2012 Fiscal Year Annual Research Report
窒化物半導体超薄膜“１分子層”量子井戸構造光素子の基盤科学技術開拓
| Project/Area Number |
23246056
|
|---|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
吉川 明彦 千葉大学, 産学連携・知的財産機構, 特任教授 (20016603)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
草部 一秀 千葉大学, 産学連携・知的財産機構, 特任准教授 (40339106)
糸井 貴臣 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50333670)
石谷 善博 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60291481)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | 薄膜・量子構造 / 窒化物半導体 / 太陽電池 |
|---|
| Research Abstract |
本研究の目的は、窒化物半導体超薄膜“1分子層”InNの極めて高い構造完全性と優れた光学特性を活用した光素子創製の基盤科学技術開拓である。平成24年度は下記計画に基づいて研究を進めた。
(1) “1分子層”InN/GaN短周期超格子の成長プロセス開拓・構造精密制御：その場観察を駆使した“1分子層”InN高温・自己形成/停止成長プロセスを発展させ、“1分子層”InN/GaN短周期超格子の構造精密制御プロセス開拓に注力した。MBE法では、非平衡・動的表面堆積プロセスを分光エリプソ/電子線回折から把握し、成長表面のドライ化を精密に制御することで、InN/GaN = 1分子層/4分子層短周期超格子のコヒーレント成長を達成することができた。高分解能透過電子顕微鏡観察からも界面揺らぎが1分子層程度まで制御されていることを確認した。
(2) “1分子層”InN/GaN短周期超格子の光電子物性の精密解析：“1分子層”InN/GaN短周期超格子(GaN = 1 - 20分子層)の光電子物性に関して、フォトルミネッセンス法による評価を行った。現状の超格子では、実効的In組成が設計値より低く、例えば、InN/GaN = 1分子層/4分子層では10 %であることが分かった。また、短周期化に伴い、バンド端以外にも深い準位からの発光が観測され、格子歪によって遷移経路が影響を受ける可能性が示唆された。
(3) “1分子層”InN/GaN短周期超格子内在GaNホモpn接合の電気的・光学的特性評価：“1分子層”InN/GaN短周期超格子を挿入したGaNダイオードの接合特性・光電変換特性を評価した。MOVPE成長したデバイスでは、Xeランプ照射下での開放端電圧2 V以上が実証され、“1分子層”InN/GaN短周期超格子が太陽電池に有用であることが実証された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実施計画の3項目ともに、研究計画に沿ってバランス良く進展し、かつ新たなデータ・有効な知見も得られている。成長・物性評価に加えて、デバイス作製を通した総合的な検討が進んでおり、高い水準での技術蓄積が行われている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、成長手段をMBE・MOVPE双方から検討することで、InN/GaN超格子成長プロセスの普遍的な理解を追求している。超格子成長プロセス開拓が先行するMBE法の知見をベースとして、MOVPEでの成長プロセス開拓をより一層進める必要がある。MOVPE特有の成長表面淀み層、およびアンモニア/表面でのエッチング反応が影響する複雑な状況を把握し、成長表面状態の精密制御を確立させる。
また、実効的In組成10 %かつ膜厚100nm程度の超格子構造の光電子物性と構造特性に注目しながら、太陽電池の接合特性および光電変換特性(I-V, C-V, 発光, 光起電力)への影響・関係を明らかにする。
|
