不均一歪み場制御による無フォノン励起子発光増大に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450002
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00206286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黄 晋二 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (50323663) ; 宇佐美 徳隆 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20262107)
• Keywords: 不均一歪み場 / 間接遷移型半導体 / 無フォノン発光 / 量子ドット / シリコンゲルマニウム / DBR / 励起子分子

Research Abstract

本研究においては、不均一歪み場を積極的に利用する指針を得るための基盤研究として、不均一歪み場の発生機構・制御法の探索を行っている。我々は、歪み系ヘテロ構造・量子ドット構造に関する研究を通じて、不均一歪み場が光物性に大きく影響を及ぼしていることを明らかにしてきた。また、我々は、不均一歪み場を積極的に利用する指針を得るための基盤研究として、不均一歪み場の発生機構・制御法の探索を行ってきている。特に、均一な結晶においては、禁止遷移である間接遷移型半導体における無フォノン発光をプローブとし、その発光機構との関連についても研究を進めている。
本年度は、SiGe材科およびAlP/GaP材料の双方についての検討を行った。SiGe材料においては、Si基板上に島状成長させたGe層を2層〜10層積層させた構造における、不均一歪み場の伝播とその成長機構に対する影響について検討を行った。その結果、強い歪み場のもとでは、積層構造において良く知られている横方向の自己組織化が全く生じないという新しい結果が得られた。
また、島状Ge層からの発光を制御するために、SiGe材料を用いた縦方向共振器(DBR)に関する検討も行った。その結果、約80%という記録的な反射率を有する共振器構造を作製することに成功している。この構造を用いて、島状Ge層からの無フォノン励起子発光を共振器モードと結合させれば、飛躍的に増大させることが可能となる。
AlP/GaP材料量子ドットについては、顕微フォトルミネッセンス測定を用いて、量子ドットに強く閉じ込められた励起子からの発光に関する研究を行った。その結果、量子ドット構造において、2つの励起子が結合した励起子分子が生成され、強い光学的非線形性が誘起されることがわかった。

Research Products

• [Publications] K.Kawaguchi: "Fabrication of strain-balanced Si/Si1-xGex multiple quantum well on Si1-yGey virtual substrates and their optical properties"Applied Physics Letters. (発表予定).
• [Publications] K.Kawaguchi: "Fabrication of strain-balanced Si0.73Ge0.27/Si distributed Bragg reflectors on Si substrates"Applied Physics Letters. (発表予定).
• [Publications] M.Miura: "Formation of Ge islands on Si in the presence of strong strain fields from buried Ge islands"Applied Physics Letters. (発表予定).
• [Publications] M.Miura: "Ordering process of the Ge islands at different growth temperatures."Journal of Crystal Growth. (発表予定).