【研究領域課題番号】19K05295 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

GaAsN / MBE / PL / エキシトン / 光伝導特性 / 有効質量 / バンドギャップエネルギー / S-shape特性 / 局在準位 / Nクラスター / 電気伝導特性 / 結晶成長 / 励起子 / 光学特性

【研究成果の概要】

RF-MBE法で成長した不純物をドーピングしたGaAsNおよびGaAsを評価することにより、以下に示す3点の研究成果を得た。
(1) 室温において、SiドープGaAsNの光伝導特性を評価した。このSiドープGaAsNのバンドギャップエネルギー以下のエネルギー範囲において、窒素組成の揺らぎ以外が原因の光吸収があることを明らかにした。このようにバンドギャップエネルギー以下のフォトンを吸収する原因としては、エキシトンや局在準位による光吸収が考えられる。また、窒素組成が増加することによって、バンドギャップエネルギー以上のエネルギー範囲において、光吸収のピークを観測した。このような光吸収のピークが観測できる原因としては、バンド変調による第二伝導帯における光吸収が考えられる。今後は、これらの光吸収の原因について調べる必要がある。
(2) 2020年度の本研究により、濃度の高いSi不純物を含むSiドープGaAsNは、フォトルミネッセンス(PL)ピークエネルギーが測定温度の上昇とともに高エネルギー側へ変化するS-Shape 特性を示さないことを明らかにした。2021年度は、このPL特性を利用することによって、GaAsN中の電子の有効質量を評価する方法を新たに提案した。そして、本研究で提案した方法で得られた有効質量は、従来から用いられているサイクロトロン共鳴吸収分光法やラマン散乱分光法によって求めた有効質量にほぼ等しいことを示した。今後は、窒素組成を変化させたGaAsNの電子の有効質量を調べる予定である。
(3) 2020年度の本研究により、高濃度のSi不純物をドープしたGaAsNに対するアニール特性に関する研究結果を得た。2021年度は、この研究結果を論文にまとめ、査読付英文誌で発表した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】結晶工学

【研究領域課題番号】26246017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子ドット太陽電池 / 中間バンド太陽電池 / 自己組織化量子ドット / ２段階光吸収過程 / 分子線エピタキシー / 量子ドット超格子 / 量子ドット / 2段階光吸収過程 / フーリエ変換光電流分光法 / 結晶成長 / 高効率太陽光発電材料・素子 / 太陽電池 / 半導体物性 / 量子ナノ構造 / 2段階光吸収 / 太陽光発電 / 量子効率

【研究成果の概要】

従来のpn接合間の最適なエネルギー位置に新たにバンド構造を導入した中間バンド型太陽電池が実現できると、エネルギー変換効率の理論値は60%(集光時)を上回り、現在の単結晶Si太陽電池の２～３倍の発電量が得られる。このような太陽電池を実現する素子構造として、高密度、高均一で周期配列させた量子ドット超格子(ドット結晶)が挙げられる。
本研究では価電子帯から中間バンドへ、また中間バンドから伝導帯への励起強度と時間遅れが光電流に及ぼす影響を網羅的に調べることにより、中間バンドの役割を明確にし、かつこのときの最適な集光条件を見出すことにより、電流整合の最適化及び高電圧化を図ることを目的とした研究を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】19206003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

結晶工学 / 結晶成長 / 半導体物性 / 量子コンピュータ / MBE・エピタキシャル / MBE・エピタキシャル成長

【研究成果の概要】

シリコン結晶中に多元素を重畳δドーピングする手法として、特異な表面構造をドーピング源として利用し、瞬時レーザアニールにより構造破壊無しでδドーピング層を活性化する、2段階手法を提唱した。特異な表面構造としてシリコン(001)表面上のビスマス原子細線を選択し、細線中元素をエルビウム元素に一部置換する事により、シリコン中への二元素重畳δドーピングを実証した。瞬時レーザアニールは欠を誘起するが、追加の炉低温アニールにより除去できた。この構造欠陥はGセンターと呼ばれるもので、光学的に利得がある可能性が示唆されている。Gセンターをレーザ材料として検討できるように、高濃度Gセンターのシリコン試料を作製する手法を提案し、エレクトロルミネッセンス発光の確認を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2010

【配分額】40,430千円 (直接経費: 31,100千円、間接経費: 9,330千円)