2016 Fiscal Year Annual Research Report
Si-Ge系スーパーアトム構造のセルフアライン集積による光・電子物性制御
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15H05762
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
宮崎 誠一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70190759)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牧原 克典 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90553561)
大田 晃生 名古屋大学, 工学研究科, 研究員 (10553620)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2019-03-31
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| Keywords | Si量子ドット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は、下記2項目の研究を推進した。
1. GeコアSi量子ドット積層構造の発光特性
p-Si(100)基板上に高密度GeコアSi量子ドットの2層積層構造を形成し、上部および下部電極としてAlを蒸着形成した後、室温ELを基板裏面から測定した結果、0.6~0.8eVのブロードなPLスペクトルが観測され、ドット層数の倍増によりPL積分強度が~2倍に増加することがわかった。また、GeコアSi量子ドット2層積層構造において、順方向パルス電圧を印加して室温ELを測定した結果、印加電圧3Vにおいて、~0.85eV近傍に明瞭な発光ピークが認められ、印加電圧の増大に伴いEL強度が増大することが分かった。これらの結果は、順方向バイアス印加によりAl上部電極からドットへの電子注入とp-Si(100)基板からGeコアへの正孔注入が同時に起こることにより、Geコアの量子準位間で電子－正孔対が発光再結合したとして説明できる。
2. Si細線構造への高密度Si量子ドット形成と発光特性
p-Si(100)基板にEBリソグラフィおよびドライエッチングを用いてライン&スペース構造形成後、熱酸化したSi細線構造へGeコアSi量子ドットを高密度形成し、細線方向の劈開面からの室温EL特性を評価した結果、4V以上の順方向パルス電圧印加で0.75eV近傍に室温ELが認められた。また、印加電圧の増大に伴い、EL強度は増加するものの、発光のエネルギー位置に変化は認められなかった。これらの結果は、順方向バイアス4V以上印加することで、Al上部電極からドットへの電子注入とp-Si(100)基板からGeコアへの正孔注入が同時に起こることにより、Geコアの量子準位間で電子－正孔対が発光再結合し、発光再結合により生じた光がSi細線構造内を伝搬した結果として説明できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究開始2年度目において既に、コア／シェル量子ドット三次元自己整合集積構造をシリコンラインパターンに結合させ、EL強度の増幅および発光スペクトルの狭帯化を実現していることから、一部においては当初の目標を超える研究の進展があり、予定以上の成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は個々の量子ドットにおいて発光再結合効率を向上するとともに、三次元集積構造において電流注入効率を向上させ、発光強度を増大させる手法を実験的に探求する。具体的には、以下の2項目に力点をおいて、研究を推進する。
1. p型Si基板上に上層のドットを下層よりも大きくした自己整合集積構造を形成し、その上に上部電極としてn型アモルファスシリコン(a-Si)を形成したダイオード構造においてEL特性を評価する。この構造では、下層ドットの量子化エネルギ（特に伝導帯）が上層ドットより大きくなるため、n型a-Siから注入した電子を上層ドットに閉じ込めることができ、a-Si－Si量子ドット間の価電子帯オフセットの存在によって、p型Si基板から注入した正孔をドット層中に閉じ込めることができる。
2. サブミクロンライン＆スペースパターンに加工したSOI基板において、Siライン側壁に自己整合集積ドットを形成する。この構造では、ライン幅を0.5μm程度に設定することで幅方向に光を閉じ込め、ライン長を制御することにより光増幅の波長選択を行う。
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