2016 Fiscal Year Research-status Report
GaAs/Siモノリシック型太陽電池を目指した新規Ⅲ－Ⅵ族バッファ層の研究
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15K05998
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
小島 信晃 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70281491)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 化合物半導体 / 層状化合物 / エピタキシャル成長 / 結晶成長 / 分子線エピタキシー / ラマン散乱分光 / 電子顕微鏡 / 電子線回折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Si 基板上に高品質なGaAsを成膜するためのバッファ層の研究開発として、(InxGa1-x)2Se3系の成膜条件を確立し、格子定数とバンドギャップの相関関係、結晶構造のIn組成依存性を明らかにすることを目的にしている。前年度に、層状構造の欠損性閃亜鉛鉱構造を有するIn2Se3をGaAs(111)基板上に単相で成膜するための成膜条件をほぼ確立した。そこで、In2Se3にGaを添加したときの結晶構造を調べるため、In2Se3の成膜条件を基にGa添加を行い、(InxGa1-x)2Se3の成膜を試みた。Ga添加量の増大とともに格子定数は縮小することが予想されるが、(In0.85Ga0.15)2Se3～(In0.80Ga0.20)2Se3の組成の試料では、In2Se3と比較してc軸方向の格子定数は逆に増大しており、Ga添加で六方晶（a軸＞c軸）から立方晶（a軸＝c軸）に変化する過程に相当する可能性が示唆された。今後、詳細な結晶構造解析が必要である。また、Si(111) 基板上へのIn2Se3成膜を試み、GaAs(111)基板上と同様、Si(111) 基板上にも層状構造In2Se3を単相でエピタキシャル成膜できることを確認した。
さらに、GaAs(111)基板上に成膜した層状構造In2Se3上にGaAsの成膜を試み、GaAs層のエピタキシャル成長を確認した。しかし、高温でのGaAs層の成膜中に、In2Se3/GaAs界面での固相拡散によるIn2Se3の構造変化が観測された。層状構造In2Se3上に成膜したGaAs層の結晶性をラマン散乱測定により評価した結果、結晶性は十分とは言えず、In2Se3/GaAs界面での固相拡散に起因した問題である可能性が示唆された。今後、In2Se3/GaAs界面の構造を詳細に解析する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
成膜装置の故障により、成膜回数を多く実施することができなかった。
一方、(InxGa1-x)2Se3の成膜条件はほぼ確立でき、Si(111) 基板上への層状構造In2Se3膜のエピタキシャル成長にも成功したことから、この成果を基に、次年度に遅れを取り戻すことは可能であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の成果により、Ga添加で六方晶（a軸＞c軸）から立方晶（a軸＝c軸）に変化する可能性が示された。本年度は、(InxGa1-x)2Se3の結晶構造のIn組成依存性を詳細に検討する。また、(InxGa1-x)2Se3の系は様々な多形構造が存在し、その構造は成膜前の基板表面の状態に依存する。上記のGa添加による結晶構造変化は、基板に用いたGaAsの影響を強く受けている可能性が示唆された。そこで、Si(111)基板上に極薄In2Se3を成膜し、その上にGaを添加した(InxGa1-x)2Se3の成膜を試み、GaAs基板上に直接成膜した(InxGa1-x)2Se3の構造と比較する。また、光反射・透過スペクトル測定、PL測定によりバンドギャップを評価し、格子定数とバンドギャップの関係を求める。
上記の(InxGa1-x)2Se3膜の構造解析と光学特性評価から、本研究の目的である(InxGa1-x)2Se3系の格子定数とバンドギャップの相関関係、結晶構造のIn組成依存性を明らかにする。
当初の計画では、Ga2Se3からIn組成を徐々に増加させた組成傾斜(InxGa1-x)2Se3層をGaAs/Si間にバッファ層として挿入することを計画していたが、高温でのGaAs層の成膜中に、In2Se3/GaAs界面での固相拡散によるIn2Se3の構造変化が観測されたことから、組成傾斜(InxGa1-x)2Se3層の形成は困難であることが示された。一方、Si(111)基板上にIn2Se3をエピタキシャル成膜できることが分かったことから、Si(111)基板上に成膜したIn2Se3上にGaAs層を成膜し、GaAs層の転位密度低減に有効であるかを評価する。
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| Causes of Carryover |
成膜装置の故障により、計画した成膜回数を実施することができなかったため、成膜に使用する消耗品費が予定より少なくなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度分からの次年度使用額は、平成28年度に予定していた成膜実験の一部を次年度に行うための消耗品として使用する。
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