| 研究課題/領域番号 |
12450005
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
応用物性・結晶工学
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
深津 晋 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (60199164)
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| 研究分担者 |
川本 清 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (40302822)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2001
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| 研究課題ステータス |
完了 (2001年度)
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| 配分額 *注記 |
8,300千円 (直接経費: 8,300千円)
2001年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2000年度: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円)
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| キーワード | シリコンの発光機構 / SiGe / Siヘテロ構造 / サブバンド間発光 / 遠赤外光 / 2準位系 / 実空間トランスファ / SiGe-OI / Auger / シリコンベース量子構造 / エネルギー緩和 / 遠赤外光発生 / 異常反射率 / シリコンチャネル高移動度トランジスタ / 電子・光閉じ込め / シリコン系半導体 / サブバンド間遷移 / 非平衡電子分布 / 高移動度トランジスタ(HEMT) / SiGeOI基板分離構造 / 分子線エピタキシー(MBE) |
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| 研究概要 |
シリコンの発光機構としてバンド内遷移は間接ギャップの制約を受けない点で有望である。ここではSiGe/Siヘテロ構造のサブバンドを利用した遠赤外光発生の可能性について検討した。
サブバンド間発光ではカスケード構造の評価が高い。しかし超格子障壁や共鳴準位など反転分布形成に必要なポテンシャルのデザインが複雑なうえに構造の作製に高い制御性が要求される。本研究では量子井戸基底準位・障壁の2準位系を想定した。移動度の大きい井戸内で面方向に加速されたキャリアはポテンシャル障壁を越えて散乱され、移動度の小さい障壁への実空間トランスファが起きる際、局所的に(障壁)>(井戸)のように分布反転したドメインが生じる。2準位の差が光学フォノンエネルギーより小さければキャリアは光子放出を伴って井戸へ緩和する。
本研究ではSiGe/Siにおける実空間トランスファの特性を調べ、光・キャリア閉じ込めの構造制御を試みた。移動度の間接評価としてSiGe/Siヘテロ構造における励起子の拡散定数を飛行時間法で計測したところ極低温で10cm^2/sのオーダーの値を得た。しかしチャネルがSiGeでもSiでも大きなちがいはなかった。これは大きなGe組成領域では井戸幅が小さい必要があり、ヘテロ界面のラフネス散乱で移動度が減少した効果と思われる。これと束縛準位の見積りから小さなGe組成で厚い井戸ないしはシングルヘテロ構造を採用する方針が得られた。さらにSiGe/SiタイプI構造において電子が複数の井戸間を電場下あるいはフォノン散乱で実空間トランスファする様子を蛍光観測から捕えるとともに新しい波長可変発光素子を提案した。尚、サブバンド発光の分光においては注入電流損失を含む背景輻射を誤認する可能性を指摘した。一方、構造制御の結果、SiGe-OI作製用のイオン注入は高エネルギーで行う必要性が判明した。また反転分布形成を阻害するAuger散逸がSiGe/Siヘテロ構造で抑制できる可能性を蛍光計測から見いだした。
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