熱光発電デバイス開発のための光電変換用III-V装族混晶半導体セルの作製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350164
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 早川 泰弘 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (00115453)
• 研究分担者: 新船 幸二 静岡大学, 電子工学研究所, 講師(研究機関研究員) ; 小澤 哲夫 静岡理工科大学, 理工学部, 助教授 (90247578) ; 熊川 征司 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30022130)
• キーワード: 熱光発電デバイス / インディウム ガリウム ヒ素 / インディウム ガリウム アンチモン / 組成変換 / 溝付き基板 / ピラミッド成長 / ブリッジ成長 / pn接合

研究概要

高効率の熱光発電デバイス作製の基礎研究として、本年度は、(1)組成変換機構の探索と溝付きGaAs上へのIn_xGa_<1-x>As成長、(2)In_xGa_<1-x>Asピラミッド成長について研究した。
(1)InSb基板にIn-Ga-Sb溶液を接触させると、InSb基板中にGaが混入し、InGaSb基板に組成変換される機構を詳細に調べた。Gaの混入によりInSbが溶解し、In-Ga-Sb溶融帯が形成された後、InGaSbが結晶化することにより組成変換が起こるモデルを提案した。
(2)高In組成比InGaAs層を形成するために、InAs基板をInGaAs基板に変換させた後、InGaAs層をホモエピタキシャル成長させる方法を開発した。SiN_x膜で覆ったInAs基板に円形の窓を開けた溝なし基板とさらに溝を形成させた溝付き基板を用意した。溝なし基板上に横方向成長したIn_<1-x>Ga_xAs(x=0.2)層の平坦であり、組成分布は均一であった。溝付き基板に成長させた結晶はブリッジを形成しなかったが、溝底面にもSiN_x膜を形成した場合は、ブリッジを形成した。ブリッジ層の転位密度は減少した。
(3)(100)GaAs基板上にIn_xGa_<1-x>As(x=0.06)を成長させると{111}面で囲まれたピラミッド状になった。この形成機構を調べるために、表面にストライプ状に窓を開けた基板を作製した。ストライプが<001>方向に沿った場合ピラミッド状の結晶が成長した。<012>方向に沿った場合テント状結晶になった。円形の溝を形成した(100)GaAs基板上に成長時間を種々変えて結晶成長させた結果、InGaAsは溝側面から<111>方向に成長し、空洞をもつピラミッドに成長した。
(4)(111)A面GaAs溝付き基板上にp-n接合を作製した。表面は鏡面が得られた。プリッジ層は高品質な結晶であることが分かった。2層目の成長時間を変化させて、p型層の成長層の厚さを制御した。2層目の厚さを1.6μmまで制御できた。
以上の結果、熱光発電デバイス作製のための高品質結晶成長に関する知見が得られた。

研究成果

• [文献書誌] K.BALAKRISHNAN, M.KUMAGAWA, Y.HAYAKAWA et al.: "Growth of In_xGa_<1-x>As Epilayers on Different Types of Patterned GaAs(100) Substrates"静岡大学電子工学研究所研究報告. 36. 11-17 (2002)
• [文献書誌] K.BALAKRISHNAN, M.KUMAGAWA, Y.HAYAKAWA et al.: "A Novel Method to Grow High Quality In_xGa_<1-x>As Bridge Layers with High Indium Compositions"J.Cryst.Growth. 237-239. 1525-1530 (2002)
• [文献書誌] T.OZAWA, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA et al.: "Numerical Simulation of Effect of Ampoule Rotation for the Growth of InGaSb by Rotational Bridgman Method"J.Cryst.Growth. 237-239. 1692-1696 (2002)
• [文献書誌] K.BALAKRISHNAN, M.KUMAGAWA, Y.HAYAKAWA et al.: "Study of the Formation Mechanism of InGaAs Pyramidal Layers on GaAs(100) Patterned Substrates by LPE"J.Semiconductor Science and Technology. 17[7]. 729-734 (2002)
• [文献書誌] K.BALAKRISHNAN, M.KUMAGAWA, Y.HAYAKAWA et al.: "Influence of Indium on the Morphology of LPE Grown In_xGa_<1-x>As(x=0-0.06) Epilayers on Patterned GaAs(100) Substrate"J.Material Science Letter. 21[17]. 1355-1358 (2002)
• [文献書誌] T.OZAWA, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA et al.: "Growth of In_xGa_<1-x>As Bulk Mixed Crystals by Rotational Bridgman Method"Prof. of Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 225-228 (2002)
• [文献書誌] H.NAGAI, M.KUMAGAWA, Y.HAYAKAWA et al.: "Growth of Double Structured InGaAs Layers on GaAs Patterned Substrates"Prof. of Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 460-463 (2002)
• [文献書誌] T.OZAWA, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA et al.: "3-Dimensional Analysis of Thermal and Forced Convections for InGaSb Crystal Growth by Rotational Bridgman Method"Prof. of Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 468-471 (2002)
• [文献書誌] Y.HAYAKAWA, T.OZAWA, M.KUMAGAWA: "Crystal Growth of InGaAs by Rotational Bridgman Method"Proc.The 6^<th> Japan-Canada Workshop on Space Technology. 68-74 (2002)
• [文献書誌] Y.HAYAKAWA, BALAKRISHNAN, M.KUMAGAWA: "Composition Conversion Mechanism of InSb into InGaSb"Jpn.J.Appl.Phys. 42. 44-49 (2003)
• [文献書誌] 小澤哲夫, 早川泰弘, 熊川征司他: "回転ブリッジマン法を用いた高品質InGaAs混晶の結晶成長"静岡大学電子工学研究所研究報告. 37(In print). (2003)