2022 年度研究成果報告書

原子層エピタキシー法を用いた希薄窒化物半導体中の窒素分布三次元制御

研究課題

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研究課題/領域番号	20K05346
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分30010:結晶工学関連
研究機関	宮崎大学
研究代表者	鈴木秀俊宮崎大学, 工学部, 准教授 (00387854)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	希薄窒化物半導体 / 原子層エピタキシー / 太陽電池
研究成果の概要	本研究では、希薄窒化物半導体であるGaAsN膜中において、N原子の空間分布を三次元で制御したGaAsN薄膜の作製と実際のN分布の評価を行なった。三次元制御には、1原子層毎に成長が制御可能な原子層エピタキシー(ALE)法による成長方向のN原子分布制御と、微傾斜基板を利用した表面ステップによる面内のN分布制御を併用した。ステップ密度を系統的に変化させた基板上へのGaAsN成長により、表面のステップ近傍とテラス上でのN原子の取り込み量を定量的に明らかにした。この結果を利用して微傾斜基板上への3次元的に分布を制御した成長を試み、成長方向と[110]方向の2方向への分布を制御した超構造の作製を実現した。
自由記述の分野	結晶成長
研究成果の学術的意義や社会的意義	GaAsN等の希薄窒化物半導体は、Nを導入することでGeやSiに格子整合可能でバンドギャップエネルギーを1~2 eVに制御可能であることから、多接合型太陽電池等への応用が期待されている。しかし、N導入による電気特性の悪化が問題である。特性悪化の原因としてN分布の不均一が指摘されているが、実際のN分布の観察は難しい。そこで本研究では、意図的にN分布を制御したGaAsN薄膜を作製を試み、成長方向と成長面内でN分布を意図的に制御したGaAsN薄膜の作製手法を確立した。今後本手法により作製したGaAsN薄膜の電気特性評価により、N分布の影響が明らかになることが期待される。