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

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450002
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 白木 靖寛 東京大学, 大学院・工学系研究科, 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) ; 黄 晋二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50323663)
• Keywords: シリコンゲルマニウム / 不均一歪み場 / 微小共振器 / 光エレクトロニクス / 自己形成Geドット

Research Abstract

平成13年度においては、本研究においてこれまでに得られている自己形成Geドットについての知見をデバイス応用へとつなげていくことを目標に、微小共振器中へ作製したGeドット発光層の光学特性について詳細に調べた。
まず、共振器を構成するSiGe/Si分布ブラッグ反射鏡の作製に着手した。SiGe/Si分布ブラッグ反射鏡の作製においては、SiGeとSiの間にある格子不整合から生じる臨界膜厚のために、高反射率を得ることが難しいとされてきたが、本研究では、SiGe仮想基板とSiGe/Si周期構造全体で歪み応力を打ち消すように設計するストレインバランス法を利用することで、その問題を解決し、90%という記録的な高反射率を有するSiGe/Siブラッグ反射鏡を作製することに成功した。この成果は、欧文誌Applied Physics Lettersに掲載された。
また、作製した高反射率ブラッグ反射鏡を用いて微小共振器を作製し、さらにその微小共振器中に、発光層となるSiGe材料系量子構造を挿入し、発光特性について詳しく調べた。発光特性の評価には、反射率測定およびフォトルミネッセンス測定を用いた。発光層としてGeドット層を用いた結果、共振器によって発光が変調を受け、強度および指向性が変化することを確認した。さらに、Geドットを用いた場合、SiGe/Si量子井戸構造と比較して、温度特性が大きく改善され、室温付近まで発光が得られた。この結果から室温動作する発光ダイオードの発光層には、Geドットが適しているということが分かった。また、これまでに得られている積層Geドット層を用いることで、光学特性はさらに改善されると考えている。これらの結果については、今後欧文誌に発表していく予定である。

Research Products

• [Publications] K.Kawaguchi, S.Koh, Y.Shiraki, J.Zhang: "Fabrication of strain-balanced Si0.73Ge0.27/Si distributed Bragg reflectors on Si substrates"Applied Physics Letters. 79. 476-478 (2001)
• [Publications] K.Kawaguchi, Y.Shiraki, N.Usami, J.Zhang, N.J.Woods, G.Breton, G.Parry: "Fabrication of strain-balanced Si/Si1-xGex multiple quantum wells on Si1-yGey virtual substrates and their optical properties"Applied Physics Letters. 79. 344-346 (2001)