JP2017085055A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な変換効率を安定して得ることができる光電変換素子を提供する。
【解決手段】光電変換素子１００には、第１の光吸収層１１２を備えた第１のセル１１０と、第２の光吸収層１３２を備えた第２のセル１３０と、第１のセル１１０と第２のセル１３０との間のＧａＮ系のｐ型半導体層１２１と、第１のドーパントを含むｐ型半導体層１２１と第２のセル１３０との間のＧａＮ系の第１のｎ型半導体層１２２と、第２のドーパントを含む第１のｎ型半導体層１２２と第２のセル１３０との間のＧａＮ系の第２のｎ型半導体層１２３と、が含まれる。第１のｎ型半導体層１２２における第１のドーパントの濃度は、第２のｎ型半導体層１２３における第２のドーパントの濃度より高く、第１のドーパントのイオン半径はＳｉのイオン半径よりＧａのイオン半径に近く、第２のドーパントの活性化率は第１のドーパントの活性化率より高い。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換素子に関する。

窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）はＩｎ組成によりバンドギャップが約０．６５ｅＶから約３．４ｅＶまで変化し、吸収係数も大きいことが知られている。従って、ＩｎＧａＮを光吸収層とする光電変換素子は太陽光スペクトルの大部分を吸収できる可能性がある。特に高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ層は従来の光電変換素子では吸収できない紫外線領域のエネルギーを吸収できるため、更なる変換効率の向上に寄与すると考えられている。

Ｉｎ組成が相違する２種類のＩｎＧａＮを備えた光電変換素子によれば、波長が相違する２種類の光を吸収することができる。従来、吸収波長が相違する２個のセルがトンネル接合部を介して接合された光電変換素子が知られており、この光電変換素子では、トンネル接合部を介して２個のセル間を電流が流れる。

しかしながら、２個のセル及びトンネル接合部を備えた従来の光電変換素子では、十分な変換効率を安定して得ることができない。

特開２０１４−１５０１６２号公報 特開２０１２−１９０９９０号公報 特開２０１１−１３４９５２号公報

本発明の目的は、良好な変換効率を安定して得ることができる光電変換素子を提供することにある。

光電変換素子の一態様には、第１の光吸収層を備えた第１のセルと、第２の光吸収層を備えた第２のセルと、前記第１のセルと前記第２のセルとの間のＧａＮ系のｐ型半導体層と、第１のドーパントを含む前記ｐ型半導体層と前記第２のセルとの間のＧａＮ系の第１のｎ型半導体層と、第２のドーパントを含む前記第１のｎ型半導体層と前記第２のセルとの間のＧａＮ系の第２のｎ型半導体層と、が含まれる。前記第１のｎ型半導体層における前記第１のドーパントの濃度は、前記第２のｎ型半導体層における前記第２のドーパントの濃度より高く、前記第１のドーパントのイオン半径はＳｉのイオン半径よりＧａのイオン半径に近く、前記第２のドーパントの活性化率は前記第１のドーパントの活性化率より高い。

上記の光電変換素子によれば、第１のセルと第２のセルとの間に適切な第１のｎ型半導体層及び第２のｎ型半導体層が含まれるため、良好な変換効率を安定して得ることができる。

参考例の光電変換素子の構成を示す断面図である。 ｎ⁺−ＧａＮ層の表面の干渉顕微鏡像を示す図である。 第１の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る光電変換素子の動作を示すバンド図である。 第２の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る光電変換素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 図６Ａに引き続き、光電変換素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 図６Ｂに引き続き、光電変換素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 第３の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。 第４の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。

