專利名稱：半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法以及光電變換裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法以及光電變換裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
在非專利文獻(xiàn)I中記載了化合物半導(dǎo)體太陽能電池。在該文獻(xiàn)中作為在3結(jié)結(jié)構(gòu)中帶隙的組合認(rèn)為最佳的結(jié)構(gòu)而公開了 InGaP/GaAs/InGaAs (IeV)結(jié)構(gòu)電芯。
非專利文獻(xiàn)I :日本平成18年度 平成19年度成果報(bào)告書、新能源技術(shù)開發(fā)太陽光發(fā)電系統(tǒng)未來技術(shù)研究開發(fā)超高效率多結(jié)型太陽能電池的研究開發(fā)、獨(dú)立行政法人新能源/エ業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)、平成20年3月

發(fā)明內(nèi)容
在多結(jié)型太陽能電池中，使構(gòu)成多結(jié)型太陽能電池的各層的材料的帶隙的差異最佳化來實(shí)現(xiàn)光-電變換效率的提高。但是，為了達(dá)成高的變換效率，需要使用長波長側(cè)下的光吸收系數(shù)優(yōu)良的材料、且優(yōu)選該材料的制造容易。而且，多結(jié)型太陽能電池的各層優(yōu)選是優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶。為了解決上述課題，在本發(fā)明的第I方式中，提供一種半導(dǎo)體基板，具備基底基板；犧牲層，與基底基板進(jìn)行晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配；第I結(jié)晶層，由形成在犧牲層上的SixGei_x (O < D的外延結(jié)晶構(gòu)成；以及第2結(jié)晶層，形成在第I結(jié)晶層上，由禁帶寬比第I結(jié)晶層還大的3-5族化合物半導(dǎo)體的外延結(jié)晶構(gòu)成?；谆謇缬蓡尉aAs構(gòu)成。犧牲層例如由InmAlnGa1^nAs (O 彡 m < O. 2,0. 8 彡 η 彡 1、0· 8 < n+m 彡 I)的外延結(jié)晶或者Ina5Ala5P構(gòu)成。犧牲層優(yōu)選是由AlnGa1^nAs (O. 8彡η彡I)或者Ina48Ala52P構(gòu)成。半導(dǎo)體基板也可以還具備由形成在第I結(jié)晶層與第2結(jié)晶層之間的3-5族化合物半導(dǎo)體的外延結(jié)晶構(gòu)成的中間結(jié)晶層。中間結(jié)晶層例如與第I結(jié)晶層相比禁帶寬大、與第2結(jié)晶層相比禁帶寬小。中間結(jié)晶層例如是InyGahAszP^(O彡y < 1、0 < ζ彡I)，第2結(jié)晶層例如是 AlwIntGa1ItAsz. P1Y (O ^ w ^ 1、0 < t く 1、0 く w+t ^ 1、0 く z’ ^ I)。該半導(dǎo)體基板也可以在犧牲層上按順序依次具備第I背面電場層、第I結(jié)晶層、第I窗ロ層、第I隧道結(jié)層、第2背面電場層、中間結(jié)晶層、第2窗ロ層、第2隧道結(jié)層、第3背面電場層、第2結(jié)晶層、以及第3窗ロ層，第I背面電場層、第2背面電場層、第3背面電場層、第I窗ロ層、第2窗ロ層、以及第3窗ロ層，與第I結(jié)晶層、中間結(jié)晶層以及第2結(jié)晶層中的任意的層相比禁帶寬還大。在本發(fā)明的第2方式中提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，具備在基底基板上形成與基底基板進(jìn)行晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的犧牲層的エ序；在該犧牲層上外延生長由SixGei_x (O < D構(gòu)成的第I結(jié)晶層的エ序；在該第I結(jié)晶層上外延生長由3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間結(jié)晶層的エ序；以及在該中間結(jié)晶層上外延生長由禁帶寬第I結(jié)晶層比大的3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2結(jié)晶層的エ序基底基板例如由單晶GaAs構(gòu)成。在外延生長犧牲層的エ序中，外延生長由InmAlnGa1^nAs (O ^ m < O. 2>0. 8 ^ n ^ 1、0·8< n+m ^ I)構(gòu)成的外延結(jié)晶層。中間結(jié)晶層與第I結(jié)晶層相比禁帶寬大、與第2結(jié)晶層相比禁帶寬小。優(yōu)選是在第I結(jié)晶層與中間結(jié)晶層之間、以及中間結(jié)晶層與第2結(jié)晶層之間分別還形成隧道結(jié)層。中間結(jié)晶層例如是InyGa1VVszPh(O彡y < 1、0 < z彡I)，第2結(jié)晶層例如是AlwIntGa 卜w_tAsz’Ph’ (O ^ w ^ l、0<t< 1、0< w+t ^ 1、0 < z，^ I)。