(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で構成される第１光電変換セルと、
光の入射方向において前記第１光電変換セルよりも奥側に配設され、第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）層及び第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）層を有する第１トンネル接合層と、
前記光の入射方向において前記第１トンネル接合層よりも奥側に配設され、ＧａＡｓ系の第２化合物半導体材料で作製される第２光電変換セルと
を含み、
前記第１光電変換セルと前記第２光電変換セルとは、前記第１トンネル接合層によって接合されており、
前記第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ層は、前記第１光電変換セルに格子整合しており、
前記第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層の格子定数は、前記第１光電変換セルの格子定数より大きい、化合物半導体太陽電池。
【請求項２】
前記第１光電変換セルの前記第１化合物半導体材料は、（Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３）ｙ３Ｉｎ１−ｙ３Ｐ（０≦ｘ３＜１、０＜ｙ３＜１）である、請求項１記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項３】
前記第１光電変換セルのバンドギャップは、１．９ｅＶより大きい、請求項１又は２に記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項４】
前記第１トンネル接合層は、前記第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層の前記第２光電変換セル側に形成され、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する、第２のｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４）ｙ４Ｉｎ１−ｙ４Ｐ（０≦ｘ４＜１、０＜ｙ４＜１）をさらに有する、請求項１乃至３のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項５】
前記第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層のＡｌ組成よりも、前記第２のｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４）ｙ４Ｉｎ１−ｙ４Ｐ層のＡｌ組成の方が大きい、請求項４記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項６】
前記第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層は、Ａｌを含有しないｎ型ＧａＩｎＰ層である、請求項４記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項７】
前記第１トンネル接合層は、前記第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ層の前記第１光電変換セル側に形成され、前記第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ層よりもＡｌ組成が多い第２のｐ型（Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５）ｙ５Ｉｎ１−ｙ５Ａｓ（０＜ｘ５＜１、０＜ｙ５≦１）層をさらに有する、請求項１乃至６のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項８】
第３化合物半導体材料で作製され、前記第２光電変換セルの前記光の入射方向における奥側に形成される第１接合層と、
化合物半導体基板と、
第４化合物半導体材料で作製され、前記化合物半導体基板に積層される、１又は複数の第３光電変換セルと、
第５化合物半導体材料で作製され、前記１又は複数の第３光電変換セルに積層される第２接合層と、
をさらに含み、
前記第１接合層の前記第２光電変換セルに接続される面とは反対側の面と、前記第２接合層の前記第３光電変換セルに接続される面とは反対側の面とが接合される、請求項１乃至７のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項９】
光の入射方向において前記第２光電変換セルよりも奥側に配設され、第２のｐ型（Ａｌｘ６Ｇａ１−ｘ６）ｙ６Ｉｎ１−ｙ６Ａｓ（０≦ｘ６＜１、０＜ｙ６≦１）層及び第２のｎ型（Ａｌｘ７Ｇａ１−ｘ７）ｙ７Ｉｎ１−ｙ７Ｐ（０≦ｘ７＜１、０＜ｙ７＜１）層を有する第２トンネル接合層と、
前記光の入射方向において前記第２トンネル接合層よりも奥側に配設され、ＧａＡｓ系又はＧｅ系の半導体材料製の第３光電変換セルと
を含み、
前記第２光電変換セルと前記第３光電変換セルとは、前記第２トンネル接合層によって接合されており、
前記第３光電変換セルのバンドギャップは、前記第２光電変換セルのバンドギャップより小さく、
前記第２のｎ型（Ａｌｘ７Ｇａ１−ｘ７）ｙ７Ｉｎ１−ｙ７Ｐ層の格子定数は、前記第２光電変換セルの格子定数より大きい、請求項１乃至７のいずれか一項記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項１０】
第３化合物半導体材料で作製され、前記第３光電変換セルの前記光の入射方向における奥側に形成される第１接合層と、
化合物半導体基板と、
第４化合物半導体材料で作製され、前記化合物半導体基板に積層される、１又は複数の第４光電変換セルと、
第５化合物半導体材料で作製され、前記１又は複数の第４光電変換セルに積層される第２接合層と、
をさらに含み、
前記第１接合層の前記第３光電変換セルに接続される面とは反対側の面と、前記第２接合層の前記第４光電変換セルに接続される面とは反対側の面とが接合される、請求項９記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項１１】
前記化合物半導体基板は、ＩｎＰ基板である、請求項８又は１０記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項１２】
前記第１光電変換セル、前記第２光電変換セル、前記第３光電変換セル、２層の前記第４光電変換セルにより、少なくとも５つの光電変換セルが積層方向に接合された多接合セルである、請求項１０記載の化合物半導体太陽電池。
【請求項１３】
第１化合物半導体材料で作製される第１光電変換セルと、第２化合物半導体材料で作製される第２光電変換セルとを含む化合物半導体太陽電池の製造方法であって、
化合物半導体基板に前記第２光電変換セルを積層する工程と、
前記第２光電変換セルにｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）層及びｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）層を有するトンネル接合層を積層する工程と、
前記トンネル接合層に前記第１光電変換セルを積層する工程と
を含み、
前記第１化合物半導体材料は、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する化合物半導体材料であり、
前記第２化合物半導体材料は、ＧａＡｓ系の化合物半導体材料であり、
前記ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ層は、前記第１光電変換セルに格子整合しており、
前記ｎ型（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の格子定数は、前記第１光電変換セルの格子定数より大きい、化合物半導体太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
第１化合物半導体基板に、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で作製される第１光電変換セルを積層する工程と、
前記第１光電変換セルに第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）層及び第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）層を有する第１トンネル接合層を積層する工程と、
第１トンネル接合層に、ＧａＡｓ系の第２化合物半導体材料で作製される第２光電変換セルを積層する工程と、
前記第２光電変換セルに、第３化合物半導体材料で作製される第１接合層を積層する工程と、
第２化合物半導体基板に、第４化合物半導体材料で作製される１又は複数の第３光電変換セルを積層する工程と、
前記１又は複数の第３光電変換セルに、第５化合物半導体材料で作製される第２接合層を積層する工程と、
前記第１接合層の前記第２光電変換セルに接続される面とは反対側の面と、前記第２接合層の前記第３光電変換セルに接続される面とは反対側の面とを接合する工程と、
前記第１化合物半導体基板を除去する工程と
を含み、
前記第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ層は、前記第１光電変換セルに格子整合しており、
前記第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層の格子定数は、前記第１光電変換セルの格子定数より大きい、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、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｇｅからなる基板と、前記基板上に配置されたボトムセルと、前記ボトムセルの上部に配置され、前記基板と格子整合する組成ｙを有する第１導電型のＡｌy Ｉｎ1-y Ｐ層からなる第１の不純物閉込層とを備える太陽電池がある。前記太陽電池は、前記第１の不純物閉込層の上に配置され、前記基板と格子整合する組成ｘを有する第１の導電型のＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層からなる第１の高不純物密度層と、前記組成ｘを有し、前記第１の高不純物密度層の上に、前記第１の高不純物密度層と共にトンネル接合を形成すべく配置された前記第１の導電型とは反対の導電型の第２導電型のＩｎx Ｇａ1-x Ｐ層からなる第２の高不純物密度層とをさらに備える。前記太陽電池は、前記第２の高不純物密度層の上に配置され、前記組成ｙを有する前記第２導電型のＡｌy Ｉｎ1-y Ｐ層からなる第２の不純物閉込層と、前記第２の不純物閉込層の上に配置されたトップセルとをさらに備える（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、各セルのバンドギャップを１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶに設定した３接合太陽電池がある（例えば、非特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、従来の２接合型の太陽電池において、ｐ＋ＧａＩｎＰ層とｎ＋ＧａＩｎＰ層とのトンネル接合が記載されている。このトンネル接合は、ホモ接合である。
【０００５】
ホモ接合におけるｐ型層の価電子帯とｎ型層の伝導帯のエネルギー差は、例えば、ヘテロ接合のタイプIIにおけるｐ型層の価電子帯とｎ型層の伝導帯のエネルギー差よりも大きいため、特許文献１は、トンネル接合における高効率化が不十分である。
【０００６】
また、非特許文献１のＧａＩｎＰサブ太陽電池セルとＧａＩｎＡｓサブ太陽電池セルとの間には、ｐ＋ＡｌＧａＡｓ層とｎ＋ＧａＩｎＰ層とのトンネル接合が形成されている。しかしながら、ｐ＋ＡｌＧａＡｓ層とｎ＋ＧａＩｎＰ層の詳細は記載されておらず、トンネル接合を含めた高効率化は行われていない。
【０００７】
以上のように、従来の化合物半導体製の太陽電池は、高効率化が十分に行われていない。
【０００８】
そこで、本発明は、高効率化を図った化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法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】
【０００９】
本発明の実施の形態の一観点の化合物半導体太陽電池は、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で作製される第１光電変換セルと、光の入射方向において前記第１光電変換セルよりも奥側に配設され、第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）層及び第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）層を有する第１トンネル接合層と、前記光の入射方向において前記第１トンネル接合層よりも奥側に配設され、ＧａＡｓ系の第２化合物半導体材料で作製される第２光電変換セルとを含み、前記第１光電変換セルと前記第２光電変換セルとは、前記第１トンネル接合層によって接合されており、前記第１のｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ａｓ層は、前記第１光電変換セルに格子整合しており、前記第１のｎ型（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層の格子定数は、前記第１光電変換セルの格子定数より大きい。
【発明の効果】
【００１０】
高効率化を図った化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００を示す断面図である。
【図２】ｐ型のＡｌＧａＡｓと、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰの材料自体の相対的なエネルギー準位の関係を示す図である。
【図３】実施の形態２の化合物半導体太陽電池２００を示す断面図である。
【図４】実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００を示す断面図である。
【図５】実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法を示す図である。
【図６】実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法を示す図である。
【図７】実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００を示す断面図である。
【図８】実施の形態４の第１変形例による化合物半導体太陽電池４００Ａを示す図である。
【図９】トンネル接合層１７０Ａの材料自体の相対的なエネルギー準位の関係を示す図である。
【図１０】実施の形態４の第２変形例による化合物半導体太陽電池４００Ｂを示す図である。
【図１１】実施の形態４の第３変形例による化合物半導体太陽電池４００Ｂを示す図である。
【図１２】トンネル接合層１７０Ｂの材料自体の相対的なエネルギー準位の関係を示す図である。
【図１３】実施の形態４の第４変形例による化合物半導体太陽電池４００Ｃを示す図である。
【図１４】トンネル接合層１７０Ｃの材料自体の相対的なエネルギー準位の関係を示す図である。