本願発明者らは、従来の光電変換素子では十分な変換効率を安定して得ることができない原因を究明すべく鋭意検討を重ねた。この検討では、図１に示す参考例を用いた。この参考例の光電変換素子９００には、セル９１０、セル９３０及びこれらの間の接合部９２０が含まれる。セル９１０にｎ型ＧａＮ層９１１、光吸収層９１２及びｐ型ＧａＮ層９１３が含まれ、セル９３０にｎ型ＧａＮ層９３１、光吸収層９３２及びｐ型ＧａＮ層９３３が含まれ、接合部９２０にｐ⁺−ＧａＮ層９２１及びｎ⁺−ＧａＮ層９２２が含まれる。この検討の結果、ｎ⁺−ＧａＮ層９２２の表面に荒れが生じており、この荒れを起因とするトンネル電流の低下が生じていることが判明した。また、この荒れは、ｎ⁺−ＧａＮ層９２２に含まれるＳｉの濃度が１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上の場合に顕著であることも判明した。Ｓｉの濃度を下げることで荒れを抑制することは可能であるが、Ｓｉの濃度を下げたのでは、接合部９２０での電子及び正孔のトンネルが生じにくくなるため、十分なトンネル電流を得ることはできない。そこで、本願発明者らは、Ｓｉに代えて他の元素を用いることについて検討した。この結果、Ｇｅが用いられた場合には、ｎ⁺−ＧａＮ層９２２の表面に荒れが生じにくいことが判明した。図２にｎ⁺−ＧａＮ層の表面の干渉顕微鏡像を示す。図２（ａ）はＳｉを４×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³含有するｎ⁺−ＧａＮ層の干渉顕微鏡像を示し、図２（ｂ）はＧｅを４×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³含有するｎ⁺−ＧａＮ層の干渉顕微鏡像を示す。図２に示すように、Ｓｉに代えてＧｅを用いることで表面の荒れを抑制することができる。しかしながら、Ｇｅの活性化率はＳｉの活性化率より低く、この点で十分なトンネル電流が得られない。本願発明者らは、このような知見に基づき更に鋭意検討を重ねた結果、下記の諸態様に想到した。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図３は、第１の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。図４は、第１の実施形態に係る光電変換素子の動作を示すバンド図である。

第１の実施形態に係る光電変換素子１００には、図３に示すように、セル１１０、セル１３０及びこれらの間の接合部１２０が含まれる。セル１１０にｎ型ＧａＮ層１１１、光吸収層１１２及びｐ型ＧａＮ層１１３が含まれ、セル１３０にｎ型ＧａＮ層１３１、光吸収層１３２及びｐ型ＧａＮ層１３３が含まれ、接合部１２０にｐ⁺−ＧａＮ層１２１、ｎ⁺−ＧａＮ層１２２及びｎ型ＧａＮ層１２３が含まれる。

ｎ⁺−ＧａＮ層１２２は第１のドーパントを含み、ｎ型ＧａＮ層１２３は第２のドーパントを含み、ｎ⁺−ＧａＮ層１２２における第１のドーパントの濃度は、ｎ型ＧａＮ層１２３における第２のドーパントの濃度より高い。第１のドーパントのイオン半径はＳｉのイオン半径よりＧａのイオン半径に近く、第２のドーパントの活性化率は第１のドーパントの活性化より高い。ｐ⁺−ＧａＮ層１２１はｐ型半導体層の一例であり、ｎ⁺−ＧａＮ層１２２は第１のｎ型半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＮ層１２３は第２のｎ型半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＮ層１３１は第３のｎ型半導体層の一例である。

光電変換素子１００に光、例えば太陽光が入射すると光吸収層１３２中及び光吸収層１１２中で正孔及び電子が発生する。セル１１０で発生した正孔及びセル１３０で発生した電子が接合部１２０に拡散してくると、図４に示すように、正孔及び電子が接合部１２０をトンネルし、セル１１０とセル１３０との間を電流が流れるようになる。

第１の実施形態では、ｐ⁺−ＧａＮ層１２１にｎ⁺−ＧａＮ層１２２が接しており、ｎ⁺−ＧａＮ層１２２に第１のドーパントが高濃度で含まれている。また、第１のドーパントのイオン半径がＳｉのイオン半径よりＧａのイオン半径に近いため、ｎ⁺−ＧａＮ層１２２の表面に、Ｓｉが高濃度で含有されているｎ型ＧａＮ層ほどの荒れは生じにくい。更に、セル１３０とｎ⁺−ＧａＮ層１２２との間にｎ型ＧａＮ層１２３が介在し、第２のドーパントの活性化率が第１のドーパントの活性化率より高く、ｎ型ＧａＮ層１２３からｎ⁺−ＧａＮ層１２２に電子が拡散してくるため、第１のドーパントの活性化率の低さは補償される。従って、第１の実施形態によれば、良好な変換効率を安定して得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。

