JPH08162649A - トンネル接合層を有する半導体装置 - Google Patents
トンネル接合層を有する半導体装置Info
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- JPH08162649A JPH08162649A JP6302291A JP30229194A JPH08162649A JP H08162649 A JPH08162649 A JP H08162649A JP 6302291 A JP6302291 A JP 6302291A JP 30229194 A JP30229194 A JP 30229194A JP H08162649 A JPH08162649 A JP H08162649A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Bipolar Transistors (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ピーク電流値の大きなトンネル接合を有した
半導体装置を得る。 【構成】 第１導電型の第１の化合物半導体層３１、こ
の第１の化合物半導体層３１の上部に形成された第２導
電型の第２の化合物半導体層３２、この第２の化合物半
導体層３２の上部に形成された、第２導電型で、第２の
化合物半導体層３２よりも禁制帯幅Ｅｇの大きい第３の
化合物半導体層３３からなるトンネル接合層３を有する
半導体装置であって、第３の化合物半導体層３３の不純
物密度を０．８〜１×１０19ｃｍ-3とする。
半導体装置を得る。 【構成】 第１導電型の第１の化合物半導体層３１、こ
の第１の化合物半導体層３１の上部に形成された第２導
電型の第２の化合物半導体層３２、この第２の化合物半
導体層３２の上部に形成された、第２導電型で、第２の
化合物半導体層３２よりも禁制帯幅Ｅｇの大きい第３の
化合物半導体層３３からなるトンネル接合層３を有する
半導体装置であって、第３の化合物半導体層３３の不純
物密度を０．８〜１×１０19ｃｍ-3とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体トンネル接
合層を有した半導体装置に関し、特に複雑な積層構造を
有する化合物半導体装置の一部にトンネル接合構造を有
する半導体装置が容易に製造できる新規な構造およびそ
の最適化に関する。
合層を有した半導体装置に関し、特に複雑な積層構造を
有する化合物半導体装置の一部にトンネル接合構造を有
する半導体装置が容易に製造できる新規な構造およびそ
の最適化に関する。
【０００２】
【従来の技術】人類の直面しているエネルギー問題、炭
酸ガス（ＣＯ2 ）の放出の問題を考えると太陽電池が重
要な役割を担うものと期待されるが、中でも化合物半導
体太陽電池はその高変換効率性から注目されている。さ
らにＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池は耐放射線特性を有
し、宇宙用途への適用も期待されている。太陽電池をさ
らに高変換効率とするために、太陽電池を２ケ〜３ケ直
列に接続した、いわゆるタンデムセル型太陽電池の構造
が採用されている。このようなタンデムセル型太陽電池
の上部セル（トップセル）と下部セル（ボトムセル）を
電気的に接合するためには図５に示すようなＧａＡｓト
ンネル接合層３が用いられている。
酸ガス（ＣＯ2 ）の放出の問題を考えると太陽電池が重
要な役割を担うものと期待されるが、中でも化合物半導
体太陽電池はその高変換効率性から注目されている。さ
らにＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ太陽電池は耐放射線特性を有
し、宇宙用途への適用も期待されている。太陽電池をさ
らに高変換効率とするために、太陽電池を２ケ〜３ケ直
列に接続した、いわゆるタンデムセル型太陽電池の構造
が採用されている。このようなタンデムセル型太陽電池
の上部セル（トップセル）と下部セル（ボトムセル）を
電気的に接合するためには図５に示すようなＧａＡｓト
ンネル接合層３が用いられている。
【０００３】図５において下部セル（ボトムセル）とし
てＧａＡｓセル２が用いられ、上部セル（トップセル）
としては、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセル４が用いられてい
る。さらに、この下部セルと上部セルとを電気的に直列
接続するために両者の間にＧａＡｓトンネル接合層３が
設けられている。ＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープの
ｐ+ ＧａＡｓ基板１１（ｐ＜１×１０19ｃｍ-3）の上部
に形成されている。そして、ＧａＡｓボトムセル２はｐ
+ ＧａＡｓ基板１１の上に形成された厚み３．５μｍ、
不純物密度１〜４×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベース層
２２、その上部に設けられた厚み０．１μｍ、不純物密
度１．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓエミッタ層２
３、さらにその上部の厚み０．２μｍ、不純物密度１×
１０18ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＧａＡｓ窓層２９とから構成さ
れている。エミッタ層２３とベース層２２の間にｐｎ接
合が形成されている。ＧａＡｓトンネル接合層３は下部
セル（ＧａＡｓボトムセル）２の最上層であるｎ+ Ａｌ
ＧａＡｓ窓層２９の上部に形成された厚み２０ｎｍ、不
純物密度１×１０19ｃｍ-3のｎ++ＧａＡｓ層３１と、厚
み２０ｎｍ、不純物密度１．０×１０19のｐ++ＧａＡｓ
層３２とから構成されている。そしてこの上部には厚み
０．８μｍ、不純物密度１〜４×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層４２；厚み０．１μｍ、不純物
密度１×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層４３；および厚み４０ｎｍ、不純物密度１×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層４４がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４が形成されている。
てＧａＡｓセル２が用いられ、上部セル（トップセル）
としては、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐセル４が用いられてい
る。さらに、この下部セルと上部セルとを電気的に直列
接続するために両者の間にＧａＡｓトンネル接合層３が
設けられている。ＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープの
ｐ+ ＧａＡｓ基板１１（ｐ＜１×１０19ｃｍ-3）の上部
に形成されている。そして、ＧａＡｓボトムセル２はｐ
+ ＧａＡｓ基板１１の上に形成された厚み３．５μｍ、
不純物密度１〜４×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベース層
２２、その上部に設けられた厚み０．１μｍ、不純物密
度１．０×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓエミッタ層２
