カルコパイライト型半導体単結晶を基板に用いた同族半導体のエピタキシャル成長

以黄铜矿半导体单晶为衬底的同系半导体外延生长

• 批准号: 09750015
• 负责人: 三宅 秀人
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750015/
• 关键词: カルコパイライト型半導体; I-III-VI_2族半導体; エピタキシャル成長; ヨウ素輸送法; ハロゲン輸送法; X線回折空間マッピング; THM法; 原子間力顕微鏡; CuGaS_2

1. 同族基板CuGa_xIn_<1-x>S_2(1-x〜0.02)上への開管式ヨウ素輸送法によるCuGaS_2及びCuAl_xGa_<1-x>S_2混晶のエピ成長:CuAl_xGa_<1-x>S_2のエピ成長を行うための第一段階として、CuGaS_2のエピ成長をTHM法によって成長を行ったCuGa_xIn_<1-x>S_2(1-x〜0.02)基板上に行った。平成9年度研究による原料CuGaS_2とヨウ素との相平衡についての熱力学的計算と実験より、成長条件を最適化した。原料温度800℃、基板温度700℃、N_2流量20cm^3/min(流速0.25cm/sec)でヨウ素濃度を変化させてエピ成長を行った。その結果、ヨウ素濃度が低い(<0.4mg/cm^3)場合、成長は部分的で、面内で一次元的な表面モフォロジーが典型的であったが、濃度が高い(10mg/cm^3)場合、基板全体で二次元的に成長していた。表面モフォロジーの面方位依存性を調べた結果、(112)B面が最も平滑であった。AFM(原子間力顕微鏡)による観察では、基板のoffに起因するマクロステップが認められた。CuAl_xGa_<1-x>S_2のエピ成長では、基板温度700℃以上の成長においては界面で相互拡散を生じ、急峻な界面が得られなかった。そのため、基板温度650℃での成長を行った。CuGaS_2のエピ成長では、基板温度700℃と同様の平滑なエピ結晶が(112)B面基板上で得られたが、CuAlS_2のエピ成長では、凹凸がある表面である。2. CuAl_xGa_<1-x>Se_2混晶のエピ成長:原料にはCuAl_yGa_<1-y>Se_2多結晶(y=0.25,0.5,0.75)を、基板にはCuGaSe_2単結晶ウェーハ(112)Bを用いた。エピ成長は、(a)原料とヨウ素との平衡反応、(b)基板クリーニング、(c)成長の3過程で行い、ヨウ素量1mg/cm^3、成長時の原料温度660℃〜700℃、基板温度610℃で、8〜24時間成長した。EDXにより組成分析した結果、エピ層の混晶比xは原料の混晶比yとほぼ等しいことを確認した。X線回折空間マッピング(逆格子空間マッピング)により、基板とエピ層間の格子不整合度(〓d/d=[d(sub)-d(epi)]/d)とエピ層からの回折X線の半値幅(FWHM)を調べた結果、xの増加とともに〓d/dも増大するが、これに対応してFWHMも増大し、結晶性が悪くなっていた。AFMにより表面観察を行った。

1. CuGaS_2 <1-x>and CuAl_xGa_ S_2 mixed crystal growth on CuGa_xIn_ S_2(1-x ~ 0.02) substrate by open-tube elemental transport method: <1-x>CuAl_xGa_S_2 mixed crystal growth <1-x>on CuGa_xIn_<1-x>S_2(1-x ~ 0.02) substrate by THM method. The thermodynamic calculation of CuGaS_2 and phase equilibrium of CuGaS_2 and CuGaS_2 in Heisei 9 research were carried out to optimize the growth conditions. The temperature of raw material is 800℃, the temperature of substrate is 700℃, the flow rate of N_2 is 20 cm^3/min(flow rate is 0.25 cm/sec), the concentration of N_2 is changed, and the growth rate is increased. Results: When the concentration of the pigment is low (&lt;0.4 mg/cm^3), the growth is partial, the surface is one-dimensional in the plane, and the typical growth is high (10mg/cm^3). The surface orientation dependence of the surface is adjusted, and the (112)B surface is the smoothest. AFM(Atomic Force Microscope) is used to detect the cause of substrate off. CuAl_xGa_<1-x>S_2 is grown at temperatures above 700℃, and the interface is separated from each other. The temperature of the substrate is 650℃. CuGaS_2 is grown at substrate temperature 700℃. CuAlS_2 is grown at (112)B surface. 2. CuAl_xGa_<1-x>Se_2 mixed crystal growth: raw material CuAl_yGa_<1-y>Se_2 polycrystalline (y= 0.25, 0.5, 0.75), substrate CuGaSe_2 single crystal (112)B Growth: (a) equilibrium of raw materials and elements;(b) substrate separation;(c) three stages of growth: initial element amount 1mg/cm^3; raw material temperature 660℃ ~ 700℃; substrate temperature 610℃; 8 ~ 24 hours of growth. EDX composition analysis results, layer mixing ratio x raw material mixing ratio y, etc. X-ray reflection space (inverse lattice space), substrate, interlayer lattice unconformity (d/d=[d(sub)-d(epi)]/d), X-ray reflection half-width (FWHM), X increase, d/d increase, crystallinity increase. AFM can be used to inspect the surface.

项目成果

若林、池田、三宅、平松: "開管式ヨウ素輸送法によるCuGaS_2ホモエピタキシャル成長と評価" 三元・多元機能性材料研究会 平成10年度成果報告書. 29-32 (1999)

Wakabayashi、Ikeda、Miyake、Hiramatsu：“通过开管碘传输方法进行 CuGaS_2 的同质外延生长和评估”三元和多功能材料研究组 1998 年结果报告 29-32 (1999)。