JPS6195576A - ヘテロ接合超格子構造を用いた高効率の高起電力光電池素子 - Google Patents
ヘテロ接合超格子構造を用いた高効率の高起電力光電池素子Info
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- JPS6195576A JPS6195576A JP59216049A JP21604984A JPS6195576A JP S6195576 A JPS6195576 A JP S6195576A JP 59216049 A JP59216049 A JP 59216049A JP 21604984 A JP21604984 A JP 21604984A JP S6195576 A JPS6195576 A JP S6195576A
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Classifications
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ノー−のｐ山分デ
本発明は、結晶又は非晶質半導体から成るヘテロ接合超
格子構造を用いた光電池に関し、更に詳しく言えば光生
成された電子と正孔が空間的に異なる層を走行するヘテ
ロ接合超格子構造を用いた高起′１Ｆ力光′心地素子に
関し、特に光を効率よく吸収するために光の入射側から
１１り厚方向に禁制帯幅を狭くした高効率の高起電力光
電池素子に関するものである。
格子構造を用いた光電池に関し、更に詳しく言えば光生
成された電子と正孔が空間的に異なる層を走行するヘテ
ロ接合超格子構造を用いた高起′１Ｆ力光′心地素子に
関し、特に光を効率よく吸収するために光の入射側から
１１り厚方向に禁制帯幅を狭くした高効率の高起電力光
電池素子に関するものである。
【１立丑ｊ
太陽光線を利用し得るエネルギ源として幅広い用途を有
する太陽電池、即ち光電池の開発が近年一段と盛んに行
なわれている。
する太陽電池、即ち光電池の開発が近年一段と盛んに行
なわれている。
一般に光電池は、Ｓｌ、Ｇｅ及びＧａＡｓなどノ１．結
晶、又はＣｄＳｅ−５ｅ及びＣｕｚＳ−ＣｄＳのような
多結晶から成る半導体を使用し、ｐｎ接合、ｐｉｎｉ合
又は・＼テロ接合にて構成される。又、最近は、 １ｌ
Ｊｒる結晶半導体に比較し膜厚をＩＸζくすることがで
きるとか、製造が容易で生産性が良いという理由から非
晶質半導体１例えば水素化アモルファスＳ ｉ （ａ−
Ｓ ｉ ＋Ｈ）やアモルファスＳ ｉＧｅ （ａ−Ｓｉ
Ｇｅ ：Ｈ）がｔＩ％膜光電池材料として注目を浴び、
ｐｉｎｉ合構造にて作成されている。
晶、又はＣｄＳｅ−５ｅ及びＣｕｚＳ−ＣｄＳのような
多結晶から成る半導体を使用し、ｐｎ接合、ｐｉｎｉ合
又は・＼テロ接合にて構成される。又、最近は、 １ｌ
Ｊｒる結晶半導体に比較し膜厚をＩＸζくすることがで
きるとか、製造が容易で生産性が良いという理由から非
晶質半導体１例えば水素化アモルファスＳ ｉ （ａ−
Ｓ ｉ ＋Ｈ）やアモルファスＳ ｉＧｅ （ａ−Ｓｉ
Ｇｅ ：Ｈ）がｔＩ％膜光電池材料として注目を浴び、
ｐｉｎｉ合構造にて作成されている。
ｄｌｉが ′ しようとしてい １１３′ へ結晶半導
体を使用した光電池は、例えばノ＾本的なｐｎ接合光電
池にて理解されるように、入射光により励起されたギヤ
１ノアの中の少数キャリアであるＰ影領域の電子がｎ影
領域に、ｎ影領域の正孔がＰ影領域へと移動し、内領域
間に電位差（高起１［力）を発生するものであるが、い
ずれの光電池においても′遊子、正孔対は活性領域の同
一空間に形成されるために再結合が容易に行なわれ、即
ち再結合損失か大きく、変換効率の向上には限界かあっ
た。
体を使用した光電池は、例えばノ＾本的なｐｎ接合光電
池にて理解されるように、入射光により励起されたギヤ
１ノアの中の少数キャリアであるＰ影領域の電子がｎ影
領域に、ｎ影領域の正孔がＰ影領域へと移動し、内領域
間に電位差（高起１［力）を発生するものであるが、い
ずれの光電池においても′遊子、正孔対は活性領域の同
一空間に形成されるために再結合が容易に行なわれ、即
ち再結合損失か大きく、変換効率の向上には限界かあっ
