絶縁体/半導体異種材料単結晶超格子を用いたサブバンド間遷移レーザの研究

绝缘体/半导体异质单晶超晶格子带间跃迁激光器研究

基本信息

批准号：
13875068
负责人：
浅田雅洋
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 Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

シリコン基板上に積層エピタキシャル成長可能な弗化物系絶縁体弗化カルシウム(CaF_2)と弗化カドミウム(CdF_2)を用いたヘテロ接合は、その接合界面に大きな(〜2.9eV)の伝導帯バンド不連続を有するため、これらの材料で構成した薄膜超格子を用いると、室温においても極めて顕著な微分負性抵抗を示す共鳴トンネルデバイスやサブバンド間遷移レーザの実現が期待される。特にサブバンド間遷移レーザの実現には、多層積層薄膜の精密構造制御による量子井戸サブバンドの制御が必要不可欠であり、本年度の研究により以下の成果を得た。1)CdF_2/CaF_2ヘテロ構造の結晶成長を原子層厚レベルで制御するため、結晶成長領域を100nm程度の微細な領域に限定するナノ領域ローカルエピタキシー法を提案し、CdF_2-CaF_2二重及び三重障壁共鳴トンネルダイオードの微分負性抵抗特性評価を行った。その結果、室温で再現性の良い微分負性抵抗特性を得るとともに、三重障壁,二重障壁双方の場合において,CdF_2量子井戸層の層厚制御により、微分負性抵抗のピーク位置を制御することにはじめて成功した。2)シリコン(100)基板表面を2原子層(=1結晶周期)ステップが支配的になるように構造を制御することにより、その上にCdF_2/CaF_2RTD構造の積層エピタキシャル成長に成功するとともに,その構造においてはじめて室温微分負性抵抗特性を観測した。これはシリコン(100)基板上の反位相境界による結晶欠陥の生成を抑制し、位相がそろったエピタキシャル平坦膜の形成に成功したものであり、大規模LSIのプラットフォームと弗化物系量子ヘテロ構造の形成プラットフォームを共通化することが可能となるため、応用上極めて大きな波及効果を有する成果である。

使用氟化物绝缘体氟化钙（CaF_2）和氟化镉（CdF_2）的异质结可以在硅衬底上外延生长，在结界面处具有较大（~2.9eV）的传导。由于它们具有能带不连续性，由这些材料制成的薄膜超晶格有望实现谐振隧道器件和子带间跃迁激光器，即使在室温下也表现出极其显着的负微分电阻。特别是，为了实现子带间跃迁激光器，必须通过多层薄膜的精确结构控制来控制量子阱子带，今年的研究取得了以下成果。 1）为了在原子层厚度水平上控制CdF_2/CaF_2异质结构的晶体生长，我们提出了一种纳米域局部外延方法，将晶体生长区域限制在100 nm左右的微小区域，并开发了CdF_2-CaF_2我们评估了谐振隧道二极管的差分负电阻特性。结果，我们在室温下获得了具有良好再现性的微分负电阻特性，并且在三势垒和双势垒情况下，我们能够通过控制CdF_2的层厚度来控制微分负电阻的峰值位置量子阱层首次获得成功。 2）通过控制硅（100）衬底表面的结构，使两个原子层（=1晶体周期）台阶占主导地位，我们成功地在其顶部外延生长了CdF_2/CaF_2 RTD结构，并且我们还观察到了空间首次实现温差负阻特性。这成功地抑制了硅（100）衬底上因反相边界而产生的晶体缺陷，并形成了具有对齐相的外延平坦膜，这是一项在应用方面将产生极大涟漪效应的成果。共享组建平台将成为可能。