３、さらにその上部の厚み０．２μｍ、不純物密度１×
１０18ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＧａＡｓ窓層２９とから構成さ
れている。エミッタ層２３とベース層２２の間にｐｎ接
合が形成されている。ＧａＡｓトンネル接合層３は下部
セル（ＧａＡｓボトムセル）２の最上層であるｎ+ Ａｌ
ＧａＡｓ窓層２９の上部に形成された厚み２０ｎｍ、不
純物密度１×１０19ｃｍ-3のｎ++ＧａＡｓ層３１と、厚
み２０ｎｍ、不純物密度１．０×１０19のｐ++ＧａＡｓ
層３２とから構成されている。そしてこの上部には厚み
０．８μｍ、不純物密度１〜４×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層４２；厚み０．１μｍ、不純物
密度１×１０18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐエミッ
タ層４３；および厚み４０ｎｍ、不純物密度１×１０18
ｃｍ-3のｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層４４がこの順に堆積された
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４が形成されている。
【０００４】トンネル接合層３を形成しているＧａＡｓ
ｐ++／ｎ++接合は、ここにおける光吸収を最小限に抑
え、下部セル２への光の透過をより多くするため、ほぼ
完全に空乏層が拡がる程度（２０ｎｍ）の薄い厚みに設
定されている。ＧａＡｓトンネル接合層３の上部のｐＩ
ｎＧａＰベース層４２のドーピングは１〜２×１０17ｃ
ｍ-3程度でｐ++ＧａＡｓ層３２に比して不純物密度が低
い。他の従来の技術としては、図５におけるｐＩｎＧａ
Ｐベース層４２とｐ++ＧａＡｓ層３２の間に厚さ０．１
〜０．３μｍ程度のｐ+ ＩｎＧａＰ裏面電界層（以下Ｂ
ＳＦ層という）を形成して、少数キャリアに対する電位
障壁を形成し、裏面再結合損失を防止する方法も知られ
ているが、この場合もＢＳＦ層の不純物密度は４×１０
17ｃｍ-3程度であり、ｐ++ＧａＡｓ層３２に比して低
い。
ｐ++／ｎ++接合は、ここにおける光吸収を最小限に抑
え、下部セル２への光の透過をより多くするため、ほぼ
完全に空乏層が拡がる程度（２０ｎｍ）の薄い厚みに設
定されている。ＧａＡｓトンネル接合層３の上部のｐＩ
ｎＧａＰベース層４２のドーピングは１〜２×１０17ｃ
ｍ-3程度でｐ++ＧａＡｓ層３２に比して不純物密度が低
い。他の従来の技術としては、図５におけるｐＩｎＧａ
Ｐベース層４２とｐ++ＧａＡｓ層３２の間に厚さ０．１
〜０．３μｍ程度のｐ+ ＩｎＧａＰ裏面電界層（以下Ｂ
ＳＦ層という）を形成して、少数キャリアに対する電位
障壁を形成し、裏面再結合損失を防止する方法も知られ
ているが、この場合もＢＳＦ層の不純物密度は４×１０
17ｃｍ-3程度であり、ｐ++ＧａＡｓ層３２に比して低
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５におけるｐ++Ｇａ
Ａｓ層３２、ｐＩｎＧａＰ層４２、あるいは図示は省略
したｐ+ ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層のドーパントは通常は亜
鉛が用いられる。図５のような構造は、通常ＭＯＣＶＤ
法等を用いて基板温度７００℃付近で気相エピタキシャ
ル成長を行うが、このような基板温度（成長温度）で
は、トンネル接合層３の上の上部セルの各層を成長して
いる間に亜鉛が拡散し、ｐ++ＧａＡｓ層３２の不純物密
度が低下し、その結果トンネルダイオードのピーク電流
Ｉｐが低下してしまい、図５の構造ではピーク電流密度
Ｊｐ＝４０ｍＡ／ｃｍ2 程度しか得られないという欠点
があった。
Ａｓ層３２、ｐＩｎＧａＰ層４２、あるいは図示は省略
したｐ+ ＩｎＧａＰ−ＢＳＦ層のドーパントは通常は亜
鉛が用いられる。図５のような構造は、通常ＭＯＣＶＤ
法等を用いて基板温度７００℃付近で気相エピタキシャ
ル成長を行うが、このような基板温度（成長温度）で
は、トンネル接合層３の上の上部セルの各層を成長して
いる間に亜鉛が拡散し、ｐ++ＧａＡｓ層３２の不純物密
度が低下し、その結果トンネルダイオードのピーク電流
Ｉｐが低下してしまい、図５の構造ではピーク電流密度
Ｊｐ＝４０ｍＡ／ｃｍ2 程度しか得られないという欠点
があった。
【０００６】以上、タンデムセル型太陽電池を一例とし
て説明したが、トンネル接合層を形成する化合物半導体
中のＺｎ等の不純物の拡散の問題は太陽電池に限らず、
トンネル注入を用いたトランジスタや集積回路等他の半
導体装置においても同様な問題が生じていた。
て説明したが、トンネル接合層を形成する化合物半導体
中のＺｎ等の不純物の拡散の問題は太陽電池に限らず、
トンネル注入を用いたトランジスタや集積回路等他の半
導体装置においても同様な問題が生じていた。
【０００７】本発明は、以上の点を鑑みてなされたもの
で、トンネル接合層を構成する各層の不純物密度が高く
維持でき、トンネルダイオードのピーク電流Ｉｐが増大
できるトンネル接合層を有する半導体装置の新規な構造
を提供することである。
で、トンネル接合層を構成する各層の不純物密度が高く
維持でき、トンネルダイオードのピーク電流Ｉｐが増大
できるトンネル接合層を有する半導体装置の新規な構造
を提供することである。
【０００８】本発明の他の目的は７００℃程度の高温の
熱加工においてもトンネル接合層の不純物密度プロファ
イルが設計値に維持可能となるようなトンネル接合層を
有する半導体装置を提供することである。
熱加工においてもトンネル接合層の不純物密度プロファ
イルが設計値に維持可能となるようなトンネル接合層を
有する半導体装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は図１に示すように第１導電型の第１の化合
物半導体層３１と、この第１の化合物半導体層３１の上
部に形成された第２導電型の第２の化合物半導体層３２
と、この第２の化合物半導体層３２の上部に形成され
た、第２導電型で、第２の化合物半導体層３２よりも禁
制帯幅（Ｅｇ）の大きな第３の化合物半導体層３３から
なるヘテロ・トンネル接合層３をその一部に有してお
り、第２の化合物半導体層３２は第１の化合物半導体層
３１との間で形成されるｐｎ接合による空乏層でほぼ完
全に空乏化し、第３の化合物半導体層３３の不純物密度
が、第２の化合物半導体層３２の不純物密度の０．８倍
以上であることを特徴とする。第１導電型はたとえば図
１に示すようにｎ型で、第２導電型は第１導電型とは反
対導電型のｐ型である。図１においてｐ型とｎ型を変換
してもよい。このヘテロ・トンネル接合層が、たとえば
図３に示すようなタンデム構成の太陽電池や図４に示す
トンネル注入ＨＢＴの一部に含まれている半導体装置で
あることを特徴とする。
に、本発明は図１に示すように第１導電型の第１の化合
物半導体層３１と、この第１の化合物半導体層３１の上
部に形成された第２導電型の第２の化合物半導体層３２
と、この第２の化合物半導体層３２の上部に形成され
た、第２導電型で、第２の化合物半導体層３２よりも禁
制帯幅（Ｅｇ）の大きな第３の化合物半導体層３３から
なるヘテロ・トンネル接合層３をその一部に有してお
り、第２の化合物半導体層３２は第１の化合物半導体層
３１との間で形成されるｐｎ接合による空乏層でほぼ完
