|
本研究は、Si基板上への高品質InN膜のヘテロエピタキシャル成長技術を実現し、その技術をもとに、高効率InN/Siモノリシックタンデム太陽電池実現の可能性を明らかにすることを目的として行われた。得られた研究成果は以下のとおりである。
(1) Si基板上へのInNのMOCVD成長(直接成長)
NH_3とTMIを用いたSi基板上へのInNの直接成長では、Si基板表面に非晶質のSiN_x層が形成されるため、InNのヘテロエピタキシャル成長は困難であることが明らかとなった。
(2) GaAs基板窒化処理と窒化基板上へのInNのMOCVD成長
(i) GaAs (111)基板: GaAs (111) B基板をアンモニア気流中で窒化処理した場合、700℃以下では閃亜鉛鉱構造GaNが、800℃以上ではウルツ鉱構造GaNが形成される。ウルツ鉱構造GaN上にはウルツ鉱構造InNがエピタキシャル成長する。一方、閃亜鉛鉱構造GaN上に成長するInNは、膜厚が小さい場合には閃亜鉛鉱構造であるが、膜厚の増大とともに、ウルツ鉱構造へと変化する。
(ii) GaAs (100)基板:アンモニア気流中で窒化処理したGaAs (100)基板表面には閃亜鉛鉱構造GaN膜が形成され、1000℃でも閃亜鉛鉱構造GaN膜が安定に存在する。閃亜鉛鉱構造GaN膜上にInN膜をMOCVD成長させると閃亜鉛鉱構造InN膜が支配的に成長するが、ウルツ鉱構造InNが混在する。
(3)窒化GaAsをバッファ層とするSi (111)基板上へのInNのヘテロエピタキシャル成長
Si (111)基板上成長させた約1μm厚のGaAs単結晶膜をアンモニア気流中で窒化処理し、それを基板として、InNのMOCVD成長を行うことにより、InN/GaN/Si (111)構造およびInN/GaN/GaAs/Si (111)構造が形成できる。前者はInN/Si2接合タンデム太陽電池に、後者はInN/GaAs/Si3接合タンデム太陽電池に適用できる。
|
