JP4789752B2 - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本実施例では、陽極酸化法による細孔を用いて凹凸構造を有する電極を作製する場合の、本発明の光電変換素子の実施例を示す。以下に、本実施例における光電変換素子の製造方法について、図6を用いて詳細に説明する。工程は以下の(a)〜(f)からなる。
Si基板63上に、下地層62として導電性皮膜(Ti)を5nm付与した後に、異種金属(Ti、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及びWのうち少なくとも1種類)を添加したアルミニウム薄膜61を100nm成膜する。
続いてアルミニウム薄膜61の表面に、FIB(集束イオンビーム)加工装置を用いて、細孔形成開始点64を形成する。加工条件は、イオン種としてGaを用い、加速電圧は30kV、イオン電流3pAとし、一点での照射時間は10ミリ秒とする。開始点のパターン形状は、間隔400nmで正方格子状のパターンの繰り返しとする。細孔形成開始点64は、他にスタンパ−、電子線ビームリソグラフィ等の方法によっても形成出来る。更に、細孔形成開始点64を任意のパターンにすることにより、点状、線状、同心状の周期配列を有する凹凸電極67を作製することが出来る。
陽極酸化装置を用いてアルミニウム薄膜61に陽極酸化処理を施すことにより、アルミニウム薄膜61が陽極酸化皮膜66となり、細孔形成開始点64から基板に対して垂直に細孔65が形成される。酸電解液は0.3Mシュウ酸水溶液を用い、恒温槽により溶液を3℃に保持し、陽極酸化電圧は40Vとする。陽極酸化後にポアワイド処理を施す。ポアワイド条件として5wt%リン酸溶液中に、30分間浸し、細孔径を適宜拡大するとともに、細孔65の壁面にあった突起物を除去し壁面の直線性を改善する。結果、細孔径200nm、細孔間隔は400nm、細孔深さ50nmの細孔65を形成する。陽極酸化条件を適宜選択することにより、細孔深さを変化させることができる。また、ポアワイド条件を適宜選択することにより、細孔径を変化させることが出来る。
前記細孔63に、めっきにより凹凸電極67として銀を充填する。めっき物が細孔に充填された後も連続してめっきを行い、前記陽極酸化皮膜66をめっき物で被覆し、凹凸電極67とする。めっきによる金属の充填方法としては、電解めっき、無電解めっき等を用いることが可能である。他の金属の充填方法としては、スパッタリング法を用いてもよい。
めっき後に10wt%NaOHにて陽極酸化皮膜62をエッチングすることにより、凹凸電極67が得られる。凹凸パターンは、隣接する凸部の周期間隔Pが400nm、電極の凸部の幅Wが200nm、凹凸構造高低差hが50nmとなっている。
以上の工程により作製される凹凸銀電極67に、p型Si68をスパッタリング法により400nm堆積し、凹凸電極67とショットキー接合を形成する。続いて透明電極69としてITOを堆積し、素子とする。
本実施例は、フォトリソグラフィにより凹凸構造を有するショットキー電極を作製する場合の、本発明の光電変換素子の実施例を示す。以下に、本実施例における光電変換素子の製造方法について詳細に説明する。
12 半導体受光層
13 電極
41 局在電場
42 金属
51 電極
61 アルミニウム薄膜
62 下地層
63 基板
64 細孔形成開始点
65 細孔
66 陽極酸化皮膜
67 凹凸電極
68 p型Si
69 透明電極
P 隣接する凸部の周期間隔
W 凸部の幅
h 凹凸構造の高低差
Claims (5)
- ショットキー電極と、該ショットキー電極に接して設けられた半導体受光層と、該半導体受光層と接して設けられた透明電極と、を有する構成の光電変換素子であって、
該ショットキー電極は、光の入射により凸部上端のエッジを結んだ増強電界を形成する周期的な凹凸構造を有し、該半導体受光層は、該ショットキー電極の凹凸構造を有する面側に接触して配置されており、且つ、該ショットキー電極の凹凸構造の高低差は、隣接する凸部の周期間隔の1/20以上1/5以下の範囲にあると共に、該凸部の幅は、該凸部の周期間隔の1/4以上3/4以下の範囲にあることを特徴とする光電変換素子。 - 前記ショットキー電極の凸部の周期間隔は、300nm以上1200nm以下の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記ショットキー電極の凸部の周期配列は、点状、線状又は同心状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。
- 前記ショットキー電極は、金、銀、アルミニウム、銅及び白金のいずれか1つからなることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- ショットキー電極を形成する第1工程と、該ショットキー電極上に半導体受光層を形成する第2工程と、該半導体受光層上に透明電極を形成する第3工程と、を有する光電変換素子の製造方法であって、
該ショットキー電極を形成する第1工程は、
アルミニウムを含有する基体表面に規則的に配列した細孔開始点を作製する工程と、
該基体を陽極酸化し、孔を形成する工程と、
該基体上と該孔中に該ショットキー電極となる構造体を形成する工程と、
該基体を除去し、該孔の形状にならった凹凸構造を有する該ショットキー電極を得る工程と、
からなり、及び、
該半導体受光層を形成する第2工程において、該半導体受光層は、該ショットキー電極の凹凸構造が設けられている側に形成されることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
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