JP2001111074A - 半導体素子及び太陽電池 - Google Patents
半導体素子及び太陽電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで、高効率であり、しかも安全で長
寿命な半導体素子及び太陽電池を提供すること。 【解決手段】 半導体基板上に、少なくともＡｌ，Ｇａ
及びＩｎから選択される１以上の元素と窒素元素とから
なる窒化物系化合物半導体を含有する化合物半導体層を
窓層として形成したことを特徴とする半導体素子であ
る。また、半導体基板上に、組成式がＡｌXＧａYＩｎZ
ＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有する化合物
半導体層を有し、該Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＷは組成比を表し、
０．８≦（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ≦１．２、かつ、０．１≦
Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）≦１．０を満たすことを特徴とする
太陽電池である。
寿命な半導体素子及び太陽電池を提供すること。 【解決手段】 半導体基板上に、少なくともＡｌ，Ｇａ
及びＩｎから選択される１以上の元素と窒素元素とから
なる窒化物系化合物半導体を含有する化合物半導体層を
窓層として形成したことを特徴とする半導体素子であ
る。また、半導体基板上に、組成式がＡｌXＧａYＩｎZ
ＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有する化合物
半導体層を有し、該Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＷは組成比を表し、
０．８≦（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ≦１．２、かつ、０．１≦
Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）≦１．０を満たすことを特徴とする
太陽電池である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に新規な化
合物半導体層を窓層として設けた半導体素子及び太陽電
池に関する。
合物半導体層を窓層として設けた半導体素子及び太陽電
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光半導体素子の研究が盛んに行わ
れているが、光子の電気への変換においては、半導体素
子の内部の活性領域で電荷発生が効率よく行われること
が重要であり、その条件として活性領域に利用すべき光
が効率よく入射することが必要である。通常の半導体接
合を用いた半導体素子は、可視光に感度を有する半導体
で形成されているため、吸収係数の大きい短波長領域で
は活性層に光が到達せず、電荷発生に寄与しないため短
波長の感度が低下してしまう。
れているが、光子の電気への変換においては、半導体素
子の内部の活性領域で電荷発生が効率よく行われること
が重要であり、その条件として活性領域に利用すべき光
が効率よく入射することが必要である。通常の半導体接
合を用いた半導体素子は、可視光に感度を有する半導体
で形成されているため、吸収係数の大きい短波長領域で
は活性層に光が到達せず、電荷発生に寄与しないため短
波長の感度が低下してしまう。
【０００３】そのため空乏層を形成する半導体のうち、
空乏層の光入射側は透明であるのが望ましく、現在ａ−
ＳｉＣｘが最良の窓材として提案されている。しかし、
ａ−ＳｉＣｘはＣ組成が多くなるほど可視光の透過率が
多くなるが、特に光学ギャップが２．０ｅＶ以上（６２
０ｎｍ）になると、急速に光導電特性や電荷輸送能が低
下するため、完全に短波長域の光を有効に利用すること
はできないという問題があった。また、窓層として透明
金属酸化物を用いた例があるが、これは透明電極の機能
を付与したものであり、活性層を形成する半導体層は可
視光に吸収のある材料の組み合わせによって形成される
ため、窓層の下の半導体層による短波長域の感度低下は
同様に発生し問題となっていた。
空乏層の光入射側は透明であるのが望ましく、現在ａ−
ＳｉＣｘが最良の窓材として提案されている。しかし、
ａ−ＳｉＣｘはＣ組成が多くなるほど可視光の透過率が
多くなるが、特に光学ギャップが２．０ｅＶ以上（６２
０ｎｍ）になると、急速に光導電特性や電荷輸送能が低
下するため、完全に短波長域の光を有効に利用すること
はできないという問題があった。また、窓層として透明
金属酸化物を用いた例があるが、これは透明電極の機能
を付与したものであり、活性層を形成する半導体層は可
視光に吸収のある材料の組み合わせによって形成される
ため、窓層の下の半導体層による短波長域の感度低下は
同様に発生し問題となっていた。
【０００４】更に、半導体を用いた光子の電気エネルギ
ーへの変換においては、光学ギャップよりも大きいエネ
ルギーを持つ光子のエネルギーは、格子振動のエネルギ
ーとして損失となるため、照射される光の波長と光学ギ
ャップは一致することが望ましく、光学ギャップの異な
る半導体の積層構成が検討されている。しかしながら、
大面積化の必要な半導体素子の短波長領域に使用できる
半導体はなく、太陽の輻射エネルギーの最も強い５００
ｎｍより短波長では、前述の光の入射効率の低下ととも
に光子エネルギーの損失が特に大きく、エネルギー変換
効率にとって大きな問題であった。
ーへの変換においては、光学ギャップよりも大きいエネ
ルギーを持つ光子のエネルギーは、格子振動のエネルギ
ーとして損失となるため、照射される光の波長と光学ギ
ャップは一致することが望ましく、光学ギャップの異な
る半導体の積層構成が検討されている。しかしながら、
大面積化の必要な半導体素子の短波長領域に使用できる
半導体はなく、太陽の輻射エネルギーの最も強い５００
ｎｍより短波長では、前述の光の入射効率の低下ととも
に光子エネルギーの損失が特に大きく、エネルギー変換
効率にとって大きな問題であった。
【０００５】短波長に使用できるワイドバンドギャップ
半導体としては、近年、窒化物系化合物半導体が注目さ
れている。しかしながら、この半導体で発光素子や紫外
線センサー等の半導体素子が実用化されているが、サフ
ァイア基板を用い１０００℃という高温で作製された単
結晶膜であり、価格や面積の点から例えば太陽電池等の
半導体素子として利用することはできないという問題が
あった。また、これらの窒化物系化合物半導体結晶は基
板との界面にＧａＮやＡｌＮやＺｎＯバッファ層等を設
けたものであり、例えば太陽電池等の半導体素子として
機能させるための別の半導体との間に半導体接合を形成
することができない等の問題があった。
半導体としては、近年、窒化物系化合物半導体が注目さ
れている。しかしながら、この半導体で発光素子や紫外
線センサー等の半導体素子が実用化されているが、サフ
ァイア基板を用い１０００℃という高温で作製された単
結晶膜であり、価格や面積の点から例えば太陽電池等の
半導体素子として利用することはできないという問題が
あった。また、これらの窒化物系化合物半導体結晶は基
板との界面にＧａＮやＡｌＮやＺｎＯバッファ層等を設
けたものであり、例えば太陽電池等の半導体素子として
機能させるための別の半導体との間に半導体接合を形成
することができない等の問題があった。
【０００６】一方、近年、地球大気へのＣＯ2の増加に
よる地球の温暖化の懸念が増加するにつれて、クリーン
なエネルギーの要求が強く増加しており、中でも太陽電
池は、無尽蔵とも言える太陽のエネルギーを利用できる
エネルギー源として最も期待されている。これまでに結
晶・非晶質シリコン系太陽電池やＧａＡｓやＩｎＰ等の
III-Ｖ族化合物半導体による太陽電池が実用化されてい
る。エネルギー全体のクリーン化に寄与するためには、
できるだけ使用電力を太陽電池でまかなうことが必要で
ある。そのためには太陽電池の変換効率をできるだけ増
大させることが重要である。
よる地球の温暖化の懸念が増加するにつれて、クリーン
なエネルギーの要求が強く増加しており、中でも太陽電
池は、無尽蔵とも言える太陽のエネルギーを利用できる
エネルギー源として最も期待されている。これまでに結
晶・非晶質シリコン系太陽電池やＧａＡｓやＩｎＰ等の
III-Ｖ族化合物半導体による太陽電池が実用化されてい
る。エネルギー全体のクリーン化に寄与するためには、
できるだけ使用電力を太陽電池でまかなうことが必要で
ある。そのためには太陽電池の変換効率をできるだけ増
大させることが重要である。
【０００７】上述した通り、光エネルギーの電気への変
換においては、その理論効率は使用されている半導体の
光学ギャップによって決定される。つまり太陽電池に入
射されたある波長の光のエネルギーのうち、光学ギャッ
プ以上のエネルギーは格子振動等により損失となる。従
って、光学ギャップに相当する波長から高エネルギー、
つまり短波長になればなるほどエネルギー損失率が増加
することになる。太陽光のスペクトルは大気圏外と地上
では異なるものの、その放射エネルギーのピークは４０
０〜６００ｎｍ（光学ギャップとして３．５〜２．５ｅ
Ｖ）にある。結晶シリコンは光学ギャップが１．１ｅ
Ｖ、ＧａＡｓは１．４ｅＶで、それぞれ約１１００ｎｍ
と８８６ｎｍに相当し、赤外領域の光も電気に変換する
ことができるが、このような半導体では、この太陽放射
エネルギーのピーク波長帯でのエネルギー損失が大き
い。
換においては、その理論効率は使用されている半導体の
光学ギャップによって決定される。つまり太陽電池に入
射されたある波長の光のエネルギーのうち、光学ギャッ
プ以上のエネルギーは格子振動等により損失となる。従
って、光学ギャップに相当する波長から高エネルギー、
つまり短波長になればなるほどエネルギー損失率が増加
することになる。太陽光のスペクトルは大気圏外と地上
では異なるものの、その放射エネルギーのピークは４０
０〜６００ｎｍ（光学ギャップとして３．５〜２．５ｅ
Ｖ）にある。結晶シリコンは光学ギャップが１．１ｅ
Ｖ、ＧａＡｓは１．４ｅＶで、それぞれ約１１００ｎｍ
と８８６ｎｍに相当し、赤外領域の光も電気に変換する
ことができるが、このような半導体では、この太陽放射
エネルギーのピーク波長帯でのエネルギー損失が大き
い。
【０００８】更に、実際の理論効率には、光半導体の感
度の波長依存性も考慮する必要があり、通常短波域で感
度が低下するため、この波長域では更にエネルギー損失
が大きくなる。また、ＧａＡｓは結晶シリコンに比較す
れば光学ギャップが大きく、そのため理論変換効率も３
０％程度と比較的高いが、基板のコストがＳｉに比べて
３０倍以上であり、また単結晶基板の大きさが限られる
ため広範な展開には向かない。ＧａＡｓは直接遷移型半
導体であり、吸収が強く起電力素子としては薄膜で済
む。このため低コストのＳｉ上にＧａＡｓを形成する方
法が試みられているが、変換効率的にはＳｉとＧａＡｓ
とでは光学ギャップが近く、相方の半導体による吸収領
域を充分生かすことにはならない。また、ヘテロ成長が
難しいという問題がある。
度の波長依存性も考慮する必要があり、通常短波域で感
度が低下するため、この波長域では更にエネルギー損失
が大きくなる。また、ＧａＡｓは結晶シリコンに比較す
れば光学ギャップが大きく、そのため理論変換効率も３
０％程度と比較的高いが、基板のコストがＳｉに比べて
３０倍以上であり、また単結晶基板の大きさが限られる
ため広範な展開には向かない。ＧａＡｓは直接遷移型半
導体であり、吸収が強く起電力素子としては薄膜で済
む。このため低コストのＳｉ上にＧａＡｓを形成する方
法が試みられているが、変換効率的にはＳｉとＧａＡｓ
とでは光学ギャップが近く、相方の半導体による吸収領
域を充分生かすことにはならない。また、ヘテロ成長が
難しいという問題がある。
【０００９】また、タンデム構造として太陽エネルギー
の利用効率を上げることも試みられているが、タンデム
化するためにはダイオード構成を持つ一つの活性領域に
隣接して別のダイオード構成を持つ活性領域を形成する
必要がある。更に、これらの界面で正孔と電子とは再結
合によって消滅する必要があり、このためにはこの界面
で伝導型の異なる隣り合う層により障壁を形成する必要
があり、伝導型を制御する元素の濃度、種類を膜の成長
界面で急峻に作製する必要があるが、これまでの結晶成
長においては高温で成長するため充分急峻な界面を形成
することができなかった。このため太陽光のエネルギー
を充分に生かしきれなかった。
の利用効率を上げることも試みられているが、タンデム
化するためにはダイオード構成を持つ一つの活性領域に
隣接して別のダイオード構成を持つ活性領域を形成する
必要がある。更に、これらの界面で正孔と電子とは再結
合によって消滅する必要があり、このためにはこの界面
で伝導型の異なる隣り合う層により障壁を形成する必要
があり、伝導型を制御する元素の濃度、種類を膜の成長
界面で急峻に作製する必要があるが、これまでの結晶成
長においては高温で成長するため充分急峻な界面を形成
することができなかった。このため太陽光のエネルギー
を充分に生かしきれなかった。
【００１０】また、アモルファス水素化シリコンは、結
晶ＳｉやＧａＡｓに比べ光学ギャップが大きく、可視域
の太陽エネルギースペクトルにより近づくものの、結晶
Ｓｉに比べ光入射側の吸収が大きく、吸収損失と共に４
００〜５００ｎｍの理論変換効率は低く、逆に太陽輻射
エネルギーの大きな部分を占める赤外域の光を吸収でき
ないという問題がある。更に理論効率の限界の他に、現
実には強い光の照射によって光電変換効率が低下する光
劣化現象があり、強い実用的なレベルでの太陽光の照射
によって得られる変換効率は１０％程度にとどまってい
る。
晶ＳｉやＧａＡｓに比べ光学ギャップが大きく、可視域
の太陽エネルギースペクトルにより近づくものの、結晶
Ｓｉに比べ光入射側の吸収が大きく、吸収損失と共に４
００〜５００ｎｍの理論変換効率は低く、逆に太陽輻射
エネルギーの大きな部分を占める赤外域の光を吸収でき
ないという問題がある。更に理論効率の限界の他に、現
実には強い光の照射によって光電変換効率が低下する光
劣化現象があり、強い実用的なレベルでの太陽光の照射
によって得られる変換効率は１０％程度にとどまってい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来に
おける問題を解決し、以下の目的を達成することを課題
とする。即ち、本発明は、低コストで、高効率であり、
しかも安全で長寿命な半導体素子及び太陽電池を提供す
ることを目的とする。
おける問題を解決し、以下の目的を達成することを課題
とする。即ち、本発明は、低コストで、高効率であり、
しかも安全で長寿命な半導体素子及び太陽電池を提供す
ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は、以下の通りである。即ち、 ＜１＞ 半導体基板上に、少なくともＡｌ，Ｇａ及びＩ
ｎから選択される１以上の元素と窒素元素とからなる窒
化物系化合物半導体を含有する化合物半導体層を窓層と
して形成したことを特徴とする半導体素子である。 ＜２＞ 前記化合物半導体層が、水素及び／又はハロゲ
ン元素を０．１〜４０ａｔｏｍ％含有する前記＜１＞に
記載の半導体素子である。 ＜３＞ 前記半導体基板がｐ型の伝導型を示し、かつ、
前記化合物半導体層が、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選
択される１以上の元素を含有する前記＜１＞又は＜２＞
に記載の半導体素子である。 ＜４＞ 前記半導体基板がｎ型の伝導型を示し、かつ、
前記化合物半導体層が、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳ
ｒから選択される１以上の元素を含有する前記＜１＞又
は＜２＞に記載の半導体素子である。 ＜５＞ 前記半導体基板が、シリコンからなる前記＜１
＞から＜４＞のいずれかに記載の半導体素子である。 ＜６＞ 前記シリコンが、結晶シリコン、多結晶シリコ
ン、微結晶シリコン、又は非晶質シリコンである前記＜
５＞に記載の半導体素子である。 ＜７＞ 前記半導体基板が、周期率表におけるIIIＡ族
元素から選択される１以上の元素と、Ｐ及び／又はＡｓ
とからなる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の半
導体素子である。 ＜８＞ 前記半導体基板が、Ｃｕを含むカルコパイライ
ト系化合物からなる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに
記載の半導体素子である。
の手段は、以下の通りである。即ち、 ＜１＞ 半導体基板上に、少なくともＡｌ，Ｇａ及びＩ
ｎから選択される１以上の元素と窒素元素とからなる窒
化物系化合物半導体を含有する化合物半導体層を窓層と
して形成したことを特徴とする半導体素子である。 ＜２＞ 前記化合物半導体層が、水素及び／又はハロゲ
ン元素を０．１〜４０ａｔｏｍ％含有する前記＜１＞に
記載の半導体素子である。 ＜３＞ 前記半導体基板がｐ型の伝導型を示し、かつ、
前記化合物半導体層が、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選
択される１以上の元素を含有する前記＜１＞又は＜２＞
に記載の半導体素子である。 ＜４＞ 前記半導体基板がｎ型の伝導型を示し、かつ、
前記化合物半導体層が、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳ
ｒから選択される１以上の元素を含有する前記＜１＞又
は＜２＞に記載の半導体素子である。 ＜５＞ 前記半導体基板が、シリコンからなる前記＜１
＞から＜４＞のいずれかに記載の半導体素子である。 ＜６＞ 前記シリコンが、結晶シリコン、多結晶シリコ
ン、微結晶シリコン、又は非晶質シリコンである前記＜
５＞に記載の半導体素子である。 ＜７＞ 前記半導体基板が、周期率表におけるIIIＡ族
元素から選択される１以上の元素と、Ｐ及び／又はＡｓ
とからなる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の半
