新しい試み

 資源の豊富なBaとSiで構成されている斜方晶BaSi2は、光吸収係数が高く次世代薄膜太陽電池材料として着目している。また、Si上にエピタキシャル成長可能な半導体であり、今までに薄膜を熱反応堆積(RDE)法や分子線エピタキシー(MBE)法によってSi(111)基板上に成長し、[100]配向のエピタキシャル膜が得られた。しかしながらBaSi2は禁制帯幅が約1.2eVであるため、太陽電池材料として最適な禁制帯幅である1.4eVに比べて少し小さい。そこで今回はBaと等電子的なSrをBaと置換することによりバンドギャップエンジニアリングを目的とした、Ba1-xSrxSi2膜のエピタキシャル成長を試みた。

実験内容

 使用した基板はFz-p-Si(111)で、蒸着源に使用したBa、Srは3N、Siは10Nである。成長前処理として、RCA洗浄したSi基板をMBEチャンバーに導入し、サーマルクリーニングを850℃で30分間行った。その後、Si(111)の清浄表面を表す7×7をRHEEDで確認した。成長はまずRDE法によるテンプレート層を作製するため、Baの蒸着レート:RBa=1.0 nm/minとし、成長温度を500℃で20分間(膜厚約20nm)成長した。その後、MBE法によりRBa=1.0 nm/min、Siの蒸着レート:RSiを0.66 nm/min(Ba/Si=0.5:stoichiometry)、成長温度を最適温度である600℃として固定し、Srの蒸着レート:RSrを0.0-2.5 nm/min(Sr/Ba=0-2.5)の範囲で振って80分間(膜厚:約80nm)成長した。

結果考察

 RBS測定の結果を示す。Srの蒸着レートが増えるほど、膜中のSrの割合も増加することがわかった。

 Ba1-xSrxSi2のSrモル分率xとa軸の格子定数をプロットした図を示す。プロットがほぼ直線状になっていることから(a=0.891-0.041x [nm])、Ba1-xSrxSi2はVegard則が成り立つことが分かった。