Fabrication of bismuth-containing narrow-bandgap semimetal-semiconductor alloys and their application to photonic devices

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H02105
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Crystal engineering
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: Yoshimoto Masahiro 京都工芸繊維大学, その他部局等, 理事・副学長 (20210776)
• 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) ; 石田 秀俊 京都工芸繊維大学, グリーンイノベーションセンター, シニア・フェロー (00572009)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

High quality GaAsBi exhibiting bright luminance was fabricated by molecular beam epitaxy. The tail states of GaAsBi, which prevents the reduction of the threshold current of GaAsBi laser diodes and the improvement of the open circuit voltage of GaAsBi solar cells, are analyzed based on the luminescence characteristics and the spectral response of GaAsBi photodiodes. It has been found that the tail states are significantly reduced only by raising the growth temperature from 360°C to 380°C for only 20°C. In addition, GaAsBi laser diodes, GaAsBi solar cells, and GaNAsBi photodiodes were fabricated.

Free Research Field

半導体工学

Academic Significance and Societal Importance of the 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。本研究の成果は、高品位ビスマス含有半金属半導体混晶を得るための結晶成長の指針を明らかにし、また、この混晶を用いてレーザダイオードや太陽電池、フォトダイオードを試作したもので、この混晶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につながる。