(57)【要約】【課題】広範囲のエミッタ温度Te（400℃≦Te≦2000℃）において高い発電効率及び発電出力を実現する光電変換素子及び光電変換素子の製造方法を提供すること。【解決手段】少なくとも一組の互いに隣接する格子不整合緩和したP型光吸収層およびN型光吸収層を含む光吸収層を有し、光吸収層の層厚ｄは0.5μｍ≦ｄ≦5μｍであり、光吸収層の室温での格子定数aが5.886Å≦a≦6.058Åであることを特徴とする光電変換素子。【選択図】      図１
2015041620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一組の互いに隣接する格子不整合緩和したP型光吸収層およびN型光吸収層を含む光吸収層を有し、
前記光吸収層の層厚ｄは0.5μｍ≦ｄ≦5μｍであり、
前記光吸収層の室温での格子定数aが5.886Å≦a≦6.058Åであることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記光吸収層は、InxGa1-xAs（0.58≦x≦1）、InxGa1-xAsyP1-y（0.58≦x≦1、0.8≦ｙ＜1）又はInAszP1-z（0.1≦z≦1）のいずれか一を含む、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記P型光吸収層と格子整合したP型InxGa1-x-wAlwAs（0.58≦x≦1、0.02≦ｗ≦0.2）層が前記P型光吸収層に隣接して形成され、又は
前記N型光吸収層に格子整合したN型InAsuP1-u（0.1≦ｕ≦0.9）層が前記N型光吸収層に隣接して形成されている、請求項１又は２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記光吸収層上に設けられ誘電体からなる反射防止膜をさらに有し、
前記反射防止膜の透過率特性Ｔ(λ）は、光吸収層のバンドギャップ波長λｇ（μｍ）に対して0≦Ｔ(λ2）＜0.5＜Ｔ(λ1）＜1かつ1μｍ≦λ1≦λｇかつλｇ≦λ2＜5μｍの条件を満たす、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
InP基板上にメタモルフィック緩和層を形成する工程と、
前記メタモルフィック緩和層上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上にP型光吸収層およびN型吸収層を含む光吸収層を形成する工程と、
エッチング法により前記犠牲層を除去する工程と、
前記エッチングにより前記InP基板及び前記メタモルフィック緩和層を剥離した前記光吸収層を搬送用基材、ヒートシンク基材またはラミネート基材のいずれか一に転写する工程と、を含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記メタモルフィック緩和層における格子定数のすくなくとも一部が、InPの格子定数から前記光吸収層における格子定数までステップ状あるいは連続に増加する、請求項５に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項７】
前記メタモルフィック緩和層は、InXGa1-XAs（0.53≦x≦1）、InAsyP1-y（0≦y≦1）、AlAs1-XSbX（0.44≦x≦0.84）又はInP1-ySbｙ（0≦y≦0.32）の少なくともいずれか一を含む、請求項５又は６に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記犠牲層が前記光吸収層と格子整合している、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項９】
前記犠牲層の層厚ｄ2は、20nm≦ｄ2≦200nmである、請求項５乃至８のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１０】
前記犠牲層は、AlAs1-XSbX（0.48≦x≦0.84）又はInP1-ySbｙ（0.05≦y≦0.32）の少なくともいずれか一を含む、請求項５乃至９のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱光起電力発電に用いられる光電変換素子及び光電変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱光起電力（Thermophotovoltaic；TPV）発電は、熱放射光を光電変換素子で電気に変換して発電する技術である。通常、熱光起電力発電では、エミッタと呼ばれるセラミックや金属を加熱し、当該エミッタから放射される赤外光を電気に変換する。熱光起電力発電は、放射スペクトルを制御することにより高効率な発電が期待できると共に、種々の熱源を利用可能で、エネルギ密度が大きい発電技術として注目されている。非特許文献１では「熱放射スペクトル制御技術の熱光起電力発電への応用」と題して、非特許文献２では「TPV発電システムの現状と選択エミッタ材料技術」と題して、熱光起電力発電が紹介されている。それらの文献で紹介されている熱光起電力発電用の光電変換素子の光吸収層は、Ge、GaSb、InGaAsなどの材料からなる。それらの材料のバンドギャップ波長は1.6μｍ〜1.8μｍであり、それよりバンドギャップ波長の短い光を吸収する。
【０００３】
エミッタの温度はエミッタの材料や寿命の制限を受ける。通常エミッタの温度は800〜1200℃であり、エミッタから放射される光スペクトルのピーク波長は2〜3μｍと長い。そのため、関連技術の光電変換素子では放射光の一部しか電流に変換することができず、熱光起電力発電の出力と効率が制限されていた。光電変換素子の光吸収層のバンドギャップ波長は放射光のピーク波長以上に長いことが望ましい。エミッタと光電変換素子の間に光学フィルタを設置すると、光電変換素子の光吸収層のバンドギャップ波長より長い放射光の波長成分をいくらかエミッタに返すことができる。しかしながら、そのような手法では、光電変換素子の効率はいくらか向上するが、電気出力は増加しない。
【０００４】
金属エミッタの場合、酸化による劣化を減らし、寿命を延ばすためにエミッタ温度を1000℃以下に低く抑えることが多い。エミッタ温度が低くなると、放射光のピ−ク波長が長くなる。そのため、関連技術における光電変換素子では発電効率が著しく低下してしまう。つまり関連技術における光起電力発電用の光電変換素子では、広範囲のエミッタ温度において高効率かつ高出力の熱光起電力発電をすることができなかった。
【０００５】
例えば、関連技術における光電変換素子のInGaAs光吸収層には、InP基板に格子整合したIn0.53Ga0.47As結晶が用いられている。InXGa1-XAsのバンドギャップエネルギは、In組成Xに対して
Eg(X)＝1.42−1.49・X＋0.43・X・X      ・・・（式1）
と変化する。InPに格子整合するIn0.53Ga0.47Asのバンドギャップ波長は1.65μｍである。理論上、InXGa1-XAsのIn組成xを増大させることで、バンドギャップ波長を1.6μｍ〜3.4μｍまで増加させることができる。そうすればより広いエミッタの温度範囲で高効率の熱光起電力発電が可能になる。さらに光学フィルタを用いて素子が吸収できなかった波長成分をエミッタに返せば、変換効率をさらに向上できる。
【０００６】
しかしながら従来のエピタキシャル成長法でInXGa1-XAsのIn組成を増大させると、結晶の格子定数が大きくなり、基板であるInP結晶に対して格子不整合を生じ、ミスフィット転位が生じるために結晶品質が低下してしまう。例えば、吸収波長2μｍの光吸収層を得るには、InXGa1-XAsのIn組成を0.68以上にする必要がある。そのときのInPに対するIn0.68Ga0.32Asの格子不整合度は1.0％以上になる。格子不整合度とは基板とエピタキシャル膜の格子定数の差Δaと基板の格子定数aの比Δa/aで定義される。通常、光吸収層の全体の厚さは0.5μｍ以上かつ5μｍ以下と厚いので、格子不整合による結晶品質の低下は著しい。
【０００７】
臨界膜厚の実験と理論から、0.1μｍ厚のInGaAsで良好な結晶が得られる格子不整合度は0.2〜0.3％までである。そのときのInGaAs結晶のIn組成は0.56〜0.575であり、室温でのInGaAsのバンドギャップ波長は1.72〜1.75μｍである。格子不整合度0.3％の時のInGaAs結晶のIn組成は0.575で、室温での格子定数は5.886Åである。つまりInP基板に疑似格子整合したInGaAs光吸収層の長波長限界は1.75μｍである。つまり従来の光起電力発電用の光電変換素子において、1.75μｍ以上の波長光を吸収するInGaAs光吸収層は得られなかった。
【０００８】
近年、一部の電子デバイスの作製にメタモルフィック成長法が用いられている。メタモルフィック成長法は、格子定数を徐々に変化させたメタモルフィック緩和層を用いることで、上部エピタキシャル層の結晶品質を良好に保ちつつ、格子定数を変化させる結晶成長手法である。メタモルフィック成長法を用いると、メタモルフィック緩和層内に転位を網目状に形成し、安定した終端状態を形成できるので、上層の転位密度を低くできる。その手法を用いれば、結晶基板に対する成長層の格子不整合度が3％程度までであれば、高品質の成長層が得られる可能性がある。
【０００９】
非特許文献３では、MBE（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシ）法を用いてGaAs基板上にAlGaInAs緩和層を成長した後、InPに格子整合するInGaAs成長層などを成長させてトランジスタ素子を実現している。AlGaInAs緩和層はIn組成を線形に変化させてGaAsからIn0.52Al0.48Asまで変化させている。
【００１０】
非特許文献４では、MOVPE（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy；有機金属気相エピタキシ）法でGaAs基板上にIn0.12Ga0.88Asのメタモルフィック緩和層を1.6μ厚成長した後、1.3μｍ帯の半導体レーザを形成している。このInGaAs発光層の格子定数はGaAsよりやや大きく、InPよりかなり小さい。
【００１１】
特許文献１では、GaAs基板上にGaSbメタモルフィック緩和層を成長させた後にアンドープのIn0.15Ga0.85As0.14Sb0.86感光層、あるいはIn0.77Ga0.23As感光層を有する光検出器を形成している。この光検出器は、感光層よりバンドギャップの大きいP型の正孔バリア層とN型の電子バリア層でアンドープの感光層を挟んだPIN型構造を有している。素子に逆バイアスが加えて、感光層を空乏化した状態で受光し、感光層で発生させた光キャリアを電流として取り出す。