全に空乏化し、第３の化合物半導体層３３の不純物密度
が、第２の化合物半導体層３２の不純物密度の０．８倍
以上であることを特徴とする。第１導電型はたとえば図
１に示すようにｎ型で、第２導電型は第１導電型とは反
対導電型のｐ型である。図１においてｐ型とｎ型を変換
してもよい。このヘテロ・トンネル接合層が、たとえば
図３に示すようなタンデム構成の太陽電池や図４に示す
トンネル注入ＨＢＴの一部に含まれている半導体装置で
あることを特徴とする。
【００１０】好ましくは、第２の化合物半導体層３２は
ＧａＡｓで、第３の化合物半導体層３３はＩｎ1-x Ｇａ
x Ｐである。第３の化合物半導体層３３はＧａＡｓと格
子整合するＧａＡｓよりも禁制帯幅Ｅｇの大きな化合物
半導体であればよく、Ｉｎ1- x Ｇａx Ｐ以外にもＡｌ
1-x Ｇａx Ａｓでもよい。
ＧａＡｓで、第３の化合物半導体層３３はＩｎ1-x Ｇａ
x Ｐである。第３の化合物半導体層３３はＧａＡｓと格
子整合するＧａＡｓよりも禁制帯幅Ｅｇの大きな化合物
半導体であればよく、Ｉｎ1- x Ｇａx Ｐ以外にもＡｌ
1-x Ｇａx Ａｓでもよい。
【００１１】好ましくは、第２および第３の化合物半導
体層のドーパントが亜鉛（Ｚｎ）であり、前記第３の化
合物半導体層３３の不純物密度が０．８〜１．０×１０
19ｃｍ-3であることである。
体層のドーパントが亜鉛（Ｚｎ）であり、前記第３の化
合物半導体層３３の不純物密度が０．８〜１．０×１０
19ｃｍ-3であることである。
【００１２】また、好ましくは図１、図３、図４に示す
ように第１の化合物半導体層の下部に第１導電型で、前
記第１の化合物半導体層よりも禁制帯幅（Ｅｇ）の大き
なＩｎ1-x Ｇａx ＰやＡｌ1-x Ｇａx Ａｓ等の第４の化
合物半導体層２９，２４，９９を形成している。
ように第１の化合物半導体層の下部に第１導電型で、前
記第１の化合物半導体層よりも禁制帯幅（Ｅｇ）の大き
なＩｎ1-x Ｇａx ＰやＡｌ1-x Ｇａx Ａｓ等の第４の化
合物半導体層２９，２４，９９を形成している。
【００１３】
【作用】本発明の特徴によれば、従来は第１および第２
の化合物半導体層３１，３２のみで構成されていたトン
ネル接合層３の上に、さらに禁制帯幅Ｅｇが大きく、高
不純物密度の第３の化合物半導体層が形成されているの
で、たとえば、第２の化合物半導体層３２の不純物（ド
ーパント）が亜鉛（Ｚｎ）のように拡散速度の大きな物
質であっても、気相成長中にＺｎが他の領域（層）へ拡
散して、トンネル接合層３の不純物密度が低下すること
がなくなる。すなわち、通常ＧａＡｓ系のＭＯＣＶＤで
は７００℃前後の基板温度で連続エピタキシャル成長を
行い多層構造を形成するが、このような温度ではＺｎ等
の拡散速度の大きな不純物は、その上に形成する他のエ
ピタキシャル成長膜の形成時に拡散してしまい問題であ
ったが、本発明の特徴を構成する第３の化合物半導体層
３３の存在により、この拡散が防止できることとなる。
の化合物半導体層３１，３２のみで構成されていたトン
ネル接合層３の上に、さらに禁制帯幅Ｅｇが大きく、高
不純物密度の第３の化合物半導体層が形成されているの
で、たとえば、第２の化合物半導体層３２の不純物（ド
ーパント）が亜鉛（Ｚｎ）のように拡散速度の大きな物
質であっても、気相成長中にＺｎが他の領域（層）へ拡
散して、トンネル接合層３の不純物密度が低下すること
がなくなる。すなわち、通常ＧａＡｓ系のＭＯＣＶＤで
は７００℃前後の基板温度で連続エピタキシャル成長を
行い多層構造を形成するが、このような温度ではＺｎ等
の拡散速度の大きな不純物は、その上に形成する他のエ
ピタキシャル成長膜の形成時に拡散してしまい問題であ
ったが、本発明の特徴を構成する第３の化合物半導体層
３３の存在により、この拡散が防止できることとなる。
【００１４】その結果、トンネル接合に必要な急峻か
つ、高不純物密度の不純物プロファイルが実現でき、ト
ンネルダイオードのピーク電流Ｉｐも向上する。
つ、高不純物密度の不純物プロファイルが実現でき、ト
ンネルダイオードのピーク電流Ｉｐも向上する。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図５と重複する部分には同一の符号を用いてい
る。図１は本発明の第１の実施例に係るトンネルダイオ
ードの断面構造を示す。
する。図５と重複する部分には同一の符号を用いてい
る。図１は本発明の第１の実施例に係るトンネルダイオ
ードの断面構造を示す。
【００１６】図１において、Ｓｉドープの不純物密度２
×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓ基板１８の上に、厚さ
０．３μｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡ
ｓ層１９、および厚み０．１μｍ、不純物密度３×１０
18ｃｍ-3のＩｎＧａＰ擬窓層２９が形成され、その上に
厚み１０ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3のｎ++Ｇａ
Ａｓ層３１、厚み１０ｎｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ
-3のｐ++ＧａＡｓ層３２、厚み０．１μｍ、不純物密度
０．８〜１×１０19ｃｍ-3のｐ++Ｉｎ0.5 Ｇａ0. 5 Ｐ層
３３からなるトンネル接合層３が形成され、さらにその
上に厚み０．１〜０．３μｍ、不純物密度４×１０17ｃ
ｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ擬ＢＳＦ層４８、厚み
０．７μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ
0.5 Ｇａ0.5Ｐ擬ベース層４９、および厚み０．３μ
ｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ-3のｐ+ＧａＡｓコンタ
クト層５９が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓコンタクト
層５９の表面には厚さ１μｍ程度のＡｕメッキ層７２が
上部金属電極層として形成され、ｎ+ ＧａＡｓ基板１８
の裏面には、厚さ１μｍ程度のＡｕメッキ層が下部金属
電極層８として形成されている。なお、トンネル接合層
３の下部、すなわちｎ++ＧａＡｓ層３１の下に走行角
（３／２）πラジアンとなるようなｎ- ＧａＡｓ走行層
を形成すれば、トンネル注入走行時間効果素子も形成で
きる。
×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓ基板１８の上に、厚さ
０．３μｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡ
ｓ層１９、および厚み０．１μｍ、不純物密度３×１０
18ｃｍ-3のＩｎＧａＰ擬窓層２９が形成され、その上に
厚み１０ｎｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3のｎ++Ｇａ
Ａｓ層３１、厚み１０ｎｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ
-3のｐ++ＧａＡｓ層３２、厚み０．１μｍ、不純物密度
０．８〜１×１０19ｃｍ-3のｐ++Ｉｎ0.5 Ｇａ0. 5 Ｐ層
３３からなるトンネル接合層３が形成され、さらにその
上に厚み０．１〜０．３μｍ、不純物密度４×１０17ｃ
ｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ擬ＢＳＦ層４８、厚み
０．７μｍ、不純物密度１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ
0.5 Ｇａ0.5Ｐ擬ベース層４９、および厚み０．３μ
ｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ-3のｐ+ＧａＡｓコンタ
クト層５９が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓコンタクト
層５９の表面には厚さ１μｍ程度のＡｕメッキ層７２が
上部金属電極層として形成され、ｎ+ ＧａＡｓ基板１８
の裏面には、厚さ１μｍ程度のＡｕメッキ層が下部金属
電極層８として形成されている。なお、トンネル接合層
３の下部、すなわちｎ++ＧａＡｓ層３１の下に走行角
（３／２）πラジアンとなるようなｎ- ＧａＡｓ走行層
を形成すれば、トンネル注入走行時間効果素子も形成で
きる。
【００１７】図２は、本発明の第１の実施例に係るトン
ネルダイオードの順方向Ｉ−Ｖ特性で、ｐ++Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ層３３の不純物密度が１×１０19ｃｍ-3の場
合、ピーク電流密度Ｊｐ＝２００ｍＡ／ｃｍ2 と従来技
術の５倍以上の値が得られた。参考までに、図１の構造
で、ｐ++Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層３３の不純物密度が２×
１０18ｃｍ-3の場合はＪｐ＝８０ｍＡ／ｃｍ2 であっ
た。
ネルダイオードの順方向Ｉ−Ｖ特性で、ｐ++Ｉｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐ層３３の不純物密度が１×１０19ｃｍ-3の場
合、ピーク電流密度Ｊｐ＝２００ｍＡ／ｃｍ2 と従来技
術の５倍以上の値が得られた。参考までに、図１の構造
で、ｐ++Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層３３の不純物密度が２×
１０18ｃｍ-3の場合はＪｐ＝８０ｍＡ／ｃｍ2 であっ
た。
【００１８】図１の構造は、有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）、ＣＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、ＭＬＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等を用いてｎ+ Ｇａ
Ａｓ基板１８の上に連続エピタキシャル成長を行なえば
よい。ＭＯＣＶＤ法は、常圧ＭＯＣＶＤ法でも減圧ＭＯ
ＣＶＤ法でも良いが、膜厚の制御性からは減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法が好ましく、たとえば６．７〜１０ｋＰａの減圧状
態に保持された反応管中で、ｎ+ ＧａＡｓ基板１８を６
５０℃に加熱し、原料ガスおよびドーパントガスをマス
フローコントローラ等により流量制御して導入すればよ
い。基板加熱方式は赤外線（ＩＲ）ランプ加熱、高周波
（ＲＦ）誘導加熱、あるいは抵抗加熱方式を用いればよ
く、反応管は縦型でも横型でもよい。III 族の原料ガス
としては、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）など，Ｖ
族の原料ガスとしてはホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン
（ＡｓＨ3 ）を用いる。あるいはターシャリー・ブチル
・フォスフィン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＰＨ2 ；ＴＢＰ）、ター
シャリー・ブチル・アルシン（（Ｃ4 Ｈ9）ＡｓＨ2 ；
ＴＢＡ）などを用いてもよい。ｎ型のドーパントガスと
しては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ
6 ）、あるいはジエチルセレン（ＤＥＳｅ）、ジエチル
テルル（ＤＥＴｅ）等を用いればよいが、モノシランが
好ましい。ｐ型のドーパントガスとしては、たとえばジ
エチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いればよい。なお、ＣＢＥ
法で成長する場合は同様な原料ガスおよびドーパントガ
スを用いて、成長圧力１．３×１０-3Ｐａ、基板温度５
２０℃で行えばよい。
ＣＶＤ法）、ＣＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、ＭＬＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等を用いてｎ+ Ｇａ
Ａｓ基板１８の上に連続エピタキシャル成長を行なえば
よい。ＭＯＣＶＤ法は、常圧ＭＯＣＶＤ法でも減圧ＭＯ
ＣＶＤ法でも良いが、膜厚の制御性からは減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法が好ましく、たとえば６．７〜１０ｋＰａの減圧状
態に保持された反応管中で、ｎ+ ＧａＡｓ基板１８を６
５０℃に加熱し、原料ガスおよびドーパントガスをマス
フローコントローラ等により流量制御して導入すればよ
い。基板加熱方式は赤外線（ＩＲ）ランプ加熱、高周波
（ＲＦ）誘導加熱、あるいは抵抗加熱方式を用いればよ
く、反応管は縦型でも横型でもよい。III 族の原料ガス
としては、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）など，Ｖ
族の原料ガスとしてはホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン
（ＡｓＨ3 ）を用いる。あるいはターシャリー・ブチル
・フォスフィン（（Ｃ4 Ｈ9 ）ＰＨ2 ；ＴＢＰ）、ター
シャリー・ブチル・アルシン（（Ｃ4 Ｈ9）ＡｓＨ2 ；
ＴＢＡ）などを用いてもよい。ｎ型のドーパントガスと
しては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ
6 ）、あるいはジエチルセレン（ＤＥＳｅ）、ジエチル
テルル（ＤＥＴｅ）等を用いればよいが、モノシランが
好ましい。ｐ型のドーパントガスとしては、たとえばジ
エチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いればよい。なお、ＣＢＥ
法で成長する場合は同様な原料ガスおよびドーパントガ
スを用いて、成長圧力１．３×１０-3Ｐａ、基板温度５
２０℃で行えばよい。
【００１９】さらに、トンネルダイオードを構成するｐ
++ＧａＡｓ層３２、ｎ++ＧａＡｓ層３１等はＭＬＥ法を
用いて、ガス導入１サイクルで１分子層成長すれば極め
て高精度に膜厚を制御できる。たとえば、基板温度４８
０℃、圧力６×１０-4Ｐａ、においてＴＥＧを４秒導
入、３秒真空排気、ＡｓＨ3 を２０秒導入、その後３秒
真空排気のガス導入サイクルを用いれば、この１サイク
ルでＧａＡｓ１分子層が成長できる。特にトンネルダイ
オード等のメソスコピックスケールの制御が必要な場合
はＭＬＥ法は好適で、４８０℃の低温ではＺｎの拡散も
小さい。また、同一チャンバー内でトンネルダイオード
