Crystal growth of layer semiconductor gallium selenide for highly efficient THz wave light source

高效太赫兹波光源层状半导体硒化镓晶体生长

基本信息

批准号：
18J11396
负责人：
佐藤陽平
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではTHz波光源として優れた特性を有するGaSe結晶の光源実用化を目的として、高品位なGaSe結晶の成長方法の確立と成長した結晶へのデバイス化を行っている。今年度は、前年度に成長速度の高速化が確認されたIn溶媒からのGaSe混晶の成長において成長温度を変えてIn組成の異なる結晶を成長した。成長した結晶のIn組成と格子定数の関係から、成長した結晶はInGaSe混晶であることが確認された。ホール効果測定の結果、In組成が高いほどキャリア密度は減少し、In組成の高いInGaSe混晶では低温域でイオン化不純物散乱が支配的であったことから、InはGaサイトを占有することでドナー準位を形成したと考えられる。THz波発生において励起光として使用する赤外帯におけるIn濃度2.0 at%のInGaSe混晶の吸収係数は3.9 cm^-1であり、Ga溶媒から成長したGaSe結晶の吸収係数よりも1/3ほどに減少した。また、差周波発生の位相整合角度の変化から、InGaSe混晶中のIn組成が高いほど結晶の複屈折性が小さくなることを確認した。今年度はトラベリングヒーター法により成長方向を揃えて厚い結晶を成長し、結果として厚さ0.415 mmのInGaSe混晶からのTHz波発生において (001)面内角度に対して六回対称の結晶構造を反映した発生強度変化が確認された。9.7 THzの発生においては厚さ0.86 mmのInGaSe混晶からの発生効率は3.1×10^-5 (J^-1)であり、Ga溶媒から成長した厚さ0.1 mmのGaSe結晶からの発生効率よりも26倍高い結果となった。さらに成長した混晶をTHz波光源としてブラックポリエチレンの被覆下に存在するポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルの分光測定とイメージングを行い、周波数ごとのTHz波の吸光度の違いにより樹脂材の識別に成功した。

在这项研究中，我们正在建立一种生长高质量GaSe晶体并用生长的晶体制造器件的方法，旨在将具有作为太赫兹波光源的优异特性的GaSe晶体商业化。今年，我们通过改变 In 溶剂中生长 GaSe 混合晶体的生长温度，生长了不同 In 成分的晶体，这在前一年被证实具有更快的生长速度。根据生长的晶体的In组成和晶格常数之间的关系，证实了生长的晶体是InGaSe混晶。霍尔效应测量结果表明，载流子密度随着In成分的增加而降低，并且在具有高In成分的InGaSe混晶中，在低温范围内电离杂质散射占主导地位，因此In占据了Ga位点并成为认为形成了一个水平。 In浓度为2.0 at%的InGaSe混晶在红外波段用作太赫兹波激发光的吸收系数为3.9 cm^-1，约为Ga溶剂生长的GaSe晶体的1/3。减少到此外，从产生差频的相位匹配角的变化，我们确认InGaSe混合晶体中In的成分越高，晶体的双折射率越低。今年，我们使用移动加热器方法生长了生长方向一致的厚晶体，结果，当产生太赫兹波时，我们实现了相对于（001）面内角六重对称的晶体结构。确认了厚度为0.415mm的InGaSe混合晶体的反射强度的变化。在产生9.7 THz时，0.86 mm厚的InGaSe混晶的发电效率为3.1×10^-5（J^-1），而0.1 mm厚的Ga溶剂生长的GaSe晶体的发电效率为3.1×10^-1 -5 (J^-1)。结果高出 26 倍。此外，使用生长的混合晶体作为太赫兹波光源，对黑色聚乙烯涂层下存在的聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯进行了光谱测量和成像，并成功地根据太赫兹波的差异识别了树脂材料每个频率的吸光度。

项目成果

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THz波光源用二次元層状半導体GaSe結晶の低温液相成長

太赫兹波光源用二维层状半导体GaSe晶体的低温液相生长

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chao Tang;Yohei Sato;Tadao Tanabe;Yutaka Oyama;佐藤陽平;佐藤陽平;佐藤陽平;Yohei Sato;Yohei Sato;佐藤陽平;佐藤陽平;Yohei Sato;佐藤陽平
通讯作者：
佐藤陽平

Liquid phase growth of Ge doped GaSe and GaSe1-xTex bulk crystals at low temperature for highly efficient THz wave source

低温液相生长 Ge 掺杂 GaSe 和 GaSe1-xTex 块状晶体，用于高效太赫兹波源

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chao Tang;Yohei Sato;Tadao Tanabe;Yutaka Oyama;佐藤陽平;佐藤陽平;佐藤陽平;Yohei Sato;Yohei Sato;佐藤陽平;佐藤陽平;Yohei Sato;佐藤陽平;佐藤陽平;Yohei Sato;佐藤陽平;Yohei Sato;Yohei Sato
通讯作者：
Yohei Sato

Low temperature liquid phase growth of crystalline InSe grown by the temperature difference method under controlled vapor pressure