JPH098342A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH098342A JPH098342A JP7147722A JP14772295A JPH098342A JP H098342 A JPH098342 A JP H098342A JP 7147722 A JP7147722 A JP 7147722A JP 14772295 A JP14772295 A JP 14772295A JP H098342 A JPH098342 A JP H098342A
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- Japan
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- band
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- receiving element
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- light
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ドーピング超格子構造の半導体よりなる受光
素子におけるドーピング層のバンド構造が全体的に傾斜
し、実効的なバンドギャップを複数個持つようにした高
効率の受光素子を提供する。 【構成】 ドーピング超格子構造の半導体よりなる受光
素子であって、基本材料に対してアクセプタ元素を添加
した前記超格子を構成する複数のドーピングｐ層(２〜
６)の不純物濃度を段階的に変化させた。
素子におけるドーピング層のバンド構造が全体的に傾斜
し、実効的なバンドギャップを複数個持つようにした高
効率の受光素子を提供する。 【構成】 ドーピング超格子構造の半導体よりなる受光
素子であって、基本材料に対してアクセプタ元素を添加
した前記超格子を構成する複数のドーピングｐ層(２〜
６)の不純物濃度を段階的に変化させた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は受光素子、特にドーピン
グ超格子構造の半導体により構成された受光素子に実効
的なバンドギャップを複数個持たせ、変換効率の向上を
図った受光素子に関するものである。
グ超格子構造の半導体により構成された受光素子に実効
的なバンドギャップを複数個持たせ、変換効率の向上を
図った受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池，光センサー等の受光素子にお
いては、広い周波数帯域における高い変換効率(量子効
率)を得るための手段として、バンドギャップの異なる
材料を重ね合わせることにより、長波長の光を有効に吸
収して変換効率を向上させたタンデム構造を持った受光
素子があり、例えば、図３(a)に示すように材料(1)と材
料(2)を突合せ(重ね合わせ)ることにより、材料(1)と材
料(2)のバンドギャップがそれぞれＥg(1)，Ｅg(2)(Ｅg
(1)＞Ｅg(2))であるとすれば、図３(b)に示すように２
つのバンドギャップを備えた受光素子となる。図中、Ｅ
Cはバンド構造における伝導帯の端部、ＥVは価電子帯の
端部、ＥFはフェルミレベルを示している。この受光素
子を太陽電池等に応用しようとするとＰＩＮ構造，ＰＮ
構造等の電位を発生する構造にする必要があるため、具
体的な例としては、Ｎ-ａ-ＳiＣ／ａ-SiＧe／Ｐ-ａ-Ｓi
Ｃ(ＰＩＮ構造)，Ｎ-ＡlＧaＡs／Ｐ-ＧaＡs(ＰＮ構
造)，Ｎ-ＩnＰ／Ｐ-ＧaＩnＡs(ＰＮ構造) 等の組合せが
知られているが、必ずしもＰＩＮ構造，ＰＮ構造にする
必要はなく、ＮＩ構造，ＩＰ構造も考えられる。
いては、広い周波数帯域における高い変換効率(量子効
率)を得るための手段として、バンドギャップの異なる
材料を重ね合わせることにより、長波長の光を有効に吸
収して変換効率を向上させたタンデム構造を持った受光
素子があり、例えば、図３(a)に示すように材料(1)と材
料(2)を突合せ(重ね合わせ)ることにより、材料(1)と材
料(2)のバンドギャップがそれぞれＥg(1)，Ｅg(2)(Ｅg
(1)＞Ｅg(2))であるとすれば、図３(b)に示すように２
つのバンドギャップを備えた受光素子となる。図中、Ｅ
Cはバンド構造における伝導帯の端部、ＥVは価電子帯の
端部、ＥFはフェルミレベルを示している。この受光素
子を太陽電池等に応用しようとするとＰＩＮ構造，ＰＮ
構造等の電位を発生する構造にする必要があるため、具
体的な例としては、Ｎ-ａ-ＳiＣ／ａ-SiＧe／Ｐ-ａ-Ｓi
Ｃ(ＰＩＮ構造)，Ｎ-ＡlＧaＡs／Ｐ-ＧaＡs(ＰＮ構
造)，Ｎ-ＩnＰ／Ｐ-ＧaＩnＡs(ＰＮ構造) 等の組合せが
知られているが、必ずしもＰＩＮ構造，ＰＮ構造にする
必要はなく、ＮＩ構造，ＩＰ構造も考えられる。
【０００３】なお、これらのＡlＧaＡs，ＧaＡs，Ｉn
Ｐ，ＧaＩnＡsのバンドギャップＥgの値は次のようにな
っている。
Ｐ，ＧaＩnＡsのバンドギャップＥgの値は次のようにな
