2016 Fiscal Year Annual Research Report
耐放射線性を有す高効率太陽電池および低損失電力変換素子用材料の開発
| Project/Area Number |
16J04128
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
草場 彰 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
|
| Keywords | III族窒化物半導体 / 結晶成長 / 有機金属気相成長 / 表面再構成 / 第一原理計算 / 溶液成長 / 固液界面 / その場観察 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
窒化インジウムガリウム（InGaN）はその混晶組成制御により全可視光域に渡りバンドギャップを制御できることから多接合の高効率太陽電池用材料として期待されている．さらに，III族窒化物半導体は耐放射線性に優れており，宇宙利用にも適している．上記のエネルギー変換デバイスを実現するには，III族窒化物半導体結晶の高品質化が必須である．本年度は，有機金属気相成長による窒化インジウム（InN）および窒化ガリウム（GaN）薄膜の高品質化に資する理論解析を行った．これまで，化学気相成長の条件最適化には，気相原料とバルク結晶間の平衡を仮定した熱力学モデルが利用されてきた．本研究では，成長表面の影響を考慮できる熱力学モデルの開発に成功した．この開発により従来モデルでは困難であった成長面方位依存・再構成表面依存の解析が可能となり，より緻密な成長条件最適化ができるようになった．この熱力学解析を行うには，まず環境に依存する再構成表面を特定する必要があるため，考えられる再構成表面の第一原理計算を網羅的に行い，統計力学手法を用いて表面状態図を作成した．次に熱力学解析を行い次の結果が得られた．（１）InN(0001)において，低温成長で現れるIn-rich表面では成長可能であり，高温成長で現れるIdeal表面では成長が困難である．In分圧を上げると，より高温までIn-rich表面が出現することから，高温成長による品質改善につながると考えられる．（２）GaN(0001)成長と(000-1)成長を比較すると，(000-1)面の方がより高温まで成長可能である．今回開発した解析モデルは，半極性・無極性面といった他の成長面方位に対して，また，窒化アルミニウム（AlN）等の他材料に対しても適用できる．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
成長表面の影響を考慮できる熱力学モデルの開発に成功した．また，このモデルを用いて，InNおよびGaN有機金属気相成長プロセスに関するいくつかの知見・指針を得た．2016年度に得られた成果を取り纏め，1件の学術論文の出版「Advances in modeling semiconductor epitaxy: Contributions of growth orientation and surface reconstruction to InN metalorganic vapor phase epitaxy, A. Kusaba et al., Applied Physics Express, 9 (2016) 125601-1-4」および2件の国際会議発表（口頭），2件の国内会議発表（ポスター）を行った．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度に開発した解析モデルを用いて，AlN有機金属気相成長についての理論解析を行う．また，より詳細な表面過程に関する知見を得るため，非平衡量子熱力学手法による解析を推し進める．
|
