| 研究課題/領域番号 |
19K05295
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
牧本 俊樹 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50374070)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | GaAsN / MBE / PL / エキシトン / 光伝導特性 / 有効質量 |
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| 研究実績の概要 |
RF-MBE法で成長した不純物をドーピングしたGaAsNおよびGaAsを評価することにより、以下に示す3点の研究成果を得た。
(1) 室温において、SiドープGaAsNの光伝導特性を評価した。このSiドープGaAsNのバンドギャップエネルギー以下のエネルギー範囲において、窒素組成の揺らぎ以外が原因の光吸収があることを明らかにした。このようにバンドギャップエネルギー以下のフォトンを吸収する原因としては、エキシトンや局在準位による光吸収が考えられる。また、窒素組成が増加することによって、バンドギャップエネルギー以上のエネルギー範囲において、光吸収のピークを観測した。このような光吸収のピークが観測できる原因としては、バンド変調による第二伝導帯における光吸収が考えられる。今後は、これらの光吸収の原因について調べる必要がある。
(2) 2020年度の本研究により、濃度の高いSi不純物を含むSiドープGaAsNは、フォトルミネッセンス(PL)ピークエネルギーが測定温度の上昇とともに高エネルギー側へ変化するS-Shape 特性を示さないことを明らかにした。2021年度は、このPL特性を利用することによって、GaAsN中の電子の有効質量を評価する方法を新たに提案した。そして、本研究で提案した方法で得られた有効質量は、従来から用いられているサイクロトロン共鳴吸収分光法やラマン散乱分光法によって求めた有効質量にほぼ等しいことを示した。今後は、窒素組成を変化させたGaAsNの電子の有効質量を調べる予定である。
(3) 2020年度の本研究により、高濃度のSi不純物をドープしたGaAsNに対するアニール特性に関する研究結果を得た。2021年度は、この研究結果を論文にまとめ、査読付英文誌で発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
SiドープGaAsNの光伝導スペクトルにおいて、バンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーで光吸収ピークが現れることを明らかにした。一方で、バンドギャップエネルギーよりも低いエネルギーのフォトンを吸収することを明らかにした。これらに関連した研究成果を国内会議で発表した。また、高濃度のSi不純物をドープしたGaAsNに対するアニール特性に関する研究結果を査読付英文誌で発表した。
以上の研究成果の他にも、SiドープAlGaAsやAlGaAs/GaAs超格子を成長して、これらの基本特性を評価した。今後は、これらの薄膜に窒素元素を添加することによって、窒素元素を添加した効果を評価する予定である。
2020年度から始まったコロナウィルスの影響やその間にMBE装置が故障したために、結晶成長や特性評価を行うことができなかった期間があった。この結果、2020年度の研究において、今期の2021年度の準備を十分にできなかったために、2021年度の研究進捗は当初計画よりもやや遅れている。したがって、当初計画では2021年度で本研究を終了する予定であったが、2022年度も引き続き本研究を継続することにした。
ただし、高い濃度のSi不純物を含むSiドープGaAsNのPLスペクトルから、電子の有効質量を評価する方法を新たに提案できたことは、当初の研究計画以外の研究成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
コロナウィルスの影響やその間にMBE装置が故障したために、2021年度の研究進捗は当初計画よりもやや遅れているので、2022年度も引き続き本研究を継続する。
当初の研究計画通り、RF-MBE法を用いて、不純物ドープしたGaAsN系半導体やGaAsN系超格子構造を成長する。そして、光の吸収・透過測定やPL測定などを用いることにより、その光学特性に関して評価を行う。さらに、その光学特性をAlGaAs/GaAs超格子と比較することにより、GaAsN系超格子の特徴を抽出することを目標とする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年度から始まったコロナウィルスの影響やその間にMBE装置が故障したために、結晶成長や特性評価を行うことができなかった期間があった。この結果、2020年度の研究において、今期の2021年度の準備を十分にできなかったために、2021年度の研究進捗は当初計画よりもやや遅れている。したがって、当初計画では2021年度で本研究を終了する予定であったが、2022年度も引き続き本研究を継続することにした。
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