【図１５】実施の形態５の化合物半導体太陽電池５００を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法を適用した実施の形態について説明する。
【００１３】
化合物半導体は材料組成によりバンドギャップエネルギーや格子定数が異なるので、太陽光の波長範囲を分担してエネルギー変換効率を高くする多接合型太陽電池が作製されている。
【００１４】
現在、ＧａＡｓとほぼ同じ格子定数であるＧｅ基板上に、格子整合材料を用いたＧｅセル／Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓセル／ＧａＩｎＰセルを含む３接合太陽電池（各セルのバンドギャップ：１．８８ｅＶ／１．４０ｅＶ／０．６７ｅＶ）がある。
【００１５】
化合物半導体太陽電池は、Ｓｉ系太陽電池に比べて効率は２倍程度高いが、基板が高価、基板サイズが小さいなどの理由で、Ｓｉ系太陽電池よりも桁違いに高価である。このため、化合物半導体太陽電池は、人工衛星等のような宇宙用等の特殊用途で用いられてきた。
【００１６】
最近では安いプラスチックレンズと小さな太陽電池セルを組み合わせる集光型とすることで通常の平板型に比べて高価な化合物半導体の量を減らせるので、低コスト化を実現でき、地上用（地上での一般用途用）として実用化されている。
【００１７】
高効率化への課題として、特に集光型セルでは、電流増加によるエネルギー損失を低減するために、電流値の低減のための多接合化と、直列抵抗の低減が重要である。抵抗低減については特にサブセルとサブセルを繋ぐトンネル接合の低抵抗化が重要である。
【００１８】
ここで、トンネル接合とは、高濃度に不純物を添加した半導体のp-n接合であり、高濃度ドーピングによりｎ型層の伝導体及びｐ型層の価電子帯が縮退し、各々のエネルギーがフェルミレベル準位を挟んで重なり合うことにより、キャリアがトンネルする確率が増大し、トンネル電流が流れる。通常では電流はｐ型層からｎ型層に向かう方向にのみ流れるが、トンネル接合では、その逆方向に電流を流すことが可能である。
【００１９】
２層以上の光電変換セルを有する太陽電池において、良好なトンネル接合を形成するためには、トンネル接合層における光の吸収損失を少なくするために、トンネル接合上部のＧａＩｎＰサブセルと同等以上の広いバンドギャップを有する材料をトンネル接合層に用いることが好ましい。
【００２０】
また、これに加えて、トンネル接合層を構築するｐ型層の価電子帯とｎ型層の伝導帯のエネルギー差が小さいと、このエネルギー差が大きい場合に比べてキャリア濃度（ドーピング濃度）が低くても良く、トンネルしやすく好ましい。
【００２１】
しかしながら、高濃度のドーピングを行うことは容易ではない。膜中に不純物を効率良く取り込ませること、添加された不純物の拡散を抑え、必要な濃度プロファイルを得ること等が重要である。
【００２２】
以下では、これらの課題を解決する実施の形態１乃至５について説明する。
【００２３】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００を示す断面図である。
【００２４】
化合物半導体太陽電池１００は、電極１０、ＧａＡｓ基板１１０、ＧａＡｓバッファ層１１１、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【００２５】
実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００は、ＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）を直接接続した２接合型太陽電池である。
【００２６】
ここで、ＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）は、ＧａＡｓ系の光電変換セルである。
【００２７】
ＧａＡｓ系の光電変換セルとは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料系で形成される光電変換セルのことである。ここでは、ＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合し、ＧａＡｓ基板またはＧｅ基板上に結晶成長可能な材料をＧａＡｓ格子整合系材料と称し、ＧａＡｓ格子整合系材料で構成されるセルをＧａＡｓ格子整合系材料セルと称す。
【００２８】
化合物半導体太陽電池１００は、基本的に、すべての層がＧａＡｓ、又は、ＧａＡｓと格子定数の近いＧｅにほぼ格子整合するか、格子定数が異なる場合でも格子緩和が生じる臨界膜厚以下の厚さになるように構成されている。
【００２９】
化合物半導体太陽電池１００は、ＧａＡｓ基板１１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１１、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を順次形成し、最後に、電極１０を形成することによって作製される。
【００３０】
ＧａＡｓ基板１１０は、化合物半導体基板の一例である。ＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓ又はＧｅに格子整合する第１化合物半導体材料で作製される第１光電変換セルの一例である。トンネル接合層１７０は、第１トンネル接合層の一例である。ＧａＡｓセル１６０は、ＧａＡｓ系の第２化合物半導体材料で作製される第２光電変換セルの一例である。
【００３１】
図１において、光の入射方向は、図中上から下に向かう方向（ＧａＩｎＰセル１８０からＧａＡｓセル１６０に向かう方向）である。
【００３２】
電極１０は、光入射方向において奥側に位置する下部電極になる電極である。電極１０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属層を積層した電極を用いることができる。
【００３３】
ＧａＡｓ基板１１０は、例えば、ｐ型の単結晶ガリウムヒ素のウエハを用いればよい。不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）等を用いればよい。
【００３４】
ＧａＡｓバッファ層１１１は、例えば、ＧａＡｓ基板１１０の上に、ＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）等を用いて導電型をｐ型にすればよい。
【００３５】
ＧａＡｓセル１６０は、ＧａＡｓバッファ層１１１の上に形成される。ＧａＡｓセル１６０は、ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１、ｐ型のＧａＡｓ層１６２、ｎ型のＧａＡｓ層１６３、及びｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４を含む。
【００３６】
ＧａＩｎＰ層１６１、ＧａＡｓ層１６２、ＧａＡｓ層１６３、及び（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は、この順に、ＧａＡｓバッファ層１１１の表面に積層されている。
【００３７】
ＧａＩｎＰ層１６１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ＧａＡｓセル１６０のｐｎ接合は、ＧａＡｓ層１６２とＧａＡｓ層１６３によって構築される。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は、光の入射方向において手前側（光入射側）に配設される窓層である。
【００３８】
ここで、ＧａＩｎＰ層１６１のＧａＩｎＰは、正確には、ＧａｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ＜１）であるが、ここでは簡略化してＧａＩｎＰと記す。また、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４の（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【００３９】
ここで、ＧａＡｓセル１６０は、ｐｎ接合を構築するＧａＡｓ層１６２とＧａＡｓ層１６３によって構成され、ＧａＡｓセル１６０の光入射側に（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４が形成され、光の入射方向の奥側にＧａＩｎＰ層１６１が形成されているものとして捉えてもよい。
【００４０】
ＧａＩｎＰ層１６１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＡｓ層１６２とｎ型のＧａＡｓ層１６３のバンドギャップ（１．４２ｅＶ）以上のバンドギャップを有していればよい。ＧａＩｎＰ層１６１の不純物としては、例えば、Ｚｎを用いることができる。
【００４１】
ＧａＡｓ層１６２は、例えば、不純物としてＺｎを用いることによって導電型がｐ型にされる。
【００４２】
ＧａＡｓ層１６３は、例えば、不純物としてＳｉを用いることによって導電型がｎ型にされる。
【００４３】
ＧａＡｓ層１６２とＧａＡｓ層１６３のバンドギャップは１．４２ｅＶである。
【００４４】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は、窓層として用いられるため、ｐ型のＧａＡｓ層１６２とｎ型のＧａＡｓ層１６３のバンドギャップ（１．４２ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。
【００４５】
実施の形態１では、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４の不純物としては、例えば、Ｓｉを用いることができる。
【００４６】
トンネル接合層１７０は、ＧａＡｓセル１６０とＧａＩｎＰセル１８０との間に設けられる。図１に示す化合物半導体太陽電池１００は、図１に示す状態で下側から順次積層することによって作製されるため、トンネル接合層１７０は、ＧａＡｓセル１６０に積層される。
【００４７】
トンネル接合層１７０は、ｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２とを有する。導電型をｎ型にする不純物としては、例えば、Ｔｅ（テルル）を用いることができ、導電型をｐ型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。ｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【００４８】
トンネル接合層１７０の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２は、ともにＧａＩｎＰセル１８０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層１７０は、ＧａＩｎＰセル１８０のｐ型のＧａＩｎＰ層１８２と、ＧａＡｓセル１６０のｎ型のＧａＡｓ層１６３との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
【００４９】
ここで、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１及び（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２は、それぞれ、第１のｎ型（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層及び第１のｐ型（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層の一例である。
【００５０】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【００５１】
（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記であり、（Ｉｎ）はＩｎを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【００５２】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数よりも大きく、圧縮歪みを有する。
【００５３】
（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２は、ＧａＩｎＰセル１８０のバンドギャップと同等になるように、Ａｌ組成が調整される。
【００５４】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１及び（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２の合計の厚さは、例えば、２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００５５】
ここで、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１の（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【００５６】
また、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２の（Ａｌ）ＧａＡｓは、正式にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＡｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【００５７】
また、トンネル接合層１７０の材料としては、光入射側に位置するＧａＩｎＰセル１８０と同等以上のバンドギャップを有する材料であることが好ましいので、トンネル接合層１７０のｎ層としてＧａＩｎＰセル１８０に格子整合するｎ＋ＧａＩｎＰを用いることが考えられる。
【００５８】
しかし、実施の形態１では、Ａｌを添加することによりＧａＩｎＰと同じバンドギャップを有するとともに、Ｉｎ組成を大きくして格子定数をＧａＡｓよりも大きくすることにより、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１に圧縮歪を持たせて用いる。
【００５９】
なお、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１の格子定数を上述のように設定する理由については後述する。
【００６０】
ＧａＩｎＰセル１８０は、トンネル接合層１７０とコンタクト層４０Ａとの間に形成される。
【００６１】
ＧａＩｎＰセル１８０は、ｐ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２、ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３、及びｎ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４を含む。
【００６２】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ＧａＩｎＰ層１８２、ＧａＩｎＰ層１８３、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４は、この順に、トンネル接合層１７０の表面に積層されている。ＧａＩｎＰセル１８０は、トンネル接合層１７０に積層される。
【００６３】
ＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓと格子整合するＧａＩｎＰの結晶層で構成される。実際の製造工程では、例えば、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ＧａＩｎＰ層１８２、ＧａＩｎＰ層１８３、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４の順に積層される。
【００６４】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ＧａＩｎＰセル１８０のｐｎ接合は、ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３によって構築される。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４は、光の入射方向において手前側（光入射側）に配設される窓層である。
【００６５】
ここで、ＧａＩｎＰセル１８０は、ｐｎ接合を構築するＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３によって構成され、ＧａＩｎＰセル１８０の光入射側にＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４が形成され、光の入射方向の奥側にＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１が形成されているものとして捉えてもよい。
【００６６】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップ（１．９ｅＶ）以上のバンドギャップを有していればよい。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１の不純物としては、例えば、Ｚｎを用いることができる。
【００６７】
ＧａＩｎＰ層１８２は、例えば、不純物としてＺｎを用いることによって導電型がｐ型にされる。
【００６８】
ＧａＩｎＰ層１８３は、例えば、不純物としてＳｉを用いることによって導電型がｎ型にされる。
【００６９】
ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップは１．９ｅＶである。
【００７０】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４は、窓層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップ（１．９ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。
【００７１】
ここで、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ1-ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰを用いている。（Ｇａ）は、Ｇａを含む組成と含まない組成の両方を含む表記である。これは、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４についても同様である。ただし、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１とＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４では、ｘ、ｙの値が異なっていてもよい。
【００７２】
また、ＧａＩｎＰ層１８２のＧａＩｎＰは、正規式はＧａｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ＜１）であるが、簡略化した表現としてＧａＩｎＰを用いている。これは、ＧａＩｎＰ層１８３についても同様である。ただし、ＧａＩｎＰ層１８２とＧａＩｎＰ層１８３では、ｘの値が異なっていてもよい。
【００７３】
実施の形態１では、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４は、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２とｎ型のＧａＩｎＰ層１８３のバンドギャップ（１．９ｅＶ）以上のバンドギャップを有していればよい。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４の不純物としては、例えば、Ｓｉを用いることができる。
【００７４】
コンタクト層４０Ａは、主に、電極５０とオーミック接続するためにＧａＩｎＰセル１８０に積層される層であり、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を用いる。
【００７５】
電極５０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属製の薄膜であり、コンタクト層４０Ａの上に形成されている。
【００７６】
なお、コンタクト層４０Ａは、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４の上の全面に形成したガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を電極５０（上部電極）をマスクとして用いて除去することによって形成される。
【００７７】
また、化合物半導体太陽電池１００には、太陽光は、ワイドバンドギャップのセル側（ＧａＩｎＰセル１８０側）から入射する構造となる。なお、太陽光が入射するＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４の表面には、反射防止膜を設けることが望ましい。
【００７８】
図２は、ｐ型のＡｌＧａＡｓと、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰの材料自体の相対的なエネルギー準位の関係を示す図である。ここでは、図２を用いて、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２の組み合わせを用いる理由を説明する。
【００７９】
図２（Ａ）は、ＧａＡｓに格子整合するｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層と、ＧａＡｓに格子整合するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層とを接合したトンネル接合層のバンド構造を示す。ｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層が左に位置し、ｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層が右側に位置する。なお、（Ａｌ）ＧａＩｎＰとはＡｌを含む組成と、Ａｌを含まない組成との両方を包含するため、（Ａｌ）と表記したものである。
【００８０】
図２（Ａ）では、ｐ層とｎ層がともに（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層であるため、ｐ層とｎ層のバンドギャップＥｇは等しく、かつ、両者の伝導帯と価電子帯の高さは等しく不連続な点は生じない。これは所謂ホモ接合である。
【００８１】
図２（Ｂ）は、ＧａＡｓに格子整合するｐ型のＡｌＧａＡｓ層と、ＧａＡｓに格子整合するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層とを接合したトンネル接合層のバンド構造を示す。
【００８２】
ＧａＡｓに格子整合するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の伝導帯、価電子帯のエネルギーは、ともにＧａＡｓに格子整合するｐ型のＡｌＧａＡｓ層の伝導帯、価電子帯のエネルギーよりも低い。すなわち、ヘテロ接合の所謂タイプＩＩ接合が得られる。
【００８３】
このような接合では、ＧａＡｓに格子整合するｐ型のＡｌＧａＡｓ層の価電子帯と、ＧａＡｓに格子整合するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の伝導帯とのエネルギー差Ｅ１は、それぞれのバンドギャップよりも小さくなるので、図２（Ａ）のトンネル接合よりもキャリアがトンネルする確率が増大する。
【００８４】
図２（Ｃ）は、ＧａＡｓに格子整合するｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層と、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層とを接合したトンネル接合層のバンド構造を示す。
【００８５】
圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰとは、ＧａＡｓの格子定数よりも大きな格子定数を有するように組成を調整した（Ａｌ）ＧａＩｎＰを、ＧａＡｓに格子整合する層に積層することにより、圧縮歪みを持たせたものである。
【００８６】
ここで、ＧａＡｓに格子整合するように組成を調整した層とは、例えば、ＧａＩｎＰセル１８０とＧａＡｓセル１６０（図１参照）である。
【００８７】
ＧａＡｓより格子定数の大きいＧａＩｎＰは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＩｎＰと比較して価電子帯のエネルギーはわずかに下がり、伝導帯のエネルギーは大きく下がり、バンドギャップは小さくなる。
【００８８】
また、そのようなＧａＡｓより格子定数の大きいＧａＩｎＰにＡｌを添加すると、伝導帯は上がり、価電子帯は下がり、バンドギャップは大きくなる。
【００８９】
これにより、ＧａＡｓに格子整合するｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層と、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層とのトンネル接合層では、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の伝導帯、価電子帯ともにＧａＡｓに格子整合するｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層よりも低くなる。ヘテロ接合の所謂タイプＩＩ接合が得られる。
【００９０】
ＧａＡｓに格子整合するｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の価電子帯と、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の伝導帯とのエネルギー差Ｅ２は、それぞれのバンドギャップよりも小さくなり、図２（Ａ）のトンネル接合よりもキャリアがトンネルする確率が増大する。
【００９１】
なお、ＧａＡｓに格子整合するｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層と、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層とが等しいバンドギャップを有するようにするためには、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層のＡｌ組成を、ＧａＡｓに格子整合するｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層のＡｌ組成よりも大きくする必要がある。
【００９２】
以上より、図２（Ｄ）に示すように、ＡｌＧａＡｓ層と、圧縮歪みを有するｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層とを接合すると、図２（Ｂ）に示すＡｌＧａＡｓ層と、ＧａＡｓに格子整合する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層とのトンネル接合よりも、バンドの不連続性が大きくなることがわかる。
【００９３】
図２（Ｄ）に示すｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層と、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層とは、それぞれ、ｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２とに対応する。
【００９４】
トンネル接合は、高濃度に不純物を添加した半導体のｐ−ｎ接合である。トンネル接合では、高濃度ドーピングによりｎ型層の伝導帯及びｐ型層の価電子帯が縮退し、各々のエネルギーがフェルミレベル準位を挟んで重なり合うことにより、キャリアがトンネルする確率が増大してトンネル電流が流れる。
【００９５】
このため、図２（Ｄ）に示すように、伝導帯、価電子帯ともにエネルギーの高いＡｌＧａＡｓ層をｐ＋層とし、圧縮歪みを有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層をｎ＋層として接合すると、ＡｌＧａＡｓ層の価電子帯と、圧縮歪みを有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の伝導帯とのエネルギー差Ｅ３は、図２（Ｂ）に示すエネルギー差Ｅ１よりも小さくなり、キャリアがトンネルする確率がより増大する。
【００９６】
以上のような理由から、実施の形態１では、圧縮歪みを有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２とを含むトンネル接合層１７０（図１参照）を用いる。圧縮歪みを有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１は、ＧａＡｓの格子定数よりも大きな格子定数を有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層である。
【００９７】
また、ＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓと格子整合するＧａＩｎＰの結晶層で構成されるため、圧縮歪みを有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１は、ＧａＩｎＰセル１８０の格子定数よりも大きな格子定数を有する。
【００９８】
トンネル接合層１７０は、圧縮歪みを有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１を用いることにより、圧縮歪みを有しない場合に比べて伝導帯及び価電子帯のエネルギーレベルを下げている。
【００９９】
これにより、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２の価電子帯と、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１の伝導帯とのエネルギー差Ｅ３（図２（Ｄ）参照）を低減して、トンネル接合層１７０におけるキャリアの損失を抑制又は低減している。
【０１００】
従って、実施の形態１では、トンネル接合層１７０の抵抗値が下がり、エネルギー損失が低減し、高効率の化合物半導体太陽電池１００を提供することができる。なお、エネルギー損失が低減するのは、トンネル接合層１７０の抵抗値が低減されるからである。
【０１０１】
また、トンネル接合層１７０では、ｐ＋層の価電子帯とｎ＋層の伝導帯のエネルギー差が大きい場合に比べてキャリア濃度（ドーピング濃度）が低くても良く、容易にトンネル接合を形成できるようになる。
【０１０２】
