JPH0628737B2 - 半導体光触媒 - Google Patents
半導体光触媒Info
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- JPH0628737B2 JPH0628737B2 JP60206379A JP20637985A JPH0628737B2 JP H0628737 B2 JPH0628737 B2 JP H0628737B2 JP 60206379 A JP60206379 A JP 60206379A JP 20637985 A JP20637985 A JP 20637985A JP H0628737 B2 JPH0628737 B2 JP H0628737B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光エネルギーを利用して化学反応を起こす半
導体光触媒に関する。
導体光触媒に関する。
光化学反応を利用して光エネルギーから化学エネルギー
へのエネルギー変換を行なう技術は、太陽光エネルギー
利用技術として近年注目を集めており、特に半導体物質
を用いた光触媒反応については活発に研究が進められて
いる。
へのエネルギー変換を行なう技術は、太陽光エネルギー
利用技術として近年注目を集めており、特に半導体物質
を用いた光触媒反応については活発に研究が進められて
いる。
例えば反応成分としての水と半導体光触媒を共存させた
反応系に光を照射して、次式 で示される水の分解反応が、半導体光触媒の表面で行わ
れる事が知られている。
反応系に光を照射して、次式 で示される水の分解反応が、半導体光触媒の表面で行わ
れる事が知られている。
つまり第３図に模式的に示す如く、反応成分としての水
と共存下で半導体光触媒(3)に光(2)を照射すると価電子
帯に正孔(h+)が、伝導帯に電子(e-)がそれぞれ励起され
る。
と共存下で半導体光触媒(3)に光(2)を照射すると価電子
帯に正孔(h+)が、伝導帯に電子(e-)がそれぞれ励起され
る。
この時半導体光触媒(3)が、第４図に示すように水の還
元レベルE(H+/H2)よりも高い伝導帯(4)のレベルを有す
るか、水の酸化レベルＥ(O2/H2O)よりも低い価電子帯
(5)のレベルを有するものであれば、光によつて生成し
た電子、正孔は水を分解して水素あるいは酸素を発生さ
せることが熱力学的に可能である。もちろん、両方の条
件を満足していれば水素と酸素を同時に発生させること
も可能である。
元レベルE(H+/H2)よりも高い伝導帯(4)のレベルを有す
るか、水の酸化レベルＥ(O2/H2O)よりも低い価電子帯
(5)のレベルを有するものであれば、光によつて生成し
た電子、正孔は水を分解して水素あるいは酸素を発生さ
せることが熱力学的に可能である。もちろん、両方の条
件を満足していれば水素と酸素を同時に発生させること
も可能である。
しかしながら、半導体光触媒には半導体の光吸収過程の
特質により、半導体のバンドギヤツプエネルギーより小
さいエレルギーに相当する波長域の光は有効に利用する
ことができず、光エネルギー交換効率を効果的に向上さ
せることができないという問題点がある。そのため、半
導体光触媒ができるだけ広い波長域にわたつて光吸収領
域をもつように工夫しなければならない。
特質により、半導体のバンドギヤツプエネルギーより小
さいエレルギーに相当する波長域の光は有効に利用する
ことができず、光エネルギー交換効率を効果的に向上さ
せることができないという問題点がある。そのため、半
導体光触媒ができるだけ広い波長域にわたつて光吸収領
域をもつように工夫しなければならない。
光吸収領域を広げる方法の１つとして、バンドギヤツプ
エネルギーの異なる複数の半導体を用いる方法が考えら
れる。本発明者等は、種々検討した結果、バンドギヤツ
プエネルギーの異なる２種以上の膜状半導体を積層した
構造の半導体光触媒を発明し、特許出願した（特願昭58
-223332号明細書）。本発明者達がさらに研究を進めた
結果、光吸収効率は良好となるものの、半導体直接接合
では、光照射により生じたキヤリア（電子＋正孔）が接
合界面では再結合を起こしやすく、酸化還元反応に寄与
する電子，正孔のエネルギー差、すなわち反応に利用で
きるエネルギーが充分に得られないということがわかつ
た。
エネルギーの異なる複数の半導体を用いる方法が考えら
れる。本発明者等は、種々検討した結果、バンドギヤツ
プエネルギーの異なる２種以上の膜状半導体を積層した
構造の半導体光触媒を発明し、特許出願した（特願昭58
-223332号明細書）。本発明者達がさらに研究を進めた
結果、光吸収効率は良好となるものの、半導体直接接合
では、光照射により生じたキヤリア（電子＋正孔）が接
合界面では再結合を起こしやすく、酸化還元反応に寄与