導体素子である。 ＜８＞ 前記半導体基板が、Ｃｕを含むカルコパイライ
ト系化合物からなる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに
記載の半導体素子である。
【００１３】＜９＞ 前記半導体基板と化合物半導体層
との間に、Ｉｎを含む中間層を有する前記＜１＞から＜
８＞のいずれかに記載の半導体素子である。 ＜１０＞ 前記中間層が、Ｉｎ濃度の異なる複数の層か
らなる前記＜９＞に記載の半導体素子である。 ＜１１＞ 前記Ｉｎ濃度の異なる複数の層が、光の入射
方向に向かってＩｎ濃度が低くなっている前記＜１０＞
に記載の半導体素子である。 ＜１２＞ 前記化合物半導体層及び中間層が、それぞ
れ、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択される１以上の元
素を含み、かつ、前記中間層に含まれる前記元素の濃度
が、前記化合物半導体層に含まれる前記元素の濃度より
低い前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載の半導体
素子である。 ＜１３＞ 前記化合物半導体層及び中間層が、それぞ
れ、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される１
以上の元素を含み、かつ、前記中間層に含まれる前記元
素の濃度が、前記化合物半導体層に含まれる前記元素の
濃度より低い前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載
の半導体素子である。 ＜１４＞ 前記化合物半導体層及び中間層が、６００℃
以下で作製される前記＜９＞から＜１３＞のいずれかに
記載の半導体素子である。
との間に、Ｉｎを含む中間層を有する前記＜１＞から＜
８＞のいずれかに記載の半導体素子である。 ＜１０＞ 前記中間層が、Ｉｎ濃度の異なる複数の層か
らなる前記＜９＞に記載の半導体素子である。 ＜１１＞ 前記Ｉｎ濃度の異なる複数の層が、光の入射
方向に向かってＩｎ濃度が低くなっている前記＜１０＞
に記載の半導体素子である。 ＜１２＞ 前記化合物半導体層及び中間層が、それぞ
れ、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択される１以上の元
素を含み、かつ、前記中間層に含まれる前記元素の濃度
が、前記化合物半導体層に含まれる前記元素の濃度より
低い前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載の半導体
素子である。 ＜１３＞ 前記化合物半導体層及び中間層が、それぞ
れ、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される１
以上の元素を含み、かつ、前記中間層に含まれる前記元
素の濃度が、前記化合物半導体層に含まれる前記元素の
濃度より低い前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載
の半導体素子である。 ＜１４＞ 前記化合物半導体層及び中間層が、６００℃
以下で作製される前記＜９＞から＜１３＞のいずれかに
記載の半導体素子である。
【００１４】＜１５＞ 半導体基板上に、組成式がＡｌ
XＧａYＩｎZＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有
する化合物半導体層を有し、該Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＷは組成
比を表し、０．８≦（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ≦１．２、か
つ、０．１≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）≦１．０を満たすこと
を特徴とする太陽電池である。 ＜１６＞ 基板上に、少なくとも、組成式がＡｌX1Ｇａ
Y1ＩｎZ1ＮW1で表される窒化物系化合物半導体を含有す
る化合物半導体層、及び組成式がＡｌX2ＧａY2ＩｎZ2Ｎ
W2で表される窒化物系化合物半導体を含有する化合物半
導体層をこの順に有し、前記Ｘ１，Ｙ１及びＺ１は組成
比を表し、０．６≦Ｚ１／（Ｘ１＋Ｙ１＋Ｚ１）≦１．
０を満たし、前記Ｘ２，Ｙ２及びＺ２は組成比を表し、
０≦Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）≦０．９を満たし、か
つ、Ｚ１及びＺ２がＺ２≦Ｚ１を満たすことを特徴とす
る太陽電池である。
XＧａYＩｎZＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有
する化合物半導体層を有し、該Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＷは組成
比を表し、０．８≦（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ≦１．２、か
つ、０．１≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）≦１．０を満たすこと
を特徴とする太陽電池である。 ＜１６＞ 基板上に、少なくとも、組成式がＡｌX1Ｇａ
Y1ＩｎZ1ＮW1で表される窒化物系化合物半導体を含有す
る化合物半導体層、及び組成式がＡｌX2ＧａY2ＩｎZ2Ｎ
W2で表される窒化物系化合物半導体を含有する化合物半
導体層をこの順に有し、前記Ｘ１，Ｙ１及びＺ１は組成
比を表し、０．６≦Ｚ１／（Ｘ１＋Ｙ１＋Ｚ１）≦１．
０を満たし、前記Ｘ２，Ｙ２及びＺ２は組成比を表し、
０≦Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）≦０．９を満たし、か
つ、Ｚ１及びＺ２がＺ２≦Ｚ１を満たすことを特徴とす
る太陽電池である。
【００１５】更に、前記課題を解決するための手段は、
以下の態様が好ましい。 ＜１７＞ 前記半導体基板が、結晶シリコンからなる前
記＜１５＞に記載の太陽電池である。 ＜１８＞ 前記化合物半導体層が、水素を含有する前記
＜１５＞又は＜１７＞に記載の太陽電池である。 ＜１９＞ 光入射側に向かって光学ギャップが大きくな
るように、基板上に、前記化合物半導体層を含む２以上
の化合物半導体層を有し、かつ、前記基板の伝導型と前
記基板に接する化合物半導体層の伝導型とが異なる前記
＜１６＞に記載の太陽電池である。 ＜２０＞ 前記基板が結晶シリコンからなる前記＜１６
＞又は＜１９＞に記載の太陽電池である。 ＜２１＞ 前記化合物半導体層が、水素を含有する前記
＜１６＞、＜１９＞及び＜２０＞のいずれかに記載の太
陽電池である。
以下の態様が好ましい。 ＜１７＞ 前記半導体基板が、結晶シリコンからなる前
記＜１５＞に記載の太陽電池である。 ＜１８＞ 前記化合物半導体層が、水素を含有する前記
＜１５＞又は＜１７＞に記載の太陽電池である。 ＜１９＞ 光入射側に向かって光学ギャップが大きくな
るように、基板上に、前記化合物半導体層を含む２以上
の化合物半導体層を有し、かつ、前記基板の伝導型と前
記基板に接する化合物半導体層の伝導型とが異なる前記
＜１６＞に記載の太陽電池である。 ＜２０＞ 前記基板が結晶シリコンからなる前記＜１６
＞又は＜１９＞に記載の太陽電池である。 ＜２１＞ 前記化合物半導体層が、水素を含有する前記
＜１６＞、＜１９＞及び＜２０＞のいずれかに記載の太
陽電池である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。 ［半導体素子］本発明の半導体素子は、半導体基板上
に、少なくとも化合物半導体層を有し、更に必要に応じ
て、その他の層や電極等を有してなる。
する。 ［半導体素子］本発明の半導体素子は、半導体基板上
に、少なくとも化合物半導体層を有し、更に必要に応じ
て、その他の層や電極等を有してなる。
【００１７】（半導体基板）本発明で用いられる基板
は、半導体基板であれば特に制限はないが、シリコン基
板、周期率表におけるIIIＡ族元素から選択される１以
上の元素と、Ｐ及び／又はＡｓとからなる基板、Ｃｕを
含むカルコパイライト系化合物からなる基板が好ましく
挙げられる。これらは、ｐ型伝導性であっても、ｎ型伝
導性であってもよい。前記シリコン基板としては、結晶
シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シ
リコン等が挙げられる。また、前記周期率表におけるII
IＡ族元素から選択される１以上の元素と、Ｐ及び／又
はＡｓとからなる基板としては、例えば、ＧａＡｓ，Ｇ
ａＡｌＡｓ，ＧａＡｌＰ，ＧａＰ，ＡｌＧａＰ，Ｉｎ
Ｐ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｌＰ等が挙げられる。これによ
って、短波長域の光吸収を完全に利用することができ、
理論効率に近づけることができる。また、前記Ｃｕを含
むカルコパイライト系化合物からなる基板としては、例
えば、ＣｕＩｎＳｅ2，ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2，
ＣｕＩｎＧａＳｅ2等のｐ型のカルコパイライト化合物
半導体を使用することができる。更に、ＣｄＳ，ＣｄＳ
ｅ，ＣｄＴｅ等のII-VI化合物半導体を使用することも
できる。
は、半導体基板であれば特に制限はないが、シリコン基
板、周期率表におけるIIIＡ族元素から選択される１以
上の元素と、Ｐ及び／又はＡｓとからなる基板、Ｃｕを
含むカルコパイライト系化合物からなる基板が好ましく
挙げられる。これらは、ｐ型伝導性であっても、ｎ型伝
導性であってもよい。前記シリコン基板としては、結晶
シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シ
リコン等が挙げられる。また、前記周期率表におけるII
IＡ族元素から選択される１以上の元素と、Ｐ及び／又
はＡｓとからなる基板としては、例えば、ＧａＡｓ，Ｇ
ａＡｌＡｓ，ＧａＡｌＰ，ＧａＰ，ＡｌＧａＰ，Ｉｎ
Ｐ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｌＰ等が挙げられる。これによ
って、短波長域の光吸収を完全に利用することができ、
理論効率に近づけることができる。また、前記Ｃｕを含
むカルコパイライト系化合物からなる基板としては、例
えば、ＣｕＩｎＳｅ2，ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2，
ＣｕＩｎＧａＳｅ2等のｐ型のカルコパイライト化合物
半導体を使用することができる。更に、ＣｄＳ，ＣｄＳ
ｅ，ＣｄＴｅ等のII-VI化合物半導体を使用することも
できる。
【００１８】（化合物半導体層）前記化合物半導体層
は、窒化物系化合物半導体を含有し、更に必要に応じ
て、その他の成分を含有してなる。前記窒化物系化合物
半導体は、少なくともＡｌ，Ｇａ及びＩｎ（以下、これ
ら３元素をまとめて「IIIＡ族元素」と呼ぶことがあ
る。）から選択される１以上の元素と窒素元素とからな
り、更に必要に応じて、その他の成分を含有してなる。
前記化合物半導体層は、窓層としての役割を有する。こ
こで、窓層とは、前記半導体基板に対して、あるいは前
記半導体基板上に中間層を有する場合には該中間層に対
して、半導体接合を形成可能な層であって、かつ、半導
体基板あるいは中間層の光吸収の長波長端よりも短波長
の光を透過することができる層をいう。該短波長の光を
透過することによって、高効率な半導体素子を得ること
ができる。また、更に窓層は、該窓層において吸収した
光を電気に変換する役割を果たしてもよい。
は、窒化物系化合物半導体を含有し、更に必要に応じ
て、その他の成分を含有してなる。前記窒化物系化合物
半導体は、少なくともＡｌ，Ｇａ及びＩｎ（以下、これ
ら３元素をまとめて「IIIＡ族元素」と呼ぶことがあ
る。）から選択される１以上の元素と窒素元素とからな
り、更に必要に応じて、その他の成分を含有してなる。
前記化合物半導体層は、窓層としての役割を有する。こ
こで、窓層とは、前記半導体基板に対して、あるいは前
記半導体基板上に中間層を有する場合には該中間層に対
して、半導体接合を形成可能な層であって、かつ、半導
体基板あるいは中間層の光吸収の長波長端よりも短波長
の光を透過することができる層をいう。該短波長の光を
透過することによって、高効率な半導体素子を得ること
ができる。また、更に窓層は、該窓層において吸収した
光を電気に変換する役割を果たしてもよい。
【００１９】前記化合物半導体層には、伝導型を制御す
る元素をドープすることができるが、その詳細について
は、本発明の太陽電池の説明における段落番号［００４
９］〜［００５４］と同様である。特に、ｐ型の半導体
基板に対しては、前記化合物半導体層には、ｎ型伝導性
を示すＣ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択される１以上の
元素を含有させることが好ましい。また、ｎ型の半導体
基板に対しては、前記化合物半導体層には、ｐ型伝導性
を示すＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される
１以上の元素を含有させることが好ましい。これによ
り、結晶あるいは微結晶の化合物半導体層と前記ｐ型又
はｎ型の半導体基板との間に半導体接合を形成すること
ができる。この接合部によって光起電力を発生させるこ
とができる。これらの化合物半導体層は下の半導体基板
に比べワイドバンドギャップ半導体であるが、半導体接
合部の活性部に効率よく短波長の光を入射させるために
は、Ａｌ及び／又はＧａと窒素とからなる窒化物系化合
物半導体であっても、ＡｌとＧａのほかにＩｎを含有さ
せることもできる。IIIＡ族元素の組成比の合計に対す
るＩｎの組成比は、０＜Ｉｎ／（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｉｎ）＜
０．１の範囲でもよい。
る元素をドープすることができるが、その詳細について
は、本発明の太陽電池の説明における段落番号［００４
９］〜［００５４］と同様である。特に、ｐ型の半導体
基板に対しては、前記化合物半導体層には、ｎ型伝導性
を示すＣ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択される１以上の
元素を含有させることが好ましい。また、ｎ型の半導体
基板に対しては、前記化合物半導体層には、ｐ型伝導性
を示すＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される
１以上の元素を含有させることが好ましい。これによ
り、結晶あるいは微結晶の化合物半導体層と前記ｐ型又
はｎ型の半導体基板との間に半導体接合を形成すること
ができる。この接合部によって光起電力を発生させるこ
とができる。これらの化合物半導体層は下の半導体基板
に比べワイドバンドギャップ半導体であるが、半導体接
合部の活性部に効率よく短波長の光を入射させるために
は、Ａｌ及び／又はＧａと窒素とからなる窒化物系化合
物半導体であっても、ＡｌとＧａのほかにＩｎを含有さ
せることもできる。IIIＡ族元素の組成比の合計に対す
るＩｎの組成比は、０＜Ｉｎ／（Ａｌ＋Ｇａ＋Ｉｎ）＜
０．１の範囲でもよい。
【００２０】このように、半導体基板と化合物半導体層
との界面に光学ギャップの異なる接合が形成され大きな
内部電場が形成されることによって、半導体基板の界面
には窒化物系化合物半導体の窓を透過した紫外から赤外
にわたる広い波長領域で活性部に光を入射させることが
でき、変換効率を改善することができる。また、例えば
ｐ型半導体基板とｎ型化合物半導体層との間には、中間
的な伝導型としてｉ型の半導体基板やｉ型の化合物半導
体層を設けてもよい。
との界面に光学ギャップの異なる接合が形成され大きな
内部電場が形成されることによって、半導体基板の界面
には窒化物系化合物半導体の窓を透過した紫外から赤外
にわたる広い波長領域で活性部に光を入射させることが
でき、変換効率を改善することができる。また、例えば
ｐ型半導体基板とｎ型化合物半導体層との間には、中間
的な伝導型としてｉ型の半導体基板やｉ型の化合物半導
体層を設けてもよい。
【００２１】例えば、ｐ型シリコン基板に対して、ｎ型
ＡｌX1ＧａY1Ｎ／ｎ+型ＡｌX2ＧａY 2Ｎ，ｉ型ＡｌX1Ｇ
ａY1Ｎ／ｎ型ＡｌX2ＧａY2Ｎ，ｎ型ＧａY1Ｎ／ｎ+型Ｇ
ａY2Ｎ，ｎ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｎ+型ＡｌX2ＧａY2Ｎ等
（Ｘ、Ｙ及びＺは、組成比を表す。）が可能であり、ま
たフェルミエネルギーと伝導帯のエネルギーとの差を大
きくすることができる。また、例えば、ｎ型シリコン基
板に対して、ｉ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型ＧａY2Ｉｎ
Z2Ｎ，ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ+型ＧａY2ＩｎZ2Ｎ，ｐ
型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型ＧａY2Ｎ，ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ
／ｐ+型ＡｌX2ＧａY2Ｎ等が可能であり、これにより、
タンデム構造でありながら、それぞれの活性層界面にバ
リアを持つことがなく、内部で発生した電荷が損失する
ことなく、かつ一方向の内部電場が形成されるため、円
滑に分離され外部へ取り出すことができるようになる。
微結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、Ｇ
ａＡｓ、ＧａＰ、カルコパイライト等に対しても同様な
構成が可能である。
ＡｌX1ＧａY1Ｎ／ｎ+型ＡｌX2ＧａY 2Ｎ，ｉ型ＡｌX1Ｇ
ａY1Ｎ／ｎ型ＡｌX2ＧａY2Ｎ，ｎ型ＧａY1Ｎ／ｎ+型Ｇ
ａY2Ｎ，ｎ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｎ+型ＡｌX2ＧａY2Ｎ等
（Ｘ、Ｙ及びＺは、組成比を表す。）が可能であり、ま
たフェルミエネルギーと伝導帯のエネルギーとの差を大