た。
水素化アモルファスＳｉ光電池は結晶Ｓｉ光電池に比較
し、ｌ／１００以下の厚さをもつ薄膜にて結晶Ｓｉ光電
池と同程度の変換効率を得ることかできると思われるが
、水素化アモルファスＳｉのような非晶質半導体におい
ては、禁市帯中に多くの局在準位を有し且つ光励起され
たキャリアの移動度か小であるためその場で光励起され
た電子・止孔対が再結合してしまい、初期に考えられた
稈の変換効率を得ることはできなかった。
し、ｌ／１００以下の厚さをもつ薄膜にて結晶Ｓｉ光電
池と同程度の変換効率を得ることかできると思われるが
、水素化アモルファスＳｉのような非晶質半導体におい
ては、禁市帯中に多くの局在準位を有し且つ光励起され
たキャリアの移動度か小であるためその場で光励起され
た電子・止孔対が再結合してしまい、初期に考えられた
稈の変換効率を得ることはできなかった。
このように現在使用又は提案されている光電池は、効率
が低くその用途が限定されており 光電池の利用範囲を
より広範なものとするために、よす高起電力をイｉした
高効率の光電池の開発がん求されている。
が低くその用途が限定されており 光電池の利用範囲を
より広範なものとするために、よす高起電力をイｉした
高効率の光電池の開発がん求されている。
間ｌｆｆ１占 るための １
本発明者は、従来の光電池を改良した。ヘテロ接合超格
子構造を有する高効率の光電池素子を前に提案した。つ
まり、この光電池素子は、禁制９１７幅の異なる二種類
の半導体の薄膜を交互に積層した多層ヘテロ接合から成
り且つ電子と正札に封するポテンシャル井戸が同一層に
存在せず隣接する層に存在するようにした超格子構造に
て活性領域を形成し、該活性領域で光生成された電子と
正孔をそれぞれ異なった層を通して取り出すように各層
を並列態様で電極にて挟持して成ることを特徴とする高
起電力光電池素子である。
子構造を有する高効率の光電池素子を前に提案した。つ
まり、この光電池素子は、禁制９１７幅の異なる二種類
の半導体の薄膜を交互に積層した多層ヘテロ接合から成
り且つ電子と正札に封するポテンシャル井戸が同一層に
存在せず隣接する層に存在するようにした超格子構造に
て活性領域を形成し、該活性領域で光生成された電子と
正孔をそれぞれ異なった層を通して取り出すように各層
を並列態様で電極にて挟持して成ることを特徴とする高
起電力光電池素子である。
断る光電池素子は、光によって励起された電子及び正孔
か超格子構造の空間的に異なる層に閉じ込められそして
取り出されるために、キャリのノ１命が大幅に増大し、
キャリアの再結合を抑制できる。また超格子のポテンシ
ャル井戸層にあるキャリアは、二次元キャリアカスとな
るため、その移動度が大幅に向上する。その結果キャリ
アは活性層を効率よく走行するので高い光起電力が得ら
れるという特徴を有する。
か超格子構造の空間的に異なる層に閉じ込められそして
取り出されるために、キャリのノ１命が大幅に増大し、
キャリアの再結合を抑制できる。また超格子のポテンシ
ャル井戸層にあるキャリアは、二次元キャリアカスとな
るため、その移動度が大幅に向上する。その結果キャリ
アは活性層を効率よく走行するので高い光起電力が得ら
れるという特徴を有する。
本発明者は、斯るヘテロ接合超格子構造を有した光電池
素子を更に改良し、より高効率の光電池素子を提供せん
とするものである。
素子を更に改良し、より高効率の光電池素子を提供せん
とするものである。
本発明者は、ヘテロ接合超格子構造の光電池素子の研究
を東ねた結果、ヘテロ接合超格子構造を、禁制帯幅が光
の入射側から膜厚方向に狭くなるように構成することに
よって光の吸収が効率よく行なわれ、光電池素子の効率
を向上せしめ得ることを見出した９本発明は斯る新規な
知見に基づきなされたものである。
を東ねた結果、ヘテロ接合超格子構造を、禁制帯幅が光
の入射側から膜厚方向に狭くなるように構成することに
よって光の吸収が効率よく行なわれ、光電池素子の効率
を向上せしめ得ることを見出した９本発明は斯る新規な
知見に基づきなされたものである。
未発明を要約すると、本発明に係る高起電力光°ｉ［他
素子は、禁制帯幅の異なる半４体の薄膜を、光の入射側
から膜厚方向に禁制帯幅が狭くなるように積層した多層