該半導(dǎo)體基板的制造方法，也可以具備在犧牲層上形成第I背面電場層的エ序；在該第I背面電場層上形成第I結(jié)晶層的エ序；在該第I結(jié)晶層上形成第I窗ロ層的エ序；在該第I窗ロ層上形成第I隧道結(jié)層的エ序；在該第I隧道結(jié)層上形成第2背面電場層的エ序；在第2背面電場層上形成中間結(jié)晶層的エ序；在該中間結(jié)晶層上形成第2窗ロ層的エ序；在該第2窗ロ層上形成第2隧道結(jié)層的エ序；在該第2隧道結(jié)層上形成第3背面電場層的エ序；在該第3背面電場層上形成第2結(jié)晶層的エ序；以及在該第2結(jié)晶層上形成第3窗ロ層的エ序，其中，第I背面電場層、第2背面電場層、第3背面電場層、第I窗ロ層、第2窗ロ層、以及第3窗ロ層，與第I結(jié)晶層、中間結(jié)晶層以及第2結(jié)晶層中的任意的層相比禁帶寬還大。在該半導(dǎo)體基板的制造方法中，也可以是外延生長犧牲層的エ序和外延生長第I結(jié)晶層的エ序在分別不同的環(huán)境內(nèi)實(shí)施、且外延生長第I結(jié)晶層的エ序和外延生長中間結(jié)晶層的エ序在分別不同的環(huán)境內(nèi)實(shí)施。例如，該半導(dǎo)體基板的制造方法在外延生長犧牲層的エ序與外延生長第I結(jié)晶層的エ序之間、以及外延生長第I結(jié)晶層的エ序與外延生長中間結(jié)晶層的エ序之間，還具備將實(shí)施各個(gè)エ序的反應(yīng)爐內(nèi)以從氫、氮以及氬中選擇的I種以上的氣體來進(jìn)行置換的エ序、或者對反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行減壓的エ序。在該半導(dǎo)體基板的制造方法中，也可以是外延生長第I結(jié)晶層的エ序，與外延生長中間結(jié)晶層的エ序和外延生長第2結(jié)晶層的エ序，在分別不同的反應(yīng)爐內(nèi)實(shí)施。在本發(fā)明的第3方式中，提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，具備在基底基板上形 成與基底基板進(jìn)行晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的犧牲層的エ序；在犧牲層上外延生長由禁帶寬比該犧牲層大的3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2結(jié)晶層的エ序；在該第2結(jié)晶層上外延生長由3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間結(jié)晶層的エ序；以及在該中間結(jié)晶層上外延生長由SixGeh(O彡X < I)構(gòu)成的第I結(jié)晶層的エ序。在本發(fā)明的第4方式中，提供ー種光電變換裝置的制造方法，具備準(zhǔn)備第I方式所述的半導(dǎo)體基板的エ序；在第2結(jié)晶層上安裝第I支撐體的エ序；以及除去犧牲層來將第I結(jié)晶層從基底基板進(jìn)行分離的エ序。該制造方法也可以還具備在從基底基板分離的第I結(jié)晶層的分離面上粘接由金屬、塑料以及陶瓷中的任一材料構(gòu)成的第2支撐體的エ序；以及取下第I支撐體的エ序。第I支撐體是透明的，該制造方法也可以還具備在從基底基板分離的第I結(jié)晶層的分離面上粘接由金屬、塑料以及陶瓷中的任一材料構(gòu)成的第2支撐體的エ序。分離的基底基板也可以再利用干與第I方式有關(guān)的半導(dǎo)體基板的制造。在本發(fā)明的第5方式中，提供ー種光電變換裝置的制造方法，具有準(zhǔn)備第I方式所述的半導(dǎo)體基板，形成電連接于基底基板以及第2結(jié)晶層的多個(gè)電極的エ序，其中，基底基板是具有P型或者η型的傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體。


圖I表示光電變換裝置100的截面。圖2表示光電變換裝置200的截面。圖3表示光電變換裝置300的截面。 圖4表示光電變換裝置400的截面。圖5Α表示半導(dǎo)體基板500的截面。
圖5Β表示半導(dǎo)體基板500的截面。圖6表示光電變換裝置200的制造エ序途中的截面。圖7表示光電變換裝置200的制造エ序途中的截面。圖8表不半導(dǎo)體基板600的截面。圖9表示光電變換裝置200的制造エ序途中的截面。
具體實(shí)施例方式下面，通過發(fā)明的實(shí)施方式來說明本發(fā)明。圖I表示光電變換裝置100的截面。光電變換裝置100具有支撐體102、第I結(jié)晶層104以及第2結(jié)晶層106。第2結(jié)晶層106以及第I結(jié)晶層104沿著光的入射方向以該順序配置。第I結(jié)晶層104是在離光入射側(cè)最遠(yuǎn)的區(qū)域中形成的底層。第2結(jié)晶層106是光最先到達(dá)的頂層。光電變換裝置100也可以在第2結(jié)晶層106與第I結(jié)晶層104之間具備其它的層。第I結(jié)晶層104吸收光來產(chǎn)生電動勢。第I結(jié)晶層104是SixGei_x(0彡x < I)的外延結(jié)晶層，優(yōu)選是SixGei_x(O < X < O. 2)的外延結(jié)晶層。第I結(jié)晶層104優(yōu)選晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于單晶砷化鎵(GaAs)。