なお、以上では、トンネル接合層１７０のｎ＋層として（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１を用いる形態について説明したが、Ａｌを加えないＧａＩｎＰでもよい。
【０１０３】
また、Ａｌを加えてバンドギャップを大きくするとともに、ヒ素（Ａｓ）を加えて格子定数を調整した（Ａｌ）ＧａＩｎＰＡｓ層をトンネル接合層１７０のｎ＋層として用いてもよい。（Ａｌ）ＧａＩｎＰＡｓは、正式には、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰｚＡｓ１−ｚ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰＡｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０１０４】
すなわち、トンネル接合層１７０のｎ＋層の組成式は、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）と表すことができる。（Ａｌ）は、Ａｌを含む組成とＡｌを含まない組成との両方を包含するため、（Ａｌ）と表記したものである。同様に、（Ａｓ）は、Ａｓを含む組成とＡｓを含まない組成との両方を包含するため、（Ａｓ）と表記したものである。このように、トンネル接合層１７０のｐ＋層とｎ＋層の組成は、その都度調整してよい。他の実施の形態でも同様である。
【０１０５】
また、トンネル接合層１７０のｐ＋層として（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２を含む形態について説明したが、Ｉｎを添加したＡｌＧａＩｎＡｓを用いてもよい。すなわち、トンネル接合層１７０のｐ＋層は、ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ａｓと表記することができるものであればよい。（Ｉｎ）は、Ｉｎを含む組成とＩｎを含まない組成との両方を包含する表記である。
【０１０６】
＜実施の形態２＞
図３は、実施の形態２の化合物半導体太陽電池２００を示す断面図である。
【０１０７】
化合物半導体太陽電池２００は、実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００のＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル２８０（１．９ｅＶ）をＧａＩｎＡｓセル２６０（１．４ｅＶ）及びＧａＩｎＰセル２８０（１．８８ｅＶ）それぞれに置き換えたものである。
【０１０８】
また、化合物半導体太陽電池２００は、さらにＧｅセル２１０（０．６７ｅＶ）を追加することにより、３接合型にしたものである。
【０１０９】
化合物半導体太陽電池２００は、電極１０、Ｇｅセル２１０、ＧａＩｎＰバッファ層２１３、ＧａＡｓバッファ層２１４、トンネル接合層１５０、ＧａＩｎＡｓセル２６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル２８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【０１１０】
なお、化合物半導体太陽電池２００において、実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１１】
化合物半導体太陽電池２００は、Ｇｅセル２１０のＧｅ基板２１１の上に、Ｇｅ層２１２、ＧａＩｎＰバッファ層２１３、ＧａＡｓバッファ層２１４、トンネル接合層１５０、ＧａＩｎＡｓセル２６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル２８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を順次形成し、最後に電極１０を形成することで作製できる。
【０１１２】
Ｇｅセル２１０は、ｐ型のＧｅ基板２１１とｎ型のＧｅ層２１２を含む。Ｇｅ層２１２は、Ｇｅ層２１２の上に形成されるＧａＩｎＰバッファ層２１３のＰの拡散を利用してｎ型にされる。Ｇｅセル２１０は、第３光電変換セルの一例である。
【０１１３】
ＧａＩｎＰバッファ層２１３は、例えば、Ｇｅセル２１０の上に、ＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）等を用いて導電型をｎ型にすればよい。ＧａＩｎＰバッファ層２１３は、第１バッファ層の一例である。
【０１１４】
ＧａＡｓバッファ層２１４は、例えば、ＧａＩｎＰバッファ層２１３の上に、ＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）等を用いて導電型をｎ型にすればよい。ＧａＡｓバッファ層２１４は、第２バッファ層の一例である。
【０１１５】
トンネル接合層１５０は、ＧａＡｓバッファ層２１４とＧａＩｎＡｓセル２６０との間に設けられる。
【０１１６】
トンネル接合層１５０は、ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１と、ｐ＋型のＧａＡｓ層１５２とを有する。導電型をｎ型にする不純物としては、例えば、Ｔｅ（テルル）を用いることができ、導電型をｐ型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。ｎ＋型のＧａＡｓ層１５１と、ｐ＋型のＧａＡｓ層１５２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【０１１７】
トンネル接合層１５０のＧａＡｓ層１５１と１５２は、ともにＧａＩｎＡｓセル２６０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層１５０は、ＧａＩｎＡｓセル２６０のｐ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２と、Ｇｅｓセル２１０のｎ型のＧｅ層２１２との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
【０１１８】
ＧａＩｎＡｓセル２６０は、ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１、ｐ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２、ｎ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３、及びｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４を含む。ＧａＩｎＡｓセル２６０は、ＧａＡｓ系の光電変換セルである。
【０１１９】
すなわち、ＧａＩｎＡｓセル２６０は、実施の形態１のＧａＡｓセル１６０（図１参照）のうちの光電変換を行うｐｎ層を、１．５％のＩｎ組成を有し、バンドギャップが１．４０ｅＶのＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２及びＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３に置き換えたものである。ＧａＩｎＡｓセル２６０は、第２光電変換セルの一例である。
【０１２０】
ここで、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２のＧａ（Ｉｎ）Ａｓは、正式にはＧａ１−ｘＩｎｘＡｓ（０≦ｘ＜１）であるが、簡略化した表現としてＧａ（Ｉｎ）Ａｓを用いている。また、（Ｉｎ）はＩｎを含む場合と含まない場合を包含した表記である。これは、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３についても同様である。なお、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６２とＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層２６３では、ｘの値が異なっていてもよい。
【０１２１】
ＧａＩｎＰセル２８０は、実施の形態１のＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）と同様に、ｐ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１、ｐ型のＧａＩｎＰ層１８２、ｎ型のＧａＩｎＰ層１８３、及びｎ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４を含む。ＧａＩｎＰセル２８０は、成膜条件等を調整することにより、バンドギャップを１．８８ｅＶに調整してある。ＧａＩｎＰセル２８０は、第１光電変換セルの一例である。
【０１２２】
実施の形態２では、ＧａＩｎＡｓセル２６０とＧａＩｎＰセル２８０との間に、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１及び（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２を含むトンネル接合層１７０を用いている。
【０１２３】
化合物半導体太陽電池２００は、Ｇｅ基板２１１の上に順次各層を形成するため、各層はゲルマニウム（Ｇｅ）に略格子整合するように構成されている。
【０１２４】
このため、実施の形態２における（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１は、Ｇｅの格子定数よりも大きな格子定数を有するように組成を調整した（Ａｌ）ＧａＩｎＰを、Ｇｅに格子整合する層に積層することにより、圧縮歪みを持たせたものである。
【０１２５】
ここでは、Ｇｅに格子整合する層とは、Ｇｅ層２１２、ＧａＩｎＰバッファ層２１３、ＧａＡｓバッファ層２１４、トンネル接合層１５０、ＧａＩｎＡｓセル２６０、ＧａＩｎＰセル２８０のすべてである。
【０１２６】
なお、ゲルマニウム（Ｇｅ）の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数と略等しいため、実施の形態１の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１を略そのまま実施の形態２で用いることができる。ＧｅはＧａＡｓより格子定数が少し大きいので、Ｉｎ組成の大きい（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１を用いることが好ましい。
【０１２７】
トンネル接合層１７０は、圧縮歪みを有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１を用いることにより、圧縮歪みを有しない場合に比べて伝導帯及び価電子帯のエネルギーレベルを下げている。
【０１２８】
これにより、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２の価電子帯と、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１の伝導帯とのエネルギー差Ｅ３（図２（Ｄ）参照）を低減して、トンネル接合層１７０におけるキャリアの損失を抑制又は低減している。
【０１２９】
従って、実施の形態２では、トンネル接合層１７０の抵抗値が下がり、エネルギー損失が低減し、高効率の３接合型の化合物半導体太陽電池２００を提供することができる。
【０１３０】
また、ｐ＋層の価電子帯とｎ＋層の伝導帯のエネルギー差が大きい場合に比べてキャリア濃度（ドーピング濃度）が低くても良く、容易にトンネル接合を形成できるようになる。
【０１３１】
なお、トンネル接合層１５０のｎ＋型のＧａＡｓ層１５１に、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と同様に、圧縮歪みを持たせてもよい。この場合には、Ｇｅに格子整合するように組成を調整した層（ＧａＩｎＰセル２８０又はＧａＩｎＡｓセル２６０）の格子定数よりもＧａＡｓ層１５１の格子定数を大きく設定すればよい。この場合に、トンネル接合層１５０は、第２トンネル接合層の一例である。
【０１３２】
また、圧縮歪みを持たせるＧａＡｓ層１５１のバンドギャップは、ＧａＩｎＡｓセル２６０のバンドギャップとの関係で調整すればよい。
【０１３３】
また、以上では、Ｇｅ基板２１１の上にＧｅ層２１２を形成したＧｅセル２１０を含む形態について説明したが、Ｇｅセル２１０の代わりに、ＧａＩｎＮＡｓなどＧａＡｓに格子整合してＧａＩｎＡｓセル２６０よりバンドギャップが小さい材料で形成したセルを用いてもよい。この場合に、Ｇｅセル２１０の代わりに用いるセルは、ＧａＩｎＡｓセル２６０よりもバンドギャップが小さいセルであればよい。
【０１３４】
＜実施の形態３＞
図４は、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００を示す断面図である。
【０１３５】
実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００は、電極１０、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【０１３６】
化合物半導体太陽電池３００は、図１に示す実施の形態１の化合物半導体太陽電池１００のＧａＡｓ基板１１０とＧａＡｓバッファ層１１１を取り除き、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａを加えた構成を有する。
【０１３７】
この場合に、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａとが接合することによって２つの積層体が接合され、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａとでトンネル接合が形成される。
【０１３８】
ＩｎＰ基板３１０は、例えば、ｐ型の単結晶インジウム燐のウエハを用いればよい。不純物としては、例えば、Ｚｎ等を用いればよい。
【０１３９】
なお、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、第３光電変換セルの一例である。ＧａＡｓセル１６０とＧａＩｎＰセル１８０は、それぞれ、第２光電変換セルと第１光電変換セルの一例である。
【０１４０】
ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰ基板１１０の表面に形成される。ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ｐ型のＩｎＰ層１２１、ｐ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２、ｎ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３、及びｎ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４を含む。
【０１４１】
ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰと格子整合するＧａＩｎＰＡｓの結晶層で構成される。
【０１４２】
ＩｎＰ層１２１、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、この順に、ＩｎＰ基板１１０の表面に積層されている。
【０１４３】
