環境に優しい半導体β―FeSi_2を用いた太陽電池の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450137
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 長谷川 文夫 筑波大学, 物理工学系, 教授 (70143170)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秩父 重英 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (80266907) ; 末益 崇 筑波大学, 物理工学系, 講師 (40282339)
• Keywords: 太陽電池 / β-FeSi_2 / 多層膜法 / 同時蒸着法 / 移動度 / 伝導型制御

Research Abstract

2年度目は、資源が豊富で環境に優しい直接遷移型半導体β-FeSi_2の高品質連続膜のMBE成長とp-n接合を作るための伝導形制御、他研究機関で連続膜が成長しているSi(111)基板上へのMBE成長の検討をした。
MBE成長ではどうしても、p型のβ-FeSi_2膜しか得られなかったが、これは使用したFeのロットが多層膜成長の時と異なったためで、多層膜成長と同じロットのE-gun用Feソースを用いたところ、組成を変えることによってp,n反転が見られた。しかし、p,n反転するSi/Fe比が2.6と多層膜の場合の1.85よりもはるかに大きかった。この原因は、この比は蒸着したはずのSiとFeの比であるが、MBE成長(同時蒸着)の時の方が測定あるいは制御が難しいためであろう。今後、成長した膜の実際のSi/Fe比を測定することが必要である。
MBE成長したβ-FeSi_2膜のXRD強度は多層膜成長のものより強く、かつキャリア濃度も低かったが、キャリアの移動度は多層膜成長のものよりずっと悪かった。この原因は必ずしも明確になっていないが、表面の平坦性がやはりMBE成長したものの方が悪いのが原因と考えられる。
Si(111)基板上への成長に関しては、Templateとしてのβ-FeSi_2のRDE成長の最適温度が、Si(001)基板上の470℃に対して、650℃と高いことが判った。このTemplate上に(220)配向のβ-FeSi_2のMBE成長が出来ることが判った。

Research Products

• [Publications] K.Takakura: "Investigation of direct and indirect bandgaps of [100]-oriented nearly strain-free β-FeSi_2 films grown by molecular beam epitaxy"Applied Physics Letters. Vol.80,No.4. 556-558 (2002)
• [Publications] 知京豊裕: "Si結晶中に埋込まれたFeSi_2のTEM観察"まてりあ. 40巻、12号. 1013-1013 (2001)
• [Publications] N.Hiroi: "Direct Growth of [100]-Oriented β-FeSi_2 Films on Si(001) Substarates by Molecular Beam Epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.40,No.10A. L1008-L1011 (2001)
• [Publications] T.Suemasu: "Influence of Si growth temperature for embedding β-FeSi_2 and resultant strain in β-FeSi_2 on light emission from p-Si/β-FeSi_2 particles/n-Si light-emitting diodes"Applied Physics Letters. Vol.79,No.12. 1804-1806 (2001)
• [Publications] K.Takarabe: "Optical absorption spectra of β-FeSi_2 under pressure"physics status solidi(b). Vol.223. 259-263 (2001)
• [Publications] 長谷川文夫: "鉄シリサイドβ-FeSi_2を活性領域とするSi系LEDの室温発光"真空ジャーナル. 75号. 5-9 (2001)