する電子，正孔のエネルギー差、すなわち反応に利用で
きるエネルギーが充分に得られないということがわかつ
た。
さらに、本発明者等は、膜状半導体を導電体層を介して
接合することにより、光吸収波長域を拡大しつつ各々の
半導体中に生じる電子，正孔の内、反応に寄与するキヤ
リアを分離し、反応に寄与できるキヤリアの損失を抑え
るとともに反応に利用できるエネルギーを充分に確保す
ることができることを見出し、特許出願した（特願昭59
-227827号明細書）。この構造において重要な点は、導
電体層を介して存在する半導体層中に光照射によつて発
生したキヤリアが効果的に導電体層に注入される必要が
あることである。このため、導電体層としては、接合す
る半導体とオーミツクコンタクトを形成する材料を使
い、接合する半導体によつてオーミツクコンタクトとな
る材料が異なる場合には、それぞれの材料を複合化する
必要がある。通常オーミツクコンタクト材料として金属
を用いた場合が多い為、光の損失は免れず、特に複合化
した場合には著しく半導体光触媒の高効率化を妨げる要
因となつていた。
接合することにより、光吸収波長域を拡大しつつ各々の
半導体中に生じる電子，正孔の内、反応に寄与するキヤ
リアを分離し、反応に寄与できるキヤリアの損失を抑え
るとともに反応に利用できるエネルギーを充分に確保す
ることができることを見出し、特許出願した（特願昭59
-227827号明細書）。この構造において重要な点は、導
電体層を介して存在する半導体層中に光照射によつて発
生したキヤリアが効果的に導電体層に注入される必要が
あることである。このため、導電体層としては、接合す
る半導体とオーミツクコンタクトを形成する材料を使
い、接合する半導体によつてオーミツクコンタクトとな
る材料が異なる場合には、それぞれの材料を複合化する
必要がある。通常オーミツクコンタクト材料として金属
を用いた場合が多い為、光の損失は免れず、特に複合化
した場合には著しく半導体光触媒の高効率化を妨げる要
因となつていた。
本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、光吸収領
域を拡大することにより、光吸収効率が増大し、反応効
率が向上した半導体光触媒を提供することを目的とす
る。
域を拡大することにより、光吸収効率が増大し、反応効
率が向上した半導体光触媒を提供することを目的とす
る。
本発明は、少なくともバンドギヤツプエネルギーの異な
るｐ型及びｎ型の膜状半導体を具備し、反応成分との共
存下で光照射により酸化還元反応を生じる複数の膜状半
導体からなり、前記膜状半導体をバンドギヤツプエネル
ギーの大きい順に入射光側より順次積層しかつ前記ｐ型
及びｎ型の膜状半導体を高ドープ層を介してトンネル接
合したことを特徴とする半導体光触媒であり、また前記
ｐ型及びｎ型の膜状半導体が、pn接合又はpin接合の積
層膜状半導体を構成するｐ型又はｎ型の膜状半導体であ
る半導体光触媒である。
るｐ型及びｎ型の膜状半導体を具備し、反応成分との共
存下で光照射により酸化還元反応を生じる複数の膜状半
導体からなり、前記膜状半導体をバンドギヤツプエネル
ギーの大きい順に入射光側より順次積層しかつ前記ｐ型
及びｎ型の膜状半導体を高ドープ層を介してトンネル接
合したことを特徴とする半導体光触媒であり、また前記
ｐ型及びｎ型の膜状半導体が、pn接合又はpin接合の積
層膜状半導体を構成するｐ型又はｎ型の膜状半導体であ
る半導体光触媒である。
つまり本発明はｐ型，ｎ型の膜状半導体、pn接合の積層
膜状半導体及びpin接合の積層膜状半導体等の積層構造
からなる半導体光触媒であり、これらを接合する際に高
ドープ層を介してバンドギヤツプエネルギーの異なるｐ
型及びｎ型の膜状半導体をトンネル接合する事により、
各膜状半導体をオーミツクコンタクト状態で良好に接合
したものである。
膜状半導体及びpin接合の積層膜状半導体等の積層構造
からなる半導体光触媒であり、これらを接合する際に高
ドープ層を介してバンドギヤツプエネルギーの異なるｐ
型及びｎ型の膜状半導体をトンネル接合する事により、
各膜状半導体をオーミツクコンタクト状態で良好に接合
したものである。
次に本発明を、最も基本的な二層構造のものについて第
１図に示すバンド図を参照して説明する。第１図(a)の
ｐ型の膜状半導体11はEg1のバンドギヤツプエネルギー
を有し、ｎ型の膜状半導体12はEg2のバンドギヤツプエ
ネルギーを有している。このｐ型の膜状半導体11とｎ型
の膜状半導体12とは、高ドープｐ型領域13及び高ドープ
ｎ型領域14からなる高ドープ層を介して接合されてお
り、これによつてｐ型の膜状半導体11とｎ型の膜状半導
体12とはトンネル接合となる。このため互いのキヤリア
注入はオーミツクコンタクトと同様に機能する。すなわ
