Epitaxial abrupt interfaces of multinary compound semiconductors

多元化合物半导体的外延突变界面

• 批准号: 20K05354
• 负责人: 西永 慈郎
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05354/
• 关键词: 多元系化合物半導体; MBE; MEE; ヘテロ界面; 低温結晶成長; 結晶成長; 太陽電池; 量子デバイス; 分子線エピタキシー; 低温成長; III-V族化合物半導体; I-III-VI2族化合物半導体

多元系化合物半導体は未知なる可能性を秘めた材料群であり、その積層構造による電子・光デバイスは高機能化が期待できる。しかし、デバイス応用するために必須な積層構造を作る際、構成元素同士が熱拡散しやすく、急峻なヘテロ界面を得ることは難しい。本研究の目的は、急峻な多元系化合物半導体ヘテロ界面形成に関する学理を構築し、高効率な太陽電池の実現および量子効果デバイスへの応用を図ることである。３年目である2022年度はIII-V族系化合物とI-III-VI2族系化合物(CIGS)のヘテロ構造の作製を行い、結晶学的・電気的物性の評価、および太陽電池デバイス応用を図った。MBE装置にAsバルブクラッカーセルを導入した。これによりGaAs基板表面のクリーニング、CIGS結晶成長中のAs雰囲気の低減、およびCIGS結晶上へのAlGaAsのエピタキシャル成長が可能となった。一方で、Se雰囲気下におけるGaAs、AlGaAs結晶成長は残留ドナー濃度が高く、III-V族層はn型層としての利用を想定する。P型GaAs基板上にGa濃度0.9のCIGS層を成膜し、その後、AlGaAs層を成膜した。これはCIGSとAlGaAsの電子親和力を一致させ、電子の移動を容易にさせるためである。RHEED観察を行ったところ、CIGS層は4×1ストリークパターンを示し、AlGaAs層も4×1ストリークパターンとなった。得られたCIGS薄膜の時間分解PL測定を行ったところ、3 nsを超える少数キャリア寿命が得られ、AlGaAsがCdSと同等のパッシベーション層として機能することがわかった。窓層を成膜後、太陽電池特性を評価したところ、光起電力を確認できたが変換効率は数%であった。本結果は、III-V族/I-III-VI2族ヘテロ界面の光起電力として世界初めての成果であり、今後、さらなる特性改善を図る。

Multi-maintenance compound semiconductor is unknown, the possibility is unknown, the material group is unknown, the multilayer structure is unknown, the electron and the light are unknown, and the high functionality is expected. For example, when the structure of the layer is formed, the constituent elements are the same, and the interface is difficult to obtain. The purpose of this research is to construct the theory related to the formation of multi-layer semiconductor interface, and to realize the application of high-efficiency solar cells and quantum devices. The three-year target for 2022 is to focus on the production of complex structures of III-V group compounds and I-III-VI2 group compounds (CIGS), the evaluation of crystallography and electrical properties, and the use of solar cell devices. MBE installation As a guide This is the case for GaAs substrate surface degradation, CIGS crystal growth, and AlGaAs crystal growth. In addition, GaAs and AlGaAs crystal growth under high Se concentration, III-V layer and n-type layer utilization are considered. A CIGS layer with Ga concentration of 0.9 was formed on a P-type GaAs substrate, followed by an AlGaAs layer. The electron affinity of CIGS and AlGaAs is uniform, and the electron mobility is easy. RHEED is a 4×1 layer of CIGS and a 4×1 layer of AlGaAs. Time resolved PL measurements of CIGS thin films have been performed over a period of 3 ns, resulting in a small number of lifetimes, as well as AlGaAs and CdS equivalent layers. After the formation of the film, the solar cell characteristics are evaluated, and the photovoltaic power is confirmed. The results show that the optical power of III-V/I-III-VI interface is improved at the beginning of the world and in the future.

项目成果

Chalcogenide semiconductor detector with high radiation tolerance

具有高耐辐射性的硫族化物半导体探测器

• 发表时间: 2022
• 作者: Jiro Nishinaga

A comparative study of the effects of light and heavy alkali-halide postdeposition treatment on CuGaSe2 and Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells

轻、重碱卤化物沉积后处理对CuGaSe2和Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池影响的比较研究

• DOI: 10.1016/j.solener.2020.10.048
• 发表时间: 2020
• 期刊: Solar Energy
• 影响因子: 6.7
• 作者: S. Ishizuka;N. Taguchi;J. Nishinaga;Y. Kamikawa;H. Shibata
• 通讯作者: H. Shibata

University of Luxembourg(ルクセンブルク)

卢森堡大学（卢森堡）

Effects of alkali-metal incorporation into epitaxial Cu(In,Ga)Se2 solar cells prepared by molecular beam epitaxy

碱金属掺入对分子束外延制备的外延 Cu(In,Ga)Se2 太阳能电池的影响

• DOI: 10.1016/j.tsf.2021.139034
• 发表时间: 2022
• 期刊: Thin Solid Films
• 影响因子: 2.1
• 作者: Nishinaga Jiro;Ishizuka Shogo
• 通讯作者: Ishizuka Shogo

Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)

柏林亥姆霍兹中心（德国）