ヘテロ接合から成り且つ電子と正札に対するポテンシャ
ル井戸が同一層に存在せず隣接する層に存在するように
した超格子構造にて活性領域を形成し、該活性領域で光
生成された電子と正孔をそれぞれ異なった層を通して取
り出すように各層を並列態様で電極にて挟持して成るこ
とを特徴とする。
素子は、禁制帯幅の異なる半４体の薄膜を、光の入射側
から膜厚方向に禁制帯幅が狭くなるように積層した多層
ヘテロ接合から成り且つ電子と正札に対するポテンシャ
ル井戸が同一層に存在せず隣接する層に存在するように
した超格子構造にて活性領域を形成し、該活性領域で光
生成された電子と正孔をそれぞれ異なった層を通して取
り出すように各層を並列態様で電極にて挟持して成るこ
とを特徴とする。
次に、図面を参照して本発明に係る高起電力光電池素子
の構造について更に詳しく説明する。
の構造について更に詳しく説明する。
第１図は、本発明に係る光電池素子１の構造を概略示す
ものである。光電池素子ｌは、絶縁性基板２と絶縁層４
とによって挟持された超格子構造６を具備する。絶縁性
基板２は、例えばガラス板のような透明基板とすること
ができ、又絶縁層４は例えば窒化シリコン薄ｆｌＱとさ
れる。この場合には光は絶縁層４側から入射されるが、
絶縁性）、（板２側から光の入射を所望する場合には、
絶縁層４は例えば（Ａ Ｉ／Ｓ １３ＮＪ ２層構造）
にて形成することができる。ここでＡｔ膜は絶縁性基板
２側からの入射光を反射させる役目をする。
ものである。光電池素子ｌは、絶縁性基板２と絶縁層４
とによって挟持された超格子構造６を具備する。絶縁性
基板２は、例えばガラス板のような透明基板とすること
ができ、又絶縁層４は例えば窒化シリコン薄ｆｌＱとさ
れる。この場合には光は絶縁層４側から入射されるが、
絶縁性）、（板２側から光の入射を所望する場合には、
絶縁層４は例えば（Ａ Ｉ／Ｓ １３ＮＪ ２層構造）
にて形成することができる。ここでＡｔ膜は絶縁性基板
２側からの入射光を反射させる役目をする。
超格子構造６は、絶縁性基板２及び絶縁、脅４に対し平
行となるように禁制帯の幅の異なる半導体のｒ’Ｖ膜が
積層されたヘテロ接合にて構成される。
行となるように禁制帯の幅の異なる半導体のｒ’Ｖ膜が
積層されたヘテロ接合にて構成される。
」二足入射の場合にはヘテロ接合の１６様は、第２図及
び第３図にエネルギバンド図が示されるように禁制帯幅
を除々に狭くして行く構造（第２図）又は入射り部と入
射下部との禁制帯幅を段階的に減少せしめた構造（第３
図）のいずれかとすることができる。
び第３図にエネルギバンド図が示されるように禁制帯幅
を除々に狭くして行く構造（第２図）又は入射り部と入
射下部との禁制帯幅を段階的に減少せしめた構造（第３
図）のいずれかとすることができる。
本発明に従ったＦ２超格子構造６のヘテロ接合態様の一
実施態様は表１に示す通りとされる。又、各層の膜厚は
５００ス以′Ｆ、積層される層数は非晶質半導体では全
体の膜厚が ０．７〜１．０μｍとなるように、結晶半
導体では 数μｍ〜３００ ｐｍとなるように決められ
る。
実施態様は表１に示す通りとされる。又、各層の膜厚は
５００ス以′Ｆ、積層される層数は非晶質半導体では全
体の膜厚が ０．７〜１．０μｍとなるように、結晶半
導体では 数μｍ〜３００ ｐｍとなるように決められ
る。
表 １
ト記表１から分かるように、超格子構造６の薄膜の積層
態様は光の入射側から（６ａ−６ｂ −６ｃｍ６ｄ）−
（６ａ−６ｂ−６ｃｍ６ｄ）−（繰り返し） ・・・
（６ｅ−６ｆ−６ｇ−６ｈ）−（６ｅ−６ｆ−６ｇ−
６ｈ）−（繰り返し）・・−・の順に積層される。従っ
て、第１図にて光が絶縁層４側より入射される場合には
図示されるように絶縁層４側から（６ａ−６ｂ−６ｃｍ
６ｄ）−・−（６ｅ−６ｆ−６ｇ−６ｈ） ・・拳と
積層されるが、光が絶縁性基板２側より入射される場合
には各６１膜の積層態様は第１図の図示態様とは逆に絶
縁性基板２側より、即ち、第１図で下層側より（６ａ−
６ｂ−６ｃｍ６ｄ） ・・・ （６ｅ −６ｆ−６ｇ
−６ｈ） ・・・の順に積層される。これは短波長光
が狭いエネルギギャップの膜を通過し得ないためである
。
