(57)【要約】【課題】  光電変換の効率が良好であり、安定した構造の光電変換素子を提供する。【解決手段】  Ｇｅからなる光電変換層と、前記光電変換層で生成されたキャリアを収集するキャリア収集部と、前記キャリア収集部に接続される電極と、前記光電変換層の保護層と、を有する光電変換素子であって、前記保護層は窒化珪素よりなり、前記保護層と前記光電変換層の間にＳｉＧｅからなる密着層が設けられている。【選択図】  図２
2005317779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇｅからなる光電変換層と、
前記光電変換層で生成されたキャリアを収集するキャリア収集部と、
前記キャリア収集部に接続される電極と、
前記光電変換層の保護層と、を有する光電変換素子であって、
前記保護層は窒化珪素よりなり、前記保護層と前記光電変換層の間にＳｉＧｅからなる密着層を設けたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記キャリア収集部および前記電極は、前記光電変換層の入射面の反対の面の側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記密着層は、隣り合う前記電極の間に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記キャリア収集部と前記電極の間に、ＳｉＧｅよりなるキャリアブロック層を設けたことを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記キャリアブロック層のエネルギーバンドギャップが、前記キャリア収集部のエネルギーバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項４記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記キャリアブロック層と前記密着層が、連続的に形成された層からなることを特徴とする請求項４または５記載の光電変換素子。
【請求項７】
Ｇｅからなる光電変換層と、
前記光電変換層で生成されたキャリアを収集するキャリア収集部と、を有する光電変換素子であって、
前記光電変換層と前記キャリア収集部を覆うようにＳｉＧｅ層が形成され、
当該ＳｉＧｅ層上には、
当該ＳｉＧｅ層を介して当該キャリア収集部に接する電極と、
当該電極の間に形成された、窒化珪素からなる前記光電変換層の保護層と、が形成されていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項８】
前記ＳｉＧｅ層は、前記キャリア収集部から前記電極へキャリアが通過可能な厚さに設けられていることを特徴とする請求項７記載の光電変換素子。
【請求項９】
Ｇｅからなる光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられた、ＳｉＧｅ層と、
前記ＳｉＧｅ層上に設けられた、前記光電変換層で生成されたキャリアを収集するキャリア収集部と、
前記キャリア収集部に接続される電極とを有し、
前記ＳｉＧｅ層上の、前記キャリア収集部の間には窒化珪素からなる前記光電変換層の保護層が設けられていることを特徴とする光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換素子に係り、特にはＧｅからなる光電変換層を有する光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば可視光などの光から起電力を発生させる、太陽電池などの光電変換素子は、次世代のエネルギーを生成することが可能な素子として知られている。さらに、光電変換素子は、化石燃料や可燃性ガスの燃焼によるエネルギーを電気エネルギーに変換する熱起電力変換（Thermophotovoltaic energy conversion、以下ＴＰＶと表記する）による発電（ＴＰＶ発電）に用いることが可能な素子として着目されている。
【０００３】
ＴＰＶ発電とは、例えば以下のようにして行われる。まず、熱源からの燃焼熱を発光体（輻射体）に与えることにより、当該発光体から輻射光を発するようにする。そこで、当該輻射光を光電変換素子に照射することで光電変換を行い、燃焼によるエネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０００４】
