半導体量子ドットの構造制御と新機能素子への応用に関する研究

半导体量子点结构调控及其在新型功能器件中的应用研究

• 批准号: 09750007
• 负责人: 宇佐美 徳隆
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750007/
• 关键词: 量子ドット; ガスソース分子線エピタキシ-; Stranski-Krastanow成長様式; 選択成長

半導体量子ドットの配列制御手法として、ガスソース分子線エピタキシ-法における選択成長と、歪みヘテロ構造における結晶成長に特有なStranski-Krastanow(SK)成長様式を組み合わせる手法を提案し、実際にSi基板上のGe量子ドットの作製について適用した。Si基板上の熱酸化膜に、電子線描画と化学エッチングにより、微細なSi開口部を形成し、開口部内部のみにGeドットを成長することを試みた。Geの供給量を島状成長の臨界膜厚を超える量で一定とし、成長温度を700℃として、選択成長を行い、その表面形状を原子間力顕微鏡により観察した。その結果、開口部の一辺のサイズを300nmより小さくすることにより、各開口部に単一のドットを制御して形成することに成功した。またドットの横方向のサイズは、成長様式を反映し、開口部のサイズよりも微小であることから、既存のリソグラフィ技術の限界を超えた微小なドットを、位置を制御して形成できる技術を確立したと言える。また、このような手法により形成した、Geドットの光学特性を調べたところ、開口部の中のドットのサイズと数に依存して発光ピークが系統的に高エネルギー側へシフトすることを観測した。このシフトの要因としては、開口部のサイズに依存したドットの高さの変化、歪みの緩和によるバンドのスプリット量の減少、ドットの横サイズの減少による量子閉じ込め効果などがあげられる。またパターンを施していない基板の上では、フォノンを介在しない発光と、そのフォノンレプリカが分離できないのに対し、パターン上の試料の発光では、分離して観測された。このことは、ドットのサイズの均一性が向上したことを示している。

Semiconductor quantum ド ッ ト の match column system method of equestrian と し て, ガ ス ソ ー ス molecular line エ ピ タ キ シ - method に お け る sentaku growth と, slanting み ヘ テ ロ tectonic に お け る crystal growth characteristic な に Stranski - Krastanow (SK) growth others type を group み close わ せ る を proposal し, be interstate に Si substrate の Ge quantum ド ッ ト の The production of に, に, て, て applies to た. Si substrate の に acidification films, electronic line painted と chemical エ ッ チ ン グ に よ り, imperceptible な Si opening department を form し, opening of internal の み に Ge ド ッ ト を growth す る こ と を try み た. Ge の supply を island growth の critical film thickness を super え で る quantity must be と し, growth temperature 700 ℃ を と し て, sentaku growth を い, そ の surface shape を interatomic force 顕 micromirror に よ り 観 examine し た. そ の results, opening a 辺 の の サ イ ズ を 300 nm よ り small さ く す る こ と に よ り, each opening に 単 a の ド ッ ト を suppression し て form す る こ と に successful し た. ま た ド ッ ト の transverse direction の サ イ ズ は, growth, others type を reflect し, opening の サ イ ズ よ り も tiny で あ る こ と か ら, existing の リ ソ グ ラ フ ィ technology の limit を super え た tiny な ド ッ ト を, location を suppression し て form で き る technology を establish し た と said え る. ま た, こ の よ う な gimmick に よ り form し た, Ge ド ッ ト の optical properties を adjustable べ た と こ ろ, openings in the の の ド ッ ト の サ イ ズ と number に dependent し て 発 light ピ ー ク が system に high エ ネ ル ギ ー side へ シ フ ト す る こ と を 観 measuring し た. こ の シ フ ト の by と し て は, opening の サ イ ズ に dependent し た ド ッ ト の high さ の variations, the slanting み の ease に よ る バ ン ド の ス プ リ ッ ト の reduce, ド ッ ト の transverse サ イ ズ の reduce に よ る quantum closed じ 込 め unseen fruit な ど が あ げ ら れ る. ま た パ タ ー ン を shi し て い な い on substrate の で は, フ ォ ノ ン を interface in し な い 発 と, light そ の フ ォ ノ ン レ プ リ カ が separation で き な い の に し, seaborne パ タ ー ン の on sample の 発 light で は, separating し て 観 measuring さ れ た. こ の こ と は, ド ッ ト の サ イ ズ の homogeneity が upward し た こ と を shown し て い る.

项目成果

E.S.kim: "Control of Ge dots in dimension and position by selective epitaxialgrowth and their optical properties" Appl.Phys.Lett.72(掲載予定). (1998)

E.S.kim：“通过选择性外延生长及其光学特性控制 Ge 点的尺寸和位置”Appl.Phys.Lett.72（待出版）。

N.Usami: "Control of island formation using overgrowth techniques on cleaved edges of strained multiple quantum wells and selective epitaxy on patterned substrates" Physica E. (掲載予定). (1998)

N.Usami：“使用应变多量子阱裂边的过度生长技术和图案化基板上的选择性外延来控制岛的形成”Physica E.（即将出版）。