極微プローブ光を用いた半導体微細構造の空間および時間分解分光に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650008
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宇佐美 徳隆 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20262107)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宇治原 徹 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60312641) ; 佐崎 元 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60261509) ; 中嶋 一雄 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80311554) ; 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00206286)
• Keywords: 顕微フォトルミネッセンス / 半導体量子ドット / 半導体量子井戸 / 変調ドーピング / 帯電励起子 / 電子局在 / 間接遷移型半導体

Research Abstract

有機金属気相成長法や、分子線エピタキシー法などの結晶成長法は、半導体ヘテロ接合、特に半導体量子井戸構造を利用した電子デバイスおよび光デバイスに関しては、成熟した生産技術として認識されている。一方、これらの成長技術によって形成したヘテロ界面が、原子層レベルで完全に平坦かつ急峻ではなく、膜厚や組成などの揺らぎが存在することも、周知の事実である。近年は、光デバイスや電子デバイスの高性能化、および新機能の発現を目指して、量子細線、量子ドットなど更なる低次元構造の作製が盛んであるが、サイズの微小化に伴い、微視的な揺らぎが物性に与える影響が大きくなることは想像に難くない。
本研究においては、(1)極微プローブ光を用いた分光技術を確立し、微視的な界面揺らぎを評価すること、および、(2)微視的な揺らぎの影響を取り除き、低次元量子構造固有の物性評価を行うことを目的として研究を行った。分光法としては、光学測定のプローブ光を極限まで絞る顕微分光技術と、試料表面に微少な開口部を設けるリソグラフィ技術を融合することにより、空間分解能を向上させた。
その結果、InGaAs/GaAs量子井戸界面の平坦性の成長温度依存性や、変調ドープ量子ドット中の帯電励起子の観測や、電子数制御を実現した。
また、新たな量子構造作製に取り組み、電子局在のための超薄膜と量子井戸を融合した構造により間接遷移型半導体の光学遷移確率を飛躍的に改善させることに成功した。量子ドットの積層に伴う歪み場により、成長様式が大きく変化することを見出した。今後、本研究により開発した分光法により、その微視的な構造と、発光機構を解明していく。

Research Products

• [Publications] N.Usami et al.: "Microscopic probing of localized excitons in quantum wells"Inst.Phys.Conf.Ser.. 166. 99-102 (2000)
• [Publications] N.Usami et al.: "Modification of the growth mode of Ge on Si by buried Ge islands"Appl.Phys.Lett.. 76. 3723-3725 (2000)
• [Publications] N.Usami et al.: "Enhanced nucleation of Ge islands by capping with a thin Si layer"JAppl.Phys.Lett.. 77. 217-219 (2000)
• [Publications] N.Usami et al.: "Optical investigation of modified Stranski-Krastanov growth mode in stacking of self-assembled Ge islands"Thin Solid Films. 369. 108-111 (2000)