JPH0982995A - 化合物半導体ウエハ及び太陽電池 - Google Patents
化合物半導体ウエハ及び太陽電池Info
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Abstract
かつ、熱を加えた場合でもピーク電流密度が低下しない
化合物半導体ウエハ及び太陽電池を提供する。 【解決手段】 キャリアー濃度の高いp+ 型化合物半導
体層とn+ 型化合物半導体層のトンネル接合を有する化
合物半導体ウエハにおいて、p+ 型化合物半導体層又は
n+ 型化合物半導体層のトンネル接合界面とは反対側の
面にドーパントをδドープする13(16)。
Description
ハ及び太陽電池に関する。
いる。
n接合構造を有しており、光エネルギーを電気エネルギ
ーに変換することが知られている。
電圧)は、pn接合の障壁電位に対応する電圧より大き
くならないため、高い出力電圧が必要な場合には、複数
の太陽電池を直列接続して使用する。しかし、その分だ
け広い面積が必要であり、太陽電池が大型化してしま
う。
長させることによって面積を増加させることなく高い出
力電圧が得られる積層型太陽電池が提案された。このよ
うな積層型太陽電池を形成する際、接続部の電気抵抗を
小さくする必要があるためトンネル接合の使用が考えら
れる。
断面図である。
リアー濃度の高いp+ 型化合物半導体2とn+ 型化合物
半導体3とでp+ n+ 接合(トンネル接合)され、両面
にそれぞれn側電極4と、p側電極5とが接続されてい
る。
ンネルダイオードが知られている。このトンネルダイオ
ードはn側電極とp側電極との間に、低い電圧を印加す
ると、通常の順方向電流が流れる前にトンネル接合部の
狭い空乏領域をキャリアーが通り抜ける(トンネル効
果)特性を有している。すなわち接合部の抵抗値が小さ
くなったことになる。
太陽電池の上にトンネル接合を形成し、その上にさらに
太陽電池を成長させればよい。
にトンネル接合を形成し、その上にさらに太陽電池を成
長させるには化合物半導体ウエハに熱を加える必要があ
る。
る化合物半導体ウエハは、熱を加えると、p+ 層とn+
層との界面でドーパントが拡散することにより、p+ n
+ 界面の各ドーパントの急峻性が悪くなり、それに伴い
p+ n+ 界面のキャリアー濃度が低くなるので、J−V
特性においてトンネルピーク電流が低下し、トンネル特
性が劣化するという問題があった。
し、J−V特性におけるピーク電流密度が高く、かつ、
熱を加えた場合でもピーク電流密度が低下しない化合物
半導体ウエハ及び太陽電池を提供することにある。
に本発明は、キャリアー濃度の高いp+ 型化合物半導体
層とn+ 型化合物半導体層のトンネル接合を有する化合
物半導体ウエハにおいて、p+ 型化合物半導体層又はn
+ 型化合物半導体層のトンネル接合界面とは反対側の面
にドーパントをδドープするものである。
導体層にδドープするときはp型ドーパントを用い、n
+ 型化合物半導体層にδドープするときはn型ドーパン
トを用いるものである。
GaAs或いはAlx Ga1-x Asであるのが好まし
い。
アー濃度の範囲が1×1018cm-3〜1×1021cm-3
であり、n+ 層が5×1017cm-3〜8×1018cm-3
であり、またp+ 層とn+ 層の膜厚の範囲がそれぞれ1
0〜100nmであるのが好ましい。
型化合物半導体層とn+ 型化合物半導体層のトンネル接
合を有する化合物半導体の両面にそれぞれ電極を設けた
太陽電池において、p+ 型化合物半導体層又はn+ 型化
合物半導体層のトンネル接合界面とは反対側の面にその
化合物半導体層と同じ導電型のドーパントをδドープし
たものである。
接合によれば、p+ n+ 界面と反対側の少なくとも一方
にドーパントをδドープするこにより、δドープした面
に極めて高いキャリアー濃度層が形成され、ピーク電流
密度が大幅に向上する。また熱を加えた場合でも、δド
ープをp+ n+ 界面から離れた場所で行なうことで、ド
ーパントの拡散が起こっても高キャリアー濃度層を維持
することができ、熱劣化特性も向上する。
物半導体層において、AlX Ga1-X As層の場合、p
+ 層のキャリアー濃度とn+ 層のキャリアー濃度とをそ
れぞれ1×1018cm-3以上、5×1017cm-3以上と
