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通过对异种半导体结（异质结）的能带结构进行最佳设计，实现了高频、高输出电子装置、发光、受光元件等各种各样的功能装置。由于晶体生长上的制约，结晶结构、对称性相同，由晶格常数更接近的半导体材料构成。如果能够在没有这些制约的情况下形成异质结的话，设计上的自由度就会扩大，期待实现超越现状的高性能装置。作为打破晶体生长技术界限的技术，异种材料接合（粘接）受到关注，实现了晶体生长中难以实现的异质接合。
在电荷中性点模型中， 比带隙内的电荷中性点更低能量的界面能级， 俘获电子时为中性， 没有俘获电子时为正电荷（施主式俘获），根据电荷中性点和界面的费米能级的上下关系，界面上会产生正或者负电荷。在p型半导体之间的接合中，通常，界面上的费米能级处于比电荷中性点低的位置，因此界面上存在正电荷。其结果，在接合界面附近形成了耗尽层（负的空间电荷）即对空穴的势垒，产生界面电阻（图3(a)）。另一方面，在n型半导体之间的接合中，界面上存在负电荷。其结果，在接合界面附近形成了耗尽层（正的空间电荷）即对电子的势垒。因此，与p型半导体之间的接合相同，会产生界面电阻（图3(b)）。
室温下的I―V特性的热处理温度依赖性如图4(a)和4(b)所示。I―V特性随着热处理发生了很大的变化。这个结果意味着在接合界面上形成了势垒势垒，其高度随着热处理发生了显著的变化，在电荷中性点模型的基础上，通过使用以下假设进行定量分析，求得p―Si/p―Si接合界面，n―Si/n―Si接合界面的势垒高度，界面能级密度。
图5
分析结果如图5所示，正如事先预测的那样，界面能级密度从1×1013 cm-2eV―1（热处理前）下降到2×1012 cm-2eV―1（1000:C热处理后）。我们用同样的方法评价p―GaAs/p―GaAs接合，nGaAs/n―GaAs接合的电气特性，显示了在GaAs/GaAs接合中，与Si/Si接合一样，界面能级密度通过热处理下降。通过SAB方法将化合物半导体太阳能电池和Si太阳能电池层压，有望实现高效率和低成本的多结太阳能电池。为了实现太阳能电池的高转换效率，降低串联电阻是必不可少的。作为多结太阳能电池制造之前的初步研究，我们研究了在Si和化合物半导体的结中，结层的杂质浓度和结后的热处理对界面电阻降低的影响。
图6
从杂质浓度，极性不同的各种基板，外延层（Si，GaAs，InGaP）制作pn结，测量I―V特性。结界面的电阻和实效杂质浓关系如图6(a)所示（p层的受体浓度，n层的施主浓度）。通过提高结层的杂质浓度，pn结的耗尽层宽度减少，界面电阻降低。通过将杂质浓度在1019 cm-3以上的高浓度层连接，可以实现0.1Ωcm2左右的低界面电阻。并且，在n+―GaAs（施主浓度1×1019 cm-3）/n+―Si（同2×1019 cm-3）结中，评价了界面电阻的热处理温度依赖性。
我们确认了Ga 2p3/2光电子光谱也显示了同样的倾向,通过有无热处理，GaAs/Si接合界面的截面TEM像显示在图中可以看出，接合时在界面上形成的迁移层通过热处理进行了再结晶化,可以认为光电子光谱的变化与迁移层的再结晶化相对应,通过氮气氛中的残留氧，考虑到通过热处理GaAs基板表面的自然氧化膜的膜厚增加，这次的结果在GaAs/Si结界面上形成了高密度的含氧过渡层，这意味着通过热处理使其变薄。可以认为，通过这种热处理的界面结晶性的改善带来了界面电阻的降低。
通过除去阴影损失等寄生因子的效果，推定为大约26%。根据详细平衡的原理，测定结果和理想值之间有9个点的差异。该太阳能电池的外部量子效率光谱在图中，相当于Air Mass 1.5 G/1 sun的入射光，将各子单元中产生的电流值一并表示出来。Si底部单元中产生的电流值低于顶部单元、中间单元中产生的电流值。为了使转换效率接近理想值，有必要重新审视Si底部单元的结构，增加在该子单元中产生的电流。可以认为该层对实现接合起着重要的作用。
我们进一步证实了接合能承受1000几何C的热处理。尽管金刚石和Si之间有很大的热膨胀系数差，但热处理后仍能维持接合，热处理后的界面上形成了厚度为4nm的过渡层。
通过研磨及湿法蚀刻除去金刚石/Si直接接合的Si基板，露出金刚石表面，进行其XPS测量。从未热处理接合制成的金刚石表面没有得到Si 2p轨道的信号，另一方面，从热处理后的金刚石表面得到来源于Si 2p轨道的XPS信号。经过热处理后的金刚石表面的XPS光谱在热处理的接合界面上，这意味着SI―C结合的存在，可以认为热处理后界面上发现的迁移层是SiC混晶层。
我们实现了Al和多晶金刚石基板的接合，并进行了耐热性的验证。接合界面的截面TEM像的热处理温度依赖性。从图可以看出，在Al的熔点（660:C）附近的温度（600:C）下的热处理后，接合也被保持，在热处理前的界面上，与Si/金刚石界面一样，形成了非晶层，通过高温下的热处理，非晶层变薄，实现了Cu和多晶金刚石底板的接合，确认了接合界面的耐热性。这次，通过展开Si以外的半导体和金刚石的直接接合的研究，期待实现以导热性、耐热性优良的金刚石底板为散热器的“直接接合的元件/金刚石/散热器模块”。
在本论文中， 介绍了我们小组正在进行的使用SAB的半导体和异种材料的直接接合研究的一端。通过以SAB为代表的直接接合法，可以制作以往难以制作的半导体异质接合、半导体/金刚石直接接合。指出了通过接合后的热处理可以改善直接接合界面的结晶性、电特性，显示了直接接合法在实现低成本的Si上多接合太阳能电池上是有用的技术。进一步发现，Si/金刚石接合界面尽管两者的热膨胀系数差，但仍具有与元件工艺兼容的耐热性，并对其机理进行了考察。今后，通过直接接合的发展和元件工艺的低温化，期待其他方法难以实现的元件、模块的实现。