第２の実施形態に係る光電変換素子２００には、図５に示すように、基板２４１、基板２４１上方のｎ型ＧａＮ層２１１、ｎ型ＧａＮ層２１１上方の光吸収層２１２、及び光吸収層２１２上方のｐ型ＧａＮ層２１３が含まれる。光電変換素子２００には、ｐ型ＧａＮ層２１３上方のｐ⁺−ＧａＮ層２２１、ｐ⁺−ＧａＮ層２２１上方のｎ⁺−ＧａＮ層２２２、及びｎ⁺−ＧａＮ層２２２上方のｎ型ＧａＮ層２２３も含まれる。光電変換素子２００には、ｎ型ＧａＮ層２２３上方のｎ型ＧａＮ層２３１、ｎ型ＧａＮ層２３１上方の光吸収層２３２、及び光吸収層２３２上方のｐ型ＧａＮ層２３３も含まれる。ｎ型ＧａＮ層２１１、光吸収層２１２及びｐ型ＧａＮ層２１３がセル２１０に含まれ、ｐ⁺−ＧａＮ層２２１、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２及びｎ型ＧａＮ層２２３が接合部２２０に含まれ、ｎ型ＧａＮ層２３１、光吸収層２３２及びｐ型ＧａＮ層２３３がセル２３０に含まれる。

基板２４１は、例えばサファイア基板である。ｎ型ＧａＮ層２１１は、例えば、Ｓｉを２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは５００ｎｍである。光吸収層２１２は、例えば、Ｉｎ組成が１７％で意図的な不純物のドーピングが行われていないＩｎＧａＮ層であり、その厚さは５００ｎｍである。ｐ型ＧａＮ層２１３は、例えば、Ｍｇを２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは２００ｎｍである。ｎ型ＧａＮ層２３１は、例えば、Ｓｉを２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは１００ｎｍである。光吸収層２３２は、例えば、Ｉｎ組成が２５％で意図的な不純物のドーピングが行われていないＩｎＧａＮ層であり、その厚さは５００ｎｍである。ｐ型ＧａＮ層２３３は、例えば、Ｍｇを２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは２００ｎｍである。

ｐ⁺−ＧａＮ層２２１は、例えば、Ｍｇを１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは１０ｎｍである。ｎ⁺−ＧａＮ層２２２は、例えば、Ｇｅを１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは３ｎｍである。ｎ型ＧａＮ層２２３は、例えば、Ｓｉを５×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは７ｎｍである。このように、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２におけるＧｅの濃度は、ｎ型ＧａＮ層２２３におけるＳｉの濃度より高い。Ｇｅのイオン半径は５３ｐｍであり、Ｓｉのイオン半径は４１ｐｍであり、Ｇａのイオン半径は６２ｐｍである。従って、Ｇｅのイオン半径はＳｉのイオン半径よりＧａのイオン半径に近い。Ｓｉの活性化率はＧｅの活性化より高い。ｐ⁺−ＧａＮ層２２１はｐ型半導体層の一例であり、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２は第１のｎ型半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＮ層２２３は第２のｎ型半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＮ層２３１は第３のｎ型半導体層の一例である。

セル２３０、接合部２２０及びセル２１０に、ｎ型ＧａＮ層２１１の一部を上方から露出する溝が形成されている。光電変換素子２００に、ｎ型ＧａＮ層２１１上の電極２４２及びｐ型ＧａＮ層２３３上の電極２４３も含まれる。

光電変換素子２００に光、例えば太陽光が入射すると光吸収層２３２中及び光吸収層２１２中で正孔及び電子が発生する。セル２１０で発生した正孔及びセル２３０で発生した電子が接合部２２０に拡散してくると、正孔及び電子が接合部２２０をトンネルし、セル２１０とセル２３０との間を電流が流れるようになる。

第２の実施形態では、ｐ⁺−ＧａＮ層２２１にｎ⁺−ＧａＮ層２２２が接しており、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２にＧｅが高濃度で含まれている。伝導帯からのドーピング準位は、ドーパントがＳｉの場合は１７ｍｅＶであるのに対し、Ｇｅの場合は１９ｍｅＶと深いため、バンドがより押し下げられることにより、接合部２２０のバリアがより薄くなる。また、上記のように、Ｇｅが高濃度で含有されても表面の荒れは生じにくい。更に、Ｇｅの活性化率はＳｉの活性化率ほど高くないが、セル２３０とｎ⁺−ＧａＮ層２２２との間にｎ型ＧａＮ層２２３が介在し、Ｓｉを含むｎ型ＧａＮ層２２３からｎ⁺−ＧａＮ層２２２に電子が拡散してくるため、Ｇｅの活性化率の低さは補償される。従って、第２の実施形態によれば、良好な変換効率を安定して得ることができる。