ち前述のように導電体層を介さず、オーミツクコンタク
トと同様の接合が形成されることとなる。次に第１図
(b)を用いて、前述の如き半導体光触媒の光触媒反応を
説明する。なお本発明においては、バンドギヤツプエネ
ルギーの大きい膜状半導体側から光を照射する必要があ
る為バンドギヤツプエネルギーがEg1＞Eg2のときｐ型の
膜状半導体11側から光照射し、Eg1＞Eg2のときｎ型の膜
状半導体12側から光照射する。
１図に示すバンド図を参照して説明する。第１図(a)の
ｐ型の膜状半導体11はEg1のバンドギヤツプエネルギー
を有し、ｎ型の膜状半導体12はEg2のバンドギヤツプエ
ネルギーを有している。このｐ型の膜状半導体11とｎ型
の膜状半導体12とは、高ドープｐ型領域13及び高ドープ
ｎ型領域14からなる高ドープ層を介して接合されてお
り、これによつてｐ型の膜状半導体11とｎ型の膜状半導
体12とはトンネル接合となる。このため互いのキヤリア
注入はオーミツクコンタクトと同様に機能する。すなわ
ち前述のように導電体層を介さず、オーミツクコンタク
トと同様の接合が形成されることとなる。次に第１図
(b)を用いて、前述の如き半導体光触媒の光触媒反応を
説明する。なお本発明においては、バンドギヤツプエネ
ルギーの大きい膜状半導体側から光を照射する必要があ
る為バンドギヤツプエネルギーがEg1＞Eg2のときｐ型の
膜状半導体11側から光照射し、Eg1＞Eg2のときｎ型の膜
状半導体12側から光照射する。
例えばバンドギヤツプエネルギーがEg1＞Eg2の場合をｐ
型の膜状半導体11側から光２を照射すると、膜状半導体
11および12において電子，正孔が生成され、膜状半導体
11で生じた正孔と膜状半導体12で生じた電子はそれぞれ
高ドープ層の高ドープ型領域13及び高ドープｎ型領域14
に輸送されて再結合によつて消滅する。一方、膜状半導
体11で生じた電子は膜状半導体11の表面に輸送され、膜
状半導体12で生じた正孔は膜状半導体12の表面に輸送さ
れてそれぞれ酸化還元反応に寄与する。この際上記電子
と正孔との△Ｅのエネルギー差が、光触媒反応の全エネ
ルギー変化を決定する事となる。
型の膜状半導体11側から光２を照射すると、膜状半導体
11および12において電子，正孔が生成され、膜状半導体
11で生じた正孔と膜状半導体12で生じた電子はそれぞれ
高ドープ層の高ドープ型領域13及び高ドープｎ型領域14
に輸送されて再結合によつて消滅する。一方、膜状半導
体11で生じた電子は膜状半導体11の表面に輸送され、膜
状半導体12で生じた正孔は膜状半導体12の表面に輸送さ
れてそれぞれ酸化還元反応に寄与する。この際上記電子
と正孔との△Ｅのエネルギー差が、光触媒反応の全エネ
ルギー変化を決定する事となる。
以上のような半導体光触媒の機能を充分にひき出すため
には、半導体光触媒を構成する各膜状半導体に充分に光
が到達する必要があり、従来の金属等の導電体層を介在
させる構成の半導体光触媒に比較して、本発明の半導体
光触媒では導電体層を介在させない分だけ光の透過効率
が増大し、全体として半導体光触媒の反応効率を向上さ
せることが可能となる。
には、半導体光触媒を構成する各膜状半導体に充分に光
が到達する必要があり、従来の金属等の導電体層を介在
させる構成の半導体光触媒に比較して、本発明の半導体
光触媒では導電体層を介在させない分だけ光の透過効率
が増大し、全体として半導体光触媒の反応効率を向上さ
せることが可能となる。
なお本発明における高ドープ層とは、接合されるｐ型及
びｎ型の膜状半導体の接合面近傍を膜状半導体自体より
高ドープ状態として、それぞれに高ドープｐ型領域（ｐ
+）及び高ドープｎ型領域（ｎ+）を設ける事により形成
され、トンネル接合状態となるものであればよい。通常
これらの高ドープ層は、不純物原子の熱拡散、イオンイ
ンプランテーシヨンあるいはCVD法におけるガス組成の
制御等によつて得られ、目的とするオーミツクコンタク
トを得るためにはキヤリア濃度を１０20−１０21cm-3に
する必要がある。
びｎ型の膜状半導体の接合面近傍を膜状半導体自体より
高ドープ状態として、それぞれに高ドープｐ型領域（ｐ
+）及び高ドープｎ型領域（ｎ+）を設ける事により形成
され、トンネル接合状態となるものであればよい。通常
これらの高ドープ層は、不純物原子の熱拡散、イオンイ
ンプランテーシヨンあるいはCVD法におけるガス組成の
制御等によつて得られ、目的とするオーミツクコンタク
トを得るためにはキヤリア濃度を１０20−１０21cm-3に
する必要がある。
また本発明に係る半導体光触媒は、バンドギヤツプエネ
ルギーが光の入射側よりその反対側に向かつて連続的に
小さくなる膜状半導体を積層してもよい。すなわち、濃
度を変化させる等の手段を用いてバンドギヤツプエネル