第I結(jié)晶層104優(yōu)選包含p型SixGel-x的外延結(jié)晶層與η型SixGei_x的外延結(jié)晶層的層疊。此外，第2結(jié)晶層106、以及本說明書中的其它的外延結(jié)晶層也優(yōu)選晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于單晶神化鎵。第2結(jié)晶層106吸收光來產(chǎn)生電動勢。第2結(jié)晶層106是由禁帶寬比第I結(jié)晶層104大的3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的外延結(jié)晶層。作為第2結(jié)晶層106，舉出AlwIntGa1TtAsz,P1Y (O彡w彡 1、0彡 t 彡 1、0彡w+t 彡 1、0彡 ζ’彡 I)。作為第 2 結(jié)晶層 106，優(yōu)選是1% 5Ga0.5P，更優(yōu)選是In。.48Ga0.52P。第2結(jié)晶層106優(yōu)選包含p型AlwIntGa1TtAivP1Y的外延結(jié)晶層與η型AlwIntGa1ItAsz. P1^z,的外延結(jié)晶層的層疊。在光電變換裝置100中，底層的第I結(jié)晶層104是禁帶寬比頂層的第2結(jié)晶層106還小的SixGei_x (O ^ X < I)的外延結(jié)晶層，因此能夠吸收無法由第2結(jié)晶層106吸收的長波長域的光，從而提高光電變換裝置100的變換效率。另外，SixGei_x (O ^ X < D能夠與3_5族化合物半導(dǎo)體晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配，因此由3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2結(jié)晶層106的結(jié)晶性得到提高，因此光電變換裝置100的變換效率得到提高。此外，第I結(jié)晶層104以及第2結(jié)晶層106被支撐體102支撐。作為支撐體102，可舉出從由金屬、塑料以及陶瓷構(gòu)成的組中選擇的I種以上的材料。作為金屬，可舉出鋁、銅、不銹鋼。作為塑料，可舉出聚酰亞胺、液晶聚合物、環(huán)烯烴聚合物、聚碳酸酷、丙烯酸類樹月旨、聚烯烴類。作為陶瓷，可舉出多晶氧化鋁燒結(jié)體、多晶氮化鋁燒結(jié)體、多晶碳化硅燒結(jié)體、多晶ニ氧化硅等。陶瓷也可以不使用晶體而使用玻璃(非晶體)。圖2表示光電變換裝置200的截面。光電變換裝置200在光電變換裝置100的結(jié)構(gòu)中附加了中間結(jié)晶層108。中間結(jié)晶層108形成在第I結(jié)晶層104與第2結(jié)晶層106之間。中間結(jié)晶層108吸收光來產(chǎn)生電動勢。中間結(jié)晶層108是由3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的外延結(jié)晶層。中間結(jié)晶層108與第I結(jié)晶層104相比禁帶寬大、與第2結(jié)晶層106相比禁帶寬小。中間結(jié)晶層108例如是InyGanAszPh(O彡y < 1、0 < z彡I)。中間結(jié)晶層108優(yōu)選是InyGai_yAs (O ^ y < O. I),更優(yōu)選能夠使用GaAs。中間結(jié)晶層108優(yōu)選包含p型IriyGa^yASzPh的外延結(jié)晶層與η型InyGa^yASzP^的外延結(jié)晶層的層疊。光電變換裝置200通過具有中間結(jié)晶層108，沒有被第2結(jié)晶層106吸收的光被中間結(jié)晶層108吸收、另外沒有被中間結(jié)晶層108吸收的光被第I結(jié)晶層104吸收，因此光電變換裝置200的變換效率比光電變換裝置100的變換效率進(jìn)ー步得到提高。圖3表示光電變換裝置300的截面。光電變換裝置300在光電變換裝置200的結(jié)構(gòu)中附加了隧道結(jié)層110。隧道結(jié)層110分別配置在第I結(jié)晶層104與中間結(jié)晶層108之 間以及中間結(jié)晶層108與第2結(jié)晶層106之間。通過隧道結(jié)層110，第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106的各個(gè)之間的結(jié)界面中的連接變得良好。作為隧道結(jié)層110，舉出將高濃度地?fù)诫s了施主(donor)雜質(zhì)的N層、與高濃度地?fù)诫s了受主(acceptor)雜質(zhì)的P層進(jìn)行組合的PN結(jié)層。作為N層，可舉出施主雜質(zhì)的濃度為5X IO1Vcm3以上的InyGahAszPh (O彡7<1、0<2彡1)層或者AlwIntGa1TtAsz, Pu，(O 彡 w 彡 1、0 彡 t 彡 1、0 彡 w+t 彡 1、0 彡 z’ 彡 I)層。作為 P 層，可舉出受主雜質(zhì)的濃度為5X IO1Vcm3以上的InyGa卜,AszPh(O ^ y < UO < z ^ I)層或者AlwIntGa1^tAsz. P1^. (O ^ w ^ l、0<t< 1、0< w+t ^ 1、0<ζ，^ I)層。施主雜質(zhì)例如是Si、S、Se、Te。受主雜質(zhì)例如是C、Be、Mg、Zn。N層以及P層的厚度都優(yōu)選是50nm以下，更優(yōu)選是30nm以下。