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ナノスケール量子細線の構造制御と一次元励起子の光学特性

研究課題

研究課題/領域番号 07455131
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関東京大学

研究代表者

榊 裕之  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90013226)

研究分担者 秋山 英文  東京大学, 物性研究所, 助教授 (40251491)
野田 武司  東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (90251462)
高橋 琢二  東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (20222086)
永宗 靖  工業技術院, 電子技術総合研究所, 主任研究官 (20218027)
研究期間 (年度) 1995 – 1996
研究課題ステータス 完了 (1996年度)
配分額 *注記
6,900千円 (直接経費: 6,900千円)
1996年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
1995年度: 4,700千円 (直接経費: 4,700千円)
キーワードリッジ量子細線 / 原子間力顕微鏡 / へき開再成長 / T型GaAs量子細線 / 空間分解顕微フォトルミネセンス / 一次元励起子 / 振動子強度 / 反磁性シフト / 量子細線 / 一次元状態 / 空間分解フォトルミネセンス / 横方向閉じ込め / フォトルミネセンス励起スペクトル / T型量子細線 / リッジ構造 / へき開再成長法 / 束縛エネルギー / クーロン相互作用
研究概要

1.リッジ型量子細線の成長メカニズムの解明と形状制御
MBE装置に超高真空原子間力顕微鏡(UHV-AFM)を接続し、リッジ形成過程のその場観察を行った。その結果、以下のプロセスを経て(001)メサ基板上にナノメートルオーダのGaAsリッジが形成することが分かった。まず、メサ基板上に(001)-(111)Bファセット構造が形成する。この両面の接線近傍付近ではGa原子の拡散により(101)面や(112)面などの特異な結晶面が形成する。このプロセスが進行すると、(001)面が無くなる。その後、Ga原子は微小ファセットを埋めるのに費やされるため、スムーズなリッジ構造が形成する。このように形成するリッジ構造は成長条件に依存する。基板温度を下げるか砒素圧を上げることによって、シャープなリッジを形成することができる。特に、基板温度を520℃以下にすると、10nm以下の幅を持ったリッジを形成することができることを示した。
2.ナノスケール量子細線中の一次元励起子の光学特性
へき開再成長法により作られるT型GaAs量子細線を対象に、空間分解顕微発光スペクトルと磁場中発光スペクトルの評価を行い、光学特性の向上を確認した。AlAsをバリアにした5nm寸法のT型量子細線で、横方向閉じ込めエネルギーが38meVにまで達すること、また、一次元励起子の束縛エネルギーが約27meVにまで増大していることがわかった。光学異方性から価電子帯のブロッホ関数の異方性の評価を行い、理論計算と大変良い一致を得た。また、波動関数の包絡関数部分を反磁性シフトの大きさから評価し、細線のサイズ縮小とともに波動関数が押し縮められてゆく様子を観測した。一次元性の強い試料と、二次元性が強い試料のPLEスペクトルを測定比較し、二次元から一次元へ移行するに伴い振動子強度が増大しながら空間的に集中してゆくこと確かめた。

報告書

(3件)
  • 1996 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1995 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (39件)

  • [文献書誌] T.Someya: "Tightly confined one-dimensional states in T-shaped GaAs edge quantum wires with AlAs barries" Appl.Phys.Lett.66(26). 3672-3674 (1995)

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  • [文献書誌] T.Someya: "Laterally squeezed excitonic wave function in quantum wires" Physical Review Letters. 74(18). 3664-3667 (1995)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Akiyama: "Thermalization effects of low dimensional excitons in quantum wires and quantum wells" Materials Science & Engineering B. 35. 284-287 (1995)

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  • [文献書誌] T.Someya: "Effect of lateral confinement of excitonic wavefunctions in T-shaped edge quantum wires" Solid State Electronics. 40. 315-318 (1996)

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  • [文献書誌] H.Akiyama: "Optical anisotropy in 5-nm-scale T-shaped GaAs quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method" Physical Review B. 53. R4229-R4232 (1996)

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  • [文献書誌] T.Someya: "Spatially resolved photoluminescence study on T-shaped quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method" J.Appl.Phys.79(5). 2522-2528 (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Akiyama: "Dimensional crossover and confinement-induced optical anisotropy in GaAs T-shaped quantum wires" Physical Review B. 53. 10520-10523 (1996)

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  • [文献書誌] H.Akiyama: "Concentrated oscillator strength of one-dimensional excitons in quantum wires observed with photoluminescence excitation spectroscopy" Physical Review B. 53. R16160-R16163 (1996)

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  • [文献書誌] T.Someya: "Enhanced binding energy of one-dimensional excitons in quantum wires" Physical Review Letters. 76. 2965-2968 (1996)

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  • [文献書誌] H.Akiyama: "Microscopic photoluminescence spectroscopy of 5-nm-scale T-shaped quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method" Technical Digest of Interntional Quantum Electronics Conference. 9. (1996)

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  • [文献書誌] T.Someya: "Molecular beam epitaxial growth of In0.15Ga0.85As quantum wells on GaAs(110)surfaces" Japanese Journal of Applied Physics. 35. 2544-2547 (1996)

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  • [文献書誌] 秋山英文: "自由電子レーザ・炭酸ガスレーザを用いた半導体量子細線・井戸構造の赤外分光" 固体物理. 31(4). 255-262 (1996)

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  • [文献書誌] S.KOSHIBA: "Ultrahigh vacuum atomic force microscope study of 10-30 nm scale GaAs ridge formation by molecular beam epitaxy" Appl.Phys.Lett. 70(7). 883-885 (1997)

