ナノ構造・超高速現象の解析制御と次世代新機能素子開発への展開

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14102011
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 表面界面物性
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 重川 秀実 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (20134489)
• 研究分担者: 大井川 治宏 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (60223715)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2006
• キーワード: STM / nanotechnology / laser-combined STM / fast phenomena / carrier dynamics

研究概要

GaAsのpn接合を試料とし、光変調トンネル分光法を適用することで、順方向バイアスにより流れ込む少数キャリアー(今回はn型領域に流れ込むホール)の様子を初めて可視化することに成功した。これまで、マクロな計測結果を基にして微視的なモデルが議論されてきたが、その正しさをナノスケールで初めて立証した結果である。拡散長などを求めることを可能にした。また、原子スケールの観察も進め、単一欠陥やステップの構造が局所ポテンシャルに与える影響を可視化するとともに、これまで像を評価することでしか扱うことがなされてこなかったSTMによる解析を、トンネル電流を対象としてナノスケールでのポテンシャルに基づくモデルで議論することを可能にした。
時間分解計測については、17年度に新しく導入した波長可変レーザーを用いることにより、特定の準位を選択的に励起することが可能となった。同システムを使用し、光学的なポンププローブ法による結果と比較することで、光励起STMによる信号の物理的な意味を探ることを試みた。その結果、光励起STMでも、光学的なポンププローブ法と同様に、励起波長に対応する励起準位の飽和吸収過程の観察を通じ、局所的なキャリアーの寿命・ダイナミックスを計測していることが明らかになった。装置も改良が進み、幅広い試料に対する適用が可能となった。

