(57)【要約】【課題】変換効率を向上することができる化合物半導体太陽電池を提供する。【解決手段】第１の光電変換セルと第２の光電変換セルと第３の光電変換セルとをこの順序で備え、第３の光電変換セルは、第１の化合物半導体層と、第２の化合物半導体層とを含み、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギは、第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きく、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下である化合物半導体太陽電池である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光電変換セルと、
前記第１の光電変換セル上に設けられた第２の光電変換セルと、
前記第２の光電変換セル上に設けられた第３の光電変換セルとを備え、
第３の光電変換セルは、第１の化合物半導体層と、第２の化合物半導体層とを含み、
前記第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギは、前記第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きく、
前記第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと前記第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下である、化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記第１の化合物半導体層がＡｌＩｎＧａＰ層であり、前記第２の化合物半導体層がＩｎＧａＰ層である、請求項１に記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記第１の化合物半導体層がＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層であり、前記第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層である、請求項１に記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
２°以下のオフ角を設けたｐ型Ｇｅ基板の（１００）面上にｎ型ＩｎＧａＰ核形成層を形成した後にｎ型Ｇｅ層を形成することによって第１の光電変換セルを形成する工程と、第１の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、第２の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程と、を含み、
前記第１の化合物半導体層がＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層であり、前記第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層である、化合物半導体太陽電池の製造方法。
【請求項５】
２°以下のオフ角を設けたｐ型ＧａＡｓ基板の（１００）面上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程と、前記第３の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、前記第２の光電変換セル上に第１の光電変換セルを形成する工程と、を含み、
前記第１の化合物半導体層がＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層であり、前記第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層である、化合物半導体太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成された化合物半導体太陽電池（たとえば特許文献１等参照。）は、高変換効率である特長を生かして宇宙用あるいは集光用として用いられている。
【０００３】
図１０に、従来の３接合型化合物半導体太陽電池の模式的な断面図を示す。図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池は、ｐ型Ｇｅ基板１０１上に、ｎ型Ｇｅ層１０２、ｎ型ＩｎＧａＰ核形成層１０３（厚さ０．０２μｍ）、ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層１０４（厚さ０．０８μｍ）、ｎ++型ＧａＡｓ層１０５（厚さ０．０２μｍ）、ｐ++型ＧａＡｓ層１０６（厚さ０．０２μｍ）、ｐ+型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層１０７（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層１０８（厚さ３μｍ）、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層１０９（厚さ０．１μｍ）、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層１１０（厚さ０．０１μｍ）、ｎ++型ＩｎＧａＰ層１１１（厚さ０．０２μｍ）、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２（厚さ０．０２μｍ）、ｐ+型ＡｌＩｎＰからなるベース層１１３（厚さ０．１μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＰ層１１４（厚さ０．７μｍ）、ｎ型ＩｎＧａＰ層１１５（厚さ０．０５μｍ）、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層１１６（厚さ０．０３μｍ）およびｎ型ＧａＡｓ層１１７（厚さ０．５μｍ）が順次積層された構成を有している。
【０００４】
また、ｎ型ＧａＡｓ層１１７の表面上には上部電極２０２が設けられており、ｐ型Ｇｅ基板１０１の裏面上には下部電極２０１が設けられている。また、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層１１６の表面上においてｎ型ＧａＡｓ層１１７が形成されていない部分には、反射防止膜２０３が形成されている。
【０００５】
ｎ型Ｇｅ層１０２は、ｎ型ＩｎＧａＰ核形成層１０３からリン原子が拡散することによって形成され、ｎ型Ｇｅ層１０２の厚さは０．１μｍ程度となる。また、ｐ型Ｇｅ基板１０１とｎ型Ｇｅ層１０２とからボトムセル１０が形成されている。
【０００６】
また、ｎ++型ＧａＡｓ層１０５とｐ++型ＧａＡｓ層１０６とからトンネル接合層４０ａが形成されている。
【０００７】
また、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層１０８およびｎ型ＩｎＧａＡｓ層１０９からミドルセル２０が形成されている。
【０００８】
また、ｎ++型ＩｎＧａＰ窓層１１１とｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２とからトンネル接合層４０ｂが形成されている。
【０００９】