ギーを連続的に変化させた膜状半導体を用いてもよい。
ルギーが光の入射側よりその反対側に向かつて連続的に
小さくなる膜状半導体を積層してもよい。すなわち、濃
度を変化させる等の手段を用いてバンドギヤツプエネル
ギーを連続的に変化させた膜状半導体を用いてもよい。
本発明に用いられる半導体としては、Si,Ge等の他にIn
P,GaP,Zn3P2，ＡＡｓ，GaAs,CdS,ZnS,Cu2S,CdSe,ZnS
e,CdTe,ZnTe,TiO2,ZnO,SrTiO3,Fe2O3等の金属リン化
物，金属砒化物，金属硫化物，金属セレン化物，金属テ
ルル化物，金属酸化物およびこれらを３元又は４元に組
み合せたＧａＡＡｓ，InGaAs,InGaAsP，ＧａＡＡｓ
Ｐ，CuInS2,CuInSe2等が挙げられる。
P,GaP,Zn3P2，ＡＡｓ，GaAs,CdS,ZnS,Cu2S,CdSe,ZnS
e,CdTe,ZnTe,TiO2,ZnO,SrTiO3,Fe2O3等の金属リン化
物，金属砒化物，金属硫化物，金属セレン化物，金属テ
ルル化物，金属酸化物およびこれらを３元又は４元に組
み合せたＧａＡＡｓ，InGaAs,InGaAsP，ＧａＡＡｓ
Ｐ，CuInS2,CuInSe2等が挙げられる。
また、本発明の半導体光触媒の片面もしくは両面に酸化
反応促進物質あるいは還元反応促進物質を担持すると、
反応効率を一層向上させることが可能となる。ここで酸
化反応促進物質とはRuO2,Rh2O3等であり、還元反応促進
物質とは、Ir,Os,Pb,Pt,Rh,Ru,Re等である。
反応促進物質あるいは還元反応促進物質を担持すると、
反応効率を一層向上させることが可能となる。ここで酸
化反応促進物質とはRuO2,Rh2O3等であり、還元反応促進
物質とは、Ir,Os,Pb,Pt,Rh,Ru,Re等である。
次に本発明の半導体光触媒を光吸収が非常に効果的な４
層構造のものについて第２図に示すバンド図を参照して
説明する。第２図(a)のｎ型の膜状半導体11′及びｐ型
の膜状半導体11はpn接合の積層膜状半導体を形成してい
る。ｎ型の膜状半導体11′はEg1のバンドギヤツプエネ
ルギーを有し、ｐ型の膜状半導体11はEg1′のバンドギ
ヤツプエネルギーを有している。同様にｎ型の膜状半導
体12及びｐ型の膜状半導体12′はｐｎ接合の積層膜状半
導体を形成し、ｎ型の膜状半導体12はEg2のバンドギヤ
ツプエネルギーを、ｐ型の膜状半導体12′はEg2′のバ
ンドギヤツプエネルギーを有している。ｐ型の膜状半導
体11とｎ型の膜状半導体12の界面には高ドープｐ型領域
13及び高ドープｎ型領域14からなる高ドープ層がそれぞ
れ形成されている。
層構造のものについて第２図に示すバンド図を参照して
説明する。第２図(a)のｎ型の膜状半導体11′及びｐ型
の膜状半導体11はpn接合の積層膜状半導体を形成してい
る。ｎ型の膜状半導体11′はEg1のバンドギヤツプエネ
ルギーを有し、ｐ型の膜状半導体11はEg1′のバンドギ
ヤツプエネルギーを有している。同様にｎ型の膜状半導
体12及びｐ型の膜状半導体12′はｐｎ接合の積層膜状半
導体を形成し、ｎ型の膜状半導体12はEg2のバンドギヤ
ツプエネルギーを、ｐ型の膜状半導体12′はEg2′のバ
ンドギヤツプエネルギーを有している。ｐ型の膜状半導
体11とｎ型の膜状半導体12の界面には高ドープｐ型領域
13及び高ドープｎ型領域14からなる高ドープ層がそれぞ
れ形成されている。
これらのバンドギヤツプエネルギーがEg1≧Eg1′＞Eg2
≧Eg2′のときｎ型の膜状半導体11′側から光２を照射
する。光吸収領域の拡大という観点からは、Eg1＞Eg1′
＞Eg2＞Eg2′であることが好ましい。
≧Eg2′のときｎ型の膜状半導体11′側から光２を照射
する。光吸収領域の拡大という観点からは、Eg1＞Eg1′
＞Eg2＞Eg2′であることが好ましい。
また、Eg1＞Eg1′，Eg2＜Eg2′（Eg1′とEg2の大小関係
は任意）の場合、すなわち高ドープ層に向かつて順番に
バンドギヤツプエネルギーが小さくなるような場合には
ｎ型の膜状半導体11′とｐ型の膜状半導体12′との両側
から光照射する。
は任意）の場合、すなわち高ドープ層に向かつて順番に
バンドギヤツプエネルギーが小さくなるような場合には
ｎ型の膜状半導体11′とｐ型の膜状半導体12′との両側
から光照射する。
Eg1≧Eg1′＞Eg2≧Eg2′の場合、Eg2′より小さいエネ
ルギーの光を吸収するためEg2′より小さいバンドギヤ
ツプエネルギーを有するｐ型の膜状半導体（図示せず）
を膜状半導体12′の次に積層することもできる。また、
Eg1より大きいエネルギーに相当する波長域の光はバン
ドギヤツプエネルギーがEg1のｎ型の膜状半導体11′に
より吸収されるが、Eg1よりかなり大きなエネルギーを
もつ光は有効に吸収することができないのでEg1より大
