近接蒸着法による巨大ドメインBaSi2薄膜の結晶成長メカニズム

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BaSi2は太陽電池の光吸収層に適した物性を持ち、資源豊富な元素から成る半導体である。近接蒸着法により、Si基板上に巨大な結晶ドメインから成るエピタキシャル薄膜を得ることができる。本研究は、近接蒸着におけるBaSi2結晶成長メカニズムを解明し、その知見を元にBaSi2薄膜の結晶ドメインをさらに拡大し、結晶欠陥の影響を受けない物性値を取得することを目的としている。令和4年度は、令和3年度に実現したメカノケミカル効果を利用した成膜温度コントロール法を用いて、成膜温度を含む様々なプロセス条件がBaSi2の結晶ドメインサイズに与える影響を調査した。その結果、成膜温度が高いほどドメインサイズが大きくなることが分かった。また、Si基板の面方位が(111)の場合より(100)の方が、ドメインサイズが大きいことも確認できた。さらに、膜厚が大きいほどドメインサイズが大きくなるという興味深い傾向を見出すことができた。これらの知見は、大きなドメインから成るBaSi2薄膜の作製に向けて指針となる成果である。次に、物性とドメインサイズとの関係を調査したところ、光励起キャリアの寿命がドメイン境界密度と弱い負の相関を示すことが分かった。この結果は、ドメインサイズを拡大することでキャリア寿命を増加させることができることと、応用上はドメイン境界が大きな特性劣化を招かないことを同時に示している。また、キャリア移動度との関係を調べたところ、ドメイン境界密度との間に明確な相関は見られなかった。以上のように、結晶ドメインサイズを拡大するための指針と、ドメイン境界がキャリア寿命や移動度などの物性に与える影響を解明することができた。