っている。
【０００４】Ａl0.8Ｇa0.2ＡsのＥg＝2.05ｅＶ ＧaＡsのＥg＝1.42ｅＶ ＩnＰのＥg＝1.35ｅＶ Ｇa0.47Ｉn0.53ＡsのＥg＝0.75ｅＶ
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の受光素子は、各材料の格子定数の違い、界面順位の発
生に起因する整合性の問題から、任意の材料を任意に組
合せることは不可能であり、従ってこの構成では、バン
ドギャップを複数持ち、長波長の光を有効に吸収して変
換効率を向上させた受光素子を得ることは困難であっ
た。
の受光素子は、各材料の格子定数の違い、界面順位の発
生に起因する整合性の問題から、任意の材料を任意に組
合せることは不可能であり、従ってこの構成では、バン
ドギャップを複数持ち、長波長の光を有効に吸収して変
換効率を向上させた受光素子を得ることは困難であっ
た。
【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、バンド構造が全体的に傾斜し、実効的なバンド
ギャップを複数持つようにした高効率の受光素子を提供
することを目的とする。
であり、バンド構造が全体的に傾斜し、実効的なバンド
ギャップを複数持つようにした高効率の受光素子を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、ドーピング超格子構造の受光素子におい
て、基本材料に対してアクセプタ元素あるいはドナー元
素を添加した複数のドーピングｐｎ層の少なくともどち
らか一方の層の不純物濃度を段階的に変化させ、バンド
構造が全体的に傾斜し、かつ実効的なバンドギャップを
複数持つようにしたものである。
するために、ドーピング超格子構造の受光素子におい
て、基本材料に対してアクセプタ元素あるいはドナー元
素を添加した複数のドーピングｐｎ層の少なくともどち
らか一方の層の不純物濃度を段階的に変化させ、バンド
構造が全体的に傾斜し、かつ実効的なバンドギャップを
複数持つようにしたものである。
【０００８】
【作用】本発明は、基本材料に対してアクセプタ元素あ
るいはドナー元素を添加したドーピングｐｎ層の少なく
ともどちらか一方の層の不純物濃度を段階的に変化させ
ることにより、バンド構造を全体的に傾斜させ、更に、
実効的なバンドギャップを複数個形成することができ
る。
るいはドナー元素を添加したドーピングｐｎ層の少なく
ともどちらか一方の層の不純物濃度を段階的に変化させ
ることにより、バンド構造を全体的に傾斜させ、更に、
実効的なバンドギャップを複数個形成することができ
る。
【０００９】
【実施例】以下本発明の各実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１０】図１は本発明の第１実施例を示し、図１
(a)にその物理的構造を示すように、構造的には、電子
の量子力学的性質が現れる厚さ(約10nm)でｐｎ周期構造
を形成したドーピング超格子構造を用いており、ドーピ
ングｎ層１と、ドーピングｐ層２，３，４，５，６の積
層構造になっている。この時のドーピングｎ層の組成と
しては、基本材料として結晶窒化ホウ素(ｃ-ＢＮ)を用
い、これにドナー元素として硅素(Ｓｉ)を添加した層と
なっており、ドーピングｐ層の組成としては、基本材料
として結晶窒化ホウ素を用い、これにアクセプタ元素と
してベリリウム(Ｂｅ)を添加した層となっている。
(a)にその物理的構造を示すように、構造的には、電子
の量子力学的性質が現れる厚さ(約10nm)でｐｎ周期構造
を形成したドーピング超格子構造を用いており、ドーピ
ングｎ層１と、ドーピングｐ層２，３，４，５，６の積
層構造になっている。この時のドーピングｎ層の組成と
しては、基本材料として結晶窒化ホウ素(ｃ-ＢＮ)を用
い、これにドナー元素として硅素(Ｓｉ)を添加した層と
なっており、ドーピングｐ層の組成としては、基本材料
として結晶窒化ホウ素を用い、これにアクセプタ元素と
してベリリウム(Ｂｅ)を添加した層となっている。
【００１１】本実施例においては、この結晶窒化ホウ素
にベリリウムを添加したドーピングｐ層の不純物濃度を
次のように段階的に変化させるものである。例えば、こ
のｐ層における２から６層の不純物濃度(Ｎ(i))を、Ｎ
(2)＜Ｎ(3)＜Ｎ(4)＜Ｎ(5)＜Ｎ(6)のように段階的に変
化させると、そのバンド構造は図１(b)に示すようにな
る。図１(b)中、ＥCはバンド構造における伝導帯の端
部、ＥVは価電子帯の端部、ＥFはフェルミレベル、Ｅg
は本来のバンドギャップ、Ｅg(eff)は実効的なバンドギ
ャップを示しており、このバンドギャップＥg(eff)は、
前記ｐｎ周期構造の領域７から領域11にかけて減少し、
それぞれの領域で吸収されない長波長の光は、それより
バンドギャップＥg(eff)の小さい領域で有効に吸収さ
れ、電子−正孔の対を発生する。また、このバンド構造
は全体的に傾斜しているため、発生した電子−ｅと正孔
＋ｅは図１(b)の矢印で示すようにそれぞれ反対方向に
移動し、結果として変換効率が向上する。
にベリリウムを添加したドーピングｐ層の不純物濃度を
