不均一歪み場制御による無フォノン励起子発光増大に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 白木 靖寛 東京大学, 先端化学技術研究センター, 教授 (00206286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宇佐美 徳隆 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20262107)
• Keywords: 間接遷移型半導体 / 量子井戸 / 局在 / 無フォノン発光

Research Abstract

量子構造を利用した間接遷移型半導体の発光効率の高効率化を目指して考案した、電子局在層を有する間接遷移型量子井戸の光学特性について詳細に検討した。試料は、GaAsP/GaP量子井戸構造の中心に、電子局在層としてAIP層を挿入したものであり、分子線エピタキシー法により作製した。
構造パラメータを系統的に変化させて、無フォノン発光エネルギーおよび発光効率との相関を調べたところ、伝導帯における閉じ込め状態にはXz状態とXxy状態が存在することがわかった。特に電子の有効質量の重いXz状態においては強い電子局在が実現し、高効率の無フォノン発光が観測されることが明らかとなった。
発光スペクトルの温度依存性を調べたところ、発光エネルギーは、温度の上昇に伴い、低エネルギー側にシフトした後、高エネルギー側へとシフトした。後者は、バンドギャップの温度変化でほぼ理解できるが、前者に対しては、弱局在していた励起子が、熱励起され、より深い束縛状態へと移行したことを示唆している。束縛状態に励起子が緩和していく様子は、時間分解分光からも、発光ピークの低エネルギー側への経時変化として観察された。それに伴い、無フォノン発光のフォノンレプリカに対する相対強度は大きくなっていった。束縛状態の形成は、界面のゆらぎによるものと現時点では考えている。
また同様の構造を、同じ間接遷移型半導体であるSiGe/Si量子構造に適用すること、および自己形成した量子ドットを発光効率の向上に用いることについても検討をしており、予備的な実験に着手している。この系の場合は、膜厚のゆらぎに伴い、歪みゆらぎも生じることから、更に興味深い研究対象であると考えられる。

Research Products

• [Publications] N.Usami: "Magneto photoluminescence spectroscopy of AIGaP-based neighboring confinement structures"Phys,Rev.B. 60. 1879-1883 (1999)
• [Publications] K.Arimoto: "Effect of the insertion of an ultrathin AIP layer on the optical properties of GaAsP/GaP quantum wells"Phys,Rev.B. 60. 13735-13739 (1999)
• [Publications] N.Usami: "Optical investigation of modified Stranski-Krastanov growth mode in stacking of self-assembled Ge islands"Thin Solid Films. (発表予定).
• [Publications] K.Kawaguchi: "Formation of relaxed SiGe films on Si by selective epitaxial growth"Thin Solid Films. (発表予定).
• [Publications] H.Takamiya: "Drastic modification of the growth mode of Ge quantum dots on Si by using boron adlayer"Thin Solid Films. (発表予定).
• [Publications] M.Miura: "Formation process and ordering of self-assembled Ge islands"Thin Solid Films. (発表予定).