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炭化ケイ素-高密度ゲルマニウムナノドット積層構造の形成と量子ドットレーザへの応用

Research Project

Project/Area Number 20045005
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

安井 寛治  Nagaoka University of Technology, 工学部, 教授 (70126481)

Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2009: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
KeywordsGeナノドット / SiC / キャップ層 / 量子ドットレーザ / 光学特性 / 量子ドットレーザー
Research Abstract

本研究課題は、Si基板をベースとした高効率赤外発光デバイスの作製を目指し、炭化ケイ素(SiC)半導体中に埋め込まれた高密度ゲルマニウム(Ge)ナノドットの配列制御とその多層構造の形成を目的とする。具体的にはSi基板表面での有機ゲルマン化合物の反応により形成される炭素拡散層であるSic(4×4)表面の歪み構造を利用し高密度Geナノドットの形成を行うこと、ならびにナノドット形成層をワイドギャップ半導体であるSiCキャップ層で覆いキャリア閉じ込め構造を形成、その構造を積層し多層Geナノドット層からなる発光デバイスを作製することを目標として研究を行った。平成21年度の研究成果は以下の通りである。
(1) Si(001)-2°off基板上でのモノメチルゲルマン(MMGe)の反応により600℃の条件において平均径9nm、密度9×10^<11>cm^<-3>のナノドットの形成を実現した。またX線光電子分光(XPS)測定によるSi 2p_<3/2>のSi-C結合成分とGe3d_<5/2>のGe-Ge結合成分の強度比、及び走査型トンネル顕微鏡(STM)による表面モフォロジー測定をもとにドーム構造モデルで解析した結果、表面には平均ドット径9nm、ドット高さ2.7nmの2.4:1の割合でSiC及びGeドットが形成されていることが分かりこれまで二層モデルで解析した構造に比べGeドットの密度は低いことが分かった。
(2) 高密度Ge・SiCナノドット上に低温でSiおよびSiCキャップ層を形成することでキャリアの閉じ込め構造を作製し、その発光特性を評価した。低温PL測定を行った結果、両サンプルにおいてSi-TOフォノンレプリカの低エネルギー側1.04eV付近にGeナノドットに由来すると考えられる発光ピークを確認した。またワイドギャップであるSiCによりキャップされた構造からはSi層にキャップされた構造よりも強い発光が観測され、大きなバンドギャップ差によるキャリア閉じ込め効果がより強く現れていることが推察された。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2009 2008 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Characteristics of Ge Nanodots Embedded in SiC Layer Fabricated on Si(001)2009

    • Author(s)
      Kanji Yasui, H.Suto, T.Kuroda, H.Nishiyama, Y.Inoue, T.Akahane, M.Takata
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 48

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Journal Article] Characteristics of Ge Nanodots Embedded in SiC Layer Fabricated on Si(001)2009

    • Author(s)
      Kanji Yasui, H. Suto, T. Kuroda, H. Nishiyama, Y. Inoue, T. Akahane, M. Takata
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 48(in press)

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Structure with High-Density Nanodots Formed by Pulse Nucleation Method Using Monomethylgermane2008

    • Author(s)
      Kanji Yasui, T. Ogiwara, T. Kanemaru, H. Nishiyama, Y. Inoue, T. Akahane, M. Takata
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 47

      Pages: 5636-5638

    • NAID

      40016161808

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Si上に形成したGe・SiCドットに対する半球状モデルを用いた構造評価2009

    • Author(s)
      黒田朋義、大谷孝史、加藤有行、高田雅介、赤羽正志、安井寛治
    • Organizer
      電子情報通信学会電子部品材料(CPM)研究会、(信学技法Vol.109, No.256, pp.31-36)
    • Place of Presentation
      富山県立大学
    • Year and Date
      2009-10-30
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] STMとXPS測定をもとにしたGe・Siナノドットの構造評価2009

    • Author(s)
      大谷孝史、黒田朋義、高田雅介、赤羽正志、安井寛治
    • Organizer
      2009年電子情報通信学会信越支部大会
    • Place of Presentation
      信州大学
    • Year and Date
      2009-10-03
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] MMGeを用いて形成したGe・Siナノドットの構造評価2009

    • Author(s)
      大谷孝史、黒田朋義、高田雅介、赤羽正志、安井寛治
    • Organizer
      電子情報通信学会平成21年度ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2009-09-16
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] ワイドギャップ半導体でキャッピングされたGeナノドットの光学特性2008

    • Author(s)
      須藤晴紀、黒田朋義、加藤有行、西山洋、井上泰宣、赤羽正志、高田雅介、安井寛治
    • Organizer
      電子情報通信学会電子部品・材料(CPM)研究会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2008-10-30
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of Ge・SiC nanodots capped with Si and SiC layers2008

    • Author(s)
      Kanji Yasui, H. Suto, T. Kuroda, A. Kato, H. Nishiyama, Y. Inoue, M. Takata, T. Akahane
    • Organizer
      16th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • Place of Presentation
      Atagawa, Japan
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] SiでキャップされたGe, SiCナノドット構造の形成と光学特性の評価2008

    • Author(s)
      須藤晴紀、黒田朋義、加藤有行、西山洋、井上泰宣、赤羽正志、高田雅介、安井寛治
    • Organizer
      第5回Cat-CVD研究会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Ge・SiCナノドットのSiC層によるキャッピングと光学特性評価2008

    • Author(s)
      須藤晴紀, 黒田朋義, 加藤有行, 西山洋, 赤羽正志, 高田雅介, 安井寛治
    • Organizer
      2008年秋第69回応用物理学会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://kyasuiweb.nagaokaut.ac.jp/index.htm

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://kyasuiweb.nagaokaut.ac.jp/index.htm

    • Related Report
      2008 Annual Research Report

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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