ＩｎＰ層１２１は、光の入射方向において奥側に配設されるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ＧａＩｎＰＡｓセル１２０のｐｎ接合は、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３によって構築される。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、光の入射方向において手前側（光入射側）に配設される窓層である。
【０１４４】
ここで、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ｐｎ接合を構築するＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３によって構成され、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０の光入射側にＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４が形成され、光の入射方向の奥側にＩｎＰ層１２１が形成されているものとして捉えてもよい。
【０１４５】
ＩｎＰ層１２１は、ＢＳＦ層として用いられるため、ｐ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とｎ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３のバンドギャップ（１．０ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。ＩｎＰ層１２１の不純物としては、例えば、Ｚｎを用いることができる。
【０１４６】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２は、例えば、不純物としてＺｎを用いることによって導電型がｐ型にされる。
【０１４７】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３は、例えば、不純物としてＳｉを用いることによって導電型がｎ型にされる。
【０１４８】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３は、バンドギャップが１．０ｅＶになるように、Ｇａの比率ｘとＰの比率ｙが調整されている。
【０１４９】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、窓層として用いられるため、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３のバンドギャップ（１．０ｅＶ）よりも大きなバンドギャップを有する。
【０１５０】
ここで、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＰｙＡｓ１−ｙ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓを用いている。また、（Ｐ）はＰを含む場合と含まない場合を包含した表記である。なお、これはＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３についても同様である。ただし、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２とＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３では、ｘとｙの値が異なっていてもよい。
【０１５１】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓを用いている。また、（Ｇａ）はＧａを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０１５２】
実施の形態３では、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４のバンドギャップは、一例として１．５ｅＶに設定される。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４の不純物としては、例えば、Ｓｉを用いることができる。
【０１５３】
ＡｌＧａＩｎＡｓは、ＩｎＰに格子整合するため、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３に積層するのに適している。
【０１５４】
接合層１３０は、化合物半導体太陽電池３００を作製する過程で、清浄化処理と表面活性化処理によってトンネル接合層１５０Ａと接合される。化合物半導体太陽電池３００は、２つの積層体を接合することによって作製される。
【０１５５】
２つの積層体の一方の最上面に接合層１３０が形成され、他方の積層体の最上面にトンネル接合層１５０Ａが形成され、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａを接合することによって図４に示すような化合物半導体太陽電池３００が作製される。
【０１５６】
接合層１３０としては、ｎ＋型のＩｎＰ層が用いられる。接合層１３０の不純物濃度は、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４の不純物濃度よりも高く設定される。このため、接合層１３０の導電型はｎ＋型である。
【０１５７】
接合層１３０として用いるＩｎＰ層は、例えば、バンドギャップが１．３５ｅＶのものである。
【０１５８】
トンネル接合層１５０Ａは、ｐ＋型のＧａＡｓ層である。導電型をｐ型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。トンネル接合層１５０Ａは、接合層１３０と高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【０１５９】
トンネル接合層１５０Ａ及び接合層１３０は、ＧａＡｓセル１６０よりも高濃度にドーピングされている。
【０１６０】
次に、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法について説明する。
【０１６１】
図５及び図６は、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の製造方法を示す図である。
【０１６２】
まず、図５（Ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２０を用いて積層体３００Ａを作製するとともに、ＩｎＰ基板３１０を用いて積層体３００Ｂを作製する。ＧａＡｓ基板２０は、第１化合物半導体基板の一例である。ＩｎＰ基板３１０は、第２化合物半導体基板の一例である。
【０１６３】
ここで、積層体３００Ａに含まれるＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓと格子整合するＧａＩｎＰの結晶層で構成されており、ＧａＡｓ基板２０に形成される。また、積層体３００Ｂに含まれるＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰと格子整合するＧａＩｎＰＡｓの結晶層で構成されており、ＩｎＰ基板３１０に形成される。
【０１６４】
このように、積層体３００Ａと積層体３００Ｂは、格子定数が異なる。実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００は、互いに格子定数が異なる積層体３００Ａと積層体３００Ｂとを直接的に接合することによって作製される。
【０１６５】
ＩｎＰの格子定数は約５．８７Åであるため、ＩｎＰ基板３１０の上に形成されるＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰの格子定数（約５．８７Å）に非常に近い格子定数を有するように、組成を調整すればよい。
【０１６６】
また、ＧａＡｓの格子定数は約５．６５Åであるため、ＧａＡｓ基板２０の上に形成されるＧａＡｓセル１６０及びＧａＩｎＰセル１８０の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数（約５．６５Å）に非常に近い格子定数を有するように、組成を調整すればよい。
【０１６７】
積層体３００Ａは、ＧａＡｓ基板２０上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０、ｎ＋型のＧａＡｓコンタクト層４０、ＧａＩｎＰセル１８０、トンネル接合層１７０、ＧａＡｓセル１６０、及びトンネル接合層１５０Ａを積層することによって作製される。なお、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０のＧａＩｎＰは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＰ（０＜ｘ＜１）である。
【０１６８】
ここで、ＧａＩｎＰセル１８０は、ＧａＡｓと格子整合するＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４、ＧａＩｎＰ層１８３、ＧａＩｎＰ層１８２、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１を含む。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８１はＢＳＦ層であり、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４は窓層である。
【０１６９】
また、トンネル接合層１７０は、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２と（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１を含む。
【０１７０】
ＧａＡｓセル１６０は、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４、ＧａＡｓ層１６３、ＧａＡｓ層１６２、及びＧａＩｎＰ層１６１を含む。ＧａＩｎＰ層１６１はＢＳＦ層であり、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４は窓層である。
【０１７１】
また、トンネル接合層１５０Ａは、ｐ＋型のＧａＡｓ層で構成される。
【０１７２】
積層体３００Ａの積層（成長）時は、ＧａＡｓ基板２０がある下側が光入射側となり、後に積層体３００Ｂと接合する際に、積層体３００Ａを天地逆にするので、図１に示す上下関係とは逆方向から成長する。
【０１７３】
具体的には、ワイドバンドギャップのセル（ＧａＩｎＰセル１８０）からナローギャップセル（ＧａＡｓセル１６０）へと順次成長する。また、最終的にｐ側が下部（光の入射方向における奥側）となる。
【０１７４】
また、積層体３００Ｂについては、ＩｎＰ基板３１０の上に、ＭＯＣＶＤ法で、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０と接合層１３０を積層（成長）する。図５（Ａ）に示す積層体３００Ｂは、ＩｎＰ基板３１０とは反対側の接合層１３０側が光入射側となる。
【０１７５】
ＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、ＩｎＰ基板３１０側からＩｎＰ層１２１、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３、及びＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４を含む。ＩｎＰ層１２１はＢＳＦ層であり、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層１２４は、窓層である。
【０１７６】
以上のようにして、ＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長によって、積層体３００Ａ及び１００Ｂを作製する。
【０１７７】
次に、図５（Ｂ）に示すように、エピタキシャル成長によって作製した積層体３００Ａ及び１００Ｂを直接的に接合する。
【０１７８】
積層体３００Ａのトンネル接合層１５０Ａと、積層体３００Ｂの接合層１３０との表面に清浄化処理と表面活性化処理を行い、接合層１３０及びトンネル接合層１５０Ａを直接的に接合する。表面活性化処理は窒素（Ｎ２）プラズマ処理で行い、真空中で１５０℃で接合を行った。
【０１７９】
これにより、図５（Ｂ）に示す積層体３００Ｃを作製した。積層体３００Ｃは、図５（Ａ）に示す積層体３００Ｂの接合層１３０の上に、積層体３００Ａを天地逆にして積層体１４０が下側にある状態で、接合層１３０とトンネル接合層１５０Ａを接合して作製したものである。
【０１８０】
なお、トンネル接合層１５０Ａは、第１接合層の一例であり、接合層１３０は、第２接合層の一例である。
【０１８１】
積層体３００Ｃは、ＩｎＰ基板３１０の上に、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓコンタクト層４０、ＩｎＰエッチングストップ層３０、及びＧａＡｓ基板２０をこの順に積層した構成を有する。
【０１８２】
次に、図５（Ｂ）に示す積層体３００ＣからＧａＡｓ基板２０とＧａＩｎＰエッチングストップ層３０をそれぞれ選択エッチングで除去することにより、図６（Ａ）に示す積層体３００Ｄを得る。
【０１８３】
ＧａＡｓ基板２０とＧａＩｎＰエッチングストップ層３０のエッチングは、次のようにして行えばよい。
【０１８４】
ＧａＡｓ基板２０のエッチングは、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０のＧａＩｎＰを溶解しないため、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０でウェットエッチング処理をストップさせることができる。
【０１８５】
また、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０は、例えば、塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液でエッチングすればよい。
【０１８６】
以上のようにして、積層体３００Ｃ（図５（Ｂ）参照）からＧａＡｓ基板２０とＧａＩｎＰエッチングストップ層３０をそれぞれ選択エッチングで除去することにより、図６（Ａ）に示す積層体３００Ｄを作製することができる。
【０１８７】
次に、ＧａＡｓコンタクト層４０の上に電極５０（上部電極：図１参照）を形成するとともに、ＩｎＰ基板３１０の上に電極１０（下部電極）を形成する。
【０１８８】
そして、電極５０をマスクとして用いてコンタクト層４０（図６（Ａ）参照）のうち電極５０（図１参照）の直下に位置する部分以外を除去することにより、図６（Ｂ）に示すようにコンタクト層４０Ａが形成される。
【０１８９】
コンタクト層４０Ａの作製は、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液をウェットエッチング溶液として用いることによって行うことができる。硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）の混合液は、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰを溶解しないため、ＧａＩｎＰセル１８０のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４でウェットエッチング処理をストップさせることができる。
【０１９０】
