バイオテンプレート極限加工による３次元量子ナノ構造の作製と光学デバイスへの応用

通过极端生物模板加工制造三维量子纳米结构及其在光学器件中的应用

基本信息

批准号：
13J08639
负责人：
田村洋典
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

3次元GaAs量子ナノ構造はGaAs/AlGaAs積層構造をドライエッチングすることにより作製する。その後、有機金属気相成長法により再成長を行う。最後に、電極を形成し3次元GaAs量子ナノディスク発光ダイオードを作製する。従来は、積層構造作製時のAlGaAsと同じAl濃度のAlGaAsキャップ層で再成長を行っていたが、この対称バリアのGaAs量子ナノ構造を用いて作製した発光ダイオード（LED）は100K付近において電流注入による発光が消失した。そこで、積層構造作製時のAlGaAsよりも高いAl濃度のAlGaAsを用いてキャップ層の再成長を行った。埋め込み再成長のAlGaAsのAl濃度を上げることで、GaAs量子ナノ構造の周りの障壁高さは平面方向よりも垂直方向の方が高くなる。この非対称バリアのGaAs量子ナノ構造を用いて作製した発光ダイオードでは、室温においても電流注入による発光を確認することができた。実際に作製した次元GaAs量子ナノ構造の障壁高さをシミュレーションにより計算した。その結果、対称形バリアの3次元GaAs量子ナノ構造では平面方向及び垂直方向ともに同じバリア高さであるという結果が得られた。一方で、非対称形バリアの3次元GaAs量子ナノ構造の場合では、Al濃度の低いバリアから電流が注入され量子ナノ構造にて再結合をすることがわかった。さらに、高濃度AlのAlGaAsバリアで囲まれているため、バリアと量子ナノ構造のエネルギー準位の差が開いている。そのため、深い閉じ込めによってキャリアがバリアに抜けてにくく、その結果室温まで動作することがわかった。以上のように、本年度はAl濃度の高いAlGaAsバリア層で埋め込み再成長を行うことで、室温で発光する3次元GaAs量子ナノ構造LEDの作製に成功した。また、このメカニズムを解明した。

三维GAAS量子纳米结构是通过干燥的GAAS/藻类层压结构来制造的。之后，通过金属有机蒸气相生长进行重生。最后，形成电极以制造一个3D GAAS量子纳米界光发射二极管。通常，在制造层压结构时，在藻类盖层中以与藻类相同的Al浓度进行再生，但是使用该对称屏障的GAAS量子纳米结构产生的光发射二极管（LED）消失在约100k左右的电流注入中。因此，在制备层压结构期间，使用藻类浓度高的藻类将盖层重新生长。通过增加嵌入的再生中藻类的浓度，在垂直方向上，GAAS量子纳米结构周围的屏障高度高于平面。通过使用此不对称屏障的GAAS量子纳米结构制造的发光二极管，即使在室温下，也可以确认由电流注入引起的光发射。通过模拟计算实际制造的GAAS量子纳米结构的屏障高度。结果，对称屏障的3D GAA量子纳米结构在平面和垂直方向上都是相同的屏障高度。另一方面，在不对称屏障的情况下，从浓度较低的屏障注入电流，重组发生在量子纳米结构中。此外，由于它被高浓度的藻类屏障所包围，因此屏障和量子纳米结构之间的差异扩大。因此，发现深限制可防止载体滑入障碍物，因此，它可以运行到室温。如上所述，今年，我们成功地制造了一个3D GAAS量子纳米结构的LED，该LED通过用高浓度填充藻类屏障层来在室温下发出光线。该机制也得到了阐明。

项目成果

期刊论文数量（56）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Full 3D Quantum Energy Level Simulation for GaAs/AlGaAs Quantum Nanodisks Fabricated by Ultimate Top-down Process

采用终极自上而下工艺制造的 GaAs/AlGaAs 量子纳米盘的全 3D 量子能级模拟

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Ishii;A. Higo;Y. Tamura;T. Kiba;A. Murayama;Y. Li;S. Samukawa
通讯作者：
S. Samukawa

Fabrication of InGaAs quantum nanodisk light-emitting diodes by fusion top-down process of bio-template and neutral beam etching

生物模板和中性束刻蚀自上而下融合工艺制备InGaAs量子纳米盘发光二极管

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Higo;C. Thomas;T. Kiba;J. Takyama;C.Y. Lee;Y. Tamura;I. Yamashita;M. Sugiyama;Y. Nakano;A. Murayama;S. Samukawa
通讯作者：
S. Samukawa

Low Damage Neutral Beam AlGaN/GaN etching for Recess Gate Fabrication

用于凹槽栅极制造的低损伤中性束 AlGaN/GaN 蚀刻

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Higo;C.Y. Lee;J. Ohta;C. Thomas;Y. Tamura;H. Fujioka;and S. Samukawa
通讯作者：
and S. Samukawa

バイオテンプレート極限加工によるGaAs量子ナノディスクにおけるピコ秒キャリア補足ダイナミクス

通过极端生物模板处理在砷化镓量子纳米盘中实现皮秒载流子捕获动力学

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
C. Thomas;K. Yoshikawa;C. Y. Lee;Y. Tamura;A. Higo;T. Kiba;A. Murayama;I. Yamashita and S. Samukawa;肥後昭男，木場隆之，トーマスセドリック，李昌勇，吉川憲一，田村洋典，山下一郎，王云鵬，Hassanet Sodabamlu，杉山正和，中野義昭，村山明宏，寒川誠二;木場隆之，肥後昭男，田村洋典，トーマスセドリック，寒川誠二，村山明宏
通讯作者：
木場隆之，肥後昭男，田村洋典，トーマスセドリック，寒川誠二，村山明宏

バイオテンプレート極限加工によるInGaAs量子ナノディスクの作製

通过极端生物模板处理制造 InGaAs 量子纳米盘