低欠陥密度GaAs/Siの開発と高効率太陽電池への応用

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555097
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 川辺 光央 筑波大学, 物質工学系, 教授 (80029446)
• 研究分担者: 岡田 至崇 筑波大学, 物質工学系, 講師 (40224034)
• キーワード: GaAs / Si / GaAs / Ge / 分子線エピタキシ- / 水素原子 / ヘテロエピタキシ / 相互拡散

研究概要

現在、GaAs/Si, Geタンデム太陽電池は次世代太陽電池として広く研究されている。しかし、SiとGaAsには約4%の格子定数差と2.5倍の熱膨張係数差が存在し、GeとGaAsには原子の相互拡散といった問題が存在しどちらもデバイス化の大きな妨げとなっている。そこで、我々は、原子状水素援用分子線エピタキシ-(H-MB)法を用いてSi及びGe上のGaAs薄膜の膜質を改善を行った。
Si上GaAsにおいて、熱膨張係数差による応力緩和転位の発生を抑制するためには、原子状水素援用低温成長が有効であることを示した。低温成長GaAsの電気的特性を調べるために原子状水素照射330℃で作製したGaAs/GaAs薄膜のI-V特性を調べ、580℃の通常成長温度のGaAs薄膜とほとんど同程度のn値及び飽和電流密度であることを明らかにした。Si基板上に原子状水素照射により低温で作製した試料においては、n値は2.0であった。DLTS測定から原子状水素照射になりトラップ密度が減少することが確認できた。このことがI-V特性の向上の原因と思われる。原子状水素照射によりスペクトル感度の向上が見られ、変換効率も改善が見られた。
Ge上GaAsに関しては、SIMS測定から原子状水素照射によりGeとGaAsの相互拡散の抑制が確認された。400℃水素照射した試料は、Geの膜内への拡散が30nmで560℃水素未照射の5分の1以下の値になった。また、PL測定により560℃GaAs薄膜の光学特性の評価を行ったところ、原子状水素照射による発光の強度の増加や半値幅の減少とGaAs中のGeアクセプターの準位の存在が確認された。
以上のことからH-MBE法によりGaAsの低温成長の可能性と、Si, Ge基板上のGaAs薄膜の膜質の向上が確認された。

研究成果

• [文献書誌] A. Sutoh, Y. Okada, S. Ohta, M. Kawabe: "Cracking Efficiency of Hydrogen with Tungsten Filament in Molecular Bseam Epitaxy" Jpn. J. Appl. Phys. 34. L1379-L1382 (1995)
• [文献書誌] 川端章夫,坂本和夫,岡田至崇,川辺光央: "原子状水素援用MBE法によるGaAs太陽電池の作製" 第5回高効率太陽電池ワークショップ(長野). 115-118 (1995)
• [文献書誌] Y. Okada, A. Sutoh, M. Kawabe: "GaAs on Ge Heteroepitaxy by Atomic Hyclrogen-Assisted Motecular Beam Epitaxy" MRS Proc. 1995 Fall Meeting. Symposiccw D. to br published.
• [文献書誌] S. Ohta, Y. Okada, M. Kawabe: "Effect of atomic Hydroqen irradiation in low-temperature GaAs/Si heteroepitaxy" J. Cryst. Growth. 150. 661-664 (1995)
• [文献書誌] Y. J. Chun, Y. Okada, M. Kawabe: "Effect of atomic hydrogen in highly lattice wis matchcol MBE" J. Cryst. Growth. 150. 497-502 (1995)
• [文献書誌] Y. Okada, T. Fujita, M. Kawabe: "Growth modes in atomui hydrogen-assisted molecutar beam epitaxy ofGaAs" Appl. Phys. Letters. 67. 676-678 (1995)