以上により、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００が完成する。図６（Ｂ）に示す化合物半導体太陽電池３００は、図４に示す化合物半導体太陽電池３００と同一である。
【０１９１】
化合物半導体太陽電池３００には、太陽光は、ワイドバンドギャップのセル側（ＧａＩｎＰセル１８０側）から入射する構造となる。なお、太陽光が入射するＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層１８４の表面には、反射防止膜を設けることが望ましい。図６（Ｂ）では反射防止膜を省略する。
【０１９２】
以上、実施の形態３では、トンネル接合層１７０の抵抗値が下がり、エネルギー損失が低減し、高効率の３接合型の化合物半導体太陽電池３００、及び、化合物半導体太陽電池３００の製造方法を提供することができる。
【０１９３】
また、ｐ＋層の価電子帯とｎ＋層の伝導帯のエネルギー差が大きい場合に比べてキャリア濃度（ドーピング濃度）が低くても良く、容易にトンネル接合を形成できるようになる。
【０１９４】
このため、実施の形態３によれば、高効率化を図った化合物半導体太陽電池３００、及び、化合物半導体太陽電池３００の製造方法を提供することができる。
【０１９５】
実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００のような３接合太陽電池については、例えば、応用物理79巻5号, 2010, P.436に、３つのセルのバンドギャップとしては、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶの組み合わせや、１．７ｅＶ／１．２ｅＶ／０．６７ｅＶの組み合わせが、当該文献における現状の３接合セル（１．８８ｅＶ／１．４ｅＶ／０．６７ｅＶ）より好ましいことが記載されている。
【０１９６】
しかしながら、これらのようなバンドギャップの組み合わせを一つの格子定数で実現することは困難である。
【０１９７】
この点において、実施の形態３によれば、２つの格子定数のセル（積層体３００Ａと１００Ｂ（図５（Ａ）参照）を直接接合法により接合することによって化合物半導体太陽電池３００を作製するので、異なる格子定数のセル同士を含む化合物半導体太陽電池３００を容易に実現することができる。
【０１９８】
なお、以上では、ＩｎＰ基板１０及びＧａＡｓ基板２０の上にＭＯＣＶＤ法で各セル等を形成する形態について説明したが、各セル等は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法で形成してもよい。
【０１９９】
また、以上では、ＩｎＰ基板１０及びＧａＡｓ基板２０をそれぞれ用いた積層体３００Ｂ及び３００Ａを用いて化合物半導体太陽電池３００を作製する形態について説明したが、ＩｎＰ基板１０及びＧａＡｓ基板２０の組み合わせ以外を用いてもよい。
【０２００】
例えば、Ｇｅ基板とＩｎＰ基板、ＧａＳｂ基板とＧａＡｓ基板、ＧａＳｂ基板とＧｅ基板、Ｓｉ基板とＧｅ基板、又は、Ｓｉ基板とＧａＡｓ基板等の組み合わせでも、同様に積層体３００Ｂ及び３００Ａを作製することができる。
【０２０１】
また、以上では、積層体３００Ａと３００Ｂを直接的に接合する形態について説明したが、機械的に接合してもよい。
【０２０２】
また、以上では、ＩｎＰ格子整合系材料セルとしてＧａＩｎＰＡｓセル１２０を用いる形態について説明したが、ＩｎＰ格子整合系材料セルはＧａＩｎＰＡｓセル１２０に限定されず、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓで表されるセルを用いることができる。
【０２０３】
ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓは、Ｐを含む組成とＰを含まない組成との両方を包含するため、（Ｐ）と表記したものである。すなわち、ＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓは、ＧａＩｎＰＡｓとＧａＩｎＡｓとを含む表記である。このため、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０の代わりに、ＧａＩｎＡｓセルを用いてもよい。
【０２０４】
また、以上では、ＧａＡｓ格子整合系材料セルとしてＧａＩｎＰセル１８０を用いる形態について説明したが、ＧａＡｓ格子整合系材料セルはＧａＩｎＰセル１８０に限定されず、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）で表されるセルを用いることができる。
【０２０５】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）は、Ａｌを含む組成とＡｌを含まない組成との両方を包含し、また、Ａｓを含む組成とＡｓを含まない組成との両方を包含する。このため、（Ａｌ）、（Ａｓ）と表記したものである。すなわち、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ（Ａｓ）は、ＡｌＧａＩｎＰＡｓと、ＡｌＧａＩｎＰと、ＧａＩｎＰＡｓと、ＧａＩｎＰとを含む表記である。このため、ＧａＩｎＰセル１８０の代わりに、ＡｌＧａＩｎＰセル又はＧａＩｎＰＡｓセル又はＡｌＧａＩｎＰＡｓを用いてもよい。
【０２０６】
＜実施の形態４＞
実施の形態３では、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓセル１６０、及びＧａＩｎＰＡｓセル１２０によって構成される３接合型の化合物半導体太陽電池３００を作製した。３つの光電変換セルのバンドギャップの組み合わせは、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶであった。
【０２０７】
実施の形態４では、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓセル１６０、及びＧａＩｎＰＡｓセル１２０に、ＧａＩｎＡｓセル（０．７５ｅＶ）を加えることにより、４接合型の化合物半導体太陽電池を提供する。４つの光電変換セルのバンドギャップの組み合わせは、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７５ｅＶである。
【０２０８】
図７は、実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００を示す断面図である。以下、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０２０９】
化合物半導体太陽電池４００は、電極１０、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＡｓセル４１０、トンネル接合層２２０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＡｓセル１６０、トンネル接合層１７０、ＧａＩｎＰセル１８０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。なお、ＧａＩｎＡｓセル４１０は、ＩｎＰ系の光電変換セルである。
【０２１０】
ここで、ＧａＩｎＰセル１８０は、第１光電変換セルの一例である。ＧａＡｓセル１６０は、第２光電変換セルの一例である。ＧａＩｎＡｓセル４１０とＧａＩｎＰＡｓセル１２０は、複数の第３光電変換セルの一例である。ＩｎＰ基板３１０は、第２化合物半導体基板の一例である。
【０２１１】
実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００は、ＧａＩｎＡｓセル４１０（０．７５ｅＶ）、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０（１．０ｅＶ）、ＧａＡｓセル１６０（１．４２ｅＶ）、ＧａＩｎＰセル１８０（１．９ｅＶ）を直列接続した４接合型太陽電池である。
【０２１２】
図７において、光の入射方向は、図中上から下に向かう方向（ＧａＩｎＰセル１８０からＧａＩｎＡｓセル４１０に向かう方向）である。
【０２１３】
ＩＥＥＥの文献（Proceedings of the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (４００9) pp.1090-1093.)によれば、４接合太陽電池では、およそ１．９ｅＶ／１．４ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７ｅＶの組み合わせのバンドギャップバランスが好ましいことが記載されている。
【０２１４】
化合物半導体太陽電池４００は、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００の基板３１０とＧａＩｎＰＡｓセル１２０との間に、ＧａＩｎＡｓセル４１０とトンネル接合層２２０を挿入した構成である。
【０２１５】
ＧａＩｎＡｓセル４１０は、ｐ型のＩｎＰ層４１１、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３、及びｎ型のＩｎＰ層４１４を含む。ＩｎＰ層４１１はＢＳＦ層であり、ＩｎＰ層４１４は窓層である。
【０２１６】
ここで、ＧａＩｎＡｓセル４１０は、ＩｎＰ層４１１とＩｎＰ層４１４を含まずに、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２と、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３とによって構成されているものとして捉えてもよい。この場合は、ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２と、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３とによって構成されるＧａＩｎＡｓセル４１０の入射側にＩｎＰ層４１４（窓層）が形成され、光の入射方向における奥側にＩｎＰ層４１１（ＢＳＦ層）が形成されているものとして取り扱えばよい。
【０２１７】
ｐ型のＧａＩｎＡｓ層４１２と、ｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３とのバンドギャップは、０．７５ｅＶである。
【０２１８】
ＧａＩｎＡｓ層４１２のＧａＩｎＡｓは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）であるが、簡略化してＧａＩｎＡｓと記載している。これは、ＧａＩｎＡｓ層４１３についても同様である。ただし、ＧａＩｎＡｓ層４１２とＧａＩｎＡｓ層４１３では、ｘの値が異なっていてもよい。
【０２１９】
トンネル接合層２２０は、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０とＧａＩｎＡｓセル４１０との間に形成されている。トンネル接合層２２０は、ｎ＋型のＩｎＰ層２２１と、ｐ＋型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２とを含む。
【０２２０】
ＩｎＰ層２２１の導電型をｎ＋型にする不純物としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）を用いることができ、Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２の導電型をｐ＋型にする不純物としては、例えば、Ｃ（炭素）を用いることができる。ｎ＋型のＩｎＰ層２２１と、ｐ＋型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２とは、高濃度にドーピングされた薄いｐｎ接合を構成する。
【０２２１】
トンネル接合層２２０のＩｎＰ層２２１とＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２とは、ともにＧａＩｎＰＡｓセル１２０よりも高濃度にドーピングされている。トンネル接合層２２０は、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０のｐ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２と、ＧａＩｎＡｓセル４１０のｎ型のＧａＩｎＡｓ層４１３との間を（トンネル接合により）電流が流れるようにするために設けられる接合層である。
【０２２２】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層２２２のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓを用いている。また、（Ｇａ）はＧａを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２２３】
実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００は、ＧａＩｎＰセル１８０、ＧａＡｓセル１６０、ＧａＩｎＰＡｓセル１２０、及びＧａＩｎＡｓセル４１０の４つの光電変換セルにより、１．９ｅＶ／１．４２ｅＶ／１．０ｅＶ／０．７５ｅＶというバンドギャップの組み合わせを有する。
【０２２４】
以上、実施の形態４では、トンネル接合層１７０の抵抗値が下がり、エネルギー損失が低減し、高効率の４接合型の化合物半導体太陽電池４００、及び、化合物半導体太陽電池４００の製造方法を提供することができる。
【０２２５】
また、ｐ＋層の価電子帯とｎ＋層の伝導帯のエネルギー差が大きい場合に比べてキャリア濃度（ドーピング濃度）が低くても良く、容易にトンネル接合を形成できるようになる。
【０２２６】
このため、実施の形態４によれば、実施の形態３の化合物半導体太陽電池３００よりも、さらにエネルギー変換効率の高い化合物半導体太陽電池４００を提供することができる。
【０２２７】
ここで、図８乃至図１４を用いて、実施の形態４の変形例について説明する。
【０２２８】
図８は、実施の形態４の第１変形例による化合物半導体太陽電池４００Ａを示す図である。
【０２２９】
化合物半導体太陽電池４００Ａは、図７に示す化合物半導体太陽電池４００のトンネル接合層１７０をトンネル接合層１７０Ａに置き換えたものである。
【０２３０】
トンネル接合層１７０Ａは、ＧａＡｓに格子整合するｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａ、圧縮歪みを有するｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂ、及び、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２を有する。
【０２３１】
圧縮歪みを有するｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂは、図７に示す圧縮歪みを有するｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１と同様である。
【０２３２】
すなわち、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂは、正式には（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２３３】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａの格子定数は、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂの格子定数よりも小さく、ＧａＡｓの格子定数と略等しい。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａは、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１ＢよりもＧａＡｓセル１６０側に設けられるため、ＧａＡｓに格子整合する格子定数を有するように構成されている。