N層以及P層都優(yōu)選與第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108或者第2結(jié)晶層106晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配。對于連接于第I結(jié)晶層104的隧道結(jié)層110，除了上述的PN結(jié)層之外也可以是將高濃度(5X IO1Vcm3以上)地?fù)诫s了施主雜質(zhì)的N型SixGei_x (O彡X < D層、與高濃度(5 X IO1Vcm3以上)地?fù)诫s了受主雜質(zhì)的P型SixGei_x (O彡x < I)層進(jìn)行組合的PN結(jié)層。在這種情況下，施主雜質(zhì)可以是P、As或者Sb。受主雜質(zhì)可以是B、Al或者Ga。N型SixGei_x層以及P型SixGei_x層的厚度都優(yōu)選是50nm以下，更優(yōu)選是30nm以下。N型SixGei_x層以及P型SixGei_x層都優(yōu)選是與第I結(jié)晶層104或者中間結(jié)晶層108晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配。圖4表示光電變換裝置400的截面。光電變換裝置400在附加了多個(gè)窗ロ層112以及多個(gè)背面電場層114這一點(diǎn)上與光電變換裝置300不同。具體地說，光電變換裝置400在支撐體102上按順序具備背面電場層114-1、第I結(jié)晶層104、窗ロ層112-1、隧道結(jié)層110-1、背面電場層114-2、中間結(jié)晶層108、窗ロ層112-2、隧道結(jié)層110-2、背面電場層114-3、第2結(jié)晶層106、以及窗ロ層112-3。各多個(gè)窗ロ層112以及多個(gè)背面電場層114，與第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106中的任意的層相比禁帶寬還大。因而，抑制在第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106中生成的光載流子釋放到第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106的外面，因此通過窗ロ層112以及背面電場層114能夠有效地輸出光載流子。作為窗ロ層112，可舉出InyGa1VVszPh (O彡y < 1、0 < z彡I)層、或者AlwIntGa1^tAsz.P1^z. (O ^ w ^ 1、0 < t く 1、0彡 w+t 彡 1、0 彡 z’ 彡 I)層。作為接觸于第I結(jié)晶層104的窗ロ層112，還能夠使用SixGei_x(O彡x < I)層。作為背面電場層114，可舉出InyGa1IAszPha)彡y < 1、0 < z彡I)層、或者AlwIntGa1^tAsz.P1^z. (O ^ w ^ 1、0 < t く 1、0彡 w+t 彡 1、0 彡 z’ 彡 I)層。作為接觸于第I結(jié)晶層104的1 面電場層114，還gを夠使用SixGe1I(C) < x < I)層。窗ロ層112以及背面電場層114的厚度都優(yōu)選是50nm以下，更優(yōu)選是30nm以下。窗ロ層112以及背面電場層114摻雜為與各自相接觸的第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108或者第2結(jié)晶層106相同導(dǎo)電型，在P型、N型的任意情況下其濃度都優(yōu)選是IXlO1Vcm3以上，更優(yōu)選是3 X IO1Vcm3以上。圖5A表示半導(dǎo)體基板500的截面。半導(dǎo)體基板500代替圖I 圖4中的支撐體102而在基底基板120上從離基底基板120近的側(cè)按順序依次層疊了第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106。第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106與包含在光電變換裝置200、光電變換裝置300、光電變換裝置400中的第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106相對應(yīng)?；谆?20由單晶神化鎵構(gòu)成。另外，半導(dǎo)體基板500在第I結(jié)晶層104與基底基板120之間具有犧牲層122。犧牲層122與基底基板120晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配。犧牲層122由InmAlnGannAs (O彡m < 1、0 < r!彡1、0 < n+m く I)的外延結(jié)晶構(gòu)成。犧牲層 122 也可以是 InniAlnGa1InAs (O 彡 m < O. 2,0. 8 彡 η 彡 1、0· 8 < n+m 彡 I)。作為ー個(gè)例子，犧牲層122的晶格常數(shù)是基底基板120的晶格常數(shù)與第I結(jié)晶層104的晶格常數(shù)之間的大小。半導(dǎo)體基板500適于光電變換裝置200的制造。在制造光電變換裝置200的情況下，通過從半導(dǎo)體基板500除去犧牲層122，光電變換裝置200不具有基底基板120以及犧牲層122。圖5B表示半導(dǎo)體基板500的其它實(shí)施方式。