超高効率太陽電池に向けたビスマスサーファクタントと希釈ビスマスIII－V族混晶の研究

400℃以下という低温成長が必要になるGaAs_<1-x>Bi_x混晶において、その品質の劣化が懸念されている。当該年度は、高品質な希釈ビスマスIII-V族半導体半金属混晶GaAs_<1-x>Bi_xの成長およびそれを用いたデバイス応用に着Hして、研究を進めた。分子線エピタキシー法を用いてBi組成14.8%までのGaAs_<1-x>Bi_x結晶を成長した。成長時のV/IIIフラックス比などの成長条件を最適化することで、0.95eVまでの禁制帯幅を有するGaAs_<1-x>Bi_x (x≦9.5%)結晶において、室温における発光強度の劣化は無かった。また、発光強度は低下したものの0.85eVの禁制帯幅を有するGaAs_<1-x>Bi_x(x=11.7%)の試料から、1460nmでの室温での発光を得た。高分解X線回折法による構造評価においても、GaAs_<1-x>Bi_x(x≦14.8%)層に由来する明瞭な干渉縞が観測され、各ピーク強度もシミュレーション結果と一致した。これは、Bi原子の極端な偏析などは無く、急峻な界面が得られていることを示している。次に、当該材料を用いたデバイス製作を試みた。GaAs_<1-x>Bi_xを活性層とした、レーザダイオードを製作し、Bi組成4%の試料から1045nmでの電流注入によるレーザ発振を実現した。低温成長にもかかわらず、Bi原子が持つサーファクタント効果によって、希釈ビスマスIII-V族半導体半金属混晶GaAs_<1-x>Bi_xが高い品質を有することを実証した。今後、太陽電池などのデバイスへの応用が期待できる。当該年度の成果は、高品質のGaAS_<1-x>Bi_xを成長可能であり、デバイス応用が可能であることを実証した。いまだ、基礎研究段階にあった当該分野のデバイス応用への大きな足掛かりとなるものである。

400℃以下という低温成長が必要になるGaAs_<1-x>Bi_x混晶において、その品質の劣化が懸念されている。当該年度は、高品質な希釈ビスマスIII-V族半導体半金属混晶GaAs_<1-x>Bi_xの成長およびそれを用いたデバイス応用に着Hして、研究を進めた。分子線エピタキシー法を用いてBi組成14.8%までのGaAs_<1-x>Bi_x結晶を成長した。成長時のV/IIIフラックス比などの成長条件を最適化することで、0.95eVまでの禁制帯幅を有するGaAs_<1-x>Bi_x (x≦9.5%)結晶において、室温における発光強度の劣化は無かった。また、発光強度は低下したものの0.85eVの禁制帯幅を有するGaAs_<1-x>Bi_x(x=11.7%)の試料から、1460nmでの室温での発光を得た。高分解X線回折法による構造評価においても、GaAs_<1-x>Bi_x(x≦14.8%)層に由来する明瞭な干渉縞が観測され、各ピーク強度もシミュレーション結果と一致した。これは、Bi原子の極端な偏析などは無く、急峻な界面が得られていることを示している。次に、当該材料を用いたデバイス製作を試みた。GaAs_<1-x>Bi_xを活性層とした、レーザダイオードを製作し、Bi組成4%の試料から1045nmでの電流注入によるレーザ発振を実現した。低温成長にもかかわらず、Bi原子が持つサーファクタント効果によって、希釈ビスマスIII-V族半導体半金属混晶GaAs_<1-x>Bi_xが高い品質を有することを実証した。今後、太陽電池などのデバイスへの応用が期待できる。当該年度の成果は、高品質のGaAS_<1-x>Bi_xを成長可能であり、デバイス応用が可能であることを実証した。いまだ、基礎研究段階にあった当該分野のデバイス応用への大きな足掛かりとなるものである。