【００１２】
メタモルフィック成長法は、殆どの場合GaAs基板を用いる。その理由は、従来高価なInP基板上に作製されていた素子構造を、比較的安価で大口径のGaAs基板上に製造できる可能性があるからである。しかしながらGaAs基板とInP成長層の間には、3.8％もの格子不整合があるために、高品質の成長層を得るのは容易ではない。また材料や成長条件にも依存するが、格子不整合度が4％より大きいと、3次元成長が生じやすくなり平坦な成長層が得られ難くなる。従ってInPより格子定数が大きい材料を成長するのは難しい。例えば、In0.68Ga0.32Asは、GaAs基板に対して4.9％の格子不整合度があるので、100nm厚以上の平坦なエピタキシャル膜を得るのは困難である。
【００１３】
そこで、特許文献２には、InP基板上にInAsP歪超格子バッファー層を形成した後に、格子不整合を緩和したGaInAs吸収層を形成することが開示されている。
【００１４】
また、成長層を基板から剥離して他の支持体に転写するエピタキシャル・リフト・オフ（Epitaxial Lift-Off；ELO）技術がある。これは、基板と成長層の間に被エッチング層である犠牲層を形成し、エッチングで犠牲層を除去することで、成長層を基板から剥離する技術である。基板はエッチングされないので再利用することができる。
【００１５】
非特許文献５では、GaAs基板上にIn組成を変化させたInGaAs緩和層 (800nm厚)とInAlAs(100nm厚)とAlAs犠牲層（4nm厚）とIn0.56Al0.44Asバリア層(1.9μｍ層)が順次積層されたホール素子が示されている。ホール素子部分はInPに近い格子定数をもつ。InGaAs緩和層のIn組成は0.19から0.62まで8段階で変化している。しかしながら格子不整合層であるAlAs犠牲層は非常に薄いため、リフトオフに非常に時間がかかる。そのため大型の基板を用いることが難しいという問題がある。
【００１６】
特許文献３では、InP基板にInPに格子整合したAlAsSbの犠牲層と半導体素子を形成し、ELO法でInPに格子整合した半導体素子薄膜を得ている。こうした転写技術は、成長用基板を再利用することができるので、素子を低価格で製造することができるという利点がある。
【００１７】
非特許文献６では、化合物半導体の機械的強度に関する報告がなされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】応用物理第73巻第7号P952（2004)
【非特許文献２】応用物理第76巻第3号P281（2007)
【非特許文献３】W. E. Hoke, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 1131 (1999)
【非特許文献４】M. Arai, Electron Lett., Vol. 44, No. 23, pp. 1359-1360(2008)
【非特許文献５】Y. Jeong, Applied Physics Express 1 (2008) 021201
【非特許文献６】Yonenaga，“Mechanical Properties and Dislocation Dynamics in III−V Compounds”，Journal De Physique III Vol．71435−1450(1997)
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０１２−１４６８０６
【特許文献２】特開平０６−１８８４４７
【特許文献３】特開２００８−２５８５６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、特許文献３に記載のフォトダイオードでは、InAsP歪超格子バッファー層内に存在する転移網が多くの光キャリアを消滅させてしまう。そのため、微弱な光しか検知することができなかった。すなわち、非特許文献１乃至６、および特許文献１乃至３に開示されている技術では、広範囲のエミッタ温度において高い発電効率と発電出力が得られる光電変換素子を実現することができなかった。
【００２１】
本発明の目的は、上述の課題を解決する光電変換素子及び光電変換素子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】
【００２２】
本発明の光電変換素子は、少なくとも一組の互いに隣接する格子不整合緩和したP型光吸収層およびN型光吸収層を含む光吸収層を有し、光吸収層の層厚ｄは0.5μｍ≦ｄ≦5μｍであり、光吸収層の室温での格子定数aが5.886Å≦a≦6.058Åであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の光電変換素子の製造方法は、InP基板上にメタモルフィック緩和層を形成する工程と、メタモルフィック緩和層上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上にP型光吸収層およびN型吸収層を含む光吸収層を形成する工程と、エッチング法により犠牲層を除去する工程と、エッチングによりInP基板及びメタモルフィック緩和層を剥離した光吸収層を搬送用基材、ヒートシンク基材またはラミネート基材のいずれか一に転写する工程と、を含む
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、広範囲のエミッタ温度Te（400℃≦Te≦2000℃）において高い発電効率と発電出力が得られる光電変換素子及び光電変換素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第1の実施形態にかかる光電変換素子100の断面構造図である。
【図２】第1の実施形態にかかる光電変換素子100の製造方法の説明図である。
【図３】第1の実施例にかかる光電変換素子200の成長層の断面構造図である。
【図４】第1の実施例にかかる光電変換素子200の断面構造図である。
【図５】第1の実施例にかかる光電変換素子200の製造方法の説明図である。
【図６】第1の実施例にかかる光電変換素子200の第２の製造方法の説明図である。
【図７】第2の実施例にかかる光電変換素子300の成長層の断面構造図である。
【図８】第2の実施例にかかる光電変換素子300の断面構造図である。
【図９】第2の実施例にかかる光電変換素子300のバンド構造の模式図である。
【図１０】第3の実施例にかかる光電変換素子400の成長層の断面構造図である。
【図１１】第3の実施例にかかる光電変換素子400の断面構造図である。
【図１２】第3の実施例にかかる光電変換素子400バンド構造の模式図である。
【図１３】第4の実施例にかかる光電変換素子500の成長層の断面構造図である。
【図１４】第4の実施例にかかる光電変換素子500の断面構造図である。
【図１５】第5の実施例にかかる光電変換素子600の成長層の断面構造図である。
【図１６】第5の実施例にかかる光電変換素子600の断面構造図である。
【図１７】第6の実施例にかかる光電変換素子700の成長層の断面構造図である。
【図１８】第6の実施例にかかる光電変換素子700の断面構造図である。
【図１９】第7の実施例にかかる光電変換素子800の成長層の断面構造図である。
【図２０】第7の実施例にかかる光電変換素子800の断面構造図である。
【図２１】第8の実施例にかかる光電変換素子900の成長層の断面構造図である。
【図２２】第8の実施例にかかる光電変換素子900の断面構造図である。
【図２３】第9の実施例にかかる光電変換素子1000の成長層の断面構造図である。
【図２４】第9の実施例にかかる光電変換素子1000の断面構造図である。
【図２５】エミッタ温度を変えた時の放射強度の波長依存性を示す図である。
【図２６】光吸収層が異なるInGaAs系光電変換素子の電流電圧特性を示す図である。
【図２７】エミッタ温度を変えた時の光電変換効率のバンドギャップ波長依存性を示す図である。
【図２８】エミッタ温度を変えた時の出力密度のバンドギャップ波長依存性を示す図である。
【図２９】化合物半導体の伝導体と価電子帯のエネルギの格子定数依存性を示す図である。
【図３０】化合物半導体の標準生成エンタルピーと融点を示す図である。
【図３１】化合物半導体の臨界せん断応力の逆温度依存性を示す図である。
【図３２】特許文献３に記載の光電変換素子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかる光電変換素子100の断面構造図である。光電変換素子100は、少なくとも一組の隣接する格子不整合緩和したP型の光吸収層15およびN型の光吸収層14（以下、P型の光吸収層15およびN型の光吸収層14を合わせて光吸収層19とする）を有している。
【００２７】
光吸収層19は、InxGa1-xAs（0.58≦x≦1）、InxGa1-xAsyP1-y（0.58≦x≦1、0.8≦ｙ＜1）又はInAszP1-z（0.1≦z≦1）のいずれか一を含む。
【００２８】
光吸収層19の室温での格子定数aは、5.886Å≦a≦6.058Åである。ここで、5.886Åは、InPとの臨界格子定数差0.3%を考慮した値（5.868×1.003）である。6.058Åは、InAsの室温での格子定数である。
【００２９】
光吸収層19の層厚ｄは、0.5μｍ≦ｄ≦5μｍである。成長時間を短縮する観点から、1.0μｍ以上かつ2.5μｍ以下であることがより好ましい。光吸収層が薄すぎると入射光を十分吸収しきれない。逆に、光吸収層が厚すぎると拡散するキャリアが光吸収層内で再結合してしまい、その分外部に電流として取り出せないため光電気変換効率が減少する。
【００３０】
図２は、光電変換素子100の製造方法の説明図である。エピタキシャル層の成長には、MOVPE法あるいはMBE法などを用いる。まず、InP基板11上にメタモルフィック緩和層12を形成する（ａ）。次いで、メタモルフィック緩和層12上に犠牲層13を形成する（ｂ）。その後、犠牲層13上にN型光吸収層14、P型光吸収層15をこの順に形成する（ｃ）。その後、犠牲層13をエッチングすることにより光吸収層19からメタモルフィック緩和層12及びInP基板11を剥離する（ｄ）。なお、犠牲層上13上にP型光吸収層15、N型光吸収層14をこの順に形成してもよい。
【００３１】