また、ｐ型ＩｎＧａＰ層１１４およびｎ型ＩｎＧａＰ層１１５からトップセル３０が形成されている。
【００１０】
図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池を集光用に設計した場合、すなわちＡＭ１．５の太陽光スペクトルに最適になるように、各層の厚さおよびキャリア濃度を最適に設計した場合には、１ＳＵＮで３１％の変換効率を示し、１０００倍集光で４０％程度の変換効率を示す。
【００１１】
図１１に、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す。図１１に示す分光感度特性によれば、集光時のＡＭ１．５の太陽光スペクトルの下では、トップセル３０、ミドルセル２０およびボトムセル１０で発生可能な電流量の比は、それぞれ、１．０１、１．００および１．７０程度であるため、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の電流量はミドルセル２０で発生した電流量に律速される。
【００１２】
そこで、ミドルセルで発生可能な電流量を増加させるための技術としては、たとえば非特許文献１に、ＧａＡｓ層からなるミドルセルに、ＩｎＡｓ量子ドット層、またはＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸層を挿入することによって、長波長側の量子効率を上げる試みが提案されている。これによれば、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池のミドルセルで発生可能な電流量を３％程度増加することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−３１２０１７号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Yunpeng Wang et al., “A Superlattice Solar Cell With Enhanced Short-Circuit Current and Minimized Drop in Open-Circuit Voltage”, IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, VOL.2, No.3, JULY 2012, pp.387 to 392
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記の非特許文献１に記載の方法を導入して作製された図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池において、トップセル３０、ミドルセル２０およびボトムセル１０で発生可能な電流量の比は、それぞれ、１．０１、１．０３および１．６７程度となり、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の電流量は今度はトップセル３０で発生した電流量に律速されることになる。また、上記の非特許文献１に記載の方法を導入してミドルセル２０の長波長側の量子効率を上げた場合には、同時にミドルセル２０の開放電圧がわずかに減少するため、３接合型化合物半導体太陽電池全体の変換効率は、１０００倍集光で４０．２％程度となり、０．２％程度増加するのみである。
【００１６】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、変換効率を向上することができる化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１の光電変換セルと、第１の光電変換セル上に設けられた第２の光電変換セルと、第２の光電変換セル上に設けられた第３の光電変換セルとを備え、第３の光電変換セルは、第１の化合物半導体層と、第２の化合物半導体層とを含み、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギは、第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きく、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下である化合物半導体太陽電池である。このような構成とすることにより、変換効率が向上した化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００１８】
また、本発明は、２°以下のオフ角を設けたｐ型Ｇｅ基板の（１００）面上にｎ型ＩｎＧａＰ核形成層を形成した後にｎ型Ｇｅ層を形成することによって第１の光電変換セルを形成する工程と、第１の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、第２の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程と、を含み、第１の化合物半導体層がＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層であり、第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層である化合物半導体太陽電池の製造方法である。このような構成とすることにより、第３の光電変換セルの長波長側の分光感度を増大させて、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量を増加させることができる。
【００１９】
さらに、本発明は、２°以下のオフ角を設けたｐ型ＧａＡｓ基板の（１００）面上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程と、第３の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、第２の光電変換セル上に第１の光電変換セルを形成する工程と、を含み、第１の化合物半導体層がＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層であり、第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層である化合物半導体太陽電池の製造方法である。このような構成とすることにより、第３の光電変換セルの長波長側の分光感度を増大させて、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、変換効率を向上することができる化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図である。
【図２】実施の形態１の化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す図である。
【図３】実施の形態２の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図である。
【図４】実施の形態２の化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す図である。
【図５】実施の形態２の化合物半導体太陽電池におけるトップセルの電流増加率と、Ｇｅ基板のオフ角度との関係とを示す図である。
【図６】実施の形態３の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図である。