きなバンドギヤツプエネルギーを持つｎ型の膜状半導体
（図示せず）をEg1の上に積層してもよい。
ルギーの光を吸収するためEg2′より小さいバンドギヤ
ツプエネルギーを有するｐ型の膜状半導体（図示せず）
を膜状半導体12′の次に積層することもできる。また、
Eg1より大きいエネルギーに相当する波長域の光はバン
ドギヤツプエネルギーがEg1のｎ型の膜状半導体11′に
より吸収されるが、Eg1よりかなり大きなエネルギーを
もつ光は有効に吸収することができないのでEg1より大
きなバンドギヤツプエネルギーを持つｎ型の膜状半導体
（図示せず）をEg1の上に積層してもよい。
このような４層あるいは５層構成の半導体光触媒ではｐ
ｎ接合の内部電場を利用することにより、光照射により
生じたキヤリアの電荷分離効率を向上できる。
ｎ接合の内部電場を利用することにより、光照射により
生じたキヤリアの電荷分離効率を向上できる。
更に、２組のｐｎ接合を配置した構造であるため、光照
射を行なうと第２図(b)に示すように相対的にｎ型の膜
状半導体11′のフエルミ準位がもち上がり、ｐ型の膜状
半導体12′のフエルミ準位がおし下げられるので、光照
射状態においてｎ型の膜状半導体11′の表面に出る電子
とｐ型の膜状半導体12′の表面に出る正孔とに△Ｅのエ
ネルギー差をもたせることが可能となり、これが反応系
の全エネルギー変化を決定することになる。
射を行なうと第２図(b)に示すように相対的にｎ型の膜
状半導体11′のフエルミ準位がもち上がり、ｐ型の膜状
半導体12′のフエルミ準位がおし下げられるので、光照
射状態においてｎ型の膜状半導体11′の表面に出る電子
とｐ型の膜状半導体12′の表面に出る正孔とに△Ｅのエ
ネルギー差をもたせることが可能となり、これが反応系
の全エネルギー変化を決定することになる。
また前述の説明ではpn接合の積層膜状半導体を例にとつ
たが、片側もしくは両側のpn接合をpin接合の積層膜状
半導体でおきかえることができる。このように片側もし
くは両側をpn接合，pin接合の積層膜状半導体とする場
合には、各積層半導体は同一の半導体を用いドーパント
を選択する事によりｐ型，ｎ型，ｉ型とする事が実用的
である。
たが、片側もしくは両側のpn接合をpin接合の積層膜状
半導体でおきかえることができる。このように片側もし
くは両側をpn接合，pin接合の積層膜状半導体とする場
合には、各積層半導体は同一の半導体を用いドーパント
を選択する事によりｐ型，ｎ型，ｉ型とする事が実用的
である。
尚、本発明はバンドギヤツプエネルギーの異なるｐ型と
ｎ型の膜状半導体を具備するものであれば何層構成のも
のであつてもよい。特に光の透過率、電荷分離効率等を
考慮すると、上述のような４層あるいは５層構造のもの
が好ましい。
ｎ型の膜状半導体を具備するものであれば何層構成のも
のであつてもよい。特に光の透過率、電荷分離効率等を
考慮すると、上述のような４層あるいは５層構造のもの
が好ましい。
以下に本発明の実施例を説明する。
実施例１ ｐ型の膜状半導体としてのｐ型Siウエハの表面にＰをド
ープしてｎ型の膜状半導体を形成し、バンドギヤツプエ
ネルギー1.1eVのｐ型及びｎ型の膜状半導体からなる積
層膜状半導体を作製した。さらに前記ｎ型の膜状半導体
表面を高ドープ状態にするため、キヤリア密度１０21cm
-3程度までドープして高ドープｎ型領域を形成した。こ
の高ドープｎ型領域の上にプラズマCVD法を用いてバン
ドギヤツプエネルギー1.7eVのa-Siの高ドープｐ型領域
−ｐ型−ｉ型−ｎ型を順番に積層し、a-Siのpin接合の
積層膜状半導体を形成した。このa-Siのpin接合の積層
膜状半導体とSiのpn接合の積層膜状半導体とは前記高ド
ープｎ型領域及び高ドープｐ型領域からなる高ドープ層
によつてトンネル接合となつている。さらにa-Siのｎ型
の膜状半導体の上に高エネルギーの光を吸収するためバ
ンドギヤツプエネルギー3.0eVのTiO2からなる膜状半導
体を２０００Å形成し、その上に還元反応を促進するた
めにＰｔ層を積層し、前記Siウエハの裏面には酸化反応
を促進するためにRuO2を積層して半導体光触媒を構成し
た。
ープしてｎ型の膜状半導体を形成し、バンドギヤツプエ
ネルギー1.1eVのｐ型及びｎ型の膜状半導体からなる積
層膜状半導体を作製した。さらに前記ｎ型の膜状半導体
表面を高ドープ状態にするため、キヤリア密度１０21cm
-3程度までドープして高ドープｎ型領域を形成した。こ
の高ドープｎ型領域の上にプラズマCVD法を用いてバン
ドギヤツプエネルギー1.7eVのa-Siの高ドープｐ型領域
−ｐ型−ｉ型−ｎ型を順番に積層し、a-Siのpin接合の
積層膜状半導体を形成した。このa-Siのpin接合の積層
膜状半導体とSiのpn接合の積層膜状半導体とは前記高ド
