| 研究課題/領域番号 |
26709019
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
都甲 薫 筑波大学, 数理物質系, 助教 (30611280)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ゲルマニウム / 結晶成長 / 薄膜 / 太陽電池 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、高い変換効率と広い汎用性を両立したフレキシブル・多接合型太陽電池の基盤技術構築を目指し、プラスチック基板上に高品質・高性能なGe薄膜を創出することを目指している。本年度においては、プラスチック基板上に形成したAl誘起成長Ge薄膜をシード（種結晶）として光吸収層となる厚膜Ge層を結晶成長し、結晶性を評価した。さらに、シード層の残留金属を低減することを目指し、Alに代わる新たな金属触媒として、Agを検討した。
Al誘起成長Geシード層上に厚膜（1um）Ge層を分子線エピタキシー（MBE）成長した結果、シード層からMBE層中に拡散するAl原子が、MBE温度の低温化によって著しく低減することが判明した。しかしながら、MBE成長の可能な最低温度（200℃）においても、17乗cm-3オーダーのAl原子が含まれることが示唆された。また、少数キャリア寿命を評価した結果、Al誘起成長Ge層は単結晶Ge基板並の長寿命を示す一方、MBE層では短寿命化することが判明した。これはMBE層の凹凸に起因すると思われる。
上記と並行して、GeのAg誘起成長を検討した。Ge中のAgの固溶限は17乗cm-3程度と低く、残留金属のないGe層の形成が期待される。Ge/Ag界面種として様々な材料を検討した結果、SiO2またはGeO2を用いることで、250℃という極めて低温で、Geの層交換成長に成功した。現在、結晶性、電気的特性を評価中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Al誘起成長Geシード層上のMBE膜のAl含有濃度について、当初計画であった15乗cm-3オーダーには到達しなかった一方、結晶成長法や測定法の課題、改善点が明らかとなった。次年度における早期解決が期待される。さらに、金属触媒をAlからAgに変更した場合において、250℃との極めて低温で結晶成長が発現することを明らかにすると共に、半導体薄膜の金属触媒成長の新たな指針を構築した。
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| 今後の研究の推進方策 |
プラスチック基板上に高品質・高性能なGe薄膜を創出することを目指し、Al誘起成長Geシード層上の厚膜Ge層の高品質化とAg誘起成長Ge層の光吸収層応用を並行して検討する。
厚膜Ge層中へのAl拡散を抑制し、かつ表面凹凸を低減するため、Al誘起成長Ge層上に非晶質Ge層を堆積後、固相エピタキシャル成長（SPE: Solid-Phase Epitaxy）を誘起する。SPE層中には原子空孔が発生し、不純物原子のトラップとなることが知られていることに加え、初期の非晶質Ge層の形状を反映した平坦膜形成が期待される。
また、Ag誘起成長で形成したGe層は、Agの含有が極めて少ないことが期待され、それ自体が良好な光吸収層となる可能性がある。電気的・光学的特性の評価と、結晶成長プロセスの最適化を進める。
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