【図７】実施の形態３の化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程を図解する模式的な断面図である。
【図８】実施の形態３の化合物半導体太陽電池の製造方法の一例の製造工程を図解する模式的な断面図である。
【図９】実施の形態３の化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す図である。
【図１０】従来の３接合型化合物半導体太陽電池の模式的な断面図である。
【図１１】図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２３】
本発明の化合物半導体太陽電池は、第１の光電変換セルと、第１の光電変換セル上に設けられた第２の光電変換セルと、第２の光電変換セル上に設けられた第３の光電変換セルとを備え、第３の光電変換セルは、第１の化合物半導体層と、第２の化合物半導体層とを含み、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギは、第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きく、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下である。このような構成を有する本発明の化合物半導体太陽電池は、後述する実施の形態にて立証されるように、変換効率が向上する。
【００２４】
また、本発明の化合物半導体太陽電池において、第２の光電変換セルは、第３の化合物半導体層と、第４の化合物半導体層とを含み、第３の化合物半導体層のバンドギャップエネルギは、第４の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きく、第３の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第４の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下であることが好ましい。この場合にも、本発明の化合物半導体太陽電池の変換効率が向上する。
【００２５】
また、本発明の化合物半導体太陽電池において、第１の光電変換セルを構成する半導体のバンドギャップエネルギは、１．１ｅＶ以下であることが好ましく、１．０５ｅＶ以下であることがより好ましい。第１の光電変換セルを構成する半導体のバンドギャップエネルギが１．１ｅＶ以下である場合、特に１．０５ｅＶ以下である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量が大きくなる傾向にある。
【００２６】
第１の光電変換セルを構成する半導体としては、特に制限されるものではないが、たとえば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮ、またはＩｎＧａＡｌＡｓＮなどの半導体を挙げることができる。なかでも、構成する元素の数が最も少なく、形成時の材料供給を制御しやすいという理由からは、第１の光電変換セルを構成する半導体としてはＩｎＧａＡｓを用いることが好ましい。ここで、第１の光電変換セルを構成する化合物半導体としてＩｎＧａＡｓを用いる場合には、第１の光電変換セルを構成する化合物半導体のバンドギャップエネルギが１．１ｅＶ以下となるように、Ｉｎ（インジウム）とＧａ（ガリウム）との組成比を適宜設定することが可能である。また、第１の光電変換セルを構成する半導体として、ＩｎＧａＡｓのような、ＧａＡｓ基板およびＧｅ基板に格子整合しない半導体を用いる場合には、これらの基板上に、格子不整合を緩和するバッファ層を介して第１の光電変換セルが形成されていることが好ましい。また、本発明の第１の光電変換セルを構成する半導体としてＧｅを用いることもでき、この場合には、第１の光電変換セルを構成する半導体のバンドギャップエネルギは０．６７ｅＶ程度になる。なお、第１の光電変換セルを構成する半導体は、たとえばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などにより形成することができる。
【００２７】
第１の光電変換セルの厚さは、特に制限されないが、１．５μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましい。第１の光電変換セルの厚さが１．５μｍ以上である場合、特に２μｍ以上である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量が大きくなる傾向にある。また、第１の光電変換セルの厚さが４．５μｍ以下である場合、特に４μｍ以下である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の開放電圧が大きくなる傾向にある。
【００２８】
また、第２の光電変換セルに含まれる第３の化合物半導体層としては、特に制限されるものではないが、たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓなどを挙げることができる。なかでも、構成する元素の数が少なく形成時の材料の供給を制御し易く、また、ＧａＡｓ基板およびＧｅ基板に格子整合する化合物半導体であるという理由からは、第３の化合物半導体層としては、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓを用いることが好ましい。ここで、第３の化合物半導体層としてＩｎＧａＡｓを用いる場合にはＧｅ基板と格子整合するように、ＩｎとＧａとの組成比を適宜設定することが可能である。また、第２の光電変換セルに、第３の化合物半導体層のバンドギャップよりわずかに低いバンドギャップの第４の化合物半導体層（第３の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第４の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下）として、ＩｎＡｓ量子ドットを添加した層、および／または、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ量子井戸層などを導入することによって、第２の光電変換セルの長波長側の量子効率を上げることも可能である。なお、第２の半導体光電変換セルに含まれる第３の化合物半導体層および第４の化合物半導体層は、たとえばＭＯＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００２９】
第２の光電変換セルの厚さは特に制限されないが、１．５μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。第２の光電変換セルの厚さが１．５μｍ以上である場合、特に２μｍ以上である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量が大きくなる傾向にある。また、第２の光電変換セルの厚さが４．５μｍ以下である場合、特に４μｍ以下である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の開放電圧が大きくなる傾向にある。
【００３０】
