配列した半導体量子ドット超構造の作製と基礎光物性

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11440095
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 金光 義彦 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教授 (30185954)
• キーワード: ナノクリスタル / レーザー分光 / ナノ微粒子 / イオン打ち込み / 化合物半導体 / シリコンナノクリスタル

研究概要

本研究では、配列した半導体ナノ微粒子を作製し,それらの光学特性を研究した。配列したシリコンナノクリスタル薄膜を作製するために、a-Si/SiO_2量子井戸構造を結晶化させることを行った。まず、アモルファスa-Si/SiO_2多層膜を、電子ビーム蒸着法により作製し、この光学特性を研究した。井戸層であるアモルファスシリコンの膜厚を薄くすると、発光スペクトルはブルーシフトした。さらに発光寿命も井戸層の厚みに依存した。これらのサイズ依存の結果は、界面の乱れなどが少ない良質のアモルファスシリコン量子井戸薄膜が得られたことを示している。この薄膜を電気炉で熱アニーリングすることにより、アモルファス井戸層の厚みで決まるナノクリスタルを作製でき、SiO_2層間に空間的に並べることに成功した。光学異方性を示すナノクリスタル配列固体を得た。また、コロイド法によりII-VI族化合物半導体ナノクリスタルが並んだダンベル・一次元鎖の作製を行った。連続イオン打ち込み法により、SiO_2やAl_2O_3基板中にGaAs,CdS,ZnSなど化合物半導体ナノクリスタルを作製し、その光学的特性を研究した。作製したナノクリスタルに、さらに他のイオンを打ち込むことによりドナーやアクセプター、発光中心などをドープできることを示した。結晶基板にイオン打ち込みすることにより配列した化合物半導体が作製可能であることがわかった。2種類の元素AとBをイオン打ち込み法で混ぜて作製した直接遷移型化合物半導体ABのナノクリスタルは、効率良くバンド端発光を示した。作製された試料が、非発光中心となる欠陥の密度が低い良質の結晶であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Size Effects on the Luminescence Spectrum in a-Si/SiO2 Multilayer Structures"Applied Physics Letters. 77. 3550-3552 (2000)
• [文献書誌] D.Matsuura: "Photoluminescence Dynamics of CdS Nanocrystals Fabricated by Sequential Ion Implantation."Japanese Journal of Applied Physics. 40(印刷中). (2001)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Excitonic Properties of Silicon Nanoparticles"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 25. 933-938 (2000)
• [文献書誌] D.Matsuura: "Optical Characterization of CdS Nanocrystals in Al2O3 Matrices Fabricated by Ion-Beam Synthesis"Applied Physics Letters. 77. 2289-2291 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Visible Light Emission from GaAs Nanocrystals in SiO2 Films Fabricated by Sequential Ion Implantation"Physical Review B. 62. 5100-5108 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Decay Dynamics of Visible Luminescence in Amorphous Silicon Nanoparticles"Applied Physics Letters. 77. 211-213 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Near-Infrared Photoluminescence from Ge Nanocrystals in SiO2 Matrices"J.Luminescence. 87-89. 457-459 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Photoluminescence Dynamics of a-Si/SiO2 Quantum Wells"Applied Physics Letters. 76. 2200-2202 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "GaAs Nanocrystals Fabricated by Sequential Ion Implantation : Structural and Luminescence Properties"Physica E. 7. 322-325 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Visible Luminescence from Si/SiO_2 Quantum Wells and Dots : Confinement and Localization of Excitons"Physica E. 7. 456-460 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Photoluminescence properties of porous a-Si"J.Luminescence. 87-89. 460-462 (2000)
• [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Visible luminescence from GaAs Nanocrystals Fabricated by Sequential Ion Implantation"J.Luminescence. 87-89. 432-434 (2000)