きくすることができる。また、例えば、ｎ型シリコン基
板に対して、ｉ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型ＧａY2Ｉｎ
Z2Ｎ，ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ+型ＧａY2ＩｎZ2Ｎ，ｐ
型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型ＧａY2Ｎ，ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ
／ｐ+型ＡｌX2ＧａY2Ｎ等が可能であり、これにより、
タンデム構造でありながら、それぞれの活性層界面にバ
リアを持つことがなく、内部で発生した電荷が損失する
ことなく、かつ一方向の内部電場が形成されるため、円
滑に分離され外部へ取り出すことができるようになる。
微結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、Ｇ
ａＡｓ、ＧａＰ、カルコパイライト等に対しても同様な
構成が可能である。
【００２２】前記化合物半導体層には、水素及び／又は
ハロゲン元素を０．１〜４０ａｔｏｍ％含有させること
ができる。前記半導体基板上の窒化物系化合物半導体
は、単結晶、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい
が、非晶質の場合は結合欠陥が多く、微結晶や多結晶の
場合には、結合欠陥や転位欠陥や結晶粒界の欠陥等が多
いため、化合物半導体層中に水素やハロゲン元素等によ
る不活性化が必要である。水素やハロゲン元素を化合物
半導体層中に含んだ状態とするためには、成膜や後工程
を含めて、６００℃以下の低温で行われることが好まし
い。水素やハロゲン元素は、結晶内の結合欠陥や結晶粒
界の欠陥等に取り込まれ電気的な補償を行う。このため
光キャリア発生やキャリアの拡散や移動に関係するトラ
ップがなくなり、優れた光電気特性を示すことができ
る。水素量については、ハイドロジェンフォワードスキ
ャタリング（ＨＦＳ）により絶対値を測定することがで
き、また、赤外吸収スペクトルによって推定することも
できる。
ハロゲン元素を０．１〜４０ａｔｏｍ％含有させること
ができる。前記半導体基板上の窒化物系化合物半導体
は、単結晶、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい
が、非晶質の場合は結合欠陥が多く、微結晶や多結晶の
場合には、結合欠陥や転位欠陥や結晶粒界の欠陥等が多
いため、化合物半導体層中に水素やハロゲン元素等によ
る不活性化が必要である。水素やハロゲン元素を化合物
半導体層中に含んだ状態とするためには、成膜や後工程
を含めて、６００℃以下の低温で行われることが好まし
い。水素やハロゲン元素は、結晶内の結合欠陥や結晶粒
界の欠陥等に取り込まれ電気的な補償を行う。このため
光キャリア発生やキャリアの拡散や移動に関係するトラ
ップがなくなり、優れた光電気特性を示すことができ
る。水素量については、ハイドロジェンフォワードスキ
ャタリング（ＨＦＳ）により絶対値を測定することがで
き、また、赤外吸収スペクトルによって推定することも
できる。
【００２３】前記窒化物系化合物半導体は、非晶質でも
微結晶あるいは多結晶でもよい。結晶系は立方晶あるい
は６方晶系が混合していてもよく、いずれか一つであっ
てもよい。面方位は複数でもよいが、一種類であること
が望ましい。更に成長断面は柱状構造をとっていても、
平滑な単結晶でもよい。単結晶とは、例えば透過電子線
回折パターンや反射電子線回折においてスポット状の輝
点が主であり、リング状の回折パターンでなく、ほとん
どスポット状に近いものからスポット状、更にストリー
ク状のもの、またＸ線回折では一つの面方位がほぼ全体
の強度の８０％以上を占めているものを指している。
微結晶あるいは多結晶でもよい。結晶系は立方晶あるい
は６方晶系が混合していてもよく、いずれか一つであっ
てもよい。面方位は複数でもよいが、一種類であること
が望ましい。更に成長断面は柱状構造をとっていても、
平滑な単結晶でもよい。単結晶とは、例えば透過電子線
回折パターンや反射電子線回折においてスポット状の輝
点が主であり、リング状の回折パターンでなく、ほとん
どスポット状に近いものからスポット状、更にストリー
ク状のもの、またＸ線回折では一つの面方位がほぼ全体
の強度の８０％以上を占めているものを指している。
【００２４】（その他の層）本発明の半導体素子におい
て、光の出力変換は、半導体接合部の主に窓層側の空乏
層内と窓層の下の半導体基板の空乏層側で行われるた
め、太陽光の最も強い５００ｎｍより短波長の光はこの
空乏層内に入射できる。光電流への変換は、利用できる
光量が増加すれば光電流（Ｉｓｃ）は増加する。一方、
半導体素子のエネルギー変換効率の点から見た場合、光
学ギャップの小さい半導体の空乏層内での光吸収では、
短波長光の出力変換の損失は大きくなる。そのため有効
に光エネルギー変換を行うためには、入射する光の波長
に合わせた光学ギャップを持つ空乏層を形成することが
できる窓層が必要になってくる。このためには最表面の
窓層より高いＩｎ濃度を有する中間層を設けることがで
きる。この中間層は複数に分かれていてもよく、光入射
の窓層側に向かってＩｎ濃度を減少させることによっ
て、効率よく短波長の光エネルギーを電気エネルギーに
変換することができる。
て、光の出力変換は、半導体接合部の主に窓層側の空乏
層内と窓層の下の半導体基板の空乏層側で行われるた
め、太陽光の最も強い５００ｎｍより短波長の光はこの
空乏層内に入射できる。光電流への変換は、利用できる
光量が増加すれば光電流（Ｉｓｃ）は増加する。一方、
半導体素子のエネルギー変換効率の点から見た場合、光
学ギャップの小さい半導体の空乏層内での光吸収では、
短波長光の出力変換の損失は大きくなる。そのため有効
に光エネルギー変換を行うためには、入射する光の波長
に合わせた光学ギャップを持つ空乏層を形成することが
できる窓層が必要になってくる。このためには最表面の
窓層より高いＩｎ濃度を有する中間層を設けることがで
きる。この中間層は複数に分かれていてもよく、光入射
の窓層側に向かってＩｎ濃度を減少させることによっ
て、効率よく短波長の光エネルギーを電気エネルギーに
変換することができる。
【００２５】この時、上記ｐ型の半導体基板に対して
は、結晶あるいは微結晶の化合物半導体層及び中間層に
は、ｎ型伝導性を示すＣ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択
される１以上の元素のドープ量を調節し、光学ギャップ
の変化とともにフェルミエネルギーを変化させ、連続的
に伝導帯と価電子帯のバンドで障壁を発生させないよう
にすることができる。また、上記ｎ型の半導体基板に対
しては、結晶あるいは微結晶の化合物半導体層及び中間
層には、ｐ型伝導性を示すＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及び
Ｓｒから選択される１以上の元素のドープ量を調節し、
光学ギャップの変化とともにフェルミエネルギーを変化
させ、連続的に伝導帯と価電子帯のバンドで障壁を発生
させないようにすることができる。このようにするため
には、中間層にドープされるＣ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎか
ら選択される１以上の元素、あるいはＢｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される１以上の元素は、化合
物半導体層に含まれるこれらの元素の濃度より低くす
る、即ち、光入射方向に向かって濃度が高くなるように
すればよい。
は、結晶あるいは微結晶の化合物半導体層及び中間層に
は、ｎ型伝導性を示すＣ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択
される１以上の元素のドープ量を調節し、光学ギャップ
の変化とともにフェルミエネルギーを変化させ、連続的
に伝導帯と価電子帯のバンドで障壁を発生させないよう
にすることができる。また、上記ｎ型の半導体基板に対
しては、結晶あるいは微結晶の化合物半導体層及び中間
層には、ｐ型伝導性を示すＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及び
Ｓｒから選択される１以上の元素のドープ量を調節し、
光学ギャップの変化とともにフェルミエネルギーを変化
させ、連続的に伝導帯と価電子帯のバンドで障壁を発生
させないようにすることができる。このようにするため
には、中間層にドープされるＣ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎか
ら選択される１以上の元素、あるいはＢｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される１以上の元素は、化合
物半導体層に含まれるこれらの元素の濃度より低くす
る、即ち、光入射方向に向かって濃度が高くなるように
すればよい。
【００２６】本発明の半導体素子は、後述する太陽電池
の製造方法（段落番号［００５５］〜［００６２］）と
同様の方法により製造することができる。本発明の半導
体素子における化合物半導体層及び中間層は、６００℃
以下で作製されることが好ましい。上記構成の本発明の
半導体素子は、耐光性、耐熱性、耐酸化性に優れ、量子
効率が広範囲の波長領域で高く、重量当たりの発電量に
優れており、光起電力素子としての太陽電池や光センサ
の他に、フォトダイオード、イメージセンサ、位置セン
サ、トランジスタ、薄膜トランジスタとして利用するこ
とができる。また、太陽電池とフォトダイオード、トラ
ンジスタの機能を１つの半導体基板上に実現することも
できる。
の製造方法（段落番号［００５５］〜［００６２］）と
同様の方法により製造することができる。本発明の半導
体素子における化合物半導体層及び中間層は、６００℃
以下で作製されることが好ましい。上記構成の本発明の
半導体素子は、耐光性、耐熱性、耐酸化性に優れ、量子
効率が広範囲の波長領域で高く、重量当たりの発電量に
優れており、光起電力素子としての太陽電池や光センサ
の他に、フォトダイオード、イメージセンサ、位置セン
サ、トランジスタ、薄膜トランジスタとして利用するこ
とができる。また、太陽電池とフォトダイオード、トラ
ンジスタの機能を１つの半導体基板上に実現することも
できる。
【００２７】［太陽電池］ −第１の発明− 第１の発明の太陽電池は、半導体基板上に、単層からな
る化合物半導体層を有し、更に必要に応じて、電極等を
有してなる。
る化合物半導体層を有し、更に必要に応じて、電極等を
有してなる。
【００２８】（半導体基板）第１の発明の太陽電池にお
ける基板は、半導体基板であれば特に制限はないが、特
に結晶シリコンからなる基板が好ましい。結晶シリコン
としては、例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン等
からなるものでもよい。また、ガラス、ＳｉＯ2等の絶
縁層上に、結晶シリコンの薄膜を形成し、結晶シリコン
基板とすることもできる。前記結晶シリコン基板は、ｐ
型、ｎ型、ｐｎ構造、ｎｐ構造等のいずれであってもよ
い。シリコン結晶の面方位は、（１００）、（１１
０）、（１１１）等を使用することができる。シリコン
は間接遷移半導体であり、吸光係数が小さいため十分な
光を吸収するためには基板を厚くする必要がある。結晶
シリコン基板の厚みは、通常４０μｍから１ｍｍ程度で
あり、薄い場合には長波長域での変換効率が低下するこ
とがある。
ける基板は、半導体基板であれば特に制限はないが、特
に結晶シリコンからなる基板が好ましい。結晶シリコン
としては、例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン等
からなるものでもよい。また、ガラス、ＳｉＯ2等の絶
縁層上に、結晶シリコンの薄膜を形成し、結晶シリコン
基板とすることもできる。前記結晶シリコン基板は、ｐ
型、ｎ型、ｐｎ構造、ｎｐ構造等のいずれであってもよ
い。シリコン結晶の面方位は、（１００）、（１１
０）、（１１１）等を使用することができる。シリコン
は間接遷移半導体であり、吸光係数が小さいため十分な
光を吸収するためには基板を厚くする必要がある。結晶
シリコン基板の厚みは、通常４０μｍから１ｍｍ程度で
あり、薄い場合には長波長域での変換効率が低下するこ
とがある。
【００２９】結晶シリコンの光学ギャップは１．１ｅＶ
であり、吸収は１１００ｎｍに相当するため、光電変換
効率は可視領域では低く、青緑黄の太陽光の最も強い波
長領域では５０−３０％以下に低下する。このため太陽
電池の高効率化を図るためには、この損失部分を減少す
るように短波長にバンド端を持つ光導電体を積層するこ
とが必要である。
であり、吸収は１１００ｎｍに相当するため、光電変換
効率は可視領域では低く、青緑黄の太陽光の最も強い波
長領域では５０−３０％以下に低下する。このため太陽
電池の高効率化を図るためには、この損失部分を減少す
るように短波長にバンド端を持つ光導電体を積層するこ
とが必要である。
【００３０】（化合物半導体層）第１の発明の太陽電池
においては、化合物半導体層は単層構造をなしている。
本発明の太陽電池は、半導体基板上に、組成式がＡｌX
ＧａYＩｎZＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有
する化合物半導体層を有し、該Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＷは組成
比を表し、０．８≦（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ≦１．２、か
つ、０．１≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）≦１．０を満たすこと
を特徴とする。
においては、化合物半導体層は単層構造をなしている。
本発明の太陽電池は、半導体基板上に、組成式がＡｌX
ＧａYＩｎZＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有
する化合物半導体層を有し、該Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＷは組成
比を表し、０．８≦（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ≦１．２、か
つ、０．１≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）≦１．０を満たすこと
を特徴とする。
【００３１】前記化合物半導体層は、組成式がＡｌXＧ
ａYＩｎZＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有
し、Ｎ（窒素元素）の組成比に対するＡｌ、Ｇａ、及び
Ｉｎの組成比の合計、即ち（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗの値が
０．８〜１．２であることが必要であり、０．９〜１．
１であることがより好ましい。（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗの値
が０．８未満あるいは１．２を超えると、結合欠陥やダ
ングリングボンドが増え、光導電性が低下する。
ａYＩｎZＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有
し、Ｎ（窒素元素）の組成比に対するＡｌ、Ｇａ、及び
Ｉｎの組成比の合計、即ち（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗの値が
０．８〜１．２であることが必要であり、０．９〜１．
１であることがより好ましい。（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗの値
が０．８未満あるいは１．２を超えると、結合欠陥やダ
ングリングボンドが増え、光導電性が低下する。
【００３２】また、前記化合物半導体層に含有される窒
化物系化合物半導体は、IIIＡ族元素の組成比の合計に
対するＩｎの組成比、即ち、Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）の値が
０．１〜１．０であることが必要であり、０．１５〜
０．９であることがより好ましい。Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
の値が０．１未満であると、可視光に対し透明となり、
変換効率の改善効果は少なくなる。ここで、前記式を満
たすためには、前記窒化物系化合物半導体は、Ｉｎを必
須成分とするが、ＡｌやＧａを含んでいなくてもよい。
化物系化合物半導体は、IIIＡ族元素の組成比の合計に
対するＩｎの組成比、即ち、Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）の値が
０．１〜１．０であることが必要であり、０．１５〜
０．９であることがより好ましい。Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
の値が０．１未満であると、可視光に対し透明となり、
変換効率の改善効果は少なくなる。ここで、前記式を満
たすためには、前記窒化物系化合物半導体は、Ｉｎを必
須成分とするが、ＡｌやＧａを含んでいなくてもよい。
【００３３】本発明においては、光起電力発生の活性部
分に光がより多く到達できるようワイドバンドギャップ
の光導伝体を光入力側の窓材として使用することが必要
であり、窒化物系の化合物半導体を用いることが必要と
なる。特に、短波長領域にはＩｎを含んだワイドバンド
ギャップ窒化物系化合物半導体を使用することが重要で
ある。例えば、ＩｎＮの光学ギャップは１．９ｅＶであ
り６５０ｎｍに相当する。ＩｎＮの場合には、太陽光の
最大放射強度波長の２．６ｅＶ程度の波長に対しては光
学ギャップが小さく２７％の損失となり、吸収した太陽
光の光変換損失が大きい。このため太陽光の可視域の光
