，从该硅的本体区域被电性地分离。比如，在势阱203具有和该硅不同的传导型时，在势阱203与该硅之间形成PN结，因此势阱203与该硅被电性地分离。光吸收构造体Cl所发生的电力，能够作为势阱203和透明电极272之间的电动势取出。势阱203，由离子注入法或热扩散法形成。比如，根据蚀刻法等光刻法，在基底基板 202的上方，形成在形成势阱203的预定位置形成有开口的掩膜之后，通过注入离子能够形成势阱203。比如，在N型Si基底基板202中通过注入或扩散B而能够形成P型势阱203。布线278，被连接于透明电极272，介由透明电极272将从光吸收构造体Cl取出的电力输出到外部电路。本实施方式中，通过布线278将光吸收构造体Cl势阱203连接于光吸收构造体C2的透明电极272，使二个光吸收构造体被串联连接。作为布线278的材料，能例示Cu、Ag、Al等。作为布线278的形成方法，能例示CVD法、真空蒸发法、和溅射法等。光电转换器件200，具有包含第1半导体210、第2半导体220、和第3半导体230 的3层串联构造。由于光电转换器件200具有3层串联构造，使光电转换器件200在很宽广的波长范围内有效地吸收光，所以能提高光电转换效率。图3到图7，表示在光电转换器件200制造过程中的剖面例。以下，采用

关于光电转换器件200的制造方法。光电转换器件200制造方法，包括形成势阱的阶段， 形成阻碍体的阶段，形成第1半导体的阶段，加热第1半导体的阶段，形成第2半导体的阶段，形成第3半导体的阶段，钝化处理的阶段，以及串联或并联连接光吸收构造体的阶段。在形成势阱的阶段中，基底基板202形成势阱203。比如，在N型硅基板的基底基板202上形成P型势阱203时，通过蚀刻等光刻法，在基底基板202上面，形成在形成势阱 203的预定位置形成有开口的掩膜之后，注入B离子形成势阱203。在形成阻碍体的阶段中，如图3所示，在基底基板202上面，形成具有露出基底基板202表面的开口 206的阻碍体204。阻碍体204的形成，比如，通过热氧化法，首先在基底基板202的整面中形成氧化硅膜。通过蚀刻等的光刻法，通过在氧化硅膜上形成露出基底基板202表面的多个开口 206，而形成阻碍体204。在形成第1半导体的阶段中，如图4所示，在开口 206内部，根据选择外延生长法形成第1半导体210。比如，用MOCVD法，使具有P型SiGe的BSF212、P型Ge的第1传导型第1半导体214、低载流子浓度第1半导体215、N型Ge的第2传导型第1半导体216，和 N型feilnP的窗口 218的第1半导体210外延生长。具体，首先，在减压桶型MOCVD炉的加热台上载置形成了具有开口 206的阻碍体 204的Si基底基板202。其次，用高纯度氢充分将炉内置换之后，开始基底基板202的加热。 结晶生长时的基板温度，是500°C至800°C。基底基板202稳定在适当的温度时，向炉内导入Si原料，接着导入Ge原料，使P型SiGe的BSF212外延生长。作为Si的原料，能例示氯硅烷、二氯甲硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、硅烷或乙硅烷。 作为Ge的原料，能例示锗烷，四甲基锗((CH3)4Ge)等。受体杂质原子为( ，作为P型掺杂可以用三甲基镓(TMG)。同时，作为其他的受体杂质可以用B、Al。作为掺杂剂可以使用三甲基硼(TMB)、三甲基铝(TMA)。依次在BSF212上面使P型Ge的第1传导型第1半导体214、N型Ge的第2传导型第1半导体216、和NSfeJnP的窗口 218外延生长。作为h的原料，能例示三甲基铟 (TMI)。作为P的原料，能例示磷化氢(PH3)。同时，施主杂质设为P，作为N型掺杂可以用磷化氢。同时，能用作为其他的施主杂质可以使用As。作为掺杂剂可以使用三氢化砷(AsH3)。作为外延生长条件的一个例子，能举出反应炉内压力0. Iatm，生长温度650°C，生长速度1 3ym/hr。作为原料的载气，能使用高纯度氢。关于后述的各半导体的形成方法，也能够使用同样的MOCVD法，通过调整原料气体、炉内压力、生长温度、生长时间等的参数而外延生长。在加热第1半导体210的阶段中，通过加热第1半导体210，来降低在第1半导体 210内部，由于基底基板202和第1半导体210的晶格常数的差异等发生错位等晶格缺陷， 使第1半导体210的结晶性提高。也可以分成多段加热第1半导体210。