成果報告書詳細
管理番号20090000000287
タイトル*平成20年度中間年報 革新的太陽光発電技術研究開発(革新型太陽電池国際研究拠点整備事業) ポストシリコン超高効率太陽電池の研究開発(自己組織化量子ドット)
公開日2009/8/21
報告書年度2008 - 2008
委託先名国立大学法人電気通信大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー技術開発部 太陽電池グループ
和文要約以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等 量子ドットの太陽電池応用においては、良質の量子ドットを高密度でかつ高均一に作製する技術の開発が重要な課題である。本研究開発における初年度(平成20年度)では主に以下の2点について研究開発を推進し、成果が得られたので報告する。 (1)GaAsナノホール埋め込み層を用いた高密度・高均一InAs量子ドットの研究開発 はじめに、GaAs基板上にSbを導入したGaAsSb/GaAs系バッファ層上へのInAs量子ドットの自己形成を行い、量子ドットの高密度化条件の確立を行った。量子ドットの高密度化においてはドット同士のコアレッセンス(合体)による転位の発生が大きな問題となるが、本Sb導入GaAsバッファ層上のInAs量子ドット成長では、表面偏析したSb原子のサーファクタント効果によるコアレッセンス抑制効果が働くために、良質な高密度ドットの自己形成が可能となった。しかし、量子ドットサイズが比較的大きい(高さ約11 nm)ために高密度化にともなう歪量の増大が問題となり、この場合にはドット密度を5×1010 cm-2程度に抑制する必要があることが分かった。
英文要約Self-assembled semiconductor quantum dots (QDs), grown by using Stranski-Krastanov (SK) growth technique, have been expected for applications to high-efficiency solar cells. In order to realize high-performance QD solar cells, high-uniformity and high-density QDs are requested, but there are trade-off relations between uniformity and high density in the conventional SK growth. In the first year (2008) of this research project, we developed a combination method of Sb-mediated growth with closely stacking growth of InAs QDs using the self-formed GaAs nanoholes.  First, we have demonstrated high-density InAs QDs on the Sb-containing GaAs buffer layers by molecular beam epitaxy (MBE). In this Sb-mediated growth method, since the coalescence of neighboring QDs was effectively suppressed, the crystal quality of InAs QDs was maintained in spite of high QD density (about 5×1010 cm-2). In addition, we found that high-density InAs QDs on the Sb-containing GaAs buffer layers are thermally stable as compared with conventional InAs QDs on the GaAs layer. It is important property for fabrication process of QD devices. However, photoluminescence (PL) linewidth of their QDs was not sufficient narrow, for example about 30 meV. As one of a middle aim of this project, we have proposed development of a fabrication technique of InAs QDs with high density of more than 6×1010 cm-2 and high uniformity of less than 20 meV in PL FWHM. So next, we tried closely stacking growth of high-density InAs QDs using the GaAs nanohole layer, which was fabricated by post-growth annealing of a thin GaAs capping layer. The nanoholes of the GaAs capping layer were self-formed just above the embedded InAs QDs. Then, the 2nd InAs QDs were selectively grown on the nanoholes. Therefore, it is expected that both InAs QDs of upper and lower layers are strongly combined. As a result, the closely double-stacked InAs QDs revealed a narrow PL spectrum with a linewidth of 19 meV. Finally, we developed a growth interruption method using Sb for enhancing crystal quality of InAs QDs. From these results, we conclude that the presented growth technique is a promising way for obtaining high-density and high-uniformity InAs QDs with high crystal quality.
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