2023 Fiscal Year Annual Research Report
バンド間遷移向上に向けた高不整合混晶の中間バンドエンジニアリング
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20K05682
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
宮下 直也 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20770788)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 希釈窒化物半導体 / III-V族化合物半導体 / 太陽電池 / マルチバンド材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はマルチバンド材料である希釈窒化半導体GaInNAsに着目し、中間バンドを介した2段階励起レート向上と再緩和抑制に向けた検討を行った。高効率太陽電池動作に向け、光吸収層設計においてエンジニアリングが可能な「結晶歪み制御」と「構造制御」に着目し、GaInNAs系多重量子井戸構造の検討を実施した。
GaInNAs系混晶では一般にN添加に起因する結晶欠陥の抑制が、光学特性の改善に向けた重要な課題となっている。試料作製には分子線エピタキシー法を用い、GaInNAs/GaNAs系歪み制御型多重量子井戸（MQW）、およびGaInNAs/AlGaAs系ワイドバリア型MQW構造の精密制御手法を確立した。GaInNAs系バルク薄膜においては発光効率が低く、欠陥の低減に有効なポストアニール処理を行うことで、発光性能の改善を図ることができる。本研究で開発したGaInNAs/GaNAs系MQWでは、ノンアニールでも室温発光が得られる品質のMQW構造の成膜が可能であることを見出した。また、i層にこのMQW構造を適用したノンアニール太陽電池においても良好な電流電圧特性を得た。バルク薄膜結晶と比較して、MQW構造では光励起キャリアの再結合の抑制に有利であることが示唆された。
本年度はGaInNAs/AlGaAsワイドバリア型MQWの検討を行った。PL励起光強度依存性評価において、障壁層としてGaAsよりも高バンドギャップのAlGaAsを用いた試料において、励起強度の増大に対してキャリアの熱的な脱出が抑制される効果が示唆された。また、GaInNAs/AlGaAs MQWにおいて、周期構造の熱的な安定性が高いことを見出した。周期構造の乱れを最小化させながら、アニール処理による結晶性のさらなる向上も可能であること示す結果といえる。
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