(57)【要約】【課題】新規の直接遷移型の半導体物質を用いたデバイスなどの提供。【解決手段】  直接遷移型ＧｅＳ層状半導体である半導体物質を含有するデバイスであって、  前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上長いデバイスである。【選択図】図３
2018129392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接遷移型ＧｅＳ層状半導体である半導体物質を含有するデバイスであって、
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上長いことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上６％以下長い請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ０）とが、下記式（Ｉｘ）を満たす関係にある請求項１から２のいずれかに記載のデバイス。
−５％≦〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００≦５％    ・・・式（Ｉｘ）
【請求項４】
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ０）とが、下記式（Ｉｚ）を満たす関係にある請求項１から３のいずれかに記載のデバイス。
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦４％    ・・・式（Ｉｚ）
【請求項５】
前記半導体物質が、下記式（１）〜（６）を満たす（ただし、下記式（７）の範囲を除く）請求項１から４のいずれかに記載のデバイス。
−５％≦εｘ≦５％                                ・・・式（１）
２％≦εｙ≦５％                                  ・・・式（２）
−５％≦εｚ≦４εｙ−１１％  （２％≦εｙ＜３％のとき）・・・式（３）
−５％≦εｚ≦εｙ−２％      （３％≦εｙ≦５％のとき）・・・式（４）
εｚ≦εｘ＋（２εｙ−５）    （−５％≦εｘ≦０％のとき）  ・・・式（５）
εｚ≦−εｘ＋（２εｙ−５）  （０％≦εｘ≦５％のとき）    ・・・式（６）
εｚ＝−５  （εｙ＝５％、及び２％≦εｘ≦５％のとき）    ・・・式（７）
εｘは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）であり、〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００で求められる。
εｙは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｙ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｙ）であり、〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００で求められる。
εｚは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）であり、〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００で求められる。
【請求項６】
前記半導体物質が、ドーパントを含有する請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記半導体物質が、Ｓ欠陥を有する請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
一対の電極と、前記一対の電極間に配置された層状の前記半導体物質とを有する請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
太陽電池である請求項１から８のいずれかに記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体物質、及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓなどの化合物半導体は、半導体素子、発光ダイオード、半導体レーザー、太陽電池などのデバイスに使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これらデバイスに使用される化合物半導体は、直接遷移型の半導体である。前記化合物半導体においては、主に、前記化合物半導体を構成する複数の元素の組み合わせによって、半導体特性が決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７５５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
他方、化合物半導体としては、間接遷移型のものがある。間接遷移型の化合物半導体を直接遷移型の化合物半導体にすることができれば、デバイスにおける化合物半導体の選択肢が増える。
【０００６】
本発明は、新規の直接遷移型の半導体物質、及び前記半導体物質を用いたデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
開示の半導体物質は、
直接遷移型ＧｅＳ層状半導体である半導体物質であって、
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上長い。
【０００８】
開示のデバイスは、開示の前記半導体物質を含有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、新規の直接遷移型の半導体物質、及び前記半導体物質を用いたデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体のバンド構造である。
