高均一半導体量子ドットへのスピン偏極電子の注入と制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550294
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 山口 浩一 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (40191225)
• キーワード: 量子ドット / 自己組織化 / InAs / GaAs / GaSb / スピン / ナノホール

研究概要

平成14年度は、半導体量子ドットにスピン偏極電子を注入するための準備段階として、量子ドットの自己形成法を中心に検討を進め、以下に示す研究成果を得ることができた。
1.高均一InAs量子ドットの2重積層成長:研究代表者のグループがすでに開発している高均一自己形成法により、GaAs基板上へのInAs量子ドットの積層成長を行い、GaAsスペーサ層を介して高さ方向に結合した高均一な2重結合型InAs量子ドットの作製を試みた。GaAsスペーサ層厚が10nm以下になると1層目のInAs量子ドットの高さが減少すること、2層目のInAs量子ドット構造の側面に形成されるファセット面方位が異なることなど、1層目の量子ドットからの歪による成長過程への影響について新しい知見が得られ、これらの現象を制御した積層成長により、従来よりも狭い発光半値幅17meVを達成し、量子ドットのサイズ揺らぎをさらに抑制することができた。
2.GaSb量子ドットの高均一自己形成:本研究では、InAs系のtype I型量子ドット上にGaSb系のtype II型量子ドットを積層させた新しい量子ドット構造を作製するために、これまで困難であったGaSb量子ドットの高均一化を試みた。InAs量子ドットとは異なる自己形成過程も観察されたが、成長種の表面マイグレーションの促進により、これまで報告されている発光半値幅(100meV程度)に比べて69meVの狭い発光スペクトルが得られ、GaSb量子ドットの高均一化の見通しを得た。
3.量子ドットに結合したナノホールの自己形成:埋め込まれた量子ドットにスピン偏極電子を局所注入するためには、量子ドットの位置を示すマーカーまたは量子ドットのみに電極配線を施すためのコンタクトホールの形成が必要である。本研究では、InAs量子ドットをGaAs層で埋め込んだ後に、量子ドット直上の表面GaAs層部のみにナノサイズの孔(ナノホール)が自己形成される現象を見出し、個々の量子ドットの物性評価法や量子ドットデバイスの作製プロセスとしての応用の可能性を提案した。

研究成果

• [文献書誌] K.Yamaguchi, Y.Saito, R.Otsubo: "Size-Shrinkage Effects of InAs Quantum Dots During the Growth of GaAs Capping Layer"Applied Surface Science. Vol.190. 212-217 (2002)
• [文献書誌] K.Yamaguchi, T.Kaizu, K.Yujobo, Y.Saito: "Uniform Formation Process of Self-Organized InAs Quantum Dots"Journal of Crystal Growth. Vol.237-239. 1301-1306 (2002)
• [文献書誌] T.Miura, K.Yamaguchi: "Spin-Polarized Scanning Tunneling Microscopy Using Optically Pumped GaAs Tips"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.41,No.6B. 4382-4384 (2002)
• [文献書誌] K.Yamaguchi, k.Kawaguchi, Toru Kanto: "One-Dimensional Quantum-Dot Chains of InAs Grown on Strain-Controlled GaAs/InGaAs Buffer Layer by Molecular Beam Epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.41,No.9AB. L996-L998 (2002)
• [文献書誌] R.Ohtsubo, K.Yamaguchi: "High Quality InAs Quantum Dots Covered by InGaAs/GaAs Hetero-Capping Layer"Physics Status Solidi (C). Vol.0,No.3. 939-943 (2003)
• [文献書誌] Y.Saito, R.Otsubo, K.Yamaguchi: "Size Ordering Effects of InAs Quantum Dots During a GaAs Capping Growth"Int. Phys. Conf. Ser.. No170 Chap.7. 531-535 (2003)