また、第３の光電変換セルに含まれる第１の化合物半導体層としては、特に制限されるものではないが、たとえば、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮなどを挙げることができる。なかでも、結晶成長しやすい化合物半導体であるという理由からは、第１の化合物半導体層としては、ＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＧａＰを用いることが好ましい。ここで、第１の化合物半導体層として、ＡｌＩｎＧａＰを用いる場合には、ＧａＡｓなどの半導体基板に格子整合するように、ＡｌとＩｎとＧａとの組成比を適宜設定することが可能である。また、この場合には、第３の光電変換セルに、第１の化合物半導体層のバンドギャップよりわずかに低いバンドギャップの第２の化合物半導体層（第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下）として、ＩｎＧａＰ層などを導入することによって、第３の光電変換セルの長波長側の量子効率を上げることも可能である。第１の化合物半導体層としてＳｂを添加したＩｎＧａＰ層を用い、ＧａＡｓなどの半導体基板に格子整合するように、ＩｎとＧａとの組成比を適宜設定することが可能である。この場合、第１の化合物半導体層のバンドギャップよりわずかに低いバンドギャップの第２の化合物半導体層（第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下）として、Ｓｂを添加しないＩｎＧａＰ層を、第３の光電変換セルに導入することによって、第３の光電変換セルの長波長側の量子効率を上げることも可能である。
【００３１】
第３の光電変換セルの厚さは特に制限されないが、０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、０．７μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。第３の光電変換セルの厚さが０．５μｍ以上である場合、特に０．７μｍ以上である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量が大きくなる傾向にある。また、第３の光電変換セルの厚さが２μｍ以下である場合、特に１．５μｍ以下である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の開放電圧が大きくなる傾向にある。
【００３２】
第３の光電変換セルの第２の化合物半導体層の厚さは、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましい。第３の光電変換セルの第２の化合物半導体層の厚さが、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である場合には、本発明の化合物半導体太陽電池の開放電圧の低下が少なくなり、短絡電流量が大きくなる傾向にある。
【００３３】
本発明の化合物半導体太陽電池の製造方法の第１の態様においては、２°以下のオフ角を設けたｐ型Ｇｅ基板の（１００）面上にｎ型ＩｎＧａＰ核形成層を形成した後にｎ型Ｇｅ層を形成することによって第１の光電変換セルを形成する工程と、第１の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、第２の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程とを含み、第３の光電変換セルの第１の化合物半導体層をＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層とし、第３の光電変換セルの第２の化合物半導体層をＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層としている。これにより、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギを第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きくすることによって、Ｓｂが添加されていないＩｎＧａＰ層のみから第３の光電変換セルを作製した場合と比較して、第３の光電変換セルの長波長側の分光感度を増大させて、化合物半導体太陽電池の短絡電流量を増加させることができる。
【００３４】
本発明の化合物半導体太陽電池の製造方法の第２の態様においては、２°以下のオフ角を設けたｐ型ＧａＡｓ基板の（１００）面上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程と、第３の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、第２の光電変換セル上に第１の光電変換セルを形成する工程とを含むが、第３の光電変換セルの第１の化合物半導体層をＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層とし、第３の光電変換セルの第２の化合物半導体層をＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層としている。これにより、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギを第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きくすることによって、Ｓｂが添加されていないＩｎＧａＰ層のみから第３の光電変換セルを作製した場合と比較して、第３の光電変換セルの長波長側の分光感度を増大させて、化合物半導体太陽電池の短絡電流量を増加させることができる。
【００３５】
図１に、本発明の化合物半導体太陽電池の一例である実施の形態１の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図を示す。実施の形態１の化合物半導体太陽電池は、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池と比較して、ミドルセル２０のｐ型ＩｎＧａＡｓベース層１０８（厚さ３μｍ）の下にｐ型ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ量子井戸層１０８ａが形成されている点、トップセル３０のエミッタ層がｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１１５ａ（厚さ０．０５μｍ；ＩＩＩ族原子全体に対するＡｌの組成比０．０５）で形成されており、トップセル３０のベース層がｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１１４ａ（厚さ２．５μｍ；ＩＩＩ族原子全体に対するＡｌの組成比０．０５）とｐ型ＩｎＧａＰ層１１４ｂ（厚さ０．１μｍ）との２層で形成されている点で異なっている。なお、トップセル３０のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１１４ａのバンドギャップエネルギとｐ型ＩｎＧａＰ層１１４ｂのバンドギャップエネルギとの差の絶対値は０．０５ｅＶ以下である。また、ミドルセル２０のｐ型ＩｎＧａＡｓベース層１０８のバンドギャップエネルギとｐ型ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ量子井戸層１０８ａのバンドギャップエネルギとの差の絶対値は０．０５ｅＶ以下である。
