マルチ軸機械歪を印加した超高歪ウルトラ薄膜化ゲルマニウムによる室温電流注入光利得

使用超高应变超薄锗膜并施加多轴机械应变的室温电流注入光学增益

基本信息

批准号：
20H02635
负责人：
深津晋
金额：
$ 11.65万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

２年度では、Caサーファクタント・インターカラントエピタキシーによる超薄膜Geの形成を行った。Ge(111)上へのCa,Ge同時蒸着の後、低温でのHCl浸漬によってGeHに変換し、ゲルマナン(GeH)薄膜を形成した。６回対称のGeH(002)ピークからヘテロエピを検証した。その過程で多層GeHを得たが、共同研究先の協力を得て電荷輸送特性評価を行ったところ2x10^5cm^2/Vmと極めて大きなホール移動度が得られた。15KでGeHでは初めてのシュブニコフドハース振動が観測された。Hall効果からは2x10^11cm-2程度の単一正孔バンドの伝導、密度汎関数によるバンド計算からはバルクの軽い正孔の２倍程度の第一価電子バンドの面内有効質量が示唆され、実験結果と整合的であった。一方、初年度に共同研究先の協力を得て作製した直接接合によるnmオーダーの超薄Geのより系統的な光学評価を試みた。アモルファスAl203障壁の単結晶Ge量子井戸の直接端光学遷移を追跡し、量子サイズ効果の定量的評価を行った。電子ラマン散乱から見積もった障壁高が理論予測(4eV)を大幅に(2eV)下回り、かつデータ再現にGeのバンド端の上方シフトが必要だったことから酸化膜Ge界面およびビルトイン歪の影響が示唆される。一方、pn接合によらないインパクトイオン化を用いた電流注入室温発光をGe量子井戸で検証し、間接端の再構成を評価するための赤外分光系が必要なことがわかった。これらの結果を踏まえ、受動的な電流注入を積極利用する着想を得た。他方、昨年度からの強結合系の励起子ポラリトンを取り込む戦略にそってショートカットの強化を図った。誘多反射器へのGe貼り合わせ、固相成長Geを検討し、さらに歪制御する方法を検討した。さらにラマン分光の装置系の整備を行い、量子閉じ込めによるゾーン折返し音響フォノンが観測できる準備が整った。

第二年，我们利用Ca表面活性剂插层外延形成了超薄Ge薄膜。将Ca和Ge共蒸发到Ge(111)上后，在低温下浸入HCl中将其转化为GeH，形成锗烷(GeH)薄膜。从具有 6 重对称性的 GeH(002) 峰验证了异质外延。在此过程中，我们获得了多层GeH，当我们与联合研究伙伴合作评估电荷传输特性时，我们获得了2x10^5cm^2/Vm的极高空穴迁移率。第一个 Shubnikov-Haas 振荡是在 15K 时在 GeH 中观察到的。霍尔效应表明在约 2x10^11 cm-2 的单孔能带中传导，并且使用密度泛函的能带计算表明第一价带的面内有效质量约为体光孔的两倍，这是一致的。与实验结果。另一方面，在第一年，我们与联合研究伙伴合作，尝试对通过直接键合制造的纳米级超薄Ge进行更系统的光学评估。我们跟踪了具有非晶 Al2O3 势垒的单晶 Ge 量子阱的直接边缘光学跃迁，并定量评估了量子尺寸效应。从电子拉曼散射估计的势垒高度显着 (2 eV) 低于理论预测 (4 eV)，并且需要 Ge 能带边缘向上移动才能重现数据，这表明氧化物-Ge 界面和内置应变。另一方面，我们在Ge量子阱中使用碰撞电离验证了电流注入室温光发射，而不使用pn结，并发现需要红外光谱系统来评估间接边缘的重构。基于这些结果，我们提出了积极利用无源电流注入的想法。另一方面，我们的目标是根据去年的战略，加强捷径，将激子极化激元纳入强耦合系统。我们研究了Ge与介电反射器的键合、固相生长Ge，并进一步研究了应变控制方法。此外，我们还准备了拉曼光谱设备系统，现在可以观测由于量子限制而产生的区域折叠声子。