GaN系量子ドット構造中の分極電界の制御とレーザ特性の高性能化に関する理論解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550003
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 斎藤 敏夫 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 助手 (90170513)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
• Keywords: 窒化ガリウム / 量子ドット / 自発分極 / ピエゾ分極 / 歪分布 / 電子構造 / 半導体レーザー / 発振特性

Research Abstract

前年から引き続き、AlN障壁層中のピラミッド型GaN量子ドットの電子状態を分極ポテンシャルに依存したsp^3強結合法を用いて原子レベルから理論計算した。本研究では、Keating型のValence-Force-Fieldポテンシャルを用いて歪分布の計算を行い、有限差分法を用いて分極によって誘起された電荷、ポテンシャル、及び電界を計算する。自発分極と歪によるピエゾ分極を計算に取り入れている。量子ドット中の分極電界と、電子・正孔の原子位置ごとの波動関数を正確に計算し、実験で成長されたGaN量子ドットの光学遷移エネルギーや時定数に対する分極電界の効果を調べた。
さらに、より寸法の大きな量子ドットの電子状態を計算するため、単一バンド有効質量近似法、及び歪に依存した8バンドのk・p法による計算プログラムを用い、ピラミッド型InAs量子ドットと、積層InAs量子ドットの電子構造の理論計算をあわせて行った。ここでは、歪分布の計算は連続弾性体モデルを用いて行い、変形ポテンシャルを通じて電子構造の計算に取り入れた。その結果、積層量子ドットでは、積層に伴い2軸性歪の低下が起きること、及び、ドット間隔6nm程度からドット間の電子の波動関数の弱い結合が見られることなどが明らかになった。この計算手法は、積層GaN量子ドットの電子状態の計算にも応用することが可能である。

Research Products

• [Publications] T.Saito: "Polarization field and electronic states of GaN pyramidal quantum dots in AlN"Phys.Stat.Sol (C). 0. 1169-1172 (2003)
• [Publications] T.Saito: "Atomistic Calculation of Electronic States in III-V Nitride Quantum Dots"Proc.of 3rd Int.Conf.on Numerical Simulation of Semiconductor Optoelectronic Devices. IEEE03EX726. 1-4 (2003)
• [Publications] T.Kakitsuka: "Numerical analysis of transition energy shift in InAs/GaAs quantum dots induced by strain-reducing layer"Phys.Stat.Sol (C). 0. 1157-1160 (2003)
• [Publications] T, Nakaoka: "Effect of strain variation on photoluminescence from InGaAs quantum dots in air-bridge structures"Phys.Stat.Sol (b). 238. 289-292 (2003)
• [Publications] T.Nakaoka: "Strain-induced modifications of the electronic states of InGaAs quantum dots embedded in airbridge structure"J.Appl.Phys. 94. 6812-6817 (2003)