電子顕微鏡内その場可視分光法による極微半導体結晶の光学特性の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11640316
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 大野 裕 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80243129)
• 研究分担者: 河野 日出夫 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (00273574) ; 竹田 精治 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70163409)
• キーワード: シリコンナノワイヤー / カソードルミネセンス / 偏光分光 / 透過電子顕微鏡 / 反位相境界 / 量子井戸

研究概要

結晶学・電子論の両面からナノ構造の光学特性を研究するため透過電子顕微鏡法と分光学的手法を組合わせた複合的研究法「透過電子顕微鏡内その場可視分光法」を開発してきた。科学研究援助金の補助により測定装置に偏光測定機構を装備した。これにより光学異方性が定量的に測定できるようになった。この研究手法をCuPt型規則構造を持つGaInPの反位相境界に適用した。本測定法により、はじめて反位相境界からの微弱偏光発光を検出した。すなわちバンド間遷移による発光に加えて、より低いエネルギー側に複数の偏光発光線を検出した。詳細な解析より、発光は反位相境界面と平行に偏光していることが分かった。反位相境界内でホールの量子閉じこめが生じて2つの新しいホール準位が形成され、その準位を介して発光が生じるという量子井戸モデルを提案した。
この測定法を、我々のグループで独自に形成されたシリコンナノワイヤーにも適用した。その結果、可視領域での偏光発光が観測された。発光の起源は今のところ不明であるが、発光にはナノワイヤー中での量子閉じこめ効果が影響していると考えている。
可視分光・透過電子顕微鏡複合法により、ナノ構造とそれに付随する電子状態の変化を原子レベルで理解ができた。今後はこの装置を、空間的に組成や構造の異なる様々な不均一試料に適用していきたい。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ohno and S.Takeda: "Mesoscopic characterization of the optical property of antiphase boundaries in CuPt-ordered GalnP_2"Proceedings of Materials Research Society. 588. 105-110 (2000)
• [文献書誌] Y.Ohno and S.Takeda: "Optical properties of anti-phase boundaries and Frenkel-type defects in CuPt-ordered GalnP studied by optical spectroscopy in a transmission electron microscope"11th International Conterence on Microscopy of Semiconducting Materials. 164. 175-178 (2000)
• [文献書誌] N.Ozaki,Y.Ohno,andS.Takeda S.Takeda: "Optical properties of Si nanowires on a Si (111) surface"Proceedings of Materials Research Society. 588. 99-103 (2000)
• [文献書誌] Y.Kuno,S.Takeda,M.Hirata,Y.Ohno,M.Hosoi and K.Shimoyama: "Formation model for microstructures in a (Al, GA, In) P natural superlattice"11th International Conterence on Microscopy of Semiconducting Materials. 164. 287-290 (2000)