熱光発電デバイス開発のための光電変換用III-V族混晶半導体セルの作製

2003 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, 助手 (10318777) ; 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 / ピラミッド成長 / ホットウォール法 / ピラミッド成長 / 重力効果 / pn接合

研究概要

高効率の熱光発電デバイス作製のために、(a)基板として有用な三元混晶半導体のバルク単結晶成長、(b)薄膜成長技術の開発、(c)pn接合の形成の開発に取り組んだ。具体的には、(1)温度差徐冷法によるInGaSbバルク単結晶成長、(2)In_xGa_<1-x>Sbピラミッド成長とTe不純物添加効果、(3)ホットウォール法によるInAsSb薄膜成長条件の検討、(4)拡散法によるデバイス作製条件の検討を行った。以下、結果をまとめる。
(1)GaSb/InSb/GaSbサンドイッチ構造試料を用いて、一方向の温度勾配下で低温側のGaSb種結晶上にInGaSbバルク結晶成長を行った。結晶に取り込まれるGaSb濃度が溶液中の濃度よりも高いために、結晶成長に伴い、GaSb成分が不足するのを高温側のGaSbをIn-Ga-Sb溶液に溶解することで供給し、均一組成の結晶成長に成功した。また、重力方向に対して、試料を垂直、水平、斜め(53゜)に傾斜させることで、重力に起因した対流が溶解や成長に及ぼす効果を調べた。
(2)GaSb(001)基板上にGaSbやIn_xGa_<1-x>Sbx=0.06)を成長させると、成長層は溝側面から<111>方向に成長し、{111}面で囲まれたピラミッド状に成長した。成長層の内部は残留溶液のみが存在し、基板から成長層への貫通転位密度を減少できた。また、Te不純物を添加すると、ピラミッド形状を変化させ得ることを見出した。
(3)ホットウォール法によるInAsSb薄膜成長条件を検討し、組成制御を行った。
(4)n型GaSbにZnOゾルを塗布し、焼結した後熱処理する温度と時間を変化させることで、p層を形成した。光電変換効率は0.1%と小さいが、光電変換することを確認した。電極構造の改良等の問題点を明らかした。
以上の結果、熱光発電デバイス作製のための知見が得られた。

研究成果

• [文献書誌] T.KIMURA, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA, et al.: "Numerical Analysis of the Dissolution Process of GaSb into InSb Melt under Difference Gravity Conditions"J.Crystal Growth. 247. 291-300 (2003)
• [文献書誌] G.ZHANG, 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. 256. 243-247 (2003)
• [文献書誌] A.J.HOWARD, Y.HAYAKAWA, T.J.ANDERSON et al.: "Application of the Point-defect Analysis Technique to Zinc Doping of MOCVD Indium Phosphide"Semicond.Sci.Technol. 18. 723-728 (2003)
• [文献書誌] N.MURAKAMI, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA et al.: "Numerical Simulation of Convection on Unsteady Dissolution of GaSb into InSb Melt"Proc.of 2nd International Conference on Global Research and Education. 113-121 (2003)
• [文献書誌] T.OZAWA, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA et al.: "Growth of InGaAs Ternary Bulk Crystals by Rotational Bridgman Method Proc. of"Proc.of 2nd International Conference on Global Research and Education. 129-135 (2003)
• [文献書誌] G.ZHANG, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA et al.: "Facets' Identification and Defect Filtration of Hollow GaSb Pyramidal Enilavers Grown Grown on GaSb(100) Patterned Substrates"Prof.of Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 205-210 (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. 1-7 (2003)
• [文献書誌] N.MURAKAMI, M.KUMAGAWA, Y.HAYAKAWA et al.: "Effect of Gravitational Direction on Dissolution and Growth in GaSb/InSb/GaSb Sandwich System"J.Crystal Growth. 263. 320-326 (2004)
• [文献書誌] Y.OKANO, Y.HAYAKAWA, M.KUMAGAWA: "Oscillatory Behavior in Melting of a GaSb/InSb/GaSb System"Mechanics Research Communications. (In print). (2004)
• [文献書誌] G.ZHANG, M.KUMAGAWA, Y.HAYAKAWA, et al.: "LPE Growth of In_xGa_<1-x>Sb Pyramidal Epilayer on GaSb (001) Patterned Substrate"静岡大学大学院電子科学研究科研究報告. 24. 5-14 (2004)
• [文献書誌] 村上倫章, 熊川征司, 早川泰弘, 他: "InGaSb結晶成長における重力効果"静岡大学大学院電子科学研究科研究報告. 24. 33-39 (2004)
• [文献書誌] 中村慎吾, 早川泰弘, 熊川征司 他: "ホットウォール法によるInAsとInAsSb結晶成長"静岡大学大学院電子科学研究科研究報告. 24. 41-46 (2004)
• [文献書誌] Y.HAYAKAWA, K.BALAKRISHNAN, M.KUMAGAWA.et al.: "Recent Research Development in Crystal Growth Research"Transworld Research Network. 30 (2004)