研究成果

• [雑誌論文] Nanoscale Dynamics Probed by Laser-Combined Scanning Tunneling Microsoopy (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516,9 ページ: 2348-2357
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nanoscale Dynamics Probed by Laser-Combined Scanning Tunneling Microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516,9 ページ: 2348-2357
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ultrafast photoinduced carrier dynamics in GaNAs probed using femtosecond time-resolved scanning tunnelling microscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Terada
  • 雑誌名: Nanotechnology 18 ページ: 044028
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Microscopic Basis for the Mechanism of Carrier Dynamics in an Operating p-n Junction Examined by using Light-Modulated Scanning Tunneling Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 98 ページ: 026802
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Light-Modulated Scanning Tunneling Spectroscopy on the analysis of nanoscale band structure and carrier dynamics (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: Hyomen Kagaku, Journal of the surface science society of Japan. 28,2 ページ: 111-114
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Kelvin Probe Force Microscopy witbout Bias-Voltage Feedback (2007)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 46,8B ページ: 5626-5630
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Probing nanoscale carrier dynamics in semiconductors using laser combined STM. (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Solid State Physics(Kotaibutsuri) 42,501 ページ: 795-804
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Light-Modulated Scanning Tunneling Spectroscopy on the analysis of nanoscale band structure and carrier dynamics (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: Hyomen Kagaku, Journal of the surface science society of Japan 28, 2 ページ: 111-114
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Kelvin Probe Force Microscopy without Bias-Voltage Feedback (2007)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 46, 8B ページ: 5626-5630
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Probing nanoscale carrier dynamics in semiconductors using laser combined STM(in Japanese) (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Solid State Physics(Kotaibutsuri) 42, 501 ページ: 795-804
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fabrication of multi-layer self-assembled InAs quantum dots for high-efficiency solar cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: Proceedings of 4th 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion ページ: 158-161
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Strain compensation effect on stacked InAs self-assembled quantum dots embedded in GaNAs layers. (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: MRS symposiwn Proceedings 0891 ページ: EE03-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tip-induced band bending and its effect on local barrier height measurement studied by light modulated scanning tunneling spectroscopy. (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: e-journal, surf.sci.& technol. Vol.4 ページ: 192-196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] How to realize ultimate spatial and temporal resolutions by laser combined scanning tunneling microscopy? (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Mater.Res.Soc.Symp.Proc. 910E, Warrendale, PA ページ: 0901-Ra15-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nonlinear Dependences in Pulse-Pair-Excited Scanning Tunneling Microscopy. (2006)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 45,3B ページ: 1926-1930
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Long wavelength InAs self-assembled quantum dots embedded in GaNAs strain-compensating layers. (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: Physica E 32 ページ: 77-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multiple stacking of self-assembled InAs quantum dots embedded by GaNAs strain compensating layers. (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 100 ページ: 083110
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Probing nanoscale world by laser-combined scanning tunneling microscopy. (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Terada
  • 雑誌名: News Letter No.128 ページ: 9-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Fabrication of multi-layer self-assembled InAs quantum dots for high-efficiency solar cells (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: Proceedings of 4th 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion 158-161
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Strain compensation effect on stacked InAs self-assembled quantum dots embedded in GaNAs layers (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: MRS symposium Proceedings 0891 ページ: EE03-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tip-induced band bending and its effect on local barrier height measurement studied by light modulated scanning tunneling spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: surf.sci.& technol(e-journal) Vol.4 ページ: 192-196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] How to realize ultimate spatial and temporal resolutions by laser combined scanning tunneling microscopy? (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Mater.Res.Soc.Symp.Proc., Warrendale, PA 910E ページ: 0901-Ra15-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Nonlinear Dependences in Pulse-Pair-Excited Scanning Tunneling Microscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 45, 3B ページ: 1926-1930
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Long wavelength InAs self-assembled quantum dots embedded in GaNAs strain-compensating layers (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: Physica E 32 ページ: 77-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multiple stacking of self-assembled InAs quantum dots embedded by GaNAs strain compensating layers (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 100 ページ: 083110
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Probing nanoscale world by laser-combined scanning tunneling microscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Terada
  • 雑誌名: The Japan society of Applied Physics, Thin film and surface physics division, News Letter 128 ページ: 9-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Analysis of Time-Resolved Tunnel Current Signal in Sub-Picosecond Range Observed by Shaken-Pulse-Pair-Excited Scanning Tunneling Microscopy. (2005)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44,7B ページ: 5354-5357
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Development of femtosecond time-resolved scanning tunneling microscopy for nanoscale science and technology. (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 6 ページ: 582-588
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] (2005 SELECTED in the electronic publication) (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Yamashita
  • 雑誌名: Mono-Cycle Photonics and Optical Scanning Tunneling Microscopy-Route to Femtosecond Angstrom Technology-(Springer)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Analysis of Time-Resolved Tunnel Current Signal in Sub-Picosecond Range Observed by Shaken-Pulse-Pair-Excited Scanning Tunneling Microscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44, 7B ページ: 5354-5357
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of femtosecond time-resolved scanning tunneling microscopy for nanoscale science and technology (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 6 ページ: 582-588
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Light-Modulated Scanning Tunneling Spectroscopy for Nanoscale Imaging of Surface Photovoltage. (2004)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 84(18) ページ: 3645-3647
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electronic states of self-organized InGaAs quantum dots on GaAs(311)B studied by conductive scanning probe microscope. (2004)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: Physica E 21 ページ: 414-418
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Probing subpicosecond dynamics using pulsed laser combined scanning tunneling microscopy. (2004)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 85(15) ページ: 3268-3270
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Development of femtosecond time-resolved scamming tunneling microscopy. (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Ouyou Butsuri 73(10) ページ: 1318-1323
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Probe effect in scanning tunneling microscopy on Si(001) low-temperature phases. (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 70 ページ: 235411
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Fabrication of self-organized GaInNAs quantum dots on GaAs(311)B by atomic hydrogen-assisted RF-molecular beam epitaxy. (2004)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: IOP Conference Series 184 ページ: 183
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Light-Modulated Scanning Tunneling Spectroscopy for Nanoscale Imaging of Surface Photovoltage (2004)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 84(18) ページ: 3645-3647
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electronic states of self-organized InGaAs quantum dots on GaAs(311)B studied by conductive scanning probe microscope (2004)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: Physica E 21 ページ: 414-418
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Probing subpicosecond dynamics using pulsed laser combined scanning tunneling microscopy (2004)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 85(15) ページ: 3268-3270
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of femtosecond time-resolved scanning tunneling microscopy(in Japanese) (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Shigekawa
  • 雑誌名: Ouyou Butsuri 73(10) ページ: 1318-1323
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Probe effect in scanning tunneling microscopy on Si(001)low-temperature phases (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshida
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 70 ページ: 235411
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fabrication of self-organized GaInNAs quantum dots on GaAs(311)B by atomic hydrogen-assisted RF-molecular beam epitaxy (2004)
  • 著者名/発表者名: R.Oshima
  • 雑誌名: IOP Conference Series 184 ページ: 183
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Surface reconstruction of GaAs(001) nitrided under the controlled As partial pressure. (2003)
  • 著者名/発表者名: T.Imayoshi
  • 雑誌名: Surf.Sci. 540 ページ: L577-L582
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Site-selective silicon adatom desorption using femtosecond laser pulse pairs and scanning tunneling microscopy. (2003)
  • 著者名/発表者名: D.N.Futaba
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 83 ページ: 2333
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Surface reconstruction of GaAs(001)nitrided under the controlled As partial pressure (2003)
  • 著者名/発表者名: T.Imayoshi
  • 雑誌名: Surf.Sci. 540 ページ: L577-L582
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Site-selective silicon adatom desorption using femtosecond laser pulse pairs and scanning tunneling microscopy (2003)
  • 著者名/発表者名: D.N.Futaba
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 83 ページ: 2333
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of time-resolved scanning tunneling microsoopy in femtosecond range. (2002)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 41,7B ページ: 4994-4997
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Self-organaized InGaAs quantum dots grown on GaAs(311)B substrat studied by conductive atomic force microscope technique. (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Okada
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 245 ページ: 212-218
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Development of time-resolved scanning tunneling microscopy in femtosecond range (2002)
  • 著者名/発表者名: O.Takeuchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 41, 7B ページ: 4994-4997
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Self-organaized InGaAs quantum dots grown on GaAs(311)B substrat studied by conductive atomic force microscope technique (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Okada
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 245 ページ: 212-218
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Mono-Cycle Photonics and Optical Scanning Tunneling Microscopy-Route to Femtosecond Angstrom Technology. (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Yamashita
  • 総ページ数: 3890
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より