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  • [文献書誌] S.KOSHIBA: "UHV-AFM study of MBE-grown 10nm scale ridge quantum wires" Journal of CRYSTAL GROWTH. (to be published). (1997)

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  • [文献書誌] T.Someya, H.Akiyama, and H.Sakaki: "Tighly-confined one-dimensional state in T-shaped edge quantum wires" Appl. Phys. Lett.66. 3672 (1995)

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  • [文献書誌] T.Someya, H.Akiyama, and H.Sakaki: "Laterally squeezed excitonic wave function in quantum wires" Phys. Rev. Lett.74. 3664 (1995)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Akiyama, and H.Sakaki (invited): "Thermalization Effects of Low Dimensional Excitons in Quantum Wires and Quantum wells" Material Sciences and Engineering. B35. 284 (1995)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Someya, H.Akiyama, M.Yamauchi, H.Sugawara, and H.Sakaki: "Effect of lateral confinement on excitonic wavefunction in edge quantum wires" Solid State Electronics. (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Akiyama, T.Someya, and H.Sakaki: "Optical anisotropy in 5nm-scale T-shaped Quantum Wires Fabricated by Cleaved Edge Overgrowth Method" Phys. Rev. B.53. R4229 (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Someya, H.Akiyama, and H.Sakaki: "Spatially resolved photoluminescence study on T-shaped quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method" J.Appl. Phys.(1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Akiyama, T.Someya, and H.Sakaki: "Dimensional Crossover and Confinement-induced Optical Anisotropy in GaAs T-shaped Quantum Wires" Phys. Rev. B.53. R10520 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Akiyama, T.Someya, and H.Sakaki: "Concentrated oscillator strength of one-dimensional excitons in quantum wires observed with photoluminescence excitation spectroscopy" Physical Review. B53. R16160-R16163 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Someya, H.Akiyama, and H.Sakaki: "Enhanced bindings energy of one-dimensional excitons in quantum wires" Physical Review Letters. 76. 2965-2968 (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Akiyama, T.Someya, and H.Sakaki: "Microscopic photoluminescence spectroscopy of 5-nm-scale T-shaped quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method" Technical Digest of International Quantum Electronics Conference, Technical Digest Series 9. (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Someya, H.Akiyama, and H.Sakaki: "Molecular beam epitaxial growth of In0.15Ga0.85As quantum wells on GaAs (110) surfaces" Jpn. J.of Appl. Phys.35. 2544-2547 (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Koshiba, I.Tanaka, Y.Nakayama, H.Noge, and H.Sakaki: "Ultrahigh vacuum atomic force microscope study of 10-30 nm scale GaAs ridge formation by molecular beam epitaxy" Appl. Phys. Lett.70(7). 883-885 (1997)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Koshiba, I.Tanaka, Y.Nakayama, I.Kamiya, T.Someya, T.Noge, and H.Sakaki: "UHV-AFM study of MBE-grown 10 nm scale ridge quantum wires" Journal of Cryst. Growth. (to be published). (1997)

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    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Someya,H.Akiyama,and H.Sakaki: "Enhanced binding energy of one-dimensional excitons in quantum wires" Physical Review Letters. 76. 2965-2968 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] H.Akiyama,T.Someya,and H.Sakaki: "Optical anisotropy in 5-nm-scale T-shaped GaAs quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method" Physical Review B. 53. R4229-R4232 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] H.Akiyama,T.Someya,and H.Sakaki: "Dimensional crossover and confinement-induced optical anisotropy in GaAs T-Shaped quantum wires" Physical Review B. 53. 10520-10523 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] T.Someya,H.Akiyama,and H.Sakaki: "Molecular beam epitaxial growth of In0.15Ga0.85As quantum wells on GaAs(110)surfaces" Japanese Journal of Applied Physics. 35. 2544-2547 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] H.Akiyama,T.Someya,and H.Sakaki: "Microscopic photoluminescence spectroscopy of 5-nm-scale T-shaped quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method" Technical Digest Series. 9. (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] H.Akiyama,T.Someya,and H.Sakaki: "Concentrated oscillator strength of one-dimensional excitons in quantum wires observed with photoluminescence excitation spectroscopy" Physical Review B. 53. R16160-R16163 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] S.Koshiba et al.: "Control of Ridge Shape for the Formation of nm-Scale GaAs Ridge Quantum Wires by MBE" Journal of Crystal Growth. 150. 322-326 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] T.Inoshita and H.Sakaki: "Electronic Structure of Ridge Quantum Wire based on an Analytic Confinement Model" Journal of Applied Physics. 79. 269-272 (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] T.Someya,H.Akiyama,and H.Sakai: "Laterally squeezed excitonic wave function in quantum wires" Physical Review Letters. 74. 3664-3667 (1995)

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      1995 実績報告書
  • [文献書誌] T.Someya,H.Akiyama,and H.Sakaki: "Tightly-confined one-dimensional state in T-shaped edge quantum wires" Applied Physics Letters. 66. 3672-3673 (1995)

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      1995 実績報告書
  • [文献書誌] T.Someya,H.Akiyama,and H.Sakaki: "Spatially resolved photoluminescence study on T-shaped quantum wires fabricated by cleaved edge overgrowth method21GC05:Journal of Applied Physics" (3/15号発表予定). (1996)

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      1995 実績報告書
  • [文献書誌] H.Akiyama,T.Someya,and H.Sakaki: "Optical anisotropy in 5nm-scale T-shaped Quantum Wires Fabricated by Cleaved Edge Overgrowth Method" Physical Review B. (発表予定). (1996)

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      1995 実績報告書

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公開日: 1995-04-01   更新日: 2016-04-21  

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