Development of low-temperature growth technique for GaAs-based semiconductor alloys to utilize defects inside their crystals
Publicly Offered Research
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
19H04548
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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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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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 点欠陥 / 低温成長 / GaAs系III-V族半導体混晶 / 低温成長GaAs系混晶半導体 / 分子線エピタキシャル成長法 / 光伝導アンテナ / GaAs系半導体混晶 / アモルファス堆積 / X線回折 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではGaAs系混晶半導体の結晶欠陥を活用するという点を新規な着想とし、研究代表者独自の視点である「欠陥を生かすためのバンドエンジニアリング」を手法として光通信帯光源が利用可能なテラヘルツ（THz）波発生検出用光伝導アンテナ（PCA）を実現する。初年度にはInP基板上の光通信帯に禁制帯幅を有する混晶半導体の低温成長条件の最適化・基礎物性の明確化・欠陥準位の評価を進め、次年度はInP基板よりも安価な半導体基板上の低温成長条件を探索する。得た混晶半導体を用いてダイポール型PCAを作製し、そのTHz波発生検出特性の評価を行うことで当該PCAの性能向上の鍵となる欠陥を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、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の開発を行うことを最終目的としている。その候補材料として研究代表者が取り組んでいるBi系III-V族半導体の最終的な材料InGaAsBiの成長に向けて、今年度も前年度に引き続き三元混晶のInGaAsの転位などの結晶欠陥とGaAsBiの分子線エピタキシャル（MBE）成長および点欠陥の検出に取り組んだ。
240-250℃でMBE成長したInP(001)基板上のInGaAs（アンドープならびにBeドープ）においては、600℃で水素雰囲気中で熱処理を行い、透過型電子顕微鏡（TEM）で断面を観察したところ、明瞭なAs凝集体は確認できず、転位の周辺にAsが凝集することもなかった。今後はMBE成長時のAs分子線量の調整が必要であることと、600℃より高温のMBE装置内での熱処理を検討する必要がある。
また、180-250℃で成長・堆積した低温成長・アモルファスGaAsBiにおいては、600℃での熱処理後にBiが凝集体に変化したり、アモルファスInGaAsの場合と異なりアモルファスGaAsBiは単結晶GaAsBiへと固相成長せず、BiとGaAsが相分離した結晶薄膜が得られることが判明した。現時点でこれは、低温成長による空孔型点欠陥（主にGa空孔）によると予想しているため、新学術領域内の共同研究により陽電子消滅法を用いた空孔型点欠陥の検出を行った。また、電子スピン共鳴法を用いたアンチサイト型点欠陥（主にアンチサイトAs）の検出も着手した。この両測定手法において、低温成長・アモルファスGaAsBi薄膜内の空孔型・アンチサイト型両点欠陥の存在が示唆され、今後は膜厚を増加させた試料の測定を行うことでその欠陥種の解明を行う計画である。
その他、低温成長GaAsBiおよびInGaAsBiのMBE成長条件の設計も行えるようになった。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
