2014 Fiscal Year Annual Research Report
シリコンへの過飽和ドープによる巨大な赤外光吸収帯の出現と中間バンドの形成
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24560020
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
梅津 郁朗 甲南大学, 理工学部, 教授 (30203582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲田 貢 関西大学, 工学部, 准教授 (00330407)
吉田 岳人 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (20370033)
香野 淳 福岡大学, 理学部, 教授 (30284160)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 過飽和ドーピング / 中間バンド / 太陽電池 / レーザーアニーリング / レーザープロセッシング / 金属非金属転移 / 赤外光吸収 / シリコン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、シリコン(Si)に深い準位を持つ不純物をパルス励起プロセスを用いて過飽和ドープすること、過飽和ドーププロセスがもたらす構造の変化と光学・電子的特性の相関を明らかにすること、過飽和ドープされたSiの中間バンド型太陽電池材料としての可能性を検討すること、等を目的とした。
深い不純物として硫黄(S)、チタン(Ti)、マンガン(Mn)をSiにイオン打ち込みし、パルスレーザー照射によって結晶化を行った。TiやMnでは深さ方向と垂直な方向への不純物の偏析（セルラーブレークダウン）が問題になるが、その領域を表面近傍のみに縮小させる作製条件を提示した。
光学・電子的特性はセルラーブレークダウンのない、Sを過飽和ドープした試料を中心に測定をおこなった。これまでに他研究機関を中心として0.6eV付近に強い光吸収を持つことと、金属的な電気伝導の振る舞いから、中間バンドの形成が示唆されていた。しかし試料を750℃で熱アニールを施すと金属的な振る舞いは、より強調されるが赤外吸収はほぼ消失し、中間バンドの形成では両者を満足する説明がつかないと言う新たな結果が得られた。電気伝導度の温度依存性から高温領域では数十meVの活性化エネルギーをもち、金属的な振る舞いはこの準位が関与した縮退半導体の形成が原因である可能性を示す。また、0.6eV付近の光吸収に対応する光電気伝導が微弱であることから、この光吸収は、高濃度ドープによって伝導帯内での遷移が生じたためである可能性があることを指摘した。
このように本研究では非平衡なパルスレーザープロセスを用いた偏析の抑制方法を提示したことと、深い不純物が過飽和ドープされたSiの物性に関して新解釈を与えたことが大きな成果としてあげられる。これまで解釈が混乱していた当該新材料に対して今後の研究の方向性を明確にしたという点で意義は大きいと考えられる。
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