| 研究概要 |
格子欠陥や異相の抑制した高品質なCuInSe_2結晶作製のために、熱分析(DTA)、粉末X線回折法により、バルク結晶生成過程の解析を行った。その成果をふまえて、より良質なバルク単結晶成長を行った。
Cu+In+Se_2からの生成過程において、420℃までにIn-Se,Cu-Se系の中間生成物が形成される。その後、固相反応で一部のCuInSe_2が徐々に生成されながら、CuInSe_2の融点直前で大多数が生成する。この間の反応過程は不安定であり、生成結晶内に多くの格子欠陥や異相が残留する可能性がある。CuIn+Se_2からの生成過程において、575℃でCuIn合金が急激にセレン化され、大多数のCuInSe_2が生成される。ところが、すでに520℃でIn-richなCu-In融液がセレン化され、わずかにCuSeとInSeも生成されてしまう。
そこで、格子欠陥、異相としての中間生成物を抑制するために、CuIn合金を600℃以上にしてから、Se蒸気圧をかけてセレン化した。組成のずれによる電気的、光学的特性を解析するために、CuIn融液をセレン化し、Se蒸気圧による組成制御を行った。また、振動による転位の抑制のために、温度分布移動型水平ブリッジマン法により単結晶成長させた。結晶成長端では複数の単結晶の集合体であるが、成長が進むにつれて大型単結晶化し、従来の方法より良質で物性抑制された結晶が作製できた。ホール係数の温度依存において、n-type結晶では、浅いドナ準位を持つアンチサイト欠陥In_<Cu>の影響が支配的である。それに対して、p-type結晶では、深いアクセプタ準位を持つカチオン空孔(V_<Cu>かV_<In>)、浅いアクセプタ準位を持つアンチサイト欠陥Cu_<In>、ドナ準位を持つIn_<Cu>の濃度比により、ホール係数の温度変化が決まる。ここで、In_<Cu>濃度がホール・オーバーシュート温度を決定し、p→nへの伝導型変換はCu_<In>濃度に関係するとことがわかった。
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