2018 Fiscal Year Research-status Report
Innovative research on electronic properties in alloy semiconductors
| Project/Area Number |
17K05498
|
|---|
| Research Institution | Wakayama University |
|---|
Principal Investigator |
篠塚 雄三 和歌山大学, 学内共同利用施設等, 名誉教授 (30144918)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋元 郁子 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (00314055)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 化合物半導体 / 混晶 / バンド構造制御 / キャリア / 有効質量 / サイクロトロン共鳴 / 電子状態 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
理論面では、本研究の基礎となっているIQB理論を初年度に引き続きさらに拡張させた。特にII-VI族とIII-V族を混ぜた新規混晶系(II-VI)1-x(III-V)xの電子状態の組成比依存性を定量的に明らかにすることのできるモデルを構築し(課題2)、その際、電荷の中性条件やirregularなボンド(II-VやIII-VIな ど)の取り扱いに対して、妥当と考えられる近似を導入した。具体例として、混晶半導体として(ZnO)1-x(InN)xを対象に計算を行ったところ、九大の板垣らによって得られている実験結果をある程度うまく説明することができた。以上の結果をアメリカのボストンで開かれた国際的会議CSW2018で発表し、またJJAP誌に論文発表を行った。実験面では、混晶結晶系での伝導パラメータを抽出するために、スペクトル分解のよいサイクロトロン共鳴スペクトルを得る計画（課題４）の下、混晶結晶系での測定に先立ち、高純度GaAs結晶（Undoped, MTI社製）を新たに購入し、X-band（9.6 GHz）とQ-band（34 GHz）のマイクロ波により、光注入したキャリアのサイクロトロン共鳴測定を実施した。十分に励起強度を弱めた条件で測定した結果、これまで同様キャリア密度が高い状態に表れるマグネトプラズマ共鳴-マグネトレジスタンスを観測したが、サイクロトロン共鳴の測定には至らなかった。さらに、高純度GaN結晶（undoped, PAM-XIAMEN製）を購入しX-bandで実験したものの、キャリア応答は観測できたが、磁場下での共鳴現象を取得するには至らなかった。これは高密度なトラップの存在が自由キャリアの運動を阻害しているものと考えられる。また、測定中のサンプル位置での温度を実測するための温度計および計測器を購入し、低温実験をする準備を整えた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
IQB理論の欠点である 不可避的に常に出現するバンドギャップについて、その適否や局在状態の真偽を判定する条件(課題1)を求めて、いろいろな方法（アイデア）を模索している途中である。一方、混晶結晶系を調べる上で、最も簡単なケースであるGaAs、GaP、GaN結晶において、未だCRスペクトルを得られておらず実験手法が確立できていないため、実験部分は遅れている。GaAs結晶では直接遷移型であることによるキャリアの高密度化及びキャリア緩和時間が速過ぎること、GaN結晶ではトラップを排除した良質な結晶試料を用いられなかったことが理由である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
IQB理論の欠点である 不可避的に出現するバンドギャップについて、非エルミートHamiltonianの固有値問題について先人達の他分野での研究成果を参考に、いろいろな方法（アイデア）を検討する。また、(ZnO)1-x(InN)x以外の混晶の電子状態の計算も行う計画である。キャリア散乱時間（τ）が短い直接キャップの半導体において、CR測定のための条件（ωτ>>1）を満たすためには、X-bandよりも3.5倍高周波のQ-band（ω/2π=34 GHz）マイクロ波を用いる方が望ましい。Q-bandで、光キャリアを低密度に注入するための励起光強度の最適化を、光変調や適したフィルターを用いるなどの工夫をしてさらに行い、光キャリアのCR測定を目指し、励起方法を確立させる。また、より純度が高く高品質な結晶を入手して、光学測定で結晶品質を調べることとX-bandでのCR測定実験を推進する。
|
| Causes of Carryover |
（理由）学外でのQ-band（34 GHz）測定を実施したことにより年度前半の寒剤代が少なく済んだことに加え、年度後半には、寒剤に利用する液体ヘリウムの国内流通量が減り、購入することが困難になり寒剤代を消化しなかったことが理由である。また、計画していたアイルランドの研究者への訪問を都合により延期したためである。
（使用計画）新たな試料購入に充てる一方、2019年度後半においては寒剤流通が見込めそうなので、寒剤代として消費する。また、アイルランドの研究者を訪問し、できれば海外共同研究に発展させたい。
|