また、ＴＰＶ発電では、温度が１０００℃〜１７００℃の発光体から得られる赤外光、例えば１．４〜１．７μｍ程度の波長の光の光電変換を行う必要があるため、光電変換素子の光電変換層のバンドギャップ（Ｅｇ）が小さな材料を用いる必要が有る。
【０００５】
例えば、一般的な半導体材料であるＳｉによる光電変換では、１．１μｍ以下の波長域の光しか光電変換を行う事ができない。このように、赤外光の光電変換を行う場合、光電変換層のバンドギャップは、０．５〜０．７ｅＶ程度であることが好ましく、Ｇｅ（ゲルマニウム）はバンドギャップが０．６６ｅＶであるため、特に赤外光の光電変換を行う素子に用いると、好適である。（例えば特許文献１参照。）
図１は、従来の光電変換素子の一例を示す、概略断面図である。
【０００６】
図１を参照するに、本図に示す光電変換素子１００は、例えばｐ型のＧｅ基板よりなる光電変換層１０１を有している。当該光電変換層１０１の受光面側には反射防止膜１２０が形成されている。
【０００７】
前記光電変換層１０１の受光面の反対側には、ｐ型高濃度不純物拡散層よりなるキャリア収集部１０２と、ｎ型高濃度不純物拡散層よりなるキャリア収集部１０３が形成されている。前記光電変換層１０１に赤外光などの光が入射することにより生成するキャリア、すなわち電子、正孔のうち、正孔は前記キャリア収集部１０２へ、電子は前記キャリア収集部１０３へとそれぞれ移動する。
【０００８】
また、前記キャリア収集部１０２、および前記キャリア収集部１０３には、例えばＡｌなどからなる、それぞれ正電極１０４および負電極１０５が接続されている。また、複数の当該正電極１０４は、集合正電極１０７によって電気的に接続されており、複数の当該電極１０５も、図示を省略する集合負電極により電気的に接続されており、このような集合正電極と集合負電極間に電圧が発生し、起電力を取り出すことができる。
【０００９】
また、電極間は、絶縁層１０６によって絶縁されている。
【００１０】
このような光電変換素子では、光電変換の効率を向上させることが重要であり、そのためには発生したキャリアの再結合損失を低減させることが重要である。本図に示す光電変換素子の場合、Ｇｅからなる光電変換層１０１は、その表面にダングリングボンド（未結合手）などの欠陥が形成され、光電変換層１０１の表面付近でのキャリアの損失が増大してしまう懸念がある。
【００１１】
また、Ｇｅには、キャリア濃度を調整するための、例えばＰ（リン）やＢ（ホウ素）などの不純物が添加されて用いられる場合があり、当該不純物が、Ｇｅからなる層に隣接する層に拡散してしまう懸念があった。
【００１２】
そのため、前記光電変換層１０１では、Ｇｅからなる光電変換層１０１上に、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）からなるＧｅの保護層１０８が形成されている。窒化珪素でＧｅからなる層を覆うことで、Ｇｅの表面付近に形成された欠陥の不活性化を行う事ができる。また、窒化珪素は大気中で安定であり、Ｇｅからなる光電変換層に欠陥などが形成されることを防止し、そのためにキャリアの再結合損失が抑制される。また、窒化珪素は、バリア性に優れているために、Ｇｅに添加される不純物の拡散が防止される。
【特許文献１】特開２００３−１５２２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、Ｇｅからなる光電変換層１０１上に窒化珪素からなる保護層１０８を形成する場合、Ｇｅと窒化珪素の界面で剥離が発生してしまう懸念が生じていた。
【００１４】
これは、Ｇｅと窒化珪素の密着力が小さいためであり、そのためにＧｅ上に窒化珪素を形成することが困難となっており、Ｇｅの表面の保護と、Ｇｅに添加される不純物の拡散の防止を実現することが困難となっていた。
【００１５】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な光電変換素子を提供することを目的としている。
【００１６】