比如，以没达到第1半导体210熔点的温度实施了高温退火之后，以更低于高温退火的温度的低温实施低温退火。可以重复数次这样的2级退火。作为一个例子，在全部形成了第1半导体210各半导体层之后，加热第1半导体 210。形成第1半导体中包含的一部分半导体之后，可以加热第1半导体210。比如，可以在只形成了 P型SiGe的BSF212之后，加热第1半导体210。此时，高温退火的温度及时间，比如，是在850 900°C下实施2 10分种。低温退火的温度及时间，比如，在650 780°C 下实施2 10分种。比如可以反复10次这样的2级退火。在形成第2半导体220的阶段中，如图5所示，通过外延生长法，依次形成缓冲层 242、半导体M4、半导体M6、和第2半导体220。比如，采用MOCVD法，首先，接触窗口 218 外延生长N型GaAs的缓冲层M2。此后，在缓冲层M2的上方，依次使N型GaAs的半导体 244, P型GaAs的半导体M6、P型GahP的BSF222、P型MGaAs的第1传导型第2半导体 224、低载流子浓度第2半导体225、N型InGaAs的第2传导型第2半导体226，和N型GaInP 的窗口 2 外延生长。作为As的原料，能例示三氢化砷(AsH3)。作为受体杂质，还能够例示C、&i等。作为施主杂质，还能例示Si、Se、Ge、Sn、Te、及S等。在形成第3半导体的阶段中，如图6所示，通过外延生长法，依次形成半导体254、 半导体256、第3半导体、和接触层沈8。比如，采用MOCVD法，首先，邻接窗口 228，使N型 GaAs的半导体邪4外延生长。此后，在半导体邪4上面，依次使P型GaAs的半导体256、P 型AWaInP的BSF232、P型feJnP的第1传导型第3半导体234、低载流子浓度第3半导体 235,N型feJnP的第2传导型第3半导体236、N型AWaInP的窗口 238、，和N型GaAs的接触层268外延生长。在钝化处理的阶段中，如图7所示，在光吸收构造体Cl及光吸收构造体C2侧壁形成钝化层274及绝缘膜276之后，形成透明电极272。比如，采用MOCVD法，在光吸收构造体Cl及光热吸收构造体Cl的侧面，外延形成InGaP的钝化层274。比如，通过溅射法形成
膜，从而得到绝缘膜276。其次，根据蚀刻法等光刻法，部分地除去形成透明电极的位置的绝缘膜276，形成开口，露出接触层268。继续，在形成透明电极272的位置形成具有开口的掩膜之后，根据溅射法，形成比如由ITO组成的透明电极膜。此后，通过剥离掩膜，如图7所示，形成透明电极 272。
18
在串联或并联连接光吸收构造体的阶段中，如图2所示，形成布线278，连接光吸收构造体Cl和光吸收构造体C2。比如，形成在形成布线278的位置形成有开口的掩膜之后，通过真空蒸镀法，比如蒸镀由Al组成的金属膜。此后，能够通过剥离掩膜形成配线278。在如图2所示的光电转换器件200中，根据布线278，将光吸收构造体C2的透明电极272连接到光吸收构造体Cl的势阱203上，二个光吸收构造体被串联连接。在光电转换器件200中，由布线278，可以将光吸收构造体Cl及光吸收构造体C2并联连接。比如， 如果在有传导性的Si基底基板202上，不形成势阱203，光吸收构造体Cl及光吸收构造体 C2与基底基板202接触形成，二个光吸收构造体的第1半导体210通过基底基板202被连接。如果以该状态，由布线连接光吸收构造体Cl和光吸收构造体C2的透明电极的话，则两个光吸收构造体被并联连接。如果并联连接时，形成并联连接的2个以上的光吸收构造体的2个以上的开口，可以在不损坏结晶性的范围被连接。如果连接开口，则在其之间形成与器件同样的构造，所以在形成布线的时候，变得不受高低差的影响，因而是优选的。比如，使20μπι四方的开口互相不孤立地，与邻接的开口之间以比如3μπι左右小的开口连接。因此，上侧的布线不受高低差的影响容易形成连接。图8，表示在半导体基板100中的光吸收构造体的能量带的一个例子。图8上部， 表示半导体基板100的剖面。图8下部，表示第1半导体110或第2半导体120的能量带。 横轴，表示平行于第1半导体110或在第2半导体120中的基底基板102的面内位置。纵轴，表示第1半导体110或第2半导体120能量带。下曲线表示价电子带的上端，上面的曲线表示传导带的下端。上曲线和下曲线的间隔表示带隙。第1半导体110或第2半导体120，比如，在与基底基板102平行的面内中，在与基底基板102并行的面的中心距离更大的位置，具有构成更大的带隙的组成分布。