Effective use of characteristics of Bi-based III-V compound semiconductors by controlling point defects density inside their crystals grown at low temperatures

通过控制低温生长晶体内部的点缺陷密度，有效利用Bi基III-V族化合物半导体的特性

基本信息

批准号：
21H01829
负责人：
富永依里子
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

项目摘要

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。

本财年，首席研究员（富永）与合著者（石川）合作，利用分子束外延技术在 250°C 的 GaAs 衬底上获得了多个低温生长的 InGaAsBi 薄膜，厚度为 200 nm（ MBE）方法。使用X射线衍射和卢瑟福背散射分析这些样品的晶体学特性，结果证实即使在低至250℃的温度下也可以获得InGaAsBi薄膜。另一方面，即使低温生长InGaAsBi的V/III比是基于MBE生长条件下的V/III比来设定的，该条件是基于我们在2007年研究的低温生长GaAsBi的朗缪尔吸附等温线。去年，如果Bi原子是GaAsBi，则与InGaAsBi晶体相比，Bi原子表现出较少进入InGaAsBi晶体的趋势。这也可以通过朗缪尔吸附等温线来解释，并且由于顶部生长表面上 In 原子的存在降低了 Bi 表面覆盖率，因此 InGaAsBi 晶体中的 Bi 组成与 GaAsBi 具有相同的 V/III 比率。这将会减少。未来，有必要进一步优化低温生长InGaAsBi的MBE生长条件，以获得适合产生和检测太赫兹波的光电导天线的禁带宽度的In和Bi成分，即最终目标已经明确。此外，合著者（石川）还构建了高密度、大容量生长GaAsBi纳米线的技术平台，这将有助于正电子湮没测量。此外，贡献者（Kamidono）使用正电子湮没法测量了代表人去年通过MBE生长的厚度为2μm的低温生长GaAsBi的空位型点缺陷密度。目前已经清楚，不同Bi成分的低温生长GaAsBi样品在Bi含量小于3%的范围内，空位型点缺陷密度没有显着差异。

项目成果

期刊论文数量（30）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Structural evaluation of GaAs1-xBix obtained by solid-phase epitaxial growth of amorphous GaAs1-xBix thin films deposited on (001) GaAs substrates

通过固相外延生长沉积在 (001) GaAs 衬底上的非晶 GaAs1-xBix 薄膜获得的 GaAs1-xBix 的结构评估

DOI：
10.1016/j.jcrysgro.2022.126945
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
1.8
作者：
Osamu Ueda; Noriaki Ikenaga; Yukihiro Horita; Yuto Takagaki; Fumitaka Nishiyama; Mitsuki Yukimune; Fumitaro Ishikawa; Yoriko Tominaga
通讯作者：
Yoriko Tominaga

MBE研究で続けてきたこと

MBE 研究的进展