本発明の具体的な課題は、光電変換の効率が良好であり、安定した構造の光電変換素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では、上記の課題を、Ｇｅからなる光電変換層と、前記光電変換層で生成されたキャリアを収集するキャリア収集部と、前記キャリア収集部に接続される電極と、前記光電変換層の保護層と、を有する光電変換素子であって、前記保護層は窒化珪素よりなり、前記保護層と前記光電変換層の間にＳｉＧｅからなる密着層を設けたことを特徴とする光電変換素子により、解決する。
【００１８】
本発明によれば、Ｇｅよりなる光電変換層と窒化珪素からなる保護層の間にＳｉＧｅからなる密着層を設けたことで、Ｇｅと窒化珪素の剥離を防止することが可能となり、そのために、Ｇｅを窒化珪素よりなる保護層で覆う構造を実現することが可能となる。
【００１９】
また、前記キャリア収集部および前記電極は、前記光電変換層の入射面の反対の面の側に設けられていると、入射面の面積を大きくとることが可能となり、光電変換効率が良好となる。
【００２０】
また、前記密着層は、隣り合う前記電極の間に形成されると、複数の電極を分離する構造を実現することが可能となり、好適である。
【００２１】
また、前記キャリア収集部と前記電極の間に、ＳｉＧｅよりなるキャリアブロック層を設けると、キャリアの損失を抑制して光電変換効率を良好とすることができる。
【００２２】
また、前記キャリアブロック層のエネルギーバンドギャップが、前記キャリア収集部のエネルギーバンドギャップより大きいと、キャリアの損失を抑制して光電変換効率を良好とすることができる。
【００２３】
また、前記キャリアブロック層と前記密着層が、連続的に形成された層からなると、当該キャリアブロック層と当該密着層を形成する工程を単純化することが可能となり、好適である。
【００２４】
また、上記の課題は、Ｇｅからなる光電変換層と、前記光電変換層で生成されたキャリアを収集するキャリア収集部と、を有する光電変換素子であって、前記光電変換層と前記キャリア収集部を覆うようにＳｉＧｅ層が形成され、当該ＳｉＧｅ層上には、当該ＳｉＧｅ層を介して当該キャリア収集部に接する電極と、当該電極の間に形成された、窒化珪素からなる前記光電変換層の保護層と、が形成されていることを特徴とする光電変換素子により、解決する。
【００２５】
当該光電変換素子によれば、ＳｉＧｅ層を設けたことで、Ｇｅを窒化珪素よりなる保護層で覆う構造を実現することが可能となると共に、光電変換素子内に急峻なエネルギーバンド構造を形成することが可能となるために、光電変換素子の効率が良好となる。
【００２６】
また、前記ＳｉＧｅ層は、前記キャリア収集部から前記電極へキャリアが通過可能な厚さに設けられていると、トンネル電流が流れて好適である。
【００２７】
また、上記の課題は、Ｇｅからなる光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた、ＳｉＧｅ層と、前記ＳｉＧｅ層上に設けられた、前記光電変換層で生成されたキャリアを収集するキャリア収集部と、前記キャリア収集部に接続される電極とを有し、前記ＳｉＧｅ層上の、前記キャリア収集部の間には窒化珪素からなる前記光電変換層の保護層が設けられていることを特徴とする光電変換素子により、解決する。
【００２８】
当該光電変換素子によれば、ＳｉＧｅ層を設けたことで、Ｇｅを窒化珪素よりなる保護層で覆う構造を実現することが可能となると共に、ＳｉＧｅ層によって不純物の拡散が防止され、また、キャリアの損失が抑制されて光電変換効率を良好とすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、光電変換の効率が良好であり、安定した構造の光電変換素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、説明する。
【実施例１】
【００３１】
図２（Ａ）は、本発明の実施例１による光電変換素子１０を示す概略断面図であり、図２（Ｂ）はその斜視図である。但し図２（Ｂ）では、説明のために一部の構造体（集合正電極１７Ａ，集合負電極１７Ｂ，絶縁層１６、以上後述）を離間した形で示している。
【００３２】
図２（Ａ），（Ｂ）を参照するに、本実施例による光電変換素子１０は、例えばｐ型のＧｅ基板より構成される光電変換層１１を有している。当該光電変換層１１の受光面側には反射防止膜２０が形成されている。当該反射防止膜２０は、前記光電変換層１１の保護層としての機能を兼ねるようにしてもよく、また保護層と反射防止膜を積層するようにして光電変換層上に形成してもよい。
