2023 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization and control of defects in low-temperature-grown Bi-based compound semiconductors for novel terahertz wave emitters and detectors
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21K04910
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
上田 修 明治大学, 研究・知財戦略機構(生田), 研究推進員(客員研究員) (50418076)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富永 依里子 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (40634936)
塩島 謙次 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (70432151)
池永 訓昭 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (30512371)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Bi系混晶半導体 / MBE / 低温成長 / 結晶欠陥 / THz波受送信素子 / 欠陥評価 / TEM / 析出物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度を含め、研究期間全体を通じて実施した研究成果は以下の通りである。
(1)GaAsBiの低温MBE成長で、基板温度を180℃と250℃に設定することで非晶質層と単結晶層の作り分けに成功した。MBE成長時のGaとAsの鍵となる分子線量比率を見出し、Bi原子が均一に取り込まれた非晶質GaAsBiと単結晶GaAsBiを得た。また、新たに250℃でGaAs基板上にInGaAsBiを成長するための低温MBE成長条件も最適化できた。すなわち、1)V/III比の精緻な調整により、本グループでは最高のIn, Bi両組成が得られ、2)InGaAsBi層の成長方向で各原子の極端に偏析のない均一な取り込みを実現できた（富永）。
(2)低温MBE成長GaAsBi結晶層（基板温度250℃）及び非晶質層（基板温度180℃）を熱処理したものをTEM解析した結果、1)GaAsBi結晶層の600℃熱処理では、As析出物が薄膜/(001)GaAs基板界面近傍に、またGaAsBi及びBi析出物が一様に形成される、2)非晶質層では、350℃熱処理で単結晶層とその上に多結晶層が形成され、薄膜/基板界面近傍にAs及びBi析出物が形成され、600℃熱処理では全層単結晶となり界面近傍にBi析出物のみ形成されることを明らかにした（上田、池永、富永）。
(3)低温MBE成長GaAsBiに対して光応答測定を行った。光電流信号強度だけでなくロックイン検出の位相差にも着目し、基礎吸収と欠陥に起因するスペクトルの裾野を分離した評価に成功した。また、光伝導測定でも同様の結果が得られた。さらに、厚さ2μmの厚膜低温MBE成長GaAsBiに関しては、波長886、1070、1314 nmのレーザを用いた界面顕微光応答測定により、薄膜の場合より明瞭な電極形状を光電流像中に見出した（塩島、富永）。
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[Presentation] X-ray fluorescence holography of low-temperature-grown GaAs1-xBix2023
Author(s)
Yoriko Tominaga, Koji Kimura, Seiya Saito, Minato Harada, Yusaku Kozai, Fumitaro Ishikawa, Naohisa Happo, and Kouichi Hayashi
Organizer
International conference on complex orders in condenced matter: aperiodic order, local order, electronic order, hidden order
Int'l Joint Research
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