シリサイド半導体の禁制帯幅拡大と伝導型制御による高効率太陽電池

• 研究課題/領域番号: 18360005
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 末益 崇 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (40282339)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 13,980千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 1,980千円); 2008年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2007年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2006年度: 5,400千円 (直接経費: 5,400千円)
• キーワード: 太陽電池 / シリサイド半導体 / 光吸収係数 / 不純物ドーピング / 禁制帯幅 / ホール測定 / 分光感度 / Al誘起層交換 / 分子線エピタキシー / Hall測定 / 電子密度 / 正孔密度 / 不純物

研究概要

本研究では、透明な石英基板上にBaSi_2を分子線エピタキシー法(MBE法)にて形成し、Baサイトの約半数をSrで置換することで光学吸収端を1.4eVまで拡大できることを実証した。さらに、デバイス応用に不可欠な伝導型制御にも取り組んだ。MBE法により、高抵抗Si(111)基板上に不純物をドーピングしたBaSi_2膜を形成し、Hall測定からキャリア密度、移動度を評価した。その結果、III族不純物であるInをドープしたBaSi_2はp型になり、Inのセル温度により正孔密度を10^(16)cm^(-3)から10^(17)cm^(-3)まで制御できた。SbドープBaSi_2はn型となり、さらに、電子密度は成長時の基板温度により、1016cm-3から1020cm-3まで連続的に制御できることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication of(111)-oriented Si layers on SiO_2 substrates by an aluminum-induced crystallization method and subsequent growth of semiconducting BaSi_2 layers for photovoltaic application (2009)
  • 著者名/発表者名: D. Tsukada, Y. Matsumoto, R. Sasaki, M. Takeishi, T. Saito, N. Usami and T. Suemasu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth in press doi : 10.1016/j.jcrysgro. ページ: 39-39
• [雑誌論文] Photoresponse Properties of Semiconducting BaSi_2 Grown on SiO_2 Substrates Using(111)-Oriented Si Layers by an Aluminum-induced Crystallization Method (2009)
  • 著者名/発表者名: D. Tsukada, Y. Matsumoto, R. Sasaki, M. Takeishi, T. Saito, N. Usami and T. Suemasu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2
• [雑誌論文] Photoresponse Properties of Semiconducting BaSi_2 Films Epitaxially Grown on Si(111) by Molecular Beam Epitaxy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, D. Tsukada, R. Sasaki, M. Takeishi and T. Suemasu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2
• [雑誌論文] Photoresponse Properties of Semiconducting BaSi2 Films Epitaxially Grown on Si(111) by Molecular Beam Epitaxy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, D. Taukada, R. Sasaki, M. Takeishi and T. Suemasu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular beam epitaxy of semiconductor(BaSi_2)/metal(CoSi_2)hybrid structures on Si(111)substrates for photovoltaic application (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichikawa, M. Kobayashi, M. Sasase and T. Suemasu
  • 雑誌名: Applied Surface Science 254 ページ: 7963-7967
• [雑誌論文] Control of Electron and Hole Concentrations of Semiconducting Silicide BaSi_2 with Impurities Grown by Molecular Beam Epitaxy (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Matsumoto, Y. Ichikawa, D. Tsukada, and T. Suemasu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 1
  • NAID: 10025080259
• [雑誌論文] Semiconductor(BaSi_2)/metal(CoSi_2)Schottky- barrier structures epitaxially grown on Si(111)by molecular beam epitaxy (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Suemasu, M. Sasase, Y. Ichikawa, M. Kobayashi and D. Tsukada
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 310 ページ: 1250-1255
• [雑誌論文] Control of Electron and Hole Concentrations of Semiconducting Silicide BaSi2 with Impurities Grown by Molecular Beam Epitaxy (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Matsumoto, Y. Ichikawa, D. Tsukada, and T. Suemasu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 1
  • NAID: 210000014004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular beam epitaxy of semiconductor(BaSi2)/metal(CoSi2) hybrid structures on Si(111) substrates for photovoltaic application (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichikawa, M. Kobayashi, M. Sasase and T. Suemasu
  • 雑誌名: Applied Surface Science 254 ページ: 7963-7967
