中赤外線領域光電子集積センサの開発

中红外光电集成传感器的研制

• 批准号: 15656100
• 负责人: 矢野 満明
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: Osaka 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15656100/
• 关键词: PbTe; CdTeヘテロ接合; 量子井戸; 量子ドット; 格子タイプミスマッチ; 分子線エピタキシー; 中赤外線発光; 自己形成; 相分離; CdTeヘテロ結合; 薄膜結晶成長; GaAs(100)基板; 発光効率; 室温発光; 結晶成長; 量子井戸構造; PL発光スペクトル

PbTe/CdTeヘテロ接合を対象に,GaAs基板上に集積化した中赤外線領域の光電子集積デバイスの開発を目的とした.PbTeは3μm帯に対応する直接遷移型半導体で,開発の遅れている中赤外線領域の受光・発光デバイス材料として注目を集めている.近年BaF_2(111)を基板に,PbTe/PbEuTeヘテロ接合が発明され,ヨーロッパ諸国やアメリカを中心に研究が進んでいる.本研究では,受発光素子や周辺電子回路との集積化を考慮して,汎用性の高いGaAs(100)を基板とした新しい材料システムを開発することを目的とする.具体的には,障壁層にPbTeと格子整合するCdTeを採用し,PbTe/CdTeヘテロ接合の結晶成長と発光特性を検討した.結晶成長は固体ソースの分子線エピタキシー法で行い,GaAs(100)基板面上に高品質CdTe(100)バッファ層を成長させ,その上にPbTe/CdTe量子井戸を作製した.PbTe量子井戸の井戸幅は1〜10nmである.この構造から世界で始めて中赤外線領域のフォトルミネッセンスを観測した.発光は極低温から500K程度まで観測でき,特に室温以上の発光強度は従来のPbTe/PbEuTe量子井戸よりも1桁高かった.発光機構は量子井戸に閉じ込められた電子と正孔の再結合に基づいており,半導体電子デバイスに好適である.このような高効率発光特性が実現できた理由を解析すると,CdTe中のPbTeは2次元的な量子井戸ではなく,直径20nm程度の等方位無歪み粒子を形成していることがわかった.即ち,高効率発光は量子ドットの形成に負うものであることが判明した.岩塩構造をもつPbTeと閃亜鉛鉱構造のCdTeは立方格子としての格子定数は整合しているが,結晶構造が異なるために相分離を生じ易い.このために,自由エネルギーの最も少ない球状の量子ドットを自己形成することがPbTeにとって安定であることが第1原理計算を用いて明らかになった.従来,固体中における量子ドットの形成機構として界面歪によるSKモードが知られていたが,本研究で見出した形成機構は格子タイプのミスマッチに基づいており全く新しいものである.

对于PBTE/CDTE异质结，在GAAS基板上积分的介质 - infrared区域中开发光的电子积累装置的目的是与3μm频带相对应的直接过渡半导体近年来，PBTE/PBEUTE HETRO加入以发射光线的材料，吸引了人们的注意力。基于高通用的GAA（100），考虑到光的元素和外围电子电路的积累。晶体生长是由固体源的分子线进行的，在底物表面上的GAAS（100）缓冲液井宽度是1-10 nm，我们在世界上首次观察到中间红外区域的光态。常规的pbte/pbeute量子井适用于电子设备。尺寸量子很好，换句话说，效率高效率是量子点的形成但是，由于这是一个晶体结构，因此很容易引起相位的晶体结构。 SK模式在固体中被称为冲浪菌株，是量子点形成机制，但本研究中发现的形成机制基于晶格 - 型不匹配，并且是全新的。

项目成果

M.Yano, I.Makabe, K.Koike: "Photoluminescence characterized thermal mismatch of PbTe/CdTe single quantum wells grown on GaAs substrate."Physica E. 20/3-4. 449-452 (2004)

M.Yano、I.Makabe、K.Koike：“光致发光表征了在 GaAs 衬底上生长的 PbTe/CdTe 单量子阱的热失配。”Physica E. 20/3-4。

K.Koike, I.Makabe, M.Yano: "Photoluminescence properties of the PbTe/CdTe single quantum wells grown on (100)-oriented GaAs substrates by molecular beam epitaxy."Extended Abstracts of the 22^<nd> Electronic Materials Symposium. EMS-22. 257-260 (2003)

K.Koike、I.Makabe、M.Yano：“通过分子束外延在 (100) 取向 GaAs 衬底上生长的 PbTe/CdTe 单量子阱的光致发光特性。”第 22 届电子材料研讨会的扩展摘要

Continuous-wave light emission from PbTe based heterostructures with CdTe or PbEuTe barriers

具有 CdTe 或 PbEuTe 势垒的 PbTe 基异质结构的连续波光发射

• 发表时间: 2004
• 期刊: Abstracts of 6^<th> International Conf.on Mid-Infrared Optoelectronics Materials and Devices MIOMD-6
• 作者: E.Kaufmann;W.Heiss;G.Springhoz;T.Schwartzl;M.Ynao;I.Makabe;k.Koike
• 通讯作者: k.Koike

Intense Mid-infrared Emission from Lattice Type Mismatched Epitaxial PbTe/CdTe Quantum Dots

晶格型失配外延 PbTe/CdTe 量子点的强中红外发射

• 发表时间: 2005
• 期刊: 7th International Conf.on Mid-Infrared Optoelectronics-Materials & Devices, Lancaster
• 作者: E.Kaufman;W.Heiss;K.Koike;M.Yano 他6名
• 通讯作者: M.Yano 他6名

K.Koike, T.Honden, I.Makabe, F-P.Yan, M.Yano: "PbTe/CdTe single quantum wells grown on GaAs(100) substrates by molecular beam epitaxy"Journal of Crystal Growth. 257. 212-217 (2004)

K.Koike、T.Honden、I.Makabe、F-P.Yan、M.Yano：“通过分子束外延在 GaAs(100) 衬底上生长的 PbTe/CdTe 单量子阱”晶体生长杂志。