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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11396/
• 关键词: ガリウムセレン; 層状化合物半導体; 溶液成長; トラベリングヒーター法; THz波; 複屈折性; 非破壊検査; 温度差法; 溶解度; Self-seeding法

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。

This study で は THz wave source と し て optimal れ た features を have す る GaSe crystal の light be with the を purpose と し て, high-grade な GaSe crystal の growth method の established と し た crystallization へ の デ バ イ ス change line を っ て い る. Our annual に は, former high speed growth speed の が confirm さ れ た In solvent か ら の GaSe mixed crystal の growth に お い を て growth temperature variations え て In composition の different な る crystallization を growth し た. The growth of <s:1> た crystals <s:1> In forms the と lattice determination <e:1> relationship ら, the growth of <s:1> た crystals <s:1> in InGaSe mixed crystals である とが とが confirmation された. ホ ー ル unseen fruit の results, high In composition が い ほ ど キ ャ リ ア は reduce し density, high In composition の い InGaSe mixed crystal で は cryogenic domain で イ オ ン of impurity content is messy が dominate で あ っ た こ と か ら, In は Ga サ イ ト を occupies す る こ と で ド ナ ー quasi を forming し た と exam え ら れ る. THz wave 発 raw に お い て wound up light と し て use す る red outside 帯 に お け る concentration In 2.0 at % の InGaSe mixed crystal の は 収 absorption coefficient 3.9 cm ^ 1 で あ り, Ga solvent か ら growth し た GaSe crystal の 収 absorption coefficient よ り も 1/3 ほ ど に reduce し た. ま た, difference frequency 発 raw の の phase integration Angle variations change か ら, InGaSe の In mixed crystal composition In high が い ほ ど crystallization の after inflectional sex が small さ く な る こ と を confirm し た. Our は ト ラ ベ リ ン グ ヒ ー タ ー method に よ り growth direction を Jian え て thick い crystallization を し growth, results と し て さ 0.415 mm thick の InGaSe mixed crystal か ら の THz wave 発 raw に お い て (001) plane Angle に し seaborne て six back said seaborne の crystal structure を reflect し た 発 raw strength variations change が confirm さ れ た. 9.7 THz の 発 raw に お い て は さ 0.86 mm thick の InGaSe mixed crystal か ら の 発 raw は 3.1 * 10 ^ 5 working rate (J ^ 1) で あ り, Ga solvent か ら growth し た さ 0.1 mm thick の GaSe crystal か ら の 発 raw sharper rate よ り も 26 times high い results と な っ た. さ ら に growth し た mixed crystal を THz wave source と し て ブ ラ ッ ク ポ リ エ チ レ ン の coating there に す る ポ リ エ チ レ ン, ポ リ プ ロ ピ レ ン, ポ リ salt chemical ビ ニ ル の spectral photometry と イ メ ー ジ ン グ を い, cycle for ご と の THz wave の absorbance の violations い に よ り の resin material identification に success し た.

项目成果

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

• 发表时间: 2018
• 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

• 发表时间: 2018
• 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

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.05.016
• 发表时间: 2018-08
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: Chao Tang;Yohei K. Sato;T. Tanabe;Y. Oyama

Temperature difference solution growth of GaSe crystal by using In flux and self-seeding method

In助熔剂自引晶法温差溶液生长GaSe晶体

• 发表时间: 2019
• 作者: Chao Tang;Yohei Sato;Tadao Tanabe;Yutaka Oyama;佐藤陽平;佐藤陽平;佐藤陽平;Yohei Sato
• 通讯作者: Yohei Sato

Temperature gradient solution growth of GaSe crystals from an indium flux without seed crystal

无籽晶的铟熔剂中温度梯度溶液生长 GaSe 晶体

• 发表时间: 2019
• 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
• 通讯作者: Yohei Sato