広いスペクトルを有するIII-V-N窒化物半導体の作成と高効率太陽電池への応用

广谱III-V-N氮化物半导体的制备及其在高效太阳能电池中的应用

• 批准号: 00F00290
• 负责人: 末宗 幾夫
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00F00290/
• 关键词: 窒化物半導体; 太陽電池; 量子ドット; GaNAs; InAs; III-V-N

当該研究では,III-V-N窒化物半導体混晶を基礎としたヘテロ構造を用い,幅広いスペクトル領域をカバーし,太陽光を効率よく利用できる高効率太陽電池の実現につながる基本構成材料の研究を進めた。短波長領域に関しては,GaAs基板を用いたCdS/ZnS(Se)/MgSなどのII-VI族材料の研究をこれまで進めてきており,当該研究は主に長波長領域をカバーするGaAs基板上のGaNAs系半導体材料の研究を進めた。具体的には有機金属分子線成長(MOMBE)法を用いてGaNAs混晶の長波長化を検討したが,窒素の増加に伴う結晶品質の劣化がみられた。一方これまで研究が進められてきたInAs量子ドットも波長1.3μmまでは長波長化するものの,それ以上の長波長化は世界的に困難な状況であった。これに対してInAs量子ドットの内部に残留する圧縮歪みを,引っ張りひずみを持つGaNAsと組み合わせることにより歪みを全体として補償することを発案し,その実験を進めた。その結果,InAs量子ドットに隣接するGaNAsの窒素組成を2.7%まで増大することによりドットからの発光波長が単調に1.5μmまで長波長化することを見いだした。さらにInAs量子ドットの発光効率は隣接GaNAsの窒素組成が増加するにつれて改善し,最大で5倍にも達する大幅な改善効果を示すことがわかった。その後,デバイス化に必要なAlAs, AlGaAsなどのMOMBEに対して,反射高エネルギー電子線回折(RHEED)の成長時の電子線強度振動を使ってアルミニウム組成の制御法を確立,残留カーボンがAs/Ga比を増大することによって低減できるなどを見いだし,単一基板上で広いスペクトル領域をカバーするヘテロ構造を構成するためめ材料系の研究をほぼ完了させる成果を上げた。

This research is aimed at further research on the basic constituent materials for III-V-N compound semiconductor hybrid crystal, the application of semiconductor structure, the application of solar radiation efficiency, and the realization of high efficiency solar cells. The research on CdS/ZnS(Se)/MgS and II-VI materials for GaAs substrates in the short wavelength domain is progressing, while the research on GaNAs semiconductor materials on GaAs substrates in the long wavelength domain is progressing. Specifically, the organic metal molecular wire growth (MOMBE) method is used to investigate the long-wavelength transformation of GaNAs mixed crystals, and the increase of the crystal quality is accompanied by the deterioration of the crystal quality. The research on this topic has been carried out in the field of quantum chemistry with wavelength of 1.3μm and wavelength of 1.3μm. The internal pressure of the InAs is reduced, and the internal pressure of the InAs is reduced. The internal pressure of the InAs is reduced. As a result, the composition of InAs quantum dots adjacent to GaNAs increased by 2.7%, and the wavelength of light emitted by InAs quantum dots increased by 1.5μm. The luminous efficiency of InAs quantum dots has been greatly improved by 5 times as much as that of adjacent GaN. After that, MOMBE of AlAs, AlGaAs and AlGaAs are necessary for the development of the electron beam. The intensity vibration of the electron beam during the growth of RHEED is determined. The control method of the composition of the electron beam is established. The residual emission ratio increases. The ratio of As/Ga decreases. The results of the research on the structure of a substrate are summarized in this paper.

项目成果

I.Suemune, K.Uesugi, S.Ganapathy, X.Q.Zhang, M.Kurimoto., B.J.Kim, T.Y.Seong, H.Machida, N.Shimoyama: "III-V-N-Related Quantum Structures for 1.5μm Emission"IEE : Optoelectronics. (印刷中).

I.Suemune, K.Uesugi, S.Ganapathy, X.Q.Zhang, M.Kurimoto., B.J.Kim, T.Y.Seong, H.Machida, N.Shimoyama：“1.5μm 发射的 III-V-N 相关量子结构”IEE：光电子学（在新闻）。

X.Q.Zhang, Sasikala Ganapathy, Hidekazu Kumano, Katsuhiro Uesugi, Ikuo Suemune: "Photoluminescence study of InAs quantum dots embedded in GaNAs strain compensating layer grown by MOMBE"J. Appl. Phys.. Vol.92, No.11. 6813-6818 (2002)

X.Q.Zhang、Sasikala Ganapathy、Hidekazu Kumano、Katsuhiro Uesugi、Ikuo Suemune：“MOMBE 生长的 GaNs 应变补偿层中嵌入的 InAs 量子点的光致发光研究”J。