【図２】図２は、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体のｘ方向（アームチェア方向）に歪みを付与した際のエネルギーバンド構造の変化を示すグラフである。
【図３】図３は、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体のｙ方向（ジグザグ方向）に歪みを付与した際のエネルギーバンド構造の変化を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、ＧｅＳ層状半導体の構造の模式図である（その１）。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ＧｅＳ層状半導体の構造の模式図である（その２）。
【図５Ａ】図５Ａは、ｙ方向に２％伸ばした際の発光強度を示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ｙ方向に３％伸ばした際の発光強度を示すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、ｙ方向に４％伸ばした際の発光強度を示すグラフである。
【図５Ｄ】図５Ｄは、ｙ方向に５％伸ばした際の発光強度を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、図５Ａと同じグラフであって、式（３）、式（５）、式（６）を説明するためのグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５Ｂと同じグラフであって、式（３）、式（４）、式（５）、式（６）を説明するためのグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図５Ｃと同じグラフであって、式（４）、式（５）、式（６）を説明するためのグラフである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図５Ｄと同じグラフであって、式（４）、式（５）、式（６）、式（７）を説明するためのグラフである。
【図７】図７は、デバイスの一実施形態に係る太陽電池の構成を模式的に表す断面図である。
【図８】図８は、太陽電池素子の一実施形態を模式的に表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（半導体物質）
開示の半導体物質は、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体である。
【００１２】
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上長い。
言い換えれば、前記半導体物質において、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さ（Ｙ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さ（Ｙ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さ（Ｙ０）とが、下記式（Ｉｙ）を満たす関係にある。
２％≦〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００    ・・・式（Ｉｙ）
【００１３】
前記半導体物質において、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さは、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さよりも２％以上長く、２％以上６％以下長いことが好ましく、２％以上５％以下長いことがより好ましく、３％以上５％以下長いことが更により好ましく、４％以上５％以下長いことが特に好ましい。
言い換えれば、前記半導体物質において、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さ（Ｙ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さ（Ｙ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さ（Ｙ０）とが、前記式（Ｉｙ）を満たす関係にあり、下記式（ＩＩｙ）を満たす関係にあることが好ましく、下記式（ＩＩＩｙ）を満たす関係にあることがより好ましく、下記式（ＩＶｙ）を満たす関係にあることが更により好ましく、下記式（Ｖｙ）を満たす関係にあることが特に好ましい。
２％≦〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００≦６％    ・・・式（ＩＩｙ）
２％≦〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００≦５％    ・・・式（ＩＩＩｙ）
３％≦〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００≦５％    ・・・式（ＩＶｙ）
４％≦〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００≦５％    ・・・式（Ｖｙ）
〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００が６％を超えると、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の歪みが大きくなり、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体を作製すること自体が難しくなることがある。
〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００が２％未満では、直接遷移型とならない。
【００１４】
前記半導体物質において、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ０）とが、下記式（Ｉｘ）を満たす関係にあることが好ましく、下記式（ＩＩｘ）を満たす関係にあることがより好ましい。
−５％≦〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００≦５％    ・・・式（Ｉｘ）
−４％≦〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００≦４％    ・・・式（ＩＩｘ）
【００１５】
前記半導体物質において、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ０）とが、下記式（Ｉｚ）を満たす関係にあることが好ましく、下記式（ＩＩｚ）を満たす関係にあることがより好ましく、下記式（ＩＩＩｚ）を満たす関係にあることが更により好ましく、下記式（ＩＶｚ）を満たす関係にあることが特に好ましい。
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦４％    ・・・式（Ｉｚ）
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦３％    ・・・式（ＩＩｚ）
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦１％    ・・・式（ＩＩＩｚ）
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦−２％    ・・・式（ＩＶｚ）
【００１６】
本発明者は、新規の直接遷移型の半導体物質を提供するために鋭意検討を行った。
本発明者は、ＧｅＳに着目した。ＧｅＳは、４族モノカルコゲナイドと呼ばれる層状物質であり、バルクでは、通常、間接遷移型の半導体である。即ち、ＧｅＳは、通常、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体である。
本発明者は、この間接遷移型ＧｅＳ層状半導体を直接遷移型に変更することで、新規の直接遷移型の半導体物質を作製することに着眼し、鋭意検討を行った。
本発明者は、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体に歪みを付与し、ＧｅＳ層状半導体の電子特性を変化させた。
そして、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体に歪みを付与し電子特性を変化させる中で、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体をジグザグ方向に伸ばすことで、直接遷移型に変化することを見出し、本発明の完成に至った。
【００１７】
ここで、直接遷移（ｄｉｒｅｃｔ  ｂａｎｄｇａｐ）とは、波数空間（ｋ空間）において、半導体のバンド構造を描いた場合に、伝導帯の底と価電子帯の頂上とが同一の波数ベクトル（ｋ点）の点に存在することを言う。直接ギャップ（ｄｉｒｅｃｔ  ｇａｐ）ともいう。
他方、間接遷移（ｉｎｄｉｒｅｃｔ  ｂａｎｄｇａｐ）とは、波数空間（ｋ空間）において、半導体のバンド構造を描いた場合に、伝導帯の底と価電子帯の頂上が同一の波数ベクトル（ｋ点）の点に存在しないことを言う。間接ギャップ（ｉｎｄｉｒｅｃｔ  ｇａｐ）ともいう。
【００１８】
間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子の格子定数は、ａ＝０．４３０ｎｍ、ｂ＝０．３６４ｎｍ、ｃ＝１．０４７ｎｍ、α＝９０°、β＝９０°、γ＝９０°である。
【００１９】
前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体（格子定数：ａ＝０．４３０ｎｍ、ｂ＝０．３６４ｎｍ、ｃ＝１．０４７ｎｍ、α＝９０°、β＝９０°、γ＝９０°）について、第一原理計算法を用いて求めたバンド構造を図１に示す。
図１に示すように、伝導帯の底（●−３．９９ｅＶ）と価電子帯の頂上（■−５．０６ｅＶ）とが、同一の波数ベクトル（ｋ点）の点に存在していない。
【００２０】
次に、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体に歪みを付与した際のバンド構造を求めた。係るバンド構造は、第一原理計算法により求めた。
図２は、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体のｘ方向（アームチェア方向）に歪みを付与した際のエネルギーバンド構造の変化を示すグラフである。この際、ｙ方向、ｚ方向には歪みを与えていない。図２において、横軸は、歪みによる長さの変化（％）を表す。
図３は、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体のｙ方向（ジグザグ方向）に歪みを付与した際のエネルギーバンド構造の変化を示すグラフである。この際、ｚ方向、ｚ方向には歪みを与えていない。図３において、横軸は、歪みによる長さの変化（％）を表す。
また、図２及び図３において、●、▲、■は、図１に示すバンド構造中の●、▲、■と対応する。
ここで、ｘ方向（アームチェア方向）、ｙ方向（ジグザグ方向）、ｚ方向について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは、ＧｅＳ層状半導体の構造の模式図である。
図４Ｂに示すように、ｚ方向とは、ＧｅＳ層状半導体の層と直交する方向である。