本実施形態にかかる光電変換素子100によれば、InP基板上にメタモルフィック緩和層12を形成することにより、バンドギャップ波長が1.8μｍ以上の格子不整合緩和した光吸収層を得ることができる。また、光吸収層19からInP基板11及びメタモルフィック緩和層12を剥離することにより、メタモルフィック緩和層12内に存在する転移網での光キャリアの捕獲がなくなる。この結果、変換効率を向上させることができる。したがって、広範囲のエミッタ温度において高い発電効率と発電出力を実現することができる。
【００３２】
［実施例１］
次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図３に第１の実施例である光電変換素子200の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子200の成長層は、n-InP基板21、層厚300nmのn-InXGa1-XAs（0.53≦X≦0.70）メタモルフィック緩和層22、層厚100nmのn-AlAs0.44Sb0.56  犠牲層23、層厚1.5μｍのn-In0.68Ga0.32As 光吸収層24、層厚0.5μｍのp-In0.68Ga0.32As  光吸収層25を含んで成る。
【００３３】
InGaAs材料は直接遷移材料なので、光の吸収効率は高い。InGaAs光吸収層の厚さは赤外光を吸収するために、例えば0.5μｍ以上かつ5μｍ以下とすることができる。成長時間を短縮する観点では、光吸収層の厚さは1.0μｍ以上かつ2.5μｍ以下であることが好ましい。光吸収層が薄すぎると、入射光を十分吸収しきれない。光吸収層が厚すぎると効率が減少する。なぜなら拡散するキャリアが光吸収層内で再結合してしまい、その分外部に電流として取り出せないからである。
【００３４】
また、InxGa1-xAs（0.58≦x≦1）光吸収層の代わりに格子不整合緩和したInxGa1-xAsyP1-y（0.58≦x≦1、0.8≦ｙ＜1）あるいは格子不整合緩和したInAszP1-z（0.1≦z＜1）を用いることができる。これらの光吸収層の室温における格子定数は、室温でのInPの格子定数5.868Åの1.003倍（臨界格子定数差：0.3％）である5.886Åより大きく、InAsの格子定数6.058Åより小さい。
【００３５】
メタモルフィック緩和層22は、それぞれ層厚50nmのn-In0.53Ga0.47As 220、n-In0.58Ga0.42As 221、n-In0.63Ga0.37As 222、n-In0.68Ga0.32As 223、n-In0.70Ga0.30As 224、n-In0.68Ga0.32As 225の6層を含んで成る。エピタキシャル層の成長には、MOVPE法あるいはMBE法などを用いる。成長温度は、MOVPE法では600℃〜700℃程度、MBE法では450℃〜650℃程度である。成長開始時に成長させる50nm厚のInP層は、図３においてInP基板21に含めて表示した。メタモルフィック緩和層22は、通常の成長温度と同程度の成長温度で成長する。同じ成長温度ではInPの機械的強度よりも、In組成が0.53より大きいInGaAsメタモルフィック緩和層の機械的強度の方が弱い（せん断応力に対する降伏点が低い）ので、ミスフィット転位がInGaAsメタモルフィック緩和層内に閉じ込められる。
【００３６】
本実施例においては、メタモルフィック緩和層22の各層のIn組成は0.53から0.7の範囲であり、基本的にIn組成をステップ状に0.05だけ増加させる。しかし、連続的に増加させてもよい。メタモルフィック緩和層22において、n-In0.68Ga0.32As 光吸収層24のIn組成よりやや高いIn組成を有するn-In0.70Ga0.30As 224を成長させるとメタモルフィック緩和層22に転位網を閉じ込める効果が高くなる。
【００３７】
ｎ型ドーパントにはSiあるいはSe、ｐ型ド−パントにはBe、Znなどが用いられる。典型的なドーピング濃度は1×1017cm-3〜6×1018cm-3である。電極と接する部分のドーピング濃度を局所的に1×1019cm-3程度に高めることでコンタクト抵抗を低減できる。n-In0.68Ga0.32As 光吸収層24の格子定数は5.928Å、InPの格子定数は5.868Åである。メタモルフィック緩和層22を形成したことにより、n-In0.68Ga0.32As 光吸収層24は、InPに対する格子定数差は1.0％あるが、完全に格子不整合緩和している。
【００３８】
図４に光電変換素子200の断面構造図を示す。光電変換素子200は、ヒ−トシンク31、金属層32、P電極33、p-In0.68Ga0.32As光吸収層25、n-In0.68Ga0.32As光吸収層24、N電極34、反射防止膜35を含んで成る。InGaAs層に接する電極としては、N電極にAu0.88Ge0.12(200nm)Ni(50nm)/Au(350nm)、P電極にはAu0.8Zn0.2（200nm）Ni(50nm)/Au(350nm)を用いることができる。あるいは両電極にTi/Pt/Auを用いてもよい。
【００３９】
反射防止膜35は、SiO2とSi3N4あるいはSiO2とTiO2など屈折率の異なる誘電体を交互に積層した層構造を有する。反射防止膜35は、1〜2μｍの波長帯の放射光を高い透過率で透過し、波長2μｍ以上の光をできるだけ高い反射率で反射する特性であることが望ましい。反射防止膜35の透過率特性Ｔ(λ）は、1μｍ≦λ1≦λｇかつλｇ≦λ2＜5μｍとした場合に0≦Ｔ(λ2）＜0.5＜Ｔ(λ1）＜1の条件を満たすことが望ましい。λｇは、バンドギャップ波長である。
【００４０】
ヒートシンク31には、窒化アルミニウム（AlN）基板、サファイア基板、セラミックス基板等の絶縁体基板を用いることができる。特に、窒化アルミニウム基板は、熱膨張係数数がエピタキシャル層に近いので、貼り合わせによって生じるにウェハの応力を低減することができる。また低温焼成セラミックス（Low temperature co-fired ceramic；LTCC）基板を用いることも可能である。
【００４１】
光電変換素子200の製造方法について述べる。図５に光電変換素子200の製造方法の説明図を示す。まず成長したウェハ表面に真空蒸着法でP電極33を形成する。その後、例えば350℃、10分間、窒素中で加熱しオーミック接合を得る（図５（１））。次に、ヒートシンク31上に形成された金属層32にP電極33を280℃程度で融着接合する。融着材には例えばAuSnなどの融着材を使う。ヒートシンク31側をワックスで保護した後、ウェハを数時間エッチング液に浸し、犠牲層23を選択的にエッチングして、InP基板21を持ち去る（リフトオフ）する（図５（２））。
【００４２】
n-AlAs0.44Sb0.56犠牲層23の選択エッチング溶液には、40％程度の濃度のHF（フッ化水素）を用いる。あるいはエッチング速度を上げるためにフッ酸系溶液（HF：H2O2＝1：1）を水で希釈したものでもよい。希釈液には希薄な硝酸水、塩酸水、アンモニア水、リン酸などを用いることもできる。HFおよびフッ酸系溶液は優れた選択エッチングが可能である。すなわちそれらは、Sbを含む層のみをエッチングし、Sbを含まないInGaAs、InP、InAsP、InAlGaAs、InGaAsPなどの層はエッチングしない。希釈液にメチルアルコールやエチレングリコールが用いることもできる。エチレングリコールを用いた場合には、エッチング速度が遅くなるが、Sb系化合物半導体に対して鏡面性の高いエッチングができる。
【００４３】
リフトオフに要する時間は犠牲層の厚さに依存する。ウェハ面に平行な水平方向のエッチング速度は犠牲層23の層厚が50nmの場合は8mm/h、100nm厚の場合は16mm/hである。よって、4インチサイズのInP基板の場合（直径10cm）でも3時間から6時間程度の実用的な時間でリフトオフできる。従って犠牲層23の層厚ｄ2は、20nm≦ｄ2≦200nmであればよく、より好ましくは70nm≦ｄ2≦120nmである。
【００４４】
犠牲層のエッチング溶液としてフッ酸を用いたが、犠牲層とエピタキシャル層の構成材料間のエッチング選択比を高くとることができる薬品であれば、如何なるエッチング溶液も用いることができる。例えば、フッ酸にアンモニア水や燐酸を混合したエッチング溶液を用いることもできる。
【００４５】
ウェハを薄いテフロン（登録商標）性の搬送基材に接合し、治具に取り付けた状態でフッ酸系エッチング液に浸し、回転させながらエッチングする。搬送基材に荷重をかけると、剥離する隙間にエッチャントが入りやすくなるために、リフトオフ時間を短くできる。
【００４６】
有機洗浄でワックスを除去した後、N型光吸収層24上の一部にN電極34を形成する。ウェハを400℃で10分程度加熱してN電極34のオーミック接合を得る。その後、CVD法などでN電極34が形成されていないウェハ表面に反射防止膜35を形成する。次に、表面をレジストなどで保護し、ウエットエッチングあるいはドライエッチングを用いて、1cm角程度の大きさに素子分離を行う。エッチングはP電極33と接続した金属層32が露出するまで行う。
【００４７】
InGaAsエピタキシャル層をエッチングする場合、リン酸系のエッチング溶液（H3PO4：H2O2：H2O＝3：1：500）等が用いられる。これはInPに対してInGaAsを選択的にエッチングできる。InAlAs に対してInGaAsを選択的にエッチングするにはクエン酸系のエッチング溶液（クエン酸：H2O2：H2O＝50ｇ：50cc：50cc）等を用いることができる。この場合、室温でエピ方向のInGaAsのエッチング速度は180nm/min、エピ方向のInAlAsのエッチング速度は6nm/minであり、選択比は30程度である。あるいはエキシマランプの光を照射しながらエッチングする光エッチング法ではより高い選択比が得られる。例えば、80℃、120torrの10sccmで供給されるHBr液に浸して光エッチングを行った場合、エピ方向のInGaAsのエッチング速度は6nm/min、InAlAsのエッチング速度は0.06nm/minであり、選択比は100となる。エッチングを行う際には、ウェハを溶液に浸けるだけでなく、ウェハに溶液を噴霧して供給してもよい。
【００４８】