ープｎ型領域及び高ドープｐ型領域からなる高ドープ層
によつてトンネル接合となつている。さらにa-Siのｎ型
の膜状半導体の上に高エネルギーの光を吸収するためバ
ンドギヤツプエネルギー3.0eVのTiO2からなる膜状半導
体を２０００Å形成し、その上に還元反応を促進するた
めにＰｔ層を積層し、前記Siウエハの裏面には酸化反応
を促進するためにRuO2を積層して半導体光触媒を構成し
た。
得られた半導体光触媒を反応成分としての水−メタノー
ル１：１混合溶媒中に浸漬し、真空脱気下においてTiO2
側より500WXeランプを10時間照射した。この時水の分解
により発生した水素の量は45μｍｏであつた。
ル１：１混合溶媒中に浸漬し、真空脱気下においてTiO2
側より500WXeランプを10時間照射した。この時水の分解
により発生した水素の量は45μｍｏであつた。
実施例２ ｐ型の膜状半導体としてのｐ型GaPウエハの表面にＳを
ドープしてｎ型の膜状半導体を形成し、バンドギヤツプ
エネルギー2.3eVのｐ型及びｎ型の膜状半導体からなる
積層膜状半導体を作製する。
ドープしてｎ型の膜状半導体を形成し、バンドギヤツプ
エネルギー2.3eVのｐ型及びｎ型の膜状半導体からなる
積層膜状半導体を作製する。
さらに前記ｎ型の膜状半導体表面を高ドープ状態にする
ためキヤリア密度１０21cm-3程度までドープし高ドープ
ｎ型領域を形成した。この高ドープｎ型領域の上にプラ
ズマCVD法を用いてバンドギヤツプエネルギー1.7eVのa-
Siの高ドープｐ型領域−ｐ型−ｉ型−ｎ型を順番に積層
し、a-Siのpin接合の積層膜状半導体を形した。このa-S
iのpin接合の積層膜状半導体とGaPのｐｎ接合の積層膜
状半導体とは前記の高ドープｎ型領域及び高ドープｐ型
領域からなる高ドープ層によつてトンネル接合となつて
いる。さらにa-Siのｎ型の膜状半導体の上に高エネルギ
ーの光を吸収するため、バンドギヤツプエネルギー3.0e
VのTiO2からなる膜状半導体を２０００Å形成し、その
上に還元反応を促進するためにＰｔ層を積層し、前記基
板のGaPの裏面には酸化反応を促進するためにRuO2を積
層して半導体光触媒を構成した。
ためキヤリア密度１０21cm-3程度までドープし高ドープ
ｎ型領域を形成した。この高ドープｎ型領域の上にプラ
ズマCVD法を用いてバンドギヤツプエネルギー1.7eVのa-
Siの高ドープｐ型領域−ｐ型−ｉ型−ｎ型を順番に積層
し、a-Siのpin接合の積層膜状半導体を形した。このa-S
iのpin接合の積層膜状半導体とGaPのｐｎ接合の積層膜
状半導体とは前記の高ドープｎ型領域及び高ドープｐ型
領域からなる高ドープ層によつてトンネル接合となつて
いる。さらにa-Siのｎ型の膜状半導体の上に高エネルギ
ーの光を吸収するため、バンドギヤツプエネルギー3.0e
VのTiO2からなる膜状半導体を２０００Å形成し、その
上に還元反応を促進するためにＰｔ層を積層し、前記基
板のGaPの裏面には酸化反応を促進するためにRuO2を積
層して半導体光触媒を構成した。
得られた半導体光触媒を反応成分としての水−メタノー
ル１：１混合溶液中に浸漬し、真空脱気下においてTiO2
側ならびにGaP側の両側から500WXeランプを10時間照射
した。この時、水の分解により発生した水素の量は55μ
ｍｏであつた。
ル１：１混合溶液中に浸漬し、真空脱気下においてTiO2
側ならびにGaP側の両側から500WXeランプを10時間照射
した。この時、水の分解により発生した水素の量は55μ
ｍｏであつた。
比較例 ｐ型の膜状半導体としてｐ型Siウエハの表面にＰをドー
プしてｎ型の膜状半導体を形成し、バンドギヤツプエネ
ルギー1.1eVのｐ型ｎ型の膜状半導体からなる積層膜状
半導体を作製する。このｎ型の膜状半導体の上に導電体
層としてAu-Ge層を形成し、オーミツクコンタクトを形
成した。さらにこの上に導電体層としてＡ層を形成し
た後、プラズマCVD法を用いてバンドギヤツプエネルギ
ー1.7eVのa-Siのpin接合からなる積層膜状半導体を形成
した。a-Siのｐ型の膜状半導体とＡ層はオーミツクコ
ンタクトを形成している。a-Siのｎ型の膜状半導体の上
には高エネルギーの光を吸収するためバンドギヤツプエ
ネルギー3.0eVのTiO2からなる膜状半導体を２０００Å
形成し、その上に還元反応を促進するためにＰｔ層を触
媒として形成し、前記Ｓｉウエハの裏面には酸化反応を
促進するためにRuO2層を触媒として積層して半導体光触
媒を構成した。
プしてｎ型の膜状半導体を形成し、バンドギヤツプエネ
ルギー1.1eVのｐ型ｎ型の膜状半導体からなる積層膜状
半導体を作製する。このｎ型の膜状半導体の上に導電体
層としてAu-Ge層を形成し、オーミツクコンタクトを形