することでトンネル効果が現れる。p+ 層の膜厚とn+
層の膜厚とをそれぞれ10nmより厚くすることによっ
て高キャリアー濃度層を維持することができ、かつ、1
00nmより薄くすることによってδドープの効果が得
られ、高いピーク電流密度が得られる。
図面に基づいて詳述する。
実施の形態を示す断面図である。
接合を含むエピタキシャルウエハ構造を有しており、以
下の化合物半導体層からなる。
aAs層(以下「p層」という。)12を成長させ、こ
のp層12の表面にp++型のδドープ13を行なう。そ
の上にp+ 型GaAs層(以下「p+ 層」という。)1
4とn+ 型GaAs層(以下「n+ 層」という。)15
を成長させ、n+ 層15の表面にn++型のδドープ16
を行なう。さらにその上にn型GaAs層(以下「n
層」という。)17を成長させる。これらのGaAs層
11,12,14,15は、MOCVD(Metal-Organic
Chemical Vapour Deposition, 有機金属気相エピタキ
シャル成長) 法により成長させた。p層12、p+ 層1
4、n+ 層15及びn層17の厚さは各々0.5μm、
25nm、25nm、1μmとした。
00℃であり、それ以外の層12,15,17は650
℃である。また、p層12、p+ 層14、n+ 層15及
びn層17のキャリアー濃度はそれぞれ1×1018cm
-3、5×1019cm-3、8×1018cm-3、1×1018
cm-3とした。ドーパントはp層12にZn、p+ 層1
4にC、n+ 層15及びn層17にSiを使用した。ま
たp++型のδドープにはCを、n++型のδドープにはS
iを使用した。Cによるδドープはp層12の成長後、
温度500℃の下、AsH3 を4.5mol/min、
TMG(トリメチルガリウム,((CH3 )3 Ga)を
9.0×1015mol/minの流量とし、V/III 比
を0.5に下げ約5分間流すことによって行なう。
後、温度650℃の下、AsH3 を4.5×10-4mo
l/min、Si2 H6 を2.5×10-7mol/mi
nの流量で10分間流すことによって行なう。
は約25mm×25mmで、厚さは約350μmであ
る。p型GaAs基板11の下側に設けられたp側電極
18の材料はAuZnを、n層17の上側に設けられた
n側電極19の材料はAuGeを使用した。p側電極1
8及びn側電極19は、トンネル接合の接合面積が0.
8mm×0.8mmとなるように形成した。
に熱処理前後の電流密度(J)と電圧(V)との関係を
示すJ−V特性図である。
で2時間行なった。同図において縦軸は電流密度を示
し、横軸は電圧を示す。
対しても、ピーク電流密度として約253A/cm2 が
得られた。また、約700℃で2時間の熱処理後でもピ
ーク電流密度は、熱処理前(破線で示す)の約半分に低
下しただけであった。
する化合物半導体ウエハと、本実施の形態による化合物
半導体ウエハとのJ−V特性を比較して示す。
は、上記に示した成長条件の内、δドープは行なわなか
った。また、熱処理の条件も同様とした。同図におい
て、実線が熱処理前で、破線が熱処理後の測定結果であ
る。熱処理前のピーク電流密度は12mA/cm2 と非
常に小さく、さらに熱処理後は1.4mA/cm2 と熱
処理前の約1割となった。
せたときのピーク電流密度の測定結果を示す。同図にお
いて横軸がキャリアー濃度を示し、縦軸がピーク電流密
度を示す。
-3から1×1021cm-3の範囲で変化させると、1×1
018cm-3以上のキャリアー濃度のとき、ピーク電流密
度が得られた。但し、n+ 層のキャリアー濃度は、8×
1018cm-3とした。
変化させたときのピーク電流密度の測定結果を示す。n
+ 層のキャリアー濃度を1×1017cm-3から8×10
18cm-3の範囲で変化させると、5×1017cm-3以上
のキャリアー濃度のとき、ピーク電流密度が得られた。
但し、p+ 層のキャリアー濃度は、5×1019cm-3と
した。
とを10〜500nmの範囲で変化させたときの、J−
V特性におけるピーク電流密度を示す。同図において横
軸はp+ 層又はn+ 層の膜厚を示し、縦軸はピーク電流
密度を示す。
の範囲で、100A/cm2 以上の高いピーク電流密度
を得ることができた。但し、p+ 層のキャリアー濃度と
n+ 層のキャリアー濃度とはそれぞれ、5×1019cm
