2018 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of bismuth-containing narrow-bandgap semimetal-semiconductor alloys and their application to photonic devices
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16H02105
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉本 昌広 京都工芸繊維大学, その他部局等, 理事・副学長 (20210776)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西中 浩之 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 助教 (70754399)
上田 大助 京都工芸繊維大学, グリーンイノベーションラボ, 特任教授 (60540424)
山下 兼一 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00346115)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 半導体 / 半金属 / 分子線エピタキシー / 結晶成長 / 半金属半導体合金 / レーザダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ビスマス含有半金属半導体混晶はGaAsやInP基板に格子整合しながら禁制帯幅が0.3から１.4 eVをカバーしたⅢ-Ⅴ族半導体である。この半導体は、Biの混入による大きなナローギャップ効果、禁制帯幅の温度無依存化、大きなスピン軌道相互作用などの特異な物性を示す。この混晶は非平衡状態でのみ製作できる結晶材料であるので、結晶材料でありながらその電子物性は製作の方法と条件に依存している。真の物性は未だ明確ではない。本研究では、高品位かつ高ビスマス組成のビスマス含有半金属半導体混晶を創製し、その真の物性を明確にし、その特性を活かしたフォトニックデバイスへの応用を切り開くことを目的としている。
本年度は、これまで進めてきたGaAsBiの局在準位(裾準位）の評価を体系的に進め、以下の結論を得た。Bi組成が0から5%のGaAsBiを360℃と380℃の二種類の温度で結晶成長した。GaAsBiの裾準位を評価するために、サブバンドギャップ吸収、低温での発光特性、および発光特性の温度依存性を測定した。成長温度が380℃の時は、GaAsに比べて裾準位は増えるものの、Bi組成が大きいGaAsBiほど、Bi原子のサーファクタント効果により裾準位の形成は抑制される。成長温度が360℃に20℃低下すると、このような効果は見られず、380℃に比べて裾準位が大きく増える。わずか20℃の成長温度の低下が、GaAsBiの特性劣化を招くことが明らかになった。またレーザ発振のしきい値低減などデバイス特性の向上には、裾準位の形成を抑制するためにできるだけ高い温度で結晶成長する必要がある。400℃以上ではBiが成長表面から再脱離するため、380から400℃の範囲でGaAsBiを結晶成長する必要がある。また、GaAsBiレーザダイオードおよびGaAsBi太陽電池の試作、GaNAsBiの結晶成長と特性評価を進めた。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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