成した。さらにこの上に導電体層としてＡ層を形成し
た後、プラズマCVD法を用いてバンドギヤツプエネルギ
ー1.7eVのa-Siのpin接合からなる積層膜状半導体を形成
した。a-Siのｐ型の膜状半導体とＡ層はオーミツクコ
ンタクトを形成している。a-Siのｎ型の膜状半導体の上
には高エネルギーの光を吸収するためバンドギヤツプエ
ネルギー3.0eVのTiO2からなる膜状半導体を２０００Å
形成し、その上に還元反応を促進するためにＰｔ層を触
媒として形成し、前記Ｓｉウエハの裏面には酸化反応を
促進するためにRuO2層を触媒として積層して半導体光触
媒を構成した。
得られた半導体光触媒を反応成分としての水−メタノー
ル１：１混合溶液中に浸漬し、真空脱気下においてTiO2
側より500WXeランプを10時間照射した。この時、水の分
解により発生した水素の量は39μｍｏであつた。
ル１：１混合溶液中に浸漬し、真空脱気下においてTiO2
側より500WXeランプを10時間照射した。この時、水の分
解により発生した水素の量は39μｍｏであつた。
以上より明らかなように、本発明の実施例１，２は共に
比較例より水素の発生量が多く有効な半導体光触媒であ
ることがわかる。
比較例より水素の発生量が多く有効な半導体光触媒であ
ることがわかる。
以上詳述した如く、本発明によれば光吸収領域が拡大
し、光吸収効率が増大し、電荷分離効率が向上しキヤリ
アが有効に利用でき、反応効率を著しく向上した半導体
光触媒を提供できる。
し、光吸収効率が増大し、電荷分離効率が向上しキヤリ
アが有効に利用でき、反応効率を著しく向上した半導体
光触媒を提供できる。
第１図(a)(b)及び第２図(a)(b)は本発明に係わる半導体
光触媒のバンド図、第３図は半導体光触媒表面での水分
解を説明するための図、第４図は第３図のエネルギーバ
ンド図である。 ２……光、３……半導体光触媒 ４……伝導帯、５……価電子帯 11′，12……ｎ型の膜状半導体 11，12′……ｐ型の膜状半導体 13……高ドープｐ型領域、14……高ドープｎ型領域
光触媒のバンド図、第３図は半導体光触媒表面での水分
解を説明するための図、第４図は第３図のエネルギーバ
ンド図である。 ２……光、３……半導体光触媒 ４……伝導帯、５……価電子帯 11′，12……ｎ型の膜状半導体 11，12′……ｐ型の膜状半導体 13……高ドープｐ型領域、14……高ドープｎ型領域
Claims (2)
- 【請求項１】少なくともバンドギヤツプエネルギーの異
なるｐ型及びｎ型の膜状半導体を具備し、反応成分との
共存下で光照射により酸化還元反応を生じる複数の膜状
半導体からなり、前記膜状半導体をバンドギヤツプエネ
ルギーの大きい順に入射光側より順次積層しかつ前記ｐ
型及びｎ型の膜状半導体を高ドープ層を介してトンネル
接合したことを特徴とする半導体光触媒。 - 【請求項２】ｐ型及びｎ型の膜状半導体が、pn接合又は
pin接合の積層膜状半導体を構成するｐ型又はｎ型の膜
状半導体である事を特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の半導体光触媒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60206379A JPH0628737B2 (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | 半導体光触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60206379A JPH0628737B2 (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | 半導体光触媒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6268547A JPS6268547A (ja) | 1987-03-28 |
| JPH0628737B2 true JPH0628737B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=16522360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60206379A Expired - Lifetime JPH0628737B2 (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | 半導体光触媒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0628737B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003013726A1 (fr) * | 2001-08-08 | 2003-02-20 | Sumitomo Metal Mining Co.,Ltd. | Photocatalyseur ayant une activite catalytique meme dans la region de la lumiere visible |
