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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Epitaxial growth of largely lattice-mismatched thin films on GaAs and its application to infrared photodetectors

Research Project

Project/Area Number 19K04480
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

間野 高明  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (60391215)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords分子線エピタキシー / ガリウム砒素 / インジウム砒素 / 赤外線検出器
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、安心・安全社会の実現に不可欠な安価で高性能な赤外線検出器実現に向けた、GaAs(111)A基板上の低貫通転位密度の高品質In(Ga)As成長とその赤外線検出器応用に関する研究を行った。初めに、我々が開発したInGaAs-GaAs(111)A界面に極薄InAs層を挿入することにより格子緩和が促進されるATLAS法に関して、InAs挿入層の成長条件最適化に取り組んだ。成長温度や熱処理過程が貫通転位密度、X線ロッキングカーブ半値幅、表面平坦性、移動度に与える影響を調べた。低温InAs成長層の導入によりロッキングカーブ半値幅の大幅な低減効果が得られたが、貫通転位密度は増加して移動度は低下してしまった。このことから、結晶性評価の指針として広く用いられるロッキングカーブの半値幅の改善が必ずしも結晶品質の向上につながらないことが明らかとなった。この手法により作製したGaAs上のInGaAsのp-i-n構造を用いた赤外線検出デバイスを試作して、その動作を検証したが、貫通転位の存在などにより、特性は望ましいものとはならなかった。そこで、急峻に格子緩和が起きるInAs/GaAs(111)A界面に着目した新しいアイデアを試みた。バンドギャップの大きく異なるn-GaAsとn-InAsが急峻な界面で接合するとバンドが大きく曲がり、GaAs側には欠陥の無い障壁が形成される。これにより、極めて暗電流の低い赤外線検出素子が実現できることを明らかにした。シンプルな構造であるが、液体窒素温度の条件でほぼ暗電流ゼロで、2~3ミクロン帯の赤外線検出特性が観察された。最終年度はデバイス構造や測定系の最適化等を行い、3ミクロンを超える波長域の室温までの分光感度特性を観察した。この結果は、新しい原理に基づく安価で高品質な赤外線検出器の実現につながるものと考えられる。

  • Research Products

    (3 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Annealing-Induced Structural Evolution of InAs Quantum Dots on InP (111)A Formed by Droplet Epitaxy2021

    • Author(s)
      T. Mano, A. Ohtake, N. Ha, T. Noda, Y. Sakuma, T. Kuroda, K. Sakoda
    • Journal Title

      Crystal Growth & Design

      Volume: 21 Pages: 3947~3953

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.1c00276

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] InAs/GaAs(111)Aのメタモルフィック成長とその赤外線検出器応用2022

    • Author(s)
      間野高明、大竹晃浩、川津琢也、宮崎英樹、佐久間芳樹
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 赤外線検出素子、その製造方法、および赤外線検出装置2021

    • Inventor(s)
      間野高明、大竹晃浩、宮崎英樹、野田武司、佐久間芳樹
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-191169

URL: 

Published: 2022-12-28  

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