| 研究概要 |
本研究では、配列した半導体ナノ微粒子を作製し,それらの光学特性を研究した。SiおよびGeイオンをSiO_2基板に打ち込み、水素雰囲気中で熱アニーリングすることにより強く発光する単元素半導体ナノクリスタルを作成した。複数の加速エネルギーを併用する多重エネルギーイオン打ち込み法と非常に低いエネルギーのイオンを注入することにより、微粒子サイズの均一化と空間配列化が可能であることを明らかにした。SiO_2中に一列に並んだ均一なGeナノクリスタルを作製できた。配列したSiナノクリスタル薄膜を作製するために、a-Si/SiO_2量子井戸構造を結晶化させることを行った。まず、アモルファスa-Si/SiO_2多層膜を、電子ビーム蒸着法により作製し、この光学特性を研究した。発光特性のサイズ依存の結果は、界面の乱れなどが少ない良質のアモルファスシリコン量子井戸薄膜が得られたことを示している。この薄膜を電気炉で熱アニーリングすることにより、アモルファスシリコン井戸層の膜厚で決まる大きさを持つシリコンナノクリスタルを作製でき、SiO_2層間に空間的に並べることに成功した。光学異方性を示すナノクリスタル配列固体を得た。またコロイド法により、II-VI族化合物半導体ナノクリスタルが並んだダンベル・一次元鎖の作製を行った。連続イオン打ち込み法により、SiO_2やAl_2O_3基板中にGaAs,CdS,ZnSなど化合物半導体ナノクリスタルを作製した。結晶基板にイオン打ち込みすることにより配列した化合物半導体が作製可能であることがわかった。2種類の元素AとBをイオン打ち込み法で混ぜて作製した直接遷移型化合物半導体ABのナノクリスタルは、効率良くバンド端発光を示した。作製された試料が、非発光中心となる欠陥の密度が低い良質の結晶であることを示した。
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