光吸収層２１２若しくは光吸収層２３２又はこれらの両方が、複数のＩｎＧａＮ層及び複数のＧａＮ層を含む超格子構造を有していてもよい。

ｎ型ＧａＮ層２２３におけるＳｉの濃度は、ｎ型ＧａＮ層２３１におけるＳｉの濃度より高いことが好ましい。これは、ｎ型ＧａＮ層２２３におけるＳｉの濃度がｎ型ＧａＮ層２３１におけるＳｉの濃度以下であると、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２におけるＧｅの活性化率の低さを十分に補償できないおそれがあるからである。ＧａＮ層におけるＳｉの濃度が高くなるほど結晶性が低下する。接合部２２０に含まれるｎ型ＧａＮ層２２３は電子及び正孔がトンネル可能な程度に薄いため、結晶性の低下の影響が小さいが、ｎ型ＧａＮ層２２３より厚いｎ型ＧａＮ層２３１がｎ⁺−ＧａＮ層２２２におけるＧｅの活性化率の低さを補償できる程度にＳｉを含有していると、結晶性の低下の影響を受けやすい。

次に、第２の実施形態に係る光電変換素子の製造方法について説明する。図６Ａ乃至図６Ｃは、第２の実施形態に係る光電変換素子の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、図６Ａ（ａ）に示すように、基板２４１上にｎ型ＧａＮ層２１１、光吸収層２１２及びｐ型ＧａＮ層２１３を形成する。ｎ型ＧａＮ層２１１、光吸収層２１２及びｐ型ＧａＮ層２１３は、例えば有機金属気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法等の結晶成長法により形成することができる。原料ガスとしては、例えばＡｌ源であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇａ源であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ源であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＮ源であるアンモニア（ＮＨ₃）の混合ガスを用い、キャリアガスとしては、例えば水素（Ｈ₂）及び窒素（Ｎ₂）を用いる。ｎ型ＧａＮ層２１１の形成時には、Ｓｉ源であるモノシラン（ＳｉＨ₄）を添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。光吸収層２１２の形成時は、ＴＭＩ、ＴＭＧ、ＮＨ₃及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は５０ｍｂａｒ程度とし、成長温度は７５０℃程度とする。ｐ型ＧａＮ層２１３の形成時には、Ｍｇ源であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。

次いで、図６Ａ（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＮ層２１３上にｐ⁺−ＧａＮ層２２１、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２及びｎ型ＧａＮ層２２３を形成する。ｐ⁺−ＧａＮ層２２１、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２及びｎ型ＧａＮ層２２３も、例えばＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により形成することができる。ｐ⁺−ＧａＮ層２２１の形成時には、Ｃｐ₂Ｍｇを添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。ｎ⁺−ＧａＮ層２２２の形成時には、Ｇｅ源であるモノゲルマン（ＧｅＨ₄）を添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。ｎ型ＧａＮ層２２３の形成時には、ＳｉＨ₄を添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。

その後、図６Ｂ（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層２２３上にｎ型ＧａＮ層２３１、光吸収層２３２及びｐ型ＧａＮ層２３３を形成する。ｎ型ＧａＮ層２３１、光吸収層２３２及びｐ型ＧａＮ層２３３も、例えばＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により形成することができる。ｎ型ＧａＮ層２３１の形成時には、ＳｉＨ₄を添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。光吸収層２３２の形成時は、ＴＭＩ、ＴＭＧ、ＮＨ₃及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は５０ｍｂａｒ程度とし、成長温度は７００℃程度とする。ｐ型ＧａＮ層２３３の形成時には、Ｃｐ₂Ｍｇを添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。

続いて、図６Ｂ（ｄ）に示すように、ｐ型ＧａＮ層２３３上にマスク２５１を形成する。マスク２５１の形成では、例えば、スパッタリング法によりシリコン酸化物又はシリコン窒化物等の誘電体膜を２００ｎｍ程度の厚さでｐ型ＧａＮ層２３３上に形成し、誘電体膜を光リソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。

