2015 Fiscal Year Annual Research Report
ウルツ鉱構造を有するコアシェルナノワイヤ成長技術の確立とその発光デバイス応用
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14J01389
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
石坂 文哉 北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノワイヤ / 化合物半導体 / 結晶成長 / ウルツ鉱構造 / 発光デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ウルツ鉱構造を有するコアシェルナノワイヤの成長技術を確立し、発光デバイスへの応用を目的としている。本研究で使用するAlGaP系およびAlInP系材料は、本来発光効率の低い間接遷移型半導体であるが、結晶構造をウルツ鉱構造に相転移させることで発光効率の高い直接遷移型半導体となることが理論的研究により示されている。本年度では、赤色・黄色・緑色の波長領域での発光が期待できるウルツ鉱構造AlInPの作製を試みた。以下に具体的な研究実施状況を示す。
1. MOVPE選択成長法によりInP(111)A基板上に直径約140nm、高さ約2μmのウルツ鉱構造InPナノワイヤを形成した。このInPナノワイヤを起点にAlInPを側面方向に結晶成長させることで、InPからAlInPへのウルツ鉱構造の結晶構造転写を試みた。透過型電子顕微鏡による結晶構造解析及びエネルギー分散型X線分析法による組成評価から、InPナノワイヤ側面にウルツ鉱構造を有するAlInP結晶が形成されていることが明らかになった。
2. X線回折測定による逆格子マッピングを取得し、ウルツ鉱構造AlInPの格子定数を算出した。低Al組成のサンプルでは、算出したウルツ鉱構造の格子定数が理論値と大きく乖離していることが分かった。この結果は、InP/AlInPの格子不整合度が比較的小さく、界面に歪みを含んでいることを示している。
3. AlInPシェル層内に量子井戸構造を作製し、発光特性の評価を行った。障壁層のAl組成を57%、井戸層のAl組成を33%とした。作製したサンプルに対し低温カソードルミネッセンス測定を行い、ナノワイヤ側面のウルツ鉱構造AlInPから1.8～2.0 eVの赤色発光を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
InPナノワイヤを結晶構造転写のためのテンプレートとして用いることで、自然界には存在しないウルツ鉱構造AlInPを作製することに成功しており、更にAlInPシェル層内に形成したAlInP量子井戸からの赤色発光が確認できているため、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度の研究計画では、コアシェルナノワイヤのウルツ鉱構造AlInPシェルに対し、高Al組成の障壁層を設けたダブルへテロ構造を作製する。組成および光学特性の評価を行うことで、ウルツ鉱構造AlInPのバンドギャップを明らかにするとともに、ウルツ鉱構造AlInP系材料での黄色発光を目指す。
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Research Products
(5 results)