也就是，第 1半导体110或第2半导体120，可以具有与中心部位相比，在周边部的带隙变大的组成分布。比如，第1半导体110或第2半导体120，如图8所示，在第1半导体110中心部位具有Eg1带隙，周边部有比Eg1大的Eg2带隙。在第1半导体110是SiGe时，从中心部向周边部慢慢增加Si的组成，从而如图8所示的带隙发生变化。在第2半导体120为InGaAs 时，从中心部向周边部慢慢减少的组成，增加( 的组成，从而得到如图8所示的带隙变化。第1半导体110或第2半导体120的周边部，由于比中心部位具有更宽的带隙E&， 所以能够抑制因光电变换而发生的载流子在周边部中的再结合。在上述的光电转换器件 200中的第1半导体210、第2半导体220、和第3半导体230的任何中，也可以在与基底基板202并行的面内中，具有如图8所述变化的带隙。图9，表示半导体基板100中的第1半导体的组成分布的例子。图9(a)，表示半导体基板100的剖面。图9(b)到图9(e)，表示第1半导体110中包含的第1传导型第1半导体114组成分布。根据在第1半导体110及第2半导体120层叠方向上的距基底基板102 的距离，第1半导体110的组成发生变化。比如，第1半导体110是SiGe，第2半导体120为Ge时，从接触第1半导体110的基底基板102的面朝向第2半导体的方向中，硅的比例减少。Si的组成的变化，如(b)到(d)所示的例子一样，可以连续性地变化。Si的组成的变化，如(e)所示可以阶段性地变化。在第1半导体110中的Si的组成，在第1传导型第1半导体114中变化，在低载流子浓度第1半导体115及在第2传导型第1半导体116中最好不变化。其结果，第1传导型第1半导体114与基底基板102晶格匹配的同时，第2传导型第1半导体116和第1 传导型第2半导体124晶格匹配。在靠近含有Si的基底基板102的部位具有高的Si组成，在靠近Ge的第2半导体 120的部位，具有高Ge组成，由此，能够缓和基底基板102与第1半导体110及第2半导体 120的晶格常数的差异而发生的内部应力。其结果，能降低因为内部应力而生成的错位等的晶格缺陷，提高结晶性。图10，表示光电转换器件1000的剖面的一个例子。光电转换器件1000，具有基底基板1002、透明电极1072、布线1078、光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、光吸收构造体 C3、聚光部件1082、和密封部件1084。基底基板1002，与光电转换器件200中的基底基板 202对应。透明电极1072与透明电极272对应。布线1078与布线278对应。光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3，与光电转换器件200中的光吸收构造体Cl对应，可以具有同样的构成。聚光部件1082进行聚光，以使入射的光的至少一部分光入射到光吸收构造体Cl、 光吸收构造体C2、或光吸收构造体C3中。聚光部件1082，比如是光学透镜。聚光部件1082， 可以由透过光的材料构成，比如像玻璃、塑料等。聚光部件1082，是具有能够聚合光的透镜效果的部件。光电转换器件1000，也可以具有与光吸收构造体的各自对应的多个聚光部件 1082。多个聚光部件1082，如图10所示可以一体压制成形。聚光部件1082，被设置在所聚合的光对光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、或光吸收构造体C3进行入射的位置。聚光部件1082，比如，与入射光的第1色区域，以及，比该第1色区域短波长域的第2色区域，并且，与比该第2色区域短波长域的第3色区域对应， 具有焦点距离相异的色差。图11，表示具有色差的聚光部件的焦点位置。图11，是将图10中的光吸收构造体 Cl部分扩大后的附图。光吸收构造体Cl，与光电转换器件200中的光吸收构造体Cl对应， 具有同样的构成。在图11中，省略了一部分构成部分的说明。光吸收构造体Cl，具有包含第1半导体1010、第2半导体1020、和第3半导体1030 的3层串联构造。半导体1014、半导体1016、半导体1024、半导体1026、半导体1034、和半导体1036，与各自的光电转换器件200中的第1传导型第1半导体214、第2传导型第1半导体216、第1传导型第2半导体224、第2传导型第2半导体226、第1传导型第3半导体 234、和第2传导型第3半导体236分别对应。