カルコパイライト型半導体のヨウ素輸送法気相エピタキシャル成長

本研究では、CuAlS_2およびCuGaS_2のヨウ素輸送法によるエピタキシャル成長技術を確立するため、第一段階としてCuGaS_2のホモ・エピタキシャル成長を行った。1.基板用CuGaS_2バルク単結晶の作製と評価:CuAlS_2およびCuGaS_2のエピタキシャル成長用基板として使用するCuGaS_2バルク単結晶を、In溶媒を用いたTHM法によって作製し、その成長条件の最適化を行った。また、フォミネセンス測定等によって、成長時に導入される格子欠陥の同定を行い、Ga過剰に起因する欠陥が支配的であることを明らかにした。2.CuGaS_2ホモ・エピタキシャル成長:(1)原料として多結晶CuGaS_2を用いる方法と、(2)I族CuとIII族Gaにはヨウ化物を用い、VI族SにはH_2Sを用いて各成分元素の輸送量を独立に制御する方法、によりエピタキシャル成長を行った。基板には、ヨウ素輸送法およびTHM法によって作製したCuGaS_2(112^^-)面を用いた。特に、(2)の成長法では、I族Cuのヨウ化物CuIの蒸気圧は、III族ヨウ化物GaI_3(またはGaI)に比べ数桁以上低いことを考慮し、Cu、Ga、Sのガス輸送量とその割合、基板温度等の検討を行った。その結果、(1)、(2)の方法ともCuGaS_2のエピタキシャル成長が確認できたが、三角形のパターンを持つ表面モフォロジーが一般的であった。3.気相の相平衡:CuGaS_2-I_2系およびGa-I_2系の気相の相平衡に関する実験と熱力学的計算を行った。I_2分圧10^<-2>bar、温度600〜800℃で比較すると、CuGaS_2-I_2系では、GaI_3分圧はGaIより大きいのに対し、Ga-I_2系では、GaI分圧の方が大きく、I_2分圧は非常に小さいことが分かった。本研究によって得られたカルコパイライト型半導体のヨウ素輸送法気相エピタキシャル成長に関する基礎的知見を基に、今後CuGaS_2基板上へのCuAlS_2のエピタキシャル成長の研究を行う計画である。

本研究では、CuAlS_2およびCuGaS_2のヨウ素輸送法によるエピタキシャル成長技術を確立するため、第一段階としてCuGaS_2のホモ・エピタキシャル成長を行った。1.基板用CuGaS_2バルク単結晶の作製と評価:CuAlS_2およびCuGaS_2のエピタキシャル成長用基板として使用するCuGaS_2バルク単結晶を、In溶媒を用いたTHM法によって作製し、その成長条件の最適化を行った。また、フォミネセンス測定等によって、成長時に導入される格子欠陥の同定を行い、Ga過剰に起因する欠陥が支配的であることを明らかにした。2.CuGaS_2ホモ・エピタキシャル成長:(1)原料として多結晶CuGaS_2を用いる方法と、(2)I族CuとIII族Gaにはヨウ化物を用い、VI族SにはH_2Sを用いて各成分元素の輸送量を独立に制御する方法、によりエピタキシャル成長を行った。基板には、ヨウ素輸送法およびTHM法によって作製したCuGaS_2(112^^-)面を用いた。特に、(2)の成長法では、I族Cuのヨウ化物CuIの蒸気圧は、III族ヨウ化物GaI_3(またはGaI)に比べ数桁以上低いことを考慮し、Cu、Ga、Sのガス輸送量とその割合、基板温度等の検討を行った。その結果、(1)、(2)の方法ともCuGaS_2のエピタキシャル成長が確認できたが、三角形のパターンを持つ表面モフォロジーが一般的であった。3.気相の相平衡:CuGaS_2-I_2系およびGa-I_2系の気相の相平衡に関する実験と熱力学的計算を行った。I_2分圧10^<-2>bar、温度600〜800℃で比較すると、CuGaS_2-I_2系では、GaI_3分圧はGaIより大きいのに対し、Ga-I_2系では、GaI分圧の方が大きく、I_2分圧は非常に小さいことが分かった。本研究によって得られたカルコパイライト型半導体のヨウ素輸送法気相エピタキシャル成長に関する基礎的知見を基に、今後CuGaS_2基板上へのCuAlS_2のエピタキシャル成長の研究を行う計画である。