【００３３】
前記光電変換層１１の受光面の反対側には、Ｇｅのｐ型高濃度不純物拡散層（ｐ＋型Ｇｅ層）よりなるキャリア収集部１２と、Ｇｅのｎ型高濃度不純物拡散層（ｎ＋型Ｇｅ層）よりなるキャリア収集部１３が複数形成されている。前記光電変換層１１に可視光や赤外光などの光が入射することにより生成するキャリア、すなわち電子、正孔のうち、正孔は前記キャリア収集部１２へ、電子は前記キャリア収集部１３へとそれぞれ移動する。
【００３４】
また、前記キャリア収集部１２、および前記キャリア収集部１３には、例えばＡｌなどからなる、それぞれ正電極１４および負電極１５が接続されている。また、複数の当該正電極１４は、集合正電極１７Ａによって電気的に接続されており、複数の当該負電極１５も、集合負電極１７Ｂにより電気的に接続されている。前記光電変換層１１に光が入射することで、前記集合正電極１７Ａと前記集合負電極１７Ｂ間に電圧が発生し、起電力を取り出すことができる。
【００３５】
また、前記正電極１４と前記負電極１５の間、前記負電極１５と集合正電極１７Ａの間および前記正電極１４と集合負電極１７Ｂの間には、例えばポリイミドなどの樹脂材料からなる絶縁層１６が形成され、電極を分離して電気的に短絡されることを防止している。
【００３６】
本実施例による光電変換素子１０では、前記キャリア収集部１２と前記キャリア収集部１３の間の前記光電変換層１１上に、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ、以下単にＳｉＮと表記する）からなる保護層１８が形成されているが、さらに、当該保護層１８と当該光電変換層１１の間に、ＳｉＧｅからなる密着層１９が形成されている。
【００３７】
この場合、前記保護層１８と前記密着層１９は、前記正電極１４および負電極１５の間に形成されており、正電極と負電極を分離する構造となっている。
【００３８】
従来、ＳｉＮはＧｅとは密着性が良くないため、Ｇｅ上に直接ＳｉＮ層を形成すると剥離してしまう場合があった。これは、ＧｅとＳｉＮが熱膨張係数の差が大きく、また格子定数の差が大きいために生じると考えられる。
【００３９】
そこで、本実施例では、これらの熱膨張係数と格子定数の差を緩和するため、ＧｅとＳｉＮの間に、ＳｉＧｅからなる密着層を設けた。この場合、ＧｅとＳｉＮの密着力に比べて、ＧｅとＳｉＧｅ、およびＳｉＧｅとＳｉＮの密着力が大きく、Ｇｅの保護層であるＳｉＮ層がＧｅから剥離することを防止することが可能となった。
【００４０】
このため、従来用いることが困難であったＳｉＮをＧｅの保護層に用いることが可能となり、光電変換層の表面に欠陥が形成されることを防止してキャリアの損失を抑制することが可能となり、またＧｅに添加された不純物の拡散を、バリア性に優れたＳｉＮ層により防止することが可能となっている。
【００４１】
また、本実施例による保護層に用いるＳｉＮは、化学量論比において過不足無く結合した珪素と窒素からなる必要は無く、またある程度不純物が含有していてもよく、主成分が珪素と窒素であればよい。
【００４２】
また、本実施例の場合、前記キャリア収集部１２および前記キャリア収集部１３、前記正電極１２、負電極１３、前記集合正電極１７Ａ、集合負電極１７Ｂなどは、前記光電変換層１１の入射面の反対の面の側に設けられている。そのため、入射面の面積を大きくとることが可能となり、光電変換の効率が良好となっている。
【００４３】
また、前記光電変換層１１の反射防止膜２０として、ＳｉＮからなる層を用いることも可能であり、この場合当該ＳｉＮ層は反射防止膜としての機能に加えて、前記保護層１９と同様に、当該光電変換層１１の保護層としても機能する。この場合、前記光電変換層１１の入射面では電極や絶縁層などの構造が存在しないため、反射防止膜２０にかかる応力は前記保護層１８にかかる応力より小さく、ＳｉＧｅからなる密着層は省略した構造とすることも可能であるが、当該反射防止膜２０と光電変換層１１の間にＳｉＧｅからなる密着層を挿入した構造とすることも可能であり、この場合、光電変換層と反射防止膜の密着力が向上し、好適である。
【００４４】
本実施例による上記光電変換素子１０の詳細の一例としては、例えば以下のように構成することができる。
【００４５】
前記光電変換層１１に用いるＧｅ基板は、ｐ型Ｇｅ基板であって、キャリア濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３、厚さを３５０μｍとする。
【００４６】
前記保護層１８は、ＳｉＮ層からなり、厚さを２００ｎｍとする。
【００４７】
前記キャリア収集部１２は、Ｇｅのｐ型高濃度不純物拡散層（ｐ＋型Ｇｅ層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３、厚さを１．０μｍとする。
【００４８】
前記キャリア収集部１３は、Ｇｅのｎ型高濃度不純物拡散層（ｎ＋型Ｇｅ層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３、厚さを１．０μｍとする。
【００４９】
前記正電極１４は、Ａｌからなり、厚さを２．０μｍとする。
【００５０】
前記負電極１５は、Ａｌからなり、厚さを２．０μｍとする。
【００５１】
前記絶縁層１６は、ポリイミドからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００５２】
前記集合正電極１７Ａは、Ａｇからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００５３】
前記集合負電極１７Ｂは、Ａｇからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００５４】
前記密着層１９は、不純物を添加しないＳｉＧｅ層（ｉ−Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３、厚さを１００ｎｍとする。
また、本発明による光電変換素子は上記の実施例１に示す構造に限定されるものではなく、様々に変形・変更することが可能であり、以下実施例２〜実施例４にその構成を示す。
【実施例２】
【００５５】
図３は、本発明の実施例２による光電変換素子２０の概略断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図３を参照するに、本実施例による光電変換素子２０では、前記キャリア収集部１２と前記正電極１４の間、および前記キャリア収集部１３と前記負電極１５の間に、それぞれキャリアブロック層１９Ａおよびキャリアブロック層１９Ｂが形成されている。
【００５７】
前記キャリアブロック層１９Ａは、ＳｉＧｅのｐ型高濃度不純物拡散層（ｐ＋型ＳｉＧｅ層）からなり、前記キャリアブロック層１９Ｂは、ＳｉＧｅのｎ型高濃度不純物拡散層（ｎ＋型ＳｉＧｅ層）からなる。
【００５８】
また、図４（Ａ）には、前記キャリア収集部１２と前記キャリアブロック層１９Ａのエネルギーバンド構造を、図４（Ｂ）には、前記キャリア収集部１３と前記キャリアブロック層１９Ｂのエネルギーバンド構造を示す。
【００５９】
図４（Ａ）を参照するに、前記キャリアブロック層１９Ａのエネルギーバンドギャップは、前記キャリア収集部１２のエネルギーバンドギャップより大きくなるように形成されている。そのため、前記キャリアブロック層１９Ａと前記キャリア収集部１２のエネルギー障壁がキャリの移動を制御するように機能し、光電変換により発生した電子が前記正電極１４の側に移動することを防止し、おもに正孔が前記正電極１４の側に移動するようになる。
【００６０】
一方、図４（Ｂ）に示すように、前記キャリアブロック層１９Ｂのエネルギーバンドギャップは、前記キャリア収集部１３のエネルギーバンドギャップより大きくなるように形成されている。そのため、記キャリアブロック層１９Ｂと前記キャリア収集部１３のエネルギー障壁がキャリの移動を制御するように機能し、光電変換により発生した正孔が前記負電極１５の側に移動することを防止し、おもに電子が前記負電極１５の側に移動するようになる。
【００６１】
このため、前記正電極１４および前記負電極１５では、キャリアの損失が抑制されて、キャリアの収集効率が向上し、光電変換素子の効率が向上する効果を奏する。
【００６２】
また、前記光電変換層１１と前記保護層１８の間に、ＳｉＧｅからなる前記密着層１９ａが形成されている構造は実施例１の場合と同様であり、実施例１の前記密着層１９の場合と同様の効果を奏する。
【００６３】
