2018 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物半導体の新展開；ナローギャップウルツ鉱型酸化物の物質科学とデバイス化技術
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17H01315
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小俣 孝久 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80267640)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
喜多 正雄 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (00413758)
佃 諭志 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00451633)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / セラミックス / 先端機能デバイス / 光物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き高品質β-CuGaO2薄膜の作製プロセス開発を行った。β-NaGaO2の水溶液を出発としてミストCVD法を用い結晶方位の異なるサファイア基板上にβ-NaGaO2薄膜を堆積した。C面サファイア基板上では（110）配向膜が、A面サファイア上では（121）配向したβ-NaGaO2薄膜が得られ、基板の種類や方位によって配向性を制御できることが確かめられた。β-NaGaO2の（121）配向膜をイオン交換によってβ-CuGaO2化すると、面内での収縮率は4.7%であり（110）配向膜のそれ（5.3%）より小さい。これはβ-CuGaO2薄膜中へのクラックの生成抑制に適した方位の一つといえる。C面サファイア上へのβ-NaGaO2薄膜の堆積において、基板温度の効果を研究した。基板温度400℃では（110）回折線の半値幅が0.24°であったのに対し、基板温度600℃では0.13°と小さくなりβ-NaGaO2薄膜の結晶性が向上することが明らかとなった。しかしながら、基板温度800℃では、サファイア基板との反応によりNaAlO2が生成した。高品質な前駆体β-NaGaO2薄膜の堆積条件が概ね絞られてきた。
太陽電池素子など多層薄膜の接合において必須の情報となるβ-CuGaO2と他の半導体とのバンドアラインメントをXPSから研究した。β-CuGaO2焼結体上にAlドープしたZnO薄膜を堆積しXPSから界面のアラインメントを解析した。その結果、β-CuGaO2の価電子帯頂上はAlドープしたZnOの価電子帯の2.6eV高い位置にあり、それぞれの版ギャップの大きさを考慮すると、これらはtype-IIの接合を作ることが明らかとなった。このような界面では電子はZnO側に正孔はβ-CuGaO2に流れるので、電荷分離の必要な太陽電池素子に適していることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
β-CuGaO2のp/n伝導性制御を計画していたが、わずかに前年度の遅れを引きずりβ-CuGaO2薄膜の作製にとどまったが、これ以外の研究項目については順調に進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
β-CuGaO2薄膜の作製技術を早期に完成させ、p/n伝導性制御を行う。太陽電池をはじめ各種の素子に重要な接合界面の電子状態（バンドアラインメント）の解明を進める。
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