電子の非発光再結合を用いたGaAs中窒素不純物準位の高感度マッピング

利用电子非辐射复合对 GaAs 中的氮杂质水平进行高灵敏度测绘

• 批准号: 21K04130
• 负责人: 相原 健人
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency (2022)University of Tsukuba (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04130/
• 关键词: 顕微PL測定; CZTS太陽電池; 表面起電力法; 光熱分光法; 分光評価; 顕微測定; 窒素等電子トラップ; 非発光再結合機構; III-V族化合物半導体; レーザー分光法; 単一光子源; 共鳴励起機構

前年度に実施したGaAs中の窒素不純物準位間の信号が検出できない原因について調査を行い、光生成された正孔を外部へ取り出すには困難な高さのエネルギー障壁が存在したことを突き止めた。　そのため、本年度は 非輻射再結合のマッピング評価が可能な別の候補材料の検討を行った。新たな材料として、薄膜太陽電池材料のCZTSと呼ばれる多元系化合物半導体材料を研究対象にして、試料の準備と実証実験を行った。 試料は多結晶のCZTSを製膜したベア構造の試料Aと、その上にCdS層を堆積したpn構造の試料Bである。 まずはCZTS試料の顕微フォトルミネッセンス(PL)測定を実施して、試料構造と発光特性との相関を調査した。測定結果から2つの試料間で発光強度や強度分布等に違いは現れなかった。 これはマクロPL測定でも同様の結果が得られていた。先行研究によると、試料BではCdS層の堆積により空乏層が形成されるため発光効率の低下が生じる。 一方で、CdS層がパッシベーション層としても作用して表面再結合の低減にも寄与していた。そのため構造の異なる2つの試料間で発光強度に違いが生じなかったと結論付けていた。 今後は顕微PL測定で確認された、スペクトル形状の測定エリア変化について注目して、マクロ測定では明確な確認が困難な2つ試料の発光中心の比較を中心に実験を進めていく。加えて、CZTS試料の非輻射再結合機構の観測方法として、1)光励起したキャリアの表面蓄積を観測する表面起電力法、および、2)光励起したキャリアの非輻射再結合による熱弾性波を観測する光熱分光法のマクロ測定を室温でそれぞれ実施した。 両測定ともに試料Bでのみ光学スペクトルが観測された。 本測定を顕微測定に移行するには各信号感度を可能な限り大きくする必要がある。それぞれの測定で信号強度が最大となる条件出しを検討した。

我们调查了前一年进行的氮杂质水平之间的信号是无法检测到的，并发现有一个高度的能量屏障很难在外部提取光生孔。因此，今年我们研究了可用于评估非速度重组映射的其他候选材料。样品制备和演示实验是作为一种新材料进行的，一种称为CZTS的多组分半导体材料，一种薄膜太阳能电池材料，作为研究的主题。样品是由由多晶CZT形成的裸露结构的样品A，并通过沉积CDS层形成的PN结构B进行样品B。首先，在CZTS样品上进行了麦粒发光（PL）测量，以研究样品结构与发光特性之间的相关性。从测量结果中，没有观察到两个样品之间的发射强度或强度分布的差异。通过宏观PL测量获得了相同的结果。根据先前的研究，在样本B中，由于CDS层的沉积，形成了耗尽层，导致发光效率降低。另一方面，CD层也充当钝化层，有助于减少表面重组。因此，得出结论，在具有不同结构的两个样品之间，发射强度没有差异。将来，我们将重点关注通过微PL测量确认的光谱形状测量区域的变化，并将继续进行实验，重点是比较两个样品的发射中心，这些样品很难与宏观测量清楚地确认。另外，在室温下通过1）表面电动力法进行了宏观测量，该方法观察了光激发载体的表面积累，以及2）光热光谱，观察到由光激发的载体引起的热弹性波和光热光谱拷贝引起的，这是由光弹性均引起的，该载体由光弹性造成，由光弹性引起，由光弹性播放。在这两种测量值中，仅在样品B中观察到光谱。要将此测量转移到微米测量中，每个信号灵敏度必须尽可能高。我们研究了每次测量的最大信号强度的条件。