先端量子ドット構造のエピタキシャル合成とその電子準位の制御に関する研究

分子線エピタキシーにより高品質GaSbおよびAlGaSb系の量子ドットをGaAs基板の上に形成する技術の確立を図るとともに、電子と正孔とが分離したType II(第2種)の状況下での量子状態を制御するために、系統的な研究を行った。まず、成長条件と得られるドットの密度と寸法と異方性との関係を調べ、最適な成長条件を明らかにした。また、条件に工夫を加えて、ドットを変型させ、内径が20nmで外形が60nm程の量子円環(リング)構造を形成できることを初めて示した。さらに、立て横の比率が1対3にも及ぶロッド(柱)状の構造を形成する条件も明らかにした。ドット内部のSb原子と基板内のAs原子との交換反応が急速熱アニール過程(RTA)でどのように進行するかを調べたところ、蛍光が青方変位するだけでなく、蛍光線幅が狭まり、形状不均一性の効果が抑制されることも見い出した。また、ドットからの発光が強まることや、800℃以上のアニールにより、濡れ層からの発光の温度依存性を支配する活性化エネルギーが減ることも見い出し、ドットと濡れ層の間の正孔の分配の状況が変化することを示した。さらに、2次元電子の伝導経路(チャンネル)の内部や近傍にGaSbドットを埋め込んだ構造における電子の伝導特性を0.3から4.2Kの範囲で調べ、特に、移動度から決まる散乱時間と磁気抵抗振動から定まる量子的散乱時間との対比から、電子がドットによってどのように散乱されるかについても新知見を得た。

分子線エピタキシーにより高品質GaSbおよびAlGaSb系の量子ドットをGaAs基板の上に形成する技術の確立を図るとともに、電子と正孔とが分離したType II(第2種)の状況下での量子状態を制御するために、系統的な研究を行った。まず、成長条件と得られるドットの密度と寸法と異方性との関係を調べ、最適な成長条件を明らかにした。また、条件に工夫を加えて、ドットを変型させ、内径が20nmで外形が60nm程の量子円環(リング)構造を形成できることを初めて示した。さらに、立て横の比率が1対3にも及ぶロッド(柱)状の構造を形成する条件も明らかにした。ドット内部のSb原子と基板内のAs原子との交換反応が急速熱アニール過程(RTA)でどのように進行するかを調べたところ、蛍光が青方変位するだけでなく、蛍光線幅が狭まり、形状不均一性の効果が抑制されることも見い出した。また、ドットからの発光が強まることや、800℃以上のアニールにより、濡れ層からの発光の温度依存性を支配する活性化エネルギーが減ることも見い出し、ドットと濡れ層の間の正孔の分配の状況が変化することを示した。さらに、2次元電子の伝導経路(チャンネル)の内部や近傍にGaSbドットを埋め込んだ構造における電子の伝導特性を0.3から4.2Kの範囲で調べ、特に、移動度から決まる散乱時間と磁気抵抗振動から定まる量子的散乱時間との対比から、電子がドットによってどのように散乱されるかについても新知見を得た。