量子細線における一次元励起子発光の室温デバイス応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555094
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 英文 東京大学, 物性研究所, 助教授 (40251491)
• 研究分担者: 馬場 基芳 東京大学, 物性研究所, 教務職員 (60159077) ; 吉田 正裕 東京大学, 物性研究所, 助手 (30292759)
• キーワード: 量子細線 / 一次元励起子 / 室温 / 分子線エピタキシー / 品質評価 / 閉じ込めエネルギー

研究概要

昨年までに引き続き、試料評価の手段となる温度可変顕微分光装置の開発・作製を行った。とくに高分解能顕微発光測定のためにソリッドイマージョン顕微分光計測法が用いられたが、一様励起、ポイント励起、共焦点走査型計測、高波長分解能スペクトル計測など、多様な測定モードが試行され、その有効性が確かめられた。
T型量子細線の品質は、一様な薄膜成長を行うことがとても難しい(110)へき開面上のMBE結晶成長に強く依存している。そもそも、経験的にも、(110)面上の結晶成長により得られた量子井戸構造は、(100)面上の結晶成長により得られた同型の量子井戸構造に比べて、つねに発光線幅が大きい。このメカニズムを理解するために、原子間力顕微鏡測定と、高分解能顕微発光イメージ及びスペクトル測定を行い、局在電子状態の研究を進めた。その結果、(110)面特有の横方向サイズがミクロンスケールのテラス形成が確認され、その高さ分布がプラスマイナス2分子層程度であり、これらが発光の線幅や拡散過程を制限する要因になっていることが確かめられた。また、低温での局在電子状態からの発光は各テラス上から複数個でてきており、テラス分布を反映したエネルギー位置のグループが生じていることが分かった。
一方、(100)面上の量子井戸やT型量子細線において、発光スペクトルの温度依存性を測定したところ、低温から30-60K程度まで昇温した際、局在状態からの発光は一度強くなり、さらに昇温すると徐々に強度が弱くなりながら150K程度までは発光が明瞭に観測されることが確かめられた。上記のテラスによるポテンシャル分布が励起子の拡散過程・熱活性化過程に影響し、そのような温度依存性が得られたものと考えられる。さらに、成長中断を用いてテラス分布を低減し、スペクトルを狭さく化することを進め、より高温での発光をめざしている。

研究成果

• [文献書誌] S.Watanabe,: "Microscopy of electronic states contributing to lasing in ridge quantum wire laser structure,"Appl. Phys. Lett.. 75. 2190-2192 (1999)
• [文献書誌] S. Koshiba,: "Selective molecular beam epitaxy(MBE) growth of GaAs/AlAs ridge structures containing 10 nm scale wires and side quantum wells(QWs) and their stimulated emission characteristics,"J. Crystal. Growth. 201/202. 810-813 (1999)
• [文献書誌] S. Koshiba,: "Fabrication and Control of GaAs/AlAs 10 nano-meter scale Structure by MBE,"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 24[1]. 93-96 (1999)
• [文献書誌] M. Yoshita,: "Carrier transfer in facet-growth GaAs quantum wells studied by solid immersion photoluminescence microscopy,"J. Phys. Conf. Ser. No162/Compound Semicond vectors. 162. 143-148 (1999)
• [文献書誌] M. Baba,: "Aberrations and allowances for errors in a hemisphere solid immersion lens for submicron-resolution photoluminescence microscopy"J. Appl. Phys.. 85. 6923-6925 (1999)
• [文献書誌] M. Baba,: "Application of solid immersion lens to submicron resolution imaging of nano-scale quantum wells"Opt. Rev.. 6. 257 (1999)
• [文献書誌] K. Koyama,: "High collection efficiency in fluorescence microscopy with a solid immersion lens"Appl. Phya. Lett.. 75. 1667-1669 (1999)
• [文献書誌] J. Kono,: "Picosecond time-resolved cyclotron resonance in semiconductors"Appl. Phys. Lett.. 75. 1119-1121 (1999)
• [文献書誌] Y. Hanamaki,: "Spontaneous emission alteration in InGaAs/GaAs vertical-cavity surface-emitting laser structures"Semicond. Sci. Technol.. 14. 797-803 (1999)
• [文献書誌] H. Sakaki,: "10nm-scale edge- and step-quantum wires and related structures : Progress in their desgn,epitaxial synthesis and physics"Physica E. 4. 56-64 (1999)
• [文献書誌] T. Matsusue,: "Coherent dynamics of excitons in an island-inserted GaAs/AlAs quantum well structure : Suppression of phase relaxation and a deep quantum beat"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 2735-2740 (1999)
• [文献書誌] H. Yaguchi,: "Time-resolved photoluminescence of cubic GaN grown by metalorganic vapor phase epitaxy"Phys. Stat. Sol.(b). 216. 237-240 (1999)