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiconductor(BaSi_2)/metal(CoSi_2)Schottky-barrier structures epitaxially grown on Si(111)by molecular beam epitaxy (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Suemasu, M. Sasase, Y. Ichikawa, M. Kobayashi and D. Tsukada
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 310 ページ: 1250-1255
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多元系シリサイドの新展開-半導体BaSi_2を例に- (2007)
  • 著者名/発表者名: 末益崇、今井庸二
  • 雑誌名: 応用物理 第76巻第3号(最近の展望) ページ: 264-268
  • NAID: 10018560198
• [雑誌論文] Effect of Sr addition on the crystallinity and optical absorption edges in ternary semiconducting silicide Ba_<1-x>Sr_xSi_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Morita, M. Kobayashi and T. Suemasu
  • 雑誌名: Thin Solid Films 515 ページ: 8216-8218
• [雑誌論文] Growth and characterization of group-III impurity-doped semiconducting BaSi_-2 films grown by molecular beam epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, K. Morita and T. Suemasu
  • 雑誌名: Thin Solid Films 515 ページ: 8242-8245
• [雑誌論文] Epitaxial growth of Fe_3Si/CaF_2/Fe_3Si magnetic tunnel junction structures on CaF_2/Si(111)by molecular beam epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, K. Morita and T. Suemasu
  • 雑誌名: Thin Solid Films 515 ページ: 8242-8245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular beam epitaxy of band-gap-tunable ternary semiconducting silicide Ba_<1-x>Sr_xSi_2 for photovoltaic application (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Suemasu, K. Morita and M. Kobayashi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 301-302 ページ: 597-601
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多元系シリサイドの新展開-半導体BaSi_2を例に- (2007)
  • 著者名/発表者名: 末益 崇, 今井庸二
  • 雑誌名: 応用物理 76 ページ: 264-268
  • NAID: 10018560198
• [雑誌論文] Optical Absorption Edge of Ternary Semiconducting Silicide Ba_<1-x>Sr_xSi_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Morita, M. Kobayashi and T. Suemasu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45
  • NAID: 10018157819
• [雑誌論文] Band Diagrams of BaSi_2/Si Structure by Kelvin Probe and Current-Voltage Characteristics (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Suemasu, K. Morita, M. Kobayashi, M. Saida and M. Sasaki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45
  • NAID: 10017995975
• [雑誌論文] Optical and electrical properties of semiconducting BaSi_2 thin films on Si substrates grown by molecular beam epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Morita, Y. Inomata and T. Suemasu
  • 雑誌名: Thin Solid Films 508 ページ: 363-366
• [雑誌論文] Optical and electrical properties of semiconducting BaSi_2 thin films on Si substrates grown by molecular beam epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Morita, Y.Inomata, T.Suemasu
  • 雑誌名: Thin Solid Films 508 ページ: 78-81
• [雑誌論文] Band Diagrams of BaSi_2/Si Structure by Kelvin Probe and Current-Voltage Characteristics (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Suemasu, 1K.Morita, M.Kobayashi, M.Saida, M.Sasaki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45
  • NAID: 10017995975
• [雑誌論文] Optical Absorption Edge of Ternary Semiconducting Silicide Ba_<1-x>Sr_xSi_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Morita, M.Kobayashi, T.Suemasu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45
  • NAID: 10018157819
• [学会発表] MBE法によるSi(111)基板上エピタキシャルBaSi_2膜の分光感度特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 松本雄太, 塚田大, 武石充智, 佐々木亮, 末益崇
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学(2a-ZA-5)
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] MBE法で形成したBaSi_2/S(111)ヘテロ接合の電気特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐々木亮, 塚田大, 松本雄太, 武石充智, 斉藤隆允, 末益崇
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学(2a-ZA-4)
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] MBE法によるSi(111)へのAlドープp型BaSi_2膜の成長と電気特性の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 武石充智, 塚田大, 松本雄太, 佐々木亮, 斎藤隆允, 末益崇
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学(2a-ZA-3)