【００３６】
図２に、図１に示す実施の形態１の化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す。図２に示す実施の形態１の化合物半導体太陽電池の分光感度特性は、図１１に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の分光感度特性と比較して、トップセル３０の短波長側の感度が向上している点、トップセル３０とミドルセル２０の長波長側に肩状に感度特性の向上が見られる点、およびボトムセル１０の短波長側の特性が落ちている点で異なっている。
【００３７】
図２に示す分光感度特性によれば、集光時のＡＭ１．５の太陽光スペクトルの下では、実施の形態１の化合物半導体太陽電池のトップセル３０、ミドルセル２０およびボトムセル１０で発生可能な電流量の比は、それぞれ、１．０４、１．０３および１．６７程度となる。そのため、実施の形態１の化合物半導体太陽電池においては、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池と比較して、３％程度の短絡電流量の増加が見込まれる。
【００３８】
また、実施の形態１の化合物半導体太陽電池においては、１０００倍集光時に４１．０％の変換効率を示した。この値が、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の４０．０％の変換効率から短絡電流量が３％増加した場合に期待できる変換効率である４１．２％に及んでいないのは、実施の形態１の化合物半導体太陽電池の開放電圧が若干低下したためであると考えられる。
【００３９】
図３に、本発明の化合物半導体太陽電池の他の一例である実施の形態２の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図を示す。実施の形態２の化合物半導体太陽電池は、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池と比較して、ミドルセル２０のｐ型ＩｎＧａＡｓベース層１０８（厚さ３μｍ）の下にＩｎＡｓ量子ドットが添加されたｐ型ＧａＡｓベース層１０８ｂが形成されている点、トップセル３０のエミッタ層をＳｂが添加されたｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層１１５ｂ（厚さ０．０５μｍ）で形成されており、トップセル３０のベース層をＳｂが添加されたｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｃ（厚さ０．７μｍ）とＳｂが添加されていないｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｄ（厚さ０．１μｍ）との２層で形成されている点で異なっている。また、実施の形態２の化合物半導体太陽電池には、オフ角が設けられていない（１００）面を有するＧｅ基板１０１が用いられている。なお、トップセル３０のＳｂが添加されたｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｃのバンドギャップエネルギとＳｂが添加されていないｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｄのバンドギャップエネルギとの差の絶対値は０．０５ｅＶ以下である。また、ミドルセル２０のｐ型ＩｎＧａＡｓベース層１０８のバンドギャップエネルギとＩｎＡｓ量子ドットが添加されたｐ型ＧａＡｓベース層１０８ｂのバンドギャップエネルギとの差の絶対値は０．０５ｅＶ以下である。
【００４０】
図４に、図３に示す実施の形態２の化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す。図３に示す実施の形態２の化合物半導体太陽電池の分光感度特性は、図１１に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の分光感度特性と比較して、トップセル３０とミドルセル２０の長波長側に肩状に感度特性の向上が見られる点、およびボトムセル１０の短波長側の特性が落ちている点で異なっている。
【００４１】
図４に示す分光感度特性によれば、集光時のＡＭ１．５の太陽光スペクトルの下では、実施の形態２の化合物半導体太陽電池のトップセル３０、ミドルセル２０およびボトムセル１０で発生可能な電流量の比は、それぞれ、１．０４、１．０２および１．６７程度となる。そのため、実施の形態２の化合物半導体太陽電池においては、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池と比較して、２％程度の短絡電流量の増加が見込まれる。
【００４２】
また、実施の形態２の化合物半導体太陽電池においては、１０００倍集光時に４０．６％の変換効率を示した。この値が、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池の４０．０％の変換効率から短絡電流量が２％増加した場合に期待できる変換効率である４０．８％に及んでいないのは、実施の形態２の化合物半導体太陽電池の開放電圧が若干低下したためであると考えられる。
【００４３】
図４に示すように、トップセル３０の分光感度において長波長側に感度が見られるのはＳｂが添加されていないｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｄからの寄与であることがわかる。これは、トップセル３０のｐ型ＩｎＧａＰベース層をＳｂを添加したものだけで形成した場合には、図４で見られたトップセル３０の長波長側の感度が消滅することにより確認されたことによるものである。ｐ型ＩｎＧａＰベース層にＳｂが添加された場合には、自然超格子の形成が抑えられるためトップセル３０のバンドギャップは結晶学的に予測される値を採り得るが、ｐ型ＩｎＧａＰベース層にＳｂを添加しない場合には自然超格子が形成されるためバンドギャップが小さくなると考えられる。
【００４４】
長波長側の感度があることによるトップセル３０の電流増加率は約４％であったが、Ｇｅ基板１０１のオフ角度を変化させた際の電流増加率を調べたところ、図５に示すような結果が得られた。すなわち、Ｇｅ基板１０１のオフ角度が２°より大きくなった場合にはトップセル３０の電流増加率が低下した。たとえば、Ｇｅ基板１０１に５°のオフ角度を設けた場合にはトップセル３０の電流増加率はゼロであった。これは、このときの分光感度特性において長波長側の感度が見られなかったことに対応しており、Ｇｅ基板１０１のオフ角度が大きくなるとＳｂを添加しないｐ型ＩｎＧａＰベース層であっても自然超格子が形成されにくくなるためと考えられる。
【００４５】
