弗化物中の埋込ガリウムヒ素三次元量子ドット構造の物性と応用

氟化物中嵌入砷化镓三维量子点结构的物理性质及应用

• 批准号: 09750011
• 负责人: 川崎 宏治
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 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-09750011/
• 关键词: CaF_2; GaAs; 量子ドット; 自然形成法; 光デバイス; 三次元量子ドット; Ga液滴; 自然形成; フォトルミネセンス; 量子サイズ効果

前年度はCaF_2上に自然形成法によって形成される高密度のGa液滴にAs分子線を供給することで高密度のガリウム砒素(GaAs)の量子ドット構造を作製し,本構造からのフォトルミネッセンス(PL)を確認した.本年度は光デバイス応用のため,ドット構造のPL強度を増大させることを目的とした.結晶性の向上のため,Si(111)基板上にMBE成長した膜厚20nmのCaF_2表面に基板温度を室温以下に冷却し,Ga分子線を供給して高密度のGaドット構造を自然形成させた後の,GaAs化のプロセス温度を450℃から600℃に増加させた.600℃にプロセス温度を上げた結果,6×10^<11>cm^<-2>存在したドットが,7×10^<10>cm^<-2>に減少するが,CaF_2のステップエッジに沿ってGaAsが再配列した結果,個々のGaAsドットのサイズが比較的均一になることがわかった.この後,表面の欠陥をパッシベーションするために再び300℃でCaF_2を再成長させ,700℃で短時間アニールを行い,ドット構造をCaF_2膜中に埋め込んだ試料のPLを温度77Kで評価したところ、埋込GaAsドット構造からの発光と考えられるPLを観測した。ピーク発光波長は約720nmであり,比較用に作製した5nmの井戸幅をもつGaAs/Al_<0.3>Ga_<0.7>As量子井戸構造からの波長よりも短波長側にシフトしており,PL強度も量子井戸からのそれの1/4程度と比較的高いものが得られた.おおよそ10nmという構造寸法もさることながら,周囲をCaF_2という広いバンドギャップをもつ材料で埋め込んだことによる,束縛エネルギーおよび電子の状態密度の増加が顕著に現れた結果と考えられる.本構造が光デバイスに応用可能であることを示した.

In the past year, the quantum structure of GaAs with high density was fabricated by the natural formation method on CaF_2. The structure of GaAs with high density was confirmed to be PL. This year, the PL intensity of the light source structure has increased. In order to improve crystallinity, the surface of CaF_2 with a film thickness of 20nm is grown on a Si(111) substrate by MBE, the substrate temperature is cooled below room temperature, and Ga molecular wires are supplied to form a high-density GaAs-based structure naturally. After that, the GaAs-based surface temperature is increased from 450 ° C to 600 ° C. As the surface temperature is increased at 600 ° C, the surface area of 6 ×10^<11>cm ^is increased <-2>and 7 ×10^<10>cm <-2>^is decreased. The surface area of CaF_2 is rearranged along the GaAs surface. As a result, the surface area of each GaAs surface is relatively uniform. After this, the surface defect was re-grown at 300℃, CaF_2 was re-grown at 700 ℃, and the PL of the sample was measured at 77K. GaAs/<0.3>AlGa_<0.7>As quantum well structures have wavelength of about 720nm,PL intensity of about 1/4 of the wavelength of about 5nm. The structure of the material is 10nm, and the density of states of the electron is increased. This structure is very useful.

项目成果

川崎宏治、大木周平、筒井一生: "C_0F_2/Si(11_1)上への高密度GaAs量子ドット構造の自然形成" 第59回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 第1分冊. 143 (1998)

Koji Kawasaki、Shuhei Oki、Issei Tsutsui：“C_0F_2/Si(11_1) 上高密度 GaAs 量子点结构的自然形成”日本应用物理学会第 59 届年会论文集第 1. 143 卷（1998 年）。