V族混晶窒化物半導体自己組織化量子ドットと完全配列化

V族混晶氮化物半导体自组装量子点及其完美对准

• 批准号: 04J12079
• 负责人: 大島 隆治
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J12079/
• 关键词: 分子線エピタキシー; 原子状水素; GaAs; InAs; 量子ドット; 多重積層化; 自己組織化; III-V-N化合物半導体; III-V-N族化合物半導体; 半導体; ナノ構造; 分子線エピタキシー法; GaNAs

本研究では、原子状水素援用RF分子線エピタキシー(MBE)法を用いて、光通信用発光素子、および量子ドット型太陽電池への応用を目指し、長波長帯で発光する高品質なGaAs基板上自己組織化量子ドットの作製技術の開発、およびデバイス応用への研究を行った。現在、一般的な構造、材料を用いた量子ドットの成長では、量子ドット部で発生する格子歪みに起因して発光波長が短波長側にシフトする。さらには、活性層体積の増加を目的とした多重積層成長において、格子歪みの蓄積により量子ドットのサイズ均一性が損なわれること、転移が発生する問題が残されている。量子ドットの多重積層構造へのアプローチとして、歪み補償の概念を利用した多重積層化を検討した。これは、中間層部で量子ドットとは逆向きの歪みを発生させ、1周期毎に歪みを一旦フリーな状態に戻しながら積層成長を行うことを原理としている。InAsの格子定数はGaAsに比べて約7%大きい。このため、本研究で用いたGaAs基板に比べて格子定数が小さい材料として、GaNAsを用いることを提案した。GaNAsはNの組成の制御によってGaAsよりも小さい任意の格子定数に設定でき、またGaAsよりもバンドギャップが小さく、量子ドットのポテンシャル障壁が低くなることに起因した長波長化も期待できる。本研究ではGaAs(001)基板上InAs量子ドットの多重積層化について、GaNAs歪み補償中間層の有効性を原子間力顕微鏡(AFM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、高分解X線回折法(XRD)を用いて評価した。最適なGaNAs中間層を用いることで、50層以上の量子ドットの多重積層化、および発光波長の長波長化に成功した。また、pin型太陽電池の層に多重積層量子ドットを導入した量子ドット型太陽電池を試作し、世界的にも研究例が少ない量子ドットの寄与による光吸収を得ることに成功した。

This research is aimed at the development and application of atomic element using RF molecular beam epitaxy (MBE) method, the application of photon emission and quantum cell for optical communication, and the fabrication technology of self-organized quantum cell on GaAs substrate with high quality and long wavelength emission. At present, the general structure, material use of quantum dot growth, quantum dot part of the generation of lattice distortion, light wavelength and short wavelength side of the cause In addition, the increase in the volume of the active layer, the growth of multiple layers, the accumulation of lattice distortion, the loss of uniformity of quantum particles, and the occurrence of migration remain problems. The concept of quantum multi-layer structure is discussed. In the middle layer, the quantum phase is reversed and the quantum phase is reversed. In the middle layer, the quantum phase is reversed and the quantum phase is reversed. InAs lattice size is about 7% larger than GaAs. In this study, GaAs substrates are used to determine the number of small materials and GaNAs. GaNAs are made up of GaAs and GaAs, and any lattice number is set to be small and quantum. The barrier is low and the cause is long wavelength. In this study, we evaluated the multi-layer deposition of InAs quantum dots on GaAs(001) substrates, the effectiveness of GaNAs skew compensation interlayer, atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), and high resolution X-ray diffraction (XRD). The optimum GaNAs interlayer is used in multiple layers of quantum devices with more than 50 layers, and the wavelength of light is changed successfully. The test of quantum multi-layer solar cell was successful in the world.

项目成果

Fabrication of self-organized GaInNAs quantum dots by atomic H-assisted RF-molecular beam epitaxy

原子H辅助射频分子束外延制备自组织GaInNAs量子点

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Crystal Growth 261
• 作者: Ryuji Oshima;Akira Ohmae;Yoshitaka Okada
• 通讯作者: Yoshitaka Okada

量子ナノ構造を導入した次世代太陽電池

结合量子纳米结构的下一代太阳能电池

• 发表时间: 2007
• 期刊: 応用物理 76
• 作者: 岡田至崇;大島隆治
• 通讯作者: 大島隆治

Long wavelength InAs self-assembled quantum dots embedded in GaNAs strain compensating layers

嵌入 GaNs 应变补偿层中的长波长 InAs 自组装量子点

• 期刊: Physica E (印刷中)
• 作者: Ryuji Oshima;Takayuki Hashimoto;Hidemi Shigekawa;Yoshitaka Okada
• 通讯作者: Yoshitaka Okada

Multiple stacking of self-assembled InAs quantum dots embedded by GaNAs strain compensating layers

• DOI: 10.1063/1.2359623
• 发表时间: 2006-10
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: R. Oshima;T. Hashimoto;H. Shigekawa;Y. Okada

Fabrication of multi-layer self-assembled InAs quantum dots for high-efficiency solar cells

用于高效太阳能电池的多层自组装InAs量子点的制备

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of 4th 2006.IEEE 4th World conference on Photovoltaic Energy Conversion
• 作者: Ryuji Oshima;Hiroyuki Komiyama;Takayuki Hashimoto;Hidemi Shigekiawa;Yoshitake Okada
• 通讯作者: Yoshitake Okada