2022 Fiscal Year Annual Research Report
Effective use of characteristics of Bi-based III-V compound semiconductors by controlling point defects density inside their crystals grown at low temperatures
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21H01829
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
富永 依里子 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (40634936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 史太郎 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (60456994)
上殿 明良 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20213374)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Bi系III-V族半導体半金属混晶 / 分子線エピタキシー法 / 低温成長 / 結晶欠陥 / 陽電子消滅法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度、研究代表者（富永）は分担者（石川）と協力し、250℃でGaAs基板上に成長した厚み200 nmの低温成長InGaAsBiを分子線エピタキシー（MBE）法によって複数得た。これら試料のX線回折法とラザフォード後方散乱法による結晶学的特性の解析の結果、250℃という低温であってもInGaAsBi薄膜が得られることが確認できた。一方で、前年度に取り組んだ低温成長GaAsBiのラングミュアの吸着等温式に基づくMBE成長条件におけるV/III比を基に低温成長InGaAsBiのV/III比を設定しても、Bi原子がGaAsBiの場合と比べてInGaAsBi結晶内に取り込まれにくい傾向を示した。これもまた、ラングミュアの吸着等温式によって説明することができ、成長最表面のIn原子の存在がBi表面被覆率を減少させるために、InGaAsBi結晶内のBi組成がGaAsBiと同一V/III比では減少すると考えられる。今後は、最終目標としているテラヘルツ波発生検出用光伝導アンテナに適した禁制帯幅を実現するInとBi両組成が得られるよう、低温成長InGaAsBiのMBE成長条件を更に最適化する必要があることが明らかになった。また、分担者（石川）は、GaAsBiナノワイヤについて陽電子消滅測定にも有用となる高密度・大容量成長の技術基盤を構築することができた。
更に、分担者（上殿）は、昨年度代表者がMBE成長した厚さ2 μmの低温成長GaAsBiの空孔型点欠陥密度を陽電子消滅法を用いて測定した。Bi組成が3%未満の範囲では、Bi組成が試料ごとに異なる低温成長GaAsBiの空孔型点欠陥密度に現時点では大きな差がないことが明らかになった。
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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
低温成長InGaAsBiの基礎特性評価まで進んだこと、陽電子消滅法による空孔型点欠陥に関する測定ができたこと、更に、公開文書のためここでは詳細は割愛するが、GaAs基板上のInAsBi量子ドットの実現に向けた成果も得られたため、当初研究目的に対し、順調に研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、光通信帯光源が利用可能なテラヘルツ（THz）波発生検出用光伝導アンテナ（PCA）の特性に適したInとBi組成を満たす低温成長InGaAsBiを得て、PCAの作製を行う。そのTHz波発生検出特性から、低温成長InGaAsBiが当該デバイスに適していることを実証する。また、GaAs基板上のInAsBi量子ドットの発光の検出も行い、その温度特性を測定することで、動作特性が温度に依存しない半導体レーザの実現に向けた足がかりを得ることも最終年度の目的とする。基礎特性の解明の観点からは、低温成長したGaAsBiやInGaAsBiの結晶内の点欠陥が電気的に中性であるのか、イオン化しているのか等を考察検討したい。
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