InAs量子ドットを積層したGaAs pnダイオード中の欠陥準位

Defect levels in GaAs pn diodes embedded with InAs quantum dot layers

佐藤 真一郎; Schmieder, K.*; Hubbard, S.*; Forbes, D.*; Warner, J.*; 大島 武; Walters, R.*

Sato, Shinichiro; Schmieder, K.*; Hubbard, S.*; Forbes, D.*; Warner, J.*; Oshima, Takeshi; Walters, R.*

電子の3次元的な量子閉じ込め効果を利用したIII-V族半導体量子ドット(Quantum Dot: QD)デバイスは、次世代超高効率太陽電池への応用が期待されている。QD太陽電池の実用化にあたっては、QDを高密度に多数積層させる必要があり、近年では歪補償層の導入などによって格子定数の異なるQD層を積層欠陥なしに多数積層できるようになってきた。しかし、単結晶デバイスと比較すれば依然として多くの結晶欠陥が含まれており、それらがキャリア捕獲準位(欠陥準位)となってデバイス特性に悪影響を及ぼしている。今回、積層した量子ドット層中に存在する欠陥準位を明らかにするために、有機金属気相成長(MOVPE)法によってn型ベース層内にInAs量子ドット層を10層埋め込んだGaAs pnダイオード(QDデバイス)を作製し、DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)測定を行った。これを、InAs量子ドットを含まないGaAs pnダイオード(参照デバイス)と比較したところ、QDデバイスには参照デバイスには見られない正孔捕獲準位および電子捕獲準位が存在することを見出した。以上より、これら捕獲準位を低減することがQDデバイスの特性改善に必要であると結論できた。

III-V semiconductor devices embedded with quantum dots (QDs) are expected to be applied to next generation space solar cells. High density QDs and highly stacked QD layers without stacking fault are required in order to relaize QD solar cells, and have been obtained recently by using strain compensating technology. However, larger amount of defects are still incorporated into QD devices compared to single crystal devices and affect the device characteristics. In this study, we fabricated GaAs pn diode with 10 layers of InAs QDs by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) method and characterized defect levels in the devices using Deel Level Transient Spectroscopy (DLTS). The results were compared to reference samples which were GaAs pn diodes without InAs QDs. It was shown that unique electron and hole trap levels were found in the QD devices and thus we concluded that these traps should be reduced in order to improve the device quality.