聚光部件1082有色差，如图11所示，与各波长的光对应的焦点，如F01、F02及以 F03所表示的那样在一定的范围内分布。聚光部件1082相对于具有与第1半导体1010的带隙对应的能量的光的焦点位置FOl，位于第1半导体1010中的第1空间电荷区域的位置， 即位于低载流子浓度半导体1015上。聚光部件1082相对于具有与第2半导体1020的带隙对应的能量的光的焦点位置F02，位于第2半导体1020中的第2空间电荷区域的位置，即位于低载流子浓度半导体1025上。聚光部件1082相对于具有与第3半导体1030带隙对应的能量的光的焦点位置F03，位于第3半导体1030中的第3空间电荷区域的位置，即位于低载流子浓度半导体 1035。因为与聚光部件1082的各个光相对的焦点位置，与第1空间电荷区域的位置，第2 空间电荷区域的位置，及，第3空间电荷区域的位置相等，所以光吸收构造体Cl，能够高效率地吸收分别具有与第1半导体1010、第2半导体1020及第3半导体1030的带隙对应的波长的光。因此，能够提高光电转换器件1000的光电转换效率。聚光部件1082，还可以含有覆盖其表面地，吸收或反射比相当于第1半导体1010 带隙的波长更长的长波长的光的光学膜。光电转换器件1000，还可以具有含重金属的耐射线膜，选择性地被配置在被聚光部件1082聚光后的光中的，对光吸收构造体Cl等入射的光的路径上。比如，可以在透明电极1072上部，设置含有重金属的耐射线膜。密封部件1084，如图10所示，将光电转换器件1000 —体密封封装。密封部件 1084，可以由玻璃、塑料等一类的透明材料构成。密封部件1084，可以一体形成聚光部件 1082。聚光部件1082，可以由密封部件1084保持。布线1078，与光电转换器件200中的布线278对应。布线1078，与被配置在入射光入射一侧的光吸收构造体Cl等上的透明电极1072连接。如图10所示，与入射光入射至透明电极1072的路径不重合地配置布线1078。即，可以配置在由于用聚光部件1082将入射光聚光所产生的影子的部分。具体，可以被配置图10所示的虚线的下方的影子的区域中。 根据上述配置，因为被聚光部件1082聚集的光不会被布线遮断地入射于光吸收构造体中， 使光电转换器件1000更高效率地进行光电转换。图12，表示光电转换器件1200 —个例子。图12上部，表示光电转换器件1200的剖面。图12下部，表示光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3的连接状况的对应电路图。光电转换器件1200，具有基底基板1202、势阱1203、阻碍体1204、透明电极 1272、布线1278、光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2，和光吸收构造体C3。基底基板1202，与在光电转换器件200中的基底基板202对应。势阱1203与势阱 203对应。透明电极1272与透明电极272对应。布线1278与布线278对应。光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3、与在光电转换器件200中的光吸收构造体Cl 对应。如图12所示，在光电转换器件1200中，光吸收构造体C3的透明电极1272，被布线1278连接到在光吸收构造体C2下部形成的势阱1203上，光吸收构造体C2的透明电极 1272，被布线1278连接到在光吸收构造体Cl下部形成的势阱1203上。S卩，光吸收构造体 Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3，如图12下部的对应电路图所示，被串联连接。此时，光电转换器件1200所发生的电力，作为在光吸收构造体Cl中的透明电极1272与光吸收构造体C3中的势阱120之间的电动势输出。在图12，表现了三个光吸收构造体被串联连接的例子，不过，可以串联连接更多的光吸收构造体。图13，表示光电转换器件1300的一个例子。图13上部，表示光电转换器件1300 的剖面。图13下部，表示光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3连接状况的对应电路图。