半導(dǎo)體基板500也可以按順序依次具備形成在犧牲層122上的第I背面電場層114-1、第I結(jié)晶層104、第I窗ロ層112-1、隧道結(jié)層110-1、第2背面電場層114-2、中間結(jié)晶層108、第2窗ロ層112-2、隧道結(jié)層110-2、第3背面電場層114-3、第2結(jié)晶層106以及第3窗ロ層112-3。第I背面電場層114-1、第2背面電場層114-2、第3背面電場層114-3、第I窗ロ層112-1、第2窗ロ層112-2、以及第3窗ロ層112-3例如與第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106的任意層相比禁帶寬還大。圖6以及圖7表示半導(dǎo)體基板500的制造エ序途中的截面。首先，如圖6所示那樣在由單晶神化鎵構(gòu)成的基底基板120上外延生長作為InmAlnGannAs (O < m < O. 2、O. 8彡η彡U0. 8 < n+m彡I)的犧牲層122。接著，在犧牲層122上外延生長作為SixGei_x (O彡X < I)的第I結(jié)晶層104。接著，在第I結(jié)晶層104上外延生長由禁帶寬比第I結(jié)晶層104還大的3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間結(jié)晶層108。進(jìn)而，在中間結(jié)晶層108上外延生長由禁帶寬比中間結(jié)晶層108還大的3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2結(jié)晶層106。
外延生長犧牲層122的エ序和外延生長第I結(jié)晶層104的エ序優(yōu)選是在分別不同的環(huán)境內(nèi)實(shí)施。另外，外延生長第I結(jié)晶層104的エ序、外延生長第中間結(jié)晶層108的エ序以及外延生長第2結(jié)晶層106的エ序優(yōu)選是在分別不同的環(huán)境內(nèi)實(shí)施。例如，外延生長犧牲層122的エ序之后、外延生長第I結(jié)晶層104的エ序之前，以及外延生長第I結(jié)晶層104的エ序之后、外延生長犧牲層122的エ序之前，將外延生長各個(gè)層的反應(yīng)爐內(nèi)以從氫、氮以及氬中選擇的I種以上的氣體來進(jìn)行置換。也可以降低反應(yīng)爐內(nèi)的壓カ。也可以將外延生長第I結(jié)晶層104的エ序，與外延生長第中間結(jié)晶層108的エ序和外延生長第2結(jié)晶層106的エ序，在不同的反應(yīng)爐內(nèi)實(shí)施。如以上那樣，通過進(jìn)行反應(yīng)爐內(nèi)的氣體置換或者減壓、或在各個(gè)エ序中使用不同的反應(yīng)爐，明確地區(qū)分SiGe系的外延生長和GaAs系的外延生長的成膜エ藝，能夠抑制雜質(zhì)等的混入，因此能夠形成結(jié)晶性優(yōu)良的
結(jié)晶膜。 經(jīng)過以上的エ序能夠形成半導(dǎo)體基板500。此外，在外延生長犧牲層122的エ序、外延生長第I結(jié)晶層104的エ序以及外延生長第2結(jié)晶層106這些各エ序之間，優(yōu)選形成隧道結(jié)層110、窗ロ層112以及背面電場層114。接著，在半導(dǎo)體基板500的第2結(jié)晶層106上安裝準(zhǔn)支撐體130。并且如圖7所示，除去犧牲層122來將第I結(jié)晶層104、第2結(jié)晶層106以及中間結(jié)晶層108，與基底基板120分離。在從基底基板120分離的第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106中的第I結(jié)晶層104的分離面上粘接支撐體102。之后通過取下準(zhǔn)支撐體130，能夠制造光電變換裝置200。此外，如果將準(zhǔn)支撐體130設(shè)為透明支撐體，則能夠構(gòu)成通過透明支撐體而入射光的光電變換裝置。取下的基底基板能夠再利用于其它的半導(dǎo)體基板的制造中。圖8表示半導(dǎo)體基板600的截面。半導(dǎo)體基板600在基底基板120上從離基底基板120近的一側(cè)按順序依次層疊了犧牲層122、第2結(jié)晶層106、中間結(jié)晶層108以及第I結(jié)晶層104。半導(dǎo)體基板600相對于圖5A所不的半導(dǎo)體基板500而第I結(jié)晶層104以及第2結(jié)晶層106的位置為相反。第I結(jié)晶層104、中間結(jié)晶層108以及第2結(jié)晶層106是與包含在光電變換裝置200、光電變換裝置300、光電變換裝置400中的半導(dǎo)體層相對應(yīng)的外延結(jié)晶層?；谆?20例如由單晶神化鎵構(gòu)成。半導(dǎo)體基板600在第2結(jié)晶層106與基底基板120之間具有犧牲層122。犧牲層122與基底基板120晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配。犧牲層122例如是InmAlnGannAs (O彡m < 1、0 < r!彡1、0 < n+m く I)的外延結(jié)晶。犧牲層122 也可以是 InmAlnGa1^nAs (O ^ m < O. 2,0. 8 彡 η 彡 1、0· 8 < n+m 彡 I)的外延結(jié)晶。半導(dǎo)體基板600適于光電變換裝置200的制造。圖9表示半導(dǎo)體基板600的制造エ序途中的截面。