次いで、図６Ｃ（ｅ）に示すように、マスク２５１をエッチングマスクとして、ｐ型ＧａＮ層２３３、光吸収層２３２、ｎ型ＧａＮ層２３１、ｎ型ＧａＮ層２２３、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２、ｐ⁺−ＧａＮ層２２１、ｐ型ＧａＮ層２１３、光吸収層２１２及びｎ型ＧａＮ層２１１をエッチングして、ｎ型ＧａＮ層２１１の一部を上方から露出する溝を形成する。このエッチングでは、例えば、ＢＣｌ₃及びＣｌ₂の混合ガスを用いたドライエッチングを行う。その後、フッ化水素酸等を用いてマスク２５１を除去する。

続いて、図６Ｃ（ｆ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層２１１上に電極２４２を形成し、ｐ型ＧａＮ層２３３上に電極２４３を形成する。

このようにして第２の実施形態に係る光電変換素子を製造することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。

第３の実施形態に係る光電変換素子３００には、図７に示すように、接合部２２０に代えて接合部３２０が含まれる。が接合部３２０には、ｐ⁺−ＧａＮ層２２１、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２、ｎ型ＧａＮ層２２３及びＧａＮ系のｎ型中間層２２４が含まれる。ｎ型中間層２２４はｎ⁺−ＧａＮ層２２２とｎ型ＧａＮ層２２３との間にある。ｎ型中間層２２４は、例えば、Ｇｅ及びＳｉを含む。ｎ型中間層２２４は第４のｎ型半導体層の一例である。他の構成は第２の実施形態と同様である。

第３の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果が得られる。

第３の実施形態に係る光電変換素子３００を製造する際には、ＧｅＨ₄及びＳｉＨ₄を添加したＴＭＧ、ＮＨ₃、Ｈ₂及びＮ₂の混合ガスを用いてｎ型中間層２２４を成長させてもよく、ｎ⁺−ＧａＮ層２２２からのＧｅの拡散及びｎ型ＧａＮ層２２３からのＳｉの拡散によってｎ型中間層２２４を形成してもよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図８は、第４の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。

第４の実施形態に係る光電変換素子４００には、図８に示すように、ｐ型ＧａＮ層２３３上方のｐ⁺−ＧａＮ層４２１、ｐ⁺−ＧａＮ層４２１上方のｎ⁺−ＧａＮ層４２２、及びｎ⁺−ＧａＮ層４２２上方のｎ型ＧａＮ層４２３が含まれる。光電変換素子３００には、ｎ型ＧａＮ層４２３上方のｎ型ＧａＮ層４３１、ｎ型ＧａＮ層４３１上方の光吸収層４３２、及び光吸収層４３２上方のｐ型ＧａＮ層４３３も含まれる。ｐ⁺−ＧａＮ層４２１、ｎ⁺−ＧａＮ層４２２及びｎ型ＧａＮ層４２３が接合部４２０に含まれ、ｎ型ＧａＮ層４３１、光吸収層４３２及びｐ型ＧａＮ層４３３がセル４３０に含まれる。

ｎ型ＧａＮ層４３１は、例えば、Ｓｉを２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは１００ｎｍである。光吸収層４３２は、例えば、Ｉｎ組成が５０％で意図的な不純物のドーピングが行われていないＩｎＧａＮ層であり、その厚さは５００ｎｍである。ｐ型ＧａＮ層４３３は、例えば、Ｍｇを２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは２００ｎｍである。

ｐ⁺−ＧａＮ層４２１は、例えば、Ｍｇを１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは１０ｎｍである。ｎ⁺−ＧａＮ層４２２は、例えば、Ｇｅを１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは３ｎｍである。ｎ型ＧａＮ層４２３は、例えば、Ｓｉを５×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含み、その厚さは７ｎｍである。このように、ｎ⁺−ＧａＮ層４２２におけるＧｅの濃度は、ｎ型ＧａＮ層４２３におけるＳｉの濃度より高い。ｐ⁺−ＧａＮ層４２１はｐ型半導体層の一例であり、ｎ⁺−ＧａＮ層４２２は第１のｎ型半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＮ層４２３は第２のｎ型半導体層の一例であり、ｎ型ＧａＮ層４３１は第３のｎ型半導体層の一例である。

セル４３０及び接合部４２０にも、ｎ型ＧａＮ層２１１の一部を上方から露出する溝が形成されている。電極２４３はｐ型ＧａＮ層２３３上ではなくｐ型ＧａＮ層４３３上に形成されている。

