不規則構造半導体の新光量子物性の研究

1997 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 08044139
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 大阪電気通信大学
• 研究代表者: 佐々木 昭夫 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (10025900)
• 研究分担者: CHEN X. Nat. Lab. for Infrared Phys., Shanghai Inst, 副教授 ; ROUVIMOV S. Lawrence Berkeley Nat. Lab., Material Sci., 科学職員 ; LーWEBER Z. Lawrence Berkeley Nat. Lab., Material Sci., 上級科学者 ; WEBER E.R. Univ. of Calif. ,Berkeley, Dept. Materials S, 教授 ; 若原 昭浩 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (00230912) ; LILIENTAL-WEBER Zuzanna Lawrence Berkeley Nat.Lab., Material Sci.Senior Scientis ; CHEN Xiaoshung Nat.Lag.for Infrared Phys.Shanghai Inst.of Tech.Phys., Associ.Prof.
• 研究期間 (年度): 1996 – 1997
• キーワード: 量子ドット / InAs / GaAs量子ドット / Stranski-Krastanov / 光量子物性 / 規則配列積層量子ドット / 2次元3次元遷移厚

研究概要

超高真空対応走査型トンネル顕微鏡による、不規則構造半導体の断面観察には、現用装置の改造が必要であった。製作企業との数度に亘る討議により、現用の表面観察に支障無く、改造し得る方法を案出した。今後、改造装置により本来の研究を続行し得る。
InAs/GaAs量子ドットの規則、不規則配列の形成条件を知るために、スペ-サ層に相当するGaAs層の厚さを順次変えた試料を作製した。高分解能電子顕微鏡による試料断面を観察することにより、(1)GaAs層の厚さが、InAs量子ドットの高さの寸法と同じ厚さと、2倍の厚さの間であると、量子ドットが結合し合って規則的に配列し得ること、(2)薄いと量子ドットが潰れること、(3)厚いと結合が弱まり、量子ドットが互いに関連無く不規則に形成されること、などが分かった。J.Electronic Materials学術雑誌に掲載。InAs/GaAsの積層により、量子ドット数が増し、励起光あるいは注入電流を増すことにより、光量子効果による発光が強められる。
InGaN結晶薄膜の成長において、位相分離が生ずることを実験的に見出した。これはGaN中にInNの量子ドットを形成する新しい方法と成り得る。しかしInNの形状を小さくする必要がある。AlN層に関しては、プラズマ励起成長法が如何に光量子物性に寄与するか検討中である。
Stranski-Krastanov成長姿態が量子ドット形成に利用されている。層状と量子ドット状の形成において、歪エネルギーと表面エネルギーの和が小さくなる方が安定に形成されると云う考えにより、解析式を導いた。この式による理論値が、InAs/GaAsの遷移厚の実験値と良い一致を示し、今後ドット積層の場合に非常に有効な式となる。Electronic Materials Symp.(July,1998)に発表。
研究代表者らは、これまで数多くの不規則超格子を作製してきた。これらの試料で未だ評価しきれていない物性値がある。本共同研究により、今後、上海技術物理研究所と共同で光検出に必要な物性値を含め、それらを解明して行く計画が立てられた。

研究成果

• [文献書誌] S.Rouvimov & A.Sasaki 他5名: "Effects of GaAs-Spacer Strain on Vertical Ordering of Stacked InAs Quantum Dots in a GaAs Matrix" Journal of Electronic Materials. (5月号)(in press). (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] I.S.Ruvimov, S.Liliental-Weber, W.Swider, J.Washburn, and E.R.Weber A.Sasaki, A.Wakahara, Y.Furukawa, T.Abe.and S.Noda: ""Effects of GaAs-Spacer Strain on Vertical Ordering of Stacked InAs Quantum Dots in a GaAs Matrix"" Journal of Electronic Materials. Vol.27. (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Sasaki, E.R.Wever, Z.Liliental-Weber, S.Ruvimov, and J.Washburn Y.Nabetani: ""Transition Thickness of Ge/Si and III-V Semiconductor Heteroepitaxy"" The 17th Electronic Materials Symposium, Izunagaoka. (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より