移動ヒ-タ法によるカルコパイライト型半導体混晶のバルク単結晶成長と評価

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カルコパイライト型半導体混晶CuGa_x-In_<1-x>Se_2(x=0.7)およびCuIn(S_xSe_<1-x>)_2(x=0.8)は、太陽電池として最も変換効率の高い1.4から1.5eVの禁制帯幅を持つため、薄膜作製法を中心に研究が行われているが、物性は不明な点が多い。本研究では、Inを溶媒に用いた移動ヒ-タ法(THM法)により、組成均一なCuGa_xIn_<l-x>Se_2およびCuIn(S_xSe_<l-x>)_2バルク単結晶の作製を行った。また、得られた結晶の電気的・光学的特性を評価した。まず、In溶媒に対する溶質CuGa_yIn_<1-y>Se_2およびCuIn(S_ySe_<1-y>)_2の溶解度を混晶比y=0〜1のぞれぞれについて測定し、In-CuGa_yIn_<1-y>Se_2系およびIn-CuIn(S_ySe_<1-y>)_2系の液相線を決定した。また、液相の溶解度ギャップが存在し、低濃度のIn溶液は2相に分かれることを明らかにした。溶液からの成長結晶を調べるため、溶液Bridgman法により結晶成長を行った。低濃度のIn溶液からの成長結晶は、InSe等のIII-VI族結晶であるが、それより高濃度の溶液からはカルコパイライト結晶が成長可能であることが分かった。THM法により組成均一なバルク単結晶を作製するため、In溶液の溶質CuGa_yIn_<1-y>Se_2およびCuIn(S_ySe_<1-y>)_2(y=0〜1)中の混晶比と成長結晶中の混晶比xとの関係を明らかにした。一例として、CuGa_<0.7>In_<0.3>Se_2結晶はCuGa_<0.45>In_<0.55>Se_2を溶質とする濃度60mol%のIn溶液から成長する。この結果をもとに、CuGa_xIn_<1-x>Se_2混晶ではxの全域でTHM法によるバルク単結晶作製が可能となった。また、得られた結晶のフォトルミネセンス測定、および抵抗率、ホール係数の測定を行った。CuIn(S_xSe_<1-x>)_2混晶のTHM成長では、得られている結晶は数個のグレインがあるが目的とする組成を持ち、成長条件の最適化により組成均一なバルク単結晶の成長が可能であると考えられる。