リフトオフ完了後、ウエハ上のAu残留物は、エッチング（エッチング液タイプTFA、Transene社製）により除去される。InP基板を再利用するには、InP基板についているメタモルフィック緩和層を選択的に除去しなければならない。メタモルフィック緩和層がInGaAsやInAsPの場合は、リン酸系のエッチング溶液を用いる。H3PO4:HCl（1:3）、H2SO4:H2O2:H2O（1:1:10）、クエン酸:H2O2（20:1）を順に行いInGaAs残滓を除去する。メタモルフィック緩和層がAlAsSbやInPSbの場合は、フッ酸系エッチング液を用いる。エチレングリコ−ルで希釈したフッ酸系エッチング液を用いると鏡面性の高いエッチングができる。新しく露出したInP基板表面は、加熱したトリクロロエチレン、アセトン、および加熱したイソプロパノールに順次浸漬して脱脂し、ＵＶ／オゾンに10分間曝すことにより意図的に酸化物を生成させた。
【００４９】
光電変換素子200は、上記の製造方法に限らず、リフトオフを用いる他の方法でも製造できる。
【００５０】
図６に光電変換素子200の第２の製造方法の説明図を示す。第２の製造方法では、エピウェハの表面にP型電極33とN型電極34、反射防止膜35を形成した後、表面を保護ワックス219で覆い、搬送基板210に固定する（図６（１））。この状態でウェハの犠牲層23をエッチングして、InP基板21をリフトオフする（図６（２））。ウェハのリフトオフした面を基材212に接着剤211で接着する（図６（２））。ウェハを加熱して保護ワックス219を溶かして搬送基板210を除去した後、有機洗浄でウェハ表面の保護ワックス219を除去すると、基材210上に形成された光電変換素子が得られる。
【００５１】
上述の製造方法において、リフトオフ以外の製造工程では、ウエットエッチングに限らず、反応性イオン等を用いたドライエッチングを用いても良い。
【００５２】
第１の実施例にかかる光電変換素子200の第１の特徴は、n-In0.68Ga0.32As 光吸収層24のバンドギャップが0.61eV、すなわちバンドギャップ波長が2.0μｍであることである。これはエミッタ温度が1200℃以上の比較的高い場合に適している。第2の特徴は、メタモルフィック緩和層22に光吸収層と同じ材料系を用いていることである。これにより、必要な材料の種類が少なくて済む。第3の特徴は、n-AlAs0.44Sb0.56犠牲層23がn-In0.68Ga0.32As 光吸収層24と格子整合していることである。そのためn-AlAs0.44Sb0.56犠牲層23の厚さを大きくすることができるので、リフトオフ時間を短くすることができる。この結果、基板のサイズが大きい場合に作製時間を短くすることができる。第4の特徴は、InP基板21に対して比較的格子定数が近い無歪のn-In0.68Ga0.32As 光吸収層24を用いていることである。これによって高品質の光吸収層が得られる。第5の特徴は、光吸収層からInP基板21とメタモルフィック緩和層22を除去したことである。これにより、転位網でのキャリアの捕獲がないこと、及び光吸収層で生じた熱をヒートシンクに放熱しやすいことにより、光電変換効率が向上する。第6の特徴は、素子構造が単純なために、光吸収層で発生したキャリアが電極まで拡散する間にエネルギポテンシャルの障壁がないことである。これによって低抵抗な素子が得られる。
【００５３】
以下の実施例では、第１の実施形態及び実施例１にて説明した製造方法と同様の方法により光電変換素子を作成することができる。
【００５４】
［実施例２］
図７に第２の実施例である光電変換素子300の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子300の成長層は、n-InP基板21、層厚400nmのInXGa1-XAs（0≦X≦0.77）メタモルフィック緩和層42、層厚100nmのp-AlAs0.38Sb0.62犠牲層43、層厚50nmのp-In0.68Ga0.27Al0.05As  キャリア再結合防止層44、層厚2μｍのp-In0.75Ga0.25As 光吸収層45、層厚0.6μｍのn-In0.75Ga0.25As光吸収層46を含んでなる。アンドープのInXGa1-XAs（0.53≦X≦0.77）メタモルフィック緩和層42は、それぞれの層厚が50nmのIn0.53Ga0.47As 420、In0.58Ga0.42As 421、In0.63Ga0.37As 422、In0.68Ga0.32As 423、In0.72Ga0.28As 424、In0.75Ga0.25As 425、In0.77Ga0.23As 426、In0.75Ga0.25As 427を含んで成る。
【００５５】
図８に、第２の実施例の光電変換素子300の断面構造図を示す。第２の実施例の光電変換素子は、ヒートシンク31、金属層 32、N電極34、n-In0.75Ga0.25As光吸収層46、p-In0.75Ga0.25As光吸収層45、p-In0.68Ga0.27Al0.05Asキャリア再結合防止層44、P電極33、反射防止膜57を含んで成る。
【００５６】
図９に光電変換素子300のバンド構造模式図を示す。光照射時に最適な順方向バイアス電圧+V 65がかかるように素子に外部抵抗Rが接続されている。反射防止膜57を透過した放射光66は、主に表面側のp-In0.75Ga0.25As光吸収層45において、伝導帯61に電子、価電子帯62に正孔を生成する。電子と正孔は、PN接合の内部電界によって反対方向に移動し、それぞれN電極34とP電極33に吸収され、光電流Iphを生じる。光電流が外部抵抗に流れるので抵抗で消費される順方向バイアスV 65が素子にかかる。その結果PN接合部のキャリア障壁が減少するので、キャリアが障壁を乗り越える方向に拡散し、逆方向飽和電流Is(V)が流れる。結局、正孔流64による全電流はI＝Iph−Is(V)となる。全電流がゼロになる電圧は開放端電圧Voc、外部抵抗ゼロ（電圧ゼロ）の時の電流は短絡電流Iscと呼ばれる。
【００５７】
図２９に化合物半導体の伝導体と価電子帯のエネルギの格子定数依存性を示す。p-In0.75Ga0.25As 光吸収層45とp-In0.68Ga0.27Al0.05Asキャリア再結合防止層44の伝導帯のエネルギ差ΔEcと価電子帯のエネルギ差ΔEvを比べると、ΔEcの方が4倍程度大きいことが分かる。ΔEcは70meV〜80meVである。正孔はΔEvが小さいので、p-In0.68Ga0.27Al0.05Asキャリア再結合防止層を通過し、ｐ電極に吸収される。一方、p-In0.75Ga0.25As光吸収層45で発生した電子は、N電極に向かって移動するが、p-In0.68Ga0.27Al0.05Asキャリア再結合防止層44によって妨げられる。またキャリア再結合防止層44は薄いために、電子はキャリア再結合防止層44の表面に殆ど存在しない。そのためにキャリア再結合防止層44の表面で電子と正孔が再結合しないので、電流損失が殆ど生じない。
【００５８】
第２の実施例にかかる光電変換素子300は基本的に第1の実施例にかかる光電変換素子200と同様の特徴を有しているが、光電変換素子300の第1の特徴は、無歪のp-In0.75Ga0.25As 光吸収層45のバンドギャップが0.54eV、すなわちバンドギャップ波長が2.3μｍであることである。そのため光電変換素子300によれば、光電変換素子200よりも高い出力と効率が得ることができる。第2の特徴は、p-AlAs0.38Sb0.62犠牲層43がp-In0.75Ga0.25As光吸収層45と格子整合していることである。そのためp-AlAs0.38Sb0.62犠牲層43の厚さを大きくすることができるので、リフトオフ時間を短くすることができる。第3の特徴は、p-In0.68Ga0.27Al0.05Asキャリア再結合防止層44を有していることである。これによって、素子抵抗を増加させずにキャリアの表面再結合を防止できるので、光電変換効率が増加する。
【００５９】
［実施例３］
図１０に第３の実施例である光電変換素子400の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子400の成長層は、InP基板71、層厚520nmのInAsXP1-X（0≦X≦0.50）メタモルフィック緩和層72、層厚100nmのn-AlAs0.38Sb0.62犠牲層73、層厚50nmのn-InAs0.47P0.53再結合防止層74、層厚2μｍのn-In0.75Ga0.25As光吸収層75、層厚0.6μｍのp-In0.75Ga0.25As光吸収層76を含んで成る。
【００６０】
InAsXP1-X（0≦X≦0.50）メタモルフィック緩和層72は、それぞれ層厚が50nmのInP 720、InAs0.05P0.95 721、InAs0.10P0.90 722、InAs0.15P0.85 723、InAs0.20P0.80 724、InAs0.25P0.85 725、InAs0.30P0.70 726、InAs0.35P0.65 727、InAs0.40P0.60 728、InAs0.45P0.55 729、InAs0.50P0.50 730、InAs0.47P0.53 731を含んで成る。InAsXP1-XはAs組成が増えると機械的強度が小さくなるので、InPにはミスフィット転位が発生しにくい。InAsXP1-X（0≦X≦0.50）メタモルフィック緩和層72の成長温度はIn0.75Ga0.25As光吸収層の成長温度より50℃程度高い温度で成長する。メタモルフィック緩和層の成長温度を高くすることで機械的強度が下がるので、転位の閉じ込め効果が高くなる。
【００６１】
図１１に光電変換素子400の断面構造図を示す。光電変換素子400は、ヒートシンク31、金属層32、P電極83、p-In0.75Ga0.25As光吸収層76、n-In0.75Ga0.25As光吸収層75、n-InAs0.47P0.53再結合防止層74、N電極84、反射防止膜87を含んで成る。
【００６２】
図１２に光電変換素子400のバンド構造模式図を示す。光照射時に最適な順方向バイアス電圧+V 95がかかるように素子に外部抵抗Rが接続されている。反射防止膜87を透過した放射光66は、主に表面側のn-In0.75Ga0.25As 光吸収層75において、伝導帯91に電子、価電子帯92に正孔を生成する。電子と正孔は、PN接合の内部電界によって反対方向に移動し、それぞれN電極84とP電極83に吸収され、光電流Iphを生じる。光電流が外部抵抗に流れるので抵抗で消費される順方向バイアスV 65が素子にかかる。
【００６３】
図２９の化合物半導体の伝導体と価電子帯のエネルギの格子定数依存性を見ると、n-In0.75Ga0.25As光吸収層75とn-InAs0.47P0.53再結合防止層74の伝導帯のエネルギ差ΔEcと価電子帯のエネルギ差ΔEvを比べると、ΔEcが殆どゼロなのに対して、ΔEvの値が大きいことが分かる。実施例のΔEvは100meV〜130meVであり、室温の熱エネルギ26meVより十分大きい。電子はΔEcが殆どゼロなので、n-InAs0.47P0.53再結合防止層74を通過し、N電極84に吸収される。一方、n-In0.75Ga0.25As光吸収層75で発生した正孔は、P電極83に向かって移動するが、同時にn-InAs0.47P0.53再結合防止層74によって表面への正孔拡散が妨げられる。またキャリア再結合防止層74は薄いために、正孔はキャリア再結合防止層74の表面に殆ど存在しない。そのためにキャリア再結合防止層74の表面で電子と正孔が再結合しないので、電流損失が殆ど生じない。