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] MBE法で形成したBaSi_2エピタキシャル膜のウエットエッチングとXPSによる評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 齋藤隆允, 塚田大, 松本雄太, 武石充智, 佐々木亮, 末益崇
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学(2a-ZA-2)
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] 太陽電池を目指したALILE過程によるSiO_2基板への(111)高配向Si膜の形成と評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 塚田大, 松本雄太, 武石充智, 佐々木亮 齋藤隆允, 末益崇
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学(2a-ZA-1)
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] シリサイド半導体のエピタキシャル成長とハンドエンジニアリング (2008)
  • 著者名/発表者名: 末益崇, 塚田大, 松本雄太, 佐々木亮, 武石充智
  • 学会等名: 日本学術振興会結晶成長の科学と技術第161委員会第59回研究会
  • 発表場所: 東大生産研
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] シリサイド半導体のエピタキシャル球長とハンドエンジニアリング (2008)
  • 著者名/発表者名: 末益 崇
  • 学会等名: 結晶成長の科学と技術第161委員会第59回研究会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] シリサイド半導体のバンドギャップエンジニアリング-アルカリ土類金属シリサイドを例に (2008)
  • 著者名/発表者名: 末益崇, 塚田大, 松本雄太
  • 学会等名: 第69回応用物理学学術講演会結晶工学分科会・シリサイド系半導体と関連物質研究会共同企画「シリサイド系材料が開く新しい応用技術-結晶工学から斬るシリサイド系材料の可能性-」シンポジウム
  • 発表場所: 中部大学(4p-ZB-3)
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] 薄膜太陽電池を目指したAIC基板上へのBaSi_2膜の作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 塚田大, 松本雄太, 末益崇
  • 学会等名: 第69回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 中部大学(4a-ZA-4)
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] ショットキー型太陽電池n^+-BaSi_2/BaSi_2/CoSi_2/p^p+-Si構造のMBE成長 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本雄太, 塚田大, 末益崇
  • 学会等名: 第69回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 中部大学(4a-ZA-3)
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] ショットキー型太陽電池n+-BaSi2/BaSi2/CoSi2/p+-Si構造のMBE成長 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本雄太
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] 薄膜太陽電池を目指したAIC基板上へのBaSi2膜の作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 塚田大
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] シリサイド半導体のバンドギャップエンジニアリング-アルカリ土類金属シリサイドを例に (2008)
  • 著者名/発表者名: 末益崇
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] Epitaxial growth of semiconducting BaSrSi_2 on Si(111)and hybrid structures with CoSi2 for photovoltaic application (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichikawa, M. Kobayashi, D. Tsukada, Y. Matsumoto, M. Sasase and T. Suemasu
  • 学会等名: 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Techonology(CGCT-4)
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2008-05-24
• [学会発表] Epitaxial growth ofsemiconducting BaSrSi2 on Si(111) and hybrid structures with CoSi2 for hotovoltaic application (2008)
  • 著者名/発表者名: 末益崇
  • 学会等名: 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Techonology
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2008-05-24
• [学会発表] BaSi_2をベースとする薄膜太陽電池を目指したAIC基板の作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 塚田大, 市川芳岳, 小林道崇, 松本雄太, 末益崇
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学(29a-C-6)
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] MBE法によるSi(111)へのSbドープn型BaSi_2膜の成長と電気特性の評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本雄太、末益崇、小林道崇
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学(29a-C-5)
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] ショットキー型太陽電池に向けたBaSi_2/CoSi_2/Si構造のMBE成長 (2008)
  • 著者名/発表者名: 市川芳岳, 小林道崇, 塚田大, 末益崇, 笹瀬雅人
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] BaSi_2をベースとする薄膜太陽電池を目指したAIC基板の作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 塚田大
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船橋ャンパス
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] MBE 法によるSi(111)へのSb ドープn 型BaSi_2 膜の成長と電気特性の評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本雄太
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] ショットキー型太陽電池に向けたBaSi_2/CoSi_2/Si構造のMBE成長 (2008)
  • 著者名/発表者名: 市川芳岳
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船キャンパス
