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2018 年度 実績報告書

ビスマス含有狭バンドギャップ半金属半導体混晶の創製とフォトニックデバイスへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 16H02105
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

吉本 昌広  京都工芸繊維大学, その他部局等, 理事・副学長 (20210776)

研究分担者 西中 浩之  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 助教 (70754399)
上田 大助  京都工芸繊維大学, グリーンイノベーションラボ, 特任教授 (60540424)
山下 兼一  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00346115)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード半導体 / 半金属 / 分子線エピタキシー / 結晶成長 / 半金属半導体合金 / レーザダイオード
研究実績の概要

ビスマス含有半金属半導体混晶はGaAsやInP基板に格子整合しながら禁制帯幅が0.3から1.4 eVをカバーしたⅢ-Ⅴ族半導体である。この半導体は、Biの混入による大きなナローギャップ効果、禁制帯幅の温度無依存化、大きなスピン軌道相互作用などの特異な物性を示す。この混晶は非平衡状態でのみ製作できる結晶材料であるので、結晶材料でありながらその電子物性は製作の方法と条件に依存している。真の物性は未だ明確ではない。本研究では、高品位かつ高ビスマス組成のビスマス含有半金属半導体混晶を創製し、その真の物性を明確にし、その特性を活かしたフォトニックデバイスへの応用を切り開くことを目的としている。
本年度は、これまで進めてきたGaAsBiの局在準位(裾準位)の評価を体系的に進め、以下の結論を得た。Bi組成が0から5%のGaAsBiを360℃と380℃の二種類の温度で結晶成長した。GaAsBiの裾準位を評価するために、サブバンドギャップ吸収、低温での発光特性、および発光特性の温度依存性を測定した。成長温度が380℃の時は、GaAsに比べて裾準位は増えるものの、Bi組成が大きいGaAsBiほど、Bi原子のサーファクタント効果により裾準位の形成は抑制される。成長温度が360℃に20℃低下すると、このような効果は見られず、380℃に比べて裾準位が大きく増える。わずか20℃の成長温度の低下が、GaAsBiの特性劣化を招くことが明らかになった。またレーザ発振のしきい値低減などデバイス特性の向上には、裾準位の形成を抑制するためにできるだけ高い温度で結晶成長する必要がある。400℃以上ではBiが成長表面から再脱離するため、380から400℃の範囲でGaAsBiを結晶成長する必要がある。また、GaAsBiレーザダイオードおよびGaAsBi太陽電池の試作、GaNAsBiの結晶成長と特性評価を進めた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] PEDOT:PSS/GaAs<sub>1-x</sub>Bi<sub>x</sub> organic-inorganic solar cells2019

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Sho、Kakuyama Kyohei、NISHINAKA Hiroyuki、YOSHIMOTO Masahiro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中 ページ: 4 pages

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab1e97

    • 査読あり
  • [学会発表] Growth temperature dependence of GaAsBi tail states probed by sub-band absorption and photoluminescence characteristics2019

    • 著者名/発表者名
      Sho Hasegawa, Kyohei Kakuyama, Hiroyuki Nishinaka and Masahiro Yoshimoto
    • 学会等名
      10th International Workshop on Bismuth-Containing Semiconductors
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of PEDOT:PSS/GaAs1-xBix solar cells2018

    • 著者名/発表者名
      ho Hasegawa, Kyohei Kakuyama, Pallavi Patil, Hiroyuki Nishinaka and Masahiro Yoshimoto
    • 学会等名
      9th International Workshop on Bismuth-Containing Semiconductors
    • 国際学会
  • [学会発表] PEDOT:PSS/GaAs1-xBix有機無機ハイブリッド太陽電池の製作2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川将,岳山恭平,鈴木耕作,西中浩之,吉本昌広
    • 学会等名
      第65回春季応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] PEDOT:PSS/GaAsBi太陽電池の製作と評価2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川将,岳山恭平,西中浩之,吉本昌広
    • 学会等名
      日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会平成30年度第1回研究会
  • [学会発表] GaAsBiフォトダイオードの分光感度特性2018

    • 著者名/発表者名
      岳山恭平,鈴木耕作,長谷川将,西中浩之,吉本昌広
    • 学会等名
      日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会平成29年度第1回研究会
  • [図書] Bismuth-Containing Alloys and Nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Pallavi Kisan Patil1, Satoshi Shimomura, Fumitaro Ishikawa, Esperanza Luna and Masahiro Yoshimoto (分担執筆)Shumin Wang, Pengfei Lu(編集)
    • 総ページ数
      471
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      978-981-13-8078-5
  • [図書] Molecular Beam Epitaxy 2nd Edition From Research to Mass Production2018

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Yoshimoto, Kunishige Oe (分担執筆) Mohamed Henini(編集)
    • 総ページ数
      788
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      9780128121368

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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