【００６４】
第３の実施例にかかる光電変換素子400は基本的に第２の実施例にかかる光電変換素子300と同様の特徴を有している。光電変換素子400の第1の特徴は光吸収層のバンドギャップ波長が2.3μｍであることである。そのため光電変換素子300と同様に高い出力と効率が得られる。第2の特徴は、InAsXP1-X（0≦X≦0.50）メタモルフィック緩和層72を有することである。InAsXP1-X（0≦X≦0.50）メタモルフィック緩和層72においては、Pの原料であるPH3の流量に対して、Asの原料であるAsH3の流量を増やしていくことで比較的容易にステップ構造を形成することができる。第3の特徴は、n-InAs0.47P0.53再結合防止層74を有していることである。これによって表面側の光吸収層がｎ型の場合でも、抵抗の増加なしに再結合防止層を形成できるので高い光電変換効率が得られる。
【００６５】
［実施例４］
図１３に第４の実施例である光電変換素子500の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子500の成長層はp-InP基板100、層厚350nmのp-AlAs1-XSbX（0.44≦X≦0.69）メタモルフィック緩和層102、層厚100nmのp-AlAs0.33Sb0.67犠牲層103、層厚50nmのp-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asキャリア再結合防止層104、層厚2μｍの無歪のp-In0.81Ga0.19As 光吸収層105、層厚0.7μｍのn-In0.81Ga0.19As光吸収層106、層厚100nmのn-InAs0.6P0.4エッチング停止層107、層厚2μｍのn-In0.81Ga0.19As導電層108を含んで成る。メタモルフィック緩和層102のｐドーピング濃度は5×1018ｃｍ-3である。
【００６６】
メタモルフィック緩和層102は、それぞれの層厚が50nmのp-AlAs0.56Sb0.44 1020、p-AlAs0.51Sb0.49 1021、p-AlAs0.46Sb0.54 1022、p-AlAs0.41Sb0.59 1023、p-AlAs0.36Sb0.64 1024、p-AlAs0.31Sb0.69 1025、p-AlAs0.33Sb0.67 1026を含んで成る。無歪p-In0.81Ga0.19As 光吸収層105のInPに対する格子不整合度は1.9％である。p-AlAs0.33Sb0.67犠牲層103と p-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asキャリア再結合防止層104は無歪p-In0.81Ga0.19As 光吸収層105と格子整合している。
【００６７】
図１４に光電変換素子500の断面構造図を示す。光電変換素子500は、ヒ−トシンク111、絶縁層112、n-In0.81Ga0.19As導電層108、n-InAs0.6P0.4エッチング停止層107、n-In0.81Ga0.19As光吸収層106、p-In0.81Ga0.19As光吸収層105、p-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asキャリア再結合防止層104、N電極113、P電極114、反射防止膜117を含んで成る。反射防止膜117は波長1〜2.7μｍの光を透過し、波長2.7μｍ以上の光をできるだけ反射するように設計する。
【００６８】
第４の実施例にかかる光電変換素子500の第1の特徴は、光吸収層のバンドギャップ波長が2.7μｍであることである。そのため800℃〜1400℃の広い温度範囲で最高の発電出力と発電効率が得られる。第2の特徴は、成長層が層厚350nm のp-AlAs1-XSbX（0.44≦X≦0.69）メタモルフィック緩和層102を有していることである。p-AlAs1-XSbX層はInPバッファー層より高い温度で成長させる。成長温度が上がるとp-AlAs1-XSbX層が柔らかくなり、転位網をp-AlAs1-XSbX層に閉じ込める効果が高くなる。さらにメタモルフィック緩和層102に高濃度のｐ型ドーピングを行うと、p-AlAs1-XSbX層の機械的強度が下がる。その結果、メタモルフィック緩和層102上に成長した結晶の品質が高まる効果がある。またAlAs1-XSbXメタモルフィック緩和層102はp-AlAs0.33Sb0.67犠牲層103と同様に、リフトオフ時にエッチングされるので、リフトオフ時間が短縮される。第3の特徴は、p-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asキャリア再結合防止層104があるため、抵抗を増加させずに光電変換効率をあげることができる。第4の特徴は、n-InAs0.6P0.4エッチング停止層107があることである。これによって、エッチング停止層が電子流の障壁にならずに、安価なウエットエッチングを用いて、片側の表面にP電極とN電極を有する光電変換素子を作製することができる。
【００６９】
［実施例５］
図１５に第５の実施例である光電変換素子600の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子600の成長層は、n-InP基板121、層厚280nmのn-AlAs1-XSbX（0.44≦X≦0.69）メタモルフィック緩和層122、層厚80nmのn-AlAs0.33Sb0.67犠牲層123、層厚50nmのn-InAs0.6P0.4キャリア再結合防止層124、層厚2μｍのn-In0.81Ga0.19As 光吸収層125、層厚0.7μｍのp-In0.81Ga0.19As光吸収層126、層厚100nmのp-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asエッチング停止層127、層厚1.5μｍのp-In0.81Ga0.19As導電層128を含んで成る。メタモルフィック緩和層122のnドーピング濃度は5×1018ｃｍ-3である。n-AlAs1-XSbX（0.44≦X≦0.69）メタモルフィック緩和層122は、それぞれの層厚が40nmのn-AlAs0.56Sb0.44 1220、n-AlAs0.51Sb0.49 1221、n-AlAs0.46Sb0.54 1222、n-AlAs0.41Sb0.59 1223、n-AlAs0.36Sb0.64 1224、n-AlAs0.31Sb0.69 1225、n-AlAs0.33Sb0.67 1226を含んで成る。
【００７０】
図1６に光電変換素子600の断面構造図を示す。光電変換素子600は、ヒ−トシンク111、絶縁層112、p-In0.81Ga0.19As導電層128、p-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asエッチング停止層127、n-In0.81Ga0.19As光吸収126、p-In0.81Ga0.19As光吸収125、p-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asキャリア再結合防止層124、N電極135、P電極138、反射防止膜137を含んで成る。
【００７１】
第５の実施例にかかる光電変換素子600は、第４の実施例にかかる光電変換素子500と同様光吸収層のバンドギャップ波長が2.7μｍの表面PN電極型の光電変換素子である。入射光が入る表面側の光吸収層が、光電変換素子500ではP型であるのに対し、光電変換素子600ではN型である。光電変換素子600の特徴は、キャリア再結合防止層にp-In0.81Ga0.15Aｌ0.04As、エッチング停止層には正孔の障壁にならないp-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asを用いていることである。これらの層は緩和したn-In0.81Ga0.19As光吸収126に格子整合している。そのため、これらの層厚を変えても結晶品質が保たれる。その他、光電変換素子600によれば、光電変換素子500と同様の優れた効果が得られる。
【００７２】
［実施例６］
図1７に第６の実施例である光電変換素子700の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子700の成長層は、Fe-InP基板141、層厚400nmのInP1-XSbX（0≦X≦0.28）メタモルフィック緩和層142、層厚100nmのp-InP0.74Sb0.26  犠牲層143、層厚50nmのp-In0.92Ga0.04Al0.04Asキャリア再結合防止層144、層厚2μｍのp-In0.92Ga0.08As光吸収層145、層厚0.6μｍのn-In0.92Ga0.08As光吸収層146を含んで成る。
【００７３】
InP1-XSbX（0≦X≦0.28）メタモルフィック緩和層142は、それぞれ層厚が50nmのInP 1420、InP0.95Sb0.05  1421、InP0.90Sb0.10  1422、InP0.85Sb0.15  1423、InP0.80Sb0.20  1424、InP0.75Sb0.25  1425、InP0.72Sb0.28  1426、InP0.74Sb0.26  1427を含んで成る。メタモルフィック緩和層142は、成長時に供給するPH3に対し、Sbの原料であるSbH3あるいはTMSb（トリメチルアンチモン）の供給流量をステップ状に徐々に増加させることにより形成することができる。メタモルフィック緩和層142にｐ型ド-ピングしてもよい。
【００７４】
図１８に光電変換素子700の断面構造図を示す。光電変換素子700は、厚さ50μｍから100μｍの高分子フィルム151、厚さ50μｍの金属フィルム152、合金層153、N電極154、P電極155、n-In0.92Ga0.08As光吸収層146、p-In0.92Ga0.08As光吸収層145、p-In0.92Ga0.04Al0.04Asキャリア再結合防止層144、反射防止膜157を含んで成る。
【００７５】