を有効に電力に変換するためには、ＩｎＮより光学ギャ
ップの大きい窒化物系化合物半導体を使用することが有
効であり、前記本発明で規定する窒化物系化合物半導体
が用いられる。
分に光がより多く到達できるようワイドバンドギャップ
の光導伝体を光入力側の窓材として使用することが必要
であり、窒化物系の化合物半導体を用いることが必要と
なる。特に、短波長領域にはＩｎを含んだワイドバンド
ギャップ窒化物系化合物半導体を使用することが重要で
ある。例えば、ＩｎＮの光学ギャップは１．９ｅＶであ
り６５０ｎｍに相当する。ＩｎＮの場合には、太陽光の
最大放射強度波長の２．６ｅＶ程度の波長に対しては光
学ギャップが小さく２７％の損失となり、吸収した太陽
光の光変換損失が大きい。このため太陽光の可視域の光
を有効に電力に変換するためには、ＩｎＮより光学ギャ
ップの大きい窒化物系化合物半導体を使用することが有
効であり、前記本発明で規定する窒化物系化合物半導体
が用いられる。
【００３４】−第２の発明− 第２の発明の太陽電池は、基板上に、少なくとも２層以
上の化合物半導体層を有し、更に必要に応じて、電極等
を有してなる。
上の化合物半導体層を有し、更に必要に応じて、電極等
を有してなる。
【００３５】（基板）第２の発明の太陽電池における基
板は、特に限定されるものではなく、太陽電池の基板と
して用いられている従来公知の基板を使用することがで
きる。なかでも、前記第１の発明の太陽電池における基
板と同様に、結晶シリコンからなるものが、赤外域や長
波長の可視光の利用の点で好ましい。
板は、特に限定されるものではなく、太陽電池の基板と
して用いられている従来公知の基板を使用することがで
きる。なかでも、前記第１の発明の太陽電池における基
板と同様に、結晶シリコンからなるものが、赤外域や長
波長の可視光の利用の点で好ましい。
【００３６】（化合物半導体層）本発明の太陽電池は、
前記基板上に、少なくとも、組成式がＡｌX1ＧａY1Ｉｎ
Z1ＮW1で表される窒化物系化合物半導体を含有する第１
の化合物半導体層、及び組成式がＡｌX2ＧａY2ＩｎZ2Ｎ
W2で表される窒化物系化合物半導体を含有する第２の化
合物半導体層をこの順に有し、前記Ｘ１，Ｙ１及びＺ１
は組成比を表し、０．６≦Ｚ１／（Ｘ１＋Ｙ１＋Ｚ１）
≦１．０を満たし、前記Ｘ２，Ｙ２及びＺ２は組成比を
表し、０≦Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）≦０．９を満た
し、かつ、Ｚ１及びＺ２がＺ２≦Ｚ１を満たすことを特
徴とする。
前記基板上に、少なくとも、組成式がＡｌX1ＧａY1Ｉｎ
Z1ＮW1で表される窒化物系化合物半導体を含有する第１
の化合物半導体層、及び組成式がＡｌX2ＧａY2ＩｎZ2Ｎ
W2で表される窒化物系化合物半導体を含有する第２の化
合物半導体層をこの順に有し、前記Ｘ１，Ｙ１及びＺ１
は組成比を表し、０．６≦Ｚ１／（Ｘ１＋Ｙ１＋Ｚ１）
≦１．０を満たし、前記Ｘ２，Ｙ２及びＺ２は組成比を
表し、０≦Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）≦０．９を満た
し、かつ、Ｚ１及びＺ２がＺ２≦Ｚ１を満たすことを特
徴とする。
【００３７】前記第１の化合物半導体層は、前記基板に
近い側に設けられ、前記第２の化合物半導体層は、前記
第１の化合物半導体層上であって、前記基板から離れた
側、即ち光入射側に設けられる。第１の化合物半導体層
は、組成式がＡｌX1ＧａY1ＩｎZ1ＮW1で表される窒化物
系化合物半導体を含有し、IIIＡ族元素の組成比の合計
に対するＩｎの組成比、即ち、Ｚ１／（Ｘ１＋Ｙ１＋Ｚ
１）の値が０．６〜１．０であることが必要であり、
０．７〜０．９であることがより好ましい。Ｚ１／（Ｘ
１＋Ｙ１＋Ｚ１）の値が０．６未満であると、光学ギャ
ップが大きくなり、光変換損失が大きくなる。ここで、
前記式を満たすためには、前記窒化物系化合物半導体
は、Ｉｎを必須成分とするが、ＡｌやＧａを含んでいな
くてもよい。
近い側に設けられ、前記第２の化合物半導体層は、前記
第１の化合物半導体層上であって、前記基板から離れた
側、即ち光入射側に設けられる。第１の化合物半導体層
は、組成式がＡｌX1ＧａY1ＩｎZ1ＮW1で表される窒化物
系化合物半導体を含有し、IIIＡ族元素の組成比の合計
に対するＩｎの組成比、即ち、Ｚ１／（Ｘ１＋Ｙ１＋Ｚ
１）の値が０．６〜１．０であることが必要であり、
０．７〜０．９であることがより好ましい。Ｚ１／（Ｘ
１＋Ｙ１＋Ｚ１）の値が０．６未満であると、光学ギャ
ップが大きくなり、光変換損失が大きくなる。ここで、
前記式を満たすためには、前記窒化物系化合物半導体
は、Ｉｎを必須成分とするが、ＡｌやＧａを含んでいな
くてもよい。
【００３８】また、第２の化合物半導体層は、組成式が
ＡｌX2ＧａY2ＩｎZ2ＮW2で表される窒化物系化合物半導
体を含有し、IIIＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎ
の組成比、即ち、Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）の値が０
〜０．９であることが必要であり、０〜０．８であるこ
とがより好ましい。Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）の値が
０．９を超えると、第１の化合物半導体層の光学ギャッ
プとの差がなくなり、効果が少なくなる。ここで、第２
の化合物半導体層に含有される窒化物系化合物半導体
は、前記第１の化合物半導体層に含有される窒化物系化
合物半導体と異なり、Ｉｎを必須成分としなくてもよ
い。
ＡｌX2ＧａY2ＩｎZ2ＮW2で表される窒化物系化合物半導
体を含有し、IIIＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎ
の組成比、即ち、Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）の値が０
〜０．９であることが必要であり、０〜０．８であるこ
とがより好ましい。Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）の値が
０．９を超えると、第１の化合物半導体層の光学ギャッ
プとの差がなくなり、効果が少なくなる。ここで、第２
の化合物半導体層に含有される窒化物系化合物半導体
は、前記第１の化合物半導体層に含有される窒化物系化
合物半導体と異なり、Ｉｎを必須成分としなくてもよ
い。
【００３９】また、第１の化合物半導体層に含有される
窒化物系化合物半導体におけるＩｎの組成比（Ｚ１）
と、第２の化合物半導体層に含有される窒化物系化合物
半導体におけるＩｎの組成比（Ｚ２）とは、Ｚ２≦Ｚ１
の関係を満たすことが必要である。Ｚ１及びＺ２が、Ｚ
２＞Ｚ１の関係であると、下層への光透過量が減少し、
光変換損失が増大してしまう。
窒化物系化合物半導体におけるＩｎの組成比（Ｚ１）
と、第２の化合物半導体層に含有される窒化物系化合物
半導体におけるＩｎの組成比（Ｚ２）とは、Ｚ２≦Ｚ１
の関係を満たすことが必要である。Ｚ１及びＺ２が、Ｚ
２＞Ｚ１の関係であると、下層への光透過量が減少し、
光変換損失が増大してしまう。
【００４０】シリコン基板上に、化合物半導体層を１層
形成した場合には、４００〜６００ｎｍの広い可視領域
では吸収しない領域あるいは損失の大きい領域のいずれ
かが発生し、全体の放射光量の電気への非変換割合が増
加してしまうことがあるため、本発明のように化合物半
導体層を２層以上形成することがより好ましい。この場
合には、太陽光の入射側の光学ギャップが大きくなるよ
うに、化合物半導体層を積層することにより、変換効率
を最大とすることができる。本発明の太陽電池は、前記
第１の化合物半導体層上に前記第２の化合物半導体層を
有しているため、吸収されても電気に変換されない部分
を最小限にすることができる。
形成した場合には、４００〜６００ｎｍの広い可視領域
では吸収しない領域あるいは損失の大きい領域のいずれ
かが発生し、全体の放射光量の電気への非変換割合が増
加してしまうことがあるため、本発明のように化合物半
導体層を２層以上形成することがより好ましい。この場
合には、太陽光の入射側の光学ギャップが大きくなるよ
うに、化合物半導体層を積層することにより、変換効率
を最大とすることができる。本発明の太陽電池は、前記
第１の化合物半導体層上に前記第２の化合物半導体層を
有しているため、吸収されても電気に変換されない部分
を最小限にすることができる。
【００４１】前記第１の発明及び第２の発明の太陽電池
において、化合物半導体層の組成は、Ｘ線光電子分光装
置、オージェ分光装置、エレクトロンマイクロプロー
ブ、ラザフォードバックスキャタリング（ＲＢＳ）、二
次イオン質量分析計等を用いて測定することができる。
但し、深さ方向をエッチングしながら分析をする場合に
は、IIIＡ族元素と窒素とのエッチング速度が異なるた
め、測定結果に注意する必要がある。測定方法として
は、ラザフォードバックスキャタリング法が好ましい。
において、化合物半導体層の組成は、Ｘ線光電子分光装
置、オージェ分光装置、エレクトロンマイクロプロー
ブ、ラザフォードバックスキャタリング（ＲＢＳ）、二
次イオン質量分析計等を用いて測定することができる。
但し、深さ方向をエッチングしながら分析をする場合に
は、IIIＡ族元素と窒素とのエッチング速度が異なるた
め、測定結果に注意する必要がある。測定方法として
は、ラザフォードバックスキャタリング法が好ましい。
【００４２】前記第１の発明及び第２の発明の太陽電池
において、化合物半導体層は、５０ａｔｏｍ％以下の水
素を含んでいてもよい。微量の水素は、低温では結晶内
の結合欠陥等に取り込まれ電気的な補償を行う。このた
め特に光電気特性は良好となる。水素量については、ハ
イドロジェンフォワードスキャタリング（ＨＦＳ）によ
り絶対値を測定することができ、赤外吸収スペクトルに
よって推定することもできる。
において、化合物半導体層は、５０ａｔｏｍ％以下の水
素を含んでいてもよい。微量の水素は、低温では結晶内
の結合欠陥等に取り込まれ電気的な補償を行う。このた
め特に光電気特性は良好となる。水素量については、ハ
イドロジェンフォワードスキャタリング（ＨＦＳ）によ
り絶対値を測定することができ、赤外吸収スペクトルに
よって推定することもできる。
【００４３】前記第１の発明及び第２の発明の太陽電池
において、化合物半導体層に含有される窒化物系化合物
半導体は、非晶質、微結晶、多結晶等のいずれであって
もよい。結晶性の場合には、結晶系は実質的に立方晶あ
るいは６方晶系のいずれか１つであり、面方位が１種類
であることが好ましい。更に、成長断面は柱状構造をと
っていても、平滑な単結晶でもよい。窒化物系化合物半
導体の結晶は、例えば透過電子線回折パターンや反射電
子線回折においてスポット状の輝点が主であり、リング
状の回折パターンでなく、ほとんどスポット状に近いも
のからスポット状、更にストリーク状のもの、またＸ線
回折では１つの面方位が、ほぼ全体の強度の８０％以上
を占めているものを指している。
において、化合物半導体層に含有される窒化物系化合物
半導体は、非晶質、微結晶、多結晶等のいずれであって
もよい。結晶性の場合には、結晶系は実質的に立方晶あ
るいは６方晶系のいずれか１つであり、面方位が１種類
であることが好ましい。更に、成長断面は柱状構造をと
っていても、平滑な単結晶でもよい。窒化物系化合物半
導体の結晶は、例えば透過電子線回折パターンや反射電
子線回折においてスポット状の輝点が主であり、リング
状の回折パターンでなく、ほとんどスポット状に近いも
のからスポット状、更にストリーク状のもの、またＸ線
回折では１つの面方位が、ほぼ全体の強度の８０％以上
を占めているものを指している。
【００４４】前記第１の発明及び第２の発明の太陽電池
において、前記基板上に、直接、化合物半導体層を形成
する場合、基板との間に半導体接合を作るようにするこ
とが好ましい。即ち、前記基板の伝導型と前記基板に接
する化合物半導体層の伝導型とが異なることが好まし
い。例えば、ｎ型の基板の上にはｐ型の化合物半導体
層、ｐ型の基板の上にはｎ型の化合物半導体層を形成す
ることが好ましい。このようにすることによって、基板
と化合物半導体層との界面に光学ギャップの異なる接合
が形成され、大きな内部電場が形成されることによっ
て、広い波長領域で変換効率を改善することができる。
また、第２の発明の太陽電池においては、例えば、前記
ｐ型の基板とｎ型の化合物半導体層との間には、中間的
な伝導型としてｉ型の基板やｉ型の化合物半導体層を設
けてもよい。
において、前記基板上に、直接、化合物半導体層を形成
する場合、基板との間に半導体接合を作るようにするこ
とが好ましい。即ち、前記基板の伝導型と前記基板に接
する化合物半導体層の伝導型とが異なることが好まし
い。例えば、ｎ型の基板の上にはｐ型の化合物半導体
層、ｐ型の基板の上にはｎ型の化合物半導体層を形成す
ることが好ましい。このようにすることによって、基板
と化合物半導体層との界面に光学ギャップの異なる接合
が形成され、大きな内部電場が形成されることによっ
て、広い波長領域で変換効率を改善することができる。
また、第２の発明の太陽電池においては、例えば、前記
ｐ型の基板とｎ型の化合物半導体層との間には、中間的
な伝導型としてｉ型の基板やｉ型の化合物半導体層を設
けてもよい。
【００４５】また、第２の発明の太陽電池において、半
導体接合を持つ基板の場合には、この上に半導体接合を
有する化合物半導体層を設けることができる。例えば、
ｐｎ型の基板に対してはｐｎ接合を持った化合物半導体
層を、ｎｐ型の基板に対してはｎｐ接合を持った化合物
半導体層を積層することができる。基板上に設けた接合
を持つ１層目の化合物半導体層の上に、更にＩｎ濃度の
低い半導体接合を有する２層目の化合物半導体層を積層
することができる。また、前記１層目の化合物半導体層
と前記２層目の化合物半導体層との間に、Ｉｎ濃度がこ
れらの層のＩｎ濃度の間の値を有する化合物半導体層を
設けてもよい。
導体接合を持つ基板の場合には、この上に半導体接合を
有する化合物半導体層を設けることができる。例えば、
ｐｎ型の基板に対してはｐｎ接合を持った化合物半導体
層を、ｎｐ型の基板に対してはｎｐ接合を持った化合物
半導体層を積層することができる。基板上に設けた接合
を持つ１層目の化合物半導体層の上に、更にＩｎ濃度の
低い半導体接合を有する２層目の化合物半導体層を積層
することができる。また、前記１層目の化合物半導体層
と前記２層目の化合物半導体層との間に、Ｉｎ濃度がこ
れらの層のＩｎ濃度の間の値を有する化合物半導体層を
設けてもよい。
【００４６】異なる吸収波長領域を持つ化合物半導体層
を設ける場合、それらの互いの接合面でトンネル接合を
形成し、そのトンネル接合での電荷の中和を円滑にする
ように、この接合を急峻なドーピングプロファイルで作
製する必要がある。このため界面でのドーピングガスの
切り換えを鋭く行い、また成膜後の拡散のため低温で成
膜することが好ましい。
を設ける場合、それらの互いの接合面でトンネル接合を
形成し、そのトンネル接合での電荷の中和を円滑にする
ように、この接合を急峻なドーピングプロファイルで作
製する必要がある。このため界面でのドーピングガスの
切り換えを鋭く行い、また成膜後の拡散のため低温で成
膜することが好ましい。
【００４７】また、完全なトンネル接合とならない場合
には、化合物半導体層の間に障壁が発生してしまう。こ
のような場合には、障壁を発生させないように光学ギャ
ップの変化に併い、例えば、光学ギャップを表面側（光
入射側）に大きくする場合には、フェルミエネルギーと
伝導帯のエネルギーとの差を逆に小さくなるように各層
を設けることができる。このためには、基板のすぐ上
に、該基板の伝導型と異なる伝導型の化合物半導体層を
設け、その層上に化合物半導体層を光の入射側に光学ギ
ャップを大きくするように設置し、かつ伝導型を制御す
る元素の濃度を順に減少させるか増加させることができ
る。更に伝導型を制御する元素の種類を変えてもよい。
には、化合物半導体層の間に障壁が発生してしまう。こ
のような場合には、障壁を発生させないように光学ギャ
ップの変化に併い、例えば、光学ギャップを表面側（光
入射側）に大きくする場合には、フェルミエネルギーと
伝導帯のエネルギーとの差を逆に小さくなるように各層
を設けることができる。このためには、基板のすぐ上
に、該基板の伝導型と異なる伝導型の化合物半導体層を
設け、その層上に化合物半導体層を光の入射側に光学ギ
ャップを大きくするように設置し、かつ伝導型を制御す
る元素の濃度を順に減少させるか増加させることができ
る。更に伝導型を制御する元素の種類を変えてもよい。
【００４８】例えば、ｐ型基板に対して、ｎ型ＧａY1Ｉ
ｎZ1Ｎ／ｎ+型ＧａY2ＩｎZ2Ｎや、ｉ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ
／ｎ型ＧａY2ＩｎZ2Ｎや、ｎ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｎ+型
ＧａY 2Ｎや、ｎ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｎ+型ＡｌX2ＧａY2
Ｎ等が可能であり、フェルミエネルギーと伝導帯のエネ
ルギーとの差を大きくすることもできる。また、例え
ば、ｎ型基板に対して、ｉ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型Ｇａ
Y2ＩｎZ2Ｎや、ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ+型ＧａY2Ｉｎ
Z2Ｎや、ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型ＧａY2Ｎや、ｐ型Ｇ
ａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ+型ＡｌX2ＧａY2Ｎ等の組み合せが可
能であり、このようにすることによってタンデム構造で
ありながら、それぞれの化合物半導体層界面にバリアを
持つことがなく、内部で発生した電荷が損出することな
く、かつ、一方向の内部電場が形成されるため、円滑に
分離され外部へ取り出すことができるようになる。