光电转换器件1300、具有基底基板1302、势阱1303、阻碍体1304、透明电极 1372、布线1378、光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3。基底基板1302，与在光电转换器件200中的基底基板202对应。势阱1303与势阱 203对应。透明电极1372与透明电极272对应。布线1378与布线278对应。光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2及光吸收构造体C3，与在光电转换器件200中的光吸收构造体Cl对应。如图13所示，在光电转换器件1300中，光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3的透明电极1272，被布线1278互相连接。同时，在光电转换器件1300中， 光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2、和光吸收构造体C3，被在其下部形成的势阱1303互相电性连接。即，光吸收构造体Cl、光吸收构造体C2及光吸收构造体C3，如图13下部的对应电路图所示，被并联连接。光电转换器件1300发生的电力，可以作为透明电极1372和势阱 1303之间的电动势输出。在图13中例示了三个光吸收构造体被并联连接的例子，不过，可以并联连接更多的光吸收构造体。如上所述，互相被串联或并联连接的多个光吸收构造体，还可以与其他的被互相串联或并联连接的多个光吸收构造体进一步并联或串联连接。在以上的实施方式中，在含Si的基板上面，形成具有开口的阻碍体，该开口内选择性地让第1半导体，第2半导体及到第3半导体外延生长。这样，能够降低由于Si和化合物半导体的晶格常数不同而造成的晶格缺陷，形成了结晶性高的串联构造的光吸收构造体。因为提高了光吸收体的结晶性，所以能得到高的光电转换效率的光电转换器件。同时， 通过组合聚光部件，得以会聚高效率的光并将光入射至光吸收体，从而能够进一步提高光电转换器件的光电转换效率。符号的说明100半导体基板，102基底基板，104阻碍体，106开口，110第1半导体，114第1传导型第1半导体，115低载流子浓度第1半导体，116第2传导型第1半导体，120第2半导体，124第1传导型第2半导体，125低载流子浓度第2半导体，126第2传导型第2半导体， 130第3半导体，134第1传导型第3半导体，135低载流子浓度第3半导体，136第2传导型第3半导体，140光吸收构造体，200光电转换器件，202基底基板，203势阱，204阻碍体， 206开口，210第1半导体，212 BSF, 214第1传导型第1半导体，215低载流子浓度第1半导体，216第2传导型第1半导体，218窗口，220第2半导体，222BSF, 224第1传导型第2 半导体，225低载流子浓度第2半导体，226第2传导型第2半导体，2 窗口，230第3半导体，232 BSF, 234第1传导型第3半导体，235低载流子浓度第3半导体，236第2传导型第3半导体，238窗口，242缓冲层，244半导体，246半导体，254半导体，256半导体，268接触层，272透明电极，274钝化层，276绝缘膜，278布线，1000光电转换器件，1002基底基板， 1010第1半导体，1014半导体，1015低载流子浓度半导体，1025低载流子浓度半导体，1035 低载流子浓度半导体，1016半导体，1020第2半导体，1024半导体，1026半导体，1030第3 半导体，1034半导体，1036半导体，1072透明电极，1078布线，1082聚光部件，1084密封部件，1200光电转换器件，1202基底基板，1203势阱，1204阻碍体，1272透明电极，1278布线， 1300光电转换器件，1302基底基板，1303势阱，1304阻碍体，1372透明电极，1378布线。
权利要求