第４の実施形態によれば、第２の実施形態より広範囲の波長の光を吸収することができ、より高い変換効率を得ることができる。

吸収波長が異なるセルがより多数含まれていてもよい。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
第１の光吸収層を備えた第１のセルと、
第２の光吸収層を備えた第２のセルと、
前記第１のセルと前記第２のセルとの間のＧａＮ系のｐ型半導体層と、
第１のドーパントを含む前記ｐ型半導体層と前記第２のセルとの間のＧａＮ系の第１のｎ型半導体層と、
第２のドーパントを含む前記第１のｎ型半導体層と前記第２のセルとの間のＧａＮ系の第２のｎ型半導体層と、
を有し、
前記第１のｎ型半導体層における前記第１のドーパントの濃度は、前記第２のｎ型半導体層における前記第２のドーパントの濃度より高く、
前記第１のドーパントのイオン半径はＳｉのイオン半径よりＧａのイオン半径に近く、
前記第２のドーパントの活性化率は前記第１のドーパントの活性化率より高いことを特徴とする光電変換素子。

（付記２）
前記第１のドーパントはＧｅであり、
前記第２のドーパントはＳｉであることを特徴とする付記１に記載の光電変換素子。

（付記３）
前記第１のｎ型半導体層における前記第１のドーパントの濃度は、１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上であることを特徴とする付記１又は２に記載の光電変換素子。

（付記４）
前記第２のセルは、第３のドーパントを含み前記第２のｎ型半導体層と接するＧａＮ系の第３のｎ型半導体層を有し、
前記第２のｎ型半導体層における前記第２のドーパントの濃度は、前記第３のｎ型半導体層における前記第３のドーパントの濃度より高いことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換素子。

（付記５）
前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｎ型半導体層との間に、前記第１のドーパント及び前記第２のドーパントを含むＧａＮ系の第４のｎ型半導体層を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換素子。

（付記６）
前記第１の光吸収層及び前記第２の光吸収層は、ＩｎＧａＮ層を含むことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子。

（付記７）
前記第１の光吸収層及び前記第２の光吸収層は、複数のＩｎＧａＮ層及び複数のＧａＮ層を含む超格子構造を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子。

（付記８）
前記第１のセル及び前記第２のセルとは吸収波長が異なる１以上のセルを更に有し、
前記１以上のセルが前記第１のセル及び前記第２のセルに積層されていることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換素子。

１００、２００：光電変換素子
１１０、１３０、２１０、２３０：セル
１２０、２２０：接合部
１１２、１３２、２１２、２３２：光吸収層
１２１、２２１：ｐ⁺−ＧａＮ層
１２２、２２２：ｎ⁺−ＧａＮ層
１２３、２２３：ｎ型ＧａＮ層
２２４：ｎ型中間層

Claims (5)

1. 第１の光吸収層を備えた第１のセルと、
   第２の光吸収層を備えた第２のセルと、
   前記第１のセルと前記第２のセルとの間のＧａＮ系のｐ型半導体層と、
   第１のドーパントを含む前記ｐ型半導体層と前記第２のセルとの間のＧａＮ系の第１のｎ型半導体層と、
   第２のドーパントを含む前記第１のｎ型半導体層と前記第２のセルとの間のＧａＮ系の第２のｎ型半導体層と、
   を有し、
   前記第１のｎ型半導体層における前記第１のドーパントの濃度は、前記第２のｎ型半導体層における前記第２のドーパントの濃度より高く、
   前記第１のドーパントのイオン半径はＳｉのイオン半径よりＧａのイオン半径に近く、
   前記第２のドーパントの活性化率は前記第１のドーパントの活性化率より高いことを特徴とする光電変換素子。
2. 前記第１のドーパントはＧｅであり、
   前記第２のドーパントはＳｉであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記第１のｎ型半導体層における前記第１のドーパントの濃度は、１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上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。
4. 前記第２のセルは、第３のドーパントを含み前記第２のｎ型半導体層と接するＧａＮ系の第３のｎ型半導体層を有し、
   前記第２のｎ型半導体層における前記第２のドーパントの濃度は、前記第３のｎ型半導体層における前記第３のドーパントの濃度より高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
5. 前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｎ型半導体層との間に、前記第１のドーパント及び前記第２のドーパントを含むＧａＮ系の第４のｎ型半導体層を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換素子。