態様は光の入射側から（６ａ−６ｂ −６ｃｍ６ｄ）−
（６ａ−６ｂ−６ｃｍ６ｄ）−（繰り返し） ・・・
（６ｅ−６ｆ−６ｇ−６ｈ）−（６ｅ−６ｆ−６ｇ−
６ｈ）−（繰り返し）・・−・の順に積層される。従っ
て、第１図にて光が絶縁層４側より入射される場合には
図示されるように絶縁層４側から（６ａ−６ｂ−６ｃｍ
６ｄ）−・−（６ｅ−６ｆ−６ｇ−６ｈ） ・・拳と
積層されるが、光が絶縁性基板２側より入射される場合
には各６１膜の積層態様は第１図の図示態様とは逆に絶
縁性基板２側より、即ち、第１図で下層側より（６ａ−
６ｂ−６ｃｍ６ｄ） ・・・ （６ｅ −６ｆ−６ｇ
−６ｈ） ・・・の順に積層される。これは短波長光
が狭いエネルギギャップの膜を通過し得ないためである
。
又、結晶半導体を使用した場合には、 ＩｎｘＧａ＋
−ｘＡｓはＧａＡｓよりエネルギギャップが小さくな
ければならない。
−ｘＡｓはＧａＡｓよりエネルギギャップが小さくな
ければならない。
Ｌ述した超格子構造６は第３図に示すエネルギバンド図
を示すものであるが、各層の材料、Ｉｌ’２ Ｊ’Ｊ等
を適当に選びそして組合せることによって第２図に示す
エネルギバンド図を有した超格子構造をも作成し得る。
を示すものであるが、各層の材料、Ｉｌ’２ Ｊ’Ｊ等
を適当に選びそして組合せることによって第２図に示す
エネルギバンド図を有した超格子構造をも作成し得る。
上記のようにして構成される超格子構造６はその両側面
に、即ち各層に対し直交する態様にて電極８及び１０が
接続される。このとき、超格子構造の幅Ｗはキャリアの
拡散長程度の幅とされ、従って非晶質半導体の場合には
数ｕＬｍから数百μｍ程度であり、又結晶半導体の場合
には数百ルｍから数ｍｍ程度とされる。
に、即ち各層に対し直交する態様にて電極８及び１０が
接続される。このとき、超格子構造の幅Ｗはキャリアの
拡散長程度の幅とされ、従って非晶質半導体の場合には
数ｕＬｍから数百μｍ程度であり、又結晶半導体の場合
には数百ルｍから数ｍｍ程度とされる。
電極８及び１０は井戸層の小さい方の禁制帯幅と同じ禁
制帯幅をもつｎ＋層及びバリア層に用いる大きい方の禁
制帯幅と同じか、これよりわずかに高い禁制帯幅をもつ
、ｐ＋層（第４図）、ｎ・層及びショットキー接触金属
（白金、パラジウムなど）、（第５図）又はオーミック
接触金に１にクロムなど）及びｐ＋層（図示せず）とす
ることができる。
制帯幅をもつｎ＋層及びバリア層に用いる大きい方の禁
制帯幅と同じか、これよりわずかに高い禁制帯幅をもつ
、ｐ＋層（第４図）、ｎ・層及びショットキー接触金属
（白金、パラジウムなど）、（第５図）又はオーミック
接触金に１にクロムなど）及びｐ＋層（図示せず）とす
ることができる。
」−記の如くに構成される光電池素子ｌのエネルギバン
ド図は第２図及び第３図に示されるが、該エネルキへン
ト図から理解されるように、光の入射側から膜厚方向へ
と禁制帯幅が狭くなっているために光が効率よく吸収さ
れ、又このようにして絶縁性基板２又は絶縁層４側から
光が入射すると超格子構造内に生成した電子と正孔は超
格子構造活性領域にて異なった層を移動し、電極にて有
効に取り出され、両電極間に電位差が発生する。
ド図は第２図及び第３図に示されるが、該エネルキへン
ト図から理解されるように、光の入射側から膜厚方向へ
と禁制帯幅が狭くなっているために光が効率よく吸収さ
れ、又このようにして絶縁性基板２又は絶縁層４側から
光が入射すると超格子構造内に生成した電子と正孔は超
格子構造活性領域にて異なった層を移動し、電極にて有
効に取り出され、両電極間に電位差が発生する。
本発明に係る高起電力素子１は、第４図及び第５図に図
示されるように、同一基板上に一括して製作し、ｐ？ｅ
ｉｏ、ｎ＋層８をもつｐ ＋ ｉｎ ＋型の各素子１を
金属１２にて直列に接続するか、或いはショットキー電
極１０とｎ＋又はオーミック金属電極８を有するショッ
トキー型の高起電力の高効率光電池を製造することがで
きる。又、必要な電流看に応じてこれらの素子の並列接
続を併ｊ 用することもできる。
示されるように、同一基板上に一括して製作し、ｐ？ｅ
ｉｏ、ｎ＋層８をもつｐ ＋ ｉｎ ＋型の各素子１を
金属１２にて直列に接続するか、或いはショットキー電
