電子の非発光再結合を用いたGaAs中窒素不純物準位の高感度マッピング

利用电子非辐射复合对 GaAs 中的氮杂质水平进行高灵敏度测绘

• 批准号: 21K04130
• 负责人: 相原 健人
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency (2022)University of Tsukuba (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04130/
• 关键词: 顕微PL測定; CZTS太陽電池; 表面起電力法; 光熱分光法; 分光評価; 顕微測定; 窒素等電子トラップ; 非発光再結合機構; III-V族化合物半導体; レーザー分光法; 単一光子源; 共鳴励起機構

前年度に実施したGaAs中の窒素不純物準位間の信号が検出できない原因について調査を行い、光生成された正孔を外部へ取り出すには困難な高さのエネルギー障壁が存在したことを突き止めた。　そのため、本年度は 非輻射再結合のマッピング評価が可能な別の候補材料の検討を行った。新たな材料として、薄膜太陽電池材料のCZTSと呼ばれる多元系化合物半導体材料を研究対象にして、試料の準備と実証実験を行った。 試料は多結晶のCZTSを製膜したベア構造の試料Aと、その上にCdS層を堆積したpn構造の試料Bである。 まずはCZTS試料の顕微フォトルミネッセンス(PL)測定を実施して、試料構造と発光特性との相関を調査した。測定結果から2つの試料間で発光強度や強度分布等に違いは現れなかった。 これはマクロPL測定でも同様の結果が得られていた。先行研究によると、試料BではCdS層の堆積により空乏層が形成されるため発光効率の低下が生じる。 一方で、CdS層がパッシベーション層としても作用して表面再結合の低減にも寄与していた。そのため構造の異なる2つの試料間で発光強度に違いが生じなかったと結論付けていた。 今後は顕微PL測定で確認された、スペクトル形状の測定エリア変化について注目して、マクロ測定では明確な確認が困難な2つ試料の発光中心の比較を中心に実験を進めていく。加えて、CZTS試料の非輻射再結合機構の観測方法として、1)光励起したキャリアの表面蓄積を観測する表面起電力法、および、2)光励起したキャリアの非輻射再結合による熱弾性波を観測する光熱分光法のマクロ測定を室温でそれぞれ実施した。 両測定ともに試料Bでのみ光学スペクトルが観測された。 本測定を顕微測定に移行するには各信号感度を可能な限り大きくする必要がある。それぞれの測定で信号強度が最大となる条件出しを検討した。

我们在去年进行了研究，研究了砷化镓中氮杂质水平之间信号无法检测的原因，发现存在足够高的能垒，使得光生空穴难以提取到外部。因此，今年我们研究了其他可用于评估非辐射复合映射的候选材料。作为一种新材料，我们以薄膜太阳能电池材料——多元化合物半导体材料CZTS为研究对象，制备了样品并进行了演示实验。 这些样品是样品A和样品B，样品A具有由多晶CZTS制成的裸结构，样品B具有其上沉积有CdS层的pn结构。 首先，我们对 CZTS 样品进行了显微光致发光 (PL) 测量，以研究样品结构和发光特性之间的相关性。测量结果显示两个样品之间的发光强度或强度分布没有差异。 在宏观 PL 测量中也获得了类似的结果。根据之前的研究，在样品B中，由于CdS层的沉积，形成了耗尽层，导致发光效率下降。 另一方面，CdS层也起到钝化层的作用，有助于减少表面复合。因此，他们得出结论，不同结构的两个样品之间的发射强度没有差异。 今后，我们将重点关注通过显微PL测量确认的光谱形状的测量区域的变化，并且我们将进行以比较两个样品的发射中心为重点的实验，这是很难通过宏观测量。此外，作为观察CZTS样品的非辐射复合机制的方法，我们使用了1）表面电动势法来观察光激发载流子的表面积累，以及2）观察由于光的非辐射复合而产生的热弹性波使用光热光谱法在室温下进行宏观测量。 在两次测量中，仅观察到样品 B 的光谱。 为了将这种测量转移到显微测量，需要尽可能地提高每个信号的灵敏度。我们研究了在每次测量中最大化信号强度的条件。