図４Ａに示すように、ｙ方向（ジグザグ方向）とは、ＧｅとＳとが交互にジグザグ状に配列している方向である。また、ｙ方向は、ｚ方向と直交する方向である。
図４Ａに示すように、ｘ方向（アームチェア方向）とは、ＧｅとＳとが交互にアームチェア形状に配列している方向である。また、ｘ方向は、ｚ方向、及びｙ方向と直交する方向である。
なお、ｘ方向は、格子定数のａに対応し、ｙ方向は、格子定数のｂに対応し、ｚ方向は、格子定数のｃに対応する。
【００２１】
図２に示すように、ｘ方向に歪みを与え、ｘ方向の長さを変えた場合では、バンド構造は変化したものの、−６％〜６％の変化の範囲では、直接遷移への変化は見られなかった。
図３に示すように、ｙ方向に歪みを与え、ｙ方向の長さを変えた場合では、ｙ方向に伸ばすことで、直接遷移への変化が見られた。
【００２２】
次に、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体に歪を与えた際の発光強度を計算した。計算は以下の方法で行った。
数点の結果から歪みに対するバンド構造の変化の係数を決め、データを増やして係数を決めることを収束するまで繰り返した。その係数を用いてバンド構造を予測し、発光強度を計算した。
計算は、ｙ方向に２％、３％、４％、又は５％伸ばして行った。
結果を図５Ａ〜図５Ｄに示す。図５Ａ〜図５Ｄのバブルチャートにおいて、バブルの大きさは、発光強度の大きさを表す。
図５Ａ〜図５Ｄにおいて、横軸は、ｘ方向の長さの変化を表し、縦軸は、ｚ方向の長さの変化を表す。
図５Ａ〜図５Ｄからわかるように、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体をｙ方向に２％以上伸ばすと、明らかに間接遷移型ＧｅＳ層状半導体に変化し、発光強度の上昇が確認された。
ｘ方向の長さの変化に関しては、少なくとも−６％〜６％まで変化しても、発光強度の上昇が確認された。
ｚ方向の長さの変化に関しては、長さが短くなる方が発光強度が上昇しやすい傾向にあった。
なお、図５Ａ〜図５Ｄにおいて最も大きなバブルは、間接遷移から直接遷移に変わるときの発光強度を１とした際の、１０９倍の発光強度を示す。
【００２３】
図５Ａ〜図５Ｄをまとめると、少なくとも下記式（１）〜（６）を満たす（ただし、下記式（７）の範囲を除く）ときに発光強度の大幅な上昇が確認できた。
−５％≦εｘ≦５％                                ・・・式（１）
２％≦εｙ≦５％                                  ・・・式（２）
−５％≦εｚ≦４εｙ−１１％  （２％≦εｙ＜３％のとき）・・・式（３）
−５％≦εｚ≦εｙ−２％      （３％≦εｙ≦５％のとき）・・・式（４）
εｚ≦εｘ＋（２εｙ−５）    （−５％≦εｘ≦０％のとき）  ・・・式（５）
εｚ≦−εｘ＋（２εｙ−５）  （０％≦εｘ≦５％のとき）    ・・・式（６）
εｚ＝−５  （εｙ＝５％、及び２％≦εｘ≦５％のとき）    ・・・式（７）
ここで、εｘ、εｙ、εｚは、以下の通りである。
εｘは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）であり、〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００で求められる。
εｙは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｙ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｙ）であり、〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００で求められる。
εｚは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）であり、〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００で求められる。
【００２４】
なお、前記式（３）〜式（７）について、図６Ａ〜図６Ｄ及び下記表１〜表５を用いて説明する。
前記式（３）〜式（７）は、図６Ａ〜図６Ｄに示す境界（３）〜境界（７）にそれぞれ基づいて算出した。その際の、境界（３）〜境界（６）に掛かる各数値は下記表の通りである。
【００２５】
【表１】
2018129392.tif 000003
表１中の数値は、境界（３）に架かる数値であり、前記式（３）の算出の根拠である。
【００２６】
【表２】
2018129392.tif 000004
表２中の数値は、境界（４）に架かる数値であり、前記式（４）の算出の根拠である。
【００２７】
【表３−１】
2018129392.tif 000005
【００２８】
【表３−２】
2018129392.tif 000006
【００２９】
【表３−３】
2018129392.tif 000007
【００３０】
【表３−４】
2018129392.tif 000008
【００３１】
表３−１〜表３−４中の数値は、境界（５）に架かる数値であり、前記式（５）の算出の根拠である。
【００３２】
【表４−１】
2018129392.tif 000009
【００３３】
【表４−２】
2018129392.tif 000010
【００３４】
【表４−３】
2018129392.tif 000011
【００３５】
【表４−４】
2018129392.tif 000012
【００３６】
表４−１〜表４−４中の数値は、境界（６）に架かる数値であり、前記式（６）の算出の根拠である。
【００３７】
【表５】
2018129392.tif 000013
【００３８】
表５中の数値は、境界（５）及び境界（６）が交わる箇所であって、式（５）及び式（６）の（２εｙ−５）の算出の根拠である。
【００３９】
＜半導体物質の作製方法＞