ｎZ1Ｎ／ｎ+型ＧａY2ＩｎZ2Ｎや、ｉ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ
／ｎ型ＧａY2ＩｎZ2Ｎや、ｎ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｎ+型
ＧａY 2Ｎや、ｎ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｎ+型ＡｌX2ＧａY2
Ｎ等が可能であり、フェルミエネルギーと伝導帯のエネ
ルギーとの差を大きくすることもできる。また、例え
ば、ｎ型基板に対して、ｉ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型Ｇａ
Y2ＩｎZ2Ｎや、ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ+型ＧａY2Ｉｎ
Z2Ｎや、ｐ型ＧａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ型ＧａY2Ｎや、ｐ型Ｇ
ａY1ＩｎZ1Ｎ／ｐ+型ＡｌX2ＧａY2Ｎ等の組み合せが可
能であり、このようにすることによってタンデム構造で
ありながら、それぞれの化合物半導体層界面にバリアを
持つことがなく、内部で発生した電荷が損出することな
く、かつ、一方向の内部電場が形成されるため、円滑に
分離され外部へ取り出すことができるようになる。
【００４９】前記第１の発明及び第２の発明の太陽電池
において、化合物半導体層には、伝導型を制御する元素
をドープすることができる。ドーピング用ガスはIIIＡ
族元素を含む有機金属化合物と混合してもよいし別々に
導入してもよい。また前記有機金属化合物と同時に導入
してもよいし、連続導入でもよい。
において、化合物半導体層には、伝導型を制御する元素
をドープすることができる。ドーピング用ガスはIIIＡ
族元素を含む有機金属化合物と混合してもよいし別々に
導入してもよい。また前記有機金属化合物と同時に導入
してもよいし、連続導入でもよい。
【００５０】ｎ型用の元素としては、ＩＡ族（ＩＵＰＡ
Ｃの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は１）の
Ｌｉ、ＩＢ族（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂
版による族番号は１１) のＣｕ，Ａｇ及びＡｕ、IIＡ族
（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番
号は２）のＭｇ、IIＢ族（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学
命名法改訂版による族番号は１２) のＺｎ、IVＡ族（Ｉ
ＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は
１４) のＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ及びＰｂ、VIＡ族（ＩＵ
ＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は１
６) のＳ，Ｓｅ及びＴｅを用いることができる。中でも
Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎが電荷担体の制御性の点から好
ましい。
Ｃの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は１）の
Ｌｉ、ＩＢ族（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂
版による族番号は１１) のＣｕ，Ａｇ及びＡｕ、IIＡ族
（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番
号は２）のＭｇ、IIＢ族（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学
命名法改訂版による族番号は１２) のＺｎ、IVＡ族（Ｉ
ＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は
１４) のＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ及びＰｂ、VIＡ族（ＩＵ
ＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は１
６) のＳ，Ｓｅ及びＴｅを用いることができる。中でも
Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎが電荷担体の制御性の点から好
ましい。
【００５１】ｐ型用の元素としては、ＩＡ族のＬｉ，Ｎ
ａ及びＫ、ＩＢ族のＣｕ，Ａｇ及びＡｕ、IIＡ族のＢ
ｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ及びＲａ、IIＢ族のＺｎ，
Ｃｄ及びＨｇ、IVＡ族のＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ及びＰ
ｂ、VIＡ族（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版
による族番号は１６）のＳ，Ｓｅ及びＴｅ、VIＢ族（Ｉ
ＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は
６）のＣｒ，Ｍｏ及びＷ、VIII族のＦｅ（ＩＵＰＡＣの
1989年無機化学命名法改訂版による族番号は８）、Ｃｏ
（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番
号は９）、Ｎｉ（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改
訂版による族番号は１０) 等を用いることができる。中
でもＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒが電荷担体の制御
性の点から好ましい。
ａ及びＫ、ＩＢ族のＣｕ，Ａｇ及びＡｕ、IIＡ族のＢ
ｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ及びＲａ、IIＢ族のＺｎ，
Ｃｄ及びＨｇ、IVＡ族のＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ及びＰ
ｂ、VIＡ族（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版
による族番号は１６）のＳ，Ｓｅ及びＴｅ、VIＢ族（Ｉ
ＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は
６）のＣｒ，Ｍｏ及びＷ、VIII族のＦｅ（ＩＵＰＡＣの
1989年無機化学命名法改訂版による族番号は８）、Ｃｏ
（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改訂版による族番
号は９）、Ｎｉ（ＩＵＰＡＣの1989年無機化学命名法改
訂版による族番号は１０) 等を用いることができる。中
でもＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒが電荷担体の制御
性の点から好ましい。
【００５２】ｉ型用の元素としては、ｐ型用の元素と同
じものを低濃度で使用することができる。
じものを低濃度で使用することができる。
【００５３】また、層中の水素が、ドーパントに結合し
不活性化しないようにする必要があり、欠陥準位をパッ
シベーションするための水素をドーパントよりもIIIＡ
族元素及び窒素元素に選択的に結合させる観点から、ｎ
型用の元素としては、特に、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎが
好ましく、ｐ型用の元素としては、特に、Ｂｅ，Ｍｇ，
Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒが好ましく、ｉ型用の元素として
は、特に、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒが好まし
い。
不活性化しないようにする必要があり、欠陥準位をパッ
シベーションするための水素をドーパントよりもIIIＡ
族元素及び窒素元素に選択的に結合させる観点から、ｎ
型用の元素としては、特に、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎが
好ましく、ｐ型用の元素としては、特に、Ｂｅ，Ｍｇ，
Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒが好ましく、ｉ型用の元素として
は、特に、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒが好まし
い。
【００５４】ドーピングにはｎ型用としては、Ｓｉ
Ｈ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＧｅＨ4、ＧｅＦ4、ＳｎＨ4を、ｐ型用
としては、ＢｅＨ2、ＢｅＣｌ2、ＢｅＣｌ4、シクロペ
ンタジエニルマグネシウム、ジメチルカルシウム、ジメ
チルストロンチウム、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛等
を、ｉ型用としては、ｐ型用の元素と同じ化合物を、ガ
ス状態で使用することができる。また、ドーピング元素
を元素のまま層中に拡散させたり、イオンとして層中に
取り込ませることもできる。
Ｈ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＧｅＨ4、ＧｅＦ4、ＳｎＨ4を、ｐ型用
としては、ＢｅＨ2、ＢｅＣｌ2、ＢｅＣｌ4、シクロペ
ンタジエニルマグネシウム、ジメチルカルシウム、ジメ
チルストロンチウム、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛等
を、ｉ型用としては、ｐ型用の元素と同じ化合物を、ガ
ス状態で使用することができる。また、ドーピング元素
を元素のまま層中に拡散させたり、イオンとして層中に
取り込ませることもできる。
【００５５】［太陽電池の製造方法］次に、本発明の太
陽電池の製造方法について、図を用いて説明する。図１
には、本発明の太陽電池の製造装置の概略構成が示され
ている。この製造装置によれば、基板上に化合物半導体
層を好適に作製することができる。この太陽電池製造装
置は、円筒状の反応器１と、反応器１と上部開口を介し
て連続する第１及び第２の原料活性化−供給部１３、１
４と、反応器１と下部開口を介して連続し、且つ反応器
１内のガスを排気するための排気管２と、反応器１内に
配置され、且つ基板を支持するための基板ホルダー３
と、基板ホルダー３の基板設置面側とは反対側に配置さ
れたヒーター４と、を備える。
陽電池の製造方法について、図を用いて説明する。図１
には、本発明の太陽電池の製造装置の概略構成が示され
ている。この製造装置によれば、基板上に化合物半導体
層を好適に作製することができる。この太陽電池製造装
置は、円筒状の反応器１と、反応器１と上部開口を介し
て連続する第１及び第２の原料活性化−供給部１３、１
４と、反応器１と下部開口を介して連続し、且つ反応器
１内のガスを排気するための排気管２と、反応器１内に
配置され、且つ基板を支持するための基板ホルダー３
と、基板ホルダー３の基板設置面側とは反対側に配置さ
れたヒーター４と、を備える。
【００５６】第１及び第２の原料活性化−供給部１３、
１４は、それぞれ、反応器１と連通し且つ反応器１の径
方向外側に配置された円筒状の石英管５、６と、これら
石英管５、６の反応器１とは反対側と連通するガス導入
管９、１０とを備える。第１の原料活性化−供給部１３
は、更に石英管５と交差するように配置されたマイクロ
波導波管８と、石英管５とマイクロ波導波管８との交差
位置より反応器１側で石英管５と連続するガス導入管１
１とを備える。マイクロ波導波管８は筐体状であり、そ
の中を石英管５が貫通している。また、第２の原料活性
化−供給部１４では、マイクロ波放電管８の代わりに高
周波コイル７が使用され、高周波コイル７は石英管６の
外周に巻き付けられ、図示しない高周波発振器に接続さ
れている。
１４は、それぞれ、反応器１と連通し且つ反応器１の径
方向外側に配置された円筒状の石英管５、６と、これら
石英管５、６の反応器１とは反対側と連通するガス導入
管９、１０とを備える。第１の原料活性化−供給部１３
は、更に石英管５と交差するように配置されたマイクロ
波導波管８と、石英管５とマイクロ波導波管８との交差
位置より反応器１側で石英管５と連続するガス導入管１
１とを備える。マイクロ波導波管８は筐体状であり、そ
の中を石英管５が貫通している。また、第２の原料活性
化−供給部１４では、マイクロ波放電管８の代わりに高
周波コイル７が使用され、高周波コイル７は石英管６の
外周に巻き付けられ、図示しない高周波発振器に接続さ
れている。
【００５７】そして、第１及び第２の原料活性化−供給
部１３、１４のガス導入管９、１０、１１、１２は原料
ガスを供給する図示しない原料供給手段としてのボンベ
等にそれぞれ接続されている。更にガス導入管１１、１
２には原料ガスを間欠的に供給するための流量調節器
（マスフローコントローラ）（図示せず）が接続されて
いる。また、マイクロ波導波管８は図示しないマグネト
ロンを用いたマイクロ波発振器に接続されており、石英
管５内で放電させる。更に、排気管２は図示しない排気
手段としてのポンプに接続されており、反応器１内を略
真空まで排気可能とする。
部１３、１４のガス導入管９、１０、１１、１２は原料
ガスを供給する図示しない原料供給手段としてのボンベ
等にそれぞれ接続されている。更にガス導入管１１、１
２には原料ガスを間欠的に供給するための流量調節器
（マスフローコントローラ）（図示せず）が接続されて
いる。また、マイクロ波導波管８は図示しないマグネト
ロンを用いたマイクロ波発振器に接続されており、石英
管５内で放電させる。更に、排気管２は図示しない排気
手段としてのポンプに接続されており、反応器１内を略
真空まで排気可能とする。
【００５８】この装置において、窒素元素源として、例
えば、Ｎ2を用いガス導入管９から石英管５に導入す
る。マグネトロンを用いたマイクロ波発振器（図示せ
ず）に接続されたマイクロ波導波管８にマイクロ波が供
給され、石英管５内に放電を発生させる。別のガス導入
管１０から、例えばＨ2を石英管６に導入する。高周波
発振器（図示せず）から高周波コイル７に高周波を供給
し、石英管６内に放電を発生させる。放電空間の下流側
より例えばトリメチルガリウムをガス導入管１２より導
入することによって、基板上に窒化ガリウム化合物半導
体を成膜することができる。
えば、Ｎ2を用いガス導入管９から石英管５に導入す
る。マグネトロンを用いたマイクロ波発振器（図示せ
ず）に接続されたマイクロ波導波管８にマイクロ波が供
給され、石英管５内に放電を発生させる。別のガス導入
管１０から、例えばＨ2を石英管６に導入する。高周波
発振器（図示せず）から高周波コイル７に高周波を供給
し、石英管６内に放電を発生させる。放電空間の下流側
より例えばトリメチルガリウムをガス導入管１２より導
入することによって、基板上に窒化ガリウム化合物半導
体を成膜することができる。
【００５９】基板温度は１００〜６００℃程度である。
基板温度が高い場合及び／又はIIIＡ族元素の原料ガス
の流量が少ない場合には微結晶になりやすい。基板温度
が３００℃より低い場合にはIIIＡ族原料ガスの流量が
少ない場合に微結晶となりやすく、基板温度が３００℃
より高い場合にはIIIＡ族元素の原料ガスの流量が低温
条件よりも多くても微結晶となりやすい。また、例えば
Ｈ2放電を行った場合には行わない場合よりも微結晶化
を進めることができる。トリメチルガリウムの代わり
に、例えば、インジウム、アルミニウムを含む有機金属
化合物を用いることもでき、また混合することもでき
る。また、これらの有機金属化合物は、ガス導入管１１
から別々に導入してもよい。
基板温度が高い場合及び／又はIIIＡ族元素の原料ガス
の流量が少ない場合には微結晶になりやすい。基板温度
が３００℃より低い場合にはIIIＡ族原料ガスの流量が
少ない場合に微結晶となりやすく、基板温度が３００℃
より高い場合にはIIIＡ族元素の原料ガスの流量が低温
条件よりも多くても微結晶となりやすい。また、例えば
Ｈ2放電を行った場合には行わない場合よりも微結晶化
を進めることができる。トリメチルガリウムの代わり
に、例えば、インジウム、アルミニウムを含む有機金属
化合物を用いることもでき、また混合することもでき
る。また、これらの有機金属化合物は、ガス導入管１１
から別々に導入してもよい。
【００６０】また、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択さ
れる１以上の元素を含むガス、あるいはＢｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される１以上の元素を含むガ
スを放電空間の下流側（ガス導入管１１又はガス導入管
１２）から導入することによってｎ型、ｐ型等の任意の
伝導型の非晶質又は微結晶若しくは結晶の化合物半導体
層を得ることができる。Ｃの場合には条件によっては有
機金属化合物の炭素を使用してもよい。
れる１以上の元素を含むガス、あるいはＢｅ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｚｎ及びＳｒから選択される１以上の元素を含むガ
スを放電空間の下流側（ガス導入管１１又はガス導入管
１２）から導入することによってｎ型、ｐ型等の任意の
伝導型の非晶質又は微結晶若しくは結晶の化合物半導体
層を得ることができる。Ｃの場合には条件によっては有
機金属化合物の炭素を使用してもよい。
【００６１】上記装置において放電エネルギーにより形
成される活性窒素あるいは活性水素を独立に制御しても
よく、ＮＨ3のような窒素原子と水素原子とを同時に含
むガスを用いてもよい。更にＨ2を加えてもよい。ま
た、前記有機金属化合物から活性水素が遊離生成する条
