Effective use of characteristics of Bi-based III-V compound semiconductors by controlling point defects density inside their crystals grown at low temperatures
| Project/Area Number |
21H01829
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
富永 依里子 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (40634936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上殿 明良 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20213374)
石川 史太郎 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (60456994)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
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| Keywords | Bi系III-V族半導体半金属混晶 / 分子線エピタキシー法 / 低温成長 / 結晶欠陥 / 陽電子消滅法 / Bi系III-V族半導体混晶 |
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| Outline of Research at the Start |
GaAsBiやInAsBiといったビスマス (Bi) 系III-V族半導体混晶は、GaAs、InAs各母体結晶にBi原子をわずか数パーセント取り込むだけで、禁制帯幅が急激に小さくなる、価電子帯上端が高エネルギーシフトする、禁制帯幅の温度依存性が低減するという特異な物性を発現する。本研究では、分子線エピタキシー法による当該半導体混晶の400℃以下での低温結晶成長による量子構造を開拓する。低温成長とBi原子の存在は、当該半導体混晶の点欠陥形成にどのように影響するのかという学術的問いを基軸に量子構造内の点欠陥密度の制御を可能にし、上記3つの物性を最大限活用したデバイス応用基盤を助成期間で確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度、研究代表者は分担者と協力し、ラングミュアの吸着等温式に基づく低温成長InGaAsBiの分子線エピタキシー（MBE）法による成長条件最適化に取り組んだ。昨年度までの成長条件では、250℃での低温成長でありながらInGaAsBiエピタキシャル薄膜自体は得られてはいたが、InとBi両原子の添加によるBi組成の減少、つまり、In原子によるBi原子の取り込みの阻害の傾向がみられていた。しかし、当該年度に成長条件を丹念に見直したところ、初年度に明らかにした三元混晶の低温成長GaAsBiのラングミュアの吸着等温式に基づく成長モデルと低温成長InGaAsBiの場合のBi組成が合致することが明らかになった。これまでは低温成長InGaAsBiのMBE成長条件が最適化されていなかったと判断し、公開文書のためここでは詳細は割愛するが、分子線量比を精緻に設定したところ、本グループとしては、低温成長InGaAsBiにおけるこれまでで最大のBi組成を達成することができた。この組成は試料のX線回折法とラザフォード後方散乱法による結晶学的特性の解析の結果から算出した。最終目標としている光通信帯光源が利用可能なテラヘルツ波発生検出用光伝導アンテナ（PCA）に適した禁制帯幅を実現するInとBi両組成が得られるようになり、最終年度に研究を大きく前進させることができた。低温成長におけるInとBi両組成を制御できるようになったため、今後の展望として、当該PCA用半導体に要求される高抵抗・短キャリア寿命・高移動度を同時に満たす低温成長InGaAsBiが得られるよう、更に精緻な点欠陥制御が必要な段階に到達した。分担者による陽電子消滅法を用いた低温成長InGaAsBiの空孔型点欠陥種や密度の測定結果をMBE成長条件にフィードバックする重要性が増した状況である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(44 results)
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[Presentation] X-ray fluorescence holography of low-temperature-grown GaAs1-xBix2023
Author(s)
Yoriko Tominaga, Koji Kimura, Seiya Saito, Minato Harada, Yusaku Kozai, Fumitaro Ishikawa, Naohisa Happo, and Kouichi Hayashi,
Organizer
International conference on complex orders in condensed matter: aperiodic order, local order, electronic order, hidden order
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