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

基本信息

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

项目摘要

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。

作为控制半导体量子点对齐的方法，我们提出了一种方法，该方法将气体源分子束外延法中选择性生长与Stranski-Krastanow（SK）生长模式相结合，该方法在菌株中的晶体生长中是在扭曲的异质结构中独有的，并应用于GE量子量列表上的GE量子插入式si sisi sisi sisi sisi sisitratrates。我们试图通过电子束图和化学蚀刻来在SI底物上的热氧化物膜上形成精细的SI开口，并仅在开口内生长GE点。 GE的量不断超过岛状生长的临界膜厚度，并将生长温度设置为700℃，并通过原子力显微镜观察到表面形状。结果，通过使开口的一侧大于300 nm的大小，通过控制一个点的大小，在每个开口中成功形成一个点。此外，由于横向方向的点的大小反映了生长风格，并且比开口的大小小，因此可以说已经建立了一种技术，该技术允许形成超过现有光刻技术限制的小点，通过控制位置。此外，当检查了该方法形成的GE点的光学特性时，观察到发射峰系统会根据开口中的大小和点的数量系统地向高能量侧移动。这种转移的因素包括取决于开口大小的点的高度，由于减少失真而减少带的分裂量以及由于点的横向大小减少而引起的量子限制效应。此外，在没有图案的基材上，可以分开声子中间的光发射和声子副本，而样品的声子发光分别观察到了样品的声子发光。这表明点大小的均匀性得到了改善。