人工原子″スーパーアトム″の作製と評価

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08875001
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 齊藤 俊也 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (70241396)
• 研究分担者: 藤倉 序章 北海道, 大学院・工学研究科, 助手 (70271640) ; 本久 順一 北海道, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263)
• キーワード: 半導体 / 人工原子 / スーパーアトム / 有機金属気相成長 / 選択成長 / 結合量子ドット / 原子ステップ / 表面超格子

研究概要

平成9年度は、人工原子″スーパーアトム″の作製に関する基礎検討として、分子線エピタキシャル成長方を用いた微細構造形成の検討、また、そのネットワーク化に向けた検討を行うとともに、自己形成量子ドットの作製および光学的評価を行ない、以下のような結論を得た。
(1)InP基板表面に正方形のメサ(台地状の構造)に線状のメサが結合した構造を加工により形成し、この上に分子線エピタキシ(MBE)法によりInAlAs/InGaAs/InAlAs構造の成長を行った。詳細な構造観察の結果、適切な成長条件下で、正方形メサ上にInGaAs量子ドットが、線状メサ上にInGaAs量子細線が形成され、InAlAs/InGaAs系の材料を用いた選択成長が人工原子構造の作製、およびその多数個連結した素子の作製に関して今後有用であることが示唆された。
(2)詳細な光学的測定によって、上記のInGaAs量子細線・量子ドットの結合部分には高さ100meV程度のポテンシャル障壁が存在することが明らかとなった。また、初期加工基板形状・成長条件等を様々に変えて形成した細線・ドット結合構造の構造観察から、ドット・細線・ポテンシャル障壁のサイズが、初期基板形状・成長条件により精密に制御可能であることが明らかとなり、InAlAsを核とする人工原子およびネットワークの形成手法に関する重要な知見を得た。
(3)また、格子不整合系の人工原子作製の可能性に関する基礎検討として、GaAs/InAs自己形成量子ドットの形成、および光学的評価を行い、ウェット層とドットのクーロン相互作用が光学的特性に影響を及ぼすことが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Hajime Fujikura: "Formation of Two-Dimensional Arrays of InP-Based InGaAs Quantum Dots on Patterned Substrates by Selective Molecular Beam Epitaxy" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.36. 4092-4096 (1997)
• [文献書誌] Michiko Kihara: "Effect of Mis-Orientation on the Growth of InGaAs Quantum Wires by Selective Molecular Beam" Applied Surface Science. 117/118. 385-389 (1997)
• [文献書誌] Hideki Hasegawa: "Excitation Power Dependent Photoluminescence Characterization of Insulator-Semiconductor Interfaces on Near Surface Quantum Structures Passivated by Silicon Interface Control Layer" Applied Surface Science. 117/118. 710-713 (1997)
• [文献書誌] Hiroshi Okada: "Basic Control Characteristics of Novel Schottky In-Plane and Wrap Gate Structures Studied by Simulation and Transport Measurements in GaAs and InGaAs Quantum Wires" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.36. 4156-4160 (1997)
• [文献書誌] Hajime Fujikura: "Eccitation Power Dependent Photoluminescence Behavior in Etched Quantum Wires Having Silicon Interlayer-Based Edge Passivation and Its Interpretation″" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.36. 1937-1943 (1997)
• [文献書誌] Moriaki Araki: "Fabrication of InGaAs Quantum Wires and Dots by Selective Molecular Beam Epitaxial Growth on Various Mesa-Patterned (001) InP Substrates" Japanese Journal of Applied Physics. vol.36. 1763-1769 (1997)
• [文献書誌] Hideki Hasegawa: "Formation of InP-Based Quantum Structures by Selective MBE on Patterned Substrates Having Hifh-Index Facets" Micorelectronics Journal. Vol.28. 887-901 (1997)
• [文献書誌] Boguslawa Adamowicz: "Photoluminescence Characterization of Air Exposed AlGaAs Surface and Passivated Ex-Situ by Ultrathin Silicon Interface Control Layer" Physica E. (in press). (1998)
• [文献書誌] Hajime Fujikura: "Controleed Formation of Narrow and Uniform InP-Based InGaAs Ridge Quantum Wire Arrays by Selective Molecular Beam Epitaxy" Japanese Journal of Apploed Physics. vol.37(in press). (1998)
• [文献書誌] Hiroshi Okada: "A Novel Wrap-Gate-Controlled Single Electron Transistor Formed on an InGaAs Ridge Quantum Wire Grown by Selective MBE" Solid State Electronics. (in press). (1998)
• [文献書誌] Yuuki Hanada: "Direct Formation of InGaAs Coupled Wire-Dot Structures by Selective Molecular Beam Epitaxy on InP Patterned Substrates" Solid State Electronics. (in press). (1998)
• [文献書誌] J.Motohisa: "Anomalous Excitation Intensity Dependence of Photoluminescence from InAs Self-Assembled Quantum Dots" Solid State Electronics. (in press). (1998)