極１０とｎ＋又はオーミック金属電極８を有するショッ
トキー型の高起電力の高効率光電池を製造することがで
きる。又、必要な電流看に応じてこれらの素子の並列接
続を併ｊ 用することもできる。
笈ムｊ
透明カラス基板をプラズマＣＶＤ装置内の基板′電極（
接地電位にある）ホルダ上にセットし、装置内を真空度
ｔｏ−’Ｔｏｒｒまで排気する。この間ノＳ板温度を２
７０°Ｃに上昇保持する０次に装置内へＳｉＨ４カスを
毎分１００ｃｃ及び １０３ｐ ｐｍＰＨ１カスを含む
Ｈｚカスを毎分１ｃｃ導入し、圧力が０．３Ｔｏｒｒに
なるように真空ポンプの排気速度を調節して容器内圧力
を一定にする。つづいて、高周波電圧（１３，５６ＭＨ
２）を基板電極に対向する平行平板電極に印加しく放電
′ｌシカ１０ワット）プラズマを発生させて微量のＰＨ
３ガスを含むＳｉＨ＋ガスを放電分解し約１分間で７０
大のａ−Ｓｉ：Ｈ４９７層を成長させる０次に放電を一
度とめて、ＰＨ３カスを止め、ＳｉＨ＋ガスの流量を５
０ ｃ ｃ ／ ｍ ｉ ｎに減少させ、同時にＧ ｅ
Ｆ ４カス５４） ｃ ｃ ／ ｍ ｉ ｎを導入す
る。続いて同じく約１分間の放電で７０λのａ−５１Ｇ
ｅｘ ：Ｈ（ｘ＝ １）井戸層を成長する。
接地電位にある）ホルダ上にセットし、装置内を真空度
ｔｏ−’Ｔｏｒｒまで排気する。この間ノＳ板温度を２
７０°Ｃに上昇保持する０次に装置内へＳｉＨ４カスを
毎分１００ｃｃ及び １０３ｐ ｐｍＰＨ１カスを含む
Ｈｚカスを毎分１ｃｃ導入し、圧力が０．３Ｔｏｒｒに
なるように真空ポンプの排気速度を調節して容器内圧力
を一定にする。つづいて、高周波電圧（１３，５６ＭＨ
２）を基板電極に対向する平行平板電極に印加しく放電
′ｌシカ１０ワット）プラズマを発生させて微量のＰＨ
３ガスを含むＳｉＨ＋ガスを放電分解し約１分間で７０
大のａ−Ｓｉ：Ｈ４９７層を成長させる０次に放電を一
度とめて、ＰＨ３カスを止め、ＳｉＨ＋ガスの流量を５
０ ｃ ｃ ／ ｍ ｉ ｎに減少させ、同時にＧ ｅ
Ｆ ４カス５４） ｃ ｃ ／ ｍ ｉ ｎを導入す
る。続いて同じく約１分間の放電で７０λのａ−５１Ｇ
ｅｘ ：Ｈ（ｘ＝ １）井戸層を成長する。
この操作をくり返して下層のａ−Ｓｉ：Ｈ／ａ−３１Ｇ
ｅｘ ： Ｈ（ｘ＝ １）超格子が作られる。この合計
厚さが約０．４μｍ形成された後に、禁制帯幅のより広
い超格子構造を作る。即ちアンｌ” −プａ−Ｓｉ：Ｈ
層形成後、１００ｃｃ／ｍｉ ｎｆｆ１流入するＳｉＨ
４ガスに４０ｃｃ／ｍｉｎのＮＨ３カス及び３０００
ｐ ｐｍ＋７）ＰＨ３ガスを含むＨこガス（毎分１ｃｃ
）を混合し放電分解により１分間で約７５入ノａ−Ｓｉ
Ｎｘ ： Ｈ（ｘ＝０ 、４）バリア層を形成する０次
に一度放電を止めて、ＰＨ３ガスを含むＨｚガス及びＮ
Ｈ３ガスを止めてＳｉＨ４（流：ｊ４］、 ＯＯｃ ｃ
／ ｍ ｉ ｎ ）だけを流入させ再び１分間放電分
解し７０人のａ−Ｓｉ：Ｈ井戸層を形成する。この操作
をくり返し全体の膜厚が１鉢口となったら、最後にａ−
ＳｉＮｘ：Ｈ（ｘ＝０．４）バリア層形成後、ＳｉＨガ
スとＮＨ３カスをモル比１・２で混合し窒化シリコン（
Ｓｉ３Ｎ４）絶縁膜を形成し保護膜とする。次にこの超
格子構造を化学エツチングによりパターニングして、活
性層の右側をフォトレジストで被Ｙｖシ、左側にＰ＋層
を形成する。これはＳｉＨ＋：ＮＨ３：ＢｚＨ，＝ｌ：
０．４：０．１のモル比で上記と同じ条件（前流着１０
０ ｃ ｃ ／ ｍ ｉ ｎ、ＦｅＤｏ、３Ｔｏｒｒ、
放電電力１０ワツト）でｐ” ａ−ＳｉＮｘ：Ｈ層を形
成する。次に右側のレジストを除去しＰ＋層をレジスト
でおおって、右側に３分間で２１０＾のｎ１層を形成す
る。
ｅｘ ： Ｈ（ｘ＝ １）超格子が作られる。この合計
厚さが約０．４μｍ形成された後に、禁制帯幅のより広
い超格子構造を作る。即ちアンｌ” −プａ−Ｓｉ：Ｈ
層形成後、１００ｃｃ／ｍｉ ｎｆｆ１流入するＳｉＨ
４ガスに４０ｃｃ／ｍｉｎのＮＨ３カス及び３０００
ｐ ｐｍ＋７）ＰＨ３ガスを含むＨこガス（毎分１ｃｃ
）を混合し放電分解により１分間で約７５入ノａ−Ｓｉ
Ｎｘ ： Ｈ（ｘ＝０ 、４）バリア層を形成する０次
に一度放電を止めて、ＰＨ３ガスを含むＨｚガス及びＮ