のような薄い膜は、ＭＬＥモード、他の０．３μｍ，
０．７μｍといった厚い膜はＭＯＣＶＤモードで成長す
るといった切り換えモードでの成長を行なえばより効率
的に成長できる。成長圧力７．６ｋＰａの減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法では成長速度は２〜３μｍ／ｈｒ程度が代表的であ
る。
++ＧａＡｓ層３２、ｎ++ＧａＡｓ層３１等はＭＬＥ法を
用いて、ガス導入１サイクルで１分子層成長すれば極め
て高精度に膜厚を制御できる。たとえば、基板温度４８
０℃、圧力６×１０-4Ｐａ、においてＴＥＧを４秒導
入、３秒真空排気、ＡｓＨ3 を２０秒導入、その後３秒
真空排気のガス導入サイクルを用いれば、この１サイク
ルでＧａＡｓ１分子層が成長できる。特にトンネルダイ
オード等のメソスコピックスケールの制御が必要な場合
はＭＬＥ法は好適で、４８０℃の低温ではＺｎの拡散も
小さい。また、同一チャンバー内でトンネルダイオード
のような薄い膜は、ＭＬＥモード、他の０．３μｍ，
０．７μｍといった厚い膜はＭＯＣＶＤモードで成長す
るといった切り換えモードでの成長を行なえばより効率
的に成長できる。成長圧力７．６ｋＰａの減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法では成長速度は２〜３μｍ／ｈｒ程度が代表的であ
る。
【００２０】図３は本発明の第２の実施例に係るＩｎＧ
ａＰ／ＧａＡｓタンデムセル型太陽電池の構造を示す。
図３において下部セル（ボトムセル）としてＧａＡｓセ
ル２が用いられ、上部セル（トップセル）としてＩｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐセル４が用いられている。さらに、この
下部セルと上部セルとを電気的に直列接続するために両
者の間にＧａＡｓトンネル接合層３が設けられている。
詳細に述べると、ＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープの
ｐ+ ＧａＡｓ基板１１（ｐ＞１×１０19ｃｍ-3）の上部
に形成された厚み０．３μｍ、不純物密度７．０×１０
18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層１２の上に形成され
ている。そしてＧａＡｓセル２はｐ+ ＧａＡｓバッファ
層１２の上に形成された厚み０．１μｍで、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＩｎＧａＰのＢＳＦ層２
１、その上部に設けられた厚み３μｍ、不純物密度２．
０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベース層２２、その上部
に設けられた厚み０．１μｍ、不純物密度２．０×１０
18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓエミッタ層２３、さらにその上
部の厚み０．１μｍ、不純物密度０．１μｍのｎ+ Ｉｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層２４とから構成されている。エミッ
タ層２３とベース層２２の間にｐｎ接合が形成されてい
る。ＧａＡｓトンネル接合層３は下部セル（ＧａＡｓボ
トムセル）２の最上層であるｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓
層２４の上部に形成された厚み１０ｎｍ、不純物密度５
×１０18ｃｍ-3以上のｎ++ＧａＡｓ層３１と、厚み１０
ｎｍ、不純物密度１．０×１０19ｃｍ-3のｐ++ＧａＡｓ
層３２と厚み０．１μｍ、不純物密度０．８〜１×１０
19ｃｍ-3のｐ++Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層３３とから構成さ
れている。そしてこの上部には厚み０．１〜０．３μｍ
で不純物密度、４×１０17ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 ＰのＢＳＦ層４１；厚み０．７〜１．５μｍ、不純
物密度、１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
ベース層４２；厚み５０ｎｍ、不純物密度３．０×１０
18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5Ｇａ0.5 Ｐエミッタ層４３；お
よび厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+
ＡｌＩｎＰ窓層４４が、この順に堆積されたＩｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐトップセル４が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐトップセル４の上部の一部にはオーミックコンタ
クト用の厚み０．３μｍのｎ+ ＧａＡｓ層５１が形成さ
れ、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層７１および
その上のＡｕ層７２からなる上部金属電極層（表面電極
層）７が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面
には下部金属電極層（裏面電極層）８としてＡｕ層が形
成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４のｎ+
ＡｌＩｎＰ窓層４４の表面のｎ+ ＧａＡｓ層５１および
その上の上部金属電極層７が形成されている部分以外の
領域には、図示を省略しているが、通常はＺｎＳ層６
１、ＭｇＦ2 層６２からなる反射防止膜６が形成されて
いる。このような構造より、トンネル接合層３のピーク
電流密度はＪｐ＝２００ｍＡ／ｃｍ2 と極めて大きな値
となり、タンデムセルとしての短絡光電流Ｉｓｃも大き
くなり、したがって変換効率も極めて大きく、曲線因子
（ｆｉｌｌｆａｃｔｏｒ：ＦＦ）も大きくなる。
ａＰ／ＧａＡｓタンデムセル型太陽電池の構造を示す。
図３において下部セル（ボトムセル）としてＧａＡｓセ
ル２が用いられ、上部セル（トップセル）としてＩｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐセル４が用いられている。さらに、この
下部セルと上部セルとを電気的に直列接続するために両
者の間にＧａＡｓトンネル接合層３が設けられている。
詳細に述べると、ＧａＡｓボトムセル２はＺｎドープの
ｐ+ ＧａＡｓ基板１１（ｐ＞１×１０19ｃｍ-3）の上部
に形成された厚み０．３μｍ、不純物密度７．０×１０
18ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓバッファ層１２の上に形成され
ている。そしてＧａＡｓセル２はｐ+ ＧａＡｓバッファ
層１２の上に形成された厚み０．１μｍで、不純物密度
３．０×１０18ｃｍ-3のｐ+ ＩｎＧａＰのＢＳＦ層２
１、その上部に設けられた厚み３μｍ、不純物密度２．
０×１０17ｃｍ-3のｐＧａＡｓベース層２２、その上部
に設けられた厚み０．１μｍ、不純物密度２．０×１０
18ｃｍ-3のｎ+ ＧａＡｓエミッタ層２３、さらにその上
部の厚み０．１μｍ、不純物密度０．１μｍのｎ+ Ｉｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層２４とから構成されている。エミッ
