ナノ構造内の電子遷移の新制御法と近赤外・中赤外域光変調機能デバイスの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555091
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野田 武司 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (90251462) ; 高橋 琢二 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20222086)
• Keywords: 量子ドット / 自己形成 / 単一ヘテロ構造 / 伝導特性 / メモリ素子 / 赤外検出器 / ボロメータ / 光学フォノン

Research Abstract

格子歪を利用すると10nm(ナノメートル)級の量子ドット(QD)が自己形成する。この量子ドットを2次元チャネル近傍に埋めこんだ素子について以下の研究を進めた。
(1)2次元電子チャネルを形成するヘテロ界面から30nm離して量子ドットを埋めこんだ単一ヘテロ構造素子について、量子ドットが2次元電子の伝導特性に与える影響を調べた。その結果、InAsまたはInGaAsの量子ドットではドットに捕獲された電子によるクーロン散乱が、またInAlAsではドットが形成するポテンシャル揺らぎによる散乱が支配的であることを明らかにした。また、QDが2次元電子チャネルから100nm離れた素子では、QD中の荷電の有無を利用したメモリ素子の研究を進めた。
(2)量子井戸(QW)と量子ドットが薄いAlAsまたはAlGaAs障壁層を挟んで隣接する素子について、キャリア分布やその緩和プロセスについて調べた。その結果、光励起で生成された電子のQWからQDへの緩和頻度は障壁層の厚さや障壁高さで制御できることを明らかにした。また、QW中の電子数の温度依存性から、電子は極低温でほぼ全てQDに捕獲されているが、温度の上昇とともに活性化しQWに蓄積することを明らかにした。この特性を利用すると、赤外検出器やボロメータなどへの応用が期待できる。
(3)量子ドット素子における緩和プロセスには、ドット内の電子と光学フォノンとの結合が重要や役割をすることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Ph.Lelong: "Capacitor feedback in double quantum dot plane"Inst.Of Phys.Conf.Ser.162 "Compound Semiconductor". 463-468 (1999)
• [Publications] C.Metzner: "Modeling inter-dot Coulomb interaction effects in field effect transistors with an embedded quantum dot layer"Superlattices and Microstrectures. 25.3. 537-549 (1999)
• [Publications] G.Yusa: "THz-near infrared upconversion in strain-induced quantum dots"Proc.of 24 th Int.Conf.on the Physics of Semiconductor. 1183-1184 (1999)
• [Publications] I.Tanaka: "Imaging and probing electronic properties of self-assembled InAs quantum dots by atomic force microscopy with condctive tip"Appl.Phys.Lett.. 74.6. 844-846 (1999)