前記半導体物質の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体を可とう性基板上に堆積し、可とう性基板ごと、所定の方向に所定量伸ばすことなどが挙げられる。
【００４０】
具体例を示す。
１：１（モル比）のＧｅ（ゲルマニウム）粉末とＳ（硫黄）粉末を３０分るつぼで混合する。得られた粉末を容器に移し、真空炉に入れる。真空炉のベース圧を１０ｍＴｏｒｒとし、２００ｓｃｃｍのＡｒガスを流して、４８０℃で４時間保持する。室温まで自然冷却した後、粉末を回収することで、前述の格子定数を有する間接遷移型ＧｅＳ層状半導体（ＧｅＳ）を得る。得られたＧｅＳを透明で伸縮性のあるｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ（ＰＥＴ）フィルムに堆積し、ｙ軸方向に３−５％伸ばす。そうすることで、３桁から８桁程度強い発光強度を持つ発光材料が得られる。
【００４１】
他の具体例を示す。
上記粉末処理時にＰ（リン）を１モル％混ぜることで、ｐドープＧｅＳが得られる。
また、上記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の製造時に温度を５６０℃とし、Ｓ欠陥を導入することでｎドープＧｅＳを得ることもできる。
得られたｐドープＧｅＳ及びｎドープＧｅＳを透明で伸縮性のある基板に堆積しジグザグ方向に３〜５％伸ばす。これらのｐｎ接合は一般的な方法で太陽電池などの光学デバイスに応用できる。
このように、開示の前記半導体物質は、ドーパントを有していてもよい。そうすることで、ｐドープ半導体を得ることができる。
他方、開示の前記半導体物質は、Ｓ欠陥を有していてもよい。そうすることで、ｎドープ半導体を得ることができる。
【００４２】
（デバイス）
開示のデバイスは、開示の前記半導体物質を有する。
前記デバイスは、例えば、一対の電極と、前記一対の電極間に配置された層状の前記半導体物質とを有する。
【００４３】
前記デバイスとしては、例えば、以下のデバイスが挙げられる。
・２個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流若しくは生じる電圧を、電気、光、磁気、化学物質等により制御するデバイス
・２個以上の電極を有し、その電極間に印加した電圧又は電流により、光、電場、磁場等を発生させるデバイス
具体例としては、以下の素子が挙げられる。
・電圧又は電流の印加により電流又は電圧を制御する素子
・磁場の印加により電圧又は電流を制御する素子
・化学物質を作用させて電圧又は電流を制御する素子
制御の具体例としては、整流、スイッチング、増幅、発振などが挙げられる。
【００４４】
前記デバイスの具体例としては、抵抗器、整流器（ダイオード）、スイッチング素子（トランジスタ、サイリスタ）、増幅素子（トランジスタ）、メモリー素子若しくは化学センサー等、又はこれらの素子を組み合わせ若しくは集積化して得られたデバイスなどが挙げられる。
また、前記デバイスのさらなる例としては光素子が挙げられ、光素子には光電流を生じるフォトダイオード若しくはフォトトランジスタ、電界を印加することにより発光する電界発光素子、又は光により起電力を生じる光電変換素子若しくは太陽電池等が含まれる。
【００４５】
前記デバイスのより具体的な例としては、電界効果トランジスタ素子（ＦＥＴ）、電界発光素子（ＬＥＤ）、光電変換素子又は太陽電池などが挙げられる。
【００４６】
前記デバイスの具体例としての太陽電池について説明する。
図７は、デバイスの一実施形態に係る太陽電池の構成を模式的に表す断面図である。
図７には薄膜太陽電池が示されている。図７に表すように、薄膜太陽電池２０は、耐候性保護フィルム１と、紫外線カットフィルム２と、ガスバリアフィルム３と、ゲッター材フィルム４と、封止材５と、太陽電池素子６と、封止材７と、ゲッター材フィルム８と、ガスバリアフィルム９と、バックシート１０と、をこの順に備える。
薄膜太陽電池２０は、太陽電池素子６としての前記デバイスを有している。そして、耐候性保護フィルム１が形成された側（図７中下方）から光が照射されて、太陽電池素子６が発電するようになっている。なお、薄膜太陽電池２０は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、必要な構成部材を任意に選択することができる。
【００４７】
太陽電池素子６の具体例を図を用いて説明する。
図８は、太陽電池素子の一実施形態を模式的に表す断面図である。図８に示される太陽変換素子は、いわゆる光電変換素子である。太陽電池素子１００は、基材１０７、カソード（電極）１０１、電子取り出し層（バッファ層）１０２、活性層１０３、正孔取り出し層（バッファ層）１０４、仕事関数チューニング層１０５、及びアノード（電極）１０６がこの順に形成された層構造を有する。
活性層１０３は、層状の半導体物質を含有している。
なお、必ずしも電子取り出し層１０２、正孔取り出し層１０４、及び仕事関数チューニング層１０５を設ける必要はない。また、仕事関数チューニング層がカソード１０１と電子取り出し層１０２との間に存在してもよい。
【００４８】
前記太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池２０の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、一実施形態に係る太陽電池は、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池として用いることができる。
【００４９】
更に以下の付記を開示する。
（付記１）
直接遷移型ＧｅＳ層状半導体である半導体物質であって、
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上長いことを特徴とする半導体物質。
（付記２）