タ層２３とベース層２２の間にｐｎ接合が形成されてい
る。ＧａＡｓトンネル接合層３は下部セル（ＧａＡｓボ
トムセル）２の最上層であるｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓
層２４の上部に形成された厚み１０ｎｍ、不純物密度５
×１０18ｃｍ-3以上のｎ++ＧａＡｓ層３１と、厚み１０
ｎｍ、不純物密度１．０×１０19ｃｍ-3のｐ++ＧａＡｓ
層３２と厚み０．１μｍ、不純物密度０．８〜１×１０
19ｃｍ-3のｐ++Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層３３とから構成さ
れている。そしてこの上部には厚み０．１〜０．３μｍ
で不純物密度、４×１０17ｃｍ-3のｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 ＰのＢＳＦ層４１；厚み０．７〜１．５μｍ、不純
物密度、１．５×１０17ｃｍ-3のｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
ベース層４２；厚み５０ｎｍ、不純物密度３．０×１０
18ｃｍ-3のｎ+ Ｉｎ0.5Ｇａ0.5 Ｐエミッタ層４３；お
よび厚み３０ｎｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ+
ＡｌＩｎＰ窓層４４が、この順に堆積されたＩｎ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ｐトップセル４が形成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐトップセル４の上部の一部にはオーミックコンタ
クト用の厚み０．３μｍのｎ+ ＧａＡｓ層５１が形成さ
れ、その上部にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層７１および
その上のＡｕ層７２からなる上部金属電極層（表面電極
層）７が形成されている。ｐ+ ＧａＡｓ基板１１の裏面
には下部金属電極層（裏面電極層）８としてＡｕ層が形
成されている。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル４のｎ+
ＡｌＩｎＰ窓層４４の表面のｎ+ ＧａＡｓ層５１および
その上の上部金属電極層７が形成されている部分以外の
領域には、図示を省略しているが、通常はＺｎＳ層６
１、ＭｇＦ2 層６２からなる反射防止膜６が形成されて
いる。このような構造より、トンネル接合層３のピーク
電流密度はＪｐ＝２００ｍＡ／ｃｍ2 と極めて大きな値
となり、タンデムセルとしての短絡光電流Ｉｓｃも大き
くなり、したがって変換効率も極めて大きく、曲線因子
（ｆｉｌｌｆａｃｔｏｒ：ＦＦ）も大きくなる。
【００２１】図４は本発明の第３の実施例に係るトンネ
ル注入型ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）
の断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板９７の上に順
次、厚み０．３μｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ
+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタクト層９８、厚み
０．１μｍ、不純物密度１×１０14〜３×１０15ｃｍ-3
のｐ- Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐドリフト層９９、厚み１０ｎ
ｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3のｎ++ＧａＡｓ層３
１、厚み１０ｎｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ-3のｐ++
ＧａＡｓ層３２、厚み０．１μｍ、不純物密度０．８〜
１×１０19ｃｍ-3のｐ++ＩｎＧａＰ層３３、厚み０．３
μｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓコン
タクト層５９が形成されている。ドリフト層９９はｎ-
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層又はｉＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層でも
よく、ほぼ完全にドリフト層９９が空乏化するような不
純物密度に選定しておけばよい。ｎ++ＧａＡｓ層３１、
ｐ++ＩｎＧａＰ層３３でトンネル接合層３が形成される
こととなるが、ｎ++ＧａＡｓ層３１がこのＨＢＴの実際
のエミッタ領域となり、ｎ++ＧａＡｓ層３１の直下のｐ
- Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐドリフト層９９の上部がＨＢＴの
仮想ベース領域となる。ｐ+ ＧａＡｓコンタクト層５９
の表面からｐ- Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐドリフト層９９に達
するＵ溝が形成され、その表面に厚み５０ｎｍのＡｌＧ
ａＡｓ層１０１が形成され、さらにそのＡｌＧａＡｓ層
１０１にほぼ内包されるようにＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
層からなるベース金属電極８２が形成されている。エミ
ッタ金属電極８１としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層がｐ+ Ｇａ
Ａｓコンタクト層５９の上に形成されている。また、コ
レクタ金属電極８３としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ
層が表面からｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタク
ト層９８まで達するＵ溝の底部において、ｎ+ Ｉｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタクト層９８に接してその上部
に形成されている。図４の構造においてトンネル接合層
３の電界強度をベース金属電極８２に印加する電圧で制
御し、ｎ++ＧａＡｓ層３１をＨＢＴの仮想エミッタ領域
として、ｐ- ＩｎＧａＰドリフト層９９の上部の仮想ベ
ース領域に電子が注入される。注入された電子はｐ- Ｉ
ｎＧａＰドリフト層中の高電界によりドリフト走行し、
ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタクト層９８に到
達する。なおベース金属電極８２とエミッタ金属電極８
１との間にはポリイミド、あるいはＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ
4 等の層間絶縁膜が形成されている。なお、図４のトン
ネル注入型ＨＢＴを集積化するためには、プロトンイオ
ン注入で素子分離領域１０３を形成すればよい。本発明
の第３の実施例によれば、トンネル接合層３のピーク電
流が大きいので、変換コンダクタンスｇｍが大きく、サ
ブミリ波帯での増幅、発振が高効率で可能となる。又、