図６に、本発明の化合物半導体太陽電池の他の一例である実施の形態３の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図を示す。実施の形態３の化合物半導体太陽電池は、実施の形態２の化合物半導体太陽電池と比較して、主に、ボトムセル１０がＧａＡｓに対して約２％の格子不整合率を有するＩｎＧａＡｓ（バンドギャップ１．０ｅＶ）で形成されている点、ボトムセル１０とミドルセル２０との間には格子不整合を徐々に緩和するＩｎＧａＰバッファ層５０が形成されている点、ミドルセル２０がｎ型ＧａＡｓエミッタ層３０９、ｐ型ＧａＡｓベース層３０８およびＩｎＡｓ量子ドットが添加されたｐ型ＧａＡｓベース層１０８ｂで形成されている点で異なっている。なお、トップセル３０のＳｂが添加されたｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｃのバンドギャップエネルギとＳｂが添加されていないｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｄのバンドギャップエネルギとの差の絶対値は０．０５ｅＶ以下である。また、ミドルセル２０のｐ型ＧａＡｓベース層３０８のバンドギャップエネルギとＩｎＡｓ量子ドットが添加されたｐ型ＧａＡｓベース層１０８ｂのバンドギャップエネルギとの差の絶対値は０．０５ｅＶ以下である。
【００４６】
図６に示す実施の形態３の化合物半導体太陽電池は、たとえば以下のようにして製造される。まず、図７の模式的断面図に示すように、オフ角度を有しない直径５０ｍｍの（１００）面を有するＧａＡｓ基板１３０をＭＯＣＶＤ装置内に設置する。
【００４７】
次に、このＧａＡｓ基板１３０上に、ＧａＡｓと選択エッチングが可能なｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層１３１、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１１７およびｎ型ＡｌＩｎＰ窓層１１６を成長させる。
【００４８】
次に、ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層１１６上に、Ｓｂが添加されたｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層１１５ｂ、Ｓｂが添加されたｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｃ、Ｓｂが添加されていないｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｄおよびｐ+型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１１３をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層１１５ｂ、Ｓｂが添加されたｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｃ、およびＳｂが添加されていないｐ型ＩｎＧａＰベース層１１４ｄからトップセル３０が形成される。
【００４９】
次に、ｐ+型ＡｌＩｎＰからなるＢＳＦ層１１３上に、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｎ++型ＩｎＧａＰ層１１１をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。これにより、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層１１２およびｎ++型ＩｎＧａＰ層１１１からトンネル接合層４０ｂが形成される。
【００５０】
次に、ｎ++型ＩｎＧａＰ層１１１上に、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層１１０、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層３０９、ｐ型ＧａＡｓベース層３０８、ＩｎＡｓ量子ドットを添加したｐ型ＧａＡｓベース層１０８ｂ、およびｐ+型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層１０７をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。これにより、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層３０９、ｐ型ＧａＡｓベース層３０８およびＩｎＡｓ量子ドットを添加したｐ型ＧａＡｓベース層１０８ｂからミドルセル２０が形成される。
【００５１】
次に、ｐ+型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層１０７上に、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層３０６およびｎ++型ＩｎＧａＰ層３０５をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。これにより、ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層３０６およびｎ++型ＩｎＧａＰ層３０５からトンネル接合層４１ａが形成される。
【００５２】
次に、ｎ++型ＩｎＧａＰ層３０５上に、ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層５１、ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層５２、ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層５３、ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層５４、ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層５５、ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層５６、ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層５７、ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層５８、ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層５９およびｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層６０をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。これらの層により、ミドルセル２０と次に成長するボトムセル１０との約２％の格子不整合を緩和するためのバッファ層５０が形成される。
【００５３】
次に、ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層３０上に、ｎ型ＩｎＧａＰ窓層３０４、ｎ型ＩｎＧａＡｓエミッタ層３０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓベース層３０２、ｐ型ＩｎＧａＰからなるＢＳＦ層３０１およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３００をこの順にＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＧａＡｓエミッタ層３０３およびｐ型ＩｎＧａＡｓベース層３０２からボトムセル１０が形成される。
【００５４】
