半導体自然超格子薄膜を利用した新量子構造材料創製

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09305020
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 西野 種夫 神戸大学, 工学部, 教授 (60029452)
• 研究分担者: 喜多 隆 神戸大学, 工学部, 助手 (10221186) ; 中山 弘 神戸大学, 工学部, 助教授 (30164370)
• キーワード: オーダリング / 量子構造 / 分子線エピタキシ- / 超高速分光 / 反射率差分光

研究概要

混晶半導体エピタキシャル成長過程での原子オーダリングによる長距離秩序構造の出現はIIIーV族混晶だけでなくIIーVI族混晶やIV族混晶半導体でも各種の自然超格子構造が見いだされた。なかでも長距離秩序化したAlGaInP系やInGaAs系においてはバンドギャップの大きな変化や価電子帯構造の大きな変化が観測されており混晶半導体中の長距離秩序構造とエネルギーバンド構造の因果関係は物性・応用の両面から大変注目される。本研究では、上記の半導体自然超格子のユニークな特徴を利用したまったく新しいタイプの量子構造を創製するため、自然超格子超薄膜中での規則化(原子オーダリング)の揺らぎによる量子構造の作製をおこない、その量子物性を光物性や電気的特性の面から明らかにする。平成9年度で達成した内容は以下のとおりである。
(a)MBE法によるInGaAs自然超格子超薄膜の成長:
@結晶成長中にRHEEDとともにRDS(反射率差分光)信号をリアルタイムで計測するシステムを構築した。
@InAsの原子層制御された成長過程でS-K成長機構を詳細に調べ、量子サイズの制御されたドットを作製するのに成功した。
@原子層制御して成長したInAs成長後の熱アニール過程でGaとInの原子移動を見いだした。
(b)分光学的側面から観た新量子構造の物性:
@上記で作製した量子ドット材料及び原子移動を生じた試料のフォトルミネッセンスを測定し、量子構造による新しいエネルギー状態確認した。また、RDSで精密に制御された成長から得られた材料において量子状態の連続的な制御に成功した。

研究成果

• [文献書誌] K.Yamashita, T.Kita, H.Nakayama, T.Nishino: "Phetaluminescence from melastable state in long-rang ordered (Al_<0.5>Ga_<0.5>)_<0.51>In_<O.49>P" Physical Review B. vol.55,No.7. 4411-4416 (1997)
• [文献書誌] K.Yamashita, T.Kita, H.Nakayama, T.Nishino: "Role of carrier localization in energy up-conversion at (Al_<0.5>Ga_<0.5>)_<0.51>In_<0.49>P/GaAs heterointerface" Proc. Electronic Materials Sympasium. 16th. 101-103 (1997)
• [文献書誌] H.Nakayama, A.Furuichi, T.Kita, T.Nishino: "Stochastic growth theory of molecular beam epitaxy with atom correlation effects : A monte-carlo master equation method" Applied Surface Science. vol 113/114. 631-637 (1997)
• [文献書誌] K.Yamashita, T.Kita, T.Nishino: "High efficiency up-conversion induced by carrier localization in ordered (Al_<0.5>Ga_<0.5>)_<0.5>In_<0.5>P/GaAs heterointerface" Proc. Electronic Materials Conference. 39th. 35-35 (1997)
• [文献書誌] N.Tsukada, M.Gotoda, T.Isu, M.Nunoshita, T.Nishino: "Dynamical Controle of quantum lunneling due to ac Stark shift in on asymmetric coupled quantum dot" Physical Review B. vol.56,No.15. 9231-9234 (1997)
• [文献書誌] H.Nakayama, T.Kita, T.Nishino: "Advances in the Understanding of Crystal Growth Mechanism" Elsevier Science, 21 (1997)