ＩｎＧａＰは耐放射線特性に優れているので、人工衛星
搭載に適し、衛星通信用の増幅、発振素子や論理回路等
に用いることができる。図４は例示であり、さらに共鳴
トンネルトランジスタ等他の半導体素子にも本発明の構
造は適用できることはもちろんである。
ル注入型ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）
の断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板９７の上に順
次、厚み０．３μｍ、不純物密度２×１０18ｃｍ-3のｎ
+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタクト層９８、厚み
０．１μｍ、不純物密度１×１０14〜３×１０15ｃｍ-3
のｐ- Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐドリフト層９９、厚み１０ｎ
ｍ、不純物密度５×１０18ｃｍ-3のｎ++ＧａＡｓ層３
１、厚み１０ｎｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ-3のｐ++
ＧａＡｓ層３２、厚み０．１μｍ、不純物密度０．８〜
１×１０19ｃｍ-3のｐ++ＩｎＧａＰ層３３、厚み０．３
μｍ、不純物密度１×１０19ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓコン
タクト層５９が形成されている。ドリフト層９９はｎ-
Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層又はｉＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層でも
よく、ほぼ完全にドリフト層９９が空乏化するような不
純物密度に選定しておけばよい。ｎ++ＧａＡｓ層３１、
ｐ++ＩｎＧａＰ層３３でトンネル接合層３が形成される
こととなるが、ｎ++ＧａＡｓ層３１がこのＨＢＴの実際
のエミッタ領域となり、ｎ++ＧａＡｓ層３１の直下のｐ
- Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐドリフト層９９の上部がＨＢＴの
仮想ベース領域となる。ｐ+ ＧａＡｓコンタクト層５９
の表面からｐ- Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐドリフト層９９に達
するＵ溝が形成され、その表面に厚み５０ｎｍのＡｌＧ
ａＡｓ層１０１が形成され、さらにそのＡｌＧａＡｓ層
１０１にほぼ内包されるようにＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
層からなるベース金属電極８２が形成されている。エミ
ッタ金属電極８１としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層がｐ+ Ｇａ
Ａｓコンタクト層５９の上に形成されている。また、コ
レクタ金属電極８３としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ
層が表面からｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタク
ト層９８まで達するＵ溝の底部において、ｎ+ Ｉｎ0.5
Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタクト層９８に接してその上部
に形成されている。図４の構造においてトンネル接合層
３の電界強度をベース金属電極８２に印加する電圧で制
御し、ｎ++ＧａＡｓ層３１をＨＢＴの仮想エミッタ領域
として、ｐ- ＩｎＧａＰドリフト層９９の上部の仮想ベ
ース領域に電子が注入される。注入された電子はｐ- Ｉ
ｎＧａＰドリフト層中の高電界によりドリフト走行し、
ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタクト層９８に到
達する。なおベース金属電極８２とエミッタ金属電極８
１との間にはポリイミド、あるいはＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ
4 等の層間絶縁膜が形成されている。なお、図４のトン
ネル注入型ＨＢＴを集積化するためには、プロトンイオ
ン注入で素子分離領域１０３を形成すればよい。本発明
の第３の実施例によれば、トンネル接合層３のピーク電
流が大きいので、変換コンダクタンスｇｍが大きく、サ
ブミリ波帯での増幅、発振が高効率で可能となる。又、
ＩｎＧａＰは耐放射線特性に優れているので、人工衛星
搭載に適し、衛星通信用の増幅、発振素子や論理回路等
に用いることができる。図４は例示であり、さらに共鳴
トンネルトランジスタ等他の半導体素子にも本発明の構
造は適用できることはもちろんである。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、本来トンネル接合に必
要な第１および第２の化合物半導体層の上部にさらに高
不純物密度の第３の化合物半導体領域が形成されている
ので、気相成長等、半導体装置の製造工程に必須な各種
高温工程を経ても、トンネル接合部の不純物密度は初期
に設計した高い値に維持できる。したがって、このトン
ネル接合部の呈するＩ−Ｖ特性は良好となり、Ｉ−Ｖ特
性に示されるピーク電流も従来技術の５倍以上の大きな
値となった。したがって高効率のタンデム構造太陽電池
や、高速トンネル注入ＨＢＴ等、各種のトンネル接合部
を有する半導体装置が容易に製造でき、信頼性も高くな
る。
要な第１および第２の化合物半導体層の上部にさらに高
不純物密度の第３の化合物半導体領域が形成されている
ので、気相成長等、半導体装置の製造工程に必須な各種
高温工程を経ても、トンネル接合部の不純物密度は初期
に設計した高い値に維持できる。したがって、このトン
ネル接合部の呈するＩ−Ｖ特性は良好となり、Ｉ−Ｖ特
性に示されるピーク電流も従来技術の５倍以上の大きな
値となった。したがって高効率のタンデム構造太陽電池
や、高速トンネル注入ＨＢＴ等、各種のトンネル接合部
を有する半導体装置が容易に製造でき、信頼性も高くな
る。
【００２３】本発明によれば、７００℃といった高温プ
ロセス中でも、亜鉛（Ｚｎ）のような拡散速度の大きい
不純物元素の拡散がおさえられるので、半導体装置製造
のプロセス設計が容易となり、生産性も向上する。
ロセス中でも、亜鉛（Ｚｎ）のような拡散速度の大きい
不純物元素の拡散がおさえられるので、半導体装置製造
のプロセス設計が容易となり、生産性も向上する。
【図１】本発明の第１の実施例に係るトンネルダイオー
ドの断面図である。
ドの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るトンネルダイオー
ドの順方向Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
ドの順方向Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係るタンデムセル型太
陽電池の断面図である。
陽電池の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係るトンネル注入型Ｈ
ＢＴの断面図である。
ＢＴの断面図である。
【図５】従来技術におけるトンネルダイオードの断面図
である。
である。
