1997 Fiscal Year Annual Research Report
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08247103
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
川辺 光央 筑波大学, 物質光学系, 教授 (80029446)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤倉 序章 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (70271640)
橋詰 保 北海道大学, 大学院工学研究科, 助教授 (80149898)
荒井 滋久 東京工業大学, 量子エレクトロニクス研究センター, 教授 (30151137)
尾浦 憲治郎 大阪大学, 工学部, 教授 (60029288)
八百 隆文 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60230182)
青柳 克信 筑波大学, 理化学研究所, 主任研究員 (70087469)
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| Keywords | 単電子デバイス / 量子ドット / 結合量子ドット / 自己形成 / 選択成長 / 表面エネルギー / 表面吸着 / 量子細線レーザー |
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| Research Abstract |
量子ドットの高密度集積化を目指して、量子ドットの微細化、高密度化、結合方法およびドット形成の基礎過程の研究を行った。さらに、単電子デバイス、光デバイスへの応用について検討した。微細化、高密度化および量子ドットの結合については次のような成果が上げられている。(1)MBE法により、GaAs(311)B基板上にInGaAsドットアレイを形成し、密度、寸法の制御方法を見いだした。密度は、10^9cm^<-2>から10^<11>cm^<-2>にわたって制御できることを示した。高密度ドットでは隣接ドットが接触しており、ドットの横方向結合が考えられる。PLスペクトルは横方向結合を示唆している。(2)加工InP基板上へのInGaAs/InAlAs系のMBE選択成長により、InGaAs立体量子細線・量子ドット、および、それらを集積化した結合構造の形成に成功し、結合量子構造の量子細線と量子ドットの接続部分にはポテンシャル障壁が存在することを明らかにした。さらに、ポテンシャルプロファイルは基板初期パターン形状により制御可能であることを示し、この結合量子構造が単電子トランジスタへ応用可能であることを示した。(3)量子ドットの自己形成において、歪みの少ない格子整合系での量子ドット形成法を開発した。すなわち、基板表面の自由エネルギーをコントロールすることにより、基板表面エネルギーとエピ層表面エネルギーの相対的な大きさを変え、成長モードを制御することにより量子ドットを形成する方法を開発した。この方法により、GaN,InGaNの量子ドット作成に成功した。ドット形成の基礎過程としては、(4)Si表面上の選択成長によるAlナノ構造、Siナノ構造形成のために水素終端Si表面構造とSiH_2Cl_2分子のSi表面吸着選択性を明らかにした。表面・界面エネルギー制御によるInAs量子ドット自己形成制御の可能性を検討した。(5)吸着構造の異なる金属-半導体初期界面への水素原子付与による金属ドットの形成過程を、STMを用いてその場観察を行い、金属原子の結合形態に依存して、金属ドット核の発生位置が大きく影響されることを見いだした。微細エッチングとその応用に関しては(6)エッチングおよびOMVPE埋め込み成長法を用いて量子細線構造レーザーを試作し、200K以下での良好な特性を実現するとともに、ECR-RIBEエッチングによる微細構造の表面再結合速度を評価した。
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[Publications] M.Kawabe, Y.J.Chun, S.Nakajima and K.Akahane: "Formation of High-Density Quantum Dot Arrays by Molecular Beam Epitaxy" Japanese Journal of Applies Physics. 36,6B. 4074-4083 (1997)
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[Publications] H.Hirayama, S.Tanaka, P.Ramvall And Y.Aoyagi: "Intense photoluminescence of InGaN quantum dots artificially fabricated on AlGaN surfaces" Applied Physics Letters. (in press).
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[Publications] A.Saranin, T.Numata, O.Kubo, H.Tani, M.Katayama and K.Oura: "STM tip-induced diffusion of In atoms on the Si(111) √3x√3-In surface" Physical Review. B56. 7449 (1997)
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[Publications] T.Kojima, S.Arai and G.Bacher: "Anisotropic polarization properties of phtoluminescence from GaInAsP/InP Quantum-wire structures fabricatred by two-step OMVPE" Japanese Journal of Applied Physics. 371AB. L46 (1998)
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[Publications] T.Hashizume, K.Ikeya, M.Mutoh and H.Hasegawa: "Surface Passivation of GaAs with Ultrathin Si3N4/Si Interfase Control Layer Formed by In-Situ ECR Pla sma Nitridation" Appl.Sur.Sci.123/124. 599-602 (1998)
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[Publications] T.Komura, S.Okano, K.Morikawa T.Hanada, M.Yoshimura and T.Yao: "Scanning tunneling microscopy study of the initial reaction of SiH2C12 molecules with the Si(111)-7x7 surface" Applied Surface Science. (in press).