1.一种半导体基板，具有 含硅的基底基板，阻碍体，形成在所述基底基板上，具有露出所述基底基板表面的开口，用以阻碍结晶生长，以及光吸收构造体，与在所述开口内部露出的所述基底基板表面相接，形成在所述开口内部；其中，所述光吸收构造体具有第1半导体和第2半导体， 所述第1半导体包含 第1传导型第1半导体、形成在所述第1传导型第1半导体的上方，具有与所述第1传导型第1半导体相反的传导型的第2传导型第1半导体、以及形成在所述第1传导型第1半导体和所述第2传导型第1半导体之间，有效载流子浓度比所述第1传导型第1半导体及所述第2传导型第1半导体更低的低载流子浓度第1半导体；所述第2半导体包含与所述第2传导型第1半导体晶格匹配或准晶格匹配且具有与所述第2传导型第1半导体相反的传导型的第1传导型第2半导体、以及形成在所述第1传导型第2半导体的上方，具有与所述第1传导型第2半导体相反的传导型的第2传导型第2半导体、以及形成在所述第1传导型第2半导体和所述第2传导型第2半导体之间且有效载流子浓度比所述第1传导型第2半导体及所述第2传导型第2半导体更低的低载流子浓度第2半导体。
2.根据权利要求1所述的半导体基板，其中， 所述光吸收构造体还具有第3半导体， 所述第3半导体包含与所述第2传导型第2半导体晶格匹配或准晶格匹配的第1传导型第3半导体、 形成在所述第1传导型第3半导体的上方，具有与所述第1传导型第3半导体相反的传导型的第2传导型第3半导体、以及形成在所述第1传导型第3半导体和所述第2传导型第3半导体之间，有效载流子浓度比所述第1传导型第3半导体及所述第2传导型第3半导体更低的低载流子浓度第3半导体。
3.根据权利要求2所述的半导体基板，其中， 所述第1半导体，包含具有第1带隙的材料，所述第2半导体，包含具有比所述第1带隙更大的第2带隙的材料， 所述第3半导体，包含具有比所述第2带隙更大的第3带隙的材料。
4.根据权利要求3所述的半导体基板，其中，所述第 1 半导体，由 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 彡 xl<l，0 彡 yl 彡 1，0 彡 zl 彡 1，且 0 < xl+yl+zl ( 1)组成，所述第 2 半导体，由 AlJi^feihwAi^P^NnJO ^ x2 ^ 1,0 ^ y2 ^ 1,且 O彡x2+y2彡1，和O彡z2彡1，0彡wl彡1，且O彡z2+wl彡1)组成，所述第3半导体，由AUIr^GiihhsAi^PhjO彡x3彡1，O彡y3彡1，O彡z3彡1，且 O ^ x3+y3 ^ 1)组成。
5.根据权利要求2所述的半导体基板，其中，所述光吸收构造体，接受光的照射而激发载流子，在所述基底基板与所述第1传导型第1半导体之间，所述第2传导型第1半导体和所述第1传导型第2半导体之间，所述第2传导型第2半导体和所述第1传导型第3半导体之间，以及与所述第2传导型第3半导体的与所述低载流子浓度第3半导体接触的表面相反的表面上的至少在一个位置，具有抑制所述载流子的再结合的再结合抑制层。
6.根据权利要求5所述的半导体基板，其中还具有，接触所述光吸收构造体的侧壁而形成，抑制所述载流子在所述侧壁的再结合的再结合抑制体。
7.根据权利要求2所述的半导体基板，其中，在所述第2传导型第1半导体和所述第1传导型第2半导体之间，以及，在所述第2传导型第2半导体和所述第1传导型第3半导体之间的至少在一个位置，还具有包含被高浓度掺杂了 P型杂质的P型杂质层及被高浓度掺杂了 N型杂质的N型杂质层的通道连接层。
8.根据权利要求2所述的半导体基板，其中，从所述第1半导体、所述第2半导体、以及所述第3半导体选择的1种以上的半导体， 具有在所述第1半导体、所述第2半导体，和所述第3半导体的各自中的距与所述基底基板平行的表面中心的距离更大的位置中，构成更大的带隙的组成分布。
9.根据权利要求1所述的半导体基板，其中，所述第1半导体的组成根据所述第1半导体及所述第2半导体的层叠方向上的距所述基底基板的距离而变化。
10.根据权利要求9所述的半导体基板，其中，所述第1半导体，具有与所述基底基板的距离越大而硅的比例越小的组成。
11.根据权利要求1所述的半导体基板，其中，所述阻碍体是具有多个所述开口，并具有形成在所述多个开口内的多个所述光吸收构造体。
12.一种光电转换器件，具有权利要求1所记载的半导体基板，用于将对所述光吸收构造体的入射光转换成电力。
13.根据权利要求12所述的光电转换器件，还具有，使所述入射光的至少一部分聚光并入射至所述光吸收构造体的聚光部。
14.根据权利要求13所述的光电转换器件，其中，所述聚光部，将所述入射光所包含的第1色区域的光聚光并入射到所述低载流子浓度第1半导体，将比所述第1色区域更短波长域的第2色区域的光聚光并入射至所述低载流子浓度第2半导体。
15.根据权利要求13所述的光电转换器件，还具有，被配置在所述光吸收构造体中的所述入射光入射的面的透明电极，以及被连接在所述透明电极上的布线；所述布线，以不与所述入射光向所述透明电极入射的路径重叠的状态进行配置。