次のように段階的に変化させるものである。例えば、こ
のｐ層における２から６層の不純物濃度(Ｎ(i))を、Ｎ
(2)＜Ｎ(3)＜Ｎ(4)＜Ｎ(5)＜Ｎ(6)のように段階的に変
化させると、そのバンド構造は図１(b)に示すようにな
る。図１(b)中、ＥCはバンド構造における伝導帯の端
部、ＥVは価電子帯の端部、ＥFはフェルミレベル、Ｅg
は本来のバンドギャップ、Ｅg(eff)は実効的なバンドギ
ャップを示しており、このバンドギャップＥg(eff)は、
前記ｐｎ周期構造の領域７から領域11にかけて減少し、
それぞれの領域で吸収されない長波長の光は、それより
バンドギャップＥg(eff)の小さい領域で有効に吸収さ
れ、電子−正孔の対を発生する。また、このバンド構造
は全体的に傾斜しているため、発生した電子−ｅと正孔
＋ｅは図１(b)の矢印で示すようにそれぞれ反対方向に
移動し、結果として変換効率が向上する。
【００１２】図２は本発明の第２実施例を示し、図２
(a)にその物理的構造を示すように、構造的には、電子
の量子力学的性質が現れる厚さ(約10nm)でｐｎ周期構造
を形成したドーピング超格子構造を用いており、ドーピ
ングｐ層12と、ドーピングｎ層13，14，15，16，17の積
層構造になっている。この時のドーピングｐ層の組成と
しては、基本材料として結晶窒化ホウ素を用い、これに
アクセプタ元素としてベリリウムを添加した層となって
おり、ドーピングｎ層の組成としては、基本材料として
結晶窒化ホウ素を用い、これにドナー元素として硅素を
添加した層となっている。
(a)にその物理的構造を示すように、構造的には、電子
の量子力学的性質が現れる厚さ(約10nm)でｐｎ周期構造
を形成したドーピング超格子構造を用いており、ドーピ
ングｐ層12と、ドーピングｎ層13，14，15，16，17の積
層構造になっている。この時のドーピングｐ層の組成と
しては、基本材料として結晶窒化ホウ素を用い、これに
アクセプタ元素としてベリリウムを添加した層となって
おり、ドーピングｎ層の組成としては、基本材料として
結晶窒化ホウ素を用い、これにドナー元素として硅素を
添加した層となっている。
【００１３】本実施例においては、この結晶窒化ホウ素
にドナー元素として硅素を添加したドーピングｎ層の不
純物濃度を次のように段階的に変化させるものである。
例えば、このｎ層における13から17層の不純物濃度(Ｎ
(i))を、Ｎ(13)＜Ｎ(14)＜Ｎ(15)＜Ｎ(16)＜Ｎ(17)のよ
うに段階的に変化させると、そのバンド構造は図２(b)
に示すようになる。図２(b)中、ＥCはバンド構造におけ
る伝導帯の端部、ＥVは価電子帯の端部、ＥFはフェルミ
レベル、Ｅgは本来のバンドギャップ、Ｅg(eff)は実効
的なバンドギャップを示しており、このバンドギャップ
Ｅg(eff)は、前記ｐｎ周期構造の領域18から領域22にか
けて減少し、それぞれの領域で吸収されない長波長の光
は、それよりバンドギャップＥg(eff)の小さい領域で有
効に吸収され、電子−正孔の対を発生する。また、この
バンド構造は全体的に傾斜しているため、発生した電子
−ｅと正孔＋ｅは図２(b)の矢印で示すようにそれぞれ
反対方向に移動し、結果として変換効率が向上する。
にドナー元素として硅素を添加したドーピングｎ層の不
純物濃度を次のように段階的に変化させるものである。
例えば、このｎ層における13から17層の不純物濃度(Ｎ
(i))を、Ｎ(13)＜Ｎ(14)＜Ｎ(15)＜Ｎ(16)＜Ｎ(17)のよ
うに段階的に変化させると、そのバンド構造は図２(b)
に示すようになる。図２(b)中、ＥCはバンド構造におけ
る伝導帯の端部、ＥVは価電子帯の端部、ＥFはフェルミ
レベル、Ｅgは本来のバンドギャップ、Ｅg(eff)は実効
的なバンドギャップを示しており、このバンドギャップ
Ｅg(eff)は、前記ｐｎ周期構造の領域18から領域22にか
けて減少し、それぞれの領域で吸収されない長波長の光
は、それよりバンドギャップＥg(eff)の小さい領域で有
効に吸収され、電子−正孔の対を発生する。また、この
バンド構造は全体的に傾斜しているため、発生した電子
−ｅと正孔＋ｅは図２(b)の矢印で示すようにそれぞれ
反対方向に移動し、結果として変換効率が向上する。
【００１４】なお、前記ドーピングｐｎ層の組成として
は、非常に多くの組合せが考えられるが、前記の実施例
において例示した組合せ以外に、基本材料としてダイヤ
モンド(Ｃ)を用い、アクセプタ元素としてホウ酸(Ｂ)、
ドナー元素として窒素(Ｎ)を用いても、比較的有効に長
波長の光を吸収することができ、変換効率が向上する。
は、非常に多くの組合せが考えられるが、前記の実施例
において例示した組合せ以外に、基本材料としてダイヤ
モンド(Ｃ)を用い、アクセプタ元素としてホウ酸(Ｂ)、
ドナー元素として窒素(Ｎ)を用いても、比較的有効に長
波長の光を吸収することができ、変換効率が向上する。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、以上の実施例から明らかなよ
うに、ｐ層またはｎ層の不純物濃度を段階的に変化させ