Ｈ３ガスを止めてＳｉＨ４（流：ｊ４］、 ＯＯｃ ｃ
／ ｍ ｉ ｎ ）だけを流入させ再び１分間放電分
解し７０人のａ−Ｓｉ：Ｈ井戸層を形成する。この操作
をくり返し全体の膜厚が１鉢口となったら、最後にａ−
ＳｉＮｘ：Ｈ（ｘ＝０．４）バリア層形成後、ＳｉＨガ
スとＮＨ３カスをモル比１・２で混合し窒化シリコン（
Ｓｉ３Ｎ４）絶縁膜を形成し保護膜とする。次にこの超
格子構造を化学エツチングによりパターニングして、活
性層の右側をフォトレジストで被Ｙｖシ、左側にＰ＋層
を形成する。これはＳｉＨ＋：ＮＨ３：ＢｚＨ，＝ｌ：
０．４：０．１のモル比で上記と同じ条件（前流着１０
０ ｃ ｃ ／ ｍ ｉ ｎ、ＦｅＤｏ、３Ｔｏｒｒ、
放電電力１０ワツト）でｐ” ａ−ＳｉＮｘ：Ｈ層を形
成する。次に右側のレジストを除去しＰ＋層をレジスト
でおおって、右側に３分間で２１０＾のｎ１層を形成す
る。
これはＳｉＨ４：ＧｅＦ−＋ ：ＰＨ３＝ｌ ： １
：０２１のモル比の混合ガスを上記と同じ条件で３分
間２４０スのｎ＋層を成長する０以上の工程により第４
図に示す構造の高起電力素子を得た。この場合素子の幅
はＩμｍとした。得られた解放電圧は０．７５ボルトと
既存ｃ７）ａ−ＳｉＧｅ ：Ｈ太陽電池より大きく、短
絡光ＴＬ流も１４ ｍ Ａ ／ ｃゴと従来素子と比べ
て劣らない特長を示した。
：０２１のモル比の混合ガスを上記と同じ条件で３分
間２４０スのｎ＋層を成長する０以上の工程により第４
図に示す構造の高起電力素子を得た。この場合素子の幅
はＩμｍとした。得られた解放電圧は０．７５ボルトと
既存ｃ７）ａ−ＳｉＧｅ ：Ｈ太陽電池より大きく、短
絡光ＴＬ流も１４ ｍ Ａ ／ ｃゴと従来素子と比べ
て劣らない特長を示した。
ｉ１立Ａ」
以上の如くに構成される本発明に係る光電よ子は、電子
と正孔が空間的に異なる層を走行するためにキャリアの
寿命を増大させてキャリアの再結合確立を減少すること
ができ、更にはキャリアが二次元キャリアガス状態とな
るため移動度が著しく向上するため、活性層中のキャリ
アの走行が高効率に行なわれる。また禁制帯幅を膜厚方
向に狭くすることにより光が効率よく超格子構造、即ち
活性領域に吸収されるために高起電力を高効率で得るこ
とができるという利益を有する。
と正孔が空間的に異なる層を走行するためにキャリアの
寿命を増大させてキャリアの再結合確立を減少すること
ができ、更にはキャリアが二次元キャリアガス状態とな
るため移動度が著しく向上するため、活性層中のキャリ
アの走行が高効率に行なわれる。また禁制帯幅を膜厚方
向に狭くすることにより光が効率よく超格子構造、即ち
活性領域に吸収されるために高起電力を高効率で得るこ
とができるという利益を有する。
第１図は、本発明に係る光電池素子の構造の概略断面図
である。 ：ＪＳＺ図及び第３図は、本発明に係る光電池素子のエ
ネルギバンド図である。 第４図及び第５図は、本発明に係る光電池素子にて作成
された高起電力光電池の実施態様を示す概略断面図であ
る。 １：光電池素子 ２：絶縁性基板 ４：絶縁層 ６：超格子構造 ８．１０：電極 ＼ノへ。 ノ′＼ノー Ａ″″０ ＋ 曳伊千磐−Ｔ″、ｈ℃嗜
１７．１’Ｅ ｆ’７ 昭和６１年 １月１３日 特許庁Ｌ（官 字 賀 道 部 殿 ｌ ・バ拌の表示 昭和５９年特許願：ｆＳ２１６０
４９号２ 発明の名称 ヘテロ接合超格子構造を用い
た高効率の高起Ｉ［力先電池素子 ３ ４１）ｉ正をする者 １￥件との関係 特許出願火 柱 所 広島市中区白島中町６−４−４０１氏 名
廣 瀬 全 孝 ４ 代理人 〒１０５ 住 所 東京都港区新橋５丁目１４番２号鈴エビル５階
（上詰 ４５９−８３０９）５１正の対象 別紙の通り 、ノ（−）「発明
の詳細な説明」を次のように補正する。 （１）明細書第１６頁第２行の「２７０℃」を「２５０
℃」に訂正する。
である。 ：ＪＳＺ図及び第３図は、本発明に係る光電池素子のエ
ネルギバンド図である。 第４図及び第５図は、本発明に係る光電池素子にて作成
された高起電力光電池の実施態様を示す概略断面図であ
る。 １：光電池素子 ２：絶縁性基板 ４：絶縁層 ６：超格子構造 ８．１０：電極 ＼ノへ。 ノ′＼ノー Ａ″″０ ＋ 曳伊千磐−Ｔ″、ｈ℃嗜
