Characterization and control of defects in low-temperature-grown Bi-based compound semiconductors for novel terahertz wave emitters and detectors

用于新型太赫兹波发射器和探测器的低温生长铋基化合物半导体的缺陷表征和控制

• 批准号: 21K04910
• 负责人: 上田 修
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04910/
• 关键词: Bi系半導体混晶; MBE; 低温成長; 結晶欠陥; THz波受送信素子; 欠陥評価; TEM; Bi系半導体混晶; MBE; 低温成長; 結晶欠陥; THz波受送信素子; 欠陥評価; TEM

令和4年度は、研究計画に沿って研究を遂行し、以下の成果が得られた。(1)今年度、新たに250℃でInGaAsBiを得て、そのX線回折測定とラザフォード後方散乱法(RBS)による測定から、低温成長GaAsBiと比較して成長時の同一のV/III比ではBi組成が低くなる傾向を明らかにした。光通信帯光源が利用可能な光伝導アンテナの作製に向け、禁制帯幅を光通信帯域とした低温成長InGaAsBiを得るため、低温成長InGaAsBiのInとBi両原子の組成制御を可能とするMBE成長条件を見出す必要があることを示す結果となった（富永）。(2) 前年度に引き続き、低温MBE成長GaAsBi結晶層（成長温度250℃）及び非晶質層（成長温度180℃）を熱処理したものを透過電子顕微鏡法（TEM）により解析した結果、新たに以下のことを明らかにした。まずGaAsBi結晶層では、600℃熱処理により上層部および下層部でそれぞれ、V字状および逆V字状のBi析出物が形成される。また、GaAsBi非晶質層では、熱処理温度が600℃以上で全層単結晶化する一方、BiおよびBi-richなGaAsBi析出物が、薄膜/基板界面近傍にのみ形成される傾向にある（O. Ueda et al., J. Cryst. Growth 601, 126945 (2023)）（上田、池永、富永）。(3)低温MBE成長GaAsBiに対してフォトコンダクティビィティー(PC)測定を行った。昨年度報告したフォトレスポンス(PR)スペクトルの場合と同様に、ロックイン検出で位相差が発生し、基礎吸収と欠陥に起因するスペクトルの裾野を分離して評価することに成功した。PR特性を中心とした結果をADMETA Plus 2022にて発表し、ポスターアワードを受賞した（塩島、富永）。

在2022年，根据研究计划进行了研究，并获得了以下结果。 （1）今年，我们在250°C下获得了Ingaasbi，并且从X射线衍射测量和卢瑟福后散射（RBS）中，我们透露，与低膜生长Gaasbi相比，BI组成在生长时的V/III比率相同。为了制造可以使用光学通信带的光电传入天线，以获得低温生长Ingaasbi作为光频带宽度作为光学通信带，结果表明，有必要发现MBE生长条件以允许在低温生长Ingaasbi（tominaga）中构成和Bi bi Atom的组成。 （2）在上一年之后，通过对低温MBE生长的GAASBI晶体层（生长温度：250°C）和非晶层（生长温度：180°C）的以下分析进行了以下分析，这些分析已使用透射电子（TEM）对热处理进行热处理。首先，在GAASBI晶体层中，V形和倒V形的BI沉淀物分别通过600°C的热处理在上层和下层形成。此外，在GAASBI无定形层中，全层单结晶发生在600°C或更高的热处理温度下，而Bi-Biich富含的Gaasbi沉淀物往往仅在薄膜/底物界面附近形成（O. Ueda等人，J。Cryst。 （3）在低温MBE种植的GAASBI上进行光电导率（PC）测量。与去年报道的光响应（PR）频谱相似，在锁定检测过程中发生了相位差异，我们成功地评估了由基本吸收和缺陷引起的光谱的基础。关注PR特征的结果在Admeta Plus 2022上介绍，并获得了海报奖（Tominaga Shioshima）。