太陽電池用狭ギャップ窒化物半導体ヘテロ構造の開発

用于太阳能电池的窄带隙氮化物半导体异质结构的开发

• 批准号: 15760214
• 负责人: サドウスキー J・T
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760214/
• 关键词: GaAsN; GaAsNBi; MBE; STM; RHEED; 薄膜; フォトルミネッセンス; 太陽電池; GaAs; Epitaxy; Thin film; Surface reconstruction; Solar cell

4元系半導体GaAsNBiの成長実験を超高真空分子線エピタキシー(MBE)-走査トンネル顕微鏡(STM)システムを用いて行った。SiドープされたGaAs(001)ウェハーを堆積基板として用いた。基板の表面を改善するために200nmの厚みのGaAsバッファ層を600℃の温度で堆積した。その上に800nmの膜厚のGaAsNBiを堆積した。薄膜の結晶性を良くするために、基板温度(370〜630℃)、窒素プラズマ入力(250-500W)、As/Gaフラックス比(1〜30)、Biのフラックスなどの堆積条件を系統的に変化させて堆積条件の最適化を行った。成長表面の様子は高速電子線回折(RHEED)でその場観察し、堆積膜は真空チャンバーから取り出した後に温度可変フォトルミネッセンス(PL)により光特性を、非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)により表面形態を評価した。いくつかの試料については、超高真空STMによりナノスケールの表面構造分析を行った。本研究の結果、Biが膜への窒素導入を促進すること、GaAsNBi膜の結晶性が基板温度に強く依存することが明らかとなった。高基板温度(550〜630℃)条件では、Biはサーファクタントとして働き、表面の平坦さとPL効率を大幅に改善するが、その基板温度の高さのために窒素の含有率は1%以下にとどまった。Biに起因するマイクロファセッティングもAFMにより観察された。中基板温度(420〜550℃)条件では、Biにより窒素の膜への導入が促進されるが、表面形態、PL効率は劣化した。低基板温度(370〜420℃)条件では、Biの添加が表面形態と光特性に強く影響した。N/Bi比を制御することで格子定数をGaAsに一致するようにした結果、結晶性、光特性の非常に優れた窒素含有率の異なるGaAsNBi膜を成長することに成功した。

使用超高真空分子束外延（MBE）扫描隧道显微镜（STM）系统进行了第四纪半导体Gaasnbi的生长实验。使用Si掺杂的GAA（001）晶片用作沉积底物。在600°C的温度下沉积了200 nm厚的GAAS缓冲层，以改善底物的表面。最重要的是，厚度为800 nm的Gaasnbi被沉积。为了改善薄膜的结晶度，沉积条件（例如底物温度（370-630°C），氮血浆输入（250-500 W），AS/GA通量比（1-30）和BIUX系统地进行了系统更改以优化沉积条件。通过高速电子衍射（RHEED）观察到生长表面，并在从真空室中取出沉积膜后，使用可变的温度光致发光（PL）评估了光性特征，并使用非接触式原子力显微镜（NC-AFM）评估了表面形态。一些样品通过超高真空STM进行纳米级表面结构分析。这项研究表明，BI促进了膜中的氮引入，并且Gaasnbi膜的结晶度很大程度上取决于底物温度。在高底物温度（550-630°C）的条件下，BI充当表面活性剂，大大提高了表面平坦度和PL效率，但由于其较高的底物温度，氮含量仍低于1％。 AFM还观察到由BI引起的微针。在中型底物温度（420-550°C）下，BI促进了氮的引入膜，但表面形态和PL效率恶化。在低底物温度（370-420°C）下，BI的添加强烈影响表面形态和光特性。通过控制N/BI比，晶格常数与GAAS重合，因此，我们成功地增长了具有出色的结晶度和光学特性的Gaasnbi膜，具有不同的氮含量。

项目成果

Thin bismuth film as a template for pentacene growth

• DOI: 10.1063/1.1865350
• 发表时间: 2005-02
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: J. Sadowski;T. Nagao;S. Yaginuma;Y. Fujikawa;A. Al‐Mahboob;K. Nakajima;T. Sakurai;G. Thayer;R. Tromp

Nanofilm allotrope and phase transformation of ultrathin Bi ultrathin Bi film on Si(111)-7x7

Si(111)-7x7 上超薄 Bi 膜的纳米膜同素异形体和相变

• 发表时间: 2004
• 期刊: Physical Review Letters 93
• 作者: Asuha;L.Yueh-Ling;0.Maida;M.Takahashi;H.Kobayashi;J.T.Sadowski et al.;T.Nagao et al.
• 通讯作者: T.Nagao et al.