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] Molecular beam epitaxy of semiconductor(BaSi_2)/metal(CoSi_2)hybrid structures on Si(111)substrates for photovoltaic application (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichikawa, M. Kobayashi and T. Suemasu
  • 学会等名: 9th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: Tokyo(13Ap2-2)
  • 年月日: 2007-11-13
• [学会発表] Molecular beam epitaxy of semiconductor(BaSi_2)/metal(CoSi_2)hybrid structures on Si(111)substrates for photovoltaic application (2007)
  • 著者名/発表者名: 市川芳岳
  • 学会等名: 9th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス
  • 年月日: 2007-11-13
• [学会発表] Si-Based Environmentally Friendly Semiconductors for Future Electronic and Photonic Devices (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Suemasu, S. Murase, T. Ootsuka, M. Suzuno, K. Morita
  • 学会等名: 3rd International Conference on EcoElectronics
  • 発表場所: Nanjing
  • 年月日: 2007-10-25
• [学会発表] MBE法によるショットキー型太陽電池に向けたBaSi_2/CoSi_2/Si構造のエピタキシャル成長 (2007)
  • 著者名/発表者名: 市川芳岳、小林道崇、末益崇、笹瀬雅人
  • 学会等名: 第68回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学(4p-Q-11)
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] MBE法による不純物ドープBaSi_2膜のエピタキシャル成長と電気特性の評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林道崇、市川芳岳、末益崇、笹瀬雅人
  • 学会等名: 第68回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学(4p-Q-10)
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] MBE法によるショットキー型太陽電池に向けたBaSi_2/CoSi_2/Si構造のエピタキシャル成長 (2007)
  • 著者名/発表者名: 市川芳岳
  • 学会等名: 第68回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] MBE法による不純物ドープBaSi_2膜のエピタキシャル成長と電気特性の評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林道崇
  • 学会等名: 第68回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] MBE法によるショットキー型太陽電池に向けたBaSi_2/CoSi_2/Si構造の作製と評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 市川芳岳, 森田康介, 末益崇
  • 学会等名: 第54回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学(29a-P6-25)
  • 年月日: 2007-03-29
• [学会発表] MBE法によるSi(111)へのInドープp型BaSi_2膜の成長と電気特性の評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林道崇, 森田康介, 末益崇
  • 学会等名: 第54回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学(29a-P6-24)
  • 年月日: 2007-03-29
• [学会発表] MBE法により作製したBaSi_2膜のDLTS法による欠陥評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 森田康介, 末益崇
  • 学会等名: 第54回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学(29a-P6-26)
  • 年月日: 2007-03-25
• [学会発表] MBE法によるSi(111)基板上へのCuドープBaSi_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: 市川芳岳, 森田康介, 末益崇
  • 学会等名: 第67回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学(1a-RD-2)
  • 年月日: 2006-09-01
• [学会発表] MBE法によるIII族不純物ドープBaSi_2膜の成長と評価 (2006)
  • 著者名/発表者名: 小林道崇, 森田康介, 末益崇
  • 学会等名: 第67回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 立命館大学(1a-RD-1)
  • 年月日: 2006-09-01
• [学会発表] 機能界面への挑戦 : ヘテロエピタキシャル成長 (2006)
  • 著者名/発表者名: 末益崇
  • 学会等名: 第67回応用物理学学術講演会シリサイド系半導体と関連物質研究会合同企画シンポジウム「シリサイド半導体研究10年の進捗
  • 発表場所: 立命館大学(30p-RD-3)
  • 年月日: 2006-08-30
• [備考]
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ecology/
• [備考]
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ecology/
• [産業財産権] 太陽電池およびその製造方法並びにBaSi_2層の成膜方法 (2009)
  • 発明者名: 末益崇、宇佐美徳隆
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学
  • 産業財産権番号: 2009-115337
  • 出願年月日: 2009-05-12
• [産業財産権] 半導体材料、それを用いた太陽電池、およびそれらの製造方法 (2008)
  • 発明者名: 末益崇
  • 権利者名: 科学技術振興機構
  • 出願年月日: 2008-08-27
  • 外国
• [産業財産権] 半導体材料、それを用いた太陽電池、およびそれらの製造方法 (2008)
  • 発明者名: 末益崇
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学
  • 出願年月日: 2008-08-27
• [産業財産権] シリコンをベースとする高効率薄膜太陽電池およびその製造方法 (2008)
  • 発明者名: 末益崇
  • 権利者名: 科学技術振興機構
  • 出願年月日: 2008-07-25
  • 外国
• [産業財産権] シリコンをベースとする高効率薄膜太陽電池およびその製造方法 (2007)
  • 発明者名: 末益崇
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学
  • 出願年月日: 2007-08-10
• [産業財産権] n型半導体BaSi_2の製造方法 (2006)
  • 発明者名: 末益崇
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学
  • 出願年月日: 2006-08-10
• [産業財産権] シリコンをベースとする高効率薄膜太陽電池およびその製造方法 (2006)
  • 発明者名: 末益 崇
  • 権利者名: 筑波大学
  • 出願年月日: 2006-08-10