１７．１’Ｅ ｆ’７ 昭和６１年 １月１３日 特許庁Ｌ（官 字 賀 道 部 殿 ｌ ・バ拌の表示 昭和５９年特許願：ｆＳ２１６０
４９号２ 発明の名称 ヘテロ接合超格子構造を用い
た高効率の高起Ｉ［力先電池素子 ３ ４１）ｉ正をする者 １￥件との関係 特許出願火 柱 所 広島市中区白島中町６−４−４０１氏 名
廣 瀬 全 孝 ４ 代理人 〒１０５ 住 所 東京都港区新橋５丁目１４番２号鈴エビル５階
（上詰 ４５９−８３０９）５１正の対象 別紙の通り 、ノ（−）「発明
の詳細な説明」を次のように補正する。 （１）明細書第１６頁第２行の「２７０℃」を「２５０
℃」に訂正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）禁制帯幅の異なる半導体の薄膜を、光の入射側から
膜厚方向に禁制帯幅が狭くなるように積層した多層ヘテ
ロ接合から成り且つ電子と正孔に対するポテンシャル井
戸が同一層に存在せず隣接する層に存在するようにした
超格子構造にて活性領域を形成し、該活性領域で光生成
された電子と正孔をそれぞれ異なつた層を通して取り出
すように各層を並列態様で電極にて挟持して成ることを
特徴とする高起電力光電池素子。 ２）禁制帯幅の大きい薄膜はバリア層であり、禁制帯幅
の小さい薄膜は井戸層である特許請求の範囲第１項記載
の高起電力光電池素子。 ３）薄膜は非晶質半導体から成る特許請求の範囲第２項
記載の高起電力光電池素子。 ４）井戸層はａ−Ｓｉ：Ｈであり、バリア層はａ−Ｓｉ
Ｎ＿ｘ：Ｈ又は、ａ−ＳｉＣ＿ｘ：Ｈである特許請求の
範囲第３項記載の高起電力光電池素子。 ５）井戸層はａ−ＳｉＧｅ＿ｘ：Ｈであり、バリア層は
ａ−ＳｉＮ＿ｘ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ＿ｘ：Ｈ又はａ−Ｓｉ
：Ｈである特許請求の範囲第３項記載の高起電力光電池
素子。 ６）禁制帯幅の広い超格子は井戸層がａ−Ｓｉ：Ｈで、
バリア層がａ−ＳｉＮ＿ｘ：Ｈであつて、禁制帯幅の狭
い超格子は井戸層がａ−ＳｉＧｅ＿ｘ：Ｈで、バリア層
はａ−Ｓｉ：Ｈにて形成されて成る特許請求の範囲第３
項記載の高起電力光電池素子。 ７）ａ−ＳｉＮ＿ｘ：Ｈはｘ＝０．４であり、ａ−Ｓｉ
Ｇｅ＿ｘ：Ｈはｘ＝１である特許請求の範囲第６項記載
の高起電力光電池素子。 ８）超格子構造の全膜厚は０．７μｍ〜１．０μｍであ
り、バリア層及び井戸層の各膜厚は５００Å以下である
特許請求の範囲第３項〜第７項のいずれかの項に記載の
高起電力光電池素子。 ９）禁制帯幅の広い超格子の全膜厚は０．４μｍであり
、禁制帯幅の狭い超格子の全膜厚は０．６μｍである特
許請求の範囲第６項記載の高起電力光電池素子。 １０）超格子構造の幅ｗは数μｍ〜数百μｍである特許
請求の範囲第８項又は第９項記載の高起電力光電池素子
。 １１）薄膜は結晶半導体から成る特許請求の範囲第２項
記載の高起電力光電池素子。 １２）井戸層はＧａＡｓ、バリア層はＡｌ＿ｘＧａ＿１
＿−＿ｘＡｓである特許請求の範囲第１１項記載の高起
電力光電池素子。 １３）井戸層はＩｎ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓであり、
バリア層はＧａＡｓである特許請求の範囲第１１項記載
の高起電力光電池素子。 １４）禁制帯幅の広い超格子は井戸層がＧａＡｓで、バ
リア層がＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓであつて、禁制
帯幅の狭い超格子は井戸層がＩｎ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘ
Ａｓで、バリア層はＧａＡｓにて形成されて成る特許請
求の範囲第１１項記載の高起電力光電池素子。 １５）超格子構造の全膜厚は数μｍ〜３００μｍであり
、バリア層及び井戸層の各膜厚は５００Å以下である特
許請求の範囲第１１項〜第１４項のいずれかの項に記載
の高起電力光電池素子。 １６）超格子構造の幅ｗは数百μｍ〜数ｍｍである特許
請求の範囲第１５項記載の高起電力光電池素子。 １７）電極はｎ＾＋層とｐ＾＋層である特許請求の範囲
