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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01829/
• 关键词: Bi系III-V族半導体半金属混晶; 分子線エピタキシー法; 低温成長; 結晶欠陥; 陽電子消滅法; Bi系III-V族半導体混晶

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。

In this year, the research representative (Tominaga) and the collaborator (Ishikawa) cooperated to grow InGaAsBi on GaAs substrates at a thickness of 200 nm at 250 ° C. X-ray reflection method of the sample was used to analyze the crystallographic characteristics of the InGaAsBi thin film at 250℃. In one case, the adsorption isotherm of GaAsBi grown at low temperature, the V/III ratio of InGaAsBi grown at low temperature, and the V/III ratio of InGaAsBi grown at low temperature were determined. The absorption isotherm of InGaAsBi crystal shows that the In atom on the surface of InGaAsBi crystal decreases with the V/III ratio. In the future, it is necessary to optimize the growth conditions of InGaAsBi at low temperature by optimizing the composition of InGaAsBi and the growth conditions of MBE. GaAsBi is a technology base for high density and high capacity growth. In addition, the growth of GaAsBi with a thickness of 2 μm was measured by the positron annihilation method. Bi composition: 3% of the sample, different from the sample, low temperature growth GaAsBi void density, current point, large difference, bright difference.

项目成果

動作特性が温度無依存である半導体レーザの開発に向けたInAs1-xBix/GaAs 量子ドットのMBE成長

InAs1-xBix/GaAs 量子点的 MBE 生长，用于开发具有与温度无关的工作特性的半导体激光器

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉岡 顕大;岡村 祐輝;横手 竜希;藤野 翔太朗;富永 依里子;行宗 詳規;石川 史太郎;林 将平;赤羽 浩一
• 通讯作者: 赤羽 浩一

MBE法を用いた無加工２インチ Si 基板上 GaInNAs ナノワイヤ成長

使用 MBE 方法在未处理的 2 英寸 Si 衬底上生长 GaInNAs 纳米线

• 发表时间: 2022
• 作者: 峰久 恵輔;橋本 英季;中間 海音;谷川 武瑠;行宗 詳規;石川 史太郎
• 通讯作者: 石川 史太郎

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: Journal of Crystal Growth
• 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

Analysis of conductivity to detect antisite defects in low-temperature-grown GaAs1-xBix

电导率分析以检测低温生长的 GaAs1-xBix 中的反位缺陷

• 发表时间: 2021
• 作者: 原田南斗;梅西達哉;高垣佑斗;富永依里子
• 通讯作者: 富永依里子

化合物半導体結晶はいかに紡ぎ出されるのか－超高真空中と細菌からと－そしてその応用展開

化合物半导体晶体是如何在超高真空下由细菌旋转的及其应用开发

• 发表时间: 2023
• 作者: 小川祐巨;河野 浩;上殿明良;富永依里子
• 通讯作者: 富永依里子