ここで、ＧａＡｓの形成にはＡｓＨ3（アルシン）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、ＩｎＧａＰの形成にはＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用い、ＩｎＧａＡｓの形成にはＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用い、ＡｌＩｎＰの形成にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用い、ＡｌＧａＡｓの形成には、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いることができる。
【００５５】
その後、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３００の表面上に、たとえばＡｕ（たとえば厚さ０．１μｍ）／Ａｇ（たとえば厚さ３μｍ）の積層体からなる金属層２１０により支持基板２１１を貼り付ける。
【００５６】
次に、図８の模式的断面図に示すように、ＧａＡｓ基板１３０をアルカリ水溶液にてエッチングした後に、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層１３１を酸水溶液にてエッチングする。
【００５７】
次に、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１１７上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１１７の一部をアルカリ水溶液を用いたエッチングにより除去する。そして、残されたｎ型ＧａＡｓコンタクト層１１７の表面上に再度フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、抵抗加熱蒸着装置およびＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いて、図６に示すように、たとえばＡｕＧｅ（１２％）（たとえば厚さ０．１μｍ）／Ｎｉ（たとえば厚さ０．０２μｍ）／Ａｕ（たとえば厚さ０．１μｍ）／Ａｇ（たとえば厚さ５μｍ）の積層体からなる上部電極２０２を形成し、支持基板２１１上にも同様の下部電極２０１を形成する。
【００５８】
次に、メサエッチングパターンを形成した後、アルカリ水溶液および酸溶液を用いてメサエッチングを行なう。そして、ＥＢ蒸着法により、たとえばＴｉＯ2膜（たとえば厚さ５５ｎｍ）とＡｌ2Ｏ3膜（たとえば厚み８５ｎｍ）との積層体を形成して反射防止膜２０３を形成する。これにより、化合物半導体太陽電池の受光面が化合物半導体の成長方向と反対側に位置する実施の形態３の化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００５９】
図９に、図６に示す実施の形態３の化合物半導体太陽電池の分光感度特性を示す。実施の形態３の化合物半導体太陽電池の分光感度特性は、図２および図４に示される実施の形態１および２の化合物半導体太陽電池の分光感度特性と比較して、ボトムセル１０の吸収端が１３５０ｎｍ付近にある点が異なっている。
【００６０】
図９に示す分光感度特性によれば、集光時のＡＭ１．５の太陽光スペクトルの下では、実施の形態３の化合物半導体太陽電池のトップセル３０、ミドルセル２０およびボトムセル１０で発生可能な電流量の比は、それぞれ、１．０４、１．０２および１．０３程度となり、これらのセル間で電流量の整合が取れるため、図１０に示す従来の３接合型化合物半導体太陽電池と比較して、２％程度の短絡電流量の増加と、０．３３Ｖ程度の開放電圧の増加とが見込まれる。
【００６１】
また、実施の形態３の化合物半導体太陽電池においては、１０００倍集光時に４３．５％の変換効率を示した。
【００６２】
上述したように、本発明の化合物半導体太陽電池によれば、トップセルで発生可能な電流量を増大させることができるため、特に集光時の変換効率を向上することができる。
【００６３】
本発明は、第１の光電変換セルと、第１の光電変換セル上に設けられた第２の光電変換セルと、第２の光電変換セル上に設けられた第３の光電変換セルとを備え、第３の光電変換セルは、第１の化合物半導体層と、第２の化合物半導体層とを含み、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギは、第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりもわずかに大きく、第１の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第２の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下である化合物半導体太陽電池である。このような構成とすることにより、変換効率が向上した化合物半導体太陽電池を得ることができる。
【００６４】
ここで、本発明の化合物半導体太陽電池においては、第１の化合物半導体層がＡｌＩｎＧａＰ層であり、第２の化合物半導体層がＩｎＧａＰ層であることが好ましい。このような構成とすることにより、第３の光電変換セルの長波長側の量子効率を上げることができる。
【００６５】
また、本発明の化合物半導体太陽電池においては、第１の化合物半導体層がＳｂ（アンチモン）が添加されたＩｎＧａＰ層であり、第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層であることが好ましい。このような構成とすることにより、第３の光電変換セルの長波長側の量子効率を上げることができる。
【００６６】
また、本発明の化合物半導体太陽電池においては、第２の化合物半導体層の厚さが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、本発明の化合物半導体太陽電池の開放電圧の低下を少なくすることができるとともに、短絡電流量を大きくすることができる。
【００６７】
また、本発明の化合物半導体太陽電池において、第２の光電変換セルは、第３の化合物半導体層と、第４の化合物半導体層とを含み、第３の化合物半導体層のバンドギャップエネルギは、第４の化合物半導体層のバンドギャップエネルギよりも大きく、第３の化合物半導体層のバンドギャップエネルギと第４の化合物半導体層のバンドギャップエネルギとの差の絶対値が０．０５ｅＶ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、第２の光電変換セルの長波長側の量子効率を上げることができる。
【００６８】
また、本発明の化合物半導体太陽電池においては、第３の化合物半導体層がＧａＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ層であり、第４の化合物半導体層がＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ量子井戸層、またはＩｎＡｓ量子ドットを添加したＧａＡｓ層であることが好ましい。このような構成とすることにより、第２の光電変換セルの長波長側の量子効率を上げることができる。
【００６９】
また、本発明の化合物半導体太陽電池においては、第１の光電変換セルを構成する半導体のバンドギャップエネルギが１．１ｅＶ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量が大きくなる傾向にある。
【００７０】
