ワイドギャップ半導体ナノ量子ドットの構築

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305001
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 八百 隆文 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60230182)
• 研究分担者: 具 本欣 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00312645) ; 牧野 久雄 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (40302210) ; 花田 貴 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80211481)
• キーワード: 量子ドット / ワイドギャップ半導体 / 量子構造 / プラズマ援用MBE / ZnO / ZnSe / CdSe / GaN

研究概要

650nm-310nmまでの波長範囲をカバーできるZnO系、ZnSe/ZnS系、CdSe/ZnSe系、CdTe/ZnTe系の4つの物質系を対象として分子線エピタキシならびに原子層エピタキシ法による自己形成プロセスによるナノ量子ドットを構築した。
(1)ZnO系量子ドットの構築
プラズマ援用分子線エピタキシ法を開発し、高品質ZnO系酸化物半導体作製技術を確立した。ヘテロ界面を制御することでRHEED振動観察と2次元成長を初めて実現した。さらにRHEED振動制御による原子層制御のZnMgO/ZnOヘテロ量子構造を形成し励起子機構による誘導放出を実現した。さらに、ヘテロ界面制御の研究を進め、エピタキシ成長における結晶極性の制御と極性反転を実現した。
(2)ZnSe/ZnS系量子ドットの構築
GaP基板を用いてほぼ格子整合した高品質ZnSバッファー層上にSKモードによりZnSe量子ドットを形成した。ZnSe量子ドット中に磁性不純物、希土類不純物を選択的に導入し、量子ドットによる発光過程の制御と発光の増強を見いだした。また超微細加工法を駆使してZnSe、ZnCdSe/ZnSe量子細線を作製し評価した。
(3)CdSe/ZnSe系量子ドットの構築
GaAs上のZnSeの成長条件を最適化し、原子レベルで平坦なZnSe層の成長に成功した。このバッファー層上にCdSe量子ドットをMBE法とALE法によりSKモードにより形成し、サイズ、配列などの制御性を比較討した。スタック型の量子ドット層のTEM観察から量子ドット間の相関を明らかにするした。
(4)CdTe/ZnTe系量子ドットの構築
ZnTe基板上のMBEホモエピタキシプロセスを確立し、高品質ZnTeバファー層上にCdTe量子ドットを構築した。スタック型も構築し、透過電子顕微鏡観測からCdTe量子コッド間の位置的な相関が得られ、成長方向における配列制御が可能となった。

研究成果

• [文献書誌] Y.F.Chen: "Plasma-assisted molecular-beam epitaxy of ZnO epilayers on atomically flat MgAl_2O_4(111) substrates"Appl.Phys.Lett.. 76. 254-247 (2000)
• [文献書誌] Y.F.Chen: "Layer-by-layer growth of ZnO epilayer on Al_2O_3(0001) by using a MgO buffer layer"Appl.Phys.Lett.. 76. 559-561 (2000)
• [文献書誌] J.H.Chang: "Characterization of ZnSe/ZnMgBeSe single quantum wells"Physica E. 7. 576-580 (2000)
• [文献書誌] E.Kurtz: "Formation and properties of self-organized II-VI quantum islands"Thin Solid Films. 367. 68-74 (2000)
• [文献書誌] E.Kurtz: "Properties and self-organization of CdSe : S quantum islands grown with a cadmium sulfide compouns source"J.Cryst.Growth. 214/215. 712-716 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamazaki: "Selective-area growth of ZnSe on patterned (001) GaAs substrates by molecular beam epitaxy"J.Cryst.Growth. 214/215. 202-206 (2000)
• [文献書誌] K.Arai: "Self-organized formation processes of CdSe quantum dots studied by reflection high-energy electron diffraction"J.Cryst.Growth. 214/215. 703-706 (2000)
• [文献書誌] A.Yamamoto: "Time-resolved photoluminescence in ZnO epitaxial thin films studied by up-conversion method"J.Cryst.Growth. 214/215. 308-311 (2000)
• [文献書誌] H.Yamada: "Efficient luminescence from Sm-doped ZnSSe/undoped-ZnS multi-quantum wells"J.Cryst.Growth. 214/215. 935-938 (2000)
• [文献書誌] H.Tomiye: "Nanometer-scale characterization of lateral p-n^+ junction by scanning capacitance microscope"Appl.Surf.Sci.. 159/160. 210-219 (2000)
• [文献書誌] S.K.Hong: "Control of polarity of ZnO films grown by plasma-assisted molecular-beam epitaxy : Zn-and O-polar ZnO films on Ga-polar GaN templated"Appl.Phys.Lett.. 77. 3571-3573 (2000)
• [文献書誌] Y.F.Chen: "Plasma-assisted molecular beam epitaxy for ZnO based II-VI semiconductor oxides and their heterostructures"J.Vac.Sci.Technol.B. 18. 1514-1517 (2000)
• [文献書誌] M.W.Cho: "II-VI続化合物半導体の分子線エピタキシー薄膜"日本結晶成長学会誌. 27. 215-224 (2000)
• [文献書誌] J.H.Chang: "ZnCdTe/ZnTe/ZnMgSeTe quantum-well structures for the application to pure-green light-emitting devices"Appl.Phys.Lett.. 78. 566-568 (2001)