ることによって、これら各層が単一の基本材料であるに
もかかわらず複数のバンドギャップを持つ構造にするこ
とができ、また、単一の基本材料であるために、格子定
数の違い等の整合性の問題が発生せず、材料の制限が少
なくなるという効果を有する。
うに、ｐ層またはｎ層の不純物濃度を段階的に変化させ
ることによって、これら各層が単一の基本材料であるに
もかかわらず複数のバンドギャップを持つ構造にするこ
とができ、また、単一の基本材料であるために、格子定
数の違い等の整合性の問題が発生せず、材料の制限が少
なくなるという効果を有する。
【図１】本発明の受光素子の第１実施例を示し、(a)は
その物理的構造図、(b)バンド構造図である。
その物理的構造図、(b)バンド構造図である。
【図２】本発明の受光素子の第２実施例を示し、(a)は
その物理的構造図、(b)バンド構造図である。
その物理的構造図、(b)バンド構造図である。
【図３】従来の受光素子で用いられるタンデム構造の一
例を示し、(a)はその物理的構造図、(b)はバンド構造図
である。
例を示し、(a)はその物理的構造図、(b)はバンド構造図
である。
１，13，14，15，16，17…ｎ層、 ２，３，４，５，
６，12…ｐ層、 ７，８，９，10，11，18，19，20，2
1，22…領域、 ＥC…バンド構造における伝導帯の端
部、 ＥV…価電子帯の端部、 ＥF…フェルミレベル、
Ｅg…本来のバンドギャップ、 Ｅg(eff)…実効的な
バンドギャップ、 ＋ｅ…正孔、 −ｅ…電子。
６，12…ｐ層、 ７，８，９，10，11，18，19，20，2
1，22…領域、 ＥC…バンド構造における伝導帯の端
部、 ＥV…価電子帯の端部、 ＥF…フェルミレベル、
Ｅg…本来のバンドギャップ、 Ｅg(eff)…実効的な
バンドギャップ、 ＋ｅ…正孔、 −ｅ…電子。
Claims (2)
- 【請求項１】 電子の量子力学的性質が現れる厚さでｐ
ｎ周期構造を形成し、かつ単一基本材料で構成されたド
ーピング超格子構造の半導体よりなる受光素子であっ
て、基本材料に対してアクセプタ元素あるいはドナー元
素を添加した前記超格子を構成する複数のドーピングｐ
層あるいはドーピングｎ層の少なくともどちらか一方の
層の不純物濃度を段階的に変化させたことを特徴とする
受光素子。 - 【請求項２】 基本材料としてダイヤモンドあるいは結
晶窒化ホウ素を用いたことを特徴とする請求項１記載の
受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14772295A JP3620749B2 (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14772295A JP3620749B2 (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098342A true JPH098342A (ja) | 1997-01-10 |
| JP3620749B2 JP3620749B2 (ja) | 2005-02-16 |
Family
ID=15436706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14772295A Expired - Fee Related JP3620749B2 (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3620749B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6803597B2 (en) | 2002-04-23 | 2004-10-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device using graded multi quantum barrier |
-
1995
- 1995-06-14 JP JP14772295A patent/JP3620749B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6803597B2 (en) | 2002-04-23 | 2004-10-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device using graded multi quantum barrier |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3620749B2 (ja) | 2005-02-16 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041109 |
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| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041112 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |