(57)【要約】【課題】良好な変換効率を安定して得ることができる光電変換素子を提供する。【解決手段】第１導電型の第１のＡｌxＧａ1-xＮ層（０．０５≦ｘ＜０．３０）１０１と、第１のＡｌxＧａ1-xＮ層１０１上方の第１導電型の第１のＧａＮ層１０２と、第１のＧａＮ層１０２上方のＩｎＧａＮ層１０３と、ＩｎＧａＮ層１０３上方の第２導電型の第２のＧａＮ層１０４と、第２のＧａＮ層１０４上方の第２導電型の第２のＡｌyＧａ1-yＮ層（０．０５≦ｙ＜０．３０）１０５と、が含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１のＡｌxＧａ1-xＮ層（０．０５≦ｘ＜０．３０）と、
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層上方の第１導電型の第１のＧａＮ層と、
前記第１のＧａＮ層上方のＩｎＧａＮ層と、
前記ＩｎＧａＮ層上方の第２導電型の第２のＧａＮ層と、
前記第２のＧａＮ層上方の第２導電型の第２のＡｌyＧａ1-yＮ層（０．０５≦ｙ＜０．３０）と、
を有することを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
０．０５≦ｘ≦０．２０及び０．０５≦ｙ≦０．２０が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層の不純物濃度及び前記第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の不純物濃度は１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２のＡｌxＧａ1-xＮ層に電気的に接続された第２の電極と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層と前記第１の電極との間の導電基板を有することを特徴とする請求項４に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層、前記第１のＧａＮ層、前記ＩｎＧａＮ層と、前記第２のＧａＮ層及び前記第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の積層体を総計で２以上有し、
２以上の前記積層体の間でＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が上方ほど高くなっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）はＩｎ組成によりバンドギャップが約０．６５ｅＶから約３．４ｅＶまで変化し、吸収係数も大きいことが知られている。従って、ＩｎＧａＮを光吸収層とする光電変換素子は太陽光スペクトルの大部分を吸収できる可能性がある。特に高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ層は従来の光電変換素子では吸収できない紫外線領域のエネルギーを吸収できるため、更なる変換効率の向上に寄与すると考えられている。
【０００３】
しかしながら、これまで種々の構造が提案されているものの、十分な変換効率を安定して得ることができない。例えば、多重量子井戸を含む構造が提案されているが、この構造では、多重量子井戸に含まれるＩｎＧａＮ層の厚さ及びＩｎ組成の制御が極めて困難であり、変換効率が安定しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５３１７５８号公報
【特許文献２】特開２０１４−５１９１８３号公報
【特許文献３】特開２００３−３１８４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、良好な変換効率を安定して得ることができる光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
光電変換素子の一態様には、第１導電型の第１のＡｌxＧａ1-xＮ層（０．０５≦ｘ＜０．３０）と、前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層上方の第１導電型の第１のＧａＮ層と、前記第１のＧａＮ層上方のＩｎＧａＮ層と、前記ＩｎＧａＮ層上方の第２導電型の第２のＧａＮ層と、前記第２のＧａＮ層上方の第２導電型の第２のＡｌyＧａ1-yＮ層（０．０５≦ｙ＜０．３０）と、が含まれる。
【発明の効果】
【０００７】
上記の光電変換素子によれば、ＩｎＧａＮ層が適切な層で挟まれているため、製造が容易で良好な変換効率を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る光電変換素子の動作を示すバンド図である。
【図３】第２の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図４】シミュレーションで用いた入力光のスペクトルを示す図である。
【図５】Ａｌ組成と電流−電圧特性との関係を示す図である。
【図６】不純物濃度と電流−電圧特性との関係を示す図である。
【図７Ａ】他の不純物濃度と電流−電圧特性との関係を示す図である。
【図７Ｂ】更に他の不純物濃度と電流−電圧特性との関係を示す図である。
【図７Ｃ】更に他の不純物濃度と電流−電圧特性との関係を示す図である。
【図８Ａ】第２の実施形態に係る光電変換素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに引き続き、光電変換素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図１１】第５の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。図２は、第１の実施形態に係る光電変換素子の動作を示すバンド図である。
【００１１】
第１の実施形態に係る光電変換素子１００には、図１に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層１０１、ｎ型ＡｌＧａＮ層１０１上方のｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型ＧａＮ層１０２上方のＩｎＧａＮ層１０３、ＩｎＧａＮ層１０３上方のｐ型ＧａＮ層１０４、及びｐ型ＧａＮ層１０４上方のｐ型ＡｌＧａＮ層１０５が含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層１０１の組成はＡｌxＧａ1-xＮ（０．０５≦ｘ＜０．３０）で表され、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０５の組成はＡｌyＧａ1-yＮ（０．０５≦ｙ＜０．３０）で表される。ｎ型ＡｌＧａＮ層１０１、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｐ型ＧａＮ層１０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０５は、それぞれ第１のＡｌxＧａ1-xＮ層、第１のＧａＮ層、第２のＧａＮ層、第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の一例である。
【００１２】
光電変換素子１００に光、例えば太陽光が入射するとＩｎＧａＮ層１０３中で正孔及び電子が発生する。そして、図２に示すように、ｐ型ＧａＮ層１０４及びｎ型ＧａＮ層１０２によって形成される内蔵電位差により、正孔はｐ型ＧａＮ層１０４に拡散し、電子はｎ型ＧａＮ層１０２に拡散する。これら正孔及び電子が光電流に寄与する。
【００１３】
その一方で、ｐ型ＧａＮ層１０４及びｎ型ＧａＮ層１０２も光を吸収し、これらの内部でも電子及び正孔が発生する。もしｐ型ＧａＮ層１０４中における過剰少数キャリアである電子がＩｎＧａＮ層１０３から離間する方向に拡散すると、正孔との再結合が発生する。同様に、もしｎ型ＧａＮ層１０２中における過剰少数キャリアである正孔がＩｎＧａＮ層１０３から離間する方向に拡散すると、電子との再結合が発生する。これら再結合は変換効率を低下させる。しかし、本実施形態には、ＩｎＧａＮ層１０３との間でｐ型ＧａＮ層１０４を挟むｐ型ＡｌＧａＮ層１０５、及びＩｎＧａＮ層１０３との間でｎ型ＧａＮ層１０２を挟むｎ型ＡｌＧａＮ層１０１が含まれる。従って、再結合が生じるような、ｐ型ＧａＮ層１０４中の電子の拡散及びｎ型ＧａＮ層１０２中の正孔の拡散が抑制される。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０５は過剰多数キャリアである正孔に対する障壁とはならず、ＩｎＧａＮ層１０３は過剰多数キャリアである電子に対する障壁とはならない。従って、第１の実施形態によれば、優れた光電変換効率が得られる。
【００１４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【００１５】
第２の実施形態に係る光電変換素子２００には、図３に示すように、基板２１０、基板２１０上のｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１上方のｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＧａＮ層２０２上方のＩｎＧａＮ層２０３、ＩｎＧａＮ層２０３上方のｐ型ＧａＮ層２０４及びｐ型ＧａＮ層２０４上方のｐ型ＡｌＧａＮ層２０５が含まれる。例えば、基板２１０はサファイア基板である。例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の組成はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎで表され、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の厚さは２０ｎｍであり、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１には不純物としてＳｉが１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の濃度でドーピングされている。例えば、ｎ型ＧａＮ層２０２の厚さは１００ｎｍであり、ｎ型ＧａＮ層２０２には不純物としてＳｉが１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の濃度でドーピングされている。例えば、ＩｎＧａＮ層２０３の組成はＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎで表され、ＩｎＧａＮ層２０３の厚さは５００ｎｍであり、ＩｎＧａＮ層２０３には意図的な不純物のドーピングが行われていない。例えば、ｐ型ＧａＮ層２０４の厚さは２００ｎｍであり、ｐ型ＧａＮ層２０４には不純物としてＭｇが１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の濃度でドーピングされている。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の組成はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎで表され、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の厚さは２０ｎｍであり、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５には不純物としてＭｇが１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の濃度でドーピングされている。ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５、ｐ型ＧａＮ層２０４、ＩｎＧａＮ層２０３、ｎ型ＧａＮ層２０２及びｎ型ＡｌＧａＮ層２０１に、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の一部を上方から露出する溝が形成されている。光電変換素子２００に、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１上の電極２１１及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５上の電極２１２も含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５は、それぞれ第１のＡｌxＧａ1-xＮ層、第１のＧａＮ層、第２のＧａＮ層、第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の一例である。
【００１６】
光電変換素子２００に光、例えば太陽光が入射するとＩｎＧａＮ層２０３中で正孔及び電子が発生し、これら正孔及び電子が光電流に寄与する。ｐ型ＧａＮ層２０４及びｎ型ＧａＮ層２０２中でも正孔及び電子が発生するが、第１の実施形態と同様に、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５及びｎ型ＡｌＧａＮ層２０１により、再結合が生じるような拡散は抑制される。従って、第２の実施形態によれば、優れた光電変換効率が得られる。
【００１７】
次に、本発明者が行った第２の実施形態に関するシミュレーションについて説明する。このシミュレーションには、ＳＴＲ  Ｊａｐａｎ株式会社の半導体太陽電池モデリングソフトウエア（ＰＶＣｅｌｌ）を用いた。入力光としては、図４に示すように、ＡＭ（エアマス）１．５から、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層が吸収し得る２．３ｅＶ以上のスペクトルが入射するものとした。
【００１８】
ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１のＡｌ組成ｘ及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５のＡｌ組成ｙと電流−電圧特性との関係を図５に示す。図５（ｂ）は図５（ａ）中の６ｍＡ／ｃｍ2〜８ｍＡ／ｃｍ2の電流密度の範囲を拡大したものである。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ＩｎＧａＮ層２０３、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の厚さは、それぞれ２０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、２０ｎｍとした。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１及びｎ型ＧａＮ層２０２には、Ｓｉが１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の濃度でドーピングされているものとし、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５及びｐ型ＧａＮ層２０４には、Ｍｇが１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の濃度でドーピングされているものとした。
【００１９】
図５に示すように、ｘ及びｙの値が０の場合と比較して、ｘ及びｙの値が０．０５〜０．２の範囲にある場合、大きな電流が得られることが示された。ｘ及びｙの値が０．３の場合は、ほとんど電流が発生しないことが示された。これは、ｘ及びｙの値が０．３以上であると、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１とｎ型ＧａＮ層２０２との間の格子定数の相違及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５とｐ型ＧａＮ層２０４との間の格子定数の相違が大きく、過剰多数キャリアが消失してしまうからである。従って、ｘの値及びｙの値は０．０５以上０．３未満であり、好ましくは０．０５以上０．２以下である。
【００２０】
ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度と電流−電圧特性との関係を図６及び図７Ａ乃至図７Ｃに示す。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ＩｎＧａＮ層２０３、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の厚さは、それぞれ２０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、２０ｎｍとした。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１のＡｌ組成ｘ及びｎ型ＧａＮ層２０２のＡｌ組成ｙは、いずれも０．２とした。
【００２１】
図６に、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度とｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度とが等しい３試料の結果を示す。図６に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度がいずれも１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．２２並びにこれらがいずれも１×１０20（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．３３で、特に大きな電流が得られることが示された。これらがいずれも１×１０18（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．１１では、試料Ｎｏ．２２及び試料Ｎｏ．３３ほど高い電流が得られないことが示された。
【００２２】
図７Ａには、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度を１×１０18（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）とした３試料の結果を示す。図７Ａに示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度が１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．１２及び１×１０20（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．１３において、特に大きな電流が得られることが示された。一方、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度が１×１０18（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．１１では、試料Ｎｏ．１２及び試料Ｎｏ．１３ほど高い電流が得られないことが示された。試料Ｎｏ．１２及び試料Ｎｏ．１３の結果はほぼ同等であり、図７Ａでは、グラフがほぼ重なっている。
【００２３】
図７Ｂには、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度を１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）とした３試料の結果を示す。図７Ｂに示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度が１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．２２及び１×１０20（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．２３において、特に大きな電流が得られることが示された。一方、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度が１×１０18（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．２１では、試料Ｎｏ．２２及び試料Ｎｏ．２３ほど高い電流が得られないことが示された。試料Ｎｏ．２２及び試料Ｎｏ．２３の結果はほぼ同等であり、図７Ｂでは、グラフがほぼ重なっている。
【００２４】
図７Ｃには、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度を１×１０20（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）とした３試料の結果を示す。図７Ｃに示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度が１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．３２及び１×１０20（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．３３において、特に大きな電流が得られることが示された。一方、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度が１×１０18（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の試料Ｎｏ．３１では、試料Ｎｏ．３２及び試料Ｎｏ．３３ほど高い電流が得られないことが示された。試料Ｎｏ．３２及び試料Ｎｏ．３３の結果はほぼ同等であり、図７Ｃでは、グラフがほぼ重なっている。
【００２５】
これらのシミュレーションの結果から、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度は好ましくは１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）以上である。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の不純物濃度が１×１０18（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）の場合の特性がやや低くなるのは、不純物濃度が低いほどｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の伝導帯底がフェルミ準位Ｅｆから離れ、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１が過剰多数キャリアに対する障壁となり得るからである。不純物濃度が１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）以上であれば、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の伝導帯底がフェルミ準位Ｅｆに近いため、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１は過剰少数キャリアに対する障壁となりつつ、過剰多数キャリアに対する障壁とはなりにくい。
【００２６】
ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度は好ましくは１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）以上である。これは、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の不純物濃度が１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）未満であると、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の抵抗が比較的高くなるからである。なお、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の厚さが２０ｎｍ程度である場合、入射光がｐ型ＡｌＧａＮ層２０５を透過しやすいため、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の光電変換特性はｎ型ＡｌＧａＮ層２０１よりも不純物濃度の影響を受けにくい。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係る光電変換素子の製造方法について説明する。図８Ａ乃至図８Ｂは、第２の実施形態に係る光電変換素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２８】
先ず、図８Ａ（ａ）に示すように、基板２１０上にｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ＩｎＧａＮ層２０３、ｐ型ＧａＮ層２０４及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５を形成する。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ＩｎＧａＮ層２０３、ｐ型ＧａＮ層２０４及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５は、例えば有機金属気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法等の結晶成長法により形成することができる。原料ガスとしては、例えばＡｌ源であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇａ源であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ源であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＮ源であるアンモニア（ＮＨ3）の混合ガスを用いる。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の形成時には、Ｓｉ源であるモノシラン（ＳｉＨ4）を添加したＴＭＡ、ＴＭＧ及びＮＨ3の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は５０ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。ｎ型ＧａＮ層２０２の形成時には、ＳｉＨ4を添加したＴＭＧ及びＮＨ3の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。ＩｎＧａＮ層２０３の形成時は、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びＮＨ3の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は５０ｍｂａｒ程度とし、成長温度は７５０℃程度とする。ｐ型ＧａＮ層２０４の形成時には、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を添加したＴＭＧ及びＮＨ3の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は２００ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の形成時には、Ｃｐ2Ｍｇを添加したＴＭＡ、ＴＭＧ及びＮＨ3の混合ガスを用い、例えば、成長圧力は５０ｍｂａｒ程度とし、成長温度は１０００℃程度とする。
【００２９】
次いで、図８Ａ（ｂ）に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５上にマスク２１３を形成する。マスク２１３の形成では、例えば、スパッタリング法によりシリコン酸化物又はシリコン窒化物等の誘電体膜を２００ｎｍ程度の厚さでｐ型ＡｌＧａＮ層２０５上に形成し、誘電体膜を光リソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。
【００３０】
その後、図８Ｂ（ｃ）に示すように、マスク２１３をエッチングマスクとして、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５、ｐ型ＧａＮ層２０４、ＩｎＧａＮ層２０３、ｎ型ＧａＮ層２０２及びｎ型ＡｌＧａＮ層２０１をエッチングして、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の一部を上方から露出する溝を形成する。このエッチングでは、例えば、ＢＣｌ3及びＣｌ2の混合ガスを用いたドライエッチングを行う。続いて、フッ化水素酸等を用いてマスク２１３を除去する。
【００３１】
次いで、図８（ｄ）に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１上に電極２１１を形成し、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５上に電極２１２を形成する。
【００３２】
このようにして第２の実施形態に係る光電変換素子を製造することができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図９は、第３の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【００３４】
第３の実施形態に係る光電変換素子３００には、図９に示すように、第２の実施形態と同様に、基板２１０、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ＩｎＧａＮ層２０３、ｐ型ＧａＮ層２０４及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５が含まれる。基板２１０、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の各構成は第２の実施形態のそれらと同様である。第３の実施形態では、例えば、ＩｎＧａＮ層２０３の組成はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎで表され、ＩｎＧａＮ層２０３の厚さは５００ｎｍであり、ＩｎＧａＮ層２０３には意図的な不純物のドーピングが行われていない。
【００３５】
光電変換素子３００には、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５上のｎ型ＡｌＧａＮ層３０１、ｎ型ＡｌＧａＮ層３０１上方のｎ型ＧａＮ層３０２、ｎ型ＧａＮ層３０２上方のＩｎＧａＮ層３０３、ＩｎＧａＮ層３０３上方のｐ型ＧａＮ層３０４及びｐ型ＧａＮ層３０４上方のｐ型ＡｌＧａＮ層３０５が含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層３０１、ｎ型ＧａＮ層３０２、ｐ型ＧａＮ層３０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５の構成は、それぞれｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の構成と同様である。例えば、ＩｎＧａＮ層３０３の組成はＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎで表され、ＩｎＧａＮ層３０３の厚さは５００ｎｍであり、ＩｎＧａＮ層３０３には意図的な不純物のドーピングが行われていない。
【００３６】
これら層２０１〜２０５及び層３０１〜３０５にｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の一部を上方から露出する溝が形成されている。光電変換素子３００に、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１上の電極２１１及びｐ型ＡｌＧａＮ層３０５上の電極２１２が含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層３０１、ｎ型ＧａＮ層３０２、ｐ型ＧａＮ層３０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５は、それぞれ第１のＡｌxＧａ1-xＮ層、第１のＧａＮ層、第２のＧａＮ層、第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の一例である。
【００３７】
光電変換素子３００に光、例えば太陽光が入射するとＩｎＧａＮ層２０３中及びＩｎＧａＮ層３０３中で正孔及び電子が発生し、これら正孔及び電子が光電流に寄与する。ＩｎＧａＮ層２０３とＩｎＧａＮ層３０３との間でＩｎ組成が相違しているため、これらの間では吸収する波長が相違する。従って、第２の実施形態より広範囲の波長を吸収することができ、より高い変換効率を得ることができる。
【００３８】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図１０は、第４の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【００３９】
第４の実施形態に係る光電変換素子４００には、図１０に示すように、第２の実施形態と同様に、基板２１０、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ＩｎＧａＮ層２０３、ｐ型ＧａＮ層２０４及びｐ型ＡｌＧａＮ層２０５が含まれる。基板２１０、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の各構成は第２の実施形態のそれと同様である。第４の実施形態では、例えば、ＩｎＧａＮ層２０３の組成はＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎで表され、ＩｎＧａＮ層２０３の厚さは５００ｎｍであり、ＩｎＧａＮ層２０３には意図的な不純物のドーピングが行われていない。
【００４０】
光電変換素子４００には、第３の実施形態と同様に、ｎ型ＡｌＧａＮ層３０１、ｎ型ＧａＮ層３０２、ＩｎＧａＮ層３０３、ｐ型ＧａＮ層３０４及びｐ型ＡｌＧａＮ層３０５が含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層３０１、ｎ型ＧａＮ層３０２、ｐ型ＧａＮ層３０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５の各構成は第３の実施形態のそれらと同様である。第４の実施形態では、例えば、ＩｎＧａＮ層３０３の組成はＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎで表され、ＩｎＧａＮ層３０３の厚さは５００ｎｍであり、ＩｎＧａＮ層３０３には意図的な不純物のドーピングが行われていない。
【００４１】
光電変換素子４００には、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０５上のｎ型ＡｌＧａＮ層４０１、ｎ型ＡｌＧａＮ層４０１上方のｎ型ＧａＮ層４０２、ｎ型ＧａＮ層４０２上方のＩｎＧａＮ層４０３、ＩｎＧａＮ層４０３上方のｐ型ＧａＮ層４０４及びｐ型ＧａＮ層４０４上方のｐ型ＡｌＧａＮ層４０５が含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層４０１、ｎ型ＧａＮ層４０２、ｐ型ＧａＮ層４０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０５の構成は、それぞれｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の構成と同様である。例えば、ＩｎＧａＮ層４０３の組成はＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｎで表され、ＩｎＧａＮ層４０３の厚さは５００ｎｍであり、ＩｎＧａＮ層４０３には意図的な不純物のドーピングが行われていない。
【００４２】