| JP2007196228A (ja) * | 2007-03-09 | 2007-08-09 | Toshiba Corp | 光触媒複合体及び浄水装置 |
| JP2008012478A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Japan Science & Technology Agency | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体、光触媒半導体素子、光触媒酸化還元反応装置および光電気化学反応実行方法 |
| JP2011136340A (ja) * | 2011-03-03 | 2011-07-14 | Japan Science & Technology Agency | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体、光触媒半導体素子、光触媒酸化還元反応装置および光電気化学反応実行方法 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3782835B2 (ja) * | 1994-11-30 | 2006-06-07 | 大塚化学ホールディングス株式会社 | 光分解用触媒の製造方法 |
| GB0419629D0 (en) * | 2004-09-03 | 2004-10-06 | Univ Newcastle | Electrochemical device |
| JP2008161777A (ja) | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Murakami Corp | 車両用防汚素子 |
| JP5548923B2 (ja) * | 2010-08-27 | 2014-07-16 | 株式会社三菱ケミカルホールディングス | 光水分解用電極、光水分解用電極の製造方法、および、水分解方法 |
| JP6369202B2 (ja) * | 2014-08-01 | 2018-08-08 | 株式会社デンソー | 半導体光触媒およびそれを適用した人工光合成装置 |
| WO2018135144A1 (ja) * | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 日立化成株式会社 | 水素ガスの製造方法、及び半導体デバイスの製造方法 |
-
1985
- 1985-09-20 JP JP60206379A patent/JPH0628737B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003013726A1 (fr) * | 2001-08-08 | 2003-02-20 | Sumitomo Metal Mining Co.,Ltd. | Photocatalyseur ayant une activite catalytique meme dans la region de la lumiere visible |
| JP2008012478A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Japan Science & Technology Agency | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体、光触媒半導体素子、光触媒酸化還元反応装置および光電気化学反応実行方法 |
| JP2007196228A (ja) * | 2007-03-09 | 2007-08-09 | Toshiba Corp | 光触媒複合体及び浄水装置 |
| JP2011136340A (ja) * | 2011-03-03 | 2011-07-14 | Japan Science & Technology Agency | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体、光触媒半導体素子、光触媒酸化還元反応装置および光電気化学反応実行方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6268547A (ja) | 1987-03-28 |
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