16.根据权利要求15所述的光电转换器件，其中，包含在所述基底基板中的所述硅和所述光吸收构造体发生电性结合，并接受所述入射光的入射，在所述透明电极和所述硅之间产生电动势。
17.根据权利要求15所述的光电转换器件，所述基底基板，具有与所述硅的本体区域电性分离且与所述光吸收构造体电性结合的势阱区域，并且，接受所述入射光的入射，在所述透明电极和所述势阱区域之间发生电动势。
18.根据权利要求13所述的光电转换器件，还具有光学膜，其覆盖所述聚光部的表面，吸收或反射比相当于所述第1半导体的带隙的波长还长的波长的光。
19.根据权利要求13所述的光电转换器件，其中，还具有被配置在所述入射光入射至所述光吸收构造体的路径上的含有重金属的耐放射线膜。
20.根据权利要求13所述的光电转换器件，其中， 所述阻碍体具有多个所述开口，所述光电转换器件具有形成在所述多个开口内的多个所述光吸收构造体， 具有与所述多个光吸收构造体分别对应的所述聚光部。
21.根据权利要求20所述的光电转换器件，其中， 所述多个光吸收构造体分别互相串联或并联连接。
22.根据权利要求21所述的光电转换器件，其中，所述被互相串联或并联连接的所述多个光吸收构造体，与其他的互相串联或并联连接的多个光吸收构造体并联或串联连接。
23.一种半导体基板的制造方法，包括 在含硅的基底基板的上方形成阻碍体的阶段，在所述阻碍体，形成露出所述基底基板表面的开口的阶段， 在所述开口内部，形成第1传导型第1半导体的阶段， 在所述第1传导型第1半导体的上方，形成低载流子浓度第1半导体的阶段， 在所述低载流子浓度第1半导体的上方，形成具有与所述第1传导型第1半导体相反的传导型的第2传导型第1半导体的阶段，在所述第2传导型第1半导体的上方，形成与所述第2传导型第1半导体晶格匹配或准晶格匹配的第1传导型第2半导体的阶段，在所述第1传导型第2半导体的上方，形成低载流子浓度第2半导体的阶段，以及在所述低载流子浓度第2半导体的上方，形成具有与所述第1传导型第2半导体相反的传导型的第2传导型第2半导体的阶段；其中所述低载流子浓度第1半导体，具有比所述第1传导型第1半导体及所述第2传导型第1半导体更低的有效载流子浓度，所述低载流子浓度第2半导体，具有比所述第1传导型第2半导体及所述第2传导型第2半导体更低的有效载流子浓度。
24.根据权利要求23所述的半导体基板的制造方法，在形成所述第1半导体的阶段和形成所述第2半导体的阶段之间，加热所述第1半导体。
25.根据权利要求23所述的半导体基板的制造方法，还具有，在所述第2传导型第2半导体的上方，形成第1传导型第3半导体的阶段， 在所述第1传导型第3半导体的上方，形成低载流子浓度第3半导体的阶段，以及在所述低载流子浓度第3半导体的上方，形成具有与所述第1传导型第3半导体相反的传导型的第2传导型第3半导体的阶段。
26.一种光电转换器件的制造方法，具有，使用权利要求23所述的半导体基板的制造方法，形成至少具有所述第1半导体及所述第2半导体的光吸收构造体的阶段，以及串联或并联连接所述光吸收构造体的阶段。
全文摘要
本发明提供一种半导体基板，具有含硅的基底基板，和形成在基底基板上，具有露出基底基板表面的开口，用于阻碍结晶生长的阻碍体、和接触被露出于开口内部的基底基板表面，形成在开口内部的光吸收构造体，光吸收构造体具有第1半导体和第2半导体，所述第1半导体包含第1传导型第1半导体、形成在第1传导型第1半导体的上方，具有与第1传导型第1半导体相反的传导型的第2传导型第1半导体、以及形成在第1传导型第1半导体和第2传导型第1半导体之间，有效载流子浓度比第1传导型第1半导体及第2传导型第1半导体更低的低载流子浓度第1半导体；所述第2半导体包含与第2传导型第1半导体晶格匹配或准晶格匹配且具有与第2传导型第1半导体相反的传导型的第1传导型第2半导体、以及形成第1传导型第2半导体的上方，具有与第1传导型第2半导体相反的传导型的第2传导型第2半导体、形成在第1传导型第2半导体和第2传导型第2半导体之间且有效载流子浓度比第1传导型第2半导体及第2传导型第2半导体更低的低载流子浓度第2半导体。
文档编号H01L31/04GK102449775SQ201080023680
公开日2012年5月9日 申请日期2010年6月3日 优先权日2009年6月5日
发明者板谷太郎, 秦雅彦 申请人:住友化学株式会社, 独立行政法人产业技术综合研究所