カルコパイライト型半導体単結晶を基板に用いた同族半導体のエピタキシャル成長

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750015
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 三宅 秀人 三重大学, 工学部, 助教授 (70209881)
• Keywords: カルコパイライト型半導体 / I-III-VI_2族半導体 / エピタキシャル成長 / ヨウ素輸送法 / ハロゲン輸送法 / X線回折空間マッピング / THM法 / CuGaS_2

Research Abstract

1.CuGaS_2及びCuGa_XIn_<1-x>S_2(1-x〜0.02)基板上への開管式ヨウ素輸送法によるCuAl_XGa_<1-x>S_2混晶のエピ成長:
本年度は、CuAl_XGa_<1-x>S_2のエピ成長を行うための第一段階として、CuGaS_2のエピ成長をCuGaS_2及びCuGa_XIn_<1-x>S_2(1-x〜0.02)基板上に行った。まず、エピ成長条件の最適化を図るために、原料CuGaS_2とヨウ素との相平衡について調べ、熱力学的計算と比較した。 原料温度800℃、基板温度700℃、N_2流量20cm^3/min(流速0.25cm/sec)でヨウ素濃度を変化させてエピ成長を行った。その結果、ヨウ素濃度が低い(<0.4mg/cm^3>の場合、成長は部分的で、面内で一次元的な表面モフォロジーが典型的であったが、濃度が高い(10mg/cm^3)場合、基板全体で二次元的に成長していた。表面モフォロジーの面方位依存性を調べた結果、(112)B面が最も平滑であった。
2.CuAl_XGa_<1-x>Se_2混晶のエピ成長:原料にはCuAl_yGa_<1-y>Se_2多結晶(y=0.25、0.5、0.75)を、基板にはCuGaSe_2単結晶ウェーハ(112)Bを用いた。エピ成長は、(a)原料とヨウ素との平衡反応、(b)基板クリーニング、(c)成長の3過程で行い、ヨウ素量1mg/cm^3、成長時の原料温度660℃〜700℃、基板温度610℃で、8〜24時間成長した。EDXにより組成分析した結果、エピ層の混晶比xは原料の混晶比yとほぼ等しいことを確認した。X線回折空間マッピング(逆格子空間マッピング)により、基板とエピ層間の格子不整合度(Δd/d=[d(sub)-d(epi)]/d)とエピ層からの回折X線の半値幅(FWHM)を調べた結果、xの増加とともにΔd/dも増大するが、これに対応してFWHMも増大し、結晶性が悪くなっていた。
3.基板用CuGa_XIn_<1-x>S_2(1-x〜0.02)単結晶の作製:基板用としてCuGa_XIn_<1-x>S_2(1-x〜0.02)単結晶をIn溶媒のTHM法によって作製し、硫酸系エッチャントを用いた表面処理の検討を行った。