また、前記密着層１９ａは、前記キャリアブロック層１９Ａと前記キャリアブロック層１９Ｂの間に隣接するように形成されており、前記キャリアブロック層と前記密着層が、連続的に形成された層である、ＳｉＧｅ層１９Ｘを構成している。
【００６４】
当該ＳｉＧｅ層１９Ｘでは、前記密着層１９ａにはキャリア濃度を調整するための不純物が添加されておらず、前記キャリアブロック層１９Ａではｐ型不純物が、前記キャリアブロック層１９Ｂでは、ｎ型不純物が添加されている。そのため、前記ＳｉＧｅ層１９Ｘを形成する場合は、不純物が添加されていないＳｉＧｅ層を形成し、前記キャリアブロック層１９Ａと前記キャリアブロック層１９Ｂとなる部分に不純物を添加するようにして形成すればよい。そのため、本実施例では、密着層とキャリアブロック層の双方を容易に形成することが可能な構造となっている。
【００６５】
本実施例による上記光電変換素子２０の詳細の一例としては、例えば以下のように構成することができる。
【００６６】
前記光電変換層１１に用いるＧｅ基板は、ｐ型Ｇｅ基板であって、キャリア濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３、厚さを３５０μｍとする。
【００６７】
前記保護層１８は、ＳｉＮ層からなり、厚さを２００ｎｍとする。
【００６８】
前記キャリア収集部１２は、Ｇｅのｐ型高濃度不純物拡散層（ｐ＋型Ｇｅ層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３、厚さを１．０μｍとする。
【００６９】
前記キャリア収集部１３は、Ｇｅのｎ型高濃度不純物拡散層（ｎ＋型Ｇｅ層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３、厚さを１．０μｍとする。
【００７０】
前記正電極１４は、Ａｌからなり、厚さを２．０μｍとする。
【００７１】
前記負電極１５は、Ａｌからなり、厚さを２．０μｍとする。
【００７２】
前記絶縁層１６は、ポリイミドからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００７３】
前記集合正電極１７Ａは、Ａｇからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００７４】
前記集合負電極１７Ｂは、Ａｇからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００７５】
前記密着層１９ａは、不純物を添加しないＳｉＧｅ層（ｉ−Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３、厚さを１００ｎｍとする。
【００７６】
前記キャリアブロック層１９Ａは、ＳｉＧｅのｐ型高濃度不純物拡散層（ｐ＋型Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１９ｃｍ−３、厚さを１００ｎｍとする。
【００７７】
前記キャリアブロック層１９Ｂは、ＳｉＧｅのｎ型高濃度不純物拡散層（ｎ＋型Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１９ｃｍ−３、厚さを１００ｎｍとする。
【実施例３】
【００７８】
図５は、本発明の実施例３による光電変換素子３０の概略断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
図５を参照するに、本実施例による光電変換素子３０では、前記光電変換層１１、前記キャリア収集部１２および前記キャリア収集部１３を覆うように、キャリア濃度を調整するための不純物が添加されていないＳｉＧｅからなる密着層１９Ｙが形成されている。前記密着層１９Ｙ上には、前記保護層１８が形成され、このように光電変換層と当該光電変換層の保護層の間にＳｉＧｅからなる密着層が形成されている構造は実施例１の前記光電変換素子１０において、前記密着層１９を形成した場合と同様の構造であり、実施例１の場合と同様の効果を奏する。
【００８０】
本実施例では、前記密着層１９Ｙ上に、前記正電極１４と前記負電極１５が形成されており、当該性電極１４および当該負電極１５は、前記密着層１９Ｙを介して、それぞれ前記キャリア収集部１２および前記キャリア収集部１３と接している。
【００８１】
