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

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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。