首先，在由單晶砷化鎵構(gòu)成的基底基板120上外延生長由In/lAamAs (O ^ m < O. 2,0. 8彡η彡1、0· 8 < n+m彡I)構(gòu)成的犧牲層122。接著，在犧牲層122上外延生長由3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2結(jié)晶層106。接著，在第2結(jié)晶層106上外延生長由與第2結(jié)晶層106相比禁帶寬還小的3_5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間結(jié)晶層108。而且，在中間結(jié)晶層108上外延生長由SixGeh(O彡x< D構(gòu)成、且與中間結(jié)晶層108相比禁帶寬還小的第I結(jié)晶層104。這里外延生長犧牲層122的エ序、外延生長第2結(jié)晶層106的エ序以及外延生長第中間結(jié)晶層108的エ序，與外延生長第I結(jié)晶層104的エ序優(yōu)選是在分別不同的環(huán)境內(nèi)實(shí)施。例如，在外延生長第中間結(jié)晶層108的エ序之后、外延生長第I結(jié)晶層104的エ序之前，將外延生長各個(gè)層的反應(yīng)爐內(nèi)以從氫、氮以及氬中選擇的I以上的氣體來進(jìn)行置換。也可以降低反應(yīng)爐內(nèi)的壓力。外延生長犧牲層122的エ序與外延生長第I結(jié)晶層104的エ序也可在不同的反應(yīng)爐內(nèi)實(shí)施。如以上那樣，通過進(jìn)行氣體置換或者減壓、或在各個(gè)エ序中使用不同的反應(yīng)爐，明確地區(qū)分SiGe系的外延生長和GaAs系的外延生長的成膜エ藝，能夠抑制雜質(zhì)等的混入，因此能夠形成結(jié)晶性優(yōu)良的結(jié)晶膜。 此外，優(yōu)選形成隧道結(jié)層110、窗ロ層112以及背面電場層114。通過這種不同的反應(yīng)爐中的外延的實(shí)施，明確地區(qū)分SiGe系的外延生長和GaAs系的外延生長的成膜エ藝，能抑制雜質(zhì)等的混入，能夠形成結(jié)晶性優(yōu)良的結(jié)晶膜。而且，如果在包含半導(dǎo)體基板600的第I結(jié)晶層104、第2結(jié)晶層106以及中間結(jié)晶層108的多個(gè)外延結(jié)晶層上粘接由從由金屬、塑料以及陶瓷構(gòu)成的組中選擇的I種以上的材料構(gòu)成的支撐體102，除去犧牲層122來分離多個(gè)外延結(jié)晶層與基底基板120，則能夠制造光電變換裝置200。該陶瓷也可以是玻璃。另外，還能夠在除去犧牲層122來分離了多個(gè)外延結(jié)晶層與基底基板120之后在第2結(jié)晶層106上粘接透明的其它的支撐體來構(gòu)成光電變換裝置。此外，可以不將基底基板120從半導(dǎo)體基板取下而形成電連接于基底基板120和外延結(jié)晶層的多個(gè)電極。這里，如果將基底基板120設(shè)為與相接于基底基板120的外延結(jié)晶層具有相同傳導(dǎo)型的P型或者η型的傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體，則將基底基板120用作共用電極來提高光電變換裝置的面積效率。該半導(dǎo)體優(yōu)選是低電阻半導(dǎo)體，具體地說電阻率優(yōu)選是10 1 Ω cm 以下。在該外延結(jié)晶層或者基底基板120上粘接由從由金屬、塑料以及陶瓷構(gòu)成的組中選擇的I種以上的材料構(gòu)成的支撐體102時(shí)，也可以在該外延結(jié)晶層的粘接面預(yù)先形成預(yù)先電連接于該外延結(jié)晶層或者基底基板120的電極。在支撐體102為絕緣材料的情況下，也可以在該粘接面預(yù)先形成能夠與電連接于該外延結(jié)晶層或者基底基板12的電極進(jìn)行電連接的布線。應(yīng)該注意的是，在技術(shù)方案、說明書和在附圖中表示的裝置、系統(tǒng)、程序，和在方法中的動作、次序、步驟，和階段等的各處理的執(zhí)行順序，只要沒有特別注明“比...先，，、“在...之前”等，或者只要不是后邊的處理必須使用前面的處理的輸出，就可以以任意的順序?qū)嵤?。有關(guān)技術(shù)方案、說明書和附圖中的動作流程，為了說明上的方便，說明中使用了“首先”、“其次”、等字樣，但即使這樣也不意味著以這個(gè)程序?qū)嵤┦潜仨毜臈l件。附圖標(biāo)記說明100光電變換裝置、102支持體、104第I結(jié)晶層、106第2結(jié)晶層、108中間結(jié)晶層、110隧道結(jié)層、112窗ロ層、114背面電場層、120基底基板、122犧牲層、130準(zhǔn)支撐體、200光電變換裝置、300光電變換裝置、400光電變換裝置、500半導(dǎo)體基板、600半導(dǎo)體基板。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體基板，具備 基底基板; 犧牲層，與所述基底基板晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配； 第I結(jié)晶層，由形成在所述犧牲層上的SixGei_x的外延結(jié)晶構(gòu)成，其中O彡X < I ;以及第2結(jié)晶層，形成在所述第I結(jié)晶層上，由禁帶寬比所述第I結(jié)晶層還大的3-5族化合物半導(dǎo)體的外延結(jié)晶構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板， 所述基底基板由單晶GaAs構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基板， 所述犧牲層由InmAlnGai_m_nAS的外延結(jié)晶構(gòu)成，其中，O≤m < 0. 2,0. 8≤n≤U0. 8< n+m ≤ I o