また、本発明の化合物半導体太陽電池において、第１の光電変換セルを構成する半導体は、ＧｅまたはＩｎＧａＡｓであることが好ましい。このような構成とすることにより、第１の光電変換セルを構成する半導体のバンドギャップエネルギを１．１ｅＶ以下とすることができるため、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量が大きくなる傾向にある。
【００７１】
また、本発明は、２°以下のオフ角を設けたｐ型Ｇｅ基板の（１００）面上にｎ型ＩｎＧａＰ核形成層を形成した後にｎ型Ｇｅ層を形成することによって第１の光電変換セルを形成する工程と、第１の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、第２の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程と、を含み、第１の化合物半導体層がＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層であり、第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層である化合物半導体太陽電池の製造方法である。このような構成とすることにより、第３の光電変換セルの長波長側の分光感度を増大させて、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量を増加させることができる。
【００７２】
さらに、本発明は、２°以下のオフ角を設けたｐ型ＧａＡｓ基板の（１００）面上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とからなるベース層を含む第３の光電変換セルを形成する工程と、第３の光電変換セル上にバンドギャップエネルギが互いに異なる第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層とからなるベース層を含む第２の光電変換セルを形成する工程と、第２の光電変換セル上に第１の光電変換セルを形成する工程と、を含み、第１の化合物半導体層がＳｂが添加されたＩｎＧａＰ層であり、第２の化合物半導体層がＳｂが添加されていないＩｎＧａＰ層である化合物半導体太陽電池の製造方法である。このような構成とすることにより、第３の光電変換セルの長波長側の分光感度を増大させて、本発明の化合物半導体太陽電池の短絡電流量を増加させることができる。
【００７３】
また、本発明の化合物半導体太陽電池の製造方法は、第２の光電変換セルを形成する工程と第１の光電変換セルを形成する工程との間に、化合物半導体バッファ層を形成する工程をさらに含むことが好ましい。このような構成とすることにより、変換効率を向上することができる本発明の化合物半導体太陽電池を作製することができる。
【００７４】
また、本発明の化合物半導体太陽電池の製造方法は、ｐ型ＧａＡｓ基板を除去する工程をさらに含むことが好ましい。このような構成とすることにより、変換効率を向上することができる本発明の化合物半導体太陽電池を作製することができる。
【００７５】
また、本発明の化合物半導体太陽電池の製造方法は、第１の光電変換セルと前記第２の光電変換セルとの間に第１のトンネル接合層を形成する工程と、第２の光電変換セルと第３の光電変換セルとの間に第２のトンネル接合層を形成する工程とをさらに含むことが好ましい。このような構成とすることにより、変換効率を向上することができる本発明の化合物半導体太陽電池を作製することができる。
【００７６】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００７７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０  ボトムセル、２０  ミドルセル、３０  トップセル、４０ａ，４０ｂ，４１ａ  トンネル接合層、５０  ＩｎＧａＰバッファ層、５１  ｎ+型Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ層、５２  ｎ型Ｉｎ0.51Ｇａ0.49Ｐ層、５３  ｎ型Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ｐ層、５４  ｎ型Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ｐ層、５５  ｎ型Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ｐ層、５６  ｎ型Ｉｎ0.67Ｇａ0.33Ｐ層、５７  ｎ型Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ層、５８  ｎ型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｐ層、５９  ｎ型Ｉｎ0.79Ｇａ0.21Ｐ層、６０  ｎ型Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ｐ層、１０１  ｐ型Ｇｅ基板、１０２  ｎ型Ｇｅ層、１０３  ｎ型ＩｎＧａＰ核形成層、１０４  ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層、１０５  ｎ++型ＧａＡｓ層、１０６  ｐ++型ＧａＡｓ層、１０７  ＢＳＦ層、１０８  ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、１０８ａ  ｐ型ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ量子井戸層、１０８ｂ  ＩｎＡｓ量子ドットが添加されたｐ型ＧａＡｓベース層、１０９  ｎ型ＩｎＧａＡｓ層、１１０  ｎ型ＩｎＧａＰ窓層、１１１  ｎ++型ＩｎＧａＰ層、１１２  ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層、１１３  ベース層、１１４  ｐ型ＩｎＧａＰ層、１１４ａ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層、１１４ｂ  ｐ型ＩｎＧａＰ層、１１４ｃ  Ｓｂが添加されたｐ型ＩｎＧａＰベース層、１１４ｄ  Ｓｂが添加されていないｐ型ＩｎＧａＰベース層、１１５  ｎ型ＩｎＧａＰ層、１１５ａ  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層、１１５ｂ  Ｓｂが添加されたｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層、１１６  ｎ型ＡｌＩｎＰ窓層、１１７  ｎ型ＧａＡｓ層、１３０  ＧａＡｓ基板、１３１  エッチングストップ層、２０１  下部電極、２０２  上部電極、２０３  反射防止膜、２１０  金属層、２１１  支持基板、３００  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、３０１  ＢＳＦ層、３０２  ｐ型ＩｎＧａＡｓベース層、３０３  ｎ型ＩｎＧａＡｓエミッタ層、３０４  ｎ型ＩｎＧａＰ窓層、３０５  ｎ++型ＩｎＧａＰ層、３０６  ｐ++型ＡｌＧａＡｓ層、３０８  ｐ型ＧａＡｓベース層、３０９  ｎ型ＧａＡｓエミッタ層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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