これら層２０１〜２０５、層３０１〜３０５及び層４０１〜４０５にｎ型ＡｌＧａＮ層２０１の一部を上方から露出する溝が形成されている。光電変換素子４００に、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１上の電極２１１及びｐ型ＡｌＧａＮ層４０５上の電極２１２が含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層４０１、ｎ型ＧａＮ層４０２、ｐ型ＧａＮ層４０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０５は、それぞれ第１のＡｌxＧａ1-xＮ層、第１のＧａＮ層、第２のＧａＮ層、第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の一例である。
【００４３】
光電変換素子４００に光、例えば太陽光が入射するとＩｎＧａＮ層２０３中、ＩｎＧａＮ層３０３中及びＩｎＧａＮ層４０３中で正孔及び電子が発生し、これら正孔及び電子が光電流に寄与する。ＩｎＧａＮ層２０３とＩｎＧａＮ層３０３とＩｎＧａＮ層４０３との間でＩｎ組成が相違しているため、これらの間では吸収する波長が相違する。従って、第３の実施形態より広範囲の波長を吸収することができ、より高い変換効率を得ることができる。
【００４４】
第４の実施形態及び第５の実施形態のように、ｎ型ＡｌＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａyＮ層の積層体が総計で２以上含まれる場合、２以上の積層体の間でＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が上方ほど高くなっていることが好ましい。ＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギはＩｎ組成が高いほど小さい。このため、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が上方ほど高くなっている場合は、上方に位置するＩｎＧａＮ層により波長が短い光が吸収され、波長が長い光は吸収されずに下方まで透過していく。
【００４５】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図１１は、第５の実施形態に係る光電変換素子の構成を示す断面図である。
【００４６】
第５の実施形態に係る光電変換素子５００には、図１１に示すように、導電基板５１０、導電基板５１０上のｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１上方のｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＧａＮ層２０２上方のＩｎＧａＮ層２０３、ＩｎＧａＮ層２０３上方のｐ型ＧａＮ層２０４及びｐ型ＧａＮ層２０４上方のｐ型ＡｌＧａＮ層２０５が含まれる。ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１、ｎ型ＧａＮ層２０２、ＩｎＧａＮ層２０３、ｐ型ＧａＮ層２０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０５の各構成は第２の実施形態のそれと同様である。層２０１〜２０５に溝が形成されておらず、光電変換素子５００には、ｎ型ＡｌＧａＮ層２０１上の電極２１１及び導電基板５１０の裏面上の電極５１１が含まれる。
【００４７】
光電変換素子５００に光、例えば太陽光が入射するとＩｎＧａＮ層２０３中で正孔及び電子が発生し、これら正孔及び電子が光電流に寄与する。このとき、光電変換素子５００には、光電変換素子２００に形成されているような溝が形成されていないため、より広い領域で光を吸収することができ、より高い変換効率を得ることができる。
【００４８】
第５の実施形態のような導電基板５１０を用いた構成を第３又は第４の実施形態に適用してもよい。
【００４９】
より製造時のばらつきを抑えて安定した特性を得るために、ＩｎＧａＮ層１０３、２０３、３０３、４０３の厚さは１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００５０】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５１】
（付記１）
第１導電型の第１のＡｌxＧａ1-xＮ層（０．０５≦ｘ＜０．３０）と、
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層上方の第１導電型の第１のＧａＮ層と、
前記第１のＧａＮ層上方のＩｎＧａＮ層と、
前記ＩｎＧａＮ層上方の第２導電型の第２のＧａＮ層と、
前記第２のＧａＮ層上方の第２導電型の第２のＡｌyＧａ1-yＮ層（０．０５≦ｙ＜０．３０）と、
を有することを特徴とする光電変換素子。
【００５２】
（付記２）
０．０５≦ｘ≦０．２０及び０．０５≦ｙ≦０．２０が成り立つことを特徴とする付記１に記載の光電変換素子。
【００５３】
（付記３）
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層の不純物濃度及び前記第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の不純物濃度は１×１０19（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）以上であることを特徴とする付記１又は２に記載の光電変換素子。
【００５４】
（付記４）
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２のＡｌxＧａ1-xＮ層に電気的に接続された第２の電極と、
を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【００５５】
（付記５）
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層と前記第１の電極との間の導電基板を有することを特徴とする付記４に記載の光電変換素子。
【００５６】
（付記６）
前記第１のＡｌxＧａ1-xＮ層、前記第１のＧａＮ層、前記ＩｎＧａＮ層と、前記第２のＧａＮ層、前記第２のＡｌyＧａ1-yＮ層の積層体を総計で２以上有し、
２以上の前記積層体の間でＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が上方ほど高くなっていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【００５７】
（付記７）
前記ＩｎＧａＮ層の厚さは１００ｎｍ以上であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【符号の説明】
【００５８】
１００、２００、３００、４００、５００：光電変換素子
１０１、２０１、３０１、４０１：ｎ型ＡｌＧａＮ層
１０２、２０２、３０２、４０２：ｎ型ＧａＮ層
１０３、２０３、３０３、４０３：ＩｎＧａＮ層
１０４、２０４、３０４、４０４：ｐ型ＧａＮ層
１０５、２０５、３０５、４０５：ｐ型ＡｌＧａＮ層
２１１、２１２、５１１：電極
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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