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板， 還具備中間結(jié)晶層，該中間結(jié)晶層形成在所述第I結(jié)晶層與所述第2結(jié)晶層之間并且由3-5族化合物半導(dǎo)體的外延結(jié)晶構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板， 所述中間結(jié)晶層與所述第I結(jié)晶層相比禁帶寬大、與所述第2結(jié)晶層相比禁帶寬小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板， 還具有隧道結(jié)層，該隧道結(jié)層分別形成在所述第I結(jié)晶層與所述中間結(jié)晶層之間、以及所述中間結(jié)晶層與所述第2結(jié)晶層之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板， 所述中間結(jié)晶層是InyGa1VVszPh，其中0 ^ y < UO < z ^ I, 所述第 2 結(jié)晶層是 AlwIntGa1HAsz, P1^z.,其中 0 < w く 1、0 < t く 1、0≤ w+t ( I、0 < z，< I。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板， 所述中間結(jié)晶層是GaAs， 所述弟2結(jié)晶層是Ina 5Ga0 5P。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板， 在所述犧牲層上按順序依次具備第I背面電場層、所述第I結(jié)晶層、第I窗ロ層、第I隧道結(jié)層、第2背面電場層、所述中間結(jié)晶層、第2窗ロ層、第2隧道結(jié)層、第3背面電場層、所述第2結(jié)晶層、以及第3窗ロ層， 所述第I背面電場層、所述第2背面電場層、所述第3背面電場層、所述第I窗ロ層、所述第2窗ロ層、以及所述第3窗ロ層，與所述第I結(jié)晶層、所述中間結(jié)晶層以及所述第2結(jié)晶層中的任意的層相比，禁帶寬還大。
10.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，具備 在基底基板上形成與所述基底基板晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的犧牲層的エ序； 在所述犧牲層上外延生長由SixGeh構(gòu)成的第I結(jié)晶層的エ序，其中0 < X < I ; 在所述第I結(jié)晶層上外延生長由3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間結(jié)晶層的エ序；以及在所述中間結(jié)晶層上外延生長由禁帶寬比所述第I結(jié)晶層大的3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2結(jié)晶層的エ序。
11.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，具備 在基底基板上形成與所述基底基板晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的犧牲層的エ序； 在所述犧牲層上外延生長由禁帶寬比所述犧牲層大的3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2結(jié)晶層的エ序； 在所述第2結(jié)晶層上外延生長由3-5族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間結(jié)晶層的エ序；以及 在所述中間結(jié)晶層上外延生長由SixGeh構(gòu)成的第I結(jié)晶層的エ序，其中O < X < I。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 所述基底基板由單晶GaAs構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 在外延生長所述犧牲層的エ序中，外延生長由Ir^AlfamAs構(gòu)成的外延結(jié)晶層，其中0 ≤ m < 1.0 < n ≤1、0< n+m ≤ 1。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 在外延生長所述犧牲層的エ序中，外延生長由Ir^AlfamAs構(gòu)成的外延結(jié)晶層，其中0 ≤m < 0. 2、0. 8 ≤ n ≤ 1、0. 8 < n+m ≤1。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 所述中間結(jié)晶層與所述第I結(jié)晶層相比禁帶寬大、與所述第2結(jié)晶層相比禁帶寬小。