2021 Fiscal Year Annual Research Report
高品質ハライド強誘電体薄膜を基盤とするシフト電流光電変換のデバイス実証
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20H02626
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中村 優男 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (50525780)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シフト電流 / ハライド / 分子線エピタキシー / 薄膜 / 強誘電体 / 光電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に、強誘電半導体のSbSIとp型透明導電体のCuIの高品質薄膜をMBE法で作製する方法を確立した。今年度は、両者をヘテロ接合化し、薄膜積層方向にシフト電流を発生させるような素子構造の作製に取り組んだ。昨年度作製したSbSI薄膜は、面直方向は分極方向であるc軸に配向していたが、面内配向はほぼランダムであった。一方、今年度はInAsの(110)面を基板に用いることで、薄膜の面内配向も揃えることが可能であることを明らかにした。また、CuIとInAsは格子整合が良く、InAs基板上にCuI薄膜をコヒーレントエピタキシャル成長できることを昨年度に確立した。以上より、InAs(110)基板を用いることで、SbSIとCuIのエピタキシャル薄膜同士をヘテロ接合化することが可能となった。そこで、p型ドープしたInAs(110)基板上にSbSIをCuIの透明電極で挟んだ全ヨウ化物積層構造を形成し、積層方向での光起電力測定を行った。その結果、可視光照射によって起電力の発生を観測した。上下の電極が同じCuIであることから、光起電力の起源がシフト電流であると示唆される。
さらに、可視光域で強い光吸収を持つ二次元層状半導体のBiI3の薄膜成長にも取り組み、原子レベルで平坦な高品質の単結晶薄膜を作製することにも成功した。作製した薄膜では、高い結晶性を反映した低温で非常に鋭い励起子共鳴が観測された。今後、このような層状ハライド薄膜におけるシフト電流などの非線形光電流応答の観測が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目標である、薄膜素子構造でのシフト電流を今年度観測できたことから、研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、SbSIの薄膜結晶性をさらに向上させ、より大きな起電力が得られるようにするとともに、他のハライドの強誘電体や極性半導体の作製に取り組み、薄膜素子構造でのシフト電流などの非線形光電流応答の観測を目指す。
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Research Products
(16 results)