２ ＧａＡｓボトムセル（下部セル） ３ ＧａＡｓトンネル接合層 ４ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐトップセル（上部セル） ７ 上部金属電極層（表面電極層） ８ 下部金属電極層（裏面電極層） １１ ｐ+ ＧａＡｓ基板 １２ ｐ+ ＧａＡｓバッファ層 １８ ｎ+ ＧａＡｓ基板 １９ ｎ+ ＧａＡｓ層 ２１ ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ ＢＳＦ層 ２２ ｐＧａＡｓベース層 ２３ ｎ+ ＧａＡｓエミッタ層 ２４ ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ窓層 ２９ ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ擬窓層 ３１ ｎ++ＧａＡｓ層 ３２ ｐ++ＧａＡｓ層 ３３ ｐ++Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層 ４１ ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ−ＢＳＦ層 ４２ ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐベース層 ４３ ｎ+ ＩｎＧａＰエミッタ層 ４４ ｎ+ ＡｌＩｎＰ窓層 ４８ ｐ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ擬ＢＳＦ層 ４９ ｐＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ擬ベース層 ５１ ｎ+ ＧａＡｓ層 ５９ ｐ+ ＧａＡｓコンタクト層 ７１ Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜 ７２ Ａｕメッキ膜 ８１ エミッタ金属電極 ８２ ベース金属電極 ８３ コレクタ金属電極 ９７ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ９８ ｎ+ Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐコレクタコンタクト層 ９９ ｐ- Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐドリフト層 １０１ ＡｌＧａＡｓ層 １０２ 層間絶縁膜 １０３ 素子分離領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73 31/04 Ｈ０１Ｌ 29/72 31/04 Ｅ Ｙ
Claims (5)
- 【請求項１】 第１導電型の第１の化合物半導体層と、 該第１の化合物半導体層の上部に形成された第２導電型
の第２の化合物半導体層と、 該第２の化合物半導体層の上部に形成された、第２導電
型で、該第２の化合物半導体層よりも禁制帯幅の大きな
第３の化合物半導体層からなるヘテロ接合層をその一部
に有し、 該第２の化合物半導体層は該第１の化合物半導体層との
間で形成されるトンネル接合による空乏層でほぼ完全に
空乏化し、 該第３の化合物半導体層の不純物密度が、該第２の化合
物半導体層の不純物密度の０．８倍以上であることを特
徴とするトンネル接合層を有する半導体装置。 - 【請求項２】 前記第１、および第２の化合物半導体層
はＧａＡｓで、前記第３の化合物半導体層はＩｎ1-x Ｇ
ａx Ｐであることを特徴とする請求項１記載のトンネル
接合層を有する半導体装置。 - 【請求項３】 前記第２および第３の化合物半導体層の
ドーパントが亜鉛（Ｚｎ）であり、前記第３の化合物半
導体層の不純物密度が０．８〜１．０×１０19ｃｍ-3で
あることを特徴とする請求項１記載のトンネル接合層を
有する半導体装置。 - 【請求項４】 前記第１の化合物半導体層の下部に第１
の導電型で、前記第１の化合物半導体層よりも禁制帯幅
の大きな第４の化合物半導体層を形成したことを特徴と
する請求項１記載のトンネル接合層を有する半導体装
置。 - 【請求項５】 前記ヘテロ接合層によりトップセルとボ
トムセルとを直列接続したタンデムセル型太陽電池であ
ることを特徴とする請求項１記載のトンネル接合層を有
する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302291A JPH08162649A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | トンネル接合層を有する半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302291A JPH08162649A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | トンネル接合層を有する半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162649A true JPH08162649A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=17907228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6302291A Pending JPH08162649A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | トンネル接合層を有する半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08162649A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100384597B1 (ko) * | 2000-11-20 | 2003-05-22 | 주식회사 옵토웰 | 터널접합층의 제조방법 |
| US9151711B2 (en) | 2009-06-04 | 2015-10-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optoelectronic shutter, method of operating the same and optical apparatus including the optoelectronic shutter |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP6302291A patent/JPH08162649A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100384597B1 (ko) * | 2000-11-20 | 2003-05-22 | 주식회사 옵토웰 | 터널접합층의 제조방법 |
| US9151711B2 (en) | 2009-06-04 | 2015-10-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optoelectronic shutter, method of operating the same and optical apparatus including the optoelectronic shutter |
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