単一量子ドットの形成とそのナノ光学特性に関する研究

单量子点的形成及其纳米光学性质研究

基本信息

批准号：
09233216
负责人：
中村新男
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

マトリックス中に分散した半導体ナノ結晶および種々の基板条件で成長させた半導体量子ドット、半金属量子ドットを対象にして、その形成過程を明らかにすると同時に、原子間力顕微鏡(AFM)、走査トンネル顕微鏡(STM)、カソードルミネセンなどナノプローブ顕微鏡により、単一ナノ構造の量子閉じ込め効果と物性を明らかにすることを目的として、本研究が行われた。今年度の主たる成果は以下の通りである。1)自己組織化InAs量子ドットの構造と電子状態Asのキャップ層で覆われたGaAs基板上のInAsドットを超高真空中で加熱することによってAs層を取り除いた後、STM、走査トンネル分光(STS)を用いてその表面構造とInAsドットの電子状態を調べた。トンネルスペクトルから求められたバンドギャップの値は低温の発光スペクトルから求められた値にほぼ一致した。即ち、STM/STSによって単一の量子ドットの電子状態を調べられることがわかった。2)半金属ErPドット構造の形成とそのSTMによる評価OMVPE法によってInP(001)基板上に、岩塩構造を持つErP層を成長させて表面構造のAFM観察を行った。成長条件と被覆率を適当に選ぶことによってInP(001)基板上に17〜30nmのErPドットを成長させることが出来た。STM像の観察から、ErPの島構造には基板との格子不整による歪みを緩和するために、[110]に沿って転位と"Void"が生じることがわかった。また、I-V特性から得られたトンネルスペクトルはErP層の厚さによって異なる振舞いを示し、6ML以下では、ギャップが現れた。この結果は、電子と正孔に対する閉じ込め効果によって半金属相から半導体相に電子状態が変化することを示唆し、このようなクロスオーバーの観測は本研究が初めてである。

我们旨在阐明分散在基质中的半导体纳米晶体、在各种基底条件下生长的半导体量子点和半金属量子点的形成过程，同时使用原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜进行了这项研究。目的是使用纳米探针显微镜（例如（STM）和阴极发光）阐明单个纳米结构的量子限制效应和物理性质。今年的主要工作成果如下。 1）在超高真空中加热覆盖有自组装InAs量子点结构和电子态As盖层的GaAs衬底上的InAs点去除As层后，STM，扫描隧道光谱（表面结构）并使用 STS 研究了 InAs 点的电子态）。从隧道光谱确定的带隙值几乎与从低温发射光谱确定的值匹配。换句话说，发现可以通过STM/STS来研究单个量子点的电子态。 2)半金属ErP点结构的形成及其通过STM的评估使用OMVPE方法在InP(001)衬底上生长具有岩盐结构的ErP层，并使用AFM观察表面结构。通过适当选择生长条件和覆盖范围，我们能够在 InP(001) 基板上生长 17-30 nm 的 ErP 点。 STM 图像观察表明，ErP 岛结构中沿 [110] 出现位错和“空隙”，以减轻因晶格与基底失准而引起的应变。此外，从I-V特性获得的隧道谱根据ErP层的厚度表现出不同的行为，并且在6ML以下出现间隙。这一结果表明，由于电子和空穴的限制效应，电子态从半金属相转变为半导体相，而这项研究是首次观察到这种交叉。