反射防止膜157は1〜3μｍの光を透過させ、3μｍ以上の光をできるだけ反射するように設計されている。高分子フィルム151は金属フィルム152で圧着（ラミネート）されている。金属フィルム152には、アルミニウム、銅、ステンレスなどの材料を用いることができる。高分子フィルム151には、耐熱性の高い高分子材料であるポリアミドやポリイミド、ポリエ−テルサルフォン、ポリエステル、アクリルブタジエンスチレンなどが適用できる。あるいは透明性の高い高分子材料であるポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレートも適用できる。ラミネートフィルム基材は柔軟であるため、例えば、円筒上の内壁を有するアルミ製ヒートシンクの内壁に張り付けることができる。エミッタを円筒の中央部に設置することで、放射状に放射される放射光を漏らすことなく円筒上の内壁に張り付けられた光電変換素子に照射させることができる。
【００７６】
第６の実施例にかかる光電変換素子700の第1の特徴は、バンドギャップ波長が3.0μｍの光吸収層を用いていることである。これによってエミッタ温度が800℃〜1000℃と比較的低い場合において、光電変換素子の最大の出力と効率が実現できる。第2の特徴は、InP1-XSbX（0≦X≦0.28）メタモルフィック緩和層142を用いていることである。これによって高品質なn-In0.92Ga0.08As光吸収層146が得られる。またメタモルフィック緩和層142はp-InP0.74Sb0.26犠牲層143と共にリフトオフ時にエッチングされるので、リフトオフ時間が短縮される。第3の特徴は、ラミネ−トフィルム基材を用いていることである。これによって光電変換素子を、エミッタを取り巻くように曲面状に配置できるため、効率よく放射光を受光できる。またフィルム基材は軽いので、発電装置を軽量化する。
【００７７】
第２の特徴について詳しく述べる。InGaAsのIn組成が大きい場合には、メタモルフィック緩和層にInP1-XSbXを用いた方が、AlAs1-XSbXを用いるより、高品質なn-In0.92Ga0.08As光吸収層146が得られる。
【００７８】
図３０に化合物半導体の標準生成エンタルピーと融点を示す。標準生成エンタルピーと融点はほぼ比例関係にある。これは結晶が固くなると、標準生成エンタルピーと融点が大きくなるためである。図３０から分かるように、本発明で用いるInGaAsの融点は950℃〜1100℃、InPSbの融点は850℃〜1000℃、AlAsSbの融点は1250℃〜1350℃である。つまり融点は、AlAsSb、InGaAs、InPSbの順番で低くなる。転位は結晶強度の小さい層で発生するので、結晶強度の小さいInPSbは転位網を閉じ込める効果が高い。
【００７９】
図３１に化合物半導体の臨界せん断応力の逆温度依存性を示す。臨界せん断応力は材料の機械的強度を表す。温度が高くなる程、臨界せん断応力が低下する。成長時にはエピ層は同じ温度になるので、同じ温度で臨界せん断応力を比較する。本発明のメタモルフィック緩和層に用いるInPSbあるいはInPAsは、本発明で用いるIn組成が0.58より大きいIn+GaAsと同程度の機械的強度を有する。一方 AlAsSbはIn+GaAsより機械的強度が大きい。そのため、InPSbあるいはInPAsは、AlAsSbより機械的強度が小さいので、転位網をInP1-XSbX内あるいはInP1-XAsX内に閉じ込める効果が大きい。関連技術におけるGaAs基板上のIn-GaAs成長では、顕著な問題にならなかったが、本発明のInP基板上のIn+GaAs成長では、高品質の光吸収層を得るために、メタモルフィック層にInPSbあるいはInPAsを用いることが必要である。
【００８０】
［実施例７］
図１９に第７の実施例である光電変換素子800の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子800の成長層は、Fe-InP基板161、層厚400nmのInP1-XSbX（0≦X≦0.28）メタモルフィック緩和層162、層厚100nmのn-InP0.74Sb0.26  犠牲層163、層厚50nmのn-InAs0.83P0.17キャリア再結合防止層164、層厚2μｍの緩和したn-In0.92Ga0.08As 光吸収層165、層厚0.6μｍのp-In0.92Ga0.08As光吸収層166を含んで成る。InP1-XSbX（0≦X≦0.28）メタモルフィック緩和層162は、それぞれ層厚が50nmのInP 1620、InP0.95Sb0.05  1621、InP0.90Sb0.10  1622、InP0.85Sb0.15  1623、InP0.80Sb0.20  1624、InP0.75Sb0.25  1625、InP0.72Sb0.28  1626、InP0.74Sb0.26  1627を含んで成る。メタモルフィック緩和層162にｎ型ド-ピングを施してもよい。
【００８１】
図２０に光電変換素子800の断面構造図を示す。光電変換素子800は、厚さ50μｍから100μｍの高分子フィルム151、厚さ50μｍの金属フィルム152、合金層153、N電極174、P電極175、p-In0.92Ga0.08As光吸収層166、n-In0.92Ga0.08As 光吸収層165、n-InAs0.83P0.17キャリア再結合防止層164、反射防止膜177、から成る。反射防止膜177は波長1〜3μｍの光を透過し、波長3μｍ以上の光をできるだけ反射するように設計されている。
【００８２】
第７の実施例にかかる光電変換素子800は、第６の実施例にかかる光電変換素子700と同様光吸収層のバンドギャップ波長が3.0μｍである。光電変換素子700では放射面側の光吸収層がP型であるのに対して、光電変換素子800では放射面側の光吸収層がN型である。また、光電変換素子700ではキャリア再結合防止層がp-In0.92Ga0.04Al0.04Asであるのに対して、光電変換素子800ではキャリア再結合防止層がn-InAs0.83P0.17である点が異なる。
【００８３】
［実施例８］
図２１に第８の実施例である光電変換素子900の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子900の成長層は、InP基板181、層厚450nmのInP1-XSbX（0≦X≦0.35）メタモルフィック緩和層182、層厚100nmのn-InP0.68Sb0.32犠牲層183、層厚10nmのn-InAs0.90P0.10歪キャリア再結合防止層184、層厚2μｍのn-InAs 光吸収層185、層厚0.5μｍのp-InAs光吸収層186を含んで成る。InP1-XSbX（0≦X≦0.35）メタモルフィック緩和層182は、それぞれの層厚が50nmのInP 1820、InP0.95Sb0.05 1821、InP0.90Sb0.10 1822、InP0.85Sb0.15  1823、InP0.80Sb0.20 1824、InP0.75Sb0.25 1825、InP0.70Sb0.301826、InP0.65Sb0.35 1827、InP0.68Sb0.32  1828を含んでなる。高品質のInAs光吸収層を実現するにはInP1-XSbX（0≦X≦0.35）メタモルフィック緩和層182を用いることが好ましい。メタモルフィック緩和層182にｎド-ピングを施してもよい。
【００８４】
図２２に光電変換素子900の断面構造図を示す。光電変換素子900、厚さ50μｍから100μｍの高分子フィルム151、厚さ50μｍの金属フィルム152、合金層153、P電極194、N電極195、p-InAs光吸収層186、n-InAs光吸収層185、n-InAs0.90P0.10歪キャリア再結合防止層184、反射防止膜197を含んで成る。反射防止膜197は、波長1.4〜3.4μｍの光を透過し、波長3.4μｍ以上の光をできるだけ反射するように設計されている。
【００８５】
第８の実施例にかかる光電変換素子900はInAs光吸収層のバンドギャップ波長が3.4μｍである。これにより、エミッタ温度が800℃程度と低い温度に対して、高い出力と効率を得ることができる薄膜の光電変換素子を実現することができる。
【００８６】
［実施例９］
図２３に本発明の第９の実施例である光電変換素子1000の成長層の断面構造図を示す。光電変換素子1000の成長層は、InP基板220、InP1-XSbX（0≦X≦0.30）メタモルフィック緩和層221、n-InP0.75Sb0.25犠牲層223、n-InAs0.90P0.10光吸収層224、p-InGaAsP光吸収層225を含んで成る。InP1-XSbX（0≦X≦0.30）メタモルフィック緩和層221は、9層を含み、それぞれの層厚が50nmである。メタモルフィック緩和層221内においては、Sb組成が0.05ステップで0.30まで増加し、最後に0.25に戻る。n-InP0.75Sb0.25犠牲層223、n-InAs0.90P0.10光吸収層224、p-InGaAsP光吸収層225はお互いに格子整合している。n-InAs0.90P0.10光吸収層224の室温のバンドギャップ波長は2.2μｍである。
【００８７】
図２４に光電変換素子1000の断面構造図を示す。光電変換素子1000は、高分子フィルム151、金属フィルム152、合金層153、P電極194、p-InGaAsP光吸収層225、n-InAs0.90P0.10光吸収層224、N電極195、反射防止膜227を含んで成る。反射防止膜227は波長1μｍ〜2.2μｍの光を透過し、波長2.2μｍ以上の光をできるだけ反射するように設計されている。
【００８８】
第9の実施例にかかる光電変換素子1000の第1の特徴は、主要な光吸収層のバンドギャップ波長が2.2μｍであることである。この吸収波長は広範囲のエミッタ温度で高い出力と効率を実現する。第2の特徴は、光吸収層にInxGa1-xAsyP1-y（0.58≦x≦1、0.8≦ｙ＜1）混晶あるいはInAszP1-z（0.1≦z≦1）混晶を用いていることである。すなわち、光電変換素子の光吸収層にはInGaAs以外にもSbを含まない化合物半導体材料を用いることができる。
［発明の効果］