そのため、前記正電極１４または前記負電極１５付近でのキャリアの再結合損失を抑制することができる。すなわち、前記正電極１４または前記負電極１５付近での結晶欠陥などの、キャリアが捕獲させる構造が形成されることが抑制され、キャリアの損失を抑制して光電変換素子の効率を向上させることが可能となる。
【００８２】
また、前記密着層１９Ｙは、前記キャリア収集部１２および前記キャリア収集部１３から、それぞれ前記正電極１４および前記負電極１５へ、キャリアが通過可能な厚さに設けられていることが好ましく、この場合、当該密着層１９Ｙにおいてトンネル現象により、前記キャリア収集部１２および前記キャリア収集部１３から、それぞれ前記正電極１４および前記負電極１５へ、キャリアが移動することが可能になる。
【００８３】
また、本実施例の場合、ＳｉＧｅからなる前記密着層１９Ｙのパターニング加工や、不純物拡散工程などが不用となるため、光電変換素子を製造する工程を単純化することが可能となり、本実施例による光電変換素子は、製造コストが抑制される構造である特長を有している。
【００８４】
本実施例による上記光電変換素子１０の詳細の一例としては、例えば以下のように構成することができる。
【００８５】
前記光電変換層１１に用いるＧｅ基板は、ｐ型Ｇｅ基板であって、キャリア濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３、厚さを３５０μｍとする。
【００８６】
前記保護層１８は、ＳｉＮ層からなり、厚さを２００ｎｍとする。
【００８７】
前記キャリア収集部１２は、Ｇｅのｐ型高濃度不純物拡散層（ｐ＋型Ｇｅ層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３、厚さを１．０μｍとする。
【００８８】
前記キャリア収集部１３は、Ｇｅのｎ型高濃度不純物拡散層（ｎ＋型Ｇｅ層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３、厚さを１．０μｍとする。
【００８９】
前記正電極１４は、Ａｌからなり、厚さを２．０μｍとする。
【００９０】
前記負電極１５は、Ａｌからなり、厚さを２．０μｍとする。
【００９１】
前記絶縁層１６は、ポリイミドからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００９２】
前記集合正電極１７Ａは、Ａｇからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００９３】
前記集合負電極１７Ｂは、Ａｇからなり、厚さを３．０μｍとする。
【００９４】
前記密着層１９は、キャリア濃度を調整するための不純物を添加しないＳｉＧｅ層（ｉ−Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５層）からなり、キャリア濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３、厚さを１０ｎｍとする。
【実施例４】
【００９５】
図６は、本発明の実施例４による光電変換素子４０の概略断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００９６】
図６を参照するに、本実施例による光電変換素子４０では、前記光電変換層１１を覆うように、キャリア濃度を調整するための不純物が添加されていないＳｉＧｅからなる密着層１９Ｚが形成されている。前記密着層１９Ｚ上には、前記保護層１８が形成され、このように光電変換層と当該光電変換層の保護層の間にＳｉＧｅからなる密着層が形成されている構造は実施例１の前記光電変換素子１０において、前記密着層１９を用いた場合と同様の構造であり、実施例１の場合と同様の効果を奏する。
【００９７】
本実施例では、前記密着層１９Ｚ上に、ＳｉＧｅのｐ型高濃度不純物拡散層（ｐ＋型ＳｉＧｅ層）からなるキャリア収集部１２ＡおよびＳｉＧｅのｎ型高濃度不純物拡散層（ｎ＋型ＳｉＧｅ層）からなるキャリア収集部１３Ａが形成されている。前記キャリア収集部１２Ａは前記正電極１４に、前記キャリア収集部１３Ａは前記負電極１５にそれぞれ電気的に接続されている。前記保護層１８は、当該キャリア収集部１２Ａと当該キャリア収集部１３Ａの間に形成されている。
【００９８】
また、図７（Ａ）には、前記光電変換層１１、前記密着層１９Ｚおよび前記キャリ収集部１２Ａのエネルギーバンド構造を、図７（Ｂ）には、前記光電変換層１１、前記密着層１９Ｚおよび前記キャリア収集部１３Ａのエネルギーバンド構造を示す。