件を用いることもできる。このようにすることによっ
て、基板上には活性化されたIIIＡ族元素の原子、窒素
原子が制御された状態で存在し、かつ水素原子がメチル
基やエチル基をメタンやエタン等の不活性分子にするた
め低温にも拘わらず炭素が入らず、膜欠陥が抑えられた
非晶質膜又は微結晶膜若しくは結晶膜を生成することが
できる。
成される活性窒素あるいは活性水素を独立に制御しても
よく、ＮＨ3のような窒素原子と水素原子とを同時に含
むガスを用いてもよい。更にＨ2を加えてもよい。ま
た、前記有機金属化合物から活性水素が遊離生成する条
件を用いることもできる。このようにすることによっ
て、基板上には活性化されたIIIＡ族元素の原子、窒素
原子が制御された状態で存在し、かつ水素原子がメチル
基やエチル基をメタンやエタン等の不活性分子にするた
め低温にも拘わらず炭素が入らず、膜欠陥が抑えられた
非晶質膜又は微結晶膜若しくは結晶膜を生成することが
できる。
【００６２】上記装置における原料活性化−供給部の活
性化方法としては、直流放電、低周波放電、高周波放
電、マイクロ波放電、エレクトロンサイクロトロン共鳴
方式、ヘリコンプラズマ方式のいずれであってもよく、
また加熱フィラメントによるものでもよい。これらは１
種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
また、高周波放電の場合、誘導結合形でも、容量形でも
よい。１つの空間において、２種以上の活性化方法を用
いる場合には、同じ圧力で同時に放電が生起できるよう
にする必要があり、マイクロ波導波管内（又は高周波導
波管内）と石英管内（又は反応器内) とに圧力差を設け
てもよい。またこれらの圧力を同一とする場合、異なる
原料活性化手段、例えば、マイクロ波放電と高周波放電
とを用いることによって活性種の励起エネルギーを大き
く変えることができ、これによって膜質を制御すること
ができる。本発明においては、反応性蒸着法やイオンプ
レーイング、リアクティブスパッター等、少なくとも水
素が活性化された雰囲気で成膜を行うことも可能であ
る。
性化方法としては、直流放電、低周波放電、高周波放
電、マイクロ波放電、エレクトロンサイクロトロン共鳴
方式、ヘリコンプラズマ方式のいずれであってもよく、
また加熱フィラメントによるものでもよい。これらは１
種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
また、高周波放電の場合、誘導結合形でも、容量形でも
よい。１つの空間において、２種以上の活性化方法を用
いる場合には、同じ圧力で同時に放電が生起できるよう
にする必要があり、マイクロ波導波管内（又は高周波導
波管内）と石英管内（又は反応器内) とに圧力差を設け
てもよい。またこれらの圧力を同一とする場合、異なる
原料活性化手段、例えば、マイクロ波放電と高周波放電
とを用いることによって活性種の励起エネルギーを大き
く変えることができ、これによって膜質を制御すること
ができる。本発明においては、反応性蒸着法やイオンプ
レーイング、リアクティブスパッター等、少なくとも水
素が活性化された雰囲気で成膜を行うことも可能であ
る。
【００６３】本発明の太陽電池は、基板上に前述した方
法によって化合物半導体層を形成することができる。本
発明の太陽電池は、最も簡単にはショットキー障壁での
光起電力を発生することができる。更に、ｐ型とｎ型あ
るいはｐ型とｉ型とｎ型からなる層を積層形成すること
により、より効率のよい太陽電池とすることができる。
法によって化合物半導体層を形成することができる。本
発明の太陽電池は、最も簡単にはショットキー障壁での
光起電力を発生することができる。更に、ｐ型とｎ型あ
るいはｐ型とｉ型とｎ型からなる層を積層形成すること
により、より効率のよい太陽電池とすることができる。
【００６４】基板上に窒化物系化合物半導体を含む化合
物半導体層を形成した本発明の太陽電池は、超高効率太
陽電池であり、更に、耐光性、耐熱性、耐酸化性に優
れ、重量当たりの発電量に優れており、携帯機器や自動
車等に用いられ、更に住宅用、宇宙用と広範な利用を可
能とする。
物半導体層を形成した本発明の太陽電池は、超高効率太
陽電池であり、更に、耐光性、耐熱性、耐酸化性に優
れ、重量当たりの発電量に優れており、携帯機器や自動
車等に用いられ、更に住宅用、宇宙用と広範な利用を可
能とする。
【００６５】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。 （実施例１）洗浄した面方位（１００）の抵抗率が２Ω
ｃｍのｐ型Ｓｉ基板をホルダー３に載せ、排気管２を介
して反応器１内を真空排気後、ヒーター４により基板を
３８０℃に加熱した。Ｎ2ガスを第１の原料活性化−供
給部１３のガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内
に２０００ｓｃｃｍ導入し、マイクロ波導波管８を介し
て２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力２５０Ｗにセット
しチューナでマッチングを取り、放電を行った。この時
の反射波は０Ｗであった。一方、Ｈ2ガスを第２の原料
活性化−供給部１４のガス導入管１０より直径３０ｍｍ
の石英管６内に５００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。反射波は
０Ｗであった。この状態で第１の原料活性化−供給部１
３のガス導入管１１より０℃で保持されたトリメチルガ
リウム（ＴＭＧａ）の蒸気を窒素をキャリアガスとして
用い、バブリングしながらマスフローコントローラーを
通して１ｓｃｃｍ導入した。更に、水素希釈したシラン
を１ａｔｏｍ％になるように導入した。この時バラトロ
ン真空計で測定した反応圧力は６５Ｐａであった。成膜
を６０分行い、０．１μｍのＳｉドープ水素化ＧａＮ層
（ｎ型化合物半導体層）をｐ型Ｓｉ基板上に直接作製し
た。
は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。 （実施例１）洗浄した面方位（１００）の抵抗率が２Ω
ｃｍのｐ型Ｓｉ基板をホルダー３に載せ、排気管２を介
して反応器１内を真空排気後、ヒーター４により基板を
３８０℃に加熱した。Ｎ2ガスを第１の原料活性化−供
給部１３のガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内
に２０００ｓｃｃｍ導入し、マイクロ波導波管８を介し
て２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力２５０Ｗにセット
しチューナでマッチングを取り、放電を行った。この時
の反射波は０Ｗであった。一方、Ｈ2ガスを第２の原料
活性化−供給部１４のガス導入管１０より直径３０ｍｍ
の石英管６内に５００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。反射波は
０Ｗであった。この状態で第１の原料活性化−供給部１
３のガス導入管１１より０℃で保持されたトリメチルガ
リウム（ＴＭＧａ）の蒸気を窒素をキャリアガスとして
用い、バブリングしながらマスフローコントローラーを
通して１ｓｃｃｍ導入した。更に、水素希釈したシラン
を１ａｔｏｍ％になるように導入した。この時バラトロ
ン真空計で測定した反応圧力は６５Ｐａであった。成膜
を６０分行い、０．１μｍのＳｉドープ水素化ＧａＮ層
（ｎ型化合物半導体層）をｐ型Ｓｉ基板上に直接作製し
た。
【００６６】このＧａＮ層の水素組成をＨＦＳ（ハイド
ロジェン・フォワード・スキャタリング）により測定し
たところ５ａｔｏｍ％であった。この層の光学ギャップ
は３．２ｅＶで、３８０ｎｍより長波長は完全に透過し
た。この上に透明導電性電極のＩＴＯをスパッターで形
成し、半導体素子を作製した。この半導体素子を太陽電
池として用いた場合、光電流スペクトルを３００〜８０
０ｎｍで測定したところ、長波長から４００ｎｍまで量
子効率は一定であり、３６０ｎｍまで高い感度を有して
いることがわかった。光起電力は０．６Ｖであった。こ
のことは上記Ｓｉドープ水素化ＧａＮ層が窓層として優
れた機能を有していることを示している。
ロジェン・フォワード・スキャタリング）により測定し
たところ５ａｔｏｍ％であった。この層の光学ギャップ
は３．２ｅＶで、３８０ｎｍより長波長は完全に透過し
た。この上に透明導電性電極のＩＴＯをスパッターで形
成し、半導体素子を作製した。この半導体素子を太陽電
池として用いた場合、光電流スペクトルを３００〜８０
０ｎｍで測定したところ、長波長から４００ｎｍまで量
子効率は一定であり、３６０ｎｍまで高い感度を有して
いることがわかった。光起電力は０．６Ｖであった。こ
のことは上記Ｓｉドープ水素化ＧａＮ層が窓層として優
れた機能を有していることを示している。
【００６７】（実施例２）実施例１と同じ基板を用い、
第２の原料活性化−供給部１４のガス導入管１２より２
０℃で保持したトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を
Ｇａに対して１／５になるように導入した以外は、実施
例１と同様の方法により、ｎ型のＳｉドープ水素化Ａｌ
ＧａＮ層（組成式は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ）をｐ型Ｓｉ基
板上に直接作製した。このｐ型Ｓｉ基板上に成膜したｎ
型ＡｌＧａＮ層のＸ線回折パターンを測定したところ、
六方晶の（０００１）面が成長したことがわかった。こ
の半導体素子を太陽電池として用いた場合、光電流スペ
クトルを３００〜８００ｎｍで測定したところ、長波長
から３８０ｎｍまで量子効率は一定であり、３４０ｎｍ
まで高い感度を有し、紫外線領域の光も十分に利用する
ことができることがわかった。光起電力は０．６Ｖであ
った。このことは上記Ｓｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層が
窓層として優れた機能を有していることを示している。
第２の原料活性化−供給部１４のガス導入管１２より２
０℃で保持したトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を
Ｇａに対して１／５になるように導入した以外は、実施
例１と同様の方法により、ｎ型のＳｉドープ水素化Ａｌ
ＧａＮ層（組成式は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ）をｐ型Ｓｉ基
板上に直接作製した。このｐ型Ｓｉ基板上に成膜したｎ
型ＡｌＧａＮ層のＸ線回折パターンを測定したところ、
六方晶の（０００１）面が成長したことがわかった。こ
の半導体素子を太陽電池として用いた場合、光電流スペ
クトルを３００〜８００ｎｍで測定したところ、長波長
から３８０ｎｍまで量子効率は一定であり、３４０ｎｍ
まで高い感度を有し、紫外線領域の光も十分に利用する
ことができることがわかった。光起電力は０．６Ｖであ
った。このことは上記Ｓｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層が
窓層として優れた機能を有していることを示している。
【００６８】（実施例３）洗浄された面方位（１００）
のｐ型ＧａＡｓ基板を用い、この上に実施例２と同様の
方法により、ｎ型のＳｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層を作
製した。この半導体素子を太陽電池として用いた場合、
光電流スペクトルを３００〜８００ｎｍで測定したとこ
ろ、長波長から３８０ｎｍまで量子効率は一定であり、
３４０ｎｍまで高い感度を有し、紫外線領域の光も十分
に利用することができることがわかった。光起電力は
０．７Ｖであった。このことは上記Ｓｉドープ水素化Ａ
ｌＧａＮ層が窓層として優れた機能を有していることを
示している。
のｐ型ＧａＡｓ基板を用い、この上に実施例２と同様の
方法により、ｎ型のＳｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層を作
製した。この半導体素子を太陽電池として用いた場合、
光電流スペクトルを３００〜８００ｎｍで測定したとこ
ろ、長波長から３８０ｎｍまで量子効率は一定であり、
３４０ｎｍまで高い感度を有し、紫外線領域の光も十分
に利用することができることがわかった。光起電力は
０．７Ｖであった。このことは上記Ｓｉドープ水素化Ａ
ｌＧａＮ層が窓層として優れた機能を有していることを
示している。
【００６９】（実施例４）洗浄したソーダガラスの上に
Ｍｏをスパッタにより１μｍ形成し、その上に、同時蒸
着法で形成した２μｍの多結晶ｐ型ＣｕＩｎＳｅ2基板
を用い、この上に実施例２と同様の方法により、ｎ型の
Ｓｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層を作製した。この半導体
素子を太陽電池として用いた場合、光電流スペクトルを
３００〜８００ｎｍで測定したところ、長波長から３８
０ｎｍまで量子効率は一定であり、３４０ｎｍまで高い
感度を有し、紫外線領域の光も十分に利用することがで
きることがわかった。光起電力は０．７Ｖであった。こ
のことは上記Ｓｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層が窓層とし
て優れた機能を有していることを示している。
Ｍｏをスパッタにより１μｍ形成し、その上に、同時蒸
着法で形成した２μｍの多結晶ｐ型ＣｕＩｎＳｅ2基板
を用い、この上に実施例２と同様の方法により、ｎ型の
Ｓｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層を作製した。この半導体
素子を太陽電池として用いた場合、光電流スペクトルを
３００〜８００ｎｍで測定したところ、長波長から３８
０ｎｍまで量子効率は一定であり、３４０ｎｍまで高い
感度を有し、紫外線領域の光も十分に利用することがで
きることがわかった。光起電力は０．７Ｖであった。こ
のことは上記Ｓｉドープ水素化ＡｌＧａＮ層が窓層とし
て優れた機能を有していることを示している。
【００７０】（実施例５）洗浄した面方位（１００）の
ｐ型Ｓｉ基板を基板ホルダー３に載せ、排気管２を介し
て反応器１内を真空排気後、ヒーター４により基板を４
００℃に加熱した。Ｎ2ガスを第１の原料活性化−供給
部１３のガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内に
１０００ｓｃｃｍ導入し、マイクロ波導波管８を介して
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力２５０Ｗにセットし
チューナでマッチングを取り、放電を行った。この時の
反射波は０Ｗであった。一方、Ｈ2ガスを第２の原料活
性化−供給部１４のガス導入管１０より直径３０ｍｍの
石英管６内に２００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６ＭＨ
ｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。反射波は０
Ｗであった。この状態で第１の原料活性化−供給部１３
のガス導入管１１より０℃で保持されたトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）の蒸気を窒素をキャリアガスとして用
い、バブリングしながらマスフローコントローラーを通
して１ｓｃｃｍ導入した。２０℃に保持されたトリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）の蒸気を窒素をキャリアガス
として、第２の原料活性化−供給部１４のガス導入管１
２より０．１ｓｃｃｍ導入した。この時バラトロン真空
計で測定した反応圧力は６５．５Ｐａであった。成膜を
６０分行い、０．３μｍのＧａＩｎＮ層（窒化物系化合
物半導体の組成式は、Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ）をｐ型Ｓｉ基
板上に直接作製した。
ｐ型Ｓｉ基板を基板ホルダー３に載せ、排気管２を介し
て反応器１内を真空排気後、ヒーター４により基板を４
００℃に加熱した。Ｎ2ガスを第１の原料活性化−供給
部１３のガス導入管９より直径２５ｍｍの石英管５内に
１０００ｓｃｃｍ導入し、マイクロ波導波管８を介して
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力２５０Ｗにセットし
チューナでマッチングを取り、放電を行った。この時の
反射波は０Ｗであった。一方、Ｈ2ガスを第２の原料活
性化−供給部１４のガス導入管１０より直径３０ｍｍの
石英管６内に２００ｓｃｃｍ導入した。１３．５６ＭＨ
ｚの高周波の出力を１００Ｗにセットした。反射波は０
Ｗであった。この状態で第１の原料活性化−供給部１３
のガス導入管１１より０℃で保持されたトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）の蒸気を窒素をキャリアガスとして用
い、バブリングしながらマスフローコントローラーを通
して１ｓｃｃｍ導入した。２０℃に保持されたトリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）の蒸気を窒素をキャリアガス
として、第２の原料活性化−供給部１４のガス導入管１
２より０．１ｓｃｃｍ導入した。この時バラトロン真空
計で測定した反応圧力は６５．５Ｐａであった。成膜を
６０分行い、０．３μｍのＧａＩｎＮ層（窒化物系化合
物半導体の組成式は、Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ）をｐ型Ｓｉ基
板上に直接作製した。
【００７１】このＧａＩｎＮ層の組成をＲＢＳ（ラザフ
ォード・バックスキャタリング）により測定したとこ
ろ、窒素元素の組成比に対するIIIＡ族元素の組成比の
合計、即ち（Ｇａ＋Ｉｎ）／Ｎの値は０．９５であっ
た。また、IIIＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎの
組成比、即ちＩｎ／（Ｇａ＋Ｉｎ）の値は０．２であっ
た。この層の光学ギャップは２．６ｅＶで、理論変換効