第１の実施形態及び実施例１乃至９と同様の方法により作成した光電変換素子2000による実験結果を用いて、本発明の効果について説明する。光電変換素子2000では、光吸収層としてIn0.80Ga0.20As光吸収層を用いた。また、比較のため特許文献３に記載の光電変換素子3000を作製した。図３２に光電変換素子3000の構造とその製造方法を示す。まず、エピタキシャル成長技術によって、InP基板1上に基板と格子整合するAlAs0.56Sb0.44犠牲層2を形成する。次いで、上記犠牲層2上に、ｎ型InP層3、ｎ型In0.53Ga0.47As層4、ｐ型In0.53Ga0.47As層5を順に積層する。その後、図示はしないが、各層を加工してフォトダイオ−ド（PD）を形成する。次いで、PDを被覆する絶縁膜を形成した後、PDの各素子に接続する電極を形成する。一方、PDの電極に対応した電極を形成した支持基板を用意する。そして、PDの電極と支持基板に形成された電極同士とが接合するように支持基板を上記基板側に接着もしくは接合する。その後、犠牲層2をエッチングにより除去し、基板1をｎ型InP層3より剥離する。特許文献３においてはInPに格子整合したInGaAs系PD素子を形成し、ELO法でPD素子薄膜を形成する。得られたPD素子は、太陽電池と異なり、逆バイアスをかけた状態で受光する。
【００８９】
図２５にエミッタ温度を変えた時の放射強度の波長依存性を示す。エミッタの放射特性は黒体放射で近似した。図２５において、光電変換素子3000にて用いられているIn0.53Ga0.47Asのバンドギャップ波長1.65μｍと、光電変換素子2000に用いられたIn0.80Ga0.20Asのバンドギャップ波長2.7μｍを同時に図示した。エミッタ温度1400℃、1200℃、1000℃、800℃に対する放射スペクトルのピ−ク波長はそれぞれ1.7μｍ、2.0μｍ、2.3μｍ、2.8μｍである。エミッタ温度が下がると、放射強度が低下し、かつ放射スペクトルのピ−ク波長が増大する。InGaAs光吸収層はバンドギャップ波長より短い波長の放射光を吸収する。光電変換素子2000は光電変換素子3000より吸収できる放射スペクトルの面積が大きいことが分かる。エミッタ温度が1000℃以下になると、光電変換素子3000のバンドギャップ波長では吸収できる放射スペクトルの面積が極めて小さくなってしまう。
【００９０】
図２６に光吸収層が異なるInGaAs系光電変換素子の電流電圧特性を示す。光吸収層として、特許文献３にかかるIn0.53Ga0.47Asを用いた素子（In0.53Ga0.47As素子）と本発明にかかるIn0.80Ga0.20Asを用いた素子（In0.80Ga0.20As素子）を作製し、典型的なエミッタ温度1200℃における電流電圧特性を室温で測定した。素子が受けとる光強度は、反射防止膜を透過した光強度を推定し補正して求めた。
【００９１】
In0.53Ga0.47As素子の開放端電圧は0.51（V）、短絡電流密度は4.2（A/cm2）、充填因子は80％、出力密度は1.75（W/cm2）であった。一方In0.80Ga0.20As素子の開放端電圧は0.26（V）、短絡電流密度は19.6（A/cm2）、充填因子は70％、出力密度は3.52（W/cm2）であった。In0.80Ga0.20As素子においても、格子整合系の結晶と同程度の高い結晶品質のInGaAs系光電変換素子が得られた。In0.80Ga0.20As素子において、高結晶品質のInGaAs層が得られたのは基板と成長層との格子不整合度がGaAs基板より小さいInP基板を用いたためである。高結晶品質のInGaAs層では、低品質のものに較べ、キャリアの拡散長が数10μｍと大きいために、逆飽和電流の値が一桁小さくなり、開放端電圧Vocが0.1V以上大きくなるため、出力が向上する。
【００９２】
In0.53Ga0.47As素子に較べて、In0.80Ga0.20As素子はバンドギャップが小さいために開放端電圧は半減したが、短絡電流密度は4倍になった。この結果、出力密度は2倍になった。結局、典型的なエミッタ温度1200℃において、本発明にかかるInGaAs系光電変換素子では、特許文献３にかかる光電変換素子の2倍の出力が得られた。
【００９３】
図２７にエミッタ温度を変えた時の光電変換効率のバンドギャップ波長依存性を示す。光電変換効率は、エミッタからの放射光のすべての波長の放射エネルギ密度に対する素子からの出力密度によって定義した。曲線は素子特性から計算した値を表す。黒丸はエミッタ温度1200℃のとき、白丸はエミッタ温度800℃のときの実験値である。
【００９４】
エミッタ温度1400℃、1200℃、1000℃、800℃に対する効率のピークバンドギャップ波長はそれぞれ2.6μｍ、2.7μｍ、3.0μｍ、3.2μｍである。最適なバンドギャップ波長はエミッタ温度に依存する。エミッタ温度が下がると、効率のピークバンドギャップ波長は増大する。エミッタ温度800℃〜1400℃において、適切なバンドギャップ波長は2.0μｍ〜3.4μｍ、より適切なバンドギャップ波長は2.5μｍ〜3.2μｍであった。エミッタ温度1200℃では、In0.53Ga0.47As素子の効率は6.5％、In0.80Ga0.20As素子の効率は13.2％であった。エミッタ温度800℃では、In0.53Ga0.47As素子の効率は1.4％、In0.80Ga0.20As素子の効率は5.9％であった。本発明にかかる素子構造により、光電変換効率が2倍〜4倍になる効果が得られた。
【００９５】
エミッタ温度400℃での効率のピーク波長は3.2μｍであり、第８の実施例の素子構造によれば、エミッタ温度400℃でも高い変換効率が得られる。エミッタ温度2000℃での効率のピーク波長は2.3μｍであり、第１の実施例の素子構造によれば、エミッタ温度2000℃でも高い変換効率が得られる。従って高温エミッタと光電変換素子を含む熱光起電力発電装置において、本発明によれば、広範囲のエミッタ温度Te（400℃≦Te≦2000℃）において最大の発電効率を実現する光電変換素子を提供することができる。
【００９６】
図２８にエミッタ温度を変えた時の出力密度のバンドギャップ波長依存性を示す。曲線は素子特性から計算した値を表す。黒丸はエミッタ温度1200℃のとき、白丸はエミッタ温度800℃のときの実験値である。
【００９７】
エミッタ温度1400℃、1200℃、1000℃、800℃に対する出力のピ−クバンドギャップ波長はそれぞれ2.6μｍ、2.7μｍ、3.0μｍ、3.2μｍであり、効率のピ−クバンドギャップ波長とほぼ一致した。エミッタ温度1200℃では、In0.53Ga0.47As素子の効率は1.75（W/cm2）、In0.80Ga0.20As素子の効率は3.52（W/cm2）であった。エミッタ温度800℃では、In0.53Ga0.47As素子の効率は0.11（W/cm2）、In0.80Ga0.20As素子の効率は0.44（W/cm2）であった。本発明にかかる素子構造により、光電変換後の出力密度が2倍〜4倍になる効果が得られた。特に低いエミッタ温度では、本発明にかかる素子構造により、特許文献３にかかる光電変換素子の4倍の効率と出力が得られた。
【００９８】
エミッタ温度400℃での出力のピーク波長は3.2μｍであり、第８の実施例の素子構造によれば、エミッタ温度400℃でも最大の出力が得られる。エミッタ温度2000℃での出力のピーク波長は2.2μｍであり、第１の実施例の素子構造により、エミッタ温度2000℃でもほぼ最大の出力が得られる。従って高温エミッタと光電変換素子を含む熱光起電力発電装置において、本発明によれば、広範囲のエミッタ温度Te（400℃≦Te≦2000℃）において最大の発電出力を実現する光電変換素子を提供することができる。
【００９９】
ドーピングされたInP基板は、エミッタからの赤外光成分を吸収するので、素子温度を増加させ、発電効率を低下させる。本発明にかかる素子構造によれば、InP基板を除去したことにより放熱に優れた光電変換素子が得られる。本発明ではメタモルフィック緩和層を除去するので、緩和層内に存在する転位網による電流損失が生じない。また、本発明にかかる製造方法では、リフトオフ後のInP基板を再利用することができるので、素子の製造コストを低減することができる。転写する基板には、柔軟な高分子基材など様々な材料を選択することができる。エミッタを囲むように光電変換素子を配置することで、エミッタからの放射光を受ける素子の面積を増大することができる。また、反射防止膜、あるいは光電変換素子とエミッタ間に設置した多層膜フィルタに理想的な構成を選択することにより、さらに高効率かつ高出力の熱光起電力発電を実現することができる。
【０１００】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて他の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。
【０１０１】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【０１０２】
（付記１）
少なくとも一組の互いに隣接する格子不整合緩和したP型光吸収層およびN型光吸収層を含む光吸収層有し、
前記光吸収層の層厚ｄは0.5μｍ≦ｄ≦5μｍであり、
前記光吸収層の室温での格子定数aが5.886Å≦a≦6.058Åであることを特徴とする光電変換素子。
【０１０３】
（付記２）
前記光吸収層は、InxGa1-xAs（0.58≦x≦1）、InxGa1-xAsyP1-y（0.58≦x≦1、0.8≦ｙ＜1）又はInAszP1-z（0.1≦z≦1）のいずれか一を含む、付記１に記載の光電変換素子。
【０１０４】
（付記３）
前記P型光吸収層と格子整合したP型InxGa1-x-wAlwAs（0.58≦x≦1、0.02≦ｗ≦0.2）層が前記P型光吸収層に隣接して形成され、又は
前記N型光吸収層に格子整合したN型InAsuP1-u（0.1≦ｕ≦0.9）層が前記N型光吸収層に隣接して形成されている、付記１又は２に記載の光電変換素子。
【０１０５】
（付記４）
前記光吸収層上に設けられ誘電体からなる反射防止膜をさらに有し、
前記反射防止膜の透過率特性Ｔ(λ）は、光吸収層のバンドギャップ波長λｇ（μｍ）に対して0≦Ｔ(λ2）＜0.5＜Ｔ(λ1）＜1かつ1μｍ≦λ1≦λｇかつλｇ≦λ2＜5μｍの条件を満たす、付記１乃至３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
【０１０６】
（付記５）
InP基板上にメタモルフィック緩和層を形成する工程と、
前記メタモルフィック緩和層上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上にP型光吸収層およびN型吸収層を含む光吸収層を形成する工程と、
エッチング法により前記犠牲層を除去する工程と、
前記エッチングにより前記InP基板及び前記メタモルフィック緩和層を剥離した前記光吸収層を搬送用基材、ヒートシンク基材またはラミネート基材のいずれか一に転写する工程と、を含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【０１０７】
（付記６）
