2022 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 |
本研究では、可視光域で強い光応答を示すハライド半導体を対象に、薄膜ヘテロ構造におけるシフト電流の基礎学理の追求とデバイス動作実証を行うことを目的とする。これまで、代表的な強誘電半導体であるSbSIを中心に、薄膜構造におけるシフト電流の研究を進めてきたが、最終年度の今年度は、研究の更なる発展に向けて、薄膜におけるシフト電流光電変換の物質開拓を行った。シフト電流は、強誘電体などの極性を有する物質での研究がこれまで主に行われてきたが、極性がない物質でも空間反転対称性が破れていれば発生する。その一つの例として、閃亜鉛鉱型構造を持つ半導体が挙げられる。これまでGaAsなどの閃亜鉛鉱型半導体でテラヘルツ分光によるシフト電流の観測例はあったが、光電流として直接観測した報告はなかった。そこで、閃亜鉛鉱型構造を持つヨウ化銅(CuI)におけるシフト電流観測を目指して、CuIの薄膜作製に取り組んだ。分子線エピタキシー(MBE)法により、基板に格子整合の良いInAsを基板に用いて、配向を(001), (110), (111)の3方向に制御した単結晶薄膜を作製することに初めて成功した (Phys. Rev. B 106, 125307 (2022))。シフト電流は、試料内に結晶方位の異なるドメインが存在するとキャンセルしてしまうため、単結晶薄膜の作製は今後のシフト電流の観測に向けて重要な成果である。また近年、二次元化合物におけるシフト電流が注目を集めている。そこで、ハライドの代表的な二次元層状半導体であるPbI2薄膜の作製を行った。その結果、MBE法によって原子層レベルで表面平坦な単結晶薄膜の作製プロセスを確立した。また作製した薄膜は、極性を持つ4H構造と呼ばれるポリタイプであることを構造解析および光学吸収スペクトルから明らかにし、二次元ハライド半導体薄膜における今後のシフト電流研究の可能性を示した (Appl. Phys. Lett. 122, 073101 (2023))。
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| Research Progress Status |
令和4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 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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