率は３０％以上であった。このｕｎｄｏｐｅのＧａＩｎ
Ｎ層はｎ型であり、この組み合わせ、即ちｐ型Ｓｉ基板
に対してｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式は、Ｇａ0.8Ｉｎ0.2
Ｎ）は、接合時に接合部に伝導帯に障壁を作らず、また
価電子帯にも障壁を作らず、電子正孔ともに障壁を作ら
ず、発生した電流をすみやかに輸送することができる。
ＡＭ１．０の光を照射して、デジタルマルチメータ４１
４０Ｂ（ヒュレットパッカード社製）により、光起電力
特性を測定したところ変換効率は１５％であり、光起電
力は１．２Ｖと高かった。
ォード・バックスキャタリング）により測定したとこ
ろ、窒素元素の組成比に対するIIIＡ族元素の組成比の
合計、即ち（Ｇａ＋Ｉｎ）／Ｎの値は０．９５であっ
た。また、IIIＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎの
組成比、即ちＩｎ／（Ｇａ＋Ｉｎ）の値は０．２であっ
た。この層の光学ギャップは２．６ｅＶで、理論変換効
率は３０％以上であった。このｕｎｄｏｐｅのＧａＩｎ
Ｎ層はｎ型であり、この組み合わせ、即ちｐ型Ｓｉ基板
に対してｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式は、Ｇａ0.8Ｉｎ0.2
Ｎ）は、接合時に接合部に伝導帯に障壁を作らず、また
価電子帯にも障壁を作らず、電子正孔ともに障壁を作ら
ず、発生した電流をすみやかに輸送することができる。
ＡＭ１．０の光を照射して、デジタルマルチメータ４１
４０Ｂ（ヒュレットパッカード社製）により、光起電力
特性を測定したところ変換効率は１５％であり、光起電
力は１．２Ｖと高かった。
【００７２】（実施例６）実施例５と同じ基板を用い、
第１の原料活性化−供給部１３のガス導入管１１より水
素稀釈したシランを１０００ｐｐｍ導入した以外は、実
施例５と同様の方法により、ｐ型Ｓｉ基板上にｎ型にド
ーピングしたＧａＩｎＮ層を形成した。このＧａＩｎＮ
層の組成は実施例１と同じであった。ｐ型Ｓｉ基板に対
してｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式は、Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ）
は、接合時に接合部に伝導帯に障壁を作らず、また価電
子帯にも障壁を作らず、電子正孔ともに障壁を作らず、
発生した電流をすみやかに輸送することができる。この
ｐ型Ｓｉ基板上に成膜したｎ型ＧａＩｎＮ層のＸ線回折
パターンを測定したところ、六方晶の（０００１）面が
成長したことがわかった。ＡＭ１．０の光を照射して、
上記と同じ装置により光起電力特性を測定したところ変
換効率は１７％であり、光起電力は１．５Ｖと高かっ
た。
第１の原料活性化−供給部１３のガス導入管１１より水
素稀釈したシランを１０００ｐｐｍ導入した以外は、実
施例５と同様の方法により、ｐ型Ｓｉ基板上にｎ型にド
ーピングしたＧａＩｎＮ層を形成した。このＧａＩｎＮ
層の組成は実施例１と同じであった。ｐ型Ｓｉ基板に対
してｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式は、Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ）
は、接合時に接合部に伝導帯に障壁を作らず、また価電
子帯にも障壁を作らず、電子正孔ともに障壁を作らず、
発生した電流をすみやかに輸送することができる。この
ｐ型Ｓｉ基板上に成膜したｎ型ＧａＩｎＮ層のＸ線回折
パターンを測定したところ、六方晶の（０００１）面が
成長したことがわかった。ＡＭ１．０の光を照射して、
上記と同じ装置により光起電力特性を測定したところ変
換効率は１７％であり、光起電力は１．５Ｖと高かっ
た。
【００７３】（実施例７）実施例５と同じ基板を用い、
実施例５と同じ方法で基板温度を４００℃とし、Ｎ2ガ
スを第１の原料活性化−供給部１３のガス導入管９より
直径２５ｍｍの石英管５内に１０００ｓｃｃｍ導入し、
マイクロ波導波管８を介して２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を出力２５０Ｗにセットしチューナでマッチングを取
り、放電を行った。この時の反射波は０Ｗであった。一
方、Ｈ2ガスを第２の原料活性化−供給部１４のガス導
入管１０より直径３０ｍｍの石英管６内に２００ｓｃｃ
ｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波の出力を１００
Ｗにセットした。反射波は０Ｗであった。この状態で第
１の原料活性化−供給部１３のガス導入管１１より０℃
で保持されたトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）の蒸気を
窒素をキャリアガスとして用い、バブリングしながらマ
スフローコントローラーを通して１ｓｃｃｍ導入した。
一方、２０℃に保持され、水素稀釈したシランを１００
０ｐｐｍ導入したトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）の
蒸気を窒素をキャリアガスとして、第２の原料活性化−
供給部１４のガス導入管１２より２ｓｃｃｍ導入した。
更に、第１の原料活性化−供給部１３のガス導入管１１
より水素稀釈したシランを１０００ｐｐｍ導入した。こ
の時バラトロン真空計で測定した反応圧力は６５．５Ｐ
ａであった。成膜を６０分行い０．３μｍのｎ型ＧａＩ
ｎＮ層（組成式はＧａ0.3Ｉｎ0.7Ｎ）をｐ型Ｓｉ基板上
に直接作製した。
実施例５と同じ方法で基板温度を４００℃とし、Ｎ2ガ
スを第１の原料活性化−供給部１３のガス導入管９より
直径２５ｍｍの石英管５内に１０００ｓｃｃｍ導入し、
マイクロ波導波管８を介して２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を出力２５０Ｗにセットしチューナでマッチングを取
り、放電を行った。この時の反射波は０Ｗであった。一
方、Ｈ2ガスを第２の原料活性化−供給部１４のガス導
入管１０より直径３０ｍｍの石英管６内に２００ｓｃｃ
ｍ導入した。１３．５６ＭＨｚの高周波の出力を１００
Ｗにセットした。反射波は０Ｗであった。この状態で第
１の原料活性化−供給部１３のガス導入管１１より０℃
で保持されたトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）の蒸気を
窒素をキャリアガスとして用い、バブリングしながらマ
スフローコントローラーを通して１ｓｃｃｍ導入した。
一方、２０℃に保持され、水素稀釈したシランを１００
０ｐｐｍ導入したトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）の
蒸気を窒素をキャリアガスとして、第２の原料活性化−
供給部１４のガス導入管１２より２ｓｃｃｍ導入した。
更に、第１の原料活性化−供給部１３のガス導入管１１
より水素稀釈したシランを１０００ｐｐｍ導入した。こ
の時バラトロン真空計で測定した反応圧力は６５．５Ｐ
ａであった。成膜を６０分行い０．３μｍのｎ型ＧａＩ
ｎＮ層（組成式はＧａ0.3Ｉｎ0.7Ｎ）をｐ型Ｓｉ基板上
に直接作製した。
【００７４】このＧａＩｎＮ層の組成をＲＢＳ（ラザフ
ォード・バックスキャタリング）にて測定したところ、
窒素元素の組成比に対するIIIＡ族元素の組成比の合
計、即ち（Ｇａ＋Ｉｎ）／Ｎの値は０．９９であった。
また、IIIＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎの組成
比、即ちＩｎ／（Ｇａ＋Ｉｎ）の値は０．７であり、光
学ギャップは２．１ｅＶであった。
ォード・バックスキャタリング）にて測定したところ、
窒素元素の組成比に対するIIIＡ族元素の組成比の合
計、即ち（Ｇａ＋Ｉｎ）／Ｎの値は０．９９であった。
また、IIIＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎの組成
比、即ちＩｎ／（Ｇａ＋Ｉｎ）の値は０．７であり、光
学ギャップは２．１ｅＶであった。
【００７５】続いて、第１の原料活性化−供給部１３の
ガス導入管１１より、０℃で保持されたトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）の蒸気を窒素をキャリアガスとして用
い、バブリングしながらマスフローコントローラーを通
して１ｓｃｃｍ導入した。一方、２０℃に保持されたト
リメチルインジウム（ＴＭＩｎ）の蒸気を窒素をキャリ
アガスとして、第２の原料活性化−供給部１４のガス導
入管１２より０．５ｓｃｃｍ導入した。更に、第２の原
料活性化−供給部１４のガス導入管１４より水素希釈し
たシランを３０００ｐｐｍ導入した。この時バラトロン
真空計で測定した反応圧力は６５．５Ｐａであった。成
膜を３０分行い、上記０．３μｍのｎ型ＧａＩｎＮ層
（組成式はＧａ0.3Ｉｎ0.7Ｎ）上に、ｎ型にドーピング
した０．１μｍのＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7Ｉｎ
0.3Ｎ）を作製した。
ガス導入管１１より、０℃で保持されたトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）の蒸気を窒素をキャリアガスとして用
い、バブリングしながらマスフローコントローラーを通
して１ｓｃｃｍ導入した。一方、２０℃に保持されたト
リメチルインジウム（ＴＭＩｎ）の蒸気を窒素をキャリ
アガスとして、第２の原料活性化−供給部１４のガス導
入管１２より０．５ｓｃｃｍ導入した。更に、第２の原
料活性化−供給部１４のガス導入管１４より水素希釈し
たシランを３０００ｐｐｍ導入した。この時バラトロン
真空計で測定した反応圧力は６５．５Ｐａであった。成
膜を３０分行い、上記０．３μｍのｎ型ＧａＩｎＮ層
（組成式はＧａ0.3Ｉｎ0.7Ｎ）上に、ｎ型にドーピング
した０．１μｍのＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7Ｉｎ
0.3Ｎ）を作製した。
【００７６】このＧａＩｎＮ層の組成をＲＢＳ（ラザフ
ォード・バックスキャタリング）にて測定したところ、
窒素元素の組成比に対するIIIＡ族元素の組成比の合
計、即ち（Ｇａ＋Ｉｎ）／Ｎの値は０．９９であり、II
IＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎの組成比、即ち
Ｉｎ／（Ｇａ＋Ｉｎ）の値は０．３であった。また、光
学ギャップは２．５ｅＶであった。ｐ型Ｓｉ基板に対し
てｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.3Ｉｎ0.7Ｎ）は、
接合時に接合部に伝導帯にバリアを作らず、また価電子
帯にもバリアを作らず、更に、その層上に設けられたｎ
型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ）に対して
も、電子正孔ともに障壁を作らず、かつ内部電場を生成
し、発生した電流をすみやかに輸送することができる。
この組み合わせによって得られる理論変換効率は４５％
となった。ＡＭ１．０の光を照射して、上記と同じ装置
により光起電力特性を測定したところ変換効率は２０％
であり、光起電力は１．２Ｖと高かった。
ォード・バックスキャタリング）にて測定したところ、
窒素元素の組成比に対するIIIＡ族元素の組成比の合
計、即ち（Ｇａ＋Ｉｎ）／Ｎの値は０．９９であり、II
IＡ族元素の組成比の合計に対するＩｎの組成比、即ち
Ｉｎ／（Ｇａ＋Ｉｎ）の値は０．３であった。また、光
学ギャップは２．５ｅＶであった。ｐ型Ｓｉ基板に対し
てｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.3Ｉｎ0.7Ｎ）は、
接合時に接合部に伝導帯にバリアを作らず、また価電子
帯にもバリアを作らず、更に、その層上に設けられたｎ
型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ）に対して
も、電子正孔ともに障壁を作らず、かつ内部電場を生成
し、発生した電流をすみやかに輸送することができる。
この組み合わせによって得られる理論変換効率は４５％
となった。ＡＭ１．０の光を照射して、上記と同じ装置
により光起電力特性を測定したところ変換効率は２０％
であり、光起電力は１．２Ｖと高かった。
【００７７】（実施例８）洗浄した面方位（１００）の
ｎ型Ｓｉ基板を用い、この基板上に実施例７と同様の方
法により、２層のＧａＩｎＮ層を形成した。但し、ｎ型
Ｓｉ基板に接する第１のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈し
たシランの代わりにシクロペンタジエニルＭｇを２００
０ｐｐｍ導入し、第１のＧａＩｎＮ層上に設けられた第
２のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈したシランの代わりに
シクロペンタジエニルＭｇを５０００ｐｐｍ導入した。
これら第１及び第２のＧａＩｎＮ層は、ｐ型となった。
ｎ型Ｓｉ基板に対してｐ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ
0.3Ｉｎ0.7Ｎ）は、接合時に接合部に伝導帯にバリアを
作らず、また価電子帯にもバリアを作らず、更に、その
層上に設けられたｐ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7
Ｉｎ0.3Ｎ）に対しても、電子正孔ともに障壁を作ら
ず、かつ内部電場を生成し、発生した電流をすみやかに
輸送することができる。この組み合わせによって得られ
る理論変換効率は４５％となった。ＡＭ１．０の光を照
射して、上記と同じ装置により光起電力特性を測定した
ところ変換効率は２２％であり、光起電力は１．２Ｖと
高かった。
ｎ型Ｓｉ基板を用い、この基板上に実施例７と同様の方
法により、２層のＧａＩｎＮ層を形成した。但し、ｎ型
Ｓｉ基板に接する第１のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈し
たシランの代わりにシクロペンタジエニルＭｇを２００
０ｐｐｍ導入し、第１のＧａＩｎＮ層上に設けられた第
２のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈したシランの代わりに
シクロペンタジエニルＭｇを５０００ｐｐｍ導入した。
これら第１及び第２のＧａＩｎＮ層は、ｐ型となった。
ｎ型Ｓｉ基板に対してｐ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ
0.3Ｉｎ0.7Ｎ）は、接合時に接合部に伝導帯にバリアを
作らず、また価電子帯にもバリアを作らず、更に、その
層上に設けられたｐ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7
Ｉｎ0.3Ｎ）に対しても、電子正孔ともに障壁を作ら
ず、かつ内部電場を生成し、発生した電流をすみやかに
輸送することができる。この組み合わせによって得られ
る理論変換効率は４５％となった。ＡＭ１．０の光を照
射して、上記と同じ装置により光起電力特性を測定した
ところ変換効率は２２％であり、光起電力は１．２Ｖと
高かった。
【００７８】（実施例９）洗浄した面方位（１００）の
ｐ型Ｓｉ基板を用い、この基板上に実施例７と同様の方
法により、２層のＧａＩｎＮ層を形成した。但し、ｐ型
Ｓｉ基板に接する第１のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈し
たシランの代わりにシクロペンタジエニルＭｇを1００
０ｐｐｍ導入し、第１のＧａＩｎＮ層上に設けられた第
２のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈したシランを５０００
ｐｐｍ導入した。ここで第１のＧａＩｎＮ層はｉ型とな
り、第２のＧａＩｎＮ層はｎ型となった。ｐ型Ｓｉ基板
に対してｉ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.3Ｉｎ
0.7Ｎ）は、接合時に接合部に伝導帯にバリアを作ら
ず、また価電子帯にもバリアを作らず、更に、その層上
に設けられたｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7Ｉｎ
0.3Ｎ）に対しても、電子正孔ともに障壁を作らず、か
つ内部電場を生成し、発生した電流をすみやかに輸送す
ることができる。この組み合わせによって得られる理論
変換効率は４５％となった。ＡＭ１．０の光を照射し
て、上記と同じ装置により光起電力特性を測定したとこ
ろ変換効率は２０％であり、光起電力は１．３Ｖと高か
った。
ｐ型Ｓｉ基板を用い、この基板上に実施例７と同様の方
法により、２層のＧａＩｎＮ層を形成した。但し、ｐ型
Ｓｉ基板に接する第１のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈し
たシランの代わりにシクロペンタジエニルＭｇを1００
０ｐｐｍ導入し、第１のＧａＩｎＮ層上に設けられた第
２のＧａＩｎＮ層には、水素稀釈したシランを５０００
ｐｐｍ導入した。ここで第１のＧａＩｎＮ層はｉ型とな
り、第２のＧａＩｎＮ層はｎ型となった。ｐ型Ｓｉ基板
に対してｉ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.3Ｉｎ
0.7Ｎ）は、接合時に接合部に伝導帯にバリアを作ら
ず、また価電子帯にもバリアを作らず、更に、その層上
に設けられたｎ型ＧａＩｎＮ層（組成式はＧａ0.7Ｉｎ
0.3Ｎ）に対しても、電子正孔ともに障壁を作らず、か
つ内部電場を生成し、発生した電流をすみやかに輸送す
ることができる。この組み合わせによって得られる理論
変換効率は４５％となった。ＡＭ１．０の光を照射し
て、上記と同じ装置により光起電力特性を測定したとこ
ろ変換効率は２０％であり、光起電力は１．３Ｖと高か
った。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、低コストで、高効率で