【０２３４】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａは、正式には（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２３５】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａは、第２のｎ型（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の一例であり、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂは、第１のｎ型（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層の一例である。なお、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂの方が（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１ＡよりもＩｎ組成が大きく、Ａｌ組成も大きいため、ｘ２＞ｘ１、ｙ２＜ｙ１である。
【０２３６】
図９は、トンネル接合層１７０Ａのバンド構造を示す図である。
【０２３７】
ｎ＋層（１７１Ａ、１７１Ｂ）を２層構成とすることで、圧縮歪を有する（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂは、図７に示す（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１よりも薄くてよく、より大きな歪でも格子緩和を生じさせることなく形成できる。
【０２３８】
例えば、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂの厚さは５ｎｍであり、１０ｎｍ以下であることが好ましい。また、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａの厚さは、１５ｎｍ〜５０ｎｍ程度にすればよい。
【０２３９】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂの圧縮歪を図７に示す（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１の圧縮歪よりも大きくすることで、バンド構造は、図９に示すようになる。ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２の価電子帯と、ｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂの伝導帯とのエネルギー差Ｅ４は、図２（Ｄ）に示すエネルギー差Ｅ３よりも小さくなる。
【０２４０】
従って、実施の形態４の第１変形例によれば、トンネル接合層１７０Ａの抵抗値はさらに下がり、エネルギー損失もさらに低減され、より高効率な化合物半導体太陽電池４００Ａを提供することができる。
【０２４１】
また、実施の形態４の第１変形例を次のように変形してもよい。
【０２４２】
図１０は、実施の形態４の第２変形例による化合物半導体太陽電池４００Ｂを示す図である。
【０２４３】
図８に示す実施の形態４の第１変形例の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂ（（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ）において、ｘ２＝０として、圧縮ひずみを有するＧａｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層１７１Ｂ１を用いることができる。ｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａ、Ｇａｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層１７１Ｂ１、及びｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２は、トンネル接合層１７０Ａ１を構築する。
【０２４４】
圧縮ひずみを有するＧａｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層のバンドギャップはＧａＩｎＰセル１８０の吸収層１８２、１８３より小さくなり、ＧａＩｎＰセル１８０を透過してきた光の一部を吸収してしまう恐れがあるが、実施の形態４の第２変形例ではトンネル接合のｐ＋層を（Ａｌｘ1Ｇａ１−ｘ1）ｙ1Ｉｎ１−ｙ1Ｐ層１７１Ａとの２層で形成するので、トンネル接合のｐ＋層を一層とする場合よりも、例えば５ｎｍ程度と薄くてよい。そのため、吸収の影響を抑えつつ、Ａｌを含まないことにより伝導帯が低い位置にあるためトンネル確率を増大させることができる。
【０２４５】
図１１は、実施の形態４の第３変形例による化合物半導体太陽電池４００Ｃを示す図である。
【０２４６】
化合物半導体太陽電池４００Ｃは、図７に示す化合物半導体太陽電池４００のトンネル接合層１７０をトンネル接合層１７０Ｂに置き換えたものである。
【０２４７】
トンネル接合層１７０Ｂは、圧縮歪みを有するｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａ、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂを有する。
【０２４８】
（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａの（Ａｌ）ＧａＡｓは、正式にはＡｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＡｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２４９】
（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂの（Ａｌ）ＧａＡｓは、正式にはＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ（０≦ｘ４＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＡｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２５０】
ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａは、図７に示すｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２と同様である。
【０２５１】
（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａは、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２ＢよりもＡｌ組成が少ない構成を有する。すなわち、ｘ４＞ｘ３である。
【０２５２】
（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａは、第１のｐ型（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層の一例であり、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂは、第２のｐ型（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層の一例である。
【０２５３】
（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓは、正式には、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記であり、（Ｉｎ）はＩｎを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２５４】
（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂは光入射側のＧａＩｎＰセル１８０と同等以上のバンドギャップを有することが好ましい。キャリアがよりトンネルしやすくするためには、トンネル接合層１７０Ｂのｐ層の価電子帯のエネルギーを上げる必要がある。
【０２５５】
そこで、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂよりも小さなＡｌ組成を有する（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａを（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１側に設けた。
【０２５６】
図１２は、トンネル接合層１７０Ｂのバンド構造を示す図である。
【０２５７】
（Ａｌ）ＧａＡｓ（ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜１））は、Ａｌ組成を小さくすると伝導帯のエネルギーは下がり、価電子帯のエネルギーは上がる。
【０２５８】
従って、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂと、より小さなＡｌ組成を有する（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａとを設けることにより、図１２に示すように、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａの伝導帯のエネルギーを下げるとともに、価電子帯のエネルギーを上げることができる。
【０２５９】
この結果、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａの価電子帯と、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１の伝導帯とのエネルギー差Ｅ５は、図２（Ｄ）に示すエネルギー差Ｅ３よりも小さくなる。
【０２６０】
また、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２ＢよりもＡｌ組成の小さい（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａは、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂよりもバンドギャップが小さい。このため、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａの厚さを（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂよりも薄くすることにより、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａでの光の吸収を低減することができる。（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａの厚さは、例えば、５ｎｍ程度であればよく、１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０２６１】
また、（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂの厚さは、例えば、１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下に設定すればよい。
【０２６２】
従って、実施の形態４の第３変形例によれば、トンネル接合層１７０Ｂの抵抗値はさらに下がり、エネルギー損失もさらに低減され、より高効率な化合物半導体太陽電池４００Ｃを提供することができる。
【０２６３】
図１３は、実施の形態４の第４変形例による化合物半導体太陽電池４００Ｄを示す図である。
【０２６４】
化合物半導体太陽電池４００Ｄは、図８に示す化合物半導体太陽電池４００Ａのトンネル接合層１７０Ａと、図１１に示す化合物半導体太陽電池４００Ｃのトンネル接合層１７０Ｂとを合わせた構成のトンネル接合層１７０Ｃを含む。
【０２６５】
トンネル接合層１７０Ｃは、ｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ａ、圧縮歪みを有するｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂ、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａ、及びｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ｂを有する。
【０２６６】
図１４は、トンネル接合層１７０Ｃのバンド構造を示す図である。
【０２６７】
ｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１Ｂの伝導帯と、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２Ａの価電子帯とのエネルギー差Ｅ６である。これは、トンネル接合層１７０Ａにおけるエネルギー差Ｅ４、トンネル接合層１７０Ｂにおけるエネルギー差Ｅ５よりも小さい。
【０２６８】
従って、実施の形態４の第４変形例によれば、トンネル接合層１７０Ｃの抵抗値はさらに下がり、エネルギー損失もさらに低減され、より高効率な化合物半導体太陽電池４００Ｄを提供することができる。
【０２６９】
＜実施の形態５＞
図１５は、実施の形態５の化合物半導体太陽電池５００を示す断面図である。以下、実施の形態４の化合物半導体太陽電池４００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０２７０】
化合物半導体太陽電池５００は、電極１０、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＡｓセル４１０、トンネル接合層２２０、ＧａＩｎＰＡｓセル５２０、接合層１３０、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＩｎＡｓセル５６０を含む。
【０２７１】
化合物半導体太陽電池５００は、さらに、トンネル接合層１７０、ＡｌＧａＡｓセル５７０、トンネル接合層５８０、ＡｌＧａＩｎＰセル５９０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【０２７２】
実施の形態５の化合物半導体太陽電池５００は、ＧａＩｎＡｓセル４１０（０．７５ｅＶ）、ＧａＩｎＰＡｓセル５２０（１．０６ｅＶ）、ＧａＩｎＡｓセル５６０（１．４ｅＶ）、ＡｌＧａＡｓセル５７０（１．６８ｅＶ）、及びＡｌＧａＩｎＰセル５９０（２．１７ｅＶ）を直列接続した５接合型太陽電池である。
【０２７３】
ＡｌＧａＩｎＰセル５９０（２．１７ｅＶ）のバンドギャップは、実施の形態４のＧａＩｎＰセル１８０のバンドギャップ（１．９ｅＶ）よりも大きい。
【０２７４】
ここで、ＡｌＧａＩｎＰセル５９０、ＡｌＧａＡｓセル５７０、ＧａＩｎＡｓセル５６０は、それぞれ、第１光電変換セル、第２光電変換セル、第３光電変換セルの一例である。