前記メタモルフィック緩和層における格子定数のすくなくとも一部が、InPの格子定数から前記光吸収層における格子定数までステップ状あるいは連続に増加する、付記５に記載の光電変換素子の製造方法。
【０１０８】
（付記７）
前記メタモルフィック緩和層は、InXGa1-XAs（0.53≦x≦1）、InAsyP1-y（0≦y≦1）、AlAs1-XSbX（0.44≦x≦0.84）又はInP1-ySbｙ（0≦y≦0.32）の少なくともいずれか一を含む、付記５又は６に記載の光電変換素子の製造方法。
【０１０９】
（付記８）
前記犠牲層が前記光吸収層と格子整合している、付記５乃至７のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
【０１１０】
（付記９）
前記犠牲層の層厚ｄ2は、20nm≦ｄ2≦200nmである、付記５乃至８のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
【０１１１】
（付記１０）
前記犠牲層は、AlAs1-XSbX（0.48≦x≦0.84）又はInP1-ySbｙ（0.05≦y≦0.32）の少なくともいずれか一を含む、付記５乃至９のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
【０１１２】
（付記１１）
InP基板と、
前記InP基板上に形成されたメタモルフィック緩和層と、
前記メタモルフィック緩和層上に形成された犠牲層と、
前記犠牲層上に形成された光吸収層と、を有し、
前記光吸収層は、P型InGaAs層及びN型InGaAs光吸収層を含むことを特徴とする、半導体素子。
【符号の説明】
【０１１３】
1、11、21、71、100、121、141、161、181、220    InP基板
33、83、114、138、155、175、194    P電極
34、84、113、135、154、174、195    N電極
35、57、87、117、137、157、177、197、217、227    反射防止膜
2    AlAs0.56Sb0.44犠牲層
3    ｎ型InP層
4    ｎ型In0.53Ga0.47As層
5    ｐ型In0.53Ga0.47As層
12    メタモルフィック緩和層
13    犠牲層
14    N型光吸収層
15    P型光吸収層
16    エミッタ
19    光吸収層
22    n-InXGa1-XAs（0.53≦X≦0.70）メタモルフィック緩和層
23    n-AlAs0.44Sb0.56犠牲層
24    n-In0.68Ga0.32As光吸収層
25    p-In0.68Ga0.32As光吸収層
220    n-In0.53Ga0.47As
221    n-In0.58Ga0.42As
222    n-In0.63Ga0.37As
223    n-In0.68Ga0.32As
224    n-In0.70Ga0.30As
225  n-In0.68Ga0.32As
31    ヒ−トシンク
32    金属層
203    犠牲層
219    保護ワックス
210    搬送基板
212    基材
211    接着剤
42    InXGa1-XAs（053≦X≦0.77）メタモルフィック緩和層
43    p-AlAs0.38Sb0.62犠牲層
44    p-In0.68Ga0.27Al0.05Asキャリア再結合防止層
45    p-In0.75Ga0.25As光吸収層
46    層厚0.6μｍのn-In0.75Ga0.25As光吸収層
420    In0.53Ga0.47As
421    In0.58Ga0.42As
422    In0.63Ga0.37As
423    In0.68Ga0.32As
424    In0.72Ga0.28As
425    In0.75Ga0.25As
426    In0.77Ga0.23As
427    In0.75Ga0.25As
46    n-In0.75Ga0.25As光吸収層
45    p-In0.75Ga0.25As光吸収層
44    p-In0.68Ga0.27Al0.05Asキャリア再結合防止層
72    InAsXP1-X（0≦X≦0.50）メタモルフィック緩和層
73    n-AlAs0.38Sb0.62犠牲層
74    n-InAs0.47P0.53再結合防止層
75    n-In0.75Ga0.25As光吸収層
76    p-In0.75Ga0.25As光吸収層
721    InAs0.05P0.95
722    InAs0.10P0.90
723    InAs0.15P0.85
724    InAs0.20P0.80
725    InAs0.25P0.85
726    InAs0.30P0.70
727    InAs0.35P0.65
728    InAs0.40P0.60
729    InAs0.45P0.55
730    InAs0.50P0.50
731    InAs0.47P0.53
95    順方向バイアス電圧+V
66    放射光
91    伝導帯
92    価電子帯
102    AlAs1-XSbX（0.44≦X≦0.69）メタモルフィック緩和層
103    p-AlAs0.33Sb0.67犠牲層
104    p-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asキャリア再結合防止層
105    p-In0.81Ga0.19As光吸収層
106    n-In0.81Ga0.19As光吸収層
107    n-InAs0.6P0.4エッチング停止層
108    n-In0.81Ga0.19As導電層
1020、1220    AlAs0.56Sb0.44
1021、1221    AlAs0.51Sb0.49
1022、1222    AlAs0.46Sb0.54
1023、1223    AlAs0.41Sb0.59
1024、1224    AlAs0.36Sb0.64
1025、1225    AlAs0.31Sb0.69
1026、1226    AlAs0.33Sb0.67
111    ヒートシンク
112    絶縁層
122    AlAs1-XSbX（0.44≦X≦0.69）メタモルフィック緩和層
123    n-AlAs0.33Sb0.67犠牲層
124    n-InAs0.6P0.4キャリア再結合防止層
125    n-In0.81Ga0.19As光吸収層
126    p-In0.81Ga0.19As光吸収層
127    p-In0.81Ga0.15Aｌ0.04Asエッチング停止層
128    p-In0.81Ga0.19As導電層
142    InP1-XSbX（0≦X≦0.28）メタモルフィック緩和層
143    p-InP0.74Sb0.26犠牲層
144    p-In0.92Ga0.04Al0.04Asキャリア再結合防止層
145    p-In0.92Ga0.08As光吸収層
146    n-In0.92Ga0.08As光吸収層
151    高分子フィルム
152    金属フィルム
153    合金層
162    InP1-XSbX（0≦X≦0.28）メタモルフィック緩和層
163    n-InP0.74Sb0.26犠牲層
164    n-InAs0.83P0.17キャリア再結合防止層
165    n-In0.92Ga0.08As光吸収層
166    p-In0.92Ga0.08As光吸収層
720、1420、1620、1820    InP
1421、1621、1821    InP0.95Sb0.05
1422、1622、1822    InP0.90Sb0.10
1423、1623、1823    InP0.85Sb0.15
1424、1624、1824    InP0.80Sb0.20
1425、1625、1825    InP0.75Sb0.25
1426、1626、1826    InP0.72Sb0.28
1427、1627、1827    InP0.74Sb0.26
182    InP1-XSbX（0≦X≦0.35）メタモルフィック緩和層
183    n-InP0.68Sb0.32犠牲層
184    n-InAs0.90P0.10歪キャリア再結合防止層
185  n-InAs光吸収層
186    p-InAs光吸収層
1828    InP0.68Sb0.32
221    InP1-XSbX（0≦X≦0.30）メタモルフィック緩和層
223    n-InP0.75Sb0.25犠牲層
224    n-InAs0.90P0.10光吸収層
225    p-InGaAsP光吸収層
【図１】
2015041620.tif 000003
【図２】
2015041620.tif 000004
【図３】
2015041620.tif 000005
【図４】
2015041620.tif 000006
【図５】
2015041620.tif 000007
【図６】
2015041620.tif 000008
【図７】
2015041620.tif 000009
【図８】
2015041620.tif 000010
【図９】
2015041620.tif 000011
【図１０】
2015041620.tif 000012
【図１１】
2015041620.tif 000013
【図１２】
2015041620.tif 000014
【図１３】
2015041620.tif 000015
【図１４】
2015041620.tif 000016
【図１５】
2015041620.tif 000017
【図１６】
2015041620.tif 000018
【図１７】
2015041620.tif 000019
【図１８】
2015041620.tif 000020
【図１９】
2015041620.tif 000021
【図２０】
2015041620.tif 000022
【図２１】
2015041620.tif 000023
【図２２】
2015041620.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2015041620.tif 000028
【図２７】
2015041620.tif 000029
【図２８】
2015041620.tif 000030
【図２９】
2015041620.tif 000031
【図３０】
2015041620.tif 000032
【図３１】
2015041620.tif 000033
【図３２】
2015041620.tif 000034