【００９９】
図７（Ａ）を参照するに、本実施例の場合、前記光電変換層１１と前記キャリア収集部１２Ａの間に前記密着層１９Ｚが形成されているため、前記キャリア収集部１２Ａから前記光電変換層１１への不純物の拡散が抑制される。そのため、本図に示すように、前記光電変換層１１と前記キャリア収集部１２Ａの間には、急峻なエネルギーバンド構造、すなわち急峻なエネルギー障壁が形成される。
【０１００】
そのため、前記光電変換層１１から前記キャリア収集部１２Ａ側へ電子が移動することを防止することが可能となり、キャリアの損失が抑制される。
【０１０１】
この場合、前記密着層１９Ｚが、正孔が通過可能な厚さに形成されていることが好ましく、この場合、正孔は前記密着層１９Ｚを通過して前記光電変換層１１から前記キャリア収集部１２Ａに移動し、いわゆるトンネル電流が流れる。
【０１０２】
また、図７（Ｂ）に示すように、本実施例の場合、前記光電変換層１１と前記キャリア収集部１３Ａの間に前記密着層１９Ｚが形成されているため、前記キャリア収集部１３Ａから不前記光電変換層１１への不純物の拡散が抑制される。そのため、本図に示すように、前記光電変換層１１と前記キャリア収集部１３Ａの間には、急峻なエネルギーバンド構造、すなわち急峻なエネルギー障壁が形成される。
【０１０３】
そのため、前記光電変換層１１から前記キャリア収集部１３Ａ側へ正孔が移動することを防止することが可能となり、キャリアの損失が抑制される。
【０１０４】
また、上記の場合、前記密着層１９Ｚが形成されているために、ｐ型の不純物とｎ型の不純物が相互に拡散することを防止し、不純物拡散層のキャリア濃度を制度よく調整することが可能となる。
【０１０５】
また、前記密着層１９Ｚの伝導帯の下端のエネルギーＥｃＳｉＧｅが、前記光電変換層１１の伝導帯の下端のエネルギーＥｃＧｅ以上であることが好ましく、この場合に電子が閉じ込められる構造（井戸構造）が形成されてしまうことを抑制し、電子の再結合損失の増大を防ぐことができる。
【０１０６】
また、この場合、ＳｉＧｅのＳｉとＧｅの比率を調整することで、ＳｉＧｅのエネルギーバンドギャップを０．６６〜１．１１の範囲で調整することが可能であり、上記条件を満たすように調整することが可能である。
【０１０７】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明によれば、光電変換の効率が良好であり、安定した構造の光電変換素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】従来の光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
【図２】（Ａ）は実施例１による光電変換素子の構造を示す概略断面図であり、（Ｂ）はその斜視図である。
【図３】実施例２による光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、図３に示す光電変換素子のエネルギーバンド構造を示す図である。
【図５】実施例３による光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
【図６】実施例４による光電変換素子の構造を示す。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、図６に示す光電変換素子のエネルギーバンド構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０，２０，３０，４０，１００  光電変換素子
１１，１０１  光電変換層
１２，１３，１２Ａ，１３Ａ、１０２，１０３  キャリア収集部
１４，１０４  正電極
１５，１０５  負電極
１６，１０６  絶縁層
１７Ａ，１０７  集合正電極
１７Ｂ  集合負電極
１８，１０８  保護層
１９，１９ａ，１９Ｙ，１９Ｚ  密着層
１９Ｘ  ＳｉＧｅ層
１９Ａ，１９Ｂ  キャリアブロック層
【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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