| 研究課題/領域番号 |
19K05295
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
牧本 俊樹 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50374070)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | GaAsN / MBE / 励起子 / PL / 光伝導 / 超格子 / AlGaAsN / 電気伝導 / エキシトン / 光伝導特性 / 有効質量 / バンドギャップエネルギー / S-shape特性 / 局在準位 / Nクラスター / 電気伝導特性 / 結晶成長 / 光学特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
励起子とは、半導体中で負の電荷を持つ電子と正の電荷を持つ正孔がクーロン引力で結びついた粒子である。この励起子を使うと光の吸収が促進されるので、太陽電池の効率を増加させることができるが、室温で半導体中に安定な励起子を発生させることは難しい。ここで、GaAsN中では励起子が存在しやすいことが期待でき、2種類の薄膜を交互に積み重ねた超格子内では励起子が存在することが知られている。そこで、GaAsNを用いた超格子構造では、GaAsN自体と超格子構造の相乗効果により、安定な励起子を発生させることが期待できる。本研究では、GaAsNを含む超格子を作製することにより、安定な励起子を発生させることを目指す。
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| 研究成果の概要 |
RF-MBE法を用いて、GaAsN、AlGaAsNおよびGaAsN系超格子の高品質化を行った。高品質のGaAsNに対しては、室温で励起子に関連する光伝導スペクトルが得られた。GaAsN中の電子の有効質量が重くなるので、励起子の束縛エネルギーが大きくなった結果、室温でもGaAsN中の励起子が安定に存在することを示唆している。また、高品質のAlGaAsNとAlGaAsN/GaAsN超格子を成長することにより、PL発光を初めて観測することに成功した。
以上に加えて、S-shape特性、不純物ドープGaAsNの結晶構造、GaAsN中の電子の有効質量、不純物ドープAlGaAsNに関する研究成果を得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、窒素組成の低いGaAsNにおいて、励起子の束縛エネルギーが高くなることに注目して研究を進めた。そして、室温において励起子が安定に存在していることを示す実験結果を得ることができた。励起子が安定に存在する場合には、光の吸収が促進されることが知られている。したがって、高品質のGaAsNを用いた薄膜太陽電池では、効率が高くなることが期待される。
また、励起子の束縛エネルギーがさらに高くなることが期待できるAlGaAsNやAlを含むGaAsN系超格子に関して、高品質の薄膜を成長することが可能になった。したがって、今後のGaAsN系超格子に関する励起子などの光学特性の研究の発展が期待される。
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