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 在所述第I結(jié)晶層與所述中間結(jié)晶層之間、以及所述中間結(jié)晶層與所述第2結(jié)晶層之間分別還形成隧道結(jié)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 所述中間結(jié)晶層是InyGa1VVszPh，其中0 ≤ y < UO < z ≤ 1, 所述第 2 結(jié)晶層是 AlwIntGa1HAsz, P1^z.,其中 0 ≤ w ≤ 1、0 ≤ t 1、0≤w+t ≤1、0 ≤z， 1。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，具備 在所述犧牲層上形成第I背面電場層的エ序； 在所述第I背面電場層上形成所述第I結(jié)晶層的エ序； 在所述第I結(jié)晶層上形成第I窗ロ層的エ序； 在所述第I窗ロ層上形成第I隧道結(jié)層的エ序； 在所述第I隧道結(jié)層上形成第2背面電場層的エ序； 在所述第2背面電場層上形成所述中間結(jié)晶層的エ序； 在所述中間結(jié)晶層上形成第2窗ロ層的エ序； 在所述第2窗ロ層上形成第2隧道結(jié)層的エ序； 在所述第2隧道結(jié)層上形成第3背面電場層的エ序； 在所述第3背面電場層上形成所述第2結(jié)晶層的エ序；以及 在所述第2結(jié)晶層上形成第3窗ロ層的エ序， 其中，所述第I背面電場層、所述第2背面電場層、所述第3背面電場層、所述第I窗ロ層、所述第2窗ロ層、以及所述第3窗ロ層，與所述第I結(jié)晶層、所述中間結(jié)晶層以及所述第2結(jié)晶層中的任意的層相比，禁帶寬還大。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，外延生長所述犧牲層的エ序和外延生長所述第I結(jié)晶層的エ序分別在不同的環(huán)境內(nèi)實(shí)施、且 外延生長所述第I結(jié)晶層的エ序和外延生長所述中間結(jié)晶層的エ序分別在不同的環(huán)境內(nèi)實(shí)施。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 在外延生長所述犧牲層的エ序與外延生長所述第I結(jié)晶層的エ序之間、以及外延生長所述第I結(jié)晶層的エ序與外延生長所述中間結(jié)晶層的エ序之間，還具備將實(shí)施各個(gè)エ序的反應(yīng)爐內(nèi)以從氫、氮以及氬中選擇的I種以上的氣體來進(jìn)行置換的エ序、或者對反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行減壓的エ序。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體基板的制造方法， 外延生長所述第I結(jié)晶層的エ序，與 外延生長所述中間結(jié)晶層的エ序和外延生長所述第2結(jié)晶層的エ序， 分別在不同的反應(yīng)爐內(nèi)實(shí)施。
22.ー種光電變換裝置的制造方法，具備 準(zhǔn)備權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板的エ序； 在所述第2結(jié)晶層上安裝第I支撐體的エ序；以及 除去所述犧牲層來將所述第I結(jié)晶層從所述基底基板進(jìn)行分離的エ序。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光電變換裝置的制造方法，還具備 在從所述基底基板分離的所述第I結(jié)晶層的分離面上粘接由金屬、塑料以及陶瓷中的任一材料構(gòu)成的第2支撐體的エ序；以及取下所述第I支撐體的エ序。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光電變換裝置的制造方法， 所述第I支撐體是透明的， 該制造方法還具備在所述基底基板分離的所述第I結(jié)晶層的分離面粘接由金屬、塑料以及陶瓷中的任一材料構(gòu)成的第2支撐體的エ序。
25.ー種光電變換裝置的制造方法， 具有準(zhǔn)備權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體基板，形成電連接于所述基底基板以及所述第2結(jié)晶層的多個(gè)電極的エ序， 其中，所述基底基板是具有P型或者n型的傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體基板，具備基底基板；犧牲層，與基底基板進(jìn)行晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配；第1結(jié)晶層，由形成在犧牲層上的SixGe1-x(0≤x＜1)的外延結(jié)晶構(gòu)成；以及第2結(jié)晶層，形成在第1結(jié)晶層上，由禁帶寬比第1結(jié)晶層還大的3-5族化合物半導(dǎo)體的外延結(jié)晶構(gòu)成?；谆謇缬蓡尉aAs構(gòu)成。犧牲層例如由InmAlnGa1-m-nAs(0≤m＜1、0＜n≤1、0＜n+m≤1)的外延結(jié)晶構(gòu)成。
文檔編號H01L31/04GK102668110SQ20108005552
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者山田永, 秦雅彥, 高田朋幸 申請人:住友化學(xué)株式會社