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公開番号2025075616
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2023186908
出願日2023-10-31
発明の名称発電素子
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H02N 11/00 20060101AFI20250508BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】高出力の発電素子を提供する。
【解決手段】発電素子は、第1層と第2層とを備える。第1層は、第1接触面と、第1接触面の反対側に位置する第1反対面と、を備え、第1多数キャリアを有する第1導電型のIII-V族化合物半導体である。第2層は、第2接触面を備え、第2多数キャリアを有する第2導電型の半導体である。第1接触面と第2接触面とは、互いに接触している状態で、接触領域の少なくとも一部において相対位置を変化させることが可能に構成されている。第1接触面は、III-V族化合物半導体の自発分極によって第1多数キャリアと同一極性の第1自由電荷が現れる第1極性面である。第1反対面は、自発分極によって第2多数キャリアと同一極性の第2自由電荷が現れる第2極性面である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１接触面と、前記第１接触面の反対側に位置する第１反対面と、を備え、第１多数キャリアを有する第１導電型のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体である第１層と、
第２接触面を備え、第２多数キャリアを有する第２導電型の半導体である第２層と、
を備え、
前記第１接触面と前記第２接触面とは、互いに接触している状態で、接触領域の少なくとも一部において相対位置を変化させることが可能に構成されており、
前記第１接触面は、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の自発分極によって前記第１多数キャリアと同一極性の第１自由電荷が現れる第１極性面であり、
前記第１反対面は、前記自発分極によって前記第２多数キャリアと同一極性の第２自由電荷が現れる第２極性面である、
発電素子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１導電型はｎ型であるとともに前記第２導電型はｐ型であり、
前記第１多数キャリアは電子であるとともに前記第２多数キャリアは正孔であり、
前記第１自由電荷は電子であるとともに前記第２自由電荷は正孔である、請求項１に記載の発電素子。
【請求項３】
前記第１反対面に配置されており、前記第１反対面と第１ヘテロ接合している第１接合層をさらに備えており、
前記第１接合層は、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体に他のＩＩＩ族元素が添加された３元系半導体であり、
前記第１反対面と第１接合層との界面には、前記第１ヘテロ接合により誘起された２次元電子ガスが存在している、請求項２に記載の発電素子。
【請求項４】
前記第１層は窒化ガリウムであり、
前記第１接合層は窒化アルミニウムガリウムまたは窒化インジウムガリウムである、請求項３に記載の発電素子。
【請求項５】
前記第１接合層を形成している前記窒化アルミニウムガリウムまたは前記窒化インジウムガリウムに、前記第１層よりも高濃度のドナー不純物が添加されている、請求項４に記載の発電素子。
【請求項６】
前記第１層は窒化アルミニウムガリウムまたは窒化インジウムガリウムであり、
前記第１接合層は窒化ガリウムである、請求項３に記載の発電素子。
【請求項７】
前記第１層は窒化アルミニウムガリウム層であり、
前記第１層のアルミニウム組成が、前記第１接触面から前記第１反対面へ向かう方向に向かって高くなる組成傾斜を有している、請求項２に記載の発電素子。
【請求項８】
前記第２接触面の反対側に位置する第２反対面に配置されており、前記第２反対面と第２ヘテロ接合している第２接合層をさらに備えており、
前記第２層はシリコンゲルマニウムであり、
前記第２接合層はシリコンであり、
前記第２反対面と第２接合層との界面には、前記前記第２ヘテロ接合により誘起された２次元正孔ガスが存在している、請求項１－７の何れか１項に記載の発電素子。
【請求項９】
前記第２接合層を形成している前記シリコンに、前記第２層よりも高濃度のアクセプタ不純物が添加されている、請求項８に記載の発電素子。
【請求項１０】
前記第１層の前記第１接触面の反対側に配置されており、直接または中間層を介して前記第１層にオーミック接触している第１電極層と、
前記第２層の前記第２接触面の反対側に配置されており、直接または中間層を介して前記第２層にオーミック接触している第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層とを電気的に接続している接続経路と、
をさらに備え、
前記第１接触面と前記第２接触面とが互いに接触している状態で相対位置を変化させるときに、前記接続経路を介して、前記第１電極層から前記第２電極層へ向かう一方向の前記第１多数キャリアの移動を発生させることが可能に構成されている、請求項１に記載の発電素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、発電素子に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、環境発電の重要性が高まっている。そのため、環境中の運動エネルギー（例：人間の動き、外部装置からの振動）を電気エネルギーに変換し、効果的に収集することが可能な、小型の発電素子が求められている。このような小型の発電素子としては、圧電発電、エレクトレット発電、摩擦発電、磁歪発電などの素子が知られている。なお、関連する技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０１６－５１０２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の小型の発電素子では、出力が低いなどの、外部電源としての応用が困難な点が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する発電素子の一態様は、第１層と第２層とを備える。第１層は、第１接触面と、第１接触面の反対側に位置する第１反対面と、を備え、第１多数キャリアを有する第１導電型のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体である。第２層は、第２接触面を備え、第２多数キャリアを有する第２導電型の半導体である。第１接触面と第２接触面とは、互いに接触している状態で、接触領域の少なくとも一部において相対位置を変化させることが可能に構成されている。第１接触面は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の自発分極によって第１多数キャリアと同一極性の第１自由電荷が現れる第１極性面である。第１反対面は、自発分極によって第２多数キャリアと同一極性の第２自由電荷が現れる第２極性面である。
【０００６】
本発明者らは、第１導電型のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の第１接触面と、第２導電型の半導体の第２接触面と、を接触させた状態で相対位置を変化させることで、発電素子が構成できることを見出した。さらに本発明者らは、第１接触面を第２極性面にする場合に比して、第１接触面を第１極性面にする場合の方が、出力を有意に高めることができることを見出した。これにより、高出力の小型の発電素子を構成することが可能となる。
【０００７】
第１導電型はｎ型であるとともに第２導電型はｐ型であってもよい。第１多数キャリアは電子であるとともに第２多数キャリアは正孔であってもよい。第１自由電荷は電子であるとともに第２自由電荷は正孔であってもよい。
【０００８】
第１反対面に配置されており、第１反対面と第１ヘテロ接合している第１接合層をさらに備えていてもよい。第１接合層は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体に他のＩＩＩ族元素が添加された３元系半導体であってもよい。第１反対面と第１接合層との界面には、第１ヘテロ接合により誘起された２次元電子ガスが存在していてもよい。
【０００９】
第１層は窒化ガリウムであってもよい。第１接合層は窒化アルミニウムガリウムまたは窒化インジウムガリウムであってもよい。
【００１０】
第１接合層を形成している窒化アルミニウムガリウムまたは窒化インジウムガリウムに、第１層よりも高濃度のドナー不純物が添加されていてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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