化合物半導体のフォトニック結晶と発光素子の集積化の研究

化合物半导体光子晶体与发光器件集成研究

基本信息

批准号：
05F05350
负责人：
福井孝志
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

有機金属気相(MOVPE)選択成長による化合物半導体フォトニック結晶の作製に関する技術確立を目的とし、本年度は主にInGaAs/GaAs単一量子井戸構造を有するナノピラーを三角格子状に配した周期構造の作製を行った。ナノピラーからのフォトルミネセンス(PL)発光スペクトルのピラーサイズ依存性に関して評価し、構造制御の観点から検討を行った。GaAs(111)B基板に三角格子状のSiO_2周期パターンを電子線リソグラフィにより部分的に形成した後、基板開口部にのみInGaAs/GaAs量子井戸を有するサンプル1及び、比較のためGaAsナノピラー上にInGaAs層を配しただけのサンプル2を結晶成長させた。今回作製した三角格子状周期パターンは、ピッチ(a)を430〜704nmで変化させ、開口部の直径(d)との比(d/a)を0.3とした。光学的評価にはμmオーダの微小領域のみを励起し、その発光スペクトルを測定可能な顕微PL法を用いた。走査型電子顕微鏡観察からサンプル1・2共に、(111)B面を上面に、{-110}垂直ファセットを側面に持つ均一な六角形ナノピラーの形成が確認された。直径が小さくなるにつれてナノピラーは高くなるため、それと同時に、サンプル1ではInGaAs井戸層厚が増加すると考えられる。またナノピラーの横方向からの量子閉じ込め効果が支配的であるとすれば発光ピークは高エネルギ側ヘシフトするため、確認された低エネルギ側へのピークシフトは、ナノピラー中のInGaAs層へのIn及びGa原子の取り込まれ方の違いによるものと推察される。観測されたサンプル1・2の長波長側へのピークシフト量の差異は、サンプル1すなわち、InGaAs/GaAs量子井戸構造における、縦方向からの量子閉じ込め効果の寄与にほかならず、ナノピラー中の量子閉じ込め効果を今回初めて確認することに成功したと考えられる。

为了建立使用金属有机气相（MOVPE）选择性生长生产化合物半导体光子晶体的技术，今年我们将主要集中于制造具有InGaAs/GaAs单量子阱结构的纳米柱排列的周期性结构我在三角格子中做到了。从结构控制的角度评估和研究了纳米柱的光致发光（PL）发射光谱对柱尺寸的依赖性。通过电子束光刻在GaAs(111)B衬底上部分形成三角晶格状SiO_2周期性图案后，样品1仅在衬底开口中具有InGaAs/GaAs量子阱，并且为了比较，在GaAs纳米柱上形成InGaAs纳米柱。样品2仅具有层，通过晶体生长来生长。在这次制作的三角格子状周期图案中，节距(a)在430nm至704nm之间变化，并且与开口直径(d)的比率(d/a)为0.3。对于光学评估，我们使用显微PL方法，该方法只能激发μm级的微观区域并测量其发射光谱。扫描电子显微镜证实样品 1 和 2 均形成了均匀的六角形纳米柱，其顶部具有 (111)B 平面，侧面具有 {-110} 垂直面。由于随着直径的减小，纳米柱变得更高，因此认为样品 1 中的 InGaAs 阱层厚度同时增加。此外，如果来自纳米柱横向的量子限制效应占主导地位，则发射峰将向较高能量侧移动，因此观察到的向较低能量侧的峰值移动是由于InGaAs层中的In和Ga所致。据推测这是由于原子结合方式的差异造成的。观察到的样品 1 和样品 2 向较长波长移动的峰值量差异是由于样品 1 中垂直方向的量子限制效应（即 InGaAs/GaAs 量子阱结构）的贡献，并且是由于纳米柱中的量子限制效应相信这是我们第一次成功证实该效应。