-3、8×1018cm-3である。
型化合物半導体基板上に、順に、n+ 型、p+ 型化合物
半導体を成長させてもよい。またトンネル接合は、化合
物半導体としてInx Ga1-x Asy を使用しても同じ
く適用できる。
る場合、太陽電池と太陽電池を接続する際に、熱を加え
てもトンネル特性の劣化を抑えることができるので、ピ
ーク電流密度を高くすることができる。従って面積を変
えることなく出力電圧の高い太陽電池を実現することが
できる。
+層の間にp型ドーパントをδドープし、n+ 層とn層
の間にn型ドーパントをδドープすることによって、さ
らに高いキャリアー濃度層を形成することができ、ピー
ク電流密度が大幅に向上する。また熱が加わった場合で
も、δドープをp+ n+ 接合界面から離れた場所で行な
うことで、ドーパントの拡散が起こっても高キャリアー
濃度層を維持しやすくなり、ピーク電流密度の低下を抑
制することが可能である。
な優れた効果を発揮する。
とn+ 型化合物半導体のトンネル接合による化合物半導
体ウエハにおいて、p+ n+ 接合界面と反対側の少なく
とも一方の界面にドーパントをδドープすることによ
り、J−V特性におけるピーク電流密度が高くなり、か
つ、熱を加えた場合でもピーク電流密度が低下しない化
合物半導体ウエハ及び太陽電池を実現することができ
る。
示す断面図である。
の電流密度(J)と電圧(V)との関係を示すJ−V特
性図である。
ウエハと、本実施の形態による化合物半導体ウエハとの
J−V特性を比較して示す図である。
ーク電流密度の測定結果を示す図である。
ーク電流密度の測定結果を示す図である。
nmの範囲で変化させたときの、J−V特性におけるピ
ーク電流密度を示す図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 キャリアー濃度の高いp+ 型化合物半導
体層とn+ 型化合物半導体層のトンネル接合を有する化
合物半導体ウエハにおいて、上記p+ 型化合物半導体層
又は上記n+ 型化合物半導体層の上記トンネル接合界面
とは反対側の面にドーパントをδドープすることを特徴
とする化合物半導体ウエハ。 - 【請求項2】 上記p+ 型化合物半導体層にδドープす
るときはp型ドーパントを用い、n+ 型化合物半導体層
にδドープするときはn型ドーパントを用いる請求項1
記載の化合物半導体ウエハ。 - 【請求項3】 上記化合物半導体がGaAs或いはAl
x Ga1-x Asである請求項2記載の化合物半導体ウエ
ハ。 - 【請求項4】 上記p+ 層のキャリアー濃度の範囲が1
×1018cm-3〜1×1021cm-3であり、n+ 層が5
×1017cm-3〜8×1018cm-3であり、またp+ 層
とn+ 層の膜厚の範囲がそれぞれ10〜100nmであ
る請求項3記載の化合物半導体ウエハ。 - 【請求項5】 キャリアー濃度の高いp+ 型化合物半導
体層とn+ 型化合物半導体層のトンネル接合を有する化
合物半導体の両面にそれぞれ電極を設けた太陽電池にお
いて、上記p+ 型化合物半導体層又は上記n+ 型化合物
半導体層の上記トンネル接合界面とは反対側の面にその
化合物半導体層と同じ導電型のドーパントをδドープし
たことを特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
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JP23554195A JP3250425B2 (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 化合物半導体ウエハ及び太陽電池 |
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JP3250425B2 JP3250425B2 (ja) | 2002-01-28 |
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1995
- 1995-09-13 JP JP23554195A patent/JP3250425B2/ja not_active Expired - Fee Related
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