あり、しかも安全で長寿命な半導体素子及び太陽電池を
提供することができる。
あり、しかも安全で長寿命な半導体素子及び太陽電池を
提供することができる。
【図１】 本発明の半導体素子及び太陽電池の製造装置
の一例を示す概略構成図である。
の一例を示す概略構成図である。
１ 反応器 ２ 排気管 ３ 基板ホルダー ４ ヒーター ５，６ 石英管 ７ 高周波コイル ８ マイクロ波導波管 ９〜１２ ガス導入管 １３ 第１の原料活性化−供給部 １４ 第２の原料活性化−供給部
Claims (16)
- 【請求項１】 半導体基板上に、少なくともＡｌ，Ｇａ
及びＩｎから選択される１以上の元素と窒素元素とから
なる窒化物系化合物半導体を含有する化合物半導体層を
窓層として形成したことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 前記化合物半導体層が、水素及び／又は
ハロゲン元素を０．１〜４０ａｔｏｍ％含有する請求項
１に記載の半導体素子。 - 【請求項３】 前記半導体基板がｐ型の伝導型を示し、
かつ、前記化合物半導体層が、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎ
から選択される１以上の元素を含有する請求項１又は２
に記載の半導体素子。 - 【請求項４】 前記半導体基板がｎ型の伝導型を示し、
かつ、前記化合物半導体層が、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ
及びＳｒから選択される１以上の元素を含有する請求項
１又は２に記載の半導体素子。 - 【請求項５】 前記半導体基板が、シリコンからなる請
求項１から４のいずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項６】 前記シリコンが、結晶シリコン、多結晶
シリコン、微結晶シリコン、又は非晶質シリコンである
請求項５に記載の半導体素子。 - 【請求項７】 前記半導体基板が、周期率表におけるII
IＡ族元素から選択される１以上の元素と、Ｐ及び／又
はＡｓとからなる請求項１から４のいずれかに記載の半
導体素子。 - 【請求項８】 前記半導体基板が、Ｃｕを含むカルコパ
イライト系化合物からなる請求項１から４のいずれかに
記載の半導体素子。 - 【請求項９】 前記半導体基板と化合物半導体層との間
に、Ｉｎを含む中間層を有する請求項１から８のいずれ
かに記載の半導体素子。 - 【請求項１０】 前記中間層が、Ｉｎ濃度の異なる複数
の層からなる請求項９に記載の半導体素子。 - 【請求項１１】 前記Ｉｎ濃度の異なる複数の層が、光
の入射方向に向かってＩｎ濃度が低くなっている請求項
１０に記載の半導体素子。 - 【請求項１２】 前記化合物半導体層及び中間層が、そ
れぞれ、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ及びＳｎから選択される１以上
の元素を含み、かつ、前記中間層に含まれる前記元素の
濃度が、前記化合物半導体層に含まれる前記元素の濃度
より低い請求項９から１１のいずれかに記載の半導体素
子。 - 【請求項１３】 前記化合物半導体層及び中間層が、そ
れぞれ、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ及びＳｒから選択され
る１以上の元素を含み、かつ、前記中間層に含まれる前
記元素の濃度が、前記化合物半導体層に含まれる前記元
素の濃度より低い請求項９から１１のいずれかに記載の
半導体素子。 - 【請求項１４】 前記化合物半導体層及び中間層が、６
００℃以下で作製される請求項９から１３のいずれかに
記載の半導体素子。 - 【請求項１５】 半導体基板上に、組成式がＡｌXＧａY
ＩｎZＮWで表される窒化物系化合物半導体を含有する化
合物半導体層を有し、該Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＷは組成比を表
し、０．８≦（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）／Ｗ≦１．２、かつ、０．
１≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）≦１．０を満たすことを特徴と
する太陽電池。 - 【請求項１６】 基板上に、少なくとも、組成式がＡｌ
X1ＧａY1ＩｎZ1ＮW1で表される窒化物系化合物半導体を
含有する化合物半導体層、及び組成式がＡｌ X2ＧａY2Ｉ
ｎZ2ＮW2で表される窒化物系化合物半導体を含有する化
合物半導体層をこの順に有し、前記Ｘ１，Ｙ１及びＺ１
は組成比を表し、０．６≦Ｚ１／（Ｘ１＋Ｙ１＋Ｚ１）
≦１．０を満たし、前記Ｘ２，Ｙ２及びＺ２は組成比を
表し、０≦Ｚ２／（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）≦０．９を満た
し、かつ、Ｚ１及びＺ２がＺ２≦Ｚ１を満たすことを特
徴とする太陽電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000046345A JP2001111074A (ja) | 1999-08-03 | 2000-02-23 | 半導体素子及び太陽電池 |
| US09/625,315 US6355874B1 (en) | 1999-08-03 | 2000-07-25 | Semiconductor device and solar cell |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21999899 | 1999-08-03 | ||
| JP11-219998 | 1999-08-03 | ||
| JP2000046345A JP2001111074A (ja) | 1999-08-03 | 2000-02-23 | 半導体素子及び太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001111074A true JP2001111074A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=26523459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000046345A Pending JP2001111074A (ja) | 1999-08-03 | 2000-02-23 | 半導体素子及び太陽電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6355874B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001111074A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7422922B2 (en) | 2003-01-08 | 2008-09-09 | Sony Corporation | Photoelectric conversion element and process for fabricating the same, electronic device and process for fabricating the same |
| WO2009089201A3 (en) * | 2008-01-07 | 2009-10-22 | Rosestreet Labs Energy, Inc. | Group iii-nitride solar cell with graded compositions |
| US7820471B2 (en) | 2003-01-30 | 2010-10-26 | Sony Corporation | Photoelectric conversion element and process for fabricating the same, electronic apparatus and process for fabricating the same, and semiconductor layer and process for forming the same |
| JP2011003877A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Korea Electronics Telecommun | 太陽電池及びその製造方法 |
| JP2011222804A (ja) * | 2010-04-12 | 2011-11-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置およびその製造方法 |
| US8563854B2 (en) | 2002-08-23 | 2013-10-22 | Sony Corporation | Dye-sensitized photoelectric conversion apparatus and manufacturing method thereof |
| JP2014512703A (ja) * | 2011-04-29 | 2014-05-22 | ザ・ボーイング・カンパニー | 太陽電池構造におけるトンネル接合の品質を改善するための方法 |
| JP2016134611A (ja) * | 2015-01-22 | 2016-07-25 | 国立大学法人名古屋大学 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001332463A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-11-30 | Tokyo Electron Ltd | 半導体製造に用いられる装置の管理装置及びその管理方法 |
| JP2003179233A (ja) * | 2001-12-13 | 2003-06-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 薄膜トランジスタ、及びそれを備えた表示素子 |
| AU2003300775A1 (en) * | 2003-09-03 | 2005-04-21 | Midwest Research Institute | Zno/cu(inga)se2 solar cells prepared by vapor phase zn doping |
| US7892519B2 (en) * | 2006-12-14 | 2011-02-22 | Idaho State University | Rapid synthesis and size control of chalcopyrite-based semi-conductor nanoparticles using microwave irradiation |
| US9371226B2 (en) | 2011-02-02 | 2016-06-21 | Battelle Energy Alliance, Llc | Methods for forming particles |
| US8951446B2 (en) | 2008-03-13 | 2015-02-10 | Battelle Energy Alliance, Llc | Hybrid particles and associated methods |
| US8003070B2 (en) * | 2008-03-13 | 2011-08-23 | Battelle Energy Alliance, Llc | Methods for forming particles from single source precursors |
| US8324414B2 (en) | 2009-12-23 | 2012-12-04 | Battelle Energy Alliance, Llc | Methods of forming single source precursors, methods of forming polymeric single source precursors, and single source precursors and intermediate products formed by such methods |
| US20100126580A1 (en) * | 2008-11-26 | 2010-05-27 | Farrell James F | CdTe deposition process for solar cells |
| WO2018129353A1 (en) | 2017-01-05 | 2018-07-12 | Brilliant Light Power, Inc. | Extreme and deep ultraviolet photovoltaic cell |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4107723A (en) * | 1977-05-02 | 1978-08-15 | Hughes Aircraft Company | High bandgap window layer for GaAs solar cells and fabrication process therefor |
| US4139858A (en) * | 1977-12-12 | 1979-02-13 | Rca Corporation | Solar cell with a gallium nitride electrode |
| JPH05262504A (ja) * | 1991-09-27 | 1993-10-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体、その薄膜製造方法及びそれを用いた半導体装置 |
| EP0622858B2 (en) * | 1993-04-28 | 2004-09-29 | Nichia Corporation | Gallium nitride-based III-V group compound semiconductor device and method of producing the same |
| DE19715761A1 (de) * | 1997-04-16 | 1998-10-22 | Tzn Forschung & Entwicklung | Dünnschicht-Solarzelle |
-
2000
- 2000-02-23 JP JP2000046345A patent/JP2001111074A/ja active Pending
- 2000-07-25 US US09/625,315 patent/US6355874B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8563854B2 (en) | 2002-08-23 | 2013-10-22 | Sony Corporation | Dye-sensitized photoelectric conversion apparatus and manufacturing method thereof |
| US7422922B2 (en) | 2003-01-08 | 2008-09-09 | Sony Corporation | Photoelectric conversion element and process for fabricating the same, electronic device and process for fabricating the same |
| US7820471B2 (en) | 2003-01-30 | 2010-10-26 | Sony Corporation | Photoelectric conversion element and process for fabricating the same, electronic apparatus and process for fabricating the same, and semiconductor layer and process for forming the same |
| WO2009089201A3 (en) * | 2008-01-07 | 2009-10-22 | Rosestreet Labs Energy, Inc. | Group iii-nitride solar cell with graded compositions |
| JP2011003877A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Korea Electronics Telecommun | 太陽電池及びその製造方法 |
| KR101245371B1 (ko) * | 2009-06-19 | 2013-03-19 | 한국전자통신연구원 | 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP2013062547A (ja) * | 2009-06-19 | 2013-04-04 | Korea Electronics Telecommun | 太陽電池及びその製造方法 |
| JP2011222804A (ja) * | 2010-04-12 | 2011-11-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2014512703A (ja) * | 2011-04-29 | 2014-05-22 | ザ・ボーイング・カンパニー | 太陽電池構造におけるトンネル接合の品質を改善するための方法 |
| JP2016134611A (ja) * | 2015-01-22 | 2016-07-25 | 国立大学法人名古屋大学 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法 |
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| US6355874B1 (en) | 2002-03-12 |
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