【０２７５】
また、ＧａＩｎＡｓセル４１０とＧａＩｎＰＡｓセル５２０は、複数の第４光電変換セルの一例である。
【０２７６】
化合物半導体太陽電池５００は、接合層１３０を含む第１の積層体と、トンネル接合層１５０Ａを含む第２の積層体とを接合することによって作成される。
【０２７７】
第１の積層体は、電極１０、ＩｎＰ基板３１０、ＧａＩｎＡｓセル４１０、トンネル接合層２２０、ＧａＩｎＰＡｓセル５２０、接合層１３０を含む。また、第２の積層体は、トンネル接合層１５０Ａ、ＧａＩｎＡｓセル５６０、トンネル接合層１７０、ＡｌＧａＡｓセル５７０、トンネル接合層５８０、ＡｌＧａＩｎＰセル５９０、コンタクト層４０Ａ、及び電極５０を含む。
【０２７８】
ＧａＩｎＰＡｓセル５２０は、ｐ型のＩｎＰ層１２１、ｐ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２２、ｎ型のＧａＩｎ（Ｐ）Ａｓ層１２３、及びｎ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層５２４を含む。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層５２４は窓層である。
【０２７９】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ層５２４のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＡｓ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓを用いている。また、（Ｇａ）はＧａを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２８０】
ＧａＩｎＡｓセル５６０は、ｐ型のＧａＩｎＰ層１６１、ｐ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層５６２、ｎ型のＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層５６３、及びｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１６４を含む。
【０２８１】
Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層５６２のＧａ（Ｉｎ）Ａｓは、正式にはＧａｘＩｎ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）であるが、簡略化した表現としてＧａ（Ｉｎ）Ａｓを用いている。また、（Ｉｎ）はＩｎを含む場合と含まない場合を包含した表記である。なお、これは、Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層５６３についても同様である。Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ層５６２とＧａ（Ｉｎ）Ａｓ層５６３では、ｘの値が異なっていてもよい。
【０２８２】
ＡｌＧａＡｓセル５７０は、ｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５７１、ｐ型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層５７２、ｎ型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層５７３、及びｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５７４を含む。
【０２８３】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５７１の（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。なお、これは（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５７４についても同様である。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５７１と（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５７４では、ｘとｙの値が異なっていてもよい。
【０２８４】
（Ａｌ）ＧａＡｓ層５７２の（Ａｌ）ＧａＡｓは、正式にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜０）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＡｓを用いている。なお、これは、（Ａｌ）ＧａＡｓ層５７３についても同様である。（Ａｌ）ＧａＡｓ層５７２と（Ａｌ）ＧａＡｓ層５７３では、ｘの値が異なっていてもよい。
【０２８５】
ＡｌＧａＩｎＰセル５９０は、ｐ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層５９１、ｐ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９２、ｎ型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９３、及びｎ型のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層５９４を含む。
【０２８６】
Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層５９１のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ1-ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）であるが、簡略化した表現としてＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰを用いている。また、（Ｇａ）はＧａを含む場合と含まない場合を包含した表記である。なお、これはＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層５９４についても同様である。Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層５９１とＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ層５９４では、ｘとｙの値が異なっていてもよい。
【０２８７】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９２の（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。なお、これは、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９３についても同様である。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９２と（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９３では、ｘとｙの値が異なっていてもよい。
【０２８８】
なお、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９２と（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９３は、Ａｓを含んでもよい。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰセル５９０は、ＡｌＧａＩｎＰ（Ａｓ）で表される吸収層を有する構成であってもよい。（Ａｓ）は、Ａｓを含む組成と、Ａｓを含まない組成の両方を包含する表記である。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９２と（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５９３に、わずかにＡｓを添加してもよい。
【０２８９】
トンネル接合層５８０は、トンネル接合層１７０と同様に、圧縮歪みを有するｎ＋型の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５８１と、ｐ＋型の（Ａｌ）ＧａＡｓ層５８２とを有する。
【０２９０】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５８１の（Ａｌ）ＧａＩｎＰは、正式には（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＩｎＰを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。なお、
（Ａｌ）ＧａＡｓ層５８２の（Ａｌ）ＧａＡｓは、正式にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓであるが、簡略化した表現として（Ａｌ）ＧａＡｓを用いている。また、（Ａｌ）はＡｌを含む場合と含まない場合を包含した表記である。
【０２９１】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５８１の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数よりも大きい。また、（Ａｌ）ＧａＡｓ層５８２は、ＧａＡｓに略格子整合する。このため、（Ａｌ）ＧａＡｓ層５８２に積層される（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５８１は格子歪みを有する。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５８１及び（Ａｌ）ＧａＡｓ層５８２の合計の厚さは、例えば、２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【０２９２】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層５８１及び（Ａｌ）ＧａＡｓ層５８２は、それぞれ、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１７１及び（Ａｌ）ＧａＡｓ層１７２と同様であるが、バンドギャップが２．１７ｅＶのＡｌＧａＩｎＰセル５９０を透過した光の吸収を抑制するために、バンドギャップはＡｌＧａＩｎＰセル５９０に対応してワイドギャップ化されている。
【０２９３】
図１５において、光の入射方向は、図中上から下に向かう方向（ＡｌＧａＩｎＰセル５９０からＧａＩｎＡｓセル４１０に向かう方向）である。
【０２９４】
一般にバンドギャップの大きい材料ほどトンネル電流の電流密度を大きくすることが難しい。ｐ＋（Ａｌ）ＧａＡｓ層とｎ＋（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層を用いた場合には、ｐ＋（Ａｌ）ＧａＡｓ層のＡｌ組成を大きくし、ｎ＋（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層のＡｌ組成を大きくすると、ｐ型層の価電子帯とｎ型層の伝導帯のエネルギー差が大きくなるからである。
【０２９５】
実施の形態５では、トンネル接合層１７０及び５８０をｐ＋（Ａｌ）ＧａＡｓと、圧縮歪を有するｎ＋型の（Ａｌ）Ｇａ）ＩｎＰ層とを有するｐｎ接合にしたので、ｐ型層の価電子帯とｎ型層の伝導帯のエネルギー差を小さくできる。
【０２９６】
このため、より大きなバンドギャップの材料を用いたトンネル接合でも抵抗値を低減できる。例えば、実施の形態５のように５接合以上の多接合太陽電池の場合には、各セルのバンドギャップのバランス上、例えば１．９ｅＶ以上のセルを含むことが必要となる。
【０２９７】
従って、実施の形態５の５接合型太陽電池のような場合には、トンネル接合層１７０及び５８０を用いることが特に有効である。
【０２９８】
実施の形態５の２．１７ｅＶ／１．６８ｅＶ／１．４０ｅＶ／１．０６ｅＶ／０．７５ｅＶの組み合わせの５接合太陽電池のエネルギー変換効率は、実施の形態４の４接合太陽電池よりも高い。
【０２９９】
従って、実施の形態５によれば、より高効率な化合物半導体太陽電池５００を作製できる。
【０３００】
以上、実施の形態５では、トンネル接合層１７０及び５８０の抵抗値が下がり、エネルギー損失が低減し、高効率の５接合型の化合物半導体太陽電池５００、及び、化合物半導体太陽電池５００の製造方法を提供することができる。
【０３０１】
また、ｐ＋層の価電子帯とｎ＋層の伝導帯のエネルギー差が大きい場合に比べてキャリア濃度（ドーピング濃度）が低くても良く、容易にトンネル接合を形成できるようになる。
【０３０２】
以上、本発明の例示的な実施の形態の化合物半導体太陽電池、及び、化合物半導体太陽電池の製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０３０３】
１００  化合物半導体太陽電池
１０  電極
１１０  ＧａＡｓ基板
１１１  ＧａＡｓバッファ層
１６０  ＧａＡｓセル
１７０  トンネル接合層  １７１  （Ａｌ）ＧａＩｎＰ層
１７２  （Ａｌ）ＧａＡｓ層
１８０  ＧａＩｎＰセル
４０Ａ  コンタクト層
５０  電極
２００  化合物半導体太陽電池
２１０  Ｇｅセル
２２０  トンネル接合層
１５０  トンネル接合層
２６０  ＧａＩｎＡｓセル
２８０  ＧａＩｎＰセル
３００  化合物半導体太陽電池
３１０  ＩｎＰ基板
１２０  ＧａＩｎＰＡｓセル
１３０  接合層
１５０Ａ  トンネル接合層
４００  化合物半導体太陽電池
４１０  ＧａＩｎＡｓセル
４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ  化合物半導体太陽電池
１７０Ａ、１７０Ｂ、１７０Ｃ  トンネル接合層
５００  化合物半導体太陽電池
５２０  ＧａＩｎＰＡｓセル
５６０  ＧａＩｎＡｓセル
５７０  ＡｌＧａＡｓセル
５８０  トンネル接合層
５９０  ＡｌＧａＩｎＰセル
【先行技術文献】
【特許文献】
【０３０４】
【特許文献１】特開2001-102608号公報
【非特許文献】
【０３０５】
【非特許文献１】Proceedings of the 29st IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2010) pp.412-417.
【図１】
0006582591.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006582591.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006582591.tif 000008
【図８】
0006582591.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006582591.tif 000011
【図１１】
0006582591.tif 000012
【図１２】
0006582591.tif 000013
【図１３】
0006582591.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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