電子ビーム描画法とMOCVD選択成長による量子箱レーザー試作に関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05750279
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 永宗 靖 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (20218027)
• キーワード: 電子ビーム描画法 / 化学エッチング / GaAs / MOCVD法 / 選択成長 / PLスペクトル / 量子サイズ効果 / 量子箱レーザー

研究概要

本研究では、まず電子ビーム描画法と化学エッチング法を用い、GaAs基板上にSiO_2の微細パターンを形成し、その上に減圧MOCVD法による選択成長を行うことでGaAs量子箱(量子ドット)構造の作製を試みた。また、その際化学エッチングの最適化、マスクサイズの微細化、および結晶成長条件の最適化を行うことで、良質なナノメータースケールの量子箱構造を再現性良く作製できる技術を確立した。そして、量子箱構造からの強い発光とブルーシフトを観測し、本研究における作製方法が量子箱の作製に有効であることを実証した。
量子箱構造によるキャリアーの3次元閉じ込め効果の確認については、励起子からのフォトルミネッセンス(PL)スペクトルのブルーシフトの観測の外PLスペクトルの磁場依存性の測定により行った。また、フォトルミネッセンス励起(PLE)スペクトルの測定やPLスペクトルの時間分解測定を行うことで量子箱内のキャリアー寿命の測定や量子箱内へのキャリアーの拡散に関するダイナミクスについての知見を得た。
一方、色々なサイズの量子箱構造を作製し、それらのPLスペクトルのブルーシフト量のサイズ依存性を測定することで量子サイズ効果の3次元量子井戸幅依存性を測定し理論との比較を行った。
現在、これらの実験結果のさらに詳しい解析により、いくつかの重要な知見を得ているが、これと平行して量子箱レーザーの試作や新しいタイプの量子箱レーザー構造の考案を行っている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nagamune,S.Tsukamoto,M.Nishioka,and Y.Arakawa: "Growth process and mechanism ofnanometer-scale GaAs dot-structures using MOCVD selective growth" Journal of Crystal Growth. 126. 707-717 (1993)
• [文献書誌] S.Tsukamoto,Y.Nagamune,M.Nishioka,and Y.Arakawa: "Fabrication of GaAs arrowhead-shaped quantum wires by metalorganic chemical vapor deposition selective growth" Applied Physic Letters. 62. 49-51 (1993)
• [文献書誌] Y.Arakawa,Y.Nagamune,M.Nishioka,and S.Tsukamoto: "Fabrication and optical properties of GaAs quantum wires and dots by MOCVD selective growth" Semiconductor Science Technology. 8. 1082-1088 (1993)
• [文献書誌] S.Tsukamoto,Y.Nagamune,M.Nishioka,and Y.Arakawa: "Fabrication of GaAs quantum wires(〜10nm)by metalorganic chemical vapor selective deposition growth" Applied Physics Letters. 63. 355-357 (1993)
• [文献書誌] Y.Nagamune,M.Nishioka,S.Tsukamoto,and Y.Arakawa: "GaAs quantum dots with lateral dimension of 25nm fabricated by selective metal-organic chemical vapor deposition growth" Applied Physics Letters. (出版予定). (1994)
• [文献書誌] Y.Nagamune,H.Sakaki,L.P.Korwen heren,L.C.Mur,C.J.P.M.Harmans,J.Motohisa,and H.Noge: "Single electron transport and current quantization in a novel quantumdot structure" Applied Physics Letters. (出版予定). (1994)