シリコン基板上ガリウム砒素中の転位の不活性化

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650013
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 曽我 哲夫 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教授 (20197007)
• 研究分担者: 神保 孝志 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (80093087)
• キーワード: ガリウム砒素 / 転位 / 不活性化 / シリコン基板 / 水素プラズマ / フォスフィン / 太陽電池

研究概要

シリコン基板上に結晶成長したガリウム砒素には格子不整合により多くの転位が発生し、デバイス特性を劣化させる。転位密度を低減させるためにこれまで多くの研究がなされたが、十分に低い転位密度のガリウム砒素結晶は得られていない。本研究では転位を電気的・光学的に不活性にする技術を確立し、デバイス特性を向上させることを目的としている。転位を不活性にするために、シリコン基板上に結晶成長したガリウム砒素を水素(H_2)プラズマ、水素とフォスフィン(H_2+PH_3)プラズマで処理をおこなった。未処理のガリウム砒素結晶の小数キャリア寿命は2.08nsであるが、H_2プラズマ処理により2.45nsに改善され、H_2+PH_3プラズマでは2.74nsまで改善されている。キャリア密度はほとんど同じであることから、この改善は転位が不活性化され、結晶品質が改善されたためである。また、PH_3を添加することにより、さらなる改善がなされている。これはH_2プラズマではプラズマによるダメージにより、結晶の品質が十分改善されなかったのに対し、H_2+PH_3プラズマではプラズマによってできた砒素の空孔に燐原子が入ることにより、ダメージの発生が抑えられたためである。XPS測定からもH_2+PH_3プラズマで処理したガリウム砒素からはガリウム燐の形成が確認された。これらのプラズマ処理を行ってシリコン基板上にガリウム砒素太陽電池を作製した。H_2+PH_3プラズマ処理によりpn接合の逆方向飽和電流は約一桁以上の改善がなされた。太陽電池の開放電圧も0.85V(未処理)から0.93Vに改善され、太陽電池の変換効率も15.9%から18.6%に向上した。

研究成果

• [文献書誌] T.Soga: "Hydrogen plasma passivation of GaAs on Si substrates for solar cell farbication"J.Appl.Phys.. 87・5. 2285-2288 (2000)
• [文献書誌] G.Wang: "Surface and bulk passivation of GaAs solar cell on Si substrateb by H_2+PH_3 plasma"Appl.Phys.Lett.. 76・6. 730-732 (2000)
• [文献書誌] G.Wang: "Hydrogenation of GaAs-on-Si Schottky diodes by PH_3-added H_2 plasma"Appl.Surf.Sci.. 159. 191-196 (2000)
• [文献書誌] G.Wang: "Enhanced spontaneous emission in hydrogen plasma passivated AlGaAs/GaAs vertical-cavity surface emitting laser structures grown on Si substrate"Electron.Lett.. 36・17. 1462-1464 (2000)
• [文献書誌] G.Wang: "PH_3/H_2Plasma passivation of metal-organic chemical vapor deposition grown GaAs on Si"J.Appl.Phys.. 88・6. 3689-3694 (2000)
• [文献書誌] G.Wang: "A detailed study of H_2 plasma passivation effects on GaAs/Si solar cell"Solar Energy Materials & Solar Cells. 66. 599-605 (2001)
• [文献書誌] G.Wang: "Surface and bulk passivation of defects in GaAs/Si by RF phasma-assisted MOCVD"J.Crystal Growth. 221. 172-176 (2001)