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上６％以下長い付記１に記載の半導体物質。
（付記３）
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも２％以上５％以下長い付記１に記載の半導体物質。
（付記４）
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも３％以上５％以下長い付記１に記載の半導体物質。
（付記５）
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さが、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のジグザグ方向の長さよりも４％以上５％以下長い付記１に記載の半導体物質。
（付記６）
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ０）とが、下記式（Ｉｘ）を満たす関係にある付記１から５のいずれかに記載の半導体物質。
−５％≦〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００≦５％    ・・・式（Ｉｘ）
（付記７）
下記式（ＩＩｘ）を満たす付記６に記載の半導体物質。
−４％≦〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００≦４％    ・・・式（ＩＩｘ）
（付記８）
前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）は、前記直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）と、前記間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ０）とが、下記式（Ｉｚ）を満たす関係にある付記１から７のいずれかに記載の半導体物質。
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦４％    ・・・式（Ｉｚ）
（付記９）
下記式（ＩＩｚ）を満たす関係にある付記８に記載の半導体物質。
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦３％    ・・・式（ＩＩｚ）
（付記１０）
下記式（ＩＩＩｚ）を満たす関係にある付記８に記載の半導体物質。
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦１％    ・・・式（ＩＩＩｚ）
（付記１１）
下記式（ＩＶｚ）を満たす関係にある付記８に記載の半導体物質。
−５％≦〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００≦−２％    ・・・式（ＩＶｚ）
（付記１２）
下記式（１）〜（６）を満たす（ただし、下記式（７）の範囲を除く）付記１から１０のいずれかに記載の半導体物質。
−５％≦εｘ≦５％                                ・・・式（１）
２％≦εｙ≦５％                                  ・・・式（２）
−５％≦εｚ≦４εｙ−１１％  （２％≦εｙ＜３％のとき）・・・式（３）
−５％≦εｚ≦εｙ−２％      （３％≦εｙ≦５％のとき）・・・式（４）
εｚ≦εｘ＋（２εｙ−５）    （−５％≦εｘ≦０％のとき）  ・・・式（５）
εｚ≦−εｘ＋（２εｙ−５）  （０％≦εｘ≦５％のとき）    ・・・式（６）
εｚ＝−５  （εｙ＝５％、及び２％≦εｘ≦５％のとき）    ・・・式（７）
εｘは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｘ）であり、〔（Ｘ−Ｘ０）／Ｘ０〕／１００で求められる。
εｙは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｙ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子のアームチェア方向の長さ（Ｙ）であり、〔（Ｙ−Ｙ０）／Ｙ０〕／１００で求められる。
εｚは、間接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ０）に対する、直接遷移型ＧｅＳ層状半導体の単位格子における層と直交する方向の長さ（Ｚ）であり、〔（Ｚ−Ｚ０）／Ｚ０〕／１００で求められる。
（付記１３）
ドーパントを含有する付記１から１２のいずれかに記載の半導体物質。
（付記１４）
Ｓ欠陥を有する付記１から１２のいずれかに記載の半導体物質。
（付記１５）
付記１から１４のいずれかに記載の半導体物質を含有することを特徴とするデバイス。
（付記１６）
一対の電極と、前記一対の電極間に配置された層状の前記半導体物質とを有する付記１５に記載のデバイス。
（付記１７）
太陽電池である付記１５から１６のいずれかに記載のデバイス。
【符号の説明】
【００５０】
１      耐候性保護フィルム
２      紫外線カットフィルム
３      ガスバリアフィルム
４      ゲッター材フィルム
５      封止材
６      太陽電池素子
７      封止材
８      ゲッター材フィルム
９      ガスバリアフィルム
１０    バックシート
２０    薄膜太陽電池
１００  太陽電池素子
１０１  カソード
１０２  電子取り出し層
１０３  活性層
１０４  正孔取り出し層
１０５  仕事関数チューニング層
１０６  アノード
１０７  基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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