第１項記載の高起電力光電池素子。 １８）ｎ＾＋層はａ−ＳｉＧｅ＿ｘ：Ｈ（ｘ＝１）であ
り、ｐ＾＋層はａ−ＳｉＮ＿ｘ：Ｈ（ｘ＝０．４）であ
る特許請求の範囲第１７項記載の高起電力光電池素子。 １９）電極はショットキー接触金属とｎ＾＋層である特
許請求の範囲第１項記載の高起電力光電池素子。 ２０）ショットキー接触金属は白金及びパラジウムであ
り、ｎ＾＋層はａ−ＳｉＧｅ＿ｘ：Ｈ（ｘ＝１）である
特許請求の範囲第１９項記載の高起電力光電池素子。 ２１）電極はオーミック接触金属とｐ＾＋層である特許
請求の範囲第１項記載の高起電力光電池素子２２）オー
ミック接触金属はニクロムであり、ｐ＾＋層はａ−Ｓｉ
Ｎ＿ｘ：Ｈ（ｘ＝０．４）である特許請求の範囲第２１
項記載の高起電力光電池素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216049A JPS6195576A (ja) | 1984-10-17 | 1984-10-17 | ヘテロ接合超格子構造を用いた高効率の高起電力光電池素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216049A JPS6195576A (ja) | 1984-10-17 | 1984-10-17 | ヘテロ接合超格子構造を用いた高効率の高起電力光電池素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6195576A true JPS6195576A (ja) | 1986-05-14 |
Family
ID=16682477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59216049A Pending JPS6195576A (ja) | 1984-10-17 | 1984-10-17 | ヘテロ接合超格子構造を用いた高効率の高起電力光電池素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6195576A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4775876A (en) * | 1987-09-08 | 1988-10-04 | Motorola Inc. | Photon recycling light emitting diode |
| JP2012094588A (ja) * | 2010-10-25 | 2012-05-17 | Sharp Corp | 太陽電池 |
| JP2013046000A (ja) * | 2011-08-26 | 2013-03-04 | Toyota Motor Corp | 量子ドット配列材料並びにこれを用いた光電変換素子及び波長変換素子 |
| WO2017159281A1 (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | 太陽電池 |
-
1984
- 1984-10-17 JP JP59216049A patent/JPS6195576A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4775876A (en) * | 1987-09-08 | 1988-10-04 | Motorola Inc. | Photon recycling light emitting diode |
| JP2012094588A (ja) * | 2010-10-25 | 2012-05-17 | Sharp Corp | 太陽電池 |
| JP2013046000A (ja) * | 2011-08-26 | 2013-03-04 | Toyota Motor Corp | 量子ドット配列材料並びにこれを用いた光電変換素子及び波長変換素子 |
| WO2017159281A1 (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | 太陽電池 |
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